JP6616997B2 - シリンダ装置 - Google Patents

Description

この発明は、ピストン等の作動状態を検出する手段を備えるシリンダ装置に関する。

この種の作動状態の検出機能付きのシリンダ装置には、従来では、特許文献１（日本国・特開２０１３−８２０２５号公報）に記載されたものがある。その従来技術は、次のように構成されている（図１を参照）。
ハウジング内にピストンが挿入され、そのピストンの上側にクランプ油室が形成されると共に、ピストンの下側にアンクランプ油室が形成される。ハウジングの上端壁に、ピストンの位置を検出する検出用開閉弁が設けられ、その検出用開閉弁の弁体がアンクランプ油室に向けて右方へ突設される。そして、そのピストンが下降位置に移動されたクランプ状態からアンクランプ駆動するときには、クランプ油室から圧油を排出すると共にアンクランプ油室に圧油を供給する。すると、ピストンが上昇し、そのピストンが検出用開閉弁の弁体を左方へ押動させて、右側の開弁位置から左側の閉弁位置に切換わると共に、検出用エアを供給するエア検出路を遮断する。その結果、その遮断されたエア検出路の上流側の圧力上昇を圧力スイッチが検出することにより、ピストンが上昇したことを検出する。

特開２０１３−８２０２５号公報

ところで、前記エア検出路に設けた圧力スイッチと圧縮空気源との間には比較的に長い配管が設けられている。このため、上記の従来技術では、上記の検出用開閉弁の弁体が開弁状態から閉弁状態へ切換えられたときに、エア検出路の上流側の圧力が所定の圧力を上回るには数秒の時間が必要な場合がある。即ち、ピストンの作動状態を検出するのに時間がかかってしまう。
本発明の目的は、ピストン等の作動状態を速やかに検出するシリンダ装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１から図４Ｂに示すように、シリンダ装置を次のように構成した。
ハウジング３に第１シリンダ孔５が形成される。その第１シリンダ孔５に第１ピストン６が進退可能で保密状に挿入される。その第１ピストン６から出力部材７が先端側へ突設される。前記第１シリンダ孔５の先端側に第２シリンダ孔１１が形成され、その第２シリンダ孔１１が、基端側から順に形成された小径孔１１ａと大径孔１１ｂとを有する。前記第１ピストン６または前記出力部材７に先端側から当接可能となるように、第２ピストン１２が前記出力部材７の外周側に設けられる。その第２ピストン１２は、前記第２シリンダ孔１１の小径孔１１ａに軸心方向へ移動可能で保密状に挿入される小径部１２ａと、前記第２シリンダ孔１１の大径孔１１ｂに軸心方向へ移動可能で保密状に挿入される大径部１２ｂとを有する。前記第１ピストン６の基端側にロック室１５が設けられる。前記第１ピストン６と前記第２ピストン１２との間に第１リリース室１８が設けられる。前記第２ピストン１２の先端側に第２リリース室１９が設けられる。前記１リリース室１８と前記第２リリース室１９とを流路２０によって連通させる。前記第２ピストン１２の外周部に操作部２４が形成される。前記操作部２４によって検出手段２５が操作されたことにより、前記第２ピストン１２の作動状態を検出手段２５が検出する。その検出手段２５が前記ハウジング３に配置される。前記検出手段２５は、前記ハウジング３に装着されるスイッチ３０を有している。そのスイッチ３０に当接可能となるように、被操作部材３２が前記ハウジング３に前記の軸心方向に対して交差する方向へ移動可能で保密状に挿入される。前記被操作部材３２を付勢手段３５によって前記第２ピストン１２の外周部に向けて付勢する。

本発明は次の作用効果を奏する。
上記のシリンダ装置のリリース状態では、ロック室から圧力流体が排出され、第１リリース室および第２リリース室に圧力流体が供給されている。これにより、第１ピストンが基端側へ移動されると共に、第２ピストンが基端側の位置へ移動されている。
上記のシリンダ装置をリリース状態からロック駆動させるときには、第１リリース室および第２リリース室から圧力流体を排出すると共に、ロック室に圧力流体を供給する。すると、第１ピストンが基端側位置から先端側へ移動されていき、その移動途中位置で第１ピストンまたは出力部材または出力部材が第２ピストンに当接する。その後、第１ピストンが第２ピストンを先端側へ押動させる。これにより、その第２ピストンの操作部が検出手段の被操作部材を介してスイッチを初期状態から切換える。その結果、第２ピストンが基端側位置から先端側へ進出したことを検出手段によって速やかに検出できる。
また、シリンダ装置をロック状態からリリース駆動させるときには、ロック室から圧力流体を排出すると共に、第１リリース室および第２リリース室に圧力流体を供給する。すると、第１リリース室の圧力流体の圧力が小径部に先端側へ作用すると共に、第２リリース室の圧力流体の圧力が大径部に基端側へ作用する。ここで、第２ピストンの大径部の受圧面積が小径部の受圧面積よりも大きいので、第２リリース室の圧力流体が大径部を基端側へ押す力は、第１リリース室の圧力流体が小径部を先端側へ押す力よりも大きくなる。このため、その大径部を基端側へ押す力と小径部を先端側へ押す力との差力が、第２ピストンに基端側へ作用し、第２ピストンが第１ピストンを基端側へ押動させる。これと同時に、第１リリース室の圧力流体によって第１ピストンが下方へ移動されていく。これにより、第２ピストンの操作部が検出手段の被操作部材を介してスイッチを上記の初期状態に切換える。その結果、第２ピストンが先端側から基端側の位置へ後退したことを検出手段によって速やかに検出できる。

本発明は、次の構成を加えることが好ましい。
例えば、図１から図４Ｂに示すように、前記操作部２４が、前記第２ピストン１２の小径部１２ａに形成された凹部によって構成される。
この場合、操作部を簡素な構成とすることができる。

図１は、本発明の一実施形態を示し、シリンダ装置のリリース状態を示す立面視の断面図である。 図２は、リリース状態からロック状態への切換え途中状態を示し、図１に類似する図である。 図３は、上記シリンダ装置のロック状態を示し、図１に類似する図である。 図４Ａは、図２の４Ａ部分を拡大した部分図を示している。図４Ｂは、図３の４Ｂ部分を拡大した部分図を示している。

以下、本発明の一実施形態を図１から図４Ｂによって説明する。
この実施形態では、シリンダ装置を、ダイカスト用金型１から中子２を取り出すためのシリンダ装置に適用した場合を例示している。主として図１に基づいて上記シリンダ装置の構造を説明する。
固定台としての金型１に挿入孔１ａが形成され、その挿入孔１ａに中子２が挿入されている。また、その金型１にハウジング３が複数のボルト４（図１では１本だけ示す）によって取り付けられる。そのハウジング３は、上方（先端側）から順に形成される上端壁３ａと胴部３ｂと下端壁３ｃとを有する。その胴部３ｂに第１シリンダ孔５が形成され、その第１シリンダ孔５に第１ピストン６が上下方向（軸心方向）に移動可能で保密状に挿入される。その第１ピストン６から出力部材７が上方に突設される。その出力部材７は、下方（基端側）から順に形成される押部７ａとロッド部７ｂと先端部７ｃとを有する。そのロッド部７ｂがハウジング３の上端壁３ａに保密状に挿入される。出力部材７の先端部７ｃに中子２が螺合される。その中子２は、上方へ順に形成されたフランジ部２ａと挿入部２ｂとを有する。

上記のハウジング３に第２シリンダ孔１１が形成されている。より詳しくいえば、その第２シリンダ孔１１は、ハウジング３の胴部３ｂに形成された小径孔１１ａと、上端壁３ａに形成された大径孔１１ｂとを備える。

前記のロッド部７ｂの外周側に筒状の第２ピストン１２が設けられる。その第２ピストン１２が第２シリンダ孔１１に挿入される。より詳しくいえば、第２シリンダ孔１１の小径孔１１ａに第２ピストン１２の小径部１２ａが上下方向に進退可能で保密状に挿入され、第２シリンダ孔１１の大径孔１１ｂに第２ピストン１２の大径部１２ｂが保密状に挿入される。

前記の第１ピストン６とハウジング３の下端壁３ｃとの間に、ロック室１５が設けられる。そのロック室１５に、ロック用の圧力流体としての圧油が、ロックポート１６を介して供給および排出される。

前記の第１ピストン６と第２ピストン１２との間に第１リリース室１８が形成されると共に、第２ピストン１２とハウジング３の上端壁３ａとの間に第２リリース室１９が形成される。また、ロッド部７ｂの外周部と第２ピストン１２の内周壁との間に形成された環状隙間によって流路２０が構成され、その流路２０によって第１リリース室１８と第２リリース室１９とが連通される。また、第１リリース室１８に、リリース用の圧油がリリースポート２１を介して供給および排出される。

上記の第２ピストン１２の小径部１２ａの外周部に形成された凹部（操作部）２４によって上方進出の検出手段２５が操作されることにより、当該検出手段２５が第２ピストン１２の作動状態を電気的または電子的に検出する。その検出手段２５が、図４Ａ（及び図２）に示すように、次のよう構成される。

上記の胴部３ｂに装着孔２６が左右方向に形成され、その装着孔２６が左方へ順に形成された雌ネジ孔２６ａと中径孔２６ｂと小径孔２６ｃとを有する。その小径孔２６ｃは、第１リリース室１８に連通されている。上記の雌ネジ孔２６ａに筒状のケーシング２７が螺合され、そのケーシング２７が押さえ２８を介して封止部材２９を小径孔２６ｃに固定している。そのケーシング２７の内周孔の右端部から突出部２７ａが半径方向の内方に突設される。また、ハウジング３にリミットスイッチ（スイッチ）３０が取り付け具３１を介して装着される。そのスイッチ本体３０ａから接触子３０ｂが左方の装着孔２６に向けて突設される。その接触子３０ｂに当接可能となるように、被操作部材３２がケーシング２７の内周孔および小径孔２６ｃに挿入される。その被操作部材３２は、左方へ順に設けられる被操作ピン３３と伝動ボール３４とを有する。その被操作ピン３３は、左右方向の途中長さ部にフランジ部３３ａが設けられる。そのフランジ部３３ａとケーシング２７の突出部２７ａとの間に圧縮バネ（付勢手段）３５が装着され、その圧縮バネ３５が被操作ピン３３を介して伝動ボール３４を凹部２４に向けて付勢している。

図１に示すように、第１ピストン６が下限位置に移動したことを検出する下方後退の検出手段４０が上記のハウジング３の下端壁３ｃに設けられている。その検出手段４０は、次のように構成される。
上記の下端壁３ｃに装着孔４１が左右方向に形成され、その装着孔４１の左端部から摺動孔４２が上方に向けて形成される。その摺動孔４２によってロック室１５と装着孔４１とが連通されている。また、ハウジング３の下端壁３ｃにリミットスイッチ４３が取り付け具４４を介して装着され、そのリミットスイッチ４３の接触子４３ａが装着孔４１に向けて突設されている。その接触子４３ａに当接可能に被操作ピン４５が装着孔４１に左右方向に移動可能で保密状に挿入される。その被操作ピン４５が圧縮バネ４６によって左方へ付勢されている。その被操作ピン４５の左側に伝動ボール４７が挿入される。また、上記の摺動孔４２にピン４８が上下方向へ移動可能に挿入され、そのピン４８の下端部に形成されたテーパ面が伝動ボール４７に当接されている。そのピン４８が第１ピストン６の下面に当接されている。

上記のシリンダ装置は、図１から図４Ｂに示すように、次のように作動する。
図１のリリース状態では、ロック室１５から圧油が排出されると共に、第１リリース室１８及び第２リリース室１９に圧油が供給されている。前記の第２リリース室１９の圧油が第２ピストン１２を下方へ押圧し、その第２ピストン１２が前記第２シリンダ孔１１の段差部１１ｃに受止められている。前記の第１リリース室１８の圧油が第１ピストン６を下方へ押圧し、その第１ピストン６がハウジング３の下端壁３ｃに受止められている。
このとき、上方進出の検出手段２５は、初期状態となっている。その初期状態では、検出手段２５の圧縮バネ３５が被操作ピン３３を介して伝動ボール３４を凹部２４に挿入させることにより、被操作ピン３３がリミットスイッチ３０を操作するのを止めている。この結果、第２ピストン１２が下限位置に移動されたことを検出手段２５が検出する。
また、第１ピストン６が下方後退の検出手段４０のピン４８を下限位置に押し下げている。これにより、そのピン４８が伝動ボール４７と被操作ピン４５とを介してリミットスイッチ４３を操作している。その結果、第１ピストン６が下限位置に移動されたことを検出手段４０が検出する。

図１のリリース状態から図３のロック状態へ切換えるときには、第１リリース室１８及び第２リリース室１９の圧油が排出されると共に、ロック室１５に圧油が供給される。
まず、前記のロック室１５の圧油が第１ピストン６を上方へ移動させていく。すると、図２に示すように、その第１ピストン６が出力部材７の押部７ａを介して第２ピストン１２の小径部１２ａに当接する。
引き続いて、第１ピストン６によって第２ピストン１２を上昇させていくと、小径部１２ａに形成された凹部２４の側壁が、伝動ボール３４を介して検出手段２５の被操作ピン３３を圧縮バネ３５の付勢力に抗して右方へ移動させていく。これにより、その被操作ピン３３の右端部がリミットスイッチ３０の接触子３０ｂを操作する（上記の初期状態から切換える）。その結果、第２ピストン１２が下限位置から上方へ進出したことが検出手段２５によって検出される。
最後に、中子２のフランジ部２ａが金型１の係止部１ｂに受け止められることにより、シリンダ装置は、図３のロック状態となる。

図３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、ロック室１５の圧油が排出されると共に、第１リリース１８室及び第２リリース室１９へ圧油が供給される。
すると、まず、第１リリース１８室の油圧力が第２ピストン１２の小径部１２ａに上方に作用すると共に、第２リリース室１９油圧力が第２ピストンの大径部１２ｂに下方に作用する。ここで、大径部１２ｂの受圧面積が小径部１２ａの受圧面積よりも大きいので、第２リリース室１９の圧油が大径部１２ｂを下方へ押す力が、第１リリース室１８の圧油が小径部１２ａを上方へ押す力よりも大きくなる。このため、大径部１２ｂを下方へ押す力と小径部１２ａを上方へ押す力との差力が、第２ピストン１２を下方へ押動する。これと同時に、第１リリース室１８の圧油が第１ピストン６を下降へ移動させる。その結果、上記の第２ピストン１２が第１ピストン６を下方への押圧する力と第１リリース室１８の圧油が第１ピストン６を下方へ押圧する力との合力によって、金型１内で凝固された中子２を強力に引き抜くことができる。
引き続いて、第２ピストン１２が出力部材７の押部７ａを介して第１ピストン６を下降させていくと、上記の第２ピストン１２の凹部２４が検出手段２５の伝動ボール３４に対面する。このとき、検出手段２５の圧縮バネ３５が被操作部材３２を介して伝動ボール３４を凹部２４に挿入させる。これにより、その伝動ボール３４が被操作ピン３３の右端部を介してリミットスイッチ３０の接触子３０ｂを操作するのを止める（上記の初期状態に切換える）。その結果、第２ピストン１２が上方から下限位置または下限位置の近傍に後退したことが検出手段２５によって検出される。
その後、第２ピスト１２の段差部１２ｃが、胴部３ｂの上面に受け止められる。
さらに、上記の第１ピストン６が下限位置の近傍まで下降されると、第１ピストン６が検出手段４０のピン４８を押し下げることにより、そのピン４８が伝動ボール４７と被操作ピン４５とを介してリミットスイッチ４３を操作する。これにより、第１ピストン６が上方から下限位置または下限位置近傍に後退したことが検出手段４０によって検出される。その後、第１ピストン６の下端部がハウジング３の下端壁３ｃに受け止められることにより、シリンダ装置は、図１のリリース状態となる。

上記の実施形態は次の長所を奏する。
上記のシリンダ装置をリリース状態からロック駆動させるときには、まず、第１ピストン６が下方から上方へ移動される途中の位置で、その第１ピストン６が出力部材７の押部７ａを介して第２ピストン１２に当接する。次いで、出力部材７が第２ピストン１２を上方へ押し上げる。これにより、その第１ピストン６が第２ピストン１２の凹部２４と伝動ボール３４と検出手段２５の被操作ピン３３とを介してリミットスイッチ３０を操作する。その結果、第２ピストン１２が上方へ進出したことを検出手段２５によって速やかに検出できる。
また、シリンダ装置をロック状態からリリース駆動させるときには、第２ピストン１２が出力部材７の押部７ａを介して第１ピストン６を上方から下限位置へ押下げる。これにより、第２ピストン１２の凹部２４が伝動ボール３４と検出手段２５の被操作ピン３３とを介してリミットスイッチ３０を操作することを止める。その結果、第２ピストン１２が上方から下限位置または下限位置近傍に後退したことを検出手段２５によって速やかに検出できる。

上記の実施形態は次のように変更可能である。
上記の圧力流体は、例示した圧油に代えて、圧縮空気であってもよい。
上記の第１ピストン６は、例示したように、前記ロック室１５と前記第１リリース室１８に給排される圧油によって往復駆動される構成に代えて、前記ロック室に装着したロックバネによってロック駆動されると共に前記第１リリース室に給排される圧油によってリリース駆動される構成であってもよい。
上記の第２ピストン１２は、出力部材７の押部７ａに当接可能に構成されることに代えて、第１ピストン６の上面に当接可能に構成されてもよい。
前記１リリース室１８と第２リリース室１９とを連通させる流路２０は、出力部材７と第２ピストン１２との間に形成された環状隙間によって構成されるのに代えて、ハウジングに形成される構成であってもよい。
上記の操作部は、例示した凹部２４によって構成されるのに代えて、凸部によって構成されてもよい。また、上記の操作部は、小径部１２ａの外周部に形成されるのに代えて、大径部１２ｂの外周部に形成されてもよい。
上記のスイッチ３０，４３は、例示した接触式のリミットスイッチに代えて、近接スイッチ等の非接触式のスイッチであってもよい。さらには、電気式のスイッチではなく、半導体素子などを用いた電子式のスイッチであってもよい。
上記のスイッチ３０，４３の初期状態は、例示したように、被操作部材３２がスイッチ３０，４３を操作することを止めた状態であるのに代えて、被操作部材３２がスイッチ３０，４３を操作した状態であってもよい。
上記の被操作部材３２が進退する方向は、例示したように、軸心方向に対して直交する方向に限られず、その直交方向に対して傾斜させた方向であってもよい。また、被操作部材３２は、例示した前記伝動ボール３４と被操作ピン３３とによって構成されるのに代えて、一体に形成する構成であってもよい。
上記の付勢手段は、例示した圧縮バネ３５に代えて、流体圧によって駆動する流体圧アクチュエータであってもよい。
その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。

３：ハウジング，５：第１シリンダ孔，６：第１ピストン，７：出力部材，１１：第２シリンダ孔，１１ａ：小径孔，１１ｂ：大径孔，１２：第２ピストン，１２ａ：小径部，１２ｂ：大径部，１５：ロック室，１８：第１リリース室，１９：第２リリース室，２０：流路，２４：操作部（凹部），２５：検出手段，３０：スイッチ（リミットスイッチ），３２：被操作部材，３５：付勢手段（圧縮バネ）．

Claims (2)

1. ハウジング（３）に形成された第１シリンダ孔（５）と、
   前記第１シリンダ孔（５）に進退可能で保密状に挿入された第１ピストン（６）と、
   前記第１ピストン（６）から先端側へ突設される出力部材（７）と、
   前記第１シリンダ孔（５）の先端側に形成された第２シリンダ孔（１１）であって、基端側から順に形成された小径孔（１１ａ）と大径孔（１１ｂ）とを有する第２シリンダ孔（１１）と、
   前記第1ピストン（６）または前記出力部材（７）に先端側から当接可能となるように前記出力部材（７）の外周側に設けられた第２ピストン（１２）であって、前記第２シリンダ孔（１１）の小径孔（１１ａ）に軸心方向へ移動可能で保密状に挿入される小径部（１２ａ）を有すると共に、前記第２シリンダ孔（１１）の大径孔（１１ｂ）に軸心方向へ移動可能で保密状に挿入される大径部（１２ｂ）を有する第２ピストン（１２）と、
   前記第１ピストン（６）の基端側に設けられたロック室（１５）と、
   前記第１ピストン（６）と前記第２ピストン（１２）との間に設けられた第１リリース室（１８）と、
   前記第２ピストン（１２）の先端側に設けられた第２リリース室（１９）と、
   前記第１リリース室（１８）と前記第２リリース室（１９）とを連通させる流路（２０）と、
   前記第２ピストン（１２）の外周部に形成された操作部（２４）と、
   その操作部（２４）によって操作されることにより前記第２ピストン（１２）の作動状態を検出する検出手段（２５）であって、前記ハウジング（３）に配置された検出手段（２５）と、を備え、
   前記検出手段（２５）は、
   前記ハウジング（３）に装着されるスイッチ（３０）と、
   前記スイッチ（３０）に当接可能となるように前記ハウジング（３）に前記の軸心方向に対して交差する方向へ移動可能で保密状に挿入される被操作部材（３２）と、
   前記被操作部材（３２）を前記第２ピストン（１２）の外周部に向けて付勢する付勢手段（３５）と、を備え、
   前記被操作部材（３２）は、前記第２ピストン（１２）側へ順に設けられる被操作ピン（３３）と伝動ボール（３４）とを有し、
   前記被操作ピン（３３）の途中長さ部に、前記付勢手段（３５）が当接するフランジ部（３３ａ）が設けられる、
   ことを特徴とするシリンダ装置。
2. 請求項１のシリンダ装置において、
   前記操作部（２４）が、前記第２ピストン（１２）の小径部（１２ａ）に形成された凹部によって構成される、
   ことを特徴とするシリンダ装置。

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