JPS6314140Y2

JPS6314140Y2 -

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Publication number: JPS6314140Y2
Application number: JP1980095448U
Authority: JP
Priority date: 1980-07-07
Filing date: 1980-07-07
Publication date: 1988-04-20
Also published as: JPS5719273U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、各種の流体圧制御装置に使用される
デジタル流体圧制御装置の改良に関する。

各種の流体圧装置においては、流体の断続ある
いは流量制御を精密に行なう装置として、最近で
はデジタル形式の流体圧制御装置が使用させるよ
うになつている。このデジタル流体圧制御装置に
は幾つかの方式のものがあるが、第１図は従来最
も一般的に使用されているものの構成を示したも
のである。この装置は、図示のように主として流
体圧制御弁１、パルス発生器１８および駆動装置
２２よりなる。

まず第１図について動作要領を説明すると、流
体圧制御弁１の本体２の内部に挿入された流量制
御用のスプール３は、ねじ４を介してステツプモ
ータ１６で駆動されるようになつている。スプー
ル３はガイドピン５によつて回転が不能になつて
いるから、ステツプモータ１６の各コイルＡない
しＤ（図示の例は４コイルの場合を示す）が駆動
装置２２によつて順次励磁され、軸１４が回転す
るとスプール３は左右に動く。この時スプール３
のランド６によつて流路７の開度が変化し、これ
によつて流路７から流路８に送出される圧力流体
が制御される。

なお駆動装置２２は、電源スイツチ１７を
OFFにしたあとでこれを再投入すれば、この内
部にあるステツプモータ１６の各コイルの励磁制
御用のカウンタ回路がリセツトされるようになつ
ており、特にこの例ではスイツチ１７の再投入に
よつて、常にＡコイルが励磁されるように構成さ
れている。

スプール３には軸１５が取付けられていて、こ
れを用いてリミツトスイツチ１１を動作させ、こ
の動作位置をもつて原点位置としている。そして
この位置からスプール３を右動させ、この右動さ
せた量を用いてスプールの位置を定めている。こ
のようにすれば、ステツプモータ１６のデジタル
的な回転角度とスプール３の位置との相対的な結
合関係が定まるので、ステツプモータ１６の回転
量によつて流路７の開度が決まり、これを通過す
る流体の断続あるいは流量を制御することができ
る。流路９および１０はドレン回路で、これによ
つて空所１２および１３に流体圧が発生しないよ
うになつている。

パルス発生器１８は駆動装置２２を制御するた
めのもので、増加ボタン２０を押せば流路７を開
く方向のパルス信号が駆動装置２２に送出され、
減少ボタン２１を押せば流路７を閉じる方向のパ
ルス信号が送出される。このパルス信号は加減算
されて指示器１９に指示されるから、この指示値
によつて流路７の開度が定められる。

この場合に最も問題になるのは、電源スイツチ
１７をOFFにした時のスプール３の位置であつ
て、この時にはステツプモータ１６は大体そのま
まの位置で停止するので、スプール３も流路７の
開度をほぼそのままにして止まる。次に電源スイ
ツチ１７をONにすると指示器１９は零になり、
ステツプモータ１６は新しい原点位置、すなわち
Ａコイルが励磁された状態になるので、指示器１
９の指示とスプール３の相対的な位置が合わなく
なる。このような合わない状態をなくすために
は、電源スイツチ１７をOFFにした時には必ず
スプール３を原点位置、すなわちリミツトスイツ
チ１１をONにする位置までもどすように駆動装
置２２を構成することが必要になる。この問題
は、電気的な外乱によつて指示器１９の指示が乱
される場合も同様で、これを修正するためには指
示器１９の指示を零にするとともに、スプール３
の位置も必ず原点位置までもどす操作をしなけれ
ばならないことになる。

第２の問題点は、原点位置検出用のリミツトス
イツチ１１にある。公知のように、リミツトスイ
ツチ１１には動作位置にかなりのばらつきがある
ので、これにともなつて後述するような原点位置
の変動が発生する。したがつて、この分だけ流路
７の開度と指示器１９の指示が合わなくなり、こ
の誤差のために使用上はなはだしく不便をともな
う。第３の問題点は、非常停止などの際に全電源
がOFFになると、前述のように流路７が開かれ
たままになるので、適用する機械によつてはきわ
めて大きな危険がともなうことである。

本考案は、上述のような種々の問題点を解決す
るためになされたもので、流体圧制御弁にスプー
ルの原点位置設定用ストツパと、ステツプモータ
の非励磁時に上記スプールをこのストツパに圧着
させるためのスプリングを設けるとともに、上記
スプールが上記ストツパに圧着した場合に、制御
装置内部のステツプモータ制御用カウンタ回路を
リセツトさせ、また必要に応じて更に上記ステツ
プモータを一時的に非励磁にするために、ステツ
プモータ制御用駆動装置を一定時間だけ断にする
リセツト回路を設けることによつて、常にスプー
ルの正確な原点位置を自動的に設定することので
きる安価で、かつ性能のよいデジタル流体圧制御
装置を提供することを目的とする。

次に本考案を図示の実施例について説明する。
第２図は本考案における圧力流体の制御部である
流体圧制御弁の正面断面図、第３図は第２図の
−断面図と制御装置の構成を示したものであ
る。なお、これらの図で、第１図と同じ記号を使
用した構成機器は同じ目的に使用されるので、こ
の説明は省略する。

この場合には、流体圧制御弁１のスプール３に
ラツク３３が設けられ、これにステツプモータ１
６の軸１４に取付けられたピニオン３４をかみ合
わせ、ステツプモータ１６によつて、第２図でス
プール３が左右に動くようにしてある。本体２に
はねじ２９が設けられ、これにストツパ３０がね
じ込まれ、ナツト３１で固定されている。そして
ステツプモータ１６が非励磁の状態では、スプリ
ング３２の作用によつて、スプール３の面３５が
このストツパ３０の先端部に圧着されるようにな
つている。

制御装置４０内のクロツクパルス発生器４１
は、ステツプモータ１６の回転を制御するための
クロツクパルスを発生させる。なお、このクロツ
クパルスの周波数は、ステツプモータ１６の回転
速度を自由に変更できるように、任意な調整が可
能になつている。このクロツクパルスは加算ゲー
ト４２または減算ゲート４３を介してカウンタ回
路４４に与えられる。加算ゲート４２は増加スイ
ツチ４５をONにした時だけ加算パルスをカウン
タ回路４４に与え、また減算ゲート４３は減少ス
イツチ４６をONにした時だけ減算パルスをカウ
ンタ回路４４に与えるようになつているので、カ
ウンタ回路４４のカウント値はこれらを加減算し
た結果を示すことになる。

駆動装置４７は、カウンタ回路４４の出力をス
テツプモータ１６を駆動するために必要な信号に
変換し、ステツプモータ１６を可逆的に歩進させ
る。したがつて、この歩進した結果は、カウンタ
回路４４の出力と１対１で対応したものになる。
またカウンタ回路４４の出力は変換器４８によつ
て10進データに変換され、指示器４９に指示され
る。したがつて、指示器４９の指示値もステツプ
モータ１６の歩進した最終角度、すなわち、スプ
ール３の変位量に対応したものになる。

リセツト回路５０内の電源検出器５２は、電源
電圧が零から所定の電圧になるところを検出し、
このデータをタイマ回路５３に与え、ここで一定
幅のパルス信号を発生させる。またリセツトスイ
ツチ５１は、手動でリセツトさせたい時に使用す
る。外部入力端子５４は、流体圧制御弁１の流体
圧源がOFFになつた時や、この制御弁１のスプ
ール３を外部装置で原点位置にもどしたい時など
に用いるもので、この時に入力信号がこの外部入
力端子５４にに与えられる。

これらの信号はすべてORゲート５５を介して
ゲート回路５６に与えられ、ゲート回路５６はこ
の入力信号に応じてカウンタ回路４４をリセツト
して零にする。ORゲート５５の出力は信号線５
７によつて駆動装置４７にも与えられ、必要に応
じてこの全出力を一時的にOFFにし、この間ス
テツプモータ１６を非励磁状態にするようになつ
ている。

以上のように構成された装置においては、ステ
ツプモータ１６が非励磁の状態になると、スプー
ル３は必ずスプリング３２でストツパ３０に圧着
される。したがつてステツプモータ１６の原点位
置に対応する励磁コイル、例えばＡコイルが励磁
された時のスプール３の位置にこれを停止させる
ようにストツパ３０を固定しておけば、電源スイ
ツチ１７を再投入した場合には、リセツト回路５
０が動作してカウンタ回路４４がリセツトされる
とともに、ステツプモータ１６も一時的に非励磁
の状態になるので、電源スイツチ１７の再投入後
にＡコイルが励磁されると、Ａコイルが励磁され
た時にスプール３の停止する位置がA₀，A₁，
A₂，……と幾つかあつても、必ず左端の停止位
置A₀に止まるようになる。流体圧源がOFFにな
つた場合や、外部入力端子５４に原点復帰信号が
与えられた場合、あるいは手動でリセツトスイツ
チ５１をONにした場合などにも全く同様に動作
する。

上述したところから明かなように、この場合に
はステツプモータ１６が動作してスプール３が移
動すると、移動した距離は必ず所定のストローク
になり、指示器４９の指示とスプール３のストロ
ークとの関係が一義的に定められ、指示器４９の
指示値は常にランド６による流路７の開度に対応
したものになる。またストツパ３０にスプール３
が圧着される位置は正確なものであるから、原点
位置が狂うこともない。電気的な外乱によつて指
示器４９の指示が狂つた場合などでも、リセツト
スイツチ５１を動作させるだけでこれらに対する
修正を容易に行なうことができる。流体圧制御弁
１の流体圧源が制御装置４０と同じ電源スイツチ
１７で駆動され、かつリセツトスイツチ５１と外
部入力端子５４を使用しない場合は、電源スイツ
チ１７をOFFにするとスプール３は自動的に原
点位置に復帰するので、ステツプモータ１６を信
号線５７を用いて一時的に非励磁にする必要はな
く、この場合には信号線５７を省略することがで
きる。

なお、ストツパ３０によるスプール３の位置決
め操作は、ステツプモータ１６の電気的回転周期
角（電気角で１回転する角度）によつてかなり粗
くすることができる。第４図はこの状態を示した
もので、各コイルを単独で励磁した時のスプール
３の停止位置をA′，B′……A₀，B₀，……とする
と、ストツパ３０の位置が３０ａから３０ｂまで
の区間内の任意の位置、すなわち、ステツプモー
タ１６の電気的回転周期角に対応する周期幅Ｌに
ほぼ等しいストロークＬ−2δの範囲内で任意に設
定することができる。ただしδは不安定領域で、
１ステツプ角度より小な値である。

すなわち、ストツパ３０が３０ａの位置にある
時は、ステツプモータ１６が非励磁の状態では、
スプール３の面３５はＰの位置にあるが、Ａコイ
ルが励磁されるとA₀の位置にくる。またストツ
パ３０が３０ｂの位置にある時は、スプール３の
面３５は始めはＱの位置にあるが、Ａコイルを励
磁してもそのままである。この場合には、ステツ
プモータ１６のＣコイルを励磁した時に始めて面
３５がわずかにC₀の位置まで動き、あとはD₀，
A₁，……と１対１に対応した状態で動くように
なる。左右のδの区間は前述のように不安定な区
間で、第４図の左側のδ区間内にストツパ３０の
先端がある時は、ステツプモータ１６のＡコイル
を励磁すると、スプール３の面３５はそのままで
いる場合とA₀まで動く場合がでてくる。ストツ
パ３０の先端面が第４図の右側のδ区間内にある
時も同じような動作をする。しかしこのδ区間の
幅はかなりせまいので、あまり問題は起らない。
すなわち、ストツパ３０の位置はＬ−2δの区間内
で任意に定めることができるので、設定がきわめ
て容易である。

この場合、ステツプモータ１６を１−２相励磁
方式、すなわち各コイルの励磁をＡ，AB，Ｂ，
BC，……の順で行なうとすれば、電気的な回転
周期は８ステツプとなるから、１ステツプをスプ
ール３の変位で0.01mmに選定したとすれば、スト
ツパ３０は約0.07mm程度の幅内で設定すればよい
ことになり、設定がきわめて容易なことがわか
る。ただし、この場合には2δを0.01mmにしてあ
る。

次に前述したリミツトスイツチ１１の動作位置
のばらつきについて考えてみると、このばらつき
は通常のリミツトスイツチでは0.1〜0.2mm程度は
ある。ステツプモータ１６を上述したように１−
２相励磁方式で使用し、１ステツプをスプール３
の変位で0.01mmに選定すると、周期幅Ｌはやはり
0.08mmになる。この場合には、リミツトスイツチ
１１の動作位置のばらつき範囲内に２周期分程度
が入るので、この区間内に例えばＡコイルの励磁
状態が２個所は発生することになる。すなわち、
リミツトスイツチ１１の動作のばらつきのため
に、この分だけ位置誤差が発生することになるの
である。しかし第２図および第３図に示した本考
案によれば、このような誤差は完全に除去され
る。また本考案では従来のものに比べて高価な部
品類は一切使用していないので、これによつて価
格が上昇するようなこともない。

上述したように、本考案を適用したデジタル流
体圧制御装置を用いれば、使用開始時に必ず正確
なスプールの原点位置が自動的に定められるの
で、常に指示器と流路開度制御用スプールの位置
との関係が一義的に定められ、性能的に安定した
圧力流体の断続または流量制御を行なうことがで
きる。しかもこの制御装置では、スプールの原点
の位置決めにリミツトスイツチなどを使用してい
ないので、これによる位置誤差も全くない。また
実施例のスプール形式では非常停止時などには流
体圧制御弁１が直ちに全閉になるので、危険が生
ずるようなことも全くない。なおスプリング３２
はゼンマイ状にしてステツプモータ軸に関して設
けても良く、またストツパー３０をステツプモー
タの回転角に関して設けても良いのは言うまでも
ない。すなわち本考案によれば、原点位置の設定
がきわめて容易で、性能的に優れた安価なデジタ
ル流体圧制御装置をうることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のデジタル流体圧制御装置の構成
を示す説明図、第２図は本考案になるデジタル流
体圧制御装置における圧力流体の制御部である流
体圧制御弁の構造を示す正面断面図、第３図は第
２図の−断面図と制御装置の構成を示す説明
図、第４図は第２図に示したストツパ３０による
スプール３の位置決め時の模様を示す説明図であ
る。１……流体圧制御弁、２……本体、３……スプ
ール、７，８，９，１０……流路、１６……ステ
ツプモータ、３０……ストツパ、３２……スプリ
ング、３３……ラツク、３４……ピニオン、４０
……制御装置、４４……カウンタ回路、４７……
駆動装置、４９……指示器、５０……リセツト回
路、５６……ゲート回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

流体の断続あるいは流量制御用のスプールをス
テツプモータで駆動するようにした流体圧制御弁
と、このステツプモータをデジタル的に制御する
ためのカウンタ回路及び駆動回路を有する制御装
置よりなるデジタル流体圧制御装置において、上
記スプールの原点位置設定用のストツパと上記ス
テツプモータの非励磁時に上記スプールをこのス
トツパに圧着させるためのスプリングを設けると
ともに、上記制御装置内に上記スプールが原点位
置に復帰した時に上記カウンタ回路をリセツトさ
せ、また必要に応じて更に上記駆動回路の出力を
一時的に断にして、上記ステツプモータをこの間
非励磁にするためのリセツト回路を設けたことを
特徴とするデジタル流体圧制御装置。