JPH05272507A

JPH05272507A - 油圧空気圧作動式高速シリンダー装置

Info

Publication number: JPH05272507A
Application number: JP4068923A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Shimoda; 洋敏下田; Tatsumi Onaka; 辰美尾中; Toshiyuki Okada; 利幸岡田; Yoshihito Sakai; 良仁酒井; Toshimasa Saito; 年正斎藤; Tetsuo Furukawa; 哲郎古川
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1993-10-19
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JP2674920B2

Abstract

(57)【要約】【目的】出力ロッドの駆動ストローク中に、必要な部
分を高速高出力で駆動でき、しかも全体をコンパクトに
できる。【構成】内シリンダケーシング２内にスライド自在に
配置されたピストン１により区画される空気圧室３と油
圧室４を設け、前記ピストン１に空気圧室３側に突出す
る出力ロッド５と油圧室４側に突出する制御ロッド６を
相対方向に設け、油圧室４の端部に、制御ロッド６がシ
ール材10を介して摺動する弁孔９が形成された弁板７を
介して高圧油室８を設け、前記制御ロッド６の所定位置
に、前記弁孔９内に油圧室４と高圧油室８とを連通する
流入空間12の形成用小径部11を設け、前記外シリンダケ
ーシング30に、高圧油室８内に高圧油を供給する複数の
空気増圧機31を一体的に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ストロークの任意位置
で出力を変動させることができる油圧空気圧作動式高速
シリンダー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の高速シリンダー装置は、たとえば
「塑性と加工」Vol １、No１(1960)の第51頁〜第54頁に
開示されており、この高速シリンダー装置は図６に示す
ように、シリンダー本体８１内にオリフィス板８２を介
して低圧室８３と高圧室８４を設け、低圧室８３側に出
力ロッド８５が接続されたピストン８６の高圧室８４側
の面に、オリフィス板８２のオリフィス孔８２ａの外周
部に当接するリングシール８７を設けるとともに、オリ
フィス板８２にオリフィス孔８２ａの外周でリングシー
ル８７の当接部外側に開口する起動用ノズル孔８８を形
成したものである。

【０００３】上記構成において、ピストン８６の上死点
Ｈ位置でリングシール８７がオリフィス板８２に当接す
る状態では、低圧室８３の流体圧によりピストン８６に
作用する圧力Ｐ₁と、高圧室８４の流体圧によりオリフ
ィス孔８２ａを介してピストン８６に作用する圧力Ｐ₂
とが釣り合っている。この状態で起動用ノズル孔８８か
ら流体を供給してピストン８６を下死点Ｌ側に僅かに移
動させることにより、高圧室８４の流体により圧力を受
けるピストン８６の受圧面積が一気に増大し、ピストン
８６を高速高出力で下死点Ｌ側に駆動させることができ
るものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】たとえばプレスなどの
塑性加工を行う場合、加工治具の駆動ストローク中に高
速高出力の加工を必要とする区間は限られており、全駆
動ストロークを高速高出力とする必要はなく、また全駆
動ストロークを高速高出力とすると、その緩衝機構の能
力を大幅に増大させる必要がある。ところで、上記高速
シリンダー装置は、低速駆動中に高速駆動に切り換えた
り、下死点手前で高速駆動から低速駆動に切り換えて加
工治具の衝撃を緩衝したりすることができない構造で、
高速と低速、高出力と低出力の切り換えや制御が必要な
駆動機構に組み込むのは困難であった。

【０００５】本発明は、上記問題点を解決して、ストロ
ークの任意位置で出力ロッドの移動速度および出力を変
動させることができ、その変動位置の設定変更も容易に
行え、しかも全体をコンパクトにできる油圧空気圧作動
式高速シリンダー装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の油圧空気圧作動式高速シリンダー装置は、
シリンダケーシング内にスライド自在に配置されたピス
トンにより区画される空気圧室と油圧室を設け、前記ピ
ストンに空気圧室側に突出する出力ロッドと油圧室側に
突出する制御ロッドとを相対方向に設け、油圧室側に、
制御ロッドがシール材を介して挿通する弁孔が形成され
た弁板を介して高圧油室を設け、前記制御ロッドの所定
位置に、前記弁孔内に油圧室と高圧油室とを連通する流
入空間を形成する小径部を設け、前記シリンダケーシン
グの周囲に、高圧油室内に高圧の圧油を供給する油圧増
圧機を一体的に設けたものである。

【０００７】

【作用】上記構成において、ピストンを上死点から下死
点側に駆動して出力ロッドを突出移動させる場合、油圧
増圧機を作動して高圧油室に圧油を送り込むとともに、
油圧室に空気圧室のピストン駆動力より大きい駆動力が
得られる圧油を供給する。これにより、ピストンが空気
圧室側に移動されて空気圧室の空気が排出され出力ロッ
ドが突出移動される。そして、弁孔位置に制御ロッドの
小径部が差し掛かると、小径部と弁孔の間に流入空間が
形成され、この流入空間を介して高圧油室の圧油が油圧
室に流入してピストンを駆動し出力ロッドを高速高出力
で突出移動する。さらに、小径部が弁孔を通り過ぎて流
入空間が閉止され油圧室への圧油の供給が停止される
と、出力ロッドの移動速度および出力が低下され、そし
てピストンが下死点で停止される。下死点からの後退移
動は、油圧増圧機を停止して油圧室の油圧を空気圧室よ
り減圧することにより、ピストンを上死点に復帰させる
ことができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明に係る油圧空気圧作動式高速シ
リンダー装置の一実施例を図１に基づいて説明する。

【０００９】１は内シリンダケーシング２内にスライド
自在に配置されたピストンで、空気圧室３と油圧室４と
を区画している。このピストン１には空気圧室３側に出
力ロッド５が設けられるとともに、油圧室４側に制御ロ
ッド６がシリンダー軸心上に相対方向に設けられてい
る。前記内シリンダケーシング２内で油圧室４の端部に
は弁板７を介して高圧油室８が形成されており、前記制
御ロッド６は、弁板７に形成された弁孔９にシール材１
０を介して摺動自在に貫通されている。前記制御ロッド
６には所定位置に長さＬの小径部１１が形成され、この
小径部１１により弁孔９との間に油圧室４と高圧油室８
とを連通する流入空間１２を形成して、高圧油室８内の
圧油を油圧室４に送り込むことができるように構成され
ている。

【００１０】空気圧室３側の端板１３には、出力ロッド
５のガイド孔１４と、空気圧室３内に圧縮空気を給排出
する駆動用空気口１５が形成されている。また高圧油室
８側の端板１６には、制御ロッド６のガイド孔１７が形
成されるとともに、ガイド孔１７の外面に制御ロッド６
を覆うロッドカバー１８が設けられ、このロッドカバー
１８の端部に、制御ロッド６の先端面までの距離を検出
してピストン１の移動限を検知する位置センサー１９が
取り付けられている。この位置センサー１９の検出信号
はシリンダー制御装置２２に入力される。また前記端板
１６には、油圧室４内に駆動用油を給排出する駆動用油
口２０が形成され、この駆動用油口２０は、高圧油室８
を通って弁板７に貫設された油管２１により油圧室４に
接続されている。

【００１１】内シリンダケーシング２に外嵌された外シ
リンダケーシング３０には、高圧油室８に圧油を供給す
るための油圧増圧機３１が８〜１６個周方向一定間隔毎
に配設されており、この油圧増圧機３１は、空気圧室３
側に配置された増圧部３２と高圧油室８側に配置された
高圧油貯留室３３とで構成されている。前記増圧部３２
は、シリンダー軸心方向に形成された増圧用シリンダー
室３４に増圧用ピストン３５がスライド自在に嵌合さ
れ、増圧用シリンダー室３４と高圧油貯留室３３との間
に形成された増圧通路３６に、増圧用ピストン３５に連
結された増圧用ロッド３７が摺動自在に嵌合されるとと
もに、高圧油貯留室３３側にのみ流入を許す第１逆止弁
３８が設けられている。また、前記増圧用シリンダー室
３４の戻り室３４ａには増圧用ピストン３５を後退させ
る復帰用ばね３９が増圧用ロッド３７に外嵌して介装さ
れ、増圧用シリンダー室３４の圧縮室３４ｂには、増圧
用ロッド３７を駆動するための作動用空気を給排出する
増圧用空気口４０が形成されている。さらに、増圧通路
３６に増圧用油を供給する増圧用油口４１には、増圧通
路３６側にのみ流入を許す第２逆止弁４２が介在されて
いる。したがって、圧縮室３４ｂに作動用空気の供給排
出を繰り返すことにより、増圧用ロッド３７を往復移動
させて増圧用油口４１からの増圧の油を吸引圧縮し、高
圧油貯留室３３に送り込むことができる。

【００１２】前記増圧部３２の増圧用空気口４０と増圧
用油口４１にはそれぞれ増圧用空気管５１と増圧用油管
５２が接続されている。前記増圧用空気管５１は空気供
給管５３を介して第１空気圧アキュムレーター５６に接
続され、この第１空気圧アキュムレーター５６にはコン
プレッサー５４により第１減圧弁５５を介して圧縮空気
が供給されている。そしてこの増圧用空気管５１には、
第１空気圧アキュムレーター５６側から順に、油圧増圧
機３１を起動停止するための開閉弁５７と、増圧用ピス
トン３５を往復移動させる第１切換弁５８とが介在され
ている。また、前記増圧用油管５２は油圧ポンプ６０に
接続されている。したがって、シリンダー制御装置２２
の信号により開閉弁５７を開状態とし、第１切換弁５８
をＩ位置にして増圧用空気管５１を連通することによ
り、第１空気圧アキュムレーター５６の圧縮空気を作動
用空気として増圧用シリンダー室３４の圧縮室３４ｂに
供給し、第１切換弁５８をII位置にして圧縮室３４ｂ側
の増圧用空気管５１を開放することにより、圧縮室３４
ｂの作動用空気を消音器５９を介して外部に排出し、復
帰用ばね３９により増圧用ピストン３５および増圧用ロ
ッド３７を後退させて、増圧用油管５２から第２逆止弁
４２を介して増圧通路３６に増圧用油を吸引することが
できる。

【００１３】前記高圧油貯留室３３には、高圧油室８に
連通する高圧油供給孔６１が形成されるとともに、駆動
用油圧管６２が接続される高圧油口６３が形成されてい
る。この駆動用油圧管６２は油圧アキュムレーター６４
に接続され、高圧油貯留室３３の圧油を圧油アキュムレ
ーター６４に蓄えたり、反対に油圧アキュムレーター６
４の圧油を高圧油貯留室３３に供給することができる。
すなわち、この駆動用油圧管６２には、高圧油貯留室３
３と油圧アキュムレーター６４とを連通するＩ位置と、
高圧油貯留室３３の圧油をタンクに排出するII位置との
間で切り換え可能な第２切換弁６６が介在されるととも
に、この第２切換弁６６と高圧油貯留室３３の間の駆動
用油圧管６２に、第２減圧弁６７および絞り弁６８を介
して駆動用油口２０に接続された分岐管６９が設けられ
ている。

【００１４】したがって、位置センサー１９の上死点Ｈ
の検出信号に基づいてシリンダー制御装置２２により第
１切換弁５８をＩ位置に切り換えることにより、油圧ア
キュムレーター６４の圧油を高圧油貯留室３３に供給す
るとともに、油圧室４に駆動用油を供給することがで
き、また位置センサー１９の下死点Ｌの検出信号に基づ
いてシリンダー制御装置２２により第２切換弁６６をII
位置に切り換えることにより、油圧室４および高圧油室
８ならびに高圧油貯留室３３の圧油を排出することがで
きる。

【００１５】前記空気圧室３の駆動用空気口１５には空
気供給管５３に連通される駆動用空気管７１が接続さ
れ、この駆動用空気管７１には空気圧室３側にのみ流入
を許す第３逆止弁７２が介在されている。また駆動用空
気管７１とバイパス管７４の接続部には、駆動用空気管
７１の空気圧を蓄圧する第２空気圧アキュムレーター７
５が設けられている。７６はこの駆動用空気管７１に設
けられた安全弁である。

【００１６】上記構成における作用を説明する。（１）図２に示すように、ピストン１が上死点Ｈにあ
り、これを位置センサー１９が制御ロッド６を介して検
出すると、シリンダー制御装置２２から開閉弁５７に開
信号が出力されて増圧用空気管５１に作動用空気が供給
されるとともに、第１切換弁５８に作動信号が出力され
て油圧増圧機３１が起動され、第１切換弁５８の切り換
えを繰り返して増圧用油管５２の圧油を増圧用ロッド３
７により昇圧して高圧油貯留室３３に送り込む。

【００１７】（２）さらに、シリンダー制御装置２２か
ら第２切換弁６６に信号が出力されてＩ位置に切り換え
られると、駆動用油圧管６２が連通されて油圧アキュム
レーター６４の圧油を高圧油貯留室３３および高圧油室
８に供給するとともに、分岐管６９を介して油圧室４に
駆動用圧油を供給する。これにより、油圧室４の圧力Ｐ
₂が空気圧室３の圧力Ｐ₁より大きくなりピストン１を
下死点Ｌ側に移動させて出力ロッド５を突出移動させ
る。

【００１８】（３）図３に示すように、制御ロッド６の
小径部１１が弁板７の弁孔９に達すると、流入空間１２
が形成されて高圧油室８の高圧油が油圧室４に導入さ
れ、ピストン１がこの高圧油に作用されて出力ロッド５
が高速高出力で下死点Ｌ側に突出移動される。この高速
高出力の出力ロッド５の移動は、小径部１１の長さＬに
相当するＬ′の区間続行される。

【００１９】（４）図４に示すように、ピストン１が下
死点Ｌとなる手前位置で、制御ロッド６の小径部１１が
弁孔９を通り過ぎると、流入空間１２が閉止されて高圧
油室８側から油圧室への高圧油の流入が停止され、出力
ロッド５の速度と出力を低下される。

【００２０】（５）図５に示すように、ピストン１が下
死点Ｌとなると、これを制御ロッド６を介して位置セン
サー１９で検出し、この検出信号に基づき、シリンダー
制御装置２２から開閉弁５７に閉信号が出力されて増圧
用空気管５１への作動用空気の供給が停止されるととも
に、第１切換弁５８に停止信号が出力されて油圧増圧機
３１が停止される。同時に、シリンダー制御装置２２か
ら第２切換弁６６に信号が出力されてII位置に切り換え
られ、油圧室４および高圧油室８ならびに高圧油貯留室
３３内の圧油が排出される。これにより、空気圧室３の
圧力Ｐ₁が油圧室４の圧力Ｐ₂より大きくなり、ピスト
ン１が上死点Ｈまで移動されて出力ロッド５が復帰され
る。

【００２１】上記実施例によれば、出力ロッド５の全移
動ストロークＳの内、制御ロッド６の小径部１１が弁孔
９の対応する区間Ｌ′のみ高圧油室８の高圧油を油圧室
４に供給して、ピストン１を高速高出力で駆動し出力ロ
ッド５を突出移動させることができるので、プレス機や
杭打ち機、切断機など、特定の位置で高速度や高出力を
必要とする工具や装置の駆動機構に適用することがで
き、効率のよい駆動を行うことができる。しかも、制御
ロッド６の小径部１１の位置等を設計変更するだけで、
シリンダー装置の出力状態を容易に変化させることがで
き、全ての装置に容易に適用することができる。

【００２２】また、シリンダー装置に出力を得るための
駆動源を油圧とし、復帰用の駆動源を空気圧としたの
で、大きい駆動力を確実に得ることができ、両方に油圧
を使用するのに比べてコスト的にも有利となる。さらに
油圧増圧機３１を外シリンダケーシング３０内に設けて
内シリンダケーシング２と一体化したので、別に高出力
駆動用の高圧空気を得るための装置も不要で、全体をコ
ンパクト化することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上に述べたごとく本発明の油圧空気圧
作動式高速シリンダー装置によれば、ピストン駆動中に
弁孔に制御ロッドの小径部を通過させて流入空間を形成
し、この流入空間を介して高圧油室の高圧油を油圧室に
供給することにより、制御ロッドの小径部形成位置でピ
ストンおよび出力ロッドを高速高出力で駆動することが
できる。したがって、全ストローク中に必要な区間のみ
高速高出力の駆動力が得られ、プレス機などの加工機
械、作業機械など所定位置にのみ高い速度や高出力が必
要な駆動機構の駆動装置として極めて有効に利用するこ
とができる。また、油圧増圧機をシリンダーと一体的に
設けたので、高出力を得る駆動源を同一ケーシング内で
作りだすことができ、全体をコンパクトにすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る複動式高速シリンダー装置の一実
施例を示す構成図である。

【図２】同シリンダー装置の作用説明図である。

【図３】同シリンダー装置の作用説明図である。

【図４】同シリンダー装置の作用説明図である。

【図５】同シリンダー装置の作用説明図である。

【図６】従来の高速シリンダーの作用説明図である。

【符号の説明】

１ピストン２内シリンダケーシング３空気圧室４油圧室５出力ロッド６制御ロッド７弁板８高圧油室９弁孔 10 シール材 11 小径部 12 流入空間 19 位置センサー 22 シリンダー制御装置 30 外シリンダケーシング 31 油圧増圧機 32 増圧部 33 高圧空気貯留部 34 増圧用シリンダー室 36 増圧通路 37 増圧用ロッド 51 増圧用空気管 52 増圧用油管 54 コンプレッサー 58 第１切換弁 60 油圧ポンプ 62 駆動用油圧管 64 油圧アキュムレーター 66 第２切換弁 67 第２減圧弁 69 分岐管 71 駆動用空気管

フロントページの続き (72)発明者酒井良仁大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号日立造船株式会社内 (72)発明者斎藤年正大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号日立造船株式会社内 (72)発明者古川哲郎大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号日立造船株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダケーシング内にスライド自在に
配置されたピストンにより区画される空気圧室と油圧室
を設け、前記ピストンに空気圧室側に突出する出力ロッ
ドと油圧室側に突出する制御ロッドとを相対方向に設
け、油圧室の端部に、制御ロッドがシール材を介して挿
通する弁孔が形成された弁板を介して高圧油室を設け、
前記制御ロッドの所定位置に、前記弁孔内に油圧室と高
圧油室とを連通する流入空間を形成する小径部を設け、
前記シリンダケーシングの周囲に、高圧油室内に高圧の
圧油を供給する油圧増圧機を一体的に設けたことを特徴
とする油圧空気圧作動式高速シリンダー装置。