(57)【要約】      （修正有）【課題】従来より応答性を向上させ、正確な位置制御を行う。【解決手段】弁ボディ２２内に配されるスリーブ２３内を摺動可能に移動するスプール２４が設けられている。弁ボディ２２の内周面には、圧縮空気が供給される供給用ポート２５ａが形成された内周溝２５、第１の排気用ポート２６ａが形成された内周溝２６、第２の排気用ポート２７ａが形成された内周溝２７、第１の接続ポート１５に接続される第１の出力用ポート２８ａが形成された内周溝２８、第２の接続ポート１６に接続される第２の出力用ポート２９ａが形成された内周溝２９が形成されている。エアサーボバルブ２１のスリーブ２３には、供給用弁孔３１、第１及び第２の排気用弁孔３２，３３、第１及び第２の出力用弁孔３４，３５が形成されている。スリーブの供給用弁孔３１、第１及び出力用弁孔３４，３５は、複数形成され、第１及び第２の排気用弁孔３２，３３は、単数となっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内を、ピストンロッドの先端部に形成されたピストンが摺動可能であると共に、このシリンダのピストンの移動方向の一方の側に第１の接続ポートが形成され、移動方向の他方の側に第２の接続ポートが形成されたシリンダ手段と、
弁ボディと、この弁ボディ内に配されるスリーブと、このスリーブ内を摺動可能に移動するスプールとを有するエアサーボバルブと、
上記スリーブ内のスプールを摺動させる駆動手段と、
上記スプールを上記駆動手段によって摺動させて上記ピストンの位置を制御する制御手段とを備え、
上記エアサーボバルブの弁ボディの内周面の周回り方向には、圧縮空気が供給される供給用ポートが形成された供給用内周溝が形成され、この供給用内周溝の一方の側に第１の排気用ポートが形成された第１の排気用内周溝が形成され、上記供給用内周溝の他方の側に第２の排気用ポートが形成された第２の排気用内周溝が形成され、上記供給用内周溝と上記第１の排気用内周溝との間に、上記シリンダ手段の第１の接続ポートに接続される第１の出力用ポートが形成された第１の出力用内周溝が形成され、上記供給用内周溝と上記第２の排気用内周溝との間に、上記シリンダ手段の第２の接続ポートに接続される第２の出力用ポートが形成された第２の出力用内周溝が形成され、
上記エアサーボバルブのスリーブには、上記供給用ポートに対応して供給用弁孔が形成され、上記第１の排気用ポートに対応して第１の排気用弁孔が形成され、上記第２の排気用ポートに対応して第２の排気用弁孔が形成され、上記第１の出力用ポートに対応して第１の出力用弁孔が形成され、上記第２の出力用ポートに対応して第２の出力用弁孔が形成され、
上記スプールは、上記供給用弁孔を開閉する供給用シール部が形成され、この供給用シール部に隣接する第１の凹部を挟んで上記第１の排気用弁孔を開閉する第１の排気用シール部が形成され、上記供給用シール部に隣接する第２の凹部を挟んで上記第２の排気用弁孔を開閉する第２の排気用シール部が形成され、
上記スプールの供給用シール部が上記供給用弁孔を閉塞し、上記第１の排気用シール部が上記第１の排気用弁孔を閉塞し、上記第２の排気用シール部が上記第２の排気用弁孔を閉塞した基本状態から何れか一方に摺動したとき、上記何れか一方の凹部は、開放された供給用弁孔と上記何れか一方の出力用ポートとを繋ぐと共に、他方の凹部は、何れか他方の出力用ポートと上記何れか一方の排気ポートとを繋ぎ、
上記何れか他方の出力用ポートと上記何れか一方の排気ポートとを繋ぐ排気側流路は、開放された供給用弁孔と上記何れか一方の出力用ポートとを繋ぐ供給側流路よりも狭く形成されていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
上記スリーブの第１及び第２の排気用弁孔の数を上記スリーブの供給用弁孔の数より少なくして、上記排気側流路より上記供給側流路を狭くしたことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
上記スリーブの供給用弁孔は、複数形成され、上記第１及び第２の排気用弁孔は、単数であることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアサーボバルブを用いたアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
エアサーボバルブを用いたアクチュエータは、圧力エネルギを直線運動に変換することによって、可動体を可動させることができる。例えば、エアサーボバルブには、特許文献１に示すようなものがあり、これを用いたアクチュエータを図６に示す。
【０００３】
このアクチュエータ１００は、可動体を可動させるシリンダ機構１０１と、このシリンダ機構１０１に接続され可動方向を切り換えるエアサーボバルブ１１１と、このエアサーボバルブ１１１を駆動する駆動機構１３１と、この駆動機構１３１を制御する制御部１３２とを備えている。
【０００４】
シリンダ機構１０１は、シリンダ１０２内を、ピストンロッド１０３の先端部に形成されたピストン１０４が摺動可能に設けられてなり、ピストンロッド１０３に可動体が取り付けられる。シリンダ１０２には、ピストン１０４の移動方向の一方の側に第１の接続ポート１０５が形成され、移動方向の他方の側に第２の接続ポート１０６が形成されている。これら第１及び第２の接続ポート１０５，１０６には、ピストン１０４の移動方向を切り換えるためのエアサーボバルブ１１１が接続される。
【０００５】
このエアサーボバルブ１１１は、弁ボディ１１２と、この弁ボディ１１２内に配されるスリーブ１１３と、このスリーブ１１３内を摺動可能に移動するスプール１１４とを備えている。
【０００６】
弁ボディ１１２は、円筒の開口が長手方向に形成されており、この開口の内周面には、略中央に、コンプレッサより圧縮空気が供給される供給用ポート１１５ａが形成された供給用内周溝１１５が形成されている。また、供給用内周溝１１５の一方の側には、第１の排気用ポート１１６ａが形成された第１の排気用内周溝１１６が形成され、供給用内周溝１１５の他方の側には、第２の排気用ポート１１７ａが形成された第２の排気用内周溝１１７が形成されている。更に、供給用内周溝１１５と第１の排気用内周溝１１６との間には、シリンダ１０２の第１の接続ポート１０５に接続される第１の出力用ポート１１８ａが形成された第１の出力用内周溝１１８が形成され、供給用内周溝１１５と第２の排気用内周溝１１７との間には、シリンダ１０２の第２の接続ポート１０６に接続される第２の出力用ポート１１９ａが形成された第２の出力用内周溝１１９が形成されている。
【０００７】
また、エアサーボバルブ１１１のスリーブ１１３には、供給用ポート１１５ａに対応して供給用弁孔１２１が形成されている。また、スリーブ１１３には、第１の排気用ポート１１６ａに対応して第１の排気用弁孔１２２が形成されていると共に、第２の排気用ポート１１７ａに対応して第２の排気用弁孔１２３が形成されている。更に、スリーブ１１３には、第１の出力用ポート１１８ａに対応して第１の出力用弁孔１２４が形成されていると共に、第２の出力用ポート１１９ａに対応して第２の出力用弁孔１２５が形成されている。
【０００８】
ここで、供給用弁孔１２１は、上下に２つ設けられ、供給用ポート１１５ａと一列に形成されている。また、第１の排気用弁孔１２２も、上下に２つ設けられ、第１の排気用ポート１１６ａと一列に形成され、第２の排気用弁孔１２３も、上下に２つ設けられ、第２の排気用ポート１１７ａと一列に形成されている。更に、第１の出力用弁孔１２４も上下に２つ設けられ、第１の出力用ポート１１８ａと一列に形成され、第２の出力用弁孔１２４も上下に２つ設けられ、第２の出力用ポート１１９ａと一列に形成されている。
【０００９】
以上のようなスリーブ１１３内を摺動するスプール１１４には、供給用弁孔１２１を開閉する供給用シール部１２６が形成され、この供給用シール部１２６に隣接する第１の凹部１２７を挟んで第１の排気用弁孔１２２を開閉する第１の排気用シール部１２８が形成され、供給用シール部１２６に隣接する第２の凹部１２９を挟んで第２の排気用弁孔１２３を開閉する第２の排気用シール部１３０が形成されている。
【００１０】
以上のようなスプール１１４は、例えば特許文献１に記載されているような電磁アクチュエータによって構成された駆動機構１３１よって駆動される。そして、この駆動機構１３１は、制御部１３２によって駆動制御される。この制御部１３２は、ピストン１０４の移動方向及び移動位置の情報が入力されると、入力された情報に基づいて、駆動機構１３１の電磁アクチュエータを駆動すると共にコンプレッサより弁ボディ１１２の供給用ポート１１５ａに供給する圧縮空気の流量を制御して、スリーブ１１３内のスプール１１４を所定位置まで移動させる。
【００１１】
以上のように構成されたアクチュエータ１００の基本状態は、図６に示すように、スプール１１４の供給用シール部１２６が供給用弁孔１２１を閉塞し、第１の排気用シール部１２８が第１の排気用弁孔１２２を閉塞し、第２の排気用シール部１３０が第２の排気用弁孔１２３を閉塞した状態である。したがって、シリンダ１０２の空間部１０２ａ，１０２ｂへの空気の入出力は行われない状態にある。
【００１２】
そして、図７に示すように、ピストンロッド１０３を矢印Ｘ１方向に移動させるときには、制御部１３２によって、スプール１１４が矢印Ｘ１方向に摺動される。すると、第１の排気用シール部１２８が第１の排気用弁孔１２２を閉塞したままで、供給用弁孔１２１と第２の排気用弁孔１２３が開放される。そして、第１の凹部１２７が、開放された供給用弁孔１２１と第１の出力用ポート１１８ａとを繋ぎ、第２の凹部１２９が、第２の出力用ポート１１９ａと第２の排気用ポート１１７ａとを繋いだ状態となる。この状態で、供給用ポート１１５ａからは、コンプレッサから矢印Ｘ２方向の圧縮空気が供給用ポート１１５ａ、供給用弁孔１２１、第１の凹部１２７、第１の出力用弁孔１２４、第１の出力用ポート１１８ａ、第１の接続ポート１０５で結ばれる供給側流路を介してシリンダ１０２内のピストン１０４で区画された一方の空間部１０２ａに供給される。すると、ピストン１０４は、圧縮空気によって押圧され、矢印Ｘ１方向に移動し、これに伴って、他方の空間部１０２ｂにある圧縮空気は、矢印Ｘ３に示すように、第２の接続ポート１０６、第２の出力用ポート１１９ａ、第２の出力用弁孔１２５、第２の凹部１２９、第２の排気用弁孔１２３で結ばれる排気側流路を介して第２の排気用ポート１１７ａより排気される。かくして、ピストン１０４が所定位置まで矢印Ｘ１方向に移動すると、制御部１３２は、図７の状態から駆動機構１３１の電磁アクチュエータを駆動し、図６に示す基本状態にスプール１１４を戻し、移動したピストン位置を維持するようにする。
【００１３】
また、図８に示すように、ピストンロッド１０３を矢印Ｙ１方向に移動させるときには、制御部１３２によって、スプール１１４が矢印Ｙ１方向に摺動される。すると、第２の排気用シール部１３０が第２の排気用弁孔１２３を閉塞したままで、供給用弁孔１２１と第１の排気用弁孔１２２が開放される。そして、第２の凹部１２９が、開放された供給用弁孔１２１と第２の出力用ポート１１９ａとを繋ぎ、第１の凹部１２７が、第１の出力用ポート１１８ａと第１の排気用ポート１１６ａとを繋いだ状態となる。この状態で、供給用ポート１１５ａからは、コンプレッサから矢印Ｙ２方向の圧縮空気が供給用ポート１１５ａ、供給用弁孔１２１、第２の凹部１２９、第２の出力用弁孔１２５、第２の出力用ポート１１９ａ、第２の接続ポート１０６で結ばれる供給側流路を介してシリンダ１０２内のピストン１０４で区画された他方の空間部１０２ｂに供給される。すると、ピストン１０４は、圧縮空気によって押圧され、矢印Ｙ１方向に移動し、これに伴って、一方の空間部１０２ａにある圧縮空気は、矢印Ｙ３に示すように、第１の接続ポート１０５、第１の出力用ポート１１８ａ、第１の出力用弁孔１２４、第１の凹部１２７、第１の排気用弁孔１２２で結ばれる排気側流路を介して第１の排気用ポート１１６ａより排気される。かくして、ピストン１０４が所定位置まで矢印Ｙ１方向に移動すると、制御部１３２は、図８の状態から駆動機構１３１の電磁アクチュエータを駆動し、図６に示す基本状態にスプール１１４を戻し、移動したピストン位置を維持するようにする。
【００１４】
以上のように動作するエアサーボバルブを用いたアクチュエータ１００は、静音性に優れ、多点位置決めや自在な速度制御が可能である一方で、空気という圧縮性のある流体を使用するため、正確な速度制御や位置制御がやや困難で、更に、負荷に影響されやすいと言った短所を有する。このため、更に応答性を向上させ、正確な位置制御を行うことができるようにすることが求められている。
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−２０６９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来より応答性を向上させ、正確な位置制御を行うことができようにし、安定したサーボ制御を実現するエアサーボバルブを用いたアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係るエアサーボバルブを用いたアクチュエータは、シリンダ内を、ピストンロッドの先端部に形成されたピストンが摺動可能であると共に、このシリンダのピストンの移動方向の一方の側に第１の接続ポートが形成され、移動方向の他方の側に第２の接続ポートが形成されたシリンダ手段と、弁ボディと、この弁ボディ内に配されるスリーブと、このスリーブ内を摺動可能に移動するスプールとを有するエアサーボバルブと、上記スリーブ内のスプールを摺動させる駆動手段と、上記スプールを上記駆動手段によって摺動させて上記ピストンの位置を制御する制御手段とを備えている。
【００１８】
そして、上記エアサーボバルブの弁ボディの内周面の周回り方向には、圧縮空気が供給される供給用ポートが形成された供給用内周溝が形成され、この供給用内周溝の一方の側に第１の排気用ポートが形成された第１の排気用内周溝が形成され、上記供給用内周溝の他方の側に第２の排気用ポートが形成された第２の排気用内周溝が形成され、上記供給用内周溝と上記第１の排気用内周溝との間に、上記シリンダ手段の第１の接続ポートに接続される第１の出力用ポートが形成された第１の出力用内周溝が形成され、上記供給用内周溝と上記第２の排気用内周溝との間に、上記シリンダ手段の第２の接続ポートに接続される第２の出力用ポートが形成された第２の出力用内周溝が形成されている。
【００１９】
また、上記エアサーボバルブのスリーブには、上記供給用ポートに対応して供給用弁孔が形成され、上記第１の排気用ポートに対応して第１の排気用弁孔が形成され、上記第２の排気用ポートに対応して第２の排気用弁孔が形成され、上記第１の出力用ポートに対応して第１の出力用弁孔が形成され、上記第２の出力用ポートに対応して第２の出力用弁孔が形成されている。
【００２０】
上記スプールは、上記供給用弁孔を開閉する供給用シール部が形成され、この供給用シール部に隣接する第１の凹部を挟んで上記第１の排気用弁孔を開閉する第１の排気用シール部が形成され、上記供給用シール部に隣接する第２の凹部を挟んで上記第２の排気用弁孔を開閉する第２の排気用シール部が形成されている。
【００２１】
上記スプールの供給用シール部が上記供給用弁孔を閉塞し、上記第１の排気用シール部が上記第１の排気用弁孔を閉塞し、上記第２の排気用シール部が上記第２の排気用弁孔を閉塞した基本状態から何れか一方に摺動したとき、上記何れか一方の凹部は、開放された供給用弁孔と上記何れか一方の出力用ポートとを繋ぐと共に、他方の凹部は、何れか他方の出力用ポートと上記何れか一方の排気ポートとを繋ぐ。
【００２２】
そして、上記何れか他方の出力用ポートと上記何れか一方の排気ポートとを繋ぐ排気側流路は、開放された供給用弁孔と上記何れか一方の出力用ポートとを繋ぐ供給側流路よりも狭く形成され、排気流量を供給量より少なくし、シリンダ内を従来より高圧にできるようにしている。
【００２３】
ここで、上記排気側流路を、供給側流路よりも狭くするには、上記スリーブの第１及び第２の排気用弁孔の数を、上記スリーブの供給用弁孔の数より少なく、例えばスリーブの供給用弁孔を複数とし、上記第１及び第２の排気用弁孔を、単数とすればよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、排気側流路を、供給側流路よりも狭くしたので、シリンダ内を従来より高圧にできる。したがって、ピストンの移動開始までの時間を短くすることができ、応答性の向上を図ることができ、また、ピストンロッドに対して負荷が加わったときにも、ピストンの位置のぶれを小さくすることができ、これにより、可動体の位置制御を正確に行うことができ、安定したサーボ制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を適用したエアサーボバルブを用いたアクチュエータを参照して説明する。
【００２６】
図１に示すように、本発明が適用されたアクチュエータ１は、可動体を可動させるシリンダ機構１１と、このシリンダ機構１１に接続され可動方向を切り換えるエアサーボバルブ２１と、このエアサーボバルブ２１を駆動する駆動機構４１と、この駆動機構４１を制御する制御部４２とを備えている。
【００２７】
シリンダ機構１１は、シリンダ１２内を、ピストンロッド１３の先端部に形成されたピストン１４が摺動可能に設けられてなり、ピストンロッド１３に可動体が取り付けられる。シリンダ１２には、ピストン１４の移動方向の一方の側に第１の接続ポート１５が形成され、移動方向の他方の側に第２の接続ポート１６が形成されている。これら第１及び第２の接続ポート１５，１６には、ピストン１４の移動方向を切り換えるためのエアサーボバルブ２１が接続される。シリンダ１２内は、ピストン１４によって２つの空間部１２ａ，１２ｂに仕切られ、ピストン１４は、これら２つの空間部１２ａ，１２ｂの圧力差によって摺動する。また、シリンダ１２には、ポテンショメータ１７が配設され、ピストン１４の位置を接触又は非接触で検出できるようになっている。例えば、ポテンショメータ１７は、可動側接点がピストン１４に設けられ、この可動側接点がシリンダ１２側の抵抗素子に沿って移動する際の電圧変化等の出力変化によってピストン１４の位置の変位量を検出する。
【００２８】
このエアサーボバルブ２１は、弁ボディ２２と、この弁ボディ２２内に配されるスリーブ２３と、このスリーブ２３内を摺動可能に移動するスプール２４とを備えている。
【００２９】
弁ボディ２２は、円筒の開口が長手方向に形成されており、この開口の内周面には、略中央に、コンプレッサ２より圧縮空気が供給される供給用ポート２５ａが形成された供給用内周溝２５が形成されている。また、供給用内周溝２５の一方の側には、第１の排気用ポート２６ａが形成された第１の排気用内周溝２６が形成され、供給用内周溝２５の他方の側には、第２の排気用ポート２７ａが形成された第２の排気用内周溝２７が形成されている。更に、供給用内周溝２５と第１の排気用内周溝２６との間には、シリンダ１２の第１の接続ポート１５に接続される第１の出力用ポート２８ａが形成された第１の出力用内周溝２８が形成され、供給用内周溝２５と第２の排気用内周溝２７との間には、シリンダ１２の第２の接続ポート１６に接続される第２の出力用ポート２９ａが形成された第２の出力用内周溝２９が形成されている。
【００３０】
また、エアサーボバルブ２１のスリーブ２３には、供給用ポート２５ａに対応して供給用弁孔３１が形成されている。また、スリーブ２３には、第１の排気用ポート２６ａに対応して第１の排気用弁孔３２が形成されていると共に、第２の排気用ポート２７ａに対応して第２の排気用弁孔３３が形成されている。更に、スリーブ２３には、第１の出力用ポート２８ａに対応して第１の出力用弁孔３４が形成されていると共に、第２の出力用ポート２９ａに対応して第２の出力用弁孔３５が形成されている。
【００３１】
ここで、供給用弁孔３１は、上下に２つ設けられ、供給用ポート２５ａと一列に形成されている。また、第１の排気用弁孔３２は、第１の排気用ポート２６ａと対向する位置に１つ設けられ、従来のアクチュエータ１００のスリーブ１１３のように一列に２つ設けられていない。これと同様に、第２の排気用弁孔３３も、第１の排気用ポート２７ａと対向する位置に１つ設けられ、従来のアクチュエータ１００のスリーブ１１３のように一列に２つ設けられていない。更に、第１の出力用弁孔３４は、上下に２つ設けられ、第１の出力用ポート２８ａと一列に形成され、第２の出力用弁孔３５も上下に２つ設けられ、第２の出力用ポート２９ａと一列に形成されている。すなわち、スリーブ２３は、第１及び第２の排気用弁孔３２，３３の数を少なくとも供給用弁孔３１より少なくし、排気側の流路を供給側の流路より狭くして排気流量を絞り、シリンダ１２内のピストン１４で仕切られた各空間部１２ａ，１２ｂ内を従来より高圧に維持できるようにしている。
【００３２】
なお、供給用弁孔３１の数と第１及び第２の排気用弁孔３２，３３の数との関係は、第１及び第２の排気用弁孔３２，３３の排気量が供給量より少なくなるように、第１及び第２の排気用弁孔３２，３３の数が供給用弁孔３１の数より少なければ、特に限定されるものではない。
【００３３】
また、ここでは、更に、第１及び第２の排気用弁孔３２，３３の数を第１及び第２の出力用弁孔３４，３５の数より少なくしている。そして、第１及び第２の排気用弁孔３２，３３の数を１つとし、供給用弁孔３１、第１及び第２の出力用弁孔３４，３５の数を複数、例えば２つとしている。
【００３４】
また、図６に示した従来のアクチュエータ１００のスリーブ１１３の第１及び第２の排気用弁孔１２２，１２３の開口面積を供給用弁孔１２１の開口面積より狭くして、排気流量を絞るようにしても良い。また、この他に、第１及び第２の排気用弁孔３２，３３の数を従来と同じにして第１及び第２の排気用ポート２６ａ，２７ａの開口面積を狭くして、排気流量を絞るようにしても良い。
【００３５】
以上のようなスリーブ２３内を摺動するスプール２４には、供給用弁孔３１を開閉する供給用シール部３６が形成され、この供給用シール部３６に隣接する第１の凹部３７を挟んで第１の排気用弁孔３２を開閉する第１の排気用シール部３８が形成され、供給用シール部３６に隣接する第２の凹部３９を挟んで第２の排気用弁孔３３を開閉する第２の排気用シール部４０が形成されている。
【００３６】
以上のようなスプール２４は、電磁アクチュエータによって構成された駆動機構４１よって駆動される。例えば、この駆動機構４１は、スプール２４と一体の棒状の永久磁石の周囲に駆動電流が供給されるコイルを配置し、コイルより発生する磁束との相互作用によって、スプール２４の正逆方向の駆動力を発生する。
【００３７】
また、この駆動機構４１には、スプール２４の位置を検出するための変位センサ４３が設けられている。この変位センサ４３は、ホール素子やＭＲ素子等からなるもので、永久磁石から生じる磁束密度を検出し、この磁束密度の変化から永久磁石の変位をスプール２４の変位として検出する。そして、この駆動機構４１は、制御部４２によって駆動制御される。
【００３８】
この制御部４２は、図２に示すように、サーボ回路を有しており、アクチュエータ１の動作プログラムやユーザの操作コマンドによって設定されたピストン１４の移動目標位置とポテンショメータ１７によって検出されたピストン１４の所定位置からの変位量との誤差を算出する第１の加算器４４と、この誤差に対応したスプール２４の移動目標値を生成する流量指示部４５と、スプール２４の移動目標位置と変位センサ４３によって検出されたスプール２４の所定位置からの変位量との誤差を算出し駆動機構４１の電磁アクチュエータの駆動信号を生成する第２の加算器４６とを備えている。このような制御部４２は、変位センサ４３でスプール２４の所定位置からの変位量を第２の加算器４６に帰還し、スプール２４の移動目標位置との誤差が０となるようにし、更に、ポテンショメータ１７でピストン１４の所定位置からの変位量を第１の加算器４４に帰還し、ピストン１４の移動目標位置との誤差が０となるように、駆動機構４１の電磁アクチュエータを制御することで、ピストン１４を目標位置まで移動させるようにしている。
【００３９】
以上のように構成されたアクチュエータ１の基本状態は、図１に示すように、スプール２４の供給用シール部３６が供給用弁孔３１を閉塞し、第１の排気用シール部３８が第１の排気用弁孔３２を閉塞し、第２の排気用シール部４０が第２の排気用弁孔３３を閉塞した状態である。したがって、シリンダ１２の空間部１２ａ，１２ｂへの空気の入出力は行われない状態にある。
【００４０】
そして、図３に示すように、ピストンロッド１３を矢印Ａ１方向に移動させるときには、制御部４２によって、スプール２４が図１に示した基本状態から矢印Ａ１方向に摺動される。すると、第１の排気用シール部３８が第１の排気用弁孔３２を閉塞したままで、供給用弁孔３１と第２の排気用弁孔３３が開放される。そして、第１の凹部３７が、開放された供給用弁孔３１と第１の出力用ポート２８ａとを繋ぎ、第２の凹部３９が、第２の出力用ポート２９ａと第２の排気用ポート２７ａとを繋いだ状態となる。この状態で、供給用ポート２５ａからは、コンプレッサ２から矢印Ａ２方向の圧縮空気が供給用ポート２５ａ、供給用弁孔３１、第１の凹部３７、第１の出力用弁孔３４、第１の出力用ポート２８ａ、第１の接続ポート１５で結ばれる供給側流路を介してシリンダ１２内のピストン１４で区画された一方の空間部１０２ａに供給される。すると、ピストン１４は、圧縮空気によって押圧され、矢印Ａ１方向に移動し、これに伴って、他方の空間部１０２ｂにある圧縮空気は、矢印Ａ３に示すように、第２の接続ポート１６、第２の出力用ポート２９ａ、第２の出力用弁孔３５、第２の凹部３９、第２の排気用弁孔３３で結ばれる排気側流路を介して第２の排気用ポート２７ａより排気される。かくして、ピストン１４が所定位置まで矢印Ａ１方向に移動すると、制御部４２は、図３の状態から駆動機構４１の電磁アクチュエータを駆動し、図１に示す基本状態にスプール２４を戻し、移動したピストン位置を維持するようにする。
【００４１】
この際、スリーブ２３の第２の排気用弁孔３３は、従来のアクチュエータ１００の第２の排気用弁孔１２３と比較して数が少ないことから、単位時間当たりの排気流量を従来より少なくすることができ、シリンダ１２の他方の空間部１２ａ，１２ｂを従来より高圧に維持することができる。
【００４２】
続いて、図４に示すように、ピストンロッド１３を矢印Ｂ１方向に移動させるときには、制御部４２によって、スプール２４が図１に示した基本状態から矢印Ｂ１方向に摺動される。すると、第２の排気用シール部４０が第２の排気用弁孔３３を閉塞したままで、供給用弁孔３１と第１の排気用弁孔３２が開放される。そして、第２の凹部３９が、開放された供給用弁孔３１と第２の出力用ポート２９ａとを繋ぎ、第１の凹部３７が、第１の出力用ポート２８ａと第１の排気用ポート２６ａとを繋いだ状態となる。この状態で、供給用ポート２５ａからは、コンプレッサ２から矢印Ｂ２方向の圧縮空気が供給用ポート２５ａ、供給用弁孔３１、第２の凹部３９、第２の出力用弁孔３５、第２の出力用ポート２９ａ、第２の接続ポート１６で結ばれる供給側流路を介してシリンダ１２内のピストン１４で区画された他方の空間部１０２ｂに供給される。すると、ピストン１４は、圧縮空気によって押圧され、矢印Ｂ１方向に移動し、これに伴って、一方の空間部１０２ａにある圧縮空気は、矢印Ｂ３に示すように、第１の接続ポート１５、第１の出力用ポート２８ａ、第１の出力用弁孔３４、第１の凹部３７、第１の排気用弁孔３２で結ばれる排気側流路を介して第１の排気用ポート２６ａより排気される。かくして、ピストン１４が所定位置まで矢印Ｂ１方向に移動すると、制御部４２は、図４の状態から駆動機構４１の電磁アクチュエータを駆動し、図１に示す基本状態にスプール２４を戻し、移動したピストン位置を維持するようにする。
【００４３】
この際も、スリーブ２３の第１の排気用弁孔３２は、従来のアクチュエータ１００の第１の排気用弁孔１２２と比較して数が少ないことから、単位時間当たりの排気流量を従来より少なくすることができ、シリンダ１２の空間部１２ａ，１２ｂを従来より高圧に維持することができる。
【００４４】
以上のように、本発明が適用されたアクチュエータ１は、従来よりスリーブ２３の第１及び第２の排気用弁孔３２，３３の数を減らし、供給側流路より排気側流路を狭くし、従来より排気量を制限することで、空間部１２ａ，１２ｂが従来より高圧に維持されていることから、ピストン１４の移動開始までの時間を短くすることができ、応答性の向上を図ることができる。また、ピストンロッド１３に対して負荷が加わったときにも、ピストン１４の位置のぶれを小さくすることができ、これにより、可動体の位置制御を正確に行うことができる。すなわち、アクチュエータ１は、安定したサーボ制御を実現することができる。
【００４５】
以上のように構成されたアクチュエータ１は、例えば展示用人間型ロボットの上肢部の関節に用いることができる。このように展示用人間型ロボットの上肢部等は、通行人等と接触することがあるが、肩関節部や肘関節部に、本発明を適用したエアサーボバルブを用いたアクチュエータを用いることで、通行人等に対する衝撃を和らげることができる。
【００４６】
ここで、図５は、展示用人間型ロボットの上肢部を示す要部斜視図である。この上肢部５１は、上腕アーム５２と、前腕アーム５３と、手掌部５４とを備えており、胴体のベース５５と上腕アーム５２との間に肩関節部５６が設けられ、上腕アーム５２と前腕アーム５３との間に肘関節部５７が設けられている。
【００４７】
肩関節部５６は、ベース５５に固定された略凹字状の支持部材５８に上肢部５１を胴体の前後方向となる矢印Ｄ１方向及び反矢印Ｄ２方向に回動させるための支軸５９が取り付けられており、この支軸５９の先端部に、上腕アーム５２を取り付けるための略凹字状の取付部材６１が設けられている。また、支持部材５８の天板部には、第１の回動支持部材６２が設けられ、上腕アーム５２には、第２の回動支持部材６３が設けられ、第１の回動支持部材６２と第２の回動支持部材６３との間には、上肢部５１全体、すなわち上腕アーム５２を支軸５９を中心に回動させる駆動ユニット６４が設けられている。
【００４８】
駆動ユニット６４は、本体部６４ａの一端部に軸部６４ｂが設けられ、この軸部６４ｂが第２の回動支持部材６３の支軸６３ａに可動可能に取り付けられている。また、本体部６４ａは、上述したアクチュエータ１が内蔵され、ピストンロッド１３を外部に露出させている。また、本体部６４ａは、シャフト６４ｃが伸縮可能に取り付けられている。このシャフト６４ｃの先端部は、第１の回動支持部材６２の支軸６２ａに回動可能に取り付けられている。また、このシャフト６４ｃには、連結板６４ｄが固定されており、この連結板６４ｄは、更に、本体部６４ａ内のアクチュエータ１のピストンロッド１３の先端部に固定されている。したがって、シャフト６４ｃは、ピストンロッド１３の移動に伴って伸縮することになる。
【００４９】
以上のような肩関節部５６は、アクチュエータ１が図３に示す矢印Ａ１方向にピストンロッド１３を移動させるとき、このピストンロッド１３が本体部６４ａから伸び、これに伴って、シャフト６４ｃが本体部６４ａから伸長する。これにより、上腕アーム５２は、支軸５９を中心に胴体の後側へ向かって矢印Ｄ１方向に回動することになる。また、アクチュエータ１が図４に示す矢印Ｂ１方向にピストンロッド１３を移動させるときには、このピストンロッド１３が本体部６４ａ内に縮み、これに伴って、シャフト６４ｃが本体部６４ａ内に引き込まれる。これにより、上腕アーム５２は、支軸５９を中心に胴体の前側へ向かって矢印Ｄ２方向に回動することになる。
【００５０】
また、肘関節部５７は、上腕アーム５２の先端部に固定された取付部材７１の支軸７１ａに前腕アーム５３を上下方向となる矢印Ｄ３及びＤ４方向に回動可能に取り付けている。また、上腕アーム５２には、第１の回動支持部７２が設けられ、前腕アーム５３には、第２の回動支持部７３が設けられ、第１の回動支持部７２と第２の回動支持部７３との間には、前腕アーム５３を支軸７１ａを中心に回動させる駆動ユニット７４が設けられている。
【００５１】
駆動ユニット７４は、本体部７４ａの一端部が第１の回動支持部７２の支軸７２ａに回動可能に取り付けられ、他端部が第２の回動支持部７３の支軸７３ａに回動可能に取り付けられている。また、本体部７４ａは、上述したアクチュエータ１が内蔵され、ピストンロッド１３を外部に露出させている。また、本体部７４ａは、シャフト７４ｂが伸縮可能に取り付けられている。このシャフト７４ｂの先端部は、第２の回動支持部７３の支軸７３ａに回動可能に取り付けられている。また、このシャフト７４ｂには、連結板７４ｃが固定されており、この連結板７４ｃは、更に、本体部７４ａ内のアクチュエータ１のピストンロッド１３の先端部に固定されている。したがって、シャフト７４ｂは、ピストンロッド１３の移動に伴って伸縮することになる。
【００５２】
以上のような肘関節部５７は、アクチュエータ１が図３に示す矢印Ａ１方向にピストンロッド１３を移動させるとき、このピストンロッド１３が本体部７４ａから伸び、これに伴って、シャフト７４ｂが本体部７４ａから伸長する。これにより、前腕アーム５３は、支軸７１ａを中心に上方へ向かって矢印Ｄ３方向に回動することになる。また、アクチュエータ１が図４に示す矢印Ｂ１方向にピストンロッド１３を移動させるときには、このピストンロッド１３が本体部７４ａ内に縮み、これに伴って、シャフト７４ｂが本体部７４ａ内に引き込まれる。これにより、前腕アーム５３は、支軸７３ａを中心に下方へ向かって矢印Ｄ４方向に回動することになる。
【００５３】
以上のように、人間型ロボットの肩関節部５６や肘関節部５７にアクチュエータ１を用いたときには、上腕アーム５２や前腕アーム５３の所定位置に応答性良く曲げることができ、更に、その曲げられた状態をぶれが少ない状態で維持することができる。
【００５４】
なお、ここでは、人間型ロボットの関節部分にアクチュエータ１を用いた場合を説明したが、アクチュエータ１が用いられる装置としては、これに限定されるものではなく、この他に、例えば動物模型や恐竜模型といったロボットの関節部分等にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明が適用されたエアサーボバルブを用いたアクチュエータの基本状態を示す断面図である。
【図２】上記アクチュエータのサーボ回路を説明する図である。
【図３】上記アクチュエータが一方向に移動する場合を示す断面図である。
【図４】上記アクチュエータが他方向に移動する場合を示す断面図である。
【図５】展示用人間型ロボットの上肢部を示す要部斜視図である。
【図６】従来のエアサーボバルブを用いたアクチュエータの基本状態を示す断面図である。
【図７】上記アクチュエータが一方向に移動する場合を示す断面図である。
【図８】上記アクチュエータが他方向に移動する場合を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ アクチュエータ、１１ シリンダ機構、１２ シリンダ、１２ａ，１２ｂ 空間部、１３ ピストンロッド、１４ ピストン、１５ 第１の接続ポート、１６ 第２の接続ポート、２１ エアサーボバルブ、２２ 弁ボディ、２３ スリーブ、２４ スプール、２５ 供給用内周溝、２５ａ 供給用ポート、２６ 第１の排気用内周溝、２６ａ 第１の排気用ポート、２７ 第２の排気用内周溝、２７ａ 第２の排気用ポート、２８ 第１の出力用内周溝、２８ａ 第１の出力用ポート、２９ 第２の出力用内周溝、２９ａ 第２の出力用ポート、３１ 供給用弁孔、３２ 第１の排気用弁孔、３３ 第２の排気用弁孔、３４ 第１の出力用弁孔、３５ 第２の出力用弁孔、３６ 供給用シール部、３７ 第１の凹部、３８ 第１の排気用シール部、３９ 第２の凹部、４０ 第２の排気用シール部、５１ 上肢部、５２ 上腕アーム、５３ 前腕アーム、５４ 手掌部、５５ ベース、５６ 肩関節部、５７ 肘関節部、５８ 支持部材、５９ 支軸、６１ 取付部材、６２ 第１の回動支持部材、６２ａ 支軸、６３ 第２の回動支持部材、６３ａ 支軸、６４ 駆動ユニット、６４ａ 本体部、６４ｂ 軸部、６４ｃ シャフト、６４ｄ 連結板、７１ 取付部材、７１ａ 支軸、７２ 第１の回動支持部、７２ａ 支軸、７３ 第２の回動支持部、７３ａ 支軸、７４ 駆動ユニット、７４ａ 本体部、７４ｂ シャフト、７４ｃ 連結板、１００ アクチュエータ、１０１ シリンダ機構、１０２ シリンダ、１０２ａ，１０２ｂ 空間部、１０３ ピストンロッド、１０４ ピストン、１０５ 第１の接続ポート、１０６ 第２の接続ポート、１１１ エアサーボバルブ、１１２ 弁ボディ、１１３ スリーブ、１１４ スプール、１１５ 供給用内周溝、１１５ａ 供給用ポート、１１６ 第１の排気用内周溝、１１６ａ 第１の排気用ポート、１１７ 第２の排気用内周溝、１１７ａ 第２の排気用ポート、１１８ 第１の出力用内周溝、１１８ａ 第１の出力用ポート、１１９ 第２の出力用内周溝、１１９ａ 第２の出力用ポート、１２１ 供給用弁孔、１２２ 第１の排気用弁孔、１２３ 第２の排気用弁孔、１２４ 第１の出力用弁孔、１２５ 第２の出力用弁孔、１２６ 供給用シール部、１２７ 第１の凹部、１２８ 第１の排気用シール部、１２９ 第２の凹部、１３０ 第２の排気用シール部、
【図１】
2008101649.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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