(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成のシリンダ装置を提供する。【解決手段】エア通路２４，２６，２８，３２，３４、第１流体室１６および第２流体室１８を有するシリンダ本体１２と、ピストン１４と、第１流体室内の流体の圧力を検出する第１流体圧センサ４２と、第２流体室内の流体の圧力を検出する第２流体圧センサ４４と、エア通路にエアを供給するエア源３６と、エア通路内の圧力を検出する空気圧センサ３８と、エア通路に設けられた第１弁２０と、第１弁よりも下流側に設けられた第２弁２２と、を具備し、エア通路の一端はエア源および空気圧センサに接続され、他端は外界に連通し、ピストンがシリンダ本体内の一方の限界位置に到達するとき第１弁は閉弁し、第２弁は開弁し、ピストンが他方の限界位置に到達するとき第１弁は開弁し、第２弁は閉弁し、ピストンが一方の限界位置と他方の限界位置との間にあるとき、第１弁および第２弁は開弁する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エア通路、第１流体室および第２流体室を有するシリンダ本体と、
前記第１流体室内の流体の圧力および前記第２流体室内の流体の圧力により前記シリンダ本体内において往復可能に収納されたピストンと、
前記第１流体室内の流体の圧力を検出する第１流体圧センサと、
前記第２流体室内の流体の圧力を検出する第２流体圧センサと、
前記エア通路にエアを供給するエア源と、
前記エア通路内の圧力を検出する空気圧センサと、
前記エア通路に設けられた第１弁と、
前記エア通路の前記第１弁よりも下流側に設けられた第２弁と、を具備し、
前記エア通路の一端は前記エア源および前記空気圧センサに接続され、前記エア通路の他端は外界に連通し、
前記第２流体室内の圧力により前記ピストンが前記シリンダ本体内の一方の限界位置に到達するとき、前記ピストンに押圧されることで前記第１弁は閉弁し、前記第２弁は開弁し、
前記第１流体室内の圧力により前記ピストンが前記シリンダ本体内の他方の限界位置に到達するとき、前記第１弁は開弁し、前記ピストンに押圧されることで前記第２弁は閉弁し、
前記ピストンが前記一方の限界位置と前記他方の限界位置との間にあるとき、前記第１弁および前記第２弁は開弁するシリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリンダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生産工程などにおいて、ワークなどのクランプ対象物をクランプするシリンダ装置が用いられている。シリンダ装置では、ピストンを例えば油圧などで移動させる。ピストンの位置に応じて開閉する弁機構を備え、空気圧を用いてピストンの位置を検出する技術が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−６３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし特許文献１のシリンダ装置は、ピストンの位置に応じて開閉する弁機構を複数備え、各弁機構に高圧エアを供給する通路が複数設けられる。したがってシリンダ装置の構成が複雑になる。そこで、簡単な構成のシリンダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は、エア通路、第１流体室および第２流体室を有するシリンダ本体と、前記第１流体室内の流体の圧力および前記第２流体室内の流体の圧力により前記シリンダ本体内において往復可能に収納されたピストンと、前記第１流体室内の流体の圧力を検出する第１流体圧センサと、前記第２流体室内の流体の圧力を検出する第２流体圧センサと、前記エア通路にエアを供給するエア源と、前記エア通路内の圧力を検出する空気圧センサと、前記エア通路に設けられた第１弁と、前記エア通路の前記第１弁よりも下流側に設けられた第２弁と、を具備し、前記エア通路の一端は前記エア源および前記空気圧センサに接続され、前記エア通路の他端は外界に連通し、前記第２流体室内の圧力により前記ピストンが前記シリンダ本体内の一方の限界位置に到達するとき、前記ピストンに押圧されることで前記第１弁は閉弁し、前記第２弁は開弁し、前記第１流体室内の圧力により前記ピストンが前記シリンダ本体内の他方の限界位置に到達するとき、前記第１弁は開弁し、前記ピストンに押圧されることで前記第２弁は閉弁し、前記ピストンが前記一方の限界位置と前記他方の限界位置との間にあるとき、前記第１弁および前記第２弁は開弁するシリンダ装置によって達成できる。
【発明の効果】
【０００６】
簡単な構成のシリンダ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１はシリンダ装置を例示する断面図である。
【図２】図２はシリンダ装置を例示する断面図である。
【図３】図３はシリンダ装置を例示する断面図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は圧力およびピストンの位置を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態のシリンダ装置１０について説明する。図１〜図３はシリンダ装置１０を例示する断面図である。
【０００９】
図１に示すように、シリンダ装置１０は、シリンダ本体１２、ピストン１４、加圧エア源３６、空気圧スイッチ３８、油圧供給源４０、油圧スイッチ４２および４４を備える。シリンダ本体１２は固定台３０の装着孔に装着され、ピストン１４はシリンダ本体１２内に往復可能に収納される。
【００１０】
ピストン１４は被駆動部１４ａとロッド部１４ｂとを含む。被駆動部１４ａおよびロッド部１４ｂは例えば円筒形である。被駆動部１４ａはロッド部１４ｂよりも＋Ｚ側の部分であり、ロッド部１４ｂより大きな径を有する。ロッド部１４ｂは被駆動部１４ａより−Ｚ側に位置し、大径部１４ｃと小径部１４ｄとを有する。大径部１４ｃは被駆動部１４ａに連結され、小径部１４ｄよりも大きな径を有する。小径部１４ｄは大径部１４ｃより−Ｚ側に位置する。
【００１１】
Ｚ軸方向はピストン１４の摺動方向である。例えばロッド部１４ｂには不図示のステージなどを取り付けることができる。ピストン１４が一端側（＋Ｚ側）と他端側（−Ｚ側）との間で上下動することで、ワークのステージへの積載、およびワークのステージから冶具への受け渡しなどが可能である。
【００１２】
シリンダ本体１２には油圧室１６および１８が形成される。ピストン１４の被駆動部１４ａの＋Ｚ側の面１３は油圧室１６（第１流体室）内に位置し、シリンダ本体１２の＋Ｚ側内壁に対向する。被駆動部１４ａの−Ｚ側の面１５は油圧室１８（第２流体室）内に位置し、シリンダ本体１２の−Ｚ側内壁に対向する。
【００１３】
シリンダ本体１２内には、エア弁２０および２２、エア通路２４、２６および２８が設けられている。固定台３０内にはエア通路３２および３４が形成されている。エア通路３２はシリンダ本体１２内のエア通路２８に接続されている。エア通路３４はシリンダ本体１２内のエア通路２６に接続され、かつ固定台３０の外部に延伸する。エア通路２４、２６、２８、３２および３４は一つのエア通路を形成し、途中にエア弁２０および２２が設けられている。エア弁２２は、エア弁２０よりもエア通路の下流側に位置する。
【００１４】
エア通路３４の一端は加圧エア源３６に接続され、エア通路３４の途中に空気圧スイッチ３８（空気圧センサ）が設けられている。エア通路２６の一端はエア通路３４の他端に接続され、他端はエア弁２０（第１弁）の一端に接続されている。エア通路２４の一端はエア弁２０の他端に接続され、エア通路２４の他端はエア弁２２（第２弁）の一端に接続されている。エア通路２８の一端はエア弁２２の他端に接続され、エア通路２８の他端はエア通路２８および３２を通じて外界に連通している。
【００１５】
加圧エア源３６は、空気圧スイッチ３８を介して、例えば大気圧以上の圧力の空気をエア通路３４に供給する。空気圧スイッチ３８は空気の圧力によりオン・オフの切替を行い、例えばエア通路３４内の気圧が閾値以上ならばオン、気圧が閾値未満ならばオフとなる。閾値は例えば大気圧より高い気圧である。
【００１６】
エア弁２０および２２はピストン１４の位置に応じて開閉する。エア弁２０は、油圧室１６に突出する突出部２０ａを有する。エア弁２２は、ロッド部１４ｂに向けて突出する突出部２２ａを有する。ピストン１４が＋Ｚ側限界位置（上昇端）にあるとき、エア弁２０の突出部２０ａがピストン１４に押圧されることでエア弁２０は閉弁し、ピストン１４がそれ以外の位置にあるとき開弁する。ピストン１４が−Ｚ側限界位置（下降端）にあるとき、エア弁２２の突出部２２ａがピストン１４に押圧されることでエア弁２２は閉弁し、ピストン１４がそれ以外の位置にあるとき開弁する。
【００１７】
油路４６および４８はシリンダ本体１２および固定台３０内に形成され、かつ固定台３０の外部に延伸する。油路４６および４８は例えば逆止弁および可変絞り弁などを含む。油路４６の一端は油圧供給源４０に接続され、他端は油圧室１６に接続され、途中に油圧スイッチ４２（第１流体圧センサ）が設けられている。油路４８の一端は油圧供給源４０に接続され、他端は油圧室１８に接続され、途中に油圧スイッチ４４（第２流体圧センサ）が設けられている。
【００１８】
油圧供給源４０は、油路４６を通じて油圧室１６に作動油の供給または排出を行い、油路４８を通じて油圧室１８に作動油の供給または排出を行う。これにより油圧室１６および１８内の油圧が増加または低減する。
【００１９】
油圧スイッチ４２および４４は、油圧によりオン・オフの切替を行う。油圧スイッチ４２は、例えば油圧室１６の油圧が閾値以上ならばオン、油圧が閾値未満ならばオフとなる。油圧スイッチ４４は、例えば油圧室１８の油圧が閾値以上ならばオン、油圧が閾値未満ならばオフとなる。
【００２０】
ピストン１４の面１３が油圧室１６内の油圧を受け、面１５が油圧室１８内の油圧を受けることで、ピストン１４はＺ軸方向に摺動する。図１ではピストン１４が＋Ｚ側限界位置と−Ｚ側限界位置との間に位置している。このとき、エア弁２０の突出部２０ａおよびエア弁２２の突出部２２ａはピストン１４に押圧されず、エア弁２０および２２は開弁する。このため、エア通路３２および２８、エア弁２２、エア通路２４、エア弁２０、エア通路２６および３４が外界の大気に連通する。エア通路３４内の気圧は大気圧となり、閾値未満であるため、空気圧スイッチ３８はオフである。
【００２１】
図２の例では、油圧供給源４０が油圧室１６から作業油を排出し、かつ油圧室１８に作動油を供給する。油圧室１６内の油圧が低下し油圧室１８内の油圧が上昇する。このとき、油圧スイッチ４２は低い油圧を感知しオフになる。油圧スイッチ４４は高い油圧を感知しオンになる。
【００２２】
ピストン１４の面１５の受ける油圧が面１３の受ける油圧よりも高くなり、ピストン１４は＋Ｚ方向に移動し、上昇端に到達する。ピストン１４の面１３がエア弁２０の突出部２０ａを押圧することでエア弁２０は閉弁し、エア通路２６とエア通路２４との間が遮断される。エア弁２２は開弁しており、エア通路３２、２８および２４は大気に連通する。一方、エア弁２０が閉弁するため、エア通路２６および３４は大気に連通しない。エア弁２０が閉弁した状態でエア通路２６および３４に高圧の空気が供給されると、エア通路２６および３４内の圧力が所定の設定圧力（閾値）以上となる。その上昇圧力が空気圧スイッチ３８によって検出される。すなわち空気圧スイッチ３８は高い気圧を感知し、オンになる。
【００２３】
図３の例では、油圧供給源４０が油圧室１８から作業油を排出し、かつ油圧室１６に作動油を供給する。油圧室１８内の油圧が低下し油圧室１６内の油圧が上昇する。油圧スイッチ４２は高い油圧を感知しオンになる。油圧スイッチ４４は低い油圧を感知しオフになる。
【００２４】
ピストン１４の面１３の受ける油圧が面１５の受ける油圧よりも高くなり、ピストン１４は−Ｚ方向に移動し、下降端に到達する。ピストン１４の大径部１４ｃがエア弁２２の突出部２２ａを押圧することでエア弁２２は閉弁し、エア通路２４とエア通路２８との間は遮断される。エア弁２０は開弁しており、エア通路２４とエア通路２６とは連通する。エア弁２２が閉弁した状態でエア通路２４、２６および３４に高圧の空気が供給されると、エア通路２４、２６および３４内の圧力が所定の設定圧力（閾値）以上となる。その上昇圧力が空気圧スイッチ３８によって検出される。すなわち空気圧スイッチ３８は高い気圧を感知し、オンになる。
【００２５】
図４（ａ）および図４（ｂ）は圧力およびピストン１４の位置を例示する図であり、図４（ａ）はピストン１４が上昇する例であり、図４（ｂ）はピストン１４が下降する例である。両方の図において左の縦軸は圧力、右の縦軸はピストン１４の位置、横軸は時間である。なお、ピストン１４の位置の「−Ｚ」は−Ｚ側限界位置（下降端）、「＋Ｚ」は＋Ｚ側限界位置（上昇端）を表す。実線はピストン１４の位置および空気圧スイッチ３８に加わる圧力、破線は油圧スイッチ４２に加わる油圧、点線は油圧スイッチ４４に加わる油圧を示す。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、時間ｔ１付近まで、油圧室１６内の油圧はＰｏ１であり、油圧室１８内の油圧はＰｏ２である。油圧スイッチ４２および４４の閾値はＰｏ１とＰｏ２との間にあり、油圧スイッチ４２はオン、油圧スイッチ４４はオフである。このときピストン１４は下降端に位置し（図３の状態）、エア弁２０は開弁し、エア弁２２は閉弁している。空気圧スイッチ３８の閾値はＰａ１とＰａ２との間であり、空気圧スイッチ３８に加わる圧力はＰａ１であるため空気圧スイッチ３８はオンである。
【００２７】
時間ｔ１付近において油圧室１６内の油圧が減少を開始し、油圧室１８内の油圧は上昇を開始する。これによりピストン１４が上昇し、エア弁２２が開弁する。空気圧スイッチ３８に加わる圧力はＰａ２まで低下し、空気圧スイッチ３８はオフになる。時間ｔ２においてピストン１４が上昇端（＋Ｚ）に到達すると、エア弁２０が閉弁するため、空気圧スイッチ３８に加わる圧力は再びＰａ１程度まで上昇し、空気圧スイッチ３８はオンになる。
【００２８】
図４（ｂ）に示すように、時間ｔ３付近まで、油圧室１８内の油圧はＰｏ１であり、油圧室１６内の油圧はＰｏ２である。油圧スイッチ４４はオン、油圧スイッチ４２はオフである。このときピストン１４は上昇端に位置し（図２の状態）、エア弁２０は閉弁し、エア弁２２は開弁している。空気圧スイッチ３８の閾値はＰａ３とＰａ２との間にあり、空気圧スイッチ３８に加わる圧力はＰａ３であるため空気圧スイッチ３８はオンである。
【００２９】
時間ｔ３付近において油圧室１８内の油圧が減少を開始し、油圧室１６内の油圧は上昇を開始する。これによりピストン１４が下降し、エア弁２０が開弁する。空気圧スイッチ３８に加わる圧力はＰａ２まで低下し、空気圧スイッチ３８はオフになる。時間ｔ４においてピストン１４が下降端（−Ｚ）に到達すると、エア弁２２が閉弁するため、空気圧スイッチ３８に加わる圧力は再びＰａ３程度まで上昇し、空気圧スイッチ３８はオンになる。
【００３０】
表１はピストン１４の位置と油圧スイッチ４２および４４ならびに空気圧スイッチ３８の状態との関係を示す表である。
【表１】
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表１に示すように、ピストン１４が上昇端にあるとき、油圧スイッチ４４および空気圧スイッチ３８はオンであり、油圧スイッチ４２はオフである。ピストン１４が下降端にあるとき、油圧スイッチ４２および空気圧スイッチ３８はオンであり、油圧スイッチ４４はオフである。ピストン１４が上昇端と下降端との間の位置（表１の中間）にあるとき、空気圧スイッチ３８はオフである。油圧スイッチ４２および４４は、油圧供給源４０に応じてオン・オフが切り替わる。
【００３１】
本実施形態によれば、空気圧スイッチ３８、油圧スイッチ４２および４４のオン・オフによりピストン１４の位置を検出することができる。具体的には、油圧スイッチ４４および空気圧スイッチ３８がオンならば、ピストン１４の位置は上昇端である。油圧スイッチ４２および空気圧スイッチ３８がオンならば、ピストン１４の位置は下降端である。空気圧スイッチ３８がオフならば、ピストン１４は中間の位置にある。このため、油圧および空気圧を用いてピストン１４の位置を正確に検出することができる。
【００３２】
エア弁２０とエア弁２２とがエア通路２４により接続され、エア弁２２はエア通路２４、２６および３４を介して加圧エア源３６に接続される。つまり、エア通路２４、２６および２８が形成する１つのエア通路の途中に２つのエア弁２０および２２が設けられている。このためエア弁２２を加圧エア源３６に直接つながなくてよく、シリンダ装置１０の構成が簡単になる。エア通路の本数が少ないため、シリンダ装置１０の配置のスペースも小さくすることができる。
【００３３】
エア弁２０および２２のうち一方のみ（例えばエア弁２０のみ）を用いると、位置検出の精度が低下する。例えば、油圧スイッチ４２がオンになってからの時間をタイマで計測し、所定時間経過後にピストン１４の位置を下降端と判断することがある。しかしピストン１４の移動速度が遅い場合、またはピストン１４が移動の途中で停止した場合には、ピストン１４が下降端に到達しないにもかかわらず、所定時間が経過する。このためピストン１４の位置の誤検出が発生し、例えば生産工程の他の装置が誤作動することもある。
【００３４】
本実施形態によれば、ピストン１４が上昇端に到達することで閉じるエア弁２０と、ピストン１４が下降端に到達することで閉じるエア弁２２の両方を用いる。これによりピストン１４が上昇端および下降端のどちらに位置しても、油圧および空気圧の両方を用いて位置検出が可能であり、精度が向上する。この結果、例えば生産工程の他の装置の誤作動も抑制される。
【００３５】
例えばコンピュータを空気圧スイッチ３８、油圧スイッチ４２および４４に接続してもよい。これらのスイッチのオンおよびオフをコンピュータが検出し、自動的にピストン１４の位置を検出することができる。
【００３６】
空気圧スイッチ３８、油圧スイッチ４２および４４以外の圧力センサを用いてもよい。ピストン１４が上昇端または下降端に位置するとき、空気圧および油圧が高くなる。油圧室１６および１８に流入および流出しピストン１４に圧力をかける流体は作動油以外の流体でもよく、液体でも気体でもよい。固定台３０内にエア通路および油路を設けず、例えばシリンダ本体１２内のエア通路を加圧エア源３６および空気圧スイッチ３８に直接つないでもよく、大気に直接解放してもよい。シリンダ本体１２内の油路を油圧スイッチ４２および４４に直接つないでもよい。
【００３７】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０                            シリンダ装置
１２                            シリンダ本体
１４                            ピストン
１４ａ                          被駆動部
１４ｂ                          ロッド部
１４ｃ                          大径部
１４ｄ                          小径部
１３、１５                      面
１６                            油圧室（第１流体室）
１８                            油圧室（第２流体室）
２０                            エア弁（第１弁）
２２                            エア弁（第２弁）
２０ａ、２２ａ                  突出部
２４、２６、２８、３２、３４    エア通路
３０                            固定台
３６                            加圧エア源
３８                            空気圧スイッチ（空気圧センサ）
４０                            油圧供給源
４２                            油圧スイッチ（第１流体圧センサ）
４４                            油圧スイッチ（第２流体圧センサ）
４６、４８                      油路
【図１】
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【図２】
2019132322.tif 000005
【図３】
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【図４】
2019132322.tif 000007