JP4183632B2 - 切り替え弁装置および流体圧シリンダ装置 - Google Patents

切り替え弁装置および流体圧シリンダ装置 Download PDF

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Description

本発明は、2つの流路のうち圧力が加えられた一方の流路を閉とするとともにその動作に連動して他方の流路を全開とするように構成された切り替え弁装置、および前記切り替え弁装置を用いた流体圧シリンダ装置に関する。
従来より、プレス機、切削機、成型機、または圧延機などの産業機械装置において、加工機器やワークを所定の位置に移動させるために、複動型の油圧シリンダおよびモータにより回転駆動されるポンプを用いた電気油圧式サーボ機構がしばしば用いられている。そのような油圧式サーボ機構を一体化し且つ小型化した装置を、本出願人は先に特開2002−81402号の流体圧シリンダ装置として提案した(特許文献1)。
図5は流体圧シリンダ装置5の流体回路の例を示す図である。
図5において、流体圧シリンダ装置5は、複動型の油圧シリンダ61、油圧シリンダ61に対して油圧を供給するポンプ57、ポンプ57を駆動するモータ58、タンク59、および切り替え弁装置8などからなる。ポンプ57は、正逆の両方向に回転して吐出可能な双方向ポンプであり、油圧シリンダ61の往動側のポートPT1および復動側のポートPT2に対して油圧を給排する2つの給排ポートPA,PBを備える。
油圧シリンダ61のピストンロッド64の中心に設けられた穴には測長センサ65が挿通され、ピストン63のストローク位置に応じた測長センサ65からの信号によりストローク位置が検出される。
モータ58は、ポンプ57を正方向および逆方向のいずれかに選択的に回転駆動させ、ポンプ57からはその回転方向に応じて給排ポートPA,PBのいずれかに圧力が発生する。
タンク59は、油圧シリンダ61のシリンダ室の有効面積の相違による圧油の過不足、回路の温度などによる容積変化分、および漏れによるロス分などを補う圧油を収容する。
切り替え弁装置8は、図6に示すように、ボディ81内に2つの球状の弁体82,83が収納されており、一方の弁体82が弁座85に当接してタンク59への流路を閉じた場合に、弁体82が導通バー84を押すことによってメカ的に他方の弁体83が開くように構成されている。
流体圧シリンダ装置5は、油圧シリンダ61によって負荷の定位置制御を行う場合において、例えば負荷がその重さによって位置変化を起こすようなときには、測長センサ65からの信号によってポンプ57が、停止、正転、および逆転を繰り返し、負荷を一定の位置に保つ。このときの切り替え弁装置8の動作は、図5における給排ポートPAに圧力が生じた場合には、その圧力により弁体82が開の状態から弁座85に当接して閉となり、弁体83は最も開いた状態となって、タンク59から圧油を給排ポートPBに供給する。給排ポートPBに圧力が生じた場合には、弁体83が弁座86に当接して弁体82が最も開いた状態となり、油圧シリンダ61からの圧油をタンク59に戻す。
流体圧シリンダ装置5は、負荷による荷重の加わり方や設置方向などによって弁体82,83の開状態と閉状態とが切り替わる場合もあれば、いずれも開の状態から一方の弁体が全開となる場合もある。いずれの場合であっても、ポンプ57のわずかな回転によって切り替え弁装置8を即座に応答させることができれば、油圧シリンダ61への圧油の供給が迅速に行われ、負荷の位置制御の精度を向上させることができる。そのためには、弁体82,83の移動距離、つまり、弁が開いた状態における弁体82,83と弁座85,86との隙間の大きさ(以下「弁開度」ということがある)は小さい方が好ましい。なお、弁体82,83のいずれもが開の状態においても、弁開度が小さい方が弁体82,83と弁座85,86との隙間が小さくなるので、応答は当然に速くなる。
しかしながら、ポンプ57に大容量のものを用いこれに弁開度の小さい切り替え弁装置8を組み合わせた流体圧シリンダ装置5では、切り替え弁装置8が充分な量の圧油を通過させることができずポンプの吸入側においてキャビテーションが発生したりタンクへの戻り流路の圧損が増大するので、流体圧シリンダ装置5の動作速度を速めることができないという問題がある。
このように、切り替え弁装置8の適切な弁開度は、要求される流体圧シリンダ装置5の機能によって異なり、画一的ではない。また、油圧シリンダ61の大きさ、ポンプ57の吐出流量、流体圧シリンダ装置5の設置方向などによっても、切り替え弁装置8の適正な弁開度は異なる。したがって、工場出荷時に初期設定された弁開度では、流体圧シリンダ装置5に求められている性能が得られない場合が多い。さらに、各部品の加工精度にはバラツキがあることから、部品の組み合わせによっても弁開度の大小が生じ、流体圧シリンダ装置5に所望されている性能が得られない可能性もある。
切り替え弁装置8において弁開度が適切ではない場合には、これまで切り替え弁装置8を分解して導通バー84の長さを調整することで対処していたが、弁開度の調整に時間と手間がかかることが問題であった。
特開2002−81402号
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、分解することなく外部から簡便に弁開度を調整することができる切り替え弁装置を提供することを目的とする。
本発明に係る切り替え弁装置は、貫通する穴が設けられた本体と、前記本体の穴にそれぞれ装着され、一方の弁体が弁座に当接して閉じることによって他方の弁体が弁座から離れて開くように互いに機械的に結合された2つのパイロットチェック弁ユニットと、からなり、それぞれの前記パイロットチェック弁ユニットは、それぞれの前記弁座の軸方向位置を可変してそれぞれの弁体が開いたときの開度を手動で調整するための、前記本体の穴に螺合して軸方向に移動調整が可能な弁ケースを有してなる。
また、他の本発明に係る切り替え弁装置は、2つの流路のうち圧力が加えられた一方の流路を閉とするとともにその動作に連動して他方の流路を開とするように構成された切り替え弁装置であって、2つの前記流路の一部分を構成する穴が設けられた本体と、前記穴に挿入されてそれぞれが別々の前記流路の一部を内部に有する2つの弁ユニットと、2つの前記弁ユニットに挟まれるように前記穴に移動可能に設けられた棒状のシャトルと、を有し、それぞれの前記弁ユニットは、前記穴における相互に対向する側に設けられ内部の前記流路と前記穴とを連通する孔、記孔が内部の前記流路に開口する弁座に当接可能に設けられた弁体、および、コイルばねを介して前記弁体を前記弁座に押し付ける弁体支持材を有し、前記シャトルは、両端部を別々の前記孔に挿入してそれぞれ前記弁体に当接させることにより一方の前記弁体が前記弁座に当接して閉としたとき他方の前記弁体と前記弁座との当接を解除して開とするように構成されており、それぞれの前記弁ユニットは前記穴において軸方向に移動調整が可能に設けられて、前記弁ユニットを移動させることにより前記間隔を増減することができる。
好ましくは、前記弁ユニットの少なくとも一方には外周に雄ねじが設けられており、雄ねじが設けられた前記弁ユニットが嵌入される前記穴には前記雄ねじに螺合する雌ねじが設けられてなる。
本発明に係る流体圧シリンダ装置は、複動型の流体圧シリンダと、タンクと、前記流体圧シリンダの往動側ポートおよび復動側ポートに対して流体を給排する2つの給排ポートを有した双方向ポンプと、前記双方向ポンプを正方向および逆方向のいずれかに選択的に回転駆動するモータと、前記2つの給排ポートと前記タンクとの間に設けられ、前記流体圧シリンダの作動にともなう流体の給排の過不足分を回収しまたは補給するための前記切り替え弁装置と、を有し前記流体圧シリンダ、前記タンク、前記双方向ポンプ、前記モータ、および前記切り替え弁装置が一体化されてなる
本発明によると、分解することなく外部から簡便に切り替え弁の弁開度が調整可能な切り替え弁装置を提供することができる。
図1は本発明に係る実施形態の切り替え弁装置1の断面正面図、図2は切り替え弁装置1の左側面図、図3は図1におけるAA断面矢視図、図4は切り替え弁装置1の部分断面正面図、図5は切り替え弁装置1を有する流体圧シリンダ装置5の回路図である。
なお、背景技術の欄で説明したように図5に示す流体圧シリンダ装置5の回路自体は公知であり、本実施形態においては、流体圧シリンダ装置に本発明の一実施形態である切り替え弁装置1を用いた例について説明する。
図1に示す切り替え弁装置1は、本体11、弁ユニット12a,12b、シャトル13、および固定部材14a,14bを有している。
図1および図2に示すように、本体11は、ほぼ直方体形状であり、幅(図1の横方向)、高さ(図1の縦方向)に比べて奥行きが小さい。本体11の横方向に、弁ユニット12a,12bを挿入するための貫通孔15が設けられている。
貫通孔15は、図1において左右対称を保ちながら開口部分から奥に向かって段階的に径が小さくなっており、貫通孔15の最も径が大きい孔径大部151a,151bの一部には雌ねじ155a,155bが設けられている。
図3をも参照して、貫通孔15の深部では本体11の前面111に開口する穴31a,31bが直角に分岐している。孔径大部151a,151bからは図1における下方に穴32a,32bが分岐し、穴32a,32bは側面113a,113bから幅方向に設けられた穴33a,33bに連通している。穴33a,33bはその最深部で本体11の背面112に開口する穴34a,34bに繋がっている。また、穴34a,34bから下方に穴35a,35bが分岐し、穴35a,35bは本体11の下面114に開口している。
流体圧シリンダ装置5においては、穴31a,31bはいずれもタンク59に連通し、穴34a,34bはそれぞれポンプ57の給排ポートPA,PBに連通している。また、穴35a,35bはそれぞれ油圧シリンダ61のポートPT1,PT2に連通している。
本体11には、上記の他、穴32a,32bに中心軸と径とを同じくする穴36a,36b、および穴35a,35bから分岐し側面113a,113bにそれぞれ開口する穴37a,37bが設けられているが、いずれもそれらの開口部分は図示しない栓により閉じられている。また、穴33a,33bが側面113a,113bに開口する部分も図示しない栓により閉じられている。
弁ユニット12aは弁ケース16a、弁体17a、弁体支持材18a、およびコイルばね19aからなっている。
図4を参照して、弁ケース16aは略円筒状の形状をしており、一方の端部に弁ケース16aの内外を連通する孔161aが設けられている。孔161aの内側の開口部には弁座162aが設けられている。弁ケース16aの他方の端側のやや径大となった外周面163aには、貫通孔15の孔径大部151aに設けられた雌ねじ155aに螺合する調整ねじ20aが設けられている。また、調整ねじ20aが設けられた側の端部の内周面には雌ねじ164aが設けられている。調整ねじ20a側の弁ケース16aの端部には、マイナスドライバを差し入れることができる2つの凹部165a,166aが設けられている(図2も参照)。
また、弁ケース16aには、その外周に環状の溝167aが設けられており、溝167aに開口し弁ケース16aの内外を連通させる2つの孔168a,169aが180度間隔で設けられている。流体圧シリンダ装置5においてポンプ57が発生させた油圧は、穴32aから溝167aおよび孔168a,169aを介して弁ユニット12aの内部に伝えられる。
弁体17aは、傘型の頭部171aとこれに一体化された外周断面が円形の脚部172aとからなり、弁ケース16a内を軸方向に移動可能な状態で配置されている。脚部172aには円筒状の穴173aが設けられている。
弁体支持材18aは、略円柱状の形状をしており、図4に示すように、一方の端部に断面が円形の軸方向外方に突出するボス部181aを有している。ボス部181aは、その径が弁体17aの穴173aの径よりも若干小さく、穴173aに挿入されて弁体17aが軸方向に移動可能なように形成されている。
弁体支持材18aの他方の端側には径大部が設けられ、径大部には弁ケース16aの内周面に設けられた雌ねじ164aに螺合する雄ねじ182aが設けられている。雄ねじ182aが設けられた側の端面183aにはマイナスドライバを差し入れることができる溝184aが設けられている。弁体支持材18aは、弁体17aおよびコイルばね19aが弁ケース16aの所定の位置に配置された後に、雄ねじ182aを雌ねじ164aに螺合させて弁ケース16aと一体化される。弁体支持材18aの外周には環状の溝185aが設けられ、環状の溝185aにはシール材186aが嵌め込まれている。
コイルばね19aは弁体17aの脚部172aの外側に設けられ、弁体支持材18aと弁体17aとにより挟まれて、その付勢力により弁体17aを弁座162aに押し付ける働きをする。
弁ユニット12aは、孔161aが貫通孔15の奥に位置するように側面113aから貫通孔15に挿入され、調整ねじ20aを雌ねじ155aに螺合させることにより本体11に取り付けられる。
シャトル13は、径大部131およびその両側の径小部132a,132bからなっており、いずれも断面形状が円形であって全体として棒形状を呈している。シャトル13は、貫通孔15の中央部分の最も径が小さい孔径小部154に径大部131が軸方向に移動可能に挿入されている。シャトル13の各径小部132a,132bの先端は、それぞれ弁ケース16a,16bの孔161a,161bに挿入されて弁体17a,17bに当接している。シャトル13は、弁体17a,17bに当接することにより弁体17a,17bと弁座162a,162bとの間に間隙を形成する働きをする。
固定部材14aは、図2によく示すように六角ナットに類似する形状を有するロックナットであり、その雌ねじは調整ねじ20aに螺合するように形成されている。固定部材14aは調整ねじ20aにねじ込まれおり、弁ユニット12aを貫通孔15に挿入して調整ねじ20aにより弁ユニット12aの位置決めをした後、本体11側に固く締め付けられる。固定部材14aは、調整ねじ20aと雌ねじ155aとが振動などにより緩んで弁ユニット12aが移動しないよう、弁ユニット12aを本体11に固定する働きをする。
なお、切り替え弁装置1において側面113bから貫通孔15に挿入されるもう一方の弁ユニット12b、および弁ユニット12bを本体11に固定するための固定部材14bについては、これらが上に説明した弁ユニット12aおよび固定部材14aと同一の構成および寸法を有するので、本体11のこれらに関する部分も含めて、その説明および図1における符号を省略する。
次に、切り替え弁装置1の弁開度の調整方法について図1、図4を参照して説明する。なお、図4は、弁ユニット12aが開かれ、図示しない弁ユニット12bが閉じられた様子を示している。
切り替え弁装置1の弁開度、つまり、弁ユニット12a,12bの弁開度は、弁ユニット12a,12bがいずれも孔径大部151a,151bの最も奥まで挿入された状態で最大となる。
弁ユニット12a,12bの弁開度を小さくしたい場合には、先ず、固定部材14aをスパナ等を使用してゆるめる。次に、弁ケース16aの2つの凹部165a,166aにマイナスドライバを差し入れ、調整ねじ20aを回して、図4に一点鎖線で示すように弁ユニット12aを外方(図4の左側)に移動させる。そうすると、弁ユニット12aは孔161aが設けられた先端部分が図中のBからCに移動し、弁座162aもBC間に相当する長さだけ外方に移動する。弁体17aはコイルばね19aによってシャトル13の先端に当接しており、弁体17aの位置は弁ユニット12aの移動の前後で変化しないので、弁ユニット12aを外方に移動させることにより弁体17aと弁座162aとの隙間、すなわち弁開度は小さくなる。弁ユニット12aの適切な位置が決定されたら固定部材14aを本体11側に締め付けて、弁ユニット12aの緩みを防止する。弁開度を大きくしたい場合には、弁ユニット12aを内方に移動させる。弁開度の調整は、弁ユニット12aではなく弁ユニット12bを貫通孔15内において外方(図1および図4において右側)または内方に移動させて行ってもよい。
上に述べた実施形態の切り替え弁装置1によると、調整ねじ20aを締める方向またはゆるめる方向に回転させることにより弁開度を大きくしまたは小さくすることができるので、設置後に現場で最適な弁開度を簡便に設定することができる。また、弁ユニット12aの位置調整をねじで行うので、微妙な弁開度の調整を行うことができる。
流体圧シリンダ装置5では、負荷による油圧シリンダ61への荷重の加わり方、設置方向などによって、工場出荷時に初期設定された弁開度のままでは最良の動作が得られない場合がある。その様な場合にも、設置後に簡単に弁開度を再設定することができ、流体圧シリンダ装置5の動作を最良のものとすることができる。
次に、図5を参照しながら、切り替え弁装置1を用いた流体圧シリンダ装置5の動作について説明する。
なお、流体圧シリンダ装置5の切り替え弁装置1を除く機器構成は、背景技術の欄で説明したものと同一である。
図5において、ポンプ57が回転を停止した状態でかつ油圧シリンダ61が一定の位置に停止している場合には、給排ポートPA,PBに圧力は発生せず、穴35a,35bの油圧が等しくなって切り替え弁装置1の弁ユニット12a,12bはいずれも開となっている。
ポンプ57が回転し給排ポートPAに圧力が発生すると、圧力は弁ユニット12aに伝わり弁体17aを弁座162aに当接させる(図1参照)。このとき弁体17aはシャトル13を弁ユニット12b側に押出し、シャトル13は弁体17bを弁座162bから遠ざけて弁ユニット12bの開度を大きくする。また、給排ポートPAから吐出された圧油は、ポートPT1を経て油圧シリンダ61の往動側のシリンダ室に流入する。その結果、油圧シリンダ61は往動する。つまり、ピストンロッド64が図5の右方向に移動する。油圧シリンダ61が往動する際のシリンダ室の有効面積の相違による給排ポートPBが吸入すべき圧油の不足分は、タンク59から給排ポートPBに補充される。この切り替え弁装置1の開閉動作は弁ユニット12aの弁開度が小さいほど素早く行われ、切り替え弁装置1の開閉動作が速いほど油圧シリンダ61は迅速に動作を開始する。
これとは逆に、ポンプ57が逆方向に回転し給排ポートPBに圧力が発生した場合には、圧力は弁ユニット12bを閉じて弁ユニット12aを全開にする。また、圧油はポートPT2を経て油圧シリンダ61の復動側のシリンダ室に流入し、油圧シリンダ61は復動を開始する。復動時のシリンダ室の有効面積の相違による圧油の過剰分は、開となった弁ユニット12aを介してタンク59に戻る。これにより、ピストン63は往動側のシリンダ室の圧力に妨げられることなく速やかに復動を開始することができる。
切り替え弁装置1の弁開度を小さくすると、ポンプ57の起動または回転方向の変化に対応して弁ユニット12a,12bが直ちに動作するので、測長センサ65が検知するピストン63の位置変化に対する不感帯が少なくなって位置制御の応答性が向上する。弁開度が小さいほどポンプ57の動作に対する弁の動作の応答性が良くなる点は、弁ユニット12a,12bがいずれも開の場合から一方が開、他方が閉となる動作、および弁ユニット12a,12bの相互間の開閉の切り替え動作について共通する。
本実施形態による切り替え弁装置1は、分解することなく外部から弁ユニットを貫通孔15内において移動させるだけで弁開度を調整することができる。切り替え弁装置1を使用した流体圧シリンダ装置は、簡便な弁開度の調整により、負荷を定位置に保つ制御の精度を高めることも、また負荷を高速で移動させるためにピストンの移動速度を速めることもできる。
上に述べた切り替え弁装置1において、2つの弁ユニットのうち一方を本体に固定しておき一方の弁ユニットのみを調整ねじにより貫通孔内を移動させるように構成することができる。貫通孔内における弁ユニットの位置の調整を、ねじによらず他の方法によって行うこともできる。
また、切り替え弁装置1では弁ユニットをマニホールドである本体11に組み込んでいるが、油圧シリンダ61、ポンプ57、タンク59との接続を配管で行い、本体を必要最小限の穴のみを設けたものとしても良い。切り替え弁装置1は、上に述べた流体圧シリンダ装置以外の機器にも使用することができる。
上に述べた実施形態において、切り替え弁装置における2つの弁ユニットは各部の構成が異なっていてもよく、コイルばねは切り替え弁の設置方向および負荷により荷重が加えられる方向によっては2つのコイルばねのばね定数を異なるものとすることも、一方のまたは両方のコイルばねを省くこともできる。さらに、弁体を弁座に当接させるためにコイルばね以外による付勢力を利用することもできる。
その他、切り替え弁装置1の全体または各部の構成、形状、寸法、および材質などは、本発明の趣旨に沿って上述した以外の種々のものとすることができる。
本発明に係る実施形態の切り替え弁装置の断面正面図である。 切り替え弁装置の左側面図である。 図1におけるAA断面矢視図である。 切り替え弁装置の部分断面正面図である。 切り替え弁装置を有する流体圧シリンダ装置の回路図である。 従来の切り替え弁装置の構造を示す図である。
符号の説明
1 切り替え弁装置
5 流体圧シリンダ装置
11 本体
12a,12b 弁ユニット(パイロットチェック弁ユニット)
13 シャトル
15 貫通孔(穴)
155a,155b 雌ねじ
16a,16b 弁ケース
161a,161b 孔
162a,162b 弁座
17a,17b 弁体
20a,20b 雄ねじ
57 ポンプ(双方向ポンプ)
58 モータ
59 タンク
61 油圧シリンダ(流体圧シリンダ)
PA,PB 給排ポート
PT1 往動側ポート
PT2 復動側ポート

Claims (6)

  1. 貫通する穴が設けられた本体と、
    前記本体の穴にそれぞれ装着され、一方の弁体が弁座に当接して閉じることによって他方の弁体が弁座から離れて開くように互いに機械的に結合された2つのパイロットチェック弁ユニットと、
    からなり、
    それぞれの前記パイロットチェック弁ユニットは、
    それぞれの前記弁座の軸方向位置を可変してそれぞれの弁体が開いたときの開度を手動で調整するための、前記本体の穴に螺合して軸方向に移動調整が可能な弁ケースを有してなる、
    ことを特徴とする切り替え弁装置。
  2. それぞれの前記パイロットチェック弁ユニットは、
    前記弁ケースの内周面に設けられた雌ねじに螺合して軸方向に移動調整が可能であり、コイルばねを介して前記弁体を前記弁座に押し付ける弁体支持材を有してなる、
    請求項1記載の切り替え弁装置。
  3. 2つの流路のうち圧力が加えられた一方の流路を閉とするとともにその動作に連動して他方の流路を開とするように構成された切り替え弁装置であって、
    2つの前記流路の一部分を構成する穴が設けられた本体と、
    前記穴に挿入されてそれぞれが別々の前記流路の一部を内部に有する2つの弁ユニットと、
    2つの前記弁ユニットに挟まれるように前記穴に移動可能に設けられた棒状のシャトルと、を有し、
    それぞれの前記弁ユニットは、前記穴における相互に対向する側に設けられ内部の前記流路と前記穴とを連通する孔、記孔が内部の前記流路に開口する弁座に当接可能に設けられた弁体、および、コイルばねを介して前記弁体を前記弁座に押し付ける弁体支持材を有し、
    前記シャトルは、両端部を別々の前記孔に挿入してそれぞれ前記弁体に当接させることにより一方の前記弁体が前記弁座に当接して閉としたとき他方の前記弁体と前記弁座との当接を解除して開とするように構成されており、
    それぞれの前記弁ユニットは前記穴において軸方向に移動調整が可能に設けられて、前記弁ユニットを移動させることにより前記間隔を増減することができる
    ことを特徴とする切り替え弁装置。
  4. それぞれの前記弁体支持材は、それぞれの弁ユニットに設けられた雌ねじに螺合して軸方向に移動調整が可能である、
    請求項3記載の切り替え弁装置。
  5. 前記弁ユニットの少なくとも一方には外周に雄ねじが設けられており、
    雄ねじが設けられた前記弁ユニットが嵌入される前記穴には前記雄ねじに螺合する雌ねじが設けられてなる、
    請求項記載の切り替え弁装置。
  6. 複動型の流体圧シリンダと、
    タンクと、
    前記流体圧シリンダの往動側ポートおよび復動側ポートに対して流体を給排する2つの給排ポートを有した双方向ポンプと、
    前記双方向ポンプを正方向および逆方向のいずれかに選択的に回転駆動するモータと、
    前記2つの給排ポートと前記タンクとの間に設けられ、前記流体圧シリンダの作動にともなう流体の給排の過不足分を回収しまたは補給するための請求項1に記載の切り替え弁装置と、を有し
    前記流体圧シリンダ、前記タンク、前記双方向ポンプ、前記モータ、および前記切り替え弁装置が一体化されてなる、
    流体圧シリンダ装置。
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