JP4444885B2 - ロック機構付きシリンダ - Google Patents

Description

本発明は、固定部材内での可動部材の移動を規制するロック機構を有するシリンダに関する。

例えば、両面実装基板を片面実装後にハンダ印刷する場合には、安定したスキージ圧を得るために、実装済み面（支持面）の凹凸に合わせて該基板を支持する必要がある。基板を支持する支持装置としては、基台上に多数のピンを立設し、実装基板の凹凸に合わせて前記ピンの高さ位置（基台からの突出長さ）を設定し、複数のピンで基板を多点支持する多点支持装置が用いられている。しかしながら、この種の支持装置を多品種少量生産のワーク（基板など）を対象として用いる場合には、その品質に対応した専用の装置を製造したり、手作業によって多数のピンの配置を変更するなどの段取り替えが必要となる。このため、従来においては、製造コスト削減のために多品種に対応でき、自動化された多点支持装置が望まれている。この種の多点支持装置としては、例えば、特許文献１で提案されている。特許文献１には、コイルばねのばね力によりロッド（ピン）を出没動作させて高さ位置を調整する構成が開示されており、ロッドの高さ位置を保持するために鋼球とテーパリングによるロック機構が設けられている。
特開２００２−３２３０１４号公報

ところで、多点支持装置では、ロッドの推力を強く設定すると、ワークに働くロッドからの押圧力によって当該ワークの搭載部品が損傷したり、基板などを保持する場合には前記押圧力によって基板が撓み、当該基板を安定した状態で保持できない虞がある。このようなことから、ワーク（基板など）を支持するピンの推力は、極力弱く設定することが好ましい。しかしながら、ピンの推力を弱く設定した場合には、ロック機構によるロック解除時に鋼球とロッドとの間に働く摩擦抵抗の影響を受けて、ロッドが滑らかに作動せず（元の状態に戻らない）、途中で停止してしまうなどの誤動作が発生する虞がある。このため、ロッドの推力を弱く設定するためには、ロック解除時におけるロック機構の摩擦抵抗を小さくする必要がある。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、ロック機構と可動部材との間に生じる摩擦抵抗を低減させ、ロック解除時に可動部材を滑らかに動作させることができるロック機構付きシリンダを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載のロック機構付きシリンダは、筒状をなす固定部材内に軸状の可動部材が出没動作可能に挿通され、前記固定部材内での前記可動部材の移動を規制するロック機構を備えたロック機構付きシリンダにおいて、前記ロック機構は、筒状本体内に前記可動部材が挿通され、当該可動部材の没動作方向に沿って縮径するテーパ面又は円弧面が内面に形成されたケーシング部材と、前記ケーシング部材の前記内面と前記可動部材の外面との間に挿入される複数個の球体と、前記可動部材のロック時に前記球体を前記可動部材の没動作方向に押し出して前記テーパ面又は円弧面と前記可動部材の外面との間に圧接させる第１の押出部材と、前記可動部材のロック解除時に前記球体を前記可動部材の出動作方向に押し出して圧接状態を解除させる第２の押出部材とを有し、前記第１の押出部材又は第２の押出部材が前記球体を押し出す際に接触する接触面をテーパ状又は円弧状に形成し、前記第１の押出部材の接触面を前記テーパ状又は円弧状とする場合には該接触面が前記没動作方向に下るように形成する一方で、前記第２の押出部材の接触面を前記テーパ状又は円弧状とする場合には該接触面を前記出動作方向に下るように形成したことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロック機構付きシリンダにおいて、前記接触面には、前記球体を各別に係止して該球体の位置を保持する複数の保持溝が形成されており、当該複数の保持溝により前記可動部材の外面に対して前記球体が等間隔で配置されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のロック機構付きシリンダにおいて、前記第１の押出部材には、前記複数の球体を連結して該球体の位置を保持する保持部材が設けられており、当該保持部材により前記可動部材の外面に対して前記球体が等間隔で配置されていることを要旨とする。

請求項４に記載のロック機構付きシリンダは、筒状をなす固定部材内に軸状の可動部材が出没動作可能に挿通され、前記固定部材内での前記可動部材の移動を規制するロック機構を備えたロック機構付きシリンダにおいて、前記ロック機構は、筒状本体内に前記可動部材が挿通され、当該可動部材の没動作方向に沿って縮径するテーパ面又は円弧面が内面に形成されたケーシング部材と、前記ケーシング部材の前記内面と前記可動部材の外面との間に挿入される複数個の球体と、前記可動部材のロック時に前記球体を前記可動部材の没動作方向に押し出して前記テーパ面又は円弧面と前記可動部材の外面との間に圧接させる第１の押出部材と、前記可動部材のロック解除時に前記球体を前記可動部材の出動作方向に押し出して圧接状態を解除させる第２の押出部材とを有し、前記第１の押出部材又は第２の押出部材が前記球体を押し出す際に接触する接触部位を、前記球体の中心位置と前記ロック時に前記可動部材の外面に当接する前記球体の当接位置との間に設定したことを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のロック機構付きシリンダにおいて、前記ケーシング部材には、前記テーパ面又は円弧面に連接して非圧接状態の球体を退避させる退避部が形成されていることを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載のロック機構付きシリンダにおいて、前記固定部材と前記可動部材に磁石を対向配置し、その対向する磁石同士が異なる磁極で着磁された磁気ばね機構を備えたことを要旨とする。

本発明によれば、ロック機構と可動部材との間に生じる摩擦抵抗を低減させ、ロック解除時に可動部材を滑らかに動作させることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図１は、本実施形態のロック機構付きシリンダ（以下、単に「シリンダ」という）１０の断面図である。シリンダ１０は、両側が開口した円筒状（筒状）の固定部材としての本体ケース１１内に、該本体ケース１１の軸方向に沿って移動可能な可動部材としての可動軸１２が収容されている。可動軸１２は、本体ケース１１に対して出没動作可能に収容（挿通）されている。可動軸１２は、円柱状に形成されている。また、可動軸１２の両端部には、止め輪１２ａが取着されており、当該止め輪１２ａにより抜け止めされている。また、本実施形態の可動軸１２は、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）で形成され、高周波焼入れ処理とクロムメッキ処理が施されている。図１に示す「Ｘ」は、可動軸１２の最大ストローク長を示し、可動軸１２は、ストローク長「Ｘ」の範囲内で出没動作するようになっている。

また、本体ケース１１内には、磁気ばね機構１３の各種構成部材とロック機構１４の各種構成部材が、可動軸１２を包囲するように該可動軸１２の移動方向（軸線方向）に沿って並設されている。なお、図１においてロック機構１４は、中心線Ｙを基準とした上側半分が可動軸１２をロックした状態を示し、下側半分が可動軸１２のロックを解除した状態を示している。ロック機構１４は、可動軸１２が没方向に移動したとき（二点鎖線で示す）にロック状態となり、出方向に移動したとき（実線で示す）にロック解除状態となる。

本体ケース１１内には、磁気ばね機構１３を収容する筒状の収容ケース１５が設けられている。収容ケース１５は、本体ケース１１の内周面に固定されている。収容ケース１５の内周面には、磁石としてのマグネット（永久磁石）１６が設けられているとともに、可動軸１２の外周面には、磁石としてのマグネット（永久磁石）１７がマグネット１６と対向するように設けられている。マグネット１６，１７は、円筒状に形成されている。また、本実施形態においてマグネット１６は収容ケース１５の内周面に接着固定され、マグネット１７は可動軸１２の外周面に接着固定されている。また、マグネット１６，１７は、収容ケース１５と可動軸１２の径方向に間隔を空けて配置されている。マグネット１６とマグネット１７により、磁気ばね機構１３が構成される。

マグネット１６とマグネット１７は、軸方向の長さ寸法が同一長さとなるように形成されている。また、マグネット１６，１７は、図１に図示するＢ−Ｂ線断面図に示すように、円周方向に４分割され、９０度の幅で帯状に形成されたＮ極帯１６Ｎ，１７ＮとＳ極帯１６Ｓ，１７Ｓとを交互に配列して構成されている。そして、マグネット１６とマグネット１７は、異なる磁極同士を交互に対向配置させて構成されている。磁気ばね機構１３は、マグネット１６とマグネット１７が、本体ケース１１と可動軸１２との相対変位に引き合うように作用する磁力を発生させることにより、ばね機能を発揮させる。また、収容ケース１５の内周面には、マグネット１６に隣接して軸受１８が設けられている。

また、本体ケース１１内には、ロック機構１４を収容する筒状のプッシャケース１９と筒状のケーシング部材としてのテーパリング２０とが設けられている。プッシャケース１９とテーパリング２０は、本体ケース１１の内周面に固定されている。そして、プッシャケース１９とテーパリング２０の各中央部位には可動軸１２が挿通され、プッシャケース１９とテーパリング２０は可動軸１２の軸方向に並設されている。図２は、プッシャケース１９とテーパリング２０の要部を拡大した拡大断面図である。なお、図２においてロック機構１４は、中心線Ｙを基準とした上側半分が可動軸１２をロックした状態を示し、下側半分が可動軸１２のロックを解除した状態を示している。

プッシャケース１９には、可動軸１２の外周面から隔絶するように円環状の収容室２１が形成されている。収容室２１には、ゴム製のパッキン（弾性体）２２と第２の押出部材としてのプッシャ２３の一部（パッキン２２の押圧力を受ける受圧部分）が収容されている。パッキン２２は、収容室２１に収容されることにより、可動軸１２の外周面に対して非接触状態で配置される。この配置により、可動軸１２とパッキン２２との間には、摩擦が生じない。また、プッシャケース１９には、本体ケース１１に貫通形成されたエアポート２４と収容室２１とを連通させるエア導入通路２５が形成されている。そして、収容室２１では、パッキン２２がエア導入通路２５を介して導入されたエアを受けるように当該エア導入通路２５に対向配置され、そのパッキン２２と隣接してプッシャ２３が配置されている。パッキン２２は、エア（空気圧）を受けて移動し、エアを受けなくなるとコイルばね２８により元の位置に戻る。そして、プッシャ２３は、パッキン２２がエアを受けると、当該パッキン２２で押圧され、プッシャケース１９（収容室２１）内を可動軸１２の出動作方向に移動する。

テーパリング２０は、その一方の開口側（図１及び図２において左側（プッシャケース１９側）がプッシャケース１９の内側に嵌合されている。テーパリング２０内には、前記開口側から順に複数個の球体としての鋼球２６と、第１の押出部材としての座金（ワッシャ）２７と、コイルばね２８と、リニアブッシュ２９が収容されている。鋼球２６は、可動軸１２の軸方向において、プッシャ２３と座金２７との間に設けられている。本実施形態において鋼球２６は、可動軸１２と同種材料（ＳＵＪ２）で形成されている。そして、複数個の鋼球２６は、図１に図示するＣ−Ｃ線断面図に示すように、テーパリング２０の内周面と可動軸１２の外周面との間に、該可動軸１２の外周を包囲するように挿入され、配列されている。また、複数個の鋼球２６は、所定の力を受けて、テーパリング２０の内周面（テーパ面３４を含む）を該テーパリング２０の軸方向に沿って移動可能に設けられている。

以下、プッシャ２３と、座金２７と、テーパリング２０の構成についてさらに詳しく説明する。
プッシャ２３は、筒状の胴体部３０と、当該胴体部３０の基端側に一体形成された鍔部３１とから構成され、その中央部位には可動軸１２が挿通されるようになっている。胴体部３０の外径は、テーパリング２０の内径よりも小径に形成されている一方で、鍔部３１の外径は、プッシャケース１９の内径よりも小径に形成されている。すなわち、プッシャ２３は、胴体部３０がテーパリング２０に収容されるとともに鍔部３１がプッシャケース１９に収容され、プッシャケース１９とテーパリング２０との間に配置されている。プッシャ２３は、所定の力を受けて、プッシャケース１９とテーパリング２０の内周面を可動軸１２の軸方向に沿って移動可能に収容されている。

プッシャ２３（胴体部３０）には、当該プッシャ２３の中心に向かって縮径する接触面としてのプッシャ側テーパ面３２が形成されている。プッシャ側テーパ面３２は、図１に示すように、当該プッシャ側テーパ面３２と胴体部３０の先端面によって形成される角度が角度α（本実施形態では２０度）となるように形成されている。プッシャ側テーパ面３２は、プッシャ２３が本体ケース１１に収容された場合に可動軸１２の出動作方向に下るように形成されている。

座金２７には、当該座金２７の中心に向かって縮径する接触面としての座金側テーパ面３３が形成されている。座金側テーパ面３３は、図１に示すように、当該座金側テーパ面３３と座金２７の先端面によって形成される角度が角度β（本実施形態では１０度）となるように形成されている。座金側テーパ面３３は、座金２７が本体ケース１１に収容された場合に可動軸１２の没動作方向に下るように形成されている。

また、テーパリング２０には、当該テーパリング２０の内径が縮径するようにテーパ面３４が形成されている。テーパ面３４は、可動軸１２の没動作方向に沿って縮径する。また、テーパ面３４は、テーパリング２０の内面（内周面）に形成されている。そして、プッシャ２３と座金２７は、プッシャ側テーパ面３２と座金側テーパ面３３とが対向するように配置され、プッシャ側テーパ面３２と座金側テーパ面３３との間に鋼球２６が配置されている。また、テーパリング２０のテーパ面３４は、プッシャ２３と座金２７との間に配置されている。また、テーパリング２０には、テーパ面３４に連接して退避部としての鋼球退避部３５が形成されている。鋼球退避部３５は、テーパ面３４の最大直径をなす側の端部に連設されている。そして、鋼球退避部３５は、当該鋼球退避部３５と可動軸１２との間の距離が鋼球２６の直径よりも大きくなるように、テーパ面３４の端部からテーパリング２０の軸方向に沿って直線状に延設されている。

以下、本実施形態のシリンダ１０の作用を説明する。
シリンダ１０は、通常の状態（ロック機構１４によるロックが解除され、最大ストローク長Ｘ分、出動作している状態）では、図１に示すように、可動軸１２の止め輪１２ａが軸受１８に当接し、マグネット１６とマグネット１７とが対面している。すなわち、可動軸１２は、マグネット１６，１７を構成するＮ極体１６Ｎ，１７Ｎ及びＳ極体１６Ｓ，１７Ｓ同士が対面して共に吸引し合い、本体ケース１１に対して位置決めされている。また、テーパリング２０内の鋼球２６は、テーパ面３４に噛み合っておらず、可動軸１２のロックは解除されている（図１及び図２の下側に示す）。

この状態で、可動軸１２の先端側（図１では右側の端部）にワークなどを押し付けて押圧力を加えると、可動軸１２は、没方向（図１では右から左に向かう方向）に移動する。このとき、可動軸１２に設けられたマグネット１７は、可動軸１２とともに同方向に移動する。可動軸１２が移動すると、収容ケース１５側のマグネット１６と可動軸１２側のマグネット１７の間には、位置固定されたマグネット１６に対して移動したマグネット１７を引き戻そうとする吸引力が働く。この吸引力は、可動軸１２の変位に反発するように作用するため、可動軸１２に対してワークを押し付けたときのクッションとなり、更に可動軸１２にワークを押し付ける押圧力となる。すなわち、マグネット１６，１７は、コイルばねなどと同様にばね力を発揮する。

また、磁気ばね機構１３では、マグネット１６，１７が『ばね』として作用した場合、可動軸１２側のマグネット１７を元の位置に戻そうとする軸方向に作用する吸引力（推力）が、所定のストローク間で同一の値を示すようになる。磁気ばね機構１３では、マグネット１６，１７が軸方向にずれた際、各マグネット１６，１７の端部において斜めに発生する磁力線の軸方向分力によって一定の推力が生じる。すなわち、マグネット１６，１７がずれて重なっている場合には、各マグネット１６，１７の端部に斜めの磁力線が一定方向（一定の傾き）に生じ、その間の重なり部分には、軸方向の力に影響しない垂直方向のみの磁力線が生じる。このため、マグネット１６，１７には、重なり幅に関係なく端部に発生する斜めの磁力線の軸方向分力のみによって軸方向の力が作用する。したがって、磁気ばね機構１３は、ワークを常に一定の力で押さえ付ける。

一方、ロック機構１４では、可動軸１２が没方向に移動すると、その移動に伴って鋼球２６が可動軸１２の没方向、すなわち、テーパリング２０のテーパ面３４に向かって転動する。すなわち、可動軸１２の移動に伴ってコイルばね２８が座金２７を押圧し、当該座金２７が可動軸１２の没動作方向に移動することにより鋼球２６が没動作方向に押し出される。そして、鋼球２６は、テーパリング２０の内径を縮径するように形成されたテーパ面３４に向かって転動して当該テーパ面３４に噛み合い、該テーパ面３４と可動軸１２との間で圧接される。この結果、可動軸１２は、その外周面とテーパ面３４との間に鋼球２６が圧接されることによりロックされ、その位置が保持される（移動が規制される）。なお、鋼球２６が前述のように転動すると、プッシャ２３は、プッシャケース１９の収容室２１に収容されたパッキン２２側に向かって押し出される。

また、ロック機構１４は、可動軸１２に押圧力が加わっていない状態において、エアポート２４に図示しないエア供給源から所定圧のエア（空気）が供給されることにより、可動軸１２のロック状態を解除する。すなわち、エアポート２４を介して供給されたエアは、プッシャケース１９のエア導入通路２５を通って収容室２１に導入される。すると、収容室２１内のパッキン２２は、エア圧（空気圧）を受圧して移動し、プッシャ２３を押圧する。そして、押圧されたプッシャ２３は、テーパ面３２に噛み込んだ鋼球２６を可動軸１２の出動作方向に押し出す。これにより、鋼球２６は、テーパ面３４に噛み込んだ状態が解除され、それと同時に可動軸１２のロック状態が解除される。

このロック解除時、鋼球２６には、プッシャ２３のプッシャ側テーパ面３２が接触（当接）し、その接触により可動軸１２の軸方向に沿う力と当該軸方向と直交する方向に沿う力が加わることになる。このため、鋼球２６には、前述した２方向の力の合成力として、出動作方向（可動軸１２の軸線方向）に対して斜め上方へ向かう力が加わる（図２に矢示する）。この結果、鋼球２６には、可動軸１２の外周面から離間させる力が積極的に作用され、当該力によって可動軸１２から離間するように押し出される。また、鋼球２６は、座金２７の座金側テーパ面３３にも接触する。そして、鋼球２６は、座金２７との接触により、可動軸１２の外周面から離間する方向に逃される。そして、鋼球２６は、テーパ面３４を転動し、鋼球退避部３５に到達する。この結果、鋼球退避部３５に到達した鋼球２６と可動軸１２の外周面との間には、図２の下側に示すように隙間が形成される。すなわち、ロック機構１４によるロック状態が解除された場合には、鋼球２６が可動軸１２に対して非接触状態となり、可動軸１２との間に生じる摩擦抵抗が軽減される。

その後、可動軸１２は、ワークを取り外すことにより、磁気ばね機構１３の作用（マグネット１６を吸引する吸引力）で出方向に移動する。このとき、可動軸１２は、鋼球２６との間に隙間が形成され、鋼球２６が離間した状態とされている。このため、可動軸１２は、鋼球２６との摩擦抵抗を受けることなく出方向に移動し得る。

本実施形態のシリンダ１０は、基台上に複数整列配置させることにより、多点支持装置を構成し得る。多点支持装置は、例えば、シリンダ１０を縦方向と横方向に各４基ずつ所定の間隔（等間隔）で並べることで構成される。

このように構成された多点支持装置では、各シリンダ１０の可動軸１２の先端側にワーク（例えば、基板）が置かれる。そして、各シリンダ１０の可動軸１２は、ワークに当接し、該ワークの凹凸に応じて没方向に移動する。すなわち、ワークの凸部に当接したシリンダ１０の可動軸１２は没移動量が多くなり、ワークの凹部に当接したシリンダ１０の可動軸１２は没移動量が少なくなる。多点支持装置では、シリンダ１０の可動軸１２がワークの凹凸に合わせて移動し、該可動軸１２の高さ位置（基台からの突出長さ）が自動調整され、ワークが支持される。そして、本実施形態のシリンダ１０は、磁気ばね機構１３を備えているので、該磁気ばね機構１３により可動軸１２のストローク量に関係なく常にワークが一定の力で押さえ付けられる。

また、各可動軸１２は、ロック機構１４により、ワークの凹凸に合わせて移動し、その状態で保持される。そして、ロック解除は、ワークを可動軸１２より外した後にエア供給路を介して各エア導入路にエアを供給することにより行われる。

したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）プッシャ２３と座金２７に鋼球２６が接触する部位にプッシャ側テーパ面３２と座金側テーパ面３３とを設けた。これらのプッシャ側テーパ面３２と座金側テーパ面３３とにより、ロック解除時には、鋼球２６に対して可動軸１２の外周面から離間する力が積極的に付与される。したがって、ロック機構１４と可動軸１２との間に生じる摩擦抵抗を低減させ、ロック解除時に可動軸１２を滑らかに動作させることができる。すなわち、シリンダ１０の推力を弱く設定しても、摩擦抵抗を軽減させることで、可動軸１２は鋼球２６との接触による摩擦抵抗の影響を受け難く、滑らかに動作させることができる。本実施形態のシリンダ１０は、摩擦抵抗が９８０．７ｍＮ（１００ｇｆ）程度に設定される低摩擦シリンダとなる。

（２）プッシャ２３と座金２７の両方にテーパ面（プッシャ側テーパ面３２、座金側テーパ面３３）を設けた。このため、ロック解除時において鋼球２６を可動軸１２の外周面からさらに離間させ易くすることができる。

（３）テーパ面３４と連接するように鋼球退避部３５を設けた。このため、ロック解除時に、可動軸１２と鋼球２６との間の隙間を広げることができ、確実な非接触構造とすることができる。

（４）パッキン２２を設け、該パッキン２２をエア圧で移動させることによりテーパ面３２に噛み込んだ鋼球２６を押し出し、可動軸１２のロックを解除させるようにした。このため、ロックを解除させる機構を簡素化でき、シリンダ１０の構造を簡素化できる。また、構造を簡素化することにより、シリンダ１０の製造コスト低減に貢献できる。

（５）また、パッキン２２は、可動軸１２の外周面に接触しないように配設した。このため、ロックが解除され、可動軸１２が出方向に動作する際には、該可動軸１２とパッキン２２との間に摩擦が生じることなく、可動軸１２をさらに滑らかに動作させることができる。

（６）シリンダ１０に、磁気ばね機構１３とロック機構１４とを備えた。シリンダ１０は、磁気ばね機構１３を構成するマグネット１６とマグネット１７の作用により、コイルばねと同様にばね力を発生させ、そのばね力が可動軸１２のストローク変化に関係なく一定の値とされる。したがって、可動軸１２にワーク（例えば、基板など）を押し付けた場合でも、該ワークに対して一定の押圧力を付与することができる。また、シリンダ１０は、ロック機構１４の作用により、可動軸１２が没方向に移動しても、マグネット１７の吸引力に抗して可動軸１２が保持され、該可動軸１２のストローク長をワークの形状に合わせた長さで確実に維持できる。

（７）ロック機構１４を、鋼球２６と該鋼球２６が噛み合うテーパリング２０のテーパ面３４とで構成した。すなわち、鋼球２６をテーパ面３４と可動軸１２の外周面との間に圧接することにより、可動軸１２をロックさせるようにした。このため、可動軸１２の保持力を増加させ、可動軸１２のストローク長をワークの形状に合わせた長さで確実に維持できる。

（８）また、本実施形態のシリンダ１０を多点支持装置に適用した場合、推力を弱く設定できることにより、ワークの変形（損傷）や、基板の撓みを抑制することができる。その結果、ワークを安定した状態で保持することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を図３にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した実施形態と同一構成については同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。図３においてロック機構１４は、中心線Ｙを基準とした上側半分が可動軸１２をロックした状態を示し、下側半分が可動軸１２のロックを解除した状態を示している。

本実施形態では、本体ケース１１内にプッシャ４０と座金４１が設けられている。プッシャ４０は、筒状の胴体部４２と、鍔部４３とから構成されている。さらに、本実施形態においてプッシャ４０には、胴体部４２の先端に厚みを薄くした突起部４４が形成されている。また、座金４１の先端には、プッシャ４０の突起部４４と同様の突起部４５が形成されている。

そして、本実施形態においては、ロック解除時に突起部４４，４５と鋼球２６とが接触する接触部位（接触位置）を、鋼球２６の中心位置よりも下方側（可動軸１２の軸中心側）に設定している。具体的に言えば、接触部位は、鋼球２６の中心位置とロック時に可動軸１２の外面に当接する鋼球の当接位置との間に設定されている。

このように構成した場合、ロック解除時には、鋼球２６の下方側に力が加わることになるので、第１の実施形態と同様に、鋼球２６には出動作方向（可動軸１２の軸線方向）に対して斜め上方へ向かう力が加わることとなる（図３に矢示する）。このため、鋼球２６には、可動軸１２の外周面から離間させる力が積極的に作用され、当該力によって可動軸１２から離間するように押し出される。また、鋼球２６は、座金４１にも接触することにより、可動軸１２の外周面から離間する方向に逃がされる。本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明を具体化した第３の実施形態を図４にしたがって説明する。図４においてロック機構１４は、可動軸１２をロックした状態を示す。

本実施形態では、プッシャ２３のプッシャ側テーパ面３２に等間隔を空けて（本実施形態では９０度間隔を空けて）、鋼球２６の位置を保持する複数（本実施形態では４つ）の保持溝４８が形成されている。また、座金２７の座金側テーパ面３３には、プッシャ側テーパ面３２と同様に等間隔を空けて（本実施形態では９０度間隔を空けて）、鋼球２６の位置を保持する複数（本実施形態では４つ）の保持溝４９が形成されている。本実施形態では、各保持溝４９に各１個の鋼球２６が保持され、本体ケース１１内には４つの鋼球２６が挿入されている。

保持溝４８と保持溝４９は、プッシャ２３と座金２７が本体ケース１１に収容された状態において対向配置されるようになっている。そして、鋼球２６は、保持溝４８と保持溝４９にそれぞれ係止され、可動軸１２の周方向に対する位置が保持されるようになっている。また、保持溝４８と保持溝４９は、プッシャ２３と座金４７の中心側から外方に向かって直線状に形成されている。このため、鋼球２６は、可動軸１２のロック時及びロック解除時において、保持溝４８又は保持溝４９に案内されながら転動する。

したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）〜（８）と同様の効果に加えて以下に示す効果を得ることができる。
（９）鋼球２６を保持溝４８及び保持溝４９によって保持することにより、鋼球２６を可動軸１２のストローク方向（出没動作方向）に同一位置で保持できるとともに可動軸１２の円周方向にも同一位置で保持できる。すなわち、鋼球２６を可動軸１２の外周に沿って隙間無く配置させなくても、鋼球２６の位置を保持することができ、シリンダ１０の使用時などにおいて鋼球２６の位置が偏ることを防止できる。このため、ロック解除時には可動軸１２と鋼球２６との非接触状態を安定して得られるとともに、ロック時には鋼球２６が均等に配置されることで安定したロック力（ブレーキ力）を得ることができる。また、鋼球２６の数を必要以上に増加させる必要がないので、シリンダ１０の製造コスト低減に貢献することができる。さらに、可動軸１２のＸＹ方向の位置再現性を向上させることができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明を具体化した第４の実施形態を図５にしたがって説明する。図５においてロック機構１４は、可動軸１２をロックした状態を示す。

本実施形態では、本体ケース１１内にプッシャ５０と鋼球２６を保持する保持部材５１が設けられている。保持部材５１は、第１保持部材５２と第２保持部材５３から構成され、両保持部材５２，５３で鋼球２６を挟持するようになっている。また、第１保持部材５２には、第１，第３の実施形態で説明したプッシャ側テーパ面３２と同一構成をなすテーパ面５４が形成されており、当該テーパ面５４には、第３の実施形態で説明した保持溝４８と同一構成をなす保持溝５５が形成されている。そして、保持部材５１は、複数の鋼球２６を連結し、該鋼球２６の位置を保持するようになっている。複数の鋼球２６は、保持部材５１に保持されることで一体化された状態で本体ケース１１内に収容される。

したがって、本実施形態では、第１の実施形態の効果（１）〜（８）と第３の実施形態の効果（９）と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
（１０）本体ケース１１内から可動軸１２を脱着し、本体ケース１１内をメンテナンスする場合でも、保持部材５１で複数の鋼球２６が一体化されているので、メンテナンス性を向上させることができる。また、可動軸１２を脱着した場合であっても、鋼球２６が保持部材５１によって一体的に管理されるので、鋼球２６が本体ケース１１内から脱落することを防止できる。

なお、各実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 各実施形態では、可動軸１２の移動力を付与する構成として磁気ばね機構１３を設けているが、磁気ばね機構１３に代えて図６に示すように本体ケース１１内にコイルばね６１を収容し、当該コイルばね６１により可動軸１２の移動力を付与するようにしても良い。図６においてロック機構１４は、中心線Ｙを基準とした上側半分が可動軸１２をロックした状態を示し、下側半分が可動軸１２のロックを解除した状態を示している。ロック機構１４の構成は、第１の実施形態で説明したロック機構１４と同一である。

○ 第１の実施形態において、プッシャ２３のプッシャ側テーパ面３２や座金２７の座金側テーパ面３３の角度α、βを変更しても良い。角度α，βは、３度〜６０度の範囲で設定すると良い。なお、第２，第４の実施形態も同様である。

○ 第１の実施形態において、プッシャ２３や座金２７に形成されるテーパ面を円弧面に変更しても良い。なお、第２，第４の実施形態も同様である。
○ 第１，第２の実施形態において、鋼球退避部３５を省略しても良い。

○ 第１〜第３の実施形態において、ロック機構１４を構成するプッシャ２３，４０と座金２７，４１の組み合わせを変更しても良い。例えば、プッシャ２３と座金４１を組み合わせても良いし、プッシャ４０と座金２７を組み合わせても良い。また、第１，第３の実施形態において、プッシャ２３又は座金２７のいずれか一方のみにテーパ面を形成しても良い。また、第２の実施形態において、プッシャ４０又は座金４１のいずれか一方のみに突起部を設けても良い。

○ 各実施形態において、鋼球２６の数（本体ケース１１内に挿入する数）や大きさは変更しても良い。
○ 各実施形態において、テーパリング２０のテーパ面３４を円弧面にしても良い。

○ 各実施形態において、パッキン２２は、Ｙパッキンでも良いし、Ｖパッキンでも良い。
○ 第３の実施形態において、プッシャ２３及び座金２７に形成する保持溝４８と保持溝４９の数は変更しても良い。但し、保持溝４８と保持溝４９の数は同数である。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載のロック機構付きシリンダを基台上に複数整列配置したことを特徴とする多点支持装置。

第１の実施形態におけるロック機構付きシリンダの断面図。 同じく、ロック機構付きシリンダの要部拡大断面図。 第２の実施形態におけるロック機構付きシリンダの要部拡大断面図。 第３の実施形態におけるロック機構付きシリンダの要部拡大断面図。 第４の実施形態におけるロック機構付きシリンダの要部拡大断面図。 別例におけるロック機構付きシリンダの断面図。

符号の説明

１０…ロック機構付きシリンダ、１１…本体ケース、１２…可動軸、１３…磁気ばね機構、１４…ロック機構、２０…テーパリング、２６…鋼球、２３，４０…プッシャ、２７，４１…座金、３２…プッシャ側テーパ面、３３…座金側テーパ面、３４…テーパ面、３５…鋼球退避部、４４，４５…突起部、４８，４９…保持溝、５０…保持部材。

Claims (6)

1. 筒状をなす固定部材内に軸状の可動部材が出没動作可能に挿通され、前記固定部材内での前記可動部材の移動を規制するロック機構を備えたロック機構付きシリンダにおいて、
   前記ロック機構は、筒状本体内に前記可動部材が挿通され、当該可動部材の没動作方向に沿って縮径するテーパ面又は円弧面が内面に形成されたケーシング部材と、前記ケーシング部材の前記内面と前記可動部材の外面との間に挿入される複数個の球体と、前記可動部材のロック時に前記球体を前記可動部材の没動作方向に押し出して前記テーパ面又は円弧面と前記可動部材の外面との間に圧接させる第１の押出部材と、前記可動部材のロック解除時に前記球体を前記可動部材の出動作方向に押し出して圧接状態を解除させる第２の押出部材とを有し、
   前記第１の押出部材又は第２の押出部材が前記球体を押し出す際に接触する接触面をテーパ状又は円弧状に形成し、前記第１の押出部材の接触面を前記テーパ状又は円弧状とする場合には該接触面が前記没動作方向に下るように形成する一方で、前記第２の押出部材の接触面を前記テーパ状又は円弧状とする場合には該接触面を前記出動作方向に下るように形成したことを特徴とするロック機構付きシリンダ。
2. 前記接触面には、前記球体を各別に係止して該球体の位置を保持する複数の保持溝が形成されており、当該複数の保持溝により前記可動部材の外面に対して前記球体が等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロック機構付きシリンダ。
3. 前記第１の押出部材には、前記複数の球体を連結して該球体の位置を保持する保持部材が設けられており、当該保持部材により前記可動部材の外面に対して前記球体が等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロック機構付きシリンダ。
4. 筒状をなす固定部材内に軸状の可動部材が出没動作可能に挿通され、前記固定部材内での前記可動部材の移動を規制するロック機構を備えたロック機構付きシリンダにおいて、
   前記ロック機構は、筒状本体内に前記可動部材が挿通され、当該可動部材の没動作方向に沿って縮径するテーパ面又は円弧面が内面に形成されたケーシング部材と、前記ケーシング部材の前記内面と前記可動部材の外面との間に挿入される複数個の球体と、前記可動部材のロック時に前記球体を前記可動部材の没動作方向に押し出して前記テーパ面又は円弧面と前記可動部材の外面との間に圧接させる第１の押出部材と、前記可動部材のロック解除時に前記球体を前記可動部材の出動作方向に押し出して圧接状態を解除させる第２の押出部材とを有し、
   前記第１の押出部材又は第２の押出部材が前記球体を押し出す際に接触する接触部位を、前記球体の中心位置と前記ロック時に前記可動部材の外面に当接する前記球体の当接位置との間に設定したことを特徴とするロック機構付きシリンダ。
5. 前記ケーシング部材には、前記テーパ面又は円弧面に連接して非圧接状態の球体を退避させる退避部が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のロック機構付きシリンダ。
6. 前記固定部材と前記可動部材に磁石を対向配置し、その対向する磁石同士が異なる磁極で着磁された磁気ばね機構を備えた請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載のロック機構付きシリンダ。

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