JPS60113878A - 制動器付アクチュエ−タの制御方法および装置 - 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、アクチュエータの制御方法および装置に関し
、一層詳細には制御的にアクチュエータと制動器とを分
離構成し、アクチュエータを駆動しながら制動器を一挙
にまたは継続的に付勢してアクチュエータによる可動部
材のストロークを制御する制動器付アクチュエータの制
御方法および装置に関する。

例えば、流体制御弁においては、アクチュエータにより
弁体を駆動し、弁座との開度、すなわち、開口部の断面
積をディ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ュ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ュエータや電磁力を用
いる電磁式アクチュエータ等があるが、いずれの場合も
弁体の位置制御のためにはアクチュ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
あった。その際、弁体の静止点までの運動は、アクチュ
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
クチュエータの動特性が干渉し弁体の安定に時間がかか
る難点があった。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ォ
ースモークや過大な弾発力を有するハネを用いるばか解
決策がなかった。

このようにして従来のアクチュエータでは駆動力と外力
との合力によっ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。

従って、平衡状態における安定性と高速性を同時に達成
することは困難であった。このため、アクチュエータの
制御系は両者の妥協点で設計されていたが、安定性や定
席性を欠く非線形なアクチュエータあるいは周波数応答
の悪いアクチュエータは、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った。

そこで、本発明者等は、高速で作動ししかも運動および
静止の制御が外力の影響を受けることなく確実に達成さ
れるアクチュエータを得るべく鋭意考究および試作を重
ねた結果、推力の大きなアクチュ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、アクチュエー
タを駆動しながら制動器を一挙にまたは断続的にオン・
オフ制御すれば、可動部材の移動時における高速性と制
動時における安定性とに優れたアクチュエータの制御方
法および制御装置が得られ、前記の問題点が一挙に解消
できることが判った。

従って、本発明の目的は、外力の影響を考慮することな
く高速で可動部材を駆動ししがも応答性よく瞬時に安定
して静止状態が得られるアクチュエータの制御方法およ
び装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、可動部材に推
力を加えて移動動作させるアクチュエータと制動器とを
含む制動器付アクチュエータの制御方法であって、前記
アクチュエータを付勢して前記可動部材に推力を供与す
ると共に前記制動器を一挙にまたは断続的に駆動し前記
可動部材に制動力を加えて前記可動部材を一挙に若しく
は断続的に静止させることを特徴とする。

さらにまた前記の目的を達成するために、所定方向に変
位する可動部材と、前記可動部材を移動する駆動源と、
前記可動部材に近接してその移動動作を阻止する制御器
と、前記駆動源と制御器とに付勢信号を送る制御系とが
らなり、前記制御系は前記駆動源に対し継続的に付勢信
号を供与すると共に前記制御器に付勢信号を付与して制
御器を継続的に若しくは断続的に駆動し可動部材の変位
制御を行うことを特徴とする。

次に、本発明に係るアクチュエータの制御方法について
それを実施する装置との関係にお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ュエータを流体
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１
０に画成された入力ポート２２は、流体供給ｇ＋２４に
接続され、一方、前記弁体１４により開閉する出力ボー
ト２６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１８には弁
本体１２の内部に配設された０リング３０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ュエータ３２とこの
アクチュエータ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。アクチュエ
ータ３２および制動器３４には夫々アクチェエータ・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ット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
素子を積層したビニシスクック４６等を駆動源としてお
くと好適である。例えば、第２図乃至第４図は、このよ
うにピエゾスタック４６を含む制動器３４の好ましい実
施例を示している。

第２図に示す制動器３４は、可動部材１８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圧電素子
により円柱状により構成されている。前記の積層された
円柱５４は円板状の制動部材５６を介して可動部材１８
に圧接し、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を圧電素子
４８で構成し、アクチュエータ３２を電磁アクチュエー
タとした場合の制動器付アクチュ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、アクチュエータ３２および制動器
３４は、弁本体１２内に所定間隔離間して配設されてい
る。アクチュエータ３２および制動器３４は、夫々導線
を介して端子５８．５８．６０．６０に接続され、さら
にこれらの端子５８．５８．６０．６０は夫々アクチュ
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ってもよいが、この場合には第４図
に示すような両方向から可動部材１８を圧接する制動部
材５６で構成している方が好ましい。すなわち、この実
施例では弁本体１２に軸方向に９０°偏位して螺孔６２
を配設し、この蝮孔６２に螺子６４を蝮入して前記圧電
素子４６を後方から支持する。従って、圧電素子４６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。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゛制動器付アクチュエータを開示するものである
が、この場合、駆動源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１２の一方の端部を開口し
て供給ボート６６とすると共に可動部材１８を若干短め
に構成し、それによって画成される室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ボ一ト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
チュエータ・ドライバ３６に対応するものである。

次に、第２〜６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動作および制御方
法について第７図のタイムチャ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
ニット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はアクチュエータ・
ドライバ３６にアクチュエータ駆動信号を出力し、アク
チュエータドライバ３６はこれに応答してアクチュエー
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ｆｂｌに示す波形Ｂはアクチュエータ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ば、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３８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、前記の検知器４２．４４
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。従って、
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、オフ状態においては可動部材１８を
把持し外力やアクチュエータ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ュエータ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１日は移動する
。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ュエータ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
。従って、弁体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
には検知器ユニット４４によって検知した弁体１４の位
置が所定位置と一致する所で制御装置４０は継続的に制
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を継続的に駆動し
、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ュエータ
として用いる場合には切換弁７２力く図の位置にある時
、油圧が流体供給源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６８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
よりノ（イアスされることになる。

なお、制動器３４として第２〜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。

上記の実施例において制動器として圧電素子を用い、ア
クチュエータとして電磁アクチュエータまたは油圧シリ
ンダを用いた場合を具体例として示したが、本発明はこ
れらに限定されるものでないことは言うまでもない。制
動器としては周波数応答性の良いものが好ましいが、ア
クチュエータとしては、大きな推力を得ることができる
ものであれば十分である。また、本発明に係る方法およ
び装置は流体制御弁に限らず一般的には機器の可動部材
の位置決め、移送等のアクチュエータとしても応用でき
る。

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ュエータに制動器を組み合わ
せ、アクチュエータを駆動しながら制動器を一挙にまた
は継続的に駆動して可動部材を移動し、また制動器を継
続的に駆動して可動部材を安定静止することを可能とし
て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、アクチュエータ自身として
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ュエータ
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図に示す制動器を圧電部材
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
器を圧電部材で構成し、アクチュエータを電磁アクチュ
エータとして場合の制動器付アクチュエータの一実施例
を示す断面図、第６図は、第５図と同様の図であるが、
アクチュエータを油圧シリンダとして場合の制動器付ア
クチュ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 １Ｂ・・可動部材 ２０・・コイルスプリング ２２・・人力ボート ２４・・流体供給源　２６・・出力ボート２８・・受容
器　３０・・Ｏリング ３２・・アクチュエータ　３４・・制動器３６・・アク
チュエータドライバ ３８・・制動器ドライバ　４０・・制御装置４２・・圧
力検知器　４４・・検知器ユニット４６・・ピエゾスタ
ック　４８・・圧電素子５０・・０リング　５２・・制
動部材 ５４・・円柱　５６・・制動部材 ５８．６０・・端子　６２・・頓孔 ６４・・螺子　６６・・供給ボート ６８・・室　７０・・油圧供給源 ７２・・切換弁 特許出願人　焼結金属工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　可動部材に推力を加えて移動動作させるアクチ
   ュエータと制動器とを含む制動器付アクチュエータの制
   御方法であって、前記アクチュエータを付勢して前記可
   動部材に推力を供与すると共に前記制動器を一挙にまた
   は断続的に駆動し前記可動部材に制動力を加えて前記可
   動部材を一挙に若しくは断続的に静止させることを特徴
   とするアクチュエータの制御方法。 （２、特許請求の範囲第１項記載の制御方法において、
   可動部材に連結する流体制御弁の弁体の変位量、変位速
   度、変位加速度または流体制御弁の流体出力圧を検出し
   、その検出信号に基づきアクチュエータと制動器の駆動
   制御を行うことからなるアクチュエータ制御方法 （３）所定方向に変位する可動部材と、前記可動部材を
   移動する駆動源と、前記可動部材に近接してその移動動
   作を阻止する制御器と、前記駆動源と制御器とに付勢信
   号を送る制御系とからなり、前記制御系は前記駆動源に
   対し継続的に付勢信号を供与すると共に前記制御器に付
   勢信号を付与して制御器をＩＩ続的に若しくは断続的に
   駆動し可動部材の変位制御を行うことを特徴とする制動
   器付アクチュエータの制御装置。 （４）　特許請求の範囲第３項記載のアクチュエータＧ
   こおいて、制御器は積層する圧電素子群により構成され
   てなる制動器付アクチュエータの制御装置。 （５）特許請求の範囲第３項記載のアクチュエータにお
   いて、可動部材は流体制御弁を構成する弁体に接続して
   なる制動器付アクチュエータの制御装置。 （６）特許請求の範囲第３項乃至第５項のいずれかに記
   載のアクチュエータにおいて、可動部材に弁体の変位量
   、変位速度、変位加速度、または流体制御弁の出力圧を
   検知する検知器を接続し、前記検知器により検出された
   信号を制御系に送給して駆動源と制御器とを制御するこ
   とからなる制動器付アクチュエータの制御装置。