(57)【要約】【課題】サーボ弁を用いたシリンダ装置において必要最小限の制御機器を用いて該装置を高速かつ円滑に制御する制御方法及びそのシステムを提供する。【解決手段】本加圧シリンダ１０の高速駆動方法およびそのシステム１は、ピストンの両側の圧力室１１，１２にそれぞれ接続されヘッド側サーボ弁２０およびロッド側サーボ弁２１と、ピストン１４の両側の圧力室の圧力をそれぞれ検出する圧力センサ１８，１９と、ピストンの位置を検出する位置検出センサ３０とを備え、それぞれの検出値に基づいてコントローラ４０から必要な指令をヘッド側，ロッド側サーボ弁に出力して加圧シリンダのピストンを目標位置に停止させる制御、ワークに対して加圧部材をソフトタッチさせる制御、ワークに接触した加圧部材に高加圧力を発生させる制御を、簡易な構成で高速かつ円滑に制御することができる。【選択図】        図２
2004286122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンロッドの先端の加圧部材によってワークを加圧する加圧シリンダと、上記加圧シリンダにおけるピストンの両側の圧力室にそれぞれ接続され、それらの圧力室に制御された圧縮空気を給排するロッド側及びヘッド側サーボ弁と、上記ピストンの両側の圧力室の圧力をそれぞれ検出する圧力センサと、上記ピストン位置を検出する位置検出センサと、上記圧力センサ及び位置検出センサの出力に基づき、上記両サーボ弁の動作を制御するコントローラとを備えた加圧シリンダを高速駆動する方法であって、
上記コントローラにおいて、
ピストンの駆動に際してその目標位置が加圧シリンダのヘッド側あるいはロッド側に近いかを検知し、その結果に基づき、上記目標位置が遠い側の圧力室の圧力が一定になるように同室側サーボ弁を制御し、他室側サーボ弁はピストンを目標位置に停止させる位置決め制御を行い、
加圧部材をワークに接触させる段階では、加圧部材とワークとの間の距離が一定の微小範囲内に入ったときに、ロッド側サーボ弁の排気開度をワークに対する加圧部材のソフトタッチのために一定にする制御を行い、
加圧部材がワークに接触したことを検出した後、ワークに接触した加圧部材に高加圧力を発生させる段階では、ロッド側圧力室の圧力よりもヘッド側圧力室の圧力が設定値だけ高くなるように両サーボ弁の制御を行う、
ことを特徴とする加圧シリンダの高速駆動方法。
【請求項２】
ワークに接触した加圧部材に高加圧力を発生させる段階におけるサーボ弁の制御として、ロッド側サーボ弁を排気側に全開すると同時に、両圧力室の差圧が加圧力設定値に高速で到達するようにヘッド側サーボ弁の制御を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の加圧シリンダの高速駆動方法。
【請求項３】
ワークに接触した加圧部材に高加圧力を発生させる段階におけるサーボ弁の制御として、ヘッド側サーボ弁を全開または一定高圧出力に設定すると同時に、両圧力室の差圧が加圧力設定値に高速で到達するようにロッド側サーボ弁の制御を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の加圧シリンダの高速駆動方法。
【請求項４】
コントローラにおける加圧部材がワークに接触したことの検出を、ロッド側圧力室の内圧がヘッド側圧力室の内圧よりも低くなり、かつ、ワークに対する加圧部材の位置が充分に接近しているという、圧力及び位置検出センサの出力に基づいて行う、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の加圧シリンダの高速駆動方法。
【請求項５】
コントローラにおける加圧部材がワークに接触したことの検出を、ロッド側圧力室の内圧がヘッド側圧力室の内圧よりも低く、かつ、ワークに対する加圧部材の位置が充分に接近し、しかもピストンの駆動開始からの時間が設定時間を超えているという、圧力及び位置検出センサ並びにタイマーの出力に基づいて行う、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の加圧シリンダの高速駆動方法。
【請求項６】
ピストンロッドの先端の加圧部材によってワークを加圧する加圧シリンダと、上記加圧シリンダにおけるピストンの両側の圧力室にそれぞれ接続され、それらの圧力室に制御された圧縮空気を給排するロッド側及びヘッド側サーボ弁と、上記ピストンの両側の圧力室の圧力をそれぞれ検出する圧力センサと、上記ピストン位置を検出する位置検出センサと、上記圧力センサ及び位置検出センサの出力に基づき、上記両サーボ弁の動作を制御するコントローラとを備えた加圧シリンダの高速駆動装置において、
上記コントローラを、
ピストンの駆動に際してその目標位置が加圧シリンダのヘッド側あるいはロッド側に近いかを検知し、その結果に基づき、上記目標位置が遠い側の圧力室の圧力が一定になるように同室側サーボ弁を制御し、他室側サーボ弁はピストンを目標位置に停止させる位置決め制御を行い、
加圧部材をワークに接触させる段階では、加圧部材とワークとの間の距離が一定の微小範囲内に入ったときに、ロッド側サーボ弁の排気開度をワークに対する加圧部材のソフトタッチのために一定にする制御を行い、
加圧部材がワークに接触したことを検出した後、ワークに接触した加圧部材に高加圧力を発生させる段階では、ロッド側圧力室の圧力よりもヘッド側圧力室の圧力が設定値だけ高くなるように両サーボ弁の制御を行うものとした、
ことを特徴とする加圧シリンダの高速駆動システム。
【請求項７】
コントローラが、ワークに接触した加圧部材に高加圧力を発生させる段階におけるサーボ弁の制御として、ロッド側サーボ弁を排気側に全開すると同時に、両圧力室の差圧が加圧力設定値に高速で到達するようにヘッド側サーボ弁の制御を行うものとした、
ことを特徴とする請求項６に記載の加圧シリンダの高速駆動システム。
【請求項８】
コントローラが、ワークに接触した加圧部材に高加圧力を発生させる段階におけるサーボ弁の制御として、ヘッド側サーボ弁を全開または一定高圧出力に設定すると同時に、両圧力室の差圧が加圧力設定値に高速で到達するようにロッド側サーボ弁の制御を行うものとした、
ことを特徴とする請求項６に記載の加圧シリンダの高速駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スポット溶接ガン等に用いられるサーボ制御式加圧シリンダの高速駆動システム及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下記に示す特許文献１には、エアクッション機構付きシリンダ装置のピストンを挟んで設けられたヘッド側圧力室とロッド側圧力室とに圧縮空気を供給する２個のオン−オフ開閉式電磁弁をそれぞれに連結するとともに、ロッド側圧力室に絞り弁と急速排気弁とを接続し、ヘッド側圧力室とロッド側圧力室の圧力に基づいてこれらの弁を適宜作動して、ピストンの駆動を所定状態に制御するシリンダ装置が記載されている。このシリンダ装置においては、シリンダ装置をエアクッション機構付きのものにするとともに、圧力情報に基づいて圧縮空気を駆動源としてこれらの弁及びピストンを作動させているので、電磁弁の駆動を除いて電気的制御部分がなく、故障等に対する対応が容易である反面、多数の弁が必要で部品点数が多くなるという問題があった。
【０００３】
本発明者は、これをさらに改良したシリンダ装置として、図５に示すように、上記２個のオン−オフ開閉式電磁弁を廃し、１つのサーボ弁１００を用いてヘッド側圧力室１０１とロッド側圧力室１０２とに供給する圧縮空気を制御するシステムを開発した。この改良したシリンダ装置では、サーボ弁１００は、ピストン１０３の押し出し時には切換弁として機能し、  ピストン１０３の復帰時には位置決め機能を発揮し、  ピストン１０３を所望の中間位置に停止させることが可能となっている。また、サーボ弁１００を用いることにより、弁開度を調整することができ、それに伴い流量制御が行うことができるので、ピストン１０３を所定の位置に円滑に移動することができる。
【０００４】
しかしながら、この改良したシリンダ装置においても、シリンダ装置をエアクッション機構付きのものとし、絞り弁１０４と急速排気弁１０５とを用いることが必要であり、また、サーボ弁１００を用いることにより２個の電磁弁を廃することが可能になったものの、サーボ弁１００へ所定圧の圧縮空気を供給するための圧力設定ユニット１０６が必要であり、依然として部品点数が多いという問題が複雑であった。また、サーボ弁を用いて簡易な構成とした種々のシリンダ装置も開発されてはいるが、制御機構が必ずしも満足のいくものでなかったため、高速で円滑な制御が得られなかった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２５０３０７（図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、サーボ弁を用いたシリンダ装置において必要最小限の制御機器を用いて該装置を高速かつ円滑に制御する高速駆動方法及びそのシステムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の加圧シリンダの高速駆動方法は、ピストンロッドの先端の加圧部材によってワークを加圧する加圧シリンダと、上記加圧シリンダにおけるピストンの両側の圧力室にそれぞれ接続され、それらの圧力室に制御された圧縮空気を給排するロッド側及びヘッド側サーボ弁と、上記ピストンの両側の圧力室の圧力をそれぞれ検出する圧力センサと、上記ピストン位置を検出する位置検出センサと、上記圧力センサ及び位置検出センサの出力に基づき、上記両サーボ弁の動作を制御するコントローラとを備えた加圧シリンダを高速駆動する方法であって、上記コントローラにおいて、ピストンの駆動に際してその目標位置が加圧シリンダのヘッド側あるいはロッド側に近いかを検知し、その結果に基づき、上記目標位置が遠い側の圧力室の圧力が一定になるように同室側サーボ弁を制御し、他室側サーボ弁はピストンを目標位置に停止させる位置決め制御を行い、加圧部材をワークに接触させる段階では、加圧部材とワークとの間の距離が一定の微小範囲内に入ったときに、ロッド側サーボ弁の排気開度をワークに対する加圧部材のソフトタッチのために一定にする制御を行い、加圧部材がワークに接触したことを検出した後、ワークに接触した加圧部材に高加圧力を発生させる段階では、ロッド側圧力室の圧力よりもヘッド側圧力室の圧力が設定値だけ高くなるように両サーボ弁の制御を行うことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の好ましい実施の態様の１つは、ワークに接触した加圧部材に高加圧力を発生させる段階におけるサーボ弁の制御として、ロッド側サーボ弁を排気側に全開すると同時に、両圧力室の差圧が加圧力設定値に高速で到達するようにヘッド側サーボ弁の制御を行うことことである。
【０００９】
本発明の好ましい実施の態様の他の１つは、ワークに接触した加圧部材に高加圧力を発生させる段階におけるサーボ弁の制御として、ヘッド側サーボ弁を全開または一定高圧出力に設定すると同時に、両圧力室の差圧が加圧力設定値に高速で到達するようにロッド側サーボ弁の制御を行うことである。
【００１０】
本発明の好ましい実施の態様のさらに他の１つは、コントローラにおける加圧部材がワークに接触したことの検出を、ロッド側圧力室の内圧がヘッド側圧力室の内圧よりも低くなり、かつ、ワークに対する加圧部材の位置が充分に接近しているという、圧力及び位置検出センサの出力に基づいて行うことである。
【００１１】
本発明の好ましい実施の態様のさらに他の１つは、コントローラにおける加圧部材がワークに接触したことの検出を、ロッド側圧力室の内圧がヘッド側圧力室の内圧よりも低く、かつ、ワークに対する加圧部材の位置が充分に接近し、しかもピストンの駆動開始からの時間が設定時間を超えているという、圧力及び位置検出センサ並びにタイマーの出力に基づいて行うことである。
【００１２】
また、本発明の加圧シリンダの高速駆動システムは、ピストンロッドの先端の加圧部材によってワークを加圧する加圧シリンダと、上記加圧シリンダにおけるピストンの両側の圧力室にそれぞれ接続され、それらの圧力室に制御された圧縮空気を給排するロッド側及びヘッド側サーボ弁と、上記ピストンの両側の圧力室の圧力をそれぞれ検出する圧力センサと、上記ピストン位置を検出する位置検出センサと、上記圧力センサ及び位置検出センサの出力に基づき、上記両サーボ弁の動作を制御するコントローラとを備えた加圧シリンダの高速駆動装置において、上記コントローラを、ピストンの駆動に際してその目標位置が加圧シリンダのヘッド側あるいはロッド側に近いかを検知し、その結果に基づき、上記目標位置が遠い側の圧力室の圧力が一定になるように同室側サーボ弁を制御し、他室側サーボ弁はピストンを目標位置に停止させる位置決め制御を行い、加圧部材をワークに接触させる段階では、加圧部材とワークとの間の距離が一定の微小範囲内に入ったときに、ロッド側サーボ弁の排気開度をワークに対する加圧部材のソフトタッチのために一定にする制御を行い、加圧部材がワークに接触したことを検出した後、ワークに接触した加圧部材に高加圧力を発生させる段階では、ロッド側圧力室の圧力よりもヘッド側圧力室の圧力が設定値だけ高くなるように両サーボ弁の制御を行うものとしたことを特徴とするものである。
【００１３】
前記高速駆動システムの発明の好ましい実施の態様の１つは、コントローラが、ワークに接触した加圧部材に高加圧力を発生させる段階におけるサーボ弁の制御として、ロッド側サーボ弁を排気側に全開すると同時に、両圧力室の差圧が加圧力設定値に高速で到達するようにヘッド側サーボ弁の制御を行うものである。
【００１４】
前記高速駆動システムの発明の好ましい実施の態様の他の１つは、コントローラが、ワークに接触した加圧部材に高加圧力を発生させる段階におけるサーボ弁の制御として、ヘッド側サーボ弁を全開または一定高圧出力に設定すると同時に、両圧力室の差圧が加圧力設定値に高速で到達するようにロッド側サーボ弁の制御を行うものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいてさらに詳しく説明する。本実施例は、本発明を溶接ガンに適用した場合の制御方法及びそのシステムである。
【００１６】
図１に示す高速駆動システム１は、溶接ガンを構成する加圧シリンダ１０と、この加圧シリンダ１０のヘッド側圧力室１１の圧縮空気を制御するヘッド側サーボ弁２０と、ロッド側圧力室１２の圧縮空気を制御するロッド側サーボ弁２１と、これらに制御信号を出力するコントローラ４０とを備え、該コントローラ４０により所望の状態に制御するものである。
【００１７】
シンボルマークを用いた図２により本高速駆動システムを詳述すると、加圧シリンダ１０は、シリンダ室を備えたシリンダ本体１３と、これに内蔵されたピストン１４と、ピストン１４に連結されたピストンロッド１５とを備えている。シリンダ本体１３は、密閉された筒体であり、ピストン１４を挟んでそのヘッド側のヘッド側圧力室１１とそのロッド側のロッド側圧力室１２とを備えている。ピストンロッド１５はシリンダ本体１３を密閉状に貫通して外部に延出している。このピストンロッド１５の外部に延出した端部には図示しない溶接ガンの一方の電極部材（加圧部材に相当）が装着される。
【００１８】
ヘッド側圧力室１１は、ヘッド側サーボ弁２０から給排される圧縮空気によりピストンを駆動するためのものであり、ヘッド側サーボ弁２０とヘッド側圧力室１１とを連結するヘッド側流体流路２２に導通するヘッド側開口１６と、この圧力室１１の圧力を検知するヘッド側圧力センサ１８と、ピストン１４の駆動位置を検知する位置検出センサ３０のプローブ３１とを備えている。ヘッド側圧力センサ１８と位置検出センサ３０とはそれぞれ、その検出値がコントローラ４０に出力される。ロッド側圧力室１２は、ロッド側サーボ弁２１から給排される圧縮空気によりピストンを駆動するためのものであり、ロッド側サーボ弁２１とロッド側圧力室１２とを連結するロッド側流体流路２３に導通するロッド側開口１７と、この圧力室１２の圧力を検知するロッド側圧力センサ１９とを備えている。ロッド側圧力センサは、その検出値がコントローラ４０に出力される。
【００１９】
ヘッド側サーボ弁２０は、圧縮空気の供給源２４からの圧縮空気を導入する供給ポート２５と、それを排気する排気ポート２６と、それを出力する出力ポート２７とを有している。このサーボ弁においては、コントローラ４０からの出力信号に応じて各ポートを適宜連結するとともに各ポートでの流通面積を規制して所定の流路及び流通量を決められる。ロッド側サーボ弁２１は、ヘッド側サーボ弁２０と同一構造であり、前記ヘッド側サーボ弁２０と同様にロッド側圧力室１２に対して作用するので、対応する各ポートに同一の符号を付してそれらの説明は省略する。
【００２０】
コントローラ４０は、マイクロプロセッサーを内蔵して、ヘッド側及びロッド側圧力センサ１８，１９と、位置検出センサ３０との検出値が入力される。また、コントローラ４０には、あらかじめピストン１４の動作態様や複数の中間停止位置等の設定値が記憶されている。そして、図示しない主コンピュータから入力される「中間停止」、「クランプ」及び「加圧力負荷」等の溶接の実施を指令する指令信号に基づいて、前記の検出値と設定値とを比較し、加圧シリンダ１０が所定の動作を実現するように、ヘッド側サーボ弁２０とロッド側サーボ弁２１とに駆動信号を出力する。
なお、「中間停止」とは、溶接開始前または溶接終了後に電極部材がワーク５０から一定距離離間した位置で停止するように、それに対応した位置でピストンを停止させることを云い、「クランプ」とは、溶接時に電極部材をワーク５０に接触させて保持することを云い、「加圧力負荷」とは、溶接時に電極部材がワーク５０を一定の設定加圧力で押圧することを云う。
【００２１】
つぎに、上記コントローラの機能及び該コントローラによる溶接ガンの制御方法について説明する。
【００２２】
１）基本的な動作制御
コントローラ４０によるヘッド側及びロッド側サーボ弁２０，２１の制御によりピストン１４を目標位置に駆動する際、すなわち、クランプ位置あるいは中間停止位置に駆動する際、基本的には、コントローラ４０において、ピストン１４が設定された目標位置Ｘｒに速く到達するように、ヘッド側圧力室１１及びロッド側圧力室１２への圧縮空気の給排を制御する信号をヘッド側サーボ弁２０とロッド側サーボ弁２１とに出力するが、この場合に、目標位置Ｘｒが加圧シリンダ１０の軸方向長さＬの中央位置Ｌ／２に対してどちら側の位置にあるかによって異なる制御方法を採るため、コントローラ４０においてその目標位置がヘッド側あるいはロッド側のいずれに近いかを検知し、次の制御方法が採用される。
なお、以下においては、ピストン１４がヘッド側端にある位置をピストン変位０の位置とし、ピストン１４がロッド側端にある位置をピストン変位最大の位置として説明する。
【００２３】
また、上述したところでは目標位置Ｘｒが加圧シリンダ１０の中央位置Ｌ／２に対してどちら側にあるかによって異なる制御方法を採る旨を説明したが、その理由は、後述するように、圧力室１１または１２の容積が十分に小さくなったときには、その小さい圧力室の圧力制御における応答の時定数が問題になるためであり、そのため正確な意味で目標位置Ｘｒが加圧シリンダ１０の中央位置Ｌ／２に対してどちら側にあるかによって異なる制御方法を採る必要はなく、目標位置がヘッド側あるいはロッド側のエンドのいずれに十分に近いかにより、次に述べるような制御方法を採ればよい。
ここで、目標位置がエンドに十分に近いとは、諸条件によって相違するが、一般的にはエンドからＬ／８程度の範囲である。この場合、目標位置がヘッド側及びロッド側のいずれにも十分に近くない範囲内にあるときは、いずれかを圧力制御、他方を位置制御すればよい。勿論、目標位置Ｘｒが加圧シリンダ１０の中央位置Ｌ／２に対してどちら側にあるかによって以下に説明する異なる制御方法を採ることもできる。
【００２４】
１−１）ピストン１４の目標位置Ｘｒがシリンダのロッド側にある場合（Ｘｒ≫Ｌ／２）。
一般的に、ピストン１４をクランプ位置に駆動する際にこの制御方法が適用され、コントローラ４０からは、ヘッド側サーボ弁２０がヘッド側圧力室１１をピストンの駆動に必要な一定圧力に維持するように圧力制御し、ロッド側サーボ弁２１がピストン１４を目標位置Ｘｒに到達するように位置ぎめ制御する信号が、それぞれのサーボ弁２０，２１に出力される。具体的には、コントローラ４０は、ヘッド側圧力室１１の設定圧力とヘッド側圧力センサ１８から入力された圧力値とを比較して、前記設定圧力になるようにする信号をヘッド側サーボ弁２０に出力する。ヘッド側サーボ弁２０はその信号に基づいて圧縮空気をヘッド側圧力室１１へ供給または排出して、ヘッド側圧力室１１が前記設定圧力に維持されるように圧力制御する。また、コントローラ４０は、ピストン１４の目標位置Ｘｒと位置検出センサ３０から入力された位置信号値とを比較して、ピストン１４が前記目標位置Ｘｒになるような圧縮空気の出力指令をロッド側サーボ弁２１に出力する。ロッド側サーボ弁２１はその信号に基づいて圧縮空気をロッド側圧力室１２へ供給または排出して、ピストン１４が前記目標位置Ｘｒに停止するようにロッド側圧力室１１を位置決め制御する。
【００２５】
以降、前述のように圧力センサの検出値に基づいてヘッド側ないしはロッド側圧力室１１，１２の圧力を制御することを圧力制御と称し、位置検出センサ３０の検出値に基づいてヘッド側ないしはロッド側圧力室１１，１２の圧縮空気を制御してピストン１４の停止位置を決定することを位置決め制御と称する。
【００２６】
１−２）ピストン１４の目標位置Ｘｒがシリンダのヘッド側にある場合（Ｘｒ≪Ｌ／２）。
一般的に、クランプ位置にあるピストン１４を中間停止位置に復帰させる場合に適用され、コントローラ４０並びにヘッド側及びロッド側サーボ弁２０，２１のそれぞれが、関係は逆になるが前記１−１）の場合に順ずる制御をし、ロッド側サーボ弁２１が、ロッド側圧力室１２の圧力を一定圧力に維持するように圧力制御し、ヘッド側サーボ弁２０が、ヘッド側圧力室１１の圧縮空気を制御してピストン１４を目標位置Ｘｒに停止させる位置決め制御をする。この場合、ロッド側サーボ弁２１は給気側が全開でもよい。これにより、安定的で短時間での「中間停止」を実現できる。
【００２７】
このように、ピストン１４の目標位置Ｘｒが、シリンダのどちら側にあるかによってヘッド側及びロッド側サーボ弁２０，２１の制御機能を圧力制御と位置決め制御とのいずれかに切換える理由は、ピストン１４の移動によりそれぞれの圧力室１１，１２の容積が変化する際に、圧力制御における応答の時定数が変わることに起因する。すなわち、その容積が減少すると時定数は小さくなり、特にその容積が極端に減少するストロークエンドにピストン１４が接近した圧力室では、圧力制御系に振動を起こす傾向がある。これを防止するために、容積が小さい圧力室の方を位置決め制御とするのが有効である。
【００２８】
２）「クランプ」動作時のソフトタッチの実現
溶接ガンによるスポット溶接では、ワーク５０から離れた位置にある電極部材を、まずワーク５０に近接する位置まで上記１−１）の制御で高速で移動させ、その後、衝撃が生じないようにワーク５０にソフトタッチさせる。ここでは、この一連の「クランプ」の手順を説明する。
【００２９】
主コンピュータからコントローラ４０への指令に基づき、前記１−１）の制御でピストン１４が駆動され、電極部材がワーク５０から離れた中間停止位置等からクランプ時の目標位置Ｘｃに向かって駆動されるが、その間に、コントローラ４０において位置検出センサ３０から入力された位置信号（Ｘ）と目標位置Ｘｃとを比較し、その差が一定範囲δ（Ｘｃ−Ｘ≦δ）になるまで移動したときに、コントローラ４０は、ロッド側サーボ弁２１へ該サーボ弁２１の排気開度を微小な一定値に設定する制御信号を出力し、それにより該サーボ弁２１ではロッド側圧力室１２からの圧縮空気を徐々に排気する。これにより電極部材がワーク５０にソフトタッチするようにピストン１４が減速される。
【００３０】
前記ピストン位置Ｘとその目標位置Ｘｃとの差が一定範囲δになったときにロッド側サーボ弁２１の排気開度を一定値にする理由は、一つには両サーボ弁２０，２１の位置決め制御のみでは、電極部材がワーク５０の手前で停止してしまう場合があることであり、一つには、電極部材とワーク５０とが接触したか否かの判別を、ヘッド側圧力室１１の圧力Ｐｈとロッド側圧力室１２の圧力Ｐｒとが逆転（Ｐｈ＞Ｐｒ）することを前提条件にしているが、上記排気開度が確保されていないと、この条件に到達するのが遅くなり、あるいは発生しない場合が生じる可能性があることである。
【００３１】
３）「加圧力負荷」の実現
溶接ガンのスポット溶接では、電極部材とワーク５０とを加圧状態で通電してスポット溶接を行うが、この加圧状態を得るための一連の「加圧力負荷」の手順ついて説明する。
前記「クランプ」により電極部材とワーク５０との接触が維持されている状態において、そのクランプ状態を判別した主コンピュータからの指令、あるいはコントローラ４０自体による制御で「加圧力負荷」を行う場合には、少なくとも次の二つの方法がある。
【００３２】
３−１）ヘッド側サーボ弁を主体とした制御方法
コントローラ４０において、ロッド側サーボ弁２１の排気ポート２６を全開にする制御信号をロッド側サーボ弁２１に出力する。また、同時にヘッド側及びロッド側圧力センサ１８，１９の検出値に基づき、ヘッド側圧力室１１の圧力Ｐｈとロッド側圧力室１２の圧力Ｐｒとの差圧（Ｐｈ−Ｐｒ）を、あらかじめ設定されている設定値Ｐｂと比較し、上記差圧が設定値Ｐｂになるようにヘッド側サーボ弁２０の出力を制御する。排気ポート２６の全開に伴い、ロッド側圧力室１２は無圧状態になり、一方、ヘッド側サーボ弁２０は、必要な圧縮空気をヘッド側圧力室１１へ供給または排出して、設定値Ｐｂが維持されるように動作する。
【００３３】
３−２）ロッド側サーボ弁を主体とした制御方法
コントローラ４０において、ヘッド側サーボ弁２０の給気ポート２７を全開にする制御信号をヘッド側サーボ弁２０に出力する。また、同時にヘッド側及びロッド側圧力センサ１８，１９の検出値に基づき、ヘッド側圧力室１１の圧力Ｐｈとロッド側圧力室１２の圧力Ｐｒとの差圧（Ｐｈ−Ｐｒ）を、あらかじめ設定した設定値Ｐｂと比較し、上記差圧が設定値Ｐｂになるようにロッド側サーボ弁２０の出力を制御する。給気ポート２７の全開に伴い、ヘッド側圧力室１１は一定の圧力状態になり、ロッド側サーボ弁２０は、必要な圧縮空気をロッド側圧力室１２へ供給または排気して、設定値Ｐｂが維持されるように圧力制御する。
なお、上記制御ではヘッド側サーボ弁２０の給気ポート２７を全開にするようにしているが、一定高圧出力に設定することもできる。
【００３４】
電極部材がワーク５０と接触したか否かの判別は、ヘッド側圧力室１１の圧力Ｐｈとロッド側圧力室１２の圧力Ｐｒとが一時的に逆転（Ｐｈ＜Ｐｒ）するが、最終的に再度逆転すること（Ｐｈ＞Ｐｒ）を前提条件にしており、コントローラ４０では、少なくともこの前提条件が満たされたときを接触と判断させるようにしている。
より具体的には、上記圧力Ｐｒが圧力Ｐｈより低く、かつワーク５０に対して電極部材が充分に近く（例えば１ｍｍ以下）になっていることを判別の条件とし、あるいは、コントローラ４０が保有するタイマーを利用して、上記に加えて「クランプ」指令が出力されてから一定時間（例えば７０ｍｓ）を経過することを判別の条件とするのが適切である。
【００３５】
上述した制御を行うコントローラ４０を用いて溶接ガンのシリンダの駆動制御を行うに際しては、まず、ピストンを初期位置に保持するように制御しているコントローラ４０に対して、主コンピュータからクランプ動作開始の指令が出力される。その指令に基づき、コントローラ４０においては、前記１−１）で説明した制御によりピストン１４が設定された目標位置Ｘｒに向かって移動するようにヘッド側圧力室１１及びロッド側圧力室１２への圧縮空気の給排気が制御され、電極部材がワーク５０に近接する位置まで達した後には、上記２）の制御でワーク５０にソフトタッチさせる。次に、前記３−１）または３−２）の方法でワークに対して加圧力の負荷を行って溶接し、その後、ピストンを前記１−２）の制御方法で中間停止位置に復帰させ、主コンピュータからの指令に応じて上記溶接が繰り返され、最終的には電極部材を初期位置に復帰させる。
【００３６】
図３は、上記実施例において前記３−１）で説明した制御により加圧力負荷を行う場合について、溶接ガンの動作過程におけるロッド側サーボ弁２１の開度設定曲線、ピストン変位、並びにヘッド側圧力室１１及びロッド側圧力室１２のそれぞれの圧力変動を説明するためのものである。これに基づいて、溶接ガンの制御方法についてより具体的に説明する。
【００３７】
この動作曲線は、シリンダストローク１５０ｍｍ、溶接ストローク５５ｍｍ、ロッド端未使用ストローク５０ｍｍ、加圧力設定値０．４ＭＰａ、供給圧０．６ＭＰａとして示すもので、図３（Ｂ）に示すように、溶接のためのピストン１４の目標位置がシリンダ長の１／２の位置よりロッド側にあるので、クランプ動作に際し、コントローラ４０は、ヘッド側圧力室１１が一定圧力になるようにヘッド側サーボ弁２０を制御し、ロッド側圧力室１２はロッド側サーボ弁２１によりピストン１４が目標位置Ｘｒに向かうように位置決め制御される。なお、この段階では、同図（Ｂ）に示すように、ピストン１４はほぼ一定の速度で目標位置に向かって移動するが、同図（Ｃ）に示すように、ヘッド側及びロッド側の圧力室の内圧は、通常、複雑に変化する。そして、加圧部材とワーク５０との間の距離が一定の微小範囲δ内（ここではδ＝２ｍｍ）に入るまで上記制御が継続され、その範囲内に入ったことを位置検出センサ３０で検出したときには、図３（Ａ）に示すようにロッド側サーボ弁２０の排気開度を微小開度に設定し、それによって、図３（Ｂ）から分かるようにピストン１４を減速させ、ワーク５０に対して電極部材をソフトタッチさせて、クランプを完了する。この間の時間は約０．１秒である。
【００３８】
このクランプ動作の完了は、圧力センサ１８，１９の出力により圧力Ｐｈと圧力Ｐｒとが、Ｐｈ＞Ｐｒの関係を有し、かつ位置検出センサ３０によりワーク５０に対して電極部材が十分に接近していることを確認することにより検知され、その確認後に電極部材により加圧力が負荷される。
この加圧力の負荷は、まず、ロッド側サーボ弁の排気側を全開に設定する。それに伴って、図３（Ｃ）に示すように、ロッド側圧力室１２の圧力Ｐｒが急速に低下し、０ＭＰａに収束する。それと同時に、ヘッド側及びロッド側圧力センサ１８，１９の出力に基づいて、ヘッド側及びロッド側圧力室１１，１２の圧力の差が、加圧力設定値（Ｐｂ）である０．４ＭＰａになるように、ヘッド側サーボ弁２０が制御される。その結果、図３（Ｃ）に示すように、上記圧力差を一定に維持するように圧力制御される。この状態を維持しながらスポット溶接が行われる。ついで、中間停止位置へ復帰させるが、この場合には、中間停止位置であるピストン駆動の目標位置がシリンダの中央位置よりもヘッド側に近いので、コントローラ４０による制御で、ロッド側サーボ弁２１によりロッド側圧力室１２を圧力制御（ここでは給気側を全開）すると同時に、ヘッド側サーボ弁２０による位置制御により、中間停止位置に戻す。
【００３９】
図４は、図３の動作曲線のうち、同図（Ｃ）の圧力に関するグラフと同様な実験例を示すものであり、具体的には、加圧シリンダを用いて制御を実行した際のヘッド側圧力室１１の圧力Ｐｈ及びロッド側圧力室１２の圧力Ｐｒの変動を経時的に示している。また、図４（Ａ）は、３−１）で説明した制御方法（ヘッド側で加圧力制御）を用いた場合のグラフであるのに対し、図４（Ｂ）は、３−２）で説明した制御方法（ロッド側で加圧力制御）の場合のグラフである。スポット溶接では、溶接の過程で加圧力を変化させる場合があるが、図４の（Ａ）及び（Ｂ）のいずれの場合もその加圧力に変化を与えている。
【００４０】
次に、上記図４の（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、「加圧力負荷」の制御方法３−１）及び３−２）の得失について説明する。
【００４１】
図４（Ａ）では、「加圧力負荷」時に加圧力に変化を与えているが、この変化は、ヘッド側圧力室１１の圧力Ｐｈを０．１ＭＰａ増圧するもので、そのときの応答時間として４５ｍｓを要している。
一方、図４（Ｂ）でも、同様に加圧力に変化を与えているが、その変化は、ロッド側圧力室１２の圧力Ｐｒを０．１ＭＰａだけ増減圧することにより与えるもので、図４（Ａ）の上記４５ｍｓに対応する応答時間として、２２ｍｓを要している。
【００４２】
すなわち、両者においては、加圧力に変化を与えた場合、その応答時間は、圧力室の容積が小さいロッド側圧力室１２を圧力制御する図４（Ｂ）の方が非常にはやくなることを示している。ただし、この場合は、３−１）の制御方法に較べてより高速応答性がよく高性能な弁が必要となる。
【００４３】
前述の「中間停止」及び「加圧力負荷」における制御信号のゲインについては特に触れなかったが、「中間停止」時の圧力制御のゲインは、「加圧力負荷」時の圧力制御のゲインより低い方が好ましい。両者のゲインが同じであると、「中間停止」時におけるピストンの停止動作が振動する虞がある。
【００４４】
以上において、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらに限るわけではなく特許請求の範囲を逸脱しない限り種々の形態をとることができる。
【００４５】
【発明の効果】
上述した本発明の加圧シリンダの高速駆動方法及びそのシステムによれば、簡易な構成で該加圧シリンダを高速かつ円滑に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の概略的構成を示す断面図である。
【図２】上記実施例の構成をシンボルマークで示す構成図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、上記実施例の動作の一例を説明するための模式的説明図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、加圧力制御の方法を異にする場合の圧力室の内圧変動を示す実験例のグラフである。
【図５】従来のシリンダ装置の構成をシンボルマークで示す構成図である。
【符号の説明】
１    高速駆動システム
１０  加圧シリンダ
１１  ヘッド側圧力室
１２  ロッド側圧力室
１４  ピストン
１５  ピストンロッド
１８  ヘッド側圧力センサ
１９  ロッド側圧力センサ
２０  ヘッド側サーボ弁
２１  ロッド側サーボ弁
３０  位置検出センサ
４０  コントローラ
５０  ワーク
【図１】
2004286122.tif 000003
【図２】
2004286122.tif 000004
【図３】
2004286122.tif 000005
【図４】
2004286122.tif 000006
【図５】
2004286122.tif 000007