▶ 日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024032072
(43)【公開日】2024-03-12
(54)【発明の名称】液圧駆動システム
(51)【国際特許分類】
F15B 21/044 20190101AFI20240305BHJP
【ＦＩ】
F15B21/044
【審査請求】未請求
【請求項の数】21
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022135511
(22)【出願日】2022-08-29
(71)【出願人】
【識別番号】507250427
【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】ダメートリ アシュリー
(72)【発明者】
【氏名】小田井 正樹
(72)【発明者】
【氏名】小林 亮介
(72)【発明者】
【氏名】馬場 淳史
(72)【発明者】
【氏名】上野 克宜
(72)【発明者】
【氏名】平野 克彦
【テーマコード（参考）】
3H082
【Ｆターム（参考）】
3H082AA13
3H082BB14
3H082CC02
3H082DA46
3H082EE01
3H082EE06
(57)【要約】 （修正有）
【課題】任意のシリンダアクチュエータの姿勢や位置においても自動操作が可能でありながら、流体中の空気を自動的に除去することができる液圧駆動システムを提供する。
【解決手段】ピストン１５を有する３ポートシリンダアクチュエータ１と、第１の作動弁３１と第２の作動弁３２とを含む少なくとも２つの作動弁と、排気弁３３と、流体を貯留するタンク８と、前記タンクから前記作動弁に前記流体を供給するモータポンプ７と、前記作動弁および前記排気弁の全ての弁と前記モータポンプを制御する制御装置１００と、を含む液圧駆動システムであって、前記第１の作動弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータの底部ポート１１に接続され、前記第２の作動弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータのロッドポート１２に接続され、前記排気弁３３は、前記３ポートシリンダアクチュエータの排気ポート１３に接続される。
【選択図】
図１【特許請求の範囲】
【請求項1】
ピストンを有する３ポートシリンダアクチュエータと、
第１の作動弁と第２の作動弁とを含む少なくとも２つの作動弁と、
排気弁と、
流体を貯留するタンクと、
前記タンクから前記作動弁に前記流体を供給するモータポンプと、
前記作動弁および前記排気弁の全ての弁と前記モータポンプを制御する制御装置と、
を含む液圧駆動システムであって、
前記第１の作動弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータの底部ポートに接続され、前記第２の作動弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータのロッドポートに接続され、前記排気弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータの排気ポートに接続され、
前記ロッドポートと前記底部ポートの位置は前記３ポートシリンダアクチュエータの各端部にあり、前記排気ポートの位置は前記ロッドポートと前記底部ポートの間の任意の位置にあり、
前記ピストンを制御して前記３ポートシリンダアクチュエータのロッド側に移動させ、前記ロッドポートの前記第２の作動弁をＯＦＦに設定し、前記排気ポートの前記排気弁を開くためにＯＮに設定し、前記底部ポートの前記第１の作動弁をＯＮに設定し、空気を前記タンクに流すことによって、前記３ポートシリンダアクチュエータの底部側の空気を除去し、
前記ピストンを制御して前記３ポートシリンダアクチュエータの底部側に移動させ、前記底部ポートの前記第１の作動弁をＯＦＦに設定し、前記排気ポートの前記排気弁を開くためにＯＮに設定し、前記ロッドポートの前記第２の作動弁をＯＮに設定し、空気を前記タンクに流すことによって、前記３ポートシリンダアクチュエータのロッド側の空気を除去する液圧駆動システム。
【請求項2】
請求項１に記載の液圧駆動システムであって、
前記排気ポートの位置は、前記ロッドポートおよび前記底部ポートの両方とは反対側であり、前記ロッドポートまたは前記底部ポートのいずれかから、少なくとも前記ピストンの幅だけ水平方向にオフセットされている液圧駆動システム。
【請求項3】
請求項１に記載の液圧駆動システムであって、
前記排気弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータに取り付けられている液圧駆動システム。
【請求項4】
請求項１に記載の液圧駆動システムであって、
前記排気弁は、一方向弁である液圧駆動システム。
【請求項5】
請求項１に記載の液圧駆動システムであって、
前記排気弁は、双方向弁であり、
前記ピストンを制御してロッド側に移動させ、前記ロッドポートの前記第２の作動弁をＯＦＦに設定し、前記底部ポートの前記排気弁と前記第１の作動弁を同時にＯＮに設定して、前記底部ポートから前記排気ポートへ前記流体を流し、前記流体の方向を、前記排気ポートから前記底部ポートへ、それ以前の方向よりも短い時間で切り替え、前記底部側から空気が抜けるまで、上記プロセスを繰り返すことで、前記３ポートシリンダアクチュエータの底部側の空気を除去し、
前記ピストンを制御して底部側に移動させ、前記底部ポートの前記第１の作動弁をＯＦＦに設定し、前記ロッドポートの前記排気弁と前記第２の作動弁を同時にＯＮに設定して、前記ロッドポートから前記排気ポートへ前記流体を流し、前記流体の方向を、前記排気ポートから前記ロッドポートへ、それ以前の方向よりも短い時間で切り替え、前記ロッド側から空気が抜けるまで、上記プロセスを繰り返すことで、前記３ポートシリンダアクチュエータのロッド側の空気を除去する液圧駆動システム。
【請求項6】
請求項１に記載の液圧駆動システムであって、
前記ロッド側または前記底部側のいずれかで前記流体の流れまたは流体量を検出する流量センサをさらに含む液圧駆動システム。
【請求項7】
請求項６に記載の液圧駆動システムであって、
ロッド側または底部側のいずれかの圧力を検出する第１の圧力センサと、
前記モータポンプ側の圧力を検出する第２の圧力センサと、
３ポートシリンダアクチュエータ、作動弁、排気弁、流量センサ、および圧力センサを少なくとも２セットさらに含み、
前記３ポートシリンダアクチュエータ、前記作動弁、前記排気弁、前記流量センサ、および前記圧力センサの第１のセットにおける構成は、第２のセットにおける構成と同じであり、
前記圧力センサと前記流量センサによりシリンダの初期圧力状態とピストン位置を読み取り、前記ピストンを前記排気ポートに近い位置に移動させ、ロッド側または底部側のいずれかで空気除去を行い、前記ピストンを反対側への短い移動によって移動させ、別の側の空気除去を行い、すべての作動弁をＯＦＦに設定し、前記モータポンプ側の圧力センサからのフィードバックにより、前記モータポンプの圧力を最初に保存された圧力状態に制御し、ロッド側または底部側の圧力センサと流量センサによって保存された初期位置に前記ピストンが戻るように前記作動弁を開くことで、第１のシリンダ内の空気を除去し、
第２のシリンダ内の空気を、各構成要素のセンサ状態を制御および読み取ることによって、前記第１のシリンダと同様のプロセスで除去する液圧駆動システム。
【請求項8】
請求項６に記載の液圧駆動システムであって、
ロッド側または底部側のいずれかの圧力を検出する第１の圧力センサと、
モータポンプ側のリリーフ弁と、
３ポートシリンダアクチュエータ、作動弁、排気弁、リリーフ弁、流量センサ、および圧力センサを少なくとも２セットさらに含み、
前記３ポートシリンダアクチュエータ、前記作動弁、前記排気弁、前記リリーフ弁、前記流量センサ、および前記圧力センサの第１のセットにおける構成は、第２のセットにおける構成と同じであり、
各リリーフ弁上限圧力を、前記３ポートシリンダアクチュエータの前記ロッドポートまたは前記底部ポートの各々からの圧力センサデータに設定することによって、すべての３ポートシリンダアクチュエータの両側の空気を同時に除去する液圧駆動システム。
【請求項9】
ピストンを有する４ポートシリンダアクチュエータと、
第１の作動弁と第２の作動弁とを含む少なくとも２つの作動弁と、
第１の排気弁と第２の排気弁とを含む２つの排気弁と、
流体を貯留するタンクと、
前記タンクから前記作動弁に前記流体を供給するモータポンプと、
前記作動弁および前記排気弁の全ての弁と前記モータポンプを制御する制御装置と、
を含む液圧駆動システムであって、
前記第１の作動弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータの底部ポートに接続され、前記第２の作動弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータのロッドポートに接続され、前記第１の排気弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータの第１の排気ポートに接続され、前記第２の排気弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータの第２の排気ポートに接続され、
前記ロッドポートと前記底部ポートの位置は前記４ポートシリンダアクチュエータの各端部にあり、前記第１の排気ポートと前記第２の排気ポートの位置は前記ロッドポートと前記底部ポートの間の任意の位置にあり、
前記作動弁および前記排気弁をＯＮに設定し、前記底部ポートおよび前記ロッドポートから各排気ポートに空気を流すことによって、底部側およびロッド側の両方の空気を除去する液圧駆動システム。
【請求項10】
請求項９に記載の液圧駆動システムであって、
各排気ポートの位置は、それぞれのロッドポートまたは底部ポートから正確に反対側である液圧駆動システム。
【請求項11】
請求項９に記載の液圧駆動システムであって、
前記排気弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータに取り付けられている液圧駆動システム。
【請求項12】
請求項９に記載の液圧駆動システムであって、
前記排気弁の各々は、一方向弁である液圧駆動システム。
【請求項13】
請求項９に記載の液圧駆動システムであって、
１つの双方向弁が２つの排気弁として用いられ、
前記４ポートシリンダアクチュエータの第１の排気ポートが前記双方向弁の第１のポートに接続され、前記４ポートシリンダアクチュエータの第２の排気ポートが前記双方向弁の第２のポートに接続され、前記双方向弁の第３のポートが前記タンクに接続される液圧駆動システム。
【請求項14】
請求項９に記載の液圧駆動システムであって、
１つの一方向弁が２つの排気弁として用いられ、
前記４ポートシリンダアクチュエータの第１の排気ポートが前記一方向弁の第１のポートに接続され、前記４ポートシリンダアクチュエータの第２の排気ポートが前記一方向弁の第２のポートに接続される液圧駆動システム。
【請求項15】
請求項９に記載の液圧駆動システムであって、
２つの排気弁の各々は、双方向弁であり、
前記作動弁と前記排気弁をＯＮに設定し、前記底部ポートおよび前記ロッドポートから各排気ポートに空気を流すことで前記底部側と前記ロッド側の両方の空気を除去し、
前記流体の方向を、前記排気ポートから前記底部ポートおよび前記ロッドポートの各々へ、それ以前の方向よりも短い時間で切り替え、
前記底部側および前記ロッド側の両方から空気が抜けるまで、上記プロセスを繰り返す液圧駆動システム。
【請求項16】
請求項９に記載の液圧駆動システムであって、
前記ロッド側または前記底部側のいずれかで前記流体の流れまたは流体量を検出する流量センサをさらに含む液圧駆動システム。
【請求項17】
請求項１４に記載の液圧駆動システムであって、
前記ロッド側および前記底部側の両方で前記流体の流れまたは流体量を検出する流量センサをさらに含む液圧駆動システム。
【請求項18】
請求項１７に記載の液圧駆動システムであって、
４ポートシリンダアクチュエータ、作動弁、排気弁、および流量センサを少なくとも２セットさらに含み、
前記４ポートシリンダアクチュエータ、前記作動弁、前記排気弁、および前記流量センサの第１のセットにおける構成は、第２のセットにおける構成と同じであり、
すべての４ポートシリンダアクチュエータの両側の空気は、最初にすべてのピストンを底部ポートにできるだけ近づけるように制御することによって除去され、
前記排気弁をＯＮに設定して両方の排気ポートを開いて接続し、各流量センサから前記ピストンの位置を検出しながら、前記作動弁を制御して前記底部ポートから前記ロッドポートへ前記流体を流し、
それぞれの排気弁を閉じて前記ピストン位置を前記底部側の端部付近に戻し、
前記底部ポートから前記ロッドポートに移動する流体が、システムから空気を除去する計算の一定量を満たすまで、上記プロセスを繰り返す液圧駆動システム。
【請求項19】
請求項１６に記載の液圧駆動システムであって、
ロッド側または底部側のいずれかの圧力を検出する第１の圧力センサと、
前記モータポンプ側の圧力を検出する第２の圧力センサと、
４ポートシリンダアクチュエータ、作動弁、排気弁、流量センサ、および圧力センサを少なくとも２セットさらに含み、
前記４ポートシリンダアクチュエータ、前記作動弁、前記排気弁、前記流量センサ、および前記圧力センサの第１のセットにおける構成は、第２のセットにおける構成と同じであり、
前記圧力センサと前記流量センサによりシリンダの初期圧力状態とピストン位置を読み取り、ロッド側またはボトム側のいずれかで空気除去を行い、すべての作動弁をＯＦＦに設定し、前記モータポンプ側の圧力センサからのフィードバックにより、前記モータポンプの圧力を最初に保存された圧力状態に制御し、ロッド側または底部側の圧力センサと流量センサによって保存された初期位置に前記ピストンが戻るように前記作動弁を開くことで、第１のシリンダ内の空気を除去し、
第２のシリンダ内の空気を、各構成要素のセンサ状態を制御および読み取ることによって、前記第１のシリンダと同様のプロセスで除去する液圧駆動システム。
【請求項20】
請求項１６に記載の液圧駆動システムであって、
前記ロッド側および前記底部側の両方に流量センサと、
前記ロッド側および前記底部側の両方に圧力センサと、
前記ロッド側および前記底部側の各々に接続する２つのリリーフ弁と、をさらに含み、
前記排気ポートは、双方向弁に接続される液圧駆動システム。
【請求項21】
請求項２０に記載の液圧駆動システムであって、
４ポートシリンダアクチュエータ、作動弁、排気弁、流量センサ、および圧力センサを少なくとも２セットさらに含み、
前記４ポートシリンダアクチュエータ、前記作動弁、前記排気弁、前記流量センサ、および前記圧力センサの第１のセットにおける構成は、第２のセットにおける構成と同じであり、
第１のリリーフ弁はすべての４ポートシリンダアクチュエータの底部側に接続され、第２のリリーフ弁はすべての４ポートシリンダアクチュエータのロッド側に接続される液圧駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液圧駆動システムの構成に関する。より具体的には、本発明は、システム内でシリンダの姿勢や位置が変化しても、流体中の空気を自動的に除去することができる液圧駆動シリンダアクチュエータシステムの構成に関する。
【背景技術】
【0002】
液圧駆動システムは、過酷な環境での作業に適した高い出力と耐久性を備えていると考えられる。建設機械システムで重量物を持ち上げたり、ブレーキシステムで高出力を伝達したり、あるいは遠隔作業用のロボットに適用したりする場合、アクチュエータとして油圧シリンダがよく利用されている。しかし、重量のある作業では、継手や部品の摩耗などの他の問題に加えて、高圧キャビテーションによって作動油に気泡が発生したりする。
【0003】
油圧システムの性能を保証するためには、油圧シリンダの気泡を除去する定期的なメンテナンス操作が必要である。しかしながら、遠隔領域で動作するシステムの場合、空気除去プロセスのためだけにシステムを戻すことは不便である。また、シリンダをアクチュエータとして使用する多くのアプリケーションでは、シリンダ自体を固定された姿勢や位置に取り付けるとは限らない。そのため、シリンダの姿勢や位置に関係なく作動する油圧システムの遠隔操作可能なエア抜き方法が必要となる。
【0004】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、複動式シリンダアクチュエータシステムにおける自己抽気／脱気方法が開示されている。シリンダは、作動用の２つのポートと、シリンダの上部領域と下部領域を接続するチャネルを形成するためのスリーブで構成された排気用の別の２つのポートとからなる。
【0005】
また、特許文献２には、シリンダの固定姿勢や位置に依存せずに、油圧シリンダにおける気泡や小さな固形物などの異物を除去する方法が提案されている。このシステムは、シリンダと、取り外し可能なメンテナンスホースを使用して流体を排出するための追加の通路、および流体を切り替えるための機構とで構成される。エア抜き工程では、メンテナンスホースを手動で流体切替機構に接続し、シリンダシステムから流体と空気を流出させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許出願公開第２０１１／００７２９６２号明細書
【特許文献2】特開２０１７－１５５９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献１に記載の技術によれば、通常のピストン作動によりシリンダ内の空気を自動的に抜くことができる。しかしながら、この方法は、シリンダの上部領域から空気を自動的に除去できるようにするため、シリンダの固定位置に依存している。このため、シリンダの姿勢や位置そのものを移動させたい場合には、シリンダアクチュエータの用途に制限が生じる。
【0008】
特許文献２に記載の技術では、メンテナンスホースの接続によって、流体の流れや空気抜きの方法が決まる。この接続はオペレータが手動で行う必要があり、遠隔領域で動作するシステムでは不可能である。
【0009】
そこで、本発明の目的は、任意のシリンダアクチュエータの姿勢や位置においても自動操作が可能でありながら、流体中の空気を自動的に除去することができる液圧駆動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
この問題を解決するために、本発明は、ピストンを有する３ポートシリンダアクチュエータと、第１の作動弁と第２の作動弁とを含む少なくとも２つの作動弁と、排気弁と、流体を貯留するタンクと、前記タンクから前記作動弁に前記流体を供給するモータポンプと、前記作動弁および前記排気弁の全ての弁と前記モータポンプを制御する制御装置と、を含む液圧駆動システムであって、前記第１の作動弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータの底部ポートに接続され、前記第２の作動弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータのロッドポートに接続され、前記排気弁は、前記３ポートシリンダアクチュエータの排気ポートに接続され、前記ロッドポートと前記底部ポートの位置は前記３ポートシリンダアクチュエータの各端部にあり、前記排気ポートの位置は前記ロッドポートと前記底部ポートの間の任意の位置にあり、前記ピストンを制御して前記３ポートシリンダアクチュエータのロッド側に移動させ、前記ロッドポートの前記第２の作動弁をＯＦＦに設定し、前記排気ポートの前記排気弁を開くためにＯＮに設定し、前記底部ポートの前記第１の作動弁をＯＮに設定し、空気を前記タンクに流すことによって、前記３ポートシリンダアクチュエータの底部側の空気を除去し、前記ピストンを制御して前記３ポートシリンダアクチュエータの底部側に移動させ、前記底部ポートの前記第１の作動弁をＯＦＦに設定し、前記排気ポートの前記排気弁を開くためにＯＮに設定し、前記ロッドポートの前記第２の作動弁をＯＮに設定し、空気を前記タンクに流すことによって、前記３ポートシリンダアクチュエータのロッド側の空気を除去する液圧駆動システム。
【0011】
また、本発明は、ピストンを有する４ポートシリンダアクチュエータと、第１の作動弁と第２の作動弁とを含む少なくとも２つの作動弁と、第１の排気弁と第２の排気弁とを含む２つの排気弁と、流体を貯留するタンクと、前記タンクから前記作動弁に前記流体を供給するモータポンプと、前記作動弁および前記排気弁の全ての弁と前記モータポンプを制御する制御装置と、を含む液圧駆動システムであって、前記第１の作動弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータの底部ポートに接続され、前記第２の作動弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータのロッドポートに接続され、前記第１の排気弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータの第１の排気ポートに接続され、前記第２の排気弁は、前記４ポートシリンダアクチュエータの第２の排気ポートに接続され、前記ロッドポートと前記底部ポートの位置は前記４ポートシリンダアクチュエータの各端部にあり、前記第１の排気ポートと前記第２の排気ポートの位置は前記ロッドポートと前記底部ポートの間の任意の位置にあり、前記作動弁および前記排気弁をＯＮに設定し、前記底部ポートおよび前記ロッドポートから各排気ポートに空気を流すことによって、底部側およびロッド側の両方の空気を除去する液圧駆動システム。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、任意のシリンダアクチュエータの姿勢や位置においても自動操作が可能でありながら、流体中の空気を自動的に除去することができる液圧駆動システムを実現することができる。
【0013】
これにより、液圧駆動システムを用いたロボットやマニピュレータの信頼性及び稼働率を向上することが可能となる。
【0014】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【
図1】実施例１に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。
【
図2】実施例２に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。
【
図3】実施例３に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。
【
図4】実施例４に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。
【
図5】実施例５に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。
【
図6】実施例６に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。
【
図7】実施例７に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。
【
図8】実施例８に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。
【
図9】実施例９に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。
【
図10】実施例１０に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。
【
図11】実施例１１に係る液圧駆動システムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【0017】
また、以下の説明は、提案する実施形態の例示であり、特許請求の範囲を限定するものではない。また、空気除去方法の動作原理も、当業者が実施することを可能にするために提供される例であり、記載された請求項に限定されない。本開示では、気泡、ガス、または小さな固形物などの油圧システムに閉じ込められた異物を空気と呼ぶ。
【実施例0018】
図１を参照して、本発明の実施例１に係る液圧駆動システムについて説明する。
【0019】
本発明の実施例１の主要な構成を
図１に示す。本実施例は、第１のポートである底部ポート１１を底部ホース２１に接続し、第２のポートであるロッドポート１２をロッドホース２２に接続し、第３のポートである排気ポート１３を排気ホース２３に接続する３ポートシリンダアクチュエータ１によって構成される。底部ホース２１は、作動弁（双方向弁）３１に接続され、ロッドホース２２は、作動弁（双方向弁）３２に接続される。排気ホース２３は、排気弁（一方向弁）３３に接続され、排気弁（一方向弁）３３はそれをタンク８に接続する。
【0020】
モータポンプ７は、タンク８から各作動弁３１，３２に流体を供給するとともに、各作動弁３１，３２をタンク８に接続して、流体が底部ポート１１からタンク８に、またはロッドポート１２からタンク８に流れることができるようにする。換言すれば、作動弁３１，３２の各々は、一種の双方向弁である。制御装置１００を使用して、すべての弁３１，３２，３３の信号を制御し、それに応じてモータポンプ７を作動させる。
【0021】
一般に、ロッドポート１２及び底部ポート１１は、同じ側または反対側のいずれかで、シリンダの各端部に構成される。ここで、排気ポート１３は、ロッドポート１２と底部ポート１１の位置の間のどこにでも、同じ側または反対側に設置することができる。
図１の例では、ロッドポート１２と底部ポート１１がシリンダの各端部で同じ側に構成され、排気ポート１３が反対側に構成されていることを示している。
【0022】
作動弁３１，３２を制御してピストン１５を移動させることによって空気が除去され、流体が底部ポート１１から排気ポート１３へ、またはロッドポート１２から排気ポート１３へ流れる。例えば、作動弁３１は、モータポンプ７によって供給される流体を底部ポート１１に接続するようにＯＮ（ポンプ）に設定され、作動弁３２は、ロッドポート１２をタンク８に接続するようにＯＮ（タンク）に設定され、排気弁３３はＯＦＦに設定される。この状態で、ピストン１５が端部に達するまで、ピストン１５はシリンダのロッド側に移動する。
【0023】
次に、作動弁３２をＯＦＦに設定し、排気弁３３をＯＮ（タンク）に設定して、空気２００を含む流体が底部ポート１１から排気ポート１３に流れてタンク８に到達するようにする。その後、同様の手順でロッド側の空気２００を除去することができる。先ずピストン１５を底部側に移動させ、作動弁３１を底部側でＯＦＦにしてピストン１５の動きを止めることによって、空気２００を含む流体をロッドポート１２から排気ポート１３に流すことができる。
【0024】
ピストン１５をロッド側または底部側のいずれかに移動させる場合、必ずしも３ポートシリンダアクチュエータ１の端まで移動させる必要はない。排気ポート１３の位置に応じて、作動弁３１，３２の開時間でピストン１５の位置を決定することができる。従って、ピストン１５を移動させて排気ポート１３の左側または右側付近で停止させるまでの時間を短縮することができる。また、底部ポート１１から排気ポート１３へ、またはロッドポート１２から排気ポート１３への空気を除去する順序は、いずれも本開示に含まれる。
【0025】
本実施例の液圧駆動システム及びその空気除去方法は、直接接触できる用途または遠隔用途に適用可能である。直接接触できる用途とは、すべての構成要素が人間／オペレータによって直接接触できることを意味し、遠隔用途とは、構成要素のいくつかが人間／オペレータ側の近くに配置され、他の構成要素が遠隔側に配置されることを意味する。
【0026】
例えば、遠隔用途では、通常、少なくとも３ポートシリンダアクチュエータ１が作業のために遠隔側に配置され、それが長いホース２１，２２，２３によって接続され、他の構成要素はオペレータ側に配置される。３ポートシリンダアクチュエータ１及び排気弁３３が遠隔側に配置される、すべての弁３１，３２，３３が遠隔側に配置される、または制御装置１００を除くすべての構成要素が遠隔側に配置されるなど、他の可能な構成要素の配置も本開示に含まれる。
【0027】
図１では、供給用の流体は、除去用の流体と同じタンク８に溜められる。しかしながら、必ずしもそうである必要はなく、供給流体用と除去流体用のタンク８を分離することが可能である。除去された流体は、同じタンク８に戻す前に、最初に濾過することができる。また、環境や流体の種類によっては、空気をタンク８に戻すのではなく、直接環境に排出することもできる。例えば、作動流体が水で、油圧アクチュエータの用途が深海作業の場合、流体と空気が環境に除去されても問題は生じない。また、タンク８と同様に、流体として海水を使用することも可能である。
【0028】
流体を供給するために、モータポンプ７のみが使用されることが記載されているが、これに限定されるものではない。モータポンプ７が安定した流体圧力または流体の流れを供給するのを助けることができるリリーフ弁、レギュレータ、逆止弁、または他の構成要素などを追加することも可能である。また、作動弁３１，３２のそれぞれは、３ポート構造の単一弁に限定されるものではなく、２つの一方向弁を組み合わせて、３ポート双方向弁として機能するように構成することもできる。排気弁３３もまた、一方向弁タイプに限定されず、流体を流通させたり停止させたりできる任意のＯＮ－ＯＦＦ弁であっても良い。
【0029】
システム構成は、１つの３ポートシリンダアクチュエータ１のみに限らず、複数の３ポートシリンダアクチュエータシステムの構成も可能である。構成の一例は、タンク８を除くすべての構成要素を複数化することである。単一のタンク８と単一のモータポンプ７を使用して、複数の弁及びシリンダアクチュエータを接続することも可能である。
【0030】
この主要な構成により、シリンダ本体が任意の姿勢に設定されていても、排気ポート１３とピストン位置を利用して、液圧駆動式シリンダアクチュエータシステム内に閉じ込められた空気を除去することができる。
【実施例0031】
図２を参照して、本発明の実施例２に係る液圧駆動システムについて説明する。
【0032】
排気ポート１３と、ロッドポート１２または底部ポート１１のいずれかから離れたある位置にまだ閉じ込められている可能性のある空気の空気除去性能を改善するために、排気ポート配置構成が提供される。ロッドポート１２と底部ポート１１は、３ポートシリンダアクチュエータ１の同じ側で、かつ端部にあるように構成されており、排気ポート１３は、ロッドポート１２及び底部ポート１１の両者とは反対側にあるように構成されている。排気ポート１３も、３ポートシリンダアクチュエータ１の端部ではなく、その一方に非常に近接して配置されている。例えば、排気ポート１３は、少なくともピストン１５の幅サイズと同じくらいの水平変位のオフセットで、底部ポート１１の反対側に配置される。排気ポート１３を、底部ポート１１またはロッドポート１２の近くに配置する決定は、システムの主な用途に応じて適合させることができる。
【0033】
空気除去のプロセスは、実施例１の基本的な主要構成と同様である。しかし、底部側の空気を除去する場合、ピストン１５の幅の約２倍の長さだけピストン１５をロッド側に移動させるだけで良い。こうすることで、底部ポート１１と排気ポート１３とが非常に近い位置にあるため、３ポートシリンダアクチュエータ１の底部側に滞留する空気を大幅に低減することが期待できる。また、ロッド側から先に空気を抜き、その後底部側で空気を抜くことが推奨される。これにより、ピストン１５の特定の長さの移動が、ロッド側での空気の減少による特定のバルブ開時間によって、より効果的に制御できるようになる。
【0034】
３ポートシリンダアクチュエータ１が、作動のためにホース２１，２２によって接続された遠隔側にあると考える。排気ポート１３に接続された排気弁３３が人間／オペレータ側に配置される場合、ホース２３は、システムに沿って延びるホース２１，２２，２３の合計数を追加することになる。アプリケーションによっては、遠隔アプリケーションのホースの総数を減らす必要がある。例えば、排気弁３３を３ポートシリンダアクチュエータ１に直接取り付けるか、タンク８の近くにないシリンダアクチュエータシステムの近くに配置することにより、必要なホースの数を減らすことができる。排気弁３３には、細い配線で制御できる電磁開閉弁を用いることができる。流体は、環境に排出することができる。この構成により、ホースの総数を減らすことができるとともに、システムに沿って延びるホースとケーブルを組み合わせた合計の長さを減らすことができる。
【実施例0035】
図３を参照して、本発明の実施例３に係る液圧駆動システムについて説明する。
【0036】
図３に示すように、排気ポート１３の排気弁３３を双方向弁タイプに変更することにより、空気除去性能をさらに向上させることができる。この構成を用いて、所定の時間に前後などのパターン化された移動コマンドで流体を移動できるため、シリンダまたはホースの端部に閉じ込められた空気を擦る粘性力が発生する。摩擦運動をピストン１５の運動と組み合わせて、流体の粘性力をさらに増加させることもできる。
【0037】
例えば、底部側の空気を抜く場合は、まずピストン１５をロッド側に移動させる。次に、ロッド側の作動弁３２をＯＦＦに設定する。その後、作動弁３１をＯＮ（ポンプ）、排気弁３５をＯＮ（タンク）に設定し、流体が底部ポート１１から排気ポート１３に流れるようにする。ある一定期間、作動弁３１と排気弁３５の向きを変えて、流体が排気ポート１３から底部ポート１１に流れるようにする。
【0038】
所定の期間におけるこの切り替え制御により、パターン化された流体の動きを作り出す。同様に、弁を適切に制御することにより、ロッド側の空気を除去することができる。
【0039】
空気除去性能をさらに向上させるためには、ピストン１５を排気ポート１３から右または左の正確な位置に設定することが好ましい。開弁時間によるピストン位置の特性は、シリンダロッド１６の先端に負荷がない場合にのみ機能する。
【0040】
ロッド側または底部側のいずれかに流量センサを追加することにより、流体量をより正確に検出することができ、その情報を使用してピストン１５の位置を推定することができる。流量センサは、従来の流量センサに限定されるものではなく、流体の動きの量またはピストンの動きのいずれかを測定することができる任意の他のセンサであっても良い。このようなセンサの例は、ピストン１５に配置されたリニアエンコーダセンサであるか、または、ピストンにリニアエンコーダセンサが取り付けられた別のシリンダである場合は、流体の量をピストンの変位とシリンダの直径から計算することができる。
【実施例0041】
図４を参照して、本発明の実施例４に係る液圧駆動システムについて説明する。
【0042】
本開示の実施例１（
図１）は、単一のシリンダアクチュエータシステムだけでなく、複数のシリンダアクチュエータシステムにも適用可能である。
図４は、モータポンプ７を増やすことなく、ピストンを初期位置に戻すことができる複数のシリンダアクチュエータのための空気除去方法を可能にする構成を示している。この図において、モータポンプ７の出力に圧力センサ５３を追加することは、異なる各３ポートシリンダアクチュエータ１ａ，１ｂの作動状態を保存するために有用であり、その結果、ピストン１５ａ，１５ｂは空気除去プロセスの後に初期位置に戻ることができる。
【0043】
複数のシリンダアクチュエータのための空気除去プロセスの間、各シリンダは互いに任意の姿勢をとることができる。３ポートシリンダアクチュエータ１ａの空気を抜く場合は、３ポートシリンダアクチュエータ１ｂの作動弁３１ｂ，３２ｂと排気弁３３ｂ、その他のシリンダをＯＦＦに設定する。３ポートシリンダアクチュエータ１ａの底部側圧力を圧力センサ５１ａで検出してＰ１ａとし、モータポンプ7の圧力をその値に設定する。この値を３ポートシリンダアクチュエータ１ａの圧力状態として保存する。ロッドポート１２ａの近くまたは底部ポート１１ａの近くのピストン１５ａの位置の状態は、流量センサ４１ａの値から検出することができる。ピストン１５ａの位置がわかれば、３ポートシリンダアクチュエータ１ａのピストン１５ａを動かさずに、その側から実施例１と同様の空気除去処理を行うことができる。
【0044】
反対側の空気の除去については、ピストン１５ａは流量センサ４１ａからのフィードバックにより最小限の動きで移動することができ、空気除去のプロセスも同様であるが、同じ圧力Ｐ１ａを使用する。両側の空気抜きを行った後、３ポートシリンダアクチュエータ１ａを初期位置に戻すことができる。最初のシリンダ（３ポートシリンダアクチュエータ１ａ）が完了した後、次のシリンダアクチュエータ（３ポートシリンダアクチュエータ１ｂ）の空気除去を進めることができる。
【実施例0045】
図５を参照して、本発明の実施例５に係る液圧駆動システムについて説明する。
【0046】
複数のシリンダアクチュエータでの空気除去能力をさらに向上させるために、リリーフバルブをシリンダアクチュエータの各セットに追加することができる。
図５に示すようにリリーフ弁６１ａ，６１ｂを追加し、リリーフ弁上限圧力を、底部ポート１１ａ，１１ｂまたはロッドポート１２ａ，１２ｂ付近に取り付けられている圧力センサ５１ａ，５１ｂと等しくなるように設定することにより、すべてのシリンダアクチュエータに対して同時に空気除去を行うことができる。プロセスは同時であるが、各シリンダの初期状態は異なるため、必ずしもすべてのシリンダで同時に完了するとは限らない。
【実施例0047】
図６を参照して、本発明の実施例６に係る液圧駆動システムについて説明する。
【0048】
基本的な構成は、実施例１と同様であるが、シリンダアクチュエータは４ポートシリンダアクチュエータ２を使用しており、排気ポート１３，１４は、底部ポート１１とロッドポート１２との間の任意の位置に配置されている。排気ポート１３，１４は、それぞれ排気弁３３，３４によって制御される。このような構成により、ピストン１５がロッドポート１２と底部ポート１１との間の任意の位置にあるとき、底部ポート１１から排気ポート１３に流すように作動弁３１を切り替え、ロッドポート１２から排気ポート１４に流すように作動弁３２を切り換えることにより、ロッド側及び底部側の双方において空気を同時に除去することができる。
【0049】
なお、実施例３（
図３）と同様に、排気弁３３，３４に双方向弁タイプを用いることも可能である。
【実施例0050】
図７を参照して、本発明の実施例７に係る液圧駆動システムについて説明する。
【0051】
空気除去能力をさらに向上させるために、排気ポート１３，１４は、それぞれのロッドポート１２及び底部ポート１１から正確に反対の位置に配置される。この配置により、空気は直接排気ポート１３，１４に直進的に移動することができると予想される。
【0052】
４ポートシリンダアクチュエータ２を用いた実施例６及び実施例７は、底部側から、または、ロッド側から空気除去プロセスを順次実行することによってさらに改善される。一方の側、例えばロッド側で空気除去を行う場合、ピストン１５は最初にロッドポート１２の端部に非常に近い位置に移動し、その結果、流体はロッドポート１２から排気ポート１４への直線経路を流れることができる。ロッド側で流体を流した後、最初にピストン１５を底部ポート１１の端部に非常に近い位置に移動することによって、底部側で同じ動作が行われる。
【0053】
ピストン１５をロッドポート１２の端部に非常に近い位置に移動させる方法の１つは、最初に両方の排気弁（電磁弁）３３，３４をＯＦＦに設定し、次に作動弁３１をＯＮ（ポンプ）に設定してモータポンプ７を底部ポート１１に接続し、作動弁３２をＯＮ（タンク）に設定してロッドポート１２をタンク８に接続することである。ピストン１５は、ロッドポート１２でシリンダの端部に移動する。この状態で、シリンダの動きの特性に基づいた非常に短い時間において、モータポンプ７をロッドポート１２に接続するように作動弁３２を設定し、タンク８に接続するように作動弁３１を設定することによって、流体の動きを少量で逆転させることができる。
【0054】
排気ポート用の排気弁３３，３４は人間／オペレータ側に配置されるため、ホース２３，２４を追加するとホース２１，２２，２３，２４の総数が増加することになる。排気弁３３，３４を４ポートシリンダアクチュエータ２に直接取り付け、空気を環境へ除去することにより、必要なホースの数を減らすことができる。排気弁３３，３４には、細い配線で制御される電磁開閉弁タイプを使用することができる。
【0055】
実施例６及び実施例７（
図６及び
図７）の基本構成は、排気ポート１３，１４の排気弁３３，３４を一方向電磁弁タイプから双方向弁タイプに変更することにより、更に改善される。この構成を使用すると、流体はパターン化された移動コマンドで移動できるため、システム内のいずれかに閉じ込められた空気を擦る粘性力が生成される。パターン化された動作の例としては、排気弁３３と作動弁（双方向弁）３１を制御して、流体を排気ポート１３から底部ポート１１にｔ１時間流した後、排気弁３３と作動弁（双方向弁）３１を制御して、流体を底部ポート１１から排気ポート１３にｔ２時間流すような動作が挙げられる。ここで、ｔ１＜ｔ２であり、従って、時間ｔ３後に排気ポート１３から空気が除去されるようになる、流体移動のパルス状のパターンを生成する。
【0056】
ピストン１５を移動させるプロセスは、短時間で弁を制御するだけでなく、ピストン位置をより正確に調整するために、ロッド側または底部側のいずれかに流量センサを追加することによって改善することができる。ピストン１５を排気ポート１３または１４に非常に近い位置に配置できる場合、流体は直線運動で移動することが期待でき、空気がシリンダ内に閉じ込められるのを防ぐことができる。
【0057】
さらにシリンダのロッド側または底部側のいずれかに圧力センサを追加し、モータポンプ７に圧力センサを１つ追加することにより、複数シリンダシステムの空気除去能力を向上させることができる。空気を除去し、ピストン１５を初期位置に戻すプロセスは、特にロッド側と底部側の空気を順次除去する場合、実施例１と同様である。また、この構成ではピストン初期位置を移動させることなく、ロッド側と底部側の両方で同時に空気を除去することができる。
【実施例0058】
図８を参照して、本発明の実施例８に係る液圧駆動システムについて説明する。
【0059】
実施例７（
図７）のシステムのホース２１，２２，２３，２４の総数を減らすために、単一の双方向タイプの排気弁３７を用いてロッド側及び底部側の両方の空気をタンク８に除去することも可能である。一方の作動弁（例えば作動弁３１）をＯＦＦに設定し、もう一方の側の作動弁（例えば作動弁３２）とその排気弁３７に流体を流すことにより、空気が順次除去される。空気を除去する際に、ピストンの位置が動かないように保つか、またはピストン１５を各排気ポート１３，１４にできるだけ近い位置で最初に停止させることによって、ピストンの位置を維持することができる。環境によっては、タンク８の代わりに、空気と流体を環境に除去することも可能である。
【実施例0060】
図９を参照して、本発明の実施例９に係る液圧駆動システムについて説明する。
【0061】
環境へ空気を除去せずにホースの総数をさらに減らすには、一方向タイプの排気弁３８を使用し、その単一の弁のポートを４ポートシリンダアクチュエータ２の排気ポート１３，１４の両方に接続する。この構成では、両側の空気を同時に除去することができるが、プロセス中にピストン１５を一定に保つことはできない。 このため、ピストン１５を反対側に戻すプロセスを繰り返す必要がある。
【0062】
空気除去方法の例は以下の通りである。先ず、ピストン１５を底部ポート１１のシリンダの端部に移動させる。次に、排気弁３８をＯＮ、作動弁３１をＯＮ（ポンプ）、作動弁３２をＯＮ（タンク）に設定することにより、流体は底部ポート１１から排気ポート１３へ移動するとともに、排気ポート１４からロッドポート１２へ移動し、両側の空気は、排気弁のより少ない構成要素で同時に除去される。しかしながら、圧力差から、ピストン１５は、ロッドポート１２において、シリンダの端部までゆっくりと移動することが予想される。従って、ピストン１５がロッドポート１２に到達した後、排気弁３８はＯＦＦに設定され、ピストン１５は通常の動作で底部ポート１１に戻される。その後、空気除去プロセスを繰り返すことができる。
【0063】
この構成は、シリンダアクチュエータからその作動弁制御装置までの構成要素のセットを増やすことにより、複数のシリンダアクチュエータシステムで空気を除去することもできる。シリンダアクチュエータ毎に順次空気抜きを行うことで、プロセスも同様となる。
【0064】
この構成は、ロッド側と底部側の両方に流量センサを追加することによってさらに改善される。ピストン１５は、最初に底部ポート１１でシリンダの端部に設定される。そして、作動弁３１をＯＮ（ポンプ）に設定し、作動弁３２をＯＮ（タンク）に設定し、排気弁３８をＯＮに設定することによって、流体は底部ポート１１から排気ポート１３へ、排気ポート１４からロッドポート１２へ流れる。この場合、ピストン１５も一緒にロッド側に移動する。ピストン１５がロッドポート１２でシリンダの端部に到達した後、流量センサ４１のデータから流体量が保存される。ピストン１５は、排気弁３８をＯＦＦに切り替えることによって、底部ポート１１でシリンダの別の端部に戻り、同時に流量センサ４２からの流体体積の量を保存する。体積データの違いにより、空気がタンク８に完全に除去されるまでプロセスを繰り返す係数の数が決まる。
【0065】
この構成では、順次及び同時の両方の空気除去を行うことができる。例えば、同時プロセスの場合、最初にすべてのシリンダのピストンを底部側に移動させてから、空気除去プロセスを実行する。シリンダの初期姿勢やロッドでの負荷はシリンダ毎に異なるため、各ピストンのロッド側に到達するタイミングが異なる。ロッド側に到達するタイミングは、各シリンダセットの各対の流量センサ４１，４２によってモニタされる。ピストン１５がロッド側に到達していることを示す流量センサデータの場合、ピストン１５が底部側に戻るように、それらのそれぞれの作動弁３１，３２が制御され、一方、別のシリンダの他の作動弁は、正常に移動し続ける。この構成により、ピストンの動きが各シリンダで常に同じであるとは限らない場合でも、空気を同時に除去することができる。
【実施例0066】
図１０を参照して、本発明の実施例１０に係る液圧駆動システムについて説明する。
【0067】
一般に、システムで使用されるチューブ（ホース）はゴム材料で作られているため、圧力が加えられたときに内部が一定の割合で膨張することができる。この内部ホースの膨張により、少量の流体移動の生成と推定が不正確になる可能性がある。システム内のシリンダの姿勢、モータポンプ７から与えられる同じ圧力の大きさで、両側のピストン１５のプレートの異なる面積によって生じる油圧差によって、少量の測定値の不一致がさらに増加することになる。精度を向上させるためには、ロッド側に流量センサ４２と圧力センサ５２を追加し、制御装置１０９によってすべて制御され、ロッド側及び底部側での圧力を別々に調整することができるリリーフ弁６１，６２を追加する必要がある。
【0068】
本実施例では、チューブの内部膨張を利用することによる空気除去のプロセスが考慮される。ロッド側の空気を抜くには、先ずピストン１５をロッドポート１２の４ポートシリンダアクチュエータ２の端部まで移動させる。ピストン１５が完全に停止し、底部側に圧力変化がなくなった後、圧力センサ５１のデータから流体圧力Ｐ１を保存する。そして、作動弁３１と排気弁３５をＯＦＦに設定して、底部側での流体の移動をなくす。その後、シリンダロッド１６に接続された負荷の重量がピストン１５を底部側に押して、内部ホース（底部ホース２１及び排気ホース２３）を圧力Ｐ１’で平衡に達するまで膨張させる。次に、リリーフ弁６１がＰ１’で圧力を調整できるように調整され、ピストンはロッドポート１２でシリンダの端部に到達するまで再び移動する。
【0069】
第２に、リリーフ弁６２の限界圧力をＰ１’に設定することにより、ピストン１５が少量の流体変位で移動する。作動弁３１及び排気弁３５をＯＦＦ位置にする代わりに、作動弁３１及び排気弁３５をＯＮに設定して、ホースの内部膨張なしで底部側の圧力をＰ１’で一定に保つことができる。ロッド側の圧力は、流量センサ４２が動き始めるまでリリーフ弁６２のリミットを制御することによって、徐々に上昇する。この圧力は、圧力センサ５２によってモニタされ、Ｐ２として保存される。
【0070】
最後に、ロッド側の空気を抜いた後、底部側の圧力をＰ１’以下にして底部側の空気を抜く。ピストン１５が底部ポート１１でシリンダの端部に到達した後、リリーフ弁６１の圧力限界をＰ１’より上まで徐々に増加させることによって、少量の流体置換が行われる。流量センサ４１が流体の移動を検出した後、プロセスは完了する。これらのプロセスにより、シリンダシステムのランダムな姿勢でも、より精度の高い空気除去方法を実行することができる。
【実施例0071】
図１１を参照して、本発明の実施例１１に係る液圧駆動システムについて説明する。
【0072】
両側のリリーフ弁を利用することによって、ピストン１５の位置を移動させずに、同時に両側の空気除去能力をさらに向上させることができる。このプロセスは以下のように考えられる。すべての弁をＯＦＦに設定することによってピストン１５ａが停止されると、ロッド側５２ａまたは底部側５１ａのいずれかで検出される圧力データは、チューブ（ホース）の膨張状態を含んでいる。両側の流量センサ４１ａ，４２ａのデータもまた、ピストンの初期位置を決定し、例えば、その差は定数パラメータＱｄとして設定される。これらの圧力はピストンを安定に維持するために必要であるため、リリーフ弁６１，６２は、圧力センサ５１ａ，５２ａから得られる圧力限界によって設定される。その後、弁３１ａ，３２ａをＯＮ（ポンプ）に設定し、弁３５ａ，３６ａをＯＮ（タンク）に設定して、流体が底部ポート１１ａから排気ポート１３ａへ流れ、ロッドポート１２ａから排気ポート１４ａへ流れるようにする。この空気除去プロセスの間、ピストン１５ａが動かないようにリリーフ弁６１，６２の圧力限界を調整することによって、底部側からの流れである全流体からロッド側からの流れである全流体を差し引いた値がＱｄとして一定に維持される。
【0073】
最後に、本実施例は、複数のシリンダアクチュエータシステムにも使用することができる。圧力センサから、流量センサ、弁、リリーフ弁に至るまで、各シリンダに構成要素を均等に持たせることで、すべてのシリンダの空気除去を同時に行うことができる。さらに、
図１１に示すように、空気抜きを順次行うことにより、すべてのシリンダアクチュエータに対して２つのリリーフ弁６１，６２のみを使用することも可能である。
【0074】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【0075】
１，１ａ，１ｂ：３ポートシリンダアクチュエータ
２，２ａ，２ｂ：４ポートシリンダアクチュエータ
７：モータポンプ
８：タンク
１１，１１ａ，１１ｂ：底部ポート
１２，１２ａ，１２ｂ：ロッドポート
１３，１３ａ，１３ｂ，１４，１４ａ，１４ｂ：排気ポート
１５，１５ａ，１５ｂ：ピストン
１６，１６ａ，１６ｂ：シリンダロッド
２１：底部ホース
２２：ロッドホース
２３，２４，２５：排気ホース
３１，３１ａ，３１ｂ，３２，３２ａ，３２ｂ：作動弁（双方向弁）
３３，３３ａ，３３ｂ，３４，３５，３５ａ，３５ｂ，３６，３６ａ，３６ｂ，３７，３８：排気弁
４１，４１ａ，４１ｂ，４２，４２ａ，４２ｂ：流量センサ
５１，５１ａ，５１ｂ，５２，５２ａ，５２ｂ，５３：圧力センサ
６１，６１ａ，６１ｂ，６２：リリーフ弁
１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０：制御装置
２００：空気または異物
【外国語明細書】
[Document Name] Specification
[Title of Invention] Fluid-driven system
[Technical Field]
[0001]
The present invention relates to the configuration of a fluid-driven system. More specifically, the present invention relates to the configuration of a fluid-driven cylinder actuator system capable of automatically removing the air in the fluid even if the cylinder posture or position changes in the system.
[Background of Invention]
[0002]
A fluid-driven system is considered as having high power and durability characteristic for work in harsh environment. For lifting heavy object on construction machinery system, transmitting high power on brake system, or robot application on remote task, hydraulic cylinder as the actuator is often utilized. However, heavy works lead the hydraulic fluid to form air bubbles caused by the high-pressure cavitation, in addition to other problems such as fittings or component wear.
[0003]
In order to guarantee the hydraulic system performance, regular maintenance operation to remove the air bubbles on hydraulic cylinder is required. However, for system working in remote area, it is not convenient to return the system back only for the air removal process. Also, many applications using cylinder as actuator did not constrain the cylinder itself to be installed in a fixed posture or position. Hence, a remotely capable of air removal method on hydraulic system that can work regardless of the cylinder posture or position is necessary.
[0004]
As a background technique in this technical field, for example, there is a technique such as Patent Document 1. Patent Document 1 discloses a self-bleeding/air removal method on double acting cylinder actuator system. The cylinder consists of two ports for actuation and another two ports for exhaust constructed with sleeves to create the channel that connect the top region with the bottom region of the cylinder.
[0005]
Another method to remove foreign object such as air bubble or small solid object at the hydraulic cylinder without relying on the fix posture or position of the cylinder had been proposed in Patent Document 2. The system consists of a cylinder, additional passage to exhaust the fluid using removable maintenance hose, and a mechanism for changing-over the fluid. During the air removal process, the maintenance hose is connected manually with the fluid changing-over mechanism so that it can let the fluid and air to flow out of the cylinder system.
[Prior Art Document]
[Patent Document]
[0006]
[Patent Document 1] US2011/0072962A1
[Patent Document 2] JP2017-155931A
[Summary of Invention]
[Issue to Resolve]
[0007]
According to the technique described in Patent Document 1, the air can automatically be removed from the cylinder through normal actuation of the piston. However, this method is relying on fixed position of the cylinder so that the air can be remove automatically from the top region of the cylinder. This will make a limitation to the cylinder actuator application if we want to move the cylinder posture or position itself.
[0008]
According to the technique described in Patent Document 2, the connection of the maintenance hose decides the fluid flow and method of the air removal. This connection must be performed manually by the operator and is not possible for a system that works in remote area.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a fluid-driven system capable of automatically removing the air in the fluid whereas the automatic operation can work for any cylinder actuator posture or position.
[Solution to Problem]
[0010]
In order to solve the problems, the present invention provides a fluid-driven system comprising: a 3-port cylinder actuator having a piston, at least two actuation valves including a first actuation valve and a second actuation valve, an exhaust valve, a tank to accumulate the fluid, a motor pump to supply the fluid from the tank to the actuation valves, a controller to control all the valves of the actuation valves and the exhaust valve and the motor pump, wherein the first actuation valve connects to a bottom port of the 3-port cylinder actuator, the second actuation valve connects to a rod port of the 3-port cylinder actuator, and the exhaust valve connects to an exhaust port of the 3-port cylinder actuator, wherein the locations of the rod port and the bottom port are at each edge of the 3-port cylinder actuator and the location of the exhaust port is anywhere between the rod port and the bottom port, wherein the air in the bottom side of the 3-port cylinder actuator is removed by controlling the piston to move to the rod side of the 3-port cylinder actuator, and setting OFF the second actuation valve on the rod port, and setting ON the exhaust valve to open at the exhaust port, and let the air flow to the tank by setting ON the first actuation valve on the bottom port, wherein the air in the rod side of the 3-port cylinder actuator is removed by controlling the piston to move to the bottom side of the 3-port cylinder actuator, and setting OFF the first actuation valve on the bottom port, and setting ON the exhaust valve to open at the exhaust port, and let the air flow to the tank by setting ON the second actuation valve on the rod port.
[0011]
The present invention also provides a fluid-driven system comprising: a 4-port cylinder actuator having a piston, at least two actuation valves including a first actuation valve and a second actuation valve, two exhaust valves including a first exhaust valve and a second exhaust valve, a tank to accumulate the fluid, a motor pump to supply the fluid from the tank to the actuation valves, a controller to control all the valves of the actuation valves and the exhaust valves and the motor pump, wherein the first actuation valve connects to a bottom port of the 4-port cylinder actuator, the second actuation valve connects to a rod port of the 4-port cylinder actuator, the first exhaust valve connects to a first exhaust port of the 4-port cylinder actuator, and the second exhaust valve connects to s second exhaust port of the 4-port cylinder actuator, wherein the locations of the rod port and the bottom port are at each edge of the 4-port cylinder actuator and the locations of the first exhaust port and the second exhaust port are anywhere between the rod port and the bottom port, wherein the air in both of the bottom side and the rod side are removed by setting the actuation valves and the exhaust valves ON, and letting the air flow from the bottom port and the rod port to each exhaust ports.
[Advantageous Effect]
[0012]
According to the invention, it is possible to realize a fluid-driven system capable of automatically removing the air in the fluid whereas the automatic operation can work for any cylinder actuator posture or position.
[0013]
This makes it possible to improve the reliability and availability rate of robot or manipulator that uses the fluid-driven system.
[0014]
Objects, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
[Brief Description of Drawings]
[0015]
[FIG. 1] FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fluid-driven system according to a first embodiment.
[FIG. 2] FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a fluid-driven system according to a second embodiment.
[FIG. 3] FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a fluid-driven system according to a third embodiment.
[FIG. 4] FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a fluid-driven system according to a fourth embodiment.
[FIG. 5] FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a fluid-driven system according to a fifth embodiment.
[FIG. 6] FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a fluid-driven system according to a sixth embodiment.
[FIG. 7] FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a fluid-driven system according to a seventh embodiment.
[FIG. 8] FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a fluid-driven system according to an eighth embodiment.
[FIG. 9] FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a fluid-driven system according to a ninth embodiment.
[FIG. 10] FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a fluid-driven system according to a tenth embodiment.
[FIG. 11] FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a fluid-driven system according to an eleventh embodiment.
[Description of Embodiments]
[0016]
Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same configurations are denoted by the same reference numerals, and a detailed description of repeated parts will be omitted.
[0017]
Furthermore, the following descriptions are examples of the proposed embodiments which are not limiting the scope of the claim. The working principles of the air removal methods are also examples which are provided to allow the person skilled in the art to implement the methods and are not bounded with the written claim. In this disclosure, the foreign object that entrapped in the hydraulic system such as air bubble, gas, or small solid object will be referred as air.
[First Embodiment]
[0018]
A fluid-driven system according to a first embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 1.
[0019]
The principal configuration of the first embodiment of the present disclosure is shown in Fig. 1. The embodiment is configured by a 3-port cylinder actuator 1, which connects the first port or bottom port 11 to a bottom hose 21, the second port or rod port 12 to a rod hose 22, and the third port or exhaust port 13 to an exhaust hose 23. The bottom hose 21 is connected to the actuation valve (bi-directional valve) 31, and the rod hose 22 is connected to the actuation valve (bi-directional valve) 32. The Exhaust hose 23 is connected to an exhaust valve (unidirectional valve) 33 which then connects it to the tank 8.
[0020]
The motor pump 7 supply the fluid from the tank 8 to each actuation valve 31, 32, as well as connecting each actuation valve 31, 32 to the tank 8 so that the fluid can flow from the bottom port 11 to the tank 8 or from the rod port 12 to the tank 8. In other words, each of the actuation valves 31, 32 is a type of bi-directional valve. A controller 100 is used to control all the valves 31, 32, 33 signal and the motor pump 7 to act accordingly.
[0021]
In general, the rod port 12 and the bottom port 11 are constructed at each edge of the cylinder, either at the same side or at the opposite side. Here, the exhaust port 13 can be installed anywhere between the rod port 12 and the bottom port 11 position, either at the same side or at the opposite side. The example in Fig. 1 shows that the rod port 12 and the bottom port 11 are constructed at each edge of the cylinder and at the same side, while the exhaust port 13 is constructed at the opposite side.
[0022]
The air is removed by moving the piston 15 through controlling the actuation valves 31, 32 so that the fluid flow from either the bottom port 11 to the exhaust port 13, or from the rod port 12 to the exhaust port 13. For example, the actuation valve 31 is set ON (pump) to connect the fluid supplied by the motor pump 7 with the bottom port 11, and the actuation valve 32 is set ON (tank) to connect the rod port 12 with the tank 8, and the exhaust valve 33 is set OFF. In this state, the piston 15 moves to the rod side of the cylinder until the piston 15 reaches the edge.
[0023]
Next, the actuation valve 32 is set OFF, and the exhaust valve 33 is set ON (tank) so that the fluid including the air 200 is now flowing from the bottom port 11 to the exhaust port 13 until it reaches the tank 8. After that, the air 200 at the rod side can be removed by doing the similar procedure. By moving the piston 15 to the bottom side first and stop its movement by setting OFF the actuation valve 31 at bottom side, the fluid including air 200 can flow from the rod port 12 to the exhaust port 13.
[0024]
When moving the piston 15 to either rod side or bottom side, it is not always necessary to move it until the edge of the 3-port cylinder actuator 1. Depending on the location of the exhaust port 13, it is possible to characterize the position of the piston 15 with the actuation valves 31, 32 opening time. Therefore, moving the piston 15 to stop at around the left side or right side of the exhaust port 13 by shorter amount of time is possible. Also, the order of removing the air, either from the bottom port 11 to the exhaust port 13, or from the rod port 12 to the exhaust port 13, are both included in the present disclosure.
[0025]
The present embodiment of fluid-driven system and its air removal method can be applicable for direct contact application or for remote application. The direct contact application means that all the components can be contacted directly by the human/operator, while the remote application means that some of the components are located near the human/operator sides and the other components are located at remote sides.
[0026]
For example, remote application usually requires at least 3-port cylinder actuator 1 is placed at the remote sides for work, which then connected by the long hoses 21, 22, 23, while the other components are placed at the operator sides. Other possible component placements are also included in the present disclosure, such as the 3-port cylinder actuator 1 and the exhaust valve 33 are placed at remote sides, all valves 31, 32, 33 are placed at remote sides, or all components except controller 100 are placed at the remote sides.
[0027]
In FIG. 1, the fluid for supply is accumulated in the same tank 8 as the fluid for removal. However, that is not always necessary, it is possible to separate the tank 8 for supply fluid and for removed fluid. The removed fluid can be filtered first before returning to the same tank 8. Also, depending on the environment and the fluid type, it is possible to remove the air directly to the environment instead of returning it to the tank 8. For example, if the hydraulic fluid is water and the hydraulic actuator application is deep sea works, then it will not cause any problem if the fluid and air are removed to the environment. It is also possible to use the sea water as the fluid as well as the tank 8.
[0028]
To supply the fluid, it is written that only motor pump 7 is used, but it is not limiting to this component. It is also possible to add such as relief valve, regulator, check valve, or other component that can help the motor pump 7 to supply a stable fluid pressure or fluid flow. In addition, each of the actuation valves 31, 32 is not limited to single valve with 3-port structure, but also could be a combination of two unidirectional valves and configured so that it could serve as bi-directional valve with 3-port. The exhaust valve 33 is also not limited to unidirectional valve type, it might be any ON-OFF valve that can stop or let the fluid flow through it.
[0029]
The system configuration is not limited to only single 3-port cylinder actuator 1, but it is also possible for multiple 3-port cylinder actuators system. An example of the configurations is by multiplying all the components except for the tank 8. It is also possible by using single tank 8 and single motor pump 7 to connect with multiple valves and cylinder actuators.
[0030]
With this principal configuration, it is possible to remove the air that entrapped in the fluid-driven cylinder actuator system by utilizing the exhaust port 13 and the piston position, even if the cylinder’s body is set at any random postures.
[Second Embodiment]
[0031]
A fluid-driven system according to a second embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 2.
[0032]
To improve the air removal performance, such as any possible air that still entrapped at some position that far from the exhaust port 13 and either rod port 12 or bottom port 11, the exhaust port placement configuration is provided. The rod port 12 and the bottom port 11 are configured to be at the same side and at the edge of the 3-port cylinder actuator 1, while the exhaust port 13 is configured to be at the opposite side of both rod port 12 and bottom port 11. The exhaust port 13 is also placed not at the edge of the 3-port cylinder actuator 1, but very close to one of it. For example, the exhaust port 13 is placed at the opposite of the bottom port 11 with an offset of horizontal displacement at least as the width size of the piston 15. The decision of locating the exhaust port 13 near the bottom port 11 or the rod port 12 can be adapted depending on the main application of the system.
[0033]
The process of air removal is similar with the basic principal configuration of the first embodiment. However, when removing the air at the bottom side, the piston 15 can be just moved to the rod side by the length of about two times of the width of the piston 15. By doing so, the air entrapped at the bottom side of the 3-port cylinder actuator 1 can be expected to be reduced greatly since the bottom port 11 and the exhaust port 13 are located at a very close position. It is also recommended to remove the air from the rod side first, then remove the air at the bottom side, so that moving the piston 15 by a specific length can be controlled more effectively by the specific valve opening time due to reduced air at the rod side.
[0034]
Considering that the 3-port cylinder actuator 1 is at remote sides connected by the hose 21, 22 for actuation. If the exhaust valve 33 connected to the exhaust port 13 is placed at the human/operator sides, the hose 23 will add the total number of the hoses 21, 22, 23 that stretch along the system. Depending on the application, it will be necessary to reduce the total number of the hoses on remote application. For example, attaching the exhaust valve 33 to the 3-port cylinder actuator 1 directly, or placed near the cylinder actuator system which is not near the tank 8, the system will reduce the required number of hoses. For the exhaust valve 33, a solenoid ON-OFF valve which can be controlled by a thin wire, can be used. The fluid can be removed to the environment. By this configuration, it is possible to reduce the total number of the hoses as well as reduce the sum total length of the combined hoses and cables that stretch along the system.
[Third Embodiment]
[0035]
A fluid-driven system according to a third embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 3.
[0036]
The air removal performance can be further improved by changing the exhaust valve 33 at the exhaust port 13 with a bi-directional valve type, as shown in FIG. 3. Using this configuration, the fluid can be moved in a patterned movement command such as forward-backward at some determined time so that it generate viscous force to rub the air that entrapped at some edge of the cylinder or the hoses. The rubbing movement can also be combined with the piston 15 movement to further increase the fluid viscous force.
[0037]
For example, when removing the air at the bottom side, the piston 15 is moved first to the rod side. Then set OFF the actuation valve 32 at the rod side. After that, set ON (pump) for the actuation valve 31 and ON (tank) for the exhaust valve 35 so that the fluid flows from the bottom port 11 to the exhaust port 13. At certain period, the directions of the actuation valve 31 and the exhaust valve 35 are changed so that the fluid flows from the exhaust port 13 to the bottom port 11.
[0038]
This switching control at determined period of time will create a patterned fluid movement. Similarly, the air at the rod side can be removed by controlling the valves accordingly.
[0039]
To further improve the air removal performance, it is preferable to set the piston 15 at exact right or left position from the exhaust port 13. The characteristic of piston position with valve opening time only works when there is no payload at the tip of the cylinder rod 16.
[0040]
By adding the flow sensor, either at the rod side or at the bottom side, the fluid volume can be detected more precisely and that information can be used to estimate the piston 15 position. The flow sensor is not limited to the conventional flowrate sensor but could be also any other sensors that can measure either the volume of the fluid movement or piston movement. The example of such sensor is a linear encoder sensor placed at the piston 15, or another cylinder which its piston is attached by linear encoder sensor and the volume of the fluid can be calculated from the piston displacement and the cylinder diameter.
[Fourth Embodiment]
[0041]
A fluid-driven system according to a fourth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 4.
[0042]
The first embodiment of this disclosure (FIG. 1) can be applicable not only for single cylinder actuator system but also for multiple cylinder actuator system. FIG. 4 shows the configuration to allow the air removal method for multiple cylinder actuator which is capable of returning the piston at initial position, without any need to multiply the motor pump 7. In this figure, adding the pressure sensor 53 at the output of the motor pump 7 is useful to save the actuation states of each different 3-port cylinder actuator 1a, 1b, so that the piston 15a, 15b can return to initial positions after the air removal process.
[0043]
During the air removal process for multiple cylinder actuator, each cylinder could be in any random postures of each other. When removing the air at the 3-port cylinder actuator 1a, the actuation valve 31b, 32b and the exhaust valve 33b of the 3-port cylinder actuator 1b, and other cylinders are set to OFF. The bottom side pressure of the 3-port cylinder actuator 1a is detected by the pressure sensor 51a as P1a and set the motor pump 7 pressure as that value. This value is saved as the pressure state of the 3-port cylinder actuator 1a. The state of the piston 15a position, either near the rod port 12a or near the bottom port 11a can be detected from the value of flow sensor 41a. After knowing the piston 15a position, similar air removal process can be performed as described in the first embodiment from that side without moving the piston 15a of the 3-port cylinder actuator 1a.
[0044]
As for removing the air at the opposite side, the piston 15a can be moved with minimum movement with feedback from the flow sensor 41a, and the process of the air removal is also similar but using the same pressure P1a. After the air removal are performed for both sides, the 3-port cylinder actuator 1a can be returned to its initial position. After the first cylinder (the 3-port cylinder actuator 1a) is completed, the air removal can proceed into the next cylinder actuator (the 3-port cylinder actuator 1b).
[Fifth Embodiment]
[0045]
A fluid-driven system according to a fifth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 5.
[0046]
To further improve the air removal capability at multiple cylinder actuator, the relief valve can be added at each set of the cylinder actuator. By adding the relief valves 61a, 61b as shown in FIG. 5, it is possible to perform the air removal simultaneously for all the cylinder actuator, by setting the relief valve upper limit pressure to equal with the pressure sensors 51a, 51b, which are attached near the bottom port 11a, 11b or the rod port 12a, 12b for each cylinder. The process is simultaneous but not necessarily completed at the same time for all the cylinder due to different initial state of each cylinder.
[Sixth Embodiment]
[0047]
A fluid-driven system according to a sixth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 6.
[0048]
The basic configuration is similar with the first embodiment, however the cylinder actuator is using a 4-port cylinder actuator 2, with the exhaust ports 13, 14 which are located at anywhere between the bottom port 11 and the rod port 12. The exhaust ports 13 and 14 are controlled by the exhaust valves 33 and 34 respectively. With this configuration, it is possible to remove the air at both rod side and bottom side simultaneously, by switching the actuation valve 31 to flow from the bottom port 11 to the exhaust port 13 and switching the actuation valve 32 to flow from the rod port 12 to the exhaust port 14 when the piston 15 is at any position between the rod port 12 and the bottom port 11.
[0049]
It should be noted that it is also possible to use bi-directional valve type for the exhaust valves 33 and 34 in the same manner as in the third embodiment (FIG. 3).
[Seventh Embodiment]
[0050]
A fluid-driven system according to a seventh embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 7.
[0051]
To further improve the air removal capability, the exhaust ports 13, 14 are placed at exact opposite position from each respective the rod port 12 and the bottom port 11. With this placement, it is expected that the air can move to the exhaust ports 13, 14 directly at straight flow.
[0052]
The sixth and seventh embodiments using the 4-port cylinder actuator 2 are further improved by performing the air removal process sequentially, either from bottom side or from rod side. When performing the air removal at one side, for example at the rod side, the piston 15 first moves to a very close position to the edge of the rod port 12, so that the fluid can flow in straight path from the rod port 12 to the exhaust port 14. After letting the fluid flow at the rod side, the same operation is performed at the bottom side, by moving the piston 15 first to a very close position to the edge of the bottom port 11.
[0053]
One of the ways to make the piston 15 move to a very close position to the edge of the rod port 12 is that by setting OFF both exhaust valves (solenoid valves) 33, 34 first, then the actuation valve 31 is set ON (pump) to connect the motor pump 7 with the bottom port 11, and the actuation valve 32 is set ON (tank) to connect the rod port 12 with the tank 8. The piston 15 will move to the edge of the cylinder at the rod port 12. At this state, the fluid movement can be reversed at a small amount of volume, by setting the actuation valve 32 to connect to the motor pump 7 with the rod port 12 and setting the actuation valve 31 to connect with the tank 8 at a very short of time based on the cylinder movement characteristics.
[0054]
Since the exhaust valves 33, 34 for exhaust ports are placed at the human/operator sides, adding the hoses 23, 24 will increase the total number of the hoses 21, 22, 23, 24. By attaching the exhaust valves 33, 34 to the 4-port cylinder actuator 2 directly, and removing the air to the environment, it is possible to reduce the required number of the hoses. For the exhaust valves 33, 34, solenoid ON-OFF valve type can be used which is controlled by a thin wire.
[0055]
The basic configuration of the sixth embodiment and the seventh embodiment (FIG. 6 and FIG. 7) is further improved by changing the one directional solenoid valve type, the exhaust valves 33, 34 at the exhaust ports 13, 14 with bi-directional valve type. Using this configuration, the fluid can move in a patterned movement command so that it generate viscous force to rub the air that entrapped anywhere in the system. The example of the patterned movement such as, controlling the exhaust valve 33 and the actuation valve (bi-directional valve) 31 to let the fluid flowing from the exhaust port 13 to the bottom port 11 for t1 time, and then controlling the exhaust valve 33 and the actuation valve (bi-directional valve) 31 to let the fluid flowing from the bottom port 11 to the exhaust port 13 at t2 time, where t1 < t2, thus creating a pulse-like patterned of fluid movement that resulting the air to be removed from the exhaust port 13 after time t3.
[0056]
The process of moving the piston 15 can be improved by adding the flow sensor at either rod side or bottom side to adjust the piston position more precisely, instead of only controlling the valve with small amount of time. If the piston 15 can be placed at very close position with the exhaust port 13 or 14, the fluid can be expected to move in a straight movement thus preventing air to be entrapped inside the cylinder.
[0057]
By further adding the pressure sensor at either rod side or bottom side of the cylinder, and one pressure sensor at the motor pump 7, it is possible to improve the air removal capability for multiple cylinder system. The process of air removal and returning the piston 15 to initial position are similar with the first embodiment, especially when the air at the rod side and the bottom side are removed sequentially. Moreover, it is possible to remove the air at both the rod side and the bottom side simultaneously without moving the piston initial position in this configuration.
[Eighth Embodiment]
[0058]
A fluid-driven system according to an eighth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 8.
[0059]
To reduce the total number of the hoses 21, 22, 23, 24 on the system of the seventh embodiment (FIG. 7), it is also possible to use a single bi-directional type of exhaust valve 37 to remove the air for both the rod side and the bottom side to the tank 8. The air is removed sequentially, by setting OFF the actuation valve at one side (for example, the actuation valve 31) and let the actuation valve (for example, the actuation valve 32) and its exhaust valve 37 on another side to flow the fluid. When removing the air, it is possible to keep the piston position to not moving or by letting the piston 15 to stop first as close as possible to each exhaust port 13, 14. Depending on the environment, it is also possible to remove the air and fluid to the environment instead of the tank 8.
[Ninth Embodiment]
[0060]
A fluid-driven system according to a ninth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 9.
[0061]
Further reducing the total number of the hoses without removing the air to the environment is by using a exhaust valve 38 of the unidirectional type and connecting that single valve port to both the exhaust port 13, 14 of the 4-port cylinder actuator 2. In this configuration, the air at both sides can be removed simultaneously but the piston 15 cannot be kept constant during the process. Therefore, it is necessary to repeat the process of returning the piston 15 to the other side.
[0062]
The example of the air removal method is as follows. First, the piston 15 is moved to the edge of the cylinder at the bottom port 11. Then, by setting ON the exhaust valve 38 and setting ON (pump) at the actuation valve 31 and ON (tank) at the actuation valve 32 so that the fluid moves from the bottom port 11 to the exhaust port 13 as well as from the exhaust port 14 to the rod port 12, the air at both sides can be removed simultaneously with fewer component of exhaust valve. However, it is expected from the pressure difference that the piston 15 will slowly move to the edge of the cylinder at the rod port 12. Hence, after the piston 15 reached the rod port 12, the exhaust valve 38 is set OFF and the piston 15 is returned to the bottom port 11 with normal operation. After that, the air removal process can be repeated.
[0063]
This configuration is also allowed for air removal on multiple cylinder actuator system, by multiplying the set of the components from cylinder actuator to its actuation valve controller. The process is also similar by performing air removal sequentially for each cylinder actuator.
[0064]
This configuration is further improved by adding the flow sensors at both rod side and bottom side. The piston 15 is first set to the edge of the cylinder at the bottom port 11. Then the fluid flows from the bottom port 11 to the exhaust port 13 and from the exhaust port 14 to the rod port 12 by setting ON (pump) at the actuation valve 31, and setting ON (tank) at the actuation valve 32, and setting ON at the exhaust valve 38. In this case, the piston 15 also moves together to the rod side. After the piston 15 reached the edge of the cylinder at the rod port 12, the amount of fluid volume is saved from the flow sensor 41 data. The piston 15 returns back to another edge of the cylinder at the bottom port 11, by switching OFF the exhaust valve 38, while also saving the amount of the fluid volume from the flow sensor 42. The difference in volume data will determine the number of factors to repeat the process until the air is completely removed to the tank 8.
[0065]
In this configuration, it is possible to perform the air removal for both sequential and simultaneous. For example, in case of simultaneous process, the pistons on all cylinders are moved to the bottom side first then perform the air removal process. Since the initial posture of the cylinder as well as the payload at the rod is different for each cylinder, the timing to reach the rod side of each piston are different. The timing of reaching the rod side is monitored by each pair of flow sensors 41, 42 of each cylinder set. In case of the flow sensor data showing the piston 15 reaching the rod side, then those respective actuation valves 31, 32 are controlled so that the piston 15 returns back to the bottom side, while the other actuation valves on another cylinder is kept moving normally. With this configuration, it is possible to remove the air simultaneously, even though the piston movements are not always equal to each cylinder.
[Tenth Embodiment]
[0066]
A fluid-driven system according to a tenth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 10.
[0067]
Generally, the tube (hose) that is used in the system is made by a rubber material so that it allows for the internal part to be inflated at certain percentage during some applied pressure. This inflation of the internal hose could cause inaccuracy in the small volume of fluid movement generation and estimation. The posture of the cylinder in the system, the hydraulic force difference caused by different area of the plate of the piston 15 on both sides with the same pressure magnitude given from the motor pump 7, will further increase the inconsistency of the small volume measurement. To improve the accuracy, additional flow sensor 42 and pressure sensor 52 at the rod side is needed, as well as adding the relief valve 61, 62 that can separately regulate the pressure at the rod side and the bottom side, which all controlled by the controller 109.
[0068]
The process of the air removal by taking advantage of the tube internal inflation is considered in this embodiment. To remove the air at the rod side, first, the piston 15 is moved to the edge of the 4-port cylinder actuator 2 at the rod port 12. After the piston 15 fully stop and no pressure change at the bottom side, the fluid pressure P1 is saved from the data of the pressure sensor 51. Then, the actuation valve 31 and the exhaust valve 35 are set OFF so that no more fluid movement at the bottom side. After that, the weight of the payload that connected with the cylinder rod 16 will push the piston 15 to the bottom side to inflate the internal hoses (the bottom hose 21 and the exhaust hose 23) until it reaches the equilibrium at pressure P1’. The relief valve 61 is then adjusted so that it can regulate the pressure at P1’, then the piston moves again until it reaches the edge of cylinder at the rod port 12.
[0069]
Second, the piston 15 moves at small volume fluid displacement, by setting the relief valve 62 limit pressure to P1’. Instead of letting the actuation valve 31 and the exhaust valve 35 at OFF position, the actuation valve 31 and the exhaust valve 35 can be set ON so that the pressure at the bottom side is kept constant at P1’ without hose internal inflation. The pressure at the rod side is gradually increased by controlling the limit of the relief valve 62 until the flow sensor 42 start moving. This pressure is monitored by the pressure sensor 52 and saved as P2.
[0070]
Lastly, after removing the air in the rod side, the air in the bottom side will be removed by letting the pressure on the bottom side to become below P1’. After the piston 15 reaches the edge of cylinder at the bottom port 11, the small volume fluid displacement is performed by gradually increasing the pressure limit of the relief valve 61 until above P1’. The process is completed after the flow sensor 41 detects the fluid movement. With these processes, higher accuracy of the air removal method can be performed even at random posture of the cylinder system.
[Eleventh Embodiment]
[0071]
A fluid-driven system according to an eleventh embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 11.
[0072]
Further improving the air removal capability at both sides simultaneously without moving the position of the piston 15 is by utilizing the relief valve at both sides. The process is considered as follows. When the piston 15a is stopped by setting OFF all the valves, the pressure data that are detected either at the rod side 52a or the bottom side 51a are including the tube (hose) inflation states. The flow sensor data at both sides 41a, 42a also determine the piston initial position, for example, that difference is set as constant parameter Qd. Since these pressures are needed to maintain the piston stably, the relief valves 61, 62 are set by the pressure limit obtained from pressure sensor 51a, 52a. After that, the valves 31a, 32a are set ON (pump) and the valves 35a, 36a are set ON (tank) so that the fluid flow from the bottom port 11a to the exhaust port 13a as well as from the rod port 12a to the exhaust port 14a. During this air removal process, the total fluid that flow from the bottom side subtracted by the total fluid that flow from the rod side is maintained to be constant as Qd by adjusting the pressure limit of the relief valves 61, 62 so that the piston 15a is not moving.
[0073]
Lastly, this embodiment is also can be used for multiple cylinder actuator system. By having the equal set of components for each cylinder, from the pressure sensor, flow sensor, valves, and relief valve, the air removal to all the cylinders can be performed simultaneously. In addition, it is also possible to use only two relief valves 61, 62 for all cylinder actuators, as shown in FIG. 11, by performing the air removal sequentially.
[0074]
The invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and includes various modifications. For example, the above-descried embodiments are described in detail for easy understanding of the invention, and the invention is not necessarily limited to those including all the configurations described above. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, another configuration may be added to a part of the configuration of each embodiment, and the part of the configuration may be deleted or replaced with another the configuration.
[Reference Sign List]
[0075]
1, 1a, 1b: 3-port cylinder actuator
2, 2a, 2b: 4-port cylinder actuator
7: Motor pump
8: Tank
11, 11a, 11b: Bottom port
12, 12a, 12b: Rod port
13, 13a, 13b, 14, 14a, 14b: Exhaust port
15, 15a, 15b: Piston
16, 16a, 16b: Cylinder rod
21: Bottom hose
22: Rod hose
23, 24, 25: Exhaust hose
31, 31a, 31b, 32, 32a, 32b: Actuation valve (bi-directional valve)
33, 33a, 33b, 34, 35, 35a, 35b, 36, 36a, 36b, 37, 38: Exhaust valve
41, 41a, 41b, 42, 42a, 42b: Flow sensor
51, 51a, 51b, 52, 52a, 52b, 53: Pressure sensor
61, 61a, 61b, 62: Relief valve
100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110: Controller
200: Air or foreign object
[Document Name] CLAIMS
[Claim 1]
A fluid-driven system comprising:
a 3-port cylinder actuator having a piston,
at least two actuation valves including a first actuation valve and a second actuation valve,
an exhaust valve,
a tank to accumulate the fluid,
a motor pump to supply the fluid from the tank to the actuation valves,
a controller to control all the valves of the actuation valves and the exhaust valve and the motor pump,
wherein the first actuation valve connects to a bottom port of the 3-port cylinder actuator, the second actuation valve connects to a rod port of the 3-port cylinder actuator, and the exhaust valve connects to an exhaust port of the 3-port cylinder actuator,
wherein the locations of the rod port and the bottom port are at each edge of the 3-port cylinder actuator and the location of the exhaust port is anywhere between the rod port and the bottom port,
wherein the air in the bottom side of the 3-port cylinder actuator is removed by controlling the piston to move to the rod side of the 3-port cylinder actuator, and setting OFF the second actuation valve on the rod port, and setting ON the exhaust valve to open at the exhaust port, and let the air flow to the tank by setting ON the first actuation valve on the bottom port,
wherein the air in the rod side of the 3-port cylinder actuator is removed by controlling the piston to move to the bottom side of the 3-port cylinder actuator, and setting OFF the first actuation valve on the bottom port, and setting ON the exhaust valve to open at the exhaust port, and let the air flow to the tank by setting ON the second actuation valve on the rod port.
[Claim 2]
The fluid-driven system according to claim 1, wherein
the location of the exhaust port is the opposite side from both of the rod port and the bottom port and shifted with horizontal offset at least the width of the piston from either the rod port or the bottom port.
[Claim 3]
The fluid-driven system according to claim 1, wherein
the exhaust valve is attached at the 3-port cylinder actuator.
[Claim 4]
The fluid-driven system according to claim 1, wherein
the exhaust valve is a unidirectional-type valve.
[Claim 5]
The fluid-driven system according to claim 1, wherein
the exhaust valve is a bi-directional-type valve,
wherein the air in the bottom side of the 3-port cylinder actuator is removed by controlling the piston to move to the rod side, and setting OFF the second actuation valve on the rod port, and setting the exhaust valve and the first actuation valve on the bottom port to ON at the same time to let the fluid flow from the bottom port to the exhaust port, and then switching the fluid direction from the exhaust port to the bottom port with a shorter time than previous direction, and then repeating the process until the air removed from the bottom side,
wherein the air in the rod side of the 3-port cylinder actuator is removed by controlling the piston to move to the bottom side, and setting OFF the first actuation valve on the bottom port, and setting the exhaust valve and the second actuation valve on the rod port to ON at the same time to let the fluid flow from the rod port to the exhaust port, and then switching the fluid direction from the exhaust port to the rod port with a shorter time than previous direction, and then repeating the process until the air removed from the rod side.
[Claim 6]
The fluid-driven system according to claim 1, wherein further comprising:
a flow sensor to detect the fluid flow or fluid volume at either the rod side or the bottom side.
[Claim 7]
The fluid-driven system according to claim 6, wherein further comprising:
a first pressure sensor to detect the pressure at either the rod side or the bottom side,
a second pressure sensor to detect the pressure at the motor pump side,
at least two sets of the 3-port cylinder actuator, the actuation valves, the exhaust valve, the flow sensor, and the pressure sensor,
wherein the configuration of the 3-port cylinder actuator, the actuation valves, the exhaust valve, the flow sensor, and the pressure sensor in the first set is equal to the configuration in the second set,
wherein the air in a first cylinder is removed by reading the initial pressure state and the piston position of the cylinder by the pressure sensor and the flow sensor, and then moving the piston to a close position to the exhaust port, and then performing air removal at either the rod side or the bottom side, then moving the piston by short movement to the opposite side and performing air removal of another side, and then setting OFF all the actuation valves, controlling the pressure of the motor pump with feedback from the pressure sensor at the motor pump side to the initially saved pressure state, opening the actuation valves so that the piston return to the initial position as saved by the pressure sensor and the flow sensor at either the rod side or the bottom side,
wherein the air in a second cylinder is removed as similar process with the first cylinder by controlling and reading the sensor states of respective components.
[Claim 8]
The fluid-driven system according to claim 6, wherein further comprising:
a first pressure sensor to detect the pressure at either the rod side or the bottom side,
a relief valve at the motor pump side,
at least two sets of the 3-port cylinder actuator, the actuation valves, the exhaust valve, the relief valve, the flow sensor, and the pressure sensor,
wherein the configuration of the 3-port cylinder actuator, the actuation valves, the exhaust valve, the relief valve, the flow sensor, and the pressure sensor in the first set is equal to the configuration in the second set,
wherein the air in each side of all 3-port cylinder actuators can be removed at the same time by setting each of the relief valve upper pressure limit to the pressure sensor data from each of the rod ports or the bottom ports of the 3-port cylinder actuators.
[Claim 9]
A fluid-driven system comprising:
a 4-port cylinder actuator having a piston,
at least two actuation valves including a first actuation valve and a second actuation valve,
two exhaust valves including a first exhaust valve and a second exhaust valve,
a tank to accumulate the fluid,
a motor pump to supply the fluid from the tank to the actuation valves,
a controller to control all the valves of the actuation valves and the exhaust valves and the motor pump,
wherein the first actuation valve connects to a bottom port of the 4-port cylinder actuator, the second actuation valve connects to a rod port of the 4-port cylinder actuator, the first exhaust valve connects to a first exhaust port of the 4-port cylinder actuator, and the second exhaust valve connects to s second exhaust port of the 4-port cylinder actuator,
wherein the locations of the rod port and the bottom port are at each edge of the 4-port cylinder actuator and the locations of the first exhaust port and the second exhaust port are anywhere between the rod port and the bottom port,
wherein the air in both of the bottom side and the rod side are removed by setting the actuation valves and the exhaust valves ON, and letting the air flow from the bottom port and the rod port to each exhaust ports.
[Claim 10]
The fluid-driven system according to claim 9, wherein
the location of each exhaust port is the exact opposite side from each respective rod port or bottom port.
[Claim 11]
The fluid-driven system according to claim 9, wherein
the exhaust valves are attached at the 4-port cylinder actuator.
[Claim 12]
The fluid-driven system according to claim 9, wherein
each of the exhaust valves is a unidirectional-type valve.
[Claim 13]
The fluid-driven system according to claim 9, wherein
a single bi-directional-type valve is used as two exhaust valves,
wherein the first exhaust port of the 4-port cylinder actuator connects to a first port of the bi-directional-type valve, the second exhaust port of the 4-port cylinder actuator connects to a second port of the bi-directional-type valve, and a third port of the bi-directional-type valve connects to the tank.
[Claim 14]
The fluid-driven system according to claim 9, wherein
a single unidirectional-type valve is used as two exhaust valves,
wherein the first exhaust port of the 4-port cylinder actuator connects to a first port of the unidirectional-type valve, the second exhaust port of the 4-port cylinder actuator connects to a second port of the unidirectional-type valve.
[Claim 15]
The fluid-driven system according to claim 9, wherein
each of two exhaust valves is bi-directional-type valve,
wherein the air in both of the bottom side and the rod side are removed by setting the actuation valves and the exhaust valves ON, and letting the air flow from the bottom port and the rod port to each exhaust ports, and then switching the fluid direction from the exhaust ports to each of the bottom port and the rod port with a shorter time than previous direction, and then repeating the process until the air removed from both of the bottom side and the rod side.
[Claim 16]
The fluid-driven system according to claim 9, wherein further comprising:
a flow sensor to detect the fluid flow or fluid volume at either the rod side or the bottom side.
[Claim 17]
The fluid-driven system according to claim 14, wherein further comprising:
a flow sensor to detect the fluid flow or fluid volume at both of the rod side and the bottom side.
[Claim 18]
The fluid-driven system according to claim 17, wherein further comprising:
at least two sets of the 4-port cylinder actuator, the actuation valves, the exhaust valve, and the flow sensors,
wherein the configuration of the 4-port cylinder actuator, the actuation valves, the exhaust valve, and the flow sensors in the first set is equal to the configuration in the second set,
wherein the air in both sides of all the 4-port cylinder actuators are removed by first controlling all the pistons as close as possible to the bottom ports, and setting ON the exhaust valves to open and connect both of the exhaust ports, and controlling the actuation valves to let the fluid flow from the bottom ports to the rod ports while detecting the position of the piston from each flow sensors, and closing the respective exhaust valve and returning the piston position to near the edge of the bottom side, and repeating the process until the fluid that moves from the bottom port to the rod port satisfy certain amount of the calculation which removes the air from the system.
[Claim 19]
The fluid-driven system according to claim 16, wherein further comprising:
a first pressure sensor to detect the pressure at either the rod side or the bottom side,
a second pressure sensor to detect the pressure at the motor pump side,
at least two sets of the 4-port cylinder actuator, the actuation valves, the exhaust valve, the flow sensor, and the pressure sensor,
wherein the configuration of the 4-port cylinder actuator, the actuation valves, the exhaust valve, the flow sensor, and the pressure sensor in the first set is equal to the configuration in the second set,
wherein the air in a first cylinder is removed by reading the initial pressure state and the piston position of the cylinder by the pressure sensor and the flow sensor, and then performing air removal at either the rod side or the bottom side, and then setting OFF all the actuation valves, controlling the pressure of the motor pump with feedback from the pressure sensor at the motor pump side to the initially saved pressure state, opening the actuation valves so that the piston return to the initial position as saved by the pressure sensor and the flow sensor at either the rod side or the bottom side,
wherein the air in a second cylinder is removed as similar process with the first cylinder by controlling and reading the sensor states of respective components.
[Claim 20]
The fluid-driven system according to claim 16, wherein further comprising:
flow sensors at both of the rod side and the bottom side,
pressure sensors at both of the rod side and the bottom side,
two relief valves that connect to each of the rod side and the bottom side,
wherein the exhaust ports are connected to bi-directional-type valve.
[Claim 21]
The fluid-driven system according to claim 20, wherein further comprising:
at least two sets of the 4-port cylinder actuator, the actuation valves, the exhaust valve, the flow sensors, and the pressure sensors,
wherein the configuration of the 4-port cylinder actuator, the actuation valves, the exhaust valve, the flow sensors, and the pressure sensors in the first set is equal to the configuration in the second set,
wherein first relief valves connect to the bottom side of all the 4-port cylinder actuators, and second relief valves connect to the rod side of all the 4-port cylinder actuators.
[Document Name] Abstract
[Summary]
[Issue to Resolve]
To provide a fluid-driven system capable of automatically removing the air in the fluid whereas the automatic operation can work for any cylinder actuator posture or position.
[Solution to Problem]
A fluid-driven system comprising: a 3-port cylinder actuator having a piston, at least two actuation valves including a first actuation valve and a second actuation valve, an exhaust valve, a tank to accumulate the fluid, a motor pump to supply the fluid from the tank to the actuation valves, a controller to control all the valves of the actuation valves and the exhaust valve and the motor pump, wherein the first actuation valve connects to a bottom port of the 3-port cylinder actuator, the second actuation valve connects to a rod port of the 3-port cylinder actuator, and the exhaust valve connects to an exhaust port of the 3-port cylinder actuator, wherein the locations of the rod port and the bottom port are at each edge of the 3-port cylinder actuator and the location of the exhaust port is anywhere between the rod port and the bottom port, wherein the air in the bottom side of the 3-port cylinder actuator is removed by controlling the piston to move to the rod side of the 3-port cylinder actuator, and setting OFF the second actuation valve on the rod port, and setting ON the exhaust valve to open at the exhaust port, and let the air flow to the tank by setting ON the first actuation valve on the bottom port, wherein the air in the rod side of the 3-port cylinder actuator is removed by controlling the piston to move to the bottom side of the 3-port cylinder actuator, and setting OFF the first actuation valve on the bottom port, and setting ON the exhaust valve to open at the exhaust port, and let the air flow to the tank by setting ON the second actuation valve on the rod port.
[Representative Figure] FIG. 1
[Document Name] Figure
FIG. 1
FIG. 2
FIG. 3
FIG. 4
FIG. 5
FIG. 6
FIG. 7
FIG. 8
FIG. 9
FIG. 10
FIG. 11
