(57)【要約】 【課題】簡便でコンパクトな構成でありながら、アクチュエータシリンダに負荷がない場合でも、高精度なロッド位置制御が可能な油圧駆動ユニットの提供。【解決手段】サーボモータで回転駆動する双方向回転形油圧ポンプによりリザーバタンク内の作動油をアクチュエータシリンダのヘッド側あるいはロッド側の一方のシリンダ室に対して供給及び吸引を行う油圧供給装置と、前記油圧ポンプによる作動油吸引時に他方のシリンダ室に空気を圧送するエアポンプと該エアポンプからの空気で加圧されると共に他方のシリンダ室から排出される空気を収容するエアタンクと該エアタンク内の圧力を予め定められた上限圧力以下に調整する圧力調整弁とを備えた空気圧供給装置と、を同一ユニット内に組み立て、制御装置により前記サーボモータの回転数制御を行うものとした。【選択図】      図１
2008291863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リザーバタンク内の作動油をアクチュエータシリンダのヘッド側シリンダ室あるいはロッド側シリンダ室の一方に対して供給及び吸引を行う双方向回転形油圧ポンプと、該油圧ポンプを回転駆動するサーボモータとを備えた油圧供給装置と、
前記油圧ポンプによる前記シリンダ室の一方に対する作動油吸引時に他方のシリンダ室に対して空気を圧送するエアポンプと、該エアポンプからの空気で加圧されると共に前記油圧ポンプによる前記シリンダ室の一方に対する作動油供給時に前記他方のシリンダ室から排出される空気を収容するエアタンクと、該エアタンク内の圧力を予め定められた上限圧力以下に調整する圧力調整弁とを備えた空気圧供給装置と、
前記サーボモータの回転数制御を行う制御装置と、を有し、
前記油圧供給装置と前記空気圧供給装置とが同一ユニット内に組み立てられていることを特徴とする油圧駆動ユニット。
【請求項２】
前記油圧供給装置は、前記一方のシリンダ室内とリザーバタンクとの間の第２の流路と、この第２の流路中に配置され、前記シリンダ室側とリザーバタンク側の流路同士を遮断状態と連通状態とに前記制御装置により切り換えられるシャットオフ弁とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の油圧サーボシステム。
【請求項３】
前記空気圧装置は、前記エアポンプと前記エアタンクとの間の流路中に配置され、前記エアタンク内の空気の圧力が予め定められた圧力以上となった際に該流路を切り換えて前記エアポンプからの空気を大気中に逃がす切換弁を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の油圧サーボシステム。
【請求項４】
前記油圧ポンプと前記エアポンプが共に前記サーボモータにより駆動され、
前記シリンダのロッド位置を検出する位置センサと、前記シリンダ室の一方に作用する油圧の圧力を検出する圧力センサと、前記シリンダ室の他方に作用する空気圧の圧力を検出する圧力センサとを備え、
前記制御装置は、これら各センサからの検出信号に基づいて、前記サーボモータの回転数制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の油圧駆動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータシリンダのロッドを前後進駆動させるための油圧駆動ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧制御によってアクチュエータシリンダのロッドの前後進駆動を行う油圧駆動装置において、定容量形の双方向回転ポンプを用いたものがある。この双方向回転ポンプは、正逆双方向に作動油を供給するため、図２に示すような、双方向回転ポンプ４２の両ポートをアクチュエータシリンダ５０のヘッド側シリンダ室Ｓ１の出入口ポートＨとロッド側シリンダ室Ｓ２の出入口ポートＲにそれぞれ接続するだけで、制御弁を必要とせず、自給弁と安全弁からなる簡単な油圧回路でシリンダロッドを前後進駆動させることができる。
【０００３】
即ち、ポンプ４２の正回転により一方のポートからリザーバタンク４３内の作動油をヘッド側シリンダ室Ｓ１へ供給すると共にロッド側シリンダ室Ｓ２内の作動油をポンプ４２の他方のポートから吸引してタンク４３に戻すことによってシリンダロッド５１を前進駆動させることができ、ポンプ４２の逆回転により他方のポートから作動油をロッド側シリンダ室Ｓ２へ供給すると共にヘッド側シリンダ室Ｓ１内の作動油をポンプ４２の一方のポートから吸引してタンク４３へ戻すことによってシリンダロッド５１を後退させることができる。
【０００４】
このように双方向回転油圧ポンプを用いれば、作動油をほぼ閉鎖系で循環させる簡便な油圧回路で油圧配管のないコンパクトなユニット４１として油圧供給装置を構成することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この双方向回転油圧ポンプは４２、サーボモータＭにより回転駆動されるが、サーボモータＭの駆動は、制御装置６０によって、位置センサ５３からのシリンダロッド５１の位置検出信号と、圧力センサ４５からのポンプ吐出作動油の圧力検出信号とに基づいてフィードバック制御される。
【０００６】
また、この双方向回転ポンプ４２は、ピストンポンプの斜板を固定した定容量形にすることによって、ポンプの回転数で吐出流量が決定されるものであるため、サーボモータＭの回転数制御でポンプ回転数を低速から高速の幅広い範囲に亘って制御することによりポンプ吐出流量が効率的に制御される。
【０００７】
従って、このような定容量形ポンプを用いれば、一定の高速回転数でポンプ押しのけ容積を変更する可変容量形ポンプのような油圧内部漏れ等の損失が大きい場合に比べて、非常に効率の良い油圧供給システムが構成できる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３２９２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のような従来の油圧供給装置では、ポンプ４２とヘッド側シリンダ室Ｓ１との間を吐出回路としてポンプ４２から作動油を送り込む場合にはポンプ４２とロッド側シリンダ室Ｓ２との間は吸込回路となり、逆にロッド側シリンダ室Ｓ２との間を吐出回路としてポンプ４２からロッド側シリンダ室Ｓ２へ作動油を送り込む場合には、ポンプ４２とヘッド側シリンダ室Ｓ１との間は吸込回路となる。
【００１０】
従って、シリンダに負荷がない状態において、ロッドを所定の初期位置に位置決めするなどの位置制御を行う場合には、位置の誤差補正をする毎に、ヘッド側とロッド側のどちらかへの作動油の吐出圧を完全に０ＭPaまで落とす必要があった。
【００１１】
しかしながら、このような誤差補正では、吐出圧を０ＭPaまで落としてしまうためにシリンダ内の残空気の影響などを受けやすいこともあり、数μｍ単位での位置制御は困難であり、現状では求められているものより低い精度で位置制御するしかなかった。これに対して、回路中の圧力を保持して高精度の制御性を確保するためには、通路中にシーケンス弁を設けるという対策を施す必要があるが、これは回路を複雑化してしまい、装置の大型化を招くという問題があった。
【００１２】
また、簡便な構成としてシリンダロッドの戻し力にバネを利用することも考えられるが、荷重やストロークを考慮すると、設計的に困難である場合が多い。また、アキュムレータなどを利用した油圧制御も考えられるが、アキュムレータは、高圧ガス保安法の適用を受けるため、面倒が多くなる。
【００１３】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、簡便でコンパクトな構成でありながら、アクチュエータシリンダに負荷がない場合でも、高精度なロッド位置制御が可能な油圧駆動ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る油圧駆動ユニットは、リザーバタンク内の作動油をアクチュエータシリンダのヘッド側シリンダ室あるいはロッド側シリンダ室の一方に対して供給及び吸引を行う双方向回転形油圧ポンプと、該油圧ポンプを回転駆動するサーボモータとを備えた油圧供給装置と、前記油圧ポンプによる前記シリンダ室の一方に対する作動油吸引時に他方のシリンダ室に対して空気を圧送するエアポンプと、該エアポンプからの空気で加圧されると共に前記油圧ポンプによる前記シリンダ室の一方に対する作動油供給時に前記他方のシリンダ室から排出される空気を収容するエアタンクと、該エアタンク内の圧力を予め定められた上限圧力以下に調整する圧力調整弁とを備えた空気圧供給装置と、前記サーボモータの回転数制御を行う制御装置と、を有し、前記油圧供給装置と前記空気圧供給装置とが同一ユニット内に組み立てられているものである。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明に係る油圧駆動ユニットは、請求項１に記載の油圧駆動ユニットにおいて、前記油圧供給装置は、前記一方のシリンダ室内とリザーバタンクとの間の第２の流路と、この第２の流路中に配置され、前記シリンダ室側とリザーバタンク側の流路同士を遮断状態と連通状態とに前記制御装置により切り換えられるシャットオフ弁とをさらに備えているものである。
【００１６】
また請求項３に記載の発明に係る油圧駆動ユニットは、請求項１または請求項２に記載の油圧駆動ユニットにおいて、前記空気圧装置は、前記エアポンプと前記エアタンクとの間の流路中に配置され、前記エアタンク内の空気の圧力が予め定められた圧力以上となった際に該流路を切り換えて前記エアポンプからの空気を大気中に逃がす切換弁を備えているものである。
【００１７】
さらに、請求項４に記載の発明に係る油圧駆動ユニットは、請求項１〜３のいずれか１項に記載に油圧駆動ユニットにおいて、前記油圧ポンプと前記エアポンプが共に前記サーボモータにより駆動され、前記シリンダのロッド位置を検出する位置センサと、前記シリンダ室の一方に作用する油圧の圧力を検出する圧力センサと、前記シリンダ室の他方に作用する空気圧の圧力を検出する圧力センサとを備え、前記制御装置は、これら各センサからの検出信号に基づいて、前記サーボモータの回転数制御を行うものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、複雑なシーケンス弁や面倒なアキュムレータを利用することなく、同一ユニット内に組み立てられた油圧供給装置と空気圧供給装置によって、それぞれアクチュエータシリンダのヘッド側とロッド側の一方のシリンダ室に作動油を、他方のシリンダ室には空気をそれぞれ互いに同期させて給排することができるため、アクチュエータシリンダに負荷がない場合においても、一方のシリンダ室内の作動油に対して定常的に空気圧による負荷圧力が作用するため、油圧制御によるシリンダロッドの位置制御を従来は困難であった高精度で行うことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の油圧駆動ユニットは、サーボモータで駆動する双方向回転油圧ポンプによってリザーバタンク内の作動油をアクチュエータシリンダのヘッド側シリンダ室あるいはロッド側シリンダ室の一方に対して供給及び吸引を行う油圧供給装置と同一ユニット内に、前記油圧ポンプによる一方のシリンダ室に対する作動油吸引時にエアポンプによって他方のシリンダ室に対して空気を圧送すると共にエアタンクに該エアポンプからの空気で加圧し、このエアタンクに前記油圧ポンプによる一方のシリンダ室に対する作動油供給時に他方のシリンダ室から排出される空気を収容する空気圧供給装置を備えたものである。
【００２０】
従って、本発明においては、アクチュエータシリンダのヘッド側とロッド側の一方のシリンダ室に前記油圧供給装置によって作動油が給排されるのに同期して、他方のシリンダ室に前記空気圧供給装置によって空気を給排することができ、アクチュエータシリンダに負荷がない場合においても、一方のシリンダ室内の作動油に対して空気圧で定常的に負荷圧力が作用するため、油圧制御によるシリンダロッドの位置制御を高精度に行うことができる。即ち、本発明によれば、簡便でコンパクトなユニット構成でありながらも、アクチュエータに負荷がなくても、油圧を０ＭPaまで落とすことなく従来は困難であった数μｍ単位の位置制御が可能となる。
【００２１】
なお、前記空気圧供給装置は、エアタンク内の圧力を予め定められた上限圧力以下に調整する圧力調整弁とを備えることにより、過剰な加圧によるタンクの破裂損傷等を防いでいる。
【００２２】
また、油圧供給装置において、一方のシリンダ室内とリザーバタンクとの間に第２の流路を設け、この第２の流路中にシャットオフ弁を配置して、前記シリンダ室側とリザーバタンク側の流路同士を遮断状態と連通状態とに制御装置により切り換えられる構成とすれば、シリンダ室側とリザーバタンク側との流路同士を連通状態に切り換えることによって、一方のシリンダ室からリザーバタンクへの作動油の戻りを速くしてシリンダロッドの移動速度を上げることができる。特に、ヘッド側シリンダ室に対して作動油を給排する場合、シリンダロッドのもどり速度を上げることができる。また、このような作動油の戻りをシャトオフ弁による第２の流路のみで行えば、ポンプ側の作動は必要ないため、装置駆動において省エネを図ることができる。
【００２３】
さらに空気圧装置において、エアポンプとエアタンクとの間の流路中に、エアタンク内の空気の圧力が予め定められた圧力以上となった際に該流路を切り換えてエアポンプからの空気を大気中に逃がす切換弁を配置することによって、他方のシリンダ室内へ空気を送る際に、同時に所定圧力まではエアタンク内へ空気を送り込んで溜めることができると共に、必要以上に空気を送り込む危険を回避することができる。
【００２４】
エアポンプとしては、コンプレッサを用いるのが簡便であり、また動力源には専用のモータを油圧ポンプ側とは別に設けて制御装置により互いに同期させて駆動させてもよいが、同一サーボモータにより油圧ポンプとともに駆動されるものとすれば装置構成がより簡便でコンパクトなものとなり、また制御装置はこのサーボモータのみに対して駆動制御するだけで済む。
【００２５】
この場合、制御装置は、シリンダのロッド位置を検出する位置センサと、前記シリンダ室の一方に作用する油圧の圧力を検出する圧力センサと、前記シリンダ室の他方に作用する空気圧の圧力を検出する圧力センサからの各検出信号に基づいて、予め入力された制御指令を調整してサーボモータの回転数制御を行うことにより、高精度なポンプ回転数制御を電気的なフィードバック制御で効率的に行うことができる。
【００２６】
なお、このようなポンプ回転数制御による吐出流量制御は、ポンプ押しのけ容量を一定にした状態で行うが、斜板式ピストンポンプの場合、予め角度が一定に固定された固定斜板を備えた定容量形ポンプを用いれば簡便であるが、斜板角度が可変な可変容量形ポンプの角度を一定にした状態で用いても良い。この場合、油圧駆動ユニットを、回転数制御による油圧駆動系での使用に限定されることなく、回転数制御によらない他の油圧駆動系にも広く使用可能である。
【実施例】
【００２７】
本発明の一実施例として、双方向回転定容量形油圧ポンプを用い、エアポンプとしてのコンプレッサと同じサーボモータにより回転駆動される油圧駆動ユニットを図１の油圧回路に示す。
【００２８】
本実施例における油圧駆動ユニット１は、アクチュエータシリンダ２０のヘッド側シリンダ室Ｓ１に対して作動油を給排すると共に、ロッド側シリンダ室Ｓ２に対して空気を給排することによってシリンダロッド２１を駆動させるものであり、油圧供給装置と空気圧供給装置とが同一ユニット内に組み立てられたものである。
【００２９】
本油圧駆動ユニット１は、油圧供給装置の出入り口ポートであるポンプポートＰと空気圧回路の出入り口ポートであるエアポートＡと、作動油のリザーバタンク３への入口ポートとしてのタンクポートＴとを備えたものである。また本実施例において、ポンプポートＰは作動油流路４ｂを介してヘッド側シリンダ室Ｓ１の出入り口ポートＨに連通されており、エアポートＡはエア流路８ｂを介してロッド側シリンダ室Ｓ２の出入り口ポートＲに連通されており、タンクポートＴは第２の流路１３ｂを介してヘッド側シリンダ室Ｓ１に連通されている。
【００３０】
油圧駆動ユニット１内の油圧供給装置は、リザーバタンク３と、該タンク３内の作動油をポンプポートＰに対して給排する双方向回転定容量形油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２を回転駆動するサーボモータＭを備えたものである。この油圧供給措置の油圧回路は、主にリザーバタンク３から油圧ポンプ２を介してポンプポートＰまで単一の作動油流路４ａからなり、通常のダイレクトリリーフ弁５と作動油の圧力を検出する圧力センサ６を備えたシンプルなものである。
【００３１】
また、油圧駆動ユニット１内の空気圧供給装置は、エアポートＡへ空気を圧送するコンプレッサ７と、コンプレッサからの空気で加圧されると共に油圧ポンプ２によるヘッド側シリンダ室Ｓ１に対する作動油供給時にロッド側シリンダ室Ｓ２から排出される空気を収容するエアタンク９と、このエアタンク９内の圧力を予め定められた上限圧力以下に調整する圧力調整弁としての空気圧リリーフ弁１２とを備えたものである。
【００３２】
この空気圧供給装置の空気圧回路は、主にコンプレッサ７からエアポートＡまでのエア流路８ａからなり、コンプレッサ７とエアタンク９との間でエアタンク９内の空気の圧力が予め定められた圧力以上となった際に流路接続を切り換えてコンプレッサ７からの空気を大気中に逃がす空気圧パイロット式切換弁１１とを備えたシンプルなものである。なお、ロッド側シリンダ室Ｓ２に作用する油圧の圧力を検出する空気圧力センサ１０はエアタンク９側に配置した。
【００３３】
また、本油圧駆動ユニット１内のタンクポートＴからリザーバタンク３までの第２の流路１３ａには、電磁式でこの第２の流路をタンクポート側とタンク側とで遮断状態と連通状態とに切り換えるシャットオフ弁１４が設けられている。
【００３４】
本実施例においては、コンプレッサ７は、油圧ポンプ２を駆動するサーボモータＭで駆動されるものとすることによって、より簡便で効率的な装置設計とした。このサーボモータＭは、制御装置３０が予め入力された制御指令に基づいて出力した回転制御指令をドライバー３１介して受け、その指令に応じた向きおよび回転数で油圧ポンプ２を駆動・停止させると共にコンプレッサ７を駆動・停止させる。
【００３５】
また、アクチュエータシリンダ２０には、例えばシリンダロッド２１に係る負荷の実際の位置に相当するシリンダロッド２１のヘッド２２の位置を検出するための位置センサ２３を備え、検出結果を制御装置３０に出力するものとする。
【００３６】
制御装置３０は、この位置センサ２３からの検出信号から得られるシリンダロッド２１の実際の位置と予め入力された所望の位置とを比較すると共に、圧力センサ６と空気圧センサ１０からの検出信号に基づいて指令信号を調製するフィードバック制御を行うものである。
【００３７】
さらに、制御装置３０は、シャットオフ弁１４を電通させて電磁力によるスプール移動で第２の流路１３ａにおけるシリンダ室Ｓ１側とリザーバタンク３側との遮断状態を連通状態に切り換えることができ、該連通状態によって、ヘッド側シリンダ室Ｓ１内の作動油をフィルタ１５を介して直接的にリザーバタンクへ戻して、シリンダロッド２１を油圧ポンプ２による作動油吸引のみでヘッド側へ戻す場合よりも速い移動速度で戻すことができる。
【００３８】
以上の構成を備えた本実施例による油圧駆動ユニット１においては、シリンダロッド２１を前進させる場合、制御装置３０は、サーボモータＭに、シリンダロッド２１が所望移動量分だけ移動するのに必要な吐出流量に応じた回転数となるように油圧ポンプ２を正回転駆動させる。油圧ポンプ２はリザーバタンク３内の作動油を第１ポートから吸引しながら第２ポートから作動油流路４ａへ吐出していく。油圧ポンプ２から吐出された作動油は、ポンプポートＰから作動油流路４ｂを経てヘッド側シリンダ室Ｓ１内に充填されていき、その作動油圧によってシリンダロッド２１を前進させる。このとき、ロッド側シリンダ室Ｓ２内の空気はエア流路８ｂへ押し出され、エアタンク９内に収容される。
【００３９】
また、シリンダロッド２１を後退させて戻す際には、制御装置３０は、サーボモータＭに油圧ポンプ２を逆回転駆動させて、ヘッド側シリンダ室Ｓ１内の作動油を第１ポートから吸引して第２ポートからリザーバタンク３へ戻すと共に、コンプレッサ７を駆動させてエア流路８ａからエアポートＡ、エア流路８ｂを介してロッド側シリンダ室Ｓ２内へ空気を供給する。従って、ヘッド側シリンダ室Ｓ１内の作動油の減少と、ロッド側シリンダ室Ｓ２内の空気圧の増加によりシリンダロッド２１は後退してもどる。
【００４０】
このとき、コンプレッサ７はエアタンク９へも空気を送る。エアタンク９は、内部に空気が充填され、内部圧力が予め設定された圧力の上限以上になると空気圧リリーフ弁１２により空気が逃がされ、エアタンク９内の圧力は上限以下に保たれる。さらに、エア流路８ｂ中には空気圧パイロット式切換弁１１を配置し、コンプレッサ７から送られる空気の圧力が設定以上になると、切換弁１１が切り換わってコンプレッサ７から圧送されてくる空気を大気中に逃がすため、エアタンク９内の圧力が危険なほど上昇することはない。
【００４１】
また、本実施例による油圧駆動ユニット１においては、アクチュエータシリンダ２０に負荷が無い状態で、シリンダロッド２１を例えば初期位置に位置決め制御する場合には、ヘッド側シリンダ室Ｓ１内の作動油に対してロッド側シリンダ室Ｓ２からの空気圧で定常的に負荷圧力が作用するため、油圧制御によるシリンダロッド２１の位置制御において、数μｍの高精度な誤差補正が可能となる。
【００４２】
なお、以上の実施例においては、ヘッド側シリンダ室に対して作動油を給排し、ロッド側シリンダ室に対して空気を給排する構成とした場合を示したが、本発明の油圧駆動ユニットによれば、逆の構成であっても同様に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施例による油圧駆動ユニットの概略全体構成を示す油圧回路図である。
【図２】従来の油圧駆動ユニットの一例を示す油圧回路図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，４１：油圧駆動ユニット
Ｍ：サーボモータ
２，４２：双方向回転定容量側油圧ポンプ
３，４３：リザーバタンク
４ａ,４ｂ：作動油流路
５：ダイレクトリリーフ弁
６，４５：圧力センサ
７：コンプレッサ（エアポンプ）
８ａ，８ｂ：エア流路
９：エアタンク
１０：空気圧力センサ
１１：空気圧パイロット式切換弁
１２：空気圧リリーフ弁
１３ａ，１３ｂ：第２の流路
１４：シャットオフ弁
１５：フィルタ
２０，５０：アクチュエータシリンダ
２１，５１：シリンダロッド
２２：シリンダヘッド
Ｓ１：ヘッド側シリンダ室
Ｓ２：ロッド側シリンダ室
２２：シリンダヘッド
２３，５３：位置センサ
Ｐ：ポンプポート
Ａ：エアポート
Ｔ：タンクポート
３０，６０：制御装置
３１：ドライバー
【図１】
2008291863.tif 000003
【図２】
2008291863.tif 000004