JPS62196403A - 電気−液圧シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の流出入を制御する
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ッ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っ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、電動モータの回転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って、電動モータの回転角度を
制御することによってピストンロッ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、ピストンロッ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ッ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って電気−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
トンロッ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ッ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
ンロッドの断面積であって、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って液
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ッドをピストンの両側へ延
び出させることを考えた。ピストンロッドをピストンの
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って、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ッ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
かとなった。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２６．２８に作動油を供給するようにしたものであ
ったのであるが、ステッピングモータ７０の回転によっ
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６４，１３６、タンクポート
５６を経てタンク５日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、ボンブＰが上記の油通路を経てタンク５日に
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５
８へ流出してしまうこととなるのである。スプール１２
２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の移動によって油圧室２２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によって作動
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った。

発明が解決しようとする問題点 本発明は以−ヒの事情を背景として、ピストンロッドが
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
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
ロッドを有するピストンと、（ｂ）そのピストンを両ピ
ストンロッ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本のピストンロッドの一
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（・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ッ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
っ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って、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って、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
イロッ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、回転によっ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、パイロッ
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。したがって、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
にはパイロッ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
イロット式三方弁のパイロッ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。したがって、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
となるのであって、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、パイロンＩ・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っ
ているため、高圧側の液圧室には＋分な流量で作動液が
供給され得、また、ピストンロッ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って電動式三
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
リンダチューブ１２．カバー１４およびカバー１６から
成っている。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ッド２０．２１がそれ
ぞれカバー１４．１６を液密に貫通してシリンダハウジ
ング１０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２６．２８においてパイ
ロット式三方弁３０に接続されており、このパイロット
式三方弁３０に油圧源としてのポンプ３２が接続される
ようになっている。

上記ピストン１８およびピストンロッド２０゜２１に跨
っ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にピストンコンド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およびヘアリング４８を介
してシリンダハウジング１０によっ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ってい
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によって形成されており
、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
大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は常には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）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の直径方向に隔たった
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によって第一油圧室２２に連通さ
せられ、ポート６２は各々油通路６６によって第二油圧
室２４に連通させられている。つまり２（固ずつのポー
ト６０と６２とはそれぞれ同一の機能を果たすものであ
り、結局、第一ボー１−６０　、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の回転によっ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、プラケット６９を
介してステッピングモータ７０が固定されており、その
出力軸７２が軸継手７４によって螺旋スプール４２に連
結されている。すなわち、上記三方弁６８はステッピン
グモータ７０によって作動させられる電動式三方弁とな
っているのである。

次に前記パイロット式三方弁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７
８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っている。

スプール８０はそれの両側に配設されたスプリング９０
とワッシャ９２とによっ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が第一ボー
１−８２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
っ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
ット通路９８および１００によってパイロット圧室１０
２および１０４に連通させられており、これらパイロッ
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、
ステッピングモータ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、パイロット式三方弁３０
が中立状態にあって、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ッド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、それに伴って第一ポート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ット式
三方弁３０内の切欠９６によっ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
ンロッド２０に逆向きの力が加えられた場合にも同様で
あって、ピストンロッド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、ステッピングモータ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２２の作動油が流出して
パイロ７）＆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２
２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、パイロット式三方弁３０のパ・イ
ロット圧室１０２のパロッ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１−８
２は遮断される。したがって、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２２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、ステッピングモータ７
０を所定角度回転させれば、その回転角度に比例する長
さだけピストンロッド２０が伸長することとなる。

ただし、パイロット通路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
ッシャ９２によって中立位置に保たれているため、ステ
ッピングモータ７０が微少角度回転したのみではパイロ
ット式三方弁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ャタリングの
発生を防止する機能も果たす。

逆に、ステッピングモータ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５８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１日に対する力の均
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、ピストンロッド２０はステッピングモータ７
０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、ピストンロッド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
トの摩耗によってピストン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およびピストンロッド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、
シリンダチューブ１２にタンクポートを形成して、ピス
トン１８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っ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
が必要であって、その分だけ電気−油圧シリンダが長く
なってしまう。

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っており
、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１２６
はボールねし機構を構成している。スプール１２２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
定されたビン１３０との係合によって阻止されている。

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って、スプール１
２２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
はピストンロッド２１を貫通して形成された油通路１３
６によって油室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、ステンビング
モータ７０によって送りねじ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６０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１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って、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
ロッ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ニジリンダハウジング １８：ピストン ２０．２１：ピストンロッド ２２：第一油圧室　　２４：第二油圧室２６．２８：入
口ポート ３０：パイロット式三方弁 ４２：螺旋スプール ５６：タンクボー１−５９ニスリーブ ６０：第一ポート　　６２：第二ポート６８：三方弁　
　　　７０ニスチッピングモータ７８：ハルブハウジン
グ ８０ニスブール　　　８２：第一ポート８４：第二ポー
ト　　８６：高圧ポート９６：切欠 ９８、ｔｏｏ：パイロット通路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）両端面から互いに反対向きに延び出た２本のピス
   トンロッドを有するピストンと、 そのピストンを両ピストンロッ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本のピストンロッ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
   をパイロッ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って第一液圧
   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
   状態となって、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って、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ット式三
   方弁と を含むことを特徴とする電気−液圧シリンダ。
2. （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. （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、回転によって
   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。