JPS5832005Y2 - デイジタル回転入力形流体圧ピストン位置制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 従来は入力手段としてアナログ形の電流−変位出力形の
トルクモータ、フォースモータ等の直線形のものが多か
ったが高精度で安価なものは無かつた。

これに対して回転入力の場合は歯車結合が容易で、従っ
て増速または減速により分解能の選定も容易であり、ま
た具体的な入力手段としてもテ゛イジタル形の一定角度
ずつ高精度に回転歩進するステッパーモータ、ロータリ
ー形ソレノイド、ロータリー形サーボアクチュエータな
ど多くのものが知られている。

しかし安価小形のものは何れもトルクが小さく、このま
まギヤ・ラック結合あるいはネジ結合等にて回転運動を
直線運動に変換しても大きな力を得ることは不可能であ
った。

さらにまたディジタル入力手段を用いた場合、停電、非
常停止等の時、原点復帰（リセット）の操作が面倒な場
合が多かった。

本考案は本体内のシリンダ孔内を摺動するピストンを設
け、該ピストンの一端に圧力流体を作用させる小面積の
シリンダ室を設ける一方、他端に大面積のシリンダ室を
設け、前記ピストンの大面積側にロッドを設けて、該ロ
ッドの先端に前記の大面積のシリンダ室に連がるノズル
を設け、該ノズルをディジタル回転入力手段により直接
又は適当な機構を介して追従開閉すると共に前記圧力流
体を絞りを介して前記の大面積側のシリンダ室にも導く
ことにより簡単な構造でかつ高精度の加工を要せず更に
ディジタル信号で動かされるステッパーモータなどの小
トルク回転入力を使用しても流体圧的に力増幅して直線
運動に変換出来ると共に、前記回転入力手段の軸などの
可動部分にばねと機械的ストッパ機構を設けて停電や非
常停止時の原点復帰も容易であるディジタル回転入力耐
流体圧ヒス４フ ある。

以下図面について本考案の実施例につき具体的に説明す
る。

第１図において本体１内に設けられたシリンダ７Ｌ２内
を両ロッド付きのピストン３が軸方向に摺動自在に嵌挿
され、一方の小ピストン面積側の太いロッドの先端に取
付けねじ４ａを付けて本体１の外に突出させ、外部ロッ
ド４とし、他方の大ピストン面積側の細いロッドを本体
１内に設けられたドレン孔１０ ａを有するドレン室１
０内に突出させて内部ロッド５にし、該内部ロッド５の
先端には内部通路５ａ及び孔５ｂにより、前記の大ピス
トン面積側のシリンダ室７に連がるノズル５Ｃを棒体２
０の端面２０ ｂにより追従開閉させると共に、前記の
小ピストン面積側のシリンダ室６に通路８を介して圧力
流体を導き、更に該圧力流体を絞り９ａを含む通路９を
通じて大面積側のシリンダ室７に導く。

次に前記の棒体２０と回転入力手段であるディジタル信
号で動くステッパーモータ１５との接続を第２図につい
て説明する。

本体１よりドレン室１０内に突出する軸受１９ａ、１９
ｂに軸方向に摺動自在に支えられ、かつ軸方向がピスト
ン３と平行でノズル５Ｃと直角な端面２０ ｂを有する
棒体２０の一部にラック２０ ａを切り、これに噛合す
るピニオン２１ ａを切った軸２１をドレン室１０から
本体１を貫いて外方に突出させ、接手１３でステッパー
モータ１５の軸１５ａに接続される。

更に接手１３にはストッパーピン１４が第３図のように
下方に突出し、本体１に固定されたピン１７．１８と共
に軸２１の回転角度位置θａから８０間の作動角度範囲
を規制する。

更にθａの位置を原点とすると、ストッパーピン１４が
ステッパーモータ１５の励磁解除の時にピン１７に接触
して停止するようにストッパーピン１４の先端付近と支
持枠１６に設けられた突起１６ａとの間に引張りばね２
２が設けられている。

以上のような構成であるからステッパーモータ１５にテ
゛イジタル信号が入って回転すると軸１５ａ、接手１３
、軸２１と回転が伝達される。

いま、もし軸２１が第１図及び第３図において反時計方
向にθａからθｂ、θＣへ回転するとピニオン歯車２１
ａとラック２０ ａの働きにより棒体２０の端面２０ｂ
はＳａからＳｂ 、Ｓｃと移動して第１図及び第２図に
おけるノズル５Ｃに近づく。

ところが前述のようにノズル５Ｃの手前には絞り９ａを
介して圧力流体が供給されているから前記の円筒面１１
ａが近づくにつれてノズル５Ｃの手前の通路５ａ、孔
５ｂ、シリンダ室７の圧力は次第に高くなってピストン
３を左方向に押す力が増加する。

一方シリンダ室６にも圧力流体が導かれていてピストン
３を常に右方向に押しているが、シリンダ室７側のピス
トン面積の方がシリンダ室６側のピストン面積よりも大
きいからノズル５Ｃの先端と端面２０ｂとの間のすき間
が成る値、すなわち第２図におけるすき間Ｘになると前
記の左右方向に押す力が釣り合う。

従ってすき間がＸより小さくなるとシノンダ室７の圧力
は更に高くなってピストン３を左方向に押すから外部ロ
ッド４は流体圧力によって増幅された大きな力で左方向
に移動し、すき間がＸになったところで左右方向の力が
釣合って止まる。

また軸２１が時計方向に回転してすき間Ｘの値が大きく
なると、絞り９ａの働きによりシリンダ室７の圧力が下
るからシリンダ室６に働く流体圧力によりピストン３及
び外部ロッド４は右方向に増幅された大きな力で移動し
、すき間がＸになったところで左右方向の力が釣合って
止まる。

つまりノズル５ａから左の部分は棒体２０の端面２０
ｂとの間のすき間をＸに保ちながら流体圧力により力増
幅されて追従する装置であるから、棒体２０をステッパ
ーモータ１５により正確に動かしてやれば別に大きなト
ルクで回わす必要はなく、前記の力増幅追従装置により
前記のすき間Ｘを保ちながら強力かつ正確に外部ロッド
４の位置をテ゛イジタル的に決めることが出来る。

また停電や非常停止の場合などにステッパーモータ１５
の励磁が解除になるとばね２２の働きでストッパーピン
１４はピン１７に接触して止るから自動的に原点復帰が
出来る。

以上のように簡単な構造でかつ高精度の加工を要する部
品も必要としないしかも小トルクの小型ディジタル回転
入力手段で大きな力で正確な直線方向の位置決めが出来
、かつ停電や非常停止時などにも自動的に原点復帰が出
来る。

ディジタル回転入力形流体圧ピストン位置制御装置を提
供することが出来る。

なお、上記の例ではステッパーモータ軸１５ａと軸２１
が直結されているが、歯車結合などで増速又は減速を行
えば分解能の選定が自由になることは勿論である。

またピストン３の両側の面積すなわちシリンダ室７とシ
リンダ室６との略直角方向の断面積比は２：１にするの
が制御しやすく一般的であるが、必ずしもこの比が２：
１でなくても動作可能である。

さらにシリンダ孔２とピストン３との間にスプール弁機
能を付加すれば油圧制御弁としても利用できる。

なお、原点復帰に関しては前に簡単に述べたが、一般の
ディジタル入力手段を用いた位置決め装置で原点位置へ
復帰させるには別にエンコーダ等の検出機構を要し面倒
であった。

また同様に停電や非常停止等の場合も原点復帰の操作は
面倒な場合が多かった。

本案ではばねと機械的ストッパ機構により簡単かつ自動
的に原点復帰が出来るわけであるが、実際には回転入力
手段として４相で１．８°ステツプのステッパーモータ
を使用した場合を例にとると４個のコイルＡ、Ｂ、Ｃ，
Ｄを順序立てて励磁して行くことによって２００ステツ
プで１回転３６０°が得られる。

従って原点復帰状態の励磁コイルをＡとすればＡコイル
の励磁状態は一回転中に５０点もある。

そこで本考案のものはＡコイルを励磁した本来の原点復
帰位置間近にばねとストッパーにより機械的にステッパ
ーモータを戻すわけであり、後でＡコイルを励磁してや
れば簡単に本来の原点位置に復帰させることが出来ると
言う長所がある。

なお原点位置は第１図及び第３図におけるθａとして説
明したが、同様にしてθＣの位置でも可能なことは勿論
であるが、θｂのような中間の位置でも２つのばねの力
を釣合わすようにすれば原点復帰が可能である。

この場合、第４図のように棒体２０そのものにばね座環
２３ ａ 、２３ ｂを引掛けてばね２４ ａ 、２４
ｂで中間位置の原点θｂへ復帰させることも出来る。

なお第２図と同一符号の部品は同一名称として説明を省
略する。

また流体圧系に蓄圧器が入っていれば停電後もしばらく
の間は圧力流体が残っているからステッパーモータの軸
１５ ａと棒体２０さえ原点に復帰させてやれば前記の
ノズル５Ｃ先端の寸法Ｘを保ちながらピストン３は原点
に復帰する。

若し蓄圧器のない流体圧系であれば停電後すぐに圧力流
体はなくなるからピストンだけは原点復帰が出来ないが
、第１図におけるシリンダ孔２内の小ピストン面積側の
シリンダ室６に圧縮ばねを入れればピストン３を原点に
復帰させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の縦方向断面説明図、第２図
は第１図のＩＩ −ＩＩ線による部分断面説明図、第３
図は第２図のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面説明図、第４
図は本考案の他の原点復帰機構の一実施例の部分断面説
明図。 １・・・・・・本体、３・・・・・・ピストン、４・・
・・・・外部ロッド、５・・・・・・内部ロッド、５Ｃ
・・・・・・ノズル、６，７・・・・・・シリンダ室、
９ａ・・・・・・絞り、１０・・・・・・ドレン室、１
５ ａ 、２１・・・・・・軸、１３・・・・・・接手
、１４・・・・・・ストッパーピン、１５・・・・・・
ステッパーモータ、１７，１８・・・・・・ピン、２０
・・・・・・棒体、２０ａ・・・・・・ラック、２０ｂ
・・・・・・端面、２１ａ・・・・・・ピニオン、２２
．２４ ａ 、２４ ｂ ・・−・・・ばね。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 本体内のシリンダ孔内を摺動するピストンを設け、該ピ
   ストンの一端に圧力流体を作用させる小面積のシリンダ
   室を設ける一方、他端に大面積のシリンダ室を設け、前
   記ピストンの大面積側にロッドを設けて前記本体内のド
   レン孔を付けたドレン室に突出させて、前記ロッドの先
   端に前記ピストンの大面積側のシリンダ室に連がるノズ
   ルを設け、前記圧力流体を絞りを介して前記大面積側の
   シリンダ室に導きディジタル信号によって動く回転手段
   によりピニオン歯車を回し、該歯車に噛合するラックを
   設けた棒体の端面でノズルを追従させて前記ピストンの
   位置決めを行い、前記のディジタル回転手段を原点位置
   に復帰させる向きのばねを設けた原点復帰機構を有する
   ことを特徴とするテ゛イジタル回転入力形流体圧ピスト
   ン位置制御装置。