JP2015096757A - 液圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液圧駆動装置において、簡易な構造で装置全体の小型化を図ることができると共に、液圧アクチュエータに供給する圧液の流量及び圧力を精密に制御することができる液圧駆動装置を提供する。
【解決手段】 空気圧源２から供給される空気圧を液圧に変換するエアハイドロコンバータ３と、エアハイドロコンバータ３に供給する空気圧を調整する制御弁５と、第１圧力室４１及び第２圧力室４２を有する液圧アクチュエータ４と、エアハイドロコンバータ３と第１圧力室４１を接続する配管経路６１に配置され、エアハイドロコンバータ３からの圧液の流れを調整して第１圧力室４１へ供給する流量制御弁７と、エアハイドロコンバータ３と流量制御弁７の間の配管経路６１から分岐され、第１圧力室４１に接続される配管経路６３に配置され、該配管経路６３に流れる圧液を用いて第１圧力室４１へ供給する圧液を増圧させる液圧ポンプ９と、液圧ポンプ９の駆動を制御する制御手段１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気圧源から供給される空気圧を液圧に変換して、液圧アクチュエータを駆動させる液圧駆動装置に関する。

従来から、空気の低圧回路で高圧の液圧駆動を可能とするエアハイドロブースター（空気油圧増圧器）と呼ばれる装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。エアハイドロブースターは、大小異なる内径を有する二つのシリンダから構成されており、増圧比はシリンダ面積比となる。エアハイドロブースターでは、圧力媒体として、一次側は空気圧が使用され、二次側は作動油や水系の液体が使用される。

従って、このようなエアハイドロブースターを用いることにより、工場空気圧源によって簡便に高圧の液圧駆動系を構築することが可能である。また、エアハイドロブースターは、一般的に構造が単純であり、低騒音、且つ、熱発生も比較的低いという特徴を有している。また、エアハイドロブースターは、アクチュエータ室を満たすだけの液体した使わないため、外部にポンプが不要である。そのため、これらの特徴から、エアハイドロブースターは、液圧アクチュエータを駆動するための駆動装置として、あるいは液圧シリンダを組み合わせたエアハイドロシリンダーとして従来から用いられている。また、近年は、増圧と精密制御の両立を図るために、通常の油圧回路内にサーボポンプを設けたブースト型油圧ハイブリッドサーボ技術も提案されている（非特許文献２）。

日本油空圧学会、新版 油空圧便覧、オーム社、pp.360-361，1989. 玄相昊、野田史男、森悦宏、小曽戸博、水井晴次、新しい純油圧ハイブリッドサーボ（第１報）：原理と油圧プレスへの適用、平成２５年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集、pp.43-45、2013.5.

しかしながら、エアハイドロブースターは、シリンダの面積差を利用して増圧するため、構造が大型化するという問題がある。また、従来は単純なＯＮ／ＯＦＦ制御によって用いられているため、精密なサーボ用途には使用されていなかった。一方、ブースト型油圧ハイブリッドサーボ技術では、増圧と精密制御の両立を図ることができるものの、サーボポンプとは別に外部にメインの油圧ポンプが必要となるため、構造が複雑化すると共に、装置全体が大型化するという問題がある。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、簡易な構造で装置全体の小型化を図ることができると共に、液圧アクチュエータに供給する圧液の流量及び圧力を精密に制御することができる液圧駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る液圧駆動装置は、空気圧源から供給される空気圧を液圧に変換するエアハイドロコンバータと、前記空気圧源から前記エアハイドロコンバータに供給される空気の圧力又は流量を調整する制御弁と、第１圧力室及び第２圧力室を有する液圧アクチュエータと、前記エアハイドロコンバータと前記第１圧力室とを接続する第１配管経路と、前記空気圧源と前記第２圧力室とを接続する第２配管経路と、前記第１配管経路に配置され、前記エアハイドロコンバータからの圧液の流れを調整して前記第１圧力室へ供給する流量制御弁と、前記エアハイドロコンバータと前記流量制御弁の間の前記第１配管経路から分岐され、前記第１圧力室に接続される第３配管経路と、前記第３配管経路に配置され、該第３配管経路に流れる圧液を用いて、前記第１圧力室へ供給される圧液を所定分だけ増圧させる液圧ポンプと、前記液圧ポンプの駆動を制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。

また、本発明に係る液圧駆動装置は、前記第２圧力室が、ロッドを有するロッド側圧力室であって、前記ロッドの位置又は／及び前記ロッドに掛かる荷重を検出する検出手段を備え、前記制御手段は、前記検出手段によって検出された前記ロッドの位置又は／及び前記ロッドに掛かる荷重に基づいて、前記液圧ポンプの駆動を制御することを特徴としている。

本発明に係る液圧駆動装置によれば、空気圧源から供給される空気圧を液圧に変換するエアハイドロコンバータと液圧アクチュエータの第１圧力室とを接続する第１配管経路に配置される流量制御弁によって、エアハイドロコンバータから第１圧力室へ供給される圧液の流れを調整し、エアハイドロコンバータと流量制御弁の間の第１配管経路から分岐され、第１圧力室に接続される第３配管経路に配置される液圧ポンプによって、第１圧力室へ供給する圧液を増圧するので、装置全体を小型化することができると共に、液圧アクチュエータの第１圧力室へ供給する圧液の流量及び圧力を精密に制御することができる。

また、本発明に係る液圧駆動装置によれば、液圧アクチュエータの第２圧力室は、ロッドを有するロッド側圧力室であって、前記ロッドの位置又は／及び前記ロッドに掛かる荷重を検出する検出手段を備えており、制御手段は、前記検出手段によって検出された前記ロッドの位置又は／及び前記ロッドに掛かる荷重に基づいて、液圧ポンプの駆動を制御するので、ロッドの位置やロッドに掛かる荷重の精密な制御を行うことができる。

本発明の実施形態に係る液圧駆動装置の一例を示す概略模式図である。

以下、本発明の実施形態に係る液圧駆動装置１について、図面を参照しつつ説明する。液圧駆動装置１は、空気圧源２から供給される空気圧をエアハイドロコンバータ（空油変換器）３によって変換した液圧が用いられることにより、複動形液圧シリンダ（液圧アクチュエータ）４が駆動するものである。液圧駆動装置１は、例えば、プレス成形を行うためのプレス装置等に用いることができるが、用途はこれに限定されるものではなく、液圧アクチュエータ４に取り付ける部材や配置の仕方等によって様々な用途に用いることができる。

本実施形態に係る液圧駆動装置１は、図１に示すように、空気圧源２から供給される空気圧を液圧に変換するエアハイドロコンバータ３と、空気圧源２からエアハイドロコンバータ３に供給される空気圧を所定の圧力に調整するための電空レギュレータ（制御弁）５と、ボトム側の第１圧力室４１とロッド側の第２圧力室４２を有する複動形液圧シリンダ４と、エアハイドロコンバータ３と第１圧力室４１とを接続する配管経路（第１配管経路）６１に配置され、エアハイドロコンバータ３からの圧液の流れを調整して第１圧力室４１へ供給するための電磁弁（流量制御弁）７と、空気圧源２と第２圧力室４２とを接続する配管経路（第２配管経路）６２に配置される電磁弁８と、エアハイドロコンバータ３と電磁弁７の間の配管経路６１から分岐され、第１圧力室４１に接続される配管経路（第３配管経路）６３に配置され、該配管経路６３に流れる圧液を用いて、第１圧力室４１へ供給される圧液を所定分だけ増圧させる液圧ポンプ９と、複動形液圧シリンダ４の第１圧力室４１と第２圧力室４２とを区画するピストン４３に固定され、第２圧力室４２を貫通して設けられるロッド４４の位置又は／及びロッド４４に掛かる荷重を検出する検出センサ（検出手段）１０と、検出センサ１０によって検出されたロッド４４の位置又は／及びロッド４４に掛かる荷重に基づいて、液圧ポンプ９の駆動を制御する制御装置（制御手段）１１とを備えている。

空気圧源２は、例えば、コンプレッサ等によって構成されている。この空気圧源２から供給される空気圧の配管経路は、図１に示すように、エアハイドロコンバータ３の空気室３１側に接続される配管経路６４と、複動形液圧シリンダ４の第２圧力室４２側に接続される配管経路６２とに分岐されている。

エアハイドロコンバータ３は、空気圧源２から供給される空気圧を液圧に変換するものであって、ピストン３３に区画された両側にそれぞれ空気室３１と、液室３２とを有している。空気室３１は、電空レギュレータ５を介して空気圧源２と連通されており、空気圧源２からの空気圧が電空レギュレータ５によって所定の圧力に調整されて供給される。また、液室３２には、作動油が蓄積されており、空気室３１へ供給された空気圧によって、この作動油が液室３２から圧液として吐出され、液室３２と配管経路６１を介して連通されている複動形液圧シリンダ４の第１圧力室４１へと供給される。

電空レギュレータ５は、空気圧源２からエアハイドロコンバータ３の空気室３１へ供給される空気圧を所定の圧力に調整するためのものであって、空気圧源２とエアハイドロコンバータ３の空気室３１とを接続する配管経路６４に配置されている。電空レギュレータ５は、空気の圧力を制御可能なものであって、例えば、制御装置１１からの空気圧制御信号を受信して、当該電空レギュレータ５の下流側の空気圧を所定の値に制御する。また、電空レギュレータ５とエアハイドロコンバータ３の空気室３１の間には、圧力計１２が設けられており、この圧力計１２により空気室３１へ供給される空気圧が計測される。尚、本実施形態では、空気圧源２とエアハイドロコンバータ３の空気室３１との間に電空レギュレータ５を設けているが、これに限定されるものではなく、空気圧源２からエアハイドロコンバータ３の空気室３１に供給される空気の圧力又は流量を調整するための制御弁であれば良い。

複動形液圧シリンダ４は、シリンダ室内を移動するピストン４３で区画された両側にそれぞれ第１圧力室４１と第２圧力室４２とを有するものである。また、複動形液圧シリンダ４は、ピストン４３に固定され、第２圧力室４２を貫通して設けられるロッド４４を有している。第１圧力室４１は、ボトム側の圧力室（液圧室）であって、配管経路６１を介してエアハイドロコンバータ３の液室３２と連通しており、液室３２から吐出された圧液の流れが電磁弁７によって調整される。また、第１圧力室４１は、エアハイドロコンバータ３と電磁弁７の間の配管経路６１から分岐された配管経路６３とも接続されており、該配管経路６３に配置されている液圧ポンプ９によって所定分だけ増圧させて圧液が供給されるように構成されている。一方、第２圧力室４２は、ロッド側の圧力室（空気圧室）であって、配管経路６２を介して空気圧源２と連通している。また、配管経路６２には電磁弁８が配置されており、この電磁弁８を介して空気圧源２から第２圧力室４２に空気圧を供給できるように構成されている。

このような複動形液圧シリンダ４では、第１圧力室４１に圧液が供給されると、ピストン４３が図１中の下側へと移動する。そして、このピストン４３の動作に伴って、ピストン４３に固定されているロッド４４も下側へ駆動することになる。この際、第２圧力室４２内の空気は、電磁弁８を介して大気中へと放出される。また、ロッド４４を元の位置に戻す場合は、空気圧源２から配管経路６２を介して第２圧力室４２に空気圧が供給されるように電磁弁８を調整する。これにより、ピストン４３は、図１中の上側へと移動するので、このピストン４３の動作に伴って、ロッド４４も上側へと移動し、元の位置に戻ることができる。尚、本実施形態では、液圧アクチュエータとして片ロッドの複動形液圧シリンダ４を用いた例を示しているが、これに限定されるものではなく、両ロッド液圧シリンダ等の他の液圧アクチュエータを用いても良い。

電磁弁７は、エアハイドロコンバータ３の液室３１から吐出される圧液を第１圧力室４１へ供給するか否かの切り替えを行うためのものであって、配管経路６１に配置されている。尚、本実施形態の液圧駆動装置１では、流量制御弁として電磁弁７によって液室３２から吐出された圧液が第１圧力室４１へ供給されるか否かの切り替えを行っているが、電磁弁７の代わりに圧液を所定の流量に調整して第１圧力室４１へと供給する流量制御弁を用いても良い。また、この電磁弁７とエアハイドロコンバータ３との間の配管経路６１から分岐され、第１圧力室４１に接続される配管経路６３には、液圧ポンプ９が配置されている。

液圧ポンプ９は、小型のサーボポンプであって、サーボモータ９１等の電動モータによって双方向の回転が可能に構成されているものである。この液圧ポンプ９は、図１に示すように、配管経路６３に配置されており、小型のサーボモータ９１によって回転駆動されることにより配管経路６３に流れる圧液を用いて、複動形液圧シリンダ４の第１圧力室４１に供給する圧液を所定分だけ増圧させる。また、液圧ポンプ９と複動形液圧シリンダ４の第１圧力室４１との間の配管経路６３には、圧力計１２が設けられており、この圧力計１２により第１圧力室４１へ供給される液圧が計測される。尚、本実施形態では、液圧ポンプ９として双方向回転可能なものを用いる例を示しているが、これに限定されるものではなく、片方向回転可能なものを用いても良く、複動形液圧シリンダ４の第１圧力室４１へ供給される圧液を所定分だけ増圧させることができるものであれば良い。また、本実施形態では、液圧ポンプ９を駆動させるためにサーボモータ９１を用いる例を示しているが、これに限定されるものではなく、他の電動モータや従来公知の駆動手段等を用いても良い。

検出センサ１０は、複動形液圧シリンダ４のロッド４４の位置又は／及びロッド４４に掛かる荷重を検出するためのものであって、例えば、ロッド４４の位置を検出するための位置センサやロッド４４に掛かる荷重を検出するための荷重センサ等によって構成される。この検出センサ１０では、検出されたロッド４４の位置やロッド４４に掛かる荷重の検出信号を制御装置１１へと送信する。

制御装置１１は、検出センサ１０や圧力計１２により検出された検出信号に基づいて、液圧ポンプ９を回転駆動させるためのサーボモータ９１や各種弁等の動作を制御するためのものであって、例えば、コンピュータによって構成されている。この制御装置１１では、検出センサ１０によって検出されたロッド４４の位置やロッド４４に掛かる荷重の検出信号に基づいて、第１圧力室４１へ供給する圧液が所望の値まで増圧するように、サーボモータ９１を回転駆動させることにより液圧ポンプ９の駆動を制御する。液圧駆動装置１では、このように液体側の回路内に設けた液圧ポンプ９を用いて、複動形液圧シリンダ４の第１圧力室４１へ供給する圧液を増圧させるので、装置全体を小型化することができると共に、簡易な構成で第１圧力室４１へ供給する圧液の流量及び圧力を精密に制御することができる。無負荷時にはロッド４４を高速に動かすことができるという空気圧駆動の利点を保ったまま、簡易な構成で第１圧力室４１へ供給する圧液の流量及び圧力を精密に制御することができる。

以下、本実施形態に係る液圧駆動装置１の動作について図１を参照しつつ説明する。複動形液圧シリンダ４のロッド４４を図１中の下側に駆動させる場合には、空気圧源２からの空気圧を電空レギュレータ５によって所定の圧力に調整し、エアハイドロコンバータ３の空気室３１へ供給する。エアハイドロコンバータ３では、空気室３１へ供給された空気圧によって、液室３２から圧液が配管経路６１へ吐出される。そして、液室３２から吐出された圧液は、電磁弁７を介して複動形液圧シリンダ４の第１圧力室４１へと供給され、ピストン４３が図１中の下側へと移動するのに伴って、ロッド４４も下側へ駆動する。また、この際、第１圧力室４１へ供給する圧液を増圧させる場合には、サーボモータ９１によって液圧ポンプ９を駆動することにより、配管経路６３に流れる圧液を用いて、第１圧力室４１に供給する圧液を所定分だけ増圧させることができる。また、ロッド４４を元の位置に戻す場合には、空気圧源２から配管経路６２を介して第２圧力室４２に空気圧が供給されるように電磁弁８を調整することにより、ピストン４３が図１中の上側へと移動するのに伴って、ロッド４４も元の位置に戻るよう上側へと駆動させることができる。

尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。

１ 液圧駆動装置
２ 空気圧源
３ エアハイドロコンバータ
４ 複動形液圧シリンダ（液圧アクチュエータ）
４１ 第１圧力室
４２ 第２圧力室
５ 電空レギュレータ（制御弁）
６１ 配管経路（第１配管経路）
６２ 配管経路（第２配管経路）
７ 電磁弁（流量制御弁）
９ 液圧ポンプ
１０ 検出センサ（検出手段）
１１ 制御装置（制御手段）

Claims (2)

1. 空気圧源から供給される空気圧を液圧に変換するエアハイドロコンバータと、
   前記空気圧源から前記エアハイドロコンバータに供給される空気の圧力又は流量を調整する制御弁と、
   第１圧力室及び第２圧力室を有する液圧アクチュエータと、
   前記エアハイドロコンバータと前記第１圧力室とを接続する第１配管経路と、
   前記空気圧源と前記第２圧力室とを接続する第２配管経路と、
   前記第１配管経路に配置され、前記エアハイドロコンバータからの圧液の流れを調整して前記第１圧力室へ供給する流量制御弁と、
   前記エアハイドロコンバータと前記流量制御弁の間の前記第１配管経路から分岐され、前記第１圧力室に接続される第３配管経路と、
   前記第３配管経路に配置され、該第３配管経路に流れる圧液を用いて、前記第１圧力室へ供給される圧液を所定分だけ増圧させる液圧ポンプと、
   前記液圧ポンプの駆動を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする液圧駆動装置。
2. 前記第２圧力室は、ロッドを有するロッド側圧力室であって、
   前記ロッドの位置又は／及び前記ロッドに掛かる荷重を検出する検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記検出手段によって検出された前記ロッドの位置又は／及び前記ロッドに掛かる荷重に基づいて、前記液圧ポンプの駆動を制御することを特徴とする請求項１に記載の液圧駆動装置。

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