JPH0542561B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電動モータの回転角度に比例した距離
だけピストンが直線運動を行う電気−液圧シリン
ダに関するものであり、特に液圧シリンダの作動
液と流出入を制御する制御弁の改良に関するもの
である。

従来の技術 電気−液圧シリンダの一種に、実開昭60−
79001号公報に記載されたものがある。これは、
液圧シリンダのピストンにそれの中心線に平行な
スプール孔とそのスプール孔の内周面に開口する
複数のバルブポートとを形成し、スプール孔にス
プールを摺動可能に嵌合するとともに、そのスプ
ールに螺合した送りねじを液圧シリンダのハウジ
ングに回転可能にかつ軸方向に移動不能に支持さ
せ、その送りねじをステツピングモータ等の電動
モータにより回転させるようにしたものである。

電動モータが送りねじを回転させることにより
スプールが送られ、ピストンに形成されたバルブ
ポート相互の連通状態が変わり、ピストンの両側
の液圧室に対する作動液の流出入が生じてピスト
ンが移動させられる。そして、このピストンの移
動によつて各バルブポートの連通状態が当初の状
態に復帰したとき、ピストンが停止する。すなわ
ち、スプールの移動にピストンが追従するのであ
り、電動モータの回動角度に比例した距離だけピ
ストンが直線運動を行うのであつて、電動モータ
の回転角度を制御することによつてピストンロツ
ドを所望の長さだけ正確に伸縮させることができ
るのである。

しかも、上記スプールおよびバルブポートから
成る制御弁をピストン内部に設けるものであるた
め、電気−液圧シリンダ全体をコンパクトに構成
することができる。

しかしながら、この公報に記載された電気−液
圧シリンダにおいては、ピストンロツドがピスト
ンの片側にのみ設けられているため、ピストンの
移動時における第二液圧室、すなわちピストンロ
ツドが設けられていない側の液圧室の作動液の流
出入量が大きく、ピストン内に構成し得る制御弁
の大きさによつて電気−液圧シリンダの作動速度
が制約を受けるという問題がある。しかも、ピス
トンロツドの収縮時におけるピストンの有効受圧
面積はピストンの断面積からピストンロツドの断
面積を差し引いたものであり、伸長時における有
効受圧面積はピストンロツドの断面積であつて、
いずれの場合にもピストン自体の断面積が有効受
圧面積になるわけではないため、第二液圧室の作
動液の流出入量が大きいからといつて液圧シリン
ダの作動力が大きくなるわけではない。

そこで、本発明者等は上記公報に記載された電
気−液圧シリンダにおいてピストンロツドをピス
トンの両側へ延び出させることを考えた。ピスト
ンロツドをピストンの両側へ延び出させ、かつ、
ピストンの両側の液圧室に液圧源から直接作動液
が供給されるようにすれば、両側の液圧室の条件
が同じとなり、ピストンの移動に伴う作動液の流
出入量が小さくなつて、制御弁による電気−液圧
シリンダの作動速度の制約を緩和することができ
るのである。

しかし、この場合にはピストンロツドがピスト
ンの片側にのみ延び出た電気−液圧シリンダに比
較して作動液の消費量が多くなるという新たな問
題が生ずることが明らかとなつた。すなわち、実
際に考えたものは第４図に示されている電気−油
圧シリンダに、二点鎖線で示されているように、
ポンプＰからそれぞれ絞りＳを経て入口ポート２
６，２８に作動油を供給するようにしたものであ
つたのであるが、ステツピングモータ７０の回転
によつてスプール１２２が第４図において左方へ
移動させられ、第一油圧室２２が油通路６４，１
３６、タンクポート５６を経てタンク５８と連通
させられた場合に、第一油圧室２２内の作動油が
タンク５８へ流出することは勿論であるが、ポン
プＰが上記の油通路を経てタンク５８に直接連通
させられることとなり、ポンプＰから供給された
作動油の一部が第一油圧室２２を素通りしてタン
ク５８へ流出してしまうこととなるのである。ス
プール１２２が右方へ移動させられた場合にも同
様に、ポンプＰから供給された作動油の一部が第
二油圧室２４を素通りしてしまうこととなり、そ
の分だけ作動油が無駄に消費されることとなるの
である。

また、スプール１２２の移動によつて油圧室２
２あるいは２４がタンク５８に連通させられた場
合に、そのタンクに連通させられた側の油圧室の
油圧を低下させてピストン１８を移動させるため
にポンプ通路には絞りＳを設けることが必要なの
であるが、この絞りＳによつて作動油の流量が制
限されることにより、電気−油圧シリンダの最大
作動速度が比較的低く抑えられてしまうという問
題があることも明らかとなつた。

発明が解決しようとする問題点 本発明は以上の事情を背景として、ピストンロ
ツドが両側に延び出たピストンを備えて、制御弁
による作動速度の制約および絞りの存在による作
動速度の制約が緩く、しかも作動液を無駄に消費
することがない電気−液圧シリンダを提供するた
めに為されたものである。

問題点を解決するための手段 そのために、本発明に係る電気−液圧シリンダ
は、(a)両端面から互いに反対向きに延び出た２本
のピストンロツドを有するピストンと、(b)そのピ
ストンを両ピストンロツドが外部に突出する状態
で収容し、ピストンの両側に第一液圧室および第
二液圧室を形成するシリンダハウジングと、(c)前
記２本のピストンロツドの一方を軸方向に貫通し
て前記ピストン内部に至る状態で前記シリンダハ
ウジングに支持され、電動モータにより回転させ
られる螺旋部材を含み、その螺旋部材の停止中は
前記第一液圧室および第二液圧室を封鎖している
が、螺旋部材の正逆両方向の回転に応じて第一液
圧室と第二液圧室とを択一的に低圧ポートに連通
させる電動式三方弁と、(d)前記第一液圧式および
第二液圧室にそれぞれ連通する第一ポートおよび
第二ポートと液圧源に接続される高圧ポートとを
備え、かつ、第一液圧室と第二液圧室との液圧を
パイロツト圧として互いに逆向きに受け、両液圧
室の液圧が等しい状態においては中立状態にあつ
て第一液圧室と第二液圧室とをそれぞれ絞りを経
て前記高圧ポートに連通させ、第一液圧室の液圧
が高い状態では第一作動状態となつて、第一液圧
室を高圧ポートに連通させる一方、第二液圧室を
遮断し、第二液圧室の液圧が高い状態では第二作
動状態となつて、第二液圧室を高圧ポートに連通
させる一方、第一液圧室を遮断するパイロツト式
三方弁とを含むように構成される。

本発明の一態様においては、上記電動式三方弁
がピストンの内部に形成されたスプール孔および
そのスプール孔に開口する複数のバルブポート
と、スプール孔に摺動可能に嵌合されたスプール
とを含むものとされ、上記螺旋部材がそのスプー
ルに螺合されてそれを送る送りねじとされる。ま
た、別の態様においては電動式三方弁がピストン
の内部に形成されたスプール孔およびそのスプー
ル孔に開口する複数のバルブポートを含むものと
され、かつ、螺旋部材が、螺旋状のランドを備え
てスプール孔に嵌合され、回転によつてバルブポ
ートを開閉させる螺旋スプールとされる。

作用および効果 上記のように構成された電気−液圧シリンダに
おいて、電動モータが停止している間は電動式三
方弁は第一液圧室および第二液圧室をいずれも封
鎖しており、パイロツト式三方弁がそれら両液圧
室を高圧ポートに連通させている。したがつて、
両液圧室には共に液圧源の液圧が作用し、力の釣
り合いが保たれてピストンが静止している。

この状態から電動モータが回転させられれば、
電動式三方弁がピストンの両側の液圧室の一方、
例えば第一液圧室を低圧ポートに連通させる。そ
の結果、第一液圧室から作動液が流出し、その分
だけ液圧源から第一液圧室に作動液が補給される
こととなるが、この作動液の補給路にはパイロツ
ト式三方弁内の絞りがあるため、第一液圧室の液
圧が低下する。それによりピストンに対する力の
均衡が破れ、ピストンは第一液圧室側へ移動させ
られることとなる。また、第一液圧室の液圧が低
下すれば、パイロツト式三方弁のパイロツト圧も
不均衡となるため、この三方弁が圧力の高い第二
液圧室を高圧ポートに連通させ、圧力の低い第一
液圧室を遮断する第二作動状態に切り換わる。し
たがつて、以後は液圧源からの作動液は第二液圧
室にのみに流入し、第一液圧室には流入しないこ
ととなる。

逆に第二液圧室が低圧ポートに連通させられた
場合には、液圧源からの作動液が第一液圧室にの
み流入する状態となるのであつて、結局、低圧ポ
ートに連通させられた側の液圧室を作動液が素通
りして低圧ポートから流出することがなくなり、
無駄な作動液の消費が回避されることとなるので
ある。

しかも、パイロツト式三方弁は第一あるいは第
二の作動状態においては、作動液の流れを絞らな
いようになつているため、高圧側の液圧室には十
分な流量で作動液が供給され得、また、ピストン
ロツドがピストンの両側に設けられているため、
ピストンの移動に伴つて電動式三方弁を通過する
作動液の流量が小さくて済み、電動式三方弁の大
きさによる作動速度の制約も緩和されて、本電気
−液圧シリンダは十分に高い速度で作動し得るこ
ととなる。

特に、電動式三方弁のスプールが螺旋スプール
とされる態様においては三方弁の構造が単純とな
り、それの最大許容流量を大きくすることが一層
容易となるとともに、スプールを送りねじで送る
場合のように螺合部の摩耗による作動精度の低下
も回避し得る特有の効果が得られる。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図において、１０はシリンダハウジングで
あり、シリンダチユーブ１２、カバー１４および
カバー１６から成つている。このシリンダハウジ
ング１０内にはピストン１８が摺動可能に嵌合さ
れており、そのピストン１８の両端面から延び出
たピストンロツド２０，２１がそれぞれカバー１
４，１６を液密に貫通してシリンダハウジング１
０の外部へ突出している。その結果、シリンダハ
ウジング１０内にはピストン１８を間に挟んで第
一油圧室２２と第二油圧室２４とが形成されてい
る。第一油圧室２２および第二油圧室２４はそれ
ぞれカバー１４，１６に形成された入口ポート２
６，２８においてパイロツト式三方弁３０に接続
されており、このパイロツト式三方弁３０に油圧
源としてのポンプ３２が接続されるようになつて
いる。

上記ピストン１８およびピストンロツド２０，
２１に跨つて有底のスプール孔４０が形成されて
おり、このスプール孔４０にピストンロツド２１
側の開口から螺旋スプール４２が挿入されてい
る。螺旋スプール４２は円形断面の軸の外周に螺
旋状のランド４４が形成されたものであり、カバ
ー１６に固定されたベアリングハウジング４６お
よびベアリング４８を介してシリンダハウジング
１０によつて回転可能かつ軸方向に移動不能に支
持されている。スプール孔４０はベアリングハウ
ジング４６内に形成された油室５４と連通してお
り、この油室５４は低圧ポートとしてのタンクポ
ート５６においてタンク５８に接続されるように
なつている。

前記スプール孔４０の中央部はピストン１８に
圧入されてその一部を成すスリーブ５９によつて
形成されており、他の部分よりやや小径とされ
て、この部分において螺旋スプール４２と実質的
に油密に嵌合している。このスリーブ５９には第
２図に示すようにバルブポートとしての第一ポー
ト６０および第二ポート６２が前記螺旋スプール
４２のランド４４のリード角に等しい角度傾いた
長穴として形成されている。これらの第一ポート
６０および第二ポート６２は常に共に閉塞されて
おり、螺旋スプール４２が第１図において左に回
転させられるとき第二ポート６２は閉じたままで
第一ポート６０が開き、逆に右に回転させられる
ときは第二ポート６２が開くように位置が決めら
れている。また、ポート６０，６２は、これらポ
ート６０，６２において螺旋スプール４２に作用
する油圧力をバランスさせ、かつ、作動油の流量
を確保するために、螺旋スプール４２の直径方向
に隔たつた位置にそれぞれ２個ずつ形成されてお
り、２個のポート６０は各々油通路６４によつて
第一油圧室２２に連通させられ、ポート６２は
各々油通路６６によつて第二油圧室２４に連通さ
せられている。つまり２個ずつのポート６０と６
２とはそれぞれ同一の機能を果たすものであり、
結局、第一ポート６０、第二ポート６２と、スプ
ール孔４０の油室５４への開口部とを三つのポー
トとし、螺旋スプール４２の回転によつてそれら
三つのポート相互の連通状態が切り換わる三方弁
６８が構成されているのである。

前記ベアリングハウジング４６には、ブラケツ
ト６９を介してステツピングモータ７０が固定さ
れており、その出力軸７２が軸継手７４によつて
螺旋スプール４２に連結されている。すなわち、
上記三方弁６８はステツピングモータ７０によつ
て作動させられる電動式三方弁となつているので
ある。

次に前記パイロツト式三方弁３０について説明
する。この三方弁３０は第３図に示すようにバル
ブハウジング７８とそれのスプール孔に摺動可能
に嵌合されたスプール８０とを備えている。バル
ブハウジング７８は前記入口ポート２６，２８に
それぞれ連通する第一ポート８２および第二ポー
ト８４と前記ポンプ３２に接続される高圧ポート
８６とを備えており、スプール８０が第３図に示
されている中立位置にある状態において高圧ポー
ト８６がそれぞれ絞りを経て第一ポート８２およ
び第二ポート８４に連通するようになつている。
スプール８０はそれの両側に配設されたスプリン
グ９０とワツシヤ９２とによつて中立位置に保た
れているが、その状態でスプール８０の２個のラ
ンド９４が第一ポート８２および第二ポート８４
と高圧ポート８６とをほぼ遮断し、それらランド
９４に形成された切欠９６によつて僅かに連通さ
せるようにされているのである。

第一ポート８２および第二ポート８４はそれぞ
れパイロツト通路９８および１００によつてパイ
ロツト圧室１０２および１０４に連通させられて
おり、これらパイロツト通路９８および１００に
はそれぞれ絞り１０６および１０８が設けられて
いる。

以上のように構成された電気−油圧シリンダに
おいて、ステツピングモータ７０が停止させられ
ている間は第一ポート６０および第二ポート６２
がランド４４により閉塞されて第一油圧室２２お
よび第二油圧室２４に対する作動油の流出入は無
く、かつ、パイロツト式三方弁３０が中立状態に
あつて、第一油圧室２２と第二油圧室２４との両
方にポンプ３２からの油圧が作用した状態でピス
トン１８が停止している。

この状態においてピストンロツド２０にそれを
収縮させる向きの外力が加えられた場合にはピス
トン１８が僅かに後退するが、それに伴つて第一
ポート６０が開き、第一油圧室２２から作動油が
タンク５８へ流出し、その分だけポンプ３２から
第一油圧室２２に作動油が補給されることとなる
が、この作動油の補給路にはパイロツト式三方弁
３０内の切欠９６によつて形成された絞りがある
ため、第一油圧室２２の油圧が低下する。それに
よりピストン１８が押し戻されて元の位置に復帰
する。ピストンロツド２０に逆向きの力が加えら
れた場合にも同様であつて、ピストンロツド２０
は外力に抗して所定の位置に保たれることとな
る。

そして、ステツピングモータ７０が左に回転さ
せられれば、第二ポート６２は閉じたままで第一
ポート６０が開かれる。その結果、第一油圧室２
２の作動油が流出してパイロツト式三方弁３０内
の切欠９６の絞り作用により第一油圧室２２の油
圧が低下するため、ピストン１８に対する力の均
衡が破れ、ピストン１８は第一油圧室側２２へ移
動させられることとなる。また、第一油圧室２２
の油圧が低下すれば、パイロツト式三方弁３０の
パイロツト圧室１０２のパロツト圧も低下してス
プール８０が移動させられ、高圧ポート８６と第
二ポート８４とが十分な流路面積で連通させられ
る一方、第一ポート８２は遮断される。したがつ
て、以後はポンプ３２からの作動油は第二油圧室
２４にのみに十分な流量で流入し、第一油圧室２
２には流入しないこととなり、作動油の無駄な消
費が回避されるとともにピストン１８が高速で前
進させられる。ピストン１８の前進は第一ポート
６０が閉じるまで続くのであり、結局、ステツピ
ングモータ７０を所定角度回転させれば、その回
転角度に比例する長さだけピストンロツド２０が
伸長することとなる。

ただし、パイロツト通路９８には絞り１０６が
設けられており、かつ、スプール８０はスプリン
グ９０およびワツシヤ９２によつて中立位置に保
たれているため、ステツピングモータ７０が微少
角度回転したのみではパイロツト式三方弁３０は
中立状態に保たれたままであり、ピストン１８が
微少距離移動した後停止することとなる。なお、
絞り１０６（絞り１０８についても同様）はスプ
ール８０の急激過ぎる作動を阻止してチヤタリン
グの発生を防止する機能も果たす。

逆に、ステツピングモータ７０が右に回転させ
られれば、第一ポート６０は閉じたままで、第二
ポート６２が開かれ、第二油圧室２４がタンク５
８に連通させられる。そのため、第二油圧室２４
から作動油が流出して第二油圧室２４の油圧が低
下し、ピストン１８に対する力の均衡が破れてピ
ストン１８は後退する。この後退も上記前進時と
同様にして第二ポート６２が閉じるまで行われる
のであり、ピストンロツド２０はステツピングモ
ータ７０の回転角度に比例した長さだけ収縮する
こととなる。

以上の説明から明らかなように、本実施例にお
いては螺旋スプール４２がスプール孔４０内で単
に回転させられることによりピストン１８が前
進、後退させられて、ピストンロツド２０が伸
長、収縮させられるのであり、螺旋スプール４２
とピストン１８とは螺合されているわけではない
ため、送りねじを使用した電気−油圧シリンダに
おけるように送りねじおよびナツトの摩耗によつ
てピストン１８の作動精度が低下することがな
い。

しかも、本実施例においては、第一ポート６０
および第二ポート６２をタンクポート５６に連通
させるための油通路がピストン１８およびピスト
ンロツド２１内に形成されているため、全体を小
形化し得る利点がある。すなわち、ピストン１８
の外周面に環状溝を形成する一方、シリンダチユ
ーブ１２にタンクポートを形成して、ピストン１
８の位置如何を問わずタンクポートが環状溝に連
通状態を保つようにすることによつても目的を達
し得るのであるが、この場合には環状溝をピスト
ンの作動ストローク以上の幅を有するものとする
ことが必要であり、当然ピストンはそれ以上の長
さを有するものとすることが必要であつて、その
分だけ電気−油圧シリンダが長くなつてしまう。
それに対して、本実施例においてはピストン１８
の長さを作動ストロークより小さくすることが可
能であるため、電気−油圧シリンダを小形化する
ことが可能なのである。

第４図に本発明の別の実施例を示す。

この実施例は電動式三方弁が前記実施例と異な
つており、他の部分は同様であるため、同一の機
能を果たす部分に同一の符号を付して対応関係を
示し、詳細な説明は省略する。

本実施例の電動式三方弁１２０はピストン１８
内のスプール孔４０に実質的に液密にかつ摺動可
能に嵌合されたスプール１２２を備えている。こ
のスプール１２２はナツト１２４を備え、このナ
ツト１２４において送りねじ１２６と螺合してい
る。ナツト１２４は多数のボールを保持してお
り、このボールを介して送りねじ１２６と螺合さ
せられていて、ナツト１２４および送りねじ１２
６はボールねじ機構を構成している。スプール１
２２の回転はそれの外周面に形成された溝１２８
とピストンに固定されたピン１３０との係合によ
つて阻止されている。第一ポート６０および第二
ポート６２はスプール１２２のピストン１８に対
する相対移動によつて、スプール１２２の外周面
に形成された環状溝１３２に連通させられるが、
この環状溝１３２は連通孔１３４を経てスプール
１２２の内部空間に連通させられており、この内
部空間はピストンロツド２１を貫通して形成され
た油通路１３６によつて油室５４に連通させられ
ている。

本実施例の電気−油圧シリンダの作動は、ステ
ツピングモータ７０によつて送りねじ１２６が回
転させられることによりスプール１２２がピスト
ン１８に対して相対移動させられ、第一ポート６
０および第二ポート６２がタンクポート５６に択
一的に連通させれらることを除いて前記実施例と
同様であるため、説明は省略する。

以上、本発明の２つの実施例を図面に基づいて
説明したが、これは文字通り例示であつて、本発
明はこれら以外にも当業者の知識に基づいて種々
の変形、改良を施した態様で実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電気−油圧シ
リンダを示す正面断面図であり、第２図はそれの
スリーブを取り出して示す平面図である。第３図
は第１図におけるパイロツト式三方弁の構造を略
図的に示す正面断面図である。第４図は本発明の
別の実施例である電気−油圧シリンダの正面断面
図である。 １０：シリンダハウジング、１８：ピストン、
２０，２１：ピストンロツド、２２：第一油圧
室、２４：第二油圧室、２６，２８：入口ポー
ト、３０：パイロツト式三方弁、４２：螺旋スプ
ール、５６：タンクポート、５９：スリーブ、６
０：第一ポート、６２：第二ポート、６８：三方
弁、７０：ステツピングモータ、７８：バルブハ
ウジング、８０：スプール、８２：第一ポート、
８４：第二ポート、８６：高圧ポート、９６：切
欠、９８，１００：パイロツト通路、１２０：三
方弁、１２２：スプール、１２４：ナツト、１２
６：送りねじ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両端面から互いに反対向きに延び出た２本の
   ピストンロツドを有するピストンと、 そのピストンを両ピストンロツドが外部に突出
   する状態で収容し、ピストンの両側に第一液圧室
   および第二液圧室を形成するシリンダハウジング
   と、 前記２本のピストンロツドの一方を軸方向に貫
   通して前記ピストン内部に至る状態で前記シリン
   ダハウジングに支持され、電動モータにより回転
   させられる螺旋部材を含み、その螺旋部材の停止
   中は前記第一液圧室および第二液圧室を封鎖して
   いるが、螺旋部材の正逆両方向の回転に応じて第
   一液圧室と第二液圧室とを択一的に低圧ポートに
   連通させる電動式三方弁と、 前記第一液圧室および第二液圧室にそれぞれ連
   通する第一ポートおよび第二ポートと液圧源に接
   続される高圧ポートとを備え、かつ、第一液圧室
   と第二液圧室との液圧をパイロツト圧として互い
   に逆向きに受け、両液圧室の液圧が等しい状態に
   おいては中立状態にあつて第一液圧室と第二液圧
   室とをそれぞれ絞りを経て前記高圧ポートに連通
   させ、第一液圧室の液圧が高い状態では第一作動
   状態となつて、第一液圧室を高圧ポートに連通さ
   せる一方、第二液圧室を遮断し、第二液圧室の液
   圧が高い状態では第二作動状態となつて、第二液
   圧室を高圧ポートに連通させる一方、第一液圧室
   を遮断するパイロツト式三方弁と を含むことを特徴とする電気−液圧シリンダ。 ２ 前記電動式三方弁が前記ピストンの内部に形
   成されたスプール孔およびそのスプール孔に開口
   する複数のバルブポートと、スプール孔に摺動可
   能に嵌合されたスプールとを含み、前記螺旋部材
   がそのスプールに螺合された送りねじである特許
   請求の範囲第１項記載の電気−液圧シリンダ。 ３ 前記電動式三方弁が前記ピストンの内部に形
   成されたスプール孔およびそのスプール孔に開口
   する複数のバルブポートを含み、かつ、前記螺旋
   部材が螺旋状のランドを備えて前記スプール孔に
   嵌合され、回転によつて前記バルブポートを開閉
   させる螺旋スプールである特許請求の範囲第１項
   記載の電気−液圧シリンダ。