JP2016070471A - シリンダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギーであって且つピストン位置を瞬時に検出することができる位置検出機能付きのシリンダ装置を提供すること。
【解決手段】ハウジング１内にピストン１０を昇降可能に挿入し、そのピストン１０の下側に配置された駆動室１２に駆動用の加圧流体を供給および排出可能に構成する。ピストン１０に連結された下ロッド１９を駆動室１２に収容する。ハウジング１の下壁３に形成した装着孔３３にリミットスイッチ３６を固定する。下ロッド１９に下方へ開口するように設けた挿入穴３１に、ピストン１０の位置を検出するための検出ロッド３７を収容可能に構成する。ピストン１０が予め設定された位置に移動したときに駆動室１２の加圧流体によって検出ロッド３７が下方へ押動される。その検出ロッド３７の動きをリミットスイッチ３６によって検出することでピストン１０の位置を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピストンの位置を検出する機能を備えるシリンダ装置に関し、より具体的には、ワーク用のクランプに利用するのに好適なシリンダ装置に関する。

この種の位置検出機能付きシリンダ装置には、例えば特許文献１に記載されたものが従来の技術として存在する。

特許文献１に記載の流体圧シリンダは、ピストン部材の位置を検出する検出用開閉弁機構を備え、ピストン部材が設定移動位置に移動したときに、検出用開閉弁機構を構成する弁体が閉弁位置又は開弁位置に切り換わって、エア通路を遮断又は遮断解除する構造とされている。このエア通路には加圧エアが供給されており、弁体が閉弁位置にあるのか開弁位置にあるのかは、加圧エアの供給配管に接続された圧力スイッチの検出信号により検知される。

特開２０１４−１０８４９０号公報

上記した従来技術では、エア通路に加圧エアが常時供給され続けるため、弁体が開弁位置にある状態では、加圧エアがエア通路を流れ放題になる。このため、上記した従来技術に係るピストン部材の位置検出構成は、エア（空気）の消費量が多いのでエネルギー消費量が多い。

また、開弁位置から閉弁位置へ弁体が切り換わったときの加圧エアの供給配管の昇圧には、数秒の時間が必要である。すなわち、上記した従来技術では、ピストン部材の位置の検出に数秒の時間を要する。特許文献１に記載の流体圧シリンダをクランプに利用した場合には、ピストン位置検出の数秒のロスにより、クランプのサイクルタイムがそのロス時間分長くなってしまう。

本発明の目的は、省エネルギーであって且つピストン位置を瞬時に検出することができる位置検出機能付き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３Ｂに示すように、シリンダ装置を次のように構成した。

ハウジング１内にピストン１０を昇降可能に挿入し、そのピストン１０の下側に配置された駆動室１２に駆動用の加圧流体を供給および排出可能に構成する。前記ピストン１０に連結された下ロッド１９を駆動室１２に収容する。前記ハウジング１の下壁３に形成した装着孔３３に電気式または電子式のスイッチ３６を固定する。前記下ロッド１９に下方へ開口するように設けた挿入穴３１に、前記ピストン１０の位置を検出するための検出ロッド３７を収容可能に構成する。前記ピストン１０が予め設定された位置に移動したときに前記駆動室１２の前記加圧流体によって検出ロッド３７が下方へ押動される。その検出ロッド３７の動きを前記スイッチ３６によって電気的または電子的に検出することで前記ピストン１０の位置を検出する。

本発明は、次の作用効果を奏する。
本発明のシリンダ装置では、電気式または電子式のスイッチによって検出ロッドの下方への動きを検出することでピストンの位置を検出する。ここで、電気式または電子式のスイッチに供給する電力は極めて微小な量で足りる。また、電気式または電子式のスイッチは瞬時に作動する。
従って、本発明によると、省エネルギーであって且つピストン位置を瞬時に検出することができる位置検出機能付きのシリンダ装置を提供できる。

本発明においては、ハウジング１の下壁３に形成した装着孔３３に保持ロッド３２を着脱自在に取り付けて、当該保持ロッド３２を介してスイッチ３６を前記装着孔３３に固定し、保持ロッド３２に設けられたロッド孔３５内にスイッチ３６と検出ロッド３７とを直列配置で収容することが好ましい。

この構成によると、スイッチおよび検出ロッドを取り外しし易いので、スイッチおよび検出ロッドのメンテナンスを容易に行える。

また、本発明においては、検出ロッド３７の動きを検出するためのスイッチ３６として電気式のリミットスイッチを用いることが好ましい。この構成によると、安価で入手し易いスイッチで検出ロッドの動きを検出できる。

本発明によると、省エネルギーであって且つピストン位置を瞬時に検出することができる位置検出機能付きのシリンダ装置を提供できる。

本発明のシリンダ装置を利用したワーク用クランプを示し、そのクランプのアンクランプ状態の立断面図である。 前記クランプのクランプ状態の立断面図である。 図３Ａは、図１の３Ａ部の拡大図である。図３Ｂは、図２の３Ｂ部の拡大図である。

以下、本発明の一実施形態を図１から図３Ｂによって説明する。

この実施形態では、シリンダ装置をワーク固定用の旋回式クランプに適用した場合を例示してある。まず、図１から図２に基づいて本発明の一実施形態である旋回式クランプ１００の全体構造を説明する。

（旋回式クランプの構造）
固定台としてのテーブルＴにハウジング１が取付けられる。ハウジング１は、一端壁としての上壁２と、他端壁としての下壁３と、上下方向へ延びる胴壁４と、胴壁４の内側に形成されたシリンダ孔５とを備える。上壁２は、その外周部に取付け用のフランジ７を有し、平面視で長方形状に形成される。フランジ７の下面に形成した据付面７ａが締結ボルト（図示せず）によりテーブルＴの上面に固定される。

シリンダ孔５にピストン１０が昇降可能で保密状に挿入される。ピストン１０の上側と下側には、クランプ用の第１駆動室１１とアンクランプ用の第２駆動室１２とが配置される。

また、上壁２の内部には、第１駆動室１１へ連通される第１給排路２１が形成されると共に、第２駆動室１２へ連通される第２給排路２２が形成される。さらに、上壁２の側面には、第１給排路２１へ連通される第１給排ポートＰ１が開口されると共に、第２給排路２２へ連通される第２給排ポート（図示せず）が開口される。なお、図１および図２において、第１給排ポートＰ１の図中紙面奥側に第２給排ポートがある。第１駆動室１１および第２駆動室１２には、それぞれ、第１給排ポートＰ１および第２給排ポートと、第１給排路２１および第２給排路２２とを介して、圧油（駆動用の加圧流体）が供給および排出される。

上壁２の中央部に設けた貫通孔１３に出力ロッド１４が上下方向へ移動可能で保密状に挿入される。出力ロッド１４はピストン１０の上端に連結される。この実施形態では、出力ロッド１４はピストン１０と一体に形成されている。出力ロッド１４の上部にクランクアーム１５がナット１６で固定される。出力ロッド１４の外周側で前記の上壁２には、いずれも環状の封止部材１７とスクレーパ１８とが装着されている。なお、出力ロッド１４とピストン１０とが別部品とされて相互に強固に固定されていてもよい。

また、第２駆動室１２には下ロッド１９が収容される。下ロッド１９はピストン１０の下端に連結される。この実施形態では、ピストン１０から下ロッド１９が下方へ一体に突出されている。下ロッド１９は前記の下壁３の支持孔２０に移動可能に挿入される。なお、下ロッド１９とピストン１０とが別部品とされて相互に強固に固定されていてもよい。

下ロッド１９の外周面に３つのガイド溝２３が周方向へ所定の間隔をあけて形成される。各ガイド溝２３は、周知の構造であって、上下に連ねて形成されたストレートな直進溝２３ａおよび螺旋状の旋回溝２３ｂを備える。支持孔２０の周壁の上部には３つの横孔２４が周方向へ所定の間隔をあけて形成され、各横孔２４に挿入されたボール２５がガイド溝２３に嵌合している。複数のボール２５の外周にリング２６が回転自在に外嵌めされる。

また、下ロッド１９には、その下方に向かって開口するガイド穴（挿入穴）３１が設けられる。ガイド穴３１には保持ロッド３２のロッド部３２ａが挿入される。保持ロッド３２は、ロッド部３２ａと鍔部３２ｂとを有し、ロッド部３２ａと鍔部３２ｂとの間にはネジ込み部３２ｃが設けられる。ハウジング１の下壁３の中央部には装着孔３３が設けられており、この装着孔３３に保持ロッド３２のロッド部３２ａを挿入し、ネジ込み部３２ｃをネジ込んで固定することで、保持ロッド３２は装着孔３３に着脱自在に取り付けられる。保持ロッド３２の外周側でネジ込み部３２ｃと鍔部３２ｂとの間の凹部には、環状の封止部材３４が装着されている。

保持ロッド３２にはロッド孔３５が設けられる。ロッド孔３５は、保持ロッド３２の中部から下端にわたって形成される第１孔部３５ａと、上部に形成される第２孔部３５ｂと、第１孔部３５ａと第２孔部３５ｂとの間の第３孔部３５ｃとを有する。第３孔部３５ｃの孔径は、その上下に隣接する部分の孔径よりも小さくされており、これにより、軸心へ向かって突出する形態となる。第１孔部３５ａ、第２孔部３５ｂ、および第３孔部３５ｃの軸心は一致する。

ロッド孔３５のうちの第１孔部３５ａには電気式の棒状のリミットスイッチ（スイッチ）３６がネジ込まれてナット４４で固定される。すなわち、この実施形態では、リミットスイッチ３６は、ハウジング１の下壁３の中央部に設けられた装着孔３３に保持ロッド３２を介して固定される。

ロッド孔３５のうちの第２孔部３５ｂには、ピストン１０の位置を検出するための検出ロッド３７が収容されている。このような形態で、リミットスイッチ３６と検出ロッド３７とが保持ロッド３２のロッド孔３５内に直列配置で収容されている。

図３Ａおよび図３Ｂを主として参照しつつ検出ロッド３７およびその周辺の構造、ならびにリミットスイッチ３６について詳しく説明する。

検出ロッド３７は、ロッド本体部３８と、ロッド本体部３８から下方へ延在するスイッチ当接部３９とを有する。ロッド本体部３８の外周部には環状の係合凹部４０が設けられる。係合凹部４０は、下方に向かうに連れて小径化する上側円錐面４０ａと、上側円錐面４０ａの下端から延びる円柱面４０ｂと、円柱面４０ｂの下端から延びると共に下方に向かうに連れて大径化する下側円錐面４０ｃとを有する。スイッチ当接部３９のうちのロッド本体部３８に一体的に接続する部分はスイッチ当接部３９の下端部よりも小径にされており、この小径部分の外周側に環状の封止部材４１が装着されている。また、ロッド本体部３８の上端部は、その下端部よりも径が大きくされる。

第２孔部３５ｂの周壁の中途部には２つの横孔４２が周方向へ所定の間隔をあけて形成され、各横孔４２に挿入されたボール４３がロッド本体部３８の係合凹部４０に係合している。本実施形態では、２つの横孔４２及び２つのボール４３としているが、横孔およびボールの個数はこれに限定されるものではない。

ボール４３が半径方向の外方へ水平移動するのを許容させるための環状の退避溝１９ａが、下ロッド１９の内周壁部の下端部に設けられる。下ロッド１９の内周壁部の下端部を除く部分は、上下に連続して延びる円筒形状の筒壁部１９ｂとなっている。即ち、ガイド穴３１は、筒壁部１９ｂと退避溝１９ａとを有する。

保持ロッド３２のロッド部３２ａと検出ロッド３７とボール４３等で構成されるピストン１０の位置検出部は、旋回式クランプ１００のハウジング１内に収容されるので、切粉や切削油により悪影響を受けない。そのため、長期間にわたって良好に旋回式クランプ１００を使用できる。

リミットスイッチ３６は、接触式の検出スイッチであり、外周面にネジ部を有する筒状のケーシング３６ａと、ケーシング３６ａに対して進退自在の棒状のアクチュエータ３６ｂとを有する。アクチュエータ３６ｂの先端部分は、ロッド孔３５のうちの第３孔部３５ｃ内に配置される。アクチュエータ３６ｂは、ケーシング３６ａ内に収容しているスイッチ接点（図示せず）を開閉する。ケーシング３６ａ内には、アクチュエータ３６ｂをケーシング３６ａ内から突出させるためのバネ（弾性体）（図示せず）が収容される。

（旋回式クランプの動作）
上記構成の旋回式クランプ１００は次のように動作する。

図１のアンクランプ状態では、上側の第１駆動室１１の圧油が第１給排路２１を経由して第１給排ポートＰ１から排出されていると共に、第２給排ポートから第２給排路２２を経由して下側の第２駆動室１２へ圧油が供給されている。これにより、ピストン１０が上限位置へ上昇して、下ロッド１９と出力ロッド１４およびクランクアーム１５をピストン１０が上昇させている。

上記アンクランプ状態では、図１および図３Ａに示すように、検出ロッド３７が下降していることでリミットスイッチ３６のアクチュエータ３６ｂを検出ロッド３７がケーシング３６ａ内に押し込んだ状態となっており、これにより、ケーシング３６ａ内のスイッチ接点をアクチュエータ３６ｂがＯＮまたはＯＦＦさせている。

より詳しくいえば、第２駆動室１２へ圧油が供給されていると、下ロッド１９は第２駆動室１２内に収容されているため、その第２駆動室１２の圧油が、横孔４２とボール４３との間の僅かな隙間と、ロッド本体部３８の下部と第２孔部３５ｂとの間の僅かな隙間と、を通って封止部材４１の上側に作用するので、検出ロッド３７が下方に向かって押されている。ここで、ピストン１０が下ロッド１９を引き上げて、下ロッド１９の退避溝１９ａ部分が、ボール４３が位置する高さまで上昇しているので、検出ロッド３７に作用する圧油によりロッド本体部３８の係合凹部４０の上側円錐面４０ａによって半径方向の外方へ押されているボール４３は、保持ロッド３２のロッド部３２ａに形成された横孔４２内を、半径方向外側に水平移動して退避溝１９ａ部分に退避した状態となっている。ボール４３が半径方向外側にずれていることで、前記圧油によって検出ロッド３７が下降している。これにより、検出ロッド３７のスイッチ当接部３９がリミットスイッチ３６のアクチュエータ３６ｂをケーシング３６ａ内に押し込んでいる。検出ロッド３７の下降を前記スイッチ接点のＯＮまたはＯＦＦで検知することで、クランプがアンクランプの状態であることを確認できる。

上記図１のアンクランプ状態から図２のクランプ状態へ切り換えるときには、図１のアンクランプ状態において、下側の第２駆動室１２の圧油を第２給排路２２を経由して第２給排ポートから排出すると共に、第１給排ポートＰ１から第１給排路２１を経由して上側の第１駆動室１１へ圧油を供給して、ピストン１０を下降させていく。すると、まず、下ロッド１９（およびピストン１０と出力ロッド１４とクランクアーム１５）が前記旋回溝２３ｂに沿って旋回しながら下降し、引き続いて、下ロッド１９が直進溝２３ａに沿って真っ直ぐに下降していく。これにより、図２に示すように、クランクアーム１５がワークピースを固定台の上面（いずれも図示せず）に押圧する（クランプ状態）。

ピストン１０の下降時には、主として図３Ａと図３Ｂに示すように、検出ロッド３７等が次のように動作する。

第１駆動室１１へ供給された圧油により、図１の上限位置からピストン１０は下降を開始し、ピストン１０が下ロッド１９を押し下げていく。このとき、下ロッド１９の前記筒壁部１９ｂと退避溝１９ａとの境界部分（図３Ａを参照）がボール４３を軸心側へ押し、ボール４３は、横孔４２内を半径方向内側に水平移動する。これにより、ボール４３に係合する検出ロッド３７がボール４３に押されて上昇し、リミットスイッチ３６のアクチュエータ３６ｂの先端から検出ロッド３７のスイッチ当接部３９が離れ、アクチュエータ３６ｂは、ケーシング３６ａ内から当該ケーシング３６ａ内のバネの復元力で上昇する。検出ロッド３７の上昇をアクチュエータ３６ｂによる前記スイッチ接点のＯＦＦまたはＯＮで検知することで、クランクアーム１５が上限位置にないことを確認できる。なお、下ロッド１９がさらに下降していくと、図３Ｂに示すようにボール４３は、下ロッド１９の前記筒壁部１９ｂで半径方向外側への移動が拘束されるため、これに係合する検出ロッド３７は、リミットスイッチ３６のアクチュエータ３６ｂから離間した状態を維持する。

上記図２のクランプ状態から図１のアンクランプ状態へ切り換えるときには、図２のクランプ状態において、上側の第１駆動室１１の圧油を第１給排路２１を経由して第１給排ポートＰ１から排出すると共に、第２給排ポートから第２給排路２２を経由して下側の第２駆動室１２へ圧油を供給して、ピストン１０を上昇させていく。すると、まず、下ロッド１９（およびピストン１０と出力ロッド１４とクランクアーム１５）が前記直進溝２３ａに沿って真っ直ぐに上昇し、引き続いて、下ロッド１９が旋回溝２３ｂに沿って旋回しながら上昇していく。これにより、図１に示すように、クランクアーム１５が退避位置へ切り換えられる。

ピストン１０の上昇時には、主として図３Ａに示すように、検出ロッド３７等が次のように動作する。

第２駆動室１２へ供給された圧油により、図２の下限位置からピストン１０は上昇を開始し、ピストン１０が下ロッド１９を引き上げていく。図３Ａに示すように、下ロッド１９の退避溝１９ａ部分が、ボール４３が位置する高さまで上昇すると、検出ロッド３７に作用する圧油によりロッド本体部３８の係合凹部４０の上側円錐面４０ａによって半径方向の外方へ押されているボール４３は、保持ロッド３２のロッド部３２ａに形成された横孔４２内を、半径方向外側に水平移動して退避溝１９ａ部分に退避する。ボール４３が半径方向外側にずれることで、前記圧油によって検出ロッド３７が下降する。これにより、検出ロッド３７のスイッチ当接部３９がリミットスイッチ３６のアクチュエータ３６ｂをケーシング３６ａ内に押し込む。検出ロッド３７の下降をアクチュエータ３６ｂによる前記スイッチ接点のＯＮまたはＯＦＦで検知することで、クランプがアンクランプの状態であることを確認できる。

なお、この実施形態では、図１のピストン１０の上限位置が予め設定されたピストン１０の位置である。

（変形例）
上記の実施形態は次のように変更可能である。

上記の実施形態では、ボール４３を水平移動させるための環状の退避溝１９ａを下ロッド１９の内周壁部の下端部に設けているが、退避溝を設ける位置はこれに限られるものではない。例えば、図２のクランプ状態の図におけるボール４３の真横部分の、下ロッド１９の内周壁部にボール４３の退避溝を設けてもよい。この構成によると、クランクアーム１５が下限位置まで下降したとき、ボール４３が半径方向外側に水平移動して退避溝部分に退避することで検出ロッド３７が下降する。検出ロッド３７のこの動きをリミットスイッチ３６によって検出することで、クランクアーム１５が下限位置まで下降したことを確認できる。この場合、図２のピストン１０の下限位置が予め設定されたピストン１０の位置である。

また、検出ロッド３７を所定の高さ位置で保持および保持解除する手段は、例示した機構に代えて種々の構造を利用可能である。

スイッチ（検出スイッチ）として、例示の接触式のリミットスイッチ３６に代えて、近接スイッチ等の非接触式のスイッチを用いてもよい。さらには、電気式のスイッチではなく、半導体素子等を用いた電子式のスイッチを用いてもよい。

シリンダ装置は、例示の複動式に代えて、単動バネ復帰式に構成してもよく、さらには、バネロック式で油圧リリース式に構成することも可能である。そのシリンダ装置に使用される駆動用の加圧流体は、例示した圧油に代えて圧縮空気等のガス体であってもよい。

また、本発明のシリンダ装置は、クランプの技術分野とは異なる技術分野に利用することも可能である。

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：ハウジング、３：下壁、１０：ピストン、１２：駆動室（第２駆動室）、１９：下ロッド、３１：挿入穴（ガイド穴）、３２：保持ロッド、３３：装着孔、３５：ロッド孔、３６：スイッチ（リミットスイッチ）、３７：検出ロッド、１００：シリンダ装置（旋回式クランプ）

Claims (3)

1. ハウジング（１）内に昇降可能に挿入されたピストン（１０）と、そのピストン（１０）の下側に配置されると共に駆動用の加圧流体が供給および排出される駆動室（１２）と、その駆動室（１２）に収容されると共に前記ピストン（１０）に連結された下ロッド（１９）と、前記ハウジング（１）の下壁（３）に形成した装着孔（３３）に固定された電気式または電子式のスイッチ（３６）と、前記ピストン（１０）の位置を検出するための検出ロッド（３７）と、を備え、
   前記検出ロッド（３７）は、前記下ロッド（１９）に下方へ開口するように設けた挿入穴（３１）に収容可能に構成されて、前記ピストン（１０）が予め設定された位置に移動したときに前記駆動室（１２）の前記加圧流体によって下方へ押動され、その検出ロッド（３７）の動きを前記スイッチ（３６）によって電気的または電子的に検出することで前記ピストン（１０）の位置を検出する、
   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、
   前記スイッチ（３６）は、前記装着孔（３３）に着脱自在に取り付けられた保持ロッド（３２）を介して当該装着孔（３３）に固定されており、
   前記スイッチ（３６）と前記検出ロッド（３７）とが、前記保持ロッド（３２）に設けられたロッド孔（３５）内に直列配置で収容されている、ことを特徴とするシリンダ装置。
3. 請求項１または２のシリンダ装置において、
   前記スイッチ（３６）が電気式のリミットスイッチである、ことを特徴とするシリンダ装置。

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