JPH0371563B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はバルブ等を開閉駆動する複動型電油ア
クチユエーターに関し、特に停電時や油圧ポンプ
故障時に於てアクチユエーターの出力軸を自動的
に停電時や油圧ポンプ故障時前の位置にロツクし
プラント等の安全を保つ緊急時ロツク機構付複動
型電油アクチユエーターに関するものである。

〔従来の技術〕

従来の代表的な電油アクチユエーターは入力信
号電流に比例して出力を得る為に二方コントロー
ルバルブと連動する油圧増巾器及びスプリングタ
ーン型単動シリンダを用いて該シリンダの出力軸
を入力信号にフイードバツクして出力軸の位置を
制御していた電油アクチユエーターであり、また
油圧サーボ弁と複動シリンダを利用したものもあ
つた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の装置に於ては、スプリングリターン型単
動シリンダは構造は簡単ではあるが出力軸の操作
力が小さいと云う欠点を有し、また、サーボ弁方
式のものは、サーボ弁機構が余りにも高価であ
り、又サーボ弁に使用される制御弁がスプールス
リーブ方式であるため少量のゴミの存在でも作動
を不円滑ならしめると云う欠点があり、産業用プ
ラントに用いるアクチユエーターとして信頼性に
欠けていた。更に、緊急時のその位置ロツク機構
として電磁弁やチエツキ弁を利用したものが多
く、特に電磁弁に於ては外観が大きく防爆化に伴
なう機構の複雑化等のために、実際には油圧ポン
プ故障時の検知ができないと云う大きな欠点を有
する等の問題点があつた（即ち、停電時のみにし
か動作しないと云うことである）。

そこで、本発明は前述した従来の電油アクチユ
エーターの欠点を解消し、安価で簡単で、而かも
作動油に少量のゴミが混入しても作動には影響せ
ず、更に停電時や油圧ポンプ故障時の緊急時にア
クチユエーターの出力軸をその位置に速やかにロ
ツクできるようにした複動型電油アクチユエータ
ーを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明に於ては、そ
の第１図に示すように、 フオースモーター１０からその入力信号に対応
してフラツパ１３と三方コントロールバルブ型油
圧増巾器６のノズル９との間の間隙が変化するこ
とで動作させる油圧操作用の駆動装置であつて、 前記三方コントロールバルブ型油圧増巾器６
は、前記ノズル９に連通するノズル背圧室８に連
通して三方弁室９が設けられ、第三方弁室３９に
は、ノズル背圧の変化量に応じて移動するポート
アジヤスタ２７に接触するバルブボール２８があ
り、該バルブボール２８の移動により開閉される
二個の弁座、即ち圧油入口弁座７と圧油出口弁座
７′、及び一個の管路口３０′が三方弁室３９に設
けられて成る構成であり、 該三方コントロールバルブ型油圧増巾器６の前
記圧油入口弁座７に連通する管路１５を含むロツ
クバルブ装置３があり、該ロツクバルブ装置３
は、該管路１５が管路４を経て油圧ポンプ２の圧
油吐出口４２に連通し、油圧ポンプ２からの圧油
導入の管路１５の途中に絞り５等の抵抗部を設け
て圧油の導入流量に応じて差圧を発生させるよう
にし、該差圧を検出する複数個のピストン１８と
１８′をその前後の第一圧力室１４，１４′と第二
圧力室１７，１７′を夫々前記絞り５等の抵抗部
の前後に於て管路１５に連通せしめて夫々シリン
ダ部４３，４３′内に設け、該ピストン１８，１
８′には、前記絞り５等の抵抗部と油圧ポンプ２
の圧油吐出口４２との間で管路１５に連通する複
数個の第一圧力室１４，１４′内を通り該第一圧
力室１４，１４′の夫々に隣接する複数個の第三
圧力室２２，２２′内に迄伸長する複数個のピス
トンロツド４４，４４′を突設すると共に、複数
個の第二圧力室１７，１７′は絞り５等の抵抗部
と三方コントロールバルブ型油圧増巾器６の圧油
入口弁座７との間で管路１５に連通するものであ
り、第二圧力室１７，１７′内はピストン１８，
１８′を前記ピストンロツド４４，４４′を第二圧
力室２２，２２′内を押し出す向きに押圧するよ
うにスプリング１６，１６′を装着し、而かも、
前記複数個のシリンダ部のうちの一方のシリンダ
部４３内のシリンダ１６の張力は、油圧ポンプ２
が正常に運転されて絞り５等の抵抗部の存在によ
り複数個の第一圧力室１４，１４′のうちの一つ
の第一操作圧力室１４内の圧油圧力が、該第一操
作圧力室１４にピストン１８を介して対峙する第
二操作圧力室１７内の圧油圧力よりも大であるこ
とによりピストン１８が第二操作圧力室１７の方
に押圧されてピストン１８より第二操作圧力室１
７内に突出されたピストンロツド４５が第二操作
圧力室１７の個壁の圧油漏泄用シート孔２０を閉
じる程度のスプリング張力であるものとなし、且
つ、該第二操作圧力室１７と前記第三圧力室２
２，２２′のうちの一つの第三操作圧力室２２と
の間には連通用の管路２１を介在せしめるもので
あり、複数個の第三圧力室２２，２２′には、そ
の圧油圧力が複数個の第二圧力室１７，１７′内
の圧油圧力と略々等しいときにはスプリング１
６，１６′の張力にてピストン１８，１８′が夫々
の圧力室２２，２２′の方に押圧され前記ピスト
ンロツド４４，４４′が複数個の第三圧力室２２，
２２′の側壁に接触する位置に夫々シート孔１９，
１９′が穿設され、該シート孔１９，１９′からは
夫々差動シリンダ３７の小面積側シリンダ圧力室
２３、大面積側シリンダ室２９に連通する管路４
６，４７を連結せしめると共に、複数個の第三圧
力室２２，２２′のうちの他方の第三連絡圧力室
２２′と前記三方コントロールバルブ型油圧増巾
器６の前記管路口３０′との間には連通用の管路
３０を設けて成る構成であり、 前記差動シリンダ３７には、前記大面積側シリ
ンダ圧力室２９と小面積側シリンダ圧力室２３と
の間に介在するピストン３１から出力軸４１が、
差動シリンダ３７の底壁を貫通して突設せられ、 該出力軸４１と前記フラツパ１３との間には、
フイードバツク機構４０を介在せしめて成る構成
となしたものである。

即ち、本発明者は前記の従来技術の問題点を解
決すべく、鋭意研究の結果、従来のスプールスリ
ーブ方式の制御弁に代えボールバルブを使用し、
このボールバルブがシート面にタツチする方式の
三方コントロールバルブ型油圧増巾器を設けると
共に従来の単動シリンダに代え、差動シリンを採
用し、更にシリンダへの油圧回路に従来の電磁弁
に代え機械的なロツクバルブ装置を付加した本発
明を完成したのある。之により停電時や油圧ポン
プ故障時の緊急時にアクチユエーターの出力軸を
自動的に停電時や油圧ポンプ故障時前の位置に速
やかにロツクし得るものとなし、更に電磁弁を使
用しないため省エネルギーと装置の小型化を可能
にし、而かも、油圧増巾器の制御弁に三方バルブ
を採用することで作動油内に少量のゴミがあつて
も作動には影響せず、信頼性が高く、安定動作が
得られる本発明装置が得られるのである。

〔作用〕

前記構成の本発明に係る複動型電油アクチユエ
ーターの作動を、実施例たる第１図について説明
する。

電気が電動モーター１に加えられて、油圧ポン
プ２が運転されると、油圧ポンプ２によつて供給
された油圧は、ロツクバルブ装置３内の管路４及
び絞り５を通過して三方コントロールバルブ型油
圧増巾器６内の圧油入口弁座７、圧油出口弁座
７′を通過してノズル背圧室８を経てノズル９よ
り流出する。

今、フオースモーター１０の可動コイル１０′
に入力信号電流が印加されると、可動コイル１
０′に接続されたバランスビーム１１は、十字バ
ネ１２を支点として第１図の矢印Ａ方向に移動す
る。バランスビーム１１には、フラツパー１３が
連結され、可動コイル１０′の上向きの動きは、
十字バネ１２を支点としてフラツパー１３とノズ
ル９の間隙を広げる向きに変化させ圧油をノズル
９から流出させる。この結果、ノズル背圧室８内
の圧力は降圧する。該ノズル背圧力はダイヤフラ
ム２４で受圧して力に変換される。ダイヤフラム
２４に発生した力と対向したスプリング２５の力
との平衡が破れて、ダイヤフラム２４を上方向に
押し、レバー機構２６を介してボートアジヤスタ
ー２７が矢印Ｃ方向に押される。

矢印Ｃ方向に押されたバルブボール２８は圧油
入口弁座７を閉じるため、油圧ポンプ２から吐出
された圧油の一部は、ロツクバルブ装置３内の管
路４から分岐して圧力室１４、１４′に導入され
ると同時に絞り５を通過して減圧された圧油は管
路１５から分岐してスプリング１６，１６′のあ
る圧力室１７，１７′に導入される。圧力室１４，
１４′内の圧力は、圧力室１７，１７′より高いた
め、ピストン１８，１８′をスプリング１６，１
６′の反力に抗して左方向に押し、シート孔１９，
１９′を開きシート孔２０を閉じるので、一方の
圧力室１７から導入された圧油は管路２１を経て
ルブ室２２に流入し、シート孔１９を通過し管路
４６を経て差動シリンダ３７の小面積側シリンダ
圧力室２３内に流入する。一方、三方コントロー
ルバルブ型油圧増巾器６内のバルブボール２８が
前記圧油入口弁座７の開口部を閉じ圧油出口弁座
７′の開口部を開くため差動シリンダの大面積側
（本実施例では小面積の二倍の面積を有している）
のシリンダ圧力室２９内の圧油は、ロツクバルブ
装置３内のシート孔１９′を通り、バルブ室２
２′管路３０を経て圧油出口弁座７、ノズル背圧
室８内を通つてノズル９より油槽に流出する。前
記バルブボール２８が圧油入口弁座７を閉じてい
るため管路１５、圧力室１７、管路２１、シート
孔１９を経て小面積側シリンダ圧力室２３に流入
する圧油は増圧しつヾけ、反対に大面積側シリン
ダ圧力室２９内の圧油が降圧しつヾける。従つ
て、ピストン３１は急速に上方に移動する。ピス
トン３１が上方に移動するとピストン３１に連結
されているレバー３２を反時計方向に回転させ順
次カム３３、カムフオロアーム３４、フイードバ
ツクスプリングアーム３５を介してフイードバツ
クスプリング３６の張力を増加させ、フイードバ
ツクスプリング３６の張力と入力信号電流によつ
て生じた可動コイル１０′との力が平衡する位置
に達する迄ピストン３１が上方に移動し平衡した
時点で停止する。

反対にフオースモーター１０に印加した入力信
号が減じると、バランスビーム１１は十字バネ１
２を中心として反時計方向に動き、フラツパー１
３とノズル９との間隔を狭めてノズル背圧室８の
圧力を増し、ダイヤフラム２４を介してスプリン
グ２５をを押し下げる。従て、レバー機械２６を
介してポートアジヤスター２７、及びバルブボー
ル２８は、供給圧によつて左方向に移動し、圧油
入口弁座７を開いて圧油吐出口７′を閉じる。ポ
ンプ２からの圧油はロツクバルブ装置３内の絞り
５、及び三方コントロールバルブ型圧油増巾器６
内の圧油入口弁座７を通り、管路３０を経てロツ
クバルブ２２′に流れ、シート孔１９′を経てシリ
ンダ圧力室２９に流入する。シリンダ圧力室２９
内の圧力は、ほヾシリンダ圧力室２３の圧力近く
迄上昇する。シリンダ圧力室２９内のピストン押
しのけ有効面積はシリンダ圧力室２３のこの有効
面積より大きい差動シリンダを使用しているた
め、ピストン３１は下方に移動する。

このピストンの動きは第１図の点線矢印の方向
でレバー３２、カム３３、カムフオロアー３４及
びフイードバツクスプリングアーム３５を介して
フイードバツクスプリング３８の張力を減じる。

フイードバツクスプリング３６の張力と入力信
号によつて生じたフオースモーター１０の発生力
が平衡する迄、ピストン３１は下方に動くので入
力信号の電流ｉに比例したピストン３１の変位が
得られる。

なお、前記三方コントロール型油圧増巾器６内
のバルブボール２８は可動コイル１０′に印加す
る入力信号電流が力に変換されて、その力により
フラツパ１３がノズル９の間隔を変化させ、ノズ
ル背圧室８内の圧力の変化による力の変化と対向
するスプリング２５との力の平衡、不平衡によつ
てレバー機構２６、ポートアジヤスタ２７を介し
て圧油入口弁座７、圧油出口弁座７′を夫々閉止
或いは開口して圧油の増減を行い、該圧油を差動
シリンダの小面積側シリンダ圧力室２３および大
面積側シリンダ圧力室２９に導入し、ピストン３
１を上方または下方に移動させ、前記ピストン３
１の動き量を前記可動コイル１０′にフイードバ
ツクさせ、フイードバツクスプリング３６の張力
と前記可動コイル１０′の入力信号電流により生
じた力と平衡した時点で、前記ピストン３１が生
するように前記圧力室２３，２９の圧油を常にコ
ントロールしている。

ピストン３１が停止しているとき、即ち、入力
信号電流によりコイルに発生した力とフイードバ
ツクスプリングの張力とがバランスしていると
き、前記バルブボール２は圧油入口弁座７と圧油
出口弁座７′との中間よりやゝ圧油入口弁座７に
近い位置で静止している。なぜなら、差動シリン
ダのシリンダ圧力室２３がシリンダ圧力室２９の
面積1/2であり、ピストン３が、バランスして停
止するために、シリンダ圧力室２３内の圧力をシ
リンダ圧力室２９内の圧力の二倍にコントロール
する必要があるからである。

一方、突然の停電やポンプ故障時にはポンプか
らの吐出量がゼロになるため、圧油がロツクバル
ブ装置３内の絞り５に流れなくなるので絞り５前
後に差圧が発生せず圧力室１４，１４′および圧
力室１７，１７′内の圧力が同圧になる。従つて、
圧力室１７，１７′内に付設したスプリング１６，
１６の反力でピストン１８，１８′は右方向に急
速に動いてシート孔１９，１９′を閉じ、シート
孔２０を開く。このためシリンダ圧力室２３，２
９内の圧油はロツクバルブ装置３内のシート孔１
９，１９′によつて閉じ込められるのでピストン
３１はその位置でロツクされる。而して、電源が
復帰すれば油圧ポンプから圧油が吐出されるた
め、絞り５前後に差圧が発生し、自動的にロツク
が解除されピストン３１は入力信号電流に比例し
た位置に制御される。

〔実施例〕

以下、本発明に係る複動型電油アクチユエータ
ーの実施例について第１図を参照しながら説明す
る。

１は電動モーター、２は油圧ポンプで、電動モ
ーター１と一体に構成されている。３はロツクバ
ルブ装置で、油圧ポンプの圧油吐出口４２と連通
する管路４、絞り５、ピストン１８，１８′、ス
プリング１６，１６′から構成され、絞り５は圧
力室１４，１４′，１７，１７′に圧力差を発生さ
せてスプリング１６，１６′の反力に抗してピス
トン１８，１８′を第１図では左方に移動させシ
ート孔１９，１９′を開きシート孔２０を閉じて
圧油を差動シリンダのシリンダ圧力室２３，２９
に導入し、ピストン上方または下方へ移動させ
る。又、電源やポンプ故障時には圧油の流れが止
まり絞り５前後の圧力差がゼロとなる為、スプリ
ング１６，１６′の反力でピストン１８，１８′を
第１図では右方に急速に移動させ、差動シリンダ
のシリンダ圧力室２３，２９内の圧油を封じ込
め、ピストン３１をロツクさせる重要な役目をし
ている。６は三方コントロールバルブ型油圧増巾
器で、ダイヤフラム２４、スプリング２５、レバ
ー機構２６、ポートアジヤスタ２７、ボールバル
ブ２８、ノズル９から構成されており、後述する
フラツパでノズル９との間隙を変化させることに
よりノズル背圧室８の圧力が変化し対向配設され
たスプリング２５とダイヤフラム２４との力の平
衡が崩れることにより、レバー機構２６、ポート
アジヤスタ２７を介してバルブボール２８が、圧
油入口弁座７および圧油出口弁座７′の開口面積
を変化させることにより管路１５および管路３０
の圧油をコントロールして差動シリンダのシリン
ダ室２３および２９に圧油を導入しピストンを上
方または下方に移動させる。１０はフオースモー
ターで可動コイル１０′、フラツパ１３が十字バ
ネ１２を支点に時計回転、反時計回転に回転可能
に支承されたバランスビーム１１に一体に締結さ
れている。フツパ１３は可動コイル１０′に印加
する入力信号電流によつて可動コイル１０′が上
方或いは下方に吸引されることによつて前記ノズ
ル９との間隙を変化させ、前記ノズル背圧室８内
の圧力を変化させる。前記ピストン３１と前記バ
ランスビーム１１との間はレバー３２、カム３
３、カムフオロアーム３４、フイードバツクスプ
リングームアーム３５、フイードバツクスプリン
グ３６と順次連結され、差動シリンダのピストン
３１の動きを可動コイル１０′へフイードバツク
させ、入力信号電流ｉにより発生した力とフイー
ドバツクスプリング３６の張力とが平衡した時点
で差動シリンダのピストン３１が停止するように
構成したものである。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明に係る複動型電油ク
チユエーターは、従来から問題であつたスプール
スリーブ方式の制御弁を使用しないで、シート面
にボールバルブがタツチする方式の三方コントロ
ールバルブとこのバルブと連動する油圧増巾器お
よび差動シリンダを採用したことにより、作動油
内に少量のゴミが混入しても作動に影響せず、作
動の信頼性を充分保証し、安価で簡単な構成で而
かも従来の単動シリンダ方式よりも操作力を大き
くし得たのである。更に、差動シリンダの出力軸
の変位を入力信号電流へフイードバツクさせるた
め精密な位置制御ができるのであり、又、前記構
成のロツクバルブ装置の採用により装置全体を小
型化し得、且つ、省エネルギーを計り機器の防爆
化に伴なう機構も簡単にできると云う特長があ
る。従来のロツク装置である電磁弁は、停電時の
みにしか検出できず、ポンプ故障時には作動しな
いと云う欠点があり、更には常時通電することが
必要なため稀にしか発生しない緊急時のためにエ
ネルギーの無駄使いになつていたのであり、而か
も、電磁弁は電気機器故に防爆構造に於ては複雑
で且つ機器も大きくなると云う欠点もあつた。こ
れらの諸欠点が本発明の装置で完全に解決された
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明である複動型電油アクチユエー
ターの原理図である。 ３はロツクバルブ装置、６は三方コントロール
バルブ型油圧増巾器、１０はフオースモーター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ フオースモータからその入力信号に対応して
   フラツパと三方コントロールバルブ型油圧増巾器
   のノズルとの間の間隙が変化することで動作させ
   る油圧操作用の駆動装置であつて、 前記三方コントロールバルブ型油圧増巾器は、
   前記ノズルに連通するノズル背圧室に連通して三
   方弁室が設けられ、該三方弁室には、ノズル背圧
   の変化量に応じて移動するポートアジヤスタに接
   触するバルブボールがあり、該バルブボールの移
   動により開閉される二個の弁座、即ち圧油入口弁
   座と圧油出口弁座、及び一個の管路口が三方弁室
   に設けられてなる構成であり、 該三方コントロールバルブ型油圧増巾器の前記
   圧油入口弁座に連通する管路を含むロツクバルブ
   装置があり、該ロツクバルブ装置は、該管路がロ
   ツクバルブ装置内の管路を経て油圧ポンプの圧油
   吐出口に連通し、油圧ポンプからの圧油導入の管
   路の途中に絞り等の抵抗部を設けて圧油の導入流
   量に応じて差圧を発生させるようにし、該差圧を
   検出するための複数個のピストンの前後の第一圧
   力室と第二圧力室を夫々前記絞り等の抵抗部の前
   後に於て管路に連通せしめて夫々シリンダ部（複
   数個）内に設け、該複数個のピストンには、前記
   絞り等の抵抗部と油圧ポンプの圧油ポンプの圧油
   吐出口との間で管路に連通する複数個の第一圧力
   室内を通り該第一圧力室の夫々に隣接する複数個
   の第三圧力室内に迄伸長する複数個のピストンロ
   ツドを突設すると共に、複数個の第二圧力室は絞
   り等の抵抗部と三方コントロールバルブ型油圧増
   巾器の圧油入口弁座との間で管路に連通するもの
   であり、複数個の第二圧力室内は夫々ピストンを
   前記ピストンロツドを第三圧力室内に押し出す向
   きに押圧するように夫々スプリングを装着し、而
   かも前記複数個のシリンダ部のうちの一方のシリ
   ンダ部内のスプリングの張力は、油圧ポンプが正
   常に運転されて絞り等の抵抗部の存在により複数
   個の第一圧力室のうちの一つの第一操作圧力室内
   の圧油圧力が該第一操作圧力室にピストンを介し
   て対峙する第二操作圧力室内の圧油圧力よりも大
   であることによりピストンが第二操作圧力室の方
   に押圧されてピストンより第二操作圧力室内に突
   出されたピストンロツドが第二操作圧力室の側壁
   の圧油漏泄用シート孔を閉じる程度のスプリング
   張力であるものとなし、且つ、該第二操作圧力室
   と前記第三圧力室のうちの一つの第三操作圧力室
   との間には連通用の管路を介在せしめて連絡され
   るものであり、複数個の第三圧力室には、その圧
   油圧力が複数個の第二圧力室内の圧油圧力と略々
   等しいときにはスプリングの張力にてピストンが
   複数個の第三圧力室の方に押圧され前記ピストン
   ロツドが夫々の第三圧力室の側壁に接触する位置
   に夫々シート孔が穿設され、該シート孔からは
   夫々差動シリンダの小面積側シリンダ圧力室、大
   面積側圧力室に連通する管路を連結せしめると共
   に、前記複数個の第二圧力室のうちの他方の第三
   連絡圧力室と前記三方コントロールバルブ型油圧
   増巾器の前記管路口との間には連通用の管路を設
   けて成る構成であり、 前記差動シリンダには、前記大面積側シリンダ
   圧力室と小面積側シリンダ圧力室との間に介在す
   るピストンから出力軸が、差動シリンダの底壁を
   貫通して突設せられ、 該出力軸と前記フラツパとの間には、フイード
   バツク機構を介在せしめて成る ことを特徴とする複動型電油アクチユエーター。 ２ 前記フイードバツク機構４０が、前記差動シ
   リンダ３７の出力軸４１にレバー３２を介して接
   続されたカム３３と、該カム３３で作動されるカ
   ムフオロアーム３４と、該カムフオロアーム３４
   の変位に従い、変位するフイードバツクスプリン
   グアーム３５と、前記フラツパ１３に十字バネ１
   ２を介して接続され且つフオースモーター１０内
   の可動コイル１０′に固着のバランスビーム１１
   と前記フイードバツクスプリングアーム３５との
   間にフイードバツクスプリング３６を接続してな
   るものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の複動型電油アクチユエーター。