JPS63231004A - 段構造加圧ピストン機関と装置 - 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、広くはピストン機関に関するものであり、特
に流体圧力を用いた加圧機械に間するものである。

就中、プレス機械又はプレスブレーキ等の大きな加圧力
が要求されるものであって、無負荷時のピストンの高速
ストロークと負荷時の加圧力を別個に出せる二段構造の
加圧装置に間するものである。

（従来の技術） プレス機械又はブレスフ１ノーキ等に於いては大きな加
圧力を要求されろため、油圧シリンダを使用する例が多
い。この油圧シリンダを使用する場合は通常全体のスト
ローク中、加圧に必要な部分はごくわずかである。大き
な加圧力を発生させろためには油圧を高めろことと、ピ
ストンの直径をその加圧力に比例して大きなものにする
必要がある。

ピストンの直径を大にするということは、ピストンを作
動させる為に多くの油量が必要となり。

それにつれて大容量でしかも高圧の油圧ポンプが必要と
なる。更に、その油圧ポンプに見合う大出力の電動機が
不可欠のものとなる。しかも、大流量を得ろ為には油圧
回路の配管も太くしなければならず、流量制御弁・切変
弁等の油圧機器もそれにつれて大容量のものを選定しな
ければならないことになる。

このように、全て高圧・大容量の機器を使用しても、実
際に全ストローク中の極くわずかな部分たけが加圧に使
用されろことになる。しかも、その領域では、第３図に
示す如くピストンは低速動作になるのが晋過である。従
って、最大目的の加圧領域では小容量の油圧ポンプで充
分てあり、それにともなう配管・油圧機器等も同様に小
型のもので足りる。加圧領域以外のピストンの高速無負
荷動作の為に、余分な投資を行うことは意味のないこと
である。

この無駄を省く為、第４図に示す正面断面図のようなシ
リンダ本体１０とピストン２０に二重構造を有するシリ
ンダが発明され実用に供されている。これは、第５図に
示す正面断面図のように。

大容量シリンダ３０と小容量シリンダ４０の出力を機械
的に結合し一体化したものと考えてよい。

即ち、ピストン室ａで高速動作を行い５次にピストン室
Ａ＋ピストン室ａで加圧動作を行う。ピストン室Ｂは、
従来と同じくシリンダを元に戻す為のものである。

（発明が解決しようとした問題点） 然し、これは製作してみると以外と困難なものである。

即ち、第６図に示すシリンダ本体１０の部分の正面断面
図のごとくに、これはシリンダヘット１１とプランジャ
１２．シリンダ胴部１３゜フランジ１４と言う４個の部
品に分割しなければならない。

そして、シリンダ内壁Ｓ１に対するプランジャ１２の芯
出しが必要となる。これは、シリンダの胴部１３の加工
は勿論のこと、特にシリンダヘッド１１の加工とプラン
ジャ１２の加工と共に、ピストン２０に対する隙間精度
を保たせる為の加工精度が非常に重要な要素になって来
る為である。

従って、その製作に非常に手間が掛かり、コストの上昇
は避けられないものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る段構造加圧用ピストン機関と装置は１以上
の問題点に鑑みてこれを解決する為に。

次に示すような構造を発明した。

まず、第１の発明は下記の段構造のシリンダ本体と段構
造のピストンより構成されることを特徴とした段構造加
圧用ピストン機関である。

而して、この段構造のシリンダ本体は、シリンダヘッド
と胴部とフランジより成っている。上記の胴部は、シリ
ンダヘットに結合するものであって、そのシリンダヘッ
ド側が幅狭ピストン室で他端側が幅広ピストン室゛とな
っているものである。

そして、上記のフランジは９ｍ部の幅広ピストン室の解
放端に結合するものである。

次に、上記の段構造のピストンは、その先端が上記の段
構造のシリンダ本体の胴部の幅狭ピストン室の内径にそ
の外径がピストン運動可能に嵌合する細軸、その次が幅
広ピストン室の内径にその外径がピストン運動可能に嵌
合する太軸、そしてそのピストン運動の出力側が上記の
フランジの軸穴にピストン運動可能に嵌合する細軸と言
う具合に段構造になっている。

その土に、上記の段構造のピストンが上記の段構造のシ
リンダ本体に嵌合しピストン運動を為した場合に、上記
の筒部の幅狭ピストン室の空間の増加量または減少量が
幅広ピストン室のシリンダヘッド側の空間の増加量また
は減少量と同一の時に、そのピストン運動のストローク
幅が同一てないようにその段構造のピストンと段構造の
シリンダ本体は形状つけられたものである。

つぎに、第２の発明は第１の発明の段構造のシリンダ本
体と段構造のピストンより構成されたピストン機関に下
記の構成を付加してなることを特徴とした段構造加圧用
ピストン装置である。したがって、第１の発明の詳細な
説明は、ここにそのままその全文を援用する。

しかして、これはまず、加圧流体供給手段がある。つぎ
に、「加圧流体流量及び３方向制御手段」がある。この
「加圧流体流量及び３方向制御手段」は、上記の加圧流
体供給手段にその一端が結合するものである。さらに、
流体回路がある。

この流体回路は、上記の加圧流体流量及び３方向制御手
段にその他端の一方が結合するものであって、さらに上
記のシリンダ本体とピストンとの嵌合により構成された
３ピストン室の一端のピストン室にカウンタバランス手
段を通じて結合するものである。

そしで、別の流体回路がある。この流体回路は、上記の
加圧流体流量及び３方向制御手段にその他端の他方が結
合するものであフて、さらに上記のシリンダ本体とピス
トンとの嵌合により構成された３ピストン室の真中のピ
ストン室に結合するものである。そして、さらに別の流
体回路がある。この流体回路は、上記の加圧流体供給手
段に結合するものであって、さらに上記のシリンダ本体
とピストンとの嵌合により構成された３ピストン室のＩ
ｔ！！端のピストン室に結合するものである。

最後に、このピストン室に結合する流体回路に結合する
リリーフ手段がある。以上より構成されるものである。

（作用） 本発明に係る段構造加圧用ピストン機関と装置は９以上
の如き構成に為した故に、下記のごとき作用が生じた。

即ち、第１の発明において、シリンダ本体とピストンは
、その直径が異なりそれぞれのピストン室の空間の増加
または減少量が同一の場合に、そのストローク幅が異な
る故に、それぞれ高速ストローク用と加圧用および加圧
専用のものとの２つの働きが使い分けられている。

そして、第２の発明は、カウンタバランス手段とリリー
フ手段が、第１の発明のピストン機関の流体受圧面積の
イン（アン）バランスを調整している。

（実施例） 以下に０本発明に係る段構造加圧用ピストン機関と装置
をその一実施例を用いてそれを示す添付の図面と共に詳
細に述べる。

第１図は、第１の発明に係る段構造加圧用ピストン機関
の一実施例の正面断面図を示している。

そして、第２図は、第１図のもののシリンダ本体の正面
断面図である。

而して、下記の段構造のシリンダ本体１０と段構造のピ
ストン２０より構成されることを特徴とした段構造油圧
シリンダである。

先ず、この段構造のシリンダ本体１０は、シリンダヘッ
ド１１と胴部１３とフランジ１４より成っている。上記
の胴部１３は、上記のシリンダヘッド１１に結合するも
のである。そして、この胴部１３のシリンダヘッド１１
側が幅狭ピストン室Ａであり、その他端側が幅広ピスト
ン室ａおよびＢとなっているものである。そして、上記
のフランジ１４は、上記の胴部１３の幅広ピストン室ａ
およびＢの解放端に結合するものである。

次に、上記の段構造のピストン２０は、その上端が上記
の段構造のシリンダ本体１０の胴部１３の幅狭ピストン
室Ａの内径にその外径がピストン運動可能に嵌合する細
軸２１となっている。そして、その次が幅広ピストン室
ａおよびＢの内径にその外径がピストン運動可能に嵌合
する太軸２２となっている。最後に、そのピストン運動
の出力側が、上記のフランジ１４０軸穴にピストン運動
可能に嵌合する細軸２３と言う具合に段構造になってい
る。　而して、上記の幅狭ピストン室Ａは加圧用ピスト
ン室であり、上記の幅広ピストン室ａおよびＢが高速ス
トローク用と加圧用とバックストローク用のピストン室
である。すなわち、二〇輻狭ピストン室Ａの空間が増加
または減少した時より幅広ピストン室のシリンダヘッド
側の空間ａが同一量増加または減少した時の方が、その
段構造のピストン２０のピストン運動のストローク幅が
大きいものである。従って、同じ量の油が幅狭ピストン
室への空間に入る時に比して９幅広ピストン室のシリン
ダヘット側の空間ａに入った時の方がこのピストン２０
のストロークは大きくなる。

尚９本実施例では、上記のピストン２０は、そのシリン
ダヘッド１１側の細軸とフランジ１４側の細軸とが同じ
太さのものとした。従って、この幅広ピストン室の空間
Ｂは、バックストローク用としてそのピストン２０を高
速で戻す。

第７図は９本発明に係る段構造加圧用ピストン機関の池
の実施例の正面断面図である。そして。

第８図は、第７図のもののシリンダ本体の正面断面図で
ある。

これは、上記の実施例のピストン室の役目を逆にしただ
けのものである。即ち０幅狭ピストン室ａ゛が高速スト
ローク用と加圧用ピストン室となり１幅広ピストン室が
加圧用ピストン室Ａ′とバックストローク用ピストン室
Ｂ′となるものである。即ち、この幅狭ピストン室ａ′
の空間が増加または減少した時の方が幅広ピストン室の
シリンダヘッド１１０１１の空間Ａ′が同一量増加また
は減少した時より、その段構造のピストン２０のピスト
ン運動のストローク幅が大きいものである。

そして、ここでも幅広ピストン室の空間Ｂ’はバックス
トローク用である。そして、これは、高速ストロークが
得られるように、この空間Ｂ’の横の断面積はこのピス
トン室の加圧用の空間へ”の横の断面積より小さくなっ
ている。

しかして、どの実施例に於いてもこの段構造のピストン
２０を軽くするためには、そのピストン２０の一部を中
空にするとよい。この場合でも。

その加圧特性は変わらない。

つぎに、第２の発明について述べる。第５図において、
ピストン室ａ＋Ａとピストン室Ｂの受圧面積を等しくす
ると、第９図に示すごときの両ロッドシリンダーと等価
となる。したがって、第９図において、ピストン室Ａへ
一定の油量が流入するとシリンダ１１は下方へ動き、ピ
ストン室Ｂからは流入した油量と全く同量が流出する。

このようなシリンダは、サーボコントロールのためには
理想的と言える。すなわち、サーボ弁でコントロールさ
れる油量がピストン室Ａ、Ｂ共に同量ということは、１
１１械的なフィードバックのバランスがとれていると言
うことになり位置く変位）の制御に必要な条件である。

ところが、第１図とか第７図に示す第１の発明のことく
にピストン室の受圧面積が異なる場合には、シリンダが
下降するときはピストンの受圧面積は幅広ピストン室ａ
十幅狭ピストン室Ａ、上昇のときは幅広ピストン室Ｂの
みとなり非常に大きな油量のイン（アン）バランスが発
生する。サーボコントロールのときは幅広ピストン室ａ
十幅狭ピストン室Ａと幅広ピストン室Ｂ共に圧が立ち。

共に押し合った状態で位置の制御が行われる。それゆえ
に９両者への油の流入量に大きなサーボが生じた場合、
それに比例してループゲインもインバランスとなりピス
トンの動きも乱調を生じて来る。

これを解決するためには、以下に説明のごとき第２の発
明の構成に為すとよい。

すなわち、プレスブレーキにより板材を折り曲げるとき
は第１Ｏ図のように折り曲げ開始直後に最大加圧力を要
し、あとは折り曲げ終了位置まで加圧力はあまり変動し
ない。つまり負荷はストロークに関わらず約一定の反力
を有するばねであると考えてよい。しかして、第１１図
に示すようにポンプＰからの高圧作動油は、カウンター
バランス手段たるカウンターバランス弁３１と切換弁３
２を経由して１幅狭ピストン室Ａへ流入する。流体流量
及び３方向制御手段たるサーボ弁３３は。

幅広ピストン室ａとＢへ接続される。このサーボ弁は比
例制御弁等の流量Ｑと方向を制御出来るものならば何で
も良い。

したがって、カウンターバランス弁３１を外部よりコン
トロールし、負荷りに釣り合う油圧を幅狭ピストン室Ａ
に与えることが出来る。このようにしておいてサーボ弁
３３を働かせサーボコントロールを行うと１幅広ピスト
ン室ａとＢでは位置（変位）の制御が行われピストン２
０が下降を開始する。ピストン２０の下降につれてそれ
に見合う油が幅狭ピストン室Ａから流入して行く。すな
わち９幅狭ピストン室Ａでは一定の加圧力（圧の制＃）
を発生させ９幅広ピストン室ａとＢでは位置の制御が行
われる。

また９幅狭ピストン室へ十幅広ピストン室ａの受圧面積
と幅広ピストン室Ｂの面積に大幅な差があるため、加圧
が行われると増圧器となってしまう。そのため、＠広ピ
ストン室Ｂの油の逃げ道のないときは、配管４０または
サーボ弁３３が瞬時に破壊されてしまう。これを防止す
るため１幅広ピストン室Ｂ側にはリリーフ手段たるリリ
ーフ弁３４を取付は作動圧以上の油圧が発生したときは
タンク５１へ逃がしてやる必要がある。

また、カウンターバランスした状態でピストン２０を上
昇させようとしたと９幅狭ピストン室Ａの油圧がバラン
ス状態の時よりも上昇し、その分はカウンターバランス
弁３１を通りタンクへ排出される。したがって、この部
分に減圧弁を使用すると油の逃げ道が無くなり、好まし
くない。

高速動作時は、加圧ピストン室たる幅狭ピストン室Ａと
タンク５２を期変弁３２またはパイロット動作逆止め弁
（プレフィル弁）等により、直結し、油が自由に出入り
するようにしてやる必要がある。

第１１図は、従来技術の油圧ポンプで定量吐出の油圧ポ
ンプ供給装置を接続することを想定したものであるが、
インバータ駆動可変回転速度モーターまたはサーボモー
ター等を使用した加圧流体供給手段たる可変容量油圧ポ
ンプ供給装＠６０を使った場合は、第１２図のような回
路も考えられる。

この場合の油圧供給装置は、第１３図のように電動機回
転数に比例して油の吐出ｉｉＱが変化するものとした。

まず、油圧供給装置から供給されろ油はチェック弁３５
を通りアキュムレータ７０に蓄えられる。アキュムレー
タ７０の圧を検出してＱをコントロールしてやれば、予
め設定した圧でＱを急減させろことは容易である。つぎ
に、切換弁３２を操作して上昇又は下降させる。この時
。

切換弁３２の操作と同時にＱが零から増加するように制
御すれば、サーボ弁等を使う必要はなくなる。

幅広ピストン室ａの圧が立つと同時にパイロット圧でプ
レフィル弁３６が開きカウンターバランス弁５３より加
圧シリンダたる幅狭ピストン室Ａへ油が流入しカウンタ
ーバランスされる。その状態で幅広ピストン室ａへ油の
流入が続けば、シリンダーは下降しその速度はＱに比例
する。ここで使用したプレフィル弁３６は、第１１図に
示すように切換弁３２に置き換えてもよい。

これを方法の発明の一実施例としてとらえるとつぎのよ
うになる。すなわち、加圧用ピストン室に負荷に見合う
油圧を加えカウンターバランスさせろく力のバランス）
。そのようにしておいて。

高速ストローク用ピストン室またたはバックストローク
用ピストン室にて位置（変位）の制御を行う方法である
。

さらに、第１４図の如き回路も考えられる。すなわち、
高速動作の時は切換弁３２により加圧用の幅狭ピストン
室Ａとタンク５２を直結し、３方弁力式の流量方向制御
弁（サーボ弁３３等）により高速ストローク用の幅広ピ
ストン室ａへの油の出入りを制御してやる。バックスト
ローク用の幅広ピストン室Ｂへは、カウンターバランス
弁３１により一定の油圧を与えておく。このようにすれ
ば幅広ピストン室ａへの油の出入りを制御するだけでサ
ーボコントロールが可能となる。

幅広ピストン室ａとＢの受圧面積が等しい場合は９幅広
ピストン室ａとＢの油圧を同じにするとピストンは動か
なくなる。それゆえに９幅広ピストン室ａは、＃ａ広ピ
ストン室Ｂによる上方へ働く力と負荷りの反力を合計し
た力よりも大でなければならない。したがって、カウン
ターバランス弁３１を手動またはリモートコントロール
により出力側の圧を、加圧が出来、しかもバックストロ
ークが可能なように設定してやる必要がある。加圧の時
は、切換弁３２を操作し幅狭ピストン室Ａと幅広ピスト
ン室ａを接続し並列に３万弁で制御してやることにより
、余分な加圧力を得ることが出来、しかも位置く変位）
のサーボコントロールが可能となる。

これも、方法の発明の一実施例としてとらえるとつぎの
ようになる。すなわち、バックストローク用ピストン室
に一定のカウンターバランス圧を加え、さらに加圧用ピ
ストン室および高速ストローク用ピストン室に並列に３
方弁方式の油量方向制御弁により油の出入りを制御し、
加圧時のピストンの加圧力および位置（変位）の制御を
行う方法である。

（発明の効果） 本発明に係る段構造加圧用ピストン機関と装置は１以上
の如き構成に為したゆえに、第１の発明においては、上
記のごと（にシリンダヘッド１１とシリンダの胴部１３
とフランジ１４との３点を制作するだけですむ。また、
シリンダヘッド１１は、シリンダの胴部１３との間の油
漏れを防止するだけであるゆえに、その精度は問題とし
ないですむ。

更に、シリンダの胴部１３は、上記のピストン２０との
スライド面Ｓｌと８２との芯出しをするだけでこと足り
る。しかも、この芯出しも、単純な旋盤加工だけですま
せることが出来る。斯様にして、その製造が大変容易に
なり、これに伴いそのコストも低下した。

しかして、第２の発明においては、第１の発明のピスト
ン機関の流体受圧面積のインバランスを調整した装置と
なった。

【図面の簡単な説明】

第１図は９本発明に係る段構造加圧用ピストン機関の一
実施例の正面断面図である。 第２図は、第１図のもののシリンダ本体の正面断面図で
ある。 第３図は、加圧用ピストン機関のピストン変位対ピスト
ン動作速度の対比チャートを示したものである。 第４図は、従来のものの加圧用ピストン機関の一実施例
の正面断面図である。 第５図は、それを置き換えて解説した加圧用ピストン機
関の正面断面図である。 第６図は、第４図のもののシリンダ本体の正面断面図で
ある。 第７図は９本発明に係る段構造加圧用ピストン機関の他
の実施例の正面断面図である。 第８図は、第７図のもののシリンダ本体の正面断面図で
ある。 第９図は９両ロットシリンダの回路図を示したものであ
る。 第１０図は、折曲げと加圧力の対比図を示している。 第１１図は、第２の発明の一実施例の回路図である。 第１２図は、第２の発明の別の実施例の回路図を示して
いる。 第１３図は、第２の発明のＱ対電動機回転速度の対比図
を示したものである。 第１４図は、第２の発明の他の実施例の回路図を示して
いる。 １０・・・シリンダ本体　　１１・・・シリンダヘッド
１３・・・胴部　　　　　　１４・・・フランジ２０・
・・ピストン ３１・・・カウンタバランス弁

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記のものより構成されることを特徴とした段構
   造加圧用ピストン機関。 Ａ　シリンダヘッド、該シリンダヘッドに結合するもの
   であってこのシリンダヘッド側が幅狭ピストン室で他端
   側が幅広ピストン室となっている胴部、該胴部の幅広ピ
   ストン室の解放端に結合するフランジより成る段構造の
   シリンダ本体。 Ｂ　上記の胴部の各ピストン室の内径にそれぞれの外径
   がピストン運動可能に嵌合する細軸と太軸そしてそのピ
   ストン運動の出力側が上記のフランジの軸穴にピストン
   運動可能に嵌合する細軸となっている段構造のピストン
   。
2. （２）段構造のピストンが段構造のシリンダ本体に嵌合
   しピストン運動を為した場合に、シリンダの筒部の幅狭
   ピストン室の空間の増加量または減少量が幅広ピストン
   室のシリンダヘッド側の空間の増加量または減少量と同
   一の時に、そのピストン運動のストローク幅が同一でな
   いようにその段構造のピストンと段構造のシリンダ本体
   が形状づけられたものであることを特徴とした特許請求
   の範囲１に記載の段構造加圧用ピストン機関。
3. （３）幅狭ピストン室が加圧用ピストン室で、幅広ピス
   トン室が高速ストローク用と加圧用とバックストローク
   用のピストン室である事、すなわち幅狭ピストン室の空
   間が増加または減少した時より幅広ピストン室のシリン
   ダヘッド側の空間が同一量増加または減少した時の方が
   、その段構造のピストンのピストン運動のストローク幅
   が大きいものである事を特徴とした特許請求の範囲１に
   記載の段構造加圧用ピストン機関。
4. （４）シリンダヘッド側の細軸とフランジ側の細軸とが
   同じ太さのピストンである事を特徴とした特許請求の範
   囲３に記載の段構造加圧用ピストン機関。
5. （５）幅狭ピストン室が高速ストローク用と加圧用ピス
   トン室で、幅広ピストン室が加圧用とバックストローク
   用のピストン室である事、すなわち幅狭ピストン室の空
   間が増加または減少した時の方が幅広ピストン室のシリ
   ンダヘッド側の空間が同一量増加または減少した時より
   、その段構造のピストンのピストン運動のストローク幅
   が大きいものである事を特徴とした特許請求の範囲１に
   記載の段構造加圧用ピストン機関。
6. （６）フランジ側の細軸が、シリンダヘッド側の細軸よ
   り太いピストンである事を特徴とした特許請求の範囲６
   に記載の段構造加圧用ピストン機関。
7. （７）段構造のピストンが、中空である事を特徴とした
   特許請求の範囲１に記載の段構造加圧用ピストン機関。
8. （８）下記のものより構成されることを特徴とした段構
   造加圧用ピストン装置。 Ａ　シリンダヘッド、該シリンダヘッドに結合するもの
   であってこのシリンダヘッド側が幅狭ピストン室で他端
   側が幅広ピストン室となっている胴部、該胴部の幅広ピ
   ストン室の解放端に結合するフランジより成る段構造の
   シリンダ本体。 Ｂ　上記の胴部の各ピストン室の内径にそれぞれの外径
   がピストン運動可能に嵌合する細軸と太軸そしてそのピ
   ストン運動の出力側が上記のフランジの軸穴にピストン
   運動可能に嵌合する細軸となっている段構造のピストン
   。 Ｃ　加圧流体供給手段、該加圧流体供給手段にその一端
   が結合する加圧流体流量及び３方向制御手段、該加圧流
   体流量及び３方向制御手段にその他端の一方が結合する
   ものであって上記のシリンダ本体とピストンとの嵌合に
   より構成された３ピストン室の一端のピストン室にカウ
   ンタバランス手段を通じて結合する流体回路、上記の加
   圧流体流量及び３方向制御手段にその他端の他方が結合
   するものであって上記のシリンダ本体とピストンとの嵌
   合により構成された３ピストン室の真中のピストン室に
   結合する流体回路、上記の加圧流体供給手段に結合する
   ものであって上記のシリンダ本体とピストンとの嵌合に
   より構成された３ピストン室の他端のピストン室に結合
   する流体回路、該流体回路に結合するリリーフ手段。
9. （９）加圧流体供給手段が、油圧供給装置であることを
   特徴とした特許請求の範囲８に記載の段構造加圧用ピス
   トン装置。
10. （１０）加圧流体流量及び３方向制御手段が、サーボ弁
    であることを特徴とした特許請求の範囲８に記載の段構
    造加圧用ピストン装置。
11. （１１）カウンタバランス手段が、カウンタバランス弁
    であることを特徴とした特許請求の範囲８に記載の段構
    造加圧用ピストン装置。
12. （１２）リリーフ手段が、リリーフ弁であることを特徴
    とした特許請求の範囲８に記載の段構造加圧用ピストン
    装置。