JP2001182716A - 一体型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 伸縮作動時にタンクに対する作動油の出入り
が少なく、かつ小型化のはかれる一体型アクチュエータ
を提供する。 【解決手段】 有底筒状のシリンダチューブ３０と、シ
リンダチューブ３０の底部から突出するインナロッド３
２と、シリンダチューブ３０の内周面とインナロッド３
２の外周面に摺動可能に嵌合する環状のピストン５と、
ピストン５から筒状に延びてシリンダチューブ３０から
突出するアウタロッド５１と、アウタロッド５１の内外
に画成される内側油室７および外側油室６と、内側油室
７または外側油室６に導かれる作動油を加圧する油圧ポ
ンプ２と、油圧ポンプ２を駆動する電動機４とを備え、
油圧ポンプ２の回転方向を切換えて油圧シリンダ１を伸
縮作動させるものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作動油圧により伸
縮作動する一体型アクチュエータの改良に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】作業機械等に用いられる一体型アクチュ
エータは、油圧シリンダを油圧ポンプおよび電動機等の
油圧源とユニット化して設けられ、油圧配管を不要にし
ている。

【０００３】従来、この種の一体型アクチュエータとし
て、特許第８２４６５９号公報に開示されたものがあ
る。これは、図４に示すように、油圧シリンダ７０に並
んで油圧ポンプ２とタンク３および電動機４が設けら
れ、円筒状をした油圧シリンダ１の途中に油圧ポンプ２
が結合され、油圧ポンプ２を挟むようにタンク３と電動
機４がそれぞれ結合されている。

【０００４】油圧シリンダ７０はピストン７８を収装す
るシリンダチューブ７１と、シリンダチューブ７１の外
周に嵌合するセンタチューブ７９と、センタチューブ７
９を挟むようにしてシリンダチューブ７１のまわりに２
つの油通路７３，７４を画成するアウタチューブ７５，
７６を備える。

【０００５】油圧シリンダ７０は油圧ポンプ２の回転方
向によって伸縮作動方向が切換えられる。すなわち、油
圧シリンダ７０の伸張作動時に、油圧ポンプ２から吐出
する作動油が一方の油室８７に導かれ、他方の油室８６
から押し出される作動油が油圧ポンプ２の吸込み側に導
かれるとともに、ピストンロッド７７の侵入体積分の作
動油がタンク３から油圧ポンプ２へと導かれる。油圧シ
リンダ７０の収縮作動時に、油圧ポンプ２から吐出する
作動油が一方の油室８６に導かれ、他方の油室８７から
押し出される作動油が油圧ポンプ２の吸込み側に導かれ
るとともに、ピストンロッド７７の侵入体積分の作動油
がタンク３内へと流入する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示す一体型アクチュエータには、以下の問題点がある。 タンク３にピストンロッド７７の侵入体積分の作動油
が出入りするため、タンク３の容量を大きくする必要が
あり、装置の大型を招く。 油圧シリンダ７０が伸張するとき、タンク３への作動
油からの吸込み不良を起こしやすい。

【０００７】また、特公平５−７８６８５号公報に開示
された装置は、両ロッド式の油圧シリンダを備え、タン
クに対してピストンロッド侵入体積分の作動油が出入り
せず、上記、の問題点を解消している。

【０００８】しかしながら、両ロッド式の油圧シリンダ
はシリンダの両端からピストンロッドがそれぞれ突出す
る構造のため、油圧シリンダの最収縮長が長くなり、装
置の大型化を招くという問題点があった。

【０００９】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、伸縮作動時にタンクに対する作動油の出入り
が少なく、かつ小型化がはかれる一体型アクチュエータ
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、有底筒状
のシリンダチューブと、シリンダチューブの底部から突
出するインナロッドと、シリンダチューブの内周面とイ
ンナロッドの外周面に摺動可能に嵌合する環状のピスト
ンと、ピストンから筒状に延びてシリンダチューブから
突出するアウタロッドと、アウタロッドの内外に画成さ
れる内側油室および外側油室と、内側油室または外側油
室に導かれる作動油を加圧する油圧ポンプと、油圧ポン
プを駆動する電動機とを備え、油圧ポンプの回転方向を
切換えて伸縮作動するものとした。

【００１１】第２の発明は、第１の発明において、設定
外側油室に対する前記ピストンの受圧面積と前記内側油
室に対するインナロッドの受圧面積とを略等しく設定し
たことを特徴とするものとした。

【００１２】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、作動油を内側油室に導く油通路をインナロッドの
内部に形成するものとした。

【００１３】第４の発明は、第２または第３の発明にお
いて、作動油を貯留するタンクを備え、タンクと油圧ポ
ンプおよび電動機をシリンダチューブと並んでユニット
化することを特徴とするものとした。

【００１４】

【発明の作用および効果】第１の発明によると、油圧シ
リンダを伸び側に駆動する受圧面積と縮み側に駆動する
受圧面積を等しく設定することが可能となる。この場
合、油圧シリンダが伸縮作動しても内側油室と外側油室
を合わせた容積は変化せず、タンクに対する作動油の出
入りをなくし、タンクに対する作動油の吸込み不良を防
止できる。また、タンクの容量を小さくして装置の小型
化がはかれる。

【００１５】油圧シリンダはピストンから延びるアウタ
ロッドがシリンダチューブの一端から突出する片ロッド
式の構造をしているため、両ロッド式油圧シリンダに比
べて、最収縮長を短縮して装置の小型化がはかれる第２
の発明によると、油圧シリンダを伸び側に駆動する受圧
面積と縮み側に駆動する受圧面積を略等しく設定するこ
とにより、タンク等を廃止することが可能となり、装置
のコンパクト化がはかれる。

【００１６】第３の発明によると、油通路をインナロッ
ドの内部に形成するため、油圧ポンプと内側油室を結ぶ
外部配管が不要となる。外部配管を無くして装置のコン
パクト化がはかれるとともに、外部配管を損傷させる心
配がなくなり、取り扱いが容易になる。

【００１７】第４の発明によると、タンクと油圧ポンプ
および電動機をシリンダチューブと並んでユニット化す
ることにより、装置のコンパクト化がはかれる。

【００１８】

【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。

【００１９】図３は例えば作業機械を駆動するのに用い
られる一体型アクチュエータ（パワーパッケージ）の油
圧回路を示しており、この一体型アクチュエータは油圧
ポンプ２と電動機４と油圧シリンダ１およびタンク３が
ユニット化して設けられる。

【００２０】図１に示すように、油圧シリンダ１は有底
筒状のシリンダチューブ３０を備える。シリンダチュー
ブ３０はピストン５を摺動可能に嵌挿させる円筒面状の
シリンダ部（内周面）３１と、シリンダ部３１の底部か
らシリンダチューブ３０と同心円筒状に突出するインナ
ロッド３２が一体形成される。

【００２１】油圧シリンダ１はシリンダチューブ３０の
シリンダ部３１とインナロッド３２の外周面に対して摺
動可能に嵌合する環状のピストン５を備える。ピストン
５の内外周にはＯリング３３，３４が介装される。

【００２２】環状のピストン５から同心円筒状に延びる
アウタロッド５１が一体形成される。アウタロッド５１
はシリンダチューブ３０の開口端から突出し、両者の間
にＯリング５２が介装される。

【００２３】シリンダチューブ３０とインナロッド３２
間の空間は、ピストン５とアウタロッド５１によって、
外側油室６と内側油室７およびエンド側室８とが仕切ら
れる。内側油室７と外側油室６は図１においてピストン
５より左側でアウタロッド５１の内外に画成される。エ
ンド側室８は図１においてピストン５の右側に画成さ
れ、エンド側室８には通孔３９を介して大気圧が導かれ
る。内側油室７と外側油室６には油圧ポンプ２の加圧作
動油が選択的に導かれる。内側油室７に加圧作動油が導
かれることにより油圧シリンダ１が伸張する一方、外側
油室６に加圧作動油が導かれることにより油圧シリンダ
１が収縮する。

【００２４】インナロッド３２は内側油室７に対する受
圧面積Ｓ６は次式で表される。ただし、ｄ３はインナロ
ッド３２の外形である。 Ｓ６＝２・π・（ｄ３／２）² …（１） ピストン５は外側油室６に対する受圧面積Ｓ７は次式で
表される。ただし、ｄ１はシリンダチューブ３０の内
径、ｄ２はインナロッド３２の外径である。 Ｓ７＝２・π・（ｄ１／２）²−２・π・（ｄ２／２）² …（２） 本実施の形態では、インナロッド３２の内側油室７に対
する受圧面積Ｓ６とピストン５の外側油室６に対する受
圧面積Ｓ７を等しく設定する。このため、各部の寸法は
次式が満たされるように設定する。 ｄ３² ＝ｄ１²−ｄ２² …（３） 油圧ポンプ２とタンク３および電動機４は油圧シリンダ
１に並んで設けられる。油圧シリンダ１の途中に油圧ポ
ンプ２を構成するポンプハウジング２０が結合され、油
圧ポンプ２を挟むようにタンク３と電動機４が結合され
る。ポンプハウジング２０の一端にタンク３が締結さ
れ、他端に電動機４が締結される。

【００２５】シリンダチューブ３０はその断面外形が略
矩形に形成され、ポンプハウジング２０に対する取付面
３８が平面状に形成される。一方、ポンプハウジング２
０はその下部にシリンダブロック３０に対する取付面１
８が平面状に形成される。

【００２６】図２に示すように、ポンプハウジング２０
はポンプ機構として互いに外接噛み合う一対のギア２
２，２３が収装される。ポンプハウジング２０は各ギア
２２，２３を収容するポンプ室２１を有するともに、各
ギア２２，２３の回転により作動油が流れる一対のポン
プポート２８，２９を有する。図２において、各ギア２
２，２３は上下に並び、各ポンプポート２８，２９は各
ギア２２，２３の噛み合い部を挟むようにして上下方向
に延びる。

【００２７】ギア２２には回転軸４２が結合される。回
転軸４２はポンプハウジング２０に回転可能に支持され
る。

【００２８】ギア２３には回転軸４２が結合される。回
転軸４１はポンプハウジング２０に回転可能に支持さ
れ、その一端に電動機４の出力軸４０が結合される。各
ギア２２，２３は電動機４によって正逆両方向に回転駆
動され、各ギア２２，２３の回転方向が切換わると各ポ
ンプポート２８，２９における作動油の流れ方向が切換
わる。

【００２９】内側油室７とポンプポート２８を連通する
油通路１１を備える。油通路１１は、インナロッド３２
内に延びる通孔３６と、同じくシリンダチューブ３０に
形成される通孔３７と、ポンプハウジング２０に形成さ
れる通孔２７とによって画成される。

【００３０】外側油室６とポンプポート２９を連通する
油通路１２を備える。油通路１２は、シリンダチューブ
３０に形成される通孔３５によって画成される。

【００３１】図２において、ポンプハウジング２０のポ
ンプ室２１の上方に一対のバルブ孔５６，５７が形成さ
れ、各バルブ孔５６，５７にチェック弁１４，１５が介
装される。バルブ孔５６と５７は通孔５８を介してタン
ク３に連通する。

【００３２】バルブ孔５６にはポンプポート２８が接続
され、油通路１１はチェック弁１４を介してタンク３に
連通する。バルブ孔５７にはポンプポート２９が接続さ
れ、油通路１２はチェック弁１５を介してタンク３に連
通する。

【００３３】タンク３内にはフリーピストン５５を介し
て作動油を貯留する油溜室５６が画成される。フリーピ
ストン５５はタンク３内に摺動可能に収装され、スプリ
ング５７を介して作動油を加圧する。

【００３４】以上のように構成されて、次に作用につい
て説明する。

【００３５】図２においてギア２２が時計回り方向に回
転し、ギア２３が反時計回り方向に回転すると、作動油
がポンプポート２８からポンプポート２９へと送られ、
油圧シリンダ１が収縮する。この油圧シリンダ１の収縮
時、内側油室７の作動油が油通路１１を通って油圧ポン
プ２に吸込まれ、油圧ポンプ２から吐出される作動油が
油通路１２を通って外側油室６に圧送される。

【００３６】図２においてギア２２が反時計回り方向に
回転し、ギア２３が時計回り方向に回転すると、作動油
がポンプポート２９からポンプポート２８へと送られ、
油圧シリンダ１が伸張する。この油圧シリンダ１の伸張
時、外側油室６の作動油が油通路１２を通って油圧ポン
プ２に吸込まれ、油圧ポンプ２から吐出される作動油が
油通路１１を通って内側油室７に圧送される。

【００３７】このように、油圧ポンプ２の回転方向を切
換えて油圧シリンダ１を伸縮作動させるため、作動油の
流れを切換える切換弁等が不要となり、高いエネルギ効
率が得られる。

【００３８】油圧シリンダ１を伸び側に駆動する受圧面
積Ｓ６と縮み側に駆動する受圧面積Ｓ７を等しく設定す
ることにより、油圧シリンダ１が伸縮作動しても内側油
室７と外側油室６を合わせた容積は変化せず、タンク３
に対する作動油の出入りをなくし、タンク３に対する作
動油の吸込み不良を防止できる。また、タンク３の容量
を小さくして装置の小型化がはかれる。

【００３９】油圧シリンダ１はピストン５から延びるア
ウタロッド５１がシリンダチューブ３０の一端から突出
する片ロッド式の構造をしているため、両ロッド式油圧
シリンダに比べて、最収縮長を短縮して装置の小型化が
はかれる。

【００４０】さらに、油圧ポンプ２とタンク３および電
動機４は油圧シリンダ１に並んで設けられる構造のた
め、装置の小型化がはかれる。

【００４１】また、油通路１１をインナロッド３２の内
部に形成するため、油圧ポンプ２と内側油室７を結ぶ外
部配管が不要となる。外部配管を無くして装置のコンパ
クト化がはかれるとともに、外部配管を損傷させる心配
がなくなり、取り扱いが容易になる。

【００４２】油圧シリンダ１を伸び側に駆動する受圧面
積Ｓ６と縮み側に駆動する受圧面積Ｓ７とは、必ずしも
等しくすることはなく、両者間にある程度の差を持たせ
てもよい。

【００４３】この場合、タンク３の容量を大きくする必
要があるものの、各部の寸法ｄ１，ｄ２，ｄ３の設定自
由度が高まるため、Ｏリング３３，３４，５２等を標準
サイズのものを使用することが可能となり、製品のコス
トダウンがはかれる。

【００４４】本発明は上記の実施の形態に限定されず
に、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がな
しうることは明白である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す一体型アクチュエー
タの断面図。

【図２】同じく図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図３】同じく油圧回路図。

【図４】従来例を示す側面図。

【符号の説明】

１ 油圧シリンダ ２ 油圧ポンプ ３ タンク ４ 電動機 ５ ピストン ６ 外側油室 ７ 内側油室 ８ エンド側室 １１ 油通路 １２ 油通路 ３０ シリンダチューブ ３２ インナロッド ５１ アウタロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 大輔 東京都港区浜松町二丁目４番１号世界貿易 センタービル カヤバ工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3H081 AA03 BB02 CC23 DD13 DD32 DD33 DD36

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有底筒状のシリンダチューブと、 前記シリンダチューブの底部から突出するインナロッド
   と、 前記シリンダチューブの内周面とインナロッドの外周面
   に摺動可能に嵌合する環状のピストンと、 前記ピストンから筒状に延びて前記シリンダチューブか
   ら突出するアウタロッドと、 前記アウタロッドの内外に画成される内側油室および外
   側油室と、 前記内側油室または前記外側油室に導かれる作動油を加
   圧する油圧ポンプと、 前記油圧ポンプを駆動する電動機とを備え、 前記油圧ポンプの回転方向を切換えて伸縮作動すること
   を特徴とする一体型アクチュエータ。
2. 【請求項２】前記外側油室に対する前記ピストンの受圧
   面積と前記内側油室に対する前記インナロッドの受圧面
   積とを略等しく設定したことを特徴とする請求項１に記
   載の一体型アクチュエータ。
3. 【請求項３】作動油を前記内側油室に導く油通路を前記
   インナロッドの内部に形成したことを特徴とする請求項
   １または２に記載の一体型アクチュエータ。
4. 【請求項４】作動油を貯留するタンクを備え、 前記タンクと前記油圧ポンプおよび前記電動機を前記シ
   リンダチューブと並んでユニット化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一体型アクチ
   ュエータ。