JPH03292478A - 制動器付アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、制動器付アクチュエータに関し、−層詳細に
はアクチュエータと制動器とを分離構成し、アクチュエ
ータを駆動しながら制動器を一挙にまたは継続的に付勢
してアクチュエータによる可動部材のストロークを制御
する制動器付アクチュエータに関する。

［従来の技術］ 例えば、流体制御弁においては、アクチュエータにより
弁体を駆動し、弁座との開度、すなわち、開口部の断面
積をディジタル的またはアナログ的に変化せしめて所定
の流体圧および流体流量を得ている。この種の流体制御
弁に使用されているアクチュエータとしては流体圧を用
いて駆動力を得る流体圧式アクチュエータや電磁力を用
いる電磁式アクチμエータ等があるが、いずれの場合も
弁体の位置制御のためにはアクチュエータの駆動力と弁
体に働く機械的な摩擦力および流体反力が平衡に達した
点で弁体が静止し弁座との間で所定の開度を得るもので
あった。その際、弁体の静止点までの運動は、アクチュ
エータの駆動力と弁体に働く力との合力により決定され
る。このため、弁体が静止点に安定するまでの過渡状態
においては弁に作用する機械的な摩擦力や流体反力とア
クチュエータの動特性が干渉し弁体の安定に時間がかか
る難点があった。一方、このような不都合を回避するた
めに種々の提案がなされたが好適には過度に大きなフォ
ースモークや過大な弾発力を有するバネを用いるばか解
決策がなかった。

［発明が解決しようとする課題］ このようにして従来のアクチュエータでは駆動力と外力
との合力によって可動部材の運動が決定され駆動力と外
力が平衡状態に達した点において可動部材が静止する。

従って、平衡状態における安定性と高速性を同時に達成
することは困難であった。このため、アクチュエータの
ｒＩｉＪｇｌＩ系は両者の妥協点で設計されていたが、
安定性や定常性を欠く非線形なアクチュエータあるいは
周波数応答の悪いアクチュエータは、前記の高速性、安
定性の要請に応えることができない等の不都合があった
。

従って、本発明の目的は、外力の影蕾を考慮することな
く高速で可動部材を駆動ししかも応答性よく瞬時に安定
して静止状態が得られる制動器付アクチーエータを提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は、所定方向に変
位する可動部材と、前記可動部材を移動する駆動源と、
前記可動部材に近接してその移動動作を阻止する制動器
と、前記駆動源と制動器とに付勢信号を送る制御系とか
らなり、前記制動器は前記可動部材の変位方向と直交す
る方向に変位する複数組の圧電素子であることを特徴と
する。

［作用コ 可動部材を移動し、所望の位置に到達した時、制御系か
ら制動器に停止信号が送られる。制動器を構成する圧電
素子が可動部材に圧接してこれを停止させる。

［実施例］ 次に、本発明に係る制動器付アクチュエータについて好
適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細
に説明する。

第１図は、本発明に係る制動器付アクチュエータを流体
制御弁の弁体の駆動に応用した場合の実施例を示してい
る。

流体制御弁１０は、弁本体１２およびこの弁本体１２内
に配設された先端部が円錐状の弁体１４を含み、前記弁
体１４は、弁本体１２に形成された弁座１６に着座自在
に移動するよう構成されている。

すなわち、弁体１４は、その直径よりも大径の可動部材
１８と一体的に連結されており弁座１６と前記可動部材
１８との間に介装されたコイルスプリング２０により破
線矢印で示す方向に常時付勢されている。流体制御弁１
０に画成された入力ポート２２は、流体供給源２４に接
続され、一方、前記弁体１４により開閉する出力ボート
２６は、加圧流体の受容器２８（例えば、タンクあるい
はシリンダ等）に接続しておく。可動部材１８には弁本
体１２の内部に配設された０リング３０が液密に接して
流体が部材表面を伝わり外部に洩出するのを阻止してい
る。

弁本体１２の外部において、前記可動部材１８にはそれ
を直線方向に移動するリニアアクチュエータ３２とこの
アクチュエータ３２に分離配置されて可動部材１８の移
動を制動する制動器３４が配設されている。アクチュエ
ータ３２および制動器３４には夫々アクチュエータ・ド
ライバ３６および制動器ドライバ３８の出力側が導線を
介して接続されると共にこれらのドライバ３６．３８の
入力側には制御装置４０が接続される。またこの制御装
置４００入力端には、受容器２８の圧力を検知する圧力
検知器４２および可動部材１８、すなわち、弁体１４の
位置、速度、加速度等を検知する検知器ユニット４４の
出力側が接続されている。

第１図に示す制動器３４は、周波数応答性に優れた圧電
素子を積層したピエゾスタック４６等を駆動源としてお
くと好適である。例えば、第２図乃至第４図は、このよ
うにピエゾスタック４６を含む制動器３４の好ましい実
施例を示している。

第２図に示す制動器３４は、可動部材１８を囲繞する環
状の圧電素子４８を積層し外側にリング５０を嵌合して
いる。またこの積層された圧電素子４８と可動部材１８
との間には摩擦係数の大きい制動部材５２を配設するこ
とが好ましい。第３図に示す制動器３４も同様に構成さ
れているが、圧電素子４８は弧状に分割され、製造およ
び組立を容易にしている。また、第４図の制動器３４は
、可動部材１８に圧接する複数個の積層された圧電素子
により円柱状により構成されている。前記の積層された
円柱５４は円板状の制動部材５６を介して可動部材１８
に圧接し、所望の制動作用を営む。

なお、第２図乃至第４図には図示されていないが圧電素
子４８に夫々制動器ドライバ３８の出力側からの導線が
接続されることは勿論である。

第５図は、第１図の装置において制動器３４を圧電素子
４８で構成し、アクチュエータ３２を電磁アクチュエー
タとした場合の制動器付アクチュエータの具体的構成例
を開示している。図中、前記実施例と同一の参照符号は
、同一の構成要素を示すものとする。

ところで、この場合、アクチュエータ３２および制動器
３４は、弁本体１２内に所定間隔離間して配設されてい
る。アクチュエータ３２および制動器３４は、夫々導線
を介して端子５８．５８．６０．６０に接続され、さら
にこれらの端子５８．５８．６０．６０は夫々アクチ二
エータ・ドライバ３６および制動器ドライバ３８の出力
側に接続されている。制動器３４は、第２図乃至第４図
のいずれの構成であってもよいが、この場合には第４図
に示すような両方向から可動部材１８を圧接する制動部
材５６で構成している方が好ましい。すなわち、この実
施例では弁本体１２に軸方向に９０°偏位して螺孔６２
を配設し、この螺孔６２に螺子６４を螺入して前記圧電
素子４６を後方から支持する。従って、圧電素子４６が
後述するように所定の極性で電圧を印加されて伸長変位
する時、その変位量は可動部材１８方向にのみ現れるた
めに制動部材５２の制動力の強弱調整が可能となる。一
方、第６図は、第５図に示す実施例と略同様な構成を採
用する制動器付アクチュエータを開示するものであるが
、この場合、駆動源としては油圧系を用いる点で相違し
ている。すなわち、弁本体１２の一方の端部を開口して
供給ボート６６とすると共に可動部材１８を若干短めに
構成し、それによって画成される室６８に油圧供給源７
０から切換弁７２を介して所定圧の油圧を導入するよう
に構成している。切換弁７２は、３ボ一ト２位置切換弁
で構成されている。この切換弁７２は、第１図のアクチ
ュエータ・ドライバ３６に対応するものである。

次に、第２〜６図に具体的構成を示した流体制御弁を第
１図の実施例に組み込んだ場合のその動作および制御方
法について第７図のタイムチャートを参照して以下説明
する。

先ず、圧力検知器４２は、受容器２８の圧力を検知し、
その検知値を制御装置４０に出力する。−方、検知器ユ
ニット４４は、可動部材１８の位置、速度、加速度等を
検知し、その検知信号を制御装置４０に出力する。これ
らの検知信号に基づき制御装置４０はアクチュエータ・
ドライバ３６にアクチュエータ駆動信号を出力し、アク
チ二エータドライバ３６はこれに応答してアクチエエー
タ３２を駆動し可動部材１８に対し推力が加えられる。

第７図（５）に示す波形Ｂはアクチュエータ３２および
コイルスプリング２０により弁体１４に加えられる推力
の時間的な経過の様子を示したものである。さらに、制
御装置４０は、前記の検知値に基づき制動器駆動信号を
制動器ドライバ３８に出力する。第７図の波形Ａはこの
制動器駆動信号の波形を示したものであり、多数の連続
するパルスから構成されている。制動器駆動信号を構成
するパルスの幅および間隔は、前記の検知器４２、４４
からの検知信号に基づき制御装置４０により決定される
。

制動器ドライバ３８は、制御装置４０からの制動器駆動
信号に応答して制動器をオン・オフ制御する。従って、
制動器３４は可動部材１８に対し波形Ａで示される制動
力を断続的に加え、オン状態においては可動部材１８を
把持し外力やアクチュエータ３２の推力に関係なく可動
部材１８を静止状態に保持する。制動器３４がオフ状態
にある場合にはアクチュエータ３２およびコイルスプリ
ング２０から加わる推力により可動部材１８は移動する
。すなわち、可動部材１８は、制動器３４０制動力がオ
フの状態に在るときのみアクチュエータ３２からの推力
により変位可能であり制動力がオンの場合には静止する
。従って、弁体１４のストロークは曲線Ｃで示されるよ
うに折線状の時間経過を示す。

なお、弁体１４を所定の開度において安定静止する場合
には検知器ユニット４４によって検知した弁体１４の位
置が所定位置と一致する所で制御装置４０は継続的に制
動器駆動信号を制動器ドライバ３８に出力する。この結
果、制動器ドライバ３８は制動器３４を継続的に駆動し
、制動器３４は弁体１４を安定静止状態に把持する。

また、第６図に示された油圧シリンダをアクチュエータ
として用いる場合には切換弁７２が図の位置にある時、
油圧が流体供給源７０から切換弁７２を介して室６８に
供給され、可動部材１８に図において実線矢印方向の推
力を加える。一方、切換弁７２が図において上方に作動
すると、室６８内の油圧は切換弁７２を介してタンクと
連通し、可動部材１８は主にコイルスプリング２０によ
りバイアスされることになる。

なお、制動器３４として第２〜第４図に示されたような
積層された圧電素子４８を用いた場合、制動器ドライバ
３８は、制動器駆動信号に応答してこれら圧電素子４８
に所定電圧を印加することにより駆動し弁体１４を静止
する。

上記の実施例において制動器として圧電素子を用い、ア
クチュエータとして電磁アクチュエータまたは油圧シリ
ンダを用いた場合を具体例として示したが、本発明はこ
れらに限定されるものでないことは言うまでもない。制
動器としては周波数応答性の良いものが好ましいが、ア
クチュエータとしては、大きな推力を得ることができる
ものであれば十分である。また、本発明に係る装置は流
体制御弁に限らず一般的には機器の可動部材の位置決め
、移送等のアクチュエータとしても応用できる。

［発明の効果コ 本発明においては、以上のように推力を発生しこれを可
動部材に作用させるアクチュエータに制動器を組み合わ
せ、アクチュエータを駆動しながら制動器を一挙にまた
は継続的に駆動して可動部材を移動し、また制動器を継
続的に駆動して可動部材を安定静止することを可能とし
たので迅速且つ確実に所定位置に可動部材を位置決めで
きる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るアクチュエータを流体制御弁に
応用した場合の回路図、 第２図は、第１図に示す制動器を圧電部材で構成した実
施例の斜視図、 第３図は、第１図に示す制動器の他の実施例を示す斜視
図、 第４図は、制動器のさらに他の実施例を示す斜視図、 第５図は、第１図の制動器を圧電部材で構成し、アクチ
ュエータを電磁アクチュエータとして場合の制動器付ア
クチュエータの一実施例を示す断面図、 第６図は、第５図と同様の図であるが、アクチュエータ
を油圧シリンダとして場合の制動器付アクチュエータの
一実施例を示す断面図、第７図は、第１図の装置の各部
の動作を示す波形図である。 １０・・流体制御弁　　　１２・・弁本体１４・・弁体
　　　　　　１６・・弁座１８・・可動部材 ２０・・コイルスプリング ２２・・入力ボート ２４・・流体供給源　　　２６・・出力ボート２８・・
受容器　　　　　３０・・０リング３２・・アクチュエ
ータ　３４・・制動器３６・・アクチニエータドライバ ３８・・制動器ドライバ　４０・・制御装置４２・・圧
力検知器　　　４４・・検知器ユニッ４６・・ピエゾス
タック　４８・・圧電素子５０・・０リング　　　　５
２・・制動部材５４・・円柱　　　　　　５６・・制動
部材５８．６０・・端子　　　　６２・・螺孔６４・・
螺子　　　　　　６６・・供給ボート６８・・室　　　
　　　　７０・・油圧供給源７２・・切換弁 ト

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定方向に変位する可動部材と、前記可動部材を
   移動する駆動源と、前記可動部材に近接してその移動動
   作を阻止する制動器と、前記駆動源と制動器とに付勢信
   号を送る制御系とからなり、前記制動器は前記可動部材
   の変位方向と直交する方向に変位する複数組の圧電素子
   であることを特徴とする制動器付アクチュエータ。
2. （２）請求項１記載のアクチュエータにおいて、圧電素
   子は可動部材を囲繞して複数個配設されることを特徴と
   する制動器付アクチュエータ。
3. （３）請求項１記載のアクチュエータにおいて、制動器
   は複数の圧電素子の積層した圧電素子スタックであるこ
   とを特徴とする制動器付アクチュエータ。