JP2016109284A - 倍力機構付きシリンダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 倍力機構付き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）の筒孔（６）に軸心方向へ保密移動可能に環状ピストン（１０）挿入され、その環状ピストン（１０）の貫通孔（１１）に出力部材（２０）の出力ロッド（２１）が挿入される。前記筒孔（６）のカム面（４２ａ）と前記環状ピストン（１０）の倍力面（４５）との間に、倍力機構（４０）の係合ボール（５０）が周方向へ所定の間隔をあけて配置される。前記係合ボール（５０）は、前記出力部材（２０）の入力リング（２２）に対して前記環状ピストン（１０）が上方へ相対移動するのを規制する状態と、その上方への相対移動を許容して倍力駆動する状態とに、切り換え可能に構成される。【選択図】図１

Description

この発明は、倍力機構付きシリンダ装置に関する。

この種の倍力機構付きシリンダ装置には、従来では、特許文献１（日本国・特開２０１３−０４４４３６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。
ハウジングに倍力用の環状ピストンが挿入され、その環状ピストンの貫通孔に出力ロッドが挿入される。環状ピストンの貫通孔と出力ロッドの外周部との間に、倍力機構の係合ボールが周方向に所定間隔をあけて配置される。

特開２０１３−０４４４３６号公報

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。
環状ピストンの貫通孔と出力ロッドの外周部との間に複数の係合ボールが配置されるので、その係合ボールの配置数が環状ピストンの貫通孔の内周寸法によって制限される。その係合ボールに想定外の過負荷が作用した場合には、係合ボール１個あたりに作用する負荷が大きくなり、係合ボールや環状ピストンの貫通孔や出力ロッドの外周部が摩耗したり破損したりするおれがある。その結果、倍力機構付きシリンダ装置の耐久性が低下する。
本発明の目的は、倍力機構付きシリンダ装置の耐久性を向上することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１から図２Ｄ又は図３に示すように、倍力機構付きシリンダ装置を次のように構成した。
ハウジング１の筒孔６に環状ピストン１０が軸心方向へ保密移動可能に挿入される。その環状ピストン１０の貫通孔１１に、出力部材２０の出力ロッド２１を軸心方向へ保密移動可能に挿入する。前記環状ピストン１０を軸心方向の一端側へ押す力が倍力機構４０によって当該一端側への力に倍力変換され前記出力部材２０に伝達される。その倍力機構４０は、前記筒孔６と前記環状ピストン１０との間に周方向へ所定の間隔をあけて配置された複数の係合ボール５０を有する。前記係合ボール５０は、前記出力部材２０に対して前記環状ピストン１０が前記一端側へ相対移動するのを規制する状態と当該一端側への相対移動を許容して倍力駆動する状態とに切り換え可能に構成される。

本発明は、次の作用効果を奏する。
ハウジングの筒孔と環状ピストンとの間に複数の係合ボールが周方向に所定間隔をあけて配置される。これにより、従来技術のように、環状ピストンの貫通孔と出力ロッドとの間に複数の係合ボールが配置される場合に比べて、係合ボールの配置数量を増やすことができ、その増加数に応じて当該係合ボール１個あたりに作用される負荷を低減できる。このため、係合ボールやハウジングの筒孔や環状ピストンが摩耗したり破損したりするのを防止できる。その結果、倍力機構付きシリンダ装置の耐久性が向上する。

本発明は、下記（１）から（６）の構成を加えることが好ましい。
（１） 例えば、図１から図２Ｄ又は図３に示すように、前記ハウジング１の前記筒孔６内にロック室３０とリリース室３１とを前記環状ピストン１０及び前記出力ロッド２１によって区画形成する。前記ロック室３０に圧力流体を給排可能に構成すると共に、前記リリース室３１に圧力流体を給排可能に構成した。
この場合、ロック駆動時には、ロック室に供給された圧力流体が、環状ピストンを前記一端側へ強力に進出させることにより、上記シリンダ装置を確実に倍力駆動させることができる。

（２） 前記ハウジング１の前記筒孔６内に前記環状ピストン１０及び前記出力ロッド２１がロック室３０とリリース室３１とを区画形成する。前記ロック室３０に、前記環状ピストン１０を前記一端側へ付勢するロックバネを装着する。前記リリース室３１に圧力流体を給排可能に構成する。
この場合、前記環状ピストンをロックバネによって前記一端側へ進出させるので、シリンダ装置の構成を簡素にできる。

（３） 前記倍力機構４０は、前記軸心方向の前記一端側へ向かうにつれて軸心から遠ざかるように前記筒孔６に形成されたカム面４２ａを有する。前記環状ピストン１０の外周部に、前記一端側へ向かうにつれて軸心に近づくように倍力面４５が形成される。前記出力部材２０の入力リング２２に入力面４７が形成される。そして、前記倍力機構４０の倍力駆動時には、前記カム面４２ａと前記倍力面４５と前記入力面４７とに前記係合ボール５０が係合される。
この場合、簡素な構成の倍力機構によって、前記の主発明と同じ効果を奏する。即ち、係合ボールやカム面や倍力面が摩耗したり破損したりするのを防止できる。その結果、倍力機構付きシリンダ装置の耐久性が向上する。

（４） 前記筒孔６の内周で前記カム面４２ａの他端側に、当該カム面４２ａよりも小径のガイド面４１が前記軸心方向へ延びるように形成される。前記の倍力駆動が開始される前の低負荷ストローク時には、前記ガイド面４１が前記係合ボール５０を半径方向の外方から受け止めると共に、前記環状ピストン１０と前記係合ボール５０と前記出力部材２０の前記入力リング２２とが一体になって前記一端側へ移動可能に構成した。
この場合、低負荷ストローク時には、前記環状ピストンと前記係合ボールと前記出力部材の前記入力リングとが前記一端側へ速やかに移動される。

（５） 前記カム面４２ａは、前記筒孔６の周方向へ連続してもよい。この場合、カム面を容易に加工できる。

（６） 前記環状ピストン１０が挿入されるシリンダ孔９を前記ハウジング１の前記筒孔６の一部として構成し、そのシリンダ孔９の内径寸法を前記ガイド面４１の内径寸法よりも大きい値に設定した。
この場合、環状ピストンの受圧面積が広くなるので、その環状ピストンの駆動力が大きい。

図１は、本発明の第１実施形態を示す立面視の断面図である。図１の左半図は、倍力機構付きシリンダ装置のロック状態を示している。図１の右半図は、倍力機構付きシリンダ装置のリリース状態を示している。 図２Ａから図２Ｄは、上記倍力機構付きシリンダ装置の動作説明図である。図２Ａは、図１の２Ａ部分の拡大図であり、リリース状態を示している。図２Ｂは、低負荷ストロークの終期状態を示している。図２Ｃは、倍力駆動の初期状態を示している。図２Ｄは、ロック状態を示している。 図３は、本発明の第２実施形態を示し、図１に類似する図である。

図１から図２Ｄは、本発明の第１実施形態を示している。まず、リリース状態を示す図１によって倍力機構付きシリンダ装置の構造を説明する。
ハウジング１は、上側（一端側）から下側（他端側）に順に設けられた上ハウジング２と環状部材３と下ハウジング４と下端壁１ｂとを有する。これらの上ハウジング２と環状部材３と下ハウジング４と下端壁１ｂとが複数のボルト５によって固定されている。なお、ここでは、１本のボルト５だけを示している。
その上ハウジング２の内周孔と環状部材３の内周孔と下ハウジング４の内周孔とによって、ハウジング１の筒孔６が構成される。

上記の下ハウジング４の内周孔によってシリンダ孔９が構成され、そのシリンダ孔９に環状ピストン１０が上下方向へ移動可能で保密状に挿入される。その環状ピストン１０は、シリンダ孔９に挿入される大径部分１２と、その大径部分１２から上方へ突設される小径部分１３とを有する。

上記の環状ピストン１０の貫通孔１１に、出力部材２０の出力ロッド２１を上下移動可能で保密状に挿入する。その出力ロッド２１は、ハウジング１の上端壁１ａ（上ハウジング２の上部プレート）の貫通孔に保密状に挿入されると共に、その上端壁１ａよりも上方へ突出される。その出力ロッド２１の途中高さ部から環状のフランジ部２１ａが半径方向の外方へ突設される。そのフランジ部２１ａの下側で出力ロッド２１に入力リング２２が外嵌めされている。その入力リング２２と上ハウジング２との間に直進ガイド手段（図示せず）が設けられている。その直進ガイド手段は、入力リング２２を上下方向に真っ直ぐに案内すると共に、その入力リング２２が軸心回りに回転するのを防止する。
上記の出力ロッド２１の下部に、当該出力ロッド２１よりも大径のナット２４がネジ止めされ、そのナット２４の上部に係止部２５が形成される。なお、上記出力部材２０は、上記の出力ロッド２１と入力リング２２とナット２４とによって構成される。

上記環状ピストン１０と出力部材２０とが、ハウジング１の内部空間を、下側のロック室３０と上側のリリース室３１とに区画形成する。
ハウジング１の下端壁１ｂと環状ピストン１０との間に装着された保持用のバネ３２が、環状ピストン１０を上方に付勢する。前記ロック室３０に連通されるロックポート３５が下端壁１ｂに形成される。
前記リリース室３１は、入力リング２２の下側に形成された第１リリース室３１ａと、入力リング２２の上側に形成された第２リリース室３１ｂと、その第１リリース室３１ａおよび第２リリース室３１ｂを連通する貫通路３１ｃとを有する。その第２リリース室３１ｂに連通されるリリースポート３６がハウジング１の上端壁１ａに形成される。

前記第１リリース室３１ａに倍力機構４０が配置される。その倍力機構４０は次のように構成される。
前記出力部材２０の入力リング２２の下部に、複数の溝４６が周方向に所定間隔をあけて形成され、各溝４６の底部に入力面４７が形成される。
前記環状ピストン１０の小径部分１３の外周部に、複数の溝４３が、周方向に所定間隔をあけて形成されると共に上方に向かうにつれて軸心に近づくように形成される。各溝４３の底部に、押部４４と倍力面４５とが下方へ順に形成される。また、本実施例において、上記押部４４の傾斜角度が倍力面４５の傾斜角度よりも大きくなるように設定されている。
前記環状部材３の内周孔にガイド面４１が上下方向へストレートに形成される。そのガイド面４１の上側で環状部材３の内周孔に、複数の溝４２が周方向に所定間隔をあけて形成されると共に、上方に向かうにつれて軸心から遠ざかるように形成される。その溝４２の底部によってカム面４２ａが構成される。
図１の右半図に示すリリース状態では、環状ピストン１０の押部４４と環状部材３のガイド面４１と入力リング２２の入力面４７とに係合ボール５０が接当可能に構成される。
また、図１の左半図に示すロック状態では、環状ピストン１０の倍力面４５と環状部材３のカム面４２ａと入力リング２２の入力面４７とに係合ボール５０が係合している。

上記のシリンダ装置は、図１及び図２Ａから図２Ｄに示すように、次のように作動する。
図１の右半図及び図２Ａのリリース状態では、ロック室３０の圧縮空気（圧力流体）が排出されると共にリリース室３１に圧縮空気が供給されている。これにより、リリース室３１の圧縮空気が環状ピストン１０を下降させると共に出力ロッド２１を下降させている。また、環状部材３のガイド面４１によって係合ボール５０が半径方向の内方へ移動されている。

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３１の圧縮空気を排出すると共にロック室３０に圧縮空気を供給する。すると、ロック室３０の圧力と保持用のバネ３２の付勢力とが環状ピストン１０を上方へ移動させていき、図２Ｂ（低負荷ストロークの終期状態）に示すように、その環状ピストン１０が係合ボール５０を環状部材３のガイド面４１に沿って上昇させると共に、その係合ボール５０が入力リング２２を介して出力ロッド２１を上昇させていく。

上記出力ロッド２１が所定ストロークだけ上昇すると、図２Ｃ（倍力駆動の初期状態）に示すように、倍力面４５が係合ボール５０をカム面４２ａ側（半径方向の外方）へ押出し、上記シリンダ装置の倍力駆動が開始される。

引き続いて、環状ピストン１０および出力ロッド２１が上昇していくと、図１の左半図および図２Ｄのロック状態に示すように、出力ロッド２１の上端部がワークＷの下面を強力に押圧する。このロック状態では、出力ロッド２１のフランジ部２１ａの上側には余裕ストロークが残されている。
なお、上記ロック状態において、何らかの原因で前記ロック室３０の圧力が低下もしくは消失した場合であっても、保持用のバネ３２の付勢力が倍力機構４０の楔作用を介してロック状態を機械的に保持するので、そのロック状態が確実に維持される。

図２Ｄのロック状態から図２Ａのリリース状態に切換えるときには、その図２Ｄの状態において、ロック室３０から圧縮空気を排出すると共に、リリース室３１に圧力空気を供給する。すると、図２Ｃの状態を経て図２Ｂの状態に示すように、リリース室３１の圧縮空気が環状ピストン１０を保持用のバネ３２の付勢力に抗して下降させていき、これにより、係合ボール５０がカム面４２に沿って半径方向の内方へ移動することが許容される。引き続いて、図２Ｂの状態から図２Ａの様態へ至るまでに、環状ピストン１０の上部が、出力ロッド２１の係止部２５に当接して当該出力ロッド２１を下降させていくと共に、その出力ロッド２１のフランジ部２１ａが入力リング２２を介して係合ボール５０を環状部材３のガイド面４１に沿って下方へ移動させていく。その後、図１の右半図及び図２Ａに示すように、出力部材２０の入力リング２２が環状部材３に受け止められると共に、環状ピストン１０がハウジング１の下端壁１ｂに受け止められる。

上記第１実施形態は次の長所を奏する。
環状部材３のカム面４２ａと環状ピストン１０の倍力面４５との間に係合ボール５０が周方向に所定間隔をあけて配置される。これにより、従来技術のように、環状ピストンの貫通孔と出力ロッドの外周部との間に係合ボールが配置される場合に比べて、係合ボール５０の配置数量を増やすことができ、その増加数に応じて当該係合ボール５０（１個あたり）に作用される負荷を低減できる。これにより、係合ボール５０やカム面４２ａや倍力面４５が摩耗したり破損したりするのを防止できる。その結果、上記シリンダ装置の耐久性が向上する。

図３は、本発明の第２実施形態を示している。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参照数字を付けて説明する。
前記出力部材２０の出力ロッド２１がハウジング１の下端壁１ｂに形成された貫通孔に上下移動可能で保密状に挿入され、その下端壁１ｂよりも下方へ突設される。
また、環状ピストン１０の外周部に押部４４と倍力面４５とが下方に順に形成され、その押部４４と倍力面４５とがテーパ面に形成されている。なお、押部４４と倍力面４５とは、例示のテーパ面に形成される構成に代えて、曲面に形成されてもよい。
また、保持用のバネ３２は、環状ピストン１０と出力ロッド２１との間に装着される。より詳しくいえば、出力ロッド２１は、その上端部から下方へ順に形成されるフランジ部２１ａと小径部２１ｂと中径部２１ｃと大径部２１ｄとを有している。上記保持用のバネ３２は、中径部２１ｃおよび大径部２１ｄの間に形成された段差部と、環状ピストン１０の下面との間に装着される。その保持用のバネ３２は、環状ピストン１０を上方へ押圧すると共に、出力ロッド２１を下方へ押圧する。

第２実施形態は第１実施形態と同様に作動する。即ち、図３の右半図のリリース状態では、リリース室３１の圧縮空気が環状ピストン１０を下降させ、その環状ピストン１０の上部が出力ロッド２１を下降させている。そのリリース状態のシリンダ装置をロック駆動させるときには、リリース室３１の圧縮空気の圧力が排出されると共にロック室３０に圧縮空気が供給される。すると、まず、ロック室３０の圧力が環状ピストン１０を上方へ移動させていき、その環状ピストン１０の押部４４が係合ボール５０を介して入力リング２２及び出力ロッド２１を所定ストロークだけ上昇させる。次に、環状ピストン１０の倍力面４５が係合ボール５０を環状部材３のカム面４２ａに沿って上昇させ、その係合ボール５０が入力リング２２を介して出力ロッド２１を上方に倍力駆動させる。この倍力駆動時には、前記バネ３２が環状ピストン１０を上方へ押圧する力は、倍力機構４０を介して出力ロッド２１を上方へ倍力駆動させるので、バネ３２が出力ロッド２１を下方へ押す力よりも大きい。このため、ロック状態において、何らかの原因でロック室３０の圧力が低下もしくは消失した場合であっても、バネ３２の付勢力が倍力機構４０を介して出力ロッド２１を上方へ押すので、上記ロック状態が維持される。なお、図３の左半図は、フランジ部２１ａが上端壁１ａに当接したフルストローク状態を示している。

上記の各実施形態は次のように変更可能である。
圧力流体は、例示した圧縮空気に代えて、他の気体または圧油等の液体であってもよい。
前記ハウジング１は、例示の上ハウジング２と環状部材３と下ハウジング４と下端壁１ｂによって構成されるのに代えて、一体に形成するようにしてもよい。
前記環状ピストン１０は、前記ロック室３０および前記リリース室３１に給排される圧力流体によって往復駆動される構成に代えて、前記ロック室３０に装着したロックバネによってロック駆動されると共に前記リリース室３１に給排される圧力流体によってリリース駆動される構成であってもよい。
前記カム面４２ａは、環状部材３の溝４２の底部に形成される構成に代えて、環状部材３の内周孔に周方向へ連続するように形成されたテーパ面又は曲面によって構成されてもよい。
前記環状ピストン１０の小径部分１３の外周面に押部４４および倍力面４５が形成される構成に代えて、小径部分１３の外周面に倍力面４５のみが形成される構成であってもよい。
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，６：筒孔，９：シリンダ孔，１０：環状ピストン，１１：貫通孔，２０：出力部材，２１：出力ロッド，２２：入力リング，３０：ロック室，３１：リリース室，４０：倍力機構，４１：ガイド面，４２ａ：カム面，４５：倍力面，４７：入力面，５０：係合ボール．

Claims (7)

1. ハウジング（１）の筒孔（６）に軸心方向へ保密移動可能に挿入された環状ピストン（１０）であって、軸心方向へ延びる貫通孔（１１）を有する環状ピストン（１０）と、
   前記貫通孔（１１）に軸心方向へ保密移動可能に挿入された出力ロッド（２１）を有する出力部材（２０）と、
   前記環状ピストン（１０）を軸心方向の一端側へ押す力を当該一端側への力に倍力変換して前記出力部材（２０）に伝達する倍力機構（４０）であって、前記筒孔（６）と前記環状ピストン（１０）との間に周方向へ所定の間隔をあけて配置された複数の係合ボール（５０）を有する倍力機構（４０）と、を備え、
   前記係合ボール（５０）は、前記出力部材（２０）に対して前記環状ピストン（１０）が前記一端側へ相対移動するのを規制する状態と当該一端側への相対移動を許容して倍力駆動する状態とに切り換え可能に構成される、
   ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
2. 請求項１の倍力機構付きシリンダ装置において、
   前記ハウジング（１）の前記筒孔（６）内にロック室（３０）とリリース室（３１）とを前記環状ピストン（１０）及び前記出力ロッド（２１）によって区画形成し、前記ロック室（３０）に圧力流体を給排可能に構成すると共に、前記リリース室（３１）に圧力流体を給排可能に構成した、
   ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
3. 請求項１の倍力機構付きシリンダ装置において、
   前記ハウジング（１）の前記筒孔（６）内にロック室（３０）とリリース室（３１）とを前記環状ピストン（１０）及び前記出力ロッド（２１）によって区画形成し、前記ロック室（３０）に、前記環状ピストン（１０）を前記一端側へ付勢するロックバネを装着し、前記リリース室（３１）に圧力流体を給排可能に構成した、
   ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
4. 請求項１から３のいずれかの倍力機構付きシリンダ装置において、
   前記倍力機構（４０）は、前記軸心方向の前記一端側へ向かうにつれて軸心から遠ざかるように前記筒孔（６）に形成されたカム面（４２ａ）と、当該一端側へ向かうにつれて軸心に近づくように前記環状ピストン（１０）の外周部に形成された倍力面（４５）と、前記出力部材（２０）の入力リング（２２）に形成された入力面（４７）と、をさらに備え、
   前記倍力機構（４０）の倍力駆動時には、前記カム面（４２ａ）と前記倍力面（４５）と前記入力面（４７）とに前記係合ボール（５０）が係合される、
   ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
5. 請求項４の倍力機構付きシリンダ装置において、
   前記筒孔（６）の内周で前記カム面（４２ａ）の他端側に、当該カム面（４２ａ）よりも小径のガイド面（４１）を前記軸心方向へ延びるように形成し、
   前記の倍力駆動が開始される前の低負荷ストローク時には、前記ガイド面（４１）が前記係合ボール（５０）を半径方向の外方から受け止めると共に、前記環状ピストン（１０）と前記係合ボール（５０）と前記出力部材（２０）の前記入力リング（２２）とが一体になって前記一端側へ移動可能に構成した、
   ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
6. 請求項４の倍力機構付きシリンダ装置において、
   前記カム面（４２ａ）は、前記筒孔（６）の周方向へ連続して形成される、ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
7. 請求項５の倍力機構付きシリンダ装置において、
   前記環状ピストン（１０）が挿入されるシリンダ孔（９）を前記ハウジング（１）の前記筒孔（６）の一部として構成し、そのシリンダ孔（９）の内径寸法を前記ガイド面（４１）の内径寸法よりも大きい値に設定した、ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。

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