JP2016014463A - シリンダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 出力ロッドをロック位置に強力に保持できるシリンダ装置を提供する。
【解決手段】 ハウジング（２）内に出力ロッド（３）が上下方向に進退可能かつ旋回可能に挿入される。前記ハウジング（２）のシリンダ孔（５）と前記出力ロッド（３）との間に第１ピストン（１０）が挿入され、その第１ピストン（１０）の下方に第２ピストン（１１）が挿入される。前記シリンダ孔（５）と前記第１ピストン（１０）との間に案内機構（３５）が設けられる。前記第１ピストン（１０）と前記出力ロッド（３）との間に、伝動機構（４３）が設けられる。前記第１ピストン（１０）と前記第２ピストン（１１）との間に設けられたロック室（１７）の圧力流体が前記第２ピストン（１１）を下方へ押圧する力を、倍力機構（５５）によって上方への力に変換して前記出力ロッド（３）へ伝達する。
【選択図】図１

Description

この発明は、出力ロッドを先端側のロック位置で旋回させた後にリリース位置へ後退させるシリンダ装置に関する。

この種のシリンダ装置には、特許文献１（日本国・特開平１０−９２０７号公報）に記載されたものがある。その従来技術は、次のように構成されている。
固定台としての金型にハウジングを取り付け、そのハウジングに出力ロッドが昇降可能かつ旋回可能に挿入される。その出力ロッドの下部に形成された雄ネジ部に、ハウジング内の環状ピストンに形成された雌ネジ部が螺合される。その環状ピストンを上下方向へ案内する案内棒が設けられる。環状ピストンの上方にリリース室が形成されると共に、下方にロック室が形成される。前記環状ピストンが出力ロッドに対して上下方向へ相対移動することで、出力ロッドが旋回する。ハウジングの上部に弁機構が設けられ、その弁機構が、半径方向へ進退される弁部材を有する。その弁部材の半径方向の内端部が、出力ロッドの凹部に嵌合隙間をあけて係合される。

上記のシリンダ装置のロック状態では、出力ロッドがロック室の圧力流体によってハウジング上端壁に押圧されてロック位置に保持され、また、前記の凹部に弁機構の弁部材が係合されている。
上記出力ロッドをロック状態からリリース状態へ切換えるときには、ロック室から圧力流体が排出されると共にリリース室の圧力流体が供給される。すると、出力ロッドがロック位置で置き残された状態で、環状ピストンが案内棒を介して所定位置まで直進下降される。このため、環状ピストンに螺合された出力ロッドが、ロック位置で旋回される。その後、弁部材が半径方向の外方へ後退して凹部との係合が解除されると、環状ピストンおよび出力ロッドが前記所定位置からリリース位置へ直進駆動される。

特開平１０−９２０７号公報（図５〜９）

上記の従来技術は次の問題がある。
上記ロック状態において、出力ロッドに何らかの外力が下方へ作用したときには、その出力ロッドが、前記凹部と弁部材との間に形成された前記の嵌合隙間だけロック位置から下方へ押し戻される。
また、出力ロッドを上方のロック位置で旋回させるには、前記弁機構を別途設ける必要があり、シリンダ装置の構成が複雑であった。
本発明の目的は、出力ロッドをロック位置に強力に保持できると共に簡素な構成のシリンダ装置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５に示すように、シリンダ装置を次のように構成した。
固定台１にハウジング２が取り付けられる。そのハウジング２内に出力ロッド３が軸心方向へ進退可能かつ軸心回りに旋回可能に挿入される。その出力ロッド３が先端側へ移動したときに、前記固定台１の受け部１ａまたは前記ハウジング２の受け部に当該出力ロッド３が係合される。その出力ロッド３に、基端側へ順に、小径部３ａと被駆動部３ｂと大径部３ｃとが形成される。前記ハウジング２に形成されたシリンダ孔５の先端寄り部と前記小径部３ａとの間に、第１ピストン１０が、進退可能かつ旋回可能で保密状に挿入される。前記シリンダ孔５の基端寄り部と前記大径部３ｃとの間に、第２ピストン１１が、進退可能で保密状に挿入される。前記第１ピストン１０と第２ピストン１１との間に、ロック室１７が設けられる。前記第１ピストン１０の先端側に第１リリース室２６が設けられる。前記第２ピストン１１の基端側に第２リリース室２７が設けられる。前記シリンダ孔５と前記第１ピストン１０との間に案内機構３５が設けられ、その案内機構３５が、前記ハウジング２に対して前記第１ピストン１０を旋回させながら進退させる。前記第１ピストン１０と前記出力ロッド３との間に伝動機構４３が設けられ、その伝動機構４３によって前記第１ピストン１０と前記出力ロッド３とが、軸心回りに相対回転するのを防止すると共に軸心方向へ相対移動するのを許容する。前記ロック室１７に供給された圧力流体が前記第２ピストン１１を基端側へ押す力を、倍力機構５５によって先端側への力に変換して前記出力ロッド３へ伝達する。前記出力ロッド３を先端側のロック位置から基端側のリリース位置へリリース駆動するときに、前記第１リリース室２６及び前記第２リリース室２７の圧力流体が、前記出力ロッド３を、前記ロック位置で旋回させた後に前記リリース位置へ後退させながら旋回させる。

本発明は次の作用効果を奏する。
シリンダ装置のロック状態では、前記の第２ピストンが、倍力機構を介して、ハウジングの受け部または固定台の受け部に出力ロッドを強力に押圧するので、何らかの外力が出力ロッドをロック位置から基端方向へ押し戻すのを防止できる。また、出力ロッドをロック位置で旋回させるのに際して、従来技術の弁機構を省略できるので、シリンダ装置の構成を簡素にできる。

本発明は、次の（１）から（４）の構成を加えることが好ましい。
（１） 例えば、図１から図５に示すように、前記出力ロッド３の前記ロック位置では、前記ロック室１７の圧力流体によって前記第２ピストン１１が、前記倍力機構５５を介して当該出力ロッド３を前記受け部１ａへ押圧する。前記出力ロッド３を前記ロック位置から前記リリース位置へ後退させるときには、前記ロック室１７の圧力流体を排出すると共に、前記第１リリース室２６および前記第２リリース室２７に圧力流体を供給する。これにより、まず、前記第２リリース室２７の圧力流体が、前記第２ピストン１１を先端側へ移動させると共に、前記出力ロッド３を前記ロック位置へ押圧し、その押圧状態で、前記第１リリース室２６の圧力流体が、前記案内機構３５を介して前記第１ピストン１０を旋回させながら基端側へ後退させると共に当該第１ピストン１０が前記伝動機構４３を介して前記出力ロッド３を前記ロック位置で旋回させ、その後、前記第１ピストン１０が、前記被駆動部３ｂと係合して前記出力ロッド３を後退させながら前記伝動機構４３を介して前記出力ロッド３を旋回させる。
この場合、本発明の上記作用効果を、より確実に達成できる。

（２） 例えば、図１から図５に示すように、前記案内機構３５は、前記シリンダ孔５と前記第１ピストン１０との両者のうちの一方に設けられた案内部材３７及び両者のうちの他方に設けられた旋回溝３８を有する。
この場合、簡素な構成の案内機構を提供できる。

（３） 例えば、図１から図５に示すように、前記伝動機構４３は、前記第１ピストン１０と前記出力ロッド３との両者のうちの一方に設けられた伝動部材４５及び両者のうちの他方に軸心方向へ設けられた直線溝４８を有する。
この場合、簡素な構成の伝動機構を提供できる。

（４） 例えば、図１から図５に示すように、前記倍力機構５５は、前記の倍力駆動時に、前記出力ロッド３の基端部３ｅに設けた伝達部５６と前記ハウジング２の基端壁２ｃに設けた受部５８との間で半径方向の内方へ狭くなるように形成される楔空間５９を有する。その楔空間５９に周方向に所定の間隔をあけて係合部材６０が挿入される。その係合部材６０を半径方向の内方へ押すように、前記第２ピストン１１に倍力部６１が設けられる。
この場合、簡素な構成の倍力機構を提供できる。

図１は、本発明の一実施形態を示し、シリンダ装置のリリース状態の立面視の断面図である。 図２は、上記シリンダ装置の出力ロッドが水平旋回される状態を示し、図１に類似する図である。 図３は、上記シリンダ装置の出力ロッドが上昇されながら旋回される状態を示し、図１に類似する図である。 図４は、上記シリンダ装置のロック状態を示し、図１に類似する図である。 図５は、上記シリンダ装置の第２ピストンの退避状態を示し、図１に類似する図である。

以下、本発明の一実施形態を図１から図５によって説明する。
この実施形態では、シリンダ装置を、ダイカスト用の金型に中子を挿入すると共に当該金型から中子を取り出すためのシステムに適用した場合を例示している。まず、主として図１に基づいて上記シリンダ装置の構造を説明する。
固定台としての金型１にハウジング２が複数のボルト（図示せず）によって取り付けられ、そのハウジング２の上端壁２ａに出力ロッド３が上下方向へ進退可能かつ軸心回りに旋回可能に挿入される。その出力ロッド３には、下方へ順に小径部３ａとフランジ（被駆動部）３ｂと大径部３ｃとが形成される。また、出力ロッド３の上端部には雄ネジ部３ｄが形成される。その雄ネジ部３ｄに中子４の雌ネジ部４ａが螺合される。

ハウジング２の胴部２ｂにシリンダ孔５が形成され、そのシリンダ孔５が、下方へ順に形成された小径孔５ａと大径孔５ｂとを有する。その小径孔５ａと大径孔５ｂとの間に段部５ｃが設けられる。前記小径孔５ａと前記の出力ロッド３の小径部３ａとの間に、第１ピストン１０が、上下方向へ進退可能かつ軸心回りに旋回可能に保密状に挿入される。前記の大径孔５ｂと前記の出力ロッド３の大径部３ｃとの間に、倍力駆動用の第２ピストン１１が、上下方向へ進退可能で保密状に挿入される。

前記の第１ピストン１０と第２ピストン１１との間に、ロック室１７が設けられる。そのロック室１７に、ロック用の圧力流体としての圧油が、第１給排路１８とロックポート１９とを介して供給および排出される。

また、第１ピストン１０とハウジング２の上端壁２ａとの間に、第１リリース室２６が設けられ、第２ピストン１１とハウジング２の下端壁（基端壁）２ｃとの間に、第２リリース室２７が設けられる。ハウジング２の胴部２ｂに第２給排路２８が形成され、その第２給排路２８が前記の第１リリース室２６と第２リリース室２７とを連通させる。前記の第１リリース室２６と第２リリース室２７とに、第２給排路２８とリリースポート２９とを介してリリース用の圧油が供給および排出される。

ここで、上記の出力ロッド３において、前記第２ピストン１１に保密状に挿入された大径部３ｃの直径Ｄ２を、前記第１ピストン１０に保密状に挿入された小径部３ａの直径Ｄ１よりも大きい値に設定している。これにより、ロック室１７の圧油から出力ロッド３に作用する差力によって当該出力ロッド３が下方へ押し下げられる。

上記の小径孔５ａと第１ピストン１０の外周部との間に、案内機構３５が設けられる。その案内機構３５は、次のように構成される。
上記の小径孔５ａに周方向へ複数の収容孔３６が形成され、各収容孔３６に案内ボール（案内部材）３７が装着される。前記第１ピストン１０の外周には、螺旋状の旋回溝３８が周方向へ等間隔に形成される。各旋回溝３８に前記案内ボール３７が係合される。第１ピストン１０を上下方向へ移動させると、その第１ピストン１０が案内ボール３７に沿って上下方向へ進退しながら旋回する。

上記の第１ピストン１０の内周壁と前記小径部３ａの外周部との間に、伝動機構４３が設けられる。その伝動機構４３は、次のように構成される。
第１ピストン１０の内周上部に複数の凹部４４が形成され、その凹部４４に伝動ボール（伝動部材）４５が挿入される。その伝動ボール４５の上方から装着される上板４６が、止め輪４７によって固定される。上記の小径部３ａに、複数の直線溝４８が周方向へ等間隔に形成され、その直線溝４８に伝動ボール４５が係合される。これにより、出力ロッド３と第１ピストン１０とは、軸心回りに相対回転するのが防止されると供に、上下方向へ相対移動するのが許容される。また、出力ロッド３の直線溝４８の上方に、環状の係止部材４９が設けられ、第１ピストン１０が上昇したときに前記上板４６が前記係止部材４９に係合される。

上記の第２ピストン１１と出力ロッド３との間に倍力機構５５が設けられる。その倍力機構５５は、次のように構成される。
前記の出力ロッド３の下端部（基端部）３ｅに、下方へすぼまる溝状の伝達部５６が、出力ロッド３の周方向へ等間隔に形成される。ハウジング２の下端壁（基端壁）２ｃの上面に筒部材５７が旋回可能に配置され、その筒部材５７の上部に、伝達部５６に対応する箇所に複数の横溝（受部）５８が形成される。後述の図３に示すように、前記の出力ロッド３が上方へ進出したときには、前記の伝達部５６と筒部材５７との間に、環状の楔空間５９が、半径方向の内方へ狭くなるように形成される。前記の筒部材５７の各横溝５８に係合ボール（係合部材）６０が挿入される。その係合ボール６０を半径方向の内方へ押す倍力部６１が、第２ピストン１１の内周面に、上方へ向かってすぼまるように設けられる。これにより、倍力機構５５は、ロック室１７の圧油が第２ピストン１１を下方へ押す力を、上方への力に反転させると共に、倍力変換して出力ロッド３へ伝達する。

上記のシリンダ装置は、図１から図５に示すように、次のように作動する。
図１のリリース状態では、ロック室１７から圧油が排出されると共に、第１リリース室２６及び第２リリース室２７に圧油が供給されている。前記第２リリース室２７の圧油が、第２ピストン１１を上方へ押圧して、その第２ピストン１１が、前記シリンダ孔５の段部５ｃに受止められる。前記の第１リリース室２６の圧油が、第１ピストン１０を下方へ押圧し、その第１ピストン１０の下部に形成された駆動部１０ａが、出力ロッド３のフランジ３ｂを下方へ押圧して、出力ロッド３の下端部３ｅがハウジング２の下端壁２ｃに受止められる。

図１のリリース状態から図４のロック状態へ切換えるときには、第１リリース室２６及び第２リリース室２７の圧油が排出されると共に、ロック室１７に圧油が供給される。
すると、図２に示すように、前記のロック室１７の圧油が、第２ピストン１１を下方へ移動させようとするが、その第２ピストン１１が係合ボール６０を介して出力ロッド３および筒部材５７に受止められて移動が制限される。また、前記出力ロッド３は、ロック室１７の圧油から作用する前記差力によって下方へ押圧されている。このため、前記のロック室１７の圧油が第１ピストン１０を案内機構３５を介して旋回させながら上昇させ、出力ロッド３が伝動機構４３を介してリリース位置で旋回される。

前記第１ピストン１０が、さらに上昇されながら旋回されると、図３に示すように、第１ピストン１０の上板４６が出力ロッド３の係止部材４９に係合して、第１ピストン１０が、出力ロッド３を上昇させると共に伝動機構４３を介して出力ロッド３を旋回させる。すると、上記の楔空間５９が拡張され、その楔空間５９に第２ピストン１１の倍力部６１が係合ボール６０を押し出して、出力ロッド３が倍力駆動される。

その後、図４に示すように、前記の中子４の係止部４ｂが金型１の受け部１ａに受止められ、第２ピストン１１が倍力機構５５を介して出力ロッド３をロック位置で保持する。これにより、そのロック位置の出力ロッド３が下降力を受けたときに、倍力機構５５の構成部材同士の間に生じる摩擦力によって出力ロッド３が下方へ押し戻されるのを防止できる。

図４のロック状態から図１のリリース状態へ切換えるときには、ロック室１７の圧油が排出されると共に、第１リリース室２６及び第２リリース室２７へ圧油が供給される。
すると、図５に示すように、まず、第２リリース室２７の圧油が第２ピストン１１を上昇させ、係合ボール６０が楔空間５９の半径方向の外方へ移動することが許容されると共に（ここでは、係合ボール６０が楔空間５９の半径方向の外方へ既に移動した状態を示している）、第２リリース室２７の圧油が出力ロッド３の下端面を上方へ押圧して当該出力ロッド３をロック位置に保持する。引き続いて、第２リリース室２７の圧油によって出力ロッド３が前記ロック位置に押された状態で、第１リリース室２６の圧油が案内機構３５を介して第１ピストン１０を下降させながら旋回させ、その第１ピストン１０が伝動機構４３を介して出力ロッド３をロック位置で旋回させる。

前記第１ピストン１０がさらに下降されながら旋回されることにより、第１ピストン１０の駆動部１０ａが出力ロッド３のフランジ３ｂに当接する。これにより、その第１ピストン１０が、フランジ３ｂを介して出力ロッド３をリリース位置へ下降させながら伝動機構４３を介して出力ロッド３を旋回させる。その後、出力ロッド３の下端部３ｅがハウジング２の下端壁２ｃに受止められることにより、シリンダ装置は、図１のリリース状態となる。

上記の実施形態は次の長所を奏する。
前記ロック状態において、金型１内で生じる射出圧力が中子４を下方へ押圧したときに、第２ピストン１１が倍力機構５５を介して出力ロッド３を上記受け部１ａに強力に押圧することにより、出力ロッド３がロック位置から下方へ押し戻されるのを防止できる。
また、出力ロッド３をロック位置で旋回させるのに際し、前述した従来技術の弁機構を省略できるので、シリンダ装置の構成を簡素にできる。

上記の実施形態は次のように変更可能である。
圧力流体は、例示した圧油に代えて、圧縮空気であってもよい。
受け部１ａは、固定台１に形成されるのに代えて、ハウジング２に形成されてもよい。
前記案内ボール３７を装着する収容孔３６は、シリンダ孔５に形成されるのに代えて、第１ピストン１０の外周部に形成されてもよい。また、螺旋状の旋回溝３８は、第１ピストン１０の外周部に形成されるのに代えて、シリンダ孔５の内周壁に形成されてもよい。
前記伝動ボール４５を装着する凹部４４は、第１ピストン１０の内周壁に形成されるのに代えて、出力ロッド３の外周部に形成されてもよい。また、前記直線溝４８は、出力ロッド３の外周部に形成されるのに代えて、第１ピストン１０の内周壁に形成されてもよい。
案内部材，伝達部材，係合部材は、それぞれ、例示の案内ボール３７，伝動ボール４５，係合ボール６０に代えて、円柱状のピン等を利用可能である。
その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。

１：固定台（金型），１ａ：受け部，２：ハウジング，２ｃ：基端壁（下端壁），３：出力ロッド，３ａ：小径部，３ｂ，被駆動部（フランジ），３ｃ：大径部，３ｅ：基端部（下端部），５：シリンダ孔，１０：第１ピストン，１１：第２ピストン，１７：ロック室，２６：第１リリース室，２７：第２リリース室，３５：案内機構，３７：案内部材（案内ボール），３８：旋回溝，４３：伝動機構，４５：伝動部材（伝動ボール），４８：直線溝，５５：倍力機構，５６：伝達部，５８：受部（横溝），５９：楔空間，６０：係合部材（係合ボール），６１：倍力部．

Claims (5)

1. 固定台（１）に取り付けられるハウジング（２）と、
   前記ハウジング（２）内に軸心方向へ進退可能かつ軸心回りに旋回可能に挿入された出力ロッド（３）であって、その出力ロッド（３）が先端側へ移動したときに前記固定台（１）の受け部（１ａ）または前記ハウジング（２）の受け部に係合される出力ロッド（３）と、
   その出力ロッド（３）に基端側へ順に形成された小径部（３ａ）と被駆動部（３ｂ）と大径部（３ｃ）と、
   前記ハウジング（２）に形成されたシリンダ孔（５）の先端寄り部と前記小径部（３ａ）との間に進退可能かつ旋回可能で保密状に挿入された第１ピストン（１０）と、
   前記シリンダ孔（５）の基端寄り部と前記大径部（３ｃ）との間に進退可能で保密状に挿入された第２ピストン（１１）と、
   前記第１ピストン（１０）と前記第２ピストン（１１）との間に設けられたロック室（１７）と、
   前記第１ピストン（１０）の先端側に設けられた第１リリース室（２６）と、
   前記第２ピストン（１１）の基端側に設けられた第２リリース室（２７）と、
   前記シリンダ孔（５）と前記第１ピストン（１０）との間に設けられた案内機構（３５）であって、前記ハウジング（２）に対して前記第１ピストン（１０）を旋回させながら進退させる案内機構（３５）と、
   前記第１ピストン（１０）と前記出力ロッド（３）との間に設けられた伝動機構（４３）であって、前記第１ピストン（１０）と前記出力ロッド（３）とが軸心回りに相対回転するのを防止すると共に軸心方向へ相対移動するのを許容する伝動機構（４３）と、
   前記ロック室（１７）に供給された圧力流体が前記第２ピストン（１１）を基端側へ押す力を、先端側への力に変換して前記出力ロッド（３）へ伝達する倍力機構（５５）と、
   を備え、
   前記出力ロッド（３）を先端側のロック位置から基端側のリリース位置へリリース駆動するときに、前記第１リリース室（２６）及び前記第２リリース室（２７）の圧力流体が、前記出力ロッド（３）を、前記ロック位置で旋回させた後に前記リリース位置へ後退させながら旋回させる、
   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、
   前記出力ロッド（３）の前記ロック位置では、前記ロック室（１７）の圧力流体によって前記第２ピストン（１１）が前記倍力機構（５５）を介して当該出力ロッド（３）を前記受け部（１ａ）へ押圧し、
   前記出力ロッド（３）を前記ロック位置から前記リリース位置へ後退させるときには、前記ロック室（１７）の圧力流体を排出すると共に前記第１リリース室（２６）および前記第２リリース室（２７）に圧力流体を供給することにより、まず、前記第２リリース室（２７）の圧力流体が、前記第２ピストン（１１）を先端側へ移動させると共に、前記出力ロッド（３）を前記ロック位置へ押圧し、その押圧状態で、前記第１リリース室（２６）の圧力流体が前記案内機構（３５）を介して前記第１ピストン（１０）を旋回させながら基端側へ後退させると共に、前記第１ピストン（１０）が前記伝動機構（４３）を介して前記出力ロッド（３）を前記ロック位置で旋回させ、その後、前記第１ピストン（１０）が、前記被駆動部（３ｂ）と係合して前記出力ロッド（３）を後退させながら前記伝動機構（４３）を介して前記出力ロッド（３）を旋回させる、
   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、
   前記案内機構（３５）は、前記シリンダ孔（５）と前記第１ピストン（１０）との両者のうちの一方に設けられた案内部材（３７）及び両者のうちの他方に設けられた旋回溝（３８）を有する、
   ことを特徴とするシリンダ装置。
4. 請求項１のシリンダ装置において、
   前記伝動機構（４３）は、前記第１ピストン（１０）と前記出力ロッド（３）との両者のうちの一方に設けられた伝動部材（４５）及び両者のうちの他方に軸心方向へ設けられた直線溝（４８）を有する、
   ことを特徴とするシリンダ装置。
5. 請求項１のシリンダ装置において、
   前記倍力機構（５５）は、前記の倍力駆動時に、前記出力ロッド（３）の基端部（３ｅ）に設けた伝達部（５６）と前記ハウジング（２）の基端壁（２ｃ）に設けた受部（５８）との間で半径方向の内方へ狭くなるように形成される楔空間（５９）を有し、
   その楔空間（５９）に周方向に所定の間隔をあけて係合部材（６０）が挿入され、
   その係合部材（６０）を半径方向の内方へ押すように前記第２ピストン（１１）に倍力部（６１）が設けられる、
   ことを特徴とするシリンダ装置。

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