JPH04366001A - 油圧駆動式高圧流体発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば高圧水により加工
を行なうカッティングシステム等の高圧作業装置に用い
て好敵な高圧流体発生装置に係り、特に油圧駆動による
２個の段付きピストン型往復増圧器を用いた油圧駆動式
高圧流体発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の油圧駆動式高圧流体発生装置は、
図６に示すように、油圧源１Ｃ、４ポート２位置の方向
切換弁４Ｃ、１個の段付きピストン型往復増圧器１０１
Ｃ、アキュームレータ３０、ノズル１３Ｃからなってい
る。この構成において、方向切換弁４Ｃが図中Ａ位置に
あると、油圧源１Ｃからの高圧油は増圧器１０１Ｃの左
側の大径部の受圧室７Ｃに入り、ピストン５Ｃを右方向
に押す。ピストン５Ｃの右側小径部の昇圧室１０Ｃ内の
流体、例えば水は、その面積比に応じて昇圧されチェッ
ク弁１２Ｃを介してノズル１３Ｃへ供給される。この間
、右側大径部の受圧室８Ｃの油はタンク２Ｃへ戻り、左
側小径部の昇圧室９Ｃ内は低圧となり、タンク１４Ｃよ
り水を吸入又は図示しない手段で水の供給を受ける。 ピストンが右側のストロークエンドに達すると方向切換
弁４Ｃが図とは反対の位置に切換わり、上記と同様の動
作が左右逆の状態で行なわれる。これらの動作を連続し
て繰り返すことで、ノズル１３Ｃからは連続して高圧流
体が噴出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図７（ａ）は図６の装
置のピストン速度の時間変化を、図７（ｂ）は吐出圧力
の時間変化を示す。図７（ａ）のように、ピストン５Ｃ
が右側ストロークエンドに達すると方向切換弁４Ｃが切
換るので、ピストン５Ｃは一端停止し、ただちに左方向
へと動き始める。ノズル１３Ｃでの圧力は、ピストン５
Ｃの停止から左方向への動きが始まるまでの間に一瞬低
下するので、図６（ｂ）のような圧力変動が生じる。こ
の結果、以下のような問題点が生じる。

【０００４】（１）圧力変動は、この装置を高圧水によ
るカッティングシステム等に用いた場合の微細加工や切
断能力に支障を来すこととなり、安定した加工が不可能
となる。

【０００５】（２）上記（１）の場合、圧力変動防止の
ために、高圧水回路にアキュームレータ３０を用いる場
合には、水は圧縮性が小さいので、大容量のアキューム
レータが必要となる。これは高圧での使用であるため、
その肉圧も厚く、非常に大型で重いものとなる。

【０００６】（３）圧力変動の発生を少なくするには、
ピストン５Ｃの停止時間を極力短くする必要があるが、
この場合には、方向切換弁４Ｃを高速で作動させる必要
がある。従って方向切換弁４Ｃの耐久性が問題となり、
また振動、騒音も大きくならざるを得ない。

【０００７】（４）ピストン５Ｃ自身も急激に運動の方
向を変えなければならず、やはり騒音、振動の発生源と
なる。

【０００８】なお、前述の増圧器１０１Ｃを２台備えて
、一方の増圧器の点検、修理中に他方を駆動させるシス
テムもあるが、これら２台の運転状況は同一であり、同
様の問題を生じる。

【０００９】本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、油
圧駆動による２個の段付きピストン型往復増圧器で発生
する高圧流体の圧力変動をなくし、かつ、装置の振動、
騒音発生を防止するとともに、方向切換弁やピストンの
寿命を延長する高圧流体発生装置を提供することにある
。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明による油圧駆動式高圧流体発生装置は、１つの
定流量油圧源から圧油の供給を受け、それぞれから吐出
される高圧流体を合流せしめて高圧を発生する２個の段
付きピストン型往復増圧器と、前記２個の増圧器と油圧
源の間に設置され、それぞれ独立して切換えられる方向
切換弁であって、それぞれの増幅器のピストンが加速区
間、定速区間、減速区間及び停止区間を持つように制御
される２個の方向切換弁と、前記２個の方向切換弁を、
一方の増圧器が加速区間にあるときは他方は減速区間に
あり、一方が定速区間にあるときは他方は停止区間にあ
るように、位相を逆にして制御する手段とを備える。

【００１１】

【作用】以上のように構成した本発明においては、２個
の方向切換弁を、一方の増圧器が加速区間にあるときは
他方は減速区間にあり、一方が定速区間にあるときは他
方は停止区間にあるように、位相を逆にして制御するこ
とにより、各増圧器から吐出され、合成して得られた高
圧流体は、一定流量となり、一連の動作を連続して繰り
返すことによって、圧力変動のない高圧流体が安定して
得られる。

【００１２】

【実施例】以下、図１〜図５を参照して、本発明の一実
施例による油圧駆動式高圧流体発生装置を、高圧水によ
り微細加工を行なうカッティングシステムに適用した場
合について説明する。

【００１３】図２に本実施例による油圧駆動式高圧流体
発生装置を用いたカッティングシステムの概略図を示す
。カッティングシステムは油圧駆動式高圧流体発生装置
１００、開閉弁１５、カッティングノズル４０を管路１
６で接続して構成されている。高圧流体発生装置１００
によって加圧された水は管路１６を通ってその先端にあ
るカッティングノズル４０に送られ、これより噴出する
高圧水により被加工材が加工される。高圧水の噴出、停
止は開閉弁１５で操作される。

【００１４】図１に、油圧駆動式高圧流体発生装置１０
０の回路図を示す。図１において、高圧流体発生装置１
００は、油圧源１、油タンク２、２個の４ポート３位置
の方向切換弁３，４、２個の段付きピストン型往復増圧
器１０１Ａ，１０１Ｂ、ノズル１３、水タンク１４、リ
ミットスイッチ２１，２２，２３，２４、コントローラ
２０、起動スイッチ２５等からなっている。増圧器１０
１Ａ，１０１Ｂはそれぞれ、ピストン５および６とそれ
ぞれに付設された大径部受圧室７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂ
、および小径部昇圧室（シリンダ）９Ａ，９Ｂ，１０Ａ
，１０Ｂ、昇圧室９Ａ〜１０Ｂの各々の給配管路に設け
られたチェック弁１１，１２で構成されている。リミッ
トスイッチ２１〜２４はピストン５，６のそれぞれの右
側ストロークエンド及び左側ストロークエンドから一定
位置を検出するためのものであり、リミットスイッチ２
１，２３はそれぞれピストン５，６の左側ストロークエ
ンドから右方の所定の距離Ｌの位置に、リミットスイッ
チ２２，２４はそれぞれピストン５，６の右側ストロー
クエンドから左方の所定の距離Ｌの位置に設置されてい
る。つまり、ピストンの動作中、各ストロークエンドか
ら一定の手前位置で位置検出用部材５Ａまたは６Ａが各
リミットスイッチをＯＮにするように設定されている。 また、コントローラ２０は、リミットスイッチ２１，２
２，２３，２４からの入力信号ｉ１，ｉ２，ｉ３，ｉ４
により、後述するようなスケジュールで駆動信号Ｓ１，
Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４をそれぞれ出力する。方向切換弁３，
４は電磁駆動方式であり、コントローラ２０より駆動信
号Ｓ１〜Ｓ４が電磁駆動部に入力されて、制御される。 チェック弁１１，１２は、受圧室９Ａ〜１０Ｂの水の逆
流を防止する。　　また、方向切換弁３，４は各々、中
立位置Ｎ又はｎから左右の切換え位置Ａ，Ｂ又はａ，ｂ
に切換る時間をＴ１とし、切換え位置Ａ，Ｂ又はａ，ｂ
から中立位置Ｎ又はｎに復帰する時間をＴ２とすると、
Ｔ２＞Ｔ１となるようにそれぞれのばねの強さとソレノ
イドの磁力との関係を設定してある。

【００１５】次に、上記油圧駆動式高圧流体発生装置１
００の動作を図３〜５により説明する。図３は、方向切
換弁３，４の位置と、それぞれの方向切換弁の位置に対
応したピストン５，６の動作状態を表す。また、図４及
び図５は横軸に時間を取り、図４（ａ）は縦軸にリミッ
トスイッチ２１，２２，２３，２４からの信号ｉ１，ｉ
２，ｉ３，ｉ４に対応する駆動信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，
Ｓ４と、方向切換弁３，４のストロークとの関係を、図
４（ｂ）は縦軸にピストン５，６の速度を、図５（ａ）
は図４（ｂ）と同様に縦軸にピストン５，６の速度を、
図５（ｂ）は縦軸にピストン５，６の吐出圧力および両
者の和を取ってあり、それぞれの変化を表す。なお、図
３における０，１，２，３，……の各状態は、図４及び
図５の横軸の時刻ｔ０〜ｔ１，ｔ１〜ｔ２，ｔ２〜ｔ３
……に対応する。

【００１６】まず、起動スイッチ２５が操作され、起動
信号が入力されると、初期設定が行なわれ、その後に定
常運転に移る。その詳細は次の通りである。

【００１７】（初期設定）　　起動スイッチ２５からの
起動信号が入力されると、コントローラ２０より駆動信
号Ｓ２，Ｓ４を出力して方向切換弁３，４をそれぞれ図
示右側のＢ位置およびｂ位置に移動させ、ピストン５，
６をともに左側ストロークエンド（初期位置）に移動さ
せる。 ピストン５，６が初期設定されると、リミットスイッチ
２１からのｉ１、２３からｉ３の信号に基づいて、駆動
信号Ｓ２，Ｓ４をＯＦＦにし、方向切換弁３，４をそれ
ぞれ中立のＮおよびｎの位置に復帰させる。

【００１８】（状態０：時刻ｔ０〜ｔ１）　　駆動信号
Ｓ２，Ｓ４をＯＦＦ後、所定の時間が経過すると（この
時刻をｔ０とする）、駆動信号Ｓ１がＯＮになり方向切
換弁３はＮ位置からＡ位置に向い、受圧室７Ａの圧力が
増加して、ピストン５が右向きに加速される。従って、
受圧室９Ｂの水の吐出圧力が増加しノズル１３に高圧水
が供給され始める。尚、方向切換弁３がＮ位置からＡ位
置に達するまでの時間は前述しているようにＴ１であり
、Ｔ１＝ｔ１−ｔ０なる関係にある。一方、方向切換弁
４はｎ位置のままなので、油圧源からの油の供給はなく
、ピストン６は左側ストロークエンドの位置で移動しな
いで停止している。

【００１９】（状態１：時刻ｔ１〜ｔ２）　　時刻ｔ１
になると、方向切換弁３はＡ位置に達し、油圧源からの
油の供給によって受圧室７Ａが一定の圧力で増圧されて
、ピストン５は一定速度で右方へ移動する。一方、駆動
信号Ｓ３，Ｓ４はＯＦＦ状態なので方向切換弁４は依然
ｎ位置にあり、油圧源からの油の供給はなく、ピストン
６は左側ストロークエンドの位置で移動しないで停止し
ている。この結果、ノズル１３には一定の流量、圧力の
高圧水が供給される。

【００２０】（状態２：時刻ｔ２〜ｔ３）　　時刻ｔ２
では、ピストン５に付設された位置検出用の部材５Ａに
よってリミットスイッチ２２がピストン５の右側ストロ
ークエンドの手前Ｌの位置を検出し、この信号ｉ２がコ
ントローラ２０の作動回路に取り込まれる。それと同時
に、コントローラ２０のロジックに従って、図４に示す
ように駆動信号Ｓ１がＯＦＦになり、方向切換弁３はば
ねの力でＡ位置からＮ位置に向い、受圧室７Ａの圧力が
減少して、ピストン５の右向き速度が減速される。一方
、Ｓ３がＯＮになり、方向切換弁４はｎ位置からａ位置
に向い、受圧室８Ａの圧力が増加して、ピストン６が右
向きに加速される。

【００２１】ここで、方向切換弁３がＡ位置からＮ位置
に達するまでの時間は前述したようにＴ２秒であり、方
向切換弁４がｎ位置からａ位置に達するまでの時間は前
述したようにＴ１（＜Ｔ２）秒である。従って、方向切
換弁３が全開する前に方向切換弁４が全開しており、方
向切換弁３に供給された残りの圧油が方向切換弁４に供
給され、油圧源１からの供給油量は一定であることによ
り、時間Ｔ２の間、ピストン６はピストン５の減速に対
応して位相を逆にして加速される。従って、ピストン５
から減少したと等しい量の高圧水がピストン６から吐出
され、ノズル１３に達する高圧水の全流量は（状態１）
の場合と等しくなり、圧力も等しくなる。尚、Ｔ２＝ｔ
３−ｔ２の関係にある。

【００２２】（状態３：時刻ｔ３〜ｔ４）　　時刻ｔ３
では方向切換弁３はＮ位置に達し、油圧源からピストン
５への油の供給はなく、ピストン５は右側ストロークエ
ンドに達して停止する。一方、方向切換弁４はａ位置に
達しており、油圧源から油が供給され受圧室８Ａが一定
の圧力で増圧されて、ピストン６は一定速度で右方へ移
動する。従って、ノズル１３から供給される高圧水の流
量、圧力は（状態１）の場合と等しくなる。

【００２３】（状態４：時刻ｔ４〜ｔ５）　　時刻ｔ４
では、ピストン６に付設された位置検出用の部材６Ａに
よってリミットスイッチ２４が右側ストロークエンドの
手前Ｌの位置を検出し、この信号ｉ４がコントローラ２
０の作動回路に取り込まれる。それと同時に、駆動信号
Ｓ３がＯＦＦになり、方向切換弁４はばねの力によって
ａ位置からｎ位置に向い、受圧室８Ａの圧力が減少して
、ピストン６の右向き速度が減速される。一方、Ｓ２が
ＯＮになり、方向切換弁３はＮ位置からＢ位置に向い、
受圧室７Ｂの圧力が増加して、ピストン５が左向きに加
速される。この時、ピストン６の右向き速度が減速され
ることによって、受圧室１０Ｂの水の吐出圧力が減少す
るが、状態２（ｔ２〜ｔ３）の場合と同様に同時にピス
トン５が位相を逆にして左向きに加速されるため、受圧
室９Ａの水の吐出圧力が増加し、油圧源１からの供給油
量は一定であるから、ピストン５から減少したと等しい
量の高圧水がピストン６から吐出され、従って、ノズル
１３に達する高圧水の流量、圧力は（状態１）の場合と
等しくなる。

【００２４】（状態５：時刻ｔ５〜ｔ６）　　時刻ｔ５
では方向切換弁４はｎ位置に達し、油圧源からの油の供
給はなく、ピストン６は右側ストロークエンドに達して
停止する。一方、方向切換弁３はＢ位置に達しており、
油圧源から油が供給され受圧室７Ｂが一定の圧力で増圧
されて、ピストン５は一定速度で左方へ移動する。従っ
て、ノズル１３から供給される高圧水の流量、圧力は（
状態１）の場合と等しくなる。

【００２５】（状態６：時刻ｔ６〜ｔ７）　　時刻ｔ６
では位置検出用の部材５Ａによってリミットスイッチ２
１がピストン５の左側ストロークエンドの手前Ｌの位置
を検出し、この信号ｉ１がコントローラ２０の作動回路
に取り込まれる。それと同時に、駆動信号Ｓ２がＯＦＦ
になり、方向切換弁３はばねの力によってＢ位置からＮ
位置に向い、受圧室７Ｂの圧力が減少して、ピストン５
の左向き速度が減速される。一方、Ｓ４がＯＮになり、
方向切換弁４はｎ位置からｂ位置に向い、受圧室８Ｂの
圧力が増加して、ピストン６が左向きに加速される。こ
の時、（状態２）の時と同じ理由によって、ノズル１３
に達する高圧水の流量、圧力は（状態１）の場合と等し
くなる。

【００２６】（状態７：時刻ｔ７〜ｔ８）　　時刻ｔ７
では方向切換弁３はＮ位置に達し、油圧源からの油の供
給はなく、またピストン５は左側ストロークエンドに達
して停止する。一方、方向切換弁４はｂ位置に達してお
り、油圧源から油が供給され受圧室８Ｂが一定の圧力で
圧されて、ピストン６は一定速度で左方へ移動する。従
って、ノズル１３から供給される高圧水の流量、圧力は
（状態１）の場合と等しくなる。

【００２７】（状態８：時刻ｔ８〜ｔ９）　　時刻ｔ８
では、位置検出用の部材６Ａによってリミットスイッチ
２３が左側ストロークエンドの手前Ｌの位置を検出し、
この信号ｉ３がコントローラ２０の作動回路に取り込ま
れる。それと同時に、ロジックに従って、駆動信号Ｓ４
がＯＦＦになり、方向切換弁４はばねの力によってｂ位
置からｎ位置に向い、受圧室８Ｂの圧力が減少して、ピ
ストン６の左向き速度が減速される。一方、Ｓ１がＯＮ
になり、方向切換弁３はＮ位置からＡ位置に向い、受圧
室７Ａの圧力が増加して、ピストン５が右向きに加速さ
れる。この時、（状態４）の時と同じ理由によって、ノ
ズル１３に達する高圧水の流量、圧力は（状態１）の場
合と等しくなる。

【００２８】時刻ｔ９以後は上記時刻ｔ１（状態１）か
ら時刻ｔ８（状態８）までの定常運転を１サイクルとし
た動作を繰り返すことにより、この油圧駆動式高圧流体
発生装置は運転されるが、上記（状態１）から（状態８
）までどの状態においてもノズル１３から供給される高
圧水の圧力、流量は一定である。そして、この後も同じ
サイクルを連続して繰り返すことにより、連続して高圧
水を得ることができる。

【００２９】ここで、以上の実施例のような場合におけ
るノズル１３からの高圧流体の流量と圧力との関係につ
いて検証する。

【００３０】ノズル１３からの流量は

【００３１】

【数１】

【００３２】（Ｑ：ノズルからの流量，ｋ：定数，Ａ：
ノズル通過面積，Ｐ：高圧流体圧力）で求められるが、
増圧器１０１Ａ，１０１Ｂの増圧比をｍとすれば、油の
流量は、

【００３３】

【数２】Ｑｏｉｌ　＝ｍ・Ｑ　　　　・・・（２）圧力
は、

【００３４】

【数３】Ｐｏｉｌ　＝１／ｍ・Ｐ　　・・・（３）とな
る。従って、油圧源が一定流量を供給するものであれば
、理論的に高圧流体の圧力は不変となる（但しＡは固定
）。また、油圧源が、一定圧力を供給するものであって
も同様である。実際には、増圧器や方向切換弁等の管路
抵抗の変化により、多少の変動は避けられないが、その
変化は、従来技術のように所定吐出圧から０付近まで急
激に低下するものではなく、吐出圧力のゆるやかな変化
（うねり）となり、その変化幅も僅かで許容範囲内にあ
るとみなせる。

【００３５】なお、以上の実施例では、方向切換弁の操
作方法としては、増圧器のストロークエンドからの手前
一定距離の位置を検出して電気的に行なう方法を用いた
が、これ以外に、油圧等を利用して操作する方法、運転
条件によりタイマーによる方法、或は直接機械的な結合
（リンク等）を利用する方法等を用いてもよい。

【００３６】以上のように本実施例によれば、２個の方
向切換弁とそれによって制御されるピストンの動作の位
相を逆転させることにより、ほぼ一定圧力の高圧水が得
られ、またその動作周期を連続的に繰り返すことにより
、圧力変動のない高圧水が安定して得られる。従って、
高圧水を利用したカッティングシステム等において、低
騒音で、微細な加工が可能となる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、２個の方向切換弁を、
位相を逆にして制御するので、以下に示すような効果が
期待できる。

【００３８】（１）本方式の増圧器により得られる高圧
流体は、基本的に圧力変動がなく、カッティングシステ
ム等に応用した場合に微細な加工が可能となる。

【００３９】（２）得られる高圧流体は圧力変動がない
ので、大型で重い高圧用アキュームレータが不要となり
、小型軽量化、低コスト化が可能である。

【００４０】（３）方向切換弁はゆっくりと切り換えれ
ばよく、一定の停止時間を設けることも可能である。従
って、振動や騒音の発生がなく、かつ、スプールのへた
り等の問題や、シールの焼付と言った問題もなく、長寿
命化が期待できる。

【００４１】（４）増幅器のピストンを急激に方向転換
して駆動する必要がなく、衝撃による疲労、振動や騒音
がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による油圧駆動式高圧流体発生装置を示
す図である。

【図２】本発明の一実施例によるカッティングシステム
の概略図である。

【図３】図１に示す油圧駆動式高圧流体発生装置におけ
る方向切換弁３，４とピストン５，６の作動状態を示す
図である。

【図４】図１に示す油圧駆動式高圧流体発生装置の動作
を示すタイムチャートであり、（ａ）はリミットスイッ
チ２１，２２，２３，２４からの信号ｉ１，ｉ２，ｉ３
，ｉ４に対応する駆動信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の動
作特性と、方向切換弁３，４のストロークとの関係を表
す図、（ｂ）はピストン５，６の速度の時間変化を表す
図である。

【図５】図１に示す油圧駆動式高圧流体発生装置の動作
を示すタイムチャートであり、（ａ）はピストン５，６
の速度の時間変化を表す図、（ｂ）はピストン５，６そ
れぞれの吐出圧力および両者の和の時間変化を表す図で
ある。

【図６】従来技術による油圧駆動式高圧流体発生装置を
示す図である。

【図７】従来技術による油圧駆動式高圧流体発生装置の
動作を示すタイムチャートであり、（ａ）はピストンの
速度変化を示す図、（ｂ）はピストンの吐出圧力変化を
示す図である。

【符号の説明】

１　　油圧源 ３，４　　方向切換弁 ５，６　　ピストン ５Ａ，６Ａ　　ピストン５および６に付設された位置検
出用部材 ７Ａ，７Ｂ　　ピストン５の受圧室 ８Ａ，８Ｂ　　ピストン６の受圧室 ９Ａ，９Ｂ　　ピストン５の昇圧室 １０Ａ，１０Ｂ　　ピストン６の昇圧室１３　　ノズル ２０　　コントローラ ２１，２２，２３，２４　　リミットスイッチｉ１，ｉ
２，ｉ３，ｉ４　　ピストン位置検出信号Ｓ１，Ｓ２，
Ｓ３，Ｓ４　　方向切換弁駆動信号１００　　高圧流体
発生装置 １０１Ａ，１０１Ｂ　　増圧器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　１つの定流量油圧源から圧油の供給を
   受け、それぞれから吐出される高圧流体を合流せしめて
   高圧を発生する２個の段付きピストン型往復増圧器と、
   前記２個の増圧器と油圧源の間に設置され、それぞれ独
   立して切換えられる方向切換弁であって、それぞれの増
   幅器のピストンが加速区間、定速区間、減速区間及び停
   止区間を持つように制御される２個の方向切換弁と、前
   記２個の方向切換弁を、一方の増圧器が加速区間にある
   ときは他方は減速区間にあり、一方が定速区間にあると
   きは他方は停止区間にあるように、位相を逆にして制御
   する手段とを備えることを特徴とする油圧駆動式高圧流
   体発生装置。