JP3804719B2

JP3804719B2 - 流体圧シリンダ

Info

Publication number: JP3804719B2
Application number: JP34585397A
Authority: JP
Inventors: 村恭久木
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2017-12-01
Also published as: JPH11166506A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体圧シリンダに関するものであり、特に詳しくは、駆動ストローク後半の駆動力が大きい流体圧シリンダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体圧シリンダを使用する作業機械には、スポット溶接やワークのクランプ等のように、ロッドの駆動ストロークの前半は大きな駆動力を必要とせず、駆動ストロークの後半において大きな駆動力を必要とするものがある。
この場合、ピストンの径を大きくして、ロッドの駆動ストローク前半から大きな駆動力を出力することは、圧力流体の消費量が多くなって運転コストが高くなるばかりでなく、省エネルギーの点からも好ましくない。
【０００３】
この問題を解決するために、ロッドの駆動ストローク前半の駆動力が小さく、駆動ストロークの後半における駆動力を大きくして、圧力流体の消費量を少なくした省エネルギー形の流体圧シリンダが提案されている。
図４Ａ〜Ｃは上記省エネルギー形の流体圧シリンダの一例を示し、この流体圧シリンダ１は、小径の第１のシリンダ２と大径の第２のシリンダ３を、中間の隔壁４を介して軸方向に同心に連設したものとして構成されており、これらのシリンダ２と３の両端は、ヘッドカバー５とロッドカバー６とによって閉鎖されている。
【０００４】
第１のシリンダ２内を気密に摺動する第１のピストン８のロッド９は、隔壁４及びロッドカバー６をそれぞれ気密に貫通してシリンダ１外に突出し、ロッド９の長手方向の適宜の位置に、拡径によって結合部９ａが設けられている。
一方、第２のシリンダ３内を気密に摺動する環状の第２のピストン１１は、上記結合部９ａが当接可能な結合部１１ａを備え、ロッドカバー６との間に縮設された復帰ばね１２によって隔壁４に向けて付勢されている。
上記ヘッドカバー５と隔壁４には、第１のピストン８で区画されたシリンダ室１３ａ，１３ｂに圧力流体を給排するポート１４ａ，１４ｂが、隔壁４とロッドカバー６には第２のピストン１１で区画されたシリンダ室１５ａ，１５ｂに圧力流体を給排するポート１６ａ，１６ｂがそれぞれ形成されており、ポート１６ａのシリンダ室１５ａへの開口に形成された弁座１７は、上記復帰ばね１２の付勢力によって第２のピストン１１で閉鎖されている。
【０００５】
上記流体圧シリンダ１は、ポート１４ａと１６ａから圧力流体を供給すると、シリンダ室１３ａに供給された圧力流体の作用力によって、第１のピストン８とロッド９が図において左動する。しかしながら、復帰ばね１２の付勢力によって第２のピストン１１が弁座１７を閉鎖しているために、シリンダ室１５ａには圧力流体が供給されないので（図４Ａ参照）、第２のピストン１１はその位置に停止している。
したがって、ロッド９のストローク前半の駆動力は、当初から大径のピストンでストロークさせる場合に比べて小さく、圧力流体の消費量を少なくすることができる。
【０００６】
第１のピストン８とロッド９が所定の距離ストロークして結合部９ａが１１ａに当接すると（図４Ｂ参照）、引き続き左動する第１のピストン８とロッド９によって、第２のピストン１１がこれらと一体に左動するので、弁座１７が開口する。これによってポート１６ａからシリンダ室１５ａに圧力流体が供給されるので、ロッド９は、第１、第２のピストン８と１１の各受圧面積に作用する圧力流体の作用力によって大きな駆動力で左動する（図４Ｃ参照）。したがって、駆動ストローク後半におけるロッド９の駆動力を大きくすることができる。
ポート１４ｂと１６ｂからシリンダ室１３ｂと１５ｂに圧力流体を供給すると、第１、第２のピストン８と１１及びロッド９が図において右動して、第２のピストン１１は弁座１７を閉鎖して停止し、第１のピストン８とロッド９は右動終端までストロークする。
【０００７】
上記既提案の流体圧シリンダ１は、ロッド９の駆動ストロークの後半において大きな駆動力を出力するものでありながら、ロッド９の駆動に必要な圧力流体の消費量を少なくすることができる。しかしながら、結合部９ａと１１ａとの間の距離が一定で変更することができないために、第２のピストン１１のストローク長さが常に同じであって、大きな駆動力を出力するストローク後半の長さを変更することができない。
しかしながら、流体圧シリンダを使用する作業機械は、大きな駆動力を必要とするストロークの長さがそれぞれ異なるので、上記既提案の流体圧シリンダ１は、大きな駆動力を必要とするストローク後半の長さの変動に対応することが困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、大きな駆動力を出力するストローク後半の長さを変更することができる流体圧シリンダを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の流体圧シリンダは、第１のシリンダと第２のシリンダとを軸方向に連接し、第１のシリンダを気密に摺動する第１のピストンがのロッドが、第２のシリンダを気密に摺動する第２のピストンを気密にかつ相対摺動可能に貫通して外部に突出する流体圧シリンダにおいて、上記第２のシリンダに、該第２のシリンダへの圧力流体の給排により作動してロッドをクランプするクランプ手段を設けている。
【００１０】
また、上記課題を解決するため、上記クランプ手段が、第２のピストンに設けたロッドの先端側が拡径するテーパと、ロッドに遊嵌され縮径によってロッドをクランプする割りスリーブと、第２のピストンのテーパ面と割スリーブの一様径の外表面との間に配設され、上記テーパで押圧されてクランプ部材を縮径させる直径の異なる複数列のボールとを備えていることを特徴としている。
【００１１】
【作用】
第１のシリンダに圧力流体を給排すると、第１のピストンとロッドが該ロッドの突出方向に駆動する。この場合、駆動力が小さく圧力流体の消費量が少ない。
第１のピストンが必要な距離ストロークしたことを検出して、第２のシリンダに圧力流体を給排すると、ロッドと同方向に移動する第２のピストンによりクランプ手段が作動してロッドをクランプするので、第１のピストンと第２のピストンの受圧面積の和に作用する流体圧の作用によって、ロッドが引き続き移動するので、駆動ストローク後半においてロッドが大きな駆動力を出力する。
したがって、ストローク前半から２個のピストンでロッドを駆動する場合に比べて、圧力流体の消費量を少なくすることができる。
【００１２】
また、ロッドの駆動ストローク距離の任意の位置において、第２のシリンダに圧力流体を給排してロッドをクランプするために、大きな駆動力を必要とするストローク後半の長さを任意の長さにすることができるので、この長さを使用する作業機械に応じた適切なものとすることができる。そして、第２のピストンのテーパ面と割スリーブの一様径の外表面との間に配設され、上記テーパで押圧されてクランプ部材を縮径させる直径の異なる複数列のボールとを備えているクランプ手段を用いたので、クランプ手段の構成が簡単である。しかも、第２のピストンに流体圧が作用したときの、テーパ面とボールと割りスリーブとによる締め付けが迅速かつ確実に行われ、クランプの解除も確実に行われる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明の実施例を示し、この流体圧シリンダ２０は、小径の第１のシリンダ２１とこれより大径の第２のシリンダ２２を、中間の隔壁２３によって軸方向にかつ同心に連設したものとして構成されており、これらのシリンダにおける第１、第２のシリンダチューブ２１ａと２２ａの軸方向端は、ヘッドカバー２４とロッドカバー２５によって気密に閉鎖されている。また、第１のシリンダチューブ２１ａの軸方向長さは、第２のシリンダチューブ２２ａのそれよりも長くされている。
【００１４】
第１のシリンダチューブ２１ａを気密に摺動する第１のピストン２７とそのロッド２８は、隔壁２３とロッドカバー２５を気密にかつ摺動可能に貫通して、流体圧シリンダ２０外に突出している。
上記ヘッドカバー２４と隔壁２３には、第１のピストン２７で区画されたシリンダ室２９ａ，２９ｂに、圧縮空気等の圧力流体を給排するポート３０ａ，３０ｂがそれぞれ開設されている。また、第１のピストン２７の外周には、該ピストンの位置を検出するための磁石３１が取付けられており、シリンダチューブ２１ａの外周面には、上記磁石３１の位置を検出して信号を出力する位置検出センサ３２が、適宜の手段によってその軸方向に移動可能でかつ任意の位置に固定可能に設けられている。
【００１５】
一方、第２のシリンダチューブ２２ａを気密に摺動する第２のピストン３３は、第１のピストン２７より受圧面積が大きくて環状をなし、中心を上記ロッド２８が気密にかつ相対摺動可能に貫通している。また、図２に詳細を示すように、上記第２のピストン３３はロッドカバー２５側に凹部３４を有し、該凹部３４の内周面に開口側が拡径するテーパ３４ａが形成されている。
第２のシリンダ２２内には、ロッド２８の外周面を囲む割りスリーブ３５が設けられており、クランプ部材を構成する上記割りスリーブ３５は、軸方向のスリット３５ａによってその径が拡縮可能とされている。
上記テーパ３４ａと割りスリーブ３５との間には、円周方向に多数配設した鋼製のボール３６が軸方向に複数列（図示の例は２列）配列されており、これらのボール３６は、保持リング３７によってそれぞれ回転自在に保持されている。そして、テーパ３４ａ、割りスリーブ３５及び多数のボール３６によってロッド２８のクランプ手段３８構成される。
【００１６】
上記第２のピストン３３はピストン復帰ばね４０によって、割りスリーブ３５はスリーブ復帰ばね４１によって、それぞれ隔壁２３に向けて付勢されており、この状態において、多数のボール３６はテーパ３４ａと割りスリーブ３５とに当接している。
また、隔壁２３とロッドカバー２５には、第２のピストン３３で区画されたシリンダ室４２ａ，４２ｂに圧縮空気を給排するポート４３ａ，４３ｂが開設されており、第１のシリンダ２１のポート３０ａ，３０ｂは切換弁４５の出力ポートＡとＢに、上記ポート４３ａ，４３ｂは切換弁４６の出力ポートＡとＢに、それぞれ接続されている。
図１中の符号ＰとＲは、切換弁４５と４６における圧縮空気の供給ポートと排出ポートである。
【００１７】
上記実施例は、ピストン２７と３３及びロッド２８がいずれも復帰位置にある図１に示す状態において、切換弁４５によって第１のシリンダ２１のシリンダ室２９ａに圧縮空気を供給すると、第１のピストン２７とロッド２８が図において左動する。
第１のピストン２７に設けた磁石３１によって、該ピストン２７が所定の距離ストロークしたことを位置検出センサ３２が検出して信号を出力すると、切換弁４６が作動して第２のシリンダ２２のシリンダ室４２ａに圧縮空気を供給するので（図３Ａ参照）、第２のピストン３３がピストン復帰ばね４０の付勢力に抗してロッド２８と同方向に移動を開始する。
【００１８】
第２のピストン３３が左動を開始すると、テーパ３４ａと多数のボール３６とによって割りスリーブ３５がロッド２８に向けて押圧されるので、第２のピストン３３がロッド２８をクランプする。この場合、割りスリーブ３５には、スリーブ復帰ばね４１の付勢力が第２のピストン３３の移動方向と反対の方向に作用しているので、クランプ手段３８がロッド２８を速やかにクランプする。
第２のピストン３３にクランプされたロッド２８は、第１、第２のピストン２７と３３の受圧面積の和に作用する圧縮空気の作用力によって、駆動ストロークの後半において大きな駆動力を出力する（図３Ｂ参照）。この場合、第１のピストン２７及び第２のピストン３３は、必ずしも全部のストロークを移動する必要はない。
したがって、ロッド２８の駆動ストローク後半における駆動力を大きくすることができ、しかもストロークの前半から大きな力でロッド２８を駆動するものに比べて、圧縮空気の消費量を少なくすることができる。
【００１９】
切換弁４５と４６を切り換えて、シリンダ室２９ｂ，２９ａ及び４２ｂ，４２ａに圧縮空気を給排すると、クランプ手段３８によるロッド２８のクランプが解除される。
したがって、第１のピストン２７とロッド２８はシリンダ室２９ｂに供給された圧縮空気の作用力によって、第２のピストン３３はシリンダ室４２ｂに供給された圧縮空気の作用力とピストン復帰ばね４０の付勢力とによって、割りスリーブ３５とボール３６はスリーブ復帰ばね４１の付勢力によって、それぞれ図１に示す状態に復帰する。
【００２０】
上記実施例は、ロッド２８の駆動ストローク後半の任意の位置において、クランプ手段３８によって第２のピストン３３がロッド２８をクランプするので、大きな駆動力が必要なロッド２８の後半のストローク長さを任意の長さに調整することができる。
したがって、駆動力が大きい後半のストロークを使用する作業機械に適切な長さとすることができるので、後半のストローク長さが一定のものに比べて圧力流体の消費量を一層少なくすることができる。
【００２１】
なお、上記実施例は、ロッド２８の駆動ストロークの当初から切換弁４６からシリンダ室４２ａに圧縮空気を供給すると、ロッドの２８の駆動ストローク前半における駆動力を大きくすることができ、また、ロッド２８の駆動ストロークの前半において切換弁４６からシリンダ室４２ａに圧縮空気を供給すると、ロッドの２８の駆動ストローク中間における駆動力を大きくすることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の流体圧シリンダは、大きな駆動力を必要とするロッドの後半のストローク長さを任意の長さにすることができるので、ストローク後半の長さを作業機械の要求に応じた適切の長さにすることができ、これによって、駆動ストロークの後半において大きな駆動力を出力する流体圧シリンダの圧力流体の消費量を一層少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の縦断正面図である。
【図２】同じく要部の断面図である。
【図３】Ａ，Ｂは同じく作動説明図である。
【図４】Ａ〜Ｃは既提案の流体圧シリンダ及びその作動説明図である。
【符号の説明】
２０流体圧シリンダ
２１第１のシリンダ
２２第２のシリンダ
２７第１のピストン
２８ロッド
３３第２のピストン
３４凹部
３４ａテーパ
３５割りスリーブ
３６ボール
３８クランプ手段
４２ａ，４２ｂシリンダ室

Claims

第１のシリンダと第２のシリンダとを軸方向に連設し、第１のシリンダを気密に摺動する第１のピストンのロッドが、第２のシリンダを気密に摺動する第２のピストンを気密にかつ相対摺動可能に貫通して外部に突出する流体圧シリンダにおいて、
上記第２のシリンダに、該第２のシリンダへの圧力流体の給排により作動してロッドをクランプするクランプ手段を設け、
クランプ手段が、第２のピストンに設けたロッドの先端側が拡径するテーパと、ロッドに遊嵌され縮径によってロッドをクランプする割りスリーブと、第２のピストンのテーパ面と割スリーブの一様径の外表面との間に配設され、上記テーパで押圧されてクランプ部材を縮径させる直径の異なる複数列のボールとを備えている、
ことを特徴とする流体圧シリンダ