JP2006118690A - シリンダ装置およびその装置を利用したワークサポート - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークサポートに好適なシリンダ装置を提供する。
【解決手段】 ハウジング（３）内に昇降自在に挿入したサポートロッド（８）は、第１ピストン（２２）を下降させることにより、伝動具（１５）と多数のボール（１８）とコレット（１１）とを介してロック可能に構成される。上記サポートロッド（８）がリリース状態で昇降可能となるように第２ピストン（３４）を配置する。その第２ピストン（３４）の油圧作動室（３６）と流体ポート（Ｐ）との間に、弁室（５２）と弁座孔（５３）を上向きに配置する。上記の弁室（５２）に挿入した弁部材（５５）には、その弁部材（５５）が開いた状態で上記の弁座孔（５３）と上記の流体ポート（Ｐ）とを連通させる排出路（５９）を設けるとともに、その弁部材（５５）が閉じた状態で上記の弁座孔（５３）と上記の流体ポート（Ｐ）とを連通させる絞り路を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、シリンダ装置およびその装置を利用したワークサポートに関し、より具体的にいえば、ロック作動時には上記シリンダ装置の作動室へ圧力流体を緩やかに供給し、リリース作動時には上記の作動室の圧力流体を速やかに排出する技術に関する。

この種のシリンダ装置には、従来では、下記の特許文献１（日本国・特開２００１−２７１８０９号公報）に記載されたものがある。
その従来のシリンダ装置は、ハウジング内の油圧作動室に供給油路と排出油路との二つの油路を連通させ、上記の供給油路に絞り弁を設け、上記の排出油路に逆止弁を設けたものである。
特開２００１−２７１８０９号公報

上記の従来のシリンダ装置は、ハウジング内に二つの油路を設けると共に、各油路に絞り弁と逆止弁とを設ける必要があるので、構成が複雑で大形になるという問題がある。
本発明の目的は、シリンダ装置を簡素な構成でコンパクトに造れるようにすることにある。
また、本発明の別の目的は、上記シリンダ装置を利用した新たなワークサポートを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１から図３Ｂに示すように、シリンダ装置を次のように構成した。
固定ブロック１の収容穴１ａに装着されるハウジング３と、そのハウジング３内に設けられて圧力流体が供給および排出される作動室２３，３６と、上記収容穴１ａの底壁１ｂに設けた流体ポートＰと上記の作動室２３，３６との間に順に配置した弁室５２及び弁座孔５３と、その弁座孔５３を開閉するように上記の弁室５２に挿入した弁部材５５とを備える。上記の弁室５２の周壁と上記の弁部材５５との少なくとも一方に、その弁部材５５が開いた状態で上記の弁座孔５３と上記の流体ポートＰとを連通させる排出路５９を設ける。上記の弁部材５５には、その弁部材５５が閉じた状態で上記の弁座孔５３と上記の流体ポートＰとを連通させる絞り路６２を設ける。

本発明は、次の作用効果を奏する。
圧力流体を作動室へ供給するときには、前記の収容穴の底壁に設けた流体ポートへ圧力源の圧力流体を供給する。すると、その流体ポートから弁室へ供給された圧力流体が前記の弁部材を閉じ移動させて前記の弁座孔を閉じる。これにより、その弁室内の圧力流体は、前記の絞り路を通って上記の作動室へ緩やかに供給される。
これに対して、作動室の圧力流体を外部へ排出するときには、上記の流体ポートの圧力流体を排出すればよい。すると、上記の作動室内の圧力流体が上記の弁部材を開き移動させる。これにより、その作動室内の圧力流体が前記の弁座孔と前記の排出路を通って上記の流体ポートへ速やかに排出される。
上記の効果を達成するにあたり、本発明は、前述の従来例とは異なり、ハウジング内に二つの流路を個別に設ける必要が無くなるので、シリンダ装置を簡素かつコンパクトに造れる。

本発明においては、前記の収容穴１ａの前記の底壁１ｂと前記ハウジング３の底部との間に弁プレート５１を装着し、その弁プレート５１に前記の弁室５２及び弁座孔５３を形成してもよい。
この場合、前記の収容穴の底部空間を有効に利用できるので、既設のシリンダ装置にも本発明を容易に適用できる。

また、本発明においては、前記ハウジング３内に弁ケース７１を装着し、その弁ケース７１に前記の弁室５２及び弁座孔５３を形成してもよい。
この場合、前記ハウジングの底部空間を有効に利用して上記シリンダ装置の全体をさらにコンパクトに造れる。

さらに、本発明においては、前記の絞り路を、前記の弁部材５５の閉止面６１に形成した渦巻き溝６２によって構成し、その渦巻き溝６２の半径方向の中央部を前記の弁座孔５３に対面させ、上記の渦巻き溝６２の半径方向の外周部を前記の排出路５９に連通させてもよい。
この場合、その渦巻き溝の溝幅と深さを変更することにより、絞りによる流動抵抗を所望の領域内に設定できる。

上記シリンダ装置の発明は、下記ワークサポートに適用することが好ましい。
即ち、前記ハウジング３内に軸心方向へ進退可能に挿入したサポートロッド８と、そのサポートロッド８に外嵌したコレット１１と、そのコレット１１にテーパ隙間１７をあけて外嵌した伝動具１５と、上記テーパ隙間１７に挿入した中間部材１８と、上記の伝動具１５及び中間部材１８を介して上記コレット１１を縮径させる第１ピストン２２と、その第１ピストン２２を駆動する圧力流体が供給される第１作動室２３と、上記サポートロッド８が軸心方向へ進退可能となるように配置した第２ピストン３４と、その第２ピストン３４を駆動する圧力流体が供給される第２作動室３６とを設ける。上記の第１作動室２３及び第２作動室３６の少なくとも一方の作動室３６と前記の流体ポートＰとの間に、前記の弁室５２及び弁座孔５３を配置する。

上記ワークサポートは次の作用効果を奏する。
上記二つの作動室のうち少なくとも一方の作動室へ圧力流体を供給するときには、前記少なくとも一方のピストンを緩やかに作動させることができ、ワークサポートの構成部材の慣性力を小さくできる。また、上記少なくとも一方の作動室の圧力流体を排出するときには、上記少なくとも一方のピストンを速やかに駆動できるのでワークサポートの作動時間を短縮できる。
しかも、本発明は、前述した従来技術とは異なり、絞り弁と逆止弁との二つの弁をハウジング内に個別に設ける必要が無くなるので、ワークサポートを簡素かつコンパクトに造れる。

図１から図３Ｂは、本発明の第１実施形態を示している。この第１実施形態では、本発明のシリンダ装置を油圧式のワークサポートに適用した場合を例示してある。まず、図１の立面視の断面図によって上記ワークサポートの構造を説明する。

固定ブロックであるワークパレット１に収容穴１ａが形成される。その収容穴１ａの底壁１ｂの中央部には、圧油が供給および排出される流体ポートＰが設けられる。
上記の収容穴１ａに、ワークサポート２のハウジング３が保密状にネジ止めされる。そのハウジング３は、上端壁４と下端壁５と胴部分６とを備える。上記ハウジング３内にサポートロッド８が上下方向へ移動自在に挿入される。そのサポートロッド８の上部には、ワークピースＷに接当される押ボルト９が設けられる。

上記サポートロッド８の外周面の下半部分に狭持固定領域Ｒが設けられ、その狭持固定領域Ｒに筒状のコレット１１が外嵌される。そのコレット１１は、上すぼまりのテーパ外周面１２を備え、上下方向へ延びる１つのスリット１３を設けることによって径方向へ拡大および縮小可能になっている。上記コレット１１の外周側に環状の伝動具１５が配置され、その伝動具１５のテーパ内周面１６が上記コレット１１のテーパ外周面１２に上側から対面される。上記テーパ外周面１２とテーパ内周面１６との間に形成した環状テーパ隙間１７には多数のボール（中間部材）１８が挿入されている。

作業用の第１シリンダ２０は、前記ハウジング３の胴部分６の内周に形成した第１シリンダ孔２１と、その第１シリンダ孔２１に挿入した環状の第１ピストン２２と、その第１ピストン２２を下降させる第１作動室２３と、上記の第１ピストン２２を上昇させる第１バネ２４とを備える。その第１バネ２４は、上記の第１ピストン２２の下側に形成した第１バネ室２５に装着されている。

より詳しくいえば、上記の第１ピストン２２の上部が封止具２６によって前記の上端壁４に保密状にガイドされると共に、同上の第１ピストン２２の下部が別の封止具２７によって前記の下端壁５に保密状にガイドされている。そして、前記の第１作動室２３へ圧油を供給することにより、上記の第１ピストン２２の上端に形成した大面積の環状受圧面に下向きの力が作用すると共に、上記の第１ピストン２２の下端に形成した小面積の環状受圧面に上向きの力が作用して、これらの上下の差力によって上記の第１ピストン２２が下降する。
なお、ここでは、上記の第１ピストン２２と上記の伝動具１５との両者は、一体に形成しているが、上記両者を別体に構成してもよい。

前記ハウジング３の下部内に進退用の第２シリンダ３２が設けられる。その第２シリンダ３２は次のように構成されている。
前記の下端壁５に形成した第２シリンダ孔３３に第２ピストン３４が保密状に挿入され、その第２ピストン３４から上向きに突出させたピストンロッド３５が前記サポートロッド８内に挿入される。上記第２ピストン３４の下側に形成した第２作動室３６が連通路３７を介して前記の第１作動室２３に連通される。
上記第２ピストン３４の上側に第２バネ室３９が形成される。即ち、前記ハウジング３の下端壁５からスリーブ４０が上向きに突出される。そのスリーブ４０の上部と前記第２ピストン３４との間に、その第２ピストン３４を下降させる第２バネ４１が装着される。

上記ピストンロッド３５の上部に設けた操作部４３が前記サポートロッド８の被操作部８ａに上側から係合される。また、上記の操作部４３と前記の押ボルト９との間に第３バネ室４４が形成され、その第３バネ室４４に装着した進出バネ４５が上記サポートロッド８を上向きに付勢している。

また、前記の収容穴１ａの底壁１ｂと前記ハウジング３の底部との間に、円盤状の弁プレート５１が保密状に装着される。その弁プレート５１に、絞り機能付きの逆止弁が装着される。即ち、上記の弁プレート５１の中央部に大径の弁室５２と小径の弁座孔５３とが上向きに順に形成される。その弁座孔５３の周壁の下部に逆止弁座５４が形成されている。そして、上記の弁室５２に挿入した弁部材５５が上記の逆止弁座５４に下方から対面される。

上記の逆止弁について、上記の図１を参照しながら図３Ａと図３Ｂによって具体的に説明する。図３Ａは、上記の図１中の弁部材５５の拡大図であって、図３Ｂの３Ａ−３Ａ線の断面図である。図３Ｂは、上記の弁部材５５の平面図である。

上記の弁部材５５は、平面視でほぼ正三角形に構成されており、前記の弁室５２の内周面に嵌合される円弧状のガイド面５７と直線状の切欠き面５８とを備える。上記の弁室５２の内周面と上記の切欠き面５８との間の空間によって排出路５９が構成されている。
また、上記の弁部材５５の上面の閉止面６１に、平面視で渦巻き状の溝（絞り路）６２が形成される。そして、その渦巻き溝６２の半径方向の中央部が前記の弁座孔５３に対面されている。また、上記の渦巻き溝６２の半径方向の外周部は、上記の切欠き面５８に開口されて、前記の排出路５９および弁室５２に開放されている。

なお、図１に示すように、前記の第１バネ室２５は、前記スリット１３と前記の下端壁５内の縦路６６と前記の弁プレート５１内の縦孔６７と前記ワークパレット１の呼吸路６８とを順に経て外気へ連通されている。前記の第３バネ室４４は、前記の操作部４３と上記サポートロッド８との嵌合隙間等を介して前記の第２バネ室３９に連通されている。そして、その第２バネ室３９が、前記スリーブ４０と前記サポートロッド８との嵌合隙間等を介して前記の第１バネ室２５に連通されている。

上記ワークサポート２の作動を、上記の図１と図２によって説明する。
図１に示すリリース状態では、前記の流体ポートＰの圧油が排出されている。このため、前記の第１ピストン２２及び伝動具１５が第１バネ２４によって上昇して前記コレット１１の縮径を解除している。また、前記の第２ピストン３４及び前記ピストンロッド３５が前記の第２バネ４１によって下降し、これにより、前記の操作部４３が前記の進出バネ４５に抗して前記サポートロッド８を下降させている。

上記リリース状態で、前記ワークピースＷを前記の押ボルト９の上方位置に水平方向へ搬入する。その後、油圧源（図示せず）の圧油を前記の流体ポートＰへ供給する。すると、前記の弁室５２の下側に供給された圧油により、まず、前記の弁部材５５が上昇して前記の逆止弁座５４に接当して前記の弁座孔５３を閉じる。

これにより、図２に示すように、前記の排出路５９が閉じられ、上記の弁室５２内の圧油が前記の渦巻き溝６２（図３Ａ及び図３Ｂを参照）を通って前記の第２作動室３６へ緩やかに供給される。すると、前記の第２ピストン３４および前記ピストンロッド３５が前記の第２バネ４１に抗して上昇していき、そのピストンロッド３５の上昇と同時に、前記の進出バネ４５によって前記サポートロッド８が上昇し、前記の押ボルト９が上記ワークピースＷに接当する。この状態では、上記の操作部４３の下面と上記サポートロッド８の前記の被係合部８ａとの間には、接当隙間が上下方向に形成されている。

次いで、前記の第１作動室２３の圧力が十分に上昇した時点で、その第１作動室２３から第１ピストン２２へ作用する油圧力の上下方向の差力によって前記の伝動具１５が下向きに移動し、その伝動具１５のテーパ内周面１６が前記ボール１８を転動させながら前記コレット１１のテーパ外周面１２にスムーズに係合していき、そのコレット１１を縮径させる。これにより、その縮径されたコレット１１が前記サポートロッド８の前記の狭持固定領域Ｒを求心方向へ押圧し、そのサポートロッド８を図２の高さ位置に狭持固定する。上記のロック状態でワークピースＷの上面を機械加工し、その加工時の押し下げ力を上記サポートロッド８のサポート力によって軸心方向に強力に受け止めるのである。

上記の機械加工が終了した後、前記の流体ポートＰの圧油を外部の油タンク（図示せず）へ排出する。
すると、まず、前記の第２作動室３６の圧油が前記の弁部材５５を下降させて前記の排出路５９が開かれるので、その第２作動室３６及び前記の第１作動室２３の圧油が前記の弁座孔５３と上記の排出路５９を通って流体ポートＰへ速やかに排出される。
次いで、図１に示すように、前記の第１バネ２４が前記の第１ピストン２２及び伝動具１５を上方へ押圧して、その伝動具１５のテーパ内周面１６が前記ボール１８を転動させながらスムーズに上向き移動し、前記コレット１１のテーパ外周面１２の前記の押圧状態を解除する。これにより、上記コレット１１が自己の弾性復元力によって拡径して、上記サポートロッド８のロック状態が解除される。これとほぼ同時に、前記の第２バネ４１が前記の第２ピストン３４を下降させて、前記の操作部４３が上記サポートロッド８を下降駆動する。

図４は、本発明の第２実施形態を示し、前記の図１に類似する部分図である。この第２実施形態においては、上記の第１実施形態の構成部材と同じ部材（または類似する部材）には原則として同一の符号を付けて説明する。

この第２実施形態は、上記の第１実施形態とは次の点で異なる。
前記ハウジング３の下部内に弁ケース７１が装着され、その弁ケース７１に前記の弁室５２及び弁座孔５３が形成される。その弁室５２に前記の弁部材５５が挿入される。ここでは、前記の絞り路６２は、上記の弁部材４５の中央部に設けた細径の貫通孔によって構成されている。

上記の各実施形態は次のように変更可能である。
前記の排出路５９は、前記の弁部材５５内に上下方向へ形成した貫通孔であってもよい。また、その排出路５９は、前記の弁室５２の周壁に形成した溝または貫通孔であってもよい。さらには、上記の排出路５９を、上記の弁室５２の周壁と上記の弁部材５５との両方に設けてもよい。
上記の弁部材５５を、バネ又はゴム等の弾性体によって閉弁方向へ付勢してもよい。

前記サポートロッド８を上向きに進出させる手段は、例示の進出バネ４５に代えて、ゴム等の弾性体であってもよく、さらには、圧縮空気等であってもよい。また、前記の第２ピストン３４を下向きに後退させる手段は、例示の第２バネ４１に代えて、ゴム等の弾性体であってもよく、さらには、圧縮空気等であってもよい。
前記の中間部材１８は、例示した多数のボールに代えて、低摩擦機能を備えた筒部材によって構成してもよい。

本発明のシリンダ装置は、例示した構造のワークサポートに適用することに代えて、別の構造のワークサポートに適用可能である。
例えば、前記の第１作動室２３と第２作動室３６とは、例示した直列配置に代えて、並列位置であってもよい。また、前述のコレット１１を利用したテーパ伝動機構に代えて、薄肉スリーブの外周に環状の油圧作動室を形成して、その薄肉スリーブを油圧力によって縮径させてサポートロッド等をロックする機構であってもよい。
また、前記ハウジング３は、例示したワークパレット１に直接に装着することに代えて、そのワークパレット等に固定されるケーシング内に装着してもよい。
なお、作動流体は、例示した圧油等の液体に代えて、圧縮空気等の気体であってもよい。
さらには、本発明のシリンダ装置は、ワークサポートとは異なる用途にも適用可能である。

本発明の第１実施形態を示している。シリンダ装置を利用したワークサポートのリリース状態の立面視の断面図である。 上記ワークサポートのロック状態を示し、上記の図１に類似する図である。 図３Ａは、上記の図１中の弁部材の拡大図であって、図３Ｂの３Ａ−３Ａ線の断面図である。 図３Ｂは、上記の弁部材の平面図である。 本発明の第２実施形態を示し、前記の図１に類似する部分図である。

符号の説明

１：固定ブロック（ワークパレット），１ａ：収容穴，１ｂ：底壁，３：ハウジング，８：サポートロッド，１１：コレット，１５：伝動具，１７：テーパ隙間，１８：ボール（中間部材），２２：第１ピストン，２３：第１作動室（作動室），３４：第２ピストン，３６：第２作動室（作動室），５１：弁プレート，５２：弁室，５３：弁座孔，５５：弁部材，５９：排出路，６１：弁部材５５の閉止面，６２：絞り路（渦巻き溝），７１：弁ケース，Ｐ：流体ポート（油圧ポート）．

Claims (5)

1. 固定ブロック（１）の収容穴（１ａ）に装着されるハウジング（３）と、そのハウジング（３）内に設けられて圧力流体が供給および排出される作動室（２３，３６）と、上記の収容穴（１ａ）の底壁（１ｂ）に設けた流体ポート（Ｐ）と上記の作動室（２３，３６）との間に順に配置した弁室（５２）及び弁座孔（５３）と、その弁座孔（５３）を開閉するように上記の弁室（５２）に挿入した弁部材（５５）とを備え、
   上記の弁室（５２）の周壁と上記の弁部材（５５）との少なくとも一方に、その弁部材（５５）が開いた状態で上記の弁座孔（５３）と上記の流体ポート（Ｐ）とを連通させる排出路（５９）を設け、
   上記の弁部材（５５）には、その弁部材（５５）が閉じた状態で上記の弁座孔（５３）と上記の流体ポート（Ｐ）とを連通させる絞り路（６２）を設けた、
   ことを特徴とするシリンダ装置。
2. 請求項１のシリンダ装置において、
   前記の収容穴（１ａ）の前記の底壁（１ｂ）と前記ハウジング（３）の底部との間に弁プレート（５１）を装着し、その弁プレート（５１）に前記の弁室（５２）及び弁座孔（５３）を形成した、ことを特徴とするシリンダ装置。
3. 請求項１のシリンダ装置において、
   前記ハウジング（３）内に弁ケース（７１）を装着し、その弁ケース（７１）に前記の弁室（５２）及び弁座孔（５３）を形成した、ことを特徴とするシリンダ装置。
4. 請求項１から３のいずれかのシリンダ装置において、
   前記の絞り路を、前記の弁部材（５５）の閉止面（６１）に形成した渦巻き溝（６２）によって構成し、その渦巻き溝（６２）の半径方向の中央部を前記の弁座孔（５３）に対面させ、上記の渦巻き溝（６２）の半径方向の外周部を前記の排出路（５９）に連通させた、ことを特徴とするシリンダ装置。
5. 請求項１から４のいずれかのシリンダ装置を利用したワークサポートであって、
   前記ハウジング（３）内に軸心方向へ進退可能に挿入したサポートロッド（８）と、そのサポートロッド（８）に外嵌したコレット（１１）と、そのコレット（１１）にテーパ隙間（１７）をあけて外嵌した伝動具（１５）と、上記テーパ隙間（１７）に挿入した中間部材（１８）と、上記の伝動具（１５）及び中間部材（１８）を介して上記コレット（１１）を縮径させる第１ピストン（２２）と、その第１ピストン（２２）を駆動する圧力流体が供給される第１作動室（２３）と、上記サポートロッド（８）が軸心方向へ進退可能となるように配置した第２ピストン（３４）と、その第２ピストン（３４）を駆動する圧力流体が供給される第２作動室（３６）とを備え、
   上記の第１作動室（２３）及び第２作動室（３６）の少なくとも一方の作動室（３６）と前記の流体ポート（Ｐ）との間に、前記の弁室（５２）及び弁座孔（５３）を配置した、
   ことを特徴とするワークサポート。

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