(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ本体に前進限位置と後退限位置との間で軸方向に往復動自在に組み込まれ、前記シリンダ本体内に前進方向の流体圧が加えられる前進圧力室を区画形成するピストンと、
前記ピストンに軸方向に往復動自在に支持され、前記ピストン内に加圧室を区画形成するとともに前記シリンダ本体の一端部から突出するピストンロッドと、
前記ピストンと前記ピストンロッドとの間に装着されるバランス用のダイヤフラムと、
前記ピストンと前記ピストンロッドとの間に装着され、前記バランス用のダイヤフラムとによりバランス圧力室を区画形成し前記ピストンロッドに後退方向の流体圧を加える閉塞用のダイヤフラムと、
前記バランス圧力室に連通する流体供給通路とを有し、
前記バランス圧力室の流体圧力を前記ピストンロッドに後退方向に作用させた状態で、前記加圧室の流体圧力により前記ピストンロッドを前進方向に押圧することを特徴とする流体圧シリンダ。
【請求項２】
請求項１記載の流体圧シリンダにおいて、前記ピストンと前記ピストンロッドとの間に装着され、前記加圧室を区画形成する加圧用のダイヤフラムを有することを特徴とする流体圧シリンダ。
【請求項３】
請求項１または２記載の流体圧シリンダにおいて、前記ピストンに対して後退方向の外力を加える単動型シリンダであることを特徴とする流体圧シリンダ。
【請求項４】
請求項１または２記載の流体圧シリンダにおいて、前記ピストンに対して後退方向の流体圧力を加える後退用圧力室を前記シリンダ本体に設けた複動型シリンダであることを特徴とする流体圧シリンダ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体圧シリンダにおいて、前記ピストンロッドが貫通する主ピストン部材と、前記主ピストン部材に取り付けられ前記ピストンロッドの前記主ピストン部材に対する移動ストロークを規制する副ピストン部材とにより前記ピストンを形成することを特徴とする流体圧シリンダ。
【請求項６】
請求項５記載の流体圧シリンダにおいて、前記バランス圧力室に連通する前記流体供給通路が形成された圧力ロッドを前記シリンダ本体の他端部から突出させて前記副ピストン部材に装着することを特徴とする流体圧シリンダ。
【請求項７】
請求項６記載の流体圧シリンダにおいて、前記加圧室に連通する流体供給通路を前記圧力ロッドに形成することを特徴とする流体圧シリンダ。
【請求項８】
請求項５または６記載の流体圧シリンダにおいて、前記加圧室と前記前進圧力室とを連通する連通孔を前記副ピストン部材に形成することを特徴とする流体圧シリンダ。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体圧シリンダにおいて、前記ピストンロッドに前記バランス圧力室に連通する流体供給通路を形成することを特徴とする流体圧シリンダ。
【請求項１０】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体圧シリンダにおいて、前記ピストンロッドに前記加圧室に連通する流体供給通路を形成することを特徴とする流体圧シリンダ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の流体圧シリンダにおいて、前記ピストンと前記ピストンロッドとの間に回転止めを設けることを特徴とする流体圧シリンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮空気などの流体圧力によりピストンロッドを直線往復動する流体圧シリンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮空気などの流体エネルギーをピストンロッドの直線運動に変換する流体圧シリンダは、ピストンが軸方向に往復動自在に装着されたシリンダチューブを有している。シリンダチューブの両端にはエンドカバーが設けられ、シリンダチューブとエンドカバーとによりシリンダ本体が形成される。ピストンにはシリンダ本体の端部から突出してピストンロッドが取り付けられ、シリンダ本体内に形成された圧力室に流体圧力を供給することにより、ピストンとピストンロッドが一体となって軸方向に駆動される。
【０００３】
流体圧シリンダは、構造上の差違から複動型と単動型とに分類されている。複動型の流体圧シリンダはピストンの両側に形成される圧力室を有しており、ピストンロッドの前進移動と後退移動とを流体圧力によって行うタイプのシリンダである一方、単動型の流体圧シリンダはピストンの一方側にのみ圧力室を有し、前進移動と後退移動のいずれか一方を流体圧力によって行うとともに他方をばね力などの外力で行うタイプのシリンダである。また、シリンダ本体の一端部からピストンロッドが突出するタイプは片ロッドと言われ、両端部からピストンロッドが突出するタイプは両ロッドと言われている。ピストンを駆動する流体エネルギーとしては圧縮空気が使用される場合と、作動油などの液体が使用される場合とがある。
【０００４】
いずれのタイプの流体圧シリンダにあっても、従来では、ピストンロッドはピストンに固定されており、ピストンロッドはピストンと一体に直線往復動することになる。ピストンはシリンダ本体の内周面に接触しながら移動するので、ピストン外周面とシリンダチューブの内周面との間の気密性を確保するために、ピストンの外周にはＯリングやパッキンなどのシール部材が装着されている。このような流体圧シリンダの基本構造については、たとえば、株式会社オーム社発行（1989年2月25日発行）の油空便覧第486頁〜488頁に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような流体圧シリンダにあっては、ピストンが移動するときにシール部材がシリンダチューブの内周面に摺動接触することからピストンには摺動抵抗が加わることになる。このため、圧力室内の流体圧力が作用するピストンの受圧面積と流体圧力とにより定まるピストンロッドの出力が摺動抵抗の影響を受けることになり、ピストンロッドの出力の安定性が低下することになる。このため、ピストンロッドを前進移動させた後に、ピストンロッドにより物体に加圧力を加える場合には、シール部材の摺動抵抗によって加圧力が不安定となり、一定の加圧力を物体に加えることができなくなる。特に、油圧シリンダに比して低い圧力によりピストンロッドを作動する空気圧シリンダにあっては、シール部材の摺動抵抗の影響が大きく作用することになり加圧力が不安定となる。
【０００６】
また、ピストンロッドが上下方向に往復動するように装着された流体圧シリンダにあっては、ピストンロッドおよびピストンに重力が働くため、例えば、下向きにピストンロッドを介して物体に加えられる加圧力には、流体圧力で設定された推力の他に重力が加えられることになる。このため、高精度の加圧力を得ることが困難となるだけでなく、ピストンやピストンロッドに働く重力より小さな加圧力を設定することができなかった。
【０００７】
本発明の目的は、流体圧力により駆動されるピストンロッドにより物体に一定の加圧力を高精度に加えることができるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体圧シリンダは、シリンダ本体に前進限位置と後退限位置との間で軸方向に往復動自在に組み込まれ、前記シリンダ本体内に前進方向の流体圧が加えられる前進圧力室を区画形成するピストンと、前記ピストンに軸方向に往復動自在に支持され、前記ピストン内に加圧室を区画形成するとともに前記シリンダ本体の一端部から突出するピストンロッドと、前記ピストンと前記ピストンロッドとの間に装着されるバランス用のダイヤフラムと、前記ピストンと前記ピストンロッドとの間に装着され、前記バランス用のダイヤフラムとによりバランス圧力室を区画形成し前記ピストンロッドに後退方向の流体圧を加える閉塞用のダイヤフラムと、前記バランス圧力室に連通する流体供給通路とを有し、前記バランス圧力室の流体圧力を前記ピストンロッドに後退方向に作用させた状態で、前記加圧室の流体圧力により前記ピストンロッドを前進方向に押圧することを特徴とする。
【００１０】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンと前記ピストンロッドとの間に装着され、前記加圧室を区画形成する加圧用のダイヤフラムを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンに対して後退方向の外力を加える単動型シリンダであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンに対して後退方向の流体圧を加える後退用の圧力室を前記シリンダ本体に設けた複動型シリンダであることを特徴とする。
【００１３】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンロッドが貫通する主ピストン部材と、前記主ピストン部材に取り付けられ前記ピストンロッドの前記主ピストン部材に対する移動ストロークを規制する副ピストン部材とにより前記ピストンを形成することを特徴とする。
【００１４】
本発明の流体圧シリンダは、前記バランス圧力室に連通する流体供給通路が形成された圧力ロッドを前記シリンダ本体の他端部から突出させて前記副ピストン部材に装着することを特徴とする。
【００１５】
本発明の流体圧シリンダは、前記加圧室に連通する流体供給通路を前記圧力ロッドに形成することを特徴とする。
【００１６】
本発明の流体圧シリンダは、前記加圧室と前記前進圧力室とを連通する連通孔を前記副ピストン部材に形成することを特徴とする。
【００１７】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンロッドに前記バランス圧力室に連通する流体供給通路を形成することを特徴とする。
【００１８】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンロッドに前記加圧室に連通する流体供給通路を形成することを特徴とする。
【００１９】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンと前記ピストンロッドとの間に回転止めを設けることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、バランス用のダイヤフラムによって区画形成されたバランス圧力室に流体圧力を供給することにより、ピストンロッドに対して後退方向に重力に抗する推力を加えることができ、ピストンロッドに働く重力を相殺することができる。また、ピストンとピストンロッドとによって区画形成される加圧室に流体圧力を供給することにより、ピストンロッドを前進方向に押圧することができる。これらにより、ピストンを用いてピストンロッドを移動させた後に、ピストンロッドに働く重力の影響や、ピストンの摺動抵抗の影響を受けることなく、高精度で変動のない出力でピストンロッドを押圧することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２は本発明の一実施の形態である流体圧シリンダ１０ａを示す縦断面図であり、図１はピストンロッド１１が後退つまり上昇した状態を示し、図２はピストンロッド１１が前進つまり下降した状態を示す。図３は図１におけるＡ−Ａ線に沿う横断面図であり、図４は図１の一部を示す拡大断面図である。
【００２２】
流体圧シリンダ１０ａは圧縮空気を作動流体とする単動型の空気圧シリンダである。この流体圧シリンダ１０ａは図示しない各種装置に垂直に取り付けられ、シリンダ本体１２から突出するピストンロッド１１の先端に設けられるワーク、治具あるいは工具などからなる物体Ｗを、各種装置あるいは機器などからなる物体Ｒに所定の加圧力で押圧するために適用されるものである。
【００２３】
図１に示すように、シリンダチューブ１３と、シリンダチューブ１３の両端部にそれぞれ設けられたエンドカバー１４ａ，１４ｂとによりシリンダ組立体つまりシリンダ本体１２が形成されている。図示する流体圧シリンダ１０ａにあっては、作図の便宜上、シリンダチューブ１３と両端部のエンドカバー１４ａ，１４ｂとが一体となって示されているが、これらの部材を別部品としてねじ部材によりシリンダ本体１２を組み立てるようにしても良く、２つのエンドカバー１４ａ，１４ｂのいずれか一方をシリンダチューブ１３と一体に形成するようにしても良い。また、シリンダチューブ１３は、図３に示すように、円周方向の肉厚が全体的に均一となった円筒形状の部材により形成されているが、外周面の横断面形状がほぼ四角形となった部材を用いてシリンダチューブ１３を形成するようにしても良い。
【００２４】
シリンダ本体１２内にはピストン１５が軸方向に往復動自在に組み込まれている。このピストン１５は主ピストン部材１６と副ピストン部材１７とを有しており、これらはねじ結合部１８を介して結合されている。主ピストン部材１６は、端板部１６ａ、円筒部１６ｂおよび環状部１６ｃを有しており、これらは一体に形成されている。一方、副ピストン部材１７は端板部１７ａとこれに一体となる環状部１７ｂとを有しており、ねじ結合部１８はそれぞれの環状部１６ｃ，１７ｂに形成された雌ねじと雄ねじとにより構成されている。ただし、主ピストン部材１６と副ピストン部材１７とをねじ結合することなく、カシメにより両方を連結するようにしても良く、ねじ部材を用いて連結するようにしても良い。
【００２５】
主ピストン部材１６の円筒部１６ｂには２つのスリーブ２０，２１が直列に挿入されている。スリーブ２０，２１の内周面は滑らかに切削されており、このスリーブ２０，２１内には、ほぼ円筒形状の受圧部材２２が軸方向に往復動自在に組み込まれている。受圧部材２２の下端面にはフランジ部を有するロッドカラー２３を介してロッド部材２４が装着されており、受圧部材２２、ロッドカラー２３およびロッド部材２４によりピストンロッド１１が構成されている。このピストンロッド１１は、主ピストン部材１６の端板部１６ａとシリンダ本体１２のエンドカバー１４ｂとにそれぞれ形成される貫通孔２５，２６を貫通してシリンダ本体１２から突出するように組み付けられている。ロッド部材２４の基端には大径の頭部２７が一体に設けられ、この頭部２７の下端面と端板部１６ａとが当接することで、ピストンロッド１１の下降移動が規制されている。また、エンドカバー１４ｂにはピストンロッド１１の軸方向移動を案内するための滑り軸受２８が設けられている。
【００２６】
図４は図１の一部を拡大して示す縦断面図である。図４に示すように、ピストン１５内には各圧力室を区画形成する３つのダイヤフラム３１〜３３が装着されている。ダイヤフラムはポリエステルなどからなる布層とゴム層とが積層されて形成される薄膜部品であり、圧力の異なる各圧力室を仕切ることで圧力変化を位置変位に変換するものである。ダイヤフラムは円盤状の中心部３１ａ〜３３ａと円環状のフランジ部３１ｂ〜３３ｂとを有しており、中心部３１ａ〜３３ａとフランジ部３１ｂ〜３３ｂとの間には折り返し部３１ｃ〜３３ｃを介して内外二重構造となった円筒部３１ｄ〜３３ｄが設けられている。なお、ダイヤフラムが作動する際には、折り返し部３１ｃ〜３３ｃが転動するため摺動抵抗が発生することはない。
【００２７】
バランス用のダイヤフラム３１の中心部３１ａは受圧部材２２とロッドカラー２３との間に装着され、フランジ部３１ｂは２つのスリーブ２０，２１の間に装着されている。また、閉塞用のダイヤフラム３２の中心部３２ａはロッドカラー２３とロッド部材２４の頭部２７との間に装着され、フランジ部３２ｂはスリーブ２１と主ピストン部材１６との間に装着されている。このように、バランス用および閉塞用のダイヤフラム３１，３２によってバランス圧力室３４が区画形成されており、このバランス圧力室３４に流体圧力を供給するため、スリーブ２０，２１と副ピストン部材１７とにはバランス圧力室３４に連通する流体供給通路３５〜３７が形成されている。また、副ピストン部材１７の上端部にはエンドカバー１４ａに形成される連通孔３８から突出する圧力ロッド３９が設けられており、この圧力ロッド３９の端部に形成される給排ポート４０から圧力ロッド３９の流体供給通路４１を介して、副ピストン部材１７の流体供給通路３７に圧縮空気が供給されるようになっている。
【００２８】
このバランス圧力室３４は、ロッド部材２４の頭部２７に設けられる閉塞用のダイヤフラム３２と、この頭部２７よりも大径の受圧部材２２に設けられるバランス用のダイヤフラム３１とによって区画形成されるため、閉塞用のダイヤフラム３２よりもバランス用のダイヤフラム３１の有効受圧面積が大きく設定されることになる。従って、バランス圧力室３４に圧力を供給すると、バランス用のダイヤフラム３１と閉塞用のダイヤフラム３２との有効受圧面積の差にバランス圧力室３４内の圧力を乗じた推力が上方に向けて加えられる。このとき、ピストンロッド１１が上昇するとバランス用および閉塞用のダイヤフラム３１，３２の折り返し部３１ｃ，３２ｃは共に上昇し、ピストンロッド１１が下降すると折り返し部３１ｃ，３２ｃは共に下降する。このように、ピストンロッド１１が作動する際にもバランス圧力室３４の容積変化は押さえられ、流体圧力Ｐ４の圧力変動も低く押さえられるため、バランス圧力室３４からは安定した推力が得られることになる。
【００２９】
また、加圧用のダイヤフラム３３の中心部３３ａは受圧部材２２の端面に装着され、フランジ部３３ｂはスリーブ２０と副ピストン部材１７との間に装着されており、加圧用のダイヤフラム３３と副ピストン部材１７とによって加圧室４２が区画形成されている。この加圧室４２に圧力を供給するため、副ピストン部材１７には圧力ロッド３９の流体供給通路４３に連通する連通孔４４が形成され、圧力ロッド３９の端部に形成される給排ポート４５から加圧室４２に圧縮空気が供給されるようになっている。この加圧室４２に圧力を供給すると、受圧部材２２を介してピストンロッド１１には下方に向けた推力が加えられる。
【００３０】
なお、図４において破線で示すように、スリーブ２０や主ピストン部材１６に形成される環状溝４６〜４８に係合するように、それぞれダイヤフラム３１〜３３のフランジ部３１ｂ〜３３ｂにビードを設けるようにしても良い。また、受圧部材２２の端部に加圧用のダイヤフラム３３の中央部３３ａを覆うようにリテーナを取り付けるようにしても良い。
【００３１】
加圧室４２への圧力供給に伴うピストンロッド１１の下降移動は、主ピストン部材１６の端板部１６ａとロッド部材２４の頭部２７とが当接することによって規制され、ピストンロッド１１の上昇移動は副ピストン部材１７の端板部１７ａと受圧部材２２とが当接することにより規制される。このため、ピストン１５に対してピストンロッド１１は所定のストロークで軸方向に移動自在となっている。図４に示すように、ピストンロッド１１がピストン１５に対して最も下降した位置となっても、３つのダイヤフラム３１〜３３には折り返し部３１ｃ〜３３ｃが形成されることになる。また、ピストンロッド１１が上昇して受圧部材２２と副ピストン部材１７とが当接する際にも、３つのダイヤフラム３１〜３３には折り返し部３１ｃ〜３３ｃが形成されるように、副ピストン部材１７の端板部１７ａは設定されている。
【００３２】
また、各ダイヤフラム３１〜３３の動きを妨げないようにするため、バランス用および加圧用のダイヤフラム３１，３３の間にはブリードポートつまり息つき孔５１がロッド部材２４を介して外部に開口され、閉塞用のダイヤフラム３２の下方に設けられる端板部１６ａにも息つき孔５２が形成されている。
【００３３】
ピストン１５の外周には、シリンダチューブ１３の内周面との間を気密に保つシール部材５３，５４が組み込まれ、ピストン１５とエンドカバー１４ａとの間には、シリンダ本体１２に対してピストン１５を下降方向に移動させる圧力を供給する下降圧力室５５が前進圧力室として区画形成されており、この圧力室に連通する給排ポート５６がエンドカバー１４ａに形成されている。
【００３４】
ピストン１５とエンドカバー１４ｂとの間には、ばね室５７が形成されており、このばね室５７にはピストン１５に上昇方向のばね力を加えるための圧縮コイルばね５８が組み込まれている。したがって、給排ポート５６から圧縮空気を供給すると、ピストン１５に下降方向の推力が加えられ、ピストン１５はばね力に抗してピストンロッド１１とともに下降方向に移動する。ピストン１５の下降限位置はエンドカバー１４ｂに設けられたストッパ面５９によって規制される。
【００３５】
一方、給排ポート５６から圧縮空気を排出すると、ピストン１５は圧縮コイルばね５８により上昇方向の推力が加えられて移動する。これらの移動に際して、ばね室５７と外部との間で空気の流れを許容するための息つき孔６０がシリンダチューブ１３に形成されている。
【００３６】
また、ピストンロッド１１には、ピストン１５に対してピストンロッド１１が回転しないように主ピストン部材１６に形成されたキー溝に係合する回転止めキー６１が取り付けられている。ただし、ロッド部材２４の横断面形状を四角形とすれば回転止めキー６１は不要であり、この横断面形状としては四角形のみならず、多角形や楕円形などの円形以外の形状であればいずれであっても適用することができる。
【００３７】
以下、流体圧シリンダ１０ａを用いて行われる物体Ｗの物体Ｒに対する押し付け動作について説明する。図１に示すように、ピストン１５が上昇限位置となっている状態のもとで、給排ポート５６から下降圧力室５５に圧縮空気を供給すると、ピストン１５は下降方向に押し下げられる。このとき、加圧室４２には物体Ｗを物体Ｒに押し付ける際の加圧力に応じた流体圧力Ｐ３が給排ポート４５より供給され、バランス圧力室３４にはピストンロッド１１に働く重力に応じた流体圧力Ｐ４が給排ポート４０より供給される。よって、ピストンロッド１１が下降限位置に配置された状態のままピストン１５はばね力に抗して下降移動し、ばね室５７内の空気は息つき孔６０から外部に排出される。
【００３８】
ピストン１５の下降移動に伴いピストンロッド１１が下降移動すると、図２に示すように、物体Ｗが物体Ｒに接触することでピストンロッド１１は下降移動を停止するが、ピストン１５はストッパ面５９に接触するまで下降移動を続ける。このピストン１５のみの前進移動によって、ロッド部材２４の頭部２７は端板部１６ａから離れ、ピストンロッド１１はピストン１５に対して相対的に上昇方向に移動することになる。従って、ピストンロッド１１から物体Ｗに加えられるピストンロッド出力は、加圧室４２内の流体圧力Ｐ３と加圧用のダイヤフラム３３の有効受圧面積との積により設定され、ピストン１５に設けられるシール部材５３，５４とシリンダチューブ１３の内周面との摺動抵抗はピストンロッド出力に影響を与えることがない。
【００３９】
また、バランス圧力室３４に供給される流体圧力Ｐ４によって、ピストンロッド１１には重力に抗する上向きの推力が与えられる。つまり加圧室４２より生ずる加圧力を物体Ｗに伝達するピストンロッド１１には、ピストンロッド１１に働く重力を相殺するようにバランス圧力室３４からの推力が加えられる。従って、たとえば、ピストンロッド１１に働く重力に満たないほどの小さな加圧力を設定して物体Ｗを押圧する際にも、高い精度でピストンロッド出力を設定することができる。
【００４０】
このように物体Ｗに対して一定の加圧力が加えられるのは、図２に示すように、受圧部材２２の上側に隙間Ｓ１が発生し、頭部２７の下側に隙間Ｓ２が発生するとき、つまりピストンロッド１１がフローティング状態となるときであり、ピストンロッド１１の下降限位置に誤差が発生しても、フローティング状態が確保されれば、物体Ｗに対しては一定の加圧力が加えられる。このように、物体Ｗに対する加圧力は、加圧用のダイヤフラム３３に加わる流体圧力Ｐ３と有効受圧面積との積によって設定され、シール部材５３，５４の摺動抵抗の影響や、ピストンロッド１１に働く重力の影響は受けないため、高い精度で加圧力を設定することができる。また、フローティング時にピストンロッド１１に回転力が加わっても、回転止めキー６１によりピストン１５とピストンロッド１１の相対回転は発生せず、ダイヤフラム３１〜３３の捻れによる破損が防止される。
【００４１】
次いで、物体Ｗの物体Ｒに対する加圧作業が終了した後に、給排ポート５６から圧縮空気を排出すると、まず、ピストン１５がばね力により上昇移動する。引き続く上昇移動によって頭部２７が端板部１６ａに接触した後、ピストン１５はピストンロッド１１とともに上昇限位置まで上昇移動することになる。
【００４２】
図５は本発明の他の実施の形態である流体圧シリンダ１０ｂを示す縦断面図であり、図５においては、前述した実施の形態における部材と共通する部材には同一の符号が付されている。この流体圧シリンダ１０ｂは図１に示す流体圧シリンダ１０ａを複動型に変更したものであり、ピストン１５の両側に圧力室が区画形成されている。一方の圧力室はピストン１５用の後退圧力室つまり上昇圧力室６２であり、他方の圧力室は下降圧力室５５である。上昇圧力室６２に連通する給排ポート６３がシリンダチューブ１３に形成されており、ピストン１５を下降限位置から上昇限位置まで上昇移動させる際には、給排ポート６３から圧縮空気を供給するとともに給排ポート５６から圧縮空気を排出することになる。上昇圧力室６２内の空気が外部に漏れるのを防止するため、エンドカバー１４ｂにはシール部材６４が設けられている。そして、流体圧シリンダ１０ａに設けられていたシリンダチューブ１３の息つき孔６０は閉ざされる。また、閉塞用のダイヤフラム３２の折り返し部３２ｃに発生し得る反転を防止するため、上昇圧力室６２に供給される流体圧力Ｐ２は、バランス圧力室３４に供給される流体圧力Ｐ４に比べて小さく設定される。
【００４３】
このような流体圧シリンダ１０ｂのピストン１５の下降時には、給排ポート６３から圧縮空気を排出し給排ポート５６から圧縮空気を供給する一方、ピストン１５上昇時には、給排ポート６３に圧縮空気を供給し給排ポート５６から圧縮空気を排出することで、前述の流体圧シリンダ１０ａと同様に使用することができる。
【００４４】
図６および図７は本発明のさらに他の実施の形態である流体圧シリンダ１０ｃ，１０ｄを示す縦断面図であり、図６および図７においては前述した実施の形態における部材と共通する部材には同一の符号が付されている。これらの流体圧シリンダ１０ｃ，１０ｄは、前述の流体圧シリンダ１０ａ，１０ｂにおいて加圧用のダイヤフラム３３により区画形成される加圧室４２を、加圧用のダイヤフラム３３を用いることなく受圧部材２２と副ピストン部材１７とを用いて区画形成するものである。
【００４５】
図６および図７に示すように、ピストンロッド１１を押圧する加圧室４２は、受圧部材２２と副ピストン部材１７とにより区画形成され、ピストンロッド１１を介して物体Ｗに伝達される加圧力は、受圧部材２２の有効受圧面積と流体圧力Ｐ３との積により設定される。また、バランス用のダイヤフラム３１の折り返し部に発生し得る反転を防止するため、加圧室４２に供給される流体圧力Ｐ３は、バランス圧力室３４に供給される流体圧力Ｐ４に比べて小さく設定される。このように、ピストンロッド出力が比較的小さく設定される場合には、加圧用のダイヤフラム３３を取り除くとともに、ピストンロッド１１に形成される息つき孔５１を廃止することができる。これにより、構成が簡潔な流体圧シリンダとすることができ、低コストの流体圧シリンダを提供することができる。
【００４６】
これまで説明した流体圧シリンダ１０ａ〜１０ｄは、ピストンロッド１１を所定の位置まで下降移動させる際にはピストン１５を用いてピストンロッド１１を移動させており、ピストンロッド１１から物体Ｗに加圧力を加える際には、ピストンロッド１１をピストン１５に対して浮かせるとともに、加圧室４２の流体圧力Ｐ３により加圧力が設定される。このため、物体Ｗに加圧力を加える際にはピストンロッド１１にシール部材５３，５４の摺動抵抗が加わらない状態となり、しかもピストン１５によるピストンロッド１１の下降移動によってダイヤフラムの変形ストロークを短く設定することができるので、ピストンロッド１１を長いストロークで往復動させる場合でも、物体Ｗに対して誤差が少ない高精度の加圧力を安定させて加えることができる。また、ピストンロッド１１にかかる重力を相殺するバランス圧力室３４を形成することによって、物体Ｗを加圧する際に重力の影響を受けることのない高精度な加圧力を設定することができる。
【００４７】
このように、高い精度で物体に加圧力を付与することができるので、たとえば、スクリーン印刷におけるスクイジーヘッドを一定の圧力で加圧するために使用することができる。スクリーン印刷にあっては、ゴム製のスクイジーを用いてインキをシルクスクリーン、ペンキスクリーン、ステンシルスクリーンなどの網目を等して紙や布に押し付けるようにしているが、そのスクイジーを駆動するために本発明の流体圧シリンダ１０ａ〜１０ｄを使用することができる。その他、半導体チップを実装基板に搭載するチップマウンターや巻き線機のテンションローラなどのように、物体を所定のストローク移動させた後に一定の加圧力を物体に加える場合であれば、どのようなものにも本発明を適用することができる。
【００４８】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図示した実施の形態にあっては、圧縮空気を用いて作動するようにしているが、作動流体としては作動油を使用するようにしても良い。また、バランス圧力室３４は、バランス用および閉塞用のダイヤフラム３１，３２によって区画形成するだけでなく、主ピストン部材１６の端板部１６ａに設けられる息つき孔５２を廃止することによって、閉塞用のダイヤフラム３２を取り除き、バランス用のダイヤフラム３１のみによってバランス圧力室３４を区画形成しても良い。
【００４９】
また、図６に二点鎖線で示すように、副ピストン部材１７に前進圧力室５５と加圧室４２とを連通する連通孔６５を形成しても良い。この場合は、圧力ロッド３９に形成される給排ポート４５と流体供給通路４３とは取り除かれる。流体圧シリンダ１０ｃの作動時には、給排ポート５６からの流体圧力Ｐ１が前進圧力室５５に供給されることでピストン１５は下降移動され、加圧室４２にも供給される流体圧力Ｐ１によってピストンロッド１１は押圧される。このとき、バランス用のダイヤフラム３１の折り返し部３１ｃに発生し得る反転を防止するため、流体圧力Ｐ１は流体圧力Ｐ４に比べて小さく設定される。この連通孔６５は流体圧シリンダ１０ａ，１０ｂ，１０ｄに形成することもできる。
【００５０】
また、流体圧シリンダ１０ａ〜１０ｄについて、圧力ロッド３９に形成される給排ポート４０，４５と流体供給流路４１，４３を、バランス圧力室３４と加圧室４２とにそれぞれ連通するようにピストンロッド１１に形成しても良く、これにより圧力ロッド３９を取り除くことができ、簡潔な構成の流体圧シリンダ１０ａ〜１０ｄを提供することもできる。
【００５１】
さらに、受圧部材２２、ロッドカラー２３およびロッド部材２４を一体に形成することで、１つの部材からなるピストンロッド１１にしても良いことは言うまでもない。また、給排ポート４０の上流側に精密減圧弁を設け、流体圧力Ｐ４を常に一定に保つように構成しても良いことは言うまでもない。
【００５２】
なお、流体圧シリンダ１０ａ〜１０ｄは各種装置に垂直に取り付けて使用するだけでなく、傾斜するように取り付けて使用しても良い。つまり、ピストンロッド１１に働く重力の一部がピストンロッド１１の作動に影響を与える場合であっても、本発明の流体圧シリンダ１０ａ〜１０ｄを適用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、バランス用のダイヤフラムによって区画形成されたバランス圧力室に流体圧力を供給することにより、ピストンロッドに対して後退方向に重力に抗する推力を加えることができ、ピストンロッドに働く重力を相殺することができる。また、ピストンとピストンロッドとによって区画形成される加圧室に流体圧力を供給することにより、ピストンロッドを前進方向に押圧することができる。これらにより、ピストンを用いてピストンロッドを移動させた後に、ピストンロッドに働く重力の影響や、ピストンの摺動抵抗の影響を受けることなく、高精度で変動のない出力でピストンロッドを押圧することができる。
【００５４】
バランス用のダイヤフラムに加えて、ピストンとピストンロッドとに装着される閉塞用のダイヤフラムを用いてバランス圧力室を区画形成することにより、ピストンロッドのストロークに対するバランス圧力室の容積変化を押さえることができ、バランス圧力室内の圧力変動を押さえることができる。これにより、高精度にピストンロッドに働く自重を相殺することができる。
【００５５】
加圧用のダイヤフラムを用いて加圧室を区画形成することにより、加圧室に供給される流体圧力を高め、高出力でピストンロッドを押圧することができる。
【００５６】
バランス圧力室に連通する流体供給通路が形成される圧力ロッドをシリンダ本体から突出させて副ピストン部材に設けることにより、シリンダ本体に対して往復動するピストンに区画形成されるバランス圧力室に対して、確実かつ容易に流体圧力を供給することができる。
【００５７】
圧力ロッドに加圧室に連通する流体供給通路を形成することにより、シリンダ本体に対して往復動するピストンに区画形成される加圧室に対して、確実かつ容易に流体圧力を供給することができる。
【００５８】
加圧室と前進圧力室とを連通する連通孔を副ピストン部材に形成することにより、簡潔な構成の流体圧シリンダを提供することができる。また、ピストンロッドに加圧室やバランス圧力室に連通する流体供給通路を形成することにより、簡潔な構成の流体圧シリンダを提供することができる。
【００５９】
回転止めを設けることにより、ピストンロッドのピストンに対する相対回転が防止されるので、ダイヤフラムの耐久性を向上させることができる。これにより、流体圧シリンダの信頼性と加圧力の精度を向上させることができ、低コストで使い易い優れた流体圧シリンダを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピストンが後退移動した状態を示す本発明の一実施の形態である流体圧シリンダの縦断面図である。
【図２】ピストンが前進移動した状態を示す図１の流体圧シリンダの縦断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。
【図４】図１の流体圧シリンダの一部を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態である流体圧シリンダの縦断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態である流体圧シリンダを示す縦断面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態である流体圧シリンダを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０ａ〜１０ｄ    流体圧シリンダ
１１      ピストンロッド
１２      シリンダ本体
１３      シリンダチューブ
１４ａ，１４ｂ    エンドカバー
１５      ピストン
１６      主ピストン部材
１６ａ    端板部
１６ｂ    円筒部
１６ｃ    環状部
１７      副ピストン部材
１７ａ    端板部
１７ｂ    環状部
１８      ねじ結合部
２０，２１        スリーブ
２２      受圧部材
２３      ロッドカラー
２４      ロッド部材
２５，２６        貫通孔
２７      頭部
２８      滑り軸受
３１      バランス用のダイヤフラム
３２      閉塞用のダイヤフラム
３３      加圧用のダイヤフラム
３１ａ〜３３ａ    中心部
３１ｂ〜３３ｂ    フランジ部
３１ｃ〜３３ｃ    折り返し部
３１ｄ〜３３ｄ    円筒部
３４      バランス圧力室
３５〜３７        流体供給通路
３８      連通孔
３９      圧力ロッド
４０      給排ポート
４１      流体供給通路
４２      加圧室
４３      流体供給通路
４４      連通孔
４５      給排ポート
４６〜４８          環状溝
５１，５２          息つき孔
５３，５４          シール部材
５５      下降圧力室（前進圧力室）
５６      給排ポート
５７      ばね室
５８      圧縮コイルばね
５９      ストッパ面
６０      息つき孔
６１      回転止めキー（回転止め）
６２      上昇圧力室（後退圧力室）
６３      給排ポート
６４      シール部材
６５      連通孔
Ｐ１〜Ｐ４          流体圧力
【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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