JP7246686B2

JP7246686B2 - シリンダ

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Publication number: JP7246686B2
Application number: JP2018195181A
Authority: JP
Inventors: 昌宏吉見
Original assignee: Kosmek KK
Current assignee: Kosmek KK
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2038-10-16
Also published as: EP3778114A1; EP3778114B1; EP3778114A4; JP2019215074A

Description

この発明は、シリンダに関し、特に、クランプ対象物を固定するクランプ等に適用されるシリンダに関する。

クランプアームを旋回させると共に下降させてクランプ対象物を固定する旋回式クランプが、例えば特許文献１や特許文献２に記載されている。この旋回式クランプにおいては、クランプアームを備えたクランプロッド（出力部材）が、ハウジング内に上下方向に移動可能に、かつ、軸心回りに旋回可能に挿入される。旋回式クランプには、クランプロッドの動作を検出する動作検出装置が設けられている。特許文献１の旋回式クランプにおいては、クランプロッドの一端部に対して一体的に操作部を取り付けて、上下に異なる位置に設けられた圧力流体供給用の入口孔を操作部が開閉することにより、クランプロッドの位置を検出する。また、特許文献２には、クランプロッドの上下動を係合ボールによって半径方向の動きに一旦変換させ、さらに、その係合ボールの半径方向への動きを弁体の上下動に変換させる構造をクランプロッドの一端部に設ける。その弁体が、上下方向に向けて設けられた加圧エア通路の開口部を開閉させている。

特開２００３－３０５６２６号公報特開２０１５－２０２２１号公報

特許文献１の動作検出装置では、入口孔を操作部が開閉する際に操作部が入口孔の開口部周縁で摺動するため、長時間使用した場合に入口孔を閉止する性能に影響をもたらす恐れがある。一方、特許文献２の動作検出装置では、特許文献１のように摺動することはせずに、弁体の上下動により加圧エア通路の開口部を開閉することができる。しかし、弁体はクランプロッドと一体化されておらず、クランプロッドの動作を伝達する機械要素が途中に介在しているため、必ずしもクランプロッドの動きそのものを検出しているのでは無いという問題がある。例えば、特許文献２では、弁体の破損等により弁体が作動不良を起こすと、クランプロッドが正常に動作していても、動作異常であると誤検出する。
本発明の目的は、旋回式クランプの出力部材自体の動作を直接的かつ正確に検出することにある。

本発明では、ハウジング内に設けられたシリンダ孔に収容され、圧力流体により上下に可動される出力部材を有するシリンダにおいて、
前記ハウジングの下壁と前記出力部材の間に設けられた第１弁室と、
前記出力部材をくりぬき状に前記第１弁室側に開放した第２弁室と、
前記下壁から突出して第２弁室に挿入される弁ロッドと、を有し、
前記弁ロッドには、前記第２弁室に向けて開口した弁ロッド通路が設けられ、
前記弁ロッドと前記第２弁室との間であって、前記弁ロッドの外周壁側若しくは前記第２弁室の内周壁側にシール部が設けられ、
前記弁ロッドと前記第２弁室とが相対移動するにあたって、前記弁ロッドと前記第２弁室とが相対的にある位置（遮蔽領域）にあるときには前記第１弁室と前記第２弁室との間に形成される圧縮エア流路が前記シール部によりシールされ、前記弁ロッドと前記第２弁室とが相対的に他の位置（開放領域）にあるときには前記第１弁室と前記第２弁室との間に形成される圧縮エア流路がシールから開放されるように構成され、
前記圧縮エア流路の一端から圧縮エアが供給され、当該圧縮エア流路の他端が外気に開放されていることを特徴とする。

本発明に用いられる動作検出装置は、特許文献１に示されるように、出力部材若しくはクランプロッドの一端部に対して一体的に操作部を設ける点は同じであるが、入口孔に対する摺動をできるだけ回避する構成とする。このため、動作検出装置を長期使用する場合において、操作部の外周壁もしくは入口孔の内周壁の摩耗を軽減でき、当該操作部と入口孔との間に形成された摺動隙間の寸法を長期間維持できる。従って、クランプロッドの動作を正確に検出できる。また、操作部が直接的に弁を開閉する点で、特許文献２のようなクランプロッドの動作を伝達する機械要素が途中に介在させずに、出力部材の動き自体が検出できるようにした。

本発明の第１実施形態の旋回式クランプの断面図（アンクランプ状態）である。図１に示した旋回式クランプの部分断面図（アンクランプ状態とクランプ状態との間の途中状態）である。図１に示した旋回式クランプの部分断面図（クランプ状態）である。本発明の実施例２を示し、図４Ａはアンクランプ状態、図４Ｂは途中状態、図４Ｃはクランプ状態のクランプ装置の断面図を夫々示している。本発明の実施例３を示し、図５Ａはアンクランプ状態、図５Ｂは途中状態、図５Ｃはクランプ状態のクランプ装置の断面図を夫々示している。本発明の実施例４を示し、図６Ａはアンクランプ状態、図６Ｂは途中状態、図６Ｃはクランプ状態のクランプ装置の断面図を夫々示している。本発明の実施例５を示し、図７Ａはアンクランプ状態、図７Ｂは途中状態、図７Ｃはクランプ状態のクランプ装置の断面図を夫々示している。本発明の実施例６を示し、図８Ａはアンクランプ状態、図８Ｂは途中状態、図８Ｃはクランプ状態のクランプ装置の断面図を夫々示している。本発明の実施例７のシリンダ装置の分解図である。本発明の実施例７を示し、図１０Ａは上昇進出状態、図１０Ｂは途中状態、図１０Ｃは下降退入状態のシリンダ装置の断面図を夫々示している。本発明の実施例８を示し、図１１Ａはアンクランプ状態、図１１Ｂはクランプ状態のクランプ装置の断面図を夫々示している。

本発明においては、出力部材の下側に第１弁室を設け、軸線に沿って第１弁室に出力部材をくりぬき状に開放した第２弁室と、第１弁室の下壁から突出して第２弁室に挿入される弁ロッドが設けられている。弁ロッドには、第２弁室に一端が開放された弁ロッド通路が設けられている。出力部材の上下動により、弁ロッドと第２弁室は相対移動する。このようにして、第１弁室と弁ロッド通路との間に圧縮エアが通過する圧縮エア流路が形成されている。圧縮エアは、圧縮エア流路の一端側（第１弁室若しくは弁ロッド通路）に供給され、圧縮エア流路の他端側（弁ロッド通路若しくは第１弁室）から外気に排気される。弁ロッドと第２弁室との間には、圧縮エアの移動を遮蔽するシール部が設けられている。弁ロッドと第２弁室とが相対移動するときに、このシール部によりシールされる遮蔽領域と、シールから開放される開放領域が存在するように、弁ロッドと第２弁室との間の隙間が形成されている。なお、本実施形態において、前記隙間によって圧縮エア流路が構成されている。

シールから開放される開放領域においては、弁ロッドと第２弁室とが相対移動するときの移動の過程で、圧縮エアが弁ロッドと第２弁室の間を通過する際に異なる圧力損失を生じるように、隙間の断面積が異なる領域を設けても良い。

また、シールされる遮蔽領域に対して、第１弁室から弁ロッド通路に連通するバイパス路を設けて、バイパス路が設けられた位置の上下の領域に対して、バイパス路による所定の圧力損失が生じるようにしても良い。

尚、本明細書により「上」若しくは「下」と言う場合には、重力の方向を示すものでは無く、出力部材をハウジングに引き込む方向を「下」と呼び、ハウジングから繰り出す方向を「上」と呼ぶことにする。

第１実施形態を図１～図３によって説明する。
まず、図１に基づいて、まず、旋回式クランプの全体構造を説明する。固定台としてのテーブルＴにハウジング１が複数のボルト(図示せず)によって固定される。ハウジング１は、上壁（先端壁）１ａと下壁（基端壁）１ｂと上下方向へ延びる胴壁１ｃとその胴壁１ｃの内側に形成されたシリンダ孔２とを備える。

ハウジング１の上壁１ａに形成された筒孔３を介して出力部材５の一部がハウジング１の外側に貫通している。出力部材５は、軸線Ｃ回りに旋回可能なように、かつ、上下方向（軸線Ｃの方向）に移動可能なように、筒孔３に保密状に挿入される。その出力部材５の上端部分にアーム６が固定される。

出力部材５は、上側から順に形成されたロッド本体５ａとそのロッド本体５ａよりも大径となっているピストン部５ｂと下ロッド５ｃとを有する。その下ロッド５ｃが、ハウジング１の下壁１ｂの一部を構成する支持筒１０の筒孔（有底の挿入孔）１０ａに摺動可能に挿入される。

出力部材５の下ロッド５ｃと支持筒１０の筒孔１０ａの内壁の上部とにわたって旋回機構１１が設けられる。その旋回機構１１は、ガイド溝１２とボール（係合具）１５とを備えている。ガイド溝１２は、螺旋状の旋回溝１３と直進溝１４とを上向きに連ねて構成される。ボール１５はガイド溝１２に挿入される。ボール１５は、支持筒１０の内壁に設けられた支持孔１６に回転可能に支持されている。スリーブ１７は軸心回りに回転自在に外嵌される。スリーブ１７の内周面にＶ字状の溝１８が形成され、そのＶ字状の溝１８の上下の二点でボール１５が転動可能である。

支持筒１０が、上下方向へ延びる位置決めピン１９を介してハウジング１の胴壁１ｃに回り止めされ、ハウジング１に対する出力部材５の周方向の位置（位相）を合わせている。

ピストン部５ｂとハウジング１の上壁１ａとの間にクランプ室３０が設けられる。また、ピストン部５ｂとハウジング１の下壁１ｂとの間にアンクランプ室３１が設けられる。クランプ用の圧力流体（圧油、圧縮エア等）が、ハウジング１の上壁１ａに形成された給排路３２を介してクランプ室３０に給排される。また、アンクランプ用の圧力流体が、ハウジング１の胴壁１ｃに形成された別の給排路３３を介してアンクランプ室３１に給排される。

図１に図示された旋回式クランプは、アンクランプ状態である。クランプ室３０から圧力流体が排出されており、アンクランプ室３１へ給排路３３を介して圧力流体が供給されている。出力部材５は上限位置である。クランプ状態へ切換えるときには、アンクランプ室３１から給排路３３を介して圧力流体を排出し、クランプ室３０に給排路３２を介して圧力流体を供給する。ピストン部５ｂが下方へ移動すると、出力部材５が旋回溝１３に沿って平面視で時計回りの方向へ旋回されながら下降される。引き続いて、出力部材５は直進溝１４に沿って真っすぐに下降してクランプ状態となる。旋回式クランプをクランプ状態からアンクランプ状態へ切り換えるときには、クランプ室３０の圧力流体を排出すると共に、アンクランプ室３１へ圧力流体を供給すれば、出力部材５は真っすぐに上昇し、その後旋回する。

下壁１ｂには、出力部材５の下側を構成する下ロッド５ｃが挿入される筒孔１０ａが設けられている。筒孔１０ａは底部１０ｂを有する有底の孔である。動作検出装置２０は、筒孔１０ａの底部１０ｂと下ロッド５ｃの下面５ｄとの間に設けられる第１弁室２１と、下壁１ｂに設けられ第１弁室２１に圧縮エアを供給するハウジング通路２２と、軸線Ｃに沿って下に向けて下ロッド５ｃをくりぬき状に開放した第２弁室２３と、底部１０ｂから突出して第２弁室２３に挿入される弁ロッド１０ｃと、弁ロッド１０ｃの頭頂部を第２弁室２３へ貫通して第２弁室２３を外気に連通する弁ロッド通路１０ｄとを具備している。第１弁室２１に開口するハウジング通路２２の開口設置位置は、下ロッド５ｃの動作に干渉されない位置が望ましい。このように本実施例においては、第１弁室２１と弁ロッド通路１０ｄとの間に形成される圧縮エア流路の一端側は、第１弁室２１側としている。

第２弁室２３は、その内周壁２３ａの内径によって下から上に順に第１領域２４、第２領域２５、第３領域２６に分割することができる。第２領域２５の径が最も小さく、第３領域２６は最も径が大きい。第１領域２４は、両者中間の径を有している。弁ロッド１０ｃの頭頂部の周囲には、シール部（Ｏリング）２７が設けられている。弁ロッド１０ｃと第２弁室２３とが軸線Ｃに沿って相対的に移動するとき、シール部２７の位置における弁ロッド１０ｃの外周壁１０ｅと第２弁室２３の内周壁２３ａとの間の隙間（軸線Ｃ回りの隙間の断面積、以降単に「隙間」と称する）が変化する。軸線Ｃに対するシール部２７の外周側は、弁ロッド１０ｃの外周壁１０ｅよりも半径方向の外方に若干突出している。第１領域２４においては、シール部２７は第２弁室２３の内周壁２３ａとは若干離れている。第２領域２５においては、シール部２７は第２弁室２３の内周壁２３ａと接しており、圧縮エアをシールする作用が発揮（有効化）される。第３領域２６においては、シール部２７は第２弁室２３の内周壁２３ａとは離れている。これに対して、第１領域２４と第３領域２６においては、シール部２７は圧縮エアをシールする作用が無効化される。

次に動作検出装置２０の動作について説明する。ハウジング通路２２から供給された圧縮エアは、第１弁室２１内に案内される。図１のアンクランプ状態のときにおいては、第１領域２４におけるシール部２７と第２弁室２３の間に絞り路（「絞り路２８」と称する）が形成され、第１弁室２１の圧縮エアは絞り路２８を介して弁ロッド通路１０ｄに案内される。

アンクランプ状態からクランプ状態の移行の際の旋回式クランプを、図２に示す。下ロッド５ｃが下降することにより、シール部２７が第２領域２５に到達すると、第１弁室２１と弁ロッド通路１０ｄとの間の流路が遮断される。

図３に示すクランプ状態においては、下ロッド５ｃがさらに下降し、シール部２７が第３領域２６に到達する。このとき、シール部２７と第２弁室２３との間に流路２９が形成され、ハウジング流路２２の圧縮エアが流路２９と弁ロッド通路１０ｄとを通って外部に排出される。絞り路２８と流路２９とでは、圧縮エアが通過する隙間の断面積が違っており、流路２９の方が大きい。このため、絞り路２８を介する場合と、流路２９を介する場合とでは、ハウジング通路２２から弁ロッド通路１０ｄに到る圧力損失が異なる。本実施例においては、ハウジング通路２２に対して圧力センサ（図示せず）を設けて検出した場合において、シール部２７が第２領域２５に存在するときの検出圧力を０．２ＭＰａとすると、第１領域２４のアンクランプ状態においては０．１５ＭＰａ、第３領域２６のクランプ状態においては０．０ＭＰａとなる（背圧は大気圧）。圧力センサにより、圧力を検出することにより、出力部材５の位置が検出できる。

本実施例では、第２弁室２３がシール部２７と接触する第２領域２５を中間に設けたことにより、第１領域２４から第２領域２５へ、又は第２領域２５から第３領域２６へシール部２７が移動する際における圧力センサの検出値が大きく変化させることができる。また、第２弁室２３には高さ途中に開口が無く、シール部２７はそのような開口を摺動することが無いため、シール部２７のシール性能に与える影響は少ない。また、シール部２７は、クランプ状態が遷移するときのみしか第２弁室２３の内周壁２３ａに接することがなく、通常の大部分の時間において、第１領域２４若しくは第３領域２６に存在するものであって、圧縮変形した状態にないためシール性能の劣化は小さい。また、第１領域２４においては、出力部材５は、軸線Ｃ回りに旋回するが、その際にシール部２７は、弁ロッド１０ｃから離れているため、旋回動作によるシール部２７の摩耗や破損が防止される。

上記実施例においては、第２弁室２３は、その内径によって下から上に順に第１領域２４、第２領域２５、第３領域２６に分割したが、内径の大きさは違う順番を採用しても良い。例えば、下から上に順に径が小さくなるようにすれば、第２弁室２３の加工がしやすいという利点がある。

図４に、動作検出装置１２０の他の構成例を示す。
動作検出装置１２０の第２弁室１２３は、実施例１の第２弁室２３と同様にその内径によって下から上に順に第１領域１２４、第２領域１２５、第３領域１２６に分割されており、第２領域１２５の径が最も大きく、第３領域１２６が最も径が小さく、第１領域１２４は、両者中間の径を有している点が異なる。他の構成は実施例１と同様である。

次に動作検出装置１２０の動作について説明する。図４Ａのアンクランプ状態のときにおいては、第１弁室１２１の圧縮エアは、第１領域１２４におけるシール部１２７と第２弁室１２３の間の隙間を介して弁ロッド通路１１０ｄに案内される。図４Ｂに示すように下ロッド５ｃが下降し、シール部１２７が第２領域１２５に到達すると、第１弁室１２１と弁ロッド通路１１０ｄとの間の隙間が大きくなり、第１領域１２４のときよりも圧力損失が低減する。

図４Ｃのクランプ状態においては、シール部１２７が第３領域１２６に到達しているが、シール部１２７と第２弁室１２３の間の隙間は閉塞される。本実施例においては、シール部１２７の位置が第３領域１２６であるときのハウジング通路２２に対して設ける圧力センサ（図示せず）の検出圧力が最も高く、次はシール部１２７が第１領域１２４に存在するときである。シール部１２７が第２領域１２５にあるときは、圧力センサの検出圧力が最も低くなる。本実施例においては、第２領域１２５において、シール部１２７が第２弁室１２３の内周壁１２３ａと接触しないので、出力部材５が下降中にシール部１２７が摺動を受けることを避けることができる。

図５に、実施例３による動作検出装置２２０の構成例を示す。
動作検出装置２２０の第２弁室２２３は、実施例２の第２弁室１２３と同様にその内径によって下から上に順に第１領域２２４、第２領域２２５、第３領域２２６に分割されており、第２領域２２５の径が最も大きく、第３領域２２６が最も径が小さく、第１領域２２４は、両者中間の径を有している。一方、弁ロッド２１０ｃは、弾性体で構成されている。弁ロッド２１０ｃは、頭頂部の周囲一周にわたって、径が膨大したシール部２２７を有しており、今まで述べた実施例とは、シール部２２７がＯリングによる別部材では無い点で相違する。図５Ａのアンクランプ状態のときにおいては、第１弁室２２１の圧縮エアは、第１領域２２４におけるシール部２２７と第２弁室２２３の間の隙間を介して弁ロッド通路２１０ｄに案内される。図５Ｂに示すように下ロッド５ｃが下降し、シール部２２７が第２領域２２５に到達すると、第２弁室２２３の内周壁２２３ａと弁ロッド２１０ｃとの間の隙間が大きくなり、第１領域２２４のときよりも圧力損失が低減する。

図５Ｃのクランプ状態においては、シール部２２７が第３領域２２６に到達しているが、シール部２２７と第２弁室２２３の間の隙間は閉塞される。本実施例においては、シール部２２７の位置が第３領域２２６であるときの圧力センサの検出圧力が最も高く、シール部２２７が第１領域２２４に存在するときにその次に高くなる。シール部２２７が第２領域２２５にあるときは、圧力センサの検出圧力が最も低くなる。

実施例１においては、第２弁室２３側の内径によって下から上に順に第１領域２４、第２領域２５、第３領域２６等と分割し、弁ロッド１０ｃのシール部２７がどの位置に存在するかにより、圧力損失を変化若しくは、弁ロッド通路１０ｄへの連通を閉塞するものであった。本実施例では、図６に示すように、弁ロッド３１０ｃ側の外径を下から３段階に変化させ、夫々を第１領域３２４、第２領域３２５、第３領域３２６とすると、第２領域３２５の外径が最も小さく、第３領域３２６が最も外径が大きく、第１領域３２４は、両者中間の外径を有している。シール部３２７は、第２弁室３２３側の出口近くの内周壁３２３ａに設けられている。

図６Ａのアンクランプ状態のときにおいては、第３領域３２６とシール部３２７により第１弁室３２１と第２弁室３２３との間が閉鎖されている。図６Ｂに示すように下ロッド５ｃが下降し、シール部３２７が第２領域３２５に到達すると、第２弁室３２３と弁ロッド３１０ｃとの間の隙間が生じる。

図６Ｃのクランプ状態においては、シール部３２７が第１領域３２４に到達している。シール部３２７と第２弁室３２３の間の隙間は、第２領域３２５よりも狭くなっている。第２領域３２５の位置においてはシール部３２７との隙間は他の経路との関係で単なる流路と称しても良く、絞り路と称するのは第１領域３２４の方である。これらは、隙間の断面積が違っており、流路の方が絞り路よりも圧力損失は小さい。

第２弁室３２３の内周壁３２３ａの形状及び弁ロッド３１０ｃの外周壁３１０ｅの形状を、下ロッド５ｃの位置によって圧力損失が異なるように外径を設計し、若しくは、第１弁室３２１と弁ロッド通路３１０ｄとの間を遮断するシール部３２７を第２弁室３２３側或いは弁ロッド３１０ｃ側に設けても良い。

図７に、実施例５による動作検出装置の構成例を示す。
上記実施例１は、シール部２７による遮蔽が無効になる領域においては、弁ロッド１０ｃと第２弁室２３とが相対移動するときに、圧縮エアが弁ロッド１０ｃと第２弁室２３の間を通過する際の異なる圧力損失を生じるように、隙間の断面積が異なる領域を設けた例であるが、本実施例ではシール部４２７による遮蔽が有効になる領域に対して、第１弁室４２１から弁ロッド通路４１０ｄに連通するバイパス路４０を設けて、バイパス路４０が設けられた位置の上下の領域に対して、バイパス路４０による所定の圧力損失が生じるようにした例である。

本実施例においては、弁ロッド４１０ｃはその外径によって第１領域４２４、第２領域４２５に分割されている。第１領域４２４は、第２領域４２５よりも外径が小さく、第２弁室４２３側の内周壁４２３ａ側に設けられたシール部と弁ロッドの外周との間には隙間が生じている。

第２領域においては、第２弁室４２３の内周壁４２３ａ側に設けられたシール部４２７に弁ロッド４１０ｃの外周壁が当接する。第２領域の高さ途中において弁ロッド４１０ｃの外周壁から弁ロッド通路４１０ｄに貫通するバイパス路４０を有している。

図７Ａのアンクランプ状態のときにおいては、第２弁室４２３側の内周壁側に設けられたシール部４２７は、第２領域４２５のバイパス路４０よりも上側に位置している。第１弁室４２１の圧縮エアは、シール部４２７により第２弁室４２３側への進入を妨げられているが、バイパス路４０を通って弁ロッド通路４１０ｄに案内されている。図７Ｂに示すように下ロッド５ｃが下降し、シール部４２７がバイパス路４０よりも下側の第２領域４２５に到達すると、第１弁室４２１と弁ロッド通路４１０ｄとの間でバイパス路４０を介して連通することができなくなり、第１弁室４２１と弁ロッド通路４１０ｄとの間は閉塞する。

図７Ｃのクランプ状態においては、シール部４２７が第１領域４２４に到達する。第１領域４２４では、弁ロッド４１０ｃはシール部４２７に接触しておらず、シール部４２７のシール性能は無効化され、第１弁室４２１と第２弁室４２３とは、外周壁４１０ｅと内周壁４２３ａの間の隙間を介して連通する。さらに、第２領域４２５における弁ロッド４１０ｃの外径は第２弁室４２３の内径よりも小さいため、第１弁室４２１の圧縮エアは弁ロッド４１０ｃの頭頂に開口した弁ロッド通路４１０ｄに到る。このとき第１弁室４２１から弁ロッド通路４１０ｄに到る圧力損失を、バイパス路４０を通した際の圧力損失よりも小さくなるようにバイパス路４０の孔径を設定しておくことにより、図７Ａにおけるアンクランプ状態と図７Ｃにおけるクランプ状態を圧力センサ（図示せず）の検出値により区別することができる。

本実施例においては、バイパス路４０をシール部４２７が摺動することになるが、バイパス路４０の孔径は、圧縮エアを供給する開口よりも小さいもので良いため、シール部４２７の性能への影響を与えることは少ない。また、シール部４２７は、弾性体４２７ａと摩擦係数の小さいスペーサ４２７ｂとの２重構造として、弁ロッド４１０ｃと接触する側にスペーサ４２７ｂを挿入しておくことにより、シール部４２７としての性能への影響をさらに低減することができる。

図８に、実施例６による動作検出装置５２０の構成例を示す。
実施例６では、軸線Ｃに沿って下に向けて下ロッド５ｃをくりぬき状に開放した鞘室５２３は、圧縮エアが流通する弁室としての機能は有していない。鞘室５２３は、単なる弁ロッド５１０ｃが挿入され、圧縮エアが漏れないような袋状の空間を提供するものである。一方で、第１弁室５２１から弁ロッド通路５１０ｄに連通するバイパス路４０ａ、４０ｂを設けた。バイパス路４０ａ、４０ｂは上下に設けられており、下ロッド５ｃの上下動によりシール部５２７の位置を境にバイパス路４０ａ、４０ｂの全部、若しくは一方を第１弁室５２１との連通から遮断して、所定の圧力損失が生じるようにした例である。

本実施例においては、弁ロッド５１０ｃはバイパス路４０ａ、４０ｂの位置によって下から上に第１領域５２４、第２領域５２５、第３領域５２６に分割されている。第１領域５２４はバイパス路４０ｂよりも下側で、第２領域５２５はバイパス路４０ａとバイパス路４０ｂの間で、第２領域５２６はバイパス路４０ａよりも上側である。バイパス路４０ａ、４０ｂは、弁ロッド５１０ｃの外周壁から弁ロッド通路５１０ｄに貫通している。鞘室５２３の入口に設けられるシール部５２７は、第１弁室５２１と鞘室５２３との直接の連通を遮断するものである。尚シール部５２７は、弾性体５２７ａと摩擦係数の小さいスペーサ５２７ｂとの２重構造である。

図８Ａのアンクランプ状態のときにおいては、シール部５２７は、バイパス路４０ａよりも上側の第３領域５２６に位置している。第１弁室５２１の圧縮エアは、バイパス路４０ａ、４０ｂを通って弁ロッド通路５１０ｄに案内されている。図８Ｂに示すように下ロッド５ｃが下降し、シール部５２７が第２領域５２５に到達すると、バイパス路４０ａによる第１弁室５２１と弁ロッド通路５１０ｄとの間で連通することができなくなり、バイパス路４０ｂのみによる連通状態になる。

図８Ｃのクランプ状態においては、シール部５２７が第１領域５２４に到達する。第１領域５２４では、バイパス路４０ａ、４０ｂのいずれも第１弁室５２１と弁ロッド通路５１０ｄとの間で連通させることができない。弁ロッド５１０ｃの上下にバイパス路４０ａ、４０ｂを設けることにより、第１弁室５２１と弁ロッド通路５１０ｄを連通させるバイパス路４０ａ、４０ｂの数を変化させることにより、圧力損失を変化させている。この圧力変化を圧力センサ（図示せず）の検出値により区別することができる。本実施例においては、バイパス路４０ａ、４０ｂは２つであったが複数個設けても良い。本実施例においては、弁ロッド５１０ｃの長さ方向に設けられた弁ロッド通路５１０ｄは、鞘室５２３に向けて開口しているが、鞘室５２３の空気を外気に連通する通路が他にあれば、弁ロッド通路５１０ｄがその役目をせずとも良いため、鞘室５２３に向けて開口する必要は無い。

図９、図１０に、実施例７による動作検出装置６２０の構成例を示す。この実施例７に示すシリンダ装置は、プッシュ型シリンダおよびプル型シリンダの双方に適用可能となっている。実施例５においては、第１弁室４２１を圧縮エアの経路として使用していたが、本実施例では圧縮エアは下壁１ｂの底部１０ｂと下ロッド５ｃの下面５ｄとの間に設けられる空間６２１（先の実施例の第１弁室に相当）を経由しない。本実施例においては、弁ロッド５０内に第１の弁ロッド通路５３及び第２の弁ロッド通路５４の２系統を設けて、一方を圧縮エアの供給側、他方を排出側にしている。

図９において、説明の容易化の為にハウジング１の下壁１ｂを、上壁１ａと胴壁１ｃから分解した分解図を示している。下壁１ｂを、上壁１ａと胴壁１ｃに連結したとき、ハウジング通路２２ａは、ハウジング通路２２ｂにつながる。出力部材５を構成するピストン部５ｂとロッド本体５ａとに、第２弁室６２３が形成される。その第２弁室６２３は、その内径によって下から上に順に第１領域６２４、第２領域６２５、第３領域６２６に分割することができる。第２領域６２５の径が大きく、第１領域６２４と第３領域６２６の径は小さい。

下壁１ｂから突出した弁ロッド５０には、第２弁室６２３に向けて開口した第１の弁ロッド通路５３と第２の弁ロッド通路５４が同軸に設けられている。第１の弁ロッド通路５３は第２弁室６２３の底面６２３ｂに向けて開口し、第２の弁ロッド通路５４は第２弁室６２３の内周壁６２３ａに向けて開口している。弁ロッド５０は、外側ロッド５２が内側ロッド５１を内挿する２重構造であり、外側ロッド５２と内側ロッド５１との間隙が第２の弁ロッド通路５４を構成している。内側ロッド５１の先端が外側ロッド５２の包囲から外れて、膨大状に露出して弁ロッド５０の頭頂部５１ａを形成している。

弁ロッド５０の頭頂部５１ａの周囲には、一対のシール部（Ｏリング）５５、５６が互いに違う高さに設けられている。シール部５５とシール部５６との間に、第１の弁ロッド通路５３から前記第２弁室の内周壁６２３ａに向けて貫通するバイパス路４０ｃが設けられている。第２弁室６２３の入口周囲に設けられたシール部５７は、外側ロッド５２の外周壁６１０ｅと当接して、第２弁室６２３を空間６２１からシールする。

図１０は、弁ロッド５０と第２弁室６２３とが軸線Ｃに沿って相対的に移動するときの動作を示している。図１０Ａに示す出力部材５の上昇進出状態においては、シール部５５は、第１領域６２４の位置に存在しており、第２の弁ロッド通路５４はシール部５５の遮断により第２弁室６２３及び第１の弁ロッド通路５３側への連通が妨げられている。図１０Ｂに示す出力部材５の下降途中状態において、シール部５５およびシール部５６が第２領域６２５に到達すると、シール部５５、５６により遮断されることなく第２の弁ロッド通路５４は第２弁室６２３側へ連通する。第１の弁ロッド通路５３は、第２弁室６２３に開放されているから、第１の弁ロッド通路５３と第２の弁ロッド通路５４とが連通した状態である。

図１０Ｃに示す出力部材５の下降退入状態においては、シール部５６が第３領域６２６に到達する。第３領域６２６では、第２の弁ロッド通路５４はシール部５６の遮断により第２弁室６２３側への連通が妨げられている。一方、バイパス路４０ｃは、シール部５５と５６の間にあり、シール部５５による遮蔽がされていないことから、第１の弁ロッド通路５３と第２の弁ロッド通路５４とは、バイパス路４０ｃにより通路を絞られた状態で連通する。バイパス路４０ｃの絞りは、所定の圧力損失を生じさせる。このようして、第１領域６２４では遮蔽状態、第２領域６２５では連通状態、第３領域６２６では絞り状態を作り、この圧力変化を圧力センサ（図示せず）の検出値により区別することができる。

本実施例において、バイパス路を設けない場合は、上記の上昇進出状態若しくは下降退入状態の時に圧縮エア通路は遮断され、その途中においては開放状態になる。この場合、シール部材５５、５６は１対ではなく、シール部材５５、５６のいずれか１つのみ備えれば良い。

図１１に、実施例８による動作検出装置７２０の構成例を示す。
本実施例では、弁ロッド７１０ｃ側の外径を下から２段階に変化させ、夫々を第１領域７２４、第２領域７２５とすると、第１領域７２４の外径が最も小さく、第２領域７２５が最も外径が大きい。シール部７２７は、第２弁室７２３側の出口近くの内周壁７２３ａに設けられている。シール部７２７は、弾性体と摩擦係数の小さいスペーサとの２重構造である。

図１１Ａの伸張状態のときにおいては、第２領域７２５とシール部７２７により第１弁室７２１と第２弁室７２３との間が閉鎖されている。図１１Ｂに示すように下ロッド５ｃが下降し、シール部７２７が第１領域７２４に到達すると、第２弁室７２３と弁ロッド７１０ｃとの間の隙間が生じる。弁ロッド７１０ｃの第２領域７２５は第２弁室７２３との間に隙間を有しており（図では見にくいが隙間が開いている。）、第１弁室７２１と第２弁室７２３との間が連通状態である。

各実施形態や各変形例は、さらに次のように変更可能である。
上記実施例においては、第１弁室２１、１２１、２２１、３２１、４２１、５２１と弁ロッド通路１０ｄ、１１０ｄ、２１０ｄ、３１０ｄ、４１０ｄ、５１０ｄ側との間に夫々形成される圧縮エア流路の一端側は、第１弁室２１、１２１、２２１、３２１、４２１、５２１側としているが、その逆でも良い。又、実施例７において、第１の弁ロッド通路５３、第２の弁ロッド通路５４のいずれかを圧縮エア流路の一端側とし、他方を他端側としてもよい。実施例７においては第１の弁ロッド通路５３及び第２の弁ロッド通路５４とが同軸に設けられていたが、同軸でなくても良い。例えば、第１の弁ロッド通路５３及び第２の弁ロッド通路５４とが弁ロッド５０の内部に縦方向に穿孔された長孔でもよく、またこれらの長孔が平行でなくてもよい。

上記実施例においては、出力部材５は、クランプ駆動時に平面視で時計回りの方向へ旋回されることに代えて、そのクランプ駆動時に平面視で反時計回りの方向へ旋回されてもよい。また、上記出力部材５の旋回角度は、例えば９０度などの所望の角度に設定できることは勿論である。
また、出力部材５は、ピストン部５ｂを一体として有していたが、特許文献１に開示されたように、ピストン部５ｂを別体として、ピストン部５ｂは上下動作のみとして出力部材５の旋回動作に追従しないようにしても良い。

また、ガイド溝１２は、例示した螺旋状の旋回溝１３と直線状の直進溝１４とによって構成されるが、直進溝１４を省略してもよい。さらに、アンクランプ室及びクランプ室に圧力流体を供給する複動式を示したが、これに代えて単動式であってもよい。また、圧力流体による出力部材の駆動を示したが、電動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。

１ハウジング
１ａ上壁
１ｂ下壁
１ｃ胴壁
２シリンダ孔
３筒孔
５出力部材
５ａロッド本体
５ｂピストン部
５ｃ下ロッド
５ｄ下面
６アーム
１０支持筒
１０ａ筒孔
１０ｂ底部
１０ｃ、１１０ｃ、２１０ｃ、３１０ｃ、４１０ｃ、５１０ｃ、７１０ｃ弁ロッド
１０ｄ、１１０ｄ、２１０ｄ、３１０ｄ、４１０ｄ、５１０ｄ弁ロッド通路
１０ｅ、１１０ｅ、２１０ｅ、３１０ｅ、４１０ｅ、５１０ｅ、６１０ｅ外周壁
１１旋回機構
１２ガイド溝
１３旋回溝
１４直進溝
１５ボール
１６支持孔
１７スリーブ
１８Ｖ字状の溝
１９ピン
２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０動作検出装置
２１、１２１、２２１、３２１、４２１、５２１、７２１第１弁室
２２、２２ａ、２２ｂハウジング通路
２３、１２３、２２３、３２３、４２３、６２３、７２３第２弁室
２３ａ、１２３ａ、２２３ａ、３２３ａ、４２３ａ、５２３ａ、６２３ａ、７２３ａ内周壁
２４、１２４、２２４、３２４、４２４、５２４、６２４、７２４第１領域
２５、１２５、２２５、３２５、４２５、５２５、６２５、７２５第２領域
２６、１２６、２２６、３２６、５２６、６２６第３領域
２７、１２７、２２７、３２７、４２７、５２７、７２７シール部
２８絞り路
２９流路
３０クランプ室
３１アンクランプ室
３２、３３給排路
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃバイパス路
５０弁ロッド
５１内側ロッド
５１ａ頭頂部
５２外側ロッド
５３第１の弁ロッド通路
５４第２の弁ロッド通路
５５、５６、５７シール部
４２７ａ、５２７ａ弾性体
４２７ｂ、５２７ｂスペーサ
５２３鞘室
６２１空間
６２３ａ内周壁
６２３ｂ底面
Ｃ軸線
Ｔテーブル

Claims

ハウジング内に設けられたシリンダ孔に収容され、圧力流体により上下に可動される出力部材を有するシリンダにおいて、
前記ハウジングの下壁と前記出力部材の間に設けられた第１弁室と、
前記出力部材をくりぬき状に前記第１弁室側に開放した第２弁室と、
前記下壁から突出して第２弁室に挿入される弁ロッドと、を有し、
前記弁ロッドには、前記第２弁室に向けて開口した弁ロッド通路が設けられ、
前記弁ロッドと前記第２弁室との間であって、前記弁ロッドの外周壁側若しくは前記第２弁室の内周壁側にシール部が設けられ、
前記弁ロッドと前記第２弁室とが相対移動するにあたって、前記弁ロッドと前記第２弁室とが相対的にある位置（遮蔽領域）にあるときには前記第１弁室と前記第２弁室との間に形成される圧縮エア流路が前記シール部によりシールされ、前記弁ロッドと前記第２弁室とが相対的に他の位置（開放領域）にあるときには前記第１弁室と前記第２弁室との間に形成される圧縮エア流路が前記シール部によるシールから開放されるように構成され、
前記圧縮エア流路の一端から圧縮エアが供給され、当該圧縮エア流路の他端が外気に開放されていることを特徴とするシリンダ。
請求項１のシリンダにおいて、
前記シールから開放される開放領域には、前記弁ロッドと前記第２弁室の間を圧縮エアが通過する際に異なる圧力損失を生じるように、圧縮エアが通過する隙間の断面積が大きい領域と、圧縮エアが通過する隙間の断面積が小さい領域が設けられており、前記弁ロッドと前記第２弁室とが前記開放領域を相対移動するにあたって、前記大きい領域もしくは前記小さい領域のいずれかに前記シール部が位置することを特徴とするシリンダ。
請求項１のシリンダにおいて、
前記第２弁室の内周壁側に前記シール部が設けられ、
前記シールされる領域は、前記第２弁室とが相対移動するにあたって前記シール部が前記弁ロッドの外周壁と当接する領域であって、
当該領域の前記弁ロッドの外周壁から前記弁ロッド通路に貫通して、所定の圧力損失を生じさせるバイパス路が設けられていることを特徴とするシリンダ。
ハウジング内に設けられたシリンダ孔に収容され、圧力流体により上下に可動される出力部材を有するシリンダにおいて、
前記ハウジングの下壁と前記出力部材の間に設けられた第１弁室と、
前記出力部材をくりぬき状に前記第１弁室側に開放した鞘室と、
前記下壁から突出して鞘室に挿入される弁ロッドと、を有し、
前記弁ロッドには、その長さ方向に弁ロッド通路が設けられ、
前記鞘室の内周壁側にシール部が設けられ、
前記第１弁室と前記弁ロッド通路とを連通し、かつ所定の圧力損失を生じさせるバイパス路を上下に複数設けて、
前記弁ロッドと前記鞘室とが相対移動することにより、前記シール部が前記上下のバイパス路よりも上側に位置している状態と、前記シール部が前記上下のバイパス路の間に位置している状態と、前記シール部が前記上下のバイパス路よりも下側に位置している状態のいずれかに変化することを特徴とするシリンダ。
ハウジング内に設けられたシリンダ孔に収容され、圧力流体により上下に可動される出力部材を有するシリンダにおいて、
前記ハウジングの下壁から突出した弁ロッドと、
前記出力部材をくりぬき状にして前記弁ロッドが挿入される第２弁室と、を有し、
前記弁ロッドには、前記第２弁室に向けて開口した第１、第２の弁ロッド通路が設けられ、
前記弁ロッドと前記第２弁室に一対のシール部が設けられ、
前記弁ロッドと前記第２弁室とが相対移動するにあたって、前記弁ロッドと前記第２弁室とが相対的にある位置（遮蔽領域）にあるときには前記第１弁室と前記第２弁室との間に形成される圧縮エア流路が前記シール部によりシールされ、前記弁ロッドと前記第２弁室とが相対的に他の位置（開放領域）にあるときには前記第１弁室と前記第２弁室との間に形成される圧縮エア流路がシールから開放されるように構成され、
前記圧縮エア流路の一端から圧縮エアが供給され、当該圧縮エア流路の他端が外気に開放されていることを特徴とするシリンダ。
請求項５のシリンダにおいて、
前記弁ロッドにはさらに前記第１の弁ロッド通路から前記第２弁室の内周壁に向けて貫通して、所定の圧力損失を生じさせるバイパス路が設けられ、
前記一対のシール部は、前記弁ロッド側に一方が前記バイパス路の上に、他方が下に設けられており、
前記第２弁室の内周壁には下から上に第１領域、第２領域、第３領域を具備し、前記第２領域の内周壁は前記第１領域、第３領域の内周壁よりも径が大きく、
前記弁ロッドと前記第２弁室とが相対移動するにあたって、第１領域では前記一対のシール部の一方が前記内周壁と当接し、第２領域では前記一対のシール部の両方が前記内周壁と当接せず、第３領域では前記一対のシール部の他方が前記内周壁と当接することを特徴とするシリンダ。