内循環高速液圧システム、液圧プラットフォーム、及び液圧プラットフォーム組立体

本発明は、一般に、スタンピング工程に利用される液圧システム、液圧プラットフォーム、及び液圧プラットフォーム組立体に関し、より具体的には、内循環方式より高速液圧動作を行う内循環高速液圧システム、当該内循環高速液圧システムを備える内循環高速液圧プラットフォーム及び内循環高速液圧プラットフォーム組立体に関する。

包装や印刷産業に利用されるスタンピング工程において、高品質のスタンピング像を達成するために、スタンピング装置の動作速度に依存せず、用紙に対して一定な押圧時間を保つこと、及び様々なスタンピング製品の要求に応じて適切な押圧時間を設定することが可能なスタンピングプラットフォームを有するプラテンホイルスタンピング装置が求められている。現在、クランク軸及び回転軸の伝達機構より構成された機械式移動プラットフォームは、構造上の理由で、プラットフォームの停止点における押圧時間が速度の変化によって変わる。このため、印刷の質を保証することが困難である。一方、従来の液圧サーボシステムより構成された液圧プラットフォームにおいては、液圧システムが、液圧ポンプと、液圧シリンダと、サーボ弁と、エネルギー蓄積システムと、配管とを備えている。このような従来の液圧システムは、大量の部品及び複雑な構造を有するため、比較的メンテナンスコストが高く、効率が低く、騒音が大きい。現在の液圧システムは、高速度、高圧力、且つ高精度を同時に実現することが困難であるため、改善が必要である。

従って、移動プラットフォームの上下の停止点における押圧時間を正確に制御し、必要に応じて前記押圧時間の長さを調整し、高速度、高圧力、且つ高精度を同時に実現するように、スタンピング工程における移動プラットフォームシステムを改善することが求められている。

前記課題に対し、本発明の目的は、サーボモータ技術と内循環加圧技術を組み合わせることによって、シンプルな構造で、高効率、高精度を実現できる内循環高速液圧システム、当該内循環高速液圧システムを備える内循環高速液圧プラットフォーム及び内循環高速液圧プラットフォーム組立体を提供することにある。

前記目的に基づいて、本発明は、高圧シリンダと、液圧プランジャと、筐体とを有する液圧シリンダ装置と、 圧力サーボモータと、圧力プランジャとを有する圧力弁装置と、 を備える内循環高速液圧システムであって、 前記高圧シリンダの頂部に設けられた軸方向穴は、前記液圧プランジャの頂部のチャンバと連通し、 前記高圧シリンダの頂部付近に設けられた少なくとも1つの半径方向穴は、前記軸方向穴と交差し、 前記筐体は、前記高圧シリンダを収容するとともに、前記高圧シリンダの外側に密閉された内循環オイルチャンバを形成し、 前記内循環オイルチャンバは、前記半径方向穴を通じて前記軸方向穴と連通するとともに前記液圧プランジャの頂部と連通し、 前記筐体の上部には、圧縮空気注入口が設けられ、 前記液圧プランジャの下部は、作動素子に接続され、 前記圧力プランジャは、前記圧力サーボモータによって駆動され、前記高圧シリンダの頂部に設けられた前記軸方向穴内で上下動する、 内循環高速液圧システムを提供する。

前記作動素子は、移動プラットフォームの移動プラテンであることが望ましい。

更に、前記移動プラテンに接続される移動プラテン昇降装置を備え、 前記移動プラテン昇降装置は、昇降サーボモータと、昇降機構とを有し、 前記昇降機構は、前記昇降サーボモータによって駆動され、前記移動プラテンを予め設定された昇降カーブに応じて昇降動作させることが望ましい。

前記昇降機構を利用することによって、ストローク及び前記移動プラテンの停止位置を正確に制御できる。

前記昇降機構は、昇降ボールねじと、当該昇降ボールねじに対して移動可能に係合する昇降ナットとを有し、 前記昇降ボールねじは、前記昇降サーボモータに接続され、 前記昇降ナットは、前記移動プラテンに接続されることが望ましい。

前記圧力サーボモータと前記圧力プランジャとの間には、駆動装置が配置されていることが望ましい。

前記駆動装置は、圧力ボールねじと、当該圧力ボールねじに対して移動可能に係合する圧力ナットとを有し、 前記圧力ボールねじは、前記圧力サーボモータに接続され、 前記圧力ナットは、前記圧力プランジャに接続されることが望ましい。

前記圧力プランジャは、リニアサーボモータより直接的に駆動されることが望ましい。

本発明は、更に、 少なくとも1つの前記内循環高速液圧システムに接続される上部固定プラットフォームと、 作動素子に接続される移動プラテン昇降装置であって、昇降サーボモータと昇降機構とを備え、前記昇降機構が、前記昇降サーボモータによって駆動され、前記作動素子を昇降移動させる、移動プラテン昇降装置と、 前記各装置を随時に動作させるように制御するとともに、前記内循環高速液圧システムの複数の前記圧力サーボモータを同期動作させるように制御する制御システムと、 を備える、内循環高速液圧プラットフォームを提供する。

前記昇降機構は、昇降ボールねじと、当該昇降ボールねじに対して移動可能に係合する昇降ナットとを備え、 前記昇降ボールねじは、前記昇降サーボモータに接続され、 前記昇降ナットは、前記移動プラテンに接続されることが望ましい。

前記制御システムは、コントローラと、少なくとも1つの内循環高速液圧システムの前記圧力サーボモータに対応する駆動部と、前記昇降サーボモータに対応する駆動部とを有し、 前記コントローラは、 前記昇降サーボモータに対応する前記駆動部に作動指令を送信し、前記液圧プランジャを下方に駆動させて、前記作動素子を下方へ移動させ、 前記作動素子が下方への移動を停止するとき、前記昇降サーボモータの駆動部から位置決め完了の信号を受信するとともに、前記圧力サーボモータの各駆動部へ指令を送信し、各圧力プランジャが同期動作し、高圧オイルチャンバに進入して前記半径方向穴を遮断し、 反対方向に同期動作するように前記圧力サーボモータの各駆動部に指令を送信し、各圧力プランジャを上方へ同期動作させて前記高圧オイルチャンバから退出させるとともに、 前記液圧プランジャを反対方向に移動させるように前記昇降サーボモータの駆動部に指令を送信し、前記作動素子を上方へ移動させるように構成されることが望ましい。

複数の前記圧力サーボモータは、並列制御、マスタースレーブ制御、クロスカップリング制御、仮想線軸制御、相対カップリング制御のいずれか1つの制御法によって同期動作することが望ましい。

前記コントローラは、PLC又はモーションコントローラであることが望ましい。

また、本発明は、 前記内循環高速液圧プラットフォームと、 前記作動素子に接続される移動プラテンと、 前記上部固定プラットフォームと下部固定プラットフォームとを接続固定する接続機構と、 前記作動素子が下方の停止点へ往復するとき、前記移動プラテンがゼロスピードで接触して押しつけられる前記下部固定プラットフォームと、 を備え、 前記液圧シリンダ装置の筐体は、前記上部固定プラットフォームに接続され、 前記高圧オイルチャンバの高圧シリンダは、前記上部固定プラットフォームに形成されたビア孔に収容されるとともに、前記上部固定プラットフォームに固定される、 内循環高速液圧プラットフォーム組立体を提供する。

前記接続機構は、前記上部固定プラットフォームと前記下部固定プラットフォームとを接続する右壁板及び左壁板を有することが望ましい。

本発明は、更に、 前記下部固定プラットフォームと、制御システムとを備える内循環高速液圧プラットフォームであって、 前記下部固定プラットフォームは、少なくとも1つの内循環高速液圧システムに接続され、 前記内循環高速液圧システムは、 高圧シリンダと、液圧プランジャと、筐体とを有する液圧シリンダ装置と、 圧力サーボモータと、圧力プランジャとを備える圧力弁装置と、 移動プラテン昇降装置と、 を備え、 前記高圧シリンダの底部に設けられた軸方向穴は、前記液圧プランジャの底部のチャンバと連通し、 前記高圧シリンダの底部付近に設けられた少なくとも1つの半径方向穴は、前記軸方向穴と交差し、 前記液圧プランジャは、前記高圧シリンダ内で往復し、 前記筐体は、前記高圧シリンダを収容するとともに、高圧シリンダの外側に密閉された内循環オイルチャンバを形成し、 前記内循環オイルチャンバは、前記半径方向穴を通じて前記軸方向穴と連通するとともに前記プランジャの底部と連通し、 前記筐体の上部には、圧縮空気注入口が設けられ、 前記液圧プランジャの上部は、作動素子と接続され、 前記圧力プランジャは、前記圧力サーボモータによって駆動され、前記高圧シリンダの底部に設けられた前記軸方向穴内で上下動し、 前記移動プラテン昇降装置は、前記作動素子に接続され、昇降サーボモータと、昇降機構とを有し、 前記昇降機構は、前記昇降サーボモータに駆動され、前記作動素子に昇降動作を行い、 前記制御システムは、前記各装置を随時に動作させるように制御するとともに、前記内循環高速液圧システムの複数の前記圧力サーボモータを同期動作させるように制御する、 内循環高速液圧プラットフォームを提供する。

前記昇降機構は、昇降ボールねじと、当該昇降ボールねじに対して移動可能に係合する昇降ナットとを備え、 前記昇降ボールねじは、前記昇降サーボモータに接続され、 前記昇降ナットは、前記移動プラテンに接続されることが望ましい。

前記制御システムは、コントローラと、少なくとも1つの内循環高速液圧システムの前記圧力サーボモータに対応する駆動部と、前記昇降サーボモータに対応する駆動部とを有し、 前記コントローラは、 前記昇降サーボモータに対応する前記駆動部に作動指令を送信し、前記液圧プランジャを上方へ駆動させて、前記作動素子を上方へ移動させ、 前記作動素子が上方への移動を停止するとき、前記昇降サーボモーの駆動部から位置決め完了の信号を受信するとともに、前記圧力サーボモータの各駆動部へ指令を送信し、各圧力プランジャが同期動作し、高圧オイルチャンバに進入して前記半径方向穴を遮断し、 反対方向に同期動作するように前記圧力サーボモータの各駆動部に指令を送信し、各圧力プランジャを下方へ同期動作させて前記高圧オイルチャンバから退出させるとともに、 前記液圧プランジャを反対方向に移動させるように前記昇降サーボモータの駆動部に指令を送信し、前記作動素子を下方へ移動させるように構成されることが望ましい。

複数の前記圧力サーボモータは、並列制御、マスタースレーブ制御、クロスカップリング制御、仮想線軸制御、相対カップリング制御のいずれか1つの制御法によって同期動作することが望ましい。

前記コントローラは、PLC又はモーションコントローラであることが望ましい。

本発明は、更に、 前記内循環高速液圧プラットフォームと、 前記作動素子に接続される移動プラテンと、 前記作動素子が上方の停止点へ往復するとき、前記移動プラテンにゼロスピードで接触して押しつけられる上部固定プラットフォームと、 前記下部固定プラットフォームと前記上部固定プラットフォームとを接続固定する接続機構と、 を備え、 前記液圧シリンダ装置の筐体は、前記下部固定プラットフォームに接続され、 前記圧力弁装置は、前記下部固定プラットフォームに形成されたビア孔に収容されるとともに前記下部固定プラットフォームに固定される、内循環高速液圧プラットフォーム組立体を提供する。

前記接続機構は、前記下部固定プラットフォームと前記上部固定プラットフォームとを接続する右壁板及び左壁板を有することが望ましい。

本発明は、サーボモータ技術と内循環加圧技術を組み合わせた内循環高速液圧システムを提供する。本発明の液圧システムを利用すれば、従来の液圧システムに含まれる液圧ポンプと、サーボ弁と、エネルギー蓄積システムと、全ての液圧配管とが不要となる。従来技術に必須であった配管やサーボ弁を省くことができるため、本発明のシステムは、既存技術に比べ液圧ロスが少なく、動作効率を大きく向上することができる。

更に、本発明が提供する内循環高速液圧プラットフォームは、従来の移動プラットフォームに比べ、3分の1の構成部品で液圧オイルの内循環及び加圧を実現できるとともに、スタンピング工程は、8000枚/時間の高速度、且つ、±0.01mmの位置再現性で実行される。また、移動プラットフォームの上下の停止点における押圧時間を正確に制御し、必要に応じて前記押圧時間の長さを調整することによって、高品質のスタンピング像を達成できる。更に、本発明の内循環高速液圧システムは、高速度、高圧力、且つ高精度が求められる他のスタンピング装置にも幅広く適用できる。

本発明が提供する内循環高速液圧プラットフォーム組立体は、コンパクトな構造を有し、当該組立体の全体の高さが低減され、運搬が容易である。

本発明の他の特徴及び利点は、図面と以下の詳細な説明から明らかになる。

本発明の第1実施形態に係る内循環高速液圧プラットフォームの斜視図であり、明確性のため、内循環高速液圧プラットフォームをスタンピング装置に固定するための支持システムと、制御システムと、移動プラテンと、下部固定プラットフォームとを省略した図である。

本発明の第1実施形態に係る内循環高速液圧システムの静止状態の断面図である。

本発明の第1実施形態に係る内循環高速液圧システムの加圧状態の断面図である。

本発明の第1実施形態に係る内循環高速液圧システムの圧力解除状態の断面図である。

本発明に係る4つの内循環高速液圧システムを備える内循環高速液圧プラットフォームの動作状態の断面図である。

本発明に係る4つの内循環高速液圧システムを備える内循環高速液圧プラットフォームの動作状態の断面図である。

本発明に係る4つの内循環高速液圧システムを備える内循環高速液圧プラットフォームの動作状態の断面図である。

本発明の第2実施形態に係る内循環高速液圧プラットフォームの斜視図であり、明確性のため、内循環高速液圧プラットフォームをスタンピング装置に固定するための支持システムと、制御システムと、移動プラテンと、上部固定プラットフォームとを省略した図である。

本発明の第2実施形態に係る内循環高速液圧プラットフォームの動作状態の断面図である。

本発明の第2実施形態に係る内循環高速液圧プラットフォームの動作状態の断面図である。

本発明の第2実施形態に係る内循環高速液圧プラットフォームの動作状態の断面図である。

図1は、本発明の第1実施形態に係る内循環高速液圧プラットフォームの斜視図である。本内循環高速液圧プラットフォームは、上部固定プラットフォーム13と、移動プラテン昇降装置と、上部固定プラットフォーム13に接続されている複数の内循環高速液圧システム(例えば、2つ、3つ、5つの内循環高速液圧システム、本実施形態においては4つの内循環高速液圧システム)と、制御システム(図示せず)とを備えている。また、前記移動プラテン昇降装置は、移動プラテン16を下部固定プラットフォーム17へ押圧し、ゼロスピードで下部固定プラットフォーム17と接触させるように使用される(図2参照)。また、本内循環高速液圧システムは、移動プラテン16を下部固定プラットフォーム17へ押圧し、移動プラテン16が下部固定プラテン17に接触した後、当該下部固定プラテン17に圧力を加えるとともに液圧システムに流体を供給するように使用される。前記制御システムは、前記内循環高速液圧プラットフォームを高速度、高圧力、高精度で動作させるように、実行要求に応じて各装置に対応する指令を送信し、関連するフィードバックを受信するように使用される。

本内循環高速液圧プラットフォームは、4つの同一の内循環高速液圧システムを備えている。しかしながら、本発明は、4つの同一の内循環高速液圧システムに限定されるものではなく、2つ、3つなどの適当な数のシステムを備えてもよい。これら4つの内循環高速液圧システムは、同一構造及び動作工程を有している。以下、図2−4を参照して、1つのシステムのみを詳細に説明する。

図2は、本発明の第1実施形態に係る内循環高速液圧システム及び移動プラテン昇降装置の静止状態を示している。本内循環高速液圧システムは、液圧シリンダ装置と、圧力弁装置とを備えている。

前記液圧シリンダ装置は、高圧シリンダ11と、液圧プランジャ15と、筐体6とを有している。高圧シリンダ11の頂部には、1つの軸方向穴が設けられ、当該軸方向穴は、液圧プランジャ15の頂部のチャンバと連通している。また、高圧シリンダ11の頂部付近には、少なくとも1つの半径方向穴12が、前記軸方向穴と交差するように設けられている。液圧プランジャ15は、高圧シリンダ11内を往復する。液圧プランジャ15の下部は、作動素子に接続されている。本発明の好適な実施形態において、作動素子は、移動プラテン16である。筐体6は、高圧シリンダ11を収容し、高圧シリンダ11の外側に密閉された内循環オイルチャンバを形成する。当該内循環オイルチャンバは、前記少なくとも1つの半径方向穴12を通じて前記軸方向穴と連通するとともにプランジャ15の頂部と連通する。また、圧縮空気を導入するため、筐体6の上部には、圧縮空気注入口7が設けられている。

圧力弁装置は、前記液圧シリンダ装置の上部に配置され、圧力サーボモータ5と、圧力プランジャ10とを有している。圧力プランジャ10は、圧力サーボモータ5によって駆動され、高圧シリンダ11の頂部に設けられた軸方向穴内で上下動する。本実施形態において、圧力サーボモータ5と圧力プランジャ10との間には、駆動装置が配置されている。駆動装置は、圧力ボールねじ8と、当該圧力ボールねじ8に対して移動可能に係合する圧力ナット9とを有している。圧力ボールねじ8は、圧力サーボモータ5に接続され、ベアリングによって支持されて回転する。圧力ナット9は、圧力プランジャ10に接続されている。

なお、圧力プランジャ10が、必要に応じて、リニアサーボモータ5より直接的に駆動されてもよいことは理解されるべきである。

前記圧力弁装置は、以下のように機能する。圧力サーボモータ5は、制御システムから受信した指令に応じて、圧力プランジャ10を駆動して、前記液圧シリンダ装置の少なくとも1つの半径方向穴中の液圧オイルを遮断し、液圧プランジャ15の頂部の高圧オイルチャンバ22に進入させる。圧力プランジャ10が更に下方へ移動すると、液圧プランジャ15の頂部の低圧力の液圧オイル21が圧縮され、密閉されたチャンバ内の圧力が増加し、最高400kg/cm²まで達する。その結果、液圧プランジャ15に大きな推力が生じる。圧力プランジャ10の液圧プランジャ15への移動距離を制御することで、液圧プランジャ15に生じる推力及び液圧プランジャ15の位置を高精度に制御することができる。例えば、±0.01mmの位置再現性を実現できる。

図2には、移動プラテン昇降装置も示されている。移動プラテン昇降装置は、移動プラテン16に接続され、昇降サーボモータ20と、昇降機構とを有している。昇降機構は、昇降サーボモータ20によって駆動され、移動プラテン16を予め設定された昇降カーブに応じて昇降動作させる。本実施形態において、昇降機構は、昇降ボールねじ18と、当該昇降ボールねじ18に対して移動可能に係合する昇降ナット19とを有している。昇降ボールねじ18は、昇降サーボモータ20に接続され、昇降ナット19は、移動プラテン16に接続されている。

前記移動プラテン昇降装置は、移動プラテン16を高速度で前記固定プラットフォームに接近させ、高精度且つゼロスピードで移動プラテン16を固定プラットフォームに接触させて押しつける。それと同時に、移動プラテン16に固定されている液圧プランジャ15が引っ張られ、高圧シリンダ11がオイル供給又はオイル排出動作を実行する。

以下、図2−4に基づいて、本発明の好適な実施形態に係る液圧システムの動作工程について説明する。

図2において、前記液圧システムは、静止状態にある。この静止状態において、低圧力の圧縮空気が圧縮空気注入口7を通じて内循環オイルチャンバに導入されることによって、液圧オイル21が、半径方向穴12を通じて、A方向に沿って液圧プランジャ15の頂部に流れ込む。その結果、液圧プランジャ15が、下向きの低圧力の推力を生じさせる。このとき、移動プラテン昇降装置が、昇降サーボモータ20から発生された静的トルクに拘束され、その後、移動プラテン16及び液圧プランジャ15が拘束され、図2に示される静止状態が維持される。この状態を、本発明の液圧システムの「原点状態」と言う。

図3を参照すると、液圧オイル21は、低圧力の圧縮空気に押され、前記半径方向穴を通じて、液圧プランジャ15の頂部に流れ込む。このとき、昇降サーボモータ20は、制御システムから送信された指令に応じて回転し、昇降ボールねじ18を昇降ナット19と連動させる。液圧プランジャ15に固定されている移動プラテン16は、予め設定された移動カーブに応じて下方へ移動し、衝突することなく下部固定プラットフォーム17に接近して押しつけられる。このようにして、「低圧力オイル供給」動作が完了される。続いて、圧力サーボモータ5が圧力ボールねじ8を回転駆動させ、圧力ナット9が圧力プランジャ10を図の下方へ移動させる。圧力プランジャ10が移動する間に、液圧プランジャ15の頂部の半径方向穴12が遮断されることによって、液圧プランジャ15の頂部に、密閉された高圧シリンダが形成される。圧力プランジャ10が更に下方へ移動すると、密閉された高圧シリンダの液圧オイルが圧縮され、高圧シリンダ内に高圧力(例えば、400kg/cm²)が発生し、液圧プランジャ15に大きな推力を生じさせる。圧力サーボモータ5の回転角度を変化させることによって、圧力プランジャ10の移動位置を変化させ、液圧プランジャの推力及び位置を変化させることができる。

図4を参照すると、移動プラテン16が上方へ移動され、図2に示される静止状態に戻るとき、圧力サーボモータ5が圧力ボールねじ8を反対方向に回転駆動させる。それにより、圧力ナット9が、圧力プランジャ10を上方に移動させる。圧力プランジャ10が、半径方向穴12が露出する位置に到達したとき、「高圧シリンダ」内の高圧オイルが、B方向に沿って内循環オイルチャンバへ排出される。

このとき、昇降サーボモータ20が反対方向に回転することによって、移動プラテン16と液圧プランジャ15とが上方へ移動し、液圧オイル21が半径方向穴12を通じて完全に排出される。このようにして、ワンストロークの全ての動作が完了する。その後、前記プラットフォームが、図2に示す状態に戻り、次の動作指令を待つ。

図5−7は、本発明の第1実施形態に係る4つの内循環高速液圧システム(図面には2つのシステムを示し、他のシステムは隠れている)を備える内循環高速液圧プラットフォームの各動作状態の断面図である。

図5−7には、内循環高速液圧プラットフォームに加えて、下部固定プラットフォーム17と、右壁板14と、左壁板14Aとが示されている。内循環高速液圧プラットフォームをスタンピング装置などの応用機器に固定するために、上部固定プラットフォーム13と、下部固定プラットフォーム17と、右壁板14と、左壁板14Aとによって構成されるプラットフォーム支持システムが用いられる。右壁板14と左壁板14Aとは、上部固定プラットフォーム13と下部固定プラットフォーム17とを垂直方向に接続して、上部固定プラットフォーム13と下部固定プラットフォーム17との相対位置を固定し、高圧オイルチャンバ22の筐体及び移動プラテン16を収容するとともに、移動プラテン16が往復する空間を形成する。また、前記液圧シリンダ装置の筐体6は、ボルト、リベット等によって上部固定プラットフォーム13に接続されている。高圧オイルチャンバ22のシリンダは、上部固定プラットフォーム13に形成されたビア孔に収容されるとともに、上部固定プラットフォーム13に固定されている。なお、液圧シリンダ装置の筐体6又は高圧オイルチャンバ22のシリンダが、上部固定プラットフォーム13と一体的に形成されてもよいことは明らかである。このように接続された前記内循環高速液圧プラットフォームと前記支持システムとによって、内循環高速液圧プラットフォーム組立体が構成される。このように構成された内循環高速液圧プラットフォーム組立体は、コンパクトな構造を有し、当該組立体の全体の高さが低減され、運搬が容易である。

また、図5−7には、内循環高速液圧プラットフォームの制御システムが示されている。図5を参照すると、本制御システムは、コントローラ1と、移動プラテン昇降装置に対応する昇降サーボモータ20の駆動部3と、液圧シリンダ装置に対応する圧力サーボモータ5の駆動部(図面には2つの駆動部2,4のみが示されている)とを備えている。前記制御システムは、前記内循環高速液圧プラットフォームを高速度、高圧力、高精度で動作させるように、実行要求に応じて、液圧シリンダ装置の圧力弁装置の圧力サーボモータ5と、移動プラテン昇降装置の昇降サーボモータ20、及び他の駆動装置に、対応する指令を送信し、関連するフィードバック情報を受信するために使用される。

次に、図5−7を参照して、前記制御システムの制御による前記内循環液圧プラットフォームの動作工程について説明する。

図5は、前記プラットフォームが下方へ移動し始める時の各装置の状態を示している。移動プラテン16が下方へ移動し始める時、予め設定された実行プログラムに従って、昇降サーボモータ20を回転させる動作指令が、コントローラ1から駆動部3に送信される。前記回転は、昇降ボールねじ18を回転させて、係合する昇降ナット19をコントローラ1によって予め設定された加速及び減速カーブに従わせる。これにより、移動プラテン16を下部固定プラットフォーム17にゼロスピードで接近させ、下部固定プラットフォーム17を押しつける。これにより、例えば、図6に示す状態になる。また、移動プラテン16が下方へ移動するに連れて、圧縮空気が、前記内循環高速液圧システムの圧縮空気注入口7を通じて液圧オイル21を圧縮し、液圧オイル21が、各半径方向穴12を通じて高圧シリンダ11へ高速に流れ込む。このようにして、前記プラットフォームのオイル供給のための下方へのストロークが完了する。

図6を参照すると、昇降サーボモータ20がゼロスピードになったとき、位置決め完了の信号が駆動部3からコントローラ1に送信され、各圧力サーボモータ5を同期動作させる指令が、コントローラ1から駆動部2及び駆動部4に送信される。これにより、各圧力サーボモータ5が同期動作して各圧力ボールねじ8を駆動させ、各圧力ナット9を直線的に移動させ、圧力プランジャ10を押す。これにより、半径方向穴12が遮断され、各高圧シリンダ11内の液圧オイルが同時に圧縮され、高圧力が発生する。なお、複数の圧力サーボモータ5は、並列制御、マスタースレーブ制御、クロスカップリング制御、仮想線軸制御、相対カップリング制御のいずれか1つの制御法によって同期動作してもよいことは理解されるべきである。

図7を参照すると、図6に示される全ての動作が完了した後、コントローラ1は、まず、駆動部2及び駆動部4に回転指令を送信する。このとき、各圧力サーボモータ5が、コントローラ1によって予め設定された昇降カーブに応じて回転し、各圧力ボールねじ8を回転させて、各圧力ナット9を駆動し、直線的に移動するように各圧力プランジャ10を押す。圧力プランジャ10が図7に示す位置に到達したとき、昇降サーボモータ20を回転させる動作指令が、コントローラ1から駆動部3に送信される。このとき、昇降サーボモータ20が昇降ボールねじ18を駆動し、昇降ナット19が、移動プラテン16と液圧プランジャ15とを上方へ移動させる。このとき、高圧シリンダ11内の液圧オイル21が、半径方向穴12を通じて、内循環オイルチャンバに戻される。このようにして、前記プラットフォームの上下ストロークの全ての動作が完了する。

以上、4つの内循環高速液圧システムを有する第1実施形態に係る内循環高速液圧プラットフォームを参照して、本発明を説明したが、本発明の内循環高速液圧システムは、4つに限定されるものではなく、1つ以上の任意数であってもよい。

なお、本明細書に記載されているコントローラは、PLC又はモーションコントローラ等の本技術分野において公知のコントローラを用いて実現されてもよいことは理解されるべきである。

なお、本明細書に用いられている「上方/上」又は「下方/下」に関する記載は、図面中の各装置の使用時の方向を限定することを意図するものではない。以下の第2実施形態に記載されるように、前記システムを変更することによって反対方向に使用してもよいことを、当業者は理解するだろう。

図8は、本発明の第2実施形態に係る内循環高速液圧プラットフォームの斜視図である。本内循環高速液圧プラットフォームは、下部固定プラットフォーム13´と、移動プラテン昇降装置と、下部固定プラットフォーム13´に接続されている複数の内循環高速液圧システム(例えば、2つ、3つ、5つの内循環高速液圧システム、本実施形態においては4つの内循環高速液圧システム)と、制御システム(図示せず)とを備えている。また、前記移動プラテン昇降装置は、移動プラテン16を上部固定プラットフォーム17´へ押圧し、ゼロスピードで上部固定プラットフォーム17´と接触させるように使用される(図9参照)。また、本内循環高速液圧システムは、移動プラテン16を上部固定プラットフォーム17´へ押圧し、移動プラテン16が上部固定プラテン17´に接触した後、当該上部固定プラテン17´に圧力を加えるとともに液圧システムに流体を供給するように使用される。前記制御システムは、前記内循環高速液圧プラットフォームを高速度、高圧力、高精度で動作させるように、実行要求に応じて各装置に対応する指令を送信し、関連するフィードバックを受信するように使用される。

図9−11は、本発明の第2実施形態に係る4つの内循環高速液圧システム(図面には2つのシステムを示し、他のシステムは隠れている)を備える内循環高速液圧プラットフォームの各動作状態の断面図である。

本実施形態において、内循環高速液圧プラットフォームは、4つの同一の内循環高速液圧システムを備えている。しかしながら、本発明は、4つの同一の内循環高速液圧システムに限定されるものではなく、2つ、3つなどの適当な数のシステムを備えてもよい。これら4つの内循環高速液圧システムは、第1実施形態と類似の構造及び動作工程を有している。以下、図9を参照して、1つのシステムのみを詳細に説明する。

図9の左側に示される液圧シリンダ装置を例に取って説明する。本液圧シリンダ装置は、高圧シリンダ11と、液圧プランジャ15と、筐体6とを有している。高圧シリンダ11の底部には、1つの軸方向穴が設けられ、当該軸方向穴は、液圧プランジャ15の底部のチャンバと連通している。また、高圧シリンダ11の底部付近には、少なくとも1つの半径方向穴12が、前記軸方向穴と交差するように設けられている。液圧プランジャ15は、高圧シリンダ11内を往復する。液圧プランジャ15の上部は、作動素子に接続されている。本発明の好適な実施形態において、作動素子は、移動プラテン16である。筐体6は、高圧シリンダ11を収容し、高圧シリンダ11の外側に密閉された内循環オイルチャンバを形成する。当該内循環オイルチャンバは、前記少なくとも1つの半径方向穴12を通じて前記軸方向穴と連通するとともにプランジャ15の底部と連通する。また、圧縮空気を導入するため、筐体6の上部には、圧縮空気注入口7が設けられている。

圧力弁装置は、前記液圧シリンダ装置の下部に配置され、圧力サーボモータ5と、圧力プランジャ10とを有している。圧力プランジャ10は、圧力サーボモータ5によって駆動され、高圧シリンダ11の底部に設けられた軸方向穴内で上下動する。本実施形態において、圧力サーボモータ5と圧力プランジャ10との間には、駆動装置が配置されている。駆動装置は、圧力ボールねじ8と、当該圧力ボールねじ8に対して移動可能に係合する圧力ナット9とを有している。圧力ボールねじ8は、圧力サーボモータ5に接続され、ベアリングによって支持されて回転する。圧力ナット9は、圧力プランジャ10に接続されている。

なお、圧力プランジャ10が、必要に応じて、リニアサーボモータ5より直接的に駆動されてもよいことは理解されるべきである。

前記圧力弁装置は、以下のように機能する。圧力サーボモータ5は、制御システムから受信した指令に応じて、圧力プランジャ10を駆動して、前記液圧シリンダ装置の少なくとも1つの半径方向穴中の液圧オイルを遮断し、液圧プランジャ15の底部の高圧オイルチャンバ22に進入させる。圧力プランジャ10が更に上方へ移動すると、液圧プランジャ15の底部の低圧力の液圧オイル21が圧縮され、密閉されたチャンバ内の圧力が増加し、最高400kg/cm²まで達する。その結果、液圧プランジャ15に大きな推力が生じる。圧力プランジャ10の液圧プランジャ15への移動距離を制御することで、液圧プランジャ15に生じる推力及び液圧プランジャ15の位置を高精度に制御することができる。例えば、±0.01mmの位置再現性を実現できる。

図9には、移動プラテン昇降装置も示されている。移動プラテン昇降装置は、移動プラテン16に接続され、昇降サーボモータ20と、昇降機構とを有している。昇降機構は、昇降サーボモータ20によって駆動され、移動プラテン16を予め設定された昇降カーブに応じて昇降動作させる。本実施形態において、昇降機構は、昇降ボールねじ18と、当該昇降ボールねじ18に対して移動可能に係合する昇降ナット19とを有している。昇降ボールねじ18は、昇降サーボモータ20に接続され、昇降ナット19は、移動プラテン16に接続されている。

前記移動プラテン昇降装置は、移動プラテン16を高速度で前記固定プラットフォームに接近させ、高精度且つゼロスピードで移動プラテン16を固定プラットフォームに接触させて押しつける。それと同時に、移動プラテン16に固定されている液圧プランジャ15が引っ張られ、高圧シリンダ11がオイル供給又はオイル排出動作を実行する。

以下、図9−11に基づいて、本発明の好適な実施形態に係る液圧システムの動作工程について説明する。

図9において、前記液圧システムは、静止状態にある。この静止状態において、低圧力の圧縮空気が圧縮空気注入口7を通じて内循環オイルチャンバに導入されることによって、液圧オイル21が、半径方向穴12を通じて、A方向に沿って液圧プランジャ15の底部に流れ込む。その結果、液圧プランジャ15が、上向きの低圧力の推力を生じさせる。このとき、移動プラテン昇降装置が、昇降サーボモータ20から発生された静的トルクに拘束され、その後、移動プラテン16及び液圧プランジャ15が拘束され、図9に示される静止状態が維持される。この状態を、本発明の液圧システムの「原点状態」と言う。

図10を参照すると、液圧オイル21は、低圧力の圧縮空気に押され、前記半径方向穴を通じて、液圧プランジャ15の底部に流れ込む。このとき、昇降サーボモータ20は、制御システムから送信された指令に応じて回転し、昇降ボールねじ18を昇降ナット19と連動させる。液圧プランジャ15に固定されている移動プラテン16は、予め設定された移動カーブに応じて上方へ移動し、衝突することなく上部固定プラットフォーム17´に接近して押しつけられる。このようにして、「低圧オイル供給」動作が完了される。続いて、圧力サーボモータ5が圧力ボールねじ8を回転駆動させ、圧力ナット9が圧力プランジャ10を図の上方へ移動させる。圧力プランジャ10が移動する間に、液圧プランジャ15の底部の半径方向穴12が遮断されることによって、液圧プランジャ15の底部に、密閉された高圧シリンダが形成される。圧力プランジャ10が更に上方へ移動すると、密閉された高圧シリンダの液圧オイルが圧縮され、高圧シリンダ内に高圧力(例えば、400kg/cm²)が発生し、液圧プランジャ15に大きな推力を生じさせる。圧力サーボモータ5の回転角度を変化させることによって、圧力プランジャ10の移動位置を変化させ、液圧プランジャの推力及び位置を変化させることができる。

図11を参照すると、移動プラテン16が下方へ移動され、図9に示される静止状態に戻るとき、圧力サーボモータ5が圧力ボールねじ8を反対方向に回転駆動させる。それにより、圧力ナット9が、圧力プランジャ10を下方に移動させる。圧力プランジャ10が、半径方向穴12が露出する位置に到達したとき、「高圧シリンダ」内の高圧オイルが、内循環オイルチャンバへ排出される。

このとき、昇降サーボモータ20が反対方向に回転することによって、移動プラテン16と液圧プランジャ15とが下方へ移動し、液圧オイル21が半径方向穴12を通じて完全に排出される。このようにして、ワンストロークの全ての動作が完了する。その後、前記プラットフォームが、図9に示す状態に戻り、次の動作指令を待つ。

図9−11には、内循環高速液圧プラットフォームに加えて、上部固定プラットフォーム17´と、右壁板14と、左壁板14Aとが示されている。内循環高速液圧プラットフォームをスタンピング装置などの応用機器に固定するために、下部固定プラットフォーム13´と、上部固定プラットフォーム17´と、右壁板14と、左壁板14Aとによって構成されるプラットフォーム支持システムが用いられる。右壁板14と左壁板14Aとは、下部固定プラットフォーム13´と上部固定プラットフォーム17´とを垂直方向に接続して、下部固定プラットフォーム13´と上部固定プラットフォーム17´との相対位置を固定し、高圧オイルチャンバ22の筐体及び移動プラテン16を収容するとともに、移動プラテン16が往復する空間を形成する。また、前記液圧シリンダ装置の筐体6は、ボルト、リベット等によって下部固定プラットフォーム13´に接続されている。高圧オイルチャンバ22のシリンダは、下部固定プラットフォーム13´に形成されたビア孔に収容されるとともに、下部固定プラットフォーム13´に固定されている。なお、液圧シリンダ装置の筐体6又は高圧オイルチャンバ22のシリンダが、下部固定プラットフォーム13´と一体的に形成されてもよいことは明らかである。このように接続された前記内循環高速液圧プラットフォームと前記支持システムとによって、内循環高速液圧プラットフォーム組立体が構成される。このように構成された内循環高速液圧プラットフォーム組立体は、コンパクトな構造を有し、当該組立体の全体の高さが低減され、運搬が容易である。

また、図9−11には、内循環高速液圧プラットフォームの制御システムが示されている。図9を参照すると、本制御システムは、コントローラ1と、移動プラテン昇降装置に対応する昇降サーボモータ20の駆動部3と、液圧シリンダ装置に対応する圧力サーボモータ5の駆動部(図面には2つの駆動部2,4のみが示されている)とを備えている。前記制御システムは、前記内循環高速液圧プラットフォームを高速度、高圧力、高精度で動作させるように、実行要求に応じて、液圧シリンダ装置の圧力弁装置の圧力サーボモータ5と、移動プラテン昇降装置の昇降サーボモータ20、及び他の駆動装置に、対応する指令を送信し、関連するフィードバック情報を受信するために使用される。

次に、図9−11を参照して、前記制御システムの制御による前記内循環液圧プラットフォームの動作工程について説明する。

図9は、前記プラットフォームが上方へ移動し始める時の各装置の状態を示している。移動プラテン16が上方へ移動し始める時、予め設定された実行プログラムに従って、昇降サーボモータ20を回転させる動作指令が、コントローラ1から駆動部3に送信される。前記回転は、昇降ボールねじ18を回転させて、係合する昇降ナット19をコントローラ1によって予め設定された加速及び減速カーブに従わせる。これにより、移動プラテン16を上部固定プラットフォーム17´にゼロスピードで接近させ、上部固定プラットフォーム17´を押しつける。これにより、例えば、図10に示す状態になる。また、移動プラテン16が上方へ移動するに連れて、圧縮空気が、前記内循環高速液圧システムの圧縮空気注入口7を通じて液圧オイル21を圧縮し、液圧オイル21が、各半径方向穴12を通じて高圧シリンダ11へ高速に流れ込む。このようにして、前記プラットフォームのオイル供給のための上方へのストロークが完了する。

図10を参照すると、昇降サーボモータ20がゼロスピードになったとき、位置決め完了の信号が駆動部3からコントローラ1に送信され、各圧力サーボモータ5を同期動作させる指令が、コントローラ1から駆動部2及び駆動部4に送信される。これにより、各圧力サーボモータ5が同期動作して各圧力ボールねじ8を駆動させ、各圧力ナット9を直線的に移動させ、圧力プランジャ10を押す。これにより、半径方向穴12が遮断され、各高圧シリンダ11内の液圧オイルが同時に圧縮され、高圧力が発生する。なお、複数の前記圧力サーボモータ5は、並列制御、マスタースレーブ制御、クロスカップリング制御、仮想線軸制御、相対カップリング制御のいずれか1つの制御法によって同期動作してもよいことは理解されるべきである。

図11を参照すると、図10に示される全ての動作が完了した後、コントローラ1は、まず、駆動部2及び駆動部4に回転指令を送信する。このとき、各圧力サーボモータ5が、コントローラ1によって予め設定された昇降カーブに応じて回転し、各圧力ボールねじ8を回転させて、圧力ナット9を駆動し、直線的移動するように各圧力プランジャ10を下方へ押す。圧力プランジャ10が図11に示す位置に到達したとき、昇降サーボモータ20を回転させる動作指令が、コントローラ1から駆動部3に送信される。このとき、昇降サーボモータ20が昇降ボールねじ18を駆動し、昇降ナット19が、移動プラテン16と液圧プランジャ15とを下方へ移動させる。このとき、高圧シリンダ11内の液圧オイル21が、半径方向穴12を通じて、内循環オイルチャンバに戻される。このようにして、前記プラットフォームの下方ストロークの全ての動作が完了する。

以上、4つの内循環高速液圧システムを有する第2実施形態に係る内循環高速液圧プラットフォームを参照して、本発明を説明したが、本発明の内循環高速液圧システムは、4つに限定されるものではなく、1つ以上の任意数であってもよい。

なお、本明細書に記載されているコントローラが、PLC又はモーションコントローラ等の本技術分野において公知のコントローラを用いて実現されてもよいことは理解されるべきである。

なお、本明細書に用いられている「上方/上」又は「下方/下」に関する記載は、図面中の各装置の使用時の方向を限定することを意図するものではない。

本発明は、好適な実施形態を参照して具体的に説明されているが本発明の本質を逸脱しない範囲で前述の開示に基づいて種々の変形及び変更がなされてもよいことは、当業者によって理解されるべきである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。