JP4720401B2

JP4720401B2 - 増圧型流体圧シリンダ

Info

Publication number: JP4720401B2
Application number: JP2005276566A
Authority: JP
Inventors: 敬太工藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: JP2007085492A

Description

本発明は、ピストン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シリンダに関する。

流体圧シリンダを駆動源とするクランプ機構などにおいては、通常作動開始時では大きな作動力が不要であるが、作動の終端付近、つまり実際のクランプ動作などを行う時点では、大きな作動力が必要となる場合が多く、このため、クランプ機構などを作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較して大きな作動力を出す必要がある。

このようなピストンロッドの押し出し終端付近で大きな作動力を出す増圧型流体圧シリンダとしては、例えば下記特許文献１に記載されたものがある。
特開平６−４２５０７号公報

ところが、上記した特許文献１に記載の増圧型流体圧シリンダは、シリンダチューブ内に、ロッドカバーを間に挟んでその一方側にピストンを、他方側に増圧ピストンをピストンに対して相対移動可能に収容するとともに、ピストンからその軸方向に一体的に延びるピストンロッドを、ロッドカバーおよび増圧ピストンに貫通させてシリンダチューブ外に突出させ、また増圧ピストン内に作動流体を導入するための円錐形状の空間を形成し、かつこの空間内にロック機構を設けるなど、構造が極めて複雑なものとなっている。

そこで、本発明は、ピストンロッドの押し出し終端付近で大きな作動力を出す増圧型流体圧シリンダとして、構造を簡略化することを目的としている。

本発明は、シリンダ内に、第１ピストンおよび第２ピストンを、互いに軸方向に離間させつつ一体化した状態で移動可能に設けるとともに、前記第１ピストンと前記第２ピストンとの間に、これら相互間を移動可能な移動体を設け、前記移動体を前記第２ピストン側に押圧する押圧手段を、前記移動体と前記第１ピストンとの間に設け、前記第１ピストンの前記第２ピストンと反対側の作動圧力室に供給される作動流体によって前記第１，第２各ピストンが前記移動体とともに一体的に移動する途中で、前記移動体が当接して前記押圧手段を圧縮させつつ前記移動体を前記第２ピストン側から前記第１ピストン側へ相対移動させる当接部を、前記シリンダ内壁に設け、前記移動体の相対移動により前記第２ピストンと前記移動体との間に作動流体が導入される増圧室が形成されることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、シリンダ内に設けた第１ピストンおよび第２ピストンを互いに一体化させ、この一体化したピストンの移動によってこれら各ピストン間に設けた移動体を相対移動させて、第２ピストンと移動体との間に形成される増圧室に作動流体を導入するようにしたので、ピストンと増圧ピストンとを別体として相対移動させ、かつ増圧ピストン内に円錐形状の作動流体導入空間を形成するような従来のものに比較して、構造を簡略化することができる。
また、作動圧力室に供給される作動流体によって第１，第２各ピストンが移動体とともに一体的に移動する際に、移動体がシリンダ内壁に設けた当接部に当接して、移動体と第１ピストンとの間に設けた押圧手段を圧縮させつつ移動体を第２ピストン側から第１ピストン側へ相対移動させるので、移動体の第１，第２各ピストンに対する相対移動を確実に行って増圧室を形成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示す増圧型流体圧シリンダの断面図である。シリンダ１は、円筒部３と、円筒部の図１中で左右両端を閉塞する端板５，７とをそれぞれ備え、シリンダ１の内部には、第１ピストン９および、第１ピストン９より小径の第２ピストン１１を、互いに軸方向に離間させつつ連結軸１３で連結して一体化した状態で、軸方向（図１中で左右方向）に移動可能に設けている。

上記したシリンダ１の円筒部３は、第１，第２各ピストン９，１１のそれぞれの外径に合わせ、大径の第１ピストン摺動部１５および、小径の第２ピストン摺動部１７をそれぞれ備えている。また、第１，第２各ピストン９，１１の外周には、シール材１０，１２をそれぞれ設けている。

第２ピストン１１の連結軸１３と反対側には、ピストンロッド１９の一端を連結し、ピストンロッド１９の他端側は、シリンダ１の前記した一方の端板５の摺動孔５ａを摺動可能に貫通して外部に突出し、図示しないクランプ機構などの適宜部位に連結する。

第１，第２各ピストン９，１１相互間における連結軸１３の外周には、移動体２１を軸方向に移動可能に収容している。移動体２１は、連結軸１３が挿入されてその外面に対して摺動可能となる連結軸挿入孔２１ａを備え、外径が第１ピストン９と同等であってその外周面が第１ピストン摺動部１５に対して摺動する。

上記した移動体２１は、連結軸１３の外周側の第１ピストン９との間に介装した押圧手段としてのスプリング２３により、第２ピストン１１に向けて押し付けられている。

また、スプリング２３より外周側における、移動体２１の第１ピストン９に対向する部位には、環状の作動部材挿入穴２１ｂを設け、この作動部材挿入穴２１ｂに、第１ピストン９側から延びる環状のロック手段を構成する作動部材２５を移動可能に挿入する。作動部材２５の先端は、先端側ほど小径となるよう楔状に形成し、この楔状に形成した先端傾斜面２５ａには、円周方向に沿って複数配置した押圧片２７の内端面２７ａを当接させる。押圧片２７の内端面２７ａは、作動部材２５の先端傾斜面２５ａに対応して傾斜面としている。

押圧片２７は、移動体２１に形成した前述の作動部材挿入穴２１ｂに連通する放射状の複数の貫通孔２１ｃにそれぞれ移動可能に挿入し、各押圧片２７の外端側には、ロック手段を構成する固定部材としてのロック球２９を、貫通孔２１ｃに対して移動可能にそれぞれ設置する。貫通孔２１ｃの外端側は、シリンダ１の円筒部３の内周面に開口している。

円筒部３における第２ピストン摺動部１７近傍の第１ピストン摺動部１５のシリンダ内壁には、上記したロック球２９の一部が入り込む環状の凹部１５ａを形成している。

また、シリンダ１の端板７と第１ピストン９との間、すなわち第１ピストン９の第２ピストン１１と反対側には作動圧力室３１を設け、作動圧力室３１には、円筒部３に形成した第１作動流体給排ポート３ａを連通させる。一方、端板５と第２ピストン１１との間には作動流体室３３を設け、作動流体室３３には、円筒部３に形成した第２作動流体給排ポート３ｂを連通させる。

上記した第１作動流体給排ポート３ａは、図示しない作動流体供給源に接続した作動流体方向切替弁の一方のポートに接続し、第２作動流体給排ポート３ｂは同作動流体方向切替弁の他方のポートに接続する。

また、第１，第２各ピストン９，１１が図１の状態から図中で左方向に進出移動した図２の状態で、移動体２１の第２ピストン１１側の外周側面が当接する当接部３ｃを、シリンダ内壁である円筒部３の内周面の、前記した第１ピストン摺動部１５と第２ピストン摺動部１７との境界部分に設けている。

移動体２１は、当接部３ｃへの当接によって、図１のような第２ピストン１１に接触している状態から第１ピストン９側へ、スプリング２３を撓ませつつ相対移動し、この相対移動により、図２に示すように、第２ピストン１１と移動体２１との間に増圧室３５が形成される。

上記のように移動体２１が当接部３ｃに当接した状態で、円筒部３の内壁に形成した凹部１５ａと、移動体２１に形成した貫通孔２１ｃとは互いに整合した位置となる。

前記した第１ピストン９から連結軸１３および第２ピストン１１の一部にわたり、一端が作動圧力室３１に連通する作動流体通路３７を形成する。この作動流体通路３７は、連結軸１３の第２ピストン１１側の端部付近にて、前記した増圧室３５に連通路３９を通して連通可能である。

また、円筒部３には、一端が第２作動流体給排ポート３ｂに連通する連絡路３ｄを設け、この連絡路３ｄの他端は、図２の状態で、第１ピストン９と移動体２１との間の空間４１に連通する。

次に作用を説明する。図１の状態では、移動体２１は、スプリング２３に押されて第２ピストン１１側に位置して第２ピストン１１に接触しており、このとき、作動流体通路３７に連通する連通路３９を移動体２１が遮断するとともに、ロック球２９は貫通孔２１ｃ内に入り込んでいる。この状態で、第１作動流体給排ポート３ａから作動圧力室３１に作動流体を供給すると、第１，第２各ピストン９，１１は一体となって移動体２１ととともに端板５側に向けて図中で左方向に進出移動する。

上記した進出移動により、小径の第２ピストン１１が第１ピストン摺動部１５内から第２ピストン摺動部１７に入り込み、さらに進出移動することで、図２に示すように、移動体２１の第２ピストン１１側の外周側面が円筒部３の内周面に形成した当接部３ｃに当接する。

この当接後さらに第１，第２各ピストン９，１１が同方向に進出移動すると、移動体２１は、当接部３ｃに当接したままであるのでシリンダ１に対しては移動せず、第１，第２各ピストン９，１１に対し、第２ピストン１１側から第１ピストン９側に相対移動することになる。

これにより、第２ピストン１１と移動体２１との間に、図２に示す増圧室３５が形成され、移動体２１は、連通路３９を遮断する図１の状態から連通路３９を開放する図２の状態となる。この際、増圧室３５と作動圧力室３１とが、連通路３９および作動流体通路３７を通して連通し、増圧室３５には、作動圧力室３１から作動流体通路３７および連通路３９を通して作動流体が供給される。

この結果、ピストンロッド１９は、その押し出し終端付近において、作動圧力室３１内の作動流体により押圧される第１ピストン９に加え、増圧室３５に供給される作動流体により押圧される第２ピストン１１により、増圧状態で押し出されることになる。

上記のように移動体２１が当接部３ｃに当接した状態で、さらに第１，第２各ピストン９，１１が進出移動する際には、スプリング２３が撓むとともに、作動部材２５が作動部材挿入孔２１ｂの内部に入り込む。作動部材２５は、作動部材挿入孔２１ｂの内部に入り込むことで、押圧片２７を介してロック球２９を外方へ移動させ、このときロック球２９を収容する貫通孔２１ｃに整合した位置にある凹部１５ａに、ロック球２９の一部が入り込み、上記増圧した状態で移動体２１と円筒部３とがロックされる。

上記のように、第１，第２ピストン９，１１が進出移動する際には、第２ピストン１１の図２中で左側の作動流体室３３内の作動流体が第２作動流体給排ポート３ｂからシリンダ１の外部に排出され、また、移動体２１が当接部３ｃに当接後さらに第１，第２ピストン９，１１が進出移動する際には、第１ピストン９と移動体２１との間の空間４１内の作動流体が、空間４１の容積の減少に伴って連絡路３ｄから第２作動流体給排ポート３ｂを経てシリンダ１の外部に排出される。

図２の状態から、ピストンロッド１９を図中で右方向に後退移動させる際には、作動流体を第２作動流体給排ポート３ｂから作動流体室３３に供給することで、第１，第２各ピストン９，１１が一体となって図２中で右側へ後退移動する。これにより、第２ピストン１１が移動体２１に接触して、増圧室３５内の作動流体が、連絡路３９および作動流体通路３７を通して作動圧力室３１に戻り、第１作動流体給排ポート３ａを通してシリンダ１の外部に排出される。

上記のような、第２ピストン１１の移動体２１に接触するまでの後退移動では、移動体２１は、当接部３ｃにほぼ当接したままであって第１ピストン９に対して相対的に離れる方向に移動することになり、この際スプリング２３が伸長すると同時に、作動部材２５が作動部材挿入孔２１ｂから引き抜かれる方向に移動体２１に対して相対移動する。

また、移動体２１が第１ピストン９に対して相対的に離れることで、空間４１の容積が拡大するので、その分連絡路３ｄを通して作動流体が空間４１に入り込む。

作動部材２５が作動部材挿入孔２１ｂから引き抜かれる方向に移動することで、押圧片２７およびロック球２９は内方へ向けて移動可能な状態となり、この際ロック球２９は、凹部１５ａに外周側の一部が入り込んでいるだけなので、移動体２１が図２中で右方向に移動しようとする際に、貫通孔２１ｃを内方へ向けて移動してロックを解除する。このロック解除により、第１，第２ピストン９，１１は、移動体２１とともにさらに図２中で右方向に後退移動して図１の状態に戻る。

このように、本実施形態においては、シリンダ１内に設けた第１ピストン９および第２ピストン１１を互いに一体化させ、この一体化したピストンの移動によってこれら各ピストン９，１１間に設けた移動体２１を移動させて、第２ピストン１１と移動体２１との間に形成される増圧室３５に作動流体を導入するようにしたので、ピストンと増圧ピストンとを別体として相対移動させ、かつ増圧ピストン内に円錐形状の作動流体導入空間を形成するような従来のものに比較して、構造を簡略化することができる。

また、増圧室３５は、第１ピストン９内に設けた作動流体通路３７を通して作動圧力室３５に連通し、移動体２１は、第２ピストン１１側にあるときに作動流体通路３７を遮断し、この遮断状態に対し第２ピストン１１側から第１ピストン９側へ相対移動した状態で、作動流体通路３７を開放するようにしたので、増圧室３５に対する作動流体の供給および排出を確実に行うことができる。

さらに、移動体２１を第２ピストン１１側に弾性的に押圧するスプリング２３を、移動体２１と第１ピストン９との間に設け、作動圧力室３１に供給される作動流体によって第１，第２各ピストン９，１１が一体的に移動する際に、移動体２１が当接してスプリング２３を圧縮させつつ移動体２１を第２ピストン１１側から第１ピストン９側へ相対移動させる当接部３１ｃを、シリンダ１の内壁に設けたので、移動体２１の第１，第２各ピストン９，１１に対する相対移動を確実に行って増圧室３５を形成することができる。

また、移動体２１が第２ピストン１１側から第１ピストン９側へ移動して、第２ピストン１１と移動体２１との間に形成される増圧室３５に作動流体が導入される際に、移動体２１をシリンダ１の内壁に固定するロック手段（ロック球２９，作動部材２５）を設けたので、増圧室３５に作動流体が導入された増圧状態をロック固定することができる。

この際上記したロック手段は、移動体２１が第２ピストン１１側から第１ピストン９側へ相対移動する際に、第１ピストン９に押されて移動体２１内に入り込む作動部材２５と、この作動部材２５の移動によって移動体２１側からシリンダ１の内壁の凹部１５ａに一部が入り込んで両者相互をロック固定するロック球２９とを有する構成としたので、移動体２１とシリンダ１とのロック固定を確実に行うことができる。

なお、上記した実施形態では、作動部材２５の基端部を第１ピストン９に直接固定しているが、作動部材２５の基端部にスプリングを設けて作動部材２５をその先端側に向けて押圧するようにしてもよい。この際、第１ピストン９にはスプリングおよび作動部材２５の基端部の一部を収容するスプリング収容穴を設ける。

このような構成とすることで、ロック球２９が凹部１５ａに入り込んでロックを行う際に、作動部材２５は、スプリングにより押圧されるので、全体の移動量を少なくすることができ、作動部材挿入孔２１ｂの深さを浅くすることが可能となる。

本発明の一実施形態を示す増圧型流体圧シリンダの断面図である。図１の状態からピストンロッドが進出移動した状態を示す断面図である。

符号の説明

１シリンダ
３ｃ当接部
９第１ピストン
１１第２ピストン
１５ａシリンダ内壁の凹部
２１移動体
２３スプリング（押圧手段）
２５作動部材（ロック手段）
２９ロック球（固定部材，ロック手段）
３１作動圧力室
３５増圧室
３７作動流体通路

Claims

シリンダ内に、第１ピストンおよび第２ピストンを、互いに軸方向に離間させつつ一体化した状態で移動可能に設けるとともに、前記第１ピストンと前記第２ピストンとの間に、これら相互間を移動可能な移動体を設け、前記移動体を前記第２ピストン側に押圧する押圧手段を、前記移動体と前記第１ピストンとの間に設け、前記第１ピストンの前記第２ピストンと反対側の作動圧力室に供給される作動流体によって前記第１，第２各ピストンが前記移動体とともに一体的に移動する途中で、前記移動体が当接して前記押圧手段を圧縮させつつ前記移動体を前記第２ピストン側から前記第１ピストン側へ相対移動させる当接部を、前記シリンダ内壁に設け、前記移動体の相対移動により前記第２ピストンと前記移動体との間に作動流体が導入される増圧室が形成されることを特徴とする増圧型流体圧シリンダ。
前記増圧室は、前記第１ピストン内に設けた作動流体通路を通して前記作動圧力室に連通し、前記移動体は、前記第２ピストン側にあるときに前記作動流体通路を遮断し、この遮断状態に対し前記第２ピストン側から前記第１ピストン側へ相対移動した状態で、前記作動流体通路を開放することを特徴とする請求項１に記載の増圧型流体圧シリンダ。
前記移動体が前記第２ピストン側から前記第１ピストン側へ移動して、前記第２ピストンと前記移動体との間に形成される増圧室に作動流体が導入される際に、前記移動体を前記シリンダ内壁に固定するロック手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の増圧型流体圧シリンダ。
前記ロック手段は、前記移動体が前記第２ピストン側から前記第１ピストン側へ相対移動する際に、前記第１ピストンに押されて前記移動体内に入り込む作動部材と、この作動部材の移動によって前記移動体側から前記シリンダ内壁の凹部に一部が入り込んで両者相互をロック固定する固定部材とを有することを特徴とする請求項３に記載の増圧型流体圧シリンダ。
前記作動部材の先端を楔状に形成し、この楔状とした前記作動部材の先端に押されて前記固定部材が前記シリンダ内壁の凹部に向けて移動することを特徴とする請求項４に記載の増圧型流体圧シリンダ。