JP3932401B2 - ロック機構付きシリンダ - Google Patents

Description

本発明は、空気圧シリンダ等の流体圧シリンダのピストンを、そのシリンダ本体に付設したロック用シリンダによりロックできるようにしたロック機構付きシリンダに関する。

従来、このようなロック機構付きシリンダとして、次の技術文献に記載のものがある。
＜技術文献１（実開昭５７−１１０３０４号のマイクロフィルム）＞
ピストンの片面に突設した係合部材に、膨大とした頭部を形成し、この頭部の付け根部である係合部に、一対のピン状係合部材の円錐形の先端部を係合させて、ピストンをロックする。

＜技術文献２（実開平３−１４３０５号のマイクロフィルム）＞
ピストンの片面に突設した係合部材に、膨大とした頭部であるソロバン珠状の係合突起を形成し、この係合突起の傾斜したロックピン係合面に、一対のロックピンの傾斜した先端面である係合部を係合させてピストンをロックする。

しかし、技術文献１のもの、及び技術文献２のものでは、片方向のロックしかできない。

＜技術文献３（特公昭４８−４１１９１号公報）＞
ピストン（主ピストン）の外周面に、片面が傾斜したテーパー面となっているロック溝を環状に形成し、またロックピストンの小径部の頂部に、テーパー面を形成し、ロックピストンを作動用ばねにより推進させて、その小径部の頂部のテーパー面をロック溝のテーパー面に係合させ、また互いの垂直な反対面が係合することにより、ピストンをストロークエンドで両方向の摺動に対してロックできるようになっている。

＜技術文献４（特開２００１−３２８０３号公報）＞
シリンダ本体に設けられたロック用シリンダ内にはピストンロッドの径方向に対して往復動自在にロック部材が装着されており、ピストンロッドの外周面の一部には、ロック部材が嵌入する係合部である凹部が設けられ、その外周において筒状のシャッタ部材が軸方向に往復動自在に設けられている。このシャッタ部材には、ロック部材が貫通する貫通孔とロック部材の先端を規制するストッパ面とが設けられている。ピストンロッドが停止位置まで移動したときには、ロック部材の斜面が貫通孔を介して係合部の斜面に係合することにより、ピストンロッドの一方向の摺動がロックされ、また互いの垂直な反対面が係合することにより、ピストンロッドの他方向の摺動もロックできるようになっている。

しかし、技術文献３のものは、両方向のロックができるが、ピストン自体に、片面が傾斜したテーパー面となるロック溝を環状に形成しなければならない。

技術文献４のものも、両方向のロックができるが、係合部である凹部を設けたピストンロッドの外周に、筒状のシャッタ部材を軸方向に往復動自在に装着しなければならず、構造が複雑である。

＜技術文献５（特開２０００−１７６８７４号公報）＞
これに記載の技術は、図１〜図４に示すような構造にして製品として実用化されているので、これらの図を参照して説明すると、クランプ用シリンダのシリンダ本体５０内を摺動するピストン５１には、その前面にピストンロッド５２、後面にロックロッド５３がこれらロッドでピストン５１を挟むように固定され、これらロッドはピストン５１と一体に移動する。ピストンロッド５２には、クランプアーム５４がトグル機構を構成するようにピン連結されており、ピストン５１の往復摺動によりクランプアーム５４が従来公知のように開閉する。

シリンダ本体５０のヘッドカバー５５には、これを本体とするロックシリンダ５６が組み込まれている。このロックシリンダ５６は、その軸線がシリンダ本体５０の軸線（ロックロッド５３の軸線）と直角になっており、ロックロッド５３の軸線と直角な方向に往復摺動するロックピストン５７を内蔵している。このロックピストン５７は、ロックシリンダ５６のカバー５８をバネ受けとしているロック用バネ５９によりロックロッド５３側に付勢されている。ロックピストン５７には円柱形のロック突子６０が突設され、このロック突子６０の先端部６０ａは図３に示すように円錐台形となっている。

一方、ロックロッド５３には台形に欠如したロック凹部６１が形成され、このロック凹部６１の両側面は平坦な斜面６１ａとなっている。

このような従来構造では、クランプアーム５４がワーク（図示せず）をクランプするところまでピストン５１が後退したとき、ロック用バネ５９による付勢によりロック突子６０がロックロッド５３に向かって推進され、ロック突子６０の円錐台形の先端部６０ａが、図１及び図２に示すようにロックロッド５３のロック凹部６１に入り込むことにより、ロックロッド５３がロックされ、それによりピストン５１もロックされる。

しかし、これによると次のような問題点がある。
（１）ロック突子６０の先端部６０ａが円錐台形であるに対し、ロックロッド５３のロック凹部６１の両側面が平坦な斜面６１ａであるため、ロック突子６０の先端部６０ａの周面とロック凹部６１の斜面６１ａとが同一角度で加工されていても、これらはロック時に線接触であり、また加工角度がズレていれば、図４に示すように点接触になってしまい、一般的に摩耗や変形が生じやすくなる。
（２）部品交換等のメンテナンス時、例えばロックロッド５３を交換する場合、ピストンロッド５２との方向性が合わなくなるため、ピストンロッド５２、ピストン５１及びロックロッド５３の組み立て品での交換が必要となる。
実開昭５７−１１０３０４号のマイクロフィルム 実開平３−１４３０５号のマイクロフィルム 特公昭４８−４１１９１号公報 特開２００１−３２８０３号公報 特開２０００−１７６８７４号公報

本発明の課題は、上記のような問題点を解決し、ロック機構の耐久性を向上させるとともに、部品交換等のメンテナンスを容易に行える両方向ロック型のロック機構付きシリンダを提供することにある。

本発明によるロック機構付きシリンダは、シリンダ本体内のピストンと一体摺動するロックロッドの先端面に、偏平突部が形成されているとともに、平坦面を有するロックピンがこの偏平突部に回転自在に軸受けされ、シリンダ本体に設けられたロック用シリンダのロックピストンには、その軸線に対し傾斜した傾斜面及びロックロッドの偏平突部を受け入れるスリットを有する楔体が設けられ、ロックピストンの推進により楔体がその傾斜面をロックピンの平坦面と面接触させてロックピンを回転させながら該ロックピンとロックロッドの先端面との間に入り込むことにより、ピストンがロックされる構造となっている。

その好ましい形態は次のとおりである。
ロックピンが、ロックロッドの偏平突部を貫通するようにこれに軸受けされ、ロックピンの平坦面が、ロックロッドの偏平突部の両側において形成されているとともに、楔体の傾斜面がスリットの両側において形成されている。

楔体は円柱状で、ロックピストンのピストンロッドを兼ねている。
ロック用シリンダは、ロックピストンをロック用バネにより付勢して楔体のスリットをロックロッドの偏平突部と摺動自在に嵌合させるとともに、このロック用バネに抗してロックピストンを摺動させる流体圧を、シリンダ本体の流体圧ポートから分岐した流路を通じて流入する。

ロックピストンが流体圧によりストロークエンドに達したとき、楔体は、そのスリットをロックロッドの偏平突部と嵌合させたまま、ロックロッドとロックピンの一体移動を許容するロック解除状態となる。

本発明では、ロックピストンに設けられた楔体が、その傾斜面をロックピンの平坦面と面接触させてロックピンを回転させ、しかもその接触面積を拡げながらロックピンとロックロッドの先端面との間に入り込んでロックするため、従来に比べ摩耗や変形が格段に少なく、耐久性の高いロック機構となる。また、ロックピンの交換だけで済むため、メンテナンスが容易であるとともに、経済的である。

楔体の傾斜面とロックピンの平坦面との面接触が、ロックロッドの偏平突部の両側において行われるようにすれば、ロックピンに偏荷重を与えることなくこれをスムーズに回転させることができる。

楔体をロックピストンのピストンロッドを兼ねる円柱状とすれば、ロックピストンと楔体との一体成形が容易である。

楔体のスリットをロックロッドの偏平突部と摺動自在に嵌合させ、またシリンダ本体の流体圧ポートからの流体圧によりロック用バネに抗してロックピストンを摺動させれば、ロックとその解除を簡単な構造で行える。

ロック解除時にも、楔体のスリットがロックロッドの偏平突部と嵌合したままになるようにすれば、ロックピストン及び楔体の回転を規制でき、ロックとその解除を、ロックピストンの短いストロークで安定して行える。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図５に本発明の一実施例の全体を示す。この実施例は、図１に示した従来例と同様にクランプ用シリンダに適用したもので、クランプ用シリンダ自体は図１の従来例の場合と同様に、そのシリンダ本体１０内を摺動するピストン１１の前面にピストンロッド１２、後面にロックロッド１３がこれらロッドでピストン１１を挟むように固定され、これらロッドはピストン１１と一体に移動する。ピストンロッド１２には、クランプアーム１４がトグル機構を構成するようにピン連結されており、ピストン１１の往復摺動によりクランプアーム１４が開閉する。

シリンダ本体１０のヘッドカバー１５には、図５及び図６に断面にして示すように、これを本体とするロック用シリンダ１６が組み込まれている。このロック用シリンダ１６は、その軸線がシリンダ本体１０の軸線（ロックロッド１３の軸線）と直角になっており、ロックロッド１３の軸線と直角な方向に往復摺動するロックピストン１７を内蔵している。このロックピストン１７は、ロック用シリンダ１６のカバー１８をバネ受けとしているコイル状のロック用バネ１９によりロックロッド１３側に付勢されている。

ロックピストン１７は、図７（Ａ）・（Ｂ）・（Ｃ）及び図８に示すように、そのピストンロッドを兼ねる円柱形の楔体２０を金属で一体に成形し、またロック用バネ１９の一部分を受け入れる円形のバネ受け凹部２１を形成している。

楔体２０には、その外周面の両側に開口するスリット（スリ割り）２２が、楔体２０の先端面（下端面）２０ａの中央からロックピストン１７側に真っ直ぐ延びて形成され、これを形成した部分は二股状となっている。また、楔体２０の外周面には、楔体２０をその先端面（下端面）２０ａまで斜めにカットすることにより、軸線に対し傾斜した傾斜面２３がスリット２２の一方の開口の両側に形成されている。

一方、ロックロッド１３は、図５に示すようにヘッドカバー１５に設けられたロッド受入室１５ａ中まで延びており、このロッド受入室１５ａ中に入る先端面（後端面）１３ａに、図８に示すように、平ほぞ状の偏平突部２４が一体に突出形成され、その両側面は平坦な垂直面となっている。この偏平突部２４には軸受孔２５が設けられ、この軸受孔２５にロックピン２６がブッシュ２７を介して回転自在に軸受けされている。

図９〜図１２にロックピン２６の形状を示す。ロックピン２６は、金属で一体成形され、しかも硬度を高めるため焼き入れ加工されており、断面円形の中央軸部２６ａの両側に、断面半円形の楔体受け部２６ｂを一体に形成している。これら楔体受け部２６ｂの上面は平坦面２６ｃとなっている。中央軸部２６ａにはブッシュ２７が嵌合される。そして、この中央軸部２６ａを、ロックロッド１３の偏平突部２４の軸受孔２５にブッシュ２７を介して嵌合することにより、ロックピン２６は偏平突部２４に回転自在に軸受けされ、その両側の楔体受け部２６ｂは偏平突部２４の両側面より突出している。

ロック用バネ１９により上記のように付勢されているロックピストン１７は、楔体２０のスリット２２がロックロッド１３の偏平突部２４と常に摺動可能に嵌合しているため、ロックピストン１７の回転は偏平突部２４により常に防止される。そして、ピストン１１の摺動によるロックロッド１３の前進後退はこのような状態のまま行われる。

ロック用シリンダ１６内には、シリンダ本体１０に設けられた流体圧ポート１０ａから分岐している流路２８を通じて流体圧（空気圧）、すなわちピストン１１を前進させる際の流体圧が導入されるようになっており、この流体圧によってロックピストン１７がロック用バネ１９に抗して摺動される。

次に、このように構成された本実施例の動作について説明する。
図１３はロック解除状態の斜視図、図１４はロック状態の斜視図、図１５から図１８までは、ロック解除状態からロック状態になるまでの過程を示す断面図である。

ピストン１１を前進させるために、ポート１０ａへ流体圧が供給されると、この流体圧によってロックピストン１７が、図１５に示すようにロック用バネ１９に抗してストロークエンドまで摺動（上昇）される。これにより楔体２０の先端面（下端面）２０ａは、同図及び図１３に示すように、ロックピン２６の両側の楔体受け部２６ｂの平坦面２６ｃ上に位置するが、スリット２２はロックロッド１３の偏平突部２４と嵌合したままである。従って、ロックロッド１３の移動が許容され、ピストン１１が前進する。

ピストン１１が上記とは反対側の流体圧により後退されて、これと一体にロックロッド１３及びロックピン２６が後退すると同時に、ロックピストン１７へ作用していたポート１０ａからの流体圧が無くなると、ロックピストン１７がロック用バネ１９により推進（下降）されるため、楔体２０は、そのスリット２２をロックロッド１３の偏平突部２４と嵌合させたまま下降して、先端面２０ａが両側の楔体受け部２６ｂの平坦面２６ｃへ向かって進んで行く。これによりロックピン２６が回転されるが、楔体２２は更に下降するので、図１６に示すように楔体２２の両側の傾斜面２３と両側の楔体受け部２６の平坦面２６ｃとが面接触し、しかもその状態で面と面を摺接させながら、楔体２２は図１７に示すように更に下降する。

ピストン１１が最終まで後退したときには、ロックピストン１７もロック用バネ１９によりストロークエンドまで摺動されているので、図１４及び図１８図に示すように、楔体２０は、その傾斜面２３を楔体受け部２６の平坦面２６ｃと面接触させたまま、ロックピン２６とロックロッド１３の先端面（後端面）１３ａとの間に入り込み、この状態をロック用バネ１９により保持される。

従って、ロックロッド１３は、楔体２２により両方向の移動をロックされる。これによってまた、ピストン１１及びピストンロッド１２も自動的にロックされるので、クランプアーム１４はワークを把持した状態を維持する。

ロック解除は、ポート１０ａからの流体圧によりロックピストン１７をロック用バネ１９に抗して摺動させて、図１３及び図１５の状態とすることにより自動的に行える。

上記の実施例はクランプ用シリンダに適用した場合であるが、本発明は、これに限らず各種の流体圧シリンダに広範囲に適用できる。

従来例の断面図である。 その部分拡大図である。 それにおけるロックピストンのロック突子とロックロッドのロック凹部との関係を示す分解斜視図である。 これらの接触状態を示す図である。 本発明の一実施例の全体の断面図である。 その要部の図５とは異なる方向の断面図である。 それにおけるロックピストンを示し、（Ａ）と（Ｂ）とは異なる方向の断面図、（Ｃ）は底面図である。 ロックピストンとロックロッドとの分解斜視図である。 ロックピンの平面図である。 同じく正面図である。 同じく端面図である。 同じく斜視図である。 ロックピストンとロックロッドとのロック解除状態における斜視図である。 同じくロック状態における斜視図である。 ロック解除状態における断面図である。 図１５のロック解除状態からロック状態へ進む過程の断面図である。 同様の断面図である。 ロック状態における断面図である。

符号の説明

１０ シリンダ本体
１０ａ ポート
１１ ピストン
１２ ピストンロッド
１３ ロックロッド
１３ａ 先端面（後端面）
１４ クランプアーム
１５ ヘッドカバー
１５ａ ロッド受入室
１６ ロック用シリンダ
１７ ロックピストン
１８ カバー
１９ ロック用バネ
２０ 楔体
２０ａ 先端面（下端面）
２１ バネ受け凹部
２２ スリット
２３ 傾斜面
２４ 偏平突部
２５ 軸受孔
２６ ロックピン
２６ａ 中央軸部
２６ｂ 楔体受け部
２６ｃ 平坦面
２７ ブッシュ
２８ 流路

Claims (5)

1. シリンダ本体内のピストンと一体摺動するロックロッドの先端面に、偏平突部が形成されているとともに、平坦面を有するロックピンがこの偏平突部に回転自在に軸受けされ、シリンダ本体に設けられたロック用シリンダのロックピストンには、その軸線に対し傾斜した傾斜面及び前記偏平突部を受け入れるスリットを有する楔体が設けられ、前記ロックピストンの推進により前記楔体がその傾斜面をロックピンの平坦面と面接触させてロックピンを回転させながら該ロックピンとロックロッドの先端面との間に入り込むことにより、前記ピストンがロックされることを特徴とするロック機構付きシリンダ。
2. ロックピンが、ロックロッドの偏平突部を貫通するようにこれに軸受けされ、ロックピンの平坦面が、ロックロッドの偏平突部の両側において形成されているとともに、楔体の傾斜面がスリットの両側において形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロック機構付きシリンダ。
3. 楔体が円柱状で、ロックピストンのピストンロッドを兼ねていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロック機構付きシリンダ。
4. ロック用シリンダは、ロックピストンをロック用バネにより付勢して楔体のスリットをロックロッドの偏平突部と摺動自在に嵌合させるとともに、このロック用バネに抗してロックピストンを摺動させる流体圧を、シリンダ本体の流体圧ポートから分岐した流路を通じて流入することを特徴とする請求項１、２又は３に記載のロック機構付きシリンダ。
5. ロックピストンが流体圧によりストロークエンドに達したとき、楔体は、そのスリットをロックロッドの偏平突部と嵌合させたまま、ロックロッドとロックピンの一体移動を許容するロック解除状態となることを特徴とする請求項４に記載のロック機構付きシリンダ。

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