油圧シリンダ及び油圧駆動装置
【課題】伸張時にはより大きなシリンダ出力を得ることができ、収縮時には油圧シリンダの収縮方向の駆動を効率よく増速し、第２シリンダでエネルギーを回収する。
【解決手段】シリンダは大小２個のシリンダ室を持ち、本体とロッド棒共一体である。シリンダの伸縮の制御は第１シリンダ６１で行い、第２シリンダ７１の油はヘッド側室７６とロッド側室７２とを電磁弁４を介し移動し、過不足分を電磁弁４のＴポートを介し出入りする。伸張時第１ヘッド側室６６に負荷がかかり、圧力が上がると圧力スイッチ７よりの信号で電磁弁４に通電されＡポートより圧油が出て、第２ヘッド側室７６に入り伸張、加圧する。２個のシリンダで加圧するので出力が上がる。収縮は第１シリンダ６１のみなので増速される。
【解決手段】シリンダは大小２個のシリンダ室を持ち、本体とロッド棒共一体である。シリンダの伸縮の制御は第１シリンダ６１で行い、第２シリンダ７１の油はヘッド側室７６とロッド側室７２とを電磁弁４を介し移動し、過不足分を電磁弁４のＴポートを介し出入りする。伸張時第１ヘッド側室６６に負荷がかかり、圧力が上がると圧力スイッチ７よりの信号で電磁弁４に通電されＡポートより圧油が出て、第２ヘッド側室７６に入り伸張、加圧する。２個のシリンダで加圧するので出力が上がる。収縮は第１シリンダ６１のみなので増速される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス機等を駆動するための油圧シリンダ及び当該油圧シリンダを利用した油圧駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プレス機その他の各種機械を往復駆動するため油圧シリンダが多数使用されている。この油圧シリンダの伸縮速度が高いほど作業効率は高くなるが、一般的に油圧シリンダの伸縮速度は油圧ポンプの吐出量や吐出圧で決まる。従って、限られたポンプの吐出量や吐出圧でより高い伸縮速度を得るためには、無負荷時と負荷が少ない時に伸縮を増速させる必要がある。
【０００３】
このためのものとして、第１シリンダ室を囲むシリンダ本体と、前記第１シリンダ室内をその軸方向に区画して第１ヘッド側室と第１ロッド側室とを形成するように当該第１シリンダ室内に装填される第１ピストン部及びこの第１ピストン部から前記第１ロッド側室側に延びて前記シリンダ本体の外部に突出する第１ロッド部を有する第１ピストンロッドとを備え、前記第１ロッド部は、前記第１シリンダ室の軸方向と平行な方向に延びる第２シリンダ室を内部に有し、前記シリンダ本体は、前記第１シリンダ室内で前記第１ヘッド側室側から第１ロッド側室側に延びる第２ピストンロッドを有し、この第２ピストンロッドの端部は、前記第２シリンダ室内に装填される第２ピストン部を構成し、この第２ピストン部は前記第２シリンダ室内で前記第２ピストン部よりも前記ロッド部の先端側の空間を密閉して第２ヘッド側室を形成し、前記シリンダ本体または前記第１ピストンロッドは、前記第２ヘッド側室内を前記油圧シリンダの外部に連通するためのヘッド側油路を有する油圧シリンダが公知である（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５１１９４号公報（段落[０００６] [０００７]）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記発明では、伸張時より小さな径を有するピストン（特許文献１において第２ピストン部３２）だけが加圧されるので、大きなシリンダ出力を得ることが困難である。また、油圧シリンダの構造が複雑であり、製造コストが高価となり、また、油圧駆動制御装置が複雑である。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、伸張時において一定以上の負荷がある時にはより大きなシリンダ出力を得ることができ、無負荷時と負荷が少ない時及び収縮時には油圧シリンダの駆動を効率よく増速するための簡単な構造の技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで本発明者は、従来の技術に見られる欠点に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、一端（６８）が閉塞して他端（６９）に貫通孔（８０）が形成された第１シリンダ（６１）の該一端側に第１ポート（６３）を穿設して該他端側に第２ポート（６４）を穿設し、一端（７８）に貫通孔（８０）が、他端（７９）に第２貫通孔（８２）がそれぞれ形成され、第１シリンダより大きな内径を有する第２シリンダ（７１）の該一端側に第３ポート（７３）を穿設して該他端側に第４ポート（７４）を穿設し、貫通孔（８０）を貫通した第１ロッド（６７）が第１シリンダの内周壁に摺接する第１ピストン（６５）と第２シリンダの内周壁に摺接する第２ピストン（７５）とを連結し、前記第２ピストン（７５）の他端（７９）側面に連結した第２ロッド（７７）が第２貫通孔を貫通する油圧シリンダ（６）によって課題を解決できる点に着眼し、かかる知見に基づき本発明を完成させた。
【０００８】
また、本発明に係る油圧駆動装置は、油圧シリンダ（６）と、油圧ポンプ（１）と、該油圧ポンプの吐出油を前記油圧シリンダに導いて当該油圧シリンダを伸縮させる油圧回路（２１）とを備えた油圧駆動装置（１３）であって、前記油圧回路は、第１ピストン（６５）と第１シリンダの一端（６８）との間に形成される第１ヘッド側室（６６）に油を導き、第１ピストンと第１シリンダの他端（６９）との間に形成される第１ロッド側室（６２）から油圧シリンダの外部に油を排出させるとともに、第２ピストン（７５）と第２シリンダの他端（７９）との間に形成される第２ロッド側室（７２）から油圧シリンダの外部に排出する油を第２ピストンと第２シリンダの一端（７８）との間に形成される第２ヘッド側室（７６）に供給される油に合流させる伸張駆動用油路と、前記第１ロッド側室に油を供給し、第１ヘッド側室から油圧シリンダの外部に油を排出させるとともに、第２ヘッド側室から排出する油を第２ロッド側室に導く収縮駆動用油路とを含むことを特徴とする。
【０００９】
伸張駆動用油路は、第１ヘッド側室と連通する第１ヘッド側油路（６Ａ）の内圧が所定値を超えると油圧ポンプの吐出油を第２ヘッド側室（７６）に供給することが好ましい。このことによって、伸張時において一定以上の負荷がある時には、より大きな内径を有する第２シリンダに油を供給するので、より大きなシリンダ出力を得ることができる。
【００１０】
伸張駆動用油路は、第１シリンダの所定の位置に取り付けられたセンサ（７Ｋ）が第１ピストンを感知すると油圧ポンプの吐出油を第２ヘッド側室（７６）に供給することが好ましい。このことによって、第１ピストンを感知することでより大きな出力を必要とすることが分かり、より大きな内径を有する第２シリンダに油を供給するので、伸張時において一定以上の負荷がある時より大きなシリンダ出力を得ることができる。また、油圧駆動装置の停止時、パイロットチェック弁５のはたらきにより、油圧シリンダの第１及び第２ロッドをより着実に静止させることができる。
【００１１】
油圧回路は、第２ロッド側室と連通する第２ロッド側油路（７Ｂ）から第２ヘッド側室と連通する第２ヘッド側油路（７Ａ）への油の流れを可能にする逆止弁を備えることが好ましい。このことによって、第２シリンダの内径がより大きな場合であっても油圧シリンダが伸張する時の速度を向上させることができる。
【００１２】
収縮駆動用油路は、第１ロッド側室又は第１ロッド側油路（６Ｂ）内の油の圧力によって逆止弁の一方向通過性を解除し、第２ヘッド側油路から第２ロッド側油路への油の流れを可能にすることが好ましい。このことによって、第２シリンダの内径がより大きな場合であっても油圧シリンダが収縮する時の速度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る油圧シリンダによれば、第１シリンダとより大きな内径を有する第２シリンダが直列に接続され、第１シリンダの内周壁に摺接する第１ピストンと第２シリンダの内周壁に摺接する第２ピストンとが第１ロッドによって接続され、第２ピストンは第１ロッドの連結面の反対面に第２ロッドを連結しているので、油圧シリンダの収縮方向の駆動を効率よく増速するための簡単な構造を提供できる。さらに、伸張時において一定以上の負荷時には、第２シリンダに油を供給することによって、より大きなシリンダ出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る油圧シリンダを示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る油圧駆動装置を示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る油圧駆動装置を示す説明図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る油圧駆動装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る油圧シリンダ６を示す。この油圧シリンダ６は、軸方向（図の上下方向）に伸縮可能であり、その伸縮によって例えばプレス機の上下駆動を行う。具体的に、この油圧シリンダ６は、シリンダ本体６ａと、シリンダ本体６ａに対して前記軸方向に相対移動可能な第２ロッド７７とを有し、シリンダ本体６ａの外側端部６ｂ及び第２ロッド７７の外側端部７７ａがそれぞれ駆動対象（例えば前記破砕機を構成する一対の破砕アーム）に連結される。
【００１６】
シリンダ本体６ａは、外径の異なる２つの円筒が前記軸方向の中心軸を共通にして接合された形状をなし、第２シリンダ７１は外側端部６ｂを有する円筒である。第１シリンダ６１は、一端６８が閉塞し、他端６９が第２シリンダ７１と例えばネジ、フランジで結合され、第２シリンダ７１より小さな内径を有する円筒である。
【００１７】
第２ロッド７７は、その一端部はシリンダ本体６ａの外部に突出し、他端部は第２シリンダ７１内に装填され、内周壁に摺接する第２ピストン７５と連結する。第２ピストン７５は、この第２シリンダ７１内をその軸方向に区画することにより、第２ヘッド側室７６と第２ロッド側室７２とを形成する。第２ロッド７７は、第２ピストン７５から第２ロッド側室７２側へ軸方向に延び、第２シリンダ７１の他端７９に形成された第２貫通孔８２を貫いて、シリンダ本体６ａの外部に突出する。
第２貫通孔８２にはその内周に第２ロッド７７との隙間を塞いで油漏れを防ぐシール部材（図示せず）が取り付けられている。
【００１８】
第１ロッド６７は、第１シリンダ６１内に装填され、その内周壁に摺接する第１ピストン６５と連結する。第１ピストン６５は、この第１シリンダ６１内をその軸方向に区画することにより、第１ヘッド側室６６と第１ロッド側室６２とを形成する。第１ロッド６７は、第１ピストン６５から第１ロッド側室６２側へ軸方向に延び、他端６９の貫通孔８０を貫いて、第２シリンダ７１の第２ヘッド側室７６内に突出し、その端は第２ピストン７５と連結する。
【００１９】
貫通孔８０にはその内周に第１ロッド６７との隙間を塞いで油漏れを防ぐシール部材（図示せず）が取り付けられている。
図１では、第１シリンダ６１の他端６９は、第２シリンダ７１の一端７８の蓋と同一部材で構成されているが、別部材とすることもできる。この場合にも各々の部材に中心軸を共通とする貫通孔が設けられ、第１ロッド６７は、他端６９の貫通孔及び第２シリンダ７１の一端７８の蓋部材に設けられる貫通孔を貫いて、第２シリンダ７１の第２ヘッド側室７６内に突出する。
【００２０】
第２ピストン７５は第２シリンダ７１の内周壁に摺接し、第１ピストン６５は第１シリンダ６１の内周壁に摺接する。第２シリンダ７１の内径及び第２ピストン７５の外径は、それぞれ第１シリンダ６１の内径及び第１ピストン６５の外径より大きい。
第２シリンダ７１の一端７８側及び他端７９側に、油が油圧シリンダ６の外部から、又は外部に移動することができるように第３ポート７３及び第４ポート７４がそれぞれ形成されている。同様に、第１シリンダ６１の一端６８側及び他端６９側に、第１ポート６３及び第２ポート６４がそれぞれ形成されている。
【００２１】
第２ピストン７５の一端が第２シリンダ７１の他端７９に当接しているとき、第１ピストン６５は第１シリンダの他端６９に当接していなく、このとき第１ロッド側室６２は所定の容積を有するように第１ロッド６７の長さが設定されている。このことによって、径の大きな第２シリンダ７１の第２ロッド側室７６に所定量を超える油が入り、第２ピストン７５が第２シリンダの他端７９方向に移動した場合においても、第１ピストン６５が第１シリンダの他端６９に当接する前に、第２ピストン７５が第２シリンダの他端７９に当接して移動が停止するので、より小さな第１シリンダ６１が破損するのを防止することができる。
【００２２】
本発明の第１の実施形態に係る油圧駆動装置１３について図２を参照しながら説明する。
〈伸張時〉
【００２３】
油圧シリンダ６が伸張する時には、油圧回路１３は伸張駆動用油路を構成する。
伸張時切換弁３のソレノイド３ａに通電する。このことにより、油圧ポンプの吐出油はＡポート３Ａを通って第１ヘッド側油路６Ａより第１シリンダ６１のヘッド側室６６に入り、その圧力で第１ピストン６５が第１ヘッド側室６６の体積を増加させる方向（図２の下方向）に移動する。すると、第１ロッド側室６２の体積が減少するので、第１シリンダ６１の第２ポート６４（図１参照）から油が排出され、第１ロッド側油路６Ｂを通って切換弁３のＴポート３Ｔから油タンク３１に流れる。
【００２４】
一方、第２ピストン７５は第１ロッド６２を介して第１ピストン６５と連結しているので、第１ピストン６５が動く方向、つまり、第２ロッド７２が伸張する方向に同じ速度で動く。このため、第２ヘッド側室７６の体積は増加し、第２ロッド側室７２の体積は減少する。つまり、油の流れの方向は、第２シリンダ７１の第２ヘッド側油路７Ａは入り方向に、第２ロッド側油路７Ｂは出方向になる。
【００２５】
このとき切換弁４は中立位置４Ｃであり、Ａポート４ＡとＢポート４ＢとＴポート４Ｔとが同一回路で連結され、第２ヘッド側油路７Ａと第２ロッド側油路７Ｂが繋がっている。このため、第２ロッド側油路６ＬＢから第２ヘッド側油路７Ａに油が移動する。この際、油が不足すると、Ｔポート４Ｔより供給できる。
第２ロッド７２の伸張は、第１ヘッド側圧力スイッチ７が作動するまで続く。
以上より、小さいシリンダ（第１シリンダ６１）に与える油の流量で大きいシリンダ（第１シリンダ７１）を小さいシリンダと同じ距離だけ動かすことができるので増速を達成できる。
【００２６】
第１ピストン６５が第２ポート６４（図２に図示せず）の近くまで達し負荷がかかると、第１ロッド側油路６Ｂ内の油の圧力が上昇する。この圧力が所定値を超えると第１ヘッド側圧力スイッチ７が作動し、切換弁４のソレノイド４ａに加電する信号を送る。すると、油圧ポンプ１から吐出した油が切換弁４のＡポート４Ａより第２ヘッド側油路７Ａを通って第２ヘッド側室７６に入り、第２ロッド７７を伸張させ、加圧する。
第２ロッド側室７２から排出された油は第２ロッド側油路７Ｂから切換弁４のＴポート４Ｔから油タンク３１に戻る。第２ヘッド側油路７Ａ内の油の圧力が上昇し、この圧力が所定値を超えると第２ヘッド側圧力スイッチ９が作動し、切換弁３及び切換弁４への通電が停止する。油圧シリンダ６はこのまま停止する。
このことにより、小さいシリンダ（第１シリンダ６１）に所定以上の負荷がかかるとより大きいシリンダ（第２シリンダ７１）で加圧するので、無負荷時と負荷が少ない時には油圧シリンダの駆動を効率よく増速し、一定以上の負荷時にはより大きなシリンダ出力を得ることができる。
〈収縮時〉
【００２７】
油圧シリンダ６が収縮する時には、油圧回路２１は収縮駆動用油路を構成する。
収縮時には、切換弁３のソレノイド３ｂに通電する。このことにより、油圧ポンプの吐出油は、Ｂポート３Ｂ、第１ロッド側油路６Ｂを通って第１ロッド側室６２に入り、その圧力で第１ピストン６５が第１ロッド側室６２の体積を増加させる方向（図２の上方向）に移動する。すると、第１ヘッド側室６６の体積が減少するので、第１シリンダ６１の第１ポート６３（図１参照）から油が出て第１ヘッド側油路６Ａを通って切換弁３のＴポート３Ｔから油タンク３１に流れる。
【００２８】
一方、第２ピストン７５は第１ロッド６２を介して第１ピストン６５と連結しているので、第１ピストン６５が動く方向、つまり、第２ロッド７２が収縮する方向に同じ速度で動く。このため、第２ヘッド側室７６の体積は減少し、第２ロッド側室７２の体積は増加する。つまり、油の流れの方向は、第２シリンダ７１の第２ロッド側油路７Ｂは入り方向に、第２ヘッド側油路７Ａは出方向になる。
このとき切換弁４は中立位置４Ｃであり、Ａポート４ＡとＢポート４ＢとＴポート４Ｔとが同一回路で連結され、第２ヘッド側油路７Ａと第２ロッド側油路７Ｂが繋がっている。このため、第２ヘッド側油路７Ａから第２ロッド側油路７Ｂに油が移動する。この際、過剰の油はＴポート４Ｔより油タンク３１に戻る。
【００２９】
第２ヘッド７２の収縮は、第１ロッド側圧力スイッチ８が作動するまで続く。
第１ピストン６５が第１ポート６３（図１参照）の近くまで達すると、第１ヘッド側油路６Ａ内の油の圧力が上昇する。この圧力が所定値を超えると第１ロッド側圧力スイッチ８が作動し、切換弁３の通電を停止する。
以上の作動により、小さいシリンダ（第１シリンダ６１）に与える小流量の油で大きいシリンダ（第２シリンダ７１）を小さいシリンダと同じ距離を動かすことができる。
【００３０】
本発明の第２の実施形態に係る油圧駆動装置１４について図３を参照しながら説明する。ここで、第１の実施形態に係る油圧駆動装置１３と同じ部材については同じ番号を使用し、重複する説明は省略する。
【００３１】
図３に示す油圧駆動装置１４では、油圧シリンダが大きく油流量が多くなると切換弁４の許容通過流量より大きい許容通過流量を有するパイロットチェック弁１０が油圧回路２２に設置されている。パイロットチェック弁１０は、第２シリンダ７１の第２ヘッド側室７６と連通する第２ヘッド側油路７Ａと第２ロッド側室７２と連通する第２ロッド側油路７Ｂとのに連結して設けられ、第２ロッド側油路７Ｂから第２ヘッド側油路７Ａの方向に油が流れ、平常時逆方向の流れは阻止される。
【００３２】
このパイロットチェック弁１０は、例えば別の油の流れ（圧力）を加えることによって、油の流れの一方向性を解除することができるものとし、第２ヘッド側油路７Ａから第２ロッド側油路７Ｂへの油の流れを可能にすることができる。
【００３３】
また、図３において、油圧回路２２にはパイロットチェック弁１０と第１シリンダ６１の第１ロッド側室６７と連通する第１ロッド側油路６Ｂとが油回路で連結され、その間に切換弁１１が設けられる。切換弁１１としては、例えば電磁弁が使用され、切換弁１１のＡポート１１Ａを第１ロッド側油路６Ｂに、Ｐポート１１Ｐをパイロットチェック弁１０に、Ｔポート１１Ｔを油タンク３２に接続する。切換弁１１に加電することにより、第１ロッド側油路６Ｂ内の圧力でパイロットチェック弁１０の流れの一方向性を解除することができる。
〈伸張時〉
【００３４】
油圧シリンダ６が伸張する時には、油圧回路２２は収縮駆動用油路を構成する。
伸張時には、上記のように、切換弁３に通電し、油圧ポンプの吐出油は第１ロッド側室６２に入り、その圧力で第２ロッド７７が伸張する方向（図３の下方向）に移動する。このとき、第２シリンダ７１の第２ロッド側室７２から油が排出され第２ロッド側油路６ＬＢからパイロットチェック弁１０を通って第２ヘッド側油路７Ａから第２ヘッド側室７６へ導かれる。このとき不足する油量は、切換弁４のＴポート４Ｔより第１シリンダ６１の第１ロッド側室６７から排出された油が供給される。
【００３５】
以上より、小さいシリンダ（第１シリンダ６１）に必要な小流量の油で大きいシリンダ（第２シリンダ７１の第２ロッド７７）を小さいシリンダ（第１シリンダ６１の第１ロッド６７）と同じ距離を動かすことができるので増速を達成することができることになる。
【００３６】
第１ピストン６５が第２ポート６４（図２に図示せず）の近くまで達して第１ロッド側油路６Ｂ内の油の圧力が所定値を超えると第１ヘッド側圧力スイッチ７が作動し、切換弁４のソレノイド４ａに加電する信号を送る。すると、油圧ポンプ１から吐出した油が切換弁４のＡポート４Ａより第２ヘッド側油路７Ａへ導かれる。第２ヘッド側油路７Ａ内の油圧はパイロットチェック弁１０を閉じる方向に作用するため油はパイロットチェック弁１０を通過することができないため、すべての油が第２ヘッド側室７６に入り、第２ロッド７７を伸張させ、加圧する。
【００３７】
上記のように、第２ロッド側室７２から排出された油は第２ロッド側油路７Ｂから切換弁４のＴポート４Ｔから油タンク３１に戻り、第２ヘッド側油路７Ａ内の油の圧力が所定値を超えると第２ヘッド側圧力スイッチ９が作動し、切換弁３及び切換弁４への通電が停止し、油圧シリンダ６はこのまま停止する。
【００３８】
このことにより、第１シリンダ７１が大きく油流量が多くなって、第２ロッド側室７２から排出される油量が切換弁４を通過することができる流量を超える場合であっても、パイロットチェック弁１０によって油をバイパスさせることができ、小さいシリンダ（第１シリンダ６１）に所定以上の負荷がかかるとより大きいシリンダ（第１シリンダ７１）で加圧して、無負荷時と負荷が少ない時には油圧シリンダの駆動を効率よく増速し、一定以上の負荷時にはより大きなシリンダ出力を得ることができる。
〈収縮時〉
【００３９】
油圧シリンダ６が収縮する時には、油圧回路２２は収縮駆動用油路を構成する。
収縮時には、上記のように切換弁３のソレノイド３ｂに通電することにより、油圧ポンプの吐出油は、Ｂポート３Ｂ、第１ロッド側油路６Ｂを通って第１ロッド側室６２に入り、その圧力で油圧シリンダ６が収縮し、第１シリンダ６１から排出された油は第１ヘッド側油路６Ａを通って切換弁３のＴポート３Ｔから油タンク３１に流れる。
【００４０】
また、収縮に伴って、上記のように第２シリンダ７１の第２ロッド側室７２から油が排出された油は、切換弁４を通って第２ロッド側油路７Ａから第２ヘッド側室７６へ導かれるが、第２シリンダ７１がより大きい場合には切換弁４を通過することのできる許容油量を超えることがある。
この場合には、切換弁１１に加電することにより、第１ロッド側油路６Ｂ内の圧力でパイロットチェック弁１０の流れの一方向性が解除され、第２へッド側室７６から油が排出された油が第２ヘッド側油路７Ａからパイロットチェック弁１０を通って第２ロッド側油路７Ｂから第２ヘッド側室７２へ導かれる。
【００４１】
第２ヘッド７２の収縮は、第１ロッド側圧力スイッチ８が作動するまで続く。
第１ピストン６５が第１ポート６３（図１参照）の近くまで達し、第１ヘッド側油路６Ａ内の油の圧力が所定値を超えると第１ロッド側圧力スイッチ８が作動し、切換弁１１及び切換弁４への通電を停止する。
以上の作動により、第２シリンダ７１か大きい場合であっても、小さいシリンダ（第１シリンダ６１）に与える小流量の油で大きいシリンダ（第２シリンダ７１）を小さいシリンダと同じ距離を動かすことができ、増速を達成することができる。
【００４２】
本発明の第３の実施形態に係る油圧駆動装置１５について図４を参照しながら説明する。ここで、第１の実施形態に係る油圧駆動装置１３と同じ部材については同じ番号を使用し、重複する説明は省略する。
本実施形態では、第１の実施形態に係る油圧駆動装置１３において第１ヘッド側圧力スイッチ７、第１ロッド側圧力スイッチ８、及び第２ヘッド側圧力スイッチ９の替わりにそれぞれ近接スイッチ７Ｋ，８Ｋ及び９Ｋを第１シリンダ６１に取り付けたものであり、その他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００４３】
このようにすることで、第１ピストン６５が各近接スイッチ７Ｋ，８Ｋ，９Ｋに近接したとき応答して信号を発することができる。第１ピストン６５の感知方法としては、例えば第１ピストン６５に鉄分を含ませた磁石によって感知させる方法などが採用できる。第１シリンダ６１への上記近接スイッチの取り付け位置は適宜変更できる。
図３では、第１の実施形態に係る油圧駆動装置１３について示しているが、第２の実施形態に係る油圧駆動装置１４についても適用できることは当業者であれば容易に考え付くことである。
【００４４】
本発明に係る油圧シリンダ６及びその油圧装置１３，１４，１５には、シリンダを高速に動かすことができるメリットがある。特に伸張時の負荷の小さなときと収縮時は従来品（油圧シリンダ６において第２シリンダだけのもの）の約４〜９倍の速度になり、作業効率が上がる。また、油が第２シリンダ７１の第２ヘッド側室７２と第２ロッド側室７６との間を移動できる構造なのでエネルギーを回収することができ、エネルギー損失が少なく、電力消費量を下げることができる。
さらに、油圧シリンダ６が動いてないとき、油圧ポンプ１は無負荷であり、上記のことと相まって油温が上がりにくい。さらに、速度が上がり、出力も上がる（６％〜１８％）ため、同一出力を発揮させる場合、モータの出力及びポンプの容量を下げることができ、油圧シリンダの大きさも下げることができる可能性がある。
【００４５】
本発明の油圧シリンダ６の計算数値表を表１に示す。
表１から判るように、第２シリンダが同一出力を出すとき、本発明品は従来品に較べて、伸張時間、収縮時間とも大幅に短縮することができる。また、本発明品の第１シリンダの出力は第２シリンダの出力に較べて大幅に小さい。このことは、同一の出力を出すときポンプ容量及び電動機出力が小さくてよいことを示している。
【００４６】
【表１】
ここで、圧力は１４MPａ、第１シリンダの出力はロッド側の出力でシリンダを動かす力でもあり、総出力は加算した。また、第１シリンダでの伸張時間は８００ｍｍを無負荷で、２００ｍｍを負荷で伸張させる場合について計算した。なお油の圧縮による減少分は一般作動油で圧力１４MPａのとき、１%未満なので計算に含まれてない。
以下、本発明の具体例を図２に基づいて説明する。
【実施例１】
【００４７】
第２シリンダの太さ１００ｍｍ、ロッド径５６ｍｍφ、第１シリンダの太さ５０ｍｍ、ロット径２８ｍｍφ、ストローク６００ｍｍの油圧シリンダを使用し、切換弁として電磁弁を使用した。電磁弁３と第１シリンダ６１のとの間は３/８インチ径の２本の油圧ホースで、電磁弁４と第２シリンダ７１との間は１/２インチ径の２本の油圧ホースで、吸引側のパイプは１/２インチ径で、Ｐポート、Ｔポートは３/８インチ径のパイプ及び油圧ホースとした。
【００４８】
油圧ポンプの吐出容量は毎分６リットルで、１Ｋｗ電動機の直結とした。ポンプを始動し、電磁弁３、電磁弁４を手動操作し、第１及び第２シリンダを作動させ、十分にエア抜きを行った後、ポンプ吐出圧力を１１ＭＰａにした。圧力スイッチ７，９はいずれも１０.５ＭＰａに圧力スイッチ８は４ＭＰａ設定した。無負荷運転するとシリンダの伸張には約１２秒、収縮には約９秒かかった。この結果は計算値とほぼ一致した。圧力スイッチ８は
なるべく低く設定した方が良い。電磁弁３のＡポートに通電時、シリンダから油がＢポートを通りＴポートに戻る時、熱が発生する。これを少なくするためであつた。
【００４９】
プレスで負荷をかけて運転すると、ロッドの伸張には平均１５秒、収縮には約7秒かかり１１０ｍｍまで圧縮できた。シリンダ出力は合計で１０.２トンである。本発明の油圧シリンダを使用しないで従来の油圧シリンダでこの出力を出すには、毎分１６リットルの油圧ポンプ、３.７ｋｗの電動機が必要になり、圧力を１３ＭＰａに設定で、シリンダの出力は１０.２トンになる。シリンダのストロークは４９０mmで計算した。シリンダの伸張時間は１４．４秒、収縮は９．９秒になる。以上をまとめると表２のとおりである。
【００５０】
【表２】
ここで、従来品については計算数値である。
【００５１】
本実施例より、同一出力を出すとき、本発明に係る油圧シリンダ及び油圧駆動装置は、従来品に較べて、小さなポンプ容量と電動機出力で足りることが判った。また、伸張時間は略同じで、収縮時間は短縮できた。
【符号の説明】
【００５２】
１ 油圧ポンプ
３，４，１１ 切換弁（電磁弁）
３a，３ｂ，４ａ，１１ａ ソレノイド
３Ａ，４Ａ，１１Ａ Ａポート
３Ｂ，４Ｂ Ｂポート
３Ｐ，４Ｐ，１１Ｐ Ｐポート
３Ｔ，４Ｔ，１１Ｔ Ｔポート
３Ｃ，４Ｃ，１１Ｃ 中立位置
５ パイロットチェック弁５
６ 油圧シリンダ
６ａ シリンダ本体
６Ａ 第１ヘッド側油路
６Ｂ 第１ロッド側油路
７Ａ 第２ヘッド側油路
７Ｂ 第２ロッド側油路
７，８，９ 圧力スイッチ
７Ｋ，８Ｋ，９Ｋ 近接スイッチ
１０ パイロットチェック弁１０
６１ 第１シリンダ
６２ 第１ロッド側室
６５ 第１ピストン
６６ 第１ヘッド側室
６７ 第１ロッド
７１ 第２シリンダ
７２ 第２ロッド側室
７５ 第２ピストン
７６ 第２ヘッド側室
７７ 第２ロッド
９３ 第１ポート
９４ 第２ポート
９５ 第３ポート
９６ 第４ポート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス機等を駆動するための油圧シリンダ及び当該油圧シリンダを利用した油圧駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プレス機その他の各種機械を往復駆動するため油圧シリンダが多数使用されている。この油圧シリンダの伸縮速度が高いほど作業効率は高くなるが、一般的に油圧シリンダの伸縮速度は油圧ポンプの吐出量や吐出圧で決まる。従って、限られたポンプの吐出量や吐出圧でより高い伸縮速度を得るためには、無負荷時と負荷が少ない時に伸縮を増速させる必要がある。
【０００３】
このためのものとして、第１シリンダ室を囲むシリンダ本体と、前記第１シリンダ室内をその軸方向に区画して第１ヘッド側室と第１ロッド側室とを形成するように当該第１シリンダ室内に装填される第１ピストン部及びこの第１ピストン部から前記第１ロッド側室側に延びて前記シリンダ本体の外部に突出する第１ロッド部を有する第１ピストンロッドとを備え、前記第１ロッド部は、前記第１シリンダ室の軸方向と平行な方向に延びる第２シリンダ室を内部に有し、前記シリンダ本体は、前記第１シリンダ室内で前記第１ヘッド側室側から第１ロッド側室側に延びる第２ピストンロッドを有し、この第２ピストンロッドの端部は、前記第２シリンダ室内に装填される第２ピストン部を構成し、この第２ピストン部は前記第２シリンダ室内で前記第２ピストン部よりも前記ロッド部の先端側の空間を密閉して第２ヘッド側室を形成し、前記シリンダ本体または前記第１ピストンロッドは、前記第２ヘッド側室内を前記油圧シリンダの外部に連通するためのヘッド側油路を有する油圧シリンダが公知である（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５１１９４号公報（段落[０００６] [０００７]）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記発明では、伸張時より小さな径を有するピストン（特許文献１において第２ピストン部３２）だけが加圧されるので、大きなシリンダ出力を得ることが困難である。また、油圧シリンダの構造が複雑であり、製造コストが高価となり、また、油圧駆動制御装置が複雑である。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、伸張時において一定以上の負荷がある時にはより大きなシリンダ出力を得ることができ、無負荷時と負荷が少ない時及び収縮時には油圧シリンダの駆動を効率よく増速するための簡単な構造の技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで本発明者は、従来の技術に見られる欠点に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、一端（６８）が閉塞して他端（６９）に貫通孔（８０）が形成された第１シリンダ（６１）の該一端側に第１ポート（６３）を穿設して該他端側に第２ポート（６４）を穿設し、一端（７８）に貫通孔（８０）が、他端（７９）に第２貫通孔（８２）がそれぞれ形成され、第１シリンダより大きな内径を有する第２シリンダ（７１）の該一端側に第３ポート（７３）を穿設して該他端側に第４ポート（７４）を穿設し、貫通孔（８０）を貫通した第１ロッド（６７）が第１シリンダの内周壁に摺接する第１ピストン（６５）と第２シリンダの内周壁に摺接する第２ピストン（７５）とを連結し、前記第２ピストン（７５）の他端（７９）側面に連結した第２ロッド（７７）が第２貫通孔を貫通する油圧シリンダ（６）によって課題を解決できる点に着眼し、かかる知見に基づき本発明を完成させた。
【０００８】
また、本発明に係る油圧駆動装置は、油圧シリンダ（６）と、油圧ポンプ（１）と、該油圧ポンプの吐出油を前記油圧シリンダに導いて当該油圧シリンダを伸縮させる油圧回路（２１）とを備えた油圧駆動装置（１３）であって、前記油圧回路は、第１ピストン（６５）と第１シリンダの一端（６８）との間に形成される第１ヘッド側室（６６）に油を導き、第１ピストンと第１シリンダの他端（６９）との間に形成される第１ロッド側室（６２）から油圧シリンダの外部に油を排出させるとともに、第２ピストン（７５）と第２シリンダの他端（７９）との間に形成される第２ロッド側室（７２）から油圧シリンダの外部に排出する油を第２ピストンと第２シリンダの一端（７８）との間に形成される第２ヘッド側室（７６）に供給される油に合流させる伸張駆動用油路と、前記第１ロッド側室に油を供給し、第１ヘッド側室から油圧シリンダの外部に油を排出させるとともに、第２ヘッド側室から排出する油を第２ロッド側室に導く収縮駆動用油路とを含むことを特徴とする。
【０００９】
伸張駆動用油路は、第１ヘッド側室と連通する第１ヘッド側油路（６Ａ）の内圧が所定値を超えると油圧ポンプの吐出油を第２ヘッド側室（７６）に供給することが好ましい。このことによって、伸張時において一定以上の負荷がある時には、より大きな内径を有する第２シリンダに油を供給するので、より大きなシリンダ出力を得ることができる。
【００１０】
伸張駆動用油路は、第１シリンダの所定の位置に取り付けられたセンサ（７Ｋ）が第１ピストンを感知すると油圧ポンプの吐出油を第２ヘッド側室（７６）に供給することが好ましい。このことによって、第１ピストンを感知することでより大きな出力を必要とすることが分かり、より大きな内径を有する第２シリンダに油を供給するので、伸張時において一定以上の負荷がある時より大きなシリンダ出力を得ることができる。また、油圧駆動装置の停止時、パイロットチェック弁５のはたらきにより、油圧シリンダの第１及び第２ロッドをより着実に静止させることができる。
【００１１】
油圧回路は、第２ロッド側室と連通する第２ロッド側油路（７Ｂ）から第２ヘッド側室と連通する第２ヘッド側油路（７Ａ）への油の流れを可能にする逆止弁を備えることが好ましい。このことによって、第２シリンダの内径がより大きな場合であっても油圧シリンダが伸張する時の速度を向上させることができる。
【００１２】
収縮駆動用油路は、第１ロッド側室又は第１ロッド側油路（６Ｂ）内の油の圧力によって逆止弁の一方向通過性を解除し、第２ヘッド側油路から第２ロッド側油路への油の流れを可能にすることが好ましい。このことによって、第２シリンダの内径がより大きな場合であっても油圧シリンダが収縮する時の速度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る油圧シリンダによれば、第１シリンダとより大きな内径を有する第２シリンダが直列に接続され、第１シリンダの内周壁に摺接する第１ピストンと第２シリンダの内周壁に摺接する第２ピストンとが第１ロッドによって接続され、第２ピストンは第１ロッドの連結面の反対面に第２ロッドを連結しているので、油圧シリンダの収縮方向の駆動を効率よく増速するための簡単な構造を提供できる。さらに、伸張時において一定以上の負荷時には、第２シリンダに油を供給することによって、より大きなシリンダ出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る油圧シリンダを示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る油圧駆動装置を示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る油圧駆動装置を示す説明図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る油圧駆動装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る油圧シリンダ６を示す。この油圧シリンダ６は、軸方向（図の上下方向）に伸縮可能であり、その伸縮によって例えばプレス機の上下駆動を行う。具体的に、この油圧シリンダ６は、シリンダ本体６ａと、シリンダ本体６ａに対して前記軸方向に相対移動可能な第２ロッド７７とを有し、シリンダ本体６ａの外側端部６ｂ及び第２ロッド７７の外側端部７７ａがそれぞれ駆動対象（例えば前記破砕機を構成する一対の破砕アーム）に連結される。
【００１６】
シリンダ本体６ａは、外径の異なる２つの円筒が前記軸方向の中心軸を共通にして接合された形状をなし、第２シリンダ７１は外側端部６ｂを有する円筒である。第１シリンダ６１は、一端６８が閉塞し、他端６９が第２シリンダ７１と例えばネジ、フランジで結合され、第２シリンダ７１より小さな内径を有する円筒である。
【００１７】
第２ロッド７７は、その一端部はシリンダ本体６ａの外部に突出し、他端部は第２シリンダ７１内に装填され、内周壁に摺接する第２ピストン７５と連結する。第２ピストン７５は、この第２シリンダ７１内をその軸方向に区画することにより、第２ヘッド側室７６と第２ロッド側室７２とを形成する。第２ロッド７７は、第２ピストン７５から第２ロッド側室７２側へ軸方向に延び、第２シリンダ７１の他端７９に形成された第２貫通孔８２を貫いて、シリンダ本体６ａの外部に突出する。
第２貫通孔８２にはその内周に第２ロッド７７との隙間を塞いで油漏れを防ぐシール部材（図示せず）が取り付けられている。
【００１８】
第１ロッド６７は、第１シリンダ６１内に装填され、その内周壁に摺接する第１ピストン６５と連結する。第１ピストン６５は、この第１シリンダ６１内をその軸方向に区画することにより、第１ヘッド側室６６と第１ロッド側室６２とを形成する。第１ロッド６７は、第１ピストン６５から第１ロッド側室６２側へ軸方向に延び、他端６９の貫通孔８０を貫いて、第２シリンダ７１の第２ヘッド側室７６内に突出し、その端は第２ピストン７５と連結する。
【００１９】
貫通孔８０にはその内周に第１ロッド６７との隙間を塞いで油漏れを防ぐシール部材（図示せず）が取り付けられている。
図１では、第１シリンダ６１の他端６９は、第２シリンダ７１の一端７８の蓋と同一部材で構成されているが、別部材とすることもできる。この場合にも各々の部材に中心軸を共通とする貫通孔が設けられ、第１ロッド６７は、他端６９の貫通孔及び第２シリンダ７１の一端７８の蓋部材に設けられる貫通孔を貫いて、第２シリンダ７１の第２ヘッド側室７６内に突出する。
【００２０】
第２ピストン７５は第２シリンダ７１の内周壁に摺接し、第１ピストン６５は第１シリンダ６１の内周壁に摺接する。第２シリンダ７１の内径及び第２ピストン７５の外径は、それぞれ第１シリンダ６１の内径及び第１ピストン６５の外径より大きい。
第２シリンダ７１の一端７８側及び他端７９側に、油が油圧シリンダ６の外部から、又は外部に移動することができるように第３ポート７３及び第４ポート７４がそれぞれ形成されている。同様に、第１シリンダ６１の一端６８側及び他端６９側に、第１ポート６３及び第２ポート６４がそれぞれ形成されている。
【００２１】
第２ピストン７５の一端が第２シリンダ７１の他端７９に当接しているとき、第１ピストン６５は第１シリンダの他端６９に当接していなく、このとき第１ロッド側室６２は所定の容積を有するように第１ロッド６７の長さが設定されている。このことによって、径の大きな第２シリンダ７１の第２ロッド側室７６に所定量を超える油が入り、第２ピストン７５が第２シリンダの他端７９方向に移動した場合においても、第１ピストン６５が第１シリンダの他端６９に当接する前に、第２ピストン７５が第２シリンダの他端７９に当接して移動が停止するので、より小さな第１シリンダ６１が破損するのを防止することができる。
【００２２】
本発明の第１の実施形態に係る油圧駆動装置１３について図２を参照しながら説明する。
〈伸張時〉
【００２３】
油圧シリンダ６が伸張する時には、油圧回路１３は伸張駆動用油路を構成する。
伸張時切換弁３のソレノイド３ａに通電する。このことにより、油圧ポンプの吐出油はＡポート３Ａを通って第１ヘッド側油路６Ａより第１シリンダ６１のヘッド側室６６に入り、その圧力で第１ピストン６５が第１ヘッド側室６６の体積を増加させる方向（図２の下方向）に移動する。すると、第１ロッド側室６２の体積が減少するので、第１シリンダ６１の第２ポート６４（図１参照）から油が排出され、第１ロッド側油路６Ｂを通って切換弁３のＴポート３Ｔから油タンク３１に流れる。
【００２４】
一方、第２ピストン７５は第１ロッド６２を介して第１ピストン６５と連結しているので、第１ピストン６５が動く方向、つまり、第２ロッド７２が伸張する方向に同じ速度で動く。このため、第２ヘッド側室７６の体積は増加し、第２ロッド側室７２の体積は減少する。つまり、油の流れの方向は、第２シリンダ７１の第２ヘッド側油路７Ａは入り方向に、第２ロッド側油路７Ｂは出方向になる。
【００２５】
このとき切換弁４は中立位置４Ｃであり、Ａポート４ＡとＢポート４ＢとＴポート４Ｔとが同一回路で連結され、第２ヘッド側油路７Ａと第２ロッド側油路７Ｂが繋がっている。このため、第２ロッド側油路６ＬＢから第２ヘッド側油路７Ａに油が移動する。この際、油が不足すると、Ｔポート４Ｔより供給できる。
第２ロッド７２の伸張は、第１ヘッド側圧力スイッチ７が作動するまで続く。
以上より、小さいシリンダ（第１シリンダ６１）に与える油の流量で大きいシリンダ（第１シリンダ７１）を小さいシリンダと同じ距離だけ動かすことができるので増速を達成できる。
【００２６】
第１ピストン６５が第２ポート６４（図２に図示せず）の近くまで達し負荷がかかると、第１ロッド側油路６Ｂ内の油の圧力が上昇する。この圧力が所定値を超えると第１ヘッド側圧力スイッチ７が作動し、切換弁４のソレノイド４ａに加電する信号を送る。すると、油圧ポンプ１から吐出した油が切換弁４のＡポート４Ａより第２ヘッド側油路７Ａを通って第２ヘッド側室７６に入り、第２ロッド７７を伸張させ、加圧する。
第２ロッド側室７２から排出された油は第２ロッド側油路７Ｂから切換弁４のＴポート４Ｔから油タンク３１に戻る。第２ヘッド側油路７Ａ内の油の圧力が上昇し、この圧力が所定値を超えると第２ヘッド側圧力スイッチ９が作動し、切換弁３及び切換弁４への通電が停止する。油圧シリンダ６はこのまま停止する。
このことにより、小さいシリンダ（第１シリンダ６１）に所定以上の負荷がかかるとより大きいシリンダ（第２シリンダ７１）で加圧するので、無負荷時と負荷が少ない時には油圧シリンダの駆動を効率よく増速し、一定以上の負荷時にはより大きなシリンダ出力を得ることができる。
〈収縮時〉
【００２７】
油圧シリンダ６が収縮する時には、油圧回路２１は収縮駆動用油路を構成する。
収縮時には、切換弁３のソレノイド３ｂに通電する。このことにより、油圧ポンプの吐出油は、Ｂポート３Ｂ、第１ロッド側油路６Ｂを通って第１ロッド側室６２に入り、その圧力で第１ピストン６５が第１ロッド側室６２の体積を増加させる方向（図２の上方向）に移動する。すると、第１ヘッド側室６６の体積が減少するので、第１シリンダ６１の第１ポート６３（図１参照）から油が出て第１ヘッド側油路６Ａを通って切換弁３のＴポート３Ｔから油タンク３１に流れる。
【００２８】
一方、第２ピストン７５は第１ロッド６２を介して第１ピストン６５と連結しているので、第１ピストン６５が動く方向、つまり、第２ロッド７２が収縮する方向に同じ速度で動く。このため、第２ヘッド側室７６の体積は減少し、第２ロッド側室７２の体積は増加する。つまり、油の流れの方向は、第２シリンダ７１の第２ロッド側油路７Ｂは入り方向に、第２ヘッド側油路７Ａは出方向になる。
このとき切換弁４は中立位置４Ｃであり、Ａポート４ＡとＢポート４ＢとＴポート４Ｔとが同一回路で連結され、第２ヘッド側油路７Ａと第２ロッド側油路７Ｂが繋がっている。このため、第２ヘッド側油路７Ａから第２ロッド側油路７Ｂに油が移動する。この際、過剰の油はＴポート４Ｔより油タンク３１に戻る。
【００２９】
第２ヘッド７２の収縮は、第１ロッド側圧力スイッチ８が作動するまで続く。
第１ピストン６５が第１ポート６３（図１参照）の近くまで達すると、第１ヘッド側油路６Ａ内の油の圧力が上昇する。この圧力が所定値を超えると第１ロッド側圧力スイッチ８が作動し、切換弁３の通電を停止する。
以上の作動により、小さいシリンダ（第１シリンダ６１）に与える小流量の油で大きいシリンダ（第２シリンダ７１）を小さいシリンダと同じ距離を動かすことができる。
【００３０】
本発明の第２の実施形態に係る油圧駆動装置１４について図３を参照しながら説明する。ここで、第１の実施形態に係る油圧駆動装置１３と同じ部材については同じ番号を使用し、重複する説明は省略する。
【００３１】
図３に示す油圧駆動装置１４では、油圧シリンダが大きく油流量が多くなると切換弁４の許容通過流量より大きい許容通過流量を有するパイロットチェック弁１０が油圧回路２２に設置されている。パイロットチェック弁１０は、第２シリンダ７１の第２ヘッド側室７６と連通する第２ヘッド側油路７Ａと第２ロッド側室７２と連通する第２ロッド側油路７Ｂとのに連結して設けられ、第２ロッド側油路７Ｂから第２ヘッド側油路７Ａの方向に油が流れ、平常時逆方向の流れは阻止される。
【００３２】
このパイロットチェック弁１０は、例えば別の油の流れ（圧力）を加えることによって、油の流れの一方向性を解除することができるものとし、第２ヘッド側油路７Ａから第２ロッド側油路７Ｂへの油の流れを可能にすることができる。
【００３３】
また、図３において、油圧回路２２にはパイロットチェック弁１０と第１シリンダ６１の第１ロッド側室６７と連通する第１ロッド側油路６Ｂとが油回路で連結され、その間に切換弁１１が設けられる。切換弁１１としては、例えば電磁弁が使用され、切換弁１１のＡポート１１Ａを第１ロッド側油路６Ｂに、Ｐポート１１Ｐをパイロットチェック弁１０に、Ｔポート１１Ｔを油タンク３２に接続する。切換弁１１に加電することにより、第１ロッド側油路６Ｂ内の圧力でパイロットチェック弁１０の流れの一方向性を解除することができる。
〈伸張時〉
【００３４】
油圧シリンダ６が伸張する時には、油圧回路２２は収縮駆動用油路を構成する。
伸張時には、上記のように、切換弁３に通電し、油圧ポンプの吐出油は第１ロッド側室６２に入り、その圧力で第２ロッド７７が伸張する方向（図３の下方向）に移動する。このとき、第２シリンダ７１の第２ロッド側室７２から油が排出され第２ロッド側油路６ＬＢからパイロットチェック弁１０を通って第２ヘッド側油路７Ａから第２ヘッド側室７６へ導かれる。このとき不足する油量は、切換弁４のＴポート４Ｔより第１シリンダ６１の第１ロッド側室６７から排出された油が供給される。
【００３５】
以上より、小さいシリンダ（第１シリンダ６１）に必要な小流量の油で大きいシリンダ（第２シリンダ７１の第２ロッド７７）を小さいシリンダ（第１シリンダ６１の第１ロッド６７）と同じ距離を動かすことができるので増速を達成することができることになる。
【００３６】
第１ピストン６５が第２ポート６４（図２に図示せず）の近くまで達して第１ロッド側油路６Ｂ内の油の圧力が所定値を超えると第１ヘッド側圧力スイッチ７が作動し、切換弁４のソレノイド４ａに加電する信号を送る。すると、油圧ポンプ１から吐出した油が切換弁４のＡポート４Ａより第２ヘッド側油路７Ａへ導かれる。第２ヘッド側油路７Ａ内の油圧はパイロットチェック弁１０を閉じる方向に作用するため油はパイロットチェック弁１０を通過することができないため、すべての油が第２ヘッド側室７６に入り、第２ロッド７７を伸張させ、加圧する。
【００３７】
上記のように、第２ロッド側室７２から排出された油は第２ロッド側油路７Ｂから切換弁４のＴポート４Ｔから油タンク３１に戻り、第２ヘッド側油路７Ａ内の油の圧力が所定値を超えると第２ヘッド側圧力スイッチ９が作動し、切換弁３及び切換弁４への通電が停止し、油圧シリンダ６はこのまま停止する。
【００３８】
このことにより、第１シリンダ７１が大きく油流量が多くなって、第２ロッド側室７２から排出される油量が切換弁４を通過することができる流量を超える場合であっても、パイロットチェック弁１０によって油をバイパスさせることができ、小さいシリンダ（第１シリンダ６１）に所定以上の負荷がかかるとより大きいシリンダ（第１シリンダ７１）で加圧して、無負荷時と負荷が少ない時には油圧シリンダの駆動を効率よく増速し、一定以上の負荷時にはより大きなシリンダ出力を得ることができる。
〈収縮時〉
【００３９】
油圧シリンダ６が収縮する時には、油圧回路２２は収縮駆動用油路を構成する。
収縮時には、上記のように切換弁３のソレノイド３ｂに通電することにより、油圧ポンプの吐出油は、Ｂポート３Ｂ、第１ロッド側油路６Ｂを通って第１ロッド側室６２に入り、その圧力で油圧シリンダ６が収縮し、第１シリンダ６１から排出された油は第１ヘッド側油路６Ａを通って切換弁３のＴポート３Ｔから油タンク３１に流れる。
【００４０】
また、収縮に伴って、上記のように第２シリンダ７１の第２ロッド側室７２から油が排出された油は、切換弁４を通って第２ロッド側油路７Ａから第２ヘッド側室７６へ導かれるが、第２シリンダ７１がより大きい場合には切換弁４を通過することのできる許容油量を超えることがある。
この場合には、切換弁１１に加電することにより、第１ロッド側油路６Ｂ内の圧力でパイロットチェック弁１０の流れの一方向性が解除され、第２へッド側室７６から油が排出された油が第２ヘッド側油路７Ａからパイロットチェック弁１０を通って第２ロッド側油路７Ｂから第２ヘッド側室７２へ導かれる。
【００４１】
第２ヘッド７２の収縮は、第１ロッド側圧力スイッチ８が作動するまで続く。
第１ピストン６５が第１ポート６３（図１参照）の近くまで達し、第１ヘッド側油路６Ａ内の油の圧力が所定値を超えると第１ロッド側圧力スイッチ８が作動し、切換弁１１及び切換弁４への通電を停止する。
以上の作動により、第２シリンダ７１か大きい場合であっても、小さいシリンダ（第１シリンダ６１）に与える小流量の油で大きいシリンダ（第２シリンダ７１）を小さいシリンダと同じ距離を動かすことができ、増速を達成することができる。
【００４２】
本発明の第３の実施形態に係る油圧駆動装置１５について図４を参照しながら説明する。ここで、第１の実施形態に係る油圧駆動装置１３と同じ部材については同じ番号を使用し、重複する説明は省略する。
本実施形態では、第１の実施形態に係る油圧駆動装置１３において第１ヘッド側圧力スイッチ７、第１ロッド側圧力スイッチ８、及び第２ヘッド側圧力スイッチ９の替わりにそれぞれ近接スイッチ７Ｋ，８Ｋ及び９Ｋを第１シリンダ６１に取り付けたものであり、その他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００４３】
このようにすることで、第１ピストン６５が各近接スイッチ７Ｋ，８Ｋ，９Ｋに近接したとき応答して信号を発することができる。第１ピストン６５の感知方法としては、例えば第１ピストン６５に鉄分を含ませた磁石によって感知させる方法などが採用できる。第１シリンダ６１への上記近接スイッチの取り付け位置は適宜変更できる。
図３では、第１の実施形態に係る油圧駆動装置１３について示しているが、第２の実施形態に係る油圧駆動装置１４についても適用できることは当業者であれば容易に考え付くことである。
【００４４】
本発明に係る油圧シリンダ６及びその油圧装置１３，１４，１５には、シリンダを高速に動かすことができるメリットがある。特に伸張時の負荷の小さなときと収縮時は従来品（油圧シリンダ６において第２シリンダだけのもの）の約４〜９倍の速度になり、作業効率が上がる。また、油が第２シリンダ７１の第２ヘッド側室７２と第２ロッド側室７６との間を移動できる構造なのでエネルギーを回収することができ、エネルギー損失が少なく、電力消費量を下げることができる。
さらに、油圧シリンダ６が動いてないとき、油圧ポンプ１は無負荷であり、上記のことと相まって油温が上がりにくい。さらに、速度が上がり、出力も上がる（６％〜１８％）ため、同一出力を発揮させる場合、モータの出力及びポンプの容量を下げることができ、油圧シリンダの大きさも下げることができる可能性がある。
【００４５】
本発明の油圧シリンダ６の計算数値表を表１に示す。
表１から判るように、第２シリンダが同一出力を出すとき、本発明品は従来品に較べて、伸張時間、収縮時間とも大幅に短縮することができる。また、本発明品の第１シリンダの出力は第２シリンダの出力に較べて大幅に小さい。このことは、同一の出力を出すときポンプ容量及び電動機出力が小さくてよいことを示している。
【００４６】
【表１】
ここで、圧力は１４MPａ、第１シリンダの出力はロッド側の出力でシリンダを動かす力でもあり、総出力は加算した。また、第１シリンダでの伸張時間は８００ｍｍを無負荷で、２００ｍｍを負荷で伸張させる場合について計算した。なお油の圧縮による減少分は一般作動油で圧力１４MPａのとき、１%未満なので計算に含まれてない。
以下、本発明の具体例を図２に基づいて説明する。
【実施例１】
【００４７】
第２シリンダの太さ１００ｍｍ、ロッド径５６ｍｍφ、第１シリンダの太さ５０ｍｍ、ロット径２８ｍｍφ、ストローク６００ｍｍの油圧シリンダを使用し、切換弁として電磁弁を使用した。電磁弁３と第１シリンダ６１のとの間は３/８インチ径の２本の油圧ホースで、電磁弁４と第２シリンダ７１との間は１/２インチ径の２本の油圧ホースで、吸引側のパイプは１/２インチ径で、Ｐポート、Ｔポートは３/８インチ径のパイプ及び油圧ホースとした。
【００４８】
油圧ポンプの吐出容量は毎分６リットルで、１Ｋｗ電動機の直結とした。ポンプを始動し、電磁弁３、電磁弁４を手動操作し、第１及び第２シリンダを作動させ、十分にエア抜きを行った後、ポンプ吐出圧力を１１ＭＰａにした。圧力スイッチ７，９はいずれも１０.５ＭＰａに圧力スイッチ８は４ＭＰａ設定した。無負荷運転するとシリンダの伸張には約１２秒、収縮には約９秒かかった。この結果は計算値とほぼ一致した。圧力スイッチ８は
なるべく低く設定した方が良い。電磁弁３のＡポートに通電時、シリンダから油がＢポートを通りＴポートに戻る時、熱が発生する。これを少なくするためであつた。
【００４９】
プレスで負荷をかけて運転すると、ロッドの伸張には平均１５秒、収縮には約7秒かかり１１０ｍｍまで圧縮できた。シリンダ出力は合計で１０.２トンである。本発明の油圧シリンダを使用しないで従来の油圧シリンダでこの出力を出すには、毎分１６リットルの油圧ポンプ、３.７ｋｗの電動機が必要になり、圧力を１３ＭＰａに設定で、シリンダの出力は１０.２トンになる。シリンダのストロークは４９０mmで計算した。シリンダの伸張時間は１４．４秒、収縮は９．９秒になる。以上をまとめると表２のとおりである。
【００５０】
【表２】
ここで、従来品については計算数値である。
【００５１】
本実施例より、同一出力を出すとき、本発明に係る油圧シリンダ及び油圧駆動装置は、従来品に較べて、小さなポンプ容量と電動機出力で足りることが判った。また、伸張時間は略同じで、収縮時間は短縮できた。
【符号の説明】
【００５２】
１ 油圧ポンプ
３，４，１１ 切換弁（電磁弁）
３a，３ｂ，４ａ，１１ａ ソレノイド
３Ａ，４Ａ，１１Ａ Ａポート
３Ｂ，４Ｂ Ｂポート
３Ｐ，４Ｐ，１１Ｐ Ｐポート
３Ｔ，４Ｔ，１１Ｔ Ｔポート
３Ｃ，４Ｃ，１１Ｃ 中立位置
５ パイロットチェック弁５
６ 油圧シリンダ
６ａ シリンダ本体
６Ａ 第１ヘッド側油路
６Ｂ 第１ロッド側油路
７Ａ 第２ヘッド側油路
７Ｂ 第２ロッド側油路
７，８，９ 圧力スイッチ
７Ｋ，８Ｋ，９Ｋ 近接スイッチ
１０ パイロットチェック弁１０
６１ 第１シリンダ
６２ 第１ロッド側室
６５ 第１ピストン
６６ 第１ヘッド側室
６７ 第１ロッド
７１ 第２シリンダ
７２ 第２ロッド側室
７５ 第２ピストン
７６ 第２ヘッド側室
７７ 第２ロッド
９３ 第１ポート
９４ 第２ポート
９５ 第３ポート
９６ 第４ポート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端（６８）が閉塞して他端（６９）に貫通孔（８０）が形成された第１シリンダ（６１）の該一端側に第１ポート（６３）を穿設して該他端側に第２ポート（６４）を穿設し、
一端（７８）に貫通孔（８０）が、他端（７９）に第２貫通孔（８２）がそれぞれ形成され、前記第１シリンダより大きな内径を有する第２シリンダ（７１）の該一端側に第３ポート（７３）を穿設して該他端側に第４ポート（７４）を穿設し、
前記貫通孔（８０）を貫通した第１ロッド（６７）が前記第１シリンダの内周壁に摺接する第１ピストン（６５）と前記第２シリンダの内周壁に摺接する第２ピストン（７５）とを連結し、
前記第２ピストン（７５）の前記他端（７９）側面に連結した第２ロッド（７７）が前記第２貫通孔（８０）を貫通する
ことを特徴とする油圧シリンダ（６）。
【請求項２】
前記第２ピストン（７５）が前記第２シリンダの他端（７９）に当接しているとき、前記第１ピストン（６５）と前記第１シリンダの他端（６９）との間に所定容積の室が形成されていることを特徴とする請求項１記載の油圧シリンダ（６）。
【請求項３】
請求項１又は２記載の油圧シリンダ（６）と、油圧ポンプ（１）と、該油圧ポンプの吐出油を前記油圧シリンダに導いて当該油圧シリンダを伸縮させる油圧回路（２１）とを備えた油圧駆動装置（１３）であって、前記油圧回路は、
前記第１ピストン（６５）と前記第１シリンダの一端（６８）との間に形成される第１ヘッド側室（６６）に油を導き、前記第１ピストンと前記第１シリンダの他端（６９）との間に形成される第１ロッド側室（６２）から前記油圧シリンダの外部に油を排出させるとともに、前記第２ピストン（７５）と前記第２シリンダの他端（７９）との間に形成される第２ロッド側室（７２）から前記油圧シリンダの外部に排出する油を前記第２ピストンと前記第２シリンダの一端（７８）との間に形成される第２ヘッド側室（７６）に供給される油に合流させる伸張駆動用油路と、
前記第１ロッド側室（６２）に油を供給し、前記第１ヘッド側室（６６）から前記油圧シリンダの外部に油を排出させるとともに、前記第２ヘッド側室から排出する油を前記第２ロッド側室に導く収縮駆動用油路と
を含むことを特徴とする油圧駆動装置。
【請求項４】
前記伸張駆動用油路は、前記第１ヘッド側室と連通する第１ヘッド側油路（６Ａ）の内圧が所定値を超えると前記油圧ポンプの吐出油を前記第２ヘッド側室（７６）に供給することを特徴とする請求項３記載の油圧駆動装置。
【請求項５】
前記伸張駆動用油路は、前記第１シリンダの所定の位置に取り付けられたセンサ（７Ｋ）が前記第１ピストンを感知すると前記油圧ポンプの吐出油を前記第２ヘッド側室に供給することを特徴とする請求項３記載の油圧駆動装置。
【請求項６】
前記油圧回路は、前記第２ロッド側室と連通する第２ロッド側油路（７Ｂ）から前記第２ヘッド側室と連通する第２ヘッド側油路（７Ａ）への油の流れを可能にするパイロットチェック弁１０を備えることを特徴とする請求項３乃至５項のいずれかに記載の油圧駆動装置。
【請求項７】
前記収縮駆動用油路は、前記第１ロッド側室又は前記第１ロッド側油路（６Ｂ）内の油の圧力によって前記パイロットチェック弁の一方向性を解除し、前記第２ヘッド側油路から前記第２ロッド側油路への油の流れを可能にすることを特徴とする請求項６記載の油圧駆動装置。
【請求項１】
一端（６８）が閉塞して他端（６９）に貫通孔（８０）が形成された第１シリンダ（６１）の該一端側に第１ポート（６３）を穿設して該他端側に第２ポート（６４）を穿設し、
一端（７８）に貫通孔（８０）が、他端（７９）に第２貫通孔（８２）がそれぞれ形成され、前記第１シリンダより大きな内径を有する第２シリンダ（７１）の該一端側に第３ポート（７３）を穿設して該他端側に第４ポート（７４）を穿設し、
前記貫通孔（８０）を貫通した第１ロッド（６７）が前記第１シリンダの内周壁に摺接する第１ピストン（６５）と前記第２シリンダの内周壁に摺接する第２ピストン（７５）とを連結し、
前記第２ピストン（７５）の前記他端（７９）側面に連結した第２ロッド（７７）が前記第２貫通孔（８０）を貫通する
ことを特徴とする油圧シリンダ（６）。
【請求項２】
前記第２ピストン（７５）が前記第２シリンダの他端（７９）に当接しているとき、前記第１ピストン（６５）と前記第１シリンダの他端（６９）との間に所定容積の室が形成されていることを特徴とする請求項１記載の油圧シリンダ（６）。
【請求項３】
請求項１又は２記載の油圧シリンダ（６）と、油圧ポンプ（１）と、該油圧ポンプの吐出油を前記油圧シリンダに導いて当該油圧シリンダを伸縮させる油圧回路（２１）とを備えた油圧駆動装置（１３）であって、前記油圧回路は、
前記第１ピストン（６５）と前記第１シリンダの一端（６８）との間に形成される第１ヘッド側室（６６）に油を導き、前記第１ピストンと前記第１シリンダの他端（６９）との間に形成される第１ロッド側室（６２）から前記油圧シリンダの外部に油を排出させるとともに、前記第２ピストン（７５）と前記第２シリンダの他端（７９）との間に形成される第２ロッド側室（７２）から前記油圧シリンダの外部に排出する油を前記第２ピストンと前記第２シリンダの一端（７８）との間に形成される第２ヘッド側室（７６）に供給される油に合流させる伸張駆動用油路と、
前記第１ロッド側室（６２）に油を供給し、前記第１ヘッド側室（６６）から前記油圧シリンダの外部に油を排出させるとともに、前記第２ヘッド側室から排出する油を前記第２ロッド側室に導く収縮駆動用油路と
を含むことを特徴とする油圧駆動装置。
【請求項４】
前記伸張駆動用油路は、前記第１ヘッド側室と連通する第１ヘッド側油路（６Ａ）の内圧が所定値を超えると前記油圧ポンプの吐出油を前記第２ヘッド側室（７６）に供給することを特徴とする請求項３記載の油圧駆動装置。
【請求項５】
前記伸張駆動用油路は、前記第１シリンダの所定の位置に取り付けられたセンサ（７Ｋ）が前記第１ピストンを感知すると前記油圧ポンプの吐出油を前記第２ヘッド側室に供給することを特徴とする請求項３記載の油圧駆動装置。
【請求項６】
前記油圧回路は、前記第２ロッド側室と連通する第２ロッド側油路（７Ｂ）から前記第２ヘッド側室と連通する第２ヘッド側油路（７Ａ）への油の流れを可能にするパイロットチェック弁１０を備えることを特徴とする請求項３乃至５項のいずれかに記載の油圧駆動装置。
【請求項７】
前記収縮駆動用油路は、前記第１ロッド側室又は前記第１ロッド側油路（６Ｂ）内の油の圧力によって前記パイロットチェック弁の一方向性を解除し、前記第２ヘッド側油路から前記第２ロッド側油路への油の流れを可能にすることを特徴とする請求項６記載の油圧駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２２７２（Ｐ２０１２−２２７２Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３６６９８（Ｐ２０１０−１３６６９８）
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（７１０００５６４７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（７１０００５６４７）
【Ｆターム（参考）】
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