JP2005326968A - 流体レギュレータ - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、流体レギュレータ全体の小形軽量化を図ることを目的とするものである。
【解決手段】主供給弁41及び主排出弁42は、開閉駆動部43に供給される制御用空気圧の変化に応じて駆動される。制御用空気圧は、パイロット弁部39により制御される。パイロット弁部39は、開閉駆動部43に供給される空気の流路に設けられているパイロット供給弁2と、開閉駆動部43から排出される空気の流路に設けられているパイロット排出弁3と、パイロット供給弁2及びパイロット排出弁3を制御する制御部7とを有している。パイロット供給弁2及びパイロット排出弁3としては、MEMS技術により製造されたマイクロバルブが用いられている。
【選択図】図20
【解決手段】主供給弁41及び主排出弁42は、開閉駆動部43に供給される制御用空気圧の変化に応じて駆動される。制御用空気圧は、パイロット弁部39により制御される。パイロット弁部39は、開閉駆動部43に供給される空気の流路に設けられているパイロット供給弁2と、開閉駆動部43から排出される空気の流路に設けられているパイロット排出弁3と、パイロット供給弁2及びパイロット排出弁3を制御する制御部7とを有している。パイロット供給弁2及びパイロット排出弁3としては、MEMS技術により製造されたマイクロバルブが用いられている。
【選択図】図20
Description
この発明は、例えば空気等の流体の供給・排出を制御する流体レギュレータに関するものである。
従来の電空レギュレータでは、パイロット室に対する空気の給排がパイロット供給弁及びパイロット排出弁により調節される。これらのパイロット供給弁及びパイロット排出弁としては、電磁コイルを有する電磁弁が用いられている(例えば、特許文献1参照)。
上記のような従来の電空レギュレータでは、パイロットバルブに電磁弁が用いられているため、騒音が発生し、かつ全体が大形化するとともに重量も増加してしまう。特に、複数の電空レギュレータを用いるシステムでは、個々の電空レギュレータの大形化及び重量化の与える影響は増大され、電空レギュレータによって制御されるシステムの小形軽量化の妨げとなってしまう。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の第1の目的は、超小型の流体レギュレータを提供することにあり、また、この発明の第2の目的は、前記超小型の流体レギュレータをパイロットバルブとして用いた流体レギュレータを提供することにある。
この発明に係る超小型流体レギュレータは、流体の供給流路と出力流路との間に設けられている供給弁と、流体の排出流路に設けられている排出弁と、供給弁及び排出弁を制御する制御部とを備え、供給弁及び排出弁は、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム(Micro Electro Mechanical System:以下、MEMSと記す)技術により製造されたマイクロバルブである。
また、この発明に係る流体レギュレータは、流体の供給流路と出力流路との間に設けられている主供給弁と、流体の排出流路に設けられている主排出弁と、制御用流体圧の変化に応じて主供給弁及び主排出弁を開閉する開閉駆動部と、制御用流体圧を制御するパイロット弁部とを備え、パイロット弁部は、開閉駆動部に供給される流体の流路に設けられているパイロット供給弁と、開閉駆動部から排出される流体の流路に設けられているパイロット排出弁と、パイロット供給弁及びパイロット排出弁を制御する制御部とを有し、パイロット供給弁及びパイロット排出弁は、MEMS技術により製造されたマイクロバルブである。
また、この発明に係る流体レギュレータは、流体の供給流路と出力流路との間に設けられている主供給弁と、流体の排出流路に設けられている主排出弁と、制御用流体圧の変化に応じて主供給弁及び主排出弁を開閉する開閉駆動部と、制御用流体圧を制御するパイロット弁部とを備え、パイロット弁部は、開閉駆動部に供給される流体の流路に設けられているパイロット供給弁と、開閉駆動部から排出される流体の流路に設けられているパイロット排出弁と、パイロット供給弁及びパイロット排出弁を制御する制御部とを有し、パイロット供給弁及びパイロット排出弁は、MEMS技術により製造されたマイクロバルブである。
この発明の超小型流体レギュレータは、供給弁及び排出弁をMEMS技術により製造されたマイクロバルブで構成したので、小形軽量化を図ることができる。
また、パイロット供給弁及びパイロット排出弁をマイクロバルブで構成したので、流体レギュレータ全体の小形軽量化並びに低騒音化を図ることができる。
さらに、パイロット供給弁及びパイロット排出弁をマイクロバルブで構成した流体レギュレータを用いたので、電空レギュレータによって制御されるシステムを小形軽量化することができる。
また、パイロット供給弁及びパイロット排出弁をマイクロバルブで構成したので、流体レギュレータ全体の小形軽量化並びに低騒音化を図ることができる。
さらに、パイロット供給弁及びパイロット排出弁をマイクロバルブで構成した流体レギュレータを用いたので、電空レギュレータによって制御されるシステムを小形軽量化することができる。
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による超小型流体レギュレータ(電空レギュレータ)を示すブロック図である。図において、流体の供給流路(供給ポート)1aには、コンプレッサ又は小形ボンベ等の空気供給源(図示せず)から空気(流体)が供給される。供給流路1aと出力流路(出力ポート)1bとの間には、供給弁2が設けられている。出力流路1bには、空気を排出するための排出流路1cが接続されている。排出流路(排出ポート)1cには、排出弁3が設けられている。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による超小型流体レギュレータ(電空レギュレータ)を示すブロック図である。図において、流体の供給流路(供給ポート)1aには、コンプレッサ又は小形ボンベ等の空気供給源(図示せず)から空気(流体)が供給される。供給流路1aと出力流路(出力ポート)1bとの間には、供給弁2が設けられている。出力流路1bには、空気を排出するための排出流路1cが接続されている。排出流路(排出ポート)1cには、排出弁3が設けられている。
出力流路1bには、出力流路1bの空気の出力圧を検出するための圧力センサ5が設けられている。圧力センサ5からの信号は、処理回路6で処理され圧力検出信号として制御部7に入力される。供給弁2及び排出弁3は、制御部7によって制御される。
制御部7には、CPU(処理部)8、ROM(記憶部)9、AD変換器10、DA変換器11及び通信ポート12が設けられている。処理回路6からの圧力検出信号は、AD変換器10でデジタル信号に変換され、CPU8に入力される。
通信ポート12は、通信ネットワーク13に接続されている。制御部7には、通信ネットワーク13を介して圧力制御指令信号が入力される。圧力制御指令信号には、制御圧力情報とIPアドレス情報とが含まれている。ROM9には、この流体レギュレータに対応するIPアドレスが記憶されている。
CPU8は、通信ネットワーク13から入力された圧力制御指令信号のIPアドレスを、ROM9に記憶されたIPアドレスと照合する。そして、IPアドレスが一致したときには圧力制御指令信号を受け入れる。また、CPU8は、圧力検出信号から求められる空気の出力圧が圧力制御指令信号で指令された制御圧力となるように、弁制御信号を生成する。
CPU8からの弁制御信号は、DA変換器11でアナログ信号に変換され、供給弁2及び排出弁3に入力される。また、制御部7には、電力線14を介して電力が供給されている。
ここで、供給弁2及び排出弁3としては、MEMS技術により製造されたマイクロバルブが用いられている。マイクロバルブにおいては、シリコン基板へのマイクロマシニング技術(半導体加工技術)により形成された微細な可動弁体(マイクロアクチュエータ)が微小流路に組み込まれている。
図2は図1のマイクロバルブ(供給弁2及び排出弁3)の構造の第1例を示す断面図である。図において、シリコンからなる基板15には、流路孔15aが設けられている。基板15上には、シリコンからなる片持ち式の可動弁体16が形成されている。可動弁体16の先端部には、可動弁体16の変形により流路孔15aを開閉する開閉部16aが設けられている。可動弁体16には、拡散抵抗層17及びニッケル層18が積層されている。
このようなマイクロバルブでは、シリコンにニッケルを重ねたNi/Siバイモルフ部が構成されている。従って、拡散抵抗層17に通電してバイモルフ部を加熱することにより、可動弁体16に湾曲が生じる。可動弁体16が湾曲すると、開閉部16aにより流路孔15aが閉じられる。なお、図2では、可動弁体16が弁体とアクチュエータとを兼ねているが、バイモルフ部を有するアクチュエータにより弁体を開閉動作させる構造としてもよい。
図3は図1のマイクロバルブの構造の第2例を示す断面図である。基板15上には、流路孔15aを開閉する可動弁体19が設けられている。基板15及び可動弁体19の互いに対向する面には、対向電極(図示せず)がそれぞれ設けられている。対向電極に直流高電圧(例えば100V程度)が印加されると、静電力により対向電極が互いに引き合い、図の2点鎖線に示すように可動弁体19により流路孔15aが閉じられる。
図4は図1のマイクロバルブの構造の第3例を示す断面図である。基板15上には、超音波リニアアクチュエータの駆動力により基板15の表面に沿って往復動可能な可動弁体20が設けられている。可動弁体20には、流路孔15aに連通される弁体孔20aが設けられている。流路孔15aは、可動弁体20の移動により開閉される。
このような流体レギュレータでは、供給弁2及び排出弁3としてマイクロバルブを用いたので、全体を小形に構成することができ、微量の流体、液体の流量制御が可能となる。また、開閉音を無視できるレベルまで大幅に低減することができる。さらに、開閉動作に要する消費電力も大幅に低減することができる。さらにまた、必要に応じて、供給弁2、排出弁3、圧力センサ5、処理回路6及び制御部7の全て又は一部を共通の基板上に組み込むことができ、さらに小形化を図ることができる。
また、制御部7には、通信ネットワーク13に接続するための通信ポート12が設けられており、ROM9にはIPアドレスが記憶されており、CPU8では、圧力制御指令信号のIPアドレスとROM9内のIPアドレスとを照合するので、複数の流体レギュレータを組み合わせて効率良く使用することができる。
実施の形態2.
次に、図5は前記実施の形態1の超小型流体レギュレータをパイロットバルブとして用いたこの発明の実施の形態2による流体レギュレータ(電空レギュレータ)を示す構成図である。図において、ブースタバルブ本体21には、空気が供給される供給流路(供給ポート)21aと、空気を出力する出力流路(出力ポート)21bと、空気を排出する排出流路(排出ポート)21cとが設けられている。供給流路21aには、コンプレッサ又は小形ボンベ等の空気供給源(図示せず)から例えば0.3〜0.7Mpaの高圧の空気が供給される。
次に、図5は前記実施の形態1の超小型流体レギュレータをパイロットバルブとして用いたこの発明の実施の形態2による流体レギュレータ(電空レギュレータ)を示す構成図である。図において、ブースタバルブ本体21には、空気が供給される供給流路(供給ポート)21aと、空気を出力する出力流路(出力ポート)21bと、空気を排出する排出流路(排出ポート)21cとが設けられている。供給流路21aには、コンプレッサ又は小形ボンベ等の空気供給源(図示せず)から例えば0.3〜0.7Mpaの高圧の空気が供給される。
供給流路21aと出力流路21bとの間には、主供給弁22が設けられている。排出流路21cには、主排出弁23が設けられている。主供給弁22及び主排出弁23は、共通の駆動軸24の変位により操作される。駆動軸24の先端部は、主供給弁22に当接している。駆動軸24の中間部には、主排出弁23に係合する係合部24aが設けられている。駆動軸24の基端部には、フランジ部24bが設けられている。
なお、駆動軸24が動作しないときには、主供給弁22と主排出弁23とは、ブースタバルブ本体21との間に設けられたスプリングによって供給流路21aと出力流路21bとを閉じるようになっている。これは以後の実施の形態においても同様である。
ブースタバルブ本体21には、フランジ部24bを収容するパイロット室21dが設けられている。フランジ部24bは、ダイヤフラム25を介してブースタバルブ本体21に取り付けられている。パイロット室21dは、フランジ部24b及びダイヤフラム25により第1室21eと第2室21fとに区切られている。第2室21fは、出力流路21bに連通されている。開閉駆動部26は、パイロット室21d、駆動軸24及びダイヤフラム25を有している。また、開閉駆動部26は、制御用空気圧の変化に応じて主供給弁22及び主排出弁23を開閉する。
実施の形態2におけるブースタバルブユニット36は、ブースタバルブ本体21、主供給弁22、主排出弁23及び開閉駆動部26を有している。
第1室21eには、供給流路21aからの空気が供給される。第1室21eと供給流路21aとの間の空気流路には、パイロット供給弁28が設けられている。第1室21eから排出される空気の流路には、パイロット排出弁29が設けられている。パイロット供給弁28及びパイロット排出弁29は、ブースタバルブ本体21に取り付けられたカバー30内に収容されている。カバー30には、パイロット排出弁29から排出される空気をカバー30外へ導出するための排気孔30aが設けられている。
出力流路21bからの空気の出力圧は、圧力センサ5により検出される。圧力センサ5からの信号は、処理回路6で処理され圧力検出信号として制御部7に入力される。制御部7の構成は、実施の形態1と同様である。また、制御部7は、通信ネットワーク13及び電力線14に接続されている。パイロット供給弁28及びパイロット排出弁29は、制御部7によって制御される。
また、制御部7には、処理回路32を介して制御電圧入力部33が接続されている。制御電圧入力部33には、制御圧力に対応した制御電圧(直流電圧信号)が直接入力される。入力された制御電圧は、処理回路32で処理され制御圧力信号として制御部7に入力される。即ち、実施の形態2の流体レギュレータは、通信ネットワーク13からの圧力制御指令信号と、制御電圧入力部33からの制御電圧とのいずれかに基づいてパイロット供給弁28及びパイロット排出弁29を制御することができる。
さらに、制御部7には、温度センサ34からの温度検出信号が入力される。制御部7は、温度検出信号に基づいて、パイロット供給弁28及びパイロット排出弁29に出力する弁制御信号を補正することができる。
実施の形態2におけるパイロット弁部35は、パイロット供給弁28、パイロット排出弁29、カバー30、圧力センサ5、制御部7、処理回路6,32、制御電圧入力部33及び温度センサ34を有している。また、パイロット弁部35は、開閉駆動部26に供給される制御用空気圧を制御する。
ここで、パイロット供給弁28及びパイロット排出弁29としては、MEMS技術により製造されたマイクロバルブが用いられている。マイクロバルブの具体的な構成例としては、図2〜図4に示したものが挙げられる。
このような流体レギュレータでは、制御圧力及び検出圧力に基づいて、パイロット供給弁28及びパイロット排出弁29により第1室21eに供給される空気圧が調整される。駆動軸24は、第1室21e内の空気圧と第2室21f内の空気圧との差に応じて変位する。駆動軸24の変位により、主供給弁22及び主排出弁23が開閉され、出力流路21b及び排出流路21cからの空気の給排が制御される。
このように、主供給弁22及び主排出弁23ではなく、パイロット供給弁28及びパイロット排出弁29にマイクロバルブを用いることにより、全体を小形化しつつ高圧の制御を可能とすることができる。
実施の形態3.
次に、図6は前記実施の形態1の超小型流体レギュレータをパイロットバルブとして用いたこの発明の実施の形態3による流体レギュレータを示す構成図である。図において、ブースタバルブ本体21には、プリント基板37が取り付けられている。即ち、プリント基板37は、ブースタバルブ本体21と一体化されている。プリント基板37には、圧力センサ5が実装されている。また、プリント基板37には、実施の形態2と同様の制御部7及び処理回路6,32(図示省略)等が設けられている。
次に、図6は前記実施の形態1の超小型流体レギュレータをパイロットバルブとして用いたこの発明の実施の形態3による流体レギュレータを示す構成図である。図において、ブースタバルブ本体21には、プリント基板37が取り付けられている。即ち、プリント基板37は、ブースタバルブ本体21と一体化されている。プリント基板37には、圧力センサ5が実装されている。また、プリント基板37には、実施の形態2と同様の制御部7及び処理回路6,32(図示省略)等が設けられている。
ブースタバルブ本体21には、供給流路21aと第1室21eとを連通する連通流路21gが設けられている。パイロット供給弁28は、連通流路21gの途中に設けられた収容部内に配置されている。パイロット排出弁29は、第1室21eに臨んで設けられた収容部内に配置されている。即ち、パイロット供給弁28及びパイロット排出弁29は、ブースタバルブ本体21に内蔵されている。他の構成は、実施の形態2と同様である。
このように、パイロット供給弁28及びパイロット排出弁29をブースタバルブ本体21に内蔵することにより、全体をさらに小形化することができる。
また、制御部7や圧力センサ5が実装されたプリント基板37をブースタバルブ本体21と一体化することによっても、全体をさらに小形化することができる。
また、制御部7や圧力センサ5が実装されたプリント基板37をブースタバルブ本体21と一体化することによっても、全体をさらに小形化することができる。
なお、実施の形態3では、連通流路21gの途中にパイロット供給弁28を配置したが、連通流路21gの入口、即ち供給流路21aと連通流路21gとの間にパイロット供給弁28を配置してもよい。
実施の形態4.
次に、図7は前記実施の形態1の超小型流体レギュレータをパイロットバルブとして用いたこの発明の実施の形態4による流体レギュレータを示す構成図、図8は図7の流体レギュレータを示す分解図である。図において、ブースタバルブユニット36には、連結プレート71が接合(積層)されている。連結プレート71のブースタバルブユニット36とは反対側の面には、プリント基板72が接合(積層)されている。プリント基板72には、制御部7(図示省略)、圧力センサ5、パイロット供給弁28及びパイロット排出弁29が表面実装されている。ブースタバルブユニット36には、連結プレート71及びプリント基板72を覆って保護するカバー73が結合されている。
次に、図7は前記実施の形態1の超小型流体レギュレータをパイロットバルブとして用いたこの発明の実施の形態4による流体レギュレータを示す構成図、図8は図7の流体レギュレータを示す分解図である。図において、ブースタバルブユニット36には、連結プレート71が接合(積層)されている。連結プレート71のブースタバルブユニット36とは反対側の面には、プリント基板72が接合(積層)されている。プリント基板72には、制御部7(図示省略)、圧力センサ5、パイロット供給弁28及びパイロット排出弁29が表面実装されている。ブースタバルブユニット36には、連結プレート71及びプリント基板72を覆って保護するカバー73が結合されている。
プリント基板72には、供給流路21aの空気をパイロット供給弁28に導入するための第1基板流路72aと、パイロット供給弁28からパイロット室21dに空気を出力するための第2基板流路72bと、パイロット室21dからの空気をパイロット排出弁29に導入するための第3基板流路72cと、パイロット排出弁29から排出流路21cに空気を排出するための第4基板流路72dと、出力流路21bの空気を圧力センサ5に導入するための第5基板流路72eとが設けられている。
連結プレート71には、連通流路21gと第1基板流路72aとを連通する第1プレート流路71aと、パイロット室21dと第2及び第3基板流路72b,72cとを連通する第2プレート流路71bと、排出流路21cと第4基板流路72dとを連通する第3プレート流路71cと、出力流路21bと第5基板流路72eとを連通する第4プレート流路71dとが設けられている。
図9は図7のプリント基板72を示す平面図、図10は図9のプリント基板72を示す裏面図である。プリント基板72には、CPU8、ROM9及び補正IC74等も実装されている。プリント基板72の四隅には、プリント基板72及び連結プレート71をブースタバルブユニット36に固定するためのねじ76(図17)が挿通される貫通孔72fが設けられている。第1〜第5基板流路72a〜72eの周縁部には、シールゴム75が固着されている。
図11は図7の連結プレート71を示す平面図、図12は図11の連結プレート71を示す裏面図、図13は図11のX−X’線に沿う断面図、図14は図11のY−Y’線に沿う断面図、図15は図11のZ−Z’線に沿う断面図、図16は図11のW−W’線に沿う断面図である。連結プレート71の四隅には、ねじ76(図17)が挿通される貫通孔71eが設けられている。第1〜第4プレート流路71a〜71dの開口部の周縁部には、シールゴム75が固着されている。第2プレート流路71bと第4プレート流路71dとは、互いに干渉するのを避けるため、連結プレート71の表面と裏面とに分けて設けられている。これにより、第2プレート流路71bと第4プレート流路71dとを交差して配置することができる。
図17は図7の要部を拡大して示す断面図、図18は図17のパイロット供給弁28及びパイロット排出弁29の断面図、図19は図17の圧力センサ5の断面図である。パイロット供給弁28及びパイロット排出弁29は、パッケージ77と、パッケージ77内に実装されたMEMSチップ78とを有している。パッケージ77には、流体導入口77aと流体排出口77bとが設けられている。圧力センサ5は、パッケージ79と、パッケージ79内に実装されたMEMSチップ80とを有している。パッケージ79には、流体導入口79aが設けられている。
このように、パイロット供給弁28及びパイロット排出弁29にマイクロバルブを用いることにより、全体を小形化しつつ高圧の制御を可能とすることができる。
また、連結プレート71を用いたので、パイロット供給弁28、パイロット排出弁29及び圧力センサ5の位置の自由度を向上させることができ、プリント基板72への実装密度を高めることができ、全体をさらに小形薄形化することができる。
また、連結プレート71を用いたので、パイロット供給弁28、パイロット排出弁29及び圧力センサ5の位置の自由度を向上させることができ、プリント基板72への実装密度を高めることができ、全体をさらに小形薄形化することができる。
実施の形態5.
次に、図20は前記実施の形態1の超小型流体レギュレータをパイロットバルブとして用いたこの発明の実施の形態5による流体レギュレータを示す構成図である。この例では、図1に示した流体レギュレータをパイロット弁部としてブースタバルブユニット38に組み合わせたものである。即ち、図1の流体レギュレータは、制御用流体圧を制御するパイロット弁部39として用いられている。従って、供給弁2及び排出弁3は、パイロット供給弁2及びパイロット排出弁3として機能する。言い換えれば、実施の形態2,3では、ブースタバルブユニット36側にパイロット供給弁28及びパイロット排出弁29を搭載したが、実施の形態5では、パイロット供給弁2及びパイロット排出弁3がブースタバルブユニット38に搭載されず制御部7側に設けられている。
次に、図20は前記実施の形態1の超小型流体レギュレータをパイロットバルブとして用いたこの発明の実施の形態5による流体レギュレータを示す構成図である。この例では、図1に示した流体レギュレータをパイロット弁部としてブースタバルブユニット38に組み合わせたものである。即ち、図1の流体レギュレータは、制御用流体圧を制御するパイロット弁部39として用いられている。従って、供給弁2及び排出弁3は、パイロット供給弁2及びパイロット排出弁3として機能する。言い換えれば、実施の形態2,3では、ブースタバルブユニット36側にパイロット供給弁28及びパイロット排出弁29を搭載したが、実施の形態5では、パイロット供給弁2及びパイロット排出弁3がブースタバルブユニット38に搭載されず制御部7側に設けられている。
ブースタバルブユニット38は、ブースタバルブ本体40、主供給弁41、主排出弁42及び開閉駆動部43を有している。ブースタバルブ本体40には、供給流路(供給ポート)40a、出力流路(出力ポート)40b及び排出流路(排出ポート)40cが設けられている。主供給弁41は、供給流路40aと出力流路40bとの間に設けられている。主排出弁42は、排出流路21cに設けられている。
開閉駆動部43は、制御用空気圧の変化に応じて主供給弁41及び主排出弁42を開閉する。開閉駆動部43は、駆動軸44、駆動軸44の基端部に設けられたフランジ部材45、フランジ部材45を収容するパイロット室46、及びフランジ部材45の外周部に設けられたシール部材47を有している。パイロット室46は、フランジ部材45及びシール部材47により第1室46aと第2室46bとに区切られている。
第1室46aは、パイロット弁部39の出力流路1bに連通されている。第2室46bは、ブースタバルブ本体40の出力流路40cに連通されている。
このような構成によっても、パイロット供給弁2及びパイロット排出弁3としてマイクロバルブを用いたので、流体レギュレータ全体を小形化することができる。
実施の形態6.
次に、図21は前記実施の形態1の超小型流体レギュレータをパイロットバルブとして用いたこの発明の実施の形態6による流体レギュレータを示す構成図である。この例では、ブースタバルブユニット38にパイロット弁部39が搭載されている。具体的には、パイロット弁部39は、ブースタバルブ本体40に内蔵されている。圧力センサ5は、ブースタバルブユニット38の出力流路40b内に配置されている。
次に、図21は前記実施の形態1の超小型流体レギュレータをパイロットバルブとして用いたこの発明の実施の形態6による流体レギュレータを示す構成図である。この例では、ブースタバルブユニット38にパイロット弁部39が搭載されている。具体的には、パイロット弁部39は、ブースタバルブ本体40に内蔵されている。圧力センサ5は、ブースタバルブユニット38の出力流路40b内に配置されている。
このように、パイロット弁部39をブースタバルブユニット38に搭載した場合であっても、流体レギュレータ52が小形化され、システム全体も小形化される。
実施の形態7.
次に、図22はこの発明の実施の形態7による流体レギュレータを示す構成図である。この例では、供給流路40aに供給される空気の方向と出力流路40bから出力される空気の方向とが平行であり、かつ主供給弁41及び主排出弁42の動作方向が供給流路40aに供給される空気の方向に対して直角となるように、ブースタバルブユニット38が構成されている。他の構成は、実施の形態6と同様である。
次に、図22はこの発明の実施の形態7による流体レギュレータを示す構成図である。この例では、供給流路40aに供給される空気の方向と出力流路40bから出力される空気の方向とが平行であり、かつ主供給弁41及び主排出弁42の動作方向が供給流路40aに供給される空気の方向に対して直角となるように、ブースタバルブユニット38が構成されている。他の構成は、実施の形態6と同様である。
このような構成によっても、流体レギュレータ52が小形化され、システム全体も小形化される。
また、供給流路40aに供給される空気の方向と出力流路40bから出力される空気の方向とが平行であるため、空気の給排がスムーズであり、システムの応答性を向上させることができる。
また、供給流路40aに供給される空気の方向と出力流路40bから出力される空気の方向とが平行であるため、空気の給排がスムーズであり、システムの応答性を向上させることができる。
なお、実施の形態6、7では、出力流路40bに圧力センサ5を配置したが、圧力センサ5は、他の実施の形態のようにブースタバルブ本体の他の場所に配置してもよい。
実施の形態8.
次に、図23は前記実施の形態1の超小型流体レギュレータをパイロットバルブとして用いたこの発明の実施の形態8による流体レギュレータを示す構成図、図24は図23のXXIV部を拡大して示す断面図である。この例では、超小型に構成されたパイロット弁部39がパイロット室46の側部でブースタバルブ本体40に埋設されている。ブースタバルブ本体40にパイロット弁部39を埋設する方法の一例としては、ブースタバルブ本体40の壁部内に収容空間を設け、この収容空間内にパイロット弁部39を挿入する方法がある。
次に、図23は前記実施の形態1の超小型流体レギュレータをパイロットバルブとして用いたこの発明の実施の形態8による流体レギュレータを示す構成図、図24は図23のXXIV部を拡大して示す断面図である。この例では、超小型に構成されたパイロット弁部39がパイロット室46の側部でブースタバルブ本体40に埋設されている。ブースタバルブ本体40にパイロット弁部39を埋設する方法の一例としては、ブースタバルブ本体40の壁部内に収容空間を設け、この収容空間内にパイロット弁部39を挿入する方法がある。
このように、パイロット供給弁2及びパイロット排出弁3をマイクロバルブで構成することにより、パイロット弁部39全体を大幅に小形化し、ブースタバルブ本体40に埋設することもできる。これにより、流体レギュレータ52及びシステム全体をさらに小形化することができる。
以下、この発明の流体レギュレータを用いたシステムの実施例を説明する。
以下、この発明の流体レギュレータを用いたシステムの実施例を説明する。
図25はこの発明の流体レギュレータを用いたシステムとしての流体圧式アクチュエータの第1の実施例を示す構成図である。ここでは、流体圧式アクチュエータとしてチューブ形エアアクチュエータを示している。図において、チューブ形エアアクチュエータは、空気の供給・排出により伸縮して駆動力を発生するアクチュエータ本体51と、アクチュエータ本体51に対して給排される空気の圧力を調節する流体レギュレータ(電空レギュレータ)52とを有している。
アクチュエータ本体51は、ゴムチューブ53と、このゴムチューブ53の外周に被覆された網状スリーブ54とを有している。図では、網状スリーブ54の一部を破断して示している。網状スリーブ54の両端部は、ゴムチューブ53に固定されている。アクチュエータ本体51は、空気の供給・排出により、その長さが縮小・伸長する。即ち、アクチュエータ本体51は、空気を供給されることにより径が膨張し、その長さが縮小される。このようなアクチュエータ本体51の縮小時に、駆動力(引張力)が発生する。
流体レギュレータ52は、例えば実施の形態5と同様のブースタバルブユニット38とパイロット弁部39とを有している。なお、流体レギュレータ52は、実施の形態2〜4と同様の構成とすることもできる。また、超小形のアクチュエータ本体51を用いる場合であれば、流体レギュレータ52は、実施の形態1と同様の構成とすることもできる。
このようなチューブ形エアアクチュエータでは、パイロット弁部39のパイロット供給弁2及びパイロット排出弁3がマイクロバルブにより構成されているので、流体レギュレータ52を小形に構成することができ、アクチュエータ全体の小形軽量化を図ることができる。
また、チューブ形エアアクチュエータは、例えば、人体に装着することにより、人体の関節を動かす着用形関節駆動装置に適用される。この場合、流体レギュレータ52が小形軽量化されることにより、流体レギュレータ52をアクチュエータ本体51の近傍に配置することができ、アクチュエータ本体51の圧力制御をより正確に行うことができる。
次に、図26はこの発明の流体レギュレータを用いたシステムとしての流体圧式アクチュエータの第2の実施例を示す構成図である。この例では、パイロット弁部39がアクチュエータ本体51に搭載されている。パイロット弁部39とブースタバルブユニット38との間には、制御用空気圧を伝えるための制御用空気圧流路55が設けられている。また、パイロット弁部39とアクチュエータ本体51とパイロット弁部39との間には、ゴムチューブ53内の圧力を圧力センサ5に伝えるための圧力検出流路56が設けられている。他の構成は、図25の例同様である。
このように、パイロット弁部39をアクチュエータ本体51に搭載することにより、アクチュエータ本体51の圧力制御をより正確に行うことができる。
図27はこの発明の流体レギュレータを用いたシステム全体の一例を示す構成図である。この例では、人体に装着することにより、人体の関節を動かすエアアクチュエータシステムを示している。人体に装着される装着部61には、複数本のアクチュエータ本体51が設けられている。
各アクチュエータ本体51には、共通のコンプレッサ62から空気が供給される。コンプレッサ62と各アクチュエータ本体51との間には、ブースタバルブユニット38が介在されている。この例では、ブースタバルブユニット38は、装着部61に搭載されている。また、ブースタバルブユニット38は、対応するアクチュエータ本体51の近傍に配置されている。さらに、この例では、実施の形態7、8と同様にパイロット弁部39が各アクチュエータ本体51に搭載されている。各パイロット弁部39には、ホストコンピュータ63からの指令信号が入力される。
このように、複数のアクチュエータ本体51を装着部61に搭載する場合、それぞれの流体レギュレータ52を小形化することにより、システム全体の小形軽量化を図ることができる。従って、人体に着用するタイプのエアアクチュエータシステムでは、小形軽量化により利用者の負担が軽減され、特に有効である。
なお、圧力センサ5と長さセンサ58のセンサ本体59とは共通のボディに埋め込んで一体で構成してもよい。
また、ホストコンピュータ63とパイロット弁部39との間の信号の送受信は、シリアル通信(省配線)又は無線で行ってもよい。
さらに、上記の例では、流体圧式アクチュエータとしてチューブ形エアアクチュエータ1を示したが、他の形状、方式の流体圧式アクチュエータであってもよい。
さらにまた、上記の例では、流体が空気である場合について示したが、流体は空気以外の気体や油等の液体であってもよい。
また、この発明の流体圧式アクチュエータは、関節駆動用だけではなく、あらゆる用途に適用することができる。
また、ホストコンピュータ63とパイロット弁部39との間の信号の送受信は、シリアル通信(省配線)又は無線で行ってもよい。
さらに、上記の例では、流体圧式アクチュエータとしてチューブ形エアアクチュエータ1を示したが、他の形状、方式の流体圧式アクチュエータであってもよい。
さらにまた、上記の例では、流体が空気である場合について示したが、流体は空気以外の気体や油等の液体であってもよい。
また、この発明の流体圧式アクチュエータは、関節駆動用だけではなく、あらゆる用途に適用することができる。
1a,21a,40a 供給流路、1b,21b,40b 出力流路、1c,21c,40c 排出流路、2,22,41 供給弁、3,23,42 排出弁、7 制御部、8 CPU(処理部)、9 ROM(記憶部)、12 通信ポート、13 通信ネットワーク、26,43 開閉駆動部、28 パイロット供給弁、29 パイロット排出弁、35,39 パイロット弁部、36,38 ブースタバルブユニット、51 アクチュエータ本体、52 流体レギュレータ。
Claims (4)
- 流体の供給流路と出力流路との間に設けられている供給弁と、
流体の排出流路に設けられている排出弁と、
上記供給弁及び上記排出弁を制御する制御部と
を備え、上記供給弁及び上記排出弁は、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム技術により製造されたマイクロバルブであることを特徴とする流体レギュレータ。 - 流体の供給流路と出力流路との間に設けられている主供給弁と、
流体の排出流路に設けられている主排出弁と、
制御用流体圧の変化に応じて上記主供給弁及び上記主排出弁を開閉する開閉駆動部と、
上記制御用流体圧を制御するパイロット弁部と
を備え、
上記パイロット弁部は、
上記開閉駆動部に供給される流体の流路に設けられているパイロット供給弁と、
上記開閉駆動部から排出される流体の流路に設けられているパイロット排出弁と、
上記パイロット供給弁及び上記パイロット排出弁を制御する制御部とを有し、
上記パイロット供給弁及び上記パイロット排出弁は、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム技術により製造されたマイクロバルブであることを特徴とする流体レギュレータ。 - 上記制御部は、通信ネットワークに接続するための通信ポートと、アドレスを記憶した記憶部と、上記通信ネットワークから入力される信号に含まれるアドレス情報と上記記憶部に記憶されたアドレスとを照合する処理部とを有していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の流体レギュレータ。
- 上記パイロット弁部は、上記パイロット供給弁及び上記パイロット排出弁が実装されているプリント基板をさらに有し、
上記プリント基板は、上記主供給弁、上記主排出弁及び上記開閉駆動部を含むブースタバルブユニットに、連結プレートを介して取り付けられており、
上記プリント基板及び上記連結プレートには、上記パイロット供給弁及び上記パイロット排出弁と上記ブースタバルブユニットとの間を連通する複数の流路が設けられていることを特徴とする請求項2記載の流体レギュレータ。
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JP2004142677A JP2005326968A (ja) | 2004-05-12 | 2004-05-12 | 流体レギュレータ |
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