JPS6039523Y2 - 流体サ−ボ装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、設定入力とフィードバック出力の偏差をステ
ップモータ出力軸の変位量としてノズル・フラッパ機構
に伝達する流体サーボ装置に関する。

一般にピストン・シリンダ機構のピストン位置決め制御
等に流体サーボ装置が用いられるが、この従来例を第１
図、第２図に示す。

第１図中、１が流体サーボ装置としてのサーボ弁で、ピ
ストン・シリンダ機構３３を用いた位置決め装置３２に
適用されている。

位置決め装置３２は、同図中、ピストン・シリンダ機構
３３、ピストン位置検出用のポテンショメータ４１、サ
ーボアンプ４２、サーボ弁１とより大略構成される。

３９．４０は前記サーボ弁１の出力ポート２２．２２’
と水平に配したシリンダ３５内をピストン３４により区
画して形成される側室３６，３７とを夫々連通ずる空気
配管である。

ポテンショメータ４１はピストン３４と一体的に摺動変
位するロッド３８の位置を検出し、検出した信号をライ
ン４３を介してサーボアンプ４２に供給する。

サーボアンプ４２は上記位置信号とライン４７からのピ
ストン３４の位置の設定値信号とを比較し、両信号の差
に応じた偏差信号をライン４４を介してサーボ弁１の後
述するフォースモーク２に供給する。

サーボ弁１は、第２図の如く、フォースモーク２、流体
増幅リレー１３．１３’とより大略構成される。

フォースモータ２は、永久磁石３，５の内部に円筒状に
巻回されたコイル４，６を有する一対の電磁石２ａ、２
ｂが対向離間してなり、両磁石２ａ、２ｂ間に支点７を
中心として回動変位しうるアーマチュア８が介装されて
いる。

棒状のアーマチュア８の両側面には一端を固定されたバ
ネ９ａｖ９ｂの他端が固定されており、両バネ９ａ。

９ｂはアーマチュア８に対し互いに逆方向に附勢してい
る。

さらにアーマチュア８の先端部にはフラッパ１１．１２
が対向離間して取り付けられている。

１０ａ、１０ｂはコイルバネで、アーマチュア８を介し
て互いに対向離間しており、その他端は固定されている
ため、第２図に示す状態でともにその自然長にある。

流体増幅リレー１３．１３’は、前記フラッパ１１．１
２を介して互いに対向離間しているが、夫々同一の構成
であるため流体増幅リレー１３についてのみ説明し、流
体増幅リレー１３′の同一構成部分にはダッシュを付し
その説明を省略する。

１４は流体増幅リレー１３の本体で、その内部に複数の
段付円筒状の貫通孔よりなる流体室１５を有する。

流体室１５は夫々内径の異なる円筒状の流体室１６．１
７．１８．１９よりなり、流体室１６は後述するダイヤ
プラム膜４６により二分され流体室１６ａ、１６ｂを有
する。

尚、流体室１６ａには排気ポート２０、流体室１８には
供給ポート２１、流体室１９及び１７には出力ポート２
２が夫々流路２２ａ１フイードバツク流路２２ｂを介し
て連通している。

２３はノズルで、ノズル部２３ ａ、 段部２３ｂ、摺
動部２３ｃとより大略構成されており、ノズル部２３ａ
はダイヤプラム膜４５を介して後述するキャップ３１に
保持されその先端部が前記フラッパ１１に適宜の間隔を
有して対向離間するとともに、摺動部２３ｃは流体室１
７に気液密に嵌入され、第２図中矢印Ｘ、 Ｙ方向に摺
動しうる。

尚、段部２３ｂは前記流体室１６の内壁との間に介装さ
れたダイヤプラム膜４６により保持されている。

又、ノズル２３ａはその側面に穿設された孔２５を介し
て流体室１６ｂと連通しており、供給ポート２１より分
岐し流体室１６ｂに到る流路２６により空気を供給され
、その先端よりフラッパ１１に向は空気を噴射する。

２７は絞りで、流路２６を流れる空気の流体抵抗となる
。

２８は摺動部２３ｃ内を貫通する孔で流体室１７と流体
室１６ａとを連通ずる。

２４は案内弁で、第１弁体２４ａ１段部２４ｂ１第２弁
体２４ｃとより大略構成されている。

第１弁体２４ａは前記段部２３ｃの孔２８の開口部に着
座して、係止されうる。

流体室１９内にある第２弁体２４ｃは本体１４に螺嵌し
たキャップ２９に一端を係止されたバネ３０の他端を係
止している。

段部２４ｂは流体室１８内に気液密に嵌入されているた
め、案内弁２４の矢印Ｘ、 Ｙ方向の摺動に伴い流体室
１８を介して流体室１７，１９とが連通ずることはない
。

尚、第２弁体２４ｃは案内弁２４の矢印Ｙ方向の摺動限
時、流体室１８の左端開口部に着座し係止される。

尚３１はキャップで、流体室１６ｂを閉塞するとともに
、前記ダイヤフラム膜４５を介してノズル２３ａが気液
密に挿通している。

次に、上記位置決め装置３２、サーボ弁１の動作につい
て説明すると、サーボアンプ４２がポテンショメータ４
１からの位置検出信号とライン４７からのピストン３４
の位置の設定信号とを比較して両信号の差がないときは
、偏差信号は零であり、ピストン３４は上記設定信号の
値に応じた一定の定常位置にある。

この状態ではサーボ弁１は空気圧源４８より供給された
空気を流体増幅リレー１３．１３’、配管３９．４０を
夫々介して適宜の圧力を有する空気を側室３６．３７に
供給している。

今、ピストン３４を上記定常位置から第１図中矢印Ｘ方
向へ所定寸法移動させるために、ライン４７から上記設
定信号とは異なる位置設定信号が入力されたとする。

するとサーボアンプ４２内で位置検出信号と位置設定信
号との間に所定の大きさの偏差を生じる。

従って、この偏差信号がサーボ弁１のフォースモーク２
に出力され、電磁石２ａ、２ｂの電流を変化させる。

このとき、電磁石２ａはアーマチュア８を吸引し、逆に
電磁石２ｂはアーマチュア８を反発するため、アーマチ
ュア８は支点７を中心として第２図中時計方向に回動変
位し、バネ９ （９ａ、 ９ｂ）、１０ （１０ａ、
１０ｂ）の附勢力と電磁石２ａ、２ｂの磁力のベクトル
的総和が零になった位置で静止する。

上記アーマチュア８の回動変位により、フラッパ１１が
ノズル部２３ａに近接し、一方フラッパ１２はノズル部
２３ａ′より離間する。

従って流体増幅リレー１３では流体室１６ｂ内の背圧が
高まる結果、ノズル２３は第１図中矢印Ｘ方向に押圧さ
れて摺動し、案内弁２４をバネ３０に抗して矢印Ｘ方向
に押圧摺動させる。

このため、第２弁体２４ｃが流体室１８の開口部をより
一層開口させ、供給ポート２１を介して空気圧源４８よ
り流体室１９に供給されていた空気の流量は増加し、出
力ポート２２、配管３９を順次介してシリンダ３５の側
室３６に供給された空気はピストン２４を第１図中矢印
Ｘ方向に押圧する。

一方、他の流体増幅リレー１３′では全く逆の動作によ
り第２弁体２４′が流体室１８′の右端開口部を閉口し
、供給ポート２１′を介して空気圧源４８より供給され
ていた空気の流量が殆んど零となる。

同時にシリンダ３５の他の側室３７内の空気は配管４０
、ポート２２′、フィードバック流路２２ｂ′を順次介
して逆流して流体室１７′内にフィードバックされノズ
ル２３′を矢印Ｘ方向へ押圧する。

従って、ノズル２３′は、上記矢印Ｘ方向の力が流体室
１６ｂの背圧による矢印Ｙ方向の力より大となるため、
案内弁２４′から離間して矢印Ｘ方向へ摺動し、摺動部
２３′ｃが第１弁体２４ａ′より離間する。

このため側室３７からの空気は流体室１７′から更に孔
２８′、流体室１５ａ’、排気ポート２０′を介して大
気に放出される。

尚流体室１７′内のフィードバック空気は同時に案内弁
２４′を矢印Ｙ方向へ押圧しているが、バネ３０の力に
打勝てないため、案内弁２４′は移動せず、流体室１８
′の右端開口部は閉口したままである。

上記の如く、側室３６内の圧力は高まり、一方側室３７
内の圧力が減少するため、ピストン３４は第２図中矢印
Ｙ方向に押圧され、上記所定寸法移動動作を開始する。

しかるに、流体増幅リレー１３では流体室１７が流路２
２ ａ、 ２２ ｂを介して流体室１９と連通してい
るため、出力ポート２２を通過する空気の一部がフィー
ドバック流路２２ｂを介して流体室１７内にフィードバ
ックされ、ノズル２３を第２図中矢印Ｙ方向へ且つ案内
弁２４を矢印Ｘ方向へ夫々押圧する。

従ってノズル２３は流体室１６ｂ内の背圧に抗して案内
弁２４から離間して矢印Ｙ方向へ僅少寸法摺動する。

ここで案内弁２４は、上記流体室１７内の矢印Ｘ方向押
圧力よりも流体室１８，１９の矢印Ｙ方向押圧力とバネ
３０の附勢力との和の方が大なるため、矢印Ｙ方向へ摺
動して第１弁体２４ａが再びノズル２３に当接する。

フィードバック流路２２ｂから流体室１７に供給される
空気圧が増大するに伴い、上記動作が繰返され、ノズル
２３及び案内弁２４は見かけ上一体に所定寸法矢印Ｙ方
向へ摺動し、案内弁２４の第２弁体２４ｃ及び流体室１
８左端間の開口面積が絞られる。

その結果、案内弁２４は、ノズル２３からは流体室１６
ｂ内の背圧と、流体室１７内の圧力との差で表わされる
矢印Ｘ方向の力を受け、且つ流体室１９内の圧力とバネ
３０の附勢力との和で表わされる矢印Ｙ方向の力を受け
このＸ方向及びＹ方向の力がつり合った位置で静止する
。

尚このとき流体室１８では空気による段部２４ｂへの矢
印Ｙ方向押圧力及び第２弁体２４ｃへの矢印Ｘ方向押圧
力が略同−で打消し合っており、案内弁２４へ押圧力を
及ぼさない。

このため、流体室１８の開口部の開口面積はフラッパ１
１の変位に対応して絞られた一定値となり、該開口部を
通過し出力ポート２２より側室３６に供給される空気圧
もある一定値となる。

同様に他の流体増幅リレー１３′でも、案内弁２４′は
フラッパ１２の変位に応じたある位置で静止し、側室３
７内の空気圧は一定値となる。

上記状態においてサーボ弁１によるピストン３４の位置
の変更動作は完了し、ピストン３４は設定値信号の値に
応じた位置に移動する。

しかるに、上記従来例によれば、フォースモータ２は永
久磁石３，５とコイル４，６からなるもので、重量、設
置スペースがともに大きいため、小型計量化に限界があ
り、さらにフォースモータ２は外部の磁界と重力による
影響が大きく、例えばマグネットやコイルを有する装置
のそばに置いて使うとフォースモータ２の性能が変化し
たり、或いは設置面が斜めに傾いていたりすると、アー
マチュア８が自重により微傾斜したり上動方向回動動作
が鈍くなって、所期の制御精度を維持できないという欠
点があった。

本考案は、ビームを駆動する駆動モータを、永久磁石及
びコイルよりなるフォースモークでなく、ステップモー
タを利用して、フラッパを変位させることにより、上記
諸欠点を除去した流体サーボ装置を提供することを目的
とする。

そのため本考案は駆動モータとしてステップモータを設
置し、該ステップモータの出力軸に偏心カムを取り付け
、前記カムに前記ビームを常時当接させるばねを設けた
構成としたものである。

これにより、ステップモータは外部の磁界或いは重力の
影響を受けないからマグネットやコイルを有する装置の
そばで使ったり、或いはサーボ装置本体の設置面が斜め
に傾いていたりしても、制御精度は全く影響を受けるこ
とがなく性能及び信頼性を向上しうると共に、小型であ
り装置全体を小型軽量化しうる。

次にその一実施例につき説明する。

第３図は本考案になる流体サーボ装置の一実施例を適用
したピストン位置決め装置５２の一例の概略構成図、第
４図は上記流体サーボ装置の概略構成図を示し、各図中
、第１図、第２図と同一部分には同一符号を附す。

第３図中、５１が流体サーボ装置としてのサーボ弁で、
ピストン・シリンダ機構３３を用いた荷物昇降用リフタ
５０に適用されている。

この機構３３のピストンロンド３８の先端部に、荷物５
３の載置台５４を取付けて構成されており、シリンダ３
５の側室３６．３７の一方の側室３６に対する空気の給
排量を制御することにより昇降位置を制御される。

ピストン３４の変位位置は、ピストンロンド３８の変位
によって抵抗値を可変されるポテンショメータ４１によ
って検出され、信号設定器としてのサーボアンプ４２に
フィードバックされる。

サーボアンプ４２は、ピストン３４をどこまで変位させ
るかという作業者の意思であるピストン位置設定入力を
ツマミ操作等により設定され、この設定入力と上記フィ
ードバック出力の偏差を直流電流信号としてサーボ弁５
１の後述するステップモータ５５に供給する。

尚本実施例のシリンダ３５では、−の側室３６は上記従
来例と同様に配管３９を介して−の流体増幅リレー１３
に接続されているが、他の側室３７は配管４９により大
気に開放されている。

サーボ弁５１は、第４図に示す如く、サーボ弁本体５６
にステップモータ５５、ビーム５７、ノズル・フラッパ
機構５８、−の上記流体増幅リレー１３等を取付けて大
略構成されている。

ここで、ステップモータ５５は本考案の要部を構成し、
サーボアンプ４２からの出力電流の大きさに応じて出力
軸５５ａを所定ステップ数正・逆回転する。

出力軸５５ａの１ステツプごとの回動変位量は、ポテン
ショメータ４１の分解能、或いは要求される制御精度等
を勘案して適宜の値とされる。

出力軸５５ａには偏心カム５９が取付は固定してあり、
偏心カム５９の円弧状カム面５９ａと出力軸５５ａ中心
との間の距離は、出力軸５５ａ（偏心カム５９）が第４
図中反時計方向に回転するに伴い漸増するよう設計され
ている。

ノズル・フラッパ機構５８は上記ノズル２３及びフラッ
パ６０よりなり、フラッパ６０は、ビーム５７の先端部
に取付けられている。

このビーム５７は、サーボ装置本体５６に対しピン６１
の周りに揺動可能に枢支されている。

又、ビーム５７は、ゲイン調整と零点調整を兼ねるコイ
ルばね６２によってカム面５９ａに当接する方向に附勢
されている。

次に上記位置決め装置５２、サーボ弁５１の動作に付き
説明する。

例えば、リフタ５０の載置台５４を現在の高さ位置から
上昇させる場合、サーボアンプ４２のピストン位置設定
入力を変更する。

変更された設定入力とポテンショメータ４１のフィード
バック出力との間に偏差が生じ、ステップモータ５５は
、偏差の大きさに応じて第４図中時計方向に所定ステッ
プ数回動変位する。

その結果、フラッパ６０はノズル２３に近接する方向に
変位し、ノズル背圧が大となる。

これにより上記従来例の場合と全く同様にして、流体増
幅リレー１３の配管３９を介しての出力は増大する。

これにより、ピストン３４は側室３６内に供給された高
圧の空気によって上方に押し上げられ、設定された位置
まで変位する。

この場合性の側室３７内の空気はピストン３４が上動し
た分だけ配管４９から大気に放出される。

これとは逆に、リフタ５０の載置台５４を現在の高さ位
置から下降させる場合、サーボアンプ４２の設定入力を
変更すると、偏心カム５９が第４図中反時計方向に回動
変位し、フラッパ６０がノズル部２３から離間して流体
増幅リレー１３の出力は小か或いは零となる。

従って、ノズル部２３の孔２８及び案内弁２４の第１弁
体２４ａどうしが僅少寸法離間開弁して、側室３６内の
空気が配管３９を逆流して排気ポート２０から所定量分
排出される。

その後上記開弁部がフラッパ６０の背圧により閉弁され
るため、ピストン３４（載置台５４）は所定量のみ下降
する。

尚、上記説明では設定入力を変更した場合の動作につき
説明したが、設定入力は変わらず、例えば台５４上の荷
物５３の重量が変わり、ピストン・シリンダ機構３３に
対する負荷が変動したような場合も、サーボ弁５１は、
設定値入力とフィードバック出力との偏差が零となるよ
うピストン・シリンダ機構３３を駆動し、これにより台
５４は荷物５３の重量変動に関係なく一定の高さ位置に
荷物５３を支持する。

上記の如く、サーボ弁５１は、サーボアンプ４２の出力
をステップモータ５５を介してノズル・フラッパ機構５
８に伝達する構成としているため、装置全体を良好に小
型軽量化することができ、又ステップモータ５５は外部
の磁界或いは重力の影響を受けないから、モータやコイ
ルを有する装置（図示せず）のそばで使用しても、或い
はサーボ弁本体５６が斜めに傾いているような場合でも
、制御精度には何らの影響も生じない。

第５図は本考案になる流体サーボ装置の一変形例を適用
したピストン位置決め装置の一例の概略構成図、第６図
は該流体サーボ装置の概略構成図を示す。

第６図中、流体サーボ装置としてのサーボ弁７１は、前
記サーボ弁５１とこれとは全く逆の動作をするサーボ弁
５１′を一体に組付けて構成したものであり、第５図に
示す水平方向に配したシリンダ３５内でピストン３４が
水平方向に変位するピストン・シリンダ機構３３の位置
決め制御に用いられる。

本実施例の場合、ステップモータ５５の偏心カム５９′
は、両側に一対のカム面５９ａ’、５９ｂ’を有してお
り、出力軸５５ａが回動変位したとき、例えば一方のビ
ーム５７はノズル２３に近接し、他方のビーム５７′は
ノズル２３′から離間する。

従って、例えば流体増幅リレー１３の出力が増大したと
きには、他の流体増幅リレー１３′の出力は反対に減少
する。

流体増幅リレー１３′の出力は、ピストン・シリンダ機
構３３のシリンダ３５の他の側室３７に供給されており
、上記従来例の場合と全く同様にしてシリンダ３５の側
室３６．３７内の空気圧力の大小関係に応じてピストン
３４の位置が制御される。

尚、上記各実施例において、作動流体としては空気に限
らず他の気体でもよく、さらには気体に限らず液体でも
よい。

又、ピストン・シリンダ機構３３のシリンダ３５の一方
の側室３６或いは３７内にばね等の附勢手段を設けても
よい。

又、ステップモータとしては出力軸を回動変位させる構
成のものを例にとったが、これに限らず出力軸が直線的
に往復変位するりニアモータ等を用いることもでき、そ
の場合フラッパ６０或いは６０′の変位方向にリニヤモ
ータの出力軸の変位方向を一致させて該出力軸とビーム
５７或いは５７′を連結すればよい。

上述の如く、本考案になる流体サーボ装置は、設定入力
とフィードバック出力との偏差に応じてステップモータ
の出力軸を変位せしめ、この出力軸の変位量に応じてノ
ズル・フラッパ機構を作動させる構成としているため、
フォースモークを用いる従来の流体サーボ装置に比較し
て、ステップモータは外部の磁界或いは重力の影響を受
けないからマグネットやコイルを有する装置のそばで使
ったり、或いはサーボ装置本体の設置面が斜めに傾いて
いたりしても、制御精度は全く影響を受けることがな（
、しかも装置全体を小型軽量化しうる等の特長を有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は流体サーボ装置の従来例を適用したピストン位
置決め装置の一例の概略構成図、第２図は上記従来例流
体サーボ装置の概略構成図、第３図は本考案になる流体
サーボ装置の一実施例を適用したピストン位置決め装置
の一例の概略構成図、第４図は上記流体サーボ装置の概
略構成図、第５図は本考案になる流体サーボ装置の一変
形例を適用したピストン位置決め装置の一例の概略構成
図、第６図は上記流体サーボ装置の概略構成図である。 １．５１，７１・・・・・・サーボ弁、２・・・・・・
フォースモータ、３，５・・・・・・永久磁石、４，６
・・・・・・コイル、８・・・・・・アーマチュア、１
１，１２，６０．６０′・・・・・・フラッパ、１３，
１３’・・・・・・流体増幅リレ＋、２３ｔ ２３’・
・・・・・ノズル、２４，２４’・・・・・・案内弁、
３２，５２・・・・・・位置決め装置、３３・・・・・
ピストン・シリンダ機構、３６．３７・・・・・・側室
、４１・・・・・・ポテンショメータ、４２・・・・・
・サーボアンプ、４８・・・・・・空気圧源、５０・・
・・・・リフタ、５５・・・・・・ステップモータ、５
７．５７’・・・・・・ビーム、５８．５８’・・・・
・・ノズル・フラッパ機構、５９．５９′・・・・・・
偏心カム。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 一端が支点となり他端がフラッパとなったビームと、該
   ビームを外部信号に対応した位置に変位させるようにビ
   ームに設けられた駆動モータと、前記ビームに対向する
   ように位置され空気源から外部機器に至る空気圧を制御
   するように設けられた流体増幅リレーとから構成してな
   る流体サーボ装置において、前記駆動モータとしてステ
   ップモータを設置し、該ステップモータの出力軸に偏心
   カムを取り付け、前記カムに前記ビームを常時当接させ
   るばねを設けてなる流体サーボ装置。