JPH018723Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ａ 産業上の利用分野 本考案はデイジタル入力形流体圧ピストン位置
制御装置に関する。

ｂ 従来の技術 デイジタル入力形流体圧ピストン位置制御装置
とは、デイジタル信号で動かされるステツパーモ
ータなどの力の弱い出力を流体力学的に増幅して
ピストン位置を制御する装置をいう。

従来技術によるこの種の装置が、例えば実開昭
56−108007号公報、実開昭56−113201号公報等に
開示されている。

第７図は従来技術によるこの種の装置の一例の
断面図である。

本体１内に設けられたシリンダ孔２内をピスト
ン３が軸方向に摺動自在に嵌挿されている。ピス
トン３はその両端に太いロツド４と細いロツド５
を有し、太いロツド４は、本体１の外壁を貫通す
る孔を通つて外部に突出し（以下太いロツドを外
部ロツドと呼ぶ）、細いロツド５は本体１内に設
けられたドレン室１０とのしきり壁を貫通する孔
を通つてドレン室１０内に突出する（以下細いロ
ツドを内部ロツドと呼ぶ）。なお外部ロツド４は、
その先端に他の装置を取付けるための取付けネジ
４ａを備える。他方内部ロツド５は、内部通路５
ａと、内部通路５ａの入口である孔５ｂと、先端
に設けられたノズル５ｃを備える。シリンダ孔２
の外部ロツド４側であるシリンダ室６とシリンダ
孔２のロツド５側であるシリンダ室７は、通路８
と通路８の分岐である通路９を介して本体１の外
部の圧力流体供給源（図示せず）に連結されてい
る。なお通路９はその途中に絞り９ａが設けられ
ている。

上記ドレン室１０内に、内部ロツド５の先端５
ｃに対向する端面１１ｂを有するフラツパー部材
１１が、上記ピストン３の摺動方向と平行に移動
可能に軸受１２ａ，１２ｂで支承されている。

上記棒体１１は、棒体１１に設けられたラツク
１１ａとラツク１１ａに噛合するピニオン１３ａ
が設けられた軸１３を介して、回転駆動部（例え
ばステツパーモータ）の回転によつて棒体１１の
軸方向に移動する。

圧力流体が、通路８を介してシリンダ室６と、
絞り９ａを含む通路を介してシリンダ室７へ導か
れている。シリンダ室７へ導かれた圧力流体は孔
５ｂ、内部通路５ａ、ノズル５ｃを通り、棒体１
１の端面１１ｂに噴出し、ドレン室１０内に到
り、ドレン室１０に設けられたドレン孔１０ａか
ら排出される。

通路９には絞り９ａが設けられているので、上
流側の方が下流側より圧力が高い。また外部ロツ
ド４の方が内部ロツド５より太いので、シリンダ
室６側からシリンダ３を押す有効面積はシリンダ
室７側からシリンダ３を押す有効面積より少い。
したがつて外部ロツド４を押す外側の圧力と、ノ
ズル５ｃから噴出する圧力流体のロツド５への反
力が定まると、ピストン３はある平衡位置に静止
する。

さらに詳しく説明すると、棒体１１の端面１１
ｂがノズル５ｃに近づくと、前述のようにノズル
５ｃには絞り９ａを介して圧力流体が供給されて
いるので、シリンダ室７の圧力は次第に高くなつ
てピストン３を左方向に押す力が増加する。一方
シリンダ室６にも圧力流体が導かれていてピスト
ン３を常に右方向に押している。しかしシリンダ
室７側のピストン面積の方がシリンダ室６側のピ
ストン面積よりも大きいので、ノズル５ｃの先端
と端面１１ｂの間のすき間が或る値、すなわち第
１図におけるすき間Ｘ、になると前記の左右方向
に押す力が釣り合う。

すき間がＸより小さくなると、シリンダ室７の
圧力は更に高くなつてピストン３を左方向に押す
ので外部ロツド４は流体圧力によつて増幅された
大きな力で左方向に移動し、すき間がＸになつた
ところで左右方向の力が釣合つて止まる。また棒
体１１が右方向に移動しすき間Ｘの値が大きくな
ると、シリンダ室６に働く流体圧力によりピスト
ン３及び外部ロツド４は右方向に増幅された大き
な力で移動し、すき間がＸになつたところで左右
方向の力が釣合つて止まる。

このようにノズル５ｃから左の部分が、フラツ
パー部材１１の端面１１ｂとの間のすき間をＸに
保ちながら流体圧力により力が増幅されて棒体１
１を追従する。

したがつて棒体１１をステツパーモータ等によ
り正確に動かせば、小さなトルクで前記のすき間
Ｘを保ちながら強力かつ正確に外部ロツド４の位
置をデイジタルに決めることができる。

ｃ 考案が解決しようとする問題点 デイジタル入力形流体圧ピストン位置制御装置
のステツパーモータ等の回転駆動部のデイジタル
回転運動は、高速応答性を有しておりパルス的に
運動する。他方ピストン部は流体圧で運動するの
で上記ステツパーモータ等の高速応答性に追随す
ることが困難である。ステツパーモータで、ピス
トン部の応答速度以上の速度で、フラツパー部材
１１を移動させると、棒体１１の端面１１ｂがノ
ズル５ｃに当り、ステツピングモータの動きが押
えられ、正常な動作が妨げられる。すなわち、ス
テツピングモータへの電気的指令とモータ出力位
置が対応しなくなり、当然ピストン位置とも対応
しなくなる。このため従来はモータ回転速度を制
限して使用していた。

ｄ 問題点を解決するための手段 上記問題点は、ステツパーモータの回転運動を
一旦バネに吸収して、フラツパー部材１１の端面
１１ｂの運動をピストン部の応答速度に合わせた
デイジタル入力形流体圧ピストン位置制御装置に
よつて解決された。

さらに詳しく説明すると、圧力流体供給源と、
本体内に設けられたドレン室と、軸方向に内部通
路を有しドレン室に突出する内部ロツドと、本体
の外部に突出し断面積が内部ロツドの断面積より
大きい外部ロツドと、上記内部ロツドと上記外部
ロツドが両端に固定され断面積が外部ロツドの断
面積より大きいピストンと、上記ピストンが摺動
するシリンダ孔と、上記シリンダ孔とドレン室の
間の壁体を貫通しその中を上記内部ロツドが摺動
する内部ロツド用貫通孔と、上記シリンダ孔と本
体の外部の間の壁を貫通しその中を上記外部ロツ
ドが摺動する外部ロツド用貫通孔と、上記シリン
ダ孔の外部ロツド側である第１のシリンダ室と圧
力流体供給源を連結する第１の通路と、上記シリ
ンダ孔の内部ロツド側である第２のシリンダ室と
圧力流体供給源を連結する第２の通路と、第２の
通路の途中に設けられた絞りと、上記内部ロツド
の内部通路と第２のシリンダ室を連結する内部通
路入口孔と、上記内部ロツドの内部通路とドレン
室を連結し内部ロツドの先端に設けられたノズル
と、一端面が上記ノズルに対向し上記ピストンの
軸方向と平行な方向で移動可能なフラツパー部材
と、デジタル信号によつて上記フラツパー部材を
移動させるフラツパー部材移動手段を備えるデイ
ジタル入力形流体圧ピストン位置制御装置におい
て、上記フラツパー部材移動手段が、上記フラツ
パー部材を軸方向に移動させるために上記フラツ
パー部材に機械的に結合された中間軸と、中間軸
から半径方向に突出するピンと、デイジタル回転
駆動部と、デイジタル回転駆動部の回転軸に固定
された回転板と、一端が回転板の一点に固定され
他端が上記ピンに固定され、上記フラツパー部材
がノズルの方向に付勢される方向にピンを付勢す
る引張りバネからなる緩衝バネと、上記緩衝バネ
の回転板への固定点に上記ピンが一定限度以内に
近づくことを阻止する位置に回転板から突出し上
記ピンに交差して設けられ、上記ピンの回転運動
に対するストツパーとして機能するストツパーピ
ンからなることを特徴とするデイジタル入力形流
体圧ピストン位置制御装置によつて解決された。

ｅ 作用 フラツパー部材に例えばラツクとピニオンで結
合された中間軸は回転駆動部に直接的には結合さ
れず、緩衝バネを介して結合されている。

緩衝バネは引張バネであるので、静的状態では
ピンはストツパーピンに接する位置で止まる。す
なわちデイジタル回転駆動部１４の高精度の回転
位置は、ピン，ストツパーピン，中間軸，ラツク
とピニオン，フラツパー部材およびフラツパー部
材に追従するノズルを介して、ピストンの位置に
変換される。

ピンからストツパーピンが離れる方向にデイジ
タル回転駆動部がパルス的に回転すると、緩衝バ
ネが伸長し、ピンからストツパーピンが離れる。
その後ストツパーピンにピンが接するまで緩衝バ
ネの弾性力によつて中間軸が回転する。このよう
にデイジタル回転駆動部の高速パルス回転運動
は、一旦緩衝バネで吸収され徐々にバネの弾性力
を用いて中間軸に伝達される。

中間軸の回転は例えばラツクとピニオンを介し
てフラツパー部材に伝達され、フラツパー部材の
動きにピストンが追従する。

デイジタル回転駆動部が逆方向に回転すると上
記フラツパー部材はノズルからの圧力流体によつ
てノズルから離れる方向に弱い力を受けているの
みであるので、中間軸は緩衝バネの引張力とスト
ツパピンによりデイジタル回転駆動部と一体的に
結合され前の場合とは逆方向に制約なく回転し平
衡位置で静止する。このときのフラツパー部材の
移動にピストンが追従する。

ｆ 実施例 第１図は本考案に係るデイジタル入力形流体圧
ピストン位置制御装置の好ましい実施例の平面断
面図、第２図は第１図の緩衝バネの部分の立面図
である。

第７図の従来技術によるデイジタル入力形流体
圧ピストン位置制御装置と同一の部材については
同一の参照符号を付し説明を省略する。

デイジタル回転駆動部１４と中間軸１３は直接
的は結合されず、緩衝バネ１５を介して結合され
ている。すなわちデイジタル回転駆動部１４の端
部に円板１６を設け、さらに上記円板１６面上に
ピン１７とストパーピン１８を取付け、他方中間
軸１３の端部付近にピン１９を取付け、上記ピン
１７とピン１９の間に緩衝バネ１５が取付けられ
ている。ストツパーピン１８はピン１９に対すス
トツパーである。

緩衝バネは引張バネであるので、静的状態では
ピン１９はストツパーピン１８に接する位置に止
まる。すなわちデイジタル回転駆動部１４の高精
度の回転位置は、ストツパーピン１８，ピン１
９，中間軸１３，棒体１１を介して、その高精度
を保ちながらピストンの位置に変換される。

デイジタル回転駆動部１４が、第３図において
反時計方向に高速に回転すると、棒体１１はノズ
ル５ｃに端面１１ｂが当り、ピストン３の動きで
制限され、ストツパーピン１８はピン１９から離
れ、緩衝バネ１５は伸張する。ピン１９は、緩衝
バネによつて引張られるので、最終的にはピン１
９がストツパーピン１８に当接するまで動き、ピ
ストン３はその位置に対応する位置まで動く。

このようにデイジタル回転駆動部の高速パルス
回転運動は、一旦緩衝バネで吸収され、その後棒
体１１は緩衝バネ１５の力によつて移動する。ス
トツパーピン１８と１９が接触すると、デイジタ
ル回転駆動部１４と棒体１１とが一体化し、ピス
トン３は、棒体１１に対して前記の位置に正確に
位置決めされる。

緩衝バネのバネ強度は、ステツパーモータの回
転を阻害しない程度に弱く、かつフラツパー部材
である棒体１１を動かすことができるように選択
される。

第１図の実施例では、ステツパーモータの電源
が停止した場合に所定位置に戻すための零点復帰
バネ２０ａ，２０ｂが設けられている。零点復帰
バネ２０ａ，２０ｂはドレン室１０の内部に、棒
体１１を両側から挿む位置に配置されている。電
源が停止すると、零点復帰バネの安定点に棒体１
１が戻り、流体圧があればピストン３は所定の位
置に戻る。

第３，４図は回転形フラツパー２１をフラツパ
ー部材である棒体の端部に用いる実施例である。
この場合棒体１１の端部に回転形フラツパー２１
が取付けられている。回転形フラツパー２１の回
転中心はノズル５ｃの噴流中心とは少しずれてい
るので、フラツパー２１は常時回転しており、ゴ
ミ粒子の蓄積が積極的に防止されている。その他
の動作は第１図，第２図の場合と同一である。

第５，６図はフラツパー部材として回転ベアリ
ング２２を用いる実施例である。回転ベアリング
２２は、棒体１１に代えて、第１図ないし第４図
に示した中間軸１３に直接取付けられ、その外側
面をノズル５ｃに対向する面として用いる。この
場合にもやはり回転ベアリングの回転中心とノズ
ル５ｃの噴流中心とは少しずれているので、ベア
リングは常時回転しており、ゴミ粒子の蓄積が防
止されている。

ｇ 効果 本考案はデイジタル回転駆動部１４と軸１３を
緩衝バネ１５を介して結合し、さらにストツパー
ピンを用いることにより、デイジタル駆動部の高
速応答性とピストン部の応答性の整合をとり、ス
テツパーモータの位置と電気指令との不一致の発
生を防止し、ステツパーモータの応答限界まで入
力速度を設定することを可能とする。流体ピスト
ンの動きはステツパーモータの動きには遅れなが
らも、最終的にはピストン位置はデイジタル駆動
部の動きに応じて、高精度で設定される。

本考案はデイジタル入力形流体圧ピストン位置
制御装置について説明されているが、当然デイジ
タル入力形流体圧制御弁等においても使えること
は言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るるデイジタル入力形流体
圧ピストン位置制御装置の好ましい実施例の立面
断面図、第２図は第３図の装置の平面断面図、第
３図は本考案の他の好ましい実施例の立面断面
図、第４図は第３図の装置の平面断面図、第５図
はさらに他の好ましい実施例の立面断面図、第６
図は第５図の装置の平面断面図、第７図は従来技
術によるデイジタル入力形流体圧ピストン位置制
御装置の一例の断面図である。 ３…ピストン、４…外部ロツド、５…内部ロツ
ド、５ｃ…ノズル、１０…ドレン室、１１…フラ
ツパー部材、１３…中間軸、１４…デイジタル回
転駆動装置、１５…緩衝バネ、１６…円板、１
７，１９…ピン、１８…ストツパーピン、２０
ａ，２０ｂ…零点復帰バネ、２１…回転フラツパ
ー、２２…ベアリング。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 圧力流体供給源と、本体内に設けられたドレ
   ン室と、軸方向に内部通路を有しドレン室に突
   出する内部ロツドと、本体の外部に突出し断面
   積が内部ロツドの断面積より大きい外部ロツド
   と、上記内部ロツドと上記外部ロツドが両端に
   固定され断面積が外部ロツドの断面積より大き
   いピストンと、上記ピストンが摺動するシリン
   ダ孔と、上記シリンダ孔とドレン室の間の壁体
   を貫通しその中を上記内部ロツドが摺動する内
   部ロツド用貫通孔と、上記シリンダ孔と本体の
   外部の間の壁を貫通しその中を上記外部ロツド
   が摺動する外部ロツド用貫通孔と、上記シリン
   ダ孔の外部ロツド側である第１のシリンダ室と
   圧力流体供給源を連結する第１の通路と、上記
   シリンダ孔の内部ロツド側である第２のシリン
   ダ室と圧力流体供給源を連結する第２の通路
   と、第２の通路の途中に設けられた絞りと、上
   記内部ロツドの内部通路と第２のシリンダ室を
   連結する内部通路入口孔と、上記内部ロツドの
   内部通路とドレン室を連結し内部ロツドの先端
   に設けられたノズルと、一端面が上記ノズルに
   対向し上記ピストンの軸方向に移動可能なフラ
   ツパー部材と、デジタル信号によつて上記フラ
   ツパー部材を移動させるフラツパー部材移動手
   段を備えるデイジタル入力形流体圧ピストン位
   置制御装置において、上記フラツパー部材移動
   手段が、上記フラツパー部材を軸方向に移動さ
   せるために上記フラツパー部材に機械的に結合
   された中間軸と、中間軸から半径方向に突出す
   るピンと、デイジタル回転駆動部と、デイジタ
   ル回転駆動部の回転軸に固定された回転板と、
   一端が回転板の一点に固定され他端が上記ピン
   に固定され、上記フラツパー部材がノズルの方
   向に付勢される方向にピンを付勢する引張りバ
   ネからなる緩衝バネと、上記緩衝バネの回転板
   への固定点に上記ピンが一定限度以内に近づく
   ことを阻止する位置に回転板から突出し上記ピ
   ンに交差して設けられ、上記ピンの回転運動に
   対するストツパーとして機能するストツパーピ
   ンからなることを特徴とするデイジタル入力形
   流体圧ピストン位置制御装置。 (2) 上記フラツパー部材の、ノズルに対向する面
   が平面であることを特徴とする実用新案登録請
   求の範囲第(1)項記載のデイジタル入力形流体圧
   ピストン位置制御装置。 (3) 上記フラツパー部材の、ノズルに対向する面
   が回転形フラツパーであることを特徴とする実
   用新案登録請求の範囲第(1)項記載のデイジタル
   入力形流体圧ピストン位置制御装置。 (4) 上記フラツパー部材が回転ベアリングである
   ことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第(1)
   項記載のデイジタル入力形流体圧ピストン位置
   制御装置。