JPH0926043A - 電気油圧ステッピングシリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気油圧ステッピングシリンダにおける流量
変更による高速応答化と大ストローク化に対応可能とす
る。 【構成】 パルスモータ１でロータリ制御弁５０のイン
ナーロータ１２を回転駆動して圧油の供給、排出を切り
替え、これによって差動シリンダ３のピストン４を直線
運動させるとともに、ピストン４の直線運動をロータリ
制御弁５０のアウターロータ１１にフィードバックさせ
る。ロータリ制御弁５０は差動シリンダ３のエンドに取
り付け、容量変更に伴う組み替えを容易にする。パルス
モータ１の負荷をインナーロータ１２のみの慣性負荷と
し、大ストローク化しても高速応答を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は油圧によるディジタル制
御に用いる３方向切替型ロータリ制御弁を用いた電気油
圧ステッピングシリンダに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気油圧ステッピングシリンダを
図１０に示す。この例のステッピングシリンダは、パル
スモータ１でボールネジ２を回し、これによって差動シ
リンダ３のピストン４のヘッド（以下ピストンヘッド）
４ａ内に組み込んだスプール５をボールネジ２の軸線方
向に沿ってスライドさせ、ピストンヘッド４ａに設けた
圧油制御ポートＰ、圧油排出ポートＤの開閉方向を切り
換えてピストン４がスプール５の移動方向に追従するよ
うに制御するものである。なお図１０中で、４ｂはピス
トン４のロッド（以下ピストンロッド）、Ａ１はピスト
ンヘッド４ａの左側の室、Ａ２は同右側の室、Ｐｓは圧
油の供給圧力、Ｐｏｕｔは同排出圧力、Ｐｌは右側の室
Ａ２の内圧である。

【０００３】即ち、パルスモータ１を右回転させた図１
０（Ａ）の状態では、右側の室Ａ２内の圧油が圧油排出
ポートＤから排出されて圧力が下がり、ピストン４は図
中右側へ動く。また、パルスモータ１を左回転させた図
１０（Ｂ）の状態では、圧油制御ポートＰから右側の室
Ａ２へ圧油が供給されて圧力が高まり、ピストン４は図
中左側へ動く。例えばパルスモータ１に与える電気パル
ス１つでボールネジ２に取り付けたスプール５が１０μ
ｍ動くように減速比及びボールネジ２のリード角を定め
ておき、パルスモータ１に１パルスが印加されてパルス
モータ１が所定角度回転すると、ボールネジ２の回転に
よりスプール５が１０μｍ進み、上述のようなピストン
ヘッド４ａの両側の室Ａ１、Ａ２の圧力にアンバランス
が生じてピストン４が駆動される。スプール５とピスト
ンヘッド４ａのポートＰ、Ｄが一致した位置に至ると、
両側の室Ａ１、Ａ２の圧力がバランスし、ピストン４が
停止する。換言すれば、常にボールネジ２に取り付けた
スプール５を追いかけてピストン４が動くことになり、
静的には入力パルス数に比例したピストン４の位置が保
障され、動的にはパルスモータ１から印加する入力パル
スの周波数に比例した速度偏差をもってピストン４がス
プール５を追いかける動作が成立する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来の電気油圧ステッピングシリンダにあっては、ピス
トン４の移動速度を大きくして高速応答を可能にするこ
とが難しかった。即ち、周知のように油圧シリンダにあ
っては速度Ｖ、圧油の流量Ｑ及びシリンダの面積Ａの間
にＶ＝Ｑ／Ａが成立するため、速度を上げるには流量Ｑ
を大きくする必要があり、流量Ｑを大きくするにはシリ
ンダの面積Ａを大きくすることになってしまい、結局取
り得る移動速度値が制限されてしまうようになってい
た。

【０００５】また従来のステッピングシリンダにあって
は、パルスモータ１の負荷がボールネジ２となってお
り、ボールネジ２全体をパルスモータ１で回転駆動する
ようになっているため、高速応答化や大ストローク化の
ためにはかなり出力の大きなパルスモータが必要になっ
てしまっていた。

【０００６】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なしたもので、流量変更による高速応答化への対応、及
び大出力のパルスモータを用いずに高速応答化や大スト
ローク化を図れる電気油圧ステッピングシリンダを提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電気油圧ス
テッピングシリンダは上記目的を達成するために、パル
スモータによる回転駆動により３方向制御弁の弁体位置
を可変させ、圧油の供給、排出を制御して差動シリンダ
のピストンロッドを往復駆動及び作動制御する電気油圧
ステッピングシリンダであって、上記３方向制御弁が、
中空円筒状で内腔を有するとともに隣接位置する圧油制
御ポート、圧油送入出ポート及びタンクポートを備えた
ケーシングと、圧油制御ポート用環状溝、圧油送入出ポ
ート用環状溝及びタンクポート用環状溝を上記ケーシン
グの各ポートと対応する外周面位置に備え上記ケーシン
グ内に摺接嵌合する中空円筒形のアウターロータと、上
記圧油用油路口とタンク用油路口とに対応する位置に設
けた切替用環状溝、上記圧油送入出ポート用環状溝と対
応する位置に設けた制御用環状溝、上記切替用環状溝と
制御用環状溝を連結する連結溝及び上記連結用油路口の
開口形状と同一形状を有し上記連結用油路口及びそれら
の中間位置で上記切替用環状溝を分断するランド部を有
し上記アウターロータ内に摺接嵌合する円筒形のインナ
ーロータとからなり、かつ上記両ロータがそれぞれ外方
へ突出する軸を同軸に備える３方向切替型ロータリ制御
弁であって、該３方向切替型ロータリ制御弁を上記差動
シリンダの端部に取り付け、上記ピストンロッドの往復
動を回転動に変換する送りネジ手段と上記ロータの軸の
一方とを連結し、上記ロータの軸の他方と上記パルスモ
ータとを連結し、該他方の軸の回転に対応して上記一方
の軸を回転させて圧油の供給、排出を制御して上記ピス
トンロッドを往復駆動するとともに、該ピストンロッド
の往復動に伴う上記送りネジの回転により該送りネジと
連結する上記一方の軸及び該軸を有する上記ロータを回
転させるようにしてなる構成としたものである。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１は、本発明に係る電気油圧ステッピングシリン
ダの一実施例を示す断面図（Ａ）、及びこの実施例に用
いた３方向切替型のロータリ制御弁の組立断面図、図２
は本実施例の平面図、図３は同油圧回路図、図４はロー
タリ制御弁を構成するアウターロータとインナーロータ
を示す分解斜視図である。なお以下では従来と共通する
要素には共通する符号を付して説明する。

【０００９】本実施例のステッピングシリンダは主に、
パルスモータ１、３方向切替型のロータリ制御弁５０及
び差動シリンダ３からなり、パルスモータ１でロータリ
制御弁１０を駆動して圧油の供給、排出を切り替え、こ
れによって差動シリンダ３のピストン４を直線運動させ
るとともに、ピストン４の直線運動をロータリ制御弁５
０にフィードバックするように駆動制御するものであ
る。

【００１０】まずロータリ制御弁５０の構造を説明す
る。このロータリー制御弁５０は、ケーシング１０内に
アウターロータ１１を回転自在にして嵌合し、さらにア
ウターロータ１１内にインナーロータ１２を回転自在に
嵌合して構成したもので、アウターロータ１１とインナ
ーロータ１２は、それぞれ支持軸１３、１４を備える。
アウターロータ１１の一端にボルト止めした支持軸１３
には、ケーシング１０にボルト止めしたカバー１５ａを
貫通させてボールネジ２の端部を機械的に連結固定し、
カバー１５ｂから外側へ突出するインナーロータ１２の
支持軸１４にはパルスモータ１を連結し、両軸１３、１
４それぞれをカバー１５ａ、１５ｂの内側に設けたベア
リング１６、１６により支持してある。

【００１１】ケーシング１０は、図１に示すように差動
シリンダ３のシリンダカバーを兼ね、内部に中空円筒部
１７を有し、圧油制御ポートＰ、タンクポートＴ及びコ
ントロールポートＣを形成してある。圧油制御ポートＰ
は差動シリンダ３の外周に配した外部配管５１を介して
差動シリンダ３の室Ａ１に連通させてあり、コントロー
ルポートＣは室Ａ２に連通させてある。

【００１２】アウターロータ１１は、ケーシング１０の
中空円筒部１７の内周面に外周面を摺接させて嵌合し、
ケーシング１０の各ポートＰ、Ｔ、Ｃと対応する位置に
３本の環状溝２０、２１、２２を備えている。これらの
環状溝２０、２１、２２のうち、圧油送入出ポート用環
状溝２１には中空円筒部１７内へ貫通する一対の連結用
油路口２３、２３が径方向で対向させて形成してある。
また圧油制御ポート用環状溝２０とタンクポート用環
状溝２２にはそれぞれ４個の圧油用油路口２４とタンク
用油路口２５が設けてある。これら油路口２４、２５も
中空円筒部１７内へ貫通している。図６はこれらの配置
態様を示すアウターロータ１１の内面の展開図である。

【００１３】またインナーロータ１２は、連結用油路口
２３、２３に対応する位置に設けた切替用環状溝２６
と、これを挟んで圧油制御ポート用環状溝２０とタンク
ポート用環状溝２２に対応する位置に設けた制御用環状
溝２７、２８とを有し、切替用環状溝２６は、表面がラ
ンド部を形成する四つの隔壁ピン２９・・・により四分
割してあり、その分割部分である制御溝部２６ａ、２６
ｂ、２６ｃ、２６ｄは、連結溝３０、３１により交互に
制御用環状溝２７、２８に連結してある。図７はこれら
の配置態様を示すインナーロータ１２の外面の展開図で
ある。

【００１４】図８に示すように、隔壁ピン２９の直径Ｗ
１は切替用環状溝２６の幅Ｗ２よりも大きく、かつアウ
ターロータ１１の連結用油路口２３の開口径と等しくし
てある。このため切替用環状溝２６と連結用油路口２３
との間には、アウターロータ１１とインナーロータ１２
との相対回転角度差によって、図９に示すように角度差
に比例する面積の開口部分Ｘが生じるようになってい
る。隔壁ピン２９は、例えば丸棒材を切替用環状溝２６
に打ち込み、頂部表面をインナーロータ１２の表面に沿
うように円筒研磨して形成するが、その他の手段によっ
てもよいことはもちろんである。

【００１５】また、差動シリンダ３のピストン４は、ピ
ストンヘッド４ａからピストンロッド４ｂの中程まで伸
びる空所５２を備え、空所５２のピストンヘッド４ａ部
分にはボールネジ２と螺合して送りネジ手段を構成する
ナット５３を固定してある。もちろんボールネジ２は、
ピストンヘッド４ａあるいはピストンロッド４ｂとはナ
ット５３との螺合以外には連結されていない。

【００１６】以上のように構成した電気油圧ステッピン
グシリンダの動作を説明する。まずアウターロータ１１
の連結用油路口２３の内周面側をインナーロータ１２の
隔壁ピン２９により塞ぎ、図示せぬ油圧源からの圧油が
圧油制御ポートＰと差動シリンダ３の一方の室Ａ１に供
給されている状態を初期状態とし、パルスモータ１によ
りインナーロータ１２を所定数のパルスに対応する角度
だけ回転させる。すると、アウターロータ１１の連結用
油路口２３とインナーロータ１２の隔壁ピン２９との位
置がずれて、図９に示すように連結用油路口２３がイン
ナーロータ１２の制御溝部２６ａ、２６ｃに対して開口
する。

【００１７】圧油制御ポートＰから供給されている圧油
は、アウターロータ１１の圧油制御ポート用環状溝２
０、圧油用油路口２４を通り、インナーロータ１２の制
御用環状溝２７に入り、連結溝３０を介して制御溝部２
６ａ、２６ｃに入り、連結用油路口２３からアウターロ
ータ１１の圧油送入出ポート用環状溝２１へ入り、コン
トロールポートＣから差動シリンダ３の他方の室Ａ２に
供給され、これによって差動シリンダ３のピストン４が
図中左方向へ移動するように駆動する。

【００１８】ピストン４の移動とともにナット５３が移
動すると、これに螺合しているボールネジ２が回転し、
ピストン４の直線運動がボールネジ２の回転運動に変換
され、ボールネジ２と機械的に連結しているアウターロ
ータ１１も回転する。即ち、ピストン４の移動量に応じ
たフィードバックが支持軸１３を介してアウターロータ
１１に掛かり、アウターロータ１１はインナーロータ１
２の回転に追従する。

【００１９】一方、インナーロータ１２を回転させたと
きに、連結用油路口２３がインナーロータ１２の制御溝
部２６ｂ、２６ｄに対して開口したとすると、制御溝部
２６ａ、２６ｃが連結用油路口２３に対してブロックさ
れることから、圧油制御ポートＰとコントロールポート
Ｃの間が遮断され、コントロールポートＣとタンクポー
トＴが連通する。即ち、差動シリンダ３の他方の室Ａ２
からの戻りの圧油は、圧油戻りポートＡから圧油送入出
ポート用環状溝２１、連結用油路口２３、制御溝部２６
ｂ、２６ｄ、連結溝３１を介して制御用環状溝２８、タ
ンク用油路口２５、タンクポート用環状溝２２、タンク
ポートＴを通りタンク５４へ排出される。すると差動シ
リンダ３の他方の室Ａ２内の圧力が低下するため、一方
の室Ａ１の内圧によりピストン４は図３中右方へ移動す
る。これによって先と同様にアウターロータ１１にフィ
ードバックが掛かり、アウターロータ１１はインナーロ
ータの回転に追従する。

【００２０】このような圧油の供給、排出動作におい
て、パルスモータ１によるインナーロータ１２の回転駆
動量と油圧アクチュエータの作動量とをほぼリニアな関
係にすることができる。即ち、１パルス分だけインナー
ロータ１２を回転させると、連結用油路口２３が切替用
環状溝２６に対してインナーロータ１２の回転角度に比
例して開口するが、開口部分Ｘの面積はインナーロータ
１２の回動量に応じて近似的にリニヤに変化するように
形成することが容易に可能であり、またアウターロータ
１１がインナーロータ１２の回転に追従し、隔壁ピン２
９が所定の遅れをもって開口部分Ｘを塞いで圧油の供
給、排出を停止させる方向に動くため、差動シリンダ３
はパルスモータ１により１パルス対応分だけ回転駆動さ
れることになる。換言すれば、アウターロータ１１とイ
ンナーロータ１２の相対角度差によってピストン４を往
復駆動するとともに、ボールネジ２とナット５３からな
る送りネジ手段の回転によりアウターロータ１１が、角
度差０となるように圧油が分配されるように構成してい
る。もちろん、以上の説明とは逆にアウターロータ１１
を駆動側、インナーロータ１２を被駆動側としても同様
の結果が得られる。

【００２１】なお本明細書においてはすべて「パルスモ
ータ」として説明しているが、この用語については、パ
ルス信号を受けて回転速度を制御し、入力パルスの数に
比例した回転角度で回転停止できるすべての駆動手段を
含む。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係る電気油圧ステッピングシリ
ンダは以上説明してきたようなものなので、配弁部分を
差動シリンダの端部に配置することができ、大容量、小
容量の組み替えが容易に行なえるようになり、またパル
スモータの負荷を回転体であるインナーロータのみの慣
性負荷とすることができ、このため差動シリンダのスト
ロークが大きくなってもパルスモータの負荷が増大せ
ず、従って高速応答が可能になるという多大な効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電気油圧ステッピングシリンダの
一実施例を示す断面図（Ａ）、及びこの実施例に用いた
３方向切替型のロータリ制御弁の組立断面図（Ｂ）であ
る。

【図２】図１の実施例の電気油圧ステッピングシリンダ
の平面図である。

【図３】同油圧回路図である。

【図４】ロータリ制御弁を構成するアウターロータとイ
ンナーロータを示す分解斜視図である。

【図５】本実施例の動作説明図である。

【図６】アウターロータの側壁面の展開図である。

【図７】インナーロータの側壁面の展開図である。

【図８】切替用環状溝と隔壁ピンとの寸法関係を示す平
面図である。

【図９】隔壁ピンによる油路口の開口制御状態を示す平
面図である。

【図１０】従来の電気油圧ステッピングシリンダの構
造、動作を示す断面図である。

【符号の説明】

１ パルスモータ ２ ボールネジ ３ 差動シリンダ ４ ピストン ４ａ ピストンヘッド ４ｂ ピストンロッド １０ ケーシング １１ アウターロータ １２ インナーロータ １３、１４ 支持軸 １７ ケーシングの中空円筒部 ２０ 圧油制御ポート用環状溝 ２１ 圧油送入出ポート用環状溝 ２２ タンクポート用環状溝 ２３ 連結用油路口 ２４ 圧油用油路口 ２５ タンク用油路口 ２６ 切替用環状溝 ２７、２８ 制御用環状溝 ２９ 隔壁ピン ３０、３１ 連結溝 ５０ ロータリ制御弁 ５１ 外部配管 ５２ ピストン内の空所 ５３ ナット Ａ１、Ａ２ ピストンロッドの室 Ｐ 圧油制御ポート Ｐｓ 圧油の供給圧力と室Ａ１の内圧 Ｐｌ 室Ａ２の内圧 Ｔ タンクポート Ｃ コントロールポート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルスモータによる回転駆動により３方
   向制御弁の弁体位置を可変させ、圧油の供給、排出を制
   御して差動シリンダのピストンロッドを往復駆動及び作
   動制御する電気油圧ステッピングシリンダであって、 上記３方向制御弁が、中空円筒状で内腔を有するととも
   に隣接位置する圧油制御ポート、圧油送入出ポート及び
   タンクポートを備えたケーシングと、圧油制御ポート用
   環状溝、圧油送入出ポート用環状溝及びタンクポート用
   環状溝を上記ケーシングの各ポートと対応する外周面位
   置に備え上記ケーシング内に摺接嵌合する中空円筒形の
   アウターロータと、上記圧油用油路口とタンク用油路口
   とに対応する位置に設けた切替用環状溝、上記圧油送入
   出ポート用環状溝と対応する位置に設けた制御用環状
   溝、上記切替用環状溝と制御用環状溝を連結する連結溝
   及び上記連結用油路口の開口形状と同一形状を有し上記
   連結用油路口及びそれらの中間位置で上記切替用環状溝
   を分断するランド部を有し上記アウターロータ内に摺接
   嵌合する円筒形のインナーロータとからなり、かつ上記
   両ロータがそれぞれ外方へ突出する軸を同軸に備える３
   方向切替型ロータリ制御弁であって、 該３方向切替型ロータリ制御弁を上記差動シリンダの端
   部に取り付け、上記ピストンロッドの往復動を回転動に
   変換する送りネジ手段と上記ロータの軸の一方とを連結
   し、上記ロータの軸の他方と上記パルスモータとを連結
   し、該他方の軸の回転に対応して上記一方の軸を回転さ
   せて圧油の供給、排出を制御して上記ピストンロッドを
   往復駆動するとともに、該ピストンロッドの往復動に伴
   う上記送りネジの回転により該送りネジと連結する上記
   一方の軸及び該軸を有する上記ロータを回転させるよう
   にしてなることを特徴とする電気油圧ステッピングシリ
   ンダ。