JPH10205505A - 流体圧シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加圧具の消耗により加圧操作時のストローク
量が漸次増加しても、ピストン推力が大きくなるように
変換されるときのピストンロッドの先端或いは加圧具の
先端とワークとの間の間隔が自動的に調整されるように
すること。 【解決手段】 第１のシリンダ室Ｒ１ａ，Ｒ１ｂに圧力
流体が流入することによってピストンロッド２０が小推
力にて前進され、また第１のシリンダ室Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ
と第２のシリンダ室Ｒ２に圧力流体が流入することによ
ってピストンロッド２０が大推力にて前進されるように
構成した流体圧シリンダにおいて、ピストンロッド２０
のロッド側にシリンダ室Ｒ３，Ｒ４を形成するリセット
ピストン３０と推力変換位置記憶体４０を設け、また推
力変換位置記憶体４０に係脱してシリンダ室Ｒ１ａとＲ
２を連通・遮断するとともにピストンロッド２０の後退
時に逃がし手段として機能する切換弁６０をピストンロ
ッド２０に組付けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンロッドの
前進時にストロークの終端にて所定の条件にて大きな推
力を発生し、ここに至るまでは推力を小さく保つことが
できる流体圧シリンダに関する。

【０００２】

【従来の技術】流体圧シリンダの一つとして、ピストン
ロッドのヘッド側に、第１の給排通路に連通する第１の
シリンダ室が形成されるとともに、流入許容チェック弁
を介して低圧側に接続されるとともに流出許容チェック
弁を介して前記第１の給排通路に接続されまた前記第１
のシリンダ室に連通・遮断される第２のシリンダ室が形
成され、前記第１のシリンダ室に前記第１の給排通路を
通して圧力流体が流入することによって前記ピストンロ
ッドが小推力にて前進され、また前記両シリンダ室に圧
力流体が流入することによって前記ピストンロッドが大
推力にて前進されるように構成したものがあり、かかる
流体圧シリンダは実公昭６０−４６８８号公報に示され
ている。

【０００３】上述した公報の流体圧シリンダにおいて
は、ピストンロッドが所定量ストロークしたときに両シ
リンダ室が連通する構成となっていて、ピストンロッド
のストローク量が所定量に達するまではピストンロッド
が小推力にて前進され、またストローク量が所定量に達
したときに小推力から大推力に切り換えられ、その後は
大推力にてピストンロッドが前進される。

【０００４】したがって、当該流体圧シリンダを用いて
例えばピストンロッドのシリンダ本体外に突出した先端
でワークに加圧操作を行うような場合、ピストンロッド
の先端とワークとの間が作業者の手、指等の入り込めな
い間隔となったときに上述した小推力から大推力への切
り換えが行われるようにピストンロッドの先端位置を定
めると、推力の大きいときにピストンロッドの先端とワ
ークとの間に作業者の手、指等が挟み込まれることはな
く、しかも仮に小推力から大推力への切り換えに至る前
にピストンロッドの先端とワークとの間に作業者の手、
指等が挟み込まれても、推力は小さいので大事に至ら
ず、ピストンロッドを推力に抗して押し戻して挟み込み
を簡単に解除することが可能で作業者のための安全性を
確保することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した公
報の流体圧シリンダにおいて、例えばピストンロッドの
シリンダ本体外に突出した先端に消耗性の加圧具を取付
けてワークに加圧操作を行うような場合には、加圧操作
の繰り返しに伴い加圧具が消耗して、大推力にて加圧操
作が行われるまでのストローク量が漸次大きくなるた
め、上述した安全性を確保するためには、予めピストン
ロッドの先端位置を変更するためのロッド位置変更機構
を設けておいて、適宜な時間間隔にて加圧具の消耗に応
じてロッド先端位置を変更操作する必要があり、扱いが
煩雑になる問題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した問題
に対処すべくなされたものであり、請求項１に係る発明
は、シリンダ本体内に複数のシリンダ室を設け、各シリ
ンダ室に流入する流体を制御することによって推力を変
更する流体圧シリンダにおいて、前記複数のシリンダ室
への流体の流入を制御する切換弁と、ピストンロッドの
ストロークが変化した場合に、その変化量に対応する量
だけ移動して常にはその移動後の位置を保持する推力変
換位置記憶体と、この推力変換位置記憶体を初期位置に
戻すリセットピストンとを設け、また前記切換弁を、前
記ピストンロッドのピストンが前記推力変換位置記憶体
に対して所定ストロークで所定のシリンダ室に連通さ
せ、前記所定ストローク以外では前記所定のシリンダ室
との連通を遮断するように構成し、前記ピストンロッド
内に設けたことに特徴がある。

【０００７】また、請求項２に係る発明は、ピストンロ
ッドのヘッド側に、第１の給排通路に連通する第１のシ
リンダ室が形成されるとともに、流入許容チェック弁を
介して低圧側に接続されるとともに前記第１のシリンダ
室に連通・遮断される第２のシリンダ室が形成され、前
記第１のシリンダ室に前記第１の給排通路を通して圧力
流体が流入することによって前記ピストンロッドが小推
力にて前進され、また前記両シリンダ室に圧力流体が流
入することによって前記ピストンロッドが大推力にて前
進されるように構成した流体圧シリンダにおいて、前記
ピストンロッドのロッド側に第２の給排通路に連通する
第３のシリンダ室と第３の給排通路に連通する第４のシ
リンダ室を形成するリセットピストンを設けるととも
に、前記ピストンロッドのピストンと前記リセットピス
トン間に形成される前記第３のシリンダ室に前記ピスト
ンロッドのピストンまたは前記リセットピストンが当接
して押動するときのみ軸方向に移動し常には位置保持さ
れる推力変換位置記憶体を設け、また前記ピストンロッ
ドのピストンが前記推力変換位置記憶体に当接する直前
から当接する間の所定ストロークにて前記推力変換位置
記憶体に係合して前記第１と第２のシリンダ室を連通さ
せ前記所定ストローク以外では前記推力変換位置記憶体
に非係合で前記第１と第２のシリンダ室との連通を遮断
する切換弁を前記ピストンロッドに組付けるとともに、
前記ピストンロッドの後退時において前記切換弁が前記
推力変換位置記憶体に非係合となった後に前記第２のシ
リンダ室から流体を前記第１の給排通路に逃がす逃がし
手段を設けたことに特徴がある。

【０００８】この場合において、前記第１のシリンダ室
を、前記第１の給排通路に直接連通する一次側シリンダ
室と、前記第１の給排通路に減圧弁を介して連通する二
次側シリンダ室とに区画して、前記第１の給排通路に供
給される圧力流体の圧力が設定範囲内である場合には、
前記減圧弁の減圧作用により前記一次側シリンダ室にて
得られる推力と前記二次側シリンダ室にて得られる推力
との和が略一定となるように構成することが望ましい
（請求項３の発明）。

【０００９】また、前記推力変換位置記憶体に、前記ピ
ストンロッドのピストンを軸方向に摺動可能に収容する
とともに前記第３のシリンダ室を形成する筒部を一体的
に設けて、この筒部の外周に前記第２の給排通路と前記
第３のシリンダ室とを接続する接続通路を形成するのが
望ましい（請求項４の発明）。また、前記切換弁に、前
記逃がし手段の機能を付加するのが望ましい（請求項５
の発明）。

【００１０】

【発明の作用・効果】請求項１に係る発明の流体圧シリ
ンダにおいては、ピストンロッドのピストンが推力変換
位置記憶体に対し所定のストロークに達すると、ピスト
ンロッドの先端或いはこれに組付けた加圧具の先端とワ
ークとの間は作業者の手、指等の入り込めない間隔とな
り、このとき切換弁により所定のシリンダ室が連通さ
れ、ピストン推力が大きくなる。したがって、ピストン
推力の大きいときに作業者の手、指等の挟み込みを防止
できる。また、上述したピストン推力の変換前に、ピス
トンロッドの先端或いはこれに組付けた加圧具の先端と
ワークとの間に作業者の手、指等が挟み込まれた場合に
は、ピストン推力が小さいので作業者が怪我を負うこと
を防止できるとともに、ピストンロッドを推力に抗して
押し戻して挟み込みを簡単に解除することが可能で作業
者のための安全性を確保することができる。

【００１１】また、ピストンロッドのストロークが変化
すると、このストロークの変化量に対応する量だけ推力
変換位置記憶体が移動するので、ピストン推力が大きく
なるように変換されるときの、前記ピストンロッドの先
端或いは加圧具の先端とワークとの間は、作業者の手、
指等の入り込めない間隔に自動的に調整され、格別な調
整操作が不要で、取扱いが容易である。また、切換弁を
ピストンロッド内に設けるので、当該流体圧シリンダ全
体の大きさがコンパクトになる。

【００１２】また、請求項２に係る発明の流体圧シリン
ダにおいては、通常の加圧操作に先だって推力変換位置
記憶体の初期位置決めがなされる。すなわち、第３の給
排通路を通して第４のシリンダ室に圧力流体を供給する
とともに、第１，第２及び第３のシリンダ室から流体を
排出させて、リセットピストンを推力変換位置記憶体及
びピストンロッドとともに後退位置まで後退させ、次い
で第１の給排通路を通して第１のシリンダ室に圧力流体
を供給するとともに第４のシリンダ室から流体を排出さ
せてピストンロッドを推力変換位置記憶体及びリセット
ピストンとともに加圧操作を行うに適したストローク量
だけ前進させて初期位置（ピストンロッドの先端或いは
これに組付けた加圧具の先端とワークとの間が作業者の
手、指等の入り込めない間隔となる位置）にて停止させ
る。このときには、ピストンロッドに組付けた切換弁が
推力変換位置記憶体と係合していて第１と第２のシリン
ダ室を連通させているため、第１のシリンダ室に供給さ
れる圧力流体は第２のシリンダ室にも供給されてピスト
ンロッドが大推力にて前進される。

【００１３】次いで、第２の給排通路を通して第３のシ
リンダ室に圧力流体を供給するとともに第１のシリンダ
室から流体を排出させてピストンロッドを後退位置に後
退させると、推力変換位置記憶体が初期位置に残され
て、推力変換位置記憶体の初期位置決めが完了する。こ
のときには、切換弁が推力変換位置記憶体に係合してい
る間は切換弁が第１のシリンダ室と第２のシリンダ室を
連通させているため、第２のシリンダ室から切換弁を通
して第１のシリンダ室に流体が排出され、また切換弁が
推力変換位置記憶体に非係合となった後には、第２のシ
リンダ室から逃がし手段を通して第１の給排通路に流体
が排出される。また、このときには、第２の給排通路を
通して第３のシリンダ室に供給される圧力流体がリセッ
トピストンにも作用して、リセットピストンが前進端に
まで前進する。

【００１４】この状態から通常の加圧操作が行われる。
この加圧操作では、第１の給排通路を通して第１のシリ
ンダ室に圧力流体が供給されるとともに第３のシリンダ
室から流体が排出されて、ピストンロッドが前進する。
ところで、ピストンロッドが後退位置から前進して、ピ
ストンロッドのピストンが初期位置にある推力変換位置
記憶体に当接する直前の所定ストロークにまで前進する
ときには、ピストンロッドに組付けた切換弁が推力変換
位置記憶体に非係合で第１のシリンダ室と第２のシリン
ダ室との連通を遮断しているため、第１の給排通路に供
給される圧力流体は、第１のシリンダ室に供給されるも
のの、第２のシリンダ室には供給されない。このため、
第１のシリンダ室に圧力流体が流入することによってピ
ストンロッドが小推力にて前進される。この小推力によ
る前進時には、流入許容チェック弁を介して第２のシリ
ンダ室に流体が流入する。

【００１５】かくして、ピストンロッドのピストンが初
期位置にある推力変換位置記憶体に当接する直前の所定
ストロークに達すると、切換弁が推力変換位置記憶体に
係合して切り替わり、第１のシリンダ室と第２のシリン
ダ室を連通させる。したがって、第１のシリンダ室から
第２のシリンダ室に圧力流体が供給され、両シリンダ室
に圧力流体が流入することによってピストンロッドが大
推力にて前進され、有効な加圧操作が行われる。

【００１６】ところで、上述したようにピストン推力が
大きくなるように変換されるときには、ピストンロッド
の先端或いはこれに組付けた加圧具の先端とワークとの
間の間隔が作業者の手、指等の入り込めない間隔となっ
ているため、ピストン推力の大きいときに作業者の手、
指等の挟み込みを防止できる。また、上述したピストン
推力の変換前に、ピストンロッドの先端或いはこれに組
付けた加圧具の先端とワークとの間に作業者の手、指等
が挟み込まれた場合には、ピストン推力が小さいので作
業者が怪我を負うことを防止できるとともに、ピストン
ロッドを推力に抗して押し戻して挟み込みを簡単に解除
することが可能で作業者のための安全性を確保すること
ができる。なお、加圧操作が終了した後に、第２の給排
通路を通して第３のシリンダ室に圧力流体を供給してピ
ストンロッドを後退させると、ピストンロッドのみが後
退位置に向けて後退し推力変換位置記憶体及びリセット
ピストンは移動しないため、上述した加圧操作を繰り返
し行うことができる。ピストンロッドが後退位置に後退
するときには、上述したのと同様にして第２のシリンダ
室から流体が排出される。

【００１７】また、上述した加圧操作が繰り返し行われ
て、例えば消耗性の加圧具で加圧操作を行う場合のよう
に、加圧操作の繰り返しに伴って加圧具が消耗し、加圧
操作に要するピストンロッドのストローク量が漸次増加
しても、加圧操作に際して加圧具の消耗に応じてピスト
ンロッドのピストンが推力変換位置記憶体に当接して推
力変換位置記憶体を増加ストローク分前進させるため、
ピストン推力が大きくなるように変換されるときのピス
トンロッドの先端或いはこれに組付けた加圧具の先端と
ワークとの間の間隔は作業者の手、指等の入り込めない
間隔に自動的に調整され、格別な調整操作を必要とせ
ず、扱いが容易である。

【００１８】また、請求項２に係る発明の流体圧シリン
ダにおいては、第２のシリンダ室が低圧側へ流入許容チ
ェック弁を介して接続されて、第２のシリンダ室に圧力
流体が導入される大推力発揮時には、低圧側への連通経
路が、圧力流体の導入に応じ流入許容チェック弁により
自動的に遮断されるので、第２のシリンダ室と低圧側と
の連通経路を遮断する構成がシンプルになる。また、ピ
ストンロッドの後退時には、第２のシリンダ室からの流
体が逃がし手段により第１の給排路へ逃がされるので、
第２のシリンダ室の排出のための専用通路を設けなくて
よく構成がシンプルになる。

【００１９】また、請求項３に係る発明の流体圧シリン
ダにおいては、第１のシリンダ室を、第１の給排通路に
直接連通する一次側シリンダ室と、第１の給排通路に減
圧弁を介して連通する二次側シリンダ室とに区画して、
第１の給排通路に供給される圧力流体の圧力が設定範囲
内である場合には、減圧弁の減圧作用により一次側シリ
ンダ室にて得られる推力と二次側シリンダ室にて得られ
る推力との和が略一定となるように構成したため、ピス
トンロッドが小推力にて前進しているときには、仮に第
１の給排通路に供給される圧力流体の圧力が上昇して
も、ピストンロッドに作用する小推力は略一定に保たれ
て所定以上に大きくなることが防止される。

【００２０】また、請求項４に係る発明の流体圧シリン
ダにおいては、推力変換位置記憶体に筒部を一体的に設
けて、この筒部の外周に第２の給排通路と第３のシリン
ダ室とを接続する接続通路が形成されるようにしたた
め、推力変換位置記憶体を有効に活用して接続通路を形
成することができて、通路構成をシンプルとすることが
できる。また、請求項５に係る発明の流体圧シリンダに
おいては、切換弁に、逃がし手段の機能を付加したた
め、構成がシンプルとなる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の各実施形態を図
面に基づいて説明する。図１は本発明による流体圧シリ
ンダを電気溶接装置のガンシリンダ、すなわち、固定配
置された受け側電極９１に対向配置されてワークＷを溶
接する際に受け側電極９１とによりワークＷを強固に挟
み込む押し側電極９２を進退移動させる複動型エアシリ
ンダに実施した例を示していて、この流体圧シリンダは
図２〜図６に詳細に示したように、シリンダ本体１０と
ピストンロッド２０を備えるとともに、リセットピスト
ン３０と推力変換位置記憶体４０を備えている。

【００２２】シリンダ本体１０は、図２に示したよう
に、本体１１と、この本体１１の一端に気密的かつ一体
的に組付けたヘッド側カバー１２と、このヘッド側カバ
ー１２の軸心に気密的かつ一体的に組付けたロッド１３
と、本体１１の他端に気密的かつ一体的に組付けたロッ
ド側カバー１４によって構成されていて、ヘッド側カバ
ー１２にはフィルタＦ及び流入許容チェック弁Ｖ１（図
４参照）と減圧弁５０が組付けられるとともにポートＢ
が設けられ、ロッド１３にはポートＡが設けられ、ロッ
ド側カバー１４にはポートＣが設けられている。各ポー
トＡ，Ｂ，Ｃは、図１に示したように各電磁切換弁９
３，９４にそれぞれ接続されていて、空圧源Ｐまたは大
気に接続されるように構成されている。

【００２３】ポートＡは、ロッド１３に設けた軸方向の
給排通路１３ａを通してシリンダ室Ｒ１ａに連通すると
ともに、上述した給排通路１３ａとロッド１３に設けた
径方向の通路１３ｂとヘッド側カバー１２に設けた通路
１２ａを通して減圧弁５０の一次側ポート５１ａ（図６
参照）に連通している。ポートＢは、ヘッド側カバー１
２に設けた給排通路１２ｂと、ヘッド側カバー１２と本
体１１間に形成した通路１１ａと、推力変換位置記憶体
４０の筒部４１と本体１１間に形成した接続通路１１ｂ
と、推力変換位置記憶体４０の筒部４１前端に設けた連
通孔４１ａを通して、筒部４１内のシリンダ室Ｒ３に連
通している。ポートＣは、ロッド側カバー１４に設けた
給排通路１４ａを通してシリンダ室Ｒ４に連通してい
る。

【００２４】ピストンロッド２０は、推力変換位置記憶
体４０の筒部４１内に気密的かつ軸方向へ摺動可能に組
付けたピストン２１と、このピストン２１の軸心部に気
密的かつ一体的に組付けたロッド２２によって構成され
ていて、ロッド２２には切換弁６０が内蔵されている。
また、ピストン２１の両側には、上述した連通孔４１ａ
と各通路１１ｂ，１１ａ，１２ｂを通してポートＢに連
通するシリンダ室Ｒ３が形成されるとともに、上述した
エアフィルタＦ及び流入許容チェック弁Ｖ１とヘッド側
カバー１２に設けた通路１２ｃを通して大気を吸入可能
かつ切換弁６０を介してシリンダ室Ｒ１ａに連通可能な
シリンダ室Ｒ２が形成されている。なお、ピストン２１
のヘッド側カバー１２側には衝撃緩衝用のゴムストッパ
２３が組付けられている。

【００２５】ロッド２２は、一端２２ａにてシリンダ本
体１０におけるロッド側カバー１４を気密的かつ軸方向
へ摺動可能に貫通してシリンダ本体１０外に突出してお
り、他端２２ｂにてヘッド側カバー１２の内孔１２ｄに
対して所定の隙間でロッド１３に対して気密的かつ軸方
向へ摺動可能に組付けられていて、シリンダ本体１０に
おけるロッド１３先端との間にはロッド１３の給排通路
１３ａを通してポートＡに連通するシリンダ室Ｒ１ａが
形成されている。また、ロッド２２の他端２２ｂ側に
は、ヘッド側カバー１２の内孔１２ｄとロッド１３の外
周に対して気密的かつ軸方向へ摺動可能に組付けた受圧
ピストン２４が組付けられていて、この受圧ピストン２
４とシリンダ本体１０のヘッド側カバー１２及びロッド
１３とによってヘッド側カバー１２に設けた通路１２ｅ
を通して減圧弁５０の二次側ポート５１ｂ（図６参照）
に連通するシリンダ室Ｒ１ｂが形成されている。なお、
受圧ピストン２４とヘッド側カバー１２の内孔１２ｄと
ロッド２２とによって形成されている筒状空間は、図２
及び図５に示したように、ヘッド側カバー１２に回り止
めピン１５を用いて一体的に組付けたガイド１６とこれ
によって回り止めされるピストンロッド２０におけるロ
ッド２２の四角形状とされた部位間に形成された通路１
６ａを通してシリンダ室Ｒ２に常に連通している。

【００２６】リセットピストン３０は、シリンダ本体１
０の本体１１とピストンロッド２０のロッド２２間に気
密的かつ軸方向へ摺動可能に組付けられていて、ピスト
ンロッド２０のロッド側（図２に示したピストン２１の
下側）に上述したシリンダ室Ｒ３とＲ４をそれぞれ形成
している。

【００２７】推力変換位置記憶体４０は、軸方向の連通
孔４０ａ（リセットピストン３０間に形成される室をも
シリンダ室Ｒ３とするためのもの）を有していて、シリ
ンダ本体１０の本体１１とヘッド側カバー１２間に気密
的かつ軸方向へ摺動可能に組付けられており、ピストン
ロッド２０のピストン２１またはリセットピストン３０
が当接して押動するときのみ軸方向に移動し常には位置
保持されるように摩擦係合力の大きいシールリング４２
と１７が採用されている。

【００２８】減圧弁５０は、図６に詳細に示したよう
に、上述した一次側ポート５１ａと二次側ポート５１ｂ
を有するハウジング５１と、このハウジング５１に一体
的に組付けたホルダ５２と、ホルダ５２に気密的かつ軸
方向へ摺動可能に組付けたピストン５３及び弁棒５４
と、これらピストン５３及び弁棒５４に対して同軸的に
組付けた弁体５５と、ピストン５３及び弁棒５４を弁体
５５の開方向に向けて所定のばね力Ｆで付勢する調圧ば
ね５６と、この調圧ばね５６に対向して弁体５５を付勢
する弁ばね５７を備えていて、一次側ポート５１ａと二
次側ポート５１ｂに付与される一次圧Ｐ１と二次圧Ｐ２
が調圧ばね５６に抗して弁体５５を閉じさせる方向に作
用するようになっており、弁ばね５７のばね力は調圧ば
ね５６のばね力Ｆに比較して小さく無視できる程度のも
のである。

【００２９】この減圧弁５０においては、弁体５５に作
用する一次圧Ｐ１の有効受圧面積をＳ１とし、ピストン
５３に作用する二次圧Ｐ２の有効受圧面積をＳ２（ピス
トン５３の二次圧受圧面積Ｓｏから弁体５５の二次圧受
圧面積Ｓ１を引いたもの）としたとき、図７に示したよ
うに、一次圧Ｐ１が小さいとき（Ｐ１≦Ｆ／（Ｓ１＋Ｓ
２））には弁体５５は全開で一次圧Ｐ１と二次圧Ｐ２は
実質的に等しいが、一次圧Ｐ１が所定値以上（Ｐ１≧Ｆ
／（Ｓ１＋Ｓ２））に大きくなると、Ｐ１・Ｓ１＋Ｐ２
・Ｓ２＝Ｆの関係を満たすよう弁体５５が移動して絞り
作用を行い二次圧Ｐ２を一次圧Ｐ１の増加に応じて減少
させる。このような減圧弁作用は、一次圧Ｐ１が非常に
大きくなり、これにより弁体５５が閉じられるようにな
るまでの設定範囲（Ｆ／（Ｓ１＋Ｓ２）≦Ｐ１≦Ｆ／Ｓ
１）にて行われる。なお、ポートＡに供給される圧縮空
気の圧力範囲は上記設定範囲内に選定される。

【００３０】ところで、この減圧弁５０においては、上
記有効受圧面積Ｓ１とＳ２の比が、シリンダ室Ｒ１ａに
てロッド２２に作用する一次圧Ｐ１の有効受圧面積Ｓ３
とシリンダ室Ｒ１ｂにて受圧ピストン２４に作用する二
次圧Ｐ２の有効受圧面積Ｓ４の比に実質的に等しくなる
ように設定されていて、Ｓ１／Ｓ２＝Ｓ３／Ｓ４から導
かれるＳ２＝Ｓ１・Ｓ４／Ｓ３を上記Ｐ１・Ｓ１＋Ｐ２
・Ｓ２＝ＦのＳ２に代入することによりＰ１・Ｓ３＋Ｐ
２・Ｓ４＝Ｆ・Ｓ３／Ｓ１の関係が得られ、ポートＡか
らシリンダ室Ｒ１ａとＲ１ｂに圧縮空気が供給されシリ
ンダ室Ｒ２に圧縮空気が供給されない状態でのピストン
ロッド２０の推力（シリンダ室Ｒ１ａにて得られる推力
とシリンダ室Ｒ１ｂにて得られる推力の和）がＦ・Ｓ３
／Ｓ１で供給圧縮空気の圧力が大きくなっても略一定に
保たれるようになっている。

【００３１】切換弁６０は、図２及び図３に示したよう
に、ピストンロッド２０のピストン２１が推力変換位置
記憶体４０に当接する直前から当接する間の所定ストロ
ークにて推力変換位置記憶体４０のテーパ面（カム面）
４０ｂに係合してシリンダ室Ｒ１ａとＲ２を連通させ前
記所定ストローク以外では推力変換位置記憶体４０のテ
ーパ面４０ｂに非係合でシリンダ室Ｒ１ａとＲ２との連
通を遮断するメカニカルな切換弁であり、ピストンロッ
ド２０におけるロッド２２の軸心部に同軸的に組付けら
れてロッド２２と一体的に移動するバルブハウジング６
１と、このバルブハウジング６１内に同軸的かつ軸方向
へ摺動可能に組付けたポペット６２と、このポペット６
２をバルブ閉方向に付勢するスプリング６３と、バルブ
ハウジング６１に気密的かつ軸方向へ摺動可能に組付け
られてポペット６２の先端に一体的に連結されたバルブ
ピストン６４と、ピストンロッド２０のロッド２２に径
方向にて出没可能に組付けられて推力変換位置記憶体４
０のテーパ面４０ｂとの係合によりバルブピストン６４
とポペット６２をスプリング６３に抗してバルブ開方向
へ押動する一対のカム体６５と、これら各カム体６５の
径外方への抜けを規制するリング６６によって構成され
ている。

【００３２】また、この切換弁６０においては、バルブ
ピストン６４の先端に形成したパイロット室Ｒ５が各カ
ム体６５の軸心に設けたパイロット通路６５ａを通して
シリンダ室Ｒ３に連通する構成が付加されていて、ポー
トＡが大気に接続されるとともにポートＢが空圧源Ｐに
接続されて、シリンダ室Ｒ３に圧縮空気が供給されると
ともにシリンダ室Ｒ１ａから空気が排出されるとき（ピ
ストンロッド２０の後退時）には、シリンダ室Ｒ３に供
給される圧縮空気の一部がパイロット室Ｒ５に供給され
て、バルブピストン６４とポペット６２がスプリング６
３に抗してバルブ開方向へ押動されるようになってお
り、ピストンロッド２０の後退時において切換弁６０の
各カム体６５が推力変換位置記憶体４０のテーパ面４０
ｂに非係合となった後にシリンダ室Ｒ２から空気を給排
通路１３ａに逃がす逃がし手段の機能をも切換弁６０が
発揮するように構成されている。

【００３３】上記のように構成した本実施形態において
は、通常の加圧操作に先だって推力変換位置記憶体４０
の初期位置決めがなされる。すなわち、図１に示した電
磁切換弁９４を切り換えてポートＣから給排通路１４ａ
を通してシリンダ室Ｒ４に圧縮空気を供給するととも
に、各シリンダ室Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２，Ｒ３から空気
を排出可能として、リセットピストン３０を推力変換位
置記憶体４０及びピストンロッド２０とともに後退位置
まで後退させ、次いで図１に示した電磁切換弁９３を切
り換えるとともに電磁切換弁９４を図示状態に切り換え
てポートＡから給排通路１３ａを通してシリンダ室Ｒ１
ａ，Ｒ１ｂに圧縮空気を供給するとともにシリンダ室Ｒ
４から空気を排出させてピストンロッド２０を推力変換
位置記憶体４０及びリセットピストン３０とともに加圧
操作を行うに適したストローク量だけ前進させて初期位
置（ピストンロッド２０の先端に組付けた押し側電極９
２の先端とワークＷとの間が作業者の手、指等の入り込
めない間隔となる位置）にて停止させる。このときに
は、ピストンロッド２０に組付けた切換弁６０のカム体
６５が推力変換位置記憶体４０のテーパ面４０ｂと係合
していてシリンダ室Ｒ１ａとＲ２を連通させているた
め、シリンダ室Ｒ１ａに供給される圧縮空気は切換弁６
０を通してシリンダ室Ｒ２にも供給されてピストンロッ
ド２０が大推力にて前進される。

【００３４】次いで、電磁切換弁９３を図示状態に切り
換えてポートＢから給排通路１２ｂを通してシリンダ室
Ｒ３に圧縮空気を供給するとともにシリンダ室Ｒ１ａ，
Ｒ１ｂから空気を排出させてピストンロッド２０を後退
位置に後退させると、推力変換位置記憶体４０が初期位
置に残されて、推力変換位置記憶体４０の初期位置決め
が完了する。このときには、切換弁６０のカム体６５が
推力変換位置記憶体４０のテーパ面４０ｂに係合してい
る間は切換弁６０がメカニカルに開いていてシリンダ室
Ｒ１ａとＲ２を連通させているため、シリンダ室Ｒ２か
ら切換弁６０を通してシリンダ室Ｒ１ａに空気が排出さ
れ、また切換弁６０のカム体６５が推力変換位置記憶体
４０のテーパ面４０ｂに非係合となった後には、シリン
ダ室Ｒ３からパイロット室Ｒ５に供給される圧縮空気に
より切換弁６０が開いているため、シリンダ室Ｒ１ａと
Ｒ２は連通していて、シリンダ室Ｒ２から逃がし手段と
して機能する切換弁６０を通してシリンダ室Ｒ１ａに空
気が排出される。また、このときには、シリンダ室Ｒ３
に供給される圧縮空気の一部が推力変換位置記憶体４０
の連通孔４０ａを通過してリセットピストン３０にも作
用するため、リセットピストン３０が前進端（図２に示
した位置）にまで前進する。

【００３５】この状態から通常の加圧操作が行われる。
この加圧操作では、電磁切換弁９３が図示状態から切り
換えられて、ポートＡから給排通路１３ａを通してシリ
ンダ室Ｒ１ａ，Ｒ１ｂに圧縮空気が供給されるとともに
シリンダ室Ｒ３から空気が排出されて、ピストンロッド
２０が前進する。ところで、ピストンロッド２０が後退
位置から前進して、ピストンロッド２０のピストン２１
が初期位置にある推力変換位置記憶体４０に当接する直
前の所定ストロークにまで前進するときには、ピストン
ロッド２０に組付けた切換弁６０のカム体６５が推力変
換位置記憶体４０のテーパ面４０ｂに非係合でシリンダ
室Ｒ１ａとＲ２との連通を遮断しているため、給排通路
１３ａに供給される圧縮空気は、シリンダ室Ｒ１ａに供
給されるものの、シリンダ室Ｒ２には供給されない。こ
のため、シリンダ室Ｒ１ａ，Ｒ１ｂに圧縮空気が流入す
ることによってピストンロッド２０が小推力にて前進さ
れる。この小推力による前進時には、フィルタＦと流入
許容チェック弁Ｖ１を介してシリンダ室Ｒ２に空気が流
入する。

【００３６】かくして、ピストンロッド２０のピストン
２１が初期位置にある推力変換位置記憶体４０に当接す
る直前の所定ストロークに達すると、切換弁６０のカム
体６５が推力変換位置記憶体４０のテーパ面４０ｂに係
合して、切換弁６０が閉状態から開状態に切り替わり、
シリンダ室Ｒ１ａとＲ２を連通させる。したがって、シ
リンダ室Ｒ１ａからＲ２に圧縮空気が供給され、シリン
ダ室Ｒ１ａ，Ｒ１ｂとＲ２に圧縮空気が流入することに
よってピストンロッド２０が大推力にて前進され、有効
な加圧操作が行われる。

【００３７】ところで、上述したようにピストン推力が
大きくなるように変換されるときには、ピストンロッド
２０の先端に組付けた押し側電極９２の先端とワークＷ
との間の間隔が作業者の手、指等の入り込めない間隔と
なっているため、ピストン推力の大きいときに作業者の
手、指等の挟み込みを防止できる。また、上述したピス
トン推力の変換前に、ピストンロッド２０の先端に組付
けた押し側電極９２の先端とワークＷとの間に作業者の
手、指等が挟み込まれた場合には、ピストン推力が小さ
いので作業者が怪我を負うことを防止できるとともに、
ピストンロッド２０を推力に抗して押し戻して挟み込み
を簡単に解除することが可能で作業者のための安全性を
確保することができる。

【００３８】また、上述した加圧操作が終了した後に、
電磁切換弁９３を図示状態に切り換えて、ポートＢから
給排通路１２ｂを通してシリンダ室Ｒ３に圧縮空気を供
給してピストンロッド２０を後退させると、ピストンロ
ッド２０のみが後退位置に向けて後退し推力変換位置記
憶体４０及びリセットピストン３０は移動しないため、
上述した加圧操作を繰り返し行うことができる。なお、
ピストンロッド２０が後退位置に後退するときには、上
述したのと同様にしてシリンダ室Ｒ１ａ，Ｒ１ｂとＲ２
から空気が排出される。

【００３９】また、上述した加圧操作が繰り返し行われ
て、加圧操作の繰り返しに伴って図１に示した両電極９
１，９２が消耗し、加圧操作に要するピストンロッド２
０のストローク量が漸次増加しても、加圧操作に際して
両電極９１，９２の消耗に応じてピストンロッド２０の
ピストン２１が推力変換位置記憶体４０に当接して推力
変換位置記憶体４０を増加ストローク分前進させるた
め、ピストン推力が大きくなるように変換されるときの
ピストンロッド２０の先端に組付けた押し側電極９２の
先端とワークＷとの間の間隔は作業者の手、指等の入り
込めない間隔に自動的に調整され、格別な調整操作を必
要とせず、扱いが容易である。

【００４０】また、本実施形態においては、シリンダ室
Ｒ２が低圧側（大気）へ流入許容チェック弁Ｖ１を介し
て接続されて、シリンダ室Ｒ２に圧縮空気が導入される
大推力発揮時には、低圧側への連通経路が、圧縮空気の
導入に応じ流入許容チェック弁Ｖ１により自動的に遮断
されるので、シリンダ室Ｒ２と低圧側との連通経路を遮
断する構成がシンプルになる。また、ピストンロッド２
０の後退時には、切換弁６０に付加した逃がし手段の機
能によりシリンダ室Ｒ２から空気が給排通路１３ａへ逃
がされるので、シリンダ室Ｒ２の排出のための専用通路
を設けなくてよく構成がシンプルになる。

【００４１】また、本実施形態においては、ポートＡに
供給される圧縮空気が、シリンダ室Ｒ１ａに直接供給さ
れるとともにシリンダ室Ｒ１ｂに減圧弁５０を介して供
給されるように構成されていて、ポートＡに供給される
圧縮空気の圧力が設定範囲内である場合には、減圧弁５
０の減圧作用によりシリンダ室Ｒ１ａにて得られる推力
とシリンダ室Ｒ１ｂにて得られる推力との和が略一定と
なるように構成したため、ピストンロッド２０が小推力
にて前進しているときには、仮にポートＡに供給される
圧縮空気の圧力が上昇しても、ピストンロッド２０に作
用する小推力は略一定に保たれて所定以上に大きくなる
ことが防止される。

【００４２】また、本実施形態においては、推力変換位
置記憶体４０に筒部４１を一体的に設けて、この筒部４
１の外周に給排通路１２ｂとシリンダ室Ｒ３とを接続す
る接続通路１１ｂが形成されるようにしたため、推力変
換位置記憶体４０を有効に活用して接続通路１１ｂを形
成することができて、通路構成をシンプルとすることが
できる。また、切換弁６０に、ピストンロッド２０の後
退時において切換弁６０の各カム体６５が推力変換位置
記憶体４０のテーパ面４０ｂに非係合となった後にシリ
ンダ室Ｒ２から空気を給排通路１３ａに逃がす逃がし手
段の機能を付加したため、構成がシンプルとなる。

【００４３】図１から図７に示した上記実施形態におい
ては、ポートＡに供給される圧縮空気がシリンダ室Ｒ１
ａに直接供給されるとともにシリンダ室Ｒ１ｂに減圧弁
５０を介して供給されるように構成して、ピストンロッ
ド２０が小推力にて前進されるときには、その推力が略
一定に保たれるようにしたが、図８に示したように、減
圧弁５０をなくすとともに、シリンダ室Ｒ１ａ及びＲ１
ｂに代えて単一のシリンダ室Ｒ１を備える構成として本
発明を実施することも可能である。また、図８に示した
実施形態においては、シリンダ本体１０のロッド側カバ
ー１４が本体１１に一体的に設けられるとともに、推力
変換位置記憶体４０が筒部４１を備えない構成とされて
いて、シリンダ室Ｒ４への給排通路１４ａが本体１１に
設けられるとともに、シリンダ室Ｒ３と給排通路１２ｂ
を接続する接続通路２２ｃがピストンロッド２０のロッ
ド２２に設けられている。また、切換弁６０がバルブハ
ウジング６１を備えない構成とされている。なお、図８
に示した実施形態のその他の構成は図２に示した実施形
態の構成と実質的に同じであるため、同一符号を付して
その説明は省略する。また、図８に示した実施形態にお
いては、ピストンロッド２０が小推力にて前進されると
きにその推力が略一定に保たれるという作動は得られな
いものの、その他の作動は上記実施形態と同様に得られ
るものであり、図８の構成及び上記実施形態の作動説明
から容易に理解されると思われるため、その説明は省略
する。

【００４４】また、図１から図７に示した上記実施形態
においては、ポートＡに供給される圧縮空気が直接供給
されるシリンダ室Ｒ１ａを小径とするとともに減圧弁５
０を介して供給されるシリンダ室Ｒ１ｂを大径として実
施したが、図９に示したように、ヘッド側カバー１２に
設けたポートＡに供給される圧縮空気が直接供給される
シリンダ室Ｒ１ａを大径とするとともに減圧弁５０を介
して供給されるシリンダ室Ｒ１ｂを小径として実施する
ことも可能である。また、図９に示した実施形態におい
ては、シリンダ本体１０のロッド側カバー１４が本体１
１に一体的に設けられるとともに、推力変換位置記憶体
４０が筒部４１を備えない構成とされていて、シリンダ
室Ｒ４への給排通路１４ａが本体１１に設けられるとと
もに、シリンダ本体１１のロッド１３にポートＢととも
に設けた給排通路１３ａとシリンダ室Ｒ３を接続する接
続通路がシリンダ本体１０のロッド１３に固着したパイ
プ１９とピストンロッド２０のロッド２２とピストン２
１に設けた通路２２ｄ，２１ａによって構成されてい
る。また、切換弁６０のカム体６５にパイロット通路６
５ａを設ける代わりにピストンロッド２０のロッド２２
にパイロット通路２２ｅが設けられている。なお、その
他の構成及び作動は上記実施形態の構成及び作動と実質
的に同じであるため、同一符号を付してその説明は省略
する。

【００４５】上記各実施形態においては、ピストンロッ
ド２０の後退時において切換弁６０のカム体６５が推力
変換位置記憶体４０のテーパ面４０ｂに非係合となった
後にシリンダ室Ｒ２から空気をポートＡに連通する給排
通路に逃がす逃がし手段の機能を切換弁６０に付加して
本発明を実施したが、切換弁６０とは別に逃がし手段を
構成して（例えば図９においてヘッド側カバー１２にポ
ートＡとシリンダ室Ｒ２を接続する排出通路を設けると
ともに、この排出通路にポートＡへの空気流れを許容す
るチェック弁を設けて）本発明を実施することも可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による流体圧シリンダを電気溶接装置
のガンシリンダに実施した例を示す正面図である。

【図２】 図１に示した流体圧シリンダの拡大縦断正面
図である。

【図３】 図２に示した流体圧シリンダの部分拡大図で
ある。

【図４】 図２に示した流体圧シリンダの部分破断側面
図である。

【図５】 図２に示したシリンダ本体のガイドとピスト
ンロッドのロッドと切換弁のバルブハウジング及びポペ
ットの関係を示す横断平面図である。

【図６】 図２に示した流体圧シリンダの平面図であ
る。

【図７】 図６に示した減圧弁の一次圧と二次圧の関係
を示す特性線図である。

【図８】 本発明による流体圧シリンダの他の実施形態
を示す縦断正面図である。

【図９】 本発明による流体圧シリンダのその他の実施
形態を示す縦断正面図である。

【符号の説明】

１０…シリンダ本体、１１ｂ…接続通路、１３ａ…（第
１の）給排通路、１２ｂ…（第２の）給排通路、１４ａ
…（第３の）給排通路、２０…ピストンロッド、２１…
ピストン、２２…ロッド、３０…リセットピストン、４
０…推力変換位置記憶体、４１…筒部、５０…減圧弁、
６０…切換弁、Ｖ１…流入許容チェック弁、Ｒ１…（第
１の）シリンダ室、Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ…（一次側）シリン
ダ室，（二次側）シリンダ室（第１のシリンダ室）、Ｒ
２…（第２の）シリンダ室、Ｒ３…（第３の）シリンダ
室、Ｒ４…（第４の）シリンダ室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小笠原 幸生 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ本体内に複数のシリンダ室を設
   け、各シリンダ室に流入する流体を制御することによっ
   て推力を変更する流体圧シリンダにおいて、前記複数の
   シリンダ室への流体の流入を制御する切換弁と、ピスト
   ンロッドのストロークが変化した場合に、その変化量に
   対応する量だけ移動して常にはその移動後の位置を保持
   する推力変換位置記憶体と、この推力変換位置記憶体を
   初期位置に戻すリセットピストンとを設け、また前記切
   換弁を、前記ピストンロッドのピストンが前記推力変換
   位置記憶体に対して所定ストロークで所定のシリンダ室
   に連通させ、前記所定ストローク以外では前記所定のシ
   リンダ室との連通を遮断するように構成し、前記ピスト
   ンロッド内に設けたことを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 【請求項２】 ピストンロッドのヘッド側に、第１の給
   排通路に連通する第１のシリンダ室が形成されるととも
   に、流入許容チェック弁を介して低圧側に接続されると
   ともに前記第１のシリンダ室に連通・遮断される第２の
   シリンダ室が形成され、前記第１のシリンダ室に前記第
   １の給排通路を通して圧力流体が流入することによって
   前記ピストンロッドが小推力にて前進され、また前記両
   シリンダ室に圧力流体が流入することによって前記ピス
   トンロッドが大推力にて前進されるように構成した流体
   圧シリンダにおいて、前記ピストンロッドのロッド側に
   第２の給排通路に連通する第３のシリンダ室と第３の給
   排通路に連通する第４のシリンダ室を形成するリセット
   ピストンを設けるとともに、前記ピストンロッドのピス
   トンと前記リセットピストン間に形成される前記第３の
   シリンダ室に前記ピストンロッドのピストンまたは前記
   リセットピストンが当接して押動するときのみ軸方向に
   移動し常には位置保持される推力変換位置記憶体を設
   け、また前記ピストンロッドのピストンが前記推力変換
   位置記憶体に当接する直前から当接する間の所定ストロ
   ークにて前記推力変換位置記憶体に係合して前記第１と
   第２のシリンダ室を連通させ前記所定ストローク以外で
   は前記推力変換位置記憶体に非係合で前記第１と第２の
   シリンダ室との連通を遮断する切換弁を前記ピストンロ
   ッドに組付けるとともに、前記ピストンロッドの後退時
   において前記切換弁が前記推力変換位置記憶体に非係合
   となった後に前記第２のシリンダ室から流体を前記第１
   の給排通路に逃がす逃がし手段を設けたことを特徴とす
   る流体圧シリンダ。
3. 【請求項３】 前記第１のシリンダ室を、前記第１の給
   排通路に直接連通する一次側シリンダ室と、前記第１の
   給排通路に減圧弁を介して連通する二次側シリンダ室と
   に区画して、前記第１の給排通路に供給される圧力流体
   の圧力が設定範囲内である場合には、前記減圧弁の減圧
   作用により前記一次側シリンダ室にて得られる推力と前
   記二次側シリンダ室にて得られる推力との和が略一定と
   なるように構成したことを特徴とする請求項２記載の流
   体圧シリンダ。
4. 【請求項４】 前記推力変換位置記憶体に、前記ピスト
   ンロッドのピストンを軸方向に摺動可能に収容するとと
   もに前記第３のシリンダ室を形成する筒部を一体的に設
   けて、この筒部の外周に前記第２の給排通路と前記第３
   のシリンダ室とを接続する接続通路を形成したことを特
   徴とする請求項２または３記載の流体圧シリンダ。
5. 【請求項５】 前記切換弁に、前記逃がし手段の機能を
   付加したことを特徴とする請求項２、３または４記載の
   流体圧シリンダ。