KR20210049935A - 유체압 실린더 - Google Patents

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KR20210049935A
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유지 다카쿠와
겐고 몬덴
세이이치 나구라
가즈타카 소메야
아키히로 가자마
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에스엠시 가부시키가이샤
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Abstract

작동 피스톤(20)과 증력 피스톤(22)이 격벽(26)을 두고 탠덤방식으로 설치된 유체압 실린더(10)에 있어서, 축방향으로 인접하는 2개의 압력실에 고압유체를 봉입한다. 작동 공정에서는 고압유체가 봉입된 압력실 사이에서 고압유체를 연통 가능하게 해둔다. 그리고, 작동 피스톤(20)이 엔드 측으로 이동했을 때에, 증력 전환기구(33)에 의해 2개의 압력실 사이의 유체의 연통을 저지하고, 일측의 압력실의 고압유체를 배기한다.

Description

유체압 실린더
본 발명은 유체압 실린더에 관한 것이다.
클램프 장치나 잠금 장치 등의 작업 기계에 있어서, 통상, 작업 공정의 전반에 그다지 큰 구동력을 필요로 하지 않고, 작업 공정의 후반에 큰 구동력을 필요로 하는 경우가 있다. 이 때문에, 이러한 작업 기계에 사용되는 유체압 실린더로서, 증력기구에 의해 피스톤 로드의 전진 스트로크 후반의 추력을 증대시키도록 한 증력기구 부착식 유체압 실린더가 제안되어 있다.
예를 들어, 일본 공개특허 특개2018-17269호 공보의 유체압 실린더에서는, 증력기구로서 증력용 피스톤을 설치하고, 스트로크의 도중에, 피스톤 로드에 증력용 피스톤을 잠금 시킴으로써 추력을 증가시키고 있다.
증력기구 부착식 유체압 실린더에 있어서, 에너지 소비량을 줄일 수 있도록, 새로운 작동유체의 소비량 삭감이 요구되고 있다.
거기서, 본 발명은, 구조를 복잡화하는 일 없이, 작동유체의 소비량을 삭감할 수 있는 증력기능 부착식 유체압 실린더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 관점은, 축방향으로 연장하는 슬라이딩 구멍이 형성된 실린더 몸체와, 상기 슬라이딩 구멍을 헤드 측의 작동 실린더실과 엔드 측의 증력 실린더실로 나누는 격벽과, 상기 작동 실린더실에 배치되어 상기 작동 실린더실을 헤드 측의 제1 압력실과 엔드 측의 제2 압력실로 구획하는 작동 피스톤과, 상기 증력 실린더실에 배치되어 상기 증력 실린더실을 헤드 측의 제3 압력실과 엔드 측의 제4 압력실로 구획하는 증력 피스톤과, 상기 작동 피스톤 및 증력 피스톤에 접속됨과 함께, 상기 격벽을 관통하여 엔드 측으로 뻗어나오는 피스톤 로드를 구비하며, 상기 제1 압력실, 제2 압력실, 제3 압력실 및 제4 압력실 가운데, 인접하는 2개의 압력실에 고압유체가 봉입됨과 함께, 상기 작동 피스톤이 소정 위치보다 헤드 측에 위치하는 동안에는, 상기 2개의 압력실의 사이에 고압유체의 연통을 허용하는 한편, 상기 작동 피스톤이 소정 위치보다 엔드 측으로 이동하였을 때, 상기 2개의 압력실 사이에서의 고압유체의 연통을 저지하고, 또한, 상기 2개의 압력실 중 일측의 압력실의 고압유체를 배기시키는 증력 전환기구를 구비하는, 유체압 실린더에 있다.
본 발명에 따른 유체압 실린더에 의하면, 제1 내지 제4 압력실 가운데, 인접하는 2개의 압력실에 고압유체가 봉입된다. 작동 피스톤이 소정 위치보다 헤드 측에 위치하는 경우에는, 인접하는 2개의 압력실 사이에서 고압유체의 연통을 허용 한다. 이 경우에는, 인접하는 2개의 압력실 사이에 압력차이가 생기지 않고, 추력은 증가하지 않는다. 한편, 작동 피스톤이 스트로크의 종단 부근으로 이동했을 경우에는, 인접하는 2개의 압력실 사이의 연통을 저지하고, 일측 압력실의 고압유체를 배기시킨다. 이것에 의해, 인접하는 2개의 압력실 사이의 압력차이에 상응하는 추력이 발생하여, 스트로크 엔드 부근에서 피스톤 로드의 추력을 증가시킬 수 있다. 고압유체의 배기는 스트로크의 엔드 측에서 행해지기 때문에, 추력의 증가에 사용되는 유체량을 억제할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 유체압 실린더의 단면도이고, 도면 중의 부분 확대도는 제3 체크밸브(56)를 확대한 단면도이다.
도 2는 도 1의 유체압 실린더의 엔드 측의 측면도이다.
도 3는 도 1의 유체압 실린더의 격벽 부근의 확대 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 격벽 부근에 작동 피스톤이 접근한 상태에 있어서의 확대 단면도이다.
도 4a는 실시형태에 따른 유체압 실린더의 작동 공정에서의 접속 상태를 나타내는 유체 회로도이고, 도 4b는 도 4a의 유체압 실린더의 복귀 공정에서의 접속 상태를 나타내는 유체 회로도이다.
도 5는 도 1의 유체압 실린더의 작동 공정에 있어서의 단면도이다.
도 6은 도 1의 유체압 실린더의 증력 공정에 있어서의 단면도이다.
도 7은 도 1의 유체압 실린더의 복귀 공정에 있어서의 단면도(도면 1)이다.
도 8은 도 1의 유체압 실린더의 복귀 공정에 있어서의 단면도(도면 2)이다.
도 9a는 제2 실시형태에 따른 유체압 실린더의 평면도이고, 도 9b는 도 9a의 유체압 실린더의 측면도이다.
도 10은 도 9a의 유체압 실린더의 스트로크 시작 위치에서의 단면도이다.
도 11a는 도 9a의 유체압 실린더의 구동장치의 유체 회로도로서, 전환밸브의 제1 위치에서의 접속 상태를 나타내고, 도 11b는 도 11a의 구동장치의 전환밸브의 제2 위치에서의 접속 상태를 나타내는 유체 회로도이다.
도 12는 도 9a의 유체압 실린더의 증력 공정에서의 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 들어, 첨부의 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 치수 비율은 설명의 편의상 과장되어 실제의 비율과는 다른 경우가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 스트로크의 종단을 향하는 방향을 「엔드 방향」또는 「엔드 측」이라고 하고, 그 스트로크의 시작 방향을 「헤드 방향」또는 「헤드 측」이라고 한다. 또, 본 명세서에 있어서 「에어」란 기체상의 작동유체를 의미하고, 특히 공기로 한정되는 것은 아니다.
(제1 실시형태)
본 실시형태에 따른 유체압 실린더(10)는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 실린더 몸체(12)와 구동장치(120)를 구비한다.
유체압 실린더(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 축방향으로 길게 뻗은 실린더 몸체(12)를 구비하고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 실린더 몸체(12)는 각형인 것으로 할 수 있고, 예를 들어, 알루미늄 합금 등의 금속재료에 의해 형성되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실린더 몸체(12)의 내부에는 축방향으로 연장하는 원형의 슬라이딩 구멍(12a)(실린더실)이 형성되어 있다. 실린더 몸체(12)는, 헤드 측에 설치된 헤드측 본체부(14)와, 엔드 측에 설치된 엔드측 본체부(16)와, 헤드측 본체부(14) 및 엔드측 본체부(16) 사이에 설치된 격벽(26)을 구비한다. 헤드측 본체부(14)와, 격벽(26)과, 엔드측 본체부(16)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 연결로드 또는 볼트(16b)에 의해 축방향으로 체결되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 헤드측 본체부(14)의 내부에는 원형의 작동 실린더실(14a)가 형성되고, 엔드측 본체부(16)의 내부에는 원형의 증력 실린더실(16a)이 형성되어 있다. 작동 실린더실(14a)과 증력 실린더실(16a)은 동일한 내경으로 형성되어 있어, 실린더 몸체(12)의 슬라이딩 구멍(12a)을 구성한다. 작동 실린더실(14a)과 증력 실린더실(16a)는 격벽(26)에 의해 나눠져 있다.
작동 실린더실(14a)에는 작동 피스톤(20)이 배치되고, 증력 실린더실(16a)에는 증력 피스톤(22)이 배치되어 있다. 작동 피스톤(20) 및 증력 피스톤(22)은 격벽(26) 및 실린더 몸체(12)를 엔드 측으로 관통하여 신장하는 피스톤 로드(18)에 연결되어 있다.
헤드측 본체부(14)에는 헤드측 포트(28)와, 헤드 커버(46)와, 작동 피스톤(20)이 설치되어 있다. 헤드 커버(46)는 작동 실린더실(14a)의 헤드 측의 단부에 장착되어 있고, 이 헤드 커버(46)에 의해 작동 실린더실(14a)의 헤드 측이 봉쇄되어 있다.
헤드 커버(46)의 근방에는 헤드측 포트(28)가 형성되어 있다. 헤드측 포트(28)는 헤드측 본체부(14)를 관통하여 형성되어 있다. 헤드측 포트(28)는 작동 실린더실(14a)의 헤드 측 단부의 근방에 설치되고 개구(28a)를 통하여 작동 실린더실(14a)(제1 압력실(38))에 연통하고 있다.
작동 피스톤(20)은 작동 실린더실(14a) 내에서 축방향으로 슬라이딩 가능하게 수용되어 있다. 작동 피스톤(20)의 외주면에는 환형상의 패킹 장착홈(21a)이 형성되어 있고, 그 패킹 장착홈(21a)에는 패킹(21)이 장착되어 있다. 패킹(21)은 작동 실린더실(14a)의 내주면에 탄성변형하면서 밀착됨으로써, 작동 실린더실(14a)을 제1 압력실(38)과 제2 압력실(40)로 기밀로 구획한다. 제1 압력실(38)은 작동 피스톤(20)과 헤드 커버(46)와의 사이에 형성되는 공실이며 작동 피스톤(20)보다 헤드 측에 형성된다. 또, 제2 압력실(40)은 작동 피스톤(20)과 격벽(26)과의 사이에 형성되는 공실이며, 작동 피스톤(20)보다 엔드 측에 형성된다. 제1 압력실(38)은 개구(28a)를 통하여 헤드측 포트(28)와 연통하고 있다.
작동 피스톤(20)은 피스톤 로드(18)의 헤드측 연결부(18a)에 있어서 피스톤 로드(18)와 연결되어 있고, 피스톤 로드(18)와 일체로 변위하도록 구성되어 있다.
한편, 엔드측 본체부(16)에는, 증력 피스톤(22)과, 로드 커버(48)와, 엔드측 포트(30)와, 보조유로(76)가 설치되어 있다.
증력 피스톤(22)은 엔드측 본체부(16)의 증력 실린더실(16a) 내에 축방향으로 슬라이딩 가능하게 배치되어 있다. 증력 피스톤(22)의 외주면에는 환형상의 패킹 장착홈(23a)과, 환형상의 마그넷 장착홈(24a)이 설치되어 있다. 패킹 장착홈(23a)에는 고무 등의 탄성재료로 이루어지는 링 형상의 패킹(23)이 장착되어 있다. 또, 마그넷 장착홈(24a)에는 원형 링 형상의 마그넷(24)이 장착된다. 또, 마그넷(24)의 외주부에는 도시하지 않은 웨어 링이 장착된다.
증력 피스톤(22)은 패킹(23)을 통하여 증력 실린더실(16a)을 제3 압력실(42)과 제4 압력실(44)로 기밀로 구획한다. 제3 압력실(42)은 증력 피스톤(22)의 헤드 측의 공실이며, 증력 피스톤(22)과 격벽(26)과의 사이에 형성된다. 또, 제4 압력실(44)은 증력 피스톤(22)의 엔드 측의 공실이며, 증력 피스톤(22)과 로드 커버(48)와의 사이에 형성된다. 제4 압력실(44)은 엔드측 포트(30)와 연통하고 있다.
또, 증력 피스톤(22)의 헤드 측의 끝면에는 링 형상의 댐퍼 장착홈(25a)이 형성되어 있어, 그 댐퍼 장착홈(25a)에 댐퍼(25)가 장착되어 있다. 댐퍼(25)는 고무 등의 탄성재료로 이루어지고, 증력 피스톤(22)과 격벽(26)과의 충돌을 막도록 구성되어 있다. 증력 피스톤(22)은 피스톤 로드(18)의 중앙부에 설치된 피스톤 장착부(18b)에 연결되어, 피스톤 로드(18)와 축방향으로 일체로 변위하도록 구성되어 있다.
로드 커버(48)는 증력 실린더실(16a)의 엔드 측에 장착되어 있다. 로드 커버(48)는 원판 형상으로 형성되어 있고, 그 외주부에는 환형상의 패킹 장착홈(48d)이 형성되어 있다. 패킹 장착홈(48d)에는 원형 링 형상의 패킹(48c)이 장착되어 있다. 패킹(48c)은 패킹 장착홈(48d)을 기밀로 밀봉한다.
로드 커버(48)의 직경방향의 중심 부근에는, 피스톤 로드(18)를 삽입하기 위한 삽입구멍(48a)이 축방향으로 연장되어 형성되고 있다. 삽입구멍(48a)에는 피스톤 로드(18)를 따른 에어의 누설을 방지하는 로드 패킹(48b)이 설치되어 있다. 또, 로드 커버(48)의 헤드 측의 끝면에는, 링 형상의 댐퍼 장착홈(47a)이 형성되어 있고, 그 댐퍼 장착홈(47a)에 댐퍼(47)가 장착되어 있다. 댐퍼(47)는 원형 링 형상으로 형성된 탄성부재로 이루어지고, 증력 실린더실(16a) 측으로 돌출함으로써 증력 피스톤(22)과 로드 커버(48)와의 충돌을 방지한다.
또, 로드 커버(48)의 엔드 측에는 로드 커버(48)를 고정하는 빠짐방지 클립(49)이 부착되어 있다. 빠짐방지 클립(49)은 엔드측 본체부(16)의 내주면을 따라 형성된 걸어맞춤 홈(49a)에 걸어맞춰진 판 부재이다. 빠짐방지 클립(49)은 원주방향 일부가 절취된 링 형상의 판 부재이며, 탄성 복원력에 의해 걸어맞춤 홈(49a)에 걸어맞춰지고, 로드 커버(48)의 엔드 측의 끝면과 맞닿아 로드 커버(48)의 탈락을 저지한다.
엔드측 포트(30)는 엔드측 본체부(16)의 엔드 측의 단부 부근에 형성되어 있다. 엔드측 포트(30)는 엔드측 본체부(16)의 외주로부터 증력 실린더실(16a)을 향하여 관통하여 형성되어 있고, 증력 실린더실(16a)의 엔드 측의 단부에 있어서, 제4 압력실(44)과 연통하고 있다.
보조유로(76)는 엔드측 본체부(16)의 내부에 형성된 유로이며, 축방향으로 연장하고 있다. 보조유로(76)는 그 일단이 엔드측 포트(30)에 연통하고, 타단이 후술하는 격벽(26)의 조정 포트(32)에 연통하고 있다.
제3 체크밸브(56)는 보조유로(76)의 도중에 설치되어 있다. 제3 체크밸브(56)는, 보조유로(76)보다 큰 직경의 공동부(56a)와, 그 공동부(56a)에 삽입된 밸브 본체(56b)를 가지고 있다. 바닥이 있는 원통형의 컵 형상으로 형성된 부재로서, 에어의 흐름을 저지하는 방향의 하류측에 바닥(56c)이 배치된다. 밸브 본체(56b)의 바닥(56c)에는, 공동부(56a)의 끝면과 맞닿아, 공동부(56a)에 연통하는 보조유로(76)를 폐쇄하는 환형상 돌기부(56d)가 형성되어 있다.
또, 밸브 본체(56b)의 측부에는 에어가 통하도록 하기 위한 절결부(56e)가 형성되어 있다. 바닥(56c) 측에서 흐르는 에어에 대해서는, 밸브 본체(56b)의 환형상 돌기부(56d)가 공동부(56a)의 끝면으로부터 이격되어, 절결부(56e)를 통하여 에어를 통과시키도록 구성되어 있다. 또, 그 역방향의 에어에 대해서는, 밸브 본체(56b)의 바닥(56c)의 부분이 그 에어의 압력을 받아 환형상 돌기부(56d)가 공동부(56a)의 단면에 맞닿고, 보조유로(76)를 폐쇄하여, 에어의 흐름을 저지하도록 구성되어 있다.
또한, 제3 체크밸브(56)의 작동을 원활하게 할 수 있도록, 밸브 본체(56b)의 환형상 돌기부(56d)를 공동부(56a)의 끝면에 맞닿는 방향으로 가압하는 스프링 등의 가압부재(56f)를 공동부(56a) 내에 설치할 수도 있다. 또, 후술하는, 제1 체크밸브(52) 및 제2 체크밸브(54)도 제3 체크밸브(56)와 동일한 구조로 되어 있다.
격벽(26)은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 플레이트 형상의 본체(60)를 구비하고 있다. 본체(60)에는, 헤드 측으로 돌출하고 작동 실린더실(14a)에 삽입되는 제1 접속부(63)와, 엔드 측으로 돌출하고 증력 실린더실(16a)에 삽입되는 제2 접속부(64)가 형성되어 있다. 제1 접속부(63)는 작동 실린더실(14a)의 내경과 대략 동일한 외경의 원기둥 형상으로 형성되어 있고, 그 외주부에는 패킹(63a)이 장착되어 있다. 또, 제2 접속부(64)는 증력 실린더실(16a)의 내경과 대략 동일한 외경의 원기둥 형상으로 형성되어 있고, 그 외주부에는 패킹(64a)이 장착되어 있다. 패킹(63a)은 작동 실린더실(14a)과 제1 접속부(63)와의 간극을 밀봉하고, 패킹(64a)은 증력 실린더실(16a)과 제2 접속부(64)와의 간극을 밀봉한다.
격벽(26)의 직경방향의 중심 부근에는 피스톤 로드(18)를 삽입하기 위한 관통부(61)가 축방향으로 연장되어 형성되고 있다. 관통부(61)에는 피스톤 로드(18)를 따른 에어의 누설을 방지하는 패킹(62)이 설치되어 있다.
또, 격벽(26)은, 증력 전환기구(33)를 구성하는, 연통유로(34)와, 연통유로(34)에 설치된 연통전환 밸브(35)와, 배기유로(36)와, 배기유로(36)에 설치된 배기 전환밸브(37)를 갖는다.
연통유로(34)는 제2 압력실(40)과 제3 압력실(42)과의 사이에 에어를 유동시키는 유로이며, 격벽(26)을 축방향으로 관통하는 관통구멍(65)과, 그 관통구멍(65)에 삽입된 연통전환 핀(35a)의 내부유로(35e)와, 스토퍼(66)의 구멍부분(66b)으로 구성된다.
관통구멍(65)은 격벽(26)을 축방향으로 관통하여 형성되고 있고, 헤드 측에 형성된 대직경부(65a)와, 축방향의 중앙에 형성된 소직경부(65b)와, 엔드 측에 형성된 스토퍼 삽입구멍(65c)을 가지고 있다. 대직경부(65a) 및 스토퍼 삽입구멍(65c)은 소직경부(65b)보다 큰 내경으로 형성되어 있다. 대직경부(65a) 및 소직경부(65b)에는 연통전환 핀(35a)이 삽입된다. 스토퍼 삽입구멍(65c)에는 스토퍼(66)가 삽입된다. 스토퍼(66)는 연통전환 밸브(35)의 연통전환 핀(35a)의 엔드 측에 연결되어 있고, 연통전환 핀(35a)과 일체로 변위한다. 또, 스토퍼(66)가 스토퍼 삽입구멍(65c) 내에서 정지함으로써, 연통전환 핀(35a)의 헤드 측으로의 이동이 규제된다.
연통전환 밸브(35)는 연통전환 핀(35a)을 구비하여 구성된다. 연통전환 핀(35a)은 헤드 측에 형성된 폐쇄부(35c)와, 엔드 측을 향하여 축방향으로 연장하는 로드부(35d)를 갖는다. 로드부(35d)는 관통구멍(65)의 소직경부(65b)의 내경과 대략 동일한 직경으로 형성되어 있고, 소직경부(65b)에 축방향으로 슬라이딩 가능하게 삽입되어 있다. 폐쇄부(35c)는 관통구멍(65)의 대직경부(65a)의 내경과 대략 동일한 직경으로 형성되어, 대직경부(65a)에 삽입 가능하게 구성되어 있다. 폐쇄부(35c)의 외주부에는 링 형상의 패킹(35b)이 장착되어 있다. 패킹(35b)은 폐쇄부(35c)가 대직경부(65a) 내로 밀려들어갈 때, 대직경부(65a)에 밀착하여 연통유로(34)를 밀봉하도록 구성되어 있다.
또, 연통전환 핀(35a)의 폐쇄부(35c)의 엔드 측에는 가압부재(35f)가 장착되어 있다. 가압부재(35f)는 예를 들어 스프링 등으로 이루어지고, 대직경부(65a)와 연통전환 핀(35a)과의 간극에 삽입되어 있다. 가압부재(35f)는 연통전환 핀(35a)을 헤드 측으로 가압하여, 폐쇄부(35c)를 관통구멍(65)으로부터 이격시켜 제2 압력실(40) 측으로 돌출시킨다. 즉, 연통전환 밸브(35)는 연통전환 핀(35a)이 작동 피스톤(20)에 의해 헤드 측으로 가압되지 않은 상태에 있어서, 연통유로(34)의 연통을 방해하지 않도록 구성되어 있다.
한편, 배기유로(36)는 격벽(26)의 제1 접속부(63) 측의 끝면에서 개구되고, 축방향으로 연장된 검지 핀 수용구멍(67)과, 검지 핀 수용구멍(67)과 조정 포트(32)에 연통한 접속유로(71)를 가지고 있다. 이 중, 검지 핀 수용구멍(67)은, 헤드 측에 형성된 대직경부(67a)와, 대직경부(67a)의 엔드 측에 형성된 소직경부(67b)와 스토퍼 삽입 구멍(67c)을 가지고 있다. 스토퍼 삽입 구멍(67c)에는 스토퍼(68)가 삽입된다. 스토퍼(68)는 검지 핀(37a)과 연결되어 있고, 검지 핀(37a)과 일체로 변위한다. 스토퍼(68)는 소직경부(67b)의 엔드 측의 단부에서 정지함으로써, 검지 핀(37a)의 헤드 측으로의 이동 범위를 규제한다.
접속유로(71)는 소직경부(67b)의 측부에 형성된 개구부(71a)에 있어서 검지 핀 수용구멍(67)과 연통하고 있다. 소직경부(67b)는 개구부(71a) 주위의 소정 범위가 직경이 확대되어 있고, 배기 전환밸브(37)와의 사이에 간극을 형성하고 있다.
접속유로(71)에는 개구부(71a)로부터 조정 포트(32)로의 방향으로만 에어를 통과시키는 제1 체크밸브(52)가 설치되어 있다. 제1 체크밸브(52)는 제2 압력실(40)로부터의 에어의 배기를 허용하는 방향으로 배치되어 있다.
배기 전환밸브(37)는 검지 핀(37a)을 구비한다. 검지 핀(37a)은, 축방향으로 원기둥 형상으로 연장되는 핀 본체부(37b)와, 핀 본체부(37b)의 헤드 측 단부에 있어서 직경방향 외측으로 신장되는 플랜지부(37c)를 구비한다. 플랜지부(37c)는 대직경부(67a)의 내경보다 약간 작은 직경으로 형성되어 있어, 대직경부(67a) 내에 삽입 가능하게 구성되어 있다. 대직경부(67a)에는 스프링 등으로 이루어지는 가압부재(37f)가 장착되어 있다. 가압부재(37f)는 플랜지부(37c)와 맞닿아, 검지 핀(37a)을 헤드 측으로 가압함으로써, 플랜지부(37c)를 제2 압력실(40) 측으로 돌출시키도록 구성되어 있다.
핀 본체부(37b)는 소직경부(67b)의 내경보다 약간 작은 직경으로 형성되어 있어, 소직경부(67b)를 따라 축방향으로 슬라이딩 가능하게 구성되어 있다. 핀 본체부(37b)의 외주부에는 패킹(37d)과 패킹(37e)이 축방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 패킹(37d) 및 패킹(37e)은 검지 핀(37a)이 작동 피스톤(20)에 가압되지 않은 상태에 있어서, 소직경부(67b)와 밀착하여, 검지 핀 수용구멍(67)과 접속유로(71)의 연통을 저지하는 위치에 배치되어 있다. 즉, 배기 전환밸브(37)는 작동 피스톤(20)에 가압되지 않은 상태에 있어서, 배기유로(36)의 연통을 저지하고 있다.
조정 포트(32)의 근방의 헤드측 본체부(14)에는, 보충유로(78)와 제2 체크밸브(54)가 설치되어 있다. 보충유로(78)는 조정 포트(32)와 제2 압력실(40)에 연통하고 있다. 보충유로(78)에는 제2 체크밸브(54)가 설치되어 있다. 제2 체크밸브(54)의 일단은 보충유로(78)를 통하여 조정 포트(32)에 연통한다. 또, 제2 체크밸브(54)의 타단은 보충유로(78)를 통하여 제2 압력실(40)에 연통한다. 제2 체크밸브(54)는 조정 포트(32)로부터 제2 압력실(40)로 향하는 방향으로만 에어의 통과를 허용하고, 그 반대 방향의 에어의 통과를 저지한다. 즉, 제2 체크밸브(54)는 제2 압력실(40)에 보충되는 에어의 유동을 허용하고, 그 역방향의 에어를 저지하도록 구성되어 있다.
본 실시형태의 유체압 실린더(10)는 이상과 같이 구성되고, 도 4a에 도시된 바와 같이, 구동장치(120)에 의해 구동된다.
구동장치(120)는, 제4 체크밸브(86)와, 교축밸브(88)와, 전환밸브(102)와, 고압에어 공급원(고압유체 공급원)(104)과, 배기구(106)를 구비하고 있다. 이 구동장치(120)는, 작동 공정에 있어서, 작동 실린더실(14a)의 제1 압력실(38)에 고압에어를 공급하도록 구성되어 있다. 또 구동장치(120)는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 복귀 공정에서는, 제1 압력실(38)에 축적된 에어의 일부를, 제4 압력실(44)을 향해 공급함과 함께, 제2 압력실(40)에 고압에어를 공급하도록 구성되어 있다.
전환밸브(102)는 예를 들어 5포트 2위치형의 밸브이며, 제1 포트(102a) 내지 제5 포트(102e)를 가지며, 제1 위치(도 4a 참조)와 제2 위치(도 4b 참조)를 전환 가능하게 되어 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 포트(102a)는 배관에 의해 헤드측 포트(28)에 접속된다. 제2 포트(102b)는 배관에 의해 조정 포트(32)에 접속된다. 제3 포트(102c)는 배관에 의해 배기구(106)에 접속되어 있다. 제4 포트(102d)는 배관에 의해 고압에어 공급원(104)에 접속되어 있다. 제5 포트(102e)는 배관에 의해 교축밸브(88)를 통하여 배기구(106)에 접속됨과 함께, 제4 체크밸브(86)를 통하여 엔드측 포트(30)에 접속되어 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 전환밸브(102)가 제1 위치에 있을 때는, 제1 포트(102a)와 제4 포트(102d)가 연결되고, 또한, 제2 포트(102b)와 제3 포트(102c)가 연결된다.
또, 도 4b에 도시된 바와 같이, 전환밸브(102)가 제2 위치에 있을 때는, 제1 포트(102a)와 제5 포트(102e)가 연결되고, 또한 제2 포트(102b)와 제4 포트(102d)가 연결된다. 전환밸브(102)는 고압에어 공급원(104)으로부터의 파일럿압 또는 전자밸브에 의해 제1 위치와 제2 위치로 전환된다.
제4 체크밸브(86)는, 전환밸브(102)가 제2 위치에 있을 때는, 헤드측 포트(28)로부터 엔드측 포트(30)로 향하는 에어의 흐름을 허용하고, 엔드측 포트(30)로부터 헤드측 포트(28)로 향하는 에어의 흐름을 저지한다.
교축밸브(88)는 배기구(106)로부터 배기되는 제1 압력실(38)의 에어의 양을 제한하기 위해서 설치되어 있고, 배기 유량을 조정할 수 있도록 통로 면적을 변경할 수 있는 가변 교축밸브로서 구성되어 있다.
또한, 제4 체크밸브(86)와 제4 압력실(44)을 잇는 배관의 도중에, 에어 탱크를 설치하고, 복귀 공정에 있어서 헤드측 포트(28)로부터 엔드측 포트(30)에 공급되는 에어를 축적하도록 할 수도 있다. 에어 탱크를 설치하는 것에 의해, 복귀 동작시에 제4 압력실(44)을 채우는데 충분한 양의 에어를 축적할 수 있어, 복귀 동작을 안정화시킬 수 있다. 이 경우, 에어 탱크의 용량은, 예를 들어, 제1 압력실(38)의 최대 용량의 약 절반으로 설정할 수 있다. 배관의 용량을 충분히 확보할 수 있는 경우에는, 에어 탱크는 불필요하다.
유체압 실린더(10) 및 구동장치(120)는, 이상과 같이 구성되는 것이며, 이하 그 작용 및 동작에 대해 설명한다.
(기동 공정)
기동 공정은, 유체압 실린더(10)의 사용 개시에 앞서, 제2 압력실(40) 및 제3 압력실(42)에 고압에어를 충전한다. 또한, 고압에어란, 대기압보다 높은 압력의 에어이다. 여기에서는, 유체압 실린더(10)를, 도 1에 도시된 바와 같이 스트로크의 시작 위치로 설정한다. 또 구동장치(120)의 전환밸브(102)를 제2 위치(도 4b 참조)로 한다. 이것에 의해, 고압에어 공급원(104)이 조정 포트(32)에 접속된다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 고압에어 공급원(104)의 고압에어는 제2 체크밸브(54)를 통하여 제2 압력실(40)에 도입된다. 또, 제2 압력실(40)에 도입된 고압에어는 연통유로(34)를 통하여 제3 압력실(42)에도 도입된다. 이것에 의해, 제2 압력실(40) 및 제3 압력실(42)에 고압에어가 충전된 상태가 된다. 기동 공정은 유체압 실린더(10)의 최초의 스트로크 전에 1번만 행하면 된다.
(작동 공정)
도 4a에 도시된 바와 같이, 유체압 실린더(10)의 작동 공정은 구동장치(120)의 전환밸브(102)를 제1 위치로 하여 행한다. 고압에어 공급원(104)으로부터의 고압에어는 전환밸브(102)의 제1 포트(102a)를 통하여 헤드측 포트(28)에 공급된다. 제4 체크밸브(86)는 제5 포트(102e) 측에 접속되어 있어, 제4 체크밸브(86) 측으로는 고압에어가 흐르지 않는다. 제4 압력실(44)은, 제3 체크밸브(56), 조정 포트(32), 제2 포트(102b)를 통하여 배기구(106)에 접속되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 작동 공정에 있어서, 고압에어 공급원(104)으로부터의 고압에어는, 화살표 B로 도시된 바와 같이, 제1 압력실(38)에 흘러들어간다. 제2 압력실(40)의 고압에어에 의해 작동 피스톤에 작용하는 힘과, 제3 압력실(42)에 충전된 고압에어에 의해 증력 피스톤(22)에 작용하는 힘은 동일한 크기로 반대 방향으로 균형이 맞춰지기 때문에, 추력에는 기여하지 않는다. 따라서, 피스톤 로드(18)에는, 작동 피스톤(20)에 인접하는 제1 압력실(38)과 증력 피스톤(22)에 인접하는 제4 압력실(44)과의 압력 차이에 상응하는 추력이 발생하고, 피스톤 로드(18)가 엔드 측을 향하여 스트로크 한다.
작동 피스톤(20)의 스트로크에 수반하여, 유체압 실린더(10)에는, 제1 압력실(38)의 용적과 동일한 양의 고압에어가 고압에어 공급원(104)(도 4a 참조)으로부터 공급된다. 작동 피스톤(20) 및 증력 피스톤(22)의 스트로크에 따라, 제2 압력실(40) 내의 고압에어가 연통유로(34)를 통해서 제3 압력실(42)로 이동한다. 작동 공정 간에, 제2 압력실(40) 및 제3 압력실(42)에 축적된 고압에어의 압력은 일정하게 유지된다. 또, 제4 압력실(44)의 에어는 증력 피스톤(22)의 스트로크에 수반하여 제4 압력실(44)로부터 배기된다. 이 경우, 제4 압력실(44)의 에어는, 제3 체크밸브(56) 및 보조유로(76)를 거쳐 조정 포트(32)를 통과하고, 도 4a에 도시된 바와 같이, 전환밸브(102)의 제2 포트(102b)를 통해서 배기구(106)로부터 배기된다.
(증력 공정)
도 6에 도시된 바와 같이, 작동 피스톤(20)의 스트로크에 수반하여, 연통전환 밸브(35)의 연통전환 핀(35a)(도 3b 참조)이 엔드 측으로 가압됨과 함께, 배기 전환밸브(37)의 검지 핀(37a)(도 3b 참조)도 엔드 측으로 가압된다.
그 결과, 도 3b에 도시된 바와 같이, 연통전환 핀(35a)의 폐쇄부(35c)가 관통구멍(65)의 대직경부(65a)에 삽입된다. 그리고, 폐쇄부(35c)의 패킹(35b)이 대직경부(65a)와 폐쇄부(35c)의 간극을 밀봉하는 것에 의해, 연통유로(34)를 폐쇄한다. 즉, 연통전환 밸브(35)에 의해, 연통유로(34)를 통한 제2 압력실(40)과 제3 압력실(42)과의 사이의 에어의 유동이 저지된다.
또, 배기 전환밸브(37)의 검지 핀(37a)이 엔드 측으로 변위하는 것에 의해, 검지 핀(37a)과 검지 핀 수용구멍(67)과의 간극을 밀봉하고 있던 패킹(37d)이 오목한 형상으로 함몰된 개구부(71a)로 이동한다. 이것에 의해, 배기유로(36)가 열려, 조정 포트(32)와 제2 압력실(40)이 배기유로(36)를 통해서 연통한다. 제2 압력실(40)에 축적된 고압에어는 제1 체크밸브(52), 조정 포트(32)를 통하여 배기구(106)로부터 배기된다. 그 결과, 제2 압력실(40)의 내압이 내려가, 작동 피스톤(20)에는 제2 압력실(40)과 제1 압력실(38)과의 내압의 차이에 따른 추력이 발생한다.
또, 증력 피스톤(22)에는, 제3 압력실(42)에 축적된 고압에어의 압력과 제4 압력실(44)의 압력 차이에 따른 추력이 발생한다. 이것에 의해, 유체압 실린더(10)는, 스트로크 엔드 부근에 있어서, 추력을 증대시킬 수 있다. 유체압 실린더(10)에 있어서의 추력의 증대는 연통전환 밸브(35) 및 배기 전환밸브(37)가 작동하는 범위에서의 제2 압력실(40)의 고압에어의 배기에 의해 생성된다.
(복귀 공정)
도 4b에 도시된 바와 같이, 유체압 실린더(10)의 복귀 공정은 구동장치(120)의 전환밸브(102)를 제2 위치로 하여 행한다. 고압에어 공급원(104)로부터의 고압에어는 전환밸브(102)의 제2 포트(102b)를 통하여 조정 포트(32)에 공급된다. 전환밸브(102)의 제1 포트(102a)는 제5 포트(102e)에 연결되고, 헤드측 포트(28)가 제4 체크밸브(86)를 통하여 엔드측 포트(30)에 연결된다. 또 헤드측 포트(28)는 교축밸브(88)를 통하여 배기구(106)에 연결된다. 그 결과, 제1 압력실(38)에 축적된 에어의 일부는 제4 체크밸브(86) 측을 통하여 제4 압력실(44)에 공급된다. 또, 제1 압력실(38)에 축적된 에어의 나머지의 일부는 배기구(106)로부터 배기된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 복귀 공정에서는, 유체압 실린더(10)의 조정 포트(32)에, 화살표 B로 도시된 바와 같이, 고압에어 공급원(104)으로부터의 고압에어가 공급된다. 조정 포트(32)에 공급된 고압에어는 보충유로(78) 및 제2 체크밸브(54)를 거쳐 제2 압력실(40)에 유입된다. 제2 압력실(40)에 공급되는 고압에어의 용량은, 증력 공정에 있어서 제2 압력실(40)로부터 배기된 고압에어의 양과 동일하다. 즉, 증력 공정에 필요한 고압에어가 복귀 공정 동안에 보충된다. 그 때에 공급되는 고압에어의 양은 작동 피스톤(20)의 스트로크에 필요한 고압에어의 양에 비해 적고, 적은 고압에어의 추가만으로도 좋다.
복귀 공정에서는, 제2 압력실(40)의 내압이 제3 압력실(42)의 내압과 동일해지기 때문에, 제2 압력실(40)이 작동 피스톤(20)에 미치는 힘과, 제3 압력실(42)이 증력 피스톤(22)에 미치는 힘은 균형이 맞아 서로 상쇄된다.
한편, 제4 압력실(44)에는, 화살표 A에 도시된 바와 같이, 제1 압력실(38)로부터 배기된 고압에어의 일부가 유입된다. 제1 압력실(38)의 에어의 배기가 진행됨에 따라, 제4 압력실(44)과 제1 압력실(38)과의 압력차이가 증대되고, 작동 피스톤(20), 증력 피스톤(22) 및 피스톤 로드(18)가 헤드 측으로 이동을 개시한다. 그에 따라, 연통전환 밸브(35)가 원래의 위치로 복귀하고, 연통유로(34)를 통해서 제2 압력실(40)과 제3 압력실(42)이 연통한다. 또, 배기 전환밸브(37)는 배기유로(36)를 밀봉하여 조정 포트(32)와 제2 압력실(40)과의 연통을 저지한다.
그 후, 도 8에 도시된 바와 같이, 제4 압력실(44)에 에어가 유입되면서 제1 압력실(38)의 배기가 진행되고, 작동 피스톤(20) 및 증력 피스톤(22)이 스트로크의 시작 위치에 복귀하여, 복귀 공정이 완료한다.
본 실시형태에 따른 유체압 실린더(10)는 이하의 효과를 거둔다.
유체압 실린더(10)는, 유체압 실린더(10)에 있어서, 증력 전환기구(33)로서 제2 압력실(40)과 제3 압력실(42)에 연통한 연통유로(34)와, 제2 압력실(40)에 연통한 배기유로(36)와, 작동 피스톤(20)이 소정 위치보다 헤드 측에 위치하는 동안에는 연통유로(34)를 개방함과 함께 작동 피스톤(20)이 소정 위치보다 엔드 측으로 이동하였을 때 연통유로(34)를 폐쇄하는 연통전환 밸브(35)와, 작동 피스톤(20)이 소정 위치보다 헤드 측에 위치하는 동안에는 배기유로(36)를 폐쇄함과 함께 작동 피스톤(20)이 소정 위치보다 엔드 측으로 이동하였을 때 배기유로(36)를 개방하여 제2 압력실(40)의 고압유체의 배기를 행하는 배기 전환밸브(37)를 갖는다. 이것에 의해, 스트로크 엔드 부근에 있어서, 제2 압력실(40)과 제3 압력실(42)이 분리되고, 제3 압력실(42)의 고압에어를 유지하면서도 제2 압력실(40)의 고압에어를 배기할 수 있다. 이것에 의해, 작동 피스톤(20)의 추력에 더하여, 증력 피스톤(22)의 추력이 가산되고, 스트로크 후반에 추력을 증가시킬 수 있다.
유체압 실린더(10)에 있어서, 격벽(26)은 조정 포트(32)를 가지며, 배기유로(36)는 조정 포트(32)를 통하여 제2 압력실(40)의 고압유체를 배기하도록 할 수도 있다.
유체압 실린더(10)에 있어서, 증력 전환기구(33)는 연통전환 밸브(35)가 연통유로(34)를 닫은 후에 배기 전환밸브(37)가 배기유로(36)를 열도록 할 수 있다. 이것에 의해, 제2 압력실(40)을 통한 제3 압력실(42)의 고압에어의 유출을 막을 수 있고, 고압에어의 사용량을 억제할 수 있다.
유체압 실린더(10)에 있어서, 연통전환 밸브(35)는 일단이 제2 압력실(40) 측으로 돌출하고 타단이 연통유로(34)에 삽입된 연통전환 핀(35a)을 가지며, 연통전환 핀(35a)이 작동 피스톤(20)에 가압되어 엔드 측으로 변위하는 것에 의해, 연통유로(34)를 폐쇄하도록 할 수 있다. 이것에 의해, 작동 피스톤(20)의 스트로크 동작을 이용하여 연통전환 밸브(35)를 작동시킬 수 있고, 장치 구성을 간략화할 수 있다.
유체압 실린더(10)에 있어서, 배기 전환밸브(37)는, 배기유로(36)를 밀봉함과 함께, 일단이 제2 압력실(40)로 돌출하는 검지 핀(37a)을 가지며, 검지 핀(37a)이 작동 피스톤(20)에 가압되어 엔드 측으로 변위하는 것에 의해, 배기유로(36)의 밀봉이 해제되도록 구성할 수 있다. 이것에 의해, 작동 피스톤(20)의 스트로크 동작을 이용하여, 배기유로(36)를 통한 제2 압력실(40)의 배기를 행할 수 있고, 장치 구성이 간소화된다.
유체압 실린더(10)에 있어서, 배기유로(36)에는, 제2 압력실(40)로부터 조정 포트(32)를 향하는 방향으로만 에어를 통과시키고, 그 역방향의 에어를 저지하는 제1 체크밸브(52)가 설치되어 있을 수 있다. 이것에 의해, 복귀 공정에 있어서, 배기 전환밸브(37)의 오동작을 방지할 수 있다.
유체압 실린더(10)에 있어서, 조정 포트(32)와 제2 압력실(40)에 연통하는 보충유로(78)를 더 가지며, 보충유로(78)에는 조정 포트(32)로부터 제2 압력실(40)로 향하는 방향으로만 에어를 통과시키고, 그 역방향의 에어를 저지하는 제2 체크밸브(54)가 설치되어 있을 수 있다. 제2 체크밸브(54)를 설치하는 것에 의해, 복귀 공정에 있어서, 제2 압력실(40)로의 과잉의 고압에어의 유입을 억제할 수 있다.
상기한 유체압 실린더(10)에 있어서, 제4 압력실(44)과 조정 포트(32)에 연통하는 보조유로(76)를 더 가질 수 있다. 이것에 의해, 작동 공정 및 증력 공정에 있어서, 조정 포트(32)를 통해서 제4 압력실(44)의 에어의 배기를 행할 수 있다.
상기한 유체압 실린더(10)에 있어서, 보조유로(76)에는, 제4 압력실(44)로부터 조정 포트(32)로 향하는 방향의 에어만을 통과시키고, 그 역방향의 에어를 저지하는 제3 체크밸브(56)가 설치되어 있을 수 있다. 이것에 의해, 복귀 공정에 있어서, 조정 포트(32)에 고압에어를 공급할 때, 제4 압력실(44)에 고압에어가 흘러들어가는 것을 막아, 고압에어의 소비량을 억제할 수 있다.
유체압 실린더(10)에 있어서, 유체압 실린더(10)의 제1 압력실(38), 제2 압력실(40) 및 제4 압력실(44)에 접속되는 구동장치(120)를 더 구비하며, 구동장치(120)는, 전환밸브(102)와, 고압에어 공급원(104)과, 배기구(106)와, 제4 체크밸브(86)를 가지며, 전환밸브(102)의 제1 위치에 있어서, 제1 압력실(38)이 고압에어 공급원(104)에 연통함과 함께, 제4 압력실(44) 및 조정 포트(32)(증력 전환기구(33))가 배기구(106)에 연통하며, 전환밸브(102)의 제2 위치에 있어서, 제1 압력실(38)이 제4 체크밸브(86)를 통하여 제4 압력실(44)에 연통함과 함께 제1 압력실(38)이 배기구(106)에 연통하고, 또한, 제2 압력실(40)이 조정 포트(32)를 통하여 고압에어 공급원(104)에 연통하도록 구성할 수 있다. 이것에 의해, 복귀 공정에 있어서, 제4 압력실(44)에 제1 압력실(38)에 축적된 에어를 공급할 수 있으므로, 고압에어의 소비량을 억제할 수 있다.
상기한 유체압 실린더(10)에 있어서, 제1 압력실(38)과 배기구(106)와의 사이에 교축밸브(88)를 설치할 수 있다. 이것에 의해, 제4 압력실(44)에 공급하는 에어의 양을 적절히 조절할 수 있다.
(제2 실시형태)
본 실시형태의 유체압 실린더(10a)는, 도 9a에 도시된 바와 같이, 헤드측 본체부(14A)와 엔드측 본체부(16A)를 갖는다. 본 실시형태에서는, 엔드측 본체부(16A)에 고압유체를 봉입하고 있다. 또, 스트로크 엔드에서의 추력을 더욱 증가시킬 수 있도록, 엔드측 본체부(16A)의 사이즈(폭 및 높이)를 헤드측 본체부(14A)의 사이즈보다 크게 하고 있다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 헤드측 본체부(14A) 및 엔드측 본체부(16A)는 단면이 각형으로 형성되어 있다. 헤드측 본체부(14A) 및 엔드측 본체부(16A)는 연결로드 또는 볼트에 의해 축방향으로 연결되어 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 유체압 실린더(10a)의 실린더 몸체(12a)는 헤드측 본체부(14A)와 엔드측 본체부(16A)를 구비하고, 양자가 격벽부(126)를 통하여 축방향으로 연결되어 있다. 헤드측 본체부(14A)에는, 헤드측 포트(28A)와 엔드측 포트(30A)가 설치되어 있다. 엔드측 본체부(16A)에는, 엔드 측의 단부 부근에 조정 포트(32A)가 설치되어 있다.
또, 격벽부(126)의 외주 부근에는, 증력 실린더실(116a)에 봉입된 고압에어를 배출하기 위한 저축에어 배기포트(162)가 형성되어 있다. 저축에어 배기포트(162)는 조정밸브(160)를 통하여 제3 압력실(42)에 연통하고 있다. 저축에어 배기 포트(162)는, 유체압 실린더(10a)의 유지보수시 등에 증력 실린더실(116a) 내에 저축된 고압에어를 배출하거나, 기동할 때 증력 실린더실(116a)에 고압에어를 도입하거나 하기 위해서 이용된다.
격벽부(126)의 중앙부에는, 피스톤 로드(18A)를 슬라이딩 가능하게 삽입시키는 삽입구멍(126c)이 형성되어 있다. 삽입구멍(126c)에는, 축방향으로의 유체의 누출을 막기 위한 패킹(118)이 설치되어 있다. 격벽부(126)에는, 헤드 측으로 연장되어 작동 실린더실(14a) 내에 삽입되는 헤드측 접속부(126a)가 설치되어 있다. 또, 격벽부(126)의 엔드 측에는, 증력 실린더실(116a)에 삽입되는 엔드측 접속부(126b)가 설치되어 있다. 엔드측 접속부(126b)에는, 증력 피스톤(22A)과의 충돌을 회피하기 위한 링 형상의 완충부재(124)가 장착되어 있다.
엔드측 본체부(16A)는 본체부(116)를 갖는다. 그 본체부(116)의 내측에는, 원형의 공동부로 이루어지는 증력 실린더실(116a)이 형성되어 있다. 증력 실린더실(116a)은 축방향으로 연장하고 있다. 그 증력 실린더실(116a)의 내부에는, 증력 피스톤(22A)이 축방향으로 슬라이딩 가능하게 배치되어 있다. 증력 피스톤(22A)은 피스톤 로드(18A)에 연결되어 있다. 증력 피스톤(22A)의 외주부에는, 마그넷(24) 및 패킹(23)이 장착되어 있다. 증력 피스톤(22A)은 증력 실린더실(116a)을 헤드 측의 제3 압력실(42)과, 엔드 측의 제4 압력실(44)로 나눈다.
또, 증력 피스톤(22A)에는, 축방향으로 인접하는 제3 압력실(42)과 제4 압력실(44)과의 사이에서의 고압유체의 연통 상태를 전환하는 연통전환 밸브(35A)가 설치되어 있다. 연통전환 밸브(35A)는 증력 피스톤(22A)을 축방향으로 관통하는 관통구멍(122)과, 관통구멍(122)에 삽입된 연통전환 핀(35a)을 구비하고 있다.
관통구멍(122)은, 엔드측 직경확대부(122a)와, 직경축소부(122b)와, 헤드측 직경확대부(122c)를 가지고 있다. 연통전환 밸브(35A)의 연통전환 핀(35a)은 도 3a를 참조하면서 설명한 연통전환 핀(35a)과 동일하다. 직경축소부(122b)에는, 연통전환 핀(35a)의 로드부(35d)가 삽입된다. 또, 엔드측 직경확대부(122a) 측에는, 연통전환 핀(35a)의 폐쇄부(35c)가 배치된다. 연통전환 핀(35a)은 가압부재(35f)의 가압력에 의해 엔드 측으로 돌출한다.
그리고, 관통구멍(122) 및 연통전환 핀(35a)의 내부유로(35e)를 통하여, 제3 압력실(42)과 제4 압력실(44)과의 사이의 고압에어의 연통을 가능하게 하도록 구성되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 관통구멍(122) 및 내부유로(35e)에 의해 연통유로가 구성되어 있다. 또, 연통전환 핀(35a)은, 증력 피스톤(22A)이 엔드 측으로 이동하면, 로드 커버(48A)에 가압되어, 폐쇄부(35c) 및 그 외주부의 패킹(35b)이 관통구멍(122)에 삽입되고, 관통구멍(122)을 막아, 제3 압력실(42)과 제4 압력실(44)의 연통을 저지한다.
로드 커버(48A)는 엔드측 본체부(16A)의 엔드 측의 단부 부근에 설치되어 있고, 증력 실린더실(116a)의 엔드 측의 끝을 밀봉하고 있다. 로드 커버(48A)에는, 제4 압력실(44)의 고압에어의 배기를 전환하는 배기 전환밸브(37A)가 설치되어 있다. 배기 전환밸브(37A)는 로드 커버(48A)를 축방향으로 관통하는 관통구멍(139)과, 관통구멍(139)에 삽입된 검지 핀(137)을 구비한다.
관통구멍(139)은 엔드 측의 단부가 덮개부재(150)에 의해 봉쇄되어 있고, 그 덮개부재(150)의 헤드 측에 검지 핀(137)이 배치되어 있다. 검지 핀(137)은 덮개부재(150)와 검지 핀(137)과의 사이에 배치된 스프링 등의 가압부재(140)에 의해, 헤드 측으로 가압되어 있다. 그 때문에, 검지 핀(137)의 헤드 측의 선단부는 제4 압력실(44) 내로 돌출하고 있다.
검지 핀(137)의 기단부(138)의 외주부에는, 환형상의 패킹(141) 및 패킹(142)이 축방향으로 이격되어 장착되어 있다. 패킹(141) 및 패킹(142)은 관통구멍(139)과 검지 핀(137)과의 사이의 간극을 밀봉한다. 패킹(141) 및 패킹(142)의 사이에는 유로(143)가 설치되어 있다. 유로(143)는 내측이 관통구멍(139)에 연통하고, 외측이 통기 홈(144)에 연통하고 있다. 통기 홈(144)은 로드 커버(48A)의 외주부의 원주방향 전역에 걸쳐 형성된 환형상의 홈이며, 조정 포트(32A)와 연통하고 있다. 통기 홈(144)의 헤드 측에는 패킹(146)이 설치되고, 엔드 측에는 패킹(148)이 설치되어 있다. 이들 패킹(146, 148)에 의해, 통기 홈(144)이 기밀로 유지된다. 조정 포트(32A)는 통기 홈(144), 유로(143) 및 관통구멍(139)을 통하여 제4 압력실(44)로 연통 가능하게 되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 관통구멍(139), 유로(143), 및 통기 홈(144)이 배기유로를 구성한다.
검지 핀(137)이 헤드 측으로 이동한 상태에서는, 관통구멍(139)이 패킹(141, 142)에 의해 폐쇄되어 있고, 제4 압력실(44)의 고압유체는 배기되지 않는다. 한편, 증력 피스톤(22A)이 엔드 측으로 이동하면, 검지 핀(137)이 엔드 측으로 가압되고, 패킹(141, 142)이 유로(143)보다 엔드 측으로 이동하도록 구성되어 있다. 패킹(141, 142)이 유로(143)보다 엔드 측으로 이동하면, 제4 압력실(44)과 조정 포트(32A)가 연통한다.
이상과 같이 구성된 본 실시형태의 유체압 실린더(10a)는, 도 11a 및 도 11b에 나타내는 구동장치(120A)에 의해 구동된다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 구동장치(120A)는, 제4 체크밸브(86)와, 교축밸브(88)와, 전환밸브(102)와, 고압에어 공급원(104)과, 배기구(106)와, 제5 체크밸브(108)를 구비하고 있다. 이 구동장치(120A)는, 작동 공정에 있어서, 작동 실린더실(14a)의 제1 압력실(38)에 고압에어를 공급하도록 구성되어 있다. 또 구동장치(120A)는, 도 11b에 도시된 바와 같이, 복귀 공정에서, 제1 압력실(38)에 축적된 에어의 일부를 제2 압력실(40)을 향해 공급함과 함께, 제4 압력실(44)에 고압에어를 공급하도록 구성되어 있다.
전환밸브(102)는 예를 들어 5포트 2위치형의 밸브로서, 제1 포트(102a) 내지 제5 포트(102e)를 가지며, 제1 위치(도 11a 참조)와 제2 위치(도 11b 참조)를 전환시킬 수 있게 되어 있다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 제1 포트(102a)는 배관에 의해 헤드측 포트(28A)에 접속된다. 제2 포트(102b)는 배관에 의해 조정 포트(32A) 및 제5 체크밸브(108)의 하류 측에 접속된다. 제3 포트(102c)는 배관에 의해 배기구(106)에 접속되어 있다. 제4 포트(102d)는 배관에 의해 고압에어 공급원(104)에 접속되어 있다. 제5 포트(102e)는, 배관에 의해, 교축밸브(88)를 통하여 배기구(106)에 접속됨과 함께, 제4 체크밸브(86)를 통하여 엔드측 포트(30A) 및 제5 체크밸브(108)의 상류 측에 접속되어 있다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 전환밸브(102)가 제1 위치에 있을 때에는, 제1 포트(102a)와 제4 포트(102d)가 연결되고, 또한, 제2 포트(102b)와 제3 포트(102c)가 연결된다.
또, 도 11b에 도시된 바와 같이, 전환밸브(102)가 제2 위치에 있을 때에는, 제1 포트(102a)와 제5 포트(102e)가 연결되고, 또한 제2 포트(102b)와 제4 포트(102d)가 연결된다. 전환밸브(102)는 고압에어 공급원(104)으로부터의 파일럿압 또는 전자밸브에 의해 제1 위치와 제2 위치로 전환된다.
제4 체크밸브(86)는, 전환밸브(102)가 제2 위치에 있을 때에는, 헤드측 포트(28A)로부터 엔드측 포트(30A)로 향하는 에어의 흐름을 허용하고, 엔드측 포트(30A)로부터 헤드측 포트(28A)로 향하는 에어의 흐름을 저지한다. 또, 제5 체크밸브(108)는, 전환밸브(102)가 제2 위치에 있을 때에는, 제2 포트(102b)로부터 엔드측 포트(30A)로 향하는 고압에어의 흐름을 저지한다.
본 실시형태에 따른 유체압 실린더(10a) 및 그 구동장치(120A)는 이상과 같이 구성되며, 이하 그 작용에 대해 동작과 함께 설명한다.
(작동 공정)
도 11a에 도시된 바와 같이, 유체압 실린더(10a)의 작동 공정은 구동장치(120A)의 전환밸브(102)를 제1 위치로 하여 행한다. 고압에어 공급원(104)으로부터의 고압에어는 전환밸브(102)의 제1 포트(102a)를 통하여 헤드측 포트(28)에 공급된다. 제4 체크밸브(86)는 제5 포트(102e) 측에 접속되어 있고, 제4 체크밸브(86) 측에는 고압에어가 흐르지 않는다. 제2 압력실(40)은 엔드측 포트(30A) 및 제5 체크밸브(108)를 통하여 배기구(106)에 접속된다. 또, 조정 포트(32A)는 배기구(106)에 접속된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 작동 공정에 있어서, 고압에어 공급원(104)으로부터의 고압에어는 헤드측 포트(28A)로부터 제1 압력실(38)에 흘러들어간다. 이것에 의해, 작동 피스톤(20)에 엔드 측을 향하는 추력이 발생한다. 그 결과, 피스톤 로드(18A)가 엔드 측을 향하여 스트로크 한다. 또한, 제3 압력실(42) 및 제4 압력실(44)에 봉입된 고압에어는, 연통전환 밸브(35A)를 통해서 연통하기 때문에, 증력 피스톤(22A)에는 추력이 발생하지 않는다.
작동 피스톤(20)의 스트로크에 수반하여, 유체압 실린더(10a)에는, 제1 압력실(38)의 용적만큼의 고압에어가 고압에어 공급원(104)(도 11a 참조)으로부터 공급된다. 작동 공정 간에, 제2 압력실(40) 및 제3 압력실(42)에 축적된 고압에어의 압력은 일정하게 유지된다. 또, 제2 압력실(40)의 에어는 작동 피스톤(20)의 스트로크에 수반하여 제2 압력실(40)로부터 배기된다. 이 경우, 제2 압력실(40)의 에어는, 도 11a에 도시된 바와 같이, 엔드측 포트(30A) 및 제5 체크밸브(108)를 통과하여 배기구(106)로부터 배기된다.
(증력 공정)
도 12에 도시된 바와 같이, 증력 피스톤(22A)의 스트로크에 수반하여, 연통전환 밸브(35A)의 연통전환 핀(35a)이 헤드 측으로 가압됨과 함께, 배기 전환밸브(37A)의 검지 핀(37a)이 엔드 측으로 가압된다.
그 결과, 연통전환 핀(35a)의 폐쇄부(35c)가 관통구멍(122)에 삽입되어 관통구멍(122)을 폐쇄한다. 이것에 의해, 제3 압력실(42)과 제4 압력실(44)과의 사이의 고압에어의 연통이 저지된다.
또, 배기 전환밸브(37A)의 검지 핀(37a)이 엔드 측으로 변위하는 것에 의해, 검지 핀(37a)과 관통구멍(139)과의 간극을 밀봉하고 있던 패킹(141, 142)이 유로(143)로부터 제거되어, 조정 포트(32A)와 제4 압력실(44)이 연통한다. 그 결과, 제4 압력실(44)에 축적된 고압에어는 배기구(106)로부터 배기된다. 즉, 제3 압력실(42)에 고압에어가 저장된 상태로 유지되는 한편, 제4 압력실(44)의 내압이 내려간다. 이것에 의해, 증력 피스톤(22A)에는 제4 압력실(44)과 제3 압력실(42)과의 내압의 차이에 따른 추력이 발생한다. 이 추력이 작동 피스톤(20)의 추력에 더해지기 때문에, 스트로크 엔드 부근에 있어서, 유체압 실린더(10a)의 추력이 증대한다. 이와 같이, 유체압 실린더(10a)의 추력의 증대는 연통전환 밸브(35A) 및 배기 전환밸브(37A)가 작동하는 범위에서의 제4 압력실(44)의 고압에어가 배기되는 것에 의해 생성된다.
(복귀 공정)
도 11b에 도시된 바와 같이, 유체압 실린더(10a)의 복귀 공정은 구동장치(120A)의 전환밸브(102)를 제2 위치로 하여 실시한다. 고압에어 공급원(104)으로부터의 고압에어는 전환밸브(102)의 제2 포트(102b)를 통하여 조정 포트(32A)에 공급된다. 전환밸브(102)의 제1 포트(102a)는 제5 포트(102e)에 연결되고, 헤드측 포트(28A)가 제4 체크밸브(86)를 통하여 엔드측 포트(30A)에 연결된다. 또 헤드측 포트(28A)는 교축밸브(88)를 통하여 배기구(106)에 연결된다. 그 결과, 제1 압력실(38)에 축적된 에어의 일부는, 제4 체크밸브(86) 측을 통하여, 제4 압력실(44)에 공급된다. 또, 제1 압력실(38)에 축적된 에어의 나머지의 일부는 배기구(106)로부터 배기된다.
복귀 공정에서는, 유체압 실린더(10a)의 조정 포트(32A)에 고압에어 공급원(104)으로부터의 고압에어가 공급된다. 조정 포트(32A)에 공급된 고압에어는 제4 압력실(44)에 유입된다. 이것에 의해, 증력 공정에 있어서 배기된 고압에어의 보충을 행한다. 그 때 보충되는 고압에어의 양은, 작동 피스톤의 스트로크에 필요로 하는 고압에어의 양에 비해 적고, 적은 고압에어의 추가만으로 좋다.
한편, 제2 압력실(40)에는, 제1 압력실(38)로부터 배기된 고압에어의 일부가 유입된다. 제1 압력실(38)의 에어의 배기가 진행됨에 따라, 제4 압력실(44)과 제1 압력실(38)과의 압력차이가 증대되어, 작동 피스톤(20)이 헤드 측으로 이동한다. 그리고, 작동 피스톤(20) 및 증력 피스톤(22A)이 스트로크의 시작 위치로 복귀하여, 복귀 공정이 완료된다. 이와 같이, 작동 피스톤(20)의 복귀에 필요로 하는 에어는 제1 압력실(38)로부터 공급되기 때문에, 제2 압력실(40)에 고압에어를 공급할 필요가 없다.
본 실시형태에 따른 유체압 실린더(10a)는 이하의 효과를 거둔다.
본 실시형태의 유체압 실린더(10a)는 제3 압력실(42)과 제4 압력실(44)에 고압유체가 봉입되며, 증력 전환기구(33A)는 증력 피스톤(22A)에 설치된 연통전환 밸브(35A)와, 로드 커버(48A)에 설치된 배기 전환밸브(37A)를 구비하고 있다. 이 유체압 실린더(10a)에 의하면, 복잡한 잠금 기구를 설치하지 않고, 스트로크 엔드에서 추력을 증대시킬 수 있다. 또, 피스톤과 피스톤 로드를 연결하는 기계적인 잠금 기구가 불필요하기 때문에, 축방향의 충격에 대해서 부적합을 일으키기 어려워져, 신뢰성이 뛰어나다.
또, 본 실시형태의 유체압 실린더(10a)는 증력 피스톤(22A)의 직경을 작동 피스톤(20)의 직경보다 크게 할 수 있다. 그 때문에, 증력 피스톤(22A)의 직경을 크게 함으로써 스트로크 엔드의 추력을 유지하면서, 작동 피스톤(20)의 직경을 소형화할 수 있고, 고압에어의 소비량을 더욱 삭감할 수 있다.
상기에 있어서, 본 발명에 대해 바람직한 실시형태를 들어 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 여러 가지의 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
즉, 상기의 실시형태에서는, 유체압 실린더(10 및 10A)의 구동장치(120, 120A)를 유체압 실린더(10 및 10A)의 외부에 배치하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 구동장치(120, 120A)를 구성하는 부재의 일부 또는 전부를 실린더 몸체(12) 내에 내장시킬 수도 있다.
또, 유체압 실린더(10)의 제1 압력실(38) 및 제2 압력실(40)에 고압유체를 봉입하고, 증력 피스톤(22)으로 작동 스트로크를 행하여, 증력 공정에 있어서 작동 피스톤(20)으로부터 추가의 추력을 발생시키도록 구성할 수도 있다.

Claims (16)

  1. 축방향으로 연장하는 슬라이딩 구멍(12a)이 형성된 실린더 몸체(12)와,
    상기 슬라이딩 구멍을 헤드 측의 작동 실린더실(14a)과 엔드 측의 증력 실린더실(16a)로 나누는 격벽(26)과,
    상기 작동 실린더실에 배치되어 상기 작동 실린더실을 헤드 측의 제1 압력실(38)과 엔드 측의 제2 압력실(40)로 구획하는 작동 피스톤(20)과,
    상기 증력 실린더실에 배치되어 상기 증력 실린더실을 헤드 측의 제3 압력실(42)과 엔드 측의 제4 압력실(44)로 구획하는 증력 피스톤(22)과,
    상기 작동 피스톤 및 상기 증력 피스톤에 접속됨과 함께 상기 격벽을 관통해 엔드 측으로 뻗어나오는 피스톤 로드(18)를 포함하며,
    상기 제1 압력실, 상기 제2 압력실, 상기 제3 압력실 및 상기 제4 압력실 중에서 인접하는 2개의 압력실에 고압유체가 봉입됨과 함께,
    상기 작동 피스톤이 소정 위치보다 헤드 측에 위치하는 동안에는, 상기 2개의 압력실의 사이에 고압유체의 연통을 허용하는 한편, 상기 작동 피스톤이 소정 위치보다 엔드 측으로 이동하였을 때, 상기 2개의 압력실의 사이에서의 고압유체의 연통을 저지하고, 또한, 상기 2개의 압력실 중 일측의 압력실의 고압유체를 배기시키는 증력 전환기구(33)를 포함하는,
    유체압 실린더.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 압력실과 상기 제3 압력실에 고압유체가 봉입되며,
    상기 증력 전환기구는,
    상기 제2 압력실과 상기 제3 압력실에 연통하는 연통유로(34)와,
    상기 제2 압력실에 연통하는 배기유로(36)와,
    상기 작동 피스톤이 소정 위치보다 헤드 측에 위치하는 동안에는 상기 연통유로를 개방함과 함께, 상기 작동 피스톤이 소정 위치보다 엔드 측으로 이동하였을 때 상기 연통유로를 폐쇄하는 연통전환 밸브(35)와,
    상기 작동 피스톤이 소정 위치보다 헤드 측에 위치하는 동안에는 상기 배기유로를 폐쇄함과 함께, 상기 작동 피스톤이 소정 위치보다 엔드 측으로 이동하였을 때 상기 배기유로를 개방하여 상기 제2 압력실의 고압유체의 배기를 행하는 배기 전환밸브(37)
    를 가지는 유체압 실린더.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 연통유로, 상기 배기유로, 상기 연통전환 밸브 및 상기 배기 전환밸브는 상기 격벽에 설치되어 있는 유체압 실린더.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 압력실과 상기 제4 압력실에 고압유체가 봉입되며,
    상기 증력 전환기구는,
    상기 제3 압력실과 상기 제4 압력실에 연통하는 연통유로(35e)와,
    상기 제4 압력실에 연통하는 배기유로와,
    상기 작동 피스톤이 소정 위치보다 헤드 측에 위치하는 동안에는 상기 연통유로를 개방함과 함께, 상기 작동 피스톤이 소정 위치보다 엔드 측으로 이동하였을 때 상기 연통유로를 폐쇄하는 연통전환 밸브와,
    상기 작동 피스톤이 소정 위치보다 헤드 측에 위치하는 동안에는 상기 배기유로를 폐쇄함과 함께, 상기 작동 피스톤이 소정 위치보다 엔드 측으로 이동하였을 때에 상기 배기유로를 개방하여 상기 제4 압력실의 고압유체의 배기를 행하는 배기 전환밸브
    를 가지는 유체압 실린더.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 증력 피스톤에 상기 연통유로 및 상기 연통전환 밸브가 설치되어 있는 유체압 실린더.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제4 압력실의 엔드 측의 단부를 밀봉하는 로드 커버(48)를 구비하며,
    상기 로드 커버는 상기 배기유로와 상기 배기 전환밸브를 포함하는 유체압 실린더.
  7. 청구항 2 또는 4에 있어서,
    상기 실린더 몸체는 상기 배기유로에 연통하는 조정 포트(32)를 가지며, 상기 배기유로는 상기 조정 포트를 통하여 고압유체를 배기하는 유체압 실린더.
  8. 청구항 2 또는 4에 있어서,
    상기 증력 전환기구는, 상기 연통전환 밸브가 상기 연통유로를 폐쇄한 후에, 상기 배기 전환밸브가 상기 배기유로를 개방하는 유체압 실린더.
  9. 청구항 2 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연통전환 밸브는 일단이 상기 2개의 압력실 중 어느 한 쪽을 향하여 돌출하고 타단이 상기 연통유로에 삽입된 연통전환 핀(35a)을 가지며, 상기 연통전환 핀이 상기 작동 피스톤의 변위에 수반하여 축방향으로 가압되는 것에 의해 상기 연통유로를 폐쇄하는 유체압 실린더.
  10. 청구항 2 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 전환밸브는 기단부가 상기 배기유로에 삽입되어 상기 배기유로를 밀봉함과 함께 선단부가 헤드 측으로 돌출하는 검지 핀(37a)을 가지며, 상기 검지 핀이 상기 작동 피스톤 또는 상기 증력 피스톤에 가압되어 엔드 측으로 변위하는 것에 의해, 상기 배기유로의 밀봉이 해제되는 유체압 실린더.
  11. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 배기유로에는, 배출되는 방향으로만 유체를 통과시키고 그 역방향의 유체를 저지하는 제1 체크밸브(52)가 설치되어 있는 유체압 실린더.
  12. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 제2 압력실에 연통하는 보충유로(78)를 더 가지며,
    상기 보충유로에는, 상기 제2 압력실로 향하는 유체를 통과시키는 제2 체크밸브(54)가 설치되어 있는 유체압 실린더.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 제4 압력실과 상기 조정 포트에 연통하는 보조유로(76)를 더 가지며,
    상기 보조유로에는, 상기 제4 압력실로부터 상기 조정 포트로 향하는 방향의 유체만을 통과시키고 그 역방향의 유체를 저지하는 제3 체크밸브(56)가 설치되어 있는 유체압 실린더.
  14. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 압력실, 상기 제2 압력실 및 상기 제4 압력실에 접속되는 구동장치(120)를 더 포함하며,
    상기 구동장치는 전환밸브(102)와, 고압유체 공급원(104)과, 배기구(106)와, 제4 체크밸브(86)를 가지며,
    상기 전환밸브의 제1 위치에 있어서, 상기 제1 압력실이 상기 고압유체 공급원에 연통함과 함께, 상기 제4 압력실 및 상기 증력 전환기구가 상기 배기구에 연통하며,
    상기 전환밸브의 제2 위치에 있어서, 상기 제1 압력실이 상기 제4 체크밸브를 통하여 상기 제4 압력실에 연통함과 함께 상기 제1 압력실이 상기 배기구에 연통하고, 또한, 상기 제2 압력실이 상기 고압유체 공급원에 연통하는,
    유체압 실린더.
  15. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 압력실, 상기 제2 압력실 및 상기 제4 압력실에 접속되는 구동장치(120A)를 더 포함하며,
    상기 구동장치는 전환밸브와, 고압유체 공급원과, 배기구와, 제4 체크밸브를 가지며,
    상기 전환밸브의 제1 위치에 있어서, 상기 제1 압력실이 상기 고압유체 공급원에 연통함과 함께, 상기 제4 압력실 및 상기 제2 압력실이 상기 배기구에 연통하며,
    상기 전환밸브의 제2 위치에 있어서, 상기 제1 압력실이 상기 제4 체크밸브를 통하여 상기 제2 압력실에 연통함과 함께 상기 제1 압력실이 상기 배기구에 연통하고, 또한, 상기 제4 압력실이 상기 고압유체 공급원에 연통하는,
    유체압 실린더.
  16. 청구항 14 또는 15에 있어서,
    상기 제1 압력실과 상기 배기구와의 사이에 교축밸브(88)가 설치된 유체압 실린더.
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