(57)【要約】【課題】微小な圧力範囲においても作動し、応答性に優れたダンパー機能を有する定圧シリンダ等として広範囲に使用できるエアシリンダを提供する。【解決手段】ピストン２０を作動させるためキャップ側から供給された圧縮空気を、ピストン２０を介してヘッド側へ漏らすための間隙３０をピストン外周面２０ａとシリンダ本体１の内面の間に形成する。ピストンロッド４の軸受部５には、シリンダ内の空気を外部に排出可能な空間７０を設ける。ピストン作動時に供給された圧縮空気の一部は、間隙を通過してヘッド側へ漏れる。このエアシリンダでは、低圧力での駆動が可能で、かつ、シリンダ出力に対抗する力（反力）が変化してもシリンダ出力は常に一定に保持される。【選択図】図３
2009121634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、ピストンに連結されたピストンロッドと、ヘッド側に設けたピストンロッドの軸受部とを含むエアシリンダにおいて、
前記ピストンを作動させるためキャップ側から供給された前記圧縮空気を、ピストンを介してキャップ側からヘッド側へ漏らすための間隙を、ピストン外周面とシリンダ内面の間に形成し、また前記軸受部には、シリンダ内の空気を外部に排出可能な空間を設け、
前記圧縮空気が供給されているときは、この圧縮空気の一部が前記間隙を通過してシリンダ内のヘッド側へ漏れることを特徴とするエアシリンダ。
【請求項２】
シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、ピストンに連結されたピストンロッドと、ヘッド側に設けたピストンロッドの軸受部とを含むエアシリンダにおいて、
前記ピストンを作動させるためキャップ側から供給された前記圧縮空気を、キャップ側からヘッド側へ漏らすための溝をピストン外周面に形成し、また前記軸受部には、シリンダ内の空気を外部に排出可能な空間を設け、
前記圧縮空気が供給されているときは、この圧縮空気の一部が前記溝を通過してシリンダ内のヘッド側へ漏れることを特徴とするエアシリンダ。
【請求項３】
前記ピストンの外周面に設けられる前記溝は、単条又は複条の螺旋溝であることを特徴とする請求項２に記載のエアシリンダ。
【請求項４】
前記空間は、前記軸受部におけるピストンロッドの貫通孔の内周面とピストンロッドの外周面との間に設けた間隙であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエアシリンダ。
【請求項５】
前記空間は、前記軸受部におけるピストンロッドの貫通孔の内周面又はピストンロッドの外周面に形成した溝であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエアシリンダ。
【請求項６】
前記空間は、前記軸受部におけるピストンロッドの貫通孔の内周面又はピストンロッドの外周面に形成され、空気が流通する単条又は複条の螺旋溝であることを特徴とする請求項１、２、３、５のいずれか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、微低圧でも滑らかにピストン移動を行うことができ、かつピストンのストローク範囲内では常に一定のシリンダ出力を発生させることが可能なエアシリンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
気密性を備えたピストンを用いるエアシリンダを低出力で作動させるには、ピストン径をできるだけ小径にしてピストンの摺動抵抗を小さくする必要がある。この場合は、シリンダやピストンロッドも小径となるため、耐久性において限界が生じ、ロングストロークでの使用、または高速、高頻度駆動等には不向きになる。また、それでも、ピストンとシリンダとの摺動抵抗のためピストンの駆動には０．１ＭＰａ程度の圧力が必要となる。
【０００３】
このような問題を解決するためピストン径等を小さくせずに、図９に示すように、例えば、ピストンロッド１０６の軸受１０７にリニアベアリングやガイドメタル等を設けてその摺動抵抗を減少させ、又はオイルミスト給油等をすることで、低圧での作動を実現することが考えられる。
【０００４】
しかし、供給するエアの圧力が、通常圧力よりも低い範囲での使用では、正確にピストンを作動させるため、切換弁１０１や、精密減圧弁１０２、電磁弁１０３、圧力センサ１０４等を用いてリリーフポート１０８から所定量の空気を正確に供給することを要し、出力管理用精密機器１０５を組み合わせたコントロール制御が必要となる。したがって、装置が大型化して制御が複雑になる欠点があり、かつ、高速応答性の実現が困難になる。
【０００５】
一方、構造を簡素化してシリンダ内の摺動抵抗を少なくしたエアシリンダとしては、例えば特許文献１に示されるものがある。これは、一端側にエアー供給口を設けた内筒と、この内筒との間に微小の通気隙間を設けた外筒との摺動可能な組着により、シリンダ内に隔壁で仕切った軸方向の二つのチャンバーを同心状に形成するとともに、上記二つのチャンバーの相互間を連通させた構造である。
【０００６】
このようなエアシリンダは、内筒のエアー供給口から隔壁によって二分された両チャンバー内にエアーを供給すると、このエアーは微小な通気隙間により加圧通過の状態になるため、この加圧通過エアーが両チャンバーの内部に均衡状に充満し、良好なエアーシリンダの機能を、摩擦抵抗がなく円滑容易に発揮できるものである。
【０００７】
この場合、内筒と外筒は、内外筒の双方は直接的に接触することはないので、この双方の接触による機械的な摩擦がなくなり、負荷に対するテンションの微調整が可能である。
【特許文献１】実公平７−５４６４４号公報
【特許文献２】特開平４−２１０１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のエアシリンダは、外筒内周面と内筒外周面との間に広範囲に亘る微小間隙を形成する構造のため、内筒が大型である。したがって、シリンダを垂直に設置した場合等は、外筒と内筒の摩擦抵抗がないことによるメリットを生じるが、シリンダを水平に設置し、作動ストロークを長くしたときは、内筒全体が外筒に対し非接触な状態とするのは困難であり、接触した部位の摺動抵抗も大きくなる。よって、上記のエアシリンダ装置は、適用可能な範囲が限られるといった問題があった。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてされたものであり、その目的とするところは、微小なエアー圧力から、通常のエアシリンダに用いられる圧力の範囲において作動し、応答性や追従性に優れたダンパー機能を有する定圧シリンダ等として広範囲に使用できる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】
【００１０】
上記課題を達成するために、本発明は次のような構成とした。
すなわち、シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、ピストンに連結されたピストンロッドと、ヘッド側に設けたピストンロッドの軸受部とを含むエアシリンダにおいて、
前記ピストンを作動させるためキャップ側から供給された前記圧縮空気を、ピストンを介してキャップ側からヘッド側へ漏らすための間隙を、ピストン外周面とシリンダ内面の間に形成し、また前記軸受部には、シリンダ内の空気を外部に排出可能な空間を設け、
前記圧縮空気が供給されているときは、この圧縮空気の一部が前記間隙を通過してシリンダ内のヘッド側へ漏れることを特徴とする。
【００１１】
ここでキャップ側とは、シリンダのピストンロッドが出ていない側を指し、また、ヘッド側とは、ピストンロッドが出ている側を示す（ＪＩＳ  Ｂ０１４２）。
また、「圧縮空気を、キャップ側からヘッド側へ漏らす」とは、ピストンとシリンダとの間の気密性を保持せず、両者間において空気を意図的に漏らす意味である。
【００１２】
本発明は、シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、ピストンに連結されたピストンロッドと、ヘッド側に設けたピストンロッドの軸受部とを含むエアシリンダにおいて、
前記ピストンを作動させるためキャップ側から供給された前記圧縮空気を、キャップ側からヘッド側へ漏らすための溝をピストン外周面に形成し、また前記軸受部には、シリンダ内の空気を外部に排出可能な空間を設け、
前記圧縮空気が供給されているときは、この圧縮空気の一部が前記溝を通過してシリンダ内のヘッド側へ漏れるようにすることができる。
【００１３】
前記溝の形状は、ピストンの一端から他端まで連続するものであれば、直線、曲線又はその組合せ等、どのような形状であってもよい。また、断面形状も特に限定されない。例えば、前記ピストンの外周面に設けられる前記溝は、単条又は複条の螺旋溝とすることができる。螺旋溝とすることでピストン外周面全体に亘り空気層が形成され易くなり、その結果、ピストンに求心性（シリンダの中心軸にピストンの中心軸を一致させる働き）を付与してシリンダとの接触を回避できるようにすれば、摺動抵抗を著しく低減することができる。
【００１４】
前記空間は、前記軸受部におけるピストンロッドの貫通孔の内周面とピストンロッドの外周面との間に設けた間隙とすることができる。
または、前記空間は、前記軸受部におけるピストンロッドの貫通孔の内周面又はピストンロッドの外周面に形成した溝とすることができる。
さらに、前記空間は、前記軸受部におけるピストンロッドの貫通孔の内周面又はピストンロッドの外周面に形成され、空気が流通する単条又は複条の螺旋溝とすることも可能である。
【００１５】
本発明のエアシリンダでは、供給された圧縮空気は、ピストンの作動中においても、前記圧縮空気の一部がシリンダ内の空気供給側から、ピストンとシリンダの間の前記間隙又はピストンに設けた前記溝を経由して、キャップ側からヘッド側へ漏れる。
このような圧縮空気の漏れによって、シリンダ出力（Ｆ）は、
Ｆ＝Ａ（Ｐ−Ｐ１）
[但し、Ａはピストンの断面積、Ｐ１は「漏れ」により失われる圧力]
で示されることになる。
【００１６】
シリンダ出力（Ｆ）に、これに対抗する反力（Ｆ１）が作用した場合、この反力（Ｆ１）がシリンダ出力（Ｆ）より小さいとき、
Ｆ１＝Ａ（Ｐ+Ｐ２−Ｐ１）＜Ｆ
[但し、Ｐ２はシリンダ内の空気圧縮により生じるピストン加圧力]
ピストンは前進し、
逆に、反力（Ｆ１）がシリンダ出力（Ｆ）よりも大きいとき、
Ｆ１＝Ａ（Ｐ+Ｐ２−Ｐ１）＞Ｆ
ピストンは押し戻される。
【００１７】
このように、シリンダ出力（Ｆ）よりも大きい反力（Ｆ１）が作用した場合、反力（Ｆ１）が比較的小さいときはピストン後退量が少なく、シリンダ内の空気圧縮により生じるピストン加圧力（Ｐ２）は小さい。また、供給される前記圧縮空気の漏れ量Ｌは少ない。
一方、反力（Ｆ１）が大きくなるにつれピストン加圧力（Ｐ２）、圧縮空気の漏れ量Ｌが共に増加する。
【００１８】
このとき、この漏れ量Ｌの増加により、漏れにより失われる圧力（Ｐ１）の値が大きくなり、ピストン加圧力（Ｐ２）の増加分は打ち消されるので、圧縮空気の圧力（ピストンに作用する圧力）（Ｐ）と漏れにより失われる圧力（Ｐ１）の差が一定に保持される。
【００１９】
なお、キャップ側に供給する圧縮空気の圧力（Ｐ）が高くなり、ピストンに作用する力が強くなるとシリンダ出力（Ｆ）は大きくなるが、この場合でもシリンダ出力（Ｆ）は反力（Ｆ１）の変動にかかわらず一定になる。
【００２０】
よって、本発明のエアシリンダでは、ストローク内の何れの位置においても、シリンダ出力（Ｆ）が常に一定に保持される。
また、上記「漏れ」を生じさせる間隙又は溝は、供給された圧縮空気の漏れ量が、ピストンに推力を生じさせることができる範囲（Ｐ１＜Ｐ）であればよい。但し、漏れ量を多くすると圧縮空気の供給量を増大させなければならないので、効率が悪くなる。一方、漏れ量が少なすぎる場合はピストンの応答性が悪くなる。したがって、間隙又は溝は、この応答性を損なわない範囲で適切な漏れ量が生じる大きさに設定される。
【００２１】
上記のように本発明のエアシリンダでは、シリンダ出力（Ｆ）が一定になるように制御するための複雑な機構（エア供給圧力と排気流量を制御する高精度のシーケンス制御機器等）を設けなくても、シリンダ出力を常に一定に保持することができる。
【００２２】
また、ピストン外周面とシリンダ内面との間の形成した前記間隙又は溝を圧縮空気が流れる際、ピストン外周面とシリンダ内面との間に空気膜が存在するので、ピストンの摺動抵抗が極めて小さくなる。
【００２３】
以上のように、本発明のエアシリンダでは、前記溝を通過して前記圧縮空気がヘッド側へ漏れているときは  ピストンの外周面の一部又は全部がシリンダ内面に接触しないことになる。このように、ピストンの摺動抵抗が低いか、あるいは零であるので、例えば０．００５ＭＰａ程度での低圧力からの駆動が可能である。したがって、低出力での高速、高頻度駆動が要求される用途に適用可能なエアシリンダが提供される。また、微圧変動に対する応答性が良好なものとなり、応答時間（Δｔ）がきわめて短く、高速応答性に優れた
定圧シリンダが得られる。
【００２４】
前記ピストンの外周面に設けられる前記溝は、単条又は複条の螺旋溝とすることができる。この場合は、上述した圧縮空気の漏れが生じるときは、螺旋溝に沿って圧縮空気が高速で通過するので、ピストンに求心性を付与することができる。したがって、ピストンの中心軸の位置をシリンダ軸心と一致させて、ピストン外周面とシリンダ内面との間隙を保持し、ピストンとシリンダが無接触の状態とすることが容易になる。この場合、全くの無接触状態でなくても、ピストンがシリンダに接触する面積を減少させ、又は接触による抵抗値を低下させることで、ピストンの摺動抵抗を確実に減少させることができる。
本発明では、前記溝を通過して前記圧縮空気がシリンダ内のヘッド側へ漏れているときはピストンの外周面の一部又は全部がシリンダ内面に接触しない。
【００２５】
また、前記溝を通過して前記圧縮空気がシリンダ内の前記軸受部側へ漏れ、さらに前記空間から外部に排出されているときは、ピストンロッドの一部又は全部が軸受部内面に接触しないことになる。
【００２６】
前記空間は、軸受部におけるピストンロッドの貫通孔の内周面に形成され、空気が流通する単条又は複条の螺旋溝とすることができる。
ピストンロッドを支持する軸受部において、ピストンロッドの周囲に螺旋溝に沿った空気の流れを生じさせることにより、ピストンロッドに求心性を付与して、ピストンロッド外周面と軸受部の内面との間隙を保持することが容易になる。
【００２７】
このようにすれば、ピストンとピストンロッドの摺動抵抗を減少させることができ、かつ、ピストンとピストンロッドの双方が空気膜ないしは空気層を介して支持される構造（二点支持）となるので、ピストンのストロークを長く設定した場合でも、上述したような低圧力からの駆動性を発揮し、簡易な構造で高精度の定圧シリンダとして使用できる利点は失われない。
【００２８】
前記軸受部ではシリンダ内の空気がピストンロッドの周囲から排出されるようにすれば、ピストンロッドに対して埃や塵が付着することが抑制され、シリンダ内の防塵性が保持される。さらに、この排出空気を利用してエアシリンダを設置する場所の周囲の埃、塵等を吹き飛ばして排除する構成を容易に採用することができる。
【００２９】
また、クリーンルーム等、粉塵の発生を防止すべき環境において使用するときは、ピストンロッドの周囲から排出される空気を、排出パイプを経由してクリーンルーム等の外部に排出することが可能である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、低圧力から一般圧力領域まで対応可能で、ストローク中の自在位置にて外部からの力に対し、一定の推力（シリンダ出力）を正確に保持することができるエアシリンダが得られる。また、ピストンの摺動抵抗を減少させることで、レスポンス（応答性）に優れたダンパー動作を実現できる。さらに、シリンダ出力を一定に保持するための複雑な制御装置が不要である。したがって、様々な用途に対して広範囲に適用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明のエアシリンダの分解斜視図であり、図２は、本発明のエアシリンダの断面図であって、駆動のための制御装置を含むものである。
図１に示されているエアシリンダは、シリンダ本体１とピストン２及び軸受部５を備えている。シリンダ本体１は円筒形であり、そのキャップ側には圧縮空気の供給口８が設けられ、他方のヘッド側は開放され、ヘッド側に延びるピストンロッド４を備えたピストン２が移動自在にシリンダ本体１内に挿入される。ピストン２は、その外周面２ａにその一端から他端まで連続する螺旋状の溝３が形成されている。また、このピストン２は、周知の種々のピストン材料を用いて製造可能であるが、その外周面にフッ素系樹脂等を用いて摺動抵抗を少なくしたものであってもよい。
【００３２】
一方、シリンダ本体１のヘッド側にはピストンロッドの軸受部５が装着され、この軸受部５は円盤状であってヘッド側を密閉する。この軸受部５には  パイプ状の支持部５ａが軸方向に所定範囲で連続するように設けられ、この支持部５ａにはピストンロッド４が挿通する貫通孔６が形成されている。ピストン２に接続されたピストンロッド４の他端は、軸受部５の中心に設けられた貫通孔６に挿通している。
【００３３】
このエアシリンダは単動シリンダであって、前記供給口８からの供給される圧縮空気の圧力によってピストン２が駆動される。前記供給口８の位置は、図１ではシリンダ本体１の軸方向中心に設けられている。なお、供給口８の位置はキャップ側において適宜変更することができ、例えば、図２に示す例のように円周面側に供給口８を設けてもよい。
【００３４】
前記ピストン２とピストンロッド４とは、作動時に摺動抵抗が低減するようにそれぞれ次のように支持されている。
すなわち、ピストン２は、その外周面２ａに、螺旋状の溝３が連続するように形成されている。また、軸受部５の中心には貫通孔６が設けられ、この貫通孔６の内周面には連続する螺旋状の溝７が形成されている。
【００３５】
前記螺旋状の溝３は、ピストン２の駆動させるために供給口８から供給される圧縮空気の一部が、ヘッド側に漏れる場合の通路となる。また、螺旋状の溝７は、ヘッド側に漏れた空気がシリンダ本体１の外部に排出される場合の通路となる。螺旋状の溝３及び溝７を流れる空気により、ピストン２とシリンダ本体１の内周面、及びピストンロッド４と貫通孔６の内周面との間に、空気膜ないしは空気層が形成されるので、ピストン２の摺動抵抗を軽減し又はこれを無くすことができる。
【００３６】
一方、図２に示すようにシリンダ本体１のキャップ側にはリリーフポート９が形成され、このリリーフポート９の一部には、径小の圧縮空気の供給口８が設けられている。この供給口８には、コンプレッサ１０から供給される圧縮空気を送る送気管１１が接続され、コンプレッサ１０から供給口８に至る送気管１１上には、レギュレータ１２、電磁弁１３が設けられている。
【００３７】
次に、図５に基づいて本発明のエアシリンダの作動について説明する。
上述した構造のエアシリンダでは、ピストンが初期位置にあるとき（図５ａ）、所定の圧力の圧縮空気がコンプレッサ１０から、レギュレータ１２、電磁弁１３を介してシリンダ１内に供給される。そして、ピストン２が移動して所定のシリンダ出力が発生してピストン２がヘッド側に移動する（図５ｂ）。その際、圧縮空気が供給されている間、前記螺旋状の溝３を介して、ピストン２の駆動中も常に圧縮空気の一部がヘッド側に漏れる。そして、ヘッド側に漏れた空気は、さらに、螺旋溝６を通過してシリンダ本体１の外部に排出される。
【００３８】
そして、ピストンロッド４に反力（ピストン２を押し戻そうとする力）が作用した場合、その反力がシリンダ出力より大きければ  ピストン２は押し戻される（図５ｃ）。また、その反力がシリンダ出力より小さければ  ピストン２は前進する（図５ｄ）が、その間
、シリンダ出力は常に一定に保持される。
【００３９】
上記のような空気の流れによって、シリンダ本体１の内面とピストン外周面２ａとの間には空気層（膜）が生じるので、ピストン外周面２ａがシリンダ本体１の内面に接する際の抵抗が軽減される。特に、本実施の形態のように、ピストン外周面２ａに螺旋状の溝３を形成した場合、空気が螺旋状の溝３を高速で流れたときは溝３内を流れる空気はピストン外周面２ａの外側全体に空気層を生じさせ、ピストン２に求心力を付与する。したがって、ピストン２の中心軸とシリンダ本体１の中心軸を一致させる作用が生じて、ピストン２がシリンダ本体１の内面に接触しない状態が生じる。このような空気の流れの作用によって、ピストン２の摺動抵抗が減少し、接触しない場合は摺動抵抗は零（０）になる。
【００４０】
同様に、ピストンロッド４が挿通する貫通孔６においても、その内部に形成した螺旋状の溝７を通過して空気が排出される際、ピストンロッド４と貫通孔６との内周面の摺動抵抗が減少し、これらが互いに接触しない場合は摺動抵抗が零（０）となる。
【００４１】
上記のように、ピストン２とこれに接続したピストンロッド４の両方の摺動抵抗が軽減される（または零となる）状態で支持されてピストン２が移動するので、ピストン２の移動に必要な推力を低くすることができる。したがって、圧縮空気での駆動制御が、例えば、０．００５Ｍｐａ〜０．１ＭＰａ程度の範囲に亘り可能になる。
なお、本実施の形態のエアシリンダでは、例えば、ストロークを５mm〜５０mm程度のもの、または５０mm〜 １５０mm程度とすることができ、様々なストロークを有するものが
提供される。
【００４２】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係るエアシリンダの断面図であって、シリンダ本体１０とピストン２０及び軸受部５が示されている。シリンダは円筒形であり、そのキャップ側には圧縮空気の供給口８が設けられ、ヘッド側は開放されてピストン２が移動自在にシリンダ本体１内に挿入されている。
この実施の形態２では、実施の形態１のエアシリンダと比較して、ピストン２０の径を小さくし、シリンダ本体１０の内面とピストン２０の外周面との間隙３０を大きく形成した。このようにして間隙３０が、実施の形態１における螺旋状の溝３、７と同様の作用を生じるようにしている。
【００４３】
すなわち、ピストンが初期位置にあるとき、所定の圧力の圧縮空気がシリンダ１内に供給され、ピストン２が移動して所定のシリンダ出力が発生してピストン２がヘッド側に移動する。その際、圧縮空気が供給されている間、前記間隙３０を介し、ピストン２の駆動中も常に圧縮空気の一部がヘッド側に漏れる。そして、ヘッド側に漏れた空気は、さらに、軸受部の貫通孔６とピストンロッド４の間に形成した間隙７０を通過してシリンダ本体１の外部に排出される。
【００４４】
このような空気の流れによって、シリンダ本体１０の内面とピストン外周面２０ａとの間には空気層（膜）が生じるので、ピストン外周面２０ａとシリンダ本体１０の内面との摺動抵抗が軽減され、ピストン２０がシリンダ本体１０と接触しない場合は摺動抵抗は零（０）になる。
【００４５】
同様に、ピストンロッド４が挿通する貫通孔６においても、間隙７０を通過して空気が排出される際、ピストンロッド４と貫通孔６との内周面の摺動抵抗が減少し、これらが互いに接触しない場合は摺動抵抗が零（０）となる。
【００４６】
上記のように、ピストン２とこれに接続したピストンロッド４の両方の摺動抵抗が軽減
される（または零となる）状態で支持されてピストン２が移動するので、ピストン２の移動に必要な推力を低くすることができる。
なお、この実施の形態２のエアシリンダは、ピストン外周面にフッ素系樹脂の平リングを嵌め、ピストンロッドの軸受部をフッ素系樹脂製として摺動抵抗を減らし、駆動可能範囲を０．０２Ｍｐａ〜０．９９Ｍｐａとした。また、他の構成は実施の形態１と同一であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
ところで、従来の空気漏れがないエアシリンダのシリンダ出力は、
Ｆ＝ＡＰ
[但し、Ａはピストンの断面積、Ｐはキャップ側に供給される圧縮空気の圧力]
であるのに対し、上記の実施の形態１、２に示したエアシリンダでは、図４に示すように、          Ｆ＝Ａ（Ｐ−Ｐ１）
[但し、Ｐ１は「漏れ」により失われる圧力]
となる。
【００４８】
このエアシリンダは、ピストンロッドにシリンダ出力（Ｆ）に対抗する反力（Ｆ１）が作用した場合、この反力（Ｆ１）がシリンダ出力（Ｆ）より小さいときはピストンは前進し、
Ｆ１＝Ａ（Ｐ+Ｐ２−Ｐ１）＜Ｆ
【００４９】
逆に、反力（Ｆ１）がシリンダ出力（Ｆ）よりも大きいときはピストンは後退し、押し戻される。
Ｆ１＝Ａ（Ｐ+Ｐ２−Ｐ１）＞Ｆ
[但し、Ｐ２はピストン後退時に、ピストンを前進させる方向に作用する加圧力]
反力（Ｆ１）がピストンのストローク内で連続的に作用したとき、この反力（Ｆ１）が小さいときは供給される圧縮空気の前記漏れ量Ｌは少なく、加圧力（Ｐ２）の値は小さい。
【００５０】
反対に、反力（Ｆ１）が大きくなると加圧力（Ｐ２）が増加するが、これに伴い圧縮空気の前記漏れ量Ｌも増加する。すると、この漏れ量Ｌの増加により「漏れ」により失われる圧力（Ｐ１）の値が大きくなり、加圧力（Ｐ２）の増加分は相殺される。このように、ピストンに作用する力（圧縮空気の圧力）（Ｐ）と「漏れ」により失われる圧力（Ｐ１）の差が一定に保持される。
その結果、シリンダ出力（Ｆ）は反力（Ｆ１）の変動にかかわらず一定になる。
Ｆ＝Ａ（Ｐ−Ｐ１）
【００５１】
図６は、実施の形態２のエアシリンダについて、圧縮空気の圧力（Ｐ）とシリンダ出力（Ｆ）との関係を示している。シリンダ出力（Ｆ）は、バネ式測定機を用いて測定したものである。図６によれば、これらの関係は、０．０１Ｍｐａ〜０．１Ｍｐａの低圧力においても比例することが示されている。また、この比例関係から、シリンダ出力は常に一定であることが理解される。すなわち、圧縮空気の圧力（Ｐ）が一定であれば、シリンダ出力（Ｆ）は変化せずに一定となる。
【００５２】
この結果から、実施の形態２のエアシリンダは、従来のエアシリンダではピストンを駆動できない低圧力領域においても、その機能が充分に発揮でき、微低圧でも確実な駆動が可能な定圧シリンダであることがわかる。
【００５３】
また、ピストンが作動する際の摺動抵抗が低いので、エアシリンダとして応答性に優れたものが得られる。
図７に基づいてこのエアシリンダの作用を説明する。図７において、ワークＷは、その
上面にランダムな凹凸が形成されて変化に富んだ形状であり、このワークＷは矢印Ａ方向に進行する。
【００５４】
一方、エアシリンダ５０のピストンロッド５０ａには、回転軸５２を中心に回転自在に設けられた押圧機構５１が連結されている。この押圧機構５１には押圧部５１ａが設けられ、この押圧部５１ａは、ワークＷの上面に沿って移動する。このような場合、エアシリンダ５０のピストンロッド５０ａにはワークＷの形状に対応する正負の反力が作用するが、ピストンの摺動抵抗が低く、かつ応答性に優れているため、低圧での駆動であって、かつワークＷの進行速度が速い場合であっても、押圧部５１ａはワークから離れることなく、確実にワークＷに沿って移動する。そして、反復移動が高速で連続して行われる場合であっても、耐久性に優れたものとなる。
さらに、この場合にはエアシリンダ５０のシリンダ出力は常に一定に保持され、押圧部５１ａがワークＷに接する場合の押圧力は変化することなく一定となる。
【００５５】
（実施の形態３）
本発明に係るエアシリンダの実施の形態３を、図８に基づいて説明する。
図８に示すエアシリンダは、シリンダのヘッド側に設けた軸受部５から排出される空気を排出管４１を経由して外部に排出するようにしたことを除き、実施の形態２のものと同一である。したがって、同一の部分については同一の符号を付して、説明を省略する。
【００５６】
シリンダ１のヘッド側には、軸受部５を含むヘッド側全体を覆うカバー４０が装着され、そのカバー４０の中心をピストンロッド４が貫通している。ピストンロッド４が貫通する貫通孔４０ａの周囲もシール材４２で覆われ、カバー４０内の気密性が保たれるようになっている。
【００５７】
このエアシリンダでは、ピストン２が初期位置にあるとき、所定の圧力の圧縮空気がシリンダ１内に供給され、ピストン２が移動して所定のシリンダ出力が発生してピストン２がヘッド側に移動する。その際、圧縮空気が供給されている間、前記間隙３０を介し、ピストン２の駆動中も常に圧縮空気の一部がヘッド側に漏れる。そして、ヘッド側に漏れた空気は、さらに軸受部の貫通孔６とピストンロッド４の間に形成した間隙７０を通過してカバー４０で覆われたヘッド側に排出される。この排出された空気は排出管４１を経由し、所定の位置、例えば、このシリンダ１が設置されている部屋の外部まで導かれてるようになっている。
このような構造とすることで、軸受部５からの空気の排出による粉塵の発生を防止し、このエアシリンダをクリーンルーム等の環境でも使用できるようにしている。
【００５８】
上記の実施形態１−３ようなエアシリンダの適用例としては、例えば、定圧ワーククランプ、ツールクランプのハンドリング装置、ベルト研磨機のベルトテンション機構及び定圧バックアップ機構、コンタクトホイールの定圧押付け機構等、種々の応用例が考えられる。
【００５９】
さらに、本発明のエアシリンダによれば、ピストンの気密性を確保するためのＯリングシールやＶパッキン等の消耗品を使用する必要がないので、これらの交換に要するコストが削減でき、かつ高速、高頻度の使用における耐久寿命を長くすることができる。
そして、微小荷重のエア制御を圧力調整弁のみで行うことができるので、ピストン出力の圧力管理制御のためのシステムをきわめて簡素なものとすることでき、エアシリンダ装置全体をコンパクトで安価なものにすることができる。したがって、その適用可能範囲はきわめて広くなる。
【００６０】
さらにまた、ピストンの作動部の摺動抵抗が低下することで粉塵の発生が減少し、潤滑
油等の供給の必要がほとんどなくなるため、粉塵や汚れの発生を排除したクリーンルーム等の防塵性が要求される環境での使用にも適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明のエアシリンダの分解斜視図である。
【図２】ピストン駆動のための制御装置を含んで示されたエアシリンダの断面図である。
【図３】実施の形態２に係るエアシリンダの断面図である。
【図４】エアシリンダにおける定圧出力を説明する図である。
【図５】エアシリンダの作動状態を示す図である。
【図６】エアシリンダの定圧出力状態を示す図である。
【図７】エアシリンダを用いた押圧装置の例を示す図である。
【図８】実施の形態３に係るエアシリンダの断面図である。
【図９】低圧力で駆動可能なエアシリンダの従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１、１０…シリンダ本体
２、２０…ピストン
２ａ…ピストン外周面
３、７…溝
４…ピストンロッド
５…軸受部
５ｂ…支持部
６…貫通孔
８…供給口
９…リリーフポート
１０…コンプレッサ
１１…送気管
１２…レギュレータ
３０…間隙
４０…カバー
４１…排出管
４２…シール材
５０…エアシリンダ
５０ａ…ピストンロッド
５１…押圧装置
５１ａ…押圧部
５２…回転軸
【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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【図８】
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【図９】
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