WO2013122039A1 - 倍力機構付きシリンダ装置 - Google Patents

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WO2013122039A1
WO2013122039A1 PCT/JP2013/053219 JP2013053219W WO2013122039A1 WO 2013122039 A1 WO2013122039 A1 WO 2013122039A1 JP 2013053219 W JP2013053219 W JP 2013053219W WO 2013122039 A1 WO2013122039 A1 WO 2013122039A1
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WO
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piston
output rod
cylinder device
booster mechanism
booster
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PCT/JP2013/053219
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French (fr)
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春名　陽介
横田　英明
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株式会社コスメック
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Publication date
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Priority to KR1020147020018A priority patent/KR101653895B1/ko
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    • F16J10/02—Cylinders designed to receive moving pistons or plungers

Definitions

  • the present invention relates to a cylinder device provided with a booster mechanism, and more specifically, to a technique suitable for firmly fixing an object to be fixed such as a workpiece or a mold and maintaining the fixed state.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Document 1 (Japan, JP 2007-268625 A).
  • the prior art is configured as follows.
  • the clamp rod as the output rod is inserted into the housing so as to be movable in the vertical direction.
  • a first piston for a rod inserted into the upper portion of the housing is fixed to the clamp rod, and a first lock chamber and a first release chamber are formed on both upper and lower sides of the first piston.
  • a second piston for boosting inserted in the lower part of the housing is fitted on the clamp rod so as to be movable in the vertical direction, and a second lock chamber and a second release chamber are provided on both upper and lower sides of the second piston. Is formed.
  • the second piston boosts the clamp rod downward through a booster mechanism.
  • the booster mechanism includes an engagement groove provided at a lower portion of the clamp rod and a plurality of claw members supported swingably at the lower portion of the housing.
  • the tapered surface of the second piston driven downward swings the claw member inward in the radial direction, and engages the claw member with the engagement groove.
  • the downwardly driven second piston boosts the clamp rod downward via the claw member and the engaging groove, so that a large reaction force at the boost driving is the engagement groove. Acting upward on the claw member, and pulling the claw member strongly upward. For this reason, the structure for supporting the claw member on the housing in a swingable manner needs to be strengthened, and the support structure becomes large, and the cylinder device becomes large.
  • An object of the present invention is to make a cylinder device with a booster mechanism small.
  • the present invention is configured as follows, for example, as shown in FIG. 1A to FIG. 3B (or FIG. 4) or FIG.
  • the output rod 27 inserted in the housing 4 so as to be movable in the vertical direction is configured to be locked downward.
  • the first piston 41 is inserted into the lower portion of the cylinder hole 34 formed in the housing 4, and the first piston 41 is connected to the lower portion of the output rod 27.
  • a second piston 42 is inserted into the upper portion of the cylinder hole 34, and the second piston 42 is externally fitted to the output rod 27 so as to be movable in the vertical direction.
  • Pressure fluid is supplied to and discharged from the lock chamber 44 disposed between the first piston 41 and the second piston 42.
  • the pressure fluid is supplied to and discharged from the first release chamber 51 disposed below the first piston 41, and the pressure fluid is supplied to the second release chamber 52 disposed above the second piston 42. Discharged.
  • the second release chamber 52 is configured so that the pressure fluid supplied to the lock chamber 44 reverses the force pushing the second piston 42 upward to a downward force and converts the boost to transmit to the output rod 27.
  • a booster mechanism 64 is disposed inside. The booster mechanism 64 is disposed at a predetermined interval in the circumferential direction with a booster portion 70 provided on the second piston 42 and is wedge driven inward in the radial direction by the booster portion 70. A plurality of engaging balls 69.
  • a holding spring 60 that biases the second piston 42 upward is attached to the lock chamber 44 between the first piston 41 and the second piston 42.
  • FIG. 1A shows a first embodiment of a clamping system using a cylinder device with a booster mechanism according to the present invention, and is a sectional view in an elevational view in a separated state of the clamping system.
  • FIG. 1B is an enlarged view of the main part of FIG. 1A.
  • FIG. 2 shows a released state of the clamping system and is similar to FIG. 1A.
  • FIG. 3A is a view similar to FIG. 1A, showing the locked state of the clamping system.
  • FIG. 3B is a view similar to FIG. 1B above.
  • FIG. 4 is a view similar to FIG. 1B, showing a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the clamping system, which is similar to FIG.
  • 1A to 3B show a first embodiment of the present invention.
  • a work pallet 2 as a movable block is carried above a clamp pallet 1 as a reference block.
  • a plurality of workpieces can be attached to and detached from the upper surface of the work pallet 2 by another clamping device (none is shown).
  • the clamp pallet 1 includes a base plate 3 and a housing 4 fixed to the base plate 3 by a plurality of bolts (not shown).
  • the shim member 8 and the ring member 9 are inserted into the lower part of the recess 6 of the work pallet 2, and the shim member 8 and the ring member 9 are fixed to the work pallet 2 by a plurality of bolts (not shown).
  • the ring member 9 is formed with a taper hole 11 for positioning and a locked portion 12 for clamping in order from the lower side.
  • An inner peripheral portion of the ring member 9 protrudes downward, and a supported surface T is configured by the lower surface of the annular protrusion (see FIGS. 2 and 3A).
  • An annular plug portion 14 is integrally projected upward from the housing 4, and the plug portion 14 is inserted into the ring member 9 of the work pallet 2 (see FIG. 2).
  • the outer surface of the housing 4 protrudes upward on the outer peripheral side of the lower portion of the plug portion 14, and an annular support surface S is constituted by the upper surface of the annular protrusion (see FIGS. 2 and 3A).
  • a sleeve 15 that can be enlarged and reduced in the diameter direction is disposed on the outer periphery of the lower portion of the plug portion 14.
  • the straight inner peripheral surface 16 of the sleeve 15 is supported on the outer peripheral surface of the plug portion 14 so as to be movable in the vertical direction.
  • the tapered outer peripheral surface 17 of the sleeve 15 can be engaged with the tapered hole 11 of the work pallet 2.
  • the straight inner peripheral surface 16 and the tapered outer peripheral surface 17 can be enlarged and reduced in the diameter direction.
  • the sleeve 15 is reduced in diameter by an external force acting on the tapered outer peripheral surface 17, and is expanded by its own elastic restoring force when the external force is released.
  • the advancing means 20 for pushing the sleeve 15 upward with a predetermined force is provided.
  • the advancing means 20 includes a plurality of guide holes 21 (only one guide hole is shown here) opened at predetermined intervals in the circumferential direction on the inner side of the support surface S, and the guides.
  • a rod 22 inserted into the hole 21 and an advancing spring 23 that urges the rod 22 upward are provided.
  • the upper end surface of the rod 22 is in contact with the lower end surface of the sleeve 15.
  • the sleeve 15 is prevented from moving upward by a predetermined amount or more by a stop portion 24 provided in the plug portion 14.
  • the upper rod portion 27a of the output rod 27 is inserted into the cylindrical hole 14a of the plug portion 14 through the sealing member 26 so as to be able to move in the up-down direction.
  • a plurality of through holes 28 are formed at predetermined intervals in the circumferential direction at the upper part of the peripheral wall of the plug portion 14, and the lock balls 29 are radially inwardly disengaged in the through holes 28 (FIG. 1A). 2) and a radially outward engagement position (see FIG. 3A).
  • a pressing surface 31 and a retreating groove 32 are formed so as to be connected to each other in correspondence with the respective lock balls 29.
  • a cylinder hole 34 is formed in the lower half of the housing 4.
  • the cylinder hole 34 has a large-diameter hole 35 provided in the lower portion and a small-diameter hole 36 provided in the upper portion.
  • the first piston 41 is inserted into the large-diameter hole 35 through the sealing member 37 in a tightly-sealed manner, and the first piston 41 is connected to the lower portion of the lower rod portion 27b of the output rod 27.
  • both the first piston 41 and the output rod 27 are integrally formed. However, these two members may be formed separately.
  • annular second piston 42 is inserted into the small-diameter hole 36 through an outer sealing member 38 in a tight manner, and the second piston 42 is inserted into the lower rod portion 27b through an inner sealing member 39.
  • the lower rod portion 27b is formed to have a slightly larger diameter than the upper rod portion 27a.
  • a lock chamber 44 to which compressed air (pressure fluid) is supplied and discharged is disposed between the first piston 41 and the second piston 42.
  • the lock chamber 44 communicates with a lock port (not shown) through a lock supply / discharge path 45.
  • a first release chamber 51 to which compressed air is supplied and discharged is disposed below the first piston 41, and second air from which compressed air is supplied and discharged above the second piston.
  • a release chamber 52 is disposed.
  • the first release chamber 51 communicates with a release port (not shown) via a release supply / discharge path 54.
  • the second release chamber 52 is communicated with the first release chamber 51 via the communication passage 55 formed in the first piston 41 and the output rod 27.
  • a plurality of holding springs 60 are mounted between the first piston 41 and the second piston 42 (only one holding spring 60 is shown here).
  • the holding spring 60 is composed of a compression coil spring and biases the second piston 42 upward with respect to the first piston 41. More specifically, a plurality of first mounting holes 61 are opened on the upper surface of the first piston 41 so as to face the lock chamber 44 at intervals in the circumferential direction. A plurality of second mounting holes 62 are also opened on the lower surface of the second piston 42 so as to face the lock chamber 44 at intervals in the circumferential direction.
  • the holding spring 60 is inserted into the two upper and lower mounting holes 61 and 62, and the lower and upper ends of the holding spring 60 are received by the bottom walls of the two mounting holes 61 and 62.
  • a booster mechanism 64 is disposed in the second release chamber 52.
  • the booster mechanism 64 reverses the force that the pressure fluid supplied to the lock chamber 44 pushes the second piston 42 upward to a downward force, converts the boost, and transmits it to the output rod 27. Composed.
  • the above-described booster mechanism 64 is configured as follows. That is, the receiving tube 65 protrudes downward from the upper wall of the second release chamber 52.
  • a wedge space 68 is formed between the receiving portion 66 provided in the receiving cylinder 65 and the transmission portion 67 provided at the lower portion of the upper rod portion 27a so as to narrow inward in the radial direction (see FIG. 3B). ).
  • a plurality of the wedge spaces 68 are formed at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • An engagement ball 69 is inserted into the wedge space 68.
  • a booster 70 is provided on the second piston 42 so as to push the engagement ball 69 inward in the radial direction. More specifically, each of the above members is configured as follows.
  • each lateral grooves 73 are formed in the circumferential direction at the lower portion of the receiving tube 65.
  • the receiving portion 66 is constituted by the bottom wall of each lateral groove 73.
  • four recesses 74 are formed at substantially equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the lower portion of the upper rod portion 27a of the output rod 27.
  • the bottom wall of each recess 74 constitutes the transmission portion 67 described above.
  • the transmission part 67 is inclined so as to approach the axis of the output rod 27 as it goes upward.
  • the booster 70 is constituted by an inclined surface provided on the inner peripheral surface of the second piston 42.
  • a push portion 76 described later is provided on the upper side of the booster portion 70.
  • the pressing portion 76 has an arcuate surface.
  • another recess 78 is provided above the lower rod portion 27b on the lower side of the recess 74 provided in the upper rod portion 27a (see FIG. 1B).
  • the straight line portion L at the upper part of the bottom wall of the other recess 78 is a part of the low load stroke region described later.
  • the clamping system with the above configuration operates as follows.
  • the compressed air is discharged from the lock chamber 44 and the compressed air is supplied to the first release chamber 51 and the second release chamber 52.
  • the compressed air in the first release chamber 51 pushes the first piston 41 upward to bring the first piston 41 into contact with the stepped portion 57 of the cylinder hole 34.
  • the compressed air in the second release chamber 52 pushes the second piston 42 downward so that the second piston 42 contacts the stopper 58 of the cylinder hole 34. For this reason, a slight gap can be formed in the vertical direction between the pressing portion 76 of the second piston 42 and the engaging ball 69 (or between the receiving portion 66 and the engaging ball 69) ( Not shown).
  • the lock ball 29 faces the retreat groove 32 and can move to the illustrated engagement release position.
  • the urging force of the advance spring 23 holds the sleeve 15 in the raised position via the rod 22.
  • the work pallet 2 is carried above the cylinder device in the released state.
  • the work pallet 2 When positioning and fixing the work pallet 2 to the clamp pallet 1, the work pallet 2 is first lowered. Then, as shown in FIG. 2, the top wall 6 a of the recess 6 of the work pallet 2 contacts the upper end surface of the output rod 27, and the output rod 27 receives the work pallet 2.
  • the compressed air in the lock chamber 44 pushes the first piston 41 downward and pushes the second piston 42 upward.
  • the pressing portion 76 of the second piston 42 is received by the receiving portion 66 of the receiving cylinder 65 via the engaging ball 69, and the pressing portion 76 holds the engaging ball 69.
  • the output rod 27 is pushed inward in the radial direction toward the bottom wall of another recess 78 to come into contact with the bottom wall. Then, against the low load caused by the frictional force due to the contact and the frictional force of the sealing members 37, 38, 39, etc., the compressed air in the lock chamber 44 passes through the first piston 41 to The output rod 27 is lowered (refer to the straight line portion L as a part of the low load stroke region in FIG. 1B).
  • the wedge space 68 is formed between the transmission portion 67 provided on the output rod 27 and the receiving portion 66 provided on the receiving cylinder 65 (see FIG. 3B described later).
  • the pushing portion 76 pushes the engagement ball 69 into the wedge space 68, so that boost driving can be started.
  • the booster part 70 of the 2nd piston 42 pushes out the engagement ball
  • the upward thrust acting on the second piston 42 is boosted downward through the booster 70, the engagement ball 69, the receiving part 66, and the transmission part 67, and the output rod 27 is lowered downward.
  • the output rod 27 is strongly driven downward (high load stroke) by the resultant force of the pressing force by the booster mechanism 64 and the pressing force by the first piston 41.
  • the work pallet 2 descends by its own weight following the descending of the output rod 27, and the tapered hole 11 of the ring member 9 forms the tapered outer peripheral surface of the sleeve 15. I win 17.
  • the work pallet 2 slightly compresses the advance spring 23 via the sleeve 15 and the rod 22, and the taper hole 11 is aligned in the horizontal direction, and its axis is the plug portion. It matches 14 axes.
  • the pressing surfaces 31 of the output rod 27 press the lock balls 29 to the radially outward engagement positions, and the radial pressing force is applied to the locked state.
  • the work pallet 2 is strongly lowered by the downward force that is converted to the downward force via the part 12.
  • the tapered hole 11 of the ring member 9 strongly taper-engages with the tapered outer peripheral surface 17 of the sleeve 15 to reduce the diameter of the sleeve 15, and the axial center of the tapered hole 11 is the axial center of the plug portion 14.
  • the sleeve 15 is further lowered against the urging force of the advance spring 23, and the supported surface T is received by the support surface S.
  • the work pallet 2 is constrained in the horizontal direction by the plug portion 14 via the tapered outer peripheral surface 17 of the sleeve 15 and constrained in the vertical direction by the support surface S.
  • the work pallet 2 can be positioned and fixed to the clamp pallet 1 precisely and strongly.
  • the compressed air in the second release chamber 52 lowers the second piston 42 with respect to the output rod 27 whose rise is prevented by the engagement ball 69.
  • the engagement ball 69 is switched to the state shown in FIG. 2, and the compressed air in the first release chamber 51 raises the output rod 27 via the first piston 41.
  • the output rod 27 is strongly raised. For this reason, the upper end surface of the output rod 27 can lift the top wall 6a of the recess 6 of the work pallet 2 strongly. Therefore, the taper engagement between the taper hole 11 of the ring member 9 and the taper outer peripheral surface 17 of the sleeve 15 can be reliably released.
  • the upward thrust of the second piston 42 is inverted downward and transmitted to the output rod 27 through the booster 70, the engagement ball 69, the receiving part 66 and the transmission part 67.
  • a large reaction force at the time of boost driving acts as a compressive force on the receiving cylinder 65 on the upper wall of the housing 4 from the output rod 27 through the engaging ball 69 and the receiving portion 66. Therefore, the structure for receiving a large reaction force at the time of boost drive is a simple structure in which the receiving cylinder 65 for receiving the compression force is provided in the housing 4, and as a result, the cylinder device can be made small.
  • the holding force by the booster mechanism (the force that prevents the external force acting on the output rod 27 from releasing the locked state) is the “upward thrust of the second piston 42”. About 5 to 10 times. For this reason, the locked state can be held mechanically powerfully.
  • the above-described mechanical holding is more effectively maintained by the biasing force of the holding spring 60. That is, since the holding spring 60 holds the engagement ball 69 driven by the wedge in the wedge engagement state, the locked state of the output rod 27 is reliably maintained. For this reason, even when the pressure in the lock chamber 44 disappears, the locked state can be maintained.
  • the holding spring 60 is configured such that the lower end of the spring is received by the first piston 41 and the upper end of the spring is received by the second piston 42.
  • the stopper 58 provided in the cylinder hole 34 may be protruded inward in the radial direction so that the lower end of the spring is received by the stopper 58 and the upper end of the spring is received by the second piston 42.
  • the holding spring 60 can use other types of springs such as a disc spring instead of the exemplified compression coil spring. These points are the same in the second embodiment described later.
  • the sleeve 15 is not limited to the illustrated annular body, and a plurality of divided bodies may be arranged in an annular shape.
  • the engaging member of the clamp device engages with the straight engaging hole by a frictional force or plastic deformation force instead of the ball engaging with the locked portion 12 formed by the illustrated tapered hole. It may be a collet.
  • an arc-shaped groove, a U-shaped groove, a Gothic arch groove, or the like can be considered. This is the same in the modified example and the second embodiment described later.
  • the reference block may be a table of a machining center or various machines instead of the exemplified clamp pallet 1.
  • the movable block may be a workpiece instead of the illustrated work pallet 2.
  • the reference block and the movable block may be arranged upside down, or may be connected in a horizontal direction or an oblique direction instead of being connected in the illustrated vertical direction. This also applies to a second embodiment described later.
  • FIG. 4 is a view similar to FIG. 1B, showing a modification of the first embodiment.
  • the cylinder device can reduce or eliminate the low load stroke region.
  • output rod 27 can also be configured to be powerfully driven from the beginning of the lock driving process.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention and is similar to FIG. 1A.
  • the same members (or similar members) as the constituent members of the first embodiment will be described with the same reference numerals in principle.
  • This second embodiment exemplifies the case where the present invention is applied to a system for clamping using the hole 80 of the workpiece W, and the cylinder device is substantially the same as compared to the first embodiment.
  • the mechanism for clamping the workpiece W is different in the following points.
  • a lower flange 82 of the cap 81 is inserted in the upper part of the housing 4 so as to be horizontally movable and vertically movable.
  • the cap 81 is urged upward by a plurality of springs 83 (only one spring 83 is shown here).
  • a plurality of guide holes 84 are passed through the peripheral wall of the upper half portion of the cap 81 at a predetermined interval in the circumferential direction (only one guide hole 84 is shown here).
  • a push member 85 is inserted into each guide hole 84 so as to be movable in the horizontal direction.
  • the pressing member 85 includes a grip portion 86 for pressing the inner peripheral surface of the hole 80 and a base portion 87 received on the upper surface of the lower flange 82.
  • a belt-like elastic body 88 made of rubber or the like is attached to the outer periphery of the base 87 of the plurality of pressing members 85, and the elastic body 88 biases the pressing members 85 to the axis of the cap 81. Yes.
  • a lip portion on the inner periphery of the scraper 89 is in contact with the outer peripheral surface of the belt-like elastic body 88.
  • the plurality of pressing members 85 can be moved outward in the radial direction by the tapered surface 91 of the pull rod 90.
  • the lower part of the pull rod 90 is fitted to the upper part of the output rod 27 so as to be horizontally movable.
  • the clamping system with the above configuration operates as follows.
  • the compressed air in the first release chamber 51 and the second release chamber 52 is discharged and the compressed air is supplied to the lock chamber 44 in the release state of FIG. Then, as in the first embodiment, first, the compressed air in the lock chamber 44 lowers the output rod 27 with a low load via the first piston 41, and then the pushing portion 76 of the second piston 42 is engaged. The joint ball 69 is pushed out into the wedge space (see the wedge space 68 in FIG. 3B), and the boost drive is started. Subsequently, the boost portion 70 of the second piston 42 moves the engagement ball 69 inward in the radial direction. Extrude powerfully.
  • the upward thrust acting on the second piston 42 is boosted downward through the booster 70 and the engagement ball 69, and the output rod 27 is driven strongly downward. Therefore, the output rod 27 is strongly driven downward (high load stroke) by the resultant force of the pressing force by the booster mechanism 64 and the pressing force by the first piston 41.
  • the tapered surface 91 of the pull rod 90 pushes the pressing member 85 outward in the radial direction, and the grip portion 86 of each pressing member 85 contacts the inner peripheral surface of the hole 80 of the workpiece W.
  • the workpiece W is pulled down while the hole 80 is lined.
  • the workpiece W is strongly pressed against the support surface S at the upper end of the housing 4.
  • the first release chamber 51 and the second release chamber 52 may be provided with return springs in addition to being configured to supply and discharge the release pressure fluid.
  • the structure connecting the first release chamber 51 and the second release chamber 52 may be a communication hole provided in the body portion 4c of the housing 4 in place of the communication passage 55 provided in the output rod 27. Furthermore, a pipe provided outside the housing 4 may be used.
  • the transmission unit 67 and the receiving unit 66 are preferably provided in three or four in the circumferential direction, but may be two or five or more. Further, the transmission portion 67 or the receiving portion 66 may be formed by omitting the illustrated recess 74 and groove 73. This also applies to the other recess 78 described above.
  • the first and second mounting holes 61 and 62 for mounting the holding spring 60 can be configured as follows instead of arranging a plurality of the first and second mounting holes 61 and 62 in the circumferential direction. That is, the mounting holes 61 and 62 are configured by one annular first mounting hole opened on the upper surface of the first piston 41 and one annular second mounting hole opened on the lower surface of the second piston 42. To do. Then, at least one holding spring made of a large-diameter compression coil spring is inserted into the first mounting hole and the second mounting hole.
  • the mounting hole may be provided in only one of the first piston 41 and the second piston 42, instead of being provided in both of the first piston 41 and the second piston 42.
  • clamping member for clamping the workpiece pallet 2 or the workpiece W is not limited to the exemplified lock ball 29 or the pressing member 85.
  • the output rod 27 is configured to push the clamp member disposed on the upper side of the housing 4 downward when the lock is driven. Instead, the output rod 27 is projected downward from the housing 4. It is also possible that the protruding portion pushes a workpiece or the like disposed on the lower side of the housing 4 downward.
  • the pressure fluid for locking and releasing may be nitrogen gas or a liquid such as pressurized oil instead of compressed air.
  • clamping device of the present invention is not limited to the use for clamping a work pallet or a workpiece, but can also be used for clamping a mold or an attachment.
  • the present invention is configured as follows.
  • the output rod 27 inserted in the housing 4 so as to be movable in the vertical direction is configured to be locked downward.
  • the first piston 41 is inserted into the lower portion of the cylinder hole 34 formed in the housing 4, and the first piston 41 is connected to the lower portion of the output rod 27.
  • a second piston 42 is inserted into the upper portion of the cylinder hole 34, and the second piston 42 is externally fitted to the output rod 27 so as to be movable in the vertical direction.
  • Pressure fluid is supplied to and discharged from the lock chamber 44 disposed between the first piston 41 and the second piston 42.
  • the pressure fluid is supplied to and discharged from the first release chamber 51 disposed below the first piston 41, and the pressure fluid is supplied to the second release chamber 52 disposed above the second piston 42. Discharged.
  • the second release chamber 52 is configured so that the pressure fluid supplied to the lock chamber 44 reverses the force pushing the second piston 42 upward to a downward force and converts the boost to transmit to the output rod 27.
  • a booster mechanism 64 is disposed inside. The booster mechanism 64 is disposed at a predetermined interval in the circumferential direction with a booster portion 70 provided on the second piston 42 and is wedge driven inward in the radial direction by the booster portion 70. A plurality of engaging balls 69.
  • a holding spring 60 that biases the second piston 42 upward is attached to the lock chamber 44 between the first piston 41 and the second piston 42.
  • the present invention has the following effects.
  • the present invention can employ a structure for receiving a compressive force instead of the structure for receiving the pulling force in the prior art as a structure for receiving a large reaction force at the time of boost drive. As a result, the receiving structure can be simply configured, and the cylinder device can be made small.
  • a lock chamber is formed between the first piston and the second piston to supply and discharge pressure fluid, and pressure fluid is supplied to and discharged from the lower side of the first piston and the upper side of the second piston. Since the first release chamber and the second release chamber are formed, it is not necessary to provide a thick partition wall in the middle height portion of the housing, unlike the above-described conventional technology. For this reason, the height of the housing is lowered, and the cylinder device is further reduced in size.
  • the holding spring mounted in the lock chamber between the first piston and the second piston is configured to urge the second piston upward, the output after the output rod is boosted.
  • the holding spring holds the engagement ball driven by the wedge in the wedge engaged state. For this reason, the locked state of the output rod is reliably maintained.
  • the lower end of the holding spring 60 is received by the first piston 41 and the upper end of the holding spring 60 is received by the second piston 42.
  • mounting holes 61 and 62 into which the holding spring 60 is inserted are formed in at least one of the first piston 41 and the second piston 42 so as to face the lock chamber 44. It is preferable.
  • the depth of the mounting hole formed in at least one of the first piston and the second piston can be used as a mounting space for the holding spring, the height of the housing can be lowered to make the cylinder device more compact.
  • a plurality of mounting holes are provided at predetermined intervals in the circumferential direction, a single annular mounting hole is provided, and a plurality of annular mounting holes are provided concentrically. You could think so.
  • the first piston is inserted into the large diameter hole of the cylinder hole and the second piston is inserted into the small diameter hole of the cylinder hole.
  • the pressure fluid supplied to the first release chamber can powerfully release drive the output rod via the large-diameter first piston.
  • the present invention preferably adds the following configuration.
  • the output rod 27 has a low load stroke and a high load stroke.
  • the second piston 42 is received by the housing 4 via the engagement ball 69 to prevent the second piston 42 from rising. Then, when the first piston 41 and the output rod 27 are lowered by a predetermined low load stroke in a state where the rise of the second piston 42 is prevented, the second piston 42 is moved to the engagement ball 69.
  • a high load stroke of the output rod 27 is started.
  • the present invention preferably adds the following configuration.
  • the pressure fluid supplied to the lock chamber 44 between the first piston 41 and the second piston 42 is The output rod 27 is boosted downward via the second piston 42 and the engagement ball 69, and the output rod 27 is driven downward via the first piston 41.
  • the output rod is strongly driven downward by the resultant force of the push-down force by the boost drive and the push-down force by the first piston.

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Abstract

　ハウジング(４)に出力ロッド(２７)が上下移動可能に挿入される。そのハウジング(４)の下部に挿入した第１ピストン(４１)が出力ロッド(２７)に固定され、その第１ピストン(４１)の上側に挿入した第２ピストン(４２)が出力ロッド(２７)に上下移動可能に外嵌される。第１ピストン(４１)と第２ピストン(４２)との間にロック室(４４)が配置され、第１ピストン(４１)の下側および第２ピストン(４２)の上側に第１リリース室(５１)と第２リリース室(５２)とが配置される。出力ロッド(２７)の倍力駆動時には、ロック室(４４)の圧力流体が第２ピストン(４２)と係合ボール(６９)とを介して出力ロッド(２７)を下方へ倍力駆動する。上記第１ピストン(４１)と第２ピストン(４２)との間のロック室(４４)に、その第２ピストン(４２)を上方へ付勢する保持バネ(６０)が装着される。

Description

倍力機構付きシリンダ装置
　この発明は、倍力機構を付設したシリンダ装置に関し、より具体的にいえば、ワークや金型等の被固定物を強力に固定すると共にその固定状態を保持するのに好適な技術に関する。
　この種の倍力機構付きシリンダ装置には、従来では、特許文献１(日本国・特開２００７－２６８６２５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。
　出力ロッドとしてのクランプロッドがハウジングに上下方向へ移動可能に挿入される。上記ハウジングの上部内に挿入したロッド用の第１ピストンがクランプロッドに固定されると共に、その第１ピストンの上下両側に第１ロック室と第１リリース室とが形成される。上記ハウジングの下部内に挿入した倍力用の第２ピストンが上記クランプロッドに上下方向へ移動可能に外嵌されると共に、その第２ピストンの上下両側に第２ロック室と第２リリース室とが形成される。
　そして、上記第１ロック室および第２ロック室に圧縮空気を供給することにより、上記第２ピストンが倍力機構を介して当該クランプロッドを下向きに倍力駆動する。
　従来では、上記倍力機構は、クランプロッドの下部に設けた係合溝と、上記ハウジングの下部に揺動自在に支持した複数の爪部材とを備える。そして、上記倍力駆動時には、下向きに駆動された第２ピストンのテーパ面が爪部材を半径方向の内方へ揺動させて、その爪部材を係合溝に係合させる。
日本国公開特許公報「特開２００７－２６８６２５号公報（２００７年１０月１８日公開）」
　上記の従来技術は次の問題がある。
　前記の倍力駆動時には、下向きに駆動された第２ピストンが爪部材と係合溝とを介してクランプロッドを下方へ倍力駆動するので、その倍力駆動時の大きな反力が係合溝から爪部材へ上向きに作用し、上記の爪部材を上方へ強力に引っ張る。このため、上記爪部材をハウジングに揺動自在に支持する構造を強固にする必要があり、その支持構造が大きくなって、シリンダ装置が大形になる。
　また、上記の従来技術では、第１ピストンの下側に形成した第１リリース室と第２ピストンの上側に形成した第２ロック室とを区画する必要があるので、ハウジングの途中高さ部に厚肉の仕切り壁を設ける必要がある。このため、ハウジングの背丈が高くなり、シリンダ装置が大形になる。
　本発明の目的は、倍力機構付きシリンダ装置を小形に造れるようにすることにある。
　上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１Ａから図３Ｂ(若しくは図４)、又は図５に示すように、倍力機構付きシリンダ装置を次のように構成した。
　ハウジング４に上下方向へ移動可能に挿入した出力ロッド２７を下方へロック駆動するように構成する。上記ハウジング４に形成したシリンダ孔３４の下部に第１ピストン４１を挿入し、その第１ピストン４１を上記出力ロッド２７の下部に連結する。上記シリンダ孔３４の上部に第２ピストン４２を挿入し、その第２ピストン４２を上記出力ロッド２７に上下方向へ移動可能に外嵌する。上記第１ピストン４１と上記第２ピストン４２との間に配置されたロック室４４に圧力流体が供給および排出される。上記第１ピストン４１の下側に配置された第１リリース室５１に圧力流体が供給および排出されると共に、上記第２ピストン４２の上側に配置された第２リリース室５２に圧力流体が供給および排出される。上記ロック室４４に供給された圧力流体が上記第２ピストン４２を上方へ押す力を下向きの力に反転させると共に倍力変換して上記出力ロッド２７へ伝達するように、上記第２リリース室５２内に倍力機構６４を配置する。その倍力機構６４は、上記第２ピストン４２に設けた倍力部７０と、周方向へ所定の間隔をあけて配置されると共に上記倍力部７０によって半径方向の内方へ楔駆動される複数の係合ボール６９とを有する。そして、上記第１ピストン４１と上記第２ピストン４２との間の上記ロック室４４に、当該第２ピストン４２を上方へ付勢する保持バネ６０が装着される。
図１Ａは、本発明の倍力機構付きシリンダ装置を利用したクランピングシステムの第１実施形態を示し、そのクランピングシステムの分離状態の立面視の断面図である。図１Ｂは、上記の図１Ａの主要部の拡大図である。 図２は、上記クランピングシステムのリリース状態を示し、上記の図１Ａに類似する図である。 図３Ａは、上記クランピングシステムのロック状態を示し、上記の図１Ａに類似する図である。図３Ｂは、上記の図１Ｂに類似する図である。 図４は、上記の第１実施形態の変形例を示し、上記の図１Ｂに類似する図である。 図５は、上記クランピングシステムの第２実施形態を示し、上記の図２に類似する図である。
　図１Ａから図３Ｂ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、ワークパレットのクランピングシステムに本発明を適用した場合を例示してある。
　まず、主として図１Ａ及び図１Ｂによって上記クランピングシステムの全体構成を説明する。
　基準ブロックとしてのクランプパレット１の上方に、可動ブロックとしてのワークパレット２が搬入される。上記ワークパレット２の上面には複数のワークピースが別のクランプ装置によって着脱可能になっている(いずれも図示せず)。
　上記クランプパレット１は、ベースプレート３と、そのベースプレート３に複数のボルト(図示せず)によって固定されたハウジング４とを備える。
　上記ワークパレット２の凹所６の下部にシム部材８及びリング部材９が挿入され、これらシム部材８及びリング部材９が複数のボルト(図示せず)によってワークパレット２に固定される。上記リング部材９には、位置決め用のテーパ孔１１とクランプ用の被係止部１２とが下側から順に形成される。上記リング部材９の内周部が下向きに突出され、その環状突出部の下面によって被支持面Ｔが構成されている(図２と図３Ａを参照)。
　上記ハウジング４から環状のプラグ部分１４が上方へ一体に突出され、そのプラグ部分１４が上記ワークパレット２の前記リング部材９内に挿入されるようになっている(図２を参照)。
　上記プラグ部分１４の下部の外周側でハウジング４の外面が上向きに突出され、その環状突出部の上面によって環状の支持面Ｓが構成されている(図２と図３Ａを参照)。
　上記プラグ部分１４の下寄り部の外周に、直径方向へ拡大および縮小可能なスリーブ１５が配置される。上記スリーブ１５のストレート内周面１６がプラグ部分１４の外周面に上下方向へ移動可能に支持される。また、上記スリーブ１５のテーパ外周面１７が上記ワークパレット２の前記テーパ孔１１に係合可能とされる。ここでは、上記スリーブ１５の周壁の一部にスリット１８を形成することにより、上記ストレート内周面１６及びテーパ外周面１７が直径方向へ拡大および縮小可能になっている。なお、この実施形態では、上記スリーブ１５は、テーパ外周面１７に作用する外力によって縮径し、その外力を解除したときに自己の弾性復元力によって拡径する。
　上記スリーブ１５を所定の力で上方へ押すための進出手段２０が設けられる。その進出手段２０は、前記支持面Ｓの内方側に周方向へ所定の間隔をあけて開口された複数のガイド孔２１(ここでは１つのガイド孔だけを図示している)と、そのガイド孔２１に挿入したロッド２２と、そのロッド２２を上方へ付勢する進出バネ２３とを備える。上記ロッド２２の上端面がスリーブ１５の下端面に接当されている。なお、上記スリーブ１５が所定量以上に上方へ移動することは、前記プラグ部分１４に設けたストップ部２４によって阻止されている。
　上記プラグ部分１４の筒孔１４ａに封止部材２６を介して出力ロッド２７の上ロッド部分２７ａが上下方向へ保密移動可能に挿入される。上記プラグ部分１４の周壁の上寄り部に周方向へ所定間隔をあけて複数の貫通孔２８が形成され、各貫通孔２８にロックボール２９が半径方向の内方の係合解除位置(図１Ａと図２を参照)と半径方向の外方の係合位置(図３Ａを参照)とに移動可能に支持される。上記の出力ロッド２７の外周面の上部には、上記の各ロックボール２９に対応させて、押圧面３１と退避溝３２とが上下に連ねて形成される。
　上記ハウジング４の下半分内にシリンダ孔３４が形成される。そのシリンダ孔３４は、下部に設けた大径孔３５と上寄り部に設けた小径孔３６とを有する。
　上記の大径孔３５に封止部材３７を介して第１ピストン４１が保密状に挿入され、その第１ピストン４１が上記出力ロッド２７の下ロッド部分２７ｂの下部に連結される。なお、この実施形態では、上記第１ピストン４１と出力ロッド２７との両部材を一体に形成しているが、これら両部材を別体に形成してもよい。
　また、上記小径孔３６に外封止部材３８を介して環状の第２ピストン４２が保密状に挿入されると共に、その第２ピストン４２が内封止部材３９を介して上記の下ロッド部分２７ｂに上下方向へ保密移動可能に外嵌される。なお、上記の下ロッド部分２７ｂは、前記の上ロッド部分２７ａよりも僅かに大径に形成されている。
　上記第１ピストン４１と上記第２ピストン４２との間に、圧縮空気(圧力流体)が供給および排出されるロック室４４が配置される。そのロック室４４は、ロック給排路４５を介してロックポート(図示せず)へ連通される。
　また、上記第１ピストン４１の下側に、圧縮空気が供給および排出される第１リリース室５１が配置されると共に、上記第２ピストン４２の上側に、圧縮空気が供給および排出される第２リリース室５２が配置される。第１リリース室５１は、リリース給排路５４を介してリリースポート(図示せず)へ連通される。また、第２リリース室５２は、上記第１ピストン４１及び出力ロッド２７内に形成した連通路５５を介して第１リリース室５１へ連通される。
　上記ロック室４４内で上記第１ピストン４１と上記第２ピストン４２との間に複数の保持バネ６０が装着される(ここでは１つの保持バネ６０だけを図示してある)。上記保持バネ６０は、圧縮コイルバネからなり、第１ピストン４１に対して第２ピストン４２を上方へ付勢する。より詳しくいえば、第１ピストン４１の上面に、周方向へ間隔をあけて複数の第１装着穴６１がロック室４４に対面するように開口される。また、第２ピストン４２の下面にも、周方向へ間隔をあけて複数の第２装着穴６２がロック室４４に対面するように開口される。上記の上下の２つ装着穴６１，６２に保持バネ６０が挿入され、上記保持バネ６０の下端と上端とが上記の２つ装着穴６１，６２の底壁によって受け止められる。
　上記第２リリース室５２内に倍力機構６４が配置される。その倍力機構６４は、上記ロック室４４に供給された圧力流体が上記第２ピストン４２を上方へ押す力を下向きの力に反転させると共に倍力変換して上記出力ロッド２７へ伝達するように構成される。
　上記の倍力機構６４は、次のように構成されている。即ち、第２リリース室５２の上壁から受け筒６５が下方へ突出される。その受け筒６５に設けた受部６６と上ロッド部分２７ａの下部に設けた伝達部６７との間に、半径方向の内方へ狭くなるように楔空間６８が形成される(図３Ｂを参照)。上記の楔空間６８は、周方向へ所定の間隔をあけて複数形成される。その楔空間６８に係合ボール６９が挿入される。上記係合ボール６９を半径方向の内方へ押すように、第２ピストン４２に倍力部７０が設けられる。上記の各部材は、より詳しくいえば次のように構成されている。
　この第１実施形態では、上記受け筒６５の下部に、周方向へ４つの横溝７３が形成される。各横溝７３の底壁によって前記受部６６が構成されている。また、出力ロッド２７の上ロッド部分２７ａの下部の外周面に、４つの凹所７４が周方向へほぼ等間隔に形成される。各凹所７４の底壁が上記の伝達部６７を構成している。その伝達部６７は、上方へ向かうにつれて出力ロッド２７の軸心へ近づくように傾斜されている。前記倍力部７０は、第２ピストン４２の内周面に設けた傾斜面によって構成される。その倍力部７０の上側には、後述する押部７６が設けられる。その押部７６は、ここでは円弧状の面を備えている。
　また、出力ロッド２７おいて、上ロッド部分２７ａに設けた上記の凹所７４の下側で、下ロッド部分２７ｂの上部に別の凹所７８が設けられる(図１Ｂを参照)。その別の凹所７８の底壁の上部の直線部分Ｌが、後述する低負荷ストロークの領域の一部となっている。
　上記構成のクランピングシステムは、次のように作動する。
　図１Ａと図１Ｂ(及び図２)のリリース状態では、ロック室４４から圧縮空気が排出されると共に第１リリース室５１と第２リリース室５２に圧縮空気が供給されている。これにより、第１リリース室５１の圧縮空気が第１ピストン４１を上方へ押して、当該第１ピストン４１をシリンダ孔３４の段部５７に接当させている。また、第２リリース室５２の圧縮空気が第２ピストン４２を下方へ押して、当該第２ピストン４２をシリンダ孔３４のストッパー５８に接当させている。このため、その第２ピストン４２の押部７６と係合ボール６９との間(又は受部６６と係合ボール６９との間)に、僅かな隙間が上下方向に形成可能になっている(図示せず)。
　また、上記第１ピストン４１が出力ロッド２７を上昇させているので、前記ロックボール２９が退避溝３２に対面して図示の係合解除位置へ移動可能になっている。また、進出バネ２３の付勢力が、ロッド２２を介して前記スリーブ１５を上昇位置に保持している。
　図１Ａに示すように、上記リリース状態のシリンダ装置の上方に前記ワークパレット２が搬入される。
　上記ワークパレット２を前記クランプパレット１に位置決め固定するときには、まず、ワークパレット２を下降させる。すると、図２に示すように、そのワークパレット２の凹所６の頂壁６ａが前記の出力ロッド２７の上端面に接当して、その出力ロッド２７が上記ワークパレット２を受け止める。
　上記シリンダ装置をロック駆動するときには、図２のリリース状態において、第１リリース室５１及び第２リリース室５２の圧縮空気を排出すると共にロック室４４に圧縮空気を供給する。
　すると、まず、ロック室４４の圧縮空気が、第１ピストン４１を下方へ押すと共に第２ピストン４２を上方へ押す。
　上記ロック駆動行程の初期には、第２ピストン４２の押部７６が係合ボール６９を介して受け筒６５の受部６６に受け止められると共に、その押部７６が、上記係合ボール６９を、出力ロッド２７の別の凹所７８の底壁へ向けて半径方向の内方へ押して当該底壁に接当させる。そして、その接当による摩擦力と前記の封止部材３７，３８，３９等の摩擦力などに起因する低負荷に抗して、ロック室４４の圧縮空気が上記第１ピストン４１を介して上記出力ロッド２７を下降させていく(図１Ｂにおいて、低負荷ストローク領域の一部としての直線部分Ｌを参照)。
　上記出力ロッド２７が下降すると、まず、その出力ロッド２７に設けた伝達部６７と受け筒６５に設けた受部６６との間に前記楔空間６８が形成され(後述の図３Ｂを参照)、前記押部７６が係合ボール６９を楔空間６８に押し出して、倍力駆動が開始可能となる。
　そして、後述する高負荷が上記出力ロッド２７に作用するときには、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第２ピストン４２の倍力部７０が係合ボール６９を半径方向の内方へ強力に押し出す。これにより、その第２ピストン４２に作用する上向き推力は、倍力部７０と係合ボール６９と受部６６及び伝達部６７を介して、下向きに倍力変換されて、出力ロッド２７が下向きに駆動されていく。このため、その倍力機構６４による押下げ力と第１ピストン４１による押下げ力との合力により、上記出力ロッド２７が下方へ強力に駆動される(高負荷ストローク)。
　上記のようにシリンダ装置が動作したときには、上記の出力ロッド２７の下降に追従して前記ワークパレット２が自重で下降していき、前記リング部材９の前記テーパ孔１１がスリーブ１５のテーパ外周面１７に接当する。これにより、上記ワークパレット２が、上記スリーブ１５とロッド２２とを介して進出バネ２３を僅かに圧縮すると共に、上記テーパ孔１１が水平方向へ調心移動されて、その軸心が前記プラグ部分１４の軸心に合致する。
　これとほぼ同時に、上記の出力ロッド２７の前記の各押圧面３１が前記の各ロックボール２９を半径方向の外方の係合位置へ押圧し、その半径方向の押圧力が前記の被係止部１２を介して下向きの力へ変換され、その下向き力によって上記ワークパレット２を強力に下降させる。
　すると、前記リング部材９のテーパ孔１１が前記スリーブ１５のテーパ外周面１７に強力にテーパ係合して当該スリーブ１５を縮径させ、上記テーパ孔１１の軸心が前記プラグ部分１４の軸心に精密に合致すると共に、進出バネ２３の付勢力に抗して上記スリーブ１５がさらに下降し、前記の被支持面Ｔが前記の支持面Ｓによって受け止められる。
　これにより、上記ワークパレット２は、上記スリーブ１５のテーパ外周面１７を介してプラグ部分１４によって水平方向へ拘束されると共に上記の支持面Ｓによって上下方向へ拘束されることになり、その結果、上記ワークパレット２を上記クランプパレット１に精密かつ強力に位置決め固定できる。
　上記シリンダ装置を図３Ａのロック状態から図２のリリース状態へ切換えるときには、上記図３Ａにおいて、ロック室４４の圧縮空気を排出すると共に第１リリース室５１及び第２リリース室５２に圧縮空気を供給する。
　すると、まず、係合ボール６９によって上昇が阻止された出力ロッド２７に対して、第２リリース室５２の圧縮空気が第２ピストン４２を下降させる。その第２ピストン４２が下降することにより、上記係合ボール６９が図２の状態に切り換わり、第１リリース室５１の圧縮空気が第１ピストン４１を介して上記出力ロッド２７を上昇させる。
　ここで、上記第１ピストン４１は大径に形成されているので、上記出力ロッド２７を強力に上昇させる。このため、上記出力ロッド２７の上端面が前記ワークパレット２の凹所６の頂壁６ａを強力に持ち上げることが可能になった。従って、前記リング部材９のテーパ孔１１と前記スリーブ１５のテーパ外周面１７とのテーパ係合を確実に解除できる。
　その結果、図１Ａに示すように、ワークパレット２をクランプパレット１から円滑に取り外すことが可能である。
　また、前記倍力駆動時において、上記第２ピストン４２の上向き推力は、倍力部７０と係合ボール６９と受部６６及び伝達部６７を介して下向きに反転されて出力ロッド２７へ伝達される。このため、倍力駆動時の大きな反力は、上記出力ロッド２７から係合ボール６９と受部６６とを介してハウジング４の上壁の受け筒６５に圧縮力として作用する。従って、倍力駆動時の大きな反力を受け止める構造は、上記の圧縮力を受け止める受け筒６５をハウジング４に設けるだけの簡素な構造になり、その結果、シリンダ装置を小形に造れる。
　なお、前記図３Ａのロック状態において、倍力機構による保持力(出力ロッド２７に作用する外力が上記ロック状態を解除するのを防止する力)は、上記「第２ピストン４２の上向き推力」の約５～１０倍となる。このため、上記ロック状態を機械的に強力に保持することが可能となった。
　上記の機械的な保持は、前記保持バネ６０の付勢力によってさらに効果的に維持される。即ち、楔駆動された前記係合ボール６９を上記保持バネ６０が楔係合状態に保持するので、上記出力ロッド２７のロック状態が確実に維持される。このため、ロック室４４の圧力が消失した場合であっても、上記ロック状態を維持することが可能である。
　この第１実施形態では、保持バネ６０について、バネ下端を第１ピストン４１に受け止めると共にバネ上端を第２ピストン４２に受け止めるように構成した。これに代えて、シリンダ孔３４に設けた前記ストッパー５８を半径方向の内方へ突出させて、上記バネ下端を上記ストッパー５８に受け止めると共にバネ上端を第２ピストン４２に受け止めるように構成してもよい。また、上記保持バネ６０は、例示した圧縮コイルバネに代えて、皿バネ等の他の種類のバネを利用可能である。これらの点は、後述の第２実施形態においても同様である。
　上記の第１実施形態は、さらに次のように変更可能である。
　前記スリーブ１５は、例示した環状体に限定されるものではなく、複数の分割体を環状に並べたものであってもよい。また、上記クランプ装置の係合部材は、例示したテーパ孔からなる被係止部１２に対して係合するボールに代えて、ストレート係止孔に対して摩擦力や塑性変形力によって係合するコレットであってもよい。
　前記伝達部６７を構成する凹所７４と前記受部６６を構成する横溝７３の形状としては、円弧状の溝やＵ字状の溝やゴシックアーチ溝などが考えられる。この点は、後述する変形例や第２実施形態においても同様である。
　前記の基準ブロックは、例示したクランプパレット１に代えてマシニングセンタや各種機械のテーブルであってもよい。また、前記の可動ブロックは、例示したワークパレット２に代えてワークピースであってもよい。
　上記の基準ブロックと可動ブロックとは、上下逆に配置したものであってもよく、例示した上下方向へ連結することに代えて、水平方向または斜め方向へ連結するものであってもよい。この点は、後述の第２実施形態についても同様である。
　図４は、上記の第１実施形態の変形例を示し、前記の図１Ｂに類似する図である。
　この図４では、図１Ｂにおける前記の別の凹所７８が省略されている。これにより、シリンダ装置は、前記の低負荷ストロークの領域を少なくしたり無くすことが可能である。
　なお、前記出力ロッド２７は、ロック駆動工程の初期から強力に倍力駆動されるように構成することも可能である。
　図５は、本発明の第２実施形態を示し、前記の図１Ａに類似する図である。この第２実施形態においては、上記の第１実施形態の構成部材と同じ部材(または類似する部材)には原則として同一の参照数字を付けて説明する。
　この第２実施形態は、ワークピースＷの孔８０を利用してクランプするシステムに本発明を適用した場合を例示してあり、上記の第１実施形態と比べると、シリンダ装置は実質的に同一であるが、ワークピースＷをクランプする機構が次の点で異なる。
　前記ハウジング４の上部にはキャップ８１の下フランジ８２が水平移動可能かつ上下移動可能に挿入される。上記キャップ８１が複数のバネ８３によって上方へ付勢される(ここでは１つのバネ８３だけを図示している)。
　上記キャップ８１の上半部分の周壁に、周方向へ所定の間隔をあけて複数のガイド孔８４が貫通される(ここでは１つのガイド孔８４だけを図示している)。各ガイド孔８４に押部材８５が水平方向へ移動自在に挿入される。その押部材８５は、前記孔８０の内周面を押すためのグリップ部８６と、上記の下フランジ８２の上面に受け止められた基部８７とを備える。
　上記の複数の押部材８５の基部８７の外周に、ゴム等からなる帯状の弾性体８８が装着され、その弾性体８８が上記の各押部材８５を上記キャップ８１の軸心へ付勢している。なお、帯状の弾性体８８の外周面にはスクレーパ８９の内周のリップ部が接当される。
　上記の複数の押部材８５がプルロッド９０のテーパ面９１によって半径方向の外方へ移動可能とされる。また、上記プルロッド９０の下部が前記の出力ロッド２７の上部に水平移動可能に嵌合される。
　上記構成のクランピングシステムは次のように作動する。
　シリンダ装置をロック駆動するときには、図５のリリース状態において、前記の第１リリース室５１及び第２リリース室５２の圧縮空気を排出すると共にロック室４４に圧縮空気を供給する。すると、前記の第１実施形態と同様に、まず、ロック室４４の圧縮空気が第１ピストン４１を介して出力ロッド２７を低負荷で下降させ、次いで、第２ピストン４２の押部７６が係合ボール６９を楔空間(図３Ｂの楔空間６８を参照)に押し出して倍力駆動が開始され、引き続いて、第２ピストン４２の倍力部７０が係合ボール６９を半径方向の内方へ強力に押し出す。
　これにより、その第２ピストン４２に作用する上向き推力は、倍力部７０と係合ボール６９等を介して下向きに倍力変換され、出力ロッド２７が下向きに強力に駆動される。このため、その倍力機構６４による押下げ力と第１ピストン４１による押下げ力との合力により、上記出力ロッド２７が下方へ強力に駆動される(高負荷ストローク)。
　上記の倍力駆動時には、前記プルロッド９０のテーパ面９１が押部材８５を半径方向の外方へ押し出して、各押部材８５のグリップ部８６をワークピースＷの孔８０の内周面に接当させると共に、その孔８０の内張り状態でワークピースＷが引き下げられる。これにより、ワークピースＷがハウジング４の上端の支持面Ｓに強力に押圧される。
　シリンダ装置を上記ロック状態から図５のリリース状態へ切り換えるときには、大径の第１ピストン４１が出力ロッド２７を介して前記プルロッド９０を強力に上昇させるので、そのプルロッド９０のテーパ面９１と押部材８５の内周面とのテーパ係合を確実に解除できる。
　なお、上記の第２実施形態においても、前記の図４の変形例と同様に、前記第１実施形態で説明した別の凹所７８を省略してもよい。
　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。
　前記第１リリース室５１と第２リリース室５２とは、リリース用圧力流体を供給および排出可能に構成することに加えて、戻しバネを装着するようにしてもよい。
　上記第１リリース室５１と第２リリース室５２とを接続する構造は、前記出力ロッド２７に設けた連通路５５に代えて、ハウジング４の胴部４ｃに設けた連通孔であってもよく、さらには、ハウジング４の外側に設けた配管であってもよい。
　前記の伝達部６７と受部６６は、周方向へ３つ又は４つ設けることが好ましいが、２つ又は５つ以上であってもよい。また、上記伝達部６７又は受部６６は、例示した凹所７４や溝７３を省略して形成したものであってもよい。この点は、前記の別の凹所７８についても同様である。
　前記保持バネ６０を装着するための第１と第２の装着穴６１，６２は、周方向へ複数配置することに代えて、次のように構成することが可能である。即ち、装着穴６１，６２は、第１ピストン４１の上面に開口させた一つの環状の第１装着穴と、第２ピストン４２の下面に開口させた一つの環状の第２装着穴とによって構成する。そして、上記の第１装着穴と第２装着穴とに、大径の圧縮コイルバネからなる保持バネを少なくとも一つ挿入する。
　上記装着穴は、第１ピストン４１と第２ピストン４２との両者に設けることに代えて、上記両者のいずれか一方だけに設けても良い。
　前記ワークパレット２やワークピースＷをクランプするためのクランプ部材は、例示した前記ロックボール２９や前記の押部材８５に限定されないことは勿論である。
　また、前記出力ロッド２７は、ハウジング４の上側に配置した上記クランプ部材をロック駆動時に下方へ押すようにしたが、これに代えて、当該出力ロッド２７をハウジング４よりも下方へ突出させることにより、その突出部が、ハウジング４の下側に配置したワークピース等を下方へ押すように構成することも可能である。
　ロック及びリリース用の圧力流体は、圧縮空気に代えて、窒素ガス等であってもよく、圧油等の液体であってもよい。
　また、本発明のクランプ装置は、ワークパレットやワークピースのクランピングの用途に限定されるものではなく、金型やアタッチメント等のクランピングにも利用可能である。
　本発明は、当業者が想定できる範囲でその他の変更を行えることは勿論である。
　（本発明の種々の側面）
　上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１Ａから図３Ｂ(若しくは図４)、又は図５に示すように、倍力機構付きシリンダ装置を次のように構成した。
　ハウジング４に上下方向へ移動可能に挿入した出力ロッド２７を下方へロック駆動するように構成する。上記ハウジング４に形成したシリンダ孔３４の下部に第１ピストン４１を挿入し、その第１ピストン４１を上記出力ロッド２７の下部に連結する。上記シリンダ孔３４の上部に第２ピストン４２を挿入し、その第２ピストン４２を上記出力ロッド２７に上下方向へ移動可能に外嵌する。上記第１ピストン４１と上記第２ピストン４２との間に配置されたロック室４４に圧力流体が供給および排出される。上記第１ピストン４１の下側に配置された第１リリース室５１に圧力流体が供給および排出されると共に、上記第２ピストン４２の上側に配置された第２リリース室５２に圧力流体が供給および排出される。上記ロック室４４に供給された圧力流体が上記第２ピストン４２を上方へ押す力を下向きの力に反転させると共に倍力変換して上記出力ロッド２７へ伝達するように、上記第２リリース室５２内に倍力機構６４を配置する。その倍力機構６４は、上記第２ピストン４２に設けた倍力部７０と、周方向へ所定の間隔をあけて配置されると共に上記倍力部７０によって半径方向の内方へ楔駆動される複数の係合ボール６９とを有する。そして、上記第１ピストン４１と上記第２ピストン４２との間の上記ロック室４４に、当該第２ピストン４２を上方へ付勢する保持バネ６０が装着される。
　本発明は、次の作用効果を奏する。
　第１ピストンと第２ピストンとの間に配置されたロック室に圧力流体を供給することにより、第１ピストンを下方へ押すと共に第２ピストンを上方へ押すことができる。そして、上記ロック室の圧力流体が第２ピストンを上方へ押す力は、倍力機構の倍力部と係合ボールとを介して下方へ反転されて出力ロッドへ伝達される。このため、倍力駆動時に作用する上向きの大きな反力は、上記出力ロッドから係合ボールを介してハウジングに作用することになる。従って、本発明は、倍力駆動時の大きな反力を受け止める構造として、前記の従来技術における引っ張り力を受け止める構造に代えて、圧縮力を受け止める構造を採用できる。その結果、上記の受け止め構造を簡素に構成することが可能になり、シリンダ装置を小形に造れる。
　また、本発明は、第１ピストンと第２ピストンとの間に圧力流体が給排されるロック室が形成されると共に、第１ピストンの下側および第２ピストンの上側に圧力流体が給排される第１リリース室および第２リリース室が形成されるので、前記の従来技術とは異なり、ハウジングの途中高さ部に厚肉の仕切り壁を設ける必要が無い。このため、ハウジングの背丈が低くなり、シリンダ装置がさらに小形になる。
　そのうえ、上記第１ピストンと第２ピストンとの間のロック室に装着した保持バネが、当該第２ピストンを上方へ付勢するように構成したので、出力ロッドを倍力駆動した後の当該出力ロッドのロック状態において、楔駆動された前記係合ボールを上記保持バネが楔係合状態に保持する。このため、上記出力ロッドのロック状態が確実に維持される。
　なお、本発明において、前記保持バネ６０の下端を前記第１ピストン４１によって受け止めると共に、前記保持バネ６０の上端を前記第２ピストン４２によって受け止めることが好ましい。
　また、本発明においては、前記第１ピストン４１と前記第２ピストン４２との少なくとも一方に、前記保持バネ６０が挿入される装着穴６１，６２を、前記ロック室４４に対面するように形成することが好ましい。
　この場合、第１ピストンと第２ピストンとの少なくとも一方のピストンに形成した装着穴の深さを保持バネの装着スペースとして利用できるので、ハウジングの背丈を低くしてシリンダ装置をさらにコンパクトに造れる。
　なお、上記の装着穴については、周方向へ所定の間隔をあけて複数の装着穴を設ける場合と、環状の装着穴を一つだけ設ける場合と、環状の装着穴を同心状に複数設ける場合とが考えられる。
　また、本発明においては、前記シリンダ孔の大径孔に前記第１ピストンを挿入すると共に、そのシリンダ孔の小径孔に前記第２ピストンを挿入することが好ましい。
　この場合、シリンダ装置をロック状態からリリース状態へ切換えるときに、第１リリース室へ供給した圧力流体が上記の大径の第１ピストンを介して出力ロッドを強力にリリース駆動できる。
　さらに、本発明は、次の構成を加えることが好ましい。
　即ち、前記の出力ロッド２７は低負荷ストロークと高負荷ストロークとを有する。上記出力ロッド２７の低負荷ストローク時には上記第２ピストン４２を前記係合ボール６９を介して上記ハウジング４に受け止めることによって当該第２ピストン４２が上昇するのを阻止する。そして、上記第２ピストン４２の上記の上昇が阻止された状態で上記第１ピストン４１及び前記出力ロッド２７が所定の低負荷ストロークだけ下降したときに、上記第２ピストン４２が上記係合ボール６９を介して上記出力ロッド２７を倍力駆動することにより、当該出力ロッド２７の高負荷ストロークが開始されるように構成する。
　この場合、上記の低負荷ストローク時において、前記倍力機構の係合ボールが第２ピストンの上昇を阻止するので、その第２ピストンの上昇ストロークが不要になり、ハウジングの背丈をさらに小さくできる。
　また、本発明は、次の構成を加えることが好ましい。
　即ち、前記出力ロッド２７が所定の低負荷ストロークを下降した後の高負荷ストローク時には、前記第１ピストン４１と前記第２ピストン４２との間の前記ロック室４４に供給された圧力流体が、前記第２ピストン４２と前記係合ボール６９とを介して前記出力ロッド２７を下方へ倍力駆動すると共に、前記第１ピストン４１を介して当該出力ロッド２７を下方へ駆動する。
　この場合、倍力駆動による押し下げ力と第１ピストンによる押し下げ力との合力により、出力ロッドが下方へ強力に駆動される。
　４：ハウジング，２７：出力ロッド，３４：シリンダ孔，３５：大径孔，３６：小径孔，４１：第１ピストン，４２：第２ピストン，４４：ロック室，５１：第１リリース室，５２：第２リリース室，６０：保持バネ，６１：装着穴(第１装着穴)，６２：装着穴(第２装着穴)，６４：倍力機構，６９：係合ボール，７０：倍力部．

Claims (6)

  1. 　ハウジング(４)に上下方向へ移動可能に挿入した出力ロッド(２７)を下方へロック駆動するように構成したシリンダ装置であって、
    　上記ハウジング(４)に形成したシリンダ孔(３４)の下部に挿入されると共に上記出力ロッド(２７)の下部に連結された第１ピストン(４１)と、
    　上記シリンダ孔(３４)の上部に挿入されると共に上記出力ロッド(２７)に上下方向へ移動可能に外嵌された第２ピストン(４２)と、
    　上記第１ピストン(４１)と上記第２ピストン(４２)との間に配置されて圧力流体が供給および排出されるロック室(４４)と、
    　上記第１ピストン(４１)の下側に配置されて圧力流体が供給および排出される第１リリース室(５１)と、
    　上記第２ピストン(４２)の上側に配置されて圧力流体が供給および排出される第２リリース室(５２)と、
    　上記ロック室(４４)に供給された圧力流体が上記第２ピストン(４２)を上方へ押す力を下向きの力に反転させると共に倍力変換して上記出力ロッド(２７)へ伝達するように上記第２リリース室(５２)内に配置された倍力機構(６４)であって、上記第２ピストン(４２)に設けた倍力部(７０)と、周方向へ所定の間隔をあけて配置されると共に上記倍力部(７０)によって半径方向の内方へ楔駆動される複数の係合ボール(６９)とを有する倍力機構(６４)と、
    　上記第１ピストン(４１)と上記第２ピストン(４２)との間の上記ロック室(４４)に装着されると共に当該第２ピストン(４２)を上方へ付勢する保持バネ(６０)と、を備える、
    　ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
  2. 　請求項１の倍力機構付きシリンダ装置において、
    　前記保持バネ(６０)の下端を前記第１ピストン(４１)によって受け止めると共に、前記保持バネ(６０)の上端を前記第２ピストン(４２)によって受け止める、
    　ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
  3. 　請求項１又は２の倍力機構付きシリンダ装置において、
    　前記第１ピストン(４１)と前記第２ピストン(４２)との少なくとも一方に、前記保持バネ(６０)が挿入される装着穴(６１，６２)を、前記ロック室(４４)に対面するように形成した、
    　ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
  4. 　請求項１又は２の倍力機構付きシリンダ装置において、
    　前記シリンダ孔(３４)は、小径孔(３６)と、その小径孔(３６)よりも大きく形成された大径孔(３５)とを有し、
    　上記の大径孔(３５)に前記第１ピストン(４１)を挿入し、上記の小径孔(３６)に前記第２ピストン(４２)を挿入した、
    　ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
  5. 　請求項１又は２の倍力機構付きシリンダ装置において、
    　前記の出力ロッド(２７)は低負荷ストロークと高負荷ストロークとを有し、
    　上記出力ロッド(２７)の低負荷ストローク時には上記第２ピストン(４２)を前記係合ボール(６９)を介して上記ハウジング(４)に受け止めることによって当該第２ピストン(４２)が上昇するのを阻止し、上記第２ピストン(４２)の上記の上昇が阻止された状態で上記第１ピストン(４１)及び前記出力ロッド(２７)が所定の低負荷ストロークだけ下降したときに、上記第２ピストン(４２)が上記係合ボール(６９)を介して上記出力ロッド(２７)を倍力駆動することにより、当該出力ロッド(２７)の高負荷ストロークが開始される、
    　ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
  6. 　請求項１又は２の倍力機構付きシリンダ装置において、
    　前記出力ロッド(２７)が所定の低負荷ストロークを下降した後の高負荷ストローク時には、前記第１ピストン(４１)と前記第２ピストン(４２)との間の前記ロック室(４４)に供給された圧力流体が、前記第２ピストン(４２)と前記係合ボール(６９)とを介して前記出力ロッド(２７)を下方へ倍力駆動すると共に、前記第１ピストン(４１)を介して当該出力ロッド(２７)を下方へ駆動する、
    　ことを特徴とする倍力機構付きシリンダ装置。
     
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