JP5117972B2 - アクチュエータ装置及びパワーアシスト装置 - Google Patents

Description

本発明は、作動流体の給排によって駆動されるアクチュエータを備えたアクチュエータ装置と、これを搭載したパワーアシスト装置に関するものである。

従来、この種のアクチュエータ装置としては、例えば次のようなものが存在する。即ち、この従来のアクチュエータ装置は、ブームを回動させるアクチュエータとしての油圧シリンダと、該油圧シリンダに作動油を給排するための油圧ポンプと、該油圧ポンプによる作動油の給排を切換制御する方向制御弁と、前記ブームの落下を防止するための落下防止機能を備えたバルブ装置とを有している。

かかるバルブ装置は、油圧シリンダのボトム側に夫々配管接続されるリリーフ弁とチェック弁とを備えている。また、このチェック弁には、パイロット管路を介して電磁弁によりパイロット圧が導入されるように構成されている。更に、リリーフ弁はネジ式の圧力調整機構を有しており、前記ブームの動作に対応させた所定のリリーフ圧に設定されている。
特開２００４−３０１２１４号公報

しかしながら、上記従来のものに於けるバルブ装置は、リリーフ弁とチェック弁とを並列に配管接続すると共に、該チェック弁の動作制御にパイロット圧を導入すべく、別途パイロット回路を有している。このため、その構成が非常に複雑なものとなって、製作コストが必要以上に嵩んでしまうという問題点があった。

また、リリーフ弁の設定圧はネジ式の調整機構で設定されるものであるために、設定圧が一意的に限定されてしまうという難点があり、適用対象が上記従来の如きブームを備えた一部の作業用車両等に限定されてしまう欠点もあった。また、代わりにパイロットチェック弁やカウンターバランス弁を用いた場合では、アクチュエータと負荷のバランスによっては不安定な挙動を示すことがあった。

それ故に、本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、優れた安全性を有すると共に、簡易な構成からなるアクチュエータ装置及びパワーアシスト装置を提供することにある。

本発明に係るアクチュエータ装置は、作動流体の給排により動作する可動体を備えたアクチュエータと、該アクチュエータに作動流体を給排するための流体給排手段と、該流体給排手段と前記アクチュエータとの間に配置される管路と、該管路に設けられて、前記流体給排手段による作動流体の給排を切換可能な給排切換手段とを有し、該給排切換手段は、前記可動体の位置を保持させるべく、アクチュエータへの作動流体の給排を停止し得るように構成されている。

これによれば、流体給排手段からの作動流体は給排切換手段を切換えることにより、アクチュエータに供給され又はアクチュエータから排出される。これにより、アクチュエータの可動体が所定の動作を行うことになる。この場合に於いて、例えば何らかの原因によって、流体給排手段による作動流体の給排が中止される等の異常事態が発生したときは、給排切換手段によるアクチュエータへの作動流体の給排を停止させることが可能である。かかる作動流体の給排停止により、前記可動体の動作が停止されると共に、その位置が保持されることになる。その結果、異常事態発生時等に於いて、可動体に不測の動作を行わしめることなく、その動作をコントロールすることが可能となるために、良好な安全性を確保できる。

また、前記管路内の作動流体の圧力を測定可能に構成すると共に、該測定圧力が低下した際に、前記給排切換手段によるアクチュエータへの作動流体の給排が停止されるように構成されている。

このように、作動流体の圧力が低下する原因としては、例えば管路の破損による作動流体の漏洩や流体給排手段の故障等が考えられる。その際に於ける圧力低下を的確に測定することにより、アクチュエータへの作動流体の給排が停止されて、前記可動体の位置が保持される。これにより、異常事態等に対して早期に且つ適切に対応することができるために、安全性が向上することになる。

更に、該アクチュエータ装置の動作を制御可能な制御装置を備えると共に、該制御装置による動作指令と、該アクチュエータ装置の動作状態との間に不一致が生じた際に、前記給排切換手段によるアクチュエータへの作動流体の給排が停止されるように構成されている。

一般に、アクチュエータ装置の各部の動作状態が、制御装置による動作指令と一致しない場合は、アクチュエータ装置に何らかの異常が発生していると考えられる。かかる不一致を制御装置により検知して、前記可動体の位置を保持することにより、異常事態等に対して早期に且つ適切に対応することができるために、安全性の向上が図れる。このような制御装置によれば、アクチュエータ装置の各部の微細な異常発生を検知することが可能となるために、特に高い安全性が要求されるものについて有用である。

また、前記給排切換手段は、常時は閉鎖される方向制御弁で構成することも可能である。

これによると、方向制御弁は常時は閉鎖されているが、流体給排手段による作動流体の給排が開始されると開放状態に切換えられる。アクチュエータ装置に異常等が発生した場合であっても、流体給排手段によるアクチュエータへの作動流体の給排は停止されることになる。これにより、アクチュエータ装置の安全な運用が可能となる。

更に、前記流体給排手段は、電動機により正逆回転可能なポンプで構成してもよい。

これによると、一台の電動機により作動流体をアクチュエータ装置に給排することができて、構成の簡略化が図れることになる。

また、本発明に係るパワーアシスト装置は、前記アクチュエータ装置を搭載したものである。

更に、本発明に係るアクチュエータ装置及びパワーアシスト装置は、全体の構成が非常に簡易であるために、その製作も安価で且つ容易に行えるという利点もある。

以上のように、本発明によれば、構成が非常に簡易で、且つ良好な安全性を確保できるアクチュエータ装置とパワーアシスト装置を得ることができる。

以下、本発明に係るアクチュエータ装置の一実施形態について図面に従って説明する。

図１は、本実施形態に係るアクチュエータ装置Ａ及びパワーアシスト装置Ｂの構成を示すブロック図である。同図に示すように、アクチュエータ装置Ａは、可動体としてのロッド１ｂを備えた油圧シリンダからなるアクチュエータ１と、該アクチュエータ１の各ポートに設けられる給排切換手段としての方向制御弁２、３と、流体給排手段としての油圧ポンプ４と、該油圧ポンプ４と前記各方向制御弁２間に接続される管路５、６と、該管路５、６に夫々設けられる圧力計７、８とを備えている。尚、方向制御弁２、３は、直接アクチュエータ１のポートに設けるのではなく、鋼管等の接続管を介して間接的に設けてもよい。

油圧ポンプ４はサーボモータからなる電動機９により正逆両回転が可能であり、正回転の場合は油圧タンク１０から作動流体としての作動油３０が油圧ポンプ４及び一方の管路５を介して、アクチュエータ１のボトム１ａ側の方向制御弁２に供給される。その際、アクチュエータ１のロッド１ｂ側の作動油３０は、方向制御弁３及び他方の管路６を介して油圧ポンプ４に排出される。これにより、アクチュエータ１のロッド１ｂが外部へ進出することになる。

一方、油圧ポンプ４が逆回転する場合は、これとは逆に管路６及び方向制御弁３を介して、アクチュエータ１のロッド１ｂ側に作動油３０が供給されると共に、ボトム１ａ側の作動油３０は方向制御弁２及び管路５を介して油圧ポンプ４に排出されることになる。尚、各方向制御弁２、３は、常時は閉鎖状態となるように設定される所謂ノーマルクローズと称されるものであり、油圧ポンプ４による作動油３０の給排が開始されると、方向制御弁２、３は開放状態に切換えられる。但し、方向制御弁２、３は必ずしもノーマルクローズタイプを使用する必要はなく、例えばノーマルオープンタイプ等を使用することも可能である。

この場合、アクチュエータ１のボトム１ａ側とロッド１ｂ側に於いて、ロッド１ｂの体積に応じた作動油３０の過不足が生じることとなる。この点については、管路５、６間に、一対のパイロットチェック弁２１、２２を接続することにより対処している。即ち、かかるパイロットチェック弁２１、２２は、各管路５、６内の作動油３０の圧力に基づいて開閉されるものであり、パイロットチェック弁２１がパイロット圧を受けて開放されると、管路５内にある作動油３０の一部がパイロットチェック弁２１及び補助管路２３を介して油圧タンク１０に回収される。一方、パイロットチェック弁２２がパイロット圧を受けて開放されると、油圧タンク１０内にある作動油３０の一部が補助管路２３及びパイロットチェック弁２２を介して管路６に補給されることになる。これにより、上記作動油３０の過不足という問題が解消されている。

また、管路５、６間には、流通する作動油３０の上限圧力を調整するための一対のリリーフ弁２４、２５が接続されている。

アクチュエータ装置Ａは、制御装置４０により制御されるように構成されている。制御装置４０は、作業者やコントローラ等による操作装置４１の操作に基づいて電動機９を駆動する。

また、管路５、６の作動油３０の圧力が予め設定した圧力以下に低下した場合は、圧力計７、８による測定結果に基づいて、方向制御弁２、３は制御装置４０からの動作指令により閉鎖される。尚、この設定圧力は任意に変更することが可能であり、例えばアクチュエータ装置１が適用される装置や機器等に応じて最適な圧力に設定することができる。

更に、電動機９は制御装置４０から動作指令に基づいて、所定の回転トルクや回転速度等を維持しつつ運転されるものであるが、かかる動作指令と電動機９の実際の動作状態が一致しない場合、制御装置４０は方向制御弁２、３を閉鎖するように動作指令が送られる。尚、制御装置４０による動作指令は、その指令値を変更することにより任意に設定することができる。

本実施形態に係るアクチュエータ装置Ａは以上のような構成からなるが、その構成は非常に簡易であるために、容易に且つ安価に製作できるという実用的な利点を有している。

このようなアクチュエータ装置Ａは、例えば人の力を増幅して出力するパワーアシスト装置Ｂに搭載して使用される。

即ち、パワーアシスト装置Ｂは図１に示すように、支点５０を中心として上下に回動するアーム５１と、その一端部に設けられるハンド部５２と、他端部に設けられる錘５３とを備えている。アクチュエータ装置Ａのアクチュエータ１のロッド１ｂは、前記支点５０の他端部側に位置するアーム５１の部位に固定されている。

このようなパワーアシスト装置Ｂのアーム５１を回動させる場合は、例えば作業者等が操作装置４１を操作して行う。この操作に基づいて、制御装置４０により電動機９が正回転又は逆回転するように駆動されると共に、各方向制御弁２、３が開放される。油圧ポンプ４によりアクチュエータ１に作動油３０が給排されると、そのロッド１ｂが出入動作を行って前記アーム５１が上下に回動することになる。そして、パワーアシスト装置Ｂのハンド部５２により、所定の作業を行うことができる。

このような作業中に、例えば管路５、６が破損して作動油３０が外部へ漏洩した場合は、管路５、６の作動油３０の圧力が低下することになる。そして、予め設定した圧力値まで管内圧力が低下した時点で、圧力計７、８から制御装置４０に信号が送られ、これに基づいて各方向制御弁２、３が閉鎖される。これにより、アクチュエータ１への作動油３０の給排が停止されるために、アクチュエータ１のロッド１ｂはその位置で保持されることになる。その結果、パワーアシスト装置Ｂのアーム５１が錘５３や自重等により急激に落下するような事態は良好に回避されて、作業の安全性が確保されることになる。

また、何らかの原因により電動機９等に異常が発生し、その回転トルクや回転速度等が制御装置４０による動作指令と一致しない場合は、これを制御装置４０が検知して、方向制御弁２、３を閉鎖するように動作指令が送られる。この場合も、アクチュエータ１のロッド１ｂの位置は保持されるために、パワーアシスト装置Ｂのアーム５１の不用意な落下という事態を適切に回避できて、作業の安全性を確保し得ることになる。この場合は、制御装置４０により各装置の微細な異常発生を検知することが可能となるために、特に高い安全性が要求されるものについて有用である。

更に、各方向制御弁２、３は所謂ノーマルクローズタイプを使用しているために、例えば各装置の電気系統や計測系統に異常が発生した場合等に於いても、アクチュエータ１への作動油３０の給排は停止された状態が維持される。これにより、各装置を安全に運用することが可能となる。

尚、上記実施形態に於いては、アクチュエータ１として油圧シリンダを一例に挙げて説明している。しかるに、アクチュエータ１は他の流体圧シリンダ、例えば水圧シリンダやエアシリンダ等であってもよく、作動流体もこれらアクチュエータ１の種類により任意な変更が可能である。更に、流体圧シリンダ以外のアクチュエータ、例えば油圧モータ等であってもよい。要は、アクチュエータ１は作動流体の給排により動作する可動体を備えたものであればよいのである。

また、上記実施形態では、管路５、６内の作動流体の圧力を圧力計７、８で計測し、その圧力値が所定の圧力にまで低下した場合に、制御装置４０により方向制御弁２、３を閉鎖して、アクチュエータ１への作動流体の給排を停止させている。しかし、必ずしもこのように、管路５、６内の作動流体の圧力低下という事態に関連付けて、アクチュエータ１への作動流体の給排を停止させる必要はない。よって、前記圧力計７、８は省略しても構わない。

更に、上記実施形態にあっては、電動機９の回転トルクや回転速度等が制御装置４０による動作指令と一致しない場合に方向制御弁２、３を閉鎖させて、アクチュエータ１のロッド１ｂの位置が保持されるように構成している。しかるに、制御装置４０の動作指令と電動機９等の動作状態との不一致という事態に関連付けて、アクチュエータ１のロッド１ｂの位置が保持されるように構成する必要は一切ない。

また、流体給排手段としては、上記実施形態の如き油圧ポンプ４に限定されるものではなく、その駆動手段も電動機９に限られない。

更に、上記実施形態では、方向制御弁２、３を給排切換手段としているが、かかる給排切換手段は決してこれに限られない。

また、本発明に係るアクチュエータ装置Ａを搭載可能な装置は、上記実施形態のようなパワーアシスト装置Ｂに限定されるものではない。例えば、クレーン、パワーローダ、その他の作業機械等についても幅広く適用可能であることは言う迄もない。

その他、パワーアシスト装置Ｂの具体的な構成も、本発明の意図する範囲内に於いて任意に設計変更自在である。

以上説明したように、本発明は、特に作業の安全性が要求されるパワーアシストシステムや、その他の作業装置等に好適なアクチュエータ装置について有用である。

本発明の実施形態に係るアクチュエータ装置及びこれを搭載したパワーアシスト装置を示すブロック図である。

符号の説明

１ アクチュエータ
２ 方向制御弁
３ 方向制御弁
４ ポンプ
５ 管路
６ 管路
９ 電動機
４０ 制御装置

Claims (4)

1. 作動流体の給排により動作する可動体を備えたアクチュエータを有するアクチュエータ装置であって、
   該アクチュエータに作動流体を給排するための流体給排手段と、
   該流体給排手段と前記アクチュエータとの間に配置される管路と、
   該管路に設けられて、前記流体給排手段による作動流体の給排を切換可能な給排切換手段と、
   前記アクチュエータ装置の動作を制御可能な制御装置と、を有し、
   前記管路内の作動流体の圧力を測定可能に構成されると共に、該測定圧力が低下した際であって、かつ、前記制御装置による動作指令と、前記アクチュエータ装置の動作状態との間に不一致が生じた際に、前記給排切換手段は、前記可動体の位置を保持させるべく、前記アクチュエータへの作動流体の給排を停止し得るように構成されてなるアクチュエータ装置。
2. 前記給排切換手段が方向制御弁からなり、且つ該方向制御弁は常時は閉鎖されてなる請求項１記載のアクチュエータ装置。
3. 前記流体給排手段が、電動機により正逆回転可能なポンプからなる請求項１又は２記載のアクチュエータ装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載のアクチュエータ装置を搭載してなるパワーアシスト装置。

Images