JP2023043366A - 正負圧力切替回路 - Google Patents

Abstract

【課題】一つの圧縮機で正圧および負圧を流体機器に出力することができる正負圧力切替回路を提供する。【解決手段】正負圧力切替回路１０は、圧縮機１２の吐出口１２２を大気に開放する位置と圧縮機の吐出口を正圧出力ポート３０に接続可能な位置とに切り換え可能な第１電磁弁１４、および、圧縮機の吸入口１２１を負圧出力ポート３２に接続する位置と圧縮機の吸入口を大気に開放する位置とに切り換え可能な第２電磁弁１６を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダ装置等の流体機器に正圧および負圧を供給または出力するための流体回路に関する。

例えば、真空吸着装置において、ワークを吸着する際には、負圧を供給する。そして、ワークを離脱する際には、真空を破壊する正圧を供給する場合がある。

特許文献１には、負圧を利用して電子部品を吸着ノズルで吸着し、該電子部品を回路基板上に装着する電子部品装着機が記載されている。この電子部品装着機では、電子部品を吸着する際には、吸着ノズルに供給するエアが負圧に切り替えられる。また、吸着ノズルで吸着した電子部品を回路基板に装着する際には、吸着ノズルに供給するエアが正圧に切り替えられる。

国際公開第２０１７／２１６８５９号

しかしながら、流体機器に正圧および負圧の供給を行う場合、特許文献１の電子部品装着機にも見られるように、正圧を供給するための供給源および負圧を供給するための供給源の二つの供給源（動力源）を必要とする。このため、装置が大型化するおそれがある。

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

本発明に係る正負圧力切替回路は、正圧および負圧を流体機器に選択的に出力する。この正負圧力切替回路は、圧縮機と、圧縮機の吐出口と正圧出力ポートとの間に配置される第１電磁弁と、圧縮機の吸入口と負圧出力ポートとの間に配置される第２電磁弁とを備える。第１電磁弁は、圧縮機の吐出口を大気に開放する第１位置と圧縮機の吐出口を正圧出力ポートに接続可能な第２位置とに切り換え可能である。第２電磁弁は、圧縮機の吸入口を負圧出力ポートに接続する第１位置と圧縮機の吸入口を大気に開放する第２位置とに切り換え可能である。

上記正負圧力切替回路によれば、一つの圧縮機を備えるだけで、正圧および負圧を流体機器に出力することができ、装置の小型化を図ることができる。

本発明に係る正負圧力切替回路によれば、第１電磁弁および第２電磁弁をいずれも第２位置に切り換えることで、正圧を出力することが可能な状態になる。また、第１電磁弁および第２電磁弁をいずれも第１位置に切り換えることで、負圧を出力することができる。このため、一つの圧縮機で正圧および負圧を流体機器に出力することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る正負圧力切替回路を流体回路図を用いて表した図である。 図２は、正圧を出力するときの図１の流体回路図である。 図３は、負圧を出力するときの図１の流体回路図である。

本発明の実施形態に係る正負圧力切替回路１０は、正圧出力ポート３０および負圧出力ポート３２を備え、図示しない流体機器に正圧および負圧を選択的に出力することができる。正負圧力切替回路１０は、例えば、ロボットアームの先端に取り付けた二つのグリッパ（正圧で動作するグリッパと負圧で動作するグリッパ）を選択的に動作させるために用いられる。

図１に示されるように、正負圧力切替回路１０は、圧縮機１２、第１電磁弁１４、第２電磁弁１６、第３電磁弁１８およびエアタンク２６を有する。圧縮機１２は、エアを吸入する吸入口１２１およびエアを吐出する吐出口１２２を備える。圧縮機１２が稼働すると、圧縮機１２のポンプ作用によって、エアの吸入と吐出が周期的に繰り返される。

第１電磁弁１４、第２電磁弁１６および第３電磁弁１８は、いずれも２位置３ポート切換弁として構成され、図示しないコントローラによって切り換え制御される。本実施形態では、第１電磁弁１４、第２電磁弁１６および第３電磁弁１８は外部パイロット式電磁弁であるが、これらの電磁弁を直動型電磁弁としてもよい。

第１電磁弁１４の第１ポート１４１は、吐出配管３４により圧縮機１２の吐出口１２２に接続されている。第１電磁弁１４の第２ポート１４２は、第１サイレンサ２０を介して大気に開放されている。第１電磁弁１４の第３ポート１４３は、正圧蓄積配管４２の一端に接続されている。第１電磁弁１４は、以下に述べる第１位置と第２位置との間で切り換え可能である。第１位置では、第１ポート１４１が第２ポート１４２に接続されるとともに第３ポート１４３が閉鎖される。第２位置では、第１ポート１４１が第３ポート１４３に接続されるとともに第２ポート１４２が閉鎖される。第１電磁弁１４は、電力が供給されると（オンになると）第１位置に切り換わり、電力供給が停止すると（オフになると）第２位置に切り換わる。

第２電磁弁１６の第１ポート１６１は、吸入配管３６により圧縮機１２の吸入口１２１に接続されている。第２電磁弁１６の第２ポート１６２は、負圧出力配管４０により負圧出力ポート３２に接続されている。第２電磁弁１６の第３ポート１６３は、第２サイレンサ２２を介して大気に開放されている。第２電磁弁１６は、以下に述べる第１位置と第２位置との間で切り換え可能である。第１位置では、第１ポート１６１が第２ポート１６２に接続されるとともに第３ポート１６３が閉鎖される。第２位置では、第１ポート１６１が第３ポート１６３に接続されるとともに第２ポート１６２が閉鎖される。第２電磁弁１６は、電力が供給されると（オンになると）第１位置に切り換わり、電力供給が停止すると（オフになると）第２位置に切り換わる。

第３電磁弁１８の第１ポート１８１は、正圧蓄積配管４２の他端に接続されている。第３電磁弁１８の第２ポート１８２は、第３サイレンサ２４を介して大気に開放されている。第３電磁弁１８の第３ポート１８３は、正圧出力配管３８により正圧出力ポート３０に接続されている。第３電磁弁１８は、以下に述べる第１位置と第２位置との間で切り換え可能である。第１位置では、第３ポート１８３が第１ポート１８１に接続されるとともに第２ポート１８２が閉鎖される。第２位置では、第３ポート１８３が第２ポート１８２に接続されるとともに第１ポート１８１が閉鎖される。第３電磁弁１８は、電力が供給されると（オンになると）第１位置に切り換わり、電力供給が停止すると（オフになると）第２位置に切り換わる。

正圧蓄積配管４２の途中には、所定の容積を有するエアタンク２６が配置されている。正圧蓄積配管４２は、エアタンク２６の上流側に位置する第１正圧蓄積配管４２１とエアタンク２６の下流側に位置する第２正圧蓄積配管４２２とに分かれる。エアタンク２６の入口における第１正圧蓄積配管４２１には、エアタンク２６のエア圧を検出するための圧力センサ２８が取り付けられている。圧力センサ２８によって検出されるエアタンク２６のエア圧が設定値未満であるときは、第３電磁弁１８は第２位置に保持される。圧力センサ２８によって検出されるエアタンク２６のエア圧が設定値以上であるときは、第３電磁弁１８は第１位置に保持される。なお、第２正圧蓄積配管４２２には、第１電磁弁１４、第２電磁弁１６および第３電磁弁１８にパイロット圧を供給するパイロット圧供給配管４６が接続されている。

本実施形態では、圧力センサ２８は、エアタンク２６の入口における第１正圧蓄積配管４２１に取り付けられている。しかしながら、圧力センサ２８は、エアタンク２６のエア圧を実質的に検出できる箇所であれば、様々な箇所に取り付けられ得る。例えば、エアタンク２６の出口における第２正圧蓄積配管４２２に取り付けられてもよいし、エアタンク２６自体に取り付けられてもよい。なお、吐出配管３４の途中にはチェック弁４４が配置されている。チェック弁４４は、圧縮機１２の吐出口１２２から第１電磁弁１４に向かうエアの流れを許容し、第１電磁弁１４から圧縮機１２の吐出口１２２に向かうエアの流れを阻止する。

正負圧力切替回路１０は、図１に示される正圧蓄積モード、図２に示される正圧出力モードおよび図３に示される負圧出力モードの３つのモードを採ることができる。以下、これら各モードについて説明する。

（正圧蓄積モード）
正圧蓄積モードは、圧縮機１２から吐出されるエアを所定圧力まで高めながらエアタンク２６に蓄積するモードである。図１に示されるように、正圧蓄積モードでは、第１電磁弁１４、第２電磁弁１６および第３電磁弁１８は、いずれも第２位置に切り換えられている。正圧蓄積モードにおけるエアの流れは、図１において点線矢印で示されている。

正圧蓄積モードでは、圧縮機１２の稼働に伴い、大気中のエアは、第２サイレンサ２２と第２電磁弁１６と吸入配管３６とを通って、圧縮機１２の吸入口１２１に吸い込まれる。吸入口１２１に吸い込まれたエアは、圧縮機１２のポンプ作用により、吐出口１２２から吐出配管３４と第１電磁弁１４と第１正圧蓄積配管４２１とを通ってエアタンク２６に蓄積される。第３電磁弁１８は第２位置にあるので、エアタンク２６のエアが正圧出力ポート３０に向けて供給されることはない。圧力センサ２８によって検出されるエアタンク２６のエア圧は次第に上昇し、エアタンク２６のエア圧が設定値に到達するまで正圧蓄積モードが継続される。

（正圧出力モード）
正圧出力モードは、正圧出力ポート３０から正圧を流体機器に出力するモードである。図２に示されるように、正圧出力モードでは、第１電磁弁１４および第２電磁弁１６は、第２位置に切り換えられており、第３電磁弁１８は、第１位置に切り換えられている。正圧出力モードにおけるエアの流れは、図２において点線矢印で示されている。

正圧出力モードでは、エアタンク２６に蓄積されたエアは、第２正圧蓄積配管４２２と第３電磁弁１８と正圧出力配管３８と正圧出力ポート３０とを通って流体機器に向けて供給される。これと同時に、圧縮機１２の吐出口１２２から吐出されるエアは、吐出配管３４と第１電磁弁１４と第１正圧蓄積配管４２１とを通ってエアタンク２６に供給される。すなわち、エアタンク２６のエアは、圧縮機１２からのエアによって補充されつつ、流体機器に向けて供給される。

（負圧出力モード）
負圧出力モードは、負圧出力ポート３２から負圧を流体機器に出力するモードである。図３に示されるように、負圧出力モードでは、第１電磁弁１４および第２電磁弁１６は、第１位置に切り換えられており、第３電磁弁１８は、第２位置に切り換えられている。負圧出力モードにおけるエアの流れは、図３において点線矢印で示されている。

負圧出力モードでは、圧縮機１２の稼働に伴い、負圧出力ポート３２から流体機器にわたって存在するエアは、負圧出力配管４０と第２電磁弁１６と吸入配管３６とを通って圧縮機１２の吸入口１２１に吸い込まれる。吸入口１２１に吸い込まれたエアは、圧縮機１２の吐出口１２２から吐出配管３４と第１電磁弁１４と第１サイレンサ２０とを通って大気に排出される。負圧出力ポート３２から流体機器にわたって存在するエアが圧縮機１２の吸入口１２１に吸い込まれることで、負圧出力ポート３２において負圧（真空圧）が生じる。すなわち、負圧出力ポート３２から負圧が流体機器に出力される。

負圧出力モードでは、エアタンク２６が第１正圧蓄積配管４２１を介して接続される第１電磁弁１４の第３ポート１４３が閉鎖されている。また、エアタンク２６が第２正圧蓄積配管４２２を介して接続される第３電磁弁１８の第１ポート１８１が閉鎖されている。これにより、エアタンク２６のエアは封じ込められる。したがって、エアタンク２６に蓄積されたエアは、大気中に排出されることもなければ流体機器に向かって流れることもなく、エア消費量が可及的に削減される。

次に、正負圧力切替回路１０を立ち上げてから各モード間で移行を行う際に第１電磁弁１４、第２電磁弁１６および第３電磁弁１８をどのような手順で切り換えるかについて説明する。正負圧力切替回路１０の立ち上げは、第１電磁弁１４、第２電磁弁１６および第３電磁弁１８がいずれもオフの状態で圧縮機１２を起動することにより行われる。すなわち、正負圧力切替回路１０の立ち上げは、正圧蓄積モードで圧縮機１２を起動することにより行われる。

正負圧力切替回路１０を立ち上げた直後、流体機器において正圧を使用する要求がある場合、まず、エアタンク２６のエア圧が設定値に到達するまで正圧蓄積モードを継続する。そして、エアタンク２６のエア圧が上昇して設定値に到達すると、第３電磁弁１８をオフからオンにし、正圧蓄積モードから正圧出力モードに移行させる。これにより、エアタンク２６のエアが正圧出力ポート３０から流体機器に向けて供給され、流体機器において正圧を使用することが可能となる。

（正圧出力モードから負圧出力モードへの移行）
流体機器において正圧を使用している状態から負圧を使用する状態に変更したいとの要求がある場合、まず、第３電磁弁１８をオンからオフにし、正圧出力ポート３０を大気に開放する。これにより、正圧出力ポート３０から流体機器に向かうエアの供給が止まる。

次いで、第１電磁弁１４をオフからオンにし、エアタンク２６に蓄積されたエアを封じ込めるとともに、圧縮機１２の吐出口１２２を大気に開放する。エアタンク２６のエアを封じ込めることで、再び正圧出力モードに移行する際の準備をしておくことができ、エア消費量を削減できる。圧縮機１２の吐出口１２２が大気に開放されることで、圧縮機１２の内部に残った高圧エアが排出され、圧縮機１２の負荷が軽減される。

次いで、第２電磁弁１６をオフからオンにし、負圧出力ポート３２を負圧出力配管４０と第２電磁弁１６と吸入配管３６とを介して圧縮機１２の吸入口１２１に連通せしめる。圧縮機１２は、負圧出力ポート３２から流体機器にわたって存在するエアを負圧出力配管４０と第２電磁弁１６と吸入配管３６とを介して吸い込む。そして、圧縮機１２は、吸い込んだエアを吐出配管３４と第１電磁弁１４と第１サイレンサ２０とを介して大気に排出する。これにより、負圧出力ポート３２において負圧が生じ、流体機器において負圧を使用することが可能となる。

（負圧出力モードから正圧出力モードへの移行）
流体機器において負圧を使用している状態から正圧を使用する状態に変更したいとの要求がある場合、まず、第２電磁弁１６をオンからオフにし、圧縮機１２の吸入口１２１を負圧出力ポート３２から切り離して大気に開放する。圧縮機１２の吸入口１２１が負圧出力ポート３２から切り離されることで、負圧出力ポート３２からの負圧の出力が停止する。圧縮機１２の吸入口１２１が大気に開放されることで、圧縮機１２の負荷が軽減される。

次いで、第１電磁弁１４をオンからオフにし、圧縮機１２の吐出口１２２を吐出配管３４と第１電磁弁１４と第１正圧蓄積配管４２１とを介してエアタンク２６に連通せしめる。このとき、エアタンク２６のエア圧が設定値以上であれば、第３電磁弁１８をオフからオンにする。第３電磁弁１８がオンになると、正圧出力ポート３０が正圧出力配管３８と第３電磁弁１８と第２正圧蓄積配管４２２とを介してエアタンク２６に連通する。これにより、エアタンク２６のエアは、圧縮機１２からのエアによって補充されつつ、流体機器に向けて供給され、流体機器において正圧を使用することが可能となる。

なお、第１電磁弁１４をオフにする前からエアタンク２６のエア圧が設定値以上になっていれば、第１電磁弁１４がオンからオフになるのとほぼ同時に第３電磁弁１８がオフからオンになる。前述したように、正圧出力モードから負圧出力モードに移行した際に、エアタンク２６のエアが封じ込められているので、第１電磁弁１４をオフにする前からエアタンク２６のエア圧が設定値以上になっている蓋然性が高い。

正負圧力切替回路１０を立ち上げた直後、流体機器において負圧を使用する要求がある場合も、エアタンク２６のエア圧が設定値に到達するまで正圧蓄積モードを継続した後に負圧出力モードに移行する。負圧出力モードへの移行に際しては、まず、第１電磁弁１４をオフからオンにし、エアタンク２６に蓄積されたエアを封じ込めるとともに、圧縮機１２の吐出口１２２を大気に開放する。次いで、第２電磁弁１６をオフからオンにし、負圧出力ポート３２を負圧出力配管４０と第２電磁弁１６と吸入配管３６とを介して圧縮機１２の吸入口１２１に連通せしめる。これにより、負圧出力ポート３２において負圧が生じ、流体機器において負圧を使用することが可能となる。なお、第１電磁弁１４、第２電磁弁１６および第３電磁弁１８が直動型電磁弁である場合は、エアタンク２６のエア圧が設定値に到達するのを待つことなく、正圧蓄積モードからただちに負圧出力モードに移行してもよい。

本実施形態に係る正負圧力切替回路１０によれば、第１電磁弁１４および第２電磁弁１６をいずれも第２位置に切り換え、第３電磁弁１８を第１位置に切り換えることで、エアタンク２６を使って流体機器に正圧を出力することができる。また、第１電磁弁１４および第２電磁弁１６をいずれも第１位置に切り換え、第３電磁弁１８を第２位置に切り換えることで、流体機器に負圧を出力することができる。したがって、一つの圧縮機１２で正圧および負圧を流体機器に出力することができる。

本実施形態に係る正負圧力切替回路１０によれば、第１電磁弁１４が第１位置にあるとき、エアタンク２６が第１正圧蓄積配管４２１を介して接続される第１電磁弁１４の第３ポート１４３が閉鎖される。また、第３電磁弁１８が第２位置にあるとき、エアタンク２６が第２正圧蓄積配管４２２を介して接続される第３電磁弁１８の第１ポート１８１が閉鎖される。したがって、負圧を出力するときにエアタンク２６のエアが封じ込められるので、エア消費量を削減できる。

本実施形態では、エアタンク２６を用いて正圧を出力する構成としたが、必ずしもエアタンク２６および第３電磁弁１８を備える必要はない。エアタンク２６および第３電磁弁１８を備えていなくても、第１電磁弁１４および第２電磁弁１６を備えていれば、それらを切り換えることによって、一つの圧縮機で正圧および負圧を出力することが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。

１０…正負圧力切替回路 １２…圧縮機
１２１…吸入口 １２２…吐出口
１４…第１電磁弁 １６…第２電磁弁
１８…第３電磁弁 ２６…エアタンク
２８…圧力センサ ３０…正圧出力ポート
３２…負圧出力ポート

Claims (5)

1. 正圧および負圧を流体機器に選択的に出力する正負圧力切替回路であって、
   圧縮機と、前記圧縮機の吐出口と正圧出力ポートとの間に配置される第１電磁弁と、前記圧縮機の吸入口と負圧出力ポートとの間に配置される第２電磁弁とを備え、前記第１電磁弁は、前記圧縮機の前記吐出口を大気に開放する第１位置と前記圧縮機の前記吐出口を前記正圧出力ポートに接続可能な第２位置とに切り換え可能であり、前記第２電磁弁は、前記圧縮機の前記吸入口を前記負圧出力ポートに接続する第１位置と前記圧縮機の前記吸入口を大気に開放する第２位置とに切り換え可能である正負圧力切替回路。
2. 請求項１記載の正負圧力切替回路において、
   前記第１電磁弁と前記正圧出力ポートとの間に配置されるエアタンクを備える正負圧力切替回路。
3. 請求項２記載の正負圧力切替回路において、
   前記エアタンクと前記正圧出力ポートとの間に配置される第３電磁弁を備え、前記第３電磁弁は、前記正圧出力ポートを前記エアタンクに接続する第１位置と前記正圧出力ポートを大気に開放する第２位置とに切り換え可能である正負圧力切替回路。
4. 請求項３記載の正負圧力切替回路において、
   前記エアタンクのエア圧を検出する圧力センサを備え、前記圧力センサによって検出されるエア圧が設定値以上になったとき、前記第３電磁弁が前記第１位置に切り換えられる正負圧力切替回路。
5. 請求項４記載の正負圧力切替回路において、
   前記第１電磁弁が前記第１位置にあるとき、前記エアタンクが接続される前記第１電磁弁のポートが閉鎖され、前記第３電磁弁が前記第２位置にあるとき、前記エアタンクが接続される前記第３電磁弁のポートが閉鎖される正負圧力切替回路。

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