JP4735099B2

JP4735099B2 - 絞り弁付き流体圧シリンダ装置

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Publication number: JP4735099B2
Application number: JP2005214656A
Authority: JP
Inventors: 章広木; 忠石井
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-07-25
Also published as: DE102006031985A1; US7526993B2; DE102006031985B4; US20070017363A1; TWI311175B; JP2007032646A; CN1904393A; TW200720559A; KR100768868B1; KR20070013239A; CN100543313C

Description

本発明は、流体圧シリンダに絞り弁を付設し、この絞り弁で圧力流体の流量を調節することによってピストンの動作制御を行うようにした絞り弁付き流体圧シリンダ装置に関するものである。

この種の絞り弁付き流体圧シリンダ装置として、従来、圧力室に対して供給又は排出される圧力流体の流量を絞り弁で調節することによってピストンの移動速度を制御するようにしたものや、ピストンがストローク端に近づいたときに圧力室からの排出流体の流量を絞り弁で制限することにより、上記ピストンをストローク端で緩衝的に停止させるようにしたものなどが知られている。

このようなシリンダ装置においては、一般に、上記絞り弁として、円錐状の弁棒を進退動させることによってオリフィスの開口面積を調節するように構成された可変絞り弁が使用され、これがシリンダボディに取り付けられている。
図９には、このような可変絞り弁５０を備えた従来の流体圧シリンダ装置の要部が例示されている。このシリンダ装置は、シリンダボディ５１の内部に、圧力室５２の他に、ピストン５３がストローク途中にあるときは該圧力室５２と連通しているが、該ピストン５３がストローク端に近づくとロッド５４とシール部材５５との協同作用によって上記圧力室５２から遮断されるクッション室５６を有し、このクッション室５６に連通するように図示しないポートが形成されている。そして、上記クッション室５６が圧力室５２から遮断されたあと、該圧力室５２内の流体が、通孔５８ａ，５８ｂにより上記絞り弁５０を介してクッション室５６及びポートから制限的に排出されることにより、上記ピストン５３がストローク端で緩衝的に停止するようになっている。

上記絞り弁５０は、上記シリンダボディ５１に形成された弁孔５９にバルブホルダ６０を取り付け、該バルブホルダ６０に、円錐状の調節部６１ａを先端に備えた弁棒６１を、回動操作によって弁孔５９の軸線方向に進退動自在なるように装着したもので、上記調節部６１ａによって通孔５８ｂの開口面積を調節するようになっている。また、上記弁棒６１の雄ねじが設けられた基端部６１ｂには、開口面積の調節後に該弁棒６１が振動等によって回転するのを防止するためのロックナット６３が取り付けられている。

上記従来の流体圧シリンダ装置においては、シリンダボディに付設した絞り弁が、弁棒を軸線方向に進退動させることによってオリフィスの開口面積を調節するように構成されているため、該弁棒の軸線に沿う方向の寸法が大きく、その上、該弁棒を進退させるための作動領域も確保しなければならないため、コンパクト化する上での制約が大きかった。
また、上記弁棒やバルブホルダあるいはロックナット等がシリンダボディの外部に大きく突出していると、シリンダを取り扱う際やシリンダの近くに他の機器を取り付ける際の邪魔になり易いという問題もあった。

そこで本発明の目的は、絞り弁を小形化かつ簡略化することによってシリンダボディにコンパクトに付設することができるようにした絞り弁付き流体圧シリンダ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によれば、シリンダボディの内部を流体圧の作用により移動するピストンと、該ピストンに流体圧を作用させるための圧力室と、該圧力室に対して圧力流体を供給し又は排出するためのポートと、上記ピストンの動作制御のために上記圧力流体の流量を調節する可変絞り弁とを有する絞り弁付き流体圧シリンダ装置が提供される。上記絞り弁は、上記シリンダボディにシリンダ孔の中心に向けてシリンダ軸線と直交する向きに形成された円形の弁孔内に、該弁孔の中心軸線の回りには回動操作自在であるが該中心軸線方向には係止状態に収容された円柱状の弁棒を有し、上記弁孔は、孔奥側に位置する小径孔部と、孔口側に位置して上記シリンダボディの外面に開口する大径孔部とからなっていて、上記小径孔部の側面に上記圧力流体が通る第１流路孔が開口すると共に、該小径孔部の底面の中央に上記圧力流体が通る第２流路孔が開口し、上記弁棒は、上記弁孔の小径孔部に嵌合する小径の主軸部と、上記弁孔の大径孔部に非突出状態に嵌合する大径の操作部とを有していて、上記主軸部の外周面が上記小径孔部の内周面と密に摺接するように形成され、該弁棒の内部には、一端の第１孔口が上記主軸部の側面に開口して上記第１流路孔に連通すると共に他端の第２孔口が該主軸部の底面中央に開口して上記第２流路孔に連通する接続孔が形成され、また、該弁棒の上記主軸部の外周には、回動操作に伴って上記第１流路孔と第１孔口との連通面積を調整する流量調整溝が設けられ、上記操作部は、上記弁孔の大径孔部内に、該操作部の上面がシリンダボデイの外面より孔奥側の低位置を占めるように没入状態に嵌合し、該大径孔部内に配設されたリング状の係止部材により該大径孔部内に係止され、上記係止部材は、リング状をした本体部と、該本体部の外周から放射状に延出する複数の係止片とからなっていて、上記本体部が上記操作部の上面に当接すると共に、上記係止片が上記大径孔部の孔壁に係止し、上記流量調整溝は、上記第１孔口の位置を基端として円周方向に延び、先端側に向けて次第に溝幅が狭くなると同時に深さが浅くなっている。

本発明の一つの具体的な実施形態においては、上記絞り弁が、上記ピストンの移動速度を制御する速度制御弁としての機能を有していて、上記第１流路孔及び第２流路孔の一方が上記ポートに連通すると共に、他方が上記圧力室に連通している。

本発明の他の具体的な実施形態においては、上記絞り弁が、上記ピストンをストローク端で緩衝的に停止させるためのクッション弁としての機能を有していて、上記ピストンがストローク端に近づくと排出側の圧力室内の流体が該絞り弁を介して上記ポートから排出されるように構成される。

さらに詳しくは、上記シリンダボディの内部に、上記ピストンがストローク途中にあるときは上記圧力室と連通しているが、該ピストンがストローク端に近づくと上記圧力室から遮断されるクッション室が形成されていて、このクッション室に上記ポートが連通すると共に、このクッション室と上記圧力室とに上記絞り弁の第１流路孔及び第２流路孔の一方と他方とがそれぞれ連通している。

本発明によれば、流量調節のための絞り弁を、弁孔内において弁棒を自身の軸線回りに回動操作するだけで流量調節できるように構成したので、上記弁棒を軸線方向に進退動させる従来品に比べ、該絞り弁を少数部品によって小形かつ簡略に構成することができると共に、流体圧シリンダにコンパクトに組み込むことができる。

図１〜図３は絞り弁付き流体圧シリンダ装置の第１実施形態を示すもので、この第１実施形態のシリンダ装置１Ａは、流体圧シリンダ２に、圧力流体の流量調節を行うことによってピストン１３を動作制御する可変絞り弁３を付設し、この絞り弁３をクッション弁として機能させることにより、ピストン１３をストローク端で緩衝的に停止させるように構成したものである。

上記流体圧シリンダ２は、図２からも分かるように、円形断面をなすシリンダボディ１０を有し、このシリンダボディ１０の内部に、軸線Ｌ方向に延びる円形のシリンダ孔１１が形成されている。このシリンダ孔１１の一端は該シリンダボディ１０と一体の端壁１０ａにより閉鎖され、他端が開放しており、開放する該シリンダ孔１１の端部が、上記シリンダボディ１０の端部に気密に取り付けられたエンドカバー１２によって塞がれている。また、上記シリンダ孔１１の内部には、上記ピストン１３が流体圧の作用で軸線Ｌ方向に移動自在なるように収容されている。なお、上記シリンダボディ１０の断面形状は矩形であっても良い。

上記ピストン１３の一端からは、ピストンロッド１４が軸線Ｌ方向に延出し、このピストンロッド１４が、上記エンドカバー１２を摺動自在に貫通して外部に突出している。１５は、該エンドカバー１２に取り付けられて上記ピストンロッド１４外周面との間をシールするシール部材である。また、上記ピストン１３の他端には、クッション作用時に後述する第１圧力室１８とクッション室２０とを遮断するための封止部材１６が軸線Ｌ方向に延出している。この封止部材１６は、上記ピストンロッド１４と一体をなすもので、該ピストンロッド１４の一部を上記ピストン１３から延出させることにより形成されている。この封止部材１６の長さは短く、図示の例では上記シリンダ孔１１の孔長の約１／４程度である。

上記ピストン１３の両側には、該ピストン１３に流体圧を作用させるための第１及び第２の二つの圧力室１８，１９が形成されている。このうち第１圧力室１８は、該ピストン１３と上記端壁１０ａとの間に形成されていて、上記端壁１０ａに形成された小径のクッション室２０に連通し、このクッション室２０を介してシリンダボディ１０の側面の第１ポート２１に連通している。一方、上記第２圧力室１９は、ピストン１３と上記エンドカバー１２との間に形成されていて、該エンドカバー１２に形成されたロッド挿通孔２３に連通し、このロッド挿通孔２３を介して該エンドカバー１２の側面の第２ポート２２に連通している。

従って、図１の動作状態から、上記第２ポート２２を通じて第２圧力室１９を外部に開放すると共に、第１ポート２１からクッション室２０を介して第１圧力室１８にエア等の圧力流体を供給すると、ピストン１３及びピストンロッド１４が図１の左方向に移動（前進）する。また、上記第１ポート２１を通じて第１圧力室１８を外部に開放すると共に、第２ポート２２から第２圧力室１９に圧力流体を供給すると、ピストン１３及びピストンロッド１４が図１の右方向に移動（後退）する。

そして、上記ピストン１３の後退ストロークにおいて、該ピストン１３がストローク端に近づいたとき、図１に示すように、上記封止部材１６がクッション室２０内に嵌入し、該クッション室２０の内周面に取り付けられたクッションパッキン２５に気密に摺接することによって該クッション室２０と上記第１圧力室１８とが遮断され、それまでクッション室２０を介して第１ポート２１から自由に排出されていた第１圧力室１８内の流体が、上記絞り弁３を通じて流量制限された状態でクッション室２０及び第１ポート２１を通じて排出されるようになるため、クッションが働き、ピストン１３がストローク端で緩衝的に停止する。

上記クッションパッキン２５は、一方向性のシール機能を有するリップタイプのものであり、上記封止部材１６の外周に接触した状態において、第１圧力室１８からクッション室２０に向かう流体の逆方向流れは遮断し、クッション室２０から第１圧力室１８に向かう順方向流れは許容する。従って、図１の動作状態からピストン１３を前進させるに当たり、圧力流体が第１ポート２１からクッション室２０に供給されると、この圧力流体は上記クッションパッキン２５を押し開いて第１圧力室１８に自由に流入するため、起動は円滑に行われる。

上記可変絞り弁３は、上記シリンダボディ１０の側面に付設されている。即ち、図３からも分かるように、該シリンダボディ１０における端壁１０ａの側面には、上記クッション室２０の中心に向けてシリンダの軸線Ｌと直交する向きに円形の弁孔３０が形成され、該弁孔３０内に円柱状の弁棒３１が取り付けられている。

上記弁孔３０は、孔奥側に位置する小径孔部３０ａと、孔外側に位置する大径孔部３０ｂとからなっていて、小径孔部３０ａの側面には、上記第１圧力室１８に通じる第１流路孔３３が開口し、小径孔部３０ａの底面中央位置には、上記クッション室２０に通じる第２流路孔３４が開口している。

一方、上記弁棒３１は、図４（ａ），図４（ｂ）からも分かるように、上記小径孔部３０ａ内に該小径孔部３０ａの内周面と密に摺接した状態で嵌合する小径の主軸部３１ａと、上記大径孔部３０ｂ内に非突出状態に嵌合する大径の操作部３１ｂとからなるもので、上記弁孔３０内に、該弁孔３０の中心軸線Ｍ（従って弁棒３１の中心軸線）の回りには回動操作自在であるが、該中心軸線Ｍ方向には該弁孔３０に係止した状態に配設され、上記操作部３１ｂの頂面中央部に、レンチ等の工具で回動操作するための例えば六角孔などの角孔状をした操作孔３９が形成されている。

上記弁棒３１を弁孔３０内に係止させる係止手段として、図示した実施形態では、図５に示すようなリング状の止め輪からなる係止部材３８が用いられている。この係止部材３８は、リング状をした本体部３８ａと、該本体部３８ａの外周から放射状に延びる複数の係止片３８ｂとからなるもので、これらの係止片３８ｂが弁孔３０の孔壁に外向きかつ弾力的に係止し、本外部３８ａが弁棒３１の上面に摺動自在に当接している。この場合、上記弁孔３０の孔壁には、本外部３８ａの先端が係止する溝や段などからなる顎部を形成しておくことが望ましい。
しかし、上記係止手段は、この係止部材３８のような別形成された部材に限定されるものではなく、例えば、弁孔３０の内周面に円周方向の係止溝を形成し、弁棒３１の外周に形成した突起をこの係止溝に移動自在に係止させた構成であっても良い。

上記弁棒３１の内部には、上記第１流路孔３３と第２流路孔３４とを接続するための接続孔４０が形成されている。この接続孔４０の一端の第１孔口４０ａは、上記主軸部３１ａの側面における二つのシール部材４１，４１の間の位置に開口して、上記第１流路孔３３に連通可能となっており、接続孔４０の他端の第２孔口４０ｂは、上記主軸部３１ａの底面に開口して上記第２流路孔３４に常時連通している。

また、上記主軸部３１ａの外周面には、上記接続孔４０の第１孔口４０ａと上記第１流路孔３３との連通面積を調整するための流量調整溝４２が形成されている。この流量調整溝４２は、上記二つのシール部材４１，４１の間において、上記第１孔口４０ａの位置を基端として該主軸部３１ａの外周を円周方向に延び、その先端側に向けて次第に溝幅が狭くなると同時に溝の深さが浅くなっている。この流量調整溝４２の溝形状は、図示した例では断面Ｖ字形をしているが、Ｕ字形や凹字形あるいは台形など、他の任意の断面形状であっても良い。

上記の如く構成された可変絞り弁３は、上記弁棒３１を回動操作して接続孔４０の第１孔口４０ａと第１流路孔３３との連通面積（弁開度）を変化させることにより、圧力流体の流量調節を行うものである。即ち、図６（ａ）に示すように、上記第１孔口４０ａと第１流路孔３３とが直接かつ完全に連通しているとき、該絞り弁３は全開状態となって流量が最大となり、この状態から、図６（ｂ）に示すように弁棒３１を時計回りに回動させると、上記第１孔口４０ａが流量調整溝４２を介して第１流路孔３３に連通するため、弁開度は次第に小さくなり、それに応じて流量が制限されることになる。このときの弁開度は、上記流量調整溝４２が第１流路孔３３に連通する部分の断面積に応じた大きさとなる。そして、上記弁棒３１をさらに回動させて図６（ｃ）の状態になると、第１流路孔３３が主軸部３１ａによって閉鎖されるため、絞り弁３は全閉状態となり、圧力流体は遮断される。

上記弁棒３１は、上記二つのシール部材４１，４１の潰しによる摩擦力によって任意の操作位置に保持されるようになっているが、他の適宜手段で所定の操作位置に停止させるようにしても良い。
また、上記弁棒３１は、全開位置と全閉位置とにおいて、それ以上回動できないようにストッパ等に当接させるようにしおくことが望ましい。

上記弁棒３１の全開位置から全閉位置までの操作角度は、上記流量調整溝４２の円周方向の長さによって決まり、図示した例ではこの操作角度が約１８０度であるが、流量調整溝４２の長さを図示した場合より短くすることによって操作角度を１８０度以下とすることができ、長くすることによって１８０度以上とすることができる。
この場合、上記流量調整溝４２を先端側に向けて次第に溝幅が狭くなると同時に溝の深さが浅くなるように形成しているため、溝幅を一定にしたまま溝の深さだけを次第に浅くする場合に比べ、弁棒３１の操作角度に対する弁開度の変化を大きくすることが可能であり、弁開度の調整が容易である。

かくして、可変絞り弁３の弁棒３１を回動操作して弁開度を調整することにより、該絞り弁３を介して排出される流体の流量を調整し、クッション作用時のピストン１３の動作速度を制御することができる。
また、上記弁棒３１を弁孔３０内で軸線Ｍの回りに回動操作するだけで流量調節するように構成されているので、該弁棒３１を軸線Ｍ方向に進退動させる従来品に比べ、可変絞り弁を少数部品によって小形かつ簡略に構成することができると共に、流体圧シリンダにコンパクトに組み込むことができる。

なお、図示した実施形態においては、上記絞り弁３とクッション室２０及び封止部材１６を流体圧シリンダ２のヘッド側（端壁１０ａ側）に設けることにより、ピストン１３を後退ストローク端で緩衝的に停止させるようにしているが、これらの絞り弁３とクッション室２０及び封止部材１６をロッド側（エンドカバー１２側）に設けることにより、ピストン１３を前進ストローク端で緩衝的に停止させるように構成することもできる。あるいは、ヘッド側とロッド側の両方に設けることにより、ピストン１３の両方のストローク端でクッションを作用させるようにしても良い。
なお、ロッド側に上記クッション室と封止部材とを設ける場合は、上記エンドカバー１２のロッド挿通孔２３をクッション室としてクッションパッキン２５を取り付け、ピストンロッド１４の外周にスリーブ状の封止部材を取り付ければ良い。

図７は絞り弁付き流体圧シリンダ装置の第２実施形態の要部を示すもので、この第２実施形態のシリンダ装置１Ｂは、流体圧シリンダ２に付設した可変絞り弁４３に、ピストンの移動速度を制御する速度制御弁としての機能を持たせたものである。
上記絞り弁４３は、上記第１実施形態における絞り弁３と実質的に同じ構成を有するものであるが、上記第１実施形態の場合とは違い、弁孔３０の側面に開口する第１流路孔３３がポート４４に連通し、弁孔３０の底面に開口する第２流路孔３４が圧力室４５に直接連通している。また、第１実施形態におけるクッション室と封止部材とは備えられていない。
なお、上記第２流路孔３４は弁孔３０の小径孔部３０ａと同じ大きさを有しているが、該小径孔部３０ａより小さくても構わない。また、上記ポート４４は点線で示す位置にあっても良い。
この第２実施形態における上記以外の構成は第１実施形態と同じであるから、主要な同一構成部分に第１実施形態の場合と同じ符号を付してその説明は省略する。

この第２実施形態のシリンダ装置１Ｂにおいて、上記ポート４４から圧力室４５に対して供給又は排出される圧力流体は、上記絞り弁４３によって流量調整され、調整された流量に応じた速度でピストンが往復に駆動される。
上記絞り弁４３は、ヘッド側とロッド側の両方に設けることも何れか一方だけに設けることもできる。

上記各実施形態の絞り弁３，４３においては、弁孔３０及び弁棒３１がそれぞれ大径部分と小径部分とを有しているが、図８に示す第３実施形態のように、これらの弁孔３０及び弁棒３１は全長にわたり均一直径を有していても良い。この第３実施形態は、クッション弁として機能する絞り弁３について代表的に示すもので、この絞り弁３においては、弁孔３０を全長にわたり均一直径に形成すると共に、該弁孔３０の底面の第２流路孔３４を該弁孔３０より小径に形成することにより該弁孔の底面に段部３２を形成し、この弁孔３０内に、全長にわたり均一直径に形成した弁棒３１を挿入してその先端を上記段部３２に当接、係止させることにより、該弁棒３１が弁孔３０内に回動操作自在に取り付けられている。該弁棒３１を弁孔３０内に係止させる手段は、上記第１及び第２実施形態の場合と同じである。

なお、上記第１実施形態においては絞り弁３をクッション弁として使用し、第２実施形態においては絞り弁４３を速度制御弁として使用しているが、一つの流体圧シリンダ２にクッション用の絞り弁３と速度制御用の絞り弁４３の両方を併設することもできる。

本発明の第１実施形態を示す部分断面図である。図１におけるII−II線での断面図である。図２におけるIII−III線での断面図である。絞り弁における弁棒の正面図である。絞り弁における弁棒の側面図である。係止部材の平面図である。絞り弁を全開状態にした状態の断面図である。絞り弁を中間開放状態にした状態の断面図である。絞り弁を全閉状態にした状態の断面図である。本発明の第２実施形態を示す要部断面図である。本発明の第３実施形態を示す要部断面図である。従来の可変絞り弁の構成を示す断面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ流体圧シリンダ装置
２流体圧シリンダ
３，４３可変絞り弁
１０シリンダボディ
１１シリンダ孔
１３ピストン
１８，１９，４５圧力室
２０クッション室
２１，２２，４４ポート
３０弁孔
３０ａ小径孔部
３０ｂ大径孔部
３１弁棒
３１ａ主軸部
３１ｂ操作部
３３第１流路孔
３４第２流路孔
３８係止部材
４０接続孔
４０ａ第１孔口
４０ｂ第２孔口
４２流量調整溝

Claims

シリンダボディの内部を流体圧の作用により移動するピストンと、該ピストンに流体圧を作用させるための圧力室と、該圧力室に対して圧力流体を供給し又は排出するためのポートと、上記ピストンの動作制御のために上記圧力流体の流量を調節する可変絞り弁とを有し、
上記絞り弁は、上記シリンダボディにシリンダ孔の中心に向けてシリンダ軸線と直交する向きに形成された円形の弁孔内に、該弁孔の中心軸線の回りには回動操作自在であるが該中心軸線方向には係止状態に収容された円柱状の弁棒を有し、
上記弁孔は、孔奥側に位置する小径孔部と、孔口側に位置して上記シリンダボディの外面に開口する大径孔部とからなっていて、上記小径孔部の側面に上記圧力流体が通る第１流路孔が開口すると共に、該小径孔部の底面の中央に上記圧力流体が通る第２流路孔が開口し、
上記弁棒は、上記弁孔の小径孔部に嵌合する小径の主軸部と、上記弁孔の大径孔部に非突出状態に嵌合する大径の操作部とを有していて、上記主軸部の外周面が上記小径孔部の内周面と密に摺接するように形成され、該弁棒の内部には、一端の第１孔口が上記主軸部の側面に開口して上記第１流路孔に連通すると共に他端の第２孔口が該主軸部の底面中央に開口して上記第２流路孔に連通する接続孔が形成され、また、該弁棒の上記主軸部の外周には、回動操作に伴って上記第１流路孔と第１孔口との連通面積を調整する流量調整溝が設けられ、上記操作部は、上記弁孔の大径孔部内に、該操作部の上面がシリンダボデイの外面より孔奥側の低位置を占めるように没入状態に嵌合し、該大径孔部内に配設されたリング状の係止部材により該大径孔部内に係止され、
上記係止部材は、リング状をした本体部と、該本体部の外周から放射状に延出する複数の係止片とからなっていて、上記本体部が上記操作部の上面に当接すると共に、上記係止片が上記大径孔部の孔壁に係止し、
上記流量調整溝は、上記第１孔口の位置を基端として円周方向に延び、先端側に向けて次第に溝幅が狭くなると同時に深さが浅くなっている、
ことを特徴とする絞り弁付き流体圧シリンダ装置。
上記絞り弁が、上記ピストンの移動速度を制御する速度制御弁としての機能を有していて、上記第１流路孔及び第２流路孔の一方が上記ポートに連通すると共に、他方が上記圧力室に連通していることを特徴とする請求項１に記載の流体圧シリンダ装置。
上記絞り弁が、上記ピストンをストローク端で緩衝的に停止させるためのクッション弁としての機能を有していて、上記ピストンがストローク端に近づくと排出側の圧力室内の流体が該絞り弁を介して上記ポートから排出されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体圧シリンダ装置。
上記シリンダボディの内部に、上記ピストンがストローク途中にあるときは上記圧力室と連通しているが、該ピストンがストローク端に近づくと上記圧力室から遮断されるクッション室が形成され、このクッション室に上記ポートが連通すると共に、このクッション室と上記圧力室とに上記絞り弁の第１流路孔及び第２流路孔の一方と他方とがそれぞれ連通していることを特徴とする請求項３に記載の流体圧シリンダ装置。