JP2005331059A - 複動式エアシリンダの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エアの総供給量を可及的に低減し得る、複動式エアシリンダの制御装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】 複動式エアシリンダ２の第一及び第二の隔室５，６を互いに連通せしめる連通路２０と、該連通路２０を開閉する連通路開閉弁２１と、を設け、前記第一の隔室５より低圧となっている前記第二の隔室６にエアを供給して前記複動式エアシリンダ２を作動せしめるに当たり、前記第二の隔室６へのエア供給に先立って前記連通路開閉弁２１を開作動せしめ、前記第二の隔室６の内圧を高めた後に該第二の隔室６へのエア供給を開始する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複動式エアシリンダの制御装置及び制御方法に関するものである。

空気圧装置のアクチュエータの一種である複動式エアシリンダにおいては、チューブ内にピストンで区画された第一及び第二の隔室に対してエア供給とエア開放とを組にして交互に行うことで、前記ピストンに連結されたロッドが伸縮作動せしめられる。

具体的には、前記第一の隔室にエアを供給し、前記第二の隔室からエアを開放することで、前記ロッドが第一の方向（例えば、往き方向）へと作動する。逆に、前記第二の隔室にエアを供給し、前記第一の隔室からエアを開放することにより、前記ロッドが前記第一の方向とは逆の第二の方向（例えば、戻り方向）へと作動する。

前記の如き複動式エアシリンダにおいては、従来、前記ロッドの作動方向を前記第一の方向から前記第二の方向へと切り換えるに当たって、それまで大気に開放されていたために大気圧と同一の空気圧となっている前記第二の隔室に対して、そのままの状態でエア供給を開始していた（特許文献１）。
実用新案登録第２５４７７６５号

ところで、経済性の観点から、前記複動式エアシリンダを作動させるためのエアの総供給量は、少なければ少ないほど望ましい。

そこで本発明は、エアの総供給量を可及的に低減し得る、複動式エアシリンダの制御装置及び制御方法を提供しようとするものである。

前記課題を解決するため、本発明に係る複動式エアシリンダの制御装置は、複動式エアシリンダの第一及び第二の隔室を互いに連通せしめる連通路と、該連通路を開閉する連通路開閉弁と、を備え、前記第一の隔室より低圧となっている前記第二の隔室にエアを供給して前記複動式エアシリンダを作動せしめるに当たり、前記第二の隔室へのエア供給に先立って前記連通路開閉弁を開作動せしめ、前記第二の隔室の内圧を高めた後に該第二の隔室へのエア供給が可能とされたものである（請求項１）。

前記制御装置によれば、前記第一の隔室より低圧となっている前記第二の隔室へのエア供給を開始する前に、前記二つの隔室を外部から遮断した状態で互いに連通せしめることにより、前記第二の隔室内の空気圧を高めることができる。このため、前記第二の隔室へのエア供給に当たって、第二の隔室が大気圧状態のままで該第二の隔室へエアを供給する従来の場合に比べて、少ないエア供給量で前記複動式エアシリンダを作動せしめることができる。よって、前記複動式エアシリンダを作動させるためのエアの総供給量が低減される。

好適な実施の一形態として、前記複動式エアシリンダを往復作動せしめるための前記二つの隔室のそれぞれについてのエア供給とエア開放とを制御する制御弁の作動と、前記連通路開閉弁と作動と、を自動制御する制御回路を備え、該制御回路が、前記第一の隔室より低圧となっている前記第二の隔室にエアを供給して前記複動式エアシリンダを作動せしめるに当たり、前記制御弁の開作動に先立って前記連通路開閉弁を開作動せしめ、前記第二の隔室の内圧を高めた後に前記制御弁を開作動せしめるものとすることもできる（請求項２）。

また、他の実施の形態として、前記連通路にエアチャンバーが介装され、該エアチャンバーと前記第二の隔室との間に前記連通路開閉弁が配設されたものとすることもできる（請求項３）。この場合、前記第一の隔室にエア供給を行うと、前記エアチャンバー内の空気圧が前記第一の隔室内の空気圧と同じ高圧値となる。このため、前記第二の隔室にエア供給を行う前に前記連通路開閉弁を開くことにより、前記第二の隔室内の空気圧が、前記エアチャンバーがない場合に比べてより高圧となる。よって、前記第二の隔室内へのエア供給量が少なくても、前記複動式エアシリンダを作動させることができ、エア総供給量の一層の低減に貢献し得る。

好適な実施の一形態として、前記第二の隔室にエアを供給するためのエア供給源が、前記複動式エアシリンダを作動せしめるのに最低限必要なだけの低圧でエア供給を行うエア供給源とされたものとすることもできる（請求項４）。このようにすれば、前記複動式エアシリンダの作動速度が遅くはなるが、前記第二の隔室へのエア供給量をなお一層低減せしめることができて、好適である。

一方、本発明に係る複動式エアシリンダの制御方法は、第一及び第二の隔室の内の相対的に低圧の第二の隔室にエアを供給して複動式エアシリンダを作動せしめるに当たり、前記二つの隔室を互いに連通せしめて前記第二の隔室内の空気圧を高めた後にエアを供給することを特徴としている（請求項５）。このようにすれば、第二の隔室が大気圧状態のままで該第二の隔室へエアを供給する従来の場合に比べて、少ないエア供給量で前記複動式エアシリンダを作動せしめることができる。

好適な実施の一形態として、前記第二の隔室へのエア供給を、前記複動式エアシリンダを作動せしめるのに最低限必要なだけの低圧で行うこともできる（請求項６）。このようにすれば、前記第二の隔室へのエア供給量をなお一層低減せしめることができて、好適である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る複動式エアシリンダの制御装置の空気圧回路図、図２は、図１のＡ部の変形例を示す図、図３は、本発明の他の実施の形態に係る複動式エアシリンダの制御装置の空気回路図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る制御装置１で制御される複動式エアシリンダ２は、チューブ３内にその軸線方向へと摺動自在に嵌挿されたピストン４によって前記チューブ３内に画成された第一及び第二の隔室５，６を備えている。前記ピストン４にはロッド７の一端部が連結され、該ロッド７の他端部は、前記チューブ３の外側で、ワークテーブル等の図示しない適宜の駆動対象に連係されている。本実施の形態では、前記エアシリンダ２を片ロッド式のものとし、前記チューブ３のヘッドカバー３ａ側の隔室を前記第一の隔室５、前記チューブ３のロッドカバー３ｂ側の隔室を前記第二の隔室６としている。

本実施の形態に係る前記制御装置１は、前記エアシリンダ２を往復作動させるためのエア（圧縮空気）の供給源として、前記第一の隔室５へとエア供給を行う第一のエア供給源８と、前記第二の隔室６へとエア供給を行う第二のエア供給源９と、を備えている。前記第一のエア供給源８と前記第一の隔室５とを連結する第一のエア供給管路１０には、該第一のエア供給管路１０を開閉する電磁式等の第一のエア供給制御弁１１が介装され、同様に、前記第二のエア供給源９と前記第二の隔室６とを連結する第二のエア供給管路１２には、該第二のエア供給管路１２を開閉する電磁式等の第二のエア供給制御弁１３が介装されている。

また、前記第一の隔室５には、該第一の隔室５内のエアを大気へ開放するための第一のエア開放管路１４が接続されている。該第一のエア開放管路１４には、開放されるエアの上流側から順に、前記第一のエア開放管路１４を開閉する電磁式等の第一のエア開放制御弁１５と、第一のエア開放絞り弁１６と、が介装されている。同様に、前記第二の隔室６には、該第二の隔室６内のエアを大気へ開放するための第二のエア開放管路１７が接続されている。該第二のエア開放管路１７には、開放されるエアの上流側から順に、前記第二のエア開放管路１７を開閉する電磁式等の第二のエア開放制御弁１８と、第二のエア開放絞り弁１９と、が介装されている。

周知のように、前記構成において、前記二つの隔室５，６に対してエア供給とエア開放とを組にして交互に行うことで、前記ピストン４に連結されたロッド７が伸縮作動せしめられる。

前記制御装置１は、前記第一及び第二の隔室５，６を互いに連通せしめる連通路２０と、該連通路２０を開閉する電磁式等の連通路開閉弁２１と、を備えている。図１の実施の形態では、前記第一のエア供給管路１０における前記第一のエア供給制御弁１１よりエア供給下流側の位置と、前記第二のエア供給管路１２における前記第二のエア供給制御弁１３よりエア供給下流側の位置と、を管路でつないで前記連通路２０を形成している。しかし、これには限定されず、例えば、図３に示すように、前記第一の隔室５と前記第二の隔室６とを他の連通路２０ａで直接連結する等、前記第一の隔室５と前記第二の隔室６とが互いに連通せしめてあれば、前記連通路２０の配設の態様は問わない。

前記連通路開閉弁２１は、常時は閉状態に保持され、前記第一及び第二の隔室５，６の連通を遮断しているが、所定の必要な場合にのみ短時間だけ開作動して、前記第一及び第二の隔室５，６を互いに連通せしめる。

前記第一及び第二のエア供給制御弁１１，１３の作動と、前記第一及び第二のエア開放制御弁１５，１８の作動と、前記連通路開閉弁２１の作動は、前記制御装置１を構成するマイクロコンピュータ等を含む制御回路２２によって自動制御される。該制御回路２２による制御は、一般的に述べると、相対的に低圧の前記第二の隔室６にエアを供給して前記エアシリンダ２を作動せしめるに当たり、前記第一のエア供給制御弁１１及び前記第二のエア開放制御弁１８が閉じられている状態で、前記第二のエア供給制御弁１３及び前記第一のエア開放制御弁１５の開作動に先立って前記連通路開閉弁２１を開作動せしめ、該連通路開閉弁２１を閉じた後に、前記第二のエア供給制御弁１３及び前記第一のエア開放制御弁１５を開作動せしめるものとされている。

具体的には、前記制御装置１は、前記制御回路２２によって次のように制御される。前記制御装置１において、常時は前記連通路開閉弁２１が閉じられている。前記第二のエア供給制御弁１３及び前記第一のエア開放制御弁１５を閉じた状態で、前記第一のエア供給制御弁１１及び前記第二のエア開放制御弁１８を開くと、前記第一のエア供給源８から前記第一の隔室５にエアが供給されるとともに、前記第二の隔室６からエアが開放されて、前記ロッド７が第一の方向（例えば、図１の右方の往き方向）Ｒへと作動する。前記ロッド７の伸び出し量が所定量に達したら、それまで開いていた前記第一のエア供給制御弁１１及び前記第二のエア開放制御弁１８が閉じられる。これにより、前記第一の隔室５へのエア供給と前記第二の隔室６からのエア開放とが共に停止され、前記二つの隔室５，６の双方が完全な閉状態となるので、前記ロッド７の前記第一の方向Ｒへの作動が停止する。このとき、前記二つの隔室５，６においては、エア供給を受けていた前記第一の隔室５が相対的に高圧となり、エアが開放されていた前記第二の隔室６が相対的に低圧（大気圧）となっている。しかし、前記チューブ３と前記ピストン４との間の摩擦や、前記ロッド７に作用する前記駆動対象の応力等により、前記ピストン４及び前記ロッド７はそのままの位置に維持される。

次に、前記エアシリンダ２を前記第一の方向Ｒとは逆の第二の方向（例えば、図１の左方の戻り方向）Ｌへと作動せしめるに当たっては、まず、前記第一及び第二のエア供給制御弁１１，１３及び前記第一及び第二のエア開放制御弁１５，１８のすべてを閉じた状態のままで、前記連通路開閉弁２１をごく短時間だけ開いて、前記二つの隔室５，６を互いに連通せしめる。これにより、前記二つの隔室５，６の内圧が均衡し、大気圧状態であった前記第二の隔室６の空気圧が大気圧より高くなる。前記連通路開閉弁２１を閉じた後に、前記第二のエア供給制御弁１３及び前記第一のエア開放制御弁１５を開くと、前記第二のエア供給源９から前記第二の隔室６にエアが供給されるとともに、前記第一の隔室５からエアが開放されて、前記ロッド７が前記第二の方向Ｌへと作動する。

以上のように、前記制御装置１によれば、相対的に低圧となっている前記第二の隔室６へのエア供給が開始される前に、前記二つの隔室５，６を外部から遮断した状態で互いに連通せしめることにより、相対的に高圧であった前記第一の隔室５の空気圧によって前記第二の隔室６内の空気圧が大気圧より高められる。このため、前記ロッド７の前記第二の方向Ｌへの作動に当たって、前記第二の隔室６が大気圧と同一となっている状態のままで該第二の隔室６へエアを供給する場合に比べて、少ないエア供給量で前記ロッド７を前記第二の方向Ｌへと作動せしめることができる。よって、前記エアシリンダ２を作動させるためのエアの総供給量が低減される。

さらに、前記第二のエア供給源９として、前記エアシリンダ２を前記第二の方向Ｌへと作動せしめるのに最低限必要なだけの低圧でエア供給を行う低圧エア供給源を採用すれば、前記第二の隔室６へのエア供給量をなお一層低減せしめることができて、好適である。この場合、前記エアシリンダ２の前記第二の方向Ｌへの作動速度が遅くはなるが、一般にエアシリンダの使用において、ロッドの戻り方向への作動時には高速作動は不要とされることが多いので、問題は少ない。

なお、実験によれば、以上の実施の形態により、前記エアシリンダ２を往復作動せしめるためのエア供給量を約３５％低減せしめることができた。

図１の変形例として、図２に示すように、前記連通路２０にエアチャンバー２３を介装し、該エアチャンバー２３と前記第二の隔室６との間に前記連通路開閉弁２１を配設することもできる。この場合、前記第一の隔室５にエア供給を行うと、前記エアチャンバー２３内の空気圧が前記第一の隔室５内の空気圧と同じ高圧値となる。このため、前記第二の隔室６にエア供給を行う前に前記連通路開閉弁２１を開くことにより、前記第二の隔室６内の空気圧が、前記エアチャンバー２３がない場合に比べてより高圧となる。よって、さらに少ないエア供給量で前前記ロッド７を前記第二の方向Ｌへと作動させることができ、エアの総供給量を一層低減せしめることができる。

なお、図１の例では、前記第一のエア供給制御弁１１と前記第一のエア開放制御弁１５とが別体に配設され、同様に、前記第二のエア供給制御弁１３と前記第二のエア開放制御弁１８とが別体に配設されている。しかし、他の実施の形態に係る制御装置１ａとして図３に示すように、前記第一のエア供給制御弁１１の機能と前記第一のエア開放制御弁１５の機能とを併有する単一の三ポート三位置式の第一の切換弁（制御弁）２４を採用し、同様に、前記第二のエア供給制御弁１３の機能と前記第二のエア開放制御弁１８の機能とを併有する単一の三ポート三位置式の第二の切換弁（制御弁）２５を採用することもできる。

図３において、図１のものと同一又は均等な要素には、図１と同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る複動式エアシリンダの制御装置の空気圧回路図である。 図１のＡ部の変形例を示す図である。 本発明の他の実施の形態に係る複動式エアシリンダの制御装置の空気回路図である。

符号の説明

２ 複動式エアシリンダ
５ 第一の隔室
６ 第二の隔室
１１ 第一のエア供給制御弁
１３ 第二のエア供給制御弁
１５ 第一のエア開放制御弁
１８ 第二のエア開放制御弁
２０ 連通路
２１ 連通路開閉弁
２２ 制御回路
２３ エアチャンバー

Claims (6)

1. 複動式エアシリンダ（２）の第一及び第二の隔室（５，６）を互いに連通せしめる連通路（２０）と、該連通路（２０）を開閉する連通路開閉弁（２１）と、を備え、前記第一の隔室（５）より低圧となっている前記第二の隔室（６）にエアを供給して前記複動式エアシリンダ（２）を作動せしめるに当たり、前記第二の隔室（６）へのエア供給に先立って前記連通路開閉弁（２１）を開作動せしめ、前記第二の隔室（６）の内圧を高めた後に該第二の隔室（６）へのエア供給が可能とされている、複動式エアシリンダの制御装置。
2. 前記複動式エアシリンダ（２）を往復作動せしめるための前記二つの隔室（５，６）のそれぞれについてのエア供給とエア開放とを制御する制御弁（１１，１３，１５，１８）の作動と、前記連通路開閉弁（２１）と作動と、を自動制御する制御回路（２２）を備え、該制御回路（２２）が、前記第一の隔室（５）より低圧となっている前記第二の隔室（６）にエアを供給して前記複動式エアシリンダ（２）を作動せしめるに当たり、前記制御弁（１３，１５）の開作動に先立って前記連通路開閉弁（２１）を開作動せしめ、前記第二の隔室（６）の内圧を高めた後に前記制御弁（１３，１５）を開作動せしめるものとされている、請求項１に記載の複動式エアシリンダの制御装置。
3. 前記連通路（２０）にエアチャンバー（２３）が介装され、該エアチャンバー（２３）と前記第二の隔室（６）との間に前記連通路開閉弁（２１）が配設されている、請求項１又は２に記載の複動式エアシリンダの制御装置。
4. 前記第二の隔室（６）にエアを供給するためのエア供給源（９）が、前記複動式エアシリンダ（２）を作動せしめるのに最低限必要なだけの低圧でエア供給を行うエア供給源とされている、請求項１，２又は３に記載の複動式エアシリンダの制御装置。
5. 第一及び第二の隔室（５，６）の内の相対的に低圧の第二の隔室（６）にエアを供給して複動式エアシリンダ（２）を作動せしめるに当たり、前記二つの隔室（５，６）を互いに連通せしめて前記第二の隔室（６）内の空気圧を高めた後にエアを供給する、複動式エアシリンダの制御方法。
6. 前記第二の隔室（６）へのエア供給を、前記複動式エアシリンダ（２）を作動せしめるのに最低限必要なだけの低圧で行う、請求項５に記載の複動式エアシリンダの制御方法。

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