(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スプールを摺動自由に設け、このスプールの内部にさらに同軸的に前記ボディに一端を固定したストッパを摺動自由に貫通し、前記ピストンとスプールの摺動面に第１と第２のポートを設け、第１のポートをスプールに設けた第１通路と選択的に接続し、また第２のポートをスプールに設けた第２通路または第２圧力室と選択的に接続させ、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る一方、前記ストッパによりスプールの変位を一定限に規制すると共に前記第１ポートを前記第２圧力室と連通させ、スプール中立位置において第１のポートが第１圧力室と遮断されるときに第２のポートも第２圧力室と遮断され、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、かつスプールの第１圧力室側の受圧面積を第２圧力室側の受圧面積よりも小さく設定したことを特徴とする自動往復運動機構。
【請求項２】
前記スプールの第２圧力室と面した端部と対峙してボディ端部に台座を設け、スプールが台座と当接したときにこれらの間に中間室が形成され、この中間室を前記第１ポートと連通する一方、台座に設けた固定絞りを介して第２圧力室と連通させる請求項１に記載の自動往復運動機構。
【請求項３】
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または２に記載の自動往復運動機構。
【請求項４】
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１〜３のいずれか一つに記載の自動往復運動機構。
【請求項５】
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。
【請求項６】
前記方向切換弁はその中立位置において一対の負荷ポートを遮断するように構成された請求項５に記載の自動往復運動機構。
【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スプールを摺動自由に設け、このスプールの内部にさらに同軸的に前記ボディに一端を固定したストッパを摺動自由に貫通し、前記ピストンとスプールの摺動面に第１と第２のポートを設け、第１のポートをスプールに設けた第１通路と選択的に接続し、また第２のポートをスプールに設けた第２通路または第２圧力室と選択的に接続させ、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る一方、前記ストッパによりスプールの変位を一定限に規制すると共に前記第１ポートを前記第２圧力室と連通させ、スプール中立位置において第１のポートが第１圧力室と遮断されるときに第２のポートも第２圧力室と遮断され、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、かつスプールの第１圧力室側の受圧面積を第２圧力室側の受圧面積よりも小さく設定することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記スプールの第２圧力室と面した端部と対峙してボディ端部に台座を設け、スプールが台座と当接したときにこれらの間に中間室が形成され、この中間室を前記第１ポートと連通する一方、台座に設けた固定絞りを介して第２圧力室と連通させる。
【０００８】
第３の発明は、第１または第２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。
【０００９】
第４の発明は、第１〜第３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。
【００１０】
第５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。
【００１１】
第６の発明は、第５の発明において、前記方向切換弁はその中立位置において一対の負荷ポートを遮断するように構成される。
【００１２】
【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、プールがが第２の圧力室に向けて変位し、反対側のシリンダ端壁にスプールが当接して停止すると、第２のポートが低圧側に連通し、これにより第１の圧力室の高圧に押されてピストンが第２の圧力室に向けて移動する。
【００１３】
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圧力室側から高圧が供給され、これにより、スプールが反対側にストッパと当接するまで移動し、さらに大きく第１のポートを開く。このため、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。
【００１４】
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、今度はピストンの左右の圧力関係が逆になり、ピストンは第２の圧力室に向けて再び移動する。このようのしてビストンは自動的に往復運動を繰り返す。このようして、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、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変化することはない。
【００１５】
第２の発明では、固定絞りを介して第２圧力室と中間室との圧力差を持たせることで、ピストンの動きを反転させるときに、スプールのみ確実に反対方向に移動し、油圧の切換をスムーズに行うことが可能となる。
【００１６】
第３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、作動開始時に確実の同一方向から移動を開始できる。
【００１７】
第４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。
【００１８】
第５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。
【００１９】
第６の発明では、方向切換弁をオールポートブロックとすることにより、中立位置で負荷を停止させることができ、その応用範囲が拡大する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施形態を示す。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
ピストン１３及びロッド１９の内部は同軸的な有底穴１６が形成され、この有底穴１６にはボディ１１の端部から内方に突出するストッパ１７が挿入され、このストッパ１７の外側にはスプール１８が摺動自由に嵌められる。これらストッパ１７の大径部２５とスプール１８の外径は同一に形成され、共に上記有底穴１６に摺動自由に挿入される。
【００２４】
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。
【００２５】
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が貫通形成され、第１の通路２１はスプール１８とピストン１３の相対位置によって開閉される。スプール１８には第１の通路２１をと接続可能な第１のポート２３が形成され、この第１のポート２３はストッパ１７の外周に形成した小径部２４とスプール内周との間隙を介して圧力室１５と連通する。また、ストッパ１７の内部にはこの小径部２４とストッパ１７の右端に面する内部室２６を連通する貫通路２７が設けられる。
【００２６】
一方、スプール１８の左端には拡径のフランジ部２９が形成され、このフランジ部２９によりスプール１８とピストン１３の摺動面との間に第２のポート２８が形成され、フランジ部２９がピストン内周の拡径穴３０に侵入すると圧力室１５と第２の通路２２との連通を遮断し、同じく抜け出ると圧力室１５と第２の通路２２とを連通する。
【００２７】
また、スプール１８のフランジ部２９に対峙して、ボディ１１の端壁３１には台座３２が突設され、この台座３２にはフランジ部２９を受け入れる筒部３３が形成され、スプール１８が筒部３３に侵入したときに、これらの間に中間室３４を形成する。また台座３２には通孔３５が開口し、この通孔３５は圧力室１５と絞り３６を介して連通する。圧力室１５にはピストン１３を図中右方（圧力室１４の方向）に向けて付勢するスプリング３７が介装される。
【００２８】
ここで、以上の構成について、その作用を図２から図５を参照しながら説明する。
【００２９】
まず、ピストン１３の左端の面積をＡ１、有底孔２６の面積をＡ２、ピストン１３の右端の面積をＡ３、スプール１８の左端の面積をＡ４、スプール右端の面積をＡ５とすると、Ａ１＋Ａ２＞２×Ａ３、またＡ４＝２×Ａ５となるように設定してある。
【００３０】
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３７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。
【００３１】
いまこの状態から切換弁２が切換わり、ポンプポートＰに高圧が導入されるように保持する。
【００３２】
これにより圧力室１４が高圧となり、このとき圧力室１５及びこれと連通する内部室２６がタンク圧のため、スプール１８がただちに台座３２と接するまで左方に押され、同時にピストン１３もスプリング３７に抗して左方へと移動を始める（図２参照）。
【００３３】
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２８が圧力室１５との連通を閉じていく。
【００３４】
そして図３の中立位置にあっては、第１のポート２３と第２のポート２８は共に閉じ、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開き、他方が閉じるようになっている。
【００３５】
ピストン１３が中立位置からそのまま左右室の圧力差で僅かに同一方向に移動すると、第１のポート２３が通路２１と連通し、また第２のポート２８は圧力室１５と遮断され、このため高圧が中間室３４から左側の圧力室１５へと伝達される。
【００３６】
しかし、固定絞り３６があるため、圧力室１５の圧力は直ちには圧力室１４と同じまでには上昇しない。この間にスプール１８の左端にかかる圧力が、右端にかかる圧力の半分よりも高くなると、左右の受圧面積差からスプール１８だけが図４のように、ストッパ１７と当接するまで右側に向けて移動する。
【００３７】
これにより第１のポート２３が大きく開き、また中間室３４と圧力室１５が直接的に連通し、圧力室１４からの圧油により圧力室１５の圧力も上昇する。このようにしてピストン１３の左端にかかる圧力が大きくなり、やがて同一となるが、圧力室１５側の受圧面積が圧力室１４の受圧面積よりも大きいため、その圧力上昇の途中から今度はピストン１３は右方へと移動を開始する。
【００３８】
そして図５の位置までピストン１３が移動し、第２のポート２８が圧力室１５を低圧側に連通を始め、第１のポート２３を高圧側から遮断すると、圧力室１５の圧力が低下していく。圧力室１５の圧力が圧力室１４の半分になると受圧面積の関係からスプール１８の両端の力が釣り合うが、ピストン１３は面積差によりさらに右方向に移動する。これにより第２のポート２８が圧力室１５と大きく連通し、圧力室１５の圧力がさらに下がると、スプール１８の釣り合いが崩れ、すると図２のようにスプール１８は左方へと台座３２と当接するまで移動する。
【００３９】
これにより最初の状態に戻り、圧力室１５は低圧となり、ピストン１３は再び反対方向、つまり左側に向けて移動を開始るのであり、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
３  シリンダ
４Ａ  油室
４Ｂ  油室
１０  自動往復作動機構
１３  ピストン
１４  第１圧力室
１５  第２圧力室
１７  ストッパ
１８  スプール
２１  第１通路
２２  第２通路
２３  第１ポート
２８  第２ポート
【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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