JPH0238081Y2 - - 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、高圧空気源からの高圧空気で駆動される
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、その駆動に支障をき
たすことなく排気を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を利用する復
帰行程では、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通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
めにシリンダの復帰の障害となる。

また、駆動側圧力室から排出される空気をアキ
ユムレータに回収するために、駆動側圧力室から
の流路を切換弁を介してアキユムレータに連通す
る導通位置と大気に開放する排気位置とに切換え
る排気弁を設けることが考えられるが、この場合
排気弁の作動を適確に行わないと、回収効率が低
下したり、或いは排気弁を使用しない上述の場合
と同様に駆動側圧力室と復帰側圧力室との空気圧
が同じになつて、シリンダの復帰の障害になる。

［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排気弁の作
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、アキユムレータに回収した空
気圧がアクチユエータ復帰の障害となることを防
止するのみならず、アクチユエータの復帰ストロ
ークを速くすることを、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と高
圧空気源とを接続する流路に、該高圧空気源側か
ら切換弁と排気弁とを直列に設け、該切換弁は、
上記駆動側圧力室を上記高圧空気源またはアキユ
ムレータに選択的に切換える切換弁とし、上記排
気 弁は、上記切換弁と排気弁との間の流路から
分岐した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、上記駆動
側圧力室からの流路を、パイロツト空気圧による
作用力が大きいときは切換弁に連通する導通位置
に、パイロツト空気圧による作用力が小さいとき
は大気に開放する排気位置とに切換可能に構成
し、上記アクチユエータの復帰側圧力室をロツド
側低圧流路によつて上記アキユムレータに接続し
たことによつて、上記問題点を解決した。

［作用］ 切換弁を、高圧空気源からの高圧空気を駆動側
圧力室に連通させる第１切換位置に切換えると、
排気弁のパイロツト室に高圧空気が導入されて、
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排気弁
は導通位置をとる。従つて、高圧空気源からの高
圧空気が切換弁、排気弁を通つて、複動アクチユ
エータの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、ロツド
側低圧流路を通つてアキユムレータに回収蓄積さ
れる。

この状態で、切換弁を駆動側圧力室がアキユム
レータに連通する第２切換位置に切換えると、駆
動側圧力室の高圧排気が排気弁及び切換弁を通つ
てアキユムレータに回収蓄積される。駆動側圧力
室の排気のアキユムレータへの流入によつて駆動
側圧力室の圧力がアキユムレータの内圧近くまで
低下すると、パイロツト室のパイロツト空気圧も
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、セツト装置の設定作用力によ
つて排気弁が排気位置に切換わり、復帰側圧力室
に加わるアキユムレータからの蓄圧空気によつ
て、駆動側圧力室の残存空気が大気に放出され
て、複動アクチユエータは速やかに復帰し、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、該駆動側圧力室３には、
駆動用の高圧空気源５及び空気回収用のアキユム
レータ６が切換弁７及び排気弁８を介して接続さ
れ、一方、復帰側圧力室４には切換弁９を介して
上記アキユムレータ６が接続されている。

上記切換弁７は、高圧空気源５からの供給流路
１０とアキユムレータに通じる回収流路１１とを
排気弁８のメインポート８ａとの間の切換弁側主
流路１２ａに選択的に切換連通せしめるもので、
３ポート形電磁弁として構成され、通電により供
給流路１０と切換弁側主流路１２ａとが連通し且
つ回収流路１１が遮断される第１切換位置と、非
通電により回収流路１１と切換弁側主流路１２ａ
とが連通し且つ供給流路１０が遮断される図示の
第２切換位置との２位置に切換わるようになつて
おり、また、排気弁８は、上記メインポート８ａ
の他にヘツド側主流路１２ｂを介して駆動側圧力
室３に通じる出力ポート８ｂ及び大気に開放した
排出ポート８ｃを有する３ポート弁として構成さ
れ、パイロツト室１３に導入されるパイロツト空
気圧とセツト装置１４における作用力との大小関
係によつて、出力ポート８ｂと排出ポート８ｃと
が連通し且つメインポート８ａが遮断される図示
の排気位置と、メインポート８ａと出力ポート８
ｂとが連通し且つ排出ポート８ｃが遮断される導
通位置との２位置に切換わるもので、上記パイロ
ツト室１３にパイロツト空気圧を導入するための
パイロツト流路１５を切換弁側主流路１２ａから
分岐せしめている。

上記セツト装置１４としては、例えば空気圧に
よる設定作用力をパイロツト室１３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（第
４図参照）、またはスプリング（第５図及び第６
図参照）とすることができ、空気圧による作用力
を利用する場合は、セツト流路１４ａの空気圧が
作用する排気弁８のセツト装置１４側受圧面積を
パイロツト室１３側の受圧面積よりも大にして、
空気圧と受圧面積との積である作用力を所望の値
に設定する。なお、上記セツト流路１４ａは、復
帰側圧力室４と切換弁９との間のロツド側低圧流
路１６から分岐させてもよい。

要するにパイロツト室１３の作用力とセツト装
置１４の作用力との対抗によつて、パイロツト室
１３の作用力がセツト装置１４の設定作用力より
も大であれば、排気弁８が導通位置にあり、パイ
ロツト室１３の作用力がセツト装置１４の設定作
用力よりも小になつたときに、排気弁８が排気位
置に切換わるものであればよい。

さらに、切換弁９は、前記切換弁７と同様の３
ポート形電磁弁構造をなし、電流の通断により、
ロツド側低圧流路１６をアキユムレータ６に連通
する位置と大気に開放する位置とに切換えるもの
である。

また、上記アキユムレータ６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５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をアキユムレータ６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
６に回収すると共に、そのアキユムレータ６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図は切換弁
７，９の非通電状態であつて、アキユムレータ６
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が排気弁８を介して大気に開放した
状態を示し、この状態から切換弁７に通電して、
それを第２図に示すように高圧空気源５からの圧
縮空気が該切換弁７を経て切換弁主流路１２ａに
至る第１切換位置に切換えれば、この圧縮空気が
切換弁主流路１２ａに至ると同時にパイロツト流
路１５を経てパイロツト室１３に流入し、この空
気はその圧力が大であるから、パイロツト室１３
の作用力が対抗するセツト装置１４における設定
作用力より大となり、排気弁８は二つの流路１２
ａと１２ｂとが連通する導通位置に切換わり、従
つて切換弁側主流路１２ａに達した圧縮空気はヘ
ツド側主流路１２ｂを通じて駆動側圧力室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、ロツド側低圧
流路１６、切換弁９を介してアキユムレータ６に
流入し、その後ピストン２が前進端又はその近傍
に至つた時に切換弁９に通電してそれを第１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９の排出ポート９ａから大気に放出さ
れ、ピストン２が最大出力を発揮する。

この状態で両方の切換弁７，９を非通電として
第２切換位置に切換えれば、第３図に示すよう
に、駆動側圧力室３内に充填されていた高圧空気
はヘツド側主流路１２ｂ、引き続いて導通位置を
保持している排気弁８、切換弁側主流路１２ａ、
切換弁７、回収流路１１を介してアキユムレータ
６に流入し、そこに回収、蓄積されると共に、ア
キユムレータ６と復帰側圧力室４とが切換弁９を
介して連通する。駆動側圧力室に充填されていた
高圧空気がアキユムレータへの流入によつてその
圧力が低下し、アキユムレータ６の内圧が近づく
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１３の作用力がセツト装置
１４の設定作用力よりも小になり、セツト装置１
４の設定作用力により排気弁８が第１図に図示の
排気位置に切換わつて駆動側圧力室３内の残存空
気は大気に放出される。従つて該圧力室３の内圧
はさらに低下し、アキユムレータ６から復帰側圧
力室４に流入する圧縮空気によりピストン２が右
方へ復帰して再び第１図の状態となる。

上記切換弁９についての上述した各動作のタイ
ミングは、該切換弁９をピストン２の動作に機械
的に関連させ、あるいは切換弁７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。

なお、復帰側圧力室４を大気へ開放する必要が
ない場合は切換弁９を省略して該圧力室４とアキ
ユムレータ６と直結してもよい。

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又
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低圧流路１６
に残存する低圧空気が切換弁９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から排気弁８を介して大気へ
排出される量である。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。

このようにして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。

而して、上記復動ストロークにおける排気動作
は、シリンダの動作速度を高め得るという点で非
常に有効であり、特に本考案の場合には、排気弁
を切換弁とシリンダ装置１との間に介在せしめる
ことにより該シリンダ装置１に近づけたので、排
気時における管路抵抗が小さくなつて高速化を一
層有利に実現することができる。

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。

前記排気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４図ないし第６図にその構造
例を示す。

第４図に示す排気弁８は、弁スプール１７内に
設けたパイロツト流路１５を通じてメインポート
８ａからパイロツト室１３内へパイロツト空気圧
を導入し、弁スプール１７のパイロツト室１３側
の受圧面積を受圧室１８側の受圧面積より小さく
して、パイロツト空気圧による作用力を上記受圧
室１８内へ導入される空気圧による作用力と対抗
させ、対抗する作用力の差によつて上記弁スプー
ル１７を駆動して出力ポート８ｂとメインポート
８ａ及び排出ポート８ｃ間の流路を切換えるもの
である。

また、第５図に示すものは、メインポート８ａ
からの空気圧をそのままパイロツト空気圧として
弁体１９に作用させ、これにセツト装置における
スプリング２０の付勢力を対抗させたもので、該
スプリング２０の付勢力が勝つたときには同図Ａ
に示すように出力ポート８ｂと排出ポート８ｃと
が連通する排気位置をとり、空気圧が勝つたとき
には同図Ｂに示すようにメインポート８ａと出力
ポート８ｂとが連通する導通位置をとるようにな
つている。

さらに第６図に示す排気弁は、パイロツト空気
圧に対してスプリング２１の付勢力を対抗させた
ものである。

［考案の効果］ 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に加えてアクチユエータの
復帰側圧力室から排出される排気をもアキユムレ
ータに回収蓄積し、この回収蓄積した排気をアク
チユエータの復帰等に利用するので、排気のエネ
ルギーを有効利用できる効果を奏する。

また、本考案は、排気弁のパイロツト流路を切
換弁と排気弁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、排気弁が導通位置にあつ
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排気弁
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。

さらに、本考案は、パイロツト流路の空気圧に
よる作用力とセツト装置の設定作用力の大小によ
つて排気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つてアキ
ユムレータの内圧に近い低圧となつて、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、排気弁が導通位置から排気位
置に切換わり、それにより駆動側圧力室の残存空
気がアクチユエータの複帰の際の障害となること
が防止できるのみならず、排気弁から排出される
残存排気は、駆動側圧力室側にある排気弁から直
ちに大気に放出されて、切換弁を通ることがない
ので、その管路抵抗が大幅に減少し、アクチユエ
ータの復帰ストロークが低下することがないとい
う効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す回路図、第２
図及び第３図はその異なる動作状態での要部説明
図、第４図〜第６図は排気弁の好適な構成例を示
す断面図である。 ３……駆動側圧力室、４……復帰側圧力室、５
……高圧空気源、６……アキユムレータ、７……
切換弁、８……排気弁、１２ｂ……ヘツド側主流
路、１４……セツト装置、１５……パイロツト流
路、１６……ロツド側低圧流路。

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と高圧空気源と
   を接続する流路に、該高圧空気源側から切換弁と
   排気弁とを直列に設け、該切換弁は、上記駆動側
   圧力室を上記高圧空気源またはアキユムレータに
   選択的に切換える切換弁とし、上記排気弁は、上
   記切換弁と排気弁との間の流路から分岐したパイ
   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、上記駆動側圧力室から
   の流路を、パイロツト空気圧による作用力が大き
   いときは切換弁に連通する導通位置に、パイロツ
   ト空気圧による作用力が小さいときは大気に開放
   する排気位置とに切換可能に構成し、上記アクチ
   ユエータの復帰側圧力室をロツド側低圧流路によ
   つて上記アキユムレータに接続したことを特徴と
   するアクチユエータ駆動装置。