(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング(７)のシリンダ孔(９)に封止部材(２４)を介してピストン(１１)を保密状に挿入し、そのピストン(１１)の一端側に形成した第１室(１７)を呼吸路(４１)によって上記ハウジング(７)の外側空間へ連通させ、同上ピストン(１１)の他端側に形成した第２室(１８)に対して圧力液体を供給・排出可能に構成し、その第２室(１８)に圧力液体を供給することによって前記の第１室(１７)を収縮させると共に、同上の第２室(１８)から圧力液体を排出することによって上記の第１室(１７)の膨張を許容するように構成し、上記ピストン(１１)を上記の他端側へ付勢するバネ(２１)を上記の第１室(１７)内に設け、上記の呼吸路(４１)に逆止弁座(４５)と逆止弁室(４６)とを前記ハウジング(７)の外側空間へ向けて直列に配置し、その逆止弁室(４６)に挿入した逆止部材(４７)を上記の逆止弁座(４５)に弾性的に閉止接当させ、
上記の第２室(１８)内の前記の圧力液体が前記の封止部材(２４)のシール部分を通って前記の第１室(１７)へ漏出して同上の第１室(１７)内に貯留されたときには、その第１室(１７)の前記の収縮作動によって、上記の第１室(１７)内の上記の貯留液体が前記の逆止部材(４７)を押し開いて前記ハウジング(７)の外側空間へ排出されるように構成した、ことを特徴とする流体圧シリンダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載した流体圧シリンダ装置において、
前記の逆止部材(４７)をボール状に形成して、そのボール状の逆止部材(４７)を逆止バネ(４８)によって上記の逆止弁座(４５)に閉止接当させた、ことを特徴とする流体圧シリンダ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載した流体圧シリンダ装置において、
前記ハウジング(７)に装着したスリーブ(５０)内に前記の逆止弁室(４６)を形成して、その逆止弁室(４６)に前記の逆止部材(４７)及び逆止バネ(４８)を挿入した、ことを特徴とする流体圧シリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、呼吸路を設けた流体圧シリンダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、流体圧シリンダ装置は、ハウジングのシリンダ孔にピストンを挿入して、そのピストンの一端側に形成した第１室を呼吸路によってハウジングの外側空間へ連通し、上記ピストンの他端側に形成した第２室に対して圧力流体を供給・排出させるようになっている。
【０００３】
そして、上記の第２室へ圧力流体を供給すると、ピストンが第１室を収縮させて同上の第１室の内圧を上昇させるので、その第１室の空気が呼吸路を通ってハウジングの外部へ流出される。これとは逆に、上記の第２室から圧力流体を排出すると、バネの付勢力によって上記ピストンが第１室を膨張させるので、その第１室の内圧が大気圧力よりも低下し、ハウジング外の雰囲気が上記の呼吸路を通って第１室へ流入する。
【０００４】
従来では、上記の呼吸路の途中部に金網製のフィルタや焼結金属製のフィルタを装着していた。これにより、ハウジング外の雰囲気が呼吸路を通るときに、その雰囲気中の塵埃や切り粉等の異物が上記フィルタによって捕捉され、その異物がハウジング内へ侵入することを阻止できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記フィルタは、塵埃や切り粉等の固体状の異物を捕捉できるが、液体や気体を捕捉できない。このため、腐食性の液体や気体を含む雰囲気中で流体圧シリンダ装置を使用すると次の問題が生じる。
例えば、水溶性切削油を使用するＮＣ旋盤のワーク用クランプ手段に上記の流体圧シリンダ装置を利用した場合には、そのシリンダ装置の周囲に多量の水溶性切削油が飛散されるうえ、雰囲気中にも霧状の水滴が多量に含まれる。
【０００６】
上記の水溶性切削油や霧状の水滴は、ハウジング外の雰囲気が呼吸孔を通ってハウジング内へ流入するときに、上記フィルタを容易に通過してハウジング内へ侵入する。その侵入した水溶性切削油や水滴は、ハウジング内で劣化・変質してシリンダ孔の摺動面やピストンの摺動面を腐食させるので、ピストンがスムーズに摺動できなくなる。その結果、流体圧シリンダ装置が短期間で使用できなくなる。
本発明の目的は、腐食性の液体や気体を含む雰囲気下でも流体圧シリンダ装置を長期間にわたって良好に使用できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、例えば、図１から図５、又は図６に示すように、流体圧シリンダ装置を次のように構成した。
即ち、ハウジング７のシリンダ孔９に封止部材２４を介してピストン１１を保密状に挿入し、そのピストン１１の一端側に形成した第１室１７を呼吸路４１によって上記ハウジング７の外側空間へ連通させ、同上ピストン１１の他端側に形成した第２室１８に対して圧力液体を供給・排出可能に構成し、その第２室１８に圧力液体を供給することによって前記の第１室１７を収縮させると共に、同上の第２室１８から圧力液体を排出することによって上記の第１室１７の膨張を許容するように構成し、
上記ピストン１１を上記の他端側へ付勢するバネ２１を上記の第１室１７内に設け、
上記の呼吸路４１に逆止弁座４５と逆止弁室４６とを前記ハウジング７の外側空間へ向けて直列に配置し、その逆止弁室４６に挿入した逆止部材４７を上記の逆止弁座４５に弾性的に閉止接当させ、
上記の第２室１８内の前記の圧力液体が前記の封止部材２４のシール部分を通って前記の第１室１７へ漏出して同上の第１室１７内に貯留されたときには、その第１室１７の前記の収縮作動によって、上記の第１室１７内の上記の貯留液体が前記の逆止部材４７を押し開いて前記ハウジング７の外側空間へ排出されるように構成した。
【０００８】
なお、上記の逆止部材４７を逆止弁座４５に弾性的に接当させる手段としては、逆止部材４７をバネやゴム等の弾性体によって付勢する場合と、その逆止部材４７を弾性体によって構成してそれ自体の弾性力を利用する場合とが考えられる。
【０００９】
請求項２の発明は、例えば、同上の図１から図５、又は図６に示すように、上記の請求項１の構成に次の構成を加えたものである。
即ち、前記の逆止部材４７をボール状に形成して、そのボール状の逆止部材４７を逆止バネ４８によって上記の逆止弁座４５に閉止接当させたものである。
【００１０】
請求項３の発明は、例えば、同上の図１から図５、又は図６に示すように、上記の請求項１又は２の構成に次の構成を加えたものである。
即ち、前記ハウジング７に装着したスリーブ５０内に前記の逆止弁室４６を形成して、その逆止弁室４６に前記の逆止部材４７及び逆止バネ４８を挿入したものである。
【００１１】
【作用効果】
請求項１の発明は、例えば、図１から図５、又は図６に示すように、次の作用効果を奏する。
第２室１８へ圧力液体を供給すると、ピストン１１が第１室１７を収縮させてその内圧を上昇させるので、その第１室１７内の空気等の流体が逆止部材４７を押し開いてハウジング７の外部へ流出される。これとは逆に、上記の第２室１８から圧力液体を排出すると、バネ２１の付勢力によって上記の第１室１７が膨張されるので、同上の第１室１７の内圧が低下していく。すると、上記の逆止部材４７が上記ハウジング７の内外の差圧力と閉弁用の弾性力(ここでは図５中の逆止バネ４８の付勢力)との合力によって逆止弁座４５に閉止接当された状態に保たれるので、ハウジング７の外部の雰囲気が第１室１７内へ侵入することを阻止できる。
【００１２】
このため、上記ハウジング７の周囲に多量の水溶性切削油が飛散されたり雰囲気中に霧状の水滴が多量に含まれている場合であっても、これら水溶性切削油や霧状の水滴が上記の第１室１７内へ侵入しない。これと同様に、雰囲気中に腐食性の気体が存在する場合であっても、その腐食性の気体が第１室１７へ侵入するのを上記の逆止部材４７によって阻止できる。
従って、シリンダ孔９の摺動面やピストン１１の摺動面を長期間にわたって良好な状態に保つことができ、流体圧シリンダ装置を長期間にわたってメンテナンスフリーで使用できる。
【００１３】
本発明は、上記の逆止部材４７の作動によって、さらに次の効果を奏する。
上記シリンダ装置を長期間にわたって使用すると、ピストン１１のシール部材(封止部材)２４の摩耗や膨潤などによって、前記の第２室１８へ供給された圧力液体が第１室１７へリークしていく。しかし、そのリークした圧力液体は、第１室１７が収縮操作された時に逆止部材４７を押し開いてハウジング７の外部へ排出されるので、上記の第１室１７内に貯溜されない。このため、その第１室１７が異常に圧力上昇するのを防止して、シリンダ装置を長期間にわたって良好に駆動できる。
【００１４】
なお、第２室１８へ供給される圧力流体が圧油等の液体であるので、さらに次の作用効果を奏する。即ち、その第２室１８から第１室１７へリークした液体を逆止部材４７から自動的に排出できるので、第１室１７内に液体が充満されるのを防止できる。その結果、そのリークした液体によってシリンダ装置がロックされてしまうのを防止できる。
【００１５】
上記の請求項１の発明は、さらに次の作用効果を奏する。
ハウジング７の外部の腐食性の液体や気体が第１室１７内へ侵入することを逆止部材４７によって阻止できるので、その第１室１７内に装着したバネ２１が腐食されるのを防止できる。このため、そのバネ２１によってピストン１１を長期間にわたって強力かつ確実に駆動できる。
【００１６】
なお、上記シリンダ装置の組み立て時に第１室１７の壁面やバネ２１に潤滑油を塗布した場合において、上述したように、ハウジング７の外部の液体が第１室１７内へ侵入するのを阻止できるので、その侵入した液体によって塗布した潤滑油が劣化されることを防止でき、また、その侵入した液体によって上記の潤滑油が外部へ連れ出されるのを防止できる。このため、上記の潤滑油によってシリンダ装置をスムーズに駆動することと、長期間のメンテナンスフリーを実現することとを両立できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態を図１から図５に基づいて説明する。この第１実施形態は、本発明に係るシリンダ装置を利用したバネ式クランプ装置を示している。
まず、図１と図４及び図５によって上記クランプ装置の構成を説明する。図１は、クランプ状態の縦断面図である。図４は平面図である。図５は、上記の図１中の矢印Ｖ部分の詳細図である。
【００１８】
テーブル１の上面に載置したワークピース２がクランプ装置３のクランプ部材４によって固定される。そのクランプ部材４は、上下方向へ延びるロッド５と、その上部に固定したアーム６とによって構成される。そのアーム６の先端部分に押ボルト６ａが高さ調節可能に固定される。なお、上記クランプ装置３のハウジング７は、４本のボルト８によって上記テーブル１に固定されている。
【００１９】
上記ハウジング７内に、大径の第１シリンダ孔９と小径の第２シリンダ孔(別のシリンダ孔)１０とがほぼ同軸上で上下方向に所定の間隔をあけて設けられる。上記の第１シリンダ孔９に環状の第１ピストン１１が保密状に挿入される。その第１ピストン１１の筒孔１１ａに上記ロッド５の下部分が旋回自在で保密状に挿入される。なお、上記ロッド５の伝動フランジ１４と上記の第１ピストン１１の下面との間にスラストベアリング１５が装着されている。符号２４・２５は、それぞれ、Ｏリング(封止部材)である。
【００２０】
上記ハウジング７の上壁７ａと上記の第１ピストン１１との間にクランプ用バネ室(第１室)１７が形成されると共に、その第１ピストン１１の下側に作動室(第２室)１８が形成される。上記のバネ室１７に装着した第１バネ(クランプ用バネ)２１によって上記の第１ピストン１１が下向きに付勢され、その第１ピストン１１の所定量以上の移動がリング１９によって受け止められる。
【００２１】
同上ハウジング７の下部に、上記の作動室１８に対して旋回操作室２６が直列連通状に形成され、その旋回操作室２６に旋回操作手段２７が配置される。その旋回操作手段２７は次のように構成される。
【００２２】
上記の旋回操作室２６の中央下部に前記の第２シリンダ孔１０が形成され、その第２シリンダ孔１０に第２ピストン１２が保密状に挿入され、その第２ピストン１２から上向きに突設した嵌合フランジ２９が上記の旋回操作室２６に嵌入される。そして、前記の第１ピストン１１の環状の受圧面積と上記ロッド５の受圧面積との合計面積が上記の第２ピストン１２の受圧面積よりも大きい値に設定されている。
【００２３】
上記の嵌合フランジ２９と上記の第１ピストン１１との間に形成されている前記の作動室１８が、絞り孔３８と上記の旋回操作室２６とを通って圧油の給排口４０へ連通される。上記の嵌合フランジ２９を第２バネ２２によって上向きに付勢することによって、上記の第２ピストン１２が前記ロッド５へ向けて付勢される。
【００２４】
また、上記の嵌合フランジ２９の外周部に設けたボール３０がハウジング７の溝３１に嵌入される。これらボール３０と溝３１とによって第２ピストン１２の旋回阻止機構３２が構成されている。
さらに、上記の第２ピストン１２の上下方向の直進運動を前記ロッド５の旋回運動へ変換するための変換機構３３が設けられる。その変換機構３３は、上記の第２ピストン１２から上向きに突設されたシャフト３４と、そのシャフト３４に形成した一対のガイド溝３５・３５と、各ガイド溝３５に嵌入されると共に前記ロッド５に支持された別のボール３６とによって構成される。上記シャフト３４が上記ロッド５の下部に挿入されている。また、上記ガイド溝３５は、直線部分３５ａと螺旋部分３５ｂとを備えている(図２参照)。
【００２５】
前記クランプ用バネ室１７が第１の呼吸路４１によってハウジング７の外部空間へ連通され、前記の第２シリンダ孔１０の下部空間が第２の呼吸路４２によってハウジング７の外部空間へ連通される。
上記の第１の呼吸路４１に逆止弁４３が装着される。主として図５に示すように、上記の逆止弁４３は、直列に配置した逆止弁座４５及び逆止弁室４６と、その逆止弁室４６に挿入されたボール状の逆止部材４７と、その逆止部材４７を上記の逆止弁座４５に閉止接当させる逆止バネ４８とによって構成される。
【００２６】
上記の逆止弁室４６は、ハウジング７に圧入固定したスリーブ５０の内部空間によって構成されている。そのスリーブ５０は、圧入固定されるものに代えてネジ止め固定されるものであってもよい。なお、上記スリーブ５０を省略して、逆止弁室４６をハウジング７に直接に形成してもよい。
上記ボール状の逆止部材４７の材質としては、鋼・ゴム・プラスチック等が考えられる。また、その逆止部材４７は、ボール形のものに代えて円板形や円錐形であってもよい。
【００２７】
さらに、上記の逆止弁４３は、リード式の逆止弁であってもよい。この場合、逆止部材は自己の弾性力によって逆止弁座に閉止接当される。その逆止弁座は、ハウジング７の外周面に形成してもよい。
なお、上述した各種の逆止弁を前記の第２の呼吸路４２にも設けてもよい。
【００２８】
次に、上記クランプ装置の作動を、上記の図１と図２及び図３によって説明する。図２はアンクランプ状態を示し、図３は退避状態を示している。なお、上記の図１から図３において、符号Ａは全ストロークを示し、符号Ｂはクランプストロークを示し、符号Ｃは余裕ストロークを示し、符号Ｓは旋回ストロークを示している。
【００２９】
図１のクランプ状態では、作動室１８内の圧油が絞り孔３８と旋回操作室２６と給排口４０とを通って外部へ排出されている。これにより、第１バネ２１が前記の第１ピストン１１を下向きに弾圧し、その第１ピストン１１が前記スラストベアリング１５と伝動フランジ１４と介して前記ロッド５を下向きに押圧する。その結果、クランプ部材４がクランプ位置Ｘへ切換えられ、上記ロッド５の上部に固定した前記アーム６が押ボルト６ａを介してワークピース２をテーブル１に押圧する。
【００３０】
上記の図１のクランプ状態から図２のアンクランプ状態を経て図３の退避状態へ切換えるときには、まず、同上の図１のクランプ状態において、前記の給排口４０へ中圧(この実施形態では、14kgf/cm2から28kgf/cm2程度の圧力)の圧油を供給する。
【００３１】
すると、図２のアンクランプ状態に示すように、上記の圧油が給排口４０から絞り孔３８を通って作動室１８へ供給され、その油圧力が前記ロッド５と第１ピストン１１とに作用する。すると、そのロッド５の受圧面積に作用する油圧力が伝動フランジ１４とスラストベアリング１５とを順に介して第１ピストン１１を上向きに押し上げると共に、その第１ピストン１１の環状の受圧面積に作用する油圧力が同上の第１ピストン１１を上向きに押し上げる。これにより、上記ロッド５が、ガイド溝３５の直線部分３５ａとボール３６との係合に従って第１バネ２１に抗して上昇され、上記クランプ部材４がアンクランプ位置Ｙへ切換えられる。
【００３２】
なお、上記の第１ピストン１１の上昇時に、クランプ用バネ室１７内の圧力が高まると、作動室１８から封止用Ｏリング２４・２５を通ってバネ室１７内へリークした圧油や上記バネ室１７内の空気が逆止部材４７を押し開いてハウジング７の外部へ流出される。
【００３３】
次いで、上記の給排口４０へ高圧(この実施形態では、42kgf/cm2から70kgf/cm2程度の圧力)の圧油を供給する。その高圧油が前記の作動室１８へ供給されることにより、図３に示すように、前記の第２ピストン１２が前記の第２バネ２２に抗して旋回ストロークＳだけ真っすぐに下降される。すると、旋回阻止機構３２によって旋回が阻止されたシャフト３４に対して、前記ロッド５が、前記ガイド溝３５の螺旋部分３５ｂとボール３６との係合に従って旋回され、クランプ部材４が退避位置Ｚへ切換えられる。
【００３４】
上記の図３の退避状態から図２のアンクランプ状態を経て図１のクランプ状態へ切換えるときには、まず、図３の退避状態において、作動室１８内を高圧状態(42kgf/cm2から70kgf/cm2程度の圧力)から中圧状態(14kgf/cm2から28kgf/cm2程度の圧力)へ低下させる。
すると、図２のアンクランプ状態に示すように、前記の第２ピストン１２が前記の第２バネ２２によって旋回ストロークＳ(図３参照)だけ上昇される。すると、前記クランプ部材４が、前記ガイド溝３５の螺旋部分３５ｂとボール３６と係合に従って旋回されて、図２のアンクランプ位置Ｙへ切換えられる。
【００３５】
次いで、上記の給排口４０から圧油を排出して、同上の作動室１８内を無圧状態へ切換える。すると、図１に示すように、第１バネ２１が前記の第１ピストン１１と前記スラストベアリング１５と伝動フランジ１４とを順に介して前記クランプ部材４を下向きに押圧し、そのクランプ部材４がクランプ位置Ｘへ切換えられる。
【００３６】
上記の第１ピストン１１の下降時には、クランプ用バネ室１７の圧力が大気圧力よりも低下するが、前記の逆止部材４７が逆止弁座４５に閉止接当した状態に保たれるので、ハウジング７の外側空間の水分や切削油等の液体・空気等の気体・塵埃等の固体がクランプ用バネ室１７へ侵入しない。このため、前記シリンダ孔９の腐食を防止して第１ピストン１１を長期間にわたって円滑に駆動できる。
【００３７】
なお、上記ピストン１１の下降工程では、逆止部材４７が閉状態に保たれるため、第１室１７内が負圧になり、その負圧力が上記ピストン１１を上昇させようとする。しかし、バネ２１の付勢力と比べと上記の負圧力は極めて小さいので、そのバネ２１によって上記ピストン１１が強力に下降駆動される。ちなみに、上記バネ２１の付勢力を400kgfに設定するとともに上記ピストン１１の受圧面積が12cm2である場合において、仮に上記の第１室１７内が真空(−１kgf/cm2)になっても、ピストン１１に作用する負圧力は、12kgfであって、上記バネ２１の付勢力の３％に過ぎない。従って、上記ピストン１１を円滑に下降駆動できるのである。
【００３８】
上記の第１実施形態は次のように変更可能である。
前記の旋回操作手段２７は、上述のピストン作動式のものに代えて、流体圧モータを利用したり、ソレノイドや電動機等の電動式アクチュエータを利用するものであってもよい。
【００３９】
図６は、第２実施形態を示し、前記の図１に相当する図である。この図６のクランプ装置３は、バネ復帰式に構成されている点が上記の図１とは異なるが、その図１と同じ機能の部材に同一の符号を付けて説明する。
【００４０】
シリンダ孔９にピストン１１がＯリング(封止部材)２４によって保密状に挿入され、そのピストン１１の上側にクランプ用作動室(第２室)１８が形成されるとともに、同上ピストン１１の下側にバネ室(第１室)１７が形成される。上記バネ室１７に復帰用バネ２１が装着される。上記バネ室１７の呼吸路４１に、前記の第１実施形態と同様の逆止弁４３が装着される。
【００４１】
圧油の給排口４０から上記の作動室１８へ圧油を供給すると、上記バネ２１に抗してピストン１１が下降駆動され、そのピストン１１に固設したクランプ部材４がクランプ位置Ｘへ移動され、押ボルト６ａがワークピース２をテーブル１に押圧する。上記ピストン１１の下降によってバネ室１７の内圧が上昇するので、作動室１８から封止用Ｏリング２４を通ってバネ室１７内へリークした圧油や上記バネ室１７内の空気が逆止部材４７を押し開いてハウジング７の外部へ流出される。
【００４２】
これとは逆に、上記の作動室１８から圧油を排出すると、上記バネ２１の付勢力によってピストン１１が上昇駆動される。この場合、上記の逆止部材４７が閉じられるためバネ室１７が負圧になるが、ピストン１１に作用する負圧力よりも上記バネ２１の付勢力を強力な値に設定することにより、そのピストン１１によってクランプ部材４を上側のアンクランプ位置へスムーズに駆動できる。
【００４３】
なお、前記の各実施形態において、前記の作動室１８へ供給される流体は、圧油に代えて、他の種類の液体であってもよい。
【００４４】
また、前記の逆止弁４３の逆止バネ４８の付勢力を前記の各実施形態の場合よりも少し強い値に設定して、前記バネ室(第１室)１７内に空気等のガスを所定の圧力(例えば、１kgf/cm2から数kgf/cm2程度の圧力)で常時封入するように構成してもよい。この場合、上記バネ室１７内が負圧になるのを阻止できるので、その負圧力によってバネ２１の付勢力が相殺されず、ピストン１１を強力に駆動できるうえ、上記バネ室１７に雰囲気中の異物が侵入するのを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態を示し、流体圧シリンダ装置を利用したクランプ装置のクランプ状態の縦断面図である。
【図２】  上記のクランプ装置のアンクランプ状態を示し、上記の図１に相当する図である。
【図３】  同上のクランプ装置の退避状態を示し、同上の図１に相当する図である。
【図４】  上記の図１のクランプ装置の平面図である。
【図５】  上記の図１中の矢印Ｖ部分の詳細図である。
【図６】  本発明の第２実施形態を示し、前記の図１に相当する図である。
【符号の説明】
４…クランプ部材、７…ハウジング、９…シリンダ孔(第１シリンダ孔)、１１…ピストン(第１ピストン)、１７…第１室(バネ室)、１８…第２室(作動室)、２１…バネ(第１バネ)、２４…封止部材(Ｏリング)、４１…呼吸路(第１の呼吸路)、４５…逆止弁座、４６…逆止弁室、４７…逆止部材、４８…逆止バネ、５０…スリーブ、Ｘ…クランプ位置。
【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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【図６】
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