(57)【要約】【課題】  サーボ弁等による複雑な油圧制御によらず、構造簡明で高応答、高速動作が可能な弁内蔵型油圧シリンダを提供する。【解決手段】  少なくともピストンロッドの一方の端部をハウジングから貫通して外部に出した弁内蔵型油圧シリンダであって、第１のチャンバと、ピストンで分けられる第２のチャンバおよび第３のチャンバと、第１のチャンバと第２のチャンバとの間の小径部とを備え、ピストンロッドに設けられた弁体は、ピストンロッドの後退で小径部を閉じ、前進で小径部を開く内蔵弁を形成し、第１のチャンバには油圧源装置が連通し、第３のチャンバには切換弁を介して切換弁の非作動時に油圧源装置が連通し、且つ切換弁は作動時に第３のチャンバを作動油排出系統に連通するように構成され、第１のチャンバと第３のチャンバとに共に高圧作動油が供給された状態でピストンにかかる圧で内蔵弁が閉じるように設定した。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に段付円筒空間を備えたハウジングと、少なくとも一方の端部を同ハウジングから貫通して外部に出しピストンを備えたピストンロッドを有する弁内蔵型油圧シリンダであって、
前記段付円筒空間は、第１のチャンバと、
互いに同軸同径で連続し前後摺動する前記ピストンで分けられる第２のチャンバおよび第３のチャンバと、
隣り合う前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間に設けられ第２のチャンバより小径の内径を有する小径部とを備えてなり、
前記ピストンロッドに設けられた弁体は、
同ピストンロッドの後退に伴って前記小径部に前記第２のチャンバ側から当接して同小径部を閉じ、同ピストンロッドの前進に伴って同小径部を開く内蔵弁を同小径部とともに形成し、
前記第１のチャンバには高圧作動油を供給する油圧源装置が連通し、
前記第３のチャンバには切換弁を介して同切換弁の非作動時に同油圧源装置が連通し、
且つ同切換弁はその作動時に同第３のチャンバを作動油排出系統に連通するように構成され、
前記第１のチャンバと前記第３のチャンバとに共に高圧作動油が供給された状態で同第１のチャンバが前記ピストンロッドを前方へ押す力より同第３のチャンバが同ピストンロッドを後方へ押す力が大きくなるように設定されてなることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダ。
【請求項２】
請求項１に記載の弁内蔵型油圧シリンダにおいて、前記第１のチャンバは第１の可変絞りを介して前記油圧源装置に連通してなることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の弁内蔵型油圧シリンダにおいて、前記ピストンが所定のストローク以上前進したとき前記第２のチャンバを作動油排出系統に連通する逃し穴を備えてなることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダ。
【請求項４】
請求項３に記載の弁内蔵型油圧シリンダにおいて、
前記段付円筒空間は前記第３のチャンバの前方に第２の小径部を挟んで第４のチャンバ、同第４のチャンバの前方に連続してオイルクッション室を備え、
前記ピストンロッドには同第４のチャンバ内に位置するランド部を備え、
前記第２の小径部の内径は第４のチャンバより小径とするとともに前記ランド部の外径は前記オイルクッション室内に挿入可能に設定され、
前記ランド部は前記内蔵弁が閉じたとき前記第２の小径部を閉じ、前記内蔵弁が開くとき同第２の小径部を開く第２の内蔵弁を同第２の小径部とともに形成するとともに前記ピストンロッドが所定のストローク前進したとき前記オイルクッション室内に突入する位置に設けられ、
前記第３のチャンバは前記第２の内蔵弁と第４のチャンバを介して前記作動油排出系統に連通するように構成され、
前記逃し穴は前記内蔵弁が閉じられた状態から前記ピストンが所定のストローク前進するまで同ピストンによって閉じられるように設定されてなることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダ。
【請求項５】
請求項４に記載の弁内蔵型油圧シリンダにおいて、
前記第４のチャンバは第２の可変絞りを介して前記作動油排出系統に接続し、
前記オイルクッション室は第３の可変絞りを介して前記作動油排出系統に接続されてなることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダ。
【請求項６】
請求項５に記載の弁内蔵型油圧シリンダにおいて、
前記第１のチャンバと前記第３のチャンバは第４の可変絞りを介して接続されてなることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の弁内蔵型油圧シリンダにおいて、
前記一方の端部は、前記切換弁の作動によって前記ハウジングから突き出す側のピストンロッドの端部であることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダ。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の弁内蔵型油圧シリンダにおいて、
前記一方の端部は、前記切換弁の作動によって前記ハウジングに引き込む側のピストンロッドの端部であることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は弁内蔵型の油圧シリンダに関し、高応答、高速駆動が可能な弁内蔵型油圧シリンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、射出成形機、衝撃発生装置等で高応答、高速駆動の油圧シリンダが求められる場合、図７に従来のサーボ弁制御油圧アクチュエータの概略構成を示すように、油圧シリンダ９０の外部に大流量のサーボ弁９１を設置し、サーボ弁用の制御装置９２によって油圧ポンプ９３、アキュムレータ９４等からなる油圧源装置９５との間で作動油の流入、流出量を制御し、ピストン９６を高速駆動するのが一般的であった。
【０００３】
しかし、大流量サーボ弁はそれ自体が複雑な構造を持つ大掛かりな装置で、大型且つコストの高いものであり、また、別途制御装置のコストも加わり装置全体のコストが高くなる問題があった。
【０００４】
また、一般にサーボ弁は使用に際し調整に時間を要することが多く、オペレーション上の問題も誘起することが多かった。
【０００５】
そこで、油圧シリンダへ接続する作動油の供給、排油管に設ける絞り弁等を一旦設定すれば、高度な制御なしにシリンダの内部構造で機構的に所定の高速駆動が得られる油圧シリンダが求められるが、適切なものが無かった。また、従来見られるものには、例えば、特開平９−２７７３３９号公報（特許文献１）に示される油圧シリンダのように、ロッド側の作動油をヘッド側へ戻すランアラウンド回路を設けるものがあり、ヘッド側に給油すると同時にランアラウンド回路の開閉弁を開け、ロッド側の作動油もヘッド側に流入させることで、ポンプからの少ない作動油でヘッド側に大流量を送り込め、ある程度のロッドの高速駆動を可能にしているが、ランアラウンド回路の場合、ピストンロッドの高速駆動に限界があることと、ヘッド側の合流部の弁が構造複雑且つ大容量なものとなることから、高速駆動油圧シリンダとしては十分なものとはいえなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２７７３３９号公報（第２頁、図３〜６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、サーボ弁等による複雑な油圧制御によらず、構造簡明で高応答、高速動作が可能な弁内蔵型油圧シリンダを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされ、下記の（１）から（８）の手段を提供するものであり、以下、特許請求の範囲に記載の順に説明する。
【０００９】
（１）その第１の手段として、内部に段付円筒空間を備えたハウジングと、少なくとも一方の端部を同ハウジングから貫通して外部に出しピストンを備えたピストンロッドを有する弁内蔵型油圧シリンダであって、前記段付円筒空間は、第１のチャンバと、互いに同軸同径で連続し前後摺動する前記ピストンで分けられる第２のチャンバおよび第３のチャンバと、隣り合う前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間に設けられ第２のチャンバより小径の内径を有する小径部とを備えてなり、前記ピストンロッドに設けられた弁体は、同ピストンロッドの後退に伴って前記小径部に前記第２のチャンバ側から当接して同小径部を閉じ、同ピストンロッドの前進に伴って同小径部を開く内蔵弁を同小径部とともに形成し、前記第１のチャンバには高圧作動油を供給する油圧源装置が連通し、前記第３のチャンバには切換弁を介して同切換弁の非作動時に同油圧源装置が連通し、且つ同切換弁はその作動時に同第３のチャンバを作動油排出系統に連通するように構成され、前記第１のチャンバと前記第３のチャンバとに共に高圧作動油が供給された状態で同第１のチャンバが前記ピストンロッドを前方へ押す力より同第３のチャンバが同ピストンロッドを後方へ押す力が大きくなるように設定されてなることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダを提供する。
【００１０】
（２）第２の手段としては、第１の手段の弁内蔵型油圧シリンダにおいて、前記第１のチャンバは第１の可変絞りを介して前記油圧源装置に連通してなることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダを提供する。
【００１１】
（３）また、第３の手段としては第１または第２の手段の弁内蔵型油圧シリンダにおいて、前記ピストンが所定のストローク以上前進したとき前記第２のチャンバを作動油排出系統に連通する逃し穴を備えてなることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダを提供する。
【００１２】
（４）第４の手段として、第３の手段の弁内蔵型油圧シリンダにおいて、前記段付円筒空間は前記第３のチャンバの前方に第２の小径部を挟んで第４のチャンバ、同第４のチャンバの前方に連続してオイルクッション室を備え、前記ピストンロッドには同第４のチャンバ内に位置するランド部を備え、前記第２の小径部の内径は第４のチャンバより小径とするとともに前記ランド部の外径は前記オイルクッション室内に挿入可能に設定され、
前記ランド部は前記内蔵弁が閉じたとき前記第２の小径部を閉じ、前記内蔵弁が開くとき同第２の小径部を開く第２の内蔵弁を同第２の小径部とともに形成するとともに前記ピストンロッドが所定のストローク前進したとき前記オイルクッション室内に突入する位置に設けられ、前記第３のチャンバは前記第２の内蔵弁と第４のチャンバを介して前記作動油排出系統に連通するように構成され、前記逃し穴は前記内蔵弁が閉じられた状態から前記ピストンが所定のストローク前進するまで同ピストンによって閉じられるように設定されてなることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダを提供する。
【００１３】
（５）第５の手段として、第４の手段の弁内蔵型油圧シリンダにおいて、前記第４のチャンバは第２の可変絞りを介して前記作動油排出系統に接続し、前記オイルクッション室は第３の可変絞りを介して前記作動油排出系統に接続されてなることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダを提供する。
【００１４】
（６）第６の手段として、第５の手段の弁内蔵型油圧シリンダにおいて、前記第１のチャンバと前記第３のチャンバは第４の可変絞りを介して接続されてなることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダ。
【００１５】
（７）第７の手段として、第１ないし第６のいずれかの手段の弁内蔵型油圧シリンダにおいて、前記一方の端部は、前記切換弁の作動によって前記ハウジングから突き出す側のピストンロッドの端部であることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダ。
【００１６】
（８）第８の手段として、第１ないし第６のいずれかの手段の弁内蔵型油圧シリンダにおいて、前記一方の端部は、前記切換弁の作動によって前記ハウジングに引き込む側のピストンロッドの端部であることを特徴とする弁内蔵型油圧シリンダ。
【発明の効果】
【００１７】
（１）特許請求の範囲に記載の請求項１の発明によれば、弁内蔵型油圧シリンダを上記第１の手段のように構成したので、切換弁によりピストンに作用する作動油の圧力を切換えることにより内蔵弁が開き、油圧源装置からの作動油の急速な供給を起こし、ピストンロッドの高速駆動が可能である。また、油圧シリンダ、ピストンが弁を内蔵する簡潔な構造で構成され、油圧源装置および作動油排出系統とを結ぶ必要な弁装置は、切換弁等の通常の弁で構成することができ、特に切換弁は作動油の出入の主流路に設けられるものではなくピストン作動のトリガーとして働くだけであるから大容量のものを要さず、高度な制御を要する大容量のサーボ弁とその制御装置も不要であり、一旦条件に合わせて調節設定すれば、運転毎の調整も不要であり調整時間を浪費せず、構造簡明で高応答、高速動作が可能な弁内蔵型油圧シリンダとなる。
【００１８】
従って、射出成形機、衝撃発生装置等で高応答、高速駆動の油圧シリンダが求められる場合において、非常に構造簡明で、高度の制御装置を要さず、低設備コスト、低メンテナンスコスト、低運転コストの高応答、高速駆動の油圧シリンダとなる。
【００１９】
（２）請求項２の発明によれば、弁内蔵型油圧シリンダを上記第２の手段のように構成したので、請求項１の発明の作用効果に加えて、第１のチャンバと油圧源装置との間に設けた第１の可変絞りにより弁内蔵型油圧シリンダに流入する作動油の流量を調節できる。
【００２０】
（３）請求項３の発明によれば、弁内蔵型油圧シリンダを上記第３の手段のように構成したので、請求項１または請求項２の発明の作用効果に加えて、高速駆動されるピストンロッドのピストンストロークが一定まで達した際には油圧源装置から送り込まれた作動油が逃し穴から弁内蔵型油圧シリンダ外部に逃がされ、ピストンロッドの加速を止めるので、弁内蔵型油圧シリンダ自体およびそれを利用する装置に衝撃による支障を与えることを防止できる。
【００２１】
（４）請求項４の発明によれば、弁内蔵型油圧シリンダを上記第４の手段のように構成したので、請求項３の発明の作用効果に加えて、高速駆動されるピストンロッドのランド部がオイルクッション室に突入すると、オイルクッション室内の作動油が圧縮され高圧となり、ピストンロッドを押し戻す力を発生させてピストンロッドは減速され、一方、第１チャンバ、第２チャンバの高圧の作動油は、ピストンストロークが一定まで達した後にピストンの移動により開口した逃し穴から作動油排出系統に流出し、第１チャンバ、第２チャンバ内の圧力は低下して、ピストンロッドは高加速度で減速し停止するので、高応答と、高速駆動および高加速度減速が可能となる。
【００２２】
（５）請求項５の発明によれば、弁内蔵型油圧シリンダを上記第５の手段のように構成したので、請求項４の発明の作用効果に加えて、作動油の排出側に設けた第２の可変絞りにより弁内蔵型油圧シリンダから流出する作動油の流量を調節し、オイルクッション室からの作動油の排出側に設けた第３の可変絞りによりピストンロッド減速時の加速度を調節することができる。
【００２３】
（６）請求項６の発明によれば、弁内蔵型油圧シリンダを上記第６の手段のように構成したので、請求項５の発明の作用効果に加えて、第１のチャンバと第３のチャンバの間に設けた第４の可変絞りによりピストンロッド加速時の出力を調節できる。
【００２４】
（７）請求項７の発明によれば、弁内蔵型油圧シリンダを上記第７の手段のように構成したので、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明の作用効果に加えて、ハウジングの外部に出たピストンロッドの前端部に高速突き出しを利用する装置を設けて高速突き出し動作を利用するケースにおいて配置位置、設置上等の利点がある。
【００２５】
（８）請求項８の発明によれば、弁内蔵型油圧シリンダを上記第８の手段のように構成したので、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明の作用効果に加えて、ハウジングの外部に出たピストンロッドの後端部に高速引き込みを利用する装置を設けて高速引き込み動作を利用するケースにおいて配置位置、設置上等の利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明を実施するための弁内蔵型油圧シリンダの最良の形態として、以下に実施例１から実施例３を説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１から図５に基づき、本発明の実施例１に係る弁内蔵型油圧シリンダを説明する。図１は、本実施例の弁内蔵型油圧シリンダの縦断面を油圧源装置等と共に示す構成説明図、図２から図４は本実施例の弁内蔵型油圧シリンダの動作説明図であり、図２は初期状態、図３はピストン駆動開始後オイルクッション室突入前、図４はオイルクッション室突入後を示す。また、図５は本実施例の変形例の弁内蔵型油圧シリンダの縦断面を油圧源装置等と共に示す構成説明図である。
【００２８】
図１において、本実施例の弁内蔵型油圧シリンダ１は、ハウジング２内の段付円筒空間３がその中心線Ｘに沿ってヘッド側から同軸に第１〜第４チャンバ３ａ〜３ｄ、オイルクッション室４の順に形成されており、オイルクッション室４側からは段付円筒空間３に同軸にピストンロッド５の後端部（図中、左端部）５ａが挿入され、前端部（図中、左端部）５ｂ（本実施例における本発明の「一方の端部」）がオイルクッション室４から貫通して外部に出ている。ピストンロッド５の前端部５ｂには、例えば高速突き出しを利用する図示しない機器が設けられる。
【００２９】
なお、本明細書、特許請求の範囲、要約書においては、ピストンロッド５が高速駆動され突き出しをする以前に引き込む方向（図中、左側）を「後」、ピストンロッド５が高速駆動され突き出しをする方向（図中、右側）を「前」と記載する。
【００３０】
第１チャンバ３ａと第２チャンバ３ｂの間には、第１チャンバ３ａ、第２チャンバ３ｂより小径の内径ｄ１の第１小径部６（本実施例における本発明の「小径部」）がハウジング２側から設けられ、第２チャンバ３ｂ側からピストンロッド５の後端部５ａに設けられた弁体７ａが当接し、第１小径部６が弁座をなすことで、第１内蔵弁７（本実施例における本発明の「内蔵弁」）を形成している。
【００３１】
第２チャンバ３ｂと第３チャンバ３ｃは同軸、同内径ｄ２で連続しており、挿入されたピストンロッド５の後端部５ａ近くに設けられたピストン５ｃの外周が内周面に摺接し、その後側、前側を第２チャンバ３ｂと第３チャンバ３ｃとに分けている。
【００３２】
また、第３チャンバ３ｃと第４チャンバ３ｄとの間には、ハウジング１側から第３チャンバ３ｃ及び第４チャンバ３ｄよりも小径の内径ｄ３の第２小径部８（本実施例における本発明の「第２の小径部」）が設けられ、ピストンロッド５が間隙を有して挿通している。第４チャンバ３ｄ内には、ピストン５ｃより前方のピストンロッド５に設けられたランド部５ｄが位置し、弁体７ａが第１小径部６に当接して第１内蔵弁７を閉じるときランド部５ｄの後部が第２小径部８に当接するか嵌入し第２小径部８を閉じるように構成され、第２小径部８が弁座、ランド部５ｄが弁体として働く第２内蔵弁９（本実施例における本発明の「第２の内蔵弁」）が形成される。
【００３３】
第４チャンバ３ｄの前方には、ランド部５ｄが突入することによりピストンロッド５の突き出しを減速させるオイルクッション室４が連なるが、オイルクッション室４の入口４ａの内径ｄ４はランド部５ｄが嵌入ないし挿入可能に設定される（ランド部外径ｄ５≦入口内径ｄ４）。また、オイルクッション室４の前端側はピストンロッド５を挿通する蓋部材４ｂで閉じられるが、蓋部材４ｂはハウジング２に対して螺合等適宜な手段で取り付けられ中心線Ｘ方向に位置を移動して設定できるようにしてあり、オイルクッション室４の容積を調節可能としている。
【００３４】
第１チャンバ３ａには、油圧ポンプ１１とアキュムレータ１２を備え高圧作動油を供給する油圧源装置１０が、閉止弁１３、第１可変絞り１４を介して連通し、油圧源装置１０はまた、切換弁１５を介して第３チャンバ３ｃに連通する。アキュムレータ１２は単に油圧の脈動を平滑化するだけではなく、弁内蔵型油圧シリンダ１の高速突き出し等高速駆動の際に高圧作動油の大流量供給を行うための作動油供給源となる。油圧ポンプ１１はアキュムレータ１２への蓄圧用として働く。また、第１可変絞り１４は、弁内蔵型油圧シリンダ１へ流入する作動油の流量を調節する。
【００３５】
切換弁１５はピストン５ｃ駆動時のトリガーの役割を果たすものであり、図１に示す非作動位置において油圧源装置１０と第３チャンバ３ｃとを連通し、作動位置においては油圧源装置１０と第３チャンバ３ｃとの連通を閉じ、第３チャンバ３ｃを作動油排出系統、すなわちタンク１６への排油管１７に連通する。また、第２チャンバ３ｂにはドレン配管１８が設けられる。
【００３６】
第４チャンバ３ｄは、第２可変絞り１９、閉止弁２０を介してタンク１６への排油管１７に連通し、第２可変絞り１９は弁内蔵型油圧シリンダ１から流出する作動油の流量を調節する。オイルクッション室４は、第３可変絞り２１、閉止弁２０を介してタンク１６への排油管１７に連通し、第３可変絞り２１はオイルクッション室４にランド部５ｄが突入した際のピストンロッド５の減速を調節する。
【００３７】
２２は段付円筒空間３に開口する逃し穴であり、図２で後述する弁内蔵型油圧シリンダ１の高速突き出し動作前の初期状態、図３で後述するピストン駆動開始後オイルクッション突入前において、ピストン５ｃに塞がれる位置に設けられる、排油管１７を介してタンク１６に連通しており、図４で後述するようにピストンストロークが所定のストロークまで達した際に第２チャンバ３ｂをタンク１６への排油管１７に連通して、油圧源装置１０から第１チャンバ３ａ、第２チャンバ３ｂに送り込まれた作動油を弁内蔵型油圧シリンダ１外部に逃がし、ピストンロッド５の加速を止めるものである。なお、タンク１６と油圧ポンプ１１とを結ぶ図示しない作動油循環系統を設けてもよい。
【００３８】
２３はチャンババイパスであり、第１チャンバ３ａと第３チャンバ３ｃとを第４可変絞り２４、閉止弁２５を介して連通し、第４可変絞り２４はピストンロッド５加速時の出力を調節する。
【００３９】
以上のように構成された本実施例の弁内蔵型油圧シリンダ１の作動を、図１を参照し、図２〜図４により説明する。本実施例の弁内蔵型油圧シリンダ１の作動は、（ｉ）図２に示す初期状態（ピストン停止状態）、（ｉｉ）図３に示すピストン駆動開始後／オイルクッション室突入前、（ｉｉｉ）図４に示すオイルクッション室突入後の３段階に分けられる。
【００４０】
（ｉ）非稼動状態では図１中の閉止弁１３、２０、２５は閉じているが、稼動にあたり初期状態では、閉止弁１３、２０、２５を開き、切換弁１５は非作動状態となっている。図２に示すように、油圧源装置１０からの高圧作動油が第１チャンバ３ａと第３チャンバ３ｃに送り込まれ、同圧の高圧部（図中ハッチング部）となっており、第２チャンバ３ｂ、第４チャンバ３ｄ、オイルクッション室４内の作動油は低圧となっている。第１内蔵弁７においてピストンロッド５はその後端部５ａの弁体７ａで第１小径部６の内径ｄ１の円面に第１チャンバ３ａから前方（図中右方向）への高圧を受け、第３チャンバ３ｃにおいては、直径ｄ２のピストン５ｃで後方（左方向）への高圧、ランド部５ｄで第２小径部８の内径ｄ３の円面に前方（右方向）への高圧を受ける。
【００４１】
したがって、ｄ１２＜（ｄ２２−ｄ３２）の条件を満たす場合は、（第１チャンバ３ａがピストンロッド５を前方（右方向）へ押す力）＜（第３チャンバ３ｃがピストンロッド５を後方（左方向）へ押す力）となるため、ピストンロッド５は後方（左方向）に押し付けられ、弁体７ａが第１小径部６と当接し第１内蔵弁７が閉じ、動かない状態となる。また、その状態においてはランド部５ｄが第２小径部８と当接または嵌合し第２内蔵弁９が閉じている。
【００４２】
本実施例の弁内蔵型油圧シリンダ１は、ｄ１２＜ｄ２２−ｄ３２の条件を満たすように設定しており、初期状態（ピストン停止状態）においては第１内蔵弁７、第２内蔵弁９が閉じ、安定して停止状態を維持する。
【００４３】
（ｉｉ）弁内蔵型油圧シリンダ１を作動させ、シリンダロッド５の高速駆動、すなわち高速突き出しを行う時は、切換弁１５を作動させて作動状態に切り換える。図３に示すように、第３チャンバ３ｃ内の作動油が切換弁１５経由タンク１６に排出されるにつれ、第３チャンバ３ｃの圧力が降下し、その結果ピストン５ｃが前方に動き出すと、第１内蔵弁７が開き、第１チャンバ３ａから第２チャンバ３ｂに高圧の作動油が一気に流れ込み（図中ハッチング部）、ピストン５ｃを前方（右方向）に急加速する。
【００４４】
また同時に、ランド部５ｄも前方（右方向）に移動するので第２内蔵弁９も開き、第３チャンバ３ｃと第４チャンバ３ｄが連通し、第３チャンバ３ｃの作動油は第４チャンバに流入して、第２可変絞り１９を介してタンク１６へ排出され、すなわち、第３チャンバ３ｃは第２内蔵弁９、第４チャンバ３ｄを介して作動油排出系統に連通し、さらに第３チャンバ３ｃ内の圧力は一気に低下するのでピストン５ｃは第２チャンバ３ｂの高圧を受けてピストンロッド５を高速で前方（右方向）に突き出す作動を行うことになる。
【００４５】
なお、第１可変絞り１４により、油圧源装置１０から第１チャンバ３ａへ流入する作動油の流量を調節し、第２可変絞り１９により第４チャンバ３ｄから作動油排出系統に流出する作動油の流量を調節し、第４可変絞り２４により第１チャンバ３ａから第３チャンバ３ｃへの作動油のバイパス量を調節してピストンロッド５加速時の出力を調節することができる。
【００４６】
（ｉｉｉ）さらに、図４に示すように、ランド部５ｄがオイルクッション室４に突入すると、オイルクッション室４内の作動油が弾性圧縮され高圧となり（図中、ハッチング部）、ピストンロッド５を押し戻す力を発生させピストンロッド５を減速させる。そのときのオイルクッションの作用は、オイルクッション室４の蓋部材４ｂの位置を予め調節することでオイルクッション室４の容積を変更して適切に設定できる。一方、第１チャンバ３ａ、第２チャンバ３ｂの高圧の作動油は、ピストン５ｃの移動により開口した逃し穴２２からタンク１６に流出し、第１チャンバ３ａ、第２チャンバ３ｂ内の圧力は低下して、ピストンロッド５は高加速度で減速し停止する。
【００４７】
なお、このとき、第３可変絞り２１により、オイルクッション部４から作動油排出系統へ流出する作動油の流量を調節し、ピストンロッド５減速時の加速度を調節することができる。
【００４８】
したがって、本実施例の弁内蔵型油圧シリンダ１によれば、切換弁１５によりピストン５ｃに作用する作動油の圧力を切換えることにより、油圧源装置１０からの作動油の急速な供給を起こし、ピストンロッド５の高速駆動が可能であり、油圧シリンダ、ピストンが弁を内蔵する簡潔な構造で構成され、油圧源装置１０とを結ぶ必要な弁装置は、通常の閉止弁、切換弁、可変絞り等で構成することができる。すなわち、高流量の作動油供給系統は、閉止弁１３、第１可変絞り１４、で構成され、高流量の作動油排出系統は逃し穴２２、及び閉止弁２０、第２可変絞り１９、排油管１７、タンク１６で構成され、特に切換弁１５は作動油の出入の主流路に設けられるものではなくピストン５ｃ作動のトリガーとして働くだけであるから大容量のものを要さず、高度な制御を要する大容量のサーボ弁とその制御装置も不要であり、一旦条件に合わせて調節設定すれば、運転毎の調整も不要であり調整時間を浪費せず、構造簡明で高応答、高速動作が可能な弁内蔵型油圧シリンダとなる。
【００４９】
また、高速駆動されるピストンロッド５が、オイルクッション室４とランド部５ｄとによりストローク限において減速され、一方、第１チャンバ、第２チャンバの高圧の作動油は、ピストンストロークが所定のストロークまで達した後にピストン５ｃの移動により開口した逃し穴２２から作動油排出系に流出し、第１チャンバ、第２チャンバ内の圧力は低下して、ピストンロッドは高加速度で減速し停止するので、高速駆動と高加速度減速が可能となり、高応答、高速駆動に併せ、弁内蔵型油圧シリンダ１自体およびそれを利用する装置に衝撃による支障を与えることも防止できる。
【００５０】
また、油圧源装置１０との間に設けた第１可変絞り１４により、弁内蔵型油圧シリンダ１へ流入する作動油の流量を調節し、作動油の排出側に設けた第２可変絞り１９により弁内蔵型油圧シリンダ１から流出する作動油の流量を調節し、第１チャンバ３ａと第３チャンバ３ｃの間に設けた第４可変絞り２４によりピストンロッド５加速時の出力を調節し、オイルクッション室４からの作動油の排出側に設けた第３可変絞り２１によりピストンロッド５減速時の加速度を調節することができる。
【００５１】
したがって、射出成形機、衝撃発生装置等で高応答、高速駆動の油圧シリンダが求められる場合において、構造簡明でサーボ弁、高度の制御装置等を要さず、低設備コスト、低メンテナンスコストの油圧シリンダを提供し得るものとなる。
【００５２】
次に、図５に示すものは、本実施例の変形例である。図５に示す変形例は、ピストンロッド５′の前端部５ｂ′を、ハウジング２のオイルクッション室４から貫通して外部に出す代わりに、後端部５ａ′（本変形例における本発明の「一方の端部」）を、第１チャンバ３ａ側からハウジング２を貫通して外部に出したものであり、その他の構成は上記実施例と同じであるが、第１内蔵弁７′（本変形例における本発明の「内蔵弁」）を構成する弁体７ａ′はピストンロッド５′の後端部５ａ′ではなく途中に設けられる。また、オイルクッション室４の蓋部材４ｂ′はピストンロッド５の挿通孔を有しない。
【００５３】
切換弁１５の作動によってピストンロッド５′は前述の本実施例と同様に前方（図中、右方）に高速駆動され、外部に出た後端部５ａ′は高速引き込み動作を行い、オイルクッション室４の作用で減速され、逃し穴２２の作用も加わり停止する。したがって、上記図１〜図４に示す実施例１の場合、ハウジング２の外部に出たピストンロッド５の前端部５ｂに高速突き出しを利用する図示しない装置が設けられ、高速突き出し動作を利用するケースにおいて配置位置、設置上等の利点があるが、本変形例の場合、ハウジング２の外部に出たピストンロッド５′の後端部５ａ′に高速引き込みを利用する図示しない装置が設けられ、高速引き込み動作を利用するケースにおいて配置位置、設置上等の利点があり、その他の作用効果は同様である。
【実施例２】
【００５４】
図６に基づき、本発明の実施例２に係る弁内蔵型油圧シリンダを説明する。図６は本実施例の弁内蔵型油圧シリンダの縦断面を油圧源装置等と共に示す構成説明図である。本実施例は、前記の実施例１に対して、切換弁によりピストンに作用する作動油の圧力を切換えることにより、油圧源装置からの高圧作動油の急速な供給を起こし、高速駆動が可能な弁内蔵型油圧シリンダとしたことは同様であるが、オイルクッション室とランド部を設けない簡略な構造とした点に特徴がある。したがって、図６において、図１〜図４と同様部分に関しては同じ符号を付して説明を省略し、異なる点を主に以下説明する。
【００５５】
図６に示すように、本実施例の弁内蔵型油圧シリンダ１０１は、ハウジング１０２内の段付円筒空間１０３がその中心線Ｘに沿ってヘッド側から同軸に第１〜第３チャンバ１０３ａ〜１０３ｃの順に形成されており、第３チャンバ１０３ｃ側からは段付円筒空間１０３に同軸にピストンロッド１０５の後端部１０５ａが挿入され、前端部１０５ｂ（本実施例における本発明の「一方の端部」）がハウジング１０２の外部に出ている。
【００５６】
第１チャンバ１０３ａと第２チャンバ１０３ｂの間には、ハウジング１０２側から第１チャンバ１０３ａ、第２チャンバ１０３ｂより小径の内径ｄ１の小径部１０６（本実施例における本発明の「小径部」）が設けられ、第２チャンバ１０３ｂ側からピストンロッド１０５のロッド後端部１０５ａに設けられた弁体１０７ａが当接して、小径部１０６が弁座をなすことで、内蔵弁１０７（本実施例における本発明の「内蔵弁」）を形成している。
【００５７】
第２チャンバ１０３ｂと第３チャンバ１０３ｃは同軸に同内径ｄ２で連続するが、挿入されたピストンロッド１０５のピストン１０５ｃが内周面に摺接し、その後側、前側を第２チャンバ１０３ｂと第３チャンバ１０３ｃとに分けている。
【００５８】
第１チャンバ１０３ａには、油圧ポンプ１１とアキュムレータ１２を備える油圧源装置１０が、閉止弁１３、第１可変絞り１４を介して連通し、油圧源装置１０はまた、切換弁１５、シリンダ前端側の作動油管可変絞り１３０を介して第３チャンバ１０３ｃに接続する。
【００５９】
切換弁１５はピストン１０５ｃ駆動時のトリガーの役割を果たすものであり、図５に図示する非作動位置において油圧源装置１０と第３チャンバ１０３ｃとを作動油管１３１を介して連通し、作動位置においては油圧源装置１０と第３チャンバ１０３ｃとの連通を閉じ、第３チャンバ１０３ｃを作動油管１３１を介してタンク１６への排油管１１７に連通する。第２チャンバ１０３ｂにはドレン配管１１８が設けられる。また、作動油管１３１には作動油管可変絞り１３０が介装される。
【００６０】
１２２は逃し穴であり、弁内蔵型油圧シリンダ１０１の高速駆動、すなわち高速突き出し動作前の初期状態において、第３チャンバ１０３ｃに開口して設けられ、パイロットチェック弁１３２を介してタンク１６への排油管１１７、すなわち作動油排出系統に連通し、後述のようにピストン１０５ｃの高速突き出し時には第３チャンバ１０３ｃ内の作動油を排出し、６図中二点鎖線で示すようにピストンストロークが所定のストローク以上に達した際には、逃がし穴１２２は第２チャンバ１０３ｂに開口し、後述のように油圧源装置１０から第１チャンバ１０３ａ、第２チャンバ１０３ｂに送り込まれた高圧作動油をパイロットチェック弁１３２、排油管１１７を介して作動油排出系統に逃がし、ピストンロッド１０５の加速を止め、停止させるものである。
【００６１】
パイロットチェック弁１３２は、切換弁１５と作動油管可変絞り１３０との間の作動油管１３１の作動油圧をパイロット圧とし、切換弁１５が非作動時であって油圧源装置１０の作動油圧が作動油管１３１にかかっているときはそのパイロット圧によって閉じられ、第３チャンバ３ｃ内の作動油を保持し、作動油排出系統に流出しないようにする。切換弁１５が作動時で、第３チャンバ３ｃ内が切換弁１５経由タンク１６への排油管１１７と連通したときは、作動油管１３１内が低圧化するのでパイロット圧も低下し、パイロットチェック弁１３２が開き、逃し穴１２２が排油管１１７を介してタンク１６へ連通、すなわち第３チャンバ１０３ｃが作動油排出系統に連通する。なお、タンク１６と油圧ポンプ１１とを結ぶ図示しない作動油循環系等を設けてもよい。
【００６２】
作動油管可変絞り１３０はまた、６図中破線で示すようにピストン１０５ｃが高速突き出し時に逃がし穴１２２を塞ぐ位置に来たときは、第３チャンバ１０３ｃ内の作動油は作動油管可変絞り１３０からのみ排出されるので、作動油管可変絞り１３０によってピストンロッド１０５の減速度を調節できる。
【００６３】
以上のように構成された本実施例の弁内蔵型油圧シリンダ１０１の作動を、以下に説明する。（ｉ）非稼動時には閉止弁１３は閉じているが、稼動時において初期状態では、閉止弁１３を開け、切換弁１５は非作動状態となっているので、油圧源装置１０からの作動油が第１チャンバ１０３ａと第３チャンバ１０３ｃに送り込まれ、両チャンバは同圧の高圧部となっており、第２チャンバ１０３ｂ内の作動油は低圧となっている。内蔵弁１０７においてピストンロッド１０５はその後端部１０５ａの弁体１０７ａで小径部１０６の内径ｄ１の円面に第１チャンバ１０３ａから前方（図中右方向）への高圧を受け、第３チャンバ３ｃにおいては、直径ｄ２のピストン１０５ｃで後方（左方向）への高圧を受ける。
【００６４】
したがってピストンロッド１０５の径をｄ６として、ｄ１２＜（ｄ２２−ｄ６２）の条件を満たす場合は、（第１チャンバ３ａがピストンロッド１０５を前方（右方向）へ押す力）＜（第３チャンバ３ｃがピストンロッド１０５を後方（左方向）へ押す力）となるため、ピストンロッド１０５は後方（左方向）に押し付けられ、弁体１０７ａが小径部１０６と当接し内蔵弁１０７が閉じ、動かない状態となる。
【００６５】
本実施例の弁内蔵型油圧シリンダ１は、ｄ１２＜（ｄ２２−ｄ６２）の条件を満たすように設定しており、初期状態（ピストン停止状態）においては内蔵弁１０７が閉止され、安定して停止状態を維持する。
【００６６】
（ｉｉ）弁内蔵型油圧シリンダ１０１を作動させ、シリンダロッド１０５の高速突き出しを行う時は、切換弁１５を作動させる。前述のように、第３チャンバ１０３ｃが作動油管１３１、切換弁１５を介してタンク１６への排油管１１７に連通し低圧となる。
【００６７】
第３チャンバ１０３ｃ内の圧力が降下し、その結果ピストン１０５ｃが前方（右方向）に動き出すと、内蔵弁１０７が開き、第１チャンバ１０３ａから第２チャンバ１０３ｂに高圧の作動油が一気に流れ込み、ピストン１０５ｃを前方（右方向）に急加圧する。
【００６８】
同時に、作動油管１３１の圧が低下するのでパイロット圧も低下してパイロットチェック弁１３２が開き、すなわち第３チャンバ１０３ｃが作動油排出系統と連通し、第３チャンバ１０３ｃ内の作動油が逃し穴１２２、パイロットチェック弁１３２、排油管１１７経由で急速にタンク１６に排出される。
【００６９】
従って、第３チャンバ１０３ｃ内の圧力は一気に低下するのでピストンロッド１０５は第２チャンバ１０３ｂの高圧を受けて高速で前方（右方向）に突き出す作動を行う。
【００７０】
なお、このとき、第１可変絞り１４により、油圧源装置１０から第１チャンバ１０３ａへ流入する高圧作動油の流量を調節することができる。
【００７１】
（ｉｉｉ）さらに、ピストン１０５ｃが６図中鎖線で示すように逃がし穴１２２を塞ぐ位置にくると、第３チャンバ１０３ｃ内の作動油は作動油管可変絞り１３０からのみ排出されるので高圧となりピストン１０５ｃの突き出しが減速される。
【００７２】
さらに、ピストン１０５ｃが逃し穴１２２を越えて、逃し穴１２２が第２チャンバ１０３ｂに開口すると、第１チャンバ１０３ａ、第２チャンバ１０３ｂの高圧の作動油は、逃し穴１２２から作動油排出系統、すなわち排油管１１７、タンク１６に流出し、第１チャンバ１０３ａ、第２チャンバ１０３ｂ内の圧力は低下して、ピストンロッド１０５は高加速度で減速し停止する。
【００７３】
なお、このとき、作動油管可変絞り１３０により、第３チャンバ１０３ｃ前端から流出する作動油の流量を調節し、ピストンロッド１０５減速時の加速度を調節することができる。
【００７４】
したがって、本実施例の弁内蔵型油圧シリンダ１０１によれば、油圧シリンダ、ピストンが弁を内蔵する簡潔な構造で構成され、油圧源装置とを結ぶ必要な弁装置は、通常の閉止弁、可変絞り、切換弁、パイロットチェック弁で構成することができる。すなわち、高圧高流量の作動油供給系統は、閉止弁１３、第１可変絞り１４で構成され、高流量の作動油排出系統は逃し穴１２２、パイロットチェック弁１３２、排油管１１７、タンク１６で構成され、特に切換弁１５は作動油の出入の主流路に設けられるものではなくピストン１０５ｃ作動のトリガーとして働くだけであるから大容量のものを要さず、高度な制御を要する大容量のサーボ弁とその制御装置も不要であり、一旦条件に合わせて調節設定すれば、運転毎の調整も不要であり調整時間を浪費せず、構造簡明で高応答、高速動作が可能な弁内蔵型油圧シリンダとなる。
【００７５】
また、高速駆動されるピストンロッド１０５が、所定のストロークまで達した際には油圧源装置１０から送り込まれた作動油が逃し穴１２２から弁内蔵型油圧シリンダ１０１外部に逃がされ、ピストンロッド１０５の加速を止めるので、弁内蔵型油圧シリンダ１０１自体およびそれを利用する装置に衝撃による支障を与えることを防止できる。
【００７６】
特に本実施例においては、ハウジング１０２内に第１チャンバ１０３ａから第３チャンバ１０３ｃ、小径部１０６を設けるだけで、ピストンロッド１０５にはピストン１０５ｃと弁体１０７ａのみ設けるだけなので、弁内蔵型油圧シリンダ１０１の構造は実施例１よりさらに単純簡潔であり、作動油給排のための構成もより単純化されて、装置コスト、運転コストをさらに大きく低減するものとなる。
【００７７】
また、油圧源装置１０との間に設けた第１可変絞り１４により、弁内蔵型油圧シリンダ１０１へ流入する作動油の流量を調節し、第３チャンバ１０３ｃ前端からの作動油の排出側に設けた作動油管可変絞り１３０によりピストンロッド１０５減速時の加速度を調節することができる。
【００７８】
従って、射出成形機、衝撃発生装置等で高応答、高速駆動の油圧シリンダが求められる場合において、実施例１よりさらに構造簡明で、サーボ弁と高度の制御装置等を要さず、さらに低設備コスト、低メンテナンスコストの油圧シリンダを提供し得るものとなる。
【００７９】
なお、本実施例においても、実施例１の図５に示す変形例と同様に、ピストンロッド１０５の後端部１０５ａをハウジング１０２の外部に出して、高速引き込みを利用する装置に便利な構成としてもよい。上記図６に示す実施例２のようにピストンロッド１０５の前端部１０５ｂに高速突き出しを利用する装置を設ければ、高速突き出し動作を利用するケースにおいて配置位置、設置上等の利点があるが、ハウジング１０２の外部に出たピストンロッド１０５の後端部１０５ａに高速引き込みを利用する装置を設ければ、高速引き込み動作を利用するケースにおいて配置位置、設置上等の利点がある。
【００８０】
以上、本発明を図示の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施例１に係る弁内蔵型油圧シリンダの縦断面を油圧源装置等と共に示す構成説明図である。
【図２】実施例１の弁内蔵型油圧シリンダの動作説明図であり、初期状態を示す。
【図３】実施例１の弁内蔵型油圧シリンダの動作説明図であり、ピストン駆動開始後オイルクッション室突入前の状態を示す。
【図４】実施例１の弁内蔵型油圧シリンダの動作説明図であり、オイルクッション室突入後の状態を示す。
【図５】実施例１の変形例の弁内蔵型油圧シリンダの縦断面を油圧源装置等と共に示す構成説明図である。
【図６】本発明の実施例２に係る弁内蔵型油圧シリンダの縦断面を油圧源装置等と共に示す構成説明図である。
【図７】従来のサーボ弁制御油圧アクチュエータの概略構成図である。
【符号の説明】
【００８２】
１            弁内蔵型油圧シリンダ
２            ハウジング
３            段付円筒空間
３ａ          第１チャンバ
３ｂ          第２チャンバ
３ｃ          第３チャンバ
３ｄ          第４チャンバ
４            オイルクッション室
４ａ          入口
４ｂ、４ｂ′  蓋部材
５、５′      ピストンロッド
５ａ、５ａ′  後端部
５ｂ、５ｂ′  前端部
５ｃ          ピストン
５ｄ          ランド部
６            第１小径部
７、７′      第１内蔵弁
７ａ、７ａ′  弁体
８            第２小径部
９            第２内蔵弁
１０          油圧源装置
１１          油圧ポンプ
１２          アキュムレータ
１３          閉止弁
１４          第１可変絞り
１５          切換弁
１６          タンク
１７          排油管
１８          ドレン
１９          第２可変絞り
２０          閉止弁
２１          第３可変絞り
２２          逃し穴
２３          チャンババイパス
２４          第４可変絞り
２５          閉止弁
１０１        弁内蔵型油圧シリンダ
１０２        ハウジング
１０３        段付円筒空間
１０３ａ      第１チャンバ
１０３ｂ      第２チャンバ
１０３ｃ      第３チャンバ
１０５        ピストンロッド
１０５ａ      後端部
１０５ｂ      前端部
１０５ｃ      ピストン
１０６        小径部
１０７        内蔵弁
１０７ａ      弁体
１１７        排油管
１１８        ドレン
１２２        逃し穴
１３０        作動油管可変絞り
１３１        作動油管
１３２        パイロットチェック弁
【図１】
2006153113.tif 000003
【図２】
2006153113.tif 000004
【図３】
2006153113.tif 000005
【図４】
2006153113.tif 000006
【図５】
2006153113.tif 000007
【図６】
2006153113.tif 000008
【図７】
2006153113.tif 000009