JP3856934B2 - ロック機構付き流体圧シリンダ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体圧シリンダに対してピストンロッド掴持して該ロッドを任意停止状態に保持するためのロック機構を付設したロック機構付きの流体圧シリンダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体圧シリンダに内蔵してピストンロッドを任意の位置で停止させるロック機構として、従来から、内周面をテーパ面としたテーパリングによりボールを介してブレーキシューをピストンロッドに圧接する形式のものが既に知られている。このロック機構は、ブレーキスプリングにより上記テーパリングをブレーキ作動方向に付勢し、ボールを介してピストンロッドをロックし、ロック開放用の空気圧で駆動されるリリースピストンにより上記テーパリングをロック開放側に保持するものである。
【０００３】
このようなロック機構付きの流体圧シリンダは、シリンダを空気圧で駆動するばかりでなく、上記ロック機構の開放を空気圧で行うため、バルブによって給排を制御される空気圧配管の複数をそれに接続する必要があり、その場合に、多数の流体圧シリンダをコントロールするバルブ群を一括配置してコントローラで制御するときは、流体圧シリンダに複数の空気圧配管を接続するだけでよいが、流体圧シリンダを単独で使用する場合や、どのバルブがどの流体圧シリンダを制御するのかを明確にしたい場合、あるいはロック機構等の応答性を高める必要があるなどには、流体圧シリンダ上にバルブを搭載するのが望ましい。
【０００４】
しかしながら、上述したロック機構付きの流体圧シリンダでは、そのロック機構を内蔵するシリンダのロッド側のカバーに、ピストンを駆動するための空気圧を給排するロッド側のシリンダポートや、ピストンを緩衝停止させるためのクッションバルブを設ける必要があるばかりでなく、上記ロック機構によるピストンロッドのロックを開放するための空気圧を供給するロック開放ポート、当該ロック開放用の空気圧を供給することができなくなった場合に、手動でピストンロッドのロックを開放できるようにするための手動開放用操作子などを設ける必要があり、更にこのシリンダを任意の機械装置に取り付けるためのブラケットを固定する必要もあり、しかも、ロック機構をできるだけ小型化することも要求されるため、ロック機構を内蔵したシリンダのロッド側カバーに上記バルブの搭載領域を確保することが困難になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的課題は、上記ロック機構付き流体圧シリンダにおいて、ロック機構を内蔵したシリンダのロッド側カバーに上記バルブの搭載領域を確保可能にすることにある。
また、本発明の他の技術的課題は、ロック機構の応答性及びブレーキ力の安定性等においてすぐれたロック機構付き流体圧シリンダを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、シリンダポートを通してピストンの両側の圧力室に圧縮空気を給排することにより駆動されるシリンダに、ピストンロッドを掴持することにより該ロッドをロックするロック機構を付設したロック機構付き流体圧シリンダにおいて、次のような構成を採用したことを特徴としている。
【０００７】
即ち、上記シリンダの一端に設けたロッドカバ−と、該ロッドカバ−と一体化したエンドカバーとによりロック機構用カバーを構成し、該ロック機構用カバー内に、ピストンロッドを掴持してそれを停止させるブレーキシューを内側に保持し、それにブレーキ力を作用させるシューホルダーを、ピストンロッドの軸線方向への移動を拘束して保持させ、上記ロック機構用カバー内にリリースピストンを摺動自在に嵌挿して、このリリースピストンにおける上記シリンダ側の面に、上記シューホルダーの周囲に位置するテーパリングの端面を当接させ、且つこのテーパリングの周囲において該リリースピストンにブレーキスプリングを作用させると共に、該リリースピストンの上記シリンダとは反対の側に圧力室を区画形成し、上記テーパリングには、その内側面にリリースピストン側が大径のテーパ面を形成し、シューホルダーの周囲とこのテーパ面との間に、リテーナにより保持させて多数のボールを配設し、該リテーナを、それに保持されたボールがテーパリングの内面に当接する方向に予圧用スプリングで付勢し、更に、上記ロック機構用カバーに、外側からの手動操作でリリースピストンを圧力室側から押圧する手動開放用操作子を設けることにより、上記ロック機構を構成している。
【０００８】
更に、このロック機構を備えたロック機構付き流体圧シリンダにおいて、ロック機構用カバーにおけるシリンダ側に、ピストンを駆動するための圧縮空気を給排するシリンダポートを設け、該ロック機構用カバーにおけるそれとは反対の側に、上記圧力室に通じるロック開放ポートを開設すると共に、上記手動開放用操作子を設け、上記ロック機構用カバー上におけるシリンダポートの近辺及びロック開放ポートの周囲に、該ポートを通じて供給する圧縮空気を制御するためのバルブを搭載するための平面状の搭載領域を確保している。
【０００９】
このような本発明のロック機構付き流体圧シリンダは、ロック開放ポートからリリースピストンの一側の圧力室に圧縮空気を供給すると、その駆動力によってリリースピストンがブレーキスプリングの付勢力に抗して駆動され、この状態では、テーパリングがボールに圧接しなくなるので、ブレーキシューによるピストンロッドの締付けは開放され、ロック機構によるピストンロッドのロックが解除される。ロック開放ポートから圧力室内の圧縮空気を排出すると、リリースピストンがブレーキスプリングの付勢力により圧力室側に復帰せしめられ、それに伴ってテーパリングのテーパ面がボールに圧接し、このボールからシューホルダーを介してブレーキシューをピストンロッドに押し付け、該ピストンロッドがロックされる。
【００１０】
そして、リリースピストンをロック機構用カバーの外端側に設け、且つ、該リリースピストンを駆動する圧力室をその外端側に設けているので、ロック機構用カバー上においては、ピストンを駆動するための圧縮空気を給排するシリンダポートや、ピストンを緩衝停止させるためのクッションバルブはシリンダに近い位置に設置し、ピストンロッドのロックを開放するための圧縮空気を供給するロック開放ポート及び手動開放用操作子は上記カバーにおける外端側に設置することができ、そのためロック機構用カバー上に上記ポート等が分散配置できるので、上記ロック機構用カバー上におけるシリンダポートやロック開放ポートの周囲にシリンダやロック機構の動作を制御するバルブを搭載するための平面状の領域を確保し、それらのバルブを設置することが可能になる。その結果、流体圧シリンダを単独で使用する場合や、バルブと流体圧シリンダの対応関係を明確にしたい場合、あるいはロック機構等の応答性を高める必要がある場合などに有利なロック機構付きシリンダを得ることができる。
【００１１】
また、上記ロック機構においては、ブレーキシューとシューホルダーを、ロック機構用カバー内においてラジアル方向にスライド可能に設けると共に、テーパリング及びリテーナもラジアル方向にフローティング状態にし、リテーナの周囲にはボールを収容する２列の多数の収容ポケットを設けて、リリースピストン側の収容ポケットに大径のボールを、反対側の収容ポケットに小径のボールをそれぞれ収容し、該リテーナにおける２列のボール収容ポケットの外周の一側に設けたＶ溝に弾性リングを巻着して、各ボールの脱落を防止すると共に、ボールをシューホルダーの外周に接触する方向に付勢させることができ、これにより、ピストンロッドの偏心に追従し、ピストンロッドに対してバランスのよいブレーキ力を作用させることができるばかりでなく、応答性及び安定性においてすぐれたブレーキ力を作用させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１乃至図４は、本発明に係るロック機構付き流体圧シリンダの実施例を示している。このロック機構付き流体圧シリンダにおいて、シリンダ１は、シリンダチューブ２と、その両端に取り付けたロッドカバー３及びヘッドカバー４と、上記チューブ２内に摺動自在に嵌入されたピストン５と、このピストン５に連結され、ロッドカバー３を通して外部に導出したピストンロッド６とを備え、ロッドカバー３及びヘッドカバー４に設けたシリンダポート８，９を通して、ピストン５の両側の圧力室に対する圧縮空気の給排を行うものである。
【００１３】
また、上記シリンダ１においては、ピストン５を緩衝的に停止させるエアクッション機構を備えている。即ち、上記ピストンロッド６上におけるピストン５の両側にクッションリング１１，１２を嵌着し、ロッドカバー３及びヘッドカバー４には、このクッションリング１１，１２がピストンロッド６と共に各ストロークエンドで嵌入する凹部１３，１４を形成し、それらの凹部の口縁部に、クッションリング１１，１２が該凹部１３，１４に嵌入したときに該クッションリング１１，１２との間をシールするクッションパッキン１５，１６を嵌着している。ピストン５の両側の圧力室に対して圧縮空気の給排を行うシリンダポート８，９は、上記凹部１３，１４を通じて各圧力室に連通するものであり、また、上記圧力室には、図２及び図３に示すクッションバルブ１７，１８を通してシリンダポート８，９に連通する図示しないクッション用流路を開設している。
【００１４】
上記シリンダ１に付設するロック機構２０は、上記ロッドカバー３と一体化してロック機構用カバー２１を形成するエンドカバー２２を備え、そのカバー２１内の中心に、上記シリンダ１のピストンロッド６をシールを介して気密に貫通させ、それを外部に導出している。上記ロック機構用カバー２１、即ち上記ロッドカバー３及びエンドカバー２２は、ヘッドカバー４と共に、図３及び図４からわかるように、ほぼ四角筒状に形成したものであり、これにより周囲を平面状に形成し、後述するバルブの搭載を容易にするものである。
【００１５】
ロッドカバー３とエンドカバー２２との間においてピストンロッド６を掴持してそれを停止させるブレーキシュー２４，２４は、ピストンロッド６に被着する円筒状部材の一部に割りを設けることにより、縮径可能に構成したものであり、そのブレーキシュー２４を内側に保持してそれにブレーキ力を作用させるシューホルダー２５にも同様な割りを設けて縮径可能とし、その内周面において上記ブレーキシュー２４，２４を収容保持させている。このブレーキシュー２４とシューホルダー２５は、ピストンロッドの軸線方向（スラスト方向）の移動を拘束するために、ロッドカバー３の軸孔周辺部とエンドカバー２２に保持させたピストンガイド２６との間に収容したものであるが、ラジアル方向にはスライド可能に収容している。
【００１６】
上記ピストンガイド２６は、その周面をリリースピストン２８がシールを介して気密に摺動する摺動面として、平滑に形成され、エンドカバー２２の内周面と上記ピストンガイド２６との間に、リリースピストン２８を気密に、且つ摺動自在に嵌挿している。このリリースピストン２８は、シリンダ１側（ロッドカバー３側）の面に、該シリンダ側に伸びて上記シューホルダーの周囲に位置する単一のテーパリング３０の端面を当接させ、さらに、このテーパリング３０の周囲において、該テーパリングに装着した止め輪とロッドカバー３側のばね受け部との間にブレーキスプリング３１を縮設し、このブレーキスプリング３１によりリリースピストン２８をエンドカバー２２側に、即ち、ブレーキ作動方向に付勢している。上記テーパリング３０は、その内側面にリリースピストン２８側が大径のテーパ面を形成したもので、このテーパリング３０もラジアル方向には拘束せず、端面をテーパリング３０に当接してフローティング状態にしている。
【００１７】
また、リリースピストン２８の上記シリンダ１とは反対の側、即ちリリースピストン２８とエンドカバー２２との間には、圧力室３３を区画形成し、この圧力室３３に圧縮空気を送入して、リリースピストン２８を上記スプリング３１の付勢力に抗してロッドカバー３側に付勢（ロックを開放）するため、上記エンドカバー２２には、圧力室３３に連通するロック開放ポート３４（図２）を開設している。なお、リリースピストン２８とロッドカバー３との間の空間は、ロッドカバー３に設けた図示しない呼吸ポートにより外部に開口させている。
【００１８】
上記シューホルダー２５の周囲にボール３６ａ，３６ｂを保持するリテーナ３８は、その周囲にそれらのボール３６ａ，３６ｂを収容する２列の多数の収容ポケット３８ａ，３８ｂを設けて、リリースピストン２８側の収容ポケット３８ａに大径のボール３６ａを、反対側の収容ポケット３８ｂに小径のボール３６ｂをそれぞれ収容し、各ポケット３８ａ，３８ｂ内において、そこに収容したボール３６ａ，３６ｂをシューホルダー２５の表面に接触させると共に、テーパリング３０の内面に接離状態に対向させている。上記リテーナ３８は、一体のものとして合成樹脂で成形することにより、ボール間ピッチを一定にして、ボールを正確に配列させることが可能になる。
【００１９】
また、上記リテーナ３８における２列のポケット３８ａ，３８ｂの外周の一側にはそれぞれＶ溝を設け、該溝の周囲に弾性リング４０ａ，４０ｂを巻着して、各ボールの脱落を防止すると共に、大小のボールを常にシューホルダー２５の外周に接触する方向に付勢している。さらに、上記リテーナ３８及びそれに保持されたボール３６ａ，３６ｂは、該リテーナとテーパリング３０の内周溝に装着した止め輪との間に縮設している円錐コイル状の予圧用スプリング４１で、テーパリング３０の内面に押圧する方向に付勢している。
【００２０】
停電その他の事故等により、圧縮空気源から圧縮空気が供給されない状態において、手動でピストンロッド６のロックを開放できるようにするため、図１及び図４に詳細に示すように、エンドカバー２２の外側からの操作でリリースピストン２８を圧力室３３側から押圧する手動開放用操作子４５を設けている。この手動開放用操作子４５は、エンドカバー２２の外部に気密に突出して市販の工具で回転できる操作頭４５ａと、圧力室３３内において上記操作頭４５ａの回転によりリリースピストン２８を押圧するカム４５ｂとを備えたものであり、操作頭４５ａの回転によりカム４５ｂでリリースピストン２８を押圧している間はピストンロッド６のロックを開放するが、上記回転を停止した時には、ブレーキスプリング３１の付勢力によってカム４５ｂが原位置に復帰し、再びロック機構が作動するように構成している。
【００２１】
上述したように、ロック機構用カバー２１上には、図２に明瞭に示すところのピストン５を駆動するための圧縮空気を給排するロッド側のシリンダポート８、ピストン５を緩衝停止させるためのクッションバルブ１７、ピストンロッド６のロックを開放するための圧縮空気を供給するロック開放ポート３４、及び当該ロック開放用の圧縮空気を供給することができなくなった場合に操作する手動開放用操作子４５などを設けるが、上記リリースピストン２８をエンドカバー２２側に設け、さらに該リリースピストン２８を駆動するための圧縮空気が供給される圧力室３３をロック機構用カバー２１の外端側に設けているので、ロック開放ポート３４及び手動開放用操作子４５は必然的にエンドカバー２２における外端側に設けることになり、シリンダポート８及びクッションバルブ１７は、ロッドカバー３におけるシリンダチューブ２に近い位置に設けることになる。
【００２２】
そのため、ロック機構用カバー２１上に上記ポート等が分散配置されることになり、上記ロック機構用カバー２１、即ち上記ロッドカバー３及びエンドカバー２２をほぼ四角筒状に形成したことと関連し、ロック機構用カバー２１上におけるシリンダポート８やロック開放ポート３４の周囲に、シリンダ１やロック機構２０の動作を制御するバルブを搭載するための平面状の領域４７，４８が確保され、そこにバルブを搭載することができる。その結果、流体圧シリンダを単独で使用する場合や、バルブと流体圧シリンダの対応関係を明確にしたい場合、あるいはロック機構等の応答性を高める必要がある場合などに有利になる。このような問題は、ヘッドカバー４についても同様である。なお、上記バルブの搭載領域を確保するに際し、このロック機構付き流体圧シリンダを任意の機械装置等に取り付けるためのブラケットの固定をも考慮すると、下面側や両端カバーの端面などは利用することが困難であり、また、ポート８，３４から離れた位置は不適切である。
【００２３】
図中、５０はテーパリング３０がリリースピストン２８により押圧されたときに圧接するダンパー、５１はシリンダチューブ２とロッドカバー３及びヘッドカバー４を結合するタイロッド、５２は同タイロッドナット、５３はロッドカバー３とエンドカバー２２とを連結する締付けボルトを示している。
【００２４】
次に、上記ロック機構付き流体圧シリンダの動作について説明する。
図１は、ロック開放ポート３４を通じて圧力室３３にロック開放用の圧縮空気を送入した状態を示している。この状態では、圧力室３３に供給された圧縮空気がブレーキスプリング３１の付勢力に抗してリリースピストン２８を押圧し、ロッドカバー３側のストロークエンドまで駆動するので、テーパリング３０がダンパー５０に圧接され、リテーナ３８もその端部がロッドカバー３に圧接される。この状態では、テーパリング３０がリテーナ３８に保持されたボール３６ａ，３６ｂに圧接しないので、ブレーキシュー２４によるピストンロッド６の締付けは解除され、ロック機構２０によるロッド６のロックは解除されている。
【００２５】
この状態でロック開放ポート３４から圧力室３３内の圧縮空気を排出すると、リリースピストン２８がブレーキスプリング３１の付勢力により圧力室３３側に復帰せしめられ、それに伴ってテーパリング３０の内面がボール３６ａ，３６ｂに圧接し、これらのボールを介してブレーキシュー２４がロッド６に押し付けられる。この場合に、リリースピストン２８とテーパリング３０を別体として、該テーパリング３０をラジアル方向に拘束せず、フローティング状態に保ち、またブレーキシュー２４とシューホルダー２５もラジアル方向にスライド可能に設けているので、ピストンロッド６の偏心に追従し、ピストンロッド６に対してバランスのよいブレーキ力を作用させることができる。さらに、上記リテーナ３８及びそれに保持されたボール３６ａ，３６ｂに対して予圧用スプリング４１で予圧を掛けておくことにより、ピストンロッド６とブレーキシュー２４並びにシューホルダー２５とのクリアランスを極小にすると共に、ブレーキ時にシューホルダー２５上を滑ることなく、確実な転動が得られ、瞬時にブレーキを作用させることが可能になる。
【００２６】
上記ロック機構付き流体圧シリンダにおいては、その機構上、ピストンロッド６が突出する方向に対するブレーキ力が反対方向のブレーキ力よりも大きくなる傾向を示すが、図示したシリンダ１のように、ピストンロッド６が片側に突出したものでは、ピストン５両側の圧力室の面積差に基づいてピストンロッド６の突出側の駆動力が大きくなるので、上記ロック機構２０は、このピストンの駆動力にも対応したものとなる。但し、本発明はピストンの片側にピストンロッドが突出しているものに限るものではない。
【００２７】
なお、上記ロック機構付き流体圧シリンダにおいては、テーパリング３０を単一の部材により構成してその加工精度をできるだけ高め、また、シューホルダー２５の加工精度（表面粗さ、真円度、円筒度）を上げ、テーパリング３０の傾斜角度は、摩擦角度以上に形成することが望まれる。
【００２８】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明のロック機構付き流体圧シリンダによれば、ロック機構を内蔵したシリンダのロック機構用カバーに、シリンダ及びロック機構の動作を制御するためのバルブの搭載領域を確保することができ、流体圧シリンダを単独で使用する場合や、バルブと流体圧シリンダの対応関係を明確にしたい場合、あるいはロック機構等の応答性を高める必要がある場合などに有利になる。また、ロック機構の応答性及びブレーキ力の安定性等においてすぐれた流体圧シリンダを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るロック機構付き流体圧シリンダの実施例を示す断面図である。
【図２】上記実施例の平面図である。
【図３】上記実施例の手動開放用操作子の構成を示す部分横断面図である。
【図４】上記実施例のクッションバルブの構成を示す部分横断面図である。
【符号の説明】
１ シリンダ
５ ピストン
６ ピストンロッド
８，９ シリンダポート
１７，１８ クッションバルブ
２０ ロック機構
２１ ロック機構用カバー
２２ エンドカバー
２４ ブレーキシュー
２５ シューホルダー
２８ リリースピストン
３０ テーパリング
３１ ブレーキスプリング
３３ 圧力室
３４ ロック開放ポート
３６ａ，３６ｂ ボール
３８ リテーナ
４０ａ，４０ｂ 弾性リング
４１ 予圧用スプリング
４５ 手動開放用操作子
４７，４８ バルブ搭載領域

Claims (2)

1. シリンダポートを通してピストンの両側の圧力室に圧縮空気を給排することにより駆動されるシリンダに、ピストンロッドを掴持することにより該ロッドをロックするロック機構を付設したロック機構付き流体圧シリンダにおいて、
   上記シリンダの一端に設けたロッドカバ−と、該ロッドカバ−と一体化したエンドカバーとによりロック機構用カバーを構成し、
   該ロック機構用カバー内に、ピストンロッドを掴持してそれを停止させるブレーキシューを内側に保持し、それにブレーキ力を作用させるシューホルダーを、ピストンロッドの軸線方向への移動を拘束して保持させ、上記ロック機構用カバー内にリリースピストンを摺動自在に嵌挿して、このリリースピストンにおける上記シリンダ側の面に、上記シューホルダーの周囲に位置するテーパリングの端面を当接させ、且つこのテーパリングの周囲において該リリースピストンにブレーキスプリングを作用させると共に、該リリースピストンの上記シリンダとは反対の側に圧力室を区画形成し、上記テーパリングには、その内側面にリリースピストン側が大径のテーパ面を形成し、シューホルダーの周囲とこのテーパ面との間に、リテーナにより保持させて多数のボールを配設し、該リテーナを、それに保持されたボールがテーパリングの内面に当接する方向に予圧用スプリングで付勢し、更に、上記ロック機構用カバーに、外側からの手動操作でリリースピストンを圧力室側から押圧する手動開放用操作子を設けることにより、上記ロック機構を構成し、
   上記ロック機構用カバーにおけるシリンダ側に、ピストンを駆動するための圧縮空気を給排するシリンダポートを設け、該ロック機構用カバーにおけるそれとは反対の側に、上記圧力室に通じるロック開放ポートを開設すると共に、上記手動開放用操作子を設け、
   上記ロック機構用カバー上におけるシリンダポートの近辺及びロック開放ポートの周囲に、該ポートを通じて供給する圧縮空気を制御するためのバルブを搭載するための平面状の搭載領域を確保した、
   ことを特徴とするロック機構付き流体圧シリンダ。
2. 請求項１に記載のロック機構付き流体圧シリンダにおいて、
   ブレーキシューとシューホルダーを、ロック機構用カバー内においてラジアル方向にスライド可能に設けると共に、テーパリング及びリテーナもラジアル方向にフローティング状態にし、
   リテーナの周囲にはボールを収容する２列の多数の収容ポケットを設けて、リリースピストン側の収容ポケットに大径のボールを、反対側の収容ポケットに小径のボールをそれぞれ収容し、該リテーナにおける２列のボール収容ポケットの外周の一側に設けたＶ溝に弾性リングを巻着して、各ボールの脱落を防止すると共に、ボールをシューホルダーの外周に接触する方向に付勢させた、
   ことを特徴とするロック機構付き流体圧シリンダ。

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