JPS5852084B2 - エキリヨクシキ マタハ クウキリヨクシキ サギヨウシリンダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液力式または空気力式作業シリンダであって、
ピストン棒に結合されていて作業行程中に負荷されるピ
ストン面を備えたピストンと、早送り行程中にこのピス
トンをバイパスするバイパス通路と、ピストンに結合さ
れピストンに比して小さなピストン面を有し早送り行程
中に媒体によって負荷される補助ピストンと、媒体制御
のための制御弁とを有する形式のものに関する。

このような作業シリンダは加圧媒体のエネルギー保有量
を機械的な作業に変換する役割を有している。

所定の使用例では、作業シリンダ内に備えたピストンを
まず早送りによっである程度の距離を進ませ、そのさい
ピストン棒に伝える力をわずかにし、しかる後にピスト
ンを比較的減速した送りで著しく大きな力によって負荷
することが望ましい。

このような使用例として例えば工作機械用の迅速締付装
置がある。

工作物を保持する力はたんに締付爪の送りおよび戻り運
動中に摩擦を克服するのに要する力に比して著しく大き
くなければならない。

別の使用例では圧印プレス、打抜きプレスおよび深絞り
プレスなどの工作機械を駆動するセクタに使用される。

このばあい、空送り中にはわずかな力によっていつでも
工作機械をストップさせることができ、かつ本来の成形
作業工程ではじめてピストン棒に大きな力を作用させる
ことが望ましい。

このようにすれば、作業員が機械と工作物との間にまだ
手を入れているさいに機械が運動したばあい、手による
ブレーキ作用は機械を静止させるのに充分であり、その
結果不慮の危険を軽減することができる。

このような作動形態を得るために、公知シリンダでは、
ピストンが早送り中に媒体圧力により負荷される第１の
比較的小さなピストン面と作業行程中に媒体圧力によっ
て負荷される第２の比較的大きな受圧ピストン面とを有
しており、かつ早送り中は媒体バイパスがシリンダと平
行に接続され、そのさい制御弁が個個の作動形態を切換
え制御するようになっている。

このような作業シリンダは例えばピストン棒を有するた
だ１つのピストンを有することができる。

そのばあい次の３つの作動形態が可能である。

（１） ピストンが両側で媒体圧力により負荷される
。

これによって、ピストン棒の面積Ｆ１だけが有。

効となるので、ピストンは早送りでピストン棒方向へ運
動する。

力の伝達はわずかである。（２）ピストンがピストン棒
側で負荷軽減される。

このことにより全ピストン面積Ｆ２が有効となる。

ピストン面積とピストン棒面積との比によって大きな力
が生じる。

媒体の流量が変らなければピストンは相応に減速して運
動する。

（３）ピストン棒側のピストン面が媒体圧力により負荷
さヘ ピストン棒とは反対側のピストン面が負荷軽減さ
れる。

ピストンが戻る。有効面積はＦ２−Ｆｌである。

自明なように、値Ｆ□ｙ ｉ’２ｔ ｉ’２ｐ１のうち
２つの値だけが自由に選択されれば、第３の値も必然的
に決定される。

例えばＦ２とＦｌとの間に大きな差が望ましいばあい、
もどり行程はほぼ作業行程と同一の（わずかな）速度で
行なわれる。

このことは重大な欠点である。

この構成の別の著しい欠点は制御機構、要するに前記（
１） 、 （２）および（３）に記載した作動形態を切
換える切換制御弁を媒体の全ての流れが通らなければな
らないことである。

このことの意味するところは、早送り中に行なわれるピ
ストン面のバイパスを可能な限り絞らないようにするた
めには、前記制御弁の寸法を、ピストン棒側のシリンダ
室からピストン棒とは逆の側のシリンダ室への逆流に適
わせて設計しなければならないということである。

本発明の課題は、ピストン棒と結合されているピストン
と、早送り行程中にピストンをバイパスする媒体バイパ
スと、媒体制御用の制御弁とを有していて、前記ピスト
ンが、早送り行程中に媒体圧力によって負荷される第１
の比較的小さいピストン面と、作業行程中に媒体によっ
て負荷される第２の比較的大きな受圧ピストン面とを備
えた液力式または空気力式作業シリンダにおいて、制御
弁が、個個の作動形態のサイクル中に速度および圧力を
規定するピストン面積を自由に選択することができると
ともに、殊に全循環媒体の一部分流だけしか制御弁を通
さないで済むようにすることにある。

この課題を解決した本発明の要旨は、ピストンをバイパ
スするバイパス通路が早送り行程距離に相応してシリン
ダ壁に設けられており、ピストン棒にはピストンと隣合
う領域に、ピストンの作業行程距離に相応した長さの減
径部が設けられており、ピストンの前進方向の有効面が
同ピストンの後退方向の有効面に比して小さく、ピスト
ンの前進方向の有効面と補助ピストンの前進方向の有効
面との和が、ピストンの後退方向の有効面に比して大き
く、かつ、シリンダ室の、ピストン前進方向で後方に、
ピストン棒を密に貫通案内せしめる孔を介してシリンダ
室に接続された制御室が設けられており、シリンダ室内
に常時圧力媒体が前記制御弁を通さずに供給されており
、早送り行程開始時に制御室が制御弁のドレン側に接続
さへかつ補助ピストンのシリンダ室が制御弁の圧力側に
接続さへこれによってピストンが早送りでシリンダ室の
終端部へ移動し、ピストンが前記バイパス通路を過ぎる
とピストンのランドがシリンダ室の内壁に密着摺動し、
かつ前記減径部が、ピストン棒を密着貫通案内せしめて
いる前記孔のところに位置し、これによってシリンダ室
と制御室とが連通し、これによってシリンダ室が、ドレ
ンされて作業行程が導入さへかつ、戻り行程では、制御
弁の切換えの後制御室が制御弁の圧力側に接続され、補
助ピストンのシリンダ室力墳］脚弁のドレン側に接続さ
れる如く構成されておりかつ付加的にシリンダ室が逆止
弁を介してシリンダ室に、かつ、制御室が逆止弁を介し
てシリンダ室に接続されている点にある。

従来公知の作業シリンダでは早送り行程と作業行程との
間の切換え制御は単数もしくは複数の制御弁を操作する
ことにより行なわれる。

本発明の構成によれば早送り行程と作業行程との切換え
はピストン移動距離に関連して自動的に行なわれる。

なんとなれば、バイパス通路が早送り距離に相応してシ
リンダの内壁に設けられているからである。

この場合、シリンダ内面が早送り距離全体にわたりピス
トン直径より大きく転削されることによって前記バイパ
スが簡単に形成されていると有利であり、このようにす
ることによって、媒体が自由にピストンの周囲を流動す
ることができるとともに絞り損失がわずかとなり、かつ
シリンダが簡単な基本形状で形成できる。

しかもバイパスが間断なく、要するにピストンの全前進
行程ならびに全もどり行程の間、制御弁を介することな
く媒体の供給を受けるために、制御の必要がなくなる。

次に実験に基づいて、どのような面積が個個の作動形態
に有効であるかを分析する。

そのさいピストン棒方向を正と規定する。

早送り行程； ピストンの、ピストン棒とは逆の側では、補助ピストン
面、積Ｆ３だけ少ないピストン面積Ｆ２がバイパスを介
して加圧され、補助ピストン自体は制御弁を介して別途
に加圧される。

ピストン棒側ではピストン棒面積Ｆ１だけ減少したピス
トン面積がしかも同時にバイパスを介して加圧される。

従ってピストンには、 ＦＢ＝（Ｆ２ Ｆ３）＋（Ｆ３）−（Ｆ２ Ｆｌ）
＝Ｆ１’という、比例した力がピストン棒方向に作用す
る。

作業行程； ピストンがバイパスの終りを通過するやいなや、要する
にピストンがシリンダ内部の転削部のほぼ終りに達して
ピストンのランドがシリンダ室の内壁に密着摺動し、こ
れによって、ピストンの前後に位置するシリンダ室がピ
ストンにより相互にシールされるやいなや、自動的に作
業行程が導入される。

作業行程を実際に開始させるためには、シリンダ室がピ
ストン棒側で負荷軽減されなければならない。

この負荷軽減は従来の形式に基づき例えば補助弁を操作
することにより、または一層簡単にはピストン棒に設け
た別の制御スリットから媒体を浴出させることにより行
なわわ、ピストン棒はこの目的のために減径部を有する
ことができる。

ピストン棒には、ＦＡ＝（Ｆ２−Ｆ３）＋（Ｆ３）−Ｆ
２ という有効面積に比例した力が作用する。

戻り行程； 制御弁が切替えられ、その結果、ピストン棒側のシリン
ダ室が加圧さへ補助シリンダ室が負荷軽減される。

ピストン棒とは逆の側のシリンダ室は依然としてバイパ
スを介して加圧されている。

従ってもどり行程の圧力は、 Ｆｎ、＝ （Ｆ２−Ｆｌ）＋（’Ｆ２ Ｆａ）＝−
（Ｆ３−Ｆｔ）の式で表わされる。

３つの作動形態のそれぞれのための圧力は自由に選択可
能である。

なんとなれば、互いに独立に選択可能な３つの面を使用
しているからである。

ただし、補助ピストンはピストン棒に比して大きな面積
Ｆ３を有しなければならないという１つの制約がもどり
行程の式から生じる。

さもなければもどり行程は生じない。

本発明の有利な１実施例では、補助ピストンが環状ピス
トンとして形成されている。

このようにすれば以下にも示すように、ピストン棒およ
び補助ピストンの寸法は所望の著しい有効面積差にもか
かわらず、高い圧力のさいにも高い挫屈応力が生じない
ように選択される。

これまで述べたように、ピストン棒側のシリンダ室の負
荷軽減は作業行程導入と同時に行なわなければならない
。

しかるに、早戻り行程の終了と作業行程の開始とが別の
個所で制御されるために、ピストン棒側のシリンダ室が
完全に媒体回路から短時間遮断されることを避けること
ができない。

このことは、実際には圧力媒体が非圧縮性とみなされる
液力式シリンダにおいては明らかに許容されるべきでは
なく、空気力式シリンダにおいてすらピストンのシール
部材が著しく負荷されるため少なくとも不都合である。

このため本発明ではシリンダ室が簡単な逆土弁を介して
負荷軽減されている。

次に図示の実施例に基づき本発明を説明する。

第１ａ図乃至第１ｆ図で示す作業シリンダはシりンダ１
０とこれに装着されまたは一体に結合された補助シリン
ダ１２とを有している。

所属のピストン装置はピストン１４と、ピストン棒１６
と、ピストン１４に不動に結合されることができる補助
ピストン１８とを有している。

前記シリンダ１０は転削部２０を有しており、該転削部
によってピストン棒側のシリンダ室２２と、ピストン棒
とは逆の側のシリンダ室２４との間にバイパス通路が形
成される。

これによって媒体は実際に絞られることなく環状ギャッ
プ２５を通流することができる。

制御弁３０に一方では補助シリンダ室３２が、他方では
制御室３４が接続されており、該制御室３４は早送り行
程中にはピストン棒１６により媒体回路から遮断されて
いる（第１ａ図参照）。

転削部２０及びシリンダ室２２，２４は通路４０を介し
て、制御弁３０を介さずに間断なく媒体ポンプ（図示せ
ず）の加圧側に接続されている。

第１ａ図は制御弁３０が切換えられた直後のピストン位
置を示す。

ピストン１４はピストン棒１６および補助ピストン１８
と共に急速に左方へ運動しはじめ、そのさいシリンダ室
２２，２４内の圧力媒体はピストン１４の周囲を自由に
流動する。

媒体ポンプはシリンダ室内のピストン棒１６の体積の減
少に応じた圧力媒体量だけを供給すればよく、かつ制御
弁３０は相応して小さく設計できる。

ピストン１４はやがて転削部２０の存在しないシリンダ
区域内へ走入しシリンダ室２２．２４を互いにシールす
る。

これによって作業行程への移行が自動的に生じることに
なるが、作業行程を行なわせるためにシリンダ室２２は
負荷軽減されなければならない。

負荷軽減させるために本発明ではピストン棒１６が減径
部５０を有しており、かつピストン棒１６と前記減径部
５０との間の肩は、ピストン１４によるシリンダ室２２
．２４のシールの行なわれるピストン位置とできるだけ
同一のピストン位置で制御室３４内へ走入しなければな
らない。

しかしながらこの「同時性］が実際には正確に実現され
ないためにシリンダ室２２は固有の通路５２を有してお
り、この通路５２は逆止弁５４を介して導管４２に接続
されている。

逆止弁５４が必要とされる理由はピストンがさらにわず
かな距離を前進した後、制御室３４とシリンダ室２２と
が連通したさいに作業行程が開始されるからである（第
１ｃ図参照）。

減径部５０と制御室３４との代りに、シリンダ室２２を
制御弁３０の吸い込み側に接続させるために別の構成、
例えば、通路５２を戻し回路と接続させるピストン棒操
作すべり弁を選んでもよい。

このすべり弁はやはり、作業行程中に移動させられるわ
ずかな媒体量だけのために設計されていればよい。

図面では早送り行程が作業行程の長さに比して著しく長
く図示されているが、自明なようにこのことは必ずしも
必要とされるものではなく、たんに本発明の１実施例と
して図示されているに過ぎない。

第１ｄ図は制御弁３０を戻り行程へ切換えた直後の状態
を示す。

補助シリンダ室３２以外は制御室３４を含む全シリンダ
室が加圧されている。

早戻り行程は一定の速度で行なわれる。

シリンダ室２２への連通がピストン棒によって閉鎖され
る場合を考慮して制御室３４は別の逆止弁５６を介して
通路５２に接続されている。

この位置を第１ｅ図で示す。

戻り行程が進むにつれシリンダ室２２゜２４は再びバイ
パスを介して連通させられ、制御弁３０を介して制御室
３４とも接続される（第１ｆ図参照）。

第２図は本発明の別の実施例の作業シリンダを示す。

この作業シリンダは作業行程中に高圧力および高入力を
必要とするばあいに特に効果的である。

このような作業シリンダのばあい、ピストン棒は任意の
小さな横断面積を有することができず、むしろ挫屈応力
が生じることにより相応の制約された下限値を有してい
る。

それにもかかわらず早送り行程の急速な前進を可能なら
しめるためには圧力的には不必要な著しい媒体量が必要
とされる。

第２図に示す実施例はこの問題の解決を示している。

このばあい接続回路は第１ａ図乃至第１ｆ図と同−であ
り、第１ａ図乃至第１ｆ図に相応する各部分はその符号
の前に数字「１」を書き加えた符号で表わす。

補助シリンダ１１２は環状シリンダとして、補助ピスト
ン１１８は相応して環状ピストンとして形成されている
。

ピストン室１６０は有効内部面積Ｆ４を有していて孔１
６２を介してポンプのタンクと接続されている。

従ってピストンに作用する力に比例するそのつと有効な
面積に対して次の式があてはまる。

早送り行程； ＦＥ＝（Ｆ２ Ｆｇ） ＋（”ｓ ”４） （Ｆ２
Ｆｔ）＝Ｆ１−Ｆ。

作業行程； ＦＡ＝（Ｆ２− Ｆ３）＋（Ｆ３− Ｆ４）＝Ｆ２−
Ｆ４戻り行程； ｐＲ＝−（Ｆ２−Ｆｌ ）＋ｃＦ２−Ｆａ）＝−０；’
３−ｐ１）自明のようにピストン棒は最大発生圧に適わ
せて設計されており、それにもかかわらず早送り行程お
よび戻り行程中の圧力関係を補助ピストン１１８の内径
および外径の適当な寸法によって所望の低値におさえる
ことができる。

ピストン室１６０は孔１６２を介してポンプのタンクに
必ずしも接続される必要はなく、種種異なる面積関係を
生じさせるように制御弁に接続されてもよく、あるいは
また固有の圧力源に接続されることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図、第１ｂ図、第１ｃ図、第１ｄ図、第１ｅ図、
第１ｆ図は本発明の第１実施例を時間の経過を追って示
し、そのさい加圧されている接続導管をハツチングで示
す概略的縦断面図および第２図は有利な第２実施例を示
す部分的縦断面図である。 １０・・・・・・シリンダ、１２・・・・・・補助シリ
ンダ、１４・・・・・・ピストン、１６・・・・・・ピ
ストン棒、１８・・・・・・補助ピストン、２０・・・
・・・転削部（バイパス）、２２ 、２４・・・・・・
シリンダ室、２５・・・・・・環状ギャップ（バイパス
）、３０・・・・・・制御弁、３２・・・・・・補助シ
リンダ室、３４・・・・・・制御室、５０・・・・・・
減径部、１６０・・・・・・ピストン室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液力式または空気力式作業シリンダであって、ピス
   トン棒に結合されていて作業行程中に負荷されるピスト
   ン面を備えたピストンと、早送り行程中にこのピストン
   をバイパスするバイパス通路ト、ピストンに結合されピ
   ストンに比して小さなピストン面を有し早送り行程中に
   媒体によって負荷される補助ピストンと、媒体制御のた
   めの制御弁とを有する形式のものにおいて、ピストンを
   バイパスするバイパス通路が早送り行程距離に相応して
   シリンダ壁に設けられており、ピストン棒１６にはピス
   トン１４，１１４と隣合う領域に、ピストン１４，１１
   ４の作業行程距離に相応した長さの減径部５０が設けら
   れており、ピストン１４，１１４の前進方向の有効面が
   同ピストンの後退方向の有効面に比して小さく、ピスト
   ン１４，１１４の前進方向の有効面と補助ピストンの前
   進方向の有効面との和が、ピストンの後退方向の有効面
   に比して大きく、かつ、シリンダ室２２．２４の、ピス
   トン前進方向で後方に、ピストン棒１６を密に貫通案内
   せしめる孔を介してシリンダ室２２ 、２４に接続され
   た制御室３４が設けられており、シリンダ室２２内に常
   時圧力媒体が前記制御弁を通さずに供給されており、早
   送り行程開始時に制御室３４が制御弁３０のドレン側に
   接続され、かつ補助ピストン１８のシリンダ室３２が制
   御弁３０の圧力側に接続され、これによってピストン１
   ４゜１１４が早送りでシリンダ室２２の終端部へ移動し
   、ピストン１４，１１４が前記バイパス通路を過ぎると
   ピストン１４，１１４のランドがシリンダ室２２の内壁
   に密着摺動し、かつ前記減径部が、ピストン棒を密着貫
   通案内せしめている前記孔のところに位置し、これによ
   ってシリンダ室２２と制御室３４とが連通し、これによ
   ってシリンダ室２２がドレンされて作業行程が導入され
   、かつ、戻り行程では、制御弁３０が切換えの後制御室
   ３４が制御弁３０の圧力側に接続さへ補助ピストン１８
   のシリンダ室３２が制御弁３０のドレン側に接続される
   如く構成されており、かつ付加的にシリンダ室２２が逆
   止弁５４を介してシリンダ室２４に、かつ、制御室３４
   が逆止弁５６を介してシリンダ室２２に接続されている
   ことを特徴とする液力式または空気力式作業シリンダ。