JPH05126105A

JPH05126105A - 空気制御ユニツト

Info

Publication number: JPH05126105A
Application number: JP26794591A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Yaginuma; 芳隆柳沼
Original assignee: Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd
Priority date: 1991-10-16
Filing date: 1991-10-16
Publication date: 1993-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】給気圧力を直接フィードバック制御すること
で、空気圧系駆動装置にてソフトハンドリング制御や空
気圧自動バランス機構制御をおこなうための給排気を可
能にする。【構成】空気流路が形成されたユニット本体と、流路
の両端部に形成された吸気口および排気口と、流路に連
通する排気路と、流路を開閉する加圧弁と、排気路を開
閉する減圧弁と、加圧弁，減圧弁に付設された駆動手段
と、流路内の空気圧力を検出する圧力センサーと、圧力
センサーからの出力信号および所定の制御信号とに基づ
いて各々の駆動手段を作動させる制御手段とを備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気制御ユニットに係
り、詳しくはエアーシリンダ等の空気圧系駆動装置等へ
供給される空気の圧力を制御する空気制御ユニットに関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、機械装置を駆動する際には、エ
アーシリンダ等を含む空気圧系駆動装置が多く用いられ
ている。これは、モーター系駆動装置に比べて駆動系の
構成が容易であり、コストが低減できるためである。こ
の空気圧による駆動装置にあっては、例えばエアーシリ
ンダを駆動させる場合、これに連なる吸気もしくは排気
経路に設けた圧力調整弁、電磁弁および前記経路を規制
する流量調整弁などにより、エアーシリンダに空気を送
り、シリンダ内圧力を変えることにより、ピストン部の
移動をおこなうようになっている。

【０００３】このようなエアーシリンダにおいてはピス
トン位置による制御は行われず、事前に設定された圧力
と流量で駆動される。その駆動途中で加速もしくは減速
をするような使用方法は空気圧駆動系では一般的に使わ
れることがなく、必要な場合はモータ系の駆動装置が用
いられていた。これを空気系で実現する場合は、吸気も
しくは排気経路を並列して多段に設け、これらのうち使
用する経路を段階的に適宜変更することにより、吸気も
しくは排気する空気量を変更しておこなうことになる
が、この方式では系が大きくなり、応答性も悪く、実用
的な装置にはならなかった。また、空気圧自動バランス
機構が容易にできる制御ユニットもなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、機械装置の自動
化では、対象物である製品等をより丁寧に支持したり、
より滑らかに搬送したりする、所謂ソフトハンドリング
が望まれている。これに対応すべく機械装置の駆動手段
をより滑らかに加速，減速しようとすると、上記モータ
ー系駆動装置ではパルス制御による速度コントロール、
電流制御等による駆動トルクコントロールなども可能に
なってきたが、より簡便な空気圧系駆動装置において
は、十分満足できる駆動装置を構築するには至っていな
い。

【０００５】すなわち、例えば上述のエアーシリンダに
おける減速停止動作にあっては、段階的に吸気量もしく
は排気量を制限していく構成であったために、連続的か
つ滑らかにその動作を制御することが困難であった。そ
して、場合によっては、装置の停止位置にショックアブ
ゾーバーなどによる緩衝手段を補助的に設けるなどして
いた。他方、吸気もしくは排気経路をあまり多数並列し
て設けると、装置構成が複雑化して、大掛かりになると
いう問題点があった。このようなことから、空気圧系駆
動装置においても、その簡便さを生かしつつ、上記ソフ
トハンドリングや、あるいはファジー制御に使用可能な
アクチェータの構築を可能とする新規な空気圧制御手段
が望まれていた。

【０００６】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、空気圧系駆動装置へ供給
される空気圧力を連続的にかつ滑らかなに制御すること
ができ、ソフトハンドリングやファジー制御をおこなう
ための空気圧系駆動装置の構築や空気圧自動バランス機
構に用いることが可能な空気制御ユニットの提供にあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の空気制御ユニットでは、空気流路が形成さ
れたユニット本体と、前記流路の両端部に形成された吸
気口および排気口と、前記流路に連通して設けられた排
気路と、前記流路の上流側に設けられ該流路を開閉する
加圧弁と、前記流路の下流側に設けられ前記排気路を開
閉する減圧弁と、前記加圧弁および前記減圧弁の各々に
付設された駆動手段と、前記減圧弁より下流側の前記流
路に設けられこの流路内の空気圧力を検出する圧力セン
サーと、この圧力センサーからの出力信号および所定ま
たは外部からの制御信号とに基づいて前記各々の駆動手
段を高速に作動させる制御手段とを備えていることを特
徴とする。

【０００８】あるいは、加圧空気の流量を連続的に制御
するために、上記加圧弁および上記減圧弁は、各々に、
弁座に当接する弁頭がステムに沿ってテーパーに形成さ
れた弁体であってもよい。

【０００９】また、上記制御手段は、上記圧力センサー
からの出力信号および上記所定または外部からの制御信
号とに基づいて出力する差動アンプと、この差動アンプ
の出力信号を受けて、その条件に合った回路系で補正
し、上記各々の駆動手段に駆動信号を出力する補正手段
とを具備していることを特徴とする。

【００１０】そして、外部の変動要因に対応させて上記
各々の駆動手段に出力させるために、上記補正手段に
は、上記各々の駆動手段に各々に接続され、上記差動ア
ンプからの出力信号に対し、別途入力された信号に基づ
いて駆動信号を出力するコンパレータが設けられている
ものであってもよい。

【００１１】さらに、高精度の応答を得るために、上記
補正手段には、上記各々の駆動手段に各々に接続され、
上記差動アンプからの出力信号を正規化する正規化アン
プが設けられている構成とすることもできる。

【００１２】

【作用】本発明では、両端部に吸気口と排気口とが形成
されたユニット本体の流路に、この流路を開閉する加圧
弁と、流路に連通する排出路を開閉する減圧弁とが設け
られているので、接続されたエアーシリンダ等の駆動装
置に対して加圧弁の駆動手段が作動すると、加圧空気が
吸気口から流路を通り排気口を経て駆動装置へ供給され
て駆動装置が加圧され、また減圧弁の駆動手段が作動す
ると、駆動装置の加圧空気は排気路から系外に放出され
て駆動装置が減圧される。

【００１３】このとき、上記減圧弁の下流側に圧力セン
サーが設けられているので、この圧力センサーは流路の
排気口側、すなわちユニットに接続された駆動装置側へ
の給気圧力を検出して、この信号を制御手段へ出力す
る。また制御手段は、この圧力センサーからの信号およ
び所定または外部からの制御信号とに基づいて、加圧
弁，減圧弁に各々設けられた駆動手段を作動させ、駆動
装置側への給気圧力を目標とする圧力に制御する。

【００１４】そして、上記制御手段は、圧力センサーか
らの出力信号および所定または外部からの制御信号とに
基づいて出力する差動アンプと、この差動アンプの出力
信号を補正して各駆動手段に駆動信号を出力する補正手
段とが備えられているから、上記制御信号として差動ア
ンプに目標電圧を与えると、圧力センサーから差動アン
プに入力された信号に対して、それらの電位差により差
動アンプからは信号（＋）または（−）が補正手段に対
して出力する。すると、この補正手段からは、上記差動
アンプからの出力信号に応じて各駆動手段の電気特性に
合わせて駆動信号を出力し、加圧弁もしくは減圧弁を高
速作動する。

【００１５】この場合、上記補正手段に、各々の駆動手
段に接続され、作動アンプからの出力信号に対し、加圧
弁及び減圧弁の開閉動作をさせる適度なバイアス値を基
準として駆動信号を出力するコンパレータが設けられて
いると、このバイアス値以上の信号に対応させて上記加
圧弁または減圧弁を開閉動作をさせることによって、ス
イッチング系駆動系に対しても振動を起こさない安定し
た応答性を確保でき、駆動装置への給気圧力を目標の圧
力に収束させる。この場合はコンパレータのバイアスに
小さい固定電圧をかけたが、ここに駆動系位置信号等の
信号を適当なコンパレータの可変バイアスとして入力し
て、系のフィードバック制御もできる。

【００１６】さらに、ユニット本体に形成された加圧弁
および減圧弁とが、各々に、弁座に当接する弁頭がステ
ムに沿ってテーパーに形成された弁体である場合には、
これら加圧弁または減圧弁を差動させて、接続した駆動
装置へ加圧空気を給気（供給または排気）するときに加
圧空気の流量を調整し、圧力センサーにより検出される
給気圧力をその目標値に向けてより滑らかに収束させ
る。

【００１７】このとき、上記補正手段にあって、加圧
弁，減圧弁の各駆動手段に各々に接続されて上記差動ア
ンプからの出力信号を正規化する正規化アンプが設けら
れていると、この正規化アンプが差動アンプから送られ
てくる信号の電気特性を各駆動手段の動作特性に合致さ
せ、また、予め所定のアルゴリズムを入力しておけば、
各駆動手段の作動条件を特定する。すなわち、差動アン
プからの出力を各正規化アンプを通じて変換し、各駆動
手段に対して連続的に変化する信号として出力する。そ
して、この信号の変化に追従して駆動手段を作動させる
と、加圧弁，減圧弁の各ステムを必要なだけ上下動させ
て給気及び排気流量を制御する。

【００１８】

【実施例】本発明に係る空気制御ユニット（以下単にユ
ニットという。）の実施例を図１ないし図５に基づいて
説明する。

【００１９】第一の実施例は、ユニットの基本的構成を
示すものであり、簡単なユニット構成により排出圧力を
直接制御するもので、そのモデル化した断面が図１に示
されている。これによれば、ユニット１Ａは、空気流路
（以下流路という。）１３が形成されたユニット本体１
０と、流路１３中に設けられた加圧弁２０ａおよび減圧
弁３０ａと、これら加圧弁２０ａおよび減圧弁３０ａに
各々に付設された駆動手段２５，３５と、流路１３中に
設けられた圧力センサー４０と、制御手段５０とから概
略構成されている。

【００２０】上記ユニット本体１０には、流路１３の両
端部が加圧空気を導入するための吸気口１１とエアーシ
リンダ等の駆動装置へ給気するための排気口１２が形成
され、さらに、流路１３から系外に連通する排出路１４
が形成されている。また、加圧弁２０ａは、減圧弁３０
ａよりも流路１３の上流側に設けられ、流路１３に形成
された弁座１５ａに、ステム２１に環装された弁頭２２
ａが当接して、この流路１３を開閉するようになってお
り、弁頭２２ａの下面とユニット本体１０との間に介装
された弾性部材２３により、弁頭２２ａおよびステム２
１が常時上方に付勢されている。そして、ステム２１の
上端には、それを作動させるための駆動手段２５が設け
られている。

【００２１】この駆動手段２５には、オン／オフのスイ
ッチング動作で弁を駆動するタイプ、または変位量によ
って弁を動作して流量調整するタイプの駆動系を用い、
これらのドライバー５７を介して送られる駆動電圧Ｓ１
で駆動され、ステム２１を下方へ動作させるようになっ
ている。さらに、駆動手段２５としては、より小型なユ
ニットとするため、スイッチング動作で弁を駆動させる
超音波ソレノイド、もしくは変位量によって弁を連続作
動させる圧電セラミックなどが用いられる。

【００２２】一方、加圧弁２０ａの下流側に配置された
減圧弁３０ｂは、前記加圧弁２０ａと同様に、ステム３
１に環装された弁頭３２ａが弁座１６ａに当接するよう
に構成されている。この場合、ユニット本体１０には、
系外に連通する排出路１４が弁座１６ａの内周側で流路
１３に合流するように形成されており、弁頭３２ａが弁
座１６ａに当接した状態で排出路１４が流路１３から遮
断され、また流路１３は弁頭３２ａの下方で上流側と下
流側とが連通するようになっている。

【００２３】さらに、減圧弁３０ａよりも下流側に設け
られ、流路１３の排出口１２における排出圧力を検出す
る圧力センサー４０は、圧力の変位に比例して電圧信号
を出力するもので、ユニットを小型化するためには、メ
タルダイヤフラム圧力センサーや拡散型半導体圧力セン
サーなどが適している。

【００２４】そして、ユニット１Ａには、上記加圧弁２
０ａおよび減圧弁３０ａを作動させるための制御手段５
０が設けられている。この制御手段５０は、図１に示さ
れる、上記圧力センサー４０からの出力信号Ｓ３と、所
定または外部からの制御信号Ｓ４とに基づいて駆動信号
Ｓ１，Ｓ２を出力することにより加圧弁２０ａ，減圧弁
３０ａの各駆動手段２５，３５を作動させるものであ
る。尚、制御手段５０には電源電圧Ｓ２０が印加され
る。

【００２５】上記制御手段５０は、また本発明の他の特
徴であって、図３に示されるように、上記圧力センサー
４０からの出力信号Ｓ３および前記所定または外部から
の制御信号Ｓ４とに基づいて出力する差動アンプ５２
と、この差動アンプ５２の出力信号Ｓ６に基づいて上記
各々の駆動手段２５，３５に駆動信号Ｓ７，Ｓ８を出力
する補正手段Ｆ１とが具備されている。

【００２６】上述したように、流路１３の排出口１２に
おける圧力を検出する圧力センサー４０から上記制御手
段５０へ入力される信号Ｓ３は、検出圧力に比例して電
圧出力されるものであるが、これに対して、上記所定ま
たは外部からの制御信号Ｓ４は、空気圧をいくらに制御
するかの目標値であり、随時変化可能なものである。例
えば、図示しないが、ユニット１Ａを接続する駆動装置
の動作情報（位置、速度、または加速度等）をセンサー
で捉えて、ファージー回路やシリンダ制御プログラムで
最適値を割り出して出力される制御信号で、Ｄ／Ａ変換
した電圧出力や基準化された制御電圧である。

【００２７】シンプルなものとしては、例えば図５に示
されるように、ユニット１Ａ（α）とユニット１Ａ
（β）の制御信号Ｓ４を切り替えることにより単にエア
ーシリンダ６０の駆動方向を切り替える電磁弁的な使用
方法もできるし、この時の駆動途中の任意の位置でユニ
ット１Ａ（α）とユニット１Ａ（β）でシリンダにかか
る負荷を考慮してファジー等を使った適度な高速圧力バ
ランス制御を制御信号Ｓ４で行うと、係る任意の位置で
シリンダ６０のピストン部６１を停止させる事もできる
ものである。

【００２８】差動アンプ５２は、図３にて示されるよう
に、ユニット１Ａの圧力センサー４０からフィードバッ
クされる信号Ｓ３と、上記制御信号Ｓ４、すなわち制御
電圧とを比較して、その差異を出力するものである。
尚、この場合、制御信号Ｓ４に対して圧力センサー４０
の出力信号Ｓ３を適合させるための正規化手段５１が設
けられている。

【００２９】そして、ユニット１Ａの駆動手段２５，３
５を作動させるため、上記補正手段Ｆ１は、差動アンプ
５２からの出力信号Ｓ６に基づいて、駆動手段２５，３
５のドライバー特性に準じた所定の駆動信号Ｓ７，Ｓ８
を電圧出力するものである。

【００３０】前述したように、ユニット１Ａは、制御信
号Ｓ４に対する正規化された圧力信号Ｓ５との差をなく
すように給気圧力を直接制御するために、加圧弁２０ａ
及び減圧弁３０ａを動作させるものである。そのため、
上記補正手段Ｆ１には、図３に示される差動アンプ５２
からの出力信号Ｓ６に対して並列に挿入されたコンパレ
ータ５３およびコンパレータ５４が設けられている。こ
のうちコンパレータ５３は、加圧弁側の駆動手段２５へ
そのドライバー５７を経由して接続され、駆動信号Ｓ７
を出力するアンプ系であり、信号Ｓ６を入力するように
なっている。一方、コンパレータ５４は、減圧弁側の駆
動手段３５へ、そのドライバー５８を経由して接続さ
れ、駆動信号Ｓ８を出力するアンプ系であり、信号Ｓ６
を反転入力するようになっている。

【００３１】表１には、これらの制御手段５０におけ
る、圧力センサー４０からの入力信号Ｓ３と制御装置か
らの制御信号Ｓ４とに基づく、差動アンプ５２から補正
手段Ｆ１への信号Ｓ６の出力状態と、補正手段Ｆ１の閾
値が小さく一定のときの加圧弁２０、減圧弁３０の動作
状態との関係、および、排出口１２の到達圧力が示され
ている。

【００３２】

【表１】

【００３３】上記補正手段Ｆ１のコンパレータ５３，５
４には、加圧弁、減圧弁がスイッチング開閉駆動系を持
つ時に、安定した応答性と給気圧力目標値への適度な収
束性を確保する適度なバイアスをかけておく。または、
このコンパレータ５３，５４は、図５に示されるよう
な、例えばエアシリンダ６０の移動端を検知するセンサ
ー７１（７２）からの出力信号Ｓ１１（Ｓ１２）の様な
変化をともなう電圧を基準として入力し、上記差動アン
プ５２から入力される信号Ｓ６と比較し、駆動手段２
５，３５へ開（オン）、または閉（オフ）の電圧信号を
出力する事もできる。

【００３４】この場合は、予め差動アンプ５２に入力さ
れる目標値である制御信号Ｓ４に対して、このコンパレ
ータ５３，５４へ入力される信号Ｓ１１（Ｓ１２）の変
化に対応して、補完的に駆動信号Ｓ７，Ｓ８を出力する
ことができる。したがって、制御信号Ｓ４が一定で、Ｓ
６信号が加圧弁２０ａおよび減圧弁３０ａの開閉動作信
号にもかかわらず、コンパレータ５３，５４にフィード
バック信号として信号Ｓ１１（Ｓ１２）を入れてやる
と、適度な圧力に滑らかに収束動作させることができ
る。すなわち、コンパレータ５３，５４のスイッチング
動作の閾値となる基準信号とする信号Ｓ１１（Ｓ１２）
は固定に限定せず、半固定、または外部からフィードバ
ックをかけるような可変量もうけつけるものとなってい
るもので、駆動系の位置センサーや速度センサーなどの
情報を、制御電圧Ｓ４に反映させる制御だけでなく、ダ
イレクトまたはファジー回路を通して信号Ｓ１１（Ｓ１
２）に入れて制御をおこなうこともできる。

【００３５】表２には、これら補正手段Ｆ１の閾値へ外
部から信号Ｓ１１（Ｓ１２）が入力されるときの信号Ｓ
１１（Ｓ１２）との加圧弁２０、減圧弁３０の動作状態
との関係、および、このユニット１Ａの排気口１２から
供給されるシリンダ６０の導管６２（６３）の空気制御
が示されている。

【００３６】

【表２】

【００３７】次に、このようなユニット１Ａの作動につ
いて、一例として、駆動系の位置センサーの情報をダイ
レクトに信号Ｓ１１（Ｓ１２）に入れて制御をおこなう
図５に示される上述のエアーシリンダ６０を駆動させ
て、それを停止させる場合について説明する。

【００３８】ユニット１Ａは、加圧空気を所定の設定圧
力でこの駆動系へ供給する導管６５と、ピストン部６１
の前後から加圧空気を供給，排気する、エアーシリンダ
６０の両端部に接続された導管６２，６３との間に並列
に２台挿入されている。ここでは便宜的に２台のユニッ
ト１Ａ，１Ａに関し、符号αおよび符号βを付して区分
する。また、センサー７１は、エアーシリンダ６０のロ
ッドの後退端、センサー７２はロッドの前進端の周辺位
置を各々検知できるように取り付けら、これらには距離
限定センサーを使い、所定の距離で最大のアナログ信号
出力電圧を出し、その前後でこの出力電圧が減衰するも
のを使用する。

【００３９】また、図１のようにユニット１Ａーα
（β）には、圧力センサー４０ーα（β）が減圧弁３０
ａーα（β）の下流側に設けられ、流路１３ーα（β）
の排気口１２ーα（β）側の圧力を検出するが、図３を
併用して示せば、その出力信号Ｓ３ーα（β）を正規化
して各制御手段５０ーα（β）の差動アンプ５２ーα
（β）へ送っている。そして、表１に示されるように、
それら各制御手段５０ーα（β）における、圧力センサ
ー４０ーα（β）からの入力信号Ｓ３ーα（β）と制御
装置からの制御信号Ｓ４ーα（β）とに基づく差動アン
プ５２ーα（β）から補正手段Ｆ１ーα（β）への信号
Ｓ６ーα（β）の出力状態と、補正手段Ｆ１ーα（β）
の閾値が小さく一定のときの加圧弁２０ａーα（β）、
減圧弁３０ａーα（β）の動作状態の関係が生じ、排出
口１２の到達圧力が発生する。また、補正手段Ｆ１ーα
（β）の閾値へ外部から信号Ｓ１１（Ｓ１２）が入力さ
れるときは、表２に示されるように、この信号Ｓ１１
（Ｓ１２）との加圧弁２０ａーα（β）、減圧弁３０ａ
ーα（β）の動作状態との関係が生じ、これにつながる
シリンダ６０の導管６２（６３）の空気制御ができる。

【００４０】図５に示されている状態は、エアーシリン
ダ６０のロッドが後退端に位置するときを示している
が、この位置で停止している場合は、ユニット１Ａーα
の加圧弁２０ａーαが閉じられ、導管６２は大気圧に近
い状態となり（状態５の到達点）、一方のユニット１Ａ
−βの減圧弁３０ａーβが閉じられて、導管６３内は加
圧状態を保持している（状態１の到達点）。

【００４１】このエアーシリンダ６０のロッドを前進さ
せる場合、制御装置からの指令で、各ユニット１Ａー
α，１Ａーβの各制御手段５０ーα，５０ーβにおける
差動アンプ５２ーα，５２ーβに対して、圧力センサー
４０ーα，４０ーβの目標値である各々の制御信号Ｓ４
ーα（例えば、最大値：＋＋）、Ｓ４ーβ（例えば、最
小値：０）が送られる。

【００４２】低圧になっていたユニット１Ａーαにおい
ては、その圧力センサー４０ーαからの出力信号Ｓ３ー
αで、正規化アンプ５１ーαを介して差動アンプ５２ー
αに入力された信号Ｓ５ーα（約０）に対して、電位差
が最大となるような制御信号Ｓ４ーα（＋＋）が差動ア
ンプ５２ーαに入力されると、差動アンプ５２ーαから
は出力信号Ｓ６ーα（＋＋）が補正手段Ｆ１ーαに対し
て出力され、この補正手段Ｆ１ーαを介して減圧弁３５
ａーαの駆動手段３５ーαが閉動作し、加圧弁２０ａー
αの駆動手段２５ーαが開動作する（状態１，Ｉ１）。

【００４３】この減圧弁３５ａーαの駆動手段３５ーα
は、下方から付勢している弾性部材３３ーαに対抗して
ステム３１ーαを下方へ押し下げていたものを上方に引
き上げと、弁頭３２ａーαが弁座１６ａーαに突き当た
り、減圧弁を閉じ、また、加圧弁２０ａーαの駆動手段
２５ーαは、下方から付勢している弾性部材２３ーαに
対抗してステム２１ーαを下方へ押し下げると、弁頭２
２ａーαが弁座１５ａーαから離間し、加圧空気が吸気
口１１ーαから流路１３ーαを通り、排気口１２ーαを
経て導管６２へ供給され、エアーシリンダ６０のピスト
ン部６１を押圧する。

【００４４】また、同時に、加圧されてたユニット１Ｂ
ーβにおいていは、その圧力センサー４０ーβからの出
力信号Ｓ３ーβで、正規化アンプ５１ーβを介して作動
アンプ５２ーβに入力されていた信号Ｓ５ーβ（＋＋）
に対して、負電位差が最大となるような制御信号Ｓ４ー
β（０）が差動アンプ５２ーβに入力されると、差動ア
ンプ５２ーβからは出力信号Ｓ６ーβ（−−）が補正手
段Ｆ１ーβに対して出力され、この補正手段Ｆ１ーβを
介して加圧弁２０ａーβの駆動手段２５ーβを動作して
加圧弁２０ａーβを閉じ、減圧弁３０ａーβの駆動手段
３５ーβを動作し、減圧弁３０ａーβを開き、減圧弁３
０ａーβから大気に放出する事によりエアーシリンダ６
０の導管６３側の空気圧を下げる（状態５，Ｉ５）。エ
アーシリンダ６０のピストン部６１は、導管６２側圧力
が導管６３よりも上がると、エアーシリンダ６０のピス
トン部６１が押圧され、前進を開始する。

【００４５】上記ピストン部６１の移動開始にともなっ
て、エアーシリンダ６０のロッドが徐々に移動するにと
もない電圧変化するセンサー７１の出力信号Ｓ１１は、
ユニット１Ａーαの補正手段Ｆ１ーαに設けられたコン
パレータ５３ーαに入力され、差動アンプ５２ーαから
入力された信号Ｓ６ーαの閾値となり、コンパレータ５
３ーαの出力Ｓ７を制限する。移動開始時は信号Ｓ１１
は小さい（状態Ｉ１）が、移動に伴って、信号Ｓ１１は
大きくなり、センサー７１の焦点位置で最大となる。こ
れを越えると信号Ｓ１１は減少していく。これに伴い、
コンパレータ５３ーαの閾値（信号Ｓ１１）は変化し、
加圧弁２０ーαの駆動手段２５ーαへの出力Ｓ１が制限
され、導管６２の圧力が制御される（状態Ｉ１→Ｉ２→
Ｉ１）。図５中の符号ｖ７１，ｖ７２は、ピストン部６
１につながるロッド６６の移動にともなうセンサー７
１，７２の出力信号Ｓ１１，Ｓ１２の変化状態を示すも
のである。

【００４６】他方、同時にセンサー７１の出力信号Ｓ１
１は、ユニット１Ａーαの補正手段Ｆ１ーαに設けられ
たコンパレータ５４ーαにも入力されているが、差動ア
ンプ５２ーαから入力された信号Ｓ６ーαが正である限
りにおいてこのコンパレータ５３ーαからの出力Ｓ８は
ＯＦＦで減圧弁３０ーαは閉を続ける。

【００４７】また、上記ユニット１Ａーαで加圧給気す
る一方、同時に、ユニット１Ａーβにおいては、制御装
置からユニット１Ａーβの制御手段５０ーβへ制御信号
Ｓ４ーβが送られるが、導管６３を加圧保持していたユ
ニット１Ａーβにおける圧力センサー４０ーβから、正
規化アンプ５１ーβを介して差動アンプ５２ーβに入力
されている信号Ｓ５ーβ（＋＋）に対して、ピストン部
６１を移動開始するために、圧力センサー４０との電位
差が最大となるような制御信号Ｓ４ーβ（０）がユニッ
ト１Ａーβの差動アンプ５２ーβに入力され、差動アン
プ５２ーβからは出力信号Ｓ６ーβ（−−）が補正手段
Ｆ１ーβに対して出力されて、補正手段Ｆ１ーβを介し
て、加圧弁２０ａーβの駆動手段２５ーβをＯＦＦにし
て加圧弁２０ａーβを閉じ、減圧弁３０ａーβの駆動手
段３５ーβを作動させて減圧弁３０ａーβを開ける（状
態５、Ｉ５）。

【００４８】上記減圧弁３０ａーβは、その駆動手段３
５ーβが下方から付勢している弾性部材３３ーβに対抗
してステム３１ーβを下方へ押し下げると、弁頭３２ａ
ーβが弁座１６ａーβから離間し、導管６３内の加圧空
気は排気路１４ーβから系外に放出され、導管６３内が
減圧されていく。すると、導管６３の内圧が導管６２内
の圧力より低くなり、エアーシリンダ６０のピストン部
６１が上記のように導管６２を介して導入された加圧空
気により押圧されるのに対し、移動に必要な差圧ができ
るとピストン６１が移動しはじめる。

【００４９】別な制御方法として、ピストン部６１の前
進方向への移動開始にともなって、別途配置された位置
センサー（図示せず）、もしくは、エアーシリンダ６０
のロッド６６が徐々に移動するにともない電圧変化する
センサー（図示せず）からの出力信号を制御装置へ送
り、エアーシリンダ６０のロッド６６の位置の制御情報
として、移動中のエアーシリンダ６０のロッド６６が、
例えばそのロッド６６に加えられる負荷にかかわらず所
望の速度となるように、ロッドの位置情報、速度及び加
速度を解析ながら、差動アンプ５２ーα及び５２ーβに
対してそれぞれ最適な制御信号Ｓ４ーα及びＳ４ーβを
入力することによって、シリンダ６０の導管６２と導管
６３の加圧及び減圧の制御（表−１）でシリンダ６０の
最適制御をする方法もとれるが、本実施例では、このユ
ニット１Ａのより特異な特徴的な点を強調できるよう
に、センサー出力を直接このユニット１Ａの補正手段Ｆ
１へフィードバックさせて、自立的な制御系ができる
（表−２）ことを示したものである。

【００５０】この際、ユニット１Ａーβの制御手段５０
ーβにあっては、上記ユニット１Ａーαの制御手段５０
ーαとリンクさせてユニット１Ａーβの減圧弁３０ａー
βによる減圧動作を制限させることでシリンダ６０の移
動立ち上がり動作を制御することも可能である（状態
４）。

【００５１】次いで、エアーシリンダ６０のロッド６６
を移動の後、前進端で減速停止する場合には、センサー
７２へのロッド６６の接近によって、センサー７２がロ
ッド６６を感知し始まり、初期のセンサー７２の出力信
号Ｓ１２は小さいが、移動に伴って信号Ｓ１２は大きく
なり、センサー７２の焦点位置で最大となる。これを越
えると信号Ｓ１２は減少していき、ロッド６６は前進端
で停止する。この信号１２は正規化アンプ７４（７３）
で正規化され、コンパレータ５４（５３）ーβの閾値と
して入力されている。従って、信号Ｓ１２の変化は減圧
弁３０ーβの駆動手段３５ーβ出力制限となって現れ、
導管６３の減圧が制限される。初めは減圧が止まり導管
６３内の空気が抜けなくなってピストン６１の移動とと
もに加圧される。これが信号１２の最大出力部までも
ち、信号１２が下がって導管６３の内圧以下になったと
きに減圧弁３０ーβがあらためて開く。それまでシリン
ダ６０の導管６３側はピストン６１の移動とともに内圧
が上がって、シリンダ６０のロッドのクッションとして
働き、ロッド移動を減速する事になる。減圧弁３０ーβ
が再度開くと、シリンダ６０の導管６３側内圧が下が
り、ロッドは停止位置まで進み、安定して停止する。
（状態Ｉ５→Ｉ４→Ｉ５）。

【００５２】このように、前進時には、ユニット１Ａー
α，１Ａーβの各々の制御手段５０ーα，５０ーβにお
ける、上記のような動作にあっては、エアーシリンダ６
０の移動端を検出している各センサー７１，７２の信号
Ｓ１１，Ｓ１２の電圧を正規化アンプ７３ーα，７４ー
βを通して、それぞれにコンパレータ５３ーα，５３ー
β、５４ーα，５４ーβに入力し、それを基準に差動ア
ンプ５２ーα，５２ーβからの入力信号Ｓ６ーα，Ｓ６
ーβとの比較（または減算）によって信号Ｓ７ーα，Ｓ
８ーβが出力され、駆動ドライバー５７ーα，５８ーβ
はそれを受けて、駆動信号Ｓ１ーα，Ｓ２ーβをそれぞ
れ駆動手段２５ーα，３５ーβへ出力している。この信
号で加圧弁２０ａーα，減圧弁３０ａーβの駆動が行わ
れる。後退時には、コンパレータ５３ーβ、５４ーαか
ら信号Ｓ７ーβ、Ｓ８ーαが出力され、駆動ドライバー
５７ーβ、５８ーαはそれを受けて、駆動信号Ｓ１ーβ
Ｓ２ーαをそれぞれ駆動手段２５ーβ，３５ーαへ出力
して、加圧弁２０ａーβ，減圧弁３０ａーαの駆動がな
される。

【００５３】このことは、コンパレータ５３ーα，５４
ーβがピストン部６１の動きに対応して、センサー７１
からの信号の他、例えば他の位置情報信号等からの信号
情報を基に、例えばファジー制御回路等を介して出力さ
れた電圧変化をともなう信号Ｓ１１に基づいて、加圧弁
２０ａーα，２０ａーβ、減圧弁３０ａーα、３０ａー
βの適度で高速な頻繁な開閉調整をおこなうことがで
き、エアーシリンダ６０への負荷などによるオーバーシ
ュート等に対応して、圧力センサー４０ーα，４０ーβ
からの信号Ｓ３ーα，Ｓ３ーβが制御信号Ｓ４ーα，Ｓ
４ーβに常に接近するように、その状況に対応して所定
の速度を維持させるべく各弁体が開閉動作を繰り返しな
がら導管６２，６３内を随時最適目標圧力に収束できる
ことをも意味している。

【００５４】このような２台のユニット１Ａと距離限定
センサーを用いてエアーシリンダ６０を駆動する際の、
一構成例でも理解されるように、ユニット本体１０の流
路１３に、流路１３を開閉する加圧弁２０ａと、流路１
３に連通する排出路１４を開閉する減圧弁３０ａとが設
けられているので、接続された駆動装置への経路、すな
わち上記構成例における導管６２，６３への加圧空気の
供給と排出とについて、ユニット１Ａのみで機能させる
ことができる。そして、上記減圧弁３０ａの下流側に設
けられた圧力センサー４０と、この圧力センサー４０か
らの信号Ｓ３および所定または外部からの制御信号Ｓ４
とに基づいて、加圧弁２０ａ，減圧弁３０ａの各々の駆
動手段２５，３５を作動させる制御手段５０とを備えて
いるので、ユニット１Ａの排出口１２に接続される経路
内をユニット１Ａだけで目標とする圧力に制御すること
ができる。

【００５５】そして、上記制御手段５０は、圧力センサ
ー４０からの出力信号Ｓ３および所定または外部からの
制御信号Ｓ４とに基づいて出力する差動アンプ５２と、
この差動アンプ５２の出力信号Ｓ６を補正して各駆動手
段２５，３５に駆動信号Ｓ１，Ｓ２を出力する補正手段
Ｆ１とが備えられているから、上記制御信号Ｓ４として
目標電圧を与えるだけで、流路１３の排気口１２近傍で
の目標圧力と検出圧力との差異がなくなって所定の圧力
に至るまで補正手段Ｆ１へ出力信号Ｓ６を送ることがで
き、また補正手段Ｆ１において、前記出力信号Ｓ６を駆
動手段２５，３５の電気特性に合わせて出力することが
できる。

【００５６】さらに、上記補正手段Ｆ１には、各々の駆
動手段２５，３５に接続され、差動アンプ５２からの出
力信号Ｓ６に対し、別途入力された信号、上述の例にあ
っては、エアーシリンダ６０のセンサー７１，７２から
入力された信号を基準として駆動信号Ｓ７，Ｓ８を出力
するコンパレータ５３，５４が設けられているので、シ
リンダ６０のロッド６６の位置情報をフィードバックす
るかたちで、上記加圧弁２０ａ，減圧弁３０ａを開閉動
作させることができ、極めて簡単な構成であるにもかか
わらず、例えば上記エアーシリンダ６０の動作状態に対
応させてフィードバック制御させることができ、所望の
作動状態に制御することが可能となる。

【００５７】続いて、ユニット本体１０に異なる形状の
弁体を形成することにより流量調整をおこない、より高
精度な給気制御を可能にする、本発明の第二の実施例を
説明する。

【００５８】図２にはそのユニット１Ｂの断面が示され
ており、各弁体のうち符号２０ｂが加圧弁、符号３０ｂ
が減圧弁である。本実施例の場合、加圧弁２０ｂは、ス
テム２１に連設され、ステム２１の軸径が連続的に拡径
されて、該ステム２１にそったテーパーに形成された弁
頭２２ｂが、流路１３に形成された弁座１５ｂの内周側
に当接するようになっている。そして、ステム２１を上
方に付勢している弾性部材２３に対抗して、駆動手段２
５がこれを押し下げる距離の相違により、弁座１５ｂと
弁頭２２ｂとの間隙が可変なものとなっている。

【００５９】一方、減圧弁３０ｂもまた上記加圧弁２０
ｂと同様に、弁座１６ｂに対してステム３１に沿ってテ
ーパーに形成された弁頭３２ｂが上下動させられること
により、弁座１６ｂと弁頭３２ｂとの間隙が連続的に変
化し、流路１３と排出路１４との通気断面が可変に形成
されている。

【００６０】このような形状の加圧弁２０ｂ，減圧弁３
０ｂがユニット本体１０に形成されている場合、制御手
段５０を図４に示されるような構成とすることにより、
圧力センサー４０からの出力信号Ｓ３および所定または
外部からの制御信号Ｓ４とに基づいて、各弁２０ｂ，３
０ｂの駆動手段２５，３５の作動量を連続的に調整し、
排気口１２における空気圧力をより滑らかにその目標圧
力に接近させることができる。

【００６１】この制御手段５０には、第一の実施例にお
ける補正手段Ｆ１に代えて、図４に示す補正手段Ｆ２が
構成されている。この補正手段Ｆ２は、各駆動手段２
５，３５に各々に接続され、差動アンプ５２からの出力
信号Ｓ６を正規化する正規化アンプ５５，５６が設けら
れている。上記正規化アンプ５５，５６は、差動アンプ
５２を介して送られてくる、駆動手段２５，３５を制御
するための信号Ｓ６の電気特性を、これら駆動手段２
５，３５の動作特性に合致させるものであり、また、予
め所定のアルゴリズムを入力しておくことにより、駆動
手段２５，３５の作動条件を特定するものである。

【００６２】上記加圧弁２０ｂ，減圧弁３０ｂおよび制
御手段５０における上記補正手段Ｆ２の構成によれば、
作動アンプ５２からの信号Ｓ６に基づいて、各正規化ア
ンプ５５，５６から各駆動手段２５，３５に対して、連
続的に変化する信号Ｓ９および信号Ｓ１０を電圧出力す
ることができる。そして、この電圧の変化量に対応し
て、駆動手段２５，３５が作動し、加圧弁２０ｂ，減圧
弁３０ｂの各ステム２１，３１を必要な移動量だけ上下
動させる。すなわち、圧力センサー４０で検出される流
路１３の排気口１２近傍の圧力を、加圧弁２０ｂまたは
減圧弁３０ｂにより供給，排出流量を連続的に調整する
ことにより、目標とする給気圧力により滑らかに収束さ
せ得るのである。

【００６３】このように、加圧弁２０ｂおよび減圧弁３
０ｂは、各々に、弁座１５ｂ，１６ｂに当接する弁頭２
２ｂ，３２ｂがステム２１，３１に沿ってテーパーに形
成された弁体であるため、駆動装置側へ加圧空気を供給
するときには、加圧弁２０ｂの開度を自在に変化させて
その流量を調整加圧することができ、また、駆動装置側
を減圧するときには、減圧弁３０ｂの開度を自在に変化
させて減圧することができのるで、流路１３の排気口１
２近傍における圧力をその目標圧力にさらに滑らかに接
近させ、ユニット１Ｂが接続される駆動装置をより高精
度に制御することができる。

【００６４】そして、補正手段Ｆ２の各駆動手段２５，
３５に各々に接続されて設けられ、差動アンプ５２から
の出力信号Ｓ６を正規化する正規化アンプ５５，５６
は、信号Ｓ６の電気特性を駆動手段２５，３５の動作特
性に合致させ、また、所定の出力条件に従って、前記駆
動手段２５，３５に開度可変な弁体である上記加圧弁２
０ｂおよび減圧弁３０ｂに適合する駆動信号Ｓ９，Ｓ１
０を可変に出力することができる。したがって、ファジ
ー制御プログラムに基づいて作動する制御装置などから
の制御信号Ｓ４を、このユニット１Ｂの制御手段５０に
入力することにより、ソフトハンドリングの他、ファジ
ー制御に対応可能なアクチュエーターを構築することが
可能となるのである。

【００６５】尚、上述した第一の実施例および第二の実
施例における、ユニット１Ａの加圧弁２０ａ，減圧弁３
０ａ、およびユニット１Ｂの加圧弁２０ｂ，減圧弁３０
ｂとも各々弁頭２２ａ，３２ａ、２２ｂ，３２ｂが弾性
部材２３，３３により上方に向けて付勢され、弁座１５
ａ，１６ａ、１５ｂ，１６ｂに下方から当接するような
構成となっているが、各弁座１５ａ，１６ａ、１５ｂ，
１６ｂが下方に形成され、また各弾性部材２３，３２が
上方に設けられて、各々の弁頭２２ａ，３２ａ、２２
ｂ，３２ｂが上方から下方に向けて付勢されることによ
り、流路１３および排出路１４とを遮断するような構成
であってもよい。

【００６６】また、上記した第二の実施例に於いても、
ユニット１Ｂの補正手段Ｆ２の正規化アンプ５５、５６
に代え、差動アンプを用いるとユニット１Ａの様に、外
部から閾値Ｓ１１（Ｓ１２）を入力して、第一の実施例
のより木目の細かい自己フィードバック制御をおこなわ
せる事ができる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の空気制御
ユニットは、ユニット本体の空気流路に、この流路を開
閉する加圧弁およびこの流路に連通する排出路を開閉す
る減圧弁とを設けたので、これに接続される駆動装置へ
加圧空気の供給と排出とについて、本ユニットのみで機
能させることができ、しかも前記減圧弁の下流側に圧力
センサーを設け、また、この圧力センサーからの出力信
号および所定または外部からの制御信号とに基づいて、
加圧弁および減圧弁に各々設けた駆動手段を作動させる
制御手段とを備えたので、前記経路内をこのユニットだ
けで目標圧力に制御することができる。そのため、上記
駆動装置を加速，減速するときに、駆動装置に対する吸
気もしくは排気経路を複数多段に設ける必要がなく、簡
単な装置構成で空気圧力を制御することができるという
効果を奏する。

【００６８】またその際、上記制御手段に、圧力センサ
ーからの出力信号および所定または外部からの制御信号
とに基づいて出力する差動アンプと、この差動アンプの
出力信号を補正して上記各駆動手段に駆動信号を出力す
る補正手段とを備えることにより、前記制御信号として
目標電圧を入力するだけで、上記流路の排気口側におけ
る検出圧力がフィードバックされ、所定の目標圧力とな
るように補正手段を介して駆動手段へその電気特性に合
わせて出力することができ、したがって、この目標電圧
を随時コントロールする事により、空気圧を容易に制御
する事ができる。

【００６９】さらに、上記補正手段に、各々の駆動手段
に接続され、差動アンプからの出力信号に対し、別途入
力された信号に基づいて駆動信号を出力するコンパレー
タを設けることにより、簡単な構成でありながら、その
別途入力された信号によるフィードバック制御が可能と
なり、駆動装置側の作動状態に対応させて上記加圧弁，
減圧弁を開閉動作させる自己フィードバック制御ができ
る空気圧制御ユニットとなる。

【００７０】また、ユニット本体の加圧弁および減圧弁
にあって、各々の弁座に当接する弁頭がステムに沿って
テーパーに形成された弁体である場合には、駆動装置側
へ加圧空気を供給するときに、加圧弁の開度を自在に変
化させてその流量を調整し加圧，減圧するので、目標圧
力にさらに滑らかに接近させることができ、接続される
駆動装置の作動をより高精度に制御することができると
いう効果を奏する。

【００７１】そしてこの場合、補正手段において、差動
アンプからの出力信号を正規化する正規化アンプを加圧
弁および減圧弁の各駆動手段の各々に対して設けると、
前記出力信号の電気特性を駆動手段の動作特性に合致さ
せ、また、所定の出力条件に従って、開度可変な弁体で
ある上記加圧弁および減圧弁の各駆動手段に適合する駆
動信号を出力することができ、したがって、ファジー制
御プログラムに基づいて作動する制御装置などからの制
御信号をこの制御手段に入力することにより、ソフトハ
ンドリングの他、ファジー制御に対応可能なアクチュエ
ーター等を構築することが可能となる。

【００７２】これらは、空気圧系駆動装置へ供給する空
気圧力を可変的な目標圧力に制御することができ、ま
た、駆動装置側の負荷状態にかかわらず、その動作状態
に対応させて連続的、かつ滑らかに可変的な目標圧力ま
で到達させることができる。

【００７３】このように、本発明の小型一体型高速応答
を有する空気制御ユニットの応用範囲は、実施例で示し
た様なシリンダの上限と下限での圧力制限制御にとどま
らず、シリンダにおける任意の中間位置でのピストン停
止制御、異常負荷自動検知対応アクチュエータや、負荷
の自動バランス機構等の制御ユニットとして、多方面へ
の利用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空気圧制御ユニットの一構成例を
示す断面図である。

【図２】開度可変な弁体を形成してなる空気圧制御ユニ
ットの断面図である。

【図３】制御手段の構成を示すブロック図である。

【図４】制御手段の他の構成を示すブロック図である。

【図５】空気圧制御ユニットにより距離限定型センサー
を使い自己制御的にエアーシリンダを駆動する場合の説
明図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ空気圧制御ユニット１０ユニット本体１１吸気口１２排気口１３流路１４排気路１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂ弁座２０ａ，２０ｂ加圧弁２１ステム２２ａ，２２ｂ弁頭２３弾性部材２５駆動手段３０ａ，３０ｂ減圧弁３１ステム３２ａ，３２ｂ弁頭３３弾性部材３５駆動手段４０圧力センサー５０制御手段５１正規化手段５２差動アンプＦ１，Ｆ２補正手段５３，５４コンパレータ５５，５６正規化アンプＳ１〜Ｓ１２信号６０エアーシリンダ６１ピストン部６２，６３，６５導管Ｖ−１，Ｖ−２弁７１，７２センサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気流路が形成されたユニット本体と、
前記流路の両端部に形成された吸気口および排気口と、
前記流路に連通して設けられた排気路と、前記流路の上
流側に設けられ該流路を開閉する加圧弁と、前記流路の
下流側に設けられ前記排気路を開閉する減圧弁と、前記
加圧弁および前記減圧弁の各々に付設された駆動手段
と、前記減圧弁より下流側の前記流路に設けられこの流
路内の空気圧力を検出する圧力センサーと、この圧力セ
ンサーからの出力信号および所定または外部からの制御
信号とに基づいて前記各々の駆動手段を作動させる制御
手段とを備えていることを特徴とする空気制御ユニッ
ト。
【請求項２】上記加圧弁および上記減圧弁は、各々
に、弁座に当接する弁頭がステムに沿ってテーパーに形
成された弁体であることを特徴とする請求項１記載の空
気制御ユニット。
【請求項３】上記制御手段は、上記圧力センサーから
の出力信号および上記所定または外部からの制御信号と
に基づいて出力する差動アンプと、この差動アンプの出
力信号を補正して上記各々の駆動手段に駆動信号を出力
する補正手段とを具備していることを特徴とする請求項
１または２記載の空気制御ユニット。
【請求項４】上記補正手段には、上記各々の駆動手段
に各々に接続され、上記差動アンプからの出力信号に対
し、調整可能な設定信号もしくは別途入力された信号に
基づいて駆動信号を出力するコンパレータが設けられて
いることを特徴とする請求項３記載の空気制御ユニッ
ト。
【請求項５】上記補正手段には、上記各々の駆動手段
に各々に接続され、上記差動アンプからの出力信号を正
規化する正規化アンプが設けられていることを特徴とす
る請求項３記載の空気制御ユニット。
【請求項６】上記各々の駆動手段には、駆動信号に高
速スイッチング応答する駆動部が設けられていることを
特徴とする請求項１，３または４記載の空気制御ユニッ
ト。
【請求項７】上記各々の駆動手段には、駆動信号に直
線応答する駆動部が設けられていることを特徴とする請
求項２，３または５記載の空気制御ユニット。