(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端にカバー部材が取り付けられたシリンダ本体と、
前記シリンダ本体内に直線方向に往復動自在に装着され、前記カバー部材との間に圧力室を形成するピストンと、
前記カバー部材にこれに形成された給排ポートに連通させて取り付けられ、前記ピストンが前記カバー部材に向けて移動したときに前記ピストンに形成されたクッション穴内に嵌合するクッションパイプとを有し、
前記クッションパイプを多孔質材料により形成し、前記クッションパイプが前記クッション穴内に嵌合した状態の下では前記ピストンと前記カバー部材との間の距離に応じて前記クッションパイプ内と前記圧力室とを連通させる流路面積を変化させるようにしたことを特徴とするピストンの衝撃吸収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリンダ本体内に直線方向に往復動自在に装着されたピストンが往復動端の位置に近づいたときにおけるピストンに加わる衝撃を吸収するようにしたピストンの衝撃吸収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮空気のエネルギーを機械的エネルギーに変換する空気圧シリンダとしては、ピストンロッドを有するタイプとピストンロッドが設けられていないロッドレスタイプとがある。ピストンロッドを有する空気圧シリンダは、両端にカバー部材が設けられたシリンダ本体と、この内部に往復動自在に装着されたピストンとを有し、ピストンにはカバー部材を貫通して外部に突出して被駆動部材に連結されるピストンロッドが取り付けられている。このタイプの空気圧シリンダには、ピストンロッドがピストンの一方側に設けられて一方のカバー部材から突出するようにした片ロッドタイプと、ピストンの両側にピストンロッドを設けて、両方のカバー部材からピストンロッドを突出させるようにした両ロッドタイプとがある。
【０００３】
ピストンロッドが設けられていないロッドレスシリンダは、シリンダ本体に内部と外部とを連通させるスリットを形成し、シリンダ本体内に設けられたピストンはスリット内を貫通するヨークによって外部の被駆動部材に連結されるようになったスリット式と、シリンダ本体の外側に往復動自在に装着された被駆動部材とピストンとを磁力により連結するようにしたマグネット式とがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような種々のタイプを有する空気圧シリンダにあっては、特に、ピストンの往復動ストロークが長い場合には、ピストンの定常状態での移動速度をかなり速く設定することがある。その場合には、全ストロークにわたって同一の流量で空気圧を供給するようにすると、ピストンはシリンダ本体の両端部に設けられたカバー部材に衝突することによって停止することになるので、ピストンは急速に停止することになり、ピストンは大きな衝撃力が加わることになる。このため、ピストンからピストンロッドあるいはヨークなどを介して外部の被駆動部材にも、その衝撃力が加えられることになる。
【０００５】
同様に、ストローク端つまり往復動端にまで移動したピストンを反対側の往復動端に向けて移動させるときには、急速にピストンは加速されることになり、ピストンおよび被駆動部材にも大きな衝撃力が加えられることになる。
【０００６】
スリット式のロッドレスシリンダ装置にあっては、シリンダ本体の両端部に設けられたカバー部材にクッションパイプを取り付け、カバー部材に形成された給排ポートからクッションパイプを介してシリンダ本体内に対する空気の供給と排気とを行うようにしたものがある（たとえば、実開平5-59053 号公報参照) 。
【０００７】
クッションパイプをカバー部材に取り付けるようにした場合には、ピストンがストローク端に向けて移動することによってクッションパイプが嵌合孔の中に入り込むと、給排ポートに連通されたクッションパイプがピストンによって閉じられて、カバー部材に設けられたバイパス通路を介して圧力室内の空気が排出されるようになっている。
【０００８】
このようにクッションパイプがクッション穴に嵌合した後には、一定の開度のバイパス通路を介して圧力室内の空気を外部に排出するようにしているので、ピストンがストローク端の位置に達するまでは減速された一定の速度でピストンが移動することになる。したがって、バイパス通路の開度を小さくすると、クッションパイプがピストンにより閉じられたときにはピストンに強い衝撃力が加わることになり、バイパス通路の開度を大きくすると、クッションパイプが閉じられたときの衝撃力は小さくすることができる半面、ピストンがカバー部材に衝突したときの衝撃力が大きくなる。
【０００９】
一方、給排ポートから圧縮空気を供給してピストンを他方のストローク端に向けて移動させる際には、一定の開度となったクッションパイプ内を通って圧力室内に空気が供給されるので、ピストンは急激な加速度で立ち上がって移動することになり、ピストンには大きな衝撃が加わることになる。
【００１０】
本発明の目的は、ピストンがストローク端に接近したとき、および一方のストローク端から他方に向けて移動する際の減速時および加速時におけるピストンに加わる衝撃力を低減し得るようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のピストンの衝撃吸収装置は、両端にカバー部材が取り付けられたシリンダ本体と、前記シリンダ本体内に直線方向に往復動自在に装着され、前記カバー部材との間に圧力室を形成するピストンと、前記カバー部材にこれに形成された給排ポートに連通させて取り付けられ、前記ピストンが前記カバー部材に向けて移動したときに前記ピストンに形成されたクッション穴内に嵌合するクッションパイプとを有し、前記クッションパイプを多孔質材料により形成し、前記クッションパイプが前記クッション穴内に嵌合した状態の下では前記ピストンと前記カバー部材との間の距離に応じて前記クッションパイプ内と前記圧力室とを連通させる流路面積を変化させるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
ピストンがストローク端に接近すると、ピストンとカバー部材との間の圧力室内の流体を外部に排出させる流路面積が小さくなることから、ストローク端に向かうに従って徐々に速度が減速されることになり、ストローク端に向かうに従って衝撃吸収力が大きくなる。逆に、ピストンが一方のストローク端から他端に向けて移動する場合には、クッションパイプを介して圧力室内に供給される流体の流量は、ピストンの移動とともに増加することになり、ピストンは徐々に速度が早くなる。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態である衝撃吸収装置が組み込まれたスリット式のロッドレスシリンダ装置を示す縦断面図であり、図２は図１の横断面図である。
【００１７】
このシリンダ装置は、図２に示すように、外形がほぼ四角形となり、内部に円形の貫通孔が形成されたシリンダ本体１０を有しており、このシリンダ本体１０の両端部にはそれぞれカバー部材１１，１２が取り付けられている。シリンダ本体１０には直線方向に往復動自在にピストンヨーク１３が設けられており、このピストンヨーク１３はシリンダ本体内に位置するピストン受け部１３ａと、シリンダ本体１０に長手方向に形成されたスリット１４を貫通する連結部１３ｂと、ピストンマウント１５が取り付けられる駆動部１３ｃとを有している。
【００１８】
ピストンヨーク１３のピストン受け部１３ａの両端部には、それぞれカバー部材１１，１２に向けてピストン１６が取り付けられており、それぞれのピストン１６とカバー部材１１，１２との間には、圧力室１７，１８が形成され、一方の圧力室１７内に圧縮空気を供給するとピストン１６は図１において右方向に駆動される。
【００１９】
スリット１４をシールするために、それぞれ帯状となったインナーシールバンド２１とアウターシールバンド２２とがそれぞれの両端部でカバー部材１１，１２に取り付けられている。インナーシールバンド２１はスリット１４をその内側からシールして圧力室１７，１８内の空気が外部に漏れるのを防止し、アウターシールバンド２２はスリット１４をその外側からシールしてスリット１４内にゴミなどの異物が入り込むのを防止する。ピストン１６が移動する際には、インナーシールバンド２１は連結部１３ｂの下側に接触し、アウターシールバンド２２は連結部１３ｂの上側に接触して押し分けられてそれぞれスリット１４から離れるようになっている。
【００２０】
それぞれのカバー部材１１，１２には、圧力室１７，１８内に圧縮空気を供給するための給排ポート２３が形成され、それぞれの給排ポート２３に連通してクッションパイプ２４がそれぞれのカバー部材１１，１２に取り付けられている。したがって、給排ポート２３から供給された圧縮空気は、クッションパイプ２４に形成された中空孔２５内を通ってそれぞれの圧力室１７，１８内に供給され、圧力室１７，１８内の空気はクッションパイプ２４を介して外部に排出されることになる。
【００２１】
それぞれのカバー部材１１，１２には圧力室１７，１８と給排ポート２３とを連通させるためのバイパス孔２６が形成され、このバイパス孔２６の流路径は絞り弁２７によって調整されるようになっている。
【００２２】
それぞれのピストン１６には、ピストン１６がストローク端のカバー部材１１，１２に向けて移動したときに、クッションパイプ２４が嵌合するクッション穴３１が形成されており、クッション穴３１の外方端部にはクッションパイプ２４の外周面に接触するクッションパッキン３２が設けられている。なお、それぞれのピストン１６にはシリンダ本体１０に形成された貫通孔の内面に接触するピストンパッキン３３が設けられている。
【００２３】
図３は図１に示されたクッションパイプ２４の拡大図であり、図示するクッションパイプ２４は、金属や非金属などからなる粉末状の粒子を焼結させて成形された多孔質材料により形成されており、クッションパイプ２４の先端部には中空孔の基端部側の部分よりも内径の小さい連通孔３４が設けられ、中空孔２５は全体的に段付きとなっている。粒子の平均径や圧粉体の密度などを調整することにより、任意の通気度のクッションパイプ２４とすることができる。通気度によっては、図１に示すバイパス孔２６を不要にすることも可能であり、連通孔３４を不要とすることも可能である。
【００２４】
図示するシリンダにあっては、圧力室１８内に圧縮空気を供給することにより、ピストン１６がカバー部材１１に向けて駆動されたときには、圧力室１７内の空気は連通孔３４とクッションパイプ２４の全体に形成された通気孔を通って給排ポート２３に流れることになる。クッションパッキン３２がクッションパイプ２４に接触する位置までピストン１６がカバー部材１１に向けて接近移動してクッションパイプ２４がクッション穴３１内に入り込むと、クッションパッキン３２により圧力室１７と連通孔３４との連通が閉じられることになり、クッション穴３１内の空気のみが連通孔３４を介して給排ポート２３に向かう。一方、圧力室１７内の空気はクッションパイプ２４を形成する多孔質材料によって形成された微細な通気孔を通って中空孔２５内に流入することになり、微細な通気孔により形成される流路面積は、ピストン１６がストローク端に向かうに従って小さくなる。
【００２５】
このように、ピストン１６がカバー部材１１に向かうに従って、これらの間の距離に応じてクッションパイプ２４内の中空孔２５と圧力室１７とを連通させる流路の面積が小さくなるように変化する。これにより、ストローク端に向けて移動してきたピストン１６は、徐々に流路面積が少なくなって排気量が低下することになる。したがって、徐々に速度が低下するようになった後にピストン１６はカバー部材１１に接触して停止することになり、ゆっくりとしたピストン１６の停止、つまりスローストップを行うことができる。
【００２６】
逆に、給排ポート２３から圧縮空気を供給してピストン１６を他方のカバー部材１２に向けて駆動する場合には、ピストン１６のクッション穴３１からクッションパイプ２４が抜け出るまでの間はピストン１６が移動するに従って給排ポート２３と圧力室１７とを連通させる流路の面積が徐々に大きくなるので、ピストン１６の立ち上がり速度を徐々に高くすることができ、ピストン１６をスロースタートさせることが可能となる。
【００２７】
その結果、ピストンの減速時と加速時においてピストンは短時間に急速に停止されたり、加速されることがなくなるので、ピストンに大きな衝撃力が加わることが防止される。
【００２８】
図４は他のタイプのクッションパイプ２４を示す拡大断面図であり、このクッションパイプ２４には内部の中空孔２５と圧力室１７，１８とを連通させる複数の細孔３５が形成されている。したがって、この場合にも、前述したように、クッションパイプ２４がクッション穴３１内に入り込んだ後には、ピストン１６とカバー部材１１，１２との間の距離に応じてクッションパイプ２４と圧力室１７，１８とを連通させる流路面積が変化し、前述したピストン１６のスロースタートとスローストップとを行うことができる。ただし、クッションパイプ２４の基端部の内径をａとし、連通孔３４の内径をｂとし、細孔３５のそれぞれの内径をｃとした場合には、連通孔３４の断面積と細孔３５の断面積の合計とを合わせた値は基端部の断面積よりも小さく設定される。したがって、それぞれの細孔３５の内径が全てｃである場合には、ａ2 ≧ｂ2 ＋ｎ・ｃ2 の条件を満たすようにそれぞれの内径を設定することになる。
【００２９】
図５はさらに他のタイプのクッションパイプ２４を示す拡大断面図であり、このクッションパイプ２４はその基端部から先端部に向かうに従って、クッション穴３１の内面とクッションパイプ２４の外周面との間の隙間が大きくなるように、外周面が異形断面形状となっている。つまり、このクッションパイプ２４は、図５（Ｂ）に示すように基端部側の外周面形状は真円に近い円形となっており、図５（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、先端部に向かうに従って、長径は変化することなく、短径が徐々に小さくなるような異形断面形状となっている。なお、異形断面形状としては、図示する場合のみならず、徐々に外径が変化するような断面形状であれば図示する場合に限定されることはない。
【００３０】
このようにクッションパイプ２４の外径が徐々に変化すると、前述のようにピストン１６のスローストップとスロースタートとが達成される。
【００３１】
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ことはいうまでもない。
【００３２】
たとえば、図示する空気圧シリンダはスリット式のロッドレスシリンダを示すが、前述したマグネット式のロッドレスシリンダのみならず、片ロッドタイプや両ロッドタイプなどロッドを有するシリンダに対しても本発明を適用することができる。また、図示する場合には、空気圧によりピストンを作動するためのシリンダ装置を示すが、油圧により作動するシリンダの場合にも本発明を適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
ピストンが往復動端に向けて移動してクッションパイプがクッション孔内に入り込んだ後には、圧力室内から外部に排出される流体の流量が徐々に減少するので、ピストンは徐々に減速されながらストローク端で停止する。一方、ピストンが他方の往復動端に向けて移動開始するときには、徐々に加速しながら起動することになる。これにより、加速時および減速時におけるピストンに加わる衝撃力が低減し、ピストンにより駆動される被駆動部材にも大きな衝撃力が加わることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である空気圧シリンダの衝撃吸収装置を有するシリンダ装置を示す縦断面図である。
【図２】図１の横断面図である。
【図３】図１に示されたクッションパイプの拡大断面図である。
【図４】他のタイプのクッションパイプを示す拡大断面図である。
【図５】（Ａ）はさらに他のタイプのクッションパイプを示す縦断面図であり、（Ｂ）〜（Ｄ）はそれぞれクッションパイプの横断面図である。
【符号の説明】
１０        シリンダ本体
１１，１２  カバー部材
１３        ピストンヨーク
１４        スリット
１５        ピストンマウント
１６        ピストン
１７，１８  圧力室
２１        インナーシールバンド
２２        アウターシールバンド
２３        給排ポート
２４        クッションパイプ
２５        中空孔
２６        バイパス孔
２７        絞り弁
３１        クッション穴
３２        クッションパッキン
３３        ピストンパッキン
３４        連通孔
３５        細孔
【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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