JPS645121Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本案は往復駆動装置の改良に関するものであ
る。

従来の往復駆動装置を第１図により説明する
と、１が複動式シリンダ、２ａ，２ｂが同シリン
ダ１のカバー、４がピストン軸、３ａ，３ｂが同
ピストン軸４を摺動自在に支持する支持部材、５
が上記ピストン軸４の右端に設けた被駆動体（図
示せず）への結合部、６がピストン、１６が電磁
石で、同電磁石１６を励磁すると、吸着片１４と
ブレーキシユー１３とがバネ１５に抗し下降し
て、ピストン軸４が固定されるようになつてい
る。また１７ａ，１７ｂが前記カバー２ａ，２ｂ
に設けた空気供給口、１８が圧力空気を一定量貯
える定容量空気溜、１９ａが同空気溜１８と上記
空気供給口１７ａとの間の空気通路に設けた電磁
弁（第１の開閉弁）、１９ｂが同空気溜１８と上
記空気供給口１７ｂとの間の空気通路に設けた電
磁弁（第１の開閉弁）、２０ａ，２０ｂが前記カ
バー２ａ，２ｂに設けた空気排出口、２１ａ，２
１ｂが空気排出口２０ａ，２０ｂに連通した排気
管、２２ａ，２２ｂが同排出管２１ａ，２１ｂに
設けた電磁弁（第２の開閉弁）、２３ａ，２３ｂ
が同排出管２１ａ，２１ｂに設けたリリーフ弁、
２５が空気圧縮機、２４が同空気圧縮機２５を駆
動する電動機、２６が同空気圧縮機２５と前記定
容量空気溜１８との間の空気通路に設けた電磁弁
で、前記電磁弁１９ａ，１９ｂ，２２ａ，２２
ｂ，２６と前記電磁石１６とは一つの運転パター
ンに従つて制御されるようになつている。

次に前記高速空気シリンダの作用を説明する。
電磁弁１９ａ，１９ｂ，２２ａ，２２ｂが閉じて
いるときに、電磁弁２６を開いて圧力空気を空気
圧縮機２５から定容量空気溜１８へ充填する。同
電磁弁２６は定容量空気溜１８内が所定の圧力に
なると閉じる。次いで電磁石１６を消磁してピス
トン軸４を解放する。このときピストン６がカバ
ー２ａ側に接していてピストン６とピストン軸４
とが右方へ移動させられる場合には、電磁弁１９
ａを速やかに開く。そうすると定容量空気溜１８
内の圧力空気が空気供給口１７ａを介し圧力室Ｒ
へ送られてそこに充満される。上記電磁弁１９ａ
の口径は大きく、定容量空気溜１８内の圧力と圧
力室Ｒ内の圧力とが短時間で等しくなる。同圧力
室Ｒの圧力はピストン６に作用してピストン６と
ピストン軸４とが右方へ移動し始めるが、そうす
ると圧力室Ｒ内では圧力が低下するし、圧力室Ｓ
内では密閉された空気が圧縮されて圧力が上昇し
始め、遂には互の圧力が等しくなる。それまでピ
ストン６とピストン軸４とは加速されるが、それ
からは圧力室Ｓ内の圧力の方が圧力室Ｒ内の圧力
よりも高くなり、ピストン６とピストン軸４と同
ピストン軸４の先端（結合部５）に取付けた被駆
動体との慣性によるエネルギーが圧力室Ｓの圧縮
仕事で吸収されるようになつて、ピストン６とピ
ストン軸４と被駆動体とが減速し始める。またピ
ストン６がストロークエンドに近づいて圧力室Ｓ
内の圧力がさらに高まると、ピストン６とピスト
ン軸４とがさらに減速する。このときリリーフ弁
２３ｂが開いて圧力室Ｓ内の圧力がそれ以上高く
ならないように保持される。この間にピストン６
とピストン軸４とはストロークエンドに達して停
止する。次いで電磁石１６を励磁し、吸着片１４
とブレーキシユー１３とをバネ１５に抗し下降し
て、ピストン軸４を固定する。次いで電磁弁２２
ａ，２２ｂを開くとともに電磁弁１９ａを閉じて
圧力室Ｒ，Ｓ内の残留空気を排出し、次いで電磁
弁２２ａ，２２ｂを閉じ、次いで電磁弁２６を開
き、圧力空気を空気圧縮機２５から定容量空気溜
１８へ充填して、次の作動、即ち、ピストン６と
ピストン軸４との左方への移動に備える。

前記圧力室Ｒ，Ｓの圧力と前記ピストン６の移
動量との関係を第２図に一点鎖線により示した。
電磁弁１９ａを開くと、圧力室Ｒの圧力が立つ
て、４Kg／cm²になる。ピストン６はこの圧力によ
り右方へ移動して、圧力室Ｒの圧力がａ点からｂ
点へ下降する。一方、圧力室Ｓの圧力はピストン
６の移動につれて高まり、ｃ点からｄ点へ上昇す
る。またｄ点からはリリーフ弁２３ｂが作動し、
圧力一定の状態でｅ点に移行する。またｂ点及び
ｅ点では電磁弁２２ａ，２２ｂが開いて、圧力室
Ｒ，Ｓ内の圧力がｆ点まで下降する。ピストン６
に作用する圧力は、ｇ点までは圧力室Ｒの方が高
く、ピストン６は加速されるが、ｇ点を過ぎると
逆転し、圧力室Ｓの方が高くなつて、ピストン６
が減速される。また空気溜１８の容量・圧力及び
リリーフ弁２３ｂの設定圧力を調整することによ
り、ａ，ｂ，ｆ，ｃ，ａで囲まれた面積（駆動エ
ネルギー）とｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｃで囲まれた面積
（ブレーキエネルギー）とを等しくすることか可
能である。このように駆動エネルギーとブレーキ
エネルギーとが等しくなれば、ピストン軸４はｂ
またはｅ点で停止する。また鎖錠装置１０は、ピ
ストン軸４が上記のように停止してから固定す
る。そのため鎖錠装置１０（ブレーキシユー１
３）は摺動を受けず、摩耗しない。なお摩耗や空
気漏れによる駆動力及びブレーキ力の過不足は、
定容量空気溜１８の設定圧力及びリリーフ弁２３
ａ，２３ｂの設定圧力を変えることにより調整で
きる。またピストンリング７や支持部材３ａ，３
ｂ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。またこれらとシリンダ１またはピ
ストン軸４との間には多少の隙間があり、空気が
漏れるが、その量は定容量空気溜１８から送られ
る空気量に比べると無視できるくらい少い。

このように第１図に示す従来の往復駆動装置で
は、作動完了時、駆動側の圧力室Ｒの圧力はブレ
ーキ側の圧力室Ｓの圧力に比較して低いが、その
排気体積が大きいため、圧力室Ｒの圧力を大気圧
にするのに時間がかかり、往動作、復動作それぞ
れの動作時間を短かくできても、往動作から復動
作への切換時間を短かくすることができないとい
う問題があつた。

本案は前記の問題点に対処するもので、円筒シ
リンダと、同円筒シリンダ内に摺動自在に嵌挿し
たピストンと、前記シリンダの両端部にそれぞれ
取付けた蓋と、前記ピストンから前記シリンダの
軸方向に延びて前記蓋の少なくとも一方を摺動自
在に貫通したピストンロツドと、前記ピストンの
両側に形成した各圧力室のそれぞれに第１の開閉
弁を介して各別に連通した定容量空気溜と、前記
各圧力室のそれぞれに各別に連絡した逃し弁及び
第２の開閉弁とを有し、前記円筒シリンダのうち
前記ピストンのストロークの中央点に対応した位
置に排気孔を貫設したことを特徴とする往復駆動
装置に係り、その目的とする処は、往動作から復
動作への切換時間を短かくすることができる。ま
た全駆動エネルギーに占める有効エネルギーの割
合及び全ブレーキエネルギーに占める有効エネル
ギーの割合を向上できる改良された往復駆動装置
を供する点にある。

次に本案の往復駆動装置を第３図に示す一実施
例により説明すると、１が複動式シリンダ、２
ａ，２ｂが同シリンダ１のカバー、４がピストン
軸、５が上記ピストン軸４の右端に設けた被駆動
体（図示せず）への結合部、６がピストン、７
ａ，７ｂが同ピストン６の外周に設けた複数の環
状溝に嵌挿した複数のピストンリング、８が星形
座金、９が上記ピストン６を上記ピストン軸４に
固定するための丸ナツト、１０が前記カバー２ａ
に取付けた鎖錠装置で、同鎖錠装置１０が、前記
ピストン軸４を摺動自在に支持する支持部材１
１，１２と、環状のブレーキシユー１３と、同ブ
レーキシユー１３に取付けた吸着片１４と、同ブ
レーキシユー１３を常時実線位置まで押上げてピ
ストン軸４に接触させないようにするバネ１５
と、電磁石１６とにより構成され、電磁石１６を
励磁すると、吸着片１４とブレーキシユー１３と
がバネ１５に抗し下降して、ピストン軸４が固定
されるようになつている。また１７ａ，１７ｂが
前記カバー２ａ，２ｂに設けた空気供給口、１８
ａ，１８ｂが圧力空気を一定量貯える定容量空気
溜、１９ａが前記空気溜１８ａと上記空気供給口
１７ａとの間の空気通路に設けた電磁弁（第１の
開閉弁）、１９ｂが同空気溜１８ｂと上記空気供
給口１７ｂとの間の空気通路に設けた電磁弁（第
１の開閉弁）、２０ａ，２０ｂが前記カバー２ａ，
２ｂに設けた空気排出口、２１ａ，２１ｂが同空
気排出口２０ａ，２０ｂに連通した排気管、２２
ａ，２２ｂが同排出管２１ａ，２１ｂに設けた電
磁弁（第２の開閉弁）、２３ａ，２３ｂが同排出
管２１ａ，２１ｂに設けたリリーフ弁、２５が空
気圧縮機、２４が同空気圧縮機２５を駆動する電
動機、２６ａ，２６ｂが同空気圧縮機２５と前記
定容量空気溜１８ａ，１８ｂとの間の空気通路に
設けた電磁弁である。なお上記のように電磁弁２
６−空気溜１８−電磁弁１９の系統を２系統にし
たのは、ピストン軸４が片側だけしか貫通してい
なくて、シリンダ１の圧力室Ｒ，Ｓに容量差があ
るためである。従つてピストン軸４が第１図のよ
うに両側を貫通している場合には２系統を必要と
しない。また５０がピストン支持摺動部材、５１
がピストン貫通部シール部材、５２が大径の排気
孔、５３が小径の排気孔で、同排気孔のいづれか
がシリンダ１のほぼ中央に設けられている。即
ち、往動作スタート時にはピストン６よりも右側
に位置するように、往動作完了時にはピストン６
よりも左側に位置するように、シリンダ１に設け
られている。

次に前記往復駆動装置の作用を説明する。電磁
弁１９ａが開いて、ピストン６が移動を開始する
と、駆動側圧力室Ｒの圧力が第２図のa′からb′へ
降下する。b′点ではピストン６が排気孔５２（ま
たは５３）の位置を通過するので、駆動側圧力室
Ｒが外部と連通して、同圧力室Ｒの圧力が急速に
大気圧となる。一方、ブレーキ側圧力室Ｓの圧力
は、排気孔５２がピストン６により閉じられて
（第２図のc′点参照）圧縮が始まると上昇し始め、
d′点でリリーフ圧と等しくなる。

従来は作動完了時に排気体積の大きい駆動側圧
力室Ｒを大気に解放していため、同圧力室Ｒを大
気圧にするのに時間がかかつていたが、本案の往
復駆動装置では、上記のようにピストン６の移動
中に駆動側圧力室Ｒを大気に解放し始める。従つ
て排気孔５２の開口面積を充分に大きくしておけ
ば、作動完了時に駆動側圧力室Ｒを大気圧にする
時間を必要とせず、ブレーキ側圧力室Ｓの圧力を
大気圧にする時間だけを考慮すればよい。その場
合、ブレーキ側圧力室Ｓの体積は極めて小さく
て、大気圧にするのに多くの時間を必要としな
い。従つて本案では往動作から復動作への切換時
間を短かくすることができる効果がある。

ここで、全駆動エネルギー及びその有効エネル
ギーは、次のようにして求めることができる。

全駆動 エネルギー＝∫^l _p（P_R−P_O）×Ａ×dx 同上有効 エネルギー＝∫^l _p（P_R−P_S）×〔δ〕×Ａ×dx ここで、 P_R：駆動側圧力室の圧力 P_O：大気圧 P_S：ブレーキ側圧力室の圧力 Ａ：シリンダ面積（ピストンロツドが両側の蓋を
貫通して、A_R＝A_B考えた場合のシリンダ面積） A_R：駆動側圧力室の面積 A_B：ブレーキ側圧力室の面積 〔δ〕：ステツプ関数で、 P_R≧P_S 〔δ〕＝１ P_R＜P_S 〔δ〕＝０ ｌ：ピストンのストローク また全ブレーキエネルギー及びその有効エネル
ギーは、次のようにして求めることができる。

全ブレーキ エネルギー＝∫^l _p（P_S−P_O）×Ａ×dx 同上有効 エネルギー ＝∫^l _p（P_S−P_R）×〔δ′〕×Ａ×dx ここで、〔δ′〕：ステツプ関数で、 P_S≧P_R 〔δ′〕＝１ P_S＜P_R 〔δ′〕＝０ 以上により、全駆動エネルギーに占める有効エ
ネルギーの割合及び全ブレーキエネルギーに占め
る有効エネルギーの割合は第２図から次のように
なる。

（） 従来の有効駆動エネルギー割合＝ａ，ｇ，ｃ，
ａで囲まれた面積／ａ，ｇ，ｂ，ｆ，ｃ，ａで囲まれた
面積 本案の有効駆動エネルギー割合＝a′，g′，c′c，
a′で囲まれた面積／a′，g′，b′，h′，ｃ，a′で囲
まれた面積 （） 従来の有効ブレーキエネルギー割合＝ｇ，
ｄ，ｅ，ｂ，ｇで囲まれた面積／ｃ，ｇ，ｄ，ｅ，ｆ，
ｃで囲まれた面積 本案の有効ブレーキエネルギー割合＝g′，d′，ｅ
，ｆ，h′，b′，g′で囲まれた面積／c′，g′，d′，
ｅ，ｆ，h′，c′で囲まれた面積 以上から明らかなように本案の方が従来のもの
よりも全駆動エネルギーに占める有効エネルギー
の割合及び全ブレーキエネルギーに占める有効エ
ネルギーの割合が大巾に向上されている。

なお排気孔５２の径はピストンリング７ａ，７
ｂの巾に対して小さい方がピストンリング７ａ，
７ｂの耐久性を向上できる。５３はその例で、複
数設けられている。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の往復駆動装置を示す縦断側面
図、第２図は各圧力室とピストンの移動量との関
係を従来のものと本案のものとについて示す説明
図、第３図は本案に係る往復駆動装置の一実施例
を示す縦断側面図である。 １……円筒シリンダ、２ａ，２ｂ……蓋、４…
…ピストンロツド、６……ピストン、１８……加
圧空気供給源、１９ａ，１９ｂ……開閉弁、２２
ａ，２２ｂ……排出弁、２３ａ，２３ｂ……逃し
弁、５２，５３……排気孔、Ｒ，Ｓ……圧力室。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 円筒シリンダと、同円筒シリンダ内に摺動自在
   に嵌挿したピストンと、前記シリンダの両端部に
   それぞれ取付けた蓋と、前記ピストンから前記シ
   リンダの軸方向に延びて前記蓋の少なくとも一方
   を摺動自在に貫通したピストンロツドと、前記ピ
   ストンの両側に形成した各圧力室のそれぞれに第
   １の開閉弁を介して各別に連通した定容量空気溜
   と、前記各圧力室のそれぞれに各別に連絡した逃
   し弁及び第２の開閉弁とを有し、前記円筒シリン
   ダのうち前記ピストンのストロークの中央点に対
   応した位置に排気孔を貫設したことを特徴とする
   往復駆動装置。