JPH0245523Y2 - - 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、ステツイクスリツプ
挙動及び駆動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得るこ
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、P_h及びP_r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、その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、且つ駆動ス
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
絞りを介して高圧空気源からの高圧空気を供給
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
ヘツド室を上記絞りに代わる減圧弁を介して高圧
空気源に連通させ、それによりヘツド室の圧力を
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、並列に接続した絞り及び減
圧弁、絞り及び減圧弁の一方を選択するセレクタ
弁、ヘツド室をセレクタ弁と大気とに切換連通さ
せる給排切換弁をそれぞれ接続し、ピストンが駆
動ストロークエンドに達した際に、ロツド室側の
給排切換弁を大気側に、上記セレクタ弁を減圧弁
側に切換える手段を設けたことによつて、上記問
題を解決したものである。

〔作 用〕

ロツド室側の給排切換弁を高圧空気源に連通さ
せた状態で、セレクタ弁を絞り側に、ヘツド室側
の給排切換弁をセレクタ弁側にそれぞれ切換え
て、ヘツド室に高圧空気源からの空気を流入させ
ると、ヘツド室とロツド室との受圧面積差に基づ
き、ピストンはロツド室に加わる空気圧に打勝つ
大きな駆動力によつて駆動される。この場合、ヘ
ツド室に流入する空気は絞りによつて流量一定に
保たれ、かつピストン駆動中には高圧空気源から
一定圧の空気が負荷としてロツド室に加わつてい
るので、負荷が変動しない限り、ピストンは定速
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、ロツド室側の給排切換弁を大気側に切換えて
ロツド室を大気に連通し、一方、セレクタ弁を減
圧弁側に切換えて、ヘツド室に減圧弁によつて所
定圧に設定された圧力空気を供給する。これによ
つて多量の圧力空気がヘツド室に供給されるの
で、それまでの供給量を制限する絞りを介する場
合に比べて、ヘツド室の圧力を速やかに設定圧力
に上昇でき、短時間で必要な加圧力を得ることが
できる。

従つて、飛び出し始動並びに駆動ストローク中
及び駆動ストロークエンドでの上述したステイツ
クスリツプ現象が防止される。

〔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１実施例を示す第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２１の内部に
は太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を区画形成し、そのロツド室２３と上記
高圧空気源２０との間に給排切換弁２５を接続し
て、ロツド室２３を高圧空気源２０と大気とに切
換可能に連通させている。

また、高圧空気源２０には、上記給排切換弁２
５を設けたロツド側管路２６と並列にヘツド側管
路２７を連結し、このヘツド側管路２７に、差動
シリンダ２１の駆動速度を決定するための可変絞
り２８と、駆動ストロークエンドにおいてヘツド
室２４に必要な加圧力を加えるための減圧弁２９
とを並列接続し、その絞り２８を、差動シリンダ
２１をインチング送りするための通電により流路
を遮断するインチング弁３０を介してセレクタ弁
３１の一方の入力口に接続すると共に、これと並
列する上記減圧弁２９をセレクタ弁３１の他方の
入力口に接続している。上記セレクタ弁３１は、
絞り２８及び減圧弁２９のいずれか一方を選択し
てヘツド室２４に連通させるためのもので、該セ
レクタ弁３１とヘツド室２４との間に給排切換弁
３２を接続して、ヘツド室２４をセレクタ弁３１
の出力口と大気とに切換連通可能に構成してい
る。

さらに、上記給排切換弁２５及びセレクタ弁３
１には、ピストンが駆動ストロークエンドに達し
た際にそれらを大気側及び減圧弁２９側にそれぞ
れ切換えるための適宜手段が付設される。この切
換え手段は、ストロークエンドで動作するリミツ
トスイツチを用いるなど、周知技術によつて容易
に実現できるものである。

次に、上記構成を有する駆動装置の動作を説明
する。

先ず、第５図に示す原位置に待機する差動シリ
ンダ２１を矢印方向にフルストローク作動させる
には、第６図に示すように、給排切換弁３２をオ
ン、セレクタ弁３１、インチング弁３０及び給排
切換弁２５をそれぞれオフ状態に切換える。これ
により、高圧空気源２０は絞り２８、インチング
弁３０、セレクタ弁３１及び給排切換弁３２を介
してヘツド室２４に連通し、高圧空気源２０から
ヘツド室２４に高圧空気が供給され、ピストン２
２はロツド３３と共に矢印方向に駆動ストローク
（前進）する。而して、ロツド室２３は給排切換
弁２５を介して高圧空気源２０と連通しているた
め、高圧空気源２０からの高圧空気がロツド室２
３に供給され、その高圧空気の付勢力がピストン
２２に対して常時反ストローク方向に作用してい
るので、ピストン２２の飛び出し始動を回避する
ことができる。また、反ストローク方向に作用す
る付勢力に打勝つピストン２２の駆動力は、差動
シリンダ２１の可動部と静止部間に生ずる摩擦力
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も回避することがで
きる。

一方、駆動ストローク速度は、ロツド室２３に
供給された高圧空気により一定の負荷が加わつて
いる状態にあるので、絞り２８によつて流量制御
された圧力空気により一定に保持され、且つその
絞り２８の開口量を調節することにより、ストロ
ーク速度を任意に変えることができる。さらに、
ピストン２２が駆動ストロークエンドに達した際
に、給排切換弁２５及びセレクタ弁３１をそれぞ
れオン状態に切換えれば、ロツド室２３が大気に
連通し、その中の高圧空気が大気に放出されて圧
力が低下すると共に、高圧空気源２０が減圧弁２
９、セレクタ弁３１及び給排切換弁３２を介して
ヘツド室２４に連通し、ヘツド室２４に減圧弁２
９で圧力設定された高圧空気が直ちに給排され、
ヘツド室２４の圧力を短時間で必要な加圧力に昇
圧することができる。この加圧力は減圧弁２９の
調整により増減できる。その後、差動シリンダ２
１を復帰ストローク（後退）させるには、第６図
に示すように、給排切換弁２５，３２を共にオフ
状態に切換えればよい。これにより、高圧空気源
２０からの高圧空気がロツド室２３に供給される
と共に、ヘツド室２４の高圧空気が大気に放出さ
れるため、ピストン２２及びロツド３３は復帰ス
トロークして原位置に戻る。

また、上記差動シリンダをインチング送りする
には、第７図に示すように、駆動ストローク中に
おいて、インチング弁３０に断続的に通電すれば
よい。即ち、インチング弁３０への非通電状態に
おいては、駆動ストロークが継続するが、インチ
ング弁３０への通電時には、絞り２８からセレク
タ弁３１への流路が遮断され、差動シリンダ２１
の駆動ストロークが停止する。従つて、インチン
グ弁３０に通電、非通電を繰り返せば、差動シリ
ンダ２１においてインチング送りがなされる。こ
のインチング送りにおいても、上記駆動ストロー
クと同様に、飛び出し始動が防止され、且つそれ
によりインチング送りできる最小値を著しく小さ
く設定できる。さらに、上記インチング送りの応
用により差動シリンダを駆動ストローク中におけ
る任意の中間位置に停止させることもできる。

第８図は、本考案の第２実施例を示し、セレク
タ弁３１とヘツド室２４との間に、第１実施例の
給排切換弁３２及びインチング弁３０の機能を兼
備するマスタ弁３４を接続すると共に、第１実施
例における絞り２８に直列に接続したインチング
弁３０を省略したものであり、その他は第１実施
例と同様に構成している。従つて、上記マスタ弁
３４における一方の電磁操作部３４ａに通電すれ
ば、遮断状態の中立位置からヘツド室２４が大気
に連通する第１切換位置に切換えられ、他方の電
磁操作部３４ｂへ通電すれば、ヘツド室２４とセ
レクタ弁３１とが連通する第２切換位置に切換え
られる。

上記構成の差動シリンダの駆動装置において、
フルストローク作動を行うには、第９図に示すよ
うに、マスタ弁３４における第１及び第２電磁操
作部３４ａ，３４ｂをオフ、オン、セレクタ弁３
１をオフ、給排切換弁２５をオン状態に切換えれ
ばよく、これにより高圧空気源２０は絞り２８、
セレクタ弁３１及びマスタ弁３４を介してヘツド
室２４に連通すると共に、ロツド室２３も給排切
換弁２５を介して高圧空気源２０に連通し、第１
実施例の場合と同様に、ピストン２２が矢印方向
に駆動ストロークする。駆動ストロークエンドに
おいてセレクタ弁３１をオン、給排切換弁２５を
オフに切換えれば、ロツド室２３は排気されると
共に、ヘツド室２４にはセレクタ弁３１、マスク
弁３４を介して減圧弁２９で圧力設定した高圧空
気が供給され、、ピストン２２を所要の加圧力で
付勢することができる。この後、上記ピストン２
２を原位置に復帰させるには、給排切換弁２５を
オン、マスタ弁３４の電磁操作部３４ａ，３４ｂ
をオン、オフ状態に切換えればよく、これにより
ロツド室２３に高圧空気源２０から高圧空気が供
給されると共にヘツド室２４が排気され、、ピス
トン２２が復帰ストロークして原位置に戻る。ま
た、インチング送りを行うには、第１０図に示す
ように、上記フルストローク作動において、マス
タ弁３４における電磁操作部３４ｂへの通電を断
続的に停止して、マスタ弁３４を第２切換位置か
ら中立位置に交互に切換えればよい。これにより
差動シリンダ２１は、上記第２電磁操作部３４ｂ
への通電時に駆動ストロークし、通電停止により
そのストロークを停止するインチング送りが行わ
れる。

第１１図は、上記第１実施例において、ピスト
ンの駆動ストローク中は無負荷とし、駆動ストロ
ークエンドにおいて加圧力を発生させるようにし
て、以下の条件のもとに行つた実験結果を示す線
図である。

差動シリンダ２１：チユーブ径94mmφ ロツド径80mmφ ロツド側とヘツド側のピストン受圧面積比
１：3.7 ストローク 132mm 給排切換弁２５，３２、セレクタ弁３１、イン
チング弁３０：各有効断面積Ｓ＝3.2mm² ヘツド室２４及びロツド室２３と給排切換弁２
５，３２の配管：ナイロンチユーブφ ６／４
300mm 供給圧力：５Kgｆ／cm² 減圧弁２９の設定加圧力：４Kgｆ／cm² なお、絞りは、第１１図に示すピストンのスト
ローク線図で表わされる速度が得られる開度に設
定した。

上記実験の結果から以下のことが確認できた。

(1) ストローク中等速（30mm／ｓ）を保持でき
る(a)。

(2) 始動時に飛び出しがない(b)。

(3) 100mm／ｓ以下の低速であるにも拘わらず、
滑らかな送りが可能である。

(4) 駆動ストロークエンドにおける加圧力の確立
時間を短縮できる(c)。

〔考案の効果〕

本考案の差動シリンダ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を高圧
空気源に連通させて、ピストンに逆向きの付勢力
を作用させた状態とし、その状態で受圧面積の大
きいヘツド室に絞りを介して高圧空気源からの高
圧空気を供給するようにしたので、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
出し始動を確実に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作用力は、差
動シリンダに生ずる摩擦力よりも十分に大きく、
且つロツド室の高圧空気に制約されてピストンが
急速に駆動されないので、ステイツクスリツプ現
象も回避することができる。

さらに、駆動ストロークエンドにおいて、ヘツ
ド室へ減圧弁により予め圧力を設定した圧力空気
を供給するようにしたので、絞りの開口量と無関
係に極めて短時間でヘツド室の圧力を所期の加圧
力まで昇圧することにより、駆動ストロークエン
ドでのステイツクスリツプ現象を回避することが
でき、また、ロツド室の高圧空気はそのほとんど
を高圧空気源即ちロツド室に還元できるため、空
気の消費量を著しく低減することができる。

【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図は本考案の第
１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、第８図は本考案の第２実施例の
構成図、第９図及び第１０図はその動作を説明す
る線図、第１１図は第１実施例による実験結果を
示す線図である。 ２０……高圧空気源、２１……差動シリンダ、
２２……ピストン、２３……ロツド室、２４……
ヘツド室、２５，３２……給排切換弁、２８……
絞り、２９……減圧弁、３１……セレクタ弁。

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、並列に接続した絞り及び減圧弁、絞り
   及び減圧弁の一方を選択するセレクタ弁、ヘツド
   室をセレクタ弁と大気とに切換連通させる給排切
   換弁をそれぞれ接続し、ピストンが駆動ストロー
   クエンドに達した際に、ロツド室側の給排切換弁
   を大気側に、上記セレクタ弁を減圧弁側に切換え
   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。