JPH0729382U - サーボモータ駆動方式の流量調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】温度変化や経時的変化により油圧バルブが開き
始める原点が微小変動してもその原点を正確かつ迅速に
検出し、最適で高精度の流量調整を保障できるサーボモ
ータ駆動方式の流量調整装置を提供する。 【構成】低定速回転駆動制御手段（３１，３２，３４，
４０）とトルク検出手段（３１，３２，３５，４０）と
原点検出手段（３１，３２）とから構成され、サーボモ
ータ１を加減速トルクが発生しない範囲内の低速でかつ
一定速度で回転駆動しつつ、ばね２８の抗力に基づくサ
ーボモータ１の発生トルクＴｑｉの急増変化から、油圧
バルブ２０の開き始める原点を検出するものと形成され
た原点検出装置を具備する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、サーボモータを回転駆動して油圧バルブの開度を調整しつつ流量調 整を行うサーボモータ駆動方式の流量調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

サーボモータ駆動方式の流量調整装置の一例を図５に示す。 同図において、油圧バルブ２０は、ばねの付勢力で弁座とポペットとが閉塞さ れる構造とされ、サーボモータ１の回転駆動により開度調整機構１０を働かせか つばねの付勢力に抗してポペットを移動させて開度を調整するものと形成されて いる。

【０００３】 この開度調整機構１０は、例えばサーボモータ１で回転されるナット部材と， このナット部材に螺合するねじ部を有するスピンドル１３Ｐとを含み、スピンド ル１３Ｐを移動させてスプールに一体的に形成されたポペットをばねの付勢力に 抗して移動するものと形成されているのが一般的である。

【０００４】 かくして、サーボモータ１を回転駆動することによって、油圧バルブ２０の開 度に応じた流量Ｑをシリンダ装置１００へ供給することができる。このシリンダ 装置１００は、例えばプレス用トランスファ機構の駆動源とされ、流量調整装置 （１，１０，２０等）の負荷を形成する。シリンダ装置１００のピストンは供給 される油流量Ｑに応じた位置に移動し、トランスファ機構を所定のモーションで 駆動する。このピストンの位置は、リニアエンコーダ５０で検出されピストン位 置信号ＰＳＮとして制御ユニット３０Ｐにフィードバックされる。

【０００５】 制御ユニット３０Ｐは、ドライバコントローラ４０Ｐに制御信号ＣＮＴを出力 してサーボモータ１を回転駆動する。この際、サーボモータ１に連結されたエン コーダ８でモータ位置（回転角度位置）を検出し、これによるモータ位置信号θ をドライバコントローラ４０Ｐにフィードバックするとともに、制御ユニット３ ０Ｐにもフィードバックする。モータ位置信号θをドライバコントローラ４０Ｐ を介して制御ユニット３０Ｐへフィードバックしているのは、信号変換便宜のた めである。

【０００６】 すなわち、制御ユニット３０Ｐは、モータ位置信号θおよびピストン位置信号 ＰＳＮをフィードバック信号とする位置制御系を形成し、ドライバコントローラ ４０Ｐはモータ位置信号θをフィードバック信号としてマイナーループたる速度 制御系を形成する。

【０００７】 ところで、油圧バルブ２０の開度−流量特性は、バルブ（２０）が開き始める 位置（原点）を基準として規定される。このために、エンコーダ８がインクレメ ント方式であるかアブソリュート方式であるかに拘わらず原点検出装置を設け、 原点検出時にエンコーダ８から出力されるモータ位置信号θを基準モータ位置信 号として取込んでいる。つまり、エンコーダ８で検出するモータ位置信号θの基 準と油圧モータ２０の原点とを合致させている。

【０００８】 ここに従来の原点検出装置は、図５に示す如く、油圧バルブ２０が開き始めた ときのスピンドル１３Ｐの位置を検出可能に取付けられた位置検出器９から形成 されている。あるいはサーボモータ１の回転軸２に関与して原点を検出するもの とされている。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、上記従来構造の原点検出装置によると、位置検出器９を原点検出位置 に正確に取付けるためには多大な労力・時間を必要とするばかりか、温度変化や 経時的変化があると開度調整機構１０および油圧バルブ２０の構造上原点が微小 変動してしまうので、油圧バルブ２０の実際の原点と先に取込んだ基準モータ位 置信号との間にミスマッチが生じる。したがって、高精度で高分解能かつ最適な 流量調整ができなくなる。また、開度調整機構１０や油圧バルブ２０の構造によ っては、位置検出器９の取付部材を付設したりさらには位置検出器９の型式（例 えば、リミットスイッチ式，光電検出式，静電検出式等）が制限されてしまうの で、コスト高となる問題がある。図５の場合は、リミットスイッチ式を示す。

【００１０】 本考案の目的は、温度変化や経時的変化により油圧バルブの原点が変動したと しても当該原点を正確かつ迅速に自動検出できる原点検出装置を備え、もって最 適で高精度の流量調整を行える取扱簡単で低コストのサーボモータ駆動方式の流 量調整装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

温度変化や経時的変化によって開度調整機構，油圧バルブの機械的な伸縮等が 生じたとしても油圧バルブの閉塞状態はばねの付勢力で確実に保持されているこ と、つまりこのばねの付勢力に抗する外力を付加しなければ油圧バルブは開き始 めないこと、並びにサーボモータは定格回転速度までのトルク特性は一定である が定格トルクの２〜３倍の外乱トルク変動に対しても瞬時的かつ急峻に応答でき ることに着目し、本考案は油圧バルブの原点をばねの抗力が作用し始めるときと 定義しかつこれをサーボモータの発生トルクから自動検出するように構成した原 点検出装置を具備したものである。

【００１２】 すなわち、本考案に係るサーボモータ駆動方式の流量調整装置は、ばねの付勢 力で閉塞する油圧バルブと，サーボモータの回転駆動によりばねの付勢力に抗し て油圧バルブの開度を調整する開度調整機構と，サーボモータを回転駆動制御す る制御ユニットと，油圧バルブが開き始める原点を検出する原点検出装置とを含 み，検出された原点を基準としかつサーボモータを回転駆動制御して流量調整す るように形成されたサーボモータ駆動方式の流量調整装置において、前記原点検 出装置を、前記サーボモータを加減速トルクが発生しない範囲内の低速でかつ一 定速度で回転駆動する低定速回転駆動制御手段と，低定速回転駆動中の前記サー ボモータの発生トルクを検出するトルク検出手段と，検出されたトルクを監視し つつ前記ばねの抗力に基づく検出トルクの急増変化から前記原点を検出する検出 手段とから構成した、ことを特徴とする。

【００１３】

【作用】

上記構成による本考案では、原点検出指令により低定速回転駆動制御手段はサ ーボモータを低速かつ一定速度で回転駆動する。ホームポジションにあるサーボ モータは、起動時の大きな加速トルクを発生するがそれ以後は加減速トルクが発 生しない一定トルクでスムースに回転駆動される。すると、開度調整機構が油圧 バルブを開く方向に作動する。この低定速回転中にトルク検出手段は例えば一定 サイクル毎にサーボモータの発生トルクを検出し、検出されたトルクは記憶され る。

【００１４】 サーボモータの回転に伴う開度調整機構の働きにより油圧バルブが開き始める 瞬間にばねの抗力が掛るから、発生トルクは急増変化する。ここに、原点検出手 段は検出されたトルクを監視しつつ急増変化から油圧バルブの原点を検出する。 すなわち、油圧バルブの原点を迅速かつ正確に検出できる。かくして、このよう にして検出された原点をもとに基準モータ位置が取込まれる。よって、検出され た原点を基準としてサーボモータを回転駆動しつつ最適で高精度な流量調整がで きる。

【００１５】

【実施例】

本考案の実施例を図面に基いて説明する。 本流量調整装置は、図１，図２に示す如く、基本的構成が従来例（図５）と同 じとされているが、原点検出装置を図１に示すように低定速回転駆動制御手段（ ３１，３２，３４，４０）と，トルク検出手段（４０，３５，３１，３２）と， 原点検出手段（３１，３２）とから構成し、従来の外部付加的な位置検出器９等 を一掃しかつ油圧バルブ２０の開き始める原点を正確かつ迅速に自動検出できる ように形成されている。

【００１６】 また、モータ位置検出手段（８，４０，３６，３１，３２）と基準モータ位置 記憶制御手段（３１，３２）とを設け、原点検出時におけるモータ位置（θｉ） を基準モータ位置（θｓ）として自動記憶するものと形成されている。

【００１７】 まず、サーボモータ１と開度調整機構１０と油圧バルブ２０との構造とその関 係を図２を用いて説明する。サーボモータ１は交流型で、ベース３を介しかつボ ルトを用いて機枠（図示省略）に固着されている。また、回転軸２には図１に示 すアブソリュート方式のエンコーダ８が連結され回転角度位置すなわちモータ位 置θｉを検出するものとされている。このサーボモータ１と油圧バルブ２０とは 、円筒体４，５を介してボルト連結され、かつ円筒体５内に開度調整機構１０が 装着されている。

【００１８】 油圧バルブ２は、弁体２１，２９とスプール２２とポート部材２５とばね２８ とから形成されている。ポペット（弁部）２３が一体的に形成されたスプール２ ２は、弁体２１，２９に図２で上下方向に摺動自在に嵌挿され、蓋部材２９Ｃと の間に介装されたばね２８で上方に向けて常時付勢されている。

【００１９】 したがって、ポペット２３が上部側の弁体２１の下方に設けられた弁座２１Ｖ に押圧されるので、スプール２２の上方向位置が拘束される。すなわち、油圧バ ルブ２０は、ばね２８の付勢力で常時閉塞となる。かくして、油圧バルブ２０を 開くには，スプール２２に上方からの外力を付加しなければならない。なお、ポ ート部材２５には、入口ポート２６と出口ポート２７とが設けられ、油圧バルブ ２０（２３、２１Ｖ）の開度に応じた油流量Ｑが出口ポート２７から出力される 。

【００２０】 開度調整機構１０は、上部がサーボモータ１の回転軸２に連結されるとともに 全体としてベアリング２６を介して円筒体５に回転自在かつ上下移動不可能に装 着された回転体１１と，この回転体１１に固着されたナット部材１２と，このナ ット部材１２の雌ねじ（図示省略）に螺合されるねじ部１３Ｓを有するスピンド ル１３とから形成されている。サーボモータ１を回転駆動すると、スピンドル１ ３がリニアガイド７に案内され下降するから、スプール２２にばね２８の付勢力 に抗する下向きの外力を付加して油圧バルブ２０を開放することができ、その移 動量によってバルブ開度を調整することができる。

【００２１】 なお、サーボモータ１がホームポジションにあるときは、スピンドル１３の下 端面とスプール２２の上端面との間に図２に示す隙間Ｃが形成される。ホームポ ジションとは、エンコーダ８で検出される回転角度位置つまりモータ位置（θｉ ）が予め決められた初期位置（θｏ）となる状態である。静止時におけるサーボ モータ１は、このホームポジションに待機するように形成してある。

【００２２】 サーボモータ１のドライバコントローラ４０は，図１に示す如く、制御ユニッ ト３０からの制御信号ＣＮＴを入力としかつエンコーダ８からのモータ位置信号 θをフィードバック信号として、サーボモータ１を回転駆動する。なお、モータ 位置信号θは、制御ユニット３０に好適な信号に変換して制御ユニット３０へ出 力される。

【００２３】 制御ユニット３０は、ＣＰＵ３１と，各種プログラムや固定データを格納させ たＲＯＭ３２と，各種データを一時記憶するＲＡＭ３３と，Ｄ／Ａコンバータ３ ４と，Ａ／Ｄコンバータ３５と，モータ位置信号θを受信するインターフェイス （Ｉ／Ｆ）３６と，リニアエンコーダ５０からのピストン位置信号ＰＳＮを受信 するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）３７とを含み、モータ位置信号θとピストン位 置信号ＰＳＮとをフィードバック信号としかつ予め設定されたモーションプログ ラムに基き制御信号ＣＮＴを出力しつつ油圧バルブ２０の流量調整を行う。

【００２４】 ここにおいて、原点検出装置を形成する低定速回転駆動制御手段は、サーボモ ータ１を加減速トルクが発生しない範囲内の低速でかつ一定速度で回転駆動する 手段で、この実施例では、ＣＰＵ３１と，低定速回転プログラムを格納させたＲ ＯＭ３２と，Ｄ／Ａコンバータ３４と，ドライバコントローラ４０とから形成さ れ、図３のＳＴ１０で実行される。

【００２５】 すなわち、低定速回転駆動制御手段（３１，３２，３４，４０）は、ナット部 材１２を一定の回転速度で回転駆動する。つまり、スピンドル１３を一定の速度 で図２の下方側へスムースに移動させるようにサーボモータ１を回転駆動する。 この低定速回転中におけるサーボモータ１の発生トルクは、図４に示すＴｑｆで ある。

【００２６】 次に、トルク検出手段は、低定速回転中におけるサーボモータ１の発生トルク を検出する手段で、ドライバコントローラ４０とＡ／Ｄコンバータ３５とトルク 検出プログラムを格納させたＲＯＭ３２とＣＰＵ３１とから形成され、図３のＳ Ｔ１１で実行される。すなわち、発生トルク（Ｔｑｉ）をサーボモータ１の負荷 電流として検出し、検出された発生トルク（Ｔｑｉ）はＣＰＵ３１によってＲＡ Ｍ３３のワークエリアに記憶するものとしている。

【００２７】 また、モータ位置検出手段は、サーボモータ１の上記ホームポジションからの 回転角度位置（モータ位置）を検出するもので、エンコーダ８とドライバコント ローラ４０とインターフェイス３６と位置検出プログラムを格納させたＲＯＭ３ ２とＣＰＵ３１とから形成され、図３のＳＴ１２で実行される。検出されたモー タ位置（θｉ）もＲＡＭ３３のワークエリアに記憶される。

【００２８】 なお、トルク検出手段とモータ位置検出手段とは、予め設定記憶された一定サ イクル（例えば、１ｍｓｅｃ）ごとに繰返して実行される（ＳＴ１１，１２）。

【００２９】 ここにおいて、原点検出手段は、トルク検出手段（３１，３２，３５，４０） で検出されたトルク（Ｔｑｉ）を監視しつつばね２８の抗力に基づく検出トルク （Ｔｑｉ）の急増変化から油圧バルブ２０の原点を検出する手段で、ＣＰＵ３１ と原点検出プログラムを格納させたＲＯＭ３２とから形成され、図３のＳＴ１３ ，１４で実行される。

【００３０】 すなわち、この原点検出手段（３１，３２）は、図４に示す時刻ｔ１以降に検 出されたトルクＴｑｉを監視して検出動作すればよいので、この実施例ではサー ボモータ１の起動時に急増変化する加速トルクＴｑｒは除外（ＳＴ１４のＮＯ） する方法により、図４の時刻ｔ２に示すところのばね２８の抗力による急増変化 ポイントを判断して原点を検出するように構築してある。なお、ＳＴ１４は、サ ーボモータ１の回転駆動開始時点からの経過時間（Ｔｉ）が、起動開始時の加速 トルクＴｑｒが無くなる時期として予めセットされた設定時間（Ｔｓ）を越えた 場合（Ｔｉ≧Ｔｓ）に、ＹＥＳ判断するものと形成してある。

【００３１】 また、基準モータ位置記憶制御手段は、記憶制御プログラムを格納させたＲＯ Ｍ３２とこれを実行させるＣＰＵ３１とから形成され、原点検出時点におけるサ ーボモータ１のモータ位置θｉを基準モータ位置（θｓ）として取込んで記憶す る手段で、図３のＳＴ１５で実行される。取込まれた基準モータ位置は、ＲＡＭ ３３の一部記憶エリアに形成された基準モータ位置記憶エリア３３Ｍに書込記憶 される。

【００３２】 なお、ＣＰＵ３１は、この基準モータ位置の記憶が終了すると、サーボモータ １を停止（ＳＴ１６）させ、かつ逆回転駆動させてサーボモータ１を上記ホーム ポジションへ戻す（ＳＴ１７）。

【００３３】 次に、この実施例の作用を説明する。 原点検出指令が入力されると、低定速回転駆動制御手段（３１，３２）を形成 するＣＰＵ３１は、制御信号ＣＮＴをドライバコントローラ４０に出力してサー ボモータ１を回転駆動する（ＳＴ１０）。すると、サーボモータ１は起動時に加 速トルクＴｑｒを発生するが、図４に示す時刻ｔ１以降はスピンドル１３を低速 でかつ一定速度で下降させるに必要な低トルクＴｑｆで一定回転する。なお、加 速トルクＴｑｒについては、原点検出に関しては図３のＳＴ１４のＮＯ判断によ り除外される。

【００３４】 さて、サーボモータ１が低定速回転駆動されると、開度調整機構１０を形成す るスピンドル１３が図２に示す隙間Ｃを小さくする方向へ一定速度で降下移動す る。この間にトルク検出手段（３１，３２，３５，４０）が、発生トルクＴｑｆ ｉを検出しそれをＲＡＭ３３のワークエリアに記憶する（ＳＴ１１）とともに、 モータ位置検出手段（８，４０，３６，３１，３２）は、モータ位置θｉを検出 しかつＲＡＭ３３のワークエリアに記憶する（ＳＴ１２）。これは、一定サイク ル（例えば、１ｍｓｅｃ）ごとに繰返して実行される。

【００３５】 ここに、原点検出手段（３１，３２）は、検出されたトルクＴｑｆｉを監視し て、すなわち前回検出トルクＴｑｆｉ−１と今回検出トルクＴｑｆｉとを比較し て、トルクが急増したか否かを検出する（ＳＴ１３）。図２に示すスピンドル１ ３の下端面とスプール２２の上端面との間の隙間Ｃが存在している場合には一定 のトルクＴｑｆであるが、隙間Ｃが零となるとばね２８の抗力がスピンドル１３ に付加されるのでトルクＴｑｆは急増変化する。すなわち、ポペット２３が弁座 ２１Ｖから離れて油圧バルブ２０が開き始める瞬間にその原点を検出することが できる（ＳＴ１３のＹＥＳ，ＳＴ１４のＹＥＳ）。

【００３６】 すると、基準モータ位置記憶制御手段（３１，３２）が働き、原点検出時点に おけるモータ位置θｉを基準モータ位置（θｓ）としてＲＡＭ３３内の基準モー タ位置記憶エリア３３Ｍに記憶する（ＳＴ１５）。かくして、エンコーダ８で検 出されるモータ位置信号θｉの基準を油圧バルブ２０の原点に合せることができ る。

【００３７】 しかる後に、ＣＰＵ３１はサーボモータ１を停止（ＳＴ１６）させ、かつ逆回 転させてホームポジションへ戻す（ＳＴ１７）。かくして、その後の油圧バルブ ２０の開度調整は、エンコーダ８からのモータ位置信号θｉを基準モータ位置θ ｓを基準とする信号に補正してサーボモータ１を図４に示す通常トルクＴｑｎで 回転駆動しつつ行われる。したがって、高精度で最適な流量調整が保障される。

【００３８】 しかして、この実施例によれば、原点検出装置が低定速回転駆動制御手段（３ １，３２，３４，４０）とトルク検出手段（３１，３２，３５，４０）と原点検 出手段（３１，３２）とから構成され、サーボモータ１を加減速トルクが発生し ない範囲内の低速でかつ一定速度で回転駆動しつつばね２８の抗力に基づくサー ボモータ１の発生トルクＴｑｉの急増変化から油圧バルブ２０の開き始める原点 を検出するものと形成されているので、従来の位置検出器９を一掃できかつ温度 変化や経時的変化の有無に拘わらず油圧バルブ２０の原点を正確かつ迅速に自動 検出できる。よって、この原点を基準として常に安定した高精度で高分解能かつ 最適な流量調整ができるとともにコスト低減が図れかつ取扱いも極めて簡単であ る。

【００３９】 また、トルク検出手段がドライバコントローラ４０を介してサーボモータ１に 流れる負荷電流から発生トルクＴｑｉを検出するように形成されているので、原 点をより正確に検出でき一段とコスト低減が図れる。

【００４０】 また、低定速回転駆動制御手段，トルク検出手段，原点検出手段が、本来的に 具備する制御ユニット３０とドライバコントローラ４０との構成要素を巧に利用 して構築されているので、装置大型化等の不利益を招くことなく容易に具現化で きるとともに、従来位置検出器９を採用した場合の煩雑な取付調整作業等を一掃 できる。

【００４１】 また、原点検出手段（３１，３２）がサーボモータ１の起動時における加速ト ルクＴｑｒについては除外（ＳＴ１４のＮＯ）するものと形成されているので、 取扱いが非常に簡単である。

【００４２】

【考案の効果】

本考案によれば、原点検出装置が低定速回転駆動制御手段とトルク検出手段と 原点検出手段とから構成され、サーボモータを加減速トルクが発生しない範囲内 の低速でかつ一定速度で回転駆動しつつばねの抗力に基づくサーボモータの発生 トルクの急増変化から油圧バルブの開き始める原点を検出するものと形成されて いるので、従来の位置検出器を一掃できかつ温度変化や経時的変化の有無に拘わ らず油圧バルブの原点を正確かつ迅速に自動検出できる。よって、この原点を基 準として常に安定した高精度で高分解能かつ最適な流量調整ができるとともにコ スト低減が図れかつ取扱いも極めて簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示す全体構成図である。

【図２】同じく、油圧バルブを説明するための縦断面図
である。

【図３】同じく、動作を説明するためのフローチャート
である。

【図４】同じく、トルク急増変化と原点検出動作とを説
明するための図である。

【図５】従来例とその問題点を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ サーボモータ（流量調整装置） ２ 回転軸 ４，５ 円筒体 ６ ベアリング ８ エンコーダ １０ 開度調整機構（流量調整装置） １１ 回転体 １２ ナット部材 １３ スピンドル １３Ｓ ねじ部 ２０ 油圧バルブ ２１ 弁体 ２２ スプール ２３ ポペット ２４ スプールの下端部 ２５ ポート部材 ２６ 入口ポート ２７ 出口ポート ２８ ばね ２９Ｃ 蓋部材 ３０ 制御ユニット（流量調整装置） ３１ ＣＰＵ（低定速回転駆動制御手段，トルク検出
手段，原点検出手段） ３２ ＲＯＭ（低定速回転駆動制御手段，トルク検出
手段，原点検出手段） ３３ ＲＡＭ ３３Ｍ 記憶エリア ３４ Ｄ／Ａコンバータ（低定速回転駆動制御手段） ３５ Ａ／Ｄコンバータ（トルク検出手段） ３６ インターフェース ３７ インターフェース ４０ ドライバコントローラ（低定速回転駆動制御手
段，トルク検出手段） ５０ リニアエンコーダ １００ シリンダ装置

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ばねの付勢力で閉塞する油圧バルブと，
   サーボモータの回転駆動によりばねの付勢力に抗して油
   圧バルブの開度を調整する開度調整機構と，サーボモー
   タを回転駆動制御する制御ユニットと，油圧バルブが開
   き始める原点を検出する原点検出装置とを含み，検出さ
   れた原点を基準としかつサーボモータを回転駆動制御し
   て流量調整するように形成されたサーボモータ駆動方式
   の流量調整装置において、 前記原点検出装置を、前記サーボモータを加減速トルク
   が発生しない範囲内の低速でかつ一定速度で回転駆動す
   る低定速回転駆動制御手段と，低定速回転駆動中の前記
   サーボモータの発生トルクを検出するトルク検出手段
   と，検出されたトルクを監視しつつ前記ばねの抗力に基
   づく検出トルクの急増変化から前記原点を検出する原点
   検出手段とから構成した、ことを特徴とするサーボモー
   タ駆動方式の流量調整装置。