(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シリンダチューブと、
前記第１シリンダチューブ内に設けられ、内部に空洞を有する第１ピストンと、
前記第１ピストンの空洞と連通して形成された空洞を有し、かつ前記第１ピストンと一体に形成された第１ピストンロッドと、
前記第１ピストンの空洞および前記第１ピストンロッドの空洞からなる小シリンダチューブと、
前記第１シリンダチューブと異なる第２シリンダチューブと、
前記第２シリンダチューブ内に設けられた第２ピストンと、
前記第２ピストンと一体に形成され、前記小シリンダチューブ内を移動する第２ピストンロッドと、を含み、
前記第２ピストンの受圧面積は、前記第１ピストンの受圧面積よりも大きい、多段シリンダ装置。
【請求項２】
前記第２ピストンロッドの端部には、小ピストン部が形成されており、
前記小ピストン部は、前記小シリンダチューブ内を移動する、請求項１記載の多段シリンダ装置。
【請求項３】
前記第１ピストンは、第１メインピストン部および前記第１メインピストン部と螺子嵌合する係止部からなり、
前記小ピストン部は、前記係止部と係止される、請求項２記載の多段シリンダ装置。
【請求項４】
前記第１ピストンのストローク量は、第２ピストンのストローク量よりも大きい、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多段シリンダ装置。
【請求項５】
前記第２ピストンの内部には、
螺旋状移動する係合相互部材の一方が形成され、
前記第２シリンダチューブの筐体には、
前記螺旋状移動する係合相互部材の他方が形成され、
前記第２ピストンロッドには、回り止め構造の一方が形成され、
前記小シリンダチューブの内壁には、前記回り止め構造の他方が形成された、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の多段シリンダ装置。
【請求項６】
前記第１シリンダチューブ内へ作動媒体を注入する第１注入部と、
前記第１注入部から分岐され、かつ前記第２シリンダチューブ内へ作動媒体を注入する第２注入部と、が形成された、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の多段シリンダ装置。
【請求項７】
前記第１シリンダチューブ内へ作動媒体を注入する第１注入部および前記第２シリンダチューブ内へ作動媒体を注入する第２注入部への作動媒体量を調整する切換え弁をさらに含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の多段シリンダ装置。
【請求項８】
前記第１ピストンおよび前記第２ピストンの作動媒体は、液体からなる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の多段シリンダ装置。
【請求項９】
第３シリンダチューブと、
前記第３シリンダチューブ内に設けられた第３ピストンと、
前記第３ピストン内の空洞からなる小シリンダチューブと、
前記第３シリンダチューブと異なる第４シリンダチューブと、
前記第４シリンダチューブ内に設けられた第４ピストンと、
前記第４ピストンと一体に形成された第４ピストンロッドと、
前記第４ピストンロッドが設けられた前記第４ピストンの面と逆側の面に設けられ、前記小シリンダチューブ内を移動する小ピストンロッドと、を含み、
前記第３ピストンの内部には、
螺旋状移動する係合相互部材の一方が形成され、
前記第３シリンダチューブの筐体には、
前記螺旋状移動する係合相互部材の他方が形成され、
前記小ピストンロッドには、回り止め構造の一方が形成され、
前記小シリンダチューブの内壁には、前記回り止め構造の他方が形成された、多段シリンダ装置。
【請求項１０】
前記小ピストンロッドの端部には、小ピストン部が形成されており、
前記小ピストン部は、前記小シリンダチューブ内を移動する、請求項９に記載の多段シリンダ装置。
【請求項１１】
前記第３ピストンおよび前記第４ピストンの作動媒体は、液体からなる、請求項９または１０に記載の多段シリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段シリンダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プレス機等において、液圧装置が主に用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開平８−２１０３１０号公報）には、流体シリンダを構造簡単で小型、安価としながら安全性も向上させる流体シリンダについて開示されている。
【０００４】
特許文献１記載の流体シリンダは、内部にメインシリンダ室および増圧シリンダ室が形成されたシリンダケースと、メインシリンダ室内に摺動可能に収納されるとともに、前端側に負荷に連結されたピストンロッドが設けられ、メインシリンダ室を前側に位置する前側メインシリンダ分室と後側に位置する後側メインシリンダ分室とに区画するメインピストンと、シリンダケース内に形成され前側メインシリンダ分室に流体を給排する前側給排路と、シリンダケース内に形成され後側メインシリンダ分室に流体を給排する後側給排路と、増圧シリンダ室内に摺動可能に収納され、増圧シリンダ室を、一側に位置し互いに流体的に遮断された第１増圧シリンダ分室および第２増圧シリンダ分室と、他側に位置する他側増圧シリンダ分室とに区画する増圧ピストンと、を備えるとともに、第１増圧シリンダ分室および前側メインシリンダ分室同士、第２増圧シリンダ分室および後側給排路同士、他側増圧シリンダ分室および前側給排路同士を接続し、他側増圧シリンダ分室に前側給排路から流体が供給されたとき増圧ピストンが一側に移動することで第１増圧シリンダ分室に発生した高圧を前側メインシリンダ分室に導くことにより、メインピストンに後方に向かう大きな流体力を付与し、一方、後側給排路から後側メインシリンダ分室および第２増圧シリンダ分室に流体が供給されたとき、メインピストンに先立って増圧ピストンを他側限まで移動させるようにしたことを特徴とすることを特徴とするものである。
【０００５】
また、特許文献２（特開２０００−２７４４０３号公報）には、ダイカストマシン等の金型駆動用動作シーケンスを実行するシリンダ装置の構成を簡素化するシリンダ装置について開示されている。
【０００６】
特許文献２記載のシリンダ装置は、外観上は片ロッド形シリンダの構成を有したシリンダ装置であって、シリンダチューブの内周面の長手方向中間位置に形成された環状の突出区間部によって前方シリンダ室と後方シリンダ室に区分され、前方シリンダ室側には、同シリンダ室に環状円盤部を、突出区間部に環状筒部をそれぞれ内嵌させ、またその環状円盤部の中央に形成された穴に作動ピストンロッドのロッドを内嵌させ、回転止め機構によってシリンダチューブ内での回転が拘束されていると共に、環状円盤部のロッドカバー側の面にバルブ開閉バーが立設せしめられている一次側ピストンを設け、後方シリンダ室には、同シリンダ室に環状円盤部を内嵌させると共に、一次側ピストンの環状筒部の内側に隙間を介在させて環状筒部を緩嵌させ、またその環状筒部の前方端部に形成された内向フランジ部の内周面が隙間を介在させて作動ピストンロッドのロッドを緩嵌させており、且つ環状円盤部と環状筒部の共通内周面に作動ピストンロッドのピストンを内嵌させた二次側ピストンを設け、シリンダチューブに突出区間部が形成されているためにシリンダチューブの内周面と一次側ピストンの環状円盤部と環状筒部によって構成されるシリンダ室は、外部と連通した空気室とするか又は常にドレン側に接続された流体シリンダ室とし、前方シリンダ室における一次側ピストンよりロッドカバー側にあるシリンダ室と、シリンダチューブの内周面と二次側ピストンの円盤部・環状筒部と一次側ピストンの環状筒部の端面で囲まれたシリンダ室とをリリーフ弁を介在させて連通する流路が構成されており、リリーフ弁が所定の流体圧力により又は一次側ピストンのバルブ開閉バーの機械的押圧力により閉状態から開状態へ切り換えられることを特徴としたものである。
【０００７】
特許文献３（特公昭６２−００１１２２号公報）記載には、金型をセツトするときは押出速度を大きくして時間短縮を図り、また、金型の型締めを行なうときは押込力を大きくし、逆に、溶湯注入後において金型のコアを引き抜くときはコアと材料とに焼付けが生じるのでシリンダの引抜力を大きくして確実にこれらを引離し、また、金型が材料から離れた後は引抜速度を大きくし、マシン全体としてのサイクルタイムを短縮するシリンダについて開示されている。
【０００８】
特許文献３記載のシリンダは、内部にシリンダ室が形成されたシリンダ本体と、シリンダ本体のシリンダ室内に摺動自在に収納され、内部にシリンダ本体と同軸で両端が開口するとともにいずれの軸方向位置においても同一内径の貫通孔が形成された第１ピストンと、第１ピストンの貫通孔内に摺動自在に収納されその軸線方向長さが第１ピストンより短かい第２ピストンと、第１ピストンの後端に取り付けられ内径が前記貫通孔よりやや小径で第２ピストンに当接することができるリング状のリヤーストツパーと、第２ピストンの後端面に対向する位置に設けられた液体供給通路と、を備え、第１ピストンがその前端に放射内方に突出し第２ピストンの前端面に当接することができる突出部を有するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２１０３１０号公報
【特許文献２】特開２０００−２７４４０３号公報
【特許文献３】特公昭６２−００１１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、近年、シリンダ装置の小型化が求められている。特に、作動させる力を減少させることなく、小型化することが望まれている。
以上の特許文献１から特許文献３のいずれのシリンダ装置においては、小型化を実現することは、困難である。
【００１１】
本発明の主な目的は、作動力を維持しつつ、小型化を実現することができる多段シリンダ装置を提供することである。
本発明の他の目的は、直線動作および直線動作と異なる動作を実現することができる多段シリンダ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）
一局面に従う多段シリンダ装置は、第１シリンダチューブと、第１シリンダチューブ内に設けられ、内部に空洞を有する第１ピストンと、第１ピストンの空洞と連通して形成された空洞を有し、かつ第１ピストンと一体に形成された第１ピストンロッドと、第１ピストンの空洞および第１ピストンロッドの空洞からなる小シリンダチューブと、第１シリンダチューブと異なる第２シリンダチューブと、第２シリンダチューブ内に設けられた第２ピストンと、第２ピストンと一体に形成され、小シリンダチューブ内を移動する第２ピストンロッドと、を含むものである。
【００１３】
この場合、第１ピストンの中に第２ピストンの一部が挿入される。その結果、多段シリンダ装置において、第１ピストンにおける受圧面積と、第２ピストンにおける受圧面積とを合計した力を発揮することができる。
その結果、通常の液圧装置により発生される力を、当該通常の液圧装置よりも小型の多段シリンダ装置で発生させることができる。
【００１４】
（２）
第２の発明にかかる多段シリンダ装置は、一局面に従う多段シリンダ装置において、第２ピストンロッドの端部には、小ピストンが形成されており、小ピストンは、小シリンダチューブ内を移動してもよい。
【００１５】
この場合、第２ピストンロッドの端部には、小ピストンが形成されているので、小シリンダチューブ内を小ピストンが移動する。その結果、第２ピストンロッド全体がピストンの役割を有する場合と比較して円滑に小ピストンを移動させることができる。
【００１６】
（３）
第３の発明にかかる多段シリンダ装置は、第２の発明にかかる多段シリンダ装置において、第１ピストンは、第１メインピストン部および第１メインピストン部と螺子嵌合する係止部からなり、小ピストン部は、係止部と係止されてもよい。
【００１７】
この場合、第１ピストンは、第１メインピストン部と螺子締結可能な係止部を有し、小ピストン部は、係止部と係止する。その結果、小シリンダチューブを容易に形成することができる。
【００１８】
（４）
第４の発明にかかる多段シリンダ装置は、一局面から第３の発明にかかる多段シリンダ装置において、第１ピストンのストローク量は、第２ピストンのストローク量よりも大きくてもよい。
【００１９】
この場合、第２ピストンのストローク量は小さく、第１ピストンのストローク量を大きくすることができる。その結果、第２ピストンの受圧面積を大きくし、大きな力を発生させ、第１ピストンの受圧面積を小さくし、小さな力で速く移動させることができる。
【００２０】
（５）
第５の発明にかかる多段シリンダ装置は、一局面から第４の発明にかかる多段シリンダ装置において、第２ピストンの受圧面積は、第１ピストンの受圧面積よりも大きくてもよい。
【００２１】
この場合、第２ピストンの受圧面積は、第１ピストンの受圧面積よりも大きくてもよい。
したがって、第２ピストンのストローク量を小さく、第１ピストンのストローク量を大きくし、第２ピストンの受圧面積を大きく、第１ピストンの受圧面積を小さくすることができる。その結果、第２ピストンの動作時に小さいストローク量（距離）において大きな力を発生させることができ、第１ピストンの動作時に大きいストローク量（距離）において小さな力で速く移動させることができる。
【００２２】
（６）
第６の発明にかかる多段シリンダ装置は、一局面から第５の発明にかかる多段シリンダ装置において、第２ピストンの内部には、螺旋状移動する係合相互部材の一方が形成され、第２シリンダチューブの筐体には、螺旋状移動する係合相互部材の他方が形成され、第２ピストンロッドは、回り止め構造の一方が形成され、小シリンダチューブの内壁には、回り止め構造の他方が形成されてもよい。
【００２３】
この場合、少なくとも第２ピストンが移動する場合、第１ピストンロッドおよび第２ピストンロッドを螺旋状に移動させることができる。また、第２ピストンの移動が終了し、第１ピストンのみが移動する場合には、直線状に移動させることができる。
したがって、一つの液圧装置で、直線移動および螺旋移動の複数の動作を実施させることができる。
【００２４】
（７）
第７の発明にかかる多段シリンダ装置は、一局面から第６の発明にかかる多段シリンダ装置において、第１シリンダチューブ内へ作動媒体を注入する第１注入部と、第１注入部から分岐され、かつ第２シリンダチューブ内へ作動媒体を注入する第２注入部と、が形成されてもよい。
【００２５】
この場合、第１注入部と、第１注入部から分岐された第２注入部が形成されているので、第１シリンダチューブ内および第２シリンダチューブ内の両方に作動媒体の圧力を与えることができる。
【００２６】
（８）
第８の発明にかかる多段シリンダ装置は、一局面から第６の発明にかかる多段シリンダ装置において、第１シリンダチューブ内へ作動媒体を注入する第１注入部および第２シリンダチューブ内へ作動媒体を注入する第２注入部への作動媒体量を調整する切換え弁をさらに含んでもよい。
【００２７】
この場合、切換え弁により第１注入部および第２注入部のいずれか一方を選択することができる。その結果、第１ピストンおよび第２ピストンのいずれか一方を動作させることができる。
【００２８】
（９）
第９の発明にかかる多段シリンダ装置は、一局面から第８の発明にかかる多段シリンダ装置において、第１ピストンおよび第２ピストンの作動媒体は、液体からなってもよい。
【００２９】
この場合、作動媒体は、液体からなるので、大きな圧力を発生させることができる。例えば、油等の場合、大きな油圧を発生させることができる。
【００３０】
（１０）
他の局面に従う多段シリンダ装置は、第３シリンダチューブと、第３シリンダチューブ内に設けられた第３ピストンと、第３ピストン内の空洞からなる小シリンダチューブと、第３シリンダチューブと異なる第４シリンダチューブと、第４シリンダチューブ内に設けられた第４ピストンと、第４ピストンと一体に形成された第４ピストンロッドと、第４ピストンロッドが設けられた第４ピストンの面と逆側の面に設けられ、小シリンダチューブ内を移動する小ピストンロッドと、を含むものである。
【００３１】
この場合、第３ピストンの中に第４ピストンの一部である小シリンダチューブが挿入される。その結果、多段シリンダ装置において、第３ピストンにおける受圧面積と、第４ピストンにおける受圧面積とを合計した力を発揮することができる。
その結果、通常の液圧装置による発生される力を、当該通常の液圧装置よりも小型の多段シリンダ装置で発生させることができる。
【００３２】
（１１）
第１１の発明にかかる多段シリンダ装置は、他の局面にかかる多段シリンダ装置において、小ピストンロッドの端部には、小ピストン部が形成されており、小ピストン部は、小シリンダチューブ内を移動してもよい。
【００３３】
この場合、小ピストンロッドの端部には、小ピストンが形成されているので、小シリンダチューブ内を小ピストンが移動する。その結果、小ピストンロッド全体がピストンの役割を有する場合と比較して円滑に小ピストンを移動させることができる。
【００３４】
（１２）
第１２の発明にかかる多段シリンダ装置は、他の局面または第１１の発明にかかる多段シリンダ装置において、第３ピストンの内部には、螺旋状移動する係合相互部材の一方が形成され、第３シリンダチューブの筐体には、螺旋状移動する係合相互部材の他方が形成され、小ピストンロッドには、回り止め構造の一方が形成され、小シリンダチューブの内壁には、回り止め構造の他方が形成されてもよい。
【００３５】
この場合、少なくとも第３ピストンが移動する場合、小ピストンロッド、第４ピストンおよび第４ピストンロッドを螺旋状に移動させることができる。また、第３ピストンの移動が終了し、第４ピストンのみが移動する場合には、直線状に移動させることができる。
したがって、一つの液圧装置で、直線移動および螺旋移動の複数の動作を実施させることができる。
【００３６】
（１３）
第１３の発明にかかる多段シリンダ装置は、他の局面から第１２の発明にかかる多段シリンダ装置において、第３ピストンおよび第４ピストンの作動媒体は、液体からなってもよい。
【００３７】
この場合、作動媒体は、液体からなるので、大きな圧力を発生させることができる。例えば、油等の場合、大きな油圧を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施の形態にかかる流体圧装置の一例を示す模式図である。
【図２】流体圧装置の動作の一例を示す模式図である。
【図３】流体圧装置の動作の一例を示す模式図である。
【図４】第２の実施の形態にかかる流体圧装置の一例を示す模式図である。
【図５】第３の実施の形態にかかる流体圧装置の一例を示す模式図である。
【図６】第４の実施の形態にかかる流体圧装置の一例を示す模式図である。
【図７】流体圧装置の動作の一例を示す模式図である。
【図８】第４の実施の形態にかかる流体圧装置の一例を示す模式図である。
【図９】流体圧装置の動作の一例を示す模式図である。
【図１０】第１の実施の形態における流体圧装置の作動媒体を油圧とした場合の数値表である。
【図１１】従来の特許文献３に記載の２段式シリンダの数値表である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付す。また、同符号の場合には、それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さないものとする。
【００４０】
（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態にかかる流体圧装置１００の一例を示す模式図であり、図２および図３は、流体圧装置１００の動作の一例を示す模式図である。
【００４１】
図１に示すように、流体圧装置１００は、主に第１ピストン部２００、第２ピストン部３００、注入部４００および抜出部６００を含む。
【００４２】
（第１ピストン部の構成）
第１ピストン部２００は、第１ピストンロッド２１０、第１ピストン２２０、第１シリンダチューブ２４０を含む。
第１ピストンロッド２１０および第１ピストン２２０の内部には、小シリンダチューブ２６０が形成される。また、第１ピストン２２０は、メインピストン２２１と、メインピストン２２１の内部に形成された螺子ＳＣと嵌合する係止部２６１を有する。この構造を有することにより、小ピストンを挿入しやすくなるとともに、強度を維持することができる。
【００４３】
（第２ピストン部の構成）
次に、第２ピストン部３００は、第２ピストンロッド３１０、第２ピストン３２０、第２シリンダチューブ３４０を含む。また、第２ピストンロッド３１０の先端部には、小ピストン３５０が形成されている。
【００４４】
（注入部の構成）
また、図１に示すように、流体圧装置１００の注入部４００は、メイン注入部４１０、第１注入部４２０および第２注入部４３０を含む。
流体圧装置１００の筐体側からメイン注入部４１０が形成され、メイン注入部４１０は、第１注入部４２０に連通されるとともに、第２注入部４３０に連通されるよう形成されている
【００４５】
第１注入部４２０は、第１ピストン２２０側に接続され、第２注入部４３０は、第２ピストン３２０側に接続される。
流体圧装置１００の注入部４００は、流体および気体のいずれか一方を作動媒体としてもよく、油圧、水圧、窒素、酸素、空気等の任意の作動媒体の注入部であってもよい。
【００４６】
（抜出部の構成）
抜出部６００は、メイン抜出部６１０、第１抜出部６２０および第２抜出部６３０を含む。
流体圧装置１００の筐体側からメイン抜出部６１０が形成され、メイン抜出部６１０は、第１抜出部６２０に連通されるとともに、第２抜出部６３０に連通されるよう形成されている。
【００４７】
第１抜出部６２０は、第１ピストン２２０側に接続され、第２抜出部６３０は、第２ピストン３２０側に接続される。
流体圧装置１００の抜出部６００は、流体および気体のいずれか一方を作動媒体としてもよく、油圧、水圧、窒素、酸素、空気等の任意の作動媒体の注入部であってもよい。
【００４８】
（流体圧装置１００の動作説明）
まず、図１に示す状態において、注入部４００から流体を所定の圧力で加える。
その結果、メイン注入部４１０から第１注入部４２０に流体が所定の圧力で加えられるとともに、第２注入部４３０に流体が所定の圧力で加えられる。
【００４９】
この場合、第１ピスロンロッド側の第１ピストン２２０側に圧力が加えられ、力Ｆ１が発生する。
ここで、第１ピストン２２０の力Ｆ１（図２参照）は、第１ピストン２２０の直径Ｄ２に相関する面積に比例して発生する。
【００５０】
また、第２ピストンロッド側の第２ピストン３２０側に圧力が加えられ、力Ｆ２が発生する。この力Ｆ２は、小シリンダチューブ２６０の係止部２６１と小ピストン３５０との係合により第１ピストン２２０に伝達される。
ここで、図１に示すように、第２ピストン３２０の力Ｆ２は、第２ピストン３２０の直径Ｄ３に相関する面積に比例して発生する。図１に示すように、第２ピストン３２０の径は、第１ピストン２２０の直径２２０の径よりも大きく形成される。
さらに、第１抜出部６２０および第２抜出部６３０から流体媒体がメイン抜出部６１０から外部へ排出される。
【００５１】
その結果、流体圧装置１００においては、力Ｆ１および力Ｆ２の合力により、第１ピストンロッド２１０が退縮移動する。
【００５２】
次に、図２に示すように、第２ピストン３２０がストローク量Ｔ３を退縮移動し終えた場合、第１ピストン２２０のみが退縮移動する。この時、第１ピストン２２０および第１ピストンロッド２１０内に形成された小シリンダチューブ２６０内を小ピストン３５０が伸長方向へ移動しつつ、第１ピストン２２０がストローク量Ｔ２を退縮移動する。この場合、流体圧装置１００においては、力Ｆ１のみにより、第１ピストンロッド２１０が退縮移動する。
なお、本実施の形態において、ストローク量Ｔ３は、ストローク量Ｔ２よりも小さく設定される。
【００５３】
次いで、図３に示すように、抜出部６００から流体を所定の圧力で加える。
その結果、メイン抜出部６１０から第１抜出部６２０に流体が所定の圧力で加えられるとともに、第２抜出部６３０に流体が所定の圧力で加えられる。
【００５４】
この場合、第１ピストン２２０に圧力が加えられ、力Ｆ１１が発生する。
また、第２ピストン３２０側に圧力が加えられ、力Ｆ１２が発生する。しかしながら、小シリンダチューブ２６０の係止部２６１と小ピストン３５０とが係止されない。そのため、第１ピストンロッド２１０が伸長する場合には、力Ｆ１１のみで移動する。
また、第１注入部４２０および第２注入部４３０から流体媒体がメイン注入部４１０から外部へ排出される。
【００５５】
以上のように、流体圧装置１００においては、第１ピストンロッド２１０が退縮する場合に、大きな力である力Ｆ１および力Ｆ２の合力を発生させることができる。
また、ストローク量Ｔ２およびストローク量Ｔ３を調整することで、合力を発生させる時間を調整することができる。
【００５６】
また、第２ピストン３２０が退縮移動するストローク量Ｔ３を移動し終えた場合、力Ｆ１のみの力を発生させることができる。
その結果、具体的に、金型等から第１ピストンロッド２１０を用いてピンを引き抜く場合、金型からピンが離型する瞬間は、力Ｆ１および力Ｆ２の合力を用いてピンを引き抜くことが出き、離型する瞬間の後は、力Ｆ１の力で速く退縮移動させることができる。
また、流体圧装置１００の伸縮工程を短時間で繰り返すことができる。すなわち、大口径の流体圧装置の場合、力が大きい場合には、伸縮スピードも遅くなる。
一方、伸縮工程を短縮することが困難であるが、本実施の形態においては、段階に応じて発生させる力を選択することができるので、容易に伸縮工程を短縮することができる。
【００５７】
（第２の実施の形態）
図４は第２の実施の形態にかかる流体圧装置１００ａの一例を示す模式図である。第２の実施の形態にかかる流体圧装置１００ａが第１の実施の形態にかかる流体圧装置１００と異なる点について説明を行う。
【００５８】
図４に示すように、流体圧装置１００ａは、主に第１ピストン部２００、第２ピストン部３００、注入部４００、抜出部６００および切換え弁７１０，７２０を含む。
切換え弁７１０は、第１注入部４２０のみ、第２注入部４３０のみ、第１注入部４２０および第２注入部４３０の両方、のいずれか１つを選択することができる。
【００５９】
また、切換え弁７２０は、第１抜出部６２０のみ、第２抜出部６３０のみ、第１抜出部６２０および第２抜出部６３０の両方、のいずれか１つを選択することができる。
【００６０】
（流体圧装置１００ａの動作説明）
まず、図４に示す状態において、切換え弁７１０を第１注入部４２０および第２注入部４３０の両方の位置に設定しつつ、注入部４００から流体を所定の圧力で加える。
その結果、メイン注入部４１０から第１注入部４２０に流体が所定の圧力で加えられるとともに、第２注入部４３０に流体が所定の圧力で加えられる。
【００６１】
この場合、第１ピスロンロッド２１０側の第１ピストン２２０側に圧力が加えられ、力Ｆ１が発生する。
また、第２ピストンロッド３１０側の第２ピストン３２０側に圧力が加えられ、力Ｆ２が発生する。この力Ｆ２は、小シリンダチューブ２６０の係止部と小ピストン３５０との係合により第１ピストン２２０に伝達される。
さらに、切換え弁７２０を第１抜出部６２０および第２抜出部６３０の両方の位置に設定しつつ、第１抜出部６２０および第２抜出部６３０から流体媒体がメイン抜出部６１０から外部へ排出される。
【００６２】
その結果、流体圧装置１００ａにおいては、力Ｆ１および力Ｆ２の合力により、第１ピストンロッド２１０が退縮移動する。
【００６３】
次に、第２ピストン３２０が退縮移動し終えた場合、切換え弁７１０を第１注入部４２０のみの位置に設定して、第１ピストン２２０のみが退縮移動する。
この時、第１ピストン２２０および第１ピストンロッド２１０内に形成された小シリンダチューブ２６０内を小ピストン３５０が伸長方向へ移動する。
この場合、流体圧装置１００ａにおいては、力Ｆ１のみにより、第１ピストンロッド２１０が退縮移動する。
【００６４】
次いで、切換え弁７２０を第１抜出部６２０および第２抜出部６３０の両方の位置に設定しつつ、抜出部６００から流体を所定の圧力で加える。
その結果、メイン抜出部６１０から第１抜出部６２０に流体が所定の圧力で加えられるとともに、第２抜出部６３０に流体が所定の圧力で加えられる。
【００６５】
この場合、第１ピストン２２０に圧力が加えられ、力Ｆ１１が発生する。
また、第２ピストン３２０側に圧力が加えられ、力Ｆ１２が発生する。しかしながら、小シリンダチューブ２６０と小ピストン３５０とが係合されない。
また、切換え弁７１０を第１注入部４２０および第２注入部４３０の両方の位置に設定し、第１注入部４２０および第２注入部４３０から流体媒体がメイン注入部４１０から外部へ排出される。
【００６６】
その結果、流体圧装置１００ａにおいては、力Ｆ１１により、第１ピストンロッド２１０が伸長移動する。
【００６７】
（第３の実施の形態）
図５は、第３の実施の形態にかかる流体圧装置１００ｂの一例を示す模式図である。第３の実施の形態においては、第１の実施の形態にかかる流体圧装置１００と異なる点についてのみ説明を行う。
【００６８】
図５に示すように、流体圧装置１００ｂは、主に第１ピストン部２００ｂ、第２ピストン部３００ｂ、注入部４００、螺旋部５００および抜出部６００を含む。螺旋部５００は、ボルト５１０からなる。
【００６９】
（第１ピストン部の構成）
第１ピストン部２００ｂは、第１ピストンロッド２１０、第１ピストン２２０ｂ、第１シリンダチューブ２４０を含む。
第１ピストンロッド２１０および第１ピストン２２０ｂの内部には、小シリンダチューブ２６０が形成される。
また、小シリンダチューブ２６０の一部は、スプラインシャフトと嵌合する形状からなる。
【００７０】
（第２ピストン部の構成）
次に、第２ピストン部３００ｂは、第２ピストンロッド３１０ｂ、第２ピストン３２０ｂ、第２シリンダチューブ３４０を含む。また、第２ピストンロッド３１０ｂの先端部には、小ピストン３５０が形成されている。
また、第２ピストンロッド３１０ｂは、スプラインシャフトからなる。
また、第２ピストン部３００ｂの端部には、凹部３２１が形成されており、凹部３２１の内部にナット部３２２が形成されている。
【００７１】
また、ナット部３２２に対して螺旋部５００のボルト５１０が挿入されている。螺旋部５００は、流体圧装置１００ｂの端部に固定されている。その結果、第２ピストン３２０ｂが伸縮移動を行うことにより、第２ピストン３２０ｂ自体が伸縮方向を軸として回転可能に設けられている。
【００７２】
（流体圧装置１００ｂの動作説明）
まず、図５に示す状態において、注入部４００から流体を所定の圧力で加える。
その結果、メイン注入部４１０から第１注入部４２０に流体が所定の圧力で加えられるとともに、第２注入部４３０に流体が所定の圧力で加えられる。
【００７３】
この場合、第１ピスロンロッド２１０側の第１ピストン２２０ｂ側に圧力が加えられ、力Ｆ１が発生する。
また、第２ピストンロッド３１０ｂ側の第２ピストン３２０ｂ側に圧力が加えられ、力Ｆ２が発生する。この力Ｆ２は、小シリンダチューブ２６０の係止部と小ピストン３５０との係合により第１ピストン２２０ｂに伝達される。
【００７４】
また、第３の実施の形態においては、ナット部３２２が第２ピストン３２０ｂに固定されており、螺旋部５００のボルト５１０との嵌合により、第２ピストン３２０ｂが退縮移動することにより、回転する。
また、第２ピストンロッド３１０ｂがスプラインシャフトからなるので、第１ピストン２２０ｂが回転し、第１ピストンロッド２１０が回転する。
次いで、第２ピストン３２０ｂがストローク量Ｔ３まで退縮移動した場合、第２ピストン３２０ｂの回転が停止し、第１ピストン２２０ｂは、回転動作を停止する。その結果、第１ピストンロッド２１０も回転動作を停止し、その後、第１ピストンロッド２１０は、直線方向の退縮移動を行う。
さらに、第１抜出部６２０および第２抜出部６３０から流体媒体がメイン抜出部６１０から外部へ排出される。
【００７５】
その結果、流体圧装置１００ｂにおいては、力Ｆ１および力Ｆ２の合力により、ストローク量Ｔ３の間、退縮移動および回転移動を行い、ストローク量Ｔ３以上退縮移動する場合、第１ピストンロッド２１０が直線方向の退縮移動を行う。
【００７６】
なお、第３の実施の形態においては、切換え弁７１０，７２０を用いていないが、これに限定されず、切換え弁７１０，７２０を用いてもよい。
【００７７】
さらに、第１の実施の形態から第３の実施の形態においては、第１ピストン２２０および第２ピストン３２０を例示したが、これに限定されず、第１ピストンから第ｎピストンのｎ段階の構成としてもよい。
【００７８】
（第４の実施の形態）
図６は、第４の実施の形態にかかる流体圧装置１００ｃの一例を示す模式図であり、図７は、流体圧装置１００ｃの動作の一例を示す模式図である。第４の実施の形態においては、第１の実施の形態にかかる流体圧装置１００と異なる点についてのみ説明を行う。
【００７９】
図６に示すように、流体圧装置１００ｃは、主に第３ピストン部３００ｃ、第４ピストン部２００ｃ、注入部４００および抜出部６００を含む。注入部４００および抜出部６００については、第１の実施の形態にかかる流体圧装置１００と異ならないため、説明を省略する。
【００８０】
（第３ピストン部の構成）
第３ピストン部３００ｃは、第３ピストン３２０ｃ、第３シリンダチューブ３４０ｃを含む。また、第３ピストン３２０ｃの内部には、小シリンダチューブ３６０が形成されている。
【００８１】
（第４ピストン部の構成）
第４ピストン部２００ｃは、第４ピストンロッド２１０ｃ、第４ピストン２２０ｃ、第４シリンダチューブ２４０ｃ、小シリンダロッド２４５および小ピストン２４６を含む。
第４ピストン２２０ｃは、第４ピストンロッド２１０ｃと一体に設けられている。第４ピストンロッド２１０ｃは、第４ピストン２２０ｃの一方の面に形成される。
また、第４ピストン２２０ｃの一方の面と逆側の他方の面には、小シリンダロッド２４５が形成される。小シリンダロッド２４５の先端には、小ピストン２４６が形成される。小ピストン２４６は、小シリンダチューブ３６０内で移動可能に形成される。
【００８２】
（流体圧装置１００ｃの動作説明）
まず、図６に示す状態において、流体が所定の圧力で加えられた場合、第３ピストン３２０ｃ側に圧力が加えられ、力Ｆ２が発生する。
【００８３】
また、第３ピストン３２０の係止部３１１が小ピストン２４６と係止される。その結果、小ピストン２４６が第４のピストンロッド２１０ｃの退縮する方向へ移動される。
また、第４ピストン２２０ｃも第４のピストンロッド２１０ｃが退縮する方向へ力Ｆ１で移動される。
【００８４】
その結果、流体圧装置１００ｃにおいては、力Ｆ１および力Ｆ２の合力により、第４ピストンロッド２１０ｃが退縮移動する。
また、第３ピストン３２０ｃが完全に移動した場合（ストローク量Ｔ３移動した場合）、第４ピストン２２０ｃのみが移動する。したがって、この場合、力Ｆ１のみで移動される。
【００８５】
続いて、図７に示すように、第４ピストンロッド２１０ｃが伸長する場合、第３ピストン３２０の係止部３１１と小ピストン２４６とが係止されない。その結果、力Ｆ１１と、力Ｆ１２でそれぞれ移動する。  また、図示していないが、流体圧装置１００ｃに図５の螺旋部５００のボルト５１０を設け、第３ピストン３２０ｃに図５のナット部３２２とを設けて回転移動をさせてもよい。
また、この場合、小シリンダロッド２４５がスプラインシャフトで形成されていることが好ましい。なお、図５および上記においては、スプラインシャフトを例示したが、これに限定されず、キー構造およびキー溝、その他任意の回り止め構造を適用してもよい。
【００８６】
（第５の実施の形態）
図８は、第５の実施の形態にかかる流体圧装置１００ｄの一例を示す模式図であり、図９は、流体圧装置１００ｃの動作の一例を示す模式図である。第５の実施の形態においては、第１の実施の形態にかかる流体圧装置１００と異なる点についてのみ説明を行う。
【００８７】
図８に示すように、流体圧装置１００ｄは、主に第３ピストン部３００ｄ、第４ピストン部２００ｄ、注入部４００および抜出部６００を含む。注入部４００および抜出部６００については、第１の実施の形態にかかる流体圧装置１００と異ならないため、説明を省略する。
【００８８】
（第３ピストン部の構成）
第３ピストン部３００ｄは、第３ピストン３２０ｄ、第３シリンダチューブ３４０ｄを含む。また、第３ピストン３２０ｄの内部には、小シリンダチューブ３６０が形成されている。
第５の実施の形態における第３ピストン３２０ｄは、第４の実施の形態にかかる第３ピストン３２０ｃの略円筒形状と異なり、図８および図９に示すように、長手方向の断面が凸形状となるよう形成されている。
【００８９】
（第４ピストン部の構成）
第４ピストン部２００ｄは、第４ピストンロッド２１０ｄ、第４ピストン２２０ｄ、第４シリンダチューブ２４０ｄ、小シリンダロッド２４５および小ピストン２４６を含む。
第４ピストン２２０ｄは、第４ピストンロッド２１０ｄと一体に設けられている。第４ピストンロッド２１０ｄは、第４ピストン２２０ｄの一方の面に形成される。
また、第４ピストン２２０ｄの一方の面と逆側の他方の面には、小シリンダロッド２４５が形成される。小シリンダロッド２４５の先端には、小ピストン２４６が形成される。小ピストン２４６は、小シリンダチューブ３６０内で移動可能に形成される。
【００９０】
（流体圧装置１００ｄの動作説明）
まず、図８に示す状態において、流体が所定の圧力で加えられた場合、第３ピストン３２０ｄ側に圧力が加えられ、力Ｆ２が発生する。
【００９１】
また、第３ピストン３２０ｄの係止部３１１が小ピストン２４６と係止される。その結果、小ピストン２４６が第４ピストンロッド２１０ｄの退縮する方向へ移動される。
また、第４ピストン２２０ｄも第４ピストンロッド２１０ｄが退縮する方向へ力Ｆ１で移動される。
【００９２】
その結果、流体圧装置１００ｄにおいては、力Ｆ１および力Ｆ２の合力により、第４ピストンロッド２１０ｄが退縮移動する。
また、第３ピストン３２０ｄが完全に移動した場合（ストローク量Ｔ３移動した場合）、第４ピストン２２０ｄのみが移動する。したがって、この場合、力Ｆ１のみで移動される。
【００９３】
続いて、図９に示すように、第４ピストンロッド２１０ｄが伸長する場合、第３ピストン３２０ｄの係止部３１１と小ピストン２４６とが係止されない。その結果、力Ｆ１１と、力Ｆ１２でそれぞれ移動する。
また、図示していないが、流体圧装置１００ｄに図５の螺旋部５００のボルト５１０を設け、第３ピストン３２０ｄに図５のナット部３２２とを設けて回転移動をさせてもよい。
また、この場合、小シリンダロッド２４５がスプラインシャフトで形成されていることが好ましい。なお、図５および上記においては、スプラインシャフトを例示したが、これに限定されず、キー構造およびキー溝、その他任意の回り止め構造を適用してもよい。
【００９４】
（実施例）
実施例として、第１の実施の形態における流体圧装置１００を用いてサイクルタイムおよび引き力（Ｎ）を算出した。図１０は、第１の実施の形態における流体圧装置１００の作動媒体を油圧とした場合の数値表である。
【００９５】
（比較例）
比較例として、従来の特許文献３に記載の２段式シリンダを用いた。図１１は、従来の特許文献３に記載の２段式シリンダの数値表である。
【００９６】
まず、図１０および図１１に示すように、従来の２段式シリンダの引き力は、大径φ２００の場合、４０万（Ｎ）であり、大径φ１８０の場合、３２万（Ｎ）であり、大径φ１６０の場合、２５万（Ｎ）である。
一方、本願の流体圧装置１００の大径φ１６０の場合、３８万（Ｎ）を発生させることができる。
すなわち、本願の流体圧装置１００においては、力を維持しつつ、装置の小型化を実現することができる。
【００９７】
また、従来の２段式シリンダの大径φ２００の場合、サイクルタイムが４．４２秒である。一方、本願の流体圧装置１００の大径φ１６０の場合、４．２４秒である。
したがって、略同等の引き力で比較した場合、１０００万サイクルと単純に計算した場合、５００時間、約２１日の短縮を実現することができる。
【００９８】
以上のように、流体圧装置１００，１００ａ，１００ｂにおいては、第１ピストン部２００，２００bの中に第２ピストン部３００，３００bの一部が挿入される。その結果、流体圧装置１００，１００ａ，１００ｂにおいて、第１ピストン２２０、２２０bにおける直径Ｄ２に相関する面積と、第２ピストン３２０における直径Ｄ３に相関する面積とを合計した力Ｆ１＋Ｆ２を発揮することができる。
また、流体圧装置１００ｃ、１００ｄにおいては、第３ピストン３２０ｃ，３２０d内に第４ピストン部２００ｃ，２００ｄの小ピストン２４６およびシリンダチューブ２４５が係止される。
その結果、通常の流体圧装置による発生される力を、当該通常の流体圧装置よりも小型の流体圧装置１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄで発生させることができる。また、ストローク量Ｔ３移動させる場合、大きな力を発揮させることができる。具体的に、金型等からピンを引き抜く場合、金型からピンが離型する瞬間は、力Ｆ１および力Ｆ２の合力を用いてピンを引き抜くことができ、離型する瞬間の後は、力Ｆ１の力で速く退縮移動させることができる。
【００９９】
また、第２ピストンロッド３１０の端部には、小ピストン３５０が形成されているので、小シリンダチューブ２６０内を小ピストン３５０が移動する。その結果、円滑に小ピストン３５０を移動させることができる。
【０１００】
さらに、第２ピストン３２０のストローク量Ｔ３は小さく、第１ピストン２２０のストローク量Ｔ２を大きくすることができる。第２ピストン３２０における直径Ｄ３に相関する面積は、第１ピストン２２０における直径Ｄ２に相関する面積よりも大きくてもよい。
したがって、第２ピストン３２０のストローク量Ｔ３は小さく、第１ピストン２２０のストローク量Ｔ２を大きくし、第２ピストン３２０の直径Ｄ３に相関する面積を大きく、第１ピストン２２０の直径Ｄ２に相関する面積を小さくすることができる。その結果、第２ピストン３２０の動作時に小さいストローク量Ｔ３（距離）において大きな力Ｆ２を発生させることができ、第１ピストン２２０の動作時に大きいストローク量Ｔ２（距離）において小さな力Ｆ１で速く移動させることができる。また、作動媒体を油圧とすることで、大きな力を発生させることができる。
【０１０１】
また、流体圧装置１００ｂにおいては、少なくとも第２ピストン３２０ｂが移動する場合、第１ピストンロッド２１０および第２ピストンロッド３１０ｂを螺旋状に移動させることができる。また、第２ピストン３２０ｂの移動が終了し、第１ピストン２２０ｂのみが移動する場合には、直線状に移動させることができる。
したがって、一つの流体圧装置１００ｂで、直線移動および螺旋移動の複数の動作を実施させることができる。
【０１０２】
本発明においては、第１シリンダチューブ２４０が、「第１シリンダチューブ」に相当し、第１ピストン部２００，２００b、第１ピストン２２０，２２０ｂが、「第１ピストン」に相当し、第１ピストンロッド２１０が、「第１ピストンロッド」に相当し、小シリンダチューブ２６０が、「小シリンダチューブ」に相当し、第２シリンダチューブ３４０が、「第２シリンダチューブ」に相当し、第２ピストン部３００，３００b、第２ピストン３２０，３２０ｂが、「第２ピストン」に相当し、第２ピストンロッド３１０，３１０ｂが、「第２ピストンロッド」に相当し、流体圧装置１００，１００ａ，１００ｂが、「多段シリンダ装置」に相当し、小ピストン３５０が、「小ピストン部」に相当し、ストローク量Ｔ２が、「第１ピストンのストローク量」に相当し、ストローク量Ｔ３が、「第２ピストンのストローク量」に相当し、径Ｄ３に相関する面積が、「第２ピストンの受圧面積」に相当し、径Ｄ２に相関する面積が、「第１ピストンの受圧面積」に相当し、ナット部３２２が、「螺旋状移動する係合相互部材の一方」に相当し、螺旋部５００が、「螺旋状移動する係合相互部材の他方」に相当し、第１注入部４２０，第１抜出部６２０が、「第１注入部」に相当し、第２注入部４３０，第２抜出部６３０が、「第２注入部」に相当し、切換え弁７１０，７２０が、「切換え弁」に相当し、スプラインシャフトが「回り止め構造」に相当し、係止部２６１、係止部３１１が「係止部」に相当し、第３ピストン３２０ｃ，３２０ｄが「第３ピストン」に相当し、第３シリンダチューブ３４０ｃ，３４０dが「第３シリンダチューブ」に相当し、小シリンダチューブ３６０が「小シリンダチューブ」に相当し、第４ピストンロッド２１０ｃ，２１０dが「第４ピストンロッド」に相当し、第４ピストン２２０ｃ，２２０ｄが「第４ピストン」に相当し、第４シリンダチューブ２４０ｃ，２４０dが「第４シリンダチューブ」に相当し、小シリンダロッド２４５が「小シリンダロッド」に相当し、小ピストン２４６が「小ピストン」に相当する。
【０１０３】
本発明の好ましい一実施の形態は上記の通りであるが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。
【符号の説明】
【０１０４】
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ  流体圧装置
２００，２００b  第１ピストン部
２００ｃ，２００ｄ  第４ピストン部
２１０  第１ピストンロッド
２１０ｃ，２１０d  第４ピストンロッド
２２０，２２０ｂ  第１ピストン
２２０ｃ，２２０d  第４ピストン
２４０  第１シリンダチューブ
２４０ｃ，２４０d  第４シリンダチューブ
２４５  小シリンダロッド
２４６  小ピストン
２６０  小シリンダチューブ
２６１  係止部
３００，３００b  第２ピストン部
３００ｃ，３００ｄ  第３ピストン部
３１０，３１０ｂ  第２ピストンロッド
３２０，３２０ｂ  第２ピストン
３２０ｃ，３２０d  第３ピストン
３２２  ナット部
３４０  第２シリンダチューブ
３４０ｃ，３４０d  第３シリンダチューブ
３５０  小ピストン
３６０  小シリンダチューブ
４００  注入部
４１０  メイン注入部
４２０  第１注入部
４３０  第２注入部
５００  螺旋部
５１０  ボルト
６００  抜出部
６１０  メイン抜出部
６２０  第１抜出部
６３０  第２抜出部
７１０，７２０  切換え弁
Ｔ２  第１ピストンのストローク量
Ｔ３  第２ピストンのストローク量
Ｄ２、Ｄ３  径
【要約】
【課題】作動力を維持しつつ、小型化を実現することができる多段シリンダ装置を提供することである。
【解決手段】多段シリンダ装置は、第１シリンダチューブと、第１シリンダチューブ内に設けられ、内部に空洞を有する第１ピストンと、第１ピストンの空洞と連通して形成された空洞を有し、かつ第１ピストンと一体に形成された第１ピストンロッドと、第１ピストンの空洞および第１ピストンロッドの空洞からなる小シリンダチューブと、第１シリンダチューブと異なる第２シリンダチューブと、第２シリンダチューブ内に設けられた第２ピストンと、第２ピストンと一体に形成され、小シリンダチューブ内を移動する第２ピストンロッドと、を含むものである。
【選択図】図１【図１】
0005973105.tif 000002
【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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【図７】
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【図８】
0005973105.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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