JP4559822B2 - Gas pressure control valve - Google Patents

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JP4559822B2 JP2004319024A JP2004319024A JP4559822B2 JP 4559822 B2 JP4559822 B2 JP 4559822B2 JP 2004319024 A JP2004319024 A JP 2004319024A JP 2004319024 A JP2004319024 A JP 2004319024A JP 4559822 B2 JP4559822 B2 JP 4559822B2
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Description

本発明は、気体圧制御弁に係り、複数のランド部を有するスプールと、スプールを軸方向移動可能に支持するスリーブとを備え、スリーブに対するスプールの軸方向移動駆動により負荷圧を制御するものであって、互いに異なる負荷圧を有する気体を負荷に供給する気体圧制御弁に関する。   The present invention relates to a gas pressure control valve, and includes a spool having a plurality of land portions and a sleeve that supports the spool so that the spool can move in the axial direction, and controls the load pressure by driving the spool in the axial direction relative to the sleeve. The present invention relates to a gas pressure control valve that supplies gases having different load pressures to a load.

流体圧回路や流体供給回路において管路の圧力制御や流量調整を行うために、移送弁あるいはサーボ弁等と呼ばれるフィードバック機構を内蔵した制御弁装置が用いられる。例えば、特許文献１には、トルクモータでスプールを駆動する油圧回路の流量等を制御するサーボ弁が開示され、特許文献２にはフォースモータでスプールを駆動する流体回路の流量等を制御するパイロットバルブが開示される。これらにおいて、スプールは複数のランド部を有し、そのスプールは軸方向移動可能にスリーブにより支持され、スリーブには圧力流体の供給口と、排出口と、圧力等が制御された流体を負荷に出力する負荷口が設けられ、スリーブに対するスプールの軸方向移動駆動により、スプールのランド部と負荷口等の位置関係を変化させて負荷に出力する流体の圧力や流量を制御している。   A control valve device incorporating a feedback mechanism called a transfer valve or a servo valve is used in order to perform pressure control and flow rate adjustment of a pipe line in a fluid pressure circuit and a fluid supply circuit. For example, Patent Document 1 discloses a servo valve that controls the flow rate of a hydraulic circuit that drives a spool with a torque motor, and Patent Document 2 discloses a pilot that controls the flow rate of a fluid circuit that drives a spool with a force motor. A valve is disclosed. In these, the spool has a plurality of land portions, and the spool is supported by a sleeve so as to be axially movable. The sleeve is loaded with a pressure fluid supply port, a discharge port, and a fluid whose pressure is controlled. An output load port is provided, and the pressure and flow rate of the fluid to be output to the load are controlled by changing the positional relationship between the land portion of the spool and the load port by driving the spool in the axial direction relative to the sleeve.

例えば、負荷口の軸方向の開口長さとほぼ同じ長さで、スプールの中央ランド部を設定し、そのランド部の一方側に供給口から圧力流体を供給し、他方側を排出口側に接続する構成をとる。この構成の場合では、中立位置ではスプールの中央ランド部がちょうど負荷口をふさぐが、スプールを僅かに排出口側に移動すると、中央ランド部と供給口との間の位置関係が変わり、供給口側と負荷口が連通し、圧力気体が負荷口に流れ込む。これによりスプールはさらに排出口側に移動しようとするが、実際にはサーボ弁にはスプールを中立位置に戻す付勢力が与えられ、あるいは位置検出等のフィードバックが行われるので、スプールは逆に供給口側に戻される。スプールが供給口側に戻されると、中央ランド部と排出口との間の位置関係が変わり、排出口側と負荷口が連通し、負荷側の流体は大気に排出される。そこで再び付勢力又はフィードバックによりスプールは供給口側に戻される。   For example, the central land part of the spool is set to the same length as the axial opening length of the load port, pressure fluid is supplied from the supply port to one side of the land, and the other side is connected to the discharge port side. The structure to be taken is taken. In this configuration, in the neutral position, the central land portion of the spool just blocks the load port, but when the spool is moved slightly to the discharge port side, the positional relationship between the central land portion and the supply port changes, and the supply port The side and the load port communicate with each other, and pressure gas flows into the load port. As a result, the spool tries to move further toward the discharge port, but in reality, the servo valve is given a biasing force to return the spool to the neutral position, or feedback such as position detection is performed. It is returned to the mouth side. When the spool is returned to the supply port side, the positional relationship between the central land portion and the discharge port changes, the discharge port side and the load port communicate with each other, and the fluid on the load side is discharged to the atmosphere. Therefore, the spool is returned to the supply port side again by the urging force or feedback.

このように、スプールのランド部と負荷口等との位置関係と、スプールの付勢力又は運動検出のフィードバックにより、スプールは中立位置を中心に微妙に移動させることで、負荷に出力する流体の圧力や流量を制御することができる。   As described above, the spool is moved slightly around the neutral position based on the positional relationship between the spool land portion and the load port and the feedback of the biasing force or motion detection of the spool. And the flow rate can be controlled.

特開昭４２−１２８８０号公報JP-A-42-12880 特公昭３９−４９５８号公報Japanese Examined Patent Publication No. 39-4958

スプールとスリーブとを用いる気体圧制御弁において、供給口、排気口、負荷口がそれぞれ１つずつのものは３ウエイ等と呼ばれる。この３ウエイ気体圧制御弁から供給される気体圧を用いてピストン・シリンダ型のアクチュエータ等を駆動することができる。また、ピストンの両側の気体室に、異なる気体圧を有する気体を供給し、その気体圧の差でピストンを駆動するタイプのアクチュエータがあるが、この場合には、相互に異なる気体圧を有する気体の供給が必要なので、気体圧制御弁では、ランド部等の数を増やし、１つの供給口、２つの排気口、２つの負荷口を設ける。このタイプの気体圧制御弁は５ウエイ等と呼ばれる。   In a gas pressure control valve using a spool and a sleeve, one having one supply port, one exhaust port, and one load port is called a 3-way or the like. A piston / cylinder type actuator or the like can be driven using the gas pressure supplied from the three-way gas pressure control valve. In addition, there is an actuator of a type that supplies gas having different gas pressures to the gas chambers on both sides of the piston and drives the piston by the difference in gas pressure. In this case, gas having different gas pressures is used. Therefore, in the gas pressure control valve, the number of lands and the like is increased, and one supply port, two exhaust ports, and two load ports are provided. This type of gas pressure control valve is called a 5-way or the like.

５ウエイの気体圧制御弁では、スプールが駆動機構により軸方向に移動駆動されると、２つの負荷口には、一方の気体圧が高くなれば他方の気体圧が低くなる関係の下で、相互に異なる気体圧が生成される。これらがピストンの両側の気体室にそれぞれ供給されることで、その気体圧の差に応じてピストンが駆動されることになる。例えば、５ウエイの気体圧制御弁のスプールを駆動機構により正弦波駆動すると、負荷であるアクチュエータのピストンもほぼ正弦波に近い移動を行う。例えば、正弦波よりややだれた波形の移動を行う。   In the 5-way gas pressure control valve, when the spool is driven to move in the axial direction by the drive mechanism, the relationship between the two load ports is that if one of the gas pressures increases, the other gas pressure decreases. Different gas pressures are generated. By supplying these to the gas chambers on both sides of the piston, the piston is driven according to the difference in gas pressure. For example, when the spool of a 5-way gas pressure control valve is driven in a sine wave by a drive mechanism, the piston of the actuator that is a load also moves substantially in a sine wave. For example, the movement of the waveform slightly deviated from the sine wave is performed.

アクチュエータの移動制御の精度がある程度のものであるときはこれでも問題が少なかったが、高精度の位置決め等が要求されると、このスプール移動とピストン移動の乖離がより大きな問題となる。   Even when the accuracy of the movement control of the actuator is a certain level, there are few problems. However, when high-precision positioning is required, the difference between the spool movement and the piston movement becomes a larger problem.

この乖離の原因の１つは、２つの負荷口における気体圧の関係が正確に対応付けて変化していないことにある。すなわち、一方の気体圧が高くなればその高くなった分に正確に対応して他方の気体圧が低くならない。その理由は、２つの負荷口の開口条件を同じとして、２つの負荷口における流体抵抗が異なることにあると考えられる。すなわち、２つの負荷口のうち、一方側は供給口からの高圧気体を負荷側に供給するのに対し、他方側は、負荷側の高圧気体を一気に排気口に戻す機能を有し、気体の流れる状態がかなり相違し、気体の圧縮性等を考えると、後者の方が前者に比べ、流体抵抗がより大きいものと考えられる。ちなみに、非圧縮性の油を用いる油圧制御弁の場合は、このような問題は生じない。   One of the causes of this divergence is that the relationship between the gas pressures at the two load ports does not change accurately in association with each other. That is, if one gas pressure increases, the other gas pressure does not decrease exactly corresponding to the increased gas pressure. The reason is considered to be that the fluid resistance at the two load ports is different, assuming that the opening conditions of the two load ports are the same. That is, of the two load ports, one side supplies the high-pressure gas from the supply port to the load side, while the other side has a function of returning the high-pressure gas on the load side to the exhaust port at once. The flow state is quite different, and considering the compressibility of gas, the latter is considered to have higher fluid resistance than the former. Incidentally, such a problem does not occur in the case of a hydraulic control valve using incompressible oil.

本発明の目的は、２つの負荷口における流体抵抗を略同じにすることを可能とする気体圧制御弁を提供することである。   An object of the present invention is to provide a gas pressure control valve that enables fluid resistances at two load ports to be substantially the same.

本発明に係る気体圧制御弁は、間隔をおいて軸方向に配列された複数のランド部と、隣接するランド部を接続するステム部とを含むスプールと、スプールを軸方向移動可能に支持する内壁を有し、スプールと協働してスプールの隣り合うランド部の間の空間を内壁で囲むことで圧力室を形成するスリーブと、スリーブに設けられ、スプール側に１次側気体圧を有する気体が供給される供給口と、スリーブに設けられ、スプール側からの気体が排気される排気口と、スリーブに設けられ、スプールがスリーブに対し移動駆動されることで、一方の気体圧が高くなれば他方の気体圧が低くなる関係の下で、１次側気体圧から生成される２つの制御気体圧を有する気体のそれぞれを２つの負荷のそれぞれに出力し、あるいは、２つの負荷からのそれぞれの気体をそれぞれ排気口側に流す２つの負荷口と、を備え、２つの負荷口の一方の第１負荷口は、スプールがスリーブに対し移動駆動されることで、供給口側から制御気体圧を有する気体を第１負荷へ流し、あるいは第１負荷からの気体を排気口側に流し、２つの負荷口の他方の第２負荷口は、 スプールがスリーブに対し移動駆動されることで、供給口側から制御気体圧を有する気体を第２負荷へ流し、あるいは第２負荷からの気体を排気口側に流し、第１負荷口の開口は、スプールの軸方向に沿って、供給口側の開口が排気口側の開口より小さい非対称の形状を有し、第２負荷口の開口は、スプールの軸方向に沿って、供給口側の開口が排気口側の開口より小さい非対称の形状を有し、２つの負荷口の開口の狭い部分と広い部分の寸法を調整し、２つの負荷口の開口条件が同じのときに２つの負荷口における流体抵抗を同じとすることを特徴とする A gas pressure control valve according to the present invention supports a spool including a plurality of land portions arranged in the axial direction at intervals, a stem portion connecting adjacent land portions, and the spool so as to be movable in the axial direction. has an inner wall, a sleeve forming a pressure chamber by enclosing the space between the land portion adjacent the spool to spool and cooperating with the inner wall, provided on the sleeve, a primary gas pressure to the spool side a supply port for gas Ru is supplied with, provided on the sleeve, and an exhaust port for gas from the spool side is Ru is evacuated, provided on the sleeve, spool by being driven movement relative to the sleeve, is one of the gas pressure If the gas pressure is higher, the gas having two control gas pressures generated from the primary gas pressure is output to each of the two loads under the relationship that the other gas pressure is lowered. It's Comprising two load ports flowing les of gas to each outlet port side, and one first load port of the two load port, spool by being driven movement relative to the sleeve, the control from the supply port side gas A gas having a pressure flows to the first load, or a gas from the first load flows to the exhaust port side, and the other second load port of the two load ports is driven to move with respect to the sleeve, flowing a gas having a controlled gas pressure from the supply port side to the second load, or flowing a gas from the second load to the exhaust port side, the opening of the first load port, along the axial direction of the spool, the supply port side openings having a small asymmetry of shape than the opening of the exhaust port side, the opening of the second load port, along the axial direction of the spool, the shape of the asymmetric opening of the supply port side is smaller than the opening of the exhaust port side the dimensions of closed, and two narrow portion and a wide portion of the opening of the load port Adjust the two load port opening condition is characterized that you fluid resistance in the two load ports and the same when the same

また、本発明に係る気体圧制御弁において、スプールは、４つのランド部を含み、スリーブは、軸方向に沿って、一方の排気口、第１負荷口、供給口、第２負荷口、他方の排気口の順に配置される１つの供給口と２つの排気口と２つの負荷口とを含み、スリーブに対しスプールが中立状態にあるとき、４つのランドのうち中央部の２つのランドのそれぞれが第１負荷口と第２の負荷口とをそれぞれ塞ぐ５ウェイの気体圧制御弁であって、第１負荷口の開口は、スプールの軸方向に沿って、供給口側の開口が一方の排気口側の開口より小さい非対称の形状を有し、第２負荷口の開口は、スプールの軸方向に沿って、供給口側の開口が他方の排気口側の開口より小さい非対称の形状を有することが好ましい。
また、本発明に係る気体圧制御弁において、３つのランド部を有する第１スプールと、第１スプールに対応し、軸方向に沿って一方の排気口、第１負荷口、一方の供給口の順に配置される１つの供給口と１つの排気口と１つの負荷口とを有する第１スリーブと、３つのランド部を有する第２スプールと、第２スプールに対応し、軸方向に沿って他方の排気口、第２負荷口、他方の供給口の順に配置される１つの供給口と１つの排気口と１つの負荷口とを有する第２スリーブと、を含み、一方の供給口と他方の供給口とは相互に接続されて１次側気体圧が供給され、第１スプールと第２スプールとは同期してそれぞれ第１スリーブと第２スリーブに対し移動駆動され、中立状態では第１スプールの中央ランドが第１負荷口を塞ぎ、第２スプールの中央ランド部が第２負荷口を塞ぐ３ウェイの制御圧生成部を２つ備える気体圧制御弁であって、第１負荷口の開口は、スプールの軸方向に沿って、供給口側の開口が一方の排気口側の開口より小さい非対称の形状を有し、第２負荷口の開口は、スプールの軸方向に沿って、供給口側の開口が他方の排気口側の開口より小さい非対称の形状を有することが好ましい。 Further, in the gas pressure control valve according to the present invention , the spool includes four land portions, and the sleeve extends along the axial direction in one exhaust port, the first load port, the supply port, the second load port, and the other. Each of the two lands in the center of the four lands when the spool is in a neutral state with respect to the sleeve. Is a 5-way gas pressure control valve that respectively closes the first load port and the second load port, and the opening of the first load port is one of the openings on the supply port side along the axial direction of the spool. has a smaller asymmetric shape than the opening of the exhaust port side, the opening of the second load port, along the axial direction of the spool, the shape of the asymmetric opening of the supply port side is smaller than the opening of the other exhaust port side It is preferable to have .
Further, in the gas pressure control valve according to the present invention, the first spool having the three land portions, the first spool, the one exhaust port, the first load port, and the one supply port along the axial direction. A first sleeve having one supply port, one exhaust port, and one load port arranged in order, a second spool having three land portions, and the other corresponding to the second spool along the axial direction. An exhaust port, a second load port, and a second sleeve having one exhaust port and one load port arranged in the order of the other supply port, one supply port and the other supply port The supply port is connected to each other to supply the primary gas pressure, and the first spool and the second spool are driven to move relative to the first sleeve and the second sleeve in synchronization with each other. Center land closes the first load port and the second spool The central land portion is a gas pressure control valve having two 3-way control pressure generating portions that block the second load port. The opening of the first load port is an opening on the supply port side along the axial direction of the spool. Has an asymmetrical shape smaller than the opening on one exhaust port side, and the opening of the second load port is asymmetrical along the axial direction of the spool, the opening on the supply port side being smaller than the opening on the other exhaust port side. It preferably has a shape.

スプールとスリーブを用い、２つの負荷口を有する気体圧制御弁の構成の１つの例は、１つの供給口、２つの排気口、２つの負荷口を有するいわゆる５ウエイ気体圧制御弁である。そして、例えばスプールが一方の排気口に接続される第１圧力室側に移動すると、供給口に接続される第２圧力室が第１負荷口に連通し、他方の排気口に接続される第３圧力室が第２負荷口に連通するので、第１負荷口から高圧気体が負荷に供給され、負荷からの高圧気体は第２負荷口から大気に排気される。同様に、スプールが第３圧力室側に移動すると、第２圧力室が第２負荷口に連通し、第１圧力室が第１負荷口に連通するので、第２負荷口から高圧気体が負荷に供給され、負荷からの高圧気体は第１負荷口から大気に排気される。 One example of the configuration of a gas pressure control valve using a spool and a sleeve and having two load ports is a so-called five-way gas pressure control valve having one supply port, two exhaust ports, and two load ports. For example, when the spool moves to the first pressure chamber connected to one exhaust port, the second pressure chamber connected to the supply port communicates with the first load port and is connected to the other exhaust port . Since the three pressure chambers communicate with the second load port, high-pressure gas is supplied from the first load port to the load, and high-pressure gas from the load is exhausted from the second load port to the atmosphere. Similarly, when the spool moves to the third pressure chamber side, the second pressure chamber communicates with the second load port, and the first pressure chamber communicates with the first load port, so that high-pressure gas is loaded from the second load port. The high-pressure gas from the load is exhausted to the atmosphere from the first load port.

第１負荷口及び第２負荷口における開口は軸方向に沿って非対称とし第２圧力室側の開口を小さくしたので、開口の位置及び開口を通る気体の流れは次のようになる。すなわち、スプールが第１圧力室側に移動するときは、ランド部が第１負荷口をふさいでいる状態から第１圧力室側に移動し、第１負荷口において第２圧力室側の開口の小さい部分が開き、負荷側と連通する。つまり、供給口からの高圧気体は、開口の小さい部分を通って負荷に供給される。そのとき、第２負荷口では、ランド部が第２負荷口をふさいでいる状態から第１圧力室側に移動し、第３圧力室側の開口の大きい部分が開き、負荷側と連通する。   Since the openings in the first load port and the second load port are asymmetric along the axial direction and the opening on the second pressure chamber side is made small, the position of the opening and the flow of gas through the opening are as follows. That is, when the spool moves to the first pressure chamber side, the land portion moves from the state blocking the first load port to the first pressure chamber side, and the opening of the second pressure chamber side is opened at the first load port. A small part opens and communicates with the load side. That is, the high-pressure gas from the supply port is supplied to the load through a portion having a small opening. At that time, at the second load port, the land portion moves from the state of blocking the second load port to the first pressure chamber side, and a large portion of the opening on the third pressure chamber side opens to communicate with the load side.

つまり、負荷からの高圧気体は、開口の大きい部分を通って大気に排気される。したがって、供給口からの高圧気体を流すのは開口の小さい部分を通し、負荷からの気体を大気に排気するのは開口の大きい部分を通す。スプールが第３圧力室側に移動するときも同じである。これにより、２つの負荷口の開口条件が同じのときに２つの負荷口における流体抵抗が異なることを打ち消して、２つの負荷口における流体抵抗を略同じにすることができる。   That is, the high-pressure gas from the load is exhausted to the atmosphere through a large opening. Therefore, the high-pressure gas from the supply port is passed through the small opening portion, and the gas from the load is exhausted to the atmosphere through the large opening portion. The same applies when the spool moves to the third pressure chamber side. Thereby, when the opening conditions of the two load ports are the same, it is possible to cancel the fact that the fluid resistances at the two load ports are different, and to make the fluid resistances at the two load ports substantially the same.

スプールとスリーブを用い、２つの負荷口を有する気体圧制御弁の構成の他の例は、３ウェイの制御圧生成部を２つ用いるものである。すなわち、１つの供給口、１つの排気口、１つの負荷口を有するスプール及びスリーブを２つ用い、２つのスプールは同期して駆動し、それぞれの負荷口の開口は軸方向に沿って非対称とし、第２圧力室側の開口を小さくしたので、１つのスプールで５ウエイ気体制御弁を構成するのに比べ、配置の自由度が増える。 Another example of the configuration of the gas pressure control valve using a spool and a sleeve and having two load ports uses two three-way control pressure generating units. That is, two spools and sleeves having one supply port, one exhaust port, one load port are used, the two spools are driven synchronously, and the opening of each load port is asymmetric along the axial direction. Since the opening on the second pressure chamber side is made smaller, the degree of freedom in arrangement is increased compared with the case where the 5-way gas control valve is configured with one spool.

上記のように、本発明に係る気体制御弁によれば、２つの負荷口における流体抵抗を略同じにすることができる。   As described above, according to the gas control valve of the present invention, the fluid resistances at the two load ports can be made substantially the same.

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１は、図示されていない負荷、例えば微小移動機構のアクチュエータに、精密に調整された２つの異なる気体圧Ｐａ，Ｐｂを供給できる気体圧制御弁１０の詳細な構成図である。気体圧制御弁１０は、気密構造の筐体１２の中に、スプール１４とスリーブ１６と、スプール１４を軸方向に移動駆動するリニアモータ５０と、スプール１４の軸方向の位置情報を検出する差動変圧器方式の変位センサ６０等を備える。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a detailed configuration diagram of a gas pressure control valve 10 that can supply two different gas pressures Pa and Pb that are precisely adjusted to a load (not shown), for example, an actuator of a minute movement mechanism. The gas pressure control valve 10 includes a spool 14, a sleeve 16, a linear motor 50 that moves and drives the spool 14 in the axial direction, and a difference that detects positional information of the spool 14 in the axial direction. The displacement sensor 60 of a dynamic transformer system etc. are provided.

気体圧制御弁１０の動作は、制御部８０により制御される。制御部８０には、変位センサ６０の検出信号が入力され、これらに基づき、リニアモータ５０へ駆動信号が出力される。かかる制御部８０は、適当なアナログ電子回路又はディジタル電子回路や、コンピュータ等のデータ処理装置で構成することができる。制御部８０は、気体圧制御弁１０の一部として構成してもよく、また独立して構成してもよく、あるいは気体圧制御弁１０の出力圧力が供給される負荷、例えば微小移動機構のアクチュエータ等における制御部の一部として構成することもできる。   The operation of the gas pressure control valve 10 is controlled by the control unit 80. The detection signal of the displacement sensor 60 is input to the control unit 80, and a drive signal is output to the linear motor 50 based on these signals. The control unit 80 can be configured by a suitable analog electronic circuit or digital electronic circuit, or a data processing device such as a computer. The control unit 80 may be configured as a part of the gas pressure control valve 10, may be configured independently, or a load to which the output pressure of the gas pressure control valve 10 is supplied, for example, a micro movement mechanism. It can also be configured as part of a control unit in an actuator or the like.

筐体１２は、内部に気体圧制御弁１０の各構成要素を収納し、スリーブ１６の供給口３０、排気口３２，３４、負荷口３６，３８のそれぞれに接続されて外部に開口する各気体ポートを除いて気密であるケース体で、数個のブロックを組み立てて得ることができる。図１の例では、スリーブ１６の外周を固定保持するブロックを中心に、リニアモータ５０と変位センサ６０を組み込みやすいように、全体として３つのブロックに分けられている。かかる筐体１２は、適当な金属ブロックを加工し、適当な気密シーリングを用いながら気密に組み立て、適当な固定手段で固定して得ることができる。材質は、気密性、堅牢性等を満たせば金属以外のものを一部用いることができるが、少なくともリニアモータ５０のヨークを構成する部分は、磁性体であることを要する。 The casing 12 accommodates each component of the gas pressure control valve 10 inside, and is connected to each of the supply port 30, the exhaust ports 32 and 34, and the load ports 36 and 38 of the sleeve 16 and opens to the outside. It can be obtained by assembling several blocks in a case body that is airtight except for the port. In the example of FIG. 1, the block is generally divided into three blocks so that the linear motor 50 and the displacement sensor 60 can be easily incorporated around the block that fixes and holds the outer periphery of the sleeve 16. Such a housing 12 can be obtained by processing an appropriate metal block, assembling hermetically using an appropriate hermetic sealing, and fixing it with an appropriate fixing means. A material other than metal can be used as long as airtightness, robustness, etc. are satisfied, but at least a portion constituting the yoke of the linear motor 50 needs to be a magnetic material.

スプール１４はスリーブ１６に軸方向移動可能に支持され、スプール１４は、軸方向に間隔を置いて配列された４つのランド部２０，２２，２４，２６と、隣接するランド部を接続するステム部２８とを含む。スプール１４はリニアモータ５０によって、図１に示すＸ方向、すなわち軸方向に移動駆動される。   The spool 14 is supported by the sleeve 16 so as to be movable in the axial direction. The spool 14 is connected to four land portions 20, 22, 24, 26 arranged at intervals in the axial direction, and a stem portion connecting adjacent land portions. 28. The spool 14 is driven to move in the X direction shown in FIG.

スリーブ１６には、１次側気体圧Ｐｓが供給される供給口３０と、大気Ｐ0に開放される排気口３２，３４と、図示されていない負荷に気体圧Ｐａ，Ｐｂを出力する負荷口３６，３８とが設けられる。 The sleeve 16 has a supply port 30 to which the primary gas pressure Ps is supplied, exhaust ports 32 and 34 that are opened to the atmosphere P 0 , and load ports that output the gas pressures Pa and Pb to a load (not shown). 36, 38 are provided.

スプール１４とスリーブ１６の組み合わせは、一般的なもので、スリーブの内径は軸方向に一様で、スプールの各ランド部の外径も、スリーブの内径よりやや小さめであるが同じである。そして、スプール１４とスリーブ１６との組み合わせで、−Ｘ方向から＋Ｘ方向の順に、第１圧力室４０、第２圧力室４２、第３圧力室４４が形成される。   The combination of the spool 14 and the sleeve 16 is a general one, the inner diameter of the sleeve is uniform in the axial direction, and the outer diameter of each land portion of the spool is slightly smaller than the inner diameter of the sleeve, but is the same. The combination of the spool 14 and the sleeve 16 forms a first pressure chamber 40, a second pressure chamber 42, and a third pressure chamber 44 in the order from the -X direction to the + X direction.

すなわち、スプール１４の中央側に配置される２つのランド部２２，２４は、その幅がスリーブ１６の２つの負荷口３６，３８のＸ方向の開口幅とほぼ等しくあるいはやや長めに設定され、中立状態では、２つのランド部２２，２４は２つの負荷口３６，３８をふさぐように向かい合っている。そして、この２つのランド部２２，２４と、スリーブ１６の内壁と、ステム部とに囲まれる空間が第２圧力室４２で、第２圧力室４２に供給口３０が接続される。また、最も左側のランド部２０と中央側で左寄りのランド部２２とスリーブ１６の内径とステム部に囲まれる空間が第１圧力室４０で、第１圧力室４０には排気口３２が接続される。同様に、最も右側のランド部２６と中央側で右寄りのランド部２４とスリーブ１６の内径とステム部に囲まれる空間が第３圧力室４４で、第３圧力室４４には排気口３４が接続される。   That is, the two land portions 22, 24 arranged on the center side of the spool 14 are set to have a width that is substantially equal to or slightly longer than the opening width in the X direction of the two load ports 36, 38 of the sleeve 16. In the state, the two land portions 22 and 24 face each other so as to block the two load ports 36 and 38. A space surrounded by the two land portions 22, 24, the inner wall of the sleeve 16, and the stem portion is a second pressure chamber 42, and the supply port 30 is connected to the second pressure chamber 42. Further, a space surrounded by the leftmost land portion 20, the leftmost land portion 22 on the center side, the inner diameter of the sleeve 16 and the stem portion is the first pressure chamber 40, and the exhaust port 32 is connected to the first pressure chamber 40. The Similarly, the space surrounded by the rightmost land portion 26, the rightmost land portion 24 on the center side, the inner diameter of the sleeve 16 and the stem portion is the third pressure chamber 44, and the exhaust port 34 is connected to the third pressure chamber 44. Is done.

したがって、中央側で左寄りのランド部２２は、スリーブ１６の内径と協働して、第１圧力室４０と、第２圧力室４２との間を仕切る機能を有し、中央側で右寄りのランド部２４は、スリーブ１６の内径と協働して、第３圧力室４４と、第２圧力室４２との間を仕切る機能を有する。これにより、スプール１４が中立状態から図１に示す−Ｘ方向に移動駆動されると、中央側で左寄りのランド部２２は負荷口３６の＋Ｘ方向側を開け、供給口３０から１次側気体圧Ｐｓが負荷口３６へ流れ込む。このとき、中央側で右寄りのランド部２４は負荷口３８の＋Ｘ方向側を開け、負荷側と排気口３４とが連通する。逆に、スプール１４が中立状態から図１に示す＋Ｘ方向に移動駆動されると、中央側で右寄りのランド部２４は負荷口３８の−Ｘ方向側を開け、供給口３０から１次側気体圧Ｐｓが負荷口３８へ流れ込む。このとき、中央側で左寄りのランド部２２は負荷口３６の−Ｘ方向側を開け、負荷側と排気口３２とが連通する。そして、制御部８０による適当なフィードバックにより、負荷口３６，３８に出力される２次側気体圧Ｐａ，Ｐｂが所望の値に調整されることになる。負荷口３６，３８の開口の形状と、気体の流れとの関係については、後に詳述する。   Accordingly, the land portion 22 on the left side on the center side has a function of partitioning between the first pressure chamber 40 and the second pressure chamber 42 in cooperation with the inner diameter of the sleeve 16, and the land portion on the right side on the center side. The part 24 has a function of partitioning between the third pressure chamber 44 and the second pressure chamber 42 in cooperation with the inner diameter of the sleeve 16. Thereby, when the spool 14 is driven to move in the −X direction shown in FIG. 1 from the neutral state, the land portion 22 on the left side in the center opens the + X direction side of the load port 36, and the primary side gas is supplied from the supply port 30. The pressure Ps flows into the load port 36. At this time, the land portion 24 on the right side on the center side opens the + X direction side of the load port 38 so that the load side and the exhaust port 34 communicate with each other. Conversely, when the spool 14 is driven to move in the + X direction shown in FIG. 1 from the neutral state, the land portion 24 on the right side on the center side opens the −X direction side of the load port 38, and the primary side gas is supplied from the supply port 30. The pressure Ps flows into the load port 38. At this time, the land portion 22 on the left side on the center side opens the −X direction side of the load port 36, and the load side and the exhaust port 32 communicate with each other. The secondary side gas pressures Pa and Pb output to the load ports 36 and 38 are adjusted to desired values by appropriate feedback by the control unit 80. The relationship between the shape of the openings of the load ports 36 and 38 and the gas flow will be described in detail later.

スリーブ１６の供給口３０、排気口３２，３４、負荷口３６，３８は、それぞれ筐体１２の供給ポート、排気ポート、負荷ポートに開口し、筐体１２の供給ポートには図示されていない気体供給源が接続され、排気ポートは大気に開放され、負荷ポートには微小移動機構のアクチュエータ等の負荷が接続される。   The supply port 30, the exhaust ports 32 and 34, and the load ports 36 and 38 of the sleeve 16 open to the supply port, the exhaust port, and the load port of the housing 12, respectively, and are not shown in the supply port of the housing 12. A supply source is connected, the exhaust port is opened to the atmosphere, and a load such as an actuator of a micro movement mechanism is connected to the load port.

かかるスプール１４とスリーブ１６は、金属材料を精密に加工して得ることができる。特に、スプール１４のランド部２０，２２，２４，２６と、スリーブ１６の内径は、お互いに摺動するので、滑らかに精度よく仕上げることが必要である。寸法例をあげると、スプール１４において、各ランド部２０，２２，２４，２６の直径を１０ｍｍ、ステム部２８の直径を５ｍｍとし、スリーブ１６の内径はランド部２０，２２，２４，２６の直径より約７μｍ程度大きめにすることが好ましい。   The spool 14 and the sleeve 16 can be obtained by precisely processing a metal material. In particular, since the land portions 20, 22, 24, 26 of the spool 14 and the inner diameter of the sleeve 16 slide relative to each other, it is necessary to finish smoothly and accurately. For example, in the spool 14, the diameter of each land portion 20, 22, 24, 26 is 10 mm, the diameter of the stem portion 28 is 5 mm, and the inner diameter of the sleeve 16 is the diameter of the land portions 20, 22, 24, 26. It is preferable to make it larger by about 7 μm.

リニアモータ５０は、スプール１４を軸方向に移動駆動する駆動機構で、スプール１４の軸方向の一方側における先端部に固定して取り付けられる。図１の例では、スプール１４の最も左側のランド部２０に近い先端部に取り付けられる。リニアモータ５０は、軸方向、すなわち図１のＸ方向に沿って配置される固定子磁気ギャップと、その固定子磁気ギャップの中を軸方向に移動する可動子を含む直線駆動装置で、スプール１４を軸方向に移動駆動する機能を有する。具体的には、磁性体である筐体１２の一部に、Ｘ方向を軸方向とする円環状のギャップが設けられ、そのギャップの一方側に磁石５２が取り付けられる。このことで、ギャップが、軸方向に配置された固定子磁気ギャップとなる。可動子は、この固定子磁気ギャップの中を軸方向に移動できる円環状の部分を有する移動体５４と、移動体５４の円環状の部分に軸方向に配列されたコイル５６を含んで構成される。   The linear motor 50 is a drive mechanism that moves and drives the spool 14 in the axial direction, and is fixedly attached to a tip portion on one side of the spool 14 in the axial direction. In the example of FIG. 1, the spool 14 is attached to the tip portion close to the leftmost land portion 20. The linear motor 50 is a linear drive device that includes a stator magnetic gap disposed along the axial direction, that is, the X direction in FIG. 1, and a mover that moves in the stator magnetic gap in the axial direction. Has a function of moving and driving in the axial direction. Specifically, an annular gap whose axial direction is the X direction is provided in a part of the housing 12 that is a magnetic body, and a magnet 52 is attached to one side of the gap. This makes the gap a stator magnetic gap arranged in the axial direction. The mover includes a moving body 54 having an annular portion capable of moving in the axial direction in the stator magnetic gap, and a coil 56 arranged in the axial direction on the annular portion of the moving body 54. The

磁石５２は、固定子磁気ギャップを形成し、コイル５６に鎖交する磁束を発生するためのものである。磁石５２は、上記の円環状ギャップに合わせ、円環状としてもよく、また必要なトルクを得る程度に、円管状ギャップの一部に設けてもよい。かかる磁石としては、高性能の永久磁石を用いることができる。筐体１２に磁石５２を取り付けるには、適当な接着材を用いてもよく、あるいは、磁性体と磁石の吸引力のみで保持することもできる。   The magnet 52 forms a stator magnetic gap and generates a magnetic flux interlinking with the coil 56. The magnet 52 may be formed in an annular shape in accordance with the above-described annular gap, or may be provided in a part of the annular gap so as to obtain a necessary torque. As such a magnet, a high-performance permanent magnet can be used. In order to attach the magnet 52 to the housing 12, an appropriate adhesive may be used, or the magnet 52 can be held only by the attraction force of the magnetic body and the magnet.

移動体５４は、固定子磁気ギャップと協働して駆動力を発生するコイル５６を搭載し、またスプール１４が取り付けられる部品である。移動体５４は、概略お椀形の形状のもので、お椀形の円環状側面にコイル５６が円周方向に沿って巻きつけられる。お椀形の底にあたる部分は、スプール１４との接続部である。かかる移動体５４は、適当な強度を有する樹脂を用い、一体成形で得ることができる。また、必要なトルクを得られるならば、移動体５４を完全な円環状とせずに、円環状の一部の形状として、そこにコイル５６を巻回してもよい。   The moving body 54 is a component on which a coil 56 that generates a driving force in cooperation with the stator magnetic gap is mounted and the spool 14 is attached. The moving body 54 has a generally bowl shape, and a coil 56 is wound around the bowl-shaped annular side surface along the circumferential direction. A portion corresponding to the bottom of the bowl shape is a connection portion with the spool 14. Such a moving body 54 can be obtained by integral molding using a resin having an appropriate strength. Further, if the required torque can be obtained, the moving body 54 may not be a complete annular shape, but may be formed as a part of the annular shape, and the coil 56 may be wound there.

コイル５６は、絶縁被覆導線を移動体５４の円環状側面に円周状に複数回巻回されたもので、導線の抵抗、巻数等は、固定子磁気ギャップの特性設定とともに、リニアモータ５０の速度や応答性性能の面から設定される。また、コイル５６の引き出し線５８は、移動体５４の円環状側面に沿って適当に這わされた後、たわみを十分に持った自由端となって、空中を経由して接続端子７０に接続される。このたわみや、導線のしなやかさは、移動体５４の高速移動や応答性等に影響が少ないように選ぶことが好ましい。 The coil 56 is formed by winding an insulation- coated conductor wire around the annular side surface of the moving body 54 a plurality of times, and the resistance of the conductor wire, the number of turns, etc. It is set in terms of speed and responsiveness performance. In addition, the lead wire 58 of the coil 56 is appropriately wound along the annular side surface of the moving body 54, and then becomes a free end having sufficient deflection, and is connected to the connection terminal 70 via the air. The It is preferable to select the flexure and the flexibility of the conductive wire so that there is little influence on the high-speed movement and responsiveness of the moving body 54.

変位センサ６０は、スプール１４の軸方向の他方側における先端部に取り付けられ、スプール１４の軸方向の変位を差動変圧器方式により検出する機能を有する。ここでは、スプール１４の他方側の先端部をさらに延ばし、その先に軟磁性体プローブ６２を取り付け、これと協働するトランス巻線６４を筐体１２側に設ける。軟磁性体プローブ６２は、スプール１４と一体として軸方向に移動し、トランス巻線６４の空洞部への挿入長さに応じた信号がトランス巻線６４から出力される。トランス巻線６４の各端子は、接続端子７２を介して制御部８０に接続されるので、必要な動作条件は制御部８０から供給され、軟磁性体プローブ６２の軸方向変位に応じた信号は制御部８０に出力される。   The displacement sensor 60 is attached to the tip of the spool 14 on the other side in the axial direction, and has a function of detecting the displacement of the spool 14 in the axial direction by a differential transformer method. Here, the tip of the other side of the spool 14 is further extended, a soft magnetic probe 62 is attached to the tip, and a transformer winding 64 that cooperates therewith is provided on the housing 12 side. The soft magnetic probe 62 moves in the axial direction integrally with the spool 14, and a signal corresponding to the insertion length of the transformer winding 64 into the cavity is output from the transformer winding 64. Since each terminal of the transformer winding 64 is connected to the control unit 80 via the connection terminal 72, necessary operating conditions are supplied from the control unit 80, and a signal corresponding to the axial displacement of the soft magnetic probe 62 is It is output to the control unit 80.

なお、変位センサ６０に代えて、サーチコイル型の速度検出センサ、光学式の位置検出センサ等を用いてもよい。また、位置検出及び速度検出をともに行い、制御部８０にフィードバックしてもよく、さらに加速度のフィードバックを行うこととしてもよい。このように、スプール１４の運動情報を検出して制御部８０に供給することで、制御部８０において、変位、速度、加速度等のフィードバック制御を行うことができ、精密な気体圧Ｐａ，Ｐｂの制御が可能になる。   Instead of the displacement sensor 60, a search coil type speed detection sensor, an optical position detection sensor, or the like may be used. Further, both position detection and speed detection may be performed and fed back to the control unit 80, or acceleration may be further fed back. Thus, by detecting the motion information of the spool 14 and supplying it to the control unit 80, the control unit 80 can perform feedback control such as displacement, speed, acceleration, etc., and the precise gas pressures Pa and Pb can be controlled. Control becomes possible.

このような構成の気体圧制御弁１０において、制御部８０よりリニアモータ５０に駆動信号が与えられると、それに応じてリニアモータ５０の移動体５４が軸方向に移動駆動され、移動体５４と接続されるスプール１４がスリーブ１６に対して相対的に軸方向に移動する。これにより、スプール１４のランド部２２，２４と２つの負荷口３６，３８との相対位置が変化し、その変化量に応じ、負荷口３６，３８の一方には供給口３０からの１次側供給圧Ｐｓが調整された２次側気体圧が出力され、他方は負荷からの気体圧を調整して排気口に接続する。このようにして調整された２つの気体圧によって、気体アクチュエータ等の負荷が駆動される。   In the gas pressure control valve 10 having such a configuration, when a drive signal is given from the control unit 80 to the linear motor 50, the moving body 54 of the linear motor 50 is driven to move in the axial direction and connected to the moving body 54. The spool 14 is moved relative to the sleeve 16 in the axial direction. As a result, the relative positions of the land portions 22 and 24 of the spool 14 and the two load ports 36 and 38 change, and one of the load ports 36 and 38 has a primary side from the supply port 30 according to the amount of change. The secondary side gas pressure with the adjusted supply pressure Ps is output, and the other side adjusts the gas pressure from the load and connects to the exhaust port. A load such as a gas actuator is driven by the two gas pressures adjusted in this way.

次に、負荷口３６，３８の開口の形状と、そこにおける気体の流れの様子について説明する。図２は、スプール１４とスリーブ１６の部分の断面図である。図１と同様の要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図３（ａ）は、スリーブ１６の正面図、すなわち外観図で、負荷口３６，３８が見えるように図２の構成を軸周りに９０度回転させたものである。なお、図３（ｂ）は、参考のために示すもので、従来用いられているスリーブ１７の正面図で、従来型の負荷口３７，３９の形状が示されている。   Next, the shape of the openings of the load ports 36 and 38 and the state of gas flow there will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view of the spool 14 and the sleeve 16. Elements similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. FIG. 3A is a front view of the sleeve 16, that is, an external view, in which the configuration of FIG. 2 is rotated 90 degrees around the axis so that the load ports 36 and 38 can be seen. FIG. 3B is shown for reference, and is a front view of a conventionally used sleeve 17 and shows the shapes of conventional load ports 37 and 39.

これからわかるように、負荷口３６，３８は、軸方向に沿って非対称の形状を有している。具体的には、負荷口３６は、＋Ｘ方向側の開口８４が−Ｘ方向側の開口８２よりも小さくしてあり、負荷口３８は、−Ｘ方向側の開口８８が＋Ｘ方向側の開口８６よりも小さくしてある。この形状の共通点は、供給口３０に向かう方向の開口８４，８８の方が、排気口３２，３４に向かう方向の開口８２，８６より小さいということである。圧力室との関係で言えば、第２圧力室４２に向かう方向の開口８４，８８が、第１圧力室４０又は第３圧力室４４に向かう方向の開口８２，８６より小さいということである。   As can be seen, the load ports 36 and 38 have an asymmetric shape along the axial direction. Specifically, the load port 36 has a + X direction side opening 84 smaller than the −X direction side opening 82, and the load port 38 has a −X direction side opening 88 and a + X direction side opening 86. Smaller than The common point of this shape is that the openings 84 and 88 in the direction toward the supply port 30 are smaller than the openings 82 and 86 in the direction toward the exhaust ports 32 and 34. In terms of the relationship with the pressure chamber, the openings 84 and 88 in the direction toward the second pressure chamber 42 are smaller than the openings 82 and 86 in the direction toward the first pressure chamber 40 or the third pressure chamber 44.

かかる開口形状の作用について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、スプール１４が中立状態から−Ｘ方向に移動駆動された状態を示す図である。このとき、上記のように、中央側で左寄りのランド部２２は負荷口３６の＋Ｘ方向側を開ける。この様子を示すため、ランド部２２が負荷口３６から見える部分を斜線で示した。すなわち、負荷口３６の開口のうち、広い開口８２の部分は依然としてランド部２２に覆われているが、狭い開口８４はランド部２２に覆われていない。したがって、供給口３０からの１次側気体圧Ｐｓは調整された気体圧Ｐａとして、この狭い開口８４を通って流れ、負荷に供給される。またこのとき、中央側で右寄りのランド部２４は負荷口３８の＋Ｘ方向側を開ける。すなわち、負荷口３８の開口のうち、狭い開口８８の部分は依然としてランド部２４に覆われているが、広い開口８６はランド部２４に覆われていない。したがって、負荷側からの気体は気体圧Ｐｂとして、この広い開口８６を通って排気口３４に流れる。   The operation of the opening shape will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a diagram illustrating a state in which the spool 14 is driven to move in the −X direction from the neutral state. At this time, as described above, the land portion 22 on the left side on the center side opens the + X direction side of the load port 36. In order to show this state, a portion where the land portion 22 is visible from the load port 36 is indicated by hatching. That is, of the opening of the load port 36, the wide opening 82 is still covered with the land portion 22, but the narrow opening 84 is not covered with the land portion 22. Therefore, the primary gas pressure Ps from the supply port 30 flows through the narrow opening 84 as the adjusted gas pressure Pa and is supplied to the load. At this time, the land portion 24 on the right side on the center side opens the + X direction side of the load port 38. That is, among the openings of the load port 38, the narrow opening 88 is still covered with the land portion 24, but the wide opening 86 is not covered with the land portion 24. Therefore, the gas from the load side flows to the exhaust port 34 through the wide opening 86 as the gas pressure Pb.

図４（ｂ）は、スプール１４が中立状態から＋Ｘ方向に移動駆動された状態を示す図である。このとき、上記のように、中央側で右寄りのランド部２４は負荷口３８の−Ｘ方向側を開ける。すなわち、負荷口３８の開口のうち、広い開口８６の部分は依然としてランド部２４に覆われているが、狭い開口８８はランド部２４に覆われていない。したがって、供給口３０からの１次側気体圧Ｐｓは、調整された気体圧Ｐｂとして、この狭い開口８８を通って流れ、負荷に供給される。またこのとき、中央側で左寄りのランド部２２は負荷口３６の−Ｘ方向側を開ける。すなわち、負荷口３６の開口のうち、狭い開口８４の部分は依然としてランド部２２に覆われているが、広い開口８２はランド部２２に覆われていない。したがって、負荷側からの気体は気体圧Ｐａとして、この広い開口８２を通って排気口３４に流れる。   FIG. 4B is a diagram showing a state in which the spool 14 is driven to move in the + X direction from the neutral state. At this time, as described above, the land portion 24 on the right side on the center side opens the −X direction side of the load port 38. That is, among the openings of the load port 38, the wide opening 86 is still covered with the land portion 24, but the narrow opening 88 is not covered with the land portion 24. Therefore, the primary side gas pressure Ps from the supply port 30 flows through the narrow opening 88 as the adjusted gas pressure Pb and is supplied to the load. At this time, the land portion 22 on the left side on the center side opens the −X direction side of the load port 36. That is, among the openings of the load port 36, the narrow opening 84 is still covered with the land portion 22, but the wide opening 82 is not covered with the land portion 22. Therefore, the gas from the load side flows to the exhaust port 34 through the wide opening 82 as the gas pressure Pa.

このようにして、スプール１４の移動駆動の方向にかかわらず、供給口からの高圧気体を流すのは開口の小さい部分を通し、負荷からの気体を大気に排気するのは開口の大きい部分を通すことができる。開口の狭い部分と広い部分の具体的寸法を調整することで、２つの負荷口の開口条件が同じのときに２つの負荷口における流体抵抗が異なってくることを打ち消して、２つの負荷口における流体抵抗を略同じにすることができる。   In this way, regardless of the direction of movement of the spool 14, the high-pressure gas from the supply port flows through the small opening portion, and the gas from the load is exhausted to the atmosphere through the large opening portion. be able to. By adjusting the specific dimensions of the narrow part and wide part of the opening, when the opening conditions of the two load ports are the same, the difference in fluid resistance at the two load ports is canceled out. The fluid resistance can be made substantially the same.

図５は、非対称開口の効果を定性的に説明する図である。図５（ａ）は、横軸に時間ｔ、縦軸にスプール１４の軸方向変位Ｘを取って示す図で、この例では、正弦波移動駆動が行われ、スプール１４の軸方向変位９０は正弦波形を描いている。図５（ｂ）の実線は、２つの非対称開口形状を有する負荷口３６，３８を用いて駆動されるアクチュエータの軸方向変位９２を示す図で、横軸の時間ｔは、原点を図５（ａ）と合わせ、縦軸は倍率を調整して図５（ａ）に相当するものにしてある。このとき、スプール１４の軸方向変位９０は流量の関数であるのに対し、アクチュエータの軸方向変位９２は流量の積分の関数であるので、時間軸を共通として、後者は前者より位相が９０度以上遅れる。図５（ｃ）は、図３（ｂ）のように従来型の矩形開口形状を有する負荷口３７，３９を用いて駆動されるアクチュエータの軸方向変位９４を示す図で、横軸の時間ｔは、原点を図５（ａ）と合わせ、縦軸は倍率を調整して図５（ａ）に相当するものにしてある。なお、比較しやすいように、図５（ｂ）において、変位９４を破線で重ねて示した。   FIG. 5 is a diagram for qualitatively explaining the effect of the asymmetric opening. FIG. 5A shows the time t on the horizontal axis and the axial displacement X of the spool 14 on the vertical axis. In this example, sinusoidal movement driving is performed, and the axial displacement 90 of the spool 14 is Draws a sine waveform. The solid line in FIG. 5B is a diagram showing the axial displacement 92 of the actuator driven using the load ports 36 and 38 having two asymmetric opening shapes, and the time t on the horizontal axis indicates the origin in FIG. Together with a), the vertical axis corresponds to FIG. 5A by adjusting the magnification. At this time, the axial displacement 90 of the spool 14 is a function of the flow rate, whereas the axial displacement 92 of the actuator is a function of the integral of the flow rate. Therefore, the time axis is common and the latter has a phase of 90 degrees from the former. I'm late. FIG. 5C is a diagram showing the axial displacement 94 of the actuator driven using the load ports 37 and 39 having a conventional rectangular opening shape as shown in FIG. The origin is aligned with FIG. 5A, and the vertical axis corresponds to FIG. 5A by adjusting the magnification. For easy comparison, in FIG. 5B, the displacement 94 is shown by being overlaid with a broken line.

これらからわかるように、従来型の矩形開口形状を有する負荷口３７，３９を用いて駆動されるアクチュエータの軸方向変位９４は、正弦波形状からずれて、ややだれた変位波形となり、正確な位置決めが行われない。これに対し、非対称開口形状を有する負荷口３６，３８を用いて駆動されるアクチュエータの軸方向変位９２は、正弦波形に近く、変位波形９４よりかなり改善されて、正確な位置決め制御が行われている。   As can be seen from these, the axial displacement 94 of the actuator driven using the load ports 37 and 39 having the conventional rectangular opening shape deviates from the sine wave shape and becomes a slightly displaced waveform, so that accurate positioning is achieved. Is not done. On the other hand, the axial displacement 92 of the actuator driven by using the load ports 36 and 38 having an asymmetric opening shape is close to a sine waveform and is considerably improved from the displacement waveform 94, and accurate positioning control is performed. Yes.

上記のように、負荷口の開口形状を、供給口側の方に向かう部分を狭く、排気口側の方に向かう部分を広くして、軸方向に非対称とすることで、２つの負荷口における流体抵抗を略同じにすることができる。   As described above, the opening shape of the load port is narrow in the portion toward the supply port side and widened in the portion toward the exhaust port side so as to be asymmetric in the axial direction. The fluid resistance can be made substantially the same.

上記においては、いわゆる５ウエイの気体制御弁を説明したが、３ウエイのスプールとスリーブの組み合わせを１つの制御圧生成部とし、これを２つ用い、スプールを同期して駆動し、それぞれの負荷口からの制御圧を負荷に供給する構成において、それぞれの負荷口の開口形状を軸方向に非対称としてもよい。この場合にも、供給口側の方に向かう部分を狭く、排気口側の方に向かう部分を広くすることで、２つの負荷口における流体抵抗を略同じにすることができる。   In the above description, a so-called five-way gas control valve has been described. A combination of a three-way spool and a sleeve is used as one control pressure generating unit, and two of these are used to drive the spools in synchronization with each other. In the configuration in which the control pressure from the port is supplied to the load, the opening shape of each load port may be asymmetric in the axial direction. Also in this case, the fluid resistance at the two load ports can be made substantially the same by narrowing the portion toward the supply port side and widening the portion toward the exhaust port side.

図６は、そのような構成の気体圧制御弁１１を示す図で、図６（ａ）は、スプールとスリーブの部分を断面図で示し、図６（ｂ）は、２つの負荷口が見えるようにスリーブを軸方向に回転してその外観図を示すものである。図１から図４と共通の要素には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。気体圧制御弁１１は、２つの制御圧生成部９６，９８を有し、各制御圧生成部９６，９８は、同じ構成からなっている。すなわち、いずれも、３つのランド部２０，２２，２６を有するスプール１４と、スプール１４を案内するスリーブ１６を備える。そして、ランド部２０とランド部２２とスリーブ１６の内壁とステム部とで供給口３０に接続される圧力室を形成し、ランド部２２とランド部２６とスリーブ１６の内壁とステム部とで排気口３２に接続される圧力室を形成する。一方の制御圧生成部９６の中央のランド部２２は、負荷口３６と向かい合う。すなわち、中立状態において、負荷口３６をふさいでいる。同様に、他方の制御圧生成部９８の中央のランド部２２は、負荷口３８と向かい合い、中立状態において、負荷口３８をふさいでいる。   FIG. 6 is a view showing the gas pressure control valve 11 having such a configuration. FIG. 6A shows a section of a spool and a sleeve in a sectional view, and FIG. 6B shows two load ports. Thus, the external view of the sleeve is shown by rotating the sleeve in the axial direction. Elements common to FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The gas pressure control valve 11 has two control pressure generation units 96 and 98, and each control pressure generation unit 96 and 98 has the same configuration. In other words, each includes a spool 14 having three land portions 20, 22, and 26 and a sleeve 16 for guiding the spool 14. The land portion 20, the land portion 22, the inner wall of the sleeve 16 and the stem portion form a pressure chamber connected to the supply port 30, and the land portion 22, the land portion 26, the inner wall of the sleeve 16 and the stem portion exhaust air. A pressure chamber connected to the port 32 is formed. The central land portion 22 of one control pressure generating portion 96 faces the load port 36. That is, the load port 36 is blocked in the neutral state. Similarly, the central land portion 22 of the other control pressure generating unit 98 faces the load port 38 and blocks the load port 38 in the neutral state.

そして、各制御圧生成部９６，９８のスプール１４は、駆動装置５１により、同期して移動駆動され、あたかも５ウエイの気体圧制御弁と同様な動作をするように制御される。例えば、一方側の制御圧生成部９６の負荷口３６がより高い気体圧を出力するとき、他方側の制御圧生成部９８の負荷口３８がこれに対応してより低い気体圧を出力する。   The spools 14 of the control pressure generators 96 and 98 are driven to move synchronously by the drive device 51 and controlled to operate as if they were a 5-way gas pressure control valve. For example, when the load port 36 of the control pressure generation unit 96 on one side outputs a higher gas pressure, the load port 38 of the control pressure generation unit 98 on the other side outputs a lower gas pressure correspondingly.

２つの負荷口３６，３８の開口形状は、図３（ａ）で説明したものと同様で、軸方向に沿って非対称の形状で、具体的には、供給口３０に向かう方向の開口８４，８８の方が、排気口３２に向かう方向の開口８２，８６より狭い。開口の狭い部分と広い部分の具体的寸法を調整することで、２つの負荷口の開口条件が同じのときに２つの負荷口における流体抵抗が異なってくることを打ち消して、２つの負荷口における流体抵抗を略同じにすることができる。   The opening shapes of the two load ports 36 and 38 are the same as those described with reference to FIG. 3A, and are asymmetrical along the axial direction. Specifically, the openings 84, 88 is narrower than the openings 82 and 86 in the direction toward the exhaust port 32. By adjusting the specific dimensions of the narrow part and wide part of the opening, when the opening conditions of the two load openings are the same, the difference in fluid resistance at the two load openings will be canceled out. The fluid resistance can be made substantially the same.

本発明に係る気体圧制御弁は、以下の気体アクチュエータに供給する気体圧を制御するのに用いることができる。すなわち、微小移動機構用の気体アクチュエータ、粗動及び微小移動可能な機構の気体アクチュエータ、アクティブ除振用の気体アクチュエータ、精密位置決め装置の気体アクチュエータ、容器内の精密な圧力制御等に、精密に制御された気体圧を供給するのに用いることができる。   The gas pressure control valve according to the present invention can be used to control the gas pressure supplied to the following gas actuator. In other words, precise control such as gas actuators for minute movement mechanisms, gas actuators for coarse movement and minute movement mechanisms, gas actuators for active vibration isolation, gas actuators for precision positioning devices, precise pressure control in containers, etc. Can be used to supply the gas pressure.

本発明に係る実施の形態における気体圧制御弁の構成図である。It is a block diagram of the gas pressure control valve in embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の気体圧制御弁におけるスプールとスリーブの断面図である。It is sectional drawing of the spool and sleeve in the gas pressure control valve of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の気体圧制御弁における負荷口の形状を従来例と比較して示す図である。It is a figure which shows the shape of the load port in the gas pressure control valve of embodiment which concerns on this invention compared with a prior art example. 本発明に係る実施の形態における負荷口の非対称開口形状の作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of the asymmetrical opening shape of the load port in embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態における負荷口の非対称開口形状の効果を定性的に説明する図である。It is a figure explaining qualitatively the effect of the asymmetric opening shape of the load port in the embodiment concerning the present invention. 他の実施の形態における気体圧制御弁を示す図である。It is a figure which shows the gas pressure control valve in other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０，１１ 気体圧制御弁、１２ 筐体、１４ スプール、１６，１７ スリーブ、２０，２２，２４，２６ ランド部、２８ ステム部、３０ 供給口、３２，３４ 排気口、３６，３７，３８，３９ 負荷口、４０，４２，４４ 圧力室、５０ リニアモータ、５１ 駆動装置、５２ 磁石、５４ 移動体、５６ コイル、５８ 引き出し線、６０ 変位センサ、６２ 軟磁性体プローブ、６４ トランス巻線、７０，７２ 接続端子、８０ 制御部、８２，８４，８６，８８ 開口、９０，９２，９４ 軸方向変位、９６，９８ 制御圧生成部。   10, 11 Gas pressure control valve, 12 Housing, 14 Spool, 16, 17 Sleeve, 20, 22, 24, 26 Land part, 28 Stem part, 30 Supply port, 32, 34 Exhaust port, 36, 37, 38, 39 Load port, 40, 42, 44 Pressure chamber, 50 Linear motor, 51 Driving device, 52 Magnet, 54 Moving body, 56 Coil, 58 Lead wire, 60 Displacement sensor, 62 Soft magnetic probe, 64 Transformer winding, 70 , 72 connection terminal, 80 control unit, 82, 84, 86, 88 opening, 90, 92, 94 axial displacement, 96, 98 control pressure generating unit.

Claims (3)

間隔をおいて軸方向に配列された複数のランド部と、隣接するランド部を接続するステム部とを含むスプールと、
スプールを軸方向移動可能に支持する内壁を有し、スプールと協働してスプールの隣り合うランド部の間の空間を内壁で囲むことで圧力室を形成するスリーブと、
スリーブに設けられ、スプール側に１次側気体圧を有する気体が供給される供給口と、
スリーブに設けられ、スプール側からの気体が排気される排気口と、
スリーブに設けられ、スプールがスリーブに対し移動駆動されることで、一方の気体圧が高くなれば他方の気体圧が低くなる関係の下で、１次側気体圧から生成される２つの制御気体圧を有する気体のそれぞれを２つの負荷のそれぞれに出力し、あるいは、２つの負荷からのそれぞれの気体をそれぞれ排気口側に流す２つの負荷口と、
を備え、
２つの負荷口の一方の第１負荷口は、スプールがスリーブに対し移動駆動されることで、供給口側から制御気体圧を有する気体を第１負荷へ流し、あるいは第１負荷からの気体を排気口側に流し、
２つの負荷口の他方の第２負荷口は、 スプールがスリーブに対し移動駆動されることで、供給口側から制御気体圧を有する気体を第２負荷へ流し、あるいは第２負荷からの気体を排気口側に流し、
第１負荷口の開口は、スプールの軸方向に沿って、供給口側の開口が排気口側の開口より小さい非対称の形状を有し、
第２負荷口の開口は、スプールの軸方向に沿って、供給口側の開口が排気口側の開口より小さい非対称の形状を有し、
２つの負荷口の開口の狭い部分と広い部分の寸法を調整し、２つの負荷口の開口条件が同じのときに２つの負荷口における流体抵抗を同じとすることを特徴とする気体圧制御弁。 A spool including a plurality of land portions arranged in the axial direction at intervals, and a stem portion connecting adjacent land portions;
It has an inner wall for supporting the spool to be axially movable, a sleeve forming a pressure chamber in the space between the land portion adjacent the spool to spool and cooperates by enclosing inner walls,
Provided in the sleeve, a supply port which gas having a primary gas pressure to the spool side is Ru is supplied,
Provided in the sleeve, and an exhaust port for gas Ru is exhausted from the spool side,
Two control gases generated from the primary side gas pressure provided that the sleeve is driven to move relative to the sleeve so that if one gas pressure increases, the other gas pressure decreases. Each of the gas having pressure is output to each of the two loads, or each of the two load ports for flowing each gas from the two loads to the exhaust port side,
With
The first load port of one of the two load ports allows the gas having the control gas pressure to flow from the supply port side to the first load or the gas from the first load by the spool being driven to move with respect to the sleeve. Flow to the exhaust side,
The other second load port of the two load ports is configured such that a gas having a control gas pressure flows from the supply port side to the second load or the gas from the second load flows by the spool being driven to move with respect to the sleeve. Flow to the exhaust side,
The opening of the first load port has an asymmetric shape in which the opening on the supply port side is smaller than the opening on the exhaust port side along the axial direction of the spool,
Opening of the second load port, along the axial direction of the spool, the opening of the supply port side have a small asymmetry of shape than the opening of the exhaust port side,
The two dimensions of the narrow portion and the wide portion of the opening of the load port to adjust, control gas pressure two load port opening condition is characterized that you and the fluid resistance same in the two load port at the same valve. 請求項１に記載の気体圧制御弁において、
スプールは、４つのランド部を含み、
スリーブは、軸方向に沿って、一方の排気口、第１負荷口、供給口、第２負荷口、他方の排気口の順に配置される１つの供給口と２つの排気口と２つの負荷口とを含み、
スリーブに対しスプールが中立状態にあるとき、４つのランドのうち中央部の２つのランドのそれぞれが第１負荷口と第２の負荷口とをそれぞれ塞ぐ５ウェイの気体圧制御弁であって、
第１負荷口の開口は、スプールの軸方向に沿って、供給口側の開口が一方の排気口側の開口より小さい非対称の形状を有し、
第２負荷口の開口は、スプールの軸方向に沿って、供給口側の開口が他方の排気口側の開口より小さい非対称の形状を有することを特徴とする気体圧制御弁。 The gas pressure control valve according to claim 1,
The spool includes four land parts,
The sleeve has one supply port, two exhaust ports, and two load ports arranged in the order of one exhaust port, a first load port, a supply port, a second load port, and the other exhaust port along the axial direction. Including
When the spool is in a neutral state with respect to the sleeve, each of the two lands in the center of the four lands is a 5-way gas pressure control valve that closes the first load port and the second load port, respectively.
The opening of the first load port has an asymmetric shape in which the opening on the supply port side is smaller than the opening on the one exhaust port side along the axial direction of the spool,
Opening of the second load port, along the axial direction of the spool, a gas pressure control valve, wherein the opening of the supply port side has a smaller asymmetrical shape than the opening of the other exhaust port side. 請求項１に記載の気体圧制御弁において、The gas pressure control valve according to claim 1,
３つのランド部を有する第１スプールと、A first spool having three land portions;
第１スプールに対応し、軸方向に沿って一方の排気口、第１負荷口、一方の供給口の順に配置される１つの供給口と１つの排気口と１つの負荷口とを有する第１スリーブと、A first spool corresponding to the first spool and having one supply port, one exhaust port, and one load port arranged in the order of one exhaust port, a first load port, and one supply port along the axial direction. Sleeve,
３つのランド部を有する第２スプールと、A second spool having three land portions;
第２スプールに対応し、軸方向に沿って他方の排気口、第２負荷口、他方の供給口の順に配置される１つの供給口と１つの排気口と１つの負荷口とを有する第２スリーブと、A second corresponding to the second spool and having one supply port, one exhaust port, and one load port arranged in the order of the other exhaust port, the second load port, and the other supply port along the axial direction. Sleeve,
を含み、Including
一方の供給口と他方の供給口とは相互に接続されて１次側気体圧が供給され、One supply port and the other supply port are connected to each other to supply the primary gas pressure,
第１スプールと第２スプールとは同期してそれぞれ第１スリーブと第２スリーブに対し移動駆動され、中立状態では第１スプールの中央ランドが第１負荷口を塞ぎ、第２スプールの中央ランド部が第２負荷口を塞ぐ３ウェイの制御圧生成部を２つ備える気体圧制御弁であって、The first spool and the second spool are driven to move relative to the first sleeve and the second sleeve, respectively. In the neutral state, the central land of the first spool closes the first load port, and the central land portion of the second spool Is a gas pressure control valve that includes two three-way control pressure generators that block the second load port,
第１負荷口の開口は、スプールの軸方向に沿って、供給口側の開口が一方の排気口側の開口より小さい非対称の形状を有し、The opening of the first load port has an asymmetric shape in which the opening on the supply port side is smaller than the opening on the one exhaust port side along the axial direction of the spool,
第２負荷口の開口は、スプールの軸方向に沿って、供給口側の開口が他方の排気口側の開口より小さい非対称の形状を有することを特徴とする気体圧制御弁。The opening of the second load port has an asymmetric shape in which the opening on the supply port side is smaller than the opening on the other exhaust port side along the axial direction of the spool.
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