(57)【要約】      （修正有）【課題】シリンダを作動する際の摺動抵抗を軽減し、シリンダ作動の応答性を向上し得る流体シリンダ装置を提供する。【解決手段】給排流路２を穿設したシリンダ本体１に、圧力源Ｐの圧力作動油を給排流路２に供給したり給排流路２の作動油をタンクに排出したりする電磁弁１６を備える。シリンダ本体１には弾性変形により伸縮可能な金属製の円筒状に形成されたベローズ７の一端を固着し、ベローズ７は他端に蓋部材９を固着して他端を閉塞し、シリンダ本体１とベローズ７と蓋部材９とで作動室１２を区画形成し、作動室１２を給排流路２に連通する。作動室１２への圧力作動油の供給でベローズ７が伸びて蓋部材９を一方向に作動すると共に、作動室１２からの作動油の排出でベローズ７が縮んで蓋部材９を他方向に作動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流通する給排流路を穿設したシリンダ本体に、圧力源の圧力流体を給排流路に供給したり給排流路の流体を低圧側に排出したりする弁を備え、シリンダ本体には弾性変形により伸縮可能な金属製の円筒状に形成されたベローズの一端を固着し、ベローズは一端と対向する他端に剛性を有する蓋部材を固着して他端を閉塞し、シリンダ本体とベローズと蓋部材とで作動室を区画形成し、作動室を給排流路に連通して設け、作動室への圧力流体の供給でベローズが伸びて蓋部材を一方向に作動すると共に、作動室からの流体の排出でベローズが縮んで蓋部材を一方向と対向する他方向に作動することを特徴とする流体シリンダ装置。
【請求項２】
前記弁が、パルス幅変調により通電非通電を制御して圧力流体を給排流路に供給したり給排流路の流体を低圧側に排出したりする電磁弁としたことを特徴とする請求項１に記載の流体シリンダ装置。
【請求項３】
前記電磁弁が、前記給排流路を前記圧力源に切換連通する第１位置と前記給排流路を前記低圧側に切換連通する第２位置とを有する３ポート２位置弁としたことを特徴とする請求項２に記載の流体シリンダ装置。
【請求項４】
前記電磁弁には、給排流路の流体を低圧側に排出する際に流体を絞り制御する絞り部材を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の流体シリンダ装置。
【請求項５】
前記電磁弁は、圧力流体を給排流路に供給したり給排流路の流体を低圧側に排出したりする弁体と、通電により固定鉄心に吸引されたり非通電により固定鉄心から離脱されたりする可動鉄心とを連結して有し、弁体と可動鉄心とを弾性部材で固定鉄心からの離脱方向に付勢したことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一つに記載の流体シリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の供給排出で作動するシリンダに、シリンダへの流体の供給排出を制御する弁を備えた流体シリンダ装置に関し、特に、切削工具に振動を与えながら加工する振動切削に適した流体シリンダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の流体シリンダ装置は、ピストンを摺動可能に設けたシリンダに弁としてのサーボ弁を備え、ピストンには入出力ピストンロッドとセンサピストンロッドとを軸方向の両側から延出し、入出力ピストンロッドの先端を刃具が固着された刃具ホルダーの中間位置に当接し、センサピストンロッドの先端側にピストンの位置を検出する位置センサを配置し、サーボ弁は制御部からのサイン波の指令信号に応じて圧油の出力方向及び流量を制御し、制御した圧油をピストンの両側に形成したシリンダ室に供給したり排出したりしてピストンを摺動し、刃具ホルダーを振動する。そして、ピストンの摺動により位置センサから位置信号が制御部にフィードバックされ、制御部は、フィードバックされた位置信号と指令信号との偏差を略零にするよう指令信号をサーボ弁に出力し、サイン波の指令信号に応じたピストンの作動を得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４９３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、かかる従来の流体シリンダ装置では、シリンダ本体へピストンを摺動可能に設け、シリンダを作動する際に、ピストンに摺動抵抗が生じるため、指令信号に対するシリンダ作動の応答性が悪い問題点があった。
【０００５】
本発明の課題は、シリンダを作動する際の摺動抵抗を軽減し、シリンダ作動の応答性を向上し得る流体シリンダ装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を達成すべく、本発明は次の手段をとった。即ち、
流体を流通する給排流路を穿設したシリンダ本体に、圧力源の圧力流体を給排流路に供給したり給排流路の流体を低圧側に排出したりする弁を備え、シリンダ本体には弾性変形により伸縮可能な金属製の円筒状に形成されたベローズの一端を固着し、ベローズは一端と対向する他端に剛性を有する蓋部材を固着して他端を閉塞し、シリンダ本体とベローズと蓋部材とで作動室を区画形成し、作動室を給排流路に連通して設け、作動室への圧力流体の供給でベローズが伸びて蓋部材を一方向に作動すると共に、作動室からの流体の排出でベローズが縮んで蓋部材を一方向と対向する他方向に作動することを特徴とする流体シリンダ装置がそれである。
【０００７】
この場合、前記弁が、パルス幅変調により通電非通電を制御して圧力流体を給排流路に供給したり給排流路の流体を低圧側に排出したりする電磁弁としても良い。また、前記電磁弁が、前記給排流路を前記圧力源に切換連通する第１位置と前記給排流路を前記低圧側に切換連通する第２位置とを有する３ポート２位置弁としても良い。また、前記電磁弁には、給排流路の流体を低圧側に排出する際に流体を絞り制御する絞り部材を設けても良い。また、前記電磁弁は、圧力流体を給排流路に供給したり給排流路の流体を低圧側に排出したりする弁体と、通電により固定鉄心に吸引されたり非通電により固定鉄心から離脱されたりする可動鉄心とを連結して有し、弁体と可動鉄心とを弾性部材で固定鉄心からの離脱方向に付勢しても良い。
【発明の効果】
【０００８】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明は、弁による作動室への圧力流体の供給でベローズが伸びて蓋部材を一方向に作動すると共に、弁による作動室からの流体の排出でベローズが縮んで蓋部材を一方向と対向する他方向に作動する。このため、ベローズが伸縮して蓋部材が一方向と他方向へ作動するシリンダ作動において、ベローズの伸縮に摺動抵抗を生ずることなくでき、シリンダ作動の応答性を向上することができる。また、ベローズの伸縮で蓋部材を一方向と他方向へ作動するシリンダ作動を得ているため、シリンダ本体へピストンを摺動自在に嵌挿する従来の装置に比し、ベローズはシリンダ本体へ摺動自在に嵌挿しなくてよいから、シリンダ本体の径方向寸法を小さくでき、装置全体の小型化を図ることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の効果に加え、圧力流体を給排流路に供給したり給排流路の流体を低圧側に排出したりする弁を、パルス幅変調により通電非通電を制御する電磁弁とした。このため、電磁弁は通電非通電による開閉制御でよく、流量を制御するのに開度設定を必要とするサーボ弁を用いる従来の装置に比し、給排流路を流通する流体中にゴミ等の異物が混入していても、この異物の影響を軽減でき、広範囲の環境下で良好に使用することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明の効果に加え、電磁弁を、給排流路を圧力源に切換連通する第１位置と給排流路を低圧側に切換連通する第２位置とを有する３ポート２位置弁とした。このため、給排流路と圧力源との間を連通遮断する第１の２ポート２位置弁と、給排流路と低圧側との間を連通遮断する第２の２ポート２位置弁との２個の電磁弁を用いても、前記本願発明の課題達成を図ることができるが、このものに比し、電磁弁の個数を低減できて構成の簡素化を図ることができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明の効果に加え、電磁弁は、給排流路から低圧側に排出する流体を絞り制御する絞り部材を設けている。このため、作動室の流体を低圧側に排出する際に、作動室の圧力が著しく低下することを抑制でき、作動室に圧力流体を供給する際に、作動室の圧力上昇を応答性良くできる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明の効果に加え、電磁弁には、圧力流体を給排流路に供給したり給排流路の流体を低圧側に排出したりする弁体と、通電により固定鉄心に吸引されたり非通電により固定鉄心から離脱されたりする可動鉄心とを連結して有し、弁体と可動鉄心とを弾性部材で固定鉄心からの離脱方向に付勢している。このため、弁体と可動鉄心とを一体的に作動できるから、通電非通電による可動鉄心の固定鉄心への吸引離脱に応じて弁体を応答性良く作動できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態を示した流体シリンダ装置の縦断面図である。
【図２】一実施形態の電気・油圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１および図２において、１は立方体形状に形成したシリンダ本体で、流体としての作動油を流通する給排流路２を軸方向に貫通し、対向する一側面３と他側面４とに給排流路２の一端と他端とを開口形成している。５はシリンダ本体１に穿設した供給流路で、圧力源Ｐに接続して圧力源Ｐからの圧力作動油を流通し、一端をシリンダ本体１の一側面３に開口形成している。６はシリンダ本体１に穿設した排出流路で、低圧側としてのタンクＴに接続してタンクＴに排出する作動油を流通し、一端をシリンダ本体１の一側面３に開口形成している。７は弾性変形により伸縮可能なベローズで、自己の弾性力が縮み方向に作用する金属製の円筒状に形成し、一端に剛性を有する円環形状の接続部材８を溶接で固着すると共に、一端と対向する他端に剛性を有する円板形状の蓋部材９を溶接で固着している。ベローズ７は、一端に有する接続部材８を取付部材１０でシリンダ本体１の他側面４に取り付ける。詳述するに、ベローズ７の一端に有する円環形状の接続部材８に取付部材１０を外嵌し、この取付部材１０をシリンダ本体１の他側面４に給排流路２の開口周囲を覆うよう複数のボルト部材１１で固定することで、接続部材８がシリンダ本体１の他側面４と取付部材１０との間に挟持され、ベローズ７がシリンダ本体１に固着される。
【００１５】
１２は作動室で、シリンダ本体１とベローズ７と接続部材８と蓋部材９とで区画形成してベローズ７内部に設け、給排流路２に連通している。１３は根元に拡径のフランジ部１４を形成した円柱形状のスペーサ部材で、ベローズ７をシリンダ本体１に固着することで、シリンダ本体１の他側面４と接続部材８との間にフランジ部１４を挟持してシリンダ本体１に取り付け、根元部１４と対向する先端部が接続部材８を挿通して作動室１２に配置されて作動室１２の容積を減少する。スペーサ部材１３には給排流路２と作動室１２との間を接続する接続流路１５を軸方向に貫通形成している。作動室１２は給排流路２より圧力作動油を供給することでベローズ７が自己の弾性力に抗して伸びて蓋部材９を一方向としての図１の左方向に作動すると共に、作動油を給排流路２に排出することでベローズ７が自己の弾性力で縮んで蓋部材９を他方向としての図１の右方向に作動する。そして、作動室１２はスペーサ部材１３の配置で容積を減少しているため、圧力作動油の供給でベローズ７への圧力伝播を速くできると共に、作動油の排出でベローズ７からの圧力伝播を速くでき、蓋部材９を作動する際の応答性を向上することができる。
【００１６】
１６はシリンダ本体１に備えた３ポート２位置の電磁弁で、給排流路２を圧力源Ｐに切換連通する通電の第１位置１６Ａと、給排流路２をタンクＴに切換連通する非通電の第２位置１６Ｂとを有し、パルス幅変調により通電非通電を制御して第１位置１６Ａと第２位置１６Ｂとに切換自在にしている。１７は立方体形状に形成した電磁弁１６の弁本体で、シリンダ本体１の一側面３に取付面１８を当接して取り付けている。弁本体１７には挿入孔１９Ａと挿入孔１９Ａより大径の取付孔１９Ｂとを連設して図１の上下方向に貫通形成し、挿入孔１９Ａの下端を取付面１８と直交する図１の下面に開口すると共に、取付孔１９Ｂの上端を下面と対向する上面に開口している。挿入孔１９Ａは弁本体１７の下面に開口する下端部と取付孔１９Ｂと連設する連設部にそれぞれ雌ねじを螺刻し、取付孔１９Ｂは弁本体１７の上面に開口する上端部に雌ねじを螺刻している。２０は挿入孔１９Ａに挿入したスリーブ部材２０で、図１の上下方向に嵌挿孔２１を貫通形成し、嵌挿孔２１にはスプール形状の弁体２２を図１の上下方向へ摺動自在に嵌挿している。２３は給排流路２に接続する第１接続流路、２４は供給流路５に接続する第２接続流路、２５は排出流路６に接続する第３接続流路で、それぞれ弁本体１７に穿設し、第１接続流路２３はスリーブ部材２０の嵌挿孔２１の略中央部に開口し、第２接続流路２４は嵌挿孔２１に第１接続流路２３への開口個所より図１の下方向に間隙を有して開口し、第３接続流路２５は嵌挿孔２１に第１接続流路２３への開口個所より図１の上方向に間隙を有して開口している。２５Ａは第３接続流路２５に配設した絞り部材で、電磁弁１６の第２位置１６Ｂで給排流路２からタンクＴに排出する作動油を絞り制御する。
【００１７】
２６は挿入孔１９Ａの弁本体１７下面への開口を閉塞する蓋部材で、挿入孔１９Ａの下端部の雌ねじに螺合して弁本体１７に取り付け、止め輪２７を介してスリーブ部材２０の下端と当接している。２８は挿入孔１９Ａの連設部の雌ねじに螺合して弁本体１７に取り付けた環状の止め部材で、スリーブ部材２０の上端と当接している。スリーブ部材２０は蓋部材２６と止め部材２８とで挟持され、図１の上下方向に位置決め固定される。弁体２２は上下端部をそれぞれ縮径して止め部材２８に接離自在な上方段部２２Ａと止め輪２７に接離自在な下方段部２２Ｂとを形成し、上端部を止め部材２８の内部に延在すると共に、下端部を止め輪２７を挿通して蓋部材２６の内部に延在する。２９は蓋部材２６の内部に収納した弾性部材としてのばねで、弁体２２の下端部と止め輪２７との間に張設し、弁体２２を図１の下方に付勢する。
【００１８】
３０は電磁弁１６のソレノイドで、固定鉄心３１、可動鉄心３２、コイル３３等から構成している。固定鉄心３１は磁性材から略円柱形状に形成し、取付孔１９Ｂの上端部の雌ねじに螺合して弁本体１７に取り付け、取付孔１９Ｂの弁本体１７上面への開口を閉塞している。可動鉄心３２は磁性材から略円板形状に形成し、弁体２２の上端部に連結して取り付け、固定鉄心３１と対向して取付孔１９Ｂへ移動自在に収装している。コイル３３は固定鉄心３１に可動鉄心３２と対向して配置している。ソレノイド３０は、コイル３３への通電により生じる吸引力で可動鉄心３２を固定鉄心３１に吸引して第１位置１６Ａとし、コイル３３への非通電により吸引力を解除して可動鉄心３２を固定鉄心３３から離間して第２位置１６Ｂとする。弁体２２は第１位置１６Ａでばね２９のばね力に抗して図１の上方向へ摺動して上方段部２２Ａを止め部材２８に当接して停止し、給排流路２に接続する第１接続流路２３を供給流路５に接続する第２接続流路２４に切換連通して排出流路６に接続する第３接続流路２５を遮断する。また、弁体２２は第２位置１６Ｂでばね２９の弾性力で図１の下方向へ摺動して下方段部２２Ｂを止め輪２７に当接して停止し、第１接続流路２３を第３接続流路２５に切換連通して第２接続流路２４を遮断する。
【００１９】
３４は作動室１２の圧力を検出する圧力センサで、シリンダ本体１の一側面３と他側面４と直交する上面に取り付け、給排流路２に接続する。３５は電磁弁１６をパルス幅変調により制御する制御アンプで、波形の指令信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ比を設定したパルス信号を電磁弁１６に出力する。制御アンプ３５は圧力センサ３４から作動室１２の圧力値に応じたフィードバック信号を入力し、指令信号とフィードバック信号とを比較して偏差を略零にするようＯＮ／ＯＦＦ比を変更したパルス信号を電磁弁１６に出力する。すなわち、フィードバックした実際の圧力が指令信号による設定圧力より高い場合には、ＯＮの幅を小さくしてＯＦＦの幅を大きくしたＯＮ／ＯＦＦ比のパルス信号を電磁弁１６に出力し、フィードバックした実際の圧力が指令信号による設定圧力より低い場合には、ＯＮの幅を大きくしてＯＦＦの幅を小さくしたＯＮ／ＯＦＦ比のパルス信号を電磁弁１６に出力する。電磁弁１６は制御アンプ３５からのパルス信号のＯＮ／ＯＦＦ比に応じて通電非通電を高速で繰り返し、第１位置１６Ａと第２位置１６Ｂとに交互に切り換る。３６は作動室１２の空気を排出する空気排出流路で、給排流路２に分岐接続してシリンダ本体１の上面に開口し、常時は球弁３７で閉塞している。
【００２０】
３８はシリンダ本体１を取り付けた刃具テーブルで、図１の左右方向へ送り作動自在に設けている。３９は先端に刃具４０を取り付けた刃具ホルダーで、刃具テーブル３８の左方端部に取り付け、背部にベローズ７へ固着した蓋部材９を当接している。刃具ホルダー３９は部分的に弾性変形が可能で、ベローズ７の伸縮に伴う蓋部材９の図１の左右方向への作動で、押圧と押圧解除とが繰り返されて弾性変形して刃具４０を図１の左右方向へ振動する。刃具テーブル３８を図１の左方向へ送り作動し、振動する刃具４０を回転するワークＷに接触させて切削加工する。
【００２１】
次に、かかる構成の作動を説明する。
図１および図２は、停止状態を示し、電磁弁１６は非通電により第２位置１６Ｂで、給排流路２をタンクＴに切換連通し、ベローズ７は縮んでいる。
【００２２】
この状態で、指令信号に応じて制御アンプ３５から電磁弁１６にパルス信号を出力すると、電磁弁１６はパルス信号のＯＮ／ＯＦＦ比に応じて通電非通電を高速で繰り返し、第１位置１６Ａと第２位置１６Ｂとに交互に切り換り、作動室１２に圧力作動油を供給したり作動室１２から作動油を排出したりし、ベローズ７が伸縮して蓋部材９を図１の左右方向へ交互に繰り返し作動し、刃具ホルダー３９は蓋部材９で押圧と押圧解除を繰り返されて弾性変形して刃具４０を図１の左右方向へ振動し、刃具４０はワークＷを切削加工する。
【００２３】
そして、圧力センサ３４から出力した作動室１２の圧力値に応じたフィードバック信号を制御アンプ３５へ入力し、制御アンプ３５は指令信号とフィードバック信号とを比較して偏差を略零にするようＯＮ／ＯＦＦ比を変更したパルス信号を電磁弁１６に出力し、電磁弁１６は変更したパルス信号に応じて通電非通電を高速で繰り返し、ベローズ７の蓋部材９が指令信号に応じて図１の左右方向へ交互に繰り返し作動する。そして、指令信号を停止すると、制御アンプ３５から電磁弁１６へのパルス信号の出力が止まり、電磁弁１６は非通電の第２位置１６Ｂとなり、ベローズ７は自己の弾性力で縮んで図１および図２の状態に復帰する。
【００２４】
かかる作動において、電磁弁１６による作動室１２への圧力作動油の供給でベローズ７が伸びて蓋部材９を一方向に作動すると共に、電磁弁１６による作動室１２からの作動油の排出でベローズ７が縮んで蓋部材９を一方向と対向する他方向に作動する。このため、ベローズ７が伸縮して蓋部材９が一方向と他方向へ作動するシリンダ作動において、ベローズ７の伸縮に摺動抵抗を生ずることなくでき、シリンダ作動の応答性を向上することができる。また、ベローズ７の伸縮で蓋部材９を一方向と他方向へ作動するシリンダ作動を得ているため、シリンダ本体へピストンを摺動自在に嵌挿する従来の装置に比し、ベローズ７はシリンダ本体１へ摺動自在に嵌挿しなくてよいから、シリンダ本体１の径方向寸法を小さくでき、装置全体の小型化を図ることができる。
【００２５】
また、電磁弁１６をパルス幅変調により通電非通電を制御するものとしたため、開度設定を必要とするサーボ弁を用いる従来の装置に比し、給排流路２を流通する作動油中にゴミ等の異物が混入していても、この異物の影響を軽減でき、広範囲の環境下で良好に使用することができる。また、電磁弁１６を、給排流路２を圧力源Ｐに切換連通する第１位置１６Ａと給排流路２をタンクＴに切換連通する第２位置１６Ｂとを有する３ポート２位置弁としたため、給排流路２と圧力源Ｐとの間を連通遮断する第１の２ポート２位置弁と、給排流路２とタンクＴとの間を連通遮断する第２の２ポート２位置弁との２個の電磁弁を用いても、シリンダ作動の摺動抵抗を軽減して応答性を向上できるという本願発明の課題達成を図ることができるが、このものに比し、電磁弁の個数を低減できて構成の簡素化を図ることができる。
【００２６】
また、電磁弁１６は、給排流路２からタンクＴに排出する作動油を絞り制御する絞り部材２５Ａを第３接続流路２５に配設しているため、作動室１２の作動油をタンクＴに排出する際に、作動室１２の圧力が著しく低下することを抑制でき、作動室１２に圧力作動油を供給する際に、作動室１２の圧力上昇を応答性良くできる。また、電磁弁１６は、弁体２２と可動鉄心３２とを連結して有し、弁体２２と可動鉄心３２とをばね２９で固定鉄３１心からの離脱方向に付勢しているため、弁体２２と可動鉄心３２とを一体的に作動できるから、通電非通電による可動鉄心の固定鉄心への吸引離脱に応じて弁体を応答性良く作動できる。
【００２７】
なお、一実施形態では、給排流路２を圧力源ＰとタンクＴとに切換連通する３ポート２位置の電磁弁１６を１個用いたが、給排流路２と圧力源Ｐとの間を連通遮断する第１の２ポート２位置弁と、給排流路２とタンクＴとの間を連通遮断する第２の２ポート２位置弁との２個の電磁弁を用いても良いことは勿論である。
【符号の説明】
【００２８】
１：シリンダ本体
２：給排流路
７：ベローズ
９：蓋部材
１２：作動室
１６：電磁弁
２２：弁体
２５Ａ：絞り部材
２９：ばね（弾性部材）
３１：固定鉄心
３２：可動鉄心
【図１】
2011122662.tif 000003
【図２】
2011122662.tif 000004