JPS591883B2 - 振動発生用流体圧シリンダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明＆人振動発生用流体圧シリンダに関するものであ
る。

〔従来技術〕

従来のこの種シリンダとしては、実願昭４８−８５０８
２号（実開昭５０−３１５８５号公報参照）に記載のも
のがあり、これは回転弁によって圧力流体の給排を行な
い、これによりピストンを往復運動させるというもので
あった。

回転弁によって圧力流体の給排を行なってピストンを作
動させるという点において、本発明とその思想は一致す
るが、上記の出願に係るものは、ピストンがばねによっ
て常時給油開口側へ付勢されていることによりピストン
の定位性を保っているものであるから、高い振動数で大
きな出力を得るには適さず、しかもピストンに大きな外
力が加わったとき、あるいは給油圧が大きく変動したと
きにはばねが機能しなくなり定位性を保つことができな
くなるおそれがあるのみならず、ばねが機能しなくなっ
たときにピストンがストロークエンドにずれてゆき、最
後にはストロークエンドに達つしてしまって振動を停止
するというおそれさえあった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記事情に鑑みて発明されたものであり、応
答性が良く、高振動高出力を得ることができ、しかも簡
単で頑丈で現場作業に向いた振動発生用流体圧シリンダ
を提供することを目的とするものである。

〔発明の構成〕

上記目的を達成するため、本発明は、圧力流体の供給口
と排出口とを有するシリンダ本体内にピストンが嵌め込
まれ、このピストンの一端側の小径ロッドはシリンダ本
体の外部へ突出され、ピストンの他端側の大径ロッドた
るラム部すなわち弁ステータはシリンダ本体内に形成し
たラム軸受部に滑動自在に嵌め込まれ、この弁ステータ
に中空の内室が形成されてこの内室内に弁ロータが回転
自在に嵌め込まれ、この弁ロータの軸はシリンダ本体の
外部へ突出されて駆動源に接続され、シリンダ本体内に
収容された前記ピストンの大受圧面側が第１流体室に、
小受圧面側が第２流体室にそれぞれ形成され、前記ロー
タの外周上に２列かつ相互の列において互い違いの位置
に形成した複数の切欠溝から室内に直通するロータポー
ト及び流体溝に連通ずるロータポートが形成され、前記
弁ステータのこれらロータポートの各列に交互に連通ず
る位置に開口ポートが形成されるとともに、この開口ポ
ートと前記第１流体室とを連通させる流路が弁ステータ
に形成され、前記ラム軸受部に前記第２流体室と供給口
とを連通させる流路が形成され、前記弁ステータに流体
溝を介してロータポートへ供給口から流路を通って高圧
流体を供給するための流体溝・流路が形成され、前記排
出口へ流路を介して流体を排出するために弁ロータとシ
リンダ本体の側壁との間に内室が形成されるとともに、
弁ロータに室内と内室とを連通ずる流路が形成された構
成としたものである。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の好適な実施例について図面を参照しなが
ら詳述する。

図示する本発明実施例の主な構成部分として、シリンダ
本体１、ピストン２、ラム軸受部３、弁ステータ４（ラ
ム部２２′ ）、弁ロータ５がある。

前記シリンダ本体１内にピストン２が軸方向に滑動自在
に嵌め込まれ、このピストン２の一端は１駆動端の役目
をするピストンロッド２１に形成され、このピストンロ
ッド２１は軸受部１１で支承され、シリンダ本体１の外
部へ突出されている。

シリンダ本体１内は、ピストン２によりロッド２１側の
第１流体室１２と反対側の第２流体室１３とに画成され
、ピストン２の第１流体室１２側の受圧面積（大受圧面
）２２の方が第２流体室１３の受圧面積（小受圧面）２
３より大きく（略２倍相度）形成されている。

また、シリンダ本体１に圧力流体の供給口３１と排出口
３２とが形成されている。

前記ラム軸受部３は、シリンダ本体１内に形成され、給
排口３１・３２と後述する弁ステータ４や弁ロータ５及
び第２流体室１３とを連通させる流路３３・３４が、こ
のラム軸受部３に形成されている。

まだ、シリンダ本体１の側壁３ａに形成された軸受３６
に、後述する弁ロータ５の軸５１が支承されている。

前記弁ステータ４は、ピストン２の他端のラム部２２′
に形成され、すなわちラム部２２′が弁ステータ４を構
成している。

この弁ステータ４に内室５２・５３から成る中空部が形
成され、これら内室５２・５３（中空部）の形状は後述
する弁ロータ５と同一形状に形成され、ここに弁ロータ
５が回転自在に嵌合される。

また、弁ステータ４には、前記供給口３１と流路３３と
に通ずる流路４１、内室５２・５７（後述する）と連通
する流路４２〜４４、弁ロータ５の後述するロータポー
ト５４・５５と同一幅を有する開口ポート４５、この開
口ポート４５と第１流体室１２とを連通させる流路４６
がそれぞれ形成されている。

また、弁ステータ４の前記流路３３に対応する個所の外
周に流体溝４γが形成されている。

前記弁ロータ５は、その軸５１がモータ等の１駆動源Ｍ
の軸とカップリング７により連結され、弁ロータ５が回
転されるようになっている。

前記弁ステータ４内に回転自在に嵌合された弁ロータ５
の構造は、第２図及び第３図に示すように外周上にその
周方向に沿って２列に形成し、かつ相互の列において互
い違いの位置に形成した複数個の切欠きからロータポー
ト５４・５５が形成されている。

より具体的には、軸５１に、円周に切欠きを複数個等ピ
ツチに形成した平歯車のごとき円板１１・γ２と、切欠
きを有しないシール用円板７３及び流体溝γ４用の小径
部と、シール用の大径部γ５の２段の径を有する円板γ
６とを嵌め込み、ナツト１７にて固定したものである。

弁ロータ５の先端部５６は、内室５２に嵌合される。

図中符号５γは、弁ロータ５とシリンダ本体１の側壁３
ａとの間に形成された内室であり、この内室５７と前記
流路３５と排出口３２及び他方の列のロータポート５４
及び弁ステータ４内の流路４２〜４４とが連通されてい
る。

の弁ロータ５の軸５１はシリンダ本体１の外部へ〔発明
の作用〕 次に、上述した実施例に基づき本発明の作用について説
明する。

供給口３１と排出口３２に外部の流体圧源（図示せず）
から高圧流体および排出流体の配管をすれば、ロータポ
ート５５が供給側、ロータポート５４が戻り側の圧力と
なり、同時にピストン２０図面上左側の第２流体室１３
に流路３３と３４とを介して供給流体圧がかかる。

すなわち、ピストン２の小さい受圧面２３に常に供給流
体圧がかかつている。

そして弁ロータ５を１駆動源Ｍにより回転させると、開
口ポー）４５（ロータポート５４５５に対向する位置に
形成されている）がロータポート５４と５５とに交互に
連通し、ロータポート５４と連通ずるときは、供給流体
か流路３３・４１→流体溝７４→ロータポート５５でス
トップし、反対に排出口３２は流路３５→内室５７→ロ
ータポート５４→開ロポート４５→流路４６を通って第
１流体室１２と連通さね、この結果常に供給流体圧がか
かった第２流体室１３の流体圧が第１流体室１２のそれ
よりも高くなってピストン２を第１図中布手方向へ移動
させる。

開口ポート４５がロータポート５５と連通ずるときには
、供給流体が流路３３・４１→流体溝７４→ロータポー
ト５５→開ロポート４５→流路４６を通って第１流体室
１２と連通され、その結果第１・第２流体室１２−１３
とも圧力がかかった状態となる。

そして、この状態でピストン２の受圧面（大受圧面）２
２（小受圧面）が受圧面２３よりも面積が大きいので第
１流体室１２内の圧力と大面積の大受圧面２２の積にな
る力が、第２流体室１３内の圧力と小面積の小受圧面２
３の積になる力に時ってピストン２を第１図中圧手方向
へ移動させる。

このように、弁ロータ５が回転することにより第１流体
室１２は、弁ステータ４の開口ポート４５とロータポー
ト５４・５５とにより供給口３１と排出口３２とに交互
に連通し、室内の圧力を変化させ、ピストン２を振動さ
せる。

ピストン２の振動数は、弁ロータ５の回転数をＮとし、
ロータポート１条分の数をｎ個とすれば、Ｎｘｎで与え
られる。

例えば、弁ロータ５の回転数を１５００ｒｐｍ とし
、ロータポート数（切欠き数）を２０個とすれば、１５
００ ｒｐｍ Ｘ ２０ ＝ ３００００ｃｐｍ
＝ ５００ Ｈｚの機械振動数となる。

第４図は弁ロータ５の外形部を展開して描いた説明図で
あり、Ｘ、ｙの矢印はそれぞれ弁ロータ５の軸方向およ
び円周方向を示す。

図の右側の（Ｐ）の記号で示した斜線部はロータポート
５５を含めて圧力流体供給側を示し、図の左側の（Ｒ）
の記号で示した斜線部はロータポート５４を含めて排出
流体戻り側を示す。

弁ステータ４側の開口ポート４５が図のごとくロータポ
ート５５と重合しているときは、この重合部分である開
口部３００より第１流体室１２が高圧流体を受はピスト
ン２を弁ロータ５側へ導く。

また、弁ロータ５がｙ方向（円周方向）に移動し、ロー
タポート５５と開口ポート４５の関係位置が４５′のと
きには、開口部は、３００′の重合部であり、第１流体
室１２内の制御流体は、開口部３００′を経て排出され
る。

第１図でモータＭを起動し、弁ロータ５を回転させると
弁ロータ５は弁ステータ４の中で回転し、第４図で言
えば弁ロータ５がｙ方向への移動をつづけるので、ロー
タポート５４・５５と静止している開口ポート４５との
重合部である開口部３００は交互に口、−タポート５４
・５５側となり（その面積は変化し、その時間的変化は
例えば第５図の実線のごとき波形となる）、第１流体室
１２内は交互に高・低圧となり、ピストン２は機械振動
を起す。

ピストン２の定位性について第６図を参照して説明する
と、開口ポート４５を４５・４５′ ・４５“０３つの
位置で示しであるが、開口ポート位置４５は弁ロータ５
の軸方向Ｘの中立位置にあり、このときはピストン２が
中立位置にある。

ピストン２が第１図にて右方寸たは左方に偏寄すれば、
それと一体の開口ポート４５も弁ロータ５の中立位置よ
り偏寄し、第６図の４５′または４５“の位置となる。

開口ポートが中立位置にて弁ロータ５をｙ方向に移動（
回転）させたとき、開口部３００の開口面積の時間的変
化はすでに述べた通り、第５図の実線のごとくであり供
給側、戻り側の開口面積ともに同一になり、ピストン２
への時間的平均圧力は中立の値となる。

ピストン２が右方または左方に偏寄したときの開口部３
００′ ・３００″の開口面積の時間的変化は第５図の
一点鎖線または点線のごとき非対称な三角波状（または
台形波状）となり、第１流体室１２に導かれる制御圧力
の時間平均値は前者の場合は高圧側の圧力となり、後者
の場合は低圧側の圧力となる。

従って、ピストン２が右方に偏寄すれば第１流体室１２
より前記の高圧側の圧力を受はピストン２は左方へもど
され、左方へ偏寄したときは反対に低圧を受は第２流体
室１３の供給圧力により右方にもどされ、ピストン２は
中立位置を保ちなから機械振動をする。

なお、ラム軸受部３の形成された側のシリンダ本体１と
弁ステータ４及び弁ロータ５が１つの制御弁機構３４５
を構成し、ピストン２の変位はこの制御弁機構３４５ヘ
フイードバツクされることによりピストン２が定位性を
保っている。

なおまた、弁ロータ５のロータポート５４・５５の形状
は、第１図では平歯車と同様に平行な切欠溝としたが、
第１図に示す弁ロータ５の展開図の如くロータポート５
４・５５の形状を台形又は三角形としても良い。

この場合は、弁ステータ４側の開口ポート４５のＸ方向
への偏寄に対する開口部３００（３００’ ・３００
’）の面積変化が大きくなるので、本発明の装置の中立
位置の分解能および中立保持精度を向上することができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、弁ステータ４を
ピストン２と一体構造にしたことにより、シリンダ本体
１内の圧力流体の脈動圧の不平衡やピストンロッド２１
に働く外力等によりピストン２がシリンダのストローク
エンドにずれてゆき、最終的にストロークエンドに達し
てしまって振動を停止するというような不都合は生じな
い。

すなわち、ピストン変位はラム軸受部３・弁ステータ４
・弁ロータ５ヘフイードバツクして定位性を持たせられ
ているので、ピストン振動が停止するという心配がない
ばかりか、ばねにより定位性を持たせたものに比べ、ピ
ストンロッド２１に大きな外力が加わっても支障がなく
、かつ高い振動数で高い出力を容易に得ることができる
。

特に、本発明では、振動数は弁ロータ５の回転数×弁ロ
ータ５の１条分のポート数であるため、きわめて容易に
高い値とすることが可能である。

さらに、本発明によれば、圧力流体を制御する弁機構が
、ばわ等のごとき流体制御とは無関係な部材を付加する
必要がなく、ピストン２の定位性を保つ機能も兼備する
ので、構造も簡便かつ頑丈となり、製造も容易で、使用
時の扱いに何ら煩瑣なことはなく、かつ信頼性が高いの
で、特に振動加工等の現場作業用に用いた場合その効果
が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は縦断面図、第２図および第３図は第１図の弁ロ
ータの具体的構造説明図、第４図は第１図の弁ロータの
展開説明図、第５図は制御弁機構の特性説明用のグラフ
、第６図は第１図の弁ロータの展開図であり、ピストン
定位性説明用の補助図、第１図は弁ロータのロータポー
トの形状の変形例を示す展開図である。 １・・・・・・シリンダ本体、２・・・・・・ピストン
、３・・・・・・ラム軸受部、４・・・・・・弁ステー
タ（２２’ ・・・・・ラム部）、５・・・・・弁ロ
ータ、１２・・・・・・第１流体室、１３・・・・・・
第２流体室、２１・・・・・・ピストンロッド、２２・
・・・・・人受圧面、２３・・・・・・小受圧面、３１
・・・・・・供給口、３２・・・・・・排出［１，３３
〜３５・・・・・流路、４１〜４４・・・・・・流路、
４５・・・・・・開口ボート、４６・・・・・・流路、
４７・・・・・流体溝、５２・５３・５１・・・・・内
室、５４・５５・・・・・・ロータポート、７４・・・
・・・流体溝、３４５・・・・・・制御弁機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧力流体の供給口３１と排出口３２とを有するシリ
   ンダ本体１内にピストン２が嵌め込まれ、このピストン
   ２の一端側の小径ロッド２１はシリンダ本体１の外部へ
   突出され、ピストン２の他端側の太径ロッドたるラム部
   ２２′すなわち弁ステータ４はシリンダ本体１内に形成
   したラム軸受部３に滑動自在に嵌め込まれ、 この弁ステータ４に中空の内室５２・５３が形成されて
   この内室５２・５３内に弁ロータ５が回転自在に嵌め込
   まれ、 この弁ロータ５の軸５１はシリンダ本体１の外部へ突出
   されて駆動源Ｍに接続され、 シリンダ本体１内に収容された前記ピストン２０大受圧
   面２２側が第１流体室１２に、小受圧面２３側が第２流
   体室１３にそれぞれ形成され、前記ロータ５の外周上に
   ２列かつ相互の列において互い違いの位置に形成した複
   数の切欠溝から室内５７に直通するロータポート５４及
   び流体溝７４に連通ずるロータポート５５が形成さへ前
   記弁ステータ４のこれらロータポート５４・５５の各列
   に交互に連通ずる位置に開口ポート４５が形成されると
   ともに、この開口ポート４５と前記第１流体室１２とを
   連通させる流路４６が弁ステータ４に形成され、 前記ラム軸受部３に前記第２流体室１３と供給口３１と
   を連通させる流路３３・・３４が形成され、前記弁ステ
   ータ４に流体溝７４を介してロータポート５５へ供給口
   ３１から流路３３を通って高圧流体を供給するだめの流
   体溝４７・流路４１が形成され、 前記排出口３２へ流路３５を介して流体を排出するため
   に弁ロータ５とシリンダ本体１の側壁３ａとの間に内室
   ５１が形成されるとともに、弁ロータ４に内室５１と内
   室５２・５３とを連通する流路４２・４３・４４が形成
   されたことを特徴とする振動発生用流体圧シリンダ。