(57)【要約】【課題】シリンダの伸縮時における速度波形の歪を抑制できるとともにコストを低減できるシリンダ装置を提供する。【解決手段】シリンダ装置１は、液体の供給により伸縮するシリンダ２と、遮断ポジションを有するとともにポンプ１４が吐出する液体をシリンダ２へ供給制御してシリンダ２の伸縮量を制御するサーボ弁３と、サーボ弁３が遮断ポジションを採らないようにシリンダ２を伸長或いは収縮させる方向へオフセット荷重を与えるロード装置４とを備える。【選択図】図１
2020041648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の供給により伸縮するシリンダと、
遮断ポジションを有するとともに、ポンプが吐出する液体を前記シリンダへ供給制御して前記シリンダの伸縮量を制御するサーボ弁と、
前記サーボ弁が前記遮断ポジションを採らないように、前記シリンダを伸長或いは収縮させる方向へオフセット荷重を与えるロード装置とを備えた
ことを特徴とするシリンダ装置。
【請求項２】
前記ロード装置は、前記シリンダに伸長或いは収縮させる方向にオフセット荷重を与えるばねを有する
ことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
【請求項３】
前記ロード装置は、前記シリンダに収縮させる方向にオフセット荷重を与える錘を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のシリンダ装置。
【請求項４】
前記シリンダは、チューブと、前記チューブ内に移動自在に挿入されて前記チューブ内を伸長側室と収縮側室とに区画するピストンと、前記チューブ内に移動自在に挿入されて前記ピストンに連結されるロッドとを有し、
前記ロード装置は、前記伸長側室と前記収縮側室とを連通する通路と、前記通路に設けられて前記通路を通過する液体の流れに抵抗を与える抵抗要素とを有する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のシリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダ装置は、たとえば、テレスコピック型のシリンダと、ポンプが吐出する作動油をシリンダへ供給してシリンダを伸縮作動させるサーボ弁とを備えている。サーボ弁は、シリンダの伸長側室と収縮側室との各々に接続される制御ポートを備えてコントローラによって制御されており、選択した制御ポートへコントローラが指示する流量を供給するようになっている。
【０００３】
このようなサーボ弁は、中立位置で遮断ポジションを採るようになっており、一方の制御ポートから他方の制御ポートへ液体の供給を切換える際には遮断ポジションを跨ぐ必要がある。また、サーボ弁は、遮断ポジションにて各制御ポートを閉じきって各制御ポートへ全く液体を供給しないオーバーラップ型と、遮断ポジションにて閉じきらずに各制御ポートへ少ない流量の液体を供給するアンダーラップ型とがある。
【０００４】
オーバーラップ型のサーボ弁を使ってシリンダを正弦波で伸縮させる場合、サーボ弁が遮断ポジションでシリンダに作動油が供給されなくなってシリンダが一定時間静止するので、図６に示すように、シリンダの速度の波形は、速度０付近で乱れてしまう。
【０００５】
また、アンダーラップ型のサーボ弁を使ってシリンダを正弦波で伸縮させる場合、サーボ弁が閉じきりにならずシリンダを狙い通りに静止させられないのでフィードバック制御で大きな力を指示する指令が入力されてしまい、図７に示すように、シリンダの速度の波形は速度０を過ぎた付近で乱れてしまう。
【０００６】
いずれにしても、サーボ弁を利用したシステムでは、制御ポートが切換えられるシリンダの伸縮の切換わり時において、シリンダの伸縮速度の波形に歪が生じてしまう。
【０００７】
この問題を解決するため、小流量の特性に優れる小容量サーボ弁と大流量の特性に優れる大容量サーボ弁の二つの流量特性の異なるサーボ弁を利用したシリンダ装置が開発されている。このようなシリンダ装置では、たとえば、目標流量が小容量サーボ弁で制御可能な範囲であれば小容量サーボ弁のみで流量制御を行い、目標流量が大容量サーボ弁で制御可能な範囲であれば大容量サーボ弁のみで流量制御を行っている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、他のシリンダ装置では、大容量サーボ弁に制御ポートの切換時にオーバーラップして閉じきりとなるサーボ弁を利用し、目標流量が小容量サーボ弁で制御可能な範囲では大容量サーボ弁を閉じきって小容量サーボ弁で流量制御行っている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−５２２０２号公報
【特許文献２】特開平９−２９１９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように従来のシリンダ装置は、シリンダを高速で動作させたい場合には大容量サーボ弁を選択し、シリンダを高精度へ変位させたい場合には小容量サーボ弁を選択する。小容量サーボ弁における制御ポート切換時や小流量を通過させる場合の弁体の位置の変化に対する流量変化は、大容量サーボ弁のそれよりも小さいので、速度波形における歪を小さく改善できるのであるが、いまだ歪は残ってしまう。また、サーボ弁を二つ設けなければならず、コストも嵩んでしまう。
【００１１】
そこで、本発明は、シリンダの伸縮時における速度波形の歪を抑制できるとともにコストを低減できるシリンダ装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した目的を達成するため、本発明のシリンダ装置は、液体の供給により伸縮するシリンダと、遮断ポジションを有するとともにポンプが吐出する液体をシリンダへ供給制御してシリンダの伸縮量を制御するサーボ弁と、サーボ弁が遮断ポジション採らないようにシリンダを伸長或いは収縮させる方向へオフセット荷重を与えるロード装置とを備えている。このように構成されたシリンダ装置では、シリンダに与えたオフセット荷重によってサーボ弁が遮断ポジションを採らないので、サーボ弁を複数設ける必要もない、オーバーラップ型とアンダーラップ型のサーボ弁の形式を問わずシリンダの速度波形の歪を抑制できる。
【００１３】
また、ロード装置がシリンダに収縮させる方向にオフセット荷重を与える錘であってもよく、このように構成されたシリンダ装置によれば、錘の追加でシリンダに容易にオフセット荷重を与えられるとともに、シリンダ装置が安価となる。
【００１４】
さらに、ロード装置がシリンダに伸長或いは収縮させる方向にオフセット荷重を与えるばねとされてもよく、このように構成されたシリンダ装置は、シリンダに収縮方向だけでなく伸長方向にもオフセット荷重を与えられ、シリンダを横置きにしても利用も可能となる。
【００１５】
また、シリンダ装置は、シリンダがチューブと、チューブ内に移動自在に挿入されてチューブ内を伸長側室と収縮側室とに区画するピストンと、チューブ内に移動自在に挿入されてピストンに連結されるロッドとを有し、ロード装置が伸長側室と収縮側室とを連通する通路と、通路に設けられて通路を通過する液体の流れに抵抗を与える抵抗要素とを有していてもよい。このように構成されたシリンダ装置によれば、抵抗要素の調整でオフセット荷重をチューニングできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のシリンダ装置によれば、シリンダの伸縮時における速度波形の歪を抑制できるとともにコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施の形態におけるシリンダ装置の構成図である。
【図２】オーバーラップ型のサーボ弁の電流流量特性を示した図である。
【図３】アンダーラップ型のサーボ弁の電流流量特性を示した図である。
【図４】一実施の形態の第一変形例におけるシリンダ装置の構成図である。
【図５】一実施の形態の第二変形例におけるシリンダ装置の構成図である。
【図６】オーバーラップ型のサーボ弁を利用した従来のシリンダ装置の速度波形を示した図である。
【図７】アンダーラップ型のサーボ弁を利用した従来のシリンダ装置の速度波形を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１に示すように、一実施の形態におけるシリンダ装置１は、液体の供給により伸縮するシリンダ２と、シリンダ２の伸縮を制御するサーボ弁３と、シリンダ２にオフセット荷重を与えるロード装置４と、サーボ弁３を制御するコントローラＣとを備えている。なお、サーボ弁３は、コントローラＣによって制御され、コントローラＣの指示する通りに液体をシリンダ２に供給制御してシリンダ２を伸縮駆動してシリンダ２の伸縮量を制御する。
【００１９】
以下、シリンダ装置１の各部について詳細に説明する。まず、シリンダ２は、図１に示すように、チューブ１１と、チューブ１１内に移動自在に挿入されるとともにチューブ１１内を伸長側室Ｒ１と収縮側室Ｒ２とに区画するピストン１２と、チューブ１１内に移動自在に挿入されるとともにピストン１２に連結されるロッド１３とを備えており、ロッド１３が伸長側室Ｒ１と収縮側室Ｒ２の両方に挿通される両ロッド型シリンダとされている。また、シリンダ装置１は、シリンダ２の駆動のためにポンプ１４とタンク１５とを備えている。なお、伸長側室Ｒ１と収縮側室Ｒ２およびタンク１５には、本例では、液体として作動油が充填されているが、作動油以外の液体を利用してもよい。
【００２０】
そして、シリンダ２は、ポンプ１４から吐出される液体としての作動油のチューブ１１内への供給によって伸縮作動する。具体的には、ポンプ１４が吐出される作動油が伸長側室Ｒ１へ供給されて収縮側室Ｒ２がタンク１５に連通されるとシリンダ２は伸長作動し、反対に、ポンプ１４が吐出される作動油が収縮側室Ｒ２へ供給されて伸長側室Ｒ１がタンク１５に連通されるとシリンダ２は収縮作動する。そして、シリンダ装置１では、ポンプ１４およびタンク１５とシリンダ２との間にサーボ弁３を設けており、ポンプ１４とタンク１５を伸長側室Ｒ１と収縮側室Ｒ２のいずれに接続するかをサーボ弁３によって制御している。
【００２１】
サーボ弁３は、４ポート３位置のサーボ弁であって、供給ポートｐがポンプ１４に、排出ポートｔがタンク１５に、制御ポートａがシリンダ２の伸長側室Ｒ１に、制御ポートｂがシリンダ２の収縮側室Ｒ２にそれぞれ連通されている。そして、サーボ弁３は、伸長側室Ｒ１をポンプ１４へ連通するとともに収縮側室Ｒ２をタンク１５へ連通する伸側供給ポジションと、伸長側室Ｒ１をタンク１５へ連通するとともに収縮側室Ｒ２をポンプ１４へ連通する縮側供給ポジションと、伸長側室Ｒ１と収縮側室Ｒ２をポンプ１４とタンク１５の双方への連通を阻止する遮断ポジションとを備えソレノイドで切換駆動する電磁弁とされている。また、サーボ弁３は、伸側供給ポジションと縮側供給ポジションとのそれぞれで通過流量の調整が可能とされている。
【００２２】
そして、サーボ弁３は、コントローラＣから電流が供給されると与えられる電流量に応じて、伸側供給ポジション、縮側供給ポジションおよび遮断ポジションに切換わる。具体的には、サーボ弁３は、遮断ポジションで制御ポートａ，ｂを閉じきるオーバーラップ型のサーボ弁とされており、電流量の絶対値がＩ１未満である場合、遮断ポジションを採り、電流量がＩ１を超えると電流量の絶対値にほぼ比例して制御ポートａへの流量が増加し、ソレノイドへ与える電流の向きが反対となって電流量が−Ｉ１未満になると電流量の絶対値にほぼ比例して制御ポートｂへの流量が増加する。よって、供給される電流量に対するサーボ弁３が制御ポートａ，ｂへ供給する流量は、図２に示すようになる。また、ポンプ１４は、本例では、コントローラＣによって、一定回転数で駆動されており、サーボ弁３による作動油を供給する室の選択と流量調整により、シリンダ２のストロークの方向、変位および速度が制御される。なお、サーボ弁３は、遮断ポジションで制御ポートａ，ｂへごく少量の作動油を供給するアンダーラップ型とされてもよく、アンダーラップ型のサーボ弁３が供給される電流量に対してサーボ弁３が制御ポートａ，ｂへ供給する流量は、図３に示すようになる。
【００２３】
コントローラＣは、シリンダ２に対する目標変位とシリンダ２の出力としてのストロークの変位との偏差からサーボ弁３へ与える電流指令を求め、シリンダ２を目標変位通りに伸縮させるよう制御する。
【００２４】
ロード装置４は、本実施の形態では、錘Ｍとされており、縦置きにしてシリンダ２のロッド１３に取り付けられており、シリンダ２に収縮させるオフセット荷重を与えている。
【００２５】
このように構成されたシリンダ装置１では、シリンダ２が縦置きにされており、シリンダ２におけるロッド１３にはロード装置４としての錘Ｍが取り付けてあって、ロッド１３には下方に向けて錘Ｍによる荷重が作用して、シリンダ２は常に収縮方向のオフセット荷重を受けている。このように構成されたシリンダ装置１では、ロッド１３をチューブ１１に対して静止させるには、常に、伸長側室Ｒ１へ作動油を供給して伸長側室Ｒ１内の圧力を錘Ｍの重量を支えられるように加圧する必要がある。つまり、シリンダ２を静止させる場合、サーボ弁３を伸側供給ポジションとする必要がある。
【００２６】
ここで、ロッド１３を下降させてシリンダ２を収縮させる場合、伸長側室Ｒ１内の圧力を下げれば、オフセット荷重によってシリンダ２は収縮するので、サーボ弁３を伸側供給ポジションとしつつ制御ポートａの流量を低下させればよい。
【００２７】
また、ロッド１３を上昇させてシリンダ２を伸長させる場合、ロッド１３を静止させるのに必要な圧力よりも伸長側室Ｒ１内の圧力を大きくすれば、オフセット荷重に打ち勝ってシリンダ２は伸長するので、サーボ弁３を伸側供給ポジションとしつつ制御ポートａの流量を増加させればよい。
【００２８】
このように、シリンダ２を収縮させる方向にオフセット荷重を与える場合、サーボ弁３を図２および図３中でエリアＸの領域で使用してシリンダ２を伸縮すれば、シリンダ２を静止、収縮、伸長の三つの動作をさせるのに、サーボ弁３を遮断ポジションとする必要が無くなる。サーボ弁３が遮断ポジションを採らなければ、シリンダ２を伸縮させた場合にサーボ弁３が遮断ポジションを採る際に発生する速度波形の歪は発生しない。オフセット荷重は、シリンダ装置１が利用される機器によって決まるシリンダ２が出力するべき速度上限に応じて、本実施の形態であれば、サーボ弁３を図２および図３中でエリアＸの領域でシリンダ２を伸縮させられるように設定すればよい。
【００２９】
ロード装置４は、図４に示した第一変形例のシリンダ装置１ａのように、シリンダ２のチューブ１１に対してロッド１３を図４中上方に付勢してシリンダ２を伸長方向に付勢するばねＳであってもよい。この場合、ロード装置４は、シリンダ２を伸長させる方向にオフセット荷重を与えるので、サーボ弁３を図２および図３中でエリアＹの領域で使用してシリンダ２を伸縮させられれば、シリンダ２を静止、収縮、伸長の三つの動作をさせるのに、サーボ弁３を遮断ポジションとする必要が無くなる。サーボ弁３が遮断ポジションを採らなければ、シリンダ２を伸縮させた場合にサーボ弁３が遮断ポジションを採る際に発生する速度波形の歪は発生しない。この場合、オフセット荷重は、シリンダ装置１が利用される機器によって決まるシリンダ２が出力するべき速度上限に応じて、本実施の形態であれば、サーボ弁３を図２および図３中でエリアＹの領域でシリンダ２を伸縮させられるように設定すればよい。なお、ばねＳでシリンダ２を収縮方向に付勢してシリンダ２を収縮させる方向にオフセット荷重を与えてもよい。また、ロード装置４がばねＳである場合、シリンダ２を伸長方向にも収縮方向にもオフセット荷重を与えられることが可能であり、シリンダ２を横置きにして使用してもよい。
【００３０】
また、ロード装置４は、図５に示した第二変形例のシリンダ装置１ｂのように、チューブ１１内の伸長側室Ｒ１と収縮側室Ｒ２とを連通する通路１７と、通路１７の途中に設けられて通過する作動油の流れに抵抗を与える抵抗要素としての絞り１８とされもよい。この場合、シリンダ２は縦置きにして使用され、サーボ弁３を遮断ポジションとすると、通路１７によって伸長側室Ｒ１と収縮側室Ｒ２とが連通されているので、ロッド１３が下降してシリンダ２が収縮作動する。よって、この第二変形例におけるシリンダ装置１ｂにあっては、ロッド１３を静止させるには、サーボ弁３を伸側供給ポジションとして、常に、伸長側室Ｒ１へ作動油を供給して伸長側室Ｒ１内の圧力をロッド１３の重量を支えられるように加圧する必要がある。このように、ロード装置４を通路１７と絞り１８とで構成しても、シリンダ２を収縮させる方向にオフセット荷重を与えられる。
【００３１】
ロッド１３を下降させてシリンダ２を収縮させる場合、伸長側室Ｒ１内の圧力を下げれば、オフセット荷重によってシリンダ２は収縮するので、サーボ弁３を伸側供給ポジションとしつつ制御ポートａの流量を低下させればよい。
【００３２】
また、ロッド１３を上昇させてシリンダ２を伸長させる場合、ロッド１３を静止させるのに必要な圧力よりも伸長側室Ｒ１内の圧力を大きくすれば下げれば、オフセット荷重に打ち勝ってシリンダ２は伸長するので、サーボ弁３を伸側供給ポジションとしつつ制御ポートａの流量を増加させればよい。
【００３３】
このように、シリンダ２を収縮させる方向にオフセット荷重を与える場合、前述と同様に、サーボ弁３を図２および図３中でエリアＸの領域で使用してシリンダ２を伸縮させられれば、シリンダ２を静止、収縮、伸長の三つの動作をさせるのに、サーボ弁３を遮断ポジションとする必要が無くなる。サーボ弁３が遮断ポジションを採らなければ、シリンダ２を伸縮させた場合にサーボ弁３が遮断ポジションを採る際に発生する速度波形の歪は発生しない。オフセット荷重は、絞り１８が作動油の流れに与える抵抗によって調節でき、また、シリンダ装置１が利用される機器によって決まるシリンダ２が出力するべき速度上限に応じて、本実施の形態であれば、サーボ弁３を図２および図３中でエリアＸの領域でシリンダ２を伸縮させられるように設定すればよい。抵抗要素は、絞り１８以外のバルブを利用してもよく、また、抵抗の調節が可能な可変絞りなどの可変バルブを利用する場合、オフセット荷重を調節でき、シリンダ装置１ｂを利用する機器に応じてオフセット荷重を容易に変更できる。
【００３４】
以上、本発明のシリンダ装置１は、作動油（液体）の供給により伸縮するシリンダ２と、遮断ポジションを有するとともにポンプ１４が吐出する作動油（液体）をシリンダ２へ供給してシリンダ２の伸縮を制御するサーボ弁３と、サーボ弁３が遮断ポジションをとならないようにシリンダ２を伸長或いは収縮させる方向へオフセット荷重を与えるロード装置４とを備えている。このように構成されたシリンダ装置１では、シリンダ２に与えたオフセット荷重によってサーボ弁３が遮断ポジションを採らないので、サーボ弁３を複数設ける必要もなく、オーバーラップ型とアンダーラップ型のサーボ弁３の形式を問わずに、シリンダ２の速度波形の歪を抑制できる。よって、本発明のシリンダ装置１によれば、シリンダ２の伸縮時における速度波形の歪を抑制できるとともにコストを低減できる。
【００３５】
また、本実施の形態のロード装置４は、シリンダ２に収縮させる方向にオフセット荷重を与える錘Ｍとされており、このように構成されたシリンダ装置１によれば、錘Ｍの追加でシリンダ２に容易にオフセット荷重を与えられるとともに、シリンダ装置１が安価となる。
【００３６】
さらに、第一変形例のシリンダ装置１ａのように、ロード装置４がシリンダ２に伸長或いは収縮させる方向にオフセット荷重を与えるばねＳとされる場合には、シリンダ２に収縮方向だけでなく伸長方向にもオフセット荷重を与えられ、シリンダ２を横置きにしても利用も可能となる。なお、ばねＳは、チューブ１１内に収容されてもよいし、シリンダ２外に設けられてもよい。
【００３７】
また、第二変形例のシリンダ装置１ｂは、シリンダ２がチューブ１１と、チューブ１１内に移動自在に挿入されてチューブ１１内を伸長側室Ｒ１と収縮側室Ｒ２とに区画するピストン１２と、チューブ１１内に移動自在に挿入されてピストン１２に連結されるロッド１３とを有し、ロード装置４が伸長側室Ｒ１と収縮側室Ｒ２とを連通する通路１７と、通路１７に設けられて通路１７を通過する作動油（液体）の流れに抵抗を与える絞り（抵抗要素）１８とを有している。このように構成されたシリンダ装置１ｂによれば、絞り（抵抗要素）１８の調整でオフセット荷重をチューニングできる。また、抵抗要素を可変弁とする場合には、オフセット荷重のチューニングが容易となり、シリンダ装置１ｂを利用する機器を変更しても機器に合わせてシリンダ２の速度波形の歪を抑制できる。なお、図５に示したところでは、伸長側室Ｒ１と収縮側室Ｒ２とを通路１７で連通しているが、伸長側室Ｒ１とタンク１５とを連通する通路と、収縮側室Ｒ２とタンク１５とを連通する通路とを設け、各通路に抵抗要素を設けて、これら通路と抵抗要素をロード装置としてもよい。
【００３８】
また、ロード装置４は、錘Ｍ、ばねＳ、および、通路１７と抵抗要素のオフセット荷重を負荷する三つ手段のうち、任意の手段同士を組み合わせて構成されてもよい。
【００３９】
以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１ａ，１ｂ・・・シリンダ装置、２・・・シリンダ、３・・・サーボ弁、４・・・ロード装置、１１・・・チューブ、１２・・・ピストン、１３・・・ロッド、１７・・・通路、１８・・・絞り（抵抗要素）、Ｍ・・・錘、Ｓ・・・ばね、Ｒ１・・・伸長側室、Ｒ２・・・収縮側室
【図１】
2020041648.tif 000003
【図２】
2020041648.tif 000004
【図３】
2020041648.tif 000005
【図４】
2020041648.tif 000006
【図５】
2020041648.tif 000007
【図６】
2020041648.tif 000008
【図７】
2020041648.tif 000009