JP7323181B2 - シリンダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダ装置に関する。

シリンダ装置として、従来では、下記の特許文献１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。

シリンダに軸心方向へ移動可能で保密状に環状のピストンが挿入される。出力ロッドの端部に第１受圧部材、シリンダの第２端壁に第２受圧部材が設けられる。この第１受圧部材と第２受圧部材との間に環状の係合空間が半径方向の内方へすぼまるように形成され、その係合空間に周方向へ所定の間隔をあけて複数の転動体が挿入される。駆動手段によってロック駆動されると、上記ピストンに設けられた押圧面が、転動体と第１受圧部材とを順に介して出力ロッドをロック側へ駆動する。

特開２００２－１６０１３５号公報

上記の従来技術には次の問題がある。出力ロッドの駆動力が大きいため、強力なクランプ力が得られるという長所を特許文献１に記載のクランプ装置は有する。しかしながら、このクランプ装置は、上記長所を有する一方で、出力ロッドのストローク量が小さいという短所を有する。

本発明の目的は、強力なロック力が得られることに加えて、ストローク量も大きいシリンダ装置を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１から図２２に示すように、シリンダ装置を次のように構成した。

本発明の一実施形態のシリンダ装置は、ハウジング１と、前記ハウジング１に形成されたシリンダ孔２に軸方向に移動可能で保密状に挿入される第１ピストン３であって、内部にピストン収容室４が形成された第１ピストン３と、前記ピストン収容室４に前記軸方向に移動可能に挿入される第２ピストン５、および当該第２ピストン５から前記軸方向の先端側に延びる出力ロッド８を有するピストンロッド９と、前記ピストン収容室４内であって、前記第２ピストン５の外周側に配置された増力機構１０と、前記第１ピストン３の内部、且つ前記ピストン収容室４よりも前記軸方向の先端側または基端側に形成された複数の筒穴１７、１８であって、前記第１ピストン３の周方向に間隔をあけて配置されると共に前記第１ピストン３の半径方向に延びる複数の筒穴１７、１８と、前記複数の筒穴１７、１８にそれぞれ挿入される爪部材１９、２０と、前記シリンダ孔２内に前記軸方向に沿って連続的に設けられた複数の環状の凹凸で構成される係合部２４、３３であって、前記爪部材１９、２０の先端部１９ｂ、２０ｂが嵌り込む係合部２４、３３と、を備える。ロック駆動されたとき、前記第１ピストン３によって前記ピストンロッド９が前記軸方向のロック側へ移動すると共に、少なくとも１つの前記爪部材１９、２０の先端部１９ｂ、２０ｂが前記係合部２４、３３に嵌り込み、前記増力機構１０によって前記第２ピストン５が前記軸方向のロック側へ付勢される。

本発明のシリンダ装置は次の作用効果を奏する。第１ピストンによって十分なストローク量を確保することができる。また、ロック駆動時に発生する出力ロッドからの反力を爪部材にて受け止めることができるので、増力機構の増力性能を十分に発揮させることができ、強力なロック力が得られる。

上記シリンダ装置において、前記爪部材１９、２０は、第１爪部材１９および第２爪部材２０を有し、前記第１爪部材１９の先端部１９ｂと前記第２爪部材２０の先端部２０ｂとは、前記軸方向において、前記凹凸のピッチの小数倍の距離ずらされていてもよい。この構成によると、爪部材の係合部への嵌り込みがより確実なものとなる。

また、上記シリンダ装置において、前記第１爪部材１９の先端部１９ｂと前記第２爪部材２０の先端部２０ｂとは、前記軸方向において、前記凹凸のピッチの０．５倍の距離ずらされていてもよい。この構成によると、爪部材の係合部への嵌り込みがより確実なものとなるとともに、第１ピストンの軸方向長さを短くすることができる。

また、上記シリンダ装置において、例えば、図６、図１２に示すように、複数の前記第１爪部材１９および複数の前記第２爪部材２０が、前記第１ピストン３の周方向において等間隔で且つ交互に配置されていてもよい。

この構成によると、ロック駆動時に発生する出力ロッドからの反力を、第１爪部材および／または第２爪部材にてバランス良く且つ強固に受け止めることができる。

また、上記シリンダ装置において、前記筒穴１７、１８内で前記爪部材１９、２０を直進させる直進ガイド機構２２、２３を備えていてもよい。この直進ガイド機構２２、２３は、前記爪部材１９、２０の外面に形成された前記爪部材１９、２０の軸方向に延びる爪部材側溝１９ａ、２０ａと、前記筒穴１７、１８の内面に形成された前記筒穴１７、１８の軸方向に延びる筒穴側溝１７ａ、１８ａと、前記爪部材側溝１９ａ、２０ａと前記筒穴側溝１７ａ、１８ａとの間に配置されたガイド部材２１と、を有する。この構成によると、爪部材の係合部への嵌り込みがより確実なものとなる。

また、上記シリンダ装置において、例えば、図１、図１３などに示すように、前記係合部２４は、前記シリンダ孔２の内周面に形成されていてもよい。この構成によると、係合部を容易に形成することができる。

また、上記シリンダ装置において、例えば、図７、図１８などに示すように、前記シリンダ孔２の底部中央から前記第１ピストン３の軸方向の先端側に延びる柱状部３２が設けられており、前記係合部３３は、前記柱状部３２の外周面に形成されていてもよい。この構成によると、係合部を容易に形成することができる。

また、上記シリンダ装置において、前記増力機構１０は、前記第１ピストン３の軸方向に移動可能に前記第２ピストン５と同軸に配置される環状の増力ピストン１２と、前記第２ピストン５に設けられた受圧部６ｂ、５ａと、前記増力ピストン１２の小径部１３に設けられた押圧面１３ａと前記受圧部６ｂ、５ａとの間に配置される複数の伝動ボール１５と、を備えてもよい。この構成によると、増力機構を容易に構成することができる。

本発明によると、強力なロック力が得られることに加えて、ストローク量も大きいシリンダ装置を提供することが可能となる。

図１は、本発明の第１実施形態を示し、シリンダ装置のリリース状態における側面視の断面図である。 図２は、上記シリンダ装置の、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態の側面視の断面図である。 図３は、上記シリンダ装置の、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態の側面視の断面図である。 図４は、上記シリンダ装置の、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態の側面視の断面図である。 図５は、上記シリンダ装置のロック状態における側面視の断面図である。 図６は、図１のＡ－Ａ断面図である。 図７は、本発明の第２実施形態を示し、シリンダ装置のリリース状態における側面視の断面図である。 図８は、上記シリンダ装置の、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態の側面視の断面図である。 図９は、上記シリンダ装置の、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態の側面視の断面図である。 図１０は、上記シリンダ装置の、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態の側面視の断面図である。 図１１は、上記シリンダ装置のロック状態における側面視の断面図である。 図１２は、図７のＡ－Ａ断面図である。 図１３は、本発明の第３実施形態を示し、シリンダ装置のリリース状態における側面視の断面図である。 図１４は、上記シリンダ装置の、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態の側面視の断面図である。 図１５は、上記シリンダ装置の、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態の側面視の断面図である。 図１６は、上記シリンダ装置の、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態の側面視の断面図である。 図１７は、上記シリンダ装置のロック状態における側面視の断面図である。 図１８は、本発明の第４実施形態を示し、シリンダ装置のリリース状態における側面視の断面図である。 図１９は、上記シリンダ装置の、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態の側面視の断面図である。 図２０は、上記シリンダ装置の、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態の側面視の断面図である。 図２１は、上記シリンダ装置の、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態の側面視の断面図である。 図２２は、上記シリンダ装置のロック状態における側面視の断面図である。

図１から図６は、本発明の第１実施形態を示す。この実施形態のシリンダ装置は、出力ロッドを押し出すことでロック対象物Ｘをロックするタイプのシリンダ装置である。図１から図６によって第１実施形態のシリンダ装置の構成を説明する。

テーブル等の固定台Ｔにハウジング１が取り付けられる。ハウジング１に形成されたシリンダ孔２に軸方向に移動可能で保密状に第１ピストン３が挿入される（配置される）。第１ピストン３は、内部にピストン収容室４を有し、このピストン収容室４に第２ピストン５が軸方向に移動可能に挿入される（配置される）。第２ピストン５は、筒穴６ａを有する筒状部６と、筒状部６よりも大径の鍔部７とで構成される。ピストン収容室４の底部中央から軸方向の先端側へ延びる柱状部１１が上記筒穴６ａに保密状に挿入される。なお、柱状部１１は第１ピストン３の一部である。第２ピストン５から軸方向の先端側へ出力ロッド８が延びる。第２ピストン５と出力ロッド８とでピストンロッド９を構成する。

上記ピストン収容室４内には、第２ピストン５に加えて増力機構１０が収容される。増力機構１０は、第２ピストン５の外周側に配置され次のように構成される。

増力機構１０は、第２ピストン５と同軸でその筒状部６に軸方向に移動可能で保密状に外嵌めされる環状の増力ピストン１２を有する。増力ピストン１２は、小径部１３と大径部１４とを有し、大径部１４は第１ピストン３内に保密状に挿入される。小径部１３には、すり鉢状の押圧面１３ａが形成される。第２ピストン５を構成する上記筒状部６の端部は受圧部６ｂであり、受圧部６ｂの端面は先細りの例えばテーパ形状とされる。この受圧部６ｂと上記押圧面１３ａとの間に伝動部材としての複数の伝動ボール１５が配置される。上記増力ピストン１２、受圧部６ｂ、および伝動ボール１５で増力機構１０が構成される。なお、増力ピストン１２の大径部１４とピストン収容室４の底面との間には、付勢手段としての戻しバネ１６が配置されている。

上記第１ピストン３の内部であって、ピストン収容室４よりも軸方向先端側には、第１ピストン３の半径方向に延びる複数の筒穴１７、１８が形成される。図６に示すように、複数の筒穴１７および複数の筒穴１８は、第１ピストン３の周方向において等間隔で且つ交互に配置される。本実施形態では、３つの筒穴１７が、第１ピストン３まわりに１２０°間隔で配置され、これら隣り合う筒穴１７間の周方向真ん中にそれぞれ筒穴１８が配置されている。

上記各筒穴１７に円柱状の第１爪部材１９が保密状に挿入され、上記各筒穴１８に円柱状の第２爪部材２０が保密状に挿入される。筒穴１７、１８の上記配置により、複数の第１爪部材１９および複数の第２爪部材２０は、第１ピストン３の周方向において等間隔で且つ交互に配置されることとなる。

第１爪部材１９の外面には軸方向に延びる爪部材側溝１９ａが形成され、筒穴１７の内面には爪部材側溝１９ａに対面する筒穴側溝１７ａが形成される。この筒穴側溝１７ａは筒穴１７の軸方向に延びる。爪部材側溝１９ａと筒穴側溝１７ａとの間にガイド部材としてのガイドボール２１が配置される。これら爪部材側溝１９ａ、筒穴側溝１７ａ、およびガイドボール２１により直進ガイド機構２２が構成され、この直進ガイド機構２２によって、第１爪部材１９は回転することなく筒穴１７内を軸方向に移動する（直進する）。

第２爪部材２０についても同様である。第２爪部材２０の外面には軸方向に延びる爪部材側溝２０ａが形成され、筒穴１８の内面には爪部材側溝２０ａに対面する筒穴側溝１８ａが形成される。この筒穴側溝１８ａは筒穴１８の軸方向に延びる。爪部材側溝２０ａと筒穴側溝１８ａとの間にガイド部材としてのガイドボール２１が配置される。これら爪部材側溝２０ａ、筒穴側溝１８ａ、およびガイドボール２１により直進ガイド機構２３が構成され、この直進ガイド機構２３によって、第２爪部材２０は、回転することなく、筒穴１８内を軸方向に移動する（直進する）。

上記第１爪部材１９の先端部１９ｂ、および第２爪部材２０の先端部２０ｂが嵌り込み可能な係合部としてのラック２４が、シリンダ孔２の内周面に形成される。ラック２４は、第１ピストン３の軸方向に沿ってシリンダ孔２の内周面に連続的に設けられた複数の環状の凹凸である。

上記筒穴１７と筒穴１８とは、第１ピストン３の軸方向において、上記凹凸のピッチの０．５倍の距離だけずらされている。本実施形態では、第１爪部材１９と第２爪部材２０とは形状および寸法が同一であるので、筒穴１７と筒穴１８とが上記のとおりずらされていることにより、第１爪部材１９の先端部１９ｂと第２爪部材２０の先端部２０ｂとは、第１ピストン３の軸方向において、上記凹凸のピッチの０．５倍の距離だけずらされている。

第１ピストン３の出力ロッド８側の室がリリース室２５であり、出力ロッド８とは反対側の室がロック室２６である。リリース用の圧力流体としての圧縮空気が、リリースポート２７を介してリリース室２５に給排され、ロック用の圧力流体としての圧縮空気が、ロックポート２８を介してロック室２６に給排される。

上記構成のシリンダ装置は次のように動作する。

図１に示すリリース状態では、ロック室２６の圧縮空気がロックポート２８から排出されると共にリリースポート２７からリリース室２５に圧縮空気が供給されている。

図１に示すリリース状態から図５に示すロック状態へ切り換えるときは、リリース室２５の圧縮空気をリリースポート２７から排出すると共にロックポート２８からロック室２６に圧縮空気を供給する（ロック駆動）。なお、図２から図４は、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態を、順に示す図である。

ロック室２６に圧縮空気が供給されると、図２に示すように、圧縮空気の圧力を受ける第１ピストン３によってピストンロッド９が上昇する（軸方向のロック側へ移動する）。

ここで、ロック室２６に供給された圧縮空気は、前記柱状部１１の内部に形成された通路１１ａ、筒穴６ａ、筒状部６の側壁に形成された通路６ｃ、増力ピストン１２の出力ロッド８側の作動室２９、および筒穴１７・１８の底部に連通する通路３ａを経て、第１爪部材１９および第２爪部材２０に作用する。そのため、第１爪部材１９および第２爪部材２０は、図３に示すように、第１ピストン３の半径方向の外方へ、直進ガイド機構２２・２３にガイドされながら姿勢を変えることなく直進移動する。

そして、図４に示すように、第１爪部材１９の先端部１９ｂまたは第２爪部材２０の先端部２０ｂ（図４では、第２爪部材２０の先端部２０ｂ）がラック２４に嵌り込む。第２爪部材２０の先端部２０ｂがラック２４に嵌り込む際、ラック２４を構成する一凹部の上側の傾斜面に沿って第２爪部材２０が斜め下方に移動する。これにより、図４に示すように、ピストンロッド９、および第１ピストン３などは、僅かに下方に移動する。

第２爪部材２０の先端部２０ｂがラック２４に完全に嵌り込むと、第１ピストン３を下方に押す力が第１ピストン３に作用しても、筒穴１８の底部に供給されている圧縮空気の圧力および第２爪部材２０とラック２４との係合により、第１ピストン３が下降することはない。なお、第１爪部材１９の先端部１９ｂと第２爪部材２０の先端部２０ｂとが、第１ピストン３の軸方向において相互にずらされているため、第１爪部材１９および第２爪部材２０のいずれかの先端部が確実にラック２４に嵌り込む。

ここで、ロック室２６に供給された圧縮空気は、増力ピストン１２の出力ロッド８側の作動室２９に流れるので、この圧縮空気の圧力によって増力ピストン１２は戻しバネ１６の付勢力に抗して下方（基端側）へ移動する。その結果、増力ピストン１２の小径部１３に形成された押圧面１３ａが、伝動ボール１５を斜め下方に向けて押し、伝動ボール１５は第２ピストン５の筒状部６の端部に設けられた受圧部６ｂとピストン収容室４の底面（第１ピストン３の底壁）との間に押し込まれ、伝動ボール１５が第２ピストン５を上方（軸方向のロック側）へ強力に付勢する。これにより、図５に示すように、ピストンロッド９が上昇すると共に、その出力ロッド８がロック対象物Ｘを強く下方から押す。このとき、第２爪部材２０により、出力ロッド８からの反力が受け止められるので、増力機構１０の増力性能が十分に発揮される。

図５に示すロック状態から図１に示すリリース状態へ切り換えるときは、ロック室２６の圧縮空気をロックポート２８から排出すると共にリリースポート２７からリリース室２５に圧縮空気を供給する（リリース駆動）。

ロック室２６の圧縮空気が排出されると共にリリース室２５に圧縮空気が供給されると、筒穴１７・１８の底部および増力ピストン１２の出力ロッド８側の作動室２９の圧縮空気が排出される。また、増力ピストン１２の出力ロッド８とは反対側の作動室３０に第１ピストン３の側壁に形成された通路３１から圧縮空気が供給される。

リリース室２５に圧縮空気が供給されることで、第１ピストン３およびピストンロッド９が下降し、第１ピストン３の下降にともないラック２４を構成する一凹部の下側の傾斜面によって、第１爪部材１９および第２爪部材２０は、第１ピストン３の半径方向の内方へ移動する。

また、上記作動室３０に供給された圧縮空気の圧力および戻しバネ１６の付勢力によって、増力ピストン１２はピストン収容室４内を上昇する。これにより、増力機構１０が働かなくなり、第２ピストン５は、リリース室２５に供給された圧縮空気の圧力によってピストン収容室４内を僅かに下降する。これらにより、図１に示すリリース状態に戻る。

図７から図１２は、本発明の第２実施形態を示す。この第２実施形態のシリンダ装置は、出力ロッドを押し出すことでロック対象物Ｘをロックするタイプのシリンダ装置ということで、第１実施形態のシリンダ装置と共通する。

第１実施形態のシリンダ装置の構成と第２実施形態のシリンダ装置の構成との相違点は次のとおりである。

第２実施形態では、第１ピストン３の内部であって、ピストン収容室４よりも軸方向の基端側に、第１ピストン３の半径方向に延びる複数の筒穴１７、１８が形成される。これら複数の筒穴１７、１８に、第１爪部材１９、第２爪部材２０が保密状に挿入される。

また、シリンダ孔２の底部中央から第１ピストン３の軸方向の先端側に延びる柱状部３２が設けられる。この柱状部３２の外周面に、上記第１爪部材１９の先端部１９ｂ、および第２爪部材２０の先端部２０ｂが嵌り込み可能な係合部３３が形成される。係合部３３は、第１ピストン３の軸方向に沿って柱状部３２の外周面に連続的に設けられた複数の環状の凹凸である。

また、第２実施形態では、第１ピストン３の外周面の先端部および基端部にそれぞれ設けられた封止部材３４、封止部材３５の間の室がロック室２６である。なお、リリース室２５は、第１実施形態の場合と同様、第１ピストン３の出力ロッド８側の室である。

第２実施形態のシリンダ装置は次のように動作する。

図７に示すリリース状態では、ロック室２６の圧縮空気がロックポート２８から排出されると共にリリースポート２７からリリース室２５に圧縮空気が供給されている。

図７に示すリリース状態から図１１に示すロック状態へ切り換えるときは、リリース室２５の圧縮空気をリリースポート２７から排出すると共にロックポート２８からロック室２６に圧縮空気を供給する（ロック駆動）。なお、図８から図１０は、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態を、順に示す図である。

ロック室２６に圧縮空気が供給されると、図８に示すように、圧縮空気の圧力を受ける第１ピストン３によってピストンロッド９が上昇する（軸方向のロック側へ移動する）。

ここで、ロック室２６に供給された圧縮空気は、筒穴１７・１８の底部に連通する第１ピストン３に形成された通路３ｂを経て、第１爪部材１９および第２爪部材２０に作用する。そのため、第１爪部材１９および第２爪部材２０は、図９に示すように、第１ピストン３の半径方向の内方へ、直進ガイド機構２２・２３にガイドされながら姿勢を変えることなく直進移動する。

そして、図１０に示すように、第１爪部材１９の先端部１９ｂまたは第２爪部材２０の先端部２０ｂ（図１０では、第２爪部材２０の先端部２０ｂ）が係合部３３に嵌り込む。第２爪部材２０の先端部２０ｂが係合部３３に嵌り込む際、係合部３３を構成する一凹部の上側の傾斜面に沿って第２爪部材２０が斜め下方に移動する。これにより、図１０に示すように、ピストンロッド９、および第１ピストン３などは、僅かに下方に移動する。

第２爪部材２０の先端部２０ｂが係合部３３に完全に嵌り込むと、第１ピストン３を下方に押す力が第１ピストン３に作用しても、筒穴１８の底部に供給されている圧縮空気の圧力および第２爪部材２０と係合部３３との係合により、第１ピストン３が下降することはない。

ここで、ロック室２６に供給された圧縮空気は、第１ピストン３の上記通路３ｂよりも上方に形成された通路３ｃを経て、増力ピストン１２の出力ロッド８側の作動室２９にも流れるので、この圧縮空気の圧力によって増力ピストン１２は戻しバネ１６の付勢力に抗して下方（基端側）へ移動する。その結果、増力ピストン１２の小径部１３に形成された押圧面１３ａが、伝動ボール１５を斜め下方に向けて押し、伝動ボール１５は第２ピストン５の筒状部６の端部に設けられた受圧部６ｂとピストン収容室４の底面との間に押し込まれ、伝動ボール１５が第２ピストン５を上方（軸方向のロック側）へ強力に付勢する。これにより、図１１に示すように、ピストンロッド９が上昇すると共に、その出力ロッド８がロック対象物Ｘを強く下方から押す。

図１１に示すロック状態から図７に示すリリース状態へ切り換えるときは、ロック室２６の圧縮空気をロックポート２８から排出すると共にリリースポート２７からリリース室２５に圧縮空気を供給する（リリース駆動）。

ロック室２６の圧縮空気が排出されると共にリリース室２５に圧縮空気が供給されると、筒穴１７・１８の底部および増力ピストン１２の出力ロッド８側の作動室２９の圧縮空気が排出される。また、増力ピストン１２の出力ロッド８とは反対側の作動室３０に、第１ピストン３の先端側の壁に形成された通路３ｄ、出力ロッド８の基端部に形成された通路８ａ、および筒穴６ａを介して圧縮空気が供給される。

リリース室２５に圧縮空気が供給されることで、第１ピストン３およびピストンロッド９が下降し、第１ピストン３の下降にともない係合部３３を構成する一凹部の下側の傾斜面によって、第１爪部材１９および第２爪部材２０は、第１ピストン３の半径方向の外方へ移動する。

また、上記作動室３０に供給された圧縮空気の圧力および戻しバネ１６の付勢力によって、増力ピストン１２はピストン収容室４内を上昇する。これにより、増力機構１０が働かなくなり、第２ピストン５は、リリース室２５に供給された圧縮空気の圧力によってピストン収容室４内を僅かに下降する。これらにより、図７に示すリリース状態に戻る。

図１３から図１７は、本発明の第３実施形態を示す。この第３実施形態のシリンダ装置は、出力ロッドを引き込むことでロック対象物Ｘをロックするタイプのシリンダ装置である。

第１実施形態のシリンダ装置の構成と第３実施形態のシリンダ装置の構成との相違点は次のとおりである。

第３実施形態における第２ピストン５は、円柱状のピストンであり、その外周面に、伝動ボール１５が嵌り込む受圧部としての凹部５ａが設けられる。出力ロッド８の先端部には、ロック対象物Ｘに係合する係合部８ｂが設けられる。

増力ピストン１２に関し、すり鉢状の押圧面１３ａが形成された小径部１３は、大径部１４よりも出力ロッド８側、すなわち先端側に設けられる。なお、第１および第２実施形態では、出力ロッド８側（先端側）がロック側、その反対側（基端側）がリリース側であり、第３実施形態では、出力ロッド８側（先端側）がリリース側、その反対側（基端側）がロック側である。すなわち、すり鉢状の押圧面１３ａが形成された小径部１３が大径部１４よりもリリース側に設けられるということでは、第１実施形態と第３実施形態とは共通する。

また、第３実施形態では、第２実施形態の場合と同様に、第１ピストン３の内部であって、ピストン収容室４よりも軸方向の基端側に、第１ピストン３の半径方向に延びる複数の筒穴１７、１８が形成される。これら複数の筒穴１７、１８に、第１爪部材１９、第２爪部材２０が保密状に挿入される。

また、第２ピストン５の軸方向の端面は、当該軸方向に直交する平坦な面であり、リリース室２５に直接、面している。このリリース室２５は、第１ピストン３の出力ロッド８側とは反対側の室であり、ロック室２６は、第１ピストン３の出力ロッド８側の室である。

第３実施形態のシリンダ装置は次のように動作する。

図１３に示すリリース状態では、ロック室２６の圧縮空気がロックポート２８から排出されると共にリリースポート２７からリリース室２５に圧縮空気が供給されている。

図１３に示すリリース状態から図１７に示すロック状態へ切り換えるときは、リリース室２５の圧縮空気をリリースポート２７から排出すると共にロックポート２８からロック室２６に圧縮空気を供給する（ロック駆動）。なお、図１４から図１６は、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態を、順に示す図である。

ロック室２６に圧縮空気が供給されると、図１４に示すように、圧縮空気の圧力を受ける第１ピストン３によってピストンロッド９が下降する（軸方向のロック側へ移動する）。

ここで、ロック室２６に供給された圧縮空気は、ピストンロッド９の内部に形成された通路９ａ、増力ピストン１２の出力ロッド８側とは反対側の作動室２９、および筒穴１７・１８の底部に連通する通路３ａを経て、第１爪部材１９および第２爪部材２０に作用する。そのため、第１爪部材１９および第２爪部材２０は、図１５に示すように、第１ピストン３の半径方向の外方へ、直進ガイド機構２２・２３にガイドされながら姿勢を変えることなく直進移動する。

そして、図１６に示すように、第１爪部材１９の先端部１９ｂまたは第２爪部材２０の先端部２０ｂ（図１６では、第２爪部材２０の先端部２０ｂ）がラック２４に嵌り込む。第２爪部材２０の先端部２０ｂがラック２４に嵌り込む際、ラック２４を構成する一凹部の下側の傾斜面に沿って第２爪部材２０が斜め上方に移動する。これにより、図１６に示すように、ピストンロッド９、および第１ピストン３などは、僅かに上方に移動する。

第２爪部材２０の先端部２０ｂがラック２４に完全に嵌り込むと、第１ピストン３を上方に押す力が第１ピストン３に作用しても、筒穴１８の底部に供給されている圧縮空気の圧力および第２爪部材２０とラック２４との係合により、第１ピストン３が上昇することはない。

ここで、ロック室２６に供給された圧縮空気は、増力ピストン１２の出力ロッド８側とは反対側の作動室２９に流れるので、この圧縮空気の圧力によって増力ピストン１２は戻しバネ１６の付勢力に抗して上方（先端側）へ移動する。その結果、増力ピストン１２の小径部１３に形成された押圧面１３ａが、伝動ボール１５を斜め上方に向けて押し、伝動ボール１５は第２ピストン５の外周面に設けられた凹部５ａとピストン収容室４の天面（第１ピストン３の上壁）との間に押し込まれ、伝動ボール１５が第２ピストン５を下方（軸方向のロック側）へ強力に付勢する。これにより、図１７に示すように、ピストンロッド９が下降すると共に、その出力ロッド８の先端部に設けられた係合部８ｂがロック対象物Ｘを強く上方から押す。

図１７に示すロック状態から図１３に示すリリース状態へ切り換えるときは、ロック室２６の圧縮空気をロックポート２８から排出すると共にリリースポート２７からリリース室２５に圧縮空気を供給する（リリース駆動）。

ロック室２６の圧縮空気が排出されると共にリリース室２５に圧縮空気が供給されると、筒穴１７・１８の底部および増力ピストン１２の出力ロッド８側とは反対側の作動室２９の圧縮空気が排出される。また、増力ピストン１２の出力ロッド８側の作動室３０に第１ピストン３の側壁に形成された通路３１から圧縮空気が供給される。

リリース室２５に圧縮空気が供給されることで、そのリリース室２５の圧縮空気は、第１爪部材１９および第２爪部材２０を第１ピストン３の半径方向の内方へ移動させると共に、第１ピストン３およびピストンロッド９を上昇させる。

また、上記作動室３０に供給された圧縮空気の圧力および戻しバネ１６の付勢力によって、増力ピストン１２はピストン収容室４内を下降する。これにより、増力機構１０が働かなくなり、第２ピストン５は、リリース室２５に供給された圧縮空気の圧力によってピストン収容室４内を僅かに上昇する。これらにより、図１３に示すリリース状態に戻る。

図１８から図２２は、本発明の第４実施形態を示す。この第４実施形態のシリンダ装置は、第３実施形態のシリンダ装置と同じく、出力ロッドを引き込むことでロック対象物Ｘをロックするタイプのシリンダ装置である。

第３実施形態のシリンダ装置の構成と第４実施形態のシリンダ装置の構成との相違点は次のとおりである。

第３実施形態では、ロック駆動時、第１爪部材１９および第２爪部材２０は、第１ピストン３の半径方向の外方へ移動する。これに対して、第４実施形態では、ロック駆動時、第１爪部材１９および第２爪部材２０は、第１ピストン３の半径方向の内方へ移動する。

シリンダ孔２の底部中央から第１ピストン３の軸方向の先端側に延びる柱状部３２が設けられる。この柱状部３２の外周面に、上記第１爪部材１９の先端部１９ｂ、および第２爪部材２０の先端部２０ｂが嵌り込み可能な係合部３３が形成される。係合部３３は、第１ピストン３の軸方向に沿って柱状部３２の外周面に連続的に設けられた複数の環状の凹凸である。

上記柱状部３２が入り込む筒穴３６ａを有する筒状部３６が第１ピストン３の基端側軸心部に設けられると共に、上記柱状部３２が入り込む筒穴５ｂが第２ピストン５に形成される。増力ピストン１２は、上記筒状部３６に軸方向に移動可能で保密状に外嵌めされる。

また、第２実施形態と同様、第４実施形態では、第１ピストン３の外周面の先端部および基端部にそれぞれ設けられた封止部材３４、封止部材３５の間の室がロック室２６である。なお、リリース室２５は、第３実施形態の場合と同様、第１ピストン３の出力ロッド８側とは反対側の室である。

第４実施形態のシリンダ装置は次のように動作する。

図１８に示すリリース状態では、ロック室２６の圧縮空気がロックポート２８から排出されると共にリリースポート２７からリリース室２５に圧縮空気が供給されている。

図１８に示すリリース状態から図２２に示すロック状態へ切り換えるときは、リリース室２５の圧縮空気をリリースポート２７から排出すると共にロックポート２８からロック室２６に圧縮空気を供給する（ロック駆動）。なお、図１９から図２１は、リリース状態からロック状態へ切り換わる途中状態を、順に示す図である。

ロック室２６に圧縮空気が供給されると、図１９に示すように、圧縮空気の圧力を受ける第１ピストン３によってピストンロッド９が下降する（軸方向のロック側へ移動する）。

ここで、ロック室２６に供給された圧縮空気は、筒穴１７・１８の底部に連通する第１ピストン３に形成された通路３ｂを経て、第１爪部材１９および第２爪部材２０に作用する。そのため、第１爪部材１９および第２爪部材２０は、図２０に示すように、第１ピストン３の半径方向の内方へ、直進ガイド機構２２・２３にガイドされながら姿勢を変えることなく直進移動する。

そして、図２１に示すように、第１爪部材１９の先端部１９ｂまたは第２爪部材２０の先端部２０ｂ（図２１では、第１爪部材１９の先端部１９ｂ）が係合部３３に嵌り込む。第１爪部材１９の先端部１９ｂが係合部３３に嵌り込む際、係合部３３を構成する一凹部の下側の傾斜面に沿って第１爪部材１９が斜め上方に移動する。これにより、図２１に示すように、ピストンロッド９、および第１ピストン３などは、僅かに上方に移動する。

第１爪部材１９の先端部１９ｂが係合部３３に完全に嵌り込むと、第１ピストン３を上方に押す力が第１ピストン３に作用しても、筒穴１７の底部に供給されている圧縮空気の圧力および第１爪部材１９と係合部３３との係合により、第１ピストン３が上昇することはない。

ここで、ロック室２６に供給された圧縮空気は、通路３ｂ、通路３ａを経て増力ピストン１２の出力ロッド８側とは反対側の作動室２９に流れるので、この圧縮空気の圧力によって増力ピストン１２は戻しバネ１６の付勢力に抗して上方（先端側）へ移動する。その結果、増力ピストン１２の小径部１３に形成された押圧面１３ａが、伝動ボール１５を斜め上方に向けて押し、伝動ボール１５は第２ピストン５の外周面に設けられた凹部５ａとピストン収容室４の天面（第１ピストン３の上壁）との間に押し込まれ、伝動ボール１５が第２ピストン５を下方（軸方向のロック側）へ強力に付勢する。これにより、図２２に示すように、ピストンロッド９が下降すると共に、その出力ロッド８の先端部に設けられた係合部８ｂがロック対象物Ｘを強く上方から押してロックする。

図２２に示すロック状態から図１８に示すリリース状態へ切り換えるときは、ロック室２６の圧縮空気をロックポート２８から排出すると共にリリースポート２７からリリース室２５に圧縮空気を供給する（リリース駆動）。なお、リリースポート２７からの圧縮空気は、第１ピストン３の先端側の壁に形成された通路３ｄ、増力ピストン１２の出力ロッド８側の作動室３０、第２ピストン５と筒状部３６との間の隙間３７、および筒穴３６ａを経てリリース室２５に供給される。

ロック室２６の圧縮空気が排出されると共にリリース室２５に圧縮空気が供給されると、筒穴１７・１８の底部および増力ピストン１２の出力ロッド８側とは反対側の作動室２９の圧縮空気が排出される。また、増力ピストン１２の出力ロッド８側の作動室３０に第１ピストン３の上壁に形成された通路３ｄから圧縮空気が供給される。

リリース室２５に圧縮空気が供給されることで、そのリリース室２５の圧縮空気は、第１爪部材１９および第２爪部材２０を第１ピストン３の半径方向の外方へ移動させると共に、第１ピストン３およびピストンロッド９を上昇させる。

また、上記作動室３０に供給された圧縮空気の圧力および戻しバネ１６の付勢力によって、増力ピストン１２はピストン収容室４内を下降する。これにより、増力機構１０が働かなくなり、第２ピストン５は、リリース室２５に供給された圧縮空気の圧力によってピストン収容室４内を僅かに上昇する。これらにより、上記シリンダ装置は、図２２のロック状態から図１８に示すリリース状態に戻る。

上記の実施形態は次のように変更可能である。

上記の実施形態では、いずれの実施形態においても、第１爪部材１９の先端部１９ｂと第２爪部材２０の先端部２０ｂとは、第１ピストン３の軸方向において、ラック２４または係合部３３の凹凸のピッチの０．５倍の距離だけずらされている。第１爪部材１９の先端部１９ｂから第２爪部材２０の先端部２０ｂをずらす距離は、凹凸のピッチの小数倍とされればよい。さらには、第１爪部材１９の先端部１９ｂから第２爪部材２０の先端部２０ｂをずらす距離は、凹凸のピッチの自然数倍とされていてもよいし、先端部１９ｂから先端部２０ｂが第１ピストン３の軸方向においてずらされていなくてもよい。

上記の実施形態の第１爪部材１９の先端部１９ｂと第２爪部材２０の先端部２０ｂとはラック２４または係合部３３に向かうにつれて先細りする同じ形状となっているが、第１爪部材１９の先端部１９ｂと第２爪部材２０の先端部２０ｂとで異なる形状となってもよい。例えば、先細りする角度やピッチが異なっていてもよい。

第１爪部材１９および第２爪部材２０は、円柱状のものに代えて、矩形や六角形などの断面が多角形のものであってもよい。この場合、直進ガイド機構２２、２３が矩形や六角形の爪部材１９、２０の外側面および筒孔１７、１８の内周面によって形成されるようにしてもよい。

戻しバネ１６は省略されてもよい。

第１ピストン３、増力機構１０を動作させる流体は、圧縮空気（気体）に代えて圧油（液体）が用いられてもよい。

本発明のシリンダ装置は、例示した上下姿勢に配置することに代えて、上下逆の姿勢、水平姿勢、または斜め姿勢に配置されてもよい。また、ピストンロッド９は、軸方向に直進移動することに加えて軸まわりに回転するものであってもよい。

その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行うことは勿論可能である。

１：ハウジング、２：シリンダ孔、３：第１ピストン、４：ピストン収容室、５：第２ピストン、５ａ：凹部（受圧部）、６ｂ：受圧部、８：出力ロッド、９：ピストンロッド、１０：増力機構、１２：増力ピストン、１３：小径部、１３ａ：押圧面、１５：伝動ボール、１７：筒穴、１７ａ：筒穴側溝、１８：筒穴、１８ａ：筒穴側溝、１９：第１爪部材、１９ａ：爪部材側溝、１９ｂ：先端部、２０：第２爪部材、２０ａ：爪部材側溝、２０ａ：爪部材側溝、２０ｂ：先端部、２１：ガイドボール（ガイド部材）、２２：直進ガイド機構、２３：直進ガイド機構、２４：ラック（係合部）、３２：柱状部、３３：係合部．

Claims (8)

1. ハウジング（１）と、
   前記ハウジング（１）に形成されたシリンダ孔（２）に軸方向に移動可能で保密状に挿入される第１ピストン（３）であって、内部にピストン収容室（４）が形成された第１ピストン（３）と、
   前記ピストン収容室（４）に前記軸方向に移動可能に挿入される第２ピストン（５）、および当該第２ピストン（５）から前記軸方向の先端側に延びる出力ロッド（８）を有するピストンロッド（９）と、
   前記ピストン収容室（４）内であって、前記第２ピストン（５）の外周側に配置された増力機構（１０）と、
   前記第１ピストン（３）の内部、且つ前記ピストン収容室（４）よりも前記軸方向の先端側または基端側に形成された複数の筒穴（１７、１８）であって、前記第１ピストン（３）の周方向に間隔をあけて配置されると共に前記第１ピストン（３）の半径方向に延びる複数の筒穴（１７、１８）と、
   前記複数の筒穴（１７、１８）にそれぞれ挿入される爪部材（１９、２０）と、
   前記シリンダ孔（２）内に前記軸方向に沿って連続的に設けられた複数の環状の凹凸で構成される係合部（２４、３３）であって、前記爪部材（１９、２０）の先端部（１９ｂ、２０ｂ）が嵌り込む係合部（２４、３３）と、
   を備え、
   ロック駆動されたとき、前記第１ピストン（３）によって前記ピストンロッド（９）が前記軸方向のロック側へ移動すると共に、少なくとも１つの前記爪部材（１９、２０）の先端部（１９ｂ、２０ｂ）が前記係合部（２４、３３）に嵌り込み、前記増力機構（１０）によって前記第２ピストン（５）が前記軸方向のロック側へ付勢される、
   シリンダ装置。
2. 請求項１のシリンダ装置において、
   前記爪部材（１９、２０）は、第１爪部材（１９）および第２爪部材（２０）を有し、
   前記第１爪部材（１９）の先端部（１９ｂ）と前記第２爪部材（２０）の先端部（２０ｂ）とは、前記軸方向において、前記凹凸のピッチの小数倍の距離ずらされている、
   シリンダ装置。
3. 請求項２のシリンダ装置において、
   前記第１爪部材（１９）の先端部（１９ｂ）と前記第２爪部材（２０）の先端部（２０ｂ）とは、前記軸方向において、前記凹凸のピッチの０．５倍の距離ずらされている、
   シリンダ装置。
4. 請求項２または３のシリンダ装置において、
   複数の前記第１爪部材（１９）および複数の前記第２爪部材（２０）が、前記第１ピストン（３）の周方向において等間隔で且つ交互に配置されている、
   シリンダ装置。
5. 請求項１から４のいずれかのシリンダ装置において、
   前記筒穴（１７、１８）内で前記爪部材（１９、２０）を直進させる直進ガイド機構（２２、２３）を備え、
   前記直進ガイド機構（２２、２３）は、
   前記爪部材（１９、２０）の外面に形成された前記爪部材（１９、２０）の軸方向に延びる爪部材側溝（１９ａ、２０ａ）と、
   前記筒穴（１７、１８）の内面に形成された前記筒穴（１７、１８）の軸方向に延びる筒穴側溝（１７ａ、１８ａ）と、
   前記爪部材側溝（１９ａ、２０ａ）と前記筒穴側溝（１７ａ、１８ａ）との間に配置されたガイド部材（２１）と、を有する、
   シリンダ装置。
6. 請求項１から５のいずれかのシリンダ装置において、
   前記係合部（２４）は、前記シリンダ孔（２）の内周面に形成されている、
   シリンダ装置。
7. 請求項１から５のいずれかのシリンダ装置において、
   前記シリンダ孔（２）の底部中央から前記第１ピストン（３）の軸方向の先端側に延びる柱状部（３２）が設けられており、
   前記係合部（３３）は、前記柱状部（３２）の外周面に形成されている、
   シリンダ装置。
8. 請求項１から７のいずれかのシリンダ装置において、
   前記増力機構（１０）は、
   前記第１ピストン（３）の軸方向に移動可能に前記第２ピストン（５）と同軸に配置される環状の増力ピストン（１２）と、
   前記第２ピストン（５）に設けられた受圧部（６ｂ、５ａ）と、
   前記増力ピストン（１２）の小径部（１３）に設けられた押圧面（１３ａ）と前記受圧部（６ｂ、５ａ）との間に配置される複数の伝動ボール（１５）と、を有する、
   シリンダ装置。

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