JPH0245522Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、空気圧利用の産業機械に使用する差
動シリンダの駆動装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、一方向にのみ大きな作用力を発揮する
シリンダとして太いロツドを備えた差動シリンダ
が使用される。この差動シリンダは、空気消費量
を大幅に削減できるという利点があるが、ピスト
ンにおけるヘツド室及びロツド室の受圧面積に大
差があるため、制御が困難で、例えば、メータア
ウト制御によつて駆動すれば飛び出し始動の危険
が抑止できず、それを抑止しようとしてメータイ
ン制御によつて駆動すれば、ステイツクスリツプ
挙動及びストロークエンドにおける加圧力確保の
大幅遅延という弊害が生じるのを避けることがで
きない。

これを図面に基づいて説明すると、第１図は、
差動シリンダをメータアウト制御によつて駆動す
る駆動装置の一例を示すもので、上記駆動装置に
おいて、差動シリンダ１を駆動するため通電によ
り給排切換弁２を図示の位置から切換えれば、高
圧空気源３が加圧力設定用の減圧弁４、給排切換
弁２、及び逆止弁６を介してヘツド室７に連通
し、これと共にロツド室８は絞り９、給排切換弁
２を介して大気に連通する。これにより、差動シ
リンダ１におけるピストン１０及びロツド１１は
矢印方向への駆動を開始するが、その開始時点に
おいて、第２図Ａに示すように、いわゆる飛び出
しが生じるのを避けることができない。なお、第
１図において、１２は絞り、１３は逆止弁、１４
は差動シリンダ１を復帰するための供給圧を設定
する減圧弁、PhおよびPrはヘツド室７及びロツ
ド室８の圧力である。

また、第３図は、差動シリンダをメータイン制
御によつて駆動する駆動装置の一例を示すもの
で、該駆動装置は、第１図の駆動装置における逆
止弁６，１３を逆向きの逆止弁６ａ，１３ａと置
換することにより構成される。

この駆動装置において、通電により給排切換弁
２を図示の位置から切換えれば、高圧空気源３が
減圧弁４、給排切換弁２、絞り１２を介してヘツ
ド室７に連通し、これと共にロツド室８は逆止弁
１３ａ、給排切換弁２を介して大気に連通する。
これにより、ピストン１０及びロツド１１が矢印
方向に駆動されるが、駆動ストロークエンド近傍
において、第４図Ｂに示すように、ステイツクス
リツプ現象が生じるのが避けられず、かつ駆動ス
トロークエンドに達した際に、ヘツド室７が同図
Ｃに示す必要な大きさの加圧力まで昇圧するのに
長い時間を要するという難点がある。

上記ステイツクスリツプ現象は、ヘツド室７に
流入した圧力空気によりピストン１０及びロツド
１１がそれらとシリンダ内面との静止摩擦力を振
り切つて駆動されるが、その駆動に伴つてヘツド
室７の圧力が低下して、ピストン１０に対する作
用力がピストン１０とシリンダ内面との摩擦力よ
りも小さくなると、ピストン１０が再び停止し、
さらにヘツド室７の作用力が上記静止摩擦力を振
り切ることができる程度に上昇したときに再駆動
され、これを繰り返すために生じるものであり、
特に駆動ストロークエンド近傍においては、ヘツ
ド室７の容積が大きくなつていることから、絞り
１２を通してヘツド室７に流入する圧力空気によ
る該ヘツド室７の圧力上昇が緩慢になり、そのた
め上記ステイツクスリツプ現象が生じ易くなる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

本考案は、上記に鑑みてなされたもので、差動
シリンダを駆動するに当り、予め受圧面積の小さ
いロツド室に高圧空気源からの高圧空気を導入し
ておき、その状態で受圧面積の大きなヘツド室に
電空制御弁を介して高圧空気源からの高圧空気を
所要圧力で供給し、それにより飛び出し始動及び
ステイツクスリツプを防止し、さらに駆動ストロ
ークエンドに達した際に、ロツド室の高圧空気を
排気すると共に上記電空制御弁のソレノイドへの
通電量を増大して、ヘツド室の圧力を短時間で必
要な加圧力に昇圧可能とすることを、解決すべき
問題点とする。

〔問題を解決するための手段〕

本考案は、高圧空気源とピストンに太いロツド
を連結した差動シリンダのロツド室との間に、ピ
ストンの駆動ストローク時は上記ロツド室を高圧
空気源に、ピストンの駆動ストロークエンドにお
いて該ロツド室を大気に切換連通させる給排切換
弁を接続すると共に、高圧空気源と差動シリンダ
のヘツド室との間に、ソレノイドへの通電量が小
さい場合には該ヘツド室を大気に開放させ、通電
量が増大すればその通電量に応じた出力圧が高圧
空気源からヘツド室に加えられる電空制御弁を接
続し、ピストンが駆動ストロークエンドに達した
際に上記給排切換弁を大気側に切換えると共に、
上記電空制御弁のソレノイドへの通電量をピスト
ンロツドに所要の加圧力を発生させ得る程度に増
大させる手段を設けることによつて、上記問題点
を解決した。

〔作用〕

給排切換弁を高圧空気源に連通させた状態で、
電空制御弁のソレノイドに所定値の電流を供給す
ると、高圧空気源からの高圧空気がこの供給電流
値に応じた圧力でヘツド室に流入するので、ピス
トンはロツド室側から逆向きに加わつている付勢
力に打勝つ大きな駆動力によつて駆動される。

このように、高圧力レベル状態、即ちピストン
の両側に高圧空気が存在する状態でピストンを駆
動すると、ロツド室が大気に開放してピストンに
背圧がない低圧力レベル状態の場合に比べて、通
常、ステイツクスリツプ現象が発生するのが抑制
される。これは、ピストンの移動に伴つてロツド
室の高圧空気を圧縮するため、それによつてピス
トンの移動が抑制され、ピストンが急激な速度変
化を行うような状態で駆動されることはなく、そ
れに伴つてピストンの慣性力等も比較的小さくて
影響を及ぼさないものとなり、その結果、ピスト
ンの移動によつてヘツド室の圧力が極端に低下す
ることがないなどの理由によるためと考えられ
る。

ピストンが駆動ストロークエンドに達した際に
は、給排切換弁が大気側に切換えられ、且つ電空
制御弁のソレノイドへの通電量が増加するため、
ロツド室の圧力が急激に低下する一方、ヘツド室
には通電量の増加によつて増圧された空気が供給
されるので、ヘツド室の圧力は速やかに所期の空
気圧まで上昇する。従つて、短時間で必要な加圧
力を得ることができる。

上記ピストンの駆動ストローク時に、電空制御
弁のソレノイドへの通電量を変えると、ピストン
のストロークを適宜速度に調節できる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に
説明すると、第５図において、２０は高圧空気
源、２１はそれによつて駆動される差動シリンダ
で、該差動シリンダ内には大径のロツドを有する
ピストン２２を嵌挿して、該ピストン２２の両側
にロツド室２３とヘツド室２４とを区画形成し、
そのロツド室２３と高圧空気源２０との間に、ロ
ツド室２３を高圧空気源２０と大気とに切換連通
させる給排切換弁２５を接続すると共に、ヘツド
室２４と高圧空気源２０との間に電空制御弁２６
を接続している。上記電空制御弁２６は、例え
ば、実開昭56−32209号公報や実開昭56−41309号
公報に示されるように、ソレノイドへの通電量に
比例した吸引力で固定鉄心に吸引される可動鉄心
を備え、この可動鉄心により駆動される３方弁の
変位に対して２次圧をフイードバツクすることに
より、通電量に比例した２次圧を得るようにした
もので、供給電流値が小さい場合にはヘツド室２
４を大気に開放させ、供給電流値が増大すれば、
その電流値に応じた出力圧が高圧空気源２０から
ヘツド室２４に加えられるものである。なお、上
記電空制御弁２６とヘツド室２４との間には、図
中に破線で示すように、互いに並列した可変絞り
２８及びヘツド室側からの流出を許容する逆止弁
２９を接続することもでき、その場合には、可変
絞り２８によつて差動シリンダのヘツド室２４へ
の流量を一定とすることができるので、ピストン
２２の駆動中にピストンに加わる負荷が一定の場
合には、ピストン２２の駆動ストローク速度の定
速化をより確実にすることができる。また、上記
可変絞り２８に逆止弁２９を並列に設けたことに
よつて、ピストン２２の復帰ストローク時に、可
変絞り２８がその迅速な復帰の障害となることが
ない。

さらに、上記給排切換弁２５及び電空制御弁２
６には、ピストンが駆動ストロークエンドに達し
た際にその給排切換弁２５を大気側に切換えると
共に、電空制御弁２６のソレノイドへの通電量を
ピストンロツドに対して所要の加圧力を発生させ
得る程度に増大させる適宜手段が付設される。こ
の切換え手段は、駆動ストロークエンドにおける
リミツトスイツチの動作によつて、給排切換弁２
５を切換えると共に電空制御弁２６のソレノイド
への通電量を設定値に増大させるなど、周知技術
によつて容易に実現できるものである。

上記構成の差動シリンダの駆動装置によりフル
ストローク作動を行うには、第６図に示すよう
に、給排切換弁２５をオフ状態に保つと共に、電
空制御弁２６のソレノイドに送りのための一定値
の電流を供給して、高圧空気源２０を給排切換弁
２５を介して差動シリンダ２１のロツド室２３と
連通させると共に、高圧空気源２０を制限的に開
口した電空制御弁２６を介してヘツド室２４に連
通させる。これにより、ヘツド室２４には一定値
に圧力設定された高圧空気が高圧空気源２０から
供給されるため、差動シリンダ２１におけるピス
トン２２はロツド２７と共に矢印方向に駆動スト
ローク（前進）する。而して、ピストン２２にお
ける受圧面積の小さなロツド室２３にも高圧空気
源２０からの高圧空気が供給され、ピストン２２
に反ストローク方向への付勢力が常時作用してい
るため、上記駆動ストロークにおいて飛び出し始
動をすることはなく、且つ、反ストローク方向に
作用する付勢力に打勝つピストンの駆動力は、差
動シリンダの可動部と静止部間に発生する摩擦力
よりも十分に大きいので、この大きな駆動力によ
つてステイツクスリツプ挙動が生ずることはな
い。

さらに、例えば、100mm／ｓ以下の低速での
ストロークにおいても滑らかに定速でストローク
させることができる。なお、上記駆動ストローク
におけるストローク速度は、電空制御弁２６のソ
レノイドへの通電量を変化させることにより容易
に調節でき、その調節はストロークの途中におい
ても可能である。

この後、ピストン２２及びロツド２７が駆動ス
トロークエンドに達した際に、ヘツド室２４の内
圧を所期の加圧力に昇圧し、その加圧力でピスト
ン２２及びロツド２７を付勢するには、給排切換
弁２５をオン状態に切換えると共に、電空制御弁
２６のソレノイドへの通電量を増大すればよい。
これにより、ロツド室２３内の高圧空気が大気に
放出されると共に、ヘツド室２３の圧力が電空制
御弁２６への通電量の増加に応じて短時間で所期
の加圧力に昇圧し、もつてピストン２２及びロツ
ド２７を所期の加圧力で付勢することができる。
この加圧力は電空制御弁２６のソレノイドへの通
電量を変化させることにより容易に調節すること
ができる。なお、上記駆動ストロークにおいて、
ロツド室２３から排出される高圧空気はほとんど
が高圧空気源２０に還流し、駆動ストロークエン
ドにおいて極めて少量の高圧空気のみが大気に放
出されるため、空気消費量を大幅に低減すること
ができる。

差動シリンダ２１におけるピストン２２及びロ
ツド２７を第５図に示す原位置に復帰ストローク
（後退）させるには、第６図に示すように、給排
切換弁２５をオフ状態に切換えると共に、電空制
御弁２６のソレノイドへの通電量を低下させる。
これにより、ヘツド室２４が電空制御弁２６を介
して大気に連通し、高圧空気を大気に放出すると
共に、ロツド室２３が給排切換弁２５を介して高
圧空気源２０に連通し、ピストン２２はロツド２
７と共に復帰ストロークして原位置に復帰する。

また、上記駆動装置においてインチング送りを
行うには、第７図に示すように、給排切換弁２５
をオフ状態に保つと共に、電空制御弁２６に一定
値の電流を供給してストローク作動（送り）を行
わせ、その途中で電空制御弁２６を加える電流値
をやや減少させて、電空制御弁２６の出力圧をそ
れまでより低い作用力バランス圧に設定すればよ
い。これにより、ピストン２２の両側においてピ
ストン２２に作用する力が互いにバランスし、ピ
ストン２２は駆動ストロークを停止する。よつ
て、電空制御弁２６のソレノイドへの供給電流と
して、定速駆動用の一定値とそれよりやや低い停
止用の一定値とを用い、それらを交互に加えるこ
とによりインチング送りが可能である。而して、
インチング送りにおいてもロツド室２３に加えた
高圧空気の抑制力によつて飛び出し始動が防止さ
れ、且つそれにより極めて少量づつのインチング
送りが可能である。なお、インチング送りの場合
と同様に、駆動ストロークの途中で電空制御弁２
６のソレノイドへの供給電流値を低下させれば、
ピストン２２及びロツド２７を任意の中間位置に
停止させることができる。

〔考案の効果〕

本考案の駆動装置によれば、ピストンにおける
受圧面積の小さいロツド室に高圧空気を導入し
て、ピストンに常時付勢力を加え、その状態でピ
ストンにおける受圧面積の大きなヘツド室に高圧
空気を供給して、上記付勢力に逆つて駆動ストロ
ークさせるようにしたので、ピストンに作用させ
る逆向きの付勢力によつてピストンの飛び出し始
動を回避することができ、またこの逆向きの付勢
力に打勝つピストンの駆動力は、差動シリンダに
発生する摩擦力よりも十分に大きいので、この大
きな駆動力によつてステイツクスリツプ挙動を回
避することもでき、低速においても滑らかな送り
が可能である。

また、上記ヘツド室に、ソレノイドへの通電量
の増減に応じて出圧力を設定できる電空比例弁を
介して高圧空気を供給するようにしたので、その
電空制御弁への通電量を調節することにより、駆
動ストロークの速度を任意に設定できるだけでな
く、ストロークの途中においても速度を通電量の
調整のみによつて自由に変えることができ、イン
チング送り及び中間位置での停止も可能である。

さらに、駆動ストロークエンドにおいて給排切
換弁を大気に連通する状態に切換えると共に、電
空制御弁によつてヘツド室へ流入する空気圧を昇
圧させて、ヘツド室の圧力を短時間のうちの所要
の加圧力に昇圧し、所期の加圧力を得ることがで
き、しかも駆動ストロークにおいてロツド室から
排出される高圧空気を高圧空気源に還流させるよ
うにしたので、空気消費量を大幅に低減すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第３図は従来の差動シリンダの駆動
装置の構成図、第２図及び第４図はそれらの装置
による実験結果を示す線図、第５図は本考案の実
施例の構成図、第６図及び第７図はその動作を説
明する線図である。 ２０……高圧空気源、２１……差動シリンダ、
２３……ロツド室、２４……ヘツド室、２５……
給排切換弁、２６……電空制御弁、２７……ロツ
ド。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 高圧空気源とピストンに太いロツドを連結した
   差動シリンダのロツド室との間に、ピストンの駆
   動ストローク時は上記ロツド室を高圧空気源に、
   ピストンの駆動ストロークエンドにおいて該ロツ
   ド室を大気に切換連通させる給排切換弁を接続す
   ると共に、高圧空気源と差動シリンダのヘツド室
   との間に、ソレノイドへの通電量が小さい場合に
   は該ヘツド室を大気に開放させ、通電量が増大す
   ればその通電量に応じた出力圧が高圧空気源から
   ヘツド室に加えられる電空制御弁を接続し、ピス
   トンが駆動ストロークエンドに達した際に上記給
   排切換弁を大気側に切換えると共に、上記電空制
   御弁のソレノイドへの通電量をピストンロツドに
   所要の加圧力を発生させ得る程度に増大させる手
   段を設けたことを特徴とする差動シリンダの駆動
   装置。