Booster mechanism with a cylinder device |
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申请号 | JP2011199971 | 申请日 | 2011-08-26 | 公开(公告)号 | JP5129378B1 | 公开(公告)日 | 2013-01-30 |
申请人 | 株式会社コスメック; | 发明人 | 英明 横田; 慶多朗 米澤; | ||||
摘要 | 【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する。 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し、その第2ピストン(20)から出力ロッド(26)を上記ハウジング(2)の上方へ突出させる。 上記第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。 上記ロック室(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)に伝達するように、ハウジング(2)内に倍力機構(52)を配置する。 また、上記第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、上記ハウジング(2)内に切換機構(54)を配置する。 【選択図】図1 |
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权利要求 | 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た第2ピストン(20)であって、上記ハウジング(2)の外方へ突出される出力ロッド(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、 上記第1ピストン(10)を上記ハウジング(2)と上記第2ピストン(20)とに選択的に連結する切換機構(54)であって、上記第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 受け止め可能に連結すると共に、上記第2ピストン(20)の高負荷ストローク時に上記第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 駆動可能に連結する切換機構(54)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1に記載した倍力機構付きシリンダ装置において、 前記切換機構(54)は、 前記第1ピストン(10)が前記ハウジング(2)に受け止め可能に連結された状態で前記第2ピストン(20)が 前記リリース室(42)側へ所定の低負荷ストロークだけ進出したときに、上記第1ピストン(10)と上記ハウジング(2)との 上記連結を解除すると共に上記第1ピストン(10)を 前記倍力機構(52)を介して上記第2ピストン(20)に 駆動可能に連結する、 ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。 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た第2ピストン(20)であって、上記ハウジング(2)の外方へ突出される出力ロッド(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、 上記第1ピストン(10)が上記リリース室(42)側へ移動するのを阻止すると共に上記第2ピストン(20)を上記リリース室(42)側へ移動させる状態と上記第1ピストン(10)を上記リリース室(42)側へ移動させて当該第1ピストン(10)が上記倍力機構(52)を介して上記第2ピストン(20)を駆動する状態とに切り換える切換機構(54)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 1から3のいずれかに記載した倍力機構付きシリンダ装置において、 前記ハウジング(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)へ向けてガイド筒(6)を突出させ、そのガイド筒(6)に、前記第2ピストン(20)の外周に形成したガイド面(32)を挿入し、 前記倍力機構(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)であって前記ロック室(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、前記第1ピストン(10)の前記筒孔(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4に記載した倍力機構付きシリンダ装置において、 前記倍力機構(52)の倍力駆動の開始時に前記係合ボール(58)を半径方向の内方へ押し出すための押部(66)であって、前記第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)を前記第2ピストン(20)の前記ガイド面(32)へ向けて半径方向の内方へ押す押部(66)を、前記第1ピストン(10)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 5に記載した倍力機構付きシリンダ装置において、 前記の切換機構(54)を、前記押部(66)と前記係合ボール(58)と前記ガイド面(32)と前記カム面(62)によって構成し、 前記の低負荷ストローク時には、上記ガイド面(32)によって半径方向の外方へ押し出された上記係合ボール(58)が上記押部(66)を前記リリース室(42)側から受け止め、これにより、前記第2ピストン(20)が前記第1ピストン(10)を置き残して上記リリース室(42)側へ移動するように構成し、 前記倍力駆動の開始時には、上記押部(66)が上記係合ボール(58)を上記カム面(62)に係合させ、これにより、上記第1ピストン(10)の前記倍力面(64)が上記係合ボール(58)と上記カム面(62)を介して上記第2ピストン(20)を駆動するように構成した、 ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。 請求項 1から6のいずれかに記載した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から6のいずれかに記載した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1から 8のいずれかに記載した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 1から8のいずれかに記載した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 4から6のいずれかに記載した倍力機構付きシリンダ装置において、 前記出力ロッド(26) の外周部に、前記ガイド面(32)及び前記カム面(62)を設けたカム部材(86)を装着した、ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。 請求項11に記載した倍力機構付きシリンダ装置において、 前記出力ロッド(26)に前記カム部材(86)を軸心回りに回転可能に装着し、前記ガイド筒(6)に上記カム部材(86)を軸方向へ移動可能かつ軸心回りに回転不能に連結した、ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。 |
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说明书全文 | この発明は、倍力機構を付設したシリンダ装置に関し、より詳しくいえば、ワークや金型等の被固定物を固定する際に、まず、シリンダ装置に設けた出力ロッドを速やかに駆動し、その後、上記出力ロッドを倍力駆動する技術に関する。 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。 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。 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。 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。 本発明は、次の作用効果を奏する。 本発明では、例えば、図1から図3、図5、図6Aから図6Dに、それぞれ示すように、前記切換機構54を次のように構成することが好ましい。 また、本発明は、例えば、図1から図3、図5、図6Aから図6Dに、それぞれ示すように、次の構成を加えることが好ましい。 また、本発明は、例えば、図1から図3、図5、図6Aから図6Dに、それぞれ示すように、次の構成を加えることが好ましい。 さらに、本発明では、例えば、図1から図3、図5、図6Aから図6Dに、それぞれ示すように、前記切換機構54を次のように構成することが好ましい。 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。 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。 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。 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。 本発明では、例えば、図4に示すように、前記出力ロッド26の外周部に、前記ガイド面32及び前記カム面62を設けたカム部材86を装着することが好ましい。 さらに、本発明では、例えば、上記の図4に示すように、前記出力ロッド26に前記カム部材86を軸心回りに回転可能に装着し、前記ガイド筒6に上記カム部材86を軸方向へ移動可能かつ軸心回りに回転不能に連結することが好ましい。 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。 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。 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。 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。 上記倍力機構52は、次のように構成される。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 上記構成のシリンダ装置1は、次のように作動する。 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。 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。 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。 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。 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。 上記の第4実施形態は、次のように変更可能である。 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。 上記の各実施形態は、次のように変更可能である。 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. |