JPH10331803A - 油圧駆動装置及び同装置を使用したフラッシュ溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 双方向吐出量形油圧ポンプとアキュムレータ
を併用することにより、油圧源及び油圧回路を簡単な構
成として配管施工の容易性、スペースの削減、エネルギ
ー損失の低減、油圧の応答性の向上、及び油圧アクチュ
エータの流量制御において要求される少流量から大流量
までの広範囲の流量制御範囲の確保、並びに特に走行式
のフラッシュ溶接機にあっては走行性能の向上を達成す
る。 【解決手段】 油圧アクチュエータ７１と、双方向吐出
量形油圧ポンプ６１、ポンプ駆動用サーボモータ６３及
び油タンク６２を含む油圧ユニット６０とを油圧閉回路
７０で接続した一体型の静油圧駆動装置７５とし、さら
に油圧閉回路７０に電磁切換弁９２を介してアキュムレ
ータ９１を接続して走行式フラッシュ溶接機３０の各油
圧シリンダを構成し、少流量から大流量までの広範囲の
ダイナミックレンジを確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械の油圧駆動装
置及び同装置を使用したフラッシュ溶接機、特にその中
でも被溶接材と同期または特定の速度で走行しながら抵
抗溶接を行う走行式のフラッシュ溶接機に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧駆動装置により油圧駆動される溶接
機としては、例えば連続圧延設備において使用される走
行式のフラッシュ溶接機（またはフラッシュバット溶接
機）などが好個の対象として上げられる（特開昭５２−
４３７５４号、特開昭５８−１５１１９７１号、特開昭
６１−３０２８７号等）。

【０００３】図３に示した連続圧延設備は、加熱炉から
圧延ラインに次々と搬送されてくるビレットやスラブ等
の被圧延材１ａ、１ｂの突き合わせ部２を検出して、走
行式フラッシュ溶接機２０によって突き合わせ部２と同
期または特定の速度で走行しながら溶接接合し、圧延機
３に送り込む前に被圧延材を一本化することで圧延の生
産性を向上させるものである。

【０００４】フラッシュ溶接機２０は、２つの被圧延材
１ａ、１ｂが対向する端部２１ａ、２１ｂをアクチュエ
ータ２４ａ、２４ｂで駆動される電極２２ａ、２２ｂに
より各々クランプして突き合わせ、可動側の一方のクラ
ンプ装置２３ｂを、他方のクランプ装置２３ａに固定さ
れたアクチュエータ２５で駆動させることにより、被圧
延材の突き合わせ部２で短絡とアーク放電（フラッシ
ュ）を繰り返しながら加熱し、突き合わせ部２に形成さ
れる溶融層が十分な溶融状態となったときに被圧延材同
士を強加圧（アプセット）して圧接する溶接方法を実施
するために使用される。このため上記の溶接機２０にお
いて、被圧延材のクランプ動作並びにフラッシュ及びア
プセット動作を行うためのアクチュエータとしては、一
般的に油圧シリンダが使用される。ここで、クランプ動
作用のものをクランプシリンダ２４ａ、２４ｂ、フラッ
シュ及びアプセット動作用のものをアプセットシリンダ
２５とする。

【０００５】ここで使用されるクランプシリンダ２４
ａ、２４ｂに対して、被圧延材をクランプする直前まで
は敏速な動作が必要とされ、クランプ後は一定圧力で被
圧延材を保持する動作が必要とされる。一方、アプセッ
トシリンダ２５に対しては、フラッシュ行程では被圧延
材の突き合わせ部２を微妙に調整する動作が必要とさ
れ、アプセット行程では急速な加圧動作が必要とされ
る。このようにクランプシリンダ２４ａ、２４ｂの場合
もアプセットシリンダ２５の場合も、小流量から大流量
に至るまでのダイナミックレンジの大きな油圧流量制御
が要求されるため、アキュムレータ２６などが補助油圧
源として用いられ、電磁切換弁２７などによって使い分
けている。また、フラッシュ行程のアプセットシリンダ
に対しては、高精度の油圧サーボ弁２８などを用いて、
必要とされる微妙な流量調整を行っている。こうして上
記溶接機２０には多くの油圧装置が使用され、油圧制御
弁の開閉によって油圧シリンダなどの駆動制御を行って
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の走行式
フラッシュ溶接機の場合、油圧源４０が地面に固定設置
されているため、溶接機内部の油圧装置まで長いフレキ
シブルホース４１などの配管で供給しなければならず、
ホースを引き回すためのスペースが必要となる。そのう
えフレキシブルホース４１を引き回すために溶接機の走
行性が悪くなる。これに対して、ホースの引き回しを補
助するためにホース案内装置４２などの装置を追加しな
ければならない。さらにフレキシブルホース４１のよう
な配管は、その弾性により油圧の応答性が低下するとい
う難点もある。

【０００７】また、溶接機内部においては、油圧を各油
圧シリンダに分配するため溶接機内を煩雑な油圧配管が
張り巡ることになり、配管施工に多くの時間とコストを
要することや管路抵抗が増大することなどが問題とな
る。またメンテナンスの面からも、それぞれの油圧装置
が固定配管されているため、単独の油圧装置を交換する
ことや、仕様変更による装置代替のために再設計を行う
ことも困難である。ここで、溶接機の油圧源４０にある
定置固定の油圧ポンプ４５は、必要圧力を供給するため
電動機４６（または原動機）によって常時回転させてお
き、油圧サーボ弁２８などの油圧制御弁の開閉によって
油圧シリンダを駆動させるが、油圧シリンダを駆動させ
ないときは油圧制御弁２８が閉じているため、リリーフ
弁２９が開いて供給した油を油タンク４７に戻すことに
なり、油圧ポンプ４５が発生した余分な動力は全てエネ
ルギー損失となる。さらに、油圧制御弁２８が開いてい
る場合でも、油圧回路中に油圧制御弁があること自体、
そこでの圧力損失によりエネルギー損失を生じる。この
ように油圧制御弁システムはエネルギー効率が低いもの
である。

【０００８】このように損失したエネルギーは熱となり
油温が上昇するため、水冷を代表とする冷却装置４９が
必要となり、熱交換機や冷却水用ポンプなどの付帯設備
が欠かせなくなる。また、上記の油圧サーボ弁２８など
は油内に混入したごみに弱いため、油圧回路内にフィル
タ４８などの浄化装置も必要となる。このような状況に
対する放熱作用及び油の清浄作用のため、油タンク４７
は非常に大きな容量のものが要求される。

【０００９】また、特に油圧シリンダの流量制御におい
ては、クランプシリンダ２４ａ、２４ｂの場合もアプセ
ットシリンダ２５の場合も、少流量から大流量に至るま
でのダイナミックレンジの大きな油圧流量制御が要求さ
れ、時に１：５００程度の流量差が必要となる。このう
ち微少な流量制御となるフラッシュ行程のアプセットシ
リンダに対しては、高精度の油圧サーボ弁２８などを用
いて、必要とされる微妙な流量制御を行っているが、ア
プセット時の最大流量を流すことが可能なように、大き
なサイズの油圧サーボ弁２８を使用するため、微少流量
の制御には不向きであり、制御可能なダイナミックレン
ジを広範囲にすることができない。さらに、油圧サーボ
弁２８のような油圧制御弁は、フラッシュ溶接機の周辺
で使用する場合、被圧延材の輻射熱や溶接による温度上
昇により流量特性への影響を受けやすく、その使用には
注意を要する。

【００１０】本発明は、上記のような従来の溶接機等に
おける油圧アクチュエータに付随する問題点を解決する
ためになされたものであり、双方向吐出量形油圧ポンプ
とアキュムレータを併用することにより、油圧源及び油
圧回路を簡単な構成として配管施工の容易性、スペース
の削減、エネルギー損失の低減、油圧の応答性の向上、
及び油圧アクチュエータの流量制御において要求される
少流量から大流量までの広範囲の流量制御範囲の確保、
並びに特に走行式のフラッシュ溶接機にあっては走行性
能の向上を達成することを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る油圧駆動装
置は、油圧アクチュエータと、双方向吐出量形油圧ポン
プ、ポンプ駆動源及び油タンクを含み、前記油圧アクチ
ュエータに油圧閉回路で接続された油圧ユニットと、前
記油圧閉回路に独立の油圧回路で接続されたアキュムレ
ータとからなることに特徴を有するものである。ここ
で、双方向吐出量形油圧ポンプとしては、例えば、可逆
回転形の油圧ポンプや斜板式の油圧ポンプが挙げられ、
正逆方向に回転するサーボモータなどの駆動機構によっ
て双方向に吐出流量を制御可能な油圧ポンプなどが考え
られる。

【００１２】一般産業機械における油圧アクチュエータ
に上記構成の油圧ユニットを併設し、両者を油圧閉回路
で接続することにより、油圧配管が全て固定配管とな
り、配管施工が容易であり、省スペース化が可能となる
とともに、エネルギー損失が少なく、応答性が向上す
る。また、油タンクも小型のものでよく、油圧サーボ弁
などの高精度かつ高価な油圧制御弁が不要となる。さら
に、上記油圧閉回路に別回路のアキュムレータ回路を接
続しているので、油圧シリンダの微少な駆動に対して
は、双方向吐出量形油圧ポンプのみの少流量の吐出量制
御で行うことができ、また油圧シリンダの急速な駆動に
対しては、蓄圧されたアキュムレータから放出される大
流量を油圧閉回路に投入することで行うことができるた
め、少流量から大流量までの広範囲の流量制御範囲を確
保することができる。

【００１３】本発明の油圧駆動装置を使用したフラッシ
ュ溶接機は、被溶接材をクランプする油圧シリンダ及び
クランプした被溶接材の端部同士をフラッシュさせた後
アプセットする油圧シリンダのそれぞれに対し、双方向
吐出量形油圧ポンプ、ポンプ駆動源及び油タンクを含む
油圧ユニットを隣設し、各々の前記油圧シリンダと前記
油圧ユニットを油圧閉回路で接続して一体型の静油圧駆
動装置をそれぞれ構成し、さらに各々の前記油圧閉回路
に別回路のアキュムレータ回路を接続することにより、
前記油圧シリンダの駆動に必要な少流量から大流量まで
の流量制御範囲を確保することとしたものである。前記
アキュムレータ回路は、前記油圧閉回路とは別の独立し
た油圧回路となっているため、油圧閉回路中にバルブを
設ける必要もなく、また油圧閉回路中に圧縮性要素を設
ける必要もないため、本来の油圧閉回路の特徴を損なう
ことがないという特徴を持つ。また、アキュムレータ回
路に設けられる補助ポンプは、油圧閉回路に設けられる
双方向吐出量形油圧ポンプと多連式にして同じモータ等
で駆動することも可能である。

【００１４】フラッシュ溶接機における個々の油圧シリ
ンダに上記構成の油圧ユニットを隣設し、両者を油圧閉
回路で接続することにより一体型の静油圧駆動装置とし
て、溶接機内に組み込み、さらにこの油圧閉回路とは独
立のアキュムレータ回路を油圧閉回路に接続することに
より、上記の特長を有するだけでなく、フレキシブルホ
ースやホース案内装置、あるいは冷却装置等が不要にな
り、さらなる省スペース化が達成できる。特に走行式の
フラッシュ溶接機にあっては走行性能が一段と向上す
る。さらに、被溶接材のフラッシュ溶接時においては、
油圧シリンダの微少な駆動に必要な少流量制御を、小型
の双方向吐出量形油圧ポンプの吐出量制御により行い、
アプセット加圧時においてはアキュムレータから大流量
を油圧閉回路に投入することにより、急速なシリンダ駆
動を行うことができる。このため、１：５００以上のダ
イナミックレンジがアキュムレータからなる補助油圧源
を併用することで可能となっている。また、連続圧延設
備において特にタイムサイクルの短縮化が要求される
が、この要求に対しても十分に応えることができる。メ
ンテナンスの面でも有利であり、設計の自由度も高い。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明による走行式フラッ
シュ溶接機における油圧駆動装置の構成図である。この
例では、油圧アクチュエータとしてのクランプシリンダ
２４ａ、２４ｂ及びアプセットシリンダ２５のそれぞれ
に対して油圧閉回路７０で双方向吐出量形油圧ポンプ６
１を接続し、さらに油圧閉回路７０に電磁切換弁９２を
介してアキュムレータ９１を接続している。油圧ポンプ
６１はサーボモータ６３により正逆方向に回転駆動され
る。６２は油タンクである。代表符号７１で示される油
圧シリンダに対する流量制御は、少流量制御時には電磁
切換弁９２を閉じておき、双方向吐出量形油圧ポンプ６
１の吐出量を制御することにより、また大流量制御時に
は電磁切換弁９２を開いてアキュムレータ９１に蓄圧さ
れた大流量を油圧閉回路７０に投入することにより、そ
れぞれ制御することができる。

【００１６】このように、この走行式フラッシュ溶接機
３０は、双方向吐出量形油圧ポンプ６１、油ポンプ６２
及びポンプ駆動用サーボモータ６３を含む油圧ユニット
６０と油圧シリンダ７１とを油圧閉回路７０で接続し、
さらに油圧閉回路７０に補助油圧源のアキュムレータ回
路９０を接続することにより、それぞれ独立の一体型の
静油圧駆動装置７５として上記溶接機３０の内部に組み
込んだものである。

【００１７】この実施形態に係る走行式フラッシュ溶接
機の利点を図３に示した従来の溶接機と比較して述べれ
ば、この実施形態では、個々の油圧シリンダ７１と油圧
ユニット６０を油圧閉回路７０で構成しているため、溶
接機内における煩雑でスペースを要する長い油圧配管が
なくなり、配管施工にかかる時間やコストを大幅に削減
できる。また油圧源６１〜６３から油圧シリンダ７１ま
でがユニット化されているため、個々の油圧装置ごとに
交換や設計変更が容易にできる構造となっている。この
静油圧駆動装置７５を使用した場合、溶接機内部の油圧
装置がそれぞれ油圧源を備えることで溶接機外部の油圧
源４０が不要となり、従来のようなフレキシブルホース
４１やその引き回しを補助するホース案内装置４２など
が全て不要となる。よって、これらが占めていたスペー
スが削減されることや、ホースの弾性による応答性への
影響がなくなるなどの効果があり、特に走行式溶接機の
走行性能が大幅に向上する。また、このように閉回路７
０を構成することで、配管長が非常に短くなるため管路
抵抗が低減するとともに、油圧回路上に油圧サーボ弁な
どの油圧制御弁２８がないため圧力損失によるエネルギ
ー損失を非常に少なくすることができる。さらに、上記
油圧ポンプ６１を直接油圧シリンダ７１に接続して静油
圧駆動装置７５を構成しているため、油圧シリンダ７１
の駆動において、双方向吐出量形油圧ポンプ６１の吐出
流量制御により、各々の油圧シリンダ７１を直接制御す
ることが可能であり、特にフラッシュ溶接機におけるア
プセットシリンダ２５のように、フラッシュ溶接時とア
プセット加圧時のシリンダ必要流量に大差があるような
ものに対して、フラッシュ溶接時の微少なシリンダ駆動
に必要な少流量制御には、その際必要となる吐出量に見
合った小型の油圧ポンプ６１を用いて吐出量制御を行う
ことで、より細かい流量制御が可能になり、アプセット
加圧時の大流量時にはアキュムレータ９１からの放出流
量を閉回路７０へ投入する回路９０を設けることによ
り、大流量から少流量までの流量制御範囲を確保するこ
とができる。このように油圧ポンプ６１の吐出容量及び
アキュムレータ９１の容量の組み合わせで、ダイナミッ
クレンジは１：５００以上が可能となる。また、エネル
ギー効率の高いシステムであることから、油温の上昇が
最低限に抑えられるため冷却装置４９が不要となること
や、高精度な油圧サーボ弁なども使用していないため、
油内のごみによる影響が少なく、フィルタ４８などが不
要になることなどから、油タンク６２を小型にして油圧
ユニット６０に収めることが可能となる。

【００１８】図２に、上記の双方向吐出量形油圧ポンプ
６１と油圧シリンダ７１で構成した油圧閉回路７０に、
アキュムレータ９１からの流量を放出するためのアキュ
ムレータ回路９０を接続した構成例を示す。フラッシュ
溶接時は、アキュムレータ回路接続用電磁切換弁９２
ａ、９２ｂを閉じておき、閉回路７０のみを通して油圧
シリンダ７１を駆動する。その際、溶接電力等の制御信
号による微少なシリンダ速度指令に対する少流量制御に
は、その際必要となる吐出量に見合った小型の油圧ポン
プ６１を用いて吐出量制御（例えば、ポンプ回転速度制
御、斜板傾転角制御など）を行うことで、より細かい流
量制御が可能となる。

【００１９】ここで、油圧回路中の各装置の説明を行う
と、リリーフ弁７５ａ、７５ｂは油圧回路保護用の安全
弁で、設定圧以上になると油タンク６２に油を放出する
ようになっている。リリーフ弁７５ａは閉回路７０ａ側
の圧力が上昇した場合に作動し、リリーフ弁７５ｂは閉
回路７０ｂ側の圧力が上昇した場合に作動する。油圧シ
リンダ７１に対して微少な流量制御を行う場合に、油圧
ポンプ６１の吐出量を確保するためと、アプセット後の
加圧保持時に制御性を向上させるため、ブリードオフ回
路８０を設けて電磁切換弁８１を切り換えることにより
使用する。この回路には流量制御弁８２を設けて多少の
一定流量を油タンク６２へ戻す。

【００２０】図２は片ロッド形シリンダを用いた場合で
あり、チェック弁７６ｂ、７６ｃは通常、油圧ポンプ６
１の油漏れや油圧シリンダ７１などの各種油圧装置の油
漏れに対して油タンク６２から油を補充する経路に設置
された逆止弁である。特にパイロット操作形チェック弁
７５Ｃは、破線で示したパイロット圧７６ｄが設定圧よ
り低いとき通常のチェック弁として働き、パイロット圧
７６ｄが設定圧より高くなると逆流可能になる仕組みで
ある。ここで、シリンダ押し側において、ヘッド側シリ
ンダ室７１ａの流量に比べてロッド側シリンダ室７１ｂ
の流出量が少なく、油圧ポンプ６１に戻ってくる流入量
が不足するため、チェック弁７６ｂより不足分の油を補
給する。逆にシリンダ引き側の場合は、ロッド側シリン
ダ室７１ｂの流入量に比べヘッド側シリンダ室７１ａの
流出量の方が多く、油圧ポンプ６１の吸入量を超えるた
めシリンダ動作が停滞し、ロッド側シリンダ室７１ｂの
圧力が上昇する。この圧力がパイロット操作形チェック
弁７６ｃのパイロット圧設定値まで上昇すると、チェッ
ク弁７６ｃが逆流可能となり過剰な流量が油タンク６２
へ流出する仕組みである。上記の油タンク６２は、油圧
ポンプ６１からの油漏れや閉回路７０との出入りのため
に比較的小さいものでよく、油圧ポンプ６１に併設する
ことが可能である。両ロッド形シリンダを用いた場合
は、パイロット操作形チェック弁７６ｃは不要となり、
通常のチェック弁７６ｂと同様なものを使用する。

【００２１】一方、アプセット加圧時に備えて、閉回路
７０とは別に構成したアキュムレータ回路９０におい
て、補助油圧ポンプ９６によりアキュムレータ９１に蓄
圧する。アプセット加圧時の大流量時にはアキュムレー
タ回路接続用電磁切換弁９２ａ、９２ｂを開き、シリン
ダ速度を制限する流量制御弁９４を介して閉回路７０内
へアキュムレータ９１からの放出流量を投入する。その
際ブリードオフ回路８０の電磁切換弁８１は閉じて油が
閉回路用油タンク６２に流出しないようにする。また、
可変吐出量形油圧ポンプ６１はシリンダ押し側（ヘッド
側シリンダ室７１ａ）に吐出しておき、同量を吸入する
ことで閉回路７０における吐出・吸入バランスを確保す
る。このアキュムレータ回路９０は閉回路７０とは独立
したもので、閉回路内に投入された流量分は電磁切換弁
９２ｂを通りアキュムレータ回路９０の補助油タンク９
８に戻すことで、閉回路及びアキュムレータ回路の流量
バランスをとっている。このようにフラッシュ溶接機の
場合、フラッシュ溶接時とアプセット加圧時の２通りの
流量設定が可能であるので、上記のような小型の双方向
吐出量形油圧ポンプ６１を使用した静油圧駆動装置７５
とアキュムレータ９１を併用することで、少流量から大
流量までの流量制御範囲を確保することが可能となる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明の油圧駆動装置
は、油圧アクチュエータと、方向吐出量形油圧ポンプ、
ポンプ駆動用サーボモータ及び油タンクを含む油圧ユニ
ットとを短い油圧閉回路で接続し、さらにこの油圧閉回
路に別回路のアキュムレータ回路を接続した構成である
から、油圧源及び油圧回路の構成が簡単になり、配管施
工が容易で、省スペース化に寄与するとともに、エネル
ギー損失が少なく、応答性が速く、さらには少流量から
大流量までの広範囲の流量制御範囲を確保することがで
きるなどの効果がある。

【００２３】また、この油圧駆動装置を使用した本発明
のフラッシュ溶接機、特に走行式のフラッシュ溶接機に
おいては、従来のように各油圧シリンダに共通の、しか
も大型で地上固定式の油タンクが不要になるため、走行
性能が著しく向上し、かつ大幅な省スペース化が可能と
なり、フラッシュ溶接時及びアプセット加圧時に必要な
大幅なダイナミックレンジに対応することができる。ま
た、メンテナンスの面でもそれぞれ個別に対応すること
ができ、交換や設計変更が容易であるなどの効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の走行式フラッシュ溶接機における油圧
駆動装置の構成図である。

【図２】油圧アクチュエータの油圧回路図である。

【図３】従来の走行式フラッシュ溶接機の構成図であ
る。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ 被圧延材 ２ 被圧延材の突き合わせ部 ３ 圧延機 ２１ａ、２１ｂ 被圧延材の端部 ２２ａ、２２ｂ 電極 ２３ａ、２３ｂ クランプ装置 ２４ａ、２４ｂ クランプシリンダ ２５ アプセットシリンダ ３０ フラッシュ溶接機 ６０ 油圧ユニット ６１ 双方向吐出量形油圧ポンプ ６２ 油タンク ６３ ポンプ駆動用サーボモータ ７０ 油圧閉回路 ７１ 油圧シリンダ ７２ 負荷 ７５ 静油圧駆動装置 ７５ａ、７５ｂ リリーフ弁 ７６ｂ チェック弁 ７６ｃ パイロット操作形チェック弁 ８０ ブリードオフ回路 ８１ 電磁切換弁 ８２ 流量制御弁 ８３ａ、８３ｂ チェック弁 ９０ アキュムレータ回路 ９１ アキュムレータ ９２ａ、９２ｂ 電磁切換弁 ９３ａ、９３ｂ、９３ｃ、９３ｄ チェック弁 ９４ 流量制御弁 ９５ リリーフ弁 ９６ 補助油圧ポンプ ９７ ポンプ駆動用モータ ９８ 補助油タンク ９９ 補助油圧源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧アクチュエータと、 双方向吐出量形油圧ポンプ、ポンプ駆動源及び油タンク
   を含み、前記油圧アクチュエータに油圧閉回路で接続さ
   れた油圧ユニットと、 前記油圧閉回路に独立の油圧回路で接続されたアキュム
   レータと、からなる油圧駆動装置。
2. 【請求項２】 被溶接材の抵抗溶接を行うフラッシュ溶
   接機において、 被溶接材をクランプする油圧シリンダ及びクランプした
   被溶接材の端部同士をフラッシュさせた後アプセットす
   る油圧シリンダのそれぞれに対し、双方向吐出量形油圧
   ポンプ、ポンプ駆動源及び油タンクを含む油圧ユニット
   を隣設し、各々の前記油圧シリンダと前記油圧ユニット
   を油圧閉回路で接続して一体型の静油圧駆動装置をそれ
   ぞれ構成し、さらに各々の前記油圧閉回路に別回路のア
   キュムレータ回路を接続することにより、前記油圧シリ
   ンダの駆動に必要な少流量から大流量までの流量制御範
   囲を確保することを特徴とするフラッシュ溶接機。