(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給ポート、排出ポート及び排気ポートを有する中空状のメインボディと、前記メインボディの中空部に取り付けられ、前記各ポートと連通するスロットを有し、かつ、内部にチャンバーを有するスリーブと、前記中空部内に、軸方向に摺動自在に設けられ、移動位置により各ポートへの流体の流れを断続するスプールと、前記メインボディの一側に前記スプールと連結されて設けられ、電気的信号によりスプールの位置を制御するトルクモータと、前記スプールの位置をフィードバックして位置誤差を補償するスプール位置検出手段とを備える空圧サーボバルブにおいて、
前記トルクモータと連結されるスプールの連結ロッド上に設けられた螺旋溝上にボールを介して結合され、スプールの直線運動時、前記螺旋溝に沿って転がり運動をするボールによって、前記スプールの周りを回転するボールナットと、前記メインボディの中空部内に固設され、スプールの停止時点で、ボールナットの外周上に結合されたキーを磁気力によって自己に吸着させ、前記ボールナットの回転を停止させることにより、相手結合体であるスプールの遊動を防止する役割をする電磁ブレーキとからなるスプール固定手段を備えることを特徴とする空圧サーボバルブ。
【請求項２】
前記スプールの位置検出手段は、ボールナットの回転数を感知することにより、スプールの位置を検出するロータリーエンコーダであることを特徴とする請求項１に記載の空圧サーボバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空圧サーボバルブに関し、より詳しくは、スプール位置制御の終了直後に、スプールを強固に固定することにより、流体流動力によるスプールの変位を防止してバルブシステムの安定生を確保し、スプールの位置検出手段としてエンコーダを採用する空圧サーボバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
空圧サーボバルブ(Servo valve)とは、サーボソレノイドによるスプール(Spool)の軸方向運動により空気の流路の方向を切り換え、流量を制御する方式のバルブをいう。
【０００３】
このような空圧サーボバルブは、基本的に３方向または５方向構造の複数ポート方式であり、駆動信号はＤＣ２４Ｖであり、制御信号は０〜１０Ｖである。制御信号がないか、５Ｖであるときには、スプールの変位が中立点に位置するため、供給ポートに流入される流体が流れなくなる。しかし、制御信号の電圧を０〜５Ｖまたは５〜１０Ｖの間の任意の値で与えると、制御信号の電圧に比例してスプールが移動することになり、流体が供給される供給ポートが、スプールが移動することにより、何れかの排出ポートと連通して流路が形成される。
【０００４】
スプールの位置を制御するためのサーボソレノイドは、磁気力によってプランジャー(スプール)が移動することになり、プランジャーの位置をフィードバックしてさらに誤差を補償するソレノイドを称するもので、このとき、フィードバックセンサーとしてホールセンサー(Hall sensor)が使用され、プランジャーに取り付けられている永久磁石の移動により磁気力の変化を利用して位置を検出することになる。
【０００５】
このような従来の空圧サーボバルブを図１を用いて詳しく説明する。
【０００６】
図示のように、従来の空圧サーボバルブは、上部に、供給ポート２と、該供給ポートの両側にＡ、Ｂ排気ポート３ａ、３ｂとを備え、下部には、前記供給ポート２またはＡ、Ｂ排気ポート３ａ、３ｂと選択的に連通するＡ、Ｂ排出ポート４ａ、４ｂをそれぞれ備えるメインボディ１と、前記メインボディの中空部１ａに固設され、前記各供給及び排出ポート２、４ａ、４ｂと連通するスロット５ａを備えるスリーブ５と、前記スリーブ内に軸方向に摺動自在に設けられ、移動位置により流体の流れを制御するスプール６と、前記メインボディ１の一側に設けられ、電気的信号によりスプールの駆動を制御するトルクモータ７と、前記スプールに設置された永久磁石７ａの移動による磁気力の変化を感知して位置を検出するホールセンサー８とから構成される。
【０００７】
その作動原理は、トルクモータ７に印加される電流の極性や強さによりスプール６の前後進摺動距離が制御される。即ち、スプール６の中央のバルブ６ａが図中の右側に移動すると、スプールの小口径部６ｂによって供給ポート２とＡ排気ポート３ａとが連通して流路が形成され、逆に、スプール６の中央のバルブ６ａが図中の左側に移動すると、スプールの小口径部６ｂによって供給ポート２とＢ排気ポート３ｂとが連通して流路が形成される。
【０００８】
一方、スプール６の左側のバルブ６ｃが図中の左側に移動すると、このときにもやはりスプール６の小口径部６ｂによってＡ排出ポート４ａとＡ排気ポート３ａとが連通してそれらの相互間に流路が形成され、右側のバルブ６ｄが図中の右側に移動すると、スプールの小口径部によりＢ排出ポート４ｂとＢ排気ポート３ｂとが連通してそれらの相互間に流路が形成される。
【０００９】
このような従来の空圧サーボバルブは、様々な流体の流動によりスプールの異常変位(軸方向変位)が発生する。この場合、図２に示すように、中央のバルブ６ａが矢印方向に異常変位することにより、スロット５ａの開閉面積が一定せず、流量の変化が発生する。従って、サーボバルブによる動作体の正確な動作制御が難しくなる。
【００１０】
例えば、空圧サーボバルブにより空圧シリンダ(動作体)を動作させる場合を仮定すると、上述のように、サーボバルブ内での流量の変化により、シリンダへの供給流量が一定せず、シリンダのロッドが流量の変化により異常変位されるため、正確な(精密な)動作制御が難しくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、スプールの停止状態のときに限って、流体流動力による変位が発生しないように、スプールを強固に固定させるメカニズムを構成した空圧サーボバルブを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、既存のスプールの位置検出手段として採用されてきたホールセンサーに代わって、エンコーダを採用する空圧サーボバルブ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】
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明の実施の形態に係る空圧サーボバルブは、供給ポート、排出ポート及び排気ポートを有する中空状のメインボディと、前記メインボディの中空部に取り付けられ、前記各ポートと連通するスロットを有し、かつ、内部にチャンバーを有するスリーブと、前記中空部内に、軸方向に摺動自在に設けられ、移動位置により各ポートへの流体の流れを断続するスプールと、前記メインボディの一側に前記スプールと連結されて設けられ、電気的信号によりスプールの位置を制御するトルクモータと、前記スプールの位置をフィードバックして位置誤差を補償するスプール位置検出手段とを備える空圧サーボバルブにおいて、前記トルクモータと連結されるスプールの連結ロッド上に設けられた螺旋溝上にボールを介して結合され、スプールの直線運動時、前記螺旋溝に沿って転がり運動をするボールによって、前記スプールの周りを回転するボールナットと、前記メインボディの中空部内に固設され、スプールの停止時点で、ボールナットの外周上に結合されたキーを磁気力によって自己に吸着させ、前記ボールナットの回転を停止させることにより、相手結合体であるスプールの遊動を防止する役割をする電磁ブレーキとからなるスプール固定手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、前記スプールの位置検出手段は、ボールナットの回転数を感知することにより、スプールの位置を検出するロータリーエンコーダからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
このような本発明による空圧サーボバルブによれば、スプールの停止状態のときに限って、電磁ブレーキにより強固に固定されるため、流体流動力によりスプールの流動を防止することができ、バルブシステムの安定性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図３乃至図６に基づいて詳しく説明する。
【００１７】
図示のように、本発明においては、供給ポート１１、排出ポート１２及び排気ポート１３を有する中空状のメインボディ１０と、前記メインボディの中空部１４に取り付けられ、前記各ポートと連通するスロット２１を有し、かつ、内部にチャンバー２２を有するスリーブ２０と、前記チャンバー内に、軸方向に摺動自在に設けられ、移動位置により各ポートへの流体の流れを断続するスプール３０と、前記メインボディの一側に前記スプールと連結されて設けられ、電気的信号によりスプールの位置を制御するトルクモータ４０と、前記スプールの位置をフィードバックして位置誤差を補償するスプール位置検出手段とを備える従来の空圧サーボバルブにおいて、スプールの位置制御終了直後に、停止状態のときに限って、流体流動力による移動が発生しないように、スプール固定手段を備え、スプールの位置検出手段として既存の高価なホールセンサーに代わってロータリーエンコーダ５０を採用している。前記スプール固定手段とロータリーエンコーダ５０とを共に採用するためには、スプールの固定手段と、ロータリーエンコーダ５０によるスプールの位置検出を可能とするメカニズムを共に備える必要がある。
【００１８】
従って、スプール３０の直線運動を維持しながら、スプール３０の直線運動により回転する回転体、即ち、ボールナット６０をメインボディ１０の中空部１４内に回転自在に設け、かつ、スプール３０の停止時にスプールの位置固定のために、ボールナット６０を強固に固定する電磁ブレーキ７０を設け、さらに、スプール３０の直線運動距離に比例して回転するボールナット６０の回転数を感知することにより、スプールの位置をフィードバックして位置誤差を補償するロータリーエンコーダ５０を設けて構成している。
【００１９】
このとき、前記ロータリーエンコーダ５０に代わって既存のホールセンサーをそのまま採用しても動作には支障がない。
【００２０】
一方、前記スプール３０とボールナット６０との結合関係は、トルクモータ４０と連結するスプールの連結ロッド３１上に螺旋溝３２を形成し、この螺旋溝上にボール３３を介して結合され、スプールの直線運動時に回転するボールナット６０を設けており、前記ボールナット６０の中空部６０aの両側には、ボールの直径と略同じ大きさを有する複数のボール溝６０bを形成した。
また、前記各ボール溝６０bには、ボール３３の一部分が挿入され、ボールの残りの部分は、前記螺旋溝３２に挿入されるようにする。したがって、ボールナット６０とスプール３０は、ボール３３を介して連結された状態となる。
また、前記ボールナット６０の外周上には、キー６１が嵌合されており、ボールナットとキーは一緒に回転可能な状態となる。
【００２１】
ここで、前記ボールナット６０は、前記メインボディ１０の中空部１４内に固設される電磁ブレーキ７０によって、その回転が停止させられる。すなわち、前記電磁ブレーキ７０は、前記ボールナット６０の外周上に結合されているキー６１を、磁気力によって、自己に吸着させて、ボールナットの回転を停止させることにより、相手結合体であるスプール３０の遊動を防止する作用をする。
【００２２】
以上の構成となる本発明の空圧サーボバルブの動作過程は次のようになる。ただ、従来と重複する動作過程は省き、新規な構成による動作過程を中心として説明する。
【００２３】
トルクモータ４０の磁気力によりスプール３０が前後方向に直線運動すると、スプールの螺旋溝３２上に設けられるボール３３が螺旋溝に沿って転がり運動し、このようなボールの螺旋運動によって、これを拘束しているボールナット６０は、スプールを基準として正方向または逆方向に回転し、このときの回転数をロータリーエンコーダ５０が感知し、スプール３０の位置をフィードバックして位置誤差を補償する。
【００２４】
スプール３０が正位置に到達すると、これと同時に電磁ブレーキ７０が作動し、電磁ブレーキには、強い磁気力が発生するようになる。
このような磁気力によって、電磁ブレーキから離隔していたキー６１を強力に引っ張って自己に付かせて、キーと結合されているボールナット６０がこれ以上回転しないようになっている（図５参照）。さらに、ボールナット６０が回転しなければ、その相手結合体であるスプール３０の動きも制限されるので、結局、流体流動力によるスプールの移動が発生しなくなる。
【００２５】
一方、スプール３０とボールナット６０との摺動過程でバックラッシュ(back lash)、即ち、スプール３０が直線運動してもボールナット６０が回転しないこともあるが、スプールの移動方向が反転するとき、スプールの指令ユニットのトルクモータ４０でバックラッシュ相当分の磁気力がさらに発生するように補正すると、誤差を最小化することができ、それほど大した問題ではない。
【００２６】
以上のように、上記実施の形態を参照して詳細に説明され図示されたが、本発明は、これに限定されるものでなく、このような本発明の基本的な技術的思想を逸脱しない範囲内で、当業界の通常の知識を有する者にとっては、他の多くの変更が可能であろう。また、本発明は、添付の特許請求の範囲により解釈されるべきであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の空圧サーボバルブの断面構成図である。
【図２】従来の空圧サーボバルブにおける流量変化の原因を説明するための図１のＡ部拡大図である。
【図３】本発明による空圧サーボバルブの断面構成図である。
【図４】図３の要部拡大図であり、ボールナットの回転可能状態を示す図である。
【図５】図３の要部拡大図であり、ボールナットの回転停止状態を示す図である。
【図６】図４の６‐６線による断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０    メインボディ
１１    供給ポート
１２    排出ポート
１３    排気ポート
１４    中空部
２０    スリーブ
２１    スロット
２２    チャンバー
３０    スプール
３１    連結ロッド
３２    螺旋溝
４０    トルクモータ
５０    ロータリーエンコーダ 
６０    ボールナット
７０    電磁ブレーキ
【図１】
0003809161.tif 000002
【図２】
0003809161.tif 000003
【図３】
0003809161.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003809161.tif 000006
【図６】
0003809161.tif 000007