JP3803068B2 - 流体圧シリンダ - Google Patents
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Description
【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ており、シリンダ本体内に形成された圧力室に流体圧を供給することにより、ピストンとピストンロッドが軸方向に駆動される。
【０００３】
ピストンの両側に圧力室が形成され、ピストンロッドの突出移動と後退移動とを流体圧力によって行うタイプの流体圧シリンダは、複動型と言われており、突出移動と後退移動の一方を流体圧力によって行い、他方をばね力などの外力で行うタイプは単動型と言われている。また、シリンダ本体の一方の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、圧力室内の流体圧が作用するピストンの受圧面積と流体の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、ピストンロッドを突出移動つまり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】
本発明の目的は、流体圧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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体圧シリンダは、ピストンが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、前記ピストンに対し前進方向の流体圧を加える前進用の圧力室を有するシリンダ本体と、前記シリンダ本体の内周面に接触するシール部材が設けられた前記ピストンに対して所定のストロークで軸方向に移動自在に装着され、前記シリンダの一端部から突出するピストンロッドと、前記ピストンロッドと前記ピストンとの間に装着され、前記シリンダ本体内に連通しないダイヤフラム圧力室を区画形成するダイヤフラムと、前記ダイヤフラム圧力室に連通する流体供給通路とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンロッドが前記ピストンの中央部に設けられ、前記ダイヤフラムの外周部を前記ピストンに装着し、前記ダイヤフラムの中央部を前記ピストンロッドに装着することを特徴とする。
【０００９】
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。また、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。
【００１０】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンロッドに前記前進用の圧力室と前記ダイヤフラムとの連通を遮断する遮蔽用のダイヤフラムを設けることを特徴とする。
【００１１】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンを前記ピストンロッドが貫通する主ピストンと、前記主ピストンに取り付けられ前記ピストンロッドの前記主ピストンに対する移動ストロークを規制するとともに前記ダイヤフラムとにより前記シリンダ本体内に連通しないダイヤフラム圧力室を区画形成する副ピストンとにより形成することを特徴とする。
【００１２】
本発明の流体圧シリンダは、前記副ピストンと前記ダイヤフラムとの間に前記ダイヤフラム圧力室を形成し、前記ピストンロッドに前記ダイヤフラム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。また、本発明の流体圧シリンダは、前記副ピストンと前記ダイヤフラムとの間に前記ダイヤフラム圧力室を形成し、前記ダイヤフラム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、前記ピストンロッドに対して反対側のシリンダ本体の端部から突出させて前記副ピストンに設け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。
【００１４】
【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はピストンロッドが後退した状態を示し、図２はピストンロッドが突出した状態を示す。図３（Ａ）は図１におけるＡ−Ａ線に沿う横断面図である。
【００１５】
この流体圧シリンダ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って、シリンダチューブ１１とこれの一端部に設けられたヘッドカバーとしてのエンドカバー１２ａと他端部に設けられたロッドカバーとしてのエンドカバー１２ｂとによりシリンダ組立体つまりシリンダ本体１３が形成されている。図示する流体圧シリンダにあっては、作図の便宜上、シリンダ本体１３はシリンダチューブ１１と両端部のエンドカバー１２ａ，１２ｂ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１３を組み立てるようにしても良く、シリンダチューブ１１と２つのエンドカバー１２ａ，１２ｂの一方をシリンダチューブ１１と一体に形成するようにしても良い。シリンダチューブ１１は、図３（Ａ）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、変形例のシリンダチューブを示す図３（Ｂ）のように、外周面の横断面形状がほぼ四角形となった部材によりシリンダチューブ１１を形成するようにしても良い。
【００１６】
シリンダ本体１３内にはピストン１４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１４は主ピストン１４ａとこの主ピストン１４ａにねじ結合部１５により連結される副ピストン１４ｂとを有しており、主ピストン１４ａは環状部１６とこの端部に一体となって軸方向に突出する突起部１７とを有している。一方、副ピストン１４ｂは端板部１８と円筒部１９とを有しており、ねじ結合部１５は円筒部１９の内周面に形成された雌ねじと突起部１７の外周面に形成された雄ねじとにより構成されている。ただし、主ピストン１４ａと副ピストン１４ｂ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。
【００１７】
主ピストン１４ａには貫通孔２１が形成され、この貫通孔２１を貫通してピストンロッド２２が所定のストロークの範囲内でピストン１４に対して移動自在に主ピストン１４ａに装着されている。このピストンロッド２２の基端部には大径の頭部２３が一体に設けられ、先端部はシリンダ本体１３の端部であるエンドカバー１２ｂから突出している。エンドカバー１２ｂにはピストンロッド２２の軸方向移動を案内するための滑り軸受２４が設けられている。
【００１８】
ピストンロッド２２とピストン１４との間にはダイヤフラム２５が装着されている。図４は図１の一部を拡大して示す縦断面図であり、ダイヤフラム２５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ており、頭部２３の端面に密着する中央部２５ａと、主ピストン１４ａの端面と副ピストン１４ｂの端面との間に締結される外周部つまりフランジ部２５ｂとを有している。そして、これらの間には折り返し部を介して内外二重構造となった円筒部２５ｃが設けられ、円筒部２５ｃは頭部２３の外周面と主ピストン１４ａの突起部１７の内周面との間に配置されている。なお、図４において二点鎖線で示すように、主ピストン１４ａに形成された環状溝に係合するビード２６をフランジ部２５ｂに設けるようにしても良い。また、頭部２３にダイヤフラム２５の中央部２５ａを覆うようにリテーナを取り付けるようにしても良い。
【００１９】
主ピストン１４ａには頭部２３が接触するストッパ面２７が形成されており、ピストンロッド２２のピストン１４に対する前進方向つまり突出方向のストローク端の位置はストッパ面２７により規制され、ピストンロッド２２のピストン１４に対する後退方向のストローク端位置は副ピストン１４ｂの端板部１８により規制される。これにより、ピストンロッド２２はピストン１４に対しては、所定のストロークＳの範囲で軸方向に移動自在となっている。後退方向のストローク端の位置を副ピストン１４ｂによって規制することにより、ピストンロッド２２がピストン１４に対して最も後退した位置となっても、ダイヤフラム２５には折り返し部を介して内外二重構造の円筒部２５ｃが形成されることになる。ピストンロッド２２のピストン１４に対する移動ストロークの範囲で折り返し部が維持されるのであれば、副ピストン１４ｂを設けることなく、ピストン１４を主ピストン１４ａのみにより形成することができる。
【００２０】
ピストン１４の外周にはシリンダチューブ１１の内周面とピストン外周面との間をシールするシール部材２８，２９が組み込まれており、ピストン１４とエンドカバー１２ａとの間には、ピストン１４に対してシリンダ本体１３から突出する方向の圧力を供給する前進用の圧力室３１が区画形成されている。この圧力室３１に連通する給排ポート３２がエンドカバー１２ａに形成され、副ピストン１４ｂの端板部１８には連通孔３３が形成されている。この連通孔３３を介して圧力室３１に連通するダイヤフラム圧力室３４が主ピストン１４ａと副ピストン１４ｂとにより形成される空間内にダイヤフラム２５により区画形成されている。
【００２１】
ピストン１４とエンドカバー１２ｂとの間にはばね室３５が形成されており、このばね室３５にはピストン１４に後退方向のばね力を加えるための圧縮コイルばね３６が組み込まれている。したがって、給排ポート３２から圧縮空気を供給すると、ピストン１４に前進方向の推力が加えられるとともに、ピストンロッド２２にピストン１４に対して前進方向の推力が加えられて、ピストン１４はピストンロッド２２とともにばね力に抗して前進方向に移動する。ピストン１４の前進限位置は、エンドカバー１２ｂに設けられたストッパ面３０によって規制される。
【００２２】
一方、給排ポート３２から圧縮空気を排出すると、ピストン１４は圧縮コイルばね３６により後退移動する。この移動に際して、頭部２３とばね室３５との間で空気の流れを許容するためのブリードポートつまり息つき孔３８が主ピストン１４ａに形成され、シリンダチューブ１１にはばね室３５に連通してこの中に空気の流入と排出とを許容するための息つき孔３９が形成されている。
【００２３】
ピストンロッド２２にはピストンロッド２２がピストン１４に対して回転しないように、主ピストン１４ａに形成されたキー溝に係合する回転止めキー３７が取り付けられている。ただし、ピストンロッド２２の横断面形状を、図３（Ｂ）に示すように四角形とすれば回転止めキー３７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も良い。
【００２４】
上述した流体圧シリンダ１０ａは、ピストンロッド２２の先端部に設けられたワーク、治具あるいは工具などからなる第１の物体Ｗを各種装置あるいは機器などからなる第２の物体Ｒに押し付けるために使用することができる。その場合には、図１に示すように、ピストン１４が後退限位置となっている状態のもとで、給排ポート３２から圧力室３１に圧縮空気を供給すると、ピストン１４は前進方向に加圧される。さらに、圧縮空気は連通孔３３を介してダイヤフラム圧力室３４内に流入し、ダイヤフラム２５が加圧されてピストンロッド２２は頭部２３がストッパ面２７に接触する位置となる。これにより、ピストン１４はばね力に抗して前進移動し、ばね室３５内の空気は息つき孔３９から外部に排出される。
【００２５】
ピストンロッド２２は予め設定されたストローク前進移動すると、図２に示すように、第１の物体Ｗが第２の物体Ｒに接触して前進移動を停止するが、ピストン１４はストッパ面３０に接触するまで前進移動を続ける。このピストン１４のみの前進移動によって、ピストンロッド２２の頭部２３はストッパ面２７から離れ、ピストンロッド２２はピストン１４に対しては相対的に後退方向に移動することになる。したがって、ピストンロッド２２から物体Ｗに加えられるロッド出力は、ダイヤフラム圧力室３４内の流体圧力Ｐ１とダイヤフラムの有効受圧面積との積により設定され、シール部材２８，２９とシリンダチューブ１１内周面との摺動抵抗はロッド出力には影響を与えることがない。
【００２６】
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、頭部２３の上下両側に隙間Ｓ１，Ｓ２が発生するとき、つまりピストンロッド２２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２２の前進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、ダイヤフラム２５に加わる流体圧力と有効受圧面積との積によって設定され、シール部材２８，２９の摺動抵抗の影響は受けないので、高い精度で加圧力を設定することができる。フローティング時にピストンロッド２２に回転力が加わっても、回転止めキー３７によりピストン１４とピストンロッド２２の相対回転は発生せず、ダイヤフラム２５には捻れによる破損が防止される。
【００２７】
物体Ｗに対する加圧作業が終了した後に、給排ポート３２から圧縮空気を排出すると、まず、ピストン１４がばね力により後退移動する。引き続き後退移動によって頭部２３が主ピストン１４ａに接触した後にはピストン１４はピストンロッド２２とともに後退限位置まで後退移動する。
【００２８】
図５および図６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、これらの図においては、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は複動型であり、ピストン１４の両側に圧力室３１，４１が区画形成されている。一方の圧力室３１はピストン前進用の圧力室になっており、他方の圧力室４１は後退用の圧力室となっており、圧力室４１に連通する給排ポート４２がシリンダチューブ１１に形成されている。したがって、ピストン１４を前進限位置から後退限位置まで後退移動させる際には、給排ポート４２から圧縮空気を供給し、給排ポート３２から圧縮空気を排出することになる。圧力室４１内の空気が外部に漏れるのを防止するために、エンドカバー１２ｂにはシール部材４３が設けられている。
【００２９】
ピストン１４を構成する副ピストン１４ｂには、前述した連通孔３３は形成されておらず、副ピストン１４ｂとダイヤフラム２５とによりダイヤフラム圧力室３４が区画形成されており、このダイヤフラム圧力室３４に圧縮空気を供給するために、ピストンロッド２２にはダイヤフラム圧力室３４に連通する流体供給通路４４が形成されている。この流体供給通路４４に連通させてピストンロッド２２に取り付けられたジョイント部材４５を介してダイヤフラム圧力室３４に圧縮空気が供給される。このピストンロッド２２には頭部２３を貫通して流体供給通路４４が形成されているので、頭部２３の端部に形成された突起部にはナット４６によりリテーナ４７が取り付けられており、ダイヤフラム２５の中央部はナット４６により締結されている。
【００３０】
次に、流体圧シリンダ１０ｂにより第１の物体Ｗを第２の物体Ｒに押し付けるための手順について説明する。まず、ジョイント部材４５から流体供給通路４４を介してダイヤフラム圧力室３４に圧力Ｐ３の圧縮空気を導入する。そして、図５に示すように、ピストン１４が後退限位置となっている状態のもとで、給排ポート３２から圧力室３１に圧力Ｐ１の圧縮空気を供給することにより、ピストン１４は前進移動し圧力室４１内の空気を給排ポート４２から外部に排出する。
【００３１】
図６に示すように、ピストンロッド２２が予め設定されたストローク前進移動すると、第１の物体Ｗが第２の物体Ｒに接触して前進移動を停止するが、ピストン１４はストッパ面３０に接触するまで前進移動を続ける。このピストン１４のみの前進移動によって、ピストンロッド２２の頭部２３はストッパ面２７から離れ、ピストンロッド２２はピストン１４に対しては相対的に後退方向に移動することになる。したがって、ピストンロッド２２から物体Ｗに加えられるロッド出力は、ダイヤフラム圧力室３４内の流体圧力Ｐ３とダイヤフラムの有効受圧面積との積により設定され、シール部材２８，２９とシリンダチューブ１１内周面との摺動抵抗はロッド出力には影響を与えることがない。
【００３２】
加圧作業が終了した後に、給排ポート３２から圧縮空気を排出し、給排ポート４２から圧力室４１に圧力Ｐ２の圧縮空気を供給すると、ピストン１４が後退移動する。ピストン１４の後退移動によって頭部２３が主ピストン１４ａに接触した後にはピストン１４はピストンロッド２２とともに後退限位置まで後退移動する。このタイプの流体圧シリンダ１０ｂにあっては、流体圧力をＰ３＞Ｐ２に設定することにより、ダイヤフラム２５に逆圧作動するのを避けるようにする。
【００３３】
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を示す縦断面図であり、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。この流体圧シリンダ１０ｃはピストン１４の両側に圧力室３１，４１が形成されており、図５および図６に示した流体圧シリンダ１０ｂと同様に複動型となっている。この流体圧シリンダ１０ｃにあっては、ピストン１４を構成する副ピストン１４ｂには圧力ロッド５１が取り付けられており、圧力ロッド５１はピストンロッド２２に対して反対側のシリンダ本体１３の端部から外方に突出している。エンドカバー１２ａには圧力ロッド５１が貫通する貫通孔５２が形成されており、これに装着されたシール部材４３ａが圧力ロッド５１に接触している。この圧力ロッド５１にはダイヤフラム圧力室３４に連通する流体供給通路５３が形成されており、圧力供給ポート５４からダイヤフラム圧力室３４には圧力Ｐ３の圧縮空気が供給されるようになっている。
【００３４】
図７に示す流体圧シリンダ１０ｃはピストンロッド２２と圧力ロッド５１とがシリンダ本体１３の両端部から外方に突出し両ロッド型となっており、圧力ロッド５１の外周面に圧力供給ポート５４を形成すれば、圧力ロッド５１の先端で物体を駆動することができる。
【００３５】
図８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１０ｄを示す縦断面図である。この流体圧シリンダ１０ｄは複動型であるが、基本構造は図１に示す流体圧シリンダ１０ａと同様であり、副ピストン１４ｂには連通孔３３が形成されており、図８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。
【００３６】
この流体圧シリンダ１０ｄにあっては、ピストンロッド２２と頭部２３とが別部材となっており、ピストンロッド２２の基端部に形成されたねじ部２２ａには頭部２３がねじ結合されており、さらにこのねじ部２２ａにはストッパ面３０に当接するストッパ板５５がねじ結合されている。主ピストン１４ａにはスペーサリング５６が嵌合されており、頭部２３の後端面側にはダイヤフラム圧力室３４を区画形成するダイヤフラム２５が取り付けられ、頭部２３の前端面側にはダイヤフラム２５に後退用の圧力室４１の圧力が作用しないように遮蔽用のダイヤフラム５７が取り付けられている。これにより、ダイヤフラム２５には逆圧が作用することを防止できる。なお、両方のダイヤフラム２５，５７間の空間を外部に連通させるために、ピストンロッド２２には息つき孔５８が形成されている。
【００３７】
図９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１０ｅの一部を示す縦断面図であり、この流体圧シリンダ１０ｅは図１に示したものと同様に単動型のシリンダであるが、ピストン１４が図１における主ピストン１４ａに対応する１つの部材によって形成されている。したがって、この流体圧シリンダ１０ｅにおいては、前進用の圧力室３１とダイヤフラム圧力室３４は直接連通されており、ピストンロッド２２を往復動する際には、ピストンロッド２２がピストン１４に対して所定のストローク以上には後退移動しないようにして、ダイヤフラム２５の変形時には、常に二重構造の円筒部２５ｃが維持形成されるようにする。この場合には、ダイヤフラム２５の外周部には金属製の補強リング６１が埋め込まれており、外周部をピストン１４に嵌合させることにより、ダイヤフラム２５がピストン１４に圧入固定される。
【００３８】
図１０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１０ｆの一部を示す縦断面図であり、この流体圧シリンダ１０ｆは図７に示した流体圧シリンダ１０ｃと同様に複動型である。このシリンダにおけるピストン１４は副ピストン１４ｂが主ピストン１４ａの内部に嵌合されて止めリング６２により固定されており、この副ピストン１４ｂに圧力ロッド５１が連結されている。この場合のダイヤフラム２５は図１などに示される場合と相違して、径方向にフラットとなった外周部を有しておらず、外周部２５ｂは環状に形成され、その外周部２５ｂが主ピストン１４ａと副ピストン１４ｂとにより締結されている。このように、外周部にはフラットとなった部分が設けられていないので、図１０に示す場合には、ダイヤフラム２５の外径を小さくすることができ、ピストン１４およびシリンダ本体１３の外径を小さくすることができる。
【００３９】
また、図１０に示すように、ピストンロッド２２がピストン１４に対して相対回転しないようにするために、ピストンロッド２２には径方向に回転止めピン６４が止めねじ６５により固定されている。この回転止めピン６４はピストンロッド２２の外周から突出し、ピストン１４に形成された係合溝６６に係合しており、所定のストロークの範囲でピストンロッド２２は回転することなく、ピストン１４に対して移動することができる。なお、図１０に示す回転止めの構造を他の実施の形態に適用するようにしても良い。
【００４０】
前述したそれぞれの流体圧シリンダ１０ａ〜１０ｆにあっては、ピストンロッド２２を所定の位置に前進駆動するまでは、ピストン１４によってピストンロッド２２を駆動し、ピストンロッド２２が物体に加圧力を加えるときにはピストンロッド２２をピストン１４に対してフローティングさせて、ダイヤフラム２５によって加圧力を設定するようにしている。このように、流体圧シリンダは、ピストン１４とダイヤフラム２５とをピストンロッド２２に組み付けたハイブリット構造となり、物体に加圧力を加える際にはピストン１４にシール部材の摺動抵抗が加わらない状態とし、しかもダイヤフラム２５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２２を長いストロークで往復動させる場合でも、物体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。
【００４１】
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キー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、ゴム製のスキージーヘッド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、そのスキージーヘッドを駆動するために本発明の流体圧シリンダ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。
【００４２】
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、ピストン１４を圧縮空気によって駆動するようにしているが、駆動媒体としては油圧を使用するようにしても良い。また、図示したそれぞれの流体圧シリンダはピストンロッド２２を上下方向に移動させて物体を加圧するようにしているが、ピストンロッドを水平方向や傾斜方向に往復動させて物体を加圧するようにしても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、ピストンとピストンロッドとの間にダイヤフラムを装着したので、ピストンによりピストンロッドを往復動させるとともに、ピストンロッドをピストンに対して所定のストロークの範囲ではダイヤフラム圧力室に供給される流体圧によってピストンロッドに出力を加えることができる。これにより、シール部材の摺動抵抗がピストンロッドに加わることなく、高い精度で一定の出力をピストンロッドに加えることができる。ピストンロッドにより物体を長いストローク移動した後に、物体に一定の加圧力を加えることができる。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】ピストンが突出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３】（Ａ）は図１におけるＡ−Ａ線に沿う横断面図であり、（Ｂ）は本発明の他の実施の形態である流体圧シリンダにおける（Ａ）と同様の部分を示す横断面図である。
【図４】図１の一部拡大縦断面図である。
【図５】ピストンが後退移動した状態を示す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】ピストンが突出移動した状態を示す図５の流体圧シリンダの縦断面図である。
【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。
【図８】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９】本発明のさらに他の実施の形態である流体圧シリンダの一部を示す縦断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態である流体圧シリンダの一部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０ａ〜１０ｆ 流体圧シリンダ
１１ シリンダチューブ
１２ａ，１２ｂ エンドカバー
１３ シリンダ本体
１４ ピストン
１４ａ 主ピストン
１４ｂ 副ピストン
１５ ねじ結合部
１６ 環状部
１７ 突起部
１８ 端板部
１９ 円筒部
２１ 貫通孔
２２ ピストンロッド
２３ 頭部
２５ ダイヤフラム
２７ ストッパ面
２８，２９ シール部材
３０ ストッパ面
３１ 圧力室（前進用の圧力室）
３２ 給排ポート
３３ 連通孔
３４ ダイヤフラム圧力室
３５ ばね室
３６ 圧縮コイルばね
３７ 回転止めキー
４１ 圧力室（後退用の圧力室）
４２ 給排ポート
４４ 流体供給通路
４５ ジョイント部材
４６ ナット
５１ 圧力ロッド
５２ 貫通孔
５３ 流体供給通路
５４ 圧力供給ポート
５５ ストッパ板
５６ スペーサリング
５７ 遮蔽用のダイヤフラム
５８ 息つき孔
６４ 回転止めピン
【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ており、シリンダ本体内に形成された圧力室に流体圧を供給することにより、ピストンとピストンロッドが軸方向に駆動される。
【０００３】
ピストンの両側に圧力室が形成され、ピストンロッドの突出移動と後退移動とを流体圧力によって行うタイプの流体圧シリンダは、複動型と言われており、突出移動と後退移動の一方を流体圧力によって行い、他方をばね力などの外力で行うタイプは単動型と言われている。また、シリンダ本体の一方の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、圧力室内の流体圧が作用するピストンの受圧面積と流体の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、ピストンロッドを突出移動つまり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】
本発明の目的は、流体圧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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体圧シリンダは、ピストンが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、前記ピストンに対し前進方向の流体圧を加える前進用の圧力室を有するシリンダ本体と、前記シリンダ本体の内周面に接触するシール部材が設けられた前記ピストンに対して所定のストロークで軸方向に移動自在に装着され、前記シリンダの一端部から突出するピストンロッドと、前記ピストンロッドと前記ピストンとの間に装着され、前記シリンダ本体内に連通しないダイヤフラム圧力室を区画形成するダイヤフラムと、前記ダイヤフラム圧力室に連通する流体供給通路とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンロッドが前記ピストンの中央部に設けられ、前記ダイヤフラムの外周部を前記ピストンに装着し、前記ダイヤフラムの中央部を前記ピストンロッドに装着することを特徴とする。
【０００９】
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。また、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。
【００１０】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンロッドに前記前進用の圧力室と前記ダイヤフラムとの連通を遮断する遮蔽用のダイヤフラムを設けることを特徴とする。
【００１１】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンを前記ピストンロッドが貫通する主ピストンと、前記主ピストンに取り付けられ前記ピストンロッドの前記主ピストンに対する移動ストロークを規制するとともに前記ダイヤフラムとにより前記シリンダ本体内に連通しないダイヤフラム圧力室を区画形成する副ピストンとにより形成することを特徴とする。
【００１２】
本発明の流体圧シリンダは、前記副ピストンと前記ダイヤフラムとの間に前記ダイヤフラム圧力室を形成し、前記ピストンロッドに前記ダイヤフラム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。また、本発明の流体圧シリンダは、前記副ピストンと前記ダイヤフラムとの間に前記ダイヤフラム圧力室を形成し、前記ダイヤフラム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、前記ピストンロッドに対して反対側のシリンダ本体の端部から突出させて前記副ピストンに設け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。
【００１４】
【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はピストンロッドが後退した状態を示し、図２はピストンロッドが突出した状態を示す。図３（Ａ）は図１におけるＡ−Ａ線に沿う横断面図である。
【００１５】
この流体圧シリンダ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って、シリンダチューブ１１とこれの一端部に設けられたヘッドカバーとしてのエンドカバー１２ａと他端部に設けられたロッドカバーとしてのエンドカバー１２ｂとによりシリンダ組立体つまりシリンダ本体１３が形成されている。図示する流体圧シリンダにあっては、作図の便宜上、シリンダ本体１３はシリンダチューブ１１と両端部のエンドカバー１２ａ，１２ｂ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１３を組み立てるようにしても良く、シリンダチューブ１１と２つのエンドカバー１２ａ，１２ｂの一方をシリンダチューブ１１と一体に形成するようにしても良い。シリンダチューブ１１は、図３（Ａ）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、変形例のシリンダチューブを示す図３（Ｂ）のように、外周面の横断面形状がほぼ四角形となった部材によりシリンダチューブ１１を形成するようにしても良い。
【００１６】
シリンダ本体１３内にはピストン１４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１４は主ピストン１４ａとこの主ピストン１４ａにねじ結合部１５により連結される副ピストン１４ｂとを有しており、主ピストン１４ａは環状部１６とこの端部に一体となって軸方向に突出する突起部１７とを有している。一方、副ピストン１４ｂは端板部１８と円筒部１９とを有しており、ねじ結合部１５は円筒部１９の内周面に形成された雌ねじと突起部１７の外周面に形成された雄ねじとにより構成されている。ただし、主ピストン１４ａと副ピストン１４ｂ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。
【００１７】
主ピストン１４ａには貫通孔２１が形成され、この貫通孔２１を貫通してピストンロッド２２が所定のストロークの範囲内でピストン１４に対して移動自在に主ピストン１４ａに装着されている。このピストンロッド２２の基端部には大径の頭部２３が一体に設けられ、先端部はシリンダ本体１３の端部であるエンドカバー１２ｂから突出している。エンドカバー１２ｂにはピストンロッド２２の軸方向移動を案内するための滑り軸受２４が設けられている。
【００１８】
ピストンロッド２２とピストン１４との間にはダイヤフラム２５が装着されている。図４は図１の一部を拡大して示す縦断面図であり、ダイヤフラム２５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ており、頭部２３の端面に密着する中央部２５ａと、主ピストン１４ａの端面と副ピストン１４ｂの端面との間に締結される外周部つまりフランジ部２５ｂとを有している。そして、これらの間には折り返し部を介して内外二重構造となった円筒部２５ｃが設けられ、円筒部２５ｃは頭部２３の外周面と主ピストン１４ａの突起部１７の内周面との間に配置されている。なお、図４において二点鎖線で示すように、主ピストン１４ａに形成された環状溝に係合するビード２６をフランジ部２５ｂに設けるようにしても良い。また、頭部２３にダイヤフラム２５の中央部２５ａを覆うようにリテーナを取り付けるようにしても良い。
【００１９】
主ピストン１４ａには頭部２３が接触するストッパ面２７が形成されており、ピストンロッド２２のピストン１４に対する前進方向つまり突出方向のストローク端の位置はストッパ面２７により規制され、ピストンロッド２２のピストン１４に対する後退方向のストローク端位置は副ピストン１４ｂの端板部１８により規制される。これにより、ピストンロッド２２はピストン１４に対しては、所定のストロークＳの範囲で軸方向に移動自在となっている。後退方向のストローク端の位置を副ピストン１４ｂによって規制することにより、ピストンロッド２２がピストン１４に対して最も後退した位置となっても、ダイヤフラム２５には折り返し部を介して内外二重構造の円筒部２５ｃが形成されることになる。ピストンロッド２２のピストン１４に対する移動ストロークの範囲で折り返し部が維持されるのであれば、副ピストン１４ｂを設けることなく、ピストン１４を主ピストン１４ａのみにより形成することができる。
【００２０】
ピストン１４の外周にはシリンダチューブ１１の内周面とピストン外周面との間をシールするシール部材２８，２９が組み込まれており、ピストン１４とエンドカバー１２ａとの間には、ピストン１４に対してシリンダ本体１３から突出する方向の圧力を供給する前進用の圧力室３１が区画形成されている。この圧力室３１に連通する給排ポート３２がエンドカバー１２ａに形成され、副ピストン１４ｂの端板部１８には連通孔３３が形成されている。この連通孔３３を介して圧力室３１に連通するダイヤフラム圧力室３４が主ピストン１４ａと副ピストン１４ｂとにより形成される空間内にダイヤフラム２５により区画形成されている。
【００２１】
ピストン１４とエンドカバー１２ｂとの間にはばね室３５が形成されており、このばね室３５にはピストン１４に後退方向のばね力を加えるための圧縮コイルばね３６が組み込まれている。したがって、給排ポート３２から圧縮空気を供給すると、ピストン１４に前進方向の推力が加えられるとともに、ピストンロッド２２にピストン１４に対して前進方向の推力が加えられて、ピストン１４はピストンロッド２２とともにばね力に抗して前進方向に移動する。ピストン１４の前進限位置は、エンドカバー１２ｂに設けられたストッパ面３０によって規制される。
【００２２】
一方、給排ポート３２から圧縮空気を排出すると、ピストン１４は圧縮コイルばね３６により後退移動する。この移動に際して、頭部２３とばね室３５との間で空気の流れを許容するためのブリードポートつまり息つき孔３８が主ピストン１４ａに形成され、シリンダチューブ１１にはばね室３５に連通してこの中に空気の流入と排出とを許容するための息つき孔３９が形成されている。
【００２３】
ピストンロッド２２にはピストンロッド２２がピストン１４に対して回転しないように、主ピストン１４ａに形成されたキー溝に係合する回転止めキー３７が取り付けられている。ただし、ピストンロッド２２の横断面形状を、図３（Ｂ）に示すように四角形とすれば回転止めキー３７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も良い。
【００２４】
上述した流体圧シリンダ１０ａは、ピストンロッド２２の先端部に設けられたワーク、治具あるいは工具などからなる第１の物体Ｗを各種装置あるいは機器などからなる第２の物体Ｒに押し付けるために使用することができる。その場合には、図１に示すように、ピストン１４が後退限位置となっている状態のもとで、給排ポート３２から圧力室３１に圧縮空気を供給すると、ピストン１４は前進方向に加圧される。さらに、圧縮空気は連通孔３３を介してダイヤフラム圧力室３４内に流入し、ダイヤフラム２５が加圧されてピストンロッド２２は頭部２３がストッパ面２７に接触する位置となる。これにより、ピストン１４はばね力に抗して前進移動し、ばね室３５内の空気は息つき孔３９から外部に排出される。
【００２５】
ピストンロッド２２は予め設定されたストローク前進移動すると、図２に示すように、第１の物体Ｗが第２の物体Ｒに接触して前進移動を停止するが、ピストン１４はストッパ面３０に接触するまで前進移動を続ける。このピストン１４のみの前進移動によって、ピストンロッド２２の頭部２３はストッパ面２７から離れ、ピストンロッド２２はピストン１４に対しては相対的に後退方向に移動することになる。したがって、ピストンロッド２２から物体Ｗに加えられるロッド出力は、ダイヤフラム圧力室３４内の流体圧力Ｐ１とダイヤフラムの有効受圧面積との積により設定され、シール部材２８，２９とシリンダチューブ１１内周面との摺動抵抗はロッド出力には影響を与えることがない。
【００２６】
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、頭部２３の上下両側に隙間Ｓ１，Ｓ２が発生するとき、つまりピストンロッド２２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２２の前進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、ダイヤフラム２５に加わる流体圧力と有効受圧面積との積によって設定され、シール部材２８，２９の摺動抵抗の影響は受けないので、高い精度で加圧力を設定することができる。フローティング時にピストンロッド２２に回転力が加わっても、回転止めキー３７によりピストン１４とピストンロッド２２の相対回転は発生せず、ダイヤフラム２５には捻れによる破損が防止される。
【００２７】
物体Ｗに対する加圧作業が終了した後に、給排ポート３２から圧縮空気を排出すると、まず、ピストン１４がばね力により後退移動する。引き続き後退移動によって頭部２３が主ピストン１４ａに接触した後にはピストン１４はピストンロッド２２とともに後退限位置まで後退移動する。
【００２８】
図５および図６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、これらの図においては、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は複動型であり、ピストン１４の両側に圧力室３１，４１が区画形成されている。一方の圧力室３１はピストン前進用の圧力室になっており、他方の圧力室４１は後退用の圧力室となっており、圧力室４１に連通する給排ポート４２がシリンダチューブ１１に形成されている。したがって、ピストン１４を前進限位置から後退限位置まで後退移動させる際には、給排ポート４２から圧縮空気を供給し、給排ポート３２から圧縮空気を排出することになる。圧力室４１内の空気が外部に漏れるのを防止するために、エンドカバー１２ｂにはシール部材４３が設けられている。
【００２９】
ピストン１４を構成する副ピストン１４ｂには、前述した連通孔３３は形成されておらず、副ピストン１４ｂとダイヤフラム２５とによりダイヤフラム圧力室３４が区画形成されており、このダイヤフラム圧力室３４に圧縮空気を供給するために、ピストンロッド２２にはダイヤフラム圧力室３４に連通する流体供給通路４４が形成されている。この流体供給通路４４に連通させてピストンロッド２２に取り付けられたジョイント部材４５を介してダイヤフラム圧力室３４に圧縮空気が供給される。このピストンロッド２２には頭部２３を貫通して流体供給通路４４が形成されているので、頭部２３の端部に形成された突起部にはナット４６によりリテーナ４７が取り付けられており、ダイヤフラム２５の中央部はナット４６により締結されている。
【００３０】
次に、流体圧シリンダ１０ｂにより第１の物体Ｗを第２の物体Ｒに押し付けるための手順について説明する。まず、ジョイント部材４５から流体供給通路４４を介してダイヤフラム圧力室３４に圧力Ｐ３の圧縮空気を導入する。そして、図５に示すように、ピストン１４が後退限位置となっている状態のもとで、給排ポート３２から圧力室３１に圧力Ｐ１の圧縮空気を供給することにより、ピストン１４は前進移動し圧力室４１内の空気を給排ポート４２から外部に排出する。
【００３１】
図６に示すように、ピストンロッド２２が予め設定されたストローク前進移動すると、第１の物体Ｗが第２の物体Ｒに接触して前進移動を停止するが、ピストン１４はストッパ面３０に接触するまで前進移動を続ける。このピストン１４のみの前進移動によって、ピストンロッド２２の頭部２３はストッパ面２７から離れ、ピストンロッド２２はピストン１４に対しては相対的に後退方向に移動することになる。したがって、ピストンロッド２２から物体Ｗに加えられるロッド出力は、ダイヤフラム圧力室３４内の流体圧力Ｐ３とダイヤフラムの有効受圧面積との積により設定され、シール部材２８，２９とシリンダチューブ１１内周面との摺動抵抗はロッド出力には影響を与えることがない。
【００３２】
加圧作業が終了した後に、給排ポート３２から圧縮空気を排出し、給排ポート４２から圧力室４１に圧力Ｐ２の圧縮空気を供給すると、ピストン１４が後退移動する。ピストン１４の後退移動によって頭部２３が主ピストン１４ａに接触した後にはピストン１４はピストンロッド２２とともに後退限位置まで後退移動する。このタイプの流体圧シリンダ１０ｂにあっては、流体圧力をＰ３＞Ｐ２に設定することにより、ダイヤフラム２５に逆圧作動するのを避けるようにする。
【００３３】
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を示す縦断面図であり、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。この流体圧シリンダ１０ｃはピストン１４の両側に圧力室３１，４１が形成されており、図５および図６に示した流体圧シリンダ１０ｂと同様に複動型となっている。この流体圧シリンダ１０ｃにあっては、ピストン１４を構成する副ピストン１４ｂには圧力ロッド５１が取り付けられており、圧力ロッド５１はピストンロッド２２に対して反対側のシリンダ本体１３の端部から外方に突出している。エンドカバー１２ａには圧力ロッド５１が貫通する貫通孔５２が形成されており、これに装着されたシール部材４３ａが圧力ロッド５１に接触している。この圧力ロッド５１にはダイヤフラム圧力室３４に連通する流体供給通路５３が形成されており、圧力供給ポート５４からダイヤフラム圧力室３４には圧力Ｐ３の圧縮空気が供給されるようになっている。
【００３４】
図７に示す流体圧シリンダ１０ｃはピストンロッド２２と圧力ロッド５１とがシリンダ本体１３の両端部から外方に突出し両ロッド型となっており、圧力ロッド５１の外周面に圧力供給ポート５４を形成すれば、圧力ロッド５１の先端で物体を駆動することができる。
【００３５】
図８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１０ｄを示す縦断面図である。この流体圧シリンダ１０ｄは複動型であるが、基本構造は図１に示す流体圧シリンダ１０ａと同様であり、副ピストン１４ｂには連通孔３３が形成されており、図８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。
【００３６】
この流体圧シリンダ１０ｄにあっては、ピストンロッド２２と頭部２３とが別部材となっており、ピストンロッド２２の基端部に形成されたねじ部２２ａには頭部２３がねじ結合されており、さらにこのねじ部２２ａにはストッパ面３０に当接するストッパ板５５がねじ結合されている。主ピストン１４ａにはスペーサリング５６が嵌合されており、頭部２３の後端面側にはダイヤフラム圧力室３４を区画形成するダイヤフラム２５が取り付けられ、頭部２３の前端面側にはダイヤフラム２５に後退用の圧力室４１の圧力が作用しないように遮蔽用のダイヤフラム５７が取り付けられている。これにより、ダイヤフラム２５には逆圧が作用することを防止できる。なお、両方のダイヤフラム２５，５７間の空間を外部に連通させるために、ピストンロッド２２には息つき孔５８が形成されている。
【００３７】
図９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１０ｅの一部を示す縦断面図であり、この流体圧シリンダ１０ｅは図１に示したものと同様に単動型のシリンダであるが、ピストン１４が図１における主ピストン１４ａに対応する１つの部材によって形成されている。したがって、この流体圧シリンダ１０ｅにおいては、前進用の圧力室３１とダイヤフラム圧力室３４は直接連通されており、ピストンロッド２２を往復動する際には、ピストンロッド２２がピストン１４に対して所定のストローク以上には後退移動しないようにして、ダイヤフラム２５の変形時には、常に二重構造の円筒部２５ｃが維持形成されるようにする。この場合には、ダイヤフラム２５の外周部には金属製の補強リング６１が埋め込まれており、外周部をピストン１４に嵌合させることにより、ダイヤフラム２５がピストン１４に圧入固定される。
【００３８】
図１０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１０ｆの一部を示す縦断面図であり、この流体圧シリンダ１０ｆは図７に示した流体圧シリンダ１０ｃと同様に複動型である。このシリンダにおけるピストン１４は副ピストン１４ｂが主ピストン１４ａの内部に嵌合されて止めリング６２により固定されており、この副ピストン１４ｂに圧力ロッド５１が連結されている。この場合のダイヤフラム２５は図１などに示される場合と相違して、径方向にフラットとなった外周部を有しておらず、外周部２５ｂは環状に形成され、その外周部２５ｂが主ピストン１４ａと副ピストン１４ｂとにより締結されている。このように、外周部にはフラットとなった部分が設けられていないので、図１０に示す場合には、ダイヤフラム２５の外径を小さくすることができ、ピストン１４およびシリンダ本体１３の外径を小さくすることができる。
【００３９】
また、図１０に示すように、ピストンロッド２２がピストン１４に対して相対回転しないようにするために、ピストンロッド２２には径方向に回転止めピン６４が止めねじ６５により固定されている。この回転止めピン６４はピストンロッド２２の外周から突出し、ピストン１４に形成された係合溝６６に係合しており、所定のストロークの範囲でピストンロッド２２は回転することなく、ピストン１４に対して移動することができる。なお、図１０に示す回転止めの構造を他の実施の形態に適用するようにしても良い。
【００４０】
前述したそれぞれの流体圧シリンダ１０ａ〜１０ｆにあっては、ピストンロッド２２を所定の位置に前進駆動するまでは、ピストン１４によってピストンロッド２２を駆動し、ピストンロッド２２が物体に加圧力を加えるときにはピストンロッド２２をピストン１４に対してフローティングさせて、ダイヤフラム２５によって加圧力を設定するようにしている。このように、流体圧シリンダは、ピストン１４とダイヤフラム２５とをピストンロッド２２に組み付けたハイブリット構造となり、物体に加圧力を加える際にはピストン１４にシール部材の摺動抵抗が加わらない状態とし、しかもダイヤフラム２５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２２を長いストロークで往復動させる場合でも、物体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。
【００４１】
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キー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、ゴム製のスキージーヘッド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、そのスキージーヘッドを駆動するために本発明の流体圧シリンダ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。
【００４２】
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、ピストン１４を圧縮空気によって駆動するようにしているが、駆動媒体としては油圧を使用するようにしても良い。また、図示したそれぞれの流体圧シリンダはピストンロッド２２を上下方向に移動させて物体を加圧するようにしているが、ピストンロッドを水平方向や傾斜方向に往復動させて物体を加圧するようにしても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、ピストンとピストンロッドとの間にダイヤフラムを装着したので、ピストンによりピストンロッドを往復動させるとともに、ピストンロッドをピストンに対して所定のストロークの範囲ではダイヤフラム圧力室に供給される流体圧によってピストンロッドに出力を加えることができる。これにより、シール部材の摺動抵抗がピストンロッドに加わることなく、高い精度で一定の出力をピストンロッドに加えることができる。ピストンロッドにより物体を長いストローク移動した後に、物体に一定の加圧力を加えることができる。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】ピストンが突出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３】（Ａ）は図１におけるＡ−Ａ線に沿う横断面図であり、（Ｂ）は本発明の他の実施の形態である流体圧シリンダにおける（Ａ）と同様の部分を示す横断面図である。
【図４】図１の一部拡大縦断面図である。
【図５】ピストンが後退移動した状態を示す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】ピストンが突出移動した状態を示す図５の流体圧シリンダの縦断面図である。
【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。
【図８】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９】本発明のさらに他の実施の形態である流体圧シリンダの一部を示す縦断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態である流体圧シリンダの一部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０ａ〜１０ｆ 流体圧シリンダ
１１ シリンダチューブ
１２ａ，１２ｂ エンドカバー
１３ シリンダ本体
１４ ピストン
１４ａ 主ピストン
１４ｂ 副ピストン
１５ ねじ結合部
１６ 環状部
１７ 突起部
１８ 端板部
１９ 円筒部
２１ 貫通孔
２２ ピストンロッド
２３ 頭部
２５ ダイヤフラム
２７ ストッパ面
２８，２９ シール部材
３０ ストッパ面
３１ 圧力室（前進用の圧力室）
３２ 給排ポート
３３ 連通孔
３４ ダイヤフラム圧力室
３５ ばね室
３６ 圧縮コイルばね
３７ 回転止めキー
４１ 圧力室（後退用の圧力室）
４２ 給排ポート
４４ 流体供給通路
４５ ジョイント部材
４６ ナット
５１ 圧力ロッド
５２ 貫通孔
５３ 流体供給通路
５４ 圧力供給ポート
５５ ストッパ板
５６ スペーサリング
５７ 遮蔽用のダイヤフラム
５８ 息つき孔
６４ 回転止めピン
Claims (9)
- ピストンが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、前記ピストンに対し前進方向の流体圧を加える前進用の圧力室を有するシリンダ本体と、
前記シリンダ本体の内周面に接触するシール部材が設けられた前記ピストンに対して所定のストロークで軸方向に移動自在に装着され、前記シリンダの一端部から突出するピストンロッドと、
前記ピストンロッドと前記ピストンとの間に装着され、前記シリンダ本体内に連通しないダイヤフラム圧力室を区画形成するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラム圧力室に連通する流体供給通路とを有することを特徴とする流体圧シリンダ。 - 請求項１記載の流体圧シリンダにおいて、前記ピストンロッドは前記ピストンの中央部に設けられ、前記ダイヤフラムの外周部を前記ピストンに装着し、前記ダイヤフラムの中央部を前記ピストンロッドに装着することを特徴とする流体圧シリンダ。
- 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流体圧シリンダ。
- 請求項４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後退用の圧力室と前記ダイヤフラムとの連通を遮断する遮蔽用のダイヤフラムを設けることを特徴とする流体圧シリンダ。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載の流体圧シリンダにおいて、前記ピストンを前記ピストンロッドが貫通する主ピストンと、前記主ピストンに取り付けられ前記ピストンロッドの前記主ピストンに対する移動ストロークを規制するとともに前記ダイヤフラムとにより前記シリンダ本体内に連通しないダイヤフラム圧力室を区画形成する副ピストンとにより形成することを特徴とする流体圧シリンダ。
- 請求項１〜６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１〜６のいずれか１項に記載の流体圧シリンダにおいて、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ピストンに設けることを特徴とする流体圧シリンダ。
- 請求項１〜８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。
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