JPH031553B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ストローク終端において一定の作用
力を保持する必要があるアクチユエータの駆動の
ための電空比例弁に関するものである。

［従来の技術］ 例えば、スポツト溶接においては、通電中の電
極を一定の作用力で押圧するために、上記電極を
駆動するアクチユエータには、ストローク終端に
おいて一定の作用力を保持することが要求され
る。

従来、この種アクチユエータの駆動回路を構成
するには、通常、第１７図に示すように、流体圧
シリンダ１の駆動側圧力室２と復帰側圧力室３に
選択的に空気源４の高圧空気を給排する５ポート
電磁弁５と、該電磁弁５の出力ポートの一方と駆
動側圧力室２間の流路に配設される電空比例弁６
とが使用される。該電空比例弁６は、ソレノイド
への通電量に比例する流体圧を出力するものであ
る。

上記流体圧シリンダ１は、図示の状態において
電磁弁５及び電空比例弁６に通電すると、５ポー
ト電磁弁５の流路が切換わつて、高圧空気源４の
高圧空気が電空比例弁６を通つて駆動側圧力室２
に供給されるとともに、復帰側圧力室３の流体が
排出され、この場合に、駆動側圧力室２に供給さ
れる流体圧力は、電空比例弁６への通電量に比例
する流体圧によつて制御されるので、流体圧シリ
ンダ１のピストンは、駆動ストローク終端におい
て電空比例弁６への通電量に比例した所定の作用
力を保持している。

弁５，６への通電を断つと、それらが図示の状
態に切換わるので、空気源４の高圧空気が復帰側
圧力室３に供給されるとともに駆動側圧力室２の
流体が排出され、流体圧シリンダ１は図示の状態
に復帰する。

しかしながら、上記アクチユエータの駆動回路
では、２個のソレノイドを必要とするばかりでな
く、２個のソレノイドの性質が相違するために、
それらの通電系統が異なり、そのため全体として
比較的高価なものとなり、また上記のように通電
系統が異なるため、作業中にいずれの通電系統に
故障があつてもアクチユエータが誤動作しないよ
うにする配慮が必要になる。

また、上記のように複数の弁を直列的に接続す
ることは、圧力流体に対して大きな抵抗を与える
ことになり、好ましいことではない。特に、これ
らの弁によつて駆動されるアクチユエータの起動
及び安定的な出力の発生に遅れが生じることは、
アクチユエータによつて行う作業の能率に大きな
影響を及ぼすことになるので、それを改善するこ
とが望まれる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、ストローク終端で一定の作用力を保
持することが必要なアクチユエータを、安価な単
一の弁によつて駆動可能にするとともに、アクチ
ユエータの対向する圧力室に連通させる一対の出
力ポートの圧力流体の差圧を、応答性よく一定値
に設定可能にすることを、解決しようとする問題
点とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、供給ポート、第１及び第２の出力ポ
ート、並びに第１及び第２の排出ポートを有する
弁本体内に、各ポート間の流路を切換える弁部材
を設けた弁部と、該弁部材の一端に駆動力を作用
させる駆動部と、該弁部材の他端に復帰力を作用
させる復帰ばねを備えた弁において、上記弁部
を、中立位置を境にした弁部材の変位によつて、
供給ポートと出力ポートの一方、排出ポートと出
力ポートの他方をそれぞれ連通させるとともに、
供給ポートを閉鎖して第１または第２の出力ポー
トを排出ポートに絞り状態で連通可能とした５ポ
ート弁として構成し、上記弁本体に、弁部材に対
して駆動及び復帰方向にフイードバツク流体圧を
作用させる第１及び第２のフイードバツク室と、
それらのフイードバツク室と各出力ポートとを連
通させる第１及び第２のフイードバツク通路を設
け、上記駆動部を、弁部材に対して比例ソレノイ
ドへの通電量に比例した駆動力が出力される駆動
力発生手段によつて構成し、それによつて上記問
題点を解決したものである。

［作用］ 比例ソレノイドに非通電で、かつ供給ポートに
流体圧を加えない状態のときは、スプールが復帰
ばねの付勢力によつて変位し、供給ポートと第２
出力ポート間の流路及び第１出力ポートと第１排
出ポート間の流路が連通している。したがつて、
第１フイードバツク室は第１排出ポートに連通
し、第２フイードバツク室は、第２フイードバツ
ク通路を経て第２出力ポートに連通している。

この状態において、供給ポートに流体圧を加え
ると、第２出力ポートに圧力流体が出力されると
ともに、第２フイードバツク通路を通つて第２フ
イードバツク室に圧力流体が供給される。第２フ
イードバツク室の流体圧による作用力は、復帰ば
ねの付勢力に抗してスプールに作用し、両者の作
用力のバランスにより、供給ポートと第２の排出
ポートが遮断される位置にスプールが保持され、
したがつて第２出力ポートの圧力は、復帰ばねの
付勢力によつて定まる値に設定される。

この状態において、さらに、比例ソレノイドに
通電すると、駆動部からソレノイドへの通電量に
比例した駆動力が出力され、スプールが復帰ばね
の付勢力に抗する向きに変位して、第２出力ポー
トと第２排出ポートが連通するので、第２出力ポ
ートの流体圧が減少するとともに、第２フイード
バツク室のフイードバツク流体圧が減少する。こ
の場合、復帰ばねの付勢力によつて定まる一定値
より通電量が小さい範囲では、比例ソレノイドへ
の通電量に反比例して第２出力ポートの出力圧が
設定され、第１出力ポートは第１排出ポートに絞
り状態で連通したままである。

比例ソレノイドの通電量が復帰ばねの付勢力に
よつて決まる一定値以上の場合には、スプールが
復帰ばねの付勢力に抗してさらに変位し、供給ポ
ートと第１出力ポート間の流路及び第２出力ポー
トと第２排出ポート間の流路が連通するので、第
２フイードバツク室におけるフイードバツク流体
圧が大気圧に向かつて減少するとともに、第１フ
イードバツク室のフイードバツク流体圧が増加す
る。

これによつて、第１フイードバツク室の流体圧
が設定値よりも大きくなると、スプールが逆方向
に変位して、第１フイードバツク室の流体圧が減
少し、第２フイードバツク室の流体圧が増加す
る。

このようなスプールの変位によつて、スプール
は、比例ソレノイドの通電量に比例した駆動力と
復帰ばねの付勢力及び第１フイードバツク室の流
体圧による作用力がバランスして、供給ポートと
第１出力ポートが遮断し、第２出力ポートと第２
排気ポートが絞り状態で連通する設定状態に保持
され、第１出力ポートの出力圧が比例ソレノイド
への通電量によつて定まる所定の圧力に設定され
る。

この場合、スプールは両端に作用する第１、第
２フイードバツク室の流体圧の差圧、換言すれば
第１、第２出力ポートの流体圧の差圧によつて変
位し、この差圧は各出力ポートの流体圧が最終的
な設定値に達する以前に一定になるので、非常に
応答性よくアクチユエータの加圧力が一定にな
る。

［実施例］ 第１図ないし第６図は本発明の第１実施例を示
し、この電空比例弁は、弁部１１、駆動部１２及
びベース１３で構成されている。

上記弁部１１における弁本体１５は、圧力流体
の供給ポート１６に接続される第１及び第２の出
力ポート１７ａ，１７ｂ、並びに第１及び第２の
排出ポート１８ａ，１８ｂを備え、弁本体１５に
は上記各ポートに連通する開口を開設したスリー
ブ１９を内設し、該スリーブ１９内に、供給ポー
ト１６と出力ポート１７ａ，１７ｂ間の流路と、
出力ポート１７ａ，１７ｂと排出ポート１８ａ，
１８ｂ間の流路とを切換えるセンタ切替のスプー
ル２０が摺動自在に嵌挿されている。

上記スプール２０は、供給ポート１６と第２出
力ポート１７ｂ間の流路及び第１出力ポート１７
ａと第１排出ポート１８ａ間の流路が連通し、第
２排出ポート１８ｂが閉鎖する状態から、供給ポ
ート１６と第１出力ポート１７ａ間の流路及び第
２出力ポート１７ｂと第２排出ポート１８ｂ間の
流路が連通し、第１排出ポート１８ａが閉鎖する
状態に変位する間に、供給ポート１６が閉鎖して
第１出力ポート１７ａと第１排出ポート１８ａ間
の流路だけが絞り状態で連通する第１の中間状態
と、供給ポート１６が閉鎖して第２出力ポート１
７ｂと第２排出ポート１８ｂ間の流路だけが絞り
状態で連通する第２の中間状態とを有するもので
ある（第２図参照）。

上記弁本体１５内のスリーブ１９の両端には、
ストツパ２１とばね座２２が嵌挿され、弁本体１
５のばね座側端部はカバー２３によつて閉鎖され
ている。ストツパ２１は、軸線方向に貫通孔２４
を有し、ばね座２２とスプール２０との間には第
１フイードバツク室２５が形成され、スプール２
０は第１フイードバツク室２５内に縮設され復帰
ばね２６の付勢力によつてストツパ２１に押圧さ
れ、スプーールの端面に突設された軸杆２７は、
上記貫通孔２４に延設されている。

一方、駆動部１２は、一端が上記軸杆２７に当
接する棒杆２９を、コイルへの通電により固定鉄
心３１に吸引される可動鉄心３２に連結し、これ
らによつて構成されるソレノイドは、両鉄心３
１，３２間の吸引力がコイルへの通電量にほぼ比
例する比例ソレノイド３０として構成している。

上記ベース１３は、供給口Ｐ、アクチユエータ
１の駆動室２，３に連通される２つの出力口Ａ，
Ｂ及び２つの排出口Ea，Eb並びにこれらの各開
口に各別に連通する通路（図示省略）を有し、こ
れらの通路は、ベース１３上に弁部１１を載置固
定したときに、弁部１１における各ポート１６，
１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂに各別に連通す
るように構成されている。また、出力口Ａに連通
する通路は、弁本体１５に開設した第１フイード
バツク通路３６によつて第１フイードバツク室２
５に連通させ、出力口Ｂに連通する通路は、弁本
体１５に開設した第２フイードバツク通路３７に
よつて、スプール２０とストツパ２１との間の第
２フイードバツク室３８に連通させている。

第１図中、符号３９はコイルに給電するソケツ
トである。

次に、第１図ないし第６図を参照して、上記第
１実施例の作用を説明する。

第１図は比例ソレノイド３０が非通電でかつ供
給ポート１６に流体圧が非供給の状態を示し、ス
プール２０は復帰ばね２６の付勢力fkによつて変
位して、第２排出ポート１８ｂが閉鎖し、供給ポ
ート１６と第２出力ポート１７ｂ間の流路、及び
第１出力ポート１７ａと第１排出ポート１８ａ間
の流路が連通し、第１フイードバツク室２５は、
第１フイードバツク通路３６によつて第１排出ポ
ート１８ａに連通している。

この状態において、供給ポート１６に流体圧を
加えると、第２出力ポート１７ｂに圧力流体が出
力されるとともに、第２フイードバツク通路３７
を通つて第２フイードバツク室３８にも圧力流体
が供給される。第２フイードバツク室３８の流体
圧による作用力fbは、復帰ばね２６の付勢力fkに
抗してスプール２０に作用し、両者の作用力のバ
ランスにより、供給ポート１６と第２の排出ポー
ト１８ｂが遮断される位置にスプール２０が保持
され、したがつて第２出力ポート１７ｂの圧力は
復帰ばね２６の付勢力fkによつて定まる値に設定
される。

次いで、比例ソレノイド３０のコイルに通電す
ると、固定鉄心３１と可動鉄心３２間に、コイル
への通電量に比例した吸引力Ｆを生じ、過渡的に
この吸引力Ｆと第２フイードバツク室３８におけ
る流体圧の作用力fbとの和が復帰ばね２６の付勢
力fkよりも大きくなると、その力によつてスプー
ル２０が変位する。この場合、スプール２０に
は、ソレノイド３０への通電当初から第２フイー
ドバツク室３８の流体圧による作用力fbが作用
し、第１フイードバツク室２５は外部に開放され
ているので、スプール２０は速やかに変位する。

コイルへの通電量が復帰ばね２６の付勢力fkに
よつて定まる一定の通電量icよりも大きいとき
は、上記スプール２０の変位により、それが第１
排出ポート１８ａを閉鎖し、出力ポート１６と第
１出力ポート１７ａ間の流路及び第２出力ポート
１７ｂと第２排出ポート１８ｂ間の流路を連通さ
せる位置まで過渡的に変位する（第３図参照）。

これによつて、第１フイードバツク室２５に第
１出力ポート１７ａからの圧力流体が供給され
て、第１フイードバツク室２５の流体圧による作
用力faが増加するとともに、第２出力ポート１７
ｂの流体が第２排出ポート１８ｂから流出して、
第２フイードバツク室３８の流体圧による作用力
fbが低下するので、それに伴つてスプール２０が
変位し（第４図参照）、最終的には第５図の状態
で第１出力ポート１７ａに設定圧が得られる。

上述のように、スプール２０はその両端に作用
するフイードバツク室２５，３８における流体圧
の作用力fa，fbの差、換言すれば第１出力ポート
１８ａと第２出力ポート１８ｂにおける流体圧の
差圧によつて変位するが、この差圧は、第１出力
ポート１７ａの流体圧がコイルへの通電量によつ
て定まる一定の圧力に保持される以前にほぼ一定
になるので、これによつて駆動されるアクチユエ
ータの出力は、アクチユエータの駆動ストローク
中において既に一定の設定値に達することにな
り、すぐれた応答性が得られる。

ソレノイド３０への通電量が前記ic以下の場合
には、スプール２０が、吸引力Ｆと第２フイード
バツク室３８の作用力fbの和が復帰ばね２６の付
勢力fkと等しい第１の中間状態に保持されるの
で、第２の出力ポート１７ａの圧力がソレノイド
３０への通電量に反比例した流体圧Pbに保持さ
れる（第６図参照）。

第７図は、比例ソレノイド３０への通電量の百
分比と出力口Ａ，Ｂにおける流体圧との関係の実
験例を示し、この実構例においては、比例ソレノ
イド３０への通電量が約25％より多いときは、出
力口Ａの流体圧PAがソレノイドへの通電量に比
例して増加し、通電量が約０〜25％のときは、出
力口Ｂの流体圧PBがソレノイドへの通電量に反
比例して減少することを示している。

第８図は、比例ソレノイド３０への通電量を最
大通電量のおよそ60％とした場合における流体圧
シリンダ１の加圧力、駆動側圧力室２の流体圧
PA及び復帰側圧力室３の流体圧PBの時間的変化
を示すものである。同図によつて明らかなよう
に、流体圧PAとPBが一定の圧力に達しないうち
に両者間の差圧、換言すれば流体圧シリンダの加
圧力がほぼ一定に保たれ、したがつて流体圧シリ
ンダが所要の加圧力に到達するまでの時間が著し
く短縮される。

第９図ないし第１２図は第１実施例の変形例を
示し、各図はそれぞれ第３図ないし第６図に対応
する状態を示している。この変形例は、スプール
４０が４つのランドを有する出力ポート切替スプ
ールであること以外、その構成及び作用が第１実
施例と同じであるから、図中に同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。

第１３図は本発明の第２実施例を示し、この第
２実施例では、パイロツト作動の弁部４１、駆動
部４２及びベース４３を備え、上記駆動部４２
を、鉄心間の吸引力がコイルへの通電量に比例す
る比例ソレノイドと、該比例ソレノイドへの通電
量に比例したパイロツト流体圧を出力するパイロ
ツト弁部とを備えた電空パイロツト比例弁で構成
している。

一方、弁部４１は、第２フイードバツク室３８
と駆動部４２の間にパイロツトシリンダ４５を設
け、該シリンダ４５は、第２フイードバツク室３
８を貫通する軸杆の先端に固定したパイロツトピ
ストン４６によつて、パイロツト室４７と呼吸室
４８とに区画し、パイロツト室４７は駆動部４２
における電空パイロツト比例弁の出力ポートに、
呼吸室４８は外気に連通させている。また、弁部
４１には、ベース４３における供給口Ｐから駆動
部４２にパイロツト用一次流体を供給するパイロ
ツト通路４９が開設されている。

第２実施例の他の構成は、第１実施例の場合と
実質的に同じであるから、図中の同一または相当
部分に同一の符号を付して、詳細な説明は省略す
る。また、第２実施例の作用も、パイロツト流体
圧によりスプール２０を駆動する以外は、第１実
施例と同じである。

第１４図は第２実施例の変形例を示すもので、
ばね座５１の一部をカバー２３側に突出させ、該
突出部５２に第１フイードバツク室２５内に突出
するバイアスボルト５３を気密に螺挿し、バイア
スボルト５３の先端とスプール２０との間に復帰
ばね２６を縮設している。上記バイアスボルト５
３は、ばね座５１に対して進退させることによつ
て復帰ばね２６の付勢力を調節するもので、ロツ
クナツト５４によつて任意の位置に固定される。

上記変形例の他の構成及び作用は、復帰ばね２
６の付勢力fkが調節可能である以外は第２実施例
と同じである。

第１５図は本発明の第３実施例を示し、この第
３実施例の弁部６１は、スプール２０における駆
動部４２と反対側端に形成された差圧室６２を有
し、該差圧室は、スプール２０と一体の軸杆６３
に固定された差圧ピストン６４によつて、第１フ
イードバツク室６５と第２フイードバツク室６６
とに区画し、第１フイードバツク室６５内に復帰
ばね６７が縮設されている。

第３実施例の他の構成及び作用は第２実施例と
同じであるから、図中に同一の符号を付して詳細
な説明を省略する。

第１６図Ａ，Ｂは、第２図と同様の回路によつ
てシリンダの駆動速度を制御した場合の一例を示
し、比例ソレノイド３０への通電量を復帰ばね２
６の付勢力fkによつて定まる一定の通電量icより
大きくするとシリンダが加速し、小さくすると減
速する。またシリンダのストローク端における加
圧力は、比例ソレノイド３０への通電量と一定の
通電量icとの差ieによつて任意に制御することが
できる。

上記実施例は、１個のソレノイドによつてシリ
ンダを駆動するので、ソレノイドへの通電量によ
つてシリンダを前後進、加減速を制御することが
でき、しかも絞りによる減速と比べて背圧の上昇
によるバウンド現象を生じないので、スムーズに
減速させることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、１個のソレノイドで動作する
電空比例弁によつて、アクチユエータへの圧力流
体を給排するとともに、その流体圧を所望の圧力
に保持することができるので、ストローク終端に
おいて一定の作用力を保持することが要求される
アクチユエータ駆動用の弁を、安価なものにする
ことができる。

また、スプールに付設したフイードバツク室に
出力ポートの流体圧を作用させ、その流体圧の差
圧でスプールを変位させることによつて、出力ポ
ート間の差圧が一定になるようにしているので、
アクチユエータの応答性を著しく高めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の要部縦断正面
図、第２図は同上の流体回路図、第３図ないし第
６図は作動説明図、第７図は通電量と設定出力圧
の関係を示す線図、第８図は駆動側及び復帰側圧
力室並びにアクチユエータの加圧力の変化を示す
線図、第９図ないし第１２図は第１実施例の変形
例における作動説明図、第１３図は本発明の第２
実施例の要部縦断正面図、第１４図は上記第２実
施例の変形例の要部縦断正面図、第１５図は本発
明の第３実施例の要部縦断正面図、第１６図Ａ，
Ｂは、通電量と出力圧の関係を示す線図、第１７
図は従来の流体圧シリンダの制御回路図である。 １１，４１，６１……弁部、１２，４２……駆
動部、１５……弁本体、１６……供給ポート、１
７ａ，１７ｂ……出力ポート、１８ａ，１８ｂ…
…排出ポート、２０，４０……スプール、２５，
３８，６５，６６……フイードバツク室、２６，
６７……復帰ばね、３０……比例ソレノイド、３
１……固定鉄心、３２……可動鉄心、３６，３７
……フイードバツク通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 供給ポート、第１及び第２の出力ポート、並
   びに第１及び第２の排出ポートを有する弁本体内
   に、各ポート間の流路を切換える弁部材を設けた
   弁部と、該弁部材の一端に駆動力を作用させる駆
   動部と、該弁部材の他端に復帰力を作用させる復
   帰ばねを備えた弁において、 上記弁部を、中立位置を境にした弁部材の変位
   によつて、供給ポートと出力ポートの一方、排出
   ポートと出力ポートの他方をそれぞれ連通させる
   とともに、供給ポートを閉鎖して第１または第２
   の出力ポートを排出ポートに絞り状態で連通可能
   とした５ポート弁として構成し、 上記弁本体に、弁部材に対して駆動及び復帰方
   向にフイードバツク流体圧を作用させる第１及び
   第２のフイードバツク室と、それらのフイードバ
   ツク室と各出力ポートとを連通させる第１及び第
   ２のフイードバツク通路を設け、 上記駆動部を、弁部材に対して比例ソレノイド
   への通電量に比例した駆動力が出力される駆動力
   発生手段によつて構成した、 ことを特徴とする電空比例弁。