(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-15
(45)【発行日】2024-02-26
(54)【発明の名称】倍力機構付きシリンダ装置
(51)【国際特許分類】
B23Q 3/06 20060101AFI20240216BHJP
F15B 15/14 20060101ALI20240216BHJP
【ＦＩ】
B23Q3/06 302A
F15B15/14 375
F15B15/14 345Z
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020029299
(22)【出願日】2020-02-25
(65)【公開番号】P2021133437
(43)【公開日】2021-09-13
【審査請求日】2023-02-15
(73)【特許権者】
【識別番号】391003989
【氏名又は名称】株式会社コスメック
(74)【代理人】
【識別番号】110001841
【氏名又は名称】弁理士法人ＡＴＥＮ
(72)【発明者】
【氏名】吉村 画
(72)【発明者】
【氏名】長尾 哲也
【審査官】野口 絢子
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１３／１２２０３９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１４／０５４５０３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／１６７１６９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－０９５３９１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｑ ３／０６
Ｆ１５Ｂ１５／００－１５／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ハウジング（１）と、前記ハウジング（１）に軸方向へ移動可能に挿入される出力ロッド（２）と、
前記ハウジング（１）内に配置される倍力用のピストン（２２）であって、前記出力ロッド（２）に前記出力ロッド（２）の前記軸方向へ移動可能に外嵌された環状のピストン（２２）と、
前記出力ロッド（２）を前記ピストン（２２）によって倍力駆動するための倍力機構（２０）と、
を備え、
前記倍力機構（２０）は、
第１倍力機構（２３）と、
倍力駆動の作動開始時期が、前記第１倍力機構（２３）による倍力駆動の作動開始時期よりも遅い第２倍力機構（２４）と、で構成される、
倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項2】
請求項１の倍力機構付きシリンダ装置において、前記第１倍力機構（２３）は、
前記出力ロッド（２）の外周面に設けられた第１凹部（２５）と、
前記ハウジング（１）に設けられた第１受圧部（２９）と、
前記第１凹部（２５）と前記第１受圧部（２９）との間に前記出力ロッド（２）の径方向の内方へ狭くなるように形成される楔空間に押し込まれる第１係合部材（３１）と、
前記第１係合部材（３１）を前記径方向の内方へ押すように前記ピストン（２２）に設けられた第１倍力面（３２）と、を有し、
前記第２倍力機構（２４）は、
前記出力ロッド（２）の外周面に設けられた第２凹部（３６）と、
前記ハウジング（１）に設けられた第２受圧部（３８）と、
前記第２凹部（３６）と前記第２受圧部（３８）との間に前記出力ロッド（２）の径方向の内方へ狭くなるように形成される楔空間に押し込まれる第２係合部材（３９）と、
前記第２係合部材（３９）を前記径方向の内方へ押すように前記ピストン（２２）に設けられた第２倍力面（４０）と、
を有し、
前記第２凹部（３６）のロック駆動側の凹部端（Ｐ２）が前記第１凹部（２５）のロック駆動側の凹部端（Ｐ１）よりも前記軸方向においてリリース駆動側に位置することで、倍力駆動の作動開始時期が、前記第１倍力機構（２３）による倍力駆動の作動開始時期よりも遅い第２倍力機構（２４）とされている、
倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項3】
請求項２の倍力機構付きシリンダ装置において、前記第２倍力面（４０）のリリース駆動側の倍力端（Ｂ２）が前記第１倍力面（３２）のリリース駆動側の倍力端（Ｂ１）よりも前記軸方向においてロック駆動側に位置する、
倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項4】
請求項３の倍力機構付きシリンダ装置において、前記第２倍力面（４０）、前記軸方向に対する傾斜角度が前記第２倍力面（４０）の傾斜角度よりも大きな第２押面（４１）、および前記軸方向に対する傾斜角度が前記第２倍力面（４０）の傾斜角度よりも小さな保持面（４２）が前記ピストン（２２）にこの順で設けられており、
前記第２倍力面（４０）、前記第２押面（４１）、および前記保持面（４２）が、前記ピストン（２２）の内周に設けられた前記軸方向に延びる内周溝（４３）の底面によって構成され、
リリース状態において、前記保持面（４２）と前記出力ロッド（２）の外周面との間で前記第２係合部材（３９）が保持される、
倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項5】
請求項２から４のいずれかの倍力機構付きシリンダ装置において、前記ピストン（２２）を直進させる直進ガイド機構（２６）が設けられている、
倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項6】
請求項２から５のいずれかの倍力機構付きシリンダ装置において、複数の前記第１係合部材（３１）および複数の前記第２係合部材（３９）が、前記出力ロッド（２）の周方向において等間隔で且つ交互に配置されている、
倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項7】
請求項１の倍力機構付きシリンダ装置において、前記第１倍力機構（２３）は、
前記ハウジング（１）のシリンダ孔の内周面に設けられた第１凹部（６９）と、
前記出力ロッド（２）の一部として構成される出力部材（７４）に設けられた第１受圧部（７１）と、
前記第１凹部（６９）と前記第１受圧部（７１）との間に前記出力ロッド（２）の径方向の外方へ狭くなるように形成される楔空間に押し込まれる第１係合部材（３１）と、
前記第１係合部材（３１）を前記径方向の外方へ押すように前記ピストン（２２）に設けられた第１倍力面（３２）と、を有し、
前記第２倍力機構（２４）は、
前記シリンダ孔の内周面に設けられた第２凹部（６６）と、
前記出力部材（７４）に設けられた第２受圧部（６８）と、
前記第２凹部（６６）と前記第２受圧部（６８）との間に前記出力ロッド（２）の径方向の外方へ狭くなるように形成される楔空間に押し込まれる第２係合部材（３９）と、
前記第２係合部材（３９）を前記径方向の外方へ押すように前記ピストン（２２）に設けられた第２倍力面（４０）と、
を有し、
前記第２凹部（６６）のリリース駆動側の凹部端（Ｐ２）が前記第１凹部（６９）のリリース駆動側の凹部端（Ｐ１）よりも前記軸方向においてロック駆動側に位置し、且つ、前記第２受圧部（６８）が前記第１受圧部（７１）よりも前記軸方向においてロック駆動側に位置することで、倍力駆動の作動開始時期が、前記第１倍力機構（２３）による倍力駆動の作動開始時期よりも遅い第２倍力機構（２４）とされている、
倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項8】
請求項７の倍力機構付きシリンダ装置において、前記第１受圧部（７１）が、前記出力部材（７４）の筒部（７４ａ）に設けられた第１孔（７０）の内周面の一部として構成され、
前記第２受圧部（６８）が、前記出力部材（７４）の筒部（７４ａ）に設けられた第２孔（６７）の内周面の一部として構成され、
前記第１孔（７０）に前記第１係合部材（３１）が配置されると共に、前記第２孔（６７）に前記第２係合部材（３９）が配置されている、
倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項9】
請求項７または８の倍力機構付きシリンダ装置において、前記出力ロッド（２）に対して前記ピストン（２２）が回ることを防止する回り止め機構（６１）が設けられている、
倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項10】
請求項７から９のいずれかの倍力機構付きシリンダ装置において、複数の前記第１係合部材（３１）および複数の前記第２係合部材（３９）が、前記出力ロッド（２）の周方向において等間隔で且つ交互に配置されている、
倍力機構付きシリンダ装置。
【請求項11】
請求項２から１０のいずれかの倍力機構付きシリンダ装置において、前記第１係合部材（３１）および前記第２係合部材（３９）が係合ボールである、
倍力機構付きシリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、倍力機構付きシリンダ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
倍力機構付き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。
【0003】
ハウジングに出力ロッドが上下移動可能に挿入される。そのハウジングの上部内に挿入された第１ピストンが出力ロッドに固定され、ハウジングの下部内に挿入された第２ピストンが出力ロッドに上下移動可能に外嵌される。出力ロッドのロック駆動工程においてロック室に圧力流体を供給すると、まず、第１ピストンが出力ロッドを上方へ駆動し、次いで、第２ピストンが係合ボールなどを有する倍力機構を介して出力ロッドを上方へ倍力駆動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１２－１１１０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記の従来技術には次の問題がある。上記の倍力機構付きシリンダ装置は、倍力駆動のストロークが短い。この倍力機構付きシリンダ装置がクランプ装置として用いられたとする。クランプ対象物であるワークの高さが様々であると、一のワークをその上方から倍力で強力にクランプできたとしても、高さが異なる他のワークの場合、倍力駆動のストロークが短いためにワークを確実にクランプできないことがある。
【0006】
本発明の目的は、倍力駆動のストロークを長くすることができる構成の倍力機構付き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】
【0007】
【0008】
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に軸方向へ移動可能に挿入される出力ロッド２と、前記ハウジング１内に配置される倍力用のピストン２２であって、前記出力ロッド２に前記出力ロッド２の前記軸方向へ移動可能に外嵌された環状のピストン２２と、前記出力ロッド２を前記ピストン２２によって倍力駆動するための倍力機構２０と、を備える。前記倍力機構２０は、第１倍力機構２３と、倍力駆動の作動開始時期が、前記第１倍力機構２３による倍力駆動の作動開始時期よりも遅い第２倍力機構２４と、で構成される。
【0009】
本発明のシリンダ装置は次の作用効果を奏する。倍力駆動の作動開始時期がずらされた複数の倍力機構を備える構成としたことで、倍力駆動のストロークを長くすることができる。また、共通のピストンで、倍力駆動の作動開始時期がずらされた複数の倍力機構が動作するので、複数のピストンで倍力するよりも、シリンダ装置をコンパクトなものにすることができる。また、共通のピストンで複数の倍力機構が動作するので、第１、第２倍力機構の両方が動作しているときと、いずれか一方のみの倍力機構が単独で動作しているときとで倍力駆動力が変化せず、倍力駆動のストローク範囲において、一定の倍力駆動力を発生させることができる。
【0010】
上記シリンダ装置において、例えば、図１から図６、および図８に示すようなシリンダ装置としてもよい。すなわち、前記第１倍力機構２３は、前記出力ロッド２の外周面に設けられた第１凹部２５と、前記ハウジング１に設けられた第１受圧部２９と、前記第１凹部２５と前記第１受圧部２９との間に前記出力ロッド２の径方向の内方へ狭くなるように形成される楔空間に押し込まれる第１係合部材３１と、前記第１係合部材３１を前記径方向の内方へ押すように前記ピストン２２に設けられた第１倍力面３２と、を有し、前記第２倍力機構２４は、前記出力ロッド２の外周面に設けられた第２凹部３６と、前記ハウジング１に設けられた第２受圧部３８と、前記第２凹部３６と前記第２受圧部３８との間に前記出力ロッド２の径方向の内方へ狭くなるように形成される楔空間に押し込まれる第２係合部材３９と、前記第２係合部材３９を前記径方向の内方へ押すように前記ピストン２２に設けられた第２倍力面４０と、を有し、前記第２凹部３６のロック駆動側の凹部端Ｐ２が前記第１凹部２５のロック駆動側の凹部端Ｐ１よりも前記軸方向においてリリース駆動側に位置することで、倍力駆動の作動開始時期が、前記第１倍力機構２３による倍力駆動の作動開始時期よりも遅い第２倍力機構２４とされていてもよい。
【0011】
この構成によると、倍力駆動の作動開始時期がずらされた複数の倍力機構を容易に形成することができる。
【0012】
また、上記シリンダ装置において、前記第２倍力面４０のリリース駆動側の倍力端Ｂ２が前記第１倍力面３２のリリース駆動側の倍力端Ｂ１よりも前記軸方向においてロック駆動側に位置されていてもよい。この構成によると、倍力駆動のストロークをより長くすることができる。
【0013】
また、上記シリンダ装置において、前記第２倍力面４０、前記軸方向に対する傾斜角度が前記第２倍力面４０の傾斜角度よりも大きな第２押面４１、および前記軸方向に対する傾斜角度が前記第２倍力面４０の傾斜角度よりも小さな保持面４２が前記ピストン２２にこの順で設けられており、前記第２倍力面４０、前記第２押面４１、および前記保持面４２が、前記ピストン２２の内周に設けられた前記軸方向に延びる内周溝４３の底面によって構成され、リリース状態において、前記保持面４２と前記出力ロッド２の外周面との間で前記第２係合部材３９が保持されてもよい。この構成によると、リリース状態において、第２係合部材が不用意に動いてしまうことを防止することができる。
【0014】
また、上記シリンダ装置において、前記ピストン２２を直進させる直進ガイド機構２６が設けられていてもよい。この構成によると、出力ロッドが旋回するような場合であっても、ピストンを確実に直進させることができる。
【0015】
また、上記シリンダ装置において、複数の前記第１係合部材３１および複数の前記第２係合部材３９が、前記出力ロッド２の周方向において等間隔で且つ交互に配置されてもよい。この構成によると、第１倍力機構による倍力駆動力、および第２倍力機構による倍力駆動力を、バランス良く出力ロッドに作用させることができる。
【0016】
上記シリンダ装置において、例えば、図９から図１４に示すようなシリンダ装置としてもよい。すなわち、前記第１倍力機構２３は、前記ハウジング１のシリンダ孔の内周面に設けられた第１凹部６９と、前記出力ロッド２の一部として構成される出力部材７４に設けられた第１受圧部７１と、前記第１凹部６９と前記第１受圧部７１との間に前記出力ロッド２の径方向の外方へ狭くなるように形成される楔空間に押し込まれる第１係合部材３１と、前記第１係合部材３１を前記径方向の外方へ押すように前記ピストン２２に設けられた第１倍力面３２と、を有し、前記第２倍力機構２４は、前記シリンダ孔の内周面に設けられた第２凹部６６と、前記出力部材７４に設けられた第２受圧部６８と、前記第２凹部６６と前記第２受圧部６８との間に前記出力ロッド２の径方向の外方へ狭くなるように形成される楔空間に押し込まれる第２係合部材３９と、前記第２係合部材３９を前記径方向の外方へ押すように前記ピストン２２に設けられた第２倍力面４０と、を有し、前記第２凹部６６のリリース駆動側の凹部端Ｐ２が前記第１凹部６９のリリース駆動側の凹部端Ｐ１よりも前記軸方向においてロック駆動側に位置し、且つ、前記第２受圧部６８が前記第１受圧部７１よりも前記軸方向においてロック駆動側に位置することで、倍力駆動の作動開始時期が、前記第１倍力機構２３による倍力駆動の作動開始時期よりも遅い第２倍力機構２４とされていてもよい。
【0017】
この構成によると、倍力駆動の作動開始時期がずらされた複数の倍力機構を容易に形成することができる。
【0018】
また、上記シリンダ装置において、前記第１受圧部７１が、前記出力部材７４の筒部７４ａに設けられた第１孔７０の内周面の一部として構成され、前記第２受圧部６８が、前記出力部材７４の筒部７４ａに設けられた第２孔６７の内周面の一部として構成され、前記第１孔７０に前記第１係合部材３１が配置されると共に、前記第２孔６７に前記第２係合部材３９が配置されてもよい。この構成によると、第１係合部材および第２係合部材が不用意に動いてしまうことを防止することができる。
【0019】
また、上記シリンダ装置において、前記出力ロッド２に対して前記ピストン２２が回ることを防止する回り止め機構６１が設けられていてもよい。この構成によると、出力ロッドが旋回するような場合に、ピストンを出力ロッドと一体的に旋回させることができる。
【0020】
また、上記シリンダ装置において、複数の前記第１係合部材３１および複数の前記第２係合部材３９が、前記出力ロッド２の周方向において等間隔で且つ交互に配置されてもよい。この構成によると、第１倍力機構による倍力駆動力、および第２倍力機構による倍力駆動力を、バランス良く出力ロッドに作用させることができる。
【0021】
また、図１から図１４に示すようなシリンダ装置において、前記第１係合部材３１および前記第２係合部材３９が係合ボール（球体）とされてもよい。この構成によると、第１倍力機構および第２倍力機構の作動がより安定する。
【発明の効果】
【0022】
本発明の倍力機構付きシリンダ装置によると、倍力駆動のストロークを長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【発明を実施するための形態】
【0024】
図１から図６は、本発明の第１実施形態を示す。この実施形態の倍力機構付きシリンダ装置（以下、「シリンダ装置」と記載する）は、出力ロッドがその軸回りに旋回し、且つ出力ロッドをハウジング内へ引き込むことでクランプ対象物（例えば、ワークＷ）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。
【0025】
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に出力ロッド２がその軸方向へ移動可能に挿入される。ハウジング１は、ハウジング本体３と下端壁４とで構成され、下端壁４はハウジング本体３の底部に固定される。ハウジング本体３の上端壁３ａに設けられた上部孔５、および上端壁３ａから下向きに突出する筒部３ｂに出力ロッド２の上側部分が支持される。また、下端壁４に設けられた下部孔６に出力ロッド２の下側部分が支持される。上端壁３ａよりも上方へ出力ロッド２が突出され、その先端部にクランプアーム４４の一端部がナット４５で固定される。クランプアーム４４の他端部にはロッド部材４６がナット４７で固定される。なお、図１等の側面視の断面図において、図中の上方へ向かう方向が出力ロッド２のリリース駆動方向であり、図中の下方へ向かう方向が出力ロッド２のロック駆動方向である。
【0026】
ハウジング本体３の内周面にストッパ部としての止め輪７が装着され、止め輪７の下側に第１シリンダ孔１１が、止め輪７の上側に第２シリンダ孔１２が形成される。上記第１シリンダ孔１１に第１ピストン２１が外封止部材８を介して保密状に挿入される。この第１ピストン２１は、内封止部材９を介して保密状に止め輪１０によって出力ロッド２に固定される。また、上記第２シリンダ孔１２に倍力用の環状の第２ピストン（出力ロッド２を倍力駆動するピストン）２２が外封止部材３４を介して保密状に挿入される。この第２ピストン２２は、出力ロッド２にその軸方向へ移動可能に内封止部材３５を介して保密状に外嵌される。
【0027】
上記第２ピストン２２を第２シリンダ孔１２内で直進させる直進ガイド機構２６が設けられる。この直進ガイド機構２６は、第２ピストン２２の外周面に設けられた軸方向に延びるガイド溝２７と、ガイド溝２７に配置されたガイドボール２８とで構成される。ガイドボール２８はハウジング本体３の内面に嵌め込まれる。
【0028】
上記第１ピストン２１と第２ピストン２２との間にロック室１３が形成される。このロック室１３には、ロック通路１４を経由してロックポート（不図示）からロック用の圧力流体としての圧縮空気が給排される。また、第１ピストン２１の下側に第１リリース室１５が形成されると共に、第２ピストン２２の上側に第２リリース室１６が形成される。この第２リリース室１６には、リリース通路１８を経由してリリースポート１９からリリース用の圧力流体としての圧縮空気が給排される。第２リリース室１６と第１リリース室１５とは、出力ロッド２内に形成された連通路１７によって接続される。
【0029】
上記第２リリース室１６に、出力ロッド２を第２ピストン２２によって倍力駆動するための倍力機構２０が設けられる。倍力機構２０は、ロック室１３に供給された圧縮空気が第２ピストン２２を上方へ押す力を、下方への力に反転させると共に倍力変換して出力ロッド２に伝達するように構成される。この倍力機構２０は、第１倍力機構２３と、倍力駆動の作動開始時期が、第１倍力機構２３による倍力駆動の作動開始時期よりも遅い第２倍力機構２４とで構成される。
【0030】
第１倍力機構２３は次のように構成される。
【0031】
出力ロッド２の外周面に伝達部としての第１凹部２５が設けられる。ハウジング本体３を構成する前記筒部３ｂの先端部（下端部）に下方（先端側）が開口した第１横溝３０が設けられ、この第１溝３０に第１係合部材としての第１係合ボール３１が配置される。第１溝３０の底に第１受圧部２９が設けられる。
【0032】
上記第１係合ボール３１を出力ロッド２の径方向の内方へ押すように、第２ピストン２２に第１倍力面３２が設けられる。また、第１倍力面３２の上側には、第１押面３３が第１倍力面３２に連ねて設けられる。
【0033】
第２ピストン２２に設けられた上記第１倍力面３２および第１押面３３はいずれもテーパ状の傾斜面であり、軸方向に対する傾斜角度は、第１倍力面３２よりも第１押面３３の方が大きい。
【0034】
本実施形態では、図５に示すように、３つの第１凹部２５が出力ロッド２の周方向においてその外周面に等間隔で設けられると共に、３つの第１係合ボール３１が出力ロッド２の周方向において等間隔で配置されている。
【0035】
第２倍力機構２４は次のように構成される。
【0036】
出力ロッド２の外周面に伝達部としての第２凹部３６が設けられる。ハウジング本体３を構成する前記筒部３ｂの先端部（下端部）に下方（先端側）が開口した第２横溝３７が設けられ、この第２溝３７の底に第２受圧部３８が設けられる。
【0037】
後述する第２係合ボール３９を出力ロッド２の径方向の内方へ押すように、第２ピストン２２に第２倍力面４０が設けられる。また、第２倍力面４０の上側に第２押面４１が、さらにその上側に保持面４２が、この順で第２倍力面４０に連ねて設けられる。
【0038】
第２ピストン２２に設けられた上記第２倍力面４０、第２押面４１、および保持面４２は、いずれも傾斜面であり、第２押面４１の軸方向に対する傾斜角度は第２倍力面４０の傾斜角度よりも大きい。保持面４２の軸方向に対する傾斜角度は第２倍力面４０の傾斜角度よりも小さい。
【0039】
第２ピストン２２の内周には、軸方向に延びる内周溝４３が設けられており、上記第２倍力面４０、第２押面４１、および保持面４２は、この内周溝４３の底面が構成する。また、この内周溝４３に第２係合部材としての第２係合ボール３９が配置される。
【0040】
図１に示すリリース状態において、上記保持面４２と出力ロッド２の外周面との間で第２係合ボール３９が保持される。保持面４２の先端部にピン５７が固定されており、このピン５７によって第２係合ボール３９が抜け出ないようにされている。
【0041】
本実施形態では、図５に示すように、３つの第２凹部３６が出力ロッド２の周方向においてその外周面に等間隔で設けられると共に、３つの第２係合ボール３９が出力ロッド２の周方向において等間隔で配置されている。
【0042】
第１係合ボール３１と第２係合ボール３９との関係においては、複数の第１係合ボール３１および複数の第２係合ボール３９が出力ロッド２の周方向において等間隔で且つ交互に配置されている。また、第１係合ボール３１の大きさ（径）と第２係合ボール３９の大きさ（径）とは等しい。
【0043】
ここで、第１倍力機構２３を構成する第１凹部２５のロック駆動側の凹部端Ｐ１は、第１凹部２５の下端であり、同様に、第２倍力機構２４を構成する第２凹部３６のロック駆動側の凹部端Ｐ２は、第２凹部３６の下端である。
【0044】
上記凹部端Ｐ２は、上記凹部端Ｐ１よりも出力ロッド２の軸方向において上方、すなわち出力ロッド２のリリース駆動側に位置される。
【0045】
また、第２ピストン２２に設けられた第２倍力面４０のリリース駆動側の倍力端Ｂ２は、第１倍力面３２のリリース駆動側の倍力端Ｂ１よりも出力ロッド２の軸方向において下方、すなわち出力ロッド２のロック駆動側に位置される。
【0046】
本実施形態では、ハウジング１を構成する下端壁４と出力ロッド２の下端部とに公知の旋回機構４８が設けられる。この旋回機構４８は次のように構成される。
【0047】
出力ロッド２の下端部の外周面にガイド溝４９が設けられる。ガイド溝４９は、螺旋状の旋回溝４９ａと直進溝４９ｂとで構成される。ガイド溝４９に嵌合される案内ボール５０が、下端壁４から上向きに突出する筒部４ａに設けられた貫通孔５１に挿入される。この案内ボール５０に回転スリーブ５２が外嵌めされる。なお、ガイド溝４９は、出力ロッド２の周方向において等間隔で複数設けられる。
【0048】
上記構成のシリンダ装置は次のように動作する。
【0049】
図１に示すリリース状態では、ロック室１３から圧縮空気が排出されると共に第１リリース室１５および第２リリース室１６に圧縮空気が供給されている。これにより、第２リリース室１６の圧縮空気が第２ピストン２２を下方へ押すと共に、第１リリース室１５の圧縮空気が第１ピストン２１を上方へ押している。これにより、クランプアーム４４は退避状態とされている。
【0050】
図１に示すリリース状態から図６に示すロック状態へ切り換えるときは、第１リリース室１５および第２リリース室１６の圧縮空気を排出すると共にロック室１３に圧縮空気を供給する。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。
【0051】
ロック室１３に圧縮空気が供給されると、ロック室１３の圧縮空気が第１ピストン２１を下方へ押すと共に第２ピストン２２を上方へ押す。これにより、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２１によって出力ロッド２が下降する。このとき、旋回機構４８を構成する案内ボール５０および旋回溝４９ａによって、出力ロッド２およびクランプアーム４４は旋回しながら下降する。なお、図１から図２の状態への移行では、第２ピストン２２は第１係合ボール３１を介して第１受圧部２９に受け止められた状態であるので、第２ピストン２２は上昇しない。
【0052】
本実施形態では、旋回溝４９ａによって出力ロッド２およびクランプアーム４４は１２０度旋回するようにされている。そのため、図２に示すクランプアーム４４の旋回終了状態において、出力ロッド２は図１の状態から１２０度旋回している。よって、その出力ロッド２の外周面に設けられた図２に示す第１凹部２５および第２凹部３６は、それぞれ、図１に示す第１凹部２５および第２凹部３６の１つ隣り（１２０度隣り）の凹部である。なお、第２ピストン２２は、直進ガイド機構２６によって回転が阻止されているので回転しない。
【0053】
出力ロッド２が下降していくと、図２に示すように、第１凹部２５と第１受圧部２９との間に出力ロッド２の径方向の内方へ狭くなる楔空間が形成され、第２ピストン２２に設けられた第１押面３３が第１係合ボール３１を上記楔空間に押し出して第１倍力駆動が開始される。図３に示すように、第２ピストン２２に設けられた第１倍力面３２が第１係合ボール３１を上記楔空間に押し込み、これにより、第２ピストン２２に作用する上向きの推進力が、第１倍力面３２と第１係合ボール３１と第１受圧部２９と第１凹部２５とによって、下向きに倍力変換されて出力ロッド２が下向きに強力に駆動される。
【0054】
なお、出力ロッド２およびクランプアーム４４は、旋回終了後、案内ボール５０および直進溝４９ｂによって直進下降する。
【0055】
出力ロッド２がさらに下降すると、図４に示すように、第２凹部３６と第２受圧部３８との間にも出力ロッド２の径方向の内方へ狭くなる楔空間が形成され、第２ピストン２２に設けられた第２押面４１が第２係合ボール３９を上記楔空間に押し出して第２倍力駆動が開始される。第２ピストン２２に設けられた第２倍力面４０が第２係合ボール３９を上記楔空間に押し込み、これにより、第２ピストン２２に作用する上向きの推進力が、第２倍力面４０と第２係合ボール３９と第２受圧部３８と第２凹部３６とによって、下向きに倍力変換されて出力ロッド２が下向きに強力に駆動される。
【0056】
なお、第１倍力機構２３および第２倍力機構２４は共通の第２ピストン２２によって動作するので、第１倍力機構２３と第２倍力機構２４とが両方動作しているときの倍力駆動力と、第１倍力機構２３または第２倍力機構２４が単独で動作しているときの倍力駆動力とは等しい。すなわち、第１倍力機構２３のみが動作している図３の状態から、第１倍力機構２３および第２倍力機構２４の両方が動作している図４の状態へと移行しても倍力駆動力は変化しない。
【0057】
出力ロッド２がさらに下降すると、図６に示すように、クランプアーム４４の先端部に固定されたロッド部材４６がワークＷを固定台Ｔに対して上方から押圧し、これによりワークＷはロックされる。この図６に示すロック状態では、第１倍力機構２３を構成する第１係合ボール３１は第１受圧部２９から離間している。そのため、図６に示すロック状態では、第２倍力機構２４による倍力駆動力と第１ピストン２１による押し下げ力との合力でワークＷはロックされる。なお、上記のように、第１倍力機構２３と第２倍力機構２４とが両方動作しているときの倍力駆動力と、第１倍力機構２３または第２倍力機構２４が単独で動作しているときの倍力駆動力とは等しいので、図４の状態から図６のロック状態へと移行しても倍力駆動力は変化しない。
【0058】
図６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１３の圧縮空気を排出すると共に第１リリース室１５および第２リリース室１６に圧縮空気を供給する。これにより、第２リリース室１６の圧縮空気が第２ピストン２２を下方へ押すと共に、第１リリース室１５の圧縮空気が第１ピストン２１を上方へ押し、図１に示すリリース状態に戻る。
【0059】
図７は、第１実施形態の変形例を示す。
【0060】
第１実施形態では、第２倍力機構２４を構成する第２凹部３６の凹部端Ｐ２が、第１倍力機構２３を構成する第１凹部２５の凹部端Ｐ１よりも出力ロッド２の軸方向において上方とされることで、第２倍力機構２４による倍力駆動の作動開始時期が、第１倍力機構２３による倍力駆動の作動開始時期よりも遅くなるように構成されている。これに対して、図７に示す変形例のシリンダ装置では、第２係合ボール３９の大きさ（径）が第１係合ボール３１の大きさ（径）よりも大きくされることで、第２倍力機構２４による倍力駆動の作動開始時期が、第１倍力機構２３による倍力駆動の作動開始時期よりも遅くなるように構成されている。
【0061】
図８は、第１実施形態の変形例を示す。
【0062】
第１実施形態のシリンダ装置は、出力ロッド２をハウジング１内へ引き込むことでワークＷをロックするタイプのシリンダ装置である。これに対して、図８に示す変形例のシリンダ装置は、出力ロッド２をハウジング１内から押し出すことでワークＷをロックするタイプのシリンダ装置である。また、第１実施形態のシリンダ装置は旋回機構４８を備えるが、本変形例のシリンダ装置は旋回機構を備えない。
【0063】
本変形例のシリンダ装置の構成を説明する。
【0064】
ハウジング１の上端壁１ａに設けられた上部孔５に出力ロッド２の上側部分が支持される。また、ハウジング１の下端壁１ｂに設けられた下部孔６に出力ロッド２の下側部分が支持される。上端壁１ａよりも上方へ出力ロッド２が突出され、その先端部にクランプアーム４４の一端部がピン５３で回動可能に固定される。クランプアーム４４の中途部にリンク部材５４の一端部がピン５５で回動可能に固定され、リンク部材５４の他端部はハウジング１の上端壁１ａにピン５６で回動可能に固定される。なお、図８において、図中の上方へ向かう方向が出力ロッド２のロック駆動方向であり、図中の下方へ向かう方向が出力ロッド２のリリース駆動方向である。
【0065】
ハウジング１の内周面にストッパ部としての止め輪７が装着され、止め輪７の上側に第１シリンダ孔１１が、止め輪７の下側に第２シリンダ孔１２が形成される。上記第１シリンダ孔１１に第１ピストン２１が外封止部材８を介して保密状に挿入される。この第１ピストン２１は出力ロッド２と一体形成されることで出力ロッド２に固定されている。また、上記第２シリンダ孔１２に倍力用の環状の第２ピストン（出力ロッド２を倍力駆動するピストン）２２が外封止部材３４を介して保密状に挿入される。この第２ピストン２２は、出力ロッド２にその軸方向へ移動可能に内封止部材３５を介して保密状に外嵌される。
【0066】
上記第１ピストン２１と第２ピストン２２との間にロック室１３が形成される。このロック室１３には、ロック通路１４を経由してロックポート（不図示）からロック用の圧力流体としての圧縮空気が給排される。また、第１ピストン２１の上側に第１リリース室１５が形成されると共に、第２ピストン２２の下側に第２リリース室１６が形成される。第１リリース室１５には、リリース通路１８を経由してリリースポート１９からリリース用の圧力流体としての圧縮空気が給排される。第１リリース室１５と第２リリース室１６とは、出力ロッド２内に形成された連通路１７によって接続される。
【0067】
上記第２リリース室１６に、出力ロッド２を第２ピストン２２によって倍力駆動するための倍力機構２０が設けられる。倍力機構２０は、ロック室１３に供給された圧縮空気が第２ピストン２２を下方へ押す力を、上方への力に反転させると共に倍力変換して出力ロッド２に伝達するように構成される。この倍力機構２０は、第１倍力機構２３と、倍力駆動の作動開始時期が、第１倍力機構２３による倍力駆動の作動開始時期よりも遅い第２倍力機構２４とで構成される。
【0068】
第１倍力機構２３は次のように構成される。
【0069】
出力ロッド２の外周面に伝達部としての第１凹部２５が設けられる。ハウジング１の下端壁１ｂから上向きに突出する筒部５８の先端部（上端部）に上方（先端側）が開口した第１横溝３０が設けられ、この第１溝３０に第１係合部材としての第１係合ボール３１が配置される。第１溝３０の底に第１受圧部２９が設けられる。
【0070】
上記第１係合ボール３１を出力ロッド２の径方向の内方へ押すように、第２ピストン２２に第１倍力面３２が設けられる。また、第１倍力面３２の下側には、第１押面３３が第１倍力面３２に連ねて設けられる。
【0071】
第２ピストン２２に設けられた上記第１倍力面３２および第１押面３３はいずれもテーパ状の傾斜面であり、軸方向に対する傾斜角度は、第１倍力面３２よりも第１押面３３の方が大きい。
【0072】
第２倍力機構２４は次のように構成される。
【0073】
出力ロッド２の外周面に伝達部としての第２凹部３６が設けられる。ハウジング１を構成する前記筒部５８の先端部（上端部）に上方（先端側）が開口した第２横溝３７が設けられ、この第２溝３７の底に第２受圧部３８が設けられる。
【0074】
第２係合ボール３９を出力ロッド２の径方向の内方へ押すように、第２ピストン２２に第２倍力面４０が設けられる。また、第２倍力面４０の下側に第２押面４１が、さらにその下側に保持面４２が、この順で第２倍力面４０に連ねて設けられる。
【0075】
第２ピストン２２に設けられた上記第２倍力面４０、第２押面４１、および保持面４２は、いずれも傾斜面であり、第２押面４１の軸方向に対する傾斜角度は第２倍力面４０の傾斜角度よりも大きい。保持面４２の軸方向に対する傾斜角度は第２倍力面４０の傾斜角度よりも小さい。
【0076】
第２ピストン２２の内周には、軸方向に延びる内周溝４３が設けられており、上記第２倍力面４０、第２押面４１、および保持面４２は、この内周溝４３の底面が構成する。また、この内周溝４３に第２係合部材としての第２係合ボール３９が配置される。
【0077】
リリース状態において、上記保持面４２と出力ロッド２の外周面との間で第２係合ボール３９が保持される。
【0078】
ここで、第１倍力機構２３を構成する第１凹部２５のロック駆動側の凹部端Ｐ１は、第１凹部２５の上端であり、同様に、第２倍力機構２４を構成する第２凹部３６のロック駆動側の凹部端Ｐ２は、第２凹部３６の上端である。
【0079】
上記凹部端Ｐ２は、上記凹部端Ｐ１よりも出力ロッド２の軸方向において下方、すなわち出力ロッド２のリリース駆動側に位置される。
【0080】
また、第２ピストン２２に設けられた第２倍力面４０のリリース駆動側の倍力端Ｂ２は、第１倍力面３２のリリース駆動側の倍力端Ｂ１よりも出力ロッド２の軸方向において上方、すなわち出力ロッド２のロック駆動側に位置される。
【0081】
本変形例のシリンダ装置は、出力ロッド２、第１ピストン２１、および第２ピストン２２の動きが、第１実施形態のシリンダ装置の場合と上下逆であり、且つ出力ロッド２は旋回しない。これらの点を除くと、本変形例のシリンダ装置の各部の動きと、第１実施形態のシリンダ装置の各部の動きとは同様である。よって、本変形例のシリンダ装置の動作説明は省略する。
【0082】
図９から図１３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２がその軸回りに旋回し、且つ出力ロッド２をハウジング１内へ引き込むことでワークＷ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。
【0083】
第２実施形態のシリンダ装置の構成を説明する。
【0084】
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に出力ロッド２がその軸方向へ移動可能に挿入される。ハウジング１は、ハウジング本体３と下端壁４とで構成され、下端壁４はハウジング本体３の底部に固定される。ハウジング本体３の上端壁３ａに設けられた上部孔５に出力ロッド２の上側部分が支持される。また、下端壁４に設けられた下部孔６に出力ロッド２の下側部分が支持される。上端壁３ａよりも上方へ出力ロッド２が突出され、その先端部にクランプアーム４４の一端部がナット４５で固定される。クランプアーム４４の他端部にはロッド部材４６がナット４７で固定される。なお、図９等の側面視の断面図において、図中の上方へ向かう方向が出力ロッド２のリリース駆動方向であり、図中の下方へ向かう方向が出力ロッド２のロック駆動方向である。
【0085】
ハウジング本体３内の上側に主シリンダ孔５９が形成されるとともに、主シリンダ孔５９よりも径が大きい副シリンダ孔６０がハウジング本体３内の下側に形成される。上記主シリンダ孔５９に、出力ロッド２の一部として構成される出力部材７４が挿入される。この出力部材７４は止め輪１０によって出力ロッド２に固定される。また、出力部材７４と軸方向において一部重なるように上記主シリンダ孔５９に倍力用の環状のピストン２２が外封止部材３４を介して保密状に挿入される。このピストン２２は、出力ロッド２にその軸方向へ移動可能に内封止部材３５を介して保密状に外嵌される。
【0086】
出力ロッド２に対して上記ピストン２２が回ることを防止する回り止め機構６１が設けられる。この回り止め機構６１は、ピストン２２の内周面に設けられた軸方向に延びるガイド溝６２と、ガイド溝６２に配置されたガイドボール６３とで構成される。ガイドボール６３は出力ロッド２の外周面に嵌め込まれる。
【0087】
上記ピストン２２の上側にロック室１３が形成される。このロック室１３には、ロック通路１４を経由してロックポート６４からロック用の圧力流体としての圧縮空気が給排される。また、ピストン２２の下側にリリース室６５が形成される。このリリース室６５には、リリース通路１８を経由してリリースポート（不図示）からリリース用の圧力流体としての圧縮空気が給排される。
【0088】
上記リリース室６５に、出力ロッド２をピストン２２によって倍力駆動するための倍力機構２０が設けられる。倍力機構２０は、ロック室１３に供給された圧縮空気がピストン２２を下方へ押す力を倍力変換して出力ロッド２に伝達するように構成される。この倍力機構２０は、第１倍力機構２３と、倍力駆動の作動開始時期が、第１倍力機構２３による倍力駆動の作動開始時期よりも遅い第２倍力機構２４とで構成される。
【0089】
第１倍力機構２３は次のように構成される。
【0090】
主シリンダ孔５９と副シリンダ孔６０との境界部を構成するテーパ状の段差部から上方へ向かって延びる溝が設けられる。この溝の傾斜面とされた先端部が、ハウジング１のシリンダ孔の内周面に設けられた伝達部としての第１凹部６９を構成する。出力部材７４の筒部７４ａに第１孔としての横孔７０が設けられ、この横孔７０に第１係合部材としての第１係合ボール３１が配置される。横孔７０の内周面の一部が第１受圧部７１となる。
【0091】
上記第１係合ボール３１を出力ロッド２の径方向の外方へ押すように、ピストン２２に第１倍力面３２が設けられる。また、第１倍力面３２の下側に第１押面３３が、さらにその下側に保持面７２が、この順で第１倍力面３２に連ねて設けられる。
【0092】
ピストン２２に設けられた上記第１倍力面３２、第１押面３３、および保持面７２は、いずれも傾斜面であり、第１押面３３の軸方向に対する傾斜角度は第１倍力面３２の傾斜角度よりも大きい。保持面７２の軸方向に対する傾斜角度は第１倍力面３２の傾斜角度よりも小さい。
【0093】
ピストン２２の外周には、軸方向に延びる内周溝７３が設けられており、上記第１倍力面３２、第１押面３３、および保持面７２は、この内周溝７３の底面が構成する。また、上記横孔７０からはみ出る第１係合ボール３１の一部はこの内周溝７３に配置される。
【0094】
本実施形態では、３つの横孔７０および内周溝７３が出力ロッド２の周方向において等間隔で設けられると共に、３つの第１係合ボール３１が出力ロッド２の周方向において等間隔で配置されている。また、３つの第１凹部６９が出力ロッド２の周方向においてハウジング１のシリンダ孔の内周面に等間隔で設けられている。
【0095】
第２倍力機構２４は次のように構成される。
【0096】
主シリンダ孔５９と副シリンダ孔６０との境界部を構成するテーパ状の段差部が、ハウジング１のシリンダ孔の内周面に設けられた伝達部としての第２凹部６６を構成する。出力部材７４の筒部７４ａに第２孔としての横孔６７が設けられ、この横孔６７に第２係合部材としての第２係合ボール３９が配置される。横孔６７の内周面の一部が第２受圧部６８となる。
【0097】
上記第２係合ボール３９を出力ロッド２の径方向の外方へ押すように、ピストン２２に第２倍力面４０が設けられる。また、第２倍力面４０の下側に保持面４２が設けられる。
【0098】
ピストン２２に設けられた上記第２倍力面４０および保持面４２は、いずれも傾斜面であり、保持面４２の軸方向に対する傾斜角度は第２倍力面４０の傾斜角度よりも小さい。
【0099】
ピストン２２の外周には、軸方向に延びる内周溝４３が設けられており、上記第２倍力面４０および保持面４２は、この内周溝４３の底面が構成する。また、上記横孔６７からはみ出る第２係合ボール３９の一部はこの内周溝４３に配置される。
【0100】
本実施形態では、３つの横孔６７および内周溝４３が出力ロッド２の周方向において等間隔で設けられると共に、３つの第２係合ボール３９が出力ロッド２の周方向において等間隔で配置されている。
【0101】
第１係合ボール３１と第２係合ボール３９との関係においては、複数の第１係合ボール３１および複数の第２係合ボール３９が出力ロッド２の周方向において等間隔で且つ交互に配置されている。また、第１係合ボール３１の大きさ（径）と第２係合ボール３９の大きさ（径）とは等しい。
【0102】
ここで、第１倍力機構２３を構成する第１凹部６９のリリース駆動側の凹部端Ｐ１は、第１凹部６９の上端であり、同様に、第２倍力機構２４を構成する第２凹部６６のリリース駆動側の凹部端Ｐ２は、第２凹部６６の上端である。
【0103】
上記凹部端Ｐ２は、上記凹部端Ｐ１よりも出力ロッド２の軸方向において下方、すなわち出力ロッド２のロック駆動側に位置される。同様に、第２倍力機構２４を構成する第２受圧部６８は、第１倍力機構２３を構成する第１受圧部７１よりも軸方向においてロック駆動側に位置される。
【0104】
第２実施形態のシリンダ装置は、第１実施形態のシリンダ装置と同じ構成の旋回機構４８を備えている。
【0105】
第２実施形態のシリンダ装置は次のように動作する。
【0106】
図９に示すリリース状態では、ロック室１３から圧縮空気が排出されると共にリリース室６５に圧縮空気が供給されている。これにより、リリース室６５の圧縮空気が出力ロッド２およびピストン２２を上方へ押している。これにより、クランプアーム４４は退避状態とされている。
【0107】
図９に示すリリース状態から図１３に示すロック状態へ切り換えるときは、リリース室６５の圧縮空気を排出すると共にロック室１３に圧縮空気を供給する。なお、図１０から図１２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。
【0108】
ロック室１３に圧縮空気が供給されると、ロック室１３の圧縮空気がピストン２２を下方へ押す。ピストン２２と出力部材７４とは第１係合ボール３１を介して軸方向において係合しているので、ピストン２２が第１係合ボール３１を介して出力部材７４を下方に押すことで、図１０に示すように、出力ロッド２は下降する。このとき、旋回機構４８を構成する案内ボール５０および旋回溝４９ａによって、出力ロッド２およびクランプアーム４４は旋回しながら下降する。なお、出力部材７４およびピストン２２も回り止め機構６１を介して出力ロッド２と一体的に旋回しながら下降する。
【0109】
本実施形態では、旋回溝４９ａによって、出力部材７４およびピストン２２は出力ロッド２と共に１２０度旋回する。よって、図１０に示す第１倍力面３２、第１係合ボール３１、および第１受圧部７１（横孔７０）、ならびに第２倍力面４０、第２係合ボール３９および第２受圧部６８（横孔６７）は、それぞれ、図９に示す第１倍力面３２、第１係合ボール３１、および第１受圧部７１（横孔７０）、ならびに第２倍力面４０、第２係合ボール３９および第２受圧部６８（横孔６７）の１つ隣り（１２０度隣り）のものである。
【0110】
出力ロッド２が下降していくと、図１０に示すように、第１凹部６９と第１受圧部７１との間に出力ロッド２の径方向の外方へ狭くなる楔空間が形成され、ピストン２２に設けられた第１押面３３が第１係合ボール３１を上記楔空間に押し出して第１倍力駆動が開始される。図１１に示すように、ピストン２２に設けられた第１倍力面３２が第１係合ボール３１を上記楔空間に押し込み、これにより、ピストン２２に作用する下向きの推進力が、第１倍力面３２と第１係合ボール３１と第１受圧部７１と第１凹部６９とによって倍力変換されて出力ロッド２が下向きに強力に駆動される。
【0111】
なお、出力ロッド２、クランプアーム４４、出力部材７４、およびピストン２２は、旋回終了後、案内ボール５０および直進溝４９ｂによって直進下降する。
【0112】
出力ロッド２がさらに下降すると、図１２に示すように、第２凹部６６と第２受圧部６８との間にも出力ロッド２の径方向の外方へ狭くなる楔空間が形成され、ピストン２２に設けられた第２倍力面４０が第２係合ボール３９を上記楔空間に押し出して第２倍力駆動が開始される。ピストン２２に設けられた第２倍力面４０が第２係合ボール３９を上記楔空間に押し込み、これにより、ピストン２２に作用する下向きの推進力が、第２倍力面４０と第２係合ボール３９と第２受圧部６８と第２凹部６６とによって倍力変換されて出力ロッド２が下向きに強力に駆動される。
【0113】
なお、第１倍力機構２３および第２倍力機構２４は共通のピストン２２によって動作するので、第１倍力機構２３と第２倍力機構２４とが両方動作しているときの倍力駆動力と、第１倍力機構２３または第２倍力機構２４が単独で動作しているときの倍力駆動力とは等しい。すなわち、第１倍力機構２３のみが動作している図１１の状態から、第１倍力機構２３および第２倍力機構２４の両方が動作している図１２の状態へと移行しても倍力駆動力は変化しない。
【0114】
出力ロッド２がさらに下降すると、図１３に示すように、クランプアーム４４の先端部に固定されたロッド部材４６がワークＷを固定台Ｔに対して上方から押圧し、これによりワークＷはロックされる。この図１３に示すロック状態では、第１倍力機構２３を構成する第１係合ボール３１は第１凹部６９から離間している。そのため、図１３に示すロック状態では、第２倍力機構２４による倍力駆動力でワークＷはロックされる。なお、上記のように、第１倍力機構２３と第２倍力機構２４とが両方動作しているときの倍力駆動力と、第１倍力機構２３または第２倍力機構２４が単独で動作しているときの倍力駆動力とは等しいので、図１２の状態から図１３のロック状態へと移行しても倍力駆動力は変化しない。
【0115】
図１３に示すロック状態から図９に示すリリース状態へ切り換えるときは、ロック室１３の圧縮空気を排出すると共にリリース室６５に圧縮空気を供給する。これにより、リリース室６５の圧縮空気が、ピストン２２、および出力ロッド２を上方へ押し、図９に示すリリース状態に戻る。
【0116】
図１４は、第２実施形態の変形例を示す。
【0117】
第２実施形態のシリンダ装置は、出力ロッド２をハウジング１内へ引き込むことでワークＷをロックするタイプのシリンダ装置である。これに対して、図１４に示す変形例のシリンダ装置は、出力ロッド２をハウジング１内から押し出すことでワークＷをロックするタイプのシリンダ装置である。また、第２実施形態のシリンダ装置は旋回機構４８を備えるが、本変形例のシリンダ装置は旋回機構を備えない。
【0118】
本変形例のシリンダ装置の構成を説明する。
【0119】
ハウジング１の上端壁１ａに設けられた上部孔５に出力ロッド２の上側部分が支持される。上端壁１ａよりも上方へ出力ロッド２が突出され、その先端部にクランプアーム４４の一端部がピン５３で回動可能に固定される。クランプアーム４４の中途部にリンク部材５４の一端部がピン５５で回動可能に固定され、リンク部材５４の他端部はハウジング１の上端壁１ａにピン５６で回動可能に固定される。なお、図１４において、図中の上方へ向かう方向が出力ロッド２のロック駆動方向であり、図中の下方へ向かう方向が出力ロッド２のリリース駆動方向である。
【0120】
ハウジング１内の下側に主シリンダ孔５９が形成されるとともに、主シリンダ孔５９よりも径が大きい副シリンダ孔６０がハウジング１内の上側に形成される。上記主シリンダ孔５９に出力部材７４が挿入される。この出力部材７４は止め輪１０によって出力ロッド２に固定される。また、出力部材７４と軸方向において一部重なるように上記主シリンダ孔５９に倍力用の環状のピストン２２が外封止部材３４を介して保密状に挿入される。このピストン２２は、出力ロッド２にその軸方向へ移動可能に内封止部材３５を介して保密状に外嵌される。
【0121】
出力ロッド２に対して上記ピストン２２が回ることを防止する回り止め機構６１が設けられる。この回り止め機構６１は、第２ピストン２２の内周面に設けられた軸方向に延びるガイド溝６２と、ガイド溝６２に配置されたガイドボール６３とで構成される。ガイドボール６３は出力ロッド２の外周面に嵌め込まれる。
【0122】
上記ピストン２２の下側にロック室１３が形成される。このロック室１３には、ロック通路１４を経由してロックポート（不図示）からロック用の圧力流体としての圧縮空気が給排される。また、ピストン２２の上側にリリース室６５が形成される。このリリース室６５には、リリース通路１８を経由してリリースポート１９からリリース用の圧力流体としての圧縮空気が給排される。
【0123】
上記リリース室６５に、出力ロッド２をピストン２２によって倍力駆動するための倍力機構２０が設けられる。倍力機構２０は、ロック室１３に供給された圧縮空気がピストン２２を上方へ押す力を倍力変換して出力ロッド２に伝達するように構成される。この倍力機構２０は、第１倍力機構２３と、倍力駆動の作動開始時期が、第１倍力機構２３による倍力駆動の作動開始時期よりも遅い第２倍力機構２４とで構成される。
【0124】
第１倍力機構２３は次のように構成される。
【0125】
主シリンダ孔５９と副シリンダ孔６０との境界部を構成するテーパ状の段差部から下方へ向かって延びる溝が設けられる。この溝の傾斜面とされた先端部が、ハウジング１のシリンダ孔の内周面に設けられた伝達部としての第１凹部６９を構成する。出力部材７４の筒部７４ａに第１孔としての横孔７０が設けられ、この横孔７０に第１係合部材としての第１係合ボール３１が配置される。横孔７０の内周面の一部が第１受圧部７１となる。
【0126】
上記第１係合ボール３１を出力ロッド２の径方向の外方へ押すように、ピストン２２に第１倍力面３２が設けられる。また、第１倍力面３２の上側に第１押面３３が、さらにその上側に保持面７２が、この順で第１倍力面３２に連ねて設けられる。
【0127】
ピストン２２の外周には、軸方向に延びる内周溝７３が設けられており、上記第１倍力面３２、第１押面３３、および保持面７２は、この内周溝７３の底面が構成する。また、上記横孔７０からはみ出る第１係合ボール３１の一部はこの内周溝７３に配置される。
【0128】
第２倍力機構２４は次のように構成される。
【0129】
主シリンダ孔５９と副シリンダ孔６０との境界部を構成するテーパ状の段差部が、ハウジング１のシリンダ孔の内周面に設けられた伝達部としての第２凹部６６を構成する。出力部材７４の筒部７４ａに第２孔としての横孔６７が設けられ、この横孔６７に第２係合部材としての第２係合ボール３９が配置される。横孔６７の内周面の一部が第２受圧部６８となる。
【0130】
上記第２係合ボール３９を出力ロッド２の径方向の外方へ押すように、ピストン２２に第２倍力面４０が設けられる。また、第２倍力面４０の上側に保持面４２が設けられる。
【0131】
ピストン２２の外周には、軸方向に延びる内周溝４３が設けられており、上記第２倍力面４０および保持面４２は、この内周溝４３の底面が構成する。また、上記横孔６７からはみ出る第２係合ボール３９の一部はこの内周溝４３に配置される。
【0132】
こで、第１倍力機構２３を構成する第１凹部６９のリリース駆動側の凹部端Ｐ１は、第１凹部６９の下端であり、同様に、第２倍力機構２４を構成する第２凹部６６のリリース駆動側の凹部端Ｐ２は、第２凹部６６の下端である。
【0133】
上記凹部端Ｐ２は、上記凹部端Ｐ１よりも出力ロッド２の軸方向において上方、すなわち出力ロッド２のロック駆動側に位置される。同様に、第２倍力機構２４を構成する第２受圧部６８は、第１倍力機構２３を構成する第１受圧部７１よりも軸方向においてロック駆動側に位置される。
【0134】
本変形例のシリンダ装置は、出力ロッド２、出力部材７４、およびピストン２２の動きが、第２実施形態のシリンダ装置の場合と上下逆であり、且つ出力ロッド２、出力部材７４、およびピストン２２は旋回しない。これらの点を除くと、本変形例のシリンダ装置の各部の動きと、第２実施形態のシリンダ装置の各部の動きとは同様である。よって、本変形例のシリンダ装置の動作説明は省略する。
【0135】
上記の実施形態は次のように変更可能である。
【0136】
上記の実施形態および変形例のシリンダ装置は、いずれも２段の倍力機構付きシリンダ装置である。これに代えて、３段以上の倍力機構付きのシリンダ装置とされてもよい。例えば、図１から図６に示す第１実施形態のシリンダ装置において、第１倍力機構２３、第２倍力機構２４に加えて、ロック駆動側の凹部端の位置が異なる伝達部としての第３凹部を出力ロッド２の外周面に設けるなどして第３倍力機構をさらに付加すれば、３段の倍力機構付きシリンダ装置とすることができる。図７から図１４に示すシリンダ装置についても同様であり、３段または４段以上の多段倍力機構付きシリンダ装置としてもよい。
【0137】
第１係合ボール３１の数は３つでなくてよい。すなわち、第１係合ボール３１の数は２つ以下でもよいし、４つ以上でもよい。また、第１係合部材として、球体に代えて円柱形状のローラを用いてもよい。第２係合ボール３９（第２係合部材）についても同様である。
【0138】
直進ガイド機構２６は省略されてもよい。
【0139】
【0140】
第１ピストン２１、第２ピストン２２または、出力ロッド２、ピストン２２を動作させる圧力流体は、圧縮空気（気体）に代えて圧油（液体）が用いられてもよい。
【0141】
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。
【0142】
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。
【符号の説明】
【0143】
１：ハウジング、２：出力ロッド、２０：倍力機構、２１：第１ピストン、２２：第２ピストン（ピストン）、２３：第１倍力機構、２４：第２倍力機構、２５：第１凹部、２６：直進ガイド機構、２９：第１受圧部、３１：第１係合ボール（第１係合部材）、３２：第１倍力面、３６：第２凹部、３８：第２受圧部、３９：第２係合ボール（第２係合部材）、４０：第２倍力面、４１：第２押面、４２：保持面、４３：内周溝、６１：回り止め機構、６６：第２凹部、６７：横孔（第２孔）、６８：第２受圧部、６９：第１凹部、７０：横孔（第１孔）、７１：第１受圧部、７４：出力部材、７４ａ：筒部、Ｂ１：倍力端、Ｂ２：倍力端、Ｐ１：凹部端、Ｐ２：凹部端．
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】