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2017年5月より空気圧サーボに関する技術資料を、
具体例を多く採用しながらホームページにアップしていきます。
空気圧サーボに興味を持っていただければ幸いです。
また、空気圧サーボの応用範囲が広がっていくことに、少しは貢献できるかと考えています。
（※ PDF形式のファイルを閲覧できるソフトウェアが必要です。）
・空気圧サーボ弁と空気圧サーボ系の解析と設計〔1〕（1400KB）
・空気圧サーボ弁と空気圧サーボ系の解析と設計〔2〕（500KB）
・空気圧サーボ弁と空気圧サーボ系の解析と設計〔3〕（1100KB）
・空気圧サーボ弁と空気圧サーボ系の解析と設計〔4〕（4900KB）
・空気圧サーボ弁と空気圧サーボ系の解析と設計〔5〕（1600KB）
・空気圧サーボ弁と空気圧サーボ系の解析と設計〔6〕（900KB）
・空気圧サーボ弁と空気圧サーボ系の解析と設計〔7〕（700KB）
勉強会を開くことにしました。参加人数は20名強。
自分たちのつくっているものが、どのような装置に使われ、どのような働きをしているのかを知ることが一つの目的です。
もう一つの目的は、自分たちのつくっているもののより深い理解を得ることです。
まとまって勉強会を開くのは初めてなので、並行して小さな装置をつくりながら、ものづくりを楽しむことにしました。
勉強会の概要
・1カ月に3回、1回2時間弱、期間1年間
・対象とする装置は下記の3つ
1. 空気圧のパラレルリンク（6軸モーション）（大きさの異なるもの2種 各1台）
2. ロボット用油圧サーボシリンダ
3. 空気圧の流量ブースタのサーボ制御
・最後にある程度良好な動きをしたら、ホームページ上に動画を掲載する予定
空気圧サーボに興味を持たれる方の参考とするため、勉強会の内容の一部をホームページ上に都度掲載していきます。
パラレルリンクの概要の説明（図1-1、図1-2）と、サーボシリンダの構成の説明（図1-3）
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図1-1 小型パラレルリンク |
図1-2 大型パラレルリンク |
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図1-3 シリンダ外観 |
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仕様の概略
| シリンダストローク | ±150mm 大 |
| ±75mm 小 | |
| シリンダ推力 | 100N 大 at 4 bar |
| 45N 小 at 4 bar | |
| 空気圧サーボ弁 | AS010（力フィードバック方式2段弁） |
| 変位センサ | デジタルアブソリュート型 |
・シリンダチャンバ内の圧力をモニタするため圧力センサを付加
・FPGAを用いたデジタルコントローラを1軸ごとに配置
・制御弁はAS010を主とするも、現在われわれが生産しているAS110（ノズルフラッパ弁）、AS313（圧力制御弁）に交換して制御できるようにし、違いを実感する
2019年
2月 スタート
7月頃 1軸を製作し制御
11月 パラレルリンクとして組み付けてテスト
※油圧サーボシリンダおよび減圧弁制御装置については、これから設計
・工学的なものの見方の基本である流通量と位差量について資料をもとに説明
大きなパワーを高速に変化させるサーボ技術に欠かせない視点です。余談として、会社の状態を表す財務諸表を損益計算書（流通量）と貸借対照表（位差量）の2つの量でみていることも同じ視点ではないか、そして流通量×位差量＝パワーとなるように会社にとってのパワーとはなにか、と課題を投げかけました。
・フォースモータの推力の計算の仕方およびフレミングの左手の法則の説明
・コントローラの担当者によるシリンダの制御用コントローラの概略説明
コントローラ：FPGAを用いる
ケース：1軸分がてのひらに載る大きさで、6軸を横につなげる構造とする
・MOOG社の資料をもとにノズルフラッパ、噴射管、ディフレクター・ジェット、可動鉄片フォースモータ等の特徴の説明
・MOOG社のサーボ弁の選定ガイドをもとに油圧サーボ弁の使用される分野や選定方法の概略説明
・フレミングの右手・左手の法則の再説明
・当社のノズルフラッパ弁（標準3方弁・4方弁、低リーク3方弁、I型トルクモータを用いた3方弁、フォースモータ駆動3方弁）の特徴の説明
 図5-1 標準3方弁 断面 |
 図5-2 標準4方弁 断面 |
 図5-3 低リーク3方弁 断面 |
 図5-4 I型トルクモータ 断面 |
 図5-5 フォースモータ駆動3方弁 断面 |
 図5-6 標準3方弁 特性図 |
 図5-7 標準4方弁 特性図 |
 図5-8 低リーク3方弁 特性図 |
 図5-9 ブースタ用圧力制御弁 |
・空圧精密ブースタの圧力制御を行う低リーク3方弁の構成の説明
（低リーク3方弁を用いた圧力制御弁の製作も本勉強会のテーマとしました）
パラレルリンク用シリンダのシミュレーション結果をもとにシリンダの挙動の説明
・負荷質量の大きさを変えた時の応答の変化
・ループゲインの変化に対する応答
表示の応答は以下の時の応答例です。
| 負荷質量 | 10kg |
| 制御弁の開口面積 | 0.5cm2 |
| 弁の応答速度 | 含めていない |
| シリンダ・ストローク | 300mm |
| シリンダ受圧面積 |
ヘッド側 2.5cm2 ロッド側 2cm2 |
シミュレーション結果についてのコメント
排気側の開口面積を大きくしています。
・これは空気圧の特徴である排気側の抵抗が大きいことに起因します
・サーボ弁は比例要素として扱っています
パラレルリンクの全体構想図
・上板を軽くする設計
・パラレルリンク（大・小）の図面を提示し、概要の説明（サーボの本質からはずれるので詳細は完成後に写真で紹介する予定）
・ベース（下板）は軽いと動作によって弾むことがあるので、下板にスカートのような重りをつける必要があります
油圧サーボシリンダの構造についての説明
図を詳細に精査して、サーボシリンダとして成り立つよう構造の検討
シリンダ2個を使ったロボットの腕の構造の説明
以上のシリアルリンク機構を構成するため小型サーボシリンダの設計を行い、空気圧サーボと異なる油圧サーボの挙動の感じをつかむこと目指しています。
軟鋼の応力−ひずみ図をもとに、材料の引っ張り強さの意味するところ、銅やアルミ等の材料力学的特徴、また、サーボ機器に使用される材料で重要なつかれ強さの意味するところについて説明。
また、SUS440Cのような高炭素鋼（炭素約1%）は初期応力を大きくすると水素脆性のように思わぬ破壊に至ることもあることも説明。
材料については再度とりあげる予定。
油圧の直動弁の高速化について、昨年1年間で行った開発の結果を説明。
約1年間の開発によって、ステップ応答が4m secから約2m secと改善
このような汎用型直動弁についての背景について、資料「電気油圧サーボ弁の歴史と現在」をもとに概要説明。
本件については後日、技術資料としてまとめてホームページに掲載する予定。
力フィードバック方式空気圧サーボ弁の動作原理をMOOG社の「ノズルフラッパ型サーボバルブの基本作動原理」の資料をもとに大まかな動きについて説明しました。
数式の入った力フィードバック方式サーボ弁の解析については、すでにホームページに掲載している技術資料を参照することとしました。
この力フィードバック方式サーボ弁を加えて当社のサーボ弁がほぼ揃うので、サーボ弁の一覧（図10-1）を示し、各々の担当している仕事と関連付けることとしました（図の右側の基本特性に関わるところは各グループで記載することとしました）。
図10-1 サーボ弁の一覧
また、次回はそれぞれのサーボ弁の特徴について、より詳細に説明する予定。
2019年より空気圧サーボの勉強会を続けてきました（途中、ものづくり等で中断していましたが）。
結果、空気圧サーボを用いたパラレルリンクができあがりました。
検討課題が残っていますが、とりあえず勉強会は終了しました。その成果を披露します。
・サーボ弁は力フィードバック方式2段型（新製品）
・シリンダは削り出しのスマートな姿（小さい方は±75mm、大きい方は±150mmストローク）
・変位センサは分解能0.5μm、アブソリュート型
・コントローラはFPGAを用いた高速演算（新製品）
・軸受は新設計（プラットフォームが約60度傾くため）
以上の特徴がある“玩具”です。動きをお見せします。
