JP4415357B2

JP4415357B2 - シリンダの作動方向切換装置

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Publication number: JP4415357B2
Application number: JP2006030667A
Authority: JP
Inventors: 昭三吉冨
Original assignee: 吉冨昭三
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2026-02-08
Also published as: JP2007211841A

Description

本発明は、電源を使用せずに外部駆動力により連続的に圧力流体の供給排出通路の開閉を行うシリンダの作動方向切換装置に関する。

従来、往復動機械などを連続駆動する場合、駆動圧力流体となる空気圧流体や油圧流体あるいは水圧流体の流れを制御するために、該往復動機械に設けられたピストン内蔵のシリンダ室に対して、駆動圧力流体供給口と排出口とを択一的に切換え可能にした、電磁石利用の電磁式方向切換弁が用いられていた。

しかし、油圧流体の場合、油圧流体が漏電などにより引火して火災を生じる危険性があり、また、水圧流体の場合、漏水などによる漏電により短絡して電源が落ち、電磁式方向切換弁の作動が不能になる可能性があった。さらに、引火性のガス体などが介在する周囲環境下では、ガス体などが漏電により引火して爆発火災を生じる危険性があった。このため、電源を使用せずに駆動圧力流体のみを使用して該往復動機械を駆動する装置が用いられた。

例えば、ばね復帰型単動流体圧シリンダを連続作動させる場合、シリンダの作動室に対して駆動圧力流体供給口と排出口とを方向切換弁機構の切換作動により択一的に連動可能にして、作動室と供給口が連通されると供給された駆動圧力流体によりピストンとピストン軸が復帰ばねに抗して進出駆動される。また、作動室が排出口に連通されるとピストンとピストン軸が復帰ばねにより後退駆動され、かつ、ピストン軸に連動連結された制御弁機構により駆動圧力流体の流路が切換え制御されて方向切換弁機構を切換え作動させるように構成した従来装置が知られている。

しかし、該従来装置では供給された駆動圧力流体の圧力と、ピストンに作用する負荷とのバランスによってピストンの作動速度が低速になった場合、方向切換弁機構によって制御される制御流路が低速で切換え制御されることになる。その結果、方向切換弁機構が前後進いづれの状態にもならない中立状態に保持されてしまうことがあり、連続作動が不能になる問題を生じていた。また、該従来装置は方向切換弁機構やこれを作動制御する切換操作弁機構が複雑であった。このために、作動サイクル数が低く、また部品点数が多く製作コストが高くつくとともに、組立分解にも手数を要する問題を生じていた。

上記の前後進いづれの状態にもならない中立状態になることにより、連続作動が不能になる問題を解決するため、最近ではピストン軸に設けた切換カムで作動する機械操作弁により、空気圧操作弁を切り換えて、単動シリンダや複動シリンダを連続的に往復作動させる回路が用いられている。しかし、この回路では機械操作弁や空気圧操作弁などの機器が３台以上必要となり、空気圧回路も複雑で、作動遅れも生じるという問題がある。この様な諸問題を解決するためには、単動シリンダや複動シリンダに作動方向切換機構を内臓するか、あるいは作動方向切換装置が一台で、連続的に往復作動させることができることにより、簡潔でコンパクトな装置が可能となる。

上記のような従来の問題を解決するものとして、ばね復帰型単動流体圧シリンダ（油圧ポンプとして使用）の上部に往復発動装置を装備した構成の圧力流体利用往復発動装置が発明されている(例えば特許文献1参照）。該発明の特徴的な機能として往復動シリンダを連続的に作動させるために、電源不要の方向切換弁機構、すなわち往復発動装置を備えている。この往復発動装置の発明により電源を使用しない該従来装置の諸問題が解決され、実用化されている。しかし、このように優れた発明においても次のような問題がある。

第１の問題は、往復発動装置により往復作動するばね復帰型単動流体圧シリンダの内部で、ピストンロッドより直接にピストンストロークを取り出す機構のため、流体圧シリンダと一体型に設けられる必要がある。このため、ピストンストロークが長くなれば、その長さに比例して往復発動装置も大きくする必要がある。第２の問題は、往復発動装置内の方向切換弁子と制御ケース部に設けられ、圧力流体通路の切換えを行う機能を持つ、Ｏリングの内径と切換操作弁子外径とにより、圧力流体の閉止や開放を行う。このため、Ｏリングが内側に迫り出してねじれが生じたり、またＯリング内径側に摺動傷が入り易く、Ｏリングの耐久性が損なわれる懸念があり、万一損傷した場合の取替えに手間が掛かる。第３の問題は、往復発動装置のシール機構はゴム製Ｏリングの弾性に依存していることである。このため、ゴム製Ｏリングに代わりフッ素樹脂や金属などの非弾性体によるシールを適用した場合の構成は難しく、ゴムなどが適用できない特殊流体や高温流体には不向きである。

また、前記の圧力流体利用往復発動装置をさらに発展させて、複動流体圧シリンダ（油圧ポンプとして使用）を連続作動させる流体圧駆動連続作動型往復動アクチュエータが発明されている（例えば特許文献２参照)。この流体圧駆動連続作動型往復動アクチュエータは、前記ばね復帰型単動流体圧シリンダの復帰ばねに代えて流体圧力によりピストンを復帰駆動する。しかし、この流体圧駆動連続作動型往復動アクチュエータも次のような問題がある。

第１の問題は、前記流体圧駆動連続作動型往復動アクチュエータの第１から第３までの問題と同様の問題を抱えている。第２の問題は、複動アクチュエータの圧力流体の供給口と排気口の切換を行う開閉弁機構と供給弁機構の切換制御作動において、圧縮ばねを使用していることである。このため、ばねの圧縮力は圧力負荷に対して圧縮力が微妙、かつ不安定であり、該弁機構の切換作動時にハンチングが起きたり、切換えタイミングの誤動作を生じる懸念がある。さらに、可動弁体や供給弁体を作動させる場合、２個のばねを時系列的に圧縮作動させるため、前記ハンチングや切換えタイミングの誤動作がより増加する懸念がある。

該従来装置の諸問題を解決するための他の手段として、スプールタイプ切換弁装置が発明されている（例えば特許文献３参照）。この切換弁装置は、ダイヤフラムポンプの作動により開閉弁を開閉し、形成した作動流体回路からデテント機構部に作動流体を注入しスプールを切換える。しかし、この構造では開閉弁が必要であり、スプールを切換えるための作動流体回路が複雑であるという問題がある。

さらに、該従来装置の諸問題を解決するための他の手段として、弁瞬時切換装置およびそれを備えた流体駆動モータが発明されている（例えば特許文献４参照）。この弁瞬時切換装置は、弁切換駆動機構とそれを複動シリンダのピストンの上死点、下死点において、切換弁を瞬間的に切換える弁初期駆動機構を備えている。しかし、この弁瞬時切換装置は、構造が複雑であり、また複動シリンダのストロークが長くなれば、それに応じて弁切換駆動機構が大きくなるという問題がある。
特公昭５５−４０７６１号公報特許第２６７６１１１号公報特開昭６３−３１２５８９号公報特開２００２−８９５１５号公報

この発明は、前記従来の作動方向切換装置の諸問題を解決し、作動方向切換装置のコンパクト化や簡素化、および方向切換部の汎用性を持たせた装置を提供することを課題にしている。

第１発明のシリンダの作動方向切換装置は、反転機能を有するトグル装置と、シリンダの作動流体の供給・排出口を切り換える方向切換弁とからシリンダの作動方向切換装置であって、前記トグル装置はトグル座と、トグル座に揺動自在に支持された主反転軸および従反転軸と、前記主反転軸の軸穴に摺動自在にはめ合う主スライド軸と、主反転軸の先端部との間に挿入された主ばねと、主反転軸の後端部に取り付けられた作動リングと、前記従反転軸の軸穴に摺動自在にはめ合う従スライド軸と、従反転軸の先端部と従スライド軸の先端部との間に挿入された従ばねと、前記トグル座の案内穴に前記方向切換弁の作動軸方向に摺動自在に取り付けられたスライダとを備えており、前記主スライド軸および前記従スライド軸の先端部が連結ピンで連結されており、連結ピンが前記スライダのスライド穴に前記方向切換弁の作動方向に摺動自在にはめ合っており、スライダの先端部が前記方向切換弁の作動軸の後端部に連結されており、往動側接触体および復動側接触体が前記シリンダの出力軸に取り付けられており、前記作動リングと往動側接触体または復動側接触体との接触により前記トグル装置が反転して、前記方向切換弁の供給・排出口を切り換えることができる機能を備えていることを特徴としている。

第１発明のシリンダの作動方向切換装置において、前記方向切換弁がスプール形方向切換弁であり、本体とスプールとを備え、前記本体が第１給排口に通じる第１弁室、第１排出口に通じる第２弁室、第２給排口に通じる第３弁室、および第２排出口に通じる第４弁室を有するとともに、前記第１弁室および第２弁室に通じる第１気密穴、前記第１弁室、第３弁室および供給口に通じる第２気密穴、ならびに前記第３弁室および第４弁室に通じる第３気密穴を有し、前記スプールが前記スライダに連結されており、前記第１気密穴、第２気密穴の第１弁室側および第３弁室側、ならびに第３気密穴をそれぞれ開閉するシールリングを備えた構成であってもよい。

第１発明のシリンダの作動方向切換装置において、前記方向切換弁がスプール形方向切換弁であり、本体とスプールを備え、前記本体が前本体、中本体および後本体、ならびにこれら後、中および前本体を連結するボルトからなり、前記後本体が第１給排口に通じる第１弁室、第１排出口に通じる第２弁室、ならびに第１弁室および第２弁室に通じる第１気密穴を有し、前記前本体が第２給排口に通じる第３弁室、第２排出口に通じる第４弁室、ならびに第３弁室および第４弁室に通じる第３気密穴を有し、前記中本体が前記第１弁室、第３弁室および給排口に通じる第２気密穴を有し、前記スプールが前記スライダに連結されており、前記第１気密穴、第２気密穴の第１弁室側および第３弁室側、ならびに第３気密穴をそれぞれ開閉するシールリングを備えた構成であってもよい。

第１発明のシリンダの作動方向切換装置において、方向切換弁がポペット形方向切換弁であり、本体、弁棒とを備え、前記本体が前本体、中本体および後本体、ならびにこれら後、中および前本体を連結するボルトからなり、前記後本体が第１給排口に通じる第１弁室、第１排出口に通じる第２弁室、ならびに第１弁室および第２弁室をつなぐ第１流路を有し、前記前本体が第２給排口に通じる第３弁室、第２排出口に通じる第４弁室、ならびに第３弁室および第４弁室をつなぐ第３流路を有し、前記中本体が前記第１弁室、第３弁室および供給口に通じる第２流路を有し、前記第１流路の入口に第１弁座が、第２流路の入口および出口にそれぞれ第２弁座および第３弁座が、さらに第３流路の入口に第４弁座が設けられており、前記弁棒に弁棒軸方向に間隔をおいて第１弁体および第２弁体が設けられており、第１弁体の後端部が前記第１弁座に、かつ前端部が前記第２弁座にそれぞれ接触自在であり、第２弁体の後端部が前記第３弁座に、かつ前端部が第４弁座にそれぞれ接触自在であり、弁棒が前記スライダに連結されており、第１流路の入口、第２流路の入・出口および第３流路の入口を開閉する構成であってもよい。

第１発明のシリンダの作動方向切換装置において、前記シリンダが複動シリンダであり、複動シリンダの出力軸の先端部に連続回転ラチェット機構が取り付けられており、連続回転ラチェット機構が前記複動シリンダの出力軸の先端部に基部が揺動自在に取り付けられた１対の駆動アームと、一方の駆動アームの先端部に揺動自在に取り付けられた押しつめと、他方の駆動アームの先端部に揺動自在に取り付けられた引きつめと、押しつめおよび引きつめが交互に係合するつめ車とからなる構成としてもよい。

第２発明のシリンダの作動方向切換装置は、反転機能を有する単体ばね形トグル装置と、シリンダの作動流体の供給・排出口を切り換える方向切換弁とからなるシリンダの作動方向切換装置であって、前記トグル装置はトグル座と、トグル座に揺動自在に支持された主反転軸および従反転軸と、前記主反転軸の後端部に取付けられた作動リングと、前記従反転軸の軸穴に摺動自在にはめ合うスライド軸と、従反転軸の先端部とスライド軸の先端部との間に挿入された反転ばねと、前記トグル座の案内穴に前記方向切換弁の作動軸方向に摺動自在に取り付けられたスライドとを備えており、前記主反転軸および前記スライド軸の先端部が連結ピンで連結されており、連結ピンが前記スライダのスライド穴に前記方向切換弁の作動方向に摺動自在にはめ合っており、スライダの先端部が前記方向切換弁の作動軸の後端部に連結されており、往復側接触体および復動側接触体が前記シリンダの出力軸に取り付けられており、前記作動リングと往動側接触体または復動側接触体との接触により前記トグル装置が反転して、前記方向切換弁の供給・排出口を切り換えることを特徴としている。

この発明のロータリアクチュエータの作動方向切換装置は、反転機能を有する回転形トグル装置と、ロータリアクチュエータの往動側および復動側の作動流体供給排出口を切り換える回転形方向切換弁とを備えたロータリアクチュエータの作動方向切換装置であって、
前記トグル装置は、トグル座と、主反転軸と、前記主反転軸の後端部に取り付けられた作動リングと、前記トグル座に揺動自在に支持された従反転軸と、前記従反転軸の軸穴に摺動自在にはめ合うスライド軸と、従反転軸の先端部とスライド軸の先端部との間に挿入された反転ばねとを備え、
前記主反転軸および前記スライド軸の先端部が反転ピンで連結されており、前記方向切換弁は、往動側および復動側にそれぞれ前記作動流体の本体供給孔、本体供給排出孔および本体排出孔を有し、本体供給孔、本体供給排出孔および本体排出孔の入口にそれぞれ弁座が設けられた本体と、前記本体の往動側および復動側の本体供給孔、本体供給排出孔および本体排出孔にそれぞれ通じる弁体供給孔、弁体供給排出孔および弁体排出孔を有し、往動側弁体供給孔と往動側弁体供給排出孔、復動側弁体供給孔と復動側弁体供給排出孔、往動側弁体供給排出孔と往動側弁体排出孔、復動側弁体供給排出孔と復動側弁体排出孔とをそれぞれつなぐ通路を有し、前記本体の入口側面に回転自在に接する回転弁体と、一端に前記主反転軸が回転自在にはめ合い、他端寄りに回転弁体が固定された弁棒とを備えており、
回転カムが前記主反転軸に隣接して弁棒に固定されており、往動側接触体および復動側接触体がロータリアクチュエータの出力軸に取り付けられており、前記作動リングと往動側接触体または復動側接触体との接触により前記回転形トグル装置が反転して、前記回転形方向切換弁の作動流体の供給口、給排出口および排出口を切り換え、前記ロータリアクチュエータを正逆回転方向に交互に反復回転作動させることを特徴としている。

この発明の往復ポンプは、反転機能を有するトグル装置と、シリンダの作動流体の供給・排出口を切り換える方向切換弁とを備えた往復ポンプであって、
前記トグル装置は、トグル座と、トグル座に揺動自在に支持された主反転軸および従反転軸と、前記主反転軸の軸穴に摺動自在にはめ合う主スライド軸と、主反転軸の先端部と主スライド軸の先端部との間に挿入された主ばねと、主反転軸の後端部に取り付けられた作動リングと、前記従反転軸の軸穴に摺動自在にはめ合う従スライド軸と、従反転軸の先端部と従スライド軸の先端部との間に挿入された従ばねと、前記トグル座の案内穴に前記方向切換弁の作動軸方向に摺動自在に取り付けられたスライダとを備えており、前記主スライド軸および前記従スライド軸の先端部が連結ピンで連結されており、連結ピンが前記スライダのスライド穴に前記方向切換弁の作動方向に摺動自在にはめ合っており、スライダの先端部が前記方向切換弁の作動軸の後端部に連結されており、
前記往復ポンプは、複動形第１シリンダと、第１シリンダの両端に設けられた増圧用の第２シリンダと第３シリンダとを備え、第１シリンダに第１ピストンが摺動自在に内挿され、第１ピストンに一体的に設けられた第２ピストンと第３ピストンとがそれぞれ第２シリンダと第３シリンダとに摺動自在に内挿されており、第２シリンダと第３シリンダの端部のそれぞれに吸込み逆止弁および吐出逆止弁が設けられており、前記第３シリンダの端部を貫通する切換ロッドが前記第１ピストンに連結され、切換ロッドに往動側接触体および復動側接触体が取り付けられており、前記トグル装置の作動リングと往動側接触体または復動側接触体との接触によりトグル装置が反転して前記方向切換弁の供給・排出口を切り換え、前記第１ピストンを連続的に往復作動させることを特徴としている。

この発明のシリンダの作動方向切換装置によれば、従来の作動方向切換装置の諸問題を解決し、装置のコンパクト化や簡素化および方向切換部分の汎用性を持たせることができる。

この発明のシリンダの作動方向切換装置によれば、汎用のばね復帰型単動流体圧シリンダや複動流体圧シリンダなどの流体圧駆動シリンダを連続的に往復作動させることができる。また、流体圧駆動シリンダの作動速度が極めて微速になった場合でも、連続往復作動が不能になることはない。

この発明のシリンダの作動方向切換装置によれば、電磁式切換弁を使用して駆動している汎用の流体圧駆動シリンダを、電源を使用せずに、１台の作動方向切換装置で駆動することができる。

図１〜図５は、この発明のシリンダの作動方向切換装置の１形態を示している。図１は作動方向切換装置の正面断面図、図２は図１のａ〜ａ矢印から見た側面断面図、図３は図１に示す装置で複動シリンダを駆動する回路図であり、図４および図５はトグル装置の作動説明図である。図中、同一の符号は同一または対応の部分を示し、図面の向かって右方を前方、左方を後方とする。

シリンダの作動方向切換装置は１００は、主にトグル装置１および方向切換弁２から構成されている。この実施の形態では、シリンダは複動シリンダであり、作動流体は圧縮空気である。圧縮空気は方向切換弁２によりシリンダに給・排気される。

図１および図２においてトグル装置１は、先端部がのちに詳述する方向切換弁２の本体後端部に固定され、後部が相対する支持フレームとなったトグル座３を備えている。トグル座３には主反転軸４および従反転軸５がそれぞれ支持ピン０１および０２で回転自在に取り付けられている。主反転軸４の前部に設けられた軸穴Ｗ１に主スライド軸９の後部が摺動自在に挿入されている。主反転軸４および主スライド軸９の先端部にそれぞれ設けられたばね座の間に圧縮された主ばね８が挿入されている。主反転軸４の後端部分にはリング軸６により回転自在に支持された作動リング７が取り付けられている。また、従反転軸５の前部に設けられた軸穴Ｗ２に従スライド軸１２が摺動自在に挿入されている。従反転軸５および従スライド軸１２にそれぞれ設けられたばね座の間に圧縮された従ばね１０が挿入されている。

主スライド軸９と従スライド軸１２とは先端部が連結ピン１３で連結されており、連結ピン１３はスライダ１４に設けられたスライド穴Ｈに摺動自在に挿入されている。スライダ１４は、外周部をトグル座３の案内穴に内挿されるとともに、その先端部は連結ボルト１５によりスプール１６の後端部に結合固定されている。また、スライダ１４の右方先端とトグル座３との間に隙間Ｌを有し、左方先端はストッパ板２１に当接している。隙間Ｌは、スプール１６のストロークに相当する。

方向切換弁２は、スプール形方向切換弁からなっており、本体２０とスプール１６とを備えている。本体２０の外側には給気口Ｐと第１排気口Ｅ１および第２排気口Ｅ２、ならびに第１給排気口Ｇ１および第２給排気口Ｇ２が設けられている。本体内部には、第１給排気口Ｇ１に通じる第１弁室Ｍ、第１排気口Ｅ１に通じる第２弁室Ｎ、第２給排気口Ｇ２に通じる第３弁室Ｑ、および第２排気口Ｅ２に通じる第４弁室Ｒが設けられている。また、前記第１弁室Ｍおよび第２弁室Ｎに通じる第１気密穴Ｓ１、前記第１弁室Ｍ、第３弁室Ｑおよび給気口Ｐに通じる第２気密穴Ｓ２、ならびに前記第３弁室Ｑおよび第４弁室Ｒに通じる第３気密穴Ｓ３が設けられている。スプール１６は、本体内部に往復摺動自在に挿入されている。スプール１６が本体２０を貫通する部分から作動流体が漏れるのを防止するため、本体２０に摺動パッキング１７Ａおよび１７Ｂが設けられている。スプール１６の外周溝部には、Ｏリングなどのシールリング１８Ａ〜１８Ｄが設けられている。これらシールリング１８Ａ〜１８Ｄは、スプール１６の往復作動に応じて第１気密穴Ｓ１、第２気密穴Ｓ２の第１弁室側および第３弁室側、ならびに第３気密穴Ｓ３をそれぞれ開閉し、作動流体の流路方向を決める。

本体２０の右方には摺動パッキング１７Ｂの押え用の前カバー２２が取付けられている。この前カバー２２にはスプール１６の位置決めストッパー用のボール２３、ガイド２４、ばね２５が設けられている。また、ボール２３に対応するスプール１６には右方末端位置決め用の溝Ｙ１および左方末端位置決め用の溝Ｙ２が設けられている。

図３は作動説明のため、作動方向切換装置１００を接続した空気圧駆動のシリンダＣの構造図であり、キャップ側（右方）作動室Ａは給排気口Ｇ１に、ヘッド側（左方）作動室Ｂは給排気口Ｇ２に接続されている。ピストンＪのピストン軸Ｋに、これに平行に切換アームＵが取付けられている。切換アームＵの両端に往動ドッグＦおよび復動ドッグＴが設けてあり、両ドッグの間隔はシリンダストロークに作動リング７の直径を加算したものとなる。なお、ドッグはカムであってもよい。

次に、上記のように構成されたシリンダの作動方向切換装置１００の作動について説明する。図３は、方向切換弁２のスプール１６が左方に後退し、シリンダＣのピストンＪも左方に後退した状態を示している。図４および図５はトグル装置１の作動状態を示しており、図４はスプール１６が左方に後退したときのトグル装置１の状態、図５はスプール１６が右方に前進したときのトグル装置１の状態をそれぞれ示している。

このトグル装置１の作動について説明すると、図４において作動リング７が往動ドッグＦにより後方（左方）に押されると、主反転軸４が支持ピン０１を回転中心として時計方向に回転作動するため、主スライド軸９が主反転軸４の軸穴に押し込まれ、主ばね８が圧縮される。同時に連結ピン１３を介して反対側の従反転軸５が、支持ピン０２を回転中心として反時計方向に回転するため、従スライド軸１２が従反転軸５の軸穴に押し込まれ、従ばね１０が圧縮される。連結ピン１３は上記主反転軸４および従反転軸５の回転に従いスライド穴H内を右方に移動し、主反転軸４および従反転軸５は直立状態に近づく。直立状態になるまで連結ピン１３のみがスライド穴Ｈ内を移動し、スライダ１４とスプール１６は静止している。連結ピン１３が直立状態を過ぎた時点で、主ばね８と従ばね１０の圧縮状態が開放され、瞬間的にトグル装置１が反転し、図５ように連結ピン１３がスライド穴Ｈの右端に当たる。この結果、連結ピン１３に連結されたスライダ１４が右方に移動し、スライダ１４に固定されたスプール１６が前方（右方）に移動し、図４に示した隙間Ｌの値が０になる。

次に、図５において作動リング７が復動ドッグＴにより前方（右方）に押されると、主反転軸４が支持ピン０１を回転中心として反時計方向に回転作動する。同時に連結ピン１３を介して反対側の従反転軸５が、支持ピン０２を回転中心として時計方向に回転する。連結ピン１３はスライド穴H内を左方に移動し、主反転軸４および従反転軸５は直立状態に近づく。直立状態になるまで連結ピン１３のみがスライド穴Ｈ内を移動し、スライダ１４とスプール１６は静止している。連結ピン１３が直立状態を過ぎた時点で、瞬間的にトグル装置１が反転し、図４のように連結ピン１３がスライド穴Ｈの左端に当たる。この結果、連結ピン１３に連結されたスライダ１４が左方に移動し、スライダ１４に固定されたスプール１６が後方（左方）に移動する。

上記のように図４および図５においてトグル装置１は、往動ドッグＦあるいは復動ドッグＴの押し力により直立状態になり、その後はばね力による自己反転力でスプール１６を右方あるいは左方に作動させている。このことは、往動ドッグＦあるいは復動ドッグＴの進行速度が極めて微速になった場合においても、トグル装置１は自己反転力で方向切換弁２を瞬間的に切り換えることになる。この結果、方向切換弁２は、前後進いづれの状態にもならない中立状態の保持がないため、接続されている空気圧駆動シリンダＣの連続作動が不能になるという問題を生ずることはない。

次に方向切換弁２の作動について図１および図３で説明する。圧縮空気が給気口Ｐから供給されると第２気密孔Ｓ２内ではシールリング１８Ｂが開放されているため、圧縮空気は第１弁室Ｍに流入し、連通している第１給排気口Ｇ１を通って、接続されている空気圧駆動シリンダＣの作動室Ａに供給される。一方、作動室Ｂの圧縮空気は、作動室Ｂに接続連通している第２給排気口Ｇ２から第３弁室Ｑを通り、第３気密穴Ｓ３内のシールリング１８Ｄが開放されているため、第２排気口Ｅ２を通って排気され、ピストンＪは左方に作動する。左方に作動したピストンＪは、左方末端でピストン軸Ｋに連結した切換アームＵの往動ドッグＦにより、作動リング７を左方に押してトグル装置１を反転作動させて、方向切換弁２のスプール１６を前方（右方）に作動させて、圧縮空気の流れ方向を切り換える。

この流れ方向切り換え時、トグル装置１ではスライダ１４内の連結ピン１３が、直立状態になるまでスライド穴Ｈの左右両端部のいづれにも当接していない状態が生じ、万一、スプール１６が所定の開閉位置から動く場合が考えられる。通常は摺動パッキング１７Ａの抵抗力により、スプール１６の開閉位置の固定が可能である。しかし、本発明では万一の場合に備え、スプール１６に設けられた位置決め用としての溝Ｙ１あるいはＹ２に、ボール２３をばね２５により押し込み、所定の開閉位置を保持する。

図３の状態から方向切換弁２が切り換わることにより、図示しないが給気口Ｐから供給された圧縮空気は第２気密穴Ｓ２内に流入し、シールリング１８Ｃが開放されているため第３弁室Ｑを通り、連通している第２給排気口Ｇ２を通って、接続されているシリンダＣの作動室Ｂに供給される。一方、作動室Ａの圧縮空気は、作動室Ａに接続連通している第１給排気口Ｇ１から第１弁室Ｍを通り、第１気密穴Ｓ１内のシールリング１８Ａが開放されているため、第１排気口Ｅ１を通って排気され、ピストンＪは右方に作動する。右方に作動したピストンＪは、右方末端でピストン軸Ｋに連結した切換アームＵの復動ドッグＴにより、作動リング７を右方に押してトグル装置１を反転作動させて、方向切換弁２を切り換える。

このようにシリンダＣは、ピストン軸Ｋに連結した切換アームＵの往動ドッグＦあるいは復動ドッグＴにより、ピストンＪの左右作動末端でトグル装置１を介して方向切換弁２が切り換わるため、圧縮空気による連続往復作動が可能になる。ここで、シリンダＣの利用方法としては、例えば、産業機械のプレス作動や押し引き作動の装置として、また、油圧や水圧の往復動ポンプの駆動装置として活用できる。

図６は、方向切換弁の他の形態を示している。以下に示す実施の形態で、トグル装置１については、図１に示すシリンダの作動方向切換装置の部材と同じ符号を付け、その詳細な説明は省略する。

図６に示す方向切換弁と図１に示すものとでは、方向切換弁の構成が異なっている。すなわち、方向切換弁３０の本体が３分割されており、左方より後本体３１、中本体３２、前本体３３となっている。３分割された本体は、後本体３１に備えたＯリング３４及び前本体３３に備えたＯリング３５を中本体３２に接触シールさせ、締結ボルト３６により結合して一体形本体にしている。

上記方向切換弁３０は、スプール形方向切換弁からなっている。後本体３１の外側には第１排気口Ｅ１Ａおよび第１給排気口Ｇ１Ａが設けられている。中本体３２の外側には給気口ＰＡが設けられ、前本体３３の外側には第２排気口Ｅ２Ａおよび第２給排気口Ｇ２Ａが設けられている。それぞれの本体内部には第１給排気口Ｇ１Ａに通じる第１弁室ＭＡ、第１排気口Ｅ１Ａに通じる第２弁室ＮＡ、第２給排気口Ｇ２Ａに通じる第３弁室ＱＡ、および第２排気口Ｅ２Ａに通じる第４弁室ＲＡが設けられている。スプール１６Ａは、本体内部に往復摺動自在に挿入されている。スプール１６Ａが後本体３１および前本体３３を貫通する部分から作動流体が漏れるのを防止するため、後本体３１および前本体３３に摺動パッキング１７Ｃおよび１７Ｄが設けられている。スプール１６Ａの外周溝部には、Ｏリングなどのシールリング１８Ｅ〜１８Ｈが設けられている。これらシールリング１８Ｅ〜１８Ｈは、スプール１６Ａの往復作動に応じて第１気密穴Ｓ１Ａ、第２気密穴のＳ２Ａの第１弁室側および第２弁室側、ならびに第３気密穴Ｓ３Ａをそれぞれ開閉し、作動流体の流路方向を決める。

前本体３３の右方には摺動パッキング１７Ｄの押え用の前カバー２２Ａが取付けられている。この前カバー２２Ａにはスプール１６Ａの位置決めストッパー用のボール２３Ａ、ガイド２４Ａ、ばね２５Ａが設けられている。また、ボール２３Ａに対応するスプール１６Ａには右方末端位置決め用の溝Ｙ１Ａおよび左方末端位置決め用の溝Ｙ２Ａが設けられている。なお、前記方向切換弁３０の作動方法は、図１に示す方向切換弁２と同様である。

上記のように本体を３分割する目的を説明する。図１に示す方向切換弁の本体２０の場合、内部の弁室や気密穴が内径に比べて極めて深いため、高精度で加工するには深孔専用の加工機械が必要であり、加工後の検査なども専用の測定器が必要である。このため、図６に示す方向切換弁では、本体を３分割してある。この結果、高精度の必要な気密穴は肉眼で見ることができるので、加工および検査が汎用の機械・器具で可能になる。

図７は、方向切換弁の更に他の形態を示している。方向切換弁４０の本体が図６のものと同様３分割され、左方より後本体４１、中本体４２、前本体４３となっている。３分割された本体は、後本体４１に備えたＯリング４９および前本体４３に備えたＯリング５０を中本体４２に接触シールさせ、締結ボルト５３により結合して一体形本体にしている。

弁棒４４には中弁棒４５および前弁棒４６が接続され、それぞれの間には端部に弁座を有する第１弁体４７および第２弁体４８が一体的に設けられている。第１弁体４７および第２弁体４８にはそれぞれ後緩衝材５１および前緩衝材５２を設けている。後緩衝材５１および前緩衝材５２の材料として、フッ素ゴムや金属ばねなどが用いられる。また、後本体４１、中本体４２および前本体４３には、第１弁体４７および第２弁体４８の弁座に向い合うように弁座面Ｓ５〜Ｓ８が設けられており、ポペット弁を形成している。

上記のように方向切換弁４０は、ポペット形方向切換弁からなっている。後本体４１の外側には第１排気口Ｅ７および第１給排気口Ｇ７が設けられている。中本体４２の外側には給気口Ｐ３が設けられ、前本体４３の外側には第２排気口Ｅ８および第２給排気口Ｇ８が設けられている。それぞれの本体内部には第１給排気口Ｇ７に通じる第１弁室Ｍ１、第１排気口Ｅ７に通じる第２弁室Ｎ１、第２給排気口Ｇ８に通じる第３弁室Ｑ１、および第２排気口Ｅ８に通じる第４弁室Ｒ１が設けられている。また、前記第１弁室Ｍ１および第２弁室Ｎ１をつなぐ第１流路Ｓ１０を有し、その入口には第１弁座Ｓ５、前記第１弁室Ｍ１および前記第３弁室Ｑ１をつなぐ給気口Ｐ３には第２流路Ｓ２０を有し、その入口には第２弁座Ｓ６および出口には第３弁座Ｓ７、ならびに前記第３弁室Ｑ１および第４弁室Ｒ１をつなぐ第３流路Ｓ３０を有し、その入口には第４弁座Ｓ８が設けられている。

本体内部に往復摺動自在に挿入された、弁棒４４と中弁棒４５との間には第１弁体４７が設けられ、第１弁体４７の両端の弁座部は、それぞれ第１弁座Ｓ５および第２弁座Ｓ６に接触自在に相対しており、弁の開閉機能を備えている。中弁棒４５と前弁棒４６との間には第２弁体４８が設けられ、第２弁体４８の両端の弁座部は、それぞれ第３弁座Ｓ７および第４弁座Ｓ８に接触自在に相対しており、弁の開閉機能を備えている。これら第１弁体４７および第２弁体４８は、弁棒４４の往復作動に応じて第１弁座Ｓ５は第１弁室Ｍ１側および第２弁室Ｎ１側、第２弁座Ｓ６は第１弁室Ｍ１側および給気口Ｐ３側、第３弁座Ｓ７は給気口Ｐ３側および前記第３弁室Ｑ１側、第４弁座Ｓ８は前記第３弁室Ｑ１側および第４弁室Ｒ１側をそれぞれ開閉し、作動流体の流路方向を決める。

上記のように本体を３分割し、弁座を有する弁体を内挿してポペット弁構造にした目的を説明する。前記スプール形方向切換弁に見られるような、シールリングによるシールの場合、使用するシールリングは弾性体の必要があり、一般にはゴム製Ｏリングなどが用いられるが、弾性体は使用温度に制限があるため高温の圧力流体には不向きである。このため、弁体の弁座と接触自在に相対する本体の弁座面とでシールして、圧力流体の方向を切り換えるポペット弁方式であれば弁座に弾性体を使用しなくてもよい。したがって、高温にも使用可能なフッ素樹脂や金属が使用できる。

図８、図９および図１０は、シリンダの作動方向切換装置の他の形態を示している。ここで、図９は図８のｅ〜ｅ矢印から見た側面断面図であり、図１０は図８の上面図と回路図である。この発明は、前記作動方向切換装置１００を複動シリンダ１１０に装着して駆動するものである。

前記複動シリンダ１１０は、カバー１１１Ａおよびカバー１１１Ｂを備えたシリンダ１１１を設けている。前記シリンダ１１１にはピストン軸１１２を結合したピストン１１３が内挿摺動されており、前記ピストン１１３はシールリング１３１を備え、ピストン軸１１２の左方先端には駆動スライダ１１４が結合されている。前記駆動スライダ１１４は、駆動力伝達ピン１１５により揺動自在に連結された駆動アーム１１６および１１７を備えている。駆動アーム１１６および１１７のそれぞれの先端部分には駆動端Ｗ６およびＷ７がコ形に開いており、つめ駆動ピン１１８および１１９が挿入されている。また、前記駆動アーム１１６および１１７の駆動端Ｗ６およびＷ７のコ形の空間にはガイドプレート１２１および１２２が設けられている。ガイドプレート１２１および１２２の先端部には、軸受１２１Ａおよび軸受１２２Ａを介して回転軸１２０が回転自在に取り付けられている。また、前記ガイドプレート１２１および１２２は、先端部がコ形の形状になっており、コ形の内側には押しつめ１２５および引きつめ１２６が挿入されている。これら押しつめ１２５および引きつめ１２６は、つめ車駆動ピン１１８および１１９により、前記駆動アーム１１６および１１７の駆動端Ｗ６およびＷ７に揺動自在に結合されている。前記押しつめ１２５および引きつめ１２６は、つめ支持ピン１２３および１２４を介してガイドプレート１２１および１２２に揺動自在に結合されており、回転軸１２０と一体となっているつめ車１２７の歯に噛み合っている。

ここで、前記ガイドプレート１２１および１２２を設けた目的は、押しつめ１２５および引きつめ１２６が反復作動する時に、つめ車１２７を中心にして反復作動するための案内用である。前記押しつめ１２５および引きつめ１２６はつめ支持ピン１２３および１２４に揺動自在に支持され、つめ車１２７に噛み合っているが、ピストン１１３からの駆動力をつめ車１２７に伝達するのはつめ車駆動ピン１１８および１１９である。また、図１０に示すように駆動力伝達ピン１１５の先端は、ラチェットボックス１３０の外側に貫通して切換アームＵ２を備えている。切換アームＵ２は、ラチェットボックス１３０に取付けられた作動方向切換装置１００の作動リング７を作動させる位置に設けられている。

上記のように構成された複動シリンダ１１０の作動について説明する。図８において、ピストン１１３が左方に作動すると駆動スライダ１１４が駆動力伝達ピン１１５を押して、駆動アーム１１６および１１７が、つめ車駆動ピン１１８および１１９を介して、押しつめ１２５および引きつめ１２６を左方に押す。この時、押しつめ１２５および引きつめ１２６は、つめ支持ピン１２３および１２４を軸として回転しようとするため、押しつめ１２５のみがつめ車１２７に噛み合い、回転軸１２０を反時計方向に回転（図８の矢印）させ、引きつめ１２６はつめ車１２７と噛み合わず空転する。同様に、ピストン１１３が右方に作動すると押しつめ１２５はつめ車１２７と噛み合わず空転し、引きつめ１２６のみがつめ車１２７と噛み合って回転軸１２０を反時計方向に回転させる。このように、つめ車駆動ピン１１８および１１９の目的は、つめ車駆動力の伝達とともに、空転している状態のつめ１２５または１２７とつめ車１２７の歯が接触して騒音を発生しないように、押しつめ１２５または引きつめ１２６の歯をつめ支持ピン１２３または１２４を軸として回転させ、つめ車１２７の歯から引き離す。上記のように、押しつめ１２５および引きつめ１２６が交互につめ車１２７を一方向に回転させ、かつ、ラチェット機構固有の騒音を防止する。

このような複動シリンダ１１０を連続的に往復作動させるために、ラチェットボックス１３０には作動方向切換装置１００が取付けられており、図１０の回路図により連続往復作動機能を説明する。ここで、図１０上方に示す作動方向切換装置１００は、下図では分り難いため、方向切換弁１００のみｆ〜ｆ矢印から見たもので、便宜的に表示している。また、前記作動方向切換装置１００の構造および作動は、図１と同じである。すなわち、
給気口Ｐから供給された圧縮空気は第２給排気口Ｇ２を通って、接続されているシリンダ１１１の作動室Ａ２に供給される。一方、作動室Ｂ２の圧縮空気は、作動室Ｂ２に接続連通している第１給排気口Ｇ１を通って第１排気口Ｅ１から排気されるため、ピストン１１３は左方に作動する。左方に作動したピストン１１３は、左方末端でピストン軸１１２に同調して作動する切換アームＵ２の往動ドッグＦ２により、作動リング７を左方に押して作動方向切換装置１００を切り換える。

作動方向切換装置１００が切り換わることにより、図示しないが給気口Ｐから供給された圧縮空気は第１給排気口Ｇ１を通って、接続されているシリンダ１１１の作動室Ｂ２に供給される。一方、作動室Ａ２の圧縮空気は、作動室Ａ２に接続連通している第２給排気口Ｇ２を通って第２排気口Ｅ２から排気されるため、ピストン１１３は右方に作動する。右方に作動したピストン１１３は、右方末端でピストン軸１１２に同調して作動する切換アームＵ２の複動ドッグＴ２により、作動リング７を右方に押して作動方向切換装置１００を切り換える。このようにピストン１１３の左右の作動末端で切換アームＵ２により、作動方向切換装置１００が切り換わるため、圧縮空気による複動シリンダ１１０の連続往復作動が可能になり、したがって、回転軸１２０が連続回転する。なお、本発明では複動シリンダ１１０を作動方向切換装置１００を使用して作動させているが、これを電磁弁に置き換えることもできる。

図１１は、トグル座の他の形態を示している。図１２は図１１のｂ〜ｂ矢印から見た側面断面図である。方向切換弁は、図１に示す方向切換弁２であるが、図１とはトグル装置が異なっている。すなわち、トグル装置６０の反転用ばねが１個になっている。前記トグル装置６０はトグル座６１を備えており、主反転軸６３および従反転軸６４がそれぞれ支持ピン０３および０４で揺動自在に取り付けられている。前記主反転軸６３の後端部分には作動リング６２が回転自在に取り付けられている。また、前記従反転軸６４の前部に設けられた軸穴Ｗ４にスライド軸６６の後部が摺動自在に挿入されている。従反転軸６４およびスライド軸６６にそれぞれ設けられたばね座の間には、圧縮された反転ばね６５が挿入されている。主反転軸６３とスライド軸６６の先端部とは連結ピン６７で連結されており、連結ピン６７はスライダ６８に設けられた幅広のスライド穴Ｈ１に摺動自在に挿入されている。スライダ６８は、トグル座６１の案内穴に内挿されるとともに、その先端部は連結ボルト６９によりスプール１６の後端部に結合固定されている。また、スライダ６８は、右方先端に隙間Ｚを有し、左方先端はストッパー板７０に当接している。ここで隙間Ｚは、スプール１６のストロークに相当する。

上記のように構成されたトグル装置６０の作動について説明する。図１１において作動リング６２が往動ドッグＦにより後方（左方）に押されると、主反転軸６３が支持ピン０３を回転中心として時計方向に回転し、同時に連結ピン６７を介して反対側の従反転軸６４が支持ピン０４を回転中心として反時計方向に回転するため、スライド軸６６が従反転軸６４の軸穴Ｗ４に押し込まれ、反転ばね６５が圧縮される。連結ピン６７は上記主反転軸６３および従反転軸６４の回転に従いスライド穴Ｈ１内を右方に移動し、主反転軸６３および従反転軸６４は直立状態に近づく。直立状態になるまで連結ピン６７のみがスライド穴Ｈ１内を移動し、スライダ６８とスプール１６は静止している。連結ピン６７が直立状態を過ぎた時点で、反転ばね６５の圧縮状態が開放され、瞬間的にトグル装置６０が反転し、連結ピン６７がスライド穴Ｈ１の右端に当たる。この結果、連結ピン６７に連結されたスライダ６８が右方に移動し、スライダ６８に固定されたスプール１６が右方に移動し、前記方向切換弁２が切り換わる。なお、方向切換弁２の作動は、図１および図３により説明したとおりである。

図１３〜図１７は、この発明のロータリアクチュエータの作動方向切換装置を示している。作動方向切換装置１４０のトグル装置８０は回転形であり、方向切換弁９０も回転形となっている。トグル装置８０は方向切換弁９０の上カバー９１と一体に設けられたトグル座８１に取り付けられている。主反転軸８３は弁棒９２の上端部に回転自在に設けられ、主反転軸８３の下部には弁棒９２に結合固定した回転カム８８が設けられている。従反転軸８４は支持ピン０５で回転自在に取り付けられている。主反転軸８３の後端部分には、作動リング８２が回転自在に取り付けられ、従反転軸８４の前部に設けられた軸穴Ｗ３にスライド軸８６の後部が摺動自在に挿入されている。従反転軸８４およびスライド軸８６にそれぞれ設けられたばね座の間に圧縮された反転ばね８５が挿入されている。主反転軸８３の先端部とスライド軸８６の先端部とは反転ピン８７で連結されている。

回転形方向切換弁９０は、回転スライド形の方向切換弁からなっている。本体９３の内部には図１６に示すように、給気口Ｐ１と第１排気口Ｅ３、第２排気口Ｅ４、および第１給排気口Ｇ３、第２給排気口Ｇ４が設けられ、上端面Ｖ１にはそれぞれ弁座口を備えている。前記本体９３の上部には、第１通路９６および第２通路９５を持つ回転弁体９４が設けられている。前記第１通路９６および第２通路９５は長穴になっており、下端面Ｖ２にはそれぞれ長穴の弁座口を備えている。前記回転弁体９４の上部側はカバー９７により密閉され、下端面Ｖ２側のみ開口している。前記本体９３の上端面Ｖ１と回転弁体９４の下端面Ｖ２とは、ばね９８により接触し、回転摺動自在になっている。このため、回転弁体９４の回転角度量に応じて、給気口Ｐ１と第１排気口Ｅ３、第２排気口Ｅ４、および第１給排気口Ｇ３、第２給排気口Ｇ４の弁座が交互に開閉され、駆動用圧力流体の流路方向を決める。

図１４は図１３のＣ〜Ｃ矢印から見た上面図である。ここで、主反転軸８３と従反転軸８４とは反転ピン８７を基点として空転角度θ分傾いている。また、前記主反転軸８３には回転カム８８に当接する部分に突起部Ｗ４が設けられ、前記回転カム８８には主反転軸８３が挿入されている部分に空転角度θ分の切り欠き部Ｗ５が設けられている。したがって、主反転軸８３は空転角度θの回転位置まで空回転し、回転カム８８を回転させることはない。

図１５は作動方向切換装置１４０をベーン形ロータリアクチュエータＲＭに装備したものである。ベーン形ロータリアクチュエータＲＭの回転ロッドＲＳに切換アームＵ１を取付け、これに相対して作動方向切換装置１４０をブラケットＢＲにより取付け、ベーン形ロータリアクチュエータＲＭの連続反復回転作動を行う。なお、ベーン形ロータリアクチュエータＲＭの駆動軸ＲＲは、６０°〜２７０°程度の反復回転作動を行い、主に、産業用の反復回転作動が行われる機械などに使用される。ここで作動方向切換装置１４０は、ロータリアクチュエータのベーン形のみでなく、ラック・ピニオン形にも適用できる。

図１６は図１３のｄ〜ｄ矢印から見た回転弁体９４の流体の第１通路９６および第２通路９５の方向切換図である。左図ＡＳは、第２通路９５により給気口Ｐ１と第２給排気口Ｇ４が連通し、第２排気口Ｅ４は閉止している。また、第１通路９６により第１給排気口Ｇ３と第１排気口Ｅ３が連通している。右図ＡＯは、左図ＡＳから矢印方向に回転切換した図である。第１通路９６により給気口Ｐ１と第１給排気口Ｇ３が連通し、第１排気口Ｅ３は閉止している。また、第２通路９５により第２給排気口Ｇ４と第２排気口Ｅ４が連通している。このように左図ＡＳから右図ＡＯに回転させることにより、流体の通路方向を切り換えることができる。

上記のように構成された作動方向切換装置１４０の作動について説明する。図１４のトグル装置８０において、作動リング８２が往動ドッグＦ１により押されると、主反転軸８３が弁棒９２を回転中心として時計方向に回転する。同時に反転ピン８７を介して反対側の従反転軸８４が支持ピン０５を回転中心として反時計方向に回転するため、スライド軸８６が従反転軸８４の軸穴Ｗ３に押し込まれ、反転ばね８５が圧縮される。主反転軸８３は空転角度θ分回ると反転し、この反転時点から主反転軸８３の突起部Ｗ４が回転カム８８を押し、時計方向に回転させる。同時に回転カム８８に結合固定された弁棒９２が回転弁体９４を回転させて方向切換弁９０を切り換える。

このような作動方向切換装置１４０により、ベーン形ロータリアクチュエータＲＭを連続的に反復回転作動を行わせるために、図１７のような回路図が組まれている。図１７の上図は回転弁体９４の方向切換図であり、下図はベーン形ロータリアクチュエータＲＭの作動概略図である。遮蔽プレートＲＮを備えた円形シリンダＣ１内には、回転ロッドＲＳおよび駆動軸ＲＲと一体化した回転ピストンＪ１が反復回転できるように設けられている。給気口Ｐ１から供給された圧縮空気は第２給排気口Ｇ４を通って、接続されているシリンダＣ１の作動室Ｂ１に供給される。一方、作動室Ａ１の圧縮空気は、作動室Ａ１に接続連通している第１給排気口Ｇ３を通って、第１排気口Ｅ３から排気されるため、ピストンＪ１は時計方向に回転する。時計方向に作動したピストンＪ１は、時計方向末端で回転ロッドＲＳに同調して作動する切換アームＵ１（図１４に示す。）の往動ドッグＦ１により、作動リング８２を時計方向に押して作動方向切換装置１４０を切り換える。

作動方向切換装置１４０が切り換わることにより、図１６のＡＯ図のように給気口Ｐ１から供給された圧縮空気は第１給排気口Ｇ３を通って、接続されているシリンダＣ１の作動室Ａ１に供給される。一方、作動室Ｂ１の圧縮空気は、作動室Ｂ１に接続連通している第２給排気口Ｇ４を通って、第２排気口Ｅ４から排気されるため、ピストンＪ１は反時計方向に回転作動する。反時計方向に作動したピストンＪ１は、反時計方向末端で回転ロッドＲＳに同調して作動する切換アームＵ１の複動ドッグＴ１により、作動リング８２を反時計方向に押して作動方向切換装置１４０を切換える。このため、圧縮空気によるベーン形ロータリアクチュエータＲＭの連続反復回転作動が可能になる。

図１８〜図２２はこの発明の往復ポンプの実施の形態を示している。この発明の往復ポンプは、前記作動方向切換装置１００を圧縮空気駆動の往復ポンプ１５０に取り付けて駆動するものである。図１８において、複動形の第１シリンダ１５１は内部に第１ピストン１５２、第２ピストン１５３および第３ピストン１５４が一体として設けられ、前記第１シリンダ１５１は、上部を締結ボルト１７３により、増圧用の第２シリンダ１５５を取り付け、下部を締結ボルト１７４により、増圧用の第３シリンダ１５６を取り付けている。第１シリンダ１５１に第１ピストン１５２が挿入され、その上部の第２シリンダ１５５に第２ピストン１５３が挿入され、下部の第３シリンダ１５６に第３ピストン１５４が挿入されている。前記第１ピストン１５２はシールリング１５７を、第２ピストン１５３はシールリング１５８を、また第３ピストン１５４はシールリング１５９をそれぞれ摺動と気密保持用として備えている。また、第１シリンダ１５１には、圧縮空気の給排気口として上部に接続口１７５、下部に接続口１７６を備えている。

第１ピストン１５２には切換ロッド１６０が取り付けられ、その末端はシールリング１７２を介して下部の第３シリンダ１５６の外部に貫通して、切換アームＵ３と一体となっている。また、図１９に示すように第１シリンダ１５１の外部には、ブラケット１６５により作動方向切換装置１００が切換アームＵ３と相対して取り付けられている。

前記第２シリンダー１５５は上端の圧縮室Ａ４に吸込み逆止弁１６１および吐出逆止弁１６２を備え、前記第３シリンダー１５６は下端の圧縮室Ｂ４に吸込み逆止弁１６３および吐出逆止弁１６４を備えている。また、吸込み逆止弁１６１、１６３および吐出逆止弁１６２、１６４の構造をそれぞれ図２０および図２１に示す。前記吸込み逆止弁１６１、１６３は、ボデー１８０に吸込み口ＣＩを備え、内部に弁体１６６、ばね１６７およびプレート１６８を備えている。これらは、シールパッキン１８１で気密を保ちながら、取付けボルト１８５により第２シリンダ１５５あるいは第３シリンダ１５６に取り付けられる。
前記吐出逆止弁１６２、１６４は、ボデー１８２に吐出口ＣＯを備え、内部に弁体１６９、ばね１７０、弁座付ガイド１８３およびプレート１７１を備えている。これらは、シールパッキン１８４で気密を保ちながら、取付けボルト１８６により第２シリンダ１５５、あるいは第３シリンダ１５６に取り付けられる。

上記吸込み逆止弁１６１、１６３および吐出逆止弁１６２、１６４の作動を説明する。吸込み逆止弁１６１、１６３は、流体を右方の吸込み口ＣＩから矢印のように流入し、ばね１６７を圧縮して吸込み弁体１６６を開き、通路ｄ１およびプレート１６８の通路ｄ２を通って左方の圧縮室に吸込まれる。ここで、流体の吸込みの流れが止まると弁体１６６の弁座面Ｖ３が閉止し、逆流を防止する。前記吐出逆止弁１６２、１６４は、圧縮流体を左方の圧縮室より流入させ、ばね１７０を圧縮して吐出弁体１６９を開き、通路ｄ３およびガイド１７１の通路ｄ４を通って右方の吐出口ＣＯから吐出させる。ここで、圧縮流体の吐出が止まると弁体１６９の弁座面Ｖ４が閉止し、逆流を防止する。

上記のように構成された往復ポンプ１５０の作動を説明する。図１８において、圧縮空気を接続口１７５を介して第１シリンダの作動室Ａ３に供給すると、第１ピストン１５２が下方に移動し、同時に第２ピストン１５３も下方に移動する。これより、圧縮室Ａ４内が負圧になり、吸込み逆止弁１６１から流体が吸込まれる。同時に第３ピストン１５４も下方に移動するため、圧縮室Ｂ４内の流体が圧縮されて、吐出逆止弁１６４から吐出される。また、圧縮空気を接続口１７６を介して第１シリンダの作動室Ｂ３に導入すると、第１ピストン１５２が上方に移動し、同時に第２ピストン１５３も上方に移動することにより、圧縮室Ａ４内の流体が圧縮されて、吐出逆止弁１６２から吐出される。同時に第３ピストン１５４も上方に移動するため、圧縮室Ｂ４内が負圧になり、吸込み逆止弁１６３から流体が吸い込まれる。このように、この往復ポンプ１５０は、第１ピストン１５２の往・復作動において、圧縮室Ａ４あるいはＢ４から圧縮流体をつくりだす。ここで、第１ピストン１５２を駆動する空気圧に代えて水圧でもよい。また、第２ピストン１５３あるいは第３ピストン１５４により増圧される流体圧は、油圧あるいは水圧であってもよい。

このような往復ポンプ１５０を連続的に往復作動させるために、第１シリンダ１５１の外部に作動方向切換装置１００が取り付けられている。往復ポンプ１５０の作動を図２２の回路図により説明する。ここで、この回路図の右図は図１８と同一であり、左図の作動方向切換装置１００は、右図では分り難いため、方向切換弁１００のみｈ〜ｈ矢印から見たもので、便宜的に表示している。また、前記作動方向切換装置１００の構造および作動は、図１と同じである。

給気口Ｐから供給された圧縮空気は第１給排気口Ｇ１を通って、接続されている第１シリンダ１５１の作動室Ａ３に供給される。一方、作動室Ｂ３の圧縮空気は、作動室Ｂ３に接続連通している第２給排気口Ｇ２を通って第２排気口Ｅ２から排気されるため、第１ピストン１５２は下方に作動する。下方に作動した第１ピストン１５２は、下方末端で第１ピストン１５２に同調して作動する切換アームＵ３の往動ドッグＦ３により、作動リング７を下方に押して作動方向切換装置１００を切り換える。

作動方向切換装置１００が切り換わることにより、図示しないが給気口Ｐから供給された圧縮空気は第２給排気口Ｇ２を通って、接続されている第１シリンダ１５１の作動室Ｂ３に供給される。一方、作動室Ａ３の圧縮空気は、作動室Ａ３に接続連通している第１給排気口Ｇ１を通って第１排気口Ｅ１から排気されるため、第１ピストン１５２は上方に作動する。上方に作動した第１ピストン１５２は、上方末端で第１ピストン１５２に同調して作動する切換アームＵ３の復動ドッグＴ３により、作動リング７を上方に押して作動方向切換装置１００を切り換える。このように第１ピストン１５２の上下の作動末端で切換アームＵ３により、作動方向切換装置１００が切り換わるため、圧縮空気による往復ポンプの連続往復作動が可能になる。なお、本発明では往復ポンプ１５０を作動方向切換装置１００を使用して作動させているが、これを電磁弁に置き換えることもできる。

この発明の第１の発明の実施の形態を示すもので、シリンダの作動方向切換装置の正面断面図である。図１のａ〜ａから見たトグル装置の側面断面図である。図１に示す装置で複動シリンダを駆動する回路図である。図１に示す装置の作動説明図である。図１に示す装置の作動説明図である。この発明の方向切換弁の他の形態を示すもので、分割形方向切換弁の正面断面図である。この発明の方向切換弁の更に他の形態を示すもので、ポペット形方向切換弁の正面断面図である。この発明のシリンダの作動方向切換装置の他の形態を示すもので、作動方向切換装置を備えた回転往復動シリンダ装置の正面断面図である。図１５のｅ〜ｅから見た回転往復動シリンダ装置の側面断面図である。図１５の回転往復動シリンダ装置を駆動する回路図である。この発明のトグル装置の他の形態を示すもので、単体ばね形トグル装置の正面断面図である。図８のｂ〜ｂから見たトグル装置の側面図である。この発明のロータリアクチュエータの作動方向切換装置の形態を示すもので、回転式トグル装置と回転形方向切換弁を備えたシリンダの作動方向切換装置の正面断面図である。図１３のｃ〜ｃから見たトグル装置の上面図である。図１３の作動方向切換装置をベーン形ロータリアクチュエータに装備した正面図である。図１３のｄ〜ｄから見た回転形方向切換弁の方向切換方法の作動説明図である。図１５のベーン形ロータリアクチュエータを駆動する回路図である。この発明の往復ポンプの形態を示すもので、シリンダの作動方向切換装置を備えた往復ポンプの正面断面図である。シリンダの作動方向切換装置が取り付けられた往復ポンプの外形側面図である。図１８に装備された吸込み逆止弁の断面図である。図１８に装備された吐出逆止弁の断面図である。図１８の流体圧ポンプを駆動する回路図である。

符号の説明

１トグル装置２方向切換弁
３トグル座４主反転軸
５従反転軸７作動リング
８主バネ９主スライド軸
１０従バネ１２従スライド軸
１３連結ピン１４スライダ
１６スプール１８Ａシールリング
２０本体２３ボール
２５ばねＹ１溝
Ｈスライド穴１００作動方向切換装置
Ｆ往動ドッグＴ復動ドッグ
３０方向切換弁３１後本体
３２中本体３３前本体
４０方向切換弁４１後本体
４２中本体４３前本体
４４弁棒４７第１弁体
４８第２弁体６０トグル装置
６１トグル座６２作動リング
６３主反転軸６４従反転軸
６５反転ばね６６スライド軸
６７連結ピン６８スライダ
Ｈ１スライド穴８０トグル装置
８１トグル座８２作動リング
８３主反転軸８４従反転軸
８５反転ばね８６スライド軸
８７反転ピン８８回転カム
９２弁棒９３本体
９４回転弁体１４０回転形作動切換装置
ＲＭベーン形ロータリアクチュエータ１１０複動シリンダ
１１１シリンダ１１２ピストン軸
１１３ピストン１１４駆動スライダ
１１５駆動力伝達ピン１１６駆動アーム
１１８つめ車駆動ピン１２０回転軸
１２１ガイドプレート１２３つめ支持ピン
１２５押しつめ１２６引きつめ
１２７つめ車１３０ラチェットボックス
１３１シールリング１５０往復ポンプ
１５１第１シリンダ１５２第１ピストン
１５３第２ピストン１５４第３ピストン
１５５第２シリンダ１５６第３シリンダ
１５７シールリング１６０切換ロッド
１６１吸込み逆止弁１６２吐出逆止弁

Claims

反転機能を有するトグル装置と、シリンダの作動流体の供給・排出口を切り換える方向切換弁とからなるシリンダの作動方向切換装置であって、前記トグル装置はトグル座と、トグル座に揺動自在に支持された主反転軸および従反転軸と、前記主反転軸の軸穴に摺動自在にはめ合う主スライド軸と、主反転軸の先端部と主スライド軸の先端部との間に挿入された主ばねと、主反転軸の後端部に取付けられた作動リングと、前記従反転軸の軸穴に摺動自在にはめ合う従スライド軸と、従反転軸の先端部と従スライド軸の先端部との間に挿入された従ばねと、前記トグル座の案内穴に前記方向切換弁の作動軸方向に摺動自在に取り付けられたスライダとを備えており、前記主スライド軸および前記従スライド軸の先端部が連結ピンで連結されており、連結ピンが前記スライダのスライド穴に前記方向切換弁の作動方向に摺動自在にはめ合っており、スライダの先端部が前記方向切換弁の作動軸の後端部に連結されており、往動側接触体および復動側接触体が前記シリンダの出力軸に取り付けられており、前記作動リングと往動側接触体または復動側接触体との接触により前記トグル装置が反転して、前記方向切換弁の供給・排出口を切り換えることを特徴とするシリンダの作動方向切換装置。
前記方向切換弁がスプール形方向切換弁であり、本体とスプールとを備え、前記本体が第１給排口に通じる第１弁室、第１排出口に通じる第２弁室、第２給排口に通じる第３弁室、および第２排出口に通じる第４弁室を有するとともに、前記第１弁室および第２弁室に通じる第１気密穴、前記第１弁室、第３弁室および供給口に通じる第２気密穴、ならびに前記第３弁室および第４弁室に通じる第３気密穴を有し、前記スプールが前記スライダに連結されており、前記第１気密穴、第２気密穴の第１弁室側および第３弁室側、ならびに第３気密穴をそれぞれ開閉するシールリングを備えた請求項１記載のシリンダの作動方向切換装置。
前記方向切換弁がスプール形方向切換弁であり、本体とスプールを備え、前記本体が前本体、中本体および後本体、ならびにこれら後、中および前本体を連結するボルトからな
り、前記後本体が第１給排口に通じる第１弁室、第１排出口に通じる第２弁室、ならびに第１弁室および第２弁室に通じる第１気密穴を有し、前記前本体が第２給排口に通じる第３弁室、第２排出口に通じる第４弁室、ならびに第３弁室および第４弁室に通じる第３気密穴を有し、前記中本体が前記第１弁室、第３弁室および供給口に通じる第２気密穴を有し、前記スプールが前記スライダに連結されており、前記第１気密穴、第２気密穴の第１弁室側および第３弁室側、ならびに第３気密穴をそれぞれ開閉するシールリングを備えた請求項１記載のシリンダの作動方向切換装置。
前記方向切換弁がポペット形方向切換弁であり、本体、弁棒とを備え、前記本体が前本体、中本体および後本体、ならびにこれら後、中および前本体を連結するボルトからなり、前記後本体が第１給排口に通じる第１弁室、第１排出口に通じる第２弁室、ならびに第１弁室および第２弁室をつなぐ第１流路を有し、前記前本体が第２給排口に通じる第３弁室、第２排出口に通じる第４弁室、ならびに第３弁室および第４弁室をつなぐ第３流路を有し、前記中本体が前記第１弁室、第３弁室および供給口に通じる第２流路を有し、前記第１流路の入口に第１弁座が、第２流路の入口および出口にそれぞれ第２弁座および第３弁座が、さらに第３流路の入口に第４弁座が設けられており、前記弁棒に弁棒軸方向に間隔をおいて第１弁体および第２弁体が設けられており、第１弁体の後端部が前記第１弁座に、かつ前端部が前記第２弁座にそれぞれ接触自在であり、第２弁体の後端部が前記第３弁座に、かつ前端部が第４弁座にそれぞれ接触自在であり、弁棒が前記スライダに連結されており、第１流路の入口、第２流路の入・出口および第３流路の入口を開閉する請求項１記載のシリンダの作動方向切換装置。
前記シリンダが複動シリンダであり、複動シリンダの出力軸の先端部に連続回転ラチェット機構が取り付けられており、連続回転ラチェット機構が前記複動シリンダの出力軸の先端部に基部が揺動自在に取り付けられた１対の駆動アームと、一方の駆動アームの先端部に揺動自在に取り付けられた押しつめと、他方の駆動アームの先端部に揺動自在に取り付けられた引きつめと、押しつめおよび引きつめが交互に係合するつめ車とからなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリンダの作動方向切換装置。
反転機能を有する単体ばね形トグル装置と、シリンダの作動流体の供給・排出口を切り換える方向切換弁とからなるシリンダの作動方向切換装置であって、前記トグル装置はトグル座と、トグル座に揺動自在に支持された主反転軸および従反転軸と、前記主反転軸の後端部に取付けられた作動リングと、前記従反転軸の軸穴に摺動自在にはめ合うスライド軸と、従反転軸の先端部とスライド軸の先端部との間に挿入された反転ばねと、前記トグル座の案内穴に前記方向切換弁の作動軸方向に摺動自在に取り付けられたスライダとを備えており、前記主反転軸および前記スライド軸の先端部が連結ピンで連結されており、連結ピンが前記スライダのスライド穴に前記方向切換弁の作動方向に摺動自在にはめ合っており、スライダの先端部が前記方向切換弁の作動軸の後端部に連結されており、往動側接触体および復動側接触体が前記シリンダの出力軸に取り付けられており、前記作動リングと往動側接触体または復動側接触体との接触により前記トグル装置が反転して、前記方向切換弁の供給・排出口を切り換えることを特徴とするシリンダの作動方向切換装置。
反転機能を有する回転形トグル装置と、ロータリアクチュエータの往動および復動側の作動流体供給排出口を切り換える回転形方向切換弁とを備えたロータリアクチュエータの作動方向切換装置であって、
前記トグル装置は、トグル座と、主反転軸と、前記主反転軸の後端部に取り付けられた作動リングと、前記トグル座に揺動自在に支持された従反転軸と、前記従反転軸の軸穴に摺動自在にはめ合うスライド軸と、従反転軸の先端部とスライド軸の先端部との間に挿入された反転ばねとを備え、
前記主反転軸および前記スライド軸の先端部が反転ピンで連結されており、前記方向切換弁は、往動側および復動側にそれぞれ前記作動流体の本体供給孔、本体供給排出孔および本体排出孔を有し、本体供給孔、本体供給排出孔および本体排出孔の入口にそれぞれ弁座が設けられた本体と、前記本体の往動側および復動側の本体供給孔、本体供給排出孔および本体排出孔にそれぞれ通じる弁体供給孔、弁体供給排出孔および弁体排出孔を有し、往動側弁体供給孔と往動側弁体供給排出孔、復動側弁体供給孔と復動側弁体供給排出孔、往動側弁体供給排出孔と往動側弁体排出孔、復動側弁体供給排出孔と復動側弁体排出孔とをそれぞれつなぐ通路を有し、前記本体の入口側面に回転自在に接する回転弁体と、一端に前記主反転軸が回転自在にはめ合い、他端寄りに回転弁体が固定された弁棒とを備えており、
回転カムが前記主反転軸に隣接して弁棒に固定されており、往動側接触体および復動側接触体がロータリアクチュエータの出力軸に取り付けられており、前記作動リングと往動側接触体または復動側接触体との接触により前記回転形トグル装置が反転して、前記回転形方向切換弁の作動流体の供給口、給排出口および排出口を切り換え、前記ロータリアクチュエータを正逆回転方向に交互に反復回転作動させることを特徴とするロータリアクチュエータの作動方向切換装置。
反転機能を有するトグル装置と、シリンダの作動流体の供給・排出口を切り換える方向切換弁とを備えた往復ポンプであって、
前記トグル装置は、トグル座と、トグル座に揺動自在に支持された主反転軸および従反転軸と、前記主反転軸の軸穴に摺動自在にはめ合う主スライド軸と、主反転軸の先端部と主スライド軸の先端部との間に挿入された主ばねと、主反転軸の後端部に取り付けられた作動リングと、前記従反転軸の軸穴に摺動自在にはめ合う従スライド軸と、従反転軸の先端部と従スライド軸の先端部との間に挿入された従ばねと、前記トグル座の案内穴に前記方向切換弁の作動軸方向に摺動自在に取り付けられたスライダとを備えており、前記主スライド軸および前記従スライド軸の先端部が連結ピンで連結されており、連結ピンが前記スライダのスライド穴に前記方向切換弁の作動方向に摺動自在にはめ合っており、スライダの先端部が前記方向切換弁の作動軸の後端部に連結されており、
前記往復ポンプは、複動形第１シリンダと、第１シリンダの両端に設けられた増圧用の第２シリンダと第３シリンダとを備え、第１シリンダに第１ピストンが摺動自在に内挿され、第１ピストンに一体的に設けられた第２ピストンと第３ピストンとがそれぞれ第２シリンダと第３シリンダとに摺動自在に内挿されており、第２シリンダと第３シリンダの端部のそれぞれに吸込み逆止弁および吐出逆止弁が設けられており、前記第３シリンダの端部を貫通する切換ロッドが前記第１ピストンに連結され、切換ロッドに往動側接触体および復動側接触体が設けられており、前記トグル装置の作動リングと往動側接触体または復動側接触体との接触によりトグル装置が反転して前記方向切換弁の供給・排出口を切り換え、前記第１ピストンを連続的に往復作動することを特徴とする往復ポンプ。