JP2005061526A - ロック機構付きシリンダ - Google Patents

Abstract

【課題】 ロック機構の耐久性を向上させるとともに、部品交換等のメンテナンスを容易に行えるようにする。
【解決手段】 シリンダ本体１０に設けられたロック用シリンダ１６のロックピストン１７に、その軸線に対し傾斜した傾斜面２１ａを有する楔体２１が設けられ、シリンダ本体１０内のピストン１１と一体摺動するロックロッド１３にはスリット２４が形成されているとともに、平坦面２６ｃを有するロックピン２６がこのスリット２４内で回転自在に軸受けされている。ロックピストン１７の推進により楔体２１がその傾斜面２１ａをロックピン２６の平坦面２６ｃと面接触させてロックピン２６を回転させながら該ロックピン２６とスリット２４の基端面２４ａとの間でスリット２４に嵌り込むことにより、シリンダ本体１０内のピストン１１がロックされる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、空気圧シリンダ等の流体圧シリンダのピストンを、そのシリンダ本体に付設したロック用シリンダによりロックできるようにしたロック機構付きシリンダに関する。

従来、このようなロック機構付きシリンダとして、例えば特許文献１（特公昭４８−４１１９１号公報）や特許文献２（特開２００１−３２８０３号公報）に記載されているように、シリンダ本体内のピストン側に凹部、ロック用シリンダのロックピストン側に凸部となるロック部材を設け、これらの雌雄の嵌合によりロックする両側ロックタイプと、例えば特許文献３（実開昭５７−１１０３０４号のマイクロフィルム）や特許文献４（実開平３−１４３０５号のマイクロフィルム）に記載されているように、シリンダ本体内のピストンと一体移動するピストンロッドの先端に膨大な頭部を設け、この頭部にロックピストン側のロック部材を係合させてロックする片側ロックタイプとがある。

前者の両側ロックタイプに属するもので、クランプ用シリンダに適用した図１〜図４に示す構造のものが、製品として実用化されている。これについて説明すると、クランプ用シリンダのシリンダ本体５０内を摺動するピストン５１には、その前面にピストンロッド５２、後面にロックロッド５３がこれらロッドでピストン５１を挟むように固定され、これらロッドはピストン５１と一体に移動する。ピストンロッド５２には、クランプアーム５４がトグル機構を構成するようにピン連結されており、ピストン５１の往復摺動によりクランプアーム５４が従来公知のように開閉する。

シリンダ本体５０のヘッドカバー５５には、これを本体とするロックシリンダ５６が組み込まれている。このロックシリンダ５６は、その軸線がシリンダ本体５０の軸線（ロックロッド５３の軸線）と直角になっており、ロックロッド５３の軸線と直角な方向に往復摺動するロックピストン５７を内蔵している。このロックピストン５７は、ロックシリンダ５６のカバー５８をバネ受けとしているロック用バネ５９によりロックロッド５３側に付勢されている。ロックピストン５７には円柱形のロック突子６０が突設され、このロック突子６０の先端部６０ａは図３に示すように円錐台形となっている。

一方、ロックロッド５３には台形に欠如したロック凹部６１が形成され、このロック凹部６１の両側面は平坦な斜面６１ａとなっている。

このような従来構造では、クランプアーム５４がワーク（図示せず）をクランプするところまでピストン５１が後退したとき、ロック用バネ５９による付勢によりロック突子６０がロックロッド５３に向かって推進され、ロック突子６０の円錐台形の先端部６０ａが、図１及び図２に示すようにロックロッド５３のロック凹部６１に入り込むことにより、ロックロッド５３がロックされ、それによりピストン５１もロックされる。
特公昭４８−４１１９１号公報 特開２００１−３２８０３号公報 実開昭５７−１１０３０４号のマイクロフィルム 実開平３−１４３０５号のマイクロフィルム

しかし、上記のような従来構造では次のような問題点がある。
（１）ロック突子６０の先端部６０ａが円錐台形であるに対し、ロックロッド５３のロック凹部６１の両側面が平坦な斜面６１ａであるため、ロック突子６０の先端部６０ａの周面とロック凹部６１の斜面６１ａとが同一角度で加工されていても、これらはロック時に線接触であり、また加工角度がズレていれば、図４に示すように点接触になってしまい、一般的に摩耗や変形が生じやすくなる。
（２）部品交換等のメンテナンス時、例えばロックロッド５３を交換する場合、ピストンロッド５２との方向性が合わなくなるため、ピストンロッド５２、ピストン５１及びロックロッド５３の組み立て品での交換が必要となる。

本発明の課題は、このような問題点を解決し、ロック機構の耐久性を向上させるとともに、部品交換等のメンテナンスを容易に行えるようにすることにある。

本発明のロック機構付きシリンダでは、シリンダ本体に設けられたロック用シリンダのロックピストンに、その軸線に対し傾斜した傾斜面を有する楔体が設けられ、シリンダ本体内のピストンと一体摺動するロックロッドにはスリットが形成されているとともに、平坦面を有するロックピンがこのスリット内で回転自在に軸受けされ、ロックピストンの推進により楔体がその傾斜面をロックピンの平坦面と面接触させてロックピンを回転させながら該ロックピンとスリットの基端面との間でスリットに嵌り込むことにより、ピストンがロックされる構造になっている。

その好ましい形態は次のとおりである。
ロックピンに凹部が形成され、該凹部の底面が楔体の傾斜面と面接触する平坦面となっている。

楔体は板片状で、これがスリット内に嵌り込むことにより、ロックピストンの回転が規制される。

ロック用シリンダは、ロックピストンをロック用バネにより付勢して楔体をスリットへ挿入させるとともに、このロック用バネに抗してロックピストンを摺動させる流体圧を、シリンダ本体の流体圧ポートから分岐した流路を通じて流入する。

ロックピストンが流体圧によりストロークエンドに達したとき、楔体は、その先端部をスリット内に挿入させたまま、ロックロッドとロックピンの一体移動を許容するロック解除状態となる。

本発明では、ロックピストンに設けられた楔体が、その傾斜面をロックピンの平坦面と面接触させてロックピンを回転させ、しかもその接触面積を拡げながらロックピンとスリットの基端面との間でスリットに嵌り込んでロックするため、従来に比べ摩耗や変形が格段に少なく、耐久性の高いロック機構となる。また、ロックピンの交換だけで済むため、メンテナンスが容易であるとともに、経済的である。

ロックピンに形成した凹部の底面を、楔体の傾斜面と面接触する平坦面とすれば、ロックピンの加工が容易である。

楔体を板片状として、これがスリット内に嵌り込むことにより、ロックピストンの回転が規制される構造とすれば、ロックとその解除を安定して行え、また楔体の傾斜面の向きをロックピンの接触面と平行に保持した状態で面接触が行えるる。

ロックピストンをロック用バネにより付勢して楔体をスリットへ挿入させ、またシリンダ本体の流体圧ポートからの流体圧によりロック用バネに抗してロックピストンを摺動させれば、ロックとその解除を簡単な構造で行える。

ロック解除時にも、楔体の先端部がスリット内に挿入し、且つロックピンの凹部に嵌合させたままとなるようにすれば、ロックピンの回転を規制でき、ロックとその解除を、ロックピストンの短いストロークで安定して行える。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図５に本発明の一実施例の全体を示す。この実施例は、図１に示した従来例と同様にクランプ用シリンダに適用したもので、クランプ用シリンダ自体は図１の従来例の場合と同様に、そのシリンダ本体１０内を摺動するピストン１１の前面にピストンロッド１２、後面にロックロッド１３がこれらロッドでピストン１１を挟むように固定され、これらロッドはピストン１１と一体に移動する。ピストンロッド１２には、クランプアーム１４がトグル機構を構成するようにピン連結されており、ピストン１１の往復摺動によりクランプアーム１４が開閉する。

シリンダ本体１０のヘッドカバー１５には、図５及び図６に断面にして示すように、これを本体とするロック用シリンダ１６が組み込まれている。このロック用シリンダ１６は、その軸線がシリンダ本体１０の軸線（ロックロッド１３の軸線）と直角になっており、ロックロッド１３の軸線と直角な方向に往復摺動するロックピストン１７を内蔵している。このロックピストン１７は、ロック用シリンダ１６のカバー１８をバネ受けとしているコイル状のロック用バネ１９によりロックロッド１３側に付勢されている。

ロックピストン１７は、図７（Ａ）・（Ｂ）・（Ｃ）及び図８に示すように、円柱形のロッド部２０とその円形の先端面から突出する板状の楔体２１とを金属で一体に成形し、またロック用バネ１９の一部分を受け入れるバネ受け凹部２２を形成している。楔体２１は、硬度を高めるため焼き入れ加工され、その一側面は、ロックピストン１７の軸線に対し傾斜した傾斜面２１ａとなっているが、他側面２１ｂは、ロッド部２０の周面から真っ直ぐ続き、また先端面２１ｃは、ロックピストン１７の軸線と直角な平坦面となっており、楔体２１の幅員は、先端面２１ｃに向かって徐々に狭くなっている。バネ受け凹部２２は、ロッド部２０の途中まで延びており、その底面中央には手動ロック解除用のネジ穴２２ａが設けられている。

一方、ロックロッド１３は、ヘッドカバー１５に設けられたロッド受入室１５ａ中まで延びており、このロッド受入室１５ａ中に入る後端部に、図８に示すようにスリット（スリ割り）２４を軸線に沿って形成している。このスリット２４は、ロックロッド１３の周面の両側に平行に開口しているとともに、ロックロッド１３の後端面まで延びてそこでも開口している。スリット２４の基端面２４ａは、ロックロッド１３の軸線と直角な平坦面となっている。

ロックロッド１３には、スリット２４の途中においてその両側に軸受孔２５が設けられ、これら両側の軸受孔２５にロックピン２６がブッシュ２７を介して回転自在に軸受けされ、ロックピン２６は、スリット２４内の途中を横断する形態となっている。

図９〜図１２にロックピン２６の形状を示す。ロックピン２６は金属で一体成形され、しかも硬度を高めるため焼き入れ加工されており、短い円柱形の両側の軸部２６ａの間、つまりロックピン２６の中間部に、スリット２４と同じ幅員の凹部２６ｂを形成している。この凹部２６ｂの底面２６ｃは平坦面となっている。この凹部２６ｂを形成して断面半円形となっているロックピン２６の中間部２６ｄは、両側の軸部２６ａよりも径が大きく、両側の軸部２６ａとの間に段差２６ｅを形成して軸部２６ａよりも半円形に膨出する形態となっていて、こ軸部２６ａにブッシュ２７が嵌合されるようになっている。

ロック用バネ１９により上記のように付勢されているロックピストン１７は、その楔体２１が常にスリット２４内に収まっているため、ロックピストン１７の回転はスリット２４により常に防止される。そして、ピストン１２の摺動によるロックロッド１３の移動はこのような状態のまま行われる。また、ロックピン２６の凹部２６ｂは、スリット２４と同じ幅員でその中に位置しているため、楔体２１は、この凹部２６ｂにおいてロックピン２６と係合することができる。

ロック用シリンダ１６内には、シリンダ本体１０に設けられた流体圧ポート２９から分岐している流路３０を通じて流体圧（空気圧）、すなわちピストン１１を前進させる際の流体圧が導入されるようになっており、この流体圧によってロックピストン１７がロック用バネ１９に抗して摺動される。

次に、このように構成された本実施例の動作について説明する。
図１３はロック解除状態の斜視図、図１４はロック状態の斜視図、図１５から図１８までは、ロック解除状態からロック状態になるまでの過程を示す斜視図である。

ピストン１１を前進させるために、ポート２９へ流体圧が供給されると、この流体圧によってロックピストン１７が図１５に示すようにロック用バネ１９に抗してストロークエンドまで摺動される。これにより楔体２１は、同図及び図１３に示すように、その一部分をロックロッド１３のスリット２４に挿入させたまま、しかも楔体２１の先端部の一部分をロックピン２６の凹部２６ｂに嵌合させた状態で、楔体２１の先端面２１ｃが凹部２６ｂの平坦な底面２６ｃ上に位置する。従って、ロックロッド１３の移動が許容され、ピストン１１が前進する。

ピストン１１が上記とは反対側の流体圧により後退されると同時に、ロックピストン１７へ作用していたポート２９からの流体圧が無くなると、ロックピストン１７がロック用バネ１９により推進されるため、楔体２１は、その先端面２１ｃをロックピン２６の凹部２６ｂの底面２６ｃと摺接させながら、スリット２４内へ更に挿入して行く。これによりロックピン２６が回転されるが、楔体２１はスリット２４内を更に進行するので、図１６に示すように楔体２１の傾斜面２１ａと凹部２６ｂの底面２６ｃとが面接触し、しかもその状態で面と面を摺接させながら、楔体２１は図１７に示すように更に進行する。

ピストン１１が最終まで後退したときには、ロックピストン１７もロック用バネ１９によりストロークエンドまで摺動されているので、図１４及び図１８図に示すように、楔体２１は、その傾斜面２１ａを凹部２６ｂの底面２６ｃと面接触させたまま、ロックピン２６とスリット２４の基端面２４ａとの間でスリット２４に嵌り込み、この状態をロック用バネ１９により保持される。

従って、ロックロッド１３は、ロックピン２６の凹部２６ｂの底面２６ｃを楔体２１の傾斜面２１ａと面接触させたまま、楔体２１によりロックされる。これによってまた、ピストン１１及びピストンロッド１２も自動的にロックされるので、クランプアーム１４はワークを把持した状態を維持する。

ロック解除は、ポート２９からの流体圧によりロックピストン１７をロック用バネ１９に抗して摺動させて、図１３及び図１５の状態とすることにより自動的に行える。手動によるロック解除は、カバー１８の外側からボルト等をロックピストン１７のネジ穴２２ａに螺合させて、ロックピストン１７をロック用バネ１９に抗して持ち上げることにより可能である。なお、図５及び図６において符号「２３」はロックピストン１７側のバネ受けである。

上記の実施例はクランプ用シリンダに適用した場合であるが、本発明は、これに限らず各種の流体圧シリンダに広範囲に適用できる。

従来例の断面図である。 その部分拡大図である。 それにおけるロックピストンのロック突子とロックロッドのロック凹部との関係を示す分解斜視図である。 これらの接触状態を示す図である。 本発明の一実施例の断面図である。 その要部の図５とは異なる方向の断面図である。 それにおけるロックピストンを示し、（Ａ）と（Ｂ）とは異なる方向の断面図、（Ｃ）は底面図である。 ロックピストンとロックロッドとの分解斜視図である。 ロックピンの平面図である。 同じく正面図である。 同じく端面図である。 同じく斜視図である。 ロックピストンとロックロッドとのロック解除状態における斜視図である。 同じくロック状態における斜視図である。 ロック解除状態における断面図である。 図１５のロック解除状態からロック状態へ進む過程の断面図である。 同様の断面図である。 ロック状態における断面図である。

符号の説明

１０ シリンダ本体
１１ ピストン
１２ ピストンロッド
１３ ロックロッド
１４ クランプアーム
１５ ヘッドカバー
１５ａ ロッド受入室
１６ ロック用シリンダ
１７ ロックピストン
１８ カバー
１９ ロック用バネ
２０ ロッド部
２１ 楔体
２１ａ 傾斜面
２１ｂ 他側面
２１ｃ 先端面
２２ バネ受け凹部
２２ａ ネジ穴
２３ バネ受け
２４ スリット
２４ａ 基端面
２５ 軸受孔
２６ ロックピン
２６ａ 軸部
２６ｂ 凹部
２６ｃ 底面（平坦面）
２６ｄ 中間部
２６ｅ 段差
２７ ブッシュ
２９ 流体圧ポート
３０ 流路

Claims (5)

1. シリンダ本体に設けられたロック用シリンダのロックピストンに、その軸線に対し傾斜した傾斜面を有する楔体が設けられ、前記シリンダ本体内のピストンと一体摺動するロックロッドにはスリットが形成されているとともに、平坦面を有するロックピンがこのスリット内で回転自在に軸受けされ、前記ロックピストンの推進により前記楔体がその傾斜面をロックピンの平坦面と面接触させてロックピンを回転させながら該ロックピンとスリットの基端面との間でスリットに嵌り込むことにより、前記ピストンがロックされることを特徴とするロック機構付きシリンダ。
2. ロックピンに凹部が形成され、該凹部の底面が楔体の傾斜面と面接触する平坦面となっていることを特徴とする請求項１に記載のロック機構付きシリンダ。
3. 楔体は板片状で、これがスリット内に嵌り込むことにより、ロックピストンの回転が規制されることを特徴とする請求項１又は２に記載のロック機構付きシリンダ。
4. ロック用シリンダは、ロックピストンをロック用バネにより付勢して楔体をスリットへ挿入させるとともに、このロック用バネに抗してロックピストンを摺動させる流体圧を、シリンダ本体の流体圧ポートから分岐した流路を通じて流入することを特徴とする請求項１、２又は３に記載のロック機構付きシリンダ。
5. ロックピストンが流体圧によりストロークエンドに達したとき、楔体は、その先端部をスリット内に挿入させたまま、ロックロッドとロックピンの一体移動を許容するロック解除状態となることを特徴とする請求項４に記載のロック機構付きシリンダ。

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