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JP2892451B2 - Electric-pneumatic servo actuator - Google Patents

Electric-pneumatic servo actuator

Info

Publication number
JP2892451B2
JP2892451B2 JP18578090A JP18578090A JP2892451B2 JP 2892451 B2 JP2892451 B2 JP 2892451B2 JP 18578090 A JP18578090 A JP 18578090A JP 18578090 A JP18578090 A JP 18578090A JP 2892451 B2 JP2892451 B2 JP 2892451B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spool
piston
air
sleeve
groove
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP18578090A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0473402A (en
Inventor
敏隆 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP18578090A priority Critical patent/JP2892451B2/en
Publication of JPH0473402A publication Critical patent/JPH0473402A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2892451B2 publication Critical patent/JP2892451B2/en
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Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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  • Servomotors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本発明は、電気信号に基づいて駆動ロッドを空気によ
る大きな力で摺動・位置決めすることのできる電気−空
気サーボアクチュエータに関する。
The present invention relates to an electro-pneumatic servo actuator capable of sliding and positioning a drive rod with a large force by air based on an electric signal.

【従来の技術】[Prior art]

電気信号に基づいた作動を行わせるためのアクチュエ
ータの作動媒体としては、従来液体(油)あるいは空気
が広く用いられている。 作動媒体として空気を用いるアクチュエータは、当該
アクチュエータの圧縮空気源として通常工場に設備され
ている空圧ラインが使用でき、駆動源を別途用意する必
要がないこと、油を扱わないため清潔である等の利点が
ある反面、速度調整、ストロークの中間位置停止等の制
御が極めて困難であるという問題を有している。 従来開示されている電気−空気制御技術としては、PT
P方式(point to point方式)、あるいはサーボ方式が
ある。 PTP方式は、例えば第4図に示されるように負荷に連
結される駆動ロッドを動かして定点で止めるものであ
り、位置決めのみが可能で追従動作はできない。具体的
には、機械的なストッパを用いる方法と、位置検出器及
びブレーキを併用する方法とがある。 これに対しサーボ方式は、例えば第5図及び第6図
(A)に示されるように電空制御弁を用い、位置検出器
による電気的なフィードバック系を構成する方式であ
る。この方式は任意の位置決めの他に追従動作も可能で
あるが、電空制御弁の動作遅れにより応答性や精度を高
く維持できないという問題がある。 このような問題に対し、特開昭62−270801号公報にお
いて、第7図に示されるようなサーボシリンダが提案さ
れている。 簡単に説明すると、このサーボシリンダにおいて駆動
ロッド16を矢示X方向に突出させる場合は、第7図
(A)に示されるように、まず電動モータ(図示省略)
によってスクリューシャフト22を回転させ、ナットブロ
ック21を圧縮ばね24に抗して図の矢印の方向に移動させ
る。ポペット弁20はストッパ27によって図の左方向の動
きが規制されているため、ポート17から流入された圧縮
空気は矢印で示されるような通路を通って気密室45に至
る。その結果ロッド16と一体化されているピストン15が
図の左側に押出され、ナットブロック21が左右のポペッ
ト弁19、20に対して中立する位置まで移動し、ここで停
止する。 一方ロッド16を後退させるときは、第7図(B)に示
されるように、スクリューシャフト22を逆転させナット
ブロック21を図の矢印の方向に移動させる。その結果、
気密室45の空気は矢印で示す通路を通って大気に放出さ
れる。そのためピストン15が図の右側に移動し、やはり
ナットブロック21がポペット弁19、20に対して中立する
位置で停止する。 このサーボアクチュエータは、第6図(B)に示され
るように、位置制御系がメカニカルに構成されているた
め、比較的応答性がよく、又制御精度も従来のものより
は高いものが得られる。
Conventionally, liquid (oil) or air has been widely used as an operating medium of an actuator for performing an operation based on an electric signal. An actuator that uses air as a working medium can use a pneumatic line that is usually installed in a factory as a source of compressed air for the actuator, does not require a separate drive source, does not use oil, and is clean. On the other hand, there is a problem that control of speed adjustment, stop of the intermediate position of the stroke, and the like is extremely difficult. Conventionally disclosed electric-pneumatic control technologies include PT
There are P method (point to point method) and servo method. In the PTP method, for example, as shown in FIG. 4, a drive rod connected to a load is moved to stop at a fixed point, and only positioning can be performed and tracking operation cannot be performed. Specifically, there are a method using a mechanical stopper and a method using both a position detector and a brake. On the other hand, the servo method is a method in which an electropneumatic control valve is used as shown in FIGS. 5 and 6 (A) to form an electric feedback system using a position detector. This method can perform a follow-up operation in addition to arbitrary positioning, but has a problem that high response and accuracy cannot be maintained due to an operation delay of the electropneumatic control valve. To cope with such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-270801 proposes a servo cylinder as shown in FIG. In brief, when the drive rod 16 is projected in the direction indicated by the arrow X in this servo cylinder, first, as shown in FIG. 7A, an electric motor (not shown) is used.
As a result, the screw shaft 22 is rotated to move the nut block 21 against the compression spring 24 in the direction of the arrow in the figure. Since the movement of the poppet valve 20 in the left direction in the figure is restricted by the stopper 27, the compressed air flowing from the port 17 reaches the airtight chamber 45 through a passage shown by an arrow. As a result, the piston 15 integrated with the rod 16 is pushed to the left in the drawing, and the nut block 21 moves to a position neutral with respect to the left and right poppet valves 19, 20 and stops there. On the other hand, when retracting the rod 16, as shown in FIG. 7B, the screw shaft 22 is reversed to move the nut block 21 in the direction of the arrow in the figure. as a result,
The air in the airtight chamber 45 is discharged to the atmosphere through a passage indicated by an arrow. As a result, the piston 15 moves to the right side in the drawing, and also stops at a position where the nut block 21 is neutral with respect to the poppet valves 19 and 20. As shown in FIG. 6 (B), this servo actuator has a relatively good response and a higher control accuracy than the conventional one because the position control system is mechanically constructed. .

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、特開昭62−270801で開示されているサ
ーボアクチュエータは、スクリューシャフト22、ナット
ブロック21の他に、複雑なエルボー通路を備えた1対の
ポペット弁19、20が必須であり、更にはストッパ26、2
7、圧縮ばね24、25等の要素も必須であることから、装
置が複雑でコストの上昇を招き易いという問題があっ
た。又、ポペット弁(弁体が弁座から直角方向に移動す
る形式の弁)を用いて空気の通路を切換えを行うように
なっていたため、モータはポペット弁の慣性力に加え
て、ポペットを支えるばね力に抗した力及びポペット弁
の受圧面にかかる空気圧による外力に抗した力を発生さ
せねばならず、余分な外力により応答性が低下したり、
安定性が悪くなるという問題もあった。 本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたも
のであって、サーボの構成をより簡略化して低コストを
実現すると共に、応答性が良く、しかも位置決め時の安
定性が高い電気−空気サーボアクチュエータを提供する
ことを目的とする。
However, the servo actuator disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-270801 requires a pair of poppet valves 19 and 20 having a complicated elbow passage in addition to the screw shaft 22 and the nut block 21. Stoppers 26, 2
7. Since elements such as the compression springs 24 and 25 are also essential, there is a problem that the apparatus is complicated and the cost is likely to increase. In addition, since the passage of the air is switched using a poppet valve (a valve in which the valve element moves in a direction perpendicular to the valve seat), the motor supports the poppet in addition to the inertial force of the poppet valve. A force against the spring force and a force against the external force due to the air pressure applied to the pressure receiving surface of the poppet valve must be generated.
There was also a problem that stability was deteriorated. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a conventional problem, and realizes a low cost by further simplifying a servo configuration, and has a good response and a high stability at the time of positioning. It is an object to provide a pneumatic servo actuator.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本発明は、シリンダボディ内に気密に且つ摺動自在に
配置され、負荷に連結される駆動ロッドが連結又は一体
的に延在されたピストンと、該ピストンの内部に該ピス
トンの摺動方向と同一の方向に摺動自在に配置され、外
周に溝部の形成されたスプールと、該スプールを、ねじ
−ナットの螺合機構を介して前記ピストン内で摺動・位
置決めする電動モータと、前記スプールの外周に、前記
ピストンと一体的に連結されて配置されたスリーブと、
圧縮空気源、前記シリンダボディ内でピストンによって
分割されてできた2つの気密室、及び大気の4者の間で
形成した空気通路と、を備え、該空気通路のうち、前記
スリーブ内に形成された空気通路の少なくとも1つが、
当該空気通路の前記スリーブの溝部に対する開口断面積
がスプールの摺動方向において異なるような形状で形成
され、前記スプールの外周に形成された溝部により、前
記空気通路における空気の流れ方向を、該スプールの位
置に依存して切換え、前記電動モータによる前記スプー
ルの摺動・位置決めに対応して前記ピストンを摺動・位
置決めすると共に、スプールの位置に応じて、該スプー
ルの特定の溝部が前記開口断面積が異なる空気通路の特
定の開口断面積の側と連結される構成としたことによ
り、上記目的を達成したものである。
The present invention provides a piston in which a drive rod connected to a load is connected or integrally extended in a cylinder body in an airtight and slidable manner, and a sliding direction of the piston is provided inside the piston. A spool slidably disposed in the same direction and having a groove formed on the outer periphery, an electric motor for sliding and positioning the spool in the piston via a screw-nut screwing mechanism, and the spool A sleeve arranged integrally with the piston on the outer periphery thereof,
A compressed air source, two hermetic chambers formed by a piston in the cylinder body, and an air passage formed between four members of the atmosphere, wherein the air passage is formed in the sleeve. At least one of the air passages
The opening cross-sectional area of the air passage with respect to the groove of the sleeve is formed in a shape such that it differs in the sliding direction of the spool, and the flow direction of air in the air passage is changed by the groove formed on the outer periphery of the spool. The piston is slid / positioned in accordance with the sliding / positioning of the spool by the electric motor, and a specific groove of the spool is cut off in accordance with the position of the spool. The above object has been achieved by adopting a configuration in which the air passage having a different area is connected to a side having a specific opening cross-sectional area of an air passage.

【作用】[Action]

本発明においては、負荷に連結される駆動ロッドが連
結又は一体化されたピストンを位置決めするのにあたっ
て、まずスプールをねじ−ナットの螺合機構を介してピ
ストン内で摺動・位置決めし、この位置決めに対応して
スプールの外周に形成した溝部のピストンに対する軸方
向位置が偏位し、圧縮空気源、シリンダボディ内の2つ
の気密室、及び大気の4者の間で形成した空気通路の切
換えが行われるようになっている。このため部品点数が
少なく、しかもモータの発生する力はスプールの慣性力
だけでよく、応答性、安定性共い高い系が構成できる。
又、本発明では、更に、スプールの外周にピストンと一
体的に連続してスリーブを配置し、このスリーブ内に配
置される空気通路のうち少なくとも1つを、溝部に対す
る開口断面積がスプールの摺動方向において異なるよう
に形成するようにしているため、スプールがどの位置に
あるときでも(例えば前進時でも後退時でも)当該空気
通路を通る空気の流量を一定に維持できる。そのためピ
ストン応答速度を常に一定に維持することができる。
In the present invention, when positioning the piston to which the drive rod connected to the load is connected or integrated, first, the spool is slid and positioned in the piston via a screw-nut screwing mechanism, and this positioning is performed. Accordingly, the axial position of the groove formed on the outer periphery of the spool with respect to the piston is deviated, and the air passage formed between the compressed air source, the two airtight chambers in the cylinder body, and the atmosphere is switched. Is being done. For this reason, the number of parts is small, and the force generated by the motor is only the inertial force of the spool, so that a system having high responsiveness and high stability can be constructed.
Further, in the present invention, a sleeve is arranged continuously and integrally with the piston on the outer periphery of the spool, and at least one of the air passages arranged in the sleeve is provided with an opening cross-sectional area with respect to the groove for sliding the spool. Since the spool is formed differently in the moving direction, the flow rate of the air passing through the air passage can be maintained constant regardless of the position of the spool (for example, when the spool advances or retreats). Therefore, the piston response speed can always be kept constant.

【実施例】【Example】

以下図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明す
る。 円筒形のシリンダボディ102の中に気密に且つ摺動自
在にピストン104が組込まれている。該ピストン104には
同軸にスリーブ106が一体的に固定され、且つ負荷に連
結される駆動ロッド108がこのスリーブ106に一体的に連
結されている。この駆動ロッド108はシリンダボディ102
の底面部102Aを貫通しており、軸受部102Bによって摺動
自在に支持されている。なお符号110はロッドシールで
ある。 ピストン104の内部、具体的にはこれと一体化されて
いるスリーブ106の内部には、該ピストン104の摺動方向
と同一の方向に摺動可能なようにスプール112が組込ま
れている。このスプール112には、回り止めのキー114が
取付けられている。又、スプール112のピストン104に対
する軸方向の変位を制限するためにストッパ116が設け
られている。但しこのストッパ116は本発明自体に必須
なものではない。 スプール112にはナット118が固定されており、ボール
ねじシャフト120が螺合している。このボールねじシャ
フト120の軸端はベアリング122によりカバー132に回転
自在に取付けられており、且つカップリング124を介し
てステッピングモータ128と連結されている。 ピストン104のステッピングモータ128側には、キー溝
130が切られており、カバー132に固定されたキー134と
の係合により、該ピストン104の摺動の案内及び回転の
防止がなされるようになっている。 カバー132、ピストン104、及びスリーブ106の内部に
は空気が通る通路151〜158が設けられ、圧縮空気源13
6、シリンダボディ102内でピストン104によって分割さ
れてできた第1、第2気密室138、140、及び大気142の
4者の間を連結している。これらの通路151〜158は、ス
プール112の外周に形成された溝部112A、112Bにより、
スプール112の位置に依存して各通路151〜158を通る空
気の流れ方向を切換える構成とされている。 又、第2図及び第3図において詳細に示すように、ス
プール112とスリーブ106とによって構成されるバルブ部
分は、第1気密室(定圧室)138から第2気密室(制御
圧室)140へ流れ込む空気流量と第2気密室140から大気
へ流れ出す空気流量とを等しくするため、即ち駆動ロッ
ド108が後退するときの速度と前進するときの速度とを
等しくするため、スリーブ106の通路155の円周方向の長
さl1、l2を前後方向(軸方向)で差をもたせた構造にし
ている。 より具体的に説明すると、圧縮空気源136の空気圧Ps
を約7Kgf/cm2・G、第2気密室140での室圧を約1/2Ps=
3.5Kgf/cm2・Gとすると、駆動ロッド108が後退すると
きは7Kgf/cm2・G→3.5Kgf/cm2・Gの空気が通路155を
流れることになり、一方駆動ロッド108が前進するとき
には、3.5Kg/cm2・G→0Kgf/cm2・G(大気)の空気が
通路155を流れることになる。そのため、もし通路155の
断面積を軸方向で同一にしていた場合には、後者は前者
の1/1.7の空気しか流れなくなり、それだけ応答性が劣
ることになる。このため、この実施例では、スルーブ10
6内の通路155のスプール112の溝部112Aあるいは112Bに
対する開口断面積を駆動ロッド108が前進するときに用
いられる部分X1の円周方向の長さl1を、後退するときに
用いられる部分X2の円周方向の長さl2の約1.7倍とする
ことによって変え、該駆動ロッド108の前進及び後退の
応答速度を等しく確保するようにしたものである。 次にこの実施例の作用を説明する。 ステッピングモータ128が軸側から見て時計方向に回
転すると、ボールねじシャフト120も一体的に回転す
る。このボールねじシャフト120に螺合しているナット1
18は、スプール112に固定されており、且このスプール1
12はキー114によってピストン104に対して回り止めがな
され、このピストン104はキー134によってカバー132に
対して周り止めされている。そのため結局ナット118は
前記ボールねじシャフト120の回転によって前進を開始
する。又このナット118の前進によってスプール112も一
体的に前進する。この結果スプール112の溝部112A、112
Bとスリーブ106の通路154〜156との間に偏差が生じ、第
1図破線に示されるような状態となる。このため通路15
1、第1気密室138、通路152、153、及びスプール112の
溝部112Aが閉じた空間となるため、圧縮空気源136から
の空気の流入が阻止される。 一方、第2気密室140の空気は通路154、155、溝部112
B、通路156、157、158を介して大気へ放出される。 従って第2気密室140の空気圧が下がり、ピストン104
の前後方向の力バランスが崩れ、該ピストン104がスリ
ーブ106、駆動ロッド108と共に前進する。しかしなが
ら、スプール112はこれらと共には移動しないため、や
がてスプール112の溝部112A、112Bとスリーブ106の通路
154〜156との偏差が再び0となったところで第1気密室
の空気の流出が止まり、ピストン104の移動も停止す
る。 この結果、結局電動モータ128によってボールねじシ
ャフト120を回転し、ナット118を任意の位置で位置決め
すると、この位置決めされた軸方向位置に対応して駆動
ロッド108が摺動・位置決めされることになる。 逆に電動モータ128が反時計方向に回転し、スプール1
12が後退すると、スプール112の溝部112A、112Bとスリ
ーブ106の通路154〜156との間に前進時と逆側に偏差が
生じ、第2気密室140の空気の大気への放出が阻止され
ると共に、圧縮空気源138に連通されている第1気密室1
38の空気が通路152、153、溝部112A、通路155、154を介
して第2気密室140に流れ込む。これにより第2気密室1
40の空気圧が上がり、ピストン104の前後方向の力バラ
ンスが崩れ、該ピストン104は後退する。この後退によ
りスプール112の溝部112A、112Bとスリーブ106の通路15
4〜156との偏差が再び0になったところでそれ以上の空
気の移動が阻止され、ピストン104の後退が完了する。 以上の2つの動作において、この実施例では通路155
の円周方向の長さl1、l2に違いをもたせたことにより、
スプール112の溝部112A、112Bとスリーブ106の通路154
〜156との偏差に対する流量の比が同一になっており、
このため応答性が前進時と後退時とで等しくなってい
る。 又、この実施例によれば、第6図(B)に示されるよ
うに、位置制御系がメカニカルに構成されており、且つ
スプール弁による流路切換えであることから、弁自身に
空気圧による余分な外力やばねによる保持力を受けない
ため、切換えを非常に安定して行うことができる。従っ
て結果としてステッピングモータの位置制御系の応答性
を高く維持でき、又、位置決め精度を向上できる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. A piston 104 is hermetically and slidably incorporated in a cylindrical cylinder body 102. A sleeve 106 is integrally fixed to the piston 104 coaxially, and a drive rod 108 connected to a load is integrally connected to the sleeve 106. This drive rod 108 is connected to the cylinder body 102
And is slidably supported by a bearing 102B. Reference numeral 110 is a rod seal. Inside the piston 104, specifically, inside the sleeve 106 integrated therewith, a spool 112 is incorporated so as to be slidable in the same direction as the piston 104 slides. A detent key 114 is attached to the spool 112. Further, a stopper 116 is provided to limit axial displacement of the spool 112 with respect to the piston 104. However, this stopper 116 is not essential for the present invention itself. A nut 118 is fixed to the spool 112, and a ball screw shaft 120 is screwed thereto. The shaft end of the ball screw shaft 120 is rotatably attached to a cover 132 by a bearing 122, and is connected to a stepping motor 128 via a coupling. A keyway is provided on the stepping motor 128 side of the piston 104.
130 is cut off, and engagement with a key 134 fixed to the cover 132 guides sliding of the piston 104 and prevents rotation thereof. Inside the cover 132, the piston 104, and the sleeve 106, passages 151 to 158 through which air is provided are provided.
6. The first and second hermetic chambers 138 and 140 formed by the piston 104 in the cylinder body 102 and the atmosphere 142 are connected to each other. These passages 151 to 158 are formed by grooves 112A and 112B formed on the outer periphery of the spool 112.
The direction of air flow through each of the passages 151 to 158 is switched depending on the position of the spool 112. Further, as shown in detail in FIGS. 2 and 3, the valve portion constituted by the spool 112 and the sleeve 106 includes a first airtight chamber (constant pressure chamber) 138 to a second airtight chamber (control pressure chamber) 140. In order to make the flow rate of air flowing into the airtight chamber equal to the flow rate of air flowing out of the second hermetic chamber 140 to the atmosphere, that is, the speed when the drive rod 108 moves backward and the speed when the drive rod 108 moves forward, the passage 155 of the sleeve 106 is formed. The lengths l 1 and l 2 in the circumferential direction are different from each other in the front-rear direction (axial direction). More specifically, the air pressure Ps of the compressed air source 136
Is about 7 kgf / cm 2 · G, and the chamber pressure in the second airtight chamber 140 is about 1/2 Ps =
Assuming that 3.5 Kgf / cm 2 · G, when the drive rod 108 retreats, air of 7 Kgf / cm 2 · G → 3.5 Kgf / cm 2 · G flows through the passage 155, while the drive rod 108 moves forward Sometimes, air of 3.5 kg / cm 2 · G → 0 kgf / cm 2 · G (atmosphere) flows through the passage 155. Therefore, if the cross-sectional area of the passage 155 is the same in the axial direction, the latter will flow only 1 / 1.7 of the air, and the response will be inferior. For this reason, in this embodiment,
The circumferential length l 1 of a portion X 1 used when opening cross-sectional area of the driving rod 108 with respect to the groove 112A or 112B of the spool 112 of the passage 155 in 6 moves forward, the portion X used when retracted varied by about 1.7 times the second circumferential length l 2, is obtained so as to ensure equal response speed of advancement and retraction of the drive rod 108. Next, the operation of this embodiment will be described. When the stepping motor 128 rotates clockwise as viewed from the shaft side, the ball screw shaft 120 also rotates integrally. Nut 1 screwed into this ball screw shaft 120
18 is fixed to a spool 112 and the spool 1
The key 12 is detented with respect to the piston 104 by a key 114, and the piston 104 is detented with respect to the cover 132 by a key 134. Therefore, the nut 118 eventually starts to advance by the rotation of the ball screw shaft 120. In addition, the spool 112 advances integrally with the advance of the nut 118. As a result, the grooves 112A, 112 of the spool 112
A deviation occurs between B and the passages 154 to 156 of the sleeve 106, resulting in the state shown by the broken line in FIG. For this reason passage 15
1. Since the first airtight chamber 138, the passages 152 and 153, and the groove 112A of the spool 112 form a closed space, the inflow of air from the compressed air source 136 is prevented. On the other hand, the air in the second airtight chamber 140 passes through the passages 154 and 155 and the groove 112.
B, released to atmosphere via passages 156, 157, 158. Accordingly, the air pressure in the second hermetic chamber 140 decreases, and the piston 104
The force balance in the front-rear direction is lost, and the piston 104 moves forward together with the sleeve 106 and the drive rod 108. However, since the spool 112 does not move with them, the passage between the grooves 112A and 112B of the spool 112 and the sleeve 106 will soon be established.
When the deviation from 154 to 156 becomes 0 again, the outflow of the air in the first airtight chamber stops, and the movement of the piston 104 also stops. As a result, when the ball screw shaft 120 is eventually rotated by the electric motor 128 and the nut 118 is positioned at an arbitrary position, the drive rod 108 is slid and positioned corresponding to the axial position thus positioned. . Conversely, the electric motor 128 rotates counterclockwise and the spool 1
When 12 retreats, a deviation occurs between the groove portions 112A and 112B of the spool 112 and the passages 154 to 156 of the sleeve 106 on the opposite side from that at the time of forward movement, and the release of the air in the second airtight chamber 140 to the atmosphere is prevented. And the first airtight chamber 1 communicated with the compressed air source 138.
The air of 38 flows into the second hermetic chamber 140 via the passages 152 and 153, the groove 112A, and the passages 155 and 154. Thus, the second hermetic chamber 1
The air pressure at 40 rises, the force balance in the front-rear direction of the piston 104 is lost, and the piston 104 retreats. Due to this retreat, the passages 15 between the groove portions 112A and 112B of the spool 112 and the sleeve 106 are formed.
When the deviation from 4 to 156 becomes zero again, further movement of air is stopped, and the retreat of the piston 104 is completed. In the above two operations, in this embodiment, the passage 155
The difference in the circumferential lengths l 1 and l 2 of
Passage 154 between groove 112A, 112B of spool 112 and sleeve 106
The ratio of the flow rate to the deviation from ~ 156 is the same,
For this reason, the responsiveness is equal between the forward movement and the backward movement. According to this embodiment, as shown in FIG. 6 (B), since the position control system is mechanically configured and the flow path is switched by a spool valve, an extra air pressure is applied to the valve itself. The switching can be performed very stably since no external force or holding force by the spring is received. Therefore, as a result, the response of the position control system of the stepping motor can be maintained high, and the positioning accuracy can be improved.

【発明の効果】【The invention's effect】

以上説明した通り、本発明によれば、位置制御系を構
成する主要素としてスプール弁を用いるようにしたた
め、部品点数が少なく、従ってコストの低減を図ること
ができ、又モータの駆動力の大幅な低減が図れることか
ら応答性をより向上させることができ、且つ特定の位置
での位置決めを安定して行うことができるようになると
いう優れた効果が得られる。
As described above, according to the present invention, since the spool valve is used as a main element constituting the position control system, the number of parts is small, the cost can be reduced, and the driving force of the motor can be greatly increased. The excellent effect that the response can be further improved because the reduction can be achieved, and the positioning at a specific position can be stably performed can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明が適用された電気−空気サーボアクチュ
エータの縦断面図、 第2図は第1図II部分の部分斜視図、 第3図は同じくIII−III線に沿うスリーブの部分断面
図、 第4図は従来のPTP方式による電気−空気サーボアクチ
ュエータのブロック図、 第5図は従来のサーボ方式のブロック図、 第6図(A)、(B)はそれぞれ従来のサーボ方式及び
上記実施例方式の制御ブロック図、 第7図(A)、(B)は従来の電気−空気サーボシリン
ダの縦断面図である。 102……シリンダボディ、 104……ピストン、106……スリーブ、 108……駆動ロッド、112……スプール弁、 112A、112B……溝部、 118……ナット、 120……ボールねじシャフト、 128……ステッピングモータ、 136……圧縮空気源、 138……第1気密室(定圧室)、 140……第2気密室(制御圧室)、 151〜158……通路。
1 is a longitudinal sectional view of an electric-pneumatic servo actuator to which the present invention is applied, FIG. 2 is a partial perspective view of a portion II in FIG. 1, and FIG. 3 is a partial sectional view of a sleeve along the line III-III. Fig. 4 is a block diagram of a conventional PTP type electro-pneumatic servo actuator, Fig. 5 is a block diagram of a conventional servo system, and Figs. 6 (A) and 6 (B) are a conventional servo system and the above embodiment. FIG. 7A and FIG. 7B are longitudinal sectional views of a conventional electric-pneumatic servo cylinder. 102 ... Cylinder body, 104 ... Piston, 106 ... Sleeve, 108 ... Drive rod, 112 ... Spool valve, 112A, 112B ... Groove, 118 ... Nut, 120 ... Ball screw shaft, 128 ... Stepping motor, 136: compressed air source, 138: first hermetic chamber (constant pressure chamber), 140: second hermetic chamber (control pressure chamber), 151 to 158: passage.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F15B 9/09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) F15B 9/09

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリンダボディ内に気密に且つ摺動自在に
配置され、負荷に連結される駆動ロッドが連結又は一体
的に延在されたピストンと、 該ピストンの内部に該ピストンの摺動方向と同一の方向
に摺動自在に配置され、外周に溝部の形成されたスプー
ルと、 該スプールを、ねじ−ナットの螺合機構を介して前記ピ
ストン内で摺動・位置決めする電動モータと、 前記スプールの外周に、前記ピストンと一体的に連結さ
れて配置されたスリーブと、 圧縮空気源、前記シリンダボディ内でピストンによって
分割されてできた2つの気密室、及び大気の4者の間で
形成した空気通路と、を備え、 該空気通路のうち、前記スリーブ内に形成された空気通
路の少なくとも1つが、当該空気通路の前記スリーブの
溝部に対する開口断面積がスプールの摺動方向において
異なるような形状で形成され、 前記スプールの外周に形成された溝部により、前記空気
通路における空気の流れ方向を、該スプールの位置に依
存して切換え、前記電動モータによる前記スプールの摺
動・位置決めに対応して前記ピストンを摺動・位置決め
すると共に、 スプールの位置に応じて、該スプールの特定の溝部が前
記開口断面積が異なる空気通路の特定の開口断面積の側
と連結される構成としたことを特徴とする電気−空気サ
ーボアクチュエータ。
1. A piston, which is airtightly and slidably disposed in a cylinder body and has a drive rod connected to or integrally extended with a load, and a sliding direction of the piston inside the piston. A spool slidably disposed in the same direction as the above, and having a groove formed on the outer periphery; an electric motor that slides and positions the spool within the piston via a screw-nut screwing mechanism; A sleeve arranged integrally with the piston on the outer periphery of the spool, a compressed air source, two hermetic chambers formed by the piston in the cylinder body, and an atmosphere; Wherein at least one of the air passages formed in the sleeve has an opening cross-sectional area of the spool corresponding to the groove of the sleeve. The air flow direction in the air passage is switched depending on the position of the spool by a groove formed on the outer periphery of the spool, and the sliding of the spool by the electric motor is performed. In addition to sliding and positioning the piston in accordance with movement and positioning, a specific groove of the spool is connected to a side of a specific opening cross-sectional area of the air passage having a different opening cross-sectional area according to a position of the spool. An electric-pneumatic servo actuator characterized by having a configuration as described above.
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