JP2001182710A

JP2001182710A - 旋回クランプシリンダ

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Publication number: JP2001182710A
Application number: JP2000232581A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Noda; 光雄野田; Tadanori Sugimoto; 忠紀杉本
Original assignee: Howa Machinery Ltd
Current assignee: Howa Machinery Ltd
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2001-07-06
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: JP3707668B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ピストンロッドが旋回するときには軸線移動
を伴う旋回クランプシリンダの動作圧力を小さくする。【解決手段】ピストン４３が流体圧で軸線移動する
と、鋼球５４と旋回用案内溝５０との係合によりクラン
プアーム４１は、旋回するときには軸方向移動を伴って
ワークをクランプし、またアンクランプする。旋回時、
ピストンロッド４０の軸心との距離の関係で、ピストン
４３とシリンダ孔５との間の回転に対するシール部材４
９ａによる抵抗の方が、取付軸部４２とピストン４３と
の間の回転に対するシール部材４９による抵抗より大き
いため、取付軸部４２とピストン４３との間で相対回転
を生じ、ピストン４３は旋回しない。これにより回転抵
抗が小さくなって小さな推力でピストンロッド４０が旋
回できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流体圧によりシ
リンダチューブ内のピストンが軸方向に移動されると、
ピストンロッドが旋回する時には軸線方向移動を伴っ
て、ピストンロッド先端に取付けたクランプアームが、
ワークに対して旋回しつつ接近してクランプし、また、
クランプ状態からは、ワークから旋回しつつ離れてアン
クランプする旋回クランプシリンダに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、前記構成のクランプシリンダは、
特公昭６２−５７３９号の第１図に示される。これによ
れば、ピストンロッドとピストンが一体になっており、
ピストンロッドの旋回用の旋回用案内溝とロッドカバー
に設けたガイドピンとが噛み合って、ピストンが流体圧
で前後されることでピストンがピストンロッドごと旋回
しつつ軸方向に移動するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記によれば、旋回用
案内溝とガイドピンとの係合によりピストンロッドが旋
回するとき、ピストンと一緒に旋回する。そのため、ピ
ストン外周に装着したシリンダ孔との間をシールするシ
ール部材（ピストンパッキン）による旋回抵抗が生じ
る。この旋回抵抗は、旋回中心（ピストン軸心）からの
距離で大きさが決まるので、従来では、シリンダ孔内径
（ピストン直径）に応じた大きさとなっており、その抵
抗に抗するような旋回力を生じさせる大きな作動圧力に
よりピストンを軸方向動作させないとクランプシリンダ
が旋回動作しない問題があった。この発明の課題は、上
記形式の旋回クランプシリンダにおいて、前記回転抵抗
を小さくして、シリンダ動作圧力を小さくすることにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題解決のため、本
願では、シリンダチューブの一端部をロッドカバーで塞
ぎ、ロッドカバーからピストンに連結したピストンロッ
ドが突出し、そのロッドカバーと一体に設けたガイド部
材とピストンロッドに設けた旋回用案内溝とを係合させ
て、ピストンの移動によりピストンロッドが旋回運動す
るときには軸線方向移動を伴うようになっている旋回ク
ランプシリンダにおいて、ピストンロッドにピストンを
相対回動自在に嵌め込んで成ることを特徴とする（請求
項１）。一層具体的には、ピストンロッド後部に細径の
取付軸部を形成して段部を形成し、その取付軸部にピス
トンの中心孔を嵌め込み、ピストンの軸方向後方への抜
け止めを行う抜止部材を前記ピストンの軸方向後方で取
付軸部に取付け、ピストン取付け状態では、ピストンが
前記抜止部材と段部との間で軸方向隙間をもって挟まれ
てピストンとピストンロッドが相対回動自在に嵌め込ま
れている（請求項２）。また、取付軸部とピストン中心
孔との間は、シール部材でシールされている（請求項
３）。これらの構成では、ピストン軸心から距離の関係
で、距離の短い、取付軸部とピストン中心孔との間でピ
ストンロッドがピストンに対して回動し、距離の遠いピ
ストン外周部は回動しない。ピストンロッドに生じる旋
回抵抗は、ピストン外周が旋回していた従来にくらべ小
さくなるため、ピストンの動作圧力を小さくしてもピス
トンロッドが旋回できる。ガイド部材は鋼球であり、そ
の鋼球はりん青銅から成る球受部材に回転自在に支持さ
れている（請求項４）。これによれば、ガイド部材のガ
イド抵抗も転動により小さくなり、シリンダ動作圧力を
一層小さくできる。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１において、１はシリンダチュ
ーブでアルミ押し出し又は冷間引き抜きの型材から成
り、その周壁１ａ外周には、チューブ軸線方向にセンサ
取付け溝２が形成され、また、周壁１ａには、チューブ
軸線方向に貫通して、複数のボルト貫通孔３が形成され
ていると共に流体通過孔（片側配管用の軸方向孔）４
ａ，４ｂが形成された断面を有する。シリンダチューブ
のシリンダ孔５は、チューブ外形がアルミ押し出しで形
成されている場合でも、冷間引き抜き加工で形成されて
いる。冷間引き抜き加工によりシリンダ孔５が形成され
ているため、寸法精度が大変良い。そのため、これまで
のように鉄系材料（非磁性材料であればステンレス鋼
等）で削り出して加工する必要がなく、また、アルミ押
し出しでシリンダ孔を形成した場合と比較すると、冷間
引き抜き加工したものは切削などの加工が全く不要で安
価に生産できる。また、周壁１ａ外周には、センサ取付
け溝２のほか、比較的広い幅で浅い溝６が円周方向に複
数形成されている。このように周壁１ａに浅い溝６をい
くつか設けておくことで、シリンダチューブ１を作業者
が握ったときに一種の滑り止め効果が期待でき、また、
最外周面の面積が小さくなって傷が付きにくくなり外観
が向上する。

【０００６】７はガイド部材用保持部材で、シリンダチ
ューブ１の外径と同じ外径のフランジ部８と、そのフラ
ンジ部８の背面９から軸線後方（図１では下方）へ突出
し、シリンダ孔５内部へ大きく入りこむ嵌入軸部として
のガイド部材保持軸部１０と、前面側（図１では上面
側）の浅い嵌め込み孔１１を備えている。ガイド部材用
保持部材７には、シリンダチューブ１のボルト貫通孔３
に対応してボルト貫通孔１２が設けてあり、また、組み
付け状態においてロッドカバー１３の後述の第１連通孔
２２ａと前側シリンダ室Ｐ１とを連通する連通路１４
と、シリンダチューブ１の一方の流体連通路４ｂとロッ
ドカバー１３の第２連通孔２２ｂとを連通する連絡流路
１５が形成してある。

【０００７】ロッドカバー１３は、ピストンロッドが摺
動孔１６内を摺動するので、耐摩耗性の高い鉄系材料、
例えばダクタイル鋳鉄でパーライト系の材質から成る。
ロッドカバー１３は、外形がシリンダチューブ１の外形
よりさらにチューブ半径方向の外側に広がった略矩形を
成し、その背面１７から前記前記嵌め込み孔１１に嵌入
される短い嵌入軸部１８が突出している。ロッドカバー
１３の前記嵌入軸部１８とガイド部材用保持部材７のガ
イド部材保持軸部１０との直径は同一径に設定されてい
る。背面１７において、前記ガイド部材用保持部材７の
フランジ部８の前端面（上端面）と対向する部分がシー
ル面１９となっている。背面１７のシール面１９の外側
は、機械ベースなど固定側部材への取付け面２０となっ
ている。シール面１９と取付け面２０とは同一平面を形
成している。

【０００８】ロッドカバー１３には、その側面１３ａに
一対の側面配管ポート２１ａ，２１ｂが設けてある。一
方の側面配管ポート２１ａは、嵌入軸部１８の後端面
（図１では、下端面）に開口する第１連通路２２ａに連
通している。他方の側面配管ポート２１ｂはシール面１
９に開口する第２連通路２２ｂに連通している。また、
取付け面２０には、各側面配管ポート２１ａ，２１ｂに
連通する端面配管ポート２３ａ，２３ｂが開口してい
る。ロッドカバー１３の背面１７には、さらに前記シリ
ンダチューブ１のボルト貫通孔３と対向して所定深さの
有底のめねじ孔２４が形成されている。ロッドカバー１
３には、機械ベースなどの固定側部材への取付けボルト
用のボルト孔２６が貫通して設けてある。なお、本実施
形態では流体通過孔４ａは使用していない。

【０００９】シリンダチューブ１の後端（図１では下
端）を塞ぐヘッドカバー２７は、前記センサ取付け溝２
と対応してセンサ１１０を出し入れするためのセンサ挿
通溝２８と、ボルト貫通孔３に対応するボルト孔２９が
断面として形成されているアルミの引き抜き型材から構
成され、その型材を必要厚さ（必要軸線方向長さ）に切
断し、その切断部材を加工して、シリンダ孔５に嵌まり
込む短い嵌入軸部３０と、ピストンロッドの後端部が入
りこむ逃げ孔３１と、後側シリンダ室Ｐ２と前記流体通
過孔４ｂとを連通させる連絡溝３２と、前記ボルト孔２
９入り口の座ぐり孔３３が形成されている。ヘッドカバ
ー２７の背面（シリンダチューブ１に対向する面）はす
べてシール面３４になっており、前記連絡溝３２は嵌入
軸部３０からシール面３４にかけて設けてある。

【００１０】ロッドカバー１３の背面１７と前記ガイド
部材用保持部材７との間、ガイド部材用保持部材７とシ
リンダチューブ１の前端面（上端面）の間、及び、ヘッ
ドカバー２７とシリンダチューブ１の後端面（下端面）
との間には、シール材として薄い板状のガスケット３
５，３６，３７が夫々介在される。ガスケット３５〜３
７は、弾性を有するゴム材料等から成るシール板の間に
薄い金属板（アルミ、あるいは鋼板）を挟んで成る。図
６に示すように、ヘッドカバー２７とシリンダチューブ
１との間のガスケット３７は、前記センサ挿通溝２８、
ボルト孔２９、及び連絡溝３２に対応する部分２８Ｅ，
２９Ｅ，３２Ｅが切りかかれており、嵌入軸部３０の外
側に嵌め込まれる。一方、ロッドカバー１３とガイド部
材用保持部材７との間のガスケット３５は、図５に示す
ように、めねじ孔２４、第２連通路２２ｂ、端面配管ポ
ート２３ａ，２３ｂ、及び、ボルト孔２６に対応する部
分２４Ｅ，２２ｂＥ、２３ａＥ、２３ｂＥ、２６Ｅが切
り欠かれており、嵌入軸部１８の外側に嵌め込まれて、
シール面１９のみならず、その外側の取付け面２０全体
に広がる大きさになっている。また、ガイド部材用保持
部材７とシリンダチューブ１の前端面との間のガスケッ
ト３６は、図７に示すように、前記ボルト貫通孔１２、
連絡流路１５に対応する部分が切り欠かれている。ロッ
ドカバー１３、ガイド部材用保持部材７、シリンダチュ
ーブ１、ヘッドカバー２７は、これらのガスケット３
５，３６，３７を挟んでヘッドカバー２７のボルト孔２
９から４本の締結ボルト３８を通し、締結ボルト３８
は、シリンダチューブ１とガイド部材用保持部材７のボ
ルト貫通孔３、１２を通って、先端のおねじ部がロッド
カバー１３のめねじ孔２４にねじ込まれて一体に共締め
されてシリンダ本体が構成され、共締めされる各部材１
３，７，１，２７間は夫々ガスケット３５，３６，３７
でシールされる。

【００１１】ピストンロッド４０はガイド部材用保持部
材７とロッドカバー１３の摺動孔１０ａ、１６を貫通し
て前方へ突出し、突出部にはクランプアーム４１が一体
に設けてある。ピストンロッド４０の後部は細径の取付
軸部４２に形成され、この取付軸部４２には、シリンダ
孔５内を摺動するピストン４３の中心孔４３ａが回動可
能に嵌め込んである。取付軸部４２の軸線方向後側（図
では下側）には、磁石保持部材４４がピストン４３との
間に環状永久磁石４５を挟んで回動可能に嵌め込まれ、
その後方から締め付けボルト４６でピストン４３と磁石
保持部材４４とを前記取付軸部４２の段部４７との間で
挟んでいる。締め付け状態で締め付けボルト４６の座金
（抜止部材）４８の前端面４８ａは取付軸部４２の後端
面（下端面）に圧接していて、ピストン４３と磁石保持
部材４４とを取付軸部４２の段部４７との間で挟持して
おらず、ピストン４３と磁石保持部材４４は取付軸部４
２に嵌められた状態で、段部４７と座金４８との間に軸
方向に僅かな隙間をもっている。そのため、ピストン４
３、磁石保持部材４４とピストンロッド４０とは相対回
転できる。取付軸部４２とピストン中心孔４３ａとの間
には、シール部材（Ｏリング）４９が介在される。

【００１２】ピストンロッド４０の外周には、図８に展
開図で示されるように、断面が半円弧で、直進溝５１と
旋回溝５２とからなる旋回用案内溝５０が形成されてい
る。前記ガイド部材用保持部材７のガイド部材保持軸部
１０には半径方向にガイド部材用収容孔５３が設けてあ
り、その収容孔５３には、りん青銅から成り、前記旋回
用案内溝５０に係合するガイド部材としての鋼球５４を
回転自在に支持する球受部材５５が埋設してある。旋回
用案内溝５０は、ピストン４３が後退端（図１）から前
進端へ移動すると、鋼球５４との係合でクランプアーム
（ピストンロッド）４１が僅かに前進（上昇）した後、
クランプ角度位置Ａからアンクランプ角度位置Ｂ（図３
参照）に軸線移動しつつ旋回してアンクランプ角度位置
Ｂで僅かに前進（上昇）し、逆に前進端から後退端へ移
動すると、アンクランプ角度位置Ｂで僅かに直進下降し
た後、アンクランプ角度位置Ｂからクランプ角度位置Ａ
に軸線移動しつつ旋回してクランプ角度位置Ａで僅かに
直進下降するように形成されている。

【００１３】シリンダチューブ１と、及び前後のカバー
１３，２７とをヘッドカバー２７側からの締結ボルト３
８で共締めしたので、締結ボルト３８の数が少なくてす
む上に、ロッドカバー１３の前面にめねじ孔２４が貫通
していないので、ロッドカバー１３を上向きとなるよう
に使用したとき、加工により生じる切粉がめねじ孔２４
に入りこまない。また、締結ボルト３８はシリンダチュ
ーブ１やガイド部材用保持部材７のボルト貫通孔３、１
２を通って、外部から見えないので、シリンダ装置の外
観がよい。また、シリンダチューブ１をアルミ型材とし
て、締結ボルト３８をヘッドカバー２７側からロッドカ
バー１３側へ貫通させるためのボルト貫通孔３がシリン
ダチューブ１の周壁に予め断面形状の一部として設けて
あるため、シリンダチューブ１にボルト貫通孔３を別途
加工する必要が無く、シリンダチューブ１は、型材を必
要長さに切断することで直ちに得ることが出来、加工が
容易である。また、ヘッドカバー２７も、センサ挿通溝
２８や、ボルト孔２９を断面形状として有するアルミ型
材を母材として、必要部分に追加加工をしているだけな
ので、加工が容易である。

【００１４】このようなクランプシリンダは、機械や治
具ベースなどの固定側部材１００にロッドカバー１３の
ボルト孔２６を利用して取付けボルト１０１で締め付け
られる。この時、ロッドカバー１３の取付け面２０に、
シール材を兼ねるガスケット３５が広がっているので、
固定側部材１００との間にも前記ガスケット３５が挟持
される。従って、クランプシリンダでワークやパレット
をクランプし、工作機械によりワークを加工するとき
に、クランプシリンダに振動が作用しても、ガスケット
３５の弾性により、取付けボルト１０１の弛みが防止さ
れ、クランプ作用が確実である。また、ガスケット１０
１が取付け面１７に設けてある端面配管ポート２３ａ，
２３ｂと固定側部材１００との間をシールするため、従
来のようにシールのために小さなＯリングが不要であ
る。なお、端面配管ポート２３ａ，２３ｂに配管部材を
接続するとき、あるいは、固定側部材１００の上面に開
口する配管口を接続するときには、側面配管ポート２１
ａ，２１ｂは埋栓で塞ぐが、この時には、前記ガスケッ
ト３５が端面配管ポート２３ａ，２３ｂと配管部材ある
いは配管口との間のシールを兼用する。

【００１５】次に動作を説明する。端面配管ポート２３
ａ，２３ｂは固定側部材１００で塞がれ、側面配管ポー
ト２１ａ，２１ｂから圧流体を給排するものとする。ク
ランプ状態（図１）において、ポート２１ｂ，第２連通
路２２ｂ、連絡流路１５、流体通過孔４ｂ、連絡溝３２
を介して後側シリンダ室Ｐ２に流体が供給されると、鋼
球５４と旋回用案内溝５０との係合でクランプアーム４
１は少し上昇した後、クランプ角度位置Ａからアンクラ
ンプ角度位置Ｂへ軸方向移動しつつ旋回し、アンクラン
プ角度位置Ｂで少し上昇する。また、アンクランプ状態
でポート２１ａ、第１連通路２２ａ、連通路１４を介し
て前側シリンダ室Ｐ１に流体を供給すると、前記と逆に
動作する。これらの旋回動作中、鋼球５４がりん青銅の
球受部材５５で転動案内されているので、旋回用案内溝
５０内を転動するとき、転動抵抗が極めて小さく、ピス
トン４３を移動させる流体の作動圧力を小さくできる。
また、ピストン４３に対してピストンロッド４０を旋回
自在に装着したので、ピストンロッド４０が旋回用案内
溝５０と鋼球５４との係合で旋回するときには、ピスト
ンロッド４０の軸心との距離の関係で、ピストン４３と
シリンダ孔５との間の回転に対するシール部材（ピスト
ンパッキン）４９ａによる抵抗の方が、取付軸部４２と
ピストン４３との間の回転に対するシール部材４９によ
る抵抗より大きいため、取付軸部４２とピストン４３と
の間で相対回転を生じることとなり、ピストン４３は旋
回することなく直進する。そのため、従来のように、ピ
ストン４３とピストンロッド４０とが一体で回転するも
のと比べて、小さな推力でピストンロッド４０が旋回で
きる。

【００１６】クランプアーム４１がワークＷをクランプ
している時、および、クランプアーム４１がアンクラン
プ状態にある時のピストン４３の磁石４５の位置に対応
して磁気感応センサ１１０が前記シリンダチューブ１外
側のセンサ取付け溝２に埋設してあり、クランプアーム
４１が前記クランプ角度位置ＡでワークＷをクランプし
ている状態（図１）、および、クランプアーム４１がア
ンクランプ角度位置Ｂにある状態となったことがそれら
の磁気感応センサ１１０により検出される。ピストンロ
ッド４３には鉄系材料から成るロッドカバー１３から軸
線方向に離れた位置に磁石４５が取付けてあるので、ロ
ッドカバー１３によって磁石４５の外部への磁界が弱め
られないため、磁気感応センサ１１０を確実に作動させ
ることができる。

【００１７】

【発明の効果】以上のように本願では、ピストン軸心か
ら距離の関係により、距離の短い、取付軸部とピストン
中心孔との間でピストンロッドがピストンに対して回動
し、ピストンロッドに生じる旋回抵抗は、ピストン外周
が旋回していた従来にくらべ小さくなるため、ピストン
ロッドを旋回させるためのピストンの動作圧力を小さく
できる。また、ガイド部材を鋼球とし、その鋼球をりん
青銅から成る球受部材に回転自在に支持したので、ガイ
ド部材のガイド抵抗も転動により小さくなり、シリンダ
動作圧力を一層小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願クランプシリンダの縦断面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線拡大断面図である。

【図３】図１の平面図である。

【図４】図１のＩＶ視図である。

【図５】ロッドカバー側のガスケットを、シール面、取
付け面と共に示す図である。

【図６】ヘッドカバー側のガスケットを示す図である。

【図７】ガイド部材用保持部材のガスケットを示す図で
ある。

【図８】旋回用案内溝を示す展開図である。

【符号の説明】

１シリンダチューブ５シリンダ孔１３ロッドカバー４０ピストンロッド４２取付軸部４３ａピストン中心孔４６ａ座金（抜止部材）４７段部４９シール部材４９ａシール部材５０旋回用案内溝５４鋼球（ガイド部材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダチューブの一端部をロッドカバ
ーで塞ぎ、ロッドカバーからピストンに連結したピスト
ンロッドが突出し、そのロッドカバーと一体に設けたガ
イド部材とピストンロッドに設けた旋回用案内溝とを係
合させて、ピストンの移動によりピストンロッドが旋回
運動するときには軸線方向移動を伴うようになっている
旋回クランプシリンダにおいて、ピストンロッドにピス
トンを相対回動自在に嵌め込んで成ることを特徴とする
旋回クランプシリンダ。
【請求項２】ピストンロッド後部に細径の取付軸部を
形成して段部を形成し、その取付軸部にピストンの中心
孔を嵌め込み、ピストンの軸方向後方への抜け止めを行
う抜止部材を前記ピストンの軸方向後方で取付軸部に取
付け、ピストン取付け状態では、ピストンが前記抜止部
材と段部との間で軸方向隙間をもって挟まれてピストン
とピストンロッドが相対回動自在に嵌め込まれているこ
とを特徴とする請求項１記載の旋回クランプシリンダ。
【請求項３】取付軸部とピストン中心孔との間は、シ
ール部材でシールされていることを特徴とする請求項１
または２記載の旋回クランプシリンダ。
【請求項４】ガイド部材は鋼球であり、その鋼球はり
ん青銅から成る球受部材に回転自在に支持されているこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の旋回ク
ランプシリンダ。