(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボディに挿通孔、第１シリンダ孔及び第２シリンダ孔が互いに平行に形成され、第１シリンダ孔がシリンダボディの一端に開口され、第２シリンダ孔がシリンダボディの他端に開口され、挿通孔、第１シリンダ孔及び第２シリンダ孔のそれぞれの内面に気体軸受が配設され、直動ロッドが挿通孔の気体軸受のみによって非接触状態に支持され、第１プランジャ及び第２プランジャが第１シリンダ孔及び第２シリンダ孔の気体軸受のみによってそれぞれ非接触状態に支持され、直動ロッドの一端が第１プランジャの一端に連結されるとともに直動ロッドの他端が第２プランジャの他端に連結されたエアシリンダ。
【請求項２】
直動ロッドの一端と第１プランジャの一端との間、又は直動ロッドの他端と第２プランジャの他端との間にフローティング・ジョイントを介在させた請求項１のエアシリンダ。
【請求項３】
第１シリンダ孔の他端側に第１シリンダ室が形成され、第２シリンダ孔の一端側に第２シリンダ室が形成され、第１シリンダ室に連通する第１給排ポートが形成されるとともに第２シリンダ室に連通する第２給排ポートが形成された請求項１又は２のエアシリンダ。
【請求項４】
第１シリンダの気体軸受の内面でその他端の近傍位置に第１排出溝が形成され、第２シリンダの気体軸受の内面でその一端の近傍位置に第２排出溝が形成され、第１排出溝及び第２排出溝がそれぞれ真空掃引流路を介して掃引され、第１シリンダの気体軸受及び第２シリンダの気体軸受の内面に噴出されたエアが第１シリンダ室及び第２シリンダ室に流れないようにされた請求項３のエアシリンダ。
【請求項５】
挿通孔、第１シリンダ孔及び第２シリンダ孔の断面が円形にされるとともに、直動ロッド、第１プランジャ及び第２プランジャの断面が円形にされ、気体軸受が円筒状とされた請求項１ないし４のいずれかひとつのエアシリンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種々の生産・加工設備等において、物体を一方又は他方へ移動させるためのエアシリンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダ孔内にピストンを往復動自在に嵌挿し、ピストンの外周部に左右２個の静圧軸受部を形成し、またロッドカバーのピストンロッド挿通孔部に静圧軸受部を形成し、ロッド側室のエアはロッドカバーの静圧軸受部及びピストン外周部の一方の静圧軸受部に導入され、ヘッド側室のエアはピストン外周部の他方の静圧軸受部に導入されるエアシリンダ（従来技術）が特開平７−２２４８０７号公報に記載されている。この従来技術では、ピストン及びピストンロッドがともに静圧軸受けにより支持されるので、摺動摩擦が減少し、ピストンが低い推力で移動すると説明されている。
【０００３】
しかし、前記の従来技術には次の▲１▼〜▲４▼の欠点がある。すなわち、▲１▼ピストンの前側と後側とでは受圧面積が異なるので、前進時と後退時とでは力の大きさが異なり、往動時及び復動時に所定の大負荷が作用する場合には利用することができない。▲２▼ピストンの静圧軸受はピストン外周部とシリンダ孔（シリンダチューブ内面）から構成されているので、シリンダ孔全面を精密加工する必要がある。▲３▼ロッド側室のエアがロッドカバーの静圧軸受部に導入されるので、ロッド側室には常に圧力空気が存在し、前進時の力が減少する。▲４▼シリンダ孔の断面を円形とするとき、ピストンロッドの回転を防止するには専用の回り止め機構を必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、エアシリンダにおいて、プランジャ（ロッド）を用いて前進の推力と後退の推力とを同等にできるようにすることを第１課題とし、シリンダ孔を精密加工することなくプランジャを気体軸受（静圧軸受）によって高精度の支持をすることを第２課題とし、気体軸受に導入されたエアがシリンダ室に流入して推力制御に影響を与えることのないようにすることを第３課題とし、プランジャに専用の回り止め機構を設けなくても断面円形のプランジャが回転しないようにすることを第４課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エアシリンダにおいて、シリンダボディに挿通孔、第１シリンダ孔及び第２シリンダ孔が互いに平行に形成され、第１シリンダ孔がシリンダボディの一端に開口され、第２シリンダ孔がシリンダボディの他端に開口され、挿通孔、第１シリンダ孔及び第２シリンダ孔のそれぞれの内面に気体軸受が配設され、直動ロッドが挿通孔の気体軸受のみによって非接触状態に支持され、第１プランジャ及び第２プランジャが第１シリンダ孔及び第２シリンダ孔の気体軸受のみによってそれぞれ非接触状態に支持され、直動ロッドの一端が第１プランジャの一端に連結されるとともに直動ロッドの他端が第２プランジャの他端に連結されたことを第１構成とする。
本発明は、第１構成において、直動ロッドの一端と第１プランジャの一端との間、又は直動ロッドの他端と第２プランジャの他端との間にフローティング・ジョイントを介在させたことを第２構成とする。
本発明は、第１又は第２構成において、第１シリンダ孔の他端側に第１シリンダ室が形成され、第２シリンダ孔の一端側に第２シリンダ室が形成され、第１シリンダ室に連通する第１給排ポートが形成されるとともに第２シリンダ室に連通する第２給排ポートが形成されたことを第３構成とする。
本発明は、第３構成において、第１シリンダの気体軸受の内面でその他端の近傍位置に第１排出溝が形成され、第２シリンダの気体軸受の内面でその一端の近傍位置に第２排出溝が形成され、第１排出溝及び第２排出溝がそれぞれ真空掃引流路を介して掃引され、第１シリンダの気体軸受及び第２シリンダの気体軸受の内面に噴出されたエアが第１シリンダ室及び第２シリンダ室に流れないようにされたことを第４構成とする。
本発明は、第１〜第４構成において、挿通孔、第１シリンダ孔及び第２シリンダ孔の断面が円形にされるとともに、直動ロッド、第１プランジャ及び第２プランジャの断面が円形にされ、気体軸受が円筒状とされたことを第５構成とする。なお、直動ロッドの一端をエンドプレート及びフローティング・ジョイントを介在させて第１プランジャの一端に連結させるときは、直動ロッドの他端をエンドプレートを介して第２プランジャの他端に連結させ、直動ロッドの他端をエンドプレート及びフローティング・ジョイントを介在させて第２プランジャの他端に連結させるときは、直動ロッドの一端をエンドプレートを介して第１プランジャの一端に連結させることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のエアシリンダの実施の形態を示す。エアシリンダ11のシリンダボディ12の幅方向（図１では前後方向）の中央部には、軸線方向（図１では左右方向）に貫通した段付の挿通孔13が形成されている。挿通孔13の大径孔の内面には直動ロッド用の気体軸受14が挿入（配設）され、挿通孔13の大径孔と小径孔との段差部に気体軸受14が当接するように位置されている。気体軸受14の内面に直動ロッド15が相対移動可能状態に挿通され、直動ロッド15の一端部（図１では右端部）には（第１）エンドプレート16Ｂが固定（連結）され、かつ直動ロッド15の他端部（図１では左端部）には（第２）エンドプレート16Ａが固定（連結）されている。
【０００７】
シリンダボディ12の挿通孔13の幅方向の両側に、平行した２本の段付の第１，第２シリンダ孔18Ａ，18Ｂが形成され、第１シリンダ孔18Ａは一端側に開口され、第２シリンダ孔18Ｂは他端側に開口されている。第１シリンダ孔18Ａの大径孔の内面には第１プランジャ20Ａ用の第１気体軸受19Ａが挿入（配設）され、第１シリンダ孔18Ａの大径孔と小径孔との段差部に第１気体軸受19Ａが当接するように位置されている。同様に、第２シリンダ孔18Ｂの大径孔の内面には第２プランジャ20Ｂ用の第２気体軸受19Ｂが挿入（配設）され、第２シリンダ孔18Ｂの大径孔と小径孔との段差部に第２気体軸受19Ｂが当接するように位置されている。
【０００８】
第１気体軸受19Ａの内面に第１プランジャ20Ａが相対移動可能状態に挿通され、第１プランジャ20Ａの一端部の雌ねじ部にはフローティング・ジョイント21の他端側の雄ねじ部（スタッド）が螺合されている。フローティング・ジョイント21の一端側のソケットの雌ねじ部はボルト30によりエンドプレート16Ｂに連結されている。こうして第１プランジャ20Ａの一端部がフローティング・ジョイント21、エンドプレート16Ｂを介して直動ロッド15に連結されている。また、第２気体軸受19Ｂの内面に第２プランジャ20Ｂが相対移動可能状態に挿通され、第２プランジャ20Ｂの他端部はエンドプレート16Ａの嵌合孔28に嵌合されボルト29により直接固定（連結）されている。なお、フローティング・ジョイント21のスタッドはソケットに対して偏心スライド及び球面揺動が可能である。
【０００９】
図１では、直動ロッド15の一端がエンドプレート16Ｂ及びフローティング・ジョイントを介して第１プランジャ20Ａの一端に連結され、直動ロッド15の他端がエンドプレート16Ａを介して第２プランジャ20Ｂの他端に連結されている。しかし、直動ロッド15の他端がエンドプレート16Ａ及びフローティング・ジョイントを介して第２プランジャ20Ｂの他端に連結され、直動ロッド15の一端がエンドプレート16Ｂを介して第１プランジャ20Ａの一端に連結されるようにしてもよい。
【００１０】
本発明の実施の形態において、部材の高精度の加工を容易にするため、挿通孔13、第１シリンダ孔18Ａ及び第２シリンダ孔18Ｂの断面を円形にするとともに、直動ロッド15、第１プランジャ20Ａ及び第２プランジャ20Ｂの断面を円形にし、気体軸受14、19Ａ、19Ｂを円筒状にすることができる。そうしたとき、直動ロッド15に第１エンドプレート16Ａを介して第２プランジャ20Ｂが固定されているので、直動ロッド15及び第２プランジャ20Ｂは回転しない。フローティング・ジョイント21により、プランジャ20Ａと直動ロッド15との間のμｍオーダーの軸ズレを緩和することができ、プランジャ20Ａも殆ど回転しない。
【００１１】
第１シリンダ孔18Ａの他端側に第１シリンダ室22Ａが形成され、第１シリンダ室22Ａに連通する第１給排ポート23Ａがシリンダボディ12に形成され、第１シリンダ室22Ａに導入される圧力空気により、第１プランジャ20Ａが一方（図１では右方）に移動しようとする推力が発生する。同様に、第２シリンダ孔18Ｂの一端側に第２シリンダ室22Ｂが形成され、第２シリンダ室22Ｂに連通する第２給排ポート23Ｂがシリンダボディ12に形成され、第２シリンダ室22Ｂに導入される圧力空気により、第２プランジャ20Ｂが他方（図１では左方）に移動しようとする推力が発生する。
【００１２】
シリンダボディ12に供給ポート24Ａが形成され、供給ポート24Ａを通して第１気体軸受19Ａに供給されたエアが、第１気体軸受19Ａの内面から噴出され、第１プランジャ20Ａが第１気体軸受19Ａのみによって非接触状態に支持されるように構成されている。また、シリンダボディ12に供給ポート24Ｂが形成され、供給ポート24Ｂを通して第２気体軸受19Ｂに供給されたエアが、第２気体軸受19Ｂの内面から噴出され、第２プランジャ20Ｂが第２気体軸受19Ｂのみによって非接触状態に支持されるように構成されている。同様に、シリンダボディ12に供給ポート24Ｃが形成され、供給ポート24Ｃを通して気体軸受14に供給されたエアは、気体軸受14の内面から噴出され、直動ロッド15が気体軸受14のみによって非接触状態に支持されるように構成されている。
【００１３】
第１気体軸受19Ａの内面でその他端（第１シリンダ室22Ａ側端）の近傍位置に環状の第１排出溝25Ａが形成され、シリンダボディ12内で第１排出溝25Ａの直径方向位置に真空掃引流路26Ａが形成されている。第１気体軸受19Ａの噴出エアは、第１排出溝25Ａ及び真空掃引流路26Ａを通って掃引（真空ポンプにより吸込）され、第１シリンダ室22Ａにはリークしない（流れない）。同様に、第２気体軸受19Ｂの内面で一端（第２シリンダ室22Ｂ側端）の近傍位置に環状の第２排出溝25Ｂが形成され、シリンダボディ12内で第２排出溝25Ｂの直径方向位置に真空掃引流路26Ｂが形成されている。第２気体軸受19Ｂの噴出エアは、第２排出溝25Ｂ及び真空掃引流路26Ｂを通って掃引され、第２シリンダ室22Ｂにはリークしない。なお、第１気体軸受19Ａの噴出エアの一部分は第１シリンダ孔18Ａと第１プランジャ20Ａとの間を通って大気に流れ、同様に第２気体軸受19Ｂの噴出エアの一部分は第２シリンダ孔18Ｂと第２プランジャ20Ｂとの間を通って大気に流れることは当然である。
【００１４】
気体軸受14の内面で略中央位置に環状の排出溝25Ｃが形成され、シリンダボディ12内で排出溝25Ｃの直径方向位置に連通孔31が形成され、排出溝25Ｃは連通孔31を介して大気に連通されている。直動ロッド15の内部に真空掃引流路27が形成され、真空掃引流路27の他端を直動ロッド15の他端（出力端）のワークに連通可能とした。真空掃引流路27の一端部は直径方向に曲げられ、直動ロッド15の表面の開口27Ａに連通されている。シリンダボディ12内に真空掃引流路26Ｃが形成され、真空掃引流路26Ｃの内方端部は気体軸受14の内面に形成された縦溝32の一端に連通され、縦溝32は開口27Ａと常に連通するように形成されている。ワークは、真空掃引流路27、開口27Ａ、縦溝32、真空掃引流路26Ｃに連通され、掃引可能とされている。
【００１５】
第１気体軸受19Ａ、第２気体軸受19Ｂ、直動ロッド用の気体軸受14のそれぞれの内面からエアを噴出させ、第１給排ポート23Ａを通して第１シリンダ室22Ａに圧力空気を供給すると、第１プランジャ20Ａ・直動ロッド15等は一方（図１では右方）へ移動（前進）され、第２給排ポート23Ｂを通して第２シリンダ室22Ｂに圧力空気を供給すると、第２プランジャ20Ｂ・直動ロッド15等は他方（図１では左方）へ移動（後退）される。第１プランジャ20Ａ、第２プランジャ20Ｂは、第１気体軸受19Ａ、第２気体軸受19Ｂの全面内に常に位置している。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１〜３のエアシリンダでは、第１シリンダ孔の他端側（第１シリンダ室）に供給された圧力空気により第１プランジャ・直動ロッドが一方に移動（前進）し、第２シリンダ孔の一端側（第２シリンダ室）に供給された圧力空気により第２プランジャ・直動ロッドが他方に移動（後退）する。第１プランジャ及び第２プランジャの受圧面積を同等にし、前進の推力と後退の推力とを同等にすることができる。そして、第１シリンダ室と第２シリンダ室に供給する圧力空気の圧力を制御することができ、前進及び後退の推力を制御して、所望の大きさの推力を得ることができる。
【００１７】
請求項１のエアシリンダでは、第１プランジャ及び第２プランジャが第１シリンダ孔及び第２シリンダ孔の気体軸受のみによってそれぞれ非接触状態に支持され、直動ロッドが挿通孔の気体軸受のみによって非接触状態に支持されているので、第１プランジャ及び第２プランジャが第１シリンダ孔及び第２シリンダ孔の内面に接触することがなく、また直動ロッドが挿通孔の内面に接触することもない。従って、第１シリンダ孔、第２シリンダ孔及び挿通孔を精密加工することなく、第１プランジャ、第２プランジャ及び直動ロッドの精密加工した気体軸受によって高精度の支持をすることができる。このように、面積の大きい第１シリンダ孔、第２シリンダ孔及び挿通孔の内面を精密加工する必要がないので、エアシリンダのコストを低減させることができる。
【００１８】
請求項４のエアシリンダでは、第１シリンダの気体軸受の内面でその他端の近傍位置に第１排出溝が形成され、第２シリンダの気体軸受の内面でその一端の近傍位置に第２排出溝が形成され、第１排出溝及び第２排出溝がそれぞれ真空掃引流路を介して掃引されているので、第１シリンダの気体軸受及び第２シリンダの気体軸受の内面に噴出されたエアが第１シリンダ室及び第２シリンダ室に流れない。従って、気体軸受からリークするエアによって推力制御が影響をうけることはない。
【００１９】
請求項２，５のエアシリンダでは、直動ロッドの一端又は他端が第１プランジャの一端又は第２プランジャの他端に連結（フローティング・ジョイントを介在させないで連結）されているので、専用の回り止め機構を設けなくても、第１プランジャ、第２プランジャ及び直動ロッドは回転しない。また、第１プランジャ、第２プランジャ及び直動ロッドの３軸のうち、直動ロッドの他端又は一端が第２プランジャの他端又は第１プランジャの一端にフローティング・ジョイントを介して連結されているので、２軸間の加工精度を高めて軸ズレを防止させ、残りの軸との間のμｍオーダーの軸ズレを緩和することができる。従って、３軸間の加工精度を高めて軸ズレを防止させる場合に比べ、コストが低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態を示し、図１(a) は部分断面平面図、図１(b) は平面図である。
【符号の説明】
11：エアシリンダ
12：シリンダボディ
13：挿通孔
14：気体軸受
15：直動ロッド
18Ａ：第１シリンダ孔
18Ｂ：第２シリンダ孔
19Ａ：第１気体軸受
19Ｂ：第２気体軸受
20Ａ：第１プランジャ
20Ｂ：第２プランジャ
21：フローティング・ジョイント
【図１】
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