(57)【要約】  ピストン（３８）によって第１エア室（４２）と第２エア室（４４）とに区画されるエアシリンダの流体回路（２０）は、切換弁（３０）と、第１エア室と切換弁との間に設けられる第１エア流路（２４）と、第２エア室と切換弁との間に設けられる第２エア流路（２６）と、第１エア流路の中間点と第２エア流路の中間点とを接続するバイパス流路（２８）と、バイパス流路に介設されるチェック弁（４６）およびパイロットチェック弁（４８）とを備え、チェック弁は、第２エア室から第１エア室に向かうエアの流通を許容するとともに第１エア室から第２エア室に向かうエアの流通を阻止し、パイロットチェック弁は、第１エア室から第２エア室に向かうエアの流通を許容するとともにパイロット圧が作用しないときは第２エア室から第１エア室に向かうエアの流通を阻止する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンによって区画される第１エア室と第２エア室とを有するエアシリンダの流体回路であって、
切換弁と、前記第１エア室と前記切換弁との間に設けられる第１エア流路と、前記第２エア室と前記切換弁との間に設けられる第２エア流路と、前記第１エア流路の中間点と前記第２エア流路の中間点とを接続するバイパス流路と、前記バイパス流路に介設されるチェック弁およびパイロットチェック弁とを備え、
前記チェック弁は、前記第２エア室から前記第１エア室に向かうエアの流通を許容するとともに前記第１エア室から前記第２エア室に向かうエアの流通を阻止し、前記パイロットチェック弁は、前記第１エア室から前記第２エア室に向かうエアの流通を許容するとともにパイロット圧が作用しないときは前記第２エア室から前記第１エア室に向かうエアの流通を阻止する
ことを特徴とするエアシリンダの流体回路。
【請求項２】
請求項１記載のエアシリンダの流体回路において、
前記第１エア流路の中間点と前記切換弁との間の前記第１エア流路に第２チェック弁が介設され、前記第２チェック弁は、前記第１エア流路の中間点から前記切換弁に向かうエアの流通を許容するとともに前記切換弁から前記第１エア流路の中間点に向かうエアの流通を阻止し、前記第２チェック弁と前記切換弁との間の前記第１エア流路と前記パイロットチェック弁との間にパイロット流路が設けられ、前記切換弁の第１位置において、前記第１エア流路がエア供給源に接続されるとともに前記第２エア流路が排気口に接続され、前記切換弁の第２位置において、前記第１エア流路が排気口に接続されるとともに前記第２エア流路が前記エア供給源に接続される
ことを特徴とするエアシリンダの流体回路。
【請求項３】
請求項２記載のエアシリンダの流体回路において、
前記第１エア室と前記第１エア流路の中間点との間の前記第１エア流路は、タンク部を含む
ことを特徴とするエアシリンダの流体回路。
【請求項４】
請求項２記載のエアシリンダの流体回路において、
前記バイパス流路および前記第２チェック弁は前記エアシリンダの内部に設けられる
ことを特徴とするエアシリンダの流体回路。
【請求項５】
請求項４記載のエアシリンダの流体回路において、
前記第２エア流路の中間点と前記切換弁との間の前記第２エア流路に絞り弁が介設され、前記絞り弁は前記エアシリンダの内部に設けられる
ことを特徴とするエアシリンダの流体回路。
【請求項６】
請求項１記載のエアシリンダの流体回路において、
前記ピストンに連結されたピストンロッドが前記第１エア室を縦断し、その端部がロッドカバーを通って外部に伸びる
ことを特徴とするエアシリンダの流体回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアシリンダの流体回路に関し、特に、復帰工程では大きな駆動力を必要としない複動型エアシリンダの流体回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、駆動工程で大きな出力を必要とし、復帰工程では大きな出力を必要としない、空気圧を利用した複動アクチュエータの駆動装置が知られている（実公平２−２９６５号公報参照）。【０００３】
このアクチュエータ駆動装置は、図５に示すように、複動シリンダ装置１の駆動側圧力室３から排出される排気の一部をアキュムレータ１２に回収・蓄積し、それを複動シリンダ装置１の復帰動力に使用するものである。具体的には、切換弁５が同図の状態に切り換わると、駆動側圧力室３内の高圧排気が回収弁１０の回収ポート１０ｂを通ってアキュムレータ１２に蓄積される。排気圧力が低下して、排気圧とアキュムレータ圧力との差が小さくなると、駆動側圧力室３内の残存空気が回収弁１０の排出ポート１０ｃから大気に放出され、同時にアキュムレータ１２の蓄圧空気が復帰側圧力室４に流入する。【０００４】
上記アクチュエータ駆動装置は、切換弁５を切り換えても、排気圧とアキュムレータ圧力との差が小さくなるまでは、駆動側圧力室３内の高圧空気が大気に放出されないので、複動シリンダ装置１の復帰に必要な推力が得られるまでに時間がかかるという問題がある。また、排気圧とアキュムレータ圧力との圧力差が大きい間は回収弁１０の入口ポート１０ａを回収ポート１０ｂに連通させ、排気圧とアキュムレータ圧力との圧力差が小さくなったときに入口ポート１０ａを排出ポート１０ｃに連通させるという複雑な構造の回収弁１０を必要とする。【０００５】
本出願人は、上記の課題に鑑み、排気圧力を再利用して流体圧シリンダを復帰させる駆動装置であって、復帰に必要な時間を短縮するとともに回路を簡素化することを目的とする駆動装置の発明について特許出願した（特願２０１６−２５３０７４号）。【０００６】
上記特許出願に係る発明は、切換弁の所定位置において、一方のシリンダ室がチェック弁を介して他方のシリンダ室に連通するとともに排気口に連通するものである。この場合、一方のシリンダ室から切換弁に至る配管が２つ必要になるため、配管の取り回しに手間がかかるという問題がある。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、排気圧力を再利用してエアシリンダを復帰させることで省エネを図りつつ、復帰に必要な時間を可及的に短縮することを目的とする。また、排気圧力を再利用してエアシリンダを復帰させるための流体回路を簡素化することを目的とする。
【０００８】
本発明に係るエアシリンダの流体回路は、ピストンによって区画される第１エア室と第２エア室とを有するエアシリンダの流体回路であって、切換弁と、第１エア室と切換弁との間に設けられる第１エア流路と、第２エア室と切換弁との間に設けられる第２エア流路と、第１エア流路の中間点と第２エア流路の中間点とを接続するバイパス流路と、バイパス流路に介設されるチェック弁およびパイロットチェック弁とを備えることを特徴とする。そして、チェック弁は、第２エア室から第１エア室に向かうエアの流通を許容するとともに第１エア室から第２エア室に向かうエアの流通を阻止し、パイロットチェック弁は、第１エア室から第２エア室に向かうエアの流通を許容するとともにパイロット圧が作用しないときは第２エア室から第１エア室に向かうエアの流通を阻止することを特徴とする。
【０００９】
上記エアシリンダの流体回路によれば、第２エア室に蓄積されたエアを第１エア室に向けて供給すると同時に外部に排出することが可能になる。このため、第１エア室の圧力が増加するとともに、第２エア室の圧力が急速に減少し、エアシリンダの復帰に必要な時間を可及的に短縮することができる。また、複雑な構造の回収弁を必要とせず、エアシリンダを復帰させるための流体回路を簡素化することができる。
【００１０】
上記エアシリンダの流体回路において、第１エア流路の中間点と切換弁との間の第１エア流路に第２チェック弁が介設され、第２チェック弁は、第１エア流路の中間点から切換弁に向かうエアの流通を許容するとともに切換弁から第１エア流路の中間点に向かうエアの流通を阻止し、第２チェック弁と切換弁との間の第１エア流路とパイロットチェック弁との間にパイロット流路が設けられ、切換弁の第１位置において、第１エア流路がエア供給源に接続されるとともに第２エア流路が排気口に接続され、切換弁の第２位置において、第１エア流路が排気口に接続されるとともに第２エア流路がエア供給源に接続されるのが好ましい。
【００１１】
これによれば、エアシリンダ側から切換弁にまで至る配管の数を最小限のものとすることができ、配管の取り回しに手間を要しない。また、簡単な流体回路によってパイロットチェック弁に対して確実に所定圧力以上のパイロット圧を作用させることができる。
【００１２】
上記の場合、第１エア室と第１エア流路の中間点との間の第１エア流路は、タンク部を含むのが好ましい。これによれば、第２エア室から排出されるエアをタンク部に蓄積しておくことができ、エアシリンダの復帰工程時、第１エア室の容積が増大する際にその圧力が低下するのを可及的に抑えることができる。
【００１３】
また、バイパス流路および第２チェック弁はエアシリンダの内部に設けられるのが好ましく、さらに、第２エア流路の中間点と切換弁との間の第２エア流路に絞り弁が介設され、絞り弁はエアシリンダの内部に設けられるのが好ましい。これによれば、エアシリンダの流体回路について、できるだけ多くの部分がエアシリンダに内蔵される。
【００１４】
また、ピストンに連結されたピストンロッドが第１エア室を縦断し、その端部がロッドカバーを通ってエアシリンダの外部に伸びるのが好ましい。これによれば、ピストンロッドを押し出す方向にピストンを駆動する際にピストンに大きな推力を発揮させることができる。
【００１５】
本発明に係るエアシリンダの流体回路によれば、エアシリンダの復帰に必要な時間を可及的に短縮することができる。また、複雑な構造の回収弁を必要とせず、エアシリンダから切換弁に至る配管の数を最小限のものとすることができるので、エアシリンダを復帰させるための流体回路を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係るエアシリンダの流体回路を概念的に示す回路図である。
【図２】切換弁が第１位置にあり、かつ、ピストンロッドが引き込み側の端部位置にあるときの図１の回路図である。
【図３】切換弁が第２位置にあり、かつ、ピストンロッドが押し出し側の端部位置にあるときの図１の回路図である。
【図４】図１のエアシリンダの外観図である。
【図５】先行技術文献に係るアクチュエータ駆動装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るエアシリンダの流体回路について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１に示すように、本発明の実施形態に係るエアシリンダの流体回路２０は、第１エア流路２４、第２エア流路２６、バイパス流路２８、切換弁３０を含む。
【００１９】
図４等に示すように、エアシリンダ２２は、シリンダチューブ３２、ヘッドカバー３４、ロッドカバー３６、ピストン３８、ピストンロッド４０等から構成される。シリンダチューブ３２の一端側はロッドカバー３６によって閉塞され、シリンダチューブ３２の他端側はヘッドカバー３４によって閉塞される。シリンダチューブ３２の内部にピストン３８が往復移動自在に配設され、シリンダチューブ３２の内部空間は、ピストン３８とロッドカバー３６との間に形成される第１エア室４２と、ピストン３８とヘッドカバー３４との間に形成される第２エア室４４とに区画される。
【００２０】
ピストン３８に連結されたピストンロッド４０は第１エア室４２を縦断し、その端部がロッドカバー３６を通って外部に延びる。エアシリンダ２２は、ピストンロッド４０の押し出し時（伸長時）に図示しないワークの位置決め等の仕事を行い、ピストンロッド４０の引き込み時には仕事をしない。
【００２１】
エアシリンダ２２の第１エア室４２と切換弁３０との間に第１エア流路２４が設けられ、エアシリンダ２２の第２エア室４４と切換弁３０との間に第２エア流路２６が設けられている。第１エア流路２４の途中からバイパス流路２８が分岐し、該バイパス流路２８は第２エア流路２６の途中に合流している。すなわち、第１エア流路２４の中間点Ｍ１と第２エア流路２６の中間点Ｍ２との間にバイパス流路２８が設けられている。
【００２２】
バイパス流路２８には、第２エア流路２６の中間点Ｍ２に近い側に第１チェック弁（チェック弁）４６が介設され、第１エア流路２４の中間点Ｍ１に近い側にパイロットチェック弁４８が介設されている。第１チェック弁４６は、第２エア室４４から第１エア室４２に向かうエアの流通を許容し、第１エア室４２から第２エア室４４に向かうエアの流通を阻止する。
【００２３】
パイロットチェック弁４８は、第１エア室４２から第２エア室４４に向かうエアの流通を許容する。また、パイロットチェック弁４８は、所定圧力以上のパイロット圧が作用していないときは、第２エア室４４から第１エア室４２に向かうエアの流通を阻止し、所定圧力以上のパイロット圧が作用しているときは、第２エア室４４から第１エア室４２に向かうエアの流通を許容する。換言すれば、パイロットチェック弁４８は、パイロット圧が作用していないときは、第１エア室４２から第２エア室４４に向かうエアの流通を許容するとともに第２エア室４４から第１エア室４２に向かうエアの流通を阻止する逆止弁として機能し、パイロット圧が作用しているときは、エアがいずれの方向にも流通可能となり、逆止弁として機能しない。
【００２４】
第１エア流路２４の中間点Ｍ１と切換弁３０との間の第１エア流路２４に第２チェック弁５０が介設されている。第２チェック弁５０は、第１エア流路２４の中間点Ｍ１から切換弁３０に向かうエアの流通を許容し、切換弁３０から第１エア流路２４の中間点Ｍ１に向かうエアの流通を阻止する。第２チェック弁５０と切換弁３０との間の第１エア流路２４から分岐してパイロットチェック弁４８に至るパイロット流路５２が設けられている。
【００２５】
第２エア流路２６の中間点Ｍ２と切換弁３０との間の第２エア流路２６に、第２エア室４４から排出されるエアの流量を手動により調整可能なスピードコントローラ５４が介設されている。すなわち、スピードコントローラ５４は、メータアウトと呼ばれる形式の可変絞り弁である。スピードコントローラ５４を操作することによって、第２エア室４４に蓄積されたエアを第１エア室４２に向けて供給する量と外部に排出する量との割合を調整することができる。
【００２６】
切換弁３０は、第１ポート３０Ａないし第５ポート３０Ｅを有し、第１位置と第２位置との間で切り換え可能な５ポート２位置電磁弁として構成される。第１ポート３０Ａは第１エア流路２４に繋がっており、第２ポート３０Ｂは第２エア流路２６に繋がっている。第３ポート３０Ｃはエア供給源５６に繋がっている。第４ポート３０Ｄはサイレンサが付設された第１排気口（排気口）５８ａに繋がっており、第５ポート３０Ｅはサイレンサが付設された第２排気口（排気口）５８ｂに繋がっている。
【００２７】
図２に示すように、切換弁３０が第１位置にあるときは、第１ポート３０Ａと第３ポート３０Ｃが繋がり、かつ、第２ポート３０Ｂと第５ポート３０Ｅが繋がる。一方、図１に示すように、切換弁３０が第２位置にあるときは、第２ポート３０Ｂと第３ポート３０Ｃが繋がり、かつ、第１ポート３０Ａと第４ポート３０Ｄが繋がる。ピストンロッド４０が押し出されるエアシリンダ２２の駆動工程では切換弁３０が第２位置とされ、ピストンロッド４０が引き込まれるエアシリンダ２２の復帰工程では切換弁３０が第１位置とされる。
【００２８】
図１は、エアシリンダの流体回路２０を回路図によって概念的に示したもので、エアシリンダ２２の内部に組み込まれる流路も便宜上エアシリンダ２２の外側に配設されているかの如く描かれている。実際には、図１の一点鎖線で囲まれた部分、すなわち、第１チェック弁４６とパイロットチェック弁４８を含むバイパス流路２８、第２チェック弁５０を含む第１エア流路２４の一部および第２エア流路２６の一部は、エアシリンダ２２の内部に組み込まれている。
【００２９】
第１エア室４２と第１エア流路２４の中間点Ｍ１との間の第１エア流路２４には、タンク部２４ｔが含まれる。タンク部２４ｔは、エアを蓄積するエアタンクとして作用するように容積を大きくとってある。例えば、図１の一点鎖線で囲まれた領域の第１エア流路２４は、ロッドカバー３６とシリンダチューブ３２とヘッドカバー３４とに亘って設けられ、そのうちシリンダチューブ３２に設けられる部分がタンク部２４ｔとなっている。タンク部２４ｔは、例えば、シリンダチューブ３２を内側チューブと外側チューブからなる二重構造とし、両者の間に形成される空間によって構成するとよい。
【００３０】
本実施形態に係るエアシリンダの流体回路２０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、図２および図３を参照しながら、その作用について説明する。なお、図２に示すように、切換弁３０が第１位置にあり、ピストンロッド４０が最も引き込まれた状態を初期状態とする。
【００３１】
この初期状態において、切換弁３０を第１位置から第２位置に切り換えると、エア供給源５６からの高圧エアが第２エア流路２６を介して第２エア室４４に供給され、第１エア室４２内のエアが第２チェック弁５０を含む第１エア流路２４を介して第１排気口５８ａから外部に排出されるようになる。
【００３２】
これにより、第２エア室４４の圧力が上昇し始めるとともに、第１エア室４２の圧力が下降し始める。第２エア室４４の圧力がピストン３８の静止摩擦抵抗に打ち勝つ分だけ第１エア室４２の圧力を上回ると、ピストンロッド４０の押し出し方向への移動が始まる。そして、図３に示すように、ピストンロッド４０は最大位置まで伸長し、大きな推力でその位置に保持される。
【００３３】
ピストンロッド４０が伸長してワークの位置決め等の作業が行われた後、切換弁３０が第２位置から第１位置に切り換えられる。すると、エア供給源５６からの高圧エアが第２チェック弁５０と切換弁３０との間の第１エア流路２４内に流れ込み、第２チェック弁５０によって流れを阻まれた該流路内のエアの圧力が上昇する。そして該流路に接続されたパイロット流路５２の圧力も所定以上になり、パイロットチェック弁４８が逆止弁として機能しなくなる。
【００３４】
パイロットチェック弁４８が逆止弁としての機能を失うと、第２エア室４４に蓄積されたエアの一部は、第２エア流路２６の中間点Ｍ２を経て、第１チェック弁４６とパイロットチェック弁４８を含むバイパス流路２８を通り、第１エア流路２４の中間点Ｍ１から第１エア室４２に向けて供給される。それと同時に、第２エア室４４に蓄積されたエアの他の一部は、第２エア流路２６を介して第２排気口５８ｂから外部に排出される。これにより、第２エア室４４の圧力が下降し始めるとともに、第１エア室４２の圧力が上昇し始める。このとき、第１エア室４２に向けて供給されるエアは、主にタンク部２４ｔに蓄積される。ピストンロッド４０の引き込みが始まる前は、第１エア室４２とバイパス流路２８を含めて第１チェック弁４６から第１エア室４２までの間にエアが存在し得る領域のうち最も大きな空間を占めるのはタンク部２４ｔであるからである。
【００３５】
第２エア室４４の圧力が減少し、第１エア室４２の圧力が上昇して、第２エア室４４の圧力が第１エア室４２の圧力に等しくなると、第１チェック弁４６の作用により、第２エア室４４のエアが第１エア室４２に向けて供給されなくなり、第１エア室４２の圧力の上昇が止まる。一方、第２エア室４４の圧力は下降し続ける。そして、第１エア室４２の圧力がピストン３８の静止摩擦抵抗に打ち勝つ分だけ第２エア室４４の圧力を上回ると、ピストンロッド４０の引き込み方向への移動が始まる。
【００３６】
ピストンロッド４０が引き込み方向へ移動を始めると、第１エア室４２の容積が増加するため第１エア室４２の圧力は下降するが、タンク部２４ｔの存在によって第１エア室４２の容積は実質的に大きなものとなっており、圧力が下降する割合は小さい。そして、第２エア室４４の圧力はそれより大きな割合で下降するので、第１エア室４２の圧力が第２エア室４４の圧力を上回る状態は継続する。また、一旦移動を始めたピストン３８の摺動抵抗は静止状態でのピストン３８の摩擦抵抗よりも小さいので、ピストンロッド４０の引き込み方向への移動は支障なく行われる。こうして、ピストンロッド４０が最も引き込まれた初期状態に戻る。再び切換弁３０が切り換えられるまでこの状態が維持される。
【００３７】
本実施形態によれば、エアシリンダ２２の復帰工程において、第２エア室４４に蓄積されたエアの一部を第１チェック弁４６とパイロットチェック弁４８を介して第１エア室４２に供給しつつ、第２エア室４４に蓄積されたエアの他の一部を外部に排出することができるので、エアシリンダ２２の復帰に必要な時間を可及的に短縮することができる。
【００３８】
また、第１エア流路２４の中間点Ｍ１と切換弁３０との間の第１エア流路２４に第２チェック弁５０が介設され、第２チェック弁５０と切換弁３０との間の第１エア流路２４とパイロットチェック弁４８との間にパイロット流路５２が設けられ、切換弁３０の第１位置において、第１エア流路２４がエア供給源５６に接続される。このため、簡単な流体回路によってパイロットチェック弁４８に対して確実に所定圧力以上のパイロット圧を作用させることができる。
【００３９】
さらに、エアシリンダ２２側から切換弁３０にまで至る流路は、第１エア流路２４と第２エア流路２６の二つしかないので、配管の取り回しが簡単になる。また、第１チェック弁４６とパイロットチェック弁４８を含むバイパス流路２８、第２チェック弁５０を含む第１エア流路２４の一部および第２エア流路２６の一部がエアシリンダ２２の内部に組み込まれるので、エアシリンダ２２の外部に配設される流体回路をできるだけ少なくすることができる。
【００４０】
本実施形態では、第２エア流路２６の中間点Ｍ２と切換弁３０との間の第２エア流路２６に介設するスピードコントローラ５４をエアシリンダ２２の外部に設けることとしたが、スピードコントローラ５４に代わる絞り弁をエアシリンダ２２の内部、例えばヘッドカバー３４に設けてもよい。
【００４１】
本発明に係るエアシリンダの流体回路は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することのない範囲で、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【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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【国際調査報告】
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