JP2662844B2 - 増圧型流体圧シリンダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エアーシリンダ、油圧
シリンダ等の流体圧シリンダに関し、特にピストンロッ
ドの押し出し終端付近において作動力を増大させる増圧
型流体圧シリンダに関する。

【０００２】

【従来の技術】流体圧シリンダは、クランプ機構、圧縮
機構、かしめ機構など各種の作動機構において使用され
るが、このようなクランプ機構や圧縮機構では、通常、
作動開始時にはあまり作動力を必要としないが、作動の
終端付近において、大きな作動力を必要とする場合が多
く、このために、機構を駆動する流体圧シリンダは、そ
のピストンロッドの押し出し終端付近において、開始位
置や中間位置に比べより大きな作動力を出す必要があ
る。

【０００３】このため、クランプ機構等に使用する流体
圧シリンダの大きさを決める場合、その作動の終端部で
必要な作動力を得ることができる大きさ（シリンダチュ
ーブの径）の流体圧シリンダが選択されるのが通常であ
る。したがって、ピストンロッドの押し出し開始時から
終端部の手前までは小形（シリンダチューブ径の小さ
い）の流体圧シリンダで充分である場合でも、終端作動
力のために、大形で重量が重く価格も高い流体圧シリン
ダを使用せざるを得ない課題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、従来では、流
体圧シリンダに流体圧を供給する管路にブースタ装置を
接続し、ピストンロッドの押し出し終端位置付近で、よ
り高い圧力を印加するようにし、終端付近において作動
力を増大させることも行われている。

【０００５】しかし、この種のブースタ装置は、構造が
複雑であると共に、少なくとも４個の電磁弁を使用する
必要があり、コストが増大する課題があった。

【０００６】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、ピストンロッドの押し出し終端付近にお
いて増大した作動力を出すことができ、比較的構造が簡
単で小形化が可能な増圧型流体圧シリンダを提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このために、本発明の増
圧型流体圧シリンダは、ロッドカバーの外側に補助シリ
ンダ室が形成され、補助シリンダ室内には増圧ピストン
がピストンロッドの外周部で軸方向に摺動可能に配設さ
れ、ロッドカバー内には補助シリンダ室内に流体圧を通
す通路が設けられると共に、通路の端部と増圧ピストン
の端部間に、ピストンロッドが押し出し終端の手前に達
した際、ピストンロッドに設けた段差部が増圧ピストン
を押すことによって開くバルブ部が設けられ、ピストン
ロッドの周囲で増圧ピストンの内側にテーパ面を持つ空
間が形成され、補助シリンダ室内に流体圧が入り増圧ピ
ストンが押し出し方向に移動した際、増圧ピストンをピ
ストンロッドに対しロックさせる複数のロック用鋼球が
空間内に配設され、前記段差部から所定距離だけ離れた
該ピストンロッドの外周位置に、ロック用鋼球がロック
時に係合する円周溝が設けられて構成される。

【０００８】

【作用】ヘッドカバーとピストン間のシリンダ室内に流
体圧が印加され、ピストンとピストンロッドが押し出し
方向に駆動される。このとき、ピストンロッドが押し出
し終端の手前に達すると、ピストンロッドの段差部が増
圧ピストンを押すことにより、増圧ピストンが移動して
バルブ部が開き、ロッドカバー内の通路から補助シリン
ダ室内の増圧ピストンとロッドカバー間に流体圧が入
り、増圧ピストンをピストンロッドの方向に押す。この
とき、増圧ピストン内側のロック用鋼球がピストンロッ
ド外周の円周溝に入り、増圧ピストン内のテーパ面によ
ってロック用鋼球が円周溝内に強力に押圧され、増圧ピ
ストンがピストンロッドに対しロックされる。このた
め、ピストンロッドがこの後、終端位置まで押し出され
る間、増圧ピストンが流体圧を受けて移動する作動力が
ピストンロッドの作動力に加わり、押し出し終端付近に
おいてピストンロッドの作動力は増大される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１０】図１は流体圧シリンダの平面図を示し、図
２はその拡大II−II断面図を示している。シリンダチュ
ーブ１の末端にヘッドカバー２が端部を閉鎖するように
固定され、シリンダチューブ１の先端側にはロッドカバ
ー４がピストンロッド６を摺動可能に支持しチューブ開
口部を閉鎖するように固定される。さらに、ロッドカバ
ー４の外側には補助シリンダチューブ１ａが接続固定さ
れ、補助シリンダチューブ１ａの先端部に補助ロッドカ
バー３が端部を閉鎖しピストンロッド６を摺動可能に支
持するように固定され、補助シリンダチューブ１ａ内に
補助シリンダ室２１が形成される。

【００１１】シリンダチューブ１内にピストン５が嵌挿
され、そのピストン５に固定されたピストンロッド６
は、図２に示すように、元部に大径部６ａを有し、その
大径部６ａに続いて通常の太さのロッドが、テーパ状の
段差部６ｂを介して先端まで延設される。

【００１２】ロッドカバー４にはピストンロッド６が挿
通する孔が中央に設けられるが、この孔はピストンロッ
ド６の大径部６ａが密に通り摺動可能な径に形成され、
孔の内周側にシール部材７が嵌着される。また、補助ロ
ッドカバー３の中央におけるピストンロッド６を摺動可
能に支持する孔にも、軸受メタル８及びシール部材９が
嵌着されるロッドカバー４と補助ロッドカバー３間の補
助シリンダチューブ１ａ内つまり補助シリンダ室２１内
に、増圧ピストン１０が摺動可能に嵌挿される。増圧ピ
ストン１０と補助ロッドカバー３間にコイルばね１１が
配設され、増圧ピストン１０はコイルばね１１により図
２の右側つまり元部側に付勢される。

【００１３】増圧ピストン１０は、中央軸方向に穿設さ
れた孔にピストンロッド６が嵌挿され、その孔の外周部
に、ピストンロッド６の段差部６ｂが当る当接部１０ａ
が形成される。さらに、ピストンロッド６の周囲で増圧
ピストン１０の内側には、テーパ面（円錐傾斜面）１２
ａを有する空間（略円錐形凹部）１２が形成される。そ
の空間１２はピストンロッド６の周囲を包囲するように
位置し、そのテーパ面１２ａはピストンロッド６の先端
側に向って角度が広がるように形成される。

【００１４】さらに、空間１２内には、例えば８個のロ
ック用鋼球１３がピストンロッド６の周囲を囲むように
配設される。一方、ピストンロッド６の大径部６ａの外
周には、ロック用鋼球１３が係合するための円周溝６ｃ
が設けられる。この円周溝６ｃは、図２に示すように、
段差部６ｂから距離Ｌだけ離れた位置に設けられ、溝の
底部は、鋼球の一部が良好に線接触又は面接触するよう
に断面円弧状に形成される。段差部６ｂからの距離Ｌ
は、ピストンロッド６の大径部６ａが増圧ピストン１０
の空間１２内に進入した際、円周溝６ｃ内に入ったロッ
ク用鋼球１３がテーパ面１２ａに押されてピストンロッ
ド６を良好にロックし得る距離に設定される。また、増
圧ピストン１０の外周部にはシール部材１４が嵌着さ
れ、その内周部にはシール部材１５が嵌着される。

【００１５】さらに、ロッドカバー４の補助シリンダ室
２１側には、ピストンロッド６の引き戻し動作時、ロッ
ク用鋼球１３を先端側に押してそのロックを解除するロ
ック解除部１７が、空間１２内に差し込むように突設さ
れる。

【００１６】ロッドカバー４には、通路２７を通してシ
リンダ室２０と連通する給排気ポート２５が設けられ、
さらに、通路２８を通して補助シリンダ室２１と連通す
る給排気ポート２６が設けられる。通路２８の補助シリ
ンダ室２１側の開口端部には弁座２９が形成され、その
弁座２９に対向した増圧ピストン側にシール材１６が嵌
着される。増圧ピストン１０がロッドカバー４に当接し
た状態で、シール材１６が弁座２９に密着し、通路２８
の開口部を閉鎖する。つまり、シール材１６と弁座２９
によりバルブ部が形成される。

【００１７】先端部の補助ロッドカバー３には、補助シ
リンダ室２１と連通する通路３０が形成され、この通路
３０は管路３１を介してシリンダ室２０と連通する通路
２７に連通する。一方、元部のヘッドカバー２に、シリ
ンダ室２０の元部側に連通する給排気ポート２４が設け
られる（図１）。

【００１８】次に、上記構成の流体圧シリンダの動作を
説明する。

【００１９】給排気ポート２６と給排気ポート２４は共
に、流体圧力源に接続された方向切換弁の一方のポート
に接続され、給排気ポート２５はその方向切換弁の他方
のポートに接続される。

【００２０】ピストンロッド６が引き戻し位置又は中間
位置（図２）にある状態で、方向切換弁が切り換えら
れ、流体圧力が給排気ポート２４、２６に印加された場
合、ピストン５は図２の左方向に作動力を受け、ピスト
ンロッド６は押出し方向に進む。このとき、給排気ポー
ト２６を通して通路２８にも流体圧が印加され、増圧ピ
ストン１０を図２左方向に押すが、コイルばね１１のば
ね力が勝り、増圧ピストン１０は動かない。ピストンロ
ッド６は図２の左方向に進み、その段差部６ｂがロッド
カバー４から増圧ピストン１０内の空間１２内に入る
と、そのテーパ状の段差によって各ロック用鋼球１３を
大径部６ａの周囲に持ち上げながら、さらに左方向に進
む。

【００２１】ピストンロッド６が図４に示す位置に達す
ると、その段差部６ｂが増圧ピストン１０の当接部１０
ａに当り、これによって、増圧ピストン１０が左側に押
され、移動を開始する。すると、弁座２９に密着してい
た増圧ピストン１０の背面（シール材１６）が離れ、通
路２８から流体が補助シリンダ室２１内に流入する。こ
の流体圧により、増圧ピストン１０が左方向に押され、
同時に圧力流体が空間１２内にも入る。

【００２２】この増圧ピストン１０が左方向（ピストン
ロッド６の押し出し方向）に、流体圧により押されて移
動することにより、空間１２内のロック用鋼球１３がピ
ストンロッド６の円周溝６ｃ内に入り、テーパ面１２ａ
によってその円周溝６ｃ内に強力に押圧される。このた
め、増圧ピストン１０がロック用鋼球１３によってピス
トンロッド６に対しロックされる。このとき、８個のロ
ック用鋼球１３は強力にロッドの外周部を押圧してロッ
クするが、各鋼球１３は円周溝６ｃに入ってロッド６と
は線接触又は面接触してその面圧を拡散しながらロッド
６の外周部を押圧するため、ロッド６の外周部が鋼球１
３により傷付けられることは防止される。

【００２３】そして、図５の位置に達したピストンロッ
ド６は、ピストン５に印加される作動力と共に、増圧ピ
ストン１０の作動力を加えて押し出し駆動される。つま
り、その押し出し終端の手前において、ピストンロッド
６の作動力が増圧ピストン１０の受圧面積分だけ増大さ
れ、増圧された状態で、ピストンロッド６は終端部まで
押し出される。

【００２４】一方、ピストンロッド６を引き戻し作動す
る場合、方向切換弁を切り換えて給排気ポート２５から
流体圧力を印加し、給排気ポート２６を排気側に連通さ
せる。これにより、増圧ピストン１０の背面側の圧力が
抜けて、増圧ピストン１０がピストンロッド６と共に図
５の右方向に戻り、図４の位置つまりその背面がロッド
カバー４の弁座２９に当接する位置まで、増圧ピストン
１０が戻ったとき、ロック用鋼球１３がロック解除部１
７により図の左側に押されて移動し、増圧ピストン１０
のピストンロッド６に対するロックが解除される。

【００２５】そして、ピストンロッド６は、ピストン５
がシリンダ室２０からその前面で受る右方向の圧力によ
り、末端まで引き戻される。

【００２６】なお、補助シリンダ室の補助シリンダチュ
ーブ１ａの径を、シリンダチューブ１の径より大きくし
て、増圧ピストンの径を増大させれば、その受圧面積を
増大させて、ピストンロッドの終端付近で作動力を、よ
り一層増大させることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の増圧型流
体圧シリンダによれば、ロッドカバー内には補助シリン
ダ室内に流体圧を通す通路が設けられると共に、通路の
端部と増圧ピストンの端部間に、ピストンロッドが押し
出し終端の手前に達した際、ピストンロッドに設けた段
差部が増圧ピストンを押すことによって開くバルブ部が
設けられ、ロッドカバー内の通路から補助シリンダ室内
の増圧ピストンとロッドカバー間に流体圧を供給し、増
圧ピストンをピストンロッドの押し出し方向に押すと共
に、増圧ピストンの空間内のロック用鋼球により、増圧
ピストンをピストンロッドに対しロックするように構成
したから、ピストンロッドがそこから終端位置まで押し
出される間、増圧ピストンが流体圧を受けて移動する作
動力がピストンの作動力に加わり、押し出し終端付近に
おけるピストンロッドの作動力を、同じ径の流体圧シリ
ンダより大きく増大させることができる。また、ロック
用鋼球は、ピストンロッドをロックする際、ピストンロ
ッド外周の円周溝に入り、線接触又は面接触でロッドを
押圧するため、面圧が拡散され、ロッドの外周部が鋼球
により傷付けられることは防止される。また、シリンダ
チューブの先端部分に補助シリンダ室を設け、その内部
に増圧ピストンを配設させる構造のため、極めて小形に
形成することができ、構造も比較的簡単であって、安価
に製造することができる。さらに、通路の端部と増圧ピ
ストンの端部間に、ピストンロッドが押し出し終端の手
前に達した際、ピストンロッドに設けた段差部が増圧ピ
ストンを押すことによって開くバルブ部が設けられるた
め、ピストンロッドが押し出し終端の手前に達した時を
検出する検出器や、その検出器からの信号を受けて通路
に流体圧を供給する電磁弁等は不要となる。 さらに、ロ
ッドカバーの端部に、補助シリンダ室に向けてロック用
鋼球を押すためのロック解除部を突設すれば、ピストン
ロッドの引き戻し動作時に、ロック解除部がロック用鋼
球を押してそのロックを確実に解除することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す流体圧シリンダの平面
図である。

【図２】図１のII−II拡大断面図である。

【図３】図２の III− III断面図である。

【図４】ピストンロッドの段差部が増圧ピストンに当っ
た状態の断面図である。

【図５】増圧ピストンがロック用鋼球を介してピストン
ロッドにロックされた状態の断面図である。

【符号の説明】

４−ロッドカバー、５−ピストン、６−ピストンロッ
ド、６ｃ−円周溝、１０−増圧ピストン、１２−空間、
１２ａ−テーパ面、１３−ロック用鋼球、２１−補助シ
リンダ室、２８−通路。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロッドカバーの外側に補助シリンダ室が
   形成され、該補助シリンダ室内には増圧ピストンがピス
   トンロッドの外周部で軸方向に摺動可能に配設され、該
   ロッドカバー内には該補助シリンダ室内に流体圧を通す
   通路が設けられると共に、該通路の端部と該増圧ピスト
   ンの端部間に、該ピストンロッドが押し出し終端の手前
   に達した際、該ピストンロッドに設けた段差部が該増圧
   ピストンを押すことによって開くバルブ部が設けられ、
   該ピストンロッドの周囲で該増圧ピストンの内側にテー
   パ面を持つ空間が形成され、該補助シリンダ室内に流体
   圧が入り該増圧ピストンが押し出し方向に移動した際、
   該増圧ピストンを該ピストンロッドに対しロックさせる
   複数のロック用鋼球が該空間内に配設され、前記段差部
   から所定距離だけ離れた該ピストンロッドの外周位置
   に、該ロック用鋼球がロック時に係合する円周溝が設け
   られたことを特徴とする増圧型流体圧シリンダ。
2. 【請求項２】 前記ロッドカバーには前記補助シリンダ
   室に向けてロック解除部が突設され、該ピストンロッド
   の引き戻し動作時、該ロック解除部が前記ロック用鋼球
   を押してロックを解除する請求項１記載の増圧型流体圧
   シリンダ。