(57)【要約】【課題】摺動抵抗を低減して大きな推力を得ることが可能なエアシリンダを提供する。【解決手段】本発明に係るエアシリンダ１００は、シリンダチューブ５と、シリンダチューブ５に嵌合し、シリンダチューブ５内に供給される制御エアによって軸方向に往復動作するピストン１０と、ピストン１０に連結され、軸方向に延びるロッド３と、ピストン１０の軸方向両側において、ロッド３を支持する複数のエアベアリング２と、複数のエアベアリング２の各エアベアリング２毎に、供給された加圧エアを排気する複数の排気孔７，８とを備え、ピストン１０の外周面には、ラビリンスシール１０ａが設けられ、複数の排気孔７，８の少なくとも一の排気孔７は、シリンダチューブ５と各エアベアリング２との間の軸方向位置に設けられていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダチューブと、
該シリンダチューブに嵌合し、該シリンダチューブ内に供給される制御エアによって軸方向に往復動作するピストンと、
該ピストンに連結され、軸方向に延びるロッドと、
前記ピストンの軸方向両側において、前記ロッドを支持する複数のエアベアリングと、
該複数のエアベアリングの各エアベアリング毎に、供給された加圧エアを排気する複数の排気孔と
を備え、
前記ピストンの外周面には、ラビリンスシールが設けられ、
前記複数の排気孔の少なくとも一の排気孔は、前記シリンダチューブと前記各エアベアリングとの間の軸方向位置に設けられていることを特徴とするエアシリンダ。
【請求項２】
前記複数の排気孔は、前記各エアベアリングにおける前記シリンダチューブとは反対側の側面から流出する加圧エアを排気する第１排気孔と、前記各エアベアリングにおける前記シリンダチューブ側の側面から流出する加圧エアを排気する第２排気孔とを有し、
前記各エアベアリングから前記第２排気孔までの流路は狭小領域を有する、請求項１に記載のエアシリンダ。
【請求項３】
前記狭小領域は、前記ロッドの外周面と固定部材との間の軸方向に延びるギャップである、請求項２に記載のエアシリンダ。
【請求項４】
前記ギャップは、半径方向に０．０３ミリメートル以下である、請求項３に記載のエアシリンダ。
【請求項５】
前記第２排気孔は、加圧エアを大気開放する、請求項２乃至４のいずれか一項に記載のエアシリンダ。
【請求項６】
前記ラビリンスシールを形成する材料は、ポリフェニレンサルファイド樹脂又はカーボンを含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエアシリンダ。
【請求項７】
前記ラビリンスシールと、前記シリンダチューブの内周面との隙間は、０．０１ミリメートル以上０．０５ミリメートル以下である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエアシリンダ。
【請求項８】
前記ロッドの材質はアルミ合金である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエアシリンダ。
【請求項９】
前記ロッドの表面の少なくとも一部は、クロムめっき処理又はアルマイト処理が施されている、請求項８に記載のエアシリンダ。
【請求項１０】
前記ロッドの表面の少なくとも一部のビッカース硬さＨｖは、４００以上１０００以下である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のエアシリンダ。
【請求項１１】
前記ロッドの表面の少なくとも一部の算術平均粗さＲａは、０．２マイクロメートル以下である、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のエアシリンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアベアリングを採用したエアシリンダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
制御エアの圧力によって動作するエアシリンダは、簡易な構成であるため取り扱いが容易であり、また比較的安価であることから、単動又は往復運動用アクチュエータとして搬送装置や産業用ロボットなど幅広い分野で用いられている。より具体的には、例えばRoll to Roll装置の広幅フィルム搬送系において、張力制御用ダンサーロールの位置制御等に用いられている。これらの用途では、生産性を向上させるために高速で高精度にフィルムを搬送することが要求され、エアシリンダに高速応答性と高推力を備えることが求められている。
【０００３】
ところで、このエアシリンダは、ロッドを連結したピストンが制御エアの圧力によってシリンダ室内を軸方向に往復運動することによってロッドを直進運動させる構成を有するため、ピストンとシリンダ室との摺動抵抗、及びロッドとそれを支持する軸受との摺動抵抗が存在する。そして、この摺動抵抗は、エアシリンダの高速応答性や高推力の実現を阻害する要因となり得る。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１及び特許文献２には、ロッドをエアベアリングで支持することによって、ロッドと軸受との間の摺動抵抗を低減したエアシリンダが開示されている。また、特許文献３には、ピストンにラビリンス溝を設けると共にフッ素コーティングを施して、動作速度及び応答速度を高速にできるエアシリンダが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１５２００７号公報
【特許文献２】特開平８−１５９１０６号公報
【特許文献３】特開平３−  ５１５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１及び特許文献２に記載のエアシリンダでは、エアベアリングからシリンダ室への加圧エアのリークを防止して所定の推力を得るために、真空引きポートを通じて加圧エアの真空引きをおこなっている。従って、真空装置を用いる必要があるため、システムが複雑化してコストが増加する。また、特許文献１では、ロッドが１つのエアベアリングのみによって片持ち支持されているため、ピストンが大径且つストロークが長くなった場合、ロッドに傾きが生じて、挿通孔とロッド間、及びピストンとシリンダチューブ間が擦れて摺動抵抗が大きくなる可能性があった。また、特許文献２に記載のエアシリンダでは、ピストンの圧力作用部の断面積が小さいため、大きな推力が得られない。
【０００７】
特許文献３のエアシリンダでは、ロッドが片持ち支持されているため、水平方向が軸方向になるように配置した場合、ラビリンスシールを設けたピストンの自重でロッドに傾きが生じ、ロッドが挿通孔と擦れて摺動抵抗が大きくなる場合がある。従って、エアシリンダの配置方向に制約がある。
【０００８】
かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、摺動抵抗を低減して大きな推力を得ることが可能なエアシリンダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための手段としては以下の通りである。即ち、
＜１＞  シリンダチューブと、
該シリンダチューブに嵌合し、該シリンダチューブ内に供給される制御エアによって軸方向に往復動作するピストンと、
該ピストンに連結され、軸方向に延びるロッドと、
前記ピストンの軸方向両側において、前記ロッドを支持する複数のエアベアリングと、
該複数のエアベアリングの各エアベアリング毎に、供給された加圧エアを排気する複数の排気孔と
を備え、
前記ピストンの外周面には、ラビリンスシールが設けられ、
前記複数の排気孔の少なくとも一の排気孔は、前記シリンダチューブと前記各エアベアリングとの間の軸方向位置に設けられていることを特徴とするエアシリンダである。
該＜１＞に記載のエアシリンダにおいては、ロッドがエアベアリングによって摺動抵抗無く支持されるのに加え、ロッドが両持ち支持されるために傾くことがなく、摩耗等が発生することがない。また、ラビリンスシールの採用によってピストンの摺動抵抗も小さいため、高速応答性、高推力及び低動作圧力を兼ね備えたエアシリンダを提供することができる。また、シリンダ室への加圧エアの漏れを抑制することができる。
【００１０】
＜２＞  前記複数の排気孔は、前記各エアベアリングにおける前記シリンダチューブとは反対側の側面から流出する加圧エアを排気する第１排気孔と、前記各エアベアリングにおける前記シリンダチューブ側の側面から流出する加圧エアを排気する第２排気孔とを有し、
前記各エアベアリングから前記第２排気孔までの流路は狭小領域を有する、前記＜１＞に記載のエアシリンダである。
【００１１】
＜３＞  前記狭小領域は、前記ロッドの外周面と固定部材との間の軸方向に延びるギャップである、前記＜２＞に記載のエアシリンダである。
【００１２】
＜４＞  前記ギャップは、半径方向に０．０３ミリメートル以下である、前記＜３＞に記載のエアシリンダである。
【００１３】
＜５＞  前記第２排気孔は、加圧エアを大気開放する、前記＜２＞乃至＜４＞のいずれかに記載のエアシリンダである。
【００１４】
＜６＞  前記ラビリンスシールを形成する材料は、ポリフェニレンサルファイド樹脂又はカーボンを含む、前記＜１＞乃至＜５＞のいずれかに記載のエアシリンダである。
【００１５】
＜７＞  前記ラビリンスシールと、前記シリンダチューブの内周面との隙間は、０．０１ミリメートル以上０．０５ミリメートル以下である、前記＜１＞乃至＜６＞のいずれかに記載のエアシリンダである。
【００１６】
＜８＞  前記ロッドの材質はアルミ合金である、前記＜１＞乃至＜７＞のいずれかに記載のエアシリンダである。
【００１７】
＜９＞  前記ロッドの表面の少なくとも一部は、クロムめっき処理又はアルマイト処理が施されている、前記＜８＞に記載のエアシリンダである。
【００１８】
＜１０＞  前記ロッドの表面の少なくとも一部のビッカース硬さＨｖは、４００以上１０００以下である、前記＜１＞乃至＜９＞のいずれかに記載のエアシリンダである。
【００１９】
＜１１＞  前記ロッドの表面の少なくとも一部の算術平均粗さＲａは、０．２マイクロメートル以下である、前記＜１＞乃至＜１０＞のいずれかに記載のエアシリンダである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るエアシリンダによれば、摺動抵抗を低減して大きな推力を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るエアシリンダの正面断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るエアシリンダにおいて、加圧エアの流路を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るエアシリンダを構成する排気孔ブロックの構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るエアシリンダにおいて、制御エアの流路を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るエアシリンダを用いたフィルム搬送装置の構成を示す図である。
【図６】図５のフィルム搬送装置に用いられるダンサーロールの制御機構を示す図である。
【図７】図５のフィルム搬送装置において、（ａ）エアシリンダ、及び（ｂ）サーボモータの制御を行う制御系の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係るエアシリンダ１００の構成を示す正面断面図である。本実施形態に係るエアシリンダ１００は、シリンダチューブ５と、シリンダチューブ５の内周面に嵌合し軸方向に往復動作するピストン１０と、ピストン１０に連結され、軸方向に延びるロッド３と、ピストン１０の軸方向両側において、ロッド３を支持するエアベアリング２とを備える。なお、本明細書、特許請求の範囲、要約書および図面では、軸方向とは、ロッド３の中心軸線に沿う方向（図１の左右方向）である。
【００２４】
シリンダチューブ５は、円筒形状を有し、内周面にピストン１０を嵌合可能に構成されている。図１に示すように、シリンダチューブ５の左右上端には、シリンダチューブ５のシリンダ室５ａ内に制御エアを供給し排気するための制御エアポート９が設けられている。
【００２５】
ピストン１０は、円柱形状を有し、その外周面がシリンダチューブ５の内周面に嵌合している。ピストン１０は、制御エアポート９から供給される制御エアの圧力を受け、軸中心を貫くように連結されたロッド３と共に軸方向に変位する。ピストン１０の外周面には、半径方向の深さを持ち円周方向に延びる溝部が軸方向に複数段設けられ、各段ごとに漏れ圧力が徐々に下がるように構成されたラビリンスシール１０ａが形成されている。なお、シリンダチューブ５の内周面と、ピストン１０との隙間を約０．０１〜０．０５ミリメートルに維持して非接触とすることにより摺動抵抗を抑えている。
【００２６】
なお、本実施形態では、ピストン１０のラビリンスシール１０ａ部分の材質としてポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を用いている。ラビリンスシール１０ａを用いた場合には、シリンダチューブ５とピストン１０との隙間を一定に保つ必要があるが、ポリフェニレンサルファイド樹脂は、自重及び吸水等による変形が少なく加工性が良いことから、ラビリンスシール１０ａを構成する材料に適している。なお、上記の特性を満たす材料として、カーボン等の他の材料を用いてもよい。
【００２７】
シリンダチューブ５の軸方向両端部には、排気孔ブロック６が連結されている。排気孔ブロック６は、軸方向にロッド３を貫通させる貫通孔１４を有し（図３参照）、貫通孔１４から外周方向に放射状に延びる排気孔７を有している。排気孔７は、後述するエアベアリング２に供給された加圧エアが、シリンダ室５ａ内に流入しないように手前で排気する役割を担っている。なお、排気孔７の構成については後ほど詳述する。
【００２８】
そして、各排気孔ブロック６の軸方向外側（シリンダチューブ５とは対向する側）には、エアベアリング２を内周面に嵌合固定するエアベアリングブロック４が連結されている。
【００２９】
エアベアリング２は、加圧エアを軸受内に供給して圧力を発生させることによって軸の荷重を支持する、いわゆる静圧型のエアベアリングである。図１に示すように、エアベアリング２は、多孔質焼結合金によって形成されロッド３の外周面に対向する多孔質焼結層２ａと、その多孔質焼結層２ａの更に外周側に同心二重配置されるバックメタル２ｂとを有する。エアベアリングブロック４の上端には、加圧エアを供給するための加圧エア供給ポート１が設けられており、図１に示すようにバックメタル２ｂの内周面と連通している。加圧エア供給ポート１から供給された加圧エアは、バックメタル２ｂと多孔質焼結層２ａとの間の空間に導入される。そして、加圧エアは、更に多孔質焼結層２ａ内を通ってロッド３と多孔質焼結層２ａとの隙間まで到達する。ロッド３の荷重は、この隙間に導入された加圧エアの圧力によって支持され、ロッド３とエアベアリング２とは非接触の状態に維持される。従って、エアベアリング２は、軸と軸受との接触による磨耗等の虞がないので、高い信頼性を維持することができる。特に本実施形態では、図１に示すように、シリンダチューブ５に対してエアベアリング２が左右両側に対称に配置されている。従って、シリンダチューブ５に対してロッド３が傾くことがない。また、本実施形態では、多孔質焼結層２ａとロッド３の外周面との間に安定した空気層を形成するために、多孔質焼結層２ａと対向するロッド３の外周面の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は、０．２マイクロメートル以下としている。
【００３０】
エアベアリングブロック４の軸方向外側面には、ブシュ１１がねじ締結により固定されている。ブシュ１１は、エアベアリング２内に埃等が進入しないように側面から封止する役割を担っている。ブシュ１１の中央には、挿通孔１１ａが設けられており、ロッド３が貫通している。なお、加圧エア供給ポート１から供給された加圧エアが外部にリークしないように、ロッド３の外周面と挿通孔１１ａとのクリアランスは０．０３ミリメートル以下に設定されている。これによって、エアベアリング２の空気層が確実に形成されるようにしている。
【００３１】
ロッド３は、ピストン１０を軸方向に貫いた状態で連結され、エアシリンダ１００から軸方向に突出している。ロッド３は、制御エアの圧力によって得られるピストン１０の推力を外部に出力する役割を担っている。上述のように、ロッド３は、ピストン１０の軸方向両側においてエアベアリング２によって支持されている。ピストン１０と共にエアシリンダ１００の可動部を構成するロッド３は、高速応答性が要求されることから軽量であることが望ましく、また、外部に出力を伝達するという役割を担うことから所定の強度が要求される。本実施形態では、上記の特性を満たす材料として、ジュラルミン等のアルミ合金をロッド３に採用している。また、ロッド３の表面にクロムめっき処理又はアルマイト処理を施すことによって、軽量でありながら表面の硬度を高めて、摺動部における耐摩耗性を確保することができる。本実施形態では、特に硬質クロムめっき処理、又は超硬質アルマイト処理を行うのが好適である。超硬質アルマイト処理、又は硬質クロムめっき処理を採用して、ロッド３表面のビッカース硬さＨｖを４００以上１０００以下とすることによって、良好な耐摩耗性が得られる。但し、ロッド３の材質及び表面処理は上記に限定されるものではなく、軽量化と表面硬度を両立し得るあらゆる材料、及び表面処理を採用することができる。
【００３２】
なお、本実施形態に係るエアシリンダ１００は、図１に示すように、シリンダチューブ５と排気孔ブロック６との連結部、及び排気孔ブロック６とエアベアリングブロック４との連結部にＯリング１２を設けている。これによって、シリンダチューブ５及びエアベアリング２からの意図しないエアの漏れを抑制している。
【００３３】
図２は、加圧エア供給ポート１から供給された加圧エアが、外部に排気されるまでの通気ルートを矢印によって示している。加圧エア供給ポート１から供給された加圧エアは、バックメタル２ｂと多孔質焼結層２ａとの間の空間に導入される。そして、加圧エアは、更に多孔質焼結層２ａ内を通ってロッド３と多孔質焼結層２ａとの隙間まで到達する。ロッド３と多孔質焼結層２ａとの隙間においてロッド３は加圧エアの圧力によって支持される。そして、ロッド３を支持する加圧エアは、エアベアリング２の軸方向両端から漏れ出るが、図２において、エアベアリング２の外側面（ブシュ１１側の側面）には排気流路１３が設けられている。排気流路１３は、エアベアリング２の端面から漏れ出る加圧エアを加圧エア排気ポート８へと導く。
【００３４】
一方、エアベアリング２の内側面（排気孔ブロック６側の側面）には、排気孔ブロック６の側面が当接して加圧エアが漏れにくいように構成されている。但し、本実施形態では、可動部材であるロッド３と、固定部材である排気孔ブロック６とが接触しないように、ロッド３と排気孔ブロック６の貫通孔１４（図３参照）との間に０．０３ミリメートル以下の半径方向のギャップ（狭小領域Ｇ）を設けている。このため、エアベアリング２の内側面（排気孔ブロック６側の側面）から、この狭小領域Ｇを通って加圧エアが僅かに軸方向に流出する。この流出した加圧エアがシリンダ室５ａ内に流入すると、エアシリンダ１００が所定の推力を得られない虞があるため、本実施形態では、排気孔ブロック６内に流入した加圧エアを外部に排出する排気孔７が設けられている。
【００３５】
また、排気孔７は、大気開放されていることが望ましい。エアベアリング２には大気圧よりも圧力が高い加圧エアを供給しているため、排気孔７を大気開放して大気圧に維持することによって、エアベアリング２内の加圧エアは真空引き等を行うことなく、排気孔７から排気される。また、排気孔７から排気されたエアを他の設備に供給するように構成するなどしてもよく、必ずしも大気開放されている必要はない。
【００３６】
図３は、本実施形態に係るエアシリンダ１００を構成する排気孔ブロック６の構成を示す図である。排気孔７は、排気孔ブロック６の中央を貫く貫通孔１４から外周方向に放射状に延びている。本実施形態では、１つの排気孔ブロック６につき、排気孔７が円周上に等間隔で８箇所に設けられている（図３では手前の４箇所が視認できる）。なお、排気孔７は、各排気孔ブロック６について少なくとも１箇所以上に設けられていればよいが、円周方向に等間隔で複数箇所に配置されていることが好ましい。また、図１及び図２における左右の排気孔ブロック６には同じ数の排気孔７が設けられていることが好ましい。
【００３７】
このように、本実施形態では、エアベアリング２の外側面（ブシュ１１側の側面）に排気流路１３を設けて、エアベアリング２から流出する加圧エアをブシュ１１側から積極的に排気できるように構成している。そして、エアベアリング２の内側面（排気孔ブロック６側の側面）から極力加圧エアが流出しないように、加圧エアの流路をロッド３の外周面と排気孔ブロック６の貫通孔１４との間のギャップ（狭小領域Ｇ）のみに限定している。そして、狭小領域Ｇから漏れ出る僅かな加圧エアを排気孔７から排気させることによって、加圧エアがシリンダ室５ａ内へ流入することを抑制している。
【００３８】
なお、本実施形態では、加圧エアを排気孔ブロック６側に導く流路（狭小領域Ｇ）として、ロッド３の外周面と排気孔ブロック６の貫通孔１４との間のギャップを利用するように構成したが、この態様のみに限定されるものではなく、ブシュ１１側の排気流路１３よりも狭小な他の流路を排気孔ブロック６側に設けるなどしてもよい。
【００３９】
次に、制御エアの供給及び排気によるピストン１０の駆動について説明する。図４は、図の左から右へピストン１０を駆動する場合の制御エアの流れを示す。図４において、シリンダチューブ５の左上端に設けられた制御エアポート９から加圧された制御エアを供給すると共に、右上端の制御エアポート９を減圧すると、ピストン１０の左方のシリンダ室５ａ内が正圧になる一方、ピストン１０の右方のシリンダ室５ａ内のエアが排気されて負圧となる。このため、図４に示すようにピストン１０が図の右方に向かって移動する。ピストン１０の外周面には、周方向に延びる溝部がラビリンスシール１０ａとして設けられており、ラビリンスシール１０ａとシリンダチューブ５の内周面との間には約０．０１〜０．０５ミリメートルのクリアランスが設けられている。従って、シリンダチューブ５の内周面とピストン１０とは非接触の状態に維持されているので、摩耗等により劣化する虞がなく低摺動を実現している。特に本実施形態では、ロッド３が左右２箇所においてエアベアリング２によって支持されているので、ロッド３が傾いてピストン１０とシリンダチューブ５の内周面とが接触してしまうことがない。また、シリンダ室５ａ内に供給された制御エアはラビリンスシール１０ａの複数の溝部によって漏れ圧が徐々に下がるように構成されているため、シリンダ室５ａの吸気側（図４におけるピストン１０の左側）から排気側（ピストン１０の右側）への制御エアの漏れを抑制することができる。従って、制御エアを有効に利用して大推力を得ることができる。
【００４０】
そして、ピストン１０を図４の右から左へと駆動する場合には、シリンダチューブ５の右上端に設けられた制御エアポート９から加圧された制御エアを供給すると共に、左上端の制御エアポート９を減圧すればよい。
【００４１】
なお、ピストン１０の駆動方法は上記の複動動作に限定されるものではなく、例えば一方の制御エアポート９に供給される加圧された制御エアのみでピストン１０を駆動し、他方の制御エアポート９の圧力を制御しなくてもよい（単動動作）。また、一方の制御エアポート９を減圧するのみで他方の制御エアポート９の圧力を制御しない単動動作であってもよい。更に、ロッド３に軸方向の弾性力を与えておき、１つの制御エアポート９に加圧された制御エアを供給してピストン１０を一方向に駆動する一方、他方向に駆動する場合に制御エアの供給を停止して弾性力によって戻るようにしてもよい。
【００４２】
次に、本実施形態のエアシリンダ１００を用いたフィルム搬送装置について説明する。図５は、フィルム搬送装置の構成を示す図である。上流側搬送フィルム３３は、サーボモータ３５で駆動される上流側送りロール３１によって搬送された後、ガイドロール３９によって鉛直方向下方に方向付けされ、ダンサーロール３７に巻回されている。ダンサーロール３７に半周だけ巻回されて方向転換されたフィルムは、第２のガイドロール３９'によって水平方向に方向付けされた後、送りモータ４３で駆動される下流側送りロール４１によって、後工程へと搬送される（図５の下流側搬送フィルム４５）。ダンサーロール３７はエアシリンダ１００の駆動によって図５の上下方向に移動可能に構成されており、ダンサーロール３７の位置制御によってフィルムにかかる張力が制御される。
【００４３】
図６は、図５のフィルム搬送装置に用いられるダンサーロール３７の位置制御のための制御機構を示す図である。ダンサーロール３７は、回転軸５２周りに回動可能なアーム５４の先端に取り付けられており、図６に二点鎖線で示すように回転軸５２を中心に円弧を描くように駆動される。アーム５４は、長手方向の中心位置よりもやや回転軸５２寄りの位置においてエアシリンダ１００のロッド３と連結部材を介して連結されている。図６から明らかなように、エアシリンダ１００のロッド３が下方に変位すると、ダンサーロール３７も下方に移動し、ロッド３が上方に変位すると、ダンサーロール３７も上方に向かって移動する。アーム５４の可動範囲の上端及び下端にはストッパ５６が配置されており、アーム５４の可動範囲外への変位を物理的に制限している。なお、ダンサーロール３７の位置検出は、回転軸５２に取り付けられている回転角センサ５２ａによってアーム５４の回転角を検出することによって行う。
【００４４】
なお、本実施形態では、エアシリンダ１００がアーム５４を駆動して、アーム５４の先端に取り付けられたダンサーロール３７が円弧を描きながら上下動するように構成したが、この態様には限定されない。例えば、エアシリンダ１００がダンサーロール３７を直接鉛直方向又は水平方向に駆動するように構成するなどしてもよい。
【００４５】
図７（ａ）は、図５のフィルム搬送装置において、エアシリンダ１００の制御を行う制御系の構成を示すブロック図であり、図７（ｂ）は、サーボモータ３５の制御を行う制御系の構成を示すブロック図である。図７（ａ）において、制御器６０は、図示しない張力センサ６６からの張力検出結果をフィルム張力の目標値と比較して、その比較結果を基にエアシリンダ１００の制御信号を生成する。すなわち、張力検出結果がフィルム張力の目標値を下回った場合には、ダンサーロール３７が図５及び図６の下方に移動するようにエアシリンダ１００の制御信号を生成してフィルム張力を増加させるように制御を行う。また、張力検出結果がフィルム張力の目標値を上回った場合には、ダンサーロール３７を上方に移動させてフィルム張力を減少させるように制御を行う。電空（Ｅ／Ｐ）変換器６２は、エア源６４から供給される加圧エアの圧力を、制御器６０が生成する制御信号に応じて調整して、エアシリンダ１００に供給する。これによって、エアシリンダ１００は、制御信号に応じた推力を出力して、フィルムにかかる張力が一定になるように動作する。
【００４６】
図７（ｂ）において、制御器６０は、回転軸５２に設けられた回転角センサ５２ａからの回転角検出結果を目標回転角（ダンサーロール３７の目標位置に対応する回転角）と比較して、その比較結果を基にサーボモータ３５の回転速度の制御を行う。例えば、ダンサーロール３７が目標位置よりも図５及び図６の下方に位置する場合には、フィルムの張力が目標よりも小さくなっている状態をダンサーロール３７の位置制御によって目標の張力に近づけようとしている状態（すなわち、ダンサーロール３７を下方に変位させて張力を大きくしている状態）である。この場合には、上流側送りロール３１の回転速度が低下するようにサーボモータ３５を制御することによって、フィルム張力を増加させるようにする。他方、ダンサーロール３７が目標位置よりも図５及び図６の上方に位置する場合には、フィルムの張力が目標よりも大きくなっている状態をダンサーロール３７の位置制御によって目標の張力に近づけようとしている状態である。この場合には、上流側送りロール３１の回転速度が増大するようにサーボモータ３５を制御することによって、フィルム張力を低下させるようにする。
【００４７】
なお、このフィルムの張力の調整は、本実施形態の態様には限定されず、例えば、送りモータ４３の回転速度調整を行って下流側搬送フィルム４５の速度を調整することによってフィルムの張力を調整するように構成してもよい。
【００４８】
以上述べたように、本実施形態によれば、シリンダチューブ５の軸方向両側にエアベアリング２を配置してロッド３を両持ち支持すると共に、ピストン１０の外周面にラビリンスシール１０ａを採用した。この構成によって、ロッド３がエアベアリング２によって摺動抵抗無く支持されることに加え、両持ち支持によってロッド３が傾くことがない。従って、シリンダチューブ５とピストン１０との間、及びロッド３と挿通孔１１ａとの間のクリアランスが適正に維持されるため、ロッド３を軸方向に駆動しても、これらの部位において摩耗等が発生することがない。また、ラビリンスシール１０ａの採用によってシリンダチューブ５とピストン１０との間についても非接触とすることができるので、摺動抵抗が小さく高速応答性、高推力及び低動作圧力を兼ね備えたエアシリンダ１００を提供することができる。また、エアベアリング２用の加圧エアを排気するための排気孔の一部（排気孔７）をシリンダチューブ５と各エアベアリング２との間の軸方向位置に設けることによって、シリンダ室５ａへの加圧エアの漏れを抑制することができる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、エアベアリング２におけるシリンダチューブ５とは反対側の側面から流出する加圧エアを排気する加圧エア排気ポート８と、各エアベアリング２におけるシリンダチューブ５側の側面から流出する加圧エアを排気する排気孔７とを有し、各エアベアリング２から排気孔７までの流路は狭小領域Ｇを有するように構成した。これによって、エアベアリング２用の加圧エアが主としてシリンダチューブ５とは反対側の側面から流出するので、シリンダ室５ａへの加圧エアの漏れを効果的に抑制することができる。
【００５０】
また、本実施形態によれば、狭小領域Ｇとして、ロッド３の外周面と排気孔ブロック６の貫通孔１４との間の軸方向に延びるギャップを利用するようにし、その半径方向のギャップを特に０．０３ミリメートル以下とするように構成した。これによって、シリンダ室５ａへの加圧エアの漏れを、ロッド３の摺動抵抗が増加しない範囲で極力抑えることができる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、排気孔７を大気開放するように構成したので、加圧エアを排気するために真空装置を用いる必要がなく、システムを大幅に簡素化して、コストを抑えることができる。
【００５２】
また、本実施形態によれば、ラビリンスシール１０ａを形成する材料が、ポリフェニレンサルファイド樹脂又はカーボンを含むように構成した。これらの材料の採用によって、自重及び吸水等による変形が少なくなるため、ピストン１０とシリンダチューブ５との隙間が変動しづらく、安定した低摺動特性を得ることができる。また、加工性にも優れるため、ピストン１０とシリンダチューブ５との隙間の寸法精度を高めたり、ラビリンスシール１０ａの溝部の形成に有利である。
【００５３】
また、本実施形態によれば、ラビリンスシール１０ａと、シリンダチューブ５の内周面との隙間を約０．０１〜０．０５ミリメートルとしたので、両者を非接触として摺動抵抗を低減しつつ、制御エアの損失を抑えて所定の推力を得ることができる。
【００５４】
また、本実施形態によれば、ロッド３の材質をアルミ合金としたので、可動部の強度を損なうことなく軽量化して高速応答性、及び低動作圧力を実現することができる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、ロッド３の表面のうち、少なくとも一部にクロムめっき処理又はアルマイト処理を施しているので、各摺動部における耐摩耗性を向上させることができる。
【００５６】
また、本実施形態によれば、ロッド３の表面の少なくとも一部のビッカース硬さＨｖが、４００以上１０００以下であるように構成したので、各摺動部における耐摩耗性を向上させることができる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、ロッド３の表面の少なくとも一部の算術平均粗さＲａが、０．２マイクロメートル以下であるように構成したので、エアベアリング２とロッド３との間の空気層を安定して形成することができる。
【００５８】
また、本実施形態のエアシリンダ１００をフィルム搬送装置に適用することによって、エアシリンダ１００の高速応答性及び高推力に起因して、フィルムの張力変動を効果的に低減することができる。
【００５９】
本発明を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１      加圧エア供給ポート
２      エアベアリング
２ａ    多孔質焼結層
２ｂ    バックメタル
３      ロッド
４      エアベアリングブロック
５      シリンダチューブ
５ａ    シリンダ室
６      排気孔ブロック（固定部材）
７      排気孔
８      加圧エア排気ポート（排気孔）
９      制御エアポート
１０    ピストン
１０ａ  ラビリンスシール
１１    ブシュ
１１ａ  挿通孔
１２    Ｏリング
１３    排気流路
１４    貫通孔
３１    上流側送りロール
３３    上流側搬送フィルム
３５    サーボモータ
３７    ダンサーロール
３９，３９'  ガイドロール
４１    下流側送りロール
４３    送りモータ
４５    下流側搬送フィルム
５２    回転軸
５２ａ  回転角センサ
５４    アーム
５６    ストッパ
６０    制御器
６２    電空（Ｅ／Ｐ）変換器
６４    エア源
６６    張力センサ
１００  エアシリンダ
Ｇ      狭小領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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