JP2008298226A

JP2008298226A - 油圧駆動装置

Info

Publication number: JP2008298226A
Application number: JP2007146780A
Authority: JP
Inventors: Hiroichi Hiraide; 博一平出
Original assignee: Yuken Kogyo Co Ltd
Current assignee: Yuken Kogyo Co Ltd
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-12-11

Abstract

【課題】簡便でコンパクトな構成でありながら、アクチュエータシリンダに負荷がない場合でも、高精度なロッド位置制御が可能な油圧駆動装置。
【解決手段】アクチュエータシリンダのピストンヘッド側あるいはロッド側の一方のシリンダ室の一方に対する作動油の給排を行う第１の双方向回転形油圧ポンプを有する第１の油圧供給部と、他方のシリンダ室に対して作動油を給排するアキュムレータと該アキュムレータに作動油を加圧供給する第２の油圧ポンプを有する第２の油圧供給部と、これら第１と第２の油圧供給部の駆動制御を行う制御装置と、を備えた油圧駆動装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータシリンダのロッドを前後進駆動させるための油圧駆動装置に関するものである。

油圧制御によってアクチュエータシリンダのピストンをシリンダ内で往復移動させることによってロッドを前後進駆動させる油圧駆動装置において、定容量形の双方向回転ポンプを用いたものがある。この双方向回転ポンプは、正逆双方向に作動油を供給するため、図２に示すような、双方向回転ポンプ４２の両ポートをアクチュエータシリンダ５０のピストンヘッド側のシリンダ室Ｓ１の出入口ポートＨとロッド側のシリンダ室Ｓ２の出入口ポートＲにそれぞれ接続するだけで、制御弁を必要とせず、自給弁と安全弁からなる簡単な油圧回路でロッドを前後進駆動させることができる。

即ち、ポンプ４２の正回転により一方のポートからリザーバタンク４３内の作動油をヘッド側シリンダ室Ｓ１へ供給すると共にロッド側シリンダ室Ｓ２内の作動油をポンプ４２の他方のポートから吸引してタンク４３に戻すことによってピストン５２を押し出してロッド５１を前進駆動させることができ、ポンプ４２の逆回転により他方のポートから作動油をロッド側シリンダ室Ｓ２へ供給すると共にヘッド側シリンダ室Ｓ１内の作動油をポンプ４２の一方のポートから吸引してタンク４３へ戻すことによってピストン５２を引き戻してロッド５１を後退させることができる。

このように双方向回転油圧ポンプを用いれば、作動油をほぼ閉鎖系で循環させる簡便な油圧回路で油圧配管のないコンパクトなユニット４１として油圧供給装置を構成することができる（例えば、特許文献１参照。）。

この双方向回転油圧ポンプ４２は、サーボモータＭにより回転駆動されるが、サーボモータＭの駆動は、制御装置６０によって、位置センサ５３からのピストン５２の位置検出信号と、圧力センサ４５からのポンプ吐出作動油の圧力検出信号とに基づいてフィードバック制御される。

また、この双方向回転ポンプ４２は、ピストンポンプの斜板を固定した定容量形にすることによって、ポンプの回転数で吐出流量が決定されるものであるため、サーボモータＭの回転数制御でポンプ回転数を低速から高速の幅広い範囲に亘って制御することによりポンプ吐出流量が効率的に制御される。

従って、このような定容量形ポンプを用いれば、一定の高速回転数でポンプ押しのけ容積を変更する可変容量形ポンプのような油圧内部漏れ等の損失が大きい場合に比べて、非常に効率の良い油圧供給システムが構成できる。

特開２００６−３２９２４１号公報

上記のような従来の油圧供給装置では、ポンプ４２とヘッド側シリンダ室Ｓ１との間を吐出回路としてポンプ４２から作動油を送り込む場合にはポンプ４２とロッド側シリンダ室Ｓ２との間は吸込回路となり、逆にロッド側シリンダ室Ｓ２との間を吐出回路としてポンプ４２からロッド側シリンダ室Ｓ２へ作動油を送り込む場合には、ポンプ４２とヘッド側シリンダ室Ｓ１との間は吸込回路となる。

従って、シリンダに負荷がない状態において、ロッドを所定の初期位置に位置決めするなどの位置制御を行う場合には、位置の誤差補正をする毎に、ヘッド側とロッド側のどちらかへの作動油の吐出圧を完全に０ＭPaまで落とす必要があった。また、簡便な構成としてシリンダロッドの戻し力にバネを利用することも考えられるが、荷重やストロークを考慮すると、設計的に困難である場合が多い。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、簡便でコンパクトな構成でありながら、アクチュエータシリンダに負荷がない場合でも、高精度なロッド位置制御が可能な油圧駆動装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る油圧駆動装置は、アクチュエータシリンダのピストンヘッド側シリンダ室あるいはロッド側シリンダ室の一方に対する作動油の供給及び排出を行う第１の油圧供給部と、前記シリンダ室の他方に対する作動油の供給および排出を行うの第２の油圧供給部と、これら第１と第２の油圧供給部の駆動制御を行う制御装置とを備え、前記第１の油圧供給部は、リザーバタンクと、前記一方のシリンダ室に対する前記タンク内の作動油の供給及び排出を制御する第１の双方向回転形油圧ポンプと、該第１の油圧ポンプを駆動するサーボモータとを有し、前記第２の油圧供給部は、前記第１の油圧供給部による前記一方のシリンダ室からの作動油の排出時に前記他方のシリンダ室に作動油を供給し、且つ前記第１の油圧供給部による前記一方のシリンダ室に対する作動油の供給時に前記他方のシリンダ室から排出される作動油を収容するアキュムレータと、該アキュムレータ内の圧力を予め定められた上限圧力以下に調整する圧力調整弁と、前記アキュムレータに作動油を加圧供給する第２の油圧ポンプとを有していることを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明に係る油圧駆動装置は、請求項１に記載の油圧駆動装置において、前記第２の油圧ポンプは、双方向回転形油圧ポンプであり、前記第１の油圧ポンプを駆動するサーボモータにより駆動されることを特徴とするものである。

また請求項３に記載の発明に係る油圧駆動装置は、請求項１または２に記載の油圧駆動装置において、前記第２の油圧供給部は、前記第２の油圧ポンプと前記アキュムレータとの間の流路中に配置され、前記アキュムレータ内の圧力が予め定められた圧力以上となった際に該流路を切り換えて前記第２の油圧ポンプから吐出される作動油をタンクに逃がす切換弁を備えているものである。

さらに、請求項４に記載の発明に係る油圧駆動装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の油圧駆動装置において、前記シリンダのロッド位置を検出する位置センサと、前記シリンダ室の一方に作用する油圧の圧力を検出する第１圧力センサと、前記シリンダ室の他方に作用する油圧の圧力を検出する第２圧力センサとを備え、前記制御装置は、これら各センサからの検出信号に基づいて、前記サーボモータの回転数制御を行うものである。

本発明の油圧駆動装置においては、第１の油圧供給部によって、アクチュエータシリンダのヘッド側とロッド側の一方のシリンダ室に作動油の給排を行い、これに同期させて、第２の油圧供給部のアキュムレータによって他方のシリンダ室に対する作動油の給排を行うことができるため、２つの油圧供給部を備えるというシンプルな構成でありながら、アクチュエータシリンダに負荷がない場合においても、一方のシリンダ室内の作動油に対して他方のシリンダ室側から定常的に油圧による負荷圧力が作用するため、油圧制御によるシリンダロッドの位置制御を、従来は困難であった高精度で行うことができるという効果がある。

本発明の油圧駆動装置は、第１と第２の２つの油圧供給部を備えるというシンプルな構成を有するものであり、第１の油圧供給部によって、サーボモータで駆動する第１の双方向回転油圧ポンプでリザーバタンク内の作動油をアクチュエータシリンダのヘッド側シリンダ室あるいはロッド側シリンダ室の一方に対して供給及び排出を行うのに対して、他方のシリンダ室への作動油の供給及び排出を行う第２の油圧供給部として、前記他方のシリンダ室に作動油を供給し、且つ前記第１の油圧供給部による前記一方のシリンダ室に対する作動油の供給時に前記他方のシリンダ室から排出される作動油を収容するアキュムレータと、該アキュムレータ内の圧力を予め定められた上限圧力以下に調整する圧力調整弁と、前記アキュムレータに作動油を加圧供給する第２の油圧ポンプを備えたものである。

従って、本発明においては、第２の油圧ポンプにより、あらかじめアキュムレータに作動油を加圧供給して蓄圧しておけば、アクチュエータシリンダの一方のシリンダ室に第１の油圧駆動装置によって作動油が給排されるのに同期して、他方のシリンダ室にはアキュムレータから作動油が給排されるため、アクチュエータシリンダに負荷がない場合においても、一方のシリンダ室内の作動油に対して他方のシリンダ室内側からの油圧によって定常的に負荷圧力を作用させることができ、簡便でコンパクトな構成でありながらも、アクチュエータに負荷がなくても、油圧を０ＭPaまで落とすことなく従来は困難であった数μｍ単位の高制度な位置制御が可能となる。

なお、第２の油圧ポンプについては特に限定するものではないが、双方向回転形油圧ポンプを用いて両出口ポートをアキュムレータに接続させれば、両方向での吐出油を共にアキュムレータへ供給でき、このとき、第２の油圧ポンプの駆動を第１の油圧ポンプを駆動するサーボモータで行う構成とすれば、第１の油圧ポンプの駆動に第２の油圧ポンプを従動させ、第１の油圧ポンプの両方向回転駆動中にアキュムレータへの作動油の加圧供給を平行して行って、効率的な蓄圧が可能となる。

もちろん、アキュムレータへの作動油の加圧供給のための第２の油圧ポンプの駆動は、第１の油圧ポンプを駆動するサーボモータとは別の駆動源を用いて行うことも可能であるが、同一サーボモータを両油圧ポンプの駆動に用いることで、装置構成がより簡便でコンパクトなものとなり、また制御装置はこのサーボモータのみに対して駆動制御するだけで済む。さらに、第２の油圧供給部に用いる作動油の供給源を、第１の油圧供給部で用いる作動油のリザーバタンクを兼用する構成とすれば、装置全体をより簡略化できる。

本発明による油圧駆動装置は、シンプルな設計で構成できるため、第１の油圧供給部と第２の油圧供給部とを同一ユニット内に容易に組み込むことができ、また上記のごとくサーボモータやリザーバタンクの兼用でユニット化が容易となる。

また、第２の油圧供給部は、安全のため、アキュムレータ内の圧力を予め定められた上限圧力以下に調整する圧力調整弁を備えているが、さらに、第２の油圧ポンプとアキュムレータとの間の流路中に、アキュムレータ内の圧力が予め定められた圧力以上となった際に該流路を切り換えて第２の油圧ポンプから吐出される作動油をリザーバタンクに逃がす切換弁を配置することによって、必要以上に作動油を送り込む危険を回避できる。またこの切換弁を電磁式とすれば制御装置により電気的に切換駆動を制御することができる。

この制御装置は、シリンダのロッド位置を検出する位置センサと、一方のシリンダ室のに作用する油圧の圧力を検出する第１圧力センサと、他方のシリンダ室に作用する油圧の圧力を検出する第２圧力センサからの各検出信号に基づいて、予め入力された制御指令を調整してサーボモータの回転数制御を行うことにより、高精度なポンプ回転数制御を電気的なフィードバック制御で効率的に行うことができる。

また、本発明の油圧駆動装置において、一方のシリンダ室内とリザーバタンクとの間に第２の流路を設け、この第２の流路中にシャットオフ弁を配置して、前記シリンダ室側とリザーバタンク側の流路同士を遮断状態と連通状態とに制御装置により切り換えられる構成とすれば、シリンダ室側とリザーバタンク側との流路同士を連通状態に切り換えることによって両者を直接的に連通させ、一方のシリンダ室からリザーバタンクへの作動油の戻りを速くしてシリンダロッドの移動速度を上げることができる。特に、ヘッド側シリンダ室に対して作動油を給排する場合、シリンダロッドのもどり速度を上げることができる。また、このような作動油の戻りをシャットオフ弁による第２の流路のみで行えば、ポンプ側の作動は必要ないため、装置駆動において省エネを図ることができる。

本発明の一実施例として、第１と第２の油圧ポンプとして双方向回転定容量形油圧ポンプを用い、両油圧ポンプが同一のサーボモータＭにより互いに連動して駆動される油圧駆動装置を図１の油圧回路に示す。

本実施例における油圧駆動装置は、アクチュエータシリンダ２０のピストンヘッド側シリンダ室Ｓ１に対して作動油を給排するための第１の油圧供給部と、ロッド側シリンダ室Ｓ２に対して作動油を給排するための第２の油圧供給部とが同一の油圧駆動ユニット１内に組み立てられたものである。

本油圧駆動ユニット１は、第１の油圧供給部の出入り口ポートである第１ポンプポートＰ１と第２の油圧供給部の出入り口ポートである第２ポンプポートＰ２と、作動油のリザーバタンク３への入口ポートとしてのタンクポートＴとを備えたものである。また、第１ポンプポートＰ１は作動油流路４ｂを介してピストンヘッド側シリンダ室Ｓ１の出入り口ポートＨ１に連通されており、ポンプポートＰ２は作動油流路８ｂを介してロッド側シリンダ室Ｓ２の出入り口ポートＨ２に連通されており、タンクポートＴは第２の流路１４ｂを介してヘッド側シリンダ室Ｓ１の第２の出入り口ポートＨ３に連通されている。

油圧駆動ユニット１内の第１の油圧供給部は、リザーバタンク３と、該タンク３内の作動油を第１ポンプポートＰ１に対して給排する第１の双方向回転定容量形油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２を回転駆動するサーボモータＭを備えたものである。この第１の油圧供給部の油圧回路は、主にリザーバタンク３から油圧ポンプ２を介してポンプポートＰ１まで単一の作動油流路４ａからなり、通常の油圧リリーフ弁５と作動油の圧力を検出する第１圧力センサ６を備えたものである。

また、油圧駆動ユニット１内の第２の油圧供給部は、第２ポンプポートＰ２に対して作動油を給排するアキュムレータ１０と、このアキュムレータ１０内の圧力を予め定められた上限圧力以下に調整する圧力調整弁としての油圧リリーフ弁１１と、アキュムレータ１０にリザーバタンク３内の作動油を加圧供給すると共に第２ポンプポートＰ２へ作動油を供給する第２の双方向回転定容量形油圧ポンプ７とを備えたものである。この第２の油圧ポンプ７は、第１の油圧ポンプ２を駆動するサーボモータＭにより従属的に駆動されるものとし、これによってより簡便で効率的な装置設計となる。

さらに第２の油圧供給部の油圧回路８ａでは、第２の油圧ポンプ７の両出口ポートを共にアキュムレータ１０に接続し、複数のチェック弁により第２の油圧ポンプ７からアキュムレータ１０側への流れ方向のみを形成している。従って、第２の油圧ポンプ７は、第１の油圧ポンプ２の駆動がどちらの回転方向であっても、アキュムレータ１０に作動油を加圧供給し、蓄圧を行うことができる。本実施例においては、油圧回路８ａ内に電磁切換弁９を設けて流路をタンク３に切換接続可能とし、第２の油圧ポンプ７からの吐出油をタンク３に戻して過剰な加圧供給を回避できる構成とした。

なお、本油圧駆動ユニット１内には、タンクポートＴからリザーバタンク３までの第２の流路１４ａ中に、電磁式でこの流路をタンクポートＴ側とタンク３側とで遮断状態と連通状態とに切り換えるシャットオフ弁１５が設けられている。このシャットオフ弁１５によってピストンヘッド側シリンダ室Ｓ１とリザーバタンク３との連通状態を形成すれば、ヘッド側シリンダ室Ｓ１内の作動油をフィルタ１３を介して直接的にリザーバタンク３へ戻して、シリンダロッド２１を第１の油圧ポンプ２による作動油吸引のみでヘッド側へ戻す場合よりも速い移動速度で戻すことができる。またモータ、ポンプの駆動なしでもシリンダロッド２１を戻すことができるため、その分省エネ効果が期待できる。

これらシャットオフ弁１５や電磁切換弁９は、制御装置３０によって電気的に駆動制御されるものとする。さらに、制御手段３０には、アクチュエータシリンダ２０に設けられたシリンダロッド２１位置またはピストン２２のヘッド位置を検出するための位置センサ２３からの検出結果が出力される。

制御装置３０は、このように位置センサ２３からの検出信号から得られるシリンダロッド２１の実際の位置と予め入力された所望の位置とを比較すると共に、第１圧力センサ６と、第２に油圧供給部におけるロッド側シリンダ室Ｓ２に作用する圧力を検出するための第２圧力センサ１２からの検出信号に基づいて指令信号を調整するフィードバック制御を行うものである。

以上の構成を備えた本実施例による油圧駆動ユニット１においては、あらかじめ、サーボモータＭにより第１の油圧ポンプ２と第２の油圧ポンプ７を駆動させてそれぞれピストンヘッド側シリンダ室Ｓ１とロッド側シリンダ室Ｓ２に作動油を供給充填すると共にアキュムレータ１０に作動油を加圧供給して蓄圧しておくことができる。

本油圧駆動ユニット１によるシリンダロッド２１の前進駆動は、まず制御装置３０により、サーボモータＭに、シリンダロッド２１が所望移動量分だけ移動するのに必要な吐出流量に応じた回転数となるように第１の油圧ポンプ２を正回転駆動させる。第１の油圧ポンプ２はリザーバタンク３内の作動油を一方の出口ポートから吸引しながら他方の出口ポートから作動油流路４ａへ吐出していく。第１の油圧ポンプ２から吐出された作動油は、第１ポンプポートＰ１から作動油流路４ｂを経てヘッド側シリンダ室Ｓ１内に充填されていき、その作動油圧によってシリンダロッド２１を前進させる。このとき、ロッド側シリンダ室Ｓ２内の作動油は流路８ｂへ排出され、第２ポンプポートＰ２からアキュムレータ１０内に収容される。なお、アキュムレータ１０内の油圧が設定上限圧力を超える場合には、油圧リリーフ弁１１により油圧が逃がされるため、常に設定上限以下の圧力調整がなされる。

一方、本油圧駆動ユニット１によるシリンダロッド２１の後退駆動は、制御装置３０により、サーボモータＭに第１の油圧ポンプ２を逆回転駆動させ、第２の出口ポートからヘッド側シリンダ室Ｓ１内の作動油を前記他方の出口ポートから吸引して前記一方の出口ポートからリザーバタンク３へ戻す。このピストンヘッド側シリンダ室Ｓ１からの作動油の排出に伴って、ロッド側シリンダ室Ｓ２内にはアキュムレータ１０から流路８ｂへ解放された作動油が引き入れられる。よって、ピストンヘッド側シリンダ室Ｓ１内の作動油の減少と、ロッド側シリンダ室Ｓ２内の作動油の増加によりシリンダロッド２１は後退してもどる。

なお、シリンダロッド２１の前後進駆動の際に、第２の油圧ポンプ７からのアキュムレータ１０側への作動油の供給が必要なければ、電磁切換弁９による油圧回路８ａをタンク３に連通させれて吐出油をタンク３に戻す流れを形成すればよい。あるいは第２の油圧ポンプ７への回転運動の伝達を遮断してもよい。

本実施例による油圧駆動ユニット１においては、アクチュエータシリンダ２０に負荷が無い状態で、シリンダロッド２１を例えば初期位置に位置決め制御する場合には、ヘッド側シリンダ室Ｓ１内の作動油に対してロッド側シリンダ室Ｓ２に油圧を導き、定常的に負荷圧力を作用させることにより、油圧制御によるシリンダロッド２１の位置制御において、数μｍの高精度な誤差補正が可能となる。

なお、以上の実施例においては、ヘッド側シリンダ室Ｓ１内の作動油に対して、ロッド側シリンダ室Ｓ２に油圧を導く構成にした場合を示したが、本発明の油圧駆動装置によれば、逆の構成であっても同様に有効である。

本発明の一実施例による油圧駆動装置の概略全体構成を示す油圧回路図である。従来の油圧駆動装置の一例を示す油圧回路図である。

符号の説明

１，４１：油圧駆動ユニット
Ｍ：サーボモータ
２：第１の双方向回転定容量形油圧ポンプ
７：第２の双方向回転定容量形油圧ポンプ
３，４３：リザーバタンク
４ａ,４ｂ，８ｂ：作動油流路
５，１１：油圧リリーフ弁
６，１２，４５：圧力センサ
８ａ：油圧回路
９：電磁切換弁
１０：アキュムレータ
１３：フィルタ
１４ａ，１４ｂ：第２の流路
１５：シャットオフ弁
２０，５０：アクチュエータシリンダ
２１，５１：シリンダロッド
Ｓ１：ピストンヘッド側シリンダ室
Ｓ２：ロッド側シリンダ室
２２，５２：ピストン
２３，５３：位置センサ
Ｐ１：第１ポンプポート
Ｐ２：第２ポンプポート
Ｔ：タンクポート
３０，６０：制御装置
３１：ドライバー
４２：双方向回転定容量形油圧ポンプ

Claims

アクチュエータシリンダのピストンヘッド側シリンダ室あるいはロッド側シリンダ室の一方に対する作動油の供給及び排出を行う第１の油圧供給部と、
前記シリンダ室の他方に対する作動油の供給および排出を行うの第２の油圧供給部と、
これら第１と第２の油圧供給部の駆動制御を行う制御装置とを備え、
前記第１の油圧供給部は、リザーバタンクと、前記一方のシリンダ室に対する前記タンク内の作動油の供給及び排出を制御する第１の双方向回転形油圧ポンプと、該第１の油圧ポンプを駆動するサーボモータとを有し、
前記第２の油圧供給部は、前記第１の油圧供給部による前記一方のシリンダ室からの作動油の排出時に前記他方のシリンダ室に作動油を供給し、且つ前記第１の油圧供給部による前記一方のシリンダ室に対する作動油の供給時に前記他方のシリンダ室から排出される作動油を収容するアキュムレータと、該アキュムレータ内の圧力を予め定められた上限圧力以下に調整する圧力調整弁と、前記アキュムレータに作動油を加圧供給する第２の油圧ポンプとを有していることを特徴とする油圧駆動装置。
前記第２の油圧ポンプは、双方向回転形油圧ポンプであり、前記第１の油圧ポンプを駆動するサーボモータにより駆動されることを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動装置。
前記第２の油圧供給部は、前記第２の油圧ポンプと前記アキュムレータとの間の流路中に配置され、前記アキュムレータ内の圧力が予め定められた圧力以上となった際に該流路を切り換えて前記第２の油圧ポンプから吐出される作動油をタンクに逃がす切換弁を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の油圧駆動装置。
前記シリンダのロッド位置を検出する位置センサと、前記シリンダ室の一方に作用する油圧の圧力を検出する第１圧力センサと、前記シリンダ室の他方に作用する油圧の圧力を検出する第２圧力センサとを備え、
前記制御装置は、これら各センサからの検出信号に基づいて、前記サーボモータの回転数制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の油圧駆動装置。