JPS5983803A - アクチユエ−タの変位制御機構 - 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】 本発明は、液圧動作するアクチュエータの変位制御機構
、詳しくはオン・オフ形電磁弁をパルス幅間ｉ（ＰＷＭ
）方式でオン・オフ制御して、前記電磁弁に接続するア
クチュエータを動作させると共に、ｎｉｌ記アクチュエ
ータの変位量をフィードバックさゼ−てｍ］Ｋ己アクチ
ュエータを目標か−の任意の変化に追従させるごとくし
た変位制御機構に関する。

従来、アクチュエータの変位量を制御する場合、昭和５
１年１月ろＯ日発行の「油圧技術便覧」第４２４頁ノ５
至第４４３頁に記載されているように、一般には、電気
油田サーボ弁が用いられているが、これら油圧力−ボ弁
は、スプール形式とし、かつ、ノズルフラッパや、高精
度加工される案内弁が用いられているため、内部もれが
生じたり、制御流体に混入する塵埃による影響を受は易
い問題があったし、また、流量特性も１段の線形特性と
なっていて、流量の広範囲な制御が行ない卸＜、大流量
でアクチュエータの変位を高速とした場合高精度な変位
制御か行なえない問題もあった。

またで方、オン・オフ形電磁弁を用い、該電磁弁を、パ
ルス幅変調方式でオン・オフ制御し、前記電磁弁の開閉
時間の割合を変えて流量を制御し、前記電磁弁に接続す
るアクチュエータを動作させると共に、前記アクチュエ
ータの変位量をフィードバックさせて前記アクチュエー
タを目標値の任意な変化に追従させるようにしたものも
提案されている。

所か、以上の如くオン・オフ電磁弁を用いて、パルス幅
変調方式で変位制御を行なう場合、前記した油田サーボ
弁における塵埃に対する間頌は解消できるが、広範囲な
流量制御か行ない難い問題及びアクチュエータを大流量
で高速作動させながら、高精度な変位制御か行なえない
問題に対しては解決できないのである。

本発明は、以上の如き問題に鑑み発明したもので、目的
は、パルス幅変調方式でオン・オフ制御する電磁弁を２
段作動方式とし、かつ、前記電磁弁を構成するパイロッ
ト弁のパイロット流れも流量制御に利用することにより
、流量特性を２段特性として広範囲な流量制御を可能と
し、しかも、大流量でアクチュエータを高速作動させな
がら、高精度な変位制御も行なえるようにする点にある
本発明の構成は、オン・オフ形電磁弁をパルス幅変調方
式でオン・オフ制御して前記電磁弁に接続するアクチュ
エータを動作させると共に、前記アクチュエータの変位
量をフィードバックさせて前記アクチュエータを目標値
の任意の変化に追従させる如くした変位制御機構であっ
て、前記電磁弁を、主弁と、ソレノイドを備えたパイロ
ット弁とにより構成して、２段作動方式と成す一方、前
記パイロット弁の二次側を、前記主弁の二次側に連通さ
せ、前記パイロット弁の作動によるパイロット流を利用
して流量制御が行えるようにして、パルス幅変調による
デユティの変化に対する流量の変化特性を２段特性とし
、広範囲な流量制御と高精反な変位制御とが得られるよ
う番こしたのである。

次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に示したものは、アクチュエータとして片ロツド
式のシリンダ（０）を用いると共に、該シリンダ（０）
のヘッド側室に接続する一つの負荷ポート（Ａ）と、油
圧源となるポンプ（ＰＭ）に接続するタンクボート（Ｐ
）及びタンク（ＴＫ）に接続するタンクボート（Ｔ）と
の６つのボートを備えた３ボート構成とし、かつ、２つ
の亀正方主ボート（ａ）をタンクボート（Ｔ）に、側方
主ボート（１））をｉｒ＋記負動負荷ボート）に接続す
ると共に、他方の電磁弁（Ｖりの正方主ボート（ａ）を
、前記負荷ポート（Ａ）に、側方主ポー）（ｂ）Ｖチ！
ツク弁（ＯＨ）を介してポンプポート＜ｐ）に接続し、
そ］７て前記チェック弁（ＯＨ）の」二流側のポンプポ
ート（Ｐ）を、前記シリンダ（Ｏ）のロッド室に接続す
る一方、前記各電磁弁（Ｖす＋（Ｖｔ）を、後記するパ
ルスＶ調方式の制御機構（Ｓ）によりオン・オフ制御す
るごとく成したものである。

前記電磁弁（Ｖす、（Ｖりは、伺れも同じ構成とするも
ので、第２図及び第３図に示したごとく、主弁（１）と
ソレノイド（ｓｏＬ）をもったパイロット弁（２）とに
より構成して２段作動方式とするのである。

前記主弁（１）及びパイロット弁（２〕は、主として第
２図に示したごとくシート形弁を用い、前記主弁（１）
を、弁室（６ａ〕と正方主ボート（ａ）及び側方主ボー
ト（ｂ）をもった弁本体（３〕の前記弁室（６ａ）に移
動自由に内装すると共に、前記パイロット弁（２〕を、
１１Ｊ記主弁（１）の内腔部（ｆ）内に、ガイド（４）
を介して移動自由に内装するのであり、ｉｉＪ記パイロ
ット弁（２）の背部にプランジャ（５）を取付け、該プ
ランジャ（５）を前記ソレノイド（ｓｏＬ）に対応させ
て電磁石を構成し、かつ、このプランジャ（５）の背部
即ち、目ＩＪ記内腔部（ｆ）と連通する背面にスプリン
グ（６）を設けて前記パイロット弁（２）及び主弁（１
）を前記正方主ポー）（ａ〕の方向に伺勢するのである
。

また、以上の構成に詔いて、ｍＪ記弁室（３ａ〕と正方
主ポー）（ａ）との間の段部ζこ、主弁シー）（１０）
を形成すると共に、前記主弁（１）の頂部に、小径なパ
イロット通路（１１）を設けて、該通路（１１）の背部
にパイロットシート（１２）を形成し、前記通路（１１
）を介して前記パイロット弁（２）の二次側即ち、前記
主弁（１〕の内腔部を、前記主弁（１）の二次側即ち、
前記正方主ボート（ａ）に連通するごとく成すのである そして、前記主弁（１）の頂部近く（こは、肩部を設け
て、この肩部と頂部との間に環状室（１４〕を形成し、
この環状室（１４〕を前記側方主ボート（ｂ）　　に連
通すると共に、前記頂部近くの側面には、前記側方主ボ
ート（ｂ）を、ｔｎＪｎ現記室（１４）を介して前記主
弁（１）の内腔部（ｆ）に連通する絞り通路（１６）を
設けるのである、尚第２図において（７）は、前記プラ
ンジャ（５）を内装すると共に、前記ソレノイド（ＳＱ
Ｌ）を保持するプランジャケースで、前記弁本体（６〕
に螺着している。また（８）は、前記プランジャケース
（７）を螺着保持する本発明制卸装置のベースフレーム
である。

第２図及び第３図に示したものは、前記正方主ポー）（
ａ）を、第１図に示した電磁弁（Ｖりのごとくタンクボ
ート（Ｔ〕又は、電磁弁（Ｖりのごとく負荷ボート（Ａ
）に接続し、また側方主ボー）（ｂ）を第１図に示した
電磁弁（Ｖりのごとく負荷ポー１−（Ａ）又は電磁弁（
Ｖりのごとくポンプボート（Ｐ）にそれぞれ接続して用
いるのであって、前記ソレノイド（ｓ　ＯＬ　）かオン
して前記パイロット弁（２）及び該パイロット弁（２〕
の動作に応動して動作する主弁（１）か動作するときの
流体流れは、第２図及び第３図に示した実排矢印の通り
となる。

しかして、前記ソレノイド（ＳＱＬ）への通電がオフの
場合、前記スプリング（６）の押圧力によりｎｉＪ記主
弁（１）が主弁シー）（１０）ｌこ、また、前記パイロ
ット弁（２）がパイロットシート（１２）にそれぞれ押
圧され、Ｉ￥ｉｌ記正方主ポート（Ｌ）と側方主ボート
（ｂ、ｌとは遮断され、流体の流れはない。

即ち、前記側方主ボート（ｂ）は、前記したごとく負荷
シト（Ａ）又はポンプポート（Ｐ）に接続され、タンク
ポート（Ｔ）又は負荷ボート（Ａ）に接続される前記正
方主ボート（ａ）より圧力が高く、ｍＪ記パイロット弁
（２）が閉じているとき、前記主弁（１）の内腔部（ｆ
）内の圧力は、ｍＪ記側方主ポート（ｂ）と同圧となっ
て、前記主弁（１）の全作用面積に作用しているため、
ｆｉｉＪ記スプリスプリングの力と相俟って前記主弁（
１）は閉鎖状態に維持されるのである。

このとき、前記主弁（１）及びパイロット弁（２）は何
れもシート形状を用いるから内部もれが生ずることはな
い。

この状態で、前記ソレノイド（ＳＱＬ）を後記するパル
ス幅変調方式の制御機構（Ｓ）をもとにオン動作させる
と、前記プランジャ（５）がスプリング（６）に抗して
吸引されて、先ず前記パイロ７）弁（２）が開動作する
のである。

ソシて、このパイロット弁（２）の開動作で前記パイロ
ット通路（１１）か開いてパイロット流れが生ずるので
あり、このパイロット流の継続により、前記生布１）の
内腔部（ｆ）の内部田方か、低圧側の前記正方主ポー）
（ａ）の圧力と等しくなり、換言すると絞り通路（１６
）により前記現状室（１４）と前記゛内腔部（ｆ）との
間に圧力差か生ずることになり、この圧力差により前記
主弁（１）が前記スプリング（６）に抗して開き、パイ
ロット流の他に主弁流れが生ずるのであって、Ｒ１Ｊ記
したパイロット流ととも番こ２膜作動をするのである。

しかも、前記パイロット流れは、前記パイロット通路（
１１）を介して主弁（１）の二次側即ち、ｍＪ記正方主
ポート（ａ）に流れて、ＩＦＪ記側方主ボート（ｂ）か
ら正方主ボート（ＩＬ）に流れる流量制御に関与するも
のであって、前記主弁流れとともに流量特性を２段特性
１こ制御できるのである。

従って、前記シリンダ（０）の動作をコントロールする
流量を広範囲に調整できるし、また、小流量制御は、前
記パイロット弁（２）の動作で行なえるから、換言する
と、小形高応答のパイロット弁（２）で小容量制御が行
なえるから、前記シリンダ（０）を大流量で高速に作動
させた後も、高精度な変位制御か行なえるのである。

次に以上の如く構成する電磁弁Ｃｖｌ）　、　（Ｖｌ）
のオン・オフ制御を行なう制御機構（Ｓ）について説明
する。

この制御機構（Ｓ）は、第１図及び第４図に示したごと
く、目標値を入力し、入力信号を出力する入力’Ｈ（２
０）と、入力信号と後記するフィードバック系からの帰
還信号との偏差（ε）を検出して出力する偏差出力器（
２１）と前向きゲインの増幅器（２２）及び、偏差信号
１こ対応したデユティにパルス幅を変調するパルス幅変
調器（２３）、前記シリンダ（０）の変位量を検出する
検出器（２４）並びに該検出器（２４）に接続するフィ
ードバック系に介装する帰還増幅器（２５）とから成る
もので、前記パルス幅変調器（２６〕の出力端を、前記
パイロット弁（２）に付設するソレノイド（ＳＱＬ）に
接続し、パルス幅変調波（ＰＷＭ波〕により前記パイロ
ット弁（２）の開閉時間の割合を変え、前記した電磁弁
（Ｖｌ）　、　（Ｖりの平均流量を制御するのである。

前記パルス幅変調波（ＰＷＭ波）は、前記偏差信号波に
より制御されるもので、前記入力信号（Ｘ１〕帰還信号
（Ｘ）との偏差（ｇ＝ｘｔ−Ｘ）が大きい場合には、即
ち前記偏差信号波の振幅か大きいときＩこは、第５図の
ごとくパルス幅（ｔ。

〕は大きく制御され、また、ＵυＩＩＩＭが小さくなる
とパルス１Ｉｌｔ＋ｉ　（ｔ　Ｏ）が小さくなるのであ
る。

尚、前記パルス幅変調波（ＰＷＭ波〕のパルス位置及び
周期（七〇は一定であり、従って、パルスｍｒ＋Ｉ　＜
　ｔりの変化に応じ、換言すると前記偏差に応じデユテ
ィ（ｔＯ／ｌ＋　）も変化するのである。

また、ＩｉＪ記パレパルス幅〇は、ソレノイド（ＳＱＬ
）のオン時間に相当し、このオン時間の変化で流量制御
力行なえるものであるから、パルス幅変調１こよるデユ
ティの変化に対する流量の変化は、前記した電磁弁（Ｖ
す、（Ｖりの構成から明らかな通り、第６図に示した２
段特性となる。

つまり、パルス幅が小さく、デユティが小、さい場合は
、前記パイロット弁（２）のみが動作し、前記主弁（１
）の動作は生じない、従って、この領域においてはデユ
ティの変化に対する流量変化も小さくなり、高精度な流
量制御が可能となるのである。

また、前記パルス幅が大きくなり、デユティが所定以上
になると、前記パイロット弁（２）の動作で、前記主弁
（１）の動作が始まるため、流量は、前記したパイロッ
ト流と主弁流との加算合計となり、デユティの変化に対
する流量変化が大きくなり、大流量への応答性を高めな
がら、大流量による前記シリンダ（０）の高速作動を可
能にするのである。

本発明変位制御機構は以上の如く構成するもので、次に
第１図及び第４図をもとにその作用を説明する。

第１図に示した状態は、前記電磁弁（Ｖす。

（Ｖりのソレノイド（ｓｏｂ）がオフの状態であって、
前記シリンダ（０）のピストン（ｐｓ）は、所定位置に
停止している。

この状態で前記シリンダ（ｏ）のピストン（ｐｓ）を第
１図において左動させる場合には、タンクポート（Ｔ）
に接続の電磁弁（Ｖりに通電し、また、右動させる場合
には、前記ポンプボート（Ｐ）に接続の？Ｉｌ磁弁（Ｖ
りに通電するのである。

そして、前記電磁弁（Ｖり又は（Ｖりへの通電は、前記
入方器（２ｏ）に、前記シリンダ（０〕におけるピスト
ン（ｐｓ）を変位させる任意の目ｆＨｔｉｔを人力する
ことにより行なうのである。

ＭｉＪ記ピストン（ｐｓ）の停止位置に対する目標値の
変位量が大きい場合には、偏差信号も大きくなり、大き
なデユティでｍＪ記パイロット弁（２〕のソレノイド（
ＳＯ，ｔ、）がオン・オフ制御され、１ｒＩＪ記主弁（
１）も動作して、前記ピストン（ＰＳ）はパイロット流
れと主弁流れとが加算された大流量で高速に作動するこ
とになる。

この作動は、フィードバックされ、偏差が小さくなるに
従って、パルス幅変調波（ＰＷＭ波〕のパルス幅（七〇
も小さくなり、デユティも小さくなるのであって、偏差
（ε）が小さくなると、ｉｊ記主弁（１）は閉じ、パイ
ロット弁（２〕のみが、前記パルス幅変調５（波（ＰＷ
Ｍ波〕によってオン・オフ制御され、パイロット流れの
みで流量制御か行なわれることになる。

従って、前記したごとく、主弁流れにパイロット流れを
加算した大流量で、前記ピストン（ＰＳ）を高速に作動
できながら、この高速作動後は１パイロツト流れのみで
流量制御できるから、換言すると小形で高応答のパイロ
ット弁（２〕で小流量制卸か行なえるから、高精度な変
位制御か可能となるのである。

一方、二つの電磁弁（Ｖす、（Ｖりへの電気通電が断た
れたときやポンプ（ＰＭ）か停止しているか、又はアン
ロードしてＰＯ制御しているとき、前記シリンダ（０）
は静止して所定の位置１こ保持される。

尚、以上説明した第１図の実施例は、一つの負荷ポート
（Ａ）のみをもつろポート構成とし、二つの電磁弁（Ｖ
すｔ（ｖりを用いたものであるが、第７図のごとく二つ
の倉荷ボート（Ａ）＋　（Ｂ）を設けた４ボート構成と
し、４つの電磁弁（Ｖす〜（Ｖりを用いてもよい。

この場合、シリンダ（０）のピストン（ＰＳ）を左動さ
せるには、電磁弁（Ｖすｌ　（Ｖｍ）に通電し、右動さ
せるには電磁弁（Ｖす、（Ｖりに通電すればよい。

＠７図において（ＯＨ）はチェック弁であるまた％第２
図及び第６図に示した電磁弁は、正方主ボート（ＩＬ）
に、側万主ポー）（ｂ）ｌこ接続するボートより低圧側
のタンクポート（Ｔ）又は、負荷ポート（Ａ）を接続し
、側方主ボート（ｂ）に正方主ボート（ａ）に接続する
ボートより島田側の負荷ポート（Ａ）又はポンプポート
（Ｐ）（こ接続するごとく成したが、第８図のごとく、
逆の場合でもよい。

この場合、正方主ボート（ａ）と主弁（１）の背方内腔
部（ｆ）との間に絞り（１ろ〕を設け、側方主ボート（
ｂ）と、主弁（１）の背方内腔部（ｆＪとの間にパイロ
ット通路（１１）を設けて、このパイロット通路（１１
〕の開閉をパイロット弁（２）で行なうごとく成すので
ある。

更に、前記タンクポートＣＴ）に接続する前記電磁弁（
Ｖり又は（Ｖりは、第９図のごとく変更することもでき
る。

第９図に示した電磁弁（Ｖす（電磁弁（Ｖｍ）も同じ）
は、前記パイロット通路（１１）に、チェック弁（３１
）と絞り（３２）とを並設したチェック付パイロットチ
ョーク（６０）を介装し、また、ｍｊ記絞り通路（１６
〕にチェック弁（４１〕を並設し、前記絞り通路（１３
）とチェック弁（４１）とによりチェック付パイロット
チョーク（４０）を形成したものである。

斯く構成することにより、前記ポンプ（ＰＭ）が停止し
ているか又はアンロードしてｐ　Ｏ制御しているとき、
前記シリンダ（０）のピストン（ｐｓ）か何らかの原因
で動作し、そのヘッド室又はロッド室が負圧になっても
、タンクポート（Ｔ）を介して自吸できる。

即ち、前記ヘッド室又はロッド室が負圧になると、前記
チェック弁（４１〕を介して前記主弁（１）の背方内腔
部（ｆ）も負圧となり、前記ソレノイド（ＳＱＬ）のオ
ン・オフとは無関係に前記主弁（１）を前記スプリング
（６）に抗して開動作させられるのであり、この開動作
によりタンクポート（Ｔ）を介して、タンク（ＴＫ）内
の流体を第９図点線矢印のごとく自動的に吸引させられ
るのである。尚、第９図における実線矢印は、ソレノイ
ド（Ｓ　ＱＬ）に通電　したとき、タンクボー）（Ｔ）
に向って流れる通常流れである。

以上の如く本発明は、パルス幅変調方式でオン・オフす
るｆｆ［弁を、主弁とソレノイドをもつパイロット弁と
により構成して２段作動方式とし、しかも、パイロット
弁の二次側を主弁の二次側に連通してパイロット流れを
利用して流量制御を行なうごとくし、パルス幅変調によ
るデユティの変化に対する流量の゛変化特性を２段特性
としたのであるから、小流量から大流量に亘る広範囲な
流量制御が可能となり、しかも、大流量によりアクチュ
エータを高速作動させた後、このアクチュエータの変位
量の最終制御は、小形高応答のパイロット弁で行なえる
から、高精度な変位ｆｆ＋ｌ　呻も行なえるのである。

その上、主弁は、パイロット弁の作動に応動して流体的
に動作するので、換言するとチェック弁と同様の動作を
行なうので応答性を良好にできるし、また、油圧サーボ
弁のごとくノズルフラッパや案内弁を用いないので塵埃
に対する影響を最少限に抑制できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略説明図、第２図は
電磁弁の一例を示ず断面図、第６図はその概略四、第４
図はパルス幅変調方式による制御機構の概略説明図、第
５図はアクチュエータの変位とパルス幅との関係を示す
説明図、第６図はデユティと流量との関係を示す流量特
性図、第７図は本発明の別の実施例を示す概略説明図、
第８図及び第９図は電磁弁の他の実施例を示す第３図に
対応した柵、略図である。 （１）・・・主弁 （２）・・・パイロット弁 （ＳＱＬ）・・・ンレノイド （ｖ１〕〜（ｖ４）・・・電磁弁 （ｃ）・・・シリンダ 第６図 第７図 第８図 ／４、 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　オン・オフ形電磁弁をパルス幅変調方式でオ
   ン・オフ制御して前記電磁弁に接続するアクチュエータ
   を動作させると共に、前記アクチュエータの変位量をフ
   ィードバックさせて前記アクチュエータを、目標値の任
   意の変化に追従させるごとくした変位制御機構であって
   、前記電磁弁を、主弁と、ソレノイドを備えたパイロッ
   ト弁とにより構成して、２段作動方式と成す一方、前記
   パイロット弁の二次側を、前記主弁の二次側に連通させ
   、パルス幅変調によるデユティの変化に対する流量の変
   化特性を２段特性としたここを特徴とするアクチュエー
   タの変位制御機構。