JP3542295B2 - 空気圧機器の選定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気圧システムについて、指定された条件を満たす最適の空気圧機器を選定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ユーザーの指定する空気圧システム（切換弁からエアシリンダに至る端末システム）をつくるため、空気圧操作システム設計用計算尺（特公昭５３−２１３２０号公報参照）が考えられた。この計算尺は、複動シリンダのストローク移動時間を求める計算式、シリンダの出力を求める計算式、シリンダや配管の消費空気量を求める計算式、その他の計算式を満足するように、関係目盛を計算尺表裏の固定尺と滑尺に目盛り、カーソル操作を併用して、システム設計に必要な諸元を迅速に計算できるようにしたものである。このように、従来は、正確な動特性シミュレーションができなかったので、前記の計算尺による近似的な簡易計算で機器を選定せざるを得なかった。そのため、機器選定の結果は、要求値を満たす確率が相当低く、最小の機器群でシステムを構成し、最小の消費エネルギーや最小のコストを実現させることは不可能であった。
【０００３】
現在、精度及び信頼性が高い計算方法を使用し、ユーザーが指定する条件を満たす最適機器群を迅速に選定する方法の開発が要請されている。そして、選定に際しては、▲１▼負荷条件（選定されたシステムが、指定された作動部（空気圧アクチュエータ）の負荷質量・推力、使用目的及び供給空気圧力等の入力条件に応えて、十分に作動できる力学的条件を満たすこと）、▲２▼速度条件（選定されたシステムが、指定された全ストローク時間内に空気圧アクチュエータの出力部材（例えばシリンダのピストン）がストロークエンドに到達できること）、▲３▼強度条件（選定されたシステムが、指定された負荷条件を満たし、空気圧アクチュエータの座屈、変形、破壊などが起こらないものであること）、▲４▼接続条件（選定されたシステムを構成する機器を正常に接続することができること）を満たすことが必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、空気圧システムに用いる空気圧機器の選定方法おいて、指定された負荷条件、速度条件及び強度条件を満たす機器を選定することを第１課題とし、指定された速度条件を満たす最小サイズの機器を選定することを第２課題とし、適宜に選定された機器を用いた空気圧システムの特性を確認することを第３課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空気圧アクチュエータデータベース、電磁切換弁データベース、駆動制御機器データベース、配管データベース、管継手データベース、排気処理機器データベースにそれぞれ空気圧アクチュエータ、電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器に関する品番毎のデータを蓄積し、システムを構成する空気圧機器に必要な条件を計算し、その計算結果に適合した空気圧機器を各データベースから選定する空気圧機器の選定方法において、第１段階で基礎方程式に従った計算に基づいて負荷条件、強度条件及び速度条件を満たす空気圧アクチュエータを空気圧アクチュエータデータベースから選定し、第２段階で速度条件の判別式を満たす電磁切換弁を電磁切換弁データベースから選定し、第３段階で速度条件の判別式を満たす駆動制御機器、配管、管継手を駆動制御機器データベース、配管データベース、管継手データベース、排気処理機器データベースからそれぞれ選定し、指定されたシステムの応答時間に必要な、流体通路のすべての機器の総有効断面積の目標値を計算し、この目標値を有効断面積直列合成の式を用いて空気圧アクチュエータ以外の機器に振り分け、空気圧アクチュエータ以外の機器に重み係数を付与し、この係数を第２段階及び第３段階の判別式に組み込んだことを第１方法とする。
本発明は、第１方法において、第１段階ないし第３段階で選定された空気圧アクチュエータ，電磁切換弁，駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器を用いて空気圧システムを構成し、空気圧システムの応答時間ｔをシミュレーションにより求め、応答時間ｔが指定された応答時間ｔstより短いか否かの判定を行い、応答時間ｔが応答時間ｔstより短いときは電磁切換弁，駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器のそれぞれのサイズをダウンさせて応答時間ｔを再度繰り返し算出し、応答時間ｔが応答時間ｔstより長いときは電磁切換弁，駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器のそれぞれのサイズをアップさせて応答時間ｔを再度繰り返し算出し、応答時間ｔが応答時間ｔstより短くかつ最も近いという条件を満たしつつ、電磁切換弁、駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器の最小サイズを選定することを第２方法とする。
本発明は、第１方法において、第１段階ないし第３段階で選定された空気圧アクチュエータ，電磁切換弁，駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器を用いて空気圧システムを構成し、各機器のパラメータ及び使用条件を、シミュレーションによって空気圧アクチュエータ，電磁切換弁，駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器の基礎方程式を連立して数値計算を行い、空気圧システムの動特性及び諸特性値を得ることを第３方法とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１〜図１０は本発明の空気圧機器の選定方法の実施の形態を示す。図１(a) は本発明の実施の形態の全体構想の説明図であり、図１(b) は本発明の実施の形態が対象とする空気圧システムの主要部の回路構成図である。
図１(a) に示すように、本発明の実施の形態には、機器選定フローと特性計算フローがあり、機器選定と特性計算の両方を行うことができる。演算プログラムは、各機器のデータベースの情報を利用して、機器の仮選定、シミュレーション、サイズ変更が行われる。機器選定フローでは、使用条件の入力後に演算プログラムで機器の仮選定、シミュレーション、サイズ変更、シミュレーションが行われ、機器選定結果、諸特性値、動特性等の結果が出力される。
【０００７】
特性計算フローでは、適宜に選定された機器の品番及び使用条件を入力し、演算プログラムでシミュレーションを行い、諸特性値、動特性等の結果が出力される。機器選定フローでは機器が自動選定されるのに対して、特性計算フローではユーザーの好きな機器を適宜に選定し（自動選定された機器の一部を変更したものでもよい）、特性計算フローによって特性を確認し、特性計算フローを繰り返して好みの空気圧システムをつくることができる。また、特性計算フローによって、既存の空気圧システムの特性を調査することができ、希望ならば機器を変更することが可能である。
【０００８】
本発明の実施の形態で選出する機器は、図１(b) に示すように、流体圧アクチュエータ（エアシリンダ，エアモータ，ロッドレスシリンダ，揺動形アクチュエータ）、配管（チューブ）、管継手、駆動制御機器（スピードコントローラ（絞りとチェック弁を並列に接続したもの）、急速排気弁、電磁切換弁（マニホールド）、排気処理機器（サイレンサ）及び空気圧源から電磁切換弁に至る部分（減圧弁）である。機器選定のために予め、図１(b) に示す各種機器について、それらの品番（形式・シリーズ）毎に構造、機能、性能、大きさ、外観写真等の選定と計算上必要なデータを空気圧アクチュエータデータベース、電磁切換弁データベース、駆動制御機器データベース、配管データベース、管継手データベース、排気処理機器データベースとして、計算機（パソコン）システムのハードウェアに蓄積しておく。
【０００９】
図２は、本発明の実施の形態の機器選定フローを示すフローチャートである。機器選定フローにおいて、機器の選定は３段階に分けて行われ、第１段階で空気圧アクチュエータ、第２段階で電磁切換弁、マニホールド、排気処理機器がそれぞれ選定され、第３段階で駆動制御機器、配管、管継手が選定される。最初に空気圧アクチュエータを選定する理由は、空気圧アクチュエータが直接負荷を移動させるものであり、他の機器に関係せず、負荷条件，強度条件及び速度条件（選定されたシステムが、指定された全ストローク時間内に空気圧アクチュエータの出力部材（例えばシリンダのピストン）がストロークエンドに到達できること）によって選定することができるからである。空気圧アクチュエータの選定後に、空気圧アクチュエータ以外の機器をシステムが速度条件を満たすように選定する。
【００１０】
図２のフローチャートに従って機器選定の方法について説明する。プログラムがスタートすると、ステップＳ１で初期化が行われ、入力図面の作成、表示，変数設定、メモリ割当、データベースとの接続などが行われる。ステップＳ２で操作者は、図３に例示したもの及びそれに類する使用条件を不図示の入力装置（パソコン）を用いて入力する。図３(a) の回路構成は、(a-1) 空気圧アクチュエータ、(a-3) 電磁切換弁・排気処理機器及びこれらの間の(a-2) 配管・管継手・駆動制御機器の３グループに分けられ、入力される。例えば、(a-1) 空気圧アクチュエータのグループの欄にシリンダ，一般，複動，片ロッドと入力すると、それに応じた略図画面が文字の側部に表示される。前記の一般をロッドレスとすればロッドレスシリンダが表示される。
【００１１】
(a-2) 配管・管継手・駆動制御機器のグループの欄に、例えばスピードコントローラ，メータアウト，急速排気弁不使用と入力すると、配管にメータアウト形のスピードコントローラが配設された図面が表示される。また、(a-3) 電磁切換弁・排気処理機器のグループの欄に、例えば単体直接配管形，２位置シングルと入力すると、配管に２位置電磁切換弁とサイレンサが接続された図面が表示される。このように、入力した事項に該当する図面が表示されるので、入力ミスを少なくすることができる。
【００１２】
図３(b) の全ストロークの欄にはストローク，動作方向，全ストローク時間，供給圧力，周囲温度等が入力され、図３(c) の配管の欄にはシリンダと電磁切換弁を結ぶ管路の全長（右，左），駆動制御機器の配置（右，左）（シリンダからの距離）等が入力され、図３(d) の負荷の欄には質量，要求推力，取付角度，使用用途・負荷率，摩擦係数，摩擦の形態，ガイドの種類等が入力される。そして、負荷の欄へ負荷質量の大きさ、シリンダの取付角度等が入力され、それに対応した図面が表示される。
【００１３】
ステップＳ３で空気圧アクチュエータ（シリンダ）の選出が行われる。シリンダの選出は、プログラムされたシリンダ内径の計算式、シリンダ座屈の計算式、シリンダ横荷重の計算式及び図６(c) に示す基礎方程式をベースにして計算し、▲１▼負荷条件（選定されたシステムが、指定された空気圧アクチュエータ（シリンダ）の負荷質量・推力、使用目的及び供給空気圧力等の入力条件に応えて、十分に作動できる力学的条件を満たすこと）、▲２▼速度条件（選定されたシステムが、指定された全ストローク時間内に空気圧アクチュエータの出力部材（例えばシリンダのピストン）がストロークエンドに到達できること）、▲３▼強度条件（選定されたシステムが、指定された負荷条件を満たし、空気圧アクチュエータの座屈、変形、破壊などが起こらないものであること）を満たす最小サイズのシリンダをシリンダデータベースから検索する。
【００１４】
ステップＳ４で空気圧アクチュエータ（シリンダ）の選定が行われ、この選定は図４(a) に模式的に示すフローに従い、操作者がパソコンと対話形式で操作することにより行われる。すなわち、ステップＳ４−１でディスプレイに、ステップＳ３で選出されたシリンダのシリーズ名が表示される。操作者は選出されたシリンダの中から最適と考える希望のシリーズを選択し、ステップＳ４−２で入力装置を操作して選択結果を入力する。ステップＳ４−３で選択したシリンダの外観写真が表示され、操作者はそのシリンダでよいと判断したときはステップＳ４−４の判定でＹＥＳを選択し、よくないと判断したときはステップＳ４−４でＮＯを選択し、ステップＳ４−１へ戻す。
【００１５】
ステップＳ６〜Ｓ１３（電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手の選出・選定）は、ステップＳ１４〜Ｓ１７（最適選定）のための初期値を決めるという仮選出・仮選定の意味を有する。各機器の有効断面積をできるだけ最適値に近づけ、最適選定における演算回数を少なくするために、ステップＳ５でシリンダ単体に対して総有効断面積の目標値を計算し（システムの応答時間は主にシリンダの流体通路上の機器の有効断面積で決められる）、その値を一定のルールで振り分け、各機器のサイズを決める。なお、ＪＩＳのＢ０１４２の３２２０によれば、「バルブの有効断面積」とは、バルブの実流量に基づき、圧力の抵抗を等価のオリフィスに換算した計算上の断面積であり、空気圧弁の流れの能力の表示値として用いられている。この有効断面積は、ＩＳＯ６３５８の「音速コンダクタンス」（Sonic Conductance ）と等価概念であるということができる。
【００１６】
ステップＳ５で総有効断面積の目標値Ｓｏ’の計算を行う。総有効断面積の目標値Ｓｏ’は、指定されたシステムの応答時間に必要な（応答時間が丁度指定応答時間になるときの）流体通路のすべての絞りの有効断面積の合成値（図５(1) 式）であり、その計算方法は図４(b) のフロー（ステップＳ５−１からステップＳ５−５）に示されている。ステップＳ５−１では総有効断面積の目標値Ｓｏ’の初期値としてのシリンダポートの有効断面積Ｓcyl を入力する。ステップＳ５−２ではシミュレーションにより、Ｓｏ’をシリンダポートの有効断面積として応答時間ｔを計算する。ステップＳ５−３では計算する応答時間が指定応答時間の偏差ｅに入っているか否かについて判定し、偏差ｅに入っていると判定されたときは、ステップＳ５−５で目標値Ｓｏ’が決定する。ステップＳ５−３で偏差ｅに入っていないと判定されたときは、ステップＳ５−４で目標値Ｓｏ’を比較的小さくしてステップＳ５−２に戻す。なお、図４(b) のフロー内の記号について、図１０に説明が記載されている。
【００１７】
ステップＳ５で総有効断面積の目標値Ｓｏ’が決まったので、図５(a) の有効断面積直列合成式(1) を用いて、総有効断面積の目標値Ｓｏ’を空気圧アクチュエータ以外の機器にも振り分け、空気圧アクチュエータ以外の機器のサイズを決めることとする。以下に図４(c),(d) を例として説明する。総有効断面積の目標値Ｓｏ’を各機器に適切に振り分けるため、各機器に図５(b) の各機器重み付けの式(2) により重みを付与することとする。
【００１８】
ステップＳ６で電磁切換弁の選出が行われ、電磁切換弁の有効断面積Ｓ2 が図５(c) の電磁切換弁判別式(3) の条件を満たす最小の電磁切換弁を、電磁切換弁データベースから選出する。なお、マニホールド及び排気処理機器（サイレンサ）は電磁切換弁に付属しているので、マニホールド及び排気処理機器の選出が必要なときは、電磁切換弁を選出し、更にマニホールド及び排気処理機器を選出する。ステップＳ７で電磁切換弁の選定を行うが、この選定はステップＳ４と同様に、シリーズ別該当電磁切換弁の表示、電磁切換弁の選択、外観写真表示、判定の順に行われる。
【００１９】
ステップＳ８で駆動制御機器の選出が行われ、駆動制御機器の有効断面積Ｓ3 が図５(c) の駆動制御機器判別式(4) の条件を満たす最小の駆動制御機器を、駆動制御機器データベースから選出する。ステップＳ９で駆動制御機器の選定を行うが、この選定はステップＳ４と同様に、駆動制御機器（スピードコントローラ，急速排気弁）の表示、駆動制御機器の選択、外観写真表示、判定の順に行われる。
【００２０】
ステップＳ１０で配管の選出が行われ、配管の有効断面積Ｓ4 が図５(c) の配管判別式(5) ，ｉ＝４の条件を満たす最小の配管を配管データベースから選出する。ステップＳ１１で配管の選定を行うが、この選定はステップＳ４と同様に、シリーズ別配管の表示、配管の選択、外観写真表示、判定の順に行われる。
【００２１】
ステップＳ１２で管継手の選出が行われ、管継手の有効断面積Ｓ5 が図５(c) の配管判別式(5) ，ｉ＝５の条件を満たす最小の管継手を管継手データベースから選出し、さらに選出された管継手が接続する機器及び配管と正常に接続できるという接続条件を満たすものを選出する。ステップＳ１３で管継手の選定を行うが、この選定はステップＳ４と同様に、シリーズ別配管の表示、配管の選択、外観写真表示、判定の順に行われる。
【００２２】
ステップＳ３〜Ｓ１３によって選定された空気圧アクチュエータ，電磁切換弁，駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器の品番、図３の回路構成及び図３に例示したもの及びそれに類する使用条件がステップＳ１４のシミュレーションに入力される。ステップＳ１４のシミュレーションでは、図６及び図７に示すシリンダ（空気圧アクチュエータ）、電磁切換弁、駆動制御機器、配管、継手等の基礎方程式を連立して数値計算を行う。ステップＳ１４のシミュレーションにより、選定されたシステムの応答時間ｔその他の諸特性値及び動特性が得られる。
【００２３】
図６(a) に示す空気圧システムの物理モデルにおいて、図６(b) の絞りの基礎方程式として、絞りの通過流量Ｇは式（１ａ），（１ｂ）で表され、式（１ａ），（１ｂ）から電磁切換弁、駆動制御機器、管継手等の通過流量の式が得られる。空気の温度変化を考慮すると、図６(c) のエアシリンダの基礎方程式として、エアシリンダについて状態方程式（２）〜（４）、エネルギー方程式（５）〜（７）及び運動方程式（８）が成り立つ。
【００２４】
図７(a) の管路モデルについて、図７(b) 管路（配管）の基礎方程式は連続式（９）、状態方程式（１０）、運動方程式（１１）及びエネルギー方程式（１２）として表される。図７(c) のように管路をｎ個に分割して、ｉ番目の要素について考えると基礎方程式は連続式（１３）、状態方程式（１４）、運動方程式（１５）及びエネルギー方程式（１６）として表される。なお、図６及び図７に示す基礎方程式の記号及び添字については、図１０に説明が記載されている。
【００２５】
ステップＳ１５で、選定されたシステムの応答時間ｔが指定された応答時間ｔstより短いか否かの判定を行い、ＹＥＳのときはステップＳ１６へ進み、ＮＯのときはステップＳ１７へ進む。
【００２６】
ステップＳ１５でＹＥＳの判断をされたときは、少なくともステップＳ６〜Ｓ１３で選定した機器のサイズには余裕があるので、指定時間に最も近いところまで機器のサイズをダウンしていく。つまり、ステップＳ１５では、▲１▼空気圧アクチュエータ以外の機器（電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器）の一番大きい方からサイズダウンを行い、▲２▼サイズダウン後、良くなったら、一番大きい方からサイズダウンを継続し、▲３▼ある機器のサイズが下限になったとき、この機器をサイズダウン対象から除外し、他の機器のサイズダウンを継続し、サイズダウンの対象機器がなくなったとき、それまでの結果を最終結果とし、▲４▼ある機器のサイズダウンによって初めてステップＳ１５の判定がＮＯとなった場合、機器変更処理を終了し、その直前の結果を最終結果とする。
【００２７】
ステップＳ１５でＮＯの判断をされたときは、少なくともステップＳ６〜Ｓ１３で選定した機器のサイズは小さすぎるので、指定時間に最も近いところまで機器のサイズをアップしていく。つまり、ステップＳ１７では、▲１▼空気圧アクチュエータ以外の機器（電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器）の一番小さい方からサイズアップを行い、▲２▼サイズアップ後、悪くなったときは直前の値に戻し、次回のサイズアップでこの機器を除外し、▲３▼ある機器のサイズが上限になったとき、対応機器は存在しないので選定を中止し、▲４▼電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手の中の最小有効断面積が、空気圧アクチュエータの有効断面積の所定数倍になった場合は選定を中止し、▲５▼ある機器のサイズアップによって、初めてステップＳ１５の判定がＹＥＳとなった場合、機器変更処理を終了し、そのときの結果を最終結果とする。
【００２８】
ステップＳ１４〜Ｓ１７の最適選定により、空気圧アクチュエータが選定されたという前提のもとで、指定された応答時間を満たしつつ、電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手及び排気処理機器の最小サイズが選定されることとなる。
【００２９】
次にステップＳ１８で他の機器（例えば、電磁切換弁と空気圧アクチュエータとの間に配置される各種の圧力制御弁、電磁切換弁と空気圧源との間の配管、減圧弁）の選定が行われる。必要な場合は、ステップＳ４と同様に、各機器の表示、外観写真表示、判定を行うことができる。
【００３０】
ステップＳ１９で選定結果を図８のように表示する。表示内容は、先ず図８(a) に図３と同様の入力条件が示され（詳細図省略）、図８(b) に選定された機器の品番、図８(c) に諸特性値（ここに結露の状態を示すようにしてもよい）、図８(d) に動特性曲線等が示される。ステップＳ２０で選定結果を印刷し、磁気保存を行う。
【００３１】
ステップＳ２１で終了か否かを判断し、ＮＯと判断したときはＡをとおしてステップＳ２へ戻り、ステップＳ２１でＹＥＳと判断したときはエンドとなる。
【００３２】
図１(a) に示すように、本発明の実施の形態では、空気圧システムの特性計算を行うことができる。特性計算フローでは、適宜に選定された機器の品番（図９(b) 参照）を入力するのみでなく、図９(a) に示すように回路構成、負荷の状態及び使用条件（全ストロークに関して、配管、負荷）を入力する。入力情報に基づいて、演算プログラムでシミュレーション（図２のステップＳ１４と同じ）を行い、諸特性値、動特性等の結果が出力され、その表示は図８(a),(c),(d) と同様である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１記載の方法は、空気圧システムに指定された負荷条件、速度条件及び使用条件を満たす空気圧アクチュエータを基礎方程式に従って計算し、速度条件を満たす電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器を計算し、その計算結果に適合した空気圧機器をデータベースから選定する。指定された負荷条件、速度条件及び強度条件を満たす機器が自動的に選定され、しかも計算結果の正確性及び信頼性が高い。そして、流体通路のすべての絞りの総有効断面積の目標値を計算し、この目標値を有効断面積直列合成の式を用いて空気圧アクチュエータ以外の機器に振り分け、空気圧アクチュエータ以外の機器に重み係数を付与して計算するので、最初の計算から最適値に近い計算結果が得られ、最終的選択に至る所要時間が短縮化される。
【００３４】
請求項２記載の方法は、システムの応答時間ｔが指定された応答時間ｔstより短いか否かの判定を行い、応答時間ｔが応答時間ｔstより短いときは電磁切換弁，駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器のそれぞれのサイズをダウンさせて応答時間ｔを再度繰り返し算出し、応答時間ｔが応答時間ｔstより長いときは電磁切換弁，駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器のそれぞれのサイズをアップさせて応答時間ｔを再度繰り返し算出し、応答時間ｔが応答時間ｔstより短くかつ最も近いという条件を満たしつつ、電磁切換弁、駆動制御機器及び配管の最小サイズを選定する。従って、指定された速度条件を満たす最小サイズの機器が選出される。
【００３５】
請求項３記載の方法は、各機器のパラメータ及び使用条件を、シミュレーションによって空気圧アクチュエータ，電磁切換弁，駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器の基礎方程式を連立して数値計算を行い、空気圧システムの動特性及び諸特性値を得るので、計算結果の精度及び信頼性が高く、ユーザーが指定する条件を満たす最適機器群を迅速に選定することができる。
【００３６】
本発明では、使用条件の入力とは別に、シリンダデータベース、電磁切換弁データベース、駆動制御機器データベース、配管データベース、管継手データベース、排気処理機器データベースを更新したり追加したりすることができる。そのため、最新のデータを利用することができ、また新しい機種のデータを追加することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(a) は本発明の実施の形態の全体構想の説明図であり、図１(b) は本発明の実施の形態が対象とする空気圧システムの主要部の回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の機器選定フローを示すフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ２の使用条件を示す図である。
【図４】図４(a) は図２のステップＳ４等の機器選定のフローを示す図であり、図４(b) は総有効断面積の目標値を求めるためのフローであり、図４(c) は空気圧システムの一例の回路構成を示す図であり、図４(d) は有効断面積の合成の説明図である。
【図５】電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手等の機器を選出するための基礎方程式である。
【図６】図２のステップＳ１４のシミュレーションに用いられる絞り及びエアシリンダの基礎方程式を示す図である。
【図７】図２のステップＳ１４のシミュレーションに用いられる管路の基礎方程式を示す図である。
【図８】図２のステップＳ１９の結果表示を示す図である。
【図９】図１の特性計算フローの「機器の品番及び使用条件の入力」を示す図である。
【図１０】図６・図７の基礎方程式等に用いられた記号及び添字の説明図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気圧システムについて、指定された条件を満たす最適の空気圧機器を選定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ユーザーの指定する空気圧システム（切換弁からエアシリンダに至る端末システム）をつくるため、空気圧操作システム設計用計算尺（特公昭５３−２１３２０号公報参照）が考えられた。この計算尺は、複動シリンダのストローク移動時間を求める計算式、シリンダの出力を求める計算式、シリンダや配管の消費空気量を求める計算式、その他の計算式を満足するように、関係目盛を計算尺表裏の固定尺と滑尺に目盛り、カーソル操作を併用して、システム設計に必要な諸元を迅速に計算できるようにしたものである。このように、従来は、正確な動特性シミュレーションができなかったので、前記の計算尺による近似的な簡易計算で機器を選定せざるを得なかった。そのため、機器選定の結果は、要求値を満たす確率が相当低く、最小の機器群でシステムを構成し、最小の消費エネルギーや最小のコストを実現させることは不可能であった。
【０００３】
現在、精度及び信頼性が高い計算方法を使用し、ユーザーが指定する条件を満たす最適機器群を迅速に選定する方法の開発が要請されている。そして、選定に際しては、▲１▼負荷条件（選定されたシステムが、指定された作動部（空気圧アクチュエータ）の負荷質量・推力、使用目的及び供給空気圧力等の入力条件に応えて、十分に作動できる力学的条件を満たすこと）、▲２▼速度条件（選定されたシステムが、指定された全ストローク時間内に空気圧アクチュエータの出力部材（例えばシリンダのピストン）がストロークエンドに到達できること）、▲３▼強度条件（選定されたシステムが、指定された負荷条件を満たし、空気圧アクチュエータの座屈、変形、破壊などが起こらないものであること）、▲４▼接続条件（選定されたシステムを構成する機器を正常に接続することができること）を満たすことが必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、空気圧システムに用いる空気圧機器の選定方法おいて、指定された負荷条件、速度条件及び強度条件を満たす機器を選定することを第１課題とし、指定された速度条件を満たす最小サイズの機器を選定することを第２課題とし、適宜に選定された機器を用いた空気圧システムの特性を確認することを第３課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空気圧アクチュエータデータベース、電磁切換弁データベース、駆動制御機器データベース、配管データベース、管継手データベース、排気処理機器データベースにそれぞれ空気圧アクチュエータ、電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器に関する品番毎のデータを蓄積し、システムを構成する空気圧機器に必要な条件を計算し、その計算結果に適合した空気圧機器を各データベースから選定する空気圧機器の選定方法において、第１段階で基礎方程式に従った計算に基づいて負荷条件、強度条件及び速度条件を満たす空気圧アクチュエータを空気圧アクチュエータデータベースから選定し、第２段階で速度条件の判別式を満たす電磁切換弁を電磁切換弁データベースから選定し、第３段階で速度条件の判別式を満たす駆動制御機器、配管、管継手を駆動制御機器データベース、配管データベース、管継手データベース、排気処理機器データベースからそれぞれ選定し、指定されたシステムの応答時間に必要な、流体通路のすべての機器の総有効断面積の目標値を計算し、この目標値を有効断面積直列合成の式を用いて空気圧アクチュエータ以外の機器に振り分け、空気圧アクチュエータ以外の機器に重み係数を付与し、この係数を第２段階及び第３段階の判別式に組み込んだことを第１方法とする。
本発明は、第１方法において、第１段階ないし第３段階で選定された空気圧アクチュエータ，電磁切換弁，駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器を用いて空気圧システムを構成し、空気圧システムの応答時間ｔをシミュレーションにより求め、応答時間ｔが指定された応答時間ｔstより短いか否かの判定を行い、応答時間ｔが応答時間ｔstより短いときは電磁切換弁，駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器のそれぞれのサイズをダウンさせて応答時間ｔを再度繰り返し算出し、応答時間ｔが応答時間ｔstより長いときは電磁切換弁，駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器のそれぞれのサイズをアップさせて応答時間ｔを再度繰り返し算出し、応答時間ｔが応答時間ｔstより短くかつ最も近いという条件を満たしつつ、電磁切換弁、駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器の最小サイズを選定することを第２方法とする。
本発明は、第１方法において、第１段階ないし第３段階で選定された空気圧アクチュエータ，電磁切換弁，駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器を用いて空気圧システムを構成し、各機器のパラメータ及び使用条件を、シミュレーションによって空気圧アクチュエータ，電磁切換弁，駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器の基礎方程式を連立して数値計算を行い、空気圧システムの動特性及び諸特性値を得ることを第３方法とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１〜図１０は本発明の空気圧機器の選定方法の実施の形態を示す。図１(a) は本発明の実施の形態の全体構想の説明図であり、図１(b) は本発明の実施の形態が対象とする空気圧システムの主要部の回路構成図である。
図１(a) に示すように、本発明の実施の形態には、機器選定フローと特性計算フローがあり、機器選定と特性計算の両方を行うことができる。演算プログラムは、各機器のデータベースの情報を利用して、機器の仮選定、シミュレーション、サイズ変更が行われる。機器選定フローでは、使用条件の入力後に演算プログラムで機器の仮選定、シミュレーション、サイズ変更、シミュレーションが行われ、機器選定結果、諸特性値、動特性等の結果が出力される。
【０００７】
特性計算フローでは、適宜に選定された機器の品番及び使用条件を入力し、演算プログラムでシミュレーションを行い、諸特性値、動特性等の結果が出力される。機器選定フローでは機器が自動選定されるのに対して、特性計算フローではユーザーの好きな機器を適宜に選定し（自動選定された機器の一部を変更したものでもよい）、特性計算フローによって特性を確認し、特性計算フローを繰り返して好みの空気圧システムをつくることができる。また、特性計算フローによって、既存の空気圧システムの特性を調査することができ、希望ならば機器を変更することが可能である。
【０００８】
本発明の実施の形態で選出する機器は、図１(b) に示すように、流体圧アクチュエータ（エアシリンダ，エアモータ，ロッドレスシリンダ，揺動形アクチュエータ）、配管（チューブ）、管継手、駆動制御機器（スピードコントローラ（絞りとチェック弁を並列に接続したもの）、急速排気弁、電磁切換弁（マニホールド）、排気処理機器（サイレンサ）及び空気圧源から電磁切換弁に至る部分（減圧弁）である。機器選定のために予め、図１(b) に示す各種機器について、それらの品番（形式・シリーズ）毎に構造、機能、性能、大きさ、外観写真等の選定と計算上必要なデータを空気圧アクチュエータデータベース、電磁切換弁データベース、駆動制御機器データベース、配管データベース、管継手データベース、排気処理機器データベースとして、計算機（パソコン）システムのハードウェアに蓄積しておく。
【０００９】
図２は、本発明の実施の形態の機器選定フローを示すフローチャートである。機器選定フローにおいて、機器の選定は３段階に分けて行われ、第１段階で空気圧アクチュエータ、第２段階で電磁切換弁、マニホールド、排気処理機器がそれぞれ選定され、第３段階で駆動制御機器、配管、管継手が選定される。最初に空気圧アクチュエータを選定する理由は、空気圧アクチュエータが直接負荷を移動させるものであり、他の機器に関係せず、負荷条件，強度条件及び速度条件（選定されたシステムが、指定された全ストローク時間内に空気圧アクチュエータの出力部材（例えばシリンダのピストン）がストロークエンドに到達できること）によって選定することができるからである。空気圧アクチュエータの選定後に、空気圧アクチュエータ以外の機器をシステムが速度条件を満たすように選定する。
【００１０】
図２のフローチャートに従って機器選定の方法について説明する。プログラムがスタートすると、ステップＳ１で初期化が行われ、入力図面の作成、表示，変数設定、メモリ割当、データベースとの接続などが行われる。ステップＳ２で操作者は、図３に例示したもの及びそれに類する使用条件を不図示の入力装置（パソコン）を用いて入力する。図３(a) の回路構成は、(a-1) 空気圧アクチュエータ、(a-3) 電磁切換弁・排気処理機器及びこれらの間の(a-2) 配管・管継手・駆動制御機器の３グループに分けられ、入力される。例えば、(a-1) 空気圧アクチュエータのグループの欄にシリンダ，一般，複動，片ロッドと入力すると、それに応じた略図画面が文字の側部に表示される。前記の一般をロッドレスとすればロッドレスシリンダが表示される。
【００１１】
(a-2) 配管・管継手・駆動制御機器のグループの欄に、例えばスピードコントローラ，メータアウト，急速排気弁不使用と入力すると、配管にメータアウト形のスピードコントローラが配設された図面が表示される。また、(a-3) 電磁切換弁・排気処理機器のグループの欄に、例えば単体直接配管形，２位置シングルと入力すると、配管に２位置電磁切換弁とサイレンサが接続された図面が表示される。このように、入力した事項に該当する図面が表示されるので、入力ミスを少なくすることができる。
【００１２】
図３(b) の全ストロークの欄にはストローク，動作方向，全ストローク時間，供給圧力，周囲温度等が入力され、図３(c) の配管の欄にはシリンダと電磁切換弁を結ぶ管路の全長（右，左），駆動制御機器の配置（右，左）（シリンダからの距離）等が入力され、図３(d) の負荷の欄には質量，要求推力，取付角度，使用用途・負荷率，摩擦係数，摩擦の形態，ガイドの種類等が入力される。そして、負荷の欄へ負荷質量の大きさ、シリンダの取付角度等が入力され、それに対応した図面が表示される。
【００１３】
ステップＳ３で空気圧アクチュエータ（シリンダ）の選出が行われる。シリンダの選出は、プログラムされたシリンダ内径の計算式、シリンダ座屈の計算式、シリンダ横荷重の計算式及び図６(c) に示す基礎方程式をベースにして計算し、▲１▼負荷条件（選定されたシステムが、指定された空気圧アクチュエータ（シリンダ）の負荷質量・推力、使用目的及び供給空気圧力等の入力条件に応えて、十分に作動できる力学的条件を満たすこと）、▲２▼速度条件（選定されたシステムが、指定された全ストローク時間内に空気圧アクチュエータの出力部材（例えばシリンダのピストン）がストロークエンドに到達できること）、▲３▼強度条件（選定されたシステムが、指定された負荷条件を満たし、空気圧アクチュエータの座屈、変形、破壊などが起こらないものであること）を満たす最小サイズのシリンダをシリンダデータベースから検索する。
【００１４】
ステップＳ４で空気圧アクチュエータ（シリンダ）の選定が行われ、この選定は図４(a) に模式的に示すフローに従い、操作者がパソコンと対話形式で操作することにより行われる。すなわち、ステップＳ４−１でディスプレイに、ステップＳ３で選出されたシリンダのシリーズ名が表示される。操作者は選出されたシリンダの中から最適と考える希望のシリーズを選択し、ステップＳ４−２で入力装置を操作して選択結果を入力する。ステップＳ４−３で選択したシリンダの外観写真が表示され、操作者はそのシリンダでよいと判断したときはステップＳ４−４の判定でＹＥＳを選択し、よくないと判断したときはステップＳ４−４でＮＯを選択し、ステップＳ４−１へ戻す。
【００１５】
ステップＳ６〜Ｓ１３（電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手の選出・選定）は、ステップＳ１４〜Ｓ１７（最適選定）のための初期値を決めるという仮選出・仮選定の意味を有する。各機器の有効断面積をできるだけ最適値に近づけ、最適選定における演算回数を少なくするために、ステップＳ５でシリンダ単体に対して総有効断面積の目標値を計算し（システムの応答時間は主にシリンダの流体通路上の機器の有効断面積で決められる）、その値を一定のルールで振り分け、各機器のサイズを決める。なお、ＪＩＳのＢ０１４２の３２２０によれば、「バルブの有効断面積」とは、バルブの実流量に基づき、圧力の抵抗を等価のオリフィスに換算した計算上の断面積であり、空気圧弁の流れの能力の表示値として用いられている。この有効断面積は、ＩＳＯ６３５８の「音速コンダクタンス」（Sonic Conductance ）と等価概念であるということができる。
【００１６】
ステップＳ５で総有効断面積の目標値Ｓｏ’の計算を行う。総有効断面積の目標値Ｓｏ’は、指定されたシステムの応答時間に必要な（応答時間が丁度指定応答時間になるときの）流体通路のすべての絞りの有効断面積の合成値（図５(1) 式）であり、その計算方法は図４(b) のフロー（ステップＳ５−１からステップＳ５−５）に示されている。ステップＳ５−１では総有効断面積の目標値Ｓｏ’の初期値としてのシリンダポートの有効断面積Ｓcyl を入力する。ステップＳ５−２ではシミュレーションにより、Ｓｏ’をシリンダポートの有効断面積として応答時間ｔを計算する。ステップＳ５−３では計算する応答時間が指定応答時間の偏差ｅに入っているか否かについて判定し、偏差ｅに入っていると判定されたときは、ステップＳ５−５で目標値Ｓｏ’が決定する。ステップＳ５−３で偏差ｅに入っていないと判定されたときは、ステップＳ５−４で目標値Ｓｏ’を比較的小さくしてステップＳ５−２に戻す。なお、図４(b) のフロー内の記号について、図１０に説明が記載されている。
【００１７】
ステップＳ５で総有効断面積の目標値Ｓｏ’が決まったので、図５(a) の有効断面積直列合成式(1) を用いて、総有効断面積の目標値Ｓｏ’を空気圧アクチュエータ以外の機器にも振り分け、空気圧アクチュエータ以外の機器のサイズを決めることとする。以下に図４(c),(d) を例として説明する。総有効断面積の目標値Ｓｏ’を各機器に適切に振り分けるため、各機器に図５(b) の各機器重み付けの式(2) により重みを付与することとする。
【００１８】
ステップＳ６で電磁切換弁の選出が行われ、電磁切換弁の有効断面積Ｓ2 が図５(c) の電磁切換弁判別式(3) の条件を満たす最小の電磁切換弁を、電磁切換弁データベースから選出する。なお、マニホールド及び排気処理機器（サイレンサ）は電磁切換弁に付属しているので、マニホールド及び排気処理機器の選出が必要なときは、電磁切換弁を選出し、更にマニホールド及び排気処理機器を選出する。ステップＳ７で電磁切換弁の選定を行うが、この選定はステップＳ４と同様に、シリーズ別該当電磁切換弁の表示、電磁切換弁の選択、外観写真表示、判定の順に行われる。
【００１９】
ステップＳ８で駆動制御機器の選出が行われ、駆動制御機器の有効断面積Ｓ3 が図５(c) の駆動制御機器判別式(4) の条件を満たす最小の駆動制御機器を、駆動制御機器データベースから選出する。ステップＳ９で駆動制御機器の選定を行うが、この選定はステップＳ４と同様に、駆動制御機器（スピードコントローラ，急速排気弁）の表示、駆動制御機器の選択、外観写真表示、判定の順に行われる。
【００２０】
ステップＳ１０で配管の選出が行われ、配管の有効断面積Ｓ4 が図５(c) の配管判別式(5) ，ｉ＝４の条件を満たす最小の配管を配管データベースから選出する。ステップＳ１１で配管の選定を行うが、この選定はステップＳ４と同様に、シリーズ別配管の表示、配管の選択、外観写真表示、判定の順に行われる。
【００２１】
ステップＳ１２で管継手の選出が行われ、管継手の有効断面積Ｓ5 が図５(c) の配管判別式(5) ，ｉ＝５の条件を満たす最小の管継手を管継手データベースから選出し、さらに選出された管継手が接続する機器及び配管と正常に接続できるという接続条件を満たすものを選出する。ステップＳ１３で管継手の選定を行うが、この選定はステップＳ４と同様に、シリーズ別配管の表示、配管の選択、外観写真表示、判定の順に行われる。
【００２２】
ステップＳ３〜Ｓ１３によって選定された空気圧アクチュエータ，電磁切換弁，駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器の品番、図３の回路構成及び図３に例示したもの及びそれに類する使用条件がステップＳ１４のシミュレーションに入力される。ステップＳ１４のシミュレーションでは、図６及び図７に示すシリンダ（空気圧アクチュエータ）、電磁切換弁、駆動制御機器、配管、継手等の基礎方程式を連立して数値計算を行う。ステップＳ１４のシミュレーションにより、選定されたシステムの応答時間ｔその他の諸特性値及び動特性が得られる。
【００２３】
図６(a) に示す空気圧システムの物理モデルにおいて、図６(b) の絞りの基礎方程式として、絞りの通過流量Ｇは式（１ａ），（１ｂ）で表され、式（１ａ），（１ｂ）から電磁切換弁、駆動制御機器、管継手等の通過流量の式が得られる。空気の温度変化を考慮すると、図６(c) のエアシリンダの基礎方程式として、エアシリンダについて状態方程式（２）〜（４）、エネルギー方程式（５）〜（７）及び運動方程式（８）が成り立つ。
【００２４】
図７(a) の管路モデルについて、図７(b) 管路（配管）の基礎方程式は連続式（９）、状態方程式（１０）、運動方程式（１１）及びエネルギー方程式（１２）として表される。図７(c) のように管路をｎ個に分割して、ｉ番目の要素について考えると基礎方程式は連続式（１３）、状態方程式（１４）、運動方程式（１５）及びエネルギー方程式（１６）として表される。なお、図６及び図７に示す基礎方程式の記号及び添字については、図１０に説明が記載されている。
【００２５】
ステップＳ１５で、選定されたシステムの応答時間ｔが指定された応答時間ｔstより短いか否かの判定を行い、ＹＥＳのときはステップＳ１６へ進み、ＮＯのときはステップＳ１７へ進む。
【００２６】
ステップＳ１５でＹＥＳの判断をされたときは、少なくともステップＳ６〜Ｓ１３で選定した機器のサイズには余裕があるので、指定時間に最も近いところまで機器のサイズをダウンしていく。つまり、ステップＳ１５では、▲１▼空気圧アクチュエータ以外の機器（電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器）の一番大きい方からサイズダウンを行い、▲２▼サイズダウン後、良くなったら、一番大きい方からサイズダウンを継続し、▲３▼ある機器のサイズが下限になったとき、この機器をサイズダウン対象から除外し、他の機器のサイズダウンを継続し、サイズダウンの対象機器がなくなったとき、それまでの結果を最終結果とし、▲４▼ある機器のサイズダウンによって初めてステップＳ１５の判定がＮＯとなった場合、機器変更処理を終了し、その直前の結果を最終結果とする。
【００２７】
ステップＳ１５でＮＯの判断をされたときは、少なくともステップＳ６〜Ｓ１３で選定した機器のサイズは小さすぎるので、指定時間に最も近いところまで機器のサイズをアップしていく。つまり、ステップＳ１７では、▲１▼空気圧アクチュエータ以外の機器（電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器）の一番小さい方からサイズアップを行い、▲２▼サイズアップ後、悪くなったときは直前の値に戻し、次回のサイズアップでこの機器を除外し、▲３▼ある機器のサイズが上限になったとき、対応機器は存在しないので選定を中止し、▲４▼電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手の中の最小有効断面積が、空気圧アクチュエータの有効断面積の所定数倍になった場合は選定を中止し、▲５▼ある機器のサイズアップによって、初めてステップＳ１５の判定がＹＥＳとなった場合、機器変更処理を終了し、そのときの結果を最終結果とする。
【００２８】
ステップＳ１４〜Ｓ１７の最適選定により、空気圧アクチュエータが選定されたという前提のもとで、指定された応答時間を満たしつつ、電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手及び排気処理機器の最小サイズが選定されることとなる。
【００２９】
次にステップＳ１８で他の機器（例えば、電磁切換弁と空気圧アクチュエータとの間に配置される各種の圧力制御弁、電磁切換弁と空気圧源との間の配管、減圧弁）の選定が行われる。必要な場合は、ステップＳ４と同様に、各機器の表示、外観写真表示、判定を行うことができる。
【００３０】
ステップＳ１９で選定結果を図８のように表示する。表示内容は、先ず図８(a) に図３と同様の入力条件が示され（詳細図省略）、図８(b) に選定された機器の品番、図８(c) に諸特性値（ここに結露の状態を示すようにしてもよい）、図８(d) に動特性曲線等が示される。ステップＳ２０で選定結果を印刷し、磁気保存を行う。
【００３１】
ステップＳ２１で終了か否かを判断し、ＮＯと判断したときはＡをとおしてステップＳ２へ戻り、ステップＳ２１でＹＥＳと判断したときはエンドとなる。
【００３２】
図１(a) に示すように、本発明の実施の形態では、空気圧システムの特性計算を行うことができる。特性計算フローでは、適宜に選定された機器の品番（図９(b) 参照）を入力するのみでなく、図９(a) に示すように回路構成、負荷の状態及び使用条件（全ストロークに関して、配管、負荷）を入力する。入力情報に基づいて、演算プログラムでシミュレーション（図２のステップＳ１４と同じ）を行い、諸特性値、動特性等の結果が出力され、その表示は図８(a),(c),(d) と同様である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１記載の方法は、空気圧システムに指定された負荷条件、速度条件及び使用条件を満たす空気圧アクチュエータを基礎方程式に従って計算し、速度条件を満たす電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器を計算し、その計算結果に適合した空気圧機器をデータベースから選定する。指定された負荷条件、速度条件及び強度条件を満たす機器が自動的に選定され、しかも計算結果の正確性及び信頼性が高い。そして、流体通路のすべての絞りの総有効断面積の目標値を計算し、この目標値を有効断面積直列合成の式を用いて空気圧アクチュエータ以外の機器に振り分け、空気圧アクチュエータ以外の機器に重み係数を付与して計算するので、最初の計算から最適値に近い計算結果が得られ、最終的選択に至る所要時間が短縮化される。
【００３４】
請求項２記載の方法は、システムの応答時間ｔが指定された応答時間ｔstより短いか否かの判定を行い、応答時間ｔが応答時間ｔstより短いときは電磁切換弁，駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器のそれぞれのサイズをダウンさせて応答時間ｔを再度繰り返し算出し、応答時間ｔが応答時間ｔstより長いときは電磁切換弁，駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器のそれぞれのサイズをアップさせて応答時間ｔを再度繰り返し算出し、応答時間ｔが応答時間ｔstより短くかつ最も近いという条件を満たしつつ、電磁切換弁、駆動制御機器及び配管の最小サイズを選定する。従って、指定された速度条件を満たす最小サイズの機器が選出される。
【００３５】
請求項３記載の方法は、各機器のパラメータ及び使用条件を、シミュレーションによって空気圧アクチュエータ，電磁切換弁，駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器の基礎方程式を連立して数値計算を行い、空気圧システムの動特性及び諸特性値を得るので、計算結果の精度及び信頼性が高く、ユーザーが指定する条件を満たす最適機器群を迅速に選定することができる。
【００３６】
本発明では、使用条件の入力とは別に、シリンダデータベース、電磁切換弁データベース、駆動制御機器データベース、配管データベース、管継手データベース、排気処理機器データベースを更新したり追加したりすることができる。そのため、最新のデータを利用することができ、また新しい機種のデータを追加することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(a) は本発明の実施の形態の全体構想の説明図であり、図１(b) は本発明の実施の形態が対象とする空気圧システムの主要部の回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の機器選定フローを示すフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ２の使用条件を示す図である。
【図４】図４(a) は図２のステップＳ４等の機器選定のフローを示す図であり、図４(b) は総有効断面積の目標値を求めるためのフローであり、図４(c) は空気圧システムの一例の回路構成を示す図であり、図４(d) は有効断面積の合成の説明図である。
【図５】電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手等の機器を選出するための基礎方程式である。
【図６】図２のステップＳ１４のシミュレーションに用いられる絞り及びエアシリンダの基礎方程式を示す図である。
【図７】図２のステップＳ１４のシミュレーションに用いられる管路の基礎方程式を示す図である。
【図８】図２のステップＳ１９の結果表示を示す図である。
【図９】図１の特性計算フローの「機器の品番及び使用条件の入力」を示す図である。
【図１０】図６・図７の基礎方程式等に用いられた記号及び添字の説明図である。
Claims (3)
- 空気圧アクチュエータデータベース、電磁切換弁データベース、駆動制御機器データベース、配管データベース、管継手データベース、排気処理機器データベースにそれぞれ空気圧アクチュエータ、電磁切換弁、駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器に関する品番毎のデータを蓄積し、システムを構成する空気圧機器に必要な条件を計算し、その計算結果に適合した空気圧機器を各データベースから選定する空気圧機器の選定方法において、第１段階で基礎方程式に従った計算に基づいて負荷条件、強度条件及び速度条件を満たす空気圧アクチュエータを空気圧アクチュエータデータベースから選定し、第２段階で速度条件の判別式を満たす電磁切換弁を電磁切換弁データベース、排気処理機器データベースから選定し、第３段階で速度条件の判別式を満たす駆動制御機器、配管、管継手を駆動制御機器データベース、配管データベース、管継手データベースからそれぞれ選定し、指定されたシステムの応答時間に必要な、流体通路のすべての機器の総有効断面積の目標値を計算し、この目標値を有効断面積直列合成の式を用いて空気圧アクチュエータ以外の機器に振り分け、空気圧アクチュエータ以外の機器に重み係数を付与し、この係数を第２段階及び第３段階の判別式に組み込んだことを特徴とする空気圧機器の選定方法。
- 第１段階ないし第３段階で選定された空気圧アクチュエータ，電磁切換弁，駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器を用いて空気圧システムを構成し、空気圧システムの応答時間ｔをシミュレーションにより求め、応答時間ｔが指定された応答時間ｔstより短いか否かの判定を行い、応答時間ｔが応答時間ｔstより短いときは電磁切換弁，駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器のそれぞれのサイズをダウンさせて応答時間ｔを再度繰り返し算出し、応答時間ｔが応答時間ｔstより長いときは電磁切換弁，駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器のそれぞれのサイズをアップさせて応答時間ｔを再度繰り返し算出し、応答時間ｔが応答時間ｔstより短くかつ最も近いという条件を満たしつつ、電磁切換弁、駆動制御機器，配管、管継手、排気処理機器の最小サイズを選定する請求項１記載の空気圧機器の選定方法。
- 第１段階ないし第３段階で選定された空気圧アクチュエータ，電磁切換弁，駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器を用いて空気圧システムを構成し、各機器のパラメータ及び使用条件を、シミュレーションによって空気圧アクチュエータ，電磁切換弁，駆動制御機器、配管、管継手、排気処理機器の基礎方程式を連立して数値計算を行い、空気圧システムの動特性及び諸特性値を得る請求項１記載の空気圧機器の選定方法。
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