JPS631802A - サ−ボ装置 - 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】 ［産業上の利用分ｇｆ１ 本発明は、流体エネルギをその動力源として作動し、人
力される電気信号をそれに対応する機械的な変位７１に
変換して連次出力をするようにした流体式のサーボ装置
に関するものである。

［従来の技術１ 従来のサーボ装置は、制御回路からの電気信１＞をトル
クモータやスプール等を内蔵した重油サーボバルブによ
って油圧信号に変換し、この油圧信号を油圧式の７クチ
ユエータに伝えて所要の出力部材を作動させるようにし
ている。そして、その出力部材の作！！＋１　暖を前記
制御回路にフィードバックすることによって、設定入力
信号に対応した機械的変位が得られるようになっている
。

しかしながら、このような従来装置では、その機構要素
である制御回路や′重油サーボパルプなどの構造が複雑
で調整か難しいという問題点があった。

そのため、最近はステッピングモータを用いたサーボ装
置も開発されている。すなわち、ステッピングモータは
、パルス入力によりそれに対応する角度だけ回転するモ
ータであって、非常に優れた精度および高速性を有する
ことから、複雑で調整の難しかった従来のトルクモータ
系に代替してサーボ装この信号人力子役として使用され
るようになっている。

しかして、この種のサーボ装置は、例えば特開昭６１−
５５４０２号「サーボ機構」に示されるようにステッピ
ングモータの回転出力を、送りねじやラックピニオン等
の中間機構を介してサーボスプールの直線進退動作に変
換し、このスプールの進退動作により流路を切換えて油
圧アクチュエータを作動させ、この油圧アクチュエータ
により出力部材を進退させるようにしている。そして、
この出力部材の進退動作を前記スプールによる流路切換
部分に機械的にフィードバックすることによって、その
出力部材を前記ステッピングモータに入力される設定入
力信号に対応する量だけ作動させるようになっている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし乍ら、このステッピングモータを使用したサーボ
装置においては、ステッピングモータの回転動作をスプ
ールの進退動作に変換する過程に存在する種々の中間機
構の摩擦等により、ステッピングモータの出力トルクの
かなりの部分が浪費されてしまう、しかも、ステッピン
グモータは一般に、高速駆動するほどその出力トルクが
減少するのに対し、岸！Ｍ等は、逆に高速駆動するほど
その力が増加する。そのため、高速出力を実現するため
には、言分の大きなステッピングモータが必要となり、
装置の大形化を招いてしまうという問題がある。その上
、ステッピングモータとスプールとの中間に介挿される
機構が多ければ多いほどその伝達精度が損なわれること
になる。そのため、ステッピングモータが木来備えてい
る、せっかくの高精度位置決め機能が１分に生かされな
いという問題がある。

未発ＩＩは、かかる問題を解消するためになされたもの
で、ステッピングモータの本来有している高速高精度特
性を減殺せず、可及的に小容敬のステッピングモータを
用いて精度よく高速でサーボを効かせることができる流
体式のサーボ装置を実現することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、かかる目的を達成するために、従来ステッピ
ングモータの出力低下の王たる原因であった送りねじや
ラックピニオン等の中間機構を廃１１ニして、流体式の
サーボ装置を構成している。

すなわち１本発明に係るサーボ装置は、スプール保持孔
を有しその保持孔の軸心方向にａ’Ｊｊ　ｉ＋口鮭な進
退部材と、圧力室に導入された流体圧により前記進退部
材を＋ｉｉｉ進させる第１の付勢機構と、前記スプール
保持孔に摺動可能に嵌合されその外周に高圧流体源に接
続された高圧式）ｔｆ：溝および低圧域に開放された低
圧螺旋溝を有してなるスプールと、このスプールに結合
され入力信号に応じた角度だけ該スプールを回転させる
ステッピングモータと、一端を前記圧力室に連通させ他
端を前記スプール保持孔の内周であってスプールの正回
転により前記高圧螺旋構に連通し得る部位に開口させた
高１Ｅポートと、一端を前記圧力室に連通させ他端を前
記スプール保持孔の内周であって前記スプールの逆回転
により前記低圧螺旋溝に氾通し得る位置に開口させた低
圧ポートと、この低圧ポートが前記低圧螺旋溝に連通し
た際に前記１１Ｍ財部材を抜道させる第２の付勢機構と
を具備してなり、前記スプールの回転に伴う前記螺旋溝
の見掛けＬの進赴動作に前記進退部材を追従させ得るよ
うに構成したことを特徴とするものである。

し作用１ 人力信号に応じてステッピングモータが回転すると、そ
れに直結されたスプールが直ちに正または逆方向に応動
回転する。

スプールの正回転により高圧ポートが高圧螺旋構に１１
！通ずると、高圧流体が第１の付勢機構の圧力室に導入
されて進退部材を付勢する。これによって、進退部材は
、ｔｌｉ圧ポートが遮断される（Ｑ質にまで前進する。

そして、前記高圧ポートが遮断されると、前記圧力室の
高圧が消失して進退部材は停止上する。

逆にスプールが逆回転すると、低圧ポートが低圧螺旋溝
に連通し、第１の付勢機構の圧力室が解放されるため、
前記進！！部材は、対向する第２の付勢機構に押圧され
て低圧ポートが遮断される位とにまで後退する。

従って、スプールの回転に伴う前記螺旋溝の見掛けＬの
准尉動作に追従して、前記ａ！！部材が進退動作を行う
。

し￥流調」 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説ＩＩする。

固定部材ｌ内に、進退部材２を配設している。

進退部材２は、その−部にスプール保持孔２ａを有して
おり、このスプール保持孔２ａの軸心方向に進退し得る
ように案内保持されている。

そして、この進Ｖ部材２の一端側に第１の付勢機構であ
る７クチユエータ３を設けている。アクチュエータ３は
、　ｎ１１！部材２の端面に形成した四部４と、この四
部４にスライドＬＩｒ　ｆＥに嵌合されその先端を１ｉ
Ｉ記固足固定ｌの内壁面１ａにち接させたピストン５と
を具備してなるもので、その四部４内に形成された圧力
室６に高圧を導入して前記ピストン５を突出させること
によって、前記Ａ退部材２を図中左方向へ付勢し前進さ
せ得るようになっている。

この進退部材２のスプール保持孔２ａには、スプール７
が正逆回転ｉ’ｒ　（＊に嵌合されている。スプール７
は、その外周に６ｉＩｆＥ螺旋ＩＡ８と低圧螺旋溝９と
を有しており、これらｙ４螺旋溝８，９は。

結合部１０において隔離されている。

前記高圧螺旋ｙ４８は、！ｉｉＩ１を介して、例えｌｆ
、油圧ポンプなどの高圧魔体源１２に接続されており、
常時、前記高圧流体［１２から供給される高圧の流体で
充たされている。しかして、この高圧１１１旋溝８は、
弁室１３及び結合部ｌＯへ至る手簡で封すされている。

前記低圧螺＆１４９は、その一端が結合部ｌＯへ至る手
前で１ヒめられており、他端がスプール７の端部７ａま
で刻設されて低圧域１５へ開放されている。低圧域１５
は、ドレンポート１４を介して図示しないタンクに１！
１！通させである。そのため。

該低圧螺旋溝９内は、常時、低圧に維持されている。

そして、前記スプール７は、前記固定部材ｌの外部に配
置されたステッピングモータ１６と直接結合されており
、このステッピングモータ１６により正逆両方向に回転
駆動されるようになっている。

また、前記進退部材２の他端側に第２の付勢機構である
アクチュエータ１７を設けている。このアクチュエータ
１７は、進！！部材２の端面に形成した四部１８と、こ
の四部１８にスライド可貨に嵌合されその先端を型温固
定部材ｌの内壁面１ｂに当接させたピストン１９とをＪ
＜’１ｌｆｆｌしてなるもので、その凹部１８内に形成
された圧力室２０に高圧を導入して前記ピストン１９を
突出させることによって、　＋ｉｉｊ記進返陥材２を図
中右方向へ付勢し後退させ得るようになっている。

そして、この７クチユエータ１７と、前記アクチュエー
タ３とを１次のような流路構成により選択的に作動させ
得るようにしている。

まず、前記スプール保持孔２の内周に、高圧ポート２１
．２２および低圧ポート２３．２４を開設しているＩＩ
　Ｉｆ／ｌ圧ポー）２１の一端と低圧ポート２４の一端
は共通の流路２５を介して重犯圧力室６に連通させてあ
り、高圧ポート２２の一端と低圧ポート２３の一端は共
通の流路２６を介して油温圧力室２０に連通させである
。

ところで１図面において、　１ｉｉｉ１４部材２が動き
出すためには次の２つの条件が同時に満たされなければ
ならない、即ち、１つは一方の７クチユエータ３（１７
）の圧力室６（２０）に高圧が導入されること、いま１
つは、他力のアクチュエータ１７（３）の圧力室２０（
６）が低圧域１５に聞故されることである。

逆に、進退部材２を静止させるための条件は、両アクチ
ュエータ３．１７の圧力室６，２０が同時に外部から遮
断されることである。

これらのタイミングは各ポート２１．２２，２３．２４
の位ｉｆ！関係に依存するが、本実施例では１次のよう
な構成をとっている。すなわち、高圧ボー）２１と低圧
ポート２３は、図面に示すブロック位置からスプール７
が正回転した場合に同時に高圧螺旋構８および低圧螺旋
溝９にそれぞれ連通ずる位置に開口させである。また、
高圧ポート２２と低圧ポート２４は、図面に示すブロッ
ク位とからスプール７が逆回転した場合に同時に高圧電
ＭＦ、溝８および低圧螺旋＄１１１９にそれぞれ連通す
る位にに開口させである。そして、ブロック位置では、
全てのポート２１．２２，２３．２４がスプール７のラ
ンド１ｌｌ１７ｂにより閉塞されるようになっている。

以下１本実施例の動作を説ＩＪ＋する。

図面に示すブロック位置においては、前述したように全
ポート２１．２２．２３．２４はブロックされており、
左右の７クチユエータ３，１７の圧力室６，２０内に作
４ｈｔｉＬ体が閉じ込められた状態で進！！部材２が静
＋１ニしている。この状態からステッピングモータ１６
がパルス入力信号を受けて正回転すると、スプール７」
二の高圧螺旋構８および低圧螺旋溝９は見掛はト、図中
左方向に移動する。その結果、第１の７クチユエータ３
に接続された高圧ポート２１が高圧螺旋１Ｉｖｔ８に連
通ずるとともに、第２の７クチユエータ１７に接続され
た低圧ポート２３が低圧螺旋溝９に連通ずる。そして、
他の高圧ポート２２および低圧ポート２４は依然遮断状
態に維持される。そうすると、高圧流体１１Ａ１２から
高圧螺旋構８に導入されているｔりｉ圧が萌記高圧ボー
）２１ｔ−通して第１の７クチユエータ３の圧力室６に
導かれるとともに、第２の７クチユエータ１７の圧力室
２０が低圧ポート２３および低圧螺旋溝９を介して低圧
域１５に解放されることになる。その結果、　Ｉｆｆ！
部材２は、第１の７クチユエータ３により左へ付勢され
て動き始める。この高圧ポー）２１および低圧ポート２
３が対応する高圧螺旋構８および低圧螺旋ｙ４９にそれ
ぞれ連通している間は、第１の７クチユエータ３がａａ
部材２を継続的に左方へ付勢し、これを受けて第２の７
クチユエータ１７は、その間その圧力室？θ内の作動流
体を外部へ排出し続けるため、ｄＥｉｌ！部材２は動３
続ける。進退部材２か所′＆１着移動してスプール７が
高圧ポート２１及び低圧ポート２３を遮断すると、左右
の圧力室６．２０に作動流体が再び閉じ込められること
になり、ａ；ｌ！Ｆｌｌ材２がその場に停止ヒさせられ
る。

次に、ステッピングモータ１６が、ブロック位とから逆
回転した場合は、正回転の場合とは逆にスプール７に形
成された高圧螺旋構８および低圧螺旋溝９が見掛は七、
図中右方向に移動する。その結果、高圧ポート２２が高
圧螺旋構８に連通ずるとともに、低圧ポート２４が低圧
螺旋溝９に連通し、他の２ポート２１．２３はＭ断され
たままとなる。そのため、第２の７クチユエータ１７の
圧力室２０に高圧が導かれるとともに、第１のアクチュ
エータ３の圧力室６が低圧域１５解放され、進退部材２
は図中右方向へ付勢されて動さ出す、以下、同様にして
この進退部材２は、全ボー）２１．２２．２３．２４が
遮断されるブロック位置にまで後退して停止上する。

しかして、このようなものであれば、中間機構を排して
サーボＳｉ置を構成できるため、ステッピングモータ１
６に余分な負荷がかからず、高速駆動しても従来のよう
に箸しくトルクが不足することがなくなる。よって、ス
テッピングモータ１６の大型化を招くことなしに十分に
その高速性を維持できる。また、何よりも、スプール７
が直接駆動されるわけであるから、ステッピングモータ
１６の出力変位を極めて迅速且つ正確に流路！／Ｊ検部
分に伝達させることができ、ステ７ビングモータ１６の
持つ高精度位置決め機能をフルに発揮させるすることが
できる。

なお、第２の付勢機構は、以上説明し九゛Ｘ地側のもの
に限定されないのは勿論であり１例えば。

第１の付勢ａ構の付勢力よりも小さな弾性偏侍力を有し
たスプリングにより進退部材を常時後退方向に付勢して
おくようにしたもの等であってもよ１／）。

また、螺旋溝の形成態様も、図示実施例のものに限定さ
れるものではなく１例えば、高圧螺旋構と、低圧螺旋溝
とを二条ねじ的に設けるようにしてもよい。

このように１本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
が可能である。

（発明の効果］ 本発明に係るサーボ装置は、以Ｅのような構成であるか
ら、ステッピングモータとスプールとの間に中間機構を
一切介設する必要がなく、したがって、容量の小さなス
テッピングモータにより、高速でしかも精度の高いサー
ボ動作を営ませることができる。

そのため、このようなサーボ装置であれば、性能の向上
と小型軽量化を同時に実現することがｏ７ｔであり、油
圧ポンプ／モータのｖ１μ制御やテーブルの位置決め制
御簿を始め、あらゆる分野に好適に使用することができ
る。

４図面の肖ｔｔｉな説明 図面は本発明の一実施例を示す図である。

２・・・ｉ［１ｉ１４部材 ２ａ・４県スプール保持孔 ３・φ・第１の付勢機構（アクチュエータ）６・・・圧
力室 ７・１スプール ８・・・高圧螺旋構 ９−藝・低圧螺旋溝 １２・ｅ１１高圧流体源 １５・・拳低圧城 １６・・・ステッピングモータ １７・・番第２の付勢機構（アクチュエータ）２１・−
・高圧ポート ２４・・・低圧ポート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　スプール保持孔を有しその保持孔の軸心方向に進退可
   能な進退部材と、圧力室に導入された流体圧により前記
   進退部材を前進させる第１の付勢機構と、前記スプール
   保持孔に摺動可能に嵌合されその外周に高圧流体源に接
   続された高圧螺旋溝および低圧域に開放された低圧螺旋
   溝を有してなるスプールと、このスプールに結合され入
   力信号に応じた角度だけ該スプールを回転させるステッ
   ピングモータと、一端前記圧力室に連通させ他端を前記
   スプール保持孔の内周であってスプールの正回転により
   前記高圧螺旋構に連通し得る部位に開口させた高圧ポー
   トと、一端を前記圧力室に連通させ他端を前記スプール
   保持孔の内周であって前記スプールの逆回転によ前記低
   圧螺旋溝に連通し得る位置に開口させた低圧ポートと、
   この低圧ポートが前記低圧螺旋溝に連通した際に前記進
   退部材を後退させる第２の付勢機構とを具備してなり、
   前記スプールの回転に伴う前記螺旋溝の見掛け上の進退
   動作に前記進退部材を追従させ得るように構成したこと
   を特徴とするサーボ装置。