特許 6952387 電動／液圧両用シリンダ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6952387

(24)【登録日】2021年9月30日

(45)【発行日】2021年10月20日

(54)【発明の名称】電動／液圧両用シリンダ装置

(51)【国際特許分類】

   F15B 15/14 20060101AFI20211011BHJP

   F16H 25/22 20060101ALI20211011BHJP

   H02K 7/06 20060101ALI20211011BHJP

【ＦＩ】

   F15B15/14 Z

   F15B15/14 340Z

   F16H25/22 Z

   H02K7/06 A

【請求項の数】11

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2021-71167(P2021-71167)

(22)【出願日】2021年4月20日

【審査請求日】2021年5月24日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】394007849

【氏名又は名称】株式会社堀内機械

(74)【代理人】

【識別番号】110000844

【氏名又は名称】特許業務法人 クレイア特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】真下 和昌

(72)【発明者】

【氏名】新井 隆智

【審査官】 谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３３７３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭４８−０３４４５５（ＪＰ，Ｙ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ １５／１４

Ｆ１６Ｈ ２５／２２

Ｈ０２Ｋ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒形のシリンダチューブと、前記シリンダチューブ内にあって、電動駆動される第１ピストンと、液圧駆動される第２ピストンと、前記第１ピストンと前記第２ピストンとの両方の力を伝達するピストンロッドとを備え、
前記第１ピストンは軸心に設けられた雌ねじに螺合するボールねじをモータで回転することによって駆動され、
前記第１ピストンの外周に設けられた凸状のキーと、前記キーと係合し、前記シリンダチューブに貫通して設けられた長穴とよりなる廻り止め機構を有し、
前記長穴を前記シリンダチューブの外部から覆う蓋を有するとともに、前記蓋を取外し可能とする電動／液圧両用シリンダ装置。

【請求項2】

円筒形のシリンダチューブと、前記シリンダチューブ内にあって、電動駆動される第１ピストンと、液圧駆動される第２ピストンと、前記第１ピストンと前記第２ピストンとの両方の力を伝達するピストンロッドとを備え、
前記第１ピストンは軸心に設けられた雌ねじに螺合するボールねじをモータで回転することによって駆動され、
前記第１ピストンの外周に設けられた凸状のキーと、前記キーと係合し、前記シリンダチューブに貫通して設けられた長穴とよりなる廻り止め機構を有し、
前記第２ピストンが液圧駆動される場合、前記第１ピストンは電動駆動されないように構成された、電動／液圧両用シリンダ装置。

【請求項3】

円筒形のシリンダチューブと、前記シリンダチューブ内にあって、電動駆動される第１ピストンと、液圧駆動される第２ピストンと、前記第１ピストンと前記第２ピストンとの両方の力を伝達するピストンロッドとを備え、
前記第１ピストンは軸心に設けられた雌ねじに螺合するボールねじをモータで回転することによって駆動され、
前記第１ピストンの外周に設けられた凸状のキーと、前記キーと係合し、前記シリンダチューブに貫通して設けられた長穴とよりなる廻り止め機構を有し、
前記第２ピストンが液圧駆動される場合、前記第１ピストンは電動駆動されないように構成され、
前記第２ピストンは両側にシリンダ室を有し、一方の前記シリンダ室に液圧を作用させる第１液圧駆動モードと、他方の前記シリンダ室に液圧を作用させる第２液圧駆動モードと、両側の前記シリンダ室を共通接続する非駆動モードとを備え、
前記第１ピストンと前記第２ピストンとはともに前記ピストンロッドと連結固定され、
前記ピストンロッドの駆動開始から、所定の距離または所定の時間前記ピストンロッドが移動するまでの間は、前記第２ピストンが前記第１液圧駆動モードまたは前記第２液圧駆動モードで液圧駆動される、電動／液圧両用シリンダ装置。

【請求項4】

円筒形のシリンダチューブと、前記シリンダチューブ内にあって、電動駆動される第１ピストンと、液圧駆動される第２ピストンと、前記第１ピストンと前記第２ピストンとの両方の力を伝達するピストンロッドとを備え、
前記第１ピストンは軸心に設けられた雌ねじに螺合するボールねじをモータで回転することによって駆動され、
前記第１ピストンの外周に設けられた凸状のキーと、前記キーと係合し、前記シリンダチューブに貫通して設けられた長穴とよりなる廻り止め機構を有し、
前記第２ピストンが液圧駆動される場合、前記第１ピストンは電動駆動されないように構成され、
前記第２ピストンは片側にシリンダ室を有し、前記シリンダ室に液圧を作用させる第３液圧駆動モードと、前記シリンダ室に液圧を作用させない非駆動モードとを備え、
前記第１ピストンは前記ピストンロッドと連結固定され、
前記ピストンロッドの一方向への駆動開始から、所定の距離または所定の時間前記ピストンロッドが移動するまでの間は、前記第２ピストンが前記第３液圧駆動モードで液圧駆動される、電動／液圧両用シリンダ装置。

【請求項5】

円筒形のシリンダチューブと、前記シリンダチューブ内にあって、電動駆動される第１ピストンと、液圧駆動される第２ピストンと、前記第１ピストンと前記第２ピストンとの両方の力を伝達するピストンロッドとを備え、
前記第１ピストンは軸心に設けられた雌ねじに螺合するボールねじをモータで回転することによって駆動され、
前記第１ピストンの外周に設けられた凸状のキーと、前記キーと係合し、前記シリンダチューブに貫通して設けられた長穴とよりなる廻り止め機構を有し、
前記第２ピストンが液圧駆動される場合、前記第１ピストンは同じ方向に電動駆動されるように構成され、
前記第２ピストンは両側にシリンダ室を有し、一方の前記シリンダ室に液圧を作用させる第１液圧駆動モードと、他方の前記シリンダ室に液圧を作用させる第２液圧駆動モードと、両側の前記シリンダ室を共通接続する非駆動モードとを備え、
前記第１ピストンと前記第２ピストンとはともに前記ピストンロッドと連結固定され、
前記ピストンロッドの駆動開始から、所定の距離または所定の時間前記ピストンロッドが移動するまでの間は、前記第２ピストンが前記第１液圧駆動モードまたは前記第２液圧駆動モードで液圧駆動される、電動／液圧両用シリンダ装置。

【請求項6】

円筒形のシリンダチューブと、前記シリンダチューブ内にあって、電動駆動される第１ピストンと、液圧駆動される第２ピストンと、前記第１ピストンと前記第２ピストンとの両方の力を伝達するピストンロッドとを備え、
前記第１ピストンは軸心に設けられた雌ねじに螺合するボールねじをモータで回転することによって駆動され、
前記第１ピストンの外周に設けられた凸状のキーと、前記キーと係合し、前記シリンダチューブに貫通して設けられた長穴とよりなる廻り止め機構を有し、
前記第２ピストンが液圧駆動される場合、前記第１ピストンは同じ方向に電動駆動されるように構成され、
前記第２ピストンは片側にシリンダ室を有し、前記シリンダ室に液圧を作用させる第３液圧駆動モードと、前記シリンダ室に液圧を作用させない非駆動モードとを備え、
前記第１ピストンは前記ピストンロッドと連結固定され、
前記ピストンロッドの一方向への駆動開始から、所定の距離または所定の時間前記ピストンロッドが移動するまでの間は、前記第２ピストンが前記第３液圧駆動モードで液圧駆動される、電動／液圧両用シリンダ装置。

【請求項7】

前記長穴を前記シリンダチューブの外部から覆う蓋を有するとともに、前記蓋を取外し可能とした請求項２から６のいずれか１項に記載の電動／液圧両用シリンダ装置。

【請求項8】

前記第２ピストンが液圧駆動される場合、前記第１ピストンは同じ方向に電動駆動されるように構成された、請求項１または７に記載の電動／液圧両用シリンダ装置。

【請求項9】

前記キーは真鍮製であり、前記シリンダチューブは鋼鉄製である、請求項１から８のいずれか１項に記載の電動／液圧両用シリンダ装置。

【請求項10】

前記長穴を経由して前記雌ねじに潤滑剤を注入する経路を有する、請求項１から９のいずれか１項に記載の電動／液圧両用シリンダ装置。

【請求項11】

前記ボールねじの回転量を積算することによって、前記ピストンロッドの位置を検出する位置検出器を備える、請求項１から１０のいずれか１項に記載の電動／液圧両用シリンダ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、廻り止め機構を有する電動／液圧両用シリンダ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電動／液圧両用シリンダ装置など、２種類のピストンを有し、高推力駆動と高速駆動とを兼ね備えた駆動装置に関しては、多くの発明が出願されている。

【0003】

例えば、特許文献１（特開２００８−３０４０３４号公報）には、ノックアウトピンの作動をフレキシブルに制御することができ、設備の大型化等を防ぐことができる鍛造プレスにおけるノックアウト装置およびかかるノックアウト装置に利用しうるシリンダ装置が開示されている。
特許文献１に記載のシリンダ装置では、作動流体により作動する両ロッドシリンダと、両ロッドシリンダの一方のロッドを、その軸方向から押して移動させうる押圧機構とからなり、押圧機構が、一方のロッドに対して非固定であって、一方のロッドの端部を他方のロッドに向かって押しうる押圧部材と、押圧部材を、ネジナット機構によって一方のロッドの軸方向に沿って進退させる移動手段とからなる。両ロッドシリンダを駆動する駆動源を選択すれば、使用する状況に合わせて、両ロッドシリンダを最適な状態で作動させることができる。

【0004】

また、特許文献２（特開２００５−３３７３５３号公報）には、制御が容易で、大容量の設備にも対応可能な油圧シリンダ装置が開示されている。
特許文献２に記載の油圧シリンダ装置は、移動体側ロッドの移動に追従してピストンが油圧で移動するので、ピストンに結合された駆動ロッドが大きな軸力を発生する。開閉弁の移動速度よりも大きな速度でピストンが移動した場合に、開閉弁が開かれてピストンに設けられた作動油通路を介してシリンダの油室の油圧が抜ける。したがって、ピストンは常に開閉弁つまり移動体側ロッドの移動に追随して、移動体側ロッドと同じ速度で移動することになる。移動体側ロッドを移動させる力に比して格段に大きな力で駆動ロッドが駆動され、しかも、駆動ロッドが移動体側ロッドに追従して移動される。

【0005】

また、特許文献３（特開２００１−２９５８０５号公報）には、低速度かつ高出力を必要とし、その他の行程では早送りを必要とする両機能の要求に応えるねじ・油圧両用のパワーシリンダー機構が開示されている。
特許文献３に記載のねじ・油圧両用のパワーシリンダー機構では、ボールねじの回転軸とナットからなる回転／直動変換機構と、回転軸を内部に有し、その上端側から直結した直結機構によりナットの直動に応じて出力軸を直動するねじ送りシリンダー機構と、ナットの下端に一体化した第１ピストンの付勢をパスカルの原理で伝達する油圧機構により付勢の第２ピストンとこの第２ピストンに一体化した出力軸からなる高推力で直動する油圧シリンダー機構からなり、これら両機構の択一的切換機構をナットの上端側の直結機構に設けた電磁連結器と油圧機構に設けた電磁弁から構成してねじ送りシリンダー機構および油圧シリンダー機構を一体化している。

【0006】

また、特許文献４（特開２０１７−１８７０８９号公報）には、作動力を維持しつつ、小型化を実現することができる多段シリンダ装置が開示されている。
特許文献４に記載の多段シリンダ装置は、第１シリンダチューブと、第１シリンダチューブ内に設けられ、内部に空洞を有する第１ピストンと、第１ピストンの空洞と連通して形成された空洞を有し、かつ第１ピストンと一体に形成された第１ピストンロッドと、第１ピストンの空洞および第１ピストンロッドの空洞からなる小シリンダチューブと、第１シリンダチューブと異なる第２シリンダチューブと、第２シリンダチューブ内に設けられた第２ピストンと、第２ピストンと一体に形成され、小シリンダチューブ内を移動する第２ピストンロッドと、を含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００８−３０４０３４号公報

【特許文献2】特開２００５−３３７３５３号公報

【特許文献3】特開２００１−２９５８０５号公報

【特許文献4】特開２０１７−１８７０８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

例えば金型を利用した機械加工に用いられるシリンダ装置では、金型を移動する往行程と復行程の折り返し点近傍は低速度であるが高出力を必要とし、その他の行程においては生産性の観点から早送りが必要となる。
また、射出成形装置においては、射出スクリュを駆動するには高駆動力が必要であり、一方、精度の高い射出制御を実現するためには正確な速度制御が必要になる。
したがって、これらの装置に用いられる駆動装置としては、駆動距離は短いが高駆動力の駆動方法と、駆動力は小さいが速度の速いおよび／または正確な速度制御の可能な駆動方法とを兼ね備えた駆動装置が必要である。

【0009】

この両者の要求を満たすものとして、液圧シリンダと電動シリンダとを組み合わせた駆動装置がある。この装置では、液圧シリンダで駆動することで高駆動力を実現し、電動シリンダで駆動することで高速および／または正確な速度制御を可能としている。しかし、電動／液圧両用シリンダ装置には以下の課題がある。
１）電動シリンダと液圧シリンダとはシリンダおよびピストンの構造が異なるため、１つの駆動装置で電動シリンダと液圧シリンダとを構成しようとすると、駆動装置の構造が複雑になり、駆動装置の小型化、低価格化の障害となる。
２）液圧シリンダのシリンダ内部に電動シリンダのピストン（電動ボールねじのナットの部分）を挿入する構造にすると、構成は単純化されるが電動シリンダの廻り止め（電動ボールねじが回転するときにナットの回転を阻止する機構）をシリンダ内部に形成する必要がある。
３）また、液圧シリンダのシリンダ内部に電動シリンダのピストンを挿入した場合、電動ボールねじのナットの部分への潤滑剤の注入などのメンテナンスが困難になる。

【0010】

特許文献１に記載のシリンダ装置では、押圧機構（電動シリンダに相当）と両ロッドシリンダ（液圧シリンダに相当）とがそれぞれ独立に形成され、合体されており、構造が複雑である。
図７には、特許文献２の図１に記載の油圧シリンダ装置５１０の側面断面図を示す。図７において、５１１は油圧シリンダ、５１４はピストン、５２５はボールねじ軸、５２６はボールねじナット、５２７はボールねじ支台である。特許文献２に記載の油圧シリンダ装置５１０の場合も、油圧シリンダ５１１とボールねじ軸５２５／ボールねじナット５２６とからなる電動シリンダとはそれぞれ独立に形成され、合体されており、構造が複雑である。また、ボールねじナット５２６には、ボールねじ軸５２５が回転した時の廻り止め機構が必要であるが、特許文献２にはその解決方法が記載されていない。

【0011】

特許文献３に記載のねじ・油圧両用のパワーシリンダー機構は油圧ポンプが内蔵されており、電動シリンダで油圧駆動も行う。このため、構造が大変複雑である。また、電動シリンダと油圧シリンダが一体化しており、廻り止め機構を電動シリンダに形成することが難しいため、ボールねじの軸芯をナット回転防止偏芯防止盤の中心から偏芯させることでナットの回転を阻止している。しかし、この場合、軸に偏荷重がかかるため、耐久性に課題がある。耐久性の課題解決には、荷重に耐えるためボールねじの大径化、かつ強力な電動モータが必要で、装置の大型化とコストデメリットを招く。また、ボールねじとナットとの螺合部には潤滑剤の注入などのメンテナンスが必要であるが、特許文献３の構造ではメンテナンスが難しいとの課題もある。

【0012】

特許文献４に記載の多段シリンダ装置は、受圧面積の異なる２つのピストンを内蔵することで高駆動力と高速駆動の両立を実現している。この場合、ボールねじを用いないため、廻り止め機構は必要ない。しかし、特許文献４に記載の多段シリンダ装置では、正確な速度制御は困難である。

【0013】

本発明の主な目的は、駆動距離は短いが高駆動力の駆動方法と、駆動力は小さいが速度の速いおよび／または正確な速度制御の可能な駆動方法とを兼ね備えた、構造が単純で、耐久性が高く、メンテナンスの容易な、電動/液圧両用シリンダ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

（１）
一局面に従う電動／液圧両用シリンダ装置は、円筒形のシリンダチューブと、シリンダチューブ内にあって、電動駆動される第１ピストンと、液圧駆動される第２ピストンと、第１ピストンと第２ピストンとの両方の力を伝達するピストンロッドとを備え、第１ピストンは軸心に設けられた雌ねじに螺合するボールねじをモータで回転することによって駆動され、第１ピストンの外周に設けられた凸状のキーと、キーと係合し、シリンダチューブに貫通して設けられた長穴とよりなる廻り止め機構を有する。

【0015】

この場合、ボールねじをモータで回転して第１ピストンを駆動することによって、速度の速いおよび／または正確な速度制御の可能な駆動方法を実現し、第２ピストンを液圧駆動することによって、高駆動力の駆動方法を実現することができる。
また、第１ピストンと第２ピストンとを１つのシリンダチューブに内蔵することによって、全体構造を単純にすることができ、製造コスト面からメリットがある。
また、電動駆動される第１ピストンをシリンダチューブに内蔵した場合、廻り止め機構が課題になるが、一局面に従う電動／液圧両用シリンダ装置では、第１ピストンの外周に設けられた凸状のキーと、キーと係合し、シリンダチューブに貫通して設けられた長穴とよりなる廻り止め機構を有している。
この構造の回り止め機構は、第１ピストンの軸心からキーと長穴との接点までの距離のトルクを廻り止めに用いることができること、シリンダチューブおよび第１ピストンにスプラインなどの複雑な形状の加工をする必要がないこと、また、第１ピストンの軸心がシリンダチューブの軸心と一致しており、軸に偏荷重がかからないことから、構造が単純で、かつ、耐久性の高い廻り止め機構を実現している。
本機構は、軸心から最も離れた位置で廻り止めがされ、高いトルクに対しても最小限の力で回転抑止できるので、シリンダ装置の小型化を実現することができる。また、構造が単純であるため、メンテナンスが容易なシリンダ装置とすることができる。

【0016】

（２）
第２の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置は、一局面に従う電動／液圧両用シリンダ装置において、長穴をシリンダチューブの外部から覆う蓋を有すると共に、蓋を取外し可能としてもよい。

【0017】

この場合、蓋をシリンダチューブに固定することによってシリンダチューブの内部への埃等の侵入を避けることができるとともに、蓋を取り外すことによって、第１ピストンおよびボールねじ等のメンテナンスが容易になる。また、電動／液圧両用シリンダ装置の動作時は、長穴を広げる方向に第１ピストンの回転トルクがかかるため、蓋を閉めて長穴の両側を複数のボルトで固定することによって、トルクを受ける長穴を補強することになる。

【0018】

（３）
第３の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置は、一局面から第２の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置において、キーは真鍮製であり、シリンダチューブは鋼鉄製であってもよい。

【0019】

この場合、円周方向への圧力が印加された状態での長穴内でのキーの軸方向の移動において、焼き付きを防止することができる。

【0020】

（４）
第４の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置は、一局面から第３の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置において、長穴を経由して雌ねじに潤滑剤を注入する経路を有してもよい。

【0021】

この場合、シリンダチューブを分解することなく、長穴を経由して第１ピストンの雌ねじとボールねじとの螺合部に潤滑剤を注入することができ、電動シリンダのメンテナンスが容易になる。

【0022】

（５）
第５の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置は、一局面から第４の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置において、第２ピストンが液圧駆動されるときは第１ピストンは電動駆動されないように構成されてもよい。

【0023】

第１ピストンが電動駆動され、かつ、第２ピストンが液圧駆動された場合、第１ピストンの雌ねじとボールねじとの間に過剰なストレスがかかる場合がある。第５の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置では、第２ピストンが液圧駆動される間、ボールねじを回転するモータをオフにする等の方法によって、ボールねじが自由回転でき、第１ピストンの雌ねじとボールねじとの間に過剰なストレスがかからないように構成されている。

【0024】

（６）
第６の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置は、一局面から第４の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置において、第２ピストンが液圧駆動されるときは第１ピストンは同じ方向に電動駆動されるように構成されてもよい。

【0025】

第６の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置では、第２ピストンを液圧駆動する場合、第１ピストンを駆動するボールねじの動作方向にあらかじめサーボモータで回転力を与えておき、液圧による力とボールねじの力とを合算してピストンロッドを駆動するように構成されている。

【0026】

（７）
第７の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置は、第５または第６の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置において、第２ピストンは両側にシリンダ室を有し、一方のシリンダ室に液圧を作用させる第１液圧駆動モードと、他方のシリンダ室に液圧を作用させる第２の液圧駆動モードと、両側のシリンダ室を共通接続する非駆動モードとを備え、第１ピストンと第２ピストンとはともにピストンロッドと連結固定され、ピストンロッドの駆動開始から、所定の距離または所定の時間ピストンロッドが移動するまでの間は、第２ピストンが第１液圧駆動モードまたは第２液圧駆動モードで液圧駆動されてもよい。

【0027】

この場合、第２ピストンは、一方向および他方向への液圧駆動モードと、両方向へ自由に移動することのできる非駆動モードのうち、いずれかを選択することができる。また、第１ピストンと第２ピストンとはともにピストンロッドと連結固定されていることから、ピストンロッドは、第１ピストンによっても、第２ピストンによっても、両方向への駆動が可能となる。
したがって、第７の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置は、一方向または他方向へ、電動または液圧により、ピストンロッドを駆動することができる。ただし、金型を利用した機械加工、あるいは射出成形装置等においては、高駆動力の駆動が必要とされるのは、一方向または他方向への駆動開始直後のみであることから、第６の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置では、ピストンロッドの駆動開始から、所定の距離または所定の時間ピストンロッドが移動するまでの間のみ液圧駆動されるように構成されている。そして、それ以外はピストンロッドを電動駆動することにより、駆動時間の短縮、駆動速度の正確な制御を実現している。
また、第７の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置は、駆動時間の大半を電動駆動とすることにより駆動装置のエネルギー消費の低減を図っている。

【0028】

（８）
第８の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置は、第５または第６の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置において、第２ピストンは片側にシリンダ室を有し、シリンダ室に液圧を作用させる第３液圧駆動モードと、シリンダ室に液圧を作用させない非駆動モードとを備え、第１ピストンはピストンロッドと連結固定され、ピストンロッドの一方向への駆動開始から、所定の距離または所定の時間ピストンロッドが移動するまでの間は、第２ピストンが第３液圧駆動モードで液圧駆動されてもよい。

【0029】

金型を利用した機械加工、あるいは射出成形装置等においては、一方向への駆動開始直後のみ、または他方向への駆動開始直後のみに高駆動力の駆動が必要な場合が多い。第７の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置は、このような用途に向けて構成されたものであって、第２ピストンは片側のみにシリンダ室を有し、一方向または他方向への駆動開始直後のみピストンロッドを駆動する。そして、一方向または他方向への駆動開始直後を除いては、第１ピストンの電動駆動によってピストンロッドを両方向へ駆動し、駆動時間の短縮、駆動速度の正確な制御、およびエネルギー消費の低減を図っている。

【0030】

（９）
第９の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置は、一局面から第８の発明にかかる電動／液圧両用シリンダ装置において、ボールねじの回転量を積算することによって、ピストンロッドの位置を検出する位置検出器を備えてもよい。

【0031】

ピストンロッドの位置は、ボールねじの回転量の積算値に正確に比例して移動するため、ボールねじの回転量を積算することによって、ピストンロッドの位置を正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】第１の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置の模式的断面図である。

【図2】廻り止め機構の模式的斜視図である。

【図3】廻り止め機構の模式的上面図である。

【図4】図３のＡ−Ａ’面の断面図である。

【図5】電動／液圧両用シリンダ装置の動作のフローチャートを示す図である。

【図6】第２の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置の模式的断面図である。

【図7】従来技術による油圧シリンダ装置の側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付す。また、同符号の場合には、それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さないものとする。

【0034】

［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置１００の模式的断面図であり、図２は廻り止め機構の模式的斜視図であり、図３は廻り止め機構の模式的上面図である。

【0035】

（電動／液圧両用シリンダ装置１００の構成）
図１において、電動／液圧両用シリンダ装置１００は円筒形のシリンダチューブ１０、電動駆動される第１ピストン２０、液圧駆動される第２ピストン３０、ピストンロッド４０を備える。第１ピストン２０および第２ピストン３０はともにシリンダチューブ１０の内部に配置されている。また、第１ピストン２０、第２ピストン３０、およびピストンロッド４０は、連結固定されている。
なお、シリンダチューブ10は、液圧駆動部と電動駆動部とで、径が異なっていても良いし同じであっても良い。本実施の形態では、液圧駆動部の径が電動駆動部の径より大きい場合を示す。これにより受圧面積が大きくなり液圧駆動の力を大きくすることができる。

【0036】

（電動シリンダの構成と動作）
電動シリンダの第１ピストン２０は軸心に雌ねじが設けられ、ボールねじ７０が雌ねじに螺合している。ボールねじ７０はベルト８５を介してモータ８０により回転駆動される。第１ピストン２０は、外周に設けた凸状のキー５０と、キー５０と係合し、シリンダチューブ１０に貫通して設けた長穴６０とよりなる廻り止め機構を有するため、ボールねじ７０が回転すると、第１ピストン２０と第１ピストン２０に連結固定されたピストンロッド４０および第２ピストン３０が軸方向に移動する。
ボールねじ７０の回転は位置検出器９０に伝えられ、位置検出器９０はボールねじ７０の回転量を積算することによって、ピストンロッド４０の軸方向の位置を正確に検出する。

【0037】

（液圧シリンダの構成と動作）
液圧シリンダの第２ピストン３０は軸方向の第１ピストン２０の側に第１シリンダ室１１、反対側に第２シリンダ室１２を備えており、それぞれのシリンダ室はシリンダチューブ１０および第２ピストン３０に設けられたシールリング４５で液密に構成されている。
第１シリンダ室１１および第２シリンダ室１２は第１切換弁１１０および第２切換弁１２０に接続されている。また、第１切換弁１１０の反対側の端子はポンプ１３０およびタンク１５０に接続されている。
第２ピストン３０を第１ピストン２０の側と反対の方向（図１の右方向）へ駆動する第１液圧駆動モードでは、第１切換弁１１０は順方向（ポンプ１３０が第１シリンダ室１１に接続される方向）に接続され、第２切換弁１２０はオフとなる。この状態で、ポンプ１３０をオンすると、第１シリンダ室１１の液圧が高まり、第２ピストン３０は図１の右方向へ駆動される。
第２ピストン３０を図１の左方向へ駆動する第２液圧駆動モードでは、第１切換弁１１０は逆方向（ポンプ１３０が第２シリンダ室１２に接続される方向）に接続され、第２切換弁１２０はオフとなる。この状態で、ポンプ１３０をオンすると、第２シリンダ室１２の液圧が高まり、第２ピストン３０は図１の左方向へ駆動される。
また、非駆動モードでは、第１切換弁１１０はオフとなり、第２切換弁１２０はオンとなる。したがって、非駆動モードでは、第２ピストン３０は軸方向において自由に移動できる。

【0038】

（廻り止め機構の構造）
図２に廻り止め機構の模式的斜視図を、図３に廻り止め機構の模式的上面図を示す。また、図４には図３のＡ−Ａ’面の断面図を示す。なお、図２と図３とは蓋５３を取り外した状態の図であり、図４は蓋５３がシリンダチューブ１０に固定された状態の図である。
凸状のキー５０が第１ピストン２０の外周にねじ止めされ、シリンダチューブ１０に貫通して設けられた長穴６０と係合している。キー５０はシリンダチューブ１０の円周方向には長穴６０と接しており、したがって第１ピストン２０の円周方向の回転を阻止している。一方で、シリンダチューブ１０の軸方向には長穴６０との間に隙間があり、したがって、第１ピストン２０はシリンダチューブ１０の軸方向には自由に移動できる。キー５０は長穴６０の中で軸方向に距離Ｄ１移動可能であり、一方、第２ピストン３０は軸方向に距離Ｄ２移動可能である（図１参照）。この場合、Ｄ１はＤ２より大きい。

【0039】

キー５０は真鍮製であり、シリンダチューブ１０は鋼鉄製であることが望ましい。これは、円周方向への圧力が印加された状態でのキー５０の軸方向の移動において、焼き付きを防止するためである。
また、シリンダチューブ１０の長穴６０側の側面は平面状で、長穴６０とキー５０との接触面積を、面圧（単位面積あたりに作用する荷重）が６Ｎ／ｍｍ^２より低くなるように設定することが望ましい。これは、キー５０からのシリンダチューブ１０の円周方向へのトルクに対する耐久力を確保するためである。

【0040】

従来のように、第１ピストン２０のトルクをレールを用いて受けようとする場合、ボルト等で固定されるレールの耐久性および剛性が十分でなく、またシリンダチューブ１０内にレールを設けることになるため、電動／液圧両用シリンダ装置１００が大型化するという問題があった。また、レールを用いてピストンロッド４０の回転を止めようとすると、ボールねじ７０の回転トルクが大きい場合にピストンロッド４０が座屈するという問題があった。また、軸心位置を偏心させて廻り止めをする場合は、トルクを受ける部材の負荷が大きく、またピストンロッド４０に偏荷重が掛るため、耐久性の問題があった。
一方で、本実施形態によると、キー５０は、シリンダチューブ１０に設けられた長穴６０でボールねじ７０の回転トルクを受けるため、軸心から最も離れた位置で廻り止めがされる。したがって、ピストンロッド４０に偏荷重が掛らず、高いトルクに対しても最小限の力で回転抑止でき、電動／液圧両用シリンダ装置１００の小型化を実現することができる。また、第１ピストン２０に設けられたキー５０が、ボールねじ７０の回転トルクを伝えるため、部材が変形するといった不具合が生じない。さらに、構造が単純であるため、メンテナンスが容易な電動／液圧両用シリンダ装置１００とすることができる。

【0041】

シリンダチューブ１０の長穴６０の周辺は平面になっており、長穴６０に沿う両側に長穴６０をシリンダチューブ１０の外部から覆う蓋５３を固定するためのねじ穴５２が設けられている。これは、蓋５３をシリンダチューブ１０に固定することによってシリンダチューブ１０内部への埃等の侵入を避けるとともに、蓋５３を取り外すことによって、第１ピストン２０およびボールねじ７０等のメンテナンスを容易にするためである。また、電動／液圧両用シリンダ装置１００の動作時は、長穴６０を広げる方向に第１ピストン２０の回転トルクがかかるため、蓋５３を閉めて長穴６０の両側を複数のボルトで固定することによって、トルクを受ける長穴６０を補強することになる。シリンダチューブ１０と蓋５３とが接する面は、平面状で鏡面仕上げとすることが好ましい。このシリンダチューブ１０の平面と、キー５０の天面とは、同一の面とすることが好ましい。

【0042】

また、キー５０には、第１ピストン２０の雌ねじにグリスアップするためのグリスアップ経路５１が開口している。
電動シリンダにおいては、その耐久性を高めるためには、第１ピストン２０の雌ねじ部とボールねじ７０との螺合部にグリスアップするなどのメンテナンスが重要となる。しかし、螺合部がシリンダチューブ１０の内部に位置している場合、螺合部をメンテナンスするためには、従来はシリンダチューブ１０を分解することが必要であった。本実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置１００では、シリンダチューブ１０の長穴６０に露出するキー５０のグリスアップ経路５１から螺合部にグリスアップすることができるため、電動／液圧両用シリンダ装置１００のメンテナンスが大幅に容易となる。

【0043】

（電動／液圧両用シリンダ装置１００の動作のフローチャート）
図５（ａ）にはピストンロッド４０を図１の右方向へ駆動する場合のフローチャートを、図５（ｂ）にはピストンロッド４０を図１の左方向へ駆動する場合のフローチャートを示した。ともに、まず液圧でピストンロッド４０を所定の距離駆動し、その後、電動で所定の位置まで駆動する場合のフローチャートである。
ピストンロッド４０を図１の右方向へ駆動する場合、図５（ａ）において、まずモータ８０オフ、第１切換弁１１０順方向オン、第２切換弁１２０オフの状態でポンプ１３０をオンにし、液圧でピストンロッド４０を右方向へ駆動する（ステップＳ１）。なお、このステップＳ１において、モータ８０をオフにするのではなく、モータ８０も第１ピストン２０を右方向へ駆動する向きに回転し、第１ピストン２０と第２ピストン３０との駆動力を合算してピストンロッド４０を駆動するように構成してもよい。
次に位置検出器９０でピストンロッド４０が所定の距離移動したことを確認し（ステップＳ２）、ポンプ１３０をオフし、第１切換弁１１０オフ、第２切換弁オンの状態でモータ８０をオンにする（ステップＳ３）。なお、位置検出器９０でピストンロッド４０が所定の距離移動したことを確認する代わりに、駆動開始からの時間を計測し、所定の時間経過したことを確認して、ポンプ１３０をオフし、第１切換弁１１０オフ、第２切換弁オンの状態でモータ８０をオンにしてもよい。
そして、位置検出器９０でピストンロッド４０が所定の位置に到達したことを確認して終了とする（ステップＳ３）。
ピストンロッド４０を図１の左方向へ駆動する場合（図５（ｂ））は、ステップＳ５で第１切換弁を逆方向にする点と、ステップＳ３とステップＳ７とでモータ８０の回転方向が逆である点のみ異なり、その他は図５（ａ）と同一である。

【0044】

［第２の実施形態］
第１の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置１００は、ピストンロッド４０を押し方向（図１の右方向）へ駆動する場合も引き方向（図１の左方向）へ駆動する場合も、まず液圧で駆動し、その後電動で駆動するというものであるが、鍛造プレス装置、射出成形装置などのように、押し方向の駆動開始時のみ、または引き方向の駆動開始時のみに高駆動力が必要になる場合がある。
第２の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置１００ａは、このような場合に限定して構成されたものである。
図６に第２の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置１００ａの模式的断面図である。第２の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置１００ａは液圧シリンダの構成と動作のみが、第１の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置１００と異なり、電動シリンダおよび廻り止め機構については第１の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置１００と同一である。このため、以下では液圧シリンダの構成と動作についてのみ説明する。

【0045】

（液圧シリンダの構成と動作）
液圧シリンダの第２ピストン３０ａは軸方向の第１ピストン２０の側に第３シリンダ室１３を備えており、反対側にはシリンダ室はない。第３シリンダ室はシリンダチューブ１０および第２ピストン３０ａに設けられたシールリング４５で液密に構成されている。
第３シリンダ室１３は第３切換弁１４０に接続されている。また、第３切換弁１４０の反対側の端子はポンプ１３０およびタンク１５０に接続されている。
第２ピストン３０ａを第１ピストン２０の側と反対の方向（図１の右方向）へ駆動する第３液圧駆動モードでは、第３切換弁１４０は順方向（ポンプ１３０が第３シリンダ室１３に接続される方向）に接続される。また、非駆動モードでは、第３切換弁１４０は逆方向となり、タンク１５０が第３シリンダ室に接続される。したがって、非駆動モードでは、第２ピストン３０ａは軸方向において自由に移動できる。

【0046】

第１の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置１００と第２の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置１００ａとのもう一つの大きな差は、第１の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置１００では第２ピストン３０がピストンロッド４０に連結固定しているのに対して、第２の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置１００ａでは第２ピストン３０ａはピストンロッド４０に連結固定しておらず、第２ピストン３０ａがピストンロッド４０の突起４７を図６の右方向に押すことによってのみピストンロッド４０に力を伝達する点である。
したがって、第２の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置１００ａでは、ピストンロッド４０を図１の右方向へ駆動する場合、モータ８０がオフ、第３切換弁１４０が順方向の状態で、ポンプ１３０をオンする。すると、第３シリンダ室１３の液圧が第２ピストン３０ａに印加され、第２ピストン３０ａがピストンロッド４０の突起４７を押すことによって、ピストンロッド４０を右方向へ駆動する。なお、この場合、モータ８０をオフにするのではなく、モータ８０も第１ピストン２０を右方向へ駆動する向きに回転し、第１ピストン２０と第２ピストン３０ａとの駆動力を合算してピストンロッド４０を駆動するように構成してもよい。
さらに、第２ピストン３０ａが図６の右方向に移動した場合、第２ピストン３０ａの右方向には、シリンダチューブ１０の内径縮小部４８があり、突起４７は内径縮小部４８を通過してさらに右に移動することができるが、第２ピストン３０ａは内径縮小部４８に当たり、それ以上右方向に移動することはできない。したがって、第２の実施形態の電動／液圧両用シリンダ装置１００ａでは、液圧シリンダで駆動できる距離は内径縮小部４８の位置で決まっており、駆動開始後のピストンロッド４０の移動距離または駆動開始からの経過時間を厳密に測定する必要はない。
この状態で、ポンプ１３０をオフ、第３切換弁１４０を逆方向の状態にすると、液圧シリンダは非駆動モードとなり、以降は電動シリンダでピストンロッド４０を右方向および左方向へ自由に駆動することができる。

【0047】

本発明において、シリンダチューブ１０が『シリンダチューブ』に相当し、第１ピストン２０が『第１ピストン』に相当し、第２ピストン３０、３０ａが『第２ピストン』に相当し、ピストンロッド４０が『ピストンロッド』に相当し、ボールねじ７０が『ボールねじ』に相当し、モータ８０が『モータ』に相当し、キー５０が『キー』に相当し、長穴６０が『長穴』に相当し、電動／液圧両用シリンダ装置１００、１００ａが『電動／液圧両用シリンダ装置』に相当し、蓋５３が『蓋』に相当し、グリスアップ経路５１が『潤滑剤を注入する経路』に相当し、第１シリンダ室１１、第２シリンダ室１２、第３シリンダ室１３が『シリンダ室』に相当し、位置検出器９０が『位置検出器』に相当する。

【0048】

本発明の好ましい一実施形態は上記の通りであるが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

【符号の説明】

【0049】

１０ シリンダチューブ
１１ 第１シリンダ室
１２ 第２シリンダ室
１３ 第３シリンダ室
２０ 第１ピストン
３０、３０ａ 第２ピストン
４０ ピストンロッド
５０ キー
５１ グリスアップ経路
５３ 蓋
６０ 長穴
７０ ボールねじ
８０ モータ
９０ 位置検出器
１００、１００ａ 電動／液圧両用シリンダ装置

【要約】      （修正有）

【課題】高駆動力の液圧駆動と、速度の速いおよび／または正確な速度制御の可能な電動駆動の両方を兼ね備えた、構造が単純で、耐久性が高く、メンテナンスの容易な、電動／液圧両用シリンダ装置を提供する。
【解決手段】円筒形のシリンダチューブ１０と、シリンダチューブ１０内にあって、電動駆動される第１ピストン２０と、液圧駆動される第２ピストン３０と、第１ピストン２０と第２ピストン３０との両方の力を伝達するピストンロッド４０とを備え、第１ピストン２０は軸心に設けられた雌ねじに螺合するボールねじ７０をモータ８０で回転することによって駆動され、第１ピストン２０の外周に設けられた凸状のキー５０と、キー５０と係合し、シリンダチューブ１０に貫通して設けられた長穴６０とよりなる廻り止め機構を有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】