JP2014005920A

JP2014005920A - 流体圧発生装置

Info

Publication number: JP2014005920A
Application number: JP2012143776A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nakasono; 了中囿
Original assignee: AMAGASAKI KOSAKUSHO KK
Current assignee: AMAGASAKI KOSAKUSHO KK
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-01-16

Abstract

【課題】適正な流体圧発生源を選択することにより、流体圧発生源を大型化することなく、必要なときに大きな流体圧力を得ることができる経済的な流体圧発生装置を提供すること。
【解決手段】油圧ポンプ１と、方向切換弁２ａ、２ｂと、油圧シリンダー３ａ、３ｂとを備え、油圧ポンプ１から送り出される低圧作動油を方向切換弁２ａ、２ｂに供給し、方向切換弁２ａ、２ｂに供給された低圧作動油を油圧シリンダ３ａ、３ｂに供給する。空気圧を油圧に変換する機構を有する空圧油圧変換ブースター４ａ、４ｂを備え、方向切換弁２ａ、２ｂから油圧シリンダ３ａ、３ｂに至る第一作動油供給経路に空圧油圧変換ブースター４ａ、４ｂで増圧された高圧作動油を供給するために、空圧油圧変換ブースター４ａ、４ｂから第一作動油供給経路に至る第二作動油供給経路２４、２５を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は流体圧発生装置に関し、詳しくは、容易に増圧が可能な流体圧発生装置に関するものである。

従来、油圧プレスはフレーム内に上下方向移動可能に取り付けられたラムと、このラムを移動させるシリンダを備えており、油圧発生源からシリンダ内に高圧の油を直接供給することによってラムを移動させている。このような油圧プレスでは、その加圧力はシリンダに供給する油の圧力によって決定されるため、油圧を発生させる油圧ポンプ等の油圧発生源を大型化し、この油圧発生源によってシリンダに供給する油の圧力を高くしてやればプレスの加圧力を大きくすることができる。

ところが、油圧発生源が大型化すると、それに伴って油圧発生源が発生する騒音は大きくなるし、作動油のメンテナンスやラム部、油圧発生源のメンテナンス等の作業が大変になるため、油圧プレスのランニングコストが高くなるし、騒音防止対策などの環境対策に多大な費用がかかるという問題がある。

上記の問題を解決する油圧プレスの一例が特許文献１に記載されている（以下、従来油圧プレスという）。従来油圧プレスは、油圧発生源として、サーボモータとこのサーボモータによってピストンが作動されるサブシリンダを使用している。このサブシリンダは、その断面積がラムを駆動するシリンダ（以下、メインシリンダという）の断面積に比べて小さく、メインシリンダと連通されている。このため、サーボモータを作動させてサブシリンダからメインシリンダに作動油を供給すれば、メインシリンダを作動させることができる。そして、サブシリンダの断面積はメインシリンダの断面積に比べて小さいので、パスカルの原理により、サーボモータを作動させるときにサブシリンダ内に発生する油圧が小さくても、ラムの加圧力を大きくすることができる。従って、油圧発生源をコンパクトにしてもラムの加圧力を大きくすることができるので、油圧プレスのランニングコストや環境対策費用を安くすることが可能である。

しかるに、油圧プレスでは、プレスのストローク量、つまりラムの移動量はメインシリンダ内に供給される油の量によって決定されるが、従来油圧プレスの場合、サブシリンダの断面積が小さいため、サブシリンダのピストン移動量に対してメインシリンダ内に供給される油の量が少ない。すると、たとえ、サブシリンダのストローク一杯までピストンを移動させても、ラムの移動量は小さくなってしまうから、プレスのストローク長が短くなり、ストローク長の自由度が低くなる。

一方、サブシリンダのストローク長を長くすれば、メインシリンダ内に供給することができる作動油の量が多くなるから、ラムの移動量を大きくできる。しかし、サブシリンダのストローク長を長くすることは結局、油圧発生源を大型化することになる。そして、従来油圧プレスでは、ピストンとサーボモータはベルトを介してボールネジ機構によって連結されているから、サブシリンダのストローク長を長くすると、ボールネジ機構のネジ軸の長さを長くしなければならず、ボールネジ機構の破損や動作不良が発生しやすくなる。つまり、従来油圧プレスでは、油圧発生源を大型化することなくプレスの加圧力を大きくできても、ストローク長の自由度が高いという液圧プレスの特徴が無くなってしまうという不都合な点がある。

また、ラムの加圧力が小さい場合であれば、上記したサブシリンダを用いるよりも、油圧ポンプなどによってメインシリンダに直接作動油を供給した方が効率的である。しかし、従来油圧プレスでは、ラムの加圧力が小さい場合であっても、サーボモータを駆動してサブシリンダからメインシリンダに作動油を供給しなければならず、効率が悪いという不都合な点がある。

特開平８−２０６９００号公報

本発明は従来の技術の有するこのような不都合な点に鑑みてなされたものであって、その目的は、適正な流体圧発生源を選択することにより、流体圧発生源を大型化することなく、必要なときに大きな流体圧力を得ることができる経済的な流体圧発生装置を提供することにある。

一般に、流体圧発生装置は、油圧方式と、空圧方式に大別することができる。油圧方式は、「いわゆるパスカルの原理を利用して、比較的小型の油圧ポンプで大きな力を出すことができる。出力や速度の調整が容易である。作動油自体に防錆・湿潤効果があり、機器内部の摩耗が小さい。」という長所がある。しかし、油圧方式は、「配管が長く複雑になると、配管継手やフランジから油漏れを起こしやすい。作動油は酸化や水の混入により劣化し、出力低下を招くので、常に管理する必要がある。油は温度変化に伴い粘度が変化し、低温では高粘度によるエネルギーロスが大きくなり、高温では粘度の低下により漏れが多くなる。」という短所がある。

一方、空圧方式は、「動力源がコンプレッサーであり、設備が安価である。駆動に用いられる流体が軽量かつ比較的低圧であるので、配管類が簡便である。流体が空気なので漏れても周囲を汚染することがない。油圧における油をタンクへ戻す配管に相当する設備が不要である。」という長所がある。しかし、空圧方式は、「高負荷が求められるものには適さない。空気は圧縮および膨張するため、微妙な位置制御が困難である。」という短所がある。

そこで、本発明者は、油圧方式と空圧方式の長所を有効に利用するために、空圧方式と油圧方式を巧みに組み合わせた装置を用いることにより、上記課題を解決することができることを見出し、本発明に到達したのである。

すなわち、本発明は、油圧ポンプと、方向切換弁と、油圧シリンダとを備え、油圧ポンプから送り出される低圧作動油を方向切換弁に供給し、方向切換弁に供給された低圧作動油を油圧シリンダに供給することにより流体圧を発生させる装置において、空気圧を油圧に変換する機構を有する空圧油圧変換ブースターを備え、上記方向切換弁から油圧シリンダに至る第一作動油供給経路に上記空圧油圧変換ブースターで増圧された高圧作動油を供給するために、空圧油圧変換ブースターから第一作動油供給経路に至る第二作動油供給経路を設けたことを特徴としている。

本発明によれば、空圧油圧変換ブースターから第一作動油供給経路に至る第二作動油供給経路を経て空圧油圧変換ブースターで増圧された高圧作動油を供給することにより、必要なときに大きな流体圧力を得ることができる。

図１は、本発明の流体圧発生装置の一実施形態の概略構成図である。図２は、本発明の流体圧発生装置を使用して加工作業を行う場合の一適用例を説明する図である。図３は、空圧油圧変換ブースターの一例の概略構成図である。

以下に、本発明の実施が可能な形態について説明する。当然のことながら、本発明の範囲を逸脱することなく、他の実施形態を利用することもできる。
図１において、１は油圧ポンプ、２ａ、２ｂは方向切換弁、３ａ、３ｂは油圧シリンダ、４ａ、４ｂは空圧油圧変換ブースター、５はオイルタンクである。本発明は、空気圧を油圧に変換する機構を有する空圧油圧変換ブースターを巧みに配置したことを特徴としている。この空圧油圧変換ブースターは、例えば、図３に示すような構成を有している。

図３において、６は空圧油圧変換ブースター、７は油圧シリンダ、８は被加工品、９はオイルポット、１０は電磁弁、１１は逆止弁である。エア源から管路１２を経て供給される低圧空気は、電磁弁１０を経て空圧油圧変換ブースター６に供給される。そして、空圧油圧変換ブースター６内のピストン６ａと６ｂの面積比に応じて、オイルポット９から空圧油圧変換ブースター６に供給された作動油は増圧される。この増圧により発生する高圧作動油により油圧シリンダ７を作動させて被加工品８を矢示１３方向に搬送することができる。この場合、空圧油圧変換ブースター６は被加工品８の搬送作業に使用したが、もちろん、他の様々な作業（例えば、塑性変形、圧着など）に使用することができる。

以上で、説明したように、空圧油圧変換ブースターは低圧の空気圧を高圧の油圧に変換して油圧シリンダを作動させる装置であり、本発明は、この空圧油圧変換ブースターと低圧油圧回路とを巧みに組み合わせたのである。

そこで、図１について、さらに説明する。注油口１４から供給された作動油は、フィルター１５で異物を除去された後、比較的低圧で作動する油圧ポンプ１で発生させた低圧作動油（例えば、３〜７ＭＰａ）を管路１６、１７および１８を経て方向切換弁２ａと２ｂに供給する。そして、方向切換弁２ａと２ｂを、油圧シリンダ３ａと３ｂのロッド３ｃと３ｄを引き出す方向、すなわち、１Ｂと２Ｂ側（第一作動油供給経路）を加圧するように作動させる。その結果、油圧シリンダ３ａと３ｂは低圧作動油による加工動作をする。そして、油圧ポンプ１で発生させた低圧作動油に対して空圧油圧変換ブースター４ａと４ｂで発生させる高圧作動油を付加するタイミングを図示しないセンサで検知する。例えば、油圧シリンダ３ａと３ｂのロッド３ｃと３ｄの伸張量をセンサで検知し、その伸張量が予め設定した数値に到達した時点（例えば、低圧加工から高圧加工に切り換えるタイミング）で空圧油圧変換ブースター４ａと４ｂの作動を開始する方式を採用できる。

そこで、空圧油圧変換ブースター４ａと４ｂの動作について説明する。エア源から管路１９を経て供給される低圧空気は減圧弁２０で適切な圧力に調整されて、管路２１と２２を経て電磁弁２３ａと２３ｂに供給される。上記のセンサによる検知と同時に電磁弁２３ａと２３ｂを、空圧油圧変換ブースター４ａと４ｂによる加圧動作、すなわち、図３に基づいて説明したような機構で管路２４と２５（第二作動油供給経路）に高圧作動油（例えば、１４〜２１ＭＰａ）を供給するように作動させる。この高圧作動油は逆止弁２６ａと２６ｂを経て油圧シリンダ３ａと３ｂのロッド３ｃと３ｄを引き出す方向に作用する。その結果、油圧シリンダ３ａと３ｂは高圧作動油による加工動作をする。このように、本発明によれば、低圧作動油による加工動作に引き続いて高圧作動油による加工動作を連続して行うことができる。加工作業によっては、加工開始から加工終了まで大きな加工圧力を必要とせず、加工作業の後半または終了近くの時期において大きな加工圧力があればよい作業がある。

例えば、図２に示すように、太陽電池モジュール用アルミニウム枠２７をコーナーピース２８に圧着させる作業では、図１に基づいて説明したように、まず、低圧作動油による低圧力を油圧シリンダ２９から加工金具３０に伝達して、アルミニウム枠２７をコーナーピース２８に当接させて両部材を接触させる。３１はアルミニウム枠のサポート、３２はガイド板である。この時点では、アルミニウム枠２７とコーナーピース２８は固着状態になく、やや強い力を加えるとアルミニウム枠２７とコーナーピース２８を引き離すことができるような状態にある。ただ、始めからアルミニウム枠２７をコーナーピース２８に強い力で押し付けると、整然とした形態を確保できないことがあるので、圧着作業の始めは比較的弱い力を作用させるように、低圧作動油によって発生する低圧力を油圧シリンダー２９から加工金具３０に伝達するのである。

次に、図１に基づいて説明したように、空圧油圧変換ブースターで発生させた高圧作動油による高圧力を油圧シリンダ２９から加工金具３０に伝達して、アルミニウム枠２７をコーナーピース２８にしっかりと圧着させる。このように、加工作業によっては、加工時に必要な圧力を低圧時と高圧時の２段階に分けて付与する方が好ましいものがあり、本発明の流体圧発生装置はそのような加工作業に好ましく使用することができる。

油圧シリンダ３ａと３ｂによる加工動作が終了すれば、方向切換弁２ａと２ｂを、油圧シリンダ３ａと３ｂのロッド３ｃと３ｄを押し戻す方向、すなわち、１Ａ、２Ａ側を加圧するように作動させる。同時に、電磁弁２３ａと２３ｂを、空圧油圧変換ブースター４ａと４ｂによる加圧動作を停止するように作動させる。

このとき、１Ａと２Ａの加圧された作動油の力で逆止弁２６ａ、２６ｂ、３３ａおよび３３ｂを強制的に開放するので、油圧シリンダ３ａと３ｂの動作は妨げられない。逆止弁３３ａを強制的に開放した作動油の一部は管路３４と３５を経てオイルタンク５に戻され、逆止弁３３ｂを強制的に開放した作動油の一部は管路３６と３５を経てオイルタンク５に戻され、逆止弁２６ａを強制的に開放した作動油の一部は管路２４と３７を経てオイルタンク５に戻され、逆止弁２６ｂを強制的に開放した作動油の一部は管路２５と３７を経てオイルタンク５に戻される。

本発明は、加工時に必要な圧力を低圧時と高圧時の２段階に分けて付与することが好ましい作業に好適に使用できる。

１油圧ポンプ
２ａ、２ｂ方向切換弁
３ａ、３ｂ油圧シリンダ
３ｃ、３ｄロッド
４ａ、４ｂ空圧油圧変換ブースター
５オイルタンク
６空圧油圧変換ブースター
６ａ、６ｂピストン
７油圧シリンダ
８被加工品
９オイルポット
１０電磁弁
１１逆止弁
１２、１９、２１、２２エア管路
１４注油口
１５フィルター
１６、１７、１８、２４、２５、３４、３５、３６、３７作動油管路
２０減圧弁
２３ａ、２３ｂ電磁弁
２６ａ、２６ｂ、３３ａ、３３ｂ逆止弁
２７太陽電池モジュール用アルミニウム枠
２８コーナーピース
２９油圧シリンダ
３０加工金具
３１アルミニウム枠のサポート
３２ガイド板

Claims

油圧ポンプと、方向切換弁と、油圧シリンダとを備え、油圧ポンプから送り出される低圧作動油を方向切換弁に供給し、方向切換弁に供給された低圧作動油を油圧シリンダに供給することにより流体圧を発生させる装置において、空気圧を油圧に変換する機構を有する空圧油圧変換ブースターを備え、上記方向切換弁から油圧シリンダに至る第一作動油供給経路に上記空圧油圧変換ブースターで増圧された高圧作動油を供給するために、空圧油圧変換ブースターから第一作動油供給経路に至る第二作動油供給経路を設けたことを特徴とする流体圧発生装置。