JPH07109208B2 - 空圧シリンダの速度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は空圧シリンダの速度制御方法に関する。

［従来技術］ ハイリリーフ型減圧弁を使用して負荷を有する空圧シリ
ンダのピストンロッドの速度を空気圧力により制御する
場合に、ロッドの速度が低速の場合は空圧シリンダのロ
ッド側とヘッド側との圧力差が僅少であるので外力、例
えばピストンロッドの曲り等によりストロークの途中で
摺動抵抗が変化し、このためロッドのスピードが変化
し、極端な場合には負荷が停止することがある。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は上記の不具合を解決した空圧シリンダの速度
制御方法の提供を課題とする。

［課題を解決するための技術的手段］ 上記の課題を解決するためこの発明は加圧空気源に連通
する一次圧室、空圧シリンダのポートに連通する二次圧
室及び大気に連通する排気室を有し、二次圧室は一次圧
室及び排気室に切換弁子により通断可能及び複数の圧力
制御を可能にしたハイリリーフ型減圧弁において、空圧
シリンダに対する吸気通路及び排気通路の少なくとも一
方に並列に配列した２方口弁と流量調整弁とを設け、低
速かつ速度変化が少ないときに２方口弁を開状態から閉
状態に切り換えて空圧シリンダの速度を空気の圧力によ
る制御から流量による制御に変換する。

［作用］ 負荷が空圧シリンダのピストンロッドとともに低速で移
動している時は減圧弁において二次圧室の圧力は設定圧
力とほぼ平行状態となっており、一次圧室と二次圧室と
の連通面積又は二次圧室と排気室との連通面積は小さ
く、この小さい連通面積及び２方口弁を通って一次圧室
から二次圧室を経て空圧シリンダに定常的に給気され、
又は空圧シリンダから二次圧室を経て排気室に定常的に
排気される。経時後負荷のスピードが空圧シリンダのピ
ストンの摺動抵抗の増加等により減少し、あるいは負荷
が停止した時はハイリリーフ型減圧弁の切り換えにより
前記の連通面積は大きくなって減圧弁は給気又は排気状
態となり、減圧弁内で空気は流れ易くなる。一方ハイリ
リーフ型減圧弁の切り換えと同時に２方口弁は閉鎖され
るので、空気は流量調整弁を流量調整されて流れる。即
ち空圧シリンダのピストンのスピードが空気の圧力によ
る制御から流量による制御に変換される。この結果負荷
の動きは正常状態に戻る。

［実施例］ 以下実施例を示す図面によりこの発明を説明する。第１
図は第１実施例を示す。同図において空圧シリンダの速
度制御装置は空圧シリンダ10とハイリリーフ型減圧弁20
とこの両者を並列で連通する２方口弁１と流量調整弁２
とから構成されている。

空圧シリンダ10はそのケーシング11内にピストン12を摺
動自在に収容しており、ピストンロッド13はケーシング
11の一方の端壁11aを摺動自在に貫通してその端部に負
荷Ｗを取り付けている。14、15はそれぞれロッド側室、
ヘッド側室であり、16、17はロッドポート、ヘッドポー
トである。

ハイリリーフ型減圧弁20は筒状のケーシング21内に第１
隔壁21c、第２隔壁21dが配置され、第１隔室21cと頂壁2
1aとの間の内腔にはハット型のバランスピストン22、調
圧ピストン23が摺動自在に収容されている。バランスピ
ストン22は又頂壁21aに取り付けたねじ部30に対しても
摺動自在となっている。バランスピストン22と頂壁21a
との間の空間は給気室24となっており、バランスピスト
ン22と調圧ピストン23との間の空間はバランス室25とな
っており、調圧ピストン23と第１隔壁21c間の空間は調
圧室26となっている。バランスピストン22にはスクリュ
式の調圧ハンドル27が取り付けられ、調圧ハンドル27と
調圧ピストン23との間には調圧用ばね28が介装されてい
る。21eはケーシング21の内周面に設けた段差でバラン
スピントン22のストッパとなっている。又29は給気室24
の給気ポートである。

第１隔壁21cと第２隔壁21dとの間の空間はポート34を介
して大気に連通し、調圧室26と同心の排気室33となって
おり、第１隔壁21cには排気室33に連通する第１弁室31
が調圧室26と同心に設けられ、ここに第１弁体32が摺動
自在に挿入されている。第１弁体32と第１隔壁21cとの
間には圧縮スプリング35が配置されている。第１弁体32
は圧縮スプリング35によりシール材37を介して第２隔壁
21dに形成した第１弁座36に当接し、後述のロッド50の
上昇により第１弁座36から上方に離隔する。

第２隔壁21dには排気室33と同心でこれに連通する二次
圧室38が設けられ、二次圧室38は第２隔壁21dと底壁21b
間に形成した一次圧室39に連通している。一次圧室39に
は第２弁体40が収容され、第２弁体40は底壁21bに設け
た第２弁室52に摺動自在になっている。第２弁体40は圧
縮スプリング51によりシール材42を介して第２隔壁21d
に設けた第２弁座41に当接し、後述のロッド50の下降に
よりロッド50と当接して第２弁座41から下方に離隔す
る。第２隔壁21dには二次圧室38に連通するポート43、4
4が設けられている。第１弁室31は第１弁体32に設けた
空気通路32aを介して二次圧室38に連通し、又第２弁室5
2も第２弁体40に設けた空気通路40aを介して二次圧室38
に連通している。

調圧ピストン23には段差50cを介して相互に接続する小
径部50a及び大径部50bからなるロッド50の小径部50aが
固着され、小径部50aは第１隔壁21cに気密に摺動自在に
挿通され、又第１弁体32に遊挿されている。段差50cは
第１弁体32の下面を支持している。大径部50bは二次圧
室38内に位置し、その端部は調圧ピストン23の移動によ
り第２弁体40の上面に当接、離隔する。

給気室24はポート29を介して加圧空気源49に連通する５
ポート２位置空圧電磁弁（以後５ポート弁と言う）45に
連通し、調圧室26はポート46を介して３ポート２位置空
圧電磁弁（以後３ポート弁と言う）47に連通する。３ポ
ート弁47は又５ポート弁45に連通し、ポート44を介して
二次圧室38に連通する。一次圧室39はポート48を介して
加圧空気源49に連通する。

源圧弁20のポート43は空気通路３を介して空圧シリンダ
10のロッドポート16と連通している。即ち減圧弁20の二
次圧室38は空圧シリンダ10のロッド側室14に連通してい
る。空気通路３には前述の２方口弁１と流量調整弁２と
が並列に配置されている。

上記の構成において、負荷Ｗが定常速度で減速降下して
いる時は５ポート弁45は通電、３ポート弁47は非通電と
なっている。即ち調圧ピストン23は調圧ばね38の弱いば
ね力に対し低圧調整され、第１弁体32は上昇して３ポー
ト弁47により二次圧室38と調圧室26とが連通し、調圧ば
ね28の弱いばね力に平衡してワークにより発生する圧力
より僅かに弱い圧力とし、第１弁座36との間に僅かの隙
間を形成する。この状態では空圧シリンダ10のロッド側
室14の空気は２方口弁１を通って二次圧室38から排気室
33を経てポート34から減圧弁20外に定常的に排出され
る。

若し外部力の変化、例えば空圧シリンダ10より発生する
圧力が小さくなった時は第１弁体32は調圧ばね28のばね
力に抗しきれず閉じ、ワークＷは停止する。この時には
電気的に２方口弁１を閉じ、５ポート弁45を通電のまま
とし、３ポート弁47を非通電から通電に切り換える。こ
のためハイリリーフ型減圧弁20の調圧ピストン23は上昇
して第１弁体32と第１弁座36との隙間を大きくして排気
状態とする。この結果空圧シリンダ10のロッド側室14の
空気は流れ易くなり、流量調整弁２により流量調整され
て一定の流量で空圧シリンダ10からハイリリーフ型減圧
弁20の排気室33を経てポート34から排出される。

従って負荷Ｗは所定の速度で減速降下する。

なお、負荷Ｗを緩速で上昇させる時は５ポート弁45、３
ポート弁47をともに非通電とする。上昇中負荷Ｗの速度
が遅くなり、あるいは停止した時は５ポート弁45をその
ままとし、３ポート弁47を非通電から通電に切り変えて
減圧弁20を給気状態とし、同時に２方口弁１を閉じる。
これにより負荷Ｗは所定の速度で上昇する。

第２図は第２実施例を示す。第２実施例では空圧シリン
ダ10は水平に配置され、負荷Ｗはローラ４に支持され、
空圧シリンダ10のロッド13に連結されて床面上を第２図
で左右方向に移動可能となっている。又ハイリリーフ型
減圧弁20、２方口弁１及び流量調整弁２は空圧シリンダ
10の排気ポート16と吸気ポート17とに使用されている。
排気ポート16に使用されているハイリリーフ型減圧弁、
２方口弁及び流量調整弁には第１実施例と同じ符号を付
し、吸気ポート17に使用されているハイリリーフ型減圧
弁、２方口弁及び流量調整弁にはサフィックスａを付け
て説明する。

第２図では負荷Ｗは左方向に緩速で移動している。空圧
シリンダ10のヘッド側に連結されたハイリリーフ型減圧
弁20aは高調圧状態で、５ポート弁45aは非通電、３ポー
ト弁47aは通電状態になっている。一方、空圧シリンダ1
0のロッド側に連結されたハイリリーフ型減圧弁20は低
調圧（即ち５ポート弁45は通電、３ポート弁47は非通
電）となっている。この状態の時に外部力の変化により
圧力バランスが崩れて、負荷Ｗの速度が低下し、あるい
は停止した時は空圧シリンダ10のヘッド側のハイリリー
フ型減圧弁20aを給切状態とし（５ポート弁45a、３ポー
ト弁47aは非通電）、空圧シリンダ10のロッド側のハイ
リリーフ型減圧弁20を低調圧のままとし、２方口弁１を
電気的に閉に切り換える。この結果空圧シリンダ10のヘ
ッド側室14の空気は流れ易くなり、ハイリリーフ型減圧
弁20aの一次圧室39aのポート48aから吸気し、流量調整
弁2aにより流量調整されて一定の流量で空圧シリンダ10
に流入する。

第３図は第３実施例を示す。第３実施例は空圧シリンダ
10において負荷Ｗが緩い速度で上昇している場合を示
す。この場合にはハイリリーフ型減圧弁20の一次圧室39
のポート48と加圧空気源49とを連通する空気通路５に２
方口弁１と流量調整弁２とが並列に配置されている。又
５ポート弁45及び３ポート弁47はともに非通電である。
この結果調圧ピストン23は高圧調圧され、ロッド50は降
下して第２弁体40を押し下げ、同弁体と第２弁座41との
間に小隙間を形成する。加圧空気源49からの空気は２方
口弁１を通り、空気通路５、一次圧室39、二次圧室38を
経て空圧シリンダ10の排気側室14に入り、負荷を緩い速
度で上昇させる。

この状態の時に外部力の変化により、負荷Ｗの上昇速度
が低下し、あるいは停止した時はハイリリーフ型減圧弁
20を給気状態（５ポート弁45は非通電のままとし、３ポ
ート弁47に通電する）に、２方口弁１を閉にそれぞれ電
気的に切り換える。この結果第２弁体40と第２弁座41と
の隙間が大きくなって空気は流れ易くなり、加圧空気源
49からの空気は流量調整弁２により流量調整されて、空
気通路５、一次圧室39、二次圧室38を経て空圧シリンダ
10の排気側室14に定常の状態で入り、負荷Ｗを緩速上昇
させる。

第４図は第４実施例を示し、第１実施例の変型である。
第４実施例では２方口弁１及び流量調整弁２はハイリリ
ーフ型源圧弁20の排気室33のポート34にに連通する空気
通路７に並列に配置されている。第１実施例の場合と同
じく負荷Ｗが緩い速度で降下している時は５ポート弁45
は通電、３ポート弁47を非通電である。

この状態の時に若し外部力の変化により、負荷Ｗの速度
が低下し、あるいは停止した時は電気的に２方口弁１を
閉じ、５ポート弁45を通電のままとし、３ポート弁47を
非通電から通電に切り換え、ハイリリーフ型源圧弁20の
調圧ピストン26を上昇させて第１弁体32と第１弁座36と
の隙間を大きくして排気状態とする。この結果空圧シリ
ンダ10の排気側室14の空気は流れ易くなり、空圧シリン
ダ10からハイリリーフ型減圧弁20の二次圧室38、排気室
33、ポート34を経て流量調整弁２により流量調整され一
定の流量で排出される。

第５図は第５実施例を示す。第５実施例は負荷Ｗが空圧
シリンダ10により上昇及び下降が可能とするための装置
であり、第１実施例の１個の流量調整弁２の代りに２個
の流量調整弁2a、2bを直列に配置し、各流量制御弁2a、
2bに並列に互いに逆方向のチェック弁6a、6bを設けたも
のである。流量制御弁2aとチェック弁6aとの組合せは空
圧シリンダー10からの空気が矢印Ｐ方向に流れる時、即
ち負荷Ｗが降下する時にチェック弁6aがチェック機能を
発揮し、流量調整弁2bとチェック弁6bとの組合せは空気
がハイリリーフ型減圧弁20から矢印Ｑ方向に流れる時、
即ち負荷Ｗが上昇する時にチェック弁6bがチェック機能
を発揮する。第５実施例の作用は第１実施例及び第３実
施例と同じであるのでその説明を省略する。

［効果］ この発明は上述の構成を有するので次のような優れた効
果を有する。

（イ）空圧シリンダにより負荷が定常状態で低速移動し
ている時に負荷の移動速度が変動した時あるいは停止し
た時直ちに対処し、定常、低速状態を保持することがで
きる。通常流量制御による場合、高速から低速に速度を
減少させたとき、負荷の慣性と空気の圧縮性とにより、
バウンド現象が生じるが、圧力制御によれば、バウンド
現象は生じない。負荷が低速で、低慣性であるときに、
圧力制御を実行すれば、高圧側と低圧側との圧力差がわ
ずかなため、外部力により容易に被制御対象が停止して
しまう。しかし、流量制御であれば、高圧側と低圧側と
の圧力差が大きくなるため、小さな外部力により負荷が
停止することはない。高速時は圧力制御、低速時は流量
制御に切り換え、空気圧制御における減速をスムーズに
行うことができる。

（ロ）従って負荷の速度変動に伴う事故を未然に防止す
ることができる。

（ハ）従来の空圧シリンダとハイリリーフ型減圧弁に２
方口弁と流量調整弁とを追加すればよいので装置が簡単
であり、使用範囲が極めて広い。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図はそれぞれ第１〜５実施例の正面図を示す。 １……２方口弁 ２……流量制御弁 ３、５、７……空気通路（空圧シリンダに対する給気通
路及び排気通路） 10……空圧シリンダ 20……ハイリリーフ型減圧弁 32……第１弁体（切換弁子） 33……排気室 38……二次圧室、39……一次圧室 40……第２弁体（切換弁子） 49……加圧空気源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加圧空気源に連通する一次圧室、空圧シリ
   ンダのポートに連通する二次圧室及び大気に連通する排
   気室を有し、二次圧室は一次圧室及び排気室に切換弁子
   により通断可能及び複数の圧力制御を可能にしたハイリ
   リーフ型減圧弁において、空圧シリンダに対する吸気通
   路及び排気通路の少なくとも一方に並列に配列した２方
   口弁と流量調整弁とを設け、低速かつ速度変化が少ない
   ときに２方口弁を開状態から閉状態に切り換えて空圧シ
   リンダの速度を空気の圧力による制御から流量による制
   御に変換することを特徴とする空圧シリンダの速度制御
   方法。