JPH0474594B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、制動器付アクチユエータの制御装置
に関し、一層詳細にはアクチユエータと制動器と
を分離構成し、アクチユエータを駆動している途
上であつても制動器を付勢してアクチユエータに
よる可動部材のストローク速度等を制御するため
の制動器付アクチユエータの制御装置に関する。

［従来の技術］ 例えば、流体制御弁においては、アクチユエー
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
アクチユ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ユエータ電磁力を用いる電磁
式アクチユエータ等がある。

然しながら、いずれの場合も弁体の位置制御の
ためにはアクチユ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
であつた。その際、弁体の静止点までの運動は、
アクチユ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ユエータの動特
性が干渉し弁体の安定に時間がかかる難点があつ
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
フオースモータや過大な弾発力を有するバネを用
いるほか解決策がなかつた。

［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ユエータでは駆動
力と外力との合力によつ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。従つて、平衡状態における
安定性と高速性同時に達成することは困難であつ
た。このため、アクチユエータの制御系は両者の
妥協点で設計されていたが、安定性や定常性を欠
く非線形なアクチユエータあるいは周波数応答の
無いアクチユエータは、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つ
た。

従つて、本発明の目的は、推力の大きなアクチ
ユエータに圧電素子のような周波数応答の優れた
制動器を付設し、アクチユエータを駆動しながら
制動器をオン・オフすることにより、可動部材の
移動時における高速性と制動時時における安定性
とに優れたアクチユエータの制御装置を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 前記の課題を解決するために、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させる駆動部と、 前記可動部材に近接して配置され、その移動動
作を阻止するための制動器と、 前記駆動部と制動器とに制御信号を送る制御系
とからなり、 前記制動器は積層された圧電素子群と、この圧
電素子群の一方側に設けられ、前記可動部材に摺
接するための摩擦係数の大なる制動部材と、前記
圧電素子群の他方側に設けられ、該圧電素子群の
制動力を調整するための制動調整手段とを有し、 前記制御系は前記駆動部に対し継続的に付勢信
号を供給すると共に前記圧電素子群の夫々の圧電
素子に付勢・消勢信号を与えて該圧電素子を駆動
せしめ前記可動部材の制動を行うことを特徴とす
る。

［作用］ 制御系からの制御信号で可動部材は所定の方向
へと変位する。停止すべき位置に極く接近したこ
とが検知されると、圧電素子群を含む制動器に前
記制御系から付勢信号が送給され、圧電素子群は
積層方向へと伸長して制動部材を可動部材に圧接
しこれを強制的に停止させる。圧電素子群の制動
力の調整は制動調整手段により達成され且つ圧電
素子は周波数応答性が極めて優れているために瞬
時に所望の位置で可動部材を停止せしめることが
できる。

［実施例］ 次に、本発明に係るアクチユエータの制御装置
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ユエー
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１０に画成された
入力ポート２２は、流体制御源２４に接続され、
一方、前記弁体１４により開閉する出力ポート２
６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１
８には弁本体１２の内部に配設されたＯリング３
０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ユエ
ータ３２とこのアクチユエータ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。アクチユエータ３２および制動
器３４には夫々アクチユエータ・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４０の入力側には、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
する検知器ユニツト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ツク４６を含
む。第２図乃至第４図は、このようにピエゾスタ
ツク４６を含む制動器３４の好まい実施例を示し
ている。第２図に示す制動器３４は、可動部材１
８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、例え
ば、合成ゴム等の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円柱状の圧電素子
群を含む。前記の積層された円柱状の圧電素子５
４は円板状の制動部材５６を介して可動部材１８
に圧接し、後述するように、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
ピエゾスタツク４６で構成し、アクチユエータ３
２を電磁アクチユエータとした場合の制動器付ア
クチユ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、アクチユエータ３２およ
び制動器３４は、弁本体１２内に所定間隔距離間
して配設されている。アクチユエータ３２および
制動器３４は、夫々導線を介して端子５８、５
８、６０、６０に接続され、さらにこれらの端子
５８、５８、６０、６０は夫々アクチユエータ・
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つてもよいが、この場合
には第４図に示すように、可動部材１８の軸線方
向に直交する方向から伸長してこれに圧接する制
動部材５６で構成している方が好ましい。なお、
この実施例では、弁本体１２に軸方向に900゜偏位
して螺孔６２を配設し、この螺孔６２螺子６４を
螺入して前記圧電素子４８を後方から支持してい
る。従つて、圧電素子４８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。す
なわち、螺孔６２に臨む螺子６４は制動部材５２
に対する制動調整手段としての役割を果たす。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ユエータを開示する
ものであるが、この場合、駆動部としては油圧系
を用いる点で相違している。すなわち、弁本体１
２の一の端部を開口して供給ポート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
つて画成される室６８に油圧供給源７０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ポート２位置切換
弁で構成されている。この切換弁７２は、第１図
のアクチユエータ・ドライバ３６に対応するもの
である。

次に、第２図乃至第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
その作用について第７図のタイムチヤートを参照
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。
一方、検知器ユニツト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はアクチユエータ・ドライバ３６
にアクチユエータ駆動信号を出力し、アクチユエ
ータ・ドライバ３６はこれに応答してアクチユエ
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ｂに示す波形Ｂはアクチユエータ
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３
８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、前記の圧力検知
器４２、検知器ユニツト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。従つて、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
ユエータ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
場合にはアクチユエータ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３４
の制動力がオフの状態に在るときのみアクチユエ
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。従つて、弁本体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ツト４４によつて検知し
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
ユ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、油圧が油圧供給源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６
８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図乃至第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。

［発明の効果］ 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ユエータに制
動器を組み合わせ、アクチユエータを駆動しなが
ら制動器を駆動して可動部材を移動し、また制動
器を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
を変位設定できる効果が得られる。また、アクチ
ユエータ自身としては、大きな推力を発生するの
であれば安定性、定常性、周波数応答性等の制御
性を欠く非線形なアクチユエータを用いても同様
の効果が得られることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る装置を流体制御弁に応
用した場合の回路図、第２図は、第１図に示す制
動器を実質的に圧電素子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
圧電素子で構成し、アクチユエータを電磁アクチ
ユエータとした場合の制動器付アクチユエータの
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、アクチユエータを油圧シリンダと
した場合の制動器付アクチユ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……入力ポート、２
４……流体供給源、２６……出力ポート、２８…
…受容器、３０……Ｏリング、３２……アクチユ
エータ、３４……制動器、３６……アクチユエー
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
器ユニツト、４６……ピエゾスタツク、４８……
圧電素子、５０……リング、５２……制動部材、
５４……圧電素子、５６……制動部材、５８、６
０……端子、６２……螺孔、６４……螺子、６６
……供給ポート、６８……室、７０……油圧供給
源、７２……切換弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定方向に変位する可動部材と、 前記可動部材を移動させる駆動部と、 前記可動部材に近接して配置され、その移動動
   作を阻止するための制動器と、 前記駆動部と制動器とに制御信号を送る制御系
   とからなり、 前記制動器は積層された圧電素子群と、この圧
   電素子群の一方側に設けられ、前記可動部材に摺
   接するための摩擦係数の大なる制動部材と、前記
   圧電素子群の他方側に設けられ、該圧電素子群の
   制動力を調整するための制動調整手段とを有し、 前記制御系は前記駆動部に対し継続的に付勢信
   号を供給すると共に前記圧電素子群の夫々の圧電
   素子に付勢・消勢信号を与えて該圧電素子を駆動
   せしめ前記可動部材の制動を行うことを特徴とす
   る制動器付アクチユエータの制御装置。