JP5820285B2 - 倍力機構付きシリンダ装置 - Google Patents

Description

この発明は、倍力機構を付設したシリンダ装置に関し、より具体的にいえば、ワークや金型等の被固定物を強力に固定すると共にその固定状態を保持するのに好適な技術に関する。

この種の倍力機構付きシリンダ装置には、従来では、特許文献１(日本国・特開２００２−９６２３１号公報)に記載されたものがある。この従来技術は、倍力機構付きシリンダ装置が採用されたクランプ装置に関するものであり、その倍力機構付きシリンダ装置は次のように構成されている。

シリンダに環状のピストンを軸心方向へ移動可能で保密状に挿入し、上記シリンダの内部を先端壁側の第１室と基端壁側の第２室とに区画する。上記ピストンに出力ロッドを軸心方向へ移動可能で保密状に挿入すると共に、上記の出力ロッドの基端部を上記の基端壁に軸心方向へ進退可能に支持する。
上記の出力ロッドの基端部にはバネ装着穴が穿設され、ボルトが挿入される。このボルトの頭部は上記の基端壁によって受け止められ、同ボルトの先端にはナットが螺着される。そして、圧縮バネからなる後退バネの先端側が上記ナットに受け止められ、且つ、同後退バネの基端側が上記の出力ロッドの基端部に受け止められることによって、上記の出力ロッドを後退バネの付勢力で基端方向へ復帰駆動（リリース）させる後退手段が形成される。
そして、ロック時には、上記シリンダの第２室から圧力流体を排出すると共に第１室に圧力流体を供給する。すると、第１室の圧力により上記ピストンが基端方向へ移動し、そのピストンが、倍力機構を介して、出力ロッドを先端方向へ強力に進出させる。
一方、リリース時には、上記の第１室から圧力流体を排出すると共に第２室に圧力流体を供給する。すると、第２室の圧力により上記ピストンが先端方向へ移動し、これと同時に、上記の後退バネの付勢力によって上記の出力ロッドが基端方向へ引き戻される。

特開２００２−９６２３１号公報

上記の従来技術は、前記ピストンに加えた駆動力を、倍力機構を介して倍力変換した状態で前記の出力ロッドに伝達できるので、その出力ロッドを強力に進出させることができる。しかしながら、その使用形態などによっては次のような改善の余地が残されていた。

すなわち、上記従来の技術では、出力ロッドを基端方向へ復帰駆動(リリース)させる後退手段として、出力ロッドの基端部に穿設されたバネ装着穴と、そのバネ装着穴に挿入されると共に前記シリンダの基端壁に受け止められたボルトと、そのボルトの先端に螺着したナットと、先端側が上記ナットに受け止められると共に基端側が上記の出力ロッドの基端部に受け止められる後退バネと、で構成されたものを用いている。このように、従来の後退手段は、出力ロッドのリリース力が後退バネのバネ力に因るものであることから、特にシリンダ装置を小型化した場合、上記後退バネも細径で小型のものを使用しなければならず、強力なリリース力を得るのが難しくなる。また、後退バネを用いる後退手段では、上述のように多くの部品で構成されると共にその構造も複雑であることから、メンテナンス性の向上や省コストと云ったニーズに対応するのが困難であった。
それゆえに、本発明の目的は、出力ロッドのリリース機構を、従来のものよりも強力且つシンプルにできるようにすることにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１から図３に示すように、倍力機構付きシリンダ装置１０を次のように構成した。
ハウジング１２に出力ロッド１４を軸心方向へ移動可能で保密状に挿入する。その出力ロッド１４に倍力用のピストン１６を軸心方向へ移動可能で保密状に外嵌めする。上記ハウジング１２の先端壁１２ａと上記ピストン１６との間にリリース室１８を形成し、上記ハウジング１２の基端壁１２ｂと上記ピストン１６との間にロック室２０を形成する。上記ピストン１６に基端壁１２ｂ側から対面するように、上記出力ロッド１４の基端部１４ｂに係合部材２４を設ける。そして、ロック駆動時には、上記ロック室２０へ供給された圧力流体が上記ピストン１６と倍力機構２２とを介して上記出力ロッド１４を先端方向へ倍力駆動し、リリース駆動時には、上記リリース室１８へ供給された圧力流体が上記ピストン１６と上記係合部材２４とを介して上記出力ロッド１４を基端方向へ復帰駆動するように構成した。

本発明は、次の作用効果を奏する。
リリース室に圧力流体を供給してピストンを基端方向へ復帰駆動(リリース)させる際に、そのピストンが上記係合部材に先端側から接当することにより、上記の出力ロッドが基端方向へリリースされる。このため、出力ロッドを圧力流体の強力なリリース力で所定のリリース状態へ切換えることができる。

本発明においては、前記の先端壁１２ａから筒状部分２８を基端方向へ突出させ、その筒状部分２８に前記の出力ロッド１４を挿入すると共に、前記の倍力機構２２を次のように構成することが好ましい。
すなわち、上記の出力ロッド１４に設けた伝達部２６と上記の筒状部分２８に設けた受部２９との間に、上記の筒状部分２８の半径方向の内方へ狭くなるように楔空間３０を形成する。上記の楔空間３０に係合ボール３２を挿入する。その係合ボール３２を上記の半径方向の内方へ押すように前記ピストン１６に倍力部３６を設ける。
この場合、倍力機構を簡素に構成できると云う作用効果を奏する。

また、上記の各発明においては、前記ロック室２０に、前記ピストン１６を先端方向へ付勢する圧縮バネ３８を装着することが好ましい。

さらに、本発明は、後述する各実施形態に記載された特有の構成を付加することが好ましい。

本発明の一実施形態のシリンダ装置におけるリリース状態の立面視の断面図である。 上記シリンダ装置のロック状態を示す立面視の断面図である。 上記シリンダ装置をロック状態からリリース状態へ切換える途中の状態を示す立面視の断面図である。

図１から図３は、本発明の一実施形態を示す断面図である。まず、リリース状態を示す図１に基づき、倍力機構付きシリンダ装置１０の構造を説明する。
ハウジング１２に出力ロッド１４が上下方向(軸心方向)へ移動可能に挿入される。上記ハウジング１２の上端壁(先端壁)１２ａに設けたスライド孔１３に、出力ロッド１４の上ロッド部分１４ｘが、スクレーパ機能付きシール部材４０を介して保密状に挿入される。一方、上記ハウジング１２の下端壁(基端壁)１２ｂは、その中央部がやや肉厚に形成されている。
なお、出力ロッド１４では、上ロッド部分１４ｘが下ロッド部分１４ｙよりも大径に形成されている。また、上ロッド部分１４ｘと下ロッド部分１４ｙとの間には、下ロッド部分１４ｙよりも小径の連結部１４ｚが形成されており、この連結部１４ｚに、後述するコレット部材４２が嵌め込まれる。

上記ハウジング１２の上端壁１２ａには、スライド孔１３周縁部分が下方(基端方向)へ突出され、その突出部により、上記の出力ロッド１４を囲む筒状部分２８が形成される。
また、上記ハウジング１２の内部には、倍力用のピストン１６が外封止部材４４を介して保密状に挿入されると共に、そのピストン１６が出力ロッド１４に内封止部材４６を介して上下方向へ移動可能で保密状に外嵌される。

上記ピストン１６は、上記ハウジング１２の内部空間を上端壁１２ａ側のリリース室１８と下端壁１２ｂ側のロック室２０とに区画する。リリース室１８に対して、リリースポート４８を介してリリース用の圧縮空気(圧力流体)が供給および排出可能になっている。また、ロック室２０に対して、ロックポート５０を介してロック用の圧縮空気(圧力流体)が供給および排出可能になっている。
なお、このピストン１６は、前記筒状部分２８を囲むように設けられた筒状本体３４と、略円盤状の底壁１６ａとで形成される。また、前記の外封止部材４４は、筒状本体３４の大径部３４ａに装着される。

上記の出力ロッド１４の下端部(基端部)１４ｂには、下ロッド部分１４ｙの外径よりも大きな外径のフランジからなる係合部材２４が、ボルトなどの締結具５２を用いて固定される。なお、この係合部材２４は、上述のフランジに限定されるものではない。すなわち、その係合部材２４は、上記ピストン１６に下側から対面するように、上記出力ロッド１４の下端部１４ｂに設けられ、且つ上記ピストン１６を下方へ復帰駆動させる際に、上記ピストン１６が係合できる形状であればよい。

また、上記ロック室２０内には、ロック駆動させたシリンダ装置１０のロック状態を維持するようにアシストする圧縮バネ３８が装着される。

上記リリース室１８内で、出力ロッド１４と倍力用のピストン１６とに倍力機構２２が設けられる。その倍力機構２２は、上記ロック室２０に供給された圧縮空気が上記ピストン１６を上方へ押す力を倍力変換して上記出力ロッド１４へ伝達するように構成される。

上記の倍力機構２２は、図１から図３に示すように構成されている。すなわち、上記リリース室１８にて上記の出力ロッド１４の連結部１４ｚにコレット部材４２が嵌め込まれる。この実施形態では、上記コレット部材４２は、リング状に配置された複数の分割体によって構成されている。なお、隣り合う分割体の間にはスリット４２ａが設けられている。上記コレット部材４２の外周面に、複数の凹所５４が周方向へほぼ等間隔に形成される。各凹所５４の底壁が伝達部２６を構成している。その伝達部２６は、下方(基端方向)へ向かうにつれて軸心へ近づくように傾斜されている。
前記ハウジング１２の上端壁１２ａに設けられた筒状部分２８には、上記の凹所５４に対面する位置に複数の支持孔２８ａが水平方向に貫通される。この支持孔２８ａの底壁によって受部２９が構成されている。
上記の伝達部２６と上記の受部２９との間に、上記の筒状部分２８の半径方向の内方へ狭くなるように楔空間３０が形成される。その楔空間３０のそれぞれに係合ボール３２が挿入される。
そして、上記ピストン１６の筒状本体３４の内面には、その内径が下方へ向けて漸次縮径する倍力部３６が設けられる。その倍力部３６は、上記ピストン１６を上方(先端方向)へロック駆動させた際に、上記係合ボール３２を上記の筒状部分２８の半径方向の内方へ押すように機能する。

なお、上記の伝達部２６と上記の受部２９との間に設けられる楔空間３０は、周方向にほぼ等間隔で３〜６箇所形成することが好ましい。

上記構成のシリンダ装置１０は、次のように作動する。
図１のリリース状態では、ロック室２０から圧縮空気が排出されると共にリリース室１８に圧縮空気が供給されている。これにより、リリース室１８の圧縮空気がピストン１６と係合部材２４を介して出力ロッド１４を下方へ押している。

上記シリンダ装置１０をロック駆動するときには、図１のリリース状態において、上記リリース室１８の圧縮空気を排出すると共に上記ロック室２０に圧縮空気を供給する。
すると、そのロック室２０の圧縮空気が上記の出力ロッド１４と上記ピストン１６を上方へ押すと共に、そのピストン１６の倍力部３６が係合ボール３２を介して出力ロッド１４を上昇させ、その出力ロッド１４の上端(先端)１４ａが、ワークや金型などの押圧対象物Ｗに接当する。

引き続いて、図２のロック状態に示すように、上記の押圧対象物Ｗに受け止められて上昇が阻止された出力ロッド１４に対してピストン１６が上昇し、上記の倍力部３６が、上記の係合ボール３２を前記の筒状部分２８の半径方向の内方へ強力に押し出す。これにより、上記ピストン１６に作用する上向きの空圧力と前記の圧縮バネ３８の付勢力との合力が、倍力部３６と係合ボール３２と伝達部２６とを順に介して出力ロッド１４へ加わる。即ち、上記出力ロッド１４は、上記の倍力部３６等からなる倍力機構２２による押上げ力と、ロック室２０に供給された圧縮空気から出力ロッド１４に作用する押上げ力との合力により、上方へ強力に押されることになる。
なお、何らかの原因で上記ロック室２０の圧力が消失した場合でも、前記の圧縮バネ３８の付勢力により、上記ロック状態が確実に保持される。

上記シリンダ装置１０を図２のロック状態から図１のリリース状態へ切換えるときには、上記の図２において、上記ロック室２０の圧縮空気を排出すると共に上記リリース室１８に圧縮空気を供給する。

すると、出力ロッド１４は、大径の上ロッド部分１４ｘの封止部分(前記シール部材４０の封止部分)に作用する大きな上向き力と、小径の下ロッド部分１４ｙの封止部分(前記の内封止部材４６の封止部分)に作用する小さな下向き力との差力により、上昇位置に保持される。引き続いて、図３に示すように、上昇位置に保持された上記の出力ロッド１４に対して上記ピストン１６が下降し、そのピストン１６の底壁１６ａが前記の係合部材２４に上側から接当する。

このため、上記リリース室１８の圧縮空気からピストン１６に作用する下降力が上記の係合部材２４を介して出力ロッド１４に加わり、その出力ロッド１４が強力に下降される。これにより、シリンダ装置１０が図１のリリース状態へ円滑に切換わる。

上記の実施形態の倍力機構付きシリンダ装置１０は、次の長所を奏する。
すなわち、出力ロッド１４のリリース機構は、前記の従来技術における後退バネを備えた後退手段のように複雑な機構を用いることなく、ピストン１６が接当する係合部材２４を設ければよく、簡素に構成されている。その結果、シリンダ装置１０全体の構造がシンプルとなり、メンテナンス性が向上するのみならず、省コストを実現でき、シリンダ装置１０を小形化することも可能となる。

上記の実施形態は、次のように変更可能である。
前記リリース室１８と前記ロック室２０とに供給および排出する圧力流体は、例示した圧縮空気に限定されるものではなく、他の圧縮ガスや圧油等であってもよい。

前記の倍力機構２２の楔空間３０は、前記の出力ロッド１４の外周に周方向に３〜６箇所配置することに代えて、２箇所又は７箇所以上配置してもよい。さらに、出力ロッド１４の外周に１つの楔空間３０を全周に延びるように設け、その１つの楔空間３０に、周方向へ所定の間隔をあけて複数の係合ボール３２を挿入してもよい。
また、前記の支持孔２８ａとして水平方向に貫通させたものを示したが、この支持孔２８ａを斜め方向へ貫通させるようにしてもよい。

上記の倍力機構２２において、伝達部２６と出力ロッド１４とが別体で構成される場合を示したが、その出力ロッド１４の周面に伝達部２６を一体的に形成するようにしてもよい。

上記シリンダ装置１０の取付姿勢として、図１から図３に示す実施形態では、上記の出力ロッド１４が上向きとなる場合を示しているが、この出力ロッド１４の向きを下向きとしてもよいし、水平方向や斜め方向を向くようにしてもよい。つまり、このシリンダ装置１０は、必要に応じて如何なる取付姿勢も取ることができる。

また、上記の実施形態では、前記ロック室２０に、前記ピストン１６を前記の上端壁１２ａ側へ付勢する圧縮バネ３８を装着する場合を示しているが、その圧縮バネ３８を省略可能である。

さらに、上記の実施形態では、倍力機構付きシリンダ装置１０を押圧シリンダとして単体で用いる場合を示しているが、このシリンダ装置１０にクランプ具などを取り付けてクランプ装置とするようにしてもよい。

１０：倍力機構付きシリンダ装置，１２：ハウジング，１２ａ：先端壁(上端壁)，１２ｂ：基端壁(下端壁)，１４：出力ロッド，１４ｂ：出力ロッド１４の基端部(下端部)，１６：ピストン，１８：リリース室，２０：ロック室，２２：倍力機構，２４：係合部材，２６：伝達部，２８：筒状部分，２９：受部，３０：楔空間，３２：係合ボール，３６：倍力部，３８：圧縮バネ．

Claims (3)

1. ハウジング(１２)に軸心方向へ移動可能で保密状に挿入した出力ロッド(１４)と、その出力ロッド(１４)に軸心方向へ移動可能で保密状に外嵌めされた倍力用のピストン(１６)と、上記ハウジング(１２)の先端壁(１２ａ)と上記ピストン(１６)との間に形成されたリリース室(１８)と、上記ハウジング(１２)の基端壁(１２ｂ)と上記ピストン(１６)との間に形成されたロック室(２０)と、上記ピストン(１６)に基端壁(１２ｂ)側から対面するように上記出力ロッド(１４)の基端部(１４ｂ)に設けた係合部材(２４)とを有し、
   ロック駆動時には、上記ロック室(２０)へ供給された圧力流体が上記ピストン(１６)と倍力機構(２２)とを介して上記出力ロッド(１４)を先端方向へ倍力駆動し、
   リリース駆動時には、上記リリース室(１８)へ供給された圧力流体が上記ピストン(１６)と上記係合部材(２４)とを介して上記出力ロッド(１４)を基端方向へ復帰駆動するように構成した、
   ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
2. 請求項１の倍力機構付きシリンダ装置において、
   前記先端壁(１２ａ)から筒状部分(２８)を基端方向へ突出させ、その筒状部分(２８)に前記の出力ロッド(１４)を挿入し、
   前記倍力機構(２２)は、
   上記の出力ロッド(１４)に設けた伝達部(２６)と上記の筒状部分(２８)に設けた受部(２９)との間で、上記の筒状部分(２８)の半径方向の内方へ狭くなるように形成された楔空間(３０)と、
   上記の楔空間(３０)に挿入される係合ボール(３２)と、
   上記の係合ボール(３２)を上記の半径方向の内方へ押すように前記ピストン(１６)に設けた倍力部(３６)と、を有する、
   ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
3. 請求項１または２に記載の倍力機構付きシリンダ装置において、
   前記ロック室(２０)に、前記ピストン(１６)を先端方向へ付勢する圧縮バネ(３８)が装着されている、
   ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。

Images