JP2008169964A - 流体圧サーボシリンダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温環境下で使用できる流体圧サーボシリンダを提供する。
【解決手段】動力源に空気圧モータ（５）を用い、この空気圧モータ（５）の動力で双方向型油圧ポンプ（４）を回転させて油圧を油圧シリンダ（１）に伝えて、油圧シリンダロッド（２）を動かし、バルブ（４４）を開閉する。
【効果】高温で劣化する希土類の磁石等を含んでいる電気モータを使用しないため、高温環境下で好適に使用でき、高温環境下で連続操業する製鉄所やガラス工場で利用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体圧サーボシリンダ装置に関し、さらに詳しくは、高温環境下で使用できる流体圧サーボシリンダに関する。

従来、電気モータと油圧シリンダとを組み合わせた電気油圧サーボシリンダが知られている（例えば、特許文献１，特許文献２参照。）。
特開２００２−２０６５０３号公報 特開２００３−２７８７０３号公報

上記従来の電気油圧サーボシリンダは、電気モータを構成要素としている。
しかし、電気モータは、高温で劣化する希土類の磁石等を含んでいるため、製鉄所やガラス工場などの高温環境下での使用に適さない問題点がある。
そこで、本発明の目的は、高温環境下で使用できる流体圧サーボシリンダ装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、正逆回転が可能な空気圧モータ（５）と、前記空気圧モータ（５）の回転方向と回転数を制御するための空気圧サーボバルブ（６）と、前記空気圧サーボバルブ（６）へ供給する高圧空気を取り入れるための高圧空気取入口（１３）と、前記空気圧モータ（５）の回転力で正逆回転する双方向型油圧ポンプ（４）と、前記双方向型油圧ポンプ（４）で得られた油圧力で駆動される油圧シリンダ（１）と、前記油圧シリンダ（１）の油圧シリンダロッド（２）の位置を計測できるように係合された位置検出センサ（３）と、前記油圧シリンダ（１）の２箇所の油圧ポート間に配置したアンチキャビテーションバルブ（１０）とを具備したことを特徴とする流体圧サーボシリンダ装置を提供する。
上記第１の観点による流体圧サーボシリンダ装置では、空気圧モータと油圧シリンダとを組み合わせており、高温で劣化する希土類の磁石等を含んでいる電気モータを使用しないため、高温環境下でも好適に使用できる。なお、空気圧サーボバルブ（６）を制御する制御回路は、高温で劣化する半導体を含むため、高温環境外に置き、配線により流体圧サーボシリンダ装置と接続する。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による流体圧サーボシリンダ装置において、前記高圧空気取入口（１３）から取り入れた高圧空気を空冷用空気として放出する空冷手段（１５，１７，１８）を具備したことを特徴とする流体圧サーボシリンダ装置を提供する。
上記第２の観点による流体圧サーボシリンダ装置では、空気圧サーボバルブ（６）のコイル部分や位置検出センサ（３）などの高温に弱い部分を空冷用空気によって冷却することが出来る。

第３の観点では、本発明は、前記第１または前記第２の観点による流体圧サーボシリンダ装置において、前記空気圧サーボバルブ（６）への給電が絶たれた時に前記油圧シリンダロッド（２）を安全位置へ動かすべく前記空気圧モータ（５）を回転させる安全手段（１９，２１）を具備したことを特徴とする流体圧サーボシリンダ装置を提供する。
上記第３の観点による流体圧サーボシリンダ装置では、空気圧サーボバルブ（６）への給電が絶たれた時は油圧シリンダロッド（２）を安全位置へ動かすので、異常時の安全を確保できる。

第４の観点では、本発明は、前記第３の観点による流体圧サーボシリンダ装置において、前記高圧空気取入口（１３）から取り入れた高圧空気を貯留すると共に前記高圧空気取入口（１３）から高圧空気を取り入れできなくなった時に前記貯留していた高圧空気を供給する空気圧リザーバ（７）を具備したことを特徴とする流体圧サーボシリンダ装置を提供する。
上記第４の観点による流体圧サーボシリンダ装置では、高圧空気取入口（１３）から高圧空気を取り入れできなくなった時は空気圧リザーバ（７）から高圧空気を供給するので、異常時の安全を確保できる。

第５の観点では、本発明は、前記第３または前記第４の観点による流体圧サーボシリンダ装置において、前記安全装置（１９，２１）により前記油圧シリンダロッド（２）を安全位置へ動かすのを補助するように前記油圧シリンダ（１）へ油圧を加える安全補助手段（１４，１６，２０）を具備したことを特徴とする流体圧サーボシリンダ装置を提供する。
上記第５の観点による流体圧サーボシリンダ装置では、安全補助手段（１４，１６，２０）が油圧シリンダ（１）へ油圧を加えて、油圧シリンダロッド（２）を安全位置へ動かすのを補助するので、確実に異常時の安全を確保できる。

本発明の流体圧サーボシリンダ装置によれば、製鉄所やガラス工場などの高温環境下で好適に安全に使用することが出来る。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る流体圧サーボシリンダ装置１００の正常電源オフ時の状態を示す構成説明図である。
この流体圧サーボシリンダ装置１００は、正逆回転が可能な空気圧モータ５と、空気圧モータ５の回転を検出する回転センサ１１と、空気圧モータ５の回転方向と回転数を制御するための空気圧サーボバルブ６と、空気圧サーボバルブ６からの高圧空気を消音して放出するサイレンサ１２と、空気圧サーボバルブ６へ供給する高圧空気を取り入れるための高圧空気取入口１３と、空気圧モータ５の回転力で正逆回転する双方向型油圧ポンプ４と、双方向型油圧ポンプ４で得られた油圧力で駆動される油圧シリンダ１と、油圧シリンダ１の油圧シリンダロッド２の位置を計測できるように係合された位置検出センサ３と、油圧シリンダ１の２箇所の油圧ポート間に配置したアンチキャビテーションバルブ１０と、高圧空気を空気圧サーボバルブ６へ供給するか又は空気圧モータ５へ直接供給するかを切り換える第１方向切換弁１９と、空気圧モータ５と空気圧サーボバルブ６を接続するか又は空気圧モータ５からの高圧空気を放出するかを切り換える第２方向切換弁２１と、高圧空気取入口１３から取り入れた高圧空気を貯留すると共に高圧空気取入口１３から高圧空気を取り入れできなくなった時に貯留していた高圧空気を供給する空気圧リザーバ７とを具備している。

油圧シリンダロッド２は、溶融槽４３から高温の溶融金属Ｆを出すノズル４４に連結されている。このため、流体圧サーボシリンダ装置１００は、高温の溶融槽４３の近傍つまり高温環境下に置かれる。

溶融槽４３から出された溶融金属Ｆは、湯槽５５に溜まる。
湯面制御部５１は、湯槽５５における湯面Ｌの高さを湯面センサ５０を介して検出し、目標高さとの誤差信号を作成し、サーボ制御部９へ送る。
サーボ制御部９は、湯面制御部５１からの誤差信号と位置検出センサ３で検出した油圧シリンダロッド２の位置とに基づいてサーボ指令信号を作成し、サーボアンプ８へ送る。
サーボアンプ８は、サーボ制御部９からのサーボ指令信号と回転センサ１１からの回転検出信号とに基づいて空気圧サーボバルブ６を駆動し、湯面制御部５１からの誤差信号が０になるようにする。

湯面制御部５１，サーボ制御部９およびサーボアンプ８は、高温で劣化する半導体を含むため、高温環境外に置かれ、配線により流体圧サーボシリンダ装置１００と接続される。

図１に示すように、正常電源オフ時の状態では、空気圧サーボバルブ６は高圧空気を通さない位置にあり、第１方向切換弁１９は高圧空気を空気圧モータ５へ直接供給する位置にあり、第２方向切換弁２１は空気圧モータ５からの高圧空気を放出する位置にある。但し、高圧空気取入口１３からの高圧空気の供給が停止しているから、空気圧モータ５および双方向型油圧ポンプ４は停止している。油圧シリンダロッド２は、ノズル４４を閉じる位置にある。

図２〜図４は、正常通電時の状態を示している。
正常通電時には、空気圧サーボバルブ６の位置はサーボアンプ８により切り換えられる。第１方向切換弁１９は高圧空気を空気圧サーボバルブ６へ供給する位置にあり、第２方向切換弁２１は空気圧モータ５と空気圧サーボバルブ６とを接続する位置にある。また、高圧空気取入口１３から高圧空気が供給され、空気圧リザーバ７に高圧空気が貯留される。

図２に示す空気圧サーボバルブ６の位置では、空気圧モータ５は正方向に回転し、それにより双方向型油圧ポンプ４も正方向に回転し、油圧シリンダロッド２を押し出す。これによってノズル４４の開度が増大し、溶融槽４３から湯槽５５へ出て行く溶融金属Ｆの量が湯槽５５から出て行く溶融金属Ｆの量より大きくなると、湯面Ｌは上昇する。

図３に示す空気圧サーボバルブ６の位置では、高圧空気が遮断されるため、空気圧モータ５および双方向型油圧ポンプ４は停止し、油圧シリンダロッド２も停止する。これによってノズル４４の開度が維持され、溶融槽４３から湯槽５５へ出て行く溶融金属Ｆの量と湯槽５５から出て行く溶融金属Ｆの量が平衡するなら、湯面Ｌは一定になる。

図４に示す空気圧サーボバルブ６の位置では、空気圧モータ５は逆方向に回転し、それにより双方向型油圧ポンプ４も逆方向に回転し、油圧シリンダロッド２を引き込む。これによってノズル４４の開度が減少し、溶融槽４３から湯槽５５へ出て行く溶融金属Ｆの量が湯槽５５から出て行く溶融金属Ｆの量より小さくなると、湯面Ｌは下降する。

図５は、異常電源断時の状態を示している。
異常電源断になると、空気圧サーボバルブ６は高圧空気を通さない位置になり、第１方向切換弁１９は高圧空気を空気圧モータ５へ直接供給する位置になり、第２方向切換弁２１は空気圧モータ５からの高圧空気を放出する位置になる。高圧空気取入口１３からの高圧空気の供給が継続している場合はその高圧空気が、また、高圧空気取入口１３からの高圧空気の供給が停止した場合は空気圧リザーバ７に貯留されていた高圧空気が、空気圧モータ５に直接供給され、空気圧モータ５を逆方向に回転させる。それにより双方向型油圧ポンプ４も逆方向に回転し、油圧シリンダロッド２を引き込む。これによってノズル４４が閉じる。つまり、正常電源オフ時の状態に戻り、安全が確保される。

実施例１の流体圧サーボシリンダ装置１００によれば次の効果が得られる。
（１）高温で劣化する希土類の磁石等を含んでいる電気モータを使用しないため、高温環境下でも好適に使用できる。なお、サーボアンプ８やサーボ制御部９は、高温環境外に置かれ、配線により流体圧サーボシリンダ装置１００と接続される。
（２）異常電源断時は、油圧シリンダロッド２を安全位置へ動かすので、異常時の安全を確保できる。
（３）高圧空気取入口１３から高圧空気を取り入れできなくなった時は空気圧リザーバ７から高圧空気を供給するので、安全な状態に移行できる。

図６は、実施例２に係る流体圧サーボシリンダ装置２００の正常電源オフ時の状態を示す構成説明図である。
この流体圧サーボシリンダ装置２００は、実施例１に係る流体圧サーボシリンダ装置１００の構成に次の構成（ａ）（ｂ）を加えたものである。
（ａ）流体圧サーボシリンダ装置２００の温度が所定の温度以上では高圧空気を空冷用空気として放出する位置になり、所定の温度未満および正常電源オフ時および異常電源断時では放出を止める位置になる第３方向切換弁１５。
（ｂ）空油圧変換シリンダ１４、正常電源オフ時および異常電源断時には空油圧変換シリンダ１４へ高圧空気を供給する位置になると共に正常通電時には空油圧変換シリンダ１４へ高圧空気を供給しない位置になる第４方向切換弁１６、および、双方向型油圧ポンプ４から油圧シリンダ１への油圧が所定の油圧以下なら空油圧変換シリンダ１４から油圧シリンダ１へ油圧を付加する位置になると共に所定の油圧より高いなら空油圧変換シリンダ１４から油圧シリンダ１へ油圧を付加しない位置になる第５方向切換弁２０。

図６に示すように、正常電源オフ時の状態では、第３方向切換弁１５は、高圧空気を空冷用空気として放出しない位置にある。また、高圧空気取入口１３からの高圧空気の供給が停止しているから、空油圧変換シリンダ１４は停止している。

図７〜図９は、正常通電時の状態を示している。
正常通電時には、第３方向切換弁１５は、流体圧サーボシリンダ装置２００の温度が所定の温度以上では、高圧空気を空冷用空気ａとして放出する位置になる。また、第４方向切換弁１６は、空油圧変換シリンダ１４へ高圧空気を供給しない位置になる。

図１０および図１１は、異常電源断時の状態を示している。
異常電源断になると、第３方向切換弁１５は、高圧空気を空冷用空気として放出しない位置になる。一方、第４方向切換弁１６は、空油圧変換シリンダ１４へ高圧空気を供給する位置になる。

図１０に示すように、双方向型油圧ポンプ４から油圧シリンダ１への油圧が所定の油圧以下なら、第５方向切換弁２０は、空油圧変換シリンダ１４から油圧シリンダ１へ油圧を付加する位置になる。これにより、油圧シリンダ１の初動時に必要な油圧を確保できる。
図１１に示すように、双方向型油圧ポンプ４から油圧シリンダ１への油圧が所定の油圧より高いなら、第５方向切換弁２０は、空油圧変換シリンダ１４から油圧シリンダ１へ油圧を付加しない位置になる。

実施例２の流体圧サーボシリンダ装置２００によれば実施例２の効果に加えて次の効果が得られる。
（４）空気圧サーボバルブ６や方向切換弁１９，２１などのコイル部分および位置検出センサ３のような高温に弱い部分を空冷用空気によって冷却することが出来る。
（５）空油圧変換シリンダ１４が油圧シリンダ１へ油圧を加えて、油圧シリンダロッド２を動かす油圧を補助するので、油圧シリンダ１の初動時に必要な油圧を確保でき、確実に異常時の安全を確保できる。

図１２は、実施例３に係る流体圧サーボシリンダ装置３００の正常通電時の状態を示す構成説明図である。
この流体圧サーボシリンダ装置３００は、実施例２に係る流体圧サーボシリンダ装置２００の構成に次の構成（ｃ）を加えたものである。
（ｃ）第３方向切換弁１５から供給される高圧空気により回転する空気圧モータ１７、および、空気圧モータ１７で回転する空冷用ファン１８。

図１３は、実施例４に係る流体圧サーボシリンダ装置４００の正常通電時の状態を示す構成説明図である。
この流体圧サーボシリンダ装置４００は、実施例２に係る流体圧サーボシリンダ装置２００の構成に次の構成（ｄ）を加えたものである。
（ｄ）油圧シリンダロッド２に加わる圧力を検出するロードセル２ａ。

なお、サーボ制御部９は、油圧シリンダロッド２に加わる圧力が所定範囲を逸脱しないようにコントロールする。

本発明の流体圧サーボシリンダ装置は、高温環境下で連続操業する製鉄所やガラス工場で利用できる。

実施例１に係る流体圧サーボシリンダ装置の正常電源オフ時の状態を示す構成説明図である。 実施例１に係る流体圧サーボシリンダ装置の正常通電時の状態（双方向油圧モータ正回転時）を示す構成説明図である。 実施例１に係る流体圧サーボシリンダ装置の正常通電時の状態（双方向油圧モータ停止時）を示す構成説明図である。 実施例１に係る流体圧サーボシリンダ装置の正常通電時の状態（双方向油圧モータ逆回転時）を示す構成説明図である。 実施例１に係る流体圧サーボシリンダ装置の異常電源断時の状態を示す構成説明図である。 実施例２に係る流体圧サーボシリンダ装置の正常電源オフ時の状態を示す構成説明図である。 実施例２に係る流体圧サーボシリンダ装置の正常通電時の状態（双方向油圧モータ正回転時）を示す構成説明図である。 実施例２に係る流体圧サーボシリンダ装置の正常通電時の状態（双方向油圧モータ停止時）を示す構成説明図である。 実施例２に係る流体圧サーボシリンダ装置の正常通電時の状態（双方向油圧モータ逆回転時）を示す構成説明図である。 実施例２に係る流体圧サーボシリンダ装置の異常電源断時の状態（油圧が低い時）を示す構成説明図である。 実施例２に係る流体圧サーボシリンダ装置の異常電源断時の状態（油圧が高い時）を示す構成説明図である。 実施例３に係る流体圧サーボシリンダ装置の正常通電時の状態（双方向油圧モータ正回転時）を示す構成説明図である。 実施例４に係る流体圧サーボシリンダ装置の正常通電時の状態（双方向油圧モータ正回転時）を示す構成説明図である。

符号の説明

１ 油圧シリンダ
２ 油圧シリンダロッド
２ａ ロードセル
３ 位置検出センサ
４ 双方向型油圧ポンプ
５ 空気圧モータ
６ 空気圧サーボバルブ
７ 空気圧リザーバ
８ サーボアンプ
９ サーボ制御部
１０ アンチキャビテーションバルブ
１１ 回転センサ
１２ サイレンサ
１３ 高圧空気取入口
１４ 空油圧変換シリンダ
１５ 第３方向切換弁
１６ 第４方向切換弁
１７ 空気圧モータ
１８ ファン
１９ 第１方向切換弁
２０ 第５方向切換弁
２１ 第２方向切換弁
１００，２００，３００，４００ 流体圧サーボシリンダ装置

Claims (5)

1. 正逆回転が可能な空気圧モータ（５）と、前記空気圧モータ（５）の回転方向と回転数を制御するための空気圧サーボバルブ（６）と、前記空気圧サーボバルブ（６）へ供給する高圧空気を取り入れるための高圧空気取入口（１３）と、前記空気圧モータ（５）の回転力で正逆回転する双方向型油圧ポンプ（４）と、前記双方向型油圧ポンプ（４）で得られた油圧力で駆動される油圧シリンダ（１）と、前記油圧シリンダ（１）の油圧シリンダロッド（２）の位置を計測できるように係合された位置検出センサ（３）と、前記油圧シリンダ（１）の２箇所の油圧ポート間に配置したアンチキャビテーションバルブ（１０）とを具備したことを特徴とする流体圧サーボシリンダ装置。
2. 請求項１に記載の流体圧サーボシリンダ装置において、前記高圧空気取入口（１３）から取り入れた高圧空気を空冷用空気として放出する空冷手段（１５，１７，１８）を具備したことを特徴とする流体圧サーボシリンダ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の流体圧サーボシリンダ装置において、前記空気圧サーボバルブ（６）への給電が絶たれた時に前記油圧シリンダロッド（２）を安全位置へ動かすべく前記空気圧モータ（５）を回転させる安全手段（１９，２１）を具備したことを特徴とする流体圧サーボシリンダ装置。
4. 請求項３に記載の流体圧サーボシリンダ装置において、前記高圧空気取入口（１３）から取り入れた高圧空気を貯留すると共に前記高圧空気取入口（１３）から高圧空気を取り入れできなくなった時に前記貯留していた高圧空気を供給する空気圧リザーバ（７）を具備したことを特徴とする流体圧サーボシリンダ装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の流体圧サーボシリンダ装置において、前記安全装置（１９，２１）により前記油圧シリンダロッド（２）を安全位置へ動かすのを補助するように前記油圧シリンダ（１）へ油圧を加える安全補助手段（１４，１６，２０）を具備したことを特徴とする流体圧サーボシリンダ装置。

Images