JPH0232882Y2 - - 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。

また、駆動側圧力室から排出される空気をシリ
ンダに回収するために、駆動側圧力室に高圧空気
を流入させる切換弁からアキユムレータに至る流
路に、上記切換弁からの流路をアキユムレータに
連通する回収位置と大気へ開放する排気位置とに
切換える回収弁を設けることが考えられるが、こ
の場合回収弁の切換えを適確に行わないと、回収
効率が低下し、さらに、シリンダの復帰行程の際
にアキユムレータに回収蓄積した空気圧が復帰の
負荷となるか、或いは駆動側圧力室と復帰側圧力
室との空気圧が同じとなつて、シリンダの復帰の
障害となる。

［考案が解決しようとする問題点］ 本考案は、アクチユエータの駆動側圧力室から
排出される排気の一部をアキユムレータに回収蓄
積してそのエネルギーを有効利用するにあたり、
切換弁の切換え時における回収弁の作動遅れに伴
うリークを防止して、回収効率の低下を防止する
と共に、回収蓄積した排気がアクチユエータ復帰
の際の負荷又は障害とならないようにすること
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、アクチユエータの駆動側圧力室に、
該駆動側圧力室を高圧空気源と排気回収用のアキ
ユムレータとに切換連通せしめる切換弁を接続
し、該切換弁からアキユムレータに至る流路に、
パイロツト空気圧による作用力とセツト装置の設
定作用力との大小によつて、上記切換弁からの流
路を、パイロツト空気圧による作用力が大きいと
きはアキユムレータに連通する回収位置に、パイ
ロツト空気圧による作用力が小さいときは大気へ
開放する排気位置とに切換えるパイロツト式の回
収弁を設け、該回収弁のパイロツト流路を、上記
切換弁と上記駆動側圧力室との間の流路から分岐
せしめ、上記アクチユエータを高圧空気源の高圧
空気又はアキユムレータに回収蓄積した空気によ
つて復帰させるように構成することによつて、上
記問題点を解決した。

［作用］ 切換弁を、高圧空気源を駆動側圧力室に連通さ
せる第１の切換位置に切換えたときは、高圧空気
源からの高圧空気がアクチユエータの駆動側圧力
室に流入して、アクチユエータを駆動する。この
場合、回収弁のパイロツト室には高圧空気が導入
され、その作用力がセツト装置の設定作用力より
も大となるから、パイロツト室の作用力によつ
て、回収弁は切換弁からの流路をアキユムレータ
に連通させる回収位置にある。

切換弁を、駆動側圧力室を回収弁に連通させる
第２の切換位置に切換えると、アクチユエータの
駆動側圧力室は、上記切換弁、回収位置にある回
収弁を介してアキユムレータに連通するので、駆
動側圧力室の高圧空気は、アキユムレータに回収
蓄積される。

上記アキユムレータへの流れによつて駆動側圧
力室の高圧空気の圧力が低下すると、パイロツト
室のパイロツト圧も低下して、その作用力がセツ
ト装置の設定作用力よりも小になるので、回収弁
がセツト装置の作用力によつて排気位置に切換わ
り、復帰側圧力室に加わる空気圧によつて駆動側
圧力室内の残存排気が大気に放出されながら、ア
クチユエータは復帰し、以下、この作動を繰返
す。

［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は複動シリンダ
装置で、ピストン２の左右に駆動側圧力室３及び
復帰側圧力室４を備え、また、５，６は該複動シ
リンダ装置１の空気圧回路に接続した３ポート形
の電磁駆動式等の切換弁で、駆動側圧力室３の流
体を制御する切換弁５は、通電状態における第１
の切換位置（第２図）において、上記駆動側圧力
室３に通じるヘツド側流路７を高圧空気源８に通
じる供気流路９に連通させ、非通電状態における
第２の切換位置（第１図）において、上記ヘツド
側流路７を回収弁１０の排気入口ポート１０ａに
通じる排気流路１１に切換連通させ、また復帰側
圧力室４の流体を制御する切換弁６は、通電状態
における第１の切換位置において、上記復帰側圧
力室４に通じるロツド側流路１２を大気に開放し
た排出ポート６ａに連通させ、非通電状態におけ
る図示した第２の切換位置において、上記ロツド
側流路１２をアキユムレータ１３に通じるロツド
側回収流路１４に切換連通させるものである。

上記回収弁１０は、上記入口ポート１０ａの他
にヘツド側回収流路１５を介してアキユムレータ
１３に通じる回収ポート１０ｂ及び大気に開放し
た排出ポート１０ｃを備えた３ポート弁として構
成され、パイロツト室１６に導入されるパイロツ
ト空気圧による作用力とセツト装置１７における
作用力との大小関係によつて、入口ポート１０ａ
と排出ポート１０ｃとが連通し且つ回収ポート１
０ｂが遮断される第１図の排気位置と、入口ポー
ト１０ａと回収ポート１０ｂとが連通し且つ排出
ポート１０ｃが遮断される第２図の回収位置との
２位置に切換わるもので、上記パイロツト室１６
にパイロツト空気圧を導くためのパイロツト流路
１８をヘツド側流路７から分岐せしめている。

上記セツト装置１７としては、例えばスプリン
グの付勢力または空気圧による作用力をパイロツ
ト室１６におけるパイロツト空気圧による作用力
に対抗させる機構のものを採用することができ、
セツト装置１７に空気圧を利用する場合に、低圧
のアキユムレータ１３から分岐した低圧空気を利
用するときは、セツト装置１７の受圧面積をパイ
ロツト室１６の受圧面積よりも大とし（第１１図
参照）、また高圧側の供気流路９から分岐した高
圧空気を利用するときは、セツト装置１７の受圧
面積をパイロツト室１６の受圧面積よりも小とす
ればよく（第９図参照）、要するにセツト装置１
７とパイロツト室１６とにおける作用力の対抗に
よつて、以下に説明するスイツチングを行う機構
であればよい。

第５図は、パイロツト室１６とセツト装置１７
とによるスイツチングを説明するための図であ
り、図中P₁₆及びP₁₇はそれぞれパイロツト室１６
及びセツト装置１７における空気圧と受圧面積と
の積である作用力を示し、P₁₃はアキユムレータ
の内圧を示している。

第５図において実線で示すパイロツト室１６の
作用力P₁₆がパイロツト圧の増大によつて第５図
の点線で示すセツト室１７の設定作用力P₁₇より
も大となると、回収弁１０は第２、第３図に図示
する回収位置に切換わり、パイロツト室１６のパ
イロツト圧が低下してその作用力P₁₆がセツト装
置の設定作用力P₁₇よりも小になると、回収弁１
０は第１図に図示する排気位置に切換わる。

また、上記アキユムレータ１３は、シリンダ駆
動系の規模、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。

次に、上記構成を有するアクチユエータ駆動装
置の動作について説明する。

上記アクチユエータ駆動装置の動作の概要は、
複動シリンダ装置１におけるピストン２の左方へ
の駆動時に、高圧空気源８からの高圧流体を使用
してピストン２を駆動すると同時に、復帰側圧力
室４から排出される排気の一部をアキユムレータ
１３に還流させ、またピストン２の復帰時には駆
動側圧力室３から排出される排気の一部をアキユ
ムレータ１３に回収すると共に、そのアキユムレ
ータ１３に回収蓄積された空気を復帰側圧力室４
に供給して復帰動作させるものである。

さらに具体的に説明すると、第１図はアキユム
レータ１３の圧力空気が復帰側圧力室４に送られ
ると共に駆動側圧力室３が切換弁５及び回収弁１
０を介して大気に開放した状態を示し、この状態
から第２図に示すように切換弁５に通電してそれ
を第１の切換位置に切換えれば、高圧空気源８か
らの圧縮空気が供気流路９、該切換弁５、ヘツド
側流路７を介して駆動側圧力室３に流入し、ピス
トン２を左方へ駆動する。これに伴つて、復帰側
圧力室４からの排気は、ロツド側流路１２、切換
弁６、ロツド側回収流路１４を介してアキユムレ
ータ１３に流入し、その後ピストン２が前進端ま
たはその近傍に至つた時に切換弁６に通電してそ
れを第１の切換位置に切換えれば、復帰側圧力室
４内の残存空気が該切換弁６の排出ポート６ａか
ら大気に放出され、ピストン２が最大出力を発揮
する。

このとき、回収弁１０においては、そのパイロ
ツト室１６にパイロツト流路１８から高圧のパイ
ロツト空気圧が導入され、これが対抗するセツト
装置１７の作用力に打勝つため、該回収弁１０は
入口ポート１０ａと回収ポート１０ｂとが連通す
る回収位置に切換わつている。

この状態で両方の切換弁５，６を非通電として
第１図に示す第２の切換位置に切換えれば、高圧
空気源からの空気は直ちに遮断されるが、回収弁
１０は、そのパイロツト室１６に駆動側圧力室３
の高圧のパイロツト空気圧が作用しているため、
第３図に示すように上記回収位置を保持し、従つ
て、駆動側圧力室３内の高圧空気は、ヘツド側流
路７、第２切換位置にある切換弁５、排気流路１
１、回収位置にある回収弁１０の入口ポート１０
ａ、回収ポート１０ｂ、回収流路１５を通つてア
キユムレータ１３に流入し、そこに回収、蓄積さ
れる。

この駆動側圧力室３内の高圧空気のアキユムレ
ータ１３への流入によつて、駆動側圧力室３の圧
力が低下してアキユムレータの内圧（第５図の
P₁₃）に近づくと、それに伴つてパイロツト空気
圧が低下することにより、パイロツト室１６の作
用力P₁₆がセツト装置１７の設定作用力P₁₇よりも
小となる。従つて、回収弁１０が入口ポート１０
ａと排出ポート１０ｃとが連通する排気位置に切
換わり、駆動側圧力室３内の残存排気が上記排出
ポート１０ｃより大気に放出されるので、アキユ
ムレータ１３から復帰側圧力室４に流入する蓄圧
空気によつてピストン２が右方へ復帰し、第１図
の状態に戻る。

上記ピストン２の左行時に切換弁６を切換弁５
と同時に第１位置に切換えた場合には、復帰側圧
力室４からの空気の大気への放出を駆動側圧力室
３への高圧流体の供給に同期させることができ、
切換弁６についての上述した各動作のタイミング
は、該切換弁６をピストン２の動作に機械的に連
動させ、あるいは切換弁５の動作との関連におい
てそれを制御する駆動制御回路等によつて設定す
ることができる。

上記１ストロークの動作中における空気の消費
量は、ピストン２がストロークし終つて前進端ま
たはその近傍に位置したときに、複動シリンダ１
のロツドカバー部の余容積とロツド側流路１２に
残存する低圧空気が切換弁６を介して大気へ排出
される量と、ピストン２の復帰時に内圧の低下し
た駆動側圧力室３から切換弁５及び回収弁１０を
介して大気へ放出される量である。しかるに、前
者の排出による消費量は、それがシリンダの内容
積に比して極めて小さいため無視することがで
き、従つて実際の消費量は後者の排出による消費
量のみとみなすことができる。

なお、復帰側圧力室４内の空気を大気へ放出す
る必要がない場合は切換弁６を省略することがで
き、また、回収ポート１０ｂからのヘツド側回収
流路１５は、アキユムレータ１３に直結ではなし
にロツド側回収流路１４に接続してもよい。

このように、空気の回収に際しては、回収弁１
０が事前に回収位置に切換わつてそのままの状態
で待機するようになつているため、切換弁５の切
換えと同時に空気の回収が開始され、回収弁１０
の動作遅れに伴うリークによる回収効率の低下が
防止され、また駆動側圧力室３内の空気の圧力が
アキユムレータ１３の内圧に近づくと、回収弁１
０が排気位置に切換わるので、駆動側圧力室内の
残存排気がピストン２の復帰時の障害となること
も防止される。アキユムレータに回収蓄積した圧
力空気の一部は他の用途に流用することもでき、
あるいはそれを再び昇圧して高圧空気源に戻すこ
ともできる。

上述したシリンダの速度制御を行う場合は、第
４図Ａに示すようにチエツク弁付絞り弁１９をヘ
ツド側流路７に挿入するか、あるいは同図Ｂに示
すように絞り弁２０を回収弁１０の排出ポート１
０ｃに連結すればよい。

第６図は本考案の第２実施例を示すもので、前
記第１実施例における二つの３ポート形切換弁５
及び６の代りに一つの５ポート形切換弁２１を使
用し、且つ３ポート形のパイロツト電磁弁２２を
付設した回収弁１０を用いており、パイロツト流
路１８を上記パイロツト電磁弁２２を介してパイ
ロツト室１６に接続している。即ち、第７図に示
すように、パイロツト電磁弁２２における入口ポ
ート２２ａにパイロツト流路１８を接続すると共
に、出口ポート２２ｂをパイロツト室１６に接続
し、ソレノイドへの通電により出口ポート２２ｂ
と排出ポート２２ｃとが連通するようになつてい
る。

而してこの第２実施例においては、第１実施例
の場合と同様に、駆動側圧力室３に高圧空気が供
給されているときにはパイロツト空気圧の作用力
によつて回収弁１０が入口ポート１０ａと回収ポ
ート１０ｂとが連通する回収位置を保持してお
り、この状態で切換弁２１の切換えにより、直ち
に回収弁１０を介して駆動側圧力室３の高圧空気
の回収が行われることになる。

上記高圧空気の回収によつて駆動側圧力室３の
圧力がアキユムレータ１３の内圧近くまで低下し
たときに、パイロツト電磁弁２２のソレノイドへ
通電してパイロツト電磁弁２２の出口ポート２２
ｂと排出ポート２２ｃとを連通させると、パイロ
ツト室１６の作用力がセツト装置１７の設定作用
力よりも小になつて回収弁１０が排気位置に切換
わるので、駆動側圧力室３内の残存排気は大気に
放出され、第１実施例と同様にアキユムレータ１
３からの蓄圧空気が復帰側圧力室４に流入してピ
ストン２は復帰する。また、ソレノイドへの通電
を断つた後、パイロツト流路１８に高圧空気源８
からの高圧空気が流れると、回収弁１０が回収位
置に切換わる。

また、駆動側圧力室３への高圧空気の供給と復
帰側圧力室４からの排気とを同期させることも、
あるいはそれらのタイミングをずらせることもで
きる。即ち、上記供気と排気とを同期させる場合
は、切換弁２１とパイロツト電磁弁２２に同時に
通電すれば、切換弁２１は、ロツド側流路１２と
排気流路１１が連通し且つヘツド側流路７と供気
流路９とが連通する切換位置に切換わるが、回収
弁１０は、パイロツト流路１８がパイロツト電磁
弁２２によつて遮断されるために第６図の排気位
置を保ち、従つて、復帰側圧力室４からの空気は
直ちに大気に放出されることになる。

逆に、ピストン２の前進ストローク端あるいは
その近傍で復帰側圧力室４からの空気を放出した
い場合には、パイロツト電磁弁２２への通電のタ
イミングをそれに合わせて遅らせればよい。

この実施例においてシリンダ１の速度制御を行
う場合は、第４図Ａに示すチエツク弁付絞り弁１
９をヘツド側流路７またはロツド側流路１２に挿
入するのが好ましく、また、ヘツド側回収流路１
５をロツド側回収流路１４に接続し得る点、セツ
ト装置１７の構成及び空気圧のとりかたなどは第
１実施例の場合と同様である。

なお、その他の構成で第１実施例と同一のもの
については同じ符号を付してその説明は省略す
る。

第８図は、シリンダ１のピストン２が往復共に
大出力を必要とする場合の実施例であつて、駆動
側圧力室３及び復帰側圧力室４を、５ポート形の
切換弁２１からそれぞれ回収弁１０，１０を介し
てアキユムレータ１３に接続しており、これによ
つて両室３，４共に室内に流入した高圧空気が高
圧の間は回収位置にある回収弁１０，１０を通し
てアキユムレータ１３に回収し、高圧空気の圧力
が低下すると回収弁１０，１０が排気位置に切換
わつて大気に連通するので、駆動行程においても
復帰行程においても高圧空気をアキユムレータ１
３に回収することができる。

なお、パイロツト室１６，１６とセツト装置１
７，１７とに作用する作用力の大小によつて回収
弁１０，１０が回収位置と排気位置とに切換わる
ことは、第１実施例と同様である。

上記切換弁２１は、第１実施例の場合のように
独立する二つの３ポート形切換弁としてもよい。

なお、単動シリンダを使用する場合にも同様に
構成し得ることはいうまでもない。

なお、ここでは一般的な複動シリンダ装置の場
合について説明したが、本考案は、高圧空気源か
らの圧縮空気で駆動される複動アクチユエータに
ついて適用できるものである。

前記回収弁としては各種構造のものを採用する
ことができるが、第９図ないし第１１図にその構
造例を示す。

第９図の回収弁１０は、パイロツト室１６に導
入されるパイロツト空気圧による作用力とセツト
装置１７における受圧室２３に導入される空気圧
による設定作用力との対抗によつて弁スプール２
４を切換え、それによつて入口ポート１０ａ、回
収ポート１０ｂ及び排出ポート１０ｃ間の流路を
切換えるものである。この場合、セツト装置１７
においては、空気圧に代えてスプリングを用いる
ことができる。

第１０図に示す回収弁１０は、セツト装置１７
における作用力をスプリング２５によつて発生さ
せるようにしたもので、その付勢力をねじ杆２６
によつて調節可能としている。

第１１図の場合は、パイロツト室１６及びセツ
ト装置１７における受圧室２３にそれぞれピスト
ン２７，２８を配設し、これらのピストンによつ
て作動杆２９を駆動させて、該作動杆２９の中間
の小径部上に、スプリング３０によつて反発状態
に付勢せしめた二つの弁体３１，３２を切換える
ようにしたもので、三つのポート１０ａ，１０ｂ
及び１０ｃ間の連通（吹抜け）の瞬間がないよう
に構成したものである。

［考案の効果］ 本考案は、回収弁のパイロツト流路を、切換弁
とアクチユエータの駆動側圧力室との間の流路か
ら分岐したことにより、アクチユエータの駆動側
圧力室に高圧空気が導入されているときは回収弁
が回収位置にあつて、切換弁の切換えによつて駆
動側圧力室の高圧空気がアキユムレータに回収さ
れるときに回収弁の作動遅れがないので、作動遅
れに伴うリークによる回収効率の低下を防止でき
る。

また、上述のパイロツト流路のパイロツト空気
圧による作用力とセツト装置の設定作用力との大
小によつて、回収弁の切換えを行うため、駆動側
圧力室の高圧空気がアキユムレータへの回収によ
り低圧となつて、パイロツト空気圧による作用力
がセツト装置の設定作用力よりも小になると、回
収弁が回収位置から排気位置に切換わり、それに
より駆動側圧力室の残存排気がアクチユエータの
復帰の際の負荷又は障害となることを防止するこ
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
の一実施例を示す回路図、第２図及び第３図はそ
の異なる作動状態を示す要部の説明図、第４図
Ａ，Ｂはシリンダの速度制御例についての回路
図、第５図は回収弁のスイツチング特性について
の説明図、第６図は本考案の異なる実施例を示す
回路図、第７図はその要部構成図、第８図は本考
案のさらに異なる実施例の回路図、第９図〜第１
１図は回収弁の異なる構成例を示す断面図であ
る。 ３……駆動側圧力室、５……切換弁、７……流
路、８……高圧空気源、９……供気流路、１０…
…回収弁、１３……アキユムレータ、１５……回
収流路、１７……セツト装置、１８……パイロツ
ト流路、２１……切換弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. アクチユエータの駆動側圧力室に、該駆動側圧
   力室を高圧空気源と排気回収用のアキユムレータ
   とに切換連通せしめる切換弁を接続し、該切換弁
   からアキユムレータに至る流路に、パイロツト空
   気圧による作用力とセツト装置の設定作用力との
   大小によつて、上記切換弁からの流路を、パイロ
   ツト空気圧による作用力が大きいときはアキユム
   レータに連通する回収位置に、パイロツト空気圧
   による作用力が小さいときは大気へ開放する排気
   位置とに切換えるパイロツト式の回収弁を設け、
   該回収弁のパイロツト流路を、上記切換弁と上記
   駆動側圧力室との間の流路から分岐せしめ、上記
   アクチユエータを高圧空気源の高圧空気又はアキ
   ユムレータに回収蓄積した空気によつて復帰させ
   ることを特徴とするアクチユエータ駆動装置。