(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ本体とこのシリンダ本体内に形成され液体を封入した液室とこの液室の液圧を受圧する出力用ピストン部材とを備えた液圧シリンダと、
圧縮ガスを充填したガス作動室とこのガス作動室のガス圧を受圧する受圧部材とを備えたガススプリングであって、前記液室内の液体を前記ガス圧よりも高圧に加圧可能なガススプリングとを設け、
前記受圧部材は、前記ガスプリングのシリンダ部材に摺動自在に内嵌された受圧部と、この受圧部から前記液室側へ延び且つ前記液室内の液体に臨む出力ロッド部を有し、この出力ロッド部の断面積が、前記受圧部の断面積よりも小さく形成されたことを特徴とする増圧機能付き流体圧シリンダ。
【請求項２】
前記ガススプリングのシリンダ部材は前記シリンダ本体と一体的に形成され、ガススプリングと液圧シリンダは直列状に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の増圧機能付き流体圧シリンダ。
【請求項３】
前記シリンダ本体の内部に、液室とガス作動室の間を仕切る仕切り部材を設け、この仕切り部材をシリンダ本体に螺合にて固定したことを特徴とする請求項２に記載の増圧機能付き流体圧シリンダ。
【請求項４】
前記仕切り部材に、受圧部材の出力ロッド部が摺動自在に挿入される貫通孔を形成したことを特徴とする請求項３に記載の増圧機能付き流体圧シリンダ。
【請求項５】
前記ガススプリングに、受圧部材を復帰させる為の復帰用液室を設け、この復帰用液室に液圧を供給して受圧部材を復帰させることを特徴とする請求項４に記載の増圧機能付き流体圧シリンダ。
【請求項６】
前記液圧シリンダに、出力用ピストン部材を復帰側へ付勢するスプリング部材を設けたことを特徴とする請求項５に記載の増圧機能付き流体圧シリンダ。
【請求項７】
前記仕切り部材と受圧部材の受圧部との間に、前記復帰用液室が形成されていることを特徴とする５又は６に記載の増圧機能付き流体圧シリンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は増圧機能付き流体圧シリンダに関し、特に、ガススプリングにより液圧シリンダ内の液圧を高圧に加圧するようにした流体圧シリンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プレス機械等の緩衝機構や複段絞り成形加工用の金型弾性支持機構などの種々の機構にガススプリングが使用されている。一般的なガススプリングは、シリンダ部材と、このシリンダ部材の内部に形成され圧縮窒素ガスを充填したガス作動室と、このガス作動室のガス圧を受圧する受圧部材等を備え、受圧部材と一体の出力ロッドがシリンダ部材の外部まで延び、前記圧縮窒素ガスのガス圧により突出側へ付勢されている。
【０００３】
例えば、ガススプリングをプレス機械の緩衝機構に適用した場合、プレススライド等の可動部材がガススプリングのガス圧による付勢力に抗して出力ロッドを退入させることで緩衝作用が得られる。ところで、ガススプリングのガス作動室に圧縮窒素ガスを充填する場合、通常、既存のガスボンベを用いて行う。ガスボンベ内のガス圧は１０ＭＰａ〜１５ＭＰａあり、ガスの消費とともにガス圧が低下する関係上、ガス作動室に充填される圧縮ガスのガス圧は、通常、ガスボンベ内のガス圧よりも低いガス圧（例えば、７ＭＰａ）に設定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガススプリングでは、ガス作動室に高圧の圧縮窒素ガスを充填することが難しいため、強力な付勢力を発生させて大荷重を支持可能にする為にはガススプリングを大型化する必要があり、狭い空間に設置できなくなり、製作コストが高価になる。一方、ガス作動室内に充填する圧縮窒素ガスのガス圧を過度に高くすると、その圧縮窒素ガスが外部へリークし易くなる等の問題が発生する。
【０００５】
本発明の目的は、ガススプリングにより液圧シリンダ内の液体をガス作動室のガス圧よりも高圧に加圧し、強力な付勢力を発生させて大荷重を支持可能にすること、構造を小型化し製作コストの低減を図ること、液圧により復帰作動可能にすること、等である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の増圧機能付き流体圧シリンダは、シリンダ本体とこのシリンダ本体内に形成され液体を封入した液室とこの液室の液圧を受圧する出力用ピストン部材とを備えた液圧シリンダと、圧縮ガスを充填したガス作動室とこのガス作動室のガス圧を受圧する受圧部材とを備えたガススプリングであって、前記液室内の液体を前記ガス圧よりも高圧に加圧可能なガススプリングとを設け、前記受圧部材は、前記ガスプリングのシリンダ部材に摺動自在に内嵌された受圧部と、この受圧部から前記液室側へ延び且つ前記液室内の液体に臨む出力ロッド部を有し、この出力ロッド部の断面積が、前記受圧部の断面積よりも小さく形成されたことを特徴とするものである。
【０００７】
前記液体として油を、前記圧縮ガスとして圧縮窒素ガスを使用することが望ましい。ガススプリングのガス作動室に圧縮ガスが充填され、このガス圧を受圧部材が受圧する。液圧シリンダのシリンダ本体内に液室が形成され、ガススプリングにより、液室に封入された液体が受圧部材を介してガス作動室のガス圧よりも高圧に加圧され、この加圧された液圧を出力用ピストン部材が受圧する。
【０００８】
ガススプリングにより、液圧シリンダの液室内の液体をガス作動室のガス圧よりも高圧に加圧することにより、強力な付勢力を発生させて大荷重を支持することが可能になる。ガスボンベ等の既存の圧縮ガス供給源から圧縮ガスをガス作動室に充填し、ガススプリングの付勢力によって液室の液圧を数倍増圧し、前記強力な付勢力を発生させることができるため、スプリング機能のある流体圧シリンダの構造を小型化でき、圧縮ガスのリークを防止する上でも有利であり、製作コストの低減を図るうえで有利になる。
【０００９】
請求項２の増圧機能付き流体圧シリンダは、請求項１の発明において、前記ガススプリングのシリンダ部材は前記シリンダ本体と一体的に形成され、ガススプリングと液圧シリンダは直列状に配置されたことを特徴とするものである。増圧機能付き流体圧シリンダをシンプルな構造とすることができ、これにより、製作コストの低減を図ることができる。
【００１０】
請求項３の増圧機能付き流体圧シリンダは、請求項２の発明において、前記シリンダ本体の内部に、液室とガス作動室の間を仕切る仕切り部材を設け、この仕切り部材をシリンダ本体に螺合にて固定したことを特徴とするものである。シリンダ部材と一体的に形成したシリンダ本体の内部に、液室とガス作動室を簡単に形成することができる。
【００１１】
請求項４の増圧機能付き流体圧シリンダは、請求項３の発明において、前記仕切り部材に、受圧部材の出力ロッド部が摺動自在に挿入される貫通孔を形成したことを特徴とするものである。出力ロッド部の先端部を液室内の液体に接触させてその液体を確実に加圧することができる。
【００１２】
請求項５の増圧機能付き流体圧シリンダは、請求項４の発明において、前記ガススプリングに、受圧部材を復帰させる為の復帰用液室を設け、この復帰用液室に液圧を供給して受圧部材を復帰させることを特徴とするものである。前記強力な付勢力に抗して、出力用ピストン部材にかなり強力な外力を付加しなくても、復帰用液室に比較的低圧の液圧を供給することにより、受圧部材を容易に復帰させることができ、また、これに連動して、出力用ピストン部材を復帰（退入）させることができる。
【００１３】
請求項６の増圧機能付き流体圧シリンダは、請求項５の発明において、前記液圧シリンダに、出力用ピストン部材を復帰側へ付勢するスプリング部材を設けたことを特徴とするものである。受圧部材を復帰させることにより、スプリング部材の付勢力により出力用ピストン部材を確実に復帰させることができる。
【００１４】
請求項７の増圧機能付き流体圧シリンダは、請求項５又は６の発明において、前記仕切り部材と受圧部材の受圧部との間に、前記復帰用液室が形成されていることを特徴とするものである。復帰用液室のガス圧を受圧部材の受圧部に受圧させることができるため、復帰用液室に比較的低圧の油圧を供給することで、受圧部材を復帰させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態は、プレス機械等の緩衝機構に設けられる流体圧スプリングに、本発明を適用した場合の一例である。
【００１６】
図１、図２に示すように、流体圧スプリングとしての増圧機能付き流体圧シリンダ１（以下、流体圧シリンダ１という）は、油Ｌを密閉状に封入した油封入型の油圧シリンダ２と、圧縮ガスＧを密閉状に封入したガス封入型のガススプリング３とを備えている。これら油圧シリンダ２とガススプリング３は、共通のシリンダ本体部材４を備え、上下に直列状に配置されている。
【００１７】
油圧シリンダ２について説明する。油圧シリンダ２は、シリンダ本体部材４の略上半部を構成するシリンダ本体１０と、シリンダ本体１０の内部に形成され油Ｌを封入した油室１１と、油室１１の油圧を受圧する出力用ピストン部材１２と、シリンダエンド壁を構成する仕切り部材１３を備えている。
【００１８】
シリンダ本体１０のヘッドカバー部１０ａに挿通孔１０ｂが形成され、この挿通孔１０ｂに、出力用ピストン部材１２のロッド部１２ａが摺動自在に挿通している。ヘッドカバー部１０ａの挿通孔１０ｂを形成する周壁とロッド部１２ａの間が、環状シール部材９ａとＯリング９ｂによりシールされている。
【００１９】
出力用ピストン部材１２は、ロッド部１２ａと、ロッド部１２ａの下端部側に設けられた受圧部１２ｂを有する。出力用ピストン部材１２の下部には下側から穴１２ｃが形成されている。受圧部１２ｂは、ロッド部１２ａの径よりも大径に形成され、油室１１の径よりも小径に形成されて、油室１１内に収容されている。この受圧部１２ｂがヘッドカバー部１０ａの下端に当接した状態（図１参照）で、出力用ピストン部材１２が上方へ最大限突出した突出位置になる。
【００２０】
仕切り部材１３は、シリンダ本体１０の下端部分に螺合にて固定されている。詳細には、仕切り部材１３の略下半部がシリンダ本体１０の内壁に螺合され、仕切り部材１３及びシリンダ本体１０の内壁の螺合部分よりも上側は、これらよりも僅かに小径に形成され、これら仕切り部材１３とシリンダ本体１０の内壁の径が変化する境界の段部同士を係合させて、シリンダ本体１０に螺合された仕切り部材１３が固定されている。仕切り部材１３の上端外周部とシリンダ本体１０の内壁の間がＯリング９ｃによりシールされている。
【００２１】
ガススプリング３について説明する。ガススプリング３は、シリンダ部材２０と、圧縮ガスＧを充填し前記油室１１の径よりも僅かに大径のガス作動室２１と、ガス作動室２１のガス圧を受圧する受圧部材２２と、ヘッドカバーを構成するとともに油圧シリンダ２と共通の仕切り部材１３と、シリンダエンド壁２３を備え、油圧シリンダ２の油室１１内の油Ｌを前記ガス圧よりも高圧に加圧可能に構成されている。
【００２２】
前記シリンダ部材２０が油圧シリンダ２のシリンダ本体１０と一体的に形成されて、シリンダ本体部材４を構成し、前記仕切り部材１３により油室１１とガス作動室２１の間が仕切られている。
【００２３】
受圧部材２２は、シリンダ部材２０に摺動自在に内嵌された受圧部２２ａと、この受圧部２２ａから上方へ延び且つ前記液室１１内の油Ｌ（液体）に臨む出力ロッド部２２ｂを有する。受圧部２２ａの外周部に形成された環状溝２２ｃに環状シール部材９ｄが装着され、この環状シール部材９ｄにより、受圧部２２ａとシリンダ部材２０の内壁との間がシールされている。受圧部２２ａの下部には下側から凹部２２ｄが形成されている。
【００２４】
仕切り部材１３に、受圧部材２２の出力ロッド部２２ｂが摺動自在に挿入される貫通孔１３ａが形成され、この貫通孔１３ａを形成する仕切部材１３の壁面の下部と出力ロッド部２２ｂの間がＯリング９ｅによりシールされている。シリンダ部材２０に、仕切り部材１３と受圧部２２ａ間の隙間に連通する呼吸孔２０ａが形成されている。
【００２５】
シリンダエンド壁２３は、シリンダ部材２０の下端部分に内嵌状に螺合され、その中央部分に、ガス作動室２１と外部とを連通するガス通路孔２３ａが形成され、このガス通路孔２３ａにチェック弁２４がガス密に内嵌され組み込まれている。このチェック弁２４により、ガス作動室２１内の圧縮ガスが外部へ漏れ出ないようにするとともに、外部のガスボンベ等のガス供給源（図示略）からガス作動室２１への圧縮ガスの供給を可能にする。シリンダエンド壁２３の上部には上側から環状凹部２３ｂが形成されている。
【００２６】
ここで、油圧シリンダ２の油室１１において、シリンダ本体１０、出力用ピストン部材１２、仕切り部材１３、受圧部材２２の出力ロッド部２２ｂとで囲まれた部分に油Ｌが液密に封入され、ガススプリング３のガス作動室２１において、シリンダ部材２０、受圧部材２２の受圧部２２ａ、シリンダエンド壁２３とで囲まれた部分に圧縮ガスＧがガス密に封入されている。
【００２７】
受圧部材２２の出力ロッド部２２ｂが進退する際に、油Ｌ（油室１１）の体積が変化しないように、出力用ピストン部材１２が連動して進退する。そして、受圧部材２２の受圧部２２ａが仕切り部材１３の下端に当接した状態（図１参照）で、受圧部材２２が突出位置（上限位置）となり、出力ロッド部２２ｂの上端部分が油室１１側に突出して、出力用ピストン部材１２も前記突出位置になる。
【００２８】
一方、受圧部材２２の受圧部２２ａがシリンダエンド壁２３の上端に当接した状態（図２参照）で、受圧部材２２が復帰位置（下限位置）となり、出力ロッド部２２ｂの先端がＯリング９ｅのすぐ上側に位置するまで仕切り部材１３の貫通孔１３ａに入り込む。このとき、出力用ピストン部材１２も復帰位置（下限位置）となり、出力用ピストン部材１２の先端が外部へ僅かに突出した状態になる。尚、受圧部材２２が復帰位置に位置すると、ガス作動室２１において、圧縮ガスＧは受圧部２２ａの凹部２２ｄとシリンダエンド壁２３の環状凹部２３ｂだけに封入された状態となりかなり圧縮され高圧になる。
【００２９】
通常時には、受圧部材２２がガス作動室２１のガス圧により突出位置に付勢されるため、出力用ピストン部材１２も突出位置になり、この状態のときに、ガス作動室２１のガス圧が所定圧（例えば、７ＭＰａ）となるように設定されている。そして、ガス作動室２１のガス圧が前記所定圧となるように、チェック弁２４を介して、前記圧縮ガス供給源からガス作動室２１に圧縮ガスＧを供給する。
【００３０】
さて、受圧部材２２において、圧縮ガスＧを受圧する受圧面積（受圧部２２ａの断面積）は、油Ｌを加圧する加圧面積（ロッド部２２ｂの断面積）よりも数倍（例えば、約５倍）大きいため、その分、油室１１内の油Ｇが、前記ガス圧（例えば、７ＭＰａ）よりも高圧（例えば、３５ＭＰａ）に加圧される。
【００３１】
この流体圧シリンダ１によれば、ガススプリング３により油圧シリンダ２の油室１１内の油Ｌを、ガススプリング３のガス作動室２１内のガス圧よりも高圧に加圧することができるため、強力な付勢力を発生させることができる。ガスボンベ等の既存の圧縮ガス供給源から圧縮ガスをガス作動室２１に充填し、ガススプリング３の付勢力によって油室１１の油圧を数倍増圧し、前記強力な付勢力を発生させることができるため、スプリング機能のある流体圧シリンダ１の構造を小型化でき、圧縮ガスＧのリークを防止する上でも有利であり、製作コストの低減を図るうえで有利になる。
【００３２】
ガススプリング３のシリンダ部材２０を油圧シリンダ２のシリンダ本体１０と一体的に形成し（共通のシリンダ本体部材４を設け）、ガススプリング３と油圧シリンダ２を直列状に配置したので、流体圧シリンダ１をシンプルな構造とすることができ、これにより、製作コストを低減することができる。
【００３３】
シリンダ本体１０の内部に、油室１１とガス作動室２１の間を仕切る仕切り部材１３を設け、この仕切り部材１３をシリンダ本体１０に螺合にて固定したので、シリンダ部材２０と一体形成したシリンダ本体１０の内部に油室１１とガス作動室２１を簡単に形成できる。仕切り部材１３に、受圧部材２２の出力ロッド部２２ｂが摺動自在に挿入される貫通孔１３ａを形成したので、出力ロッド部２２ａの先端部を油室１１内の油Ｌに接触させて油Ｌを確実に加圧できる。
【００３４】
次に、変更形態について説明する。但し、前記実施形態と基本的に同じものには同一符号を付して説明を省略する。
【００３５】
１〕図３、図４に示すように、第１変更形態の流体圧シリンダ１Ａは、ガススプリング３Ａに、受圧部材２２を復帰させる為の復帰用油室４５を設け、この復帰用油室４５に油圧を供給して受圧部材２２を復帰させるように構成するとともに、油圧シリンダ２Ａに、出力用ピストン部材３２を復帰側へ付勢する圧縮コイルバネ３５（スプリング部材）を設けたものである。
【００３６】
油圧シリンダ２Ａのシリンダ本体３０のヘッドカバー部３０ａは、前記ヘッドカバー部１０ａよりも上下方向に厚く形成され、そのヘッドカバー部３０ａに、挿通孔３０ｂよりも大径のバネ収容穴３０ｃが下側から形成されている。圧縮コイルバネ３５はバネ収容穴３０ｃに装着され、出力用ピストン部材３２のロッド部３２ａに外装されて、受圧部３２ｂを下側（復帰位置）へ弾性付勢している。
【００３７】
尚、前記油圧シリンダ２と比べた場合、ヘッドカバー部３０ａが上下に厚くなる分、出力用ピストン部材３２のロッド部３２ａも長くなり、これにより、油室３１のボリュームは小さくなっているが、シリンダ本体３０の長さを長くして、油室３１のボリュームを大きくしてもよい。
【００３８】
復帰用油室４５は、シリンダ部材４０の内部において、仕切り部材１３と受圧部材２２の受圧部２２ａとの間に形成されている。シリンダ部材４０は、前記シリンダ部材２０よりも厚肉に形成され、そのシリンダ部材４０に、復帰用油室４５に連通する油路４６ａ及び油圧供給ポート４６ｂが形成され、この油圧供給ポート４６ｂに、油圧供給ユニット４７から延びる油圧ホース４８が接続プラグ４８ａを介して接続されている。
【００３９】
この流体圧シリンダ１Ａによれば、受圧部材２２を復帰させる為の復帰用油室４５を設け、この復帰用油室４５に油圧を供給して受圧部材２２を復帰させるので、前記強力な付勢力に抗して、出力用ピストン部材３２にかなり強力な外力を付加しなくても、復帰用油室４５に比較的低圧の油圧を供給することにより、受圧部材２２を容易に復帰させることができる。また、油圧シリンダ２Ａに、出力用ピストン部材３２を復帰側へ付勢する圧縮コイルバネ３５を設けたので、受圧部材２２を復帰させることにより、これに連動させて、圧縮コイルバネ３５の付勢力により出力用ピストン部材３２を確実に復帰させることができる。
【００４０】
２〕図５に示すように、第２変更形態は、複数の流体圧シリンダ１Ｂを共通のベース板５０上に配置したものである。各流体圧シリンダ１Ｂは、前記流体圧シリンダ１と殆ど同様の構造であるが、シリンダ部材５５の下端部にフランジ部５５ａが一体形成され、このフランジ部５５ａが複数のボルト５６によりベース板５０の上面に固定され、また、シリンダエンド壁２３のガス通路穴２３ａのチェック弁２４は省略されている。
【００４１】
ベース板５０には、水平方向向きの共通ガス通路５１と、この共通ガス通路５１から分岐し複数の流体圧シリンダ１Ｂのガス作動室２１に夫々ガス通路孔２３ａを介して接続される複数の縦向きの分岐ガス通路５２が形成されている。尚、各流体圧シリンダ１Ｂのガス通路孔２３ａと分岐ガス通路５２の接続付近において、シリンダエンド壁２３とベース板５０の間は、Ｏリング５３によりガスシールされている。
【００４２】
共通ガス通路５１のガス供給側の端部に、この共通ガス通路５１に接続された複数の流体圧シリンダ１Ｂに共通のチェック弁５４が組み込まれ、これら流体圧シリンダ１Ｂのガス作動室２１、ガス通路孔２３ａ、分岐ガス通路５２、共通ガス通路５１内に圧縮ガスが充填されている。つまり、複数の流体圧シリンダ１Ｂのガス作動室２１のガス圧を均等にすることができる。
【００４３】
また、共通のチェック弁５４を設けるだけでよいし、複数のガス作動室２１に圧縮ガスを一挙に充填できるため、圧縮ガスの充填作業を非常に簡単に行うことができる。尚、流体圧シリンダ１Ｂの代わりに、前記流体圧シリンダ１Ａと殆ど同様の流体圧シリンダを適用してもよい。
【００４４】
３〕図６、図７に示すように、第３変更形態は、前記流体圧シリンダ１と同様の構造の流体圧シリンダ１Ｃを、クランプ装置６０の出力機構として適用したものである。このクランプ装置６０は、ベース部材６１と、ベース部材６１の上側に水平な枢支軸６２により回動可能に支持されたクランプアーム６３を備え、ベース部材６１は、クランプ対象物Ｗを受止め可能な鉛直面６１ａと、クランプ対象物Ｗを支持可能に鉛直面６１ａの下側から張り出した支持部６１ｂを有する。
【００４５】
クランプアーム６３は、クランプ対象物Ｗをベース部材６１の支持部６１ｂに押圧可能に枢支軸６２から鉛直面６１ａよりも張り出して延びる押圧アーム部６３ａと、枢支軸６２から押圧アーム部６３ａと反対側へ延びる入力アーム部６３ｂとを有し、流体圧シリンダ１Ｃは、この入力アーム部６３ｂの端部にクランプ力を入力可能に、ベース部材６１に形成された取付穴６１ｃに取外し可能に内嵌されて組み込まれている。
【００４６】
図６はクランプ装置６０のクランプ状態を示し、図７はクランプ装置６０のクランプ解除状態を示している。図６のクランプ状態では、流体圧シリンダ１Ｃの強力な付勢力が、出力用ピストン部材１２からクランプアーム６３に入力され、この付勢力によりクランプアーム６３がクランプ位置に付勢されてクランプ対象物Ｗを強力にクランプしている。
【００４７】
クランプアーム６３がクランプ位置に位置している状態から、図７に示すように、外部のクランプ解除用のロッド部材６５が下降駆動されると、このロッド部材６５により出力用ピストン部材１２がクランプアーム６３を介して下側へ押動されて復帰し、クランプアーム６３もクランプ解除位置へ回動し、この状態で、クランプ対象物Ｗのクランプセット位置への着脱が行われる。この状態から、ロッド部材６５が上昇駆動されると、出力用ロッド部材１２が上方へ突出していき、クランプアーム６３がクランプ解除位置からクランプ位置へ駆動される。
【００４８】
このクランプ装置１によれば、出力機構として本案の流体圧シリンダ１Ｃを適用することにより、クランプ力を格段に高めてクランプ対象物Ｗを強力にクランプすることが可能になる。また、シンプルな構造の流体圧シリンダ１をベース部材６１にコンパクトに組み込むことができるため、クランプ装置１全体を小型化するうえで非常に有利になる。
【００４９】
尚、流体圧シリンダ１Ｃの代わりに、前記流体圧シリンダ１Ａと殆ど同様の流体圧シリンダを適用してもよい。この場合、復帰用油室４５に油圧を供給して受圧部材２２を復帰させ、油圧シリンダ２Ａに、出力用ピストン部材３２を復帰側へ付勢する圧縮コイルバネ３５を設けてあるため、外部のクランプ解除用のロッド部材６５が不要となる。但し、クランプアーム６３をクランプ解除位置に復帰させるスプリング部材等の何からの復帰機構を設けることが望ましい。
【００５０】
４〕図８〜図１０に示すように、第４変更形態は、工作機械の主軸の先端部に工具を固定解除可能に固定する工具固定装置に、本発明を適用したものである。図８に示すように、工作機械の主軸７１は複数のベアリング７１ａを介して回転自在に支持され、その先端部分に先端側程大径化するテーパ状の工具保持部７２が形成されている。
【００５１】
工具固定装置７０は、工具Ｔの基端の被係合部Ｔａを係合解除可能に係合するコレット７５と、コレット７５に連係したドローバー７６と、ドローバー７６を工具固定側（主軸７１の基端側）へ付勢する本願特有の流体圧シリンダ１Ｄと、流体圧シリンダ１Ｄの付勢力に抗してドローバー７６を固定解除側（主軸７１の先端側）へ駆動可能な解除機構９０等で構成されている。
【００５２】
主軸７１には、工具保持部７２と、コレット７５が収容される収容孔８０と、ドローバー７６が挿通する挿通孔８１と、シリンダ取付穴８２とが、先端部から基端側へ直列状に形成されている。主軸７１の先端部にはスリーブ８３がその基端部分を外嵌螺合して固定されている。スリーブ８３の先端部分と主軸７１の間に複数の孔８４が形成され、各孔８４に主軸７１の先端側へ先端部を突出させた押圧部材８５の基端部が摺動自在に内嵌され、押圧部材８５は孔８４に装着された複数の板バネ８６で先端側へ付勢されている。
【００５３】
コレット７５は、先端部側が３又は４分割された弾性を有する分割体で構成され、ドローバー７６が挿通する軸孔７５ａと、軸孔７５ａの先端側に設けられ軸孔７５ａより大径の大径孔７５ｂを有し、この大径孔７５ｂに、ドローバー７６の先端部に固着された係止部７６ａが内嵌されている。ここで、工具Ｔは、前記係合部Ｔａ及びテーパ軸部Ｔｂと、テーパ軸部Ｔｂの先端側に設けられた大径の円板部Ｔｃを有する。
【００５４】
ドローバー７６が工具固定側へ移動すると、軸孔７５ａと大径孔７５ｂの境界の段部７５ｃに係止部７６ａが係止されコレット７５も基端側へ移動する。すると、コレット７５の先端部側の分割体が閉じながら収容孔８０の奥側に入り込み、その途中で工具Ｔの係合部Ｔａに係合し、その後、係合部Ｔａが基端側へ引っ張られて、工具Ｔはそのテーパ軸部Ｔｂが工具保持部７２に当接した状態で固定される。
【００５５】
工具Ｔがテーパ軸部Ｔｂに固定されると、板バネ８６で付勢された押圧部材８５により、工具Ｔの円板部Ｔｃが先端側へ付勢された状態となる。ドローバー７６が固定解除側へ移動すると、係止部７６ａによる段部７５ｃへの係止が解除され、押圧部材８５により工具Ｔが先端側に押動されて固定解除され、更に、コレット７５の先端部側の弾性を有する分割体も開きながら先端側へ移動するため、工具Ｔの係合部Ｔａとコレット７５との係合が解除され工具Ｔが解除される。
【００５６】
つまり、流体圧シリンダ１Ｄにより、ドローバー７６を工具固定側（主軸７１の基端側）へ付勢することにより、ドローバー７６を固定解除位置から工具固定位置へ駆動するとともに、ドローバー７６を工具固定位置に保持して、工具Ｔをテーパ軸部７２に固定することができる。
【００５７】
流体圧シリンダ１Ｄについて説明する。図９、図１０に示すように、流体圧シリンダ１Ｄは、油圧シリンダ100 と、ガススプリング101 とを備えている。これら油圧シリンダ100 とガススプリング101 は、共通のシリンダ本体部材103 を備えて上下に直列状に配置され、このシリンダ本体部材103 が主軸７１のシリンダ取付穴８２に内嵌状に固定されている。
【００５８】
油圧シリンダ100 は、シリンダ本体部材103 の略上半部を構成するシリンダ本体110 と、シリンダ本体110 の内部に形成され油Ｌを封入した油室111 と、油室111 の油圧を受圧する出力用ピストン部材112 と、シリンダエンド壁を構成する仕切り部113 を備えている。シリンダ本体110 のヘッドカバー部110aに挿通孔110bが形成され、この挿通孔110bに、出力用ピストン部材112 の中空ロッド部112aが摺動自在に挿通している。
【００５９】
出力用ピストン部材112 は、シリンダ本体部材110 よりも長い前記中空ロッド部112aと、中空ロッド部112aの上端近くに設けられた受圧部112bを有し、中空ロッド部112aがドローバー７６に摺動自在に外嵌されるとともにシリンダ本体部材103 を貫通するように設けられ、受圧部112bがシリンダ本体110 に摺動自在に内嵌されている。仕切り部113 は、シリンダ本体110 の内側へ張出し、ガススプリング101 の受圧部材122 の出力部122bの外面に摺動自在に外嵌されている。
【００６０】
ガススプリング101 は、シリンダ部材120と、圧縮ガスＧを充填し前記油室111 の径よりも僅かに大きな外径のガス作動室121 と、ガス作動室121 のガス圧を受圧する受圧部材122 と、ヘッドカバーを構成するとともに油圧シリンダ100 と共通の仕切り部113 を備え、油圧シリンダ100 の油室111 内の油Ｌを前記ガス圧よりも高圧に加圧可能に構成されている。シリンダ部材120 が油圧シリンダ100のシリンダ本体110 と一体的に形成されて、前記シリンダ本体部材103 を構成し、仕切り部113 により油室111 とガス作動室121 の間が仕切られている。
【００６１】
受圧部材122 はスリーブ状に形成され、出力用ピストン部材112 のうち受圧部122bよりも下側の中空ロッド部122aに摺動自在に外嵌されている。この受圧部材122 は、シリンダ部材120 に摺動自在に内嵌された受圧部122aと、この受圧部122aから上方へ延びる出力部122bを有し、この出力部122bが仕切り部材113 の内側の貫通孔113aを貫通して油室111 に達している。
【００６２】
シリンダ部材120 のシリンダエンド壁部120aに挿通孔120bが形成され、この挿通孔120bに出力用ピストン部材112 の中空ロッド部112aが摺動自在に内嵌されている。シリンダエンド壁部120a付近に、ガス作動室121 と外部とを連通するガス通路孔120cが形成され、このガス通路孔120cに、チェック弁125 がガス密に内嵌され組み込まれている。尚、図示していないが、シリンダ部材120 には、仕切り部113 と受圧部122a間の隙間に連通する呼吸孔が形成されている。尚129a〜129hはシール部材である。
【００６３】
この流体圧シリンダ１Ｄにおいては、ガススプリング101 により油圧シリンダ100 の油室111 内の油Ｌを、ガススプリング101 のガス作動室121 内のガス圧よりも高圧に加圧することができるため、ガススプリング101 だけでは発生できない強力な付勢力を油圧シリンダ100 と協働して発生させることができる。この強力な付勢力を、出力用ピストン部材112 からその先端部に係合するドローバー７６の先端の係合軸部７６ｂに伝達し、ドローバー７６を工具固定側へ強力に付勢することができるため、工具Ｔを強力に固定することが可能になる。その他、基本的に前記実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【００６４】
尚、解除機構９０は、図８に示すように、主軸７１の基端側に固定的に設けられ、油圧供給源を含む駆動制御部により駆動制御される油圧シリンダ９１を有し、ピストンロッド９１ａの先端部でドローバー７６の係合軸部７６ｂを押動し、出力用ピストン部材112（受圧部材122 ）を基端側の復帰位置に退入させるとともに、ドローバー６を固定解除側へ駆動するように構成してある。
【００６５】
５〕図１１に示すように、第５変更形態の流体圧シリンダ１Ｅは、前記流体圧シリンダ１と基本的に同じ構造の流体圧シリンダにおいて、ガス作動室２１に、例えばステンレス製のベローズ130 を装着し、このベローズ130 に圧縮ガスを封入したものであり、受圧部材２２はこのガス圧をベローズ130 を介して受圧する。チェック弁を組み込んだガス通路孔２３ａが、ベローズ130 の内部にガス密に連通されている。そのために、ベローズ130 の基端面とシリンダエンド壁２３の先端面とを接着してもよいし、ベローズ130 とガス通路孔２３ａとの接続部付近に適当なシール部材を装着してもよい。
【００６６】
このように、ガス作動室２１にベローズ130 を装着し、このベローズ130 に圧縮ガスを封入したので、長期の使用中にも圧縮ガスのリークが殆ど生じず、長期に亙って安定した付勢力を発揮させることができる。ベローズ130 をガス作動室２１の内部に装着してから、ベローズ130 に圧縮ガスを充填できるためベローズ130 の組付けも容易である。尚、前記流体圧シリンダ１Ａ〜１Ｄにおいても、ガス作動室に適当な構造のベローズを装着し、そのベローズに圧縮ガスを封入するように構成することができる。但し、流体圧シリンダ１Ｄのガス作動室121 に装着されるベローズは環状に構成される。
【００６７】
前記実施形態及び変更形態の変形例として、シリンダ部材とシリンダ本体とを別体に形成してもよい。そして、これらシリンダ部材とシリンダ本体を螺合等で連結して一体的に形成してもよい。また、ガススプリングと油圧シリンダを必ずしも直列状に配置しなくてもよい。図１〜図７の流体圧シリンダにおいて、出力用ピストン部材の受圧部をシリンダ本体に摺動自在に内嵌させてもよい。この場合、受圧部とヘッドカバー部間の隙間に連通する呼吸孔が形成される。また、受圧部材の出力ロッド部に圧縮ガスを収容可能なガス収容孔を形成してもよい。
【００６８】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施形態や変更形態に種々の変更を付加した形態で実施することも可能であるし、プレス機械等の衝撃機構やクランプ装置等の出力機構以外に、付勢機能を要する種々の装置や機構に本発明を適用することが可能である。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１の増圧機能付き流体圧シリンダによれば、圧縮ガスを充填したガス作動室とこのガス作動室のガス圧を受圧する受圧部材とを備えたガススプリングを設け、このガススプリングにより液圧シリンダの液室内の液体を前記ガス圧よりも高圧に加圧できるため、強力な付勢力を発生させ大荷重を支持することが可能になる。ガスボンベ等の既存の圧縮ガス供給源から圧縮ガスをガス作動室に充填し、ガススプリングの付勢力によって液室の液圧を数倍増圧し、前記強力な付勢力を発生させることができるため、スプリング機能のある流体圧シリンダの構造を小型化でき、圧縮ガスのリークを防止する上でも有利であり、製作コストの低減を図るうえで有利になる。
【００７０】
請求項２の増圧機能付き流体圧シリンダによれば、ガススプリングのシリンダ部材を前記シリンダ本体と一体的に形成し、ガススプリングと液圧シリンダを直列状に配置したので、増圧機能付き流体圧シリンダをシンプルな構造とすることができ、製作コストの低減を図ることができる。
【００７１】
請求項３の増圧機能付き流体圧シリンダによれば、シリンダ本体の内部に、液室とガス作動室の間を仕切る仕切り部材を設け、この仕切り部材をシリンダ本体に螺合にて固定したので、一体的に形成したシリンダ部材とシリンダ本体の内部に液室とガス作動室を簡単に形成することができる。
【００７２】
請求項４の増圧機能付き流体圧シリンダによれば、仕切り部材に、受圧部材の出力ロッド部が摺動自在に挿入される貫通孔を形成したので、出力ロッド部の先端部を液室内の液体に接触させてその液体を確実に加圧することができる。
【００７３】
請求項５の増圧機能付き流体圧シリンダによれば、ガススプリングに、受圧部材を復帰させる為の復帰用液室を設け、この復帰用液室に液圧を供給して受圧部材を復帰させるので、前記強力な付勢力に抗して、出力用ピストン部材にかなり強力な外力を付加しなくても、復帰用液室に比較的低圧の液圧を供給することにより、受圧部材を容易に復帰させることができ、また、これに連動して、出力用ピストン部材を復帰（退入）させることができる。
【００７４】
請求項６の増圧機能付き流体圧シリンダによれば、液圧シリンダに、出力用ピストン部材を復帰側へ付勢するスプリング部材を設けたので、受圧部材を復帰させることにより、スプリング部材の付勢力により出力用ピストン部材を確実に復帰させることができる。
【００７５】
請求項７の増圧機能付き流体圧シリンダによれば、仕切り部材と受圧部材の受圧部との間に、前記復帰用液室を形成したので、復帰用液室の液圧を受圧部材の受圧部に受圧させることができ、復帰用液室に比較的低圧の油圧を供給することで、受圧部材を復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る増圧機能付き流体圧シリンダ（伸長状態）の縦断面図である。
【図２】図１の流体圧シリンダ（復帰状態）の縦断面図である。
【図３】第１変更形態の流体圧シリンダ（伸長状態）の縦断面図である。
【図４】図３の流体圧シリンダ（復帰状態）の縦断面図である。
【図５】第２変更形態の複数の流体圧シリンダとベース板の縦断面図である。
【図６】第３変更形態の流体圧シリンダを備えたクランプ装置（クランプ状態）の縦断面図である。
【図７】図６の流体圧シリンダを備えたクランプ装置（クランプ解除状態）の縦断面図である。
【図８】第４変更形態の流体圧シリンダを備えた工具交換固定装置の（工具固定状態）の縦断面図である。
【図９】図８の流体圧シリンダ（クランプ状態）の縦断面図である。
【図１０】図８の流体圧シリンダ（クランプ解除状態）の縦断面図である。
【図１１】第５変更形態の流体圧シリンダの縦断面図である。
【符号の説明】
Ｇ              圧縮ガス
Ｌ              油
１，１Ａ〜１Ｅ  増圧機能付き流体圧シリンダ
２，２Ａ，100   油圧シリンダ
３，３Ａ，101   ガススプリング
１０，３０，110 シリンダ本体
１１，３１，111 油室
１２，３２，112 出力用ピストン部材
１３            仕切り部材
１３ａ,113a     貫通孔
２０，４０，５５，120 シリンダ部材
２１，121       ガス作動室
２２，122       受圧部材
２２ｂ          出力ロッド部
２２ａ,122a     受圧部
３５            圧縮コイルバネ
４５            復帰用油室
113             仕切り部
122b            出力部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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