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(１)に、第１ピストン(２１)と第２ピストン(２２)とが、上下方向へ移動可能で直列状に挿入される。上記第１ピストン(２１)に出力ロッド(２)が連結される。出力ロッド(２)と第２ピストン(２２)との間に、楔空間(３９)及び複数の係合ボール(４０)を有する倍力機構(３６)が配置される。その倍力機構(３６)は、第２ピストン(２２)を下方へ移動させる力を、上向きに反転させると共に倍力変換して出力ロッド(２)へ伝達する。上記係合ボール(４０)は、第２ピストン(２２)が下方へ移動するのを阻止すると共に出力ロッド(２)及び第１ピストン(２１)を上方へ移動させる状態と、下方へ移動する第２ピストン(２２)が出力ロッド(２)及び第１ピストン(２１)を上方へ倍力駆動する状態とに切換えられる。
【解決手段】ハウジング(１)に、第１ピストン(２１)と第２ピストン(２２)とが、上下方向へ移動可能で直列状に挿入される。上記第１ピストン(２１)に出力ロッド(２)が連結される。出力ロッド(２)と第２ピストン(２２)との間に、楔空間(３９)及び複数の係合ボール(４０)を有する倍力機構(３６)が配置される。その倍力機構(３６)は、第２ピストン(２２)を下方へ移動させる力を、上向きに反転させると共に倍力変換して出力ロッド(２)へ伝達する。上記係合ボール(４０)は、第２ピストン(２２)が下方へ移動するのを阻止すると共に出力ロッド(２)及び第１ピストン(２１)を上方へ移動させる状態と、下方へ移動する第２ピストン(２２)が出力ロッド(２)及び第１ピストン(２１)を上方へ倍力駆動する状態とに切換えられる。
【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し、より具体的にいえば、ワークや金型等の被固定物を強力に固定すると共にその固定状態を保持するのに好適な技術に関する。
【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。上記ハウジングの上部内に挿入したロッド用の第１ピストンがクランプロッドに固定されると共に、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。上記ハウジングの下部内に挿入した倍力用の第２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上記第１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上記第２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。
従来では、上記倍力機構は、クランプロッドの下部に設けた係合溝と、上記ハウジングの下部に揺動自在に支持した複数の爪部材とを備える。そして、上記倍力駆動時には、下向きに駆動された第２ピストンのテーパ面が爪部材を半径方向の内方へ揺動させて、その爪部材を係合溝に係合させる。
【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、爪部材を揺動させる方式の倍力機構を採用しているので、その倍力機構の外形寸法が大きくて、シリンダ装置が大形になる。
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】
【０００６】
上記の目的を達成するため、下記の第１および第２の各発明は、例えば、図１Ａから図１Ｄ、又は図２、若しくは図３Ａから図３Ｄに示すように、倍力機構付きシリンダ装置を次のように構成した。
【０００７】
［第１発明について］
ハウジング１に軸心方向へ移動可能に挿入された第１ピストン２１と、上記第１ピストン２１に連結されると共に上記ハウジング１に軸心方向へ移動可能に挿入された出力ロッド２と、上記第１ピストン２１に対して直列状に配置されると共に上記ハウジング１に軸心方向へ移動可能に挿入された第２ピストン２２と、上記第２ピストン２２を軸心方向の一端側へ移動させる力を軸心方向の他端側への力に反転させると共に倍力変換して上記出力ロッド２へ伝達する倍力機構３６とを備える。上記倍力機構３６は、その倍力駆動の開始時に上記出力ロッド２と上記第２ピストン２２との間で半径方向の内方へ狭くなるように形成される楔空間３９と、その楔空間３９に周方向に所定の間隔をあけて挿入される係合ボール４０とを有する。上記係合ボール４０は、上記第２ピストン２２が上記の一端側へ移動するのを阻止すると共に上記出力ロッド２及び上記第１ピストン２１を上記の他端側へ移動させる状態と、上記第２ピストン２２を上記の一端側へ移動させると共に当該第２ピストン２２が上記出力ロッド２及び上記第１ピストン２１を上記の他端側へ倍力駆動する状態とに切換え可能に構成した。
【０００８】
上記の第１発明は、次の作用効果を奏する。すなわち、上記の第１発明は、従来技術の揺動式の倍力機構とは異なり、楔空間を有する楔式倍力機構を採用したので、その倍力機構の外形寸法が小さくなり、シリンダ装置を小形に造ることができる。
【０００９】
［第２発明について］
ハウジング１に軸心方向へ移動可能に挿入された第１ピストン２１と、上記第１ピストン２１に連結されると共に上記ハウジング１に軸心方向へ移動可能に挿入された出力ロッド２と、上記第１ピストン２１に対して直列状に配置されると共に上記ハウジング１に軸心方向へ移動可能に挿入された第２ピストン２２と、上記第２ピストン２２を軸心方向の一端側へ移動させる力を軸心方向の他端側への力に反転させると共に倍力変換して上記出力ロッド２へ伝達する倍力機構３６とを備える。上記倍力機構３６は、その倍力駆動の開始時に上記出力ロッド２と上記第２ピストン２２との間で半径方向の内方へ狭くなるように形成される楔空間３９と、その楔空間３９に周方向に所定の間隔をあけて挿入される係合ボール４０と、上記係合ボール(４０)を半径方向の内方へ押すように上記第２ピストン(２２)に設けた倍力部(４１)とを有する。上記倍力駆動の開始時に上記係合ボール４０を上記楔空間３９に押し出すための押部４８であって、上記第２ピストン２２が上記の一端側へ移動するのを阻止すると共に上記出力ロッド２及び上記第１ピストン２１を上記の他端側へ移動させる状態で上記係合ボール４０を上記出力ロッド２の外周面へ向けて半径方向の内方へ押す押部４８を、上記第２ピストン２２に設けた。
上記の第２発明は、前記の第１発明の作用効果と実質的に同じ作用効果を奏する。
【００１０】
なお、前記の第２発明においては、前記押部４８が前記係合ボール４０を半径方向の内方へ押す力は、前記倍力部４１が前記係合ボール４０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４８を構成することが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、前記出力ロッド２にクランプ部材５５を連結するのが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明は、後述する各実施形態に記載された特有の構成を付加することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１Ａから図１Ｄは、本発明の第１実施形態を示す模式図である。 図１Ａは、シリンダ装置のリリース状態の立面視の断面図である。 図１Ｂは、上記シリンダ装置のロック駆動行程の低負荷ストロークの終期状態を示し、上記図１Ａに類似する図である。 図１Ｃは、上記シリンダ装置の倍力駆動の初期状態を示し、上記図１Ａに類似する図である。 図１Ｄは、上記シリンダ装置の倍力駆動の終期のロック状態を示し、上記の図１Ａに類似する図である。
【図２】本発明の第２実施形態のシリンダ装置を示し、上記図１Ｃに相当する図である。
【図３】図３Ａから図３Ｄは、本発明の第３実施形態を示している。 図３Ａは、シリンダ装置に設けた旋回式のクランプ部材の退避状態を示す図であって、前記図１Ａに類似する図である。 図３Ｂは、上記シリンダ装置のロック駆動工程における上記クランプ部材の旋回終了状態を示し、前記図１Ａの状態と前記図１Ｂの状態との間の状態に相当する図である。 図３Ｃは、上記クランプ部材のロック準備状態を示し、前記図１Ｃに類似する図である。 図３Ｄは、上記クランプ部材のロック状態を示し、前記図１Ｄに類似する図である。
【図４】上記第３実施形態に設けた倍力機構の拡大図であって、左半図はリリース状態を示し、右半図はロック状態を示している。
【図５】上記倍力機構の変形例を示し、上記図４の左半図のリリース状態に相当する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１Ａから図１Ｄは、本発明の第１実施形態を示す模式図である。
まず、リリース状態を示す図１Ａにより、倍力機構付きシリンダ装置の構造を説明する。
ハウジング１に出力ロッド２が上下方向へ移動可能に挿入される。上記ハウジング１の上端壁(第１端壁)１ａに設けた上部孔５に出力ロッド２の上ロッド部分２ａが封止部材６を介して保密状に支持されると共に、上記ハウジング１の下端壁(第２端壁)１ｂに設けた下部孔７に出力ロッド２の下ロッド部分２ｂが支持される。その下ロッド部分２ｂは、上ロッド部分２ａよりも大径に形成されている。
【００１５】
上記ハウジング１の胴部１ｃには、第１シリンダ孔１１と第２シリンダ孔１２とが上下に形成される。第１シリンダ孔１１にロッド用の第１ピストン２１が封止部材１４を介して保密状に挿入され、その第１ピストン２１が出力ロッド２に固定される。また、第２シリンダ孔１２に倍力用の第２ピストン２２が外封止部材１６を介して保密状に挿入されると共に、その第２ピストン２２が出力ロッド２に内封止部材１７を介して上下方向へ移動可能で保密状に外嵌される。
【００１６】
上記第１ピストン２１と上記第２ピストン２２との間にはロック室２５が配置される。そのロック室２５に対して、ロック給排路２６とロックポート(図示せず)とを介してロック用の圧縮空気が供給および排出可能になっている。
また、上記第１ピストン２１の上側に第１リリース室３１が配置されると共に上記第２ピストン２２の下側に第２リリース室３２が配置される。これらの第１リリース室３１と第２リリース室３２とが、出力ロッド２内に形成した連通孔３４によって接続される。これにより、上記第１リリース室３１及び第２リリース室３２に対して、リリース給排路２７とリリースポート(図示せず)とを介してリリース用の圧縮空気が供給および排出可能になっている。
【００１７】
上記第２リリース室３２内で、出力ロッド２と第２ピストン２２とに倍力機構３６が設けられる。その倍力機構３６は、上記ロック室２５に供給された圧縮空気が上記第２ピストン２２を下方へ押す力を、上方への力に反転させると共に倍力変換して上記出力ロッド２へ伝達するように構成される。
【００１８】
上記の倍力機構３６は、図１Ｃ又は後述の図２(倍力駆動の初期状態)に示すように構成されている。即ち、下ロッド部分２ｂの下端部に設けた伝達部３７と前記の下端壁１ｂに設けた受部３８との間に、半径方向の内方へ狭くなるように環状の楔空間３９形成される。その楔空間３９に、周方向に所定の間隔をあけて複数の係合ボール４０が挿入される。上記係合ボール４０を半径方向の内方へ押すように、第２ピストン２２に倍力部４１が設けられる。上記の各部材は、より詳しくいえば次のように構成されている。
【００１９】
この第１実施形態では、下ロッド部分２ｂの下端の外周面に、４つの凹所４３が周方向へほぼ等間隔に形成される。各凹所４３の底壁が上記の伝達部３７を構成している。その伝達部３７は、下方へ向かうにつれて軸心へ近づくように傾斜されている。
ハウジング１の下端壁１ｂから上向きに突出させた筒部４５の上部に、周方向へ４つの横溝４６が形成される。各横溝４６の底壁によって前記受部３８が構成されている。
前記倍力部４１は、第２ピストン２２の内周面に設けた傾斜面によって構成される。その倍力部４１の下側には、後述する押部４８が上記倍力部４１に連ねて設けられる。その押部４８は、ここでは傾斜面によって構成されている。
【００２０】
上記構成のシリンダ装置は、次のように作動する。
図１Ａのリリース状態では、ロック室２５から圧縮空気が排出されると共に第１リリース室３１と第２リリース室３２に圧縮空気が供給されている。これにより、第２リリース室３２の圧縮空気が第２ピストン２２を上方へ押すと共に、第１リリース室３１の圧縮空気が第１ピストン２１を下方へ押している。
この場合、第２ピストン２２に作用する上向き力と、第１ピストン２１及び出力ロッド２に作用する下向き力との差力により、ハウジング１の前記胴部１ｃの途中高さ部に設けたストッパー部４９に第２ピストン２２の上面の外周部が受け止められ、その第２ピストン２２の上面の中央部に第１ピストン２１の下面が受け止められている。また、第２ピストン２２の押部４８と係合ボール４０との間には所定の隙間Ｇが形成されている。
【００２１】
上記シリンダ装置をロック駆動するときには、図１Ａのリリース状態において、第１リリース室３１及び第２リリース室３２の圧縮空気を排出すると共にロック室２５に圧縮空気を供給する。
すると、まず、ロック室２５の圧縮空気が、第１ピストン２１を上方へ押すと共に第２ピストン２２を下方へ押していく。これにより、図１Ｂ(ロック駆動行程の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２２の押部４８が係合ボール４０を介して下端壁１ｂの受部３８に受け止められると共に、その押部４８が、上記係合ボール４０を、出力ロッド２の外周面へ向けて半径方向の内方へ押して当該外周面に接当させ、その接当による摩擦力と前記の封止部材６，１４，１７の摩擦力などに起因する低負荷に抗して、ロック室２５の圧縮空気が上記第１ピストン２１を介して上記出力ロッド２を上昇させていく。
【００２２】
上記出力ロッド２が上昇すると、その出力ロッド２の下部に設けた伝達部３７と下端壁１ｂに設けた受部３８との間に前記楔空間３９が形成され(図１Ｃを参照)、前記押部４８が係合ボール４０を楔空間３９に押し出して、倍力駆動が開始可能となる。
【００２３】
次いで、図１Ｃ(倍力駆動の初期状態)に示すように、上記出力ロッド２がさらに上昇して、その出力ロッド２の上端がワーク(図示せず)に受け止められて上記出力ロッド２に高負荷が作用するときには、第２ピストン２２の倍力部４１が係合ボール４０を半径方向の内方へ押し出す。これにより、上記第２ピストン２２に作用する下向き推力は、倍力部４１と係合ボール４０と受部３８及び伝達部３７を介して、上向きに倍力変換されて、出力ロッド２が上向きに強力に駆動される。
【００２４】
引き続いて、図１Ｄ(倍力駆動の終期のロック状態)に示すように、前記ワーク(図示せず)に受け止められて上昇が阻止された出力ロッド２を第２ピストン２２が倍力機構３６を介して上方へ押す。このため、その倍力機構３６による押上げ力と第１ピストン２１による押上げ力との合力により、上記出力ロッド２が上方へ強力に押される。
【００２５】
ちなみに、上記倍力機構３６において、摩擦係数が０．０８〜０．１５の場合には、「第２ピストン２２の下向き推力」に対する「倍力機構３６による押上げ力」は、約２〜３．５倍である。
また、上記図１Ｄのロック状態において、倍力機構３６による保持力(出力ロッド２に作用する外力が上記ロック状態を解除するのを防止する力)は、上記「第２ピストン２２の下向き推力」の約５〜１０倍である。このため、上記ロック状態を機械的に強力に保持することが可能となった。
【００２６】
ここで、上記第２ピストン２２の下向き推力は、倍力部４１と係合ボール４０と受部３８及び伝達部３７を介して上向きに反転されて出力ロッド２へ伝達される。このため、倍力駆動時の大きな反力は、上記出力ロッド２から係合ボール４０と受部３８とを介してハウジング１の下端壁１ｂに圧縮力として作用する。従って、上記図１Ｄに示すとおり、倍力駆動時の大きな反力を受け止める構造は、上記の圧縮力を受け止める筒部４５を下端壁１ｂに設けるだけの簡素な構造になり、その結果、シリンダ装置を小形に造れる。
また、上記出力ロッド２の軸心に対する前記押部４８の傾斜角度は、その軸心に対する前記倍力部４１の傾斜角度よりも大きな値に設定される。これにより、上記押部４８が係合ボール４０を半径方向の内方へ押す力は、上記倍力部４１が係合ボール４０を半径方向の内方へ押す力よりも小さくなっている。このため、前記の低負荷ストローク時において、出力ロッド２の外周面と係合ボール４０との接当による摩擦力が小さくなり、その出力ロッド２が円滑に上昇する。
【００２７】
上記シリンダ装置を図１Ｄのロック状態から図１Ａのリリース状態へ切換えるときには、上記図１Ｄにおいて、ロック室２５の圧縮空気を排出すると共に第１リリース室３１及び第２リリース室３２に圧縮空気を供給する。
【００２８】
すると、まず、係合ボール４０によって下降が阻止された出力ロッド２に対して、第２リリース室３２の圧縮空気が第２ピストン２２を上昇させる。その第２ピストン２２がさらに上昇することにより、上記係合ボール４０が図１Ｃの状態を経て図１Ｂの状態に切り換わり、上記出力ロッド２及び第１ピストン２１の下降が許容される。次いで、第２リリース室３２の圧縮空気で上昇された第２ピストン２２が前記ストッパー部４９に受け止められ、その後、図１Ａ(リリース状態)に示すように、第１ピストン２１が出力ロッド２を下降させ、その第１ピストン２１の下面が第２ピストン２２の上面に接当する。
上記出力ロッド２の下降の終期には、第２ピストン２２の押部４８と係合ボール４０との間に図１に示す前記隙間Ｇが形成されるので、出力ロッド２の外周面と係合ボール４０との間に作用する摩擦力が殆ど無くなり、上記出力ロッド２が円滑に下降する。
【００２９】
上記の第１実施形態において、前記伝達部３７を構成する凹所４３と前記受部３８を構成する横溝４６の形状としては、円弧状の溝やＵ字状の溝やゴシックアーチ溝などが考えられる。この点は、後述する別の実施形態や変形例においても同様である。
【００３０】
図２は本発明の第２実施形態を示し、図３Ａから図３Ｄと図４は本発明の第３実施形態を示し、図５は倍力機構の変形例を示している。これらの別の実施形態や変形例においては、上記の第１実施形態の構成部材と同じ部材(又は類似する部材)には原則として同一の参照数字を付けて説明する。
【００３１】
図２の第２実施形態は、ワーク(図示せず)を固定するリンク式クランプ機構をシリンダ装置に設けた場合を例示してある。その図２は、シリンダ装置の倍力駆動の初期状態を示し、前記の図１Ｃに相当する図である。
この図２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。
【００３２】
前記ハウジング１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１の上端壁(第１端壁)１ａよりも上方へ突出させた前記出力ロッド２の上部に、第１ピン５１を介して、クランプ部材５５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５５の横方向の中間部に、第２ピン５２を介して、リンク部材５６の上部が回転可能に支持される。そのリンク部材５６の下部は、第３ピン５３を介して、上端壁１ａから上向きに突出させた支持部５７に回転可能に支持される。
【００３３】
第２ピストン２２の下部に設けた押部４８は、前記の第１実施形態の傾斜面に代えて、断面視で円弧面に構成されている。ハウジング１の下端壁(第２端壁)１ｂの上部に設けた受部３８は、傾斜溝の底壁によって構成されており、下方へ向かうにつれて軸心に近づくように傾斜されている。
【００３４】
上記シリンダ装置のロック駆動時には、まず、図２に示すように、ロック室２５の圧縮空気が第１ピストン２１を介して出力ロッド２を上昇させて、倍力機構３６が倍力駆動の初期状態へ切り換えられると共に上記クランプ部材５５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５５の右端部に設けた押ボルト５８がワーク(図示せず)に上側から接当して上記出力ロッド２に高負荷が作用したときに、上記ロック室２５の圧縮空気が第２ピストン２２と上記倍力機構３６の係合ボール４０とを介して上記出力ロッド２を強力に押し上げ、これにより、上記クランプ部材５５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。
【００３５】
上記の第２実施形態は、次のように変更可能である。
上記出力ロッド２の下部を下端壁１ｂよりも下方へ突出させると共に、その下端壁１ｂに上記の突出部分を保密状に挿入する。そして、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る。
【００３６】
図３Ａから図３Ｄ及び図４の第３実施形態は、ワーク等の被固定物(図示せず)を固定する旋回式クランプ機構をシリンダ装置に設けた場合を例示してある。
まず、図３Ａ(リリース状態)によってシリンダ装置の構造を説明する。
前記ハウジング２の胴部１ｃには、第１シリンダ孔１１と第２シリンダ孔１２とが上向きに形成される。下側の第１シリンダ孔１１にロッド用の第１ピストン２１が挿入されると共に、上側の第２シリンダ孔１２に倍力用の第２ピストン２２が挿入される。上記第１ピストン２１の下側に第１リリース室３１が配置されると共に、上記第２ピストン２２の上側に第２リリース室３２が配置される。その第２リリース室３２内に前記倍力機構３６が配置されている。
【００３７】
即ち、この第３実施形態では、第１ピストン２１と第２ピストン２２と倍力機構３６とが、前記の第１実施形態および第２実施形態と比べて、上下逆に配置されている。
より詳しくいえば、前記の各実施形態の各図面においては、出力ロッド２の軸心方向の一端側である第１端側が上側とされると共に軸心方向の他端側である第２端側が下側とされているのに対して、この第３実施形態の各図面においては、出力ロッド２の軸心方向の一端側である第１端側が下側とされると共に軸心方向の他端側である第２端側が上側とされている。
【００３８】
そして、前記ハウジング１の下端壁(第１端壁)１ｂの下部孔７に前記出力ロッド２の下ロッド部分２ｂ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(第２端壁)１ａの上部孔５に上記出力ロッド２の上ロッド部分２ａ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１ａよりも上方へ上記出力ロッド２が突出され、その出力ロッド２の突出部に片持ちアームで構成したクランプ部材５５(図３Ｂから図３Ｄを参照)がナット６１で取り付けられる。
なお、出力ロッド２のロッド本体２ｃは、上記の上ロッド部分２ａよりも大径に形成されている。
【００３９】
上記の下端壁１ｂと下ロッド部分２ｂとにガイド機構６２が設けられる。そのガイド機構６２は、公知の構造であって、次のように構成されている(例えば、特開２００４−１１６３号公報を参照)。
下ロッド部分２ｂには、複数のガイド溝６３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６３だけを示している)。各ガイド溝６３は、螺旋状の旋回溝６３ａと直進溝６３ｂとを上向きに連ねて構成される(図３Ｂを参照)。上記各ガイド溝６３に嵌合される案内ボール６４は、下端壁１ｂから上向きに突出させた筒部材６５に設けた貫通孔６６に挿入される。上記の複数の案内ボール６４に回転スリーブ６７が外嵌めされる。
【００４０】
また、前記の倍力機構３６は、主として図４の拡大図に示すように、次のように構成される。その図４において、左半図はリリース状態を示し、右半図はロック状態を示している。
上ロッド部分２ａとロッド本体２ｃとの間に設けた段部６９に、前記の伝達部３７が形成される。即ち、上記の段部６９に、４つの凹所４３が周方向へほぼ等間隔に形成され(ここでは１つの凹所４３だけを図示している)、各凹所４３の底壁が上記の伝達部３７を構成している。その伝達部３７は、上方へ向かうにつれて軸心へ近づくように傾斜されている。
【００４１】
さらに、上記ハウジング１の上端壁(第２端壁)１ａに、受止めスリーブ７１がピン７２によって回り止めされている。その受止めスリーブ７１の下部に前記受部３８が形成されている。その受部３８は、溝の底壁によって構成されている。そして、上記受部３８は、下方へ向かうにつれて軸心に近づく内傾斜壁７４及び外傾斜壁７５を備える。
なお、ハウジング１の胴部１ｃに設けた前記ストッパー部４９は、止め輪によって構成されている。
【００４２】
上記構成のシリンダ装置は、次のように作動する。
図３Ａのリリース状態では、ロック室２５から圧縮空気が排出されると共に第１リリース室３１と第２リリース室３２に圧縮空気が供給されている。これにより、第２リリース室３２の圧縮空気が第２ピストン２２を下方へ押すと共に、第１リリース室３１の圧縮空気が第１ピストン２１を上方へ押している。
これにより、前記クランプ部材５５は、旋回退避状態に切り換えられている。
【００４３】
上記シリンダ装置をロック駆動するときには、図３Ａのリリース状態において、第１リリース室３１と第２リリース室３２の圧縮空気を排出すると共にロック室２５に圧縮空気を供給する。
すると、まず、ロック室２５の圧縮空気が、第１ピストン２１を下方へ押して出力ロッド２を低負荷で下降させる共に第２ピストン２２を上方へ押していく。これにより、図３Ｂに示すように、前記の案内ボール６４が旋回溝６３ａを介して上記出力ロッド２及び前記クランプ部材５５を低負荷で旋回させながら下降させ、これと同時に、その出力ロッド２の段部６９に設けた前記伝達部３７と前記受止めスリーブ７１に設けた受部３８との間に前記楔空間３９が形成され始める。
【００４４】
引き続いて、図３Ｃ(倍力駆動の初期状態)に示すように、前記の案内ボール６４がガイド溝６３の直進溝６３ｂを介して上記出力ロッド２を低負荷で直進下降させ、次いで、前記クランプ部材５５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２に高負荷が作用したときに、第２ピストン２２の上向き推力が倍力部４１を介して係合ボール４０を半径方向の内方へ押していく。これにより、その第２ピストン２２の上向き推力は、倍力部４１と係合ボール４０と受部３８と伝達部３７とを介して下向き力に倍力変換され、その出力ロッド２が下方へ強力に駆動される。
【００４５】
その後、図３Ｄ(倍力駆動の終期のロック状態)に示すように、前記ワーク(図示せず)によって下降が阻止された出力ロッド２を、第２ピストン２２が倍力機構３６の係合ボール４０を介して下方へ強力に押す。このため、その倍力機構３６による押下げ力と第１ピストン２１による押下げ力との合力により、上記出力ロッド２がクランプ部材５５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。
【００４６】
上記シリンダ装置を図３Ｄのロック状態から図３Ａのリリース状態へ切換えるときには、上記図３Ｄにおいて、ロック室２５の圧縮空気を排出すると共に第１リリース室３１及び第２リリース室３２に圧縮空気を供給する。これにより、上記シリンダ装置は、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。
【００４７】
上記出力ロッド２の軸心に対する伝達部３７の傾斜角度は、２０度から６０度の範囲が好ましく、２５度から４５度の範囲がさらに好ましい。出力ロッド２の軸心に対する倍力部４１の傾斜角度は、８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。
【００４８】
上記の第３実施形態は、次のように変更可能である。
上記ガイド機構６２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６３に嵌合する案内部材は、例示のボール６４に代えて円柱状のピンを利用してもよい。また、前記回転スリーブ６７を省略してもよい。
前記の受部３８を構成する溝の底壁は、水平壁だけで構成してもよい。
さらには、上記出力ロッド２の下部を下端壁１ｂよりも下方へ突出させると共に、その下端壁１ｂ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。
【００４９】
図５は、上記倍力機構３６の変形例を示し、前記図４の左半図のリリース状態に相当する図である。
この場合、第２ピストン２２の押部４８は、断面視で円弧状に形成される。また、受部３８は、上方へ向かうにつれて軸心に近づく傾斜面によって構成されている。
【００５０】
上記の各実施形態や変形例は、さらに次のように変更可能である。
前記第１リリース室３１と第２リリース室３２とは、リリース用圧力流体を供給および排出可能に構成することに加えて、戻しバネを装着するようにしてもよい。
上記第１リリース室３１と第２リリース室３２とを接続する構造は、前記出力ロッド２に設けた連通孔３４に代えて、ハウジング１の胴部１ｃに設けた連通孔であってもよく、さらには、ハウジング１の外側に設けた配管であってもよい。
前記の伝達部３７と受部３８は、周方向へ３つ又は４つ設けることが好ましいが、２つ又は５つ以上であってもよい。また、上記伝達部３７又は受部３８は、例示した凹所や溝に形成することに代えて、上記凹所や溝を省略した部材の表面に形成することも可能である。
【００５１】
前記係合ボール４０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。
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。
【符号の説明】
【００５２】
１：ハウジング，１ａ(１ｂ)：第１端壁，１ｂ(１ａ)：第２端壁，２：出力ロッド，２１：第１ピストン，２２：第２ピストン，２５：ロック室，３１：第１リリース室，３２：第２リリース室，３４：連通孔，３６：倍力機構，３７：伝達部，３８：受部，３９：楔空間，４０：係合ボール，４１：倍力部，４３：凹所，４８：押部，５５：クランプ部材，６２：ガイド機構．
【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し、より具体的にいえば、ワークや金型等の被固定物を強力に固定すると共にその固定状態を保持するのに好適な技術に関する。
【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。上記ハウジングの上部内に挿入したロッド用の第１ピストンがクランプロッドに固定されると共に、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。上記ハウジングの下部内に挿入した倍力用の第２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上記第１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上記第２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。
従来では、上記倍力機構は、クランプロッドの下部に設けた係合溝と、上記ハウジングの下部に揺動自在に支持した複数の爪部材とを備える。そして、上記倍力駆動時には、下向きに駆動された第２ピストンのテーパ面が爪部材を半径方向の内方へ揺動させて、その爪部材を係合溝に係合させる。
【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、爪部材を揺動させる方式の倍力機構を採用しているので、その倍力機構の外形寸法が大きくて、シリンダ装置が大形になる。
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】
【０００６】
上記の目的を達成するため、下記の第１および第２の各発明は、例えば、図１Ａから図１Ｄ、又は図２、若しくは図３Ａから図３Ｄに示すように、倍力機構付きシリンダ装置を次のように構成した。
【０００７】
［第１発明について］
ハウジング１に軸心方向へ移動可能に挿入された第１ピストン２１と、上記第１ピストン２１に連結されると共に上記ハウジング１に軸心方向へ移動可能に挿入された出力ロッド２と、上記第１ピストン２１に対して直列状に配置されると共に上記ハウジング１に軸心方向へ移動可能に挿入された第２ピストン２２と、上記第２ピストン２２を軸心方向の一端側へ移動させる力を軸心方向の他端側への力に反転させると共に倍力変換して上記出力ロッド２へ伝達する倍力機構３６とを備える。上記倍力機構３６は、その倍力駆動の開始時に上記出力ロッド２と上記第２ピストン２２との間で半径方向の内方へ狭くなるように形成される楔空間３９と、その楔空間３９に周方向に所定の間隔をあけて挿入される係合ボール４０とを有する。上記係合ボール４０は、上記第２ピストン２２が上記の一端側へ移動するのを阻止すると共に上記出力ロッド２及び上記第１ピストン２１を上記の他端側へ移動させる状態と、上記第２ピストン２２を上記の一端側へ移動させると共に当該第２ピストン２２が上記出力ロッド２及び上記第１ピストン２１を上記の他端側へ倍力駆動する状態とに切換え可能に構成した。
【０００８】
上記の第１発明は、次の作用効果を奏する。すなわち、上記の第１発明は、従来技術の揺動式の倍力機構とは異なり、楔空間を有する楔式倍力機構を採用したので、その倍力機構の外形寸法が小さくなり、シリンダ装置を小形に造ることができる。
【０００９】
［第２発明について］
ハウジング１に軸心方向へ移動可能に挿入された第１ピストン２１と、上記第１ピストン２１に連結されると共に上記ハウジング１に軸心方向へ移動可能に挿入された出力ロッド２と、上記第１ピストン２１に対して直列状に配置されると共に上記ハウジング１に軸心方向へ移動可能に挿入された第２ピストン２２と、上記第２ピストン２２を軸心方向の一端側へ移動させる力を軸心方向の他端側への力に反転させると共に倍力変換して上記出力ロッド２へ伝達する倍力機構３６とを備える。上記倍力機構３６は、その倍力駆動の開始時に上記出力ロッド２と上記第２ピストン２２との間で半径方向の内方へ狭くなるように形成される楔空間３９と、その楔空間３９に周方向に所定の間隔をあけて挿入される係合ボール４０と、上記係合ボール(４０)を半径方向の内方へ押すように上記第２ピストン(２２)に設けた倍力部(４１)とを有する。上記倍力駆動の開始時に上記係合ボール４０を上記楔空間３９に押し出すための押部４８であって、上記第２ピストン２２が上記の一端側へ移動するのを阻止すると共に上記出力ロッド２及び上記第１ピストン２１を上記の他端側へ移動させる状態で上記係合ボール４０を上記出力ロッド２の外周面へ向けて半径方向の内方へ押す押部４８を、上記第２ピストン２２に設けた。
上記の第２発明は、前記の第１発明の作用効果と実質的に同じ作用効果を奏する。
【００１０】
なお、前記の第２発明においては、前記押部４８が前記係合ボール４０を半径方向の内方へ押す力は、前記倍力部４１が前記係合ボール４０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４８を構成することが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、前記出力ロッド２にクランプ部材５５を連結するのが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明は、後述する各実施形態に記載された特有の構成を付加することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１Ａから図１Ｄは、本発明の第１実施形態を示す模式図である。 図１Ａは、シリンダ装置のリリース状態の立面視の断面図である。 図１Ｂは、上記シリンダ装置のロック駆動行程の低負荷ストロークの終期状態を示し、上記図１Ａに類似する図である。 図１Ｃは、上記シリンダ装置の倍力駆動の初期状態を示し、上記図１Ａに類似する図である。 図１Ｄは、上記シリンダ装置の倍力駆動の終期のロック状態を示し、上記の図１Ａに類似する図である。
【図２】本発明の第２実施形態のシリンダ装置を示し、上記図１Ｃに相当する図である。
【図３】図３Ａから図３Ｄは、本発明の第３実施形態を示している。 図３Ａは、シリンダ装置に設けた旋回式のクランプ部材の退避状態を示す図であって、前記図１Ａに類似する図である。 図３Ｂは、上記シリンダ装置のロック駆動工程における上記クランプ部材の旋回終了状態を示し、前記図１Ａの状態と前記図１Ｂの状態との間の状態に相当する図である。 図３Ｃは、上記クランプ部材のロック準備状態を示し、前記図１Ｃに類似する図である。 図３Ｄは、上記クランプ部材のロック状態を示し、前記図１Ｄに類似する図である。
【図４】上記第３実施形態に設けた倍力機構の拡大図であって、左半図はリリース状態を示し、右半図はロック状態を示している。
【図５】上記倍力機構の変形例を示し、上記図４の左半図のリリース状態に相当する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１Ａから図１Ｄは、本発明の第１実施形態を示す模式図である。
まず、リリース状態を示す図１Ａにより、倍力機構付きシリンダ装置の構造を説明する。
ハウジング１に出力ロッド２が上下方向へ移動可能に挿入される。上記ハウジング１の上端壁(第１端壁)１ａに設けた上部孔５に出力ロッド２の上ロッド部分２ａが封止部材６を介して保密状に支持されると共に、上記ハウジング１の下端壁(第２端壁)１ｂに設けた下部孔７に出力ロッド２の下ロッド部分２ｂが支持される。その下ロッド部分２ｂは、上ロッド部分２ａよりも大径に形成されている。
【００１５】
上記ハウジング１の胴部１ｃには、第１シリンダ孔１１と第２シリンダ孔１２とが上下に形成される。第１シリンダ孔１１にロッド用の第１ピストン２１が封止部材１４を介して保密状に挿入され、その第１ピストン２１が出力ロッド２に固定される。また、第２シリンダ孔１２に倍力用の第２ピストン２２が外封止部材１６を介して保密状に挿入されると共に、その第２ピストン２２が出力ロッド２に内封止部材１７を介して上下方向へ移動可能で保密状に外嵌される。
【００１６】
上記第１ピストン２１と上記第２ピストン２２との間にはロック室２５が配置される。そのロック室２５に対して、ロック給排路２６とロックポート(図示せず)とを介してロック用の圧縮空気が供給および排出可能になっている。
また、上記第１ピストン２１の上側に第１リリース室３１が配置されると共に上記第２ピストン２２の下側に第２リリース室３２が配置される。これらの第１リリース室３１と第２リリース室３２とが、出力ロッド２内に形成した連通孔３４によって接続される。これにより、上記第１リリース室３１及び第２リリース室３２に対して、リリース給排路２７とリリースポート(図示せず)とを介してリリース用の圧縮空気が供給および排出可能になっている。
【００１７】
上記第２リリース室３２内で、出力ロッド２と第２ピストン２２とに倍力機構３６が設けられる。その倍力機構３６は、上記ロック室２５に供給された圧縮空気が上記第２ピストン２２を下方へ押す力を、上方への力に反転させると共に倍力変換して上記出力ロッド２へ伝達するように構成される。
【００１８】
上記の倍力機構３６は、図１Ｃ又は後述の図２(倍力駆動の初期状態)に示すように構成されている。即ち、下ロッド部分２ｂの下端部に設けた伝達部３７と前記の下端壁１ｂに設けた受部３８との間に、半径方向の内方へ狭くなるように環状の楔空間３９形成される。その楔空間３９に、周方向に所定の間隔をあけて複数の係合ボール４０が挿入される。上記係合ボール４０を半径方向の内方へ押すように、第２ピストン２２に倍力部４１が設けられる。上記の各部材は、より詳しくいえば次のように構成されている。
【００１９】
この第１実施形態では、下ロッド部分２ｂの下端の外周面に、４つの凹所４３が周方向へほぼ等間隔に形成される。各凹所４３の底壁が上記の伝達部３７を構成している。その伝達部３７は、下方へ向かうにつれて軸心へ近づくように傾斜されている。
ハウジング１の下端壁１ｂから上向きに突出させた筒部４５の上部に、周方向へ４つの横溝４６が形成される。各横溝４６の底壁によって前記受部３８が構成されている。
前記倍力部４１は、第２ピストン２２の内周面に設けた傾斜面によって構成される。その倍力部４１の下側には、後述する押部４８が上記倍力部４１に連ねて設けられる。その押部４８は、ここでは傾斜面によって構成されている。
【００２０】
上記構成のシリンダ装置は、次のように作動する。
図１Ａのリリース状態では、ロック室２５から圧縮空気が排出されると共に第１リリース室３１と第２リリース室３２に圧縮空気が供給されている。これにより、第２リリース室３２の圧縮空気が第２ピストン２２を上方へ押すと共に、第１リリース室３１の圧縮空気が第１ピストン２１を下方へ押している。
この場合、第２ピストン２２に作用する上向き力と、第１ピストン２１及び出力ロッド２に作用する下向き力との差力により、ハウジング１の前記胴部１ｃの途中高さ部に設けたストッパー部４９に第２ピストン２２の上面の外周部が受け止められ、その第２ピストン２２の上面の中央部に第１ピストン２１の下面が受け止められている。また、第２ピストン２２の押部４８と係合ボール４０との間には所定の隙間Ｇが形成されている。
【００２１】
上記シリンダ装置をロック駆動するときには、図１Ａのリリース状態において、第１リリース室３１及び第２リリース室３２の圧縮空気を排出すると共にロック室２５に圧縮空気を供給する。
すると、まず、ロック室２５の圧縮空気が、第１ピストン２１を上方へ押すと共に第２ピストン２２を下方へ押していく。これにより、図１Ｂ(ロック駆動行程の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２２の押部４８が係合ボール４０を介して下端壁１ｂの受部３８に受け止められると共に、その押部４８が、上記係合ボール４０を、出力ロッド２の外周面へ向けて半径方向の内方へ押して当該外周面に接当させ、その接当による摩擦力と前記の封止部材６，１４，１７の摩擦力などに起因する低負荷に抗して、ロック室２５の圧縮空気が上記第１ピストン２１を介して上記出力ロッド２を上昇させていく。
【００２２】
上記出力ロッド２が上昇すると、その出力ロッド２の下部に設けた伝達部３７と下端壁１ｂに設けた受部３８との間に前記楔空間３９が形成され(図１Ｃを参照)、前記押部４８が係合ボール４０を楔空間３９に押し出して、倍力駆動が開始可能となる。
【００２３】
次いで、図１Ｃ(倍力駆動の初期状態)に示すように、上記出力ロッド２がさらに上昇して、その出力ロッド２の上端がワーク(図示せず)に受け止められて上記出力ロッド２に高負荷が作用するときには、第２ピストン２２の倍力部４１が係合ボール４０を半径方向の内方へ押し出す。これにより、上記第２ピストン２２に作用する下向き推力は、倍力部４１と係合ボール４０と受部３８及び伝達部３７を介して、上向きに倍力変換されて、出力ロッド２が上向きに強力に駆動される。
【００２４】
引き続いて、図１Ｄ(倍力駆動の終期のロック状態)に示すように、前記ワーク(図示せず)に受け止められて上昇が阻止された出力ロッド２を第２ピストン２２が倍力機構３６を介して上方へ押す。このため、その倍力機構３６による押上げ力と第１ピストン２１による押上げ力との合力により、上記出力ロッド２が上方へ強力に押される。
【００２５】
ちなみに、上記倍力機構３６において、摩擦係数が０．０８〜０．１５の場合には、「第２ピストン２２の下向き推力」に対する「倍力機構３６による押上げ力」は、約２〜３．５倍である。
また、上記図１Ｄのロック状態において、倍力機構３６による保持力(出力ロッド２に作用する外力が上記ロック状態を解除するのを防止する力)は、上記「第２ピストン２２の下向き推力」の約５〜１０倍である。このため、上記ロック状態を機械的に強力に保持することが可能となった。
【００２６】
ここで、上記第２ピストン２２の下向き推力は、倍力部４１と係合ボール４０と受部３８及び伝達部３７を介して上向きに反転されて出力ロッド２へ伝達される。このため、倍力駆動時の大きな反力は、上記出力ロッド２から係合ボール４０と受部３８とを介してハウジング１の下端壁１ｂに圧縮力として作用する。従って、上記図１Ｄに示すとおり、倍力駆動時の大きな反力を受け止める構造は、上記の圧縮力を受け止める筒部４５を下端壁１ｂに設けるだけの簡素な構造になり、その結果、シリンダ装置を小形に造れる。
また、上記出力ロッド２の軸心に対する前記押部４８の傾斜角度は、その軸心に対する前記倍力部４１の傾斜角度よりも大きな値に設定される。これにより、上記押部４８が係合ボール４０を半径方向の内方へ押す力は、上記倍力部４１が係合ボール４０を半径方向の内方へ押す力よりも小さくなっている。このため、前記の低負荷ストローク時において、出力ロッド２の外周面と係合ボール４０との接当による摩擦力が小さくなり、その出力ロッド２が円滑に上昇する。
【００２７】
上記シリンダ装置を図１Ｄのロック状態から図１Ａのリリース状態へ切換えるときには、上記図１Ｄにおいて、ロック室２５の圧縮空気を排出すると共に第１リリース室３１及び第２リリース室３２に圧縮空気を供給する。
【００２８】
すると、まず、係合ボール４０によって下降が阻止された出力ロッド２に対して、第２リリース室３２の圧縮空気が第２ピストン２２を上昇させる。その第２ピストン２２がさらに上昇することにより、上記係合ボール４０が図１Ｃの状態を経て図１Ｂの状態に切り換わり、上記出力ロッド２及び第１ピストン２１の下降が許容される。次いで、第２リリース室３２の圧縮空気で上昇された第２ピストン２２が前記ストッパー部４９に受け止められ、その後、図１Ａ(リリース状態)に示すように、第１ピストン２１が出力ロッド２を下降させ、その第１ピストン２１の下面が第２ピストン２２の上面に接当する。
上記出力ロッド２の下降の終期には、第２ピストン２２の押部４８と係合ボール４０との間に図１に示す前記隙間Ｇが形成されるので、出力ロッド２の外周面と係合ボール４０との間に作用する摩擦力が殆ど無くなり、上記出力ロッド２が円滑に下降する。
【００２９】
上記の第１実施形態において、前記伝達部３７を構成する凹所４３と前記受部３８を構成する横溝４６の形状としては、円弧状の溝やＵ字状の溝やゴシックアーチ溝などが考えられる。この点は、後述する別の実施形態や変形例においても同様である。
【００３０】
図２は本発明の第２実施形態を示し、図３Ａから図３Ｄと図４は本発明の第３実施形態を示し、図５は倍力機構の変形例を示している。これらの別の実施形態や変形例においては、上記の第１実施形態の構成部材と同じ部材(又は類似する部材)には原則として同一の参照数字を付けて説明する。
【００３１】
図２の第２実施形態は、ワーク(図示せず)を固定するリンク式クランプ機構をシリンダ装置に設けた場合を例示してある。その図２は、シリンダ装置の倍力駆動の初期状態を示し、前記の図１Ｃに相当する図である。
この図２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。
【００３２】
前記ハウジング１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１の上端壁(第１端壁)１ａよりも上方へ突出させた前記出力ロッド２の上部に、第１ピン５１を介して、クランプ部材５５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５５の横方向の中間部に、第２ピン５２を介して、リンク部材５６の上部が回転可能に支持される。そのリンク部材５６の下部は、第３ピン５３を介して、上端壁１ａから上向きに突出させた支持部５７に回転可能に支持される。
【００３３】
第２ピストン２２の下部に設けた押部４８は、前記の第１実施形態の傾斜面に代えて、断面視で円弧面に構成されている。ハウジング１の下端壁(第２端壁)１ｂの上部に設けた受部３８は、傾斜溝の底壁によって構成されており、下方へ向かうにつれて軸心に近づくように傾斜されている。
【００３４】
上記シリンダ装置のロック駆動時には、まず、図２に示すように、ロック室２５の圧縮空気が第１ピストン２１を介して出力ロッド２を上昇させて、倍力機構３６が倍力駆動の初期状態へ切り換えられると共に上記クランプ部材５５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５５の右端部に設けた押ボルト５８がワーク(図示せず)に上側から接当して上記出力ロッド２に高負荷が作用したときに、上記ロック室２５の圧縮空気が第２ピストン２２と上記倍力機構３６の係合ボール４０とを介して上記出力ロッド２を強力に押し上げ、これにより、上記クランプ部材５５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。
【００３５】
上記の第２実施形態は、次のように変更可能である。
上記出力ロッド２の下部を下端壁１ｂよりも下方へ突出させると共に、その下端壁１ｂに上記の突出部分を保密状に挿入する。そして、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る。
【００３６】
図３Ａから図３Ｄ及び図４の第３実施形態は、ワーク等の被固定物(図示せず)を固定する旋回式クランプ機構をシリンダ装置に設けた場合を例示してある。
まず、図３Ａ(リリース状態)によってシリンダ装置の構造を説明する。
前記ハウジング２の胴部１ｃには、第１シリンダ孔１１と第２シリンダ孔１２とが上向きに形成される。下側の第１シリンダ孔１１にロッド用の第１ピストン２１が挿入されると共に、上側の第２シリンダ孔１２に倍力用の第２ピストン２２が挿入される。上記第１ピストン２１の下側に第１リリース室３１が配置されると共に、上記第２ピストン２２の上側に第２リリース室３２が配置される。その第２リリース室３２内に前記倍力機構３６が配置されている。
【００３７】
即ち、この第３実施形態では、第１ピストン２１と第２ピストン２２と倍力機構３６とが、前記の第１実施形態および第２実施形態と比べて、上下逆に配置されている。
より詳しくいえば、前記の各実施形態の各図面においては、出力ロッド２の軸心方向の一端側である第１端側が上側とされると共に軸心方向の他端側である第２端側が下側とされているのに対して、この第３実施形態の各図面においては、出力ロッド２の軸心方向の一端側である第１端側が下側とされると共に軸心方向の他端側である第２端側が上側とされている。
【００３８】
そして、前記ハウジング１の下端壁(第１端壁)１ｂの下部孔７に前記出力ロッド２の下ロッド部分２ｂ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(第２端壁)１ａの上部孔５に上記出力ロッド２の上ロッド部分２ａ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１ａよりも上方へ上記出力ロッド２が突出され、その出力ロッド２の突出部に片持ちアームで構成したクランプ部材５５(図３Ｂから図３Ｄを参照)がナット６１で取り付けられる。
なお、出力ロッド２のロッド本体２ｃは、上記の上ロッド部分２ａよりも大径に形成されている。
【００３９】
上記の下端壁１ｂと下ロッド部分２ｂとにガイド機構６２が設けられる。そのガイド機構６２は、公知の構造であって、次のように構成されている(例えば、特開２００４−１１６３号公報を参照)。
下ロッド部分２ｂには、複数のガイド溝６３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６３だけを示している)。各ガイド溝６３は、螺旋状の旋回溝６３ａと直進溝６３ｂとを上向きに連ねて構成される(図３Ｂを参照)。上記各ガイド溝６３に嵌合される案内ボール６４は、下端壁１ｂから上向きに突出させた筒部材６５に設けた貫通孔６６に挿入される。上記の複数の案内ボール６４に回転スリーブ６７が外嵌めされる。
【００４０】
また、前記の倍力機構３６は、主として図４の拡大図に示すように、次のように構成される。その図４において、左半図はリリース状態を示し、右半図はロック状態を示している。
上ロッド部分２ａとロッド本体２ｃとの間に設けた段部６９に、前記の伝達部３７が形成される。即ち、上記の段部６９に、４つの凹所４３が周方向へほぼ等間隔に形成され(ここでは１つの凹所４３だけを図示している)、各凹所４３の底壁が上記の伝達部３７を構成している。その伝達部３７は、上方へ向かうにつれて軸心へ近づくように傾斜されている。
【００４１】
さらに、上記ハウジング１の上端壁(第２端壁)１ａに、受止めスリーブ７１がピン７２によって回り止めされている。その受止めスリーブ７１の下部に前記受部３８が形成されている。その受部３８は、溝の底壁によって構成されている。そして、上記受部３８は、下方へ向かうにつれて軸心に近づく内傾斜壁７４及び外傾斜壁７５を備える。
なお、ハウジング１の胴部１ｃに設けた前記ストッパー部４９は、止め輪によって構成されている。
【００４２】
上記構成のシリンダ装置は、次のように作動する。
図３Ａのリリース状態では、ロック室２５から圧縮空気が排出されると共に第１リリース室３１と第２リリース室３２に圧縮空気が供給されている。これにより、第２リリース室３２の圧縮空気が第２ピストン２２を下方へ押すと共に、第１リリース室３１の圧縮空気が第１ピストン２１を上方へ押している。
これにより、前記クランプ部材５５は、旋回退避状態に切り換えられている。
【００４３】
上記シリンダ装置をロック駆動するときには、図３Ａのリリース状態において、第１リリース室３１と第２リリース室３２の圧縮空気を排出すると共にロック室２５に圧縮空気を供給する。
すると、まず、ロック室２５の圧縮空気が、第１ピストン２１を下方へ押して出力ロッド２を低負荷で下降させる共に第２ピストン２２を上方へ押していく。これにより、図３Ｂに示すように、前記の案内ボール６４が旋回溝６３ａを介して上記出力ロッド２及び前記クランプ部材５５を低負荷で旋回させながら下降させ、これと同時に、その出力ロッド２の段部６９に設けた前記伝達部３７と前記受止めスリーブ７１に設けた受部３８との間に前記楔空間３９が形成され始める。
【００４４】
引き続いて、図３Ｃ(倍力駆動の初期状態)に示すように、前記の案内ボール６４がガイド溝６３の直進溝６３ｂを介して上記出力ロッド２を低負荷で直進下降させ、次いで、前記クランプ部材５５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２に高負荷が作用したときに、第２ピストン２２の上向き推力が倍力部４１を介して係合ボール４０を半径方向の内方へ押していく。これにより、その第２ピストン２２の上向き推力は、倍力部４１と係合ボール４０と受部３８と伝達部３７とを介して下向き力に倍力変換され、その出力ロッド２が下方へ強力に駆動される。
【００４５】
その後、図３Ｄ(倍力駆動の終期のロック状態)に示すように、前記ワーク(図示せず)によって下降が阻止された出力ロッド２を、第２ピストン２２が倍力機構３６の係合ボール４０を介して下方へ強力に押す。このため、その倍力機構３６による押下げ力と第１ピストン２１による押下げ力との合力により、上記出力ロッド２がクランプ部材５５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。
【００４６】
上記シリンダ装置を図３Ｄのロック状態から図３Ａのリリース状態へ切換えるときには、上記図３Ｄにおいて、ロック室２５の圧縮空気を排出すると共に第１リリース室３１及び第２リリース室３２に圧縮空気を供給する。これにより、上記シリンダ装置は、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。
【００４７】
上記出力ロッド２の軸心に対する伝達部３７の傾斜角度は、２０度から６０度の範囲が好ましく、２５度から４５度の範囲がさらに好ましい。出力ロッド２の軸心に対する倍力部４１の傾斜角度は、８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。
【００４８】
上記の第３実施形態は、次のように変更可能である。
上記ガイド機構６２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６３に嵌合する案内部材は、例示のボール６４に代えて円柱状のピンを利用してもよい。また、前記回転スリーブ６７を省略してもよい。
前記の受部３８を構成する溝の底壁は、水平壁だけで構成してもよい。
さらには、上記出力ロッド２の下部を下端壁１ｂよりも下方へ突出させると共に、その下端壁１ｂ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。
【００４９】
図５は、上記倍力機構３６の変形例を示し、前記図４の左半図のリリース状態に相当する図である。
この場合、第２ピストン２２の押部４８は、断面視で円弧状に形成される。また、受部３８は、上方へ向かうにつれて軸心に近づく傾斜面によって構成されている。
【００５０】
上記の各実施形態や変形例は、さらに次のように変更可能である。
前記第１リリース室３１と第２リリース室３２とは、リリース用圧力流体を供給および排出可能に構成することに加えて、戻しバネを装着するようにしてもよい。
上記第１リリース室３１と第２リリース室３２とを接続する構造は、前記出力ロッド２に設けた連通孔３４に代えて、ハウジング１の胴部１ｃに設けた連通孔であってもよく、さらには、ハウジング１の外側に設けた配管であってもよい。
前記の伝達部３７と受部３８は、周方向へ３つ又は４つ設けることが好ましいが、２つ又は５つ以上であってもよい。また、上記伝達部３７又は受部３８は、例示した凹所や溝に形成することに代えて、上記凹所や溝を省略した部材の表面に形成することも可能である。
【００５１】
前記係合ボール４０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。
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。
【符号の説明】
【００５２】
１：ハウジング，１ａ(１ｂ)：第１端壁，１ｂ(１ａ)：第２端壁，２：出力ロッド，２１：第１ピストン，２２：第２ピストン，２５：ロック室，３１：第１リリース室，３２：第２リリース室，３４：連通孔，３６：倍力機構，３７：伝達部，３８：受部，３９：楔空間，４０：係合ボール，４１：倍力部，４３：凹所，４８：押部，５５：クランプ部材，６２：ガイド機構．
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング(１)に軸心方向へ移動可能に挿入された第１ピストン(２１)と、上記第１ピストン(２１)に連結されると共に上記ハウジング(１)に軸心方向へ移動可能に挿入された出力ロッド(２)と、上記第１ピストン(２１)に対して直列状に配置されると共に上記ハウジング(１)に軸心方向へ移動可能に挿入された第２ピストン(２２)と、上記第２ピストン(２２)を軸心方向の一端側へ移動させる力を軸心方向の他端側への力に反転させると共に倍力変換して上記出力ロッド(２)へ伝達する倍力機構(３６)と、を備えた倍力機構付きシリンダ装置であって、
上記倍力機構(３６)は、その倍力駆動の開始時に上記出力ロッド(２)と上記第２ピストン(２２)との間で半径方向の内方へ狭くなるように形成される楔空間(３９)と、その楔空間(３９)に周方向に所定の間隔をあけて挿入される係合ボール(４０)とを有し、
上記係合ボール(４０)は、上記第２ピストン(２２)が上記の一端側へ移動するのを阻止すると共に上記出力ロッド(２)及び上記第１ピストン(２１)を上記の他端側へ移動させる状態と、上記第２ピストン(２２)を上記の一端側へ移動させると共に当該第２ピストン(２２)が上記出力ロッド(２)及び上記第１ピストン(２１)を上記の他端側へ倍力駆動する状態とに切換え可能に構成した、
ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項２】
ハウジング(１)に軸心方向へ移動可能に挿入された第１ピストン(２１)と、上記第１ピストン(２１)に連結されると共に上記ハウジング(１)に軸心方向へ移動可能に挿入された出力ロッド(２)と、上記第１ピストン(２１)に対して直列状に配置されると共に上記ハウジング(１)に軸心方向へ移動可能に挿入された第２ピストン(２２)と、上記第２ピストン(２２)を軸心方向の一端側へ移動させる力を軸心方向の他端側への力に反転させると共に倍力変換して上記出力ロッド(２)へ伝達する倍力機構(３６)と、を備えた倍力機構付きシリンダ装置であって、
上記倍力機構(３６)は、その倍力駆動の開始時に上記出力ロッド(２)と上記第２ピストン(２２)との間で半径方向の内方へ狭くなるように形成される楔空間(３９)と、その楔空間(３９)に周方向に所定の間隔をあけて挿入される係合ボール(４０)と、上記係合ボール(４０)を半径方向の内方へ押すように上記第２ピストン(２２)に設けた倍力部(４１)と、を有し、
上記倍力駆動の開始時に上記係合ボール(４０)を上記楔空間(３９)に押し出すための押部(４８)であって、上記第２ピストン(２２)が上記の一端側へ移動するのを阻止すると共に上記出力ロッド(２)及び上記第１ピストン(２１)を上記の他端側へ移動させる状態で上記係合ボール(４０)を上記出力ロッド(２)の外周面へ向けて半径方向の内方へ押す押部(４８)を、上記第２ピストン(２２)に設けた、
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２の倍力機構付きシリンダ装置において、
前記押部(４８)が前記係合ボール(４０)を半径方向の内方へ押す力は、前記倍力部(４１)が前記係合ボール(４０)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(４８)を構成した、
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から３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(２)にクランプ部材(５５)を連結した、
ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項１】
ハウジング(１)に軸心方向へ移動可能に挿入された第１ピストン(２１)と、上記第１ピストン(２１)に連結されると共に上記ハウジング(１)に軸心方向へ移動可能に挿入された出力ロッド(２)と、上記第１ピストン(２１)に対して直列状に配置されると共に上記ハウジング(１)に軸心方向へ移動可能に挿入された第２ピストン(２２)と、上記第２ピストン(２２)を軸心方向の一端側へ移動させる力を軸心方向の他端側への力に反転させると共に倍力変換して上記出力ロッド(２)へ伝達する倍力機構(３６)と、を備えた倍力機構付きシリンダ装置であって、
上記倍力機構(３６)は、その倍力駆動の開始時に上記出力ロッド(２)と上記第２ピストン(２２)との間で半径方向の内方へ狭くなるように形成される楔空間(３９)と、その楔空間(３９)に周方向に所定の間隔をあけて挿入される係合ボール(４０)とを有し、
上記係合ボール(４０)は、上記第２ピストン(２２)が上記の一端側へ移動するのを阻止すると共に上記出力ロッド(２)及び上記第１ピストン(２１)を上記の他端側へ移動させる状態と、上記第２ピストン(２２)を上記の一端側へ移動させると共に当該第２ピストン(２２)が上記出力ロッド(２)及び上記第１ピストン(２１)を上記の他端側へ倍力駆動する状態とに切換え可能に構成した、
ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項２】
ハウジング(１)に軸心方向へ移動可能に挿入された第１ピストン(２１)と、上記第１ピストン(２１)に連結されると共に上記ハウジング(１)に軸心方向へ移動可能に挿入された出力ロッド(２)と、上記第１ピストン(２１)に対して直列状に配置されると共に上記ハウジング(１)に軸心方向へ移動可能に挿入された第２ピストン(２２)と、上記第２ピストン(２２)を軸心方向の一端側へ移動させる力を軸心方向の他端側への力に反転させると共に倍力変換して上記出力ロッド(２)へ伝達する倍力機構(３６)と、を備えた倍力機構付きシリンダ装置であって、
上記倍力機構(３６)は、その倍力駆動の開始時に上記出力ロッド(２)と上記第２ピストン(２２)との間で半径方向の内方へ狭くなるように形成される楔空間(３９)と、その楔空間(３９)に周方向に所定の間隔をあけて挿入される係合ボール(４０)と、上記係合ボール(４０)を半径方向の内方へ押すように上記第２ピストン(２２)に設けた倍力部(４１)と、を有し、
上記倍力駆動の開始時に上記係合ボール(４０)を上記楔空間(３９)に押し出すための押部(４８)であって、上記第２ピストン(２２)が上記の一端側へ移動するのを阻止すると共に上記出力ロッド(２)及び上記第１ピストン(２１)を上記の他端側へ移動させる状態で上記係合ボール(４０)を上記出力ロッド(２)の外周面へ向けて半径方向の内方へ押す押部(４８)を、上記第２ピストン(２２)に設けた、
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２の倍力機構付きシリンダ装置において、
前記押部(４８)が前記係合ボール(４０)を半径方向の内方へ押す力は、前記倍力部(４１)が前記係合ボール(４０)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(４８)を構成した、
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から３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(２)にクランプ部材(５５)を連結した、
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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９１１５７（Ｐ２０１３−９１１５７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２６３３０３（Ｐ２０１２−２６３３０３）
【出願日】平成２４年１１月３０日（２０１２．１１．３０）
【分割の表示】特願２０１２−２８７４２（Ｐ２０１２−２８７４２）の分割
【原出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【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５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月３０日（２０１２．１１．３０）
【分割の表示】特願２０１２−２８７４２（Ｐ２０１２−２８７４２）の分割
【原出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（３９１００３９８９）株式会社コスメック (45)
【Ｆターム（参考）】
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