(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダに摺動自由にピストンを収装し、その両側にロッド側油室とシリンダ側油室とをそれぞれ画成したシリンダ装置において、
前記ピストンに左右の油室の連通を開閉する油圧切換弁を設け、この切換弁はピストンと平行に摺動するスプールを備え、このスプールの両端はシリンダ内壁と当接可能にピストン両面よりも突出させると共に、スプールには一方のロッド側油室と選択的に連通する第１のポートと、他方のシリンダ側油室と選択的に連通する第２のポートとを設け、かつスプール中立位置において第１のポートが一方の油室と遮断されるときに第２のポートが他方の油室とも遮断され、かつその位置からどちらかにでも変位したときには第１と第２のポートは互いに背反的にいずれかの油室と連通するように第１、第２のポート位置を設定し、また第１のポートは他方の油室とも常時連通すると共に、第２のポートはピストンに設けた低圧側のポートと常時連通させ、この低圧側のポートはピストン内部の通路を介して外部のタンク側と接続し、また前記一方のロッド側油室はポンプ側と接続する一方、前記スプールの一方のロッド側油室の受圧面積が他方のシリンダ側油室の受圧面積よりも小さく設定されていることを特徴とする自動伸縮シリンダ装置。
【請求項２】
前記切換弁はスプールの内部にストッパが同軸的に摺動自由に貫通し、ストッパのシリンダ側油室の端部とピストンが接触したときに両者の間に中間室が形成され、この中間室を前記第１のポートと連通させると共に、ストッパに設けた固定絞りを介してシリンダ側油室と連通するように構成した請求項１に記載の自動伸縮シリンダ装置。
【請求項３】
前記ピストンに設けた低圧側のポートは、ピストン内部の内部室と連通し、シリンダに設けた筒部がピストン内部室に摺動自由に挿入され、筒部をシリンダに設けた通路を介して外部のタンク側と接続する請求項１または２に記載の自動伸縮シリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動的に伸縮動作を継続する油圧シリンダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧シリンダなどを一定の周期でもって伸縮動作させるには、例えば図６に示すような切換弁を利用している。
【０００３】
油圧源１からの作動油を給排するための切換弁２が設けられ、この切換弁２によってシリンダ３の油室４Ａと４Ｂに選択的に高圧が供給されると、油圧に応じてピストン５が移動する。切換弁２は例えば図示しない信号により一定の周期で切換作動し、一方の油室４Ａに高圧を導入し、他方の油室４Ｂをタンク側に解放するという動作を反復、継続する。これによりシリンダ３は一定の周期で伸縮動作を繰り返す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような装置では、次のような問題が生じるのが避けられない。
【０００５】
▲１▼シリンダをフルストロークさせつつ往復運動させる場合、ピストンがストロークエンドでシリンダ端壁に衝突し、衝撃を発生する。
【０００６】
▲２▼シリンダの往復周波数を高めていくと、シリンダ振幅が減少し、この場合には油漏れなどにより振幅中心が次第にずれていき、やがてはストロークエンドに達して伸びまたは縮み側に変位できなくなる。
【０００７】
本発明は、油圧的な機構にのみによってある周期で往復運動することが可能な自動伸縮シリンダ装置を提供することにより、このような問題を解決することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、シリンダに摺動自由にピストンを収装し、その両側にロッド側油室とシリンダ側油室とをそれぞれ画成したシリンダ装置において、前記ピストンに左右の油室の連通を開閉する油圧切換弁を設け、この切換弁はピストンと平行に摺動するスプールを備え、このスプールの両端はシリンダ内壁と当接可能にピストン両面よりも突出させると共に、スプールには一方のロッド側油室と選択的に連通する第１のポートと、他方のシリンダ側油室と選択的に連通する第２のポートとを設け、かつスプール中立位置において第１のポートが一方の油室と遮断されるときに第２のポートが他方の油室とも遮断され、かつその位置からどちらかにでも変位したときには第１と第２のポートは互いに背反的にいずれかの油室と連通するように第１、第２のポート位置を設定し、また第１のポートは他方の油室とも常時連通すると共に、第２のポートはピストンに設けた低圧側のポートと常時連通させ、この低圧側のポートはピストン内部の通路を介して外部のタンク側と接続し、また前記ロッド側油室はポンプ側と接続する一方、前記スプールの一方のロッド側油室の受圧面積が他方のシリンダ側油室の受圧面積よりも小さく設定されていることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記切換弁はスプールの内部にストッパが同軸的に摺動自由に貫通し、ストッパのシリンダ側油室の端部とスプールとが接触したときに両者の間に中間室が形成され、この中間室を前記第１のポートと連通させると共に、シリンダ側油室に対してストッパに設けた固定絞りを介して連通するように構成した。
【００１０】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記ピストンに設けた低圧側のポートは、ピストン内部の内部室と連通し、シリンダに設けた筒部がピストン内部室に摺動自由に挿入され、筒部をシリンダに設けた通路を介して外部のタンク側と接続する。
【００１１】
【発明の作用・効果】
第１の発明において、一方のロッド側油室に高圧が導入されると、反対側のシリンダ側油室は低圧に解放されているため、切換弁のスプールが押されて第１のポートが閉じ、ピストンは他方の油室に向けて移動する。移動端付近でスプールがシリンダ内壁に当接して停止するが、そのままピストンは移動し、スプールが中立位置を越えて切換わる。これにより、第１のポートを開くと共に、第２のポートが閉じて他方の圧力室を低圧側から遮断する。これにより一方の圧力室の高圧が、スプール内部を経由して他方の圧力室に導かれる。スプールは他方の圧力室側の受圧面積が大きいため、一方の圧力室側に押され、他方の圧力室に対する高圧の導入を維持し、このときピストンは、両側の油室が同一圧力になるが、その受圧面積差から、こんどは反対側に向けて移動する。
【００１２】
ピストンの移動端付近でスプールの反対端がシリンダ内壁に当接して停止する共に、ピストンの移動でスプールが中立位置を越えて反対側に切換わる。これにより、再びピストンは反対方向へと移動する。このようにして連続的に往復運動を繰り返す。
【００１３】
この場合、ピストンが移動するときには、スプールがシリンダ端壁に衝突した後は油室から作動油を排出させる第１または第２のポートの開口面積が徐々に絞られていくため、ピストンの移動速度がこれに応じて低下していき、特別なクッション機構を設けなくても、ピストンがシリンダ端壁に衝突することがなく、ピストンの向きが反転するときに衝撃が発生することがない。また、ピストンの移動速度は、導入する高圧の作動油流量に比例し、流量を増加させると速度が増加するが、ピストンの反転は常に同一位置で行われるため、流量の大小にかかわらずストローク量は一定となり、しかもその振幅中心も一定で、振幅中心がずれることもない。
【００１４】
第２の発明では、ピストンがシリンダ側油室の移動限付近に達すると、ロッド側油室からの圧油が、ストッパとスプールとの間の中間室から固定絞りを介して流れ、これによって中間室とシリンダ側油室との間に順次圧力差を形成し、切換弁の反転切換をスムーズに行うことができる。
【００１５】
第３の発明では、ピストンが往復運動しても、ピストンからシリンダへと低圧側を常時連通し、円滑な作動を保証することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施形態を示す。
【００１７】
図において、１０はシリンダ、１１はこのシリンダ１０に摺動自由に収装された片ロッド式のピストンであり、ピストン１１の左右にロッド側の油室１２と、シリンダ側の油室１３が画成される。
【００１８】
ピストン１１の内部にはスプール型の油圧切換弁１４が設けられ、この切換弁１４はピストン１１と平行に設けた途中で内径が変化する段付状の摺動孔１６に段付状のスプール１５が摺動自由に配置され、かつスプール１５の軸心にはストッパ２４が摺動自由に貫通し、ストッパ２４の左右には、それぞれの膨径端部２２と２３が突出している。
【００１９】
なおスプール１５は油室１３側の断面積Ａ１が油室１２側の断面積Ａ２よりも大きくなっている。
【００２０】
スプール１５の周囲には互いに間隔をあけて、かつ所定の幅の環状ポート１７と１８が形成される。一方の環状ポート（第１ポート）１７はスプール１５の中心に設けた貫通孔１９を介して反対側の油室１３と常時連通する。この環状ポート１７は、スプール１５の右端に通孔２２Ａを介して油室１２の高圧が作用すると、ストッパ２４にスプール１５の左端が当接するまで、図中左方向へ変位したときは、油室１２との連通が遮断されるが、反対に油室１３側のスプール１５の左端のフランジ部１５Ａがピストン左端面に当接するまで右方向へ変位したときには油室１２と連通する。
【００２１】
これに対して、油室１３側の環状ポート（第２ポート）１８はピストン１１の内部に形成した内部油室２０とポート２１を介して常時連通する。また環状ポート１８はスプール１５が上記と同じく左方向へ変位したときは油室１３と連通するが、右方向へ変位したときは油室１３との連通が遮断される。
【００２２】
ただし、環状ポート１７と１８とは、スプール１５が中立位置（図２の状態）にきたときには、両方がともに油室１２と１３に対して遮断され、この中立位置より僅かでも変位すると、どちらかが必ず一方の油室と連通する。
【００２３】
スプール１５の図中左端がストッパ２４と密着したときに、これら間に形成される中間室２５を油室１３と連通するため、ストッパ２４の膨径端部２３に固定オリフィス（絞り）２４Ａが形成される。なお、中間室２５は貫通孔１９と常時連通する。
【００２４】
前記内部油室２０には、シリンダ１０の端壁１０Ａからピストン１１と同軸的に突出する筒部２６が設けられ、この筒部２６がピストン１１の内部油室２０に油密的に摺動自由に挿入される。筒部２６はシリンダ１０の一部に形成した排出通路２８と接続し、この排出通路２８を介して内部油室２０が常時タンク２７側に連通する。一方、前記油室１２にはポンプポート２９を介してポンプ３０の吐出側と接続し、油室１３に高圧を導入する。
【００２５】
以上のように構成され、次に作用について図１並びに図２〜図４を参照しながら説明する。
【００２６】
いま、図１の状態からピストン１１の右側の油室１２に高圧が導入されると、切換弁１４のスプール１５が押され、環状ポート１７が油室１２との連通を閉じ、このとき左側の油室１３は環状ポート１８を介して内部油室２０と連通し、低圧となっているため、ピストン１１が図中左方に移動を開始する。
【００２７】
ピストン１１の移動中は、切換弁１４のスプール１５は油室１２の圧力に押されて図の状態にあり、環状ポート１７と油室１２は遮断している。
【００２８】
ピストン１１が左方に限度付近まで移動すると、図２のように、ストッパ２４がシリンダ端壁に当たり、スプール１５と共に右側に押し戻される。この途中で環状ポート１８は閉じていき、切換弁１４の中立位置を通過すると、環状ポート１７は開いていく。
【００２９】
すると、油室１２の圧油が中間室２５に流れ込み、中間室２５の圧力が上昇していく。油室１２の圧力の半分の圧力まで上昇したときに、スプール１５の両端の圧力が均等となる。ただし、油室１３は固定オリフィス２４Ａを介して中間室２５と連通しているため、中間室２５の圧力の方が高い。油室１２と１３の受圧面積にもよるが、油室１３の受圧面積Ａ１を、油室１２の受圧面積Ａ２の２倍以上とすると、油室１２と１３の圧力差でピストン１１が左側に向けて働く力が大きい間は、ピストン１１は左に移動する。
【００３０】
これにより、切換弁１４の環状ポート１７はさらに大きく開き、中間室２５の圧力がさらに上昇し、スプール１５の左右の受圧面積の関係から、中間室２５の圧力が油室１２の圧力の半分以上に上昇すると、スプール１５がピストン１１と当接するまで右側に押される（図３参照）。
【００３１】
このため、油室１３に対して環状ポート１８は完全に閉じ、かつ環状ポート１７が油室１２側に大きく開くので、油室１２と１３とが同圧となる。ピストン１１は油室１３側の受圧面積が大きいため、こんどはピストン１１が反対方向に移動を開始する。
【００３２】
そして、ピストン１１が右方へと限界付近まで移動すると、ストッパ２４の右端がシリンダ端壁に当たり、さらにピストン１１が移動すると、ストッパ２４と共にスプール１５が反対に動き、切換弁１４は図４のように環状ポート１７を閉じていく。これにより油室１３の圧力は低下していき、油室１３の圧力が油室１２の圧力の半分まで低下した時点で切換弁１４の両端に働く力は釣り合う。しかし、ピストン１１の受圧面積比は２倍を越えているため、まだピストン１１は右側へと移動を継続する。
【００３３】
そして、切換弁１４が中立位置を過ぎ、環状ポート１８が開くのにしたがって、油室１３の圧力が油室１２の圧力の半分よりも下がると、切換弁１４が図１のように左側に切換わる。
【００３４】
すると、最初の状態に戻り、油室１３がタンク圧力とほぼ同圧となり、ピストン１１は油室１２の圧力により、左方への移動を開始する。
【００３５】
このようして、以後、上記した動作が繰り返されるのであり、ピストン１１は供給される作動油流量に応じた速度でもって所定の周期で往復運動する。
【００３６】
ところで、この場合、例えばピストン１１が左方へ移動するときには、図１において、切換弁１５がシリンダ端壁に衝突するストロークＬ１までは高速で移動するが、その後は油室１３から作動油を排出させる環状ポート１８の開口面積がストロークＬ２まで徐々に絞られていくため、ピストン１１の移動速度がこれに応じて低下していき、ストロークエンドに達するまでには、油室１３の圧力が低圧から高圧に逆転するため、特別なクッション機構を設けなくても、ピストン１１がシリンダ端壁に衝突することがなく、ピストン１１の向きが反転するときに衝撃が発生することがない。同じことは、ピストン１１が右方へ移動するときにも起き、ピストン１１はストロークエンドに近づくにしたがって減速しながら方向を反転するのである。
【００３７】
また、ピストン１１の移動速度は、ポンプポート２９から導入する作動油の流量に比例し、流量を増加させると速度が増加するが、ピストン１１の移動方向の反転は常に同一位置で行われるため、流量の大小にかかわらずストローク量は一定となり、しかもその振幅中心も一定で、ずれることもない。
【００３８】
なお、この場合、前記ストロークＬ１とＬ２の設定により、往復運動するピストンのストロークは自由に調整することができる。
【００３９】
次に図５によって第２の実施形態について説明する。
【００４０】
これはピストン１１に一体的に筒部２６Ａを設け、これをシリンダ１０の端壁の内部に形成した内部室２０Ａに摺動自由に挿入したものである。
【００４１】
ピストン１１と筒部２６Ａを一体的に機械加工することより、同心度の精度が高まり、シリンダ１０側に同心的に内部室２０Ａを加工することで、筒部２６Ａと内部室２０Ａの摺動が円滑に行える。作用については、第１の実施形態と何ら変わるところはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図２】同じく作動状態を説明する断面図である。
【図３】同じく作動状態を説明する断面図である。
【図４】同じく作動状態を説明する断面図である。
【図５】他の実施形態を示す断面図である。
【図６】従来例の説明図である。
【符号の説明】
１０  シリンダ
１１  ピストン
１２  油室
１３  油室
１４  切換弁
１５  スプール
１７  環状ポート（第１のポート）
１８  環状ポート（第２のポート）
１９  貫通孔
２０  内部室
２４  ストッパ
２４Ｂ  固定オリフィス
２５  中間室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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