JPS58124808A

JPS58124808A - 高速複動ピストン

Info

Publication number: JPS58124808A
Application number: JP606782A
Authority: JP
Inventors: Takanori Matsuoka; 松岡　孝典; Koji Takeshita; 竹下　興二; Kazuo Hirota; 広田　和男; Shizuma Kuribayashi; 志頭真栗林; Kenji Muta; 牟田　健次; Hiroaki Morita; 森田　洋昭; Junzo Amano; 天野　順造
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1982-01-20
Filing date: 1982-01-20
Publication date: 1983-07-25

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】本発明は、核融合用中性粒子注入装置の高速シャッタ等
を開閉駆動させるために用いられている複動式の高速ピ
ストンに関するものである。

前記したような用途に用いられている現在の高速ピスト
ンは、第１図に示すようにシリンダ（１）、シリンダ蓋
（ｚａ、ｚｂ）、ピストン棒（４）、ピストン（６）、
鎖錠装置（ｌの、給気口（１７ａ）（１７ｂ）、圧気の
定量空気溜（１８）、開閉弁（１９ａ）　（１９ｂ）、
排気口（２０ａ）（２０ｂ）、排気管（２１ａ）　（２
１ｂ）、開閉弁（２２ａＸ２２ｂ）、リリーフ弁（２３
ａ）　（２３ｂ）等の主要素よりなシ、左右の開閉弁（
２２ａ）　（２２ｂ）と右側の開閉弁（１９に＋）を閉
、左側の開閉弁（１９ａ）のみを開にして、定量空気溜
（１８）中の圧気をシリンダ（１）の左側の空気室（ロ
）内に供給し、ピストン（６）とともにピストン棒（４
）を右側に動かしてピストン棒の結合部（５）に連設し
たシャッタを動作せしめ、鎖錠装置（１のにてピストン
棒（４）の移動を止め、かつ両開閉弁（２２ａ）　（２
２ｂ）を開にし両排気管（２１ａ）（２１ｂ）を介して
ピストン両側の空気室＠０を大気に連通せしめ、前記ピ
ストンの動作位置を保ち、さらに、右側の開閉弁（１９
ｂ）のみを開にして前記とは逆にピストン棒を左側に復
動させてシャッタを原状に復帰させる複動式になってお
シ、さらに１空気室（ハ）に）を早く大気圧としピスト
ンの行程切換えの際の抵抗を小さくするためＫ、雨空気
室から開閉弁（２２ａ、２２ｂ）に至る排気路（２１ａ
）　（２１ｂ）をできるだけ大口１１にしかつ開閉弁（
２２ａ）（２２ｂ）　％大きくされている。

しかし、前記したような従来の高速複動ピストンにおい
ては、空気室かも開閉弁に至る排気路が長くかつその大
口径には限度があって、弁自体の応答時間（開閉に要す
る時間）が長くなる丸め、排気路断面積を増大した割に
は有効ではなく、ピストンの往動作と復動作の切換時間
間隔を短かくすることが困離となシ、まえ、配管系が大
きくなるとともにリリーフ弁を要し装置をコンパクト化
できないなどの難点がある。

本発明は、従来の高速複動ピストンにおける前記したよ
うな難点を解消するにあシ、筒状のシリンダ、該シリン
ダの両端に配設されたシリンダ蓋、前記シリンダ内に摺
動自在に挿嵌され鋏シリンダ内を２個の空気室に区画し
たピストンおよび該ピストンに貫設されかつ前記シリン
ダ蓋を気密に貫通し九摺動自在なピストン棒を有し、前
記両シリンダ豊中に略同心状に設けられた各２個の弧状
空間を可撓膜体によって弧状の外端側の２イロツト室と
前記シリンダ側の弁室に各々区画し、前記シリンダ蓋に
設けた放射状通路を介して、前記各弁室を前記雨空気室
の１つに各々連通せしめるとともに、前記各シリンダ蓋
の前記両弁室の一方を給気口に他方を排気口に各々連通
させ、前記各ノイ四ット室をパイロット圧供給口に各々
連通せしめた点に特徴を有するものであって、その目的
とする処は、往動作と復動作の切換時間間隔をよシ短か
くするとともに配管、弁をコンノクト化あるいは省略し
て全体がコンノぞクトな高速複動ピストンを供する点に
ある。

本発明は、前記し九構成になっており、シリンダ両端の
両シリンダ蓋中に略同心状に設けられた各２個の弧状空
間を可撓膜体にて弧状の外端側の７セイｐツト室とシリ
ンダ側の弁室とに各々区画し、シリンダ蓋に設けた放射
状通路を介して、各弁室をシリンダ内の雨空気室の１つ
に各々連通せしめ、各シリンダ蓋の両弁室の一方を給気
口に他方を排気口に各々連通せしめた圧気導入側と大気
開放側の両弁を両シリンダ蓋内に設けているので、圧気
導入側および大気開放側の各通路が極めて大きく形成さ
れ、かつ両弁が空気室に近接しておシ、また、可撓膜体
が・（イレット圧にて各弁室を直接に開閉し、ピストン
両側の空気室への圧気導入、同室の大気開放および弁開
閉操作が短縮され、ピストンの往、復動作の切換時間間
隔が大巾に短かくなり、ピストン性能が著しく向上され
る。

また、本発明においては、両弁の弁室を彫威している弧
状空間の長さ設定によ）圧気導入および大気開放に要す
る時間ならびに両者のタイ建ンダの調節ができ、ピスト
ン動作の円滑化が可能であるとともに、ノ（イロット圧
にて動作する可撓膜体によって弁を開閉する構造にして
いるため、リリーフ弁としての機能も兼ね備えている。

さらに、本発明においては、圧気導入側および大気開放
側の両弁が両シリンダ蓋内に形成され、峡部におけるリ
リーフ弁が不要になるとともに配管系も簡単となり、装
置が著しくコンパクトになる。

以下、本発明の実施例を図示について説明する。

なお、説明において＆の符号を付しているのは左側、ｂ
の符号を付しているのは右側の構造を示している。

第２図、第３図に本発明の一実施例を示し、図中（１０
１）は複動式の筒状のシリンダ、（１０２ａ）（１０２
ｂ）は、シリンダ（１０１）の両端に配設され後記の圧
気導入側の弁と大気開放側の弁を内蔵したシリンダ蓋、
（１０６）は、シリンダ（１０１）内に摺動自在に挿嵌
されシリンダ（１０１）内を２個の空気室００（以下、
Ｒ室、Ｓ室という）に区画したピストン、（１０４）は
、ピストン（１０６）に貫設されかつシリンダ蓋（１０
２ａ）（１０２ｂ　）に気密に貫通した摺動自在なピス
トン棒、（１０３ａ）（１０３ｂ）は、シリンダ蓋（１
０２ａ）（１０２ｂ）に取付けられピストン棒（１０４
）を摺動自在に支持した支持部材、（１０５）は、ピス
トン棒（１０４）の右端に設けた図示外の被駆動体（例
えばシャッタ）への連結部、　　（１０６っけ、ピスト
ン（１０６）の外周に設けられピストンリング（１０７
）を嵌挿し丸環状溝、（１０８）は星形座金、（１０９
）はピストン棒（１０４）にピストン（１０６）を固定
した丸ナツト、（１１０）は、シリンダ蓋（１０２ａ）
の外側に取付けた鎖錠装置であって、該鎖錠装置（１１
０）は、ピストン棒（１０４）を摺動自在に支持する支
持部材部分（１１１）　（１１２）と、環状のプレーキ
シニー（１１３）と、ブレーキシュー（１１３）を常時
実線位置に押上げてピストン棒（１０４）に接触させな
いようにするノ２ネ（１１５）、吸着片（１１４）およ
び電磁石（１１４ｉ）とよりなり、電磁石（１１＠）を
励磁すると吸着片（１１４）とブレーキシュー（１１３
）がバネ（１１５）に抗して下降し、ピストン棒（１０
４）が固定されるようＫなっている。

また、　　（１１７ａ）（１１７ｂ）はシリンダ蓋（１
０２ａＸ１０Ｚｂ）に併設され圧気の給気口（１１８ａ
）　（１１８ｂ）を有する空気供給部材、（１１９ａ０
１１９ｂ）は圧気を一定量貯える定容量空気溜、（１２
０ａ）（１２０ｂ）は定容量空気溜（１１９ａ）　（１
１９ｂ）と給気口（１１８ａ）（１１８ｂ）間の管路に
設げ、られたベローズであって、シリンダ（１０１）の
水平方向の動きを吸収するようになっている。

次に１両シリンダ蓋（１０２ａ）　（１０２ｂ）とその
内部に設けている圧気導入側および大気開放側の弁構造
について説明すると、シリンダ蓋（１０２ａ）（１０２
ｂ）は弁座（１２１ａ）　（１２１ｂ）と弁蓋（１２７
ａ）　（１２７ｂ）よシなシ、また、左側のシリンダ蓋
（ｘｏｚａ）において、シリンダ（１０１）側に固着さ
れている右側の弁座（１２１ａ）には、特に第３園内に
示すように長短２本の弧状の周方向弁座（１２３ａ）（
１２３’ａ）と、周方向弁座（１２３ａ）（１２３ｋ）
の両側において半径方向に延びた多数の半径方向弁座（
１２２−１ａ）　（１２２−２ａ）、（１２２−１ｋ）
　（１２２−２’ａ）とが形成され、前記の周方向弁座
（１２３ａ）、半径方向弁座（１２２−１ａ）および（
１２２−２ａ）の組と、周方向弁座（１２３ｋ）　、半
径方向弁座（１２２−１’ａ）および（１２２−２’ａ
）の組とが、それぞれ第２図に示すように横断ｖ皺の２
個の弧状空間（Ｖａ）（Ｖｈ）を形成するとともに、弧
状空間（ＶｌｅＬ）は、その内周側の多数の半径方向弁
座（１２２−１＆）間からシリンダ（１０１）内の右方
のＲ室に連通した放射状通路（１２４ａ−１）を連設し
、また外周側の多数の半径方向弁座（１２２−２ｋ）間
から給気口（１１８ａ）に連通し九放射状通路（１２６
ｍ−１）を連設し、弧状空間（Ｖａ）は、その内周側の
多数の半径方向弁座（１２２−１ａ）間からシリンダ（
１０１）内のＲ室に連通し九放射状通路（１２４ａ−２
）を連設し、また外周側の多数の半径方向弁座（１２２
−２ａ）間から大気側への排気口に連通し九放射状通路
（１２５ａ−２）を連設している（なお、前記排気口は
図示のように放射状通路端の開口自体にて形成すること
もできる。）。また、弁蓋（１２７ａ）側には、弁座（
１２１ａ）側に設けた２個の弧状空間（Ｖａ）（Ｖｈ）
と同形、同位ｔＫ相対させて２個の弧状空間（Ｖｔａ）
（Ｖ’ｉａ）が設ゆられ、さらに、第２図に示すように
弧状空間（Ｖａ）と（Ｖｉａ）間および弧状空間（ｖＩ
＆）と（Ｖ’ｘａ）間に！ム製の可補膜体（１２６ａ）
を配設して、弧状空間（Ｖａ）と（Ｖ’ａ）を弁室に、
弧状空間（Ｖｔａ）と（Ｖ’ｌａ）をパイロット圧室に
形成して（以下、（Ｖａ　）　（Ｖ’ａ　）を弁室、（
Ｖｔａ）（Ｖ’ｔａ）をノ４イＵット圧室という）、左
側のシリンダ蓋（１０２ａ）内に圧気導入側゛と大気開
放側の弁を形成している。

前記説明では左側のシリンダ蓋（１０２ａ）について述
べたが、右側のシリンダＩｆ　（１０２ｂ）については
全く同様な圧気導入側と大気開放側の弁が形成されてお
シ、その弁の構造については（ｂ）の符号をつけて説明
する。

供給口（１２８ａ）　（１２８ｂ）が設けられ、圧気導
入側の弁を開閉する側の・々イロット圧室（Ｖ’ｔａ）
（Ｖ’ｘｂ）　Ｋはパイロット圧（１３０−１ａ）　（
１３０−１ｂ）を、大気開放側の弁を開閉する側の・セ
イロット圧室（Ｖｌａ）（Ｖｌｂ）にはパイロット圧（
１３０−２ａ）　（１３０−２ｂ）を、さらに、定容量
空気溜（１１９ａ）（１１９ｂ）Ｋは電磁弁（１３７ｍ
）（１３７ｂ）をそれぞれ連設するとともに、前記ノイ
シット弁（１３０−１ａ）　（１３０−１ｂ）、（１３
０−２ａ）（１３０−２ｂ）および電磁弁（１３７ａ）
　（１３７ｂ）は、電動機（１３１）Ｋて駆動され圧気
供給源となるコンプレッサー（１２９）Ｋ管路を介しそ
れぞれ連設されてぃる。

図示した実施例は、前記したような構造になっており、
次にその作用について説明すると、パイロット弁（１３
Ｇ−１ａ）　（１３０−１ｂ）が開の時にシリンダ蓋（
１０２ａ）（１０２ｂ）内に設は九圧気導入側の弁（第
２図の上方）が閉となるので、定量空気溜（１１９ａ）
（１１９ｂ）内にコンプレッサー（１２９）から所定圧
力に達するまで圧気が充填される。

ピストン（１０６）を右方へ移動させる場合には、先ず
、パイロット弁（１３０−１ａ）、（１３Ｇ−２ａ）、
（１３０−１ｂ）、（１３０−２ｂ）を閉として両シリ
ンダ蓋（１０２ａ）（ｌｏｚｂ）内の６弁を閉状態にす
る。

前記の状態から、ｅイロット弁（１３０−１ａ）を大気
開放側に切換えてノイＩット圧を排除すると、定容量空
気溜（１１９ａ）内の定量の圧気が、給気口（１１８ａ
）、放射状通路（１２５ａ−１）、弁室（Ｖ’ａ）、放
射状通路（１２４ａ−１）を介して右側のＲ室内へ送ら
れて充満される。

同Ｒ室内の圧力は、尚初Ｓ室内よシも高いためピストン
（１０６）に作用して該ピストン（１０１Ｂ）とピスト
ン棒（１０４）がともに右方へ移動し始める。次にＲ室
内では体積増大に伴なって圧力が低下し、他方の８室内
は密閉された空気が圧縮され圧力が上昇し始め、遂には
Ｒ室とＳ室の圧力が等しくなり、その間にピストン（１
０６）とピストン棒（１０４）が圧力差で押され、その
後に８室内の圧力がＲ室よシも高くなっても、ピストン
（１０６）、ピストン棒（１０４）およびそれに連設さ
れている被駆動体（例えばシャッタ）の慣性エネルギー
がＳ室側の圧縮仕事で吸収されるようＫなって、それら
が減速し始める。さらに、ピストン（１０６）がストロ
ークエンドに近づいてＳ室内の圧力がさらに高まシ、ピ
ストン（１０６）とピストン棒（１０４）がさらに減速
するときに、大気開閉側（図示の下側）の弁の可撓膜体
（１２６ｂ）がＳ室内の圧力によって少し開かれ、８室
内の圧力の上昇が止まりリリーフ弁と同様な機能をする
。この間にピストン（１０６）とピストン棒（１０４）
とはストロークエンドに達して停止する。

次いで、鎖錠装置（１１０）の電磁石（１１６）を励磁
し、吸着片（１１４）とブレーキシュー（１１３）とを
バネ（１１５）に抗して下降させてピストン棒（１０４
）を鎖錠するとともＫ、パイロット弁（１３Ｇ−１ａ）
をコンプレッサー（１２９）側に連通しシリンダ蓋（１
０２ａ）の図示上側の圧気導入側の弁を閉にし、パイロ
ット弁（１３０−２ａ）　（１３０−２ｂ）を大気開放
に切換えてＲ室、Ｓ室内の残留空気を大気へ排出する。

続いてパイロット弁（１：（０−１ｍ）（１３０−１ｂ
）をコンプレッサー　（１２９）側に連通せしめ、上側
の圧気導入側の両弁を閉とし、電磁弁（１３７ａ）（１
３７ｂ）を開として定容量空気溜（１１９ａ）へ圧気を
充填し、次の作動即ちピストン（１０６）とピストン棒
（１０４）を左方へ復動させるのに備える。

前記したＲ室とＳ室の圧力とピストン（１０８）の移動
量との関係を第４図に示し、左側のシリンダ蓋（１０２
ａ）における圧気導入側の弁を開くとＲ室の圧力が立っ
て４　ｋｌｌ／ｃｍ”　Ｋなシ、ピストン（１０６）は
この圧力にて右方へ移動しＲ室の圧力がａ点からｂ点へ
下降し、一方、Ｓ室の圧力はピストン（１０６）の移動
につれて高ま９０点からｄ点へ上昇する。また、ｄ点か
らは可撓膜体（１２６ｂ）かりＩＪ−フ弁として機能し
、圧カ一定でｅ点に移行する。

ｂ点およびｅ点でパイロット弁（１３０−２ａ）　（１
３０−２ｂ）を大気開放に切換えるためＲ室、Ｓ室の圧
力がｆ点まで下降する。ピストン（１０６）に作用する
圧力は、ｇ点まではＲ室の方が高くてピストン（１０６
）ａ加速されるが、ｇ点を過ぎると逆転しＳ室の方が高
くなってピストン（１０６）が減速される。

まえ、ピストンリング（１０７）、支持部材（１０３ａ
）、（１０３ｂ）および（１１１）、（１１２）の摩擦
やそれらからの漏気を考慮しないと、ａ、ｂ、ｆ、ｃ、
ａ点で囲まれた面積（駆動エネルギー）とＣ％ｄ％ｅ、
ｆ、　ｃ点で囲まれた面積（ブレーキエネルギー）は等
しくなる。

ピストン棒（１０４）はｂ点（ｉたは０点）で停止し、
鎖錠装置（１１０）はピストン棒（１０４）が前記のよ
うに停止してからそれを固定する。そのため鎖錠装置（
１１０）のブレーキシュー（１１３）は摺動せず摩耗し
ない。なお、摩擦や漏気による駆動力およびブレーキ力
の過不足は定容量空気溜（１１９）の設定圧力およびノ
々イロット圧の設定圧力を変えるととＫより調整できる
。

１走、ピストンリング（１０７）や支持部材（ＩＱ３ａ
）（１０３ｂ）、（１１１）、（１１２）には、固体潤
滑性を有する樹脂系材料や金属材料を使用する。前記部
材とシリンダ（１０１）またはピストン棒（１０４）と
の間には、多少の隙間があって空気が漏れるが、その量
は定容量空気溜（１１９）から送られる空気量に比べる
と無視できる程ｊｌＫ少ない。

さらに、シリンダ蓋（１０２ａ）　（１０２ｂ）Ｋおけ
る図示上側の圧気導入側の弁（弁座Ｖ’ａ、Ｖ’ｂの部
分）および下側の大気−放儒の弁（弁座Ｖａ、Ｗｂの部
分）の容積は、それらの弧状空間の長さを第３図（８）
に示す直径（Ｄ）を変えることによって容易に変更し適
宜に大きくすることができ、また、圧気導入と大気開放
のタインンダ関係の調節もできる。

なお、前記の作用説明では、ピストン（１０６）とピス
トン棒（１０４）とを図示の右側に移動させる往動につ
込て述べたが、この実施例のピストンは左右略同様な構
造になっているので、帥記往動操作とは左右逆の弁操作
をすれば左方への移動即ち復動が可能であり、この場合
、左側の大気開放側の弁の閉鎖タイミングを遅らすと早
戻シさせることも可能である。

従って、図示した前記実施例では、シリンダ両端側のシ
リンダ蓋中に設けた圧気導入側および大気開放側の両弁
において、弧状空間にて形成された弧状の弁室を有し、
該弁室からシリンダ内の空気室および給気口又は排気口
にそれぞれ放射状通路にて連通しているので、圧気導入
路シよび大気開放路が大巾に拡大され、かつシリンダの
空気室に弁が近接したものとなり、圧気導入および大気
開放Ｋｌ’する時間を極めて煙かくでき、さらに前記弁
室はパイロット圧にて動作する可′！１ａ１ｘ体によシ
直接に開閉されるためその開閉操作自体も早く、ピスト
ンおよびピストン棒の往、復動切換時間間隔を著しく短
縮できてピストン性能が著しく向上される。

また、圧気導入側および大気開放側の両弁は、それらの
弁室の弧状長さとそれに伴なう放射状通路の変更調節に
よって所要時間および圧気導入と大気開放相互のタイミ
ングｌｌ１節が可能であってピストンを円滑な動作とな
し得、またそれらの弁はリリーフ弁の機能本来すことが
できる。

さらに１圧気導入側および大気開放側の両弁、実質的に
はリリーフ弁が両シリンダ豊中に形成され、配管系も極
めて簡素化されて、装置全体を著しくコンノでクト化で
きる。

以上本発明を実施例について説明したが、本発明は勿論
このような実施例にだけ局限されるものではなく、本発
明の精神を逸脱しない範囲内で種々の設計の改変を施し
うるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の＾連複動ピストンの縦断面図、第２図は
本発明の一実施例を示す縦断面図、１１３図（８）は第
２図のＡ−Ａ、＠位置の断面図、第３図（ロ）は第２図
のＢ−Ｂ線位置の断面図、第４図は本実施例の圧力関係
図である。１０１：筒状（１）Ｖ９ンダ、１０２ａ、　１０２ｂ　
＊　シリンダ蓋、１０４：ピストン棒、ｌｏｅ　：ピス
トン、１１８ａ、１１８ｂ　：給気口、１２４ａ−１，
１２４ａ−２，１２５ａ−１゜１２５ａ−２（１２４ｂ
−１，１２４ｂ−２，１２５ｂ−１，１２５ｂ−２）　
：放射状通路、１２６ａ、１２６ｂ　：可撓膜体、Ｖａ
、Ｖ’　ａ（Ｖｂ、Ｖ’　ｂ）　：　弁’Ｍ　（弧状空
間）Ｖｌ！Ｌ、Ｖ’　１ａ（Ｖｌ　ｂ、Ｖ’　Ｉｂ）　
：　ｐＺ　イｏ　７　）室（弧状空間）復代理人　弁理
士岡本重文外２名（′Ｐつ／６ｘ）　　ｄｃＬ’Ｖ第１頁の続き０発　明　者　牟田健次神戸市兵庫区和田崎町−丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内０発　明　者　森田洋昭神戸市兵庫区和田崎町−下目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内０発　明　者　天野順造神戸市兵庫区和田崎町−丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims

【特許請求の範囲】

筒状のシリンダ、皺シリンダの両端に配設されたシリン
ダ蓋、前記シリンダ内に摺動自在に挿嵌され該シリンダ
内を２個の空気室に区画したピストンおよび鋏ピストン
に買設されかつ前記シリンダ蓋を気密に貫通し九ＪＩ動
自在なピストン棒を有し、前記両シリンダ蓋中に略同心
状に設けられた各２個の弧状空間を可傭膜体によって弧
状の外端伺のパイロット室と前記シリンダ側の弁＊に各
々区画し、前記シリンダ蓋に設は九放射状通路を介して
、前記各弁室を前記雨空気室の１つに各々連通せしめる
とともに、前記各シリンダ蓋の前記両弁室の一方を給気
口に他方を排気口に各々連通させ、前記各パイロット室
をノ（イロット圧供給口に各々連通せしめ九ことに特徴
を有する高速複動ピストン。