JPS6024961Y2 - シリンダ駆動装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、負荷を上下に駆動するシリンダの駆動装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

空気圧によって駆動する従来のシリンダ駆動系において
は、高圧空気源からの圧縮空気を方向切換弁を介してシ
リンダに送給することによりそれを駆動し、該駆動また
は復帰に伴ってシリンダから排出される空気は、上記方
向切換弁を介して大気に放出している。

しかしながら、上記従来のシリンダ駆動系において、シ
リンダの駆動、復帰に伴って該シリンダから排出される
空気は、圧力即ち多量のエネルギーを持っているため、
そのまま大気中に放出するのは省エネルギーの観点から
問題がある。

このような問題を解決するため、本考案者は、蓄圧タン
クに連通ずる平衡シリンダによって負荷をバランス状態
で支持し、駆動シリンダに空気圧を給排することによっ
てその負荷を上下に駆動するようにしたシリンダ駆動装
置を提案している（例えば、実開昭５６−８４１０１号
参照）。

この既提案のシリンダ駆動装置は、第７図に示すように
、平衡シリンダ２０ａ、２０ｂのヘッド室２１ａ、２１
ｂに供給された圧力空気を、平衡シリンダ２０ａ、２０
ｂの復帰時に大気に放出させることなく、連通管路２２
及び平衡管路２３によって蓄圧タンク２４に回収、蓄積
し、この回収、蓄積した空気を、平衡シリンダ２０ａ、
２０ｂの駆動時にヘッド室２１ａｖ２１ｂに供給して負
荷Ａを支承させることで、エネルギーの有効利用を図っ
ている。

なお、上記平衡シリンダ２０ａ、２０ｂは、空気源２５
からの高圧空気が切換制御弁２６によってベッド室２７
とロッド室２８とに交互に供給されることで駆動される
駆動シリンダ２９によって、駆動及び復帰がなされるも
のである。

このシリンダ駆動装置において、平衡シリンダ２０ａ＊
２０ｂの駆動時にヘッド室２１ａ、２１ｂへの空気の供
給によって低下する蓄圧タンク２４の内圧は、空気源２
５から図示を省略している減圧弁を介して供給される空
気によって一定圧に保たれるが、復帰時には平衡シリン
ダ２０ａ、２０ｂの容積にほぼ相当する圧力空気のすべ
てが蓄圧タンク２４に回収、蓄積されることで蓄圧タン
ク２４の内圧が上昇するために、平衡シリンダ２０ａ、
２０ｂのストロークによって蓄圧タンク２４の内圧が上
昇して、シリンダの出力変動が大きくなるという問題が
ある。

この圧力上昇を小さくするには、蓄圧タンクの容積を十
分に大きくすればよいが、蓄圧タンクはその容積が大き
くなるに従って価格が加速度的に高価になり、そのため
圧力空気の回収、蓄積に際し、蓄圧タンクの容量をでき
るだけ小さくすることが、製品価格を低廉にするという
観点から強く要求されることになる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

叙上に鑑み、本考案は、シリンダ駆動装置において排気
の一部を蓄圧タンクに回収、蓄積して、エネルギーの有
効利用を図るに際し、シリンダのストロークに応じて蓄
圧タンクの内圧が上昇するのをできるだけ抑制し、それ
によって蓄圧タンクの容量をできるだけ小さくできるよ
うにすることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、本考案のシリンダ駆動装置は
、空気源を減圧弁を介して蓄圧タンクに接続させ、負荷
を上下に駆動するシリンダのヘッド室と負荷を上昇させ
るに必要な圧力を有する上記蓄圧タンクとを、流量制御
弁を備えた平衡管路を介して連通させ、該シリンダにお
けるロッド室と上記蓄圧タンクとを圧力制御弁機構を備
えた還流管路を介して連通させ、該圧力制御弁機構を、
ロッド室を蓄圧タンクと大気とに切換連通させると共に
、蓄圧タンクへの連通時に、該蓄圧タンクの圧力をヘッ
ド室の空気圧に抗して負荷を下動させ得る圧力に減圧し
てロッド室に流入させる弁機構により構成した点に特徴
を有している。

〔作 用〕

上記構成のシリンダ駆動装置において、負荷を上昇させ
るために、蓄圧タンクの空気を流量制御弁を介してヘッ
ド室に流入させると共に、ロッド室を圧力制御弁機構を
介して大気に開放すると、蓄圧タンクからの空気が流量
制御弁を介してヘッド室に流入し、これにより負荷はピ
ストンと共に上昇する。

また、この状態でロッド室を圧力制御弁機構を介して蓄
圧タンクに連通させると、蓄圧タンクからの空気がその
弁機構によって所要圧に減圧されてロッド室に流入し、
これにより負荷はピストンと共にヘッド室圧力に抗して
下動する。

この場合に、上記ヘッド室は流量制御弁を介して蓄圧タ
ンクに通じたままの状態にあり、そのため上記下動によ
ってヘッド室の空気が蓄圧タンクに送入されるが、蓄圧
タンクの空気圧の一部は圧力制御弁機構を通じてロッド
室に供給されるため、それらの相殺により蓄圧タンクの
圧力変化は可及的に抑制され、従って小容量の蓄圧タン
クを使用しても蓄圧タンクの圧力変化十分に小さくする
ことができる。

〔考案の効果〕

このような本考案のシリンダ駆動装置によれば、シリン
ダが１往復する際に、ヘッド室の高圧空気を大気に放出
することなく、ロッド室の空気のみを大気に放出すると
共に、該ロッド室の空気を圧力制御弁機構により減圧し
て低圧なものとしたので、シリンダのスト・ローフによ
ってシリンダ駆動装置から大気に放出する圧力空気を非
常に少なくすることができ、□これによってエネルギー
の有効利用が図れる。

また、シリンダのロッド室と蓄圧タンクとを圧力制御弁
を介して連通させ、シリンダの下降時にヘッド室から蓄
圧タンクに逆流する圧縮空気の一部をロッド室に還流さ
せるようにしたので、ヘッド室と蓄圧タンクとを結ぶタ
ンク系の昇圧が緩和され、これにより蓄圧タンクを小さ
くすることができて製品価格を低廉にすることができる
。

〔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
に、第１図において、シリンダ１は負荷Ａを昇降させる
リフターを構成するもので、該シリンダ１におけるヘッ
ド室２は、減圧弁３により空気源４の圧力を所期圧に減
圧した蓄圧タンク５と、電磁比例流量制御弁７を備えた
平衡管路６を介して連通させ、該シリンダ１におけるロ
ッド室８は、上記平衡管路６から分岐させた圧力制御弁
機構１０を有する還流管路９によって蓄圧タンク５に連
通させている。

なお、図中、１１は蓄圧タンク５の異常昇圧を防ぐリリ
ーフ弁を示す。

上記電磁比例流量制御弁７は、非通電時にヘッド室２と
蓄圧タンク５の間の平衡管路６を閉塞し、通電時にはそ
の通電量に比例した弁開度で無段階的に開弁して、その
開弁度即ち通電量に比例した流量を蓄圧タンク５からヘ
ッド室２に流入させるように構成したもので、具体的に
は第２図に示すような構造とすることができる。

第２図の電磁比例流量制御弁７においては、パイロット
弁部２１におけるソレノイド２２に通電すると、スプリ
ング２３の付勢力及び背圧室２４の圧力とソレノイドの
吸引力とのバランスによりその通電量に比例した量だけ
可動鉄心２５が固定鉄心２６に吸引され、それに伴うパ
イロットスプール２７の移動により、プリードロ２８ｃ
を閉じると共にパイロット供給口２８ａとパイロット出
力口２８ｂとを連通させ、これによって通電量に応じた
２次圧が圧力作用室２９に導入される。

また、この２次圧がフィードバック孔３０を通じて背圧
室２４にフィードバックされる。

そして、この２次圧に応じて主弁３１におけるスプール
３２がスプリング３３の付勢力とバランスする位置まで
移動し、これにより、スリーブ３４の制御開口３５が全
開から全開まで無段階的に制御されて開弁し、蓄圧タン
ク５に通じる入口ポート３６ａからヘッド室２に通じる
出口ポート３６ｂに流量制御された空気が供給される。

また、上記圧力制御弁機構１０は電磁比例圧力制御弁と
して構成し、非通電時にはロッド室８と蓄圧タンク５の
間の還流管路９を閉塞すると共にロッド室８を大気に開
放し、通電時にはロッド室８と蓄圧タンク５とを連通さ
せて、ロッド室８が通電量に比例した設定圧となるまで
蓄圧タンク５からロッド室８に空気を流入させるもので
、具体的には第３図に示すような構造とすることができ
る。

即ち、第３図の電磁比例圧力制御弁においては、パイロ
ット弁部４１におけるソレノイド４２に通電すると、第
２図の場合と同様に、パイロットスプール４３の移動に
よって通電量に比例した２次圧がパイロット供給口４４
ａからパイロット出力口４４ｂを経て圧力作用室４５に
導入され、その２次圧に応じて主弁４６におけるスプー
ル４７がスプリング４８の付勢力及び背圧室４９の圧力
とのバランス位置に移動する。

この移動においては、出口ポート５０ｂと大気に通じる
リリーフポート５０ｃとの間がスプール４７で閉塞され
、次いで出口ポート５０ｂと入口ポート５０ａとが連通
し、蓄圧タンク５からの流体が入口ポート５０ａから出
口ポート５０ｂを経てロッド室８に流入すると共に、出
口ポー）５０ｂの圧力がフィードバック孔５１を介して
背圧室４９に至り、この圧力とスプリング４８の付勢力
との合成作用力が圧力作用室４５の２次圧とバランスす
る位置にスプール４７を変位させ、これにより出口ポー
ト５０ｂの圧力が通電量に比例した設定値に減圧設定さ
れる。

このように構成したシリンダ駆動装置においては、電磁
比例流量制御弁７及び圧力制御弁機構１０が共に非通電
状態にあるとき、ヘッド室２及びロッド室８は共に蓄圧
タンク５と連通せず、しかもロッド室８は大気に開放し
た状態にある。

今、この状態で電磁比例流量制御弁７に通電す、れば、
その通電量に応じた空気流量が蓄圧タンク５からヘッド
室２に流入し、その流量に応じた速さでシリンダロッド
１ａが負荷Ａを支持しつつ上昇ストロークする。

この上昇に伴ってロッド室８の空気は圧力制御弁機構１
０から大気に放出されると共に、ヘッド室２の容積の増
大に伴う蓄圧タンク５の低圧化に伴ってその分を補償す
る空気が減圧弁３を介して空気源４から蓄圧タンク５に
補給される。

この後、負荷Ａを再び下降させるには、電磁比例流量制
御弁７に通電してヘッド室２と蓄圧タンク５とを連通さ
せたまま、圧力制御弁機構１０に通電し、蓄圧タンク５
からの圧力を減圧してロッド室８に加えればよい。

これにより、シリンダ１のロッド室８側には負荷Ａの作
用力に蓄圧タンク５からの減圧圧力による作用力が加わ
って、ヘッド室２側の作用力に打ち勝ち、負荷Ａが下降
する。

その下降の速度は、圧力制御弁機構１０と電磁比例流量
制御弁７への通電量により調節することができる。

而して、その負荷Ａの下降に伴ってヘッド室２から平衡
管路６を通して蓄圧タンク５に戻る圧力空気により該蓄
圧タンクの圧力が上昇するが、該蓄圧タンク５を還流管
路９を介してロッド室８と連通させているので、蓄圧タ
ンクに戻る空気の一部がロッド室８に還流腰蓄圧タンク
５の圧力上昇が抑制される。

また、上記負荷の上昇、下降ストロークの途中において
電磁比例流量制御弁７への通電量を変化させることによ
りその速度を調節でき、これによりストローク途中にお
ける高速移動やストローク端における緩衝的停止、さら
にはストローク途中における非常停止を行うことができ
る。

次に、上述した装置により行った実験例等について説明
する。

〔実験条件〕

負荷重量： １００１００Ｏ シリンダ：内径 ２００−ＩｒＩＩＩＬ１０ツド径 ５
−、ストローク １０００ｍｍ 蓄圧タンク： ２００／ 上記実験条件において、減圧弁３により設定されるる蓄
圧タンク５の下限圧を４．０ｋｇｆ／ｃｎ！、電磁比例
圧力制御弁の設定圧（ロッド室圧力）Ｐｒを２ｋｇｆ／
ｃｒｌとすると、シリンダによって負荷がｌ往復する間
に消費される空気は、ロッド室からの低圧空気２ｋｇｆ
／７の排出だけであり、その量は８６．４ （ＮＪ／１
往復〕であって、在来の高圧空気５ｋｇｆ／ｃＩｔを排
出する場合の消費量３６７ＣＮｆ／１往復〕に比しその
２３．５％であり、シリンダの１往復について７６．５
％ものランニングコストヲ低減できる。

第４図は上記実験条件に基づいて行った実験結果を示す
もので、その下図では、負荷Ａを上昇端から下降端まで
降下させた際の下降端における蓄圧タンク５の圧力ＰＴ
、と上昇端における蓄圧タンク５の圧力ＰＴ２との関係
を、上図では上昇端と下降端での平衡出力差ΔＦ ＝Ａ
ｈ （ＰＴｌ−Ｐｒ２）と上記蓄圧タンク圧力ＰＴ２と
の関係を、それぞれ電磁比例圧力制御弁の設定圧、換言
すればそれによって制御されるロッド室圧力Ｐｒをパラ
メータトシて、Ｐｒ＝Ｑの従来例とＰｒを１．５．２．
４．３．０及び３．５ｋｇｆ／ｃｍに設定した場合につ
いて表わしている。

但し、Ａｈはヘッド室におけるピストンの有効面積であ
る。

即ち、これらのピストンが上下ストローク端に移動した
ときの蓄圧タンク５の圧力の変動を示すもので、前述の
如くロッド室８への空気の還流を行うことにより、下降
時における蓄圧タンクの圧力上昇がＰｒ＝Ｑである従来
例より著しく緩和され、従ってヘッド室側の平衡出力差
ΔＦも大幅に緩和されている。

例えば、Ｐｒ２＝ ４ｋｇｆ／ａｌ、 Ｐｒ＝２．４ｋ
ｇｆ／ＣＦＩ！としたとき、下降ストローク後の蓄圧タ
ンクの圧力ＰＴ１は、４．３５ｋｇｆ／ｃＪとなって（
第４図の下図参照）、ストローク上昇端の圧力より０．
３５ｋｇｆ／ｃｙｌ！だけ上昇し、シリンダ出力は１０
随ｇｆ増加するだけであるから（第４図の上図参照）、
従来例のＰｒ＝Ｑ（還流なし、全量放出）の場合に比し
てシリンダの平衡出力差はｌ／３となる。

従って、より高負荷運動を遠戚できる。

第５図は、上述したシリンダ駆動装置において、ロッド
室圧力を２ｋｇｆ／ｃｙｌｌとした場合のシリンダロッ
ドの変位、電磁比例流量制御弁の開弁度及びロッド室圧
力と時間との関係の一例を示すもので、シリンダロッド
を上昇端から下降端まで降下させた後、再び上昇端まで
上昇させる場合を示している。

なお、ロッド室の設定圧Ｐｒをシリンダロッドが下降し
終った後にある程度低下させておくのが、その後の上昇
ストロークの遅れを少なくするために有効である。

第６図は、本考案の第２実施例を示すもので、第１実施
例で用いた給排と減圧との２つの機能をもつ１個の電磁
比例圧力制御弁を代えて、給排のみを行う３ポート電磁
弁６１と段階的に減圧するパイロット式減圧弁６２とを
併用することにより圧力制御弁機構１０を構成している
。

上記パイロット式減圧弁６２は、蓄圧タンク５の圧力を
減圧して３ポート電磁弁６１の入力側に伝達する主減圧
弁６３と、該主減圧弁６３に圧力が異なる複数のパイロ
ット圧を選択的に加えるために減圧圧力の異なる複数の
減圧弁６５．６６の一方を選択する３ポート電磁弁６４
とによって構成される。

而して、負荷Ａを下降端から上昇させる際には、給排用
の３ポート電磁弁６１を通電状態にしてロッド室８を大
気に開放させると共に、電磁比例流量制御弁７に通電し
て蓄圧タンク５からヘッド室２に空気を流入させる。

また、負荷Ａを上昇端から下降させるには、電磁比例流
量制御弁７に通電してヘッド室２と蓄圧タンク５とを連
通させたまま、給排用の３ポート電磁弁６１を非通電に
してその入力側をロッド室８に連通させると共に、３ポ
ート電磁弁６４の切換えにより外部パイロット式の主減
圧弁６３に加えるパイロット圧を選定し、そのパイロッ
ト圧に応じた減圧出力を上記給排用の３ポート弁６１を
介してロッド室８に加えればよい。

この第２実施例の他の部分の構成及び作用は第１実施例
のものと実質的に同一であり、よって同一部分に同一の
符号を付してその説明を省略する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例の回路図、第２図及び第３
図はそれに用いたそれぞれ電磁比例流量制御弁及び電磁
比例圧力制御弁の断面図、第４図は本考案による実験の
結果を示す線図、第５図は本考案による駆動制御例を示
す線図、第６図は本考案の第２実施例の回路図、第７図
は従来例の説明図である。 １・・・・・・シリンダ、２・・・・・・ヘッド室、３
・・・・・・減圧弁、４・・・・・・空気源、５・・・
・・・蓄圧タンク、６・・・・・・平衡管路、７・・・
・・・電磁比例流量制御弁、訃・・・・田ツド室、９・
・・・・・還流管路、１０・・・・・・圧力制御弁機構
。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 空気源を減圧弁を介して蓄圧タンクに接続させ、負荷を
   上下に駆動するシリンダのヘッド室と負荷を上昇させる
   に必要な圧力を有する上記蓄圧タンクとを、流量制御弁
   を備えた平衡管路を介して連通させ、該シリンダにおけ
   るロッド室と上記蓄圧タンクとを圧力制御弁機構を備え
   た還流管路を介して連通させ、該圧力制御弁機構を、ロ
   ッド室を蓄圧タンクと大気とに切換連通させると共に、
   蓄圧タンクへの連通時に、該蓄圧タンクの圧力をヘッド
   室の空気圧に抗して負荷を下動させ得る圧力に減圧して
   ロッド室に流入させる弁機構により構成したことを特徴
   とするシリンダ駆動装置。