倍力機構付きシリンダ装置
【課題】 倍力機構付きシリンダ装置を小形に造れるようにする。
【解決手段】 ハウジング（２）に第１ピストン（１０）を上下方向へ保密移動可能に挿入し、その第１ピストン（１０）の筒孔（１４）に第２ピストン（２０）を上下方向へ保密移動可能に挿入する。第１ピストン（１０）及び第２ピストン（２０）の下側にロック室（４０）を形成すると共に上側にリリース室（４２）を形成する。ロック室（４０）に供給された圧力流体が第１ピストン（１０）を上方へ押す力を倍力変換して第２ピストン（２０）に上向きに伝達するように、倍力機構（５２）を配置する。その記倍力機構（５２）は、ガイド筒（６）の筒壁（６ａ）に設けた複数の支持孔（５６）と、各支持孔（５６）に挿入された係合ボール（５８）と、第２ピストン（２０）の外周に下方へ狭まるように形成されたカム面（６２）と、第１ピストン（１０）の筒孔（１４）に下方へ狭まるように形成された倍力面（６４）とを備える。
【解決手段】 ハウジング（２）に第１ピストン（１０）を上下方向へ保密移動可能に挿入し、その第１ピストン（１０）の筒孔（１４）に第２ピストン（２０）を上下方向へ保密移動可能に挿入する。第１ピストン（１０）及び第２ピストン（２０）の下側にロック室（４０）を形成すると共に上側にリリース室（４２）を形成する。ロック室（４０）に供給された圧力流体が第１ピストン（１０）を上方へ押す力を倍力変換して第２ピストン（２０）に上向きに伝達するように、倍力機構（５２）を配置する。その記倍力機構（５２）は、ガイド筒（６）の筒壁（６ａ）に設けた複数の支持孔（５６）と、各支持孔（５６）に挿入された係合ボール（５８）と、第２ピストン（２０）の外周に下方へ狭まるように形成されたカム面（６２）と、第１ピストン（１０）の筒孔（１４）に下方へ狭まるように形成された倍力面（６４）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、倍力機構を付設したシリンダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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２００７−２６８６２５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。
【０００３】
出力ロッドとしてのクランプロッドがハウジングに上下方向へ移動可能に挿入される。上記ハウジングの下部内に挿入した倍力用の第１ピストンが上記クランプロッドに上下方向へ移動可能に外嵌されると共に、その第１ピストンの上下両側に第１ロック室と第１リリース室とが形成される。上記ハウジングの上部内に挿入したロッド用の第２ピストンがクランプロッドに固定されると共に、その第２ピストンの上下両側に第２ロック室と第２リリース室とが形成される。
そして、上記クランプロッドをロック駆動するときには、上記第１ロック室および第２ロック室に圧縮空気を供給して、上記第１ピストン及び第２ピストンを下向きに駆動する。すると、まず、上記ロック駆動の低負荷ストローク時に第２ピストンが当該クランプロッドを下向きに駆動し、その後の高負荷ストローク時に第１ピストンが倍力機構を介して当該クランプロッドを下向きに倍力駆動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】 特開２００７−２６８６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来技術では、第１ピストンと第２ピストンとを上下方向へ直列状に配置したので、ハウジングの背丈が高くなり、シリンダ装置が大形になる。
【０００６】
また、上記の従来技術では、第１ピストンの上側に形成した第１ロック室と第２ピストンの下側に形成した第２リリース室とを区画する必要があるので、ハウジングの途中高さ部に厚肉の仕切り壁を設ける必要がある。このため、ハウジングの背丈がさらに高くなり、シリンダ装置がさらに大形になる。
【０００７】
本発明の目的は、倍力機構付きシリンダ装置を小形に造れるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、例えば、図１から図３、図４、図５、図６Ａから図６Ｄ、図７に、それぞれ示すように、倍力機構付きシリンダ装置を次のように構成した。
【０００９】
ハウジング２に第１ピストン１０を軸方向へ保密移動可能に挿入する。その第１ピストン１０は、軸方向へ貫通された筒孔１４を有する。上記第１ピストン１０の上記筒孔１４に第２ピストン２０を軸方向へ保密移動可能に挿入する。その第２ピストン２０は、出力ロッド２６を有する。上記第１ピストン１０及び上記第２ピストン２０によって上記ハウジング２内を軸方向に区画してロック室４０及びリリース室４２を形成する。上記ロック室４０及びリリース室４２に圧力流体が給排される。上記ハウジング２の２つの端壁２ａ，２ｂのうちの一方の端壁から他方の端壁へガイド筒６を突出させる。上記ロック室４０に供給された圧力流体が上記第１ピストン１０を上記リリース室４２側へ押す力を当該リリース室４２へ向かう力に倍力変換して上記第２ピストン２０に伝達する倍力機構５２が配置される。上記倍力機構５２は、上記ガイド筒６の筒壁６ａに周方向へ所定の間隔をあけて形成されると共に半径方向へ貫通された支持孔５６と、各支持孔５６に挿入された係合ボール５８と、上記係合ボール５８が係合するように上記第２ピストン２０の外周に形成されたカム面６２であって上記ロック室４０へ向かうにつれて軸心に近づくように形成されたカム面６２と、上記第１ピストン１０の上記筒孔１４に形成されると共に上記ロック室４０へ向かうにつれて軸心に近づくように形成された倍力面６４と、を備える。
【００１０】
請求項１の発明は、次の作用効果を奏する。
本発明では、第１ピストンに貫通させた筒孔に第２ピストンを挿入することにより、上記２つのピストンを並列状に配置したので、２つのピストンを直列状に配置した前記の従来技術とは異なり、ハウジングの高さを大幅に小さくしてシリンダ装置をコンパクトに造れる。
また、本発明では、第１ピストン及び第２ピストンの両端側にリリース室およびロック室が形成されるので、前記の従来技術とは異なり、ハウジングの途中高さ部に厚肉の仕切り壁を設ける必要が無くなる。このため、ハウジングの背丈が低くなり、シリンダ装置がさらに小形になる。
【００１１】
また、前記の目的を達成するため、請求項２の発明は、例えば、図１から図３、図４、図６Ａから図６Ｄ、図７に、それぞれ示すように、倍力機構付きシリンダ装置を次のように構成した。
【００１２】
ハウジング２に第１ピストン１０を軸方向へ保密移動可能に挿入する。その第１ピストン１０は、軸方向へ貫通された筒孔１４を有する。上記第１ピストン１０の上記筒孔１４に第２ピストン２０を軸方向へ保密移動可能に挿入する。その第２ピストン２０は、出力ロッド２６を有する。上記第１ピストン１０及び上記第２ピストン２０によって上記ハウジング２内を軸方向に区画してロック室４０及びリリース室４２を形成する。上記ロック室４０及びリリース室４２に圧力流体が給排される。上記ロック室４０に供給された圧力流体が上記第１ピストン１０を上記リリース室４２側へ押す力を倍力変換して上記第２ピストン２０に伝達する倍力機構５２が配置される。また、上記ロック室４０内に保持バネ４７を装着し、その上記保持バネ４７が、上記第１ピストン１０と上記倍力機構５２とを介して上記第２ピストン２０を上記リリース室４２側へ付勢する。
【００１３】
上記の請求項２の発明は、前記の請求項１の発明と実質的に同じ作用効果を奏する。
【００１４】
本発明では、例えば、図１から図３に示すように、前記第２ピストン２０のピストン本体２４の受圧面積を前記出力ロッド２６の受圧面積よりも大きい値に設定することが好ましい。
この場合、第２ピストンを円滑にリリース駆動できる。
【００１５】
また、本発明では、例えば、図１から図３に示すように、前記第２ピストン２０のピストン本体２４の外径寸法を前記ガイド筒６の内径寸法よりも大きい値に設定することが好ましい。
この場合、第２ピストンを強力にロック駆動できる。
【００１６】
本発明では、例えば、図１から図３に示すように、前記出力ロッド２６を、前記ハウジング２の外方かつ前記リリース室４２側へ突出させてもよい。
【００１７】
また、本発明では、例えば、図６Ａから図６Ｄに示すように、前記出力ロッド２６を、前記ハウジング２の外方かつ前記ロック室４０側へ突出させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】 図１は、本発明の第１実施形態を示し、倍力機構付きシリンダ装置の立面視の断面図であって、後述の図２Ｃに相当する図である。
【図２】 図２Ａから図２Ｄは、上記シリンダ装置の作動説明図である。
【図３】 図３は、上記図２Ａ中の主要部の拡大図である。
【図４】 図４は、本発明の第２実施形態を示し、前記の図２Ｄに類似する図である。
【図５】 図５は、本発明の第３実施形態を示し、上記の図４に類似する図である。
【図６】 図６Ａから図６Ｄは、本発明の第４実施形態を示し、それぞれ、前記の図２Ａから図２Ｄに類似する図である。
【図７】 図７は、本発明の第５実施形態を示し、前記の図２Ａに類似する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１から図３は、本発明の第１実施形態を示している。まず、図１により、倍力機構付きシリンダ装置１の構造を説明する。
上記シリンダ装置１はハウジング２を有し、そのハウジング２が上端壁２ａと下端壁２ｂと胴部２ｃとを備える。上記ハウジング２が複数のボルトによってワークパレット等の固定側部材に固定されている（いずれも図示せず）。
【００２０】
上記ハウジング２内にシリンダ孔４が上下方向（軸方向）に形成され、そのシリンダ孔４内で、上記の上端壁２ａからガイド筒６が下方へ一体的に突出される。
上記シリンダ孔４に、倍力用の第１ピストン１０が外封止部材１２を介して上下方向へ保密移動可能に挿入される。上記第１ピストン１０に筒孔１４が上下方向へ貫通され、その筒孔１４に第２ピストン２０が上下方向へ移動可能に挿入される。
【００２１】
上記第２ピストン２０は、上記筒孔１４に内封止部材２２を介して保密状に挿入されるピストン本体２４と、そのピストン本体２４から上方へ一体的に突出された出力ロッド２６とを備える。上記出力ロッド２６は大径部２８と小径部３０とを有する。
その大径部２８の外周に設けたガイド面３２が前記ガイド筒６の筒孔に挿入される。上記ピストン本体２４の外径寸法は、上記ガイド筒６の内径寸法よりも大きい値に設定される。また、上記の小径部３０は、前記の上端壁２ａよりも上方へ突出されると共に、その上端壁２ａの貫通孔３４に上封止部材３６を介して保密状に挿入される。その上封止部材３６は、スクレーパの機能も備えている。
【００２２】
上記小径部３０の上部が、出力ロッド２６の出力部２６ａとして構成されている。
なお、前記ガイド筒６の筒壁６ａと上記出力ロッド２６との間には、直進ガイド手段（図示せず）が設けられている。その直進ガイド手段は、第２ピストン２０を上下方向へ真っ直ぐに案内すると共に上記第２ピストン２０が軸心回りに回転するのを防止するように機能する。
【００２３】
上記第１ピストン１０及び第２ピストン２０が、ハウジング２の内部空間を、下側のロック室４０と上側のリリース室４２との２つの室に区画している。
上記ロック室４０は、第１ピストン１０の下側の第１ロック室４０ａと第２ピストンの下側の第２ロック室４０ｂとを備える。これら２つのロック室４０ａ，４０ｂが、第１ピストン１０の下端面に形成した横溝４４によって連通可能になっている（後述の図２Ａを参照）。
前記リリース室４２は、第１ピストン１０の上側の第１リリース室４２ａと、出力ロッド２６の大径部２８の上側の第２リリース室４２ｂとを備える。これら２つのリリース室４２ａ，４２ｂが、ガイド筒６の筒壁６ａの上部に形成した横孔４６によって連通されている。
なお、上記第１ロック室４０ａに保持バネ４７が装着され、その保持バネ４７が第１ピストン１０を上方へ付勢している。また、第２ピストン２０において、ピストン本体２４の受圧面積は、出力ロッド２６の小径部３０の受圧面積よりも大きい値に設定される。
【００２４】
上記ロック室４０及びリリース室４２に対して、それぞれ、圧力流体としての圧縮空気が供給および排出される。即ち、上記ロック室４０には、ロック用圧縮空気の給排路４８を介してロックポート（図示せず）が連通される。また、上記リリース室４２には、リリース用圧縮空気の給排路５０を介してリリースポート（図示せず）が連通される。
【００２５】
上記リリース室４２内に倍力機構５２と切換機構５４とが配置される。上記の倍力機構５２は、ロック室４０に供給された圧縮空気が第１ピストン１０を上方（リリース室４２側）へ押す力を倍力変換して第２ピストン２０に伝達するように構成される。また、上記の切換機構５４は、第１ピストン１０をハウジング２と第２ピストン２０とに選択的に連結するように構成される。以下、上記の倍力機構５２と切換機構５４について詳しく説明する。
【００２６】
上記倍力機構５２は、次のように構成される。
ガイド筒６の筒壁６ａの下部に、４つの支持孔５６が、周方向へ所定の間隔をあけて形成されると共に半径方向へ貫通される。各支持孔５６に係合ボール５８が挿入される。上記係合ボール５８に対応させて出力ロッド２６の大径部２８の外周にカム溝６０が形成される。そのカム溝６０の底壁に形成したカム面６２は、下方へ向かうにつれて軸心に近づくように形成されている。換言すると、上記カム面６２は、下方のロック室４０へ向かうにつれて小径になるように形成されている。そして、上記の各カム面６２に係合ボール５８が係合可能になっている。
また、前記第１ピストン１０の前記筒孔１４の上半部分に倍力面６４が形成される。その倍力面６４は、テーパ面からなり、下方へ向かうにつれて（ロック室４０へ向かうにつれて）軸心に近づくように形成されている。
【００２７】
さらに、第１ピストン１０の上部には、倍力機構５２の倍力駆動の開始時に係合ボール５８を半径方向の内方へ押し出すための押部６６が設けられる。その押部６６は、第２ピストン２０の低負荷ストローク時に上記係合ボール５８を出力ロッド２６のガイド面３２へ向けて半径方向の内方へ押すように機能する。また、上記押部６６が係合ボール５８を半径方向の内方へ押す力は、前記倍力面６４が上記係合ボール５８を半径方向の内方へ押す力よりも小さくなるように、当該押部６６が形成される。
【００２８】
前記の切換機構５４は、第２ピストン２０の低負荷ストローク時に上記第１ピストン１０を上記ハウジング２に連結すると共に、上記第２ピストン２０の高負荷ストローク時に第１ピストン１０を上記倍力機構５２を介して上記第２ピストン２０に連結するように構成されている。この実施形態では、切換機構５４は、上記押部６６と係合ボール５８とガイド面３２とカム面６２とによって構成されている。
【００２９】
上記構成のシリンダ装置１は、図２Ａから図２Ｄと図３に示すように、次のように作動する。なお、図３は、図２Ａ中の切換機構５４の拡大図である。
図２Ａのリリース状態では、ロック室４０の圧縮空気が排出されると共にリリース室４２に圧縮空気が供給されている。これにより、リリース室４２の圧縮空気が第１ピストン１０を下降させると共に第２ピストン２０を下降させている。
上記リリース状態でハウジング２の上方にワーク（被押圧部材）Ｗが搬入される。
【００３０】
上記シリンダ装置１をロック駆動するときには、図２Ａのリリース状態において、リリース室４２の圧縮空気を排出すると共にロック室４０に圧縮空気を供給する。この状態では、出力ロッド２６のガイド面３２が係合ボール５８を半径方向の外方へ押し出して、第１ピストン１０の押部６６が係合ボール５８を介してガイド筒６の支持孔５６の上壁に受け止められる（即ち、第１ピストン１０がガイド筒６に連結される）ので、第１ピストン１０の上昇が阻止されている。
【００３１】
このため、図２Ｂ（低負荷ストロークの終期状態）に示すように、第２ピストン２０は、第１ピストン１０を置き残して低負荷で上昇していく。
より詳しくいえば、ロック室４０の圧縮空気の圧力と保持バネ４７の付勢力との合力が第１ピストン１０に上向き作用し、前記押部６６が係合ボール５８を出力ロッド２６のガイド面３２に押圧するので、その押圧力が第２ピストン２０の摺動抵抗となる。さらには、その第２ピストン２０には前記の封止部材２２，３６からも摺動抵抗が作用する。従って、第２ピストン２０は、上記の摺動抵抗に抗して上昇されていくのである。
そして、図２Ｂに示す低負荷上昇の終期には、係合ボール５８がカム面６２に係合し始める直前の状態となる。
【００３２】
上記第２ピストン２０が所定ストロークだけ上昇すると、図２Ｃ（倍力駆動の初期状態）に示すように、前記押部６６が係合ボール５８をカム面６２へ押し出して、倍力駆動が開始可能となる。これにより、第１ピストン１０とガイド筒６（ハウジング２）との連結が解除されると共に、第１ピストン１０の倍力面６４が係合ボール５８とカム面６２を介して第２ピストン２０を強力に上昇させ始める。この場合、前記の保持バネ４７の付勢力も第１ピストン１０を介して第２ピストン２０に作用するので、その第２ピストン２０がさらに強力に上昇される。
【００３３】
引き続いて、図２Ｄのロック状態に示すように、第１ピストン１０及び第２ピストン２０が僅かに上昇して出力ロッド２６の出力部２６ａがワークＷに接当し、そのワークＷが押圧される。その図２Ｄのロック状態では、出力ロッド２６の大径部２８の上側には余裕ストロークαが残されている。
上記ロック状態では、第１ピストン１０から倍力機構５２を介して第２ピストン２０に作用する力と上記第２ピストン２０に作用する空圧力との合力が上向きに作用して、上記出力ロッド２６がワークＷを強力に押圧する。なお、何らかの原因で前記ロック室４０の圧力が低下または消失した場合であっても、前記保持バネ４７の付勢力が倍力機構５２（倍力面６４，係合ボール５８，カム面６２等）の楔作用を介して上記ロック状態を機械的に保持するので、そのロック状態が確実に維持される。
【００３４】
上記図２Ｄのロック状態から図２Ａのリリース状態へ切換えるときには、その図２Ｄの状態で、ロック室４０の圧縮空気を排出すると共にリリース室４２に圧縮空気を供給すると、第１ピストン１０及び第２ピストン２０が下降していく。
これにより、図２Ｃに示すように、上記出力ロッド２６のカム面６２が係合ボール５８を半径方向の外方へ押圧し始める。引き続いて、図２Ｂに示すように、第１ピストン１０の下降が下端壁２ｂによって阻止され、これとほぼ同時に、上記出力ロッド２６のガイド面３２が係合ボール５８を半径方向の外方へ押し出す。このため、第１ピストン１０と第２ピストン２０との連結状態が解除されると共に、上記第１ピストン１０が係合ボール５８を介してガイド筒６に受け止められ、その第１ピストン１０の上昇が阻止される。その後、図２Ａに示すように、上下移動が阻止された第１ピストン１０に対して第２ピストン２０がさらに下降される。
【００３５】
なお、図２Ａ中の主要部の拡大図としての図３に示すように、ガイド筒６の筒壁６ａに設けた前記支持孔５６において、その半径方向の外側の上部（図３中の左上部）に逃し溝７０が形成される。その逃し溝７０の角部７１の先端Ｍと係合ボール５８の中心Ｇとを結ぶ直線ＧＭと、前記押部６６の角部６７の先端Ｎと係合ボール５８の中心Ｇとを結ぶ直線ＧＮとの交差角度θは、１０度から３０度の範囲内に設定することが好ましい。その理由は次のとおりである。
【００３６】
仮に、上記交差角度θが１０度よりも小さい場合には、押部６６が係合ボール５８を半径方向の内方へ押す力が過度に小さくなるので、その押部６６が係合ボール５８をカム溝６０へ押し込む力が過度に小さくなり、係合ボール５８がカム溝６０に円滑に係合しなくなるおそれがある。また、上記交差角度θが３０度よりも大きい場合には、上記の半径方向の内方へ押す力が過度に大きくなるので、押部６６が係合ボール５８を出力ロッド２６のガイド面３２へ押圧する力が過度に大きくなって、その出力ロッド２６（及び第２ピストン２０）が円滑に昇降しなくなったり、ガイド面３２の表面が損傷するおそれがある。従って、上記交差角度θは１０度から３０度の範囲内が好ましいのである。
【００３７】
図４、図５、図６Ａから図６Ｄ、図７は、それぞれ、本発明の第２実施形態から第５実施形態を示している。これらの別の実施形態においては、上記の第１実施形態の構成部材と同じ部材（または類似する部材）には原則として同一の参照数字を付けて説明する。
【００３８】
図４は、本発明の第２実施形態を示し、前記の図２Ｄに類似する図である。この第２実施形態は、ワークＷを固定するリンク式クランプ機構を前記シリンダ装置１に設けた場合を例示してある。この図４の第２実施形態は、上記の第１実施形態とは次の点で異なる。
【００３９】
前記ハウジング２は、テーブル等の固定台Ｔに取り付けられている。そのハウジング２の上端壁２ａよりも上方へ突出させた出力ロッド２６の上部に、第１ピン７６を介して、クランプ部材７７の左端部が上下方向に回転可能に支持される。そのクランプ部材７７の横方向の中間部に、第２ピン７８を介して、リンク部材７９の上部が回転可能に支持される。そのリンク部材７９の下部は、第３ピン８０を介して、上端壁２ａから上向きに突出させた支持部８１に回転可能に支持される。
【００４０】
上記シリンダ装置１のロック駆動時には、まず、図４に示すように、ロック室４０の圧縮空気が第２ピストン２０を介して出力ロッド２６を上昇させるので、倍力機構５２が倍力駆動の初期状態へ切り換えられると共にクランプ部材７７が時計回りの方向へ速やかに回転される。引き続いて、上記クランプ部材７７の右端部に設けた押ボルト８２がワークＷに上側から接当して上記出力ロッド２６に高負荷が作用したときに、上記ロック室４０の圧縮空気が第１ピストン１０と係合ボール５８とを介して上記出力ロッド２６を強力に押し上げ、これにより、上記クランプ部材７７が時計回りの方向へ強力に駆動される。
なお、上記シリンダ装置１のリリース駆動は、前記の第１実施形態で説明したように、上記ロック駆動とは逆の手順でなされる。
【００４１】
また、図４中の二点鎖線図に示すように、出力ロッド２６の大径部２８の外周部に、２分割された環状のカム部材８６，８６を上下移動不能かつ軸心回りに回転可能に装着し、上記カム部材８６に前記カム面６２及びガイド面３２を形成することが好ましい。このように第２ピストン２０とは別体にカム部材８６，８６を設けたので、上記カム面６２及びガイド面３２を硬化処理する際に、カム部材８６だけを処理すればよく、第２ピストン２０の全体を処理する必要がなくなる。なお、カム部材８６は、例示した２分割体に代えて、３つ以上の分割体であってもよく、また、環状の一体物を１つだけ設置することも可能である。
【００４２】
なお、上記の別体形のカム部材８６，８６を前記図１の第１実施形態に適用する場合には、上記カム部材８６，８６を、ピンやボールからなる位相決め部材（図示せず）を介して、ハウジング２のガイド筒６に上下移動可能かつ軸心回りに回転不能に支持することが好ましい。この場合、上記ハウジング２及びカム部材８６，８６に対して第２ピストン２０（及び出力ロッド２６）が軸心回りに自由に回転できる。このため、何らかの原因によって第２ピストン２０に過度のトルクが加えられた場合であっても、上記カム部材８６が回転するのを防止でき、そのカム部材８６に設けたカム面６２やガイド面３２が損傷するのを防止できる。
上述した別体形のカム部材８６は、後述の各実施形態にも適用できることは勿論である。
【００４３】
図５は、本発明の第３実施形態を示し、上記の図４の第２実施形態と比べると次の点が異なる。
前記ガイド筒６は、ハウジング２の下端壁２ｂから上方へ（上端壁２ａへ向けて）突出される。上記ガイド筒６の上部に支持孔５６が形成される。
前記の複数のカム面６２は第２ピストン２０のピストン本体２４の下部に設けられる。
また、前記の倍力面６４は、第１ピストン１０の筒孔１４の上下方向の途中部に設けられる。
さらに、この第３実施形態では、前記の倍力機構５２及び切換機構５４がロック室４０内に配置されている。
また、この第３実施形態では、前記の図４中の保持バネ４７が省略されている。なお、その保持バネ４７は、前記図１の第１実施形態や後述の各実施形態においても省略可能である。
【００４４】
図６Ａから図６Ｄは、本発明の第４実施形態を示し、それぞれ、前記の図２Ａから図２Ｄに類似する図である。この第４実施形態では、ワーク等の被固定物を固定する旋回式クランプ機構をシリンダ装置１に設けた場合を例示してある。
【００４５】
まず、図６Ａ（リリース状態）によってシリンダ装置１の構造を説明する。
前記ハウジング２に挿入した第１ピストン１０の筒孔１４に、第２ピストン２０のピストン本体２４が挿入され、そのピストン本体２４から上方へ出力ロッド２６が突出されると共に、上記ピストン本体２４から下方へ下ロッド部分８８が突出される。上記第１ピストン１０及び第２ピストン２０の上側にロック室４０が形成されると共に下側にリリース室４２が形成される。上記リリース室４２内に倍力機構５２と切換機構５４が設けられる。
即ち、この第４実施形態では、第１ピストン１０と第２ピストン２０と倍力機構５２と切換機構５４が、前記の第１実施形態と比べると、上下逆に配置されている。
【００４６】
そして、前記ハウジング２の下端壁２ｂの下部孔９０に前記の下ロッド部分８８が上下方向へ移動可能かつ軸心回りに回転可能に支持され、上記ハウジング１の上端壁２ａの貫通孔３４に上記出力ロッド２６が上下方向へ移動可能かつ軸心回りに回転可能で保密状に支持される。上記の上端壁２ａよりも上方へ上記出力ロッド２６が突出され、その出力ロッド２６の突出部に、片持ちアームで構成したクランプ部材７７（図６Ｂから図６Ｄを参照）がナット８９で取り付けられる。
【００４７】
上記ガイド筒６と下ロッド部分８８との間にガイド機構９２が設けられる。そのガイド機構９２は、公知の構造であって（例えば、特開２００４−１１６３号公報を参照）、次のように構成されている。
下ロッド部分８８には、複数のガイド溝９３が周方向へ等間隔に形成される（ここでは一つのガイド溝９３だけを示している）。各ガイド溝９３は、螺旋状の旋回溝９３ａと直進溝９３ｂとを上向きに連ねて構成される（図６Ｂを参照）。上記各ガイド溝９３に嵌合される案内ボール９４は上記ガイド筒６に支持される。上記案内ボール９４と螺旋状の旋回溝９３ａとによって旋回機構が構成されている。
【００４８】
上記構成のシリンダ装置１は、次のように作動する。
図６Ａのリリース状態では、ロック室４０の圧縮空気が排出されると共にリリース室４２に圧縮空気が供給されている。これにより、リリース室４２の圧縮空気が第１ピストン１０と第２ピストン２０を上方へ押し、前記クランプ部材７７が旋回退避状態に切り換えられている。上記第１ピストン１０は、係合ボール５８を介してハウジング２のガイド筒６に受け止められて下方移動が阻止されている。
【００４９】
上記シリンダ装置１をロック駆動するときには、図６Ａのリリース状態において、リリース室４２の圧縮空気を排出すると共にロック室４０に圧縮空気を供給する。
すると、まず、ロック室４０の圧縮空気が、第２ピストン２０を下方へ押して出力ロッド２６を低負荷で下降させていく。これにより、図６Ｂに示すように、前記の案内ボール９４が旋回溝９３ａを介して上記出力ロッド２６及び前記クランプ部材７７を低負荷で旋回させながら下降させる。
【００５０】
引き続いて、図６Ｃ（倍力駆動の初期状態）に示すように、前記の案内ボール９４が直進溝９３ｂを介して上記出力ロッド２６を低負荷で直進下降させ、次いで、前記クランプ部材７７の右部下面がワーク（図示せず）に受け止められて上記出力ロッド２６に高負荷が作用したときに、第１ピストン１０の下向き推力が係合ボール５８を半径方向の内方へ押していく。これにより、その第１ピストン１０の下向き推力は、倍力面６４と係合ボール５８とカム面６２とによって倍力変換され、出力ロッド２６が下方へ強力に駆動される。
【００５１】
その後、図６Ｄ（倍力駆動の終期のロック状態）に示すように、第１ピストン１０が倍力機構５２の係合ボール５８を介して上記出力ロッド２６を下方へ強力に押す。このため、その倍力機構５２による押下げ力と第２ピストン２０による押下げ力との合力により、上記出力ロッド２６がクランプ部材７７を介して上記ワークをテーブル等の固定台（図示せず）に強力に押圧する。
【００５２】
上記シリンダ装置１を図６Ｄのロック状態から図６Ａのリリース状態へ切換えるときには、上記図６Ｄにおいて、ロック室４０の圧縮空気を排出すると共にリリース室４２に圧縮空気を供給する。これにより、上記シリンダ装置１は、上記ロック駆動とは逆の手順でリリース状態へ切換えられる。
【００５３】
上記出力ロッド２６の軸心に直交する面（水平面）に対するカム面６２の傾斜角度は、３０度から６０度の範囲が好ましい。また、出力ロッド２６の軸心に対する倍力面６４の傾斜角度は、４度から１５度の範囲が好ましい。これらの点は、前記の各実施形態においても同様である。
【００５４】
上記の第４実施形態は、次のように変更可能である。
上記ガイド機構９２は、例示の構造に限定されないことは勿論である。例えば、ガイド溝９３に嵌合する案内部材は、例示のボール９４に代えて円柱状のピンを利用してもよい。
また、前記の下ロッド部分８８の下部を下端壁２ｂよりも下方へ突出させると共に、その下端壁２ｂに上記の突出部分を保密状に挿入し、上記突出部分の下部に、シリンダ装置の作動状態の被検出部を連結し、その被検出部にリミットスイッチ等のセンサを対面させてもよい。
上記の第４実施形態においては、前記ガイド溝９３と案内ボール９４を省略して、クランプ部材７７を上下方向だけに移動させるようにしてもよい。
【００５５】
図７は、本発明の第５実施形態を示し、前記の図２Ａに類似する図である。この第５実施形態は、金型Ｄを固定するクランプ機構をシリンダ装置１に設けた場合を例示してある。
この図７の第５実施形態は、前記図２Ａの第１実施形態とは次の点で異なる。
横向きに配置したハウジング２の右部に、前記図２Ａと同様の倍力機構付きシリンダ装置１が設けられる。また、ハウジング２の左下部にクランプ部材７７が支持ピン９８を介して揺動可能に支持される。上記の揺動式クランプ部材７７の途中高さ部に、前記出力ロッド２６の左端部が、左右方向へ押し引き可能に連結される。
図７のリリース状態では出力ロッド２６が右方へ後退し、クランプ部材７７も時計回りの方向へ後退揺動している。ロック駆動時に出力ロッド２６を左方へ進出させると、クランプ部材７７が反時計回りの方向へ進出揺動し、そのクランプ部材７７の出力部７７ａが金型Ｄを押圧する。
【００５６】
上記の各実施形態は、次のように変更可能である。
前記出力ロッド２６は、大径部２８と小径部３０とを備えた段付き形状に構成することに代えて、ストレート形状に構成してもよい。
前記の係合ボール５８の設置数量は、３つ又は４つが好ましいが、２つ又は５つ以上であってもよい。
上記係合ボール５８が挿入される前記支持孔５６は、ガイド筒６の周壁６ａに水平方向へ貫通させることに代えて、斜め方向へ貫通させてもよい。
本発明のシリンダ装置に使用される圧力流体は、例示した圧縮空気に代えて、他の圧縮気体や圧油等の液体であってもよい。
シリンダ装置の設置姿勢は、例示した姿勢とは上下逆の姿勢であってもよく、また、水平方向に設置したり斜め方向に設置してもよい。
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。
【符号の説明】
【００５７】
２：ハウジング，２ａ：上端壁，２ｂ：下端壁，６：ガイド筒，６ａ：筒壁，１０：第１ピストン，１４：筒孔，２０：第２ピストン，２４：第２ピストン２０のピストン本体，２６：出力ロッド，３２：ガイド面，４０：ロック室，４２：リリース室，５２：倍力機構，５４：切換機構，５６：支持孔，５８：係合ボール，６２：カム面，６４：倍力面，６６：押部，８６：カム部材．
【技術分野】
【０００１】
この発明は、倍力機構を付設したシリンダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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２００７−２６８６２５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。
【０００３】
出力ロッドとしてのクランプロッドがハウジングに上下方向へ移動可能に挿入される。上記ハウジングの下部内に挿入した倍力用の第１ピストンが上記クランプロッドに上下方向へ移動可能に外嵌されると共に、その第１ピストンの上下両側に第１ロック室と第１リリース室とが形成される。上記ハウジングの上部内に挿入したロッド用の第２ピストンがクランプロッドに固定されると共に、その第２ピストンの上下両側に第２ロック室と第２リリース室とが形成される。
そして、上記クランプロッドをロック駆動するときには、上記第１ロック室および第２ロック室に圧縮空気を供給して、上記第１ピストン及び第２ピストンを下向きに駆動する。すると、まず、上記ロック駆動の低負荷ストローク時に第２ピストンが当該クランプロッドを下向きに駆動し、その後の高負荷ストローク時に第１ピストンが倍力機構を介して当該クランプロッドを下向きに倍力駆動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】 特開２００７−２６８６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来技術では、第１ピストンと第２ピストンとを上下方向へ直列状に配置したので、ハウジングの背丈が高くなり、シリンダ装置が大形になる。
【０００６】
また、上記の従来技術では、第１ピストンの上側に形成した第１ロック室と第２ピストンの下側に形成した第２リリース室とを区画する必要があるので、ハウジングの途中高さ部に厚肉の仕切り壁を設ける必要がある。このため、ハウジングの背丈がさらに高くなり、シリンダ装置がさらに大形になる。
【０００７】
本発明の目的は、倍力機構付きシリンダ装置を小形に造れるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、例えば、図１から図３、図４、図５、図６Ａから図６Ｄ、図７に、それぞれ示すように、倍力機構付きシリンダ装置を次のように構成した。
【０００９】
ハウジング２に第１ピストン１０を軸方向へ保密移動可能に挿入する。その第１ピストン１０は、軸方向へ貫通された筒孔１４を有する。上記第１ピストン１０の上記筒孔１４に第２ピストン２０を軸方向へ保密移動可能に挿入する。その第２ピストン２０は、出力ロッド２６を有する。上記第１ピストン１０及び上記第２ピストン２０によって上記ハウジング２内を軸方向に区画してロック室４０及びリリース室４２を形成する。上記ロック室４０及びリリース室４２に圧力流体が給排される。上記ハウジング２の２つの端壁２ａ，２ｂのうちの一方の端壁から他方の端壁へガイド筒６を突出させる。上記ロック室４０に供給された圧力流体が上記第１ピストン１０を上記リリース室４２側へ押す力を当該リリース室４２へ向かう力に倍力変換して上記第２ピストン２０に伝達する倍力機構５２が配置される。上記倍力機構５２は、上記ガイド筒６の筒壁６ａに周方向へ所定の間隔をあけて形成されると共に半径方向へ貫通された支持孔５６と、各支持孔５６に挿入された係合ボール５８と、上記係合ボール５８が係合するように上記第２ピストン２０の外周に形成されたカム面６２であって上記ロック室４０へ向かうにつれて軸心に近づくように形成されたカム面６２と、上記第１ピストン１０の上記筒孔１４に形成されると共に上記ロック室４０へ向かうにつれて軸心に近づくように形成された倍力面６４と、を備える。
【００１０】
請求項１の発明は、次の作用効果を奏する。
本発明では、第１ピストンに貫通させた筒孔に第２ピストンを挿入することにより、上記２つのピストンを並列状に配置したので、２つのピストンを直列状に配置した前記の従来技術とは異なり、ハウジングの高さを大幅に小さくしてシリンダ装置をコンパクトに造れる。
また、本発明では、第１ピストン及び第２ピストンの両端側にリリース室およびロック室が形成されるので、前記の従来技術とは異なり、ハウジングの途中高さ部に厚肉の仕切り壁を設ける必要が無くなる。このため、ハウジングの背丈が低くなり、シリンダ装置がさらに小形になる。
【００１１】
また、前記の目的を達成するため、請求項２の発明は、例えば、図１から図３、図４、図６Ａから図６Ｄ、図７に、それぞれ示すように、倍力機構付きシリンダ装置を次のように構成した。
【００１２】
ハウジング２に第１ピストン１０を軸方向へ保密移動可能に挿入する。その第１ピストン１０は、軸方向へ貫通された筒孔１４を有する。上記第１ピストン１０の上記筒孔１４に第２ピストン２０を軸方向へ保密移動可能に挿入する。その第２ピストン２０は、出力ロッド２６を有する。上記第１ピストン１０及び上記第２ピストン２０によって上記ハウジング２内を軸方向に区画してロック室４０及びリリース室４２を形成する。上記ロック室４０及びリリース室４２に圧力流体が給排される。上記ロック室４０に供給された圧力流体が上記第１ピストン１０を上記リリース室４２側へ押す力を倍力変換して上記第２ピストン２０に伝達する倍力機構５２が配置される。また、上記ロック室４０内に保持バネ４７を装着し、その上記保持バネ４７が、上記第１ピストン１０と上記倍力機構５２とを介して上記第２ピストン２０を上記リリース室４２側へ付勢する。
【００１３】
上記の請求項２の発明は、前記の請求項１の発明と実質的に同じ作用効果を奏する。
【００１４】
本発明では、例えば、図１から図３に示すように、前記第２ピストン２０のピストン本体２４の受圧面積を前記出力ロッド２６の受圧面積よりも大きい値に設定することが好ましい。
この場合、第２ピストンを円滑にリリース駆動できる。
【００１５】
また、本発明では、例えば、図１から図３に示すように、前記第２ピストン２０のピストン本体２４の外径寸法を前記ガイド筒６の内径寸法よりも大きい値に設定することが好ましい。
この場合、第２ピストンを強力にロック駆動できる。
【００１６】
本発明では、例えば、図１から図３に示すように、前記出力ロッド２６を、前記ハウジング２の外方かつ前記リリース室４２側へ突出させてもよい。
【００１７】
また、本発明では、例えば、図６Ａから図６Ｄに示すように、前記出力ロッド２６を、前記ハウジング２の外方かつ前記ロック室４０側へ突出させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】 図１は、本発明の第１実施形態を示し、倍力機構付きシリンダ装置の立面視の断面図であって、後述の図２Ｃに相当する図である。
【図２】 図２Ａから図２Ｄは、上記シリンダ装置の作動説明図である。
【図３】 図３は、上記図２Ａ中の主要部の拡大図である。
【図４】 図４は、本発明の第２実施形態を示し、前記の図２Ｄに類似する図である。
【図５】 図５は、本発明の第３実施形態を示し、上記の図４に類似する図である。
【図６】 図６Ａから図６Ｄは、本発明の第４実施形態を示し、それぞれ、前記の図２Ａから図２Ｄに類似する図である。
【図７】 図７は、本発明の第５実施形態を示し、前記の図２Ａに類似する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１から図３は、本発明の第１実施形態を示している。まず、図１により、倍力機構付きシリンダ装置１の構造を説明する。
上記シリンダ装置１はハウジング２を有し、そのハウジング２が上端壁２ａと下端壁２ｂと胴部２ｃとを備える。上記ハウジング２が複数のボルトによってワークパレット等の固定側部材に固定されている（いずれも図示せず）。
【００２０】
上記ハウジング２内にシリンダ孔４が上下方向（軸方向）に形成され、そのシリンダ孔４内で、上記の上端壁２ａからガイド筒６が下方へ一体的に突出される。
上記シリンダ孔４に、倍力用の第１ピストン１０が外封止部材１２を介して上下方向へ保密移動可能に挿入される。上記第１ピストン１０に筒孔１４が上下方向へ貫通され、その筒孔１４に第２ピストン２０が上下方向へ移動可能に挿入される。
【００２１】
上記第２ピストン２０は、上記筒孔１４に内封止部材２２を介して保密状に挿入されるピストン本体２４と、そのピストン本体２４から上方へ一体的に突出された出力ロッド２６とを備える。上記出力ロッド２６は大径部２８と小径部３０とを有する。
その大径部２８の外周に設けたガイド面３２が前記ガイド筒６の筒孔に挿入される。上記ピストン本体２４の外径寸法は、上記ガイド筒６の内径寸法よりも大きい値に設定される。また、上記の小径部３０は、前記の上端壁２ａよりも上方へ突出されると共に、その上端壁２ａの貫通孔３４に上封止部材３６を介して保密状に挿入される。その上封止部材３６は、スクレーパの機能も備えている。
【００２２】
上記小径部３０の上部が、出力ロッド２６の出力部２６ａとして構成されている。
なお、前記ガイド筒６の筒壁６ａと上記出力ロッド２６との間には、直進ガイド手段（図示せず）が設けられている。その直進ガイド手段は、第２ピストン２０を上下方向へ真っ直ぐに案内すると共に上記第２ピストン２０が軸心回りに回転するのを防止するように機能する。
【００２３】
上記第１ピストン１０及び第２ピストン２０が、ハウジング２の内部空間を、下側のロック室４０と上側のリリース室４２との２つの室に区画している。
上記ロック室４０は、第１ピストン１０の下側の第１ロック室４０ａと第２ピストンの下側の第２ロック室４０ｂとを備える。これら２つのロック室４０ａ，４０ｂが、第１ピストン１０の下端面に形成した横溝４４によって連通可能になっている（後述の図２Ａを参照）。
前記リリース室４２は、第１ピストン１０の上側の第１リリース室４２ａと、出力ロッド２６の大径部２８の上側の第２リリース室４２ｂとを備える。これら２つのリリース室４２ａ，４２ｂが、ガイド筒６の筒壁６ａの上部に形成した横孔４６によって連通されている。
なお、上記第１ロック室４０ａに保持バネ４７が装着され、その保持バネ４７が第１ピストン１０を上方へ付勢している。また、第２ピストン２０において、ピストン本体２４の受圧面積は、出力ロッド２６の小径部３０の受圧面積よりも大きい値に設定される。
【００２４】
上記ロック室４０及びリリース室４２に対して、それぞれ、圧力流体としての圧縮空気が供給および排出される。即ち、上記ロック室４０には、ロック用圧縮空気の給排路４８を介してロックポート（図示せず）が連通される。また、上記リリース室４２には、リリース用圧縮空気の給排路５０を介してリリースポート（図示せず）が連通される。
【００２５】
上記リリース室４２内に倍力機構５２と切換機構５４とが配置される。上記の倍力機構５２は、ロック室４０に供給された圧縮空気が第１ピストン１０を上方（リリース室４２側）へ押す力を倍力変換して第２ピストン２０に伝達するように構成される。また、上記の切換機構５４は、第１ピストン１０をハウジング２と第２ピストン２０とに選択的に連結するように構成される。以下、上記の倍力機構５２と切換機構５４について詳しく説明する。
【００２６】
上記倍力機構５２は、次のように構成される。
ガイド筒６の筒壁６ａの下部に、４つの支持孔５６が、周方向へ所定の間隔をあけて形成されると共に半径方向へ貫通される。各支持孔５６に係合ボール５８が挿入される。上記係合ボール５８に対応させて出力ロッド２６の大径部２８の外周にカム溝６０が形成される。そのカム溝６０の底壁に形成したカム面６２は、下方へ向かうにつれて軸心に近づくように形成されている。換言すると、上記カム面６２は、下方のロック室４０へ向かうにつれて小径になるように形成されている。そして、上記の各カム面６２に係合ボール５８が係合可能になっている。
また、前記第１ピストン１０の前記筒孔１４の上半部分に倍力面６４が形成される。その倍力面６４は、テーパ面からなり、下方へ向かうにつれて（ロック室４０へ向かうにつれて）軸心に近づくように形成されている。
【００２７】
さらに、第１ピストン１０の上部には、倍力機構５２の倍力駆動の開始時に係合ボール５８を半径方向の内方へ押し出すための押部６６が設けられる。その押部６６は、第２ピストン２０の低負荷ストローク時に上記係合ボール５８を出力ロッド２６のガイド面３２へ向けて半径方向の内方へ押すように機能する。また、上記押部６６が係合ボール５８を半径方向の内方へ押す力は、前記倍力面６４が上記係合ボール５８を半径方向の内方へ押す力よりも小さくなるように、当該押部６６が形成される。
【００２８】
前記の切換機構５４は、第２ピストン２０の低負荷ストローク時に上記第１ピストン１０を上記ハウジング２に連結すると共に、上記第２ピストン２０の高負荷ストローク時に第１ピストン１０を上記倍力機構５２を介して上記第２ピストン２０に連結するように構成されている。この実施形態では、切換機構５４は、上記押部６６と係合ボール５８とガイド面３２とカム面６２とによって構成されている。
【００２９】
上記構成のシリンダ装置１は、図２Ａから図２Ｄと図３に示すように、次のように作動する。なお、図３は、図２Ａ中の切換機構５４の拡大図である。
図２Ａのリリース状態では、ロック室４０の圧縮空気が排出されると共にリリース室４２に圧縮空気が供給されている。これにより、リリース室４２の圧縮空気が第１ピストン１０を下降させると共に第２ピストン２０を下降させている。
上記リリース状態でハウジング２の上方にワーク（被押圧部材）Ｗが搬入される。
【００３０】
上記シリンダ装置１をロック駆動するときには、図２Ａのリリース状態において、リリース室４２の圧縮空気を排出すると共にロック室４０に圧縮空気を供給する。この状態では、出力ロッド２６のガイド面３２が係合ボール５８を半径方向の外方へ押し出して、第１ピストン１０の押部６６が係合ボール５８を介してガイド筒６の支持孔５６の上壁に受け止められる（即ち、第１ピストン１０がガイド筒６に連結される）ので、第１ピストン１０の上昇が阻止されている。
【００３１】
このため、図２Ｂ（低負荷ストロークの終期状態）に示すように、第２ピストン２０は、第１ピストン１０を置き残して低負荷で上昇していく。
より詳しくいえば、ロック室４０の圧縮空気の圧力と保持バネ４７の付勢力との合力が第１ピストン１０に上向き作用し、前記押部６６が係合ボール５８を出力ロッド２６のガイド面３２に押圧するので、その押圧力が第２ピストン２０の摺動抵抗となる。さらには、その第２ピストン２０には前記の封止部材２２，３６からも摺動抵抗が作用する。従って、第２ピストン２０は、上記の摺動抵抗に抗して上昇されていくのである。
そして、図２Ｂに示す低負荷上昇の終期には、係合ボール５８がカム面６２に係合し始める直前の状態となる。
【００３２】
上記第２ピストン２０が所定ストロークだけ上昇すると、図２Ｃ（倍力駆動の初期状態）に示すように、前記押部６６が係合ボール５８をカム面６２へ押し出して、倍力駆動が開始可能となる。これにより、第１ピストン１０とガイド筒６（ハウジング２）との連結が解除されると共に、第１ピストン１０の倍力面６４が係合ボール５８とカム面６２を介して第２ピストン２０を強力に上昇させ始める。この場合、前記の保持バネ４７の付勢力も第１ピストン１０を介して第２ピストン２０に作用するので、その第２ピストン２０がさらに強力に上昇される。
【００３３】
引き続いて、図２Ｄのロック状態に示すように、第１ピストン１０及び第２ピストン２０が僅かに上昇して出力ロッド２６の出力部２６ａがワークＷに接当し、そのワークＷが押圧される。その図２Ｄのロック状態では、出力ロッド２６の大径部２８の上側には余裕ストロークαが残されている。
上記ロック状態では、第１ピストン１０から倍力機構５２を介して第２ピストン２０に作用する力と上記第２ピストン２０に作用する空圧力との合力が上向きに作用して、上記出力ロッド２６がワークＷを強力に押圧する。なお、何らかの原因で前記ロック室４０の圧力が低下または消失した場合であっても、前記保持バネ４７の付勢力が倍力機構５２（倍力面６４，係合ボール５８，カム面６２等）の楔作用を介して上記ロック状態を機械的に保持するので、そのロック状態が確実に維持される。
【００３４】
上記図２Ｄのロック状態から図２Ａのリリース状態へ切換えるときには、その図２Ｄの状態で、ロック室４０の圧縮空気を排出すると共にリリース室４２に圧縮空気を供給すると、第１ピストン１０及び第２ピストン２０が下降していく。
これにより、図２Ｃに示すように、上記出力ロッド２６のカム面６２が係合ボール５８を半径方向の外方へ押圧し始める。引き続いて、図２Ｂに示すように、第１ピストン１０の下降が下端壁２ｂによって阻止され、これとほぼ同時に、上記出力ロッド２６のガイド面３２が係合ボール５８を半径方向の外方へ押し出す。このため、第１ピストン１０と第２ピストン２０との連結状態が解除されると共に、上記第１ピストン１０が係合ボール５８を介してガイド筒６に受け止められ、その第１ピストン１０の上昇が阻止される。その後、図２Ａに示すように、上下移動が阻止された第１ピストン１０に対して第２ピストン２０がさらに下降される。
【００３５】
なお、図２Ａ中の主要部の拡大図としての図３に示すように、ガイド筒６の筒壁６ａに設けた前記支持孔５６において、その半径方向の外側の上部（図３中の左上部）に逃し溝７０が形成される。その逃し溝７０の角部７１の先端Ｍと係合ボール５８の中心Ｇとを結ぶ直線ＧＭと、前記押部６６の角部６７の先端Ｎと係合ボール５８の中心Ｇとを結ぶ直線ＧＮとの交差角度θは、１０度から３０度の範囲内に設定することが好ましい。その理由は次のとおりである。
【００３６】
仮に、上記交差角度θが１０度よりも小さい場合には、押部６６が係合ボール５８を半径方向の内方へ押す力が過度に小さくなるので、その押部６６が係合ボール５８をカム溝６０へ押し込む力が過度に小さくなり、係合ボール５８がカム溝６０に円滑に係合しなくなるおそれがある。また、上記交差角度θが３０度よりも大きい場合には、上記の半径方向の内方へ押す力が過度に大きくなるので、押部６６が係合ボール５８を出力ロッド２６のガイド面３２へ押圧する力が過度に大きくなって、その出力ロッド２６（及び第２ピストン２０）が円滑に昇降しなくなったり、ガイド面３２の表面が損傷するおそれがある。従って、上記交差角度θは１０度から３０度の範囲内が好ましいのである。
【００３７】
図４、図５、図６Ａから図６Ｄ、図７は、それぞれ、本発明の第２実施形態から第５実施形態を示している。これらの別の実施形態においては、上記の第１実施形態の構成部材と同じ部材（または類似する部材）には原則として同一の参照数字を付けて説明する。
【００３８】
図４は、本発明の第２実施形態を示し、前記の図２Ｄに類似する図である。この第２実施形態は、ワークＷを固定するリンク式クランプ機構を前記シリンダ装置１に設けた場合を例示してある。この図４の第２実施形態は、上記の第１実施形態とは次の点で異なる。
【００３９】
前記ハウジング２は、テーブル等の固定台Ｔに取り付けられている。そのハウジング２の上端壁２ａよりも上方へ突出させた出力ロッド２６の上部に、第１ピン７６を介して、クランプ部材７７の左端部が上下方向に回転可能に支持される。そのクランプ部材７７の横方向の中間部に、第２ピン７８を介して、リンク部材７９の上部が回転可能に支持される。そのリンク部材７９の下部は、第３ピン８０を介して、上端壁２ａから上向きに突出させた支持部８１に回転可能に支持される。
【００４０】
上記シリンダ装置１のロック駆動時には、まず、図４に示すように、ロック室４０の圧縮空気が第２ピストン２０を介して出力ロッド２６を上昇させるので、倍力機構５２が倍力駆動の初期状態へ切り換えられると共にクランプ部材７７が時計回りの方向へ速やかに回転される。引き続いて、上記クランプ部材７７の右端部に設けた押ボルト８２がワークＷに上側から接当して上記出力ロッド２６に高負荷が作用したときに、上記ロック室４０の圧縮空気が第１ピストン１０と係合ボール５８とを介して上記出力ロッド２６を強力に押し上げ、これにより、上記クランプ部材７７が時計回りの方向へ強力に駆動される。
なお、上記シリンダ装置１のリリース駆動は、前記の第１実施形態で説明したように、上記ロック駆動とは逆の手順でなされる。
【００４１】
また、図４中の二点鎖線図に示すように、出力ロッド２６の大径部２８の外周部に、２分割された環状のカム部材８６，８６を上下移動不能かつ軸心回りに回転可能に装着し、上記カム部材８６に前記カム面６２及びガイド面３２を形成することが好ましい。このように第２ピストン２０とは別体にカム部材８６，８６を設けたので、上記カム面６２及びガイド面３２を硬化処理する際に、カム部材８６だけを処理すればよく、第２ピストン２０の全体を処理する必要がなくなる。なお、カム部材８６は、例示した２分割体に代えて、３つ以上の分割体であってもよく、また、環状の一体物を１つだけ設置することも可能である。
【００４２】
なお、上記の別体形のカム部材８６，８６を前記図１の第１実施形態に適用する場合には、上記カム部材８６，８６を、ピンやボールからなる位相決め部材（図示せず）を介して、ハウジング２のガイド筒６に上下移動可能かつ軸心回りに回転不能に支持することが好ましい。この場合、上記ハウジング２及びカム部材８６，８６に対して第２ピストン２０（及び出力ロッド２６）が軸心回りに自由に回転できる。このため、何らかの原因によって第２ピストン２０に過度のトルクが加えられた場合であっても、上記カム部材８６が回転するのを防止でき、そのカム部材８６に設けたカム面６２やガイド面３２が損傷するのを防止できる。
上述した別体形のカム部材８６は、後述の各実施形態にも適用できることは勿論である。
【００４３】
図５は、本発明の第３実施形態を示し、上記の図４の第２実施形態と比べると次の点が異なる。
前記ガイド筒６は、ハウジング２の下端壁２ｂから上方へ（上端壁２ａへ向けて）突出される。上記ガイド筒６の上部に支持孔５６が形成される。
前記の複数のカム面６２は第２ピストン２０のピストン本体２４の下部に設けられる。
また、前記の倍力面６４は、第１ピストン１０の筒孔１４の上下方向の途中部に設けられる。
さらに、この第３実施形態では、前記の倍力機構５２及び切換機構５４がロック室４０内に配置されている。
また、この第３実施形態では、前記の図４中の保持バネ４７が省略されている。なお、その保持バネ４７は、前記図１の第１実施形態や後述の各実施形態においても省略可能である。
【００４４】
図６Ａから図６Ｄは、本発明の第４実施形態を示し、それぞれ、前記の図２Ａから図２Ｄに類似する図である。この第４実施形態では、ワーク等の被固定物を固定する旋回式クランプ機構をシリンダ装置１に設けた場合を例示してある。
【００４５】
まず、図６Ａ（リリース状態）によってシリンダ装置１の構造を説明する。
前記ハウジング２に挿入した第１ピストン１０の筒孔１４に、第２ピストン２０のピストン本体２４が挿入され、そのピストン本体２４から上方へ出力ロッド２６が突出されると共に、上記ピストン本体２４から下方へ下ロッド部分８８が突出される。上記第１ピストン１０及び第２ピストン２０の上側にロック室４０が形成されると共に下側にリリース室４２が形成される。上記リリース室４２内に倍力機構５２と切換機構５４が設けられる。
即ち、この第４実施形態では、第１ピストン１０と第２ピストン２０と倍力機構５２と切換機構５４が、前記の第１実施形態と比べると、上下逆に配置されている。
【００４６】
そして、前記ハウジング２の下端壁２ｂの下部孔９０に前記の下ロッド部分８８が上下方向へ移動可能かつ軸心回りに回転可能に支持され、上記ハウジング１の上端壁２ａの貫通孔３４に上記出力ロッド２６が上下方向へ移動可能かつ軸心回りに回転可能で保密状に支持される。上記の上端壁２ａよりも上方へ上記出力ロッド２６が突出され、その出力ロッド２６の突出部に、片持ちアームで構成したクランプ部材７７（図６Ｂから図６Ｄを参照）がナット８９で取り付けられる。
【００４７】
上記ガイド筒６と下ロッド部分８８との間にガイド機構９２が設けられる。そのガイド機構９２は、公知の構造であって（例えば、特開２００４−１１６３号公報を参照）、次のように構成されている。
下ロッド部分８８には、複数のガイド溝９３が周方向へ等間隔に形成される（ここでは一つのガイド溝９３だけを示している）。各ガイド溝９３は、螺旋状の旋回溝９３ａと直進溝９３ｂとを上向きに連ねて構成される（図６Ｂを参照）。上記各ガイド溝９３に嵌合される案内ボール９４は上記ガイド筒６に支持される。上記案内ボール９４と螺旋状の旋回溝９３ａとによって旋回機構が構成されている。
【００４８】
上記構成のシリンダ装置１は、次のように作動する。
図６Ａのリリース状態では、ロック室４０の圧縮空気が排出されると共にリリース室４２に圧縮空気が供給されている。これにより、リリース室４２の圧縮空気が第１ピストン１０と第２ピストン２０を上方へ押し、前記クランプ部材７７が旋回退避状態に切り換えられている。上記第１ピストン１０は、係合ボール５８を介してハウジング２のガイド筒６に受け止められて下方移動が阻止されている。
【００４９】
上記シリンダ装置１をロック駆動するときには、図６Ａのリリース状態において、リリース室４２の圧縮空気を排出すると共にロック室４０に圧縮空気を供給する。
すると、まず、ロック室４０の圧縮空気が、第２ピストン２０を下方へ押して出力ロッド２６を低負荷で下降させていく。これにより、図６Ｂに示すように、前記の案内ボール９４が旋回溝９３ａを介して上記出力ロッド２６及び前記クランプ部材７７を低負荷で旋回させながら下降させる。
【００５０】
引き続いて、図６Ｃ（倍力駆動の初期状態）に示すように、前記の案内ボール９４が直進溝９３ｂを介して上記出力ロッド２６を低負荷で直進下降させ、次いで、前記クランプ部材７７の右部下面がワーク（図示せず）に受け止められて上記出力ロッド２６に高負荷が作用したときに、第１ピストン１０の下向き推力が係合ボール５８を半径方向の内方へ押していく。これにより、その第１ピストン１０の下向き推力は、倍力面６４と係合ボール５８とカム面６２とによって倍力変換され、出力ロッド２６が下方へ強力に駆動される。
【００５１】
その後、図６Ｄ（倍力駆動の終期のロック状態）に示すように、第１ピストン１０が倍力機構５２の係合ボール５８を介して上記出力ロッド２６を下方へ強力に押す。このため、その倍力機構５２による押下げ力と第２ピストン２０による押下げ力との合力により、上記出力ロッド２６がクランプ部材７７を介して上記ワークをテーブル等の固定台（図示せず）に強力に押圧する。
【００５２】
上記シリンダ装置１を図６Ｄのロック状態から図６Ａのリリース状態へ切換えるときには、上記図６Ｄにおいて、ロック室４０の圧縮空気を排出すると共にリリース室４２に圧縮空気を供給する。これにより、上記シリンダ装置１は、上記ロック駆動とは逆の手順でリリース状態へ切換えられる。
【００５３】
上記出力ロッド２６の軸心に直交する面（水平面）に対するカム面６２の傾斜角度は、３０度から６０度の範囲が好ましい。また、出力ロッド２６の軸心に対する倍力面６４の傾斜角度は、４度から１５度の範囲が好ましい。これらの点は、前記の各実施形態においても同様である。
【００５４】
上記の第４実施形態は、次のように変更可能である。
上記ガイド機構９２は、例示の構造に限定されないことは勿論である。例えば、ガイド溝９３に嵌合する案内部材は、例示のボール９４に代えて円柱状のピンを利用してもよい。
また、前記の下ロッド部分８８の下部を下端壁２ｂよりも下方へ突出させると共に、その下端壁２ｂに上記の突出部分を保密状に挿入し、上記突出部分の下部に、シリンダ装置の作動状態の被検出部を連結し、その被検出部にリミットスイッチ等のセンサを対面させてもよい。
上記の第４実施形態においては、前記ガイド溝９３と案内ボール９４を省略して、クランプ部材７７を上下方向だけに移動させるようにしてもよい。
【００５５】
図７は、本発明の第５実施形態を示し、前記の図２Ａに類似する図である。この第５実施形態は、金型Ｄを固定するクランプ機構をシリンダ装置１に設けた場合を例示してある。
この図７の第５実施形態は、前記図２Ａの第１実施形態とは次の点で異なる。
横向きに配置したハウジング２の右部に、前記図２Ａと同様の倍力機構付きシリンダ装置１が設けられる。また、ハウジング２の左下部にクランプ部材７７が支持ピン９８を介して揺動可能に支持される。上記の揺動式クランプ部材７７の途中高さ部に、前記出力ロッド２６の左端部が、左右方向へ押し引き可能に連結される。
図７のリリース状態では出力ロッド２６が右方へ後退し、クランプ部材７７も時計回りの方向へ後退揺動している。ロック駆動時に出力ロッド２６を左方へ進出させると、クランプ部材７７が反時計回りの方向へ進出揺動し、そのクランプ部材７７の出力部７７ａが金型Ｄを押圧する。
【００５６】
上記の各実施形態は、次のように変更可能である。
前記出力ロッド２６は、大径部２８と小径部３０とを備えた段付き形状に構成することに代えて、ストレート形状に構成してもよい。
前記の係合ボール５８の設置数量は、３つ又は４つが好ましいが、２つ又は５つ以上であってもよい。
上記係合ボール５８が挿入される前記支持孔５６は、ガイド筒６の周壁６ａに水平方向へ貫通させることに代えて、斜め方向へ貫通させてもよい。
本発明のシリンダ装置に使用される圧力流体は、例示した圧縮空気に代えて、他の圧縮気体や圧油等の液体であってもよい。
シリンダ装置の設置姿勢は、例示した姿勢とは上下逆の姿勢であってもよく、また、水平方向に設置したり斜め方向に設置してもよい。
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。
【符号の説明】
【００５７】
２：ハウジング，２ａ：上端壁，２ｂ：下端壁，６：ガイド筒，６ａ：筒壁，１０：第１ピストン，１４：筒孔，２０：第２ピストン，２４：第２ピストン２０のピストン本体，２６：出力ロッド，３２：ガイド面，４０：ロック室，４２：リリース室，５２：倍力機構，５４：切換機構，５６：支持孔，５８：係合ボール，６２：カム面，６４：倍力面，６６：押部，８６：カム部材．
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（２）に軸方向へ保密移動可能に挿入された第１ピストン（１０）であって、軸方向へ貫通された筒孔（１４）を有する第１ピストン（１０）と、
上記第１ピストン（１０）の上記筒孔（１４）に軸方向へ保密移動可能に挿入されると共に出力ロッド（２６）を有する第２ピストン（２０）と、
圧力流体が給排されるロック室（４０）及びリリース室（４２）であって、上記第１ピストン（１０）及び上記第２ピストン（２０）によって上記ハウジング（２）内を軸方向に区画して形成したロック室（４０）及びリリース室（４２）と、
上記ハウジング（２）の２つの端壁（２ａ）（２ｂ）のうちの一方の端壁（２ａ，２ｂ）から他方の端壁（２ｂ，２ａ）へ突出させたガイド筒（６）と、
上記ロック室（４０）に供給された圧力流体が上記第１ピストン（１０）を上記リリース室（４２）側へ押す力を当該リリース室（４２）へ向かう力に倍力変換して上記第２ピストン（２０）に伝達する倍力機構（５２）と、を備え、
上記倍力機構（５２）は、上記ガイド筒（６）の筒壁（６ａ）に周方向へ所定の間隔をあけて形成されると共に半径方向へ貫通された支持孔（５６）と、各支持孔（５６）に挿入された係合ボール（５８）と、上記係合ボール（５８）が係合するように上記第２ピストン（２０）の外周に形成されたカム面（６２）であって上記ロック室（４０）へ向かうにつれて軸心に近づくように形成されたカム面（６２）と、上記第１ピストン（１０）の上記筒孔（１４）に形成されると共に上記ロック室（４０）へ向かうにつれて軸心に近づくように形成された倍力面（６４）と、を備える、
ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項２】
ハウジング（２）に軸方向へ保密移動可能に挿入された第１ピストン（１０）であって、軸方向へ貫通された筒孔（１４）を有する第１ピストン（１０）と、
上記第１ピストン（１０）の上記筒孔（１４）に軸方向へ保密移動可能に挿入されると共に出力ロッド（２６）を有する第２ピストン（２０）と、
圧力流体が給排されるロック室（４０）及びリリース室（４２）であって、上記第１ピストン（１０）及び上記第２ピストン（２０）によって上記ハウジング（２）内を軸方向に区画して形成したロック室（４０）及びリリース室（４２）と、
上記ロック室（４０）に供給された圧力流体が上記第１ピストン（１０）を上記リリース室（４２）側へ押す力を倍力変換して上記第２ピストン（２０）に伝達する倍力機構（５２）と、
上記ロック室（４０）内に装着される保持バネ（４７）と、を備え、
上記保持バネ（４７）が、上記第１ピストン（１０）と上記倍力機構（５２）とを介して上記第２ピストン（２０）を上記リリース室（４２）側へ付勢する、
ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項３】
請求項１又は２の倍力機構付きシリンダ装置において、
前記第２ピストン（２０）のピストン本体（２４）の受圧面積を前記出力ロッド（２６）の受圧面積よりも大きい値に設定した、ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項４】
請求項１の倍力機構付きシリンダ装置において、
前記第２ピストン（２０）のピストン本体（２４）の外径寸法を前記ガイド筒（６）の内径寸法よりも大きい値に設定した、ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかの倍力機構付きシリンダ装置において、
前記出力ロッド（２６）を、前記ハウジング（２）の外方かつ前記リリース室（４２）側へ突出させた、ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかの倍力機構付きシリンダ装置において、
前記出力ロッド（２６）を、前記ハウジング（２）の外方かつ前記ロック室（４０）側へ突出させた、ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項１】
ハウジング（２）に軸方向へ保密移動可能に挿入された第１ピストン（１０）であって、軸方向へ貫通された筒孔（１４）を有する第１ピストン（１０）と、
上記第１ピストン（１０）の上記筒孔（１４）に軸方向へ保密移動可能に挿入されると共に出力ロッド（２６）を有する第２ピストン（２０）と、
圧力流体が給排されるロック室（４０）及びリリース室（４２）であって、上記第１ピストン（１０）及び上記第２ピストン（２０）によって上記ハウジング（２）内を軸方向に区画して形成したロック室（４０）及びリリース室（４２）と、
上記ハウジング（２）の２つの端壁（２ａ）（２ｂ）のうちの一方の端壁（２ａ，２ｂ）から他方の端壁（２ｂ，２ａ）へ突出させたガイド筒（６）と、
上記ロック室（４０）に供給された圧力流体が上記第１ピストン（１０）を上記リリース室（４２）側へ押す力を当該リリース室（４２）へ向かう力に倍力変換して上記第２ピストン（２０）に伝達する倍力機構（５２）と、を備え、
上記倍力機構（５２）は、上記ガイド筒（６）の筒壁（６ａ）に周方向へ所定の間隔をあけて形成されると共に半径方向へ貫通された支持孔（５６）と、各支持孔（５６）に挿入された係合ボール（５８）と、上記係合ボール（５８）が係合するように上記第２ピストン（２０）の外周に形成されたカム面（６２）であって上記ロック室（４０）へ向かうにつれて軸心に近づくように形成されたカム面（６２）と、上記第１ピストン（１０）の上記筒孔（１４）に形成されると共に上記ロック室（４０）へ向かうにつれて軸心に近づくように形成された倍力面（６４）と、を備える、
ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項２】
ハウジング（２）に軸方向へ保密移動可能に挿入された第１ピストン（１０）であって、軸方向へ貫通された筒孔（１４）を有する第１ピストン（１０）と、
上記第１ピストン（１０）の上記筒孔（１４）に軸方向へ保密移動可能に挿入されると共に出力ロッド（２６）を有する第２ピストン（２０）と、
圧力流体が給排されるロック室（４０）及びリリース室（４２）であって、上記第１ピストン（１０）及び上記第２ピストン（２０）によって上記ハウジング（２）内を軸方向に区画して形成したロック室（４０）及びリリース室（４２）と、
上記ロック室（４０）に供給された圧力流体が上記第１ピストン（１０）を上記リリース室（４２）側へ押す力を倍力変換して上記第２ピストン（２０）に伝達する倍力機構（５２）と、
上記ロック室（４０）内に装着される保持バネ（４７）と、を備え、
上記保持バネ（４７）が、上記第１ピストン（１０）と上記倍力機構（５２）とを介して上記第２ピストン（２０）を上記リリース室（４２）側へ付勢する、
ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項３】
請求項１又は２の倍力機構付きシリンダ装置において、
前記第２ピストン（２０）のピストン本体（２４）の受圧面積を前記出力ロッド（２６）の受圧面積よりも大きい値に設定した、ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項４】
請求項１の倍力機構付きシリンダ装置において、
前記第２ピストン（２０）のピストン本体（２４）の外径寸法を前記ガイド筒（６）の内径寸法よりも大きい値に設定した、ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかの倍力機構付きシリンダ装置において、
前記出力ロッド（２６）を、前記ハウジング（２）の外方かつ前記リリース室（４２）側へ突出させた、ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかの倍力機構付きシリンダ装置において、
前記出力ロッド（２６）を、前記ハウジング（２）の外方かつ前記ロック室（４０）側へ突出させた、ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−４４４３６（Ｐ２０１３−４４４３６Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４１１８９（Ｐ２０１２−２４１１８９）
【出願日】平成２４年１０月１５日（２０１２．１０．１５）
【分割の表示】特願２０１１−１９９９７１（Ｐ２０１１−１９９９７１）の分割
【原出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（３９１００３９８９）株式会社コスメック (45)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月１５日（２０１２．１０．１５）
【分割の表示】特願２０１１−１９９９７１（Ｐ２０１１−１９９９７１）の分割
【原出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（３９１００３９８９）株式会社コスメック (45)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]