JP2009030652A - 多段伸縮駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全体長さの縮小化を図るとともに、配管構成を簡素にして各シリンダユニットにおけるピストンロッドを同速度、同圧力で効率的に駆動させることができる多段伸縮駆動装置を提供する。
【解決手段】作動油が供給されるシリンダ部１１に摺動自在に嵌挿され、作動油を供給するピストンロッド１２を有するシリンダユニット１３、１３'をその本体枠内に複数並列配置して、第１のシリンダユニット３１がその油貯留部１１ａに貯留された作動油を隣接する第２のシリンダユニット３１'のロッド通油路１２ａに供給するマウント通油路１１ｃを介して互いに直列に接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、カメラ、照明器具、作業台などのワークを搭載して上下動させるための油圧シリンダユニットを有した多段伸縮駆動装置に関する。

従来の多段伸縮駆動装置における油圧シリンダとしては、外シリンダ内に中空な第１ロッドを設け、この第１ロッドの内部に第１ロッドよりも小さな径の第２ロッドを入れ子状に設けて構成することが一般的である。例えば、クランプ装置などのアクチュエータとして用いられる油圧シリンダにおいては、その出力である推力を高める手段として作動油圧そのものを高めたりシリンダ直径を大きくしたりする方法以外に多段ピストン型シリンダが採用されることがある。このような技術に関連して以下のような技術のものが知られている。

特許文献１（特開平９−２５９０６号公報）にはシリンダ本体内に一つまたは複数の筒状ロッドをピストンをそれぞれ介して伸縮自在に挿入し、最内側の上記筒状ロッド内にピストンを介して上段ラムを伸縮自在に挿入し、上記シリンダ本体と筒状ロッド内にはそれぞれピストンを介してそれぞれ上下二つの圧力室を区画し、上記シリンダ本体の上下の各圧力室はそれぞれポンプまたはタンクに選択的に接続され、上記シリンダ本体の下方の圧力室と各筒状ロッドの下方の圧力室とは、上記各ピストンに形成した油圧供給孔を介して連通させ、上記各筒状ロッドの上方の圧力室は圧側通路を介してシリンダ本体の上方の圧力室に接続され、各下方の圧力室と各上方の圧力室に圧油を選択的に供給して上記各筒状ロッドと上記上段ラムとを伸縮させるようにした多段複動型シリンダが記載されている。

また特許文献２（特開平５−１７２１２０号公報）には、外シリンダの内部にピストンロッドを有する中空な第１ロッドを設け、第１ロッドの内部に第２ロッドを設けてピストンロッドの内部に貫通流路と連通流路を形成し、貫通流路により第１ロッドの基端側の第１シリンダ室とピストンロッド先端のサブピストン前方の第３シリンダ室と連通し、連通流路によりピストンロッドの周りの第５シリンダ室と第１ロッドの周りの第２シリンダ室とを連通し、外シリンダの第１ポートを第１シリンダ室に、第２ポートを第２シリンダ室に連通し、第３，第４シリンダ室の断面積の和と第１シリンダ室の面積を等しくした多段油圧シリンダの構造が記載されている。
特開平９−２５９０６号公報 特開平５−１７２１２０号公報

しかしながら、前記従来の多段油圧シリンダを備えた多段伸縮駆動装置は、作動油の量を調整しないで同じ量を供給すると、断面積の大きな第１ロッドが伸びる際の伸長速度が遅く、断面積の小さな第２ロッドが伸びる際の伸長速度が速くなる欠点があった。また、断面積の小さな第２ロッドでは第１ロッド程大きな力を発生させることができず、各段のロッドの伸長速度や駆動力が変動するという問題点があった。そしてこのような変動を抑制しようとすると複雑な電気制御系や機械制御系などが必要となってコスト的な負担が大きくなる。
さらに、定位置固定式の複数のピストンが直列に配置された構造としているため、ピストンの増加枚数に応じた大出力化は可能であっても、シリンダそのもののサイズの縮小化には限界があり、多段ピストン型の利点を有した小型シリンダの実現には問題があった。

本発明は前記従来の課題を解決するためになされたものであり、全体長さの縮小化を図るとともに、配管構成を簡素にすることができ各シリンダユニットにおけるピストンロッドを同速度、同圧力で効率的に駆動させることができ、操作性や安全性に優れた多段伸縮駆動装置を提供することを目的とする。

（１）前記課題を解決するためになされた本発明の多段伸縮駆動装置は、筒状に形成された油貯留部に作動油が供給されるシリンダ部と、前記シリンダ部に摺動自在に嵌挿され前記油貯留部にその先端から作動油を供給するロッド通油路が軸芯に沿って形成されたピストンロッドとを有するシリンダユニットがその本体枠内に複数並列配置されてなる多段伸縮駆動装置であって、第１のシリンダユニットがその油貯留部に貯留された作動油を隣接する第２のシリンダユニットの前記ロッド通油路に供給するマウント通油路を前記シリンダ部に一体に形成されたマウント部に備え、各シリンダユニットの通油路が前記マウント部を介して互いに直列に接続されていることを特徴とする。

（２）本発明の多段伸縮駆動装置は前記（１）において、前記通油路を介してその全体が連結されたシリンダユニットの各シリンダ部における有効受圧面積が同一であって、全体が角筒状又は円筒柱状の多段伸縮筒を有して形成された前記本体枠内に前記シリンダユニットが略同心円状に配列されていることを特徴とする。

（３）本発明の多段伸縮駆動装置は前記（１）又は（２）において、前記シリンダユニットの各シリンダ部外側に配置されたガイドローラが前記本体枠の多段伸縮筒内側に設けられたガイドレールに沿ってスライド自在に支持されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１のシリンダユニットが隣接する第２のシリンダユニットのロッド通油路に作動油を供給するマウント通油路を備え、各シリンダユニットの通油路がマウント部を介して互いに直列に接続されているので、配管構成を簡素にして各シリンダユニットを同速度、同圧力で効率的に駆動させることができる。こうして、長いストロークを必要とする場合であっても１本の油圧シリンダでのストローク分の長さをそのまま利用でき、油圧シリンダを含む機械設備上の制約が少ない。しかも各シリンダ本体の外径を最小に抑え、重量およびコストの低減を図って駆動距離の長い多段伸縮駆動装置を低コストで製作することができる。

本実施形態の多段伸縮駆動装置は、円筒など筒状に形成された油貯留部に作動油が供給されるシリンダ部と、前記シリンダ部に摺動自在に嵌挿され前記油貯留部にその先端から作動油を供給するロッド通油路が軸芯に沿って形成されたピストンロッドとを有するシリンダユニットがその本体枠内に複数並列配置されてなる多段伸縮駆動装置であって、第１のシリンダユニットがその油貯留部に貯留された作動油を隣接する第２のシリンダユニットの前記ロッド通油路に供給するマウント通油路を前記シリンダ部に一体に形成されたマウント部に備え、各シリンダユニットの通油路が前記マウント部を介して互いに直列に接続されるように構成される。

多段伸縮駆動装置は垂直昇降式と呼ばれる作業台などであって、例えばカメラ機材を上下動させることでその視点を変化させて撮像するためのエンドレスカメラタワーやエレベータ装置、各種デバイスの移動機器などに適用される昇降機構であって、そのシリンダユニットに供給又は排出される作動油や圧縮空気などの作動流体を介して動力源として駆動されるようになっている。

シリンダ部は、円筒状などの筒状に形成された油貯留部に作動油などの圧力媒体が供給されることで、シリンダ部に挿入されるビストンロッドとの距離を伸縮させるための部材であり、ガイドローラなどの支持部材を介して多段伸縮駆動装置の本体枠にスライド自在に支持されている。マウント部はシリンダ部の下部に一体に配置されており、ピストンロッドのロッド通路に連結するためのマウント通油路を有し、油圧装置などから作動油が給排される。

ピストンロッドはシリンダ部にその先端が挿入されてスライド移動させるための駆動ロッドであって、全体がパイプ状など形成されその先端から圧力媒体となる作動油を給排するためのロッド通油路が設けられている。

シリンダユニットは前記シリンダ部及びピストンロッドを有して構成される。そして、多段伸縮駆動装置はこれら複数のシリンダユニットをその伸縮方向に沿って並列配置するとともに、各シリンダ部のマウント部に設けたマウント通油路を介して各シリンダユニットにおける圧力媒体の導通路が直列接続されるようにしたものである。これによって、複数のシリンダを多段入れ子状に組み合わせたテレスコピックタイプの従来の多段伸縮駆動装置などに比較して、稼動時における作動圧力をほぼ一定に保持させることができるともに、より高圧での安定した駆動が可能となる。

さらに本実施形態の多段伸縮駆動装置は、前記通油路を介してその全体が連結されたシリンダユニットの各シリンダ部における有効受圧面積が同一であって、その全体が角筒状又は円筒柱状の多段伸縮筒を有して形成された前記本体枠内に前記シリンダユニットを略同心円状に配列することもできる。これによって、限られたスペース内に複数のシリンダユニットを効果的に収納できるとともに、各シリンダユニットを駆動させるための作動油の駆動圧力をほぼ一定に保持させることでその操作性や制御性を安定に維持させることができる。

本実施形態の多段伸縮駆動装置は、前記シリンダユニットの各シリンダ部外側に配置されたガイドローラを前記本体枠の多段伸縮筒内側に設けられたガイドレールに沿ってスライド自在に支持させることもできる。これによって、本体枠の伸縮操作を円滑にすることができる、操作安定性をさらに高めることができる。

図１は本実施形態に係る多段伸縮駆動装置の装置構成を示す全体構成図であり、図２は各シリンダユニットの作動原理を示す概念図である。
図示するように多段伸縮駆動装置１０は、円筒状に形成された油貯留部１１ａに作動油が供給されるシリンダ部１１と、その先端から作動油を供給するためのロッド通油路１２ａが軸芯に沿って形成されたピストンロッド１２とをそれぞれ有するシリンダユニット１３、１３'が多段伸縮駆動装置１０の筒部１０ａ〜１０ｃを有して伸縮する本体枠内に並列配置されている。なお、シリンダユニット１３、１３'は、通油路を介してその全体が連結されるとともに、各シリンダ部における有効な受圧面積がほぼ同一となるように、すなわち各シリンダ内径が等しくなるように設定されている。

この第１のシリンダユニット１３におけるシリンダ部１１の下部にはマウント部１１ｂが一体に形成され、作動油を隣接する第２のシリンダユニット１３'のロッド通油路１２ａに供給するためのマウント通油路１１ｃが設けられている。
多段伸縮駆動装置１０の本体枠は全体が入れ子状に形成された筒部１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより伸縮自在に構成され、最内側となる筒部１０ａがシリンダユニット１３'のマウント部１１ｂを介して連結支持される。そして、シリンダユニット１３'のピストンロッド１２の下端はシリンダユニット１３のマウント部１１ｂに固定支持されるとともに、シリンダユニット１３'のロッド通油路１２ａとシリンダユニット１３のマウント通油路１１ｃとが接続されるようになっている。

なお、シリンダユニット１３、１３' における各シリンダ部１１同士は図示するようにそのシリンダ本体側部に設けられたガイドローラ１５とこれに嵌合するガイドレール１５ａとによって互いにスライド自在に支持されるようにして、多段伸縮駆動装置の作動時における安定性が確保できるようにしている。

下段側となるシリンダユニット１３におけるピストンロッド１２のロッド通油路１２ａには図示しない油圧ポンプなどを介して作動油が給排される。これによって、各油路によって連結されたシリンダユニット１３、１３' の各油貯留部１１ａ、１１ａの容積が増減して全体として所定の駆動力が本体枠の筒部１０ａに伝達されることとなる。なお、シリンダユニット１３はそのマウント部１１ｂなどを介して筒部１０ｂに固定支持されるとともに、そのピストンロッド１２の基部が筒部１０ｃの基台部１４に固定されている。この基台部１４には油圧ポンプなどの油圧供給ユニットに連結するための基台通油路１４ａが設けられている。

図３は本実施形態の多段伸縮駆動装置１０におけるその駆動圧力や駆動速度の変化の様子を示す説明図である。図３において、実線部は従来例の入れ子式テレスコピックタイプの昇降装置におけるデータ変化が示され、破線部は本実施形態におけるデータ変化が示されている。
従来例の入れ子多段式シリンダを備えた昇降装置では、シリンダの中にシリンダを兼ねたロッドを内挿配置した構造のものであり、このようなシリンダ構造のものでは、ストロークに対し格納寸法が小さくなる利点を有しているが、反面以下のような欠点を有している。
（１）定量型ポンプを使用すると図３の実線に示すように各段における移動速度が変化するために稼働時における制御性や操作性が損なわれる。
（２）多重構造とするためにその単位体積当りの重量が大きくなる。
（３）上段シリンダ径が大きくなるためにその油量を多く必要とする。
（４）低圧油圧となるために機械効率が悪くなることがある。

以上のような欠点に対して本実施形態の多段伸縮駆動装置は、有効受圧面積が等しい各シリンダユニットを並列配置するとともに、各シリンダユニットを接続する作動油の通油路を直列に配置しているので、図３の破線部に示すようにその駆動圧力や移動速度を一定に維持させることができる。こうして、昇降速度の変動が少なく稼働時における制御性や操作性に優れるとともに、単位体積当りの重量が小さく、少量の作動油で駆動させることができ、動作効率性に優れた多段伸縮駆動装置を提供することができる。

（実施例１）
図４は実施例１における多段伸縮駆動装置の伸縮操作状態を示す全体構成図であり、図５はそのシリンダユニット主要部における側面断面図であり、図６はその平面断面図である。以下図面を参照しながら本実施例について具体的に説明する。
図４に示すように本実施例の垂直昇降式作業台となる多段伸縮駆動装置２０は、複数のシリンダユニットをその本体枠内に並行配置してその上端に配置された作業台２１を昇降させる昇降駆動機構２２を搭載した走行台車２３と、設置状態の走行台車２３を支持するためのアウトリガー２４とを有している。この多段伸縮駆動装置２０の昇降駆動機構２２を図示しない油圧ポンプを介して駆動させることにより作業台２１を上下動させるようになっている。

図５及び図６に示すように昇降駆動機構２２は、それぞれが同一の有効受圧面積からなるシリンダユニット３１〜３５を備えて構成されている。そして、シリンダユニット３１〜３５は多段角筒状に形成されて伸縮する本体枠３０の軸芯に沿って同心円状に配置されて、走行台車２３の台車基台部２３ａに搭載されている。各シリンダユニット３１〜３５は図７の詳細断面図に示すように隣接するシリンダ同士がそのマウント通油路３６を介して隣接するピストンロッドのロッド通油路３７に連結して配置されている。
それぞれが同一の有効受圧面積を有したシリンダユニット３１〜３５における通油路を順次直列に配置しているので、常時一定の油圧もとで作業台２１を安定して操作させることが可能である。このとき、下段側のシリンダユニットにはその上段側のシリンダユニットの重量が付加されるので、所定量の作動油を昇降駆動機構２２に供給すると、上段側のシリンダ部から下段側に向かって順次伸長される。こうして図５に示すように各シリンダ部がその初期状態（図５（ｂ））から伸長状態（図５（ａ））の位置に展開されることとなる。なお各シリンダユニット３１〜３５は互いに隣接する同士がその側面に設けられた図示しないガイドローラとガイドレールを介してスライド自在に支持されるようになっている。

（実施例２）
図８は本発明の実施例２における多段伸縮駆動装置を示す全体構成図であり、図９はその油圧供給部の構成図である。図示するように実施例２の多段伸縮駆動装置４０は、その本体枠内に並列配置された３基のシリンダユニット４１〜４３と、シリンダユニット４１〜４３に作動油を順次供給するための油圧供給部４４と、を備えている。
各シリンダユニット４１〜４３はその円筒状に形成されたシリンダ部４５に摺動自在に嵌挿されたピストンロッド４６と、そのピストンロッド４６を伸縮駆動させるためのＡ、Ｂ２系統からなる油圧回路とを有するとともに、それぞれのマウント部４７を介して多段に連結されて支持されるようになっている。すなわち、シリンダ部４５はピストンロッド４６の上部を介して上部油貯留部と下部油貯留部とに仕切られ、上部油貯留部に供給される作動油によって伸長動作を行うためのＡ系統油圧回路と、下部油貯留部に供給される作動油によって収縮動作を行うためのＢ系統油圧回路とが構成されている。そしてシリンダユニット４１〜４３を連結支持するそれぞれのマウント部４７にはこれらＡ，Ｂ２系統の油圧回路用の配管が内蔵されている。

図９に示すようにシリンダユニット４１におけるＡ、Ｂ２系統の油圧回路に作動油を供給する油圧供給部４４は、油量を調整するための絞り弁（スロットル弁）５０と、逆流を阻止するためのチェッキ弁５１、パイロットチェッキ弁５２、各ＡＢ系統を切り換えるための電磁弁５３、過剰油圧を外部に逃がして油圧回路を保護するためのリリーフ弁５４、油タンク５５内に保持された作動油を汲み上げるための油ポンプ５６、この油ポンプを駆動させるためのモータ５７、作動油内の不純物を除去するためのサクションフィルタ５８などを備える。なお、多段伸縮駆動装置４０は、絞り弁５０や電磁弁５３、油ポンプ５５などの駆動状態を制御するための図示しない制御部を有して構成することもできる。この制御部には、この油圧回路内の所定位置に複数配置された油圧センサからの油圧信号が入力され、これらの油圧信号やオペレータが操作する操作盤からの制御信号に基づいて各伸縮操作時におけるシリンダユニット４１〜４３の油圧を適正制御して、各シリンダユニット４１〜４３のスムーズでかつ安定した伸縮動作を可能としている。

なお、多段伸縮駆動装置４０におけるシリンダユニットの伸縮方向を垂直方向とした場合には、電磁弁５３などの開放状態では各シリンダユニットの自重によって各シリンダユニットのシリンダ部４５がピストンロッド４６に対して下がった「縮」状態となる。このシリンダユニットの伸縮方向を横方向（或いは斜め）に伸縮させる場合は、下方向に荷重がかからなくなるので「縮」ができなくなるが、実施例２の多段伸縮駆動装置４０では、伸、縮、両方を油圧によって確実かつ安定に作動させることができる。

本発明は以上説明したように、シリンダユニットが隣接するシリンダユニットのロッド通油路に作動油を供給するマウント通油路を備え、各シリンダユニットの通油路がマウント部を介して互いに直列接続したことを要旨とするものであり、カメラ、ビデオなどのワークや作業台などを搭載して上下動させるための昇降装置に広く適用することができる。これによって、操作油圧を低圧にして常時安定した操作性が得られるとともに、油圧シリンダを含む機械設備上の制約が少なく、各シリンダ本体の外径を最小に抑え、重量およびコストの低減を図ることもできる。また、本実施例では、シリンダユニットの伸縮方向を垂直方向とする昇降駆動装置を例に説明したが、この伸縮方向を水平方向あるいは水平方向に対して角度を有した斜め方向となるような多段伸縮駆動装置に適用することもできる。

本実施形態に係る多段伸縮駆動装置の装置構成を示す全体構成図である。 同多段伸縮駆動装置の各シリンダユニットの作動原理を示す概念図である。 同多段伸縮駆動装置の駆動圧力や駆動速度の変化の様子を示す説明図である。 実施例１における多段伸縮駆動装置の伸縮操作状態を示す全体構成図である。 同多段伸縮駆動装置のシリンダユニット主要部における側面断面図である。 同多段伸縮駆動装置の平面断面図である。 同多段伸縮駆動装置の昇降駆動機構の詳細断面図である。 実施例２における多段伸縮駆動装置の構成図である。 同多段伸縮駆動装置の油圧供給部の詳細構成図である。

符号の説明

１０ 多段伸縮駆動装置
１０ａ〜１０ｃ 筒部
１１ シリンダ部
１１ａ 油貯留部
１１ｂ マウント部
１１ｃ マウント通油路
１２ ピストンロッド
１２ａ ロッド通油路
１３、１３' シリンダユニット
１４ 基台部
１４ａ 基台通油路
１５ ガイドローラ
１５ａ ガイドレール
２０ 垂直昇降式作業台（多段伸縮駆動装置）
２１ 作業台
２２ 昇降駆動機構
２３ 走行台車
２３ａ 台車基台部
２４ アウトリガー
３０ 本体枠
３１〜３５ シリンダユニット
３６ マウント通油路
３７ ロッド通油路
４０ 多段伸縮駆動装置
４１〜４３ シリンダユニット
４４ 油圧供給部
４５ シリンダ部
４６ ピストンロッド
４７ マウント部
５０ 絞り弁（スロットル弁）
５１ チェッキ弁
５２ パイロットチェッキ弁
５３ 電磁弁
５４ リリーフ弁
５５ 油タンク
５６ 油ポンプ
５７ モータ
５８ サクションフィルタ

Claims (3)

1. 筒状に形成された油貯留部に作動油が供給されるシリンダ部と、
   前記シリンダ部に摺動自在に嵌挿され前記油貯留部にその先端から作動油を供給するロッド通油路が軸芯に沿って形成されたピストンロッドと、
   を有するシリンダユニットがその本体枠内に複数並列配置されてなる多段伸縮駆動装置であって、
   第１のシリンダユニットが前記油貯留部に貯留された作動油を隣接する第２のシリンダユニットの前記ロッド通油路に供給するマウント通油路を、前記シリンダ部に一体に形成されたマウント部に備え、
   各シリンダユニットの通油路が前記マウント部を介して互いに直列に接続されていることを特徴とする多段伸縮駆動装置。
2. 前記通油路を介して全体が連結されたシリンダユニットの各シリンダ部における有効受圧面積が同一であって、全体が角筒状又は円筒柱状の多段伸縮筒を有して形成された前記本体枠内に前記シリンダユニットが略同心円状に配列されていることを特徴とする請求項１記載の多段伸縮駆動装置。
3. 前記シリンダユニットの各シリンダ部外側に配置されたガイドローラが、
   前記本体枠の多段伸縮筒内側に設けられたガイドレールに沿ってスライド自在に支持されていることを特徴とする請求項１又は２記載の多段伸縮駆動装置。

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