JP3881589B2 - シリンダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば工作機械用ワークサポートに利用するのに好適なシリンダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、本発明者が提案した日本国・特開平１０−１４６７３３号公報(または、その日本公報に対応する米国特許第５，９７９，２６７)に示すように、従来のワークサポート用シリンダ装置は、作業用としての一つのシリンダだけを備えていた。
また、この種のシリンダ装置として本発明者が知っているものには、作業用シリンダと進退用シリンダとの二つのシリンダを備え、次のように作動するものがある。
ロック作動時には、まず、進退用シリンダの進退用ピストンを上昇させて、進出バネの付勢力によってサポートロッドをワークピースに接当させ、その後、その上昇位置のサポートロッドを作業用シリンダによって挟持固定する。また、リリース作動時には、まず、作業用シリンダによる上記の挟持固定状態を解除し、その後、上記の進退用ピストンを下降させて、その進退用ピストンが上記の進出バネの付勢力に抗して上記サポートロッドを下降させるのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の二つのシリンダを備えた技術では、上記サポートロッドの挟持固定状態を解除したときに、前記の進出バネの付勢力によって上記サポートロッドが前記ワークピースを突き上げるという問題があった。
本発明の目的は、上記のような問題点を解消できるシリンダ装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
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と図２Ａから図２Ｆおよび図３Ａから図３Ｆ、又は、図４から図６に示すように、シリンダ装置を次のように構成したものである。
作業用の第１シリンダ２０と進退用の第２シリンダ３２とを備え、
上記の第１シリンダ２０は、第１シリンダ孔２１に嵌入されてロックおよびリリース移動する第１ピストン２２と、その第１ピストン２２の外側に配置された作動室２３とを備え、上記の第１ピストン２２を、上記の作動室２３のガス圧力が第１設定圧力Ｐ１を越えたときにロック移動させると共に、上記の作動室２３のガス圧力が上記の第１設定圧力Ｐ１よりも低い第２設定圧力Ｐ２に低下したときにリリース移動させるように構成し、
前記の第２シリンダ３２は、第２シリンダ孔３３に嵌入された第２ピストン３５と、上記の第２シリンダ孔３３の第１端壁４０と上記の第２ピストン３５との間に形成されて圧力ガスが給排される入口室４１と、上記の第２シリンダ孔３３の第２端壁４４と上記の第２ピストン３５との間に形成された出口室４５と、上記の第２ピストン３５を上記の第１端壁４０へ向けて後退させる復帰手段４６とを備え、
上記の第２シリンダ孔３３の周面に、前記の作動室２３を上記の第２シリンダ孔３３内へ連通させる連通孔６２を開口させ、その連通孔６２の開口部と前記の第２ピストン３５の外周面とによって切換え手段６１を構成し、その切換え手段６１は、上記の第２ピストン３５の進出移動の初期から後期には上記の連通孔６２を上記の出口室４５へ連通させ、これに対して、上記の第２ピストン３５の進出移動の終期には上記の連通孔６２を上記の入口室４１へ連通させるように構成し、
上記の出口室４５を外気へ連通させて、上記の作動室２３から上記の連通孔６２と上記の出口室４５とを経て外気へ至るまでの間に流動抵抗付与手段Ｋを設けた、ものである。
【０００５】
上記の請求項１の発明は、例えば、図２Ａから図２Ｆと図３Ａから図３Ｆに示すように、次のように作用する。
ロック作動時には、前記の入口室４１へ圧縮空気等の圧力ガスを供給する。すると、その入口室４１の圧力Ｍが図２Ｆ中の実線図に示すように上昇するのに対して、前記の作動室２３の圧力Ｎは、前記の切換え手段６１の作用により、図２Ｆ中の破線図に示すように上記の入口室４１の圧力Ｍの上昇よりも遅れて上昇していく。このため、まず、図２Ａから図２Ｄに示すように、上記の入口室４１の圧力によって前記の第２ピストン３５(及び上記の第２ピストン３５に連結した操作具５１)が上昇し、その後、上記の第２作動室２３の圧力Ｎが前記の第１設定圧力Ｐ１よりも高くなり、図２Ｅに示すように前記の第１シリンダ２０の第１ピストン２２がロック側へ進出する。
【０００６】
また、リリース作動時には、前記の入口室４１の圧力ガスを外部へ排出する。すると、その入口室４１の圧力Ｍが図３Ｆ中の実線図に示すように下降するのに対して、前記の作動室２３の圧力Ｎは、前記の流動抵抗付与手段Ｋの作用により、図３Ｆ中の破線図に示すように上記の入口室４１の圧力Ｍの下降よりも遅れて下降していく。このため、まず、図３Ａから図３Ｄに示すように、前記の復帰手段４６によって前記の第２ピストン３５(及び操作具５１)が下降し、その後、上記の第２作動室２３の圧力Ｎが前記の第２設定圧力Ｐ２よりも低くなり、図３Ｅに示すように前記の第１ピストン２２がリリース側へ後退する。
【０００７】
従って、上記の請求項１の発明は次の効果を奏する。
ロック時には、進退用の第２シリンダの第２ピストンを進出させた後で第１シリンダをロック作動させることができ、リリース時には、上記の第２ピストンを後退させた後で上記の第１シリンダをリリース作動できる。
このため、例えば、本発明をワークサポートに適用した場合には、上記のリリース時に、前述した進出バネ等の進出手段によって前記サポートロッドがワークピースを突き上げるのを防止できる。
【０００８】
また、本発明は、前記の第２シリンダ孔３３の周面に、前記の作動室２３を上記の第２シリンダ孔３３内へ連通させる連通孔６２を開口させ、その連通孔６２の開口部と前記の第２ピストン３５の外周面とによって前記の切換え手段６１を構成することにより、上記の切換え手段６１を簡素な構成で精密に造れるので、信頼性のあるシリンダ装置を安価に実施できる。
【０００９】
本発明は、請求項２に示すように(図４から図６を参照)、前記の第２シリンダ孔３３の周面と前記の第２ビストン３５の外周面との間に封止具６５を介在させることが好ましい。
上記の請求項２の発明は、前記の入口室へ供給した圧力ガスが前記の出口室へ漏れるのを上記の封止具によって確実に防止できる。このため、上記の圧力ガスの供給時に、その圧力ガスが上記の出口室から外気へ漏れるのを防止でき、圧力ガスの消費量が少なくなる。また、その圧力ガスの供給時に、上記の漏出した圧力ガスがシリンダ装置の構成部材に何らかの誤作動を発生させることも防止できる。
【００１０】
本発明は、請求項３に示すように(図４から図６を参照)、前記の第２ビストン３５の外周面に前記の封止具６５を装着して、その封止具６５によって前記の切換え手段６１の一部分を構成することが好ましい。この請求項３の発明は、作動が確実で簡素な構成の切換え手段を提供できる。
【００１１】
本発明は、請求項４に示すように(図４から図６を参照)、前記の連通孔６２に絞り路６６を設けて、その絞り路６６によって前記の流動抵抗付与手段Ｋの少なくとも一部分を構成することが好ましい。この請求項４の発明は、上記の流動抵抗付与手段を簡素な構成で精密に造れるので、信頼性のあるシリンダ装置を安価に実施できる。
【００１２】
本発明は、請求項５に示すように(図４から図６を参照)、前記の第２シリンダ孔３３の周面と前記の第２ピストン３５の外周面との間の嵌合隙間６７によって前記の流動抵抗付与手段Ｋの少なくとも一部分を構成することが好ましい。この請求項５の発明は、上記の流動抵抗付与手段を簡素な構成で精密に造れるので、信頼性のあるシリンダ装置を安価に実施できる。
【００１３】
本発明は、請求項６に示すように(図１を参照)、次のように構成することが好ましい。
前記の出口室４５に、その出口室４５よりも小径のロッド孔３４を直列に連通させ、そのロッド孔３４に、前記の第２ピストン３５に連結したピストンロッド３６を所定の環状隙間３７をあけて挿入し、その環状隙間３７によって前記の流動抵抗付与手段Ｋの少なくとも一部分を構成する。
上記の請求項６の発明は、上記の流動抵抗付与手段を簡素な構成で精密に造れるので、信頼性のあるシリンダ装置を安価に実施できる。
【００１４】
本発明は、請求項７に示すように(図１と図２Ｄと図３Ｂとを参照)、前記の第２ピストン３５の進出移動の終期に前記の出口室４５と外気との連通を遮断する閉止部４７を設けることが好ましい。この請求項７の発明は、その第２ピストンの進出移動の終期に、前記の入口室と前記の作動室へ供給された圧力ガスが外気へ漏出するのを確実に防止できる。
【００１５】
本発明は、請求項８に示すように(図１と図２Ｄと図３Ｂとを参照)、前記の閉止部４７を、前記の第２シリンダ孔３３の前記の第２端壁４４に設けた弁座４８と、前記の第２ピストン３５に設けた弁面４９とによって構成することが好ましい。この請求項８の発明は、上記の閉止部を簡素な構成で精密に造れるので、信頼性のあるシリンダ装置を安価に実施できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１と図２Ａから図２Ｆおよび図３Ａから図３Ｆは、本発明の第１実施形態を示している。この第１実施形態では、本発明のシリンダ装置を空圧式のワークサポートに適用した場合を例示してある。まず、図１の立面視の断面図によって上記ワークサポートの構造を説明する。
【００１７】
ワークパレット１の収容穴１ａにワークサポート２のハウジング３が気密状にネジ止めされる。そのハウジング３は、上端壁４と、下端壁を構成する下ブロック５と、胴部分６とを備える。上記ハウジング３内にサポートロッド８が上下方向へ移動自在に挿入される。そのサポートロッド８の上部には、ワークピースＷに接当される押ボルト９が設けられる。
【００１８】
上記サポートロッド８の外周面の下半部分に狭持固定領域Ｒが設けられ、その狭持固定領域Ｒに筒状のコレット１１が外嵌される。そのコレット１１は、上すぼまりのテーパ外周面１２を備え、上下方向へ延びる１つのスリット１３によって弾性的に縮径されるようになっている。上記コレット１１の外周側に環状の伝動具１５が配置され、その伝動具１５のテーパ内周面１６が上記のコレット１１のテーパ外周面１２に上側から対面される。
上記テーパ外周面１２とテーパ内周面１６との間に形成した環状テーパ隙間１７には多数のボール１８が挿入されている。
【００１９】
作業用の第１シリンダ２０は、前記ハウジング３の前記の胴部分６の内周に形成した第１シリンダ孔２１と、その第１シリンダ孔２１と上記の伝動具１５との間に挿入した環状の第１ピストン２２と、その第１ピストン２２を下降させる作動室２３と、上記の第１ピストン２２を上昇させる第１バネ２４とを備える。その第１バネ２４は、前記の伝動具１５の下側のバネ室２５に装着されている。
【００２０】
より詳しくいえば、上記の第１ピストン２２の上部が封止具２６によって前記の上端壁４に気密状にガイドされると共に、同上の第１ピストン２２の下部が別の封止具２７によって前記の下ブロック５に気密状にガイドされている。そして、前記の作動室２３へ圧縮空気を供給することにより、上記の第１ピストン２２の上端に形成した大面積の環状受圧面に下向きの力が作用すると共に、上記の第１ピストン２２の下端に形成した小面積の環状受圧面に上向きの力が作用して、これらの上下の差力によって上記の第１ピストン２２が下降する。
【００２１】
前記の第１バネ２４は、ここでは圧縮コイルバネからなり、前記の伝動具１５の下面に装着した上ばね受け２９と前記コレット１１の下端に装着した下バネ受け３０との間に装着されている。なお、上記の上バネ受け２９が前記の多数のボール１８を受け止めている。また、上記の第１バネ２４の付勢力が上記の下バネ受け３０を介して上記コレット１１の下端を前記の下ブロック５に接当させている。
【００２２】
上記の下ブロック５内に進退用の第２シリンダ３２が設けられる。その第２シリンダ３２は次のように構成されている。
上記の下ブロック５に大径の第２シリンダ孔３３と小径のロッド孔３４とが上向きに直列に連通される。上記の第２シリンダ孔３３に第２ピストン３５が嵌入されると共に、上記ロッド孔３４にピストンロッド３６が所定の環状隙間(絞り路)３７をあけて挿入される。その環状隙間３７が流動抵抗付与手段Ｋの少なくとも一部分を構成している。
なお、上記の環状隙間３７は、ここでは、上記の第２シリンダ孔３３と第２ピストン３５との嵌合隙間よりも大きな隙間に形成してあるが、そのピストン嵌合隙間以下の小さい隙間であっても差し支えない。
また、ここでは、上記の第２ピストン３５と上記ピストンロッド３６との両者を一体に構成しているが、これら両者を別体に構成してもよい。
【００２３】
上記の第２シリンダ孔３３の下端壁(第１端壁)４０は、ここでは、前記の収容穴１ａの底壁によって構成されており、その下端壁４０と上記の第２ピストン３５との間に入口室４１が形成される。その入口室４１に圧縮空気の給排口４２が連通される。また、上記の第２シリンダ孔３３の上端壁(第２端壁)４４と上記の第２ピストン３５との間に出口室４５が形成される。その第２ピストン３５を下向きに後退させる第２バネ(復帰手段)４６が前記ロッド孔３４の上端壁と上記ピストンロッド３６との間に装着される。その第２バネ４６は、ここでは、圧縮コイルバネによって構成してある。
【００２４】
上記の第２ピストン３５の進出移動の終期に上記の出口室４５と前記の環状隙間３７との連通を遮断する閉止部４７が設けられる。その閉止部４７は、ここでは、前記の第２シリンダ孔３３の前記の上端壁４４に設けた弁座４８と、上記の第２ピストン３５の上端面に設けた弁面４９とによって構成されている。
なお、上記の弁面４９(または弁座４８)を、上記の第２ピストン３５(または上記の上端壁４４)に装着したシール部材(図示せず)によって構成することが好ましい。この場合、上記シール部材によって上記の閉止部４７の封止機能を向上できる。
【００２５】
前記のロッド孔３４内に操作ボルト(操作具)５１が挿入され、その操作ボルト５１の脚部が上記ピストンロッド３６にネジ止めされる。その操作ボルト５１の頭部５２が前記サポートロッド８の***作部８ａに上側から係合される。また、上記の操作ボルト５１の頭部５２と前記の押ボルト９との間に、上記サポートロッド８を上向きに付勢する進出バネ(進出手段)５３が装着される。その進出バネ５３は、ここでは、圧縮コイルバネによって構成してある。
なお、前記の環状隙間３７は、前記ロッド孔３４内と、前記の下ブロック５の上寄り部の連通溝５５と、前記バネ室２５内と、上記の下ブロック５内の縦孔５６と前記ワークパレット１の排気孔５７とを順に経て外気へ連通されている。
【００２６】
さらに、前記の作動室２３を上記の入口室４１と上記の出口室４５との一方へ連通させる切換え手段６１が設けられる。より詳しくいえば、上記の作動室２３と前記の第２シリンダ孔３３の上部との間に連通孔６２が形成される。その連通孔６２の開口部と前記の第２ピストン３５の外周面とによって上記の切換え手段６１が構成されている。
【００２７】
上記ワークサポート２をロック駆動するときには、上記の第１シリンダ２０と第２シリンダ３２とが、図２Ａから図２Ｅおよび図２Ｆに示すように作動する。上記の図２Ａから図２Ｅは作動説明用の模式図である。また、上記の図２Ｆは、前記の入口室４１の圧力Ｍおよび前記の作動室２３の圧力Ｎの変化を示すグラフであって、圧力Ｐと時間Ｔとの関係を模式的に示したものである。
【００２８】
図２Ａのリリース状態では、前記の作動室２３の圧縮空気が外部へ排出されると共に、前記の入口室４１の圧縮空気も外部へ排出されている。このため、前記の第１ピストン２２が前記の第１バネ２４によって後退すると共に、前記の第２ピストン３５が前記の第２バネ４６によって下降しており、上記の作動室２３が
前記の出口室４５に連通している。
【００２９】
上記の図２Ａのリリース状態から図２Ｅのロック状態へ切り換えるときには、前記の給排口４２から上記の入口室４１へ圧縮空気を供給して、その入口室４１の圧力Ｍをロック用設定圧力(ここでは、約0.45Mpa)まで高める。
その入口室４１への圧縮空気の供給により、まず、図２Ｂに示すように、上記の第２ピストン３５が上昇し始める。この場合、前記の作動室２３のロック開始用の圧力である第１設定圧力Ｐ１(ここでは約0.25Mpa)よりも上記の入口室４１の圧力Ｍが低い状態で上記の第２ピストン３５が上昇を開始するように、前記の第２バネ４６の付勢力などを設定してある。また、この実施形態では、上記の入口室４１の圧縮空気が上記の第２ピストン３５の外周面と第２シリンダ孔３３との嵌合隙間を通って前記の出口室４５へ僅かに漏れるが、その漏れた圧縮空気は前記の環状隙間３７と前記ロッド孔３４とを通って外部へ円滑に排出される。
【００３０】
次いで、図２Ｃに示すように、上記の第２ピストン３５が上死点の近傍に上昇すると、前記の作動室２３が前記の連通孔６２の開口部を経て上記の入口室４１に連通し始めるので、上記の作動室２３の圧力Ｎが上昇し始める。なお、この時点における上記の入口室４１の圧力Ｍも上記の第１設定圧力Ｐ１(約0.25Mpa)よりも低くなるように、前記の第２バネ４６の付勢力などを設定してある。
【００３１】
引き続いて、図２Ｄに示すように、上記の第２ピストン３５が上死点に到達すると、前記の弁面４９が前記の弁座４８に接当して前記の環状隙間３７を閉じ、これとほぼ同時に、前記の連通孔６２の開度が最大となる。これにより、上記の作動室２３の圧力Ｎが、急速に上昇して上記の第１設定圧力Ｐ１(約0.25Mpa)を越える。このため、図２Ｅに示すように、その作動室２３の圧力によって前記の第１ピストン２２が前記の第１バネ２４に抗して進出し、その第１ピストン２２が前記コレット１１を介して前記のサポートロッド８をロックする。
【００３２】
上記ワークサポート２をリリース駆動するときには、上記の第１シリンダ２０と第２シリンダ３２とが、図３Ａから図３Ｅ及び図３Ｆに示すように作動する。これらの図３Ａから図３Ｆは、前記の図２Ａから図２Ｆに類似する図である。
【００３３】
上記の図３Ａのロック状態から図３Ｅのリリース状態へ切り換えるときには、図３Ａに示すように、前記の入口室４１の圧縮空気を前記の給排口４２を経て外部へ排出して、その入口室４１の圧力Ｍを急速に低下させていく。すると、まず、図３Ｂに示すように、前記の第２バネ４６によって前記の第２ピストン３５が下降して前記の弁座４８から弁面４９が離間すると共に、前記の連通孔６２の開口部が前記の出口室４５に連通し始める。このため、前記の作動室２３の圧縮空気が上記の連通孔６２と上記の出口室４５と前記の環状隙間３７と前記ロッド孔３４とを経て外部へ排出され始める。
【００３４】
引き続いて、図３Ｃに示すように、上記の第２バネ４６によって上記の第２ピストン３５が下降していく。この場合、上記の作動室２３の圧縮空気の外部への排出を前記の環状隙間３７の絞り作用によって制限しているため、前記の入口室４１の圧力Ｍの低下よりも上記の作動室２３の圧力Ｎの低下が遅くなる。なお、この実施形態では、上記の第２ピストン３５の下降によって、前記の操作ボルト５１の頭部５２(図１参照)が前記ロック状態のサポートロッド８の被係合部８ａ(図１参照)に上側から接当する。このため、前記の進出バネ５３(図１参照)の付勢力によって上記サポートロッド８が上昇するのを確実に阻止できる。
【００３５】
この時点では、上述のように上記サポートロッド８がロック状態であるため、上記の操作ボルト５１および第２ピストン３５の下降が阻止されている。このため、まず、図３Ｄに示すように、上記の第２ピストン３５が前記の図３Ｃと同じ高さに保持された状態で前記の入口室４１の圧力Ｍが低下し、その後、上記の作動室２３の圧力Ｎがリリース開始用の圧力である第２設定圧力Ｐ２(ここでは、約0.15Mpa)よりも低下する。これより、図３Ｅに示すように、前記の第１バネ２４によって前記の第１ピストン２２が後退して、前記のコレット１１による前記サポートロッド８のロック状態が解除され、このため、前記の第２ピストン３５と前記の操作ボルト５１とが前記の第２バネ４６によってさらに下降する。
【００３６】
上記ワークサポート２の具体的な作動を前記の図１によって説明する。
図１に示すリリース状態では、前記の第１ピストン２２及び伝動具１５が第１バネ２４によって上昇して前記コレット１１の縮径を解除している。また、前記の第２ピストン３５及び前記ピストンロッド３６が前記の第２バネ４６によって下降し、これにより、前記の操作ボルト５１の頭部５２が前記の進出バネ５３に抗して前記サポートロッド８を下降させている。
【００３７】
上記リリース状態で、前記ワークピースＷを前記の押ボルト９の上方位置へ水平方向へ搬入する。その後、圧縮空気を前記の給排口４２から上記の入口室４１へ供給する。すると、その供給された圧縮空気の圧力によって、まず、前記の第２ピストン３５および前記の操作ボルト５１が前記の第２バネ４６に抗して上昇していき、その所定量以上の上昇が前記の第２シリンダ孔３３の前記の上端壁４４によって阻止される。上記の操作ボルト５１の上昇と同時に、前記の進出バネ５３によって前記サポートロッド８が上昇し、一点鎖線図に示すように、前記の押ボルト９が上記ワークピースＷに接当する。この状態では、上記の操作ボルト５１の頭部５２の下面と上記サポートロッド８の前記の被係合部８ａとの間には、接当隙間が上下方向に形成されている。
【００３８】
次いで、上記の第２ピストン３５の上死点への移動により、前述したように、上記の給排口４２の圧縮空気が上記の入口室４１と前記の連通孔６２を順に通って前記の作動室２３へ供給される。そして、その作動室２３の圧力が前述の図２Ｆの第１設定圧力Ｐ１(ここでは、約0.25Mpa)を越えると、その作動室２３から第１ピストン２２へ作用する空圧力の上下方向の差力によって前記の伝動具１５が下向きに移動し、その伝動具１５のテーパ内周面１６が前記ボール１８を転動させながら前記コレット１１のテーパ外周面１２にスムーズに係合していき、そのコレット１１を縮径させる。これにより、その縮径されたコレット１１が前記サポートロッド８の前記の狭持固定領域Ｒを求心方向へ押圧し、そのサポートロッド８を一点鎖線図の高さ位置に狭持固定する。
上記のロック状態でワークピースＷの上面を機械加工し、その加工時の押し下げ力を上記サポートロッド８のサポート力によって軸心方向に強力に受け止めるのである。
【００３９】
上記の機械加工が終了した後、前記の入口室４１の圧縮空気を排出する。すると、まず、前記の第２ピストン３５および操作ボルト５１が下降して、その操作ボルト５１の頭部５２が上記のロック状態のサポートロッド８の前記の被係合部８ａに上側から接当する。このため、前記の進出バネ５３によって上記サポートロッド８が上昇するのを上記の操作ボルト５１が確実に阻止し、その後、上記のサポートロッド８の上記ロック状態が解除される。より詳しくいえば、次の通りである。
【００４０】
上記の圧縮空気の排出により、まず、前記の第２バネ４６によって前記の第２ピストン３５と前記の操作ボルト５１とが下降していく。次いで、前述したように、前記の作動室２３の圧縮空気が前記の連通孔６２と前記の出口室４５と前記の環状隙間３７とを経て外部へ排出される。そして、上記の作動室２３の圧力が前記の図３Ｆの第２設定圧力Ｐ２(ここでは、約0.15Mpa)よりも低下すると、前記の第１ピストン２２及び伝動具１５が第１バネ２４によって上側へ押圧され、その伝動具１５のテーパ内周面１６が前記ボール１８を転動させながらスムーズに上向き移動し、前記コレット１１のテーパ外周面１２の前記の押圧状態を解除する。これにより、上記のコレット１１が自己の弾性復元力によって拡径して、上記サポートロッド８のロック状態が解除される。このため、前記の第２ピストン３５および前記の操作ボルト５１がさらに下降して、上記サポートロッド８を図１の下降位置に復帰させる。
【００４１】
前記の第１実施形態は次の長所を奏する。
上記ワークサポート２のリリース作動時には、まず、前記の操作ボルト５１が下降して、前記の進出バネ(進出手段)５３の付勢力によって前記サポートロッド８が上昇するのを阻止し、その後、前記コレット１１による上記サポートロッド８の挟持固定状態を解除する。このため、その挟持固定状態を解除した時に、上記の進出バネ５３の付勢力が上記サポートロッド８を介して前記ワークピースＷを突き上げるのを防止できる。
【００４２】
また、前述したように前記の閉止部４７に前記シール部材(図示せず)を設けた場合には、前記の第２ピストン３５の上死点位置における上向きの受圧面積を小さくできるので、前記の入口室４１(及び前記の出口室４５)の圧力が高い段階で上記の第２ピストン３５が下降し始める。これにより、前記の操作ボルト５１が下降した後で前記サポートロッド８をロック解除させることが確実となる。
なお、上記の閉止部４７は、上記の第２ピストン３５の上端面と前記の第２シリンダ孔３３の上端壁４４との組み合わせに代えて、その第２ピストン３５の外周面と上記の第２シリンダ孔３３の周面との組み合わせ等にすることも可能である。
【００４３】
図４から図６は、本発明の第２実施形態を示している。図４は、前記のワークサポート１の立面視の断面図であって、前記の図１に類似する図面である。図５は、前記の第２ピストン３５の上昇状態を示し、上記の図４中の部分図に類似する図面である。図６は、上記の第２ピストン３５の下降途中の状態を示し、上記の図５に類似する図面である。
なお、この第２実施形態では、上記の第１実施形態と同じ構成の部材には原則として同一の参照符号を付けてあり、その第１実施形態と異なる構成について説明する。
【００４４】
上記の第２ピストン３５の外周面に封止具６５が装着され、前記の連通孔６２が前記の第２シリンダ孔３３の途中高さ部に開口される。その連通孔６２の開口部と上記の封止具６５とによって前記の切換え手段６１が構成されている。
そして、図４のリリース状態で前記の入口室４１に圧縮空気を供給すると、上記の第２ピストン３５が上昇し始める。その第２ピストン３５の上昇の初期から後期までは、上記の封止具６５により、上記の入口室４１の圧縮空気が前記の作動室２３へは流出しない。そして、上記の第２ピストン３５が図５の上昇位置に到達したときに(又は、その上昇位置の直前の位置に到達したときに)、上記の入口室４１の圧縮空気が上記の連通孔６２を通って前記の作動室２３へ流出し始める。このため、その作動室２３の圧力は、前記の図２Ｆ中の一点鎖線図Ｎ´に示すように上昇する。
【００４５】
また、前記の連通孔６２に絞り路６６を設けて、その絞り路６６によって前記の流動抵抗付与手段Ｋの少なくとも一部分を構成する。さらに、前記の第２シリンダ孔３３の周面と上記の第２ピストン３５の上半部の外周面との間の嵌合隙間６７によって上記の流動抵抗付与手段Ｋの少なくとも一部分を構成する。
そして、上記の図５の状態で前記の入口室４１の圧縮空気を前記の給排口４２を経て外部へ排出すると、上記の第２ピストン３５が下降していく。その第２ピストン３５が図６に示す位置に下降したときには、前記の作動室２３の圧縮空気が前記の絞り路６６と前記の嵌合隙間６７とを順に通って前記の出口室４５へ微小量だけ排出され始め、その微小量の圧縮空気が前記ロッド孔３４を経て外部へ排出される。
【００４６】
このとき、前記の絞り路６６と上記の嵌合隙間６７とが付与する流動抵抗により、上記の作動室２３の圧力の降下が遅くなって、前記の第１ピストン２２の上昇開始が遅くなる。従って、上記の第１ピストン２２による前記サポートロッド８のロック解除の開始を遅らせることができ、前記の第２ピストン３５および前記の操作ボルト５１が下降した後に上記サポートロッド８をロック解除させることが可能となる。
【００４７】
上記の第２実施形態は、前記の第１実施形態の前述した長所を奏すると共に、さらに次の長所を奏する。
前記の入口室４１へ供給した圧縮空気が前記の出口室４５へ漏れるのを前記の封止具６５によって確実に防止できる。このため、上記の圧縮空気の供給時に、その圧縮空気が上記の出口室４５から外部へ漏れるのを防止でき、圧縮空気の消費量が少なくなる。そのうえ、上記の漏出した圧縮空気によって前記のサポートロッド８が必要以上に急激に上昇するのを防止できる。
【００４８】
なお、この第２実施形態では、前記の第１実施形態と同様に、前記の第２シリンダ孔３３の上端壁４４に弁座(ここでは図示せず)を設けると共に前記の第２ピストン３５の上部に弁面(ここでは図示せず)を設けてもよい。この場合、上記の第２ピストン３５に装着した前記の封止具６５が損傷したときであっても、図５の状態で前記の作動室２３の圧縮空気が前記のロッド孔３４を通って外部へ漏れるのを、上記の弁座と弁面からなる閉止部によって確実に防止できる。
また、上記の封止具６５は、上記の第２ピストン３５に装着することに代えて、上記の第２シリンダ孔３３に装着してもよい。
【００４９】
上記の第１と第２の各実施形態は、前記の第１ピストン２２の下降開始および上昇開始を遅らせるために、下記のように構成することが好ましい。
前記の図１または図４に示すように第１ピストン２２が上死点に位置する状態では、その第１ピストン２２の前記の封止具２６を前記の上端壁４にも封止接当させる。この場合、上記の第１ピストン２２の下降開始前には、その第１ピストン２２の上端の環状受圧面の面積が小さいので、前記の作動室２３の圧力が十分に高まった後に上記の第１ピストン２２が下降し始める。そして、その第１ピストン２２の下降によって上記の封止具２６が前記の上端壁４から離間すると、上記の第１ピストン２２の上端の環状受圧面の面積が大きくなるので、その第１ピストン２２が強力に押し下げられるのである。
【００５０】
また、前記の図４から図６に示すように、前記の連通孔６２に前記の絞り路６６を設けたが、これに代えて、又は、これに加えて、前記の第１シリンダ孔２１と前記の第１ピストン２２との間の環状隙間Ｇを小さい値に設定することが好ましい。この場合、上記の環状隙間Ｇや上記の連通孔６２の流動抵抗が大きくなるので、前記の作動室２３の昇圧時間および降圧時間が長くなる。これにより、上記の第１ピストン２２の下降開始および上昇開始が遅くなる。
以上により、上記の第１ピストン２２による前記サポートロッド８のロック開始およびロック解除の開始を遅らせることができるので、前記の操作ボルト５１が上昇および下降した後に上記サポートロッド８をロックおよびロック解除させることが確実となる。
【００５１】
上記の第１と第２の各実施形態は次のように変更可能である。
前記の流動抵抗付与手段Ｋは、図１中の前記の環状隙間３７と図４中の前記の絞り路６６と図６中の前記の嵌合隙間６７との少なくとも一つを利用すればよく、さらには、図１または図４中の前述した連通溝５５などの排気通路の一部を利用してもよい。また、その流動抵抗付与手段Ｋは、環状隙間や絞り路に代えて、細長い孔やオリフィスやニードル弁などであってもよい。
【００５２】
前記の切換え手段６１は、前記の作動室２３を前記の入口室４１と前記の出口室４５とへ切り換えて連通させるものであればよい。従って、前記の第２ピストン３５の外周面が前記の連通孔６２の開口部を全閉する瞬間があっても差し支えなく、又は、上記の連通孔６２が上記の入口室４１と出口室４５との両方へ連通する瞬間があっても差し支えない。
【００５３】
前記サポートロッド８を上向きに進出させる手段は、例示の進出バネ５３に代えて、ゴム等の弾性体であってもよく、さらには、圧縮空気等であってもよい。
また、前記の第２ピストン３５を下向きに後退させる手段は、例示の第２バネ４６に代えて、ゴム等の弾性体であってもよく、さらには、圧縮空気等であってもよい。
【００５４】
本発明のシリンダ装置は、例示した構造のワークサポートに適用することに代えて、別の構造のワークサポートに適用可能であり、さらには、ワークサポートとは異なる用途にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を示し、シリンダ装置を適用したワークサポートの立面視の断面図である。
【図２】 図２Ａから図２Ｆは、上記ワークサポートをロック駆動するときの作動説明図である。
【図３】 図３Ａから図３Ｆは、上記ワークサポートをリリース駆動するときの作動説明図である。
【図４】 本発明の第２実施例を示し、前記ワークサポートの立面視の断面図であって、前記の図１に類似する図面である。
【図５】 上記ワークサポートに設けた第２ピストンの上昇状態を示し、上記の図４中の部分図に類似する図面である。
【図６】 上記の第２ピストンの下降途中の状態を示し、上記の図５に類似する図面である。
【符号の説明】
２０…第１シリンダ、２１…第１シリンダ孔、２２…第１ピストン、２３…作動室、２４…第１バネ、３２…第２シリンダ、３３…第２シリンダ孔、３４…ロッド孔、３５…第２ピストン、３６…ピストンロッド、３７…絞り路(環状隙間)、４０…第２シリンダ孔３３の第１端壁(下端壁)、４１…入口室、４４…第２シリンダ孔３３の第２端壁(上端壁)、４５…出口室、４６…復帰手段(第２バネ)、４７…閉止部、４８…弁座、４９…弁面、５１…操作具(操作ボルト)、６１…切換え手段、６２…連通孔、６５…封止具、６６…絞り路、６７…嵌合隙間、Ｋ…流動抵抗付与手段、Ｐ１…第１設定圧力、Ｐ２…第２設定圧力。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば工作機械用ワークサポートに利用するのに好適なシリンダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、本発明者が提案した日本国・特開平１０−１４６７３３号公報(または、その日本公報に対応する米国特許第５，９７９，２６７)に示すように、従来のワークサポート用シリンダ装置は、作業用としての一つのシリンダだけを備えていた。
また、この種のシリンダ装置として本発明者が知っているものには、作業用シリンダと進退用シリンダとの二つのシリンダを備え、次のように作動するものがある。
ロック作動時には、まず、進退用シリンダの進退用ピストンを上昇させて、進出バネの付勢力によってサポートロッドをワークピースに接当させ、その後、その上昇位置のサポートロッドを作業用シリンダによって挟持固定する。また、リリース作動時には、まず、作業用シリンダによる上記の挟持固定状態を解除し、その後、上記の進退用ピストンを下降させて、その進退用ピストンが上記の進出バネの付勢力に抗して上記サポートロッドを下降させるのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の二つのシリンダを備えた技術では、上記サポートロッドの挟持固定状態を解除したときに、前記の進出バネの付勢力によって上記サポートロッドが前記ワークピースを突き上げるという問題があった。
本発明の目的は、上記のような問題点を解消できるシリンダ装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
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と図２Ａから図２Ｆおよび図３Ａから図３Ｆ、又は、図４から図６に示すように、シリンダ装置を次のように構成したものである。
作業用の第１シリンダ２０と進退用の第２シリンダ３２とを備え、
上記の第１シリンダ２０は、第１シリンダ孔２１に嵌入されてロックおよびリリース移動する第１ピストン２２と、その第１ピストン２２の外側に配置された作動室２３とを備え、上記の第１ピストン２２を、上記の作動室２３のガス圧力が第１設定圧力Ｐ１を越えたときにロック移動させると共に、上記の作動室２３のガス圧力が上記の第１設定圧力Ｐ１よりも低い第２設定圧力Ｐ２に低下したときにリリース移動させるように構成し、
前記の第２シリンダ３２は、第２シリンダ孔３３に嵌入された第２ピストン３５と、上記の第２シリンダ孔３３の第１端壁４０と上記の第２ピストン３５との間に形成されて圧力ガスが給排される入口室４１と、上記の第２シリンダ孔３３の第２端壁４４と上記の第２ピストン３５との間に形成された出口室４５と、上記の第２ピストン３５を上記の第１端壁４０へ向けて後退させる復帰手段４６とを備え、
上記の第２シリンダ孔３３の周面に、前記の作動室２３を上記の第２シリンダ孔３３内へ連通させる連通孔６２を開口させ、その連通孔６２の開口部と前記の第２ピストン３５の外周面とによって切換え手段６１を構成し、その切換え手段６１は、上記の第２ピストン３５の進出移動の初期から後期には上記の連通孔６２を上記の出口室４５へ連通させ、これに対して、上記の第２ピストン３５の進出移動の終期には上記の連通孔６２を上記の入口室４１へ連通させるように構成し、
上記の出口室４５を外気へ連通させて、上記の作動室２３から上記の連通孔６２と上記の出口室４５とを経て外気へ至るまでの間に流動抵抗付与手段Ｋを設けた、ものである。
【０００５】
上記の請求項１の発明は、例えば、図２Ａから図２Ｆと図３Ａから図３Ｆに示すように、次のように作用する。
ロック作動時には、前記の入口室４１へ圧縮空気等の圧力ガスを供給する。すると、その入口室４１の圧力Ｍが図２Ｆ中の実線図に示すように上昇するのに対して、前記の作動室２３の圧力Ｎは、前記の切換え手段６１の作用により、図２Ｆ中の破線図に示すように上記の入口室４１の圧力Ｍの上昇よりも遅れて上昇していく。このため、まず、図２Ａから図２Ｄに示すように、上記の入口室４１の圧力によって前記の第２ピストン３５(及び上記の第２ピストン３５に連結した操作具５１)が上昇し、その後、上記の第２作動室２３の圧力Ｎが前記の第１設定圧力Ｐ１よりも高くなり、図２Ｅに示すように前記の第１シリンダ２０の第１ピストン２２がロック側へ進出する。
【０００６】
また、リリース作動時には、前記の入口室４１の圧力ガスを外部へ排出する。すると、その入口室４１の圧力Ｍが図３Ｆ中の実線図に示すように下降するのに対して、前記の作動室２３の圧力Ｎは、前記の流動抵抗付与手段Ｋの作用により、図３Ｆ中の破線図に示すように上記の入口室４１の圧力Ｍの下降よりも遅れて下降していく。このため、まず、図３Ａから図３Ｄに示すように、前記の復帰手段４６によって前記の第２ピストン３５(及び操作具５１)が下降し、その後、上記の第２作動室２３の圧力Ｎが前記の第２設定圧力Ｐ２よりも低くなり、図３Ｅに示すように前記の第１ピストン２２がリリース側へ後退する。
【０００７】
従って、上記の請求項１の発明は次の効果を奏する。
ロック時には、進退用の第２シリンダの第２ピストンを進出させた後で第１シリンダをロック作動させることができ、リリース時には、上記の第２ピストンを後退させた後で上記の第１シリンダをリリース作動できる。
このため、例えば、本発明をワークサポートに適用した場合には、上記のリリース時に、前述した進出バネ等の進出手段によって前記サポートロッドがワークピースを突き上げるのを防止できる。
【０００８】
また、本発明は、前記の第２シリンダ孔３３の周面に、前記の作動室２３を上記の第２シリンダ孔３３内へ連通させる連通孔６２を開口させ、その連通孔６２の開口部と前記の第２ピストン３５の外周面とによって前記の切換え手段６１を構成することにより、上記の切換え手段６１を簡素な構成で精密に造れるので、信頼性のあるシリンダ装置を安価に実施できる。
【０００９】
本発明は、請求項２に示すように(図４から図６を参照)、前記の第２シリンダ孔３３の周面と前記の第２ビストン３５の外周面との間に封止具６５を介在させることが好ましい。
上記の請求項２の発明は、前記の入口室へ供給した圧力ガスが前記の出口室へ漏れるのを上記の封止具によって確実に防止できる。このため、上記の圧力ガスの供給時に、その圧力ガスが上記の出口室から外気へ漏れるのを防止でき、圧力ガスの消費量が少なくなる。また、その圧力ガスの供給時に、上記の漏出した圧力ガスがシリンダ装置の構成部材に何らかの誤作動を発生させることも防止できる。
【００１０】
本発明は、請求項３に示すように(図４から図６を参照)、前記の第２ビストン３５の外周面に前記の封止具６５を装着して、その封止具６５によって前記の切換え手段６１の一部分を構成することが好ましい。この請求項３の発明は、作動が確実で簡素な構成の切換え手段を提供できる。
【００１１】
本発明は、請求項４に示すように(図４から図６を参照)、前記の連通孔６２に絞り路６６を設けて、その絞り路６６によって前記の流動抵抗付与手段Ｋの少なくとも一部分を構成することが好ましい。この請求項４の発明は、上記の流動抵抗付与手段を簡素な構成で精密に造れるので、信頼性のあるシリンダ装置を安価に実施できる。
【００１２】
本発明は、請求項５に示すように(図４から図６を参照)、前記の第２シリンダ孔３３の周面と前記の第２ピストン３５の外周面との間の嵌合隙間６７によって前記の流動抵抗付与手段Ｋの少なくとも一部分を構成することが好ましい。この請求項５の発明は、上記の流動抵抗付与手段を簡素な構成で精密に造れるので、信頼性のあるシリンダ装置を安価に実施できる。
【００１３】
本発明は、請求項６に示すように(図１を参照)、次のように構成することが好ましい。
前記の出口室４５に、その出口室４５よりも小径のロッド孔３４を直列に連通させ、そのロッド孔３４に、前記の第２ピストン３５に連結したピストンロッド３６を所定の環状隙間３７をあけて挿入し、その環状隙間３７によって前記の流動抵抗付与手段Ｋの少なくとも一部分を構成する。
上記の請求項６の発明は、上記の流動抵抗付与手段を簡素な構成で精密に造れるので、信頼性のあるシリンダ装置を安価に実施できる。
【００１４】
本発明は、請求項７に示すように(図１と図２Ｄと図３Ｂとを参照)、前記の第２ピストン３５の進出移動の終期に前記の出口室４５と外気との連通を遮断する閉止部４７を設けることが好ましい。この請求項７の発明は、その第２ピストンの進出移動の終期に、前記の入口室と前記の作動室へ供給された圧力ガスが外気へ漏出するのを確実に防止できる。
【００１５】
本発明は、請求項８に示すように(図１と図２Ｄと図３Ｂとを参照)、前記の閉止部４７を、前記の第２シリンダ孔３３の前記の第２端壁４４に設けた弁座４８と、前記の第２ピストン３５に設けた弁面４９とによって構成することが好ましい。この請求項８の発明は、上記の閉止部を簡素な構成で精密に造れるので、信頼性のあるシリンダ装置を安価に実施できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１と図２Ａから図２Ｆおよび図３Ａから図３Ｆは、本発明の第１実施形態を示している。この第１実施形態では、本発明のシリンダ装置を空圧式のワークサポートに適用した場合を例示してある。まず、図１の立面視の断面図によって上記ワークサポートの構造を説明する。
【００１７】
ワークパレット１の収容穴１ａにワークサポート２のハウジング３が気密状にネジ止めされる。そのハウジング３は、上端壁４と、下端壁を構成する下ブロック５と、胴部分６とを備える。上記ハウジング３内にサポートロッド８が上下方向へ移動自在に挿入される。そのサポートロッド８の上部には、ワークピースＷに接当される押ボルト９が設けられる。
【００１８】
上記サポートロッド８の外周面の下半部分に狭持固定領域Ｒが設けられ、その狭持固定領域Ｒに筒状のコレット１１が外嵌される。そのコレット１１は、上すぼまりのテーパ外周面１２を備え、上下方向へ延びる１つのスリット１３によって弾性的に縮径されるようになっている。上記コレット１１の外周側に環状の伝動具１５が配置され、その伝動具１５のテーパ内周面１６が上記のコレット１１のテーパ外周面１２に上側から対面される。
上記テーパ外周面１２とテーパ内周面１６との間に形成した環状テーパ隙間１７には多数のボール１８が挿入されている。
【００１９】
作業用の第１シリンダ２０は、前記ハウジング３の前記の胴部分６の内周に形成した第１シリンダ孔２１と、その第１シリンダ孔２１と上記の伝動具１５との間に挿入した環状の第１ピストン２２と、その第１ピストン２２を下降させる作動室２３と、上記の第１ピストン２２を上昇させる第１バネ２４とを備える。その第１バネ２４は、前記の伝動具１５の下側のバネ室２５に装着されている。
【００２０】
より詳しくいえば、上記の第１ピストン２２の上部が封止具２６によって前記の上端壁４に気密状にガイドされると共に、同上の第１ピストン２２の下部が別の封止具２７によって前記の下ブロック５に気密状にガイドされている。そして、前記の作動室２３へ圧縮空気を供給することにより、上記の第１ピストン２２の上端に形成した大面積の環状受圧面に下向きの力が作用すると共に、上記の第１ピストン２２の下端に形成した小面積の環状受圧面に上向きの力が作用して、これらの上下の差力によって上記の第１ピストン２２が下降する。
【００２１】
前記の第１バネ２４は、ここでは圧縮コイルバネからなり、前記の伝動具１５の下面に装着した上ばね受け２９と前記コレット１１の下端に装着した下バネ受け３０との間に装着されている。なお、上記の上バネ受け２９が前記の多数のボール１８を受け止めている。また、上記の第１バネ２４の付勢力が上記の下バネ受け３０を介して上記コレット１１の下端を前記の下ブロック５に接当させている。
【００２２】
上記の下ブロック５内に進退用の第２シリンダ３２が設けられる。その第２シリンダ３２は次のように構成されている。
上記の下ブロック５に大径の第２シリンダ孔３３と小径のロッド孔３４とが上向きに直列に連通される。上記の第２シリンダ孔３３に第２ピストン３５が嵌入されると共に、上記ロッド孔３４にピストンロッド３６が所定の環状隙間(絞り路)３７をあけて挿入される。その環状隙間３７が流動抵抗付与手段Ｋの少なくとも一部分を構成している。
なお、上記の環状隙間３７は、ここでは、上記の第２シリンダ孔３３と第２ピストン３５との嵌合隙間よりも大きな隙間に形成してあるが、そのピストン嵌合隙間以下の小さい隙間であっても差し支えない。
また、ここでは、上記の第２ピストン３５と上記ピストンロッド３６との両者を一体に構成しているが、これら両者を別体に構成してもよい。
【００２３】
上記の第２シリンダ孔３３の下端壁(第１端壁)４０は、ここでは、前記の収容穴１ａの底壁によって構成されており、その下端壁４０と上記の第２ピストン３５との間に入口室４１が形成される。その入口室４１に圧縮空気の給排口４２が連通される。また、上記の第２シリンダ孔３３の上端壁(第２端壁)４４と上記の第２ピストン３５との間に出口室４５が形成される。その第２ピストン３５を下向きに後退させる第２バネ(復帰手段)４６が前記ロッド孔３４の上端壁と上記ピストンロッド３６との間に装着される。その第２バネ４６は、ここでは、圧縮コイルバネによって構成してある。
【００２４】
上記の第２ピストン３５の進出移動の終期に上記の出口室４５と前記の環状隙間３７との連通を遮断する閉止部４７が設けられる。その閉止部４７は、ここでは、前記の第２シリンダ孔３３の前記の上端壁４４に設けた弁座４８と、上記の第２ピストン３５の上端面に設けた弁面４９とによって構成されている。
なお、上記の弁面４９(または弁座４８)を、上記の第２ピストン３５(または上記の上端壁４４)に装着したシール部材(図示せず)によって構成することが好ましい。この場合、上記シール部材によって上記の閉止部４７の封止機能を向上できる。
【００２５】
前記のロッド孔３４内に操作ボルト(操作具)５１が挿入され、その操作ボルト５１の脚部が上記ピストンロッド３６にネジ止めされる。その操作ボルト５１の頭部５２が前記サポートロッド８の***作部８ａに上側から係合される。また、上記の操作ボルト５１の頭部５２と前記の押ボルト９との間に、上記サポートロッド８を上向きに付勢する進出バネ(進出手段)５３が装着される。その進出バネ５３は、ここでは、圧縮コイルバネによって構成してある。
なお、前記の環状隙間３７は、前記ロッド孔３４内と、前記の下ブロック５の上寄り部の連通溝５５と、前記バネ室２５内と、上記の下ブロック５内の縦孔５６と前記ワークパレット１の排気孔５７とを順に経て外気へ連通されている。
【００２６】
さらに、前記の作動室２３を上記の入口室４１と上記の出口室４５との一方へ連通させる切換え手段６１が設けられる。より詳しくいえば、上記の作動室２３と前記の第２シリンダ孔３３の上部との間に連通孔６２が形成される。その連通孔６２の開口部と前記の第２ピストン３５の外周面とによって上記の切換え手段６１が構成されている。
【００２７】
上記ワークサポート２をロック駆動するときには、上記の第１シリンダ２０と第２シリンダ３２とが、図２Ａから図２Ｅおよび図２Ｆに示すように作動する。上記の図２Ａから図２Ｅは作動説明用の模式図である。また、上記の図２Ｆは、前記の入口室４１の圧力Ｍおよび前記の作動室２３の圧力Ｎの変化を示すグラフであって、圧力Ｐと時間Ｔとの関係を模式的に示したものである。
【００２８】
図２Ａのリリース状態では、前記の作動室２３の圧縮空気が外部へ排出されると共に、前記の入口室４１の圧縮空気も外部へ排出されている。このため、前記の第１ピストン２２が前記の第１バネ２４によって後退すると共に、前記の第２ピストン３５が前記の第２バネ４６によって下降しており、上記の作動室２３が
前記の出口室４５に連通している。
【００２９】
上記の図２Ａのリリース状態から図２Ｅのロック状態へ切り換えるときには、前記の給排口４２から上記の入口室４１へ圧縮空気を供給して、その入口室４１の圧力Ｍをロック用設定圧力(ここでは、約0.45Mpa)まで高める。
その入口室４１への圧縮空気の供給により、まず、図２Ｂに示すように、上記の第２ピストン３５が上昇し始める。この場合、前記の作動室２３のロック開始用の圧力である第１設定圧力Ｐ１(ここでは約0.25Mpa)よりも上記の入口室４１の圧力Ｍが低い状態で上記の第２ピストン３５が上昇を開始するように、前記の第２バネ４６の付勢力などを設定してある。また、この実施形態では、上記の入口室４１の圧縮空気が上記の第２ピストン３５の外周面と第２シリンダ孔３３との嵌合隙間を通って前記の出口室４５へ僅かに漏れるが、その漏れた圧縮空気は前記の環状隙間３７と前記ロッド孔３４とを通って外部へ円滑に排出される。
【００３０】
次いで、図２Ｃに示すように、上記の第２ピストン３５が上死点の近傍に上昇すると、前記の作動室２３が前記の連通孔６２の開口部を経て上記の入口室４１に連通し始めるので、上記の作動室２３の圧力Ｎが上昇し始める。なお、この時点における上記の入口室４１の圧力Ｍも上記の第１設定圧力Ｐ１(約0.25Mpa)よりも低くなるように、前記の第２バネ４６の付勢力などを設定してある。
【００３１】
引き続いて、図２Ｄに示すように、上記の第２ピストン３５が上死点に到達すると、前記の弁面４９が前記の弁座４８に接当して前記の環状隙間３７を閉じ、これとほぼ同時に、前記の連通孔６２の開度が最大となる。これにより、上記の作動室２３の圧力Ｎが、急速に上昇して上記の第１設定圧力Ｐ１(約0.25Mpa)を越える。このため、図２Ｅに示すように、その作動室２３の圧力によって前記の第１ピストン２２が前記の第１バネ２４に抗して進出し、その第１ピストン２２が前記コレット１１を介して前記のサポートロッド８をロックする。
【００３２】
上記ワークサポート２をリリース駆動するときには、上記の第１シリンダ２０と第２シリンダ３２とが、図３Ａから図３Ｅ及び図３Ｆに示すように作動する。これらの図３Ａから図３Ｆは、前記の図２Ａから図２Ｆに類似する図である。
【００３３】
上記の図３Ａのロック状態から図３Ｅのリリース状態へ切り換えるときには、図３Ａに示すように、前記の入口室４１の圧縮空気を前記の給排口４２を経て外部へ排出して、その入口室４１の圧力Ｍを急速に低下させていく。すると、まず、図３Ｂに示すように、前記の第２バネ４６によって前記の第２ピストン３５が下降して前記の弁座４８から弁面４９が離間すると共に、前記の連通孔６２の開口部が前記の出口室４５に連通し始める。このため、前記の作動室２３の圧縮空気が上記の連通孔６２と上記の出口室４５と前記の環状隙間３７と前記ロッド孔３４とを経て外部へ排出され始める。
【００３４】
引き続いて、図３Ｃに示すように、上記の第２バネ４６によって上記の第２ピストン３５が下降していく。この場合、上記の作動室２３の圧縮空気の外部への排出を前記の環状隙間３７の絞り作用によって制限しているため、前記の入口室４１の圧力Ｍの低下よりも上記の作動室２３の圧力Ｎの低下が遅くなる。なお、この実施形態では、上記の第２ピストン３５の下降によって、前記の操作ボルト５１の頭部５２(図１参照)が前記ロック状態のサポートロッド８の被係合部８ａ(図１参照)に上側から接当する。このため、前記の進出バネ５３(図１参照)の付勢力によって上記サポートロッド８が上昇するのを確実に阻止できる。
【００３５】
この時点では、上述のように上記サポートロッド８がロック状態であるため、上記の操作ボルト５１および第２ピストン３５の下降が阻止されている。このため、まず、図３Ｄに示すように、上記の第２ピストン３５が前記の図３Ｃと同じ高さに保持された状態で前記の入口室４１の圧力Ｍが低下し、その後、上記の作動室２３の圧力Ｎがリリース開始用の圧力である第２設定圧力Ｐ２(ここでは、約0.15Mpa)よりも低下する。これより、図３Ｅに示すように、前記の第１バネ２４によって前記の第１ピストン２２が後退して、前記のコレット１１による前記サポートロッド８のロック状態が解除され、このため、前記の第２ピストン３５と前記の操作ボルト５１とが前記の第２バネ４６によってさらに下降する。
【００３６】
上記ワークサポート２の具体的な作動を前記の図１によって説明する。
図１に示すリリース状態では、前記の第１ピストン２２及び伝動具１５が第１バネ２４によって上昇して前記コレット１１の縮径を解除している。また、前記の第２ピストン３５及び前記ピストンロッド３６が前記の第２バネ４６によって下降し、これにより、前記の操作ボルト５１の頭部５２が前記の進出バネ５３に抗して前記サポートロッド８を下降させている。
【００３７】
上記リリース状態で、前記ワークピースＷを前記の押ボルト９の上方位置へ水平方向へ搬入する。その後、圧縮空気を前記の給排口４２から上記の入口室４１へ供給する。すると、その供給された圧縮空気の圧力によって、まず、前記の第２ピストン３５および前記の操作ボルト５１が前記の第２バネ４６に抗して上昇していき、その所定量以上の上昇が前記の第２シリンダ孔３３の前記の上端壁４４によって阻止される。上記の操作ボルト５１の上昇と同時に、前記の進出バネ５３によって前記サポートロッド８が上昇し、一点鎖線図に示すように、前記の押ボルト９が上記ワークピースＷに接当する。この状態では、上記の操作ボルト５１の頭部５２の下面と上記サポートロッド８の前記の被係合部８ａとの間には、接当隙間が上下方向に形成されている。
【００３８】
次いで、上記の第２ピストン３５の上死点への移動により、前述したように、上記の給排口４２の圧縮空気が上記の入口室４１と前記の連通孔６２を順に通って前記の作動室２３へ供給される。そして、その作動室２３の圧力が前述の図２Ｆの第１設定圧力Ｐ１(ここでは、約0.25Mpa)を越えると、その作動室２３から第１ピストン２２へ作用する空圧力の上下方向の差力によって前記の伝動具１５が下向きに移動し、その伝動具１５のテーパ内周面１６が前記ボール１８を転動させながら前記コレット１１のテーパ外周面１２にスムーズに係合していき、そのコレット１１を縮径させる。これにより、その縮径されたコレット１１が前記サポートロッド８の前記の狭持固定領域Ｒを求心方向へ押圧し、そのサポートロッド８を一点鎖線図の高さ位置に狭持固定する。
上記のロック状態でワークピースＷの上面を機械加工し、その加工時の押し下げ力を上記サポートロッド８のサポート力によって軸心方向に強力に受け止めるのである。
【００３９】
上記の機械加工が終了した後、前記の入口室４１の圧縮空気を排出する。すると、まず、前記の第２ピストン３５および操作ボルト５１が下降して、その操作ボルト５１の頭部５２が上記のロック状態のサポートロッド８の前記の被係合部８ａに上側から接当する。このため、前記の進出バネ５３によって上記サポートロッド８が上昇するのを上記の操作ボルト５１が確実に阻止し、その後、上記のサポートロッド８の上記ロック状態が解除される。より詳しくいえば、次の通りである。
【００４０】
上記の圧縮空気の排出により、まず、前記の第２バネ４６によって前記の第２ピストン３５と前記の操作ボルト５１とが下降していく。次いで、前述したように、前記の作動室２３の圧縮空気が前記の連通孔６２と前記の出口室４５と前記の環状隙間３７とを経て外部へ排出される。そして、上記の作動室２３の圧力が前記の図３Ｆの第２設定圧力Ｐ２(ここでは、約0.15Mpa)よりも低下すると、前記の第１ピストン２２及び伝動具１５が第１バネ２４によって上側へ押圧され、その伝動具１５のテーパ内周面１６が前記ボール１８を転動させながらスムーズに上向き移動し、前記コレット１１のテーパ外周面１２の前記の押圧状態を解除する。これにより、上記のコレット１１が自己の弾性復元力によって拡径して、上記サポートロッド８のロック状態が解除される。このため、前記の第２ピストン３５および前記の操作ボルト５１がさらに下降して、上記サポートロッド８を図１の下降位置に復帰させる。
【００４１】
前記の第１実施形態は次の長所を奏する。
上記ワークサポート２のリリース作動時には、まず、前記の操作ボルト５１が下降して、前記の進出バネ(進出手段)５３の付勢力によって前記サポートロッド８が上昇するのを阻止し、その後、前記コレット１１による上記サポートロッド８の挟持固定状態を解除する。このため、その挟持固定状態を解除した時に、上記の進出バネ５３の付勢力が上記サポートロッド８を介して前記ワークピースＷを突き上げるのを防止できる。
【００４２】
また、前述したように前記の閉止部４７に前記シール部材(図示せず)を設けた場合には、前記の第２ピストン３５の上死点位置における上向きの受圧面積を小さくできるので、前記の入口室４１(及び前記の出口室４５)の圧力が高い段階で上記の第２ピストン３５が下降し始める。これにより、前記の操作ボルト５１が下降した後で前記サポートロッド８をロック解除させることが確実となる。
なお、上記の閉止部４７は、上記の第２ピストン３５の上端面と前記の第２シリンダ孔３３の上端壁４４との組み合わせに代えて、その第２ピストン３５の外周面と上記の第２シリンダ孔３３の周面との組み合わせ等にすることも可能である。
【００４３】
図４から図６は、本発明の第２実施形態を示している。図４は、前記のワークサポート１の立面視の断面図であって、前記の図１に類似する図面である。図５は、前記の第２ピストン３５の上昇状態を示し、上記の図４中の部分図に類似する図面である。図６は、上記の第２ピストン３５の下降途中の状態を示し、上記の図５に類似する図面である。
なお、この第２実施形態では、上記の第１実施形態と同じ構成の部材には原則として同一の参照符号を付けてあり、その第１実施形態と異なる構成について説明する。
【００４４】
上記の第２ピストン３５の外周面に封止具６５が装着され、前記の連通孔６２が前記の第２シリンダ孔３３の途中高さ部に開口される。その連通孔６２の開口部と上記の封止具６５とによって前記の切換え手段６１が構成されている。
そして、図４のリリース状態で前記の入口室４１に圧縮空気を供給すると、上記の第２ピストン３５が上昇し始める。その第２ピストン３５の上昇の初期から後期までは、上記の封止具６５により、上記の入口室４１の圧縮空気が前記の作動室２３へは流出しない。そして、上記の第２ピストン３５が図５の上昇位置に到達したときに(又は、その上昇位置の直前の位置に到達したときに)、上記の入口室４１の圧縮空気が上記の連通孔６２を通って前記の作動室２３へ流出し始める。このため、その作動室２３の圧力は、前記の図２Ｆ中の一点鎖線図Ｎ´に示すように上昇する。
【００４５】
また、前記の連通孔６２に絞り路６６を設けて、その絞り路６６によって前記の流動抵抗付与手段Ｋの少なくとも一部分を構成する。さらに、前記の第２シリンダ孔３３の周面と上記の第２ピストン３５の上半部の外周面との間の嵌合隙間６７によって上記の流動抵抗付与手段Ｋの少なくとも一部分を構成する。
そして、上記の図５の状態で前記の入口室４１の圧縮空気を前記の給排口４２を経て外部へ排出すると、上記の第２ピストン３５が下降していく。その第２ピストン３５が図６に示す位置に下降したときには、前記の作動室２３の圧縮空気が前記の絞り路６６と前記の嵌合隙間６７とを順に通って前記の出口室４５へ微小量だけ排出され始め、その微小量の圧縮空気が前記ロッド孔３４を経て外部へ排出される。
【００４６】
このとき、前記の絞り路６６と上記の嵌合隙間６７とが付与する流動抵抗により、上記の作動室２３の圧力の降下が遅くなって、前記の第１ピストン２２の上昇開始が遅くなる。従って、上記の第１ピストン２２による前記サポートロッド８のロック解除の開始を遅らせることができ、前記の第２ピストン３５および前記の操作ボルト５１が下降した後に上記サポートロッド８をロック解除させることが可能となる。
【００４７】
上記の第２実施形態は、前記の第１実施形態の前述した長所を奏すると共に、さらに次の長所を奏する。
前記の入口室４１へ供給した圧縮空気が前記の出口室４５へ漏れるのを前記の封止具６５によって確実に防止できる。このため、上記の圧縮空気の供給時に、その圧縮空気が上記の出口室４５から外部へ漏れるのを防止でき、圧縮空気の消費量が少なくなる。そのうえ、上記の漏出した圧縮空気によって前記のサポートロッド８が必要以上に急激に上昇するのを防止できる。
【００４８】
なお、この第２実施形態では、前記の第１実施形態と同様に、前記の第２シリンダ孔３３の上端壁４４に弁座(ここでは図示せず)を設けると共に前記の第２ピストン３５の上部に弁面(ここでは図示せず)を設けてもよい。この場合、上記の第２ピストン３５に装着した前記の封止具６５が損傷したときであっても、図５の状態で前記の作動室２３の圧縮空気が前記のロッド孔３４を通って外部へ漏れるのを、上記の弁座と弁面からなる閉止部によって確実に防止できる。
また、上記の封止具６５は、上記の第２ピストン３５に装着することに代えて、上記の第２シリンダ孔３３に装着してもよい。
【００４９】
上記の第１と第２の各実施形態は、前記の第１ピストン２２の下降開始および上昇開始を遅らせるために、下記のように構成することが好ましい。
前記の図１または図４に示すように第１ピストン２２が上死点に位置する状態では、その第１ピストン２２の前記の封止具２６を前記の上端壁４にも封止接当させる。この場合、上記の第１ピストン２２の下降開始前には、その第１ピストン２２の上端の環状受圧面の面積が小さいので、前記の作動室２３の圧力が十分に高まった後に上記の第１ピストン２２が下降し始める。そして、その第１ピストン２２の下降によって上記の封止具２６が前記の上端壁４から離間すると、上記の第１ピストン２２の上端の環状受圧面の面積が大きくなるので、その第１ピストン２２が強力に押し下げられるのである。
【００５０】
また、前記の図４から図６に示すように、前記の連通孔６２に前記の絞り路６６を設けたが、これに代えて、又は、これに加えて、前記の第１シリンダ孔２１と前記の第１ピストン２２との間の環状隙間Ｇを小さい値に設定することが好ましい。この場合、上記の環状隙間Ｇや上記の連通孔６２の流動抵抗が大きくなるので、前記の作動室２３の昇圧時間および降圧時間が長くなる。これにより、上記の第１ピストン２２の下降開始および上昇開始が遅くなる。
以上により、上記の第１ピストン２２による前記サポートロッド８のロック開始およびロック解除の開始を遅らせることができるので、前記の操作ボルト５１が上昇および下降した後に上記サポートロッド８をロックおよびロック解除させることが確実となる。
【００５１】
上記の第１と第２の各実施形態は次のように変更可能である。
前記の流動抵抗付与手段Ｋは、図１中の前記の環状隙間３７と図４中の前記の絞り路６６と図６中の前記の嵌合隙間６７との少なくとも一つを利用すればよく、さらには、図１または図４中の前述した連通溝５５などの排気通路の一部を利用してもよい。また、その流動抵抗付与手段Ｋは、環状隙間や絞り路に代えて、細長い孔やオリフィスやニードル弁などであってもよい。
【００５２】
前記の切換え手段６１は、前記の作動室２３を前記の入口室４１と前記の出口室４５とへ切り換えて連通させるものであればよい。従って、前記の第２ピストン３５の外周面が前記の連通孔６２の開口部を全閉する瞬間があっても差し支えなく、又は、上記の連通孔６２が上記の入口室４１と出口室４５との両方へ連通する瞬間があっても差し支えない。
【００５３】
前記サポートロッド８を上向きに進出させる手段は、例示の進出バネ５３に代えて、ゴム等の弾性体であってもよく、さらには、圧縮空気等であってもよい。
また、前記の第２ピストン３５を下向きに後退させる手段は、例示の第２バネ４６に代えて、ゴム等の弾性体であってもよく、さらには、圧縮空気等であってもよい。
【００５４】
本発明のシリンダ装置は、例示した構造のワークサポートに適用することに代えて、別の構造のワークサポートに適用可能であり、さらには、ワークサポートとは異なる用途にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を示し、シリンダ装置を適用したワークサポートの立面視の断面図である。
【図２】 図２Ａから図２Ｆは、上記ワークサポートをロック駆動するときの作動説明図である。
【図３】 図３Ａから図３Ｆは、上記ワークサポートをリリース駆動するときの作動説明図である。
【図４】 本発明の第２実施例を示し、前記ワークサポートの立面視の断面図であって、前記の図１に類似する図面である。
【図５】 上記ワークサポートに設けた第２ピストンの上昇状態を示し、上記の図４中の部分図に類似する図面である。
【図６】 上記の第２ピストンの下降途中の状態を示し、上記の図５に類似する図面である。
【符号の説明】
２０…第１シリンダ、２１…第１シリンダ孔、２２…第１ピストン、２３…作動室、２４…第１バネ、３２…第２シリンダ、３３…第２シリンダ孔、３４…ロッド孔、３５…第２ピストン、３６…ピストンロッド、３７…絞り路(環状隙間)、４０…第２シリンダ孔３３の第１端壁(下端壁)、４１…入口室、４４…第２シリンダ孔３３の第２端壁(上端壁)、４５…出口室、４６…復帰手段(第２バネ)、４７…閉止部、４８…弁座、４９…弁面、５１…操作具(操作ボルト)、６１…切換え手段、６２…連通孔、６５…封止具、６６…絞り路、６７…嵌合隙間、Ｋ…流動抵抗付与手段、Ｐ１…第１設定圧力、Ｐ２…第２設定圧力。
Claims (8)
- 作業用の第１シリンダ(２０)と進退用の第２シリンダ(３２)とを備え、
上記の第１シリンダ(２０)は、第１シリンダ孔 ( ２１ ) に嵌入されてロックおよびリリース移動する第１ピストン ( ２２ ) と、その第１ピストン ( ２２ ) の外側に配置された作動室 ( ２３ ) とを備え、上記の第１ピストン ( ２２ ) を、上記の作動室(２３)のガス圧力が第１設定圧力(Ｐ１)を越えたときにロック移動させると共に、上記の作動室(２３)のガス圧力が上記の第１設定圧力(Ｐ１)よりも低い第２設定圧力(Ｐ２)に低下したときにリリース移動させるように構成し、
前記の第２シリンダ(３２)は、第２シリンダ孔(３３)に嵌入された第２ピストン(３５)と、上記の第２シリンダ孔(３３)の第１端壁(４０)と上記の第２ピストン(３５)との間に形成されて圧力ガスが給排される入口室(４１)と、上記の第２シリンダ孔(３３)の第２端壁(４４)と上記の第２ピストン(３５)との間に形成された出口室(４５)と、上記の第２ピストン(３５)を上記の第１端壁(４０)へ向けて後退させる復帰手段(４６)とを備え、
上記の第２シリンダ孔 ( ３３ ) の周面に、前記の作動室 ( ２３ ) を上記の第２シリンダ孔 ( ３３ ) 内へ連通させる連通孔 ( ６２ ) を開口させ、その連通孔 ( ６２ ) の開口部と前記の第２ピストン ( ３５ ) の外周面とによって切換え手段 ( ６１ ) を構成し、その切換え手段(６１)は、上記の第２ピストン(３５)の進出移動の初期から後期には上記の連通孔 ( ６２ )を上記の出口室(４５)へ連通させ、これに対して、上記の第２ピストン(３５)の進出移動の終期には上記の連通孔 ( ６２ )を上記の入口室(４１)へ連通させるように構成し、
上記の出口室 ( ４５ ) を外気へ連通させて、上記の作動室 ( ２３ ) から上記の連通孔 ( ６２ ) と上記の出口室 ( ４５ ) とを経て外気へ至るまでの間に流動抵抗付与手段 ( Ｋ ) を設けた、ことを特徴とするシリンダ装置。 - 請求項１のシリンダ装置において、
前記の第２シリンダ孔(３３)の周面と前記の第２ビストン(３５)の外周面との間に封止具(６５)を介在させた、ことを特徴とするシリンダ装置。 - 請求項２のシリンダ装置において、
前記の第２ビストン(３５)の外周面に前記の封止具(６５)を装着して、その封止具(６５)によって前記の切換え手段(６１)の一部分を構成した、ことを特徴とするシリンダ装置。 - 請求項１から３のいずれかのシリンダ装置において、
前記の連通孔(６２)に絞り路(６６)を設けて、その絞り路(６６)によって前記の流動抵抗付与手段(Ｋ)の少なくとも一部分を構成した、ことを特徴とするシリンダ装置。 - 請求項１から３のいずれかのシリンダ装置において、
前記の第２シリンダ孔(３３)の周面と前記の第２ピストン(３５)の外周面との間の嵌合隙間(６７)によって前記の流動抵抗付与手段(Ｋ)の少なくとも一部分を構成した、ことを特徴とするシリンダ装置。 - 請求項１から３のいずれかのシリンダ装置において、
前記の出口室(４５)に、その出口室(４５)よりも小径のロッド孔(３４)を直列に連通させ、そのロッド孔(３４)に、前記の第２ピストン(３５)に連結したピストンロッド(３６)を所定の環状隙間(３７)をあけて挿入し、その環状隙間(３７)によって前記の流動抵抗付与手段(Ｋ)の少なくとも一部分を構成した、ことを特徴とするシリンダ装置。 - 請求項１から６のいずれかのシリンダ装置において、
前記の第２ピストン(３５)の進出移動の終期に前記の出口室(４５)と外気との連通を遮断する閉止部(４７)を設けた、ことを特徴とするシリンダ装置。 - 請求項７のシリンダ装置において、
前記の閉止部(４７)を、前記の第２シリンダ孔(３３)の前記の第２端壁(４４)に設けた弁座(４８)と、前記の第２ピストン(３５)に設けた弁面(４９)とによって構成した、ことを特徴とするシリンダ装置。
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