JP2014095391A - 倍力機構付きシリンダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ装置をコンパクトにし、被駆動部材を倍力駆動した後に大きいストロークで移動させる倍力機構付きシリンダ装置を実現する。
【解決手段】ハウジング（２）に挿入された第１ピストン（１０）と、前記第１ピストン（１０）を軸方向に貫通する筒孔（１４）に挿入される第２ピストン（２０）と、前記第１ピストン（１０）と前記第２ピストン（２０）との間に介在される楔式の倍力機構（Ｍ）とを備える。前記第１ピストン（１０）が上昇して前記倍力機構（Ｍ）により前記第２ピストン（２０）を上方へ倍力駆動した後に、前記第２ピストン（２０）が圧力流体によって上方へ低負荷駆動される。
【選択図】図１

Description

本発明は、倍力機構を付設したシリンダ装置に関し、より詳しく言えば、ワークや金型等の被駆動部材を、強力に倍力駆動した後に大きいストロークで移動させる技術に関する。

従来の倍力機構付きシリンダ装置には、特許文献１（日本国・特開２００１−２５９３２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。

ハウジングの右部内に主ピストンが配置されると共に上記ハウジングの左部内に副ピストンが配置され、主ピストンのピストンロッドに副ピストンの筒孔が外嵌めされる。その副ピストンの左外側の空間に、レバー式の倍力機構のレバーが搖動可能に支持される。そのレバーの半径方向の外側に設けた入力部が副ピストンの外周部の左面に接当され、上記レバーの半径方向の内側に設けた出力部が主ピストンのピストンロッドに連結される。

そして、上記の主ピストンと副ピストンとの間に形成した駆動室に圧縮空気を供給すると、左方へ駆動される副ピストンが前記レバーを介してピストンロッド（及び主ピストン）を右方へ倍力駆動する。

特開２００１−２５９３２号公報（２００１年１月１３日公開）

上記の従来技術は、ワークや金型等の被駆動部材を上記レバーのレバー比に応じて強力に倍力駆動できるが、その駆動ストロークが短いという問題があった。

また、上記従来技術では、主ピストンと副ピストンとを直列状に配置したので、ハウジングの寸法が長くなり、シリンダ装置が大型になるという問題があった。

一方、被駆動部材を倍力駆動した後に大きいストロークで移動させたいという要望も存在する。

本発明の目的は、シリンダ装置をコンパクトにすると共に、被駆動部材を倍力駆動した後に大きいストロークで移動させるようにすることにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る倍力機構付きシリンダ装置は、例えば、図１〜図２Ｄ、又は図３〜図４Ｄに示すように、次のように構成される。

即ち、ハウジング２，２Ａに挿入された第１ピストン１０と、前記第１ピストン１０を軸方向に貫通する筒孔１４に挿入される第２ピストン２０，２０Ａと、前記第１ピストン１０と前記第２ピストン２０，２０Ａとの間に介在される倍力機構Ｍとを備え、前記第１ピストン１０が前記第２ピストン２０，２０Ａの出力方向へ移動して前記倍力機構Ｍにより前記第２ピストン２０，２０Ａを前記出力方向へ倍力駆動した後に、前記第２ピストン２０，２０Ａが圧力流体によって前記出力方向へ低負荷駆動される、ことを特徴とする。

ここで、前記出力方向とは、ワークや金型などの被駆動部材（負荷）を第２ピストンが当該負荷に抗して駆動する方向をいう。

この特徴により、本願発明は次の作用効果を奏する。

第１ピストンを軸方向に貫通する筒孔に第２ピストンを挿入する並列構成により、ハウジングの背丈を小さくできると共に、第１ピストンが第２ピストンを倍力駆動した後で当該第２ピストンを低負荷駆動する。このため、シリンダ装置をコンパクトにすると共に、被駆動部材を倍力駆動した後に大きいストロークで移動させることができる。

本発明に係る倍力機構付きシリンダ装置では、前記倍力機構Ｍは、前記出力方向へ向うにつれて軸心から離れるように前記第２ピストン２０，２０Ａの入力部２８に形成したカム面６２と、前記出力方向へ移動した第１ピストン１０により押圧されて前記カム面６２を倍力駆動する係合ボール５８とを含み、前記入力部２８には、前記カム面６２を倍力駆動した係合ボール５８の半径方向の内方への移動を阻止すると共に前記低負荷駆動時の前記第２ピストン２０，２０Ａの移動を許容するガイド面６８が、前記カム面６２に対して前記出力方向とは反対側に形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、第１ピストンを前記出力方向へ移動させると、まず、係合ボールがカム面を介して第２ピストンを倍力駆動し、その後、圧力流体が第２ピストンを低負荷で迅速に移動させる。その低負荷ストローク状態では、入力部に形成したガイド面は、係合ボールが半径方向の内方へ移動するのを阻止すると共に、当該係合ボールを置き残して移動するので、圧力流体によって第２ピストンが円滑に移動する。

この結果、シリンダ装置をコンパクトに構成しながら、第２ピストンを確実に倍力駆動した後に大きいストロークで円滑に移動させることができる。

本発明に係る倍力機構付きシリンダ装置では、前記第１ピストン１０を前記出力方向に移動させるためのバネ４７を設け、前記バネ４７が前記第１ピストン１０と前記倍力機構Ｍとを介して前記第２ピストン２０，２０Ａを前記出力方向へ付勢するように構成することが好ましい。

上記構成によれば、第１ピストンを前記出力方向へ確実に移動させることができる。

本発明に係る倍力機構付きシリンダ装置では、前記第１ピストン１０及び第２ピストン２０，２０Ａを前記出力方向に移動及び復帰移動可能にするための圧力流体を供給および排出する給排路４８，５０を設けることが好ましい。

上記構成によれば、簡単な構成により、第１及び第２ピストンを出力方向へ移動及び復帰移動させることができる。

本発明に係る倍力機構付きシリンダ装置では、前記第１ピストン１０を前記出力方向に移動させるためのバネ４７を設け、前記バネ４７が前記第１ピストン１０と前記倍力機構Ｍとを介して前記第２ピストン２０，２０Ａを前記出力方向へ付勢するように構成し、前記第１ピストン１０及び第２ピストン２０，２０Ａを前記出力方向に移動および復帰移動可能にするための圧力流体を供給および排出する給排路４８，５０を設けることが好ましい。

上記構成によれば、何らかの原因で圧力流体の圧力が低下または消失した場合でも、バネの付勢力が倍力機構を介して第２ピストンを倍力駆動位置に保持することが可能となる。

本発明に係る倍力機構付きシリンダ装置では、前記第２ピストン２０，２０Ａを駆動する圧力流体が供給される駆動室４０が、前記ハウジング２，２Ａの両端壁２ａ，２Ａａ，２ｂ，２Ａｂのうちの前記出力方向とは反対側の端壁（２ｂ，２Ａａ）と前記第２ピストン２０，２０Ａとの間に形成されることが好ましい。

上記構成によれば、前記第２ピストンを簡単な構成で圧力流体により駆動することができる。

本発明に係る倍力機構付きシリンダ装置では、前記第１ピストン１０と前記第２ピストン２０，２０Ａとの両者を前記出力方向とは反対側の方向に移動させた復帰移動状態において、前記第１ピストン１０は、当該第１ピストン１０に対向する前記ハウジング２の第１端面Ｓ１，Ｓ１Ａにより受け止められており、前記第２ピストン２０，２０Ａは、当該第２ピストン２０，２０Ａに対向する前記ハウジング２の第２端面Ｓ２，Ｓ２Ａにより受け止められていることが好ましい。

上記構成によれば、復帰移動状態において、第１ピストン及び第２ピストンは、それぞれ、ハウジングの端面により受け止められているので、第１ピストン及び第２ピストンを受け止めるための専用のストッパ部をハウジングの内周面に形成する必要がなくなる。このため、ハウジングの加工が容易になり、倍力機構付きシリンダ装置の製作コストを低減することができる。

本発明に係る倍力機構付きシリンダ装置では、前記倍力機構Ｍは、前記出力方向へ向うにつれて前記軸心から離れるように前記第１ピストン１０に形成された倍力面６４と、前記入力部２８が挿入されるように前記ハウジング２に形成されたガイド筒６の支持孔５６とをさらに含み、前記係合ボール５８は前記支持孔５６に挿入されていることが好ましい。

上記構成によれば、簡素な構成により楔式の倍力機構を実現することができる。

第１実施形態に係る倍力機構付きシリンダ装置を示す正面断面図であって、後述する図２Ｂに対応する図である。 図２Ａから図２Ｄは、上記倍力機構付きシリンダ装置の動作説明図である。 第２実施形態に係る倍力機構付きシリンダ装置を示す正面断面図であって、後述する図４Ｂに対応する図である。 図４Ａから図４Ｄは、上記倍力機構付きシリンダ装置の動作説明図である。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１〜図２Ｄは、本発明の第１実施形態を示し、ワークや金型等の被駆動部材を負荷に抗して上方へ駆動する構造を例示している。まず、図１により、倍力機構付きシリンダ装置１の構成を説明する。

（シリンダ装置１の構成）
図１は、第１実施形態に係る倍力機構付きシリンダ装置１を示す正面断面図であって、後述する図２Ｂに対応する図である。

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は複数のボルト（図示せず）によってワークパレット等の固定側部材Ｆに固定されている（図２Ａ〜図２Ｄ参照）。

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する。

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には筒孔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。

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円柱状の入力部２８と、その入力部２８からさらに上方へ一体的に突出された出力ロッド３０とを備える。入力部２８はピストン本体２４よりも小径に形成されており、出力ロッド３０は入力部２８よりも小径に形成されている。

入力部２８の外周面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、上記の出力ロッド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。上記出力ロッド３０の上部が、出力部３０ａ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、下側の駆動室４０と上側のリリース室４２との２つの室に区画している。

上記駆動室４０は、第１ピストン１０の下側の第１駆動室４０ａと第２ピストン２０の下側の第２駆動室４０ｂとに区分けされる。これら２つの駆動室４０ａ，４０ｂは、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、ピストン本体２４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は、ガイド筒６の上部に形成した横孔４６によって連通されている。

なお、第１駆動室４０ａにはバネ４７が装着され、そのバネ４７が第１ピストン１０を上方へ付勢している。

上記駆動室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、駆動室４０には、駆動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、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。なお、リリース室４２に供給された圧縮空気により、第２ピストン２０は、内封止部材２２の装着部分におけるピストン本体２４の受圧断面積から上封止部材３６の装着部分における出力ロッド３０の受圧断面積を差し引いた環状断面積に作用する圧力を受けて、下降される。

上記リリース室４２内に倍力機構Ｍが配置される。上記の倍力機構Ｍは、駆動室４０に供給された圧縮空気とバネ４７とが第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。

倍力機構Ｍは、次のように構成される。

ガイド筒６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に対応させて入力部２８の外周にカム溝Ｃが形成される。そのカム溝Ｃの底壁に形成したカム面６２は、上方へ向かうにつれて軸心から離れるように形成されている。換言すると、上記カム面６２は、下方の駆動室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、上方へ向かうにつれて軸心から離れるように形成されている。

第２ピストン２０の軸心に対するカム面６２の傾斜角度は、２０度以上６０度以下の範囲が好ましく、２５度から４５度の範囲がさらに好ましい。また、第１ピストン１０の軸心に対する倍力面６４の傾斜角度は、５度以上１５度以下の範囲が好ましい。

入力部２８には、横断面視で円弧状のガイド面６８が上下方向に形成されている。このガイド面６８は、カム面６２の下側に連ねて形成されており、そのカム面６２を倍力駆動した係合ボール５８が半径方向の内方へ移動するのを阻止すると共に前記第２ピストン２０が上昇するのを許容するように形成されている。

（シリンダ装置１の動作）
図２Ａから図２Ｄは、上記倍力機構付きシリンダ装置１の動作説明図である。上記構成のシリンダ装置１は、図２Ａ〜２Ｄに示すように、次のように動作する。

図２Ａのリリース状態では、駆動室４０の圧縮空気が排出されるとともにリリース室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に供給された圧縮空気が第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、そのピストン本体２４の下側の端面２４ａが前記第２端面Ｓ２に接当されている。

図２Ａのリリース状態においては、係合ボール５８は、倍力面６４と支持孔５６の内周面とカム面６２とによって囲まれて、脱落が防止されている。

上記リリース状態で、出力ロッド３０の出力部３０ａに、負荷としての被駆動部材Ｌが接当（又は連結）される。

上記シリンダ装置１を駆動するときには、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駆動室４０に圧縮空気を供給する。

すると、まず、第１駆動室４０ａの圧縮空気とバネ４７とが第１ピストン１０を上方へ押す。これにより、シリンダ装置１が、図２Ａのリリース状態から図２Ｂに示す高負荷ストロークの終期状態へ移行する。即ち、第１ピストン１０が、倍力面６４と係合ボール５８とカム面６２とを介して入力部２８を上方へ倍力駆動する。その倍力駆動力と、第２駆動室４０ｂの圧縮空気から第２ピストン２０に作用する上向き力との合力により、出力ロッド３０が被駆動部材Ｌを強力に上昇させる。

次いで、図２Ｃ（低負荷ストローク駆動の初期状態）に示すように、第１ピストン１０が上端壁２ａに受け止められる。これと同時に、駆動室４０の圧縮空気が第２ピストン２０を介して上記出力ロッド３０を大きいストロークで迅速に上昇させる。このとき、カム面６２の下側に形成したガイド面６８は、係合ボール５８が半径方向の内方へ移動することを阻止すると共に、当該係合ボール５８をその位置に保持しながら、その係合ボール５８を置き残して上昇していく。

引き続いて、図２Ｄ（低負荷ストローク駆動の終期状態）に示すように、上記出力ロッド３０が被駆動部材Ｌを速やかに上昇させ、低負荷ストローク駆動が終了する。この場合、入力部２８の上端面とハウジング２の上端壁２ａとの間には隙間が空いている。

図２Ｃから図２Ｄの低負荷ストローク状態では、前記の係合ボール５８は、上記ガイド面６８と支持孔５６の内周面と前記筒孔１４の途中高さ部の内周面とによって囲まれて、脱落が防止されている。この場合、係合ボール５８の上下方向の少なくとも一方と、上記係合ボール５８の水平方向の少なくとも一方には、所定の隙間が形成可能になっている。これにより、出力ロッド３０が円滑に上昇される。

図２Ｄの状態において、何らかの原因で駆動室４０の圧縮空気の圧力が低下または消失し、被駆動部材Ｌの重量により、出力ロッド３０が上記図２Ｄの状態から図２Ｂの状態へ下降した場合でも、上記バネ４７の付勢力が倍力機構Ｍの楔作用と協働することにより、出力ロッド３０が図２Ｂの上昇位置に保持される。

上記シリンダ装置１を図２Ｄの状態から図２Ａのリリース状態へ切り換えるときには、上記図２Ｄにおいて、駆動室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。

そうすると、図２Ｃに示すように、第２ピストン２０が、バネ４７によって上昇位置に保持された第１ピストン１０を置き残して下降していく。次いで、図２Ｂに示すように、第２ピストン２０のカム面６２が係合ボール５８を介して支持孔５６の内周面に受け止められる。その後、図２Ａに示すように、バネ４７の付勢力に抗して第１ピストン１０が下降して、係合ボール５８が半径方向の外方へ移動可能となり、第２ピストン２０も下降する。

（変形例）
前述した倍力機構付きシリンダ装置１は、第１駆動室４０ａのバネ４７により第１ピストン１０を上方へ付勢し、かつ、第１駆動室４０ａに供給した圧縮空気によって第１ピストン１０を上方へ加圧するように構成していた。しかしながら、本発明はこれに限定されない。

即ち、第１駆動室４０ａにバネ４７を設けず、圧縮空気のみにより第１ピストン１０を上昇させるように構成してもよい。この場合は、より簡単な構成により第１ピストン１０を上昇させることができる。

また、倍力機構Ｍの係合ボール５８が、第２ピストン２０の入力部２８に作用して倍力駆動し、出力ロッド３０を間接的に倍力駆動している例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、出力ロッド３０を係合ボール５８により、直接、倍力駆動するように構成してもよい。

（効果）
上記の第１実施形態は次の効果を奏する。

第１ピストン１０を軸方向に貫通する筒孔１４に第２ピストン２０を挿入するという並列構成により、第２ピストン２０を倍力駆動した後、その第２ピストン２０を低負荷駆動できる。このため、シリンダ装置１をコンパクトにしながら、被駆動部材Ｌを倍力駆動した後に大きいストロークで移動させることができる。

また、第１ピストン１０は第２ピストン２０の出力方向に移動して倍力駆動するので、第１ピストン１０と第２ピストン２０とが同じ方向に移動し、第１ピストン１０及び第２ピストン２０の制御が容易であり、構造も簡易化することができる。

この結果、シリンダ装置１をコンパクトにし、第１ピストン１０及び第２ピストン２０の制御及び構造を簡素にしながら、被駆動部材Ｌを倍力駆動した後に大きいストロークで移動させるようにすることができる。

また、係合ボール５８がカム面６２を倍力駆動した後、圧縮空気が第２ピストン２０を介して出力ロッド３０を迅速に移動させ、その低負荷ストローク状態では、カム面６２の下側に形成したガイド面６８は、係合ボール５８が半径方向の内方へ移動するのを阻止すると共に、その係合ボール５８を置き残して上昇するので、第２ピストン２０の上昇が許容される。

この結果、シリンダ装置１をコンパクトに構成しながら、出力ロッド３０は、被駆動部材Ｌを倍力駆動した後に大きいストロークで移動される。

さらに、何らかの原因で圧縮空気の圧力が消失し、出力ロッド３０が下降した場合でも、バネ４７の付勢力が倍力機構Ｍの楔作用と協働することにより、係合ボール５８がカム面６２を倍力駆動する図２Ｂの上昇位置に出力ロッド３０を保持することが可能となる。

また、第１ピストン１０と第２ピストン２０との両者を下降させた復帰駆動状態において、第１ピストン１０及び第２ピストン２０は、それぞれ、ハウジング２の端面Ｓ１，Ｓ２により受け止められている。従って、第１ピストン１０及び第２ピストン２０を受け止めるためのストッパー部をハウジング２の内周面に形成する必要がなくなる。このため、ハウジング２の加工が容易になり、倍力機構付きシリンダ装置１の製作コストを低減することができる。

（第２実施形態）
図３〜図４Ｄは、第２実施形態を示し、被駆動部材を負荷に抗して下方へ駆動する構造を例示している。まず、図３により、倍力機構付きシリンダ装置１Ａの構成を説明する。

（シリンダ装置１Ａの構成）
図３は、第２実施形態に係る倍力機構付きシリンダ装置１Ａを示す正面断面図であって、後述する図４Ｂに対応する図である。この第２実施形態では、第１実施形態で前述した構成要素には同一の参照符号を付し、これらの構成要素の詳細な説明は繰り返さない。

前記の第１実施形態のシリンダ装置１ではピストン本体２４の下側の端面２４ａとは反対側に出力ロッド３０を配置していたが、第２実施形態のシリンダ装置１Ａではピストン本体２４の上側の端面２４ａ側に出力ロッド３０を配置している。

上記シリンダ装置１Ａは、ハウジング２Ａを有し、そのハウジング２Ａが上端壁２Ａａと下端壁２Ａｂと胴部２ｃとを備える。上記ハウジング２Ａが複数のボルト（図示せず）によってワークパレット等の固定側部材Ｆに固定されている（図４Ａ〜図４Ｄ参照）。

上記ハウジング２Ａ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、上記の下端壁２Ａｂからガイド筒６が上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には筒孔１４が上下方向へ貫通され、その筒孔１４に第２ピストン２０Ａが上下方向へ移動可能に挿入される。

上記第２ピストン２０Ａ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から下方へ一体的に突出された円柱状の入力部２８と、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３０とを備える。入力部２８はピストン本体２４よりも小径に形成されており、出力ロッド３０は入力部２８よりも小径に形成されている。

入力部２８の外周面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、上記の出力ロッド３０は、前記の上端壁２Ａａよりも上方へ突出されると共に、その上端壁２Ａａ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。上記出力ロッド３０の上端に雄ネジ部３０ｂが形成されている。

上記第１ピストン１０及び第２ピストン２０Ａが、ハウジング２Ａの内部空間を、上側の駆動室４０と下側のリリース室４２との２つの室に区画している。

上記駆動室４０は、第１ピストン１０の上側の第１駆動室４０ａと第２ピストン２０Ａの上側の第２駆動室４０ｂとに区分けされる。これら２つの駆動室４０ａ，４０ｂは、第１ピストン１０の上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４Ａ参照）。

前記リリース室４２は、第１ピストン１０の下側の第１リリース室４２ａと、ピストン本体２４の下側の第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は、ガイド筒６の下部に形成した横孔４６によって連通されている。

なお、第１駆動室４０ａにはバネ４７が装着され、そのバネ４７が第１ピストン１０を下方へ付勢している。

上記駆動室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、駆動室４０には、ロック用圧縮空気の給排路５０を介してロックポート（図示せず）が連通される。また、リリース室４２には、リリース用圧縮空気の給排路４８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内に楔式の倍力機構Ｍが配置される。上記の倍力機構Ｍは、駆動室４０に供給された圧縮空気とバネ４７とが第１ピストン１０を下方（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に伝達し、第２ピストンを下方へ押すように構成される。

倍力機構Ｍは、次のように構成される。

ガイド筒６の上部に、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に対応させて入力部２８の外周にカム溝Ｃが形成される。そのカム溝Ｃ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から離れるように形成されている。換言すると、上記カム面６２は、上方の駆動室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の下半部分に倍力面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軸心から離れるように形成されている。

入力部２８には、前記ガイド面６８が上下方向に形成されている。このガイド面６８は、カム面６２の上側に連ねて形成されており、そのカム面６２を倍力駆動した係合ボール５８が半径方向の内方へ移動するのを阻止すると共に前記第２ピストン２０が下降するのを許容するように形成されている。

（シリンダ装置１Ａの動作）
図４Ａから図４Ｄは、上記倍力機構付きシリンダ装置１Ａの動作説明図である。上記構成のシリンダ装置１Ａは、図４Ａ〜４Ｄに示すように、次のように動作する。

図４Ａのリリース状態では、駆動室４０の圧縮空気が排出されるとともにリリース室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に供給された圧縮空気が第１ピストン１０を上昇させると共に第２ピストン２０Ａを上昇させている。

図４Ａのリリース状態においては、係合ボール５８は、倍力面６４と支持孔５６の内周面とカム面６２とによって囲まれて、脱落が防止されている。

上記リリース状態で、出力ロッド３０の雄ネジ部３０ｂに、負荷としての被駆動部材（図示せず）が連結される。即ち、この被駆動部材には、雄ネジ部３０ｂに対応する雌ネジ部が形成されており、この雌ネジ部と雄ネジ部３０ｂとを螺合させることにより、出力ロッド３０と被駆動部材とを連結する。

上記シリンダ装置１Ａを駆動するときには、図４Ａ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駆動室４０に圧縮空気を供給する。

すると、まず、第１駆動室４０ａの圧縮空気とバネ４７とが第１ピストン１０を下方へ押す。これにより、シリンダ装置１Ａが、図４Ａのリリース状態から図４Ｂに示す高負荷ストロークの終期状態へ移行する。即ち、第１ピストン１０が、倍力面６４と係合ボール５８とカム面６２とを介して入力部２８を下方へ倍力駆動し、その倍力駆動力と、第２駆動室４０ｂの圧縮空気から第２ピストン２０Ａに作用する下向き力との合力により、出力ロッド３０が被駆動部材（図示せず）を強力に下降させる。

次いで、図４Ｃ（低負荷ストローク駆動の初期状態）に示すように、第１ピストン１０が下端壁２Ａｂに受け止められる。これと同時に、駆動室４０の圧縮空気がピストン本体２４を介して上記出力ロッド３０を大きいストロークで迅速に下降させる。このとき、カム面６２の上側に形成したガイド面６８は、係合ボール５８が半径方向の内方へ移動することを阻止すると共に、当該係合ボール５８をその位置に保持しながら、その係合ボール５８を置き残して下降していき、第２ピストン２０Ａの下方への移動を許容する。

引き続いて、図４Ｄ（低負荷ストロークの終期状態）に示すように、上記出力ロッド３０が被駆動部材（図示せず）を速やかに下降させた後、低負荷ストローク駆動が終了する。この場合、入力部２８の下端面とハウジング２の下端壁２Ａｂとの間には隙間が空いている。

図４Ｃから図４Ｄの低負荷ストローク状態では、前記の係合ボール５８は、上記ガイド面６８と支持孔５６の内周面と前記筒孔１４の途中高さ部の内周面とによって囲まれて、脱落が防止されている。この場合、係合ボール５８の上下方向の少なくとも一方と、上記係合ボール５８の水平方向の少なくとも一方には、所定の隙間が形成可能になっている。これにより、出力ロッド３０が円滑に下降する。

図４Ｄの状態において、何らかの原因で駆動室４０の圧縮空気の圧力が低下または消失し、被駆動部材（図示せず）の動作により、出力ロッド３０が上記図４Ｄの状態から図４Ｂの状態へ戻った場合でも、上記バネ４７の付勢力が倍力機構Ｍの楔作用と協働することにより、出力ロッド３０が図４Ｂの下降位置に保持される。

上記シリンダ装置１Ａを図４Ｄの状態から図４Ａのリリース状態へ切り換えるときには、上記図４Ｄにおいて、駆動室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。

そうすると、図４Ｃに示すように、第２ピストン２０Ａが、バネ４７によって下降位置に保持された第１ピストン１０を置き残して上昇していく。次いで、図４Ｂに示すように、第２ピストン２０Ａのカム面６２が係合ボール５８を介して支持孔５６の内周面に受け止められる。その後、図４Ａに示すように、バネ４７の付勢力に抗して第１ピストン１０が上昇して、係合ボール５８が半径方向の外方へ移動可能となり、第２ピストン２０Ａも上昇する。

（変形例）
前述した倍力機構付きシリンダ装置１Ａは、第１駆動室４０ａのバネ４７により第１ピストン１０を下方へ付勢し、かつ、第１駆動室４０ａに供給した圧縮空気によって第１ピストン１０を下方へ加圧するように構成していた。しかしながら、本発明はこれに限定されない。

即ち、第１実施形態と同様に、第１駆動室４０ａにバネ４７を設けず、圧縮空気のみにより第１ピストン１０を下降させるように構成してもよい。この場合は、より簡単な構成により第１ピストン１０を下降させることができる。

（効果）
上記の第２実施形態は次の効果を奏する。

第１ピストン１０を軸方向に貫通する筒孔１４に第２ピストン２０Ａを挿入するという並列構成により、第２ピストン２０Ａを倍力駆動した後、その第２ピストン２０Ａを低負荷駆動できる。このため、シリンダ装置１Ａをコンパクトにしながら、被駆動部材を倍力駆動した後に大きいストロークで移動させることができる。

また、係合ボール５８がカム面６２を倍力駆動した後、圧力流体が第２ピストン２０Ａを介して出力ロッド３０を迅速に移動させ、その低負荷ストローク状態では、カム面６２の上側に形成したガイド面６８は、係合ボール５８が半径方向の内方へ移動するのを阻止すると共に、この係合ボール５８を置き残して下降するので第２ピストンの下降が許容される。

また、第１ピストン１０を軸方向に貫通する筒孔１４に第２ピストン２０Ａを挿入することにより、上記２つのピストン１０，２０Ａを並列に配置したので、２つのピストンを直列に配置した上記従来技術とは異なり、ハウジング２Ａの高さを大幅に小さくしてシリンダ装置１Ａをコンパクトに造ることができる。

この結果、シリンダ装置１Ａをコンパクトに構成しながら、出力ロッド３０は、被駆動部材を倍力駆動した後に大きいストロークで移動される。

（各実施形態の変更例）
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。

倍力機構付きシリンダ装置１，１Ａの配置姿勢は、図示の姿勢とは、上下逆にしたり、横向きにしたり、斜め向きにしてもよい。

また、倍力機構付きシリンダ装置１，１Ａに使用するための圧力流体は、例示の圧縮空気に代えて、他の圧縮気体や圧油等の液体であってもよい。

前記第１リリース室４２ａと第２リリース室４２ｂとの少なくとも一方は、リリース用圧縮流体を供給及び排出可能に構成することに代えて、又は、これに加えて、戻しバネを装着するようにしてもよい。

前記カム面６２と係合ボール５８と支持孔５６とガイド面６８とは、周方向に３つ又は４つ設けることが好ましいが、２つ又は５つ以上設けてもよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ シリンダ装置
２，２Ａ ハウジング
２ａ，２Ａａ 上端壁（端壁）
２ｂ，２Ａｂ 下端壁（端壁）
６ ガイド筒
１０ 第１ピストン
１４ 筒孔
２０，２０Ａ 第２ピストン
２８ 入力部
３０ 出力ロッド
４０ 駆動室
４７ バネ
４８ 給排路
５０ 給排路
５６ 支持孔
５８ 係合ボール
６２ カム面
６４ 倍力面
６８ ガイド面
Ｍ 倍力機構
Ｓ１，Ｓ１Ａ 第１端面
Ｓ２，Ｓ２Ａ 第２端面

Claims (8)

1. ハウジング（２，２Ａ）に挿入された第１ピストン（１０）と、
   前記第１ピストン（１０）を軸方向に貫通する筒孔（１４）に挿入される第２ピストン（２０，２０Ａ）と、
   前記第１ピストン（１０）と前記第２ピストン（２０，２０Ａ）との間に介在される倍力機構（Ｍ）とを備え、
   前記第１ピストン（１０）が前記第２ピストン（２０，２０Ａ）の出力方向へ移動して前記倍力機構（Ｍ）により前記第２ピストン（２０，２０Ａ）を前記出力方向へ倍力駆動した後に、前記第２ピストン（２０，２０Ａ）が圧力流体によって前記出力方向へ低負荷駆動される、ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
2. 前記倍力機構（Ｍ）は、前記出力方向へ向うにつれて軸心から離れるように前記第２ピストン（２０，２０Ａ）の入力部（２８）に形成したカム面（６２）と、前記出力方向へ移動した第１ピストン（１０）により押圧されて前記カム面（６２）を倍力駆動する係合ボール（５８）とを含み、
   前記入力部（２８）には、前記カム面（６２）を倍力駆動した係合ボール（５８）の半径方向の内方への移動を阻止すると共に前記低負荷駆動時の前記第２ピストン（２０，２０Ａ）の移動を許容するガイド面（６８）が、前記カム面（６２）に対して前記出力方向とは反対側に形成されている、請求項１の倍力機構付きシリンダ装置。
3. 前記第１ピストン（１０）を前記出力方向に移動させるためのバネ（４７）を設け、前記バネ（４７）が前記第１ピストン（１０）と前記倍力機構（Ｍ）とを介して前記第２ピストン（２０，２０Ａ）を前記出力方向へ付勢するように構成した、請求項１又は２の倍力機構付きシリンダ装置。
4. 前記第１ピストン（１０）及び第２ピストン（２０，２０Ａ）を前記出力方向に移動及び復帰移動可能にするための圧力流体を供給および排出する給排路（４８，５０）を設けた、請求項１又は２の倍力機構付きシリンダ装置。
5. 前記第１ピストン（１０）を前記出力方向に移動させるためのバネ（４７）を設け、前記バネ（４７）が前記第１ピストン（１０）と前記倍力機構（Ｍ）とを介して前記第２ピストン（２０，２０Ａ）を前記出力方向へ付勢するように構成し、前記第１ピストン（１０）及び第２ピストン（２０，２０Ａ）を前記出力方向に移動および復帰移動可能にするための圧力流体を供給および排出する給排路（４８，５０）を設けた、請求項１又は２の倍力機構付きシリンダ装置。
6. 前記第２ピストン（２０，２０Ａ）を駆動する圧力流体が供給される駆動室（４０）が、前記ハウジング（２，２Ａ）の両端壁（２ａ，２Ａａ）（２ｂ，２Ａｂ）のうちの前記出力方向とは反対側の端壁（２ｂ，２Ａａ）と前記第２ピストン（２０，２０Ａ）との間に形成される、請求項１又は２の倍力機構付きシリンダ装置。
7. 前記第１ピストン（１０）と前記第２ピストン（２０，２０Ａ）との両者を前記出力方向とは反対側の方向に移動させた復帰移動状態において、前記第１ピストン（１０）は、当該第１ピストン（１０）に対向する前記ハウジング（２）の第１端面（Ｓ１，Ｓ１Ａ）により受け止められており、前記第２ピストン（２０，２０Ａ）は、当該第２ピストン（２０，２０Ａ）に対向する前記ハウジング（２）の第２端面（Ｓ２，Ｓ２Ａ）により受け止められている、請求項１又は２の倍力機構付きシリンダ装置。
8. 前記倍力機構（Ｍ）は、前記出力方向へ向うにつれて前記軸心から離れるように前記第１ピストン（１０）に形成された倍力面（６４）と、前記入力部（２８）が挿入されるように前記ハウジング（２）に形成されたガイド筒（６）の支持孔（５６）とをさらに含み、前記係合ボール（５８）は前記支持孔（５６）に挿入されている、請求項２の倍力機構付きシリンダ装置。

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