(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディにピストンを摺動自由に収装し、このピストンの両端に受圧面積の小さい第１圧力室と受圧面積の大きい第２圧力室を区画形成し、前記ピストンの内部に同軸的に段付状のスプールの小径部を摺動自由に挿入し、かつスプール大径部を前記ボディの内部に一定範囲で摺動自由に収装し、前記スプールにピストンとの摺動面に開口する第１と第２のポートを設け、第１のポートはピストンに設けた第１通路と選択的に接続し、また第２のポートはピストンに設けた第２通路を前記第２圧力室と選択的に切換接続させ、第１通路は前記第１圧力室を介してボディに形成したポンプポートと常時連通させ、第２通路はボディに形成したタンクポートと常時連通させ、前記スプールの中立位置において第１のポートが第１圧力室と略遮断されるときに第２のポートも第２圧力室と略遮断され、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圧力室と連通するように第１、第２のポート位置を設定し、スプール小径部端面を第１圧力室と常時連通するピストン内部室に臨ませ、またスプール大径部端面を臨ませたボディ内の圧力室を前記第１ポートとスプールに設けた貫通路を介して常時連通させると共に、貫通路の途中から分岐して第２圧力室と常時連通する第３のポートを設けたことを特徴とする自動往復運動機構。
【請求項２】
前記第２圧力室にはピストンを第１圧力室に向けて押圧するスプリングを介装した請求項１に記載の自動往復運動機構。
【請求項３】
前記ポンプポートに第１圧力室に導入される圧油量を制御する可変絞りを介装した請求項１または２に記載の自動往復運動機構。
【請求項４】
前記請求項１に記載の自動往復運動機構のピストンに結合するロッドに連結した方向切換弁を備え、この方向切換弁によりアクチュエータに対する作動油の給排を制御することを特徴とする自動往復運動機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば方向切換弁を自動的に繰り返し切換動作させる自動往復動機構に関する。
【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を継続させるには、例えば電磁的に作動する方向切換弁を利用している。
【０００３】
油圧源からの作動油を給排する方向切換弁によってシリンダの左右の油室に選択的に高圧が供給されると、油圧に応じてピストンが移動する。方向切換弁は信号により一定の周期で切換作動し、一方の油室に高圧を導入し、他方の油室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、このような油圧切換弁として、例えば比例電磁弁または電気油圧サーボ弁を用いるにしても、大流量、高圧制御には不向きで、またシステム全体の価格も高価になってしまう。
【０００５】
本発明は、油圧的な機構によって自動的にある周期で往復動を継続する自動往復動機構を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ボディにピストンを摺動自由に収装し、このピストンの両端に受圧面積の小さい第１圧力室と受圧面積の大きい第２圧力室を区画形成し、前記ピストンの内部に同軸的に段付状のスプールの小径部を摺動自由に挿入し、かつスプール大径部を前記ボディの内部に一定範囲で摺動自由に収装し、前記スプールにピストンとの摺動面に開口する第１と第２のポートを設け、第１のポートはピストンに設けた第１通路と選択的に接続し、また第２のポートはピストンに設けた第２通路を前記第２圧力室と選択的に切換接続させ、第１通路は前記第１圧力室を介してボディに形成したポンプポートと常時連通させ、第２通路はボディに形成したタンクポートと常時連通させ、前記スプールの中立位置において第１のポートが第１圧力室と略遮断されるときに第２のポートも第２圧力室と略遮断され、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圧力室と連通するように第１、第２のポート位置を設定し、スプール小径部端面を第１圧力室と常時連通するピストン内部室に臨ませ、またスプール大径部端面を臨ませたボディ内の圧力室を前記第１ポートとスプールに設けた貫通路を介して常時連通させると共に、貫通路の途中から分岐して第２圧力室と常時連通する第３のポートを設けたことを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記第２圧力室にはピストンを第１圧力室に向けて押圧するスプリングを介装する。
【０００８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記ポンプポートに第１圧力室に導入される圧油量を制御する可変絞りを介装する。
【０００９】
第４の発明は、前記第１の発明の自動往復運動機構のピストンに結合するロッドに連結した方向切換弁を備え、この方向切換弁によりアクチュエータに対する作動油の給排を制御することを特徴とする。
【００１０】
【発明の作用・効果】
第１の発明において、第１の圧力室に高圧が導かれると、スプールが第２の圧力室に向けて一定量だけ変位し、また第１の圧力室の高圧に押されてピストンが低圧側の第２の圧力室に向けて移動する。
【００１１】
ピストンの移動によりやがて第２のポートが閉じ、また第１のポートが開くと、第２圧力室が低圧側から遮断され、かつ第１圧力室側から貫通路を介して高圧が供給され、これにより、まずスプールが大径部と小径部の受圧面積差に基づいて反対側に一定量だけ移動し、さらに大きく第１のポートを開く。このため、第２圧力室は第１圧力室と同一圧力となるが、ピストンは左右の受圧面積差から、今度は第２の圧力室から反対の第１の圧力室に向けて移動を開始する。
【００１２】
このピストンの移動によりやがて第１ポートは絞られ、第２のポートが開いた時点で第２の圧力室の圧力が低下していく。このため、スプールの左右の圧力関係が逆になり、スプールが反対側に一定量だけ移動し、第１のポートを完全に閉じる。このため、第２の圧力室が低圧となり、ピストンは第２の圧力室に向けて再び移動する。このようにしてピストンは自動的に往復運動を繰り返す。このようして、第１圧力室に高圧を連続的に供給するだけで自動的な往復運動を行うことができる。また、往復運動のストローク量は一定となり、このため往復周波数が高くなってもストロークが大きく変化することはない。
【００１３】
第２の発明では、作動の停止時にスプリングによりピストンを初期位置に保持するので、作動開始時に確実に同一方向から移動を開始できる。
【００１４】
第３の発明では、その往復運動の速度は可変絞りにより流量調整することで、自由に設定することができる。
【００１５】
第４の発明では、方向切換弁を一定の周期で往復動させることにより、任意の負荷に対応したシリンダを往復運動させられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施形態を示す。
【００１７】
１Ａはポンプ、１Ｂはタンク、２は手動または電磁的に切換作動する切換弁で、この油圧の給排により往復作動する自動往復動機構１０が設けられる。
【００１８】
自動往復動機構１０はボディ１１の摺動孔１２にピストン１３が摺動自由に収装され、このピストン１３に一体に結合したロッド１９がボディ１１の端部から外部に突出している。そしてピストン１３により、その両側には受圧面積の小さい圧力室１４と大きい圧力室１５が区画形成される。
【００１９】
ピストン１３及びロッド１９の内部には同軸的に有底穴１６が形成され、この有底穴１６には段付き状に形成したスプール１８の小径部が摺動自由に挿入され、このスプール１８の他端の大径部２９はボディ１１に同軸的に設けた摺動孔１７に摺動自由に収装される。
【００２０】
前記ボディ１１にはポンプポートＰとタンクポートＴが所定の間隔をもって配設され、前記切換弁２を介して圧油が給排される。ポンプポートＰには可変絞り２０が設けられ、供給流量を調整可能となっている。
【００２１】
ピストン１３の両側にはその外周の圧力室１４を介してポンプポートＰと連通する第１の通路２１と、タンクポートＴと常時連通する第２の通路２２が半径方向に貫通形成され、これら第１、第２の通路２１、２２はピストン１３の内部の有底穴１６に開口する。なお、第１の通路２１は有底穴１６のスプール端面側の内部室２５を圧力室１４と常時連通状態に保つ。
【００２２】
また、スプール１８には第１の通路２１と選択的に接続可能な第１のポート２３が形成され、この第１のポート２３はスプール１８の内部を軸方向に反対端へと貫通する貫通路２４が設けられ、かつこの貫通路２４の途中からは前記圧力室１５と連通する第３のポート２６が分岐する。
【００２３】
さらにスプール１８の外周には第２のポート２７を形成する環状溝が形成され、この第２のポート２７によって前記第２の通路２２を圧力室１５と選択的に切換接続させる。
【００２４】
一方、スプール１８の左端の段付きの大径部２９は前記摺動孔１７に一定の範囲において摺動自由に収装され、スプール１８の左端の受圧面積Ａ３は、右端の受圧面積Ａ４よりも大きくなっている。大径部２９の端面が臨む圧力室２８には前記貫通路２４と接続し、また大径部２９よりも小径側においてスプール１８の周囲に形成される環状室３０は、ボディ１１に形成した通路３１を介して前記タンクポートＴと常時連通する。
【００２５】
なお、圧力室１５には前記ピストン１３を押圧するスプリング３５が介装される。
【００２６】
ここで、以上の構成について、その作用を図１から図５を参照しながら説明する。
【００２７】
まず、ピストン１３の左端の面積をＡ１、右端の面積をＡ２として、面積Ａ１とスプール面積Ａ４を加えた面積が、スプール面積Ａ２よりも大きくなるように設定される。また、スプール面積Ａ３がＡ４の２倍となるように設定する（説明の便宜上２倍としたが、これに限定されるわけではない）。
【００２８】
いま図１のように、切換弁２が切換わっていて、ポンプポートＰがタンク側に切換っているときは、圧力室１４の圧力が左側の圧力室１５と同一のタンク圧（圧力をゼロと仮定する）となり、スプリング３５により、ピストン１３は右側の端壁まで押しつけられている。なお、スプール１８の位置は図示位置に限らず、任意の位置をとる。
【００２９】
いまこの状態から切換弁２を切換え、ポンプポートＰに高圧が導入されるように保持する。
【００３０】
これにより圧力室１４が高圧となり、このとき圧力室１５及び環状室３０がタンク圧のため、スプール１８はただちに左方に押され、同時にピストン１３もスプリング３５に抗して左方へと移動を始める（図２参照）。
【００３１】
なお、スプール１８が左端に位置するときに、第３のポート２６は圧力室１５と微少な絞りを介して連通状態を維持する。
【００３２】
ピストン１３が左方へと移動する過程で、第１の通路２１が第１のポート２３と連通を始め、かつ第２のポート２７が圧力室１５との連通を閉じていく。
【００３３】
そして図３の位置では、第１のポート２３と第２のポート２７は共にごく僅かに開き、この位置からピストン１３がいずれか一方にでも移動すると、ポートは背反的に一方がさらに開き、他方がさらに閉じるようになっている。
【００３４】
第２のポート２７がさらに閉じ、かつ第１ポート２３がさらに開き始めることで、圧力室２８の圧力が上昇を始め、圧力室２８の圧力が内部室２５（圧力室１４と同圧）の圧力の半分まで上昇したときに、スプール１８の両端の力はバランスするが、圧力室１５の圧力は内部室２５よりも低く、その時点ではまだ半分には達せず、ピストン１３はそのまま左方へと移動を続ける。
【００３５】
そして、圧力室２８の圧力が内部室２５の圧力の半分よりも上昇したときに、受圧面積差に基づきスプール１８は図４のように、環状室３０の右端まで直ちに移動する。
【００３６】
この結果、第１のポート２３が大きく開き、かつ第３のポート２６も圧力室１５と大きく連通するため、圧力室１４の高圧により圧力室１５の圧力が同一圧まで上昇する。これにより、ピストン１３は受圧面積の大きい圧力室１５からの押し力により、反対方向、つまり右方に向けて移動を開始する。
【００３７】
ピストン１３が右側に移動して、図５のように、第１のポート２３の高圧側への連通を減少し、第２のポート２７により圧力室１５を低圧側へ開いていく過程で、圧力室２８と圧力室１５の圧力は低下していき、高圧側の半分まで低下するとスプール両端の圧力はバランスするが、ピストン１３はその受圧面積差によりさらに右方へと移動を続ける。
【００３８】
これにより、第２のポート２７がさらに大きく開き、圧力室１５及び圧力室２８の圧力がさらに低下し、このためスプール１８が内部室２５の高圧により図２に示すように、左方に向けてボディ１１に当接するまで直ちに移動する。
【００３９】
この状態では第１のポート２３は閉じ、第２のポート２７は圧力室１５をタンク側に接続するため、圧力室１４の高圧を受けてピストン１３が今までとは逆の左方に向けて移動を開始する。このようにして、ピストン１３は自動的に往復運動を繰り返す。
【００４０】
以上の自動往復運動機構を利用して方向切換弁を連続的に往復作動させる例を説明する。
【００４１】
図６に示すように、方向切換弁５０は、バルブボディ５１にスプール５２が摺動自由に挿入され、このスプール５２の図中左端が自動往復運動機構の前記ロッド１９に連結される。したがって、スプール５２はロッド１９と一体に左右に往復運動する。
【００４２】
方向切換弁５０のボディ５１にはポンプポート５５を中心にしてその左右に負荷ポート５６と５７が設けられ、さらにその両外側にタンクポート５８と５９が設けられ、スプール５２の往復運動によりポンプポート５５からの高圧が左右の負荷ポート５６と５７に選択的に供給され、いずれか他方からはタンクポート５８または５９に作動油が排出される。
【００４３】
負荷ポート５６と５７に対してはシリンダ６１の油室６２と６３が接続され、一方に高圧が作用すると一方向にピストン６４が移動し、他方に高圧が作用すると反対方向にピストン６４が移動する。
【００４４】
したがって、ポンプポート５５に高圧、タンクポート５８と５９を低圧に保持した状態で自動往復運動機構を作動させると、そのロッド１４と一体にスプール５２が往復運動し、これにより、例えばスプール５２が図の位置から左側に移動すると、まずポンプポート５５が左側の負荷ポート５７と接続し、反対側の負荷ポート５６はタンクポート５８と接続し、シリンダ６１はピストン縮み方向に作動する。さらにスプール５２が左側に移動し、中立位置を過ぎると、ポンプポート５５と負荷ポート５６とを接続し、反対側の負荷ポート５７はタンクポート５９と接続し、シリンダ６１はピストン伸び方向に作動する。
【００４５】
反対にスプール５２が右側に移動し、中立位置を過ぎると、負荷ポート５７がポンプポート５５と接続し、他方の負荷ポート５６はタンクポート５８と接続し、これによりシリンダ６１は上記と反対の縮み方向に作動する。
【００４６】
なお、方向切換弁５０の最大右位置（図示状態）にあっては、負荷ポート５６と５７はいずれも遮断状態、つまりりオールポートブロックとなり、この状態ではシリンダ６１はその位置から伸びも縮みもすることなく、その位置を保持する。なお、この位置は自動往復運動機構１０の図１の状態に対応する。
【００４７】
このように本発明では、油圧を供給するだけで自動的な往復運動を行うことができる。また、その往復運動の速度は可変絞り２０により流量調整することで、自由に設定することができる。また、往復運動のストロークは一定に決まり、このため往復周波数が高くなってもストロークが大きく変化することはない。
【００４８】
なお、ピストン１３の推力を超えない負荷については、これを直接的に往復動させるシリンダとしても作動させられる。また、勿論上記のように、ロッド１４を介して方向切換弁５０を一定の周期で往復動させることにより、任意の負荷に対応したシリンダを往復運動させることもできる。
【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】同じく作動状態を説明する断面図である。
【図６】他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１Ａ  ポンプ
２  切換弁
１０  自動往復作動機構
１３  ピストン
１４  圧力室
１５  圧力室
１８  スプール
２１  第１通路
２２  第２通路
２３  第１ポート
２４  貫通路
２５  内部室
２７  第２ポート
２８  圧力室
【図１】
0003764819.tif 000002
【図２】
0003764819.tif 000003
【図３】
0003764819.tif 000004
【図４】
0003764819.tif 000005
【図５】
0003764819.tif 000006
【図６】
0003764819.tif 000007