(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）電動機と、
（ｂ）該電動機によって駆動される油圧ポンプと、
（ｃ）ピストンロッドが取り付けられたピストンを移動可能に収納し、ボトム側及びロッド側のストロークエンドに近づいた前記ピストンと内壁との間にクッション室が形成される油圧シリンダと、
（ｄ）前記油圧ポンプと油圧シリンダとを結ぶ油圧管路と、
（ｅ）前記油圧シリンダのボトム側及びロッド側のストロークエンド近傍における１〜ｎ番目（ｎは正の整数）の速度制御区間の入口に配設され、前記ピストンが１〜ｎ番目の速度制御区間に入ったことを検出する１〜ｎ番目のピストン位置検出センサと、
（ｆ）前記クッション室内の油圧及び油圧管路内の油圧を検出する圧力センサと、
（ｇ）前記ピストンが１〜ｎ番目の速度制御区間に入ったことが検出されると、前記電動機の回転数を１〜ｎ番目の設定回転数にまで低下させ、前記クッション室内の油圧が油圧管路内の油圧よりも設定圧力差以上に大きいことが検出されると、前記電動機の回転数をクッション室対応設定回転数にまで低下させる制御手段とを有することを特徴とする油圧シリンダ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧シリンダ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ショベル、ローダー、ブルドーザ、掘削機等の建設機械、クレーン、フォークリフト、ダンプトラック等の運輸物流機械、マシニングセンタ、旋盤等の工作機械、プレス、樹脂成形機、ゴム成形機等の成形装置などの各種機械においては、機械の可動部材を駆動するために油圧シリンダ駆動装置が提供されている。
【０００３】
図２は従来の油圧シリンダ駆動装置の回路図である。
【０００４】
図において、１１０は機械の可動部材を駆動するための油圧シリンダ、１３３はピストン、１１１は一端が該ピストン１３３に取り付けられ、他端が図示されない可動部材に接続されるピストンロッドである。そして、前記油圧シリンダ１１０のボトム側油圧室及びロッド側油圧室には油圧閉回路の油圧管路が接続されている。
【０００５】
ここで、１１２、１１３は前記油圧閉回路に配設されたチェック弁、１１４は前記油圧閉回路の油圧を逃がすリリーフ弁、１１５は前記ボトム側油圧室又はロッド側油圧室に接続される油圧管路のいずれか一方の油圧を低下させるための低圧選択弁である。
【０００６】
また、１２１は、不足分の油を油タンクから前記油圧閉回路に供給するためのチャージポンプ、１２２は該チャージポンプ１２１を駆動するためのチャージポンプ用モータ、１１６、１１７はチャージ管路に配設されたチェック弁、１２０はチャージ管路の油圧を逃がすリリーフ弁である。
【０００７】
さらに、１１８は圧油を吐出するとともに前記油圧シリンダ１１０から排出される油によって回転させられる２方向形の油圧ポンプモータ、１１９は、該油圧ポンプモータ１１８を回転させるとともに該油圧ポンプモータ１１８によって回転させられて発電する機能を有する電動機である。
【０００８】
そして、１２３は、直流電流をパルス電流化し前記電動機１１９に供給するパルス電流の周波数を制御して前記電動機１１９の回転数を制御するためのインバータ、１２８は各種機械の駆動源であるエンジン等によって駆動される発電機としての電源、１２４は該電源１２８から供給される交流を直流に変換して前記インバータ１２３に供給するためのコンバータ、１２７は、前記電動機１１９が発電した電流を蓄電するとともに随時前記インバータ１２３に電流を供給するためのバッテリである。
【０００９】
また、１２５は運転操作者が操作するための操作部、１２５ａは前記操作部１２５の操作レバー、１２６は前記操作部１２５の操作に対応する制御信号を前記インバータ１２３に送信するためのコントローラである。
【００１０】
次に、前記油圧シリンダについて説明する。
【００１１】
図３は従来の油圧シリンダの概略図である。
【００１２】
図に示されるように、油圧シリンダ１１０には、ピストン１３３のストローク位置を検出するためにピストン位置検出センサ１３１、１３２が配設される。なお、１３４は、ピストン１３３の位置をピックアップするために該ピストン１３３に配設された永久磁石である。
【００１３】
次に、前記構成の油圧シリンダ装置の動作について説明する。
【００１４】
まず、運転操作者が操作部１２５の操作レバー１２５ａを操作して、ピストンロッド１１１が縮張する（図において左方へ移動する）ように操作する。すると、操作部１２５から送信された制御信号を受けてインバータ１２３が電動機１１９にパルス電流を供給する。これにより、前記電動機１１９が所定の方向に回転して油圧ポンプモータ１１８を所定の方向に回転させるので、該油圧ポンプモータ１１８から油圧シリンダ１１０のロッド側に接続された油圧管路に圧油が吐出される。そして、該圧油は、油圧管路を通って油圧シリンダ１１０のロッド側に送り込まれるので、ピストン１３３が図において左方へ移動させられ、ピストンロッド１１１が縮張する。
【００１５】
続いて、前記ピストン１３３が油圧シリンダ１１０内を移動して、図における左側の端壁に近づくと、すなわち、ボトム側のストロークエンドに近づくと、油圧シリンダ１１０のロッド側に配設されたピストン位置検出センサ１３１が、永久磁石１３４の位置をピックアップして、ピストン１３３がボトム側のストロークエンドに近づいたことを検出する。そして、前記ピストン位置検出センサ１３１は、ピストン１３３がボトム側のストロークエンドに近づいたことを操作部１２５に送信する。すると、操作部１２５にピストン１３３がボトム側のストロークエンドに近づいたことが表示される。このため、運転操作者は、この表示を見ると操作レバー１２５ａを操作して、ピストン１３３の移動速度を低下させることができる。
【００１６】
また、ピストンロッド１１１が伸長する（図において右方へ移動する）ように操作する場合も、前記ピストン１３３が油圧シリンダ１１０内を移動して、図における、右側の端壁に近づくと、すなわち、ロッド側のストロークエンドに近づくと、油圧シリンダ１１０のロッド側に配設されたピストン位置検出センサ１３２が、永久磁石１３４の位置をピックアップして、ピストン１３３がロッド側のストロークエンドに近づいたことを検出する。そして、操作部１２５にピストン１３３がロッド側のストロークエンドに近づいたことが表示され、運転操作者は、この表示を見ると操作レバー１２５ａを操作して、ピストン１３３の移動速度を低下させる。
【００１７】
このように、ピストン１３３がボトム側又はロッド側のストロークエンドに近づくと、ピストン１３３がストロークエンドに近づいたことが操作部１２５に表示されるので、運転操作者はピストン１３３の移動速度を低下させることができる。したがって、ピストン１３３がロッド側又はボトム側のストロークエンドに衝突する際には、ピストン１３３の移動速度が低くなっているので、ピストン１３３や油圧シリンダ１１０に大きな衝撃が与えられることがない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の油圧シリンダ駆動装置においては、運転操作者が操作部１２５のレバー１２５ａを操作してピストン１３３の移動速度を低下させない限り、ピストン１３３の移動速度が低下しないようになっている。そのため、、ピストン１３３がロッド側又はボトム側のストロークエンドに近づいた場合に運転操作者がピストン１３３の移動速度を低下させないと、ピストン１３３が高い速度でロッド側又はボトム側のストロークエンドに衝突するので、ピストン１３３や油圧シリンダ１１０に大きな衝撃が与えられてしまう。
【００１９】
また、運転操作者がピストン１３３の移動速度を低下させる際、操作部１２５のレバー１２５ａを中立方向にある程度戻す必要があるが、該レバー１２５ａの操作量が大き過ぎるとピストン１３３が停止してしまい、小さ過ぎるとピストン１３３の速度が十分に減速せずに衝撃を緩和させることができない。
【００２０】
このような衝撃は、機械の運転操作性を阻害するだけでなく、油圧シリンダ駆動装置を構成する電動機１１９、油圧ポンプモータ１１８、油圧シリンダ１１０の耐久性を損なうとともに、油圧シリンダ駆動装置を搭載する機械の耐久性にも影響を及ぼしてしまう。
【００２１】
そこで、衝撃を緩和させる手段としてクッション室構造を有する油圧シリンダが提供されている。
【００２２】
図４は従来の他の油圧シリンダの概略図である。
【００２３】
図に示されるように、油圧シリンダ１４０のストロークエンドには小径部１４６、１４７が形成され、ピストン１４３の両側にはクッションリング１４４、１４５が取り付けられる。ここで、該クッションリング１４４、１４５の外径は、前記小径部１４６、１４７の内径よりもわずかに小さくなっているので、前記クッションリング１４４、１４５が小径部１４６、１４７内に進入することができる。また、前記小径部１４６、１４７の内壁に油圧管路１４８、１４９の端部が接続される。
【００２４】
前記油圧シリンダ１４０においては、ピストン１４３がボトム側のストロークエンドに近づいて、クッションリング１４４が図に示される１４４ａの位置に到達すると、前記クッションリング１４４の周囲にほぼ閉じられた空間としてのクッション室１４２が形成される。前述されたようにクッションリング１４４の外径は、前記小径部１４６の内径よりも小さいが、その差がわずかであるため、クッションリング１４４と小径部１４６との間の隙（すき）間は狭く、油が流れにくくなっている。したがって、ピストン１４３がさらにボトム側に移動すると、前記クッション室１４２内の油が、狭い隙間を通すため、スムーズに流出しないので、前記ピストン１４３は大きな抵抗を受ける。
【００２５】
そのため、運転操作者が操作部１２５のレバー１２５ａを操作してピストン１４３の移動速度を低下させず、ピストン１４３が高い速度でボトム側のストロークエンドに近づいても、クッションリング１４４が図に示される１４４ａの位置に到達すると、ピストン１４３は大きな抵抗を受けて、速度が減衰する。したがって、ピストン１４３がボトム側のストロークエンドに衝突する際の衝撃が大きく緩和される。なお、ロッド側についても、同様に、クッションリング１４５の周囲にクッション室が形成されるので、ピストン１４３がロッド側のストロークエンドに衝突する際の衝撃が大きく緩和される。
【００２６】
ところが、衝撃を緩和させるためにはピストン１４３の速度を大きく減衰する必要があるが、前記隙間を狭くして速度の減衰幅を大きくすると、クッション室１４２内の圧力が極めて高圧になってしまう。このため、油圧シリンダ１４０を厚肉にしなければならず、油圧シリンダ１４０の重量が大きくなってしまうとともに製造コストが高くなってしまう。
【００２７】
また、前記隙間を大きくしてピストン１４３の速度の減衰幅を小さくすると、クッション室１４２内の圧力が高圧になることはないが、衝撃を十分に緩和することができなくなってしまう。
【００２８】
さらに、ピストン１４３がボトム側（ロッド側）のストロークエンドに近づいても、油圧ポンプモータ１１８から油圧シリンダ１４０のロッド側（ボトム側）に圧油が供給され続けるので、ピストン１４３の速度を適切に低下させることが困難になっている。
【００２９】
本発明は、前記従来の油圧シリンダ駆動装置の問題点を解決して、ピストンがロッド側又はボトム側のストロークエンドに近づいた際に、油圧シリンダへの圧油の供給量を低下させて、ピストンの移動速度を適切に低下させることによって、ピストンがストロークエンドに衝突した場合でも、ピストンや油圧シリンダに大きな衝撃が与えられることがない油圧シリンダ駆動装置を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の油圧シリンダ駆動装置においては、電動機と、該電動機によって駆動される油圧ポンプと、ピストンロッドが取り付けられたピストンを移動可能に収納し、ボトム側及びロッド側のストロークエンドに近づいた前記ピストンと内壁との間にクッション室が形成される油圧シリンダと、前記油圧ポンプと油圧シリンダとを結ぶ油圧管路と、前記油圧シリンダのボトム側及びロッド側のストロークエンド近傍における１〜ｎ番目（ｎは正の整数）の速度制御区間の入口に配設され、前記ピストンが１〜ｎ番目の速度制御区間に入ったことを検出する１〜ｎ番目のピストン位置検出センサと、前記クッション室内の油圧及び油圧管路内の油圧を検出する圧力センサと、前記ピストンが１〜ｎ番目の速度制御区間に入ったことが検出されると、前記電動機の回転数を１〜ｎ番目の設定回転数にまで低下させ、前記クッション室内の油圧が油圧管路内の油圧よりも設定圧力差以上に大きいことが検出されると、前記電動機の回転数をクッション室対応設定回転数にまで低下させる制御手段とを有する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３４】
図１は本発明の第１の実施の形態における油圧シリンダ駆動装置の回路図である。
【００３５】
図において、１０は機械の可動部材を駆動するための油圧シリンダ、３３はピストン、１１は一端がピストン３３に取り付けられ他端が図示されない可動部材に接続されるピストンロッドである。ここで、前記機械は、ショベル、ローダー、ブルドーザ、掘削機等の建設機械、クレーン、フォークリフト、ダンプトラック等の運輸物流機械、マシニングセンタ、旋盤等の工作機械、プレス、樹脂成形機、ゴム成形機等の成形装置などの各種機械である。なお、本実施の形態における油圧シリンダ駆動装置は、前記各種機械の可動部材を駆動するために使用されるものであるが、ここでは、ショベル、ローダー等の建設機械に使用される場合について説明する。
【００３６】
そして、前記油圧シリンダ１０のボトム側油圧室及びロッド側油圧室には油圧閉回路の油圧管路が接続されている。ここで、１２、１３は前記油圧閉回路に配設されたチェック弁、１４は前記油圧閉回路の油圧を逃がすリリーフ弁、１５は前記ボトム側油圧室又はロッド側油圧室に接続される油圧管路のいずれか一方の油圧を低下させるための低圧選択弁である。
【００３７】
また、２１は、不足分の油を油タンクから前記油圧閉回路に供給するためのチャージポンプ、２２は該チャージポンプ２１を駆動するためのチャージポンプ用モータ、１６、１７はチャージ管路に配設されたチェック弁、２０はチャージ管路の油圧を逃がすリリーフ弁である。
【００３８】
さらに、１８は圧油を吐出するとともに前記油圧シリンダ１０から排出される油によって回転させられる２方向形の油圧ポンプモータ、１９は、該油圧ポンプモータ１８を回転させるとともに該油圧ポンプモータ１８によって回転させられて発電する機能を有する電動機である。
【００３９】
そして、２３は、直流電流をパルス電流化し前記電動機１９に供給するパルス電流の周波数を制御して前記電動機１９の回転数を制御するためのインバータ、２８は各種機械の駆動源であるエンジン等によって駆動される発電機としての電源、２４は電源２８から供給される交流を直流に変換して前記インバータ２３に供給するためのコンバータ、２７は、前記電動機２３が発電した電流を蓄電するとともに随時前記インバータ２３に電流を供給するためのバッテリである。
【００４０】
また、２５は運転操作者が操作するための入力手段としての操作部、２５ａは前記操作部２５の操作レバー、２６は前記操作部２５の操作に対応する制御信号を前記インバータ２３に送信するためのコントローラである。ここで、該コントローラ２６は、演算手段、記憶手段、入出力手段、表示手段、通信インターフェイス等を備え、各種センサからの検出信号を受信し、前記インバータ２３等に制御信号を送信する制御手段である。そして、前記コントローラ２６はチャージポンプ用モータ２２、電源２８、低圧選択弁１５等の動作を制御してもよい。さらに、前記コントローラ２６は、前記機械の動作を制御する制御手段と一体的に形成されたものであってもよいし、該制御手段の中に構築された複数のシステムの中の１つであってもよい。なお、前記操作部２５は、ＣＲＴ、液晶ディスプレー、メータ等の表示手段を備えるものであってもよい。
【００４１】
そして、前記油圧シリンダ１０には、ピストン３３のストローク位置を検出するためのピストン位置検出センサ５１、５２が配設される。ここで、前記ピストン位置検出センサ５１は油圧シリンダ１０のボトム側のストロークエンドからの距離ａの位置に配設されて、前記ピストン３３がボトム側のストロークエンドから距離ａまでの区間、すなわち、ボトム側の速度制御区間に入ったことを検出する。また、前記ピストン位置検出センサ５２は油圧シリンダ１０のロッド側のストロークエンドからの距離ｂの位置に配設されて、前記ピストン３３がロッド側のストロークエンドから距離ｂまでの区間、すなわち、ロッド側の速度制御区間に入ったことを検出する。そして、前記ピストン位置検出センサ５１、５２は前記コントローラ２６に通信可能に接続され、検出信号を送信する。なお、３４は、前記ピストン位置検出センサ５１、５２がピストン３３の位置を検出するために該ピストン３３に配設された永久磁石である。
【００４２】
ここで、前記ピストン位置検出センサ５１、５２は、複数であってもよい。この場合、１〜ｎ番目（ｎは正の整数）のピストン位置検出センサ５１、５２は、それぞれ１〜ｎ番目の速度制御区間に入ったことを検出する。
【００４３】
次に、前記構成の油圧シリンダ駆動装置の動作について説明する。
【００４４】
図５は、本発明の第１の実施の形態におけるピストンがボトム側のストロークエンドに近づいた時の油圧シリンダの動作を示す図、図６は、本発明の第１の実施の形態におけるピストンがロッド側のストロークエンドに近づいた時の油圧シリンダの動作を示す図である。
【００４５】
まず、運転操作者が操作部２５の操作レバー２５ａを操作して、ピストンロッド１１を縮張させる（図５における右方へ移動する）ように操作する。すると、操作部２５から送信された制御信号を受けてインバータ２３が電動機１９にパルス電流を供給する。これにより、該電動機１９が所定の方向に回転して油圧ポンプモータ１８を所定の方向に回転させるので、該油圧ポンプモータ１８から油圧シリンダ１０のロッド側に接続された油圧管路に圧油が吐出される。そして、該圧油は、油圧管路を通って油圧シリンダ１０のロッド側に送り込まれるので、ピストン３３が図５における右方へ移動させられ、ピストンロッド１１が縮張する。なお、油圧シリンダ１０内のボトム側の油は、ピストン３３によって押し出され、油圧管路を経由して、前記油圧ポンプモータ１８に吸引される。
【００４６】
続いて、前記ピストン３３が油圧シリンダ１０内を移動して、図５における右側の端壁に近づくと、すなわち、ボトム側のストロークエンドに近づくと、油圧シリンダ１０のボトム側に配設されたピストン位置検出センサ５１が、永久磁石３４の位置をピックアップして、ピストン３３がボトム側の速度制御区間に入ったことを検出する。そして、前記ピストン位置検出センサ５１は、ピストン３３がボトム側の速度制御区間に入ったことをコントローラ２６に送信する。
【００４７】
すると、コントローラ２６は、電動機１９の回転数があらかじめ設定されている1 番目の設定回転数以上であるか否かを判断する。そして、１番目の設定回転数以上である場合、操作部２５からの入力にかかわらず、コントローラ２６はインバータ２３に信号を送信して、電動機１９の回転数が前記１番目の設定回転数にまで低下するように制御させる。なお、前記コントローラ２６は、操作部２５の表示手段にピストン３３がボトム側の速度制御区間に入ったことを表示させてもよい。
【００４８】
ここで、前記１番目の設定回転数は、ピストン３３がボトム側のストロークエンドに衝突した場合でも、前記ピストン３３や油圧シリンダ１０に大きな衝撃が与えられることがない移動速度でピストン３３を移動させる量の圧油を油圧ポンプモータ１８から吐出させるような電動機１９の回転数である。
【００４９】
なお、前記ピストン位置検出センサ５１が複数である場合、１〜ｎ番目のピストン位置検出センサ５１によってピストン３３が１〜ｎ番目の速度制御区間に入ったことが順次検出される。そして、コントローラ２６は、電動機１９の回転数がｎ番目の設定回転数にまで順次低下するように制御させる。
【００５０】
そして、電動機１９の回転数が前記ｎ番目の設定回転数にまで低下し、油圧ポンプモータ１８の回転数も低下して圧油の吐出量が減少するので、運転操作者が操作レバー２５ａを操作しなくても、ピストン３３の減速を開始することができる。したがって、ピストン３３がボトム側のストロークエンドに衝突した場合でも、ピストン３３の移動速度が低いので、大きな衝撃が発生しない。
【００５１】
なお、油圧シリンダ１０が建設機械に使用される場合、該建設機械のバケット内に残留する土を排出する排土作業のようにある程度の衝撃を必要とすることがある。この場合、前記ピストン３３や油圧シリンダ１０にある程度の衝撃を与え、その衝撃を機械の可動部材である前記バケット等に伝達する必要があるので、前記ｎ番目の設定回転数を何段階かに分けて設定し、運転操作者が、衝撃を必要とする作業の内容に応じて、衝撃の大きさを選択することができるようにすることが望ましい。
【００５２】
次に、運転操作者が操作部２５の操作レバー２５ａを操作して、ピストンロッド１１を伸張させる（図６において左方へ移動する）ように操作する場合について説明する。この場合も、前述されたピストンロッド１１が縮張する場合と同様に、操作部２５、インバータ２３、電動機１９、油圧ポンプモータ１８、油圧シリンダ１０等が動作して、ピストン３３が図６において左方へ移動させられ、ピストンロッド１１が伸張する。
【００５３】
続いて、前記ピストン３３が油圧シリンダ１０内を移動して、図６における左側の端壁に近づくと、すなわち、ロッド側のストロークエンドに近づくと、油圧シリンダ１０のロッド側に配設されたピストン位置検出センサ５２が、永久磁石３４の位置をピックアップして、ピストン３３がロッド側の速度制御区間に入ったことを検出する。そして、前記ピストン位置検出センサ５２は、ピストン３３がロッド側の速度制御区間に入ったことをコントローラ２６に送信する。
【００５４】
以降の動作は、前述されたピストンロッド１１が縮張する場合と同様であるので、説明を省略する。
【００５５】
このように、本実施の形態においては、ピストン位置検出センサ５１、５２が、ピストン３３がボトム側又はロッド側の速度制御区間に入ったことを検出すると、操作部２５からの入力にかかわらず、電動機１９の回転数が所定の設定回転数にまで低下されるので、油圧シリンダ１０への圧油の供給量が低下してピストン３３の移動速度が低下する。
【００５６】
さらに、ピストン位置検出センサ５１、５２が複数である場合には、ピストン３３の移動速度が段階的に低下する。
【００５７】
したがって、運転操作者が操作レバー２５ａを操作しなくても、ピストン３３の減速が開始されるので、ピストン３３がボトム側又はロッド側のストロークエンドに衝突した場合でも、ピストン３３の移動速度が低いので、大きな衝撃が発生しない。そのため、油圧シリンダ１０の操作が容易となり、かつ、油圧シリンダ１０の耐久性を向上させることができる。
【００５８】
また、油圧シリンダ１０が建設機械に使用される場合、前記第１の設定回転数を何段階かに分けて設定すれば、運転操作者が、排土作業のような衝撃を必要とする作業の内容に応じて、衝撃の大きさを選択することができる。
【００５９】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するもの及び同じ動作については、その説明を省略する。
【００６０】
図７は本発明の第２の実施の形態における油圧シリンダ駆動装置の回路図である。
【００６１】
図において、４０は油圧シリンダであり、ストロークエンドには小径部４６、４７が形成される。また、４３はピストンであり、両側にはクッションリング６６、７０が取り付けられる。そして、前記油圧シリンダ４０の後述されるクッション室６５、６９に対応する位置には、該クッション室６５、６９内の油圧を検出する圧力センサ６１、６２が配設され、また、油圧シリンダ４０と油圧ポンプモータ１８とを接続する油圧管路には、油圧管路内の油圧を検出する圧力センサ６３、６４が配設される。なお、前記圧力センサ６１〜６４はコントローラ２６に通信可能に接続され、検出した油圧信号を送信する。
【００６２】
次に、前記構成の油圧シリンダ駆動装置の動作について説明する。
【００６３】
図８は、本発明の第２の実施の形態におけるピストンがボトム側のストロークエンドに近づいた時の油圧シリンダの動作を示す図、図９は、本発明の第２の実施の形態におけるピストンがロッド側のストロークエンドに近づいた時の油圧シリンダの動作を示す図である。
【００６４】
まず、運転操作者が操作部２５の操作レバー２５ａを操作して、ピストンロッド１１が縮張する（図８において右方へ移動する）ように操作する場合について説明する。この場合も、前記第１の実施の形態と同様に、操作部２５、インバータ２３、電動機１９、油圧ポンプモータ１８、油圧シリンダ４０等が動作して、ピストン４３が図８において右方へ移動させられ、ピストンロッド４１が縮張する。
【００６５】
そして、前記ピストン４３が油圧シリンダ４０内を移動して、図８に示されるように、右側の端壁に近い、すなわち、ボトム側のストロークエンドに近い位置に到達する。ここで、クッションリング７０の外径は、小径部４７の内径よりもわずかに小さくなっているので、前記ピストン４３がさらに右方へ移動すると、前記クッションリング７０が小径部４７内に進入することができる。また、前記小径部４７の内壁には、一端が油圧ポンプモータ１８に接続される油圧管路の他端が接続される。
【００６６】
ここで、前記クッションリング７０の周囲には、油圧シリンダ４０の内壁及びピストン４３に囲まれて、ほぼ閉じられた空間としてのクッション室６５が形成される。クッションリング７０の外径は、前記小径部４７の内径よりも小さいが、その差がわずかであるため、クッションリング７０と小径部４７との間の隙間は狭く、油が流れにくくなっている。したがって、ピストン４３がさらにボトム側に移動すると、前記クッション室６５内の油が、狭い隙間を通るため、スムーズに流出しないので、前記ピストン４３は大きな抵抗を受ける。
【００６７】
なお、前記クッションリング７０の外周には、油の流路として、ロッド４１の長さ方向に延在するスリット６８がいくつか形成される。該スリット６８の数及び断面積を調節することによって、クッション室６５内から小径部４７への油の流路の断面積を変化させて油の流出抵抗を調節することができる。ここで、油の流路の断面積を大きくして油の流出抵抗を低くすると、ピストン４３がボトム側に移動する際に受ける抵抗が小さくなり、ピストン４３の移動速度の減衰幅が小さくなる。一方、油の流路の断面積を小さくして油の流出抵抗を高くすると、ピストン４３がボトム側に移動する際に受ける抵抗が大きくなり、ピストン４３の移動速度の減衰幅が大きくなる。
【００６８】
そのため、運転操作者が操作部２５のレバー２５ａを操作してピストン４３の移動速度を低下させず、ピストン４３が高い速度でボトム側のストロークエンドに近づいても、ピストン４３が図８に示される位置に到達すると、ピストン４３は大きな抵抗を受けて、速度が減衰する。したがって、ピストン４３がボトム側のストロークエンドに衝突する際の衝撃が緩和される。
【００６９】
一方、本実施の形態においては、圧力センサ６１がクッション室６５内の油圧を検出し、圧力センサ６３が管路内の油圧を検出しコントローラ２６に送信する。そして、コントローラ２６は、クッション室６５内の油圧が油圧管路内の油圧よりもあらかじめ設定された設定圧力差以上に大きいか否かを判断する。そして、設定圧力差以上である場合、操作部２５からの入力にかかわらず、コントローラ２６はインバータ２３に信号を送信して、電動機１９の回転数がクッション室対応設定回転数にまで低下するように制御させる。なお、前記コントローラ２６は、操作部２５の表示手段にクッション室６５内の油圧が油圧管路内の油圧よりも設定圧力差以上に大きいことを表示させてもよい。
【００７０】
ここで、設定圧力差の数値は、クッション室６５内の油圧が油圧管路内の油圧よりも該数値以上に大きくなければ、ピストン４３がボトム側のストロークエンドに衝突した場合でも、クッション室６５によって前記ピストン４３の移動速度が減衰して、前記ピストン４３や油圧シリンダ４０に大きな衝撃が与えられることがない移動速度でピストン４３が移動しているような数値である。また、クッション室対応設定回転数は、クッション室６５によるピストン４３の移動速度の減衰を考慮して、ピストン３３がボトム側のストロークエンドに衝突した場合でも、ピストン４３や油圧シリンダ４０に大きな衝撃が与えられることがない移動速度でピストン４３を移動させる量の圧油を油圧ポンプモータ１８から吐出させるような電動機１９の回転数である。
【００７１】
そして、クッション室６５内の油圧が油圧管路内の油圧よりも前記設定圧力差以上に大きい場合でも、電動機１９の回転数が前記クッション室対応設定回転数にまで低下し、油圧ポンプモータ１８からの圧油の吐出量が減少するので、運転操作者が操作レバー２５ａを操作しなくても、ピストン４３の減速を開始することができる。したがって、ピストン４３がボトム側のストロークエンドに衝突した場合でも、ピストン３３の移動速度が低いので、大きな衝撃が発生しない。
【００７２】
また、クッション室６５によるピストン４３の移動速度の減衰幅を大きくする必要がないので、クッション室６５内の圧力が極めて高圧にならず、油圧シリンダ４０を厚肉にする必要がなく、油圧シリンダ４０の重量が大きくならず、製造コストを低下させることができる。
【００７３】
なお、前記第１の実施の形態と同様に、油圧シリンダ４０が建設機械に使用される場合のように、ある程度の衝撃を必要とすることがある。この場合、前記ピストン３３や油圧シリンダ４０にある程度の衝撃を与え、その衝撃を機械の可動部材である前記バケット等に伝達する必要があるので、前記クッション室対応設定回転数を何段階かに分けて設定し、運転操作者が、衝撃を必要とする作業の内容に応じて、衝撃の大きさを選択することができるようにすることが望ましい。
【００７４】
次に、運転操作者が操作部２５の操作レバー２５ａを操作して、ピストンロッド４１が伸張する（図９において左方へ移動する）ように操作する場合について説明する。この場合も、前述されたピストンロッド４１が縮張する場合と同様に、操作部２５、インバータ２３、電動機１９、油圧ポンプモータ１８、油圧シリンダ４０等が動作して、ピストン４３が図９において左方へ移動させられ、ピストンロッド４１が伸張する。
【００７５】
続いて、前記ピストン４３が油圧シリンダ４０内を移動して、図９における左側の端壁に近づくと、すなわち、ロッド側のストロークエンドに近づくと、クッションリング６６の周囲には、油圧シリンダ４０の内壁及びピストン４３に囲まれて、ほぼ閉じられた空間としてのクッション室６９が形成される。前記クッションリング６６の外周には、油の流路として、ピストンロッド４１の長さ方向に延在するスリット７２がいくつか形成される。該スリット７２の数及び断面積を調節することによって、クッション室６９内から小径部４６への油の流路の断面積を変化させて油の流出抵抗を調節することができる。そして、圧力センサ６２がクッション室６９内の油圧を検出し、圧力センサ６４が油圧管路内の油圧を検出しコントローラ２６に送信する。
【００７６】
以降の動作は、前述されたピストンロッド４１が縮張する場合と同様であるので、説明を省略する。
【００７７】
このように、本実施の形態においては、圧力センサ６１〜６４が、クッション室６５、６９内の油圧が油圧管路内の油圧よりも設定圧力差以上に大きいことを検出すると、操作部２５からの入力にかかわらず、電動機１９の回転数がクッション室対応設定回転数にまで低下されるので、油圧シリンダ４０への圧油の供給量が低下してピストン４３の移動速度が低下する。
【００７８】
したがって、クッション室６５、６９によって速度減衰を行うことができるとともに、クッション室６５、６９内の油圧が油圧管路内の油圧よりも前記クッション室対応設定圧力差以上に大きい場合でも、運転操作者が操作レバー２５ａを操作せずに、電動機１９の回転数が前記第２の設定回転数にまで低下しピストン４３が減速される。そのため、ピストン４３がボトム側又はロッド側のストロークエンドに衝突した場合でも、ピストン４３の移動速度が低いので、大きな衝撃が発生しない。そのため、油圧シリンダ４０の操作が容易となり、かつ、油圧シリンダ４０の耐久性を向上させることができる。
【００７９】
また、クッション室６５、６９によるピストン４３の移動速度の減衰幅を大きくする必要がないので、クッション室６５、６９内の圧力が極めて高圧にならず、油圧シリンダ４０を厚肉にする必要がなく、油圧シリンダ４０の重量が大きくならず、製造コストを低下させることができる。
【００８０】
また、油圧シリンダ４０が建設機械に使用される場合、前記クッション室対応設定回転数を何段階かに分けて設定すれば、運転操作者が、排土作業のような衝撃を必要とする作業の内容に応じて、衝撃の大きさを選択することができる。
【００８１】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するもの及び同じ動作については、その説明を省略する。
【００８２】
図１０は本発明の第３の実施の形態における油圧シリンダ駆動装置の回路図である。
【００８３】
油圧シリンダ４０には、前記第１の実施の形態と同様にピストン４３のストローク位置を検出するためのピストン位置検出センサ５１、５２が配設される。なお、該ピストン位置検出センサ５１、５２は、複数であってもよい。また、前記油圧シリンダ４０には、前記第２の実施の形態と同様にストロークエンドに小径部４６、４７が形成されるとともに、クッション室６５、６９に対応する位置には、該クッション室６５、６９内の油圧を検出する圧力センサ６１、６２が配設され、また、油圧シリンダ４０と油圧ポンプモータ１８とを接続する管路には、油圧管路内の油圧を検出する圧力センサ６３、６４が配設される。
【００８４】
次に、前記構成の油圧シリンダ駆動装置の動作について説明する。
【００８５】
図１１は、本発明の第３の実施の形態におけるピストンがボトム側のストロークエンドに近づいた時の油圧シリンダの動作を示す図、図１２は、本発明の第３の実施の形態におけるピストンがロッド側のストロークエンドに近づいた時の油圧シリンダの動作を示す図である。
【００８６】
まず、運転操作者が操作部２５の操作レバー２５ａを操作して、ピストンロッド１１が縮張する（図１１において右方へ移動する）ように操作する場合について説明する。この場合も、前記第１及び第２の実施の形態と同様に、操作部２５、インバータ２３、電動機１９、油圧ポンプモータ１８、油圧シリンダ４０等が動作して、ピストン４３が図１１において右方へ移動させられ、ピストンロッド４１が縮張する。
【００８７】
続いて、前記ピストン４３が油圧シリンダ４０内を移動して、ボトム側のストロークエンドに近づくと、前記第１の実施の形態と同様に、油圧シリンダ４０のロッド側に配設されたピストン位置検出センサ５１が、永久磁石３４の位置をピックアップして、ピストン４３がボトム側の速度制御区間に入ったことを検出する。そして、前記ピストン位置検出センサ５１は、ピストン４３がボトム側の速度制御区間に入ったことをコントローラ２６に送信する。
【００８８】
すると、該コントローラ２６は、電動機１９の回転数があらかじめ設定されている第１の設定回転数以上であるか否かを判断する。そして、第１の設定回転数以上である場合、操作部２５からの入力にかかわらず、コントローラ２６はインバータ２３に信号を送信して、電動機１９の回転数が前記第１の設定回転数にまで低下するように制御させる。なお、前記コントローラ２６は、操作部２５の表示手段にピストン４３がボトム側の速度制御区間に入ったことを表示させてもよい。なお、前記ピストン位置検出センサ５１が複数である場合、前記第１の実施の形態と同様に、１〜ｎ番目のピストン位置検出センサ５１によってピストン３３が１〜ｎ番目の速度制御区間に入ったことが順次検出される。そして、コントローラ２６は電動機１９の回転数がｎ番目の設定回転数にまで順次低下するように制御させる。
【００８９】
ここで、本実施の形態におけるｎ番目の設定回転数は、前記第１の実施の形態におけるｎ番目の設定回転数よりも高い回転数であってもよい。
【００９０】
そして、前記ピストン４３が油圧シリンダ４０内をさらに移動して、図１１に示されるように、ボトム側のストロークエンドにより近い位置に到達する。すると、前記第２の実施の形態と同様に、クッションリング７０の周囲には、油圧シリンダ４０及びピストン４３に囲まれて、ほぼ閉じられた空間としてのクッション室６５が形成され、前記ピストン４３は大きな抵抗を受ける。
【００９１】
一方、前記第２の実施の形態と同様に、圧力センサ６１がクッション室６５内の油圧を検出し、圧力センサ６３が油圧管路内の油圧を検出しコントローラ２６に送信する。そして、コントローラ２６は、クッション室６５内の油圧が油圧管路内の油圧よりもあらかじめ設定された設定圧力差以上に大きいか否かを判断する。そして、設定圧力差以上である場合、操作部２５からの入力にかかわらず、コントローラ２６はインバータ２３に信号を送信して、電動機１９の回転数が第２の設定回転数にまで低下するように制御させる。なお、前記コントローラ２６は、操作部２５の表示手段にクッション室６５内の油圧が油圧管路内の油圧よりも設定圧力差以上に大きいことを表示させてもよい。
【００９２】
ここで、設定圧力差の数値は、前記第２の実施の形態と同様に、クッション室６５内の油圧が油圧管路内の油圧よりも該数値以上に大きくなければ、ピストン４３がボトム側のストロークエンドに衝突した場合でも、クッション室６５によって前記ピストン４３の移動速度が減衰して、前記ピストン４３や油圧シリンダ４０に大きな衝撃が与えられることがない移動速度でピストン４３が移動しているような数値である。
【００９３】
また、クッション室対応設定回転数は、前記第２の実施の形態と同様に、クッション室６５によるピストン４３の移動速度の減衰を考慮して、ピストン３３がボトム側のストロークエンドに衝突した場合でも、ピストン４３や油圧シリンダ４０に大きな衝撃が与えられることがない移動速度でピストン４３を移動させる量の圧油を油圧ポンプモータ１８から吐出させるような電動機１９の回転数である。なお、前記クッション室対応設定回転数は、前記ｎ番目の設定回転数よりも低く設定される。
【００９４】
なお、前記第１又は２の実施の形態と同様に、ある程度の衝撃を必要とする場合には、前記ピストン３３や油圧シリンダ４０にある程度の衝撃を与え、その衝撃を機械の可動部材である前記バケット等に伝達する必要があるので、前記設定回転数を何段階かに分けて設定し、運転操作者が、衝撃を必要とする作業の内容に応じて、衝撃の大きさを選択することができるようにすることが望ましい。
【００９５】
次に、運転操作者が操作部２５の操作レバー２５ａを操作して、ピストンロッド４１が伸張する（図１２において左方へ移動する）ように操作する場合について説明する。この場合も、前述されたピストンロッド４１が縮張する場合と同様に、操作部２５、インバータ２３、電動機１９、油圧ポンプモータ１８、油圧シリンダ４０等が動作して、ピストン４３が図１２において左方へ移動させられ、ピストンロッド４１が伸張する。
【００９６】
続いて、前記ピストン４３が油圧シリンダ４０内を移動して、図１２における左側の端壁に近づくと、すなわち、ロッド側のストロークエンドに近づくと、油圧シリンダ４０のロッド側に配設されたピストン位置検出センサ５２が、永久磁石３４の位置をピックアップして、ピストン４３がロッド側の速度制御区間に入ったことを検出する。そして、前記ピストン位置検出センサ５２は、ピストン４３がロッド側の速度制御区間に入ったことをコントローラ２６に送信する。
【００９７】
以降の動作は、前述されたピストンロッド４１が縮張する場合と同様であるので、説明を省略する。
【００９８】
このように、本実施の形態においては、ピストン位置検出センサ５１、５２が、ピストン４３がボトム側又はロッド側の速度制御区間に入ったことを検出すると、操作部２５からの入力にかかわらず、電動機１９の回転数が所定の設定回転数にまで低下されるので、油圧シリンダ４０への圧油の供給量が低下してピストン４３の移動速度が低下する。さらに、圧力センサ６１〜６４が、クッション室６５、６９内の油圧が油圧管路内の油圧よりも設定圧力差以上に大きいことを検出すると、操作部２５からの入力にかかわらず、電動機１９の回転数がクッション室対応設定回転数にまで低下されるので、油圧シリンダ４０への圧油の供給量が低下してピストン４３の移動速度がより低下する。
【００９９】
したがって、ピストン４３の移動速度がスムーズに、かつ、確実に低下する。さらに、クッション室６５、６９によって速度減衰を行うことができる。そのため、ピストン４３がボトム側又はロッド側のストロークエンドに衝突した場合でも、ピストン４３の移動速度が低いので、大きな衝撃が発生しない。そのため、油圧シリンダ４０の操作が容易となり、かつ、油圧シリンダ４０の耐久性を向上させることができる。
【０１００】
また、油圧シリンダ４０が建設機械に使用される場合、設定回転数を何段階かに分けて設定すれば、運転操作者が、排土作業のような衝撃を必要とする作業の内容に応じて、衝撃の大きさを選択することができる。
【０１０１】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【０１０２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、油圧シリンダ駆動装置においては、電動機と、該電動機によって駆動される油圧ポンプと、ピストンロッドが取り付けられたピストンを移動可能に収納し、ボトム側及びロッド側のストロークエンドに近づいた前記ピストンと内壁との間にクッション室が形成される油圧シリンダと、前記油圧ポンプと前記油圧シリンダとを結ぶ油圧管路と、前記油圧シリンダのボトム側及びロッド側のストロークエンド近傍における１〜ｎ番目（ｎは正の整数）の速度制御区間の入口に配設され、前記ピストンが１〜ｎ番目の速度制御区間に入ったことを検出する１〜ｎ番目のピストン位置検出センサと、前記クッション室内の油圧及び油圧管路内の油圧を検出する圧力センサと、前記ピストンが１〜ｎ番目の速度制御区間に入ったことが検出されると、前記電動機の回転数を１〜ｎ番目の設定回転数にまで低下させ、前記クッション室内の油圧が油圧管路内の油圧よりも設定圧力差以上に大きいことが検出されると、前記電動機の回転数をクッション室対応設定回転数にまで低下させる制御手段とを有する。
【０１１０】
この場合、ピストンの移動速度がスムーズに、かつ、確実に低下する。さらに、クッション室によって速度減衰を行うことができる。そのため、ピストンがボトム側又はロッド側のストロークエンドに衝突した場合でも、ピストンの移動速度が低いので、大きな衝撃が発生しない。そのため、油圧シリンダの操作が容易となり、かつ、油圧シリンダの耐久性を向上させることができる。
【０１１１】
また、クッション室によるピストンの移動速度の減衰幅を大きくする必要がないので、クッション室内の圧力が極めて高圧にならず、油圧シリンダを厚肉にする必要がなく、油圧シリンダの重量が大きくならず、製造コストを低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における油圧シリンダ駆動装置の回路図である。
【図２】従来の油圧シリンダ駆動装置の回路図である。
【図３】従来の油圧シリンダの概略図である。
【図４】従来の他の油圧シリンダの概略図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるピストンがボトム側のストロークエンドに近づいた時の油圧シリンダの動作を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるピストンがロッド側のストロークエンドに近づいた時の油圧シリンダの動作を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における油圧シリンダ駆動装置の回路図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態におけるピストンがボトム側のストロークエンドに近づいた時の油圧シリンダの動作を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるピストンがロッド側のストロークエンドに近づいた時の油圧シリンダの動作を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における油圧シリンダ駆動装置の回路図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態におけるピストンがボトム側のストロークエンドに近づいた時の油圧シリンダの動作を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態におけるピストンがロッド側のストロークエンドに近づいた時の油圧シリンダの動作を示す図である。
【符号の説明】
１０、４０    油圧シリンダ
１１、４１    ピストンロッド
１９    電動機
３３、４３    ピストン
５１、５２    ピストン位置検出センサ
６１、６２、６３、６４    圧力センサ
６５、６９    クッション室
【図１】
0004578017.tif 000002
【図２】
0004578017.tif 000003
【図３】
0004578017.tif 000004
【図４】
0004578017.tif 000005
【図５】
0004578017.tif 000006
【図６】
0004578017.tif 000007
【図７】
0004578017.tif 000008
【図８】
0004578017.tif 000009
【図９】
0004578017.tif 000010
【図１０】
0004578017.tif 000011
【図１１】
0004578017.tif 000012
【図１２】
0004578017.tif 000013