JPH10299724A - ステッピングシリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 手動操作から自動モードへ切り替える時の衝
撃を防止するステッピングシリンダを提供する。 【解決手段】 油圧シリンダのピストン２内にスリーブ
６を形成し、このスリーブ６に軸方向移動自在にスプー
ル１１を収容し、スプール１１の移動位置に応じて動作
油の流路が切替わるように構成すると共に、上記スプー
ル１１がステッピングモータ１４に連結されたボールネ
ジ１５の回転により移動するようにしたステッピングシ
リンダにおいて、上記スリーブ６に上記スプール１１の
移動によって付勢されるバネ１６を設けた。外力でピス
トン２が移動するとスプール１１追従するので、油圧を
印加したとき急激な動作は生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステッピングモー
タによる回転角変位を油圧シリンダの軸方向変位に変換
するステッピングシリンダに係り、特に、手動操作から
自動モードへ切り替える時の衝撃を防止するステッピン
グシリンダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングシリンダは、ステッピング
モータによる回転角変位を油圧シリンダの軸方向変位に
変換すると共に油圧による強力な力を得ることができ
る。その構成は、図５に示されるように、ピストン２を
移動させるための動作油のポートを、ピストン内に形成
したスリーブ６に開口させ、このスリーブ６内に上記ポ
ートを開閉するスプール１１を収容し、スプール１１の
移動位置に応じて動作油の流路が切り替わるように構成
（弁を形成）すると共に、このスプール１１にボールネ
ジ１５を挿通し、このボールネジ１５にステッピングモ
ータ１４を連結し、このステッピングモータ１４の回転
によりスプール１１を軸方向に移動させ、このスプール
１１の移動に追随してピストン２が移動するようにした
ものである。

【０００３】ステッピングモータ１４の回転角変位は微
小角刻みで正確に与えることができるので、ピストン２
の位置制御はオープンループにて、即ち位置センサがな
くとも精密に行うことができる。

【０００４】この種のステッピングシリンダは、その位
置制御の正確さ、容易さから、種々の分野で使用され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の油圧
シリンダを使用していた設備では、油圧シリンダの運転
前に手動による位置合わせを行っていた。この設備に従
来の油圧シリンダに代えてステッピングシリンダを導入
しようとすると、手動による位置合わせが問題となる。
なぜなら、油圧が印加され、ステッピングモータが励磁
されていると手動でピストンを移動できないから、油圧
の印加を停止し、ステッピングモータの励磁を停止して
位置合わせを行うことになる。ところが、この手動によ
る位置合わせの後、油圧を印加し、ステッピングモータ
を励磁すると、このステッピングシリンダは急激にピス
トンを移動させようとする。このためピストンのロッド
を介して対象物に衝撃が及んでしまう。

【０００６】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、手動操作から自動モードへ切り替える時の衝撃を防
止するステッピングシリンダを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、油圧シリンダのピストン内にスリーブを形
成し、このスリーブに軸方向移動自在にスプールを収容
し、スプールの移動位置に応じて動作油の流路が切り替
わるように構成すると共に、上記スプールがステッピン
グモータに連結されたボールネジの回転により移動する
ようにしたステッピングシリンダにおいて、上記スリー
ブに上記スプールの移動によって付勢されるバネを設け
たものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【０００９】図１に示されるように、本発明のステッピ
ングシリンダにあっては、油圧シリンダ１にピストン２
が収容されている。油圧シリンダ１内は、ピストン２に
よってロッド側油室３とヘッド側油室４とに区画されて
いる。ピストン２内にはその軸心部にボールネジ収容部
５とスリーブ６とが形成されている。スリーブ６は、ピ
ストン２のヘッド部７の内面よりロッド側に所定の奥行
きまで形成されており、そこから奥は径の細いボールネ
ジ収容部５となっている。スリーブ６には、ロッド側油
室３に連通する油路８と、ヘッド側油室４に連通する油
路９と、油圧シリンダ１外に連通する油路１０とが開口
されている。スリーブ６には軸方向移動自在にスプール
１１が収容されている。スプール１１は、ロッド側の端
部とヘッド側の端部とがそれぞれスリーブ６の内径にほ
ぼ等しい外径になっている。スプール１１の移動位置
（スリーブ６との相対位置）に応じて、ロッド側油室３
に連通する油路８及び油圧シリンダ外に連通する油路１
０が開閉されるように構成されており、ヘッド側油室４
に連通する油路９はスプール１１の移動位置によらず開
くように構成されている。スプール１１がロッド側油室
３に連通する油路８を開く位置にあると、ロッド側油室
３がヘッド側油室４に連通し、逆に、スプール１１が油
圧シリンダ１外に連通する油路１０を開く位置にある
と、ヘッド側油室４が油圧シリンダ１外に連通すること
になる。ロッド側油室３がヘッド側油室４に連通したと
きには、ピストンの受圧面積の相違によりピストンがロ
ッド側に移動し、相対的にスプール１１がヘッド側に移
動する。ヘッド側油室４が油圧シリンダ１外に連通した
ときには、動作油が排出されてピストン２がヘッド側に
移動し、相対的にスプール１１がロッド側に移動する。
図１には、スプール１１が中立のバランス位置にある状
態が示されている。油圧シリンダ１外には、ロッド側油
室３に給油圧力Ｐ_S で油圧を印加するポンプ１２が設け
られていると共に、排出圧力Ｐ_T で動作油を排出するた
めのタンク１３が設けられている。

【００１０】油圧シリンダには、駆動パルスに応じて微
小角刻みで回転するステッピングモータ１４が取り付け
られている。このステッピングモータ１４の回転軸には
ボールネジ１５が連結されている。このボールネジ１５
は、ピストン２に軸方向に挿通されている。このボール
ネジ１５にはスプール１１が螺合されているが、このス
プール１１は回転が規制されている。従って、ボールネ
ジ１５が回転するとスプール１１が軸方向に移動するよ
うになっている。

【００１１】スリーブ６には、スプール１１の移動によ
って付勢されるバネ１６がスプール１１の軸方向両側に
設けられている。一方のバネ１６は、スリーブ６とボー
ルネジ収容部５との段差に当接され、他方のバネ１６
は、ヘッド部７の内面に当接されている。従って、これ
らのバネ１６は、スプール１１がロッド側に移動すれば
ヘッド側に戻す力を持ち、スプール１１がヘッド側に移
動すればロッド側に戻す力を持つことになる。図１のよ
うに、スプール１１が中立のバランス位置にある状態で
は、バネ１６も中立の状態となっている。

【００１２】図２及び図３に、ピストンを手動で移動さ
せる装置を示す。

【００１３】図２のものは、ステッピングシリンダ２１
のロッド２２に、手動部材２３が装着されており、この
手動部材２３をステッピングシリンダ２１の軸方向に移
動させるてこ式手動具２４が設けられている。図３のも
のは、ステッピングシリンダ２１のロッド２２に、歯付
きの手動部材３３が装着されており、この歯に噛み合わ
された歯車（図示せず）と、この歯車を回転させて手動
部材３３を移動させるハンドル３４が設けられている。

【００１４】図１のステッピングシリンダの動作を説明
する。

【００１５】スリーブ６には、スプール１１の軸方向両
側にスプール１１が移動できる空間があり、その長さを
バルブストローク量と言う（バルブたまり量とも言
う）。しかし、油圧が印加されていると、メカニカルフ
ィードバックが働くため、スリーブ６とスプール１１と
がバランス位置と呼ばれる、ある決まった相対位置関係
を保とうとする。

【００１６】油圧の印加を停止して行う手動モードで
は、人力によりピストン２が移動される。従来技術で
は、ステッピングモータを励磁したまま行うと、スリー
ブ６がスプール１１に関係なく移動していた。また、バ
ルブストローク量以上にスリーブ６を移動させるため
に、ステッピングモータの励磁を停止した場合、スプー
ル１１がスリーブ端に当るとスプール１１も移動される
ようになる。本発明にあっては、油圧の印加を停止し、
ステッピングモータの励磁を停止して行う。このときス
リーブ６にスプール１１の移動によって付勢されるバネ
１６が設けられているので、スリーブ６が移動すると、
バネ１６の力によりスプール１１が移動する。このため
スリーブ６とスプール１１との相対位置関係がバランス
位置に保持されつつピストン２が移動されることにな
る。

【００１７】手動による位置合わせが終了したときも、
スリーブ６とスプール１１とのバランス位置が保たれて
いる。従って、自動モードに戻すために、ステッピング
モータ１４を励磁してスプール１１を固定し、油圧を印
加しても、急激にピストンが移動されることがない。

【００１８】図４は、バネ力の設定に用いる特性図であ
る。横軸はスリーブに対するスプールの相対位置であ
り、縦軸はバネ荷重である。横軸の中央に示された中立
点４０において、バネ荷重は最低（初期荷重）になり、
スプールがどちらに移動してもバネ荷重が増えるように
なっている。バルブストローク４１の両端でバネ荷重は
最高になる。従って、油圧のバランス位置にバネ力の中
立点４０が重なるようにバネを設ければよいことにな
る。

【００１９】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００２０】（１）手動操作から自動モードへ切り替え
る時の衝撃が防止されるので、ステッピングシリンダ自
体が衝撃にさらされないことはもとより、対象物にも衝
撃が及ばなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すステッピングシリン
ダの側断面図である。

【図２】手動操作機構の側面図である。

【図３】手動操作機構の側面図である。

【図４】本発明によるバネのバネ力特性図である。

【図５】従来のステッピングシリンダの部分側断面図で
ある。

【符号の説明】

２ ピストン ６ スリーブ １１ スプール １４ ステッピングモータ １５ ボールネジ １６ バネ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧シリンダのピストン内にスリーブを
   形成し、このスリーブに軸方向移動自在にスプールを収
   容し、スプールの移動位置に応じて動作油の流路が切り
   替わるように構成すると共に、上記スプールがステッピ
   ングモータに連結されたボールネジの回転により移動す
   るようにしたステッピングシリンダにおいて、上記スリ
   ーブに上記スプールの移動によって付勢されるバネを設
   けたことを特徴とするステッピングシリンダ。