JP4428671B2 - 流体圧発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気圧やガス圧などによりピストンをレシプロ動作させ、ピストンと連動するプランジャを駆動させることによって、連続的な流体圧を発生させる流体圧発生装置に関する。

このような流体圧発生装置としては、例えば図５に示した構造のものが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。この装置では、図５に示したように、本体１００に設けられたシリンダ１０２内にピストン１０４が設けられ、このピストン１０４の下側には復帰バネ１１４が、上側には圧力室１１０が設けられている。そして、この圧力室１１０に給排弁部１０６を介して圧縮空気を給排することによってピストン１０４が上下動され、ピストン１０４と連動するプランジャ１５８が駆動される構成を有する。

給排弁部１０６は、給気路１２２と、排気路１２４と、給排気路１２６と、給排弁１２８とを、本体１００内の復帰バネ格納室１１２の上方に有している。給気路１２２は給気口１３８を介して圧縮空気源（図示せず）に接続され、排気路１２４は外界に連通され、給排気路１２６は圧力室１１０に連通されている。給排弁１２８は、ピストン１０４の移動方向に沿って移動可能であり、第１弁部１４４と第２弁部１４２を有し、給気位置と排気位置の２つの状態に切換可能である。給気位置では、第１弁部１４４が第１弁座１４８から離座され、給排気路１２６が給気路１２２と連通され、かつ第２弁部１４２が第２弁座１４６に着座され、給排気路１２６が排気路１２４と遮断される。一方、排気位置では、第１弁部１４４が第１弁座１４８に着座され、給排気路１２６が給気路１２２と遮断され、かつ第２弁部１４２が第２弁座１４６から離座され、給排気路１２６が排気路１２４と連通される。

給排弁１２８の移動方向の上端には、排圧用パイロット室１３０が設けられ、移動方向の下端には、給圧用パイロット室１３２が設けられている。この給圧用パイロット室１３２は給気路１２２と連通されている。給排弁１２８の中心部には、この給排弁１２８を貫通し、給圧用パイロット室及び排圧用パイロット室に達する内孔１５４が形成されている。また、この内孔１５４内には、ピストン１０４と同軸的に且つ一体にパイロット圧切換ロッド１５６が摺動可能に設けられている。パイロット圧切換ロッド１５６の先端部には、パイロット給気弁１３４が設けられ、パイロット圧切換ロッド１５６の上下動により、このパイロット給気弁１３４が給圧用パイロット室１３２と内孔１５４の間を開閉するよう構成されている。また、排圧用パイロット室１３０の上方には、圧抜き弁１３６が設けられている。この圧抜き弁１３６はパイロット圧切換ロッド１５６によって押圧されると開弁して排圧用パイロット室１３０を排気路１２４に接続する。一方、圧抜き弁１３６がパイロット圧切換ロッド１５６によって押圧されていないと、閉弁して排圧用パイロット室１３０を排気路１２４から遮断する。

このような構成の装置では、何らかの原因でピストン９が超微速で作動される場合がある。例えば、高圧流体の出力側が所定の高圧となり、停止状態となっているとき、出力側に流体漏れを生じて圧力が少しずつ低下してくると、その圧力低下を補うように、流体圧発生装置が超微速で動作（往動作）される。このような場合、給排弁１２８が給気位置（図５の右半分に示した状態）から排気位置（図５の左半分に示した状態）に向かって移動する際、まず、パイロット圧切換ロッド１５６が圧抜き弁１３６から離れ、排圧用パイロット室１３０が排気路１２４から遮断される。この状態でパイロット圧切換ロッド１５６が降下すると、パイロット給気弁１３４が給排弁１２８の下端付近に到達し、パイロット給気弁１３４と給排弁１２８の下端付近で隙間ができ、内孔１５４を通って少しずつ圧縮空気が排圧用パイロット室１３０に流れ込み始める。こうして排圧用パイロット室１３０の圧力が徐々に上昇すると、給排弁１２８に下向きの力がかかり、給排弁１２８もゆっくり下方に押し下げられる。このため、第１弁部１４４と第１弁座１４８、ならびに第２弁部１４２と第２弁座１４６の両方が開口された位置が存在することとなる。しかしながら、この状態が停滞すると、給気路１２２と排気路１２４が繋がり、給気路１２２から供給された圧縮空気が排気路１２４から放出されてしまい、給排弁１２８が中立位置で完全に均衡位置を保ってしまう。これによって、ピストン１０４が異常停止し、これに連動するプランジャ１１６及びパイロット圧切換ロッド１５６もレシプロ作動を行うことが不可能となってしまう場合がある。

そこで、このような装置の異常停止を回避するため、図５に示した従来技術の構成（特許文献１参照）では、その拡大図である図６に示したように、パイロット圧切換ロッド１５６を、その一端部から圧力室１１０の中途に位置する大径部１５６ａが、残りの小径部１５６ｂよりも大径に形成されている。即ち、圧力室１１０に存在する大径部１５６ａと小径部１５６ｂとの境界部分に面積差を設けた構成としている。この面積差は、圧力室１１０に圧縮空気が供給された状態でパイロット圧切換ロッド１５６が上方に浮き上がり、また、排圧用パイロット室１３０に圧縮空気が供給され、給排弁１２８が下降を開始し始める圧縮空気の圧力よりも低い圧力でパイロット圧切換ロッド１５６が下降するように調整されている。

この従来技術では、上記のように構成することで、装置が超微速駆動している際に異常停止してしまうことを防止できる点で優れている。即ち、上記装置では、超微速度でピストン１０４が往動作し、その下死点付近に到達すると、パイロット給気弁１３４と給排弁１２８の下端付近で隙間ができ、内孔１５４を通って少しずつ圧縮空気が排圧用パイロット室１３０に流れ込む。そしてその排圧用パイロット室１３０内の圧力が徐々に上昇されると、その圧力によって給排弁１２８の下降を開始するが、その下降以前にパイロット圧切換ロッド１５６が排圧用パイロット内の圧力により受け部１５８の底まで下降される。これによってパイロット給気弁１３４が確実に開弁されるため、給排弁１２８がデットポイントに入ることがなく、装置の異常停止を回避することができる。

特開２００５−２０１１６４号公報

しかしながら、上記構成では、微速運転過渡期において装置の異常停止を防止するため、パイロット圧切換ロッド１５６を下降させるのに、圧縮空気を排圧用パイロット室１３０に極僅かずつ畜圧しなければならない。ところが、ピストン１０４のレシプロ運動の速さによって圧縮空気の量は一定ではない。また、上記構成では上述のように、パイロット圧切換ロッド１５６の大径部１５６ａと小径部１５６ｂとに面積差を設けた複雑な構成とする必要がある。さらに、この大径部１５６ａと小径部１５６ｂの面積差を利用した上記の動作を成立されるためには、パイロット圧切換ロッド１５６に対してパイロット給気弁１３４、第１シール部１６４、及び第２シール部１６６による３箇所のシール部分を設ける必要があるが、各々のシールはパイロット圧切換ロッド１５６の摺動動作により摺動摩擦抵抗や摩耗などが生じ耐久性に劣る。

そこで本発明は、給排弁がデッドポイントに入り、ピストンが異常停止することのない流体圧発生装置を提供すること、特に、上記従来例のようにパイロット空気（圧縮空気）だけで作動するのではなく、パイロット空気の供給量に依存することなくピストンの異常停止を防止することのできる流体発生装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、安価で簡素化が可能であり、耐久性にも優れた構造を有する流体圧発生装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明の流体圧発生装置では、パイロット圧切換ロッドに復帰バネなどの弾性部材を設けた構成とするものである。このように弾性部材を設けることで、ピストンが超微速度で下降動作をするときにおいても、パイロット圧切換ロッドを確実かつ即座に下死点側へ移動させることができ、その結果、給排弁がデッドポイントに入ることが無く、ピストンの異常停止を生じることを回避できる。

即ち、本発明の流体圧発生装置では、シリンダ内部にピストンを有し、給排弁部が、給排弁と、この給排弁の一端に設けられた圧縮空気供給源に連通された給圧用パイロット室と、他端に設けられた排気路に連通可能な排圧用パイロット室と、を有し、給圧用パイロット室及び排圧用パイロット室に給排される圧縮空気によって、給排弁が、シリンダ内部に圧縮空気を供給する給気位置と、シリンダ内部の圧縮空気を排出する排出位置と、に切換移動可能であり、この給気位置と排気位置の切換によりシリンダ内部に圧縮空気を給排することでピストンを往復動作させ、流体圧を発生させる装置であって、給圧用パイロット室及び排圧用パイロット室を連通する内孔が給排弁部に設けられ、この内孔に、ピストンと連動して移動し、この移動方向に弾性力を及ぼす弾性部材が設けられたパイロット圧切換ロッドが挿通され、このパイロット圧切換ロッドの移動により給圧用パイロット室と内孔の間を開閉可能であり、さらに、このパイロット圧切換ロッドの移動により、排圧用パイロット室と外界に通じる排気路とを開閉可能である構成とするものである。

また、さら別形態の流体圧発生装置では、シリンダ内部で往復動作するピストンと、このピストンの一方の側にピストンを復帰位置に戻すよう力を及ぼす復帰バネと、他方の側に圧力室を有し、給排弁部が、圧縮空気源に接続される給気路と、外界に連通される排気路と、圧力室に連通される給排気路と、ピストンの移動方向に沿って移動可能な給排弁と、この給排弁の移動方向の一端に給気路に連通される給圧用パイロット室と、他端に排気路に圧抜き弁を介して連通可能な排圧用パイロット室を有し、給排弁が、給排気路と給気路を連通し且つ給排気路と排気路を遮断する給気位置と、給排気路と給気路を遮断し且つ給排気路と排気路を連通する排気位置とに切換可能であり、この切換により、圧力室に圧縮空気を給排することでピストンを往復動作させ、流体圧を発生させる装置であって、給排弁部内をピストンの移動方向に貫通し、給圧用パイロット室と排圧用パイロット室を連通する内孔と、この内孔に挿通され、ピストンの移動と連動して移動可能なパイロット圧切換ロッドと、このパイロット圧切換ロッドに設けられ、このパイロット圧切換ロッドの移動方向に弾性力を及ぼす弾性部材と、を設け、パイロット圧切換ロッドの移動により、給圧用パイロット室と内孔が開閉可能であり、さらに、パイロット圧切換ロッドの移動により、圧抜き弁を開閉することで、排圧用パイロット室と排気路を開閉可能である構成とするものである。

このように構成されているため、給排弁が給気位置から排気位置に向かって移動する場合、まず先にパイロット圧切換ロッドが下死点側へ移動を開始する。やがてパイロット圧切換ロッドの先端部、即ち先端側ほど径が短くなるよう形成されたテーパ部が給排弁の下端部近傍まで移動すると、パイロット圧切換ロッドの側面と内孔側に設けられたシール部材により閉じられていた給圧用パイロット室と内孔の間の封止が徐々に解かれ始める。これにより給圧用パイロット室の圧縮空気が内孔を介して排圧用パイロット室に送られ、排圧用パイロット室の圧力が上昇し始めるが、本発明では、パイロット圧切換ロッドに弾性部材が設けられているため、上記給圧用パイロット室の圧力の蓄積を待たずして、即座にパイロット圧切換ロッドを下死点側へ移動させることができる。このため、排圧用パイロット室の圧力も即座に上昇され、給排弁が給気位置から排気位置へ即座に切り替えられる。その結果、ピストンが超微速で下降動作するような場合においても、給排弁がデットポイントに入ることが無く、ピストンが異常停止するのを回避することができる。

なお、上記弾性部材としては、パイロット圧切換ロッドを下死点側に復帰させるよう力を及ぼすバネ、ゴム、又はピストンの移動方向にＯリングを直列に複数重ねた部材などを用いると良い。そしてこの弾性部材は、パイロット圧切換ロッドと圧抜き弁の間や、パイロット圧切換ロットとピストンの間に設けると良い。また、この弾性部材に替えて磁石を設けた構成としても良い。この場合、この磁石は、パイロット圧切換ロッド及びピストンと一体動作するプランジャの両方に、パイロット圧切換ロッドの移動方向に対向するように設けると良い。また、上記弾性部材の弾性力や上記磁石によりパイロット圧切換ロッドに及ぼされる力は、上記内孔側に設けられたシールと、パイロット圧切換ロッドの先端部に形成されたテーパ部との接触により生じる接触摩擦抵抗力より大きくなるように設定すると良い。さらに、上記パイロット圧切換ロッドは、ピストンと一体的に動作するプランジャに遊嵌された構成とし、ピストンが上死点側に移動する際は上記プランジャに接触した状態で移動し、ピストンが下死点側に移動する際は、上記プランジャから浮いた状態で移動するように構成すると良い。このように構成することで、ピストンが超微速で下死点側に移動する場合においても、パイロット圧切換ロッドを一気かつ即座に下死点側に移動させる上記動作をする装置を提供でき、上記のようなピストンの異常停止を回避することができる。

以下、本発明の流体圧発生装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の流体圧発生装置の構成を示す断面図である。また特に、図１の右側はパイロット圧切換ロッド３４が上死点にある場合、図１の左側はパイロット圧切換ロッド３４が下死点にある場合を示している。また、図２は、図１に示した流体圧発生装置の部分拡大図である。そして特に、図２の右側は給排弁１４が給気位置にある場合、図２の左側は給排弁１４が排気位置にある場合を示している。図１及び図２に示したように、本発明の流体圧発生装置は、本体１を有し、その内部にシリンダ２が設けられている。また、シリンダ２内には、ピストン９が摺動可能に設けられ、ピストン９の上側には圧力室３０が、下側には復帰バネ１２が設けられている。そして、この圧力室３０に給排弁部２６を介して圧縮空気を給排することによってピストン９が往復動作され、この往復動作によってポンプ４２が駆動されて高圧の流体が発生される。

シリンダ２は本体１の下部側に設けられている。その内部は摺動可能に収容されたピストン９により上下２つの部屋に区画され、ピストン９の上側に圧力室３０、下側に復帰バネ格納室３１が形成されている。この復帰バネ格納室３１には、ピストン９を上方端位置に復帰するための復帰バネ１２が設けられている。ピストン９は、圧力室３０に圧縮空気が供給されると、復帰バネ１２の弾性力に抗して下方に摺動し、圧力室３０の圧縮空気が排出されると、復帰バネ１２の弾性力によって上方に摺動する。

給排弁部２６は、シリンダ２の上方に設けられ、給気路３２、排気路３３、給排気路２９、給排弁１４、給圧用パイロット室３８、排圧用パイロット室２７、圧抜き弁１９等を備えている。給気路３２は給気口４１を介して圧縮空気源（図示せず）に接続され、排気路３３は外界に連通され、給排気路２９は圧力室３０に連通されている。給排弁１４はピストン９の移動方向に沿って移動可能であり、給気位置と排気位置の２つの状態に切換可能である。即ち、給排弁１４は、給排気路２９と給気路３２の間に第１弁部１５を、給排気路２９と排気路３３の間に第２弁部２５を有している。そして、給排弁１４が給気位置に移動すると、第１弁部１５が第１弁座３９から離座され、給排気路２９が給気路３２と連通され、かつ第２弁部２５が第２弁座２４に着座され、給排気路２９が排気路３３と遮断される。一方、給排弁１４が排気位置に移動されると、第１弁部１５が第１弁座３９に着座され、給排気路２９が給気路３２と遮断され、かつ第２弁部２５が第２弁座２４から離座され、給排気路２９が排気路３３と連通される。

給排弁１４の移動方向の上側には排圧用パイロット室２７が設けられ、移動方向の下側には、給圧用パイロット室３８が設けられている。給排弁１４の中央部には、ピストン９の移動方向に給排弁１４を貫通する内孔２８が設けられている。この内孔２８は、給圧用パイロット室３８と排圧用パイロット室２７を連通している。また、この内孔２８には、中央部にパイロットピン１７が嵌設されたパイロット圧切換ロッド３４の先端側が嵌挿されている。パイロット圧切換ロッド３４の基端部（図中の下部）は、ピストン９の中央部を貫挿し、プランジャ１０の顎部１０ａ内に収容されているボルト３７が設けられている。このパイロット圧切換ロッド３４はパイロットピン１７と一体的に動作し、ピストン９の移動方向（上下方向）に摺動可能である。また、このパイロット圧切換ロッド３４、パイロットピン１７、及びプランジャ１０は、ピストン９の中央部に同心で配置されている。このパイロット圧切換ロッド３４の上下動によってプランジャ式のポンプ４２が動作し、流体吸入口３から吸い込まれた流体が高圧とされて流体吐出口４から吐出される。

なお、上記構成では、パイロットピン１７をパイロット圧切換ロッド３４とは別のパーツとして構成したが、これは加工・組立が容易なためであり、両者を一体とした構成としても良い。また、下記で説明するボルト３７も同様に、パイロット圧切換ロッド３４と一体とした構成としても良い。

図２に示したように、パイロット圧切換ロッド３４の基端部（図中下部）にはパイロット圧切換ロッド３４の外径より大きい寸法を有するボルト３７が形成され、その上部に設けられたワッシャ３６によりパイロット圧切換ロッド３４がピストン９を抜け上方へ移動しないように構成されている。また、このボルト３７の上下方向の寸法は、このボルト３７を収容しているプランジャ１０の顎部１０ａの上下方向の寸法より短く形成され、パイロット圧切換ロッド３４が上下方向に予め定められた距離だけ移動可能に構成されている。即ち、パイロット圧切換ロッド３４は、プランジャ１０の顎部１０ａ内に遊嵌され、ボルト３７と顎部１０ａの上下方向の寸法差分の距離だけプランジャ１０（及びピストン９）の動作と別個に摺動可能に構成されている。

給排弁１４の内孔２８側の下部近傍にはシール１６が設けられており、このシール１６とパイロット圧切換ロッド３４の上下動により、内孔２８と給圧用パイロット室３８の間を開閉することができる。より詳細には、パイロット圧切換ロッド３４の先端部は先端側に向かって徐々にその外径が短くなるテーパ構造を有している。このため、パイロット圧切換ロッドが上昇している上死点側では、パイロット圧切換ロッド３４とシール１６により内孔２８と給圧用パイロット室３８の間が閉じられた状態となるが、パイロット圧切換ロッド３４が下降し、シール１６がパイロット圧切換ロッドの先端部のテーパ構造に至ると、徐々にシール１６とパイロット圧切換ロッド間の接触が弱まり、内孔２８と給圧用パイロット室３８の間が開かれる。

また、パイロット圧切換ロッド３４には、このパイロット圧切換ロッド３４を下死点位置に復帰させる方向（図中下側）に弾性力を作用させる弾性部材１８（例えば、復帰バネ、ウレタンゴムなどの弾性ゴム、Ｏリングをロッド３４の移動方向に直列に複数重ねた部材など）が設けられている。特に、図１及び図２に示した実施形態では、この弾性部材１８が、パイロット圧切換ロッド３４と圧抜き弁１９の間に設けられている。このため、上記のように、パイロット圧切換ロッド３４が下降し、シール１６の位置がパイロット圧切換ロット３４の先端部のテーパ部に至ると、シール１６とこのテーパ部との接触が弱まり、シール１６とパイロット圧切換ロッド３４間の接触摩擦抵抗力よりもこの弾性部材１８の弾性力（復帰バネの場合にはバネ力）が勝ると、この弾性部材１８によってパイロット圧切換ロッド３４が一気に下降され、内孔２８と給圧用パイロット室３８が開かれた状態とされる。

さらに、内孔２８の上部には圧抜き弁１９が設けられている。このため、パイロット圧切換ロッド３４が上昇し、この先端部に設けられたパイロットピン１７によってこの圧抜き弁１９が押されると、弁１９が開弁され、排圧用パイロット室２７が排気路３３に接続される。一方、パイロットピン１７によって圧抜き弁１９が押されていない状態では、圧抜き弁１９は閉弁され、排圧用パイロット室２７が排気路３３から遮断される。なお、圧抜き弁１９には、パイロットピン１７によって押されていない場合に圧抜き弁１９を閉弁状態に保つため、着座バネ２０が設けられている。これにより、圧縮空気が排圧用パイロット室２７に作用しても圧抜き弁１９は閉弁状態に保たれる。また、図１及び図２に示したように圧抜き弁１９とパイロット圧切換ロッド３４の間に設けられている上記弾性部材１８が、パイロット圧切換ロッド３４の上昇によって最大に圧縮された状態になっても、この着座バネ２０のバネ力はこの弾性部材１８の弾性力に打ち勝つ力を有するように設定されている。従って、この弾性部材１８によって圧抜き弁１９が開弁されることはない。

なお、図１及び図２に示した本発明の実施形態では、弾性部材１８をパイロット圧切換ロッド３４の上端側と圧抜き弁１９の下端側に設ける構成としたが、上記のように、パイロット圧切換ロッド３４の下降動作に伴いシール１６とパイロット圧切換ロッド３４のテーパ部の間に生じる接触摩擦抵抗に抗してパイロット圧切換ロッド３４を下死点側へ復帰させる力を及ぼす構成であれば、如何に弾性部材１８を設ける構成としても良い。例えば、図３に示した本発明の別の実施形態では、弾性部材１８’をパイロット圧切換ロッド３４とピストン９（又はピストン９と一体動作するプランジャ１０（図示せず））の間に設けた構成としている。このように構成した場合でも、上記図１及び図２に示した実施形態と同様、パイロット圧切換ロッド３４が下降動作する際に、パイロット圧切換３４とシール１６との間で生じる摩擦抵抗力に抗して、パイロット圧切換ロッド３４を下死点側へ及ぼす力をこの弾性部材１８’により担うことができる。即ち、パイロット圧切換ロッド３４が下降動作し、シール１６が設けられた位置が、このロッド３４の先端部のテーパ部に至ると、このシール１６とテーパ部との接触により生じる接触摩擦抵抗力に抗して弾性部材１８’により及ぼされる弾性力によりパイロット圧切換ロッド３４を一気に下降させる（下死点側へ移動させる）ことができる。なお、上記動作を実現するため、弾性部材１８’の弾性力は、弾性部材１８と同様、シール１６とパイロット圧切換ロッド３４のテーパ部との接触により生じる接触摩擦抵抗力より大きく設定すると良い。

さらに、図４に示した本発明の別の実施形態では、上記弾性部材１８、１８’の替わりに磁石１８’’を設けた構成としたものである。この構成では、パイロット圧切換ロッド３４の下端側に磁石１８’’を設けるとともに、これと対向する形で、ピストンと一体的に動作するプランジャ１０の上端側に磁石１８’’を設けている。このため、上記弾性部材１８、１８’と同様、これら磁石１８’’により、パイロット圧切換ロッド３４を下死点側へ下降させる力を及ぼすことができ、上記と同様の動作を実現することができる。なお、この磁石１８’’によるロッド３４に及ぼされる力は、上記弾性部材１８、１８’と同様、シール１６とパイロット圧切換ロッド３４のテーパ部との接触により生じる接触摩擦抵抗力より大きく設定すると良い。

次に本発明の流体圧発生装置の上記実施例の動作について説明する。本発明の流体圧発生装置では、初期状態では、図１の右側に示すように、ピストン９が復帰バネ１２の弾性力によって上昇した復帰位置にある。この状態では、パイロット圧切換ロッド３４は上死点まで上昇しており、給圧用パイロット室３８と内孔２８間は、パイロット圧切換ロッド３４とシール１６により閉じられている。また、パイロット圧切換ロッド３４の先端部に設けられたパイロットピン１７が圧抜き弁１７を開弁し、排圧用パイロット室２７が排気路３３と連通され大気圧とされている。この際、給圧用パイロット室３８の圧縮空気の圧力及び戻りバネ４０の弾性力によって、給排弁１４は上昇され給気位置に移動されている。この給気位置では、給排弁１４の第１弁部１５が第１弁座３９から離座され、その結果、給排気路２９が給気路３２と連通され、かつ第２弁部２５が第２弁座２４に着座され、その結果、給排気路２９が排気路３３から遮断されている。従って、給気口４１から供給される圧縮空気は、給気路３２及び給排気路２９を介して圧力室３０に導かれ、ピストン９が復帰バネ１２の弾性力に抗して下方への移動を開始する。

図２の右側に示したように、ピストン９が下降していき、パイロット圧切換ロッド３４が下死点付近まで下降すると、シール１６がパイロット圧切換ロッド３４の先端部に設けられたテーパ部に到達する。上記のように、このテーパ部は先端側ほど外径が狭くなるテーパ構造を有しているため、パイロット圧切換ロッド３４が微速下降すると徐々にこのテーパ部とシール１６の接触が弱まっていく。従って、シール１６とパイロット圧切換ロッド３４のテーパ部の接触摩擦抵抗よりもパイロット圧切換ロッド３４に設けられた弾性部材１８の弾性力の力が勝ると、図２の左側に示したように、パイロット圧切換ロッド３４は、一気に下方へ脱落する。即ち、シール１６による上記接触摩擦抵抗により浮き上がっていたパイロット圧切換ロッド３４（図２の左側）が、下方へ脱落し、パイロット圧切換ロッド３４の下端部に設けられたボルト３７がプランジャ１０の顎部１０ａの底部に落下する。これによって、給圧用パイロット室３８と内孔２８が完全に連通され、内孔２８を介して排圧用パイロット室２７に圧縮空気が供給され、排圧用パイロット室２７の圧力が急激に上昇される。同時に、この排圧用パイロット室２７の圧力により、給排弁１４が戻りバネ４０の弾性力に抗して勢い良く下降され、給排弁１４が排気位置に移動される。

給排弁１４が排気位置に移動すると、図１の左側に示したように、第１弁部１５が第１弁座３９に着座し、給排気路２９が給気路３２と遮断される。同時に、第２弁部２５が第２弁座２４から離座し、給排気路２９が排気路３３と連通される。これによって、圧力室３０内の圧縮空気が給排気路２９及び排気路３３を介して外界に放出される。従って、圧力室３０による下方への圧力が弱まるため、ピストン９が復帰バネ１２の弾性力によって上昇を開始する。同時に、ピストンに連動するプランジャ１０及びパイロット圧切換ロッド３４も上昇し始める。なお、パイロット圧切換ロッド３４に設けられた弾性部材１８は、ピストン９の復帰バネ１２の弾性力より小さく設定されているため、復帰バネ１２によるピストン９やパイロット圧切換ロッド３４の上昇を妨げることはない。またこの際、パイロット圧切換ロッド３４の下端部に設けられたボルト３７の下端部はプランジャ１０の顎部１０ａと接触した状態で上昇するため、ピストンと連動して上昇される。このように、パイロット圧切換ロッド３４が上昇すると、内孔２８内に侵入して、給圧用パイロット室３８と排圧用パイロット室２７の間を再び遮断する。即ち、給圧用パイロット室３８と内孔２８間は、パイロット圧切換ロッド３４とシール１６によって再び閉じられる。そして、ピストン９が図１の右側に示した復帰位置に到達する直前まで上昇すると、パイロット圧切換ロッド３４の先端部に設けられたパイロットピン１７が着座バネ２０に抗して圧抜き弁１９を押し上げ、圧抜き弁１９が再び開弁され、排圧用パイロット室２７の圧力が大気圧とされる。これにより、給圧用パイロット室３８の圧力が排圧用パイロット室２７の圧力より高くなることによって、及び戻りバネ４０の弾性力によって、給排弁１４が再び上昇され給気位置に移動される。以下、上述した動作を繰り返すことで、ピストン９が往復動作を繰り返し、高圧の流体を発生する本発明の流体圧発生装置が駆動される。

本発明の上記実施例の構成では、パイロット圧切換ロッド３４にバネ、ゴム、Ｏリングを複数重ねた部材などの弾性部材１８、１８’を設けた構成、もしくは磁石１８’’を設けた構成としている。このため、ピストンが微速度で下降動作する際においても、下死点付近におけるシール１６に対するパイロット圧切換ロッド３４の先端テーパ部の通過を瞬時に行うことができる。このため、第１弁部１５が第１弁座３９から離座されると共に、第２弁部２５が第２弁座２４から離座された状態を発生せず、給排弁１４がデッドポイントに入ることはない。即ち、ピストンが異常停止することはない。

さらに、本発明の上記実施例の構成では、上記異常停止回避のための機能をパイロット圧切換ロッド３４に弾性部材１８又は１８’もしくは磁石１８’’を設けるという非常に単純な構成でなし得るため、構成を簡素化でき、安価な流体圧発生装置を提供することができる。また、このように構成が簡単なため、摩耗等し易いパッキンやＯリング等のシール部材を多数設ける必要なく構成できるため、耐久性にも優れた流体圧発生装置を提供することができる。さらに、本発明では、パイロット圧切換ロッド３４の下死点付近における上記動作を、パイロット空気を蓄積する必要なく弾性部材１８、１８’の弾性力又は磁石１８’’による磁力により行うことができるため、ピストン９の速度等に依存することなく、安定した装置の駆動を実現することができる。

以上、本発明の流体圧発生装置の実施形態を詳細に説明したが、本発明はここで記載した実施形態に限定されるものではなく、様々な変更や改良をなし得る。例えば、上記実施形態ではパイロットピン１７とパイロット圧切換ロッド３４を別々のパーツとして構成したが、一体構成としても良い。また、シール１６を内孔２８側に設けたが、パイロット圧切換ロッド側に設けても良い。さらに、ポンプ４２を油圧式ポンプとしたが、空気圧ポンプとしても良い。

本発明の流体圧発生装置の構成を示す断面図である。 図１に示した本発明の流体圧発生装置の構成を示す拡大断面図である。 本発明の流体圧発生装置の別の構成を示す断面図である。 本発明の流体圧発生装置の更に別の構成を示す断面図である。 従来の流体圧発生装置の構成を示す断面図である。 図５に示した従来の流体圧発生装置の構成を示す拡大断面図である。

符号の説明

１、１００・・・本体
２、１０２・・・シリンダ
３、１１８・・・流体吸入口
４、１２０・・・流体吐出口
５・・・流体吸込弁部
６・・・流体吐出弁部
７・・・流体吸込逆止め弁
８・・・流体吐出逆止め弁
９、１０４・・・ピストン
１０、１１６・・・プランジャ
１０ａ・・・顎部
１０ｂ・・・プランジャ部
１１・・・流体揚程室
１２、１１４・・・復帰バネ
１３・・・空気シリンダチューブ
１４、１２８・・・給排弁
１５、１４４・・・第１弁部
１６・・・シール
１７・・・パイロットピン
１８、１８’・・・弾性部材
１８’’・・・磁石
１９、１３６・・・圧抜き弁
２０・・・着座バネ
２１・・・着座バネ座金
２２・・・排気消音材
２３・・・止め輪
２４、１４６・・・第２弁座
２５、１４２・・・第２弁部
２６、１０６・・・給排弁部
２７、１３０・・・排圧用パイロット室
２８、１５４・・・内孔
２９、１２６・・・給排気路
３０、１１０・・・圧力室
３１、１１２・・・復帰バネ格納室
３２、１２２・・・給気路
３３、１２４・・・排気路
３４、１５６・・・パイロット圧切換ロッド
３５・・・Ｏリング
３６・・・ワッシャ
３７・・・ボルト
３８、１３２・・・給圧用パイロット室
３９、１４８・・・第１弁座
４０・・・戻りバネ
４１、１３８・・・給気口
４２、１０８・・・ポンプ
１３８・・・パイロット吸気弁
１５８・・・受け部
１６４・・・第１シール部
１６６・・・第２シール部

Claims (7)

1. シリンダと給排弁部を少なくとも有し、
   前記シリンダ内部に、該シリンダ内部を往復動作するピストンと、該ピストンの一方の側に該ピストンを復帰位置に戻すよう力を及ぼす復帰バネと、他方の側に圧力室と、を有し、
   前記給排弁部が、圧縮空気源に接続される給気路と、外界に連通される排気路と、前記圧力室に連通される給排気路と、前記ピストンの移動方向に沿って移動可能な給排弁と、該給排弁の移動方向の一端に前記給気路に連通される給圧用パイロット室と、他端に前記排気路に圧抜き弁を介して連通可能な排圧用パイロット室と、を有し、
   前記給排弁が、前記給排気路と前記給気路を連通し、且つ前記給排気路と前記排気路を遮断する給気位置と、前記給排気路と前記給気路を遮断し、且つ前記給排気路と前記排気路を連通する排気位置と、に切換可能であり、該切換により、前記圧力室に圧縮空気を給排することで前記ピストンを往復動作させ、流体圧を発生させる流体圧発生装置であって、
   前記給排弁部内を前記ピストンの移動方向に貫通し、前記給圧用パイロット室と前記排圧用パイロット室を連通する内孔と、
   該内孔に挿通され、前記ピストンの移動と連動して移動可能な、先端部にテーパ部が設けられたパイロット圧切換ロッドと、
   前記内孔の下部近傍に設けられたシールと、
   該パイロット圧切換ロッドを下死点側に復帰させるために下死点側又は上死点側に設けた下向きに力を及ぼす弾性部材と、該パイロット圧切換ロッドの先端部のパイロットピンに押されていない状態で前記圧抜き弁を閉弁状態に保つように前記圧抜き弁側に設けた下向きに力を及ぼす弾性部材とを、それぞれ該パイロット圧切換ロッドの長さ方向に有し、
   前記パイロット圧切換ロッドが下降して、前記下死点側に復帰させるための弾性部材の弾性力が、前記内孔側に設けられたシールと前記パイロット圧切換ロッドの先端部に形成された前記テーパ部との接触により生じる接触摩擦抵抗力より大きくなると、前記パイロット圧切換ロッドは一気に下方へ脱落し、
   前記パイロット圧切換ロッドの移動により、前記パイロット圧切換ロッドと前記シールとの間が気密接触されるか開放されるかによって、前記給圧用パイロット室と前記内孔の間が開閉可能であり、
   前記パイロット圧切換ロッドの移動により、前記圧抜き弁を開閉することで、前記排圧用パイロット室と前記排気路の間を開閉可能である流体圧発生装置。
2. 前記ピストンと一体的に動作するプランジャが設けられており、前記パイロット圧切換ロッドが該プランジャに遊嵌されている請求項１に記載の流体圧発生装置。
3. 前記下死点側に復帰させるための弾性部材が、バネ、ゴム、又は前記ピストンの移動方向にＯリングを複数重ねた部材である請求項１又は２に記載の流体圧発生装置。
4. 前記下死点側に復帰させるための弾性部材が、前記排圧用パイロット室と前記排気路の間を開閉する圧抜き弁、並びに前記パイロット圧切換ロッドの間に設けられ、該弾性部材の弾性力が、前記圧抜き弁を開閉するのに必要な力より小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の流体圧発生装置。
5. 前記下死点側に復帰させるための弾性部材が前記パイロット圧切換ロッドと前記ピストンの間に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の流体圧発生装置。
6. 請求項１又は２に記載の流体圧発生装置における前記下死点側に復帰させるための弾性部材の替わりに前記パイロット圧切換ロッドに磁石が設けられ、該磁石が前記パイロット圧切換ロッドを下死点側に復帰させるように力を及ぼすように、前記パイロット圧切換ロッドとその下のプランジャとにそれぞれ引き合う力を有する前記磁石を設けたことを特徴とする流体圧発生装置。
7. 前記パイロット圧切換ロッド及び前記プランジャに設けられた磁石により前記パイロット圧切換ロッドに及ばされる力が、前記内孔側に設けられたシールと前記パイロット圧切換ロッドの端部に形成されたテーパ部との接触により生じる接触摩擦抵抗力より大きい請求項６に記載の流体圧発生装置。

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