(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の励磁コイルと、前記励磁コイルの周囲を包囲し該励磁コイルの中心孔または外側の両端側に極歯が対向配置されたヨークと、前記励磁コイルの中心孔内または外側に軸線方向に沿って可動自在に配置されラジアル方向に着磁された円筒状の永久磁石と、前記永久磁石と一体的に変位するシャフトとを有する駆動部と、
前記駆動部の駆動作用下に、シャフトと一体的にスプール弁を変位させることによりスリーブに形成された複数の孔部間の連通状態を切り換える弁切換部と、
前記弁切換部に連結され、前記複数の孔部にそれぞれ連通する通路が形成されたブロック体と、
を備え、
前記シャフトは貫通する中空部を有し、該シャフトとスプール弁とは、前記中空部に配設されたワイヤ部材によって略同軸状に連結されることを特徴とする流体圧力制御装置。
【請求項２】
環状の励磁コイルと、前記励磁コイルの周囲を包囲し該励磁コイルの中心孔または外側の両端側に極歯が対向配置されたヨークと、前記励磁コイルの中心孔内または外側に軸線方向に沿って可動自在に配置されラジアル方向に着磁された円筒状の永久磁石と、前記永久磁石と一体的に変位するシャフトとを有する駆動部と、
前記駆動部の駆動作用下に、シャフトと一体的にスプール弁を変位させることによりスリーブに形成された複数の孔部間の連通状態を切り換える弁切換部と、
前記弁切換部に連結され、前記複数の孔部にそれぞれ連通する通路が形成されたブロック体と、
を備え、
前記駆動部は、前記永久磁石の外側に前記ヨークが配置され、該ヨークが、前記極歯を介して異なる２つの磁極を有すると共に、前記シャフトは貫通する中空部を有し、該シャフトとスプール弁とは、前記中空部に配設されたワイヤ部材によって略同軸状に連結されることを特徴とする流体圧力制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の装置において、
前記スプール弁の変位量を検出する変位センサが設けられることを特徴とする流体圧力制御装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の装置において、
出力ポートに連通する通路から導出される圧力流体の圧力を検出する圧力センサが設けられることを特徴とする流体圧力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニア電磁アクチュエータの駆動作用下にスプール弁を変位させて流体通路を流通する流体の圧力を制御することが可能な流体圧力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電磁的に目的物を移動させる往復運動装置として、励磁コイルに通電し、その磁気力によって可動鉄心に直線的な運動を付与する電磁弁が知られている。この電磁弁は、簡単な構造によって構成されているが、鉄心を励磁コイルの内部に含んでいるために、電気的な応答性を向上させるのが困難であり、また、励磁コイルに対する非通電状態では推力を発生させることができないため、その用途が限定されるという問題がある。
【０００３】
そこで、本出願人は、従来の電磁ソレノイドのように起電時に大電圧を印加しなくても、応答性がよく短時間で定常時の推力を発生することが可能な磁石可動型電磁アクチュエータを提案している（特願２０００−２１７３０４参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記提案に関連してなされたものであり、リニア電磁アクチュエータの駆動作用下に、弁切換部の応答性を向上させて出力ポートから導出される圧力流体の圧力を高精度に制御することが可能な流体圧力制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、環状の励磁コイルと、前記励磁コイルの周囲を包囲し該励磁コイルの中心孔または外側の両端側に極歯が対向配置されたヨークと、前記励磁コイルの中心孔内または外側に軸線方向に沿って可動自在に配置されラジアル方向に着磁された円筒状の永久磁石と、前記永久磁石と一体的に変位するシャフトとを有する駆動部と、
前記駆動部の駆動作用下に、シャフトと一体的にスプール弁を変位させることによりスリーブに形成された複数の孔部間の連通状態を切り換える弁切換部と、
前記弁切換部に連結され、前記複数の孔部にそれぞれ連通する通路が形成されたブロック体と、
を備えることを特徴とする。
【０００６】
この場合、前記スプール弁の変位量を検出する変位センサと、出力ポートに連通する通路から導出される圧力流体の圧力を検出する圧力センサとを選択的に設け、あるいはその両方をそれぞれ設けるとよい。
【０００７】
また、前記シャフトに貫通する中空部を形成し、該シャフトとスプール弁とを前記中空部に配設されたワイヤ部材によって略同軸状に連結するとよい。
【０００８】
本発明によれば、駆動部としてリニア電磁アクチュエータを配設することにより、従来から公知の電磁弁と比較して、駆動部の変位量（ストローク量）を大きく設定することができるとともに、駆動部の変位量に対応して推力が減少することがなく、任意の位置で一定の推力を保持することができる。
【０００９】
この結果、弁切換部のスプール弁の開口量を大きく且つ高精度に設定することができるとともに、スプール弁の応答性を向上させて制御性を高めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る流体圧力制御装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１１】
図１において、参照数字１０は、本発明の実施の形態に係る流体圧力制御装置を示す。
【００１２】
この流体圧力制御装置１０は、基台部１２と、前記基台部１２に装着される断面矩形状のケーシング１４を含む。前記ケーシング１４の内部空間には、リニア電磁アクチュエータからなる駆動部１６と、前記駆動部１６と同軸状に一体的に連結され、内部に配設されたスプール弁１８の変位作用下に相互に連通するポートを切り換える弁切換部２０と、前記弁切換部２０の各ポート（後述する）に連通する複数の通路２２ａ〜２２ｃが形成されたポートブロック（ブロック体）２４と、前記ポートブロック２４から図示しない外部の流体機器に導出される流体圧力を検出して、その検出信号が導入されることによりフィードバック制御を行う制御部２８とが設けられる。
【００１３】
前記駆動部１６は、軸線方向に沿って所定間隔離間し、略円筒状の第１および第２軸受部材３０ａ、３０ｂを介して中空状のシャフト３２をその軸線方向に沿って変位自在に軸支する第１ハウジング３４ａおよび第２ハウジング３４ｂと、前記第１ハウジング３４ａと第２ハウジング３４ｂの間に配設され図示しないボビンに巻回された環状のコイル（励磁コイル）３６と、前記コイル３６の周囲を囲繞し該コイル３６の中心孔の軸線方向に沿った両端側に所定間隔離間する一組の極歯３８ａ、３８ｂが対向配置されたヨーク４０と、前記コイル３６の中心孔内に該中心孔の軸線方向に沿って可動自在に配置され、ラジアル方向に沿って着磁された円筒状の永久磁石４２とを含む（図６参照）。
【００１４】
前記ヨーク４０は、第１および第２ハウジング３４ａ、３４ｂの外周面と面一に装着されて外周ケーシングを兼用するアウタヨーク４４と、前記アウタヨーク４４の軸線方向に沿った一端部側に連結される断面Ｌ字状の第１極歯３８ａと、前記アウタヨーク４４の軸線方向に沿った他端部側に連結され、前記第１極歯３８ａから所定間隔離間する断面Ｌ字状の第２極歯３８ｂとを有する。
【００１５】
なお、ボビンに巻回されたコイル３６およびヨーク４０は、コイルアッシーとして一体的に組み付けられており、複数のねじ部材を介して第１および第２ハウジング３４ａ、３４ｂにそれぞれ固定される。
【００１６】
また、前記第１および第２極歯３８ａ、３８ｂは、コイル３６の中心孔の両端側に配設されているが、前記コイル３６の外側の両端側に対向配置してもよい。この場合、永久磁石４２をコイル３６の外側に該コイル３６の軸線方向に沿って可動に配置するとよい。
【００１７】
前記シャフト３２の外周面には、永久磁石４２を保持するホルダ４６が連結され、前記永久磁石４２の内側の環状空間部にはバックヨーク４８が設けられる。
【００１８】
また、前記シャフト３２には貫通する中空部５０が形成され、前記中空部５０には一端部がシャフト３２の端部に係止され他端部が後述するスプール弁１８に連結されたワイヤ部材５２が配設される。なお、前記ホルダ４６および永久磁石４２は、シャフト３２と一体的に変位する可動子として機能するものである。
【００１９】
前記永久磁石４２は、一組の極歯３８ａ、３８ｂの間にまたがる長さに設定することが望ましく、しかも、永久磁石４２の一端がコイル３６の中心孔内において一方の移動端まで達したときにも、永久磁石４２の他端が反対側の極歯３８ａ（３８ｂ）に近接するか、あるいはその一部が対向する長さを有するように設定するとよい。また、前記バックヨーク４８は、必ずしも設ける必要がないものであるが、永久磁石４２がいずれの移動位置にあってもその殆どをカバーできるような長さに設定することが望ましい。
【００２０】
弁切換部２０は、図３に示されるように、第１ハウジング３４ａの一端部に同軸状に連結された筒状のバルブボデイ５４と、中央部に環状凹部５６が形成され前記バルブボデイ５４の弁室５８に沿って変位自在に配設されたスプール弁１８と、前記スプール弁１８を囲繞するように形成され、後述するポートブロック２４の各通路２２ａ〜２２ｃに連通する第１乃至第３孔部６０ａ〜６０ｃが形成されたスリーブ６２とを有する。
【００２１】
前記スリーブ６２とバルブボデイ５４との間には、第１乃至第３孔部６０ａ〜６０ｃをそれぞれ囲繞するシール部材６４が環状溝を介して装着されている。また、バルブボデイ５４には、弁室５８に連通する通路６６ａ、６６ｂを介して、弁室５８内のエアーを給排する呼吸ポート６８が形成されている。
【００２２】
前記スプール弁１８の一端部には係止部材７０を介してワイヤ部材５２の端部が係着され、他端部には変位センサ７２を構成するセンサスケール７４が連結される。このように、スプール弁１８とシャフト３２とをワイヤ部材５２によって連結することにより、スプール弁１８の軸線とシャフト３２の軸線との誤差（同軸偏差）をワイヤ部材５２によって吸収し、スプール弁１８の軸線とシャフト３２の軸線との同軸性を略一致させることができる。
【００２３】
ポートブロック２４に対するバルブボデイ５４の連結部位には、スリーブ６２の第１孔部６０ａに連通する圧力流体供給ポート７６ａと、前記第１孔部６０ａに隣接する第２孔部６０ｂに連通する出力ポート７６ｂと、前記第２孔部６０ｂに隣接する第３孔部６０ｃに連通する圧力流体排出ポート７６ｃとがそれぞれ設けられ、前記連結部位はバルブボデイ５４とポートブロック２４との間に介装されるガスケット７８によってシールされる（図１参照）。
【００２４】
ポートブロック２４には、前記圧力流体供給ポート７６ａに連通する第１通路２２ａと、前記出力ポート７６ｂに連通する第２通路２２ｂと、前記圧力流体排出ポート７６ｃに連通する第３通路２２ｃとがそれぞれ形成される。前記出力ポート７６ｂには、切換弁として機能する２ポート電磁弁８０が連結され、前記電磁弁８０の切換作用下に出力ポート７６ｂから図示しない外部の流体機器に所望の圧力に調圧された圧力流体が導出される。
【００２５】
バルブボデイ５４の一側部には、図２に示されるように、ポートブロック２４の第２通路２２ｂを介して出力ポート７６ｂから導出される圧力流体の圧力値を検出する圧力センサ８２がねじ部材を介して連結され、前記圧力センサ８２からの検出信号は、基台部１２に固定され、回路基板８４からなる制御部２８に導入される。
【００２６】
また、バルブボデイ５４の端部には、図１に示されるように、スプール弁１８と一体的に変位するセンサスケール７４の変位量をセンサヘッド８６によって検出することにより、該スプール弁１８の変位量に対応する検出信号を制御部２８に導出する変位センサ７２が連結されている。
【００２７】
本発明の実施の形態に係る流体圧力制御装置は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００２８】
なお、図３に示されるように、スプール弁１８の環状凹部５６によって圧力流体排出ポート７６ｃと出力ポート７６ｂとが連通した状態を初期位置として説明する。前記初期位置では、圧力流体供給ポート７６ａと出力ポート７６ｂとが非連通状態にあり、外部の図示しない流体機器に対して圧力流体が供給されていない。
【００２９】
先ず、駆動部１６として機能するリニア電磁アクチュエータの動作原理を図６に基づいて説明する。
【００３０】
永久磁石４２を、例えば、その外側がＳ極に、内側がＮ極となるようにラジアル方向に着磁しておき、コイル３６に対して、図６に記号で示す方向の通電を行うと、その電流の向きによりヨーク４０の一方の極歯３８ａがＳ極に、他方の極歯３８ｂがＳ極となる。この場合、ヨーク４０の極歯３８ｂに発生したＮ極とそれに対向する永久磁石４２の外側面のＳ極との間に引力が発生し、一方、ヨーク４０の極歯３８ａに発生したＳ極と永久磁石４２のＳ極との間に斥力が作用するため、これらの力が永久磁石４２に作用する軸線方向の推力となって、永久磁石４２がコイル３６の中心孔内をその軸線方向（図６の矢印Ｂ方向）に沿って移動する。
【００３１】
また、コイル３６に逆方向の通電を行うと、ヨーク４０の両極歯３８ａ、３８ｂに生じるＮ極およびＳ極が前記と逆になり、そのため、永久磁石４２に作用する推力も逆方向（図６の矢印Ａ方向）となり、永久磁石４２が前記とは逆方向に移動する。
【００３２】
前記コイル３６への通電によって永久磁石４２がコイル３６の中心孔内を一方端または他方端まで移動した状態では、コイル３６への通電を解除しても、永久磁石４２は、その磁気吸着力によって当該移動位置に保持される。従って、永久磁石４２に駆動しようとする目的物（例えば、シャフト３２）を連結しておき、その永久磁石４２をコイル３６への正逆いずれの方向の通電によって駆動することにより、その目的物を永久磁石４２の移動位置である２位置に駆動し、位置決めすることができる。
【００３３】
また、円筒状の永久磁石４２の内側に、該永久磁石４２に沿う円筒状のバックヨーク４８を配設した場合、ヨーク４０における一方の極歯３８ａから永久磁石４２を通じて該バックヨーク４８内に至り、再び永久磁石４２を通じて他方の極歯３８ｂに至る磁路が形成されるため、磁気抵抗を低減して永久磁石４２の推力および磁気吸着力を一層高めることができる。このように、バックヨーク４８をどのように配設するかによって、推力および磁気吸着力を調整することができる。
【００３４】
このように、初期位置において、駆動部１６であるリニア電磁アクチュエータの駆動作用下に、可動子として機能する永久磁石４２と一体的にシャフト３２を矢印Ｂ方向に沿って変位させることにより、前記シャフト３２の中空部５０に配置されたワイヤ部材５２を介してその変位がスプール弁１８に伝達される。従って、スプール弁１８が図３中の右方に向かって変位し、該スプール弁１８の環状凹部５６を介して出力ポート７６ｂと圧力流体供給ポート７６ａとが連通し、前記圧力流体供給ポート７６ａから供給された圧力流体が出力ポート７６ｂから導出される（図４参照）。
【００３５】
この場合、駆動部１６の駆動作用下に、スプール弁１８がバルブボデイ５４に固着されたスリーブ６２に沿って摺動変位する際、前記スリーブ６２とスプール弁１８との位置関係によって該スリーブ６２に形成された第１孔部６０ａおよび第３孔部６０ｃの開口量が変化する。従って、圧力流体供給ポート７６ａに連通する前記第１孔部６０ａの開口幅と、圧力流体排出ポート７６ｃに連通する前記第３孔部６０ｃの開口幅とをそれぞれ所定幅に設定することにより、出力ポート７６ｂから導出される圧力流体の圧力を所望の圧力に調圧することができる（図５参照）。
【００３６】
この場合、出力ポート７６ｂから外部の流体機器側に導出される圧力流体の圧力を圧力センサ８２によって検出するとともに、スプール弁１８の変位量を変位センサ７２によって検出する。前記圧力センサ８２によって検出された圧力値に対応する検出信号および前記変位センサ７２によって検出された変位量に対応する検出信号は、それぞれ制御部２８に導入され、前記検出信号と予め設定された設定値とがそれぞれ比較され、その偏差がゼロとなるように制御部２８から指令信号を駆動部１６に導出してフィードバック制御が行われる（図７参照）。
【００３７】
なお、変位センサ７２と圧力センサ８２とのいずれをメインにするかは、ユーザによって任意に設定される。例えば、変位センサ７２を所望の変位幅が設定されたリミッタとして二次的に使用し、圧力センサ８２を一次的に使用してもよい。
【００３８】
本実施の形態では、駆動部１６としてリニア電磁アクチュエータを使用することにより、従来から公知の電磁弁と比較して、駆動部１６の変位量（ストローク量）を大きく設定することができるとともに、駆動部１６の変位量に対応して推力が減少することがなく、任意の位置で一定の推力を保持することができる。
【００３９】
従って、本実施の形態では、弁切換部２０のスプール弁１８の開口量を大きく且つ高精度に設定することができるとともに、スプール弁１８の応答性を向上させて制御性を高めることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００４１】
すなわち、従来から公知の電磁弁と比較して、駆動部の変位量（ストローク量）を大きく設定することができるとともに、駆動部の変位量に対応して推力が減少することがなく、任意の位置で一定の推力を保持することにより、弁切換部の応答性を向上させて出力ポートから導出される圧力流体の圧力を高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る流体圧力制御装置の一部縦断面概略構成図である。
【図２】図１に示す流体圧力制御装置の平面図である。
【図３】弁切換部の一部省略拡大縦断面図である。
【図４】図３の状態からスプール弁が変位した状態を示す動作説明図である。
【図５】図１に示す流体圧力制御装置の概略回路構成図である。
【図６】駆動部であるリニア電磁アクチュエータの動作原理を示す一部省略拡大縦断面図である。
【図７】変位センサおよび圧力センサによるフィードバック制御の説明図である。
【符号の説明】
１０…流体圧力制御装置                １６…駆動部
１８…スプール弁                      ２０…弁切換部
２２ａ〜２２ｃ、６６ａ、６６ｂ…通路  ２４…ポートブロック
２８…制御部                          ３２…シャフト
３６…コイル                          ３８ａ、３８ｂ…極歯
４０…ヨーク                          ４２…永久磁石
４４…アウタヨーク                    ４８…バックヨーク
５０…中空部                          ５２…ワイヤ部材
５４…バルブボデイ                    ５６…環状凹部
５８…弁室                            ６０ａ〜６０ｃ…孔部
６２…スリーブ                        ７２…変位センサ
７６ａ…圧力流体供給ポート            ７６ｂ…出力ポート
７６ｃ…圧力流体排出ポート            ８２…圧力センサ
８４…回路基板
【図１】
0004702657.tif 000002
【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】
0004702657.tif 000008