JP4482621B2 - 油圧ピストン型シリンダユニットの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧力源に接続されており、作動行程及び戻り行程を繰り返す作動操作を行う油圧ピストン型シリンダユニットの圧力供給の制御方法と、ピストン型シリンダユニットを制御する油圧駆動手段とに関する。

ピストン型シリンダユニットは作動行程及び戻り行程を繰り返す作動操作を行うために使用されることが多い。例えば、毎回或る角度分更につめ車を回転させるデテントを介してピストン型シリンダユニットがつめ車を回転するパワーレンチに適用される。一般的に、いつ作動操作を終了してピストン型シリンダユニットを元に戻すか又はその位置へ留めておくかについての検出が問題である。負荷に対して定義された力が作用した作動操作の終了を検出することは実際には困難である。一般的に、ピストン型シリンダユニットがまだ動いているか否かを判断するオペレータにより検出される。一方では、負荷に対して必要とされた力が作用したことにより、又ピストン型シリンダユニットのピストンがその終端位置に到達したことにより、運動が停止する。油圧パワーレンチにおいて、ユーザはねじの回転を注視する必要がある。ユーザは、ねじが固定されているか、又はピストン型シリンダユニットがピストン終端位置に到達したかを調べない。ピストン型シリンダユニットの停止時にユーザは、所望のトルクに到達したためねじの回転を停止すべきか否か、又は再度作動行程を行うべきか否かを決める必要がある。従って、このような油圧工具の操作はユーザの判断に左右される。これは不都合である。作動操作は十分に確実ではない、即ち、所望のトルクへの到達は保証されない。又、作動操作は最短時間で行われず、作動操作の終了後に再度作動行程を行う必要があるかもしれない。更に、ユーザは常に注視する必要があり、高い人件費の原因となる。
米国特許第４８６４９０３号明細書

本発明の目的は、所望の力への到達時に作動操作が自動的に停止する油圧ピストン型シリンダユニットの圧力供給の制御方法を提供することにある。

本発明にあっては、請求項１の特徴により目的が解決される。時間間隔をおいて油圧の変化を測定し、一つの作動行程における測定油圧の上昇が所定時間内で所定限界値より小さい場合に作動操作を停止する。所定限界値はゼロ又はゼロに近い値である。

本発明の方法により、作動行程における油圧が更に上昇し得ない条件を検出することにより作動操作の自動停止が可能になる。圧力源は所望の終端の力に対応して選択される所定の終端値に設定される。ピストン型シリンダユニットがこの力を生成する条件は、圧力源の圧力限界のために更なる圧力増加が不可能であることにより検出されるため、次の間隔において圧力増加はゼロ又は別の限界値より小さい。このように、作動操作の目標への到達は容易且つ完全に自動的に検出され得る。

本発明は、好ましくは、所望の引張りトルクに到達するまでピストン型シリンダユニットがつめ車装置を介してねじを回転させる油圧レンチ装置に適用できる。他に、掘削機又はレベリング車両のような負荷を直線的に移動させるピストン型シリンダユニット、又は所定の力で対象物を基板内へ駆動する駆動手段に適用される。

作動操作、即ち移動すべき負荷に対する或る力の作用の終了とピストンの終端位置との区別を可能にするために、圧力が更に上昇し得るか否か、及びどのような圧力勾配で上昇するかが判定される。圧力増加が判定された場合、作動行程の終端には未だ到達していないことになる。

本発明にあっては、圧力管路内の圧力を検出し経時的な圧力勾配を調べることにより、終端スイッチ又はその他の補助手段を必要とすることなくピストン型シリンダユニットの操作状態を検出することが可能になる。別の利点は、全ての圧力は夫々圧力源又は圧力発生集合体において測定でき、ピストン型シリンダユニットに測定手段を備える必要がないことである。構成要素に対する最大負荷には作動操作の終端において到達し、終圧に到達して更に圧力が増加しないことが検出されるまで短時間のみ維持される。この検出は数ミリセカンドで終了することが多い。

本発明は更に、油圧の経時変化の関数として制御されるピストン型シリンダユニットを有する油圧駆動手段に関しており、特に、切替弁を操作し作動操作を終了させる制御手段が油圧源に配置されており油圧管路以外にピストン型シリンダユニットへの接続を必要としないことが利点である。制御手段はピストン型シリンダユニットのサイズ及び構造に依存しない。制御手段は単に、該制御手段に供給される圧力信号に基づいて作動する。制御ユニットは又、使用される油圧管路、即ちその直径及び弾性に依存しない。最後に、制御ユニットは使用される圧力源のタイプにも依存しない。圧力源は一段又は多段の設計であってもよい。多段圧力源において、供給容量は圧力量の関数として変化する。

最後に、本発明は圧力管路又は戻り管路に接続された複動ピストン型シリンダユニットを採用してもよく、又単一の管路に連結されており戻しばねを備える単動ピストン型シリンダユニットであってもよい。

以下は、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳述する。

後述する本発明に係る実施の形態は、所望の終端トルクに到達する、ねじを締付ける機能を有する油圧パワーレンチである。このようなパワーレンチには、シリンダ１１及び該シリンダ内で可動なピストン１２を有した油圧ピストン型シリンダユニット１０を備える。ピストン１２はピストンロッド１３に接続されている。ピストンロッド１３の終端にはつめ車レバー１４を有し、つめ車１５の歯部と噛合している。ピストンロッド１３の往復運動は間欠的につめ車１５を矢符の方向へ回転させる。つめ車１５は、回転すべきねじ頭上に配置されるソケットレンチ（不図示）に連結されている。ねじはピストン１２の往復運動により回転する。

油圧管路１６，１７は、シリンダ１１の二つのシリンダ空間を、切替弁１９を有する油圧集合体１８に接続する。切替弁１９を用いて、油圧管路１６，１７は各々圧力源２０か、又は圧力を用いずに戻り手段に交互に接続できる。

切替弁１９は制御手段２１により制御される。この制御手段は油圧管路１６，１７内の圧力を測定する二つの圧力センサ２２，２３から信号を受信する。圧力センサ２２，２３は、管路１６，１７が取外されたときに圧力集合体にあるように、圧力集合体１８の一部を形成することが好ましい。

圧力センサ２２,２３を使用して、ピストン型シリンダユニット１０の操作は後述する方法で制御手段２１により制御される。

図２は、圧力集合体が遮断管路に反する働きをした場合に生じる、圧力集合体１８の圧力−時間特性曲線を示す。ここでは、圧力集合体が全圧力範囲に亘って一定供給速度で作動する一段操作を想定する。圧力は点Ａ₀ から開始し、例えば８００バールといった終端値Ｐ_E に到達するまで略１次関数に従って増大する。終端値Ｐ_E はユーザが設定する。これは、回転すべきねじの締付けトルクを定義する圧力であり、作動操作はこの圧力で終了する。夫々の圧力集合体１８の圧力−時間特性曲線は較正操作において予め判定され、続いて記憶されている。時間軸ｔは時間間隔Ｉに分割されている。時間間隔の継続時間は１０ミリセカンドである。これは圧力に応じて、又はねじ締め工具若しくは圧力集合体に応じて変更してもよい。圧力Ｐは各間隔Ｉで測定される。間隔Ｉは各々同一の継続時間を有しているため、微分商ｙ＝ｄＰ／ｄｔは時間間隔内に生じる差圧ｄＰの値を求めてそれをデジタル形式で記憶することにより判定される。基準曲線２５にあっては、微分商は上昇部２５ａにおいて値ｙ_R を有している。終圧Ｐ_E に到達した場合、曲線２５は、圧力が一定である飽和部２５ｂへ移行する。飽和部において、微分商ｙ_R はゼロである。

図２において、曲線２６は或る作動操作における三つの作動行程ＬＨの例を示す。部分２６ａにおいて、圧力センサ２２により測定された管路１６内の圧力は、ピストン１２がその前方終端位置（点Ａ₁ ）に到達するまで略直線的に上昇する。続いて、管路１７を加圧し、管路１６を戻り手段に接続するために、制御手段２１は切替弁１９を切替えて戻り行程を行う。図２における部分２６ｂは戻り行程を示す。戻り行程の終端において、管路１６内の終圧Ｐ_E より小さく例えば１００バールといった終圧が管路１７内で徐々に高まる。管路１７内のこの終圧はピストン１２がその後方終端位置に到達した場合に生成される。これは曲線２６の点Ａ₂ に相当する。戻り圧力の終端値への到達は圧力センサ２３により検出され、制御手段２１へ信号伝送される。続いて次の作動行程ＬＨが点Ａ₂ にて開始するために、制御手段は切替弁１９を切替える。最初にピストンは、最初の作動行程の間に既に締付けられ固定カウンタベアリングを形成するねじに反して作動する必要があるため、この作動行程は基準曲線２５の部分２５ａと同様の上昇を有した部分２６ｃを含む。点Ａ₃ に到達して前回の点Ａ₂ と同様の圧力が広がった場合、ねじは再度回転して、上昇が部分２６ｃよりも小さい部分２６ｄが次に来る。部分２６ｄは前回の作動行程の部分２６ａと略同様の上昇を有する。

点Ａ₄ において、ピストン１２はその前方終端位置に再度到達し、部分２６ｅにおいて圧力がゼロに降下する戻り行程ＲＨが次に来る。部分２６ｅは前回の戻り行程の部分２６ｂと同様の下降勾配を有している。

点Ａ₅ において、圧力が前回の作動行程において点Ａ₄ で到達した最大圧力と一致する点Ａ₆ まで伸びる部分２６ｆに関して次の作動行程が開始する。部分２６ｆは再度、基準曲線の部分２５ａと同様の上昇を有する。部分２６ｇが部分２６ｆに隣接し、点Ａ₇ で終圧Ｐ_E に到達するまでねじが更に回転する。

制御手段２１は曲線２６の微分商ｙがいつ点Ａ₇ でゼロになるかを判定する。続いて、作動操作（ねじ締め操作）は終了したとみなされ、ピストン１２がその後方終端位置へ戻される部分２６ｈが次に来る。

点Ａ₇ において、設定された終圧Ｐ_E ８００バールに到達したか否かを更に確認してもよい。この終圧に到達していない場合、作動操作は正確に行われていないとして使われない。

作動操作の間、連続する複数の間隔の差圧値が記憶され、記憶された値から平均値が算出される。その結果、個々の異常値が誤った解釈の原因になることが回避される。

以下に、作動行程ＬＨが終了し戻り行程ＲＨへ切替えられる切替え点の検出について説明する。この検出は、曲線２６の勾配を判定することによっても達成される。図３は曲線２６の点Ａ₁ の拡大図である。部分２６ａはピストン１２がその前方終端位置に到達した場合に終了する。基準曲線２５の部分２５ａと同様の上昇を有する部分Ｂが次に来る。圧力勾配の連続的な測定により、部分Ｂにおける上昇が前回の部分２６ａと比較して増加したことが検出される。圧力勾配におけるこの増加は戻りの点に到達したピストン１２に対する基準である。圧力勾配の２０個の値が夫々平均値を算出するために記憶された場合、部分Ｂは１ミリセカンド毎の２０間隔に対して２０ミリセカンド続く。この期間の後、戻り行程を開始させるため切替弁１９を操作する。

ピストン終端位置を検出する上述の方法は、絶対圧力に依存せず、又異なるタイプ及び動力の集合体内で特別な調整なしに適用できる点で好都合である。ピストン終端位置は又、圧力が連続的に増大することなく直ちに検出される。制御手段２１が圧力集合体１８に依存せず、異なる圧力及び出力に対して同様に使用できることも好都合である。

測定結果の一般的な処理は、直前の五回の測定の平均を毎回現在の測定と比較して達成される。差圧の値が間隔毎に増加又は降下した場合、変化は上述の状況に従って判断され、制御信号として処理される。

切替弁と制御手段とを有したピストン型シリンダユニット及び圧力源を備えた油圧駆動手段の略図である。 ピストン型シリンダユニットの交互に行われる負荷と戻り行程との間の圧力の経時過程の線図である。 図２における線図の細部ＩＩＩの拡大図である。

Claims (4)

1. 圧力源（２０）に接続されており、作動行程（ＬＨ）及び戻り行程（ＲＨ）を繰り返す作動操作を行う油圧ピストン型シリンダユニット（１０）への圧力供給の制御方法において、
   時間間隔（Ｉ）をおいて油圧の変化を測定し、一つの作動行程（ＬＨ）における測定油圧の所定期間内での上昇が、ゼロ又はゼロに近い値として予め設定された限界値より小さい場合に前記作動操作を終了させることを特徴とする方法。
2. 前記圧力源（２０）の圧力−時間特性曲線（２５）を決定するために、前記圧力源（２０）の供給圧力を予め定めた終圧（Ｐ_E ）に到達するまで連続的に上昇させる較正操作を実行することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 作動行程（ＬＨ）及び戻り行程（ＲＨ）の作動操作を行うようにピストン型シリンダユニット（１０）を制御する圧力源（２０）及び切替弁（１９）に接続された前記油圧ピストン型シリンダユニット（１０）と、前記切替弁（１９）を操作する制御手段（２１）とを備えた油圧駆動手段において、
   前記圧力源（２０）の圧力を測定する圧力センサ（２２）を備え、前記制御手段（２１）は、時間間隔をおいて圧力の変化を測定し、一つの作動行程（ＬＨ）における測定油圧の所定期間内での上昇が、ゼロ又はゼロに近い値として予め設定された限界値より小さい場合に前記作動操作を停止させることを特徴とする油圧駆動手段。
4. 前記制御手段（２１）及び前記切替弁（１９）は前記圧力源（２０）に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の油圧駆動手段。

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