JP2674919B2 - 高速エアーシリンダー装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ストロークの任意位置
で出力を変動させることができる高速エアーシリンダー
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の高速シリンダー装置は、たとえば
「塑性と加工」Vol １、No１(1960)の第51頁〜第54頁に
開示されており、この高速シリンダー装置は図６に示す
ように、シリンダー本体８１内にオリフィス板８２を介
して低圧室８３と高圧室８４を設け、低圧室８３側に出
力ロッド８５が接続されたピストン８６の高圧室８４側
の面に、オリフィス板８２のオリフィス孔８２ａの外周
部に当接するリングシール８７を設けるとともに、オリ
フィス板８２にオリフィス孔８２ａの外周でリングシー
ル８７の当接部外側に開口する起動用ノズル孔８８を形
成したものである。

【０００３】上記構成において、ピストン８６の上死点
Ｈ位置でリングシール８７がオリフィス板８２に当接す
る状態では、低圧室８３の流体圧によりピストン８６に
作用する圧力Ｐ₁ と、高圧室８４の流体圧によりオリフ
ィス孔８２ａを介してピストン８６に作用する圧力Ｐ₂
とが釣り合っている。この状態で起動用ノズル孔８８か
ら流体を供給してピストン８６を下死点Ｌ側に僅かに移
動させることにより、高圧室８４の流体により圧力を受
けるピストン８６の受圧面積が一気に増大し、ピストン
８６を高速高出力で下死点Ｌ側に駆動させることができ
るものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】たとえばプレスなどの
塑性加工を行う場合、加工刃物の駆動ストローク中に高
速高出力の加工を必要とする区間は限られており、全駆
動ストロークを高速高出力とする必要はなく、また全駆
動ストロークを高速高出力とすると、その緩衝機構の能
力を大幅に増大させる必要がある。ところで、上記高速
シリンダー装置は、低速駆動中に高速駆動に切り換えた
り、下死点手前で高速駆動から低速駆動に切り換えて加
工刃物の衝撃を緩衝したりすることができない構造で、
高速と低速、高出力と低出力の切り換えや制御が必要な
駆動機構に組み込むのは困難であった。

【０００５】本発明は、上記問題点を解決して、ストロ
ークの任意位置で出力ロッドの移動速度および出力を変
動させることができ、その変動位置の設定変更も容易に
行え、しかも全体をコンパクトにできる高速エアーシリ
ンダー装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の高速エアーシリンダー装置は、シリンダケ
ーシング内にスライド自在に配置されたピストンにより
区画される第１空気圧室と第２空気圧室を設け、前記ピ
ストンに第１空気圧室側に突出する出力ロッドと第２空
気圧室側に突出する制御ロッドとを相対方向に設け、第
２空気圧室側に、制御ロッドがシール材を介して挿通す
る弁孔が形成された弁板を介して高圧室を設け、前記制
御ロッドの所定位置に、前記弁孔内に第２空気圧室と高
圧室とを連通する流入空間を形成する小径部を設け、前
記シリンダケーシングの周囲に、高圧室内に高圧空気を
供給する空気増圧機を一体的に設けたものである。

【作用】上記構成において、ピストンを上死点から下死
点側に駆動して出力ロッドを突出移動させる場合、空気
増圧機を作動して高圧室に高圧の空気を送り込むととも
に、第２空気圧室に第１空気圧室のピストン駆動力より
大きい駆動力が得られる圧縮空気を供給する。これによ
り、ピストンが第１空気圧室側に移動されて第１空気圧
室の空気が排出され出力ロッドが突出移動される。そし
て、弁孔位置に制御ロッドの小径部が差し掛かると、小
径部と弁孔の間に流入空間が形成され、この流入空間を
介して高圧室の高圧空気が第２空気圧室に流入してピス
トンを駆動し出力ロッドを高速高出力で突出移動する。
さらに、小径部が弁孔を通り過ぎて流入空間が閉止され
第２空気圧室への高圧空気の供給が停止されると、出力
ロッドの移動速度および出力が低下され、そしてピスト
ンが下死点で停止される。下死点からの後退移動は、空
気増圧機を停止して第２空気圧室の空気圧を第１空気圧
室より減圧することにより、ピストンを上死点に復帰さ
せることができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明に係る高速シリンダー装置の一
実施例を図１に基づいて説明する。

【０００８】１は内シリンダケーシング２内にスライド
自在に配置されたピストンで、第１空気圧室３と第２空
気圧室４とを区画している。このピストン１には第１空
気圧室３側に出力ロッド５が設けられるとともに、第２
空気圧室４側に制御ロッド６がシリンダー軸心上に相対
方向に設けられている。前記内シリンダケーシング２内
で第２空気圧室４の端部には弁板７を介して高圧室８が
形成されており、前記制御ロッド６は、弁板７に形成さ
れた弁孔９にシール材１０を介して摺動自在に貫通され
ている。前記制御ロッド６には所定位置に長さＬの小径
部１１が形成され、この小径部１１により弁孔９との間
に第２空気圧室４と高圧室８とを連通する流入空間１２
を形成して、高圧室８内の高圧空気を第２空気圧室４に
送り込むことができるように構成されている。

【０００９】第１空気圧室３側の端板１３には、出力ロ
ッド５のガイド孔１４と、第１空気圧室３内に圧縮空気
を給排出する第１空気口１５が形成されている。また高
圧室８側の端板１６には、制御ロッド６のガイド孔１７
が形成されるとともに、ガイド孔１７の外面に制御ロッ
ド６を覆うロッドカバー１８が設けられ、このロッドカ
バー１８の端部に、制御ロッド６の先端面までの距離を
検出してピストン１の移動限を検知する位置センサー１
９が取り付けられている。この位置センサー１９の検出
信号はシリンダー制御装置２２に入力される。また前記
端板１６には、第２空気圧室４内に作動用空気を給排出
する第２空気口２０が形成され、この第２空気口２０
は、高圧室８を通って弁板７に貫設された空気管２１に
より第２空気圧室４に接続されている。

【００１０】内シリンダケーシング２に外嵌された外シ
リンダケーシング３０には、高圧室８に高圧空気を供給
するための空気増圧機３１が８〜１６個周方向一定間隔
毎に配設されており、この空気増圧機３１は、第１空気
圧室３側に配置された増圧部３２と高圧室８側に配置さ
れた高圧空気貯留室３３とで構成されている。前記増圧
部３２は、シリンダー軸心方向に形成された増圧用シリ
ンダー室３４に増圧用ピストン３５がスライド自在に嵌
合され、増圧用シリンダー室３４と高圧空気貯留室３３
との間に形成された増圧通路３６に、増圧用ピストン３
５に連結された増圧用ロッド３７が摺動自在に嵌合され
るとともに、高圧空気貯留室３３側にのみ流入を許す第
１逆止弁３８が設けられている。また、前記増圧用シリ
ンダー室３４の戻り室３４ａには増圧用ピストン３５を
後退させる復帰用ばね３９が増圧用ロッド３７に外嵌し
て介装され、増圧用シリンダー室３４の圧縮室３４ｂに
は、増圧用ロッド３７を駆動するための作動用空気を給
排出する第３空気口４０が形成されている。さらに、増
圧通路３６に増圧用空気を供給する第４空気口４１に
は、増圧通路３６側にのみ流入を許す第２逆止弁４２が
介在されている。したがって、圧縮室３４ｂに作動用空
気の供給排出を繰り返すことにより、増圧用ロッド３７
を往復移動させて第４空気口４１からの増圧用空気を吸
引圧縮し、高圧空気貯留室３３に送り込むことができ
る。

【００１１】前記増圧部３２の第３空気口４０と第４空
気口４１には、それぞれ第１低圧空気管５１と第２低圧
空気管５２が接続され、第１低圧空気管５１および第２
低圧空気管５２は、低圧空気供給管５３を介して第１低
圧アキュムレーター５６に接続されており、この第１低
圧アキュムレーター５６にはコンプレッサー５４により
第１減圧弁５５を介して圧縮空気が供給されている。そ
して、第１低圧空気管５１には、第１低圧アキュムレー
ター５６側から順に、空気増圧機３１を起動停止するた
めの開閉弁５７と、増圧用ピストン３５を往復移動させ
る第１切換弁５８とが介在されている。したがって、シ
リンダー制御装置２２の信号により開閉弁５７を開状態
とし、第１切換弁５８をＩ位置にして第１低圧空気管５
１を連通することにより、第１低圧アキュムレーター５
６の圧縮空気を作動用空気として増圧用シリンダー室３
４の圧縮室３４ａに供給し、第１切換弁５８をII位置に
して圧縮室３４ｂ側の第１低圧空気管５１を開放するこ
とにより、圧縮室３４ａの作動用空気を消音器５９を介
して外部に排出し、復帰用ばね３９により増圧用ピスト
ン３５および増圧用ロッド３７を後退させて、第２低圧
空気管５２から第２逆止弁４２を介して増圧通路３６に
増圧用空気を吸引することができる。

【００１２】前記高圧空気貯留室３３には、高圧室８に
連通する高圧空気供給孔６１が形成されるとともに、高
圧空気管６２が接続される第５空気口６３が形成されて
いる。この高圧空気管６２は高圧アキュムレーター６４
に接続され、高圧空気貯留室３３の高圧空気を高圧アキ
ュムレーター６４に蓄えたり、反対に高圧アキュムレー
ター６４から高圧空気貯留室３３に供給することができ
る。すなわち、この高圧空気管６２には、高圧空気貯留
室３３と高圧アキュムレーター６４とを連通するＩ位置
と、高圧空気貯留室３３の高圧空気を消音器６５を介し
て外部に排出するII位置との間で切り換え可能な第２切
換弁６６が介在されるとともに、この第２切換弁６６と
高圧空気貯留室３３の間の高圧空気管６２に、第２減圧
弁６７および絞り弁６８を介して第２空気口２０に接続
された分岐管６９が設けられている。

【００１３】したがって、位置センサー１９の上死点Ｈ
の検出信号に基づいてシリンダー制御装置２２により第
１切換弁５８をＩ位置に切り換えることにより、高圧ア
キュムレーター６４の高圧空気を高圧空気貯留室３３に
供給するとともに、第２空気圧室４に駆動用空気を供給
することができ、また位置センサー１９の下死点Ｌの検
出信号に基づいてシリンダー制御装置２２により第２切
換弁６６をII位置に切り換えることにより、第２空気圧
室４の駆動用空気および高圧室８ならびに高圧空気貯留
室３３の高圧空気を排出することができる。

【００１４】前記第１空気圧室３の第１空気口１５には
低圧空気供給管５３に連通される低圧連通管７１が接続
され、この低圧連通管７１には第１空気圧室３側にのみ
流入を許す第３逆止弁７２が介在されている。そして、
第３逆止弁７２と第１空気圧室３の間の低圧連通管７１
は、第３減圧弁７３が介在されたパイパス管７４を介し
て高圧空気管６２に接続され、高圧空気管６２側の余剰
高圧空気を低圧連通管７１側に供給可能に構成されてお
り、また低圧連通管７１とパイパス管７４の接続部に
は、低圧連通管７１の空気圧を蓄圧する第２低圧アキュ
ムレーター７５が設けられている。７６はこの低圧連通
管７１に設けられた安全弁である。

【００１５】上記構成における作用を説明する。 （１）図２に示すように、ピストン１が上死点Ｈにあ
り、これを位置センサー１９が制御ロッド６を介して検
出すると、シリンダー制御装置２２から開閉弁５７に開
信号が出力されて第１低圧空気管５１に作動用空気が供
給されるとともに、第１切換弁５８に作動信号が出力さ
れて空気増圧機３１が起動され、第１切換弁５８の切り
換えを繰り返して第２低圧空気管５２の空気を増圧用ロ
ッド３７により圧縮し高圧空気貯留室３３に送り込む。

【００１６】（２）さらに、シリンダー制御装置２２か
ら第２切換弁６６に信号が出力されてＩ位置に切り換え
られると、高圧空気管６２が連通されて高圧アキュムレ
ーター６４の高圧空気が高圧空気貯留室３３および高圧
室８に供給されるとともに、分岐管６９を介して第２空
気圧室４に駆動用空気が供給される。これにより、第２
空気圧室４の圧力Ｐ₂ を第１空気圧室３の圧力Ｐ₁ より
大きくしてピストン１を下死点Ｌ側に移動させ、出力ロ
ッド５を突出移動させる。

【００１７】（３）図３に示すように、制御ロッド６の
小径部１１が弁板７の弁孔９に達すると、流入空間１２
が形成されて高圧室８の高圧空気が第２空気圧室４に導
入され、ピストン１がこの高圧空気に作用されて出力ロ
ッド５が高速高出力で下死点Ｌ側に突出移動される。こ
の高速高出力の出力ロッド５の移動は、小径部１１の長
さＬに相当するＬ′の区間続行される。

【００１８】（４）図４に示すように、ピストン１が下
死点Ｌとなる手前位置で、制御ロッド６の小径部１１が
弁孔９を通り過ぎると、流入空間１２が閉止されて高圧
室８側から第２空気圧室への高圧空気の流入が停止さ
れ、出力ロッド５の速度と出力を低下される。

【００１９】（５）図５に示すように、ピストン１が下
死点Ｌとなると、これを制御ロッド６を介して位置セン
サー１９で検出し、この検出信号に基づき、シリンダー
制御装置２２から開閉弁５７に閉信号が出力されて第１
低圧空気管５１への作動用空気の供給が停止されるとと
もに、第１切換弁５８に停止信号が出力されて空気増圧
機３１が停止される。同時に、シリンダー制御装置２２
から第２切換弁６６に信号が出力されてII位置に切り換
えられ、高圧室８側の高圧空気管６２を外部に開放して
第２空気圧室４および高圧室８ならびに高圧空気貯留室
３３内の高圧空気を排出する。これにより、第１空気圧
室３の圧力Ｐ₁ が第２空気圧室４の圧力Ｐ₂ より大きく
なり、ピストン１が上死点Ｈまで移動されて出力ロッド
５が復帰される。

【００２０】上記実施例によれば、出力ロッド５の全移
動ストロークＳの内、制御ロッド６の小径部１１が弁孔
９の対応する区間Ｌ′のみ高圧室８の高圧空気を第２空
気圧室４に供給して、ピストン１を高速高出力で駆動し
出力ロッド５を突出移動させることができるので、プレ
ス機や杭打ち機、切断機など、特定の位置で高速度や高
出力を必要とする工具や装置の駆動機構に適用すること
ができ、効率のよい駆動を行うことができる。しかも、
制御ロッド６の小径部１１の位置等を設計変更するだけ
で、シリンダー装置の出力状態を容易に変化させること
ができ、全ての装置に容易に適用することができる。ま
た、シリンダー装置の駆動源を圧縮空気のみとしたの
で、設備を単純化することができるとともに、空気増圧
機３１を外シリンダケーシング３０内に設けて内シリン
ダケーシング２と一体化したので、別に高出力駆動用の
高圧空気を得るための装置も不要で、全体をコンパクト
化することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上に述べたごとく本発明の高速エアー
シリンダー装置によれば、ピストン駆動中に弁孔に制御
ロッドの小径部を通過させて流入空間を形成し、この流
入空間を介して高圧室の高圧空気を第２空気圧室に供給
することにより、制御ロッドの小径部形成位置でピスト
ンおよび出力ロッドを高速高出力で駆動することができ
る。したがって、全ストローク中に必要な区間のみ高速
高出力の駆動力が得られ、プレス機などの加工機械、作
業機械など所定位置にのみ高い速度や高出力が必要な駆
動機構の駆動装置として極めて有効に利用することがで
きる。また、空気増圧機をシリンダーと一体的に設けた
ので、高出力を得る駆動源を同一ケーシング内で作りだ
すことができ、全体をコンパクトにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る複動式高速シリンダー装置の一実
施例を示す構成図である。

【図２】同シリンダー装置の作用説明図である。

【図３】同シリンダー装置の作用説明図である。

【図４】同シリンダー装置の作用説明図である。

【図５】同シリンダー装置の作用説明図である。

【図６】従来の高速シリンダーの作用説明図である。

【符号の説明】

１ ピストン ２ 内シリンダケーシング ３ 第１空気圧室 ４ 第２空気圧室 ５ 出力ロッド ６ 制御ロッド ７ 弁板 ８ 高圧室 ９ 弁孔 10 シール材 11 小径部 12 流入空間 19 位置センサー 22 シリンダー制御装置 30 外シリンダケーシング 31 空気増圧機 32 増圧部 33 高圧空気貯留部 34 増圧用シリンダー室 36 増圧通路 37 増圧用ロッド 51 第１低圧空気管 52 第２低圧空気管 54 コンプレッサー 58 第１切換弁 62 高圧空気管 64 高圧アキュムレーター 66 第２切換弁 67 第２減圧弁 69 分岐管 71 低圧連通管

フロントページの続き (72)発明者 酒井 良仁 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 斎藤 年正 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 古川 哲郎 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28 号 日立造船株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−82011（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−62682（ＪＰ，Ａ) 実公 昭45−2341（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダケーシング内にスライド自在に
   配置されたピストンにより区画される第１空気圧室と第
   ２空気圧室を設け、前記ピストンに第１空気圧室側に突
   出する出力ロッドと第２空気圧室側に突出する制御ロッ
   ドとを相対方向に設け、第２空気圧室の端部に、制御ロ
   ッドがシール材を介して挿通する弁孔が形成された弁板
   を介して高圧室を設け、前記制御ロッドの所定位置に、
   前記弁孔内に第２空気圧室と高圧室とを連通する流入空
   間を形成する小径部を設け、前記シリンダケーシングの
   周囲に、高圧室内に高圧空気を供給する空気増圧機を一
   体的に設けたことを特徴とする高速エアーシリンダー装
   置。