JP2024032072A - 液圧駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】任意のシリンダアクチュエータの姿勢や位置においても自動操作が可能でありながら、流体中の空気を自動的に除去することができる液圧駆動システムを提供する。【解決手段】ピストン１５を有する３ポートシリンダアクチュエータ１と、第１の作動弁３１と第２の作動弁３２とを含む少なくとも２つの作動弁と、排気弁３３と、流体を貯留するタンク８と、前記タンクから前記作動弁に前記流体を供給するモータポンプ７と、前記作動弁および前記排気弁の全ての弁と前記モータポンプを制御する制御装置１００と、を含む液圧駆動システムであって、前記第１の作動弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータの底部ポート１１に接続され、前記第２の作動弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータのロッドポート１２に接続され、前記排気弁３３は、前記３ポートシリンダアクチュエータの排気ポート１３に接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、液圧駆動システムの構成に関する。より具体的には、本発明は、システム内でシリンダの姿勢や位置が変化しても、流体中の空気を自動的に除去することができる液圧駆動シリンダアクチュエータシステムの構成に関する。

液圧駆動システムは、過酷な環境での作業に適した高い出力と耐久性を備えていると考えられる。建設機械システムで重量物を持ち上げたり、ブレーキシステムで高出力を伝達したり、あるいは遠隔作業用のロボットに適用したりする場合、アクチュエータとして油圧シリンダがよく利用されている。しかし、重量のある作業では、継手や部品の摩耗などの他の問題に加えて、高圧キャビテーションによって作動油に気泡が発生したりする。

油圧システムの性能を保証するためには、油圧シリンダの気泡を除去する定期的なメンテナンス操作が必要である。しかしながら、遠隔領域で動作するシステムの場合、空気除去プロセスのためだけにシステムを戻すことは不便である。また、シリンダをアクチュエータとして使用する多くのアプリケーションでは、シリンダ自体を固定された姿勢や位置に取り付けるとは限らない。そのため、シリンダの姿勢や位置に関係なく作動する油圧システムの遠隔操作可能なエア抜き方法が必要となる。

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、複動式シリンダアクチュエータシステムにおける自己抽気／脱気方法が開示されている。シリンダは、作動用の２つのポートと、シリンダの上部領域と下部領域を接続するチャネルを形成するためのスリーブで構成された排気用の別の２つのポートとからなる。

また、特許文献２には、シリンダの固定姿勢や位置に依存せずに、油圧シリンダにおける気泡や小さな固形物などの異物を除去する方法が提案されている。このシステムは、シリンダと、取り外し可能なメンテナンスホースを使用して流体を排出するための追加の通路、および流体を切り替えるための機構とで構成される。エア抜き工程では、メンテナンスホースを手動で流体切替機構に接続し、シリンダシステムから流体と空気を流出させる。

米国特許出願公開第２０１１／００７２９６２号明細書 特開２０１７－１５５９３１号公報

特許文献１に記載の技術によれば、通常のピストン作動によりシリンダ内の空気を自動的に抜くことができる。しかしながら、この方法は、シリンダの上部領域から空気を自動的に除去できるようにするため、シリンダの固定位置に依存している。このため、シリンダの姿勢や位置そのものを移動させたい場合には、シリンダアクチュエータの用途に制限が生じる。

特許文献２に記載の技術では、メンテナンスホースの接続によって、流体の流れや空気抜きの方法が決まる。この接続はオペレータが手動で行う必要があり、遠隔領域で動作するシステムでは不可能である。

そこで、本発明の目的は、任意のシリンダアクチュエータの姿勢や位置においても自動操作が可能でありながら、流体中の空気を自動的に除去することができる液圧駆動システムを提供することにある。

この問題を解決するために、本発明は、ピストンを有する３ポートシリンダアクチュエータと、第１の作動弁と第２の作動弁とを含む少なくとも２つの作動弁と、排気弁と、流体を貯留するタンクと、前記タンクから前記作動弁に前記流体を供給するモータポンプと、前記作動弁および前記排気弁の全ての弁と前記モータポンプを制御する制御装置と、を含む液圧駆動システムであって、前記第１の作動弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータの底部ポートに接続され、前記第２の作動弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータのロッドポートに接続され、前記排気弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータの排気ポートに接続され、前記ロッドポートと前記底部ポートの位置は前記３ポートシリンダアクチュエータの各端部にあり、前記排気ポートの位置は前記ロッドポートと前記底部ポートの間の任意の位置にあり、前記ピストンを制御して前記３ポートシリンダアクチュエータのロッド側に移動させ、前記ロッドポートの前記第２の作動弁をＯＦＦに設定し、前記排気ポートの前記排気弁を開くためにＯＮに設定し、前記底部ポートの前記第１の作動弁をＯＮに設定し、空気を前記タンクに流すことによって、前記３ポートシリンダアクチュエータの底部側の空気を除去し、前記ピストンを制御して前記３ポートシリンダアクチュエータの底部側に移動させ、前記底部ポートの前記第１の作動弁をＯＦＦに設定し、前記排気ポートの前記排気弁を開くためにＯＮに設定し、前記ロッドポートの前記第２の作動弁をＯＮに設定し、空気を前記タンクに流すことによって、前記３ポートシリンダアクチュエータのロッド側の空気を除去する液圧駆動システム。

また、本発明は、ピストンを有する４ポートシリンダアクチュエータと、第１の作動弁と第２の作動弁とを含む少なくとも２つの作動弁と、第１の排気弁と第２の排気弁とを含む２つの排気弁と、流体を貯留するタンクと、前記タンクから前記作動弁に前記流体を供給するモータポンプと、前記作動弁および前記排気弁の全ての弁と前記モータポンプを制御する制御装置と、を含む液圧駆動システムであって、前記第１の作動弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータの底部ポートに接続され、前記第２の作動弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータのロッドポートに接続され、前記第１の排気弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータの第１の排気ポートに接続され、前記第２の排気弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータの第２の排気ポートに接続され、前記ロッドポートと前記底部ポートの位置は前記４ポートシリンダアクチュエータの各端部にあり、前記第１の排気ポートと前記第２の排気ポートの位置は前記ロッドポートと前記底部ポートの間の任意の位置にあり、前記作動弁および前記排気弁をＯＮに設定し、前記底部ポートおよび前記ロッドポートから各排気ポートに空気を流すことによって、底部側およびロッド側の両方の空気を除去する液圧駆動システム。

本発明によれば、任意のシリンダアクチュエータの姿勢や位置においても自動操作が可能でありながら、流体中の空気を自動的に除去することができる液圧駆動システムを実現することができる。

これにより、液圧駆動システムを用いたロボットやマニピュレータの信頼性及び稼働率を向上することが可能となる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。 実施例２に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。 実施例３に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。 実施例４に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。 実施例５に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。 実施例６に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。 実施例７に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。 実施例８に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。 実施例９に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。 実施例１０に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。 実施例１１に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

また、以下の説明は、提案する実施形態の例示であり、特許請求の範囲を限定するものではない。また、空気除去方法の動作原理も、当業者が実施することを可能にするために提供される例であり、記載された請求項に限定されない。本開示では、気泡、ガス、または小さな固形物などの油圧システムに閉じ込められた異物を空気と呼ぶ。

図１を参照して、本発明の実施例１に係る液圧駆動システムについて説明する。

本発明の実施例１の主要な構成を図１に示す。本実施例は、第１のポートである底部ポート１１を底部ホース２１に接続し、第２のポートであるロッドポート１２をロッドホース２２に接続し、第３のポートである排気ポート１３を排気ホース２３に接続する３ポートシリンダアクチュエータ１によって構成される。底部ホース２１は、作動弁（双方向弁）３１に接続され、ロッドホース２２は、作動弁（双方向弁）３２に接続される。排気ホース２３は、排気弁（一方向弁）３３に接続され、排気弁（一方向弁）３３はそれをタンク８に接続する。

モータポンプ７は、タンク８から各作動弁３１，３２に流体を供給するとともに、各作動弁３１，３２をタンク８に接続して、流体が底部ポート１１からタンク８に、またはロッドポート１２からタンク８に流れることができるようにする。換言すれば、作動弁３１，３２の各々は、一種の双方向弁である。制御装置１００を使用して、すべての弁３１，３２，３３の信号を制御し、それに応じてモータポンプ７を作動させる。

一般に、ロッドポート１２及び底部ポート１１は、同じ側または反対側のいずれかで、シリンダの各端部に構成される。ここで、排気ポート１３は、ロッドポート１２と底部ポート１１の位置の間のどこにでも、同じ側または反対側に設置することができる。図１の例では、ロッドポート１２と底部ポート１１がシリンダの各端部で同じ側に構成され、排気ポート１３が反対側に構成されていることを示している。

作動弁３１，３２を制御してピストン１５を移動させることによって空気が除去され、流体が底部ポート１１から排気ポート１３へ、またはロッドポート１２から排気ポート１３へ流れる。例えば、作動弁３１は、モータポンプ７によって供給される流体を底部ポート１１に接続するようにＯＮ（ポンプ）に設定され、作動弁３２は、ロッドポート１２をタンク８に接続するようにＯＮ（タンク）に設定され、排気弁３３はＯＦＦに設定される。この状態で、ピストン１５が端部に達するまで、ピストン１５はシリンダのロッド側に移動する。

次に、作動弁３２をＯＦＦに設定し、排気弁３３をＯＮ（タンク）に設定して、空気２００を含む流体が底部ポート１１から排気ポート１３に流れてタンク８に到達するようにする。その後、同様の手順でロッド側の空気２００を除去することができる。先ずピストン１５を底部側に移動させ、作動弁３１を底部側でＯＦＦにしてピストン１５の動きを止めることによって、空気２００を含む流体をロッドポート１２から排気ポート１３に流すことができる。

ピストン１５をロッド側または底部側のいずれかに移動させる場合、必ずしも３ポートシリンダアクチュエータ１の端まで移動させる必要はない。排気ポート１３の位置に応じて、作動弁３１，３２の開時間でピストン１５の位置を決定することができる。従って、ピストン１５を移動させて排気ポート１３の左側または右側付近で停止させるまでの時間を短縮することができる。また、底部ポート１１から排気ポート１３へ、またはロッドポート１２から排気ポート１３への空気を除去する順序は、いずれも本開示に含まれる。

本実施例の液圧駆動システム及びその空気除去方法は、直接接触できる用途または遠隔用途に適用可能である。直接接触できる用途とは、すべての構成要素が人間／オペレータによって直接接触できることを意味し、遠隔用途とは、構成要素のいくつかが人間／オペレータ側の近くに配置され、他の構成要素が遠隔側に配置されることを意味する。

例えば、遠隔用途では、通常、少なくとも３ポートシリンダアクチュエータ１が作業のために遠隔側に配置され、それが長いホース２１，２２，２３によって接続され、他の構成要素はオペレータ側に配置される。３ポートシリンダアクチュエータ１及び排気弁３３が遠隔側に配置される、すべての弁３１，３２，３３が遠隔側に配置される、または制御装置１００を除くすべての構成要素が遠隔側に配置されるなど、他の可能な構成要素の配置も本開示に含まれる。

図１では、供給用の流体は、除去用の流体と同じタンク８に溜められる。しかしながら、必ずしもそうである必要はなく、供給流体用と除去流体用のタンク８を分離することが可能である。除去された流体は、同じタンク８に戻す前に、最初に濾過することができる。また、環境や流体の種類によっては、空気をタンク８に戻すのではなく、直接環境に排出することもできる。例えば、作動流体が水で、油圧アクチュエータの用途が深海作業の場合、流体と空気が環境に除去されても問題は生じない。また、タンク８と同様に、流体として海水を使用することも可能である。

流体を供給するために、モータポンプ７のみが使用されることが記載されているが、これに限定されるものではない。モータポンプ７が安定した流体圧力または流体の流れを供給するのを助けることができるリリーフ弁、レギュレータ、逆止弁、または他の構成要素などを追加することも可能である。また、作動弁３１，３２のそれぞれは、３ポート構造の単一弁に限定されるものではなく、２つの一方向弁を組み合わせて、３ポート双方向弁として機能するように構成することもできる。排気弁３３もまた、一方向弁タイプに限定されず、流体を流通させたり停止させたりできる任意のＯＮ－ＯＦＦ弁であっても良い。

システム構成は、１つの３ポートシリンダアクチュエータ１のみに限らず、複数の３ポートシリンダアクチュエータシステムの構成も可能である。構成の一例は、タンク８を除くすべての構成要素を複数化することである。単一のタンク８と単一のモータポンプ７を使用して、複数の弁及びシリンダアクチュエータを接続することも可能である。

この主要な構成により、シリンダ本体が任意の姿勢に設定されていても、排気ポート１３とピストン位置を利用して、液圧駆動式シリンダアクチュエータシステム内に閉じ込められた空気を除去することができる。

図２を参照して、本発明の実施例２に係る液圧駆動システムについて説明する。

排気ポート１３と、ロッドポート１２または底部ポート１１のいずれかから離れたある位置にまだ閉じ込められている可能性のある空気の空気除去性能を改善するために、排気ポート配置構成が提供される。ロッドポート１２と底部ポート１１は、３ポートシリンダアクチュエータ１の同じ側で、かつ端部にあるように構成されており、排気ポート１３は、ロッドポート１２及び底部ポート１１の両者とは反対側にあるように構成されている。排気ポート１３も、３ポートシリンダアクチュエータ１の端部ではなく、その一方に非常に近接して配置されている。例えば、排気ポート１３は、少なくともピストン１５の幅サイズと同じくらいの水平変位のオフセットで、底部ポート１１の反対側に配置される。排気ポート１３を、底部ポート１１またはロッドポート１２の近くに配置する決定は、システムの主な用途に応じて適合させることができる。

空気除去のプロセスは、実施例１の基本的な主要構成と同様である。しかし、底部側の空気を除去する場合、ピストン１５の幅の約２倍の長さだけピストン１５をロッド側に移動させるだけで良い。こうすることで、底部ポート１１と排気ポート１３とが非常に近い位置にあるため、３ポートシリンダアクチュエータ１の底部側に滞留する空気を大幅に低減することが期待できる。また、ロッド側から先に空気を抜き、その後底部側で空気を抜くことが推奨される。これにより、ピストン１５の特定の長さの移動が、ロッド側での空気の減少による特定のバルブ開時間によって、より効果的に制御できるようになる。

３ポートシリンダアクチュエータ１が、作動のためにホース２１，２２によって接続された遠隔側にあると考える。排気ポート１３に接続された排気弁３３が人間／オペレータ側に配置される場合、ホース２３は、システムに沿って延びるホース２１，２２，２３の合計数を追加することになる。アプリケーションによっては、遠隔アプリケーションのホースの総数を減らす必要がある。例えば、排気弁３３を３ポートシリンダアクチュエータ１に直接取り付けるか、タンク８の近くにないシリンダアクチュエータシステムの近くに配置することにより、必要なホースの数を減らすことができる。排気弁３３には、細い配線で制御できる電磁開閉弁を用いることができる。流体は、環境に排出することができる。この構成により、ホースの総数を減らすことができるとともに、システムに沿って延びるホースとケーブルを組み合わせた合計の長さを減らすことができる。

図３を参照して、本発明の実施例３に係る液圧駆動システムについて説明する。

図３に示すように、排気ポート１３の排気弁３３を双方向弁タイプに変更することにより、空気除去性能をさらに向上させることができる。この構成を用いて、所定の時間に前後などのパターン化された移動コマンドで流体を移動できるため、シリンダまたはホースの端部に閉じ込められた空気を擦る粘性力が発生する。摩擦運動をピストン１５の運動と組み合わせて、流体の粘性力をさらに増加させることもできる。

例えば、底部側の空気を抜く場合は、まずピストン１５をロッド側に移動させる。次に、ロッド側の作動弁３２をＯＦＦに設定する。その後、作動弁３１をＯＮ（ポンプ）、排気弁３５をＯＮ（タンク）に設定し、流体が底部ポート１１から排気ポート１３に流れるようにする。ある一定期間、作動弁３１と排気弁３５の向きを変えて、流体が排気ポート１３から底部ポート１１に流れるようにする。

所定の期間におけるこの切り替え制御により、パターン化された流体の動きを作り出す。同様に、弁を適切に制御することにより、ロッド側の空気を除去することができる。

空気除去性能をさらに向上させるためには、ピストン１５を排気ポート１３から右または左の正確な位置に設定することが好ましい。開弁時間によるピストン位置の特性は、シリンダロッド１６の先端に負荷がない場合にのみ機能する。

ロッド側または底部側のいずれかに流量センサを追加することにより、流体量をより正確に検出することができ、その情報を使用してピストン１５の位置を推定することができる。流量センサは、従来の流量センサに限定されるものではなく、流体の動きの量またはピストンの動きのいずれかを測定することができる任意の他のセンサであっても良い。このようなセンサの例は、ピストン１５に配置されたリニアエンコーダセンサであるか、または、ピストンにリニアエンコーダセンサが取り付けられた別のシリンダである場合は、流体の量をピストンの変位とシリンダの直径から計算することができる。

図４を参照して、本発明の実施例４に係る液圧駆動システムについて説明する。

本開示の実施例１（図１）は、単一のシリンダアクチュエータシステムだけでなく、複数のシリンダアクチュエータシステムにも適用可能である。図４は、モータポンプ７を増やすことなく、ピストンを初期位置に戻すことができる複数のシリンダアクチュエータのための空気除去方法を可能にする構成を示している。この図において、モータポンプ７の出力に圧力センサ５３を追加することは、異なる各３ポートシリンダアクチュエータ１ａ，１ｂの作動状態を保存するために有用であり、その結果、ピストン１５ａ，１５ｂは空気除去プロセスの後に初期位置に戻ることができる。

複数のシリンダアクチュエータのための空気除去プロセスの間、各シリンダは互いに任意の姿勢をとることができる。３ポートシリンダアクチュエータ１ａの空気を抜く場合は、３ポートシリンダアクチュエータ１ｂの作動弁３１ｂ，３２ｂと排気弁３３ｂ、その他のシリンダをＯＦＦに設定する。３ポートシリンダアクチュエータ１ａの底部側圧力を圧力センサ５１ａで検出してＰ１ａとし、モータポンプ7の圧力をその値に設定する。この値を３ポートシリンダアクチュエータ１ａの圧力状態として保存する。ロッドポート１２ａの近くまたは底部ポート１１ａの近くのピストン１５ａの位置の状態は、流量センサ４１ａの値から検出することができる。ピストン１５ａの位置がわかれば、３ポートシリンダアクチュエータ１ａのピストン１５ａを動かさずに、その側から実施例１と同様の空気除去処理を行うことができる。

反対側の空気の除去については、ピストン１５ａは流量センサ４１ａからのフィードバックにより最小限の動きで移動することができ、空気除去のプロセスも同様であるが、同じ圧力Ｐ１ａを使用する。両側の空気抜きを行った後、３ポートシリンダアクチュエータ１ａを初期位置に戻すことができる。最初のシリンダ（３ポートシリンダアクチュエータ１ａ）が完了した後、次のシリンダアクチュエータ（３ポートシリンダアクチュエータ１ｂ）の空気除去を進めることができる。

図５を参照して、本発明の実施例５に係る液圧駆動システムについて説明する。

複数のシリンダアクチュエータでの空気除去能力をさらに向上させるために、リリーフバルブをシリンダアクチュエータの各セットに追加することができる。

図５に示すようにリリーフ弁６１ａ，６１ｂを追加し、リリーフ弁上限圧力を、底部ポート１１ａ，１１ｂまたはロッドポート１２ａ，１２ｂ付近に取り付けられている圧力センサ５１ａ，５１ｂと等しくなるように設定することにより、すべてのシリンダアクチュエータに対して同時に空気除去を行うことができる。プロセスは同時であるが、各シリンダの初期状態は異なるため、必ずしもすべてのシリンダで同時に完了するとは限らない。

図６を参照して、本発明の実施例６に係る液圧駆動システムについて説明する。

基本的な構成は、実施例１と同様であるが、シリンダアクチュエータは４ポートシリンダアクチュエータ２を使用しており、排気ポート１３，１４は、底部ポート１１とロッドポート１２との間の任意の位置に配置されている。排気ポート１３，１４は、それぞれ排気弁３３，３４によって制御される。このような構成により、ピストン１５がロッドポート１２と底部ポート１１との間の任意の位置にあるとき、底部ポート１１から排気ポート１３に流すように作動弁３１を切り替え、ロッドポート１２から排気ポート１４に流すように作動弁３２を切り換えることにより、ロッド側及び底部側の双方において空気を同時に除去することができる。

なお、実施例３（図３）と同様に、排気弁３３，３４に双方向弁タイプを用いることも可能である。

図７を参照して、本発明の実施例７に係る液圧駆動システムについて説明する。

空気除去能力をさらに向上させるために、排気ポート１３，１４は、それぞれのロッドポート１２及び底部ポート１１から正確に反対の位置に配置される。この配置により、空気は直接排気ポート１３，１４に直進的に移動することができると予想される。

４ポートシリンダアクチュエータ２を用いた実施例６及び実施例７は、底部側から、または、ロッド側から空気除去プロセスを順次実行することによってさらに改善される。一方の側、例えばロッド側で空気除去を行う場合、ピストン１５は最初にロッドポート１２の端部に非常に近い位置に移動し、その結果、流体はロッドポート１２から排気ポート１４への直線経路を流れることができる。ロッド側で流体を流した後、最初にピストン１５を底部ポート１１の端部に非常に近い位置に移動することによって、底部側で同じ動作が行われる。

ピストン１５をロッドポート１２の端部に非常に近い位置に移動させる方法の１つは、最初に両方の排気弁（電磁弁）３３，３４をＯＦＦに設定し、次に作動弁３１をＯＮ（ポンプ）に設定してモータポンプ７を底部ポート１１に接続し、作動弁３２をＯＮ（タンク）に設定してロッドポート１２をタンク８に接続することである。ピストン１５は、ロッドポート１２でシリンダの端部に移動する。この状態で、シリンダの動きの特性に基づいた非常に短い時間において、モータポンプ７をロッドポート１２に接続するように作動弁３２を設定し、タンク８に接続するように作動弁３１を設定することによって、流体の動きを少量で逆転させることができる。

排気ポート用の排気弁３３，３４は人間／オペレータ側に配置されるため、ホース２３，２４を追加するとホース２１，２２，２３，２４の総数が増加することになる。排気弁３３，３４を４ポートシリンダアクチュエータ２に直接取り付け、空気を環境へ除去することにより、必要なホースの数を減らすことができる。排気弁３３，３４には、細い配線で制御される電磁開閉弁タイプを使用することができる。

実施例６及び実施例７（図６及び図７）の基本構成は、排気ポート１３，１４の排気弁３３，３４を一方向電磁弁タイプから双方向弁タイプに変更することにより、更に改善される。この構成を使用すると、流体はパターン化された移動コマンドで移動できるため、システム内のいずれかに閉じ込められた空気を擦る粘性力が生成される。パターン化された動作の例としては、排気弁３３と作動弁（双方向弁）３１を制御して、流体を排気ポート１３から底部ポート１１にｔ１時間流した後、排気弁３３と作動弁（双方向弁）３１を制御して、流体を底部ポート１１から排気ポート１３にｔ２時間流すような動作が挙げられる。ここで、ｔ１＜ｔ２であり、従って、時間ｔ３後に排気ポート１３から空気が除去されるようになる、流体移動のパルス状のパターンを生成する。

ピストン１５を移動させるプロセスは、短時間で弁を制御するだけでなく、ピストン位置をより正確に調整するために、ロッド側または底部側のいずれかに流量センサを追加することによって改善することができる。ピストン１５を排気ポート１３または１４に非常に近い位置に配置できる場合、流体は直線運動で移動することが期待でき、空気がシリンダ内に閉じ込められるのを防ぐことができる。

さらにシリンダのロッド側または底部側のいずれかに圧力センサを追加し、モータポンプ７に圧力センサを１つ追加することにより、複数シリンダシステムの空気除去能力を向上させることができる。空気を除去し、ピストン１５を初期位置に戻すプロセスは、特にロッド側と底部側の空気を順次除去する場合、実施例１と同様である。また、この構成ではピストン初期位置を移動させることなく、ロッド側と底部側の両方で同時に空気を除去することができる。

図８を参照して、本発明の実施例８に係る液圧駆動システムについて説明する。

実施例７（図７）のシステムのホース２１，２２，２３，２４の総数を減らすために、単一の双方向タイプの排気弁３７を用いてロッド側及び底部側の両方の空気をタンク８に除去することも可能である。一方の作動弁（例えば作動弁３１）をＯＦＦに設定し、もう一方の側の作動弁（例えば作動弁３２）とその排気弁３７に流体を流すことにより、空気が順次除去される。空気を除去する際に、ピストンの位置が動かないように保つか、またはピストン１５を各排気ポート１３，１４にできるだけ近い位置で最初に停止させることによって、ピストンの位置を維持することができる。環境によっては、タンク８の代わりに、空気と流体を環境に除去することも可能である。

図９を参照して、本発明の実施例９に係る液圧駆動システムについて説明する。

環境へ空気を除去せずにホースの総数をさらに減らすには、一方向タイプの排気弁３８を使用し、その単一の弁のポートを４ポートシリンダアクチュエータ２の排気ポート１３，１４の両方に接続する。この構成では、両側の空気を同時に除去することができるが、プロセス中にピストン１５を一定に保つことはできない。 このため、ピストン１５を反対側に戻すプロセスを繰り返す必要がある。

空気除去方法の例は以下の通りである。先ず、ピストン１５を底部ポート１１のシリンダの端部に移動させる。次に、排気弁３８をＯＮ、作動弁３１をＯＮ（ポンプ）、作動弁３２をＯＮ（タンク）に設定することにより、流体は底部ポート１１から排気ポート１３へ移動するとともに、排気ポート１４からロッドポート１２へ移動し、両側の空気は、排気弁のより少ない構成要素で同時に除去される。しかしながら、圧力差から、ピストン１５は、ロッドポート１２において、シリンダの端部までゆっくりと移動することが予想される。従って、ピストン１５がロッドポート１２に到達した後、排気弁３８はＯＦＦに設定され、ピストン１５は通常の動作で底部ポート１１に戻される。その後、空気除去プロセスを繰り返すことができる。

この構成は、シリンダアクチュエータからその作動弁制御装置までの構成要素のセットを増やすことにより、複数のシリンダアクチュエータシステムで空気を除去することもできる。シリンダアクチュエータ毎に順次空気抜きを行うことで、プロセスも同様となる。

この構成は、ロッド側と底部側の両方に流量センサを追加することによってさらに改善される。ピストン１５は、最初に底部ポート１１でシリンダの端部に設定される。そして、作動弁３１をＯＮ（ポンプ）に設定し、作動弁３２をＯＮ（タンク）に設定し、排気弁３８をＯＮに設定することによって、流体は底部ポート１１から排気ポート１３へ、排気ポート１４からロッドポート１２へ流れる。この場合、ピストン１５も一緒にロッド側に移動する。ピストン１５がロッドポート１２でシリンダの端部に到達した後、流量センサ４１のデータから流体量が保存される。ピストン１５は、排気弁３８をＯＦＦに切り替えることによって、底部ポート１１でシリンダの別の端部に戻り、同時に流量センサ４２からの流体体積の量を保存する。体積データの違いにより、空気がタンク８に完全に除去されるまでプロセスを繰り返す係数の数が決まる。

この構成では、順次及び同時の両方の空気除去を行うことができる。例えば、同時プロセスの場合、最初にすべてのシリンダのピストンを底部側に移動させてから、空気除去プロセスを実行する。シリンダの初期姿勢やロッドでの負荷はシリンダ毎に異なるため、各ピストンのロッド側に到達するタイミングが異なる。ロッド側に到達するタイミングは、各シリンダセットの各対の流量センサ４１，４２によってモニタされる。ピストン１５がロッド側に到達していることを示す流量センサデータの場合、ピストン１５が底部側に戻るように、それらのそれぞれの作動弁３１，３２が制御され、一方、別のシリンダの他の作動弁は、正常に移動し続ける。この構成により、ピストンの動きが各シリンダで常に同じであるとは限らない場合でも、空気を同時に除去することができる。

図１０を参照して、本発明の実施例１０に係る液圧駆動システムについて説明する。

一般に、システムで使用されるチューブ（ホース）はゴム材料で作られているため、圧力が加えられたときに内部が一定の割合で膨張することができる。この内部ホースの膨張により、少量の流体移動の生成と推定が不正確になる可能性がある。システム内のシリンダの姿勢、モータポンプ７から与えられる同じ圧力の大きさで、両側のピストン１５のプレートの異なる面積によって生じる油圧差によって、少量の測定値の不一致がさらに増加することになる。精度を向上させるためには、ロッド側に流量センサ４２と圧力センサ５２を追加し、制御装置１０９によってすべて制御され、ロッド側及び底部側での圧力を別々に調整することができるリリーフ弁６１，６２を追加する必要がある。

本実施例では、チューブの内部膨張を利用することによる空気除去のプロセスが考慮される。ロッド側の空気を抜くには、先ずピストン１５をロッドポート１２の４ポートシリンダアクチュエータ２の端部まで移動させる。ピストン１５が完全に停止し、底部側に圧力変化がなくなった後、圧力センサ５１のデータから流体圧力Ｐ１を保存する。そして、作動弁３１と排気弁３５をＯＦＦに設定して、底部側での流体の移動をなくす。その後、シリンダロッド１６に接続された負荷の重量がピストン１５を底部側に押して、内部ホース（底部ホース２１及び排気ホース２３）を圧力Ｐ１’で平衡に達するまで膨張させる。次に、リリーフ弁６１がＰ１’で圧力を調整できるように調整され、ピストンはロッドポート１２でシリンダの端部に到達するまで再び移動する。

第２に、リリーフ弁６２の限界圧力をＰ１’に設定することにより、ピストン１５が少量の流体変位で移動する。作動弁３１及び排気弁３５をＯＦＦ位置にする代わりに、作動弁３１及び排気弁３５をＯＮに設定して、ホースの内部膨張なしで底部側の圧力をＰ１’で一定に保つことができる。ロッド側の圧力は、流量センサ４２が動き始めるまでリリーフ弁６２のリミットを制御することによって、徐々に上昇する。この圧力は、圧力センサ５２によってモニタされ、Ｐ２として保存される。

最後に、ロッド側の空気を抜いた後、底部側の圧力をＰ１’以下にして底部側の空気を抜く。ピストン１５が底部ポート１１でシリンダの端部に到達した後、リリーフ弁６１の圧力限界をＰ１’より上まで徐々に増加させることによって、少量の流体置換が行われる。流量センサ４１が流体の移動を検出した後、プロセスは完了する。これらのプロセスにより、シリンダシステムのランダムな姿勢でも、より精度の高い空気除去方法を実行することができる。

図１１を参照して、本発明の実施例１１に係る液圧駆動システムについて説明する。

両側のリリーフ弁を利用することによって、ピストン１５の位置を移動させずに、同時に両側の空気除去能力をさらに向上させることができる。このプロセスは以下のように考えられる。すべての弁をＯＦＦに設定することによってピストン１５ａが停止されると、ロッド側５２ａまたは底部側５１ａのいずれかで検出される圧力データは、チューブ（ホース）の膨張状態を含んでいる。両側の流量センサ４１ａ，４２ａのデータもまた、ピストンの初期位置を決定し、例えば、その差は定数パラメータＱｄとして設定される。これらの圧力はピストンを安定に維持するために必要であるため、リリーフ弁６１，６２は、圧力センサ５１ａ，５２ａから得られる圧力限界によって設定される。その後、弁３１ａ，３２ａをＯＮ（ポンプ）に設定し、弁３５ａ，３６ａをＯＮ（タンク）に設定して、流体が底部ポート１１ａから排気ポート１３ａへ流れ、ロッドポート１２ａから排気ポート１４ａへ流れるようにする。この空気除去プロセスの間、ピストン１５ａが動かないようにリリーフ弁６１，６２の圧力限界を調整することによって、底部側からの流れである全流体からロッド側からの流れである全流体を差し引いた値がＱｄとして一定に維持される。

最後に、本実施例は、複数のシリンダアクチュエータシステムにも使用することができる。圧力センサから、流量センサ、弁、リリーフ弁に至るまで、各シリンダに構成要素を均等に持たせることで、すべてのシリンダの空気除去を同時に行うことができる。さらに、図１１に示すように、空気抜きを順次行うことにより、すべてのシリンダアクチュエータに対して２つのリリーフ弁６１，６２のみを使用することも可能である。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１，１ａ，１ｂ：３ポートシリンダアクチュエータ
２，２ａ，２ｂ：４ポートシリンダアクチュエータ
７：モータポンプ
８：タンク
１１，１１ａ，１１ｂ：底部ポート
１２，１２ａ，１２ｂ：ロッドポート
１３，１３ａ，１３ｂ，１４，１４ａ，１４ｂ：排気ポート
１５，１５ａ，１５ｂ：ピストン
１６，１６ａ，１６ｂ：シリンダロッド
２１：底部ホース
２２：ロッドホース
２３，２４，２５：排気ホース
３１，３１ａ，３１ｂ，３２，３２ａ，３２ｂ：作動弁（双方向弁）
３３，３３ａ，３３ｂ，３４，３５，３５ａ，３５ｂ，３６，３６ａ，３６ｂ，３７，３８：排気弁
４１，４１ａ，４１ｂ，４２，４２ａ，４２ｂ：流量センサ
５１，５１ａ，５１ｂ，５２，５２ａ，５２ｂ，５３：圧力センサ
６１，６１ａ，６１ｂ，６２：リリーフ弁
１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０：制御装置
２００：空気または異物

Claims (21)

1. ピストンを有する３ポートシリンダアクチュエータと、
   第１の作動弁と第２の作動弁とを含む少なくとも２つの作動弁と、
   排気弁と、
   流体を貯留するタンクと、
   前記タンクから前記作動弁に前記流体を供給するモータポンプと、
   前記作動弁および前記排気弁の全ての弁と前記モータポンプを制御する制御装置と、
   を含む液圧駆動システムであって、
   前記第１の作動弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータの底部ポートに接続され、前記第２の作動弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータのロッドポートに接続され、前記排気弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータの排気ポートに接続され、
   前記ロッドポートと前記底部ポートの位置は前記３ポートシリンダアクチュエータの各端部にあり、前記排気ポートの位置は前記ロッドポートと前記底部ポートの間の任意の位置にあり、
   前記ピストンを制御して前記３ポートシリンダアクチュエータのロッド側に移動させ、前記ロッドポートの前記第２の作動弁をＯＦＦに設定し、前記排気ポートの前記排気弁を開くためにＯＮに設定し、前記底部ポートの前記第１の作動弁をＯＮに設定し、空気を前記タンクに流すことによって、前記３ポートシリンダアクチュエータの底部側の空気を除去し、
   前記ピストンを制御して前記３ポートシリンダアクチュエータの底部側に移動させ、前記底部ポートの前記第１の作動弁をＯＦＦに設定し、前記排気ポートの前記排気弁を開くためにＯＮに設定し、前記ロッドポートの前記第２の作動弁をＯＮに設定し、空気を前記タンクに流すことによって、前記３ポートシリンダアクチュエータのロッド側の空気を除去する液圧駆動システム。
2. 請求項１に記載の液圧駆動システムであって、
   前記排気ポートの位置は、前記ロッドポートおよび前記底部ポートの両方とは反対側であり、前記ロッドポートまたは前記底部ポートのいずれかから、少なくとも前記ピストンの幅だけ水平方向にオフセットされている液圧駆動システム。
3. 請求項１に記載の液圧駆動システムであって、
   前記排気弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータに取り付けられている液圧駆動システム。
4. 請求項１に記載の液圧駆動システムであって、
   前記排気弁は、一方向弁である液圧駆動システム。
5. 請求項１に記載の液圧駆動システムであって、
   前記排気弁は、双方向弁であり、
   前記ピストンを制御してロッド側に移動させ、前記ロッドポートの前記第２の作動弁をＯＦＦに設定し、前記底部ポートの前記排気弁と前記第１の作動弁を同時にＯＮに設定して、前記底部ポートから前記排気ポートへ前記流体を流し、前記流体の方向を、前記排気ポートから前記底部ポートへ、それ以前の方向よりも短い時間で切り替え、前記底部側から空気が抜けるまで、上記プロセスを繰り返すことで、前記３ポートシリンダアクチュエータの底部側の空気を除去し、
   前記ピストンを制御して底部側に移動させ、前記底部ポートの前記第１の作動弁をＯＦＦに設定し、前記ロッドポートの前記排気弁と前記第２の作動弁を同時にＯＮに設定して、前記ロッドポートから前記排気ポートへ前記流体を流し、前記流体の方向を、前記排気ポートから前記ロッドポートへ、それ以前の方向よりも短い時間で切り替え、前記ロッド側から空気が抜けるまで、上記プロセスを繰り返すことで、前記３ポートシリンダアクチュエータのロッド側の空気を除去する液圧駆動システム。
6. 請求項１に記載の液圧駆動システムであって、
   前記ロッド側または前記底部側のいずれかで前記流体の流れまたは流体量を検出する流量センサをさらに含む液圧駆動システム。
7. 請求項６に記載の液圧駆動システムであって、
   ロッド側または底部側のいずれかの圧力を検出する第１の圧力センサと、
   前記モータポンプ側の圧力を検出する第２の圧力センサと、
   ３ポートシリンダアクチュエータ、作動弁、排気弁、流量センサ、および圧力センサを少なくとも２セットさらに含み、
   前記３ポートシリンダアクチュエータ、前記作動弁、前記排気弁、前記流量センサ、および前記圧力センサの第１のセットにおける構成は、第２のセットにおける構成と同じであり、
   前記圧力センサと前記流量センサによりシリンダの初期圧力状態とピストン位置を読み取り、前記ピストンを前記排気ポートに近い位置に移動させ、ロッド側または底部側のいずれかで空気除去を行い、前記ピストンを反対側への短い移動によって移動させ、別の側の空気除去を行い、すべての作動弁をＯＦＦに設定し、前記モータポンプ側の圧力センサからのフィードバックにより、前記モータポンプの圧力を最初に保存された圧力状態に制御し、ロッド側または底部側の圧力センサと流量センサによって保存された初期位置に前記ピストンが戻るように前記作動弁を開くことで、第１のシリンダ内の空気を除去し、
   第２のシリンダ内の空気を、各構成要素のセンサ状態を制御および読み取ることによって、前記第１のシリンダと同様のプロセスで除去する液圧駆動システム。
8. 請求項６に記載の液圧駆動システムであって、
   ロッド側または底部側のいずれかの圧力を検出する第１の圧力センサと、
   モータポンプ側のリリーフ弁と、
   ３ポートシリンダアクチュエータ、作動弁、排気弁、リリーフ弁、流量センサ、および圧力センサを少なくとも２セットさらに含み、
   前記３ポートシリンダアクチュエータ、前記作動弁、前記排気弁、前記リリーフ弁、前記流量センサ、および前記圧力センサの第１のセットにおける構成は、第２のセットにおける構成と同じであり、
   各リリーフ弁上限圧力を、前記３ポートシリンダアクチュエータの前記ロッドポートまたは前記底部ポートの各々からの圧力センサデータに設定することによって、すべての３ポートシリンダアクチュエータの両側の空気を同時に除去する液圧駆動システム。
9. ピストンを有する４ポートシリンダアクチュエータと、
   第１の作動弁と第２の作動弁とを含む少なくとも２つの作動弁と、
   第１の排気弁と第２の排気弁とを含む２つの排気弁と、
   流体を貯留するタンクと、
   前記タンクから前記作動弁に前記流体を供給するモータポンプと、
   前記作動弁および前記排気弁の全ての弁と前記モータポンプを制御する制御装置と、
   を含む液圧駆動システムであって、
   前記第１の作動弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータの底部ポートに接続され、前記第２の作動弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータのロッドポートに接続され、前記第１の排気弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータの第１の排気ポートに接続され、前記第２の排気弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータの第２の排気ポートに接続され、
   前記ロッドポートと前記底部ポートの位置は前記４ポートシリンダアクチュエータの各端部にあり、前記第１の排気ポートと前記第２の排気ポートの位置は前記ロッドポートと前記底部ポートの間の任意の位置にあり、
   前記作動弁および前記排気弁をＯＮに設定し、前記底部ポートおよび前記ロッドポートから各排気ポートに空気を流すことによって、底部側およびロッド側の両方の空気を除去する液圧駆動システム。
10. 請求項９に記載の液圧駆動システムであって、
    各排気ポートの位置は、それぞれのロッドポートまたは底部ポートから正確に反対側である液圧駆動システム。
11. 請求項９に記載の液圧駆動システムであって、
    前記排気弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータに取り付けられている液圧駆動システム。
12. 請求項９に記載の液圧駆動システムであって、
    前記排気弁の各々は、一方向弁である液圧駆動システム。
13. 請求項９に記載の液圧駆動システムであって、
    １つの双方向弁が２つの排気弁として用いられ、
    前記４ポートシリンダアクチュエータの第１の排気ポートが前記双方向弁の第１のポートに接続され、前記４ポートシリンダアクチュエータの第２の排気ポートが前記双方向弁の第２のポートに接続され、前記双方向弁の第３のポートが前記タンクに接続される液圧駆動システム。
14. 請求項９に記載の液圧駆動システムであって、
    １つの一方向弁が２つの排気弁として用いられ、
    前記４ポートシリンダアクチュエータの第１の排気ポートが前記一方向弁の第１のポートに接続され、前記４ポートシリンダアクチュエータの第２の排気ポートが前記一方向弁の第２のポートに接続される液圧駆動システム。
15. 請求項９に記載の液圧駆動システムであって、
    ２つの排気弁の各々は、双方向弁であり、
    前記作動弁と前記排気弁をＯＮに設定し、前記底部ポートおよび前記ロッドポートから各排気ポートに空気を流すことで前記底部側と前記ロッド側の両方の空気を除去し、
    前記流体の方向を、前記排気ポートから前記底部ポートおよび前記ロッドポートの各々へ、それ以前の方向よりも短い時間で切り替え、
    前記底部側および前記ロッド側の両方から空気が抜けるまで、上記プロセスを繰り返す液圧駆動システム。
16. 請求項９に記載の液圧駆動システムであって、
    前記ロッド側または前記底部側のいずれかで前記流体の流れまたは流体量を検出する流量センサをさらに含む液圧駆動システム。
17. 請求項１４に記載の液圧駆動システムであって、
    前記ロッド側および前記底部側の両方で前記流体の流れまたは流体量を検出する流量センサをさらに含む液圧駆動システム。
18. 請求項１７に記載の液圧駆動システムであって、
    ４ポートシリンダアクチュエータ、作動弁、排気弁、および流量センサを少なくとも２セットさらに含み、
    前記４ポートシリンダアクチュエータ、前記作動弁、前記排気弁、および前記流量センサの第１のセットにおける構成は、第２のセットにおける構成と同じであり、
    すべての４ポートシリンダアクチュエータの両側の空気は、最初にすべてのピストンを底部ポートにできるだけ近づけるように制御することによって除去され、
    前記排気弁をＯＮに設定して両方の排気ポートを開いて接続し、各流量センサから前記ピストンの位置を検出しながら、前記作動弁を制御して前記底部ポートから前記ロッドポートへ前記流体を流し、
    それぞれの排気弁を閉じて前記ピストン位置を前記底部側の端部付近に戻し、
    前記底部ポートから前記ロッドポートに移動する流体が、システムから空気を除去する計算の一定量を満たすまで、上記プロセスを繰り返す液圧駆動システム。
19. 請求項１６に記載の液圧駆動システムであって、
    ロッド側または底部側のいずれかの圧力を検出する第１の圧力センサと、
    前記モータポンプ側の圧力を検出する第２の圧力センサと、
    ４ポートシリンダアクチュエータ、作動弁、排気弁、流量センサ、および圧力センサを少なくとも２セットさらに含み、
    前記４ポートシリンダアクチュエータ、前記作動弁、前記排気弁、前記流量センサ、および前記圧力センサの第１のセットにおける構成は、第２のセットにおける構成と同じであり、
    前記圧力センサと前記流量センサによりシリンダの初期圧力状態とピストン位置を読み取り、ロッド側またはボトム側のいずれかで空気除去を行い、すべての作動弁をＯＦＦに設定し、前記モータポンプ側の圧力センサからのフィードバックにより、前記モータポンプの圧力を最初に保存された圧力状態に制御し、ロッド側または底部側の圧力センサと流量センサによって保存された初期位置に前記ピストンが戻るように前記作動弁を開くことで、第１のシリンダ内の空気を除去し、
    第２のシリンダ内の空気を、各構成要素のセンサ状態を制御および読み取ることによって、前記第１のシリンダと同様のプロセスで除去する液圧駆動システム。
20. 請求項１６に記載の液圧駆動システムであって、
    前記ロッド側および前記底部側の両方に流量センサと、
    前記ロッド側および前記底部側の両方に圧力センサと、
    前記ロッド側および前記底部側の各々に接続する２つのリリーフ弁と、をさらに含み、
    前記排気ポートは、双方向弁に接続される液圧駆動システム。
21. 請求項２０に記載の液圧駆動システムであって、
    ４ポートシリンダアクチュエータ、作動弁、排気弁、流量センサ、および圧力センサを少なくとも２セットさらに含み、
    前記４ポートシリンダアクチュエータ、前記作動弁、前記排気弁、前記流量センサ、および前記圧力センサの第１のセットにおける構成は、第２のセットにおける構成と同じであり、
    第１のリリーフ弁はすべての４ポートシリンダアクチュエータの底部側に接続され、第２のリリーフ弁はすべての４ポートシリンダアクチュエータのロッド側に接続される液圧駆動システム。

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