JP2016095021A - シリンダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリンダ装置の耐久性を向上する。【解決手段】 ハウジング（１）に第１ピストン（２０）が挿入され、その第１ピストン（２０）の筒孔（２１）に第２ピストン（２５）が挿入される。前記ハウジング（１）内のリリース室（３５）に保持機構（４０）が設けられる。ロック駆動の初期には、前記第１ピストン（２０）が前記保持機構（４０）を介して前記第２ピストン（２５）を移動させる。これに対し、ロック駆動の終期には、前記第２ピストン（２５）の係止部（３２）に前記第１ピストン（２０）の係合部（３３）が右側から当接して、前記第１ピストン（２０）が前記第２ピストン（２５）を直接移動させる。【選択図】図１

Description

この発明は、シリンダ装置に関する。

この種のシリンダ装置には、従来では、特許文献１（日本国・特開２０１３−４４４３６公報）に記載されたものがある。その従来技術は、上記公報の図７に示すように、次のように構成されている。
ハウジングに倍力用の第１ピストンが挿入され、その第１ピストンの筒孔に第２ピストンが挿入される。第１ピストンおよび第２ピストンの左側に形成されるリリース室に、倍力機構が設けられる。第１ピストンおよび第２ピストンの右側に形成されるロック室に、保持バネが装着される。
ロック駆動するときには、リリース室の圧縮空気が排出されると共にロック室に圧縮空気が供給される。すると、まず、その圧縮空気が第２ピストンを左方へ低負荷で移動させ、その後、ロック室の圧力と保持バネの付勢力とによって第１ピストンが倍力機構を介して第２ピストンを左方へ倍力駆動させる。

特開２０１３−４４４３６号公報（図７）

上記の従来技術は、次の点で改良する余地が残されていた。
第２ピストンの出力ロッドがワークや金型等のクランプ対象物をロックした状態では、その出力ロッドが倍力機構を介して第１ピストンに受け止められている。このため、上記ロック状態の出力ロッドに、想定を超える異常な外力がリリース方向へ作用された場合には、その異常な外力が出力ロッドを介して倍力機構に作用するので、その倍力機構を構成する部材が損傷するおそれがある。その結果、シリンダ装置の耐久性が低下する。
本発明の目的は、上記の問題点を解消できる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に第１ピストン２０が軸方向へ進退可能で保密状に挿入され、その第１ピストン２０に筒孔２１が軸方向へ貫通される。その第１ピストン２０の前記筒孔２１に、出力ロッド６を有する第２ピストン２５が進退可能で保密状に挿入される。前記第１ピストン２０及び前記第２ピストン２５が前記ハウジング１の内部を軸方向に区画することにより、リリース室３５とロック室３６とが形成される。前記リリース室３５内に保持機構４０が配置される。前記ロック室３６にロックバネ３８が装着される。前記第２ピストン２５に係止部３２が設けられる。前記第１ピストン２０に係合部３３が設けられる。その係止部３２に係合部３３が前記ロック室３６側から対面する。前記出力ロッド６をロック駆動させるときに、前記係合部３３が前記係止部３２から離間された状態では、前記第１ピストン２０が前記保持機構４０を介して前記第２ピストン２５を移動させる。これに対し、前記係合部３３が前記係止部３２に連結された状態では、前記第１ピストン２０が前記第２ピストン２５を直接移動させる。

本発明は次の作用効果を奏する。
前記出力ロッドがクランプ対象物をロックした状態において、当該出力ロッドに想定を超える異常な外力がリリース方向へ作用された場合には、その異常な外力が第２ピストンと第１ピストンとロックバネとを介してハウジングに受け止められる。このため、上記の異常な外力が保持機構に作用せず、その保持機構を構成する部材が損傷するのを防止できる。その結果、シリンダ装置の耐久性が向上する。

本発明は、例えば、図１から図３Ｂに示すように、下記構成（１）及び（２）を加えることが好ましい。
（１） 前記保持機構４０は、前記ハウジング１の２つの端壁１ａ，１ｂのうちの一方の端壁１ａ（１ｂ）から他方の端壁１ｂ（１ａ）へ突出されるガイド筒１６を有する。そのガイド筒１６が前記出力ロッド６の外周側に配置される。そのガイド筒１６の筒壁に支持孔４１が周方向へ所定の間隔をあけて貫通される。各支持孔４１に係合部材４２が挿入される。前記係合部材４２に対応する第１カム面４８が前記第１ピストン２０の前記筒孔２１に形成され、その第１カム面４８がロック室３６へ向かうにつれて軸心へ近づくように形成される。その係合部材４２に対応する第２カム面５０が前記出力ロッド６の外周面に形成され、その第２カム面５０が前記ロック室３６へ向かうにつれて軸心に近づくように形成される。前記出力ロッド６をロック駆動させるときに、前記係合部３３が前記係止部３２から離間された状態では、前記第１ピストン２０の前記第１カム面４８が前記係合部材４２を介して前記出力ロッド６の第２カム面５０を移動させる。これに対し、前記係合部３３が前記係止部３２に連結された状態では、前記第１カム面４８および前記第２カム面５０のうちの少なくとも一方と前記係合部材４２との間に隙間が形成され、前記第１ピストン２０が第２ピストン２５を直接移動させる。
この場合、前記出力ロッドがクランプ対象物をロックした状態において、当該出力ロッドに想定を超える異常な外力がリリース方向へ作用された場合には、その異常な外力が第２ピストンと第１ピストンとロックバネとを介してハウジングに受け止められる。このため、上記の異常な外力が第２カム面と係合部材と第１カム面とに作用せず、第２カム面や係合部材や第１カム面が損傷するのを防止できる。その結果、シリンダ装置の耐久性が向上する。

（２） 前記出力ロッド６がクランプ対象物８をロックした状態において、前記ロックバネ３８の付勢力を越えるリリース方向の外力が前記出力ロッド６に作用されて当該出力ロッド６がリリース方向へ所定ストロークだけ後退したときには、前記係合部材４２が前記第１カム面４８と前記第２カム面５０とに接当されると共に、前記係合部３３が前記係止部３２から離間される。
この場合、上記外力が出力ロッドの第２カム面と係合部材と第１ピストンの第１カム面とロックバネとを介してハウジングに受止められるので、その外力によって出力ロッドがリリース方向へ過度に移動されるのを確実に制限できる。

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断面図である。 図２Ａから図２Ｄは、上記シリンダ装置の動作説明図であって、それぞれ、上記図１に類似する図である。 図３Ａは、図２Ｃの３Ａ部分を拡大した部分図を示している。図３Ｂは、図２Ｄの３Ｂ部分を拡大した部分図を示している。

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、金型やワーク等のクランプ対象物を固定するクランプ機構をシリンダ装置に付設した場合を例示してある。まず、リリース状態を示す図１に基づいて上記シリンダ装置の構造を説明する。
横向きに配置されたハウジング１が、テーブル等の固定台Ｔに取付けられている。そのハウジング１が左端壁１ａと右端壁１ｂと胴部１ｃとを有する。その左端壁１ａの左下部にクランプアーム２の下端部がピン３を介して揺動可能に連結される。そのクランプアーム２の途中高さ部に出力ロッド６の左端部が左右方向へ押引き可能に連結される。クランプアーム２の上端部から突起部７が左方へ突出する。その突起部７の下面に設けられた出力部９がクランプ対象物としての金型８を押圧する。

前記ハウジング１にシリンダ孔１５が左右方向に形成され、ハウジング１の左端壁１ａからガイド筒１６が右方へ突設される。そのシリンダ孔１５に第１ピストン２０が左右方向へ進退可能で保密状に挿入される。その第１ピストン２０に筒孔２１が左右方向に貫通され、その筒孔２１に第２ピストン２５が左右方向へ進退可能に挿入される。

その第２ピストン２５は、大径部２６と、大径部２６から右方へ突出される小径部２７と、大径部２６から左方へ突出される前記出力ロッド６とを有する。その大径部２６が筒孔２１に保密状に挿入される。前記出力ロッド６が上記ガイド筒１６の内周孔１７に挿入される。その大径部２６と小径部２７との間の段差部に係止部３２が形成され、その係止部３２に対面する係合部３３が第１ピストン２０の右端部から半径方向の内方へ突設される。

上記第１ピストン２０と第２ピストン２５とによってシリンダ孔１５が左右に区画され、そのシリンダ孔１５の左側にリリース室３５が形成され、シリンダ孔１５の右側にロック室３６が形成される。ハウジング１の左端壁１ａに形成される給排口３７がリリース室３５に連通される。ロック室３６にロックバネ３８が装着され、そのロックバネ３８が第１ピストン２０を左方へ付勢する。ハウジング１の右端壁１ｂに設けられた呼吸孔（図示せず）が、ロック室３６をハウジング１の外部に連通させる。

上記リリース室３５に保持機構４０が配置される。その保持機構４０は、以下のように構成されている。
前記ガイド筒１６の筒壁に４つの支持孔４１が周方向へ所定の間隔をあけて半径方向へ貫通される。各支持孔４１に、係合部材としてのボール４２が挿入される。前記第１ピストン２０の筒孔２１の左端部に、押部４７と第１カム面４８とが右方へ順に形成される。その第１カム面４８がテーパ面に形成されると共に、右方へ向かうにつれて軸心に近づくように水平面から角度α（アルファ）だけ傾斜される。押部４７は、角度αよりも急傾斜であるテーパ面に形成される。
また、前記ボール４２に対応するカム溝４９が出力ロッド６の外周面に形成される。そのカム溝４９の底面に形成される第２カム面５０は、右方に向かうにつれて軸心に近づくように水平面から角度βだけ傾斜される。
なお、前記の第１カム面４８の傾斜角度αは、第２カム面５０の傾斜角度βよりも小さくなるように構成される。
また、前記筒孔２１には、例示した押部４７と第１カム面４８とが形成される構成に代えて、第１カム面４８のみが形成される構成としてもよい。

上記のシリンダ装置は、図２Ａから図２Ｄに示すように、次のように作動する。
図２Ａのリリース状態では、リリース室３５に圧油が供給されている。このため、第１ピストン２０及び第２ピストン２５が、それぞれ、右方へ移動されて右端壁１ｂに受止められると共に、ボール４２が出力ロッド６の第２カム面５０によって半径方向の外方へ移動されている。これにより、出力ロッド６がクランプアーム２を時計回り方向へ後退揺動させている。
上記リリース状態で、ハウジング１の左側に金型８が上方から搬入される。

上記シリンダ装置をロック駆動するときには、図２Ａのリリース状態において、リリース室３５の圧油を排出する。
すると、ロックバネ３８の付勢力によって第１ピストン２０が左方へ移動され、その第１ピストン２０の押部４７がボール４２を半径方向の内方へ移動させ、ボール４２が第２カム面５０を介して出力ロッド６を左方へ移動させていく。引き続いて、第１ピストン２０が左方へ移動されることにより、その第１ピストン２０の第１カム面４８がボール４２と第２カム面５０とを介して出力ロッド６を左方へ移動させ、その出力ロッド６がクランプアーム２を反時計回り方向へ揺動させていく。

これと同時に、前述したように上記第１カム面４８の傾斜角度αと第２カム面５０の傾斜角度βとに角度差を設けていることにより、第１ピストン２０が第２ピストン２５よりも左方へ速く移動されるので、図２Ｂに示すように、第１ピストン２０の係合部３３が第２ピストン２５の係止部３２に当接する。これにより、第１ピストン２０が第２ピストン２５を左方へ直接に移動させていき、図２Ｃのロック状態に示すように、クランプアーム２の出力部９が金型８を固定する。
また、上記図２Ｃのロック状態に示すように、第１ピストン２０及び第２ピストン２５がボール４２に対して左方へ相対移動したときには、その図２Ｃの部分拡大図としての図３Ａに示すように、上記角度差により、ボール４２と第１カム面４８との間に、またはボール４２と第２カム面５０との間に隙間が形成されている。なお、その隙間は、図２Ｂから図２Ｃに至る工程において、徐々に大きくなる。

上記図２Ｃのロック状態において、金型８に、前記ロックバネ３８の付勢力を越える外力が上方（図２Ｃに示す矢印方向）へ作用されると、その外力によってクランプアーム２が時計回り方向へ揺動される。すると、前記第２ピストン２５が第１ピストン２０を図２Ｃのロック状態から図２Ｄに示す位置までの所定ストロークだけ後退させる。すると、図２Ｄの部分拡大図としての図３Ｂに示すように、ボール４２が第１カム面４８と第２カム面５０とに当接され、上記外力が出力ロッド６の第２カム面５０とボール４２と第１ピストン２０の第１カム面４８とロックバネ３８とを介してハウジング１に受け止められる。その結果、クランプアーム２が所定の揺動範囲を超えて過度に揺動されるのを防止できる。

前記図２Ｃのロック状態から図２Ａのリリース状態へ切換えるときには、その図２Ｃの状態のリリース室３５に圧油を供給する。すると、まず、そのリリース室３５の圧油がロックバネ３８に抗して第１ピストン２０および第２ピストン２５を右方へ移動させていくと共に、出力ロッド６の第２カム面５０がボール４２を半径方向の外方へ押出していき（図２Ｂを参照）、引き続いて、第１ピストン２０が右方へ移動されていくと共にそれに追従して第２ピストン２５が右方の右端壁１ｂへ移動する（図２Ａを参照）。

上記の実施形態は次の長所を奏する。
前記出力ロッド６が金型８をロックした状態において、当該出力ロッド６に想定を超える異常な外力がリリース方向へ作用された場合には、その異常な外力が第２ピストン２５と第１ピストン２０とロックバネ３８とを介してハウジング１に受け止められる。このため、上記の異常な外力が第２カム面５０とボール４２と第１カム面４８とに作用せず、その第２カム面５０やボール４２や第１カム面４８が損傷するのを防止できる。その結果、シリンダ装置の耐久性が向上する。

上記の各実施形態は次のように変更可能である。
シリンダ装置の設置姿勢は、例示した横向き姿勢に代えて、縦向き姿勢や斜め向き姿勢であってもよい。
前記圧力流体は、例示した圧油に代えて、他の液体または圧縮空気等の気体であってもよい。
前記ロック室３６に圧力流体を給排させるようにしてもよい。
前記ボール４２の設置数量は、４つに限られない。
前記係合部材は、例示したボール４２に代えて、ローラであってもよい。
前記第１カム面４８や第２カム面５０や押部４７は、例示したテーパ面（傾斜面）に代えて、曲面であってもよい。
前記第２カム面５０は、例示した出力ロッド６に設けられる構成に代えて、第２ピストン２５の大径部２６又は小径部２７に設けられる構成としてもよい。
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，１ａ：左端壁（端壁），１ｂ：右端壁（端壁），６：出力ロッド，８：金型（クランプ対象物），１６：ガイド筒，２０：第１ピストン，２１：筒孔，２５：第２ピストン，３２：係止部，３３：係合部，３５：リリース室，３６：ロック室，３８：ロックバネ，４０：保持機構，４１：支持孔，４２：ボール（係合部材），４８：第１カム面，５０：第２カム面．

Claims (3)

1. ハウジング（１）に軸方向へ進退可能で保密状に挿入される第１ピストン（２０）であって、軸方向へ貫通された筒孔（２１）を有する第１ピストン（２０）と、
   その第１ピストン（２０）の前記筒孔（２１）に進退可能で保密状に挿入される第２ピストン（２５）であって、出力ロッド（６）を有する第２ピストン（２５）と、
   前記第１ピストン（２０）及び前記第２ピストン（２５）が前記ハウジング（１）の内部を軸方向に区画することにより形成されるリリース室（３５）とロック室（３６）と、
   前記リリース室（３５）内に配置された保持機構（４０）と、
   前記ロック室（３６）に装着されるロックバネ（３８）と、
   前記第２ピストン（２５）に設けられる係止部（３２）と、
   その係止部（３２）に前記ロック室（３６）側から対面するように前記第１ピストン（２０）に設けられる係合部（３３）と、
   を備え、
   前記出力ロッド（６）をロック駆動させるときに、前記係合部（３３）が前記係止部（３２）から離間された状態では、前記第１ピストン（２０）が前記保持機構（４０）を介して前記第２ピストン（２５）を移動させ、これに対し、前記係合部（３３）が前記係止部（３２）に連結された状態では、前記第１ピストン（２０）が前記第２ピストン（２５）を直接移動させる、
   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、
   前記保持機構（４０）は、
   前記ハウジング（１）の２つの端壁（１ａ）（１ｂ）のうちの一方の端壁（１ａ，１ｂ）から他方の端壁（１ｂ，１ａ）へ突出されると共に、前記出力ロッド（６）の外周側に配置されるガイド筒（１６）と、
   そのガイド筒（１６）の筒壁に周方向へ所定の間隔をあけて貫通される支持孔（４１）と、
   その支持孔（４１）に挿入される係合部材（４２）と、
   前記係合部材（４２）に対応させて前記第１ピストン（２０）の前記筒孔（２１）に形成される第１カム面（４８）であって、前記ロック室（３６）へ向かうにつれて軸心へ近づくように形成される第１カム面（４８）と、
   前記係合部材（４２）に対応させて前記出力ロッド（６）の外周面に形成される第２カム面（５０）であって、前記ロック室（３６）へ向かうにつれて軸心に近づくように形成される第２カム面（５０）と、
   を備え、
   前記出力ロッド（６）をロック駆動させるときに、前記係合部（３３）が前記係止部（３２）から離間された状態では、前記第１ピストン（２０）の前記第１カム面（４８）が前記係合部材（４２）を介して前記出力ロッド（６）の前記第２カム面（５０）を移動させると共に、前記係合部（３３）が前記係止部（３２）に連結された状態では、前記第１カム面（４８）および前記第２カム面（５０）のうちの少なくとも一方と前記係合部材（４２）との間に隙間が形成され、前記第１ピストン（２０）が前記前記出力ロッド（６）を直接移動させる、
   ことを特徴とするシリンダ装置。
3. 請求項２のシリンダ装置において、
   前記出力ロッド（６）がクランプ対象物（８）をロックした状態において、前記ロックバネ（３８）の付勢力を越えるリリース方向の外力が前記出力ロッド（６）に作用されて当該出力ロッド（６）がリリース方向へ所定ストロークだけ後退したときには、前記係合部材（４２）が前記第２カム面（５０）と前記第１カム面（４８）とに接当されると共に、前記係合部（３３）が前記係止部（３２）から離間される、
   ことを特徴とするシリンダ装置。

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