JPS6231682Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本案は高速空気シリンダの改良に関するもので
ある。

空気シリンダは、油圧シリンダに比べると、力
は弱いが、油漏れなどによる汚染がないことや工
場空気源などを利用できて簡便なことのために、
被駆動体を往復動若しくは揺動させる駆動源とし
て一般に広く使用されている。ところが従来の空
気シリンダは、ピストン部のシールにリツプパツ
キンを使用しており、一般のものでは0.2ｍ／sec
程度以上の高速で作動させると、また特に高速用
に設計したものでも0.5ｍ／sec程度以上の高速で
作動させると、上記パツキン部に焼付などが起つ
て、上記の速度以上の高速を得られないという欠
陥があつた。

本案は前記の問題点に対処するもので、複動式
シリンダのピストンの外周に環状溝を設けて、ピ
ストンリングを嵌挿し、該ピストンをはさんで該
複動式シリンダ内に形成された各圧力室を第１の
開閉弁を介して駆動空気溜に連通し、該駆動空気
溜を電磁弁を介して高圧空気源に連通し、該各圧
力室に別々の排気管を介してリリーフ弁と第２の
開閉弁とを併設した高速空気シリンダにおいて、
前記複動式シリンダのピストン軸を選択的に開閉
する鎖錠装置を同複動式シリンダのケーシング側
に設け、前記高圧空気源に連通した前記電磁弁が
閉じたときに駆動空気を貯溜する前記駆動空気溜
の容積を前記複動式シリンダのピストンの一行程
分の大きさにしたことを特徴とする高速空気シリ
ンダに係わり、その目的とする処は、ピストンの
外周面に焼付等を生じなくて、長時間の使用に耐
える。複動シリンダを安定的に作動させることが
できる。さらに慣性力の大きな被駆動体を高速で
駆動するときに、同被駆動体を滑らかに加速、減
速、停止できて、被駆動体に加わる衝撃を最小限
にできる改良された高速空気シリンダを供する点
にある。

本案の高速空気シリンダは前記のように複動式
シリンダのピストンの外周に環状溝を設けて、ピ
ストンリングを嵌挿したので、ピストンとピスト
ン軸とを従来の10〜20倍の高速、即ち、５〜10
ｍ／secの高速で作動しても、ピストンの外周面
に焼付等を生じない。しかも上記ピストンリング
は摩擦力が小さくて、リツプパツキンに比べると
長時間の使用に耐える。

また空気シリンダを高速で作動するときに、圧
力空気を空気圧縮機から空気シリンダへ直接送る
と、圧力空気の供給が追いつかなくて、空気シリ
ンダの作動が不安定になるが、本発明の高速空気
シリンダは前記のように駆動用空気を空気圧縮機
等から受けて、ピストンの一行程分の駆動用空気
を貯溜する駆動空気溜を有し、駆動用空気を同駆
動空気溜から複動シリンダへ送るので、同複動シ
リンダを安定的に作動させることができる。

また本案の高速シリンダは前記のように構成さ
れており、前記ピストンと前記ピストン軸とを一
方の圧力室から他方の圧力室の方向へ移動させる
場合には、上記各圧力室に連通した２個の第２の
開閉弁をともに閉じ、他方の圧力室に連通した第
１の開閉弁を閉じ、一方の圧力室に連通した第１
の開閉弁を開いて、一方の圧力室と前記駆動空気
溜とを連通し、同駆動空気溜内に貯溜された一行
程分の駆動用空気を同一方の圧力室内へ送つて、
前記ピストンと前記ピストン軸とを他方の圧力室
の方向へ移動させる。上記のように一方の圧力室
と駆動空気溜とが連通した段階では、互いの圧力
が等しくなる。また前記ピストンと前記ピストン
軸とが上記の方向へ移動し始めると、上記一方の
圧力室内では、圧力の容積が増加するので、これ
に伴つて同一方の圧力室内の空気が膨脹して、圧
力が低下し始めるし、上記他方の圧力室内では、
密閉された空気が圧縮されて、圧力が上昇し始
め、遂には互いの圧力が等しくなる。それまで、
ピストンの両側の差圧とピストンの受圧面積との
積が加速力となり、前記ピストンと前記ピストン
軸と同ピストン軸の先端と取付けた慣性力の大き
い被駆動体とは加速されるが、それからは、他方
の圧力室内の圧力の方が一方の圧力室内の圧力よ
りも高くなり、前記ピストンと前記ピストン軸と
同ピストン軸の先端に取付けた被駆動体との慣性
によるエネルギーが同他方の圧力室の圧縮仕事で
吸収されるようになつて、これらが減速し始め
る。また前記ピストンがストロークエンドに近づ
いて前記他方の圧力室内の圧力がさらに高まる
と、前記ピストンと前記ピストン軸と前記被駆動
体とがさらに減速する。このとき、前記他方の圧
力室側のリリーフ弁が開いて、同他方の圧力室内
の圧力がそれ以上高くならないように保持され
る。この間に、前記ピストンと前記ピストン軸と
前記被駆動体とはストロークエンドに達するが、
予め駆動空気溜の圧力やリリーフ弁のリリーフ圧
を調整しており、これらのピストンとピストン軸
と被駆動体とは、丁度、ストロークエンドにきた
ときに停止する。またピストン軸の停止により、
前記鎖錠装置を作動して、同ピストン軸を固定
し、次いで一方の圧力室側の第２の開閉弁と他方
の圧力室側の第２の開閉弁を開くとともに、一方
の圧力室側の第１の開閉弁を閉じて、同各圧力室
内の残留空気を排出し、次いで上記各第２の開閉
弁を閉じ、次いで駆動用空気を前記駆動空気溜に
供給、充填して、次の作動に備える。このように
本案の高速空気シリンダは、ピストンとピストン
軸とを一方の圧力室の圧力と他方の圧力室の圧力
とが等しくなるまでは加速し、同他方の圧力室の
圧力が高くなるに従い次第に減速して、停止させ
るので、被駆動体を滑らかに加速、減速、停止さ
せることができる。また前記鎖錠装置は、ピスト
ン軸が完全に停止してから固定するので、摺動を
受けず、摩耗することがなくて、この点からも長
い時間の使用に耐えることができる効果がある。

次に本案の高速空気シリンダを第１図に示す一
実施例により説明すると、１が複動式シリンダ、
２ａ，２ｂが同シリンダ１のカバー、４がピスト
ン軸、３ａ，３ｂが同ピストン軸４を摺動自在に
支持する支持部材、５が上記ピストン軸４の右端
に設けた被駆動体（図示せず）への結合部、６が
ピストン、６ａが同ピストン６の外周に設けた複
数の環状溝、７が同各環状溝６ａに嵌挿した複数
のピストンリング、８が星形座金、９が上記ピス
トン６を上記ピストン軸４に固定するための丸ナ
ツト、１０が前記カバー２ａに取付けた鎖錠装置
で、同鎖錠装置１０が、前記ピストン軸４を摺動
自在に支持する支持部材１１，１２と、環状のブ
レーキシユー１３と、同ブレーキシユー１３に取
付けた吸着片１４と、同ブレーキシユー１３を常
時実線位置まで押上げてピストン軸４に接触させ
ないようにするバネ１５と、電磁石１６とにより
構成され、電磁石１６を励磁すると、吸着片１４
とブレーキシユー１３とがバネ１５に抗し下降し
て、ピストン軸４が固定されるようになつてい
る。また１７ａ，１７ｂが前記カバー２ａ，２ｂ
に設けた空気供給口、１８は駆動空気溜で、同駆
動空気溜１８はピストン６の一行程分以上の圧力
空気（駆動用空気）を貯留する容積をもつてい
る。また１９ａが同空気溜１８と上記空気供給口
１７ａとの間の空気通路に設けた電磁弁（第１の
開閉弁）、１９ｂが同空気溜１８と上記空気供給
口１７ｂとの間の空気通路に設けた電磁弁（第１
の開閉弁）、２０ａ，２０ｂが前記カバー２ａ，
２ｂに設けた空気排出口、２１ａ，２１ｂが同空
気排出口２０ａ，２０ｂに連通した排気管、２２
ａ，２２ｂが同排出管２１ａ，２１ｂに設けた電
磁弁（第２の開閉弁）、２３ａ，２３ｂが同排出
管２１ａ，２１ｂに設けたリリーフ弁、２５が空
気圧縮機、２４が同空気圧縮機２５を駆動する電
動機、２６が同空気圧縮機２５と前記定容量空気
溜１８との間の空気通路に設けた電磁弁である。
なお定容量空気溜１８の容積Ｖ（正確には圧力室
Ｒ側に圧力空気を送るときには電磁弁１９ａ，２
６などの容積を含んだものになる）を複動シリン
ダ１の容積Ｖ、即ち、ピストン６の受圧面積Ａに
ストロークｌを掛け合せた容積Ｖの１〜５倍にす
る。またピストン６がストロークエンドまで移動
したときの容積Ｖ_e（ピストン６に設けた環状の
凹部、空気供給口１７ｂ、空気排出口２０ｂなど
を合計した容積）を複動シリンダ１の容積Ｖの1/
１０〜１倍にする。また前記電磁弁１９ａ，１９
ｂ，２２ａ，２２ｂ，２６と前記電磁石１６とは
一つの運転パターンに従つて制御されるようにな
つている。

次に前記高速空気シリンダの作用を説明する。
電磁弁１９ａ，１９ｂ，２２ａ，２２ｂが閉じて
いるときに、電磁弁２６を開いて圧力空気を空気
圧縮機２５から駆動空気溜１８へ充填する。同電
磁弁２６は定容量空気溜１８内が所定の圧力にな
ると閉じる。次いで電磁石１６を消磁してピスト
ン軸４を解放する。このときピストン６がカバー
２ａ側に接していてピストン６とピストン軸４と
が右方へ移動させようとする場合には、電磁弁１
９ａを速やかに開く。そうすると駆動空気溜１８
内の圧力空気が空気供給口１７ａを介し圧力室Ｒ
へ送られてそこに充満される。上記電磁弁１９ａ
の口径は大きく、駆動空気溜１８内の圧力と圧力
室Ｒ内の圧力とが短時間で等しくなる。同圧力室
Ｒの圧力はピストン６に作用してピストン６とピ
ストン軸４とが右方へ移動し始めるが、そうする
と、圧力室Ｒの容積はピストン６の移動に応じて
増加し、この中の空気が膨脹するので、圧力が低
下するし、圧力室Ｓ内では密閉された空気が圧縮
されて圧力が上昇し始め、遂には互の圧力が等し
くなる。それまでピストン６とピストン軸４とは
加速されるが、それからは圧力室Ｓ内の圧力の方
が圧力室Ｒ内の圧力よりも高くなり、ピストン６
とピストン軸４と同ピストン軸４の先端（結合部
５）に取付けた被駆動体との慣性によるエネルギ
ーが圧力室Ｓの圧縮仕事で吸収されるようになつ
て、ピストン６とピストン軸４と被駆動体とが減
速し始める。またピストン６がストロークエンド
に近づいて圧力室Ｓ内の圧力がさらに高まると、
ピストン６とピストン軸４とがさらに減速する。
このときリリーフ弁２３ｂが開いて圧力室Ｓ内の
圧力がそれ以上高くならないように保持される。
この間にピストン６とピストン軸４とはストロー
クエンドに達して停止する。次いで電磁石１６を
励磁し、吸着片１４とブレーキシユー１３とをバ
ネ１５に抗し下降して、ピストン軸４を固定す
る。次いで電磁弁２２ａ，２２ｂを開くとともに
電磁弁１９ａを閉じて圧力室Ｒ，Ｓ内の残留空気
を排出し、次いで電磁弁２２ａ，２２ｂを閉じ、
次いで電磁弁２６を開き、圧力空気を空気圧縮機
２５から定容量空気溜１８へ充填して、次の作
動、即ち、ピストン６とピストン軸４との左方へ
の移動に備える。

前記圧力室Ｒ，Ｓの圧力と前記ピストン６の移
動量との関係を第２図に示した。電磁弁１９ａを
開くと、圧力室Ｒの圧力が立つて、４Kg／cm²にな
る。ピストン６はこの圧力により右方へ移動し
て、圧力室Ｒの圧力がａ点からｂ点へ下降する。
一方、圧力室Ｓの圧力はピストン６の移動につれ
て高まり、ｃ点からｄ点へ上昇する。またｄ点か
らはリリーフ弁２３ｂが作動し、圧力一定の状態
でｅ点に移行する。またｂ点及びｅ点では電磁弁
２２ａ，２２ｂが開いて、圧力室Ｒ，Ｓ内の圧力
がｆ点まで下降する。ピストン６に作用する圧力
は、ｇ点までは圧力室Ｒの方が高く、ピストン６
は加速されるが、ｇ点を過ぎると逆転し、圧力室
Ｓの方が高くなつて、ピストン６が減速される。
またピストンリング７及び支持部材３ａ，３ｂの
摩擦やこれらからの空気漏れを無視すると、ａ，
ｂ，ｆ，ｃ，ａで囲まれた面積（駆動エネルギ
ー）とｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｃで囲まれた面積（ブレ
ーキエネルギー）とは等しくなる。ピストン軸４
はｂまたはｅ点で停止する。また鎖錠装置１０
は、ピストン軸４が上記のように停止してから固
定する。そのため鎖錠装置１０（ブレーキシユー
１３）は摺動を受けず、摩耗しない。なお摩擦や
空気漏れによる駆動力及びブレーキ力の過不足
は、駆動空気溜１８の設定圧力及びリリーフ弁２
３ａ，２３ｂの設定圧力を変えることにより調整
できる。またピストンリング７や支持部材３ａ，
３ｂには、固体潤滑性を有する樹脂系材料や金属
材料を使用する。またこれらとシリンダ１または
ピストン軸４との間には多少の隙間があり、空気
が漏れるが、その量は駆動空気溜１８から送られ
る空気量に比べると無視できるくらい少い。

以上本案を実施例について説明したが、勿論本
案はこのような実施例にだけ局限されるものでは
なく、本案の精神を逸脱しない範囲内で種々の設
計の改変を施しうるものである。例えば鎖錠装置
はラチエツト等を用いた鎖錠装置に替えても差支
えない。また駆動空気溜を圧力室Ｒ用と圧力室Ｓ
用との２つにする一方、空気圧縮機２５から同各
駆動空気溜への圧力空気の送給を４方切換弁で切
換えるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本案に係る高速空気シリンダの一実施
例を示す縦断側面図、第２図は各圧力室と圧力と
ピストンの移動量との関係を示す説明図である。 １……複動式シリンダ、４……ピストン軸、６
……ピストン、７……ピストンリング、１０……
鎖錠装置、１８……駆動空気溜、１９ａ，１９ｂ
……第１の開閉弁、２１ａ，２１ｂ……排気管、
２２ａ，２２ｂ……第２の開閉弁、２３ａ，２３
ｂ……リリーフ弁、Ｒ，Ｓ……圧力室。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 複動式シリンダのピストンの外周に環状溝を設
   けて、ピストンリングを嵌挿し、該ピストンをは
   さんで該複動式シリンダ内に形成された各圧力室
   を第１の開閉弁を介して駆動空気溜に連通し、該
   駆動空気溜を電磁弁を介して高圧空気源に連通
   し、該各圧力室に別々の排気管を介してリリーフ
   弁と第２の開閉弁とを併設した高速空気シリンダ
   において、前記複動式シリンダのピストン軸を選
   択的に開閉する鎖錠装置を同複動式シリンダのケ
   ーシング側に設け、前記高圧空気源に連通した前
   記電磁弁が閉じたときに駆動空気を貯溜する前記
   駆動空気溜の容積を前記複動式シリンダのピスト
   ンの一行程分の大きさにしたことを特徴とする高
   速空気シリンダ。