(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダを有するボディと、上記シリンダ内を摺動するピストン及びそのロッドと、ピストンで区画された一対のシリンダ室に圧縮空気を給排する一対のポートとを備え、これらのポートからシリンダ室に給排される圧縮空気によってピストンとロッドを駆動するエアシリンダにおいて、
上記エアシリンダが、一対のシリンダ室に給排する圧縮空気の空気圧調節手段と、上記ボディに設けられた上記ロッドの貫通孔に挿通する該ロッドの外周面、及び上記シリンダに嵌入する上記ピストンの外周面にそれぞれ設けられたエアベアリングと、上記ロッド及びピストンに設けられ、上記一対のポートからそれぞれのシリンダ室に給排された圧縮空気の圧力により動作するシャトル弁を介して、上記各エアベアリングに該圧縮空気を供給する空気流路とを備え、
上記ピストンのストロークが、ロッドの外周面のエアベアリングが常にボディに設けられたロッドの貫通孔内にあるように形成されている、
ことを特徴とするエアシリンダ。
【請求項２】
シリンダを有するボディと、上記シリンダ内を摺動するピストン及びそのロッドと、ピストンで区画された一対のシリンダ室に圧縮空気を給排する一対のポートとを備え、これらのポートからシリンダ室に給排される圧縮空気によってピストンとロッドを駆動するエアシリンダにおいて、
上記エアシリンダが、一対のシリンダ室に給排する圧縮空気の空気圧調節手段と、上記ボディに設けられた上記ロッドの貫通孔の内周面、及び上記ピストンが嵌入するシリンダの内周面にそれぞれ設けられたエアベアリングと、上記ボディに設けられ、上記一対のポートからそれぞれのシリンダ室に給排された圧縮空気の圧力により動作するシャトル弁を介して、上記各エアベアリングに該圧縮空気を供給する空気流路とを備え、
上記ピストンのストロークが、シリンダの内周面のエアベアリングが常にピストンの外周面と対向するように形成されている、
ことを特徴とするエアシリンダ。
【請求項３】
上記空気流路が、上記シャトル弁に代えて、上記一対のポートからそれぞれのシリンダ室に供給された圧縮空気のエアベアリングへの流出のみを許容する一対の逆止弁を備えている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載したエアシリンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアシリンダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダを有するボディと、上記シリンダ内を摺動するピストン及びそのロッドと、ピストンで区画された一対のシリンダ室に圧縮空気を給排する一対のポートとを備え、これらのポートからシリンダ室に給排される圧縮空気によってピストンとロッドを駆動するエアシリンダは、特に例示するまでもなく本出願前周知である。
しかしながら、上記周知のエアシリンダは、ピストン及びロッド等の摺動部をシールする合成ゴム製パッキンの摺動抵抗が大きいために、ピストン及びロッドの停止位置を精密に位置決めすることが困難である。
【０００３】
一方、摺動部の摺動抵抗を小さくするものとして、該摺動部を圧縮空気によって支持するエアベアリングが知られている。このエアベアリングは、摺動部を圧縮空気によって浮遊状態に支持するために、摺動部における摺動抵抗が殆どないという利点を有している。
しかしながら、摺動抵抗を小さくするために、エアシリンダにおけるピストン及びロッド等の摺動部をエアベアリングで支持するためには、エアシリンダに、エアベアリングに圧縮空気を供給するための配管（チューブ）を接続する必要があるが、ピストン及びロッドの摺動によって屈伸する上記チューブが作業の障害となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、ピストン及びロッドの停止位置を精密に位置決めすることができ、しかもエアベアリングに圧縮空気を供給するための配管の必要がないエアシリンダを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のエアシリンダは、シリンダを有するボディと、上記シリンダ内を摺動するピストン及びそのロッドと、ピストンで区画された一対のシリンダ室に圧縮空気を給排する一対のポートとを備え、これらのポートからシリンダ室に給排される圧縮空気によってピストンとロッドを駆動するエアシリンダにおいて、上記エアシリンダが、一対のシリンダ室に給排する圧縮空気の空気圧調節手段と、上記ボディに設けられた上記ロッドの貫通孔に挿通する該ロッドの外周面、及び上記シリンダに嵌入する上記ピストンの外周面にそれぞれ設けられたエアベアリングと、上記ロッド及びピストンに設けられ、上記一対のポートからそれぞれのシリンダ室に給排された圧縮空気の圧力により動作するシャトル弁を介して、上記各エアベアリングに該圧縮空気を供給する空気流路とを備え、上記ピストンのストロークが、ロッドの外周面のエアベアリングが常にボディに設けられたロッドの貫通孔内にあるように形成されていることを特徴としている。
【０００６】
また、上記課題を解決するため、本発明のエアシリンダは、シリンダを有するボディと、上記シリンダ内を摺動するピストン及びそのロッドと、ピストンで区画された一対のシリンダ室に圧縮空気を給排する一対のポートとを備え、これらのポートからシリンダ室に給排される圧縮空気によってピストンとロッドを駆動するエアシリンダにおいて、上記エアシリンダが、一対のシリンダ室に給排する圧縮空気の空気圧調節手段と、上記ボディに設けられた上記ロッドの貫通孔の内周面、及び上記ピストンが嵌入するシリンダの内周面にそれぞれ設けられたエアベアリングと、上記ボディに設けられ、上記一対のポートからそれぞれのシリンダ室に給排された圧縮空気の圧力により動作するシャトル弁を介して、上記各エアベアリングに該圧縮空気を供給する空気流路とを備え、上記ピストンのストロークが、シリンダの内周面のエアベアリングが常にピストンの外周面と対向するように形成されていることを特徴としている。
【０００７】
上記それぞれのエアシリンダにおいては、上記空気流路が、上記シャトル弁に代えて、上記一対のポートからそれぞれのシリンダ室に供給された圧縮空気のエアベアリングへの流出のみを許容する一対の逆止弁を備えているものとすることができる。
【０００８】
一対のポートから所望の圧力の圧縮空気を一対のシリンダ室に給排すると、ピストン及びロッドが所定の方向に駆動するとともに、シリンダ室に供給されたエアシリンダ駆動用の圧縮空気の一部が、空気流路のシャトル弁または一対の逆止弁によってエアシリンダの摺動部に設けたエアベアリングに供給される。
一対のシリンダ室への圧縮空気の給排を逆転すると、ピストン及びロッドが上記方向と反対の方向に駆動するとともに、エアベアリングにシリンダ駆動用の圧縮空気が供給される。
したがって、空気圧調節手段によって所望の圧力の圧縮空気がシリンダ室に供給されることと、エアシリンダの摺動部がエアベアリングに供給される圧縮空気で浮遊状態に支持されてその摺動抵抗が殆どないこととによって、ピストン及びロッドの停止位置を精密に位置決めすることができる。
【０００９】
また、エアベアリングには、エアシリンダ駆動用の圧縮空気の一部が供給されるために、摺動するロッドやピストンに圧縮空気を供給するための配管を接続する必要がない。
さらに、シャトル弁や一対の逆止弁を有する空気流路を、エアシリンダのロッド及びピストン、或いはボディに組み込んだので、これらの空気流路によってシリンダ室の容積が減少することがない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例を示し、このエアシリンダ１は、シリンダ３が形成されたボディ２ａと、該シリンダを覆うボディ２ｂとを備え、これらのボディは図示を省略している適宜の手段によって気密に連結されている。
ボディ２ａ，２ｂを上下動するロッド４は、ボディ２ａ，２ｂに設けた軸方向の貫通孔６，６との間に僅かなクリアランス有してボディ外に突出し、該ロッド４に、シリンダ３との間に僅かのクリアランスを有する環状のピストン５が、一体移動可能に取付けられている。
しかしながら、上記ロッド４及びピストン５は、円筒状に形成したピストンの両端面にそれぞれロッドを取付けたもの、或いはは２つに分割したピストン部材にそれぞれ一体又は別体のロッドを設けてこれらのピストン部材を一体に連結したもの、とすることができる。
【００１１】
ボディ２ａ，２ｂの外周面に開設したポート８ａ，８ｂには、空気圧調節手段の一例である比例電磁式圧力制御弁９ａ，９ｂが接続されており、これらのポート８ａ，８ｂは、ボディ２ａ，２ｂに形成した空気供給路１１ａ，１１ｂによって、ピストン４で区画された一対のシリンダ室１２ａ，１２ｂにそれぞれ連通している。
したがって、圧縮空気源１３からシリンダ室１２ａ，１２ｂに供給される圧縮空気の圧力は、比例電磁式圧力制御弁９ａ，９ｂの比例ソレノイド１０ａ，１０ｂに通電する電流値によって所望の圧力に調節することができる。
【００１２】
ロッド４の上記貫通孔６，６と対向する外周面及びピストン５の外周面には、それぞれエアベアリング１５を構成する円周方向の溝１６，・・が形成されている。この場合、ロッド４に設けた溝１６，１６は、ロッド４が摺動しても常に貫通孔６，６と対向する位置に形成されている。
なお、図示の例では、ロッド４の軸方向両側及びピストン５にそれぞれ１個のエアベアリング１５を設けているが、これらのエアベアリングは必要により２個以上設けることもできる。
【００１３】
ロッド４におけるピストン５の嵌着部の中心部分には、エアベアリング１５に圧縮空気を供給するための空気供給手段を構成するシャトル弁１７が組み込まれている。
高圧優先とした上記シャトル弁１７は、弁室１８と、該弁室１８の軸方向端面をシリンダ室１２ａ，１２ｂに個別に連通させる空気流路１９ａ，１９ｂと、弁室１８の外周面を上記エアベアリング１５の溝１６，・・にそれぞれ連通させる空気流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、弁室１８内を軸方向に往復動して空気流路１９ａ，１９ｂを開閉する弁体２１とを備え、空気流路２０ａ〜２０ｃは溝１６の円周方向に等間隔に複数個開口させることができる。
なお、図示を省略しているが、ピストンを円筒状とした場合には、シャトル弁１７は該ピストンの中心部分に組み込まれる。
【００１４】
上記第１実施例は、比例ソレノイド１０ａに所望の値の電流を通電するとともに比例ソレノイド１０ｂの通電を解除すると、シリンダ室１２ａに比例ソレノイド１０ａへの通電量に比例した圧力の圧縮空気が供給されて、シリンダ室１２ｂの空気が比例電磁式圧力制御弁９ｂから外部に排出される。
これによって、ロッド４及びピストン５が図において上動するとともに、シリンダ室１２ａに供給されたシリンダ駆動用の圧縮空気の一部が空気流路１９ａから弁室１８に供給されて弁体２１が空気流路１９ｂを閉鎖するので、シリンダ室１９ａに供給された圧縮空気が空気流路２０ａ〜２０ｃを通って各エアベアリング１５の溝１６に供給される。したがって、エアベアリング１５，・・によって、ロッド４及びピストン５の摺動抵抗を殆どなくすことができる。
この場合、エアベアリング１５，・・に供給された圧縮空気は、ロッド４と貫通孔６，６間のクリアランス、及びピストン５とシリンダ３間のクリアランスにから僅かにリークするが、このリーク量はシリンダ室１２ａの容積に比べて極めて僅かであるから、シリンダ室１２ａの空気圧が低下することはなく、低下した場合には、比例電磁式圧力制御弁９ａから圧縮空気が供給される。
【００１５】
上記ロッド４及びピストン５は、シリンダ室１２ａに供給された圧縮空気の空気圧の作用力と、ロッド４及びピストン５の自重並びにロッド４に取付けた負荷（図示省略）の重量の和とがバランスする位置に停止し、この停止位置は、比例電磁式圧力制御弁９ａの比例ソレノイド１０ａへの電流値によって制御することができる。
また、エアベアリング１５，・・によって、エアシリンダ１におけるロッド４及びピストン５の摺動部が浮遊状態で支持されて摺動部の摺動抵抗が殆どないので、ロッド４及びピストン５の停止位置を精密に位置決めすることができる。
【００１６】
上記第１実施例は、ロッド４及びピストン５に設けた空気供給手段から、シリンダ室１２ａ，１２ｂに供給されたエアシリンダ駆動用の圧縮空気の一部がエアベアリング１５，・・に供給されるので、エアベアリング１５，・・に圧縮空気を供給するための配管（チューブ）を接続することによる作業の障害をなくすことができる。
また、シャトル弁１７をロッド４またはピストン５に組み込むとともに、空気流路２０ａ〜２０ｃをロッド４及びピストン５に形成したので、シャトル弁１７等の空気供給手段によってシリンダ室１２ａ，１２ｂの容積が減少することはない。
さらに、シャトル弁１７をロッド４またはピストン５の中心部分に組み込んだことによって、これらの放射方向の重量バランスが殆ど変わらないので、ロッド４やピストン５が偏心して傾くことはない。
【００１７】
図２は本発明の第２実施例を示し、第２実施例におけるエアシリンダ２３のロッド２４及びピストン２５には、一端がシリンダ室１２ａ，１２ｂに個別に開口する空気流路２６ａ，２６ｂが形成され、これらの空気流路２６ａ，２６ｂに、シリンダ室１２ａ，１２ｂからの圧縮空気の流出のみを許容する逆止弁２７ａ，２７ｂがそれぞれ組み込まれており、空気流路２６ａ，２６ｂの他端はいずれも空気流路２０ａ〜２０ｃに連通している。
第２実施例の他の構成及び作用は第１実施例と同じであるから、図の主要な同一に箇所に同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００１８】
図３は本発明の第３実施例を示し、このエアシリンダ３１は、ボディ３２ａ，３２ｂを備え、これらのボディのいずれか一方（図示の例はボディ３２ａ）における他方のボディとの対向面にシャトル弁１７の弁室１８が形成されており、エアベアリング１５を構成する円周方向の溝１６は、ボディ３２ａ，３２ｂにおけるロッド３４と対向する内周面及びシリンダ３のピストン３５と対向する内周面に、それぞれ形成されている。この場合、シリンダ３の内周面に形成した溝１６は、ピストン３５が摺動しても常にピストン３５の外周面と対向する位置に形成されている。
【００１９】
また、ボディ３２ａ，３２ｂには、シリンダ室１２ａ，１２ｂと弁室１８の軸方向端面とを個別に連通させる空気流路１９ａ，１９ｂと、弁室１８の外周面を溝１６，・・に連通させる空気流路２０ａ〜２０ｃとが形成されている。
したがって、ロッド３４とピストン３５には加工を施す必要がないので、公知のこれらの部材をそのまま使用することができる。
第３実施例の他の構成及び作用は第１実施例と同じであるから、図の主要な同一の箇所に同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００２０】
図４は本発明の第４実施例を示し、このエアシリンダ３７のボディ３２ａ，３２ｂは、一端がシリンダ室１２ａ，１２ｂに個別に開口する空気流路２６ａ，２６ｂを備え、これらの空気流路に、シリンダ室１２ａ，１２ｂからの空気の流出のみを許容する逆止弁２６ａ，２６ｂが組み込まれている。そして、これらの空気流路の他端は、いずれも空気流路２０ａ〜２０ｃに連通している。
第４実施例の他の構成及び作用は第３実施例と同じであるから、図の主要な同一の箇所に同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
上記第３実施例及び第４実施例は、空気供給路、空気流路、空気流路及びシャトル弁または逆止弁のすべてを、ボディ３２ａ，３２ｂに設けることができるので、第１実施例及び第２実施例に比べて空気流路等の構成及び加工が簡単であるから、ピストン３５のストロークが短い場合に有効である。
【００２１】
なお、これらの実施例はいずれもロッド及びピストンが上下動するものであるが、本発明のエアシリンダはこれに限定されるものではなく、例えば水平方向に配設されたロッド及びピストンを左右動させるものとすることができる。
この場合は、ロッド及びピストンが所定の位置に駆動したときに、シリンダ室１２ａ，１２ｂの空気圧を等しくすることによってロッド及びピストンを所定の位置に停止することができ、エアベアリング１５，・・によって摺動抵抗が殆どないので精密に位置決めすることができる。
【００２２】
また、図示を省略しているが、これらの実施例は、ロッド４，３４にポテンショメータやリニアエンコーダ等のポジショニングセンサを取付けて、その変位量をフィードバックして比例ソレノイド１０ａ，１０ｂの通電量を調整することにより、或いは、エアサーボバルブによってシリンダ駆動用の圧縮空気の空気圧を制御することにより、ロッド及びピストンの停止位置を精密に位置決めすることができる。
実験によれば、合成ゴムのパッキンを使用した周知のエアシリンダは、0.1mm 単位の精度の位置決めしかできないが、これらのエアシリンダは、0.001mm 単位の精密な位置決めをすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のエアシリンダは、該エアシリンダのシリンダ室に供給される空気圧が空気圧調節手段によって所定の圧力に制御されることと、該エアシリンダの摺動部にエアベアリングを設けて摺動部の摺動抵抗を殆どなくしたこととによって、ロッド及びピストンの停止位置を精密に位置決めすることができる。
また、ロッドまたはピストン、或いはボディに、シリンダ室に供給された圧縮空気をエアベアリングに供給する空気供給手段を設けたことによりシリンダ室の容積の減少がなく、さらに、エアベアリングに圧縮空気を供給するための配管を接続する必要がないので、配管による作業の障害がなくしかも作業環境を整然とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の断面図である。
【図２】第２実施例の要部を示す断面図である。
【図３】第３実施例の要部を示す断面図である。
【図４】第４実施例の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２３，３１，３７  エアシリンダ
２ａ，２ｂ，３２ａ，３２ｂ  ボディ
３    シリンダ
４，３４  ロッド
５，２４，３５  ピストン
８ａ，８ｂ  ポート
９ａ，９ｂ  比例電磁式圧力制御弁
１０ａ，１０ｂ  比例ソレノイド
１２ａ，１２ｂ  シリンダ室
１５  エアベアリング
１７  シャトル弁
１９ａ，１９ｂ，２６ａ，２６ｂ  空気流路
２０ａ〜２０ｃ  空気流路
２７ａ，２７ｂ  逆止弁
【図１】
0003818712.tif 000002
【図２】
0003818712.tif 000003
【図３】
0003818712.tif 000004
【図４】
0003818712.tif 000005