JP4241344B2 - 流体圧シリンダ - Google Patents

Description

本発明は空気圧などの流体圧力によってピストンロッドを往復動させる流体圧シリンダに関し、特に、ロック機構を備えた流体圧シリンダに適用して有効な技術に関する。

自動車の組立ラインには、プレス工程において成型されたパネル材をスポット溶接などによって接合する複数の工程が設けられている。これらの工程としては、車体の土台を形成するアンダーボディ工程、車体の側面部を形成するサイドボディ工程、アンダーボディとサイドボディとを接合することにより車体の骨格を形成するメインボディ工程、メインボディにドアやフードなどを組み付けるメタルライン工程などがある。

車体組み立てライン上において各工程を行う作業ステージ間でのパネル材を移動させる方法としては、ロボットアームなどの搬送アクチュエータの先端に挿入クランプなどでパネル材を固定するハンドリング装置を設置し、パネル材を固定したハンドリング装置ごとアームの作動によって移動させるものが多くある。

またハンドリング装置については、形状の異なる多種類の部材にそれぞれ対応して固定できるよう各挿入クランプを進退移動させるシリンダアクチュエータを設置したものがあり、特にこのシリンダアクチュエータには挿入クランプとパネル材が衝突してもその衝撃を吸収できるよう空気圧を利用した流体圧シリンダが多く用いられている。

しかしながら上記の流体圧シリンダに備えられていたロック機構は、ピストンロッドの前進方向または後退方向のどちらか一方に向かう移動のみをロックする構成でしかなかった。そのため流体シリンダを伸長させて挿入クランプをパネル材に押し込み挿入固定し、その際にピストンロッド位置をロックしても、ロボットアームの駆動によりハンドリング装置ごとパネル材を移動させた場合には、ピストンロッドがロック位置から移動してパネル材の固定位置がずれてしまい、パネル材の正確な位置決めができずに精度の高い組立作業を行うことが困難となっていた。

本発明の目的はピストンロッドの軸方向位置を前進側と後退側の両方向に対し固定できる流体圧シリンダを提供することにある。

本発明の流体圧シリンダは、ピストンロッドおよびメインピストンを収容してメインピストンにより内部を前進用圧力室と後退用圧力室とに区画されているシリンダ本体と、ピストンロッドに組み付けられて傾斜面を備える２つのロックユニットと、押圧面を備えてピストンロッドに接近する前進限位置、離れる後退限位置との間で往復動自在にそれぞれロックピストン収容部に収容される２つのロックピストンとを有し、一方のロックピストンの押圧面のうちのピストンロッド前進側の側面に一方のロックユニットの傾斜面が接触し、他方のロックピストンの押圧面のうちのピストンロッド後退側の側面に他方のロックユニットの傾斜面が接触することを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、２つのロックユニットはそれぞれの傾斜面が互いに軸方向で対向する向きに設置されていることを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、２つのロックユニットは、それぞれピストンロッドに締結する締結状態と締結を解除する解除状態とに作動するものであり、２つのロックピストンは、それぞれ前進限位置でロックユニットを締結状態に切り換える作動位置となり、後退限位置でロックユニットを解除状態に切り換える退避位置となることを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、２つのロックピストンはそれぞれロックピストン収容部内をロック圧力室とロック解除圧力室とに区画しており、それぞれのロック圧力室に連通しロックピストンを介してロックユニットに推力を加えるロック流体を案内するロック流体供給路と、それぞれのロック解除圧力室に連通しロックピストンを介してロックユニットから推力を解除するロック解除流体を案内するロック解除流体供給路と、それぞれのロック圧力室に組み込まれ、ロックピストンを介してロックユニットにばねの推力を加えるロック用ばね部材とを有し、ロック流体の推力とロック用ばね部材の推力とをロックユニットを介してピストンロッドの軸方向に加えることを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、ロック流体供給路が２つのロック圧力室を直列に接続して順にロック流体を案内することを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、ロック解除流体供給路が外部との間の流体の供給と排出を行い、後退用圧力室は並列に配置された内設チェック弁と内設絞りとを介してロック解除流体供給路に接続されており、内設チェック弁は後退用圧力室からロック解除流体供給路へ案内する方向に流体を通過させて逆方向に閉止する配置で設置されていることを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、ロック解除流体供給路が前進用圧力室に連通し、ロック流体供給路が後退用圧力室に連通していることを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、ロックピストンに摺動自在に装着され、ロックピストンが作動位置に向けて所定のストロークで移動した後にロック流体供給路をロック圧力室に開口するプランジャを有し、ロックピストンにロック用ばね部材の推力を加えた後に、ロック流体の推力を合わせて加えることを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、２つのロックピストンがそれぞれピストンロッドの径方向に往復動し、ロックピストンに形成された押圧面を介して推力をロックユニットの傾斜面に伝達することを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、２つのロックユニットがそれぞれピストンロッドの外周面に配置されるボールと、ピストンロッドの軸方向に往復動自在に装着されボールを介してピストンロッドに締結するロックスリーブとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、ロックピストンおよびロックユニットをそれぞれ２つずつ設け、２つのロックユニットを軸方向で対向する向きに設置して相互に押さえ合って固定させるため、また２つのロックユニットにそれぞれ蓄えられる歪み力についても相互に逆方向で相殺しあうよう蓄えることになるため、ピストンロッドの軸方向位置を前進側と後退側の両方向に対して締結固定できる。

本発明によれば、２つのロックユニットはそれぞれの傾斜面が互いに軸方向で対向する向きに設置されていることにより、２つのロックユニットにそれぞれ蓄えられる歪み力について相互に逆方向で相殺しあうよう蓄えることになるため、ピストンロッドの軸方向位置を前進側と後退側の両方向に対してより確実に締結固定できる。

本発明によれば、２つのロックユニットがそれぞれロックピストンの進退移動によりピストンロッドへの締結とその解除を切り換えるよう作動するものであることにより、ピストンロッドを任意の軸方向位置で締結固定することができる。

本発明によれば、ロック圧力室内のロック流体つまり圧縮空気による推力と、ロック用ばね部材の推力とを用いて２つのロックユニットを締結状態に切り換えるようにしたので、ロックユニットの締結力を低下させることなくロック用ばね部材からのばね力を低く設定することができる。

本発明によれば、２つのロック圧力室はロック流体供給路を介して直列に接続されて順に圧縮空気が供給されることにより、２つのロックユニットの締結作動に時間差を設けることができ、それによって２つのロックユニットに対して順に遊びを取り除くことができる。

本発明によれば、後退用圧力室は並列に配置された内設チェック弁と内設絞りとを介してロック解除流体供給路に接続されていることにより、ピストンロッドの後退移動を始める際に２つのロックユニットの締結状態を解除することができる。

本発明によれば、ロック解除流体供給路を前進用圧力室に連通し、ロック流体供給路を後退用圧力室に連通させていることにより、ピストンロッドの後退移動が制限された時点で、２つのロックユニットを締結状態に切り換えてピストンロッドの軸方向位置を前進側と後退側の両方向に対し確実に固定することができる。

本発明によれば、ロック圧力室内の圧縮空気による推力とロック用ばね部材のばね力とは、締結状態となったロックユニットを介してピストンロッドに軸方向に加えられるため、ロックユニットに歪み力を蓄えることができる。

本発明によれば、相互に直交する方向で往復動するロックピストンとロックユニットの間で押圧面と傾斜面との摺接により推力を伝えるため円滑かつ確実に締結作動させることができる。

本発明によれば、ロックユニットの締結が、ピストンロッドの外周面に配置されたボールを、ピストンロッドの軸方向に往復動自在に装着されたロックスリーブによってピストンロッドの外周面に押しつけることによるため、円滑かつ確実に締結させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１はハンドリング装置を備えたロボットアームによって自動車車体を構成するパネル材を搬送するようにした車体組立ラインの一部を示す図である。ロボットアーム１は複数のアーム２を多数の可動関節３で接続し、それらの間の角度を駆動制御することによりアーム先端の位置移動と姿勢を制御する搬送装置である。ハンドリング装置４はアーム先端に取り付け可能な台座５を有しており、パネル材Ｗの固定孔に係止ピンを挿入して係止固定できる挿入クランプ６を台座５に複数個設置したものであって、いくつかの挿入クランプ６を流体圧シリンダ１１を介して台座５から進退移動可能に設置したものである。このようにいくつかの挿入クランプ６を台座５から進退移動できるようにしたことにより、多種類のパネル部材Ｗのそれぞれ異なる形状に対応して固定できるようになっている。

ロボットアーム１は、ハンドリング装置４を最初の作業ステージＳ1から最終の作業ステージＳnまで移動させる。最初の作業ステージＳ1では車体を構成するパネル材がワークＷとしてハンドリング装置４に固定され、最終の作業ステージＳnでは所定の組立作業が終了したワークＷがハンドリング装置４から取り外されることになる。

作業ステージＳ1でのハンドリング装置４によるワークＷの固定手順としては、始めに流体圧シリンダ１１を引き込ませて全ての挿入クランプ６を後退限位置に位置させ、台座５から近い側のワークＷの固定孔から順に挿入クランプ６を前進移動させて挿入固定する。流体圧シリンダ１１を伸長させて各挿入クランプ６を挿入固定させる際には、流体圧シリンダ１１に設けたシリンダストッパ７がステージ側に設けたステージストッパ８に当接したタイミングで挿入クランプ６の前進移動を停止させるようにしている。図１においては、ハンドリング装置４に２つの挿入クランプ６を設けてそのうちの１つを流体圧シリンダ１１で進退移動可能に設置しているが、ワークＷのサイズや形状に応じて任意の数や配置の挿入クランプをハンドリング装置４に設け流体圧シリンダ１１で進退移動可能とすることができる。

図２は本発明の第１の実施の形態の流体圧シリンダを示す図であって、図２（Ａ）はその左側面図、図２（Ｂ）はその平面図、図２（Ｃ）はその右側面図である。図２において、流体圧シリンダ１１は概略的に、ほぼ四角柱形状のシリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２の一方の端面に設置されたほぼ直方体形状のロックガイドブロック１３と、このロックガイドブロック１３を貫通してシリンダブロック１２に往復動自在に挿入されたピストンロッド１４と、このピストンロッド１４と平行な配置でロックガイドブロック１３に往復動自在に貫通している２本の補助ロッド１５と、ピストンロッド１４および２本の補助ロッド１５の端部に結合されたフランジ１６と、ロックガイドブロック１３の一方の側面からピストンロッド１４の径方向に延びる配置で設置された２つのロックピストン収容部１７，１１７とを有している。

このロックガイドブロック１３は、後述するように内部のピストンロッド１４の周囲にロックユニット収容部を備え、かつ２本の補助ロッド１５を往復動自在に支持するガイドブロックとしても機能している。図２（Ｂ）に示すようにロックガイドブロック１３には前述の部品ハンドリング装置４に設置するための設置ねじ孔１９が形成されている。

この流体圧シリンダ１１は、シリンダブロック１２に形成されている２つの給排ポート２０，２１のどちらか一方に圧縮空気を供給し他方から空気を排出させることで、ピストンロッド１４およびそれに結合しているフランジ１６を進退移動させ、またロックガイドブロック１３に形成されている固定用給排ポート６１に圧縮空気を供給することで、ピストンロッド１４およびフランジ１６の位置を前進方向と後退方向のどちらに対しても固定できるようになっている。

図３は図２においてピストンロッド１４の軸中心と一致するＸ−Ｘ線に沿った流体圧シリンダ１１の軸方向断面図である。以降、説明の便宜のためにロックガイドブロック１３の側面からロックピストン収容部１７，１１７が延びる方向を上方向とし、その逆方向を下方向としてそれぞれに向かう移動を上昇移動、下降移動とする。

図３に示すように、シリンダブロック１２はメインピストン２３を軸方向に往復動自在に収容するピストン収容孔２４が形成された筒形状体であり、ロックガイドブロック１３との間には中央ロッドカバー２５が挟まれて取り付けられ、逆側のシリンダブロック１２の端部にはピストン収容孔２４を塞ぐようにプラグ２６が取り付けられスナップリング２７により固定されている。これら中央ロッドカバー２５とプラグ２６によって閉じられたピストン収容孔２４の内部空間がシリンダ室２８を形成している。

ロックガイドブロック１３の内部でピストンロッド１４の周囲には２つのロックユニット２９，１２９を収容するロックユニット収容孔３０が形成されており、フランジ１６側の端部にはロックユニット収容孔３０を塞ぐように先端ロッドカバー３１が取り付けられスナップリング３２により固定されている。これらこの先端ロッドカバー３１と中央ロッドカバー２５によって閉じられたロックユニット収容孔３０がロックユニット収容部３３を形成している。上記のシリンダ室２８とロックユニット収容部３３を内部に形成しているシリンダブロック１２とロックガイドブロック１３、および２つのロックピストン収容部１７，１１７によりシリンダ本体が形成されている。

シリンダブロック１２内に収容されるメインピストン２３によって、シリンダ室２８の内部は前進用圧力室３４と後退用圧力室３５とに区画されている。シリンダブロック１２には前進用給排ポート２０と後退用給排ポート２１が形成されており、前進用給排ポート２０は前進用圧力室３４に連通し、後退用給排ポート２１はガイドブロック１３内の給排路２２を介してロックユニット収容部３３に連通している。

中央ロッドカバー２５には内設チェック弁５９と内設絞り６０が設けられており、それぞれが後退用圧力室３５とロックユニット収容部３３とを接続するよう互いに並列な接続となっている。内設チェック弁５９は後退用圧力室３５からロックユニット収容部３３へ案内する方向に圧縮空気を通過させ、逆方向に閉止する配置で設置されている。

前進用給排ポート２０より前進用圧力室３４に流体である圧縮空気を供給すると、メインピストン２３が圧縮空気に押圧されて中央ロッドカバー２５に向けて前進移動する。後退用給排ポート２１に圧縮空気を供給すると、後に詳述するようにロックユニット収容部３３内の圧力を高めつつ内設絞り６０を介して後退用圧力室３５に圧縮空気が供給され、メインピストン２３がプラグ２６に向けて後退移動する。

メインピストン２３はシール材２３ｃが設けられた環状の第１ディスク２３ａと、第２ディスク２３ｂとを備えており、第１ディスク２３ａの内周面には雌ねじ２３ｅが形成されている。また、第１ディスク２３ａと第２ディスク２３ｂとの間には環状の磁石２３ｆが挟み込まれており、シリンダブロック１２に設けられた図示しないセンサにより磁石２３ｆを介してメインピストン２３の位置を検出できるようになっている。

また、一端に雄ねじ１４ａが形成されるピストンロッド１４は、雄ねじ１４ａを介してメインピストン２３の第１ディスク２３ａにねじ結合されるとともに、中央ロッドカバー２５の貫通孔２５ａを貫通して先端ロッドカバー３１に往復動自在に支持されている。メインピストン２３に固定されたピストンロッド１４は、前進用圧力室３４と後退用圧力室３５とに対する圧縮空気の給排制御によりメインピストン２３と一体になって軸方向に移動する。

ロックユニット収容部３３内には前記２つのロックユニット２９，１２９が先端ロッドカバー３１側（フランジ１６側）と中央ロッドカバー２５側（シリンダブロック１２側）の両端位置で相互に対向する向きに収容されている。それぞれのロックユニット２９，１２９は、ピストンロッド１４の外周に複数配置されるボールとしての鋼球３６と、これら複数の鋼球３６を保持するとともにピストンロッド１４に貫かれて設けられる筒状の保持器３７とを備えており、保持器３７はピストンロッド１４に対して往復動自在となっている。また、各ロックユニット２９，１２９は内周に内テーパ面３８ａが形成されているロックスリーブ３８を保持器３７の外周側に備えており、このロックスリーブ３８はロックユニット収容孔３０に往復動自在となって収容されている。このように、ピストンロッド１４の外周面とロックスリーブ３８の内テーパ面３８ａとの間には複数の鋼球３６が配置されており、ロックスリーブ３８を軸方向に移動させることにより、ロックユニット２９，１２９は、鋼球３６をピストンロッド１４に押圧してピストンロッド１４とロックスリーブ３８とを締結する締結状態と、ピストンロッド１４に対する押圧を解放して締結を解除する解除状態とに切り換えられる。

各ロックユニット２９，１２９は、それぞれのロックスリーブ３８と中央ロッドカバー２５または先端ロッドカバー３１との間にフランジ部３９ａを備える底付き円筒状のばね受け部材３９を備えており、ばね受け部材３９のフランジ部３９ａと各ロッドカバー２５，３１との間には解除用ばね部材４０が設けられている。この解除用ばね部材４０は、ロックスリーブ３８に当接するフランジ部３９ａを介してロックスリーブ３８を解除方向に付勢する。つまり２つの解除用ばね部材４０はそれぞれロックスリーブ３８を各ロッドカバー２５，３１から離す方向に付勢する。また、ばね受け部材３９の底部と保持器３７との間には保持用ばね部材４１が設けられており、これら２つの保持用ばね部材４１はそれぞれ保持器３７を相互に近接させる方向に付勢する。

２つの保持器３７に挟まれる配置で、円筒形状の位置決めスリーブ４２がピストンロッド１４に貫通されてその外周に往復動自在に装着されている。この位置決めスリーブ４２は保持用ばね部材４１による保持器３７および鋼球３６の軸方向移動を所定の位置で規制するためのストッパとなる。

フランジ１６側に位置するフランジ側ロックピストン収容部１７とシリンダブロック１２側に位置するシリンダ側ロックピストン収容部１１７は、それぞれシリンダ４３とこれを閉塞するヘッドカバー４４とにより形成されており、それぞれ内部構成は基本的に同じものとなっていて、後述するようにシリンダ４３およびヘッドカバー４４の内部に形成される圧縮空気の通過経路だけが異なっている。

それぞれのシリンダ４３内にはロックピストン４５，１４５が収容されており、両方のロックピストン４５，１４５はともにピストンロッド１４に対して径方向に往復動自在となっている。ロックピストン収容部１７，１１７内は、ロックピストン４５，１４５によって、ロック用ばね部材４６が収容されるロック圧力室４７と、ロック用ばね部材４６の推力であるばね力に対向して流体の推力をロックピストン４５，１４５に加えるロック解除圧力室４８とに区画されている。

各ロックピストン４５，１４５はフランジ部４５ａを備えた底付き円筒状に形成されており、ばね収容孔４５ｂとシリンダ孔４５ｃとを備えている。ばね収容孔４５ｂには環状のばね受け部材４９が組み込まれ、ばね受け部材４９とヘッドカバー４４とによってロック用ばね部材４６がロック圧力室４７内に保持されている。

また、フランジ側ロックピストン収容部１７に収容されている一方のロックピストン４５のみにおいて、シリンダ孔４５ｃにはピストン部５０ａとロッド部５０ｂとを備えるプランジャ５０が往復動自在に組み込まれており、ピストン部５０ａの端面とシリンダ孔４５ｃの底面との間にはプランジャ用ばね部材５１が組み込まれている。このプランジャ用ばね部材５１のばね力によってプランジャ５０はヘッドカバー４４に近づく方向に付勢され、この方向の移動はピストン部５０ａがばね受け部材４９に当接することによって規制される。つまり、ロックピストン収容部１７におけるばね受け部材４９はプランジャ５０の軸方向移動を所定のストロークで規制するためのストッパとしても機能する。

各ロックピストン収容部１７，１１７を形成するそれぞれのヘッドカバー４４のほぼ中央部には、ロック圧力室４７にロック流体である圧縮空気を案内する流体導入孔５２，１５２が形成されており、またフランジ側ロックピストン収容部１７のヘッドカバー４４にはロック圧力室４７から圧縮空気を排出する流体排出孔５３が形成されている。

図３に示すように流体導入孔５２とプランジャ５０とはほぼ同心上に組み込まれており、プランジャ５０が図中の上昇する方向（ピストンロッド１４から離れる方向）に移動することによってプランジャ５０がヘッドカバー４４に接触すると、流体導入孔５２とロック圧力室４７とはプランジャ５０のロッド部５０ｂにより遮断された状態となり、ロックピストン４５が図中の下降する方向（ピストンロッド１４に近づく方向）に移動することによってプランジャ５０がヘッドカバー４４から離れると、流体導入孔５２とロック圧力室４７とは連通した状態となる。なお、ヘッドカバー４４に形成される流体導入孔５２の開口部には弁座５４が組み込まれており、プランジャ５０のロッド部５０ｂの先端と弁座５４とを接触させることにより遮断状態における気密が保たれる。

各ロック解除圧力室４８はそれぞれ連通路５５を介してロックユニット収容部３３に連通しており、後述するようにロック解除圧力室４８に圧縮空気を供給すると、ロックピストン４５，１４５はピストンロッド１４から離れる退避位置に向けて上昇移動する。ここで特にロックピストン４５の上昇移動の過程においては、ロックピストン４５のフランジ部４５ａがヘッドカバー４４に接触するまでプランジャ５０のロッド部５０ｂはロックピストン４５より突き出た状態となっているため、まずプランジャ５０のロッド部５０ｂがヘッドカバー４４の弁座５４に接触した後に、ロックピストン４５のフランジ部４５ａがヘッドカバー４４に接触することになる。ロックピストン４５がヘッドカバー４４に接触するまで上昇移動すると、プランジャ用ばね部材５１は圧縮されて、ピストン部５０ｂとばね受け部材４９との間には所定のクリアランスＣ１が形成される。

なお、２つのロックピストン４５，１４５をそれぞれ上昇移動させる際には、どちらもロック圧力室４７内の空気は弁座５４から流体導入孔５２，１５２を経て排気されるが、プランジャ５０を備えるロックピストン４５においては、上昇途中においてプランジャ５０のロッド部５０ｂと弁座５４との接触により流体導入孔５２が閉塞されてしまう。このため、プランジャ５０のピストン部５０ｂに設けられるＵパッキン５６は、下降方向へ空気の流れを許容する向きに装着されており、ロック圧力室４７内の空気はプランジャ５０のロッド部５０ｂと弁座５４とが接触した後であっても、Ｕパッキン５６とシリンダ孔４５ｃとの間から空気を下降方向に向けて排出することができ、プランジャ５０の中心に形成されている貫通孔５０ｃを介して流体導入孔５２から排気することができる。

一方、各ロック解除圧力室４８の圧縮空気を連通路５５を介して排出すると、ロックピストン４５，１４５はロック用ばね部材４６からのばね力によりピストンロッド１４に接近してロックスリーブ３８に接触する作動位置に向けて下降移動する。プランジャ５０を備えるロックピストン４５が下降移動する過程においては、プランジャ５０がばね力によって上昇方向に付勢されているため、まずロックピストン４５がヘッドカバー４４から離れた後に、プランジャ５０のピストン部５０ｂがばね受け部材４９に接触してからプランジャ５０のロッド部５０ｂがヘッドカバー４４から離れることになる。つまり、ロックピストン４５については下降移動を開始しても、所定のストローク分（クリアランスＣ１相当分）だけ下降するまでは、プランジャ５０のロッド部５０ｂはヘッドカバー４４の弁座５４に接触した状態を保持することになる。

フランジ１６側とシリンダブロック１２側の２つのロックピストン収容部１７，１１７において、それぞれ往復動するロックピストン４５，１４５の先端には、押圧面であるロックテーパ面４５ｄを備えたテーパロッド部４５ｅが形成されており、ロックテーパ面４５ｄのテーパ角は約３０°の鋭角に形成されている。これらのロックテーパ面４５ｄに対応するように、２つのロックスリーブ３８の相互に対向し合う側の端面にも傾斜面である外テーパ面３８ｂが形成されており、外テーパ面３８ｂのテーパ角は約１５０°の鈍角に形成されている。

各ロックピストン４５，１４５がロックスリーブ３８に向けて下降移動すると、それぞれのテーパロッド部４５ｅのロックテーパ面４５ｄ（押圧面）はそれぞれロックスリーブ３８の外テーパ面３８ｂ（傾斜面）に対応して接触する。このときの対応関係として、フランジ側ロックピストン収容部１７におけるロックピストン４５のロックテーパ面４５ｄ（押圧面）のうちのピストンロッド前進側の側面にフランジ１６側のロックユニット３８の外テーパ面３８ｂ（傾斜面）が接触し、またシリンダ側ロックピストン収容部１１７におけるロックピストン１４５のロックテーパ面４５ｄ（押圧面）のうちのピストンロッド後退側の側面にシリンダブロック１２側のロックユニット３８の外テーパ面３８ｂ（傾斜面）が接触するようになっている。

それぞれのロックユニット２９，１２９において、接触する外テーパ面３８ｂを介して各ロックスリーブ３８はフランジ１６側またはシリンダブロック１２側に互いに離れる方向にそれぞれ押されて２つのロックユニット２９，１２９が締結状態となる一方、各ロックピストン４５，１４５が上昇移動すると、解除用ばね部材４０のばね力によってそれぞれのロックスリーブ３８は互いに接近する方向に押されるため２つのロックユニット２９，１２９は解除状態となる。

なお、プランジャ５０の貫通孔５０ｃは、ロック圧力室４７内の空気を排出するだけでなくロックピストン４５を手動で動かす際にも使用される。ヘッドカバー４４に形成される流体導入孔５２，１５２には、流体導入孔５２，１５２と外部とを遮断するプラグとしてねじ部材５７が装着されており、ロックピストン４５，１４５にはシリンダ孔４５ｃから延びてねじ孔４５ｆが形成されている。ロックピストン４５，１４５を手動で動かす際には、先端部に雄ねじが形成された図示しないロッド部材を、ねじ部材５７を取り外した状態で外部より流体導入孔５２，１５２に差し込み、プランジャ５０を備えている方ではプランジャ５０の貫通孔５０ｃを経てねじ孔４５ｆとねじ結合させる。これにより、どちらのロックピストン４５，１４５においてもロッド部材を介して外部よりロックピストン４５，１４５を上下に動かすことができ、手動によりロックユニット２９，１２９を解除状態と締結状態とに切り換えることができる。

続いて、前進用圧力室３４、後退用圧力室３５、各ロック圧力室４７、各ロック解除圧力室４８に圧縮空気を供給するための供給流路について説明する。図３に示すようにメインピストン２３の第１ピストンディスク２３ａの後方側端面および第２ピストンディスク２３ｂの前方側端面には各ディスク２３ａ，２３ｂより外径の小さい環形状のゴムダンパ２３ｄが取り付けられており、メインピストン２３がシリンダ室２８内で後退限位置または前進限位置に位置してそれぞれプラグ２６や中央ロッドカバー２５にゴムダンパ２３ｄを接触させた状態でもそれらゴムダンパ２３ｄの外周には隙間（つまり最小容量となった前進用圧力室３４、後退用圧力室３５）が形成されることになる。

前進用圧力室３４に連通する前進用給排ポート２０は、このようにメインピストン２３が後退限位置に位置しているときの第１ディスク２３ａとプラグ２６との間の隙間（最小の前進用圧力室３４）に連通するよう形成されており、常に前進用圧力室３４におけるメインピストン２３上の受圧面積を確保できるようになっている。同様にして後退用圧力室３５に連通する内設絞り６０は、メインピストン２３が前進限位置に位置しているときの第２ディスク２３ｂと中央ロッドカバー２５との間の隙間（最小の後退用圧力室３５）に連通するよう形成されており、常に後退用圧力室３５におけるメインピストン２３上の受圧面積を確保できるようになっている。各給排ポート２０，２１は後述する共通の流路切換弁を介して圧縮空気源に接続されており、流路切換弁の切換作動によって２つの給排ポート２０，２１のどちらか一方に圧縮空気が供給され、かつ他方の給排ポート２０，２１から圧縮空気が排出されるようになっている。従って、各給排ポート２０，２１を介して前進用圧力室３４および後退用圧力室３５に対する圧縮空気の給排制御を行うことができる。

またピストンロッド１４が貫通している中央ロッドカバー２５の貫通孔２５ａはピストンロッド１４の外径とほぼ同じ径であり、その内周面に装着したシール材２５ｂをピストンロッド１４の外周に密着摺接させている。また保持器３７、位置決めスリーブ４２およびばね受け部材３９はピストンロッド１４の外周面との間に連通隙間５８が形成されているため、後退用給排ポート２１はロックユニット収容部３３全体に連通しており、さらに各連通路５５を介してそれぞれのロックピストン収容部１７，１１７内のロック解除圧力室４８に連通している。また後退用給排ポート２１はロックユニット収容部３３（ロック解除流体供給路）および内設絞り６０を介して後退用圧力室３５にも連通していることにもなる。

ここで給排路２２、連通隙間５８を含むロックユニット収容部３３および各連通路５５がロック解除流体供給路を構成しており、つまり各ロック解除圧力室４８はそれぞれロック解除流体供給路を介して後退用給排ポート２１および後退用圧力室３５に連通している。後退用給排ポート２１に圧縮空気を供給した場合には、まずロックユニット収容部３３に圧縮空気が導入されるが、中央ロッドカバー２５の内設チェック弁５９においては逆方向となるために圧縮空気は通過せず、後退用圧力室３５へは内設絞り６０のみを通過して導入されることになる。しかし内設絞り６０は流路断面積が狭く許容通過流量が小さいため、ロックユニット収容部３３すなわちロック解除流体供給路の内部に背圧が生じて圧力が上昇する。

このため各連通路５５を介して各ロックピストン収容部１７，１１７内のロック解除圧力室４８の方が後退用圧力室３５よりも先に圧力上昇してロックピストン４５，１４５を退避位置まで上昇移動させることになる。その後になって後退用圧力室３５内に圧縮空気が十分に導入されてメインピストン２３が後退方向に押圧移動されるようになっている。すなわち後退用給排ポート２１に圧縮空気を供給した場合には、各ロックピストン４５，１４５が退避位置まで移動した後にメインピストン２３が後退移動することになる。

図４は本実施の形態の流体圧シリンダ１１が接続する流体圧回路と各ロック圧力室４７および各ロック解除圧力室４８に対して圧縮空気を供給する経路構成を簡略的に説明する図である。図４において、コンプレッサなどの圧縮空気源６５が流路切換弁６６の入力ポート６６ａに接続しており、前進用給排ポート２０に接続する前進用流体流路６７および後退用給排ポート２１に接続する後退用流体流路６８が流路切換弁６６の２つの出力ポート６６ｂ，６６ｃにそれぞれ接続している。また前進用流体流路６７の途中位置には、流路切換弁６６から前進用給排ポート２０に向かう方向に空気の通過を許容する配置で外設チェック弁６７ａが設けられており、また外設チェック弁６７ａには外設絞り６７ｂが並列に接続されている。

固定用給排ポート６１が固定用流体流路６９を介して外設チェック弁６７ａより流路切換弁６６側の前進用流体流路６７に接続している。流路切換弁６６は２つの切換位置を切り換えることにより、前進用流体流路６７および後退用流体流路６８のどちらか一方を圧縮空気源６５に接続して圧縮空気を供給し、他方を外部大気に開放して圧縮空気を排出するようになっている。

ロックガイドブロック１３に形成された固定用給排ポート６１を介して供給される圧縮空気（ロック流体）は、連通する流体導入路６２（図３中には不図示）を介してフランジ側ロックピストン収容部１７の流体導入孔５２に供給される。またフランジ側ロックピストン収容部１７のヘッドカバー４４に形成された流体排出孔５３は、流体連絡路６３（図３中には不図示）を介してシリンダ側ロックピストン収容部１１７の流体導入孔１５２に連通し、フランジ側ロックピストン収容部１７のロック圧力室４７から圧縮空気の供給を受けるようになっている。

つまり固定用給排ポート６１に圧縮空気を供給することにより、流体導入路６２および流体導入孔５２を介してフランジ側ロックピストン収容部１７内のロック圧力室４７に圧縮空気を供給してロックピストン４５を作動位置まで下降移動させることができるようになっている。そしてさらにフランジ側ロックピストン収容部１７内のロック圧力室４７から流体排出孔５３および流体連絡路６３を介してシリンダ側ロックピストン収容部１１７内の流体導入孔１５２およびロック圧力室４７に圧縮空気を供給してロックピストン１４５を作動位置まで下降移動させることができるようになっている。

以上の固定用給排ポート６１、流体導入路６２、流体導入孔５２、流体排出孔５３、流体連絡路６３および流体導入孔１５２が全体を通じてロック流体供給路を構成しており、すなわちロック流体供給路はロッド側の次にシリンダ側という順番で２つのロック圧力室４７を直列に接続してそれぞれに圧縮空気を供給できるようになっている。

続いて、流体圧シリンダ１１の動作について説明する。図５（Ａ）〜図６（Ｂ）は流体圧シリンダ１１の一部を示す拡大断面図であり、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）、図６（Ｂ）の順序で、フランジ１６側のロックユニット２９が解除状態から締結状態に動作する過程を示している。

まず、プランジャ５０を備えるフランジ１６側のロックユニット２９において、メインピストン２３がプラグ２６側の後退限位置に配置された状態、つまりピストンロッド１４がシリンダ本体内に引き込まれた状態から、ピストンロッド１４およびメインピストン２３を前進移動させる際の動作について説明する。

メインピストン２３が後退限位置に配置された状態では、後退用給排ポート２１から後退用圧力室３５を介してロックユニット収容部３３およびロック解除圧力室４８に圧縮空気が供給された状態となっている。このロック解除圧力室４８に加えられる圧縮空気によってロックピストン４５にはロック用ばね部材４６を圧縮する上昇方向に押圧力が加えられ、ロックピストン４５はロックスリーブ３８から離れるように上昇移動する。なお、ロック解除圧力室４８に供給された空気圧を受けるロックピストン４５の受圧面積は、ロック用ばね部材４６からのばね力に抗する押圧力を発生させるに十分な面積に設定されている。

ロックピストン４５が上昇移動すると、ロックピストン４５とロックスリーブ３８との接触は回避されるため、解除用ばね部材４０のばね力によってロックスリーブ３８は解除位置に向けて後退移動する。後退移動が完了すると、ロックスリーブ３８の端面と先端ロッドカバー３１の端面との間には、図５（Ａ）に示すように、所定のクリアランスＣ２が形成された状態となる。このように、ロックスリーブ３８が解除位置に作動すると、ロックスリーブ３８の内テーパ面３８ａと鋼球３６との間には所定のクリアランスＣ３が設けられるため、ロックユニット２９は鋼球３６がピストンロッド１４に押圧されることのない解除状態となる。

このような状態のもとで、前進用給排ポート２０より前進用圧力室３４に圧縮空気を供給するとともに、後退用圧力室３５内の圧縮空気を排出すると、メインピストン２３とピストンロッド１４とは図５（Ａ）に矢印ａで示す前進方向に向けて移動される。このとき、後退用圧力室３５内の空気はメインピストン２３の移動に伴って内設チェック弁５９および内設絞り６０を介してロックユニット収容部３３に排出され、さらに給排路２２を介して後退用給排ポート２１より後退用流体流路６８に排出されるが、同時に後退用流体流路６８に設けられた外設絞り６８ａによりロックユニット収容部３３内の空気は圧縮されて圧力が上昇することになる。すなわち、ロックユニット収容部３３を含むロック解除流体供給路にはメインピストン２３の移動速度に応じた背圧（ロック解除流体による押圧空気圧）が生じることになる。

このロックユニット収容部３３に生じる背圧は、連通路５５を介してロック解除圧力室４８に加えられるため、ロックピストン４５にはロック用ばね部材４６を圧縮する上昇方向に押圧力が加えられ、ロックピストン４５は退避位置に保持されることになる。なお、ロックユニット収容部３３に生じた背圧を受けるロックピストン４５の受圧面積は、背圧によってもロック用ばね部材４６からのばね力に抗する押圧力を発生させるのに十分な面積に設定されている。つまり、前進用給排ポート２０より前進用圧力室３４に圧縮空気を供給することによってピストンロッド１４を前進方向に移動させる際には、２つのロックユニット２９，１２９は解除状態に保持されるため、ピストンロッド１４の前進移動が可能となる。

なお、前進用圧力室３４に圧縮空気を供給することにより、ピストンロッド１４を矢印ａ方向に前進移動させる場合について説明したが、後退用圧力室３５に圧縮空気を供給するとともに前進用圧力室３４内の圧縮空気を排出することにより、ピストンロッド１４を矢印ｂ方向に後退移動させる場合であっても、前述したように内設絞り６０によりロック解除圧力室４８に背圧が付加されるためロックユニット２９は解除状態となる。

このように、ピストンロッド１４を前後進移動させる場合には、内設絞り５９や外設絞り６８ａによって生じる背圧によりロックユニット２９を解除状態とすることができ、ピストンロッド１４の前後進移動が許容される。

続いて、フランジ１６側のロックユニット２９が締結状態に切り換えられる動作について説明する。ピストンロッド１４とメインピストン２３とが停止した場合、つまりピストンロッド１４の前進移動が制限された場合や、後退用圧力室３５に対する圧縮空気の供給が停止された場合などにはロックユニット２９が締結状態に切り換えられる。

まず、メインピストン２３が前進限位置に位置した場合や、また上述したハンドリング装置４での使用においてシリンダストッパ７がステージストッパ８に接触した場合などのように、ピストンロッド１４の前進移動が制限されてメインピストン２３が停止する場合について説明する。まず、前進用流体流路６７に圧縮空気源６５が接続されてピストンロッド１４が前進移動している間には、それとともに固定用流体流路６９を介して固定用給排ポート６１にも圧縮空気が供給されていることになる。ロック圧力室４７に開口する流体導入孔５２には、ロックピストン４５が退避位置に上昇移動した状態、つまり流体導入孔５２とロック圧力室４７とがプランジャ５０により遮断された状態のもとで、流体導入路６２から圧縮空気が供給されている。このとき、プランジャ５０は軸中心に貫通孔５０ｃを備えているため、流体導入孔５２からの圧縮空気による圧力を下降方向に受けることがなく、流体導入孔５２とロック圧力室４７との遮断状態は確実に保持される。

メインピストン２３が停止すると、ロックユニット収容部３３内の空気は圧縮されることなく流路切換弁６６より排出されるため、ロックユニット収容部３３内の背圧は徐々に低下する。そして、ロック用ばね部材４６からのばね力に対向してロックピストン４５に加えられていた上昇方向の押圧力は背圧低下に伴って低下する。つまり、図５（Ｂ）に示すように、ロックピストン４５を上昇させる押圧力が所定の押圧力を下回ると、ロックピストン４５はロック用ばね部材４６からのばね力によって下降方向に付勢され、ロックスリーブ３８を締結位置に向けて押し込みながら下降移動することになる。

このとき、プランジャ５０はプランジャ用ばね部材５１によって上昇方向に付勢されるため、ロックピストン４５が下降移動を開始してもプランジャ５０のロッド部５０ｂと弁座５４との接触状態は保たれる。つまり、流体導入路６２とロック圧力室４７との遮断状態は継続されるため、ばね力のみによってロックピストン４５は下降方向に付勢されることとなる。なお、ロックピストン４５の下降移動によりロック圧力室４７内は負圧となるが、この負圧に対抗してロックピストン４５の下降移動を継続するように、ロック用ばね部材４６のばね力は設定されている。

ロック用ばね部材４６のばね力によってロックピストン４５が下降方向に所定のストローク（例えば２ｍｍ）で移動すると、ロックスリーブ３８はロックピストン４５の下降移動に伴って前進方向に所定のストローク（例えば０．８ｍｍ）で移動する。図５（Ｂ）に示すように、ロックスリーブ３８が前進移動すると、ロックスリーブ３８の内テーパ面３８ａと鋼球３６との間に設けられていたクリアランスＣ３が無くなり、ピストンロッド１４の外周面とロックスリーブ３８の内テーパ面３８ａとに鋼球３６が接触して挟まれた状態となる。つまり、ロック用ばね部材４６のばね力によって下降移動するロックピストン４５により、ロックユニット２９に生じていた遊びが取り除かれるとともに、ロックユニット２９の締結作動が開始される状態となる。

なお、図５（Ｂ）に示すように、ロックピストン４５の下降移動が所定のストロークに達すると、プランジャ５０のピストン部５０ａとばね受け部材４９との間に形成されていたクリアランスＣ１が消滅し、ピストン部５０ａとばね受け部材４９とが接触した状態となる。続いて、図６（Ａ）に示すように、ロックピストン４５が更に下降移動すると、プランジャ５０はロックピストン４５によって引き下ろされ、プランジャ５０とロックピストン４５とは一体となって下降移動を開始する。この下降移動によりプランジャ５０のロッド部５０ｂが弁座５４より引き離されると、流体導入孔５２とロック圧力室４７とは連通状態となり、流体導入路６２からの圧縮空気がロック圧力室４７に供給される。なお、この動作は外部切換弁を必要とせず、自動的に動作する。従って、図６（Ａ）に示す状態は、ロック用ばね部材４６からのばね力に加えて、ロック圧力室４７に供給された圧縮空気（ロック流体）による推力がロックピストン４５に加えられた状態となっている。

図６（Ｂ）に示すように、ロック用ばね部材４６によるばね力と圧縮空気による推力とが加えられたロックピストン４５が更に下降移動すると、ロックピストン４５によってフランジ１６側のロックスリーブ３８は更に前進方向に押し込まれる。そして、ロックスリーブ３８と先端ロッドカバー３１との間のクリアランスが、所定のクリアランスＣ４に縮められた状態、つまりロックスリーブ３８が締結位置まで押し込まれた状態となると、鋼球３６がロックスリーブ３８とピストンロッド１４とに対して食い込んだ締結状態となる。このように、ロックユニット２９が締結状態に切り換えられると、メインピストン２３およびピストンロッド１４はその停止位置に固定される。また、ロックユニット２９が締結状態に切り換えられると、ピストンロッド１４、鋼球３６およびロックスリーブ３８は互いに弾性変形した状態で保持されるため、ピストンロッド１４やロックユニット２９には所定の歪み力が蓄えられた状態となっている。

なお、フランジ１６側のロックユニット２９が締結状態に切り換えられても、ロックスリーブ３８と先端ロッドカバー３１との間には所定のクリアランスＣ４が設けられるため、ロックスリーブ３８には更なる前進移動が許容される。そして、ピストンロッド１４と締結されたロックスリーブ３８に伝達されるロック用ばね部材４６からのばね力とロック圧力室４７からの推力とは、引き続きロックスリーブ３８を介してピストンロッド１４に前進方向に向けて加えられることになる。

また、ロック用ばね部材４６からのばね力とロック圧力室４７からの推力とは、鋭角に形成されたロックテーパ面４５ｄと鈍角に形成された外テーパ面３８ｂとを介してロックスリーブ３８に伝達されるため、ロック用ばね部材４６からのばね力とロック圧力室４７からの推力とは増大されてピストンロッド１４に伝達される。また、ロックスリーブ３８が締結位置に移動すると、ロックスリーブ３８の後退方向にテーパロッド部４５ｅが入り込んだ状態となるため、ロック解除圧力室４８に圧縮空気を供給するまでは、確実にロックユニット２９の締結状態を維持することができる。

さらに、ロックスリーブ３８の移動に伴ってばね受け部材３９が前進移動した場合であっても、鋼球３６を保持する保持器３７とばね受け部材３９の底部との間に設けられる保持用ばね部材４１によって、保持器３７は位置決めスリーブ４２に当接した状態を保つことができるため、鋼球３６の位置が移動することはなく、確実にロックユニット２９を締結状態に切り換えることができる。

前述の説明では、ピストンロッド１４の前進移動が規制され、メインピストン２３が停止した場合について説明したが、前進用圧力室３４に対する圧縮空気の供給を停止することによってメインピストン２３を停止した場合であっても、同様にフランジ１６側のロックユニット２９を締結状態に切り換えることができる。

また、フランジ１６の押し込みなどによりピストンロッド１４を後退移動させる場合であっても、ロックユニット収容部３３内の空気を後退用圧力室３５に導入し、ロック解除圧力室４８内の圧力を下げることによって、フランジ１６側のロックユニット２９を締結状態に切り換えることができる。

これまで説明したように、ピストンロッド１４の前進移動時に、ピストンロッド１４の移動を制限したり、前進用圧力室３４に対する圧縮空気の供給を停止することによってメインピストン２３を停止させた場合や、フランジ１６の押し込みによりロックユニット収容部３３の圧力が低下した場合などには、フランジ１６側のロックユニット２９は締結状態に切り換えられる。

しかしながら以上説明したフランジ１６側のロックユニット２９による締結だけでは、ピストンロッド１４やフランジ１６側のロックユニット２９に蓄えられた歪み力がピストンロッド１４の前進側方向の一方向にのみ付加されている状態となる。そのため、図１に示すハンドリング装置４においてシリンダストッパ７をステージストッパ８から離してフランジ１６を自由にした場合には、蓄えられた歪み力を前進側方向に解放することになり、フランジ１６とそこに設置されている挿入クランプ６の位置を前進（一般的におよそ２ｍｍ程度）させてしまうことになる。このため挿入クランプ６と共にパネル材Ｗの固定位置がずれてしまい、正確な位置決めができずに高い精度での組み立て作業が困難となってしまう。

またフランジ１６側のロックユニット２９については、ピストンロッド１４の後退方向の移動に対して鋼球３６をロックスリーブ３８の内テーパ面３８ａに押し付けて締結状態をより確実にするものの、その逆方向であるピストンロッド１４の前進方向の移動に対しては鋼球３６がロックスリーブ３８の拘束から外れて締結状態を緩めてしまう可能性がある。すなわちロックユニット単体ではピストンロッド１４の一方向の移動のみを締結する構成でしかなく、そのため図１に示すハンドリング装置４においてロックユニットを１つだけ備えるものとし、ロボットアーム１の駆動によりパネル材Ｗとともに大きく移動させた場合にはパネル材Ｗの固定位置がずれやすくなってしまい、これによっても高い精度での組み立て作業が困難となってしまう。

以上の問題に対して本実施の形態の流体圧シリンダ１１は、ロックピストン４５，１４５およびロックユニット２９，１２９をそれぞれ２つずつ設けて一方のロックピストン４５のロックテーパ面４５ｄ（押圧面）のうちのピストンロッド前進側の側面に一方のロックユニット２９の外テーパ面３８ｂ（傾斜面）を接触させ、他方のロックピストン１４５のロックテーパ面４５ｄ（押圧面）のうちのピストンロッド後退側の側面に他方のロックユニット１２９の外テーパ面３８ｂ（傾斜面）を接触させており、すなわち２つのロックユニット２９，１２９を軸方向で対向する向きに設置して相互に押さえ合って固定させることからピストンロッド１４の軸方向位置を前進側と後退側の両方向に対して固定できるようになっている。またそれぞれの外テーパ面３８ｂが軸方向で対向する向きとなっていることにより、２つのロックユニット２９，１２９にそれぞれ蓄えられる歪み力についても相互に逆方向で相殺しあうよう蓄えることになり、ピストンロッド１４の軸方向位置を前進側と後退側の両方向に対して確実に締結固定できるようになっている。

また２つのロックユニット２９，１２９が、それぞれロックピストン４５，１４５の進退移動によりピストンロッド１４への締結とその解除を切り換えるよう作動するものであることにより、ピストンロッド１４を任意の軸方向位置で締結固定することができる。

また、ロック圧力室４７内のロック流体つまり圧縮空気による推力と、ロック用ばね部材４６の推力とを用いて２つのロックユニット２９，１２９を締結状態に切り換えるようにしたので、ロックユニット２９，１２９の締結力を低下させることなくロック用ばね部材４６からのばね力を低く設定することができる。これにより、流体圧シリンダ１１の小型化や低コスト化を達成することができる。

また２つのロック圧力室４７はロック流体供給路を介して直列に接続されて順に圧縮空気が供給されることにより、締結作動する際には２つのロックピストン４５，１４５の作動に時間差を設けることができ、それによって２つのロックユニット２９，１２９に対して順に遊びを取り除くことから同時に作動させる場合と比較して各ロックユニット２９，１２９における遊びを良好に取り除くことができる。特に本実施の形態においてはフランジ１６側のロックユニット２９を先に作動させてその後にシリンダ側のロックユニット１２９を作動させていることから、図１に示すようにピストンロッド１４とフランジ１６の前進移動を制限した状態で固定させる前進制限型の利用形態において最も良好に各ロックユニット２９，１２９における遊びを取り除くことができ、確実な固定が可能となる。またロック圧力室４７間の流体連絡路６３の長さを変えることにより作動の時間差を変えることもできる。

また、ロック圧力室４７内の圧縮空気による推力とロック用ばね部材４６のばね力とは、締結状態となったロックユニット２９，１２９を介してピストンロッド１４に軸方向に加えられるため、ロックユニット２９，１２９に歪み力を蓄えることができる。これによりロック圧力室４７から圧縮空気を排出した後であっても、歪み力とばね力とにより高い締結力を維持することができる。

なお、プランジャ５０によってロック圧力室４７に対する圧縮空気の供給と遮断とが、ロックピストン４５のストロークに応じて切り換えられるため、ロックユニット２９の遊びを取り除いた後に、ロック圧力室４７内の圧縮空気による強い推力をロックユニット２９を介してピストンロッド１４に伝達することができる。これにより、ロックピストン４５のストロークを無駄にすることなく、ロックユニット２９に歪み力を蓄えることが可能となる。なお、シリンダ側ロックピストン収容部１１７においては、ロックピストン１４５がロックピストン４５と同じタイミングでロックユニット２９，１２９の遊びを取り除くことができ、その後にフランジ側ロックピストン収容部１７の流体排出孔５３からシリンダ側ロックピストン収容部１１７の流体導入孔１５２に圧縮空気が導入されることになるため、プランジャ５０を備えなくともストロークに応じた圧縮空気の供給と遮断が切り換えられることができる。

さらに、ロックピストン４５が退避位置に上昇移動したときには、ロックピストン４５に組み込まれたプランジャ５０によってロック圧力室４７と流体導入孔５２とは遮断状態に切り換えられる一方、ロックピストン４５が所定のストロークで下降移動したときには、ロック圧力室４７と流体導入孔５２とは連通状態に切り換えられる。これにより、ロックピストン４５が作動位置に向けて下降移動を開始する前であっても、ロックユニット２９を締結状態に切り換える際に備えて流体導入孔５２に予め圧縮空気を供給しておくことができ、圧力供給制御の自由度を高めることができる。

また、プランジャ５０をロックピストン４５に対して往復動自在に組み込むことにより、各部材の寸法誤差や組み付け誤差による影響を受けることなく、ロックユニット２９の解除状態においてロック圧力室４７に対する圧縮空気の供給を確実に停止することができる。これにより、ロックユニット２９の解除状態における誤作動を回避することができる。

図７は本実施の形態の変形例である流体圧シリンダの軸方向断面図である。図７においては図３に示された部材と共通する部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。図３に示す流体圧シリンダ１１は２つのロックピストン収容部１７，１１７を同一側面に軸方向に並ぶ配置で設置しているのに対し、図７に示す流体圧シリンダ２１１は２つのロックピストン収容部１７，１１７を互いに逆側の側面で軸方向に重複する配置で設置している。

このような配置としても一方のロックピストン４５のロックテーパ面４５ｄのうちのピストンロッド前進側の側面に一方のロックユニット２９の外テーパ面３８ｂを接触させ、他方のロックピストン１４５のロックテーパ面４５ｄのうちのピストンロッド後退側の側面に他方のロックユニット１２９の外テーパ面３８ｂを接触させてとしているため、ピストンロッド１４の軸方向位置を前進側と後退側の両方向に対して固定でき、さらに２つのロックユニット２９，１２９を接近させて配置できるためその分だけ流体圧シリンダ２１１全体の軸方向長さを短く構成することができる。

またロックユニット収容部２３３を備えるロックガイドブロック２１３が円筒などの筒形状である場合には、２つのロックピストン収容部１７，１１７を反対側に限らずにピストンロッド１４の軸周りに任意の角度でずらした配置で設置してもよい。

次に本発明の第２の実施の形態の流体圧シリンダについて説明する。図８は第２の実施の形態の流体圧シリンダの軸方向断面図である。上記の第１の実施の形態の流体圧シリンダ１１は、シリンダストッパ７がそれより前進側に位置するステージストッパ８に接触するなどによりピストンロッド１４の前進移動が制限された時点でピストンロッド１４の軸方向位置を前進側と後退側の両方向に対して固定する構成であったのに対し、本実施の形態の流体圧シリンダ３１１はピストンロッド１４の後退移動が制限された時点でピストンロッド１４を両方向に対して固定する構成となっている。図８において図３に示された部材と共通する部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図８に示す本実施の形態の流体圧シリンダ３１１は、中央ロッドカバー３２５に内設チェック弁や内設絞りを設けていないことから後退用圧力室３５とロックユニット収容部３３の間は気密的に遮断された状態となっており、後退用給排ポート３２１は後退用圧力室だけに直接連通するよう形成されている。この後退用給排ポート３２１は、メインピストン２３が後退限位置に位置しているときにゴムダンパ２３ｄの外周で第１ディスク２３ａと中央ロッドカバー３２５の間に形成される隙間（最小となった後退用圧力室３５）に連通するよう形成されており、常に後退用圧力室３５におけるメインピストン２３上の受圧面積を確保できるようになっている。

ロックガイドブロック３１３の側面で固定用給排ポート６１のすぐそばに形成された解除用給排ポート３６４がロックユニット収容部３３内に連通しており、連通隙間５８および連通路５５を介して各ロックピストン収容部１７，１１７内のロック解除圧力室４８に連通している。

図９は本実施の形態の流体圧シリンダ３１１が接続する流体圧回路と各ロック圧力室４７および各ロック解除圧力室４８に対して圧縮空気を供給する経路構成を簡略的に説明する図である。図９において、コンプレッサなどの圧縮空気源３６５が流路切換弁３６６の入力ポート３６６ａに接続しており、前進用給排ポート２０に接続する前進用流体流路３６７および後退用給排ポート２１に接続する後退用流体流路３６８が流路切換弁３６６の２つの出力ポート３６６ｂ，３６６ｃにそれぞれ接続している。また前進用流体流路３６７および後退用流体流路３６８のそれぞれの途中位置には、流路切換弁３６６から各給排ポート２０，２１に向かう方向を順方向とする外設チェック弁３６７ａ，３６８ａが設けられており、また各外設チェック弁３６７ａ，３６８ａには外設絞り３６７ｂ，３６８ｂが並列に接続されている。

固定用給排ポート６１が固定用流体流路３６９を介して外設チェック弁３６８ａより流路切換弁３６６側の後退用流体流路３６８に接続しており、解除用給排ポート３６４が解除用流体流路３７０を介して外設チェック弁３６７ａより前進用給排ポート２０側の前進用流体流路３６７に接続している。

ロックガイドブロック３１３に形成された固定用給排ポート６１を介して供給される圧縮空気は、連通する流体導入路３６２（図８中には不図示）を介してシリンダ側ロックピストン収容部１１７の流体導入孔１５２に供給される。またシリンダ側ロックピストン収容部１１７のヘッドカバー４４に形成された流体排出孔１５３は、流体連絡路３６３（図８中には不図示）を介してフランジ側ロックピストン収容部１７の流体導入孔５２に連通し、シリンダ側ロックピストン収容部１１７のロック圧力室４７から圧縮空気の供給を受けるようになっている。

つまり固定用給排ポート６１に圧縮空気を供給することにより、流体導入路３６２および流体導入孔１５２を介してシリンダ側ロックピストン収容部１１７内のロック圧力室４７に圧縮空気を供給してロックピストン１４５を作動位置まで下降移動させることができるようになっている。そしてさらにシリンダ側ロックピストン収容部１１７内のロック圧力室４７から流体排出孔１５３および流体連絡路３６３を介してフランジ側ロックピストン収容部１７内の流体導入孔５２およびロック圧力室４７に圧縮空気を供給してロックピストン４５を作動位置まで下降移動させることができるようになっている。

以上の固定用給排ポート６１、流体導入路３６２、流体導入孔１５２、流体排出孔１５３、流体連絡路３６３および流体導入孔５２が全体を通じてロック流体供給路を構成しており、すなわちロック流体供給路はシリンダ側の次にロッド側という順番で２つのロック圧力室４７を直列に接続してそれぞれに圧縮空気を供給できるようになっている。また、ロック流体供給路は固定用流体流路３６９および後退用流体流路３６８を介して後退用圧力室３５に連通している。

他方で解除用給排ポート３６４、連通隙間５８を含めたロックユニット収容部３３および各連通路５５がロック解除流体供給路を構成しており、このロック解除流体供給路が解除用流体流路３７０および前進用流体流路３６７を介して前進用圧力室３４に連通している。

流路切換弁３６６は２つの切換位置を切り換えることにより、前進用流体流路３６７および後退用流体流路３６８のどちらか一方を圧縮空気源３６５に接続して圧縮空気を供給し、他方を外部大気に開放して圧縮空気を排出するようになっている。

次に本実施の形態の動作について説明する。流路切換弁３６６を切り換えて前進用流体流路３６７に圧縮空気源３６５を接続して後退用流体流路３６８を大気開放した場合には、まず前進用圧力室３４に圧縮空気が供給されることによりその押圧力でメインピストン２３が前進側に押圧されてピストンロッド１４が前進移動する。ここで２つのロックユニット２９，１２９が締結状態となっている場合には、メインピストン２３が移動せずに前進用圧力室３４の容積が固定されていることから、供給される圧縮空気はロック解除流体として解除用流体流路３７０およびロック解除流体供給路を介して各ロック解除圧力室４８に導入され、各ロックユニット２９，１２９の締結が強制的に解除されることになる。この締結の解除後には往復動自在となったメインピストン２３が圧縮空気に押圧されてピストンロッド１４およびフランジ１６とともに前進移動することになる。

前進移動の間は後退用圧力室３５内から押し出される圧縮空気は外設絞り３６８ｂを通過して大気放出されるが、この時点で固定用流体流路３６９は後退用流体流路３６８に対して外設絞り３６８ｂより下流側の位置で接続しているため背圧の導入は行われない。そしてフランジ１６が外部部材と接触したり前進限位置に到達するなどにより前進移動が制限された場合でも、前進用流体流路３６７に圧縮空気が供給されている限り各ロックユニット２９，１２９の解除状態は維持される。

次に流路切換弁３６６を切り換えて後退用流体流路３６８に圧縮空気源３６５を接続し前進用流体流路３６７を大気開放した場合には、後退用圧力室３５に圧縮空気が供給されることによりその押圧力でメインピストン２３が後退側に押圧されてピストンロッド１４が後退移動する。後退移動の間は前進用圧力室３４から押し出される圧縮空気は外設絞り３６７ｂを通過して大気放出されるが、この時点で解除用流体流路３７０は前進用流体流路３６７に対して外設絞り３６７ｂより上流側の位置で接続しているため、解除用流体流路３７０およびロック解除流体供給路を介して各ロック解除圧力室４８に背圧が導入されることになり、各ロックユニット２９，１２９は締結が解除された状態を維持する。

そして図９に示すようにシリンダストッパ３０７がそれより後退側に位置するステージストッパ３０８に接触するなどにより、フランジ１６、ピストンロッド１４およびメインピストン２３の後退移動が制限された場合には、まず各ロック解除圧力室４８内の背圧がロック解除流体供給路および解除用流体流路３７０を介して外設絞り３６７ｂより排出されて圧力が低下する。さらにメインピストン２３が移動せずに後退用圧力室３５の容積が固定されていることから、供給される圧縮空気はロック流体として固定用流体流路３６９およびロック流体供給路を介して各ロック圧力室４７に導入され、各ロックユニット２９，１２９が強制的に締結されることになる。

このときロック流体供給路がシリンダ側ロックピストン収容部１１７内のロック圧力室４７に先に圧縮空気を導入し、その後にフランジ側ロックピストン収容部１７内のロック圧力室４７に圧縮空気を導入する。そのため、２つのロックピストン４５，１４５の作動に時間差を設けることができ、それによって２つのロックユニット２９，１２９から順に遊びを取り除くことができるためピストンロッド１４の移動位置を良好に固定することができるようになる。

特に本実施の形態においてはシリンダ側のロックユニット１２９を先に作動させてその後にフランジ側のロックユニット２９を作動させていることから、図９に示すようにピストンロッド１４とフランジ１６の後退移動を制限した状態で固定させる後退制限型の利用形態において最も良好に各ロックユニット２９，１２９における遊びを取り除くことができ、確実な固定が可能となる。またロック圧力室４７間の流体連絡路３６３の長さを変えることにより作動の時間差を変えることもできる。

また、前進用流体流路３６７および後退用流体流路３６８のどちらにも圧縮空気の供給が停止されて、各ロック解除圧力室４８にロック解除流体または背圧のどちらも供給されなくなった場合には、上記第１の実施の形態と同様に、各ロックピストン４５，１４５がロック用ばね部材４６の推力によって作動位置まで押し下げられ、各ロックユニット２９，１２９を締結状態とし、ピストンロッド１４の軸方向位置を固定することになる。

以上より本実施の形態の流体圧シリンダ３１１は、シリンダストッパ３０７の接触などによりピストンロッド１４の後退移動が制限された際、または圧縮空気の供給が完全に停止された際に、ピストンロッド１４の軸方向位置を前進側と後退側の両方向に対して確実に固定することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、この流体圧シリンダ１１，２１１，３１１は自動車車体を構成するパネル材Ｗをハンドリング装置４に固定するために使用されているが、パネル材以外を固定するために用いても良く、ハンドリング装置４における固定以外の用途に用いることもできる。

さらに、ロックユニット２９，１２９を作動させる際にピストンロッド１４に鋼球３６を押圧しているが、鋼球３６だけでなく他の材料を用いたボールであっても良い。また、ボールに代えて他の部材を用いるようにしても良く、たとえば、環状の部材にスリットを形成し、弾性変形によって内径を縮めるようにした部材を用いるようにしても良い。

なお、流体圧シリンダ１１，２１１，３１１を作動させる際の流体として空気を用いているが、他の流体を用いても良いことはいうまでもない。

ハンドリング装置を備えたロボットアームによって自動車車体を構成するパネル材を搬送するようにした車体組立ラインの一部を示す図である。 第１の実施の形態の流体圧シリンダを示す図であって、（Ａ）はその左側面図、（Ｂ）はその平面図、（Ｃ）はその右側面図である。 図２においてピストンロッドの軸中心と一致するＸ−Ｘ線に沿った流体圧シリンダの軸方向断面図である。 流体圧シリンダが接続する流体圧回路と各ロック圧力室および各ロック解除圧力室に対して圧縮空気を供給する経路構成を簡略的に説明する図である。 （Ａ）はフランジ側のロックユニットが解除状態となった流体圧シリンダの一部を示す断面図であり、（Ｂ）はフランジ側のロックユニットが解除状態から締結状態に切り換えられる流体圧シリンダの一部を示す断面図である。 （Ａ）はフランジ側のロックユニットが解除状態から締結状態に切り換えられる流体圧シリンダの一部を示す断面図であり、（Ｂ）はフランジ側のロックユニットが締結状態となった流体圧シリンダの一部を示す断面図である。 第１の実施の形態の変形例である流体圧シリンダの軸方向断面図である。 第２の実施の形態の流体圧シリンダの軸方向断面図である。 流体圧シリンダが接続する流体圧回路と各ロック圧力室および各ロック解除圧力室に対して圧縮空気を供給する経路構成を簡略的に説明する図である。

符号の説明

１ ロボットアーム
２ アーム
３ 可動関節
４ ハンドリング装置
６ 挿入クランプ
７ シリンダストッパ
８ ステージストッパ
１１ 流体圧シリンダ
１２ シリンダブロック
１３ ロックガイドブロック
１４ ピストンロッド
１５ 補助ロッド
１６ フランジ
１７，１１７ ロックピストン収容部
２０ 前進用給排ポート
２１ 後退用給排ポート
２２ 給排路
２３ メインピストン
２３ａ 第１ディスク
２３ｂ 第２ディスク
２３ｄ ゴムダンパ
２４ ピストン収容孔
２５ 中央ロッドカバー
２６ プラグ
２８ シリンダ室
２９，１２９ ロックユニット
３０ ロックユニット収容孔
３１ 先端ロッドカバー
３３ ロックユニット収容部
３４ 前進用圧力室
３５ 後退用圧力室
３６ 鋼球（ボール）
３７ 保持器
３８ ロックスリーブ
３８ａ 内テーパ面
３８ｂ 外テーパ面（傾斜面）
３９ ばね受け部材
４０ 解除用ばね部材
４１ 保持用ばね部材
４２ 位置決めスリーブ
４３ シリンダ
４４ ヘッドカバー
４５，１４５ ロックピストン
４５ａ フランジ部
４５ｂ ばね収容孔
４５ｃ シリンダ孔
４５ｄ ロックテーパ面（押圧面）
４５ｅ テーパロッド部
４６ ロック用ばね部材
４７ ロック圧力室
４８ ロック解除圧力室
４９ ばね受け部材
５０ プランジャ
５０ａ ピストン部
５０ｂ ロッド部
５０ｃ 貫通孔
５１ プランジャ用ばね部材
５２，１５２ 流体導入孔
５３，１５３ 流体排出孔
５４ 弁座
５５ 連通路
５６ Ｕパッキン
５７ ねじ部材
５８ 連通隙間
５９ 内設チェック弁
６０ 内設絞り
６１ 固定用給排ポート
６２ 流体導入路
６３ 流体連絡路
６５ 圧縮空気源
６６ 流路切換弁
６６ａ 入力ポート
６６ｂ，６６ｃ 出力ポート
６７ 前進用流体流路
６８ 後退用流体流路
６７ａ，６８ａ 外設チェック弁
６７ｂ，６８ｂ 外設絞り
６９ 固定用流体流路
２１１ 流体圧シリンダ
２１３ ロックガイドブロック
２３３ ロックユニット収容部
３０７ シリンダストッパ
３０８ ステージストッパ
３１１ 流体圧シリンダ
３１３ ロックガイドブロック
３２５ 中央ロッドカバー
３６２ 流体導入路
３６３ 流体連絡路
３６４ 解除用給排ポート
３６５ 圧縮空気源
３６６ 流路切換弁
３６６ａ 入力ポート
３６６ｂ，３６６ｃ 出力ポート
３６７ 前進用流体流路
３６８ 後退用流体流路
３６７ａ，３６８ａ 外設チェック弁
３６７ｂ，３６８ｂ 外設絞り
３６９ 固定用流体流路
３７０ 解除用流体流路
Ｓ１〜Ｓｎ 作業ステージ
Ｗ ワーク
Ｃ１〜Ｃ４ クリアランス

Claims (10)

1. ピストンロッドに固定されるメインピストンを往復動自在に収容して内部を前進用圧力室と後退用圧力室とに区画されているシリンダ本体と、
   前記ピストンロッドに組み付けられ、傾斜面を備える２つのロックユニットと、
   前記傾斜面に対応する押圧面を備え、前記ピストンロッドに接近する前進限位置と、前記ピストンロッドから離れる後退限位置との間で往復動自在にそれぞれロックピストン収容部に収容される２つのロックピストンとを有し、
   一方の前記ロックピストンの前記押圧面のうちのピストンロッド前進側の側面に一方の前記ロックユニットの前記傾斜面が接触し、他方の前記ロックピストンの前記押圧面のうちのピストンロッド後退側の側面に他方の前記ロックユニットの前記傾斜面が接触することを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 請求項１記載の流体圧シリンダにおいて、前記２つのロックユニットはそれぞれの前記傾斜面が互いに軸方向で対向する向きに設置されていることを特徴とする流体圧シリンダ。
3. 請求項１または２記載の流体圧シリンダにおいて、前記２つのロックユニットは、それぞれ前記ピストンロッドに締結する締結状態と締結を解除する解除状態とに作動するものであり、前記２つのロックピストンは、それぞれ前記前進限位置で前記ロックユニットを締結状態に切り換える作動位置となり、前記後退限位置で前記ロックユニットを解除状態に切り換える退避位置となることを特徴とする流体圧シリンダ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体圧シリンダにおいて、前記２つのロックピストンはそれぞれ前記ロックピストン収容部内をロック圧力室とロック解除圧力室とに区画しており、それぞれの前記ロック圧力室に連通して前記ロックピストンを介して前記ロックユニットに推力を加えるロック流体を案内するロック流体供給路と、それぞれの前記ロック解除圧力室に連通して前記ロックピストンを介して前記ロックユニットから前記推力を解除するロック解除流体を案内するロック解除流体供給路と、それぞれの前記ロック圧力室に組み込まれ、前記ロックピストンを介して前記ロックユニットにばねの推力を加えるロック用ばね部材とを有し、前記ロック流体の推力と前記ロック用ばね部材の推力とを前記ロックユニットを介して前記ピストンロッドの軸方向に加えることを特徴とする流体圧シリンダ。
5. 請求項４記載の流体圧シリンダにおいて、前記ロック流体供給路は、２つの前記ロック圧力室を直列に接続して順にロック流体を案内することを特徴とする流体圧シリンダ。
6. 請求項４または５記載の流体圧シリンダにおいて、前記ロック解除流体供給路が外部との間の流体の供給と排出を行い、前記後退用圧力室は並列に配置された内設チェック弁と内設絞りとを介して前記ロック解除流体供給路に接続されており、前記内設チェック弁は前記後退用圧力室から前記ロック解除流体供給路へ案内する方向に流体を通過させて逆方向に閉止する配置で設置されていることを特徴とする流体圧シリンダ。
7. 請求項４または５記載の流体圧シリンダにおいて、前記ロック解除流体供給路は前記前進用圧力室に連通し、前記ロック流体供給路は前記後退用圧力室に連通していることを特徴とする流体圧シリンダ。
8. 請求項４〜７のいずれか１項に記載の流体圧シリンダにおいて、前記ロックピストンに摺動自在に装着され、前記ロックピストンが前記作動位置に向けて所定のストロークで移動した後に前記ロック流体供給路を前記ロック圧力室に開口するプランジャを有し、前記ロックピストンに前記ロック用ばね部材の推力を加えた後に、前記ロック流体の推力を合わせて加えることを特徴とする流体圧シリンダ。
9. 請求項４〜８のいずれか１項に記載の流体圧シリンダにおいて、前記２つのロックピストンはそれぞれ前記ピストンロッドの径方向に往復動し、前記ロックピストンに形成された前記押圧面を介して前記推力を前記ロックユニットの前記傾斜面に伝達することを特徴とする流体圧シリンダ。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の流体圧シリンダにおいて、前記２つのロックユニットはそれぞれ前記ピストンロッドの外周面に配置されるボールと、前記ピストンロッドの軸方向に往復動自在に装着され前記ボールを介して前記ピストンロッドに締結するロックスリーブとを備えることを特徴とする流体圧シリンダ。
    
    

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