JP2009228710A - 空油変換増圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べて高い加工精度を要しないとともに、摺動シールの個数を減らして、圧漏れの発生率を下げることができるようにする。
【解決手段】主空気圧ピストン５と副空気圧ピストン６とが、可動インナーチューブ４で連結されて可動インナーチューブ４と共にアウターチューブ１内に摺動自在に嵌装されている。アウターチューブ１の空気圧側カバー２と主空気圧ピストン５との間に形成される主空気圧室１０、及び、可動インナーチューブ４内で隔壁９と副空気圧ピストン６との間に形成される副空気圧室１２に空気圧を同時に供給して、これら主空気圧ピストン５及び副空気圧ピストン６を油圧側カバー３方向へ摺動させ、増圧ロッド８を油圧チューブ７内に突入させていくことにより、油圧側カバー３の油圧出力ポート２１から増圧された油圧が出力される。
【選択図】図５

Description

本発明は、空気圧シリンダ内に油圧シリンダを組み込み、空気圧により増圧して油圧に変換する空油変換増圧器に関する。

本出願人は、特許文献１（特開２００５−１３３８７９号公報）に記載されているように、機器の全長を増やさずに、空気圧シリンダをダブルピストンにして出力をほぼ２倍にすることができるようにした空油変換増圧器を提案している。

しかし、これによると次のような問題点がある。
（１）１本の増圧ロッドと、主副のピストンを連結する複数の連結ロッドとを並列にしているので、これらを同時に摺動させるためには、ロッドのセンター出しに高い加工精度が要求される。
（２）摺動シールの個数が多くなり、圧漏れを生じやすい。
（３）油圧出力後の作動油の戻しについては、そのための機構を空油変換増圧器自体に具備しておらず、その機構を別に外部に用意する必要がある。

空気圧シリンダ内に油圧シリンダを組み込んだ空油変換増圧器として、特許文献１の他に、特許文献２（特開２０００−２８３１０３号公報）に記載されているものもあるが、これは小型化できても、空気圧シリンダがダブルピストンではないので、空気圧に対する油圧の増圧比は低い。
特開２００５−１３３８７９号公報 特開２０００−２８３１０３号公報

本発明の第１の課題は、空気圧シリンダをダブルピストンとして出力をほぼ２倍にすることができることでは、特許文献１に記載されたものと同じであるが、これを改良し、高い加工精度を要しないとともに、摺動シールの個数を減らして、圧漏れの発生率を下げることができるようにすることにある。

第２の課題は、油圧出力後の作動油の戻しのための機構を空油変換増圧器自体に具備し、当該空油変換増圧器の空気圧による戻し動作を利用して、油量変動が生じたときの作動油調整を空油変換増圧器自体で自動的に行うことができるようにすることにある。

上記第１の課題を達成するため、本発明の空油変換増圧器は、次の（１）〜（７）のような構成にして、空気圧シリンダＡ内に油圧シリンダＢを組み込んだものである。
（１）空気圧シリンダＡは、そのアウターチューブ１の両端を空気圧側カバー２と油圧側カバー３とで閉じられている。
（２）油圧シリンダＢは、アウターチューブ１よりも小さい油圧チューブ７を、アウターチューブ１の油圧側カバー３に保持してアウターチューブ１内の片側に設置されている。
（３）主空気圧ピストン５と副空気圧ピストン６とが、可動インナーチューブ４で連結されて可動インナーチューブ４と共にアウターチューブ１内に摺動自在に嵌装されている。
（４）可動インナーチューブ４内に位置してその内部を仕切る隔壁９が油圧チューブ７に固定されて、可動インナーチューブ４内が、この隔壁９により、主空気圧ピストン５との間に形成される開放室１３と、副空気圧ピストン６との間に形成される副空気圧室１２とに仕切られている。
（５）主空気圧ピストン５には、油圧チューブ７内に摺動自在に突入する増圧ロッド８が突設されている。
（６）アウターチューブ１の空気圧側カバー２と主空気圧ピストン５との間に形成される主空気圧室１０、及び、可動インナーチューブ４内で隔壁９と副空気圧ピストン６との間に形成される副空気圧室１２に空気圧を同時に供給して、これら主空気圧ピストン５及び副空気圧ピストン６を油圧側カバー３方向へ摺動させ、増圧ロッド８を油圧チューブ７内に突入させていくことにより、油圧側カバー３の油圧出力ポート２１から増圧された油圧を出力することができる。
（７）副空気圧ピストン６と油圧側カバー３との間に形成される戻し空気圧室１１に空気圧を供給することにより、副空気圧ピストン６と共に可動インナーチューブ４及び主空気圧ピストン５並びに増圧ロッド８を空気圧側カバー２方向へ摺動させることができる。

その実施形態である請求項２に係る発明では、副空気圧室１２を主空気圧室１０と連通させる空気圧通路４ａが可動インナーチューブ４とアウターチューブ１のいずれかに形成されている。

同じく請求項３に係る発明では、可動インナーチューブ４内で隔壁９と主空気圧ピストン５との間に形成される開放室１３が、増圧ロッド８に形成された排気通路を通じて、空気圧側カバー２に設けられた排気ポート１５と連通している。
その具体的形態である請求項４に係る発明では、排気通路が、開放室１３に連通させて増圧ロッド８に設けられた排気孔１６・１７と、この排気孔に主空気圧ピストン５を貫通して突入するように空気圧側カバー２に突設された排気管１８とで形成されている。

上記第２の課題も達成するため、請求項５に係る発明では、空気圧シリンダＡの外側に、油圧側カバー３に設けられた油圧出力ポート２１と連通する油タンクＣを設置し、これら油圧出力ポート２１と油タンクＣとの間に、戻し空気圧室１１に供給する空気圧により開放される制御弁２４を設けてある。

本発明によると、空気圧の受圧面積は、主空気圧ピストンの受圧面積Ｘに副空気圧ピストンの受圧面積Ｙを加えた大きさ（Ｘ＋Ｙ）となるが、油圧の受圧面積は増圧ロッドによる受圧面積Ｚのみであるので、増圧比は（Ｘ＋Ｙ）／Ｚとなり、空気圧ピストンが１個、つまり、主空気圧ピストンだけの場合に比べて、副空気圧ピストンの分だけ大きくなる（ほぼ２倍となる）。
この点については、特許文献１に記載のものと同等であるが、本発明では、主空気圧ピストンと副空気圧ピストンとを可動インナーチューブにて連結して、１本のチューブ構成としたことにより、センター出しも容易となり、高い加工精度を必要としない。
しかも、この可動インナーチューブ内が、油圧チューブに固定された隔壁により、主空気圧ピストンとの間に形成される開放室と、副空気圧ピストンとの間に形成される副空気圧室とに仕切られているので、主空気圧ピストン及び副空気圧ピストンのための摺動シール以外の摺動シールとしては、これら隔壁と可動インナーチューブとの間をシールするものだけでよく、摺動シールの個数を減らして、圧漏れの発生率を下げることができる。

請求項２に係る発明によると、副空気圧室を主空気圧室と連通させる空気圧通路が、可動インナーチューブとアウターチューブのいずれかに形成されているので、空気圧側カバーからの空気圧供給のみで上記のような増圧を行える。

請求項３に係る発明によると、可動インナーチューブ内で隔壁と主空気圧ピストンとの間に形成される開放室が、増圧ロッドに形成された排気通路を通じて、空気圧側カバーに設けられた排気ポートと連通し、請求項４に係る発明によると、この排気通路が、開放室に連通させて増圧ロッドに設けられた排気孔と、この排気孔に主空気圧ピストンを貫通して突入するように空気圧側カバーに突設された排気管とで形成されているので、増圧出力時に必要となる開放室の大気開放を増圧ロッドを利用して行える。

請求項５に係る発明によると、空気圧シリンダの外側に、油圧側カバーに設けられた油圧出力ポートと連通する油タンクを設置し、これら油圧出力ポートと油タンクとの間に、戻し空気圧室に供給する空気圧により開放される制御弁２４を設けたので、空油変換増圧器の空気圧による戻し動作を利用して、油量変動が生じたときの作動油調整を空油変換増圧器自体で自動的に行うことができる。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施例の空油変換増圧器は、図１に示すように、空気圧シリンダＡ内に油圧シリンダＢを組み込み、空気圧シリンダＡの外側に油タンクＣを設置している。

空気圧シリンダＡは、アウターチューブ１の両端を空気圧側カバー２と油圧側カバー３とで閉じ、可動インナーチューブ４で連結された主空気圧ピストン５と副空気圧ピストン６とを、可動インナーチューブ４と共に、アウターチューブ１内に摺動自在に嵌装して構成されている。その摺動シールとして、主空気圧ピストン５に対しては、その近くの可動インナーチューブ４の外周面にウェアリング５ａが付設され、副空気圧ピストン６に対しては、その外周面にパッキン６ａが付設されている。

油圧シリンダＢは、可動インナーチューブ４よりもさらに小さい油圧チューブ７を、その基端を油圧側カバー３に保持してアウターチューブ１内の片側中央に設置し、主空気圧ピストン５の中央に突設された増圧ロッド８を、この油圧チューブ７内に摺動自在に突入させて構成されている。その摺動シールとして、油圧チューブ７の内周面にパッキン７ａが付設されている。

油圧チューブ７は、アウターチューブ１よりも短く、アウターチューブ１内の中間で終端している。その終端部の外周には、環状の隔壁９が固着されている。この隔壁９は可動インナーチューブ４内に位置し、可動インナーチューブ４は、隔壁９との間をシールされながらこれに摺動を案内される。その摺動シールとして、隔壁９の外周面にパッキン９ａが付設されている。油圧チューブ７の基端部は、油圧側カバー３の内面中央に設けられた凹部３ａに嵌合させて強固に保持されている。

主空気圧ピストン５は円板状で、アウターチューブ１の内周面との間を、ウェアリング５ａを介して、アウターチューブ１に沿って摺動する。この主空気圧ピストン５と空気圧側カバー２との間は主空気圧室１０となる。

一方、副空気圧ピストン６は環状で、アウターチューブ１の内周面との間、及び油圧チューブ７の外周面との間をシールされながら、アウターチューブ１と油圧チューブ７との間をこれらに沿って摺動する。油圧チューブ７との間の摺動シールとして、副空気圧ピストン６の内周面にパッキン６ｂが付設されている。副空気圧ピストン６と油圧側カバー３との間は戻し空気圧室１１となる。

可動インナーチューブ４は、主空気圧ピストン５及び副空気圧ピストン６と一体に摺動するが、この可動インナーチューブ４に対して、その中に位置する隔壁９は油圧チューブ７に固定されているので、可動インナーチューブ４内は隔壁９により２室に仕切られる。その一方である隔壁９と副空気圧ピストン６との間は副空気圧室１２となり、他方である隔壁９と主空気圧ピストン５との間は開放室１３となる。

空気圧側カバー２には、主空気圧室１０内へ空気圧を供給する空気圧供給ポート１４と、開放室１３内を排気（大気開放）するための排気ポート１５とが設けられている。開放室１３は、増圧ロッド８を経由する次のような排気通路により排気ポート１５に連通されている。すなわち、増圧ロッド８には、軸方向とは直交する方向に延びて開放室１３に開口する排気孔１６と、増圧ロッド８の軸線に沿って延びる排気孔１７とが設けられ、また、空気圧側カバー２の中央には排気管１８が植設され、この排気管１８は、主空気圧ピストン５の中心部に嵌め込まれたスラスト軸受１９を貫通して、増圧ロッド８の排気孔１７中に突入している。スラスト軸受１９には、排気管１８との間をシールするためのパッキンが組み込まれている。

従って、開放室１３は、主空気圧ピストン５と可動インナーチューブ４と増圧ロッド８とが一体に摺動しても、排気孔１６・１７から排気管１８中を通じて排気孔１７へ至る排気通路により、常に大気開放される。

可動インナーチューブ４には、副空気圧室１２を主空気圧室１０と連通させる空気圧通路４ａが、可動インナーチューブ４に溝又は孔を設けることにより形成され、主空気圧室１０に空気圧を供給すると、副空気圧室１２にも同じ空気圧が供給される。

油圧側カバー３には、油圧チューブ７内である油圧室２０に連通する油圧出力ポート２１が中央に設けられているとともに、戻し空気圧室１１に連通する戻し空気圧ポート２２が設けられている。この戻し空気圧ポート２２は排気ポートも兼ねる。さらに、油圧側カバー３には、油圧出力ポート２１から油タンクＣ内へ連通する油通路２３が形成され、この油通路２３から油タンクＣへ入る直前に、図２に示すように制御弁２４が内蔵されている。この制御弁２４は、図３に回路図で示すように、戻し空気圧ポート２２に供給される戻し空気圧をパイロット圧として自動的に切り換えられ、油通路２３を開通させる。

なお、図１における符号２５は、主空気圧ピストン５のストロークエンドでの衝撃を緩和する環状のクッションパッドである。

図４及び図５は、図１に示した構造を簡略化して示したもので、これらの図を参照して本実施例の動作を説明する。

図４に示すように、主空気圧ピストン５が空気圧側カバー２に達している状態から、空気圧供給ポート１４に空気圧を供給すると、その空気圧が主空気圧室１０に導入されるとともに、可動インナーチューブ４に形成されている空気圧通路４ａを通じて副空気圧室１２にも導入され、主空気圧ピストン５に加えて副空気圧ピストン６にも空気圧が作用する。

図５に空気圧と油圧とを異なるハッチングパターンで示すように、これら主空気圧ピストン５及び副空気圧ピストン６に作用する空気圧により、これらと共に可動インナーチューブ４及び増圧ロッド８が油圧側カバー３方向へ摺動し、増圧ロッド８が油圧チューブ７中に進行していくことにより、油圧室２０内の油が油圧出力ポート２１から増圧された油圧となって出力される。

このとき、開放室１３内の空気は、排気孔１６・１７から排気管１８中を通じて排気孔１７へ至る排気通路により排気され、戻し空気圧室１１内の空気は戻し空気圧ポート２２から排気される。

油圧出力後、元に戻すには、戻し空気圧ポート２２から戻し空気圧室１１内に戻し用空気圧を供給し、その空気圧を副空気圧ピストン６に対し上記とは逆向き作用させる。このとき、戻し用空気圧の流速を、図３の回路図に示すように、公知のスピードコントローラ２６を用いてメータイン制御で可変することにより、戻し速度を調整することができる。また、戻し空気圧により制御弁２４を切り換えて、油圧出力ポート２１と油タンクＣとの間を開通させることができるので、油量変動が生じたときの作動油調整を戻し時に自動的に行うことできる。戻し空気圧の流速をメータアウト制御で可変する場合は、スピードコントローラ２６を空気圧供給ポート１４に取り付けてもよい。

なお、上記の実施例では、副空気圧室１２を主空気圧室１０と連通させる空気圧通路４ａを可動インナーチューブ４に設けたが、アウターチューブ１に設けることもできる（例えば孔を設ける）。

本発明の実施例である空油変換増圧器の断面図である。 その油圧出力側の側面図である。 空気圧・油圧回路図である。 簡略化した断面図である。 空気圧と油圧とを異なるハッチングパターンで示した断面図である。

符号の説明

Ａ 空気圧シリンダ
Ｂ 油圧シリンダ
Ｃ 油タンク
１ アウターチューブ
２ 空気圧側カバー
３ 油圧側カバー
３ａ 凹部
４ 可動インナーチューブ
４ａ 空気圧通路
５ 主空気圧ピストン
５ａ ウェアリング
６ 副空気圧ピストン
６ａ・６ｂ パッキン
７ 油圧チューブ
７ａ パッキン
８ 増圧ロッド
９ａ パッキン
９ 隔壁
９ａ パッキン
１０ 主空気圧室
１１ 戻し空気圧室
１２ 副空気圧室
１３ 開放室
１４ 空気圧供給ポート
１５ 排気ポート
１６・１７ 排気孔
１８ 排気管
１９ スラスト軸受
２０ 油圧室
２１ 油圧出力ポート
２２ 戻し空気圧ポート
２３ 油通路
２４ 制御弁
２５ クッションパッド
２６ スピードコントローラ

Claims (5)

1. 空気圧シリンダ内に油圧シリンダを組み込み、空気圧により増圧して油圧に変換する空油変換増圧器において、
   （１）前記空気圧シリンダは、そのアウターチューブの両端を空気圧側カバーと油圧側カバーとで閉じられ、
   （２）前記油圧シリンダは、前記アウターチューブよりも小さい油圧チューブを、アウターチューブの油圧側カバーに保持してアウターチューブ内の片側に設置され、
   （３）主空気圧ピストンと副空気圧ピストンとが、可動インナーチューブで連結されて可動インナーチューブと共にアウターチューブ内に摺動自在に嵌装され、
   （４）前記可動インナーチューブ内に位置してその内部を仕切る隔壁が前記油圧チューブに固定されて、可動インナーチューブ内が、この隔壁により、前記主空気圧ピストンとの間に形成される開放室と、副空気圧ピストンとの間に形成される副空気圧室とに仕切られ、
   （５）前記主空気圧ピストンには、前記油圧チューブ内に摺動自在に突入する増圧ロッドが突設されており、
   （６）アウターチューブの空気圧側カバーと主空気圧ピストンとの間に形成される主空気圧室、及び、可動インナーチューブ内で隔壁と副空気圧ピストンとの間に形成される副空気圧室に空気圧を同時に供給して、これら主空気圧ピストン及び副空気圧ピストンを油圧側カバー方向へ摺動させ、増圧ロッドを油圧チューブ内に突入させていくことにより、油圧側カバーの油圧出力ポートから増圧された油圧を出力でき、
   （７）副空気圧ピストンと油圧側カバーとの間に形成される戻し空気圧室に空気圧を供給することにより、副空気圧ピストンと共に可動インナーチューブ及び主空気圧ピストン並びに増圧ロッドを空気圧側カバー方向へ摺動させることができるようになっていることを特徴とする空油変換増圧器。
2. 副空気圧室を主空気圧室と連通させる空気圧通路が、可動インナーチューブとアウターチューブのいずれかに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の空油変換増圧器。
3. 可動インナーチューブ内で隔壁と主空気圧ピストンとの間に形成される開放室が、増圧ロッドに形成された排気通路を通じて、空気圧側カバーに設けられた排気ポートと連通していることを特徴とする請求項１又は２に記載の空油変換増圧器。
4. 排気通路が、開放室に連通させて増圧ロッドに設けられた排気孔と、この排気孔に主空気圧ピストンを貫通して突入するように空気圧側カバーに突設された排気管とで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の空油変換増圧器。
5. 空気圧シリンダの外側に、油圧側カバーに設けられた油圧出力ポートと連通する油タンクを設置し、これら油圧出力ポートと油タンクとの間に、戻し空気圧室に供給する空気圧により開放される制御弁を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の空油変換増圧器。

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