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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-18
(45)【発行日】2023-10-26
(54)【発明の名称】流体圧アクチュエータ
(51)【国際特許分類】
   F15B 11/032 20060101AFI20231019BHJP
   F15B 15/28 20060101ALI20231019BHJP
   F15B 1/02 20060101ALI20231019BHJP
【FI】
F15B11/032
F15B15/28 D
F15B1/02 Z
【請求項の数】 4
(21)【出願番号】P 2019155411
(22)【出願日】2019-08-28
(65)【公開番号】P2021032379
(43)【公開日】2021-03-01
【審査請求日】2022-06-23
(73)【特許権者】
【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
(73)【特許権者】
【識別番号】000211064
【氏名又は名称】中外テクノス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】黒澤 孝一
(72)【発明者】
【氏名】田山 宗徳
(72)【発明者】
【氏名】平野 克彦
(72)【発明者】
【氏名】中村 勇気
【審査官】藤原 弘
(56)【参考文献】
【文献】特開2003-226484(JP,A)
【文献】特開平09-151903(JP,A)
【文献】特開2018-080806(JP,A)
【文献】特開2018-044589(JP,A)
【文献】特開平07-310562(JP,A)
【文献】特開2007-120720(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F15B 11/00
F15B 1/02
F15B 15/28
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
変換ユニット本体内部に形成される変換圧力室を、
非圧縮性を有する流体からなる駆動側作動流体が駆動配管を通じて給排可能な駆動圧力室と、
非圧縮性を有する流体からなる従動側作動流体が従動配管を通じて給排可能な従動圧力室と
に分割しつつ、
該変換圧力室内を変位可能に配置された変位体を具備し、
該駆動側作動流体と該従動側作動流体とのどちらか一方が該変換圧力室に供給された際に、供給された量に応じて該変位体が変位し、
該駆動側作動流体と該従動側作動流体との他方が該変換圧力室から排出される変換ユニットで構成された引き側変換ユニットと、
該変換ユニットで構成された押し側変換ユニットと、
を具備する変換部と、
該変位体の変位量を計測する検出手段と、
該駆動配管に該駆動側作動流体の供給を行う駆動部と、
従動部本体内部に形成される従動部本体圧力室を、引き側圧力室と、押し側圧力室とに分割しつつ、該従動部本体圧力室内を変位可能に配置された従動体を具備する従動部と、
吸収シリンダ本体内部に形成される内部空間を、
該駆動側作動流体が該駆動配管を通じて給排可能な吸収液圧室と、
所定の圧力に設定された圧縮性ガスが給排可能な吸収ガス圧室と
に分割しつつ、
該吸収シリンダ本体内を変位可能に配置された吸収ピストンを具備し、
該駆動側作動流体に過大な負荷が入力された際に、負荷に応じて該吸収ピストンが変位し、荷重を吸収する吸収ユニットで構成された引き側吸収ユニットと、
該吸収ユニットで構成された押し側吸収ユニットと、
を具備する吸収機構と、
を備え、
該引き側変換ユニットは、
該従動圧力室が、該従動配管を通じて該引き側圧力室に連通しつつ、
該駆動圧力室が、該駆動配管に連通する吸収液配管を通じて該引き側吸収ユニットの該吸収液圧室に連通し、
該押し側変換ユニットは、
該従動圧力室が、該従動配管を通じて該押し側圧力室に連通しつつ、
該駆動圧力室が、該駆動配管に連通する吸収液配管を通じて該押し側吸収ユニットの該吸収液圧室に連通する
ことを特徴とする流体圧アクチュエータ。
【請求項2】
請求項1に記載の流体圧アクチュエータにおいて、
前記変位体は、
駆動側ピストンと、連結軸を介して該駆動側ピストンと一体に変位する従動側ピストンとを具備しつつ、前記変換圧力室を前記駆動圧力室と、検知室と、前記従動圧力室とに分割し、
前記検出手段は、
該検知室の壁に開口する検知孔を貫通しつつ、該変位体と一体に変位する変換ロッドを具備し、
該変換ロッドの変位量を計測する
ことを特徴とする流体圧アクチュエータ。
【請求項3】
請求項1に記載の流体圧アクチュエータにおいて、
前記変換ユニット本体は、
内部に前記駆動圧力室を具備する駆動側変換シリンダと、
内部に前記従動圧力室を具備する従動側変換シリンダと
を備え、
前記変位体は、
連結軸の一端に形成されつつ、該駆動圧力室内を変位可能に配置された駆動側ピストンと、
該連結軸の他端に形成されつつ、該従動圧力室内を変位可能に配置された従動側ピストンと
を備え、
前記検出手段は、
該変位体と一体に変位する変換ロッドを具備し、
該変換ロッドの変位量を計測する
ことを特徴とする流体圧アクチュエータ。
【請求項4】
請求項1に記載の流体圧アクチュエータにおいて、
前記変換ユニット本体は、
内部に前記駆動圧力室を具備する駆動側変換シリンダと、
内部に前記従動圧力室を具備しつつ、該駆動側変換シリンダと同一径に設定された従動側変換シリンダと
を備え、
前記変位体は、
一端側が該駆動圧力室内を変位可能に配置されつつ、
他端側が該従動圧力室内を変位可能に配置され、
外周面全体が該駆動側変換シリンダの内周面全体と該従動側変換シリンダの内周面全体とを摺接し、
前記検出手段は、
該変位体と一体に変位する変換ロッドを具備し、
該変換ロッドの変位量を計測する
ことを特徴とする流体圧アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、作動流体の給排によって駆動する、流体圧アクチュエータに関する。
【背景技術】
【0002】
流体圧アクチュエータとして広く採用されている油圧アクチュエータには、作動流体として作動油が用いられている。
油圧アクチュエータは、構造上、運転中に作動油が漏出するおそれがあるため、油圧アクチュエータを採用する場合には、作動油が漏出することを前提にして、設置場所、運用形態などについて、検討しなければならない。
このため、漏出した作動油が、周囲の環境を汚染してしまう場合には、環境への負荷が作動油よりも小さな水性の作動流体(作動水)を使用する水圧アクチュエータなどを介して、油圧アクチュエータの駆動力を出力することが行われている。
このような油圧アクチュエータと水圧アクチュエータとを組合わせた構成として、たとえば、特許文献1に開示されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2018-044589号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、特許文献1では、水圧アクチュエータについて、作動水供給装置を用いて作動水を外部から供給する手法が提案されている。
このように外部から作動水を供給する手法の場合には、水圧アクチュエータ側で流量調整弁、センサ類などを電気的に制御する必要がある。
しかしながら、水圧アクチュエータ側に制御部、およびセンサ類を配置する構成では、放射能レベルが高い放射線環境など、人が近づくことの困難な過酷な環境下で運転操作する場合、制御部、およびセンサ類が故障、誤作動してしまい、十分に機能しない、という課題があった。
【0005】
本発明は、前述の課題に鑑みて創案されたものであり、放射能レベルが高い放射線環境など、人が近づくことの困難な過酷な環境下での運用であっても、誤作動することなく、運転作業者が安全に運転操作を行うことができる流体圧アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記の目的を達成するために、本発明に係る流体圧アクチュエータは、変換ユニット本体内部に形成される変換圧力室を、非圧縮性を有する流体からなる駆動側作動流体が駆動配管を通じて給排可能な駆動圧力室と、非圧縮性を有する流体からなる従動側作動流体が従動配管を通じて給排可能な従動圧力室とに分割しつつ、該変換圧力室内を変位可能に配置された変位体を具備し、該駆動側作動流体と該従動側作動流体とのどちらか一方が該変換圧力室に供給された際に、供給された量に応じて該変位体が変位し、該駆動側作動流体と該従動側作動流体との他方が該変換圧力室から排出される変換ユニットで構成された引き側変換ユニットと、該変換ユニットで構成された押し側変換ユニットと、を具備する変換部と、該変位体の変位量を計測する検出手段と、該駆動配管に該駆動側作動流体の供給を行う駆動部と、従動部本体内部に形成される従動部本体圧力室を、引き側圧力室と、押し側圧力室とに分割しつつ、該従動部本体圧力室内を変位可能に配置された従動体を具備する従動部と、吸収シリンダ本体内部に形成される内部空間を、該駆動側作動流体が該駆動配管を通じて給排可能な吸収液圧室と、所定の圧力に設定された圧縮性ガスが給排可能な吸収ガス圧室とに分割しつつ、該吸収シリンダ本体内を変位可能に配置された吸収ピストンを具備し、該駆動側作動流体に過大な負荷が入力された際に、負荷に応じて該吸収ピストンが変位し、荷重を吸収する吸収ユニットで構成された引き側吸収ユニットと、 該吸収ユニットで構成された押し側吸収ユニットと、を具備する吸収機構と、を備え、該引き側変換ユニットは、該従動圧力室が、該従動配管を通じて該引き側圧力室に連通しつつ、該駆動圧力室が、該駆動配管に連通する吸収液配管を通じて該引き側吸収ユニットの該吸収液圧室に連通し、該押し側変換ユニットは、該従動圧力室が、該従動配管を通じて該押し側圧力室に連通しつつ、該駆動圧力室が、該駆動配管に連通する吸収液配管を通じて該押し側吸収ユニットの該吸収液圧室に連通することを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、放射能レベルが高い放射線環境など、人が近づくことの困難な過酷な環境下での運用であっても、誤作動することなく、運転作業者が安全に運転操作を行うことができる流体圧アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】第1実施形態の流体圧アクチュエータを示す構成図である。
図2】第1実施形態の第1別態様を示す構成図である。
図3】第1別態様を構成する吸収機構の特性を示すグラフである。
図4】第1実施形態の第2別態様を示す構成図である。
図5】第2別態様を構成する吸収機構の特性を示すグラフで、(a)は設定圧力値を小さく設定した場合、(b)は設定圧力値を大きくした場合、(c)は(a)(b)を組合わせた場合を示したグラフである。
図6】(a)は第1実施形態の第3別態様を示す構成図、(b)は第1実施形態の第4別態様を示す構成図、(c)は第1実施形態の第5別態様を示す構成図である。
図7】第2実施形態の流体圧アクチュエータを示す構成図である。
図8】第2実施形態の流体圧アクチュエータを構成する吸収機構の働きを示す一覧表である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図1に示すように、本実施形態の流体圧アクチュエータACは、駆動部1、従動部2、変換部3、変位検出手段4、吸収機構5、リザーバタンク6、圧力検出手段7、制御部(図示せず)を備えている。
【0010】
駆動部1と変換部3とは、非圧縮性を有する作動油FL1(駆動側作動流体)が循環する駆動配管PL1によって連係されている。
また、変換部3と従動部2とは、非圧縮性を有する作動水FL2(従動側作動流体)が循環する従動配管PL2によって連係されている。
そして、駆動部1によって昇圧された作動油FL1の圧力が、変換部3を介して、作動水FL2に伝えられる。
【0011】
さらに、作動水FL2に伝えられた圧力によって、従動部2が押出動作と引込動作の両方を行うように、本実施形態の流体圧アクチュエータACは構成されている。
なお、駆動配管PL1、従動配管PL2などの配管は、金属管のように、内部を流通する作動流体が加圧されても、拡径しない強固な素材で形成されている。
そして、配管が拡径しない強固な素材で形成されることで、ポンピングロスが解消されるため、駆動部1と変換部3との間、および変換部3と従動部2との間の間隔を拡げた状態で接続することができる。
【0012】
次に、駆動部1、従動部2、変換部3の各構成について説明する(図1参照)。
駆動部1は、貯油槽10、ポンプ11、圧力調整器12、制御バルブ13を備えている。
貯油槽10は、駆動側作動流体としての作動油FL1を貯留するための構成である。
また、貯油槽10は、駆動配管PL1を構成する送り側駆動配管PL1cと戻り側駆動配管PL1dとを通じて、ポンプ11、圧力調整器12、制御バルブ13に接続されている。
ポンプ11は、貯油槽10内の作動油FL1を吸入、昇圧し、送り側駆動配管PL1cを通じて制御バルブ13側へ供給する。
【0013】
圧力調整器12は、作動油FL1がポンプ11によって設定値以上に昇圧された際に、制御バルブ13側へ供給されないように調整するための構成である。
このため、圧力調整器12は、ポンプ11下流の送り側駆動配管PL1cと戻り側駆動配管PL1dとをバイパス可能に設置されている。
そして、圧力調整器12は、作動油FL1の圧力が設定値を超えた際に、ポンプ11下流の送り側駆動配管PL1cと戻り側駆動配管PL1dとをバイパスして、圧力を解放しつつ、作動油FL1を貯油槽10に回収する。
【0014】
制御バルブ13は、引き側バルブユニット13aと押し側バルブユニット13bとを備えている。
なお、引き側バルブユニット13aと押し側バルブユニット13bとは、同一の構成要素によって構成されている。そこで、引き側バルブユニット13aと押し側バルブユニット13bとを、バルブユニット13Uと総称して説明を行い、個々の説明は省略する。
バルブユニット13Uは、送りバルブ131、戻りバルブ132、絞り弁133、チェックバルブ134を備えている。
【0015】
送りバルブ131は、開閉弁で構成されており、その上流側端部が送り側駆動配管PL1cにおけるポンプ11、および圧力調整器12の下流側に接続されている。
また、送りバルブ131の下流側端部は、3つの管路に分岐しており、3つの管路のそれぞれに戻りバルブ132の一端、絞り弁133の一端、チェックバルブ134の一端が接続されている。
【0016】
戻りバルブ132は、開閉弁で構成されており、その他端が貯油槽10に通じる戻り側駆動配管PL1dに接続されている。
絞り弁133の他端とチェックバルブ134の他端とは合流しつつ、引き側駆動配管PL1aの一端、または押し側駆動配管PL1bの一端に接続されている。
引き側駆動配管PL1aは、その他端が後述する引き側変換ユニット3aの駆動圧室311に接続されている。
【0017】
次に、従動部2の構成について説明する(図1参照)。
従動部2は、押出動作と引込動作の両方を作動流体の圧力によって行う、いわゆる複動型シリンダで構成されている。
従動部2は、従動シリンダ21(従動部本体)と従動ピストン22(従動体)とを備えている。
従動シリンダ21(従動部本体)は、筒形状を具備しつつ、その両端が閉止された中空の部材で構成されている。
なお、従動シリンダ21の内部空間を従動部本体圧力室211と称する。
【0018】
従動ピストン22(従動体)は、従動部本体圧力室211を筒軸方向に2分割し、且つ従動シリンダ21の内周面との密接状態を維持しつつ、筒軸方向に移動可能に配置されている。
また、従動ピストン22には、棒状の部材で構成された従動ピストンロッド23が一体に形成されている。
従動ピストンロッド23は、従動シリンダ21の一側筒端を貫通しつつ、筒軸方向に延在している。
【0019】
従動ピストン22によって2分割された従動部本体圧力室211について、従動ピストンロッド23が筒軸方向に貫通する空間を引き側圧力室21aと定義し、もう一方の空間を押し側圧力室21bと定義する。
引き側圧力室21aは、引き側従動配管PL2aを介して、後述する引き側変換ユニット3aの従動圧室312に通じている。
押し側圧力室21bは、押し側従動配管PL2bを介して、後述する押し側変換ユニット3bの従動圧室312に通じている。
【0020】
なお、本実施形態では、従動ピストンロッド23が従動シリンダ21から突出する方向(図1における右方向)へ従動ピストン22が移動する動きを押出動作と定義する。
また、従動ピストンロッド23が従動シリンダ21に没する方向(図1における左方向)へ従動ピストン22が移動する動きを引込動作と定義する。
【0021】
また、本実施形態では、従動部2として、作動水FL2の圧力によって、従動ピストン22(従動体)が筒軸方向に沿って直線的に往復動する複動型シリンダを採用しているが、このような構成に限定するものではない。
たとえば、作動水FL2の圧力によって、従動体が筒軸周りに回転運動を行う回転型シリンダを従動部2に採用することが可能であり、本実施形態と同様の作用効果が得られる。
【0022】
次に、変換部3の構成について説明する(図1参照)。
変換部3は、駆動部1から変換部3に供給される作動油FL1(駆動側作動流体)の圧力を、変換部3から従動部2に供給される作動水FL2(従動側作動流体)に伝えるための構成である。
変換部3は、引き側変換ユニット3aと押し側変換ユニット3bとを備えている。
引き側変換ユニット3aは、従動部2が引込動作を行う際に、引き側圧力室21aへ作動水FL2を供給する構成である。
【0023】
押し側変換ユニット3bは、従動部2が押出動作を行う際に、押し側圧力室21bへ作動水FL2を供給する構成である。
なお、引き側変換ユニット3aと押し側変換ユニット3bとは、同一の構成要素で構成されている。そこで、引き側変換ユニット3aと押し側変換ユニット3bとを変換ユニット3Uと総称して説明を行い、個々の説明は省略する。
【0024】
変換ユニット3Uは、変換シリンダ31(変換ユニット本体)と変換ピストン32(変位体)とを備えた複動型シリンダで構成されている。
変換シリンダ31は、筒形状を具備しつつ、その両端が閉止された中空の部材で構成されている。
【0025】
変換ピストン32(変位体)は、変換シリンダ31の内部空間を筒軸方向に2分割し、且つ変換シリンダ31の内周面との密接状態を維持しつつ、筒軸方向に移動可能に配置されている。
なお、変換シリンダ31の内部空間を変換圧力室310と称する。そして、変換ピストン32によって2分割された変換圧力室310について、駆動部1に通じる空間を駆動圧室311と定義し、従動部2に通じる空間を従動圧室312と定義する。
【0026】
駆動圧室311には、作動油FL1(駆動側作動流体)が満たされ、従動圧室312には、作動水FL2(従動側作動流体)が満たされている。
そして、作動油FL1の圧力が作動水FL2の圧力よりも高くなると、変換ピストン32が従動圧室312側へ移動し、作動水FL2が押し出される。
また、作動油FL1の圧力が作動水FL2の圧力よりも低くなると、変換ピストン32が駆動圧室311側へ移動し、作動油FL1が押し出される。
【0027】
なお、何らかの理由で、ピストン外周とシリンダ内壁との間のシールが破れ、シール不良が生じた際には、作動流体は外部へ漏出せずに、駆動圧室311と従動圧室312との間で、高圧側から低圧側へ進入する。
このため、外部への作動流体の漏出を避けたい場合、作動流体の漏出によって周囲の環境を汚染したくない場合などに、本実施形態の変換ユニット3Uの構成は好適である。
さらに、ピストン外周とシリンダ内壁との間を密閉するシール部34が、1カ所であることから、変換ユニット3Uの構造の簡素化、および小型化を図りたい場合に好適である。
【0028】
また、本実施形態の変換ユニット3Uの構成では、駆動圧室311と従動圧室312とにおける相対的な圧力が、押出動作と引込動作で、高圧側と低圧側とが入れ替わる。このため、シール部34のシール不良が発生した場合には、駆動圧室311と従動圧室312の両方で作動流体が混ざり合う。
このため、シール部34のシール不良が発生した場合には、作動油FL1は、作動水FL2が混入した状態で、貯油槽10に戻される。
そして、作動油FL1に作動水FL2が混入した場合には、作動油FL1が乳化し、白濁するなどの変化が生じる。
これによって、変換ユニット3Uの外部に作動流体が漏出しなくても、シール不良を速やかに検出することができる。
【0029】
次に、変位検出手段4について説明する(図1参照)。
変位検出手段4は、変換ピストン32の変位量を計測するための構成である。
変位検出手段4として、引き側変換ユニット3aの変位量を検出する引き側変位計4aと、押し側変換ユニット3bの変位量を検出する押し側変位計4bとが、配置されている。
なお、本実施形態では、引き側変位計4aと押し側変位計4bには、同一に構成された変位計が採用されている。
変位検出手段4は、変換ロッド41とポテンショメータ42を備えている。
変換ロッド41は、棒状の部材からなり、その一端が変換ピストン32と一体に構成されている。
【0030】
変換ロッド41は、筒軸方向に沿って、従動シリンダ21の一側筒端を貫通して配置されている。
変換ロッド41は、その他端がポテンショメータ42に連係されている。
ポテンショメータ42は、変換ピストン32とともに変位する変換ロッド41の位置を電気的に検出するセンサである。
なお、本実施形態では、変位検出手段4として、変換ロッド41とポテンショメータ42との組合わせを採用しているが、このような構成に限定するものではない。
【0031】
たとえば、従動ピストン22(従動体)の動きをそのまま再現できるように変位検出手段4を構成し、運転作業者が変位検出手段4の動きを目で追いながら操作する形態とすることが可能である。
つまり、変換ピストン32の位置、または変位量、あるいは作動水FL2(従動側作動流体)の移動量等、従動部2の働きを、運転作業者が正確に計測、把握できる手段であれば、適宜採用することが可能である。
そして、このような変位検出手段4を用いることで、従動配管PL2からの漏水を検出することができる。
【0032】
たとえば、引き側バルブユニット13aの送りバルブ131を開きつつ、引き側バルブユニット13aの戻りバルブ132、および押し側バルブユニット13bの送りバルブ、戻りバルブ132を閉じた状態で、ポンプ11を作動する。
つまり、押し側変換ユニット3b、および押し側変位計4bが動作しない状態で、従動ピストン22が動いていないことを確認しつつ、引き側従動配管PL2aを加圧する。
【0033】
このような状態で、引き側変位計4aが引き側変換ユニット3aの変位を検出しなかった場合には、引き側従動配管PL2aからの作動水FL2(従動側作動流体)の漏水はないと判定できる。
また、引き側変位計4aが引き側変換ユニット3aの変位を検出した場合には、引き側従動配管PL2aのどこかから作動水FL2(従動側作動流体)が漏水していると判定する。
【0034】
次に、押し側バルブユニット13bの送りバルブ131を開きつつ、押し側バルブユニット13bの戻りバルブ132、および引き側バルブユニット13aの送りバルブ、戻りバルブ132を閉じた状態で、ポンプ11を作動する。
つまり、引き側変換ユニット3a、および引き側変位計4aが動作しない状態で、従動ピストン22が動いていないことを確認しつつ、押し側従動配管PL2bを加圧する。
【0035】
このような状態で、押し側変位計4bが押し側変換ユニット3bの変位を検出しなかった場合には、押し側従動配管PL2bからの作動水FL2(従動側作動流体)の漏水はないと判定できる。
また、押し側変位計4bが押し側変換ユニット3bの変位を検出した場合には、押し側従動配管PL2bのどこかから作動水FL2(従動側作動流体)が漏水していると判定する。
このような漏水判定の他にも、本実施形態の変位検出手段4を用いることで、従動配管PL2の膨張量、および耐圧性能を、流体圧アクチュエータACの動作中に推定することができる。
【0036】
一例として、引込動作の中での従動配管PL2の膨張量を推定する場合について説明する。
引込動作開始後、引き側変位計4aの変換ロッド41が動き始めてから、押し側変位計4bの変換ロッド41が動き出すまでに、引き側変位計4aの変換ロッド41が変位した変位量を計測する。
そして、計測した変位量と変換シリンダ31の断面積とから、加圧によって膨張した従動配管PL2の体積(膨張量)が算出される。
なお、従動部2に負荷が掛かっていない状態で、前述の手順に沿って従動配管PL2の膨張量を計測した場合、この膨張量は従動系(従動配管PL2、従動部2)が有する圧力損失と推定することができる。
【0037】
次に、吸収機構5の構成について説明する(図1参照)。
吸収機構5は、運転作業中に、従動部2が周囲の障害物に衝突するなどによって、衝撃荷重のような過大な負荷が入力された際に、荷重を吸収するための構成である。
本実施形態では、吸収機構5として、アキュムレータ51を採用している。
アキュムレータ51は、駆動部1と変換部3とを繋ぐ駆動配管PL1(押し側駆動配管PL1b、引き側駆動配管PL1a)に、開閉弁52を介して、設置されている。
アキュムレータ51には、空気などの圧縮性流体が充填されている。
【0038】
なお、本実施形態では、吸収機構5として、アキュムレータ51を採用しているが、これに限定されるものではなく、荷重を吸収して、故障を防止することができる構成であれば、適宜採用することができる。そこで、吸収機構5の別態様については後述する。
【0039】
次に、リザーバタンク6の構成について説明する(図1参照)。
リザーバタンク6は、変換部3と従動部2とを繋ぐ従動配管PL2(押し側従動配管PL2b、引き側従動配管PL2a)の変換部3近傍に、開閉弁61を介して、設置されている。
リザーバタンク6には、作動水FL2が貯留されている。また、何らかの理由で従動配管PL2、および従動部2から作動水FL2が漏出した場合には、リザーバタンク6に貯留している作動水FL2が従動配管PL2へ供給される。
そして、作動水FL2が漏出した場合には、リザーバタンク6の貯留量が減少するため、リザーバタンク6の貯留量を監視することで、作動水FL2の漏出を検知することができる。
【0040】
なお、本実施形態の流体圧アクチュエータACでは、吸収機構5、およびリザーバタンク6を備えているが、これらは、必要に応じて設置する構成要素である。
つまり、どちらか一方、または両方が設置されていなくてもアクチュエータとしての機能を有するとともに、運転作業者が、変位検出手段4によって、従動部2の動きを正確に計測、把握することができる。
【0041】
次に、圧力検出手段7について説明する(図1参照)。
圧力検出手段7は、従動配管PL2内の作動水FL2(従動側作動流体)の圧力を計測するための構成である。また、圧力検出手段7は、引き側従動配管PL2a内の圧力を検出する引き側圧力計7aと、押し側従動配管PL2b内の圧力を検出する押し側圧力計7bとで構成されている。
なお、本実施形態では、引き側圧力計7aと押し側圧力計7bには、同一に構成された圧力計が採用されている。
【0042】
そして、引き側圧力計7aが検出した圧力と、押し側圧力計7bが検出した圧力との差を、従動部2に掛かる負荷であると推定することができる。
さらに、従動部2に掛かる負荷を推定できることで、過大な荷重が流体圧アクチュエータACに掛かることによる故障、および不具合の発生を未然に防止することができる。
【0043】
次に、制御部(図示せず)について説明する。
制御部(図示せず)は、運転作業者の操作指示に従って、従動部2が動作するように、駆動部1を制御する構成である。
制御部は、運転作業者の操作指示に従って、変位検出手段4を監視しつつ、制御バルブ13を構成する各バルブの開閉、およびポンプ11の駆動/停止を行う。
また、アキュムレータ51の開閉弁52、およびリザーバタンク6の開閉弁61の開閉を制御部に行わせる構成としてもよい。
【0044】
次に、本実施形態の流体圧アクチュエータACの働きについて説明する(図1参照)。
<押出動作>
まず、制御部は、引き側バルブユニット13aについて、送りバルブ131を閉じ、戻りバルブ132を開く。
さらに、制御部は、押し側バルブユニット13bについて、送りバルブ131を開き、戻りバルブ132を閉じてから、ポンプ11を稼働する。
次に、駆動部1では、ポンプ11が作動油FL1を貯油槽10から送り側駆動配管PL1cへ供給する。
【0045】
送り側駆動配管PL1cに供給された作動油FL1は、押し側バルブユニット13bの送りバルブ131、チェックバルブ134、押し側駆動配管PL1bを経由して、押し側変換ユニット3bの駆動圧室311へ導入される。
次に、押し側変換ユニット3bでは、駆動圧室311に導入された作動油FL1によって、変換ピストン32が従動圧室312側(図1における右方向)へ移動する。
移動した変換ピストン32によって、従動圧室312内の作動水FL2が押し側従動配管PL2bへ押し出される。
【0046】
次に、従動部2では、従動圧室312から押し出された作動水FL2が、押し側従動配管PL2bを経由して、押し側圧力室21bへ導入される。
押し側圧力室21bに導入された作動水FL2によって、従動ピストン22は、従動ピストンロッド23が従動シリンダ21から突出する方向(図1における右方向)へ移動する。
移動した従動ピストン22によって、引き側圧力室21a内の作動水FL2は、引き側従動配管PL2aへ押し出される。
【0047】
引き側圧力室21aから押し出された作動水FL2は、引き側従動配管PL2aを経由して、引き側変換ユニット3aの従動圧室312へ導入される。
次に、引き側変換ユニット3aでは、従動圧室312に導入された作動水FL2によって、変換ピストン32が駆動圧室311側(図1における左方向)へ移動する。
移動した変換ピストン32によって、駆動圧室311内の作動油FL1が引き側駆動配管PL1aへ押し出される。
【0048】
次に、駆動部1では、引き側変換ユニット3aの駆動圧室311から押し出された作動油FL1が、引き側駆動配管PL1aを経由して、引き側バルブユニット13aへ供給される。
引き側バルブユニット13aへ供給された作動油FL1は、絞り弁133、戻りバルブ132を経由し、戻り側駆動配管PL1dを通じて、貯油槽10へ回収される。
【0049】
<引込動作>
まず、制御部は、引き側バルブユニット13aについて、送りバルブ131を開き、戻りバルブ132を閉じる。
さらに、制御部は、押し側バルブユニット13bについて、送りバルブ131を閉じ、戻りバルブ132を開いてから、ポンプ11を稼働する。
次に、駆動部1では、ポンプ11が作動油FL1を貯油槽10から送り側駆動配管PL1cへ供給する。
【0050】
送り側駆動配管PL1cに供給された作動油FL1は、引き側バルブユニット13aの送りバルブ131、チェックバルブ134、引き側駆動配管PL1aを経由して、引き側変換ユニット3aの駆動圧室311へ導入される。
次に、引き側変換ユニット3aでは、駆動圧室311に導入された作動油FL1によって、変換ピストン32が従動圧室312側(図1における右方向)へ移動する。
移動した変換ピストン32によって、従動圧室312内の作動水FL2が引き側従動配管PL2aへ押し出される。
【0051】
次に、従動部2では、従動圧室312から押し出された作動水FL2が、引き側従動配管PL2aを経由して、引き側圧力室21aへ導入される。
引き側圧力室21aに導入された作動水FL2によって、従動ピストン22は従動ピストンロッド23が従動シリンダ21に没する方向(図1における左方向)へ移動する。
移動した従動ピストン22によって、押し側圧力室21b内の作動水FL2は、押し側従動配管PL2bへ押し出される。
【0052】
押し側圧力室21bから押し出された作動水FL2は、押し側従動配管PL2bを経由して、押し側変換ユニット3bの従動圧室312へ導入される。
次に、押し側変換ユニット3bでは、従動圧室312に導入された作動水FL2によって、変換ピストン32が駆動圧室311側(図1における左方向)へ移動する。
移動した変換ピストン32によって、駆動圧室311内の作動油FL1が押し側駆動配管PL1bへ押し出される。
【0053】
次に、駆動部1では、押し側変換ユニット3bの駆動圧室311から押し出された作動油FL1が、押し側駆動配管PL1bを経由して、押し側バルブユニット13bへ供給される。
押し側バルブユニット13bへ供給された作動油FL1は、絞り弁133、戻りバルブ132を経由し、戻り側駆動配管PL1dを通じて、貯油槽10へ回収される。
【0054】
なお、駆動部1において、ポンプ11を駆動した際に、何らかの理由で送り側駆動配管PL1c内の作動油FL1の圧力が、設定値以上に高まることが考えられる。
このような場合には、圧力調整器12が作動し、送り側駆動配管PL1c内の作動油FL1が、戻り側駆動配管PL1dを通じて貯油槽10へ回収される。
【0055】
また、押出量、および引込量の調整を行う場合には、変位検出手段4の出力から従動ピストン22(従動体)の位置を算出する。
作動油FL1、および作動水FL2は、非圧縮性流体のため、従動ピストン22の変位量を変位検出手段4の計測結果から算出することができる。
【0056】
たとえば、変位検出手段4について、運転開始前の停止状態における変位検出手段4が検出した位置を基準位置、図1における変換ロッド41の右方向への変位を正、左方向の変位を負と定義する。
そして、このように定義した場合、押し側変換ユニット3bの変換ロッド41の変位量と引き側変換ユニット3aの変換ロッド41の変位量との合計はゼロになる。
【0057】
これは、作動水FL2は、閉空間の中を増減せずに、移動していることを示している。
したがって、押し側変換ユニット3bの変換ロッド41の変位量と引き側変換ユニット3aの変換ロッド41の変位量との合計はゼロにならない場合には、漏水が生じていると判定することができる。
つまり、引き側変換ユニット3aと押し側変換ユニット3bの両方に変位検出手段4を設置することで、リザーバタンク6を設置しなくても、漏水を検知することが可能である。
【0058】
次に、本実施形態の流体圧アクチュエータACの作用効果について説明する。
本実施形態の流体圧アクチュエータACは、駆動部1と従動部2との間に変換部3が配置されている。
そして、作動油FL1の圧力によって、変換ピストン32(変位体)が変換圧力室310内を変位することで、変換圧力室310から作動水FL2(従動側作動流体)を押し出すように構成されている。
また、変換圧力室310から押し出された作動水FL2(従動側作動流体)が、従動部2に供給され、従動ピストン22(従動体)を変位するように構成されている。
【0059】
つまり、変換ピストン32(変位体)と従動ピストン22(従動体)とは連動して動くように構成されている。したがって、変位検出手段4を用いて、変換ピストン32(変位体)の変位量を計測することで、従動ピストン22(従動体)の変位量を算出することができる。
このため、従動部2にセンサ類を設置することなく、従動部2の動きを計測、把握することができる。
以上のことから、本実施形態の流体圧アクチュエータACは、人が近づくことの困難な過酷な環境下における運用が要求される状況であっても、誤作動せずに、運転作業者が安全に運転操作を行うことができる。
【0060】
本実施形態の流体圧アクチュエータACは、従動部2が複動型シリンダで構成されており、引き側変換ユニット3a、押し側変換ユニット3bの両方に変位検出手段4が設けられている。
これによって、検出結果から引き側従動配管PL2a、押し側従動配管PL2bのどちらかから漏水していることが判定できる。
【0061】
本実施形態の流体圧アクチュエータACは、駆動部1に油圧機器を採用している。
油圧機器は、一般に広く用いられているため、高機能な機器を安価で採用することができる。
【0062】
本実施形態の流体圧アクチュエータACは、従動部2に水性の作動水FL2(従動側作動流体)を用いる水圧機器を採用している。
従動部2に水圧機器を採用することで、運転作業中に何らかの理由で、作動流体が漏出した場合に、周囲の環境への影響をより小さく収めることができる。
【0063】
本実施形態の流体圧アクチュエータACは、駆動部1と変換部3とを繋ぐ作動油FL1(駆動側作動流体)の配管に吸収機構5(アキュムレータ51)を備えている。
これによって、従動ピストン22(従動体)に過大な負荷が掛かった際に、吸収機構5(アキュムレータ51)が過大な負荷を吸収し、不具合の発生を防止することができる。
【0064】
<第1別態様>
次に、本実施形態の第1別態様について説明する(図2図3参照)。
前述の第1実施形態と本態様とで異なる点は、吸収機構5の構成である。
なお、吸収機構5以外の構成要素は、第1実施形態と同一のため、詳細な説明は省略する。
本態様の吸収機構5は、引き側吸収ユニット5a、押し側吸収ユニット5b、吸収ガス供給源53を備えている(図2参照)。
【0065】
引き側吸収ユニット5aは、引込動作時に、従動ピストン22(従動体)が周囲の障害物(図示せず)に引っかかるなどした際に入力される荷重を吸収し、流体圧アクチュエータACの各部を保護するための構成である。
押し側吸収ユニット5bは、押出動作時に、従動ピストン22が周囲の障害物(図示せず)に衝突するなどした際に入力される荷重を吸収し、流体圧アクチュエータACの各部を保護するための構成である。
【0066】
なお、引き側吸収ユニット5a、押し側吸収ユニット5bは、同一の構成要素で構成されている。そこで、引き側吸収ユニット5a、押し側吸収ユニット5bについて、吸収ユニット5Uと総称して説明を行い、個々の説明は省略する。
吸収ユニット5Uは、吸収シリンダ本体54と吸収ピストン55とを有する複動型シリンダを備えている(図2参照)。
【0067】
吸収シリンダ本体54は、筒形状を具備しつつ、その両端が閉止された中空の部材で構成されている。
吸収ピストン55は、吸収シリンダ本体54の内部空間を筒軸方向に2分割し、且つ吸収シリンダ本体54の内周面との密接状態を維持しつつ、筒軸方向に移動可能に配置されている。
吸収ピストン55によって2分割された吸収シリンダ本体54の内部空間について、駆動配管PL1に通じる空間を吸収液圧室541と定義し、吸収ガス供給源53に通じる空間を吸収ガス圧室542と定義する。
【0068】
吸収液圧室541は、吸収液配管PL5aを通じて、駆動配管PL1に接続されており、吸収液圧室541と吸収液配管PL5aは、その内部に作動油FL1(駆動側作動流体)が満たされている。
吸収液配管PL5aには、液配管開閉弁PL5b、液圧計PL5cが配置されている。
液配管開閉弁PL5bは、吸収液配管PL5aの管路を開閉可能に構成されている。
液配管開閉弁PL5bを閉じた状態では、吸収液配管PL5aの管路が遮断され、吸収ユニット5Uは駆動配管PL1から切り離される。
【0069】
この状態で従動ピストン22(従動体)に荷重が入力された場合には、吸収ユニット5Uの荷重を吸収する機能は発揮されない。
液配管開閉弁PL5bを開いた状態では、吸収液配管PL5aの管路が開き、吸収ユニット5Uが駆動配管PL1に接続される。
この状態で従動ピストン22に荷重が入力された場合には、吸収ユニット5Uの荷重を吸収する機能が発揮される。
液圧計PL5cは、吸収液圧室541内の圧力を検出するための構成である。
【0070】
吸収ガス圧室542は、吸収ガス配管PL5dを通じて、吸収ガス供給源53に接続されている。
また、吸収ガス圧室542は、ガス開放配管PL5eを通じて、大気開放が可能になっている。
吸収ガス圧室542は、その内部に圧縮空気(圧縮性流体)が充填される。
吸収ガス配管PL5dには、ガス圧調整器PL5f、ガス配管開閉弁PL5g、ガス圧計PL5hが配置されている。
【0071】
ガス圧調整器PL5fは、吸収ガス供給源53から吸収ガス圧室542へ供給される圧縮空気の圧力が設定値を超えないように調整するための構成である。
ガス配管開閉弁PL5gは、吸収ガス配管PL5dの管路を開閉可能に構成されている。
ガス配管開閉弁PL5gを閉じた状態では、吸収ガス供給源53から吸収ガス圧室542へ通じる管路が遮断され、圧縮空気の供給が止まる。
ガス配管開閉弁PL5gを開いた状態では、吸収ガス供給源53から吸収ガス圧室542へ通じる管路が開き、圧縮空気が供給される。
【0072】
ガス圧計PL5hは、吸収ガス圧室542内の圧力を検出するための構成である。
ガス開放配管PL5eには、ガス開放弁PL5iが配置されている。
ガス開放弁PL5iは、ガス開放配管PL5eの管路を開閉可能に構成されている。
ガス開放弁PL5iを閉じた状態では、吸収ガス圧室542内が大気から遮断された状態となる。
ガス開放弁PL5iを開いた状態では、吸収ガス圧室542内が大気開放状態となる。
【0073】
吸収ガス供給源53は、空気などの圧縮性流体を引き側吸収ユニット5a、および押し側吸収ユニット5bに供給するための構成である。
たとえば、入力される荷重を吸収する媒体として空気を採用した場合には、吸収ガス供給源53として、エアコンプレッサを用いることが可能である。
また、入力される荷重を吸収する媒体として、窒素ガスなどの空気以外の気体を採用する場合には、選定した気体が高圧で充填されたガスボンベを用いることが可能である。
【0074】
なお、本態様では、引き側吸収ユニット5aと押し側吸収ユニット5bの両方に対して、1つの吸収ガス供給源53で圧縮空気を供給しているが、このような構成に限定するものではない。
たとえば、引き側吸収ユニット5a、押し側吸収ユニット5bに対して、個々に吸収ガス供給源53を設置し、圧縮空気を個別に供給する構成とすることができる。
【0075】
次に、本態様の吸収機構5の働きについて説明する(図2図3参照)。
吸収機構5を機能させない場合には、液配管開閉弁PL5bを閉じ、ガス配管開閉弁PL5gを閉じ、ガス開放弁PL5iを開く。
吸収機構5を機能させる場合には、ガス開放弁PL5iを閉じ、ガス圧調整器PL5fを所定の圧力に設定し、ガス配管開閉弁PL5gを開き、液配管開閉弁PL5bを開く。
【0076】
また、ガス圧調整器PL5fの圧力を設定する際に、設定圧力値が高いほど、入力される荷重に対して吸収機構5は硬くなり、設定圧力値が低いほど、入力される荷重に対して吸収機構5は柔らかくなる。
図3について、グラフ上の曲線が、入力される荷重によって変位する吸収ピストン55の変位量を表している。
また、グラフ上の各曲線は、ガス圧調整器PL5fで設定される設定圧力値に違いを表している。設定圧力値が高いほど、曲線の傾きが大きくなり、設定圧力値が低いほど、曲線の傾きが小さくなる。
そして、吸収機構5を機能させない場合に、曲線の傾きが最も大きくなり、入力される荷重に対して、吸収機構5は最も硬くなる。
【0077】
以上のように、本態様の流体圧アクチュエータACでは、様々な形態の吸収機構5を採用することができるうえに、前述の第1実施形態と同様の作用効果が得られる。
なお、本態様では、引き側と押し側とのそれぞれに、吸収ユニット5Uを配置しているが、このような形態に限定するものではない。
たとえば、1つの吸収ユニット5Uを引き側と押し側とで共用し、押出動作時には、押し側駆動配管PL1bに連通させて、引込動作時には、引き側駆動配管PL1aに連通させるように切替える構成とすることが可能である。
このように、吸収機構5を1つの吸収ユニット5Uで構成することができるため、装置全体の小型軽量化、簡素化、低コスト化を図ることができる。
【0078】
<第2別態様>
次に、本実施形態の第2別態様について説明する(図4図5(a)~(c)参照)。
前述の第1別態様では、吸収ユニット5Uが押し側と引き側のそれぞれに1つずつ配置されている(図3参照)。これに対して、本態様では、吸収ユニット5Uが押し側と引き側のそれぞれに2つずつ配置されている(図4参照)点が異なっている。
なお、吸収機構5以外の構成要素は、第1実施形態と同一のため、詳細な説明は省略する。
【0079】
引き側と押し側のそれぞれに配置される2つの吸収ユニット5Uは、同一の構成要素によって構成されており、駆動配管PL1に対して並列に配置されている。
また、引き側と押し側のそれぞれに配置される2つの吸収ユニット5Uは、各ガス圧調整器PL5fの設定圧力値が異なる値に設定されている。
ガス圧調整器PL5fの設定圧力値が変化することによって、吸収できる荷重の範囲が変化する(図5(a)~(c)参照)。
なお、XStは、吸収シリンダ本体54内を吸収ピストン55が移動する際の最大ストローク量を表し、XHは設定圧力値PLからPHまでの荷重を吸収するために要するストローク量を表している。
【0080】
たとえば、設定圧力値が小さい場合(PL)、一定周期で繰り返す揺れを吸収することを目的とするには好適であるが、大きな衝撃荷重を吸収することを目的とするには不向きである(図5(a)参照)。
また、設定圧力値が大きい場合(PH)、大きな衝撃荷重を吸収することを目的とするには好適であるが、小刻みに揺れるような振動を吸収することを目的とするには不向きである(図5(b)参照)。
そこで、本態様では、異なる設定圧力値に設定された2つの吸収ユニット5Uが、並列に接続されている(図4図5(a)~(c)参照)。
【0081】
以上のように、本態様の流体圧アクチュエータACでは、吸収機構5を構成する2つの吸収ユニット5Uが並列に接続されているため、衝撃荷重が外部から入力された際には、全ての吸収ユニット5Uに荷重が作用する。
そして、設定圧力値が小さい吸収ユニット5Uから順に、それぞれの設定圧力値に応じて設定された範囲の荷重を吸収していく。
【0082】
これによって、外部から入力される衝撃荷重の大きさに応じて、荷重を吸収する吸収ユニット5Uの切替え操作を行うことなく、より広い範囲で衝撃荷重を吸収することができる。
また、本態様では、同一形態の吸収ユニット5Uの数を増減することで、吸収可能な荷重範囲を拡幅、縮小することができるため、作業現場の環境により即した吸収機構5で作業することができる。
【0083】
<第3別態様>
次に、本実施形態の第3別態様について説明する(図6(a)参照)。
前述の第1実施形態と本態様とで異なる点は、変換部3(変換ユニット3U)の構成である。
なお、変換部3以外の構成要素は、第1実施形態と同一のため、詳細な説明は省略する。
【0084】
第1実施形態の変換ユニット3Uは、1つの変換シリンダ31(変換ユニット本体)の筒内に、1つの変換ピストン32(変位体)を備えた複動型シリンダで構成されている。そして、変換シリンダ31の筒内は、変換ピストン32によって、駆動圧室311と従動圧室312とに分割されている。
【0085】
これに対して、本態様の変換ユニット3U1では、変換シリンダ31の筒内に配置される変換ピストン32(変位体)が、駆動側ピストン32dと従動側ピストン32iとを備えている。
そして、駆動側ピストン32dと従動側ピストン32iとは、連結軸33を介して一体に連結されている。連結軸33は、金属材などの伸縮しない剛体で構成され、駆動側ピストン32dと従動側ピストン32iとの間の間隔を一定に規定している。
【0086】
つまり、変換ピストン32は、検知室313の容積を一定に保ちつつ、筒軸方向に沿って変位する。
また、連結軸33には、変位検出手段4を構成する変換ロッド41が一体に設けられている。
変換シリンダ31の筒内は、変換ピストン32を構成する駆動側ピストン32d、従動側ピストン32iによって、駆動圧室311、検知室313、従動圧室312の3室に分割されている。
【0087】
そして、駆動圧室311には、作動油FL1(駆動側作動流体)が満たされ、従動圧室312には、作動水FL2(従動側作動流体)が満たされている。
また、検知室313は、変換シリンダ31に開口する検知孔314を通じて、筒外と連通している。
検知孔314は、変換シリンダ31の筒壁を貫通しつつ、筒軸方向に延在する長孔形状を備え、変換ロッド41が貫通している。
【0088】
また、検知孔314は、変換ロッド41が、検知孔314内をガタつくことなく、筒軸方向へ滑らかに変位可能な寸法に設定されている。
このような本態様の変換ユニット3U1では、何らかの理由で、ピストン外周とシリンダ内壁との間で、シール不良が生じた場合、作動流体が検知室313に漏出し、検知孔314を通じて、シリンダ外部へ排出される。
これにより、検知孔314から漏出した液体を調べることで、駆動側と従動側のどちらでシール不良が生じているかを判断することができる。
【0089】
また、シール不良によって生じる、低圧側の作動流体への高圧側の作動流体の混入を未然に防止することができる。
したがって、作動流体の交換を伴わずに、シール部34のメンテナンス作業を行うことができるため、メンテナンスに掛かる工数を削減し、運用コストを低減することができる。
つまり、漏出した作動流体が、もう一方の作動流体に混入することを防止しつつ、シール不良を速やかに検出したい場合に好適な構造となっている。
【0090】
次に、本実施形態の第4別態様、第5別態様について説明する(図6(a)、(b)参照)。第4別態様、第5別態様は、前述の第3別態様の変形例に相当する。
なお、変換部3以外の構成要素は、第1実施形態と同一のため、詳細な説明は省略する。
【0091】
<第4別態様>(図6(b)参照)
第3別態様の変換ユニット3U1は、1つの変換シリンダ31に2つの変換ピストン32(駆動側ピストン32d、従動側ピストン32i)が配置されている。そして、これら2つの変換ピストン32が連結軸33を介して一体に連結されている。
【0092】
これに対して、本態様の変換ユニット3U2は、同一に構成された2つの単動型シリンダ35(駆動側変換シリンダ31d、従動側変換シリンダ31i)で構成されている。
そして、駆動側単動型シリンダ35dの駆動圧室311に作動油FL1が供給され、従動側単動型シリンダ35iの従動圧室312に作動水FL2が供給されている。
また、これら駆動側ピストン32d、従動側ピストン32iは、同軸上に配置されつつ連結軸33を介して一体に連結されている。
これにより、駆動圧室311が拡大する方向へ駆動側ピストン32dがスライドした場合には、従動圧室312が縮小する方向へ従動側ピストン32iがスライドする。
【0093】
また、駆動圧室311が縮小する方向へ駆動側ピストン32dがスライドした場合には、従動圧室312が拡大する方向へ従動側ピストン32iがスライドする。
つまり、前述の第3別態様の変換シリンダ31を2つに分割した構成と同様の構成となっている。
このような構成にすることで、第3別態様と同様の作用効果が得られるとともに、一般的に広く用いられている単動型シリンダを採用することができるため、装置全体の製造コストを削減することができる。
【0094】
なお、本態様では、駆動側単動型シリンダ35dと従動側単動型シリンダ35iとは、同一に構成された単動型シリンダが採用されているが、これに限定するものではない。
たとえば、従動側単動型シリンダ35iに駆動側単動型シリンダ35dよりも内径が小さなものを採用することが可能である。
このような構成の場合には、作動油FL1(駆動側作動流体)の供給量に比べて、従動部2の従動ピストン22の変位量が小さくなる。
このため、従動ピストン22に、より精密な動き、よりゆっくりした動きが求められる場合に好適である。
【0095】
また、従動側単動型シリンダ35iに駆動側単動型シリンダ35dよりも内径が大きなものを採用することが可能である。
このような構成の場合には、作動油FL1(駆動側作動流体)の供給量に比べて、従動部2の従動ピストン22の変位量が大きくなる。
このため、従動ピストン22に、より大きな動き、より素早い動きが求められる場合に好適である。
【0096】
以上のように、駆動側と従動側とが別々の単動型シリンダで構成されていることから、少なくともどちらか一方の単動型シリンダを別のサイズの単動型シリンダに交換可能とすることが可能となる。
そして、一方の単動型シリンダを別のサイズの単動型シリンダに交換するだけで、特性の異なる流体圧アクチュエータACに変更することができる。
【0097】
<第5別態様>(図6(c)参照)
第4別態様の変換ユニット3U2は、2つの単動型シリンダ35のそれぞれに、変換ピストン(駆動側ピストン32d、従動側ピストン32i)が1つずつ配置されている。そして、これら2つの変換ピストン32が連結軸33を介して一体に連結されている。
【0098】
これに対して、本態様の変換ユニット3U3は、2つの変換シリンダ31(駆動側変換シリンダ31d、従動側変換シリンダ31i)と1つの変換ピストン32とで構成されている。
そして、駆動側変換シリンダ31dの駆動圧室311に作動油FL1が供給され、従動側変換シリンダ31iの従動圧室312に作動水FL2が供給されている。
なお、2つの変換シリンダ31は、同一に構成されている。
変換ピストン32は、その断面形状が、変換シリンダ31の内周面を隙間なく、滑らかに、筒軸方向に沿ってスライド可能な寸法に設定されている。
【0099】
このような構成にすることで、第3別態様と同様の作用効果が得られるとともに、本態様特有の作用効果が得られる。
つまり、変換ピストン32の外周面全体が変換シリンダ31の内周面全体を摺接するため、変換ピストン32が筒軸方向に沿って往復動する際に、倒れ(筒軸方向に対して傾くこと)を防止することができる。
【0100】
これによって、変換ピストン32による変換シリンダ31の内周面への噛み込み、引っかかりなどが抑制される。
このため、変換ピストン32をより滑らかな動き、より精密な動きが求められる場合に好適である。
【0101】
<第2実施形態>
次に、第2実施形態について説明する(図7図8参照)。
本実施形態の流体圧アクチュエータACは、第1実施形態と同様に、駆動部1、従動部2、変換部3、変位検出手段4、吸収機構5、リザーバタンク6、制御部(図示せず)を備えている。
本実施形態と前述の第1実施形態とで大きく異なる点は、従動部2が押出動作を作動流体の圧力によって行い、引込動作をバネの反発力によって行う、いわゆる単動型シリンダで構成されている点である。
【0102】
また、従動部2に単動型シリンダを採用したことに伴い、駆動部1、変換部3では、引き側の構成要素が省略され、押し側の構成要素のみで構成されている。
さらに、吸収機構5は、第1実施形態のアキュムレータ51、第1別態様の吸収ユニット5Uとは異なる構成要素で構成されている。
なお、変位検出手段4、リザーバタンク6、制御部(図示せず)の構成は、前述の第1実施形態と同様に構成されているため、詳細な説明は省略する。
【0103】
駆動部1は、制御バルブ13の構成が変更されている(図7参照)。
第1実施形態の制御バルブ13は、送り側と戻り側のそれぞれで、バルブ毎に開閉操作を行う構成となっている(図1参照)。
これに対して、本第2実施形態の制御バルブ13は、1回の操作で送り側と戻り側の開閉操作を行うことができる構成となっている。
従動部2は、引き側圧力室21aに、圧縮された状態で引き側付勢バネ24(付勢手段)が収容されている。
そして、引き側付勢バネ24は、圧縮反力によって、従動ピストン22を押し側圧力室21bに向かって付勢している。
【0104】
変換部3は、押し側変換ユニット3bを備え、引き側変換ユニット3aは省略されている。
また、押し側変換ユニット3bを構成する変換シリンダ31の従動圧室312は、管路の開閉を行う変換側従動開閉弁v2を介して、押し側従動配管PL2bに通じている。
押し側変換ユニット3bを構成する変換シリンダ31の駆動圧室311は、前述の第1別態様と同様に、開閉弁などを介さずに、押し側駆動配管PL1bに通じている。
【0105】
なお、押し側変換ユニット3bの構成は、第1実施形態の変換ユニット3Uと同様の構成要素で構成されているため、詳細な説明は省略する。
吸収機構5は、吸収ユニット5U、吸収ガス供給源53を備えている。
なお、吸収ガス供給源53は、前述の第1別態様と同様の構成のため、詳細な説明は省略する。
吸収ユニット5Uは、吸収シリンダ本体54、駆動側吸収ピストン551、従動側吸収ピストン552を有するシリンダを備えている。
【0106】
吸収シリンダ本体54は、筒形状を具備しつつ、その両端が閉止された中空の部材で構成されている。
駆動側吸収ピストン551、従動側吸収ピストン552は、それぞれが吸収シリンダ本体54の内部空間を筒軸方向に分割し、且つ吸収シリンダ本体54の内周面との密接状態を維持しつつ、筒軸方向に移動可能に配置されている。
つまり、吸収シリンダ本体54の内部空間は、駆動側吸収ピストン551、従動側吸収ピストン552によって、筒軸方向に3分割される。
【0107】
3分割された吸収シリンダ本体54の内部空間について、駆動側吸収ピストン551によって分割されて、筒軸方向の一端側に位置し、吸収側駆動配管PL5jを通じて、押し側駆動配管PL1bに接続される空間を駆動側吸収圧室543と定義する。また、従動側吸収ピストン552によって分割されて、筒軸方向の他端側に位置し、吸収側従動配管PL5kを通じて、押し側従動配管PL2bに接続される空間を従動側吸収圧室544と定義する。さらに、駆動側吸収ピストン551と従動側吸収ピストン552の間に形成され、吸収ガス配管PL5dを通じて、吸収ガス供給源53に接続される空間を吸収ガス圧室542と定義する。
【0108】
吸収側駆動配管PL5jは、一端が駆動側吸収圧室543に、他端が押し側駆動配管PL1bにそれぞれ接続されるとともに、管路の開閉を行う吸収側駆動開閉弁v1が設置されている。
吸収側従動配管PL5kは、一端が従動側吸収圧室544に、他端が押し側従動配管PL2bにそれぞれ接続されるとともに、管路の開閉を行う吸収側従動開閉弁v3が設置されている。
吸収ガス配管PL5dは、一端が吸収ガス圧室542に接続され、他端は二股に分岐している。
【0109】
二股に分岐した一方の管路は、吸収ガス供給源53に接続されるとともに、分岐部分と吸収ガス供給源53との間に、管路の開閉を行うガス配管開閉弁v4が設置されている。
また、二股に分岐した他方の管路は、大気開放されるとともに、管路の開閉を行うガス開放弁v5が設置されている。
本実施形態では、5つの開閉弁(吸収側駆動開閉弁v1、変換側従動開閉弁v2、吸収側従動開閉弁v3、ガス配管開閉弁v4、ガス開放弁v5)の開閉パターンによって、3種類の操作形態(硬操作、柔操作、ガス圧操作)を使い分けることができる(図8参照)。
【0110】
次に、各操作形態について説明する。
<硬操作>(図7図8 No.1、No.2参照)
硬操作は、自動運転で同じ動作を繰り返すなど、従動部2の動きに高い精度が求められる運転形態、外部からの衝撃荷重が入力するおそれがない運転形態などに好適である。
硬操作を行う場合(図7図8 No.1参照)には、吸収側駆動開閉弁v1を閉じ、変換側従動開閉弁v2を開き、吸収側従動開閉弁v3を閉じる。
このため、運転操作中に、作動油FL1、作動水FL2が、駆動側吸収圧室543、従動側吸収圧室544へ流れ込むことはない。
【0111】
これによって、硬操作では、力を伝達する媒体として、非圧縮性流体である作動油FL1(駆動側作動流体)、作動水FL2(従動側作動流体)が作用するため、硬い操作となる。
なお、ガス配管開閉弁v4とガス開放弁v5は、同時に開かなければ、どちらが開き、どちらが閉じても特に問題ない。
硬操作で静止する場合(図7図8 No.2参照)には、吸収側駆動開閉弁v1を閉じ、変換側従動開閉弁v2を閉じ、吸収側従動開閉弁v3を閉じる。なお、ガス配管開閉弁v4とガス開放弁v5は、同時に開かなければ、どちらが開き、どちらが閉じても特に問題ない。
【0112】
<柔操作>(図7図8 No.3~No.6参照)
柔操作は、硬操作ほどではないが、従動部2の動きに比較的高い精度が求められるとともに、外部から入力される衝撃荷重の吸収が要求される場合などに好適である。
柔操作を行う場合(図7図8 No.3参照)には、吸収側駆動開閉弁v1を閉じ、変換側従動開閉弁v2を開き、吸収側従動開閉弁v3を開き、ガス配管開閉弁v4を閉じ、ガス開放弁v5を閉じる。
このため、運転操作中に、作動水FL2が、従動側吸収圧室544へ流入可能になるとともに、吸収ガスとしての空気が、吸収ガス圧室542内に封止される。
そして、柔操作は、力を伝達する媒体として、非圧縮性流体である作動油FL1(駆動側作動流体)、作動水FL2(従動側作動流体)が作用する。
【0113】
また、柔操作は、外部から入力される衝撃荷重を吸収する媒体(吸収ガス)として、圧縮性流体である空気が作用する。
これらによって、柔操作中に、従動ピストン22(従動体)へ外部から荷重が入力された際には、荷重が作動水FL2を通じて、吸収ガス圧室542内に封止された空気に伝わる。そして、吸収ガス圧室542内に封止された空気によって、入力された荷重が吸収される。
柔操作で静止する場合(図7図8 No.4参照)には、吸収側駆動開閉弁v1を閉じ、変換側従動開閉弁v2を閉じ、吸収側従動開閉弁v3を開き、ガス配管開閉弁v4を閉じ、ガス開放弁v5を閉じる。
【0114】
なお、柔操作を行うには、操作を始める前に、吸収ガス圧室542内の初期体積、あるいは初期圧力を設定しなければならない。
初期体積を設定してから柔操作を行う手法は、荷重を吸収する際のストローク長を確保することよりも、荷重を柔らかく吸収することを優先する場合に好適である。
初期体積を設定する場合(図7図8 No.5参照)には、吸収側駆動開閉弁v1を開き、変換側従動開閉弁v2を閉じ、吸収側従動開閉弁v3を閉じ、ガス配管開閉弁v4を閉じ、ガス開放弁v5を開く。そして、初期体積の設定終了後に、吸収側駆動開閉弁v1とガス開放弁v5を閉じる。
【0115】
初期圧力を設定してから柔操作を行う手法(図7図8 No.6参照)は、荷重を柔らかく吸収することよりも、荷重を吸収する際のストローク長をより短くし、荷重の吸収を素早く行うことを優先したい場合に好適である。
初期圧力を設定する場合(図7図8 No.6参照)には、吸収側駆動開閉弁v1を閉じ、変換側従動開閉弁v2を閉じ、吸収側従動開閉弁v3を閉じ、ガス配管開閉弁v4を開き、ガス開放弁v5を閉じる。そして、初期圧力の設定終了後に、ガス配管開閉弁v4を閉じる。
【0116】
<ガス圧操作>(図7図8 No.7参照)
ガス圧操作は、柔らかいものを潰さないように掴むなど、動きの精度よりも、力の加減が優先される場合などに好適である。
ガス圧操作は、力を伝達する媒体、および外部から入力される衝撃荷重を吸収する媒体(吸収ガス)として、圧縮性流体である空気を使用している。
【0117】
ガス圧操作を行う場合(図7図8 No.7参照)には、吸収側駆動開閉弁v1を閉じ、変換側従動開閉弁v2を閉じ、吸収側従動開閉弁v3を開く。
そして、吸収ガス圧室542を加圧(従動部2の押出動作)する場合には、ガス配管開閉弁v4を開き、ガス開放弁v5を閉じる。
また、吸収ガス圧室542を減圧(従動部2の引込動作)する場合には、ガス配管開閉弁v4を閉じ、ガス開放弁v5を開く。
【0118】
ガス圧操作で静止する場合には、吸収側駆動開閉弁v1を閉じ、変換側従動開閉弁v2を閉じ、吸収側従動開閉弁v3を開き、ガス配管開閉弁v4を閉じ、ガス開放弁v5を閉じる。
つまり、ガス圧操作で静止する場合、柔操作で静止する場合と同様の開閉パターンとなる(図7図8 No.4参照)。
【0119】
次に、本実施形態の流体圧アクチュエータACの作用効果について説明する。
本実施形態の流体圧アクチュエータACでは、従動部2が、押出動作を作動水FL2の圧力によって行い、引込動作を引き側付勢バネ24(付勢手段)の圧縮反力によって行う、単動型シリンダで構成されている。
そして、従動部2が単動型シリンダで構成されたことに伴い、駆動部1、変換部3などは、引き側の構成要素が省略され、押し側の構成要素のみで構成されている。
また、変位検出手段4は、第1実施形態と同様に構成されたものが、押し側変換ユニット3bの変換ピストン32(変位体)の変位量を計測している。
【0120】
これによって、本実施形態の流体圧アクチュエータACは、単動型シリンダに対して、従動部2の従動ピストン22周辺にセンサ類を設置することなく、従動ピストン22の動きを正確に検出することができる。
また、押し側従動配管PL2bには、第1実施形態と同様にリザーバタンク6が設置されており、リザーバタンク6の貯水量の減少を検出することによって、作動水FL2の漏出を検知することができる。
【0121】
本実施形態の吸収機構5は、1つの吸収ユニット5Uで、押出動作方向と引込動作方向の両方向へ外部から入力される衝撃荷重を吸収することができる構成となっている。
これによって、装置全体が簡略化され、小型化、低コスト化を図ることができる。
また、本実施形態の吸収機構5は、開閉弁の開閉パターンによって、3種類の操作形態(硬操作、柔操作、ガス圧操作)を1つの吸収ユニット5Uで使い分けることができる。
これによって、装置全体が簡略化され、小型化、低コスト化を図りつつ、より汎用性の高い流体圧アクチュエータACを実現することができる。
【0122】
以上のことから、本願発明の流体圧アクチュエータACは、複動型シリンダ(第1実施形態)、単動型シリンダ(第2実施形態)を問わず、従動ピストン22(従動体)周辺の過酷な環境下にセンサ類を設置せずに、従動ピストン22の動きを正確に検出することができる。
これによって、運転作業者が、安全な場所で、従動ピストン22の動きを手元で正確に把握しつつ、流体圧アクチュエータACの運転操作を行うことができる。
【符号の説明】
【0123】
AC 流体圧アクチュエータ
1 駆動部
2 従動部
21 従動シリンダ(従動部本体)
211 従動部本体圧力室
22 従動ピストン(従動体)
24 引き側付勢バネ(付勢手段)
3 変換部
3U 変換ユニット
31 変換シリンダ(変換ユニット本体)
310 変換圧力室
311 駆動圧室
312 従動圧室
32 変換ピストン(変位体)
4 変位検出手段
5 吸収機構
FL1 作動油(駆動側作動流体)
FL2 作動水(従動側作動流体)
PL1 駆動配管
PL2 従動配管
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8