JP4422322B2

JP4422322B2 - 液圧アクチュエータ制御装置

Info

Publication number: JP4422322B2
Application number: JP2000381785A
Authority: JP
Inventors: 秀一五十嵐
Original assignee: 理研精機株式会社; 理研機器株式会社
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: JP2002181006A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧アクチュエータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、注目の分野である超高圧下の新物質の合成や物質特性の測定を目的とした高圧プレスでは、最低でも２〜５０ＭＮ以上になるものもある。
【０００３】
この用途の一例として、７０ＭＰａ以上の油圧による高圧力容器や高油圧シリンダがあり、この高圧力容器や高油圧シリンダの長時間の加減圧プログラム制御は、最近の自動計測機器の発展と共に需要の伸びが大きくなっている。
【０００４】
この種の制御では、圧力の上昇は定吐出型油圧ポンプの作動を誘導型モータからインバータ型モータにするだけで制御電圧に比例した高精度な圧力または流量制御が可能となる。
【０００５】
一方、減圧は、通常、制御弁で行われ、前記ポンプとは異なって作動力が小さくても良い反面、流入側の圧力が制御弁の通過流量に影響を与える。従って、精密な高圧制御を実現する為、従来の制御弁とは異なり、圧力に依存しない流量特性を持つ機器が要望されている。
【０００６】
ところで、この要望を達成する為、本発明者らは特開平１０−２６７００６号を提案している。
【０００７】
この特開平１０−２６７００６号は、液圧アクチュエータの圧力の昇圧若しくは減圧制御を給液管路内の給液量若しくは戻液管路内の戻液量により制御するもので、前記給液管路には給液用吐出量可変ポンプを介して該給液管路が所定圧力以上となった際に開く昇圧用逆止弁が設けられ、前記戻液管路には戻液用吐出量可変ポンプを介して該戻液管路が所定圧力以上となった際に開く減圧用逆止弁が設けられ、この戻液用吐出量可変ポンプの吐出量の制御によって戻液管路の圧力を昇圧せしめ、この昇圧せしめた戻液管路の圧力により減圧用逆止弁を開き、該戻液管路の液体を吐出せしめる構成である。
【０００８】
尚、戻液用吐出量可変ポンプによって戻液管路の圧力を昇圧せしめない場合（例えば、なにもしない場合）、液圧アクチュエータの圧力がそのまま減圧用逆止弁に作用し、戻液の制御を行うことができなくなる。
【０００９】
しかし、この減圧用逆止弁は、前述のように戻液管路の圧力によって開閉せしめられる構成の為、例えば、図１に示すように、戻液用吐出量可変ポンプより上流側の戻液管路３ａから分岐された分岐管路10が設けられ、この分岐管路10と前記戻液用吐出量可変ポンプより下流側の戻液管路３ｂとの間には該分岐管路10の圧力及び付勢機構11（図面はバネ体）の付勢により常時該戻液管路３ｂ側に付勢されている弁体12が設けられ、この弁体12が、前記戻液管路３ｂの圧力上昇により、前記分岐管路10の圧力及び付勢機構11の付勢に抗して該分岐管路10側に移動した際、弁体12より下流側の戻液管路３ｃを開くように構成された減圧用逆止弁７の場合（実施例と同一構成部分には同一符号を付した。）、経年劣化によって前記弁体12が摩耗したり、前記付勢機構11の付勢が弱まったりしてしまい、従って、所期の流出特性よりも多大な液体が流出したり、前記所定圧力以下でも液体が流出したりする問題点がある。
【００１０】
更に、経年劣化していない弁体12であっても、液圧アクチュエータの減圧を極めて微速で行う場合、弁体12の弁開閉感度が不十分となり易く、結果的に弁体12が液体を通過させてしまう場合があるという問題点もある。
【００１１】
更に、このような所定圧力によって開閉する弁は、弁が開閉する際の圧力のバラツキが大きく（噴き止まり現象）、前記高精度な圧力または流量の制御において不十分であると言わざるを得ない。
【００１２】
本発明は、上記問題点を解決するもので、減圧過程での戻液管路の戻液量をより一層正確に制御できる実用性に秀れた液圧アクチュエータ制御装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００１４】
液圧アクチュエータ１の圧力の昇圧若しくは減圧制御を給液管路２内の給液量若しくは戻液管路３内の戻液量により制御する液圧アクチュエータ制御装置であって、前記戻液管路３には戻液用吐出量可変ポンプ６を介して該戻液管路３の圧力が所定圧力以上となった際に開く減圧用開閉弁７が設けられ、この戻液管路３にして前記戻液用吐出量可変ポンプ６と前記減圧用開閉弁７の間に液体を供給する供給機構９が設けられていることを特徴とする液圧アクチュエータ制御装置に係るものである。
【００１５】
また、請求項１記載の液圧アクチュエータ制御装置において、戻液管路３にして前記戻液用吐出量可変ポンプ６と前記減圧用開閉弁７の間の圧力を検出する戻液管路圧力検出装置15を設け、この戻液管路圧力検出装置15により検出された圧力が設定圧力より低い場合に供給機構９により戻液管路３にして前記戻液用吐出量可変ポンプ６と前記減圧用開閉弁７の間に液体を供給するように構成されていることを特徴とする液圧アクチュエータ制御装置に係るものである。
【００１６】
また、請求項１，２いずれか１項に記載の液圧アクチュエータ制御装置において、供給機構９は、給液管路２と連通路８により連通されていることを特徴とする液圧アクチュエータ制御装置に係るものである。
【００１７】
また、請求項３記載の液圧アクチュエータ制御装置において、給液管路２には給液用吐出量可変ポンプ４を介して昇圧用開閉弁５が設けられ、連通路８が給液管路２に連通される位置は、前記給液用吐出量可変ポンプ４と前記昇圧用開閉弁５の間に設定されていることを特徴とする液圧アクチュエータ制御装置に係るものである。
【００１８】
また、請求項４記載の液圧アクチュエータ制御装置において、連通路８には連通路開閉弁14が設けられ、昇圧用開閉弁５を閉塞し且つ連通路開閉弁14を開放した状態で給液用吐出量可変ポンプ４を作動せしめることで給液管路２から戻液管路３に給液するように構成された供給機構９が採用されていることを特徴とするアクチュエータ制御装置に係るものである。
【００１９】
また、請求項１〜５いずれか１項に記載の液圧アクチュエータ制御装置において、減圧用開閉弁７よりも上流側の戻液管路３から分岐される分岐管路10が設けられ、この分岐管路10と該戻液管路３との間には該分岐管路10の圧力及び適宜な付勢機構11の付勢により常時該戻液管路３側に付勢されている弁体12が設けられ、この弁体12が前記分岐管路10の圧力及び付勢機構11の付勢に抗して該分岐管路10側に移動した際、戻液管路３を開くように構成された減圧用開閉弁７が採用されていることを特徴とする液圧アクチュエータ制御装置に係るものである。
【００２０】
また、請求項１〜６いずれか１項に記載の液圧アクチュエータ制御装置において、戻液用吐出量可変ポンプ６と減圧用開閉弁７の間に液体を溜める液体容器13が設けられていることを特徴とする液圧アクチュエータ制御装置に係るものである。
【００２１】
【発明の作用及び効果】
戻液管路３の圧力が所定圧力以上となった際に開く減圧用開閉弁７から流出する液体が設定量より多い場合、この多い分の液体を供給機構９から戻液管路３に補充することにより、戻液管路３内の液体が予め設定した量となり、液圧アクチュエータ１からの流出量を予め設定した設定量とすることができる。
【００２２】
本実施例は上述のように構成したから、減圧過程での戻液量を補充することで極めて正確に液圧アクチュエータの減圧を制御することが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図面は本発明の一実施例を図示したものであり、以下に説明する。
【００２４】
本実施例は、液圧アクチュエータ１の圧力の昇圧若しくは減圧制御を給液管路２内の給液量若しくは戻液管路３内の戻液量により制御する液圧アクチュエータ制御装置であって、前記戻液管路３には戻液用吐出量可変ポンプ６を介して該戻液管路３の圧力が所定圧力以上となった際に開く減圧用開閉弁７が設けられ、この戻液管路３にして前記戻液用吐出量可変ポンプ６と前記減圧用開閉弁７の間に液体を供給する供給機構９が設けられているものである。
【００２５】
給液管路２には給液用吐出量可変ポンプ４を介して昇圧用開閉弁５が設けられている。また、この給液管路２は、給液用吐出量可変ポンプ４を作動して該給液管路２の圧力を高めると共に昇圧用開閉弁５を開くことで液圧アクチュエータ１の圧力を昇圧せしめ得るように構成されている。
【００２６】
液圧アクチュエータ１と給液用吐出量可変ポンプ４の間の給液管路２には安全弁16が配設され、給液管路２内で圧力異常等が起こり、圧力調整が必要な場合などには該安全弁16からタンク17に液体を戻すことができるように構成されている。
【００２７】
戻液管路３に設けられた減圧用開閉弁７は、所謂オフセット付リリーフ弁と呼ばれる比例圧力制御弁が採用されている。
【００２８】
この比例圧力制御弁について図１を元に詳述すると、前記戻液用吐出量可変ポンプ６より上流側の戻液管路３ａから分岐された分岐管路10が設けられ、この分岐管路10と前記戻液用吐出量可変ポンプ６より下流側の戻液管路３ｂの間には該分岐管路10の圧力及び付勢機構11（図面はバネ体）の付勢により常時該戻液管路３ｂ側に付勢されている弁体12が設けられた構成が採用され、この弁体12が、前記戻液用吐出量可変ポンプ６の作動に伴う戻液管路３ｂの圧力上昇により、前記分岐管路10の圧力及び付勢機構11の付勢に抗して該分岐管路10側に移動した際、弁体12より下流側の戻液管路３ｃを開くように構成されている。
【００２９】
戻液用吐出量可変ポンプ６は、該戻液用吐出量可変ポンプ６からの液体吐出により前記減圧用開閉弁７に連通する戻液管路３ｂの圧力を上昇せしめることで前記弁体12を分岐管路10側に移動せしめるように構成されている。
【００３０】
尚、例えば、減圧用開閉弁７として、バネ体のみによって弁体を該弁体より上流側の戻液管路に付勢する所謂リリーフ弁と呼ばれる圧力制御弁を使用する構成であっても良い。
【００３１】
また、戻液用吐出量可変ポンプ６と減圧用開閉弁７の間の戻液管路３ｂには安全弁18が配設され、戻液管路３ｂ内で圧力異常等が起こり、圧力調整が必要な場合等には該安全弁18からタンク19に液体を戻すことができるように構成されている。
【００３２】
供給機構９は、給液管路２と前記戻液管路３ｂを連通する連通路８が設けられ、この連通路８を介して前記給液管路２から前記戻液管路３ｂに給液する構成が採用されている。
【００３３】
連通路８の上流側は、給液管路２にして給液用吐出量可変ポンプ４と前記昇圧用開閉弁５の間に連通されている。また、連通路８には連通路開閉弁14が設けられている。従って、前記昇圧用開閉弁５を閉塞し且つ連通路開閉弁14を開放した状態で前記給液用吐出量可変ポンプ４を作動せしめると、この給液用吐出量可変ポンプ４により吐出された液体は、液圧アクチュエータ１には向かわず、給液管路２から連通路開閉弁14及び連通路８を経由して前記戻液管路３にして前記戻液用吐出量可変ポンプ６と前記減圧用開閉弁７の間（戻液管路３ｂ）に達することになる。
【００３４】
また、戻液管路３にして戻液用吐出量可変ポンプ６と減圧用開閉弁７の間（戻液管路３ｂ）には液体を溜めて該液体の圧力を蓄積する液体容器13が設けられている。尚、作業油は、７０ＭＰａで４乃至５％（体積）の圧縮率を有している。
【００３５】
この液体容器13は、単に内部に液体を溜める構成のものや、例えば、図５に示すように、内部にバネ等の弾性体20によって付勢された仕切体21を有し、この弾性体20の付勢によって内部の液体23が圧縮される構成のものが採用される。
【００３６】
尚、この液体容器13は、主に戻液管路３ｂの容積が小さい場合に使用される。
【００３７】
戻液管路３にして戻液用吐出量可変ポンプ６と減圧用開閉弁７の間（戻液管路３ｂ）に液体を供給する制御において、給液用吐出量可変ポンプ４，昇圧用開閉弁５及び連通路開閉弁14の動作は、戻液用吐出量可変ポンプ６より上流側の戻液管路３ａに設けられた第一センサ24と、戻液用吐出量可変ポンプ６と減圧用開閉弁７の間の戻液管路３ｂに設けられた第二センサ15（請求項のいう戻液管路圧力検出装置）と、該第一センサ24及び第二センサ15が接続されたコントローラ26とにより制御されている。
【００３８】
このコントローラ26は、第一センサ24からの入力信号Ｅ（検出圧）と第二センサ15からの入力信号Ｆ（検出圧）とを比較し、第二センサ15の検出圧が適正な値であれば、供給機構９を作動させず、出力信号Ｃによって昇圧用開閉弁５を閉塞すると共に出力信号Ｂによって戻液用吐出量可変ポンプ６を所定の戻液プログラムにより作動せしめるように構成されている（図４参照）。
【００３９】
また、第二センサ15の検出圧が前記弁体12の劣化等によって不適正な値、即ち、適正な値よりも低い値であった場合には（図７中符号Ｐ位置）、コントローラ26からの出力信号Ａによって給液用吐出量可変ポンプ４を作動させると共に出力信号Ｄによって連通路開閉弁14を開放し（この状態において昇圧用開閉弁５は閉塞されたままである。）、給液管路２及び連通路８を経由して前記戻液用吐出量可変ポンプ６と減圧用開閉弁７の間の戻液管路３ｂに液体を供給するように構成されている（図５参照）。
【００４０】
また、この連通路８からの液体供給により第二センサ15の検出圧が適正な値に戻ったら（図７中符号Ｑ位置）、コントローラ26からの出力信号Ａによって給液用吐出量可変ポンプ４の作動を停止すると共に出力信号Ｄによって連通路開閉弁14を閉塞するように構成されている。
【００４１】
尚、図７中、縦軸は圧力、横軸は時間を示し、符号Ｖで示すグラフは、液圧アクチュエータ１の圧力推移グラフ、符号Ｗで示すグラフは、前記戻液用吐出量可変ポンプ６と減圧用開閉弁７の間の戻液管路３ｂの圧力推移グラフである。
【００４２】
本実施例は上述のように構成したから、戻液管路３ｂの圧力が所定圧力以上となった際に開く減圧用開閉弁７から流出する液体が設定量より多くて該戻液管路３ｂの圧力が制御値より低くなった場合、この過剰に流出した分の液体を供給機構９から戻液管路３ｂに補充することができ、よって、戻液用吐出量可変ポンプ６と減圧用開閉弁７の間の戻液管路３ｂ内の液体が制御より速く減少することを防止して正確な戻液量の制御、即ち、液圧アクチュエータ１の正確な減圧制御を達成できる実用性に秀れた液圧アクチュエータ制御装置となる。
【００４３】
また、減圧用開閉弁７に送られる液体の圧力は、戻液用吐出量可変ポンプ６により制御する構成であるから、減圧用開閉弁７への液体の供給量を適正に制御でき、よって、減圧用開閉弁７からの液体の流出量を適正な設定量とすることができ、この点においても正確な減圧制御を達成できることになる。
【００４４】
また、供給機構９は、戻液管路３ｂの圧力が制御値より低くなった場合にのみ該戻液管路３ｂに液体を補充するから、戻液管路３ｂの圧力が制御値より高くなったりせず、この点においても正確な減圧制御を達成できることになる。
【００４５】
また、供給機構９により補充する液体は、元々液圧アクチュエータ１に供給される給液管路２の液体であるから、該補充する液体と戻液管路３ｂに存在する液体との圧力特性等は同一であり、よって、この混合による液圧特性変化等のデメリットは発生したりせず、この点においても正確な減圧制御を達成できることになる。
【００４６】
また、供給機構９による液体の補充は、液圧アクチュエータ１を昇圧せしめる際に使用する給液用吐出量可変ポンプ４を用いて行うから、装置全体の構成を可及的に簡略化することができ、この点においても実用性に秀れることになる。
【００４７】
また、減圧用開閉弁７として、該減圧用開閉弁７を開閉する弁体12が戻液用吐出量可変ポンプ６よりも上流側の戻液管路３ａから分岐された分岐管路10の圧力によって戻液管路３ｂ側に付勢されているものが採用されているから、該弁体12の動きは該分岐管路10の圧力（即ち、戻液用吐出量可変ポンプ６より上流側の戻液管路３ａの圧力）と戻液用吐出量可変ポンプ６と減圧用開閉弁７の間の戻液管路３ｂの圧力との差によることになり、戻液用吐出量可変ポンプ６より上流側の戻液管路３ａの圧力の高低に依存せず、高圧から低圧までの巾広い範囲において良好な戻液制御、即ち、減圧制御を達成できることになる。
【００４８】
また、このような減圧用開閉弁７においては、弁体12の劣化に伴う開閉特性の変化や前記噴き止まり現象（弁閉鎖圧力のバラツキ）の問題があるが、本実施例では、供給機構９の存在故に該開閉特性の変化や噴き止まり現象を補正することができ、よって、この点においても良好な減圧制御を達成できることになる。
【００４９】
特に、７０ＭＰａ以上の超高圧下での新物質の合成や物質特性の測定を目的とした超高圧用液圧アクチュエータ制御装置では、試料にショックが加わったり、液圧アクチュエータ１内部の圧力が局所的に急激に低下したりしないように減圧がゆっくりと行われる為、前記噴き止まり現象が起き易かったが、本実施例によれば噴き止まり現象を補正して良好且つ正確な減圧制御を行うことができる。更に、液圧アクチュエータ１内部の圧力が制御以上に低下してしまうことが防止される為、この点においても超高圧用液圧アクチュエータ制御装置として秀れることになる。
【００５０】
また、供給機構９による戻液管路３ｂへの液体補充は、第一センサ24からの入力信号Ｅ（検出圧）と第二センサ15からの入力信号Ｆ（検出圧）とをコントローラ26が自動的に比較して行っているから、戻液用吐出量可変ポンプ６と減圧用開閉弁７の間の戻液管路３ｂの異常な圧力低下を自動的且つ確実に補正することができ、この点においても秀れた液圧アクチュエータ制御装置となる。
【００５１】
また、戻液用吐出量可変ポンプ６と減圧用開閉弁７の間の戻液管路３ｂには液体容器13が設けられているから、該戻液管路３ｂの圧力が僅かに低下した場合には該液体容器13に溜められていた液体が供給されることになり、よって、若干であれば供給機構９が作動せずとも圧力低下を補正することができ、連通路開閉弁14の開閉頻度を少なくできる等の実用性にも秀れることになる。
【００５２】
また、給液管路２に配設された給液用吐出量可変ポンプ４を作動し且つ昇圧用開閉弁５を開いて液体を液圧アクチュエータ１に送り込むことで液圧アクチュエータ１の昇圧も制御して行うことができ、この点においても実用性に秀れることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の減圧用開閉弁７を示す説明断面図である。
【図２】本実施例の概略を示す説明図である。
【図３】本実施例の戻液状態を示す説明図である。
【図４】本実施例の供給機構９による液体補充状態を示す説明図である。
【図５】本実施例の制御機構を示す説明図である。
【図６】本実施例の液体容器13を示す説明断面図である。
【図７】本実施例の制御グラフを示す説明図である。
【符号の説明】
１液圧アクチュエータ
２給液管路
３戻液管路
４給液用吐出量可変ポンプ
５昇圧用開閉弁
６戻液用吐出量可変ポンプ
７減圧用開閉弁
８連通路
９供給機構
10 分岐管路
11 付勢機構
12 弁体
13 液体容器
14 連通路開閉弁
15 戻液管路圧力検出装置

Claims

液圧アクチュエータの圧力の昇圧若しくは減圧制御を給液管路内の給液量若しくは戻液管路内の戻液量により制御する液圧アクチュエータ制御装置であって、前記戻液管路には戻液用吐出量可変ポンプを介して該戻液管路の圧力が所定圧力以上となった際に開く減圧用開閉弁が設けられ、この戻液管路にして前記戻液用吐出量可変ポンプと前記減圧用開閉弁の間に液体を供給する供給機構が設けられていることを特徴とする液圧アクチュエータ制御装置。
請求項１記載の液圧アクチュエータ制御装置において、戻液管路にして前記戻液用吐出量可変ポンプと前記減圧用開閉弁の間の圧力を検出する戻液管路圧力検出装置を設け、この戻液管路圧力検出装置により検出された圧力が設定圧力より低い場合に供給機構により戻液管路にして前記戻液用吐出量可変ポンプと前記減圧用開閉弁の間に液体を供給するように構成されていることを特徴とする液圧アクチュエータ制御装置。
請求項１，２いずれか１項に記載の液圧アクチュエータ制御装置において、供給機構は、給液管路と連通路により連通されていることを特徴とする液圧アクチュエータ制御装置。
請求項３記載の液圧アクチュエータ制御装置において、給液管路には給液用吐出量可変ポンプを介して昇圧用開閉弁が設けられ、連通路が給液管路に連通される位置は、前記給液用吐出量可変ポンプと前記昇圧用開閉弁の間に設定されていることを特徴とする液圧アクチュエータ制御装置。
請求項４記載の液圧アクチュエータ制御装置において、連通路には連通路開閉弁が設けられ、昇圧用開閉弁を閉塞し且つ連通路開閉弁を開放した状態で給液用吐出量可変ポンプを作動せしめることで給液管路から戻液管路に給液するように構成された供給機構が採用されていることを特徴とするアクチュエータ制御装置。
請求項１〜５いずれか１項に記載の液圧アクチュエータ制御装置において、減圧用開閉弁よりも上流側の戻液管路から分岐される分岐管路が設けられ、この分岐管路と該戻液管路との間には該分岐管路の圧力及び適宜な付勢機構の付勢により常時該戻液管路側に付勢されている弁体が設けられ、この弁体が前記分岐管路の圧力及び付勢機構の付勢に抗して該分岐管路側に移動した際、戻液管路を開くように構成された減圧用開閉弁が採用されていることを特徴とする液圧アクチュエータ制御装置。
請求項１〜６いずれか１項に記載の液圧アクチュエータ制御装置において、戻液用吐出量可変ポンプと減圧用開閉弁の間に液体を溜める液体容器が設けられていることを特徴とする液圧アクチュエータ制御装置。