JP4246234B2 - 流体圧シリンダ - Google Patents

Description

本発明は軸方向に往復動自在の往復動ロッドに締結力を加えるようにしたロッド締結用の流体圧シリンダに関する。

複数の部品を組み立てて工業製品を製造するための製造ラインにおいては、多数の部品が収容されたワーク収容部から工業用ロボットにより部品つまりワークを１つずつ取り出して製品に組み付ける作業がある。たとえば、自動車車体を組み立てる際には、自動車車体は複数のパネル材をスポット溶接などにより接合することによって製造されており、パネル材をロボットアームに装着された真空吸着パッドにより吸着してワーク収容部から車体に搬送してパネル材を車体に組み付けるようにしている。ロボットアームを操作して真空吸着パッドによりパネル材つまりワークを吸着する際には真空吸着パッドがワークに所定の押し付け力を加えた状態のもとで真空吸着パッドに真空を供給するので、ロボットアームにより真空吸着パッドに対して押し付け力を加える必要がある。この押し付け力を真空吸着パッドに加えるために流体圧シリンダにより駆動される往復動ロッドに真空吸着パッドを取り付けるようにしており、吸着されたワークをロボットアームにより搬送する際には、ワークが揺れないようにするために往復動ロッドを固定させる必要がある。

また、自動車車体を組み立てる際には、特許文献１に記載されるようにワーク相互をクランプアームにより締結した状態のもとでスポット溶接を行ったりクランプアームによりワークを締結した状態のもとで搬送台車によりワークを搬送することがあり、クランプアームを流体圧シリンダの往復動ロッドによって開閉作動する場合には、クランプした状態を所定時間保持するために、クランプアーム開閉用の往復動ロッドを固定する必要がある。
特開２００３−２０２００４号公報

ロボットアームによりワークを吸着して搬送する場合には、ロボットアームの操作による真空吸着バッドの位置決め精度には限度があるだけでなく、ワーク収容部のパネル材の位置も変化する一方、車体への組み付け位置も変化するので、軸方向に移動自在の往復動ロッドに真空吸着パッドを装着して真空吸着パッドを移動させることができるようにする必要があるが、ロボットアームによりワークを組立位置に向けて搬送する際にはワークが移動しないように往復動ロッドを固定する必要がある。このように軸方向に移動自在となった往復動ロッドに制動力を加えて往復動ロッドを固定状態とする場合には、ブレーキ付きシリンダが使用されているが、空気圧のみにより往復動ロッドを固定するようにしたのでは、ブレーキ用のシリンダが大型になってしまい、ロボットアームなどの移動部材に取り付けるには適さないという問題点がある。

一方、上述のように、クランプアームをワーク搬送台車に搭載してワークをクランプした状態で搬送する場合には、搬送時には外部から搬送台車に流体圧を供給することができないので、流体圧シリンダに対する圧力供給を停止した状態でもクランプ力を保持する必要がある。いずれの場合においても、小型の流体圧シリンダによって往復動ロッドに対して所定の締結力を加えることができるようにすることがワークの組立作業性の向上のために望ましい。

本発明の目的は、流体圧により軸方向に駆動される往復動ロッドを任意の位置で固定し得るようにした流体圧シリンダを提供することにある。

本発明の目的は、流体圧により軸方向に駆動される往復動ロッドを固定した状態のもとで往復動ロッドに前進方向と後退方向のいずれの方向に外力が加わっても確実に往復動ロッドを固定し得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、往復動ロッドが前進方向と後退方向に往復動自在に装着されるケース本体と、前記往復動ロッドの先端部に向けて大径となったテーパ面を有し前記ケース本体内に軸方向に移動自在に装着される第１のロックスリーブ、前記テーパ面に係合する締結部材を保持し前記往復動ロッドに軸方向に移動自在に嵌合する第１のリテーナ、および前記第１のロックスリーブに前記往復動ロッドの後端部に向けてばね力を加える第１のばね部材を有する第１のロックユニットと、前記往復動ロッドの後端部に向けて大径となったテーパ面を有し前記ケース本体内に軸方向に移動自在に装着される第２のロックスリーブ、前記テーパ面に係合する締結部材を保持し前記往復動ロッドに軸方向に移動自在に嵌合する第２のリテーナ、および前記第２のロックスリーブに前記往復動ロッドの先端部に向けてばね力を加える第２のばね部材を有する第２のロックユニットと、前記ケース本体に取り付けられ、前記往復動ロッドの後端に設けられた駆動ピストンを軸方向に往復動自在に収容するとともに前進用圧力室と後退用圧力室とを備える駆動シリンダと、前記ケース本体に取り付けられ、前記第１と第２のロックスリーブに相互に対向して形成されたそれぞれの傾斜面に接触する締結面が形成された締結ロッドを締結方向と締結解除方向とに往復動自在に収容する締結シリンダとを有し、前記締結ロッドが前記第１と第２のロックスリーブを逆方向に移動させて前記第１と第２のロックユニットにより前記往復動ロッドを固定することを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、前記締結ロッドに締結方向のばね力を加えるばね部材を前記締結シリンダに設け、前記締結ロッドに設けられた締結ピストンに前記締結解除方向に流体圧を加える解除圧力室を前記締結シリンダに形成することを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、前記後退用圧力室と前記解除圧力室とを連通路により連通するとともに、前記後退用圧力室に対する流体の供給および排出を行う給排ポートと流体源とを接続する後退用流路に、前記往復動ロッドの前進移動時に前記後退用圧力室に背圧を発生させる絞りを設けることを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、前記連通路を前記締結シリンダに形成し、前記給排ポートを前記ケース本体に設け、前記解除圧力室と前記後退用圧力室とを前記ケース本体内を介して連通することを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、前記ケース本体と前記駆動シリンダとを仕切るカバーに、前記ケース本体から前記後退用圧力室に流入する流体に抵抗を加える絞りを設けることを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、前記締結ピストンに締結方向の圧力を加える締結圧力室を前記締結シリンダに形成するとともに当該締結圧力室に連通する給排ポートを形成し、前記締結ロッドが前記締結方向に所定のストローク移動したときに前記給排ポートと前記締結圧力室とを連通させる弁部材を前記締結ロッドに装着することを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、前記前進用圧力室に対する流体の供給および排出を行う給排ポートと流体源とを接続する前進用流路に前記往復動ロッドの後退移動時に前記前進用圧力室に背圧を発生させる絞りを設けることを特徴とする。

本発明によれば、ケース本体に軸方向に往復動自在に組み込まれて駆動シリンダにより軸方向に駆動される往復動ロッドを、１つの締結ロッドにより２つのロックユニットを共に駆動して往復動ロッドを固定することができる。１つの締結シリンダにより２つのロックユニットを駆動することができるので、流体圧シリンダを小型化することができる。

締結ロッドに対して締結方向にばね力を加えるようにし、締結解除方向の流体圧を解除すると、ばね力により往復動ピストンを停止状態に保持することができる。解除圧力室と後退用圧力室とを連通させてこれらに背圧を発生させるようにすると、往復動ピストンの前進移動時に背圧により締結ロッドを締結解除位置に保持することができる。解除圧力室と後退用圧力室とをケース本体内を介して連通させ、ケース本体に給排ポートを設けることにより、１つの給排ポートから解除圧力室と後退用圧力室とに対する流体の給排気を行うことができる。ケース本体と駆動シリンダとの間を仕切るカバーに後退用圧力室内に流入する流体に抵抗力を加える絞りを設けることにより、ケース本体内から解除圧力室に作用して締結ロッドを後退移動させた後に往復動ロッドを後退移動させるまでの時間を長く設定することができる。

往復動ロッドに対し締結ピストンにより加えられる締結力をばね力に加えて締結ロッドが所定のストローク以上締結終了位置に接近した後に流体圧を加えるようにすると、締結終了時に大きな締結力を往復動ロッドに加えることができる。

往復動ロッドを後退移動させるときに、前進用圧力室から排出される流体に抵抗力を加える絞りを設けると、往復動ロッドをゆっくりと後退移動させることができる。

（Ａ）はワークを吸着して搬送するための搬送装置としてのロボットを示す概略図であり、（Ｂ）はクランプした状態でワークを搬送する搬送台車を示す概略図である。 図１（Ａ）に示したロボットに搭載される流体圧シリンダを示す斜視図である。 図２におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図３におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 締結ロッドが中間位置まで前進移動した状態を示す断面図である。 締結ロッドが締結位置まで前進移動した状態を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態である流体圧シリンダの一部を示す断面図である。

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（Ａ）に示すロボット１はワーク収容部２に配置されたワークＷをワーク搭載位置３に向けて搬送するためのロボットである。ロボットアーム４の先端に取り付けられた流体圧シリンダ５により駆動される往復動ロッドにはワークＷを吸着して搬送するための真空吸着パッド６が装着されており、流体圧シリンダ５により真空吸着パッド６を介してワークＷに押し付け力を加えた状態のもとで、真空吸着パッド６に負圧空気を供給することによってワークＷはロボットアーム４に取り付けられる。流体圧シリンダ５には往復動ロッドを固定するための締結シリンダが設けられており、ワークＷを搬送する際にワークＷがロボットアーム４に対して移動しないように往復動ロッドを固定するようにしている。

一方、図１（Ｂ）に示す搬送台車７にはワークＷをクランプするためのクランプアーム８が設けられており、このクランプアーム８は流体圧シリンダ５によって開閉駆動されるようになっている。この搬送台車７がワーク投入位置およびワーク搬出位置となったときには、流体圧シリンダ５に給排ジョイント部９を介して外部から圧縮空気が供給されてクランプアーム８は開閉動作するようになっている。したがって、搬送台車７がワークを搬送しているときには、流体圧シリンダ５には外部から流体が供給されないが、流体圧シリンダ５の往復動ロッドを固定することにより、クランプアーム８はクランプ状態に保持される。

図２に示すように、この流体圧シリンダ５はほぼ直方体形状のケース本体１０を有し、このケース本体１０内には図３に示すようにユニット収容孔１１が形成されており、このユニット収容孔１１は円筒形状の孔となっている。ユニット収容孔１１の両端部を塞ぐようにケース本体１０には２つのカバー１２ａ，１２ｂが取り付けられており、両方のカバー１２ａ，１２ｂを貫通してケース本体１０には往復動ロッド１３が軸方向に往復動自在に装着されている。この往復動ロッド１３の一端部には連結板１４が固定され、図１（Ａ）に示す搬送装置にこの流体圧シリンダ５が使用されるときには、連結板１４に真空吸着パッド６がブラケットや治具などを介して装着されることになる。往復動ロッド１３は、連結板１４に固定される端部が先端部となっており、連結板１４がケース本体１０から離れる方向を前進移動とし、接近する方向を後退移動として両方向に往復動することになる。

連結板１４には、図２に示すように、２本のガイドロッド１５が往復動ロッド１３の両側にこれに対してそれぞれ平行となって固定され、それぞれのガイドロッド１５はケース本体１０に摺動自在に支持されるとともにケース本体１０の後端部側から外方に突出しており、ガイドロッド１５により往復動ロッド１３に加わる曲げ力が低減されるとともに回転が防止されて往復動ロッド１３は円滑に前進後退移動する。

ケース本体１０にはユニット収容孔１１内に突出するストッパ１７が設けられており、このストッパ１７は図４に示すようにケース本体１０と一体となっている。ユニット収容孔１１内には第１と第２の２つのロックユニット１６ａ，１６ｂが相互に逆向きとなって装着されており、第１のロックユニット１６ａは図３においてストッパ１７の右側つまり往復動ロッド１３の先端部側に配置され、第２のロックユニット１６ｂはストッパ１７の左側つまり往復動ロッド１３の後端部側に配置されている。

ロックユニット１６ａは、ユニット収容孔１１の内周面に摺動接触する外周面を有するとともにケース本体１０内に軸方向に移動自在となったロックスリーブ１８ａと、このロックスリーブ１８ａの内部に組み込まれて往復動ロッド１３に軸方向に移動自在に嵌合するリテーナ１９ａとを備えており、リテーナ１９ａは往復動ロッド１３に対して相対的に移動自在に嵌合されたスリーブ１７ａを介してストッパ１７により往復動ロッド１３の後端部側への移動が規制されている。

リテーナ１９ａには、径方向に貫通する保持孔２０ａがリテーナ１９ａの径方向の同一面状に円周方向に所定の間隔毎に形成されている。それぞれの保持孔２０ａには締結部材としてのボールつまり鋼球２１ａが組み込まれている。鋼球２１ａに対向するように、ロックスリーブ１８ａには往復動ロッド１３の先端部側に向けて大径となったテーパ面２２ａが内周面に形成されている。これにより、ロックスリーブ１８ａがロッド先端側に向けて移動すると、ロックスリーブ１８ａは鋼球２１ａに対し往復動ロッド１３の中心に向かう押し付け力を加え、鋼球２１ａを介して往復動ロッド１３に締結力を加えることになる。なお、締結部材としてはロックスリーブ１８ａの軸方向移動により往復動ロッド１３に締結力を加える部材であれば、鋼球２１ａに代えて、スリットが形成された環状の部材を使用するようにしても良い。

ロックスリーブ１８ａとリテーナ１９ａとの間にはばね受け筒体２３ａが組み付けられており、このばね受け筒体２３ａの一端には外方に突出した外側フランジが形成され、他端には内方に突出した内側フランジが形成され、外側フランジとカバー１２ａとの間には圧縮コイルばね２４ａが装着され、リテーナ１９ａに形成された突起部と内側フランジとの間には圧縮コイルばね２５ａが装着されている。圧縮コイルばね２４ａによりロックスリーブ１８ａにはロッド後端部に向かう方向のばね力が加えられ、圧縮コイルばね２５ａによりリテーナ１９ａには同様にロッド後端部に向かう方向のばね力が加えられている。

第２のロックユニット１６ｂは、第１のロックユニット１６ａを構成する部材と同様の部材を逆向きに配置することにより形成されており、第１のロックユニット１６ａを構成する部材には符号ａが付されているのに対し、第２のロックユニット１６ｂを構成する部材には符号ｂを付して重複した説明を省略する。このように両方のロックユニット１６ａ，１６ｂを構成する部材は逆向きとなっているので、ロックスリーブ１８ｂはその内周面に形成されるテーパ面２２ｂがロッド後端部側を大径側としてケース本体１０に組み込まれることになる。リテーナ１９ｂは往復動ロッド１３に対して相対的に移動自在に嵌合されたスリーブ１７ｂを介してストッパ１７により往復動ロッド１３の先端部側への移動が規制されている。

往復動ロッド１３を軸方向に往復動するために、ロッド後端側のカバー１２ｂには駆動シリンダ２６が設けられており、この駆動シリンダ２６内には往復動ロッド１３の後端部が収容されるとともに往復動ロッド１３に固定された駆動ピストン２７が組み込まれ、駆動シリンダ２６に固定されたカバー２８と駆動ピストン２７との間の前進用圧力室２９ａと、駆動ピストン２７とカバー１２ｂとの間の後退用圧力室２９ｂとが駆動シリンダ２６内に区画形成されている。駆動シリンダ２６には図３に示すように前進用圧力室２９ａに連通する給排ポート３１ａが形成され、ケース本体１０には図２に示すように後退用圧力室２９ｂに連通する給排ポート３１ｂが形成されている。この給排ポート３１ｂは、ユニット収容孔１１に連通するとともに、ロックユニット１６ｂを構成する部材相互の隙間、往復動ロッド１３とリテーナ１９ｂとの間の隙間、およびカバー１２ｂと往復動ロッド１３との間の隙間を介して後退用圧力室２９ｂに連通している。ただし、給排ポート３１ｂを駆動シリンダ２６に形成し、給排ポート３１ｂを後退用圧力室２９ｂに直接連通させるようにしても良い。

図２に示すように、給排ポート３１ａは前進用流路３２ａにより流体源としての空気圧源３３に方向切換弁３４を介して接続され、給排ポート３１ｂは後退用流路３２ｂにより空気圧源３３に方向切換弁３４を介して接続されている。この方向切換弁３４は、一方のコイルに駆動信号を通電することにより給排ポート３１ａに空気圧を供給して給排ポート３１ｂから空気を排出させる前進位置と、他方のコイルに駆動信号を通電することにより給排ポート３１ｂに空気圧を供給して給排ポート３１ａから空気を排出させる後退位置と、両方の給排ポート３１ａ，３１ｂから空気を排出させる排気位置の３位置に切換動作する。排気位置に操作されると、両方の圧力室２９ａ，２９ｂ内の圧縮空気は排気される。

前進用流路３２ａには給排ポート３１ａに向かう方向の流れを許容し逆方向の流れを阻止する逆止弁３５ａが設けられ、これに並列に絞り３６ａが設けられており、後退用流路３２ｂにも同様に逆止弁３５ｂと絞り３６ｂとが設けられている。したがって、方向切換弁３４を操作して前進用圧力室２９ａに圧縮空気を供給すると往復動ロッド１３は前進移動し、後退用圧力室２９ｂに圧縮空気を供給すると往復動ロッド１３は後退移動する。したがって、往復動ロッド１３を後退した状態から前進移動させる際には、前進用圧力室２９ａに圧縮空気を供給する前に、方向切換弁３４を排気位置から後退位置に切り換えて後退用圧力室２９ｂに圧縮空気を供給した後に前進位置に切り換えて前進用圧力室２９ａに圧縮空気を供給する。これにより、往復動ロッド１３の前進移動時には後退用圧力室２９ｂ内の空気は絞り３６ｂを介して外部に排出されるので、後退用圧力室２９ｂおよびユニット収容孔１１内には背圧が発生する。同様に、往復動ロッド１３を後退移動する際には、予め前進用圧力室２９ａに圧縮空気を供給した後に、後退用圧力室２９ｂに圧縮空気を供給することによって、絞り３６ａにより前進用圧力室２９ａ内に背圧が発生する。

ケース本体１０には図３に示すように、締結シリンダ４１が往復動ロッド１３に対して直角方向を向いて取り付けられている。この締結シリンダ４１内には締結ロッド４２が往復動ロッド１３に向けて前進する締結方向と、往復動ロッド１３から後退する締結解除方向とに往復動自在に組み込まれており、締結ロッド４２の中心は２つのロックユニット１６ａ，１６ｂの中間の位置となっている。２つのロックスリーブ１８ａ，１８ｂの端面にはそれぞれ傾斜面４３ａ，４３ｂが相互に対向するように形成され、締結ロッド４２の先端部に形成された円錐面からなる締結面４４がともに両方の傾斜面４３ａ，４３ｂに接触するようになっている。締結面４４の締結ロッド４２の中心軸に対する傾斜角度をθとすると、傾斜面４３ａ，４３ｂはこれに対応する角度で傾斜しており、締結ロッド４２に加えられる推力はくさび効果により拡大されて２つのロックスリーブ１８ａ，１８ｂの軸方向移動に伝達され、それぞれのロックスリーブ１８ａ，１８ｂは相互に逆方向に移動する。図示する場合には角度θは約１５度程度に設定されている。

締結シリンダ４１の端部にはカバー４６が固定され、締結ロッド４２にこれの後端面に開口して形成されたばね収容孔４７とカバー４６とにより締結ロッド４２内には締結圧力室４８が形成されている。ばね収容孔４７の底面の段部に配置されたばね受けスリーブ４９とカバー４６とに両端が接触するように、締結圧力室４８内には、締結ロッド４２に前進方向のばね力を加えるための圧縮コイルばね５０が組み込まれている。締結ロッド４２の後端部にはこれと一体に締結ピストン５１が設けられ、締結ピストン５１の外周面は締結シリンダ４１に形成されたシリンダ孔５２の内周面に接触し、締結ピストン５１によりシリンダ孔５２内は解除圧力室５３と締結圧力室４８とに区画されている。

解除圧力室５３は連通路５４によりユニット収容孔１１に連通しているので、解除圧力室５３はユニット収容孔１１を介して給排ポート３１ｂに連通している。したがって、１つの給排ポート３１ｂを後退用圧力室２９ｂと解除圧力室５３とに対する圧縮空気の供給と排出とに共用することができるが、解除圧力室５３に直接連通させて締結シリンダ４１に給排ポートを形成するようにしても良い。

往復動ロッド１３を後退させる際に給排ポート３１ｂに圧縮空気を供給すると、圧縮空気はユニット収容孔１１からまず解除圧力室５３内に連通路５４を介して流入し、締結ロッド４２は図３に示す後退限位置となる。次いで、往復動ロッド１３とカバー１２ｂとの間の隙間などを介して絞られて後退用圧力室２９ｂに流入する圧縮空気により往復動ロッド１３は後退移動することになる。この後退移動時には、前進用流路３２ａには絞り３６ａが設けられているので、前進用圧力室２９ａには背圧が発生し、往復動ロッド１３は急激に後退限位置に向けて移動することなく、減速されてゆっくりと移動することになる。

一方、往復動ロッド１３が後退移動した状態のもとで、給排ポート３１ａから圧縮空気を供給すると、給排ポート３１ｂからユニット収容孔１１内の空気が絞り３６ｂを介して排出されるので、後退用圧力室２９ｂ内の背圧により往復動ロッド１３は減速されてゆっくりと前進移動することになるとともに、締結ロッド４２は締結解除位置を保持し続けることになる。ユニット収容孔１１内および後退用圧力室２９ｂ内の背圧がなくなると、解除圧力室５３内の圧縮空気も連通路５４を介して外部に排出されるので、締結ロッド４２は圧縮コイルばね５０のばね力により往復動ロッド１３に向けて締結方向に前進移動することになる。

締結ロッド４２が所定のストローク以上前進移動したときに、締結圧力室４８内に圧縮空気を供給して締結ロッド４２による締結力を付加するために、締結ロッド４２内には段部を介してばね収容室４７に連通する補助シリンダ孔５５が形成され、この補助シリンダ孔５５内には中空の補助ピストン５６が軸方向に往復動自在に組み込まれている。補助ピストン５６にはこれに一体に中空棒状の弁部材５７が設けられ、補助ピストン５６と弁部材５７の内部にはこれを貫通する貫通孔５８が形成されており、弁部材５７の端面はカバー４６に設けられたシール材からなる弁座５９に当接するようになっている。

弁部材５７に対応させてカバー４６には給排ポート６１が形成され、この給排ポート６１は貫通孔５８に連通するようになっており、給排ポート６１から貫通孔５８内に流入した空気は、補助ピストン５６の先端面側のシール圧室６２に供給されるようになっている。シール圧室６２内には補助ピストン５６に対して弁座５９に押し付ける方向のばね力を加えるための圧縮コイルばね６３が組み込まれている。したがって、ばね受けスリーブ４９が補助ピストン５６に当接するまで締結ピストン５１が往復動ロッド１３に向けて所定のストローク前進移動するときには、弁部材５７の端面は弁座５９に当接した状態となってシール圧室６２内の圧力と圧縮コイルばね６３のばね力とにより弁座５９を押し続けることになる。

このストローク以上締結ピストン５１が移動すると、補助ピストン５６はばね受けスリーブ４９に当接して締結ピストン５１とともに往復動ロッド１３に向けて移動するので、弁部材５７は弁座５９から離れることになる。この結果、給排ポート６１は締結圧力室４８と連通状態となり、締結ピストン５１には締結ロッド４２を前進移動させる方向の推力が加えられる。このように、中空の弁部材５７は給排ポート６１と締結圧力室４８とを連通させる状態と連通を解除する状態とに切り換えることになる。締結ロッド４２にはシール圧室６２に開口させて給排ポート６１と同軸状にねじ孔６４が形成されており、給排ポート６１に接続される配管を取り外して棒状の工具をねじ孔６４にねじ結合させて工具を引っ張ることにより、手動で締結ロッド４２を締結解除位置に後退移動させることができる。

給排ポート６１は、図２に示すように、加圧用流路３２ｃを介して前進用流路３２ａに接続されており、方向切換弁３４の操作により前進用圧力室２９ａに圧縮空気を供給すると、給排ポート６１にも同時に圧縮空気が供給される。したがって、図３に示すように、往復動ロッド１３が後退限位置となっている状態のもとで方向切換弁３４を操作して前進用圧力室２９ａ内に圧縮空気を供給すると、往復動ロッド１３は前進移動するとともに、給排ポート６１に圧縮空気が供給されることになる。ただし、加圧用流路３２ｃを前進用流路３２ａに接続することなく、給排ポート６１に対して方向切換弁３４とは別の方向切換弁により流体の供給と排出を行うようにしても良い。

往復動ロッド１３の前進移動時には後退用流路３２ｂに設けられた絞り３６ｂによりユニット収容孔１１内には所定の背圧が保持されるので、その背圧が解除圧力室５３内に流入して締結ロッド４２は図３に示すように締結解除位置つまり後退限位置となる。この状態のもとで、往復動ロッド１３が所定の位置まで前進して往復動ロッド１３の前進移動が規制されるか、あるいは方向切換弁３４が操作されて前進用圧力室２９ａに対する圧縮空気の供給が停止されると、ユニット収容孔１１内から空気が排出されて背圧が低下し、締結ロッド４２は圧縮コイルばね５０のばね力によって締結位置に向けて前進移動する。ただし、締結ロッド４２が所定のストローク以上前進移動するまでは、弁部材５７により給排ポート６１と締結圧力室４８との連通は遮断される。

図５は締結ロッド４２が中間位置までストロークＳ１前進移動した状態を示す断面図であり、図６は締結ロッド４２が締結位置までストロークＳ２前進移動した状態を示す断面図である。図５に示す位置まで締結ロッド４２が前進移動すると、締結ロッド４２とともに前進移動したばね受けスリーブ４９が補助ピストン５６に接触し、それ以上締結ロッド４２が前進移動すると、補助ピストン５６が締結ロッド４２とともに前進移動するので、図６に示すように、弁部材５７は弁座５９から離れることになる。これにより、給排ポート６１は締結圧力室４８と連通状態になり、給排ポート６１に供給された圧縮空気が締結ピストン５１を加圧し、図５に示す状態から図６に示す状態まで締結ロッド４２が前進移動する際には、締結ロッド４２にはばね力と空気圧力の合計の推力が加えられる。したがって、締結完了時期には締結開始時よりも大きな推力が締結ロッド４２からロックスリーブ１８ａ，１８ｂに加えられる。

このように、締結ロッド４２が締結解除位置から締結位置まで前進移動する過程においては、締結ロッド４２により２つのロックスリーブ１８ａ，１８ｂが相互に逆方向に圧縮コイルばね２４ａ，２４ｂのばね力に抗して駆動され、鋼球２１ａ，２１ｂを介してロックスリーブ１８ａ，１８ｂが往復動ロッド１３に締結され、往復動ロッド１３はケース本体１０にロックされた状態となる。この状態のもとでは、往復動ロッド１３にこれを前進させる方向に軸力が加えられると、一方のロックユニット１６ｂの鋼球２１ｂがテーパ面２２ｂ内に入り込む方向の外力を受けてより強く締結力を往復動ロッド１３に加えることになる。一方、往復動ロッド１３にこれを後退させる方向の軸力が加えられると、他方のロックユニット１６ａの鋼球２１ａがテーパ面２２ａ内に入り込む方向の外力を受けてより強く締結力を往復動ロッド１３に加えることになる。したがって、逆向きに２つのロックユニット１６ａ，１６ｂを往復動ロッド１３の外側に配置することにより、往復動ロッド１３が固定された状態のもとで、往復動ロッド１３に前進方向と後退方向のいずれの方向に外力が加えられても、往復動ロッド１３が移動することを確実に防止することができる。

往復動ロッド１３を前進限位置から後退限位置に移動させる場合には、方向切換弁３４を操作して給排ポート３１ｂに圧縮空気を供給すると、圧縮空気はユニット収容孔１１内に流入する。流入した空気は絞られて後退用圧力室２９ｂ内に流入するので、駆動ピストン２７を後退移動させる前に、連通路５４を介して解除圧力室５３内に流入する空気の圧力により締結ロッド４２は締結解除位置に向けて後退移動する。後退移動が終了すると往復動ロッド１３の締結が解除された状態となり、その後、後退用圧力室２９ｂ内の圧縮空気によって往復動ロッド１３は後退移動することになる。後退移動が完了した状態のもとで、ユニット収容孔１１内の圧縮空気を排出すると、ばね力により締結ロッド４２が前進移動して往復動ロッド１３は締結される。なお、往復動ロッド１３が後退限位置となった状態で締結圧力室４８内に圧縮空気を供給して締結ロッド４２に空気圧により推力を加える場合には、給排ポート６１から圧縮空気を供給するように空気圧配管を構成することになる。

次に、上述した流体圧シリンダによる往復動ロッド１３の前進後退移動と、締結ロッド４２により往復動ロッド１３の締結および締結解除動作について説明する。往復動ロッド１３が後退限位置になった状態のもとで図２に示す方向切換弁３４が排気位置になっていると、締結ロッド４２は締結位置まで前進して往復動ロッド１３は２つのロックユニット１６ａ，１６ｂにより固定された状態となっている。この状態のもとで往復動ロッド１３を前進移動させるには、方向切換弁３４を後退位置に操作してまず給排ポート３１ｂに圧縮空気を供給した後に前進位置に切換操作する。まず後退位置に切り換えることにより、給排ポート３１ｂからケース本体１０内のユニット収容孔１１内に圧縮空気が供給され、締結ロッド４２にユニット収容孔１１内の圧力が加えられるとともに、連通路５４を介して解除圧力室５３内に流入する空気により締結ピストン５１に圧力が加えられ、締結ロッド４２は図３に示すように締結解除位置まで後退移動する。

このように往復動ロッド１３が後退限位置となった後に、給排ポート３１ａに圧縮空気が供給されて、給排ポート３１ａから前進用圧力室２９ａ内に圧縮空気が流入して往復動ロッド１３は前進移動することになるが、ユニット収容孔１１内の圧縮空気には絞り３６ｂにより背圧が発生し、この背圧が連通路５４を介して解除圧力室５３内に加わり、締結ピストン５１を締結解除位置に保持する。往復動ロッド１３は締結が解除されたままの状態で、駆動ピストン２７に加わる前進方向の推力によって前進方向に駆動される。前進移動中においてはユニット収容孔１１内に発生する背圧により締結ピストン５１は締結解除位置を保持することになる。往復動ロッド１３が前進限位置まで到達したり、その途中で往復動ロッド１３の前進移動を規制するような抵抗力が加わって往復動ロッド１３が停止すると、ユニット収容孔１１内の空気は絞り３６ｂを介して外部に排出されるので、まず、締結ロッド４２が圧縮コイルばね５０のばね力により締結位置に向けて前進移動する。締結ロッド４２が図３に示す締結解除位置から図５に示すようにばね受けスリーブ４９が補助ピストン５６に当たるまではばね力のみにより締結ロッド４２は前進移動する。

次いで、締結ロッド４２が図５に示す位置よりも前進移動すると、弁部材５７は弁座５９から離れて、給排ポート６１の圧縮空気は締結圧力室４８内に流入し、締結ピストン５１には圧縮空気の圧力が加えられることになる。これにより、ばね力と空気圧力とが締結ロッド４２に加わり、締結ロッド４２が締結位置に近づくと大きな推力が締結ロッド４２に加えられることになる。

締結ロッド４２が図３に示す締結解除位置から図６に示す締結位置まで前進移動すると、締結ロッド４２の先端に設けられた締結面４４により２つのロックスリーブ１８ａ，１８ｂが互いに逆方向に駆動されて鋼球２１ａ，２１ｂを介して往復動ロッド１３には締結力が加えられる。互いに逆向きに移動する２つのロックスリーブ１８ａ，１８ｂにより往復動ロッド１３に締結力が加えられるので、往復動ロッド１３に対して前進方向と後退方向の外力が加えられても、確実に往復動ロッド１３は固定状態を保持する。締結ロッド４２が図６に示す締結位置まで前進移動した状態のもとでは締結圧力室４８内の空気を排出しても、締結面４４と傾斜面４３ａ，４３ｂとの摩擦により締結ロッド４２は前進限位置を保持する。

一方、往復動ロッド１３を後退移動させる際には、方向切換弁３４を操作して給排ポート３１ｂから圧縮空気を供給することになるが、その前に給排ポート３１ａから圧縮空気を供給しておくと、往復動ロッド１３の後退移動時には絞り３６ａによって背圧が発生するので、往復動ロッド１３の移動速度を低下させてゆっくりと移動させることができる。

方向切換弁３４を操作して給排ポート３１ｂからユニット収容孔１１内に圧縮空気を供給すると、ユニット収容孔１１内の圧縮空気はまず連通路５４を介して解除圧力室５３内に流入して締結ロッド４２は締結位置から締結解除位置に向けて後退移動する。次いで、後退用圧力室２９ｂ内に流入する圧縮空気により往復動ロッド１３は後退移動する。往復動ロッド１３が後退限位置まで移動したときに、方向切換弁３４を排気位置に切り換えると、上述と同様にして締結ロッド４２がばね力により締結位置に向けて前進移動して往復動ロッド１３には締結力が加えられる。このときに、締結力を高めるために、給排ポート６１から圧縮空気を締結圧力室４８内に供給するようにしても良い。

図２〜図６に示す流体圧シリンダ５が図１（Ａ）に示すワーク搬送装置に適用される場合には、駆動シリンダ２６内の前進用圧力室２９ａに供給される圧縮空気によって真空吸着パッド６にはワークを押し付ける力が加えられる。押し付け力を加えた状態で往復動ロッド１３が停止状態を保持すると、絞り３６ｂを介して解除圧力室５３内とユニット収容孔１１内の空気が排出され、締結ロッド４２がばね力により前進移動して、往復動ロッド１３は締結状態に設定される。

図７は本発明の他の実施の形態である流体圧シリンダ５の一部を示す断面図であり、図７においては図３に示された部材と共通の部材には同一の符号が付されており、重複した説明は省略する。

図７に示すように、ケース本体１０と駆動シリンダ２６とを仕切るカバー１２ｂにはケース本体１０内から後退用圧力室２９ｂ内に流入する空気を絞るための絞り６５が組み込まれ、これに併せてユニット収容孔１１内から後退用圧力室２９ｂ内への流れを阻止し、逆方向の流れを許容する逆止弁６６がカバー１２ｂに組み込まれており、カバー１２ｂと往復動ロッド１３との間の隙間はシール材６７によりシールされている。図３に示す場合には、往復動ロッド１３とカバー１２ｂとの間の隙間などによりユニット収容孔１１内から後退用圧力室２９ｂ内に流入する空気には流通抵抗があるので、ユニット収容孔１１内に流入した空気はまず連通路５４を介して解除圧力室５３内に流入し、締結ロッド４２が後退移動した後に往復動ロッド１３が後退移動することになるが、図７に示すように、絞り６５を設けると、給排ポート３１ｂから圧縮空気を供給して往復動ロッド１３を後退移動する際に、締結ロッド４２を締結解除位置に後退移動させてから往復動ロッド１３を後退移動させるまでの移行時間を長く設定することができる。

図７に示す場合には、一方のロックスリーブ１８ｂの傾斜面４３ｂの外周部に切り欠き部６８を形成することにより、締結ロッド４２の締結面４４に接触する傾斜面４３ｂの半径が図３に示す場合よりも小さく設定されており、他方のロックスリーブ１８ａの傾斜面４３ａの半径は図３に示す場合と同様となっている。したがって、図３に示した場合には、２つのロックスリーブ１８ａ，１８ｂは締結ロッド４２によりほぼ同時に駆動されるようになっているのに対し、図７に示す場合には、締結ロッド４２が前進移動する際に、まず始めにロックスリーブ１８ａを移動した後に、引き続いて両方のロックスリーブ１８ａ，１８ｂをともに移動するように、両方のロックスリーブ１８ａ，１８ｂの移動開始時に時間差を持たせている。なお、傾斜面４３ａ，４３ｂの半径の大小関係を図７に示す場合の逆に設定するようにしても良く、その場合にはまずロックスリーブ１８ｂが先に移動することになる。

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、流体圧シリンダ５は図１（Ａ）に示すワーク搬送装置に適用されているが、図１（Ｂ）に示す搬送台車のクランプアーム駆動用にも適用することができ、軸方向に駆動される往復動ロッドを所定の軸方向位置で固定する場合であれば、種々の用途に使用することができる。さらに、流体圧シリンダ５に供給される流体としては空気に限られることなく、他の流体を使用するようにしても良い。

また、締結ロッド４２にはばね力のみで締結方向の推力を加えるようにしても良く、その場合には補助ピストン５６と一体となった弁部材５７は取り除かれることになり、給排ポート６１も不要となる。さらに、圧縮コイルばね５０を使用することなく、締結ピストン５１を流体圧により締結方向と締結解除方向に駆動するようにしても良い。ただし、その場合には往復動ロッド１３の固定時にも締結ピストン５１に対して締結方向の推力を加えるために流体圧を供給し続けることになる。

Claims (7)

1. 往復動ロッドが前進方向と後退方向に往復動自在に装着されるケース本体と、
   前記往復動ロッドの先端部に向けて大径となったテーパ面を有し前記ケース本体内に軸方向に移動自在に装着される第１のロックスリーブ、前記テーパ面に係合する締結部材を保持し前記往復動ロッドに軸方向に移動自在に嵌合する第１のリテーナ、および前記第１のロックスリーブに前記往復動ロッドの後端部に向けてばね力を加える第１のばね部材を有する第１のロックユニットと、
   前記往復動ロッドの後端部に向けて大径となったテーパ面を有し前記ケース本体内に軸方向に移動自在に装着される第２のロックスリーブ、前記テーパ面に係合する締結部材を保持し前記往復動ロッドに軸方向に移動自在に嵌合する第２のリテーナ、および前記第２のロックスリーブに前記往復動ロッドの先端部に向けてばね力を加える第２のばね部材を有する第２のロックユニットと、
   前記ケース本体に取り付けられ、前記往復動ロッドの後端に設けられた駆動ピストンを軸方向に往復動自在に収容するとともに前進用圧力室と後退用圧力室とを備える駆動シリンダと、
   前記ケース本体に取り付けられ、前記第１と第２のロックスリーブに相互に対向して形成されたそれぞれの傾斜面に接触する締結面が形成された締結ロッドを締結方向と締結解除方向とに往復動自在に収容する締結シリンダとを有し、
   前記締結ロッドが前記第１と第２のロックスリーブを逆方向に移動させて前記第１と第２のロックユニットにより前記往復動ロッドを固定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、前記締結ロッドに締結方向のばね力を加えるばね部材を前記締結シリンダに設け、前記締結ロッドに設けられた締結ピストンに前記締結解除方向に流体圧を加える解除圧力室を前記締結シリンダに形成することを特徴とする流体圧シリンダ。
3. 請求項２記載の流体圧シリンダにおいて、前記後退用圧力室と前記解除圧力室とを連通路により連通するとともに、前記後退用圧力室に対する流体の供給および排出を行う給排ポートと流体源とを接続する後退用流路に、前記往復動ロッドの前進移動時に前記後退用圧力室に背圧を発生させる絞りを設けることを特徴とする流体圧シリンダ。
4. 請求項３記載の流体圧シリンダにおいて、前記連通路を前記締結シリンダに形成し、前記給排ポートを前記ケース本体に設け、前記解除圧力室と前記後退用圧力室とを前記ケース本体内を介して連通す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、前記ケース本体と前記駆動シリンダとを仕切るカバーに、前記ケース本体から前記後退用圧力室に流入する流体に抵抗を加える絞りを設けることを特徴とする流体圧シリンダ。
6. 請求項４記載の流体圧シリンダにおいて、前記締結ピストンに締結方向の圧力を加える締結圧力室を前記締結シリンダに形成するとともに当該締結圧力室に連通する給排ポートを形成し、前記締結ロッドが前記締結方向に所定のストローク移動したときに前記給排ポートと前記締結圧力室とを連通させる弁部材を前記締結ロッドに装着することを特徴とする流体圧シリンダ。
7. 請求項１記載の流体圧シリンダにおいて、前記前進用圧力室に対する流体の供給および排出を行う給排ポートと流体源とを接続する前進用流路に前記往復動ロッドの後退移動時に前記前進用圧力室に背圧を発生させる絞りを設けることを特徴とする流体圧シリンダ。

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