JP5231292B2

JP5231292B2 - シリンダ

Info

Publication number: JP5231292B2
Application number: JP2009053939A
Authority: JP
Inventors: 文人長谷川
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-03-06
Also published as: JP2010209941A

Description

本発明は、ピストンロッドのストロークを２段階に切り換え可能な２段階ストローク型のシリンダに関する。

この種のシリンダは、例えば特許文献１に開示されている。シリンダ本体（筒）内には第１ピストン及び第２ピストンが摺動可能に収容されており、第１ピストンにはピストンロッドが一体的に移動可能に連結されている。ピストンロッドは、第２ピストンに対して摺動可能に貫通されている。第１ピストンと第２ピストンとの間には流体圧室（第３圧力室）が区画されている。第１ピストンは、第３圧力室から隔離された流体圧室（第１圧力室）を区画し、第２ピストンは、第１圧力室とは反対側で第３圧力室から隔離された第２圧力室を区画する。

第２ピストンは、第１ピストン側の第１停止位置と、第１ピストン側とは反対側の第２停止位置との間で往復動可能である。第１圧力室における第１ピストンの受圧面積は、第３圧力室における第１ピストンの受圧面積よりも大きくしてあり、第２圧力室における第２ピストンの受圧面積は、第３圧力室における第２ピストンの受圧面積よりも大きくしてある。

第１圧力室と第２圧力室とに作動流体を供給すれば、ピストンロッドが第１段階のストロークだけ突出し、第２ピストンは、第１停止位置に保持される。次いで第３圧力室に作動流体を供給すると共に、第２圧力室から作動流体を排出すれば、第２ピストンが第２停止位置へ移動し、ピストンロッドが第１段階のストロークだけ突出した位置から突出方向へ更に移動する。

特開２００５−４８９２５号公報

特許文献１に開示のシリンダでは、各流体圧室に対する作動流体の供給及び排出のための流体ポートが各流体圧室毎に必要である。このように流体圧室と流体ポートとを１対１に対応させる構成では、流体ポートに対する配管部品が各流体圧室毎に必要となり、配管構成が複雑になる。

本発明は、流体ポートの個数を低減できる２段階ストローク型のシリンダを提供することを目的とする。

本発明は、ピストンロッドのストロークが２段階に切り換えられるように前記ピストンロッドが動作されるシリンダを対象とし、請求項１の発明では、前記ピストンロッドと一体的に移動可能に連結され、且つ第１筒部内に摺動可能に収容された第１ピストンと、第２筒部内に摺動可能かつ前記ピストンロッドに対して相対移動可能に収容された第２ピストンと、前記第１ピストンによって前記第１筒部内に区画された第１圧力室と、前記第２ピストンによって前記第２筒部内に区画された第２圧力室と、前記第１ピストンと前記第２ピストンとによって前記第１ピストンと前記第２ピストンとの間で前記第１筒部内に区画された第３圧力室とを備え、前記第２ピストンは、前記第１ピストン側の第１停止位置と、前記第１ピストン側とは反対側の第２停止位置との間で往復動可能であり、前記第１圧力室における前記第１ピストンの受圧面積は、前記第３圧力室における前記第１ピストンの受圧面積よりも大きく、前記第２圧力室における前記第２ピストンの受圧面積は、前記第３圧力室における前記第２ピストンの受圧面積よりも大きく、前記第１圧力室と前記第３圧力室とは、連通を遮断されており、前記第２圧力室と前記第３圧力室とは、連通路を介して連通されており、前記第２筒部の内径は、前記第１筒部の内径よりも大きく、前記第２ピストンは、前記第２筒部内に摺動可能に配置される大径部と、前記第１筒部内に摺動可能に配置される小径部とを備えており、前記第１筒部と前記第２筒部とは、別体であり、前記第１筒部と前記第２筒部とは、それぞれ互いに螺合する螺旋溝を備え、前記第１筒部は、前記第２筒部に螺合して前記第２筒部に連結されており、前記第２ピストンの前記小径部の外周面の周囲には、前記第２ピストンの摺動に伴って容積変動する空間が設けられ、前記空間は、前記螺旋溝に沿って大気に連通されている。

第１圧力室が排圧状態にあり、且つ第２圧力室及び第３圧力室が加圧状態にある状態から、第１〜第３圧力室全てを加圧状態にすれば、ピストンロッドが第１段階のストロークだけ突出し、第２ピストンは、第１停止位置に保持される。次いで第１圧力室を加圧状態にし、且つ第２圧力室及び第３圧力室を排圧状態にすれば、第２ピストンが第２停止位置へ移動し、ピストンロッドが第１段階のストロークだけ突出した位置から突出方向へ更に移動する。第２圧力室と第３圧力室とが連通路を介して連通されているため、第２圧力室と第３圧力室とに共通の流体ポートを設ければよい。

好適な例では、前記ピストンロッドは、前記第２ピストンを貫通しており、前記連通路は、前記ピストンロッドの外周面と、前記第２ピストンの貫通孔の内周面との間の環状の間隙である。

このような環状の間隙は、連通路として簡便である。
好適な例では、前記筒は、前記第１ピストンを摺動可能に収容する第１筒部と、前記第２ピストンを摺動可能に収容する第２筒部とを備え、前記第２筒部の内径は、前記第１筒部の内径よりも大きく、前記第２ピストンは、前記第２筒部内に摺動可能に配置される大径部と、前記第１筒部内に摺動可能に配置される小径部とを備えており、前記第１圧力室に対応する流体ポートと、前記第２圧力室及び前記第３圧力室とに対応する共通流体ポートとが前記第１筒部に設けられている。

第２筒部に流体ポートを設けないため、第２筒部の壁厚を薄くすることができる。
好適な例では、前記第１筒部と前記第２筒部とは、別体である。
このような別体構成は、第１筒部及び第２筒部の加工形成の容易化に寄与する。

好適な例では、前記第１筒部は、前記第２筒部の筒内に嵌入されるように螺合して前記第２筒部に連結されている。
第２ピストンの小径部の外周面の周囲に容積変動する空間が生じるが、この空間は、第１筒部と第２筒部との螺合部を介して呼吸可能である。

本発明の２段階ストローク型のシリンダは、流体ポートの個数を低減できるという優れた効果を奏する。

第１の実施形態を示す側断面図。（ａ）は、ピストンロッドが第１段階の突出位置にある側断面図。（ｂ）は、ピストンロッドが第２段階の突出位置にある側断面図。第２の実施形態を示す側断面図。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１は、２段階ストローク型のシリンダＣを示す。円筒形状の第１筒部１１の内端部には円筒形状の連結部１２が一体形成されており、連結部１２の外周面には雄ネジ部１２１が形成されている。円筒形状の第２筒部１３の内端部の内周面には雌ネジ部１３１が形成されている。第１筒部１１と第２筒部１３とは、雌ネジ部１３１と雄ネジ部１２１とを螺合することによって同心状に連結されている。第１筒部１１の内径は、第２筒部１３の内径よりも小さくしてある。

第１筒部１１の外端には蓋１４が嵌合されており、第２筒部１３の外端にはガイド蓋１５が嵌合されている。ガイド蓋１５にはガイド孔１５１が第１筒部１１及び第２筒部１３と同心状に貫設されており、ガイド孔１５１にはピストンロッド１６が摺動可能に通されている。ピストンロッド１６は、第２筒部１３内からガイド蓋１５を貫通して第２筒部１３外に突出している。

第１筒部１１内においてピストンロッド１６の内端部には第１ピストン１７が連結されている。第１ピストン１７は、第１筒部１１内で摺動可能であり、第１ピストン１７とピストンロッド１６とは、一体的に移動可能である。第１筒部１１と第２筒部１３とは、第１ピストン１７と第２ピストン１８とを摺動可能に収容する筒１０を構成する。

第１筒部１１内と第２筒部１３内とには第２ピストン１８が摺動可能に収容されている。第２ピストン１８は、第２筒部１３内に摺動可能に配置される大径部１８１と、第１筒部１１内に摺動可能に配置される小径部１８２とを備えている。大径部１８１と小径部１８２との段差１８３は、第１筒部１１の連結部１２の先端１２２に接離可能である。

第２ピストン１８には貫通孔１８０が貫設されており、ピストンロッド１６は、第２ピストン１８の貫通孔１８０を通されている。ピストンロッド１６の外周面１６１と第２ピストン１８の貫通孔１８０の内周面１８４との間には環状の間隙１９が設けられている。

第１ピストン１７は、第１筒部１１内において第１ピストン１７と蓋１４との間に第１圧力室２０を区画する。第２ピストン１８は、第２筒部１３内において第２ピストン１８とガイド蓋１５との間に第２圧力室２１を区画する。第１ピストン１７と第２ピストン１８とは、第１筒部１１内において両者の間に第３圧力室２２を区画する。第２圧力室２１と第３圧力室２２とは、筒１０の外周面より内側にある連通路としての環状の間隙１９を介して連通している。

第１筒部１１には流体ポート２３が第１圧力室２０に連通するように形成されている。又、第１筒部１１には流体ポート２４が第３圧力室２２に連通するように形成されている。２圧力室２１は、間隙１９及び第２圧力室２１を介して流体ポート２４に連通している。

流体ポート２３に接続された配管２５及び流体ポート２４に接続された配管２６は、３位置５ポート弁２７に接続されており、３位置５ポート弁２７は、配管２８を介して圧縮エア供給用の流体供給源３０に接続されている。

なお、符号３１，３２，３３，３４は、シール部材である。
次に、２段階ストローク型のシリンダＣの作用を説明する。
図１に示すように、３位置５ポート弁２７が第１位置に切り換え配置されている状態では、流体供給源３０の流体は、流体ポート２４を経由して第３圧力室２２に供給されると共に、間隙１９を介して第２圧力室２１に供給される。流体ポート２３は、３位置５ポート弁２７を介して大気に通じているため、第１ピストン１７は、第３圧力室２２内の圧力によって第３圧力室２２側から第１圧力室２０側へ付勢されて蓋１４に接する初期停止位置に配置される。又、第２圧力室２１における第２ピストン１８の受圧面積は、第３圧力室２２における第２ピストン１８の受圧面積よりも大きいため、第２ピストン１８は、第２圧力室２１側から第３圧力室２２側へ付勢されて段差１８３が連結部１２の先端１２２に接する第１停止位置Ｋ１に配置される。

図２（ａ）に示すように、３位置５ポート弁２７が第２位置に切り換え配置されている状態では、流体供給源３０の流体は、流体ポート２４を経由して第３圧力室２２に供給されると共に、流体ポート２３を経由して第１圧力室２０に供給される。第２圧力室２１における第２ピストン１８の受圧面積は、第３圧力室２２における第２ピストン１８の受圧面積よりも大きいため、第２ピストン１８は、第２圧力室２１側から第３圧力室２２側へ付勢されて段差１８３が連結部１２の先端１２２に接する第１停止位置Ｋ１に配置される。

第１圧力室２０における第１ピストン１７の受圧面積は、第３圧力室２２における第１ピストン１７の受圧面積よりも大きいため、第１ピストン１７は、第１圧力室２０内の圧力によって第１圧力室２０側から第３圧力室２２側へ付勢されて第１停止位置Ｋ１にある第２ピストン１８に接する停止位置に配置される。従って、ピストンロッド１６は、第１段階のストローク分だけ突出した位置に配置される。

図２（ｂ）に示すように、３位置５ポート弁２７が第３位置に切り換え配置されている状態では、流体供給源３０の流体は、流体ポート２３を経由して第１圧力室２０に供給され、第１ピストン１７は、第２ピストン１８に向けて付勢される。流体ポート２４は、３位置５ポート弁２７を介して大気に通じているため、第１ピストン１７は、第２ピストン１８に接した状態でガイド蓋１５側へ更に移動される。これにより、第２ピストン１８は、ガイド蓋１５に接する第２停止位置Ｋ２に配置され、第１ピストン１７は、第２停止位置Ｋ２に配置されている第２ピストン１８に接する停止位置に配置される。従って、ピストンロッド１６は、第１段階のストロークだけ突出した位置から突出方向へ更に移動した第２段階のストローク分だけ突出した位置に配置される。

３位置５ポート弁２７が第３位置から第２位置に切り換え配置されると、ピストンロッド１６は、第２段階のストロークだけ突出した位置から第１段階のストロークだけ突出した位置へ引っ込む。３位置５ポート弁２７が第２位置から第１位置に切り換え配置されると、ピストンロッド１６は、第１段階のストロークだけ突出した位置から図１に示す退避位置へ引っ込む。

３位置５ポート弁２７が第１位置から第３位置に切り換え配置されると、ピストンロッド１６は、図１の退避位置から第２段階のストロークだけ突出した位置へ突出し、３位置５ポート弁２７が第３位置から第１位置に切り換え配置されると、ピストンロッド１６は、第２段階のストロークだけ突出した位置から図１に示す退避位置へ引っ込む。

第２ピストン１８の小径部１８２の外周面の周囲には第２ピストン１８の移動に伴って容積変動する空間Ｓが生じる。空間Ｓは、雄ネジ部１２１と雌ネジ部１３１との間の螺旋溝に沿って大気に連通しており、第２ピストン１８の移動に伴って容積変動する空間Ｓは、該螺旋溝を介して呼吸可能である。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）第２圧力室２１と第３圧力室２２とが連通路である間隙１９を介して連通されているため、第２圧力室２１と第３圧力室２２とに共通の流体ポート２４があればよい。従って、本実施形態のシリンダＣは、各圧力室２０〜２２毎に必要であった従来の２段階ストローク型のシリンダに比べて流体ポートの個数を減らすことができる。

（２）ピストンロッド１６の外周面１６１と第２ピストン１８の内周面１８４との間の間隙１９は、ピストンロッド１６の外径と第２ピストン１８の内径とに差をつけることによって得られる。このような径差の形成は、簡単であり、環状の間隙１９は、連通路として簡便である。

（３）流体ポート２３及び流体ポート２４は、いずれも第１筒部１１に設けられている。流体ポート２３及び流体ポート２４を設けるには、第１筒部１１の壁厚を或る程度厚くする必要がある。しかし、第２筒部１３に流体ポートを設けないため、第１筒部１１の壁厚に比べて第２筒部１３の壁厚を薄くすることができる。

（４）第２ピストン１８の小径部１８２の外周面の周囲に容積変動する空間Ｓが生じるが、別体である第１筒部１１と第２筒部１３とを螺合した構成では、空間Ｓは、第１筒部１１と第２筒部１３との螺合部における螺旋溝を介して大気に連通している。従って、空間Ｓは、該螺旋溝を介して呼吸可能であり、空間Ｓが呼吸するための専用の通路が不要である。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
○図３に示すように、第１筒部１１と第２筒部１３とを一体形成してもよい。この場合、空間Ｓが呼吸するための呼吸通路３５を筒１０Ａに設ける必要がある。

○図３に示すように、ピストンロッド１６の外周面１６１に溝形状の連通路３６を設けてもよい。
○第２圧力室２１に直接連通する流体ポート２４を第２筒部１３に設けてもよい。

○第２ピストン１８の内周面１８４に溝形状の連通路を設けてもよい。
○筒１０の内周面に溝形状の連通路を形成してもよい。
○第２ピストン１８の外周面に溝形状の連通路を設けてもよい。

○第２ピストン１８を貫通する孔形状の連通路を設けてもよい。
前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。
〔１〕前記連通路は、前記筒の外周面よりも内側にある請求項１に記載のシリンダ。

流体ポートの個数を低減することができる。

１０，１０Ａ…筒。１１…第１筒部。１３…第２筒部。１６…ピストンロッド。１６１…外周面。１７…第１ピストン。１８…第２ピストン。１８０…貫通孔。１８１…大径部。１８２…小径部。１８４…内周面。１９…連通路としての間隙。２０…第１圧力室。２１…第２圧力室。２２…第３圧力室。３６…連通路。Ｃ…シリンダ。Ｋ１…第１停止位置。Ｋ２…第２停止位置。

Claims

ピストンロッドのストロークが２段階に切り換えられるように前記ピストンロッドが動作されるシリンダにおいて、
前記ピストンロッドと一体的に移動可能に連結され、且つ第１筒部内に摺動可能に収容された第１ピストンと、
第２筒部内に摺動可能かつ前記ピストンロッドに対して相対移動可能に収容された第２ピストンと、
前記第１ピストンによって前記第１筒部内に区画された第１圧力室と、
前記第２ピストンによって前記第２筒部内に区画された第２圧力室と、
前記第１ピストンと前記第２ピストンとによって前記第１ピストンと前記第２ピストンとの間で前記第１筒部内に区画された第３圧力室とを備え、
前記第２ピストンは、前記第１ピストン側の第１停止位置と、前記第１ピストン側とは反対側の第２停止位置との間で往復動可能であり、
前記第１圧力室における前記第１ピストンの受圧面積は、前記第３圧力室における前記第１ピストンの受圧面積よりも大きく、
前記第２圧力室における前記第２ピストンの受圧面積は、前記第３圧力室における前記第２ピストンの受圧面積よりも大きく、
前記第１圧力室と前記第３圧力室とは、連通を遮断されており、
前記第２圧力室と前記第３圧力室とは、連通路を介して連通されており、
前記第２筒部の内径は、前記第１筒部の内径よりも大きく、前記第２ピストンは、前記第２筒部内に摺動可能に配置される大径部と、前記第１筒部内に摺動可能に配置される小径部とを備えており、
前記第１筒部と前記第２筒部とは、別体であり、前記第１筒部と前記第２筒部とは、それぞれ互いに螺合する螺旋溝を備え、前記第１筒部は、前記第２筒部に螺合して前記第２筒部に連結されており、
前記第２ピストンの前記小径部の外周面の周囲には、前記第２ピストンの摺動に伴って容積変動する空間が設けられ、前記空間は、前記螺旋溝に沿って大気に連通されているシリンダ。
前記ピストンロッドは、前記第２ピストンを貫通しており、前記連通路は、前記ピストンロッドの外周面と、前記第２ピストンの貫通孔の内周面との間の環状の間隙である請求項１に記載のシリンダ。