JPH0735801B2 - 複動シリンダの残圧を利用した圧力変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複動シリンダの動作中に必要な圧力と、停止
時に必要な圧力との差圧を有効に利用する複動シリンダ
の残圧を利用した圧力変換装置に関するものである。

（従来の技術） 物体を移動させるために使用される複動シリンダに供給
する必要圧力は、当該物体の移動時と停止時とでは異な
っている。即ち、ピストンロッドは出入動作中は、当該
ロッドに連結されている負荷物体の慣性抵抗や複動シリ
ンダの排気側にある空気の流出抵抗などが加わって高い
圧力を必要とするが、停止時にはこれらの抵抗がなくな
り、静荷重の保持に必要な圧力だけでよい。

複動シリンダの作動が水平方向であったり、負荷の静止
摩擦抵抗が十分大きかったり、あるいはロック機構付の
複動シリンダの場合などでは、作動時に必要な供給圧力
と停止時の必要供給圧力とでは大きな圧力差があり、従
来はこの差圧は残圧としてそのまま捨てるか、利用され
ないで次回の作動までシリンダ内に保有されていた。

一方、工場内には一の空気圧源から供給される一般用圧
力による使用端のほかに、前記一般用圧力よりも高圧の
作動圧力等を必要とする使用端も少なくなく、従来はか
かる高圧使用箇所においては、別途の高圧用コンプレッ
サなどで昇圧する必要があった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら工場内に多数使用されているこれらの複動
シリンダの残圧をすべて大気中に放出したのではエネル
ギー経済上甚だ無駄であり、また次回の作動時の排出抵
抗力となって二重にエネルギーを無駄にするものであっ
た。

また、一般工場で使用する圧力以上の高圧使用端におい
て、別途に高圧用コンプレッサを設けると、設備費が嵩
み、余分の動力を消費してコスト高を招くという問題点
があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、簡単な回路で複動シリンダの残圧をうまく利用す
ることにより、余剰エネルギーの回収を図るのみなら
ず、更に進んで、一般用圧力以上の高圧使用端に高圧空
気を供給することを可能ならしめる等複動シリンダの残
圧を利用した圧力変換装置を提供することを目的とする
ものである。

（課題を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために、本発明の要旨とすると
ころは、入側ポートに空気圧源からの圧力空気を受け出
側ポートを複動シリンダのキャップ側及びヘッド側の各
ポーに連通させる切換操作を行う切換弁と、前記複動シ
リンダの前記両ポートに接続され該複動シリンダの動作
中には該複動シリンダに対し閉位置にあり且つ該複動シ
リンダの動作停止時には該複動シリンダの前記両ポート
中の少なくとも加圧側のポートに対し開位置となる残圧
供給弁と、大径ピストン及び小径ピストンを内蔵し駆動
室側に前記残圧供給弁を経て前記複動シリンダの残圧を
受け圧力変換室で圧力変換させた圧力空気を送出する圧
力変換器と、該圧力変換器による変換動作終了時に前記
駆動室を所定圧力に開放する開放弁とを備えたことを特
徴とする複動シリンダの残圧を利用した圧力変換装置に
ある。

（作用） 切換弁を一方に切換えると、複動シリンダのピストンロ
ッドは出動作もしくは入動作を始める。圧力空気は加圧
側に入り、ピストンを隔てた反対側からは空気が排出さ
れる。この間残圧供給弁は複動シリンダに対して閉位置
にある。

複動シリンダのピストンがストロークエンドに来て、リ
ミットスイッチなどによる検出結果に基づいて信号が発
せられると、切換弁は中間位置となり、当該複動シリン
ダへの圧力供給ポートを遮断する。

一方、前記信号により残圧供給弁はこれまで加圧側であ
った複動シリンダのポートに連通する位置に切換わる。
そしてこの残圧は、残圧供給弁を通って圧力変換器の駆
動室に供給される。

圧力変換器の圧力変換室側には空気圧源から圧力空気が
供給されていて、前記駆動室内に供給された残圧によっ
てピストンが押し動かされ、圧力変換器のピストンが動
作し、圧力変換室内の圧力変換した圧力空気を送出す
る。

圧力変換室から送出される圧力空気は空気タンクなどに
貯えられ、使用端に供給される。

圧力変換器のピストンがストロークエンドに達し、圧力
空気の送出が止まると、残圧供給弁の出口側に設けた開
放弁が開き、残った残圧は大気に開放され、駆動室内及
び残圧回路内を所定圧力にする。

切換弁が他の方向に切換わって複動シリンダが前述の方
向と逆の方向に作動した後停止したときは、残圧供給弁
は前述とは逆の方に切換わって同様の作用を行う。

（実施例） 以下本発明の第１実施例について、鉛直方向に沿って配
置された複動シリンダを用い増圧する場合を例として図
面を参照しながら説明する。

第１図は本発明に係る複動シリンダの残圧を利用した圧
力変換装置の第１実施例を示す回路図である。

複動シリンダの残圧を利用した圧力変換装置10は、複動
シリンダ20と、当該複動シリンダ20の動作方向を切換え
る切換弁30と、複動シリンダ20の残圧を供給する残圧供
給弁40と、残圧を受けて作動し、昇圧させた圧力空気を
送出する圧力変換器50と、残圧をこの場合の所定圧力で
ある大気圧に開放する開放弁60とを備えている。

複動シリンダ20は、シリンダ本体21と、当該シリンダ体
21内に、圧力を受けて摺動するピストン22と、当該ピス
トン22に連結したピストンロッド23とを有し、キャップ
側ポート24と、ヘッド側ポート25とを備えている。

ピストンロッド23は、下端に負荷物体Ｗが連結してあ
り、ストロークエンドを検知するリミットスイッチ61,6
2が当該負荷物体Ｗの位置に対応させて設けてある。

切換弁30は、５ポート三位置切換弁のクローズドセンタ
形であって、入側ポート₁が逆止弁63を介して空気圧源
Ｓに、出側ポートC₁が複動シリンダ20のヘッド側ポート
25に、出側ポートC₂がキャップ側ポート24に夫々連通し
ており、ポートR₁及びR₂が共に大気圧に開放されてい
る。

切換弁30の切換手段は、図示していないがソレノイド、
手動その他いずれでもよい。

残圧供給弁40は、３ポート三位置切換弁のクローズドセ
ンタ形であり、入側ポートD₁及び入側ポートD₂が夫々複
動シリンダ20のヘッド側ポート25及びキャップ側ポート
24に連通しており、出側ポートP₂が圧力変換器50に至る
残圧管路64に連通している。

残圧供給弁40も操作手段は、図示していないが、例えば
ソレノイドを用いて操作する。

圧力変換器50は、大径シリンダ体51a内にあって駆動室5
1内に残圧を受ける大径ピストン52と、当該大径ピスト
ン52に連結ロッド53で連結され小径シリンダ体54a内に
あって圧力変換室54内に高圧を発生させる小径ピストン
55とを備え、大径ピストン52と小径ピストン55と連結ロ
ッド53とでピストンブロック56を形成している。

圧力変換室54の出口ポートには一対の逆止弁65及び66が
接続してあり、一方の逆止弁65は管路11を通じて空気圧
源Ｓからの圧力を圧力変換室54に供給し、他方の逆止弁
66は圧力変換室54内で昇圧された高圧空気を送り出すた
めのものである。そしてこの高圧側管路12には高圧空気
タンク13が接続して設けてあり、高圧空気タンク13の出
口側が管路14を通じて切換弁30の入側ポートP₁に連通し
ている。

一方、前記残圧管路64には残圧を検知する圧力スイッチ
67とソレノイド作動型の開放弁60が設けてある。

次に、本発明の上記実施例に係る複動シリンダの残圧を
利用した圧力変換装置の作用について説明する。

ピストンロッド23が第１図において実線で示すように突
出し切った状態から、動作を開始するものとすると、切
換弁30が、中央位置からＢで示す位置に切換わり、作動
圧力は入側ポートP₁から出側ポートC₁を通って、複動シ
リンダ20のヘッド側ポート25に送入されたピストンロッ
ド23は入動作をする。

この間、残圧供給弁40は中央位置を保っている。

ピストンロッド23が入りきって２点鎖線で示す位置に達
し、負荷物体Ｗがリミットスイッチ61に至ると、このリ
ミットスイッチ61の信号で切換弁30は中央位置に復帰
し、圧力空気の供給は停止される。そして一方、前記リ
ミットスイッチ61の信号により残圧供給弁40は位置Ａに
切換えられる。

シリンダ20のヘッド側には上記作動中の高い空気圧がそ
のまま残圧として残っているから、残圧供給弁40の上記
切換えによって前記残圧はポート25から残圧供給弁40の
入側ポートD₁を経て出側ポートP₂に至り、残圧管路64を
通って圧力変換器50の駆動室51に送り込まれる。そして
大径ピストン52を押圧し、予め空気圧源から送り込まれ
ていた圧力変換室54内の圧力空気を小型ピストン55によ
って一層高く昇圧し、逆止弁66を経て高圧空気タンク13
内に送り込む。

大径ピストン52の動作が終了し、残圧管路64内の圧力が
所定圧力になったときに、圧力スイッチ67がこれを検知
して信号を発し、残圧供給弁40を中央位置に切換え、開
放弁60を開いて大気圧に開放し、残圧管路64内が大気圧
になったことを示す図示しない圧力センサーの信号によ
り当該開放弁60を再び閉じ、次回の作動に備える。

一方、残圧管路64内が低圧になったことで、逆止弁65か
ら空気圧源Ｓの空気が圧力変換器50の圧力変換室54内に
供給され、ピストンブロック56を、図において左端側に
移動させ、これも次回の動作のための準備が完了する。

ピストンロッド23が入りきった状態で、今度は切換弁30
がＡの位置に切換わると、キャップ側ポート24を通じて
圧力空気が供給され、ロッド23は突出しストロークエン
ドに達すると、リミットスイッチ62の信号で切換弁30は
中央位置に復帰し、同時に残圧供給弁40の方は位置Ｂに
切換わって入側ポートD₂から残圧が供給され、以後の作
用は前述と同様である。

高圧空気タンク13からの高圧は、本実施例では切換弁30
の入側ポート側に供給されるようになっているが、これ
はあくまで一実施例に過ぎず、前記高圧空気タンク13か
ら分岐して夫々必要な使用端末に結合することも可能で
ある。

圧力変換器50の作動終了を残圧管路64に設けた圧力スイ
ッチ67によって検知するのに代えて、圧力変換器50のピ
ストンブロック56の作動を直接近接スイッチ等で検出し
てもよい。

第２図は本発明の第２実施例に係る圧力変換装置を示す
回路図である。

この第２実施例の場合、切換弁70は５ポート三位置切換
弁のエグゾーストセンタ形であり、残圧供給弁80は三位
置切換弁のクローズドセンター形であり、開放弁60には
流量及び圧力調整のための絞り91及びリリーフ弁90が接
続されている。第１実施例の場合と同一の部分は同一符
号で表示して説明を省略する。

切換弁70は、二つのポートQ₁，Q₂を複動シリンダ20の夫
々ヘッド側ポート25及びキャップ側ポート24に接続し、
他の二つのポートE₁，E₂を残圧供給弁80に接続し、中央
のポートE₀を空気圧源Ｓに接続してあり、ソレノイド
S₁，S₂が設けてある。切換弁70は中央位置でポートE₁，
E₂が複動シリンダ20のヘッド側ポート25及びキャップ側
ポート24に連通する。

残圧供給弁80にはソレノイドS₃，S₄、開放弁60にはソレ
ノイドS₅が設けてある。

次に、本発明の第２実施例に係る圧力変換装置の動作に
ついて説明する。

例えば、複動シリンダ20のピストンロッド23が第２図に
おいて実線にて示す下方のストロークエンドにある状態
から動作を開始するものとする。

ソレノイドS₁，S₄，S₅をオンに、切換弁70を位置Ａに、
残圧供給弁80を位置Ｂに、開放弁60を開位置にすると、
空気圧源ＳからポートE₀及びポートQ₁を通じて圧力空気
がヘッド側ポート25に至り、この圧力空気によりピスト
ンブロック23を入動作させる。

一方すでに開放弁60の開により逆止弁65から空気圧源Ｓ
の空気が圧力変換器50の圧力変換室54内に供給され、ピ
ストンブロック56が残圧管路側に移動している。

ピストンロッド23が２点鎖線で示すように、上方のスト
ロークエンドに達すると、負荷物体Ｗによりリミットス
イッチ61がオンとなり、ピストンロッド23が停止し、ソ
レノイドS₁とS₄をオフとし、切換弁70と残圧供給弁80を
中央位置にする。次にソレノイドS₃をオンS₅をオフにし
て複動シリンダ20のヘッド側圧力がポートF₁，Q₃を経
て、残圧管路64を通じて圧力変換器50の駆動室51へ送出
され、圧力変換器50が作動し、複動シリンダ20のヘッド
側圧力が下がって行く。そして負荷物体Ｗをそのままの
位置に保持するためにのみ必要な最低限の所定圧力にな
ると、これを検出する圧力スイッチ67からの信号でソレ
ノイドS₃をオフにソレノイドS₅をオンにする。複動シリ
ンダ20はピストンロッド23の上方のストロークエンドの
位置を保持し、残圧管路64の圧力は、開放弁60、絞り9
1、リリーフ弁90を通じて大気圧力に開放されるととも
に、逆止弁65を通じて圧力空気が圧力変換室54に送り込
まれ、圧力変換器50はリセットされる。

残圧管路64内が大気圧になったことを示す図示しない圧
力センサーの信号によりS₅はオフとなる開閉弁60が閉と
なる。

次工程としてソレノイドS₂，S₃をオンにし、空気圧源Ｓ
からポートE₀及びポートQ₂を通じ、圧力空気がキャップ
側ポート24に至り、この圧力空気によりピストンロッド
23を出動作させる。

即ち、複動シリンダ20のヘッド側圧力空気は切換弁70及
び残圧供給弁80を経て、残圧管路64を通じて圧力変換器
50の駆動室51へ送出され、圧力変換器50が作動し、複動
シリンダ20のヘッド側圧力が下がって行く。この間ソレ
ノイドS₅はオフであり、開放弁60が閉位置にある。

此の操作に於て複動シリンダの動作速度が維持出来ない
場合は、ソレノイドS₅をオンにして、絞り91、及びリリ
ーフ弁90を夫々調整し働かせる事で、ピストンロッド23
を所要のスピードでストロークエンド迄動作させる事が
出来る。その後の動作は前述と同様である。

なお、本発明は、増圧の場合に限らず圧力変換器をもっ
て空気を減圧する場合にも適用可能であり、複動シリン
ダのピストンロッドが鉛直に限らず任意の方向に沿って
動作するものであってもよい。

（発明の効果） 本発明は上述の如く構成され、複動シリンダの作動時と
停止時との必要圧力の差、即ち残圧を簡単な回路構成で
抽出し圧力変換器に導き、高圧などを得るようにしたか
ら、工場の動力節約に寄与するところ大であるばかりで
なく、一般用空気源よりも高い圧力の使用端に低コスト
の高圧空気を供給することを可能ならしめるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る複動シリンダの残圧
を利用した圧力変換装置を示す回路図、第２図は本発明
の第２実施例に係る圧力変換装置を示す回路図である。 P₁……入側ポート、C₁，C₂……出側ポート、Ｓ……空気
圧源、Ｗ……負荷物体、10……圧力変換装置、20……複
動シリンダ、22……ピストン、23……ピストンロッド、
24……キャップ側ポート、25……ヘッド側ポート、30…
…切換弁、40……残圧供給弁、50……圧力変換器、51…
…駆動室、52……大径ピストン、54……圧力変換室、55
……小径ピストン、56……ピストンブロック、60……開
放弁、64……残圧管路、70……切換弁、80……残圧供給
弁、90……リリーフ弁、91……絞り。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入側ポートに空気圧源からの圧力空気を受
   け出側ポートを複動シリンダのキャップ側及びヘッド側
   の各ポートに連通させる切換操作を行う切換弁と、前記
   複動シリンダの前記両ポートに接続され該複動シリンダ
   の動作中には該複動シリンダに対し閉位置にあり且つ該
   複動シリンダの動作停止時には該複動シリンダの前記両
   ポート中の少なくとも加圧側のポートに対し開位置とな
   る残圧供給弁と、大径ピストン及び小径ピストンを内蔵
   し駆動室側に前記残圧供給弁を経て前記複動シリンダの
   残圧を受け圧力変換室で圧力変換させた圧力空気を送出
   する圧力変換器と、該圧力変換器による変換動作終了時
   に前記駆動室を所定圧力に開放する開放弁とを備えたこ
   とを特徴とする複動シリンダの残圧を利用した圧力変換
   装置。