(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２００７−２６８６２５号公報（２００７年１０月１８日公開）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来技術は次の問題がある。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。【００１２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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】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３】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】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１Ａから図３Ｂは、本発明の第１実施形態を示している。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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)。
【００１８】
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。
【００１９】
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)。
【００２０】
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)。
【００２１】
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)。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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)。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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)。
【００４３】
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。
【００４４】
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)。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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)。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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)。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
（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。
【００８９】
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。
【００９０】
本発明は、次の作用効果を奏する。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
さらに、本発明は、次の構成を加えることが好ましい。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
また、本発明は、次の構成を加えることが好ましい。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【符号の説明】
【０１０６】
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．
【要約】
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。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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