JP2019173967A

JP2019173967A - ガスクッション装置

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Publication number: JP2019173967A
Application number: JP2019020917A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　隆夫; Takao Ito; 隆夫伊藤
Original assignee: Aida Engineering Ltd
Current assignee: Aida Engineering Ltd
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2039-02-07
Also published as: JP7077249B2

Abstract

【課題】高いクッション力が得られるガスクッション装置を提供する。【解決手段】シリンダ２０と、シリンダ２０内に摺動可能に嵌合されるピストン３０と、シリンダ２０内に封入され、ピストン３０を付勢するガスＧと、シリンダ２０とピストン３０との嵌合部Ｆ１に潤滑油Ｌを供給する給油機構１１とを備え、シリンダ２０とピストン３０とが締まり嵌め状態で嵌合されているガスクッション装置。また、ピストン３０が、シリンダ２０内から外に向かって縮径している。【選択図】図１

Description

この発明は、ガスクッション装置に関する。

産業機械の多くに使用されているばねの代用として、ガス封入式のガスクッションが知られている。ガスクッションは、コイルスプリング等と比較して高荷重（高クッション力）であり、省スペース化を図り易いといった特徴がある。

特許文献１〜３では、このガスクッションをプレス機械のダイクッションとして用いることが開示されている。

特開平５−６９２００号公報特開２００５−２９１４７０号公報特開２００６−５２８０７２号公報

ただ、近年の高張力材料のプレス加工や板鍛造に使用されるダイクッションには、より高いクッション力が求められている。そのため、ガスクッションでは能力が足りないことがある。所望のクッション力を得るために、ガスクッションを多数配置することも考えられるが、金型の剛性低下を招く場合がある。

そこで本発明は、高いクッション力が得られるガスクッション装置の提供を目的とする。

本発明のガスクッション装置は、シリンダ２０と、前記シリンダ２０内に摺動可能に嵌合されるピストン３０と、前記シリンダ２０内に封入され、前記ピストン３０を付勢するガスＧと、前記シリンダ２０と前記ピストン３０との嵌合部Ｆ１に潤滑油Ｌを供給する給油機構１１とを備え、前記シリンダ２０と前記ピストン３０とが締まり嵌め状態で嵌合されていることを特徴としている。

なお、「締まり嵌め」とは、ＪＩＳＢ０４０１−１（１９８８）「寸法公差及びはめあいの方式第１部：公差，寸法差及びはめあいの基礎」の「しまりばめ（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｆｉｔ）：穴と軸とを組み立てたときに，常にしめしろができる嵌め合い」のことを言う。

また、前記ピストン３０が前記シリンダ２０内から外に向かって縮径していることが好ましい。

また、締まり嵌めによる摩擦力が、前記ガスＧによる反発力より小であることが好ましい。

また、前記シリンダ２０と前記ピストン３０との間に、前記ピストン３０の押し込みに伴って容積を大きくし、前記ピストン３０の引き出しによって容積を小さくする空間Ｐが形成され、この空間Ｐが前記給油機構１１のポンプを構成していることが好ましい。

また、前記シリンダ２０Ａが、前記嵌合部Ｆ１において、ピストン摺動方向に並ぶ複数の第１凹部２２ｇを備えており、前記ピストン３０Ａが、前記嵌合部Ｆ１において、ピストン摺動方向に並ぶ複数の第２凹部３１ａを備えており、前記第１凹部２２ｇ、２２ｇ間に第１嵌合面２２ｈが形成され、前記第２凹部３１ａ、３１ａ間に第２嵌合面３１ｂが形成されていることが好ましい。

また、ピストン摺動方向における複数の第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１が互いに等しく、ピストン摺動方向における複数の第２凹部３１ａの幅Ｌ２１が互いに等しく、前記１つの第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１と前記１つの第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２との和Ｌ１３と、前記１つの第２凹部３１ａの幅Ｌ２１と前記１つの第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２との和Ｌ２３とが等しいことが好ましい。

また、前記第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１と前記第２凹部３１ａの幅Ｌ２１とが等しく、前記第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１が、前記第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２より大とされていることが好ましい。

もしくは、前記第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１と前記第２凹部３１ａの幅Ｌ２１とが等しく、前記第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１と前記１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２とが等しいことが好ましい。

また、ピストン摺動方向における複数の第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１が互いに等しく、ピストン摺動方向における複数の第２凹部３１ａの幅Ｌ２１が互いに等しく、ピストン摺動方向における複数の第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２が互いに等しく、ピストン摺動方向における複数の第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２が互いに等しく、前記第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２と前記第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２とが等しく、前記第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１と前記第２凹部３１ａの幅Ｌ２１のどちらか一方が前記第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２と等しく、他方が前記第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２の２の倍数倍とされていても良い。

本発明のガスクッション装置によれば、ピストンがシリンダへ押し込まれる際には、ガスによる反発力（ガスクッション力）に加えて、シリンダの内面とピストンの外面の締まり嵌めによる摩擦力（摩擦クッション力）が得られる。そのため、ガスの反発力のみでクッション力を得ようとする従来のガスクッション装置に比べて、高いクッション力を得ることができる。また、摺動に伴い摩擦熱が生じるが、嵌合部に潤滑油を供給する給油機構を備えているため、嵌合部を冷却することができ、焼き付きやかじりつきを防止し、長期に亘って安定した摩擦クッション力が得られる。

また、ガスクッションは、ピストンの押し込みに伴ってクッション力が増加する。特に小型化を図ったものについては、押し込み量に対するクッション力の増加率が大きい。クッション力が大きく変わると、例えばワークの押え力が不適切となってワークの割れや亀裂の原因となるが、ピストンが、シリンダ内から外に向かって縮径していれば、ピストンの押し込みに伴い、締まり嵌めによる摩擦クッション力が減少する。そのため、ガスクッション力と摩擦クッション力との和では、クッション力の増加率を小さくしたり、無くしたり、また反対にクッション力を減少させることもできる。

ところで、シリンダの内面とピストンの外面の締まり嵌めによる摩擦力は、常にシリンダとピストンの相対運動を妨げる方向に作用する。即ち、ガスクッション力が常にシリンダからピストンを引き出す（押し出す）方向に作用するのに対し、前記締まり嵌めによる摩擦力はシリンダからピストンが引き出される際には、シリンダにピストンを押し込む方向に（引き出しに抵抗するように）作用する。ただ、締まり嵌めによる摩擦力が、ガスによる反発力より小であれば、ピストンの押し込みを止めることで、ピストンは押し込み前の元の位置に自動的に戻る。そのため、別途、ピストンを戻すための装置等を設ける必要が無い。

シリンダとピストンとの間に、ピストンの押し込みに伴って容積を大きくし、ピストンの引き出しによって容積を小さくする空間が形成され、この空間が前記給油機構のポンプを構成していれば、別途、嵌合部に潤滑油を供給するためのポンプを設ける必要が無い。

前記シリンダが、前記嵌合部において、ピストン摺動方向に並ぶ複数の第１凹部を備えており、前記ピストンが、前記嵌合部において、ピストン摺動方向に並ぶ複数の第２凹部を備えており、前記第１凹部間に第１嵌合面が形成され、前記第２凹部間に第２嵌合面が形成されていれば、ピストンの押し込みに伴って、第１嵌合面と第２嵌合面との嵌合部の面積が変化することとなり、摩擦クッション力に強弱をつけることができる。

ピストン摺動方向における複数の第１凹部の幅が互いに等しく、ピストン摺動方向における複数の第２凹部の幅が互いに等しく、ピストン摺動方向における複数の第１嵌合面の幅が互いに等しく、ピストン摺動方向における複数の第２嵌合面の幅が互いに等しく、前記１つの第１凹部の幅と前記１つの第１嵌合面との幅の和と、前記１つの第２凹部の幅と前記１つの第２嵌合面の幅との和とが等しければ、等周期で増減する摩擦クッション力を得ることができる。

前記第１凹部の幅と前記第２凹部の幅とが等しく、前記第１凹部の幅が、前記第１嵌合面の幅より大とされていれば、第１嵌合面と第２嵌合面との嵌合部が形成されない区間を等周期に生じさせることができる。

前記第１凹部の幅と前記第２凹部の幅とが等しく、前記第１凹部の幅と前記１嵌合面の幅とが等しければ、三角波状に変化する摩擦クッション力を得ることができる。

ピストン摺動方向における複数の第１凹部の幅が互いに等しく、ピストン摺動方向における複数の第２凹部の幅が互いに等しく、ピストン摺動方向における複数の第１嵌合面の幅が互いに等しく、ピストン摺動方向における複数の第２嵌合面の幅が互いに等しく、前記第１嵌合面の幅と前記第２嵌合面の幅とが等しく、前記第１凹部の幅と前記第２凹部の幅のどちらか一方が前記第１嵌合面の幅と等しく、他方が前記第１嵌合面の幅の２の倍数倍とされていれば、第１嵌合面と第２嵌合面との嵌合部の面積は一定となる。ただし、この場合、同じ第１嵌合面が連続して第２嵌合面と嵌合することが無いため、冷却面では有利となる。

この発明のガスクッション装置を示す断面図である。図２Ａはシリンダの断面図であり、図２Ｂはピストンの断面図である。図３Ａはピストン下降時の断面図、図３Ｂはピストン上昇時の断面図である。実施例１のクッション力を示すグラフである。実施例２のクッション力を示すグラフである。実施例３のクッション力を示すグラフである。ガスクッション装置を組み込んだプレス機械を示す概略図であって、図７Ａが本発明のガスクッション装置を組み込んだもの、図７Ｂが従来のガスクッション装置を組み込んだものである。ガスクッション装置を組み込んだプレス機械を示す概略図であって、図８Ａが本発明のガスクッション装置を組み込んだもの、図８Ｂが従来のガスクッション装置を組み込んだものである。この発明の異なる実施形態に係るガスクッション装置を示す断面図である。図１０Ａは第１凹部を設けたシリンダを示す要部断面図、図１０Ｂは第１凹部の拡大図、図１０Ｃは第２凹部を設けたピストンを示す要部断面図、図１０Ｄは第２凹部の拡大図である。ピストンの押し込みによる嵌合部の変化を示す要部断面図である。図９に示すガスクッション装置のクッション力を示すグラフである。図１３Ａはシリンダとピストンとの嵌合部の他のバリエーションを示す断面図、図１３Ｂはその嵌合部で得られる摩擦クッション力を示すグラフである。図１４Ａはシリンダとピストンとの嵌合部のさらに他のバリエーションを示す断面図、図１４Ｂはその嵌合部で得られる摩擦クッション力を示すグラフである。図１５Ａはシリンダとピストンとの嵌合部のさらに他のバリエーションを示す断面図、図１５Ｂはその嵌合部で得られる摩擦クッション力を示すグラフである。図１６Ａはシリンダとピストンとの嵌合部のさらに他のバリエーションを示す断面図、図１６Ｂはその嵌合部で得られる摩擦クッション力を示すグラフである。

図１〜３に示すガスクッション装置１０は、シリンダ２０と、シリンダ２０内に摺動可能に嵌合されるピストン３０と、シリンダ２０内に封入され、ピストン３０を付勢するガスＧと、シリンダ２０とピストン３０との嵌合部Ｆ１に潤滑油Ｌを供給する給油機構１１とを備えている。また、シリンダ２０とピストン３０とが締まり嵌め状態で嵌合されている。すなわち、このガスクッション装置１０は、ガスＧによるガスクッション機構１２と、締まり嵌めによる摩擦クッション機構１３とを備えている。そして、ガスＧによる反発力（ガスクッション力）と、締まり嵌めによる摩擦力（摩擦クッション力）とが得られるようになっている。以下、各構成部品について詳細に説明していくが、説明中における「上下」や「左右」は、図における上下又は左右であって、使用状態における方向を定めるものではない。

まず、ガスクッション機構１２について説明する。ガスクッション機構１２は、図１に示すように、シリンダ２０内にピストン３０を挿入するとともに、シリンダ２０とピストン３０とで構成される封入室ＳにガスＧを封入することで構成されている。

シリンダ２０は、ピストン３０を収容する本体部２１と、本体部２１の上端に設けられた内向きフランジ部２２と、本体部２１の下端を塞ぐ蓋部２３とを備えている。具体的に説明すると、本体部２１は、軸方向両端部に開口２１ａ、２２ａを有する略円筒状とされている。内向きフランジ部２２は、本体部２１の上端から径内方向に向かって延びており、上方側の開口２２ａの径を狭めている。内向きフランジ部２２の内周面は、後述するピストン３０の軸部３１の外周面（ピストン側嵌合部Ｆｐ）と嵌合するシリンダ側嵌合部Ｆｓと、シリンダ側嵌合部Ｆｓよりも内径が大きく、ピストン側嵌合部Ｆｐとの間に隙間を形成する環状凹溝２２ｃと、内向きフランジ部２２の内周面とピストン３０の軸部３１の外周面との間をシールするシール材を保持するためのシール保持部２２ｆとに大別されている（図２Ａ参照）。蓋部２３は略円板状であって、本体部２１の下方側の開口２１ａを塞いでいる。

ピストン３０は、シリンダ２０から出入りする軸部３１と、ガスＧの圧力を受けるピストン本体部３２とを備えている。具体的に説明すると、軸部３１は、上端が塞がれた略円筒状であって、その外径はシリンダ２０の上方側の開口２２ａ径と略同径とされている。ピストン本体部３２は、軸部３１の下端から径外方向に延びており、その外径はシリンダ２０の本体部２１の内径と略同径とされている。

封入室Ｓは、シリンダ２０の蓋部２３の内面（上面）、本体部２１の内周面、ピストン３０のピストン本体部３２の下面、中空とされた軸部３１の内面によって構成されている。封入室Ｓからのガス漏れを防止するため、部品間にはシールが施されている。具体的には、蓋部２３の外周面と本体部２１の内周面との間、本体部２１の内周面とピストン本体部３２の外周面との間に、それぞれシールリングやガスケットによるシール材が施されている。

蓋部２３に設けられた注入弁２３ａから封入室ＳにガスＧが充填されると、ガスＧの圧力によってピストン３０が上方に付勢される。そして、この付勢力がガスクッション力の初期値となる。ピストン３０がシリンダ２０内に押し込まれると、封入室Ｓの容積が小さくなってガスＧが圧縮される。その結果、ガスクッション力は上昇する。以上が、ガスクッション機構１２の構成及び機能である。

続いて、摩擦クッション機構１３について説明する。本発明のガスクッション装置１０では、摩擦クッション力を得るために、シリンダ２０の内向きフランジ部２２の内周面と、ピストン３０の軸部３１の外周面とを締まり嵌め状態に嵌合している。具体的には、軸部３１の外径を、シリンダ２０の上方側の開口２２ａ（シリンダ側嵌合部Ｆｓ）の内径よりも僅かに大きくし、締め代を持った嵌め合いとしている。締め代分は、開口２２ａが弾性的に拡径し、軸部３１が弾性的に縮径することで吸収される。従って、ピストン３０はシリンダ２０に対して摺動可能な状態を維持し続ける。

また、ピストン３０の軸部３１は、図２Ｂに示すように、軸方向において、シリンダ２０内から外に向かって縮径している。なお、図２Ｂでは、縮径の程度を誇張して描いている。このように形成すると、ピストン３０の押し込み量が大きくなるにつれて締め代が徐々に小さくなり、嵌合部Ｆ１で生じる摩擦力が徐々に小さくなる。その結果、ピストン３０の押し込みに伴うガスクッション力の変化（増加）を、摩擦クッション力の変化によって小さく、若しくは相殺させることができる。

締まり嵌めによる摩擦力としては、ガスクッション力（ガスによる反発力）よりも小とすることが好ましい。ガスクッション装置１０をプレス機械に組み込んだ場合、プレス加工の過程でピストン３０が押し込まれるが、ガスクッション力によってピストン３０が自動的に押し込み前の元の位置に戻るためである。

ところで、ピストン３０が摺動すると嵌合部Ｆ１に摩擦熱が生じる。そのため、このガスクッション装置１０は、摩擦熱を取り除くとともに、ピストン３０の焼き付きを防止するため、嵌合部Ｆ１に給油する給油機構１１を備えている。具体的に説明すると、図２Ａに示すように、まずシリンダ側嵌合部（開口２２ａの内面）Ｆｓに、潤滑油Ｌを通すための油溝２２ｂが設けられている。この油溝２２ｂは馬目地状に設けられている。但し、螺旋状や格子状であっても良い。

そして油溝２２ｂの下方側は、シリンダ２０の内向きフランジ部２２の下面と、ピストン３０のピストン本体部３２の上面との間に形成された略円環状の空間Ｐに連通している（図３Ａ参照）。シリンダ２０の本体部２１側面には、空間Ｐと外部とを連通する開口２１ｂが設けられており、空間Ｐはこの開口２１ｂを通じてオイルタンク４０に接続されている。

この空間Ｐは、図３Ａ、図３Ｂに示すように、ピストン３０がシリンダ２０内に押し込まれると容積を大きくし、ピストン３０が上昇する（シリンダ２０内から引き出される）と容積を小さくする。従って、ピストン３０が押し込まれたときにオイルタンク４０から潤滑油Ｌを取り込み、ピストン３０が引き出されるときに潤滑油Ｌを吐き出すポンプとして機能する。空間Ｐとオイルタンク４０とはチェックバルブ４１を介して接続されている。チェックバルブ４１は、シリンダ２０に内蔵されていても良い。そのため、潤滑油Ｌは一方向にのみ流れる。具体的には、空間Ｐから油溝２２ｂに向かって流れる。

油溝２２ｂの上方側には、シリンダ２０の周方向に連続する環状凹溝２２ｃが設けられている。この環状凹溝２２ｃは、油溝２２ｂを通じてピストン３０の軸部３１全周に分散した潤滑油Ｌをまとめる部位となる。また、シリンダ２０の内向きフランジ部２２には、環状凹溝２２ｃと外部とを連通する開口２２ｄが設けられている。この開口２２ｄは、チェックバルブ４２と冷却器４３とを介してオイルタンク４０へと通じている。そのため、油溝２２ｂを流れた潤滑油Ｌは、環状凹溝２２ｃを経てオイルタンク４０へと戻る。なお、環状凹溝２２ｃの上方側にはシールリングやガスケットなどのシール材が設けられており、シリンダ２０の内向きフランジ部２２の内周面とピストン３０の軸部３１の外周面との間からの潤滑油Ｌの漏れを防止している。

このように、ピストン３０の昇降動作に合わせて潤滑油Ｌが自動的に嵌合部Ｆ１に供給されるため、別途、循環用のポンプ等を設ける必要が無い。特に、摩擦クッション力がガスクッション力よりも小とされていれば、ピストン３０を押し込むだけでポンプ機能を発揮させることができる。なお、常時、潤滑油経路を確保するため、開口２１ｂをピストン３０で塞がないよう、シリンダ２０の内向きフランジ部２２の下面に、間隔保持部としての突起２２ｅを設けておく。

給油機構１１の説明は以上であるが、この他、焼き付き防止や磨耗防止のために、シリンダ側嵌合部Ｆｓに、ラジカル窒化処理等の硬化処理を施すことが好ましい。表面硬さは、ロックウェルＣスケール（ＨＲＣ）で４５〜４９程度とすることが好ましい。また、ピストン側嵌合部Ｆｐである軸部３１の外周面に、低温ＴｉＣコーティング等の硬化処理を施すことが好ましい。表面硬さはロックウェルＣスケール（ＨＲＣ）で５５〜６５程度とすることが好ましい。

さらに、シリンダ側嵌合部Ｆｓとピストン側嵌合部Ｆｐは、算術平均粗さＲａ０．２μｍ以下と、極めて平滑に仕上げることが好ましい。下限については、油膜維持等のため、算術平均粗さＲａ０．０１μｍ以上とするのが好ましく、加工の容易さからとくに０．０８μｍ以上とするのが好ましい。したがってＲａ０．０１〜０．２μｍの範囲、とくにＲａ０．０８〜０．２μｍの範囲が好ましい。

また、シリンダ２０とピストン３０とは、熱膨張係数ができるだけ近い材料、若しくは同一材料を用いることが好ましい。これにより熱膨張が生じても同様に膨張するので、摺動摩擦力の変化を抑制することができる。なお、シリンダ２０は炭素鋼、特にＪＩＳ規格のＳＫＤ６１などの合金工具鋼から製造するのが好ましい。また、ピストン３０は炭素鋼、特にＪＩＳ規格のＤＣ５３などの冷間ダイス鋼から製造するのが好ましい。

（実施例１）
以下は、具体的な実施例である。シリンダ２０の本体部２１の内径を１００ｍｍ、シリンダ有効高さ（ピストン本体部３２を突起２２ｅに当接させたときの、蓋部２３の上面からピストン本体部３２の下面までの距離）を１０５ｍｍとし、ピストン３０の軸部３１の内径を５６ｍｍ、ピストン内有効高さ（ピストン３０内に設けられた中空部の上下方向の長さ）を１１０ｍｍとした場合において、ピストン押し下げ前の封入室Ｓの容積は１０９５５９８．８ｍｍ^３である。また、ピストン押し下げ後（３０ｍｍ押し下げ）の封入室Ｓの容積は８５９９７９．４ｍｍ^３である。ガスＧの充填圧を１５．２ＭＰａとした場合、ガスクッション力はピストン押し下げ前で１１９ｋＮ、ピストン押し下げ後で１５２ｋＮとなり、ガスクッション力が３３ｋＮ増加する。

一方で、ピストン３０の軸部３１の外径を、ピストン押し下げ前の位置において８０．１４ｍｍ、ピストン押し下げ後の位置において８０．０７ｍｍとなるように軸部３１を勾配一定のテーパ状とし、シリンダ２０の内向きフランジ部２２の内径（シリンダ側嵌合部Ｆｓの内径）を８０ｍｍと一定にし、また嵌め合い長さ（嵌合部Ｆ１の軸方向の長さ）を２５ｍｍとした場合、摩擦クッション力はピストン押し下げ前で６９ｋＮ、ピストン押し下げ後で３５ｋＮとなり、摩擦クッション力が３４ｋＮ減少する。

そのため、ガスクッション力と摩擦クッション力との和（総合クッション力）は、ピストン押し下げ前後でほとんど変わらず、ほぼ一定のクッション力を得ることができる（図４参照）。

なお、摩擦クッション力（摩擦抵抗）Ｆは、締り嵌めにて金属間（摺動面）に発生する面圧ｐと、面圧が作用する面積と、摩擦係数μの積により算出される。嵌め合いにおける締め代δと、発生面圧ｐの関係は数１で示される。

ここでδ：締め代、ν_１：ピストンのポアソン比、ν_２：シリンダのポアソン比、Ｅ_１：ピストンのヤング率、Ｄ_１：ピストンの嵌め合い径、Ｅ_２：シリンダのヤング率、Ｄ_２：シリンダの外径である。

また、摩擦クッション能力Ｆは、摺動面における面圧ｐと摩擦係数μと摺動面積Ｓとの積となる。摺動面積Ｓはπ×Ｄ_１×Ｌであるので、摩擦クッション能力Ｆは数２で示される。

［数２］
Ｆ＝ｐ×μ×（π×Ｄ_１×Ｌ）
摩擦係数μはピストンが動いているときは動摩擦係数が採用され、静止している状態から動き出すまでは静止摩擦係数が採用される。また、Ｌは嵌め合い長さ（軸方向）である。

ところで、摩擦クッション力の最大値は６９ｋＮであって、ガスクッション力の最小値１１９ｋＮよりも小である。従って、ピストン３０は、押し込みを止めると、ガスクッション力によって押し下げ前の元の位置に戻る。

（実施例２）
続いて、総合クッション力がピストン３０を押し込むにつれて減少する実施例について説明する。この実施例では、ピストン３０の軸部３１の外径を、ピストン押し下げ前の位置において８０．１４ｍｍ、ピストン押し下げ後の位置において８０．０３ｍｍとなるように軸部３１を勾配一定のテーパ状としている。なお、他の部位の構成は実施例１と同様である。この場合、摩擦クッション力はピストン押し下げ前で６９ｋＮ、ピストン押し下げ後で１５ｋＮとなる。ガスクッション力は実施例１と同様であるため、総合クッション力は、ピストン押し下げ前で１８８ｋＮ、ピストン押し下げ後で１６７ｋＮとなり、ピストンを押し込むほどクッション力が減少する（図５参照）。

（実施例３）
続いて、総合クッション力がピストン３０を押し込むにつれて増加する実施例について説明する。この実施例では、ピストン３０の軸部３１の外径を、ピストン押し下げ前の位置において８０．１４ｍｍ、ピストン押し下げ後の位置においても８０．１４ｍｍとなるようにしている。すなわち、軸部３１の外径を変化させず一定としている。なお、他の部位の構成は実施例１と同様である。この場合、摩擦クッション力はピストン押し下げ前後で６９ｋＮと変わらない。ガスクッション力は実施例１と同様であるため、総合クッション力は、ピストン押し下げ前で１８８ｋＮ、ピストン押し下げ後で２２１ｋＮとなり、ピストン３０を押し込むほどクッション力が増加する（図６参照）。

上記構成のガスクッション装置１０は、例えばプレス機械に組み込まれて使用される。図７Ａは、ガスクッション装置１０を、プレス機械のダイスプリングとして用いた状態を示している。プレス機械５０は、ワークＷを載置するためのダイス５１と、ワークＷを打ち抜くパンチ５２と、ワークＷを押える押え部５３とを備えている。そして、ガスクッション装置１０は、押え部５３に適切な押え力を付加できるよう、押え部５３の背後（上部）に配置されている。図７Ｂは、ガスの反発力のみでクッション力を得る従来のガスクッション装置５４をプレス機械５０に組み込んだ状態を示している。図７Ａのガスクッション装置１０と比較して分かるように、従来のガスクッション装置５４では、必要なクッション力を得るために、本願発明のガスクッション装置１０に比べて外径が大きくなる。この場合、ガスクッション装置５４をパンチ５２から離して配置することになるため、偏心量が大きくなり、押え部５３にクッション力を伝達するときにモーメントが発生し、抜き面の精度を悪化させる場合もある。

図８Ａは本願発明のガスクッション装置１０を、図８Ｂは従来のガスクッション装置５４を、プレス機械５０のダイクッションとして用いた状態を示している。上記の通り、従来のガスクッション装置５４は、必要なクッション力を得るために、本願発明のガスクッション装置１０に比べて外径が大きくなる。その結果、下型のダイス下部抉り込み部５１aが必要となり、下型剛性が低くなって高精度加工が困難になる。なお、いずれの実施例でも、ガスクッションのみで構成されたガスクッション装置に比べて高いクッション力を得ることができるため、金型剛性を上げることが可能であり、また配置するガスクッション装置の数を減らすことができる。また、実施例１のものについては、プレス中に押え力が変わらないため、ワークＷの割れや亀裂の発生を抑制することができる。

次に、パルス波形状の摩擦クッション力が得られるガスクッション装置１０Ａについて説明する。図９及び図１０Ａ、図１０Ｃに示すように、このガスクッション装置１０Ａでは、シリンダ２０Ａが、シリンダ２０Ａとピストン３０Ａの嵌合部Ｆ１において、ピストン摺動方向（シリンダ２０Ａやピストン３０Ａの軸方向）に並ぶ複数の第１凹部２２ｇを備えている。具体的に説明すると、シリンダ２０Ａの内向きフランジ部２２の内周面に第１凹部２２ｇが複数設けられている。より具体的には、シリンダ側嵌合部Ｆｓに第１凹部２２ｇが複数設けられている。第１凹部２２ｇ、２２ｇ間には、ピストン３０Ａ（具体的には後述する第２嵌合面３１ｂ）と締まり嵌め状態に嵌合する第１嵌合面２２ｈが形成されている。また、ピストン３０Ａが、嵌合部Ｆ１において、ピストン摺動方向に並ぶ複数の第２凹部３１ａを備えている。具体的に説明すると、ピストン３０Ａの軸部３１の外周面に第２凹部３１ａが複数設けられている。より具体的には、ピストン側嵌合部Ｆｐに第２凹部３１ａが複数設けられている。第２凹部３１ａ、３１ａ間には、第１嵌合面２２ｈと締まり嵌め状態に嵌合する第２嵌合面３１ｂが形成されている。第１凹部２２ｇと第２凹部３１ａはともに環状であり、周方向に連続している。

ところで、ピストン摺動方向における複数の第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１が互いに等しく、ピストン摺動方向における複数の第２凹部３１ａの幅Ｌ２１が互いに等しく、ピストン摺動方向における複数の第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２が互いに等しく、ピストン摺動方向における複数の第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２が互いに等しくされている。また、１つの第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１と１つの第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２の和Ｌ１３と、１つの第２凹部３１ａの幅Ｌ２１と１つの第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２の和Ｌ２３とが等しくされている。

加えて、第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１と前記第２凹部３１ａの幅Ｌ２１とが等しく、第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１と第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２とが等しくされている。第１凹部２２ｇの深さＤ１、第２凹部３１ａの深さＤ２はともに締め代以上とされている（図１０Ｂ、図１０Ｄ参照）。従って、図１に示すガスクッション装置１０では、嵌合部Ｆ１全体が締まり嵌め状態に嵌合していたが、このガスクッション装置１０Ａでは、シリンダ２０Ａとピストン３０Ａの嵌合部Ｆ１のうち、第１嵌合面２２ｈと第２嵌合面３１ｂのみが締まり嵌め状態に嵌合することになる。

上記構成のガスクッション装置１０Ａでは、ピストン３０Ａを押し込むと、図１１に示すように、シリンダ２０Ａとピストン３０Ａとが締まり嵌め状態とされる部分の長さ（面積）が変化していく。（１）の状態では、第１嵌合面２２ｈと第２嵌合面３１ｂは、ピストン摺動方向における全長で締まり嵌め状態に嵌合している。（２）の状態では、第２嵌合面３１ｂが第１凹部２２ｇへと差し掛かっており、第１嵌合面２２ｈと第２嵌合面３１ｂとの嵌合部（締まり嵌め状態に嵌合している部分）Ｆ２の長さは半分となっている。（３）の状態に至ると、第２嵌合面３１ｂは、その全面が第１凹部２２ｇに位置することとなり、第１嵌合面２２ｈと第２嵌合面３１ｂとの嵌合部Ｆ２は形成されない。図示はしていないが、この状態でさらにピストン３０Ａを押し込むと、第２嵌合面３１ｂは第１嵌合面２２ｈへと差し掛かり、再び第１嵌合面２２ｈと第２嵌合面３１ｂとの嵌合部Ｆ２が形成される。すなわち、嵌合部Ｆ２の面積が、ピストン３０Ａの押し込みに伴い変化するのである。

そのため、摩擦クッション力としては、図１２に示すようにパルス波形状（三角波状）となる。図１２は、ピストン摺動方向における第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１、第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２、第２凹部３１ａの幅Ｌ２１、第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２をそれぞれ３ｍｍとした場合を示しているが、摩擦クッション力は、原点（０ｍｍ押し込み時）、６ｍｍ押し込み時、１２ｍｍ押し込み時といったように、６ｍｍ間隔で最小値（ゼロ）になる。これは６ｍｍ押し込み毎に図１１の（３）の状態になるためである。また、３ｍｍ押し込み時、９ｍｍ押し込み時、１５ｍｍ押し込み時といったように、６ｍｍ間隔で最大値となる。これは、６ｍｍ押し込み毎に図１１の（１）の状態になるためである。

このように、上記構成のガスクッション装置１０Ａでは、パルス波形状の摩擦クッション力を得られるため、ガスクッション力と摩擦クッション力との和である総合クッション力においてもパルス波形状となる。このような総合クッション力は、例えば以下の用途に用いることができる。絞り加工においてダイクッション力は、ブランクホルダーを介してワークのフランジ部を押圧し、しわの発生を抑制している。ただ、ダイクッション力が大きすぎると、ワークを拘束する力が大きくなりすぎて、絞り製品の減肉や割れの発生の原因となる。しわの発生を抑制しつつ、減肉や割れを抑制するためには、ブランクホルダーがワークに押し返されないダイクッション力と、絞り成形の進行とともに金型内にワークが入り込んでいくような力加減が必要となるが、上記構成のガスクッション装置１０Ａであれば、押し込みに伴ってクッション力が小刻みに増減するため、プレス機械のダイスプリングとして用いれば、十分なダイクッション力でワークを押えつつも、絞り加工がある程度行われた段階で押さえ込みを緩めることができ、しわの発生の抑制と、減肉や割れの抑制を両立させることができる。

図１３〜図１６は、第１凹部２２ｇ、第２凹部３１ａ、第１嵌合面２２ｈ、第２嵌合面３１ｂの長さを適宜変更したものを示している。図１３Ａでは、複数の第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１が互いに等しく、複数の第２凹部３１ａの幅Ｌ２１が互いに等しく、複数の第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２が互いに等しく、複数の第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２が互いに等しく、１つの第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１と１つの第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２の和Ｌ１３と、１つの第２凹部３１ａの幅Ｌ２１と１つの第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２の和Ｌ２３とが等しいという条件に加えて、さらに第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１と第２凹部３１ａの幅Ｌ２１とが等しく、第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１が、第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２より大とされている。この場合、ピストン３０Ａのストローク中において、第１嵌合面２２ｈと第２嵌合面３１ｂとが嵌合しない区間がでてくる。そのため、摩擦クッション力が得られない区間が等周期で生じ、摩擦クッション力をグラフで示すと、歯抜け状の摩擦クッション力が得られる（図１３Ｂ参照）。なお、図１３Ｂは、第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１を第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２の３倍に設定したものである。倍率は１倍より大きければ良い。第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１と第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２の差分だけ、摩擦クッション力が得られない区間が生じる。

図１４Ａでは、複数の第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１が互いに等しく、複数の第２凹部３１ａの幅Ｌ２１が互いに等しく、複数の第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２が互いに等しく、複数の第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２が互いに等しく、１つの第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１と１つの第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２の和Ｌ１３と、１つの第２凹部３１ａの幅Ｌ２１と１つの第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２の和Ｌ２３とが等しいという条件に加えて、第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１と第２凹部３１ａの幅Ｌ２１とを異ならせている。この場合、必然的に第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２と第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２とも異なってくる。例えば、図１４Ａでは、第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１を第２凹部３１ａの幅Ｌ２１の３倍とし、第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２を第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２の１／３倍としている。この場合、第１嵌合面２２ｈが第２凹部３１ａに差し掛かったときにのみ、摩擦クッション力が低下するようになる（図１４Ｂ参照）。なお、第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２をこれより小さくすれば、一定の摩擦クッション力を得られる区間が減り、その分、摩擦クッション力を得られない区間が生じる。第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２をこれより大きくすれば、最小値がゼロではなくなる。

図１５Ａでは、複数の第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１が互いに等しく、複数の第２凹部３１ａの幅Ｌ２１が互いに等しく、複数の第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２が互いに等しく、複数の第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２が互いに等しいという条件に加えて、第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１と第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２とが等しく、第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２と第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２とが等しく、第２凹部３１ａの幅Ｌ２１が、第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１の正の奇数倍（３倍）とされている。この場合、図１５Ｂに示すように、図１２と同じような波形の摩擦クッション力となるが、図１５Ａの嵌合部Ｆ２の面積は、図１２に対して半分と成るため、摩擦クッション力は半分となる。しかし、嵌合部Ｆ２の面積が図１２に対して半分と成れば、摩擦による発熱が半分となり、また第１凹部２２ｇの幅に対して大きな幅を持つ第２凹部３１ａには潤滑油Ｌが流れやすいので、冷却面では有利である。なお、倍数を大きくしていくほど、摩擦クッション力は小さくなる。

図１６Ａでは、複数の第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１が互いに等しく、複数の第２凹部３１ａの幅Ｌ２１が互いに等しく、複数の第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２が互いに等しく、複数の第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２が互いに等しく、前記第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２と前記第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２とが等しく、第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１が第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２と等しく、第２凹部３１ａの幅Ｌ２１が第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２の２の倍数倍（２倍）とされている。なお、第２凹部３１ａの幅Ｌ２１が第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２と等しく、第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１が第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２の２の倍数倍とされていても良い。この場合、図１６Ｂに示すように、摩擦クッション力は、ピストンのストローク中、変動せず一定となる。ただ、第２凹部３１ａの幅Ｌ２１が広いため、その分、第１嵌合面２２ｈが第２嵌合面３１ｂと嵌合する機会が少なくなり、冷却面で有利となる。

ところで、図９〜図１６に示すガスクッション装置１０Ａは、ピストン側嵌合部Ｆｐ（具体的には第２嵌合面３１ｂ）の外径をピストン摺動方向において変化させず一定としていたが、テーパ状としても良い。すなわち、シリンダ２０Ａ側に向かうにつれてピストン側嵌合部Ｆｐの外径を大きく（シリンダ２０Ａから離れるに従いピストン側嵌合部Ｆｐの外径を小さく）しても良い。この場合、摩擦クッション力は、ピストン３０Ａの押し込み量が多くなるほど小さくなる。また、図１２に示すように、ピストン３０Ａのストロークの全長にわたって、摩擦クッション力がガスクッション力より小とされているので、別途、ピストンを押し込み前の元の位置に戻すための装置等を設ける必要はない。また、第１凹部２２ｇや第２凹部３１ａを、潤滑油Ｌを嵌合部Ｆ１に供給するための油溝として使用しても良い。また、第１凹部２２ｇや第２凹部３１ａは、シリンダ２０Ａやピストン３０Ａの周方向に連続した環状のものを想定しているが、必ずしも周方向に連続している必要はない。また、第１凹部２２ｇや第２凹部３１ａでも締まり嵌め状態の嵌合部を形成しても良い。この場合、凹部２２ｇ、３１ａの深さＤ１、Ｄ２を締め代内に留めれば良い。第１凹部２２ｇの幅Ｌ１１、第１嵌合面２２ｈの幅Ｌ１２、第２凹部３１ａの幅Ｌ２１、第２嵌合面３１ｂの幅Ｌ２２の間隔は、適宜変更可能である。例えばピストン３０Ａの押し込み２ｍｍ毎に最大値を得たい場合はＬ１１〜Ｌ２２を１ｍｍとすれば良い。

他の構成については、図１に示すガスクッション装置１０と同様である。例えば、シリンダ２０Ａ内にはピストン３０Ａを付勢するためのガスＧが封入されている。また、シリンダ２０Ａとピストン３０Ａとの嵌合部Ｆ１に潤滑油Ｌを供給する給油機構１１を備えている。また、シリンダ２０Ａとピストン３０Ａとの間には、ピストン２０Ａの押し込みに伴って容積を大きくし、ピストンの引き出しによって容量を小さくする空間Ｐが形成されており、この空間Ｐが給油機構１１のポンプを構成している。そのため、同様の構成については同符号を付し、具体的な説明は省略する。

以上に、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば油溝２２ｂをピストン３０側に設けても良いし、シリンダ２０側、ピストン３０側の双方に設けても良い。嵌合部Ｆ１の冷却方法としては、潤滑油Ｌの循環の他に、別途、冷却機構を設けても良い。

１０、１０Ａガスクッション装置
１１給油機構
１２ガスクッション機構
１３摩擦クッション機構
２０、２０Ａシリンダ
２１本体部
２１ａ下方側の開口
２１ｂ側面の開口
２２内向きフランジ部
２２ａ上方側の開口
２２ｂ油溝
２２ｃ環状凹溝
２２ｄ開口
２２ｅ突起
２２ｆシール保持部
２２ｇ第１凹部
２２ｈ第１嵌合面
２３蓋部
２３ａ注入弁
３０、３０Ａピストン
３１軸部
３１ａ第２凹部
３１ｂ第２嵌合面
３２ピストン本体部
４０オイルタンク
４１上流側のチェックバルブ
４２下流側のチェックバルブ
４３冷却器
５０プレス機械
５１ダイス
５１a ダイス下部抉り込み部
５２パンチ
５３押え部
５４ガス圧力のみによるガスクッション装置
Ｆ１嵌合部
Ｆ２第１嵌合面と第２嵌合面との嵌合部
Ｆｓシリンダ側嵌合部
Ｆｐピストン側嵌合部
Ｇガス
Ｌ潤滑油
Ｐ空間
Ｓ封入室
Ｗワーク
Ｌ１１第１凹部の幅
Ｌ１２第１嵌合面の幅
Ｌ１３第１凹部の幅と第１嵌合面の幅の和
Ｌ２１第２凹部の幅
Ｌ２２第２嵌合面の幅
Ｌ２３第２凹部の幅と第２嵌合面の幅の和
Ｄ１第１凹部の深さ
Ｄ２第２凹部の深さ

Claims

シリンダと、
前記シリンダ内に摺動可能に嵌合されるピストンと、
前記シリンダ内に封入され、前記ピストンを付勢するガスと、
前記シリンダと前記ピストンとの嵌合部に潤滑油を供給する給油機構とを備え、
前記シリンダと前記ピストンとが締まり嵌め状態で嵌合されている、
ガスクッション装置。
前記ピストンが前記シリンダ内から外に向かって縮径している、
請求項１記載のガスクッション装置。
締まり嵌めによる摩擦力が、前記ガスによる反発力より小である、
請求項１又は２記載のガスクッション装置。
前記シリンダと前記ピストンとの間に、前記ピストンの押し込みに伴って容積を大きくし、前記ピストンの引き出しによって容積を小さくする空間が形成され、この空間が前記給油機構のポンプを構成している、
請求項１〜３いずれか記載のガスクッション装置。
前記シリンダが、前記嵌合部において、ピストン摺動方向に並ぶ複数の第１凹部を備えており、
前記ピストンが、前記嵌合部において、ピストン摺動方向に並ぶ複数の第２凹部を備えており、
前記第１凹部間に第１嵌合面が形成され、前記第２凹部間に第２嵌合面が形成されている、
請求項１〜４いずれか記載のガスクッション装置。
ピストン摺動方向における複数の第１凹部の幅が互いに等しく、
ピストン摺動方向における複数の第２凹部の幅が互いに等しく、
ピストン摺動方向における複数の第１嵌合面の幅が互いに等しく、
ピストン摺動方向における複数の第２嵌合面の幅が互いに等しく、
前記１つの第１凹部の幅と前記１つの第１嵌合面の幅との和と、前記１つの第２凹部の幅と前記１つの第２嵌合面の幅との和とが等しい、
請求項５記載のガスクッション装置。
前記第１凹部の幅と前記第２凹部の幅とが等しく、
前記第１凹部の幅が、前記第１嵌合面の幅より大とされている、
請求項６記載のガスクッション装置。
前記第１凹部の幅と前記第２凹部の幅とが等しく、
前記第１凹部の幅と前記１嵌合面の幅とが等しい、
請求項６記載のガスクッション装置。
ピストン摺動方向における複数の第１凹部の幅が互いに等しく、
ピストン摺動方向における複数の第２凹部の幅が互いに等しく、
ピストン摺動方向における複数の第１嵌合面の幅が互いに等しく、
ピストン摺動方向における複数の第２嵌合面の幅が互いに等しく、
前記第１嵌合面の幅と前記第２嵌合面の幅とが等しく、
前記第１凹部の幅と前記第２凹部の幅のどちらか一方が前記第１嵌合面の幅と等しく、他方が前記第１嵌合面の幅の２の倍数倍とされている、
請求項５記載のガスクッション装置。