JPS6318801Y2 - - 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を有する棒体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へ
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１１の端面１１ｂに噴出し、ドレン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の手前には絞り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５
ｃ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、絞り９ａの働きによりシリンダ室７の圧力
が下りシリンダ室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、棒体１
１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１１に追従す
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、棒体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、清
浄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、棒体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棒体と、デジタ
ル信号によつて上記棒体を移動させる棒体移動手
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、 上記棒体が、上記ピストンの軸方向に平行な方
向で移動可能な外筒と、一端に上記ノズルに対向
する面を有しかつ上記ピストンの軸方向に平行な
方向で上記外筒に対して相対的に移動可能な端面
部材と、外筒に対して端面部材をノズルの方向に
押圧する緩衝バネを備え、上記棒体移動手段が上
記外筒を介して上記端面部材を移動させることを
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 上記棒体の端面部材は、ノズルから噴出する圧
力流体を受け常にノズルから遠ざかる方向に力を
受けると同時に、外筒に対してノズル方向に緩衝
バネによつて押圧され、ある平衡位置を保つ。外
筒はデイジタル信号によつて駆動される棒体移動
手段によつてパルス的に移動する。外筒と端面部
材は緩衝バネによつて連結されているので、外筒
の急速な動きは緩衝バネによつて吸収され外筒の
平均的な運動のみが端面部材に伝達される。

従来技術と同じく端面部材が移動するとノズル
と端面板の間の間隔が変化するので、ノズルを噴
出する圧力流体からノズルに作用する反力が変化
する。ピストンの外部ロツド側からピストンに作
用する力とピストンの内部ロツド側からピストン
に作用する力の差と、上記ノズルからの反力が均
衡する間隔になる位置までピストンが移動する。

ｆ 実施例 第１図は本考案に係るデイジタル入力形流体室
ピストン位置制御装置の実施例の立面断面図、第
２図はその平面断面図である。

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に対応する部材には同一
の参照番号を付し、説明を省略する。

第１，２図において棒体は外筒１４と端面部材
１５の二重構造に形成され、端面部材１５の一方
の端部には端面板１６が他方の端部にはストツパ
ー１５ａが取付けられている。上記端面板１６の
外側面はノズル５ｃに対向しており、他方その内
側面と上記外筒１４の端部の間には緩衝バネ１７
が配設されている。上記外筒１４には、第７図の
場合と同じく、ラツク１４ａが切つてあり、軸１
３のピニオン１３ａと噛合している。軸１３は、
第２図に示すように、ドレン室の壁面を貫通して
おり、他端において継手１８を介してデイジタル
回転駆動体１９（例えばステツパーモータ）に結
合されている。

回転駆動体１９がパルス的に回転すると、その
回転力はピニオン１３ａとラツク１４ａを介して
上記外筒１４に伝達され、外筒１４はその軸心に
沿つて移動する。外筒１４と端面部材１５の間に
は緩衝バネ１７が配設されているので、外筒１４
がピストン３の速度以上で移動すると、外筒１４
が端面部材１５との差は緩衝バネ１７にて吸収さ
れる。最終的には、外筒１４がデイジタル駆動装
置の停止とともに位置決めされ、端面部材１５は
緩衝バネ１７にてピストン３に追随し、ストツパ
ー１５ａが外筒１４に当つて位置決めされる。

従来技術におけると同様に、ピストンの外部ロ
ツド側からピストンに作用する力とピストンの内
部ロツド側からピストンに作用する力の差と、ノ
ズルから噴出する圧力流体からノズルに作用する
反力が均衡する位置までピストンが移動する。す
なわちノズルと端面板１６の間の距離を一定に保
ちながらピストンは移動する。換言するとデイジ
タル回転駆動体１９のパルス回転運動を、ピスト
ン部３の応答速度でピストン部３が追随する。

第１，２図におけるバネ２０，２１は零点復帰
バネである。零点復帰バネ２０，２１は電源を切
つたときにピストン３を自動的に所定の位置に戻
す必要がある場合に設けられる。零点復帰バネ２
０，２１は、外筒１４の外側のリング２２，２３
とドレン室の壁面との間に付設され、両バネ２
０，２１の中間に上記外筒１４が挿まれるように
零点復帰バネ２０，２１と外筒１４は配置され
る。

電源が切れると、外筒１４は２つの原点復帰バ
ネ２０，２１の中立点に戻り、流体圧があればピ
ストン３もこれに追随し所定の位置に戻る。

第３，４図は直線形デイジタルアクチユエータ
を用いた実施例である。第３図は立面断面図、第
４図は平面断面図である。この場合にはラツクと
ピニオンを用いず、継手２４を用いて直接に直線
形デイジタルアクチユエータ２５と外筒１４とが
結合されている。動作は第１，２図の場合と同じ
である。

第５，６図は回転形フラツパーを用いる実施例
である。この場合端面部材１５の端部には端面板
１６に代えて回転形フラツパー２６が取り付けら
れている。回転形フラツパー２６の回転中心はノ
ズル５ｃの噴流中心とは少しずれている。それ
故、フラツパー２６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図ないし第４図の場合と同じである。

ｇ 効果 以上説明したように、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の棒体１１を、バ
ネが配設された二重構造体とすることにより、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、ステツピングモータの位置と電
気指令との不一致を防止し、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。流体圧ピストンの動きはステツピングモータ
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……棒体、１４……外筒、１５……端面部
材、１５ａ……ストツパー、１６……端面板、１
７……緩衝バネ、１９……デイジタル回転駆動
体、２０，２１……零点復帰バネ、２５……直線
形デイジタルアクチユエータ、２６……回転形フ
ラツパー。

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
   な棒体と、デジタル信号によつて上記棒体を移
   動させる棒体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、 上記棒体が、上記ピストンの軸方向に平行な
   方向で移動可能な外筒と、一端に上記ノズルに
   対向する面を有しかつ上記ピストンの軸方向に
   平行な方向で上記外筒に対して相対的に移動可
   能な端面部材と、外筒に対して端面部材をノズ
   ルの方向に押圧する緩衝バネを備え、上記棒体
   移動手段が上記外筒を介して上記端面部材を移
   動させ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) 上記棒体移動手段が、ステツピングモータ
   と、ステツピングモータの回転軸に設けられた
   ピニオンと、棒体に設けられ上記ピニオンと噛
   合するラツクから成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) 上記棒体移動手段が、直線形デイジタルアク
   チユエータ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) 上記棒体の、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。 (5) 上記棒体の、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。