JPH11166506A - 流体圧シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな駆動力を出力するロッド後半のストロ
ークを変更できる流体圧シリンダを提供する。 【解決手段】 小径の第１のシリンダ２１と大径の第２
のシリンダ２２を軸方向に同心に連設し、第１のシリン
ダの第１のピストン２７のロッド２８を、第２のシリン
ダの第２のピストン３３を気密に相対摺動可能に貫通さ
せて外部に突出させ、第２のシリンダ２２に、第２のピ
ストンに設けたロッド側が拡径するテーパ３４ａと、第
２のシリンダ内においてロッドに遊嵌させた縮径可能な
割りスリーブ３５と、テーパで押圧されて割りスリーブ
を縮径させる多数のボール３６とを有するロッドのクラ
ンプ手段３８を設ける。第２のシリンダへの圧力流体の
供給によりクランプ手段３８を作動させるとロッドの出
力が大きくなり、その長さは第２のシリンダへの圧力流
体の供給時期によって変更できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体圧シリンダに
関するものであり、特に詳しくは、駆動ストローク後半
の駆動力が大きい流体圧シリンダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】流体圧シリンダを使用する作業機械に
は、スポット溶接やワークのクランプ等のように、ロッ
ドの駆動ストロークの前半は大きな駆動力を必要とせ
ず、駆動ストロークの後半において大きな駆動力を必要
とするものがある。この場合、ピストンの径を大きくし
て、ロッドの駆動ストローク前半から大きな駆動力を出
力することは、圧力流体の消費量が多くなって運転コス
トが高くなるばかりでなく、省エネルギーの点からも好
ましくない。

【０００３】この問題を解決するために、ロッドの駆動
ストローク前半の駆動力が小さく、駆動ストロークの後
半における駆動力を大きくして、圧力流体の消費量を少
なくした省エネルギー形の流体圧シリンダが提案されて
いる。図４Ａ〜Ｃは上記省エネルギー形の流体圧シリン
ダの一例を示し、この流体圧シリンダ１は、小径の第１
のシリンダ２と大径の第２のシリンダ３を、中間の隔壁
４を介して軸方向に同心に連設したものとして構成され
ており、これらのシリンダ２と３の両端は、ヘッドカバ
ー５とロッドカバー６とによって閉鎖されている。

【０００４】第１のシリンダ２内を気密に摺動する第１
のピストン８のロッド９は、隔壁４及びロッドカバー６
をそれぞれ気密に貫通してシリンダ１外に突出し、ロッ
ド９の長手方向の適宜の位置に、拡径によって結合部９
ａが設けられている。一方、第２のシリンダ３内を気密
に摺動する環状の第２のピストン１１は、上記結合部９
ａが当接可能な結合部１１ａを備え、ロッドカバー６と
の間に縮設された復帰ばね１２によって隔壁４に向けて
付勢されている。上記ヘッドカバー５と隔壁４には、第
１のピストン８で区画されたシリンダ室１３ａ，１３ｂ
に圧力流体を給排するポート１４ａ，１４ｂが、隔壁４
とロッドカバー６には第２のピストン１１で区画された
シリンダ室１５ａ，１５ｂに圧力流体を給排するポート
１６ａ，１６ｂがそれぞれ形成されており、ポート１６
ａのシリンダ室１５ａへの開口に形成された弁座１７
は、上記復帰ばね１２の付勢力によって第２のピストン
１１で閉鎖されている。

【０００５】上記流体圧シリンダ１は、ポート１４ａと
１６ａから圧力流体を供給すると、シリンダ室１３ａに
供給された圧力流体の作用力によって、第１のピストン
８とロッド９が図において左動する。しかしながら、復
帰ばね１２の付勢力によって第２のピストン１１が弁座
１７を閉鎖しているために、シリンダ室１５ａには圧力
流体が供給されないので（図４Ａ参照）、第２のピスト
ン１１はその位置に停止している。したがって、ロッド
９のストローク前半の駆動力は、当初から大径のピスト
ンでストロークさせる場合に比べて小さく、圧力流体の
消費量を少なくすることができる。

【０００６】第１のピストン８とロッド９が所定の距離
ストロークして結合部９ａが１１ａに当接すると（図４
Ｂ参照）、引き続き左動する第１のピストン８とロッド
９によって、第２のピストン１１がこれらと一体に左動
するので、弁座１７が開口する。これによってポート１
６ａからシリンダ室１５ａに圧力流体が供給されるの
で、ロッド９は、第１、第２のピストン８と１１の各受
圧面積に作用する圧力流体の作用力によって大きな駆動
力で左動する（図４Ｃ参照）。したがって、駆動ストロ
ーク後半におけるロッド９の駆動力を大きくすることが
できる。ポート１４ｂと１６ｂからシリンダ室１３ｂと
１５ｂに圧力流体を供給すると、第１、第２のピストン
８と１１及びロッド９が図において右動して、第２のピ
ストン１１は弁座１７を閉鎖して停止し、第１のピスト
ン８とロッド９は右動終端までストロークする。

【０００７】上記既提案の流体圧シリンダ１は、ロッド
９の駆動ストロークの後半において大きな駆動力を出力
するものでありながら、ロッド９の駆動に必要な圧力流
体の消費量を少なくすることができる。しかしながら、
結合部９ａと１１ａとの間の距離が一定で変更すること
ができないために、第２のピストン１１のストローク長
さが常に同じであって、大きな駆動力を出力するストロ
ーク後半の長さを変更することができない。しかしなが
ら、流体圧シリンダを使用する作業機械は、大きな駆動
力を必要とするストロークの長さがそれぞれ異なるの
で、上記既提案の流体圧シリンダ１は、大きな駆動力を
必要とするストローク後半の長さの変動に対応すること
が困難である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、大きな駆動力を出力するストローク後半の
長さを変更することができる流体圧シリンダを提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の流体圧シリンダは、小径の第１のシリンダ
と大径の第２のシリンダとを軸方向に連設し、第１のシ
リンダを気密に摺動する第１のピストンのロッドが、第
２のシリンダを気密に摺動する第２のピストンを気密に
かつ相対摺動可能に貫通して外部に突出する流体圧シリ
ンダにおいて、上記第２のシリンダに、該第２のシリン
ダへの圧力流体の給排により作動してロッドをクランプ
するクランプ手段を設けたことを特徴としている。

【００１０】また、同様の課題を解決するため、上記ク
ランプ手段が、第２のピストンに設けたロッドの先端側
が拡径するテーパと、ロッドに遊嵌され縮径によってロ
ッドをクランプするクランプ部材と、上記テーパで押圧
されてクランプ部材を縮径させる押圧部材とを備えてい
ることを特徴としている。

【００１１】

【作用】第１のシリンダに圧力流体を給排すると、第１
のピストンとロッドが該ロッドの突出方向に駆動する。
この場合、第１のシリンダは小径であるから、駆動力が
小さく圧力流体の消費量が少ない。第１のピストンが必
要な距離ストロークしたことを検出して、第２のシリン
ダに圧力流体を給排すると、ロッドと同方向に移動する
第２のピストンによりクランプ手段が作動してロッドを
クランプするので、第１のピストンとこれより大径の第
２のピストンの受圧面積の和に作用する流体圧の作用力
によって、ロッドが引き続き移動するので、駆動ストロ
ーク後半においてロッドが大きな駆動力を出力する。し
たがって、ストローク前半から大径のピストンでロッド
を駆動する場合に比べて、圧力流体の消費量を少なくす
ることができる。

【００１２】また、ロッドの駆動ストローク距離の任意
の位置において、第２のシリンダに圧力流体を給排して
ロッドをクランプするために、大きな駆動力を必要とす
るストローク後半の長さを任意の長さにすることができ
るので、この長さを使用する作業機械に応じた適切なも
のとすることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明の実施例を
示し、この流体圧シリンダ２０は、小径の第１のシリン
ダ２１とこれより大径の第２のシリンダ２２を、中間の
隔壁２３によって軸方向にかつ同心に連設したものとし
て構成されており、これらのシリンダにおける第１、第
２のシリンダチューブ２１ａと２２ａの軸方向端は、ヘ
ッドカバー２４とロッドカバー２５によって気密に閉鎖
されている。また、第１のシリンダチューブ２１ａの軸
方向長さは、第２のシリンダチューブ２２ａのそれより
も長くされている。

【００１４】第１のシリンダチューブ２１ａを気密に摺
動する第１のピストン２７とそのロッド２８は、隔壁２
３とロッドカバー２５を気密にかつ摺動可能に貫通し
て、流体圧シリンダ２０外に突出している。上記ヘッド
カバー２４と隔壁２３には、第１のピストン２７で区画
されたシリンダ室２９ａ，２９ｂに、圧縮空気等の圧力
流体を給排するポート３０ａ，３０ｂがそれぞれ開設さ
れている。また、第１のピストン２７の外周には、該ピ
ストンの位置を検出するための磁石３１が取付けられて
おり、シリンダチューブ２１ａの外周面には、上記磁石
３１の位置を検出して信号を出力する位置検出センサ３
２が、適宜の手段によってその軸方向に移動可能でかつ
任意の位置に固定可能に設けられている。

【００１５】一方、第２のシリンダチューブ２２ａを気
密に摺動する第２のピストン３３は、第１のピストン２
７より受圧面積が大きくて環状をなし、中心を上記ロッ
ド２８が気密にかつ相対摺動可能に貫通している。ま
た、図２に詳細を示すように、上記第２のピストン３３
はロッドカバー２５側に凹部３４を有し、該凹部３４の
内周面に開口側が拡径するテーパ３４ａが形成されてい
る。第２のシリンダ２２内には、ロッド２８の外周面を
囲む割りスリーブ３５が設けられており、クランプ部材
を構成する上記割りスリーブ３５は、軸方向のスリット
３５ａによってその径が拡縮可能とされている。上記テ
ーパ３４ａと割りスリーブ３５との間には、円周方向に
多数配設した鋼製のボール３６が軸方向に複数列（図示
の例は２列）配列されており、これらのボール３６は、
保持リング３７によってそれぞれ回転自在に保持されて
いる。そして、テーパ３４ａ、割りスリーブ３５及び多
数のボール３６によってロッド２８のクランプ手段３８
構成される。

【００１６】上記第２のピストン３３はピストン復帰ば
ね４０によって、割りスリーブ３５はスリーブ復帰ばね
４１によって、それぞれ隔壁２３に向けて付勢されてお
り、この状態において、多数のボール３６はテーパ３４
ａと割りスリーブ３５とに当接している。また、隔壁２
３とロッドカバー２５には、第２のピストン３３で区画
されたシリンダ室４２ａ，４２ｂに圧縮空気を給排する
ポート４３ａ，４３ｂが開設されており、第１のシリン
ダ２１のポート３０ａ，３０ｂは切換弁４５の出力ポー
トＡとＢに、上記ポート４３ａ，４３ｂは切換弁４６の
出力ポートＡとＢに、それぞれ接続されている。図１中
の符号ＰとＲは、切換弁４５と４６における圧縮空気の
供給ポートと排出ポートである。

【００１７】上記実施例は、ピストン２７と３３及びロ
ッド２８がいずれも復帰位置にある図１に示す状態にお
いて、切換弁４５によって第１のシリンダ２１のシリン
ダ室２９ａに圧縮空気を供給すると、第１のピストン２
７とロッド２８が図において左動する。第１のピストン
２７に設けた磁石３１によって、該ピストン２７が所定
の距離ストロークしたことを位置検出センサ３２が検出
して信号を出力すると、切換弁４６が作動して第２のシ
リンダ２２のシリンダ室４２ａに圧縮空気を供給するの
で（図３Ａ参照）、第２のピストン３３がピストン復帰
ばね４０の付勢力に抗してロッド２８と同方向に移動を
開始する。

【００１８】第２のピストン３３が左動を開始すると、
テーパ３４ａと多数のボール３６とによって割りスリー
ブ３５がロッド２８に向けて押圧されるので、第２のピ
ストン３３がロッド２８をクランプする。この場合、割
りスリーブ３５には、スリーブ復帰ばね４１の付勢力が
第２のピストン３３の移動方向と反対の方向に作用して
いるので、クランプ手段３８がロッド２８を速やかにク
ランプする。第２のピストン３３にクランプされたロッ
ド２８は、第１、第２のピストン２７と３３の受圧面積
の和に作用する圧縮空気の作用力によって、駆動ストロ
ークの後半において大きな駆動力を出力する（図３Ｂ参
照）。この場合、第１のピストン２７及び第２のピスト
ン３３は、必ずしも全部のストロークを移動する必要は
ない。したがって、ロッド２８の駆動ストローク後半に
おける駆動力を大きくすることができ、しかもストロー
クの前半から大きな力でロッド２８を駆動するものに比
べて、圧縮空気の消費量を少なくすることができる。

【００１９】切換弁４５と４６を切り換えて、シリンダ
室２９ｂ，２９ａ及び４２ｂ，４２ａに圧縮空気を給排
すると、クランプ手段３８によるロッド２８のクランプ
が解除される。したがって、第１のピストン２７とロッ
ド２８はシリンダ室２９ｂに供給された圧縮空気の作用
力によって、第２のピストン３３はシリンダ室４２ｂに
供給された圧縮空気の作用力とピストン復帰ばね４０の
付勢力とによって、割りスリーブ３５とボール３６はス
リーブ復帰ばね４１の付勢力によって、それぞれ図１に
示す状態に復帰する。

【００２０】上記実施例は、ロッド２８の駆動ストロー
ク後半の任意の位置において、クランプ手段３８によっ
て第２のピストン３３がロッド２８をクランプするの
で、大きな駆動力が必要なロッド２８の後半のストロー
ク長さを任意の長さに調整することができる。したがっ
て、駆動力が大きい後半のストロークを使用する作業機
械に適切な長さとすることができるので、後半のストロ
ーク長さが一定のものに比べて圧力流体の消費量を一層
少なくすることができる。

【００２１】なお、上記実施例は、ロッド２８の駆動ス
トロークの当初から切換弁４６からシリンダ室４２ａに
圧縮空気を供給すると、ロッドの２８の駆動ストローク
前半における駆動力を大きくすることができ、また、ロ
ッド２８の駆動ストロークの前半において切換弁４６か
らシリンダ室４２ａに圧縮空気を供給すると、ロッドの
２８の駆動ストローク中間における駆動力を大きくする
ことができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明の流体圧シリンダは、大きな駆動
力を必要とするロッドの後半のストローク長さを任意の
長さにすることができるので、ストローク後半の長さを
作業機械の要求に応じた適切の長さにすることができ、
これによって、駆動ストロークの後半において大きな駆
動力を出力する流体圧シリンダの圧力流体の消費量を一
層少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の縦断正面図である。

【図２】同じく要部の断面図である。

【図３】Ａ，Ｂは同じく作動説明図である。

【図４】Ａ〜Ｃは既提案の流体圧シリンダ及びその作動
説明図である。

【符号の説明】

２０ 流体圧シリンダ ２１ 第１のシリンダ ２２ 第２のシリンダ ２７ 第１のピストン ２８ ロッド ３３ 第２のピストン ３４ 凹部 ３４ａ テーパ ３５ 割りスリーブ ３６ ボール ３８ クランプ手段 ４２ａ，４２ｂ シリンダ室

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】小径の第１のシリンダと大径の第２のシリ
   ンダとを軸方向に連設し、第１のシリンダを気密に摺動
   する第１のピストンのロッドが、第２のシリンダを気密
   に摺動する第２のピストンを気密にかつ相対摺動可能に
   貫通して外部に突出する流体圧シリンダにおいて、 上記第２のシリンダに、該第２のシリンダへの圧力流体
   の給排により作動してロッドをクランプするクランプ手
   段を設けた、ことを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 【請求項２】クランプ手段が、第２のピストンに設けた
   ロッドの先端側が拡径するテーパと、ロッドに遊嵌され
   縮径によってロッドをクランプするクランプ部材と、上
   記テーパで押圧されてクランプ部材を縮径させる押圧部
   材とを備えている、ことを特徴とする請求項１に記載し
   た流体圧シリンダ。