JP2001082408A - 自動反転シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体圧によって自動的に往復動を継続する自
動反転シリンダを提供する。 【解決手段】 シリンダ３に摺動可能に収装されるピス
トン４と、ピストン４に導かれる圧力を切換えてピスト
ン４を縮み方向に駆動する縮みポジションａとピストン
４を伸び方向に駆動する伸びポジションｃを有する伸縮
切換バルブ８と、ピストン４の往復動に連動して伸縮切
換バルブ８のポジションを自動的に切換える自動反転機
構１８，２８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧、空気圧等に
よりピストンの往復運動が自動的に繰り返される自動反
転シリンダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】油圧源から作動油を給排する方向切換弁
によってシリンダの左右の油室に選択的に高圧が供給さ
れると、油圧に応じてピストンが移動する。方向切換弁
は信号により一定の周期で切換作動し、一方の油室によ
り高圧を導入し、他方の油室をタンク側に開放するとい
う動作を反復、継続する。これにより、シリンダは一定
の周期で伸縮動作を繰り返す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方向切換弁として、例えば比例電磁弁または電気油
圧サーボ弁を用いるにしても、大流量、高圧制御には不
向きで、またシステム全体の価格も高くなってしまう。

【０００４】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、油圧、空気圧等によって自動的に往復動を継
続する自動反転シリンダを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、シリンダ
に摺動可能に収装されるピストンと、ピストンに導かれ
る圧力を切換えてピストンを縮み方向に駆動する縮みポ
ジションとピストンを伸び方向に駆動する伸びポジショ
ンを有する伸縮切換バルブと、ピストンの往復動に連動
して伸縮切換バルブのポジションを自動的に切換える自
動反転機構とを備えるものとした。

【０００６】第２の発明は、第１の発明において、伸縮
切換バルブとしてスプールをピストンの内部に摺動可能
に収装するものとした。

【０００７】第３の発明は、第２の発明において、自動
反転機構としてスプールにピストンの端面から突出して
シリンダの端壁部に当接してスプールを移動させる突出
端部を形成するものとした。

【０００８】第４の発明は、第１から第３のいずれか一
つの発明において、ピストンを縮み方向に駆動する圧力
が導かれる第一ピストン圧力室と、ピストンを伸び方向
に駆動する圧力が導かれる第二ピストン圧力室とを備
え、第一ピストン圧力室に対するピストンの受圧面積Ａ
を第二ピストン圧力室に対するピストンの受圧面積Ｂよ
り小さく形成し、第一ピストン圧力室をポンプ側に連通
するポンプポートを備え、伸縮切換バルブが第二ピスト
ン圧力室を縮みポジションでタンク側に連通する一方伸
びポジションでポンプ側に連通するものとした。

【０００９】第５の発明は、第４の発明において、ピス
トンに伸縮切換バルブの縮みポジションで第二ピストン
圧力室に連通する低圧ポートを形成し、シリンダにタン
ク側に連通するタンクポートを形成し、シリンダとピス
トンの間に低圧ポートとタンクポートを連通する溝を形
成するものとした。

【００１０】

【発明の作用および効果】第１の発明において、自動反
転機構はピストンの往復動に連動して伸縮切換バルブの
ポジションを自動的に切換え、ピストンの移動方向を変
える。こうしてピストンの移動方向と伸縮切換バルブの
ポジションが互いに連動して切換わるため、ピストンは
自動的に往復運動を繰り返す。

【００１１】これにより、伸縮切換バルブとして、比例
電磁弁や電気圧力サーボ弁等を用いることなく、高サイ
クル、大流量でピストンを往復動させることが可能とな
り、システム全体のコストダウンがはかれる。

【００１２】第２の発明において、スプールをピストン
の内側に摺動可能に収装することにより、自動反転シリ
ンダのコンパクト化がはかれる。

【００１３】第３の発明において、スプールの突出端部
はピストンが移動するのに伴ってシリンダの端壁部に当
接してスプールを移動させ、ピストンの往復動に連動し
て伸縮切換バルブのポジションを自動的に切換える。こ
うしてピストンの移動方向とスプールのポジションが互
いに連動して切換わるため、ピストンは自動的に往復動
を繰り返す。

【００１４】第４の発明において、伸縮切換バルブが縮
みポジションで第二ピストン圧力室をタンク側に連通す
ることにより、第一ピストン圧力室に導かれる高圧によ
りピストンが縮み側に移動する一方、伸縮切換バルブが
伸びポジションでポンプ側に連通することにより、ピス
トンの第一ピストン圧力室と第二ピストン圧力室に対す
る受圧面積差によりピストンが伸び側に移動し、ピスト
ンは自動的に往復動を繰り返す。

【００１５】第５の発明において、ピストンが往復動し
ても、タンクポートから溝を介して低圧ポートへとタン
ク圧が導かれる。シリンダの内周面とピストンの外周面
の間に高圧ポートとタンクポートを連通する溝を形成す
ることにより、ピストンに摺動可能に嵌挿される筒部等
をシリンダに設ける必要がなく、構造の簡素化がはかれ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１７】図１において、自動反転シリンダ１０はシ
リンダ３に摺動可能に収装されるピストン４と、ピスト
ン４に導かれる圧力を切換える伸縮切換バルブ８と、ピ
ストン４の往復動に連動して伸縮切換バルブ８のポジシ
ョンを自動的に切換える自動反転機構１８，２８とを備
え、伸縮切換バルブ８を介して行われる油圧の給排によ
り自動的に往復作動を繰り返す。この自動反転シリンダ
１０は、例えば高サイクルのブースタポンプ、杭打ち機
の打撃シリンダ、油圧バイブレータ等のアクチュエータ
に用いられる。

【００１８】図２にも示すように、シリンダ３の内側は
ピストン４によって第一ピストン圧力室１１と第二ピス
トン圧力室２１が区画形成される。ピストン４に一体に
結合したロッド９がシリンダ３の端部から外部に突出
し、ピストン４の第二ピストン圧力室２１に対する受圧
面積Ａは第一ピストン圧力室１１に対する受圧面積Ｂよ
りロッド９の断面積分だけ大きくなっている。

【００１９】シリンダ３には油圧ポンプ１と第一ピスト
ン圧力室１１を常時連通するポンプポート３１が形成さ
れるとともに、タンク２に連通したタンクポート３２が
形成される。

【００２０】ピストン４内には伸縮切換バルブ８を構成
するスプール５が摺動可能に収装される。伸縮切換バル
ブ８はスプール５が第二ピストン圧力室２１をタンクポ
ート３２に連通してピストン４を縮み方向に駆動する縮
みポジションａと、スプール５が第二ピストン圧力室２
１を第一ピストン圧力室１１に連通してピストン４を伸
び方向に駆動する伸びポジションｃおよび中立ポジショ
ンｂを有する。

【００２１】ピストン４にはスプール５を摺動可能に収
装する大径穴４３と小径穴４４が形成される。大径穴４
３はピストン４の端面に開口し、スプール５は大径穴４
３から挿入される。大径穴４３にはスプール５の抜け止
めをするスリーブ４６が圧入される。

【００２２】スプール５には大径穴４３に摺接するラン
ド部５５と小径穴４４に摺接するランド部５６，５７が
形成される。

【００２３】ピストン４には小径穴４４とポンプポート
３１を連通する高圧ポート４５が形成される。高圧ポー
ト４５はその一端が小径穴４４の端部に開口し、その他
端がピストン４のロッド９側の端面に開口し、第一ピス
トン圧力室１１を介してポンプポート３１に連通する。

【００２４】ピストン４には小径穴４４とタンクポート
３２を連通する低圧ポート４２が形成される。低圧ポー
ト４２はその一端が小径穴４４の途中に開口し、その他
端がピストン４の外周に形成された環状溝４１に開口
し、環状溝４１を介してタンクポート３２に連通する。

【００２５】環状溝４１はその軸方向の長さをピストン
４のストロークより大きくして、ピストン４の位置によ
らず常にタンクポート３２に連通するように形成する。
ピストン４の外周にはシリンダ３との間に一対のシール
リング６１，６２が環状溝４１を挟むようにして介装さ
れる。各シールリング６１，６２によって第一ピストン
圧力室１１および第二ピストン圧力室２１に対する環状
溝４１の密封がはかられる。これにより、ピストン４が
往復動しても、タンクポート３２から環状溝４１を介し
て低圧ポート４２へとタンク圧が導かれる。また、環状
溝４１を設けることにより、ピストンに摺動可能に嵌挿
される筒部等をシリンダに設ける必要がなく、構造の簡
素化がはかれる。

【００２６】スプール５の第二ピストン圧力室２１に対
する受圧面積Ｃは第一ピストン圧力室１１に対する受圧
面積Ｄより大きくなっている。

【００２７】伸縮切換バルブ８の縮みポジションａにて
スプール５は図２〜図４に示すように左方向に移動して
スリーブ４６に当接する付近にあり、第二ピストン圧力
室２１とタンクポート３２を連通し、ピストン４は図に
おいて左方向（縮み方向）に駆動される。この縮みポジ
ションａにて、第二ピストン圧力室２１とタンクポート
３２は、ピストン４の外周溝４１および低圧ポート４
２、スプール５の外周溝５１と通孔５２および軸孔５３
を介して連通する。

【００２８】伸縮切換バルブ８の伸びポジションｃにて
スプール５は図６〜図８に示すように右方向に移動して
小径穴４４の端面に当接する付近にあり、第二ピストン
圧力室２１と第一ピストン圧力室１１を連通し、ピスト
ン４は図において右方向（伸び方向）に駆動される。こ
の伸びポジションｃにて、第二ピストン圧力室２１と第
一ピストン圧力室１１は、スプール５の軸孔５３と通孔
５２と環状溝５１およびピストン４の高圧ポート４５を
介して連通する。

【００２９】ピストン４が縮み方向に移動する過程で伸
縮切換バルブ８を伸びポジションｃに切換える伸び側自
動反転機構１８と、ピストン４が伸び方向に移動する過
程で伸縮切換バルブ８を縮みポジションａに切換える縮
み側自動反転機構２８とを備える。

【００３０】伸び側自動反転機構１８として、スプール
５にピストン４の左端面４８から突出してシリンダ３の
左端壁部３５に当接可能とする左突出端部５８が形成さ
れる。この左突出端部５８がシリンダ３の左端壁部３５
に当接してスプール５が右方向に押し込まれることによ
り、伸縮切換バルブ８は縮みポジションａから伸びポジ
ションｃに切換えられる。

【００３１】縮み側自動反転機構２８として、スプール
５にピストン４の右端面４９から突出してシリンダ３の
右端壁部３６に当接可能とする右突出端部５９が形成さ
れる。この右突出端部５９がシリンダ３の右端壁部３６
に当接してスプール５が左方向に押し込まれることによ
り、伸縮切換バルブ８は伸びポジションｃから縮みポジ
ションａに切換えられる。

【００３２】以上のように構成される本発明の実施の形
態につき、次に図２〜図９を参照しながら作用を説明す
る。

【００３３】図２に示すように、スプール５の右突出端
部５９がシリンダ３の右端壁部３６に当接してスプール
５が左方向に押し込まれることにより、伸縮切換バルブ
８は伸びポジションｃから縮みポジションａに切換えら
れ、第一ピストン圧力室１１と第二ピストン圧力室２１
の連通は遮断される。これにより、第一ピストン圧力室
１１には油圧ポンプ１の圧力Ｐｓが導かれる一方、第二
ピストン圧力室２１にはタンク２の圧力Ｐｔが導かれ、
圧力Ｐｔを大気圧とすると、ピストン４はＰｓ×Ａの力
を受けて図３に矢印で示すように縮み方向（左方向）に
変位する。

【００３４】ピストン４が縮み方向（左方向）に変位す
る過程で、図４に示すようにスプール５の左突出端部５
８がシリンダ３の左端壁部３５に当接し、図５に示すよ
うにスプール５が右方向に押し込まれる過程でスプール
５が中立ポジションｂに移動し、やがて図６に示すよう
にスプール５が伸びポジションｃに切換えられる。これ
により、第一ピストン圧力室１１と第二ピストン圧力室
２１の両方に油圧ポンプ１の圧力Ｐｓが導かれ、ピスト
ン４はＰｓ×（Ｂ−Ａ）の力を受けて図７に矢印で示す
ように伸び方向（右方向）へと移動方向を反転する。

【００３５】ピストン４が伸び方向（右方向）に変位す
る過程で、図８に示すようにスプール５の右突出端部５
９がシリンダ３の端壁部３６に当接し、図９に示すよう
にスプール５が左方向に押し込まれる過程でスプール５
が中立ポジションｂに移動し、やがて図２に示すように
スプール５が縮みポジションａに切換えられる。これに
より、ピストン４は縮み方向（左方向）へと移動方向を
反転する。

【００３６】こうしてポンプポート３１に圧油が供給さ
れる限りピストン４は自動的に往復動を繰り返す。ピス
トン４の推力を超えない負荷については、これを直接的
に往復動させる油圧シリンダとして作動させられる。

【００３７】ピストン４の第二ピストン圧力室２１に対
する受圧面積Ａを第一ピストン圧力室１１に対する受圧
面積Ｂの略２倍に設定することにより、ピストン４を左
方向に駆動する力Ｐｓ×Ａとピストン４を右方向に駆動
する力Ｐｓ×（Ｂ−Ａ）が略等しくなり、ピストン４の
往復動速度が等しくなる。

【００３８】スプール５をピストン４の内部に収装して
伸縮切換バルブ８を構成することにより、自動反転シリ
ンダ１０のコンパクト化がはかれる。

【００３９】なお、伸縮切換バルブをシリンダの外側に
設けるとともに、シリンダの内外に渡って自動反転機構
を設けて、ピストンの往復動に連動して伸縮切換バルブ
のポジションを自動的に切換える構成としてもよい。

【００４０】また、本発明は、ピストンの両端から２本
のロッドを突出させ、各ロッドをシリンダの左右端壁部
を貫通させる、両ロッド型油圧シリンダに適用すること
も可能である。

【００４１】また、本発明は、空気圧シリンダに適用す
ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す断面図。

【図２】同じく作動状態を示す断面図。

【図３】同じく作動状態を示す断面図。

【図４】同じく作動状態を示す断面図。

【図５】同じく作動状態を示す断面図。

【図６】同じく作動状態を示す断面図。

【図７】同じく作動状態を示す断面図。

【図８】同じく作動状態を示す断面図。

【図９】同じく作動状態を示す断面図。

【符号の説明】

１ 油圧ポンプ ２ タンク ３ シリンダ ４ ピストン ５ スプール ８ 伸縮切換バルブ １０ 自動反転シリンダ １１ 第一ピストン圧力室 １８ 伸び側自動反転機構 ２１ 第二ピストン圧力室 ２８ 縮み側自動反転機構 ３１ ポンプポート ３２ タンクポート ４１ 環状溝 ４２ 低圧ポート ４５ 高圧ポート ５８ 左突出端部 ５９ 右突出端部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダに摺動可能に収装されるピストン
   と、 前記ピストンに導かれる圧力を切換えて前記ピストンを
   縮み方向に駆動する縮みポジションと前記ピストンを伸
   び方向に駆動する伸びポジションを有する伸縮切換バル
   ブと、 前記ピストンの往復動に連動して前記伸縮切換バルブの
   ポジションを自動的に切換える自動反転機構と、 を備えることを特徴とする自動反転シリンダ。
2. 【請求項２】前記伸縮切換バルブを構成するスプールを
   備え、 前記スプールを前記ピストンの内部に摺動可能に収装し
   たことを特徴とする請求項１に記載の自動反転シリン
   ダ。
3. 【請求項３】前記自動反転機構として前記スプールに前
   記ピストンの端面から突出する突出端部を形成し、 前記突出端部を前記シリンダの端壁部に当接させて前記
   ピストンが移動することにより前記伸縮切換バルブのポ
   ジションを自動的に切換わることを特徴とする請求項２
   に記載の自動反転シリンダ。
4. 【請求項４】前記ピストンを縮み方向に駆動する圧力が
   導かれる第一ピストン圧力室と、 前記ピストンを伸び方向に駆動する圧力が導かれる第二
   ピストン圧力室とを備え、 前記第一ピストン圧力室に対する前記ピストンの受圧面
   積Ａを前記第二ピストン圧力室に対する前記ピストンの
   受圧面積Ｂより小さく形成し、 前記第一ピストン圧力室をポンプ側に連通するポンプポ
   ートを備え、 前記伸縮切換バルブが前記第二ピストン圧力室を縮みポ
   ジションでタンク側に連通する一方伸びポジションでポ
   ンプ側に連通したことを特徴とする請求項１から３のい
   ずれか一つに記載の自動反転シリンダ。
5. 【請求項５】前記ピストンに前記伸縮切換バルブの縮み
   ポジションで前記第二ピストン圧力室に連通する低圧ポ
   ートを形成し、前記シリンダにタンク側に連通するタン
   クポートを形成し、 前記シリンダと前記ピストンの間に前記低圧ポートと前
   記タンクポートを連通する溝を形成したことを特徴とす
   る請求項４に記載の自動反転シリンダ。