JPH0842511A - 空気圧シリンダ装置 - Google Patents

空気圧シリンダ装置

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JPH0842511A
JPH0842511A JP6181339A JP18133994A JPH0842511A JP H0842511 A JPH0842511 A JP H0842511A JP 6181339 A JP6181339 A JP 6181339A JP 18133994 A JP18133994 A JP 18133994A JP H0842511 A JPH0842511 A JP H0842511A
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JP
Japan
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pneumatic cylinder
chamber
rod
cylinder
head
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Application number
JP6181339A
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English (en)
Inventor
Takamichi Takahashi
隆通 高橋
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Konan Electric Co Ltd
Original Assignee
Konan Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】膨張ピストンを設けることなくエネルギーロス
を大幅に減少することのできる空気圧シリンダ装置を提
供する。 【構成】空気圧シリンダ装置は、4ポート2位置切換弁
10のソレノイド11がONされているとき、ロッド室
4に圧縮空気が注入され、ヘッド室5が排出ポートRと
連通され、ピストン2が後退する。また、ソレノイド1
1がOFFされていると、4ポート2位置切換弁10が
切り換えられ、ロッド室4とヘッド室5が同圧力になる
が、両室の断面積はヘッド室5がピストンロッド3がな
い分、ロッド室4よりも大きい断面積であるため、ピス
トン2にはヘッド室5から大きい圧が作用され、ピスト
ン2が前進する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、片ロッド形の空気圧シ
リンダと、該シリンダを駆動する駆動回路とを有する空
気圧シリンダ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】空気圧シリンダは、空気源の圧縮駆動エ
ネルギーに比べ10%程度の仕事しか発生せず、仕事量
が大きい場合には消費エネルギーが多くなってしまい、
シリンダコストをはるかに上回る電気量を消費してい
る。従って、仕事絶対量が大きい箇所にて空気圧シリン
ダは使用されず、電動モータ、油圧シリンダ等を用いて
いる。
【0003】従来、使用されている空気圧シリンダはピ
ストンロッドが外部にする仕事は、シリンダに流入した
空気のP(絶対圧力)×V(体積)に等しい。しかし、
この空気圧シリンダに流入した空気はその時点でまた内
部エネルギー(=2.5×V,温度一定の場合)を持っ
ている。
【0004】一般の空気圧シリンダでは、流入した空気
をシリンダのもどり時に大気中に放出するが、その際供
給圧力(P=0.6MPa程度)から大気圧に膨張する
間に機械的エネルギーに変換可能な内部エネルギーの6
0%に相当する、約1.5P×Vをそのまま捨ててい
る。
【0005】従って、このエネルギーを回収すれば、非
回収時に比べ2.5倍の仕事を行うことができる。ベー
ンタイプの空気圧モータでは、回転中に圧力室容積が増
えるような構造にすることで、このエネルギー回収が容
易に行えるが、空気圧シリンダではエネルギーを回収す
るため、別に膨張ピストン室を設ける必要があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空気圧
シリンダに膨張ピストンを設けることは構造が簡単で安
価という空気圧シリンダが本来持っている利点を大きく
阻害してしまう。従って、上記の如くエネルギーロスが
大きくとも、空気圧シリンダに膨張ピストンを設けずに
使用するのが一般的であった。
【0007】本発明は、上記した従来の事情に鑑み、膨
張ピストンを設けることなくエネルギーロスを大幅に減
少することのできる空気圧シリンダ装置を提供すること
を目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、片ロッド形の空気圧シリンダと、該シリン
ダを駆動する駆動回路とを有する空気圧シリンダ装置に
おいて、前記空気圧シリンダの後退時にロッド側のロッ
ド側のシリンダ室に供給した空気を、その前進時にヘッ
ド側のシリンダ室に注入することを特徴としている。
【0009】さらに、上記目的を達成するために本発明
は、前記駆動回路が前記ロッド側のシリンダ室に空気を
供給し、かつ前記ヘッド側のシリンダ室の空気を排出す
る位置とに前記ロッド側のシリンダ室と前記ヘッド側の
シリンダ室とを連通する位置と切り換える4ポート2位
置切換弁を備えていることを特徴としている。
【0010】さらにまた、上記目的を達成するために本
発明は、前記空気圧シリンダのピストンロッド断面積を
ピストン断面積の2分の1以上に設定されていることを
特徴とを特徴としている。
【0011】さらにまた、上記目的を達成するために本
発明は、前記ロッド側のシリンダ室と前記ヘッド側のシ
リンダ室との間の流路中に、前記ロッド側のシリンダ室
と前記ヘッド側のシリンダ室とを連通する連通位置と、
前記ロッド側のシリンダ室が排気ポートと連通して前記
ヘッド側のシリンダ室が密閉される排気位置と切り換え
る切換弁を設け、該切換弁が前進時のピストンのストロ
ーク後半側で連通位置から排気位置に切り換えられるこ
とを特徴としている。
【0012】さらにまた、上記目的を達成するために本
発明は、前記空気圧シリンダの胴チューブを、内チュー
ブと、該内チューブに隙間を持って全周を覆う断熱性の
高い外チューブとの2重チューブに構成し、該2重チュ
ーブの前記隙間を循環させた空気を前記ロッド側の室へ
給気することを特徴としている。
【0013】
【作用】上記構成によれば、空気圧シリンダの後退時に
ロッド側のロッド側のシリンダ室に供給した空気を、空
気圧シリンダの前進時にヘッド側のシリンダ室に注入す
るので、シリンダの後退時で圧縮駆動に使用した空気
を、シリンダの前進時で再度圧縮駆動力に変換でき、消
費エネルギーのロスを膨張ピストン室を設けることなく
低減することができる。
【0014】
【実施例】図1は、本発明に係る空気圧シリンダ装置を
示す回路説明図である。
【0015】図1において、符号1は片ロッド形の複動
空気圧シリンダであり、シリンダ室はピストン2を境に
してピストンロッド3側のシリンダ室(以下、ロッド室
という。)4と、ヘッド側のシリンダ室(以下、ヘッド
室という。)5とに分けられている。そして、ロッドカ
バー6にはロッド室4に通ずる配管口7が、ヘッドカバ
ー8にはヘッド室5に通ずる配管口9がそれぞれ設けら
れている。
【0016】上記空気圧シリンダ1は、ソレノイド11
とこれと対抗するバネ12を備え、ソレノイド11のO
N・OFFによって切り換えられる4ポート2位置切換
弁10を備えた駆動回路により駆動される。この4ポー
ト2位置切換弁10には、図示していない空気供給装置
から大気圧力より高い空気が供給される供給部13が圧
力供給ポートAに接続されている。4ポート2位置切換
弁10の出力ポートBは、空気圧シリンダ1のロッド室
4用の配管口7と、出力ポートCは空気圧シリンダ1の
ヘッド室5用の配管口9とにそれぞれ接続されている。
なお、4ポート2位置切換弁10のRは排出ポートであ
る。
【0017】かく構成の空気圧シリンダ装置は、4ポー
ト2位置切換弁10のソレノイド11がONされている
とき、圧力供給ポートAと出力ポートB、及び出力ポー
トCと排出ポートRがそれぞれ連通される。従って、ロ
ッド室4に圧縮空気が注入され、ヘッド室5が排出ポー
トRと連通されるので、ピストン2が図1の右から左に
移動される。また、ソレノイド11がOFFされている
と、4ポート2位置切換弁10がバネ12の作用によっ
て切り換えられ、出力ポートBと出力ポートCが連通さ
れる。従って、ロッド室4とヘッド室5が同圧力になる
が、両室の断面積はヘッド室5がピストンロッド3がな
い分、ロッド室4よりも大きい断面積であるため、ピス
トン2にはヘッド室5から大きい圧が作用される。この
作用によって、ピストン2は図1の左から右へ移動され
る。
【0018】かくして、4ポート2位置切換弁10を用
いて従来では排気していたロッド室4に注入した空気を
ヘッド室5に注入することで、ロッド室4とヘッド室5
の断面積差によるシリンダ駆動力が得られ、その分駆動
空気量を低減することができる。しかも、空気圧シリン
ダ1の構造は従来のものとほぼ同等であり、シリンダ自
体が持つ構造が簡単で安価という利点を損なうこともな
い。
【0019】ところで、従来の複動空気圧シリンダでは
前進及び後退とも同一出力が得られるものであり、本発
明の空気圧シリンダ装置においても同様な出力が得るこ
とができ、次にその説明をする。
【0020】供給部13の供給空気のゲージ圧力をP
0、ローッド室4のピストン受圧面積をA1とすると、
ピストン2が左に移動する力、すなわち後退する力F2
は、 F2=P0×A1 となる。
【0021】次に、ヘッド室5のピストン受圧面積をA
2、空気のゲージ圧力をP2とすると、 P2=(P0+大気圧)×(A1×L)/{A1×(L
−S)+A2×S}−大気圧 となる。ただし、Lは全ストローク、前進時にSはピス
トン2が移動したストロークである。
【0022】従って、ピストン2が右に移動する、前進
する力F1は、 F1=(A2−A1)×P2 となり、F1は受圧面積比k=A2/A1とストローク
Sによって決まる。
【0023】このF1とF2の関係を図2の出力分布図
に示す。同図から明らかなように、点線で示す後退時の
力F2はロッド室4のピストン受圧面積A1とヘッド室
5のピストン受圧面積A2との受圧面積比kに関係なく
一定である。これに対し、前進時の力F1は、受圧面積
比kを2以上、すなわちピストンロッド3の断面積をピ
ストン面積A2の1/2以上にすると、ストロークの初
めでF2より大きいが、空気膨張によってストロークの
途中でF2より小さくなる。また、受圧面積比kを2以
下、すなわちピストンロッド3の断面積をピストン面積
A2の1/2以下にすると、常にF1はF2より小さく
なる。従って、図2に示していないが受圧面積比kを5
〜10程度にすれば、F1の最小値をF2に近づけられ
るが、この場合ピストンロッド3が極端に大きくなるの
で現実的でない。
【0024】そこで、配管口7と9の間、例えば図3に
示すように、配管口7と4ポート2位置切換弁10の出
力ポートBの間に3ポート弁14を設ける。この3ポー
ト弁14は、ソレノイド15とこれと対抗するバネ16
を備えた2位置切換弁であって、後退時は図3の(b)
に示すように、ロッド室4とヘッド室5が常に連通して
おり、前進時では図3の(a)に示す位置に達すると、
ピストン2によってリードスイッチ17がONされ、ソ
レノイド15がONしてロッド室4が3ポート弁14の
排気ポートRと連通し、ヘッド室5が密閉される。
【0025】このように切り換えられる3ポート弁14
を設けたことにより、図2の出力分布から明らかなよう
に、前進時においてストローク終端近くで、F1をF2
に近づけることができる。従って、この3ポート弁14
の取付と上記の受圧面積比kを2以上のシリンダの組み
合わせにより、F1の出力を加速や位置保持等で力が最
も必要なストロークの両端位置でF2に等しくできる。
また、前進時においてストローク終端近くでのみF1の
出力をF2に等しくさせればよいときには、上記3ポー
ト弁14の設けることと、受圧面積比kを1〜2範囲の
シリンダとの組み合わせで可能である。
【0026】ところで、ロッド室4とヘッド室5とが連
通されたとき、ヘッド室5では空気の膨張で温度が下が
る。そこで、図2に示す本発明の別の実施例ではシリン
ダチューブを隙間20を持った内筒21と外筒22の2
重チューブに構成し、そして良好な断熱性が得られるよ
うに外筒22には例えばグラスウール、発泡材等の断熱
材23を被覆している。2重チューブの隙間20には、
供給部13からの空気が循環してからシリンダ1に供給
されように空気の出入口が設けられており、さらに隙間
20はドレン排水弁24が接続されている。なお、本実
施例の他の構成は上記実施例と概ね同様でであり、同一
部材は同一符号を付している。
【0027】かく構成の空気圧シリンダ1は、ロッド室
4とヘッド室5とが連通されてヘッド室5の温度が下が
ることを利用し、給気が隙間20を通ることで冷却作用
を受け、供給する空気中の水分を凝縮分離することがで
きる。すなわち、シリンダ1にドライヤ機能を持たせる
ことができる。
【0028】
【発明の効果】請求項1の構成によれば、構造が簡単で
安価という利点を損なうことなく、従来では何の仕事も
せずに捨てていた排気空気に含まれるエネルギーを圧縮
シリンダ駆動力に変換でき、その分駆動空気消費量を低
減できる。
【0029】請求項2の構成によれば、空気圧シリンダ
を1個の4ポート2位置切換弁で駆動できる。
【0030】請求項3の構成によれば、前進時のシリン
ダの出力を後退時の供給空気のゲージ圧力による出力に
近づけられる。
【0031】請求項4の構成によれば、前進時のストロ
ーク後半部分の出力を後退時の供給空気のゲージ圧力に
よる出力に近づけられる。
【0032】請求項5の構成によれば、空気圧シリンダ
にドライヤ機能を持たせることができ、シリンダ内のド
レンの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る空気圧シリンダ装置を示す回路説
明図である。
【図2】縦軸がシリンダの出力、横軸がそのストローク
をとった前進時ととの出力分布図である。
【図3】本発明の別の空気圧シリンダ装置を示す回路説
明図で、(a)はシリンダの前進時、(b)は後退時で
ある。
【図4】本発明のさらに別の実施例の制御回路を示す回
路説明図である。
【符号の説明】
1 シリンダ 2 ピストン 3 ピストンロッド 4 ロッド室 5 ヘッド室 10 4ポート2位置切換弁 14 切換弁 20 隙間 21 内筒 22 外筒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F15B 15/14 335 Z 9026−3J 380 A 9026−3J

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 片ロッド形の空気圧シリンダと、該シリ
    ンダを駆動する駆動回路とを有する空気圧シリンダ装置
    において、 前記空気圧シリンダの後退時にロッド側のシリンダ室に
    供給した空気を、その前進時にヘッド側のシリンダ室に
    注入することを特徴とする空気圧シリンダ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の空気圧シリンダ装置に
    おいて、前記駆動回路が前記ロッド側のシリンダ室に空
    気を供給し、かつ前記ヘッド側のシリンダ室の空気を排
    出する位置とに前記ロッド側のシリンダ室と前記ヘッド
    側のシリンダ室とを連通する位置と切り換える4ポート
    2位置切換弁を備えていることを特徴とする空気圧シリ
    ンダ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の空気圧シリン
    ダ装置において、前記空気圧シリンダのピストンロッド
    断面積をピストン断面積の2分の1以上に設定されてい
    ることを特徴とする空気圧シリンダ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の空気圧シリンダ装置に
    おいて、前記ロッド側のシリンダ室と前記ヘッド側のシ
    リンダ室との間の流路中に、前記ロッド側のシリンダ室
    と前記ヘッド側のシリンダ室とを連通する連通位置と、
    前記ロッド側のシリンダ室が排気ポートと連通して前記
    ヘッド側のシリンダ室が密閉される排気位置と切り換え
    る切換弁を設け、該切換弁が前進時のピストンのストロ
    ーク後半側で連通位置から排気位置に切り換えられるこ
    とを特徴とする空気圧シリンダ装置。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4の1つに記載の空気圧
    シリンダ装置において、前記空気圧シリンダの胴チュー
    ブを、内チューブと、該内チューブに隙間を持って全周
    を覆う断熱性の高い外チューブとの2重チューブに構成
    し、該2重チューブの前記隙間を循環させた空気を前記
    ロッド側の室へ給気することを特徴とする空気圧シリン
    ダ装置。
JP6181339A 1994-08-02 1994-08-02 空気圧シリンダ装置 Pending JPH0842511A (ja)

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Legal Events

Date Code Title Description
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040113