JP3721127B2

JP3721127B2 - 高速シリンダ装置

Info

Publication number: JP3721127B2
Application number: JP2001397068A
Authority: JP
Inventors: 英夫星
Original assignee: 英夫星
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP2003194014A; EP1323889A2; US20030121411A1; US6981440B2; EP1323889A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はシリンダ装置に関し、特には双方向に高速で作動するシリンダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常一般のシリンダ装置では、一方向作動型あるいは双方向作動型のいずれであっても、そのピストン作動時の排出側の作動流体はタンクに戻され、単に該ピストン作動の妨げにならないようにされているだけである。しかし、仮にこの排出側の作動流体を積極的に再度、ピストンの作動流体として利用するならば、ピストンは同期して移動されるものとなり、ピストン作動距離はその分長くなる。つまりは、ピストン全体の作動速度は速められる結果、１サイクル（１往復）にかかる時間は短縮されて、生産性は向上する。
【０００３】
加えて、前記排出側の作動流体は、その再利用により、従来のシリンダ装置に必要な作動流体を大幅に減らすことができ、作動流体のポンプ容量を小さくすることができる。このことは、装置の設置スペース及び省エネルギーの点からも好ましいものとなる。
【０００４】
本発明者はこのような知見に基づき、内周シリンダ部と外周シリンダ部を有する可動シリンダ部材を設けて、内周シリンダ部の排出する作動流体を利用することにより外周シリンダ部のピストンを作動させる高速で作動するシリンダ装置を見い出した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、双方向に高速で作動する生産性の高いシリンダ装置の構造を提案するものである。また、作業性が良く、装置の設置スペースを省き、エネルギーの省力化を図ることができるシリンダ装置の構造を提案することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、この発明は、前側固定テーブル（１２）と前側固定部材（１３）と後側固定部材（１４）と後側固定テーブル（１５）が順に形成された機台（１１）と、前記前側固定部材と後側固定部材との間に固定された固定ロッド（１８）と、前記固定ロッドに挿通された可動シリンダ部材（２０）とからなり、前記可動シリンダ部材は、その内周側の内周シリンダ部（２１）と、該内周シリンダ部の外側の外周シリンダ部（３１）とを有し、前記内周シリンダ部には前記固定ロッドに一体に固着された内周ピストン（２２）が嵌挿され、かつ可動シリンダ部材を進退させる作動流体のための内周前側流入部（２５）ならびに内周後側流入部（２６）及び内周後側流出部（２７）ならびに内周前側流出部（２８）を有するとともに、前記外周シリンダ部には前記前側固定テーブルに対して進退する前側作動部材（３３）及び前記後側固定テーブルに対して進退する後側作動部材（３４）を一体に有する外周ピストン（３２）が嵌挿され、かつ該外周ピストンを進退させる作動流体のための前記内周後側流出部と連通する外周後側流入部（３５）及び前記内周前側流出部と連通する外周前側流入部（３６）とを有することを特徴とする高速シリンダ装置に係る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面に従って、好適な実施例とともにこの発明を詳細に説明する。
図１はこの発明の一実施例に係る高速シリンダ装置の前進状態を表す概略縦断面図、図２はその後退状態を表す概略縦断面図、図３は可動シリンダ部材の横断面図、図４はこの発明のシリンダ装置を作動させる油圧回路図、図５はこの発明のシリンダ装置における可動シリンダ部材と外側ピストンの移動距離と時間との関係を表すグラフ、図６は従来のシリンダ装置におけるピストンの移動距離と時間との関係を表すグラフである。
【０００８】
図１及び図２に示すように、この発明の高速シリンダ装置１０は、機台１１と固定ロッド１８と可動シリンダ部材２０とからなる。
機台１１には、図示のように、前（ここでは下）から順に前側固定テーブル１２、前側固定部材１３、後側固定部材１４、後側固定テーブル１５とが形成されている。対向配置される前側固定テーブル１２及び後側固定テーブル１５は、この発明の高速シリンダ装置１０によって加工作業がなされるところであって、この実施例では金属プレス加工をするための固定側金型１６，１７が取り付けられている。なお、図示の例では、図の下側が前部、上側が後部である縦型となっているが、この例に限定されずに、横型に配置されるものであってもよい。
【０００９】
固定ロッド１８は、前記機台１１の前側固定部材１３と後側固定部材１４との間に固定されている。この固定ロッド１８は後述するように内周ピストン２２を固定するものであって、通常複数本（この例では４本。図３参照）立設されている。
【００１０】
可動シリンダ部材２０は、図３に示すように、内周側に内周シリンダ部２１を有し、該内周シリンダ部２１の外側に外周シリンダ部３１が形成されている。
内周シリンダ部２１には、前記した固定ロッド１８に一体に固着された内周ピストン２２が嵌挿されている。内周シリンダ部２１には、可動シリンダ部材２０を進退させる作動流体（ここでは圧油）のための内周前側流入部２５ならびに内周後側流入部２６及び内周後側流出部２７ならびに内周前側流出部２８が形成されている。
【００１１】
一方、外周シリンダ部３１には、前記した機台１１の前側固定テーブル１２に対して進退する前側作動部材３３及び後側固定テーブル１５に対して進退する後側作動部材３４を一体に有する外周ピストン３２が嵌挿されている。図の符号３３Ｒは前側作動部材３３のロッド部、符号３４Ｒは前側作動部材３４のロッドを表す。外周シリンダ部３１には、外周ピストン３２を進退させる作動流体のための前記内周後側流出部２７と連通する外周後側流入部３５及び前記内周前側流出部２８と連通する外周前側流入部３６とが形成されている。
【００１２】
なお、外周シリンダ部３１に関し、この実施例では、作動流体のための流出部を独立して設けていないが、図４の回路図から理解されるように、外周後側流入部３５と外周前側流入部３６が、切換弁５５及び５６を設けることによってそれぞれ流出部を兼ねるものとなっている。もちろん、専用の流出部を設けることを妨げるものではない。
【００１３】
次に、この高速シリンダ装置１０の作動を説明する。
図４は実施例のシリンダ装置１０を作動するための油圧回路図であって（なお、作動流体は圧油に限定されない）、符号４１，４２，４３は前進側回路、符号４４，４５，４６は後退側回路を表す。図４の符号５０はポンプ、５１は切換弁で、５１Ａはその前進側スイッチ、５１Ｂは同じくその後退側スイッチ、５３，５４及び５７は逆止弁、５５は（前進側）切換弁、５６は（後退側）切換弁、６１，６２，６３はそれぞれアンロード部である。
【００１４】
まず、図１の前進状態について説明する。この場合には、図４の回路図の前進側回路４１，４２，４３が作動状態となる。すなわち、切換弁５１の前進側スイッチ５１Ａがオン、切換弁（前進側）５５がオン、切換弁（後退側）５６がオフとされる。そして、ポンプ５０からの圧油は回路４１を経て可動シリンダ部材２０の内周前側流入部２５より内周シリンダ部２１の前側部分に流入される。内周シリンダ部２１に嵌挿されている内周ピストン２２は固定ロッド１８に一体に固着され、該固定ロッド１８の端部はそれぞれ前記前側固定部材１３及び後側固定部材１４に固着されている。したがって、圧油が内周シリンダ部２１の前側部分に流入すると、可動シリンダ部材２０自体が図１の矢印符号Ｆ１のように前方へ移動する。
【００１５】
可動シリンダ部材２０の前方Ｆ１への移動に伴って、内周ピストン２２の後部に位置する油は内周後側流出部２７から切換弁５５がオンされた回路４２を経て可動シリンダ部材２０の外周シリンダ部３１の外周後側流入部３５に流入する。そして、これによって、外周ピストン３２を図１の矢印符号Ｆ２のように前進させる。
【００１６】
外周ピストン３２の前進に伴って、外周シリンダ部３１の外周ピストン３２の前部に位置する油は外周前側流入部（このときは流出部となる）３６から外部に排出され、切換弁５６はオフになっているので、アンロード回路６２を経て回路４３からタンクに戻される。
【００１７】
また、図２の後退状態について説明すると、この場合には、図４の回路図の切換弁５１の後退側スイッチ５１Ｂがオン、切換弁（前進側）５５がオフ、切換弁（後退側）５６がオンとされ、後退側回路４４，４５，４６が作動状態となる。すなわち、ポンプ５０からの圧油は切換弁５１の後退側スイッチ５１Ｂのオンにより回路４４を経て可動シリンダ部材２０の内周後側流入部２６より内周シリンダ部２１の後側部分に流入される。内周シリンダ部２１に嵌挿されている内周ピストン２２は前記のように固定ロッド１８に一体に固着され、該固定ロッド１８の端部はそれぞれ前記前側固定部材１３及び後側固定部材１４に固着されている。したがって、圧油が内周シリンダ部２１の後側部分に流入すると、可動シリンダ部材２０自体は図２の矢印符号Ｒ１のように後方へ移動する。
【００１８】
可動シリンダ部材２０の後方Ｒ１への移動に伴って、内周ピストン２２の前部に位置する油は内周前側流出部２８から切換弁５６がオンされた回路４５を経て可動シリンダ部材２０の外周シリンダ部３１の外周前側流入部３６に流入する。これによって、外周ピストン３２を図２の矢印符号Ｒ２のように後退させる。
【００１９】
外周ピストン３２の後退に伴って、外周シリンダ部３１の外周ピストン３２の後部に位置する油は外周後側流入部（このときは流出部となる）３５から外部に排出され、切換弁５５はオフになっているので、アンロード回路６３を経て回路４６からタンクに戻される。
【００２０】
上のように、この発明の高速シリンダ装置１０にあっては、内周シリンダ部２１による可動シリンダ部材２０自体の前進移動Ｆ１と外周シリンダ部３１による外周ピストン３２の前進移動Ｆ２との和（Ｆ１＋Ｆ２）が、前側作動部材３３の前側固定テーブル１２に対する前進移動となる。これにより、前側作動部材３３に設けられた可動側金型３７と前側固定テーブル１２の固定側金型１６とにより被加工材Ｍ１がプレス加工される（図１）。
【００２１】
一方、後退時では、内周シリンダ部２１による可動シリンダ部材２０自体の後退移動Ｒ１と外周シリンダ部３１による外周ピストン３２の後退移動Ｒ２との和（Ｒ１＋Ｒ２）が、後側作動部材３４の後側固定テーブル１５に対する後退作動となる。これにより、後側作動部材３４に設けられた可動側金型３８と後側固定テーブル１５の固定側金型１７とにより被加工材Ｍ２がプレス加工される（図２）。
【００２２】
図５は、上述した可動シリンダ部材２０自体の移動と外周ピストン３２の移動を時間とともに表した図である。この実施例では、各ピストンによる前進又は後退の移動速度は１５０ｍｍ／秒で、加圧時の移動速度は５０ｍｍ／秒である。
【００２３】
図からもわかるように、可動シリンダ部材２０自体の前進移動Ｆ１に伴い外周ピストン３２はわずかに遅れて前進移動Ｆ２を開始し、その後低速の加圧状態となって被加工材Ｍ１をプレス加工する。被加工材Ｍ１のプレス加工時において可動シリンダ２０自体は停止しておりこの間に内周シリンダ部２１の圧油の切換が行われる。そして、被加工材Ｍ１のプレス加工が完了すると直ちに内周シリンダ部２１に対して後退用の圧油が注入されて可動シリンダ部材２０は後退移動Ｒ１を開始する。可動シリンダ部材２０の後退とともに、外周シリンダ部３１の圧油の切換が行われ外周ピストン３２は可動シリンダ部材２０自体の後退移動Ｒ１より遅れて後退移動Ｆ２を開始し、その後低速の加圧状態となって被加工材Ｍ２をプレス加工する。ここで、１サイクルが完了し、被加工材Ｍ１とＭ２の２ケの加工生産がなされる。
【００２４】
なお、被加工材Ｍ２のプレス加工時において可動シリンダ２０自体は停止しておりこの間に内周シリンダ部２１の圧油の切換が行われ、被加工材Ｍ２のプレス加工が完了すると直ちに内周シリンダ部２１に対して前進用の圧油が注入されて可動シリンダ部材２０は前進移動Ｆ１を開始する。
【００２５】
このように、この発明の高速シリンダ装置１０にあっては、内周シリンダ部２１及び外周シリンダ部への作動流体の前進と後退の切換が外周ピストン３２の移動中又は可動シリンダ部材２０自体の移動中に効率よく行うことができるので、大幅な時間短縮が可能となる。ちなみに、この例では、１サイクル３秒で２個の被加工材Ｍ１，Ｍ２の加工生産が可能である。
【００２６】
図６は、これに対して、従来のシリンダ装置によって、同一条件で加工を行う状態を表すグラフである。この従来装置Ｊのピストンによる前進又は後退の移動速度は同様に１５０ｍｍ／秒で、加圧時の移動速度は５０ｍｍ／秒である。同図からわかるように、従来装置にあっては、進退の速度は単一のピストンの速度である、また、前進と後退の切換のための時間（約１／４秒）が必要である。この従来装置では、１個の被加工材Ｍを加工生産するために約４秒の時間が必要である。１サイクル３秒で２個の被加工材Ｍ１，Ｍ２の加工生産が可能な本発明装置と比較すると、２．６倍以上の時間を要することになる。
【００２７】
【発明の効果】
以上図示し説明したように、この発明の高速シリンダ装置にあっては、可動シリンダ部材が前進するときには連動して外周ピストンが独立して前進し、可動シリンダ部材が後退するときには連動して外周ピストンが独立して後退するものであるから、外周ピストンに設けられた作動部材は、ほぼ同一時間内に、可動シリンダ部材の移動距離に外周ピストンの移動距離を加えた距離を移動することができ、単一のピストンで同じ距離を移動する場合に比して、短時間で高速で移動することができる。
【００２８】
加えて、この発明の高速シリンダ装置にあっては、双方向に作動するものであるから生産性を大幅に高めることができる。
【００２９】
また、この発明装置にあっては、可動シリンダ部材が前側及び後側固定部材の間に固定された固定ロッドに固着された内周ピストンによって移動され、外周シリンダ部に前側及び後側作動部材が設けられるものであるから、各作動部材は通常のシリンダ装置と同様に各固定テーブルとの間に制約を受けることなく広い作業スペースをとることができ、被加工材の出し入れあるいは金型交換などの作業性が良い。
【００３０】
さらに、この発明装置にあっては、装置の設置スペースを省き、エネルギーの省力化を図ることができるなど、実際上極めて有利なシリンダ装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る高速シリンダ装置の前進状態を表す概略縦断面図である。
【図２】その後退状態を表す概略縦断面図である。
【図３】可動シリンダ部材の横断面図である。
【図４】この発明のシリンダ装置を作動させる油圧回路図である。
【図５】この発明のシリンダ装置における可動シリンダ部材と外側ピストンの移動距離と時間との関係を表すグラフである。
【図６】従来のシリンダ装置におけるピストンの移動距離と時間との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１０高速シリンダ装置
１１機台
１２前側固定テーブル
１３前側固定部材
１４後側固定部材
１５後側固定テーブル
２０可動シリンダ部材
２１内周シリンダ部
２２内周ピストン
２５内周前側流入部
２６内周後側流入部
２７内周後側流出部
２８内周前側流出部
３１外周シリンダ部
３２外周ピストン
３３前側作動部材
３４後側作動部材
３５外周後側流入部
３６外周前側流入部
４１，４２，４３前進側回路
４４，４５，４６後退側回路
５５，５６切換弁

Claims

前側固定テーブル（１２）と前側固定部材（１３）と後側固定部材（１４）と後側固定テーブル（１５）が順に形成された機台（１１）と、前記前側固定部材と後側固定部材との間に固定された固定ロッド（１８）と、前記固定ロッドに挿通された可動シリンダ部材（２０）とからなり、
前記可動シリンダ部材は、その内周側の内周シリンダ部（２１）と、該内周シリンダ部の外側の外周シリンダ部（３１）とを有し、
前記内周シリンダ部には前記固定ロッドに一体に固着された内周ピストン（２２）が嵌挿され、かつ可動シリンダ部材を進退させる作動流体のための内周前側流入部（２５）ならびに内周後側流入部（２６）及び内周後側流出部（２７）ならびに内周前側流出部（２８）を有するとともに、
前記外周シリンダ部には前記前側固定テーブルに対して進退する前側作動部材（３３）及び前記後側固定テーブルに対して進退する後側作動部材（３４）を一体に有する外周ピストン（３２）が嵌挿され、かつ該外周ピストンを進退させる作動流体のための前記内周後側流出部と連通する外周後側流入部（３５）及び前記内周前側流出部と連通する外周前側流入部（３６）とを有する
ことを特徴とする高速シリンダ装置。