(57)【要約】【課題】  小型化を図りつつ得られる推力の低下を抑制する。【解決手段】  流体が供給されることにより推力を発生するシリンダ１０を備えたアクチュエータシステム１であって、供給部４０からの流体の供給量を制御するサーボ弁２０が設けられ、流体をシリンダ１０に供給する制御流路３１と、制御流路３１と並列に接続され、制御流路３１からシリンダ１０に供給される流体の供給量を補う補填流路３２と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が供給されることにより推力を発生する流体圧アクチュエータを備えたアクチュエータシステムであって、
供給源からの流体の供給量を制御する切替部が設けられ、前記流体を前記流体圧アクチュエータに供給する第一流路と、
前記第一流路と並列に接続され、前記第一流路から前記流体圧アクチュエータに供給される前記流体の供給量を補う第二流路と、を備えたアクチュエータシステム。
【請求項２】
前記流体圧アクチュエータに前記流体を供給する第三流路を更に備え、
前記第二流路は、前記第三流路から分岐しており、
前記流体圧アクチュエータは、前記第一流路及び前記第二流路から前記流体が供給される第一被供給部と、前記第三流路から前記流体が供給される第二被供給部と、を有する、請求項１に記載のアクチュエータシステム。
【請求項３】
前記第二流路は、前記供給量を補う前記流体の補填流量を調整する調整機構を有し、
前記調整機構は、前記第一流路における少なくとも前記切替部より上流側における前記供給源からの流体の供給量と、前記補填流量との合計が、システムの系内で消費される流体の消費流量よりも多くなるように、前記補填流量を調整する、請求項１又は２に記載のアクチュエータシステム。
【請求項４】
前記第一流路における前記切替部の位置又は少なくとも前記切替部より下流側に接続され、前記第一流路内の前記流体を低圧側へ排出する第四流路を更に備え、
前記第四流路は、前記流体の排出流量を調整する排出調整機構を有する、請求項１〜３の何れか一項に記載のアクチュエータシステム。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に示すように、精密位置決め装置等に用いられるアクチュエータシステムとして、流体が供給されることにより推力を発生する流体圧アクチュエータを備えたシステムが知られている。このアクチュエータシステムでは、流体圧アクチュエータに対してサーボ弁を介して流体を供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４４１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載のアクチュエータシステムでは、例えばシステムの系内で消費される流体の消費流量（以下、単に「消費流量」ともいう）が生じる結果、得られる推力が低下してしまう可能性がある。そこで、当該消費流量を考慮してより多くの流体を流体圧アクチュエータへ供給しようとすると、より能力が高く大きなサーボ弁が必要となり、システムの小型化が困難となる。よって、小型化を図りつつ得られる推力の低下を抑制するという点で、改善の余地がある。
【０００５】
そこで本発明は、小型化を図りつつ得られる推力の低下を抑制することができるアクチュエータシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係るアクチュエータシステムは、流体が供給されることにより推力を発生する流体圧アクチュエータを備えたアクチュエータシステムであって、供給源からの流体の供給量を制御する切替部が設けられ、流体を流体圧アクチュエータに供給する第一流路と、第一流路と並列に接続され、第一流路から流体圧アクチュエータに供給される流体の供給量を補う第二流路と、を備えている。
【０００７】
本発明では、第一流路から流体圧アクチュエータに供給される流体の供給量が、第二流路により補われる。よって、例えばシステムの系内で流体が消費された場合であっても、第一流路からの供給量そのものを増やすことなく、その消費された流体の不足分を補うことができる。その結果、第一流路からの供給量を増やすために切替部を大型化しなくても、得られる推力の低下を抑制することができる。以上より、小型化を図りつつ得られる推力の低下を抑制することができる。
【０００８】
また、本発明に係るアクチュエータシステムにおいて、流体圧アクチュエータに流体を供給する第三流路を更に備え、第二流路は、第三流路から分岐しており、流体圧アクチュエータは、第一流路及び第二流路から流体が供給される第一被供給部と、第三流路から流体が供給される第二被供給部と、を有してもよい。この場合、第一被供給部内の圧力と第二被供給部内の圧力との差に応じて流体圧アクチュエータの推力が発生する。第二被供給部には、第三流路から流体が供給される。一方、第一被供給部には、第一流路及び第二流路から流体が供給される。これにより、例えばシステムの系内で流体が消費された場合であっても、第一流路からの供給量そのものを増やすことなく、第二流路からの流体の供給によって、その消費された流体の不足分を補うことで、第一被供給部内の圧力に寄与する流体の量を確保することができる。その結果、第一流路からの供給量を増やすために切替部を大型化しなくても、得られる推力の低下を抑制することができる。以上より、小型化を図りつつ得られる推力の低下を抑制する。
【０００９】
また、本発明に係るアクチュエータシステムでは、第二流路は、供給量を補う流体の補填流量を調整する調整機構を有し、調整機構は、第一流路における少なくとも切替部より上流側における供給源からの流体の供給量と、補填流量との合計が、システムの系内で消費される流体の消費流量よりも多くなるように、補填流量を調整してもよい。この場合、補填流量が調整されることによって、第一流路における少なくとも切替部より上流側における供給源からの流体の供給量と、補填流量との合計が、システムの系内で消費される流体の消費流量よりも多くなっている。その結果、システムの系内で消費される流体によって目標の推力を得るのに不足している分の流体が補填流量によって確実に補われるため、目標の推力を確実に得ることができる。
【００１０】
また、本発明に係るアクチュエータシステムでは、第一流路における切替部の位置又は少なくとも切替部より下流側に接続され、第一流路内の流体を低圧側へ排出する第四流路を更に備え、第四流路は、流体の排出流量を調整する排出調整機構を有してもよい。この場合、第一流路から流体圧アクチュエータに供給される流体の供給量が第二流路により補われる一方で、第四流路の排出調整機構によって第一流路内から低圧側へ排出される流体の排出流量を調整することができる。その結果、アクチュエータシステムにおける出力特性を容易に調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型化を図りつつ得られる推力の低下を抑制することができるアクチュエータシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアクチュエータシステムを示す概略側面図及び概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るアクチュエータシステムの概略構成図である。
【図３】種々の絞り機構を示す概念図である。
【図４】制御圧室に対する流体の流れを示す図である。
【図５】制御圧室内の圧力に対するサーボ弁の流量特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態に係るアクチュエータシステムを示す概略構成図である。
【図７】アクチュエータシステムの圧力特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明に係るアクチュエータシステムの実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
（第１実施形態）
本実施形態に係るアクチュエータシステムは、流体を用いる流体圧アクチュエータを備え、当該流体圧アクチュエータへ流体を供給することによって推力を生じさせるシステムである。本実施形態に係るアクチュエータシステムは、流体を用いるシリンダを流体圧アクチュエータとして備え、例えば半導体製造の後工程に用いられるダイボンダ、ウェブ搬送装置におけるロールの張力制御等に用いられる。なお、流体は、例えば圧縮空気でもよいし、その他の種々の流体でもよい。
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態に係るアクチュエータシステムを示す概略側面図及び概略断面図である。図１の（ａ）は、アクチュエータシステムの概略側面図を示し、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）のII-II線に沿った概略断面図を示している。図２は、本発明の第１実施形態に係るアクチュエータシステムの概略構成図である。
【００１６】
図１に示すように、アクチュエータシステム１は、シリンダ１０（流体圧アクチュエータ）と、サーボ弁２０（切替部）と、マニホールドブロック３０と、を備えている。シリンダ１０は、略円筒状であって、位置決め制御及び荷重制御等を行う駆動機構である。サーボ弁２０は、流体（本実施形態では、圧縮空気）の供給源からシリンダ１０へ供給される流体の供給量を制御する。
【００１７】
マニホールドブロック３０は、例えば一体形成された金属製のブロックである。マニホールドブロック３０は、例えばシリンダ１０とサーボ弁２０との間に配置されている。マニホールドブロック３０には、供給源からの流体をシリンダ１０へ供給するための流路を構成する管路及び開口部等が複数形成されている。すなわち、アクチュエータシステム１は、供給源からの流体をシリンダ１０へ供給するための流路を複数備えている。以下、図２を参照して、シリンダ１０、サーボ弁２０、及び、供給源からの流体をシリンダ１０へ供給するための流路について詳細に説明する。
【００１８】
図２に示すように、シリンダ１０は、円筒状のハウジング１１と、ハウジング１１内に進退自在に収容されたピストン１２と、ピストン１２と一体的に形成されており、ハウジング１１の外部に突出しているロッド１３と、を備えている。ハウジング１１の内周面１１ａとピストン１２及びロッド１３との隙間には、例えば不図示の静圧軸受（エアベアリング）が形成されている。供給部４０からの流体が静圧軸受に供給されることにより、ハウジング１１の内周面１１ａとピストン１２及びロッド１３との隙間には流体の層が形成される。これにより、ピストン１２は、ハウジング１１の内周面１１ａに対して非接触状態とされている。
【００１９】
ピストン１２は、その両端側にそれぞれヘッド部１２ａ，１２ｂを有している。ハウジング１１内には、ピストン１２のヘッド部１２ａの端面１２ｆとハウジング１１の内周面１１ａとで区画される定圧室１０Ａ（第二被供給部）と、ピストン１２のヘッド部１２ｂの端面１２ｅとハウジング１１の内周面１１ａとで区画される制御圧室１０Ｂ（第一被供給部）とが形成されている。なお、定圧室１０Ａ内にはロッド１３が導入されている。ピストン１２は、ハウジング１１の内周面１１ａに対して非接触とされた状態で、進行移動及び退行移動を繰り返す。ここで、進行移動とは、制御圧室１０Ｂ側から定圧室１０Ａ側へ向かう方向への移動（以下、単に「進行移動」ともいう）である。退行移動とは、定圧室１０Ａ側から制御圧室１０Ｂ側へ向かう方向の移動（以下、単に「退行移動」ともいう）である。
【００２０】
定圧室１０Ａには、供給部４０（供給源）からの流体が一定圧で供給される。制御圧室１０Ｂには、供給部４０からの流体が制御された制御流量で供給される。定圧室１０Ａ及び制御圧室１０Ｂへの流体の供給に応じて、ピストン１２の進行移動及び退行移動が行われる。すなわち、定圧室１０Ａ内の圧力と制御圧室１０Ｂ内の圧力との差に応じ、シリンダ１０の推力が発生する。
【００２１】
サーボ弁２０は、後述する制御流路３１に設けられている。サーボ弁２０には、供給部４０からの流体がレギュレータ４１を通って一定圧に調節された状態で流入している。サーボ弁２０は、シリンダ１０の制御圧室１０Ｂへ供給される流体の供給量を制御する。サーボ弁２０は、サーボ弁２０に入力された電気信号に応じて、この流体の供給量を高精度及び高応答に制御する。
【００２２】
サーボ弁２０は、例えば、シリンダ１０の定圧室１０Ａ及び制御圧室１０Ｂにそれぞれ設けられた圧力センサ（不図示）によって検出された定圧室１０Ａ及び制御圧室１０Ｂ内の各圧力を示す信号が入力されると、当該信号が示す定圧室１０Ａ及び制御圧室１０Ｂ内の各圧力が適切な状態となるように、供給部４０からの流体の供給量を制御する。ここで、適切な状態とは、例えば、定圧室１０Ａ内の圧力と制御圧室１０Ｂ内の圧力の差として出力されるシリンダ１０の推力が所望の大きさとなる状態である。サーボ弁２０は、例えば、予め設定された流量特性（例えば、所望の大きさの推力を生じさせるために必要な制御圧室１０Ｂ内の圧力に対応した制御流量）に基づき、流体の供給量を制御してもよい。サーボ弁２０は、制御された制御流量で、流体を制御圧室１０Ｂへ供給する。
【００２３】
サーボ弁２０は、供給部４０からの流体が供給される供給ポートＰｓと、制御された制御流量で流体を制御圧室１０Ｂへ供給する制御ポートＰｃと、流体を大気中へ排気（排出）する排気ポートＥｘとを有している。サーボ弁２０は、供給ポートＰｓ、制御ポートＰｃ、及び排気ポートＥｘの三方向に流体の出入口を有する三方弁である。
【００２４】
サーボ弁２０としては、例えばスプール型又はノズルフラッパ型のサーボ弁を用いてもよい。なお、サーボ弁２０として例えばスプール型のサーボ弁を用いた場合には、大容量で流体を流すことができる。また、サーボ弁２０として例えばノズルフラッパ型のサーボ弁を用いた場合には、応答性を速くすることができる。
【００２５】
アクチュエータシステム１は、供給部４０からの流体をサーボ弁２０により制御して制御圧室１０Ｂへ供給する制御流路３１（第一流路）と、供給部４０からの流体を定圧室１０Ａへ供給する定圧流路３３（第三流路）と、制御流路３１により制御圧室１０Ｂへ供給される流体の供給量を補う補填流路３２（第二流路）と、を備えている。なお、本実施形態において、各流路における上流側及び下流側とは、流体が供給部４０側から定圧室１０Ａ側又は制御圧室１０Ｂ側へ流れる方向での上流側及び下流側を示す。
【００２６】
制御流路３１は、その一端が供給部４０に接続されており、その他端が制御圧室１０Ｂに接続されている。制御流路３１には、レギュレータ４１及びサーボ弁２０が設けられている。制御流路３１は、レギュレータ４１により供給部４０からの流体を一定圧に調整する。そして、制御流路３１は、一定圧に調整された流体をサーボ弁２０により制御し、サーボ弁２０により制御された制御流量で制御圧室１０Ｂへ供給する。
【００２７】
定圧流路３３は、その一端が制御流路３１における少なくともサーボ弁２０よりも上流側の位置に接続されており、その他端が定圧室１０Ａに接続されている。例えば、定圧流路３３は、レギュレータ４１とサーボ弁２０との間の位置と、定圧室１０Ａとに接続されている。すなわち、定圧流路３３は、制御流路３１のレギュレータ４１とサーボ弁２０との間の位置から分岐している。定圧流路３３は、レギュレータ４１により一定圧に調整された流体を、サーボ弁２０を介することなく一定圧の状態で定圧室１０Ａへ供給する。
【００２８】
補填流路３２は、例えば、その一端が定圧流路３３に接続されていると共に、その他端側が制御流路３１における少なくともサーボ弁２０よりも下流側の位置（サーボ弁２０と制御圧室１０Ｂとの間の位置）に接続されている。すなわち、補填流路３２は、定圧流路３３を介して制御流路３１のレギュレータ４１とサーボ弁２０との間の位置に接続されていると共に、サーボ弁２０と制御圧室１０Ｂとの間の位置で制御流路３１に合流している。このように、補填流路３２は、制御流路３１と並列に接続されている。補填流路３２には、絞り機構（調整機構）３５が設けられている。
【００２９】
絞り機構３５は、制御流路３１からの流体の供給量を補う流体の量である補填流量を調整する。補填流路３２は、レギュレータ４１により一定圧に調整された流体の流量を、絞り機構３５により絞って所定の補填流量に調整する。補填流路３２は、当該補填流量の流体を、制御流路３１におけるサーボ弁２０からの流体に合流させる。これにより、補填流路３２は、制御流路３１からの流体の供給量を補う。
【００３０】
補填流量とは、シリンダ１０の目標推力を得るために制御圧室１０Ｂ内へ供給する必要がある流体の流量（以下、「必要流量」ともいう）に対し、制御流路３１からの供給量では足りない不足分を補う量である。例えば、補填流量とは、必要流量から供給量を差し引いた差分を減らすように、供給量を補う量である。制御流路３１からの供給量では足りない不足分は、例えばアクチュエータシステム１の系内での流体の消費に起因して生じる。補填流量は、例えばこの流体の消費に起因して生じた不足分によってシリンダ１０の推力が低下してしまわないように、制御流路３１から制御圧室１０Ｂへ供給される流体の供給量を補う量である。以下、系内での流体の消費を単に「消費」ともいい、系内で消費される流体の流量を単に「消費流量」ともいう。消費流量とは、例えば制御圧室１０Ｂ内への供給以外に費やされてしまう量、又は、制御圧室１０Ｂ外へ流出してしまう量等、制御圧室１０Ｂ内の圧力に寄与しない流体の量である。
【００３１】
また、補填流量は、推力の低下を抑制することができるだけでなく、目標の推力を確実に得ることができる量であってもよい。例えば、補填流量は、必要流量から供給量を差し引いた差分を無くすように、又は、必要流量よりも多くの流量の流体が制御圧室１０Ｂ内へ供給されるように、供給量を補う量であってもよい。
【００３２】
絞り機構３５は、流体の流れに圧力損失を生じさせる抵抗性を有する機構である。絞り機構３５は、流体の流量を絞って、その前後（補填流路３２における絞り機構３５の上流側及び下流側）に圧力差を生じさせる。絞り機構３５によって調整される補填流量は、固定量であってもよく、可変量であってもよい。絞り機構３５によって調整される補填流量は、予め設定されていてもよく、アクチュエータシステム内の状態（例えば、消費流量、又は圧力等）に応じた所定の設定値となるように不図示の制御装置等によって制御されていてもよい。なお、補填流量の調整範囲の詳細については、後述する。
【００３３】
図３は、種々の絞り機構３５を示す概念図である。例えば図３の（ａ）に示すように、絞り機構３５として、補填流路３２の途中にオリフィス３６を形成してもよい。オリフィス３６は、例えば中心に円形の孔を有する仕切り板である。この中心にある孔の径によって、補填流量が調整される。また、例えば図３の（ｂ）に示すように、絞り機構３５として、補填流路３２の途中に流量調整ノズル３７を形成してもよい。また、例えば図３の（ｃ）に示すように、絞り機構３５として、補填流路３２の途中に絞り弁３８を形成してもよい。絞り弁３８は、先端がテーパ状のネジ部３９と、ネジ部３９の先端に沿ったテーパ状の流路部３２ａとを有している。絞り弁３８は、ネジ部３９を上下させることによって流路部３２ａを通る流体の流量を変化させる。これにより、絞り弁３８は、補填流量を調整する。なお、ネジ部３９のネジ孔の径αは、流路部３２ａの上流側の流路径βよりも大きい。
【００３４】
また、例えば図３の（ｄ）に示すように、絞り機構３５として、補填流路３２の途中に絞り弁５０を形成してもよい。絞り弁５０は、略円柱状のマイクロメータ５１と、マイクロメータ５１の先端５１ａに対向する位置に設けられたノズル５２とを有している。マイクロメータ５１は、矢印Ｘ方向に駆動可能となっている。絞り弁５０は、マイクロメータ５１を矢印Ｘ方向に駆動させることにより、マイクロメータ５１の先端５１ａとノズル５２との間の距離を変化させ、この間を通る流体の流量を変化させる。これにより、絞り弁５０は、補填流量を調整する。なお、マイクロメータ５１の駆動は、手動で行われてもよく、不図示の制御装置等によって制御されて自動で行われてもよい。絞り弁５０は、補填流路３２に対し、予め組み込まれていてもよく、後付けされていてもよい。また、これらに限られず、絞り機構３５として、その他の種々の構成を採用してもよい。
【００３５】
次に、図１及び図２を参照し、アクチュエータシステム１全体における流体の流れについて説明する。
【００３６】
まず、制御圧室１０Ｂへ流体が供給される供給時における流体の流れを説明する。なお、図２において、供給時に制御流路３１、定圧流路３３、及び補填流路３２をそれぞれ流体が流れる方向を実線の矢印で示している。供給時において、まず、供給部４０からの流体は、制御流路３１を流れ、レギュレータ４１を通過して一定圧に調整される。レギュレータ４１を通過した流体は、サーボ弁２０の上流側において、そのまま制御流路３１を流れる流れと、制御流路３１から定圧流路３３へ分岐して流れる流れとに分かれる。
【００３７】
サーボ弁２０の上流側で制御流路３１を流れる流体は、サーボ弁２０の供給ポートＰｓへ流入する。すなわち、供給ポートＰｓからサーボ弁２０内へ（図１の（ｂ）の紙面下側から紙面上側へ）流体が流れる。当該サーボ弁２０内に流入した流体は、サーボ弁２０によってその流量が制御される。そして、制御された制御流量の流体がサーボ弁２０の制御ポートＰｃから流出する。すなわち、制御ポートＰｃからシリンダ１０の制御圧室１０Ｂへ（図１の（ｂ）の紙面上側から紙面下側へ）、制御された制御流量の流体が流れる。
【００３８】
サーボ弁２０の上流側で、定圧流路３３に分岐して流れる流体は、絞り機構３５の上流側において、補填流路３２に分岐して流れる流れと、そのまま定圧流路３３を流れる流れとに分かれる。補填流路３２を流れる流体は、絞り機構３５によって補填流量に調整され、制御流路３１に合流する。これにより、制御流路３１から制御圧室１０Ｂへ供給される流体の供給量が補われ、制御流路３１からの制御流量と補填流路３２からの補填流量とを合計した量の流体が制御圧室１０Ｂへ供給される。これにより、制御圧室１０Ｂ内の圧力が上昇し、ピストン１２が進行移動する。定圧流路３３へ分岐して流れる流体は、一定圧に調整された状態のまま、シリンダ１０の定圧室１０Ａに供給される。
【００３９】
続いて、制御圧室１０Ｂから流体が排気される排気時における流体の流れを説明する。なお、図２において、排気時に制御流路３１を流体が流れる方向を点線の矢印で示している。排気時に補填流路３２及び定圧流路３３を流体が流れる方向は、供給時と同様であるため図示を省略している。排気時において、制御流路３１では、制御圧室１０Ｂから流出した流体がサーボ弁２０の制御ポートＰｃへ流入する。すなわち、制御ポートＰｃからサーボ弁２０へ（図１の（ｂ）の紙面下側から紙面上側へ）流体が流れる。サーボ弁２０へ流入した流体は、排気ポートＥｘから大気中へ排気される。このように、制御圧室１０Ｂからの流体が大気中へ排気されることにより、制御圧室１０Ｂ内の圧力が減少し、ピストン１２が退行移動する。
【００４０】
なお、排気時において、定圧流路３３及び補填流路３２では、供給時と同様に流体が流れる。ここで、補填流路３２を流れる流体は、絞り機構３５によって調整された補填流量で制御流路３１に合流するが、後述するように補填流量は小流量であるため、制御圧室１０Ｂからの流体の排気に与える補填流量の影響は無視することができる。
【００４１】
次に、アクチュエータシステムの系内で消費が生じることによる従来の問題点と、この問題に対する本実施形態に係るアクチュエータシステム１の作用効果を説明する。まず、図２を参照して、従来の問題点について説明する。アクチュエータシステム１においては、例えば、図２に示すように、サーボ弁２０内での消費Ｌ１、又は、シリンダ１０内での消費Ｌ２等が生じる場合がある。
【００４２】
消費Ｌ１は、サーボ弁２０における供給ポートＰｓからの流体が制御ポートＰｃへ流れずに排気ポートＥｘへ流れて大気へ排気されることにより生じる消費である。例えば消費Ｌ１が生じると、サーボ弁２０における供給ポートＰｓから制御ポートＰｃへ流れる流体の流量が減少する。すなわち、制御ポートＰｃから制御圧室１０Ｂへ供給される制御流量が減少する。また、消費Ｌ２は、シリンダ１０のハウジング１１とピストン１２のヘッド部１２ｂとの空隙部分における流体が大気中へ排気されることにより生じる消費である。このような消費Ｌ２が生じると、制御圧室１０Ｂ内の流体が減少する。なお、このような消費Ｌ２は、シリンダ１０におけるエアベアリングを形成するために供給部４０からの流体が利用されている結果生じる消費である。
【００４３】
よって、これらの消費Ｌ１，Ｌ２等が起因して、制御圧室１０Ｂ内の圧力を適切に上昇させることができず、流体圧アクチュエータの推力が低下してしまう可能性がある。このため、従来のアクチュエータシステムでは、消費Ｌ１，Ｌ２等を考慮して、サーボ弁２０自体の能力を上げてより多くの流体を供給する必要が生じ、サーボ弁２０が大型化するという問題があった。
【００４４】
これに対し、図４を参照して、本実施形態に係るアクチュエータシステム１における制御圧室１０Ｂに対する流体の流れを説明する。図４は、制御圧室１０Ｂに対する流体の流れを示す図である。なお、図４においては、定圧室１０Ａに対する流体の流れを省略して示している。すなわち、定圧流路３３を省略し、制御流路３１及び補填流路３２のみを示している。また、図４においては図示を省略しているが、実際には、上述した通り、制御流路３１のサーボ弁２０よりも上流側の位置において定圧流路３３が接続されており、定圧流路３３から補填流路３２が分岐している。図４に示すように、アクチュエータシステム１では、制御流路３１からの制御流量Ｑｉｎ２（ｉ）だけでなく、補填流路３２の補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）が制御圧室１０Ｂへ供給されている。よって、例えば消費Ｌ１，Ｌ２等が生じた場合であっても、サーボ弁２０自体の能力を上げて制御流路３１からの制御流量Ｑｉｎ２そのものを増やすことなく、消費Ｌ１，Ｌ２等の消費流量を補填流路３２により補うことができる。その結果、制御流量Ｑｉｎ２（ｉ）を増やすためにサーボ弁２０を大型化しなくても、得られる推力の低下を抑制することができる。これにより、小型化を図りつつ得られる推力の低下を抑制することができる。なお、制御流量Ｑｉｎ２（ｉ）は、例えばサーボ弁２０の電流ｉ等に依存する。また、補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）は、例えば絞り機構３５をオリフィス３６とした場合、オリフィス３６の中心の孔径φｄ等に依存する。
【００４５】
さらに、絞り機構３５は、制御圧室１０Ｂ内の圧力Ｐ１を上昇させて目標の推力を確実に得るため、補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）の調整範囲を次のように設定してもよい。以下、図４を参照し、アクチュエータシステム１の系内の消費流量として、消費Ｌ１の消費流量Ｑｏｕｔ（ｓ）及び消費Ｌ２の消費流量Ｑｏｕｔ（ｈ）が生じる場合における補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）の調整範囲の一例を説明する。なお、消費流量Ｑｏｕｔ（ｓ）は、サーボ弁２０の構造上の隙間の容積ｓ等に依存し、消費流量Ｑｏｕｔ（ｈ）は、シリンダ１０のハウジング１１とピストン１２のヘッド部１２ｂとの空隙の容積ｈ等に依存する。
【００４６】
この場合において、絞り機構３５は、例えば、制御流路３１における少なくともサーボ弁２０の上流側の位置における供給量Ｑｓと、補填流路３２からの補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）との合計が、アクチュエータシステム１の系内での消費流量である消費流量Ｑｏｕｔ（ｓ）及び消費流量Ｑｏｕｔ（ｈ）よりも多くなるように、補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）を調整する。すなわち、本実施形態において、絞り機構３５は、以下の数式（１）の関係が成り立つように、補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）を調整する。なお、供給量Ｑｓは、制御流路３１における少なくともサーボ弁２０を通過する前の供給部４０から供給される流体の量であって、供給部４０の出力等に依存する。
【数１】
2017044333.tif 000003
【００４７】
なお、上記数式（１）における各流量は、制御圧室１０Ｂ内の圧力Ｐ１に応じて異なる。絞り機構３５は、制御圧室１０Ｂ内の圧力Ｐ１が目標の圧力であるときに上記数式（１）の関係が成り立つように、補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）を調整してもよい。また、絞り機構３５は、制御圧室１０Ｂ内の圧力Ｐ１が初期状態のときの圧力から目標の圧力となるまでの全範囲の圧力で上記数式（１）の関係が成り立つように、補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）を調整してもよい。
【００４８】
ここで、供給量Ｑｓに対し、制御ポートＰｃから流出して制御圧室１０Ｂへ供給される制御流量Ｑｉｎ２（ｉ）は、消費Ｌ１の消費流量Ｑｏｕｔ（ｓ）の分、減少する。これにより、以下の数式（２）の関係が成り立つ。
【数２】
2017044333.tif 000004
【００４９】
よって、数式（１）及び数式（２）に基づき、以下の数式（３）の関係、すなわち以下の数式（４）の関係が成り立つ。すなわち、以下の数式（３）に示すように、制御圧室１０Ｂから流出してしまう消費流量Ｑｏｕｔ（ｈ）よりも、制御圧室１０Ｂ内へ流入してくる制御流量Ｑｉｎ２（ｉ）と補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）との合計の方が大きければ、制御圧室１０Ｂ内の圧力Ｐ１を上昇させることができ、目標の推力を得ることができる。
【数３】
2017044333.tif 000005
【００５０】
図５に、上記の数式（４）を満たす関係の一例を示す。図５は、制御圧室１０Ｂ内の圧力Ｐ１に対するサーボ弁２０の流量特性を示すグラフである。図５は、レギュレータ４１によって流体の供給圧がＰｓ［ＭＰａ］に調整されている場合のグラフを示している。図５の横軸は、制御圧室１０Ｂ内の圧力［ＭＰａ］を示し、図５の縦軸は、流体の流量［Ｌ／ｍｉｎ］を示す。
【００５１】
図５のグラフ５ａは、制御流量Ｑｉｎ２（ｉ）を示す。図５のグラフ５ｂは、消費Ｌ２の消費流量Ｑｏｕｔ（ｈ）を示す。図５のグラフ５ｃは、消費Ｌ２の消費流量Ｑｏｕｔ（ｈ）から補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）を差し引いた差分を示す。
【００５２】
図５のグラフ５ａに示すように、サーボ弁２０による制御流量Ｑｉｎ２（ｉ）は、制御圧室１０Ｂ内の圧力の上昇に対応して減少する。その一方で、図５のグラフ５ｂに示すように、消費流量Ｑｏｕｔ（ｈ）は、制御圧室１０Ｂ内の圧力の上昇に対応して増加する。これにより、例えば図示するように、目標の推力を発生させるために必要な制御圧室１０Ｂ内の圧力Ｐｍに対応する制御流量Ｑｉｎ２（ｉ）よりも、当該圧力Ｐｍに対応する消費流量Ｑｏｕｔ（ｈ）が多くなってしまっている。この場合、制御圧室１０Ｂへ流入していく流量の方が、制御圧室１０Ｂから流出していく流量よりも少なくなってしまい、制御流量Ｑｉｎ２（ｉ）だけでは圧力Ｐｍにするのに適切な流量の流体を制御圧室１０Ｂ内へ供給することができず、目標の推力を発生することができない。
【００５３】
これに対し、グラフ５ｃは、グラフ５ｂに示す消費流量Ｑｏｕｔ（ｈ）から補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）を差し引いた分、グラフ５ｂよりも下方にシフトしている。これにより、グラフ５ｃは、グラフ５ａよりも下方側の領域に位置している。例えば、目標の圧力Ｐｍのとき、消費流量Ｑｏｕｔ（ｈ）は、制御流量Ｑｉｎ２（ｉ）より多い。これに対し、目標の圧力Ｐｍのとき、消費流量Ｑｏｕｔ（ｈ）から補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）を差し引いた結果は、制御流量Ｑｉｎ２（ｉ）よりも少なくなっている。これにより、制御圧室１０Ｂへ流入していく流量の方が、制御圧室１０Ｂから流出していく流量よりも多くすることができ、圧力Ｐｍにするのに適切な流量の流体を制御圧室１０Ｂ内へ供給することができる。その結果、目標の推力を発生することができる。
【００５４】
また、補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）が多すぎると、制御圧室１０Ｂ内の力が定圧室１０Ａ内の力よりも大きくなり過ぎて、ピストン１２が進行移動したままとなりその後の退行移動ができなくなる場合がある。このため、補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）は、目標の圧力において、制御圧室１０Ｂへ流入していく流量の方が、制御圧室１０Ｂから流出していく流量よりも多くできれば足り（すなわち消費流量Ｑｏｕｔ（ｈ）から補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）を差し引いた値が制御流量Ｑｉｎ２（ｉ）よりも少しでも多い関係を満たせば足り）、例えば２〜１０Ｌ／ｍｉｎの小流量である。また、補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）は、例えば定圧室１０Ａ内の圧力と制御圧室１０Ｂ内の圧力との差が０．１ＭＰａ以下となるように調整してもよい。
【００５５】
以上、本実施形態に係るアクチュエータシステム１によれば、制御流路３１から制御圧室１０Ｂに供給される流体の供給量が、補填流路３２により補われる。よって、例えばアクチュエータシステム１の系内で流体が消費された場合であっても、制御流路３１からの供給量そのものを増やすことなく、その消費された流体の不足分を補填流路３２により補うことができる。その結果、制御流路３１からの供給量を増やすためにサーボ弁２０を大型化しなくても、得られる推力の低下を抑制することができる。以上より、小型化を図りつつ得られる推力の低下を抑制することができる。
【００５６】
また、アクチュエータシステム１によれば、シリンダ１０の定圧室１０Ａには、定圧流路３３から流体が供給される。一方、シリンダ１０の制御圧室１０Ｂには、制御流路３１及び補填流路３２から流体が供給される。これにより、例えばアクチュエータシステム１の系内で流体が消費された場合であっても、制御流路３１からの供給量そのものを増やすことなく、補填流路３２からの流体の供給によって、その消費された流体の不足分を補うことで、制御圧室１０Ｂ内の圧力に寄与する流体の量を確保することができる。その結果、制御流路３１からの供給量を増やすためにサーボ弁２０を大型化しなくても、得られる推力の低下を抑制することができる。以上より、小型化を図りつつ得られる推力の低下を抑制することができる。
【００５７】
また、アクチュエータシステム１によれば、補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）が調整されることによって、供給量Ｑｓと補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）との合計が、消費流量Ｑｏｕｔ（ｓ）と、消費流量Ｑｏｕｔ（ｈ）との合計よりも多くなっている。その結果、アクチュエータシステム１の系内で消費される流体によって目標の推力を得るのに不足している分の流体が補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）によって確実に補われるため、目標の推力を確実に得ることができる。
【００５８】
また、アクチュエータシステム１によれば、絞り機構３５によって、補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）を可変量として調整することができる。これにより、消費流量Ｑｏｕｔ（ｓ）にばらつきがあったとしても、消費流量Ｑｏｕｔ（ｓ）に応じて任意に補填流量Ｑｉｎ１（φｄ）を調整することができる。したがって、アクチュエータシステム１の消費流量Ｑｏｕｔ（ｓ）の個体差による性能ばらつきが抑制される。複数のアクチュエータシステム１を併用して同時に制御する必要がある場合には、各アクチュエータシステム１における性能差異を小さくする事ができ、システムとしてより良い性能を期待することができる。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、図６を参照して、第２実施形態に係るアクチュエータシステム１Ａについて説明する。なお、アクチュエータシステム１Ａは、第１実施形態に係るアクチュエータシステム１と同様の要素や構造を備えている。そのため、第１実施形態に係るアクチュエータシステム１と同様の要素や構造には同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第１実施形態と異なる部分について説明する。
【００６０】
図６は、第２実施形態に係るアクチュエータシステム１Ａを示す概略構成図であって、図２に対応する図である。図６に示すように、本実施形態に係るアクチュエータシステム１Ａは、制御流路３１、定圧流路３３及び補填流路３２に加えて、排気流路３４（第四流路）を備えている点で、第１実施形態に係るアクチュエータシステム１と異なっている。なお、本実施形態において、各流路における上流側及び下流側とは、流体が供給部４０側から定圧室１０Ａ側、制御圧室１０Ｂ側、又は大気側へ流れる方向での上流側及び下流側を示す。
【００６１】
排気流路３４は、その一端が制御流路３１に接続されており、その他端が低圧側に連通されている。低圧側とは、排気流路３４内の流体の圧よりも低い圧側を示し、本実施形態では、例えば大気側である。排気流路３４は、制御流路３１における少なくともサーボ弁２０より下流側に接続されている。排気流路３４は、例えば、制御流路３１におけるサーボ弁２０と、制御流路３１における定圧流路３３との合流点との間に接続されている。なお、排気流路３４は、例えば制御流路３１における定圧流路３３との合流点に接続されていてもよく、制御流路３１における定圧流路３３との合流点と制御圧室１０Ｂとの間に接続されていてもよい。
【００６２】
排気流路３４は、制御流路３１を流れる流体の一部を低圧側（本実施形態では、大気側）へ排気（排出）する。排気流路３４は、例えば制御圧室１０Ｂへ流体が供給される供給時において、サーボ弁２０によって流量を制御された後の流体の一部を大気側へ排気する。また、排気流路３４は、例えば制御圧室１０Ｂから流体が排気される排気時において、制御圧室１０Ｂからサーボ弁２０へ流入する前の流体の一部を大気側へ排気する。
【００６３】
排気流路３４には、絞り機構３５Ａ（排出調整機構）が設けられている。絞り機構３５Ａは、大気側へ排気する流体の排気流量（排出流量）を所定の排気流量に調整する。絞り機構３５Ａは、上述した絞り機構３５と同様、流体の流れに圧力損失を生じさせる抵抗性を有する機構である。絞り機構３５Ａは、流体の流量を絞って、その前後（排気流路３４における絞り機構３５Ａの上流側及び下流側）に圧力差を生じさせる。
【００６４】
絞り機構３５Ａによって調整される排気流量は、固定量であってもよく、可変量であってもよい。絞り機構３５Ａによって調整される排気流量は、予め設定されていてもよく、アクチュエータシステム内の状態（例えば、消費流量、又は圧力等）に応じた所定の設定値となるように不図示の制御装置等によって制御されていてもよい。絞り機構３５Ａとしては、絞り機構３５と同様、例えば図３の（ａ）〜（ｄ）に示す構成、又はその他の種々の構成を採用することができる。
【００６５】
排気流路３４は、流体の排気流量を絞り機構３５Ａによって絞って所定の排気流量に調整する。これにより、排気流路３４は、制御圧室１０Ｂ内の流体の流量、すなわち制御圧室１０Ｂ内の圧力が適切な値になるように調整する。
【００６６】
次に、図７を参照して、アクチュエータシステム１Ａが補填流路３２に加えて排気流路３４を備えることによる作用及び効果について、より詳細に説明する。図７は、アクチュエータシステム１Ａの圧力特性を示すグラフである。アクチュエータシステム１Ａの圧力特性とは、サーボ弁２０への入力信号に応じたシリンダ１０の制御圧室１０Ｂ内の圧力の変化を示す。なお、制御圧室１０Ｂ内の圧力は、シリンダ１０において生じる推力に対応している。図７の横軸は、入力信号として電流値［ｍＡ］を示し、図７の縦軸は、圧力［ＭＰａ］を示している。
【００６７】
図７のグラフ７ａは、補填流路３２による流体の補填及び排気流路３４による流体の排気を行わない場合（以下、「通常状態」ともいう）の圧力特性を示す。図７のグラフ７ｂは、補填流路３２による流体の補填を行う場合（以下、「補填状態」ともいう）の圧力特性を示す。図７のグラフ７ｃは、排気流路３４による流体の排気を行う場合（以下、「排気状態」）の圧力特性を示す。
【００６８】
図７のグラフ７ａ〜７ｃに示すように、アクチュエータシステム１Ａは、サーボ弁２０に入力された電流（以下、「入力電流」ともいう）に応じて、制御圧室１０Ｂ内の圧力（以下、「推力」ともいう）が変化する。図７のグラフ７ｂに示すように、補填状態では、通常状態に比べて、低い圧力が持ち上げられるような特性になる。図７のグラフ７ｃに示すように、排気状態では、通常状態に比べて、最大圧力が小さくなるような圧力特性を示している。
【００６９】
一般に、アクチュエータシステムにおける圧力特性の誤差要因として、各流路のコンダクタンスの誤差と、サーボ弁そのものの性能誤差とがある。これらの要因により、アクチュエータシステムにおける流量特性や圧力特性等の出力特性に差異や性能ばらつきが生じる。
【００７０】
特に複数のアクチュエータシステムを併用する場合には、各アクチュエータ間の性能差異が、システム全体としての性能を劣化させる場合がある。このため、一般に各アクチュエータ間の性能差異ができるだけ小さい状態で各アクチュエータを組み合わせることが望ましい。
【００７１】
ここで、上述したように、排気流路３４による流体の排気を行うことなく、補填流路３２による流体の補填のみを行う場合には、図７のグラフ７ｂに示すように、通常状態に比べて、低圧側の推力が底上げされる。すなわち、補填流量を大きくすることによって、圧力特性を調整することができる。しかしながら、補填流路３２による流体の補填のみでは、入力電流に対して、圧力特性の調整は限定的である。
【００７２】
これに対し、補填流路３２による流体の補填だけでなく、排気流路３４による流体の排気を行う場合には、その調整によって、高圧側の特性を押し下げることができる。つまり、圧力特性のグラフを、図７のグラフ７ｂに示すように低圧側で底上げすることも、図７のグラフ７ｃに示すように高圧側で押し下げることも可能になる。その結果、流量特性や圧力特性等の出力特性を一定の範囲内で任意に調整することができる。
【００７３】
以上、本実施形態においても、制御流路３１からの供給量そのものを増やすことなく、消費流量による不足分を補填流路３２により補うことができる。その結果、制御流路３１からの供給量を増やすためにサーボ弁２０を大型化しなくても、得られる推力の低下を抑制することができる。以上より、小型化を図りつつ得られる推力の低下を抑制することができる。
【００７４】
さらに、本実施形態に係るアクチュエータシステム１Ａによれば、制御流路３１から制御圧室１０Ｂに供給される流体の供給量が補填流路３２により補われる一方で、排気流路３４の絞り機構３５Ａによって制御流路３１内から低圧側へ排気される流体の排気流量を調整することができる。その結果、アクチュエータシステム１Ａにおける流量特性や圧力特性等の出力特性を容易に調整することが可能となる。
【００７５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他に適用してもよい。
【００７６】
例えば、上記実施形態では、アクチュエータシステム１がマニホールドブロック３０を備えているとしたが、マニホールドブロック３０を備えていなくてもよく、例えば、シリンダ１０とサーボ弁２０とが直接固定されて一体化されていてもよい。また、制御流路３１、補填流路３２、及び定圧流路３３は、マニホールドブロック３０とは別の部材等で構成されていてもよく、例えばパイプ等によって構成されていてもよい。また、制御流路３１、補填流路３２、及び定圧流路３３は、シリンダ１０又はサーボ弁２０内に形成されていてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、制御流路３１が供給部４０と接続され、制御流路３１から定圧流路３３が分岐し、定圧流路３３から更に補填流路３２が分岐しているとしたが、これに限られない。例えば、制御流路３１及び定圧流路３３がそれぞれ供給部４０と直接接続されていてもよく、制御流路３１及び定圧流路３３の少なくとも一つと供給部４０とが導入流路等の別の流路を介して接続されていてもよい。また、制御流路３１に代えて定圧流路３３が供給部４０と接続され、定圧流路３３から制御流路３１が分岐していてもよい。また、レギュレータ４１が、定圧流路３３に設けられていてもよい。
【００７８】
また、補填流路３２は、制御流路３１に合流しているとしたが、これに限られない。補填流路３２は、制御流路３１からの供給量を補填できる位置で流体を供給できればよく、例えば、制御圧室１０Ｂに直接接続されていてもよい。
【００７９】
上記実施形態では、排気流路３４は、制御流路３１における少なくともサーボ弁２０より下流側に接続されているとしたが、これに限られない。例えば、排気流路３４は、サーボ弁２０の位置に接続されていてもよい。具体的に、排気流路３４は、サーボ弁２０と一体化されていてもよい。
【００８０】
排気流路３４によって流体が排気される先は、排気流路３４内の流体の圧よりも低圧側であればよく、大気側に限定されず、例えば真空状態であってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１，１Ａ…アクチュエータシステム、１０…シリンダ（流体圧アクチュエータ）、１０Ａ…定圧室、１０Ｂ…制御圧室、３１…制御流路（第一流路）、３２…補填流路（第二流路）、３３…定圧流路（第三流路）、３４…排気流路（第四流路）、３５…絞り機構（調整機構）、３５Ａ…絞り機構（排出調整機構）、４０…供給部（供給源）、Ｑｓ…供給量、Ｑｉｎ１（φｄ）…補填流量、Ｑｏｕｔ（ｓ），Ｑｏｕｔ（ｈ）…消費流量。
【図１】
2017044333.tif 000006
【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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