(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シリンダ駆動装置。【解決手段】アクチュエータシリンダと、該アクチュエータシリンダのピストン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する作動油の供給及び排出を行う油圧供給装置と、前記シリンダ室の他方に対する空気の供給及び排出を行う空気圧供給装置と、これら油圧供給装置と空気圧供給装置の駆動制御を行う制御装置と、を備えたシリンダ駆動装置。【選択図】      図１
2008291865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータシリンダと、
該アクチュエータシリンダのピストン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する作動油の供給及び排出を行う油圧供給装置と、
前記シリンダ室の他方に対する空気の供給及び排出を行う空気圧供給装置と、
これら油圧供給装置と空気圧供給装置の駆動制御を行う制御装置と、を備えていることを特徴とするシリンダ駆動装置。
【請求項２】
前記油圧供給装置は、リザーバタンクと、前記一方のシリンダ室に対する前記タンク内の作動油の供給及び排出を制御する双方向回転形油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動するサーボモータとを有し、
前記空気圧供給装置は、前記油圧供給装置による前記一方のシリンダ室からの作動油の排出時に前記他方のシリンダ室に空気を供給し、且つ前記油圧供給装置による前記一方のシリンダ室に対する作動油の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、前記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、前記エアタンクに空気を加圧供給するエアポンプとを有していることを特徴とする請求項１に記載のシリンダ駆動装置。
【請求項３】
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と前記エアポンプの駆動制御とを行うことを特徴とする請求項２に記載のシリンダ駆動装置。
【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シリンダ駆動装置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ピストンをシリンダ内で往復移動させることによってロッドを前後進駆動させる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のピストンヘッド側のシリンダ室Ｓ１の出入口ポートＨとロッド側のシリンダ室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ピストン５２を押し出してロッド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ピストン５２を引き戻してロッド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４２は、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からのピストン５２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、通路中の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シリンダ駆動装置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シリンダ駆動装置は、アクチュエータシリンダと、該アクチュエータシリンダのピストン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する作動油の供給及び排出を行う油圧供給装置と、前記シリンダ室の他方に対する空気の供給及び排出を行う空気圧供給装置と、これら油圧供給装置と空気圧供給装置の駆動制御を行う制御装置と、を備えているものである。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明に係るシリンダ駆動装置は、請求項１に記載のシリンダ駆動装置において、前記油圧供給装置は、リザーバタンクと、前記一方のシリンダ室に対する前記タンク内の作動油の供給及び排出を制御する双方向回転形油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動するサーボモータとを有し、前記空気圧供給装置は、前記油圧供給装置による前記一方のシリンダ室からの作動油の排出時に前記他方のシリンダ室に空気を供給し、且つ前記油圧供給装置による前記一方のシリンダ室に対する作動油の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、前記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、前記エアタンクに空気を加圧供給するエアポンプとを有しているものである。
【００１６】
さらに、請求項３に記載の発明に係るシリンダ駆動装置は、請求項２に記載のシリンダ駆動装置において、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と前記エアポンプの駆動制御とを行うものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、面倒なアキュムレータを利用することなく、油圧供給装置と空気圧供給装置とを備えた簡便な構成によって、それぞれアクチュエータシリンダのピストン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を作用させることができるため、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】
【００１８】
本発明によるシリンダ駆動装置は、アクチュエータシリンダのピストン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する作動油の供給及び排出を行う油圧供給装置と、前記シリンダ室の他方に対する空気の供給及び排出を行う空気圧供給装置を備え、制御装置によってこれら油圧供給装置と空気圧供給装置の駆動制御を行うものであるため、アクチュエータシリンダ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は空気圧供給装置から空気が給排されるように制御することによって、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他方のシリンダ室内の空気圧によって定常的に負荷圧力を作用させることができる。
【００１９】
従って、本発明によれば、面倒なアキュムレータなどを用いることなく簡便でコンパクトな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単位の高精度な位置制御が可能となる。
【００２０】
本発明における前記油圧供給装置としては、リザーバタンクと、前記一方のシリンダ室に対する前記タンク内の作動油の供給及び排出を制御する双方向回転形油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動するサーボモータとを備えた構成がシンプルでユニット化も容易であり好ましい。この場合、サーボモータによって回転駆動される双方向回転形油圧ポンプを定容量形にすれば、該油圧ポンプの回転数で作動油の吐出流量が決定されるため、制御装置によるサーボモータ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を効率的に制御することができる。
【００２１】
一方、本発明における空気圧供給装置としては、油圧供給装置による一方のシリンダ室からの作動油の排出時に他方のシリンダ室に空気を供給し、且つ油圧供給装置による一方のシリンダ室に対する作動油の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エアタンクと、エアタンクに空気を加圧供給するエアポンプとを備えた構成とすれば、シンプルで簡便でありながらも、油圧供給装置による作動油の給排に同期して、他方のシリンダ室に対する空気の給排を行うことができる。なお、過剰な加圧によるタンクの破裂損傷等を防いで安全を確保するため、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ための圧力調整弁を備えておく。
【００２２】
また、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を備えておけば、制御装置は、これら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。
【００２３】
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、油圧供給装置を、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】
【００２４】
本発明の一実施例として、サーボモータにより駆動する双方向回転定容量形油圧ポンプを用いた油圧供給装置と、コンプレッサにより空気が加圧供給されるエアタンクを利用した空気供給装置とを備えたシリンダ駆動装置を図１の空気−油圧回路に示す。
【００２５】
本実施例によるシリンダ駆動装置は、主に、アクチュエータシリンダ１と、アクチュエータシリンダ１のピストンヘッド側シリンダ室Ｓ１に対して作動油を給排する油圧供給装置２０と、ロッド側シリンダ室Ｓ２に空気を給排する空気圧供給装置１０と、これらの装置を駆動制御する制御装置３０とから構成されるものである。
【００２６】
本実施例における油圧供給装置２０は、リザーバタンク２２と、該タンク２２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２１と、この油圧ポンプ２１を回転駆動するサーボモータＭとを同一ユニット内にコンパクトに組み立てたものである。またこれらリザーバタンク２２と油圧ポンプ２１からポンプポートＰまでの作動油流路には、通常の油圧リリーフ弁２３と作動油の圧力を検出する圧力センサ２４が配置されている。この油圧供給装置２０のポンプポートＰは、アクチュエータシリンダ１のピストンヘッド側シリンダ室Ｓ１に連通する第１シリンダポートＨＰに接続される。
【００２７】
さらに、この油圧供給装置２０の同一ユニット内に配置した電磁式のシャットオフ弁２５とフィルタ２６とを介してリザーバタンク２２へ直接的に連通するタンクポートＴを更に備えており、このシャットオフ弁２５を制御装置３０からの指令によりタンク２２側とタンクポートＴ側との間の流路を遮断状態と連通状態とに切り換えることができる。
【００２８】
また、本実施例における空気圧供給装置１０は、アクチュエータシリンダ１のロッド側シリンダ室Ｓ２の出入り口ポートＲに連通されたエアタンク１１と、このエアタンク１１に空気を加圧供給するコンプレッサからなるエアポンプＡとを備えたものである。なおエアタンク１１は、圧力調整弁としての空気圧リリーフ弁１２によってエアタンク１１内の圧力を予め定められた上限圧力を越えることのないように調整される。これにより、エアタンク１１は過剰な加圧による破損、破裂等の危険が回避されるものである。
【００２９】
以上の構成を備えた本実施例によるシリンダ駆動装置におけるアクチュエータシリンダ１の負荷の移動のためのロッド３の前後進駆動は、以下の通り行われる。即ち、駆動対象である負荷に対して所望の移動量に応じて予め入力された制御指令に基づいて、制御装置３０は、ドライバー３１を介して必要な回転数指令をサーボモータＭへ出力し、サーボモータＭはそれに応じて油圧ポンプ２１を正方向に回転駆動させる。油圧ポンプ２１は一方の出入り口ポートからリザーバタンク２２内の作動油を吸い上げ、他方の出入り口ポートから吐出する。油圧ポンプ２１から吐出される作動油はポンプポートＰから第１シリンダポートＨＰを経てアクチュエータシリンダ１へ導入され、ピストンヘッド側シリンダ室Ｓ１内へ供給されていき、ピストン２を押し出し、ロッド３を前進させる。このとき、ロッド側シリンダ室Ｓ２内の空気はエアタンク１１へ押し出される。
【００３０】
一方、制御装置３０からドライバー３１を介した指令によりサーボモータＭが油圧ポンプ２１を逆方向に回転駆動させると、油圧ポンプ２１は他方の出入り口ポートから作動油を吸引して作動油をリザーバタンク２２へ吐出する。これにより、ピストンヘッド側シリンダ室Ｓ２内から作動油が排出され、第１シリンダポートＨＰからポンプポートＰを経て油圧ポンプ２１へ戻され、これに伴ってピストン２が引き戻されてロッド３は後退する。このとき、ロッド側シリンダ室Ｓ２内にはエアタンク１１から空気が引き込まれる。
本実施例においては、位置センサ３２によりピストン２の位置を検出し、制御装置３０は、この位置センサ３２からの検出信号と油圧ポンプ２１から吐出される作動油の圧力を検出する圧力センサ２４からの検出信号に基づいて、予め入力された制御指令を調整する構成とすることによって高精度なフィードバック制御を行うものである。
【００３１】
なお、本実施例においては、アクチュエータシリンダ１のピストンヘッド側シリンダ室Ｓ１に、油圧供給装置２０のタンクポートＴに接続するための第２シリンダポートＨＴを設け、シャットオフ弁２５の切換によって、ピストンヘッド側シリンダ室Ｓ１内の作動油を直接リザーバタンク２２へ戻すことができる構成とした。これによって、作動油を直接的に速い戻し速度でタンクに排出してロッドを高速で移動させることができる。また、この作動油の戻りをシャットオフ弁２５による第２シリンダポートＨＴよタンクポートＴを経た流路のみを用いて行えば、ポンプ側の作動は必要ないため、装置駆動においてさらなる省エネを図ることができる。
【００３２】
上記の如く、本シリンダ駆動装置においては、主に油圧供給装置２０によるピストンヘッド側シリンダ室Ｓ１に対して作動油の給排を行う油圧制御によってピストン２およびロッド３の位置制御を行うものであるが、これに同期してロッド側シリンダ室Ｓ２に対して空気圧供給装置１０による空気の給排が行われるため、アクチュエータシリンダ１に負荷が無い状態でも、作動油が給排されるピストンヘッド側シリンダ室Ｓ１に対して常にロッド側シリンダ室Ｓ２側からの空気圧が作用するため、例えばロッド３の初期設定を行う場合のなど位置決めの誤差補正も、油圧を０ＭPaまで落とすことなく高精度に位置制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例例によるシリンダ駆動装置の全体構成を示す空気−油圧回路図である。
【図２】従来のアクチュエータシリンダ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】
【００３４】
１，５０：アクチュエータシリンダ
２，５２：ピストン
３，５１：ロッド
Ｓ１：ピストンヘッド側シリンダ室
Ｓ２：ロッド側シリンダ室
ＨＰ：第１シリンダポート
ＨＴ：第２シリンダポート
１０：空気圧供給装置
１１：エアタンク
１２：空気圧リリーフ弁
１３：空気圧力センサ
Ａ：エアポンプ
２０，４１：油圧供給装置
Ｍ：サーボモータ
２１，４２：双方向回転定容量形油圧ポンプ
２２，４３：リザーバタンク
２３：油圧リリーフ弁
２４，４５：圧力センサ
２５：シャットオフ弁
２６：フィルタ
Ｐ：ポンプポート
Ｔ：タンクポート
３０，６０：制御装置
３１：ドライバー
３２：位置センサ
【図１】
2008291865.tif 000003
【図２】
2008291865.tif 000004