JP2017015237A

JP2017015237A - シリンダ装置

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Publication number: JP2017015237A
Application number: JP2015140846A
Authority: JP
Inventors: 良太児嶋; Ryota Kojima
Original assignee: Kosmek KK
Current assignee: Kosmek KK
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: US20180156249A1; US10385889B2; KR20180020967A; CN107735576B; EP3315793B1; EP3315793A4; CN107735576A; WO2016208443A1; KR102342061B1; JP6552310B2; EP3315793A1

Abstract

【課題】検出機能付きのシリンダ装置をコンパクトに造れるようにする。【解決手段】ハウジング（１）内に進退用の第１ピストン（１０）のピストン本体（１１）および倍力用の第２ピストン（１５）が上下方向に直列に配置される。ロック室（１６）の圧油から前記第２ピストン（１５）に作用する力を倍力機構（３０）の係合ボール（３２）を介して上方へ倍力変換して前記第１ピストン（１０）の出力ロッド（１２）に伝達する。前記ハウジング（１）内に形成された検出用の第１エア検出路（３８）の途中部に、第１検出弁（４０）が設けられる。上記の係合ボール（３２）が半径方向の内方へ移動することにより、前記の第１検出弁（４０）が閉弁される。【選択図】図１

Description

この発明は、倍力機構付きのシリンダ装置に関し、より詳しくいえば、シリンダ装置に設けられた倍力機構の作動状態を検知するのに好適な技術に関する。

この種の倍力機構付きのシリンダ装置には、従来では、特許文献１（特開２０１４−２４０１１７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。
ハウジング内に進退用の第１ピストンと倍力用の第２ピストンとを上下方向へ直列に配置する。ロック用の圧力流体から前記第２ピストンに上方へ作用する力を下方へ倍力変換して前記出力ロッドへ伝達する。また、ハウジングの上側壁に形成された検出用のエア通路に、検出弁が設けられる。その検出弁は、前記上壁から下方へわずかに突出された検出ロッドを有する。そして、上記の第２ピストンがリリース位置からロック領域を越えて上限近傍位置まで上昇したときに、その第２ピストンが検出ロッドに当接され、その後、その第２ピストンが検出ロッドを上限近傍位置から上限位置まで押し上げる。これにより、検出弁が開弁される。

特開２０１４−２４０１１７号公報

上記の従来技術は次の問題がある。
上記の第２ピストンによって検出弁の検出ロッドが上記の上限位置近傍から上限位置までわずかに押し上げられることにより、第２ピストンがロック領域を越えて上限位置まで過度に移動したことを確実に検知できる点で優れる。
しかし、その検出弁によって第２ピストンが上限位置以外の位置、例えば、上昇途中位置であるロック領域に移動したことを検出したい場合がある。この場合、検出弁の検出ロッドを、前記上壁からロック領域まで下方へ大きく突出させる必要がある。このため、上記の第２ピストンがロック領域まで上昇して検出ロッドに当接した後、その検出ロッドをロック領域から上限位置までの長い距離を押し上げる。従って、検出ロッドが前記の長い距離だけ移動するのを許容する空間を備える必要がある。その結果、検出弁の全体寸法が大きくなると共に、上記のシリンダ装置の全体寸法が大きくなる。
本発明の目的は、検出機能付きのシリンダ装置をコンパクトに造ることにある。

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内に進退用の第１ピストン１０が上下方向に移動可能で保密状に挿入され、その第１ピストン１０が出力ロッド１２を有する。前記出力ロッド１２の外周部に保密状に外嵌めされる倍力用の第２ピストン１５が、前記ハウジング１内に上下方向に移動可能で保密状に挿入される。ロック用の圧力流体から前記第２ピストン１５に作用する力を倍力機構３０によって倍力変換して前記出力ロッド１２に伝達する。その倍力機構３０は、前記出力ロッド１２と前記第２ピストン１５との間に半径方向に移動可能に設けられた係合ボール３２を有する。前記ハウジング１内に検出用のエア検出路３８が形成される。前記ハウジング１に検出弁４０が設けられる。前記係合ボール３２が検出弁４０の検出ロッド５０を半径方向に対して交差する方向に移動させることにより、検出弁４０が前記検出用のエア検出路３８を開閉する。

本発明は、次の作用効果を奏する。
上記のシリンダ装置をロック駆動するときには、第２ピストンが係合ボールを半径方向へ移動させることにより、その係合ボールが検出ロッドを半径方向に対して交差する方向に移動させる。このため、上記の検出ロッドは、第２ピストンによって直接に当該第２ピストンと同方向に移動される従来技術の検出ロッドに比べて、移動距離を大幅に短くできる。従って、検出ロッドの移動を許容する検出弁内の空間を小さく製作できる。その結果、検出弁の全体寸法を小さくでき、その検出弁に付設されたシリンダ装置をコンパクトに造ることができる。

本発明は、下記（１）および（２）の構成を加えることが好ましい。
（１）前記係合ボール３２と前記検出弁４０との間に被操作部材８０が半径方向に対して交差する方向へ移動可能に設けられる。前記係合ボール３２が半径方向へ移動したときに、当該係合ボール３２が前記被操作部材８０を介して検出ロッド５０を半径方向に対して交差する方向へ移動させる。
この場合、前記係合ボールから離れた位置に検出ロッドが設けられた場合にも、係合ボールが被操作部材を介して検出ロッドを確実に移動させることができる。

（２）前記ハウジング１に前記エア検出路３８及び前記検出弁４０を設けることに代えて、前記ハウジング１にスイッチを設ける。そのスイッチは、前記係合ボール３２が当該スイッチの検出ロッドを半径方向に対して交差する方向へ移動させたことを電気的または電子的に検出する。
この場合、上記のシリンダ装置をロック駆動するときには、上記の第２ピストンが係合ボールを半径方向へ移動させることにより、その係合ボールが検出ロッドを半径方向に対して交差する方向へ移動させる。このため、上記の検出ロッドは、第２ピストンによって直接に当該第２ピストンと同方向に移動される従来技術の検出ロッドに比べて、移動距離を大幅に短くできる。従って、検出ロッドの移動を許容するスイッチ内の空間を小さく製作できる。その結果、スイッチの全体寸法を小さくでき、そのスイッチに付設されたシリンダ装置をコンパクトに造ることができる。

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を示す立面視の断面図である。図２は、上記シリンダ装置のロック状態を示す断面図であって、上記図１に類似する図である。図３Ａは、図１の３Ａ部分を拡大した部分図を示している。図３Ｂは、図２の３Ｂ部分を拡大した部分図を示している。

図１から図３Ｂは、本発明の一実施形態を示している。この実施形態では、倍力機構付きシリンダ装置をリンク式クランプに適用した場合を例示してある。まず、リリース状態を示す図１により、シリンダ装置の構造を説明する。
ハウジング１は、テーブル等の固定台Ｔに取り付けられている。そのハウジング１は、上側ハウジング２と、その上側ハウジング２の下側に螺合される下側ハウジング３とを有する。上側ハウジング２の上部に上端壁２ａが形成されると共に、下側ハウジング３の下部に下端壁３ａが形成される。その上側ハウジング２の内部に上側シリンダ孔５が形成されると共に、下側ハウジング３の内部に下側シリンダ孔６が形成される。

上記の上側シリンダ孔５に第１ピストン１０が上下方向に移動可能で保密状に挿入される。その第１ピストン１０は、ピストン本体１１と、そのピストン本体１１から上下に突設された出力ロッド１２とを有する。その出力ロッド１２は、ピストン本体１１から上方へ突設された上ロッド１２ａと、ピストン本体１１から下方へ突設された下ロッド１２ｂとを有する。

上記の上ロッド１２ａの上端部にクランプアーム１３の左端部が垂直面内で回転可能に連結される。上側ハウジング２の右上部から枢支部２ｂが上方へ突設され、その枢支部２ｂの上端部にリンク部材１４の下端部が回転可能に連結されると共に、リンク部材１４の上端部にクランプアーム１３の長手方向の途中部が回転可能に連結される。

上記の下側シリンダ孔６に倍力用の第２ピストン１５が、上下方向に移動可能で保密状に挿入されると共に、上記の下ロッド１２ｂの外周部に移動可能で保密状に外嵌めさせる。

上記のピストン１０のピストン本体１１と第２ピストン１５との間にロック室１６が形成される。そのロック室１６に、ロック用の圧力流体としての圧油が、ロック給排路１７とロックポートＰ１とを介して供給及び排出される。
また、ピストン本体１１の上側に第１リリース室２０が形成されると共に、第２ピストン１５の下側に第２リリース室２１が形成される。上記の上ロッド１２ａとピストン本体１１と下ロッド１２ｂとに形成された連通孔２２が、第１リリース室２０と第２リリース室２１とを連通させる。これにより、第１リリース室２０および第２リリース室２１に圧油がリリース給排路２３とリリースポートＰ２とを介して供給及び排出される。

上記の下側シリンダ孔６の下部に形成された段差部３ｂに、環状の受止めスリーブ２６が下方から受け止められる。その受止めスリーブ２６の内周孔には、上記の下ロッド１２ｂが上下方向に移動可能に挿入される。

上記の第２リリース室２１に倍力機構３０が設けられ、その倍力機構３０が、ロック室１６の圧油によって第２ピストン１５が下方へ作用する力を、上方へ倍力変換させて下ロッド１２ｂに伝達する。その倍力機構３０は、図２に示すように、次のように構成される。

上記の受止めスリーブ２６の上部に案内溝３１が、周方向に所定の間隔をあけて半径方向に形成される。その案内溝３１に係合ボール３２が左右方向へ移動可能に挿入される。上記の第２ピストン１５の内周孔に倍力部３３が、上方に向かうにつれて軸心に近づくように形成される。その倍力部３３に係合ボール３２が当接されている。上記の下ロッド１２ｂの下部に伝達溝３５が周方向に所定の間隔をあけて設けられ、その伝達溝３５が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ている。その伝達溝３５の周壁に伝達部３６が係合ボール３２に当接されている。

前記下側ハウジング３の下端壁３ａの左部に検出用の第１エア検出路３８が形成される。その第１エア検出路３８の途中部に第１検出弁（検出弁）４０が設けられる。その第１検出弁４０の上流側に第１供給路３８ａが形成されると共に、その第１検出弁４０の下流側に第１排出路３８ｂが形成される。
また、下端壁３ａの右部に検出用の第２エア検出路３９が形成される。その第２エア検出路３９の途中部に第２検出弁６０が設けられる。その第２検出弁６０の上流側に第２供給路３９ａが形成されると共に、その第２検出弁６０の下流側に第２排出路３９ｂが形成される。

上記の第１検出弁４０は、図３Ａに示すように、次のように構成される。
上記の下端壁３ａに第１装着孔４１が第２リリース室２１に連通されるように上下方向に形成される。その第１装着孔４１は、下側から順に形成された雌ネジ孔４２と中径孔４３と小径孔４４とを有する。その雌ネジ孔４２と中径孔４３との間に形成された段差部４６に、第１環状押さえ４７が、雌ネジ孔４２に螺合される第１ケーシング４８によって固定される。その第１ケーシング４８の内部に弁室４９が形成され、その弁室４９に第１供給路３８ａが連通される。また、その弁室４９に第１検出ロッド５０が挿入される。その第１検出ロッド５０の上端部が、封止部材５１を介して小径孔４４に上下方向に移動可能で挿入されると共に、第２リリース室２１内に突出される。その第１検出ロッド５０の途中高さ部に形成された大径部が、弁室４９の内周壁に沿って上下方向に案内される。その大径部に溝５０ａが周方向に間隔をあけて上下方向に形成される。また、その第１検出ロッド５０の下部に溝５２が周方向に形成され、その溝５２に第１弁体としてのＯリング５３が装着される。上記の弁室４９に第１排出路３８ｂが連通され、その第１排出路３８ｂの周縁部に弁座５４が形成される。上記の第１ケーシング４８の下部と第１検出ロッド５０の大径部との間に装着された圧縮バネ５５が、第１検出ロッド５０を上方へ付勢する。

上記の第２検出弁６０は、第１検出弁４０と同じ構造であり、次のように構成される。
上記の下端壁３ａに第２装着孔６１が第２リリース室２１に連通されるように上下方向に形成される。その第２装着孔６１の雌ネジ孔６２に第２ケーシング６８が螺合され、その第２ケーシング６８によって第１環状押さえ６７が段差部６６に固定される。その第２ケーシング６８内に形成された弁室６９に、第１供給路３８ａが連通される。また、その弁室６９に第２検出ロッド７０が挿入される。その第２検出ロッド７０の上端部が、封止部材７１を介して第２装着孔６１の小径孔６４に上下方向に移動可能で挿入されると共に、第２リリース室２１内に突出される。その第２検出ロッド７０の途中高さ部に形成された大径部が、弁室６９の内周壁に沿って上下方向に案内される。その大径部に溝７０ａが周方向に間隔をあけて上下方向に形成される。その第２検出ロッド７０の下部に溝７２が周方向に形成され、その溝７２に第２弁体としてのＯリング７３が装着される。上記の弁室６９に第２排出路３９ｂが連通され、その第２排出路３９ｂの周縁部に弁座７４が形成される。上記の第２ケーシング６８の下部と第２検出ロッド７０の大径部との間に装着された圧縮バネ７５が、第２検出ロッド７０を上方へ付勢する。

上記の係合ボール３２と第１検出ロッド５０の上端部との間に被操作部材８０が上下方向へ移動可能に挿入される。その被操作部材８０は、下側から順に被操作リング８１と被操作ピン８２とを有する。その被操作リング８１が、上記の下端壁３ａと受止めスリーブ２６との間に形成された隙間に上下移動可能に挿入されると共に、第１検出弁４０の第１検出ロッド５０の上面に当接されている。上記の被操作ピン８２が、前記受止めスリーブ２６に形成された装着孔に、上下移動可能に挿入される。その被操作ピン８２の下端部が、上記の被操作リング８１の上部に形成された凹部８１ａに挿入されることにより、その受止めスリーブ２６と被操作リング８１とが、周方向への位相が合致するように構成される。その被操作ピン８２の上端部が係合ボール３２に当接可能となるように受止めスリーブ２６の前記案内溝３１から上方へ突出される。
また、下ロッド１２ｂの外周部からピン８５が半径方向の外方へ突設される。また、受止めスリーブ２６に案内溝８６が上下方向へ形成され、その案内溝８６に連続するように案内溝８７が被操作リング８１に上下方向へ形成される。これにより、そのピン８５が案内溝８６と案内溝８７とに沿って上下方向に案内される。その結果、第１ピストン１０と受止めスリーブ２６とは、周方向への位相が合致するように構成される。また、第１ピストン１０と被操作リング８１とは、周方向への位相が合致するように構成される。

上記のシリンダ装置は、図１から図３Ｂに示すように、次のように作動する。
図１（及び図３Ａ）に示すリリース状態では、ロック室１６から圧油が排出されると共に、第１リリース室２０および第２リリース室２１に圧油が供給されている。これにより、第１リリース室２０の圧油によって第１ピストン１０が下方へ移動され、下ロッド１２ｂの下端部が下端壁３ｂに下方から受け止められている。また、第２リリース２１の圧油によって第２ピストン１５が上昇位置へ移動され、その第２ピストン１５が、上側シリンダ孔５の下端部に形成された段差部２ｃに上方から受け止められている。また、係合ボール３２は、下ロッド１２ｂの外周部によって半径方向の外方へ移動されている。

また、図３Ａに示すリリース状態では、第１検出弁４０の圧縮バネ５５が第１検出ロッド５０と被操作リング８１とを介して被操作ピン８２を上方へ移動させている。このため、第１検出ロッド５０のＯリング５３が弁座５４から離間され、第１検出弁４０が開弁されている。
また、下ロッド１２ｂが第２検出弁６０の圧縮バネ７５に抗して第２検出ロッド７０を下方へ移動させている。このため、第２検出ロッド７０のＯリング７３が弁座７４に封止係合され、第２検出弁６０は閉弁されている。

図１（及び図３Ａ）のリリース状態から図２（及び図３Ｂ）のロック状態へロック駆動するときには、リリース状態において、第１リリース室２０および第２リリース室２１から圧油が排出されると共に、ロック室１６に圧油が供給される。
すると、まず、ロック室１６の圧油が、第１ピストン１０を上方へ低負荷で移動させていくと、下ロッド１２ｂも上昇される。すると、第２検出ロッド７０が圧縮バネ７５によって上方へ移動されていき、第２検出弁６０が開弁される。また、係合ボール３２が、受止めスリーブ２６の案内溝３１に下方から支持されると共に、下ロッド１２ｂの外周部に半径方向の内方から支持される。このため、第２ピストン１５が係合ボール３２によって上昇位置で保持されている。
次いで、下ロッド１２ｂの伝達部３６が係合ボール３２と同じ高さ位置まで当該下ロッド１２ｂが上昇されると、その係合ボール３２が半径方向の内方へ移動されることが許容される。引き続いて、第２ピストン１５が下降されていくと、当該第２ピストン１５が係合ボール３２を半径方向の内方へ押し込み、上記の倍力機構３０が倍力駆動を開始する。すると、係合ボール３２が被操作ピン８２と被操作リング８１とを介して第１検出弁４０の第１検出ロッド５０を下方へ移動させていく。
最後に、図２に示すように、クランプアーム１３の右端部がクランプ対象物Ｗを押圧すると、第１ピストン１０が上昇位置で停止すると共に、第２ピストン１５が下降位置で停止する。このときに、係合ボール３２が被操作ピン８２と被操作リング８１とを介して第１検出ロッド５０を下方へ移動させることにより、第１検出ロッド５０のＯリング５３が弁座５４に当接されて第１検出弁４０が閉弁される。これにより、第１エア供給路３８ａ側の上昇圧力を圧力センサ（図示せず）が検出する。その結果、上記の倍力機構３０が倍力駆動していることが検知される。

図２（３Ｂ）のロック状態から図１（図３Ａ）のリリース状態へリリース駆動するときには、ロック状態において、ロック室１６から圧油が排出されると共に、第１リリース室２０および第２リリース室２１に圧油が供給される。
すると、まず、第２リリース室２１の圧油が第２ピストン１５を上方へ移動させていくと、係合ボール３２が半径方向の外方へ移動されることが許容される。
次いで、第１リリース室２０の圧油が第１ピストン１０を下降させていくと、下ロッド１２ｂの伝達部３６が係合ボール３２を半径方向の外方へ移動させていく。すると、第１検出弁４０の圧縮バネ５５が、第１検出弁４０の第１検出ロッド５０と被操作リング８１と被操作ピン８２とを上方へ移動していく。すると、第１検出弁４０のＯリング５３が弁座５４から離間され、第１検出弁４０が開弁される。これにより、第１エア供給路３８ａ側の下降圧力を圧力センサ（図示せず）によって検出する。
最後に、第２ピストン１５が、上側ハウジング２の段差部２ｃに上方から受け止められる。また、下ロッド１２ｂが第２検出弁６０の検出ロッド７０を下限位置に移動させると共に、その下ロッド１２ｂが下端壁３ａに受け止められる。これにより、第２検出弁６０が閉弁される。その結果、第２エア供給路３９ａ側の上昇圧力を圧力センサ（図示せず）が検出することにより、第２検出弁６０によって下ロッド１２ｂが下限位置に移動したことが検出される。

上記の実施形態は次の作用効果を奏する。
上記のシリンダ装置をロック駆動するときには、上記の第２ピストン１５が係合ボール３２を半径方向の内方へ移動させることにより、その係合ボール３２が第１検出ロッド５０を下方に移動させる。このため、上記の第１検出ロッド５０は、第２ピストンによって直接に下方に移動される従来技術の第１検出ロッドに比べて、移動距離を大幅に短くできる。従って、第１検出ロッド５０の移動を許容する弁室４９を小さく製作できる。その結果、第１検出弁４０の全体寸法を小さくでき、その第１検出弁４０に付設されたシリンダ装置をコンパクトに造ることができる。

上記の各実施形態は次のように変更可能である。
上記の圧力流体は、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。
上記の検出弁４０，６０が、下端壁３ａに設けられるのに代えて、上端壁２ａにもうけてもよい。また、上記の検出弁４０，６０の配置姿勢を、例示の縦向きに代えて、斜め向きとしてもよい。
また、検出弁４０，６０に代えて、電気式のスイッチ、例えば、接触式のリミットスイッチ、近接スイッチ等の非接触式のスイッチによって係合ボール３２の動きを検出してもよい。さらには、電気式のスイッチではなく、半導体素子などを用いた電子式のスイッチであってもよい。
上記の第１ピストン１０をロック駆動させるときに、リリース状態から上方へ低負荷で駆動させ、その後、倍力駆動させるのに代えて、リリース状態からロック状態まで倍力駆動させてもよい。
上記の倍力機構３０は、ロック室１６の圧油から第２ピストン１５に下方へ作用する力を上方へ倍力変換して出力ロッド１２に伝達するのに代えて、ロック室１６の圧油から第２ピストン１５に上方へ作用する力を下方へ倍力変換して出力ロッド１２に伝達してもよい。
上記の被操作部材８０は、前記係合ボール３２と前記検出弁４０との間に上下方向へ移動可能に設けられるのに代えて、上下方向から傾斜された方向へ移動可能に設けられてもよい。
上記の被操作部材８０が有する被操作リング８１と被操作ピン８２とが、別々に形成されるのに代えて、一体に形成されてもよい。
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，１０：第１ピストン，１２：出力ロッド，１５：第２ピストン，３０：倍力機構，３２：係合ボール，３８：エア検出路（第１エア検出路），４０：検出弁（第１検出弁），５０：検出ロッド（第１検出ロッド），８０：被操作部材．

Claims

ハウジング（１）内に上下方向に移動可能で保密状に挿入された進退用の第１ピストン（１０）であって、出力ロッド（１２）を有する第１ピストン（１０）と、
前記出力ロッド（１２）の外周部に保密状に外嵌めされると共に、前記ハウジング（１）内に上下方向に移動可能で保密状に挿入された倍力用の第２ピストン（１５）と、
ロック用の圧力流体から前記第２ピストン（１５）に作用する力を倍力変換して前記出力ロッド（１２）に伝達する倍力機構（３０）であって、前記出力ロッド（１２）と前記第２ピストン（１５）との間に半径方向に移動可能に設けられた係合ボール（３２）を有する倍力機構（３０）と、
前記ハウジング（１）内に形成された検出用のエア検出路（３８）と、
前記ハウジングに設けられた検出弁（４０）であって、前記係合ボール（３２）が当該検出弁（４０）の検出ロッド（５０）を半径方向に対して交差する方向に移動させることにより前記検出用のエア検出路（３８）を開閉する検出弁（４０）と、を備える、
ことを特徴とするシリンダ装置。
請求項１に記載の倍力機構付きシリンダ装置において、
前記係合ボール（３２）と前記検出ロッド（５０）との間に被操作部材（８０）が半径方向に対して交差する方向へ移動可能に設けられ、
前記係合ボール（３２）が半径方向へ移動したときに、当該係合ボール（３２）が前記被操作部材（８０）を介して検出ロッド（５０）を半径方向に対して交差する方向へ移動させる、ことを特徴とするシリンダ装置。
請求項１のシリンダ装置において、
前記ハウジング（１）に前記エア検出路（３８）及び前記検出弁（４０）を設けることに代えて、前記ハウジング（１）にスイッチを設け、そのスイッチは、前記係合ボール（３２）が当該スイッチの検出ロッドを半径方向に対して交差する方向へ移動させたことを電気的または電子的に検出する、ことを特徴とするシリンダ装置。