JP3883677B2 - 液圧装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、微少な流量で高圧を発生し得る構成簡単な液圧装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、液圧によって液圧シリンダを駆動するには、例えば図6に示すように、駆動源である電動モータ101、この電動モータ101により駆動されて作動液を液圧タンク102から液圧シリンダ103に供給する液圧ポンプ104,液圧ポンプ104と液圧シリンダ103との間に介装された流量制御弁105,方向制御弁106、液圧ポンプ104と液圧タンク102との間に介装された安全弁107、これらを互いに接続する多数の液圧配管を必要としていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の液圧装置にあっては、液圧回路中に方向切換弁や流量制御弁等の液圧部材を必要とし、構成が複雑化して組付け工数が増加し、生産コストが上昇するきらいがあった。
【0004】
また、液圧ポンプに固定容量形ポンプを用いた場合には、液圧シリンダの速度制御には流量制御弁を使用しなければならず、所要量以外の作動液はすべて液圧タンクに戻されるので、作動液の液温が上昇し、通常耐摩耗性向上のために作動液に加えられている添加剤の性能が劣化して液圧部材内部の摺動部の耐摩耗性が損なわれるというおそれがあった。特に、作動液として水を用いた場合には、液圧製品の寿命が著しく低下するという問題点があった。
【0005】
さらに、液圧シリンダのロッド側とヘッド側の面積差から生じる作動液の液面変化等の理由からも大形の液圧タンクが必要となり装置が大形化して設置の自由度が制約される点にも問題があった。
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、構成簡単でコンパクト化が可能であり、いかなる作動液をも用いることができる液圧装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の目的を達成するため、電動モータと、この電動モータの出力軸に減速機を介して結合したボールねじと、このボールねじに、その軸線方向に移動可能に螺合するナット部材と、このナット部材にシリンダロッドの一端を連結された第1の液圧シリンダと、この第1の液圧シリンダのヘッド側とロッド側の面積比に等しい面積比を有する第2の液圧シリンダと、上記第1,第2の液圧シリンダのヘッド側及びロッド側をそれぞれ連通するヘッド側液圧配管及びロッド側液圧配管と、上記電動モータの回転方向,回転速度及び回転トルクを制御可能なコントローラとからなる液圧装置を提供するものである。
【0007】
そして、上記の液圧装置において、電動モータが、サーボモータドライバにより駆動される電動サーボモータであってもよく、上記の電動モータが電磁ブレーキを備えていればさらによい。
【0008】
また、上記の液圧装置において、第2の液圧シリンダは、ヘッド側とロッド側の少なくとも一方にカウンタバランス弁を接続するのが好ましく、ヘッド側とロッド側の少なくとも一方の近傍に圧力センサを、そのシリンダロッドに変位センサをそれぞれ設け、それらのセンサ信号をコントローラにフィードバックすることもできる。
さらに、上記の液圧装置において、第1の液圧シリンダと第2の液圧シリンダとは、互いに一体化することによりヘッド側及びロッド側液圧配管を省略し得るようにすることも可能である。
【0009】
この発明による液圧装置は上記のように構成することにより、コントローラから指令を受けて電動モータが回転し、減速機によって回転トルクを増大したボールねじの回転がナット部材によって直線運動に変換され、ナット部材と一体の第1液圧シリンダのシリンダロッドが伸縮する。第1の液圧シリンダのシリンダロッドが伸縮すると、第1の液圧シリンダのヘッド側及びロッド側を連通したヘッド側及びロッド側を有する第2の液圧シリンダのシリンダロッドが逆方向に伸縮する。
【0010】
ここで、第1,第2の液圧シリンダはヘッド側とロッド側の面積比は同じであるから、第1の液圧シリンダと第2の液圧シリンダの出入りする作動液の流量は等しいのでヘッド側及びロッド側液圧配管中に液圧部材を挿入する必要がない。そして、第2の液圧シリンダのヘッド側ボア径を第1の液圧シリンダのヘッド側ボア径より大きくすることにより、第1の液圧シリンダに発生した推力以上の推力を第2の液圧シリンダに発生させることができる。
また、第1,第2の液圧シリンダは内部の摺動部分がシリンダロッドに取り付けた0リングとシリンダボアの内壁のみであるので、上記の液圧装置の作動液に耐摩耗性の添加剤を含んでいない水を使用することも可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図1は、この発明の第1実施形態を示す液圧回路図である。
【0012】
この液圧装置は、電動モータ1と、この電動モータ1の出力軸1aに減速機2を介して結合したボールねじ3と、そのボールねじ3に回転不能に螺合するナット部材4と、このナット部材4に自由端部を固定したシリンダロッド5aを有し、上記電動モータ1を一体的に固設するとともに、その出力軸1a及びボールねじ3を回転自在に軸支する第1の液圧シリンダ5と、第1の液圧シリンダ5のヘッド側とロッド側の面積比に等しい面積比を有し、そのヘッド側ボア径より大きいヘッド側ボア径を有する第2の液圧シリンダ6と、第1,第2の液圧シリンダ5,6のヘッド側及びロッド側をそれぞれ連通するヘッド側液圧配管7及びロッド側液圧配管8と、上記電動モータ1の回転方向,回転速度及び回転トルクを制御可能なコントローラ9とからなる。
【0013】
以上の構成で、コントローラ9により停止状態にあった電動モータ1を駆動し、減速機2を介してボールねじ3を一方向に回転させ、ナット部材4を図で左方へ直進移動させると、ナット部材4と一体のシリンダロッド5aが左方へ縮む方向に移動する。シリンダロッド5aが縮むことにより、第1の液圧シリンダ5のヘッド側の作動液がヘッド側液圧配管7を通って第2の液圧シリンダ6のヘッド側に流入し、第2の液圧シリンダ6のシリンダロッド6aが伸長する。
【0014】
このとき、第1の液圧シリンダ5のヘッド側で発生した圧力が第2の液圧シリンダ6のヘッド側に伝達され、第2の液圧シリンダ6のヘッド側ボア面積と第1の液圧シリンダ5のヘッド側ボア面積との比率で、シリンダロッド5aの推力がシリンダロッド6aへ伝えられ、シリンダロッド6aに連結された負荷(図示しない)が図で右方へ駆動される。
なお、電動モータ1がシリンダロッド5aを伸長させる方向に回転する場合は、第2のシリンダロッド6aが縮む方向に移動することになる。
【0015】
この第1実施形態によれば、液圧装置を2個の液圧シリンダと2本の液圧配管からなる液圧部材のみで構成することができ、大形の液圧タンクが不要になって液圧装置の小形化が可能になるとともに、液圧シリンダは内部の摺動部分がシリンダロッドに取り付けた0リングとシリンダボア内壁のみであるので、作動液として水を何らの問題なく使用することができる。
【0016】
次に、図2は、この発明の第2実施形態を示す液圧回路図であり、前第1実施形態の電動モータ1をサーボモータドライバ12により駆動される電動サーボモータ11としたものであり、その他の構成は図1と同様である。
この第2実施形態によれば、前第1実施形態の効果に加えて第2の液圧シリンダ6のシリンダロッド6aの速度及び推力を正確に制御することが可能になる。
【0017】
図3は、この発明の第3実施形態を示す液圧回路図であり、第1実施形態における電動モータ1に電磁ブレーキ13を備えるようにした。なお、その他の構成は図1と同様であるが、図2に示すように、電動モータ1にサーボモータドライバ12により駆動される電動サーボモータ11を用いるようにしても差支えない。
このような構成によれば、図示しない負荷を駆動するシリンダロッド6aに所定以外の外力が発生した場合にも、シリンダロッド6aを固定し得て負荷の不用意な動きを防止することができる。
【0018】
また、図4は、この発明の第4実施形態を示す液圧回路図であり、第1,第2の液圧シリンダ5,6のヘッド側及びロッド側をそれぞれ連通させるヘッド側液圧配管7及びロッド側液圧配管8のヘッド側とロッド側近傍に、逆止弁14aとリリーフ弁14bからなるヘッド側カウンタバランス弁14及び逆止弁15aとリリーフ弁15bからなるロッド側カウンタバランス弁15をそれぞれ挿入したものである。その他の構成は図1(又は図2又は図3)と同様である。
【0019】
この第4実施形態によれば、電動モータ1,ボールねじ3,ナット部材4あるいはヘッド側液圧配管7又はロッド側液圧配管8等が破損した場合でも、第2の液圧シリンダ6のシリンダロッド6aの位置を安全に保つことができる。
なお、上記第4実施形態では、第2の液圧シリンダ6のヘッド側及びロッド側の双方の近傍にヘッド側及びロッド側カウンタバランス弁14,15を設けたが、そのいずれか一方の近傍にのみ設けるようにすることもできる。
【0020】
さらに、図5は、この発明の第5実施形態を示す液圧回路図であり、第2の液圧シリンダ6のヘッド側及びロッド側にヘッド側圧力センサ16及びロッド側圧力センサ17を設けるとともに、シリンダロッド6aに変位センサ18を設け、それぞれのセンサ信号をコントローラ9にフィードバックするようにしたものである。その他の構成は図1(乃至図4のいずれか)と同様である。
【0021】
この第5実施形態によれば、個々のセンサ信号と入力信号をコントローラ9で比較,演算し、操作信号を電動モータ1に出力することにより、シリンダロッド6aの推力,位置,速度を正確に制御することができる。
なお、上記第5実施形態においては、第2の液圧シリンダ6のヘッド側及びロッド側にそれぞれヘッド側圧力センサ16及びロッド側圧力センサ17を設けるようにしたが、そのいずれか一方に設けても差支えない。
【0022】
ここで、これらの実施形態において、第1の液圧シリンダ5と第2の液圧シリンダ6を一体化することにより、両シリンダのヘッド側及びロッド側を連通するヘッド側液圧配管7及びロッド側液圧配管8を省略することにより、さらにコンパクトで設置自由度の高い液圧装置を得ることができる。
【0023】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明による液圧装置によれば、きわめて簡単な構成により液圧シリンダを駆動することができる。そして、第1,第2の液圧シリンダは内部の摺動部位が耐摩耗性をそれ程必要としないため、作動液に耐摩耗性の添加剤等を含んでいない通常の水を充分に使用することが可能になる。
【0024】
上記の液圧装置において、電動モータを、サーボモータドライバにより駆動される電動サーボモータとすると、上記の効果に加えて通常の電動モータよりも一層正確に第2の液圧シリンダを駆動することができ、電動モータが電磁ブレーキを備えているようにすると、もし、第2の液圧シリンダのシリンダロッドに不必要な外力が発生した場合でも、シリンダロッドの位置を常に正常な位置に保つことが可能になる。
【0025】
また、上記の液圧装置において、第2の液圧シリンダのヘッド側とロッド側の少なくとも一方の近傍にカウンタバランス弁を接続することにより、液圧回路の一部が破損した場合でも、シリンダロッドの位置を安全に保つことができ、そのヘッド側とロッド側の少なくとも一方に圧力センサを、シリンダロッドに変位センサをそれぞれ設け、それぞれのセンサ信号をコントローラにフィードバックすると、第2の液圧シリンダのシリンダロッドの推力,位置,速度を一層正確に制御することが可能となる。
【0026】
さらに、上記の液圧装置において、第1,第2の液圧シリンダを一体化し、これら両シリンダのヘッド側,ロッド側を連通するヘッド側液圧配管及びロッド側液圧配管を省略することにより、一層コンパクトで設置自由度の高い液圧装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施形態を示す液圧回路図である。
【図2】この発明の第2実施形態を示す液圧回路図である。
【図3】この発明の第3実施形態を示す液圧回路図である。
【図4】この発明の第4実施形態を示す液圧回路図である。
【図5】この発明の第5実施形態を示す液圧回路図である。
【図6】従来の液圧装置の一例を示す液圧回路図である。
【符号の説明】
1:電動モータ 2:減速機
3:ボールねじ 4:ナット部材
5:第1の液圧シリンダ 6:第2の液圧シリンダ
7:ヘッド側液圧配管 8:ロッド側液圧配管
9:コントローラ 11:電動サーボモータ
12:サーボモータドライバ 13:電磁ブレーキ
14:ヘッド側カウンタバランス弁
15:ロッド側カウンタバランス弁
16:ヘッド側圧力センサ 17:ロッド側圧力センサ
18:変位センサ
Claims (6)
- 電動モータと、該電動モータの出力軸に減速機を介して結合したボールねじと、該ボールねじに、その軸線方向に移動可能に螺合するナット部材と、該ナット部材にシリンダロッドの一端を連結された第1の液圧シリンダと、該第1の液圧シリンダのヘッド側とロッド側の面積比に等しい面積比を有する第2の液圧シリンダと、前記第1,第2の液圧シリンダのヘッド側及びロッド側をそれぞれ連通するヘッド側液圧配管及びロッド側液圧配管と、前記電動モータの回転方向,回転速度及び回転トルクを制御可能なコントローラとからなることを特徴とする液圧装置。
- 電動モータが、サーボモータドライバにより駆動される電動サーボモータであることを特徴とする請求項1記載の液圧装置。
- 電動モータが、電磁ブレーキを備えていることを特徴とする請求項1又は2記載の液圧装置。
- 第2の液圧シリンダは、ヘッド側とロッド側の少なくとも一方の近傍にカウンタバランス弁を接続したことを特徴とする請求項1,2,3のいずれか一項記載の液圧装置。
- 第2の液圧シリンダは、そのヘッド側とロッド側の少なくとも一方に圧力センサを、そのシリンダロッドに変位センサをそれぞれ設け、それらのセンサ信号をコントローラにフィードバックするようにしたことを特徴とする請求項1,2,3,4のいずれか一項記載の液圧装置。
- 第1の液圧シリンダと第2の液圧シリンダとは、互いに一体化することによりヘッド側及びロッド側液圧配管を省略し得るようにしたことを特徴とする請求項1,2,3,4,5のいずれか一項記載の液圧装置。
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