JP2005214267A - 液圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切換弁、電動モータ、ポンプ等のメンテナンスサイクルを伸ばすことができ、エネルギー損失を低減できる液圧装置を提供すること。
【解決手段】指令信号に基いて運転及び停止するサーボモータ１３と、ポンプ１２と、該ポンプ１２により吐出される高圧流体により駆動されるアクチュエータ（加圧部４０）と、アクチュエータの動作方向、速度、位置、発生力を制御する制御弁１４と、制御弁１４とアクチュエータの間の流路を開閉する切換弁１５を備えた液圧装置において、アクチュエータの位置保持に際し、切換弁１５を閉じ、ポンプ１２を停止させて該アクチュエータの位置を保持する第１の位置保持手段と、ポンプを駆動し高圧流体を発生し、制御弁１４による位置制御によってアクチュエータの位置を保持する第２の位置保持手段による位置保持が実施可能であって、且つ第２の位置保持手段から自動的に第１の位置保持方式に切り換えるコントローラ１を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は液圧アクチュエータを制御するための液圧装置に関するものであり、特に機器の耐久性を伸ばし、且つエネルギー消費量を低減する液圧装置に関するものである。

従来、この種の液圧装置としては特許文献１に開示された流体圧装置がある。この流体圧装置はエネルギー消費量を極力少なくするように工夫された流体圧装置である。また、本流体圧装置には電気的制御手段により駆動電動機の回転数を制御される流体吐出手段と、アクチュエータとし油圧シリンダが、制御弁手段として電気・油圧サーボ弁が示されている。更に、本特許出願人の出願に係る特願２００３−１０１５７６号の液圧装置によれば、液圧装置の動作が完了した時に、アクチュエータと制御弁の間の流路上に設けた切換弁を閉じ、ポンプを停止することによって、停止時のエネルギー損失を低減するようにしており、アクチュエータと制御弁の間の流路に切換弁を備えた液圧装置が記載されている。
特開平６−１７３９０３号公報

この種の液圧装置をアクチュエータの位置保持に長時間あるいは頻繁に行う装置に適用した場合、上記特許文献１に記載の流体圧装置によれば、常時低負荷ポンプを駆動しながら流体制御弁を制御しなければならず、エネルギーの消費量が増大し非効率である。

また、上記特願２００３−１０１５７６号に記載の液圧装置は、アクチュエータの停止時に切換弁を閉じ、電動機やポンプを停止させると、切換弁の開閉頻度や電動機やポンプの起動停止頻度は高くなり、それぞれのメンテナンスサイクルが短くなってしまう。切換弁の場合、開閉頻度が高くなると可動部分のシールの摩耗量が大きくなると共に、弁部材とシート部材が機械的に接触する回数が多くなるため摩耗し、寿命が短くなる。また、ポンプの場合には起動停止時に大きなトルクがポンプのシャフトにかかるため、負担が増大し、シャフトが疲労破壊する可能性がある。一方、アクチュエータの停止時にも電動モータとポンプを駆動するとエネルギーの損失が大きくなってしまう。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点を除去し、切換弁、電動モータ、ポンプ等のメンテナンスサイクルを伸ばすことができ、エネルギー損失を低減できる液圧装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、指令信号に基いて運転及び停止するモータと、該モータにより回転駆動され高圧流体を吐出する液圧ポンプと、該液圧ポンプにより吐出される高圧流体により駆動されるアクチュエータと、該アクチュエータの動作方向、速度、位置、発生力を制御する制御弁と、該制御弁とアクチュエータの間の流路を開閉する切換弁を備えた液圧装置において、アクチュエータの位置保持に際し、切換弁を閉じ、ポンプを停止させて該アクチュエータの位置を保持する第１の位置保持手段と、ポンプを駆動し高圧流体を発生し、制御弁による位置制御によってアクチュエータの位置を保持する第２の位置保持手段による位置保持が実施可能であって、且つ該第２の位置保持手段から自動的に前記第１の位置保持方式に切り換えるコントローラを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液圧装置において、第２の位置保持手段による位置保持を継続する位置制御時間をコントローラに設定し、該位置制御時間を超えた時に第２の位置保持手段から自動的に第１の位置保持手段に切り換えるように構成したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の液圧装置において、制御弁は、流路を切換える可動部が固定部に対して非接触に支持される静圧軸受を備えていることを特徴とする。

各請求項に記載の発明は、上記のように液圧装置のアクチュエータが停止して次の動作指令を待つ間、ポンプから高圧流体を供給して位置を保持するようにしたので、切換弁の開閉頻度と電動モータやポンプの起動停止回数が低減される。この結果、切換弁、電動モータ、ポンプ等のメンテナンスサイクルを伸ばすことができる。

また、第２の位置保持手段が位置を保持するに際し、位置保持を継続する位置制御時間を設定し、位置保持中に次の動作指令がない場合には液圧装置の切換弁を閉じ、電動機及びポンプを停止するようにしたので、エネルギー損失を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る液圧装置の構成を示す図である。本実施形態例では、指令信号に基いて運転又は停止するモータとしてサーボモータ１３を、ポンプ１２により吐出される高圧流体により駆動されるアクチュエータとしてシリンダ４１が採用されている。

液圧装置１０は圧力媒体である液体を貯めておくタンク１１、高圧流体を発生するポンプ１２、該ポンプ１２を駆動するサーボモータ１３、流体の流量・圧力を制御する制御弁１４、流体の流れを切り換える切換弁１５、そして高圧フィルター１６、液面スイッチ１７、温度スイッチ１８、圧力スイッチ１９などの補器類から構成されている。なお、１はコントローラである。

ポンプ１２は駆動軸（シャフト）２０を上方に向けてポンプフランジ２１に取り付けられ、ポンプ１２をタンク１１内に収容するようにポンプフランジ２１がタンク１１上面に固定されている。また、モータフランジ２２に取り付けられたサーボモータ１３が回転軸２３を下方に向けて配置されている。サーボモータ１３の回転軸２３とポンプ１２の駆動軸２０は軸心を同一とし対向するように配置され、ポンプフランジ２１とモータフランジ２２が支柱２４により固定されている。また、ポンプ１２の駆動軸２０とサーボモータ１３の回転軸２３はカップリング２５により連結されている。

ポンプ１２の吐出口２６から配管でタンク１１外に設置した高圧フィルター１６に導入され、濾過された高圧流体を制御弁１４や切換弁１５を取り付けるためのバルブブロック３０へ導入するように高圧配管２７が接続されている。バルブブロック３０には高圧流体を導入して制御弁１４へ連通させる流路や制御弁１４の出力である制御ポートを切換弁１５へ連通させる流路などが加工されており、後述する液圧回路の流路を構成すると共に、バルブを取り付ける架台として設けられている。なお、２９はサーボモータ１３の回転軸２３の回転角信号を検出するエンコーダである。

タンク１１の側面には内部の流体の液面と温度を検知する液面スイッチ１７と、温度スイッチ１８が取り付けられている。また、高圧配管２７を分岐して圧力スイッチ１９が取り付けられている。また、制御弁１４の制御ポートから切換弁１５を介して流体利用システムへ配管２８が取り付けられており、その配管２８を分岐して圧力センサ３１が設けられている。

ポンプ１２は可変容量式ポンプと固定容量式ポンプと呼ばれるものがあるが、本実施形態におけるポンプ１２には固定容量式ポンプを用いている。固定容量式ポンプは一回転当りの吐出量が構造的に一定のポンプであるが、ここでは回転数を変更することにより単位時間当りの吐出し流量を可変にし、また、ポンプ吐出側の抵抗と回転数に応じて吐出圧力を可変にしている。

また、本実施形態のポンプ１２は回転方向が一方向のみで、吸込口（図示せず）と吐出し口２６が構造的に決まっているもので、回転方向によって吸込口と吐出し口２６が切り換るものではない。したがって、サーボモータ１３の回転も一方向の回転のみ行うようにしている。

加圧部４０はアクチュエータをシリンダとしてその動作方向、速度、発生力を制御し、対象物４２を成形するものである。下定盤４３と上定盤４４が支柱５０によって連結されており、垂直に配置されたシリンダ４１のチューブ４６側が下定盤４３に固定されている。上定盤４４には上金型４７が取り付けられ、シリンダ４１のロッド４５の先端には下金型４８が取り付けられている。シリンダ４１を上下動及び上方に加圧することにより、下金型４８を上下動及び下金型４８を上金型４７に加圧する。

また、下金型４８の位置を検出する変位センサ４９が上定盤４４と下金型４８に取り付けられ、シリンダ４１内部の圧力を検出する圧力センサ３１が切換弁１５と復動シリンダ４１を接続する配管（ホース）２８に設けられている。本実施形態例において、変位センサ４９としてリニアエンコーダを用い、圧力センサ２８として動歪式圧力センサが採用されている。圧力センサ２８は圧力を検出することにより、シリンダ４１の発生力を検知している。

そして、前述した液圧装置１０の制御弁１４の制御ポート（図示せず）が復動シリンダ４１に接続されている。ここで、先に説明したサーボモータ１３、ポンプ１２、制御弁１４、切換弁１５などから構成される部分を流体制御部３２とし、シリンダ４１や上下定盤４４、４３、上下金型４７、４８などから構成される部分を加圧部４０とし、全体として液圧装置１０を構成している。なお、６３は金型清掃機構である。

図２は図１に示す液圧装置の加圧部４０及び搬入搬出機構６１を図中の矢印Ａ方向から見た上面図である。上面から見て加圧部４０の右側に搬入搬出機構６１が設けられ、上面から見て上側には金型清掃機構６３が設けられている。即ち、金型清掃機構６３は図１において、加圧部４０の奥に配置されている。搬入搬出機構６１及び金型清掃機構６３はそれぞれロボットアーム６４、６５を具備し、該ロボットアーム６４、６５はそれぞれ上下金型４７、４８の間に前進・後退可能になっている。搬入搬出機構６１のロボットアーム６４の先端には真空吸着機構６６を備え、対象物４２の脱着が可能になっている。また、金型清掃機構６３にはエアブローを行うエアブローノズル６７が取付けられている。ロボットアーム６４、６５はスカラー型ロボットと呼ばれるもので、搬入搬出機構６１は図中のＸ方向に真空吸着機構６６を直線的に前進・後退させ、金型清掃機構６３はＹ方向にエアブローノズル６７を前進・後退させる。

搬入搬出機構６１は図１に示すようにロボットアーム６４が上昇下降機構６２の上に設置されており、搬入搬出機構６１が上下に動作可能になっている。また、搬入搬出機構６１及び金型清掃機構６３は、電気や空気により駆動されるので、流体駆動源とは独立した駆動源で駆動されるようになっている。

図３は流体制御部３２とシリンダ４１を含む流体駆動系の流体回路を示す図である。サーボモータ１３に接続され、タンク１１内の流体を吸い込み高圧流体を吐出すポンプ１２吐出口にはのチャッキ弁３３を介してフィルター１６へ接続されている。チャッキ弁３３とフィルター１６の間の流路は分岐して安全弁３４を介してタンク１１へ戻される。フィルター１６で濾過された流体は制御弁１４の供給ポートＰへ導かれる。制御弁１４は４つのポート（供給ポートＰ、タンクポートＴ、制御ポートＡ、制御ポートＢ）を備え、制御ポートＡ、Ｂはそれぞれ切換弁１５ａ、１５ｂを介して流体利用システムへ連通し、タンクポートＴはタンク１１へ連通している。制御弁の制御ポートＡ、Ｂに接続された切換弁１５ａ、１５ｂは流路の開閉を行い、制御弁１４とシリンダ４１との流路の切換を行う。制御ポートＡに接続された切換弁１５ａ、１５ｂから外部への配管は分岐して圧力センサ３１が取り付けられている。

サーボモータ１３に指令信号を与え、サーボモータ１３の回転軸を回転することによりカップリング２５で連結されているポンプ１２の駆動軸を回転させると、ポンプ１２の下面の吸込口（図示せず）からタンク１１内の流体を吸込み、吐出口から高圧の流体を吐出する。高圧の流体はタンク１１内の配管でタンク１１の外のフィルター１６へ導かれる。フィルター１６の配管は途中で分岐して安全弁３４を介して一方はタンクへ戻るようになっている。安全弁３４はポンプ１２の吐出し側の圧力を制限するもので、配管やポンプ１２を保護するために設けられている。

フィルター１６で濾過された流体は制御弁１４の供給ポートＰに導入され、制御弁１４へ外部からの信号を与えることにより供給ポートＰから制御ポートＡ、Ｂへの流れを制御し、同時に制御ポートＡ、ＢからタンクポートＴへの流を制御する。制御弁１４は各ポートを切り換えるのと同時に弁開度を調整し、制御ポートＡ、Ｂへの流量や圧力を制御する。

図４は対象物４２を加圧部４０に搬入する工程を示す図である。図４（ａ）乃至（ｆ）において、上面図が各図の上に示されており、それぞれの上面図は上金型を透視する図として示している。図４（ａ）はロボットアーム６４が対象物４２を真空吸着し、シリンダ４１が金型搬入位置にある状態を示す。二節のロボットアーム６４の先端に板状の真空吸着機構６６が備えられている。

図４（ａ）はロボットアーム６４が対象物４２を真空吸着機構６６で真空吸着し、シリンダ４１が金型搬入位置にある状態を示す。図４（ａ）の状態から、二節のロボットアーム６４が同じ角度だけ揺動させ、同時に真空吸着機構６６を備えたロボットアーム６４の先端も同じ角度だけ揺動させることにより、図４（ｂ）から（ｃ）に示すように、対象物を直線的に下金型４８の上部に搬入する。そして図４（ｄ）に示すように、対象物４２と下の金型４８の位置が合った後、図４（ｅ）に示すように、搬入搬出機構６１を搭載している上昇下降機構６２を下降させて下金型４８の上面に対象物４２を載置する。その後、真空吸着機構６６の真空吸着を解除し、図４（ｆ）に示すように、ロボットアーム６４を元の状態に戻すと共に、上昇下降機構６６を上昇させる。このように対象物４２をロボットアーム６４により自動的に下金型４８の上面に搬入する。

図５は加工後の対象物４２を加工部４０から搬出する工程を示す図である。対象物４２の加工が終了した後、図５（ａ）に示すように、上金型４７と下金型４８の間にロボットアーム６４が進入できる空間が空く位置まで、シリンダ４１を下降させる。この時、予め上昇下降機構６２によりロボットアーム６４が上金型４７と下金型４８の隙間に進入できるように搬入搬出機構６１を上昇させておく。そして図５（ｂ）に示すように、ロボットアーム６４を上金型４７と下金型４８の隙間に進入させる。その後、図５（ｃ）に示すように搬入搬出機構６１を上昇下降機構６２により下降させ、真空吸着機構６６で対象物４２を真空吸着する。更に図５（ｄ）に示すように、上昇下降機構６２を上昇させて、対象物４２を下金型４８から上昇させ、図５（ｅ）に示すように、ロボットアーム６４を後退させることにより、対象物４２を下金型４８から搬出する。

図６は金型清掃の工程を示す図である。図６（ａ）は対象物４２を下金型４８から搬出した後、上金型４７と下金型４８との距離をエアブローノズル６７が僅かな隙間を持って進入できる位置にするため、シリンダ４１を上昇させた状態を示す。この状態で図６（ｂ）に示すように、ロボットアーム６５によりエアブローノズル６７を上金型４７と下金型４８の間に進入させる。そしてロボットアームを図６（ｃ）の矢印Ａに示すように、揺動させながら、エアブローノズル６７から圧縮空気を噴出させて、上下金型４７、４８の表面の塵埃を吹き飛ばして除去する。最後に図６（ｄ）に示すようにエアブローノズル６７を上下金型４７、４８の間より後退させる。

なお、この金型清掃工程のエアブローノズル６７の揺動回数は変更可能になっており、目視などにより塵埃の量が多い場合などには、揺動回数を増やすようになっている。この揺動回数を増やすと、金型清掃工程にかかる時間は長くなる。

ここで、対象物４２を搬入する位置と搬出する位置は異なり、搬出位置の方が上に設定されている。これは上金型４７と下金型４８が僅かに離間した位置で両上下金型４７、４８を同時にエアブローするように上下金型４７、４８の洗浄を行うため、シリンダ４１の移動距離を少なくするために搬入位置を上側に設定しているためである。加圧後、搬入位置まで下降させて対象物４２を搬出した場合、再度金型清掃のために下金型４８を金型正常位置に上昇させた場合、長い距離を上昇しなければならない。加圧中に上昇下降機構６２により所定の位置まで搬入搬出機構６１を上昇させておき、搬出位置を金型清掃位置に近い位置に設定することにより、効率よく工程を進めることができる。また、同じように、金型清掃工程中に上昇下降機構６２により搬入搬出機構６１を搬入位置まで下げておくことができる。

図７は装置全体の工程において、シリンダの停止位置を説明するための図である。先ず、図４で説明したように、図７（ａ）に示すように上金型４７と下金型４８が離間した状態（シリンダ４１が下降した状態）で、搬入搬出機構６１が対象物４２を下金型４８上に載置する。次に図７（ｂ）に示すように、対象物４２をシリンダ４１により上昇させて上金型４７と下金型４８により対象物４２を加圧する。そして図７（ｃ）に示すように上金型４７と下金型４８を離間させ、搬入搬出機構６１により加工された対象物４２を下金型４８から取出す。更に図７（ｄ）に示すように上下金型４７、４８を同時に清掃するため、シリンダ４１を上昇させる。最後に、図７（ｅ）に示すように再びシリンダ４１を対象物４２が搬入される位置まで下降させる。

この工程において、シリンダ４１が位置保持される位置は、対象物搬入位置（図７（ａ）及び（ｂ））、対象物搬出位置（図７（ｃ））、金型清掃位置（図７（ｄ））の３箇所である。ここで、図７（ｂ）におけるシリンダの位置は略一定であるが、この状態は位置保持ではなく、加圧した力を保持する加圧保持である。シリンダ４１の位置保持に際し、ポンプ１２を停止させてアクチュエータの位置を保持する手段を第１の位置保持手段とし、ポンプ１２を駆動して高圧流体を発生し、制御弁１４による位置制御によってアクチュエータの位置を保持する手段を第２の位置保持手段とする。

前述の対象物加工工程において、全ての位置保持を第１の位置保持手段によって行った場合を図８に示す。図示するように、搬入位置の時刻ｔ１に切換弁（電磁弁）１５を開くと共に、ポンプ１２を運転しシリンダ４１を加圧位置に上昇させ（時刻ｔ２）、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで圧力制御を行い所定の圧力を発生させ、時刻ｔ３で切換弁（電磁弁）１５を閉じると共にポンプ１２を停止し、圧力保持を行う。時刻ｔ４で切換弁（電磁弁）１５を開くと共にポンプ１２を運転し、シリンダ４１を搬入位置まで下降させ（時刻ｔ５）、時刻ｔ５で切換弁（電磁弁）１５を閉じると共にポンプ１２を停止し、時刻ｔ６で切換弁（電磁弁）１５を開くと共にポンプ１２を運転しシリンダ４１を金型清掃位置まで上昇させ（時刻ｔ７）、時刻ｔ７で切換弁（電磁弁）１５を閉じると共にポンプ１２を停止する。金型清掃終了後時刻ｔ８で切換弁（電磁弁）１５を開くと共にポンプ１２を運転しシリンダ４１を搬送位置まで下降（時刻ｔ９）する。

また、図９は対象物加工工程において、全ての位置保持を第２の位置保持手段によって行った場合を示す。図示するように、ここでは時刻ｔ３〜時刻ｔ４の圧力保持以外は切換弁（電磁弁）１５を開くと共に、ポンプ１２を運転している。

図８に示すように対象物搬入から再度搬入位置に戻る工程を行うサイクル中で、切換弁（電磁弁）１５の切換回数は４回になる。ここで、シリンダ４１を加圧位置に上昇させ、上下金型４７、４８が係合した後は圧力制御を行い、シリンダ４１から所定の圧力を発生させ、その後切換弁（電磁弁）１５を閉じることにより圧力保持を行うようになっているため、圧力制御により所定の圧力に制御された後は、切換弁（電磁弁）１５を閉じで、ポンプ１２を停止している。

すべてのシリンダ４１の位置保持を切換弁（電磁弁）１５を開いた状態とし、ポンプ１２を駆動し、制御弁１４の位置制御を行ってシリンダ４１の位置を保持する第２の位置保持手段で行った場合、図９に示すように圧力保持以外はポンプ１２を運転し、切換弁（電磁弁）１５も開いた状態になる。即ち、切換弁（電磁弁）１５の切換回数は１回であり、ポンプ１２の起動停止回数も１回になる。

図８に示した第１の位置保持手段によれば、必要な時以外はポンプ１２を停止しているので、エネルギー消費量が少なくて済むという利点がある。一方、切換弁（電磁弁）１５の切換回数、ポンプ１２の起動停止回数は図９に示した第２の位置保持手段より多くなる。切換弁（電磁弁）１５の開閉頻度やサーボモータ１３やポンプ１２の起動停止頻度が高くなると、それぞれ機器のメンテナンスサイクルが短くなってしまうという不都合が生じる。切換弁（電磁弁）１５の場合、開閉頻度が高くなると可動部分のシールの摩耗量が大きくなると共に、弁部材とシート部材が機械的に接触する回数が多くなるため摩耗し、寿命が短くなる。また、ポンプ１２の場合には起動停止時に大きなトルクがポンプ１２のシャフトにかかるため、負担が増大し、シャフトが疲労破壊するという問題が生じる。

一方、図９に示した第２の位置保持手段によれば、位置保持しているときポンプ１２を駆動しているので、切換弁（電磁弁）１５の切換回数、ポンプ１２の起動停止回数が少なくて済むが、第１の位置保持手段よりエネルギーを消費する。

本実施形態では、アクチュエータの位置保持に際し、切換弁（電磁弁）１５を閉じ、ポンプ１２を停止させてアクチュエータの位置を保持する第１の位置保持手段と、ポンプ１２を駆動して高圧流体を発生し、制御弁１４による位置制御によってアクチュエータの位置を保持する第２の位置保持手段による位置保持を実施可能であって、且つ第２の位置保持手段から自動的に第１の位置保持手段に切り換えるように構成したことを特徴とするものであり、以下制御方法を詳細に説明する。

図１０は本発明に係る液圧装置の制御方法を示す図である。ここでは、搬入位置では第１の位置保持手段を用い、搬出位置及び金型清掃位置では第２の位置保持手段を用いている。本制御方法によれば、切換弁（電磁弁）１５の切換回数は２回であり、ポンプ１２の起動停止回数も２回となる。また、ポンプ１２の稼働時間も第２の位置保持手段による位置保持に比べてみ短くなっており、エネルギー消費量は第２の位置保持手段の場合より低減されている。

本実施形態例において、対象物搬入位置で第１の位置保持手段を選択しているのは、上下金型４７、４８が離間している状態は危険であるため切換弁（電磁弁）１５による流路を遮断すると共に、ポンプ１２を停止させて安全に位置保持するためである。そして、搬出位置と金型清掃位置では位置制御にて保持する時間（位置制御設定時間Ｔ１、Ｔ２）を設定し、設定された時間内に対象物４２の搬出や上下金型４７、４８の清掃が終了しない場合に切換弁（電磁弁）１５による位置保持に切り換えるようにしている。即ち、搬出位置において第２の位置保持手段を継続する位置制御時間を設定し位置制御時間を超えた時には自動的に第１の位置保持手段に切り換えて位置保持を行うようになっている。

図１０において、搬出位置及び金型清掃時における第２の位置保持手段を継続する時間がそれぞれＴ１、Ｔ２に設定しているが、この時間が経過する前に搬出、金型清掃が終了し、次の工程に移行する指令が入ったために、切換弁（電磁弁）１５の開閉を行わず、またポンプ１２を停止することなく、連続して動作を行っている。なお、位置制御設定時間Ｔ１、Ｔ２はそれぞれ独立に設定可能になっている。この他に第２の位置保持手段によって位置保持を行う位置を追加する場合にも位置制御時間はこれらとは独立に設定できるようになっている。

図１１は金型清掃時間を長く設定した場合の制御方法例を示す。金型清掃位置における位置制御設定時間は図１０と同じＴ２に設定しているが、位置制御設定時間Ｔ２より金型清掃時間が長くなったため、金型清掃工程中に切換弁（電磁弁）１５を閉じ、ポンプ１２を停止させている。そして、金型清掃工程が終了し、次の搬入位置までのシリンダ４１を下降させる指令が入った時には、切換弁１５を開き、ポンプ１２を起動している。この機能は、金型清掃機構を長い時間動作させる等の付加的な機能を行う時や、搬入搬出機構６１等が何等かの原因で動作しないといった不具合が生じた時に、ポンプ１２を長時間運転せずに停止させてエネルギー消費量を低減することを目的としている。

本制御方法によれば、切換弁（電磁弁）１５を閉じてポンプ１２の起動停止頻度を低減することができるので、液圧装置のメンテナンスサイクルを伸ばすことができる。また、長時間位置保持するような箇所では第１の位置保持手段を選択し、短時間の位置保持でよい箇所では第２の位置保持手段を選択することによりエネルギー消費を低減することができる。また、駆動源を停止させて安全に位置保持させる時には第１の位置保持手段と選択し、それ以外の時は第２の位置保持させるように目的に応じて位置保持手段を選択することができる。更に、第２の位置保持手段を継続する位置制御時間を設定し、該位置制御時間を超えた時には自動的に第１の位置保持手段に切り換えて位置保持するようにしたので、長時間ポンプ１２を運転してエネルギーを無駄に消費することがない。

次に、第１の位置保持手段と第２の位置保持手段について、その制御を詳細に説明する。図１２は第１の位置保持手段を説明する図で、図１２（ａ）は上昇時を示し、横軸に時間、縦軸にシリンダの位置を示すグラフ、切換弁操作指令、制御状態を示し、図１２（ｂ）は下降時を示し、横軸に時間、縦軸にシリンダの位置を示すグラフ、切換弁操作指令、制御状態を示す。

図１２（ａ）において、移動開始位置にある時刻ｔ１でシリンダ４１に上昇指令があると、切換弁１５を開き、コントローラ１に設定された移動速度に速度制御を行って上昇させる。そして、目標位置の手前の切換弁閉位置に達した時（時刻ｔ２）に切換弁１５を閉じるように切換弁操作指令を出力する。実際、シリンダ４１は切換弁操作指令が出力されてから、切換弁１５が完全に閉じるまでの時間僅かに移動して停止する。この停止位置が目標位置になるよう、目標位置から停止距離分手前の切換弁閉命令位置を決定する。

この停止位置距離は切換弁１５の仕様やシリンダ４１のサイズ等から求めるから、試験的に目標位置に停止するように距離を求めることにより設定する。ここで、移動速度が変更になると、切換弁閉命令から完全に切換弁１５が閉じるまでの時間が同じであっても停止距離が変わってくるため、移動速度に応じて停止距離を演算するようにするとよい。例えば。停止距離を移動速度の係数倍にするようにすればよい。

図１２（ｂ）は下降時の動作を説明するグラフで、前述の上昇時と同様に目標位置に対して停止距離の手前の時刻ｔ４で切換弁操作指令を出力し、シリンダ４１を停止させている。ここで、シリンダ４１が上昇する場合に位置データが増加するようにした場合、上昇時は目標位置に対して停止距離を減算し、下降時は目標位置に停止距離を加算する。

図１３は第２の位置保持手段を説明する図で、図１３（ａ）は上昇時を示し、横軸に時間、縦軸にシリンダの位置を示すグラフ、切換弁操作指令、制御状態を示し、図１３（ｂ）は下降時を示し、横軸に時間、縦軸にシリンダの位置を示すグラフ、切換弁操作指令、制御状態を示す。

図１３（ａ）において、移動開始位置にあるシリンダ４１に時刻ｔ１で上昇指令があると、切換弁１５を開きコントローラ１に設定された移動速度に速度制御を行って上昇させる。そして目標位置の手前の位置制御開始位置に達した時刻ｔ２に制御を速度制御から位置制御に切り換える。この時、切換弁操作指令は開きのままとする。

速度制御から位置制御に切り換える位置に目標位置の手前に設定しているのは、切換位置を目標位置に設定した場合、シリンダ４１は所定の速度で移動しているため目標位置を超えて再度目標位置を戻すような動作になることを防ぐためである。ここで、位置制御切換位置は目標位置から位置制御開始距離分手前の位置を設定するが、移動速度が変更すると、位置制御切換位置からシリンダが上昇する距離が変わってくるため、移動速度に応じて位置制御開始距離を演算するようにするとよい。例えば、位置制御開始距離を移動速度の移動速度の係数倍にするようにすればよい。

次に、本液圧装置に用いる切換弁１５の一例を説明する。図１４はこの切換弁１５の構成例を示す略断面図である。図１４において、ソレノイド１５−１に通電すると、カンチレバー１５−２の作用点が下方向に押圧されると支点１５−３を中心にプッシュピン１５−４が右方向に押圧される。カンチレバー１５−２の機構によりソレノイド１５−１の発生力が増幅されてプッシュピン１５−４に力が伝達されるようになっている。そして、切換弁１５の内部の稼働部である弁体１５−５がソレノイド１５−１に通電させることにより右側へ駆動され、通電を切ることによりバネ１５−６で左側に駆動される。即ち、ソレノイド１５−１への電流の供給と遮断により弁体１５−５が左右に駆動される。該弁体１５−５が左右に駆動されると、円筒状のスリーブ１５−７の内周面の角部と弁体１５−５の斜面部により流体の流路が開閉される。

ここで、スリーブ１５−７は弁本体１５−８に固定されており、弁体１５−５はスリーブ１５−７に対して左右に動作する。スリーブ１５−７と弁体１５−５はシール１５−９で外部に高圧流体が漏洩しないようにシールされているが、弁体１５−５が左右に動作すると、固定されたシール１５−９と弁体１５−５とが擦れ弾性体であるシール１５−９が摩耗することになる。弁の開閉頻度が高いということは、弁体１５−５が左右に駆動される回数が多くなるということであり、シール１５−９の摩耗量も多くなる。

次に、本液圧装置に用いる制御弁１４の一例を説明する。図１５はこの制御弁１４の構成例を示す略断面図である。弁本体１４−１に固定され流路が形成されたスリーブ１４−２と、該スリーブ１４−２内を図中左右に移動するスプール１４−３を備え、該スプール１４−３が静圧軸受１４−７で支持され左右に移動することにより供給ポートＰに導入された圧力流体を制御ポートＡ、Ｂのいずれか一方に供給し、もう一方をタンクポートＴへ連通させる。そして、スプール１４−３の移動量を変化させることにより弁の開度を調整する。

スプール１４−３の左側には変位センサ（差動変圧器）１４−４が取り付けられており、スプール１４−３と連結されたセンサコア１４−４ａの変位量を検出する。変位センサ（差動変圧器）１４−４のコイル１４−４ｂとセンサコア１４−４ａは非磁性体の片方（左側）にとしたチューブを介し、コイルは大気中に、センサコア１４−４ａは流体中にある。そして、センサコア１４−４ａはチューブとは接触しないように左右に作動し、その変位量をコイル１４−４ｂによって検出するようになっている。ここで検出されたスプール１４−３の変位をフィードバックし、外部からの指令信号との偏差に基づいてトルクモータ部１４−５を駆動するようになっている。

トルクモータ部１４−５はコイル１４−５ａに電流を流すことにより電磁力によりアーマチュア１４−５ｂを継鉄１４−５ｃに吸引し、フラッパ１４−５ｄを微少量だけ傾倒させ、ノズル１４−６とフラッパ１４−５ｄ間の距離を変更させる。ノズル１４−６とフラッパ１４−５ｄ間の距離が変わるとノズル１４−６からの流れ抵抗が変化し、その結果、左右のノズル上流の圧力が変化する。この圧力差によってスプール１４−３が左右に駆動される。

制御弁１４のアンプ８０内には変位センサの信号処理を行うオシレータ／デモジュレータ８０ａ、該オシレータ／デモジュレータ８０ａの出力であるフィードバック信号８０ｂと指令信号との偏差を演算する演算回路８０ｃ、偏差信号に基づいてコイルの駆動電流を発生する増幅回路８０ｄが内蔵されている。

本制御弁は流路を切り換える可動部であるスプール１４−３を固定部であるスリーブ１４−２に対して非接触に支持する静圧軸受１４−７を備えている。また、前述の通り、センサ部においても、スプール１４−３と連結されたセンサコア１４−４ａはいずれの箇所とも接触していない。即ち、本制御弁１４が左右に動作することによって、機械的接触する部分がない。さらにノズル１４−６とフラッパ１４−５ｄも接触することはない。このため、切換弁１５を閉じてシリンダ４１の位置を保持する第１の位置保持手段から、制御弁１４に機械的接触箇所がないことから、制御弁１４の可動部が動作しても内部の可動部が摩耗してメンテナンスサイクルが短くなることはない。このように、制御弁１４として可動部を固定部に対して非接触に支持する静圧軸受１４−７を備えた制御弁を採用して位置決め制御することにより、本願発明の作用が効果的に発揮される。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお、直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。

本発明に係る液圧装置の構成例を示す図である。 本発明に係る液圧装置の加圧部の上面図である。 本発明に係る液圧装置の流体駆動系の流体回路を示す図である。 本発明に係る液圧装置の加圧部に対象物を搬入する工程を示す図である。 本発明に係る液圧装置の加圧部から対象物を搬出する工程を示す図である。 本発明に係る液圧装置の加圧部の金型清掃工程を示す図である。 本発明に係る液圧装置の全工程における加圧部のシリンダの停止位置を示す図である。 液圧装置の対象物加工工程の各部の動作タイミングの従来の例を示す図である。 液圧装置の対象物加工工程の各部の動作タイミングの他の従来例を示す図である。 本発明に係る液圧装置の対象物加工工程の各部の動作タイミング例を示す図である。 本発明に係る液圧装置の対象物加工工程の各部の動作タイミング例を示す図である。 本発明に係る液圧装置の第１の位置保持手段の各部の動作タイミング例を示す図である。 本発明に係る液圧装置の第２の位置保持手段の各部の動作タイミング例を示す図である。 本発明に係る液圧装置の切換弁の構成例を示す図である。 本発明に係る液圧装置の制御弁の構成例を示す図である。

符号の説明

１ コントローラ
１０ 液圧装置
１１ タンク
１２ ポンプ
１３ サーボモータ
１４ 制御弁
１５ 切換弁
１６ 高圧フィルタ
１７ 液面スイッチ
１８ 温度スイッチ
１９ 圧力スイッチ
２０ 駆動軸
２１ ポンプフランジ
２２ モータフランジ
２３ 回転軸
２４ 支柱
２５ カップリング
２６ 吐出口
２７ 高圧配管
２８ 配管
２９ エンコーダ
３０ バルブブロック
３１ 圧力センサ
３２ 流体制御部
４０ 加圧部
４１ シリンダ
４２ 対象物
４３ 下定盤
４４ 上定盤
４５ ロッド
４６ チューブ
４７ 上金型
４８ 下金型
４９ 変位センサ
５０ 支柱
６１ 搬入搬出機構
６２ 上昇下降機構
６３ 金型清掃機構
６４ ロボットアーム
６５ ロボットアーム
６６ 真空吸着機構
６７ エアブローノズル

Claims (3)

1. 指令信号に基いて運転及び停止するモータと、該モータにより回転駆動され高圧流体を吐出する液圧ポンプと、該液圧ポンプにより吐出される高圧流体により駆動されるアクチュエータと、該アクチュエータの動作方向、速度、位置、発生力を制御する制御弁と、該制御弁とアクチュエータの間の流路を開閉する切換弁を備えた液圧装置において、
   前記アクチュエータの位置保持に際し、前記切換弁を閉じ、前記ポンプを停止させて該アクチュエータの位置を保持する第１の位置保持手段と、前記ポンプを駆動し高圧流体を発生し、制御弁による位置制御によって前記アクチュエータの位置を保持する第２の位置保持手段による位置保持が実施可能であって、且つ該第２の位置保持手段から自動的に前記第１の位置保持手段に切り換えるコントローラを備えたことを特徴とする液圧装置。
2. 請求項１に記載の液圧装置において、
   前記第２の位置保持手段による位置保持を継続する位置制御時間を前記コントローラに設定し、該位置制御時間を超えた時に前記第２の位置保持手段から自動的に前記第１の位置保持手段に切り換えるように構成したことを特徴とする液圧装置。
3. 請求項１又は２に記載の液圧装置において、
   前記制御弁は、流路を切換える可動部が固定部に対して非接触に支持される静圧軸受を備えていることを特徴とする液圧装置。

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