JP2021127830A - エアシリンダー加速器 - Google Patents

Abstract

【課題】エアシリンダー加速器を提供する。
【解決手段】エアシリンダー加速器１００はシリンダー体１０、開閉弁２０、エアシリンダー３０を有し、シリンダー体１０内にピストン室１１とアキュムレーター１２を有し、開閉弁２０は弁シート２１をシリンダー体１０に設置し、ピストン室１１とアキュムレーター１２の間を隔て、制御部材を弁シート２１中に設置し、ピストン室１１とアキュムレーター１２が相互に通じるか、相互に通じないかを切り換え、エアシリンダー３０はピストン部３１を有し、ピストン室１１中に設置され、棒部３２はシリンダー体１０外に伸び出し、通路２１１が制御部材により開かれ、ピストン室１１とアキュムレーター１２が相互に通じない状態から相互に通じる状態へと切り換えられた瞬間、ピストン部３１は所定の圧力により迅速に押し動かされ、棒部３２をピストン室１１外へ迅速に押し出す効果を達成する。
【選択図】図３

Description

本発明はエアシリンダー加速器に関し、特にエアシリンダーに応用し運動を加速する機構に関する。

従来の自動加工機は、フライス、ドリル、ボーリング等の異なる加工ニーズに対応するため、しばしば加工主軸を組合せ、カッティングツールマガジンを設置する。
カッティングツールマガジンに、異なる加工形態のカッティングツールを設置し、カッティングツール交換機構が、加工主軸上で異なる形態のカッティングツールに交換することで、最適な加工効率を実現する。
加工主軸に設置されるカッティングツールを交換する際には、カッターアームが作動することで、加工主軸上のカッティングツールを先に挟持し、次にエアシリンダーが倍力機構に対応し、アンクランピング動作を行い、これによりカッティングツールを加工主軸から離脱させ、こうしてカッターアームはカッティングツールを離し交換される。

特許文献１に開示する倍力式のアンクランピングシリンダーは、従来のアンクランピングシリンダーの、アンクランピング時の力不足という問題を主に解決するもので、第一作動シリンダーユニット、第二作動シリンダーユニット、アンクランピングユニットを有する。
第一切換器と第二切換器の切り換え選択により、第一気圧源と第二気圧源は、アンクランピングシリンダーに進気或いは排気を同時に提供できる。
こうして、下圧の力を倍加する方式で、アンクランピングシリンダーのアンクランピング執行を加速することができる。

しかし、アンクランピング動作を加速するため、従来のアンクランピングシリンダーは、２組の作動シリンダーユニットを有し、しかも２組の切換器と２個の気圧源を対応させる必要がある。
これにより、アンクランピングシリンダーは、必然的に構成部材が複雑になり、簡素化できないという問題を抱えている。
また構成部材が多いため、構成部材のコストが高止まりし、しかも空圧ソースの圧力が不安定なため、圧力が不足すると、アンクランピングシリンダーがアンクランピング動作を確実に執行できないという状況も発生する。

台湾特許出願公開第４４１５４０号公報

前記先行技術には、アンクランピング動作を加速するため、構成部材が複雑になり簡素化できず、また構成部材が多いためコストが高止まりし、しかも空圧ソースの圧力が不安定なため圧力が不足すると、アンクランピングシリンダーがアンクランピング動作を確実に執行できない状況が発生するという欠点がある。

本発明はシリンダー体がアキュムレーターを有する設計を利用し、しかも制御部材によりアキュムレーターとピストン室の間が相互に通じるか、相互に通じないかを切り換え、アキュムレーター中に圧力源が通し入れられ所定の圧力まで蓄積されると、アキュムレーターとピストン室の間が相互に通じるように制御部材により切り換え、瞬間的に所定の圧力によりエアシリンダーを迅速に押し動かすエアシリンダー加速器に関する。

本発明によるエアシリンダー加速器は、シリンダー体、開閉弁、制御部材、エアシリンダーを有する。
シリンダー体は、ピストン室とアキュムレーターを有する。
開閉弁は、弁シートを有し、該シリンダー体に設置され、しかも該ピストン室と該アキュムレーターの間を隔て、該弁シートは、通路を有する。
制御部材は、該弁シート中に設置され、該通路を開閉し、該ピストン室と該アキュムレーターが相互に通じるか、或いは相互に通じないかを切り換える。
エアシリンダーは、ピストン部を有し、該ピストン室中に設置され、しかも棒部を有し、該ピストン部の片側から該シリンダー体外へと伸び出す。
該通路が該制御部材により閉鎖され、しかも該ピストン室と該アキュムレーターが相互に通じない時、該アキュムレーター中に圧力源を通し入れ、所定の圧力まで蓄積する。
該通路が該制御部材により開かれ、しかも該ピストン室と該アキュムレーターが、相互に通じない状態から、相互に通じる状態へと切り換えられた瞬間、該ピストン部は、該所定の圧力により迅速に押し動かされ、該棒部は該ピストン室外へと迅速に押し出される。

シリンダー体はアキュムレーターを有し、圧力源を通し入れられ、圧力源は、アキュムレーター内で所定の圧力まで蓄えられ、予備とされる。
制御部材により、アキュムレーターとピストン室の間が相互に通じるよう切り換えられると、ピストン部は瞬間的に所定の圧力により迅速に押し動かされ、棒部はピストン室外へと迅速に押し出される。
言い換えれば、本発明のシリンダー体は、ピストン室を有する他に、別にアキュムレーターの構造を有し、制御部材の動作を対応させることで、棒部をピストン室外へと迅速に押し出す効果を達成でき、しかもアキュムレーターに所定の圧力まで既に蓄えられているため、外部の空圧ソースが持続的に提供されなくとも、アキュムレーターに蓄積された圧縮空気の圧力を利用して、棒部をピストン室外へと迅速に押し出す動作を完成でき、構成部材を簡素化し、しかも構成部材コストを引き下げる効果を達成できる。

本発明によるエアシリンダー加速器の立体外観図である。 本発明によるエアシリンダー加速器の別の視角からの立体外観図である。 本発明によるエアシリンダー加速器の断面構造図である。 図３の４-４位置でカットした断面構造図である。 本発明によるエアシリンダー加速器の局部の断面立体図であり、該局部の断面は２個の連通孔の構造を示す。 本発明によるエアシリンダー加速器の回路図であり、図中のピストン室とアキュムレーターは相互に通じず、しかもエアシリンダーの棒部は収縮してピストン室に戻る様子を示す。 図６の回路図中のピストン室とアキュムレーターは相互に通じ、しかもエアシリンダーの棒部がピストン室から伸び出した様子を示す。 本発明によるエアシリンダー加速器の局部断面立体拡大図であり、図中のピストン室とアキュムレーターは相互に通じ、しかもアキュムレーター中の高圧気体が通路を通ってピストン室に進入する様子を示す。 本発明によるエアシリンダー加速器の局部断面平面拡大図であり、図中の高圧気体はピストン部を迅速に押し動かし、これにより棒部がピストン室から伸び出す様子を示す。

（一実施形態）
図１〜図９に示す通り、本発明の一実施形態によるエアシリンダー加速器１００は、本実施形態中ではアンクランピングシリンダーに応用されるが、これに限定されない。
本実施形態によるエアシリンダー加速器１００は、シリンダー体１０、開閉弁２０、エアシリンダー３０を有する。

シリンダー体１０は、ピストン室１１とアキュムレーター１２を有し、本実施形態のシリンダー体１０は円筒状を呈し、シリンダー体１０は、ピストン室１１の一端に、第一端キャップ１３を有し、しかもシリンダー体１０は、アキュムレーター１２の一端に、第二端キャップ１４を有する。
本実施形態の第一端キャップ１３は、矩形ブロックを呈し、しかも本実施形態の第二端キャップ１４もまた、矩形ブロックを呈し、第一端キャップ１３には、第一貫通孔１３１を有し、ピストン室１１へ連通する。

開閉弁２０は、弁シート２１を有し、弁シート２１は、シリンダー体１０に設置され、しかも弁シート２１の位置は、ピストン室１１とアキュムレーター１２の間にあり、弁シート２１は、通路２１１を有する。
本実施形態の弁シート２１中には、操作室２１２を設置し、操作室２１２の両端には、第一流道２１３と第二流道２１４を有する。
操作室２１２は、第一流道２１３と第二流道２１４により、弁シート２１外へとそれぞれ連通する（図１、４参照）。
本実施形態の弁シート２１は、矩形ブロックを呈し、弁シート２１は、第一流道２１３位置に、フランジブロック２１５を有し、フランジブロック２１５は、弁シート２１において突出する。
弁シート２１は本実施形態中では、２個の連通孔２１６を有し、２個の連通孔２１６は共に、アキュムレーター１２と相互に通じる（図５参照）。
連通孔２１６により、圧力源Ｐは、アキュムレーター１２中に通し入れられ、所定の圧力まで蓄積し、またアキュムレーター１２中の圧力をリリースする。
弁シート２１は、第二貫通孔２１７を有し、通路２１１に連通し、本実施形態の第二貫通孔２１７と操作室２１２は、通路２１１の両端にそれぞれ位置する。
第二貫通孔２１７と通路２１１は、相互に連通し、操作室２１２と通路２１１は、連通しない。

圧力源Ｐ（図６、７参照）とは、本発明中では、動力を提供可能な高圧流体を指す。
高圧流体は、例えば高圧気体（気圧）、或いは高圧液体（液圧）であるが、本実施形態中では、高圧気体を例とする。
この他、圧力源Ｐは、駆動部２２３を押すために用いられる他、他の構成部材の動力ソースとすることもできる。
例えば、アキュムレーター１２中に通し入れられ、所定の圧力まで蓄集される。

開閉弁２０は、制御部材を有する。
制御部材は弁シート２１中に設置され、制御部材により、通路２１１は開閉され、ピストン室１１とアキュムレーター１２が相互に通じるよう切り換え、或いはピストン室１１とアキュムレーター１２が相互に通じないよう切り換える。
本実施形態において、制御部材は、弁ステム２２で、弁ステム２２は、軸方向に移動できるように弁シート２１内に設置される。
しかも、弁ステム２２は、通路２１１を貫通する。
弁ステム２２は、小径セクション２２１を有し、小径セクション２２１は弁ステム２２本体の直径を縮小して形成され、小径セクション２２１の位置は、通路２１１に対応する。
弁ステム２２は、小径セクション２２１の一端に、前停止リング２２２を有する。
これにより、弁ステム２２は、弁シート２１内で軸方向に移動し、前停止リング２２２は、通路２１１中に進入し通路２１１を閉鎖し、或いは前停止リング２２２は、通路２１１中から退出し、小径セクション２２１により、通路２１１を開く。

本実施形態において、弁ステム２２の一端には、駆動部２２３を有する。
駆動部２２３は、操作室２１２中に収容して設置され、圧力源Ｐは、第一流道２１３から操作室２１２へと通し入れられ、駆動部２２３を押し動かし、これにより弁ステム２２は、軸方向に移動し、前停止リング２２２は、通路２１１を閉鎖する（図６参照）。
圧力源Ｐはまた、第二流道２１４から操作室２１２へと通し入れられ、これにより逆方向に駆動部２２３を押し動かし、弁ステム２２は軸方向に移動して、前停止リング２２２は通路２１１中から退出し、こうして通路２１１は開かれる（図７参照）。
この他、本実施形態の弁ステム２２は、小径セクション２２１の他端に後停止リング２２４をさらに有する。
弁ステム２２が軸方向に移動し、前停止リング２２２が通路２１１を閉鎖すると、通路２１１と第二貫通孔２１７は、相互に通じる。
この時、通路２１１は、第二貫通孔２１７を回流通路とすることで、排気が行われる（図３参照）。
また、弁ステム２２が軸方向に移動し、前停止リング２２２が、通路２１１中から退出し、これにより通路２１１が開かれると、後停止リング２２４は第二貫通孔２１７を閉鎖し、通路２１１と第二貫通孔２１７は相互に通じなくなる。
この時、通路２１１は、第二貫通孔２１７を経由して排気を行うことができない（図４参照）。

エアシリンダー３０は、ピストン部３１を有し、ピストン室１１中に設置される。
しかも、棒部３２を有し、ピストン部３１の片側からシリンダー体１０外へと伸び出す。
通路２１１が制御部材により閉鎖され、しかもピストン室１１とアキュムレーター１２が相互に通じない時、アキュムレーター１２中には、圧力源Ｐが通し入れられ、所定の圧力まで蓄積される。
通路２１１が制御部材により開かれ、しかもピストン室１１とアキュムレーター１２が、相互に通じない状態から、相互に通じる状態へと切り換えられた瞬間、ピストン部３１は、所定の圧力により迅速に押し動かされ、棒部３２は、ピストン室１１外へと迅速に押し出され、アンクランピングが行われる。
ここで言う所定の圧力とは、棒部３２を迅速にピストン室１１外へと押し出し、アンクランピングするのに十分な圧力で、一定の数値ではない。
所定の圧力は、実際のアンクランピング時のニーズに基づき決められる。

本実施形態において、第一流道２１３と第二流道２１４は、電磁弁にそれぞれ連接され、この電磁弁により、さらにアキュムレーター１２に連接される。
電磁弁は圧力源Ｐの第一流道２１３からの通し入れ、或いは第二流道２１４からの通し入れを主にコントロールする。
本実施形態中において、電磁弁は双方向電磁弁４０である（図６、７参照）。
本実施形態中では、特に、５ポート３ポジション電磁弁である。
本実施形態において、第一端キャップ１３に設置される第一貫通孔１３１はアキュムレーター１２に連通し、しかも第一貫通孔１３１とアキュムレーター１２の間には、シングル電磁弁５０を設置する（図６、７参照）。
本実施形態において、圧力源Ｐは、連通孔２１６に連接し、双方向電磁弁４０とシングル電磁弁５０は、もう一つの連通孔２１６にそれぞれ連接する（図６、７中での、双方向電磁弁４０とシングル電磁弁５０の異なる位置における連通孔２１６との連接は図示に過ぎず、実際には同一の連通孔２１６に連接される）。

双方向電磁弁４０の通電による励起により、圧力源Ｐは、第一流道２１３から操作室２１２へと通し入れられ、駆動部２２３を押し動かす（図６参照）。
こうして、弁ステム２２は軸方向に移動し、前停止リング２２２は通路２１１中に進入して通路２１１を閉鎖し（図３参照）、操作室２１２中の気体は、第二流道２１４から排出される。
この時、ピストン室１１中での棒部３２は収縮して戻った状態で、アキュムレーター１２中に通し入れられた圧力源Ｐは、所定の圧力まで蓄えられる。

アンクランピングを行う時には、図７に示す通り、双方向電磁弁４０の通電による逆励起により、圧力源Ｐは変わって、第二流道２１４から操作室２１２へ通し入れられ、逆方向に駆動部２２３を押し動かす。
操作室２１２中の気体はこの時、第一流道２１３から排出され、弁ステム２２は軸方向に移動し、前停止リング２２２は、通路２１１中から退出し、通路２１１が開かれる（図８、９参照）。
通路２１１が開かれ、しかもピストン室１１とアキュムレーター１２が相互に通じるよう切り換えられると、ピストン部３１は瞬間的に、所定の圧力により迅速に押し動かされ、棒部３２は、ピストン室１１外へと迅速に押し出され、アンクランピングが行われる。
棒部３２が、ピストン室１１外へと迅速に押し出され、アンクランピングが行われると同時に、シングル電磁弁５０により、圧力源Ｐと第一貫通孔１３１との間の導通をコントロールする。
棒部３２が、ピストン室１１外へと迅速に押し出され、アンクランピングが行われる時、回流通路を形成し、第一貫通孔１３１から排気動作が行われる。

棒部３２が、ピストン室１１外へと迅速に押し出され、アンクランピングが行われる前に、シングル電磁弁５０を通して圧力源Ｐと第一貫通孔１３１との間の先行導通をコントロールすることができる。
これにより、ピストン室１１は予め第一貫通孔１３１から排気動作を行い、棒部３２のピストン室１１からの押し出しをより効果的に加速できる。
この他、本実施形態はシングル電磁弁５０を独立設置し、排気動作をコントロールするが、本発明ではこれに限定するものではなく、開閉弁２０上に別に電磁弁を設置することもでき、これによっても同様にシングル電磁弁５０が排気動作をコントロールするような効果を達成することができる。

アンクランピング完了後、双方向電磁弁４０により前記のように、再び圧力源Ｐを、第一流道２１３から操作室２１２へと通し入れ、駆動部２２３を押し動かし、再び弁ステム２２を軸方向に移動させ、前停止リング２２２は再び通路２１１中に進入し通路２１１を閉鎖し（図３参照）、シングル電磁弁５０は逆方向に圧力源Ｐをピストン室１１へと通し入れ、ピストン部３１を押し動かし、これにより棒部３２は収縮してピストン室１１に戻り（図６参照）、しかも第二貫通孔２１７において回流通路を形成し、排気動作を行い、アンクランピング前の状態を回復する。

上述の説明により分かるように、本発明の特徴は以下の通りである。
シリンダー体１０がアキュムレーター１２を有する構造を通して、予め圧力源Ｐを通し入れ、アキュムレーター１２内で圧力源Ｐを所定の圧力まで蓄えることができる。
これにより、所定の圧力を、ピストン室１１から棒部３２を迅速に押し出す動力とする。
アンクランピングに応用する際に、加工主軸に設置されるカッティングツール（図示なし）を交換するには、制御部材（前記の弁ステム２２など）によりアキュムレーター１２とピストン室１１の間を相互に通じるよう切り換える。
この時、ピストン部３１は瞬間的に、所定の圧力により迅速に押し動かされ、棒部３２はピストン室１１から迅速に押し出され、アンクランピングが行われる。
本発明のシリンダー体１０は、ピストン室１１を有する他、アキュムレーター１２の構造を有するため、制御部材の動作を対応させて、棒部３２をピストン室１１から迅速に押し出す効果を達成できる。
これにより、２組の作動シリンダーユニットを有する必要があり、しかも２組の切換器及び２個の気圧源を対応させる必要がある従来のアンクランピングシリンダーに比べ、その構成部材を簡素化できることは明らかで、構成部材コストを引き下げる効果を達成することができる。
この他、シリンダー体１０のアキュムレーター１２は、予め圧力源Ｐを通し入れ、所定の圧力まで蓄えることができるため、外部の空圧ソースの故障或いは圧力不足により、十分な圧力を持続的に提供できない場合にも、アキュムレーター１２に既に蓄えられた圧縮空気の圧力を利用し、棒部３２を迅速にピストン室１１から押し出すことができ、アンクランピング動作に応用する際には、アンクランピング動作失効の問題の発生を回避できる。

前述した本発明の実施形態は本発明を限定するものではなく、よって、本発明により保護される範囲は後述される特許請求の範囲を基準とする。

１００ エアシリンダー加速器、
１０ シリンダー体、
１１ ピストン室、
１２ アキュムレーター、
１３ 第一端キャップ、
１３１ 第一貫通孔、
１４ 第二端キャップ、
２０ 開閉弁、
２１ 弁シート、
２１１ 通路、
２１２ 操作室、
２１３ 第一流道、
２１４ 第二流道、
２１５ フランジブロック、
２１６ 連通孔、
２１７ 第二貫通孔、
２２ 弁ステム、
２２１ 小径セクション、
２２２ 前停止リング、
２２３ 駆動部、
２２４ 後停止リング、
３０ エアシリンダー、
３１ ピストン部、
３２ 棒部、
４０ 双方向電磁弁、
５０ シングル電磁弁、
Ｐ 圧力源。

Claims (9)

1. エアシリンダー加速器であって、シリンダー体、開閉弁、エアシリンダーを有し、
   前記シリンダー体は、ピストン室とアキュムレーターを有し、
   前記開閉弁は、弁シートを有し、前記シリンダー体に設置され、しかも前記ピストン室と前記アキュムレーターの間を隔て、前記弁シートは、通路を有し、制御部材は、前記弁シート中に設置され、前記通路を開閉し、前記ピストン室と前記アキュムレーターが相互に通じるか、或いは相互に通じないかを切り換え、
   前記エアシリンダーは、ピストン部を有し、前記ピストン室中に設置され、しかも棒部を有し、前記ピストン部の片側から前記シリンダー体外へと伸び出し、前記通路が前記制御部材により閉鎖され、しかも前記ピストン室と前記アキュムレーターが相互に通じない時、前記アキュムレーター中に圧力源を通し入れ、所定の圧力まで蓄積し、前記通路が前記制御部材により開かれ、しかも前記ピストン室と前記アキュムレーターが、相互に通じない状態から、相互に通じる状態へと切り換えられた瞬間、前記ピストン部は、前記所定の圧力により迅速に押し動かされ、前記棒部は前記ピストン室外へと迅速に押し出される
   ことを特徴とする、
   エアシリンダー加速器。
2. 前記制御部材は、弁ステムで、
   前記弁ステムは、軸方向に移動できるように前記弁シート内に設置され、しかも前記通路を貫通し、前記弁ステムは、直径が縮小して形成される小径セクションを有し、前記小径セクションの位置は、前記通路に対応し、前記弁ステムは、前記小径セクションの一端に、前停止リングを有し、前記弁ステムは、前記弁シート内で軸方向に移動し、前記前停止リングは前記通路に進入し、前記通路を閉鎖し、或いは前記前停止リングは、前記通路中から退出し、前記小径セクションにより、前記通路は開かれる
   ことを特徴とする、
   請求項１に記載のエアシリンダー加速器。
3. 前記弁シート中には、操作室を設置し、
   前記操作室の両端には、第一流道と第二流道を有し、前記弁シート外へとそれぞれ連通し、前記弁ステムの一端には、駆動部を有し、前記操作室中に収容して設置され、
   前記圧力源は、前記第一流道から前記操作室へと通し入れられ、前記駆動部を押し、これにより前記弁ステムは軸方向に移動し、前記前停止リングは前記通路に進入し、前記通路を閉鎖し、前記圧力源は、前記第二流道から前記操作室へと通し入れられ、前記駆動部を逆方向に押し動かし、これにより前記弁ステムは軸方向に移動し、こうして前記前停止リングは、前記通路中から退出し、前記通路を開く
   ことを特徴とする、
   請求項２に記載のエアシリンダー加速器。
4. 前記第一流道と前記第二流道は、電磁弁にそれぞれ連接され、さらに前記アキュムレーターに連接され、前記電磁弁により前記圧力源をコントロールし、前記第一流道から通し入れ、或いは前記第二流道から通し入れる
   ことを特徴とする、
   請求項３に記載のエアシリンダー加速器。
5. 前記弁シートは、前記第一流道位置に、フランジブロックを有し、前記フランジブロックは、前記弁シートにおいて突出する
   ことを特徴とする、
   請求項３に記載のエアシリンダー加速器。
6. 前記シリンダー体は、前記ピストン室の一端に、第一端キャップを有し、しかも前記シリンダー体は、前記アキュムレーターの一端に、第二端キャップを有し、前記第一端キャップは、第一貫通孔を有し、前記ピストン室へ連通し、前記弁シートは第二貫通孔を有し、前記通路に連通する
   ことを特徴とする、
   請求項２に記載のエアシリンダー加速器。
7. 前記第一貫通孔は、前記アキュムレーターに連通し、しかも前記第一貫通孔と前記アキュムレーターの間には、シングル電磁弁を設置し、これにより前記圧力源と前記第一貫通孔との間の導通をコントロールし、こうして前記棒部が前記ピストン室外へと迅速に押し出される時に回流通路を形成し、或いは反対方向に前記圧力源を前記ピストン室に通し入れ、前記ピストン部を押し動かし、前記棒部は収縮して前記ピストン室に戻り、しかも前記第二貫通孔に回流通路を形成する
   ことを特徴とする、
   請求項６に記載のエアシリンダー加速器。
8. 前記弁ステムは、前記小径セクションの一端に後停止リングを有し、
   前記弁ステム軸は方向に移動し、前記前停止リングが前記通路を閉鎖する時、前記通路と前記第二貫通孔は相互に通じ、
   また、前記弁ステムが軸方向に移動し前記前停止リングが前記通路中から退出し前記通路を開く時、前記停止リングは前記第二貫通孔を閉鎖し、これにより前記通路と前記第二貫通孔とは相互に通じない
   ことを特徴とする、
   請求項７に記載のエアシリンダー加速器。
9. 前記弁シートは、前記アキュムレーターと相互に通じる連通孔を有し、前記連通孔により、前記圧力源は、前記所定の圧力まで、アキュムレーター中に通し入れられ、或いは前記アキュムレーター中の前記所定の圧力をリリースする
   ことを特徴とする、
   請求項１に記載のエアシリンダー加速器。

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