JPH0239043Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、慣性の大きい大重量負荷を空気圧ア
クチユエータで駆動する場合に用いるためのアク
チユエータの高速駆動装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、大重量負荷を空気圧アクチユエータで
駆動する場合、負荷の慣性力や空気の圧縮性等が
起因して応答性が悪く、起動遅れを生じ易い。し
かも、高速で駆動中のアクチユエータを、所定の
位置に高精度でかつ無衝撃状態で停止させること
は非常に困難である。

一方、特公昭46−29097号公報には、シリンダ
におけるピストンの速度制御を行うための装置と
して、主圧供給系を通じてシリンダの後室に圧縮
空気を送給することによつて前進を始めたピスト
ンを、副背圧供給系を通じてシリンダの前室に圧
縮空気を送給することによつて停止あるいは減速
し、続いて前室内の圧縮空気を副排気系によつて
リリーフ弁で適当に調整しながら排出することに
より、ピストンを所定速度でさらに前進させるよ
うに構成したものが記載されているが、かかる従
来の制御装置は、前室と後室とに同時に圧縮空気
を供給してそれらの作用力を対抗させることによ
つてピストンの減速を図つているため、それらの
作用力が相殺され、大重量の負荷の場合に十分な
制動効果が得られないので、所定の位置に高精度
でかつ無衝撃状態で停止させることができない。
しかも、負荷が大きい場合に起動遅れを生じ易
く、それを高速起動することはできない。

〔考案が解決しようとする問題点〕

本考案が解決しようとする課題は、大重量負荷
を応答性良く高速で起動させる駆動装置を、高速
駆動中において急激に減速して停止直前における
駆動速度を低速にして所定の位置に高精度でかつ
略無衝撃状態で停止させ得るように構成すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本考案におけるア
クチユエータの高速駆動装置は、駆動側圧力室と
復帰側圧力室とを備え、両圧力室に対する高圧空
気の給排により駆動されるアクチユエータと、上
記アクチユエータに付設され、ロツク圧力室への
高圧空気の給排により作動して、該アクチユエー
タを起動位置において駆動側圧力室への高圧空気
の供給により最大駆動力が畜積されたまま静止す
る起動待機状態にロツクし、該起動待機状態から
上記ロツクの解除によつて跳出的に起動させると
共に、アクチユエータのストローク終端において
アクチユエータをロツクするロツク装置と、上記
アクチユエータの駆動側圧力室及び復帰側圧力室
にそれぞれ接続され、これらの圧力室を高圧空気
源と大気とに切換連通させる制御弁と、上記ロツ
ク装置のロツク圧力室に接続され、該圧力室を高
圧空気源と大気とに切換連通させる給排切換弁
と、上記アクチユエータのストローク途中におい
て作動するように設けられ、駆動側圧力室へ接続
された制御弁と復帰側圧力室へ接続された制御弁
とを切換えて両圧力室への高圧空気の給排関係を
逆転させることにより上記アクチユエータに一時
的に復帰方向への作用力を作用させると共に、引
続くアクチユエータのストローク終端近くにおい
て給排切換弁をロツク側に切換えさせる位置検出
器と、アクチユエータの駆動側圧力室へ接続され
た上記制御弁を、位置検出器により切換えられた
後一定時間をおいて駆動側圧力室と空気源との連
通状態へ復帰させるタイマとを備えたものとして
構成するという技術的手段を講じている。

〔作用〕

上記技術的手段は次のように作用する。即ち、
アクチユエータが起動位置においてロツク装置に
よりロツクされ、且つ駆動側圧力室へ高圧空気が
供給されて最大駆動力が畜積された起動待機状態
から上記ロツクが解除されると、該アクチユエー
タは、応答遅れを生じることなく跳出的に高速起
動し、加速的に高速でストロークする。

アクチユエータのストローク途中において位置
検出器が作動すると、駆動側圧力室及び復帰側圧
力室に接続された二つの制御弁がそれぞれ切換わ
り、駆動側圧力室が大気に解放さると共に復帰側
圧力室が空気源に連通するため、アクチユエータ
には一時的に復帰方向に作用力が作用して急激に
減速される。

そして、減速開始後一定時間が経過すると、タ
イマにより駆動側圧力室へ接続された制御弁が空
気源への連通状態へ復帰し、該圧力室へ高圧空気
が供給されるため、駆動側圧力室と復帰側圧力室
とにおいて高圧空気による作用力が対抗し、減速
の度合は緩やかになつてアクチユエータは緩やか
に減速されながら低速でストロークする。そし
て、ストローク終端近くにおいて、位置検出器が
作動すると、給排切換弁が切換えられてロツク装
置がロツク状態になるので、低速になつたアクチ
ユエータを所定の位置に精度良くかつ略無衝撃状
態で停止させることができる。

〔考案の効果〕

ロツク装置によりアクチユエータを最大駆動力
が畜積された起動待機状態に保持しておき、その
状態からロツクを解除して起動させるようにした
ので、このようなロツク装置を使用しない従来の
方法に比べて大重量の負荷を高速で起動すること
ができる。

また、ロツク状態の解除により高速で起動した
アクチユエータを、ストロークの途中で駆動側圧
力室と復帰側圧力室との高圧空気の給排関係を一
旦逆転し、復帰側圧力室のみに高圧空気による作
用力を作用させて急激に減速した後、駆動側圧力
室にも高圧空気を供給して両圧力室の作用力を対
抗させることによつて減速の度合を緩やかにしな
がら駆動させ、ストローク終端近くにおいてロツ
ク装置でロツクするようにしたので、慣性力の大
きい大重量負荷でも、空気圧作用力を有効に利用
して確実に減速することができ、したがつて大重
量負荷をシヨツクアブソーバ等を設けることなく
所定の位置に略無衝撃状態で高精度で停止させる
ことができる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に
説明するに、第１図において、大重量の負荷１を
駆動すべきアクチユエータ２は、両ロツドシリン
ダとして構成され、シリンダ本体３内に摺動可能
に挿嵌したピストン４により該シリンダ本体３の
内部を駆動側圧力室５と復帰側圧力室６とに区画
している。上記ピストン４は、両圧力室５．６を
通つてシリンダ本体３の両端に突出するピストン
ロツド７を備えており、該ピストンロツド７の一
方の突出端に上記負荷１を連結し、該ピストンロ
ツド７の他方の突出部分に後述する一対のスイツ
チを叩くドツク８を付設している。

上記駆動側圧力室５及び復帰側圧力室６に接続
した駆動側流路１０及び復帰側流路１１には、そ
れらの圧力室５，６を高圧空気源９と大気とに切
換連通させる駆動及び復帰用の制御弁１２，１３
を介設している。これらの制御弁１２，１３は、
第２図の電流−開口量特性を持つ３ポートの電磁
比例流量制御弁として構成されているが、オン・
オフを行なう電磁切換弁及び速度制御弁の組合せ
によつても構成できる。

上記シリンダ本体３に内設したロツク装置１４
は、ピストンロツド７の移動を阻止するもので、
そのロツク圧力室１５内への高圧空気の供給によ
りピストンロツド７のロツクを解除して自由に移
動させ、該ロツク圧力室１５中の高圧空気の排出
によりピストンロツド７をロツクするものとして
構成され、上記ロツク圧力室１５に接続したロツ
ク流路１６には、該ロツク圧力室１５を高圧空気
源９と大気とに切換連通させる給排切換弁１７が
介設されている。

上記アクチユエータ２におけるピストンロツド
７に近接した位置には、そのピストンロツド７に
付設したドツク８により叩かれて順次作動する第
１及び第２のスイツチ１８，１９が配設してあ
り、ピストンロツド７の駆動時に最初に作動せし
められる第１のスイツチ１８は、上記駆動及び復
帰用の制御弁１２，１３と電気的に接続すると共
に、タイマ２０を介して上記制御弁１２を一定時
間ｔの後に復帰させるように接続し、さらに第２
のスイツチ１９は、ロツク流路１６における給排
切換弁１７を作動させるようにそれと電気的に接
続している。

上記スイツチ１８，１９及びドツク８はピスト
ンロツド７の駆動位置を検出するための位置検出
器を構成するものであり、アクチユエータ２とし
て片ロツドシリンダを用いた場合にも、そのピス
トンロツドの移動によりスイツチ１８，１９を作
動させればよく、また位置検出器としては差動ト
ランスや磁気スケール、ロータリーエンコーダ等
の非接触タイプ、連続的検出タイプのものを用い
ることもできる。

次に、上記構成を有するアクチユエータ高速駆
動装置の動作を、第１図及び第３図に基づいて説
明する。

第１図は、負荷１を右方へ駆動するに際しての
起動待機状態を示すもので、この時刻t₀におい
て、第１の制御弁１２は非通電により駆動側圧力
室５への供給口が100％開口した位置に切換えら
れ、第２の制御弁１３は通電により排気口が100
％開口した位置に切換えられ、また給排切換弁１
７は非通電によりロツク圧力室１５を大気に開放
する位置に切換えられている。これにより、ピス
トンロツド７がロツクされた状態において、駆動
側圧力室５に高圧空気源９からの高圧空気が供給
され、静止状態にあるピストン４に対して右向き
の最大駆動力が畜積された状態にある。

この場合、上記ロツク装置１４は起動待機状態
においてそれに大きな力が作用しても、その後の
アクチユエータの作動やロツクに支障を来さない
ように構成されることはいうまでもない。

この後、時刻t₁において、起動指令信号S₀によ
り給排切換弁１７に通電すれば、該切換弁１７が
ロツク圧力室１５を高圧空気源９に連通させる位
置に切換わり、直後の時刻t₂においてロツク圧力
室１５に高圧空気が充満してロツク装置１４のピ
ストンロツド７に対するロツク状態が解除される
と、負荷１は跳出的に右方へ起動され、その駆動
速度ｖは急速に増大する。

次いで、時刻t₃において、ピストンロツド７に
付設したドツク８が第１のスイツチ１８を叩く
と、これにより発生する減速信号S₁によつて第１
及び第２の制御弁１２，１３が図示した切換位置
からそれぞれ排気口が100％開口した位置及び復
帰側圧力室６への供給口が100％開口した位置に
切換えられる。これによりアクチユエータ２にお
ける駆動側圧力室５中の高圧空気が大気に排出さ
れると共に、復帰側圧力室６に高圧空気源９から
高圧空気が供給され、右動するピストン４に対し
て復帰方向に空気圧の作用力が作用する。このた
め、負荷の駆動速度ｖは急速に低下する。

この場合、駆動側圧力室５を大気に開放して駆
動方向への空気圧による作用力をなくしたので、
復帰方向の作用力を全面的に減速に使用すること
ができ、そのため減速効果が一層高められる。

また、これと同時に上記減速信号S₁によりタイ
マ２０が作動して、その設定時間ｔを経過した時
刻t₄にタイマ２０からの減速緩和信号S₂が第１の
制御弁１２に伝えられ、該制御弁１２を再び非通
電として駆動側圧力室５への供給口が100％開口
した位置に切換える。これにより、アクチユエー
タ２の駆動側圧力室５に供給された高圧空気の作
用力が復帰側圧力室６側から作用する力に対して
対抗し、そのため一時的に急速減少させた駆動速
度ｖの減少程度が緩和されて速度曲線の右下り勾
配が緩やかになると共に、復帰方向の作用力によ
つてピストンの逆動が生じるのが防止される。

この後、時刻t₅において、上記ドツク８が第２
のスイツチ１９を叩き、これにより停止信号S₃が
起動停止用の給排切換弁１７に伝えられると、こ
の切換弁１７が排気状態に切換えられる。このた
め、ロツク圧力室１５中の高圧空気が大気に放出
され、時刻t₆においてロツク状態となるので、ピ
ストンロツド７即ち負荷１が所定の位置に高精度
に停止して、往行程を終了する。この場合、ピス
トンロツド７即ち負荷１の速度が減速されている
ので、負荷１が大重量であつても、ピストンロツ
ド７は高精度でかつ略無衝撃状態で停止してその
位置に保持される。

上記第１及び第２の制御弁１２，１３は、通電
量に応じて供給口及び排気口の開口量を無段階的
に調節可能としたものであり、これらの制御弁１
２，１３の給排気口の開口量を０〜100％の範囲
内で調節することにより、行程の途中における駆
動速度を任意に調節することができる。例えば、
時刻t₃における減速信号S₁により、第１の制御弁
１２の排気口を50％開口し、第２の制御弁１３の
供給口を100％開口すれば、減速力が弱まるため、
駆動速度ｖの減速程度が低下し、速度曲線におけ
る右下り勾配は図示したより緩やかなものとな
る。

この後、アクチユエータ高速駆動装置を第１図
の状態に復帰するには、第１及び第２の制御弁１
２，１３をそれぞれ復帰状態に切換えると共に、
起動停止用の給排切換弁１７を給気状態にしてロ
ツクアツプ状態を解除し、ピストン４を左動させ
る。

上記ロツク装置１４としては種々の構造のもの
を用いることができるが、その一例を第４図及び
第５図に示す。

このロツク装置１４は、右動するピストンロツ
ド９をロツクアツプして停止させるもので、ロツ
ク圧力室１５へ高圧空気を供給した第４図の状態
にあつては、ピストンロツド７が挿通されたロツ
クアツプリング２６を傾射させるばね２７の付勢
力に対し、リリースピストン２８を介して作用す
る高圧空気の作用力が打勝つて、ロツクアツプリ
ング２６が軸線に垂直に保持され、ピストンロツ
ド７が自由に移動することが可能となる。また、
ロツク圧力室１５から高圧空気が排出された第５
図の状態にあつては、ロツクアツプリング２６が
ばね２７の付勢力により傾射して、その中心の軸
孔のエツジ部分がピストンロツド７に忽いつきそ
の移動を停止させる。

次に、本考案に基づく実験例を説明する。

第６図は、実験装置の概要を示すもので、２９
はロツドレスシリンダ、３０，３１は電磁比例流
量制御弁、３２はロツク装置、３３はロツクアツ
プロツド、３４は負荷であり、これらにおいて、 シリンダ：内径63mm×ストローク1500mm 負荷：200Kgf（水平作動） 空気圧力：5Kgf／cm² として、往復ストロークにおいて、第７図及び第
８図に示すように各弁を制御した。即ち、ピスト
ンを図示の状態から左動させる往ストロークにお
いては、制御弁３０，３１を第７図に示す線図に
基づいて制御し、ピストンを左方のストローク端
から右動させる復ストロークにおいては、制御弁
３０，３１を第８図に示す線図に基づいて制御し
た。なお、これらの図において、実線は制御弁３
０の、また点線は制御弁３１の動作を示してい
る。

上記実験により得られた結果を第９図及び第１
０図に示している。第９図は往ストロークにおけ
る線図、第１０図は復ストロークにおける線図
で、これらの図中、駆動側圧力室とは制御弁３０
が接続されている側の圧力室を、また復帰側圧力
室とは制御弁３１が接続された側の圧力室を示し
ている。

上記実験において、往ストローク時には、
0.33G（Ｇ：重力加速度）の高速起動が行え、通
常の２位置バルブ制御による0.1Gの数倍の加速
度で起動でき、これにより最高1700mm／secの高
速駆動後0.24Gで急減速し、180mm／secとしたと
ころでロツクして停止することにより、1300mmの
ストロークを1.35秒で駆動することができた。ま
た、上記往ストローク駆動を繰り返し行つたがそ
の停止位置決め精度の標準偏差σ＝2.5（mm）であ
つた。一方、復ストローク時には、復動速度を80
mm／secまで低下させた後ストローク端において
当接停止させるようにし、位置決め精度を１／
100mm台とすることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の回路図、第２図はそ
の制御弁の特性を示す線図、第３図はその駆動時
における作動状態を示す線図、第４図及び第５図
はそのロツク装置の断面図、第６図は本考案につ
いての実験装置の概略図、第７図及び第８図はそ
の制御態様を示す線図、第９図及び第１０図はそ
の実験結果を示す実測例の線図である。 ２……アクチユエータ、５……駆動側圧力室、
６……復帰側圧力室、９……高圧空気源、１２，
１３……制御弁、１４……ロツク装置、１５……
ロツク圧力室、１７……給排切換弁。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 駆動側圧力室と復帰側圧力室とを備え、両圧力
   室に対する高圧空気の給排により駆動されるアク
   チユエータと、 上記アクチユエータに付設され、ロツク圧力室
   への高圧空気の給排により作動して、該アクチユ
   エータを起動位置において駆動側圧力室への高圧
   空気の供給により最大駆動力が畜積されたまま静
   止する起動待機状態にロツクし、該起動待機状態
   から上記ロツクの解除によつて跳出的に起動させ
   ると共に、アクチユエータのストローク終端にお
   いてアクチユエータをロツクするロツク装置と、 上記アクチユエータの駆動側圧力室及び復帰側
   圧力室にそれぞれ接続され、これらの圧力室を高
   圧空気源と大気とに切換連通させる制御弁と、 上記ロツク装置のロツク圧力室に接続され、該
   圧力室を高圧空気源と大気とに切換連通させる給
   排切換弁と、 上記アクチユエータのストローク途中において
   作動するように設けられ、両圧力室へ接続された
   各制御弁を切換えて駆動側圧力室を大気に連通さ
   せると共に復帰側圧力室へ高圧空気を供給するこ
   とにより上記アクチユエータに一時的に復帰方向
   への作用力を作用させる位置検出器と、 アクチユエータの駆動側圧力室へ接続された上
   記制御弁を、位置検出器により切換えられた後一
   定時間をおいて駆動側圧力室と空気源との連通状
   態へ復帰させるタイマと、 アクチユエータのストローク終端近くにおいて
   給排切換弁をロツク側に切換えさせる位置検出器
   と、 を備えたことを特徴とするアクチユエータの高速
   駆動装置。