JP4616959B2 - 作業シリンダのための制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力媒体により操作可能な作業シリンダのための制御装置であって、互いに別個に調節可能で、かつそれぞれ一方では圧力媒体源および圧力媒体導出管路に、他方では作業シリンダにそれぞれ接続された、両シリンダ側のための２つの制御弁が設けられている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複動式の圧力媒体モータもしくは作業シリンダを制御するためには、通常、４ポート３位置弁（サーボ弁または比例弁）が使用される。この４ポート３位置弁を用いて、両シリンダ側に通じた消費器接続ポートと、圧力媒体接続ポートと、タンク接続ポートもしくは圧力媒体導出管路接続ポートとが一緒に制御される。
制御のために必要となる４つの制御縁部は、１つの共通の調節機構、たとえばピストン状の制御スプールに、互いに緊密に束縛された関係で位置しており、これにより、たとえば一方のシリンダ側が圧力負荷された場合に、それぞれ他方のシリンダ側が対応して排気されるか、もしくはタンクに接続されることが簡単に確保されている。
【０００３】
両シリンダ側の制御のこのように互いに緊密に束縛された結びつきは、たとえば差動シリンダを制御する場合には、両シリンダ側における互いに異なる容量に基づき、付加的な手段（たとえば「後吸込弁」）を用いてしか回避され得ない幾つかの欠点をもたらし、さらにこの場合、負荷剛性（Ｌａｓｔｓｔｅｉｆｉｇｋｅｉｔ）、位置決め精度および圧力衝撃、デコンプレッション衝撃等に基づく種々異なる負荷および速度における運転静粛性（Ｌａｕｆｒｕｈｅ）も十分であるとは云えないので、たとえば「Ｏｅｌｈｙｄｒａｕｌｉｋ ｕｎｄ Ｐｎｅｕｍａｔｉｋ、４２（１９９８年）Ｎｒ．４、第２４０頁以降」では既に、両シリンダ側のための共通の４ポート３位置制御弁の代わりに、それぞれ一方のシリンダ側に対応する２つの別個の３ポート３位置制御弁を使用することが提案されている。これによって、両シリンダ側を互いに別個に独立して制御することができる。そしてシリンダ制御のための新しい多数の可能性が得られる。駆動装置の負荷剛性を必要に応じて問題なく高めることができる。すなわち、位置決め精度の改善や、種々異なる負荷および速度における運転静粛性の改善が得られる。圧力衝撃（Ｄｒｕｃｋｓｔｏｅｓｓｅｎ）およびデコンプレッション衝撃（Ｄｅｋｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｓｃｈｌａｅｇｅｎ）の作用を著しく減少させることができる。
【０００４】
さらに、たとえば欧州特許第６５４６０８号明細書に基づき、ピストンロッドレスのニューマチックシリンダとの関連において、類似の制御装置が公知である。この公知の制御装置では、両シリンダ側の互いに別個の制御可能性が、ピストンの効率の良い制動を可能にするために利用されるか、もしくはこれによって可能となる、調節速度の増大のために利用される。
【０００５】
しかし、冒頭で述べた形式の制御装置の、上に挙げた公知の構成には、もちろん、個別コンポーネントに対して、ひいては付加的な接続管路等に対しても、高められた手間がかかり、このような手間が、組立てや保守に関しても高められた手間を生ぜしめるという欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の制御装置を改良して、上で述べた公知の構成における欠点が回避され、特に個々に組み付けられかつ接続されなければならないコンポーネントにかかる手間が減じられ、ひいては制御装置の一層簡単な収納や組立ておよび保守の簡単化が達成されるような制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、両制御弁の調節機構が、１つの共通の弁ハウジング内に収納されており、該弁ハウジングがさらに、両シリンダ側のための制御したい複数の圧力媒体接続ポートと、該圧力媒体接続ポートを、前記調節機構にそれぞれ設けられた制御縁部と協働する制御室に接続する複数の接続管路とを有しているようにした。
【０００８】
【発明の効果】
これにより本発明によれば、両シリンダ側を制御するために単一のコンパクトなユニットが提供されるので有利である。このユニットは、配置形式、接続形式、組立ておよび保守の点で外観的には、冒頭で述べたような、両シリンダ側の制御の互いに緊密に束縛された関係を有する共通の４ポート３位置弁のように見える。本発明の構成の外面的に判る大きな相違点は、両調節機構が互いに別個に調節可能である点にある。このような別個の調節可能性は両シリンダ側の制御の前記機能分割を確保する。必要となる接続管路および接続ポートは共通の弁ハウジングに配置されており、このことは組立ておよび保守を必然的に簡単にするとともに、欠陥もしくは故障の可能性を減少させる。弁ハウジングにおける接続ポートの適宜な配置を前提条件として、本発明による制御装置は、たとえば極めて単純に、既存の使用事例において、冒頭で述べた４ポート３位置制御弁を有する装置の代わりに使用することもできる。すなわち、共通の弁ハウジング内での両調節機構の互いに別個の操作のための準備を行うだけで済む。
【０００９】
本発明の有利な構成では、両調節機構が調節ピストンとして形成されていて、弁ハウジング内に同軸的に配置されており、そして外側の端面に互いに向かい合って位置する別個の制御駆動装置を介して調節可能である。このことは弁ハウジングの単純な構成と、２つの別個の制御駆動装置への容易な接近性とを生ぜしめ、このことは組立てや保守を一層改善するか、もしくは簡単にする。
【００１０】
本発明の別の有利な構成では、各調節ピストンが、弁ハウジング内に配置された、有利には両調節ピストンのために共通の制御ブシュ内に案内されていてよい。このことは、調節ピストンの制御縁部と協働する制御ブシュを、たとえば特別に焼入れされた材料から別個に製造することを可能にするか、あるいはまた、摩耗時にこの制御ブシュを簡単に交換することを可能にする。
【００１１】
調節ピストンのガイド遊びを介して、制御駆動装置に設けられた外側の端面側の室に流入した圧力媒体に基づく、コントロールされていない圧力形成もしくは増圧の不都合な作用を抑制するために、本発明のさらに別の有利な構成では、前記制御駆動装置に設けられた外側の端面側の室が、調節ピストンに設けられた軸方向の孔によって互いに接続されているとともに、プレロード弁（Ｖｏｒｓｐａｎｎｖｅｎｔｉｌ）を介して圧力媒体導出管路に接続されている。公知の方向切換弁では、制御駆動装置に設けられた外側の室がしばしば直接にタンク接続ポートに接続されているか、または第１の絞りを介して圧力接続ポートに、かつ第２の絞りを介してタンク接続ポートにそれぞれ接続されている。前者の場合、つまり外側の室が直接にタンク接続ポートに接続されている場合には、制御駆動装置に面した端面側の室の排気性不良および制御不安定性をもたらす恐れのある圧力ピークの出現という欠点が生じる。後者の場合、つまり外側の室が第１の絞りを介して圧力接続ポートに、かつ第２の絞りを介してタンク接続ポートにそれぞれ接続されている場合には、大きな絞り横断面においては付加的に出力損失が生じ、そして小さな横断面においては絞りが閉塞する危険、ひいては前記室におけるコントロールされていない圧力形成が生じる危険がある。このような圧力形成もしくは増圧は、通常では最大作動圧にまでは負荷され得ない制御駆動装置の破壊を招く恐れがある。本発明のこのような構成を用いると、これらの欠点は回避され、制御駆動装置に設けられた端面側の室には、付加的な出力損失なしに一定の圧力が確保される。
【００１２】
これに関連した、本発明のさらに別の特に有利な構成では、前記制御ブシュが、両調節ピストンの間で開放されて、有利には分割されており、前記プレロード弁が、外側から半径方向でプレロードもしくは予荷重をかけられた弾性的なシールリングとして、制御ブシュの開放部、有利には分割された両制御ブシュ部分の両端部に被さるように形成されている。たとえばばね負荷されたボール弁として形成された汎用のプレロード弁を、圧力媒体導出管路もしくはタンクに通じた接続管路に設けるという、必然的に与えられている可能性は別として、本発明のこのような構成を用いると、開放された制御ブシュもしくは分割された制御ブシュと共に構造的に単純な構成を実現することができる。この場合、これによって達成された、制御駆動装置に設けられた室におけるほぼ一定の圧力レベルは、付加的な漏れ損失なしに高い制御安定性をもたらす。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１４】
図１および図２には、冒頭で説明した公知先行技術による、圧力媒体により操作可能な作業シリンダのための制御装置の回路図が概略的に図示されている。
【００１５】
図１の構成では、圧力媒体により操作可能な作業シリンダ１が慣用の形式で、１つの４ポート３位置弁２によって制御される。この４ポート３位置弁２は一方では接続ポートＡ，Ｂを介して作業シリンダ１の両作業室に接続されており、他方では接続ポートＰを介して圧力媒体源に、かつ接続ポートＴを介してタンクへ通じた圧力媒体導出管路にそれぞれ接続されている。一方ではばねによりプレロードもしくは予荷重をかけられている４ポート３位置弁２は、他方ではたとえば電磁石を介して操作され、この場合、符号ｕで示した、この電磁石への電圧供給は制御ユニット３から行われる。この制御ユニット３には、入力量として圧力ｐ_Aおよびｐ_Bと、ピストン移動距離ｘに相当するセンサ信号とが供給される。
【００１６】
このような駆動装置のために汎用的に使用される、このような単純な制御装置は、両シリンダ側の圧力媒体制御の互いに緊密に束縛された関係に基づき、ほとんど専ら両シリンダ室の正確に互いに正反対（ｇｅｇｅｎｇｌｅｉｃｈ）の運転しか可能にしない。すなわち、一方のシリンダ側が圧力負荷されると、他方のシリンダ側は強制的に接続ポートＴに向かって放圧され、また逆に他方のシリンダ側が圧力負荷されると、一方のシリンダ側は強制的に接続ポートＴに向かって放圧されるわけである。これによって、冒頭で既に言及したような不都合、たとえば不十分な負荷剛性、圧力衝撃感度等に関する不都合が生じる。さらに、このような制御装置では、たとえば作業シリンダ１のピストンロッドが図１に示した構成とは異なり、片側でしか導出されておらず、こうしてピストンの両側で交換されるべき容量に著しい容量差が生じるような場合にも、問題が生じ得る。
【００１７】
図２に示した構成では、図１の構成で使用された、両シリンダ側にとって共通の４ポート３位置弁２の代わりに、互いに独立して別個に調節可能な（制御部ｕ_Aおよびｕ_B）２つの３ポート３位置弁として形成された制御弁４，５が設けられている。これによって、両シリンダ室の互いに独立した別個の圧力負荷もしくは遮断および放圧の可能性が極めて簡単かつ有効に得られる。このような可能性は、たとえば負荷剛性を高めるため、または位置決め精度や種々異なる負荷および速度における運転静粛性（Ｌａｕｆｒｕｈｅ）を改善するため、もしくは容量差の不都合な作用ならびに圧力衝撃およびデコンプレッション衝撃の不都合な作用をも減少させるために利用することができる。
【００１８】
図３に示した本発明の構成では、互いに別個に調節可能でかつそれぞれ一方では接続ポートＰ，Ｔを介して圧力媒体源および圧力媒体導出管路に、他方では作業シリンダ（それぞれ接続ポートＡ，Ｂを介して）に接続された２つの制御弁４，５が形成されており、この場合、両制御弁４，５の調節機構４′，５′は１つの共通の弁ハウジング３１内に収納されている。この弁ハウジング３１はさらに、両シリンダ側のための制御したい圧力媒体接続部と、これらの圧力媒体接続部を、制御機構４′，５′にそれぞれ設けられた制御縁部１７，１８もしくは制御縁部２１，２２と協働する制御室に接続する接続管路とを有している。
【００１９】
両調節機構４′，５′は調節ピストンとして形成されており、この調節ピストンは弁ハウジング３１内に同軸的に配置されていて、外側の端面に互いに向かい合って位置する、それぞれ別個の制御駆動装置６，７を介して調節可能である。各調節ピストン４′，５′は、弁ハウジング３１内に配置されかつこの場合、両調節ピストン４′，５′の間で分割された制御ブシュ（３２，３３）内に案内されている。このことは弁ハウジング３１の簡単な構造および製造を可能にする。制御駆動装置６，７に設けられた外側の端面側の室３４，３５は調節ピストン４′，５′に設けられた軸方向の孔１０，１１を通じて互いに接続されていると同時に、真ん中に配置されたプレロード弁３６を介して圧力媒体導出管路（接続ポートＴ）にも接続されている。このプレロード弁３６はこの場合、制御ブシュを形成する両制御ブシュ部分３２，３３の端部に被せられた、外側から半径方向でプレロードもしくは予荷重をかけられた弾性的なシールリング１５として実現されている。
【００２０】
両制御駆動装置６，７は、たとえば電気的な比例磁石として形成されていて、適宜な電気的な制御においてアーマチュア突出部３６，３７と調節ねじ３８とを介して調節ピストン４′，５′に作用する。他方の運動方向では、ばね８，９が作用しており、これらのばね８，９は一方では制御ブシュ部分３２，３３に、他方では伝達スリーブ３９に、それぞれ支持されており、この伝達スリーブ３９によって、調節ピストン４′，５′を連行しながらアーマチュア突出部３６，３７を再び押し戻すことができる。
【００２１】
装置作動中に調節ピストン４′，５′のガイド遊びを介して室３４，３５に流入した圧力媒体は、この室３４，３５において圧力増大をもたらし、この圧力増大は存在する空気を圧縮する。規定の圧力レベルが達成されると、弾性的なシールリング１５が、両制御ブシュ部分３２，３３の間に残ったギャップを、タンク接続室１６に向かって開放し、これによりアーマチュア室３４，３５内にはほぼ一定の圧力レベルが達成され、このことは付加的な漏れ損失なしに高い制御安定性をもたらす。
【００２２】
図３に示した装置全体が極めて小さくかつコンパクトに形成されていて、接続ポートに関しても、図１に示した慣用の手段にほぼ相当していることが容易に判る。すなわち、図２につき説明したような全ての機能を実現し得るようにするためには、単に第２の制御駆動装置もしくは第２の作動駆動装置しか必要とならない。
【００２３】
図３に示した方向切換弁の圧力接続ポートＰは弁ハウジング３１に設けられた迂回通路１２によって分割されて、一方の制御ブシュ部分３２の圧力接続ポート１３もしくは他方の制御ブシュ部分３３の圧力接続ポート１４にまで案内される。一方の調節ピストン４′に設けられた制御縁部１７，１８と、一方の制御ブシュ部分３２に設けられた半径方向の貫通孔１９とを介して、消費器室２０（接続ポートＡ）は圧力接続ポート１３またはタンク接続ポートもしくはタンク接続室１６に接続可能となる。一方の作動駆動装置もしくは制御駆動装置６に設けられた比例磁石の、図示の無電流状態の基本位置では、消費器室２０（接続ポートＡ）がタンク接続室１６に接続されている。この制御駆動装置６が通電されると、対応する一方の制御ピストン４′は図面で見て右側へ向かって移動させられ、これにより消費器室２０（接続ポートＡ）とタンク接続室１６との接続が閉鎖され、圧力接続ポート１３と消費器室２０（接続ポートＡ）との接続が形成される。
【００２４】
他方の側では、他方の調節ピストン５′に設けられた制御縁部２１，２２と、他方の消費器室２４（接続ポートＢ）に設けられた半径方向の貫通孔２３とが、圧力接続ポート１４またはタンク接続室１６に接続可能となる。その他の機能は、上で説明した一方の制御弁４の機能に相当している。
【００２５】
図４には、図３の実施例の変化形が示されている。図４の変化実施例では、制御ブシュ４０が両調節ピストン４′，５′のために共通にかつ分割されずに形成されていて、図面で見て右側から共通の弁ハウジング３１に挿入されている。圧力媒体のための接続ポートは図３の実施例に比べて、次の点で変えられている。すなわち、図４の変化実施例では、圧力媒体源の接続ポートＰが真ん中に設けられており、そして圧力媒体導出のための接続ポートＴがそれぞれ外側に設けられている。この制御装置の制御機能もしくは両消費器接続ポートＡ，Ｂを別個に制御するための手段は、図３に示した実施例に比べて変えられていない。
【００２６】
端面側のアーマチュア室３４，３５はこの場合にも、それぞれ調節ピストン４′，５′に設けられた中心の孔１０，１１を介して接続されているが、しかしこの場合、ばね負荷されたボール弁が、プレロード弁３６として、図面で見て右側のアーマチュア室３５と圧力媒体導出のための接続ポートＴとの接続路に挿入されている。このようにしても、両アーマチュア室３４，３５内ではコントロールされていない圧力形成や、相応する故障もしくは損傷が発生し得ないことを確保することができるので有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知先行技術による作業シリンダのための制御装置の回路図である。
【図２】公知先行技術による作業シリンダのための別の制御装置の回路図である。
【図３】本発明による制御装置の１実施例を部分的に縦断面して示す概略図である。
【図４】本発明による制御装置の別の実施例を部分的に縦断面して示す概略図である。
【符号の説明】
１ 作業シリンダ、 ２ ４ポート３位置弁、 ３ 制御ユニット、 ４，５制御弁、 ６，７ 制御駆動装置、 ８，９ ばね、 １０，１１ 孔、 １２ 迂回通路、 １３，１４ 圧力接続ポート、 １５ シールリング、 １６タンク接続室、 １７，１８ 制御縁部、 １９ 貫通孔、 ２０ 消費器室、 ２１，２２ 制御縁部、 ２３ 貫通孔、 ２４ 消費器室、 ３１ 弁ハウジング、 ３２，３３ 制御ブシュ部分、 ３４，３５ 室、 ３６ プレロード弁、 ３６，３７ アーマチュア突出部、 ３８ 調節ねじ、 ３９ 伝達スリーブ、 ４０ 制御ブシュ

Claims (5)

1. 圧力媒体により操作可能な作業シリンダ（１）のための制御装置であって、互いに別個に調節可能で、かつそれぞれ一方では圧力媒体源（Ｐ）および圧力媒体導出管路（Ｔ）に、他方では作業シリンダ（１）にそれぞれ接続された、両シリンダ側（Ａ，Ｂ）のための２つの制御弁（４，５）が設けられている形式のものにおいて、両制御弁（４，５）の調節機構（４′，５′）が、１つの共通の弁ハウジング（３１）内に収納されており、該弁ハウジング（３１）がさらに、両シリンダ側のための制御したい複数の圧力媒体接続ポート（Ａ，Ｂ，Ｐ，Ｔ）と、該圧力媒体接続ポートを、前記調節機構（４′，５′）にそれぞれ設けられた制御縁部（１７，１８；２１，２２）と協働する制御室に接続する複数の接続管路とを有しており、両調節機構（４′，５′）が調節ピストンとして形成されていて、弁ハウジング（３１）内に同軸的に配置されており、そして外側の端面に互いに向かい合って位置する別個の制御駆動装置（６，７）を介して調節可能であり、該制御駆動装置（６，７）に設けられた外側の端面側の室（３４，３５）が、調節ピストン（４′，５′）に設けられた軸方向の孔（１０，１１）によって互いに接続されているとともに、プレロード弁（３６）を介して圧力媒体導出管路（Ｔ）に接続されていることを特徴とする、作業シリンダのための制御装置。
2. 各調節ピストン（４′，５′）が、弁ハウジング（３１）内に配置された制御ブシュ（３２，３３；４０）内に案内されている、請求項１記載の制御装置。
3. 各調節ピストン（４′，５′）が、弁ハウジング（３１）内に配置された、両調節ピストン（４′，５′）のための共通の制御ブシュ（３２，３３；４０）内に案内されている、請求項２記載の制御装置。
4. 前記制御ブシュ（３２，３３）が、両調節ピストン（４′，５′）の間で開放されて、前記プレロード弁（３６）が、外側から半径方向でプレロードもしくは予荷重をかけられた弾性的なシールリング（１５）として、前記制御ブシュの開放部に被さるように形成されている、請求項２または３記載の制御装置。
5. 前記制御ブシュ（３２，３３）が、両調節ピストン（４′，５′）の間で分割されて２つの制御ブシュ部分（３２，３３）を形成しており、前記シールリング（１５）が、前記制御ブシュの両制御ブシュ部分（３２，３３）の互いに向かい合わされた両端部に被さるように形成されている、請求項４記載の制御装置。

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