(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のダイヤフラムを介して第１のシリンダ部材と、第１のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、
前記第１のピストン部材の内部に、第２のダイヤフラムを介して第２のシリンダ部材と第２のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、
前記第２のピストン部材に出力軸が固着されているとともに、前記第１および第２のピストン部材の各々の作動に伴う出力軸の出力が互いに異なるように作用しており、
前記第１のシリンダ部材の後部にボンネット部材が前記第１のダイヤフラムの周縁を固定するように固着されており、
当該ボンネット部材には、前記第１および第２のピストン部材がそれぞれ作動できるように、圧縮空気が出入できる第１および第２のシリンダ内腔部に連通する第１および第２の連通ポートがそれぞれ形成されており、
前記第１のピストン部材の出力作動に伴う前記出力軸の出力値は、第２のピストン部材の出力作動に伴う前記出力軸の出力値よりも大きく構成されており、
前記第２のピストン部材には、リターン用バネが係設されており、前記第１および第２の連通ポートにそれぞれ連結配置されている電磁弁が排気側に切り替わることにより、前記第１および第２のピストン部材がそれぞれリターン作動し、
前記第１のピストン部材の後部には、作動空気供給部材が固着して設けられており、当該作動空気供給部材は、前記ボンネット部材に形成された収納凹部に摺動可能に収納されており、当該作動空気供給部材は、前記第２のピストン部材を作動させることができるように、内部連通孔を備え、当該内部連通孔は、収納隙間および通気孔を介して第２の連通ポートと連通しており、
前記第２の連通ポートを介して、前記作動空気供給部材内の内部連通孔に圧縮空気が供給されると、前記作動空気供給部材と当接している前記第２のピストン部材の第２のリテーナ当接面が離れて、圧縮空気が第２のシリンダ内に供給されるようになっていることを特徴とするシリンダ装置。
【請求項２】
第１および第２のピストン部材は、それぞれ単独制御される請求項１に記載のシリンダ装置。
【請求項３】
前記第１および第２の連通ポートに供給される圧縮空気の圧力は同一である請求項１または請求項２に記載のシリンダ装置。
【請求項４】
前記第１および第２のピストン部材がそれぞれ出力作動できるように、エアー抜き孔が形成されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のシリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つのピストンが内包の２重構造になったシリンダ装置に関し、簡単なエアー回路で作動圧力の異なる２種の押圧動作が可能であることはもとより、省スペース化が図れるシリンダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気圧（機器）を利用した省力化、設備の自動化があらゆる分野で近年活発化してきており、それにともなって、装置の駆動機構の一手段である空気圧シリンダ装置に要求される特性も多種多様に亘っている。
【０００３】
精密分野で適用される空気圧シリンダ装置としては、空気の漏れをなくしかつ摩擦抵抗を減らして精密な動作が保証できるように、シリンダ壁とピストン壁との間にダイヤフラム（布入りのゴム作動膜）を介在させたものが一般によく知られている。また、ダイヤフラムを用いることにより摺動部が無くなるので、摺動抵抗が少なく応答性に優れるために、例えば、液晶製造や半導体製造における各プロセス中の駆動源として当該シリンダ装置は極めて有用である。
【０００４】
例えば、半導体製造工程におけるウエハ研磨は、ウエハを真空吸引した状態で保持し、この保持状態で研磨処理が行なわれる。ウエハを研磨処理した後、研磨されたウエハは吸引保持装置から外す必要がある。この場合、真空状態はそのまま残っているためにウエハを外すには、最初、吸引保持に打ち勝つ大きな力を発生させる必要がある。一旦大きな力を発生させ、吸引部からウエハをわずかに離してしまえば、その後の処理は簡単で、少さな外力を与えるだけでウエハは簡単に動く。つまり、最初に大きな押圧出力が必要で、一旦、ウエハが浮いた状態になれば（真空吸引部の解除）、その後の処理は小さな押圧で十分である。
【０００５】
また、このような動作とは逆に、例えば、接着作業において、最初に小さな押圧力が必要で、その後に大きな押圧力が必要となる場合もある。
【０００６】
このような大小の押圧力を適宜順次、発生させるシリンダ装置を提供しようとする試みは従来よりなされていた。例えば、２つのシリンダをタンデムに配置して出力の強弱を実現させたりするタンデムタイプのシリンダ装置がその好適な一例として挙げられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の構造では、取り付け長さが長くなってしまうという問題がある。また、複数のレギュレータを適宜、配置する等の必要があり、複雑なエアー回路となってしまうという不都合もある。また、出力を変える他の手段として、電空変換器を用いる場合もあるが、この場合には装置自体が高価となり、また、押圧の異なる２段階ストロークのための制御も複雑となってしまう。
【０００８】
このような実状のもとに本発明は創案されたものであって、その目的は、コンパクトな構造で省スペース化が図れるシリンダ装置を提供することにある。さらには、簡単なエアー回路で出力を変えることができるシリンダ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、第１のダイヤフラムを介して第１のシリンダ部材と、第１のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、前記第１のピストン部材の内部に、第２のダイヤフラムを介して第２のシリンダ部材と第２のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、前記第２のピストン部材に出力軸が固着されているとともに、前記第１および第２のピストン部材の各々の作動に伴う出力軸の出力が互いに異なるように作用しており、前記第１のシリンダ部材の後部にボンネット部材が前記第１のダイヤフラムの周縁を固定するように固着されており、当該ボンネット部材には、前記第１および第２のピストン部材がそれぞれ作動できるように、圧縮空気が出入できる第１および第２のシリンダ内腔部に連通する第１および第２の連通ポートがそれぞれ形成されており、前記第１のピストン部材の出力作動に伴う前記出力軸の出力値は、第２のピストン部材の出力作動に伴う前記出力軸の出力値よりも大きく構成されており、前記第２のピストン部材には、リターン用バネが係設されており、前記第１および第２の連通ポートにそれぞれ連結配置されている電磁弁が排気側に切り替わることにより、前記第１および第２のピストン部材がそれぞれリターン作動し、前記第１のピストン部材の後部には、作動空気供給部材が固着して設けられており、当該作動空気供給部材は、前記ボンネット部材に形成された収納凹部に摺動可能に収納されており、当該作動空気供給部材は、前記第２のピストン部材を作動させることができるように、内部連通孔を備え、当該内部連通孔は、収納隙間および通気孔を介して第２の連通ポートと連通しており、前記第２の連通ポートを介して、前記作動空気供給部材内の内部連通孔に圧縮空気が供給されると、前記作動空気供給部材と当接している前記第２のピストン部材の第２のリテーナ当接面が離れて、圧縮空気が第２のシリンダ内に供給されるようになっているように構成される。
【００１５】
また、本発明においては、前記第１および第２のピストン部材は、それぞれ単独制御されるように構成される。
【００１６】
また、本発明においては、前記第１および第２の連通ポートに供給される圧縮空気の圧力は実質的に同一であるように構成される。
【００１７】
また、本発明においては、前記第１および第２のピストン部材がそれぞれ出力作動できるように、エアー抜き孔が形成されて構成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
本発明のシリンダ装置１の正面縦断面図が図１に示される。図２には図１の平面図が、図３には図１の側面図が、それぞれ示される。
【００２０】
図１に示されるように、本発明のシリンダ装置１は、１つのピストンが他の１のピストンを内包している内包２重構造になっており、極めてコンパクトな構成で、しかも異なる２種の圧力による任意の押圧動作が可能となっているところに特徴がある。
【００２１】
すなわち、本発明のシリンダ装置１は、第１のダイヤフラム６０を介して第１のシリンダ部材２０と、第１のピストン部材３０が相対移動をなすように形成されている。そして、さらに第１のピストン部材３０の内部に、第２のダイヤフラム７０を介して第２のシリンダ部材４０と第２のピストン部材５０が相対移動をなすように形成されている。
【００２２】
本発明において、外部のワークに対して押圧の作用を行う出力軸５１は、図示のごとく第２のピストン部材５０の軸方向前部に延設されるように固着されている。
【００２３】
また、本発明においては、通常、第１および第２の連通ポート１１，１５に供給される圧縮空気の圧力は実質的に同じであるので、前記第１および第２のピストン部材３０，５０の各々の作動に伴う（前記第１および第２のダイヤフラム６０，７０の各々の作動に伴う）出力軸５１の出力が互いに異なるように作用する。すなわち、第１のダイヤフラム６０の作動の際の（これに合わせて第１のピストン部材３０が作動する）出力軸５１の出力値は、これと前後して作用する第２のダイヤフラム７０の作動の際の（これに合わせて第２のピストン部材５０が作動する）出力軸５１の出力値よりも大きい。
【００２４】
本発明において、前記第１のシリンダ部材２０の後部には、ボンネット部材４が第１のダイヤフラム６０の周縁フランジ部６１を固定するように固着されている。第１のダイヤフラム６０の中央部６３は、リング状の第１のリテーナ３５によって、第１のピストン部材の後部に固着されている。符号３６は、固着用のネジを示している。
【００２５】
ボンネット部材４には、前述したように前記第１のピストン部材３０および第２のピストン部材５０がそれぞれ出力作動できるように、第１の連通ポート１１および第２の連通ポート１５が形成されている。第１の連通ポート１１は図示のごとく、ボンネット部材４に穿設された通気孔１２を介して、第１のシリンダ内腔部２７と連通している。そして、第１の連通ポート１１から圧縮空気が導入されると、第１のダイヤフラム６０がローリング運動をするとともに、第１のピストン部材３０がストロークST1の距離ほど前進して出力軸５１に出力される。
【００２６】
第１のダイヤフラム６０のローリング運動に関しては、第１のピストン部材３０と第１のシリンダ部材２０との間に形成される第１のダイヤフラム６０の折り返し部６２の箇所で生じるいわゆるローリング移動でシリンダ２０内のピストン部材３０の往復動が可能になっている。
【００２７】
また、本発明において、前記第１のピストン部材３０の後部には、図示のごとく作動空気供給部材３１が第１のピストン部材３０に固着して設けられている。この作動空気供給部材３１は、ボンネット部材４の中に形成された収納凹部５に摺動可能に収納されており、この作動空気供給部材３１の内部には、第２のピストン部材５０を作動させることができるように、内部連通孔１８が形成されている。そして、この内部連通孔１８は、収納隙間１７および通気孔１６を介して第２のポート１５と実質的に連通している。なお、収納凹部５に摺動可能に収納される作動空気供給部材３１の側面にはエアーリーク防止のためのＯリング３２が嵌着されている。
【００２８】
このような作動空気供給部材３１の構造のもとに、前記第２のポート１５を介して、作動空気供給部材３１内の内部連通孔１８に圧縮空気が供給されると、作動空気供給部材３１と当接している第２のピストン部材５０の第２のリテーナ５５との当接面が離れて、作動空気が第２のシリンダ内（厳密には、第２のシリンダ内腔部４７内）に供給されるようになっている。これにより、第２のダイヤフラム７０がローリング運動をするとともに、第２のピストン部材５０がストロークST2の距離ほど前進して出力軸５１に出力される。
【００２９】
ところで、第２のダイヤフラム７０は、その周縁フランジ部７１が前部第１のピストン部材３０の内部と、第２のシリンダ部材４０により挟持・固定され、その略中央部は、第２のリテーナ５５により固定されている。第２のダイヤフラム７０の動作は、上述したとおりである。
【００３０】
また、本発明における前記第２のピストン部材５０には、図示のごとくリターン用バネ８０が第２のピストン部材５０をリターン方向に付勢するように係設されている。そして、前記第１および第２の連通ポート１１，１５にそれぞれ連接されている電磁弁（図示していない）が排気側に切り替わることにより、前記第１および第２のピストン部材３０，５０がそれぞれリターン作動（出力側とは反対方向の移動）するようになっている。
【００３１】
本発明においては、前記第１および第２のピストン部材３０，５０がそれぞれ確実に出力作動できるように、第１のシリンダ２０の肉厚部には、穿設されたエアー抜き孔２５が形成されている。
【００３２】
なお、図１において、第１のシリンダ２０と第１のピストンの摺動部には、ドライベヤリングであるブッシュ部材２１が介在されており、出力軸５１の摺動部にもドライベヤリングであるブッシュ部材２２が介在されている。
【００３３】
本発明においては、第１および第２のピストン部材は、それぞれ単独制御される。すなわち、その具体的かつ好適な制御の態様は以下の通りである。
【００３４】
（１）最初に第１の連通ポート１１から圧縮空気が導入され、第１のピストン部材３０がストロークST1の距離ほど前進して出力軸５１に大きな出力が発生させられる（第１のピストン３０の受圧面積が大きい分、出力は大きくなる）。このままの状態を保持したまま、次いで、第２の連通ポート１５から圧縮空気が導入され、第２のピストン部材５０がストロークST2の距離ほど前進して出力軸５１に小さな出力が発生させられる（第２のピストン５０の受圧面積が小さい分、出力は小さくなる）。このようにして、押圧操作の対象であるワークに対して所定の押圧操作をした後、前記第１および第２の連通ポート１１，１５にそれぞれ連接されている電磁弁（図示していない）を排気側に切り替えることにより、前記第１および第２のピストン部材３０，５０をそれぞれリターン作動（出力側とは反対方向の移動）させる。なお、この場合、第１および第２のピストン部材３０，５０のリーン作動は、第１および第２の連通ポート１１，１５にそれぞれ連接されている電磁弁（図示していない）の排気側への切り替えのタイミングを調整することにより、リターン作動の順番等の設定は任意のものとなる。
【００３５】
（２）最初に第２の連通ポート１５から圧縮空気が導入され、第２のピストン部材５０がストロークST2の距離ほど前進して出力軸５１に小さな出力が発生させられる（第２のピストン５０の受圧面積が小さい分、出力は小さくなる）。
このままの状態を保持したまま、次いで、第１の連通ポート１１から圧縮空気が導入され、第１のピストン部材３０がストロークST1の距離ほど前進して出力軸５１に大きな出力が発生させられる（第１のピストン３０の受圧面積が大きい分、出力は大きくなる）。このようにして、押圧操作の対象であるワークに対して所定の押圧操作をした後、前記第１および第２の連通ポート１１，１５にそれぞれ連接されている電磁弁（図示していない）を排気側に切り替えることにより、前記第１および第２のピストン部材３０，５０をそれぞれリターン作動（出力側とは反対方向の移動）させる。この場合も上記の場合と同様に、第１および第２のピストン部材３０，５０のリーン作動は、電磁弁（図示していない）の排気側への切り替えのタイミングを調整することにより、その設定は任意のものとなる。
【発明の効果】
以上、詳述してきたように、本発明は、第１のダイヤフラムを介して第１のシリンダ部材と、第１のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、前記第１のピストン部材の内部に、第２のダイヤフラムを介して第２のシリンダ部材と第２のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、前記第２のピストン部材に出力軸が固着されているとともに、前記第１および第２のピストン部材の各々の作動に伴う出力軸の出力が互いに異なるように作用してなるように構成されているので、コンパクトな構造で省スペース化が図れる。さらには、簡単なエアー回路で出力を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリンダ装置１の正面縦断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の側面図である。
【符号の説明】
１…シリンダ装置
２０…第１のシリンダ部材
３０…第１のピストン部材
４０…第２のシリンダ部材
５０…第２のピストン部材
５１…出力軸
６０…第１のダイヤフラム
７０…第２のダイヤフラム
【図１】
0004249884.tif 000002
【図２】
0004249884.tif 000003
【図３】
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