JP7043566B1

JP7043566B1 - 工作機械の扉開閉装置

Info

Publication number: JP7043566B1
Application number: JP2020179497A
Authority: JP
Inventors: 将史湯山
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2022-03-29
Anticipated expiration: 2040-10-27
Also published as: JP2022070433A

Abstract

【課題】流体圧シリンダで駆動する工作機の扉が開位置または閉位置で停止するときの衝撃を緩和すること。【解決手段】流体圧シリンダ９０で扉を駆動する工作機械の扉開閉装置１０が、流体圧源１２と、流体圧シリンダへ供給される作動流体の方向を制御する扉開閉制御弁１６と、扉の開動作または閉動作の速度を規制する速度制御弁組立体２４、３０と、速度制御弁組立体に対して並列に設けられ、速度制御弁組立体２４、３０よりも高い絞り強度を有する緩衝調整弁２６、３２と、速度制御弁組立体と緩衝調整弁２６、３２との間で作動流体の流通を切り換える緩衝作動弁２２、２８と、扉の開動作または閉動作の開始に際して、作動流体が速度制御弁組立体２４、３０を流通し、扉の開動作または閉動作の開始から予め設定された緩衝動作開始時間経過後、流体が緩衝調整弁２６、３２を流通するように、緩衝作動弁２２、２８を制御する制御装置５０とを具備する。【選択図】図２

Description

本発明は、ATCシャッタやオペレータドア等の工作機械の扉を開閉する扉開閉装置に関する。

工作機械の扉、例えば、マシニングセンタの工具交換に際して工具を加工室と工具収納室との間で搬送するために、加工室と工具収納室との間の仕切壁に形成した開口部を閉鎖するスライド式の扉またはATCシャッタは、流体圧シリンダ、例えば空圧シリンダによって駆動されている。

加工時間短縮のために、近時、扉の開閉動作は益々高速化の傾向にあり、従って、移動行程の終点における機械的な衝撃を緩衝する必要性が高くなっている。特許文献１には、流体圧力源と、空圧シリンダーのポートとの間にセルフタイマー式の２速制御ユニットを配設して、こうした衝撃を緩衝するようにした移送速度制御装置が記載されている。

特開平０２－０３１００２号公報

一般的に、衝撃を緩衝するクッション機能付き流体圧シリンダのシリンダとピストンとの間はパッキン等のシール部材によりシールされているが、流体圧シリンダを使用する間に、シール部材は材料の劣化や摩擦による損耗により、シール性能が低下する。従って、特許文献１に記載の移動速度制御装置では、こうしたシール部材の劣化や損耗により緩衝効果を得られなくなる。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、流体圧シリンダで駆動する工作機の扉が開位置または閉位置で停止するときの衝撃を緩和するようにした工作機械の扉開閉装置を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、流体圧シリンダで扉を駆動する工作機械の扉開閉装置において、流体圧源から前記流体圧シリンダへ供給される作動流体の供給方向を制御して、前記扉を開動作または閉動作させる扉開閉制御弁と、前記流体圧シリンダの流体の供給回路または排出回路に設けられ、前記扉の開動作または閉動作の速度を規制する所定の絞り強度を有した速度制御弁組立体と、前記速度制御弁組立体に対して並列に設けられ、前記速度制御弁組立体よりも高い絞り強度を有する緩衝調整弁と、前記速度制御弁組立体と、前記緩衝調整弁との間で作動流体の流通を切り換える緩衝作動弁と、前記扉が開動作または閉動作するように前記扉開閉制御弁を制御するとともに、前記扉の開動作または閉動作の開始に際して、作動流体が前記速度制御弁組立体を流通し、前記扉の開動作または閉動作の開始から予め設定された緩衝動作開始時間経過後、前記流体が前記緩衝調整弁を流通するように、前記緩衝作動弁を制御し、前記扉が閉位置から開位置へ移動する開動作に要する時間および／または開位置から閉位置へ移動する閉動作に要する時間を測定し、該測定した時間が基準時間よりも短い場合に、前記緩衝動作開始時間を短縮する制御装置とを具備する工作機械の扉開閉装置が提供される。

本発明によれば、扉の位置ではなく、扉の開閉動作開始後の時間（緩衝動作開始時間）によって、緩衝作動弁を作動させるようにしたので、この緩衝動作開始時間を調整することによって、流体圧シリンダにクッション機能用のシール部材を用いなくても、適切な緩衝効果またはクッション効果を発揮できるようになる。

本発明の扉開閉装置を備えた工作機の一例を示す略示正面図である。本発明の第１の実施形態による扉開閉装置のブロック図である。本発明の第２の実施形態による扉開閉装置のブロック図である。緩衝効果低下の補償方法を説明するためのフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。
まず、本発明を適用する工作機械の一例を示す図１を参照すると、工作機械１００は横形マシニングセンタを構成している。工作機械１００は、工場の床面に固定された基台としてのベッド１０２を備えている。ベッド１０２の上面の前方部分には、一対のＺ軸ガイドレール１０２ｂが、前後方向またはＺ軸方向（図１では紙面に垂直な方向）に延設されており、Ｚ軸ガイドレール１０２ｂに沿ってＺ軸スライダ１１２が往復動可能に設けられている。ワークＷを取り付けるテーブル１１４がＺ軸スライダ１１２の上面に搭載されている。

ベッド１０２の上面においてＺ軸スライダ１１２の後方には、左右方向またはＸ軸方向（図１では左右方向）に一対のＸ軸ガイドレール１０２ａが延設されており、該Ｘ軸ガイドレール１０２ａに沿ってコラム１０４が往復動可能に設けられている。

コラム１０４の前面には、上下方向またはＹ軸方向にＹ軸ガイドレール１０４ａが延設されており、該Ｙ軸ガイドレール１０４ａに沿ってＹ軸スライダ１０６が往復動可能に設けられている。Ｙ軸スライダ１０６には、主軸１１０を水平な中心軸を中心として回転可能に支持する主軸頭１０８が搭載されている。主軸頭１０８は、主軸１１０を回転駆動する主軸モータ（図示せず）を内蔵することができる。

更に、工作機械１００は、コラム１０４をＸ軸方向に駆動するＸ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸スライダ１０６をＹ軸方向に駆動するＹ軸送り装置（図示せず）、およびＺ軸スライダ１１２をＺ軸方向に駆動するＺ軸送り装置（図示せず）を具備している。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸送り装置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向に延設されたボールねじ（図示せず）と、各ボールねじの一端に連結されたサーボモータ（図示せず）とを備え、コラム１０４、Ｙ軸スライダ１０６、Ｚ軸スライダ１１２には、ボールねじに係合するナット（図示せず）が取り付けられている。

工作機械１００が構成する横形マシニングセンタは、更に、工作機械１００による加工に必要な複数の工具を収納する工具マガジン１２０と、工具マガジン１２０に収納された工具の１つと、工作機械１００の主軸１１０の先端に装着された工具Ｔとを交換する工具交換装置１４０を備える。工作機械１００、工具マガジン１２０および工具交換装置１４０はカバー１３０によって包囲されている。

カバー１３０は、その内部を加工室１３４と工具収納室１３６とに分割する隔壁１３２を具備している。工作機械１００は、ワークを加工する加工室１３４内に配置され、工具マガジン１２０および工具交換装置１４０は工具収容室１３６内に配置される。隔壁１３２には、加工室１３４と工具収容室１３６との間で工具を移動するための開口部１３２ａが形成されており、隔壁１３２には、工作機の扉の一例として、開口部１３２ａを開閉するためのシャッタ１３８が配置されている。シャッタ１３８は、流体圧シリンダとしての空圧シリンダ９０により、水平方向に往復駆動される。空圧シリンダ９０は、好ましくは、工具収納室内に配置される。

工具マガジン１２０は円板状に形成されたベース部材１２２を具備している。ベース部材１２２は、半径方向外方に開口し周方向に等角度間隔で配設された複数の凹部からなる受容部１２４を有しており、該受容部１２４の各々に工具ホルダ１２６を介して工具が保持される。工具マガジン１２０は、水平に保持された回転軸１２０ａによって不図示のフレーム等の支持構造に鉛直面内で回転するように支持されている。回転軸１２０ａは、工具マガジン１２０を回転駆動するマガジン駆動モータ（図示せず）の出力軸に結合されている。

工具交換装置１４０は、工具マガジン１２０と工作機械１００との間に配設され、交換アーム１４２と、シフタ１４４とを具備している。交換アーム１４２の両端には工具を把持するグリッパ１４２ａ、１４２ｂが設けられている。交換アーム１４２は、主軸１１０の回転軸線の方向に進退する直線動作と、主軸１１０の回転軸線に対して垂直な平面（鉛直平面）内で９０°または１８０°回転する回転動作が可能となっている。

シフタ１４４は、工具マガジン１２０と交換アーム１４２との間で水平方向に往復動可能に設けられている。シフタ１４４は、工具マガジン１２０の待機位置１２１にある工具を工具マガジン１２０から受け取り、該工具を工具授受位置１４６へ移送する。また、シフタ１４４は、反対に、工具授受位置１４６において交換アーム１４２から工具を受け取り、該工具を待機位置１２１に配置されている工具マガジン１２０の受容部１２４に装着する。

また、工作機械１００は、加工プログラムに基づき、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各送り装置のサーボモータおよび主軸モータを制御するＮＣ装置（図示せず）と、工具マガジン１２０、工具交換装置１４０、工作機械１００へクーラントを供給するクーラント供給装置等の周辺機器を制御する機械制御装置（図示せず）とを備えている。

次に、図２を参照して、本発明の工作機の扉開閉装置の一例として、シャッタ１３８の開閉装置を説明する。
シャッタ開閉装置１０は、扉としてのシャッタ１３８を駆動する流体圧回路と、該流体圧回路を制御する制御装置５０とを具備している。本実施形態では、流体圧回路は、作動流体源としての空圧源１２、扉開閉制御弁としての方向制御弁１６、シャッタ１３８の開閉速度を規制する速度制御弁組立体としての第１と第２のスピードコントローラ２４、３０、緩衝調整弁としての第１と第２の比例弁２６、３２、緩衝作動弁としての第１と第２の切換弁２２、２８、空圧シリンダ９０および制御装置５０を主要な構成要素として具備している。

シャッタ１３８を駆動する流体圧シリンダとしての空圧シリンダ９０は、シリンダ９０ａ内に往復動可能に配置されたピストン９０ｂと、該ピストン９０ｂに結合されたピストンロッド９０ｃとを備えている。空圧シリンダ９０は複動形シリンダであって、ピストン９０ｂによって、シリンダ内がヘッド側圧力室と、ロッド側圧力室とに気密に分割され、ピストン９０ｂが往復動することによってシャッタ１３８が開閉する。

空圧シリンダ９０は、一例として、シリンダ９０ａを工具収納室１３６内の静止部材、例えばカバー１３０の隔壁１３２に固定し、ピストンロッド９０ｃをシャッタ１３８に取り付けることによって、工具収納室１３６内に配置、固定できる。

空圧源１２は、コンプレッサ、タンク、圧力調整弁等を含むことができる。空圧源１２は圧力供給管路１４を介して方向制御弁１６に接続されている。本実施形態では、方向制御弁１６は、第１と第２のソレノイド１６ａ、１６ｂを有した３位置５ポートのソレノイド弁である。方向制御弁１６は、第１のソレノイド１６ａを付勢することによって第１の位置へ移動し、第２のソレノイド１６ｂを付勢することによって第２の位置へ移動する。

圧力供給管路１４は、方向制御弁１６を介して、第１と第２の管路１８、２０に接続される。第１の管路１８は空圧シリンダ９０のヘッド側圧力室に接続され、第２の管路２０は、空圧シリンダ９０のロッド側圧力室に接続されている。本実施形態では、圧力流体としての加圧空気をヘッド側圧力室内に供給すると共に、ロッド側圧力室から加圧空気を排気することによって、ピストンロッド９０ｃが伸長してシャッタ１３８が開き、反対に、ロッド側圧力室に加圧空気を供給し、ヘッド側圧力室から加圧空気を排気することによって、ピストンロッド９０ｃが収縮してシャッタ１３８が閉じるようになっている。

第１の管路１８には、第１のスピードコントローラ２４が配設されている。第１のスピードコントローラ２４は、絞り２４ａと、方向制御弁１６から空圧シリンダ９０へ向けて加圧空気の流通を許容する逆止弁２４ｂとを含む。絞り２４ａおよび逆止弁２４ｂは互いに並列に第１の管路１８に接続されている。図示する実施形態では、絞り２４ａは絞り弁であるが、単なるオリフィスであってもよい。絞り２４ａのバルブ開度またはオリフィスのサイズは、シャッタ１３８が開動作するときに、シャッタ１３８が適切な速度で移動できるように予め設定されている。

第１の管路１８には、更に、比例ソレノイド２６ａを有した第１の比例弁２６が配設されている。第１の比例弁２６は、第１のスピードコントローラ２４に対して並列に第１の管路１８に接続されている。第１の比例弁２６は、比例ソレノイド２６ａへ供給する電流値を変化させることによって、バルブ開度を０～１００％の間で変化させることができる。第１の比例弁２６は、比例ソレノイド２６ａを消勢することによって、バルブ開度が０％の閉位置に移動し、比例ソレノイド２６ａを付勢することによって、バル開度が可変の開位置に移動する。開位置にあるとき、第１の比例弁２６は、そこを流通する作動流体（加圧空気）を絞り２４ａよりも強く絞る、つまり絞り２４ａよりも高い流路抵抗を提供するように、そのスプールの位置またはバルブ開度、つまり比例ソレノイド２６ａへ供給する電流値が設定される。

第１の管路１８には、更に、ソレノイド２２ａを有した第１の切換弁２２が配設されている。第１の切換弁２２は、第１のスピードコントローラ２４および第１の比例弁２６と、方向制御弁１６との間に配設されている。

第２の管路２０には、第２のスピードコントローラ３０が配設されている。第２のスピードコントローラ３０は、絞り３０ａと、方向制御弁１６から空圧シリンダ９０へ向けて加圧空気の流通を許容する逆止弁３０ｂとを含む。絞り３０ａと、逆止弁３０ｂは互いに並列に第２の管路２０に接続されている。図示する実施形態では、絞り３０ａは絞り弁であるが、単なるオリフィスであってもよい。絞り３０ａのバルブ開度またはオリフィスのサイズは、シャッタ１３８が閉動作するときに、シャッタ１３８が適切な速度で移動できるように予め設定されている。

第２の管路２０には、更に、比例ソレノイド３２ａを有した第２の比例弁３２が配設されている。第２の比例弁３２は、第２のスピードコントローラ３０に対して並列に第２の管路２０に接続されている。第２の比例弁３２は、比例ソレノイド３２ａへ供給する電流値を変化させることによって、バルブ開度を０～１００％の間で変化させることができる。第２の比例弁３２は、比例ソレノイド３２ａを消勢することによって、バルブ開度が０％の閉位置に移動し、比例ソレノイド３２ａを付勢することによって、バル開度が可変の開位置に移動する。開位置にあるとき、第２の比例弁３２は、そこを流通する作動流体（加圧空気）を絞り３０ａよりも強く絞る、つまり絞り３０ａよりも高い流路抵抗を提供するように、そのスプールの位置またはバルブ開度、つまり比例ソレノイド３２ａへ供給する電流値が設定される。

第２の管路２０には、更に、ソレノイド２８ａを有した第２の切換弁２８が配設されている。第２の切換弁２８は、第２のスピードコントローラ３０および第２の比例弁３２と、第２の切換弁２８との間に配設されている。

第１と第２の切換弁２２、２８は、ソレノイド式の２位置３ポートの切換弁により構成することができる。第１の切換弁２２のソレノイド２２ａが消勢され、図示する第１の位置にあるとき、第１のスピードコントローラ２４が方向制御弁１６に連通し、第１の比例弁２６が方向制御弁１６から流体的に分離される。ソレノイド２２ａが付勢され、第１の切換弁２２が第１の位置から第２の位置に移動すると、第１のスピードコントローラ２４が方向制御弁１６から流体的に分離され、第１の比例弁２６が方向制御弁１６に連通する。

同様に、第２の切換弁２８が、図示する第１の位置にあるとき、第２のスピードコントローラ３０が方向制御弁１６に連通し、第２の比例弁３２が方向制御弁１６から流体的に分離される。ソレノイドが付勢され第２の切換弁２８が第１の位置から第２の位置に移動すると、第２のスピードコントローラ３０が方向制御弁１６から流体的に分離され、第２の比例弁３２が方向制御弁１６に連通する。

シャッタ開閉装置１０は、更に、第１と第２の近接スイッチ３８、４０を備えている。第１の近接スイッチ３８は、カバー１３０の隔壁１３２において、シャッタ１３８が完全に開いている開位置を検知可能な位置に配置される。第２の近接スイッチ４０は、隔壁１３２において、シャッタ１３８が完全に閉じている閉位置を検知可能な位置に配置される。

制御装置５０は、タイマ５２、第１と第２の切換弁２２、２８のソレノイド２２ａ、２８ａに電気的に接続された緩衝制御部５４、方向制御弁１６の第１と第２のソレノイド１６ａ、１６ｂに電気的に接続された開閉制御部５６、第１と第２の比例弁２６、３２の比例ソレノイド２６ａ、３２ａに電気的に接続された絞り設定部５８、記憶部６０および入力部６２を備えている。

タイマ５２、緩衝制御部５４、開閉制御部５６、絞り設定部５８、記憶部６０および入力部６２は、CPU（中央演算素子）、RAM（ランダムアクセスメモリ）やROM（リードオンリーメモリ）のようなメモリ装置、HDD（ハードディスクドライブ）やSSD（ソリッドステートドライブ）のような記憶デバイス、出入力ポート、時計機能を実装した集積回路より成るＲＴＣ（Real-Time-Clock）、および、これらを相互接続する双方向バスを含むコンピュータおよび関連するソフトウェアから構成することができる。工作機械１００のＮＣ装置または機械制御装置の一部としてソフトウェア的に構成してもよい。

タイマ５２は、第１と第２の近接スイッチ３８、４０に接続されており、閉位置から開位置までのシャッタ１３８の動作時間であるシャッタ１３８の開時間、および、開位置から閉位置までのシャッタ１３８の動作時間である閉時間を計測する。計測結果が記憶部６０に格納される。

記憶部６０には、シャッタ開閉装置１０の動作を規定する基準値が予め格納されている。該基準値は、少なくとも（１）シャッタ１３８のための基準動作時間Ｔo-ref、（２）緩衝動作弁のための緩衝動作開始時間の初期値、（３）緩衝動作弁のための基準緩衝動作開始時間Ｔcu-ref、（４）緩衝調整弁のためのバルブ開度の初期値、（５）緩衝調整弁のための基準バルブ開度Ｏv-refを含む。

入力部６２は、工作機械１００のＮＣ装置が読み取り解釈した加工プログラム中に記述されているシャッタ１３８の開閉動作に関連した指令（マガジンシャッタ開指令、マガジンシャッタ閉指令）を受け取る。制御装置５０が、ＮＣ装置から独立している場合には、該指令はＮＣ装置から入力するようにできる。制御装置５０がＮＣ装置の一部として構成されている場合には、上記指令はＮＣ装置の読取解釈部（図示せず）から入力するようにできる。

以下、本実施形態の作用を説明する。
マガジンシャッタ開指令が入力部６２に入力されると、開閉制御部５６は、方向制御弁１６の第１のソレノイド１６ａを付勢する。これにより、方向制御弁１６は第１の位置に移動して、第１の管路１８が空圧源１２に連通するとともに、第２の管路２０が消音器３４に連通する。このとき、緩衝制御部５４は、第１と第２の切換弁２２、２８を第１の位置に保持し、絞り設定部５８は、第１と第２の比例弁２６、３２を閉じた状態に維持する。

こうして、空圧源１２からの加圧空気が、第１のスピードコントローラ２４の逆止弁２４ｂを通過して、空圧シリンダ９０のヘッド側圧力室内に供給され、空圧シリンダ９０のロッド側圧力室内の加圧空気が、第２のスピードコントローラ３０の第２の絞り３０ａを通過して、消音器３４から排気される。これにより、ピストンロッドは伸長し、シャッタ１３８は閉位置から開動作を開始する。

次に、シャッタ１３８が開動作を開始した後、所定時間（緩衝動作開始時間Ｔcu）が経過すると、緩衝制御部５４が、ソレノイド２８ａを付勢して、第２の切換弁２８を第２の位置へ移動させる。緩衝動作開始時間Ｔcuは、例えば、初期値として０．３～０．５秒で予め記憶部６０に格納されている。タイマ５２は、開閉制御部５６が方向制御弁１６の第１のソレノイド１６ａを付勢しときからの時間の経過を計測し、緩衝動作開始時間Ｔcuが経過したときに、絞り設定部５８が第２の比例弁３２の比例ソレノイド３２ａを付勢するとともに、緩衝制御部５４が第２の切換弁２８のソレノイド２８ａを付勢するようになっている。

第２の比例弁３２の比例ソレノイド３２ａが付勢されると、第２の比例弁３２は、予め設定されている比例ソレノイド３２ａへの供給電流値に応じて決定されるバルブ開度の開位置へ移動する。また、第２の切換弁２８のソレノイド２８ａが付勢され、第２の切換弁２８が第２の位置へ移動すると、第２のスピードコントローラ３０の第２の絞り３０ａが消音器３４から流体的に分離されると共に、第２の比例弁３２が消音器３４に連通し、空圧シリンダ９０のロッド側圧力室内の加圧空気は、第２の比例弁３２を介して排気されることとなる。上述のように、第２の比例弁３２は、そこを流通する作動流体（加圧空気）を第２の絞り３０ａよりも強く絞るように設定されているので、空圧シリンダ９０におけるピストンの移動速度が低減され、行程の終点において、ピストンがシリンダの内壁に高速で衝接することが防止され、緩衝効果を奏する。

シャッタ１３８が開位置に到達したことを、第１の近接スイッチ３８が検知すると、開閉制御部５６は、方向制御弁１６の第１のソレノイド１６ａを消勢する。これにより、方向制御弁１６は図示する中立位置に復帰し、シャッタ１３８は開位置に保持される。これと同時に緩衝制御部５４は、第２の切換弁２８のソレノイド２８ａを消勢する。

工具交換動作が終了し、マガジンシャッタ閉指令が入力部６２に入力されると、開閉制御部５６は、方向制御弁１６の第２のソレノイド１６ｂを付勢する。これにより、方向制御弁１６は第２の位置へ移動する。こうして、空圧源１２から加圧空気が、第２のスピードコントローラ３０の逆止弁３０ｂを通過して、空圧シリンダ９０のロッド側圧力室に供給される。これと同時に、ヘッド側圧力室内の加圧空気が、第１のスピードコントローラ２４の絞り２４ａを通過して、消音器３６から排気される。これにより、ピストンロッドは収縮し、シャッタ１３８は開位置から閉動作を開始する。このように、シャッタ開閉装置１０の流体圧回路はメータアウト制御により、シャッタ１３８の開閉動作を制御する。

次に、シャッタ１３８が閉動作を開始した後、緩衝動作開始時間Ｔcuが経過すると、絞り設定部５８が第１の比例弁２６の比例ソレノイド２６ａを付勢するとともに、緩衝制御部５４が、第１の切換弁２２のソレノイド２２ａを付勢して、第１の切換弁２２を第２の位置へ移動させる。緩衝動作開始時間Ｔcuは、シャッタ１３８の開動作時と閉動作時のために同じ値としても或いは異なる値としてもよい。

タイマ５２は、開閉制御部５６が方向制御弁１６の第１のソレノイド１６ａを付勢しときからの時間の経過を計測し、緩衝動作開始時間Ｔcuが経過したときに、絞り設定部５８が第１の比例弁２６の比例ソレノイド２６ａを付勢するとともに、緩衝制御部５４が第２の切換弁２８のソレノイド２８ａを付勢するようになっている。

第１の比例弁２６の比例ソレノイド２６ａが付勢されると、第１の比例弁２６は、予め設定されている比例ソレノイド２６ａへの供給電流値に応じて決定されるバルブ開度の開位置へ移動する。また、第１の切換弁２２が第２の位置へ移動すると、第１のスピードコントローラ２４の第１の絞り２４ａが消音器３６から流体的に分離されると共に、第１の比例弁２６が消音器３６に連通し、空圧シリンダ９０のヘッド側圧力室内の加圧空気は、第１の比例弁２６を介して排気されることとなる。上述のように、第１の比例弁２６は、そこを流通する作動流体（加圧空気）を第１の絞り２４ａよりも強く絞るように設定されているので、空圧シリンダ９０におけるピストンの移動速度が低減され、緩衝効果を奏する。

シャッタ１３８が閉位置に到達したことを、第２の近接スイッチ４０が検知すると、開閉制御部５６は、方向制御弁１６の第２のソレノイド１６ｂを消勢する。これにより、方向制御弁１６は、図示する中立位置に復帰し、シャッタ１３８は閉位置に保持される。これと同時に緩衝制御部５４は第１の切換弁２２のソレノイド２２ａを消勢する。

次に、図３を参照して、シャッタ開閉装置の第２の実施形態を説明する。
第２の実施形態によるシャッタ開閉装置２００は、シャッタ１３８を駆動する流体圧回路と、該流体圧回路を制御する制御装置７０とを具備している。本実施形態では、流体圧回路は、図２の実施形態と同様に作動流体源としての空圧源１２、扉開閉制御弁としての方向制御弁２０２、シャッタ１３８の開閉速度を規制する速度制御弁組立体としての絞り２０６、緩衝調整弁としての比例弁２０８、緩衝作動弁としての切換弁２０４、図２の実施形態と同様にシャッタ１３８を駆動する流体圧シリンダとしての空圧シリンダ９０、および、制御装置７０を主要な構成要素として具備している。

空圧源１２は圧力供給管路１４を介して方向制御弁２０２に接続されている。本実施形態では、方向制御弁２０２は、第１と第２のソレノイド２０２ａ、２０２ｂを有した３位置４ポートのソレノイド弁である。方向制御弁２０２は、第１のソレノイド２０２ａを付勢することによって第１の位置へ移動し、第２のソレノイド２０２ｂを付勢することによって第２の位置へ移動する。

圧力供給管路１４は、方向制御弁２０２を介して、空圧シリンダ９０のヘッド側圧力室に接続された第１の管路１８と、空圧シリンダ９０のロッド側圧力室に接続された第２の管路２０に接続される。本実施形態においても、圧力流体としての加圧空気をヘッド側圧力室内に供給すると共に、ロッド側圧力室から加圧空気を排気することによって、ピストンロッド９０ｃが伸長してシャッタ１３８が開き、反対に、ロッド側圧力室に加圧空気を供給し、ヘッド側圧力室から加圧空気を排気することによって、ピストンロッド９０ｃが収縮してシャッタ１３８が閉じるようになっている。

方向制御弁２０２には、また、排気管路２１０が接続されている。第１のソレノイド２０２ａが付勢され方向制御弁２０２が第１の位置にあるとき、第１の管路１８は圧力供給管路１４に連通し、かつ、第２の管路２０は排気管路２１０に接続される。第２のソレノイド２０２ｂが付勢され方向制御弁２０２が第２の位置にあるとき、第１の管路１８は排気管路２１０に接続され、かつ、第２の管路２０は圧力供給管路１４に接続される。

排気管路２１０は、切換弁２０４を介して第１と第２の排気管路２１２、２１４に接続されている。第１の排気管路２１２には絞り２０６が配設され、第２の排気管路２１４には比例弁２０８が配設されている。第１と第２の排気管路２１２、２１４は、絞り２０６と比例弁２０８の下流において再び合流し、消音器２１６に接続されている。

図３において、絞り２０６は絞り弁であるが、単なるオリフィスであってもよい。絞り２０６のバルブ開度またはオリフィスのサイズは、シャッタ１３８が開動作するときに、シャッタ１３８が適切な速度で移動できるように予め設定されている。

比例弁２０８は、比例ソレノイド２０８ａへ供給する電流値を変化させることによって、バルブ開度を０～１００％の間で変化させることができる。比例弁２０８は、比例ソレノイド２０８ａを消勢することによって、バルブ開度が０％の閉位置に移動し、比例ソレノイド２０８ａを付勢することによって、バル開度が開位置に移動する。開位置にあるとき、比例弁２０８は、そこを流通する作動流体（加圧空気）を絞り２０６よりも強く絞る、つまり絞り２０６よりも高い流路抵抗を提供するように、そのスプールの位置またはバルブ開度、つまり比例ソレノイド２０８ａへ供給する電流値が設定される。

切換弁２０４は、ソレノイド式の２位置３ポートの切換弁により構成することができる。切換弁２０４のソレノイド２０４ａが消勢され、図示する第１の位置にあるとき、絞り２０６が方向制御弁２０２に連通し、比例弁２０８が方向制御弁２０２から流体的に分離される。ソレノイド２０４ａが付勢され、切換弁２０４が第１の位置から第２の位置に移動すると、絞り２０６が方向制御弁１６から流体的に分離され、比例弁２０８が方向制御弁２０２に連通する。

シャッタ開閉装置２００もシャッタ開閉装置１０と同様に、第１と第２の近接スイッチ３８、４０を備えている。第１の近接スイッチ３８は、カバー１３０の隔壁１３２において、シャッタ１３８が完全に開いている開位置を検知可能な位置に配置される。第２の近接スイッチ３８は、隔壁１３２において、シャッタ１３８が完全に閉じている閉位置を検知可能な位置に配置される。

制御装置７０は、制御装置５０と同様に、タイマ７２、切換弁２０４のソレノイド２０４ａに電気的に接続された緩衝制御部７４、方向制御弁２０２の第１と第２のソレノイド２０２ａ、２０２ｂに電気的に接続された開閉制御部７６、比例弁２０８の比例ソレノイド２０８ａに電気的に接続された絞り設定部７８、記憶部８０および入力部８２を備えている。

タイマ７２、緩衝制御部７４、開閉制御部７６、絞り設定部７８、記憶部８０および入力部８２は、CPU（中央演算素子）、RAM（ランダムアクセスメモリ）やROM（リードオンリーメモリ）のようなメモリ装置、HDD（ハードディスクドライブ）やSSD（ソリッドステートドライブ）のような記憶デバイス、出入力ポート、時計機能を実装した集積回路より成るＲＴＣ（Real-Time-Clock）、および、これらを相互接続する双方向バスを含むコンピュータおよび関連するソフトウェアから構成することができる。工作機械１００のＮＣ装置または機械制御装置の一部としてソフトウェア的に構成してもよい。

タイマ７２は、第１と第２の近接スイッチ３８、４０に接続されており、閉位置から開位置までのシャッタ１３８の動作時間であるシャッタ１３８の開時間、および、開位置から閉位置までのシャッタ１３８の動作時間である閉時間を計測する。計測結果が記憶部８０に格納される。

記憶部６０と同様に、記憶部８０には、シャッタ開閉装置２００の動作を規定する基準値が予め格納されている。該基準値は、少なくとも（１）シャッタ１３８のための基準動作時間Ｔo-ref、（２）緩衝動作弁のための緩衝動作開始時間の初期値、（３）緩衝動作弁のための基準緩衝動作開始時間Ｔcu-ref、（４）緩衝調整弁のためのバルブ開度の初期値、（５）緩衝調整弁のための基準バルブ開度Ｏv-refを含む。

入力部８２は、工作機械１００のＮＣ装置が読み取り解釈した加工プログラム中に記述されているシャッタ１３８の開閉動作に関連した指令（マガジンシャッタ開指令、マガジンシャッタ閉指令）を受け取る。制御装置７０が、ＮＣ装置から独立している場合には、該指令はＮＣ装置から入力するようにできる。制御装置７０がＮＣ装置の一部として構成されている場合には、上記指令はＮＣ装置の読取解釈部（図示せず）から入力するようにできる。

以下、本実施形態の作用を説明する。
マガジンシャッタ開指令が入力部８２に入力されると、開閉制御部７６は、方向制御弁２０２の第１のソレノイド２０２ａを付勢する。これにより、方向制御弁２０２は第１の位置に移動して、第１の管路１８が空圧源１２に連通するとともに、第２の管路２０が排気管路２１０に連通する。このとき、緩衝制御部７４は、切換弁２０４を第１の位置に保持し、絞り設定部７８は、比例弁２０８を閉じた状態に維持する。

こうして、空圧源１２からの加圧空気が、空圧シリンダ９０のヘッド側圧力室内に供給され、空圧シリンダ９０のロッド側圧力室内の加圧空気が、絞り２０６を通過して、消音器２１６から排気される。これにより、ピストンロッドは伸長し、シャッタ１３８は閉位置から開動作を開始する。

次に、シャッタ１３８が開動作を開始した後、所定時間（緩衝動作開始時間Ｔcu）が経過すると、緩衝制御部７４が、ソレノイド２０４ａを付勢して、切換弁２０４を第２の位置へ移動させる。緩衝動作開始時間Ｔcuは、例えば、初期値として０．３～０．５秒で予め記憶部８０に格納されている。タイマ７２は、開閉制御部７６が方向制御弁２０２の第１のソレノイド２０２ａを付勢しときからの時間の経過を計測し、緩衝動作開始時間Ｔcuが経過したときに、絞り設定部７８が比例弁２０８の比例ソレノイド２０８ａを付勢するとともに、緩衝制御部７４が切換弁２０４のソレノイド２０４ａを付勢するようになっている。

比例弁２０８の比例ソレノイド２０８ａが付勢されると、比例弁２０８は、予め設定されている比例ソレノイド２０８ａへの供給電流値に応じて決定されるバルブ開度の開位置へ移動する。また、切換弁２０４が第２の位置へ移動すると、絞り２０６が排気管路２１０から流体的に分離されると共に、比例弁２０８が排気管路２１０に連通し、空圧シリンダ９０のロッド側圧力室内の加圧空気は、比例弁２０８を介して排気されることとなる。上述のように、比例弁２０８は、そこを流通する作動流体（加圧空気）を絞り２０６よりも強く絞るように設定されているので、空圧シリンダ９０におけるピストンの移動速度が低減され、緩衝効果を奏する。

シャッタ１３８が開位置に到達したことを、第１の近接スイッチ３８が検知すると、開閉制御部７６は、方向制御弁２０２の第１のソレノイド２０２ａを消勢する。これにより、方向制御弁２０２は図示する中立位置に復帰し、シャッタ１３８は開位置に保持される。これと同時に緩衝制御部７４は、切換弁２０４のソレノイド２０４ａを消勢する。

工具交換動作が終了し、マガジンシャッタ閉指令が入力部８２に入力されると、開閉制御部７６は、方向制御弁２０２の第２のソレノイド２０２ｂを付勢する。これにより、方向制御弁２０２は第２の位置へ移動する。こうして、空圧源１２から加圧空気が、空圧シリンダ９０のロッド側圧力室に供給される。これと同時に、ヘッド側圧力室内の加圧空気が、絞り２０６を通過して、消音器２１６から排気される。これにより、ピストンロッドは収縮し、シャッタ１３８は開放位置から閉動作を開始する。このように、シャッタ開閉装置２００の流体圧回路はメータアウト制御により、シャッタ１３８の開閉動作を制御する。

次に、シャッタ１３８が閉動作を開始した後、緩衝動作開始時間Ｔcuが経過すると、絞り設定部７８が比例弁２０８の比例ソレノイド２０８ａを付勢するとともに、緩衝制御部７４が切換弁２０４のソレノイド２０４ａを付勢するようになっている。緩衝動作開始時間Ｔcuは、シャッタ１３８の開動作時と閉動作時のために同じ値としても或いは異なる値としてもよい。

タイマ７２は、開閉制御部７６が方向制御弁２０２の第２のソレノイド２０２ｂを付勢しときからの時間の経過を計測し、緩衝動作開始時間Ｔcuが経過したときに、絞り設定部７８が比例弁２０８の比例ソレノイド２０８ａを付勢するとともに、緩衝制御部７４が、切換弁２０４のソレノイド２０４ａを付勢するようになっている。

比例弁２０８の比例ソレノイド２０８ａが付勢されると、比例弁２０８は、予め設定されている比例ソレノイド２０８ａへの供給電流値に応じて決定されるバルブ開度の開位置へ移動する。また、切換弁２０４が第２の位置へ移動すると、絞り２０６が排気管路２１０から流体的に分離されると共に、比例弁２０８が排気管路２１０に連通し、空圧シリンダ９０のヘッド側圧力室内の加圧空気は、比例弁２０８を介して排気されることとなる。上述のように、比例弁２０８は、そこを流通する作動流体（加圧空気）を絞り２０６よりも強く絞るように設定されているので、空圧シリンダ９０におけるピストンの移動速度が低減され、緩衝効果を奏する。

シャッタ１３８が閉位置に到達したことを、第２の近接スイッチ４０が検知すると、開閉制御部７６は、方向制御弁２０２の第２のソレノイド２０２ｂを消勢する。これにより、方向制御弁２０２は、図示する中立位置に復帰し、シャッタ１３８は閉位置に保持される。これと同時に緩衝制御部７４は切換弁２０４のソレノイド２０４ａを消勢する。

空圧シリンダ９０のような流体圧シリンダは、経時的にシール部材が損耗する。特に、図１のような工作機械の場合、工具交換に要する時間を短縮するために、従来からシャッタ１３８は高速移動するように制御され、従って、空圧シリンダ９０もまた高速で動作するので、ピストンの外周面と、シリンダの内周面との間およびピストンロッドとシリンダとの間をシールするОリングは経時的に損耗し、ピストン外周面とシリンダ内周面との間の摩擦抵抗が次第に低下する。そのために、ピストンの移動速度は経時的に高くなり、それに従って、シャッタ１３８の開閉に要する時間が徐々に短縮され、かつ、緩衝効果が低下する。

そこで、本発明では、こうしたシャッタ１３８を駆動する流体圧アクチュエータまたは流体圧シリンダ（空圧シリンダ９０）の経年劣化、特にシール部材またはＯリングの損耗による緩衝効果の低下を自動で補償または補正するようになっている。

図４を参照して、緩衝効果の低下を補償する方法の一例を説明する。
緩衝制御部５４はシャッタ１３８の動作時間を測定する。上述のシャッタ１３８の開閉動作を繰り返す間、緩衝制御部５４は、近接スイッチ３８、４０からの信号に基づき、シャッタ１３８の開時間と閉時間を測定し、それを平均して平均シャッタ開閉時間Ｔoc-aveを求める（ステップＳ１０）。平均シャッタ開閉時間Ｔoc-aveは、一例として、１０回の開閉時間の平均値とすることができる。シャッタ１３８の開時間または閉時間のみを用いてもよい、つまり、シャッタ１３８の動作時間として平均シャッタ開時間または平均シャッタ閉時間を用いてもよい。

次いで、シャッタ１３８の平均シャッタ開閉時間Ｔoc-aveを記憶部６０に格納されている基準動作時間Ｔo-refと比較する（ステップＳ１２）。平均シャッタ開閉時間Ｔoc-aveが基準動作時間Ｔo-ref以上の場合、本緩衝作用補償ルーチンは終了する（ステップＳ１８）。

平均シャッタ開閉時間Ｔoc-aveが基準動作時間Ｔo-refよりも小さくなると（ステップＳ１２でＮｏの場合）、現在の緩衝動作開始時間Ｔcu-preが、基準緩衝動作開始時間Ｔcu-ref以上であるか否かが判定される（ステップＳ１４）。現在の緩衝動作開始時間Ｔcu-preが、基準緩衝動作開始時間Ｔcu-ref以上の場合（ステップＳ１４でＹｅｓの場合）、現在の緩衝動作開始時間Ｔcu-preを所定時間ΔＴcuだけ早める（ステップＳ１６）。つまり、緩衝作動弁（第１の実施形態では第１と第２の切換弁２２、２８、第２の実施形態では切換弁２０４）のソレノイド（第１の実施形態ではソレノイド２２ａ、２８ａ、第２の実施形態ではソレノイド２０４ａ）を付勢するタイミングが早くなる。一例としてΔＴcu＝０．０１秒とすることができる。

現在の緩衝動作開始時間Ｔcu-preが、基準緩衝動作開始時間Ｔcu-refより小さい場合（ステップＳ１４でＮｏの場合）、アラートを発生する（ステップＳ２０）。このアラートは、空圧シリンダ９０のシール部材、特にＯリング交換の予防保全のための注意である。一例として、工作機械１００の制御盤（図示せず）に取り付けたランプ（図示せず）を点灯したり、制御盤のディスプレイ（図示せず）上に表示することにより、アラートを発生することができる。或いは、アラートは音響的に発生してもよい。これにより、Ｏリングの交換時期が迫っていることが工作機械１００のオペレータに報知される。

次いで、このときの緩衝調整弁（第１の実施形態では第１と第２の比例弁２６、３２、第２の実施形態では比例弁２０８）の現在のバルブ開度Ｏv-preが基準バルブ開度Ｏv-ref以上であるか否かが判定される（ステップＳ２２）。現在のバルブ開度Ｏv-preが基準バルブ開度Ｏv-refよりも小さい場合、Ｏリングの劣化が進み、緩衝作用の補償を行うことが適切ではない、或いは、補償不可能であると考えられるので、直ちに空圧シリンダ９０のシール部材、特にＯリングの交換が必要なことを工作機械１００のオペレータに報知する警報を発する（ステップＳ３２）。この警報も、アラートと同様に、工作機械１００の制御盤（図示せず）に取り付けたランプ（図示せず）を点灯したり、制御盤のディスプレイ（図示せず）上に表示することにより、音響的に発生することができる。

緩衝調整弁（第１の実施形態では第１と第２の比例弁２６、３２、第２の実施形態では比例弁２０８）の現在のバルブ開度Ｏv-preが基準バルブ開度Ｏv-ref以上の場合（ステップＳ２２でＹｅｓの場合）、緩衝調整弁（第１の実施形態では第１と第２の比例弁２６、３２、第２の実施形態では比例弁２０８）による絞り強度が強められる（ステップＳ２４）。これは、例えば、絞り設定部５８が緩衝調整弁（第１の実施形態では第１と第２の比例弁２６、３２、第２の実施形態では比例弁２０８）を開くときのバルブ開度Ｏvを現在のバルブ開度Ｏv-preから所定の割合（例えば５％）または減分を以て小さくすることによって行われる。

このように緩衝調整弁（第１の実施形態では第１と第２の比例弁２６、３２、第２の実施形態では比例弁２０８）のバルブ開度を調整した後、現在のシャッタ開閉時間Ｔoc-preを測定して（ステップＳ２６）、この測定されたシャッタ開閉時間Ｔoc-preを基準動作時間Ｔo-refと再び比較する（ステップＳ２８）。緩衝調整弁（第１の実施形態では第１と第２の比例弁２６、３２、第２の実施形態では比例弁２０８）のバルブ開度調整の結果、現在のシャッタ開閉時間Ｔoc-preが基準動作時間Ｔo-ref（図４の例では０．７秒）以上となると（ステップＳ２８でＹｅｓの場合）、調整は終了する（ステップＳ３０）。

緩衝調整弁（第１の実施形態では第１と第２の比例弁２６、３２、第２の実施形態では比例弁２０８）のバルブ開度調整後においても、シャッタ開閉時間Ｔoc-preが基準動作時間Ｔo-refよりも小さい（ステップＳ２８でＮｏの場合）、ステップＳ２２へ戻り、緩衝調整弁（第１の実施形態では第１と第２の比例弁２６、３２、第２の実施形態では比例弁２０８）の現在のバルブ開度Ｏv-preが基準バルブ開度Ｏv-ref以上であるか否かが再び判定される。現在のバルブ開度Ｏv-preが基準バルブ開度Ｏv-ref以上ではない場合（ステップＳ２２でＮｏの場合）、ステップＳ３２で警報が発せられる。基準バルブ開度Ｏv-ref以上である場合（ステップＳ２２でＹｅｓの場合）、ステップＳ２４で更に緩衝調整弁（第１の実施形態では第１と第２の比例弁２６、３２、第２の実施形態では比例弁２０８）を開くときのバルブ開度Ｏv-preが更に小さく設定され、ステップＳ２８で、シャッタ開閉時間Ｔoc-preが基準動作時間Ｔo-ref以上であるか否かが判定される。

こうして、シャッタ開閉時間Ｔoc-preが基準動作時間Ｔo-ref以上になるまで、緩衝調整弁（第１の実施形態では第１と第２の比例弁２６、３２、第２の実施形態では比例弁２０８）のバルブ開度Ｏv-preの調整が繰り返される。その間、緩衝調整弁（第１の実施形態では第１と第２の比例弁２６、３２、第２の実施形態では比例弁２０８）のバルブ開度Ｏv-preが基準バルブ開度Ｏv-refより小さくなると、警報を発して空圧シリンダ９０のピストンのＯリングを直ちに交換すべきことが工作機械１００のオペレータに報知される。

１０、２００シャッタ開閉装置
１２空圧源
１６、２０２方向制御弁
２２第１の切換弁
２４第１のスピードコントローラ
２６第１の比例弁
２８第２の切換弁
３０第２のスピードコントローラ
３２第２の比例弁
５０、７０制御装置
５２、７２タイマ
５４、７４緩衝制御部
５６、７６開閉制御部
５８、７８絞り設定部
６０、８０記憶部
６２、８２入力部
９０空圧シリンダ
１３８シャッタ
２０６絞り
２０８比例弁

Claims

流体圧シリンダで扉を駆動する工作機械の扉開閉装置において、
流体圧源から前記流体圧シリンダへ供給される作動流体の供給方向を制御して、前記扉を開動作または閉動作させる扉開閉制御弁と、
前記流体圧シリンダの流体の供給回路または排出回路に設けられ、前記扉の開動作または閉動作の速度を規制する所定の絞り強度を有した速度制御弁組立体と、
前記速度制御弁組立体に対して並列に設けられ、前記速度制御弁組立体よりも高い絞り強度を有する緩衝調整弁と、
前記速度制御弁組立体と、前記緩衝調整弁との間で作動流体の流通を切り換える緩衝作動弁と、
前記扉が開動作または閉動作するように前記扉開閉制御弁を制御するとともに、前記扉の開動作または閉動作の開始に際して、作動流体が前記速度制御弁組立体を流通し、前記扉の開動作または閉動作の開始から予め設定された緩衝動作開始時間経過後、前記流体が前記緩衝調整弁を流通するように、前記緩衝作動弁を制御し、前記扉が閉位置から開位置へ移動する開動作に要する時間および／または開位置から閉位置へ移動する閉動作に要する時間を測定し、該測定した時間が基準時間よりも短い場合に、前記緩衝動作開始時間を短縮する制御装置と、
を具備することを特徴とした工作機械の扉開閉装置。
前記扉開閉装置は、前記流体圧源と、前記流体圧シリンダのヘッド側圧力室とに接続された第１の管路と、前記流体圧源と、前記流体圧シリンダのロッド側圧力室とに接続された第２の管路とを具備しており、
前記速度制御弁組立体は、前記第１と第２の管路に配設された第１と第２のスピードコントローラを有し、
前記緩衝調整弁は、前記第１と第２の管路に配設された第１と第２の比例弁を有し、
前記緩衝作動弁は、前記第１と第２の管路に配設された第１と第２の切換弁を有している請求項１に記載の扉開閉装置。
前記第１と第２のスピードコントローラの各々は、前記扉開閉制御弁から前記流体圧シリンダへ向けて作動流体の流通を許容する逆止弁と、該逆止弁に対して並列に配設された絞り弁とを備えている請求項２に記載の扉開閉装置。
前記緩衝動作開始時間が基準緩衝動作開始時間よりも短くなったときに、前記流体圧シリンダのシール部材交換の予防保全のための注意としてアラートを発生するとともに、前記緩衝調整弁のバルブ開度を小さくする請求項１に記載の扉開閉装置。
前記緩衝調整弁のバルブ開度が基準バルブ開度よりも小さくなったときに、前記流体圧シリンダのシール部材の交換が必要なことを報知する警報を発する請求項４に記載の扉開閉装置。