JP2002098108A - 電動空気圧シリンダ - Google Patents
電動空気圧シリンダInfo
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Abstract
ストン移動後の圧縮空気を保存しておき、その圧縮空気
をピストンの移動に利用することを課題とする。 【解決手段】 方向制御弁11が停止位置, にあると
きに、空気圧シリンダ10のロッド側シリンダ室22・ヘッ
ド側シリンダ室23の一方のシリンダ室に圧縮空気が充
填、保持されているとともに他方のシリンダ室が大気に
連通されている。方向制御弁11が作動位置,に切り
換えられると、双方向形ポンプ12Aが作動して空気圧シ
リンダ10の一方のシリンダ室の圧縮空気が他方のシリン
ダ室へ移送されて、空気圧シリンダ10のピストン18が移
動され、ピストン18の停止後に他方のシリンダ室に圧縮
空気が充填される。
Description
方向制御弁、ポンプ、電動機からなる空気圧シリンダシ
ステムを一体に結合した電動空気圧シリンダに関する。
気圧源と複数個の方向制御弁とを配管を介して連通さ
せ、各方向制御弁と各空気圧シリンダとをさらに配管を
介して連通させていた。そのため、配管とそのためのス
ペースを要し、また方向制御弁と空気圧シリンダとの間
の配管中の圧縮空気が完全には利用されず、また空気圧
シリンダの応答が抑制されていた。こうした欠点をなく
すため、空気圧シリンダ・複動形アクチュエータ、ポン
プ、電動機等を一体に結合して電動空気圧シリンダとな
し、電動空気圧シリンダ中の配管・連通路を短くし、電
動空気圧シリンダを電気配線で接続するだけで空気圧シ
リンダを作動させることが考えられた(特開昭50−6
5775号公報、特開昭63−135603号公報参
照)。
空気圧シリンダでは、大気から取り入れた空気をポンプ
(圧縮機)で圧縮し、方向制御弁を通して空気圧シリン
ダのヘッド側シリンダ室又はロッド側シリンダ室に流入
させ、ピストンを移動させている。また、特開昭63−
135603号公報記載の操作駆動装置では、複動形ア
クチュエータのヘッド側シリンダ室及びロッド側シリン
ダ室がポンプの吸入側及び吐出側にそれぞれ連通され、
ポンプの駆動によりヘッド側シリンダ室とロッド側シリ
ンダ室との間に圧力差が生じて、ロッドが移動する。そ
して、これらの2従来例では、ポンプの停止時には、空
気圧シリンダのヘッド側シリンダ室とロッド側シリンダ
室とが同圧になるように構成されている。
プの停止時には空気圧シリンダのヘッド側シリンダ室と
ロッド側シリンダ室とが同圧になっており、ピストンを
移動させるには、同圧(例えば大気圧)の状態から所定
の圧力差のある状態にさせる必要があった。そのため、
移送させる空気量が多く、急速移動のためには大型のポ
ンプを必要としていた。本発明は、電動空気圧シリンダ
において、ピストン移動後の圧縮空気を保存しておき、
その圧縮空気をピストンの移動に利用することを課題と
する。
ダ、方向制御弁、ポンプ、電動機が一体に結合された電
動空気圧シリンダにおいて、空気圧シリンダのロッド側
ポート及びヘッド側ポートが方向制御弁の2つのシリン
ダ側連通ポートにそれぞれ連通され、方向制御弁の2つ
のポンプ側連通ポートが双方向形ポンプの2つの流入流
出孔にそれぞれ連通され、方向制御弁が停止位置にある
ときに、空気圧シリンダのロッド側シリンダ室・ヘッド
側シリンダ室の一方のシリンダ室に圧縮空気が充填、保
持されているとともに他方のシリンダ室が大気に連通さ
れ、方向制御弁が作動位置に切り換えられると、双方向
形ポンプが作動して空気圧シリンダのロッド側シリンダ
室・ヘッド側シリンダ室の一方のシリンダ室の圧縮空気
が他方のシリンダ室へ移送されて、空気圧シリンダのピ
ストンが移動され、ピストンの停止後に他方のシリンダ
室に圧縮空気が充填されることを第1構成とする。本発
明は、第1構成において、方向制御弁が作動位置にある
ときに、大気中の空気が方向制御弁の空気流入ポートを
通って双方向形ポンプに吸込み可能とされることを第2
構成とする。本発明は、空気圧シリンダ、方向制御弁、
ポンプ、電動機が一体に結合された電動空気圧シリンダ
において、空気圧シリンダのロッド側ポート及びヘッド
側ポートが方向制御弁の2つのシリンダ側連通ポートに
それぞれ連通され、方向制御弁のポンプ吐出側連通ポー
ト及びポンプ吸込側連通ポートが一方向形ポンプの吐出
側孔及び吸込側孔にそれぞれ連通され、方向制御弁が停
止位置にあるときに、空気圧シリンダのロッド側シリン
ダ室・ヘッド側シリンダ室の一方のシリンダ室に圧縮空
気が充填、保持されているとともに他方のシリンダ室が
大気に連通され、方向制御弁が作動位置に切り換えられ
ると、一方向形ポンプが作動して空気圧シリンダのロッ
ド側シリンダ室・ヘッド側シリンダ室の一方のシリンダ
室の圧縮空気が他方のシリンダ室へ移送されて、空気圧
シリンダのピストンが移動され、ピストンの停止後に他
方のシリンダ室に圧縮空気が充填されることを第3構成
とする。本発明は、第3構成において、方向制御弁が作
動位置にあるとき、大気中の空気が方向制御弁の空気流
入ポートを通って一方向形ポンプに吸込み可能とされる
ことを第4構成とする。本発明は、第4構成において、
方向制御弁の空気流入ポートとポンプ吸込側連通ポート
との間に逆止弁が連通され、逆止弁が空気流入ポートか
らポンプ吸込側連通ポートへの空気の流れのみを許し、
反対方向への空気の流れを阻止することを第5構成とす
る。本発明は、第1〜第5構成において、他方のシリン
ダ室に圧縮空気が充填され、他方のシリンダ室の圧力が
設定値に達すると、方向制御弁が停止位置に切り換えら
れることを第6構成とする。なお、本発明において、空
気圧シリンダとは、容積式複動アクチュエータを意味
し、複動形空気圧シリンダ、ロータリアクチュエータ等
を包含することと解釈する。
ダの実施の形態第1の構成を示す。実施の形態第1の電
動空気圧シリンダは、空気圧シリンダ10、方向制御弁1
1、双方向形ポンプ12、可逆回転形電動機13からなる空
気圧シリンダシステムを一体に結合したものである。図
1では、空気圧シリンダ10と一点鎖線内の各機器を配管
で連通させた状態が示されているが、ブロックに形成し
た通路によって各機器を連通させてもよい。
弁であり、シリンダ側連通ポート2,4、ポンプ側連通
ポート1,3、空気流入ポート5を有する。方向制御弁
11の機能は、図1の記号に示す通りであり、位置(右
端位置)及び位置(左端位置)が作動位置であり、位
置(右から2番目の位置)及び位置(左から2番目
の位置)が停止位置である。作動位置では圧縮空気を空
気圧シリンダ10へ流してピストン18を移動させ、停止位
置ではピストン18を停止させる。
かつポート3と4とが連通され、ポート5は逆止弁を介
してポート3と4との連通路に連通され、この逆止弁は
空気流入ポート5からポート3への空気の流れのみを許
し、反対方向への空気の流れを阻止する。位置では、
ポート2が閉鎖され、ポート1,3,4,5は相互に連
通されている。
かつポート1と2とが連通され、ポート5は逆止弁を介
してポート1と2との連通路に連通され、この逆止弁は
空気流入ポート5からポート1への空気の流れのみを許
し、反対方向への空気の流れを阻止する。位置では、
ポート4が閉鎖され、ポート1,2,3,5は相互に連
通されている。方向制御弁11は位置決め装置16により位
置決めされ、位置決め装置16はコントローラ(+ドライ
バ)17からの出力信号により制御される。なお、図1で
はコントローラ17と各機器とを接続する配線は、原則と
して省略されている。
トン18が摺動自在に嵌合され、ピストン18にはピストン
ロッド19が連結されている。空気圧シリンダ10には、ロ
ッド側シリンダ室22に連通されるロッド側ポート20、及
びヘッド側シリンダ室23に連通されるヘッド側ポート21
がそれぞれ形成されている。空気圧シリンダ10のロッド
側ポート20及びヘッド側ポート21は、方向制御弁11のシ
リンダ側連通ポート2,4に通路38,39によってそれぞ
れ連通されている。通路38,39には圧力センサ44,45が
配設され、圧力センサ44,45の出力信号はコントローラ
17に入力されるように接続されている。
より駆動され、可逆回転形電動機13の駆動はコントロー
ラ17からの出力信号により制御される。双方向形ポンプ
12には流入流出孔25,26が形成され、流入流出孔25,26
は通路40,41によって方向制御弁11のポンプ側連通ポー
ト1,3にそれぞれ連通されている。なお、可逆回転形
電動機13を右回転させると双方向形ポンプが右回転し、
流入流出孔26から吸い込んだ流体が流入流出孔25から吐
出され、その逆回転のときは逆方向に流体が流れるよう
にされている。
態第1の作動について説明する。長時間休止後の初期状
態(方向制御弁11は位置にある)において、空気圧シ
リンダ10のロッド側シリンダ室22及びヘッド側シリンダ
室23の圧力はともに大気圧である。初期充填をするた
め、時点T1 において、コントローラ17からの制御信号
により、方向制御弁11が位置に切り換えられ、同時に
可逆回転形電動機13が右回転駆動させられる。
から吸い込んだ空気を流入流出孔25から吐出しようとす
るので、空気圧シリンダ10のヘッド側シリンダ室23の空
気はヘッド側ポート21、通路39、方向制御弁11のポート
4・連通路・ポート3、通路41を通ってポンプ12の流入
流出孔26から吸い込まれる。ヘッド側シリンダ室23の空
気が大気圧未満になると、空気が方向制御弁11の空気流
入ポート5・逆止弁・連通路・ポート3、通路41を通っ
て流入流出孔26から吸い込まれる。
縮空気は、通路40、方向制御弁11のポート1・連通路・
ポート2、通路38、ロッド側ポート20を通って空気圧シ
リンダ10のロッド側シリンダ室22に流入、充填される。
空気圧シリンダ10のピストン18は左ストローク端(後退
位置)に位置し、ロッド側シリンダ室22の圧力は、図3
に示されているように、大気圧から徐々に上昇し、時点
T2 においてP1 (設定値)になる。このとき、ロッド
側シリンダ室22の圧力P1 が圧力センサ44により検出さ
れ、圧力センサ44からの圧力P1 値の出力信号がコント
ローラ17に入力される。
ーラ17から、電動機13の制御部に停止信号が出力される
と同時に、方向制御弁11の位置決め装置16に位置への
切換信号が出力される。電動機13・ポンプ12が直ちに停
止し、方向制御弁11が位置から位置に切り換えられ
る。位置において、方向制御弁11のシリンダ側連通ポ
ート2はブロックされているので、ロッド側シリンダ室
22及び通路38の圧力がP1 に保持されている。また、方
向制御弁11のポート1,3,4,5が相互に連通されて
いるので、空気圧シリンダ10のヘッド側シリンダ室23等
の圧力が大気圧となる。初期充填(時間T2 −T1 )
は、ピストン18の停止時に行われるので、相当長くする
ことが可能であり、小形ポンプを用いてゆっくり初期充
填を行うことができる。なお、後述の補給充填も、ピス
トン18の停止時に行われるので、長い時間をかけること
が可能である。
きは、時点T3 で、コントローラ17からの出力信号によ
り、電動機13を左回転駆動させ、同時に方向制御弁11を
位置から位置へ切り換える。双方向形ポンプ12が左
回転し、流入流出孔25から吸い込んだ空気を流入流出孔
26から吐出しようとし、また空気圧シリンダ10のロッド
側シリンダ室22とヘッド側シリンダ室23との間に圧力差
ΔPが存在し、圧力差ΔPによって空気が移動しようと
する。
の空気は、ロッド側ポート20、通路38、方向制御弁11の
ポート2・連通路・ポート1、通路40、ポンプ12の流入
流出孔25・26、通路41、方向制御弁11のポート3・連通
路・ポート4、通路39、ヘッド側ポート21を通って空気
圧シリンダ10のヘッド側シリンダ室23へ還流する。この
還流により、ピストンロッド19は前進を開始する。還流
は、主としてロッド側シリンダ室22とヘッド側シリンダ
室23との間に圧力差ΔPに起因するものであり、ポンプ
12の圧縮力は殆ど受けないので、空気は殆ど加熱されな
い。
らヘッド側シリンダ室23の圧力(破線)が急上昇し、ロ
ッド側シリンダ室22の圧力(実線)は少々下降し、時点
T3+aで〔ヘッド側シリンダ室23の圧力〕−〔ロッド
側シリンダ室22の圧力〕=ΔPとなり、ピストン18・ピ
ストンロッド19が前進し、押出駆動される。この状態が
継続し、やがてピストン18が右ストローク端に到達して
停止し、この時点をT3+bとする。前進は時点T3 か
ら時点T3 +bにかけて行われる。
続して、ロッド側シリンダ室22の空気がポンプ12の圧縮
作用によりヘッド側シリンダ室23に補給充填され、ヘッ
ド側シリンダ室23の圧力が更に上昇し始める。そして、
ロッド側シリンダ室22の断面積はヘッド側シリンダ室23
の断面積よりもピストンロッド19の断面積だけ小さいの
で、ヘッド側シリンダ室23の圧力がP1 に達する前(時
点T3 +c)に、ロッド側シリンダ室22の圧力は大気圧
未満となる。
となると、大気中の空気が方向制御弁11の空気流入ポー
ト5・逆止弁・連通路・ポート1、通路40を通って流入
流出孔25からポンプ12に吸い込まれ、ポンプ12からの吐
出空気はヘッド側シリンダ室23に補給充填される。ヘッ
ド側シリンダ室23の圧力は上昇を続け、時点T4 におい
てP1 になる。補給充填は、時点T3 +bから時点T4
にかけて行われたこととなる。ヘッド側シリンダ室23の
圧力P1 が圧力センサ45により検出され、圧力センサ45
からの圧力P1 値の出力信号がコントローラ17に入力さ
れる。
ーラ17から、電動機13の制御部に停止信号が出力される
と同時に、方向制御弁11の位置決め装置16に位置への
切換信号が出力される。電動機13・ポンプ12が直ちに停
止し、方向制御弁11が位置から位置に切り換えられ
る。方向制御弁11のポート1,2,3,5が相互に連通
されているので、空気圧シリンダ10のロッド側シリンダ
室22等の圧力が大気圧となる。方向制御弁11のシリンダ
側連通ポート4はブロックされているので、ヘッド側シ
リンダ室23及び通路39の圧力がP1 に保持され、ピスト
ンロッド19にS(ピストン18のヘッド側受圧面積)×圧
力P1 の加圧力が発生する。
時点T5 で、コントローラ17からの出力信号により、電
動機13を右回転駆動させ、方向制御弁11を位置から位
置へ切り換える。双方向形ポンプ12が右回転し、流入
流出孔26から吸い込んだ空気を流入流出孔25から吐出し
ようとし、また空気圧シリンダ10のヘッド側シリンダ室
23とロッド側シリンダ室22との間に圧力差ΔPが存在
し、圧力差ΔPによって空気が移動しようとする。
御弁11、ポンプ12、方向制御弁11を通ってロッド側シリ
ンダ室22へ還流してピストンロッド19が後退し、時点T
5 +dでロッド側シリンダ室22とヘッド側シリンダ室23
との間に所定の圧力差が生じ、ピストンロッド19が後退
を続ける。時点T5 +eでピストン18が左ストローク端
に達し、補給充填が行われ、時点T6 でロッド側シリン
ダ室22の圧力がP1 となり、方向制御弁11が位置に切
り換えられ、電動機13・ポンプ12が停止する。ヘッド側
シリンダ室23の圧力は、方向制御弁11が位置に切り換
えられた後に、大気圧になる。
の形態第2の構成を示す。実施の形態第2の説明におい
て、実施の形態第1と同じ部材には同一の符号を付す。
実施の形態第2では、一方向回転形電動機13A、一方向
形ポンプ12Aを用い、それに応じて方向制御弁11Aの機
能を変更したものであり、空気圧シリンダ10等の構成及
び空気圧シリンダ10の作動は実施の形態第1と同じであ
る。
ト1〜5、位置,,の機能が実施の形態第1の方
向制御弁11と同じであり(ただしポート1はポンプ吐出
側連通ポートと称し、ポート3はポンプ吸込側連通ポー
トと称する)、位置の機能のみが方向制御弁11と異な
る。位置では、ポート1と4とが連通され、かつポー
ト2と3とが連通され、ポート5は逆止弁を介してポー
ト2と3との連通路に連通され、この逆止弁は空気流入
ポート5からポート3への空気の流れのみを許し、反対
方向への空気の流れを阻止する。そして、一方向回転形
電動機13Aは右回転駆動のみを行い、従って一方向形ポ
ンプ12Aは右方向回転のみを行い、常に空気を吸込孔26
Aから吸い込み、吐出孔28から吐出する。実施の形態第
1のその他の構成は、実施の形態第1の構成と同様であ
る。
態第2の作動について説明する。実施の形態第2の空気
圧シリンダ10の動きは、図3に示す通り、実施の形態第
1と同様である。そして、実施の形態第2の空気の流れ
は、時点T1 から時点T3 まで及び時点T4 から時点T
6 までは実施の形態第1と同様であり、時点T3 から時
点T4 までの押出駆動及び補給充填のみが実施の形態第
1と異なる。
きは、時点T3 で、電動機13Aを右回転駆動させ、同時
に方向制御弁11Aを位置から位置へ切り換える。一
方向形ポンプ12Aが右回転し、吸込孔26Aから吸い込ん
だ空気を吐出孔25Aから吐出しようとし、また空気圧シ
リンダ10のロッド側シリンダ室22とヘッド側シリンダ室
23との間に圧力差ΔPが存在し、圧力差ΔPによって空
気が移動しようとする。
の空気は、通路38、方向制御弁11のポート2・連通路・
ポート3、通路41、ポンプ12Aの吸込孔26A・吐出孔25
A、通路40、方向制御弁11のポート1・連通路・ポート
4、通路39を通って空気圧シリンダ10のヘッド側シリン
ダ室23へ還流し始める。このとき、ピストンロッド19は
前進を開始する。
力とロッド側シリンダ室22の圧力との差がΔPとなり、
この圧力差ΔPによりピストン18・ピストンロッド19が
前進し、押出駆動される。時点T3 +bでピストン18が
右ストローク端に到達して停止し、ピストンロッド19の
停止後もポンプ12Aは回転を継続する。ロッド側シリン
ダ室22の空気がポンプ12Aの圧縮作用によりヘッド側シ
リンダ室23に補給充填され、ヘッド側シリンダ室23の圧
力が更に上昇し始める。
る前(時間T3 +c)に、ロッド側シリンダ室22の圧力
は大気圧未満となる。そして、空気が方向制御弁11の空
気流入ポート5・逆止弁・連通路・ポート3、通路41を
通って吸込孔26Aからポンプ12Aに吸い込まれ、ポンプ
12Aの吐出孔25Aからの吐出空気はヘッド側シリンダ室
23に補給充填する。ヘッド側シリンダ室23の圧力は上昇
を続け、時点T4 においてP1 になる。実施の形態第2
のその他の作動は、実施の形態第1と同様である。
ピストンの停止後にロッド側シリンダ室・ヘッド側シリ
ンダ室の他方のシリンダ室に圧縮空気が充填され、空気
圧シリンダのピストン停止時に一方のシリンダ室に圧縮
空気が充填されており、方向制御弁を作動位置に切り換
えたとき、ピストンは充填された圧縮空気を循環させて
駆動される。このように、ピストン移動後の圧縮空気を
保存しておき、その圧縮空気をピストンの移動に利用さ
れる。圧縮空気を循環させて利用するので、圧縮空気の
消費が節減され、また空気の加熱が少なくなる。また、
圧縮空気の充填はピストンの停止時に行われるので、相
当長い時間をかけて充填すればよく、ポンプ及び電動機
の小形化、従って電動空気圧シリンダの小形化が実現
し、コストが低減する。請求項2,4,5の電動空気圧
シリンダは、方向制御弁が作動位置にあるときに、大気
中の空気を吸い込むことができるので、圧縮空気の充填
を円滑に行うことができる。
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
1,第2のシリンダ内圧と時間との関係を示す図であ
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 空気圧シリンダ、方向制御弁、ポンプ、
電動機が一体に結合された電動空気圧シリンダにおい
て、空気圧シリンダのロッド側ポート及びヘッド側ポー
トが方向制御弁の2つのシリンダ側連通ポートにそれぞ
れ連通され、方向制御弁の2つのポンプ側連通ポートが
双方向形ポンプの2つの流入流出孔にそれぞれ連通さ
れ、方向制御弁が停止位置にあるときに、空気圧シリン
ダのロッド側シリンダ室・ヘッド側シリンダ室の一方の
シリンダ室に圧縮空気が充填、保持されているとともに
他方のシリンダ室が大気に連通され、方向制御弁が作動
位置に切り換えられると、双方向形ポンプが作動して空
気圧シリンダのロッド側シリンダ室・ヘッド側シリンダ
室の一方のシリンダ室の圧縮空気が他方のシリンダ室へ
移送されて、空気圧シリンダのピストンが移動され、ピ
ストンの停止後に他方のシリンダ室に圧縮空気が充填さ
れることを特徴とする電動空気圧シリンダ。 - 【請求項2】 方向制御弁が作動位置にあるときに、大
気中の空気が方向制御弁の空気流入ポートを通って双方
向形ポンプに吸込み可能とされる請求項1の電動空気圧
シリンダ。 - 【請求項3】 空気圧シリンダ、方向制御弁、ポンプ、
電動機が一体に結合された電動空気圧シリンダにおい
て、空気圧シリンダのロッド側ポート及びヘッド側ポー
トが方向制御弁の2つのシリンダ側連通ポートにそれぞ
れ連通され、方向制御弁のポンプ吐出側連通ポート及び
ポンプ吸込側連通ポートが一方向形ポンプの吐出側孔及
び吸込側孔にそれぞれ連通され、方向制御弁が停止位置
にあるときに、空気圧シリンダのロッド側シリンダ室・
ヘッド側シリンダ室の一方のシリンダ室に圧縮空気が充
填、保持されているとともに他方のシリンダ室が大気に
連通され、方向制御弁が作動位置に切り換えられると、
一方向形ポンプが作動して空気圧シリンダのロッド側シ
リンダ室・ヘッド側シリンダ室の一方のシリンダ室の圧
縮空気が他方のシリンダ室へ移送されて、空気圧シリン
ダのピストンが移動され、ピストンの停止後に他方のシ
リンダ室に圧縮空気が充填されることを特徴とする電動
空気圧シリンダ。 - 【請求項4】 方向制御弁が作動位置にあるとき、大気
中の空気が方向制御弁の空気流入ポートを通って一方向
形ポンプに吸込み可能とされる請求項3の電動空気圧シ
リンダ。 - 【請求項5】 方向制御弁の空気流入ポートとポンプ吸
込側連通ポートとの間に逆止弁が連通され、逆止弁が空
気流入ポートからポンプ吸込側連通ポートへの空気の流
れのみを許し、反対方向への空気の流れを阻止する請求
項4の電動空気圧シリンダ。 - 【請求項6】 他方のシリンダ室に圧縮空気が充填さ
れ、他方のシリンダ室の圧力が設定値に達すると、方向
制御弁が停止位置に切り換えられる請求項1〜5のいず
れかひとつの電動空気圧シリンダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000289709A JP3569669B2 (ja) | 2000-09-25 | 2000-09-25 | 電動空気圧シリンダ |
Applications Claiming Priority (1)
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