JPH0246302A - シリンダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はピストンがその中を往復運動することにより外
部に対して仕事を行うことができるシリンダ装置に関す
る。

〈従来の技術とその課題〉 この種シリンダ装置として、油圧を用いた油圧シリンダ
、モータの回転を直線運動に変換してピストン及びピス
トンロッドを往復運動させるモータ駆動式のシリンダ等
が知られている。

ところが従来における油圧シリンダは、一般に油圧回路
及びそれを制御する制御系が必要であり、油圧、油量、
方向を制御する必要から制御の仕方が複雑になる欠点が
あった。また油圧回路に多数の弁や付属品を必要とする
ことから、その保守管理が面倒であるという問題があっ
た。また性能的にも、一般に出力は大であるが速度が遅
いという欠点があり、またピストンを高速低圧状態から
低速高圧状態へ切換える構成とする場合等においては、
その切換えタイミングの調整が非常に難しいという問題
があった。

一方、従来のモータ駆動式のシリンダにおいては、制御
は比較的容易であるが、一般に出力及び速度ともに低く
、高圧高速の負荷を加える必要のある機械には不向きで
あった。

そこで本発明は上記従来の油圧シリンダやモータ駆動式
シリンダの欠点を解消すると共に、両シリンダのもつ利
点を利用することにより、保守、管理が簡単で、制御も
容易で、しかも出力及び速度とも低から高へ広範囲に調
整でき、また高速低圧状態から低速高圧状態へ好タイミ
ングで自動的に切換えることができるようなシリンダ装
置の提供を目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明のシリンダ装置は、モータと、該モータの駆動力
により減速機を介して回転する回転体と、該回転体の回
転運動を直線運動へ変換する変換手段と、該変換手段に
よって進退運動する第１、第２のピストンと、該２つの
ピストンの進出により作動油室を介して進出せられる第
３のピストン及びそのロッドとを有し、前記第１のピス
トンの進出により、前記作動油室自体を伸張させること
によってそれに接する前記第３のピストンを高速進出さ
せると共に、前記第２のピストンにより前記作動油室を
加圧することによってそれに接する前記第３のピストン
に高油圧を加えるよう構成したことを第１の特徴として
いる。

また上記第１の特徴に加えて、作動油室は、第１のピス
トンの進出により大きく容積が縮小される第１の作動油
室と、該第１の作動油室に連続すると共に第２のピスト
ンを前記第１のピストンの進出後に受け入れる小受圧面
積の第２の作動油室と、該第２の作動油室に連続し、前
記第１の作動油室からの油を受け入れることにより室が
伸張せられると共に、前記第２の作動油室の受圧面積に
比べて十分大きな加圧面積をもって第３のピストンに接
し、第２のピストンによる第２の作動油室の受圧に伴っ
て前記第３のピストンを加圧する第３の作動油室とを有
することを第２の特徴としている。

また上記第２の特徴に加えて、第２のピストンは第１の
ピストンを伴って進出を開始し、第１のピストンが進出
を停止した後も進出して第２の作動油室内へ侵入し、加
圧することを第３の特徴としている。

また上記第２の特徴又は第３の特徴に加えて、第１の作
動油室にはアキュムレータが接続されており、第１の作
動油室内に一定以上の圧力が加わる場合に、該第１の作
動油室内の作動油が前記アキュムレータへ逃げる構成と
したことを第４の特徴としている。

〈作用〉 上記第１の特徴によれば、モータの回転制御により第１
、第２のピストンを自在に且つ簡単に進退運動させるこ
とができ、しかも第１のピストンの進出により作動油室
自体を伸張させることによって、ピストンロッドの付い
た第３のピストンを高速で進出させることができる。ま
た第２のピストンにより作動油室を加圧することによっ
てピストンロッドの付いた第３のピストンに高油圧を加
えることができる。すなわち制御の簡単なモータを駆動
源として２つのピストンを進退させることによって、作
動油室内の油の移動による室自体の伸張と、作動油室の
高圧化を別々に生ぜせしめることを可能とし、これによ
って第３のピストンに高速移動と高油圧を別々に付加す
ることを可能としている。このように構成することによ
り、ワークに対して高速でピストンロッドを進出させた
後、ワークに対して高圧を加えることが可能となる。

また上記第２の特徴によれば、３つの連続する作動油室
に各々の役割を持たせることにより、第１の作動油室が
第１のピストンにより縮小されることによって第３の作
動油室が第３のピストンの移動方向に急速に大きく伸張
し、その伸張に伴って第３のピストンが高速に進出する
。また第１のピストンの進出による第３のピストンの高
速進出の後に、第２のピストンが第２の作動油室に侵入
することによって、第２の作動油室が加圧され、これに
より第２の作動油室に連続される第３の作動油室も加圧
され、そして第２の作動油室の受圧面積に比べて十分大
きな加圧面積をもつ第３の作動油室により、十分に増圧
された全圧でもって第３のピストンが押動される。

また上記第３の特徴によれば、第１、第２のピストンは
一緒に進出を開始するが、第１のピストンが進出してい
る間は、第２のピストンは第２の作動油室内へ未侵入の
状態にあり、よって第１のピストンの進出により第１の
作動油室から油が第２の作動油室を通って第３の作動油
室へ導入される。そして第１のピストンの進出が停止し
た後、すなわち第３の作動油室の伸張が停止した後、第
２のピストンによる加圧が開始される。

また上記第４の特徴によれば、第１の作動油室内に一定
以上の圧力が加わる場合、例えば第１のピストンの進出
中に、高速で進出する第３のピストンのロッドがワーク
等に当接して、逆圧を受けた場合、このような場合には
第１の作動油室の作動油がアキュムレータに逃げるので
、第２のピストンによる加圧が開始されるまで前記第３
のピストンの移動は停止状態となる。すなわち第３のピ
ストンの高速進出量はワーク等との関係で自動的に調整
される。

〈実施例〉 第１図は本発明の実施例を示すシリンダ装置の全体を示
す縦断面図で、第２図は加圧状態時における断面図であ
る。

１はモータで、該モータ１の回転駆動力が減速ギヤ１０
．１１．１２．１３を介して回転体であるボールネジ２
０に伝達される。２はギヤカバーである。前記ボールネ
ジ２０は前記ギヤカバー２及びヘソドカハ−３に固定さ
れた軸受４．５により回転自在に支持されている。そし
てボールネジ２０には対となるボールナツト２１がネジ
嵌合されており、ボールネジ２０の回転運動を直線運動
へ変換する変換手段を構成している。すなわちシリンダ
の中心軸上に設けられた細長いボールネジ２０が回転さ
れることにより、ボールナツト２１がボールネジ２０上
を軸線方向に進退する。

前記ボールナツト２１に対して第２のピストン３０が嵌
合、一体化されている。そして第２のピストン３０に対
してその外周に第１のピストン４０が着脱自在にピン４
１止めされている。該ピン４１はハネ付勢されており、
一定収上の力が加わると第２のピストン３０から第１の
ピストン４０が外れるようになっている。よって第１の
ピストン４０が第２のピストン３０にピン止めされてい
る間は、前記ボールネジ２０の回転に伴う第２のピスト
ン３０の進退と一諸に第１のピストン４０も進退する。

４２は前記第１のピストン４０がその内孔を往復動する
第１のシリンダチューブである。

前記第２のピストン３０は、前記ボールネジ２０をその
内孔内に迂回させた筒状の細長いピストンロッド３１を
軸心に沿って設けている。そしてこのピストンロッド３
１に対してその外周側に狭い間隙をもって第２のシリン
ダチューブ３２が設けられている。この第２のシリンダ
チューブ３２の内孔には加圧時に前記第２のピストン３
０が侵入することになる。

５０は第３のピストンで、５１はそのピストンロッドで
ある。また５２は前記第３のピストン５０がその内孔を
往復する第３のシリンダチューブである。

第３のピストン５０は装置全体のコンパクト化を図るた
め、前記第２のシリンダチューブ３２の外周側に適当な
間隙をもって同心状に収容される形となっている。すな
わち第１図に示す各ピストン３０．４０．５０の後退位
置においては、内側から第２のピストンロッド３１、第
２のシリンダチューブ３２、第３のピストン５０、第３
のシリンダチューブ５２が同心円状に一定の隙間をもっ
て重なる。

さらに前記第３のピストンロッド５１も筒状に形成され
、その内孔に前記第２のピストンロッド３１の前方部が
油密に嵌まり込んだ状態とされ、相互に進退できるよう
になされている。

６はロッドカバー７と第３のピストン５０との間に付勢
された第３のピストン５０復帰用めバネである。

前記第１のシリンダチューブ４２内のうち、第１、第２
のピストン３０．４０と前記第２のシリンダチューブ３
２の基部３２ａで挟まれる室Ａと、前記第２のピストン
ロッド３１と第２のシリンダチューブ３２との狭い間隙
に構成される室Ｂと、前記第３のシリンダチューブ５２
内のうち、第３のピストン５０と第２のシリンダチュー
ブ３２の外側周との間に構成される室Ｃとに作動油が油
密に保持される。すなわち前記室Ａ、Ｂ、Ｃは相互に連
続した作動油室を構成する。

前記室Ａは第１の作動油室を構成し、前記大径の第１の
ピストン４０による大受圧面積をもって、該第１のピス
トン４０の進出により大きく容積が縮小される。

また前記室Ｂは第２の作動油室を構成し、前記小径の第
２のピストン３０による小受圧面積をもって、該第２の
ピストン３０をその中に受け入れることにより、加圧さ
れる。

また前記室Ｃは第３の作動油室を構成し、前記第１のピ
ストン４０の進出に伴う第１作動油室の大きな容積縮小
によって油の流入を受け、室Ｃが軸心方向に大きく伸張
する。すなわち第３のピストン５０を高速で進出させる
。また第３の作動油室Ｃは第３のピストン５０に対する
加圧面積が、第２の作動油室Ｂの第２のピストン３０に
よる受圧面積より、十分に大きく構成されており、よっ
て第２のピストン３０による加圧を十分に増幅して第３
のピストン５０に伝える。

６０はアキュムレータで、前記第１の作動油室Ａに連通
しており、第１の作動油室Ａ内がある一定圧力以上にな
ると該第１の作動油室Ａの油がアキュムレータ６０側へ
逃げ、また第１の作動油室Ａ内が一定以下の圧力になる
とアキュムレータ６０から第１の作動油室Ａへ油が戻る
構成とされている。

前記モータ１は、例えばＡＣサーボモータ、ＤＣサーボ
モータ、パルスモータ等を用いることができ、サーボ制
御、パルス制御で正回転、逆回転、及びその回転速度と
正逆回転の時間を自由に設定することができる。例えば
モータ１の回転数を変更することにより、ポールナツト
２１の進退のストローク長さ及び加圧力を変更すること
ができ。結果的に第３のピストン５０の進出速度や第３
のピストン５０に加わる圧力を自在に調整できる。

次に第１図、第２図を用いて、動作を説明する。

今、モータ１が正方向に回転開始すると、減速ギヤ１０
．１１．１２．１３を介してボールネジ２０が回転し、
これによりポールナツト２１と一体の第２のピストン３
０が進出を開始する。この時、ピン４１止めされた第１
のピストン４０も一緒に進出する。すると大径の第１の
ピストン４０により第１の作動油室Ａの容積が大きく縮
小され、内部の作動油が第２の作動油室Ｂを通って第３
の作動油室Ｃに入り、第３の作動油室Ｃを大きく伸張さ
せる。これにより第３のピストン５０が高速で進出させ
られる。第１のピストン４０と第３のピストン５０との
進出速度の比は、第１の作動油室Ａの軸に垂直な断面の
面積（第１のシリンダチューブ４２と第２のピストンロ
ッド３１との間に生じる空間の、軸に垂直な方向の面積
）と第３の作動油室Ｃの軸に垂直な断面の面積（第３の
シリンダチューブ５２と第２のピストンロッド３１との
間隙の、軸に垂直な方向の面積）とに逆比例する。

前記第１、第２のピストン３０．４０の進出により、第
３のピストン５０が高速で進出し、これにより第３のピ
ストンロッド５１が図示しないワークに当接して、該ワ
ークからの逆圧を受けると、それにより第１の作動油室
Ａの圧力が一定以上となって、以後は第１のピストン４
０の進出に伴って第１の作動油室Ａ内の油がアキュムレ
ータ６０に流れ、第３の作動油室Ｃへは流れ込まなくな
る。よって第３のピストン５０はその位置に止まる。そ
してこの間も第１、第２のピストン３０．４０は進出し
、第１のピストン４０が第２のシリンダチューブ３２の
基部３２ａに当たった時点で、ピン４１が外れ、第１の
ピストン４０が停止する（第２図参照）。一方、第２の
ピストン３０はボールナツト２１の進出ストローク分だ
け一緒に進出し、該第２のピストン３０が第２のシリン
ダチューブ３２に侵入した時点から加圧が開始される。

第２のピストン３０の持つ力Ｆ２が第２の作動油室Ｂに
加わると、第２の作動油室Ｂの受圧面積をＳ２（第２の
シリンダチュ−ブ３２と第２のピストンロッド３１との
間隙が有する軸方向に垂直な面積）とすると、第２の作
動油室Ｂ及びそれに連続する第３の作動油室Ｃには、圧
力Ｐ２として、 Ｐｚ＝　　　Ｆｚ／Ｓｔ が働く。

一方、第３の作動油室Ｃの第３のピストン５０に対する
加圧面積を３３（すなわち、第３のピストン５０の受圧
面積、第３のシリンダチューブ５２と第２のピストンロ
ッド３１との間隙が有する軸方向に垂直な面積）とする
と、第３のピストン５０及びピストンロッド５１に加わ
る力Ｆ３は、 Ｆｓ　＝Ｐｔ　Ｘ　Ｓｏｌ　＝　Ｆｚ　Ｘ　Ｓｉ　／　
Ｓｚとなり、 Ｓ３を８２に比べて十分太き（とること、すなわち第３
のピストン５０の受圧面積（第３の作動油室Ｃの加圧面
積）を第２の作動油室Ｂの受圧面積よりも十分大きくと
ることにより、大きな加圧力を第３のピストンロッド５
１に出力することができる。

前記ボールナツト２１が最大進出位置まで進むと、今度
はモータ１が逆回転し、ボールナソ）２１及び第２のピ
ストン３０が後退を開始する。第２のピストン３０の後
退途中で前記ピン４１が嵌まり込み、第１のピストン４
０が一緒に後退する。第１、第２のピストン３０．４０
の後退につれて、バネ６０付勢された第３のピストン５
０が後退する。また作動油室の圧力が低下し、アキュム
レータ６０から油が第１作動油室へ入る。第１図の状態
に戻ることにより１ストロークが終了する。そして本発
明ではこの１ストローク中に、第３のピストン５０が高
速進出から高加圧へ自動的に加圧点切換えされること、
及びピストンロッド５１等がワークに当接する状態で高
速進出から高加圧へ自動的に切換えられることに大きな
特質がある。勿論作動油が完全に内部に封じ込められた
状態で保持され、油圧操作といっても、油を制御する必
要が全くないこと、或いは制御がモータ制御のみである
点等にも大きな特徴がある。

本実施例では、モータ１の回転運動を直線運動に変換す
る手段として、ボールネジ２０とボールナツト２１を用
いているが、例えばランクとピニオンを用いる等、他の
回転運動を直線運動に変換する機械的手段その他の手段
を用いることができることは言うまでもない。

また本発明における第１の作動油室Ａと第２の作動油室
Ｂと第３の作動油室Ｃとの関係は、室Ａ、Ｂ、Ｃが連続
していること、室Ａの縮小により第３の室Ｃが第３のピ
ストン５０の進出方向へ大きく伸張すること。室Ｂの第
２のピストン３０による受圧面積が小さく、それに比べ
て室Ｃの第３のビス、トン５０に対する加圧面積が十分
大きいこと。以上の関係があればよく、各室Ａ、Ｂ、Ｃ
の具体的形状は特に限定されるものではない。

また実施例では第１のピストン４０と第２のピストン３
０が一緒に進出を開始するが、要は、第１のピストン４
０の進出により第３のピストン５０が高速進出し、その
後に第２のピストン３０により第３のピストン５０が高
圧に加圧されればよいので、第１、第２のピストンが一
緒に動く必要はない。本発明は第１、第２のピストンが
別々に動くようなものもその技術範囲に含むものである
。

〈効果〉 本発明は以上の構成よりなり、モータを駆動源として２
つのピストンを進退させ、これにより作動油室を介して
第３のピストンに高速移動と高油圧を別々に付加するこ
とができる。すなわち制御が容易で取扱いも簡単なモー
タを駆動源として利用でき、しかも２つのピストンと第
３のピストンとの間に作動油室を介在させることにより
十分な増速、増圧を可能とし、よって従来のモータ駆動
方式のシリンダ及び油圧シリンダの何れにおいてもなし
得なかった低出力から高出力までの広範な出力調整が可
能となると共に同時に第３のピストンの速度を低速から
高速に至るまで自由に調整することが可能となった。

また本発明では油圧も同時に利用するものであるが、従
来の油圧シリンダにおける油圧回路や多数の弁類等や複
雑な制御系を全く必要としないものであり、よって保守
、管理が非常にやりやすく、また設備コストも非常に安
価である。

また請求項２の構成による第１、第２、第３の３つの作
動油室を設けることにより、第１のピストンによる第３
のピストンの高速進出と、第２のピストンによる第３の
ピストンの高出力進出が現に可能となる。

また請求項３の構成によれば、第１のピストンにより第
３のピストンを高速で進出させた後に自動的に第３のピ
ストンに高出力を与えることができる。

また請求項４の構成によれば、例えばピストンロッド等
がワーク等に当接するまでは、第３のピストンを高速で
進出させることが可能で、そしてワーク等に当接した後
、確実に加圧することが可能となる。すなわちワークの
位置に左右されることなく、確実にワークに対して加圧
することが可能であり、面倒な加圧点制御が不要である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すシリンダ装置の全体を示
す縦断面図で、第２図は加圧状態時における断面図であ
る。 ｌ：モータ １０、１１．１２．１３　：　？ＪＩｉ速ギヤ２０：ボ
ールネジ ２１：ボールナツト ３０： ４０： ５０： ６０： Ａ　： Ｂ　： Ｃ： 第２のピストン 第１のピストン 第３のピストン アキュムレータ 第１の作動油室 第２の作動油室 第３の作動油室 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、モータと、該モータの駆動力により減速機を介
   して回転する回転体と、該回転体の回転運動を直線運動
   へ変換する変換手段と、該変換手段によって進退運動す
   る第１、第２のピストンと、該２つのピストンの進出に
   より作動油室を介して進出せられる第３のピストン及び
   そのロッドとを有し、前記第１のピストンの進出により
   、前記作動油室自体を伸張させることによってそれに接
   する前記第３のピストンを高速進出させると共に、前記
   第２のピストンにより前記作動油室を加圧することによ
   ってそれに接する前記第３のピストンに高油圧を加える
   よう構成したことを特徴とするシリンダ装置。
2. （２）、作動油室は、第１のピストンの進出により大き
   く容積が縮小される第１の作動油室と、該第１の作動油
   室に連続すると共に第２のピストンを前記第１のピスト
   ンの進出後に受け入れる小受圧面積の第２の作動油室と
   、該第２の作動油室に連続し、前記第１の作動油室から
   の油を受け入れることにより室が伸張せられると共に、
   前記第２の作動油室の受圧面積に比べて十分大きな加圧
   面積をもって第３のピストンに接し、第２のピストンに
   よる第２の作動油室の受圧に伴って前記第３のピストン
   を加圧する第３の作動油室とを有することを特徴とする
   請求項１記載のシリンダ装置。
3. （３）、第２のピストンは第１のピストンを伴って進出
   を開始し、第１のピストンが進出を停止した後も進出し
   て第２の作動油室内へ侵入し、加圧することを特徴とす
   る請求項２記載のシリンダ装置。
4. （４）、第１の作動油室にはアキュムレータが接続され
   ており、第１の作動油室内に一定以上の圧力が加わる場
   合に、該第１の作動油室内の作動油が前記アキュムレー
   タへ逃げる構成としたことを特徴とする請求項２または
   ３に記載のシリンダ装置。