JPS5832004Y2 - デイジタル回転入力形流体圧ピストン位置制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 従来は入力手段としてアナログ形の電流−変位出力形の
トルクモータ、フォースモータ等の直線形のものが多か
ったが高精度で安価なものは無かつた。

これに対して回転入力の場合は歯車結合が容易で、従っ
て増速または減速により分解能の選定も容易であり、ま
た具体的な人力手段としてもディジタル形の一定角度づ
つ高精度に回転歩進するステッパーモータ、ロータリ形
ソレノイド、ロータリー形サーボアクチュエータなど多
くのものが知られている。

しかし安価小形のものは何れもトルクが小さく、このま
まギヤ・ラック結合あるいはネジ結合等にて回転運動を
直接運動に変換しても大きな力を得ることは不可能であ
った。

さらにまたディジタル入力手段を用いた場合、停電、非
常停止等の場合、原点復帰（リセット）の操作が面倒な
場合が多かった。

本考案は本体内のシリンダ孔内を摺動するピストンを設
け、該ピストンの一端に圧力流体を作用させる小面積の
シリンダ室を設ける一方、他端に大面積のシリンダ室を
設け、前記ピストンの大面積側にロッドを設けて、該ロ
ッドの先端に前記の大面積のシリンダ室に連がるノズル
を設け、該ノズルをディジタル回転入力手段により直接
又は適当な機構を介して追従開閉すると共に、前記圧力
流体を絞りを介して前記の大面積側のシリンダ室にも導
くことにより、簡単な構造でかつ高精度の加工を要せず
更にディジタル信号で動かされるステッパーモータなど
の小トルク回転入力を使用しても流体圧的に力増幅して
直線運動に変換できると共に前記回転入力手段の軸など
の可動部分にばねと機械的ストッパ機構を設けて停電や
非常停止時の原点復帰も容易であるテ゛イジタル回転入
力形流体圧ピストン位置制御装置を提供するのが目的で
ある。

以下図面について本考案の実施例につき具体的に説明す
る。

第１図において本体１内に設けられたシリンダ孔２内を
両ロッド付きのピストン３が軸方向に摺動自在に嵌挿さ
れ、一方の小ピストン面積側の太いロッドの先端に取付
けねじ４−ａを付けて本体１の外に突出させ、外部ロッ
ド４とし他方の大ピストン面積側の細いロッドを本体１
内に設けられたドレン孔１０ ａを有するドレン室１０
内に突出させて内部ロッド５にし、該内部ロッド５の先
端には内部通路５ａ及び孔５ｂにより前記の大ピストン
面積側のシリンダ室７に連がるノズル５Ｃを偏心円板１
１の円筒面１１ ａにより追従開閉させると共に、前記
の小ピストン面積側のシリンダ室６に通路８を介して圧
力流体を導き、更に該圧力流体を絞り、９ａを含む通路
９を通じて大面積側のシノンダ室７に導く。

次に前記の偏心円板１１と回転入力手段であるディジタ
ル信号で動くステッパーモータ１５との接続を第２図に
ついて説明する。

偏心円板１１の軸１２は本体１の外部に突出し接手１３
により本体１に固定された支持枠１６に載ったステッパ
ーモータ１５の軸１５ａに接続され、更に接手１３には
ストッパーピン１４を第３図のように下方に突出させて
、本体１に固定されたピン１７゜１８と共に軸１２の回
転角度位置θａから８０間の作動角度範囲を規制する。

さらにθａの位置を原点とするとストッパーピン１４が
ステッパーモータ励磁解除の時にピン１７に接触して停
止するようにストッパーピン１４の先端付近と支持枠１
６に設けられた突起１６ ａとの間に引張ばね２２が設
けられている。

以上のような構成であるからステッパーモータ１５にテ
゛イジタル信号が入って回転すると軸１５ａ、接手１３
、軸１２と回転が伝達される。

今若し軸１２が第１図及び第３図において反時計方向に
θａからθｂ、θＣへ回転すると軸１２には偏心円板１
１が偏心して付いているので該偏心円板１１の円筒面１
１ ａはＳａからＳｂ 、Ｓｃと移動して第１図及び第
２図におけるノズル５Ｃに近づく。

ところが゛前述のようにノズル５Ｃの手前には絞り９ａ
を介して圧力流体が供給されているから、前記の円筒面
１１ ａが近づくにつれてノズル５Ｃの手前の通路５ａ
、孔５ｂ、シリンダ室７の圧力は次第に高くなってピス
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が、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
きいからノズル５Ｃの先端と円筒面１１ ａとの間のす
き間が成る値、すなわち第２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。

従ってすき間がＸより小さくなるとシリンダ室７の圧力
は更に高くなってピストン３を左方向に押すから外部ロ
ッド４は流体圧力によって増幅された大きな力で左方向
に移動し、すき間がＸになったところで左右方向の力が
釣合って止まる。

また軸１２が時計方向に回転してすき間Ｘの値が大きく
なると絞り９ａの働きによりシリンダ室７の圧力が下る
からシリンダ室６に働く流体圧力によりピストン３及び
外部ロッド４は右方向に増幅された大きな力で移動し、
すき間がＸになったところで左右方向の力が釣合って止
まる。

つまりノズル５ａから左の部分は偏心円板１１の円筒面
１１ ａとの間のすき間をＸに保ちながら流体圧力によ
り力増幅されて追従する装置であるから偏心円板１１を
ステッパーモータ１５により正確に動かしてやれば別に
大きなトルクで回わす必要はなく、前記の力増幅追従装
置により前記のすき間Ｘを保ちながら強力かつ正確に外
部ロッド４の位置をテ゛イジタル的に決めることができ
る。

また停電や非常停止の場合などにステッパーモータ１５
の励磁が解除になるとばね２２の働きでストッパーピン
１４はピン１７に接触して止るから自動的に原点復帰が
できる。

以上のように簡単な構造でかつ高精度の加工を要する部
品も必要としないしかも小トルクの小型テ゛イジタル回
転入力手段で大きな力で正確な直線方向の位置決めがで
き、かつ停電や非常停止時などにも自動的に原点復帰が
できるディジモル回転入力形流体圧ピストン位置制御装
置を提供することができる。

なお、上記の例ではステッパーモータ軸１５ａと軸１２
又は軸２１が直結されているが、歯車結合などで増速又
は減速を行えば分解能の選定が自由になることは勿論で
ある。

また、ピストン３の両側の面積すなわちシリンダ室７と
シリンダ室６との軸直角方向の断面積比は２：１にする
のが制御しやすく一般的であるが、必ずしもこの比が２
：１でなくても動作可能である。

さらにシリンダ孔２とピストン３との間にスプール弁機
能を付加すれば油圧制御弁としても利用できる。

なお、原点復帰に関しては前に簡単に述べたが一般のテ
゛イジタル入力手段を用いた位置決め装置で原点位置へ
復帰させるには別にエンコーダ等の検出機構を要し面倒
であった。

また同様に停電や非常停止等の場合も原点復帰の操作は
面倒な場合が多かった。

本案では、ばねと機械的ストッパ機構により簡単かつ自
動的に原点復帰ができるわけであるが、実際には回転入
力手段として４相で１．８°ステツプのステッパーモー
タを使用した場合を例にとると４個のコイルＡ、Ｂ、Ｃ
，Ｄを順序立てて励磁していくことによって２００ステ
ツプで１回転３６０°が得られる。

従って原点復帰状態の励磁コイルをＡとすればＡコイル
の励磁状態は一回転中に５０点もある。

そこで本考案のものはＡコイルを励磁した本来の原点復
帰位置間近にばねとストッパーにより機械的にステッパ
ーモータを戻すわけであり、後でＡコイルを励磁してや
れば簡単に本来の原点位置に復帰させることができると
いう長所がある。

なお、原点位置は第１図及び第３図におけるθａとして
説明したが、同様にしてθＣの位置でも可能なことは勿
論であるが、θｂのような中間の位置でも２つのばねの
力を釣合わすようにすれば原点復帰が可能である。

また流体圧系に蓄圧器が入っていれば停電後もしばらく
の間は圧力流体が残っているからステッパーモータの軸
１５ ａと偏心円板１１さえ原点に復帰してやれば前記
のノズル５Ｃ先端の寸法Ｘを保ちながらピストン３は原
点に復帰する。

若し蓄圧器のない流体圧系であれば停電後すぐに圧力流
体はなくなるからピストンだけは原点復帰ができないが
、第１図におけるシリンダ孔２内の小ピストン面積側の
シリンダ室６に圧縮ばわを入れればピストン３を原点に
復帰させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施ｆ’ｉＪの縦方向断面説明図、
第２図は第１図のｌｌ−ｌｌ−引こよる部分断面説明図
、第３図は第２図ＩＩＩ−ＩＩ 線による断面説明図で
ある。 １・・・・・・本体、３・・・・・・ピストン、４・・
・・・・外部ロツドミ５・・・・・・内部ロッド、５Ｃ
・・・・・・ノス゛ル、６，７・・・・・・シリンダ室
、９ａ・・・・・・絞り、１０・・・・・・ドレン室、
１１・・・・・偏心円板、１１ ａ・・・・・・円筒面
、１２，１５ ａ 、２１・・・・・・軸、１３・・・
・・・接手、１４・・・・・・ストッパーピン、１５・
・・・・・ステッパーモータ、１７．１８・・・・・・
ピン、２０・・・・・・棒体、２０ ａ・・・・・・ラ
ック、２０ｂ・・・・・・端面、２１ａ・・・・・・ピ
ニオン、２２・・・・・・ばね。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 本体内のシリンダ孔内を摺動するピストンを設け、該ピ
   ストンの一端に圧力流体を作用させる小面積のシリンダ
   室を設ける一方、他端に大面積のシリンダ室を設け、前
   記ピストンの大面積側にロッドを設けて前記本体内のド
   レン孔を付けたドレン室に突出させ前記ロッドの先端に
   前記ピストンの大面積側のシリンダ室に連がるノズルを
   設け、前記圧力流体を絞りを介して前記大面積側のシリ
   ンダ室に導きディジタル入力信号によって動くステッパ
   ーモータにより回転する偏心円板の外周円筒面で前記ノ
   ズルを追従させて前記ピストンの位置決めを行い、前記
   のディジタル回転手段を原点位置に復帰させる向きのば
   ねを設けた原点復帰機構を有することを特徴とするテ゛
   イジタル回転入力形流体圧ピストン位置制御装置。