JP6576856B2 - 液圧シリンダの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種の産業機械類の駆動源として使用される液圧シリンダの制御装置に関する。

従来より、リフターなどの昇降駆動のために、油圧シリンダがしばしば用いられる。

図６には一般的なリフター１の概略の構成の例が、図７には従来の油圧シリンダの制御装置８０が、それぞれ示されている。

図６に示すリフター１は、キャスター１４が設けられた台車１２の上に、軸１７で回動可能な支持脚１５，１６が配置され、その上にテーブル１３が載置される。支持脚１５，１６の間に油圧シリンダ１１が設けられ、油圧シリンダ１１のロッド１１１が伸長するとテーブル１３が上昇し、収縮するとテーブル１３が下降する。

図７において、ポンプからの油圧ＰＭ１１は、チェック弁８３および第１のパイロットチェック弁８１を介して油圧シリンダ１１のシリンダ室１１ａに接続される。チェック弁８３と第１のパイロットチェック弁８１との間の管路ＫＲ１１とタンクＴとの間に、第２のパイロットチェック弁８２が接続される。これら第１および第２のパイロットチェック弁８１，８２に対して、共通のパイロット圧ＰＰ１１が供給される。

リフター１を上昇させるときは、ポンプからの油圧ＰＭ１１を第１のパイロットチェック弁８１を介してシリンダ室１１ａに供給し、ロッド１１１を伸長させる。リフター１を下降させるときは、油圧ＰＭ１１を供給することなく、パイロット圧ＰＰ１１を供給し、第１および第２のパイロットチェック弁８１，８２を開状態とする。これにより、テーブル１３などの自重によりロッド１１１が下降し、シリンダ室１１ａの油をこれら第１および第２のパイロットチェック弁８１，８２を介してタンクＴに排出する。

特許文献１および２には、液圧シリンダの制御装置の例が開示されている。

特開２０１１−１４８５８３号公報 特開平１１−３３６１１６号公報

図７で示すようにシリンダ室１１ａから油を排出する回路に第１と第２の２つのパイロットチェック弁８１，８２を設ける理由は、装置の信頼性を向上させるためである。

すなわち、もし弁や管路などに何らかの異常が発生した場合であっても、テーブル１３などが不測に下降することがないよう、２つのパイロットチェック弁８１，８２を設けて安全性を二重化することが行われている。

ところが、もしパイロットチェック弁８１，８２の一方に異常が発生した場合に、その異常が共通のパイロット圧ＰＰ１１の回路または管路ＫＲ１１を介して他方に影響を与え、それが誤作動につながる恐れがないとは言えなかった。

つまり、第１のパイロットチェック弁８１は、図の下側の一端がタンクＴではなくチェック弁８３の上端の管路ＫＲ１１に接続されているため、ここに背圧が発生する可能性がある。もしも第１のパイロットチェック弁８１に漏れが発生した場合に、漏れた油によって管路ＫＲ１１に背圧が発生し、それがパイロット圧ＰＰ１１の回路に廻り込んで第２のパイロットチェック弁８２を開状態とする可能性が考えられる。その場合には、２つのパイロットチェック弁８１，８２で安全性を二重化しているにも係わらず、実際には完全な二重化とはなっていないこととなる。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、２つのパイロットチェック弁による二重化を確実にして信頼性を一層向上させることを目的とする。

本発明の一実施形態に係る装置は、シリンダ室に液体を給排することによってピストンを移動させるための液圧シリンダの制御装置であって、前記シリンダ室に一端側が接続された第１のパイロットチェック弁と、前記第１のパイロットチェック弁の他端側とタンク側との間に接続された第２のパイロットチェック弁と、前記シリンダ室の液体を排出するときに前記第１のパイロットチェック弁および前記第２のパイロットチェック弁にパイロット圧を加えてこれらを開くためのパイロット回路と、を有し、前記パイロット回路には、前記第２のパイロットチェック弁に加わるパイロット圧を前記第１のパイロットチェック弁に加わるパイロット圧よりも時間的に遅くするものであり、前記第１のパイロットチェック弁が開く前記パイロット圧よりも圧力の高い前記パイロット圧により切り替わって前記パイロット圧を時間差を設けて前記第２のパイロットチェック弁に供給するための遅延部材が設けられる。

好ましくは、前記遅延部材は、シーケンス弁である。また、パイロット圧によって動作する他の切り替え弁を用いることができる。

また好ましくは、前記第１のパイロットチェック弁は、外部パイロット式である。

また、前記パイロット回路には、前記パイロット圧を供給するための手動式のポンプが設けられる。なお、手動式とは、手による操作のみならず、足その他による操作をも含む。

また、前記第２のパイロットチェック弁には、前記シリンダ室の液体を排出するときの流量を調節して前記ピストンの移動速度を調整するための絞り調整弁が直列に接続される。

また、前記第１のパイロットチェック弁と前記第２のパイロットチェック弁とが接続される回路に、前記シリンダ室に液体を供給するための液圧ポンプがチェック弁を介して接続される。

また、前記液圧ポンプは、シリンダと、前記シリンダ内を摺動するポンプピストンと、前記シリンダの両端を閉塞するヘッドカバーおよびロッドカバーと、前記ロッドカバーを貫通して前記ポンプピストンと一体的に移動するポンプロッドと、前記ポンプロッドを往復移動させるための駆動操作部材と、を有し、前記ポンプピストンと前記ヘッドカバーとの間のピストン側室から吐出される液体を前記シリンダ室に供給する。

また、平常時には前記ポンプピストンと前記ロッドカバーとの間のロッド側室をタンク側に接続するとともに、前記ピストン側室の液圧が所定値よりも高くなったときに前記ロッド側室を前記ピストン側室に接続するよう切り替わって差動回路とするための切替え弁が設けられる。

また、前記ピストンは、前記シリンダ室に液体が供給されたときに移動して押し動作を行い、外力により押されかつ前記第１のパイロットチェック弁および前記第２のパイロットチェック弁が開いたときに前記シリンダ室の液体を前記タンク側に排出するよう移動して引き動作を行う。

本発明によると、２つのパイロットチェック弁による二重化を確実にして信頼性を一層向上させることができる。

本発明の一実施形態の油圧シリンダの制御装置の回路を示す図である。 手動式の油圧ポンプの回路の部分を拡大して示す図である。 制御装置に用いられるパイロットチェック弁の構造の例を示す図である。 油圧シリンダの上昇時の各部の動作の様子を示すタイミング図である。 油圧シリンダの下降時の各部の動作の様子を示すタイミング図である。 リフターの概略の構成の例を示すである。 従来の油圧シリンダの制御装置の回路を示す図である。

図１には、本発明の一実施形態の油圧シリンダの制御装置２の回路が、図２には手動式の油圧ポンプ３１の回路の部分の拡大図が、図３には制御装置２に用いられるパイロットチェック弁３９の構造の例が、それぞれ示されている。

図１において、制御装置２は、油圧シリンダ１１のシリンダ室１１ａに圧油を給排することによってピストン１１２を移動させるための装置である。制御装置２は、電力で油圧シリンダ１１の駆動および制御を行う電気制御部と、電力が供給されない場合に手動で駆動および制御を行う手動制御部とを有する。

電気制御部は、モータ２２、油圧ポンプ２１、電磁式の切替え弁２４、２６、２８、リリーフ弁２５、チェック弁３５、絞り調整弁４１、および図示しない制御回路部材などから構成される。

手動制御部は、手動式の油圧ポンプ３１，３６、チェック弁３２，３７、リリーフ弁３３，３８、第１のパイロットチェック弁３９、第２のパイロットチェック弁４０、シーケンス弁４２などから構成される。

切替え弁２６および第１のパイロットチェック弁３９は、油圧シリンダ１１と一体的に組み込まれたシリンダモジュール３として構成され、油圧ポンプ２１およびモータ２２はポンプモジュール５として構成され、それ以外の部材は制御モジュール４として構成される。

シリンダモジュール３と制御モジュール４との間は、ホース２７，２８によって油路が接続されている。油圧シリンダ１１は、例えば図６に示すリフター１に取り付けて使用される。

制御装置２の電気制御部において、モータ２２で駆動される油圧ポンプ２１からは、リリーフ弁２５で調整された圧力の油圧ＰＭ１が出力される。切替え弁２４がオンすると、チェック弁３５および切替え弁２６を介してシリンダ室１１ａに圧油が供給される。これによって油圧シリンダ１１は上昇駆動する。油圧シリンダ１１のロッド側室１１ｂの圧油はタンク２３に排出される。

切替え弁２６，２８がオンすると、自重でピストン１１２が下降し、シリンダ室１１ａの圧油は切替え弁２６，２８および絞り調整弁４１を介してタンク２３に排出される。

制御装置２の手動制御部において、上でも述べたように、シリンダ室１１ａに一端側が接続された第１のパイロットチェック弁３９、第１のパイロットチェック弁３９の他端側とタンク２３の側との間に接続された第２のパイロットチェック弁４０、および、シリンダ室１１ａの圧油を排出するときに第１のパイロットチェック弁３９および第２のパイロットチェック弁４０にパイロット圧ＰＰ１，２を供給してこれらを開くためのパイロット回路ＫＰ１を有する。

パイロット回路ＫＰ１には、第２のパイロットチェック弁４０に加わるパイロット圧ＰＰ２を第１のパイロットチェック弁３９に加わるパイロット圧ＰＰ１よりも時間的に遅くするための遅延部材であるシーケンス弁４２が設けられている。

シーケンス弁４２は、パイロット圧ＰＰ１により切り替わってそのパイロット圧ＰＰ１をパイロット圧ＰＰ２として第２のパイロットチェック弁４０に供給する。

本実施形態において、第１のパイロットチェック弁３９は外部パイロット式であり、第２のパイロットチェック弁４０は内部パイロット式である。しかし、これに限ることはなく、例えば第２のパイロットチェック弁４０を外部パイロット式としてもよい。

パイロット回路ＫＰ１には、パイロット圧ＰＰ１，２を供給するための手動式のポンプ３６が設けられている。ポンプ３１，３６は足踏み式でもよい。

第２のパイロットチェック弁４０には、シリンダ室１１ａの圧油を排出するときの流量を調節してピストン１１２の移動速度を調整するための絞り調整弁４１が直列に接続されている。絞り調整弁４１として、ニードル弁または圧力補償付きの流量調整弁などを用いることができる。

第１のパイロットチェック弁３９と第２のパイロットチェック弁４０とが接続される管路ＫＲ１に、シリンダ室１１ａに圧油を供給するための手動式の油圧ポンプ３１がチェック弁３５を介して接続されている。

図２に示すように、手動式の油圧ポンプ３１は、シリンダ３１１と、シリンダ３１１内を摺動するポンプピストン３１２と、シリンダ３１１の両端を閉塞するヘッドカバー３１４およびロッドカバー３１５と、ロッドカバー３１５を貫通してポンプピストン３１２と一体的に移動するポンプロッド３１３と、ポンプロッド３１３を往復移動させるための駆動操作部材３１６とを有する。ポンプピストン３１２とヘッドカバー３１４との間にピストン側室３１ａが形成され、ポンプピストン３１２とロッドカバー３１５との間にロッド側室３１ｂが形成される。

ユーザが駆動操作部材３１６を操作することによって、ピストン側室３１ａから吐出される油圧ＰＭ２を、油圧シリンダ１１のシリンダ室１１ａに供給する。

油圧ポンプ３１のピストン側室３１ａとロッド側室３１ｂとの間に、油圧ポンプ３１の圧油の吐出動作を差動に切り替えるための切替え弁３４が設けられている。

つまり、切替え弁３４は、平常時にはロッド側室３１ｂをタンク２３の側に接続するとともに、ピストン側室３１ａの圧油が設定値Ｐｓａよりも高くなったときに、それをパイロット圧とし、ロッド側室３１ｂをピストン側室３１ａに接続するよう切り替わって差動回路とする。

図１に戻って、油圧シリンダ１１のピストン１１２は、シリンダ室１１ａに圧油が供給されたときに移動して押し動作を行ってテーブル１３などを上昇させる。また、テーブル１３やロッド１１１の自重などの外力により押されかつ第１および第２のパイロットチェック弁３９，４０が開いたときに、シリンダ室１１ａの圧油をタンク２３の側に排出するよう移動して引き動作を行う。

図３において、第１のパイロットチェック弁３９は、ボディ５１内の空間にバネ５３で付勢された弁体５２が摺動可能に設けられ、通常は弁座５３に当接し、ポートＰＴ２からポートＰＴ１への流路を塞いでいる。ポートＰＴ３にパイロット圧ＰＰが供給されると、ピストン５６および押しロッド５５が移動し、これによって弁体５２が押されて弁座５３から離れ、ポートＰＴ２からポートＰＴ１への流路が流通する。

ポートＰＴ４はタンク２３に接続されており、漏れた圧油はタンク２３に排出されるよになっている。つまり、例えば、パッキン５７の劣化などによって弁室５４の圧油がパイロット側に漏れたとしても、漏れた圧油は全てポートＰＴ４からタンク２３に排出されるため、これがポートＰＴ３に流れ込んでパイロット圧ＰＰに影響を与えることはない。

このように、第１のパイロットチェック弁３９は外部パイロット式であるため、内部に不具合が発生したとしてもその不具合を他に伝搬させることがない。

次に、制御装置２の手動時の動作について説明する。

図４には油圧シリンダ１１の手動時による上昇時の各部の動作の様子を示すタイミング図が、図５には手動時による下降時の各部の動作の様子を示すタイミング図が、それぞれ示されている。

図４において、油圧シリンダ１１の上昇時には、時点ｔ１またはそれ以前から手動式の油圧ポンプ３１を繰り返し押し引きすることにより、油圧ＰＭ２が間欠的に発生しかつ増大していく。これにともなって、油圧シリンダ１１のシリンダ室１１ａに供給される油圧ＰＭ４も徐々に増大していく。時点ｔ２において油圧ＰＭ４がある一定の値になると、油圧シリンダ１１が上昇を開始する。時点ｔ３、時点ｔ４と経過するにつれて、油圧シリンダ１１が上昇を継続する。

時点ｔ５において、油圧ＰＭ２が切替え弁３４をパイロット圧として作動させる設定値Ｐｓａに達すると、切替え弁３４がオフからオンに切り替えられ、差動回路となる。これにより、油圧ＰＭ２，４がさらに増大し、油圧シリンダ１１の推力が増大し、負荷に抗して所定のストロークＳＴａまで上昇させることができる。

このように、手動式の油圧ポンプ３１を用いた場合でも、切替え弁３４によって差動回路とすることにより、出力される油圧ＰＭ２，４を増大させて油圧シリンダ１１の推力を増大させることができる。

図５において、油圧シリンダ１１の下降時には、時点ｔ１１において手動式の油圧ポンプ３６を操作して押すことにより、パイロット圧ＰＰが徐々に増大していく。このときには、第１のパイロットチェック弁３９にのみパイロット圧ＰＰ１が供給され、第２のパイロットチェック弁４０には供給されない。

時点ｔ１２において、パイロット圧ＰＰが圧力ＰＰａに達すると、第１のパイロットチェック弁３９が開く。さらにパイロット圧ＰＰが増大し時点ｔ１３において圧力ＰＰｂに達すると、シーケンス弁４２がオンに切り替わる。シーケンス弁４２の切り替わりによって、第２のパイロットチェック弁４０にパイロット圧ＰＰ２が供給され、時点ｔ１４において第２のパイロットチェック弁４０が開く。これによって、第１および第２のパイロットチェック弁３９，４０の両方が開状態となり、油圧シリンダ１１のシリンダ室１１ａの圧油がタンク２３に接続され、排出される。これにより油圧シリンダ１１の下降が開始され、時点ｔ１６で下降端に至る。

また、他の例として、油圧ポンプ３６を押すことによって油圧シリンダ１１が下降中である場合に、時点ｔ１７において油圧ポンプ３６を戻すと、時点ｔ１８においてパイロット圧ＰＰが低下し、第１および第２のパイロットチェック弁３９，４０が閉じる。これによって、油圧シリンダ１１の下降は中断され、中間位置において停止することになる。

つまり、油圧シリンダ１１の下降中の任意の時点で油圧ポンプ３６を戻すことにより、第１および第２のパイロットチェック弁３９，４０を閉じて油圧シリンダ１１を中間停止させることができる。

このように、第１および第２のパイロットチェック弁３９，４０を設け、かつシーケンス弁４２を設けることにより、２つの第１および第２のパイロットチェック弁３９，４０の動作に時間差を設けることができる。これにより、パイロット用の油圧ポンプ３６が手動式であることによるパイロット圧ＰＰの不安定さに起因する第１および第２のパイロットチェック弁３９，４０の振動などを抑え、動作を安定化させることができる。

つまり、油圧ポンプ３６のパイロット圧ＰＰが不安定であることによって、第１または第２のパイロットチェック弁３９，４０などが完全に動作せず部分的に開いた状態となることがあるが、これによる影響を抑えることができる。

なお、シーケンス弁４２の設定圧力は、第１のパイロットチェック弁３９を開くのに必要な圧力値以上であって、かつ第１のパイロットチェック弁３９に故障が発生した際にパイロット圧ＰＰ１に発生し得る圧力値以上に設定すればよい。

さらに、シーケンス弁４２の存在によって、パイロット圧ＰＰ１，２の間を時間的に遮蔽して悪影響の伝搬をなくし、２つのパイロットチェック弁による二重化を確実にして信頼性を一層向上させることができる。

つまり、もし、第１のパイロットチェック弁３９に不具合が発生して圧油がパイロット圧ＰＰ１の回路に漏れた場合であっても、それによってシーケンス弁４２および第２のパイロットチェック弁４０が開状態となることはなく、二重化の信頼性は極めて高い。

また、上に述べたように、第１のパイロットチェック弁３９は外部パイロット式であるため、一方の不具合が他方に伝搬することがなく、これと相まって二重化による制御の信頼性は極めて高い。

上に述べた実施形態において、第１および第２のパイロットチェック弁３９，４０に代えて、パイロットチェック弁の一種であるカウンターバランス弁を用いることも可能である。シーケンス弁４２に代えて、パイロット圧ＰＰによって動作する他の切り替え弁を用いることができる。油圧ポンプ３１，３６として種々の構造のポンプを用いることができる。

その他、制御装置２の各部または全体の構成、構造、回路、形状、個数、配置、タイミングなどは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。

２ 制御装置
１１ 油圧シリンダ（液圧シリンダ）
１１ａ シリンダ室
１１２ ピストン
２３ タンク
３１ 油圧ポンプ（手動式の液圧ポンプ）
３１１ シリンダ
３１２ ポンプピストン
３１３ ポンプロッド
３１４ ヘッドカバー
３１５ ロッドカバー
３１６ 駆動操作部材
３１ａ ピストン側室
３１ｂ ロッド側室
３４ 切替え弁
３５ チェック弁
３６ 油圧ポンプ（手動式のポンプ）
３９ 第１のパイロットチェック弁
４０ 第２のパイロットチェック弁
４１ 絞り調整弁
４２ シーケンス弁（遅延部材）
ＫＰ１ パイロット
ＰＰ１，２ パイロット圧
ＫＲ１ 管路

Claims (10)

1. シリンダ室に液体を給排することによってピストンを移動させるための液圧シリンダの制御装置であって、
   前記シリンダ室に一端側が接続された第１のパイロットチェック弁と、
   前記第１のパイロットチェック弁の他端側とタンク側との間に接続された第２のパイロットチェック弁と、
   前記シリンダ室の液体を排出するときに前記第１のパイロットチェック弁および前記第２のパイロットチェック弁にパイロット圧を加えてこれらを開くためのパイロット回路と、
   を有し、
   前記パイロット回路には、前記第２のパイロットチェック弁に加わるパイロット圧を前記第１のパイロットチェック弁に加わるパイロット圧よりも時間的に遅くするものであり、前記第１のパイロットチェック弁が開く前記パイロット圧よりも圧力の高い前記パイロット圧により切り替わって前記パイロット圧を時間差を設けて前記第２のパイロットチェック弁に供給するための遅延部材が設けられている、
   ことを特徴とする液圧シリンダの制御装置。
2. 前記遅延部材は、シーケンス弁である、
   請求項１記載の液圧シリンダの制御装置。
3. 前記遅延部材は、切り替え弁である、
   請求項１記載の液圧シリンダの制御装置。
4. 前記第１のパイロットチェック弁は、外部パイロット式である、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の液圧シリンダの制御装置。
5. 前記パイロット回路には、前記パイロット圧を供給するための手動式のポンプが設けられている、
   請求項１ないし４のいずれかに記載の液圧シリンダの制御装置。
6. 前記第２のパイロットチェック弁には、前記シリンダ室の液体を排出するときの流量を調節して前記ピストンの移動速度を調整するための絞り調整弁が直列に接続されている、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の液圧シリンダの制御装置。
7. 前記第１のパイロットチェック弁と前記第２のパイロットチェック弁とが接続される回路に、前記シリンダ室に液体を供給するための手動式の液圧ポンプがチェック弁を介して接続されている、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の液圧シリンダの制御装置。
8. 前記液圧ポンプは、
   シリンダと、
   前記シリンダ内を摺動するポンプピストンと、
   前記シリンダの両端を閉塞するヘッドカバーおよびロッドカバーと、
   前記ロッドカバーを貫通して前記ポンプピストンと一体的に移動するポンプロッドと、
   前記ポンプロッドを往復移動させるための駆動操作部材と、
   を有し、
   前記ポンプピストンと前記ヘッドカバーとの間のピストン側室から吐出される液体を前記シリンダ室に供給する、
   請求項７記載の液圧シリンダの制御装置。
9. 平常時には前記ポンプピストンと前記ロッドカバーとの間のロッド側室をタンク側に接続するとともに、前記ピストン側室の液圧が所定値よりも高くなったときに前記ロッド側室を前記ピストン側室に接続するよう切り替わって差動回路とするための切替え弁が設け
   られている、
   請求項８記載の液圧シリンダの制御装置。
10. 前記ピストンは、前記シリンダ室に液体が供給されたときに移動して押し動作を行い、外力により押されかつ前記第１のパイロットチェック弁および前記第２のパイロットチェック弁が開いたときに前記シリンダ室の液体を前記タンク側に排出するよう移動して引き動作を行う、
    請求項１ないし９のいずれかに記載の液圧シリンダの制御装置。

Images