JPS63500611A - 液体又は気体の駆動装置に加える流体の流れを調整する方法及び装置 - 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】 液体又は気体の駆動装置に加える流体 の流れを調整する方法及び装置 本発明は、二段サーボ弁装置Ｚ介して液体又は気体の駆動装置に加える流体の流 れｔ制御信号によって調整する方法及び七の目的のための対応する弁装置に関す る。

この型式の従来技術の二段サーボ弁は、例えば、米国特許明細１第２，８８４， ９０６号及び第２，８８４，９０７号に記述されている。方向によって制御畑れ るノズル乞具備する第１段乞含み、２つの同一の制御導管の入口端末に対するノ ズルの角度位置が電磁制御素子に加わる制御電流の強さと方向に従って、電磁制 御素子により調節される。これらの制御導管はシリンダに個別に結合する端に成 端しており、このシリンダ内には細長い弁部材がシリンダの壁にぴったりはめ合 い状態に配置されている。しかしシリンダ内を前後に移動する若干の自由度はも っている。このシリンダと弁部材がサーボ弁の第２段ン栴成する。シリンダ内の 弁部材が変化する角度に対し運動するとき、弁７通る流体の通路及びいくつかの 別の流通路を開放又は閉鎖する。

シリンダ内の弁部材の運動及び位置は、２つの流体導管乞通ってシリンダのそれ ぞれ先端まで流れる流体によって決定される。第１段に電気制御信号が加わらな いときは、方向が制御されるノズルは、制御導管の入力端に対して対称の位置ン 占めて、等しく大きな流体の流れを、ノズルから２つの制御導管に供給する。

そのとき弁部材は両端に同一の駆動力が作用するので、変化しない位置′Ｐ！： 維持する。

何等かの極性をもった制御信号が加えられると、ノズルはそれに従って角度が変 えられて一方の制御導管乞通る流体の流れが優勢になってシリンダ内の弁部材を 変位させる。しかしながら、弁部材の運動は、帰還リンクを介して制御導管の入 口端まで帰還されるので、それによって制御導管は方向χ制御されるノズルと同 一方向に変位される。弁部材ならびに制御導管の入口端の変位は、制御導管が再 びノズルと対称位置に達するまで維持され、従って弁部材は再び両方の側から同 一の駆動力が加えられる。

従って、この位置で弁部材の変位はノズルの変位に比例し、また第１段の！磁制 御素子に加わる制御電流にも比例する。

上記型式の既知二段サーボ弁は、英断の設計においては変化できるが、制御信号 と弁位置との連続した一致を得るためには、上述したサーボ技術原理χつねに基 本とする。航空機に使用されるものは別として、七のような弁装置は、基本的に 液体及び気体のロボット装置に利用されてロボットの駆動装置に対する流体の流 れ乞、七のプログラムされた運動に従って調整する。

ロボットへの応用のサーボ弁は連続的に変化する調整乞受けるものであり、弁部 材の位置だけでなく七の位置の変化はつねに制御信号の値及び変化に厳格に従わ なければならないので、そのような弁の機械的実流側は極めて高い要求に適合し なければならない。

従って、サーボ弁は調整される流体の流れがつねに電気制御信号の瞬時値に比例 するように動作しなければならない。さらに、弁に加わるゼロ信号電流は弁乞通 るゼロ流体の流れｔ生じ、また最大信号電流は、開放弁ン通して最大の流体の流 れｔ生じるものでなければならない。また、制御信号の極性は、つねに弁を通る 流れの方向に一致しなけれはならない。ゼロと最大の間の信号値は最大の流体の 流れに対応する比例部分乞示す調整された流体の流れ７生じなければならない。

サーボ弁の動作特性は油の温度及び李耗にはほとんど無関係に維持されるもので なければならない。

上記の要件は、現在ロボット動作に使用てれているサーボ弁では満足に適合され ない。さらに、これらの弁は製造に費用がかかり、また前述したような複雑な機 械設計による摩耗に敏感である。

これらの弁については、ゼロ入力信号が弁ン通るゼロの流体の流れｔ生じないと いう共通の誤差がある。

これはサーボ弁が一方向かまたは他の方向に駆動されて、完全に閉鎖されなけれ ばならないことを意味する。

サーボ装置はこれに反応して自動的に補償するが、位置の調整について装置の確 度が犠牲になる。これらの関係はまた、使用流体の温度及び弁の老化によって変 化する。

七のほか、第１段における摩擦及び残留磁界が誤差の原因となる。これらは前述 したゼロ点変位と同一の効果乞もつが、電磁制御装置に加わる前の電流によって 影響乞受ける。これらの誤差は時間とともに変化するので、除去するのが困難で ある。

従って、前述した欠点ン克服するような方法で前記型式のサーボ弁装置７通る流 体の流れｔ調整する方法Ｚ達成するのが本発明の主目市である。

従って、本発明はパルス列形式の制御信号に従って、二段サーボ弁装置を通って 液体又は気体の駆動装置に加わる流体の流れ乞調整する方法に関するものである 。

制御信号のパルス周波数及び／又はパルス幅は、調整乞行う流体の流れの所期流 量に従って調整可能である。

サーボ弁装置は、制御信号のパルス列によって動作し供給されたパルスと歩調７ 合せて開放及び閉鎖する第１段乞備え、装置の第２段のはねでバイアスされた弁 台部に制御用流体の流れｔ通過１せ、前記弁台部が制御信号のパルス調整に一致 して調整された流体の流れ用の流れ開口部を調節する位置に移る。

原理上、そのような方法はスエーデン国刊行印刷物第３５９，６２１号及び第４ ０９．２５０号によって周知されている。この従来技術〉背景として本発明によ る方法の独得な特徴は、第１段の上流側にらる狭い入口通路から、第１段と第２ 段の弁台部との間に設けである圧力テヤンバビ経由してさらにチャンバの下流側 にある狭い出口通路を通して、制御用流体の流れ乞通過させることである。

また、二段サーボ弁で、従来技術により設計した現在型式のものよりも、実質的 に、製造が容易であって費用が少なくて丁むもの７提供することも本発明の目的 でるる。

本発明は、また制御信号に従って液体又は気体の駆動装置に加わる流体の流れ乞 調整する二段サーざ弁装置にも関係する。前記弁装置は信号によって動作するよ うになっている第１段とこの第１段によって調節されるようになっている第２段 ならびに調整可能なパルス発生器を含Ｃ０前記パルス発生器は第１段に接続され 、この段に調整可能なパルス周波数及び／又はパルス幅乞もつ一連のパルス型式 の制御信号χ供給し、装置の第２段に設けておるばねでバイアス乞かけた弁台部 に加わる制御用流体の流れのための通路乞開放したり閉鎖したりすることによっ て制御信号のパルス調節に一致して第２段を通る調整された流体の流れに対し流 れ開口乞調節する。

この装置の独得な特徴は、パルス積分圧力ナヤンバを第１段と第２段の弁台部と の間に設けて、第１段の上流側の狭い入口導管から制御用流体の流れｔ流入させ 、圧力チャンバの下流側に狭い出口導管を設けて圧力チャンバからの流体の流れ ？流出させることにおる。

第１段は前記制御信号乞形成する供給電流パルスと同一歩調で開放及び閉鎖の動 作乞する電磁制御ノズル乞備えるものが好ましい。制御用流体の流れのための流 体導管は、七のような場合には第２段の上流側から下流側へと便利に設けること ができる。この場合は、明かに、制御用流体の流れは、調整を行う流体と比較し て極めて小さい。

本発明乞例示笑旅例により、重付図面ン径照して以下に詳細説明する。

第１図は、本発明による二段サーボ弁装置の平面的実施例を図示する。

第２図は、駆動装置とサーボ弁との通常の接続乞示す０ 第１図は、本発明による二段サーボ弁装置を示す。

二段サーボ弁装置は第１段Ｐと全体Ｙ：Ｓ″′ｃ懺わ子弟２段とｔ備える。調整 堰れた流れと烙れる流体の流れは入口Ｂ１から流入して出口Ｂ２から流出する。

入口Ｂ１に細い分岐導管ＣＩＹ接続して、制御用流体の流れ乞第１段Ｐまで導く 。第１段には１日制御てれるノズルＭン含み、このノズルは電流が流れない状態 では閉鎖するが適当な強さの電流が供給でれると開放する。

ノデルＶ朱１１祈丁Ａｆｒめｆ常流パルス≠；パルス発生器ＰＣ）から供給され る。電流パルスが加わると、第１段のノズルはこれらのパルスと同一歩調で開放 及び閉鎖するが、開放間隔中に分岐導管からの制御用流体がチャンバに中に流入 する。チャンバＸはさらに狭い分岐導管Ｃ２によってサーボ弁装置の出口Ｂ２に 接続される。チャンバ内の流体の容積は弁台部りに対して圧力を及ぼす。弁台部 の片側はチャンバにの可動壁Ｔｇ構成する。この壁は連結枠Ｅによって弁円板Ｖ に接続される。弁円板Ｖは弁座Ｎ乞もつきのこ弁の可動部分を構成する。このぎ のこ弁Ｖ、Ｎが弁装置の第２段乞構成する。この弁台部りはコイルはねＦによっ てバイアスが加えられる。コイルはねＦはピストン壁Ｔの内側と弁座Ｎとの間の 空間に配置される。

ごのようにして、チャンバＫにおける流体の圧力はばねＦのばね力に比例して第 ２段の弁装置乞どの程度開くか、それによって入力Ｂ１から弁開口Ｏ及び出口Ｂ ２’＆通って単位時間に流れる流体の量を決定する。

また、チャンバに内の圧力は第１段のパルス制御ノズルの開放間隔と閉鎖間隔の 比によって定まる。従ってこの圧力はパルス発生器から第１段に加えられるパル スのパルス周波数及び／又はパルス幅ン調整し変化させるごとによって変化でき 調整できる。低いパルス周波数と分岐導管Ｃ１及びＣ２の流れ断面積に比例して 小容積のチャンバＫｔ使用する場合、チャンバに内の圧力はパルスの間にほとん どゼロに降下し、弁台部ＬはノズルＭ′？：通る流れのパルスと同一歩調で移動 するようになる。しかしながら、高いパルス周波数と分岐導管の断面積に比べて 大きな容積のチャンバＫｌ使用するときは、チャンバＸは積分器として動作する ようになる。チャンバの圧力はパルスの間に急激にゼロまで減少しないで、ある 数のパルスに対してはパルス幅とパルス間隔の比の平均値に相当する値Ｚ連続的 に維持するようになる。

従って動作条件に従って第１段に加えられるパルスと同一歩調で第２段が開放又 は閉鎖されるか、又はパルス発生器から供給されるパルス列の示すパルス周波数 又はパルス幅に従って連続的に変化する範囲まで第２段が開放されるかのいずれ かの方法で動作パラメータが調節される。いずれの場合でも、入口Ｂ１から弁開 口０’に経て出口Ｂ２までの流体の流れは基本的にパルス周波数又はパルス幅に 比例するものとなる。

第１図に示した二段サーボ弁装置は前述した従来技術のサーボ弁実施例より簡単 な機械的り計でわるので高い動作信頼性ンもつ。賂うに、不発明のサーボ弁は従 来技術設計に現われるゼロ点誤差乞生じない。これは本発明による弁装置が丁べ て従来の既知装置のアナログ制御と異なり、基本的に利点乞もつディジタルで動 作するからである。

第２図は液体又は気体の駆動装置りへ調整された流体乞供給するサーボ弁の通常 の接続ン示す。図示した駆動装置はシリンダＵ″′Ｃ構成逼れ、このシリンダ内 を滑り運動するようにピストンＲが配置され、またピストンロンドＲ８が設けて おる。流体導管ＤＡ及びＤＢはシリンダＵ内にそれぞれ弁Ｒの側に開放している 。

第２図に示したように駆動シリンダはその供給導管とともに、４個のサーボ弁乞 備えてブリッジ接続に配置しておる。このブリッジ接続は、互いに対向する側に それぞれ圧力源ＴＫ及び帰路導管ＲＬが接続しである。

駆動シリンダ内のピストンＲの運動に対して駆動流体がピストンの一方の側から 供給されて他方のｌｌｊから流出されなけれはならない。このため、サーボ弁は 対になって開放される。丁なわち、一方向にピストンが運動するときは弁１と３ が同時に開き、反対方向にピストンが運動するとき弁２と４とが同時に開く。い ずれの場合でも、駆動流体は圧力源から開放弁の１つを通ってピストンの片側ま で流れ、七の間に流体の対応する量かぎストンの他の鶴から他の開放弁ン経由し て帰路導管ＲＴ、まで流出する。ざストンの速度は開放弁の流れ開口の太ぎさ、 従って本発明によるサーボ弁が使用されるときのパルス周波数又はパルス幅によ って決定てれる。第２図のように対としてサーボ弁乞動作させるためには、２つ の相互に接続されｆｃ第２段が１つの同−第１段と結合される。

国際調査報告 １ｒ」１禰−ｍｓ＋ｍｍ１Ａρ峰１１１１１１１ＡＩｉｏ、ＦζＣｒ／ｌ＼−□ １ｉ６１０００う３１ｓｌｅｗａａ＋ｉｉ１＾ｔｅｋｌ＋１ｅＩＩＮ・　ＰＣＴ ／Ｎ）８６１０００５３

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．パルス列形式の制御信号に従って二段サーボ弁装置を通って液体又は気体の 駆動装置に加わる流体の流れを調整する方法であって、パルス周波数及び／又は パルス幅が調整を受ける流体の所期流量に従って調整可能なものであり、サーボ 弁装置は制御信号のパルス列によって動作可能で、加えられたパルスと同一歩調 て開放及び閉鎖する第１段（Ｐ）と、制御用流体の流れを装置の第２段（Ｓ）の はねでバイアスなかけられている弁台部（Ｌ）へ送る通路からたり、前記の弁台 部は制御信号のパルス調節に従って調整される流体の流れのために流れ開口（Ｏ ）を調節するように配置されており、 制御用流体の流れが第１段の上流側の狭い入口通路から第１段（Ｐ）と第２段（ Ｓ）の弁台部（Ｌ）との間に配置されている圧力チヤンバ（Ｋ）を通り、さらに チヤンバの下流側の狭い出口通路（Ｃ２）まで流れるようにしてあることを特徴 とする流体の流れを調整する方法。
2. ２．請求の範囲第１項記載の方法において、制御用流体の流れは調整される流体 の流れから分岐した流れ（Ｃ１，Ｋ，Ｃ２）として接続されて、上流（Ｂ１）か ら第２段の下流（Ｂ２）側に通過することを特徴とする流体の流れを調整する方 法。
3. ３．液体又は気体の駆動装置に加わる流体の流れを制御信号に従って調整する二 段サーボ弁装置であって、前記弁装置には、信号によって動作されるようになっ ている第１段（Ｐ）と第１段によって調節されるように配置されている第２段（ Ｓ）、ならびに、第１段に接続されて調節可能なパルス周波数及び／又はパルス 幅をもつ一連のパルス形式の制御信号を第１段に供給するように動作する調節可 能なパルス発生器（ＰＧ）とを備え、装置の第２段（Ｓ）のばねてバイアスされ た弁台部（Ｌ）に向かう制御用流体の流れの通路（Ｍ）を開放及び閉鎖すること によって、制御信号のパルス調節に従って第２段（Ｓ）を通過する調整された流 体の流れに対する流れ開口（Ｏ）を調節するものであって、 パルス積分圧力チヤンバ（Ｋ）を第１段（Ｐ）と第２段の弁台部（Ｌ）との間に 配置して、第１段の上流側の狭い入口導管（Ｃ１）から制御用流体の流れを流入 させ、前記チヤンバの下流側に狭い出口導管（Ｃ２）も設けて圧力チヤンバ（Ｋ ）からの流体の流れを流出させることを特徴とする二段サーボ弁装置。
4. ４．請求の範囲第３項記載の装置にかいて、制御用流体の流れ用に流れ導管（Ｃ １，Ｋ，Ｃ２）が上流（Ｂ１）から第２段の下流（Ｂ２）まで設けであることを 特徴とする二段サーボ弁装置。
5. ５．請求の範囲第３項又は第４項記載の装置において、前記制御信号を形成して いる供給電流パルスと同一歩調をもつて前記通路を開放及び閉鎖の動作をするよ うに配置されている電磁制御ノズル（Ｍ）を第１段（Ｐ）に備えることを特徴と する二段サーボ弁装置。
6. ６．請求の範囲第３項から第５項記載のいずれかの装置において、いくつかの第 ２段が相互に接続されて１個の同一共通第１段（Ｐ）によって制御される二段サ ーボ弁装置。