JP6031018B2

JP6031018B2 - 往復動切換装置および往復動形アクチュエータ

Info

Publication number: JP6031018B2
Application number: JP2013215019A
Authority: JP
Inventors: 健 ▲くわ▼原
Original assignee: 株式会社ケイ・ジー・ケイ
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: JP2015078724A

Description

本発明は、流体圧アクチュエータの往復動作を切り換える往復動切換装置およびこの切換装置により作動する往復動形アクチュエータに関する。

インク、接着剤などの高粘度材料を円筒容器から直接取り出して圧送供給する往復動形ポンプがある（例えば、特許文献１−２参照）。

この種のポンプを駆動する往復動形アクチュエータは、防爆の観点から電磁式の切換弁により往復動の切換を行なうことができないので、空圧で作動する作動ピストンのストロークエンド付近で作動ピストンの動きと連動して移動する切換弁体（スライダブロック、スプール、切換子など）により、作動ピストンの一側面と他側面とに作用する空圧を方向切換して、往復動を繰り返し継続するようにしている（例えば、特許文献３−５参照）。

また、最近は、作動ピストンのストロークエンド付近で作動ピストンの動きと連動して作動するパイロット弁により２つの切換弁をパイロット操作して、これらの切換弁により作動ピストンの一側面と他側面とに作用する空圧を方向切換する技術も開発されている。

特開２０１３−０２８００３号公報特開２０１１−０７４８８３号公報特開２００３−２８６９６８号公報特開２０００−１７０６４８号公報特開平６−６６３０５号公報

この種の作動ピストンのストロークエンド付近で作動ピストンの動きと連動して、作動ピストンの一側面と他側面とに作用する空圧を方向切換する往復動形アクチュエータは、高粘度材料のポンプ負荷に抗して低速で作動するものが多く、このため、往復運動を切り換える往復動切換装置の切換弁体などを一方向に作用する力と、その反対方向に作用する力とがつりあってしまう臨界点で切換弁体などが停止し、往復動形アクチュエータも止まってしまう動作不良が生じている。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、往復運動を切り換える際の動作不良を確実に防止できる往復動切換装置および往復動形アクチュエータを提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、移動方向と交差する一側の面とこの一側の面に対し反対側に位置する他側の面とを有する往復作動体を、これらの面に交互に作用する作動流体圧を切り換えることで繰り返し往復動作させる往復動切換装置であって、往復作動体の往復動作におけるストロークエンド直前位置から往復作動体によって圧縮される切換スプリングと、切換スプリングの圧縮時の反撥力により移動可能に設けられた切換ロッドと、切換ロッドにより切換作動されて加圧供給された作動流体から得られるパイロット圧を切り換えるパイロット弁と、パイロット弁から出力されるパイロット圧の切換により往復作動体の一方の面に作用する作動流体と他方の面に作用する作動流体とを交互に切り換える切換弁とを具備し、パイロット弁は、定位置に設けられた弁本体と、弁本体内に嵌合されて切換ロッドと一体的に移動する可動弁体と、可動弁体に一体的に嵌着された弾力性を有するシール部材とを備え、弁本体は、可動弁体とともに移動するシール部材との間の接触状態を漸次変化させる形状により、切換スプリングが所定量圧縮された状態から、圧縮された切換スプリングの反撥力を解放する方向に可動弁体を移動させる機能を備えた往復動切換装置である。

請求項２に記載された発明は、移動方向と交差する一側の面とこの一側の面に対し反対側に位置する他側の面とを有する往復作動体を、これらの面に交互に作用する作動流体圧を切り換えることで繰り返し往復動作させる往復動切換装置であって、往復作動体の往復動作におけるストロークエンド直前位置から往復作動体によって圧縮される切換スプリングと、切換スプリングの圧縮時の反撥力により移動可能に設けられた切換ロッドと、切換ロッドにより切換作動されて加圧供給された作動流体から得られるパイロット圧を切り換えるパイロット弁と、パイロット弁から出力されるパイロット圧の切換により往復作動体の一方の面に作用する作動流体と他方の面に作用する作動流体とを交互に切り換える切換弁とを具備し、パイロット弁は、定位置に設けられた弁本体と、弁本体内に嵌合されて切換ロッドと一体的に移動する可動弁体と、可動弁体に一体的に嵌着された弾力性を有するシール部材とを備え、弁本体は、シール部材との間に隙間を有する作動流体通抜け室と、作動流体通抜け室より内径を縮小形成されてシール部材と密着する内径縮小室と、作動流体通抜け室から内径縮小室にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面と、作動流体通抜け室に作動流体を供給する作動流体供給孔と、シール部材と作動流体通抜け室との隙間を通して内径縮小室に流出した作動流体圧をパイロット圧として出力する出力ポートとを備えた往復動切換装置である。

請求項３に記載された発明は、シリンダ本体と、シリンダ本体内に摺動自在に嵌合されてシリンダ本体内に一方の室と他方の室とを区画形成するとともにこれらの室に交互に加圧供給される作動流体により繰り返し往復動作させる作動ピストンと、作動ピストンと一体的に設けられ作動ピストンの動きを出力する作動ロッドと、作動ピストンの往復動作におけるストロークエンド直前位置から作動ロッドによって圧縮される切換スプリングと、切換スプリングの圧縮時の反撥力により移動可能に設けられた切換ロッドと、切換ロッドにより切換作動されて加圧供給された作動流体から得られるパイロット圧を切り換えるパイロット弁と、パイロット弁から出力されるパイロット圧の切換により一方の室と他方の室とに給排される作動流体を交互に切り換える切換弁とを具備し、パイロット弁は、シリンダ本体と一体的に設けられた弁本体と、弁本体内に嵌合されて切換ロッドと一体的に移動する可動弁体と、可動弁体に一体的に嵌着された弾力性を有するシール部材とを備え、弁本体は、シール部材との間に隙間を有する作動流体通抜け室と、作動流体通抜け室より内径を縮小形成されてシール部材と密着する内径縮小室と、作動流体通抜け室から内径縮小室にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面と、作動流体通抜け室に作動流体を供給する作動流体供給孔と、シール部材と作動流体通抜け室との隙間を通して内径縮小室に流出した作動流体圧をパイロット圧として出力する出力ポートとを備えた往復動形アクチュエータである。

請求項４に記載された発明は、シリンダ本体と、シリンダ本体内に摺動自在に嵌合されてシリンダ本体内に一方の室と他方の室とを区画形成するとともにこれらの室に交互に加圧供給される作動流体により繰り返し往復動作させる作動ピストンと、作動ピストンと一体的に設けられ作動ピストンの動きを出力する作動ロッドと、作動ピストンの往復動作におけるストロークエンド直前位置から作動ロッドによって圧縮される切換スプリングと、切換スプリングの圧縮時の反撥力により移動可能に設けられた切換ロッドと、切換ロッドにより切換作動されて加圧供給された作動流体から得られるパイロット圧を切り換えるパイロット弁と、パイロット弁から出力されるパイロット圧の切換により一方の室と他方の室とに給排される作動流体を交互に切り換える切換弁とを具備し、パイロット弁は、シリンダ本体と一体的に設けられた弁本体と、弁本体内に嵌合されて切換ロッドと一体的に移動する可動弁体と、可動弁体に一体的に嵌着された弾力性を有するシール部材とを備え、弁本体は、シール部材との間に隙間を有する作動流体通抜け室と、作動流体通抜け室より内径を縮小形成されてシール部材と密着する内径縮小室と、作動流体通抜け室から内径縮小室にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面と、作動流体通抜け室に作動流体を供給する作動流体供給孔と、シール部材と作動流体通抜け室との隙間を通して内径縮小室に流出した作動流体圧をパイロット圧として出力する出力ポートとを備え、シール部材は、弁本体の内径テーパ面と対応する外径テーパ面を備え、シール部材が内径縮小室から内径テーパ面を経て作動流体通抜け室に移動する場合は、シール部材の外径テーパ面が弁本体の内径テーパ面まで移動されると、シール部材に作用する摩擦抵抗力と、弁本体の作動流体供給孔を経て作動流体通抜け室内に供給されシール部材の軸方向受圧面に作用する作動流体圧による力と、可動弁体の瞬発動作時の加速に要する力との和より、圧縮された切換スプリングが有する移動方向の反撥力が大きくなるように設定するとともに、シール部材が作動流体通抜け室から内径テーパ面を経て内径縮小室に移動する場合は、シール部材の外径テーパ面が弁本体の内径テーパ面まで移動されると、上記作動流体圧による力と、圧縮された切換スプリングが有する移動方向の反撥力との和が、可動弁体の瞬発動作時の加速に要する力と、弁本体の内径縮小室の内壁面に密着して移動するシール部材に作用する摩擦抵抗力との和より大きくなるように設定した往復動形アクチュエータである。

請求項５に記載された発明は、請求項３または４記載の往復動形アクチュエータにおけるパイロット弁が、加圧供給された作動流体をパイロット圧として出力する場合と消滅させる場合とを切り換える機能を備え、切換弁は、パイロット弁からのパイロット圧を消滅させた状態で一方の室に作動流体を供給するとともにパイロット弁からのパイロット圧を受けて一方の室から作動流体を外部へ排出する状態に切り換わる一方の切換弁と、パイロット弁からのパイロット圧を消滅させた状態で他方の室から作動流体を外部へ排出するとともにパイロット弁からのパイロット圧を受けて他方の室に作動流体を供給する状態に切り換わる他方の切換弁とを具備したものである。

請求項１記載の発明によれば、パイロット弁と切換弁とを分離することで、パイロット弁から出力されるパイロット圧の切換により往復作動体の一方の面に作用する作動流体と他方の面に作用する作動流体とを確実に切り換えるに必要な流量を切換弁により確保でき、また、パイロット弁の弁本体は、可動弁体とともに移動するシール部材との間の接触状態を漸次変化させる形状により、切換スプリングが所定量圧縮された状態から、圧縮された切換スプリングの反撥力を解放する方向に可動弁体を移動させる機能を備えたので、接触状態を少しずつ変化させることで急激な摩擦抵抗力の増加などを防止して、可動弁体を確実に切換動作させることができ、往復運動を切り換える際の動作不良を確実に防止できる往復動切換装置を提供できる。

請求項２記載の発明によれば、パイロット弁の弁本体は、可動弁体に嵌着された弾力性を有するシール部材との間に隙間を有する作動流体通抜け室と、作動流体通抜け室より内径を縮小形成されてシール部材と密着する内径縮小室と、作動流体通抜け室から内径縮小室にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面と、作動流体通抜け室に作動流体を供給する作動流体供給孔とを備えているので、パイロット弁の弁本体は、作動流体通抜け室から内径縮小室にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面において、可動弁体とともに移動するシール部材との間の接触状態を少しずつ変化させることで急激な摩擦抵抗力の増加などを防止して、可動弁体を確実に切換動作させることができ、往復運動を切り換える際の動作不良を確実に防止できる往復動切換装置を提供できる。

請求項３記載の発明によれば、パイロット弁から出力されるパイロット圧の切換により切換弁をパイロット操作して、シリンダ本体内の作動ピストンにより区画形成された一方の室と他方の室とに交互に加圧供給される作動流体の切換タイミングを高精度に制御でき、特に、パイロット弁の弁本体は、可動弁体に嵌着された弾力性を有するシール部材との間に隙間を有する作動流体通抜け室と、作動流体通抜け室より内径を縮小形成されてシール部材と密着する内径縮小室と、作動流体通抜け室から内径縮小室にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面と、作動流体通抜け室に作動流体を供給する作動流体供給孔とを備えているので、上記の往復運動を切り換える際の動作不良を確実に防止できる往復動切換装置と同様の構造に基づいて、シール部材が弁本体の内径テーパ面を通過するタイミングによって往復運動を確実に切り換えることができ、往復運動を切り換える際の動作不良を確実に防止できる往復動形アクチュエータを提供できる。

請求項４記載の発明によれば、パイロット弁の弁本体は、作動流体通抜け室から内径縮小室にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面を備え、パイロット弁のシール部材は、弁本体の内径テーパ面と対応する外径テーパ面を備え、シール部材が内径縮小室から内径テーパ面を経て作動流体通抜け室に移動する場合は、シール部材の外径テーパ面が弁本体の内径テーパ面まで移動されると、シール部材に作用する摩擦抵抗力と、弁本体の作動流体供給孔を経て作動流体通抜け室内に供給されシール部材の軸方向受圧面に作用する作動流体圧による力と、可動弁体の瞬発動作時の加速に要する力との和より、圧縮された切換スプリングが有する移動方向の反撥力が大きくなるように設定するとともに、シール部材が作動流体通抜け室から内径テーパ面を経て内径縮小室に移動する場合は、シール部材の外径テーパ面が弁本体の内径テーパ面まで移動されると、上記作動流体圧による力と、圧縮された切換スプリングが有する移動方向の反撥力との和が、可動弁体の瞬発動作時の加速に要する力と、弁本体の内径縮小室の内壁面に密着して移動するシール部材に作用する摩擦抵抗力との和より大きくなるように設定しているので、往復運動を切り換える瞬間にパイロット弁の可動弁体を一方向に作用する力と、その反対方向に作用する力とがつりあってしまう現象を防止でき、往復運動を切り換える際の動作不良を確実に防止できる往復動形アクチュエータを提供できる。

請求項５記載の発明によれば、パイロット弁は、加圧供給された作動流体をパイロット圧として出力する場合と消滅させる場合とを切り換える機能のみを備え、切換弁は、一方の室に対応する作動流体給排用の一方の切換弁と、他方の室に対応する作動流体給排用の他方の切換弁とを組み合わせたので、パイロット弁および切換弁の構造を簡素化できる。

本発明に係る往復動切換装置および往復動形アクチュエータの一実施の形態を示す断面図である。上記往復動切換装置のパイロット弁を示す断面図であり、（ａ）はその全体断面図、（ｂ）はその要部を拡大した断面図である。上記往復動形アクチュエータの下降作動時の空気流れを示す説明図である。同上アクチュエータの下降作動状態を示す断面図である。同上アクチュエータの上昇作動時の空気流れを示す説明図である。同上アクチュエータの上昇作動状態を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、同上アクチュエータの下降動作を上昇動作へ切り換える際の一連の動きを示す断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、同上アクチュエータの上昇動作を下降動作へ切り換える際の一連の動きを示す断面図である。同上アクチュエータにより駆動される往復動形ポンプの適用例を示す断面図である。

以下、本発明を、図１乃至図９に示された一実施の形態に基いて詳細に説明する。

図９は、インクや接着剤などの高粘度材料１を円筒容器２から直接取り出して圧送供給するレシプロケートポンプ３と、このポンプ３を駆動する往復動形アクチュエータ４とを示す。

レシプロケートポンプ３は、ポンプ本体５の下端に取り付けられたインダクタプレート６を、円筒容器２の内壁面に密着させて高粘度材料１の減少とともに下降させつつ、このインダクタプレート６の中央部に高粘度材料１を誘導し、このインダクタプレート６の中央部において往復駆動される掻上げプレート７により、高粘度材料１をポンプ本体５内に掻き上げ、このポンプ本体５内の逆止弁（図示せず）を経て吐出口８より高粘度材料１を吐出させるものである。

往復動形アクチュエータ４は、作動流体としてのエアにより作動する流体圧シリンダ（エアシリンダ）11と、この流体圧シリンダ11を繰り返し往復動作させる往復動切換装置12とを備えている。

図１に示されるように、流体圧シリンダ11は、シリンダ本体13内に摺動自在に嵌合された往復作動体14の作動ピストン14pにより、シリンダ本体13内に一方の室15と他方の室16とが区画形成され、これらの室15，16に交互に加圧供給される作動流体により作動ピストン14pが繰り返し往復動作される。この作動ピストン14pと一体的に設けられた作動ロッド14rにより、作動ピストン14pの動きを出力する。作動ピストン14pおよび作動ロッド14rにより往復作動体14が形成されている。

往復動切換装置12は、流体圧シリンダ11にあって移動方向と交差する作動ピストン14pの一側の面（上面）とこの一側の面に対し反対側に位置する他側の面（下面）とに交互に作用する作動流体圧としての空圧を切り換えることで往復作動体14を繰り返し往復動作させるものであり、この往復動切換装置12は、作動ピストン14pの往復動作におけるストロークエンド直前位置から作動ロッド14rによって圧縮される切換スプリング17と、切換スプリング17の圧縮時の反撥力により移動可能に設けられた切換ロッド18と、切換ロッド18により切換作動されて加圧供給された作動流体から得られるパイロット圧を切り換えるパイロット弁19と、パイロット弁19から出力されるパイロット圧の切換により一方の室15と他方の室16とに給排される作動流体を交互に切り換えることで往復作動体14の一方の面に作用する作動流体と他方の面に作用する作動流体とを交互に切り換える一方の切換弁21および他方の切換弁22とを具備している。

切換スプリング17は、作動ロッド14rの段部23によって係止可能なフランジ付きカラー24と、切換ロッド18の段部25によって係止されているフランジ付きカラー26との間に挟まれたコイルスプリングである。

切換ロッド18は、長大な作動ストロークの作動ピストン14pに対して、短い切換ストロークで足りるため、作動ピストン14pの内部に相対的に移動自在に嵌合されている。

図２（ａ）に示されるように、パイロット弁19は、シリンダ本体と一体的にすなわち定位置に設けられた弁本体31，31aと、弁本体31，31a内に嵌合されて切換ロッド18と一体的に移動する可動弁体32と、可動弁体32に一体的に嵌着された弾力性を有するシール部材33とを備え、そして、切換ロッド18により切換作動されて加圧供給された作動流体をパイロット圧として出力する場合と消滅させる場合とを制御する機能を備えている。

パイロット弁19の弁本体31，31aは、可動弁体32とともに移動するシール部材33との間の接触状態を漸次変化させる形状により、切換スプリング17が所定量圧縮された状態から、圧縮された切換スプリング17の反撥力を解放する方向に可動弁体32を移動させる機能を備えている。

すなわち、図２（ｂ）に示されるように、パイロット弁19の弁本体31，31aは、シール部材33との間に隙間を有する作動流体通抜け室34と、作動流体通抜け室34より内径を縮小形成されてシール部材33と密着する内径縮小室35と、作動流体通抜け室34から内径縮小室35にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面36と、作動流体通抜け室34に作動流体を供給する作動流体供給孔37と、シール部材33と作動流体通抜け室34との隙間を通して内径縮小室35に流出した作動流体圧をパイロット圧として出力する出力ポート38とを備えている。

パイロット弁19のシール部材33は、その外周部に弁本体31の内径テーパ面36と対応する勾配を持つ外径テーパ面33aを備えているとともに、作動流体供給孔37と対向する部分に軸方向受圧面33bを備えている。

図２（ａ）に示されるように、切換ロッド18の小径部18aには可動弁体32を挟んでその上下に位置するストッパ41，42が嵌合され、これらは切換ロッド18の先端ネジ部に螺合されたナット43で固定され、さらに、可動弁体32の上部には抜気溝44が形成され、可動弁体32の上昇時に出力ポート38が、この抜気溝44を通して、弁本体31に螺合されたキャップ45の内部に連通可能となっており、このキャップ45に穿設された抜気孔46を経て外部へ連通可能となっている。パイロット弁19の弁本体31，31aと可動弁体32およびストッパ42との間には、Ｏリング47，48，49が嵌着されている。50は、パイロット弁19を流体圧シリンダ11に取り付けるための取付ボルトである。

そして、シール部材33が内径縮小室35から内径テーパ面36を経て作動流体通抜け室34に移動する場合（下降する場合）は、往復作動体14によりシール部材33の外径テーパ面33aが弁本体31の内径テーパ面36まで強制的に下降されると、シール部材33に対し漸次減少作用する摩擦抵抗力と、弁本体31の作動流体供給孔37を経て作動流体通抜け室34内に供給されシール部材33の軸方向受圧面33bに対し漸次減少作用する作動流体圧による力と、可動弁体32の瞬発動作時の加速に要する力との和より、圧縮された切換スプリング17が有する移動方向（下向き）の反撥力が大きくなるように設定する。

さらに、シール部材33が作動流体通抜け室34から内径テーパ面36を経て内径縮小室35に移動する場合（上昇する場合）は、往復作動体14によりシール部材33の外径テーパ面33aが弁本体31の内径テーパ面36まで強制的に上昇されると、シール部材33の軸方向受圧面33bに対し漸次増加作用する作動流体圧による力と、圧縮された切換スプリング17が有する移動方向（上向き）の反撥力との和が、可動弁体32の瞬発動作時の加速に要する力と、弁本体31の内径縮小室35の内壁面に密着して移動するシール部材33に対し作用する摩擦抵抗力との和より大きくなるように設定する。

図３に示されるように、シリンダ本体13の上端に設けられたシリンダヘッド51には、エアコンプレッサなどの空圧源に接続される作動流体供給ポート52が設けられ、作動流体供給ポート52に通路53を経て連通された給気通路54が設けられ、図１に示されるように、この給気通路54に、パイロット弁19の作動流体供給孔37、一方の切換弁21および他方の切換弁22の各下部にそれぞれ設けられた作動流体供給口55，56が連通されている。

一方の切換弁21は、図１に示されるように弁本体61内に、パイロット弁19から出力されたパイロット圧を上端ポートより受けて作動する受圧ピストン62が摺動自在に嵌合され、この受圧ピストン62にロッド63を介して円板状の弁板64が一体化され、スプリング65により上方へ付勢されている。弁板64の上下両側には、円環状の弁座66，67が設けられ、これらの弁座66，67間には、弁板64の周囲に作動流体の通路として形成された弁室68が設けられ、この弁室68は、図３に示された１対の通路69を経て、シリンダ本体13内の一方の室15に連通されている。上側の弁座66の上方空間は図４に示された排気口70に連通されている。

そして、この一方の切換弁21は、図３および図４に示されるようにパイロット弁19からのパイロット圧を消滅させた状態で一方の室15に作動流体を供給するとともに、図５および図６に示されるようにパイロット弁19からのパイロット圧を受けて一方の室15から作動流体を外部へ排出する状態に切り換わる。

他方の切換弁22は、図１に示されるように弁本体71内に、パイロット弁19からのパイロット圧を上端ポートより受けて作動する受圧ピストン72が摺動自在に嵌合され、この受圧ピストン72にロッド73を介して円板状の弁板74，75が一体化され、スプリング76により上方へ付勢されている。これらの弁板74，75の周囲には作動流体の通路が形成され、弁板74と弁板75との間には、上下の弁座77，78が設けられ、これらの弁座77，78間には弁室79が設けられ、この弁室79は、通路80，81、配管82およびシリンダ本体13の端板83に設けられた通路84を経て、シリンダ本体13内の他方の室16に連通されている。上側の弁座77の上方空間は図４に示された排気口85に連通されている。

そして、この他方の切換弁22は、図３および図４に示されるようにパイロット弁19からのパイロット圧の出力を消滅させた状態で他方の室16から作動流体を外部へ排出するとともに、図５および図６に示されるようにパイロット弁19からのパイロット圧を受けて他方の室16に作動流体を供給する状態に切り換わる。

次に、図７および図８により、この実施の形態の作用を説明する。

図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、往復動形アクチュエータ４の下降動作を上昇動作へ切り換える際の一連の動きを示し、作動ピストン14pが下死点に近づくと、図７（ａ）から（ｂ）に示されるように、作動ピストン14pのストロークS1により、フランジ付きカラー24とフランジ付きカラー26とが当接するまで作動ピストン14pが切換スプリング17を圧縮し、図７（ｂ）から（ｃ）に示されるように、作動ピストン14pのストロークS2により可動弁体32もストロークS2だけ下降し、図７（ｄ）に２点鎖線で示されるように、シール部材33が内径縮小室35の上部から内径テーパ面36まで下降する。

シール部材33が内径縮小室35に位置していたときは、弁本体31からシール部材33に作用する摩擦抵抗力が大きく、また、作動流体供給孔37から供給された作動流体圧による力もシール部材33の軸方向受圧面に大きく作用していたが、シール部材33が内径テーパ面36に移動する段階で、弁本体31の内壁面に対するシール部材33の接触面積が減少し始めると、その摩擦抵抗力が漸次減少し、またシール部材33と内径テーパ面36との間に隙間が生じ始めるとシール部材33の軸方向受圧面に作用する作動流体圧による力も漸次減少する。

このように、弁本体31からシール部材33に作用する摩擦抵抗力が漸次減少するとともに、弁本体31の作動流体供給孔37を経て作動流体通抜け室34内に供給されシール部材33の軸方向受圧面に作用する作動流体圧による力が漸次減少するので、これらの力と可動弁体32の下方への瞬発動作時の加速に要する力との和より、図７（ｃ）に示されるように圧縮された切換スプリング17が有する移動方向（下向き方向）の反撥力が大きくなるタイミングで、図７（ｃ）から（ｄ）に示されるように、パイロット弁19のシール部材33が作動流体通抜け室34に瞬時に移動し、作動流体供給孔37より供給される作動流体は、作動流体通抜け室34の内壁面とシール部材33との間の隙間を通って内径縮小室35に抜け、さらに出力ポート38から一方の切換弁21および他方の切換弁22にパイロット圧として出力される。

これにより、一方の切換弁21および他方の切換弁22は、パイロット弁19からのパイロット圧を受けて、図４に示された状態から図６に示された状態に切り換わり、図６に示されるように、一方の切換弁21は、一方の室15から作動流体を外部へ排出する状態に切り換わり、他方の切換弁22は、他方の室16に作動流体を供給する状態に切り換わるため、往復動形アクチュエータ４の作動ピストン14pは、上昇作動する方向に切り換わる。

同様に、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、往復動形アクチュエータ４の上昇動作を下降動作へ切り換える際の一連の動きを示し、作動ピストン14pが上死点に近づくと、図８（ａ）から（ｂ）に示されるように、作動ピストン14pのストロークS3により、作動ピストン14pが切換スプリング17を圧縮し、図８（ｂ）から（ｃ）に示されるように、作動ピストン14pのストロークS4により可動弁体32もストロークS4だけ上昇し、図８（ｄ）に２点鎖線で示されるように、シール部材33が作動流体通抜け室34内から内径テーパ面36まで上昇する。

シール部材33が作動流体通抜け室34内に位置していたときは、作動流体供給孔37から作動流体通抜け室34内に供給された作動流体圧は上昇することもないが、シール部材33が作動流体通抜け室34内から内径テーパ面36まで上昇する段階で、作動流体通抜け室34が漸次閉塞されて、作動流体供給孔37から作動流体通抜け室34内に供給された作動流体圧が漸次上昇し、シール部材33の軸方向受圧面に作用する作動流体圧による力も漸次増加する。

このように、弁本体31の作動流体供給孔37を経て作動流体通抜け室34内に供給されシール部材33の軸方向受圧面に作用する作動流体圧による力が漸次増加するので、この作動流体圧による力と、図８（ｃ）に示されるように圧縮された切換スプリング17が有する移動方向（上向き方向）の反撥力との和が、可動弁体32の上方への瞬発動作時の加速に要する力と、弁本体31の内径縮小室35の内壁面に密着して移動するシール部材33に作用する摩擦抵抗力との和より大きくなるタイミングで、図８（ｃ）から（ｄ）に示されるように、パイロット弁19のシール部材33が、内径テーパ面36から内径縮小室35に瞬時に移動し、作動流体供給孔37より作動流体通抜け室34を経て出力ポート38に抜ける通路を遮断し、この出力ポート38から一方の切換弁21および他方の切換弁22に出力されるパイロット圧を消滅させる。

すなわち、出力ポート38は、図８（ｄ）に示されるように抜気溝44を通してキャップ45の抜気孔46に連通されるので、図６に示された状態にある一方の切換弁21および他方の切換弁22の弁板64，74の下面に作用する作動流体圧の押し上げ作用により受圧ピストン62，72が上昇し、これらの受圧ピストン62，72により一方の切換弁21および他方の切換弁22の上端部から押し出されたパイロット圧流体は、パイロット弁19の出力ポート38に戻され、この出力ポート38から抜気溝44およびキャップ45の抜気孔46を通して外部へ排出され、パイロット弁19から一方の切換弁21および他方の切換弁22に作用するパイロット圧は消滅した状態となる。

このパイロット弁19からのパイロット圧が消滅した状態で、一方の切換弁21および他方の切換弁22は、図６に示された状態から図４に示された状態に切り換わり、図４に示されるように、一方の切換弁21は、一方の室15に作動流体を供給する状態に切り換わり、他方の切換弁22は、他方の室16から作動流体を外部へ排出する状態に切り換わるため、往復動形アクチュエータ４の作動ピストン14pは、下降作動する方向に切り換わる。

次に、図示された実施の形態の効果を列挙する。

パイロット弁19と切換弁21，22とを分離することで、パイロット弁19から出力されるパイロット圧の切換により往復作動体14の一方の面に作用する作動流体と他方の面に作用する作動流体とを確実に切り換えるに必要な流量を切換弁21，22により確保でき、また、パイロット弁19の弁本体31は、可動弁体32とともに移動するシール部材33との間の接触状態を漸次変化させる形状により、切換スプリング17が所定量圧縮された状態から、圧縮された切換スプリング17の反撥力を解放する方向に可動弁体32を移動させる機能を備えたので、接触状態を少しずつ変化させることで急激な摩擦抵抗力の増加などを防止して、可動弁体32を確実に切換動作させることができ、往復運動を切り換える際の動作不良を確実に防止できる往復動切換装置を提供できる。

パイロット弁19の弁本体31は、可動弁体32に嵌着された弾力性を有するシール部材33との間に隙間を有する作動流体通抜け室34と、作動流体通抜け室34より内径を縮小形成されてシール部材33と密着する内径縮小室35と、作動流体通抜け室34から内径縮小室35にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面36と、作動流体通抜け室34に作動流体を供給する作動流体供給孔37とを備えているので、パイロット弁19の弁本体31は、作動流体通抜け室34から内径縮小室35にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面36において、可動弁体32とともに移動するシール部材33との間の接触状態を少しずつ変化させることで急激な摩擦抵抗力の増加などを防止して、可動弁体32を確実に切換動作させることができ、往復運動を切り換える際の動作不良を確実に防止できる往復動切換装置を提供できる。

パイロット弁19から出力されるパイロット圧の切換により切換弁21，22をパイロット操作して、シリンダ本体13内の作動ピストン14pにより区画形成された一方の室15と他方の室16とに交互に加圧供給される作動流体の切換タイミングを高精度に制御でき、特に、パイロット弁19の弁本体31は、可動弁体32に嵌着された弾力性を有するシール部材33との間に隙間を有する作動流体通抜け室34と、作動流体通抜け室34より内径を縮小形成されてシール部材33と密着する内径縮小室35と、作動流体通抜け室34から内径縮小室35にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面36と、作動流体通抜け室34に作動流体を供給する作動流体供給孔37とを備えているので、上記の往復運動を切り換える際の動作不良を確実に防止できる往復動切換装置12と同様の構造に基づいて、シール部材33が弁本体31の内径テーパ面36を通過するタイミングによって往復運動を確実に切り換えることができ、往復運動を切り換える際の動作不良を確実に防止できる往復動形アクチュエータ４を提供できる。

パイロット弁19の弁本体31は、作動流体通抜け室34から内径縮小室35にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面36を備え、パイロット弁19のシール部材33は、弁本体31の内径テーパ面36と対応する外径テーパ面33aを備え、シール部材33が内径縮小室35から内径テーパ面36を経て作動流体通抜け室34に下降移動する場合は、シール部材33の外径テーパ面33aが弁本体31の内径テーパ面36まで下降されると、シール部材33に作用する摩擦抵抗力と、弁本体31の作動流体供給孔37を経て作動流体通抜け室34内に供給されシール部材33の軸方向受圧面に作用する作動流体圧による力と、可動弁体32の瞬発動作時の加速に要する力との和より、圧縮された切換スプリング17が有する移動方向の反撥力が大きくなるように設定するとともに、シール部材33が作動流体通抜け室34から内径テーパ面36を経て内径縮小室35に上昇移動する場合は、シール部材33の外径テーパ面33aが弁本体31の内径テーパ面36まで上昇されると、上記作動流体圧による力と、圧縮された切換スプリング17が有する移動方向の反撥力との和が、可動弁体32の瞬発動作時の加速に要する力と、弁本体31の内径縮小室35の内壁面に密着して移動するシール部材33に作用する摩擦抵抗力との和より大きくなるように設定しているので、往復運動を切り換える瞬間にパイロット弁19の可動弁体32を一方向に作用する力と、その反対方向に作用する力とがつりあってしまう現象を防止でき、往復運動を切り換える際の動作不良を確実に防止できる往復動形アクチュエータ４を提供できる。

パイロット弁19は、加圧供給された作動流体をパイロット圧として出力する場合と消滅させる場合とを切り換える機能のみを備え、切換弁21，22は、一方の室15に対応する作動流体給排用の一方の切換弁21と、他方の室16に対応する作動流体給排用の他方の切換弁22とを組み合わせたので、パイロット弁19および切換弁21，22の構造を簡素化できる。

本発明は、往復動切換装置または往復動形アクチュエータを製造、販売などする事業者により利用できる。

４往復動形アクチュエータ
12 往復動切換装置
13 シリンダ本体
14 往復作動体
14p 作動ピストン
14r 作動ロッド
15 一方の室
16 他方の室
17 切換スプリング
18 切換ロッド
19 パイロット弁
21 一方の切換弁
22 他方の切換弁
31，31a 弁本体
32 可動弁体
33 シール部材
33a 外径テーパ面
33b 軸方向受圧面
34 作動流体通抜け室
35 内径縮小室
36 内径テーパ面
37 作動流体供給孔
38 出力ポート

Claims

移動方向と交差する一側の面とこの一側の面に対し反対側に位置する他側の面とを有する往復作動体を、これらの面に交互に作用する作動流体圧を切り換えることで繰り返し往復動作させる往復動切換装置であって、
往復作動体の往復動作におけるストロークエンド直前位置から往復作動体によって圧縮される切換スプリングと、
切換スプリングの圧縮時の反撥力により移動可能に設けられた切換ロッドと、
切換ロッドにより切換作動されて加圧供給された作動流体から得られるパイロット圧を切り換えるパイロット弁と、
パイロット弁から出力されるパイロット圧の切換により往復作動体の一方の面に作用する作動流体と他方の面に作用する作動流体とを交互に切り換える切換弁とを具備し、
パイロット弁は、
定位置に設けられた弁本体と、
弁本体内に嵌合されて切換ロッドと一体的に移動する可動弁体と、
可動弁体に一体的に嵌着された弾力性を有するシール部材とを備え、
弁本体は、可動弁体とともに移動するシール部材との間の接触状態を漸次変化させる形状により、切換スプリングが所定量圧縮された状態から、圧縮された切換スプリングの反撥力を解放する方向に可動弁体を移動させる機能を備えた
ことを特徴とする往復動切換装置。
移動方向と交差する一側の面とこの一側の面に対し反対側に位置する他側の面とを有する往復作動体を、これらの面に交互に作用する作動流体圧を切り換えることで繰り返し往復動作させる往復動切換装置であって、
往復作動体の往復動作におけるストロークエンド直前位置から往復作動体によって圧縮される切換スプリングと、
切換スプリングの圧縮時の反撥力により移動可能に設けられた切換ロッドと、
切換ロッドにより切換作動されて加圧供給された作動流体から得られるパイロット圧を切り換えるパイロット弁と、
パイロット弁から出力されるパイロット圧の切換により往復作動体の一方の面に作用する作動流体と他方の面に作用する作動流体とを交互に切り換える切換弁とを具備し、
パイロット弁は、
定位置に設けられた弁本体と、
弁本体内に嵌合されて切換ロッドと一体的に移動する可動弁体と、
可動弁体に一体的に嵌着された弾力性を有するシール部材とを備え、
弁本体は、
シール部材との間に隙間を有する作動流体通抜け室と、
作動流体通抜け室より内径を縮小形成されてシール部材と密着する内径縮小室と、
作動流体通抜け室から内径縮小室にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面と、
作動流体通抜け室に作動流体を供給する作動流体供給孔と、
シール部材と作動流体通抜け室との隙間を通して内径縮小室に流出した作動流体圧をパイロット圧として出力する出力ポートとを備えた
ことを特徴とする往復動切換装置。
シリンダ本体と、
シリンダ本体内に摺動自在に嵌合されてシリンダ本体内に一方の室と他方の室とを区画形成するとともにこれらの室に交互に加圧供給される作動流体により繰り返し往復動作させる作動ピストンと、
作動ピストンと一体的に設けられ作動ピストンの動きを出力する作動ロッドと、
作動ピストンの往復動作におけるストロークエンド直前位置から作動ロッドによって圧縮される切換スプリングと、
切換スプリングの圧縮時の反撥力により移動可能に設けられた切換ロッドと、
切換ロッドにより切換作動されて加圧供給された作動流体から得られるパイロット圧を切り換えるパイロット弁と、
パイロット弁から出力されるパイロット圧の切換により一方の室と他方の室とに給排される作動流体を交互に切り換える切換弁とを具備し、
パイロット弁は、
シリンダ本体と一体的に設けられた弁本体と、
弁本体内に嵌合されて切換ロッドと一体的に移動する可動弁体と、
可動弁体に一体的に嵌着された弾力性を有するシール部材とを備え、
弁本体は、
シール部材との間に隙間を有する作動流体通抜け室と、
作動流体通抜け室より内径を縮小形成されてシール部材と密着する内径縮小室と、
作動流体通抜け室から内径縮小室にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面と、
作動流体通抜け室に作動流体を供給する作動流体供給孔と、
シール部材と作動流体通抜け室との隙間を通して内径縮小室に流出した作動流体圧をパイロット圧として出力する出力ポートとを備えた
ことを特徴とする往復動形アクチュエータ。
シリンダ本体と、
シリンダ本体内に摺動自在に嵌合されてシリンダ本体内に一方の室と他方の室とを区画形成するとともにこれらの室に交互に加圧供給される作動流体により繰り返し往復動作させる作動ピストンと、
作動ピストンと一体的に設けられ作動ピストンの動きを出力する作動ロッドと、
作動ピストンの往復動作におけるストロークエンド直前位置から作動ロッドによって圧縮される切換スプリングと、
切換スプリングの圧縮時の反撥力により移動可能に設けられた切換ロッドと、
切換ロッドにより切換作動されて加圧供給された作動流体から得られるパイロット圧を切り換えるパイロット弁と、
パイロット弁から出力されるパイロット圧の切換により一方の室と他方の室とに給排される作動流体を交互に切り換える切換弁とを具備し、
パイロット弁は、
シリンダ本体と一体的に設けられた弁本体と、
弁本体内に嵌合されて切換ロッドと一体的に移動する可動弁体と、
可動弁体に一体的に嵌着された弾力性を有するシール部材とを備え、
弁本体は、
シール部材との間に隙間を有する作動流体通抜け室と、
作動流体通抜け室より内径を縮小形成されてシール部材と密着する内径縮小室と、
作動流体通抜け室から内径縮小室にわたって内径を漸次縮小変化させた内径テーパ面と、
作動流体通抜け室に作動流体を供給する作動流体供給孔と、
シール部材と作動流体通抜け室との隙間を通して内径縮小室に流出した作動流体圧をパイロット圧として出力する出力ポートとを備え、
シール部材は、弁本体の内径テーパ面と対応する外径テーパ面を備え、
シール部材が内径縮小室から内径テーパ面を経て作動流体通抜け室に移動する場合は、シール部材の外径テーパ面が弁本体の内径テーパ面まで移動されると、シール部材に作用する摩擦抵抗力と、弁本体の作動流体供給孔を経て作動流体通抜け室内に供給されシール部材の軸方向受圧面に作用する作動流体圧による力と、可動弁体の瞬発動作時の加速に要する力との和より、圧縮された切換スプリングが有する移動方向の反撥力が大きくなるように設定するとともに、
シール部材が作動流体通抜け室から内径テーパ面を経て内径縮小室に移動する場合は、シール部材の外径テーパ面が弁本体の内径テーパ面まで移動されると、上記作動流体圧による力と、圧縮された切換スプリングが有する移動方向の反撥力との和が、可動弁体の瞬発動作時の加速に要する力と、弁本体の内径縮小室の内壁面に密着して移動するシール部材に作用する摩擦抵抗力との和より大きくなるように設定した
ことを特徴とする往復動形アクチュエータ。
パイロット弁は、加圧供給された作動流体をパイロット圧として出力する場合と消滅させる場合とを切り換える機能を備え、
切換弁は、
パイロット弁からのパイロット圧を消滅させた状態で一方の室に作動流体を供給するとともにパイロット弁からのパイロット圧を受けて一方の室から作動流体を外部へ排出する状態に切り換わる一方の切換弁と、
パイロット弁からのパイロット圧を消滅させた状態で他方の室から作動流体を外部へ排出するとともにパイロット弁からのパイロット圧を受けて他方の室に作動流体を供給する状態に切り換わる他方の切換弁と
を具備したことを特徴とする請求項３または４記載の往復動形アクチュエータ。