JP3683096B2 - 自動伸縮シリンダ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は自動的に伸縮動作を継続する油圧シリンダ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、油圧シリンダなどを一定の周期でもって伸縮動作させるには、例えば図6に示すような切換弁を利用している。
【0003】
油圧源1からの作動油を給排するための切換弁2が設けられ、この切換弁2によってシリンダ3の油室4Aと4Bに選択的に高圧が供給されると、油圧に応じてピストン5が移動する。切換弁2は例えば図示しない信号により一定の周期で切換作動し、一方の油室4Aに高圧を導入し、他方の油室4Bをタンク側に解放するという動作を反復、継続する。これによりシリンダ3は一定の周期で伸縮動作を繰り返す。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような装置では、次のような問題が生じるのが避けられない。
【0005】
▲1▼シリンダをフルストロークさせつつ往復運動させる場合、ピストンがストロークエンドでシリンダ端壁に衝突し、衝撃を発生する。
【0006】
▲2▼シリンダの往復周波数を高めていくと、シリンダ振幅が減少し、この場合には油漏れなどにより振幅中心が次第にずれていき、やがてはストロークエンドに達して伸びまたは縮み側に変位できなくなる。
【0007】
本発明は、油圧的な機構にのみによってある周期で往復運動することが可能な自動伸縮シリンダ装置を提供することにより、このような問題を解決することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、シリンダに摺動自由にピストンを収装し、その両側にロッド側油室とシリンダ側油室とをそれぞれ画成したシリンダ装置において、前記ピストンに左右の油室の連通を開閉する油圧切換弁を設け、この切換弁はピストンと平行に摺動するスプールを備え、このスプールの両端はシリンダ内壁と当接可能にピストン両面よりも突出させると共に、スプールには一方のロッド側油室と選択的に連通する第1のポートと、他方のシリンダ側油室と選択的に連通する第2のポートとを設け、かつスプール中立位置において第1のポートが一方の油室と遮断されるときに第2のポートが他方の油室とも遮断され、かつその位置からどちらかにでも変位したときには第1と第2のポートは互いに背反的にいずれかの油室と連通するように第1、第2のポート位置を設定し、また第1のポートは他方の油室とも常時連通すると共に、第2のポートはピストンに設けた低圧側のポートと常時連通させ、この低圧側のポートはピストン内部の通路を介して外部のタンク側と接続し、また前記ロッド側油室はポンプ側と接続する一方、前記スプールの一方のロッド側油室の受圧面積が他方のシリンダ側油室の受圧面積よりも小さく設定されていることを特徴とする。
【0009】
第2の発明は、第1の発明において、前記切換弁はスプールの内部にストッパが同軸的に摺動自由に貫通し、ストッパのシリンダ側油室の端部とスプールとが接触したときに両者の間に中間室が形成され、この中間室を前記第1のポートと連通させると共に、シリンダ側油室に対してストッパに設けた固定絞りを介して連通するように構成した。
【0010】
第3の発明は、第1または第2の発明において、前記ピストンに設けた低圧側のポートは、ピストン内部の内部室と連通し、シリンダに設けた筒部がピストン内部室に摺動自由に挿入され、筒部をシリンダに設けた通路を介して外部のタンク側と接続する。
【0011】
【発明の作用・効果】
第1の発明において、一方のロッド側油室に高圧が導入されると、反対側のシリンダ側油室は低圧に解放されているため、切換弁のスプールが押されて第1のポートが閉じ、ピストンは他方の油室に向けて移動する。移動端付近でスプールがシリンダ内壁に当接して停止するが、そのままピストンは移動し、スプールが中立位置を越えて切換わる。これにより、第1のポートを開くと共に、第2のポートが閉じて他方の圧力室を低圧側から遮断する。これにより一方の圧力室の高圧が、スプール内部を経由して他方の圧力室に導かれる。スプールは他方の圧力室側の受圧面積が大きいため、一方の圧力室側に押され、他方の圧力室に対する高圧の導入を維持し、このときピストンは、両側の油室が同一圧力になるが、その受圧面積差から、こんどは反対側に向けて移動する。
【0012】
ピストンの移動端付近でスプールの反対端がシリンダ内壁に当接して停止する共に、ピストンの移動でスプールが中立位置を越えて反対側に切換わる。これにより、再びピストンは反対方向へと移動する。このようにして連続的に往復運動を繰り返す。
【0013】
この場合、ピストンが移動するときには、スプールがシリンダ端壁に衝突した後は油室から作動油を排出させる第1または第2のポートの開口面積が徐々に絞られていくため、ピストンの移動速度がこれに応じて低下していき、特別なクッション機構を設けなくても、ピストンがシリンダ端壁に衝突することがなく、ピストンの向きが反転するときに衝撃が発生することがない。また、ピストンの移動速度は、導入する高圧の作動油流量に比例し、流量を増加させると速度が増加するが、ピストンの反転は常に同一位置で行われるため、流量の大小にかかわらずストローク量は一定となり、しかもその振幅中心も一定で、振幅中心がずれることもない。
【0014】
第2の発明では、ピストンがシリンダ側油室の移動限付近に達すると、ロッド側油室からの圧油が、ストッパとスプールとの間の中間室から固定絞りを介して流れ、これによって中間室とシリンダ側油室との間に順次圧力差を形成し、切換弁の反転切換をスムーズに行うことができる。
【0015】
第3の発明では、ピストンが往復運動しても、ピストンからシリンダへと低圧側を常時連通し、円滑な作動を保証することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の実施形態を示す。
【0017】
図において、10はシリンダ、11はこのシリンダ10に摺動自由に収装された片ロッド式のピストンであり、ピストン11の左右にロッド側の油室12と、シリンダ側の油室13が画成される。
【0018】
ピストン11の内部にはスプール型の油圧切換弁14が設けられ、この切換弁14はピストン11と平行に設けた途中で内径が変化する段付状の摺動孔16に段付状のスプール15が摺動自由に配置され、かつスプール15の軸心にはストッパ24が摺動自由に貫通し、ストッパ24の左右には、それぞれの膨径端部22と23が突出している。
【0019】
なおスプール15は油室13側の断面積A1が油室12側の断面積A2よりも大きくなっている。
【0020】
スプール15の周囲には互いに間隔をあけて、かつ所定の幅の環状ポート17と18が形成される。一方の環状ポート(第1ポート)17はスプール15の中心に設けた貫通孔19を介して反対側の油室13と常時連通する。この環状ポート17は、スプール15の右端に通孔22Aを介して油室12の高圧が作用すると、ストッパ24にスプール15の左端が当接するまで、図中左方向へ変位したときは、油室12との連通が遮断されるが、反対に油室13側のスプール15の左端のフランジ部15Aがピストン左端面に当接するまで右方向へ変位したときには油室12と連通する。
【0021】
これに対して、油室13側の環状ポート(第2ポート)18はピストン11の内部に形成した内部油室20とポート21を介して常時連通する。また環状ポート18はスプール15が上記と同じく左方向へ変位したときは油室13と連通するが、右方向へ変位したときは油室13との連通が遮断される。
【0022】
ただし、環状ポート17と18とは、スプール15が中立位置(図2の状態)にきたときには、両方がともに油室12と13に対して遮断され、この中立位置より僅かでも変位すると、どちらかが必ず一方の油室と連通する。
【0023】
スプール15の図中左端がストッパ24と密着したときに、これら間に形成される中間室25を油室13と連通するため、ストッパ24の膨径端部23に固定オリフィス(絞り)24Aが形成される。なお、中間室25は貫通孔19と常時連通する。
【0024】
前記内部油室20には、シリンダ10の端壁10Aからピストン11と同軸的に突出する筒部26が設けられ、この筒部26がピストン11の内部油室20に油密的に摺動自由に挿入される。筒部26はシリンダ10の一部に形成した排出通路28と接続し、この排出通路28を介して内部油室20が常時タンク27側に連通する。一方、前記油室12にはポンプポート29を介してポンプ30の吐出側と接続し、油室13に高圧を導入する。
【0025】
以上のように構成され、次に作用について図1並びに図2〜図4を参照しながら説明する。
【0026】
いま、図1の状態からピストン11の右側の油室12に高圧が導入されると、切換弁14のスプール15が押され、環状ポート17が油室12との連通を閉じ、このとき左側の油室13は環状ポート18を介して内部油室20と連通し、低圧となっているため、ピストン11が図中左方に移動を開始する。
【0027】
ピストン11の移動中は、切換弁14のスプール15は油室12の圧力に押されて図の状態にあり、環状ポート17と油室12は遮断している。
【0028】
ピストン11が左方に限度付近まで移動すると、図2のように、ストッパ24がシリンダ端壁に当たり、スプール15と共に右側に押し戻される。この途中で環状ポート18は閉じていき、切換弁14の中立位置を通過すると、環状ポート17は開いていく。
【0029】
すると、油室12の圧油が中間室25に流れ込み、中間室25の圧力が上昇していく。油室12の圧力の半分の圧力まで上昇したときに、スプール15の両端の圧力が均等となる。ただし、油室13は固定オリフィス24Aを介して中間室25と連通しているため、中間室25の圧力の方が高い。油室12と13の受圧面積にもよるが、油室13の受圧面積A1を、油室12の受圧面積A2の2倍以上とすると、油室12と13の圧力差でピストン11が左側に向けて働く力が大きい間は、ピストン11は左に移動する。
【0030】
これにより、切換弁14の環状ポート17はさらに大きく開き、中間室25の圧力がさらに上昇し、スプール15の左右の受圧面積の関係から、中間室25の圧力が油室12の圧力の半分以上に上昇すると、スプール15がピストン11と当接するまで右側に押される(図3参照)。
【0031】
このため、油室13に対して環状ポート18は完全に閉じ、かつ環状ポート17が油室12側に大きく開くので、油室12と13とが同圧となる。ピストン11は油室13側の受圧面積が大きいため、こんどはピストン11が反対方向に移動を開始する。
【0032】
そして、ピストン11が右方へと限界付近まで移動すると、ストッパ24の右端がシリンダ端壁に当たり、さらにピストン11が移動すると、ストッパ24と共にスプール15が反対に動き、切換弁14は図4のように環状ポート17を閉じていく。これにより油室13の圧力は低下していき、油室13の圧力が油室12の圧力の半分まで低下した時点で切換弁14の両端に働く力は釣り合う。しかし、ピストン11の受圧面積比は2倍を越えているため、まだピストン11は右側へと移動を継続する。
【0033】
そして、切換弁14が中立位置を過ぎ、環状ポート18が開くのにしたがって、油室13の圧力が油室12の圧力の半分よりも下がると、切換弁14が図1のように左側に切換わる。
【0034】
すると、最初の状態に戻り、油室13がタンク圧力とほぼ同圧となり、ピストン11は油室12の圧力により、左方への移動を開始する。
【0035】
このようして、以後、上記した動作が繰り返されるのであり、ピストン11は供給される作動油流量に応じた速度でもって所定の周期で往復運動する。
【0036】
ところで、この場合、例えばピストン11が左方へ移動するときには、図1において、切換弁15がシリンダ端壁に衝突するストロークL1までは高速で移動するが、その後は油室13から作動油を排出させる環状ポート18の開口面積がストロークL2まで徐々に絞られていくため、ピストン11の移動速度がこれに応じて低下していき、ストロークエンドに達するまでには、油室13の圧力が低圧から高圧に逆転するため、特別なクッション機構を設けなくても、ピストン11がシリンダ端壁に衝突することがなく、ピストン11の向きが反転するときに衝撃が発生することがない。同じことは、ピストン11が右方へ移動するときにも起き、ピストン11はストロークエンドに近づくにしたがって減速しながら方向を反転するのである。
【0037】
また、ピストン11の移動速度は、ポンプポート29から導入する作動油の流量に比例し、流量を増加させると速度が増加するが、ピストン11の移動方向の反転は常に同一位置で行われるため、流量の大小にかかわらずストローク量は一定となり、しかもその振幅中心も一定で、ずれることもない。
【0038】
なお、この場合、前記ストロークL1とL2の設定により、往復運動するピストンのストロークは自由に調整することができる。
【0039】
次に図5によって第2の実施形態について説明する。
【0040】
これはピストン11に一体的に筒部26Aを設け、これをシリンダ10の端壁の内部に形成した内部室20Aに摺動自由に挿入したものである。
【0041】
ピストン11と筒部26Aを一体的に機械加工することより、同心度の精度が高まり、シリンダ10側に同心的に内部室20Aを加工することで、筒部26Aと内部室20Aの摺動が円滑に行える。作用については、第1の実施形態と何ら変わるところはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図2】同じく作動状態を説明する断面図である。
【図3】同じく作動状態を説明する断面図である。
【図4】同じく作動状態を説明する断面図である。
【図5】他の実施形態を示す断面図である。
【図6】従来例の説明図である。
【符号の説明】
10 シリンダ
11 ピストン
12 油室
13 油室
14 切換弁
15 スプール
17 環状ポート(第1のポート)
18 環状ポート(第2のポート)
19 貫通孔
20 内部室
24 ストッパ
24B 固定オリフィス
25 中間室
Claims (3)
- シリンダに摺動自由にピストンを収装し、その両側にロッド側油室とシリンダ側油室とをそれぞれ画成したシリンダ装置において、
前記ピストンに左右の油室の連通を開閉する油圧切換弁を設け、この切換弁はピストンと平行に摺動するスプールを備え、このスプールの両端はシリンダ内壁と当接可能にピストン両面よりも突出させると共に、スプールには一方のロッド側油室と選択的に連通する第1のポートと、他方のシリンダ側油室と選択的に連通する第2のポートとを設け、かつスプール中立位置において第1のポートが一方の油室と遮断されるときに第2のポートが他方の油室とも遮断され、かつその位置からどちらかにでも変位したときには第1と第2のポートは互いに背反的にいずれかの油室と連通するように第1、第2のポート位置を設定し、また第1のポートは他方の油室とも常時連通すると共に、第2のポートはピストンに設けた低圧側のポートと常時連通させ、この低圧側のポートはピストン内部の通路を介して外部のタンク側と接続し、また前記一方のロッド側油室はポンプ側と接続する一方、前記スプールの一方のロッド側油室の受圧面積が他方のシリンダ側油室の受圧面積よりも小さく設定されていることを特徴とする自動伸縮シリンダ装置。 - 前記切換弁はスプールの内部にストッパが同軸的に摺動自由に貫通し、ストッパのシリンダ側油室の端部とピストンが接触したときに両者の間に中間室が形成され、この中間室を前記第1のポートと連通させると共に、ストッパに設けた固定絞りを介してシリンダ側油室と連通するように構成した請求項1に記載の自動伸縮シリンダ装置。
- 前記ピストンに設けた低圧側のポートは、ピストン内部の内部室と連通し、シリンダに設けた筒部がピストン内部室に摺動自由に挿入され、筒部をシリンダに設けた通路を介して外部のタンク側と接続する請求項1または2に記載の自動伸縮シリンダ装置。
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