WO2005045257A1 - 流体シリンダを用いたアクチュエータ及びその制御方法並びにチョークバルブ装置 - Google Patents

流体シリンダを用いたアクチュエータ及びその制御方法並びにチョークバルブ装置 Download PDF

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Kiyoshi Hoshino
Ichiro Kawabuchi
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Definitions

  • the present invention relates to an actuator using a fluid cylinder, a method for controlling the actuator, and a choke valve device used for the actuator.
  • electric motors such as servomotors have conventionally been used as actuators and eaters for moving joints of mouth pots. This is because motors can be obtained relatively easily.
  • motors have the problem of increasing the size of the entire robot, and the weight of the motor makes it important to design the mechanical strength of the robot.
  • Fluid cylinders such as air cylinders are considered to be useful as actuators for robots because they have advantages such as small size and light weight, simple structure and easy maintenance compared to motors. .
  • Patent Document 1 JP 2003-311667
  • Another object of the present invention is to use a fluid cylinder that can be configured with a small number of parts.
  • Another object of the present invention is to provide an actuator using a fluid cylinder whose rigidity can be easily adjusted.
  • Another object of the present invention is to provide a choke valve device suitable for use in an actuator using a fluid cylinder and a control method therefor.
  • An actuator using the fluid cylinder of the present invention includes a fluid cylinder, and first and second choke valve devices.
  • the fluid cylinder has a cylinder chamber and a piston slidably disposed in the cylinder chamber so as to partition the cylinder chamber into a first chamber and a second chamber.
  • the fluid cylinder means a cylinder, such as an air cylinder or an oil cylinder, which operates using the pressure of fluid as a drive source.
  • the first choke valve device is arranged between the fluid pressure source and the first champ to adjust the flow rate of the fluid flowing into and out of the first chamber.
  • the second choke pulp device is arranged between the fluid pressure source and the second chamber to adjust the flow rate of the fluid flowing into and out of the second chamber.
  • the fluid pressure source may be provided separately for each of the first and second choke valve devices, but one fluid pressure source common to the first and second choke pulp devices is provided. Of course, it may be used.
  • the first choke valve device and the second choke valve device each include a supply pulp mechanism that allows a fluid to flow in an incoming direction from a fluid pressure source side to a corresponding chamber side. And a discharge valve mechanism that allows the fluid to flow in an outgoing direction toward the chamber side force fluid pressure source side. At least a discharge valve mechanism that can change the opening degree of the valve is used.
  • the following is performed. First, the supply amount (fluid pressure) of the fluid from the fluid pressure source on one choke valve side provided for the chamber on the side where the internal pressure needs to be increased when moving the piston is increased. Next, rigidity is given to the fluid cylinder by appropriately restricting the flow of the fluid by a choke valve device through which the fluid flowing out of the chamber on the side where the piston moves is provided. Restricting the flow of the fluid can be realized by changing the opening of a valve of a discharge valve mechanism provided in a corresponding choke valve device.
  • the biston can be stopped early and the fluid cylinder can be provided with high rigidity. Conversely, if the opening of the valve is appropriately reduced (adjusted), the fluid cylinder can be provided with low rigidity.
  • the supply valve mechanism and the discharge valve mechanism provided in the choke valve device may each be configured as separate structures, but the supply valve mechanism and the discharge valve mechanism may be configured as a single structure.
  • a composite valve mechanism coexisting therein may be used.
  • the discharge valve mechanism includes a continuously variable actuator that can continuously change the position of the valve, and valve position detection means that detects the position of the valve. And control means for feedback-controlling the continuously variable actuator based on the output of the valve position detecting means.
  • a discharge valve mechanism since the position of the valve is determined by feedback control, the opening degree of the pulp can be changed quickly and with high accuracy.
  • the discharge pulp mechanism includes a plurality of types of open / close valves connected in parallel and having a true cross-sectional area of the discharge flow path, and valve selection control means.
  • the valve selection control means can control multiple types of open / close Lube force At least one open / close valve is selected and the selected open / close valve is opened. In this way, a plurality of types of pulp opening degrees (fluid throttle state) can be obtained in a high-speed and high-accuracy manner using a small number of on-off valves by the combination of the number and types of the on-off valves selected. Can be.
  • a first type composite discharge valve mechanism in which a valve seat block, a valve body block, and a stationary block are combined can be adopted.
  • the valve seat block has a discharge passage having a fixed passage width and a supply passage whose passage width changes gradually.
  • the valve block includes one flow passage and a large flow passage that is provided continuously to the flow passage and has a larger cross-sectional area than the flow passage, and is slidably provided with respect to the valve seat block.
  • the valve block opens the supply passage completely during supply and completely closes the discharge passage, completely closes the supply passage during discharge, and continuously changes the facing area between the discharge passage and the circulation passage. The position is controlled.
  • the static block has a smaller cross-sectional area than the large flow passage that always communicates with the large flow passage regardless of the position of the valve block! / ⁇ It has a stationary block with a small distribution passage.
  • the specific valve mechanism described above can be made compact. Therefore, the supply pulp mechanism and the discharge valve mechanism can be arranged adjacent to both sides of the fluid cylinder. As a result, the fluid tube between the fluid pressure source and both pulp mechanisms can be made unnecessary.
  • the second type of composite discharge valve mechanism includes a pressure control valve mechanism, and allows a fluid to flow only in an inflow direction from the fluid pressure source side to the corresponding champer side through the pressure control valve mechanism.
  • Direction force from fluid pressure source side to chamber side with one-way pulp mechanism and pressure control valve mechanism Direction force from fluid pressure source side to fluid pressure source side from champer side
  • a two-way valve mechanism that allows fluid to flow in two directions, and the two-way valve mechanism is configured such that the opening degree of the valve can be changed by the pressure of the supplied fluid pressure source fluid. You can also use it.
  • Fluid is supplied to the chamber via both one-way and two-way valve mechanisms.
  • the one-way pulp mechanism is in the closed state, and by adjusting the opening of the two-way valve mechanism to appropriately restrict the flow of fluid in the outgoing direction, the fluid cylinder has appropriate rigidity.
  • the present invention focuses on the generation of this passive effect, and utilizes this resistance as the rigidity of the fluid cylinder.
  • the flow of the fluid supplied to or discharged from the first chamber and the second chamber in the fluid cylinder is appropriately restricted (choke) in the flow path of the fluid, so that the piston is formed.
  • one of the chambers provided on the side where the internal pressure needs to be increased when the piston is moved is required.
  • the fluid supply amount (fluid pressure) from the fluid pressure source on the choke valve side is increased, and the fluid flow is appropriately reduced in the choke valve device in which the fluid flows out of the chamber on the side where the piston moves.
  • Add rigidity to The throttle can be realized by adjusting the opening of the bidirectional valve mechanism by changing the pressure of the fluid that also supplies the fluid pressure source force to the choke valve device. If this pressure is increased, the piston can be stopped early and the fluid cylinder can be given rigidity. Conversely, when this pressure is reduced, the piston moves at high speed, giving the fluid cylinder low rigidity.
  • such a function is automatically performed based on the fluid pressure. Defined as a function that dynamically reduces size. Also, in order to move the piston at high speed, a large amount of high-pressure air must flow into one of the fluid cylinder's champers. Therefore, in the present invention, a one-way valve mechanism for making only the inflow or supply of fluid to the champer free is provided as a bypass means in addition to the two-way valve mechanism.
  • the bidirectional valve mechanism may have any configuration as long as the opening can be adjusted by the pressure of the fluid supplied from the fluid pressure source.
  • a spring member in order to reduce the overall weight and to simplify the structure, it is preferable to use a spring member. Therefore, a rod having a movable needle, a throttling member having a through-hole through which the movable needle movably penetrates and a flow rate of a fluid flowing through the through-hole being controlled by the position of the movable needle, and passing through the through-hole
  • a spring member that constantly applies a biasing force to the rod to move the movable needle in a direction in which the fluid increases, and a fluid pressure source to move the movable needle in a direction in which the flow rate of the fluid passing through the through hole of the throttle member decreases.
  • a fluid drive rod displacement mechanism that displaces the rod against the bias ⁇ of the spring member using the pressure of the supplied fluid, and the number of turns in a section that functions as a compression panel of the panel member can be adjusted.
  • Panel member mounting structural force A two-way valve mechanism can be configured. By displacing the rod to displace the movable needle in the through hole of the throttle member, the flow rate of the fluid flowing in both directions through the through hole can be easily adjusted.
  • the choke valve device includes a first connection port connected to a corresponding chamber, a second connection port connected to a fluid pressure source, and a first connection port between the first connection port and the second connection port. And a panel member mounting structure for mounting a panel member to the device main body.
  • a part of a rod having a throttle member and a movable needle is disposed in the internal flow path of the apparatus main body.
  • the two-way valve mechanism and the one-way valve mechanism can be arranged concentrically, and the structure of the valve mechanism can be made compact and the force can be made simple. '
  • the fluid drive rod displacement mechanism described above may have any structure as long as it can exert a force against the urging force of the spring member on the rod using the pressure of the fluid. Good.
  • a cylinder part communicating with the internal flow path of the device body is provided, and the The fluid drive rod displacement mechanism can be configured by mounting a piston portion that slides in the slider portion. With this configuration, the fluid drive rod displacement mechanism can be configured along the rod, so that the size of the apparatus main body is not increased more than necessary.
  • the spring member mounting structure may be configured to apply the urging force of the panel member to the outer portion of the rod that extends the force of the cylinder portion.
  • a coil panel member having an inner end on the device body side and an outer end on the outer end side of the rod and arranged in a compressed state can be used as the panel member.
  • the panel member mounting structure includes a cylindrical member fixed to the outer portion of the rod, moving together with the rod, positioned inside the coil panel member, and having an engaging portion that engages with the inner end of the coil spring member.
  • a screw member which is provided outside the cylindrical member and is not displaced with respect to the apparatus main body, and which holds the intermediate portion of the coil spring member, can be constituted.
  • the panel member intermediate portion holding structure is configured so that the length of the coil spring member sandwiched between the coil spring member and the engaging portion can be adjusted by changing the holding position of the intermediate portion of the coil spring member.
  • the number of turns of the coil panel member used can be easily adjusted according to the use of the actuator, and the control characteristics of the actuator can be arbitrarily adjusted.
  • the number of turns of the coil spring member is the number of coil wires that appear side by side on the surface of the coil spring member formed by spirally forming the coil wire member. Note that the smaller the number of turns of the coil spring member arranged in the same section, the harder the coil panel member, and the smaller the amount of restriction of the flow path corresponding to the pressure of the fluid supplied from the fluid pressure source.
  • the spring member end holding structure has a structure including a wedge member inserted between two adjacent turn portions of the coil spring member.
  • the wedge member is arranged so that the coil panel member can be rotated around the cylindrical member. When the coil panel member is rotated, the position of the wedge member relative to the coil panel member changes. As a result, the number of turns of the coil panel member located between the wedge member and the engagement portion can be changed, and the compression force of the coil spring member can be easily and continuously adjusted.
  • the second connection portion is arranged such that the second connection portion communicates with a flow path located between the throttle member and the cylinder portion.
  • the valve mechanism and the fluid drive rod displacement mechanism can be arranged along the rod on both sides of the second connection portion, and the choke valve The device can be made compact.
  • the fluid is positively supplied from one side of the first and second check valve devices into the cylinder chamber from a fluid pressure source, and the piston of the fluid cylinder is controlled.
  • the position of the piston is displaced, the force of the other discharge valve mechanism of the first and second choke valve devices in the exit direction and the flow rate of the fluid are restricted, so that the movement of the piston of the fluid cylinder due to the external force is facilitated. That is, the rigidity is determined.
  • the first and second choke valve devices are arranged from the entrance side.
  • the position of the piston is displaced by positively supplying fluid to the cylinder chamber with the fluid pressure source force
  • the flow rate of the fluid that is directed in the direction in which the two-way valve mechanism of the first and second choke valve devices exits is adjusted.
  • Limiting determines the rigidity of the piston.
  • a fluid is actively supplied from a fluid pressure source to a choke valve device on an outgoing side, and a through hole of a throttle member is positively moved by a movable needle by displacing a biston portion provided on a rod.
  • the rigidity and the stop position of the fluid cylinder can be simply and arbitrarily determined by adjusting the opening of the bidirectional valve mechanism of the first and second choke valve devices.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a first embodiment of an actuator using a fluid cylinder of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a second embodiment of an actuator using the fluid cylinder of the present invention. '
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a third embodiment of an actuator using the fluid cylinder of the present invention. ⁇
  • FIG. 4A is a half sectional view showing a state in which suction and discharge of a composite valve mechanism (a valve seat block, a valve element block, and a stationary block) used in the third embodiment of FIG. 3 are stopped. .
  • FIG. 4B is a half sectional view showing a state when the composite valve mechanism (valve seat block, valve block and stationary block) used in the embodiment of FIG. 3 is supplied.
  • FIG. 4C A composite valve mechanism (valve seat block, valve block and FIG. 6 is a half-sectional view showing a state at the time of discharge of a stationary block).
  • FIG. 5A is an exploded perspective view of the composite valve mechanism of FIG. 3 (valve seat block, valve block and stationary block).
  • FIG. 5B is an exploded perspective view of the inside of FIG. 5A.
  • FIG. 5C is an exploded perspective view of FIG. 5A viewed from a direction different by 180 degrees.
  • FIG. 6A is a view of the valve seat block of FIG. 5A viewed from a valve block side.
  • FIG. 6B is a sectional view taken along the line VIA-VIA of the valve seat block of FIG. 6A.
  • FIG. 7A is a view of the valve body block of FIG. 5A viewed from a valve seat block side.
  • FIG. 7B is a sectional view taken along the line VIIA-VIIA of the valve block of FIG. 7A.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram of a fourth embodiment of an actuator using the fluid cylinder of the present invention.
  • FIG. 9 is a partially exploded perspective view of the pulp and paper apparatus (one-way valve mechanism and two-way valve mechanism) of the present invention used in the fourth embodiment of FIG.
  • FIG. 10A is an exploded perspective view of a choke valve device (one-way valve mechanism and two-way pulp mechanism) used in the fourth embodiment of FIG.
  • FIG. 10B is an exploded perspective view of FIG. 10A viewed from a direction different by 90 degrees.
  • FIG. 11A is a perspective view of a half section of a choke valve device (one-way valve mechanism and two-way valve mechanism) used in the fourth embodiment of FIG.
  • FIG. 11B is an exploded perspective view of the state of FIG. 11A viewed from a direction different by 90 degrees.
  • FIG. 12 is a longitudinal sectional view of a choke pulp device (one-way valve mechanism and two-way valve mechanism) used in the fourth embodiment of FIG.
  • FIG. 13 is a half sectional plan view of a panel member intermediate portion holding structure used in the fourth embodiment of FIG. 8.
  • FIG. 14A is an enlarged partial cross-sectional view of a throttle mechanism (when the bidirectional valve mechanism is fully open) of the choke valve device according to the fourth embodiment of FIG.
  • FIG. 14B is an enlarged partial cross-sectional view of the throttle mechanism (when the bidirectional valve mechanism is half open) of the choke valve device according to the fourth embodiment of FIG.
  • FIG. 14C The throttle mechanism (bidirectional valve) of the choke valve device used in the fourth embodiment of FIG. 6 is an enlarged partial cross-sectional view of the lube mechanism when the opening is closed).
  • FIGS. 1 to 3 and 8 are conceptual diagrams conceptually showing configurations of first to fourth embodiments of an actuator using the fluid cylinder of the present invention.
  • the actuator using the fluid cylinder according to the first to fourth embodiments includes a fluid cylinder 1, a first choke nolev device 3, 103, 203, 303 and a second choke nolev device 5, 105, 205, With 305.
  • the fluid cylinder 1 has a cylinder chamber 7 and a piston 12 slidably disposed in the cylinder chamber 7 so as to partition the cylinder chamber 7 into a first chamber 9 and a second chamber 11.
  • an explanation will be given assuming that an air cylinder is used as the fluid cylinder 1.
  • an oil cylinder or the like can be used as the fluid cylinder 1 as long as the cylinder operates using the pressure of the fluid as a drive source.
  • the first choke valve devices 3, 103, 203, and 303 are arranged between a fluid pressure source (not shown) and the first chamber 9 to control the flow rate of the fluid flowing into and out of the first chamber 9. adjust.
  • the fluid pressure source is configured to receive the fluid that has flowed out when the pressure on the first chamber side 9 becomes larger than the pressure of the fluid supplied by the fluid pressure source force.
  • the second chalk pulp apparatuses 5, 105, 205, and 305 are arranged between the fluid pressure source and the second chamber 11, and adjust the flow rate of the fluid flowing into and out of the second chamber 11.
  • the second choke nolev device 5, 105, 205, 305 and the first chotano nolev device 3, 103, 203, 303 have the same structure and perform the same action, so that the details are omitted. Shown as a block diagram. Therefore, in the following description, the configuration of the first choke valve devices 3, 103, 203, 303 will be described, and the description of the second choke / knob devices 5, 105, 205, 305 will be omitted.
  • the fluid pressure source is connected to the first and second choke valve devices 3, 103, 203, 303 and 5, 105, 205, 305, respectively. Provided for each item.
  • One common fluid pressure source In the case of using a common pressure source, a switching means should be provided between the common fluid pressure source and the first and second choke vanoleb devices 3, 103, 203, 303 and 5, 105, 205, 305. Just fine.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an actuator using a fluid cylinder according to the first embodiment of the present invention.
  • the first choke valve device 3 and the second choke valve device 5 each have an unillustrated fluid flow direction in which the fluid flows from the fluid pressure source side toward the corresponding chamber side.
  • a discharge valve mechanism 15 that allows a fluid to flow in an outgoing direction from the chamber side toward the fluid pressure source side.
  • the supply valve mechanism 13 and the discharge valve mechanism 15 have a supply port 14 and a discharge port 16 for inputting and outputting a fluid, respectively.
  • the discharge valve mechanism 15 is configured so that the opening degree of the valve can be changed.
  • a continuously variable actuator AC capable of continuously changing the position of the valve
  • valve position detecting means PS for detecting the position of the valve
  • control Means CM performs feedback control of the continuously variable actuator AC based on the output of the valve position detection means PS.
  • the embodiment of the present invention utilizes this resistance as the rigidity of the fluid cylinder.
  • the flow of the fluid discharged from the first chamber 9 and the second chamber 11 of the fluid cylinder 1 is narrowed (choked) in the flow path of the fluid discharged from the first chamber 9 and the second chamber 11 so that the movement of the piston 12 is reduced.
  • the rigidity can be imparted to the fluid cylinder 1 using this drag (the piston 12 ′ force S stops at a predetermined position, and the piston 12 starts moving due to external force. can do). .
  • the fluid on the second choke valve device 5 side is increased by increasing the supply amount (fluid pressure) of the fluid from the pressure source.
  • the opening degree of the valve of the discharge valve mechanism in the first choke valve device 3 through which the fluid flowing out of the chamber on the first chamber 9 side where the piston 12 moves is opened. Stiffness is imparted to the fluid cylinder by appropriately adjusting
  • Restricting the flow of the fluid involves changing the valve opening of the discharge valve mechanism 15 provided in the first choke valve device 3 continuously by using the continuously variable actuator AC based on a control command from the control means CM. It can be realized by operating in. If the opening of the valve of the discharge valve mechanism 1'5 is quickly set to 0 or a value close to 0, the piston 12 is stopped at an early stage, and high rigidity can be imparted to the fluid cylinder. Conversely, if the opening of the valve is appropriately reduced (adjusted), low rigidity can be imparted to the fluid cylinder. In this embodiment, only the discharge valve mechanism 15 is configured such that the opening degree of the valve can be changed. In this configuration, not only the discharge valve mechanism 15 but also the supply pulp mechanism 13 may be provided. In this way, the fluid inflow / outflow control can be performed with high accuracy, so that the fluid cylinder 1 can be given a desired rigidity.
  • FIG. 2 is a view showing a second embodiment of the present invention, which uses a separate supply valve mechanism and a separate discharge valve mechanism similarly to the first embodiment. is there.
  • the discharge valve mechanism 115 includes a plurality of types of open / close valves 115a, 115b, and 115c, which are connected in parallel and have different cross-sectional areas of the discharge passages, and pulp selection control means: L20.
  • the supply pulp mechanism 113 and the discharge valve mechanism 115 have a supply port 114 and a discharge port 116 for inputting and outputting a fluid.
  • the pulp selection control means 120 selects at least one or more on-off valves from a plurality of types of on-off valves 115a, 115b, and 115c at the time of discharge, and sets the selected on-off valve to the open state.
  • a plurality of valve opening degrees can be obtained in a stepwise manner using a small number of opening / closing valves, depending on the combination of the number and type of the selected opening / closing valves.
  • simply opening and closing each open / close valve individually can adjust the fluid discharge rate to the ratio of 0: 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7.
  • 2 n +1 types of discharge amount can be set in multiple stages, so that the discharge flow rate and rigidity can be adjusted at high speed and with high accuracy. Will be possible.
  • FIGS. 3 to 7 are diagrams showing a schematic configuration of an actuator using a fluid cylinder according to a third embodiment using a composite discharge valve mechanism.
  • a first composite type discharge pulp mechanism 203 in which a valve seat block 223, a valve body block 227, and a stationary block 229 are combined, and a second Adopts combined discharge valve machine ⁇ 205.
  • the first and second composite discharge valve mechanisms 203 and 205 have a supply port 214 and a discharge port 216 for inputting and outputting a fluid.
  • the valve seat block 223 has a supply passage 223A having a constant passage width and a discharge passage 223B having a passage width gradually changing.
  • the supply passage 223A is formed so as to form a rectangular parallelepiped space in the valve seat block 223.
  • Emissions passageway 223B contrast, the side facing the supply path 223A side opposite in the upper base is formed so as to constitute an empty Yi trapezoidal prism as the lower base ( Figure 5 B).
  • valve block 227 is provided with one flow passage 227A and a large flow passage 227B provided continuously with the flow passage 227A and having a larger cross-sectional area than the flow passage 227A, and is slidable with respect to the valve seat block 223.
  • the stationary block 229 includes a stationary block provided with a small circulation passage 229 ⁇ having a smaller cross-sectional area than the large circulation passage 227 ⁇ that communicates with the large circulation passage 227 ⁇ regardless of the position of the valve block 227. ing.
  • the supply port 223C and the discharge port 223D have substantially the same diameter as the small flow passage 229 °.
  • FIG. 8 to FIG. 14 are views showing a fourth embodiment of the present invention having a second type of composite valve mechanism.
  • a pressure control pulp mechanism 313, 313 'and a pressure control valve mechanism 13 which allows fluid to flow only in the direction of the head force into the chamber corresponding to the fluid pressure source side force (not shown).
  • the fluid flows in both directions of the incoming direction from the fluid pressure source side toward the champer side and the outgoing direction from the chamber side to the fluid pressure side.
  • the suction and discharge valve force is an integrated supply and discharge valve that supplies and discharges fluid in one direction by a fluid pressure source.
  • a supply port 314 for supplying the fluid and a discharge port 316 for discharging the fluid are provided.
  • a bi-directional valve mechanism 19, 19 ⁇ configured so that the opening of the valve can be varied by the pressure of the fluid pressure source (not shown) is used. You can do it.
  • a composite valve mechanism having such a bidirectional valve mechanism one choke valve device in which the fluid 12 is actively supplied to the corresponding channel and the jumper to move the piston 12 of the fluid cylinder 1 is used. Fluid is supplied to the chamber via both one-way and two-way valve mechanisms.
  • the one-way valve mechanism 17, 17 allows fluid to flow only in the input direction from the fluid pressure source side to the corresponding chamber 9, 11 side.
  • the two-way valve mechanisms 19 and 19 ′ are used to supply fluid in both directions, ie, the inflow direction from the fluid pressure source (not shown) to the chambers 9 and 11 and the force to the chambers 9 and 11 toward the fluid pressure source.
  • the flow is allowed, and the opening degree can be adjusted by the pressure of the supplied fluid.
  • the choke valve devices 303, 305 having such bidirectional pulp mechanisms 19, 19 'are used the fluid is positively supplied to the corresponding chambers 9, 11, and the biston 12 of the fluid cylinder 1 is moved.
  • the fluid is supplied to the chambers 9 and 11 via both the one-way pulp mechanism 17, 17 'and the two-way valve mechanism 19, 19'.
  • the one-way pulp mechanisms 17 and 17 of the other of the choke valve devices 303 and 305 are in the closed state.
  • the fluid cylinder 1 can be given an appropriate rigidity. In other words, by stopping the flow of fluid into and out of the fluid cylinder 1 or by narrowing the flow path of the fluid connected to the fluid cylinder 1, the repulsive force (spring effect) of the compressed fluid (air in this example) And the flow resistance (damper effect) of the incoming and outgoing fluid (air in this example)
  • the second pressure on the side where the internal pressure needs to be increased is increased.
  • the supply amount (fluid pressure) of the fluid from the fluid pressure source on the side of the second choke valve 305 provided for the chamber 11 is increased, and the fluid flows out of the first champ 9 on the side where the piston 12 moves.
  • rigidity is given to the fluid cylinder 1 by appropriately restricting the flow of the fluid.
  • the throttle is realized by adjusting the opening of the bidirectional valve mechanisms 19, 19 by changing the pressure of the fluid supplied from the fluid pressure source to the choke valve device.
  • the piston 12 can be stopped early and the fluid cylinder 1 can be given high rigidity. Conversely, when this pressure is reduced, the piston 12 moves at a high speed, and the fluid cylinder 1 can be given low rigidity. In order to move the piston 12 at high speed, a large amount of high-pressure fluid (air) must flow into one of the champers 911 of the fluid cylinder 1. Therefore, in the present embodiment, the one-way valve mechanisms 17, 17 ′ for freeing only the inflow or supply of the fluid to the chambers 9, 11 are used as bypass means, and the two-way valve mechanisms 19, 19 are additionally provided. are doing.
  • FIG. 9 shows an embodiment of the present invention.
  • 10A is an exploded perspective view of the choke valve devices 303 and 305 in FIG. 9, and FIG. 10A is an exploded perspective view of the choke valve devices 303 and 305, and FIG. 11A is an exploded perspective view, FIG. 11A is a half sectional perspective view of the chalk pulp apparatus 303, 305 in FIG. 9, FIG. 11B is an exploded perspective view seen from a direction different from FIG. 11A by 90 degrees, and FIG. FIG. 10 is a longitudinal sectional view of the chonning / rev devices 303 and 305 in FIG. 9.
  • the member denoted by reference numeral 30 is the housing of the choke valve devices 303 and 305.
  • the housing 30 has a flow path main body 32 inside.
  • the flow path main body 32 is fixed to the housing 30 by screws 38.
  • the flow path main body 32 integrally includes a cylindrical main body part 32 having a flow path therein and a cylindrical cylinder part 49 described later.
  • the internal space of the main body 32 ⁇ communicates with the internal space of the cylinder 49.
  • a through hole 32 # penetrating through the peripheral wall in the radial direction is formed, and an O-ring fitting groove 32C extending in the peripheral direction is formed.
  • the O-ring 48 is fitted in the O-ring fitting groove 32C.
  • the housing 30 is provided with a through hole 30 ⁇ penetrating in the radial direction at a position corresponding to the through hole 32 ⁇ formed in the flow path main body 32. Further, the through-hole 30 is formed in the nozzle 30 at a position radially opposed to the through-hole 30, and the rear half of the housing 30 has six longitudinally opposed radially parallel holes. A through hole 30C is formed. These through holes 30C contribute to weight reduction of the housing 30, and also function as air vent holes when the coil spring member 29 described later is displaced.
  • the coil panel member 29 functions as the spring member of the present invention.
  • a first joint member 34 is fixed to a front end of the housing 30. Further, the first joint member 34 has a main body 34 # having an annular portion 34a fitted to the front end of the housing 30. An annular groove into which the O-ring 46 is fitted is formed in the outer peripheral portion of the annular portion 34a.
  • a pipe connecting nozzle 34B is fitted to the main body 34A of the first joint member 34. The pipe connection nozzle 34B constitutes a first connection port 33 connected to the corresponding chambers 9, 11. Further, a through hole 30A of the nozzle 30 and a through hole 32B of the flow path main body 32 are formed so as to be aligned with each other to form a second connection port 35 connected to a fluid pressure source (not shown).
  • a second joint member 36 for connecting the choke valve devices 303 and 305 and the fluid pressure source is fitted and fixed to the second connection port 35.
  • the front part of the housing 30 and the flow path main body 32 constitute an apparatus main body 39 provided between the first connection port 33 and the second connection port 35 and having an internal flow path 37 through which fluid flows. I have.
  • a panel member for mounting the coil spring member 29 and a mounting structure 41 are provided for the apparatus main body 39.
  • a throttle portion 27 generally called an orifice is arranged inside the housing 30, between the flow path main body 32 and the first joint member 34.
  • the aperture member 27 includes a cylindrical peripheral wall 27A and a bottom wall 27B that closes one end of the cylindrical peripheral wall 27A.
  • the bottom wall 27B has a through hole 25 through which the movable needle 21 movably passes.
  • the outer diameter of the throttle member 27 has such a size that it can abut against a tapered surface formed inside the front opening of the flow path main body 32 to prevent backward movement. ing.
  • an annular groove 27C is formed on the outer peripheral portion of the peripheral wall portion 27A of the throttle member 27.
  • a one-way valve mechanism that is disposed between the inner wall of the apparatus body (the inner wall of the housing 30) surrounding the internal flow path 37 and operates so that the inner wall serves as a valve seat.
  • rubber bulb 47 I 7 ' is fixedly fitted.
  • the pulp 47 has a ring shape, and further has a groove 47A having a V-shaped cross-sectional shape that is open at the front end face of the housing 30.
  • a fixed-side threaded end 21A which is screwed and fixed to a distal end of a rod 23, which will be described later, a portion 21B having a larger diameter than the threaded end 21A, and a portion 21B continuous with this portion.
  • An annular tapered portion 21C extending toward the front side, a portion 21D located inside the throttle member 27 in connection with the tapered portion 21C, and a driver slot 21F provided continuously with the portion 21D were formed. It has a head 21E. By fitting the tip of a flathead screwdriver into the driver slot 21F and rotating it, the movable needle 21 is screwed with the threaded end 21A into a screw hole (not shown) provided at the tip of the rod 23.
  • the portion 21D located in front of the tapered portion 21C is fitted into the through hole 25, and the head 21E comes into contact with the bottom wall portion 27B of the throttle member 27, whereby the flow of the fluid through the through hole 25 is completely completed. Stopped.
  • the flow rate of the fluid through the through hole 25 is adjusted.
  • the two-way pulp mechanism 19, 19 is composed of the screw 21 and the throttle member 27.
  • the rod 23 has a tip 23A to which the movable needle 21 is fixed, a rod body 23B to which a piston 51 described later is fitted and fixed, and a protruding end 23C protruding outside the housing 30. And A fitting groove 23D is formed along the longitudinal direction of the rod 23 at the protruding end 23C side of the rod body 23B.
  • the piston part 51 fixed to the rod body 23B of the rod 23 is slidably fitted in a cylinder part 49 provided integrally with the flow path body 32.
  • the rod 23 is constantly urged by the coil spring member 29.
  • the coil spring member 29 constantly applies a biasing force to the rod 23 to move the movable dollar 21 in a direction in which the flow rate of the fluid passing through the through hole 25 of the throttle member 27 increases.
  • the coil panel member 29 is attached by utilizing the pressure of the fluid supplied by the fluid pressure source force to move the movable needle 21 in the direction in which the flow rate of the fluid passing through the through hole 25 of the throttle member 27 decreases.
  • a fluid drive rod displacement mechanism 31 for displacing the rod 23 against the force is provided.
  • the fluid drive rod displacement mechanism 31 includes a cylinder portion 49 communicating with the internal flow path 37 of the device main body 39, and a piston portion 51 fixed to the rod 23 and sliding in the cylinder portion 49.
  • the piston portion 51 is displaced in a direction away from the throttle member 27 against the urging force of the coil spring member 29 in accordance with the increase in the pressure in the flow path main body 32 due to the pressure of the fluid from the fluid pressure source.
  • the coil spring member 29 is mounted on the housing 30 by a panel member mounting structure 41.
  • the spring member mounting structure 41 is configured to apply the urging force of the coil panel member 29 to the protruding end portion 23C constituting the outer portion of the rod 23 extending from the cylinder portion 49.
  • the coil panel member 29 used in this example is disposed in a compressed state with an inner end on the device body 39 side and an outer end on the outer end side of the rod 23.
  • the panel member mounting structure 41 includes a tubular member 59 and a panel member intermediate portion holding structure 61.
  • the main part of the cylindrical member 59 is arranged inside the housing 30, and one end of the cylindrical member 59 is fitted to the cylinder part 49.
  • One end (inner end) of the cylindrical member 59 is provided with a flange portion 59A forming an engaging portion, and the inner end force S of the coil spring member 29 is engaged with the flange portion 59A.
  • Tubular At the other end (outer end) of the member 59 a fitting hole 59B is formed in which the portion where the fitting groove 23D formed in the rod 23 is tightly fitted.
  • the portion where the fitting hole 59B is formed 59C By engaging with the surface 23E adjacent to the inner end of the fitting groove 23D of the force rod 23, the positioning of the rod 23 and the cylindrical member 59 is achieved.
  • the rod 23 and the cylindrical member 59 are displaced together.
  • the panel member intermediate portion holding structure 61 is located outside the portion 59 C of the cylindrical member 59, is fixed to the end of the housing 30 so as not to be displaced with respect to the device main body 39, It is configured to hold part 29a.
  • the spring member intermediate portion holding structure 61 of this example the holding position of the intermediate portion 29a of the coil panel member 29 can be changed.
  • the spring member intermediate portion holding structure 61 includes a wedge member 64 inserted between two adjacent turn portions 29b and 29c of the coil spring member 29, as shown in FIG. And a holding piece 65 attached to the holding piece 64.
  • the wedge member 64 is fixed to the housing 30 with an adhesive. As a method of fixing the wedge member 64 to the housing 30, it is needless to say that appropriate attachment means such as welding may be used.
  • the holding piece 65 is attached to the wedge member 64 by a screw so as to hold a part of the turn portion of the coil panel member 29. As a result, the coil spring member 29 does not rotate. With the holding piece 65 removed from the wedge member 64, the wedge member 64 is arranged so that the coil spring member 29 can be rotated about the tubular member 59. When the coil panel member 29 is rotated, the position of the wedge member 64 relative to the coil panel member 29 changes. As a result, it is possible to arbitrarily adjust the control characteristics of the actuator by changing the number of turns of the coil spring member 29 located between the wedge member 64 and the flange portion 59A constituting the engagement portion. Further, the coil spring member 29 is displaced with the surface opposite to the surface on which the wedge member 64 of the holding piece 65 is fixed as a fulcrum.
  • FIGS. 14A to 14C show enlarged portions of the throttle member 27 when the opening degree of the bidirectional valve mechanism 19 of the first choke valve device 303 used in the above embodiment is fully open, half open, and closed, respectively. It is sectional drawing.
  • the valve mechanisms 17 and 19 in the first choke-valve device 303 will be described with reference to FIGS. 14A to 14C.
  • it is movable.
  • the stroke of the needle 21 is set so as to be movable up to 10 mm.
  • Chamber 9, 11 In the state of the pressure ⁇ of the fluid inside, the movable dollar 1 is located at the leftmost position, and the opening of the bidirectional valve mechanism 19 is fully opened (FIG. 14A). At the same time, the one-way pulp mechanism 17 is fully opened.
  • the movable needle 21 moves to the right (FIG. 14B), and at the same time, the opening of the two-way valve mechanism decreases in the direction to close.
  • the movable needle 21 is located at the rightmost position as shown in FIG. 14C and the bidirectional valve mechanism 1'9 is fully closed.
  • the coil spring member When the relative position of the wedge member 64 with respect to the coil panel member 29 is changed, the coil spring member is moved in a state where the movable needle 21 is located at the leftmost position because the bidirectional valve mechanism 19 is fully opened. Since the urging force of 29 becomes zero and the contact between the inner end of the coil spring member 29 and the flange portion 59A is maintained, the relative fitting position between the rod 23 and the cylindrical member 59 is also changed at the same time.
  • the fitting position can be changed by loosening the connecting screw 43 connecting the rod 23 and the cylindrical member 59, and sliding the cylindrical member 59 along the fitting groove 23D.
  • the appropriate fixing position can be easily determined by looking at the length L2 between the outer end of the tubular member 59 and the outer end of the rod 23 shown in FIG.
  • the rigidity of the piston shall be determined by restricting the flow rate of the fluid in the direction in which the bidirectional valve mechanism 19 exits.
  • the fluid is positively supplied to the first check valve device 303 from the fluid pressure source, and the piston portion 51 provided on the mouthpiece 23 is displaced so that the first movable portion can be positively moved.
  • the piston of the fluid cylinder 1 can be stopped by closing the through hole of the throttle member 27 (orifice). In this way, the rigidity and the stop position of the fluid cylinder 1 can be easily and arbitrarily determined by adjusting the openings of the two-way valve mechanisms 19, 19 of the choke pulp devices 303, 305.
  • the opening degree of the valve of the discharge valve mechanism of the choke valve device is adjusted.
  • rigidity can be given to the fluid cylinder. Therefore, according to the present invention, the fluid cylinder can be practically used as a driving actuator of a control device such as a robot.

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Abstract

　簡単な構成でエアシリンダ等の流体シリンダに剛性を与えことができる流体シリンダを用いたアクチュエータ及びその制御方法並びにチョークバルブ装置を提供する。アクチュエータは、流体シリンダ１、第１のチョークバルブ装置３及び第２のチョークバルブ装置５とを備えている。流体シリンダ１は、シリンダ室７と、シリンダ室７を第１のチャンバ９と第２のチャンバ１１とに仕切るようにシリンダ室７内にスライド自在に配置されたピストン１２とを有する。第１のチョークバルブ装置３を流体圧源と第１のチャンバ９との間に配置し、第２のチョークバルブ装置５を流体圧源と第２のチャンバ１１との間に配置する。チョークバルブ装置３及び５は、それぞれバルブの開度が可変できる排出バルブ機構を備えている。

Description

明 細 書
流体シリンダを用いたァクチユエータ及びその制御方法並びにチョークバ ルブ装置
技術分野
[0001] 本発明は、流体シリンダを用いたァクチユエータ及びその制御方法並ぴにこのァク， チユエータに用いるチョークバルブ装置に関するものである。
背景技術
[0002] 特開 2003— 311667公報に示されるように、口ポットの関節を動かすためのァクチ , ユエータとしては、従来からサーボモータ等の電動モータが用いられている。これは モータであれば、比較的手軽に入手できるためである。しかしながらモータは、ロボッ ト全体が大型化する問題があり、また重量があるためにロボットの機械的強度の設計 も重要になる。エアシリンダ等の流体シリンダは、モータと比較して、小形軽量であり、 また構造が単純でメンテナンスも容易である等の利点があるため、ロボット用のァクチ ユエータとして有用なものと考えられている。
特許文献 1 :特開 2003— 311667公報
発明の開示 ' '
発明が解決しょうとする課題
[0003] しかしながらエアシリンダのような流体シリンダの適用を阻む最も大きな欠点として は、任意の位置においてピストンを動力 に《する性能すなわち剛性を発揮させる ことが難しレ、とレ、う欠点がある。これはモータと異なり力発生の応答性が低レ、ために、 ピストンの位置を保っために外力へ抗する力をすばやく発生できないことが主な原因 であると ^えられている。これを解消するために、摩擦ブレーキやラッチなどを付加す る方法が存在するが、それらを付加するのであれば、モータのみを使う方が合理的で ある。したがって、'極力単純な機構でこの剛性を与える方法が必要である。しかしな がら、従来はこの要求に応えることができる技術は提案されていない。
[0004] 本発明の目的は、簡単な構成でエアシリンダ等の流体シリンダに剛性を与えことが できる流体シリンダを用いたァクチユエ一タ及ぴその制御方法を提供することにある。 [0005] 本発明の他の目的は、少ない部品点数で構成することができる流体シリンダを用い
■ たァクチユエータを提供することにある。 ,
[0006] 本発明の他の目的は、剛性の調整が容易な流体シリンダを用いたァクチユエータ を提供することにある。
[0007] 本発明の他の目的は、流体シリンダを用いたァクチユエータ及びその制御方法に , 用いるのに適したチョークバルブ装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明の流体シリンダを用いたァクチユエータは、流体シリンダと、第 1及ぴ第 2の チョークバルブ装置とを備えてレヽる。流体シリンダは、シリンダ室と、シリンダ室を第 1 のチャンバと第 2のチャンバとに仕切るようにシリンダ室内にスライド自在に配置され たピストンとを有する。ここで流体シリンダとは、エアシリンダやオイルシリンダ等のよう に流体の圧力を駆動源として動作す ¾シリンダを意味する。また第 1のチョークバル ブ装置は、流体圧源と第 1のチャンパとの間に配置されて第 1のチャンバ内へ入出す る流体の流量を調整する。そして第 2のチョークパルプ装置は、流体圧源と第 2のチ ヤンバとの間に配置されて第 2のチャンバ内へ入出する流体の流量を調整する。ここ で流体圧源は、第 1及ぴ第 2のチョークバル^装置に対してそれぞれ別個に設けて もよいが、第 1及び第 2のチョークパルプ装置に対して共通の 1つの流体圧源を用い てもよいのは勿論である。
[0009] 本発明では、第 1のチョークバルブ装置犮び第 2のチョークバルブ装置は、それぞ れ流体圧源側から対応するチャンバ側に向かう入方向に流体が流れるのを許容する 供給パルプ機構と、チャンバ側力 流体圧源側に向かう出方向に流体を流すことを 許容する排出バルブ機構とを備えている。そして少なくとも排出バルブ機構として、 バルブの開度が可変できるものを用いる。
[0010] 流体シリンダへの流体の入出を止めたり、また流体シリンダに接続された流体の流 路を細めたりすれば、圧縮される流体の反発力 (スプリング効果)や、入出する流体 の流量抵抗 (ダンパ効果)によって、ピストンの運動の抵抗となる受動的な抗力が生じ る。本発明はこの受動的な効力の発生に着目し、この抗カを流体シリンダの剛性とし て利用する。すなわち、流体シリンダにおける第 1のチャンバと第 2のチャンバから排 出される流体が流れる流路において、流体の流れを適切に絞る (チョーク)ことにより , 、ピストンの運動に対する抗カを有効に発生し、この^:力を利用して流体シリンダに 剛性を付与する（所定の位置でピストンが停止してピストンが外力によって動きにくく なる状態にする)。
[0011] 例えば、ピストンをある運動方向に移動させた後に所定の位置で剛性を付与するた めには、次のようにする。まずピストンを移動させる際に内部圧力を上昇させる必要の ある側のチャンバに対して設けられた一方のチョークバルブ側の流体圧源からの流 体の供給量 (流体圧）を高める。次に、ピストンが移動して来る側のチャンバから流出 する流体が流れるチョークバルブ装置により流体の流れを適宜に絞ることにより流体 シリンダに剛性を付与する。この流体の流れを絞ることは、対応するチョークバルブ装 置に設けられた排出バルブ機構のバルブの開度を変えることにより実現できる。この 排出バルブ機構のバルブの開度を早期に 0または 0に近い値にすれば、早期にビス トンを停止させて流体シリンダには高剛性を付与することができる。逆に、このバルブ の開度を適宜に小さくすれば (調整すれば)、流体シリンダには低剛性を付与するこ とができる。
[0012] チョークバルブ装置に設ける供給バルブ機構及び排出バルブ機構は、それぞれ別 個の構造物として構成されたものを用いてもよいが、供給バルブ機構及ぴ排出バル ブ機構が一つの構造物の中に併存した複合形バルブ機構を用いることもできる。
[0013] 別個の供給バルブ機構及び排出バルブ機構を用いる場合、例えば、排出バルブ 機構は、バルブの位置を連続的に変えることができる連続可変式ァクチユエータと、 バルブの位置を検出するバルブ位置検出手段と、バルブ位置検出手段の出力に基 づいて連続可変式ァクチユエータをフィードバック制御する制御手段とから構成する ことができる。このような排出バルブ機構を用いると、バルブの位置をフィードバック制 御により定めるため、迅速に且つ高い精度でパルプの開度を可変することができる。
[0014] また別個の供給バルブ機構及び排出バルブ機構を用いる場合の他の排出バルブ 機構として、次の構成を備えたものを採用することができる。この排出パルプ機構は、 並列接続された、排出流路の断面積が真なる複数種類の開閉バルブと、バルブ選 択制御手段とを備えている。バルブ選択制御手段は、排出時に複数種類の開閉バ ルブ力 少なくとも 1以上の開閉バルブを選択して選択した開閉バルブを開状態に する。このようにすると、選択した開閉バルブの数と種類の組み合わせにより、少ない 数の開閉バルブを用いて、高速且つ高精度に、複数種類のパルプ開度（流体の絞り 状態)を段階的に得ることができる。なお使用する複数種類の開閉バルブとして、排 出流路の断面積力 S、最小の断面積の 2n (n=0， 1， 2, 3，…；)倍の断面積を持つもの を複数種類用意すると、配置する開閉バルブの数に対して最多の開度段階を得るこ とができる。 '
[0015] また複合型排出バルブ機構としては、例えば、弁座ブロックと、弁体ブロックと、静 止ブロックとが組み合わされた第 1のタイプの複合型排出バルブ機構を採用すること ができる。弁座ブロックは、並設された通路幅が一定の排出通路と通路幅が徐々に 変化する供給通路とを有する。また弁体ブロックは、 1つの流通通路と該流通通路に 連続して設けられて該流通通路よりも断面積が大きい大形流通通路とを備えて弁座 ブロックに対してスライド可能に設けられる。そして弁体ブロックは、供給時には供給 通路を完全に開いて排出流路を完全に閉じ、排出時には供給通路を完全に閉じ、 排出通路と流通通路の対向面積を連続的に可変で'きるように位置が制御'される。静 止ブロックは、弁体ブロックの位置の如何にかかわらず大形流通通路と常時連通す る大形流通通路よりも断面積の小さ！/ヽ小形流通通路を備えた静止ブロックとを備えて いる。このような構成の複合型バルブ機構で.は、少ない部品点数で、しかも簡単な構 造で、供給バルブ機構及び排出バルブ機構を 1つの機構内に併存させることができ る。 .
[0016] 上記の具体的なバルブ機構は、小形に構成することが可能である。そのため流体 シリンダの両側に隣接してそれぞれ供給パルプ機構と排出バルブ機構とを配置する ことができる。その結果、流体圧源と両パルプ機構 の間の流体チューブを不要なも のとすることも可能になる。
[0017] また第 2のタイプの複合型排出バルブ機構としては、圧力制御バルブ機構と、圧力 制御バルブ機構を通して流体圧源側から対応するチャンパ側に向かう入方向にのみ 流体が流れるのを許容する一方向パルプ機構と、圧力制御バルブ機構を して流 体圧源側からチャンバ側に向力 入方向とチャンパ側から流体圧源側に向力 ^出方 向の双方向に流体を流すことを許容する双方向バルブ機構とを備え、双方向バルブ 機構が流体圧源力 供給される流体の圧力によりバルブの開度が可変できるように 構成されたものを用レ、ることもできる。このような双方向バルブ機構を備えた複合形バ ルブ機構を用いると、対応するチャンバに流体を積極的に供給して流体シリンダのピ ストンを移動させて!/、る一方のチョークバルブ装置では、一方向バルブ機構と双方向 バルブ機構の両方を介して流体がチャンバに供給される。この状態で、他方のチョー クバルブ装置では一方向パルプ機構は閉鎖状態にあり、双方向バルブ機構の開度 を調整して出方向の流体の流れを適切に絞ることにより、流体シリンダに適宜の剛性 を付与することができる。より詳しく説明すると、流体シリンダへの流体の入出を止め たり、また流体シリンダに接続された流体の流路を細めたりすれば、圧縮される流体 の反発力（スプリング効果)や、入出する流体の流量抵抗 (ダンパ効果）によって、ピ ストンの運動の抵抗となる受動的な抗力が生じる。本発明はこの受動的な効力の発 生に着目し、この抗カを流体シリンダの剛性として利用している。すなわち、流体シリ ンダにおける第 1のチャンバと第 2のチャンバに供給されるまたはこれらのチャンバか ら排出される流体が流れる流路において、流体の流れを適切に絞る（チョーク）ことに より、ピストンの運動に対する抗カを有効に発生し、この抗カを利用して流体シリンダ に剛性を付与する (所定の位置でピストンが停止してピストンが外力によって動きにく くなる状態にする)。
例えば、ピストンをある運動方向に移動させた後に所定の位置で剛性を付与するた めには、ピストンを移動させる際に内部圧力を上昇させる必要のある側のチャンバに 対して設けられた一方のチョークバルブ側の流体圧源からの流体の供給量 (流体圧 )を高め、ピストンが移動して来る側のチャンバから流出する流体が流れるチョークバ ルプ装置において流体の流れを適宜に絞ることにより流体シリンダに剛性を付与す る。絞りは、そのチョークバルブ装置に流体圧源力も供給する流体の圧力を変えるこ とにより双方向バルブ機構の開度調整することにより実現できる。この圧力を高くすれ ば、早期にピストンを停止させて流体シリンダには髙剛性を付'与することができる。逆 に、この圧力を低くするとピストンは高速で移動し流体シリンダには低剛性を付与する ことになる。このような機能を、本願明細書では、流体圧に基づいて流路断面積を自 動的に小さくする機能と定義する。またピストンを高速で運動させるためには、高い圧 力の空気を大量に流体シリンダの一方のチャンパに流入させなければならなレ、。そこ で本発明では、チャンパへの流体の流入または供給のみを自由とするための一方向 バルブ機構をバイパス手段として双方向バルブ機構に対して併設している。
[0019] 双方向バルブ機構は、流体圧源力 供給される流体の圧力により開度が調整可能 であればどのような構成でもよい。しかしながら全体の重量を軽くして、しかも構造を 簡単にするためには、バネ部材を用いるのが好ましい。そこで可動ニードルを備えた .ロッドと、可動ニードルが移動可能に貫通する貫通孔を備え且つこの貫通孔を通って 流れる流体の流量が可動ニードルの位置によって制御される絞り部材と、貫通孔を 通る流体が増える方向に可動ニードルを移動させるための付勢力をロッドに常時与 えるバネ部材と、絞り部材の貫通孔を通る流体の流量が減少する方向に可動ニード ルを移動させるために流体圧源力 供給される流体の圧力を利用してバネ部材の付 勢 Λに抗してロッドを変位させる流体駆動ロッド変位機構と、パネ部材の圧縮パネと して機能する区間のターン数を調整し得るパネ部材装着構造力 双方向バルブ機' 構を構成することができる。ロッドを変位させて可動ニードルを絞り部材の貫通孔内で 変位させることにより、貫通孔を双方向に流れる流体の流量を簡単に調整できる。
[0020] ここでチョークバルブ装置は、対応するチャンバに接続される第 1の接続口、流体 圧源に接続される第 2の接続口及び第 1の接続口と第 2の接続口との間に位置して ' 流体が流れる内部流路を備えた装置本体と、この装置本体に対してパネ部材を装着 するパネ部材装着構造とを具備した構成とすることができる。装置本体の内部流路 内には、絞 部材及ぴ可動ニードルを備えたロッドの一部が配置される。そして絞り 部材の外周部には、内部流路を囲む装置本体の内壁部との間に配置されて内壁部 を弁座とするように動作する一方向バルブ機構のバルブを装着するのが好ましレ、。こ のような構成にすると、双方向バルブ機構と一方向バルブ機構とを同心的に配置す ることができ、バルブ機構の構造をコンパクトでし力も簡単なものにすることができる。'
[0021] また前述の流体駆動ロッド変位機構は、バネ部材の付勢力に抗する力を流体の圧 力を利用してロッドに作用させることができるものであればどのような構造であってもよ い。例えば、装置本体の内部流路に連通するシリンダ部を設け、ロッドにはこのシリン ダ部内をスライドするピストン部を装着して流体駆動ロッド変位機構を構成することが できる。このようにすると、ロッドに沿って流体駆動ロッド変位機構を構成することがで きるので、装置本体の寸法を必要以上に大きくすることがなくなる。
[0022] またバネ部材装着構造は、シリンダ部力 延ぴ出るロッドの外側部分にパネ部材の 付勢力を作用させるように構成すればよい。具体的には、パネ部材としては、装置本 体側に内端を有しロッドの外側端部側に外端を有して圧縮状態で配置されるコイル パネ部材を用レ、ることができる。そしてパネ部材装着構造は、ロッドの外側部分に固 定されてロッドと一緒に動きコイルパネ部材の内側に位置してコイルバネ部材の内端 と係合する係合部を偉えた筒状部材と、この筒状部材の外側に位置し、装置本体に, 対して変位しなレ、ように設けられてコイルバネ部材の中間部分を保持する ネ部材 中間部保持構造とから構成することができる。ここでパネ部材中間部保持構造は、コ ィルバネ部材の中間部分の保持位置を変えることにより、係合部との間に挟持するコ ィルバネ部材の長さを調整し得るように構成するのが好ましレ、。このようにするとァク チユエータの用途に応じて使用するコイルパネ部材のターン数を簡単に調整すること ができて、ァクチユエータの制御特性を任意に調整することが可能になる。ここでコィ ルバネ部材のターン数とは、螺旋状にコイル線材が成形されて形成されるコイルバネ 部材の表面に並んで現れるコイル線材の本数である。なお同じ区間内に配置される コイルバネ部材のターン数が小さくなるほど、コイルパネ部材が硬くなり、.流体圧源か ら供給される流体の圧力に対応する流路の絞り量が小さくなる。
[0023] このバネ部材端部保持構造は、コイルバネ部材の隣接する 2つのターン部の間に 挿入される楔部材を備えた構造にするのが好ましい。この楔部材は、コイルパネ部材 を筒状部材を中心にして回転させることが可能な状態で配置する。コイルパネ部材を 回転させると、楔部材のコイルパネ部材に対する相対的な位置が変わる。その結果、 楔部材と係合部との間に位置するコイルパネ部材のターン数を変更して、コイルバネ 部材の圧縮力を簡単かつ連続的に調整することが可能になる。
[0024] なお絞り部材とシリンダ部との間に位置する流路に第 2の接続部が連通するように 第 2の接続部を配置する。このような配置構成にすると、第 2の接続部の両側にロッド に沿ってバルブ機構と流体駆動ロッド変位機構とを配置することができ、チョークバル ブ装置をコンパクトに構成することができる。
[0025] 本発明の流体シリンダを用いたァクチユエータの制御方法では、第 1及び第 2のチ ヨークバルブ装置の一方側からシリンダ室内に積極的に流体圧源から流体を供給し て流体シリンダのピストンの位置を変位させる際に、第 1及び第 2のチョークバルブ装 置の他方の排出バルブ機構の出方向に向力、う流体の流量を制限することにより流体 シリンダのピストンの外力による動き易さすなわち剛性を定める。
[0026] また俞述の第 2のタイプの複合形パルプ機構を用レ、る本発明の流体シリンダを用い たァクチユエータの制御方法では、第 1及び第 2のチョークバルブ装置の入方向側か らシリンダ室内に積極的に流体を流体圧源力 供給してピストンの位置を変位させる 際に、第 1及び第 2のチョークバルブ装置の双方向バルブ機構の出方向に向力う流 体の流量を制限することによりピストンの剛性を定める。またこの方法では、出方向側 のチョークバルブ装置に流体圧源から積極的に流体を供給して、ロッドに設けたビス トン部を変位させることにより積極的に可動ニードルで絞り部材の貫通孔を閉鎖する ことにより流体シリンダのピストンを停止させることができる。この制御方法によれば、 第 1及び第 2のチョークバルブ装置の双方向バルブ機構の開度を調整することにより '、流体シリンダの剛性と停止位置とを簡単且つ任意に定めることができる。
図面の簡単な説明
[0027] [図 1]本発明の流体シリンダを用いたァクチユエ一タの第 1の実施の形態の概念図で
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[図 2]本発明の流体シリンダを用いたァクチユエ一タの第 2の実施の形態の概念図で ある。 '
[図 3]本発明の流体シリンダを用いたァクチユエ一タの第 3の実施の形態の概念図で ある。■
[図 4A]図 3の第 3の実施の形態で用いる複合形バルブ機構 (弁座ブロック、弁体プロ ック及び静止ブロック）の吸排出が停止されている状態を示す半部断面図である。
[図 4B]図 3の実施の形態で用レヽる複合形バルブ機構 (弁座プロック、弁体ブロック及 び静止ブロック)の供給時の状態を示す半部断面図である。
[図 4C]図 3の実施の形態で用レ、る複合形バルブ機構 (弁座ブロック、弁体プロック及 び静止ブロック）の排出時の状態を示す半部断面図である。
[図 5A]図 3の複合形バルブ機構 (弁座ブロック、弁体ブロック及ぴ静止ブロック）の分 解斜視図である。
[図 5B]図 5Aの内部を透視する透視分解斜視図である。
[図 5C]図 5Aの 180度異なる方向から見た分解斜視図である。
[図 6A]図 5Aの弁座ブロックを弁体ブロック側から見た図である。
[図 6B]図 6Aの弁座ブロックの VIA— VIA線断面図である。
[図 7A]図 5Aの弁体ブロックを弁座プロック側から見た図である。
[図 7B]図 7Aの弁体ブロックの VIIA—VIIA 断面図である。
[図 8]本発明の流体シリンダを用いたァクチユエ一タの第 4の実施の形態の概念図で ある。
[図 9]図 8の第 4の実施の形態で用レ、る本発明のチヨ クパルプ装置 (一方向バルブ 機構および双方向バルブ機構)の一部分解斜視図である。
[図 10A]図 8の第 4の実施の形態で用いるチョークバルブ装置 (一方向バルブ機構お ょぴ双方向パルプ機構）の分解斜視図である。
[図 10B]図 10Aの 90度異なる方向から見た分解斜視図である。
〔図 11A]図 8の第 4の実施の形態で用いるチョークバルブ装置 (一方向バルブ機構お よび双方向バルブ機構)の半部断面斜視図である。
[図 11B]図 11Aの状態を 90度異なる方向から見た分解斜視図である。
[図 12]図 8の第 4の実施の形態で用いるチョークパルプ装置 (一方向バルブ機構およ ぴ双方向バルブ機構）の縦断面図である。
[図 13]図 8の第 4の実施の形態で用いるパネ部材中間部保持構造の半部断面平面 図である。
[図 14A]図 8の第 4の実施の形態で用レ、るチョークバルブ装置の絞り機構 (双方向バ ルプ機構の開度が全開時)の拡大部分断面図である。
[図 14B]図 8の第 4の実施の形態で用レ、るチョークバルブ装置の絞り機構 (双方向バ ルブ機構の開度が半開時）の拡大部分断面図である。
[図 14C]図 8の第 4の実施の形態で用いるチョークバルブ装置の絞り機構 (双方向バ ルブ機構の開度が閉鎖時)の拡大部分断面図である。
発明を実施するための最良の形態 '
[0028] .以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図 1乃至図 3及び図 8は、 本発明の流体シリンダを用いたァクチユエ一タの第 1乃至第 4の実施の形態の構成を 概念的に示す概念図である。
[0029] まず、第 1乃至第 4の実施の形態のァクチユエータの共通点について説明する。第
1乃至第 4の実施の形態の流体シリンダを用いたァクチユエータは、流体シリンダ 1、 第 1のチョークノノレブ装置 3， 103， 203， 303及ぴ第 2のチョークノノレブ装置 5， 105 , 205， 305とを備えてレ、る。流体シリンダ 1は、シリンダ室 7と、シリンダ室 7を第 1のチ ヤンバ 9と第 2のチャンバ 11とに仕切るようにシリンダ室 7内にスライド自在に配置され たピストン 12とを有する。この例では、流体シリンダ 1としてエアシリンダを用レ、るもの として説明する。しかし流体シリンダ 1としては流体の圧力を駆動源として動作するシ リンダであればオイルシリンダ等を用いることができるのは当然である。
[0030] 第 1のチョークバルブ装置 3, 103, 203, 303は、図示しない流体圧源と第 1のチヤ ンバ 9との間に配置されて第 1のチャンバ 9内へ入出する流体の流量を調整する。こ こで流体圧源は、第 1のチャンバ側 9の圧力が流体圧源力 供給する流体の圧力より も大きくなつたときには、第 1のチャンパ 9側力 流出した流体を受け入れるように構 成されている。また第 2のチョークパルプ装置 5， 105， 205, 305は、流体圧源と第 2 のチャンバ 11との間に配置されて第 2のチャンバ 11内へ入出する流体の流量を調 整する。なお、第 2のチョークノ ノレブ装置 5, 105， 205, 305ίま、第 1のチョータノノレ ブ装置 3， 103， 203, 303と同じ構造を有し同一の作用を発揮するため、詳細を省 略した単なるブロック図として示す。そこで以下の説明では、第 1のチョークバルブ装 置 3， 103, 203, 303の構成を説明することによって、第 2のチョーク/くノレブ装置 5， 105， 205, 305の説明は省略する。
[0031] 本発明の実施の形態では、流体圧源は、第 1及び第 2のチョークバルブ装置 3， 10 3， 203, 303及ぴ 5, 105, 205， 305に対してそ; τぞれ另リ個に設けら; てレヽる。し 力しな力ら、第 1及ぴ第 2のチョーク/ ノレブ装置 3, 103， 203, 303及び 5， 105， 20 5， 305に対して共通の 1つの流体圧源を用レ、ることもできる。共通の 1つの流体圧源 を'用いる場合には、共通の流体圧源と第 1及び第 2のチョークバノレブ装置 3， 103， 2 03， 303及ぴ 5, 105， 205, 305との間に切り替え手段を設けておけばよい。
[0032] 図 1は、本発明の第 1の実施の形態の流体シリンダを用いたァクチユエータの構成 を概略的に示す図である。図 1に示すように第 1のチョークバルブ装置 3及び第 2のチ ヨークバルブ装置 5は、それぞれ図示しなレ、流体圧源側から対応するチャンバ側に 向力う入方向に流体が流れるのを許容する供給バルブ機構 13と、チャンバ側から流 体圧源側に向かう出方向に流体を流すことを許容する排出バルブ機構 15とを備えて いる。供給バルブ機構 13および排出バルブ機構 15は、流体の入出を行う供給口 14 および排出口 16をそれぞれ有する。本実施の形態では、排出バルブ機構 15は、バ ルブの開度が可変できるように構成されている。バルブの開度を可変にするために、 本実施の形態では、バルブの位置を連続的に変えることができる連続可変式ァクチ ユエータ ACと、バルブの位置を検出するバルブ位置検出手段 PSと、制御手段 CM .とを備えている。制御手段 CMは、バルブ位置検出手段 PSの出力に基づいて連続 可変式ァクチユエータ ACをフィードバック制御する。このような構成にすると、流体シ リンダ 1への流体の入出を止めたり、また流体シリンダ 1に接続された流体の流路を細 めたりすることにより、圧縮される流体の反発力（スプリング効果)や、入出する流体の 流量抵抗 (ダンパ効果)が発生するため、ピストン 12の運動の抵抗となる受動的な抗 力を生じさせることができる。本発明の実施の形態は、この抗カを流体シリンダの剛 . 性として利用している。すなわち、流体シリンダ 1における第 1のチャンバ 9と第 2のチ ヤンバ 11から排出される流体が流れる流路において、排出される流体の流れを適切 ' に絞る（チョーク)ことにより、ピストン 12の運動に対する抗力が有効に発生し、この抗 力を利用して流体シリンダ 1に剛性を付与することができる (所定の位置でピストン 12 ' 力 S停止してピストン 12が外力によって動きに《なる状態にすることができる）。.
[0033] 例えば、ピストン 12を第 2のチャンバ 11側力 第 1のチャンバ 9側方向に移動させた 後に所定の位置で剛性を付与するためには、まず第 2のチョークバルブ装置 5側の 流体圧源からの流体の供給量 (流体圧)を高めて、第 2のチャンバ 11の内部圧力を 上昇させる。次に、ピストン 12が移動して来る第 1のチャンバ 9側のチャンバから流出 する流体が流れる第 1のチョークバルブ装置 3内の排出バルブ機構のバルブの開度 を適宜に調節して流体の流れを適宜に絞ることにより流体シリンダに剛性を付与する
。この流体の流れを絞ることは、第 1のチョークバルブ装置 3に設けられた排出バルブ 機構 15のバルブの開度を、制御手段 CMからの制御指令に基づいて連続可変式ァ クチユエータ ACを連続的に動作させてことにより実現できる。この排出バルブ機構 1 ' 5のバルブの開度を早期に 0または 0に近い値にすれば、早期にピストン 12を停止さ せて流体シリンダ： Uこは高剛性を付与することができる。逆に、このバルブの開度を 適宜に小さくすれば (調整すれば）、流体シリンダには低剛性を付与することができる 。なお、本実施の形態では、排出バルブ機構 15のみバルブの開度が可変できるよう に構成されている力 この構成は排出バルブ機構 15だけでなく供給パルプ機構 13 設けてもよレ、。このようにすれば、流体の入出制御を高い精度で行うことができるた め、流体シリンダ 1に所望の剛性を与えることができる。
[0034] また図 2は、本発明の第 2の実施の形態を示す図であり、第 1の実施の形態と同様 に別個の供給バルブ機構及び排出バルブ機構を用レ、るタイプのものである。なお図 - 2には、図 1に示した第 1の実施の形態の構成と同様の構成には、流体シリンダの構 成部分を除いて、図 1に付した符号の数に 100の数をカ卩えた数の符号を付し、説明 を省略する場合もある。この実施の形態では、排出バルブ機構 115として、並列接続 された、排出流路の断面積が異なる複数種類の開閉バルブ 115a， 115b, 115cと、 パルプ選択制御手段: L20とを備えている。また供給パルプ機構 113及ぴ排出バルブ 機構 115は、流体の入出を行うために供給口 114及び排出口 116を有する。パルプ 選択制御手段 120は、排出時に複数種類の開閉バルブ 115a， 115b, 115cから少 なくとも 1以上の開閉バルブを選択して選択した開閉バルブを ίΐ状態にする。このよう にすると、選択した開閉バルブの数と種類の組み合わせにより、少ない数の開閉バ ルブを用いて、複数種類のバルブ開度 (流体の絞り状態)を段階的に得ることができ る。複数種類の開閉バルブとしては、例えば、排出流路の断面積力 最小の断面積 の 2n(n=0, 1， 2， 3，…；)倍の断面積を持つものを用レ、ることができる。本実施の形
• 態では 3つの開閉バルブの断面積はそれぞれ 1： 2 : 4の比率 [最小の断面積の 2n(n =0, 1, 2， 3,…；)倍の断面積]で構成されている。この場合、各開閉バルブを個々 に開閉するだけで、流体の排出量を 0 : 1 : 2 : 3 :4: 5 : 6 : 7の比率に調整することがで きる。すなわち、 n+ 1個の開閉バルブを配置し、それらを個々に開閉することにより 2 n+1種類の排出量を多段階に設定できるため、高速且つ高精度に排出流量ならびに 剛性を調整することが可能になる。
[0035] 図 3乃至図 7は、複合型排出バルブ機構を用いた第 3の実施の形態の流体シリンダ を用いたァクチユエータの概略構成を示す図である。この実施の形態では、図 4乃至 図 7に示すように、弁座プロック 223と、弁体ブロック 227と、静止ブロック 229とが組 み合わされた第 1の複合型排出パルプ機構 203および第 2の複合型排出バルブ機 櫧 205を採用する。第 1及び第 2の複合型排出バルブ機構 203， 205は、流体の入 出を行う供給口 214および排出口 216を有している。
[0036] ここで、図 4A乃至図 7Bにより、複合型排出バルブ機構 203の構造とその動作を説 明する。弁座ブロック 223は、並設された通路幅が一定の供給通路 223Aと通路幅 が徐々に変化する排出通路 223Bとを有する。具体的には、供給通路 223Aは、弁 座ブロック 223内に直方体の空間を構成するように形成されている。これに対して排 出通路 223Bは、供給通路 223A側と対向する側が上底でその反対側が下底となる 台形柱の空藺を構成するように形成されている（図5 B)。後述の弁体ブロック 227と 接触する面とは反対側の位地に、供給通路 223A、排出通路 223Bとそれぞれ連通 する供給口 223C、排出口 223Dが設けられている。また弁体ブロック 227は、 1つの 流通通路 227Aと流通通路 227Aに連続して設けられて流通通路 227Aよりも断面 積が大きい大形流通通路 227Bとを備えて弁座ブロック 223に対してスライド可能に 設けられている ςそして弁体ブロック 227は、流体供給時には供給通路 223Αを完全 に開いて排出通路 223Βを完全に閉じ（図 4Β)、流体排出時には供給通路 223Αを 完全に閉じ（図 4Α)、排出通路 223Βと流通通路 227Αの対向面積を連続的に可変 できるように位置が制御される。静止ブロック 229は、弁体ブロック 227の位置の如何 にかかわらず大形流通通路 227Βと常日き連通する大形流通通路 227Βよりも断面積 の小さい小形流通通路 229Αを備えた静止ブロックとを備えている。供給口 223C及 び排出口 223Dは、小形流通通路 229Αとほぼ同径の形状を有する。第 3の実施の 形態における複合型バルブ機構を用いると、少ない部品点数で、しかも簡単な構造 . で、供給バルブ機構及び排出バルブ機構を 1つの機構内に併存させることができる。 [0037] 図 8乃至図 14は、第 2のタイプの複合寧排出バルブ機構を有する本発明の第 4の 実施の形態を示す図である。この実施の形態では、圧力制御パルプ機構 313， 313 'と、この圧力制御バルブ機構 13， を通して図示しない流体圧源側力 対応 するチャンバ側に向力 入方向にのみ流体が流れるのを許容する一方向バルブ機 構 17, 17,と、圧力制御バルブ機構 313, 313,を通して流体圧源側からチャンパ側 に向力う入方向とチャンバ側から流体圧 側に向かう出方向の双方向に流体を流す ことを許容する双方向バルブ機構 19， 19'とを備えている。圧力制御バルブ機構 31 3, 313Ίま、流体圧源により流体の供給および排出をそれぞれ一方向に行う供給バ ルブおよび排出バルブが一体になつた吸排出バルブ力 なり、供給バルブ及び排出 バルブには流体の供給を行う供給口 314及び流体の排出を行う排出口 316が設け られている。
[0038] この場合は、双; ^向バルブ機構 19， 19^として図示しない流体圧源力 供給される 流体の圧力によりバルブの開度が可変できるように構成されたものを用レ、ることもでき る。このような双^向バルブ機構を備えた複合形バルブ機構を用いると、対応するチ ,ヤンパに流体を積極的に供給して流体シリンダ 1のピストン 12を移動させている一方 のチョークバルブ装置では、一方向バルブ機構と双方向バルブ機構の両方を介して 流体がチャンバに供給される。一方向バルブ機構 17， 17Ίま、流体圧源側から対応 するチャンバ 9， 11側に向力う入方向にのみ流体が流れるのを許容している。双方向 バルブ機構 19， 19 'は 図示しない流体圧源側からチャンバ 9， 11側に向力う入方 向とチャンバ 9, 11側力 流体圧源側に向力 出方向の双方向に流体を流すことを 許容し、流体圧源力 供給される流体の圧力により開度の調整が可能に構成されて いる。このような双方向パルプ機構 19， 19'を備えたチョークバルブ装置 303， 305 を用いると、対応するチャンバ 9， 11に流体を積極的に供給レて流体シリンダ 1のビス トン 12を移動させているチョークバルブ装置 303， 305の一方では、一方向パルプ 機構 17， 17'と双方向バルブ機構 19， 19 'の両方を介して流体がチャンバ 9， 11に 供給される。
[0039] この状態で、チョークバルブ装置 303, 305の他方では一方向パルプ機構 17， 1 7は閉鎖状態にあり、双方向ノ レブ機構 19 19の開度を調整して出方向の流体の 流れを適切に絞ることにより、流体シリンダ 1に適宜の剛性を付与することができる。 つまり、流体シリンダ 1への流体の入出を止めたり、また流体シリンダ 1に接続された 流体の流路を細めたりすれば、圧縮される流体 (この例ではエアー）の反発力（スプリ ング効果)や、入出する流体 (この例ではエアー）の流量抵抗 (ダンパ効果）によって
、ピストン 12の運動の抵抗となる受動的な抗力が生じる。その結果、流体シリンダ 1に おける第 1のチャンパ 9と第 2のチャンバ 11に供給されるまたはこれらのチャンバ 9, 1 1力 排出される流体が流れる流路において、流体の流れを適切に絞る (チョーク）こ とにより、ピストン 12の運動に対する抗カを有効に発生し、この抗カを利用して流体 シリンダ 1に剛性を付与することができる。すなわち、所定の位置でピストン 12を停止
― させてピストン 12を外力によって動きにくい状態または、全く動かない状態にすること ができる。 . '
[0040] 例えば、ピストン 12を第 2のチャンバ 11側から第 1のチャンバ 9側方向に移動させた 後に所定の位置で剛性を付与する場合は、内部圧力を上昇させる必要のある側の 第 2のチャンバ 11に対して設けられた第 2のチョークバルブ 305側の流体圧源からの 流体の供給量 (流体圧）を高め、ピストン 12が移動して来る側の第 1のチャンパ 9から 流出する流体が流れる第 1のチョークバルブ装置 303において流体の流れを適宜に 絞ることにより流体シリンダ 1に剛性を付与する。絞りは、その'チョークバルブ装置に 流体圧源から供給する流体の圧力を変えることにより双方向バルブ機構 19， 19 の 開度を調整することにより実現する。この圧力を高くすれば、早期にピストン 12を停止 させて流体シリンダ 1には高剛性を付与することができる。逆に、この圧力を低くする とピストン 12は高速で移動し流体シリンダ 1には低剛性を付与することができる。また ピストン 12を高速で運動させるためには、高い圧力の流体（エアー）を大量に流体シ リンダ 1の一方のチャンパ 9 11に流入させなければならなレ、。そのため、本実施の 形態では、チャンバ 9， 11への流体の流入または供給のみを自由とするための一方 向バルブ機構 17， 17'をバイパス手段として双方向バルブ機構 19, 19Ίこ対して併 設している。
[0041] 次に、本発明の流体シリンダを用いたァクチユエータに使用するチョークパルプ装 置 303， 305の一例について説明する。図 9は本発明の実施の形態で用レ、るチョー クバルブ装置 303， 305の一部分解斜視図であり、図 10Aは図 9のチョークバルブ装 置 303, 305の分解斜視図であり、図 lt)Bは図 10Aとは 90度異なる方向から見た分 解斜視図であり、図 11Aは図 9のチョークパルプ装置 303, 305の半部断面斜視図 であり、図 11Bは図 11Aとは 90度異なる方向から見た分解斜視図であり、図 12は図 9のチョー ノく/レブ装置 303， 305の縦断面図である。これらの図において、符号 30 を付した部材は、チョークバルブ装置 303， 305のハウジングである。このハウジング 30は、内部に流路本体 32を備えている。流路本体 32は、ハウジング 30に対してビ ス 38により固定されている。流路本体 32は、内部に流路を有する筒状の本体部 32Α と後に説明する筒状のシリンダ部 49とを一体に備えている。本体部 32Αの内部空間 とシリンダ部 49の内部空間とは連通している。本体部 32Αの外周部には、径方向に 周壁を貫通する貫通孔 32Βが形成されており、また周方向に延びるオーリング嵌合 溝 32Cが形成されている。オーリング嵌合溝 32Cには、オーリング 48が嵌合されてい る。ハウジング 30は、流路本体 32に形成された貫通孔 32Βに対応する位置に径方 '向に貫通する貫通孔 30Αを備えている。またノヽウジング 30には、貫通孔 30Αと径方 向に対向する位置に別の貫通孔 30Βが形成されており、さらにハウジング 30の後半 部分には長手方向に並ぴ径方向に対向する 6つの貫通孔 30Cが形成されてレ、る。こ れらの貫通孔 30Cは、ハウジング 30の軽量化に寄与し、また後述するコイルバネ部 材 29が変位する際の空気抜き孔として機能する。なお、コイルパネ部材 29は、本発 明のバネ部材として機能している。
ハウジング 30の前方側端部には、第 1のジョイント部材 34が固定されている。そし て第 1のジョイント部材 34は、ハウジング 30の前方端部に嵌合される環状の環状部 3 4aを備えた本体部 34Αを有している。環状部 34aの外周部にはオーリング 46が嵌合 される環状の溝が形成されている。また第 1のジョイント部材 34の本体部 34Aには管 路接続用ノズル 34Bが嵌合されてレ、,る。この管路接続用ノズル 34Bが、対応するチヤ ンバ 9, 11に接続される第 1の接続口 33を構成している。またノヽウジング 30の貫通孔 30Aと流路本体 32の貫通孔 32Bとが整合して形成されて図示しない流体圧源に接 続される第 2の接続口 35が構成されている。第 2の接続口 35には、チョークバルブ装 置 303， 305と流体圧源とを接続する第 2のジョイント部材 36が嵌合されて固定され ている。なおハウジング 30の前方部分と流路本体 32とにより第 1の接続口 33と第 2の 接続口 35との間に位置して流体が流れる内部流路 37を備えた装置本体 39が構成 されている。そして装置本体 39に対しては、コイルバネ部材 29を装着するパネ部材 ,装着構造 41が設けられている。
[0043] ハウジング 30の内部には、流路本体 32と第 1のジョイント部材 34との間に、一般的 にオリフィスと呼ばれる絞り部お 27が配置されている。絞り部材 27は、筒状の周壁部 27Aと筒状の周壁部 27Aの一端を塞ぐ底壁部 27Bとを備えている。底壁部 27Bには 、可動ニードル 21が移動可能に貫通する貫通孔 25が形成されている。図 14に示さ れるように、絞り部材 27の外径寸法は、流路本体 32の前方側開口部の内部に形成 されたテーパー面に当接して後方への移動が阻止可能な寸法を有している。図 14A に拡大して示すように、絞り部材 27の周壁部 27Aの外周部には、環状の溝 27Cが形 成されている。この溝 27Cには、内部流路 37を囲む装置本体の内壁部（ノ、ウジング 3 0の内壁部）との間に配置されて内壁部を弁座とするように動作する一方向バルブ機 構 17, I7'のゴム製のバルブ 47が嵌合されて固定されている。このパルプ 47は、リ ング形状を有しており、しかもハウジング 30の前方側端面に開口する横断面形状が • V字状をなす溝 47Aを備えている。
[0044] 絞り部材 27の貫通孔 25を、可動ニードル 21の一部が貫通している。可動ニードル
21は、後述するロッド 23の先端部に螺合されて固定される固定側ねじ付端部 21Aと' • 、このねじ付端部 21Aよりも大径の部分 21Bと、この部分に連続して前方側に向かつ て広がる環状のテーパー部 21Cと、テーパー部 21Cと連 して絞り部材 27の内部に 位置する部分 21Dと、この部分 21Dと連続して設けられてドライバスロット 21Fが形成 された頭部 21Eとを有している。ドライバスロット 21Fにマイナスドライバの先端を嵌合 して回転させることにより、可動ニードル 21はロッド 23の先端に設けられた図示しな いねじ孔部にねじ付端部 21Aが螺合される。テーパー部 21Cの前方に位置する部 分 21Dが貫通孔 25に嵌合され、頭部 21Eが絞り部材 27の底壁部 27Bと当接するこ とにより、貫通孔 25を通る流体の流れが完全に停止される。可動-一ドル 21の位置 が変わってテーパー部 21Cまたは部分 21Dと貫通孔 25の縁部との間の間隙寸法が 変わることにより貫通孔 25を通る流体の流量が調整される。この例では、可動ニード ル 21と絞り部材 27とにより双方向パルプ機構 19， 19 が構成されている。
[0045] ロッド 23は、可動ニードル 21が固定される先端部 23Aと、後述するピストン部 51が 嵌合されて固定されるロッド本体 23Bと、ハウジング 30.の外部に突出する突出端部 2 3Cとを備えている。ロッド本体 23Bの突出端部 23C側の部分には、ロッド 23の長手 方向に沿って嵌合溝 23Dが形成されてレ、る。ロッド 23の口ッド本体 23Bに固定された ピストン部 51は、流路本体 32に一体に設けられたシリンダ部 49内にスライド可能に 嵌合されている。
[0046] ロッド 23は、コイルバネ部材 29によって常時付勢されている。コイルバネ部材 29は 、絞り部材 27の貫通孔 25 通る流体の流量が増える方向に可動-一ドル 21を移動 させるための付勢力をロッド 23に常時与える。このァクチユエータ装置では、絞り部 材 27の貫通孔 25を通る流体の流量が減少する方向に可動ニードル 21を移動させる ために流体圧源力 供給される流体の圧力を利用してコイルパネ部材 29の付勢力 に抗してロッド 23を変位させる流体駆動ロッド変位機構 31を備えてレ、る。具体的には 、流体駆動ロッド変位機構 31は、装置本体 39の内部流路 37に連通するシリンダ部 4 9と、ロッド 23に固定されてシリンダ部 49内をスライドするピストン部 51とを備えている 。流体圧源からの流体の圧力で流路本体 32内の圧力の増カロに応じて、コイルバネ 部材 29の付勢力に抗してピストン部 51が絞り部材 27から離れる方向に変位する。コ ィルバネ部材 29は、パネ部材装着構造 41によってハウジング 30に対して装着され ている。ピストン部 51が絞り部材 27から離れる方向に最大限変位すると、可動ニード ル 21が貫通孔 25を完全に閉じる。
[0047] バネ部材装着構造 41は、シリンダ部 49から延ぴ出るロッド 23の外側部分を構成す る突出端部 23Cにコイルパネ部材 29の付勢力を作用させるように構成されてレ、る。こ の例で用いているコイルパネ部材 29は、装置本体 39側に内端を有しロッド 23の外 側端部側に外端を有して圧縮状態で配置される。パネ部材装着構造 41は、筒状部 材 59と、パネ部材中間部保持構造 61とから構成されている。筒状部材 59は、主要 部分がハウジング 30の内部に配置され、シリンダ部 49に対して一端が嵌合されてい る。筒状部材 59の一端（内端)には係合部を構成するフランジ部 59Aがー体に設け られており、このフランジ部 59Aにはコイルバネ部材 29の内端力 S係合している。筒状 部材 59の他端 (外端）には、ロッド 23に形成された嵌合溝 23Dが形成された部分が きつく嵌合される嵌合孔 59Bが形成されている。嵌合孔 59Bが形成された部分 59C 力 ロッド 23の嵌合溝 23Dの内側端部に隣接する面 23Eと係合することにより、ロッド 23と筒状部材 59との位置決めが図られる。ロッド 23と筒状部材 59とは一緒になつて 変位する。
[0048] パネ部材中間部保持構造 61は、筒状部材 59の部分 59Cの外側に位置し、装置 本体 39に対して変位しないようにハウジング 30の端部に固定され、コイルバネ部材 2 9の中間部分 29aを保持するように構成されてレ、る。この例のバネ部材中間部保持構 造 61では、コイルパネ部材 29の中間部分 29aの保持位置を変えることができるよう になっている。具体的には、バネ部材中間部保持構造 61は、図 13に示すようにコィ ルバネ部材 29の隣接する 2つのターン部 29bとターン部 29cとの間に挿入される楔 部材 64と、 ¾部材 64に取付られた狭持片 65とから構成されている。楔部材 64は、 ハウジング 30に接着剤で固定されている。楔部材 64をノ、ウジング 30に固定する方 法としては、溶接等の適宜の取り付け手段を用いても良いのはもちろんである。狭持 片 65は、コイルパネ部材 29のターン部の一部分を狭持するようにねじにより楔部材 6 4に取り付けられている。これにより、コイルバネ部材 29が回転しなくなる。狭持片 65 を楔部材 64から取り外した状態で、この楔部材 64は、コイルバネ部材 29を、筒状部 材 59を中心にして回転させることが可能な状態で配置されている。コイルパネ部材 2 9を回転させると、楔部材 64のコイルパネ部材 29に対する相対的な位置が変わる。 その結果、楔部材 64と係合部を構成するフランジ部 59Aとの間に位置するコイルバ ネ部材 29のターン数を変更して、ァクチユエータの制御特性を任意に調整すること が可能になる。また、コイルバネ部材 29は、狭持片 65の楔部材 64が固定される面と 反対の面を支点として変位することになる。
[0049] 図 14A〜図 14Cは、上記実施の形態で用いる第 1のチョークバルブ装置 303の双 方向バルブ機構 19の開度がそれぞれ全開、半開及び閉鎖の各状態における絞り部 材 27の拡大部分断面図である。図 14A〜図 14Cを用いて第 1のチョークバルプ装 置 303におけるバルブ機構 17， 19について説明する。この実施の形態では、可動. ■ ニードル 21のストロークは最大で 10mm移動可能に設定されている。チャンバ 9， 11 内の流体の圧力力 ¾の状態では、可動-一ドル 21が最も左に位置し、双方向バルブ 機構 19の開度は全開となっている（図 14A)。同時に一方向パルプ機構 17の開度も 全開となっている。チャンバ 9， 11内の流体の圧力が 0より大きくなるに従って可動二 一ドル 21は右に移動し（図 14B)、同時に双方向バルブ機構の開度も閉まる方向に 小さくなる。チャンバ 9， 1 内の流体の圧力が一定圧力以上になると、図 14Cに示す ように可動ニードル 21は最も右に位置して、双方向バルブ機構 1'9は全閉状態となる
[0050] 楔部材 64のコイルパネ部材 29に対する相対的な位置を変更する際には、双方向 バルブ機構 19の開度が全開となるために可動ニードル 21が最も左に位置する状態 において、コイルバネ部材 29の付勢力が零となりかつコイルバネ部材 29の内端とフ ランジ部 59Aの接触が保たれるため、ロッド 23と筒状部材 59との間の相対的な勘合 位置も同時に変更する。勘合位置の変更は、ロッド 23と筒状部材 59を結合する結合 ねじ 43をー且緩め、嵌合溝 23Dに沿って筒状部材 59をスライドさせることにより行う 。なお、適切な固定位置は、図 12に示す筒状部材 59の外端部とロッド 23の外端部 との間の長さ L2を見ることにより容易に判断可能である。
[0051] 次に本発明の実施の形態における流体シリンダ 1を用いたァクチユエータの制御方 法について説明する。例えば、第 2のチョークパルプ装置 305の入方向側からシリン ダ室 7内に積極的に流体を流体圧源力 供給してピストン 12の位置を変位させる際 に、第 1のチョークバルブ装置 303の双方向バルブ機構 19の出方向に向力 流体の 流量を制限することによりピストンの剛性を定めるものとする。この場合には、第 1のチ ヨークバルブ装置 303に流体圧源から積極的に流体を供給して、口ッド 23に設けた ピストン部 51を変位させることにより積極的に可動-一ドル 21で絞り部材 27 (オリフィ ス）の貫通孔を閉鎖することにより流体シリンダ 1のピストンを停止させることができる。 このようにすると、チョークパルプ装置 303， 305の双方向バルブ機構 19， 19 の開 度を調整することにより、流体シリンダ 1の剛性と停止位置とを簡単且つ任意に定める ことができる。
産業上の利用可能性
[0052] 本発明によれば、チョークバルブ装置の排出バルブ機構のバルブの開度を調整す ることにより、流体シリンダに剛性を付与することができる。そのため本発明により、流 体シリンダをロボット等の制御機器の駆動用ァクチユエータとして現実的に利甩する ことが可能になる。

Claims

請求の範囲
[1] シリンダ室と、
前記シリンダ室を第 1のチャンバと第 2のチャンバとに仕切るように前記シリンダ室内 にスライド自在に酉己置されたピストンとを有する流体シリンダと、
流体圧源と前記第 1のチャンバとの間に配置されて前記第 1のチャンバ内の流体圧 を調整する第 1のチョークバルブ装置と、
前記流体圧源と前記第 2のチャンバとの間に配置されて前記第 2のチャンバ内の流 体圧を調整する第 2のチョークバルブ装置とを備え、
前記第 1のチョークバルブ装置及び前記第 2のチョークバルブ装置は、それぞれ前 記流体圧源側から対応する前記チャンバ側に向かう入方向に流体が流れるのを許 容する供給バルブ機構と、前記チャンバ側から前記流体圧源側に向力う出方向に前 記流体を流すことを許容する排出バルブ機構とを備え、
少なくとも前記排出バルブ機構はバルブの開度が可変できることを特徴とする流体 シリンダを用いたァクチユエータ。
[2] 前記供給バルブ機構と前記排出バルブ機構とが、それぞれ別個に設けられている 請求項 1に記載の流体シリンダを用いたァクチユエータ。
[3] 前記排出バルブ機構は、
前記バルブの位置を連続的に変えることができる連続可変式ァクチユエータと、 前記バルブの位置を検出するバルブ位置検出手段と、
前記バルブ位置検出手段の出力に基づ!/、て前記連続可変式ァクチユエータをフィ ードバック制御する制御手段とから構成される請求項 2に記載の流体シリンダを用い たァクチユエータ。
[4] 前記排出バルブ機構は、
並列接続された、排出流路の断面積が異なる複数種類の開閉バルブと、 排出時に前記複数種類の開閉バルブ力 少なくとも 1以上の前記開閉バルブを選 択して選択した前記開閉バルブを開状態にすることを制御するバルブ選択制御手段 と力も構成されている請求項 2に記載の流体シリンダを用いたァクチユエータ。
[5] 前記供給バルブ機構と前記排出バルブ機構とが、 並設された通路幅が一定の排出通路と通路幅が徐々に変化する供給通路とを有 する弁座ブロックと、
1つの流通通路と該流通通路に連続して設けられて該流通通路よりも断面積が大 き 、大形流通通路とを備えて前記弁座ブロックに対してスライド可能に設けられ、供 給時には供給通路を完全に開いて排出流路を完全に閉じ、排出時には前記供給通 路を完全に閉じ、排出通路と前記流通通路の対向面積を連続的に可変できるように 位置が制御される弁体ブロックと、
前記弁体ブロックの位置の如何にかかわらず前記大形流通通路と常時連通する前 記大形流通通路よりも断面積の小さい小形流通通路を備えた静止ブロックとを備え て構成される複合形バルブ機構内に併存して ヽることを特徴とする請求項 1に記載 の流体シリンダを用いたァクチユエータ。
[6] 前記供給バルブ機構と前記排出バルブ機構とが、圧力制御バルブ機構と、前記圧 力制御バルブ機構を通して前記流体圧源側から対応する前記チャンバ側に向かう 入方向にのみ流体が流れるのを許容する一方向バルブ機構と、前記圧力制御バル ブ機構を通して前記流体圧源側から前記チャンバ側に向力う入方向と前記チャンバ 側から前記流体圧源側に向かう出方向の双方向に前記流体を流すことを許容する 双方向バルブ機構とを備え、前記双方向バルブ機構が前記流体圧源力 供給され る前記流体の圧力によりバルブの開度が可変できるように構成された複合型ノ レブ 機構内に併存して 、ることを特徴とする請求項 1に記載の流体シリンダを用いたァク チユエータ。
[7] 前記双方向バルブ機構が、可動ニードルを備えたロッドと、前記可動ニードルが移 動可能に貫通する貫通孔を備え且つ前記貫通孔を通って流れる前記流体の流量が 前記可動ニードルの位置によって制御される絞り部材と、前記貫通孔を通る前記流 体が増える方向に前記可動ニードルを移動させるための付勢力を前記ロッドに常時 与えるパネ部材と、前記オリフィスの前記貫通孔を通る前記流体の流量が減少する 方向に前記可動ニードルを移動させるために前記流体圧源から供給される前記流 体の圧力を利用して前記パネ部材の前記付勢力に抗して前記ロッドを変位させる流 体駆動ロッド変位機構とを備えて 、ることを特徴とする請求項 6に記載の流体シリンダ を用いたァクチユエータ。
[8] 前記チョークバルブ装置は、対応する前記チャンバに接続される第 1の接続口、前 記流体圧源に接続される第 2の接続口及び前記第 1の接続口と前記第 2の接続口と の間に位置して前記流体が流れる内部流路を備えた装置本体と、前記装置本体に 対して前記パネ部材を装着するパネ部材装着構造とを具備し、前記装置本体の前 記内部流路内に前記絞り部材と前記可動ニードルを備えた前記ロッドの一部とが配 置され、前記絞り部材の外周部には、前記内部流路を囲む前記装置本体の内壁部 との間に配置されて前記内壁部を弁座とするように動作する前記一方向バルブ機構 のバルブが装着されている請求項 7に記載の流体シリンダを用いたァクチユエータ。
[9] 前記装置本体には前記内部流路に連通するシリンダ部が設けられ且つ前記ロッド には前記シリンダ部内をスライドするピストン部が装着されて前記流体駆動ロッド変位 機構が構成され、前記シリンダ部から延び出る前記ロッドの外側部分に前記パネ部 材の前記付勢力を作用させるように前記パネ部材装着構造が構成されている請求項 8に記載の流体シリンダを用いたァクチユエータ。
[10] 前記オリフィスと前記シリンダ部との間に位置する流路に前記第 2の接続部が連通 するように前記第 2の接続部が配置されて 、る請求項 9に記載の流体シリンダを用い たァクチユエータ。
[11] 前記パネ部材は、前記装置本体側に内端を有し前記ロッドの外側端部側に外端を 有して圧縮状態で配置されるコイルパネ部材力 なり、前記パネ部材装着構造は、 前記ロッドの前記外側部分に固定されて前記ロッドと一緒に動き前記コイルパネ部材 の内側に位置して前記コイルパネ部材の前記内端と係合する係合部を備えた筒状 部材と、前記筒状部材の外側に位置し、前記装置本体に対して変位しないように設 けられて前記コイルパネ部材の中間部分を保持するパネ部材中間部保持構造とから なり、前記パネ部材中間部保持構造は前記コイルパネ部材の前記中間部分の保持 位置を変えることにより、前記係合部との間に挟持する前記コイルパネ部材の圧縮バ ネとして機能する区間のターン数を調整し得るように構成されていることを特徴とする 請求項 9に記載の流体シリンダを用いたァクチユエータ。
[12] 前記パネ部材中間部保持構造は、前記コイルパネ部材の隣接する 2つのターン部 の間に挿入される楔部材を備えており、前記楔部材は前記コイルパネ部材を前記筒 状部材を中心にして回転させることが可能な状態で配置されている請求項 11に記載 の流体シリンダを用いたァクチユエータ。
[13] 請求項 1に記載の流体シリンダを用いたァクチユエータの制御方法であって、前記 第 1及び第 2のチョークバルブ装置の一方側力 前記シリンダ室内に積極的に前記 流体圧源力 前記流体を供給して前記流体シリンダのピストンの位置を変位させる際 に、前記第 1及び第 2のチョークバルブ装置の他方の前記排出バルブ機構の前記出 方向に向力う前記流体の流量を制限することにより前記流体シリンダのピストンの外 力による動き易さすなわち剛性を定めることを特徴とする流体シリンダを用いたァクチ ユエータの制御方法。
[14] 請求項 6に記載の流体シリンダを用いたァクチユエータの制御方法であって、前記 第 1及び第 2のチョークバルブ装置の一方側力 前記シリンダ室内に積極的に前記 流体圧源力 前記流体を供給して前記流体シリンダのピストンの位置を変位させる際 に、前記第 1及び第 2のチョークバルブ装置の前記排出バルブ機構の
双方向バルブ機構の前記出方向に向力う前記流体の流量を制限することにより前記 流体シリンダのピストンの外力による動き易さすなわち剛性を定めることを特徴とする 流体シリンダを用いたァクチユエータの制御方法。
[15] 前記チョークバルブ装置に前記流体圧源から積極的に前記流体を供給して、前記 ロッドに設けた前記ピストン部を変位させることにより積極的に前記可動-一ドルで前 記オリフィスの前記貫通孔を閉鎖することにより前記流体シリンダのピストンを停止さ せることを特徴とする請求項 14に記載の流体シリンダを用いたァクチユエータの制御 方法。
[16] シリンダ室と、前記シリンダ室を第 1のチャンバと第 2のチャンバとに仕切るように前 記シリンダ室内にスライド自在に配置されたピストンとを有する流体シリンダと、流体 圧源と前記第 1のチャンバとの間に配置されて前記第 1のチャンバ内の流体圧を調 整する第 1のチョークバルブ装置と、前記流体圧源と前記第 2のチャンバとの間に配 置されて前記第 1のチャンバ内の流体圧を調整する第 2のチョークバルブ装置とを備 えてなる流体シリンダを用いたァクチユエータの前記第 1及び第 2のチョークバルブ装 置に用いるのに適したチョークバルブ装置であって、前記流体圧源側から対応する 前記チャンバ側に向力う入方向にのみ流体が流れるのを許容する一方向バルブ機 構と、前記流体圧源側から前記チャンバ側に向かう入方向と前記チャンバ側から前 記流体圧源側に向かう出方向の双方向に前記流体を流すことを許容する双方向バ ルブ機構とを備え、前記双方向バルブ機構が、可動ニードルを備えたロッドと、前記 可動ニードルが移動可能に貫通する貫通孔を備え且つ前記貫通孔を通って流れる 前記流体の流量が前記可動ニードルの位置によって制御される絞り部材と、前記貫 通孔を通る前記流体が増える方向に前記可動ニードルを移動させるための付勢力を 前記ロッドに常時与えるパネ部材と、前記オリフィスの前記貫通孔を通る前記流体の 流量が減少する方向に前記可動ニードルを移動させるために前記流体圧源から供 給される前記流体の圧力を利用して前記パネ部材の前記付勢力に抗して前記ロッド を変位させる流体駆動ロッド変位機構と、前記パネ部材の圧縮パネとして機能する区 間のターン数を調整し得るパネ部材装着構造を備えていることを特徴とするチョーク バルブ装置。
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