(57)【要約】【課題】  極めて簡単な構造により確実なピストン飛び出し防止を達成する。【解決手段】  流体給排用通口を備えたシリンダハウジング内に移動自在に配したピストンロッドに設けたピストンと、シリンダハウジング内に設けられ、流体給排用通口と連絡する穴と、ピストンの少なくとも一側であって流体供給する側と反対側へ、ピストンロッドの軸線と同心上に一体的に設け、穴内に貫入し流出開口を制限する制動ロッドとを設け、制動ロッドは、ピストン作動端位置でその先端側が流出開口を制限する長さを有し、ピストンが作動開始し所定距離移動した時点で流出開口を開放し、所定距離のみ流出速度を低下させてピストンの飛び出しを防止する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体給排用通口を備えたシリンダハウジング内に移動自在に配したピストンと、
前記ピストンに一体的に設けたピストンロッドと、
前記シリンダハウジング内に設けられ、前記流体給排用通口と連絡する穴と、
前記ピストンの少なくとも一側であって流体供給する側と反対側へ、前記ピストンロッドの軸線と同心上に一体的に設け、前記穴内に貫入し流出開口を制限する制動ロッドとを設け、
前記制動ロッドは、前記ピストン作動端位置でその先端側が前記流出開口を制限する長さを有し、前記ピストンが作動開始し所定距離移動した時点で前記流出開口を開放し、所定距離のみ流出速度を低下させて前記ピストンの飛び出しを防止する
ことを特徴とするシリンダ装置。
【請求項２】
請求項１記載のシリンダ装置において、前記穴は、前記シリンダハウジングに設けた穴とクッション室であることを特徴とするシリンダ装置。
【請求項３】
請求項１記載のシリンダ装置において、前記穴は、前記シリンダハウジングに設けたクッション室であることを特徴とするシリンダ装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか記載のシリンダ装置において、前記ピストンを、前記ピストンロッドの端部に取り付け、前記制動ロッドを、前記ピストンロッドと反対側の前記ピストンの一側に設け、前記ピストンが前進端から後退する際、その作動開始後の所定距離のみ移動速度を制限するように構成したことを特徴とするシリンダ装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３の何れか記載のシリンダ装置において、前記ピストンを、前記ピストンロッドの端部に取り付け、前記制動ロッドを、前記ピストンロッド側の前記ピストンの一側に前記ピストンロッドと同軸上へを設け、前記ピストンが後退端から前進する際、その作動開始後の所定距離のみ移動速度を制限するように構成したことを特徴とするシリンダ装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３の何れか記載のシリンダ装置において、前記ピストンを、前記ピストンロッドの端部に取り付け、前記制動ロッドを、前記ピストンの両側に前記ピストンロッドと同軸上へを設け、前記ピストンが後退端から前進する際、その作動開始後の所定距離のみ移動速度を制限するように構成したことを特徴とするシリンダ装置。
【請求項７】
請求項２記載のシリンダ装置において、前記ピストンを、前記ピストンロッドの途中に取り付け、前記制動ロッドを、前記シリンダハウジングに設けた穴側の前記ピストンの一側に設け、前記ピストンが前進端から後退する際、その作動開始後の所定距離のみ移動速度を制限するように構成したことを特徴とするシリンダ装置。
【請求項８】
請求項２または請求項３記載のシリンダ装置において、前記ピストンを、前記ピストンロッドの途中に取り付け、前記制動ロッドを、前記クッション室側の前記ピストンの一側に設け、前記ピストンが前進端から後退する際、その作動開始後の所定距離のみ移動速度を制限するように構成したことを特徴とするシリンダ装置。
【請求項９】
請求項２または請求項３記載のシリンダ装置において、前記ピストンを、前記ピストンロッドの途中に取り付け、前記制動ロッドを、前記ピストンの両側に設け、前記ピストンが前進端から後退する際、その作動開始後の所定距離のみ移動速度を制限するように構成したことを特徴とするシリンダ装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９の何れか記載のシリンダ装置において、前記制動ロッドが、前記シリンダストローク以上の長さを有し、先端の所定距離の部分のみが流体流出量を制限するように構成したことを特徴とするシリンダ装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０の何れか記載のシリンダ装置において、前記シリンダハウジングは、流体給排用通口を備えたロッドカバー部およびシリンダーカバー部とチューブ部とを有し、前記穴は、前記シリンダーカバー部内に設けられ、前記流体給排用通口と連絡するとともに開口端部にパッキンを有し、前記ピストン作動端位置において、前記制動ロッド先端側と前記開口端部に設けたパッキンとにより流出開口を制限するよう構成したことを特徴とするシリンダ装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のシリンダ装置において、前記開口端部に設けたパッキンが、クッションパッキンを兼ねていることを特徴とするシリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮空気圧力のような流体圧力により作動するシリンダ装置に関し、特にシリンダピストンが動き始める時の、ピストンの動きを制御する機能を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このようなシリンダ装置としては、いわゆるピストンの飛び出し防止装置を有するものであり、流体アクチエータと主切換弁との間に設けた、切換弁と制御回路による飛び出し防止装置（例えば、特許文献１参照）、また、機械的な飛び出し防止装置（例えば、特許文献２参照）が知られている。
前者の特許文献１に明示された装置は、飛び出し状態と通常使用状態とに切り替える第２弁部（３２）とさらに複雑な回路構成を必要とするため、全体として装置の大型化を招いてしまい、かつコスト的にも高額化は免れない。
【０００３】
一方、後者の特許文献２は機械的な飛び出し防止装置であり、複雑な構造であるので、何らかの原因でブレーキ部が故障を起こす危険性があり、かつコスト的にも高額であり、また制御上からも利用しにくいものであった。
さらに、これらの従来技術は、作動の初期において、ピストンを動作させる時一側のピストン室へ流体圧力を供給する際、このピストンの反対側ピストン室内の圧力が排気されていて大気圧になっている場合についての飛び出し防止が目的である。
【特許文献１】特開平１１−２３０１１１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２０６１２号公報
【特許文献３】特開２００２−１３０２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなピストン室の空気圧が大気圧である初期作動時の飛び出し防止ではなく、通常の使用状態におけるピストンの飛び出しを効果的に抑制することが要求されている。例えば、半導体基板のような軽量ワークを流体シリンダ装置を用いて所定の位置から他の所定位置へ搬送する場合、ピストンが前進してその先端側でワークを搬送し、所定位置に停止して位置決めをする。そして、またピストンを後退して所定位置へ戻すように動作させることを考慮したとき、通常の流体シリンダにおいては、前進して所定位置までワークを搬送して停止するときは、通常のクッション機能を用いて滑らかに停止させることができる。
【０００５】
しかし、その停止状態からピストンを後退するとき、ピストンが急速に後退すると、ピストンロッド先端側で当接しているワークが一緒に動いて所定位置がずれて、次の動作上不都合を生じてしまう虞があった。
一方、アクチュエータの動きを制御する方法として、空気を供給する側で制御する方法であるメータイン制御により、クッション機構付き空気圧シリンダにおける駆動時の飛び出しを防止する装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
しかし、このメータイン制御は、アクチュエータの動きを制御する方法として、空気を排気する側で制御する方法であるメータアウト制御に比べて、一般的に以下のようなデメリットを有している。
ピストンの反対側つまり排気側は制限されないので、速やかに排気され、供給する空気の量により動きは制御される。従って、特許文献３の場合は、動き始めは、供給する空気がクッション室へ流入することと、絞り通路である溝からピストン室へ流入する空気によりゆっくり動き始めるというものであるが、ピストンの反対側つまり排気側は大気圧に近い状態になっているので、圧力差が大きく、このような低速での動きを制御することが非常に難しく、スティックスリップ（静止摩擦と動摩擦の違いによる負荷の変化からピストンが止まったり、動いたりする）を起こしやすいというデメリットがある。そのため、低速時すなわち初期作動時のスムーズな動きが得られない可能性があり、調整がし難いものである。
【０００７】
また、特許文献３では、クッションリングの周面へ絞り流路用溝を形成しているため、シリンダ作動時このクッションリングが第２パッキンの内周面を摺動する際にこの溝の部分に相当するパッキン部分が内方に押し出される形となり、往復動によりねじれを生じ易く、シール性が悪化する危険性を有しているなど、動作上の不安定要素がある。
本発明はこのような用途で極めて簡単な構造により確実なピストン飛び出し防止を達成する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】
【０００８】
請求項１に係る発明は、流体給排用通口を備えたシリンダハウジング内に移動自在に配したピストンと、前記ピストンに一体的に設けたピストンロッドと、前記シリンダハウジング内に設けられ、前記流体給排用通口と連絡する穴と、前記ピストンの少なくとも一側であって流体供給する側と反対側へ、前記ピストンロッドの軸線と同心上に一体的に設け、前記穴内に貫入し流出開口を制限する制動ロッドとを設け、前記制動ロッドは、前記ピストン作動端位置でその先端側が前記流出開口を制限する長さを有し、前記ピストンが作動開始し所定距離移動した時点で前記流出開口を開放し、所定距離のみ流出速度を低下させて前記ピストンの飛び出しを防止することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のシリンダ装置において、前記穴は、前記シリンダハウジングに設けた穴とクッション室であることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１記載のシリンダ装置において、前記穴は、前記シリンダハウジングに設けたクッション室であることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし請求項３の何れか記載のシリンダ装置において、前記ピストンを、前記ピストンロッドの端部に取り付け、前記制動ロッドを、前記ピストンロッドと反対側の前記ピストンの一側に設け、前記ピストンが前進端から後退する際、その作動開始後の所定距離のみ移動速度を制限するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし請求項３の何れか記載のシリンダ装置において、前記ピストンを、前記ピストンロッドの端部に取り付け、前記制動ロッドを、前記ピストンロッド側の前記ピストンの一側に前記ピストンロッドと同軸上へを設け、前記ピストンが後退端から前進する際、その作動開始後の所定距離のみ移動速度を制限するように構成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし請求項３の何れか記載のシリンダ装置において、前記ピストンを、前記ピストンロッドの端部に取り付け、前記制動ロッドを、前記ピストンの両側に前記ピストンロッドと同軸上へを設け、前記ピストンが後退端から前進する際、その作動開始後の所定距離のみ移動速度を制限するように構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る発明は、請求項２記載のシリンダ装置において、前記ピストンを、前記ピストンロッドの途中に取り付け、前記制動ロッドを、前記シリンダハウジングに設けた穴側の前記ピストンの一側に設け、前記ピストンが前進端から後退する際、その作動開始後の所定距離のみ移動速度を制限するように構成したことを特徴とする。
請求項８に係る発明は、請求項２または請求項３記載のシリンダ装置において、前記ピストンを、前記ピストンロッドの途中に取り付け、前記制動ロッドを、前記クッション室側の前記ピストンの一側に設け、前記ピストンが前進端から後退する際、その作動開始後の所定距離のみ移動速度を制限するように構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項９に係る発明は、請求項２または請求項３記載のシリンダ装置において、前記ピストンを、前記ピストンロッドの途中に取り付け、前記制動ロッドを、前記ピストンの両側に設け、前記ピストンが前進端から後退する際、その作動開始後の所定距離のみ移動速度を制限するように構成したことを特徴とする。
請求項１０に係る発明は、請求項１ないし請求項９の何れか記載のシリンダ装置において、前記制動ロッドが、前記シリンダストローク以上の長さを有し、先端の所定距離の部分のみが流体流出量を制限するように構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項１１に係る発明は、請求項１ないし請求項１０の何れか記載のシリンダ装置において、前記シリンダハウジングは、流体給排用通口を備えたロッドカバー部およびシリンダーカバー部とチューブ部とを有し、前記穴は、前記シリンダーカバー部内に設けられ、前記流体給排用通口と連絡するとともに開口端部にパッキンを有し、前記ピストン作動端位置において、前記制動ロッド先端側と前記開口端部に設けたパッキンとにより流出開口を制限するよう構成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項１２に係る発明は、請求項１１記載のシリンダ装置において、前記開口端部に設けたパッキンが、クッションパッキンを兼ねていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るシリンダ装置によれば、いわゆるメータアウト制御であること、またそのため、排気側での制御方法を採用しているので、初期作動時においても、供給される空気圧力に対して、排気側圧力と所定の差圧で動作し、安定した動作制御ができる。
また、本発明に係るシリンダ装置によれば、例えば、ワーク搬送機構に用いた場合、基板のような軽量製品であるワークを搬送位置まで送り出した後、ピストンロッドが突出位置から後退する時に、急激に後退を始めるのではなく、ワークに当接しているピストンロッド側がゆっくりと後退するので、ワークの位置がずれたりすることが無くなり、確実に所定位置へ搬送し、元に戻ることができる。従って、正確な搬送と位置決めが可能となった。
【００１７】
さらに、本発明に係るシリンダ装置によれば、シリンダ構造の内部に制動手段を構成したので、小形化ができると共に、構造が簡単で作動上故障しやすい部分が少なく、長期間確実な作動が可能となった。
さらにまた、本発明に係るシリンダ装置によれば、構造上シリンダカバー側は従来のクッション機構としての構造を用いており、かつ不安定な構造要素が無く、従って、本明細書に記載したような用途における長期間安定した動作を達成でき、信頼性の高い装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
本実施形態においては、本発明を流体圧シリンダ装置に適用した場合について説明する。
本実施形態に係る流体圧シリンダ装置は、流体圧力として圧縮空気を用いたシリンダ装置で、図１はその正面断面図であり、ピストンが後退した位置にある状態を示している。図２は、ピストンが前進端まで移動した状態を示している。
【００１９】
図１および図２に明示したように、シリンダ本体１１は、チューブ１１ａとロッドカバー１１ｂとを一体に形成しており、開口端部にヘッドカバー１２が装着され、これらでシリンダハウジング１０を構成している。そして、このシリンダハウジング１０内の空間がピストン室１１ｃを構成し、ピストン室１１ｃ内にピストン１３が嵌合され、その一端に一体に装着されたピストンロッド１４がシリンダ本体１１のロッドカバー１１ｂ中央を貫通して外部へ突出している。シリンダ本体１１のロッドカバー１１ｂは、ピストン室１１ｃに続くクッション室１１ｄを形成しており、開口端にクッションパッキン１５、さらに軸受１６、ロッドパッキン１７が装着してあり、クッションパッキン１５と軸受１６間の位置から外部へ流体給排用通口１１ｅが開口している。
【００２０】
ヘッドカバー１２は、中央部に有底の深い穴１２ａが形成されており、その底近くの位置から外部へ流体給排用通口１２ｂが開口している。また、穴１２ａの開口端には段部１２ｃが形成され、パッキン１８が装着されており、さらに図示されているように、この端部側外径はチューブ１１ａ端部が嵌合し、かつピストン１３端部が嵌入するように縮径されている。
【００２１】
また、ピストンロッド１４は、ピストン１３側面側にクッションリング１９が固着されており、ピストン１３が図で左方へ移動したときに、そのストロークの終端近くでクッション室１１ｄへ入り込み、クッションパッキン１５と係合してピストン室１１ｃから流体給排用通口１１ｅを通って流出する空気量を制限するクッション作用をなす。一方、ピストン１３のピストンロッド１４と反対側には、本実施形態に係る流体圧シリンダ装置のピストンストロークＳｔ以上の長さＬを有する制動ロッド２０がその軸線に沿って一体的に装着されている。この制動ロッド２０は、先端側の所定長さＨを残してピストン１３側がその直径が小さくなっている。ピストン１３が左方へ移動したときに、この先端部がパッキン１８と係合するように構成されている。
【００２２】
また、ピストン１３は、外周に摺動パッキン２１，２２を装着しており、制動ロッド装着側の凹部１３ａの底部にはダンパ板２３が押え板２４を介して制動ロッド２０をピストンロッド１４側と一体的に固定装着してある。さらに図中、２５はピストン室１ｌｃとクッション室１１ｄとを結ぶ通路内に配置したニードル式流量制御弁（クッションバルブ）であり、同様に２６は、ピストン１３の右側ピストン室１１ｃと穴１２ａとを結ぶ通路内に設置したニードル式流量制御弁を示している。
【００２３】
図１において、各流体給排用通口１１ｅ，１２ｂには速度制御弁２７，２８が接続され、さらに図示しない制御弁等を介して空気圧源へ接続されている。
以下、このように構成したシリンダ装置の動作説明をしていく。
図１は、ピストン１３が後退した状態を示しており、この状態で、図示しない制御弁を切り換えて、流体給排用通口１２ｂから圧縮空気を流入し、流体給排用通口１１ｅを排気側へ連通させると、穴１２ａへ流入する空気圧によりピストン１３は左方へ移動を開始する。そして、ストローク端近くで、クッションリング１９がクッシヨンパッキン１５へ係合しさらにクッション室１１ｄへ嵌入し、ピストン室１１ｃ内の空気は流量制御弁で制限された流量が排気され、移動速度が低速となり、ストローク端まで行き、停止する。図２がその状態であり、ピストンロッド１４が最も突出した状態である。この動作により基板等のワークが所定位置まで搬送される。このときピストン１３の反対側即ち制動ロッド２０は長さ（ダンパー板２３端面から制動ロッド２０先端までの距離）ＬがピストンストロークＳｔ以上の長さを有しているので、図示したようにストローク端位置でもその先端部がパッキン１８に係合している。
【００２４】
従って、搬送し終わって、ピストン１３を後退させる時、今度は流体給排用通口１１ｅから圧縮空気を流入させ、流体給排用通口１２ｂを排気側へ連通させる。するとピストン１３は今度は右方向へ動き始めるが、制動ロッド２０の先端がパッキン１８と係合しているため、ピストン室１１ｃ内の空気は流量制御弁２６で絞られた量だけが穴１２ａを介して流体給排用通口１２ｂから排気されるため、速度を抑えられ、ゆっくりと移動する。そして、制動ロッド２０の先端側の所定長さＨの位置を通過すると、制動ロッド２０の先端外形部がパッキン１８から離れて縮径された外径となるので、ピストン室１１ｃ内の空気はこの隙間も通って排気されることになり、ピストン１３は速度を速めて移動する。そして、ダンパー板２３がヘッドカバー１２端へ衝接して停止する。
【００２５】
このように、本実施形態に係る流体シリンダ装置は、作動開始の初期におけるピストン作動速度を低速させる構造をシリンダ内部へ内蔵したので、搬送した軽量な回路基板等の位置がずれたりすることを防止することができる。
また、本実施形態に係るシリンダ装置は、排気側での制御方法であるいわゆるメータアウト制御を行っているので、初期作動時においても、供給される空気圧力に対して、排気側圧力と所定の差圧で動作し、安定した動作制御ができる。
【００２６】
さらに、本実施形態に係るシリンダ装置は、構造上ロッドカバー１１ｂ側は従来のクッション機構としての構造（ピストン室１１ｃに続くクッション室１１ｄ、および開口端に設けたクッションパッキン１５）を用いており、かつ不安定な構造要素が無い。従って、上述したような用途における長期間安定した動作を達成でき、信頼性の高い装置を提供できる。
【００２７】
本実施形態では、制動ロッド２０側の緩衝装置としてダンパー板２３にて構成したが、全体の大きさに余裕がある場合には、制動ロッド２０のピストン１３側へ、ダンパー板２３の代わりに左側と同様なクッションリング１９を装着して、そのクッションリング１９がパッキン１８と嵌合することで、戻り行程終端の緩衝作用（クッション）を行なうようにしても良い。
【００２８】
また、本実施形態においては、制動ロッド２０をピストン１３の、ピストンロッド１４と反対側へ設けたが、装置の大きさに余裕があれば、ピストンロッド１４側に設けることも可能である。その例を第二実施形態として図３に示す。
この例では、ピストンロッド１１４のピストン１１３側へ設けたクッションリング１１９から所定距離をおいて、制動ロッド１２０を構成する大径部を形成している。また、パッキン１１５はクッションパッキンであり、かつ制動ロッド１２０と係合して制動パッキンとしても作用するものである。図中１１１ｄはクッション室であり、またその他の構成は図１および図２に示す第一実施形態と同様である。この装置においては、ピストン１１３端面から制動ロッド１２０の端面までの距離Ｌ’がストロークＳｔ’以上の長さを有しており、図３において、ピストン１１３が前進する際には、制動ロッド１２０がパッキン１１５を通り抜けるまでは流量制御弁１２５からのみ空気が排気され、縮径部１１４ａにくると、クッション室１１１ｄ側からも空気が排気されて移動速度が増し、さらにクッションリング１１９がパッキン１１５に係合するとまた排気される空気は流量制御弁１２５からのみとなって速度が低下してクッション作用をするものである。
【００２９】
以上のように、行程の両端側で速度を制限する例を示したが、この例でもクッションリング１１９を無くして、前述したようなダンパー板２３のような緩衝機構としても良い。さらに、スペースが許される場合には、この制動機構をピストン１３の両側へ設けることも可能である。
なお、第一実施形態ではシリンダ本体１１としてチューブ１１ａとロッドカバー１１ｂとを一体に形成した例を示したが、これに限らず、両者を別体で構成しても構わない。図３はその例である。またさらに、制動ロッド２０部から縮径部への形状変化を緩やかなテーパ形状とすることで、速度変化を変化させるように構成することも可能である。
【００３０】
また、上記実施形態では、ピストン１３をピストンロッド１４の端部に設けた場合について説明したが、ピストンをピストンロッドの途中に設けた両ロッドシリンダとしても良い。この場合には、制動ロッド２０は、ピストン１３の穴１２ａ側、ピストン１３のクッション室１１ｄ側あるいはピストン１３の両側に設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る流体圧シリンダ装置の正面断面図であり、ピストンが後退した位置にある状態を示している。
【図２】図１の流体圧シリンダ装置の正面断面図であり、ピストンが前進端まで移動した状態を示している。
【図３】本発明の第二実施形態に係る流体圧シリンダ装置の部分断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  シリンダハウジング
１１  シリンダ本体
１１ａ  チューブ
１１ｂ  ロッドカバー
１１ｃ  ピストン室
１１ｄ  クッション室
１２  ヘッドカバー
１２ａ  穴
１３  ピストン
１４  ピストンロッド
１５  クッションパッキン
１６  軸受
１７  ロッドパッキン
１８  パッキン
１９  クッションリング
２０  制動ロッド
２１，２２  摺動パッキン
２３  ダンパ板
２４  押さえ板
【図１】
2005282739.tif 000003
【図２】
2005282739.tif 000004
【図３】
2005282739.tif 000005