(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダチューブ（１２）と、前記シリンダチューブ内をエア圧力制御によって軸方向に移動可能なピストン（１６）と、前記シリンダチューブの内壁に向かい噴き出すエア供給部（３０）とを備え、
前記ピストンの両端面にリング状のフランジ（１８）を設けて前記ピストンの外周面と前記シリンダチューブの内壁とで非密閉空間（２４）を形成し、前記非密閉空間内に遊嵌状態で調心リング（２６）を配置し、前記調心リングの外周面に所定間隔で複数形成のエア噴き出し口（２８）を形成すると共に、エア噴き出し口からシリンダチューブの内壁に向かってエアを噴き出してシリンダチューブに対して調心を行う前記調心リングに調心用エアを供給することを特徴とするフリクションレスエアシリンダ。
【請求項２】
請求項１記載のエアシリンダにおいて、
前記エア噴き出し口は、調心リングの外周面に所定間隔で形成された凹部（２８）に形成されていることを特徴とするフリクションレスエアシリンダ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のエアシリンダにおいて、
前記調心リングは、ピストンの移動方向に沿った貫通口（３６）を有し、前記フランジは、前記貫通口に対面する高さにリング溝（３８）を有することを特徴とするフリクションレスエアシリンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエアシリンダ、特に、ピストン移動時の摺動抵抗の無いフリクションレスエアシリンダの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から産業用設備やロボットの駆動アクチュエータとして、エアシリンダが多用されている。一般的なエアシリンダは、内壁が円筒状のシリンダチューブの中を移動可能なピストンの両側に形成された圧力室に供給する駆動エアの圧力を調整（一般的には、片方の圧力室にエアを供給し、他方の圧力室のエアを排気する）することによりピストンを所望のタイミングで所望の方向に移動させる構成になっている。そして、前記ピストンには、ロッドが接続され、ピストンの移動に応じてシリンダチューブの軸方向に進退動作することにより、ロッドの先に接続された駆動対象であるテーブルやアーム等の機械要素が所望の動作を行うことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エアシリンダの場合、駆動エアの漏れを回避しつつ、安定的な動作を補償するために、シリンダチューブの内壁とピストンの外周とは、非常に高い同心度で、かつ僅かな隙間を介して摺動するように加工される必要がある。その結果、高い加工精度が要求されるため、製造コストが増加してしまうという問題がある。また、シリンダチューブやピストンは、一般的にアルミニウム等の金属で構成されるため、シリンダチューブやピストンが周囲温度の変化により熱膨張や熱収縮を起こし、シリンダチューブとピストンの対向状態（接触状態）が変化し、摺動抵抗の増減を招き、ピストンの動作にばらつきが出てしまうという問題がある。さらに、シリンダチューブとピストンの摺動抵抗が存在するため、駆動エネルギのロスや動作信号に対する応答性が低下するという問題もある。
【０００４】
本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、高い加工精度を必要とせず、また、周囲温度の変化に影響されることなく、さらに、駆動エネルギのロスや動作信号に対する応答性の低下が存在しないフリクションレスエアシリンダを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、シリンダチューブと、前記シリンダチューブ内をエア圧力制御によって軸方向に移動可能で、両端面にリング状のフランジを有するピストンと、前記ピストンの外周面とフランジと前記シリンダチューブの内壁とで形成される非密閉空間に遊嵌状態で配置されピストンと共に移動するリングであって、外周面に所定間隔で複数形成されシリンダチューブの内壁に向かってエアを噴き出すエア噴き出し口を有しシリンダチューブに対して調心を行う調心リングと、前記調心リングに調心用エアを供給するエア供給部と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
前記調心リングは、ピストンの移動方向に対して直交する方向に移動可能な状態でピストンに遊嵌され、調心リングの外周面に複数形成された噴き出し口から調心用エアをシリンダチューブの内壁に向かって噴き出すことによって、ピストンの移動方向に対して直交する方向に移動して、ピストン全体の調心を行う。この時、調心リングの外周面から噴き出すエア圧力は、ピストンを移動させる動作圧力より高く設定されている。
【０００７】
この構成によれば、シリンダチューブと調心リングとは、調心用エアによって、常に非接触状態（フローティング状態）になると共に、調心用エアによって調心リングを含むピストンは常にシリンダチューブに対して調心される。従って、ピストンの動作時のシリンダチューブに対する接触抵抗は存在しなくなり、駆動エネルギロスや応答性の低下等を招くことが無い。また、シリンダチューブやピストン、調心リングは、互いに非接触となるので、高い同心度を要求されることがない、つまり高い加工精度を要求されない。また、常にシリンダチューブやピストン、調心リングは非接触となるので、周囲の温度変化等により熱膨張や熱収縮が発生してもピストンの動作に影響を及ぼすことなく、さらに、常に調心リングはフローティング状態で調心動作を行うので、ピストンの安定した動作を確保できる。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記エア噴き出し口は、調心リングの外周面に所定間隔で形成された凹部に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、シリンダチューブ内壁に対する噴き出しエアの作用エリアを拡大することができるので、安定かつ良好な調心動作を行わせることができる。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記調心リングは、ピストンの移動方向に沿った貫通口を有し、前記フランジは、前記貫通口に対面する高さにリング溝を有することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、調心リングの両端で圧力が同じになり、調心リングにピストン移動（駆動）用のエア圧力がかかっても調心リングがフランジに付勢されることを緩和することが可能になり、調心リングの調心動作を良好に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）を図面に基づき説明する。図１には、本実施形態のフリクションレスエアシリンダ１０の要部断面図が示されている。内壁が円筒形状のシリンダチューブ１２の内部には、図示しない周知のエアベアリング等によって指示されたロッド１４に固着されたピストン１６が、当該シリンダチューブ１２の軸方向（矢印Ａ方向）に移動自在に配置されている。また、前記ピストン１６の両端面には、フランジ１８が配置され、ピストン１６を挟んで、左右に圧力室２０，２２を形成している。そして、図示しないエア供給装置からレギュレータやバルブを介してピストン１６の駆動用エアが圧力室２０または圧力室２２に供給されることにより、圧力室２０と圧力室２２との間に差圧が生じピストン１６がロッド１４と共に所望の方向に移動する。例えば、圧力室２０に駆動用エアが供給される場合、圧力室２２が排気状態になり、ピストン１６が図中左方向に移動する。逆に圧力室２２に駆動用エアが供給される場合、圧力室２０が排気状態になり、ピストン１６が図中右方向に移動する。その結果、ロッド１４が進退動作を行い、ロッド１４に接続されたテーブルやアーム等の機械要素（不図示）が駆動し、フリクションレスエアシリンダ１０を搭載する設備やロボットが駆動する。
【００１３】
本実施形態の特徴的事項は、前記ピストン１６がシリンダチューブ１２の内壁に対して、非接触状態を維持し、かつピストン１６を含む移動体がシリンダチューブ１２に対して、調心動作を行うところである。
【００１４】
図２（ａ），（ｂ）には、ピストン１６及びその周囲の構造を説明する断面図が示されている。なお、図２（ａ）と図２（ｂ）は断面を取る位置をずらして示したものである。
【００１５】
図１及び図２（ａ）に示したように、ピストン１６の両端には、フランジ１８が固定され、ピストン１６の外周面とフランジ１８と前記シリンダチューブ１２の内壁とで非密閉空間２４を形成している。そして、前記非密閉空間２４には、リング状の調心リング２６が遊嵌状態（ガタガタの状態）で配置されている。つまり、調心リング２６は、非密閉空間２４の中で、後述する調心用エアによって、少なくともピストン１６の移動方向（矢印Ａ方向）と直交する方向（矢印Ｂ方向）に自由に移動し、シリンダチューブ１２の内壁面に対して調心動作を行うように配置されている。なお、調心リング２６の矢印Ｂ方向への調心動作（移動）を容易に行わせるために、調心リング２６の両端面とフランジ１８とは所定の隙間が形成されている。
【００１６】
そして、前記調心リング２６の外周面には等間隔で複数（例えば、３個または５個等、好ましくは奇数個）の凹部２６ａが形成され、その凹部２６ａの略中央部には、調心用エアを噴き出すエア噴き出し口２８が形成されている。このエア噴き出し口２８は、調心リング２６の内部方向に延び、ピストン１６の表面に形成された調心用エア供給口３０（エア供給部）から供給される圧縮エアを受け取り、シリンダチューブ１２の内壁に向かい噴き出す。前記調心用エア供給口３０は、ロッド１４の内部に形成されたエア流路３２を介して、図示しないエア供給源に接続され、少なくともピストン１６が矢印Ａ方向に移動している間は、常に所定圧力の調心用エアが供給されるようになっている。なお、ピストン１６の外周面には溝３４が形成され、当該溝３４に少なくとも１つの調心用エア供給口３０が接続され、溝３４全体に調心用エアが供給されるようになっている。
【００１７】
図２（ａ）において、シリンダチューブ１２と調心リング２６との隙間は、調心用エアが噴き出した調心状態において、例えば、５μｍ、調心リング２６とフランジ１８との隙間は、例えば２μｍであり、調心用エアは、シリンダチューブ１２とフランジ１８との間を通って、圧力室２０または圧力室２２側に排出される。
【００１８】
次に、調心リング２６の動作について説明する。フリクションレスエアシリンダの動作可能状態において、エア流路３２には、常時所定圧力（例えば、５Ｋｇ／ｃｍ２）が供給され、調心用エア供給口３０からエアを噴き出し、溝３４に供給している。その結果、常時、エア噴き出し口２８から調心用エアがシリンダチューブ１２の内壁面に向かって噴き出されている。本実施形態では、エア噴き出し口２８の先端部は、細径化され、エア圧力が例えば、３Ｋｇ／ｃｍ２に絞られている。
【００１９】
この時、例えば、シリンダチューブ１２と調心リング２６との隙間が所定量（例えば、５μｍ）より少なくなっている場合、噴き出した調心用エアの漏れ量が減少し、凹部２６ａの圧力が上昇し、調心リング２６を図２（ａ）の下方向に押し下げる。前述したように、エア噴き出し口２８を含む凹部２６ａは調心リング２６の外周面に等間隔で複数個配置されているため、調心リング２６を図２（ａ）の下方向に押し下げられると、対向側でシリンダチューブ１２と調心リング２６との隙間が減少し、上述と同じような押し下げ動作が起こる。この押し下げ動作が調心リング２６の全周で行われることにより、調心リング２６がシリンダチューブ１２に対して調心され、結果的にピストン１６がシリンダチューブ１２に対して調心される。この時、シリンダチューブ１２と調心リング２６とは調心用エアの噴き出し力によって、非接触状態（フローティング状態）の維持が可能になり、シリンダチューブ１２と調心リング２６が直接接触しないフリクションレスエアシリンダを構成可能とする。なお、エア噴き出し口２８から噴き出す調心用エアの圧力は、実際にピストンを矢印Ａ方向に駆動する駆動エア圧力より高く設定することが好ましい。調心用エアの圧力を高く設定することにより、シリンダチューブ１２と調心リング２６との間にエアシールを形成可能になり、駆動エアの圧力ロスを低減することができる。
【００２０】
このように、シリンダチューブ１２との非接触状態を維持できる調心リング２６を配置することで、ピストン１６の動作時のシリンダチューブ１２に対する接触抵抗を排除することができる。その結果、駆動エネルギロスや応答性の低下等を招かない。また、シリンダチューブ１２やピストン１６、調心リング２６は、互いに非接触となるので高い同心度を必要とされず、すなわち高い加工精度を要求されないので、製造コストを低減することができる。また、シリンダチューブ１２や調心リング２６は常時非接触となるので、周囲の温度変化等により構成部材が熱膨張や熱収縮を行っても、ピストン１６の動作には影響することはない。そして、常に、調心動作が行われるので、ピストン１６の安定した動作を確保することができる。
【００２１】
ところで、図２（ａ）において、調心リング２６は、フランジ１８より僅か（例えば、１ｍｍ）にシリンダチューブ方向に突出している。そのため、ピストン１６（フランジ１８）を移動させるための駆動用エアが調心リング２６にも作用する。その結果、調心リング２６をピストン１６の移動方向側に配置されたフランジ１８に付勢して、調心リング２６の調心動作を阻害してしまう場合がある。そこで、本実施形態においては、図２（ｂ）に示すように、調心リング２６は当該調心リング２６の軸方向（ピストン１６の移動方向）に沿って、貫通口３６（前記エア噴き出し口２８と交わらない位置）を有していると共に、フランジ１８の前記貫通口３６に対面する高さ（位置）にリング溝３８を形成している。調心リング２６に貫通口３６を設けることにより調心リング２６の両端面で圧力が同じになり、さらに、リング溝３８を形成することにより調心リング２６の全面にわたって、圧力を均一化することが可能になり、ピストン１６の駆動エアの影響による付勢力を低減することができる。その結果、調心リング２６がフランジ１８に強く付勢されることを回避することが可能になり、調心リング２６の調心動作を阻害することが無くなる。なお、貫通口３６は調心リング２６に対して、数本（２〜４本程度）形成すれば十分であり、リング溝３８も必要に応じて、２〜３本形成すれば十分である。
【００２２】
このように、貫通口３６を設けることにより、調心リング２６のフローティング状態を更に向上し、良好な調心動作を可能にすることができる。
【００２３】
このように、構成されるフリクションレスエアシリンダは、摺動抵抗が無いため駆動信号に対して高いレスポンスと高い駆動精度を実現することが可能であり、例えば、高い駆動精度を必要とする半導体製造用のＸ−Ｙテーブルや駆動アームの駆動用に適している。
【００２４】
なお、本実施形態においては、ロッド１４とピストン１６とは一体化され、ピストン１６に対して、フランジ１８は別部材として示されているが、ロッド１４とピストン１６とを別部材としてもよいし、ピストン１６とフランジ１８とを一体化した部材として構成してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シリンダチューブと調心リングとは、調心用エアによって、常に非接触状態になると共に、調心用エアによって調心リングを含むピストンは常にシリンダチューブに対して調心される。従って、ピストンの動作時のシリンダチューブに対する接触抵抗は存在しなくなり、駆動エネルギロスや応答性の低下等を招かない。また、シリンダチューブやピストン、調心リングは、互いに非接触となるので高い同心度を必要とされず、すなわち高い加工精度を要求されないので、製造コストを低減することができる。また、シリンダチューブや調心リングは常時非接触となるので、周囲の温度変化等により構成部材が熱膨張や熱収縮を行っても、ピストンの動作を阻害することはない。さらに、調心リングに貫通口を形成し、調心リングの両端の圧力を同じにすることにより、ピストンの駆動エアによる影響を低減し、良好な調心動作を実現し、ピストンの安定した動作を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係るフリクションレスエアシリンダの要部断面図である。
【図２】  本発明の実施の形態に係るフリクションレスエアシリンダのピストンとその周囲の構造を説明する断面図である。
【符号の説明】
１０  フリクションレスエアシリンダ、１２  シリンダチューブ、１４  ロッド、１６  ピストン、１８  フランジ、２０，２２  圧力室、２６  調心リング、２６ａ  凹部、２８  エア噴き出し口、３６  貫通口、３８  リング溝。
【図１】
0004234874.tif 000002
【図２】
0004234874.tif 000003