WO2020054321A1

WO2020054321A1 - 流体圧シリンダ

Info

Publication number: WO2020054321A1
Application number: PCT/JP2019/032235
Authority: WO
Inventors: ▲高▼田芳行; 高桑洋二; 門田謙吾; 名倉誠一; 染谷和孝; 風間晶博
Original assignee: Smc株式会社
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2020-03-19
Also published as: TW202024489A

Abstract

流体圧シリンダ（１０）は、摺動孔（１４）が形成されたシリンダボディ（１２）と、摺動孔（１４）の一端と対向して配置された作動ピストン（１６）と、作動ピストン（１６）に連結されたピストンロッド（２２）と、摺動孔（１４）の他端と対向して配置された増力ピストン（２０）と、作動ピストン（１６）と増力ピストン（２０）との間に配置された中間部材（１８）と、を備え、シリンダボディ（１２）に設けられたロック機構（２７）により、作動ピストン（１６）及び増力ピストン（２０）のストローク途中で中間部材（１８）が摺動孔（１４）に固定される。

Description

流体圧シリンダ

　本発明は、流体圧シリンダに関する。

　クランプ装置やロック装置等の作業機械において、通常、作業工程の前半にあまり大きな駆動力を必要とせず、作業工程の後半に大きな駆動力を必要とする場合がある。このため、これらの作業機械に使用される流体圧シリンダとして、増力機構によりピストンロッドの前進ストローク後半の推力を増大させるようにした増力機構付きの流体圧シリンダが提案されている。

　例えば、特開２０１８－１７２６９号公報の流体圧シリンダでは、増力機構として、増力用ピストンを設け、ストロークの途中で、ピストンロッドに増力用ピストンをロックさせる。そして、ロックした増力用ピストンからの推力を追加することで、ストローク後半の推力を増加させる。

　増力機構付きの流体圧シリンダにおいて、構造を複雑化させることなく、さらなる作動流体の消費量の削減が求められている。

　そこで、本発明は、構造を複雑化することなく、作動流体の消費量をさらに削減できる流体圧シリンダを提供することを目的とする。

　本発明の一観点は、摺動孔が形成されたシリンダボディと、前記摺動孔の一端と対向して配置された作動ピストンと、前記作動ピストンに連結されたピストンロッドと、前記摺動孔の他端と対向して配置されるとともに、前記ピストンロッドに連結され増力ピストンと、前記作動ピストンと前記増力ピストンとの間に配置されるとともに、前記ピストンロッド及び前記摺動孔に対して摺動可能な中間部材と、前記作動ピストン及び前記増力ピストンのストローク途中で前記中間部材を前記摺動孔に固定するロック機構と、前記ロック機構に前記中間部材がロックされた際に、前記中間部材と前記増力ピストンとの間の第３圧力室に高圧エアを供給する増力エア供給機構と、を備えた流体圧シリンダにある。

　本発明の別の一観点は、上記観点に加えて、さらに、前記作動ピストンのヘッド側の第１圧力室と前記増力ピストンのエンド側の第２圧力室とに接続される駆動装置をさらに備え、前記駆動装置は、切換弁と、高圧エア供給源と、排気口と、チェック弁とを有し、前記切換弁の第１位置において、前記第１圧力室が前記高圧エア供給源に連通するとともに、前記第２圧力室が前記排気口に連通し、前記切換弁の第２位置において前記第１圧力室が前記チェック弁を介して前記第２圧力室に接続されるとともに前記第１圧力室が前記排気口に連通する、流体圧シリンダにある。

　上記観点の流体圧シリンダによれば、中間部材が摺動孔に固定されるまでは、増力ピストンに作動流体が供給されないため、作動流体の消費量を抑制できる。また、増力ピストンが予めピストンロッドに固定されているため、ピストンロッド側に複雑なロック機構を設ける必要がないので、構造が簡素化され信頼性も向上する。

本発明の実施形態に係る流体圧シリンダの斜視図である。図１の流体圧シリンダの断面図である。図３Ａは、図２のスイッチ機構の拡大断面図であり、図３Ｂは図３Ａのスイッチ機構を、検知ピンが押圧された状態で示す拡大断面図である。図４Ａは、図２のロック機構の拡大断面図であり、図４Ｂは図４Ａのロック機構をロックした状態で示す拡大断面図である。図１の流体圧シリンダ及び駆動装置の流体回路図である。図１の流体圧シリンダのロック機構が作動した状態の断面図である。図１の流体圧シリンダのピストンユニットがストロークエンドに到達した状態の断面図である。図１の流体圧シリンダの駆動装置の復帰工程における流体回路図である。図１の流体圧シリンダの復帰途中の断面図である。図１の流体圧シリンダのピストンユニットが始端位置に到達した状態の断面図である。

　以下、本発明の好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上、誇張されて実際の比率とは異なる場合がある。また、以下の説明において、ストロークの始端側をヘッド側（一端側）とも呼び、ストロークエンド側をエンド側（他端側）とも呼ぶものとする。また、本明細書において、エアとは気体状の作動流体一般を意味するものであり、空気に限定されるものではない。

　実施形態に係る流体圧シリンダ１０は、図１に示すように、軸方向に長く延びた角型のシリンダボディ１２を備えている。シリンダボディ１２は、例えばアルミニウム合金等の金属材料によって形成されている。図２に示すように、シリンダボディ１２の内部には、円形の摺動孔１４（シリンダ室）が形成されている。図１に示すように、シリンダボディ１２は、ヘッド側に設けられたヘッド側本体部２８とエンド側に設けられたエンド側本体部３０とを備え、両者は複数の連結ロッド又はボルト１２ｃにより、軸方向に締結されている。ヘッド側本体部２８のヘッド側の端部付近にはヘッド側ポート２４が形成されている。また、エンド側本体部３０のエンド側端部付近には、エンド側ポート２６が形成されている。流体圧シリンダ１０は、作動工程において、ヘッド側ポート２４から高圧のエア（作動流体）を供給し、エンド側ポート２６から内部のエアの排気を行うことにより、ピストンロッド２２を突出させるように構成されている。その際に、ヘッド側本体部２８は、大きなストローク動作を生み出し、エンド側本体部３０はストローク後半において追加の推力を発生させるように構成されている。

　図２に示すように、シリンダボディ１２のヘッド側本体部２８は、摺動孔１４の一部を構成する大径部１４ａと、ヘッド側ポート２４と、接続部２８ｃとを備える。大径部１４ａは、側壁２８ｂの内方に形成された断面が円形の中空部であり、軸方向に延在している。大径部１４ａの一端には、ヘッド側本体部２８のヘッド部２８ａが形成されており、このヘッド部２８ａにより摺動孔１４のヘッド側が封じられている。

　ヘッド部２８ａの近傍には、ヘッド側ポート２４が側壁２８ｂを貫通するように形成され、大径部１４ａと連通している。ヘッド側ポート２４には、開口部２４ａが形成され、この開口部２４ａを介して第１流路７６と連通している。第１流路７６は、エンド側本体部３０に向けて軸方向に延在している。

　ヘッド側本体部２８のエンド側には、外径が円筒状に形成された肉薄の接続部２８ｃが形成されている。接続部２８ｃが、エンド側本体部３０の収容部３０ｂに収容されることで、ヘッド側本体部２８とエンド側本体部３０とが接続されるように構成されている。接続部２８ｃの外周部には、摺動孔１４からのエア漏れを防ぐためのパッキン２８ｄが取り付けられている。

　一方、シリンダボディ１２のエンド側本体部３０には、軸方向に延在する貫通孔３０ａが形成されている。貫通孔３０ａの他端部は、ロッドカバー３２により封じられている。また、シリンダボディ１２は、エンド側ポート２６と、ロック機構２７と、スイッチ機構３１と、第１流路７６と、第２流路８２と、第３流路８３とを有する。貫通孔３０ａは、エンド側本体部３０の側壁３０ｃの内側に形成された、円形の中空部であり、ヘッド側から順に、収容部３０ｂ、小径部１４ｂ、ロッドカバー装着部３０ｄ、及び係止溝３０ｅが形成されている。

　収容部３０ｂは、接続部２８ｃの外径と略同じ径に形成されており、接続部２８ｃを挿入可能に構成されている。収容部３０ｂは、接続部２８ｃのパッキン２８ｄと密着することで、摺動孔１４を気密に封止する。

　小径部１４ｂは、ヘッド側本体部２８の大径部１４ａの内径よりも僅かに小さな内径に形成されており、摺動孔１４内において、小径部１４ｂは径方向内方に突出している。この小径部１４ｂにおいて、後述する増力ピストン２０が作動して、ストローク後半での推力を発生させるように構成されている。小径部１４ｂの軸方向の長さは、推力を増加させたいストロークの長さに応じて適宜設定される。

　ロッドカバー装着部３０ｄは、貫通孔３０ａのエンド側に設けられており、ロッドカバー３２が装着されるようにロッドカバー３２の外径に合わせて形成されている。ロッドカバー装着部３０ｄには、第１流路７６と連通する開口部３０ｆと、第２流路８２と連通する開口部３０ｇとが形成されている。開口部３０ｆは、開口部３０ｇよりもエンド側に形成されている。また、係止溝３０ｅは、ロッドカバー３２の抜け止め用の抜け止めクリップ１９を装着するために形成された溝であり周方向に全域に亘って環状に形成されている。抜け止めクリップ１９は、図１に示すように、周方向の一部が切り欠かれた環状の板部材であり、係止溝３０ｅに挿入された抜け止めクリップ１９は弾性復元力により係止溝３０ｅに係合する。抜け止めクリップ１９は、ロッドカバー３２のエンド側と当接してロッドカバー３２の脱落を阻止する。

　ロッドカバー３２は、略円柱状に形成されており、その外周部には、第１環状溝３２ｃ及び第２環状溝３２ｄが形成されるとともに、円形リング状のパッキン３２ｅ、３２ｆ、３２ｇが装着されている。パッキン３２ｅは、ロッドカバー３２と小径部１４ｂとの間に配置されて、摺動孔１４を気密に封止する。パッキン３２ｅのエンド側には、第１環状溝３２ｃが形成されている。第１環状溝３２ｃは、ロッドカバー３２の周方向の全周に亘って形成されるとともに、開口部３０ｇと軸方向に同じ位置に形成されており、開口部３０ｇを介して第２流路８２と連通している。

　また、第１環状溝３２ｃのエンド側にはパッキン３２ｆが設けられている。パッキン３２ｆは、第１環状溝３２ｃを気密に封止する。パッキン３２ｆのエンド側には、第２環状溝３２ｄが形成されている。第２環状溝３２ｄは、ロッドカバー３２の周方向の全周に亘って形成されるとともに、開口部３０ｆと軸方向に同じ位置に形成されている。第２環状溝３２ｄは、開口部３０ｆを介して第１流路７６と連通している。パッキン３２ｇは、第２環状溝３２ｄのエンド側に装着されており、第２環状溝３２ｄを気密に封止する。

　ロッドカバー３２の径方向の中心付近には、ピストンロッド２２を挿通するための貫通孔３２ａが軸方向に延びて形成されている。貫通孔３２ａには、ピストンロッド２２に沿ったエアの漏えいを阻止するロッドパッキン３３が設けられている。また、ロッドカバー３２には、スイッチ機構３１が設けられている。

　図３Ａに示すように、スイッチ機構３１は、ロッドカバー３２を軸方向に貫通する孔部６８と、その孔部６８に挿入された検知ピン６６とを備えている。孔部６８は、エンド側に形成された拡径部６８ａと、ヘッド側に形成された縮径部６８ｂとを有している。拡径部６８ａは、検知ピン６６の外径よりも大きな内径を有している。その一方で縮径部６８ｂは検知ピン６６の基軸部６６ｂの外径と略同じサイズの内径を有している。拡径部６８ａは、径方向外方に延びる連通孔７８を介して第２環状溝３２ｄと連通している。すなわち、拡径部６８ａは、連通孔７８、第２環状溝３２ｄ、開口部３０ｆを介して第１流路７６と連通している。一方、縮径部６８ｂは、径方向外方に延びる連通孔８０を介して第１環状溝３２ｃと連通している。すなわち、縮径部６８ｂは、連通孔８０、第１環状溝３２ｃ及び開口部３０ｇを介して第２流路８２と連通している。

　検知ピン６６は、縮径部６８ｂと略同じ外径に形成された基軸部６６ｂと、基軸部６６ｂから摺動孔１４側に延び出る突出部６６ａとを備える。基軸部６６ｂの外周部には環状の溝部６６ｅ１が形成されており、その溝部６６ｅ１に円形リング状のパッキン６６ｅが装着されている。パッキン６６ｅが弾性変形しつつ縮径部６８ｂと当接して連通孔７８と連通孔８０とを気密に封止する。孔部６８のエンド側には孔部６８を封止する蓋部材７１が設けられ、ヘッド側には検知ピン挿通部７４が設けられている。蓋部材７１は、抜け止めピン７１ｂで係止されている。蓋部材７１の外周面には、パッキン７１ａが装着されており、蓋部材７１は、孔部６８を気密に封止する。

　検知ピン挿通部７４には、検知ピン挿通孔７４ａが設けられており、その検知ピン挿通孔７４ａに、検知ピン６６の突出部６６ａが軸方向に摺動可能に挿入されている。検知ピン挿通部７４にはパッキン７４ｂ、７４ｃが設けられており、摺動孔１４と孔部６８とが気密に封止されている。蓋部材７１と検知ピン６６との間には、コイルばね等の弾性部材７０が配置されている。この弾性部材７０は、検知ピン６６の基軸部６６ｂをヘッド側（摺動孔１４側）に押圧するように構成されている。検知ピン６６の突出部６６ａは、弾性部材７０からの付勢力により押圧され、摺動孔１４内に突出した状態に保たれる。また、この状態では検知ピン６６のパッキン６６ｅが縮径部６８ｂの内周面と当接することにより、検知ピン６６が連通孔７８と連通孔８０の連通を阻止する。

　検知ピン６６は、孔部６８に沿って軸方向に移動可能に構成されている。図３Ｂに示すように、検知ピン６６がエンド側に変位すると、パッキン６６ｅが拡径部６８ａに移動して、パッキン６６ｅと孔部６８との間に隙間が生じる。基軸部６６ｂの外周部には、溝部６６ｃが形成されており、溝部６６ｃを介して拡径部６８ａと縮径部６８ｂとが連通する。この状態では、連通孔７８と連通孔８０とが、拡径部６８ａ及び縮径部６８ｂを介して連通する。このようなスイッチ機構３１は、第２流路８２を介してロック機構２７（図４Ａ参照）と連通している。

　ロック機構２７は、図４Ａに示すように、空洞部８６と、空洞部８６に挿入されたロックピン９０と、空洞部８６を封止するカバー部材８４と、を備える。空洞部８６は、図の上下方向に延びる軸を中心とする円形に形成されており、エンド側本体部３０の側壁３０ｃの厚み方向に所定深さにまで形成されている。空洞部８６の下端部（内側の端部）には、ロックピン９０を挿通させる挿通孔８６ｄが形成されている。

　空洞部８６の上端部（外側の端部）には、カバー部材８４が配置されている。カバー部材８４は、リング状の係止具８４ａによって空洞部８６内に係止されている。カバー部材８４の外周部には、パッキン８４ｂが設けられており、このパッキン８４ｂにより空洞部８６の内部が気密に封止される。

　ロックピン９０は、上端部（外側の端部）に形成された受圧部９２と、受圧部９２から下方に延び出たピン本体部９４と、その中心軸付近に形成されたエア導入孔９６と、エア導入孔９６内に設けられたチェックバルブ９８とを備える。受圧部９２は、空洞部８６の内径と略等しい外径に形成された幅広の部分であり、その外周部にはリング状のパッキン９２ａが装着されている。受圧部９２は、空洞部８６を第１の空室８６ａと第２の空室８６ｂとに区画する。第１の空室８６ａには、第２流路８２が連通している。また、第２の空室８６ｂには第３流路８３が連通している。受圧部９２は、第１の空室８６ａと第２の空室８６ｂとの圧力差を受けて、ロックピン９０を駆動させるように構成されている。また、受圧部９２の第２の空室８６ｂ側には、ロックピン９０の復帰動作を補助するための弾性部材１０２が設けられている。

　ピン本体部９４は、受圧部９２よりも小さな径に形成されており、受圧部９２から摺動孔１４に向けて延在している。ピン本体部９４の下端部は挿通孔８６ｄに挿入されている。ピン本体部９４は、挿通孔８６ｄのパッキン９４ａにより封止されつつ挿通孔８６ｄを挿通することで、摺動孔１４に向けて突出可能に構成されている。

　エア導入孔９６は、ロックピン９０の中心部を軸方向に貫通して形成されている。エア導入孔９６の上端部（外側の端部）には、弾性材料よりなる環状のダンパ８８が装着されている。ダンパ８８の下にはストッパ９７が装着され、さらにその下にチェックバルブ９８を構成する弁体９８ａが配置されている。弁体９８ａは、図の上端が閉塞されたカップ状に形成された部材でありその上端には、ストッパ９７に密着することで内孔９７ａを閉塞する円環状の突起部９８ｂを有する。また、弁体９８ａの外周部には、弁体９８ａの突起部９８ｂをストッパ９７に押し付ける方向に付勢する弾性部材１００が装着されている。さらに、チェックバルブ９８の下には、弁体９８ａよりも小さな内径に形成され、摺動孔１４側に連通する連通孔部９６ｃが形成されている。図示の状態では、弁体９８ａの突起部９８ｂがストッパ９７に接触し、さらにストッパ９７の外周部がパッキン９７ｂによって封止されることで、摺動孔１４と第２流路８２との連通を阻止する。

　ロック機構２７は、図４Ｂに示すように、第２流路８２を介して相対的に高い圧力のエアが第１の空室８６ａに流入すると、ロックピン９０が下降するように構成されている。この場合には、摺動孔１４側に突出する。適切なタイミングでロックピン９０が下降することで、ロックピン９０の先端部が中間部材１８の係合凹部５０に係合して、中間部材１８を摺動孔１４に固定するように構成されている。

　また、第２流路８２を介して相対的に高い圧力のエアがストッパ９７の内孔９７ａに流入すると、チェックバルブ９８の弁体９８ａが下降する。そして、摺動孔１４と第２流路８２との封止が解除されるように構成される。すなわち、第２流路８２からのエアが摺動孔１４側に流入可能となる。

　図２に示すように、エンド側ポート２６は、摺動孔１４のエンド側の端部の近傍に設けられており、摺動孔１４と連通している。第３流路８３は、エンド側ポート２６と連通している。

　摺動孔１４の内部には、作動ピストン１６と、中間部材１８と、増力ピストン２０と、を備えたピストンユニット２３が配設されている。ピストンユニット２３は、摺動孔１４内を軸方向に摺動可能に収容され、摺動孔１４の内部を、ヘッド側ポート２４側の第１圧力室２１４ａとエンド側ポート２６側の第２圧力室２１４ｂとに仕切っている。本実施形態において、ピストンユニット２３は、ヘッド側に設けられた作動ピストン１６と、エンド側に設けられた増力ピストン２０と、作動ピストン１６と増力ピストン２０との間に配置された中間部材１８と、中間部材１８と作動ピストン１６との間に配置された付勢部材４４とを備えている。そのうち、作動ピストン１６及び増力ピストン２０は、ピストンロッド２２に連結されている。

　作動ピストン１６は、ピストンロッド２２から径方向外方に突出した円形のピストン本体３５と、ピストン本体３５の外周部に装着されたウエアリング３８と、ピストン本体３５の外周部に装着されたマグネット４０と、ピストン本体３５の外周部に装着された円形リング状のパッキン４２と、ピストン本体３５の基端面に装着されたダンパ３４とを有する。

　ピストン本体３５の外周面には、ウエアリング配置溝３８ａと、マグネット配置溝４０ａと、パッキン装着溝４２ａとが設けられている。ウエアリング配置溝３８ａは、ピストン本体３５の基端付近に設けられている。マグネット配置溝４０ａは、ウエアリング配置溝３８ａのエンド側に隣接して配置され、パッキン装着溝４２ａは、ウエアリング配置溝３８ａのさらにエンド側に配置されている。ウエアリング配置溝３８ａ、マグネット配置溝４０ａ及びパッキン装着溝４２ａは、いずれも周方向の全周に亘って延在する円形リング状に形成されている。

　ピストン本体３５のヘッド側の端面３５ａには、円形リング状のダンパ装着溝３４ａが形成されている。ダンパ装着溝３４ａにはダンパ３４が装着される。ダンパ３４は、例えばゴム材やエラストマー材等の弾性材料よりなり、円形リング状に形成されている。ダンパ３４は、ピストン本体３５の端面３５ａよりもヘッド側に突出することにより、ピストン本体３５の復帰の際に、ヘッド部２８ａとピストン本体３５との衝突を防ぐように構成されている。

　ピストン本体３５のエンド側の端面３５ｂには、ピストン本体３５のエンド側の端面（中間部材１８に対向する面）には、付勢部材装着溝３５ｃが形成されている。この付勢部材装着溝３５ｃには、後述する付勢部材４４が装着される。

　ピストン本体３５は、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金等の金属材料や、硬質樹脂等により形成されてなる。パッキン４２は、ゴム材やエラストマー材等の弾性材料からなるリング状のシール部材（例えば、Ｏリング）である。パッキン４２は、摺動孔１４の内周面に摺動可能に接触している。パッキン４２により、作動ピストン１６と摺動孔１４の内周面との間がシールされ、摺動孔１４の第１圧力室２１４ａが気密に仕切られる。

　ウエアリング３８は、例えば、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）のような低摩擦性と耐摩耗性を備えた合成樹脂材料や、金属材料（例えば、軸受鋼）等よりなる。マグネット４０は、例えば、リンク状に形成されたフェライト磁石又は希土類磁石等よりなる。マグネット４０は、周方向に分割されたものを用いてもよい。

　中間部材１８は、ピストンロッド２２の径方向外方に突出した円形の中間部本体４６と、中間部本体４６の中心部に形成された挿通孔４６ｄと、中間部本体４６の外周面に設けられたウエアリング５４、５６と、中間部本体４６の外周面に設けられたパッキン５２と、中間部本体４６の外周面に設けられた係合凹部５０とを備える。

　中間部本体４６の挿通孔４６ｄは、ピストンロッド２２の径よりも僅かに大きな内径に形成されており、ピストンロッド２２に対して軸方向に挿通可能に構成されている。挿通孔４６ｄの内周面には、円環状のパッキン装着溝４８ａが形成されており、そのパッキン装着溝４８ａに円形リング状のパッキン４８が装着されている。また、パッキン４８のヘッド側の挿通孔４６ｄには、挿通孔４６ｄを径方向外方に広げた環状の切欠部５５が形成されている。

　中間部本体４６の外周面には、係合凹部５０と、パッキン装着溝５２ａと、ウエアリング配置溝５４ａ、５６ａとが設けられている。ウエアリング配置溝５４ａは、中間部本体４６のヘッド側の端部に設けられ、ウエアリング配置溝５６ａは中間部本体４６のエンド側の端部に設けられている。ウエアリング配置溝５６ａにはウエアリング５６が装着され、ウエアリング配置溝５４ａにはウエアリング５４が装着される。ウエアリング５６には、周方向の一部を切り欠いてなる増力エア通路５６ｂが設けられている。この増力エア通路５６ｂは、第３圧力室２１４ｃ（図６参照）と連通する。

　係合凹部５０は、中間部本体４６の外周面の周方向の全周に亘って環状に形成されている。係合凹部５０の軸方向の幅は、ロック機構２７のロックピン９０の先端部の直径よりも同等又はこれよりも僅かに大きく形成されている。係合凹部５０とウエアリング配置溝５４ａとの間には、パッキン装着溝５２ａが形成されている。そのパッキン装着溝５２ａにはパッキン５２が装着される。パッキン４８及びパッキン５２によって、中間部材１８と増力ピストン２０との間に生じる第３圧力室２１４ｃ（図７参照）と、中間部材１８と作動ピストン１６との間の第４圧力室２１４ｄとが気密に仕切られる。

　中間部本体４６のヘッド側の端面４６ａには、円環状の付勢部材装着溝４６ｃが形成されている。付勢部材４４は、他端が付勢部材装着溝４６ｃに装着され、一端が付勢部材装着溝３５ｃに装着される。付勢部材４４は、例えば、コイルばね等の弾性部材よりなり、その弾性復元力により、中間部材１８を作動ピストン１６から離間する方向に付勢する。

　増力ピストン２０は、ピストンロッド２２から径方向外方に突出した円形のピストン本体５８と、ピストン本体５８の外周部に装着された円形リング状のパッキン６０と、ピストン本体５８のエンド側の端面に装着されたダンパ３６と、ピストン本体５８の内周部に装着された円形リング状のパッキン５９とを有する。

　ピストン本体５８の外周面には、パッキン装着溝６０ａが設けられている。パッキン装着溝６０ａは、いずれも周方向の全周に亘って延在する円形リング状に形成されている。パッキン装着溝６０ａにはパッキン６０が装着される。ピストン本体５８は、摺動孔１４の大径部１４ａよりも小さな外径に形成されており、パッキン６０は、大径部１４ａとは密着しないように構成されている。したがって、大径部１４ａにおいては、ピストン本体５８と大径部１４ａの内周面との隙間を介して気体が流通可能となっている。その一方で、ピストン本体５８は、小径部１４ｂにおいて、そのパッキン６０が小径部１４ｂと気密に封止する。すなわち、小径部１４ｂにおいて、ピストン本体５８は、第３圧力室２１４ｃと第２圧力室２１４ｂとを気密に仕切る。

　ピストン本体５８のエンド側の端面５８ｂには、円形リング状のダンパ装着溝３６ａが形成されている。ダンパ装着溝３６ａにはダンパ３６が装着される。ダンパ３６には、径方向に貫通する不図示の溝が形成されている。ダンパ３６は、ゴム材やエラストマー材等の弾性材料よりなり、ストロークエンドにおいて、ピストン本体５８とロッドカバー３２との衝突を緩和するように構成されている。図７のようなストロークエンドにおいて、ダンパ３６の全体がロッドカバー３２に押し付けられた場合であっても、上記の溝により、ダンパ３６の内側と外側との間で、作動流体（エア）が流通することができるように構成されている。

　ピストンロッド２２は、エンド側の第１ロッド６２とヘッド側の第２ロッド６４とで構成されており、両者がねじ機構により締結された構造となっている。ピストンロッド２２の内部には、第２圧力室２１４ｂと第４圧力室２１４ｄとに連通するロッド内流路６３が形成されている。

　以下、図５及び図８を参照しつつ、上記の流体圧シリンダ１０と駆動装置１２０とを有するシリンダ装置２００について説明する。

　流体圧シリンダ１０の駆動装置１２０は、チェック弁１０５と、高圧エア供給源１０４と、絞り弁１０６と、排気口１０８と、切換弁１１０と、所定の配管とを備えてなる。この駆動装置１２０は、作動工程において、摺動孔１４の第１圧力室２１４ａに高圧流体を供給するとともに、復帰工程では、第１圧力室２１４ａに蓄積された流体の一部を、第２圧力室２１４ｂに向けて供給するように構成されている。

　切換弁１１０は、例えば５ポート２位置型のバルブであり、第１ポート１１０ａ～第５ポート１１０ｅを有し、第１位置と第２位置との間で切り替え可能となっている。第１ポート１１０ａは、配管により第１圧力室２１４ａに接続されるとともに、チェック弁１０５の上流側に接続されている。第２ポート１１０ｂは、配管により第２圧力室２１４ｂに接続されている。第３ポート１１０ｃは、配管により高圧エア供給源１０４に接続されている。第４ポート１１０ｄは、配管により絞り弁１０６を介して排気口１０８に接続されている。第５ポート１１０ｅは、配管によりチェック弁１０５の下流側に接続されている。

　図５に示すように、切換弁１１０が第１位置にあるときは、第１ポート１１０ａと第３ポート１１０ｃがつながり、かつ、第２ポート１１０ｂと第４ポート１１０ｄとがつながる。また、図８に示すように、切換弁１１０が第２位置にあるときは、第１ポート１１０ａと第４ポート１１０ｄとがつながり、かつ、第２ポート１１０ｂと第５ポート１１０ｅとがつながる。切換弁１１０は、高圧エア供給源１０４からのパイロット圧又は電磁弁により、第１位置と第２位置とに切り替わる。

　チェック弁１０５は、切換弁１１０が第２位置にあるときは、ヘッド側ポート２４からエンド側ポート２６に向かうエアの流れを許容し、エンド側ポート２６からヘッド側ポート２４に向かうエアの流れを阻止する。

　絞り弁１０６は、排気口１０８から排出されるエアの量を制限するために設けられており、排出流量を調整することができるよう、通路面積を変更可能な可変絞り弁として構成されている。

　なお、チェック弁１０５と第５ポート１１０ｅとをつなぐ配管の途中に、エアタンクを設けて、ヘッド側ポート２４からエンド側ポート２６に供給されるエアを蓄積するようにしてもよい。エアタンクを設けることにより、復帰動作時に第２圧力室２１４ｂに満たすのに十分な量のエアを蓄積することができ、復帰動作を安定化させることができる。この場合、エアタンクの容量は、例えば、第１圧力室２１４ａの最大容量の約半分に設定してもよい。なお、配管の容積が十分に確保できる場合には、エアタンクは不要である。

　流体圧シリンダ１０及びその駆動装置１２０は以上のように構成されるものであり、以下、その作用及び動作について説明する。

（作動工程）
　図５に示すように、流体圧シリンダ１０の作動工程は、駆動装置１２０の切換弁１１０を第１位置として行う。高圧エア供給源１０４からの高圧エアは、切換弁１１０の第１ポート１１０ａを介して、ヘッド側ポート２４に供給される。なお、高圧エアとは、大気圧よりも高い圧力のエアをいうものとする。チェック弁１０５は第５ポート１１０ｅに接続されており、チェック弁１０５側には高圧エアは流れない。エンド側ポート２６は、切換弁１１０の第２ポート１１０ｂに接続されており、絞り弁１０６を介して排気口１０８につながっている。

　図２に示すように、ヘッド側ポート２４に供給された高圧エアは、摺動孔１４の第１圧力室２１４ａに流入する。作動ピストン１６に隣接する第４圧力室２１４ｄは、ロッド内流路６３を介して第２圧力室２１４ｂと連通している。したがって、作動ピストン１６には、ピストン本体３５の端面３５ａの表面積と第１圧力室２１４ａ及び第４圧力室２１４ｄの圧力差に相応する駆動力が作用し、作動ピストン１６がストロークエンドに向けて押し出される。中間部材１８、増力ピストン２０及びピストンロッド２２は、作動ピストン１６と一体的に変位する。第２圧力室２１４ｂのエアは、エンド側ポート２６を介して排気される。

　増力ピストン２０のパッキン６０は、摺動孔１４の大径部１４ａの内側面とは当接しないため、第３圧力室２１４ｃと第２圧力室２１４ｂとの間でエアが自由に流通可能となっている。また、中間部材１８は、付勢部材４４によって増力ピストン２０側に押し付けられている。なお、スイッチ機構３１において連通孔７８と連通孔８０とが検知ピン６６によって閉塞される。そのため、高圧エアがロック機構２７に供給されることはなく、ロックピン９０は上端側に引き込まれた状態に保たれる。

　この作動工程では、作動ピストン１６に隣接する第１圧力室２１４ａに流入する高圧エアのみで駆動される。

（増力工程）
　ピストンユニット２３がストロークエンド側に変位すると、図６に示すように、増力ピストン２０が小径部１４ｂに押し込まれる。そして、増力ピストン２０のパッキン６０が弾性変形しつつ小径部１４ｂの内周面と当接することにより、第２圧力室２１４ｂと第３圧力室２１４ｃとが気密に隔てられる。また、増力ピストン２０のダンパ３６が、スイッチ機構３１の検知ピン６６に当接する。そして、ピストンユニット２３のストローク動作に伴って、弾性部材７０の付勢力に抗して検知ピン６６がエンド側に押し出される。図３Ｂに示すように、パッキン６６ｅが縮径部６８ｂから外れて拡径部６８ａに移動する。それにともない、パッキン６６ｅが孔部６８の内周面から離間し、連通孔７８と連通孔８０とが、検知ピン６６の外周部に形成された溝部６６ｃを介して連通する。その結果、第１流路７６の高圧エアが第２流路８２に流れ込む。

　図４Ｂに示すように、第２流路８２に高圧エアが供給されると、第１の空室８６ａと第２の空室８６ｂとの圧力差によって受圧部９２が摺動孔１４側に押圧され、ロックピン９０の先端が摺動孔１４内に突出する。ロックピン９０の先端部は、中間部材１８の係合凹部５０に係合し、中間部材１８のストローク動作を阻止する。これにより、中間部材１８は、増力ピストン２０側の第２圧力室２１４ｂ及び第３圧力室２１４ｃと作動ピストン１６側の第１圧力室２１４ａ及び第４圧力室２１４ｄとを隔てる隔壁として機能する。その結果、流体圧シリンダ１０は、増力ピストン２０と、作動ピストン１６とがタンデムに動作し、いわゆるタンデム型のエアーシリンダと同様に作用する。

　図中の矢印に示すように、高圧エアはロックピン９０内のチェックバルブ９８を通過し、中間部材１８の外周部と摺動孔１４の内周面との間の隙間を介して第３圧力室２１４ｃに流れ込む。その結果、図６に示すように、増力ピストン２０には、第３圧力室２１４ｃと第２圧力室２１４ｂとの圧力差によって矢印に示す方向の駆動力が作用する。この増力ピストン２０に作用する駆動力が、作動ピストン１６に作用する駆動力に加わることにより、ピストンロッド２２の推力が倍増する。なお、第４圧力室２１４ｄのエアは、ロッド内流路６３を通じて第２圧力室２１４ｂに流れ、エンド側ポート２６を介して排気される。

　図７に示すように、増力ピストン２０による推力の増加は、増力ピストン２０のダンパ３６がロッドカバー３２に当接するストロークエンドまでの短い範囲において発揮される。増力ピストン２０の作動に要する高圧エアの量は、ストロークエンド付近の第３圧力室２１４ｃの容積だけであり、高圧エアの消費量を抑制できる。

（復帰工程）
　図８に示すように、復帰工程では、駆動装置１２０の切換弁１１０を第２位置にする。ヘッド側ポート２４は切換弁１１０の第１ポート１１０ａ及び第４ポート１１０ｄを介して絞り弁１０６とつながっており、第１圧力室２１４ａの高圧エアは絞り弁１０６を介して排気口１０８から排気される。また、第１圧力室２１４ａの高圧エアの一部は、チェック弁１０５を介してエンド側ポート２６に供給される。

　図９に示すように、復帰工程において高圧エアは、エンド側ポート２６から第２圧力室２１４ｂに流れ込むとともに、第３流路８３を介してロック機構２７の第２の空室８６ｂに流れ込む。また、第２圧力室２１４ｂの高圧エアは、ロッド内流路６３を介して第４圧力室２１４ｄにも流れ込む。

　第１流路７６及びヘッド側ポート２４を介した排気が進むにつれて、ロック機構２７の第２の空室８６ｂの圧力が第１の空室８６ａの圧力と同等又はそれ以上に増加する。そして、弾性部材１０２の付勢力と第２の空室８６ｂからの圧力により、ロックピン９０が上昇してロックピン９０の先端部が摺動孔１４の外側に退避する。すなわち、ロック機構２７による中間部材１８のロックが解除される。

　作動ピストン１６には、第４圧力室２１４ｄと第１圧力室２１４ａとの圧力差により、復帰方向への駆動力が作用する。この駆動力により、ピストンユニット２３が復帰方向に移動する。

　図１０に示すように、増力ピストン２０が摺動孔１４の大径部１４ａに移動すると、第３圧力室２１４ｃと第２圧力室２１４ｂとが連通する。その結果、付勢部材４４の付勢力によって、中間部材１８が増力ピストン２０と当接する。作動ピストン１６には、第４圧力室２１４ｄと第１圧力室２１４ａとの圧力差による復帰方向への駆動力が作用し、ピストンユニット２３はストロークの始端位置に復帰する。

　以上の復帰工程において、第２圧力室２１４ｂ及び第４圧力室２１４ｄに流入する高圧エアは、ヘッド側ポート２４から排出される高圧エアの一部から供給されるものである。したがって、復帰工程において高圧エア供給源１０４からの高圧エアの供給は不要となる。

　本実施形態に係る流体圧シリンダ１０は、以下の効果を奏する。

　流体圧シリンダ１０は、作動ピストン１６及び増力ピストン２０のストローク途中で中間部材１８を摺動孔１４に固定するロック機構２７を備える。この構成によれば、ピストンロッド２２以外の場所にもロック機構を設けることができるので、装置構成が簡素化され、動作の信頼性が向上する。

　流体圧シリンダ１０において、ロック機構２７は、作動ピストン１６及び増力ピストン２０のストロークエンドの近傍に設けられていてもよい。これにより、ストローク後半のみ増力用のエアを供給すればよくなるため、エア消費量を削減できる。

　流体圧シリンダ１０において、ロック機構２７に中間部材１８がロックされた際に、中間部材１８と増力ピストン２０との間の第３圧力室２１４ｃに高圧エアを供給する高圧エア供給源１０４（増力エア供給機構）を設けてもよい。これにより、装置構成が簡素化される。

　流体圧シリンダ１０において、中間部材１８は、中間部材１８の外周部及びピストンロッド２２との摺動部にパッキン４８、５２を備え、作動ピストン１６と中間部材１８との間の第４圧力室２１４ｄと第３圧力室２１４ｃとを気密に封止してもよい。これにより、増力ピストン２０に推力を発生させることができる。

　流体圧シリンダ１０であって、ピストンロッド２２は、増力ピストン２０のストロークエンド側の第２圧力室２１４ｂと第３圧力室２１４ｃと連通するロッド内流路６３を備えてもよい。これにより、中間部材１８がロックされても、第３圧力室２１４ｃのエアを第２圧力室２１４ｂを介して排気できる。

　流体圧シリンダ１０において、第４圧力室２１４ｄには、中間部材１８を増力ピストン２０側に付勢する付勢部材４４が設けられていてもよい。これにより、ロック機構２７による中間部材１８のロックを確実に行える。

　流体圧シリンダ１０において、摺動孔１４は、大径部１４ａと、エンド側に形成され大径部１４ａよりも小さな内径を有する小径部１４ｂと、を有するとともに、増力ピストン２０は大径部１４ａの内周面には接触せず、小径部１４ｂの内周面にのみ接触することにより、小径部１４ｂにおいてのみ第２圧力室２１４ｂと第３圧力室２１４ｃとを気密に隔てるようにしてもよい。これにより、復帰工程における第３圧力室２１４ｃのエアの排気が容易となる。

　流体圧シリンダ１０において、ロック機構２７は、摺動孔１４内に突出して中間部材１８と係合するロックピン９０を備える。これにより、装置構成を簡素化できる。

　流体圧シリンダ１０において、増力エア供給機構は、ロックピン９０の内部に形成されたエア導入孔９６と、エア導入孔９６に設けられたチェックバルブ９８と、を備えてもよい。これにより、ロックピン９０が突出したタイミングで、確実に増力用のエアを第３圧力室２１４ｃに供給することができる。

　流体圧シリンダ１０において、摺動孔１４のエンド側に設けられ、作動ピストン１６、中間部材１８及び増力ピストン２０よりなるピストンユニット２３の接近を検知してロック機構２７を作動させるスイッチ機構３１を備えてもよい。これにより、適切なタイミングでロック機構２７を動作させることができる。

　シリンダ装置２００は、流体圧シリンダ１０の第１圧力室２１４ａ及び第２圧力室２１４ｂに接続される駆動装置１２０をさらに備え、駆動装置１２０は、切換弁１１０と、高圧エア供給源１０４と、排気口１０８と、チェック弁１０５とを備え、切換弁１１０の第１位置において、第１圧力室２１４ａが高圧エア供給源１０４に連通するとともに、第２圧力室２１４ｂが排気口１０８に連通し、切換弁１１０の第２位置において第１圧力室２１４ａがチェック弁１０５を介して第２圧力室２１４ｂに接続されるとともに第１圧力室２１４ａが排気口１０８に連通してもよい。これにより、復帰工程において、第１圧力室２１４ａから排出される高圧エアの一部を第２圧力室２１４ｂに供給することができる。その結果、高圧エア供給源１０４から高圧エアを供給することなく復帰動作を行える。

　上記の流体圧シリンダ１０において、排気口１０８と第１圧力室２１４ａとの間に絞り弁１０６が設けられていてもよい。これにより、復帰工程の際に第２圧力室２１４ｂに供給されるエアの量を調整することができる。

　上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。すなわち、上記の実施形態では、流体圧シリンダ１０の駆動装置１２０を、流体圧シリンダ１０の外部に配置する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。駆動装置１２０を構成する部材の一部又は全部を、シリンダボディ１２内に内蔵させてもよい。

Claims

　摺動孔（１４）が形成されたシリンダボディ（１２）と、
　前記摺動孔の一端と対向して配置された作動ピストン（１６）と、
　前記作動ピストンに連結されたピストンロッド（２２）と、
　前記摺動孔の他端と対向して配置されるとともに、前記ピストンロッドに連結された増力ピストン（２０）と、
　前記作動ピストンと前記増力ピストンとの間に配置されるとともに、前記ピストンロッド及び前記摺動孔に対して摺動可能な中間部材（１８）と、
　前記作動ピストン及び前記増力ピストンのストローク途中で前記中間部材を前記摺動孔に固定するロック機構（２７）と、
　前記ロック機構に前記中間部材がロックされた際に、前記中間部材と前記増力ピストンとの間の第３圧力室（２１４ｃ）に高圧エアを供給する増力エア供給機構（１０４）と、
　を備えた流体圧シリンダ。
　請求項１記載の流体圧シリンダであって、前記ロック機構は、前記作動ピストン及び前記増力ピストンのストロークエンドの近傍に設けられている流体圧シリンダ。
　請求項２記載の流体圧シリンダであって、前記中間部材は、該中間部材の外周部及び前記ピストンロッドとの摺動部にシール部材（４８、５２）を備え、前記作動ピストンと前記中間部材との間の第４圧力室（２１４ｄ）と前記第３圧力室とを気密に封止する流体圧シリンダ。
　請求項３記載の流体圧シリンダであって、前記ピストンロッドは、前記増力ピストンのエンド側の第２圧力室（２１４ｂ）と前記第３圧力室と連通するロッド内流路（６３）とを備える流体圧シリンダ。
　請求項３又は４記載の流体圧シリンダであって、前記第４圧力室には、前記中間部材を前記他端に向けて付勢する付勢部材（４４）が設けられている流体圧シリンダ。
　請求項４記載の流体圧シリンダであって、前記摺動孔は、大径部（１４ａ）と、前記大径部のエンド側に形成され前記大径部よりも小さな内径を有する小径部（１４ｂ）と、を有し、前記増力ピストンは前記大径部の内周面には接触せず、前記小径部の内周面にのみ接触することにより、前記小径部においてのみ前記増力ピストンのエンド側の前記第２圧力室と前記第３圧力室とを気密に隔てる流体圧シリンダ。
　請求項１～６のいずれか１項に記載の流体圧シリンダであって、前記ロック機構は、前記摺動孔内に突出して前記中間部材と係合するロックピン（９０）を備える流体圧シリンダ。
　請求項７記載の流体圧シリンダであって、増力エア供給機構は、前記ロックピンの内部に形成されたエア導入孔（９６）と、前記エア導入孔に設けられたチェックバルブ（９８）と、を備えた流体圧シリンダ。
　請求項１～７のいずれか１項に記載の流体圧シリンダであって、前記摺動孔のエンド側に設けられ、前記作動ピストン、前記中間部材及び前記増力ピストンよりなるピストンユニット（２３）の接近を検知して前記ロック機構を作動させるスイッチ機構（３１）を備える流体圧シリンダ。
　請求項１記載の流体圧シリンダであって、前記作動ピストンのヘッド側の第１圧力室と前記増力ピストンのエンド側の第２圧力室とに接続される駆動装置をさらに備え、
　前記駆動装置は、切換弁（１１０）と、高圧エア供給源（１０４）と、排気口（１０８）と、チェック弁（１０５）とを有し、
　前記切換弁の第１位置において、前記第１圧力室が前記高圧エア供給源に連通するとともに、前記第２圧力室が前記排気口に連通し、
　前記切換弁の第２位置において前記第１圧力室が前記チェック弁を介して前記第２圧力室に接続されるとともに前記第１圧力室が前記排気口に連通する、
　流体圧シリンダ。
　請求項１０記載の流体圧シリンダであって、前記排気口と前記第１圧力室との間に絞り弁（１０６）が設けられる流体圧シリンダ。