JP7195557B2

JP7195557B2 - 液圧駆動装置

Info

Publication number: JP7195557B2
Application number: JP2021551669A
Authority: JP
Inventors: 相昊玄; 晴次水井
Original assignee: MORI KOGYO CO., LTD.; Ritsumeikan Trust
Current assignee: MORI KOGYO CO., LTD.; Ritsumeikan Trust
Priority date: 2019-10-07
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2022-12-26
Anticipated expiration: 2040-10-06
Also published as: WO2021070828A1; CN114729652A; US20240060515A1; JPWO2021070828A1

Description

本発明は、空気圧源から供給される空気圧を液圧に変換して、液圧アクチュエータを駆動する液圧駆動装置に関するものである。

水道水などを利用した水圧駆動は、油圧駆動と比較して、作動液の入手と廃棄が容易である点、火災および汚染の危険性がない点、衛生面に優れている点、および丸洗いができる点がメリットとして挙げられる。水圧駆動機器は、食品加工や屋外作業などにおいて利用されている。

水圧駆動のリスクとしては、１）錆の発生、２）水の劣化、３）低粘性による漏れ増加や潤滑不足、および４）キャビテーションの発生などが挙げられる。１）はステンレスなどの材料によって回避することができ、２）は水を入れ替えれば問題ない。しかし、３）と４）は高圧で特に顕著となる。たとえば、水圧ポンプは、ポンプ内部で高圧かつ高速に金属同士が接触するため、潤滑不足による焼き付きのリスクがあり、構造上の工夫が必要である。これは、ポンプとシリンダを直結するＥＨＡ（電気静油圧アクチュエータ）でも同様である。また、サーボバルブは、油圧ロボットには好適であるが、これを水圧に置き換える場合、同様の工夫が必要になる。そのため、現在、市販の水圧ポンプと水圧サーボ弁のコストは極めて高く、普及しているとは言い難い状況である。

また、本願発明者らは、ＪＰ２０１５－９６７５７ＡおよびＪＰ２０１５－１７８８８５Ａに開示される液圧駆動装置を提案している。これらの液圧駆動装置では、液圧アクチュエータの第１圧力室に、空気圧源からの空気圧を液圧に変換するエアハイドロコンバータや、空気圧源からの空気圧を増圧した液圧に変換するエアハイドロブースタからの圧液が供給されることで、液圧アクチュエータのロッドが下方へ移動する。この状態から、液圧アクチュエータの第２圧力室に、空気圧源から空気が供給されることで、液圧アクチュエータのロッドが上方へ移動する。

ＪＰＳ６２－１６７９０８Ｕには、二つの切替弁を切替操作して、第一空油変換器、第二空油変換器、および増圧形空油変換器を作動させることが記載されている。

ＪＰ２０１５－９６７５７ＡおよびＪＰ２０１５－１７８８８５Ａに開示された液圧駆動装置は、液圧駆動方式が片側駆動である。すなわち、液圧アクチュエータの往復動の一方の移動が空気圧源からの空気で直接なされているので、運動方向が正負に切り替わる液圧アクチュエータに適用した場合、液圧アクチュエータをスムーズに動かすことができない。

ＪＰＳ６２－１６７９０８Ｕでは、二つの切替弁の制御をどのようにして行うかは不明である。従って、油圧アクチュエータを適切に駆動できないおそれがある。

本発明は、液圧アクチュエータの制御を容易に実現することができる液圧駆動装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、液圧駆動装置は、空気圧源から供給される空気圧を増圧した液圧に変換するエアハイドロブースタである第一空液変換器および第二空液変換器と、中空状のシリンダ室と、前記シリンダ室内に往復動可能に設けられるピストンと、前記ピストンに設けられるロッドとを有し、前記ピストンにより前記シリンダ室内が第一圧力室と第二圧力室とに区画され、前記第一圧力室には前記第一空液変換器からの圧液が供給される一方、前記第二圧力室には前記第二空液変換器からの圧液が供給される液圧アクチュエータと、前記液圧アクチュエータの作動状態を取得する作動状態取得部と、前記空気圧源から前記第一空液変換器へ空気を供給する第一給気路に設けられる第一空気圧弁と、前記空気圧源から前記第二空液変換器へ空気を供給する第二給気路に設けられる第二空気圧弁と、前記液圧アクチュエータを制御する制御装置と、を備え、前記第一空液変換器および前記第二空液変換器のそれぞれは、大小異なる内径を有する大径シリンダ及び小径シリンダと、前記大径シリンダ内に往復動可能に設けられるピストンと、前記ピストンにより前記大径シリンダに区画される第一空気圧室および第二空気圧室と、前記ピストンに設けられるロッドと、前記小径シリンダに設けられ、前記ピストンの移動に伴って前記ロッドが進入する液圧室と、を有し、前記第一空気圧弁を通じて前記第一空液変換器の前記第一空気圧室又は前記第二空気圧室へ空気が供給され、前記第二空気圧弁を通じて前記第二空液変換器の前記第一空気圧室又は前記第二空気圧室へ空気が供給され、前記第一空液変換器の前記液圧室は、前記液圧アクチュエータの前記第一圧力室に接続され、前記第二空液変換器の前記液圧室は、前記液圧アクチュエータの前記第二圧力室に接続され、前記制御装置は、前記作動状態取得部の取得結果に基づき、前記第一空気圧弁および第二空気圧弁を制御することにより、前記第一空液変換器及び前記第二空液変換器の前記液圧室を同時に加圧可能であり、前記液圧アクチュエータの前記第一圧力室と前記第二圧力室とが加圧された状態で前記ロッドを往復動させる。

本発明の第１実施形態に係る液圧駆動装置を示す模式図である。本発明の第２実施形態に係る液圧駆動装置を示す模式図である。本発明の第２実施形態に係る液圧駆動装置の変形例を示す模式図である。本発明の実施形態に係る液圧駆動装置の変形例を示す模式図である。本発明の実施形態に係る液圧駆動装置の変形例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る液圧駆動装置１００について説明する。図１は液圧駆動装置１００を示す模式図である。

液圧駆動装置１００は、空気圧源２から供給される空気圧を液圧に変換する第一空液変換器（空液変換手段）３および第二空液変換器（空液変換手段）４と、両空液変換器３，４により作動する液圧アクチュエータ５とを備える。液圧駆動装置１００は、特に用途を問わないが、たとえば、食品加工に用いられる関節を有するロボットに用いられる。

第一空液変換器３および第二空液変換器４は、互いに同様の構成のエアハイドロブースタである。エアハイドロブースタは、空気圧源２から供給される空気圧を増圧した液圧に変換する空液増圧器である。空液変換器３，４は、大小異なる内径を有する二つの中空状のシリンダ６，７と、シリンダ６内に往復動可能に設けられるピストン８と、ピストン８に設けられるロッド９とを有する。二つのシリンダ６，７のうち、内径が大きいシリンダ６は、ピストン８により第一空気圧室１０と第二空気圧室１１とに区画されている。また、内径が小さいシリンダ７の液圧室１２内には、水などの作動液が充填されている。ピストン８の第二空気圧室１１側には、ロッド９が固定されており、ロッド９は、ピストン８の移動に伴って、内径の小さいシリンダ７内に挿入される。本第１実施形態では、空液変換器３，４に空気を供給する空気圧源２は、たとえばコンプレッサである。

液圧アクチュエータ５は、中空状のシリンダ室１３と、シリンダ室１３内に往復動可能に設けられるピストン１４と、ピストン１４に設けられるロッド１５とを有する。シリンダ室１３は、ピストン１４により第一圧力室１７と第二圧力室１８とに区画されている。液圧アクチュエータ５は両ロッドタイプの液圧シリンダであり、ピストン１４の両端面からロッド１５が突出して設けられる。なお、液圧アクチュエータ５は片ロッドタイプの液圧シリンダであってもよい。

液圧駆動装置１００は、液圧アクチュエータ５の作動状態を取得する作動状態取得部１９と、空気圧源２から第一空液変換器３へ空気を供給する流路に設けられる第一空気圧弁２２と、空気圧源２から第二空液変換器４へ空気を供給する流路に設けられる第二空気圧弁２３と、空気圧弁２２，２３を制御する制御装置（制御手段）２４と、をさらに備える。

本第１実施形態では、作動状態取得部１９は、第一圧力室１７の圧液の圧力を取得する第一圧力取得部（圧力取得手段）２０と、第二圧力室１８の圧液の圧力を取得する第二圧力取得部（圧力取得手段）２１と、を有する。本第１実施形態では、圧力取得部２０，２１は、圧力を検出して取得する圧力計である。圧力取得部２０，２１の取得結果（圧力値）は、制御装置２４へ出力される。空気圧弁２２，２３は、空気圧源２からの空気の流量を調整して空液変換器３，４に供給するサーボ弁である。

図１に示されるように、空気圧源２には、二股に分岐した経路２５と経路２６とが設けられる。経路２５は、第一空気圧弁２２に接続され、第一空気圧弁２２には経路２７の一端部が接続される。経路２７の他端部は、第一空液変換器３の第一空気圧室１０に接続される。また、第一空気圧弁２２には、経路２８の一端部が接続され、経路２８の他端部は、第一空液変換器３の第二空気圧室１１に接続される。

経路２６は、第二空気圧弁２３に接続される。第二空気圧弁２３と第二空液変換器４との接続は、第一空気圧弁２２と第一空液変換器３との接続と同様である。すなわち、第二空気圧弁２３と第二空液変換器４の第一空気圧室１０とが経路２７に対応する経路２９を介して接続され、第二空気圧弁２３と第二空液変換器４の第二空気圧室１１とが経路２８に対応する経路３０を介して接続される。

図１に示されるように、第一空液変換器３と液圧アクチュエータ５の第一圧力室１７とは、第一空液変換器３から第一圧力室１７へ圧液を供給する第一液圧路３１を介して接続される。具体的には、第一液圧路３１は、一端部が第一空液変換器３の内径の小さいシリンダ７に接続されると共に、他端部が第一圧力室１７に接続される。第一液圧路３１には、第一圧力取得部２０が設けられる。第二空液変換器４の内径の小さいシリンダ７と液圧アクチュエータ５の第二圧力室１８とは、第二空液変換器４から第二圧力室１８へ圧液を供給する第二液圧路３２を介して接続される。第二液圧路３２には第二圧力取得部２１が設けられる。第一圧力取得部２０および第二圧力取得部２１は、それぞれ第一圧力室１７および第二圧力室１８に設けてもよい。

制御装置２４は、圧力取得部２０，２１の取得結果に基づき、第一空気圧弁２２および第二空気圧弁２３を制御して、空液変換器３，４から液圧アクチュエータ５への圧液の供給を制御する。圧力取得部２０，２１および空気圧弁２２，２３は、制御装置２４に電気的に接続される。制御装置２４は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を有するマイクロコンピュータで構成される。制御装置２４は、複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。制御装置２４は、たとえば、圧力取得部２０，２１の取得結果に基づきフィードバック制御することで、液圧アクチュエータ５を制御する。

次に、液圧駆動装置１００の動作について説明する。液圧アクチュエータ５を作動させるには、まず、空気圧源２であるコンプレッサを駆動する。前述したように、空液変換器３，４の構成は互いに同様であり、空気圧源２から空液変換器３，４へ空気を供給する構成も互いに同様であり、また、空液変換器３，４から液圧アクチュエータ５へ圧液を供給する構成も互いに同様であるため、空液変換器３，４のうち、第一空液変換器３側の動作について説明する。本第１実施形態では、空液変換器３，４には、共通の空気圧源２から空気が供給される。

空気圧源２を駆動すると共に第一空気圧弁２２を操作することで、空気圧源２と第一空液変換器３の第一空気圧室１０とが経路２５，２７を介して連通し、空気圧源２から第一空気圧弁２２を通じて第一空気圧室１０へ空気が供給される。すなわち、空気圧源２から第一空液変換器３の第一空気圧室１０へ空気を供給する場合には、経路２５，２７が空気圧源２から第一空気圧室１０へ空気を供給する流路である第一給気路３３となる。このようにして空気圧源２から第一空気圧室１０へ空気が供給される際には、第一空液変換器３の第二空気圧室１１と第一空気圧弁２２とが経路２８を介して連通し、第二空気圧室１１が外部と連通する。従って、空気圧源２から第一給気路３３を通じて第一空気圧室１０に空気が供給されると、ピストン８は第一空気圧室１０を拡張する方向（図１の下方）へ移動する。この際、第二空気圧室１１内の空気は、経路２８を通じて第一空気圧弁２２から外部へ排出される。

ピストン８が下方へ移動すると、ピストン８に固定されたロッド９は液圧室１２内に進入し、液圧室１２内の作動液がロッド９の進入体積分だけ液圧室１２の外部へ押し出される。これにより、液圧室１２内の作動液が増圧した圧液として、第一液圧路３１を通じて液圧アクチュエータ５の第一圧力室１７へ供給される。液圧室１２内の作動液が増圧されるのは、ロッド９の受圧面積（ロッド９における液圧室１２内の作動液を押し出す部分の面積）が、ピストン８の受圧面積（ピストン８における空気圧を受ける部分の面積）よりも、たとえばＲ倍小さいからである。

このようにして第一空液変換器３の液圧室１２内の作動液は、第一液圧路３１を通じて液圧アクチュエータ５の第一圧力室１７へ圧送される。もし、液圧アクチュエータ５のピストン１４が停止して動かなければ、液圧室１２の圧力はＲ倍となる。これとは逆に、もし、液圧アクチュエータ５に負荷がなければ、ピストン１４は図１の右方へ移動する。液圧室１２の圧力は、液圧アクチュエータ５の負荷によって決まる。

ここでは、第一空液変換器３の場合について説明したが、第二空液変換器４の場合も同様である。すなわち、空気圧源２から経路２６，２９からなる第二給気路３４を通じて第二空液変換器４に空気が供給されると、第二空液変換器４の液圧室１２内の作動液が増圧した圧液として、第二液圧路３２を通じて液圧アクチュエータ５の第二圧力室１８へ供給される。このようにして両空気圧弁２２，２３を同時に操作することにより、ピストン１４に第一圧力室１７と第二圧力室１８との差圧が作用し、さらにピストン１４に負荷が加わることにより、ピストン１４の加速度が決まる。従って、液圧アクチュエータ５のピストン１４は、両空液変換器３，４の液圧によって駆動される。

前述したように、空液変換器３，４において、空気圧源２と第一空気圧室１０とを連通することにより、ピストン８をロッド９が液圧室１２内に進入する方向（図１の下方）へ移動させることができる。一方、ピストン８をロッド９が液圧室から退出する方向（図１の上方）へ移動させるには、空気圧源２と第二空気圧室１１とを連通すればよい。この場合、空気圧源２を駆動すると共に第一空気圧弁２２を操作して、空気圧源２と第一空液変換器３の第二空気圧室１１とが経路２５，２８を通じて連通し、空気圧源２から第一空気圧弁２２を通じて第二空気圧室１１へ空気が供給される。この際、第一空液変換器３の第一空気圧室１０と第一空気圧弁２２とが経路２７を通じて連通し、第一空気圧室１０が外部と連通する。従って、空気圧源２から第二空気圧室１１に空気が供給されることで、ピストン８は第二空気圧室１１を拡張する方向（図１の上方）へ移動する。この際、第一空気圧室１０内の空気は、経路２７を通じて第一空気圧弁２２から外部へ排出される。

以上のような液圧アクチュエータ５の一連の動作は、制御装置２４により実行される。制御装置２４は、圧力取得部２０，２１の取得結果に基づき空気圧弁２２，２３を制御して、液圧アクチュエータ５の圧力室１７，１８への圧液の供給を制御する。具体的には、第一圧力室１７の圧液の圧力および第二圧力室１８の圧液の圧力の目標値を設定し、それらの目標値に対してピストン１４が追従するようにフィードバック制御する。その際、ピストン１４の速度と負荷は正負に切り替わるので、必要な速度と負荷の大きさと方向に応じて、空気圧弁２２，２３を適切に駆動する。このようにして、圧力取得部２０，２１により差圧を監視し、その差圧に応じて空気圧弁２２，２３を操作することで、液圧アクチュエータ５をロッド１５が往復動するよう作動させる。

液圧駆動装置１００において、空気圧から液圧への変換は、一種の減速器となっており、作動液の流量が空気の流量の１／Ｒとなっている。そのため、空気圧弁だけで直接アクチュエータを駆動する場合と比較して、精密性がＲ倍向上する。また、空気圧の圧力は高々１ＭＰａであるが、Ｒを１０とした場合、１０ＭＰａの液圧を得ることができる。

液圧駆動装置１００では、液圧アクチュエータ５には、空気圧を液圧に変換する空液変換器３，４から圧液が供給される。従って、従来の水圧ポンプおよび水圧サーボ弁などを用いる場合と比較して、実用的な液圧を得るための液圧駆動装置にかかるコストを低減することができる。また、液圧駆動装置１００では、空液変換器３，４によって液圧アクチュエータ５を往復動させることができるので、液圧アクチュエータ５の往復動を滑らかにすることができる。

また、液圧駆動装置１００では、空液変換器３，４が互いに同様の構成のエアハイドロブースタであるため、簡易な構成とすることができる。また、液圧駆動装置１００では、圧力取得部２０，２１の取得信号に基づき、液圧アクチュエータ５の圧力室１７，１８への圧液の供給が制御される。従って、両ロッドタイプの液圧アクチュエータ５を容易に制御することができる。しかも、液圧駆動装置１００では、空気圧弁２２，２３を制御して圧力室１７，１８への圧液の供給を制御するので、液圧アクチュエータ５の制御を安価な構成で実現することができる。

また、液圧駆動装置１００では、液圧アクチュエータ５の両圧力室１７，１８が常に加圧されるので、キャビテーションを抑制することができる。さらに、液圧駆動装置１００では、空気圧弁２２，２３がサーボ弁であるため、空液変換器３，４への空気の流量を容易に制御することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図２を参照して、本発明の第２実施形態に係る液圧駆動装置２００について説明する。図２は、液圧駆動装置２００を示す模式図である。

第２実施形態に係る液圧駆動装置２００も、基本的には前記第１実施形態に係る液圧駆動装置１００と同様である。そこで、以下では、両者の異なる点を中心に説明し、対応する構成には同一の符号を付して説明する。また、第１及び第２実施形態での共通事項については、説明を省略する。

前記第１実施形態では、空液変換器３，４はエアハイドロブースタであったが、本第２実施形態では、空液変換器３，４はエアハイドロコンバータである。空液変換器３，４は、互いに同様の構成のエアハイドロコンバータである。エアハイドロコンバータは、空気圧源２から供給される空気圧を液圧に変換する空液変換器である。空液変換器３，４は、中空状のシリンダ３５と、シリンダ３５内に往復動可能に設けられるピストン３６とを備える。シリンダ３５内は、ピストン３６により空気室３７と液室３８とに区画されており、液室３８には、水などの作動液が充填されている。

本第２実施形態では、空気圧源２から二股に分岐した流路のうち一方が第一給気路３３であり、この第一給気路３３は、第一空液変換器３の空気室３７に接続される。二股に分岐した流路のうち他方が第二給気路３４であり、この第二給気路３４は、第二空液変換器４の空気室３７に接続される。第一給気路３３に設けられる第一空気圧弁２２および第二給気路３４に設けられる第二空気圧弁２３は、本第２実施形態では、空気圧源２から空気室３７へ供給される空気圧を所定の圧力に調整する電空レギュレータである。電空レギュレータは、電気信号である入力に比例して空気圧を調整する機器である。第一空液変換器３の液室３８と液圧アクチュエータ５の第一圧力室１７とは第一液圧路３１を介して接続される一方、第二空液変換器４の液室３８と液圧アクチュエータ５の第二圧力室１８とは第二液圧路３２を介して接続される。

液圧駆動装置２００は、前記第１実施形態に係る液圧駆動装置１００の構成に加えて、第一給液弁３９、第二給液弁４０、および小容量の液圧ポンプ４１を備える。第一給液弁３９は、第一液圧路３１に設けられ、第二給液弁４０は、第二液圧路３２に設けられる。本第２実施形態では、給液弁３９，４０は、開閉をオンオフで切り替え可能な電磁弁であり、空液変換器３，４それぞれから液圧アクチュエータ５への流体の流れのみを許容するチェック弁４２が内蔵されている。液圧ポンプ４１は、小型のサーボポンプであって、サーボモータ４３などの電動モータによって双方向に回転可能に構成されており、正逆方向に選択して回転させることができる。

液圧ポンプ４１は、第一補助路４４を介して液圧アクチュエータ５の第一圧力室１７に接続されると共に、第二補助路４５を介して液圧アクチュエータ５の第二圧力室１８に接続される。本第２実施形態では、第一液圧路３１と第一補助路４４の一部は、液圧アクチュエータ５の第一圧力室１７側において共通路となっている。第一圧力取得部２０は、第一液圧路３１と第一補助路４４との共通路に設けられ、第一給液弁３９は、共通路よりも上流側の第一液圧路３１に設けられる。また、第二液圧路３２と第二補助路４５の一部は、液圧アクチュエータ５の第二圧力室１８側において共通路となっている。第二圧力取得部２１は、第二液圧路３２と第二補助路４５との共通路に設けられ、第二給液弁４０は、共通路よりも上流側の第二液圧路３２に設けられる。

本第２実施形態でも、制御装置２４は、圧力取得部２０，２１の取得結果に基づき空気圧弁２２，２３を制御して、液圧アクチュエータ５の圧力室１７，１８への圧液の供給を制御する。この制御は、前記第１実施形態のフィードバック制御と同様である。

本第２実施形態では、制御装置２４は、圧力取得部２０，２１の取得結果に基づき液圧ポンプ４１も制御する。給液弁３９，４０および液圧ポンプ４１のサーボモータ４３は、制御装置２４に電気的に接続される。

次に、液圧駆動装置２００の動作について説明する。液圧駆動装置２００では、液圧アクチュエータ５を高速で作動させる場合と、液圧アクチュエータ５を低速で作動させる場合とがある。前者の場合、液圧アクチュエータ５のロッド１５は、低い負荷で素早く往復動する。後者の場合、液圧アクチュエータ５のロッド１５は、高い負荷でゆっくりと往復動する。

低い負荷での高速駆動時においては、空液変換器３，４が用いられる。この場合、制御装置２４は、液圧ポンプ４１を停止して給液弁３９，４０を開いた状態で、空液変換器３，４を駆動する。この場合、前記第１実施形態のフィードバック制御と同様に、圧力取得部２０，２１の取得結果に基づき空気圧弁２２，２３を制御することによって、液圧アクチュエータ５の圧力室１７，１８への圧液の供給を制御する。本第２実施形態では、空液変換器３，４は、エアハイドロコンバータである。従って、空気圧源２から第一空気圧弁２２を通じて第一空液変換器３の空気室３７に空気が供給されると、ピストン３６は空気室３７を拡張する方向（図２の下方）へ移動する。これにより、第一空液変換器３の液室３８内の作動液が圧液として、第一液圧路３１を通じて液圧アクチュエータ５の第一圧力室１７へ供給される。一方、空気圧源２から第二空気圧弁２３を通じて第二空液変換器４の空気室３７に空気が供給されると、第二空液変換器４から第二液圧路３２を通じて液圧アクチュエータ５の第二圧力室１８へ圧液が供給される。

高い負荷での低速駆動時においては、液圧ポンプ４１が用いられる。この場合、制御装置２４は、給液弁３９，４０を閉じた状態で液圧ポンプ４１を駆動する。具体的には、第一圧力室１７の圧液の圧力および第二圧力室１８の圧液の圧力の目標値を設定し、それらの目標値に対してピストン１４が追従するようにフィードバック制御する。その際、ピストン１４の速度と負荷は正負に切り替わるので、必要な速度と負荷の大きさと方向に応じて、液圧ポンプ４１を適切に駆動する。このようにして、圧力取得部２０，２１の取得結果に基づき、液圧ポンプ４１を制御する。本第２実施形態では、給液弁３９，４０を閉じて液圧ポンプ４１を駆動することによっても、ピストン１４に必要な差圧を作用させることができる。

本第２実施形態に係る液圧駆動装置２００では、小型の液圧ポンプ４１により液圧アクチュエータ５を作動することができるので、エアハイドロコンバータで液圧アクチュエータ５を作動する場合と比較して、液圧アクチュエータ５をより精密に制御することができる。また、液圧駆動装置２００では、空液変換器３，４が互いに同様の構成のエアハイドロコンバータであるので、簡易な構成とすることができる。さらに、液圧駆動装置２００では、給液弁３９，４０にチェック弁４２が内蔵されており、液圧アクチュエータ５の圧力室１７，１８が空気室３７の空気圧を下回ることがないので、キャビテーションを抑制することができる。

次に、図３を参照して、第２実施形態の変形例である液圧駆動装置２０１について説明する。図３は、液圧駆動装置２０１示す模式図である。ここでは、液圧駆動装置２００と異なる点を中心に説明し、その他の構成および制御は前述したものが適用される。

本変形例では、前記第２実施形態に係る液圧駆動装置２００で用いられた液圧ポンプ４１に代えて、液圧シリンダ４６とその駆動装置（駆動手段）４７とを備える。液圧シリンダ４６は、中空状のシリンダ本体４８と、シリンダ本体４８内に往復動可能に設けられる可動ピストン４９とを有する。シリンダ本体４８内は、可動ピストン４９により第一液室５０と第二液室５１とに区画されており、第一液室５０および第二液室５１には、水などの作動液が充填されている。第一液室５０は、第一補助路４４を介して液圧アクチュエータ５の第一圧力室１７に接続され、第二液室５１は、第二補助路４５を介して液圧アクチュエータ５の第二圧力室１８に接続される。駆動装置４７は、液圧シリンダ４６の可動ピストン４９を往復動させる手段であって、本変形例では、小型のモータである。駆動装置４７は、ロッド５２を介して、液圧シリンダ４６の可動ピストン４９に接続される。

本変形例でも、制御装置２４は、前記第２実施形態のフィードバック制御と同様に、圧力取得部２０，２１の検出結果に基づき空気圧弁２２，２３を制御することによって、液圧アクチュエータ５の圧力室１７，１８への圧液の供給を制御する。また、本変形例では、制御装置２４は、圧力取得部の取得結果に基づき液圧シリンダ４６の駆動装置４７も制御する。液圧シリンダ４６の駆動装置４７は、制御装置２４に電気的に接続される。

次に、液圧駆動装置２０１の動作について説明する。液圧駆動装置２０１では、液圧駆動装置２００と同様に、液圧アクチュエータ５の低い負荷での高速駆動の場合と、液圧アクチュエータ５の高い負荷での低速駆動の場合とがある。前者の場合、液圧駆動装置２００の高速駆動時と同様に、空液変換器３，４により液圧アクチュエータ５が作動する。この際、制御装置２４は、液圧シリンダ４６の駆動装置４７を停止して給液弁３９，４０を開いた状態で、空液変換器３，４を駆動する。

後者の場合、液圧シリンダ４６が用いられる。この際、制御装置２４は、給液弁３９，４０を閉じた状態で駆動装置４７を駆動して、液圧シリンダ４６の可動ピストン４９を往復動させる。具体的には、第一圧力室１７の圧液の圧力および第二圧力室１８の圧液の圧力の目標値を設定し、それらの目標値に対してピストン１４が追従するようにフィードバック制御する。その際、ピストン１４の速度と負荷は正負に切り替わるので、必要な速度と負荷の大きさと方向に応じて、駆動装置４７を適切に駆動する。このようにして、圧力取得部２０，２１の取得結果に基づき、駆動装置４７を制御する。これにより、液圧シリンダ４６の可動ピストン４９が往復動することで、第一液室５０から第一圧力室１７へ作動液が供給され、第二液室５１から第二圧力室１８へ作動液が供給される。本変形例では、ピストン１４に作用する必要な差圧を確保するために、液圧シリンダ４６のシリンダ本体４８の容積は、液圧アクチュエータ５のシリンダ室１３の容積に比べて十分小さい。

本変形例に係る液圧駆動装置２０１では、液圧シリンダ４６とその駆動装置４７により液圧アクチュエータ５を作動することができる。従って、液圧シリンダ４６により液圧アクチュエータ５に供給される作動液の流量を微量に調整することができ、エアハイドロコンバータで液圧アクチュエータ５を作動する場合と比較して、液圧アクチュエータ５をより精密に制御することができる。

次に、液圧駆動装置１００，２００，２０１の変形例について説明する。以下のような変形例も本発明の範囲内であり、以下の変形例と上記図１～図３に示す液圧駆動装置１００，２００，２０１の構成とを組み合わせたり、以下の変形例同士を組み合わせたりすることも可能である。なお、以下の変形例に説明において、上記実施形態と同様の構成には、同一の符号を用いて説明する。

（１）前記第１実施形態では、空気圧弁２２，２３がサーボ弁であったが、電空レギュレータであってもよい。この場合、空気圧源２から二股に分岐した流路のうち、一方が第一空液変換器３の第一空気圧室１０に接続される第一給気路３３であり、他方が第二空液変換器４の第一空気圧室１０に接続される第二給気路３４である。また、空液変換器３，４の第二空気圧室１１は、内部の空気を外部に開放可能に構成される。

（２）前記第１実施形態において、前記第２実施形態の液圧ポンプ４１や前記変形例の液圧シリンダ４６とその駆動装置４７を備える構成としてもよい。

（３）前記第１実施形態では、空液変換器３，４がエアハイドロブースタであり、第２実施形態および前記変形例では、空液変換器３，４がエアハイドロコンバータであった。しかし、空液変換器３，４のうち、一方がエアハイドロブースタであると共に、他方がエアハイドロコンバータであってもよい。

（４）液圧駆動装置１００，２００，２０１では、圧力室１７，１８の圧液の圧力を取得する圧力取得部２０，２１が圧力を検出して取得する圧力計である形態について説明した。圧力取得部として、圧力室１７，１８の圧液の圧力を検出するのに代えて、圧力室１７，１８の圧液の圧力を演算により取得してもよい。例えば、図４に示すように、液圧路３１，３２に設けられる圧力計を廃止し、空液変換器３，４のそれぞれに空気圧室１０の空気の圧力を検出する圧力計６０，６１を設け、それら圧力計６０，６１の検出値を制御装置２４へ出力し、制御装置２４において圧力計６０，６１の検出値に基づいて圧力室１７，１８の圧液の圧力を演算してもよい。具体的には、制御装置２４は、圧力計６０，６１の検出値とピストン８及びロッド９の受圧面積とから定まる力の平衡式に、液圧路３１，３２での圧力損失等を加味して、圧力室１７，１８の圧液の圧力を演算する。本変形例では、制御装置２４は演算によって圧力室１７，１８の圧液の圧力を取得する構成であるため、制御装置２４が液圧アクチュエータ５の作動状態を取得する作動状態取得部に該当する。なお、本変形例として、図４に液圧駆動装置１００の変形例を示したが、本変形例は液圧駆動装置２００，２０１にも適用できる。

（５）液圧駆動装置１００，２００，２０１では、制御装置２４は、圧力室１７，１８の圧液の圧力に基づき、空気圧弁２２，２３を制御する形態について説明した。これに代えて、制御装置２４は、圧力室１７，１８の圧液の圧力およびロッド１５の位置に基づき、空気圧弁２２，２３を制御してもよい。具体的には、第一圧力室１７の圧液の圧力および第二圧力室１８の圧液の圧力の目標値を設定し、それらの目標値に対してピストン１４が追従するようにフィードバック制御すると共に、ロッド１５の位置の目標値を設定し、その目標値に対してピストン１４が追従するようにフィードバック制御する。これにより、液圧アクチュエータ５の制御の精度が向上する。ロッド１５の位置は、図５に示すように、ロッド１５の位置を検出する位置取得部６２によって取得される。位置取得部６２は、例えば、液圧アクチュエータ５に設けられるストロークセンサである。位置取得部６２の取得結果は、制御装置２４へ出力される。本変形例では、圧力取得部２０，２１及び位置取得部６２が液圧アクチュエータ５の作動状態を取得する作動状態取得部１９に該当する。

（６）上記（５）で説明した位置取得部として、ロッド１５の位置を検出するのに代えて、ロッド１５の位置を演算により取得してもよい。例えば、図５に示す液圧駆動装置１００において、液圧アクチュエータ５に設けられる位置取得部６２を廃止し、空液変換器３，４のそれぞれにピストン８の位置を検出する位置検出部を設け、それら位置検出部の検出値を制御装置２４へ出力し、制御装置２４において位置検出部の検出値に基づいてロッド１５の位置を演算してもよい。具体的には、制御装置２４は、位置検出部で検出されたピストン８の位置と、ピストン８、ロッド９、およびピストン１４の受圧面積とから定まる体積保存式に、液圧路３１，３２での流量損失等を加味して、ロッド１５の位置を演算する。ピストン８の位置を検出する位置検出部としては、ピストン８にシリンダ６の外部に突出するロッドを取り付けた上で、そのロッドの位置を検出するストロークセンサをシリンダ６に設けてもよいし、また、ピストン８に磁石を取り付けて、ピストン８の位置を非接触で検出する磁気式センサをシリンダ６に設けてもよい。本変形例では、制御装置２４は演算によってロッド１５の位置を取得する構成であるため、制御装置２４が液圧アクチュエータ５の作動状態を取得する作動状態取得部に該当する。なお、本変形例として、図５に示す液圧駆動装置１００の変形例を示したが、本変形例は液圧駆動装置２００，２０１にも適用できる。図２に示す液圧駆動装置２００の場合には、空液変換器３，４のそれぞれにピストン３６の位置を検出する位置検出部を設ければよいし、図３に示す液圧駆動装置２０１の場合には、液圧シリンダ４６に可動ピストン４９の位置を検出する位置検出部を設ければよい。

（７）液圧駆動装置１００，２００，２０１では、制御装置２４は、圧力室１７，１８の圧液の圧力に基づき、空気圧弁２２，２３を制御する形態について説明した。これに代えて、制御装置２４は、圧力室１７，１８の圧液の圧力およびロッド１５に作用する荷重に基づき、空気圧弁２２，２３を制御してもよい。具体的には、第一圧力室１７の圧液の圧力および第二圧力室１８の圧液の圧力の目標値を設定し、それらの目標値に対してピストン１４が追従するようにフィードバック制御すると共に、ロッド１５の荷重の目標値を設定し、その目標値に対してピストン１４が追従するようにフィードバック制御する。これにより、液圧アクチュエータ５の制御の精度がより向上する。なお、制御装置２４は、圧力室１７，１８の圧液の圧力、ロッド１５の位置、およびロッド１５に作用する荷重に基づき、空気圧弁２２，２３を制御してもよい。ロッド１５の荷重は、ロッド１５の荷重を検出する荷重取得部によって取得される。荷重取得部は、例えば、液圧アクチュエータ５に設けられる荷重センサである。荷重取得部の取得結果は、制御装置２４へ出力される。本変形例では、荷重取得部も液圧アクチュエータ５の作動状態を取得する作動状態取得部１９に該当する。なお、荷重取得部として、ロッド１５の荷重を演算により取得してもよい。例えば、制御装置２４は、圧力取得部２０，２１の取得結果に基づいてピストン１４に作用する差圧を演算し、その差圧とピストン１４の受圧面積からロッド１５の荷重を演算する。また、上記（４）で説明したように、制御装置２４が空気圧室１０の空気の圧力に基づいて圧力室１７，１８の圧液の圧力を演算する場合には、制御装置２４は、演算によって得られた圧力室１７，１８の圧液からピストン１４に作用する差圧を演算し、その差圧とピストン１４の受圧面積からロッド１５の荷重を演算する。このように、演算によってロッド１５の荷重を取得する場合には、制御装置２４が液圧アクチュエータ５の作動状態を取得する作動状態取得部に該当する。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、および効果をまとめて説明する。

液圧駆動装置１００，２００，２０１は、液圧アクチュエータ５の第一圧力室１７には第一空液変換器３からの圧液が供給される一方、液圧アクチュエータ５の第二圧力室１８には第二空液変換器４からの圧液が供給される構成である。従って、実用的な液圧を得ることができる装置を安価に実現することができる。また、液圧アクチュエータ５を滑らかに往復動させることができる。また、液圧アクチュエータ５の作動状態を取得する作動状態取得部１９の取得結果に基づき、液圧アクチュエータ５への圧液の供給が制御される。従って、両ロッドタイプの液圧アクチュエータ５を容易に制御して、液圧アクチュエータ５の往復動を精度良く行うことができる。また、作動状態取得部の１９取得結果に基づき、空気圧源２から第一空液変換器３へ空気を供給する第一給気路３３に設けられた第一空気圧弁２２および空気圧源２から第二空液変換器４へ空気を供給する第二給気路３４に設けられた第二空気圧弁２３が制御される。このような空気圧弁２２，２３を通じて空気が供給される空液変換器３，４は、エアハイドロコンバータまたはエアハイドロブースタである。従って、安価な構成で、空液変換器３，４への空気の供給、ひいては液圧アクチュエータ５の往復動を制御することができる。

また、液圧駆動装置２００では、双方向に回転可能な液圧ポンプ４１は、第一補助路４４を介して第一圧力室１７に接続されると共に、第二補助路４５を介して第二圧力室１８に接続される。従って、液圧ポンプ４１を駆動して液圧アクチュエータ５を作動することができるので、液圧アクチュエータ５のより精密な制御を行うことができる。

また、液圧駆動装置２０１は、液圧シリンダ４６とその駆動装置４７を備える。液圧シリンダ４６は、第一液室５０が第一補助路４４を介して第一圧力室１７に接続されると共に、第二液室５１が第二補助路４５を介して第二圧力室１８に接続される。駆動装置４７は、液圧シリンダ４６内の可動ピストン４９を往復動させる手段である。従って、駆動装置４７により液圧シリンダ４６の可動ピストン４９を往復動させて液圧アクチュエータ５を作動することができるので、液圧アクチュエータ５のより精密な制御を行うことができる。

さらに、液圧駆動装置１００，２００，２０１では、第一空気圧弁２２および第二空気圧弁２３がサーボ弁または電空レギュレータであるため、空液変換器３，４への空気の流量または圧力を調整することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

本願は２０１９年１０月７日に日本国特許庁に出願された特願２０１９－１８４４０５に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

空気圧源から供給される空気圧を増圧した液圧に変換するエアハイドロブースタである第一空液変換器および第二空液変換器と、
中空状のシリンダ室と、前記シリンダ室内に往復動可能に設けられるピストンと、前記ピストンに設けられるロッドとを有し、前記ピストンにより前記シリンダ室内が第一圧力室と第二圧力室とに区画され、前記第一圧力室には前記第一空液変換器からの圧液が供給される一方、前記第二圧力室には前記第二空液変換器からの圧液が供給される液圧アクチュエータと、
前記液圧アクチュエータの作動状態を取得する作動状態取得部と、
前記空気圧源から前記第一空液変換器へ空気を供給する第一給気路に設けられる第一空気圧弁と、
前記空気圧源から前記第二空液変換器へ空気を供給する第二給気路に設けられる第二空気圧弁と、
前記液圧アクチュエータを制御する制御装置と、を備え、
前記第一空液変換器および前記第二空液変換器のそれぞれは、
大小異なる内径を有する大径シリンダ及び小径シリンダと、
前記大径シリンダ内に往復動可能に設けられるピストンと、
前記ピストンにより前記大径シリンダに区画される第一空気圧室および第二空気圧室と、
前記ピストンに設けられるロッドと、
前記小径シリンダに設けられ、前記ピストンの移動に伴って前記ロッドが進入する液圧室と、を有し、
前記第一空気圧弁を通じて前記第一空液変換器の前記第一空気圧室又は前記第二空気圧室へ空気が供給され、
前記第二空気圧弁を通じて前記第二空液変換器の前記第一空気圧室又は前記第二空気圧室へ空気が供給され、
前記第一空液変換器の前記液圧室は、前記液圧アクチュエータの前記第一圧力室に接続され、
前記第二空液変換器の前記液圧室は、前記液圧アクチュエータの前記第二圧力室に接続され、
前記制御装置は、前記作動状態取得部の取得結果に基づき、前記第一空気圧弁および第二空気圧弁を制御することにより、前記第一空液変換器及び前記第二空液変換器の前記液圧室を同時に加圧可能であり、前記液圧アクチュエータの前記第一圧力室と前記第二圧力室とが加圧された状態で前記ロッドを往復動させる液圧駆動装置。
請求項１に記載の液圧駆動装置であって、
前記第一空液変換器から前記第一圧力室へ圧液を供給する第一液圧路に設けられる第一給液弁と、
前記第二空液変換器から前記第二圧力室へ圧液を供給する第二液圧路に設けられる第二給液弁と、
双方向に回転可能で、第一補助路を介して前記第一圧力室に接続されると共に、第二補助路を介して前記第二圧力室に接続される液圧ポンプと、をさらに備え、
前記制御装置は、前記作動状態取得部の取得結果に基づき、前記液圧ポンプを制御することにより前記液圧アクチュエータを制御する液圧駆動装置。
請求項１に記載の液圧駆動装置であって、
前記第一空液変換器から前記第一圧力室へ圧液を供給する第一液圧路に設けられる第一給液弁と、
前記第二空液変換器から前記第二圧力室へ圧液を供給する第二液圧路に設けられる第二給液弁と、
中空状のシリンダ本体と、前記シリンダ本体内に往復動可能に設けられる可動ピストンとを有し、前記可動ピストンにより前記シリンダ本体内が第一液室と第二液室とに区画された液圧シリンダと、
前記液圧シリンダを往復動させる駆動装置と、をさらに備え、
前記第一液室は、第一補助路を介して前記第一圧力室に接続され、
前記第二液室は、第二補助路を介して前記第二圧力室に接続され、
前記制御装置は、前記作動状態取得部の取得結果に基づき、前記液圧シリンダを制御することにより前記液圧アクチュエータを制御する液圧駆動装置。
請求項１から３のいずれか一つに記載の液圧駆動装置であって、
前記第一空気圧弁および第二空気圧弁は、サーボ弁または電空レギュレータである液圧駆動装置。
請求項１から４のいずれか一つに記載の液圧駆動装置であって、
前記作動状態取得部は、前記第一圧力室の圧液の圧力および前記第二圧力室の圧液の圧力を取得する液圧駆動装置。
請求項１から４のいずれか一つに記載の液圧駆動装置であって、
前記作動状態取得部は、前記液圧アクチュエータの前記ロッドの位置を取得する液圧駆動装置。
請求項１から４のいずれか一つに記載の液圧駆動装置であって、
前記第一空液変換器に設けられ、前記第一空気圧室の空気の圧力を検出する圧力計と、
前記第二空液変換器に設けられ、前記第一空気圧室の空気の圧力を検出する圧力計と、をさらに備え、
前記作動状態取得部は、前記第一空液変換器に設けられる前記圧力計の検出値に基づいて、前記液圧アクチュエータの前記第一圧力室の圧力を演算により取得し、前記第二空液変換器に設けられる前記圧力計の検出値に基づいて、前記液圧アクチュエータの前記第二圧力室の圧力を演算により取得する液圧駆動装置。
請求項１から４のいずれか一つに記載の液圧駆動装置であって、
前記第一空液変換器および前記第二空液変換器のそれぞれに設けられ、前記ピストンの位置を検出する位置検出部をさらに備え、
前記作動状態取得部は、前記位置検出部の検出値に基づいて、前記液圧アクチュエータの前記ロッドの位置を演算により取得する液圧駆動装置。