JPH022967Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、空気圧を利用する産業機械に使用す
るアクチユエータの駆動装置に関する。

［従来の技術］ 空気圧によつて駆動する従来のシリンダ駆動系
においては、高圧空気源からの圧縮空気を方向切
換弁を介してシリンダに送給することによりそれ
を駆動し、該駆動または復帰に伴つてシリンダか
ら排出される空気は、上記方向切換弁を介して大
気に放出している。

上記従来のシリンダ駆動系において、シリンダ
の駆動、復帰に伴つて該シリンダから排出される
空気は、圧力即ち多量のエネルギーを持つている
ため、そのまま大気中に放出するのは省エネルギ
ーの観点から問題がある。

しかしながら、シリンダから排出される空気を
単にアキユムレータに回収、蓄積するのみでな
く、この空気を当該シリンダの復帰動力として利
用しようとすると、アキユムレータに回収、蓄積
された空気が背圧となつてシリンダの復帰に支障
をきたすことになる。

即ち、アキユムレータの空気圧を利用する復帰
行程時に高圧空気を回収するために駆動側圧力室
をアキユムレータに連動させておくと、駆動側圧
力室と復帰側圧力室との空気圧が同じになるため
に、シリンダが復帰できなくなる。

また、高圧空気源からの高圧空気で駆動する駆
動行程は、高圧空気の圧力がアキユムレータの空
気圧よりも十分高いので排気アキユムレータに回
収、蓄積できるが、アキユムレータの空気圧が背
圧となつてシリンダの駆動終了直前に該シリンダ
の最大出力を発揮させることが困難となる。

［考案が解決しようとする問題点］ 本考案は、駆動終了直前に最大出力を発揮する
複動アクチユエータからその駆動及び復帰に伴つ
て排出される排気の一部をアキユムレータに回収
蓄積し、該アキユムレータの空気圧をアクチユエ
ータの復帰に利用してそのエネルギーを有効利用
するにあたり、アキユムレータに回収蓄積された
排気を複動アクチユエータが動作する際の背圧と
ならないようにするものでありながら、該アクチ
ユエータを安価でかつその作動を確実なものとす
ることを解決すべき問題点とする。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、複動アクチユエータの駆動側圧力室
に切換弁を介して高圧空気源から高圧空気を供給
して駆動し、該アクチユエータの復帰側圧力室に
切換弁を介しててアキユムレータからの低圧空気
を供給して復帰させるアクチユエータ駆動系にお
いて、該複動アクチユエータの復帰側圧力室を排
気回収のためのチエツク弁を介してアキユムレー
タに接続すると共に、上記復帰側圧力室に、駆動
終了直前の被駆動部材に押動されて該復帰側圧力
室を大気に小さく開口させる排気弁を設け、復帰
動作時における駆動側圧力室が上記切換弁を介し
て連通する空気回収弁を、上記切換弁に連通する
流入口、アキユムレータに連通する回収流出口及
び大気に開放した排気流出口の３ポートと、排気
が高圧の間は上記流入口を上記回収流出口に連通
させ、排気の圧力が低下したときは、上記流入口
を上記排気流出口に連通するように自動的に切換
える切換機構とによつて構成し、これによつて上
記問題点を解決した。

［作用］ 切換弁が高圧空気源を駆動側圧力室に連通させ
る第１の切換位置にあるときは、高圧空気源から
の高圧空気が駆動側圧力室に流入して複動アクチ
ユエータを駆動し、復帰側圧力室の排気は、チエ
ツク弁を通つてアキユムレータに流入して回収蓄
積される。なお、この状態では、切換弁において
空気回収弁に至る排気流路及びアキユムレータに
至る還流路は閉じられている。

複動アクチユエータが駆動行程終了直前に達す
ると、被駆動部材が排気弁を押圧開口させて復帰
側圧力室の排気を大気に放出するので、複動アク
チユエータが最大出力を発揮する。

切換弁が第２の切換位置に切換わると、駆動側
圧力室の排気が、切換弁及び空気回収弁を通つて
アキユムレータに流入して回収蓄積される。そし
て、駆動側圧力室からの排気の圧力が低下する
と、切換機構によつて空気回収弁の流入口を大気
に開放した排気流出口に連通させて、駆動側圧力
室の排気を大気に流出させ、それと同時にアキユ
ムレータに回収蓄積された蓄圧空気が切換弁を通
つて復帰側圧力室に流入し、複動アクチユエータ
は復帰する。

次いで、切換弁が第１の切換位置に切換わつ
て、上述の作動を繰返す。

そして、上記動作により、アキユムレータに回
収される排気がアクチユエータの背圧となつてそ
のアクチユエータの動作を妨げるのを防止する。

［実施例］ 以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に
説明するに、第１図において、１はアクチユエー
タとしての複動シリンダ装置、２及び３はそれぞ
れ該複動シリンダ装置１に駆動用の高圧空気及び
復帰用の低圧空気を供給する高圧空気源及びアキ
ユムレータである。

上記複動シリンダ装置１は、被駆動部材として
のピストン４の左右に駆動側圧力室５及び復帰側
圧力室６を備えると共に、復帰側圧力室６に駆動
終了時の残気を大気中に排出する排気弁７を備え
ている。該排気弁７は、第１図に鎖線で示した駆
動終了直前のピストン４によりばね８の付勢力に
抗して押動開口せしめられる弁体９を有するもの
で、その開口により復帰側圧力室６は連孔１０、
ばね室１１、小開口の大気ポート１２を通じて大
気に連通し、復帰側圧力室６中の残気が大気中に
排出され、シリンダは最大出力を維持しつつスト
ロークを終了する。なお、図中１３はシリダンダ
ポート、４ａは上記シリダンダポート１３への流
路を閉鎖する小ピストン部を示している。

このように構成された複動シリンダ装置１と高
圧空気源２及びアキユムレータ３間の流路を切換
える弁機構は、切換弁１５及びチエツク弁１６等
によつて構成している。該切換弁１５は電磁５ポ
ート弁等として構成され、通電状態における第１
の切換位置においては、複動シリンダ装置１の駆
動側圧力室５に通じるヘツド側流路１７と高圧空
気源２に通じる供給流路１８が連通して、ピスト
ン４が高圧空気源２からの高圧空気により駆動さ
れ、その他のポートは閉じられている。また、図
示した非通電状態における第２の切換位置におい
ては、上記ヘツド側流路１７と空気回収弁１９の
流入口１９ａに通じる排気流路２０、及び上記復
帰側圧力室６に通じるロツド側流路２１とアキユ
ムレータ３に通じる還流路２２がそれぞれ連動
し、駆動側圧力室５の高圧空気が空気回収弁１９
を通じて流出すると共に、アキユムレータ３の圧
力空気が復帰側圧力室６へ流入し、ピストン４が
復帰する。さらに、上記チエツク弁１６はロツド
側流路２１と還流路２２間に切換弁１５と並列に
設けて、復帰側圧力室６からアキユムレータ３へ
の排気回収のための空気の流れは許容するが、そ
の逆方向は阻止するように構成している。

また、上記空気回収弁１９は、該弁への流入空
気圧の高低に応じて流出路を切換えるもので、上
記流入口１９ａの他に、アキユムレータ３に回収
流路２３を介して連通する回収流出口１９ｂ及び
大気に開放した排気流出口１９ｃを備え、複動シ
リンダ装置１の駆動側圧力室５から上記流入口１
９ａへ流入する排気が高圧の間は、その排気を回
収流出口１９ｂからアキユムレータ３に流入させ
て回収、蓄積し、該排気の圧力が低下したとき
は、その排気を切換機構によつて自動的に排気流
出口１９ｃに切換えて、排気流出口１９ｃから大
気に放出するように構成している。

次に、このように構成されたアクチユエータ駆
動装置の動作について説明する。

第１図において、切換弁１５を第１の切換位置
に切換えれば、高圧空気源２からの高圧空気が、
供給流路１８、切換弁１５、ヘツド側流路１７を
介して駆動側圧力室５に流入し、ピストン４を右
方へ駆動する。これに伴う復帰側圧力室６からの
排気（前行程でアキユムレータから供給された圧
力空気）は、ロツド側流路２１、チエツク弁１６
を介してアキユムレータ３に回収、蓄積される。
ピストン４の駆動終了直前になると、第１図に破
線で示すように、ピストン４が排気弁９を押動開
口させるので、シリンダ内の残気は連孔１０、ば
ね室１１、大気ポート１２を介して大気に放出さ
れる。

上述の作動において、駆動のストロークエンド
付近までは、復帰側圧力室６内の蓄圧空気がピス
トン４の駆動の背圧となるが、上記複動シリンダ
装置１を、駆動行程の当初では大きな出力を必要
とせず、駆動行程のストロークエンド付近で最大
出力が要求されるような加圧型と呼ばれる複動シ
リンダ装置として用いれば、蓄圧空気がピストン
４の駆動の支障となることはない。

次いで、切換弁１５を図示した第２の切換位置
に切換えれば、駆動側圧力室５内の高圧空気は、
ヘツド側流路１７、切換弁１５、排気流路２０、
空気回収弁１９の流入口１９ａ、回収流出口１９
ｂ、回収流路２３を介してアキユムレータ３に流
入し、そこに回収、蓄積される。駆動側圧力室５
の排気の圧力が低下すると、空気回収弁１９の流
入口１９ａが切換機構によつて排気流出口１９ｃ
に連通するように切換わるので、駆動側圧力室５
内の残存排気は、排気流出口１９ｃから大気に放
出される。これと同時に、アキユムレータ３から
の蓄圧空気が還流路２２、第２の切換位置にある
切換弁１５、ロツド側流路２１を介して復帰側圧
力室６に流入し、ピストン４を左方へ復帰させて
第１図の状態に戻る。また、これに伴つて排気弁
９は閉塞する。なお、ピストン４が左方へ移動し
始めるときには未だ排気弁９が開いたた状態にあ
るが、この排気弁９の大気ポート１２は復帰側圧
力室６を大気に小さく開口させるものであり、従
つてアキユムレータ３から復帰側圧力室６に供給
する圧力空気がピストン４の移動初期にその排気
弁９から漏出するような構造となつていても、そ
の漏出は極めて少量である。

上記実施例においては、アクチユエータとして
複動シリンダ装置１を用いた場合を説明したが、
本考案は、他のアクチユエータを用いたアクチユ
エータ駆動系に対して適用できるのは当然であ
る。

第２図は上記切換弁１５の構成例を示すもの
で、弁本体２４に、上記ヘツド側流路１７及びロ
ツド側流路２１にそれぞれ接続する出力ポート２
５，２６を設けると共に、供給流路１８に接続す
る供給ポート２７、排気流路２０に接続する回収
ポート２８、及び還流路２２に接続する低圧供給
ポート２９を設け、これらのポートを切換えるス
プール３０を弁本体２４に内挿して、その一端に
該スプール３０を切換動作させるソレノイドその
他の弁駆動機構３１を装着し、またその他端に該
スプール３０を復帰させる復帰スプリング３２を
縮設している。

この切換弁として他の構成のものを用い得るこ
とは明白であり、第３図ないし第５図にその一例
を示す。第３図は２個の切換弁１５ａ，１５ｂを
使用した場合を示し、切換弁１５ａ，１５ｂが図
示した状態とは逆の第１の切換位置にあるとき
は、供給流路１８からの高圧空気が駆動側圧力室
に流入し、復帰側圧力室の排気はチエツク弁１６
を通つてアキユムレータ３に回収蓄積される。駆
動行程終了後、切換弁１５ａ，１５ｂが図示した
第２の切換位置に切換わると、駆動側圧力室の排
気は切換弁１５ａ、排気流路２０を通つて空気回
収弁１９からアキユムレータ３に流入し、この排
気の圧力が低下して、空気回収弁１９の流入口が
排気流出口に連通すると、駆動側圧力室の排気が
大気が放出される。また、これと同時にアキユム
レータ３からの蓄圧空気が切換弁１５ｂを通つて
復帰側圧力室に流入し、複動シリンダ１は復帰す
る。

第４図は、第３図図示のものにおいて、チエツ
ク弁を切換弁１５ｂに組み込んだものを示し、そ
の作動は第３図図示のものと同じである。

第５図は、第４図における切換弁１５ｂをパイ
ロツト操作としたもので、切換弁１５ａが高圧空
気を駆動側圧力室に流入させる第１の切換位置か
ら図示した第２の切換換位置に切換わると、駆動
側圧力室の排気が切換弁１５ａ、排気流路２０、
空気回収弁１９を通つてアキユムレータ３に流入
する。駆動側圧力室の排気が低圧になつて空気回
収弁１９の流入口１９ａが排気流出口１９ｃに連
通し、駆動側圧力室の排気が排気流出口１９ｃか
ら大気に放出されると、その低下した圧力をパイ
ロツト圧として切換弁１５ｂが図示した第２の切
換位置に切換わつて、アキユムレータ３からの蓄
圧空気が切換弁１５ｂを通つて復帰側圧力室に流
入し、複動シリンダ１は復帰する。

さらに、上記空気回収弁１９としても種々の構
成のものを採用でき、第６図ないし第９図はその
構成例を示している。

第６図の空気回収弁１９は、流入口１９ａと回
収流出口１９ｂの圧力の対抗による差動切換形の
もので、流入口１９ａ、回収流出口１９ｂ、排気
流出口１９ｃを有する弁本体６１内にスプリング
６３で付勢された摺動可能なスプール６２に備
え、流入口１９ａにシリンダからの高圧の排気が
送給されたときには、その圧力によつてスプール
６２がスプリング６３の付勢力及びフイードバツ
ク通路６４を通じて回収流出口１９ｂに連通する
圧力室６５内のフイードバツク圧に抗して左動せ
しめられ、流入口１９ａと回収流出口１９ｂとが
スプール６２内の通孔６６を通じて連通すること
により、回収流出口１９ｂに接続したアキユムレ
ータに排気が回収され、また流入口１９ａの圧力
がアキユムレータ内の圧力に近づくと、スプリン
グ６３の付勢力及びスプール６２の両側に作用す
る圧力によつて該スプール６２が図示の位置に押
戻され、回収流出口１９ｂが閉鎖すると共に排気
流出口１９ｃが開口してシリンダから流入口１９
ａに送給される残存空気が排気流出口１９ｃを通
じて大気に放出されるものである。

第７図の実施例は、ダイヤフラムの背後に任意
の設定圧力（またはスプリングの付勢力等）を作
用させ、流入口の圧力との対抗によつて変位する
上記ダイヤフラムにより回収用弁体及び排気用弁
体を動作させる設定形のもので、弁本体７１内に
設けたダイヤフラム７２の背後のパイロツト圧力
室７３に流路７４を通じてアキユムレータ３内の
圧力を導入しており、流入口１９ａに送給したシ
リンダ排気を上記ダイヤフラム７２の下面に連通
孔７５を通じて作用させたとき、その圧力が高い
場合には、ダイヤフラム７２が上動して該ダイヤ
フラム７２に連結した回収用弁体７６が回収流出
口１９ｂに通じる回収弁座７７ａを開口させるた
め、流入口１９ａからの高圧の排気が回収流出口
１９ｂを経てアキユムレータ３に回収され、また
流入口１９ａに送給される排気が低圧化すると、
ダイヤフラム７２が下動して上記回収用弁体７６
により排気用弁体７７ｂをスプリング７８の付勢
力に抗して下動させるため、該排気用弁体７７ｂ
が流入口１９ａを排気流出口１９ｃに連通させる
排気弁座７９を開口させ、それによつて残留排気
が大気に放出される。

第８図の実施例は、流入口に送給されるシリン
ダの排気圧力により回収流出口１９ｂ及び排気流
出口へ通じる流路の弁体を動作させるもので、流
入口１９ａから弁本体８１内に送給される排気が
高圧の場合には、それが排気用弁体８２のピスト
ン部８３に作用して、該弁体８２を調節ねじ８４
に支持されたスプリング８５の付勢力に抗して上
動させることにより、排気用弁体８２を排気弁座
８６に圧接させて排気流出口１９ｃを閉鎖すると
共に、上記高圧の排気がチエツク弁８７を押開い
て流入口１９ａを回収流出口１９ｂに連通させ、
また排気が低下した場合には、上記排気用弁体８
２及びチエツク弁８７が図示の状態に復帰し、排
気が流入口１９ａから排気流出口１９ｃを経て大
気に放出される。

さらに、第９図の実施例は、蓄圧室と絞り弁を
用いることにより、流入口から回収流出口に通じ
る流路を排気流出口に切換える切換時間を調整可
能にしたもので、弁本体９１の流入口１９ａに送
給されるシリンダの排気が高圧の場合には、それ
が流入口１９ａから連絡孔９２及びチエツク弁９
３ａを通じて急速に蓄圧室９４に流入し、ピスト
ン９５はこのシリンダからの排気で主弁９７を押
圧するため、バイアススプリング９６を介して主
弁９７がスプールスプリング９８の付勢力に抗し
て駆動せしめられ、流入口１９ａと回収流出口１
９ｂとの間の弁座９９が開放して、排気が回収流
出口１９ｂに通じてアキユムレータに回収され
る。

上記各スプリング９６，９８及びピストン復帰
スプリングの付勢力は、蓄圧室９４の圧力がアキ
ユムレータ３に蓄積された力よりもやや高い一定
の圧力となつたときに主弁及びピストンを復帰さ
せるように設定されており、流入口１９ａを通じ
て排出される排気の圧力が上記一定の圧力よりも
低下し、それに伴つて蓄圧室９４に蓄積された排
気が、つまみ９３ｂによつて流量調節可能な絞り
弁９３ｃを経て流出し、蓄圧室９４内の圧力が上
記一定の圧力に達するまで排出される若干の時間
経過後に主弁９７を復帰させ、流入口１９ａに流
入するシリンダ排気を排気流出口１９ｃから排出
させる。

この実施例によると、蓄圧室９４の大きさの選
択と、つまみ９３ｂによる絞り弁９３ｃの流量の
調整によつて、蓄圧室９４の圧力が上記一定の圧
力よりも低下する時間を適宜変更することができ
る。

また、上記アキユムレータ３は、アクチユエー
タ駆動系の規模や回収した排気の用途等に応じて
その容積や形態を選定し、必要に応じて可変容積
タイプ等の調整機構を付設することができる。而
して、このアキユムレータ３に回収、蓄積した圧
縮空気は、 (イ) 信号エアー系や出力を要しないシリンダ駆動
系等、低圧エアーを作動媒体とする系の空気圧
源、 (ロ) 高圧空気源系統の空冷等の冷却用エアー源、 (ハ) コンプレツサで昇圧して再びシリンダ駆動部
に循環させる空気源、 等として用いることもできる。

［考案の効果］ 本考案によれば、複動アクチユエータの駆動側
圧力室から排出される排気が高圧の間は、排気を
空気回収弁によつてアキユムレータに回収蓄積
し、また複動アクチユエータの駆動時に復帰側圧
力室内の空気を再度アキユムレータに還元し、こ
の回収蓄積した排気を複動アクチユエータの復帰
時に利用するので、排気のエネルギーを有効に利
用することができ、しかも、駆動側圧力室及び復
帰側圧力室のいずれについても、残存排気を大気
に開放させるようにしているので、残存排気が複
動アクチユエータの背圧となることはない。

また、特に、複動アクチユエータの復帰側圧力
室を排気回収のためのチエツク弁を介してアキユ
ムレータに接続し、且つ復帰側圧力室に駆動終了
直前の被駆動部材に押動されて該圧力室を大気に
小さく開口させる排気弁を設けた構成は、複動ア
クチユエータの駆動時における復帰側圧力室から
の圧力空気の回収、及びストロークエンドにおけ
る最大出力の発揮を、極めて簡単な構成によつて
実現するものであり、被駆動部材の位置を検出し
てその信号により復帰側圧力室からアキユムレー
タに至る流路の弁を開閉するような機構に比し
て、その構造が極めて簡単、安価であり、しかも
上記排気弁を復帰側圧力室に設けただけの簡単な
構成で、被駆動部材が一定の位置に達したときに
該排気弁を自動的且つ安定的に動作させ、残圧を
排出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るアクチユエータ駆動装置
の回路構成図、第２図は切換弁の構成例を示す断
面図、第３図ないし第５図は切換弁及びチエツク
弁の異なる実施例を示す構成図、第６図ないし第
９図は回収弁の異なる実施例を示す断面図であ
る。 ２……高圧空気源、３……アキユムレータ、５
……駆動側圧力室、６……復帰側圧力室、７……
排気弁、１５……切換弁、１６……チエツク弁、
１９……空気回収弁、１９ａ……流入口、１９ｂ
……回収流出口、１９ｃ……排気流出口。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 複動アクチユエータの駆動側圧力室に切換弁を
   介して高圧空気源から高圧空気を供給して駆動
   し、該アクチユエータの復帰側圧力室に切換弁を
   介してアキユムレータからの低圧空気を供給して
   復帰させるアクチユエータ駆動系において、該複
   動アクチユエータの復帰側圧力室を排気回収のた
   めのチエツク弁を介してアキユムレータに接続す
   ると共に、上記復帰側圧力室に、駆動終了直前の
   被駆動部材に押動されて該復帰側圧力室を大気に
   小さく開口させる排気弁を設け、復帰動作時にお
   ける駆動側圧力室が上記切換弁を介して連通する
   空気回収弁を、上記切換弁に連通する流入口、ア
   キユムレータに連通する回収流出口及び大気に開
   放した排気流出口の３ポートと、排気が高圧の間
   は上記流入口を上記回収流出口に連通させ、排気
   の圧力が低下したときは、上記流入口を上記排気
   流出口に連通するように自動的に切換える切換機
   構とによつて構成したことを特徴とするアクチユ
   エータ駆動装置。