KR102511681B1 - 유체압 실린더의 구동방법 및 구동장치 - Google Patents

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마사유키 이시카와
히사시 야지마
다케히코 가나자와
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Abstract

유체압 실린더(12)를 구동하기 위한 구동장치(10)는, 에어를 공급하는 에어 공급원(52)과, 상기 유체압 실린더(12)에 대한 상기 에어의 공급 및 배출 상태를 전환하는 전환 밸브(14)와, 상기 유체압 실린더(12)의 헤드측 실린더실(16)과 로드측 실린더실(18)을 접속하는 바이패스 배관(20)과, 상기 바이패스 배관(20)에 있어서의 에어의 유동상태를 전환하는 바이패스 전환 밸브(22)를 가지고 있다. 그리고, 유체압 실린더(12)의 복귀 단계에 있어서, 바이패스 전환 밸브(22)를 개방상태로 함으로써, 헤드측 실린더실(16)의 에어를 바이패스 배관(20)을 통해서 로드측 실린더실(18)에 공급한다.

Description

유체압 실린더의 구동방법 및 구동장치
본 발명은, 유체의 공급작용 하에 구동하는 유체압 실린더의 구동방법 및 구동장치에 관한 것이다.
본 출원인은, 일본 공개특허 특개2018-054117호 공보에 있어서, 유체의 공급작용 하에 구동하는 유체압 실린더를, 그 피스톤을 일방향으로 구동시키는 구동 단계에 있어서 큰 출력으로 동작시킴과 함께, 해당 구동 단계와 반대방향으로 피스톤을 구동시키는 복귀 단계에서는, 상기 출력을 억제하여 신속히 동작시키는 구동장치를 제안하고 있다.
이 구동장치는 유체압 실린더에 적용되고, 복수의 유로를 전환 가능한 전환 밸브와, 고압 에어를 공급하는 에어 공급원을 가지며, 상기 전환 밸브의 전환작용 하에 에어 공급원으로부터 고압 에어를 유체압 실린더의 헤드측 실린더실로 공급함과 동시에, 로드측 실린더실의 에어를 교축 밸브를 통하여 배기구로부터 배출한다.
또, 전환 밸브에 있어서의 제5 포트와 헤드측 실린더실과의 사이에 체크 밸브가 설치되어, 상기 헤드측 실린더실로부터 전환 밸브측으로의 에어의 흐름을 허용하고 있다. 그리고, 유체압 실린더의 복귀 단계에 있어서 헤드측 실린더실로부터 에어가 배기될 때, 그 일부가 헤드측 실린더실로부터 전환 밸브를 통해서 로드측 실린더실로 공급된다.
본 발명의 일반적인 목적은, 배기되는 유체를 이용하여 유체압 실린더를 구동시킴으로써 유체의 소비량을 삭감하면서, 복귀 단계에 필요로 하는 시간을 보다 단축하는 것에 있다.
본 발명의 태양은, 유체의 공급작용 하에 피스톤을 일방향으로 이동시키는 구동 단계와 피스톤을 타방향으로 이동시키는 복귀 단계를 가지는 유체압 실린더의 구동방법으로서,
구동 단계에서는, 유체압 실린더에 있어서의 일측의 실린더실에 공급원으로부터 유체를 공급함과 함께, 타측의 실린더실로부터 유체를 외부로 배출하며,
복귀 단계에 있어서, 일측의 실린더실에 축적된 유체의 일부를 타측의 실린더실로 공급하여 피스톤을 소정 거리만큼 타방향으로 이동시키는 단계와,
타측의 실린더실에 공급원으로부터 유체를 공급하여 피스톤을 타방향으로 더욱 이동시킴과 함께, 일측의 실린더실로부터 유체를 외부로 배출하는 단계
를 갖는다.
본 발명에 의하면, 유체압 실린더의 구동 단계에 있어서, 유체압 실린더에 있어서의 일측의 실린더실에 공급원으로부터 유체를 공급함과 함께, 타측의 실린더실로부터 유체를 외부로 배출한다. 또, 유체압 실린더의 복귀 단계에 있어서, 일측의 실린더실에 축적된 유체의 일부를, 타측의 실린더실로 공급하여 피스톤을 타방향을 향하여 소정 거리만큼 이동시킨 후, 타측의 실린더실로 공급원으로부터 유체를 공급하여 피스톤을 타방향으로 더욱 이동시킨다.
따라서, 유체압 실린더의 복귀 단계에 있어서, 일측의 실린더실로부터 배기되는 유체를 이용하여 피스톤을 이동시킴으로써, 복귀동작을 공급원으로부터의 유체만으로 실시하는 경우와 비교해서 유체의 소비량을 삭감할 수 있다. 또, 복귀 단계에 있어서, 피스톤이 이동하기 시작하는 동시에, 일측의 실린더실로부터의 유체를 타측의 실린더실로 공급하여 압력을 증가시키고, 또한, 일측의 실린더실의 압력을 감소시킬 수 있기 때문에, 피스톤의 복귀동작을 신속히 실시하는 것이 가능해진다.
그 결과, 유체압 실린더의 복귀 단계에 있어서 배기되는 유체를 이용하여 피스톤을 구동시킴으로써 유체의 소비량을 삭감하면서, 복귀 단계에 필요한 시간을 보다 한층 단축시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 유체압 실린더의 구동장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는, 도 1의 구동장치에 있어서 유체압 실린더가 압출 측으로 동작하여 유지될 때의 회로도이다.
도 3은, 도 2의 구동장치에 있어서, 유체압 실린더가 배기되는 에어에 의해 인입 측으로 동작할 때의 회로도이다.
도 4는, 도 3의 구동장치에 있어서, 유체압 실린더를 인입 측으로 더욱 동작시킬 때의 회로도이다.
도 5는, 도 1의 유체압 실린더의 구동장치를 이용하여 용접 건을 구동시키는 경우의 회로도이다.
도 6은, 도 5의 구동장치에 있어서 유체압 실린더가 압축 측으로 동작하여 워크피스를 파지할 때의 회로도이다.
도 7은, 도 6의 구동장치에 있어서, 유체압 실린더가 배기되는 에어에 의해 인입 측으로 동작하여 워크피스를 비-파지 상태로 할 때의 회로도이다.
도 8은, 도 7의 구동장치에 있어서, 유체압 실린더를 인입 측으로 더욱 동작시킬 때의 회로도이다.
도 9a는, 제1 변형예에 따른 유체압 실린더의 구동장치를 나타내는 회로도이며, 도 9b는, 제2 변형예에 따른 유체압 실린더의 구동장치를 나타내는 회로도이다.
도 10은, 제3 변형예에 따른 유체압 실린더의 구동장치를 나타내는 회로도이다.
도 11a는, 제4 변형예에 따른 유체압 실린더의 구동장치를 나타내는 회로도이며, 도 11b는, 도 11a의 구동장치에 있어서의 전환 밸브를 서보 밸브로 치환한 회로도이다.
도 12a는, 바이패스 배관 및 바이패스 전환 밸브를 유체압 실린더에 조립한 제5 변형예에 따른 구동장치의 회로도이며, 도 12b는, 바이패스 배관 및 바이패스 전환 밸브를 전환 밸브에 조립한 제6 변형예에 따른 구동장치의 회로도이다.
이 유체압 실린더의 구동장치(10)는, 도 1 ~ 도 4에 도시된 바와 같이, 복동형의 유체압 실린더(12)에 적용되고, 해당 유체압 실린더(12)에 대한 에어(유체)의 공급 및 배출 상태를 바꾸는 전환 밸브(제1 전환 밸브)(14)와, 상기 유체압 실린더(12)에 있어서의 헤드측 실린더실(16)과 로드측 실린더실(18)을 접속하는 바이패스 배관(접속통로)(20)과, 해당 바이패스 배관(20)의 연통 상태를 전환하는 바이패스 전환 밸브(제2 전환 밸브)(22)를 포함한다.
유체압 실린더(12)는, 중공형상의 실린더 본체(24)와, 해당 실린더 본체(24)의 내부에 왕복 가능하게 설치되는 피스톤(26)과, 해당 피스톤(26)에 연결된 피스톤 로드(28)를 가지며, 해당 피스톤 로드(28)의 타단부는, 실린더 본체(24)로부터 외부로 돌출해서 노출되어 있다.
실린더 본체(24)는, 그 내부에 설치되는 피스톤(26)에 의해 2개로 구획되고, 해당 실린더 본체(24)의 일단부측(화살표 A방향)과 상기 피스톤(26)과의 사이에 위치하는 헤드측 실린더실(16)과, 해당 실린더 본체(24)의 타단부측(화살표 B방향)과 피스톤(26)과의 사이에 형성되어 상기 피스톤 로드(28)가 수납되는 로드측 실린더실(18)을 갖는다.
또, 실린더 본체(24)에는, 헤드측 실린더실(16)에 있어서의 에어의 압력을 검출 가능한 제1 압력 센서(압력 검출수단)(30)와, 로드측 실린더실(18)에 있어서의 에어의 압력을 검출 가능한 제2 압력 센서(압력 검출수단)(32)가 설치되고, 각각 검출된 에어의 압력(PA, PB)이, 제1 및 제2 압력 센서(30, 32)로부터 컨트롤러(C)로 출력된다. 또한, 제1 및 제2 압력 센서(30, 32)는, 반드시 설치되지 않아도 좋다.
그리고, 유체압 실린더(12)는, 헤드측 실린더실(16)에 에어가 공급되는 압출시(구동 단계)에는, 피스톤(26)과 함께 피스톤 로드(28)가 실린더 본체(24)의 타단부측(화살표 B방향)으로 이동하여 해당 피스톤 로드(28)가 실린더 본체(24)로부터 외부로 돌출한다.
한편, 로드측 실린더실(18)에 에어가 공급되는 인입시(복귀 단계)에는, 피스톤(26)과 함께 피스톤 로드(28)가 일단부측(화살표 A방향)으로 이동하여 해당 피스톤 로드(28)가 실린더 본체(24)의 내부로 수납된다.
전환 밸브(14)는, 예를 들어, 컨트롤러(C)로부터의 제어신호에 의해 개폐 동작하는 5포트를 갖는 서보 밸브로 이루어지며, 그 제1 포트(34)는 제1 배관(36)을 통하여 유체압 실린더(12)의 헤드측 실린더실(16)에 접속되고, 제2 포트(38)는 제2 배관(40)을 통하여 로드측 실린더실(18)에 접속되어 있다.
이 제1 배관(36)과 제2 배관(40)은, 그 도중이 바이패스 배관(20)에 의해 서로 접속되어 있다. 또한, 제2 배관(40)의 도중에는, 로드측 실린더실(18)의 용적을 실질적으로 크게 하기 위해서 도시하지 않은 에어 탱크를 설치할 수도 있다.
또, 전환 밸브(14)에 있어서의 제3 포트(42)는 제3 배관(44)을 통하여 외부에 연통하는 제1 배기구(46)에 접속되어 있고, 제4 포트(48)는 제4 배관(50)을 통하여 고압 에어를 공급하는 에어 공급원(공급원)(52)에 접속되고, 제5 포트(54)는 제5 배관(56)을 통하여 외부에 연통하는 제2 배기구(58)에 접속되어 있다.
그리고, 전환 밸브(14)는, 도 1에 도시된 제1 전환위치(P1)에 있을 때에는, 제1 포트(34)와 제4 포트(48)가 연통하고, 해당 제4 포트(48)에 접속된 에어 공급원(52)과 유체압 실린더(12)의 헤드측 실린더실(16)가 연통하는 상태가 됨과 함께, 제2 포트(38)와 제5 포트(54)가 연통함으로써 로드측 실린더실(18)과 제2 배기구(58)가 접속되어 연통한다.
또, 도 2에 도시된 전환 밸브(14)의 제2 전환위치(P2)에서는, 제1 및 제2 포트(34, 38)가, 제3 ~ 제5 포트(42, 48, 54) 중 어느 하나에 대해서도 접속되어 있지 않다. 그 때문에, 에어 공급원(52)으로부터의 유체압 실린더(12)로의 에어의 공급 및 해당 유체압 실린더(12)로부터의 에어의 배출이 각각 전환 밸브(14)에 의해 차단되어 정지된 상태가 된다.
게다가, 도 4에 도시된 전환 밸브(14)의 제3 전환위치(P3)에서는, 제1 포트(34)와 제3 포트(42)가 연통함으로써, 헤드측 실린더실(16)과 제1 배기구(46)가 연통함과 함께, 제2 포트(38)와 제4 포트(48)가 연통함으로써, 에어 공급원(52)으로부터 유체압 실린더(12)의 로드측 실린더실(18)이 접속되어 연통한다.
또한, 전술한 전환 밸브(14)는, 컨트롤러(C)로부터의 제어신호에 의해 제1 ~ 제3 전환위치(P1 ~ P3)를 자유롭게 또한 연속적으로 전환 가능하다.
바이패스 전환 밸브(22)는, 컨트롤러(C)로부터의 제어신호에 의해 개폐 동작하는 2포트를 가진 전자 밸브로 이루어지며, 그 제1 바이패스 포트(60)는 바이패스 배관(20)의 상류측 통로(62)에 접속됨으로써 제1 배관(36)에 연통하고, 제2 바이패스 포트(64)는 상기 바이패스 배관(20)의 하류측 통로(66)에 접속됨으로써 제2 배관(40)과 접속되고 연통하고 있다.
그리고, 바이패스 전환 밸브(22)는, 비통전시에 있어서는, 도시하지 않은 밸브 본체에 의해 상류측 통로(62)와 하류측 통로(66)와의 연통이 차단된 폐쇄상태가 되고, 한편, 컨트롤러(C)로부터의 통전작용 하에 제1 및 제2 바이패스 포트(60, 64)가 연통하는 개방상태가 되어, 상기 상류측 통로(62)와 상기 하류측 통로(66)가 연통한다.
즉, 바이패스 전환 밸브(22)는, 전환 밸브(14)와 동일한 컨트롤러(C)에 의해 구동 제어되고 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 유체압 실린더(12)의 구동장치(10)는, 기본적으로는 이상과 같이 구성되는 것이며, 다음에 그 동작 및 작용 효과에 대해 설명한다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 전환 밸브(14)가 제1 전환위치(P1)로 되고, 또한, 바이패스 전환 밸브(22)가 폐쇄상태이고, 피스톤 로드(28)가 실린더 본체(24)측(화살표 A방향)으로 가장 인입되어 있는 상태를 초기 상태로서 설명한다.
이 초기 상태로부터 유체압 실린더(12)를 압출 동작시키는 구동 단계를 행하는 경우에는, 에어 공급원(52)으로부터의 에어가 제4 배관(50)을 통해서 전환 밸브(14)의 제4 포트(48), 제1 포트(34)로 유동한 후, 제1 배관(36)으로부터 유체압 실린더(12)의 헤드측 실린더실(16)로 공급된다.
이 때, 바이패스 전환 밸브(22)는 바이패스 배관(20)의 연통을 차단하는 폐쇄상태에 있기 때문에, 제1 배관(36)을 흐르는 에어가 바이패스 배관(20)을 통해서 제2 배관(40) 측으로 흐르지 않는다.
그리고, 실린더 본체(24)의 헤드측 실린더실(16)에 공급된 에어에 의해 피스톤(26)이 실린더 본체(24)의 타단부측(화살표 B방향)으로 가압되어 피스톤 로드(28)와 함께 이동한다. 한편, 이 피스톤(26)의 이동에 수반하여, 로드측 실린더실(18)의 에어가 제2 배관(40)을 통해서 배출되고, 전환 밸브(14)의 제2 포트(38), 제5 포트(54), 제5 배관(56)을 통해서 제2 배기구(58)로부터 외부로 배출된다.
이 구동 단계에 있어서의 피스톤(26)의 타단부측으로의 이동에 의해, 도 2에 도시된 바와 같이 피스톤 로드(28)가 실린더 본체(24)의 타단부로부터 최대가 되는 위치까지 압출되어 돌출된 상태가 된다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(C)로부터 전환 밸브(14)로의 제어신호에 의해 제1 전환위치(P1)로부터 제2 전환위치(P2)로 전환됨으로써, 에어 공급원(52)으로부터 헤드측 실린더실(16)로의 에어의 공급이 정지한다. 또 동시에, 로드측 실린더실(18)로부터 제2 배기구(58)로의 에어의 배출이 정지되기 때문에, 피스톤 로드(28)가 최대 위치까지 신장된 상태로 유지된다.
다음에, 유체압 실린더(12)에 있어서, 전술한 피스톤(26) 및 피스톤 로드(28)의 유지 상태로부터 초기 상태로 복귀시키기 위한 인입동작(복귀 단계)을 행하는 경우에는, 도 2에 도시된 상태로 컨트롤러(C)로부터의 제어신호에 의해 바이패스 전환 밸브(22)가 폐쇄 상태로부터 도 3에 도시된 개방 상태로 전환된다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 바이패스 전환 밸브(22)의 전환작용 하에 제1 바이패스 포트(60)와 제2 바이패스 포트(64)가 연통하고, 그것에 수반하여, 바이패스 배관(20)의 상류측 통로(62)와 하류측 통로(66)가 연통한다.
이것에 의해, 에어 공급원(52)으로부터 공급되고 고압인 헤드측 실린더실(16)의 에어가, 제1 배관(36), 상류측 통로(62)를 통해서 바이패스 전환 밸브(22)의 제1 바이패스 포트(60)로 흘러, 제2 바이패스 포트(64), 하류측 통로(66), 제2 배관(40)을 통해서 대기압이며 저압인 로드측 실린더실(18)로 공급된다.
즉, 헤드측 실린더실(16)과 로드측 실린더실(18)을 바이패스 배관(20)으로 연통시킴으로써, 상기 헤드측 실린더실(16)의 에어와 상기 로드측 실린더실(18)의 에어와의 압력차이에 의해, 상기 에어가 상기 헤드측 실린더실(16)로부터 상기 로드측 실린더실(18)측으로 흐른다.
그리고, 로드측 실린더실(18)로 공급된 에어에 의해 피스톤(26)이 실린더 본체(24)의 일단부측(화살표 A방향)으로 가압되어 이동하기 시작하고, 해당 피스톤(26)의 이동에 수반하여 피스톤 로드(28)가 일체로 실린더 본체(24) 내로 인입되어 간다.
이 때, 전환 밸브(14)는, 에어의 공급 및 배출이 차단된 제2 전환위치(P2)에 있기 때문에, 제1 및 제2 배관(36, 40)을 흐르는 에어가, 상기 전환 밸브(14) 측으로 흐르지 않는다.
다시 말해서, 헤드측 실린더실(16)로부터 배기되는 배기 에어를 로드측 실린더실(18)로 공급함으로써, 해당 배기 에어를 이용하여 피스톤(26)을 일단부 쪽으로 이동시키는 것이 가능해진다. 즉, 바이패스 배관(20) 및 바이패스 전환 밸브(22)는, 헤드측 실린더실(16)로부터 로드측 실린더실(18)로 배기 에어를 공급할 수 있는 배기유체 공급수단으로서 기능한다.
이와 같이, 배기 에어를 이용하여 피스톤(26) 및 피스톤 로드(28)를 실린더 본체(24)의 일단부측(화살표 A방향)으로 끌어당기기 시작한 후, 제1 및 제2 압력 센서(30, 32)에 의해 검출된 헤드측 실린더실(16)의 압력(PA)과 로드측 실린더실(18)의 압력(PB)을 비교한다.
그리고, 적어도 헤드측 실린더실(16)의 압력(PA)이 로드측 실린더실(18)의 압력(PB)과 같아지기 전에, 컨트롤러(C)로부터의 제어신호에 근거하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 바이패스 전환 밸브(22)를 전환시켜 폐쇄 상태로 하여 바이패스 배관(20)의 연통을 차단함과 함께, 상기 컨트롤러(C)로부터 전환 밸브(14)로 제어신호를 출력하여 제2 전환위치(P2)로부터 제3 전환위치(P3)로 전환시킨다.
이것에 의해, 바이패스 배관(20)을 통한 헤드측 실린더실(16)로부터 로드측 실린더실(18)로의 에어의 공급이 정지됨과 함께, 에어 공급원(52)으로부터의 에어가 제4 포트(48), 제2 포트(38)를 통해서 제2 배관(40)으로부터 로드측 실린더실(18)로 공급된다. 그 결과, 피스톤(26)은, 헤드측 실린더실(16)로부터 배기되는 에어를 대신하여, 에어 공급원(52)으로부터 공급되는 에어에 의해 실린더 본체(24)의 일단부측(화살표 A방향)으로 한층 더 가압되어 연속적으로 이동한다.
한편, 전환 밸브(14)에 있어서 제1 포트(34)와 제3 포트(42)가 연통함으로써, 헤드측 실린더실(16)에 잔존하고 있는 에어가, 제1 및 제3 배관(36, 44)을 통해서 제1 배기구(46)로부터 외부로 배출된다. 그리고, 에어 공급원(52)으로부터 로드측 실린더실(18)로 공급되는 에어에 의해 피스톤(26)이 실린더 본체(24)의 일단부측(화살표 A방향)으로 더욱 이동하여, 도 1에 도시된 피스톤 로드(28)가 실린더 본체(24)의 내부로 가장 인입되어 있는 초기 상태로 복귀한다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 유체압 실린더(12)를 구동시키는 구동장치(10)에 있어서, 헤드측 실린더실(16)과 로드측 실린더실(18)을 접속하는 바이패스 배관(20)을 설치함과 함께, 해당 바이패스 배관(20)의 연통 상태를 전환 가능한 바이패스 전환 밸브(22)를 구비하고 있다. 그리고, 피스톤 로드(28)가 실린더 본체(24)의 외부로 돌출한 압출 상태로부터 인입 동작시킬 때, 바이패스 전환 밸브(22)를 개방 상태로 함으로써, 헤드측 실린더실(16)로부터 배기되는 에어를 바이패스 배관(20)을 통해서 로드측 실린더실(18)로 공급하고 있다.
따라서, 유체압 실린더(12)의 복귀 단계에 있어서, 헤드측 실린더실(16)로부터 배기되는 에어를 이용하여 피스톤(26) 및 피스톤 로드(28)를 구동시킴으로써, 인입동작을 에어 공급원(52)으로부터의 에어만으로 행하는 경우와 비교해서, 그 소비 에어를 삭감하고 에너지를 절약할 수 있다.
또, 피스톤(26)의 인입동작을 행하는 복귀 단계에 있어서, 해당 피스톤(26)이 이동하기 시작하는 동시에, 헤드측 실린더실(16)로부터의 배기 에어를 공급하여 로드측 실린더실(18)의 압력을 증가시키고, 또한, 상기 헤드측 실린더실(16)의 압력을 감소시킬 수 있기 때문에, 유체압 실린더(12)의 복귀동작을 신속히 행하는 것이 가능해진다.
그 결과, 유체압 실린더(12)의 복귀 단계(인입동작시)에 있어서, 배기 에어를 이용하여 피스톤(26)을 구동시킴으로써 소비 에어를 삭감하면서, 해당 피스톤(26)이 초기 위치로 복귀하는 복귀 단계에 필요로 하는 시간을 보다 한층 단축시키는 것이 가능해진다.
게다가, 유체압 실린더(12)에 있어서의 헤드측 실린더실(16)과 로드측 실린더실(18)을 접속하는 바이패스 배관(20)과, 해당 바이패스 배관(20)의 연통 상태를 전환시키기 위한 바이패스 전환 밸브(22)를 설치한다고 하는 간소한 구성으로, 배기되는 에어를 이용하여 복귀 단계를 행하는 것이 가능한 유체압 실린더(12)의 구동장치(10)를 실현시키는 것이 가능해진다.
또한, 전환 밸브(14)에 서보 밸브를 이용함으로써, 구동 단계와 복귀 단계를 반복하여 또한 연속적으로 행할 때, 유체압 실린더(12)의 스트로크 양(변위량)을 최소한으로 할 수 있기 때문에 바람직하다.
여기서, 예를 들어, 전술한 유체압 실린더(12)의 구동장치(10)를, 용접 라인에 있어서 용접 건(68)에 의한 워크피스(W)의 파지 및 비파지를 전환하는 목적으로 이용하는 경우에 있어서 도 5 ~ 도 8을 참조하면서 설명한다.
이 용접 건(68)은, 도 5 ~ 도 8에 도시된 바와 같이, 건 몸체(70)와, 해당 건 몸체(70)로부터 연장되는 암 부(72)와, 해당 암 부(72)의 선단에 설치된 제1 전극부(74)를 가지고 있다. 그리고, 용접 건(68)에 있어서, 건 몸체(70)에 의해 유체압 실린더(12)가 유지되어, 그 피스톤 로드(28)가 상기 제1 전극부(74) 측을 향하여 진퇴동작 가능하게 설치됨과 함께, 상기 피스톤 로드(28)의 타단부에는 제2 전극부(76)가 설치되어 있다.
즉, 제2 전극부(76)는, 제1 전극부(74)에 대향하도록 설치되어, 유체압 실린더(12)의 구동작용 하에 제1 전극부(74)에 대해서 접근 또는 이격되도록 이동한다. 또, 제1 및 제2 전극부(74, 76)는, 도시하지 않은 전원이나 트랜스와 전기적으로 접속되어 각각 통전 가능하게 형성된다.
다음에, 유체압 실린더(12)의 구동장치(10)를 이용하여 용접 건(68)을 구동시키는 경우에는, 도 5에 도시된 용접 건(68)의 제1 전극부(74)와 제2 전극부(76)가 이격되어 있는 워크피스(W)의 비파지 상태에 있어서, 해당 제1 전극부(74)와 해당 제2 전극부(76)와의 사이에 상기 워크피스(W)를 배치한다. 또한, 여기에서는, 1조의 판재를 중첩시킨 워크피스(W)를 용접하는 경우에 대해 설명한다.
그리고, 전술한 상태로, 헤드측 실린더실(16)로의 에어의 공급작용 하에 유체압 실린더(12)를 압출동작(구동 단계)시킴으로써, 피스톤(26) 및 피스톤 로드(28)의 타단부측(화살표 B방향)으로의 이동에 의해 제2 전극부(76)가 제1 전극부(74) 측으로 접근하고, 도 6에 도시된 바와 같이 해당 제1 전극부(74)와 상기 제2 전극부(76)와의 사이에 워크피스(W)가 소정 압력으로 파지된다.
이 때, 구동장치(10)에 있어서 전환 밸브(14)에 의한 제1 포트(34)와 제4 포트(48)와의 전환 속도를 조정하여, 유체압 실린더(12)로의 에어의 공급량을 조정함으로써, 제2 전극부(76)가 워크피스(W)와 접촉할 때의 접촉 속도를 감속시켜 접촉시의 충격을 완화시키는 것이 가능하다.
다음에, 도 6에 도시된 바와 같이, 용접 건(68)에 있어서의 제1 전극부(74)와 제2 전극부(76)와의 사이에 워크피스(W)가 파지된 상태로, 전환 밸브(14)로부터 유체압 실린더(12)로의 에어의 공급을 정지함과 함께, 상기 유체압 실린더(12)로부터의 에어의 배출을 정지한다. 이것에 의해, 워크피스(W)가 제1 및 제2 전극부(74, 76)에 의해 소정 압력(가압력)으로 파지되어 그 파지상태가 유지된다.
이 용접 건(68)에 의한 워크피스(W)의 파지상태에 있어서, 도시하지 않은 전원이나 트랜스를 통해서 제1 및 제2 전극부(74, 76)에 대해서 통전을 실시함으로써, 상기 제 1 및 제2 전극부(74, 76)에서 발생하는 열에 의해 접촉 부위가 용해되어 상기 워크피스(W)가 용접된다.
그리고, 워크피스(W)의 용접이 종료한 후에, 상기 워크피스(W)의 파지상태를 해제하기 위해서, 도 7에 도시된 바와 같이, 유체압 실린더(12)를 복귀 단계로 구동시켜, 바이패스 전환 밸브(22)의 전환작용 하에 헤드측 실린더실(16)로부터 배기되는 에어를 로드측 실린더실(18)로 공급한다. 이것에 의해, 피스톤(26) 및 피스톤 로드(28)가 일단부측(화살표 A방향)으로 이동하는 인입동작이 개시되고, 그것에 수반하여, 제2 전극부(76)가 워크피스(W) 및 제1 전극부(74)로부터 멀어지도록 이동한다.
그리고, 도 7에 도시된 용접 건(68)의 제1 전극부(74)와 제2 전극부(76)가 개방된 상태로, 도 8에 도시된 바와 같이, 바이패스 전환 밸브(22)를 전환시켜 헤드측 실린더실(16)로부터 로드측 실린더실(18)로의 에어의 공급을 정지함과 함께, 전환 밸브(14)의 전환작용 하에 에어 공급원(52)으로부터의 에어를 상기 로드측 실린더실(18)로 공급한다. 이것에 의해, 피스톤(26) 및 피스톤 로드(28)를 일단부측(화살표 A방향)으로 연속적으로 가압하여 이동시켜, 제1 전극부(74)와 제2 전극부(76)가 더욱 이격되어 소정 간격만큼만 개방된 상태로 한다.
이 때, 로드측 실린더실(18)의 압력이 압력 센서(도시하지 않음)에 의해 검출되고, 또한, 피스톤(26)의 위치가 위치검출 센서(도시하지 않음)에 의해 검출됨으로써, 상기 피스톤(26) 및 피스톤 로드(28)의 일단부측(화살표 A방향)으로의 이동량 및 위치가 검출된다.
이 피스톤(26) 및 피스톤 로드(28)가, 소정 위치 및 소정의 이동량으로 되었다는 것이 확인된 후, 에어 공급원(52)으로부터 유체압 실린더(12)로의 에어의 공급이 정지된다.
이것에 의해, 제2 전극부(76)의 제1 전극부(74)로부터 이격되는 방향(화살표 A방향)으로의 이동이 정지하고, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 전극부(74)와 제2 전극부(76)가 소정 간격만큼 이격된 상태로 유지된다. 이 소정 간격은, 예를 들어, 제1 전극부(74)와 제2 전극부(76)와의 사이에 워크피스(W)를 삽입할 수 있는 간격이 되도록 설정된다. 다시 말해서, 전술한 소정 간격으로 제2 전극부(76)의 이동을 정지시키기 위해서, 피스톤(26) 및 피스톤 로드(28)의 소정 위치 및 소정의 이동량이 설정되어 있다.
이와 같이 용접 건(68)의 제1 전극부(74)와 제2 전극부(76)가 충분히 이격된 워크피스(W)의 비파지 상태가 된 후, 상기 워크피스(W)를 용접 건(68)에 대해서 이동시켜 새롭게 용접이 이루어지는 부위가 상기 제1 및 제2 전극부(74, 76)에 임하는 위치가 되도록 배치된다. 그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 유체압 실린더(12)를 다시 압출동작시켜 워크피스(W)의 새로운 부위를 파지하고 용접을 실시한다.
즉, 유체압 실린더(12)의 구동 단계와 복귀 단계를 교대로 실시하여, 용접 건(68)에 의한 워크피스(W)의 파지 또는 비파지를 연속적이고 또한 반복하여 실시함으로써, 상기 워크피스(W)에 있어서의 복수의 부위에 대해서 용접 작업을 연속적으로 실시할 수 있다.
또, 소정의 부위의 용접이 완료되어 다음 부위의 용접을 실시하기 위해서 워크피스(W)를 비파지 상태로 하는 복귀 단계에서는, 피스톤(26)을 헤드측 실린더실(16)의 일단부까지 완전하게 이동시키지 않고, 제2 전극부(76)와 제1 전극부(74)와의 사이에 워크피스(W)가 삽입 가능한 만큼만 일단부측(화살표 A방향)으로 이동시키고 있다.
그 때문에, 복귀 단계에 있어서 피스톤(26)을 완전하게 실린더 본체(24)의 일단부까지 이동시키는 경우와 비교해서, 소비되는 에어를 삭감할 수 있음과 함께, 복귀 단계로부터 구동 단계로 전환하여 다시 워크피스(W)를 파지할 때까지의 작동시간(태스크 타임)을 삭감할 수 있다. 그 결과, 유체압 실린더(12)의 에너지 절약화와 작업 효율의 향상을 양립시키는 것이 가능해진다.
또 한편, 도 9a에 도시된 제1 변형예에 따른 구동장치(80)와 같이, 제1 및 제2 압력 센서(30, 32) 대신에, 실린더 본체(24)에 있어서의 피스톤(26)의 축방향(화살표 A, B방향)을 따른 변위량을 검출 가능한 변위 센서(82)를 유체압 실린더(12)에 설치할 수도 있고, 도 9b에 도시된 제2 변형예에 따른 구동장치(84)와 같이, 상기 피스톤(26)의 축방향(화살표 A, B방향)을 따른 위치를 검출 가능한 위치검출 센서(86a, 86b)를 상기 유체압 실린더(12)에 설치할 수도 있다.
전술한 변위 센서(82)는, 예를 들어, 광학식 센서가 이용되고, 한편, 위치검출 센서(86a, 86b)는, 피스톤(26)에 장착된 자석(도시하지 않음)의 자기변화를 검출 가능한 자기 센서가 이용된다.
이것에 의해, 예를 들어, 도 9a에 도시된 구동장치(80)는, 변위 센서(82)에 의해 검출된 피스톤(26)의 변위량에 근거하여 바이패스 전환 밸브(22)를 전환시키고, 또한, 해당 바이패스 전환 밸브(22)에 대응하여 전환 밸브(14)를 제1 전환위치(P1)로부터 제3 전환위치(P3)로 전환시킨다. 이것에 의해, 로드측 실린더실(18)에 대한 헤드측 실린더실(16)로부터의 배기 에어와 에어 공급원(52)으로부터의 공급 에어와의 공급 상태를 전환 가능하게 할 수 있다.
또, 도 9b에 도시된 구동장치(84)에서는, 위치검출 센서(86a, 86b)에 의해 검출된 피스톤(26)의 위치에 근거하여 바이패스 전환 밸브(22)를 전환하고, 또한, 해당 바이패스 전환 밸브(22)에 대응하여 전환 밸브(14)를 제1 전환위치(P1)로부터 제3 전환위치(P3)로 전환시킨다. 이것에 의해, 로드측 실린더실(18)에 대한 헤드측 실린더실(16)로부터의 배기 에어와 에어 공급원(52)으로부터의 공급 에어와의 공급 상태를 전환 가능하게 하고 있다.
게다가, 바이패스 전환 밸브(22)를 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 전환시키는 타이밍은, 예를 들어, 복귀 단계를 개시하고 나서의 경과시간을 타이머로 계측하고, 미리 설정된 시간에 이르렀을 때에, 컨트롤러(C)로부터 상기 바이패스 전환 밸브(22)로 제어신호를 출력함으로써 구동 제어하도록 할 수도 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이 구동장치(10)에 있어서의 5포트의 서보 밸브로 전환 밸브(14)를 구성하는 대신에, 도 10에 도시된 제3 변형예에 따른 구동장치(90)와 같이, 5포트의 전자 밸브로 전환 밸브(92)를 구성하도록 할 수도 있다.
또한, 도 1에 도시된 구동장치(10)에 있어서의 5포트의 전환 밸브(14) 대신에, 도 11a에 도시된 제4 변형예에 따른 구동장치(100)와 같이, 3포트의 전자 밸브로 이루어지는 한 쌍의 전환 밸브(102a, 102b)를 설치하도록 할 수도 있다.
이 구동장치(100)에서는, 일측의 전환 밸브(102a)는, 그 제1 포트(104a)가 제1 배관(36)을 통하여 유체압 실린더(12)의 헤드측 실린더실(16)과 접속되고, 제2 포트(106a)가 제3 배관(44)에 접속된 배기구(108a)를 통해서 외부와 연통함과 함께, 제3 포트(110a)가 제4 배관(50)을 통하여 에어 공급원(52)과 접속되어 있다.
타측의 전환 밸브(102b)는, 그 제1 포트(104b)가 제2 배관(40)을 통하여 유체압 실린더(12)의 로드측 실린더실(18)과 접속되어, 제2 포트(106b)가 제3 배관(44)에 접속된 배기구(108b)를 통해서 외부와 연통함과 함께, 제3 포트(110b)가 제4 배관(50)을 통하여 에어 공급원(52)과 접속되어 있다.
그리고, 도 11a에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(C)로부터의 통전작용 하에 일측의 전환 밸브(102a)가 제1 전환위치(P1)로 되어, 에어 공급원(52)과 헤드측 실린더실(16)이 연통하여 에어가 공급됨으로써, 피스톤(26) 및 피스톤 로드(28)가 유체압 실린더(12)의 타단부측(화살표 B방향, 압출측)으로 이동함과 함께, 타측의 전환 밸브(102b)가 제3 전환위치(P3)로 되어, 로드측 실린더실(18)과 배기구(108b)가 연통하여 해당 로드측 실린더실(18)의 에어가 외부로 배출된다.
또, 한 쌍의 전환 밸브(102a, 102b)가, 각각 제2 전환위치(P2)로 전환된 상태에 있어서, 바이패스 전환 밸브(22)를 전환시킴으로써 헤드측 실린더실(16)의 에어를 로드측 실린더실(18)로 공급하여 피스톤(26)을 인입측(화살표 A방향)으로 동작시킬 수 있다.
그리고, 바이패스 전환 밸브(22)를 전환시켜 바이패스 배관(20)의 연통을 차단한 후에, 타측의 전환 밸브(102b)를 제3 전환위치(P3)로부터 제1 전환위치(P1)로 전환시킨다. 이것에 의해, 에어 공급원(52)과 로드측 실린더실(18)이 연통하여 해당 로드측 실린더실(18)에 에어가 공급되고, 피스톤(26) 및 피스톤 로드(28)가 더욱 인입측(화살표 A방향)으로 구동함과 함께, 일측의 전환 밸브(102a)가 제1 전환위치(P1)로부터 제3 전환위치(P3)로 전환됨으로써, 헤드측 실린더실(16)과 외부가 연통하여 에어가 배기구(108a)로부터 배출된다.
또한, 도 11a에 도시된 바와 같은 3포트를 갖는 전자 밸브로 한 쌍의 전환 밸브(102a, 102b)를 구성하는 대신에, 도 11b에 도시된 바와 같은 3포트를 갖는 서보 밸브로 한 쌍의 전환 밸브(120a, 120b)를 구성하도록 할 수도 있다.
또, 바이패스 배관(20) 및 바이패스 전환 밸브(22)는, 전술한 바와 같이 유체압 실린더(12) 및 전환 밸브(14)와 별개로 구성되는 경우로 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 도 12a에 도시된 제5 변형예에 따른 구동장치(130)와 같이, 상기 바이패스 배관(20) 및 바이패스 전환 밸브(22)를 상기 유체압 실린더(12)의 실린더 본체(24)에 일체로 설치하도록 할 수도 있고, 도 12b에 도시된 제6 변형예에 따른 구동장치(132)와 같이, 상기 바이패스 배관(20) 및 바이패스 전환 밸브(22)를 상기 전환 밸브(14)에 대해서 일체로 설치하도록 할 수도 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 구동장치(130, 132)의 회로를 포함하는 구성을 간소화할 수 있고 소형화를 도모할 수 있음과 함께, 유체압 실린더(12) 및 전환 밸브(14)에 대한 제1 및 제2 배관(36, 40)의 접속작업 등도 간소화하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 유체압 실린더(12)의 구동방법 및 구동장치는, 전술한 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 다양한 구성을 채택할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (15)

  1. 유체의 공급작용 하에 피스톤(26)을 일방향으로 이동시키는 구동 단계와 상기 피스톤(26)을 타방향으로 이동시키는 복귀 단계를 가지는 유체압 실린더(12)의 구동방법으로서,
    상기 구동 단계에서는, 상기 유체압 실린더(12)에 있어서의 일측의 실린더실(16)에 공급원(52)으로부터 상기 유체를 공급함과 함께, 타측의 실린더실(18)로부터 상기 유체를 외부로 배출하며,
    상기 복귀 단계는,
    상기 일측의 실린더실(16)에 축적된 상기 유체의 일부를, 상기 타측의 실린더실(18)에 공급하여 상기 피스톤(26)을 소정 거리만큼 타방향으로 이동시키는 단계와;
    상기 타측의 실린더실(18)에 상기 공급원(52)으로부터 유체를 공급하여 상기 피스톤(26)을 타방향으로 더욱 이동시킴과 함께, 상기 일측의 실린더실(16)로부터 상기 유체를 외부에 배출하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 복귀 단계에 있어서, 상기 일측의 실린더실(16)로부터 상기 타측의 실린더실(18)로의 상기 유체의 공급 상태의 전환은 전환 밸브(22)에 의해 행해지며,
    상기 일측의 실린더실(16) 및 상기 타측의 실린더실(18)의 압력을 검출하는 압력 검출수단(30, 32)을 각각 구비하고, 상기 압력 검출수단(30, 32)에 의해 검출된 압력에 근거하여 상기 전환 밸브(22)의 전환 동작을 행하며,
    상기 일측의 실린더실(16)에서 검출된 압력이, 상기 타측의 실린더실(18)에서 검출되는 압력과 동일하게 될 때, 또는, 동일하게 되기 전에, 상기 전환 밸브(22)를 전환하여 상기 유체의 공급을 정지하는, 유체압 실린더의 구동방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 단계에 있어서 상기 피스톤(26)이 소정 위치에 도달한 후에, 상기 일측의 실린더실(16)로의 상기 유체의 공급과 상기 타측의 실린더실(18)로부터의 유체의 배출을 정지하는 단계를 포함하는, 유체압 실린더의 구동방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 복귀 단계를 개시하고 나서 소정 시간 경과한 후에, 상기 전환 밸브(22)를 전환하여 상기 유체의 공급을 정지하는, 유체압 실린더의 구동방법.
  7. 변위 가능한 피스톤(26)을 갖는 유체압 실린더(12)를 구동하기 위한 구동장치(10)로서,
    상기 유체압 실린더(12)에 대해서 유체를 공급하는 공급원(52)과;
    상기 유체압 실린더(12)에 대한 상기 유체의 공급 및 배출 상태를 전환하는 제1 전환 밸브(14)와;
    상기 유체압 실린더(12)에 있어서의 일측의 실린더실(16)로부터 타측의 실린더실(18)로 상기 유체를 공급 가능한 배기유체 공급수단과;
    상기 일측의 실린더실의 압력을 검출하는 제1 압력 센서와;
    상기 타측의 실린더실의 압력을 검출하는 제2 압력 센서;
    를 포함하며,
    상기 배기유체 공급수단은, 상기 일측의 실린더실(16)과 상기 타측의 실린더실(18)을 접속하는 접속통로(20)와;
    상기 접속통로(20)에 있어서의 상기 유체의 유동 상태를 전환하는 제2 전환 밸브(22);
    를 포함하며,
    상기 구동장치는 상기 제1 전환 밸브 및 상기 제2 전환 밸브를 제어하는 제어장치를 더 포함하며,
    상기 제어장치는, 상기 제1 전환 밸브 및 제2 전환 밸브를 제어하여, 상기 제1 압력 센서로 검출된 상기 일측의 실린더실의 압력이, 상기 제2 압력 센서로 검출된 상기 타측의 실린더실의 압력과 동일하게 될 때, 또는, 동일하게 되기 전에, 상기 제2 전환 밸브의 전환 동작을 행하여 상기 접속통로에 있어서의 상기 유체의 유동을 정지시키는, 유체압 실린더의 구동장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 전환 밸브(14)의 제1 위치에 있어서, 상기 일측의 실린더실(16)이 상기 공급원(52)과 연통함과 함께 상기 타측의 실린더실(18)이 외부로 개방되는 배기구(58)와 연통하며,
    상기 제1 전환 밸브(14)의 제2 위치에 있어서, 상기 공급원(52) 및 상기 배기구(58)와 상기 타측의 실린더실(18)과의 연통이 차단되고, 또한, 상기 제2 전환 밸브(22)의 전환작용 하에 상기 접속통로(20)를 연통시킴으로써, 상기 일측의 실린더실(16)과 상기 타측의 실린더실(18)이 연통하며,
    상기 제1 전환 밸브(14)의 제3 위치에 있어서, 상기 접속통로(20)의 연통이 상기 제2 전환 밸브(22)에 의해 차단되고, 상기 타측의 실린더실(18)과 상기 공급원(52)이 연통하고, 상기 일측의 실린더실(16)이 외부와 연통하는, 유체압 실린더의 구동장치.
  9. 청구항 7 또는 8에 있어서,
    상기 제1 전환 밸브(14)는 5포트 밸브인, 유체압 실린더의 구동장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 전환 밸브(102a, 102b)는 한 쌍의 3포트 밸브로 이루어지는, 유체압 실린더의 구동장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 전환 밸브(120a, 120b)는, 서보 밸브로 이루어지는, 유체압 실린더의 구동장치.
  12. 삭제
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 배기유체 공급수단은, 상기 유체압 실린더(12) 또는 상기 제1 전환 밸브(14, 102a, 102b, 120a, 120b)에 일체로 설치되는, 유체압 실린더의 구동장치.
  14. 삭제
  15. 청구항 7에 있어서,
    워크피스(W)를 용접하기 위한 용접 건(68)에 이용되는, 유체압 실린더의 구동장치.
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