JP5925836B2

JP5925836B2 - 油圧シリンダ装置

Info

Publication number: JP5925836B2
Application number: JP2014104155A
Authority: JP
Inventors: 幸伸岩崎; 貴美垣渕
Original assignee: SR Engineering Co Ltd
Current assignee: SR Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2034-05-20
Also published as: JP2015218847A

Description

本発明は、油圧シリンダ装置に関し、特に、パッケージ化されたものに関する。

従来、パッケージ化された油圧シリンダ装置としては、例えば特許文献１に開示されたようなものがある。特許文献１に開示された技術では、油圧シリンダのチューブに油圧ポンプを取り付け、この油圧ポンプを油圧タンクに結合し、油圧ポンプに電動機を結合して、油圧ポンプを電動機によって駆動する。

特開２００１−１１６０１０号公報

特許文献１の技術によれば、電動機によって油圧ポンプを駆動しているので、その制御には電気回路が必要で、制御の構成が複雑になっていた。また、電動機を使用しているので、油圧シリンダを押し続ける場合、油圧の圧力降下を防止するため、電動機によって結油圧ポンプを駆動し続ける必要があり、エネルギー消費が多くなっていた。

本発明は、制御の構成が、エアシリンダと殆ど同程度に簡単であり、エネルギーを消費しなくても油圧ポンプを押し続けることができ、かつ防爆環境下でも使用可能なパッケージ化された油圧シリンダ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の油圧シリンダ装置は、油圧シリンダを有している。油圧シリンダとしては、公知の種々のものを使用することができ、例えば単動型のものや複動型のものを使用することができる。また油圧シリンダは、片側ロッド式または両ロッド式のものとすることができる。この油圧シリンダに油タンクが取り付けられている。この油タンクに油空圧ポンプが取り付けられている。この油空圧ポンプは、前記油タンク内の油を出力するように、空気圧源からの空気によって駆動される。前記油空圧ポンプから出力された油を、前記油圧シリンダに給排するように、油圧切換弁が空気圧源からの空気によって駆動される。油タンクは、前記油と非混合で前記空気圧源から空気が供給可能に構成されている。油圧切換弁によって油タンクから油空圧ポンプを介して油圧シリンダに油が供給されているとき、油タンクに空気圧源から空気が供給可能である。上記の態様では、油タンクは、前記油と非混合で前記空気圧源から空気を供給可能に構成されているので、前記油タンクは密封型のものである。このように密封形とすると、油タンクの取り付け方向に制限が無く、どの方向にでも使用可能となる。

例えば、前記油圧シリンダを複動型とした場合、その本体内が、ピストンによって２つの部屋に仕切られ、ピストンは、本体の外部に突出したロッドを有している。油圧切換弁は、前記油空圧ポンプと前記油圧シリンダの前記２つの部屋と油排出路との間に配置される。この油圧切換弁は、２つの状態のいずれかに空気圧によって切り換えられ、１つの状態は、前記油空圧ポンプから出力された油を、前記２つの部屋の一方に供給し、前記２つの部屋の他方から、その部屋内の油を前記油排出路に流出させるものであり、他の状態は、前記２つの部屋の他方に前記油空圧ポンプから出力された油を供給し、前記２つの部屋の一方から、その部屋内の油を前記油排出路に排出させるものである。

この油圧シリンダ装置では、油圧シリンダに油タンクを設け、この油タンクに油空圧ポンプを設けているので、装置全体がパッケージ化されている。しかも、油タンクから油圧シリンダへの油の供給は、空気圧駆動される油空圧ポンプによって行われ、油空圧ポンプからの油圧シリンダへの油の給排も、空気圧によって切り換えられる油圧切換弁によって行われているので、その制御は、エアシリンダと同等の制御で行える。また、油空圧ポンプは空圧によって駆動されているので、油圧シリンダを押し続ける場合に油圧の圧力降下を防止するため、油空圧ポンプで油圧シリンダに油圧をかけ続けても、空圧を油圧ポンプにかけるだけであり、エネルギー消費が少ない。しかも、油空圧ポンプを使用しているので、電動機が不要で、防爆環境下でも自由に、このシリンダ装置を使用できる。

例えば上述した複動型の油圧シリンダの場合、前記油圧シリンダの前記２つの部屋のうち前記油が供給されたときに前記ロッドが前記油圧シリンダの本体から突出するものに、前記油が供給されるとき、前記油タンクが空気によって加圧されるものとすることができる。油タンクを加圧することによって、油圧シリンダを早送りすることができる。

以上のように、本発明による油圧シリンダ装置によれば、パッケージ化されている上に、油圧シリンダ用のポンプや油圧シリンダ制御用の油圧切換弁を空気圧によって制御することができるので、空気圧シリンダと同等の簡単な構成で油圧シリンダを制御することができる。しかも、電気を使用しないで制御できるので、防爆環境下でも使用可能である。

本発明の第１の実施形態の油圧シリンダ装置の正面図である。図１の油圧シリンダ装置の平面図である。図１の油圧シリンダ装置の左及び右側面図である。図１の油圧シリンダ装置の油空圧回路図である。本発明の第２の実施形態の油圧シリンダ装置の油空圧回路図である。本発明の第３の実施形態の油圧シリンダ装置の油空圧回路図である。本発明の第４の実施形態の油圧シリンダ装置の油空圧回路図である。

本発明の第１の実施形態の油圧シリンダ装置は、図１乃至図３に示すように、油圧シリンダ２を有している。油圧シリンダ２は、本体、例えば円筒状のシリンダチューブ４を有している。シリンダチューブ４の両端部に蓋部材６、７が配置され、これら蓋部材６、７は、これらの４隅に設けたタイボルト８によってシリンダチューブ４に締め付けられている。シリンダチューブ４内部には、図４に概略的に示すように、シリンダチューブ４内をその長さ方向に沿って摺動可能にピストン１０が設けられている。このピストン１０によってシリンダチューブ４内は、蓋部材６側と蓋部材８側との２つの部屋１２、１４に仕切られている。ピストン１０には、ロッド１６が結合され、ロッド１６は、その長さ方向がシリンダチューブ４の長さ方向に一致するように配置され、その端部が蓋部材６側からシリンダチューブ４の外部に突出している。このように油圧シリンダ２は、片側ロッド式の複動型のものである。

図１及び図３（ｂ）に示すように、２本のタイボルト８に挿通されて、側面形状が概略凹字状の取付部１８が設けられている。この取付部１８上に平板状の支持台２０が、シリンダチューブ４の長さ方向に沿って配置され、その一端部が蓋部材７に接近して位置し、他端部がシリンダチューブ４の長さ方向の中途に位置している。この支持台２０上に、油タンク２２が取り付けられている。この実施形態では、油タンク２２は、シリンダチューブ４の長さ方向に沿って配置されている。この油タンク２２は密封型のもので、これと一体に油空圧ポンプ２４が蓋部材６側に位置するように取り付けられている。油空圧ポンプ２４のピストン（図示せず）が油圧タンク２２内に内蔵され、このピストンが空気圧によって進退させられ、油タンク２２から油を流出させる。この油空圧ポンプ２４は、バランス停止形のもので、油圧が設定圧になると動作停止して、空気の無駄な消費を抑えている。

図４に示すように、油空圧ポンプ２４の油流入側と流出側とには、それぞれチェック弁２６、２８が設けられ、チェック弁２８と油タンク２２との間には油空圧ポンプの空気抜き３０が設けられている。油空圧ポンプ２４には、図１に示す空気供給口３２から空気が供給される。また、油タンク２２には給油口３４から油が供給されている。

油空圧ポンプ２４によって油タンク２２から流出させられた油は、空気圧によって駆動される油圧切換弁（以下、空気圧駆動油圧切換弁と称する。）３６、３８に供給される。これら空気圧駆動油圧切換弁３６、３８は、図１乃至図３に示すように油タンク２２の両側に、これらと一体に設けられている。これら空気圧駆動油圧切換弁３６、３８は、ノーマルオープンのもので、空気圧が与えられていない状態では、供給された油を出力側に送出し、空気圧が与えられた状態では、供給された油を出力側に供給せず、出力側から油を油排出路を介して油タンク２２に排出するものである。

空気圧駆動油圧切換弁３６の出力側は、外部パイロット形チェック弁４２を介して油圧シリンダ２の部屋１４に接続されている。また、空気圧駆動油圧切換弁３８の出力側は、外部パイロット形チェック弁４４を介して油圧シリンダ２の部屋１２に接続されている。外部パイロット形チェック弁４２の外部パイロット圧は、空気圧駆動油圧切換弁３８の出力側から与えられ、外部パイロット形チェック弁４４の外部パイロット圧は、空気圧駆動油圧切換弁３６の出力側から与えられている。これら外部パイロット形チェック弁４２、４４は、外部パイロット圧が設定されたパイロット圧以上となると、開放される。

また、外部パイロット形チェック弁４２の出力側と油タンク２２との間には、内部パイロット側のリリーフ弁４６が設けられている。また、外部パイロット形チェック弁４４の出力側と油タンク２２との間には、内部パイロット側のリリーフ弁４８が設けられている。内部パイロット形リリーフ弁４４、４８は、その入力側の圧力が予め設定されたリリーフ圧力以上になると、開くものである。

外部パイロット形チェック弁４２とリリーフ弁４６とは一体に形成され、図１、図３に示すように油タンク２２と空気圧駆動油圧切換弁３６との間に設けられ、同様に外部パイロット形チェック弁４４とリリーフ弁４８も一体に形成され、図１、図３に示すように油タンク２２と空気圧駆動油圧切換弁３８との間に設けられている。なお、図１に示すように、外部パイロット形チェック弁４２の出力側と部屋１４との接続は配管５０によって行われ、外部パイロット形チェック弁４４の出力側と部屋１２との接続は、配管５２によって行われている。

この油圧シリンダ装置では、油空圧ポンプ２４、空気圧駆動油圧切換弁３６、３８が空気圧によって駆動されるので、図４に示すように、油空圧ポンプ２４用の空気ポート５４と、空気圧駆動油圧切換弁３８用のポート５６と、空気圧駆動油圧切換弁３６用のポート５８とを、有している。これらポート５４、５６、５８は、図１乃至図３には示していないが、支持台２０内に設けた配管を介して油空圧ポンプ２４、空気圧駆動油圧切換弁３８、３６に接続されている。なお、油タンク２２には、油と混じることがないように空気が供給可能に構成され、この空気はポート５６から供給可能とされており、空気が供給されたとき、油タンク２２の油が加圧される。

油タンク２２は、上述したように密封されているため、温度上昇や、油圧シリンダ２が受ける外力等により、油タンク２２内の圧力が、異常に上昇する可能性がある。これを回避するため、チェック弁５３を油タンク２２に設け、片側を大気解放している。油タンク２２は、加圧されるので、チェック弁５３のクラッキング圧を、加圧するときの空気圧以上にしてある。ただし、最大でもクラッキング圧は、１ＭＰａ以下に設定してある。

ポート５４を介して油空圧ポンプ２４に空気圧調整器６０から空気が供給されている。空気圧調整器６０は、空気圧源（図示せず）から供給された空気の空気圧を調整するものである。ポート５６、５８のうち一方には、３位置電磁切換弁６２によって空気圧調整器６０の入口側から空気が供給される。即ち、３位置電磁切換弁６２が中立位置にあるときには、いずれの空気圧駆動油圧切換弁３６、３８にも空気は供給されず、共に開状態となり、油空圧ポンプ２４が油タンク２２から出力した油が外部パイロット形チェック弁４２、４４を介して部屋１４、１２に供給される。一方の位置に３位置電磁切換弁６２が切り換えられると、空気圧調整器６０からの空気が空気圧駆動油圧切換弁３６に供給され、空気圧駆動油圧切換弁３６は閉状態となり、空気圧駆動油圧切換弁３８を介して外部パイロット形チェック弁４４側に空気は供給されるが、空気圧駆動油圧切換弁３６を介して外部パイロット形チェック弁４２側には空気は供給されない。３位置電磁切換弁６２が他方の位置に切り換えられると、空気圧駆動油圧切換弁３８に空気が供給され、３位置電磁切換弁６２が空気圧駆動油圧切換弁３８は閉状態になり、油タンク２２から油空圧ポンプ２４が出力した油が空気圧駆動油圧切換弁３６を介して外部パイロット形チェック弁４２側に供給されるが、空気圧駆動油圧切換弁３８を介して外部パイロット形チェック弁４４側には空気は供給されない。このとき、油タンク２２に対して空気が供給され、油タンク２２が加圧される。

このように構成された油圧シリンダ装置において、ロッド１６が前進しており、３位置電磁切換弁６２が中立位置にあり、空気圧駆動油圧切換弁３６、３８は開状態にあるとする。この状態において、３位置電磁切換弁６２を一方の位置に切り換えると、空気圧駆動油圧切換弁３６が閉状態になり、空気圧駆動油圧切換弁３８は開状態を維持する。その結果、油タンク２２からの油が空気圧駆動油圧切換弁３８、外部パイロット形チェック弁４４を介して油圧シリンダ２の部屋１２への供給は継続されるが、部屋１４には油の供給は停止される。やがて、外部パイロット形チェック弁４２に対するパイロット圧力である空気圧駆動油圧切換弁３８の出力側の圧力が予め定めた圧力以上となると、外部パイロット形チェック弁４２が開き、部屋１４の油は空気圧駆動油圧切換弁３６を介して油タンク２２に排出され、ピストン１０が後退する。空気圧駆動油圧切換弁３６の出力側の圧力が予め定めたパイロット圧力よりも低くなると、外部パイロット形チェック弁４２が閉じ、ピストン１０の後退は停止する。外部パイロット形チェック弁４２に対するパイロット圧力の設定によって、ピストン１０の後退を任意の位置に停止することができる。

この状態から、３位置電磁切換弁６２を他方の位置に切り換えると、空気圧駆動油圧切換弁３８が閉状態に、空気圧駆動油圧切換弁３６が開状態になり、油タンク２２からの油が空気圧駆動油圧切換弁３６、外部パイロット形チェック弁４２を介して部屋１４に供給され、部屋１２には油の供給は停止される。やがて、外部パイロット形チェック弁４４に対するパイロット圧力である空気圧駆動油圧切換弁３６の出力側の圧力が予め定めた圧力以上となると、外部パイロット形チェック弁４４が開き、部屋１２の油は空気圧駆動油圧切換弁３８を介して油タンク２２に排出され、ピストン１０が前進する。空気圧駆動油圧切換弁３８の出力側の圧力が予め定めたパイロット圧力よりも低くなると、外部パイロット形チェック弁４４が閉じ、ピストン１０の前進は停止する。外部パイロット形チェック弁４２に対するパイロット圧力の設定によって、ピストン１０の前進を任意の位置で停止することができる。

このとき、油空圧ポンプ２４が油タンク２２内の油を吸引して、空気圧駆動油圧切換弁３６側に供給しているが、このとき、油空圧ポンプ２４が発生する負圧だけでは、油空圧ポンプ２４のピストンが動作しにくく、油タンク２２内に空気が混入する可能性があるので、空気で加圧して、油空圧ポンプ２４のピストンの動作を援助し、早送りをしている。

なお、なんらかの理由で部屋１２の圧力が予め定めたリリーフ圧力以上になると、リリーフ弁４８が開く。同様に部屋１４の圧力が予め定めたリリーフ圧力以上になると、リリーフ弁４６が開く。従って、部屋１２、１４の圧力上昇を抑制できる。

第２の実施形態の油圧シリンダ装置の油空圧回路図を図５に示す。この実施形態の油圧シリンダ装置では、第１の実施形態の油圧シリンダ装置から外部パイロット形チェック弁４２、４４、リリーフ弁４６、４８を除去したものである。他の構成は、第１の実施形態の油圧シリンダ装置と同一であるので、詳細な説明を省略する。

この実施形態では、３位置電磁切換弁６２を中立位置から一方の位置に切り換えると、空気圧駆動油圧切換弁３６が閉状態になり、空気圧駆動油圧切換弁３８が開状態となり、空気圧調整器６０からの空気が空気圧駆動油圧切換弁３８に供給され、空気は油圧シリンダ２の部屋１２に供給され、部屋１４の油は空気圧駆動油圧切換弁３６を介して油タンク２２に排出される状態となる。その結果、ピストン１０が後退する。３位置電磁切換弁６２を他方の位置に切り換えると、空気圧駆動油圧切換弁３６が開状態になり、空気圧駆動油圧切換弁３８が閉状態となり、空気圧調整器６０からの空気が空気圧駆動油圧切換弁３６に供給され、空気は油圧シリンダ２の部屋１４に供給され、部屋１２の油は空気圧駆動油圧切換弁３８を介して油タンク２２に排出される状態となる。その結果、ピストン１０が前進する。なお、この状態では、油タンク２２への加圧も行われている。

図６に第３の実施形態の油圧シリンダ装置の油空圧回路図を示す。この実施形態では、３位置電磁切換弁６２に代えて２位置電磁切換弁６２ａを使用した以外、第１の実施形態の油圧シリンダ装置と同様に構成されている。同一部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。この２位置電磁切換弁６２ａは、ダブルソレノイド型式のものである。なお、シングルソレノイド型式のものを使用することもできる。

図７に第４の実施形態の油圧シリンダ装置の油空圧回路図を示す。この実施形態では、３位置電磁切換弁６２に代えて２位置電磁切換弁６２ａを使用した以外、第２の実施形態の油圧シリンダ装置と同様に構成されている。同一部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。この２位置電磁切換弁６２ａも、第３の実施形態の２位置電磁切換弁６２ａと同様に、ダブルソレノイド型式のものである。なお、シングルソレノイド型式のものを使用することもできる。

これら各実施形態の油圧シリンダ装置では、空気圧によって駆動される油空圧ポンプ２４によって油タンク２２からの油をシリンダ２に供給し、このシリンダ２の部屋１２、１４の油の供給を切り換える切換弁も空気圧駆動油圧切換弁３６、３８を使用しているので、エアシリンダと同等の制御で、これら油圧シリンダ装置を駆動することができる上に、エアシリンダと同様な制御でありながら、油圧シリンダの大出力が得られる。もし、同様な大出力をエアシリンダで得ようとすると、大型のエアシリンダが必要となり、コンパクト化の障害となる。しかも、エア駆動であるので、防爆の環境下でも使用可能である。また、油空圧ポンプ２４は、空気圧駆動のバランス停止形のものを使用しているので、空気の無駄な消費が無く、省エネルギー効果がある。さらに、油タンク２２は密封してあるので、それの取り付け方向に制限が無く、どの方向にでも使用可能である。また、ロッド１６が前進するとき、油タンク２２を加圧しているので、早送りが可能である。また、第１の実施形態や第３の実施形態では、リリーフ弁４６、４８を設けてあるので、圧力上昇を抑制でき、また外部パイロット形チェック弁４２、４４を設けてあるので、シリンダ２の中間停止が可能である。油タンク２２と油空圧ポンプ２４と油圧シリンダ２とを一体化しているので、別途油圧源を設ける必要が無く、油用の配管も不要である。

上記の各実施形態では、油圧シリンダ２には、片側ロッド式の複動型のものを使用したが、他の型式、例えば両側ロッド式の複動型のものとすることもできるし、片側ロッド式の単動型のものとすることもできる。単動型の場合、空気圧駆動油圧切換弁３６、３８のうち一方のみを設ければよい。この場合、油圧シリンダ２が駆動されているとき、油タンク２２を加圧することが望ましい。上記の各実施形態では、空気圧駆動油圧切換弁３６、３８はノーマルオープンのものを使用したがノーマルクローズのものを使用することができる。その場合、第１及び第２の実施形態では、３位置電磁切換弁６２が中立位置にあるとき、空気圧を空気圧駆動油圧切換弁３６、３８に供給して、これらを開状態として、一方の位置に切り換えられたとき、空気圧駆動油圧切換弁３８が開状態で、空気圧駆動油圧切換弁３６が閉状態となるように、他方の位置に切り換えられたとき、空気圧駆動油圧切換弁３６が開状態で、空気圧駆動油圧切換弁３６が開状態となるように、空気圧を空気圧駆動油圧切換弁３６、３８に供給されるように、３位置電磁切換弁６２を構成する。同様に、第３及び第４の実施形態では、２位置電磁切換弁６２ａが一方の位置に切り換えられたとき、空気圧駆動油圧切換弁３８が開状態で、空気圧駆動油圧切換弁３６が閉状態となるように、他方の位置に切り換えられたとき、空気圧駆動油圧切換弁３６が開状態で、空気圧駆動油圧切換弁３６が開状態となるように、空気圧を空気圧駆動油圧切換弁３６、３８に供給されるように、２位置電磁切換弁６２ａを構成する。

上記の各実施形態では、空気圧駆動油圧切換弁３６、３８を介して外部パイロット形チェック弁４２、４４からの油を油タンク２２に排出するように構成したが、油タンク２２とは別のタンクに排出するように構成することもできる。上記の各実施形態では、３位置電磁切換弁６２または２位置電磁切換弁６２ａには、空気圧調整器６０の入口側から空気を供給したが、空気圧調整器６０の出口側から空気を供給することもできる。

２油圧シリンダ
４シリンダチューブ（本体部）
２２油タンク
２４油空圧ポンプ
３６３８空気圧駆動油圧切換弁

Claims

油圧シリンダと、
この油圧シリンダに取り付けられた油タンクと、
前記油タンクに取り付けられ、前記油タンク内の油を出力するように、空気圧源からの空気圧によって駆動される油空圧ポンプと、
前記油空圧ポンプから出力された油を、前記油圧シリンダに給排するように、前記空気圧源からの空気圧によって駆動される油圧切換弁とを、
有し、
前記油タンクは、前記油と非混合で前記空気圧源から空気圧が供給可能に構成され、
前記油圧切換弁によって前記油タンクから前記油空圧ポンプを介して前記油圧シリンダに前記油が供給されているとき、前記油タンクに前記空気圧源から空気圧が供給可能である
油圧シリンダ装置。
請求項１記載の油圧シリンダ装置において、前記油圧シリンダは、その本体内が、ロッドを有するピストンによって２つの部屋に仕切られ、
前記油圧切換弁は、前記油空圧ポンプから出力された油を、前記２つの部屋の一方に供給し、前記２つの部屋の他方から、その部屋内の油を油排出路に流出させる状態と、前記２つの部屋の他方に前記油空圧ポンプから出力された油を供給し、前記２つの部屋の一方から、その部屋内の油を前記油排出路に排出させる状態とのいずれかに切り換える
油圧シリンダ装置。
請求項２記載の油圧シリンダ装置において、前記油圧シリンダの前記２つの部屋のうち前記油が供給されたときに前記ロッドが前記油圧シリンダの本体から突出するものに、前記油が供給されるとき、前記油タンクが前記空気圧源からの空気によって加圧される油圧シリンダ装置。