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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Fluiddruckzylinder (Hydraulikzylinder) mit einem Kolben, an dem ein Magnet vorgesehen ist.
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Stand der Technik
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Es sind beispielsweise Fluiddruckzylinder mit Kolben, die durch die Zufuhr von Druckfluid verschoben werden, als Mittel zum Transportieren von Werkstücken und dergleichen (Stellglieder) gut bekannt. Ein typischer Fluiddruckzylinder umfasst ein Zylinderrohr, einen in dem Zylinderrohr vorgesehenen Kolben, der in den axialen Richtungen bewegbar ist, und eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange.
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Um die Position eines Kolbens zu erfassen, umfasst ein Fluiddruckzylinder, wie er in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-133920 beschrieben ist, einen ringförmigen Magneten, der an einem äußeren Umfangsabschnitt des Kolbens angebracht ist, und einen außerhalb eines Zylinderrohres vorgesehenen magnetischen Sensor. Bei diesem Aufbau hat der Magnet eine Ringform (erstreckt sich um den gesamten Umfang), während der Magnetsensor an dem Zylinderrohr lediglich an einem Punkt in der Umfangsrichtung vorgesehen ist. Somit ist der Magnet größer als notwendig, um die Position des Kolbens zu erfassen. Andererseits umfasst ein Fluiddruckzylinder, wie er in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2017-003023 beschrieben ist, Magneten (nicht ringförmige Magneten), die an einem äußeren Umfangsabschnitt eines Kolbens lediglich an bestimmten Punkten in der Umfangsrichtung gehalten werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Bei dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2017-003023 beschriebenen Fluiddruckzylinder sind die Abstände zwischen Magnetsensoren und den Magneten (Positionsbeziehung in der Umfangsrichtung) immer konstant. Somit kann die Magnetkraft, die auf die an festen Positionen angebrachten Magnetsensoren (Positionsbeziehung zwischen den Magnetsensoren und den Magneten in der Umfangsrichtung) ausgeübt wird, nicht eingestellt werden.
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Andererseits kann ein Magnetsensor an einem äußeren Umfangsabschnitt eines kreisförmigen Zylinderrohres mit Hilfe eines Sensorbefestigungsbandes angebracht werden. Bei dieser Gestaltung kann der Magnetsensor an einer frei gewählten Position an dem äußeren Umfangsabschnitt des Zylinderrohres vorgesehen werden und somit angebracht werden, nachdem der Abstand zwischen dem Magnetsensor und dem nicht ringförmigen Magneten eingestellt wurde. Wenn aber die Kolbenstange gedreht wird, nachdem der Magnetsensor an dem äußeren Umfangsabschnitt des Zylinderrohres angebracht wurde, wird der Abstand zwischen dem Magnetsensor und dem nicht ringförmigen Magneten nachteilig verändert.
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Wenn die Kolbenstange bei der Gestaltung gedreht wird, bei der die Magnetsensoren an festen Sensoren außerhalb des Zylinderrohres angebracht sind, werden außerdem die Abstände zwischen den Magnetsensoren und den nicht ringförmigen Magneten nachteilig verändert.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, einen Fluiddruckzylinder vorzuschlagen, der wenigstens eines der oben beschriebenen Probleme der bekannten Technologien lösen kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Fluiddruckzylinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei dem Fluiddruckzylinder mit dem oben beschriebenen Aufbau ist der Magnet lediglich an einem erforderlichen Punkt in der Umfangsrichtung vorgesehen. Somit können die Kosten und das Gewicht des Produktes reduziert werden. Wenn das Zylinderrohr bei einer Gestaltung, bei der ein Magnetsensor an einer festen Position außerhalb des Zylinderrohres angebracht ist und die Umfangsposition des Zylinderrohrs eingestellt werden kann, gedreht wird, dreht sich auch der durch das bewegliche Element, das in dem Zylinderrohr vorgesehen ist, gehaltene Magnet in integrierter Weise mit. Somit kann die auf den Magnetsensor ausgeübte Magnetkraft einfach eingestellt werden, indem der Abstand zwischen dem Magnetsensor, der außerhalb des Zylinderrohrs vorgesehenen ist, und dem Magneten eingestellt wird (Positionsbeziehung zwischen dem Magnetsensor und dem Magnet in der Umfangsrichtung). Dementsprechend kann der Fluiddruckzylinder bei der Verwendung einer Art von Zylindergestalt verschiedene Arten von Magnetsensoren mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten tragen. Diese effiziente Verwendung der Teile führt zu einer Verringerung der Produktionskosten.
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Andererseits ist bei einer Gestaltung, bei der der Magnetsensor an einem äußeren Umfangsabschnitt des Zylinderrohrs mit Hilfe eines Sensorbefestigungsbandes an einer frei gewählten Position angebracht ist, der Abstand zwischen dem Magnetsensor und dem Magnet unverändert, auch wenn die Kolbenstange gedreht wird, nachdem der Magnetsensor an dem äußeren Umfangsabschnitt des Zylinderrohres angebracht wurde. Bei einer Gestaltung, bei der der Magnetsensor an einer festen Position außerhalb des Zylinderrohres angebracht ist, bleibt außerdem der Abstand zwischen dem Magnetsensor und dem Magneten unverändert, auch wenn die Kolbenstange gedreht wird. Dies ermöglicht in bequemer Weise eine Drehung der Kolbenstange ohne den Abstand zwischen dem Magnetsensor und dem Magneten zu ändern, beispielsweise wenn der Fluiddruckzylinder in einer Anlage installiert wird.
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Vorzugsweise ist das bewegliche Element ein Verschleißring, der dazu ausgestaltet ist, einen Kontakt zwischen dem Kolbenkörper und dem Zylinderrohr zu verhindern.
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Bei dieser Gestaltung dient das bewegliche Element als ein Element, das sowohl den Magneten als auch den Verschleißring hält, was zu einer Verringerung der Teilezahl führt. Diese effiziente Verwendung von Teilen führt zu einer weiteren Verringerung der Produktionskosten.
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Vorzugsweise ist eine ringförmige Magnetanordnungsnut in dem äußeren Umfangsabschnitt des Kolbenkörpers ausgebildet, und der Magnethalteabschnitt wird in die Magnetanordnungsnut eingesetzt.
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In einem Fall, wenn die Befestigungsposition des Magnetsensors in dem Fluiddruckzylinder nicht vorab festgelegt werden kann, wird ein ringförmiger Magnet verwendet. Bei der oben beschriebenen Gestaltung kann der Kolbenkörper sowohl dann verwendet werden, wenn ein nicht ringförmiger Magnet verwendet wird (vorliegende Erfindung), als auch dann, wenn ein ringförmiger Magnet verwendet wird. Diese effiziente Verwendung von Teilen führt zu einer Verringerung der Produktionskosten.
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Vorzugsweise kann in der inneren Umfangsfläche des Zylinderrohres in einer axialen Richtung des Zylinderrohres eine Rastnut vorgesehen sein, und das bewegliche Element kann einen Rastvorsprung aufweisen, der in die Rastnut eingesetzt wird.
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Dieser einfache Aufbau ermöglicht es, die Relativdrehung zwischen dem beweglichen Element und dem Zylinderrohr zu verhindern.
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Vorzugsweise umfasst das bewegliche Element einen Umfangsabschnitt, der sich in der Umfangsrichtung entlang des äußeren Umfangselements des Kolbenkörpers erstreckt, wobei der Magnethalteabschnitt von dem Umfangsabschnitt in der axialen Richtung vorsteht und wobei der Rastvorsprung über eine Außenfläche des Umfangsabschnitts und eine Außenfläche des Magnethalteabschnitts vorgesehen ist.
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Bei diesem Aufbau kann die axiale Länge des Rastvorsprungs, die erforderlich ist, um die Relativdrehung zwischen dem beweglichen Element und dem Zylinderrohr zu verhindern, in bevorzugter Weise einfach erreicht werden.
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Vorzugsweise wird ein Vorsprung, der in die Rastnut eingesetzt wird, an einem äußeren Umfangsabschnitt der Dichtung vorgesehen, um in Gleitkontakt mit einer Innenfläche der Rastnut zu treten.
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Bei diesem Aufbau kann die Dichtleistung in dem Bereich der Rastnut zufriedenstellend verbessert werden.
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Vorzugsweise hat der Magnethalteabschnitt eine Magnetaufnahmenut, in die der Magnet eingesetzt wird, und die Magnetaufnahmenut tritt durch den Magnethalteabschnitt in der axialen Richtung hindurch und öffnet sich radial nach innen.
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Bei diesem Aufbau kann der Magnet während der Montage einfach an dem Magnethalteabschnitt angebracht werden.
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Bei dem Fluiddruckzylinder gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Abstand zwischen dem Magnetsensor und dem Magneten eingestellt werden, wobei das Gewicht des Produkts verringert wird. Alternativ kann bei dem Fluiddruckzylinder gemäß der vorliegenden Erfindung die Kolbenstange gedreht werden, ohne den Abstand zwischen dem Magnetsensor und dem Magneten zu beeinflussen.
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Die oben beschriebene Aufgabe, Merkmale und Vorteile ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fluiddruckzylinders gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 2 ist ein Schnitt durch den Fluiddruckzylinder gemäß 1,
- 3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des in 1 dargestellten Fluiddruckzylinders,
- 4A ist ein Schnitt, der einen Aufbau (mit einer polygonalen Form) zeigt, der die Drehung des beweglichen Elements relativ zu dem Zylinderrohr verhindert, und 4B ist ein Schnitt, der einen Aufbau (mit einer Bogenform) zeigt, der die Drehung des beweglichen Elements relativ zu dem Zylinderrohr verhindert,
- 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Zylinderrohrs mit einer anderen Gestaltung,
- 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Zylinderrohrs mit einer noch anderen Gestaltung und
- 7 ist ein Teilschnitt durch einen Fluiddruckzylinder gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Bevorzugte Ausführungsformen eines Fluiddruckzylinders gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
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Ein Fluiddruckzylinder 10 gemäß einer ersten Ausführungsform, der in 1 dargestellt ist, umfasst ein hohles, rohrförmiges Zylinderrohr 12 mit einer kreisförmigen Gleitöffnung 13 (Zylinderkammer) innerhalb des Zylinderrohres 12, eine Stangenabdeckung 14, die an einem Endabschnitt des Zylinderrohres 12 vorgesehen ist, und eine Kopfabdeckung 16, die an einem anderen Endabschnitt des Zylinderrohrs 12 vorgesehen ist. Wie in den 2 und 3 dargestellt ist, weist der Fluiddruckzylinder 10 außerdem eine Kolbeneinheit 18, die so in dem Zylinderrohr 12 vorgesehen ist, dass sie sich in der axialen Richtung (X-Richtung) bewegen kann, und eine mit der Kolbeneinheit 18 verbundene Kolbenstange 20 auf. Der Fluiddruckzylinder 10 wird als ein Stellglied (Aktuator) beispielsweise zum Transportieren eines Werkstücks verwendet.
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Das Zylinderrohr 12 ist ein rohrförmiger Körper, der beispielsweise aus einem Metallmaterial, wie einer Aluminiumlegierung, besteht und sich in der axialen Richtung erstreckt. Bei der ersten Ausführungsform hat das Zylinderrohr 12 eine hohlzylindrische Form.
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Eine Rastnut 24 erstreckt sich in der inneren Umfangsfläche des Zylinderrohrs 12 in der axialen Richtung des Zylinderrohrs 12. Die Rastnut 24 verjüngt sich (zu einer trapezförmigen oder einer dreieckigen Gestalt), so dass ihre Breite (Umfangsbreite) radial nach außen abnimmt. Die Rastnut 24 kann auch andere polygonale Formen (beispielsweise eine rechteckige Form) haben. Bei der ersten Ausführungsform ist die Rastnut 24 in der inneren Umfangsfläche des Zylinderrohrs 12 an einem Punkt in der Umfangsrichtung ausgebildet. Man beachte, dass auch mehrere (beispielsweise drei) Rastnuten 24 in der inneren Umfangsrichtung des Zylinderrohrs 12 mit Abständen in der Umfangsrichtung ausgebildet sein können.
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Wie in den 1 und 2 dargestellt ist, ist die Stangenabdeckung 14 vorgesehen, um den einen Endabschnitt (einen Endabschnitt an einer Seite, zu der ein Pfeil X1 deutet) des Zylinderrohres 12 zu blockieren, und besteht beispielsweise aus einem Metallmaterial ähnlich dem Material des Zylinderrohres 12. Die Stangenabdeckung 14 weist einen ersten Anschluss (Anschlussöffnung) 15a auf. Wie in 2 dargestellt ist, ist ein ringförmiger vorstehender Abschnitt 14b, der an der Stangenabdeckung 14 vorgesehen ist, in den einen Endabschnitt des Zylinderrohres 12 eingesetzt.
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Eine kreisringförmige Dichtung 23 ist zwischen der Stangenabdeckung 14 und dem Zylinderrohr 12 vorgesehen. Eine kreisringförmige Hülse 25 und eine kreisringförmige Dichtung 27 sind in einem inneren Umfangsabschnitt der Stangenabdeckung 14 vorgesehen. Eine erste, kreisringförmige Dämpfungsdichtung 68a ist in dem inneren Umfangsabschnitt der Stangenabdeckung 14 vorgesehen.
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Die Kopfabdeckung 16 besteht beispielsweise aus einem Metallmaterial, ähnlich dem Material des Zylinderrohrs 12, und ist vorgesehen, um den anderen Endabschnitt (einen Endabschnitt an der Seite, zu der ein Pfeil X2 deutet) des Zylinderrohrs 12 zu blockieren. Die Kopfabdeckung 16 verschließt den anderen Endabschnitt des Zylinderrohrs 12 luftdicht. Die Kopfabdeckung 16 weist einen zweiten Anschluss (Anschlussöffnung) 15b auf.
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Ein ringförmiger vorstehender Abschnitt 16b an der Kopfabdeckung 16 ist in den anderen Endabschnitt des Zylinderrohrs 12 eingesetzt. Eine kreisringförmige Dichtung 31 ist zwischen der Kopfabdeckung 16 und dem Zylinderrohr 12 vorgesehen. Eine zweite, kreisringförmige Dämpfungsdichtung 68b ist in einem inneren Umfangsabschnitt der Kopfabdeckung 16 vorgesehen.
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Wie in 1 dargestellt ist, werden das Zylinderrohr 12, die Stangenabdeckung 14 und die Kopfabdeckung 16 aneinander in der axialen Richtung durch mehrere Verbindungsstangen 32 und Muttern 34 befestigt. Die mehreren Paare von Verbindungsstangen 32 und Muttern 34 sind in Abständen in der Umfangsrichtung vorgesehen. Somit wird das Zylinderrohr 12 befestigt, indem es zwischen der Kopfabdeckung 16 und der Stangenabdeckung 14 gehalten wird.
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Wie in 2 dargestellt ist, ist die Kolbeneinheit 16 innerhalb des Zylinderrohrs 12 (Gleitöffnung 13) so aufgenommen, dass sie in der axialen Richtung gleiten kann, und unterteilt die Gleitöffnung 13 in eine erste Druckkammer 13a neben dem ersten Anschluss 15a und eine zweite Druckkammer 13b neben dem zweiten Anschluss 15b. Bei dieser Ausführungsform ist die Kolbeneinheit 18 mit einem Basisendabschnitt 20a der Kolbenstange 20 verbunden.
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Die Kolbeneinheit 18 umfasst einen kreisförmigen Kolbenkörper 40, der von der Kolbenstange 20 radial nach außen vorsteht, eine kreisringförmige Dichtung 42, die an einem äußeren Umfangsabschnitt des Kolbenkörpers 40 angebracht ist, ein bewegliches Element 44, das an dem äußeren Umfangsabschnitt des Kolbenkörpers 40 so angebracht ist, dass es sich relativ zu dem Kolbenkörper 40 drehen kann, und einen in dem Kolbenkörper 40 teilweise in der Umfangsrichtung des Kolbenkörpers 40 vorgesehenen Magneten 46.
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Der Kolbenkörper 40 hat eine Durchgangsöffnung 40a, die ihn in der axialen Richtung durchtritt. Der Basisendabschnitt 20a (Abschnitt mit kleinem Durchmesser) der Kolbenstange 20 ist in die Durchgangsöffnung 40a des Kolbenkörpers 40 eingesetzt und durch Stauchen (Schmieden) mit dem Kolbenkörper 40 verbunden (befestigt). Der Kolbenkörper 40 und die Kolbenstange 20 können statt des Schmiedens auch durch Verschrauben aneinander befestigt werden.
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Eine Dichtungsaufnahmenut 50, eine Magnetanordnungsnut 52 und eine Verschleißringaufnahmenut 54 sind in dem äußeren Umfangsabschnitt des Kolbenkörpers 40 an unterschiedlichen axialen Positionen ausgebildet. Die Magnetanordnungsnut 52 ist zwischen der Dichtungsaufnahmenut 50 und der Verschleißringaufnahmenut 54 vorgesehen. Die Dichtungsaufnahmenut 50, die Magnetanordnungsnut 52 und die Verschleißringaufnahmenut 54 haben jeweils eine kreisringförmige Gestalt und erstrecken sich um den gesamten Umfang in der Umfangsrichtung.
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Ein Boden 52a der Magnetanordnungsnut 52 ist radial innerhalb eines Bodens 54a der Verschleißringaufnahmenut 54 angeordnet. Somit ist die Nutentiefe der Magnetanordnungsnut 52 größer als die Nutentiefe der Verschleißringaufnahmenut 54. Das Aufbaumaterial des Kolbenkörpers 40 umfasst beispielsweise Metallmaterialien, wie Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Aluminiumlegierungen sowie harten Kunststoff.
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Die Dichtung 42 ist ein ringförmiges Dichtelement (beispielsweise ein O-Ring), das aus einem elastischen Material, wie Gummi oder Elastomer, besteht. Die Dichtung 42 ist in die Dichtungsaufnahmenut 50 eingesetzt.
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Die Dichtung 42 steht in Gleitkontakt mit der inneren Umfangsfläche des Zylinderrohrs 12. Im Einzelnen haftet der äußere Umfangsabschnitt der Dichtung 42 über den gesamten Umfang luftdicht oder flüssigkeitsdicht an der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 13. Ein innerer Umfangsabschnitt der Dichtung 42 haftet luftdicht oder flüssigkeitsdicht über den gesamten Umfang an der äußeren Umfangsfläche des Kolbenkörpers 40. Die Dichtung 42 dichtet einen Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche der Kolbeneinheit 18 und der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 13 ab, um die erste Druckkammer 13a und die zweite Druckkammer 13b innerhalb der Gleitöffnung 13 luftdicht oder flüssigkeitsdicht voneinander zu trennen.
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Wie in 3 dargestellt ist, ist ein Vorsprung 56, der so in die Rastnut 24 eingesetzt wird, dass er in Gleitkontakt mit der Innenfläche der Rastnut 24 steht, an dem äußeren Umfangsabschnitt der Dichtung 42 vorgesehen. Der Vorsprung 56 hat eine polygonale Form ähnlich der Rastnut 24. Somit verjüngt sich der Vorsprung 56 (trapezförmig oder dreieckig), so dass sich seine Breite (Umfangsform) radial nach außen verringert. Der Vorsprung 56 haftet luftdicht oder flüssigkeitsdicht an der Rastnut 24.
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Der Eingriff des Vorsprungs 56 in die Rastnut 24 verhindert die Rotation der Dichtung 42 relativ zu dem Zylinderrohr 12. Da der Kolbenkörper 40 und die Kolbenstange 20 so verbunden sind, dass sie sich relativ zueinander nicht drehen können, dreht sich der Kolbenkörper 40 zusammen mit der Kolbenstage 20, wenn die Kolbenstange 20 gedreht wird. In diesem Moment ist der Kolbenkörper 40 relativ zu der Dichtung 42 drehbar.
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In einem Fall, in dem mehrere Rastnuten 24 in Abständen in der Umfangsrichtung in der inneren Umfangsfläche des Zylinderrohrs 12 ausgebildet sind, können mehrere (gleiche Zahl wie die Zahl der Rastnuten 24 oder weniger) Vorsprünge 56 in Abständen in der Umfangsrichtung an der Dichtung 42 vorgesehen sein.
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Das bewegliche Element 44 umfasst einen Umfangsabschnitt 57, der sich in der Umfangsrichtung entlang des äußeren Umfangsabschnitts des Kolbenkörpers 40 erstreckt, und die Magnethalteabschnitte 58, die in der axialen Richtung von dem Umfangsabschnitt 57 vorstehen. Die mehreren (in der Zeichnung vier) Magnethalteabschnitte 58 sind in Abständen in der Umfangsrichtung vorgesehen. Die Zahl der Magnethalteabschnitte 58 kann eins sein.
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Die Magnethalteabschnitte 58 werden in die Magnetanordnungsnut 52 eingesetzt. Die Magnethalteabschnitte 58 weisen jeweils eine Magnetaufnahmenut 58a auf, in welche der Magnet 46 eingesetzt werden kann. Jede der Magnetaufnahmenuten 58a tritt durch den zugeordneten Magnethalteabschnitt 58 in der axialen Richtung hindurch und öffnet sich radial nach innen. Im Einzelnen umfassen die Magnethalteabschnitte 58 jeweils eine Basis 58b, die von dem Umfangsabschnitt 57 in der axialen Richtung vorsteht, und ein Paar von Haltearmen 58c, die sich von beiden Seiten der Basis 58b in der Umfangsrichtung radial nach innen erstrecken. Das Paar von Haltearmen 58c erstreckt sich so, dass sie einander zugewandt sind. Sie weisen jeweils einen Haken 58d auf, der zu dem gegenüberliegenden Paar vorsteht. Die Magnetaufnahmenuten 58a sind zwischen den Paaren von Haltearmen 58c ausgebildet.
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Bei der ersten Ausführungsform ist das bewegliche Element 44 ein Verschleißring 44A, der dazu ausgestaltet ist, einen Kontakt zwischen dem Kolbenkörper 40 und dem Zylinderrohr 12 zu verhindern, und ist in die Verschleißringaufnahmenut 54 eingesetzt. Der Verschleißring 44A verhindert, dass die äußere Umfangsfläche des Kolbenkörpers 40 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 13 tritt, wenn auf die Kolbeneinheit 18 in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung eine große seitliche Last aufgebracht wird, während der Fluiddruckzylinder 10 betrieben wird. Der Außendurchmesser des Verschleißrings 44A ist größer als der Außendurchmesser des Kolbenkörpers 40.
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Der Verschleißring 44A besteht aus einem Material mit geringer Reibung. Der Reibungskoeffizient zwischen dem Verschleißring 44A und der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 13 ist kleiner als der Reibungskoeffizient zwischen der Dichtung 42 und der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 13. Ein solches Material mit geringer Reibung umfasst beispielsweise synthetische Harze (Kunststoffe) mit niedrigen Reibungseigenschaften aber einer hohen Verschleißfestigkeit, wie Polytetrafluorethylen (PTFE) und Metallmaterialien (beispielsweise Lagerstahl).
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Der Umfangsabschnitt 57 wird in die Verschleißringaufnahmenut 54 eingesetzt. Der Umfangsabschnitt 57 hat eine kreisringförmige Gestalt mit einem Schlitz 57a (Lücke), der an einem Punkt in der Umfangsrichtung gelassen wird. Der Schlitz 57a ist an einer Position vorgesehen, die zu den Magnethalteabschnitten 58 in der Umfangsrichtung versetzt ist. Im Einzelnen wird der Schlitz 57a zwischen zwei Magnethalteabschnitten 58 gelassen, die in der Umfangsrichtung nebeneinander liegen. Während der Montage wird das bewegliche Element 44 zwangsweise in radialer Richtung aufgeweitet und um die Verschleißringaufnahmenut 54 angeordnet. Das bewegliche Element 44 wird in die Verschleißringaufnahmenut 54 eingesetzt, wenn sich der Durchmesser des beweglichen Elements 44 durch die elastische Rückstellkraft verringert.
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Die Rotation des beweglichen Elements 44 relativ zu dem Zylinderrohr 12 ist eingeschränkt (verhindert). Im Einzelnen ist bei der ersten Ausführungsform die Rastnut 24 in der inneren Umfangsfläche des Zylinderrohrs 12 in der radialen Richtung des Zylinderrohrs 12 ausgebildet, und ein Rastvorsprung 60, der in Eingriff mit der Rastnut 24 tritt, ist an dem beweglichen Element 44 vorgesehen. Der Rastvorsprung 60 kann in der axialen Richtung in der Rastnut 24 gleiten.
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Der Rastvorsprung 60 steht radial nach außen von einem äußeren Umfangsabschnitt des beweglichen Elements 44 vor. Wie in 4A dargestellt ist, hat der Rastvorsprung 60 eine polygonale Form ähnlich der Form der Rastnut 24. Somit verjüngt sich der Rastvorsprung 60 (zu einer Trapezform oder einer Dreiecksform), so dass sich seine Breite (Umfangsbreite) radial nach außen verringert. In einem Fall, wenn mehrere Rastnuten 24 in der inneren Umfangsfläche des Zylinderrohrs 12 in Abständen in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, können mehrere (die gleiche Zahl wie die Zahl der Rastnuten 24 oder weniger) Rastvorsprünge 60 an dem beweglichen Element 44 in Abständen in der Umfangsrichtung vorgesehen sein.
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Der Rastvorsprung 60 erstreckt sich an einer Außenfläche 57b des Umfangsabschnitts 57 und einer Außenfläche 58e des zugeordneten Magnethalteabschnitts 58 in der axialen Richtung. Somit erstreckt sich der Rastvorsprung 60 sowohl über die Außenfläche 57b des Umfangsabschnitts 57 als auch die Außenfläche 58e des zugeordneten Magnethalteabschnitts 58.
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Die Rastnut 54 muss nicht notwendigerweise spitz zulaufen, sondern kann auch im Querschnitt bogenförmig sein, wie es in 4B dargestellt ist. In diesem Fall hat der Rastvorsprung 60, der an dem beweglichen Element 44 vorgesehen ist, eine Bogenform ähnlich der Form der Rastnut 24. In dem Fall, wenn die Rastnut 24 eine Bogenform hat, muss der Vorsprung 56 (vgl. 3) nicht notwendigerweise an der Dichtung 42 vorgesehen sein. Die Dichtleistung kann in diesem Fall auch dadurch gewährleistet werden, dass sich der äußere Umfangsabschnitt der Dichtung 42 entlang der Bogenform der Rastnut 24 elastisch deformiert.
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Wie in 3 dargestellt ist, hat der Magnet 56 eine nicht ringförmige Gestalt (Punktform oder punktähnlich) und liegt in dem Kolbenkörper 40 lediglich an einem Punkt in der Umfangsrichtung vor. Er ist in den zugeordneten Magnethalteabschnitt 58 (Magnetaufnahmenut 58a) eingesetzt. Bei der ersten Ausführungsform ist der Magnet 46 lediglich in einen der mehreren Magnethalteabschnitte 58 eingesetzt. Der Magnet 46 ist beispielsweise ein Ferritmagnet, ein seltener Erden-Magnet oder dergleichen.
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Wie in 2 dargestellt ist, ist ein Magnetsensor 64 an der Außenseite des Zylinderrohrs 12 angebracht. Im Einzelnen ist an der zugeordneten Verbindungsstange 32 ein Sensorhalter 66 angebracht (vgl. 1). Der Magnetsensor 64 wird durch den Sensorhalter 66 gehalten. Somit wird der Magnetsensor 64 relativ zu der Kopfabdeckung 16 und der Stangenabdeckung 14 über den Sensorhalter 66 und die Verbindungsstange 32 an seiner Position befestigt. Der Magnetsensor 64 erfasst das Magnetfeld, das durch den Magneten 46 generiert wird, um die Arbeitsposition der Kolbeneinheit 18 zu detektieren.
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Die Kolbenstange 20 ist ein säulenförmiges (kreiszylindrisches) Element, das sich in der axialen Richtung der Gleitöffnung 13 erstreckt. Die Kolbenstange 20 tritt durch die Stangenabdeckung 14 hindurch. Ein vorderes Ende 20b der Kolbenstange 20 steht in die Umgebung der Gleitöffnung 13 vor. Ein erster Dämpfungsring 69a ist an einem äußeren Umfangsabschnitt der Kolbenstange 20 an einer Position an einer Seite des Kolbenkörpers 40 neben der Stangenabdeckung 14 befestigt. Ein zweiter Dämpfungsring 69b ist an dem Kolbenkörper 40 an einer Seite des Kolbenkörpers 40 befestigt, die der Seite, an der der erste Dämpfungsring 69a liegt, entgegengesetzt ist und verläuft koaxial zu der Kolbenstange 20.
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Die erste Dämpfungsdichtung 68a, die zweite Dämpfungsdichtung 68b, der erste Dämpfungsring 69a und der zweite Dämpfungsring 69b bilden einen Luftdämpfungsmechanismus, der den Stoß an den Hubenden verringert. Stattdessen oder zusätzlich zu diesem Luftdämpfungsmechanismus können Dämpfer, die aus einem elastischen Material, wie Gummi, bestehen, beispielsweise an einer inneren Wandfläche 14a der Stangenabdeckung 14 und einer inneren Wandfläche 16a der Kopfabdeckung 16 angebracht werden.
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Der wie oben beschrieben aufgebaute Fluiddruckzylinder 10 arbeitet wie folgt. Bei der nachfolgenden Beschreibung wird Luft (Druckluft) als Druckfluid verwendet. Es kann aber auch ein anderes Gas als Luft verwendet werden.
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In 2 wird bei dem Fluiddruckzylinder 10 die Kolbeneinheit 18 innerhalb der Gleitöffnung 13 durch die Wirkung von Luft, das als Druckfluid dient und über den ersten Anschluss 15a oder den zweiten Anschluss 15b zugeführt wird, in den axialen Richtungen verschoben. Dies bewirkt, dass sich auch die mit der Kolbeneinheit 13 verbundene Kolbenstange 20 vorwärts und rückwärts bewegt.
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Im Einzelnen wird zur Verschiebung (Vorwärtsbewegung) der Kolbenstange 18 zu der Stangenabdeckung 14 Druckfluid von einer Druckfluidzufuhrquelle (nicht dargestellt) über den zweiten Anschluss 15b der zweiten Druckkammer 13b zugeführt, während der erste Anschluss 15a zur Umgebung offen ist. Dies bewirkt, dass das Druckfluid die Kolbeneinheit 18 zu der Stangenabdeckung 14 drückt. Somit wird die Kolbeneinheit 18 zusammen mit der Kolbenstange 20 zu der Stangenabdeckung 14 verschoben (vorwärts bewegt).
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Wenn die Kolbeneinheit 18 in Kontakt mit der Stangenabdeckung 14 tritt, stoppt die Vorwärtsbewegung der Kolbeneinheit 18. Wenn die Kolbeneinheit 18 sich der Vorwärtsposition annähert, tritt der erste Dämpfungsring 69a in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der ersten Dämpfungsdichtung 68a. Dies stellt eine luftdichte Abdichtung an dem Kontaktabschnitt her und führt somit zu einer Luftdämpfung in der ersten Druckkammer 13a. Hierdurch wird die Verschiebung der Kolbeneinheit 18 in der Nähe des Hubendes neben der Stangenabdeckung 14 abgebremst und der Stoß, der auftritt, wenn die Kolbeneinheit 18 das Hubende erreicht, wird verringert.
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Um andererseits den Kolbenkörper 40 zu der Kopfabdeckung 16 zu verschieben (zurückzubewegen), wird Druckfluid von der Druckfluidzufuhrquelle (nicht dargestellt) über den ersten Anschluss 15a der ersten Druckkammer 13a zugeführt, während der zweite Anschluss 15b zur Umgebung geöffnet wird. Dies führt dazu, dass das Druckfluid den Kolbenkörper 40 zu der Kopfabdeckung 16 drückt. Somit wird die Kolbeneinheit 18 zu der Kopfabdeckung 16 verschoben.
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Wenn die Kolbeneinheit 18 in Kontakt mit der Kopfabdeckung 16 tritt, stoppt die Rückwärtsbewegung der Kolbeneinheit 18. Wenn sich die Kolbeneinheit 18 der Rückwärtsposition annähert, tritt der zweite Dämpfungsring 69b in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der zweiten Dämpfungsdichtung 68b. Dies führt zu einer luftdichten Abdichtung an dem Kontaktabschnitt und bewirkt eine Luftdämpfung in der zweiten Druckkammer 13b. Hierdurch wird die Verschiebung der Kolbeneinheit 18 in der Nähe des Hubendes neben der Kopfabdeckung 16 abgebremst, und der Stoß, der auftritt, wenn die Kolbeneinheit 18 das Hubende erreicht, wird verringert.
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In diesem Fall erzeugt der Fluiddruckzylinder 10 gemäß der ersten Ausführungsform die nachfolgenden vorteilhaften Wirkungen.
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Bei dem Fluiddruckzylinder 10 ist der Magnet 46 lediglich an dem erforderlichen Punkt in der Umfangsrichtung vorgesehen. Somit können die Kosten und das Gewicht des Produkts reduziert werden. Wenn das Zylinderrohr 12 relativ zu der Stangenabdeckung 14 und der Kopfabdeckung 16 gedreht wird, wird der Magnet 46, der durch das in dem Zylinderrohr 12 vorgesehene bewegliche Element 44 gehalten wird, außerdem ebenfalls in integrierter Weise gedreht. Dadurch kann die auf den Magnetsensor 64 ausgeübte Magnetkraft einfach eingestellt werden, indem der Abstand zwischen dem Magnetsensor 64, der außerhalb des Zylinderrohrs 12 vorgesehen ist, und dem Magnet 46 (Positionsbeziehung zwischen dem Magnetsensor 64 und dem Magnet 46 in der Umfangsrichtung) eingestellt wird. Dementsprechend kann der Fluiddruckzylinder 10 verschiedene Arten von Magnetsensoren 64 mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten tragen, ohne den Zylinderaufbau zu verändern. Diese effiziente Verwendung von Teilen führt zu einer Verringerung der Produktionskosten.
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Das bewegliche Element 44 ist der Verschleißring 44A, der dazu ausgestaltet ist, einen Kontakt des Kolbenkörpers 40 mit dem Zylinderrohr 12 zu verhindern. Bei dieser Gestaltung dient das bewegliche Element 44 als ein Element, das sowohl den Magneten 46 als auch den Verschleißring 44A hält. Diese effiziente Verwendung von Teilen führt zu einer weiteren Verringerung der Produktionskosten.
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Die ringförmige Magnetanordnungsnut 52 ist in dem äußeren Umfangsabschnitt des Kolbenkörpers 40 ausgebildet. Die Magnethalteabschnitte 58 werden in die Magnetanordnungsnut 52 eingesetzt. In einem Fall, wenn die Befestigungsposition des Magnetsensors 64 in dem Fluiddruckzylinder 10 nicht vorab bestimmt werden kann, wird ein ringförmiger Magnet verwendet. Bei dem oben beschriebenen Aufbau kann der Kolbenkörper 40 sowohl für den Fluiddruckzylinder 10 (vorliegende Erfindung) mit dem nicht ringförmigen Magneten 46 als auch für einen Fluiddruckzylinder mit einem ringförmigen Magneten verwendet werden.
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Diese effiziente Verwendung von Teilen führt zu einer Reduktion der Produktionskosten.
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Die Rastnut 24 erstreckt sich in der inneren Umfangsfläche des Zylinderrohrs 12 in der axialen Richtung des Zylinderrohrs 12. Das bewegliche Element 44 weist den in die Rastnut 24 eingesetzten Rastvorsprung 60 auf. Dieser einfache Aufbau ermöglicht eine Verhinderung der relativen Verdrehung des beweglichen Elements 44 zu dem Zylinderrohr 12.
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In dem Fall, wenn die Rastnut 24 und der Rastvorsprung 60 eine polygonale Form haben, wie es in 4A dargestellt ist, kann die Drehung des beweglichen Elements 44 relativ zu dem Zylinderrohr 12 in bevorzugter Weise verhindert werden.
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In einem Fall, wenn die Rastnut 24 und der Rastvorsprung 60 eine Bogenform haben, wie es in 4B dargestellt ist, liefert die Dichtung 42 bereits eine gewünschte Dichtleistung. Außerdem muss in diesem Fall die Dichtung 42 den Vorsprung 56 nicht aufweisen und es kann eine ähnliche übliche Dichtung verwendet werden. Dies ermöglicht eine Vereinfachung des Aufbaus und erhöht die Wirtschaftlichkeit.
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Wie in 3 dargestellt ist, umfasst das bewegliche Element 44 den Umfangsabschnitt 57, der sich in der Umfangsrichtung entlang des äußeren Umfangsabschnitts des Kolbenkörpers 40 erstreckt. Die Magnethalteabschnitte 58 stehen von dem Umfangsabschnitt 57 in der axialen Richtung vor. Außerdem erstreckt sich der Rastvorsprung 60 über die Außenfläche 57b des Umfangsabschnitts 57 und die Außenfläche 58e der Magnethalteabschnitte 58. Bei diesem Aufbau lässt sich die axiale Länge des Rastvorsprungs 60, die zur Verhinderung der relativen Verdrehung des beweglichen Elements 44 und des Zylinderrohrs 12 erforderlich ist, in bevorzugter Weise einfach realisieren.
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Der Vorsprung 56, der in die Rastnut 24 eingesetzt wird, um in Gleitkontakt mit der Innenfläche der Rastnut 24 zu treten, ist an dem äußeren Umfangsabschnitt der Dichtung 42 vorgesehen. Bei diesem Aufbau kann die Dichtleistung in dem Bereich der Rastnut 24 (Luftdichtigkeit oder Flüssigkeitsdichtigkeit zwischen der ersten Druckkammer 13a und der zweiten Druckkammer 13b) zufriedenstellend verbessert werden.
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Die Magnethalteabschnitte 58 haben jeweils die Magnetaufnahmenut 58a, in welche der Magnet 46 eingesetzt werden kann. Jede der Magnetaufnahmenuten 58a tritt durch den zugeordneten Magnethalteabschnitt 58 in der radialen Richtung hindurch und ist radial nach innen offen. Bei diesem Aufbau kann der Magnet 46 während der Montage einfach an einem der Magnethalteabschnitte 58 angebracht werden.
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Bei dem oben beschriebenen Fluiddruckzylinder 10 kann anstelle des Zylinderrohrs 12 ein in 5 dargestelltes Zylinderrohr 12A verwendet werden. Das Zylinderrohr 12A hat eine etwa viereckige Außenform. Mehrere Sensoraufnahmenuten 70, die sich in der axialen Richtung erstrecken, sind in einem äußeren Umfangsabschnitt des Zylinderrohrs 12A ausgebildet. Im Einzelnen besteht der äu-ßere Umfangsabschnitt des Zylinderrohrs 12A aus vier Flächen, wobei in jeder Fläche zwei Sensoraufnahmenuten 70 (insgesamt acht) ausgebildet sind. Somit wird der Magnetsensor 64 an einer festen Position außerhalb des Zylinderrohrs 12A an dem Zylinderrohr 12A angebracht. Die Rastnut 24 ist in der inneren Umfangsfläche des Zylinderrohrs 12A vorgesehen.
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Stangeneinsetzöffnungen 72 sind in den Ecken des viereckigen Zylinderrohrs 12A ausgebildet. Die Verbindungsstangen 32 werden in die Stangeneinsetzöffnungen 72 eingesetzt. In dem Fall, in dem das Zylinderrohr 12A für den Fluiddruckzylinder 10 verwendet wird, kann somit die Umfangsposition des Zylinderrohrs 12A nicht eingestellt werden (das Zylinderrohr 12A dreht sich nicht, auch wenn die Verbindungsstangen 32 gelöst werden).
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Bei dem Fluiddruckzylinder 10 mit dem Zylinderrohr 12A bleibt der Abstand zwischen dem Magnetsensor 64 und dem Magneten 46 unverändert, auch wenn die Kolbenstange 20 gedreht wird. Dies ermöglicht es in bequemer Weise, die Kolbenstange 20 zu drehen, ohne den Abstand zwischen dem Magnetsensor 64 und dem Magneten 46 zu ändern, beispielsweise wenn der Fluiddruckzylinder 10 in einer Anlage installiert wird.
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Bei dem oben beschriebenen Fluiddruckzylinder 10 kann anstelle des Zylinderrohrs 12 auch ein in 6 dargestelltes Zylinderrohr 12B verwendet werden. Das Zylinderrohr 12B weist einen Vorsprung 74 auf, der sich an einem Abschnitt eines äußeren Umfangsabschnitts des Zylinderrohes 12B in der axialen Richtung erstreckt. Ein Magnetsensoraufnahmeschlitz 74a ist innerhalb des Vorsprungs 74 vorgesehen. Ein flacher, dünner (Niederprofil-) Magnetsensor 64a wird in den Magnetsensoraufnahmeschlitz 74a eingesetzt. Die Rastnut 24 ist in der inneren Umfangsfläche des Zylinderrohrs 12B vorgesehen.
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Bei dem Fluiddruckzylinder 10 mit dem Zylinderrohr 12B bleibt der Abstand zwischen dem Magnetsensor 64 und dem Magneten 46 unverändert, auch wenn die Kolbenstange 20 gedreht wird. Dies ermöglicht es in bequemer Weise, die Kolbenstange 20 zu drehen, ohne den Abstand zwischen dem Magnetsensor 64a und dem Magneten 46 zu ändern, beispielsweise wenn der Fluiddruckzylinder 10 in einer Anlage installiert wird.
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Ein Fluiddruckzylinder 10a gemäß einer zweiten Ausführungsform, der in 7 dargestellt ist, umfasst ein hohles rohrförmiges Zylinderrohr 80 mit einer kreisförmigen Gleitöffnung 13 innerhalb des Zylinderrohrs 80, eine Stangenabdeckung 82, die an einem Endabschnitt des Zylinderrohres 80 vorgesehen ist, eine Kopfabdeckung 84, die an einem anderen Endabschnitt des Zylinderrohres 80 vorgesehen ist, eine innerhalb des Zylinderrohres 80 vorgesehene Kolbeneinheit 86, die sich in der axialen Richtung (X-Richtung) bewegen kann, und eine Kolbenstange 88, die mit der Kolbeneinheit 86 verbunden ist.
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Das Zylinderrohr 80 hat eine hohlzylindrische Form. Innengewindeabschnitte 90a und 90b sind an der inneren Umfangsfläche des Zylinderrohrs 80 an beiden Endabschnitten ausgebildet. Eine Rastnut 24 erstreckt sich in der inneren Umfangsfläche des Zylinderrohrs 80 in der axialen Richtung des Zylinderrohrs 80. Dichtungen 92a und 92b mit einer Kreisringform sind jeweils zwischen dem Zylinderrohr 80 und der Stangenabdeckung 82 bzw. zwischen dem Zylinderrohr 80 und der Kopfabdeckung 84 vorgesehen.
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Auch wenn dies nicht dargestellt ist, ist ein Magnetsensor 64 (vgl. beispielsweise 1) an der äußeren Umfangsfläche des Zylinderrohrs 80 an einer frei gewählten Position mit Hilfe eines Sensorbefestigungsbandes angebracht. Das Sensorbefestigungsband umfasst einen Sensorhalter, der den Magnetsensor 64 hält, und einen Bandabschnitt, der den Sensorhalter an einem äußeren Umfangsabschnitt des Zylinderrohrs 80 befestigt. Da der Magnetsensor 64 an einer frei gewählten Position an dem äußeren Umfangsabschnitt des Zylinderrohrs 80 vorgesehen werden kann, kann der Magnetsensor 64 angebracht werden, nachdem der Abstand zwischen dem Magnetsensor 64 und einem Magneten 64 (Positionsbeziehung in der Umfangsrichtung) eingestellt wurde.
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Ein Außengewindeabschnitt 94a, der an der Stangenabdeckung 82 ausgebildet ist, tritt in Eingriff mit dem Innengewindeabschnitt 90a an der inneren Umfangsfläche des Zylinderrohrs 80 angrenzend an den einen Endabschnitt. Die Stangenabdeckung 82 hat einen ersten Anschluss (Anschlussöffnung) 96a. Eine kreisringförmige Hülse 98 und eine kreisringförmige Dichtung 100 sind in einem inneren Umfangsabschnitt der Stangenabdeckung 82 vorgesehen.
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Ein Dämpfer 102, der aus einem elastischen Material besteht, ist an der Innenwandfläche 82a der Stangenabdeckung 82 angebracht. Ein an der Kopfabdeckung 84 ausgebildeter Außengewindeabschnitt 94b steht in Eingriff mit dem an der inneren Umfangsfläche des Zylinderrohrs 80 neben dem äußeren Endabschnitt ausgebildeten Innengewindeabschnitt 90b. Die Kopfabdeckung 84 hat einen zweiten Anschluss (Anschlussöffnung) 96b. Ein Dämpfer 104, der aus einem elastischen Material besteht, ist an einer Innenwandfläche 84a der Kopfabdeckung 84 angebracht.
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Die Kolbeneinheit 86 umfasst einen kreisförmigen Kolbenkörper 106, der von der Kolbenstange 88 radial nach außen vorsteht, eine Dichtung 42, die an einem äu-ßeren Umfangsabschnitt des Kolbenkörpers 106 angebracht ist, ein bewegliches Element 44, das so an dem äußeren Umfangsabschnitt des Kolbenkörpers 106 angebracht ist, dass es sich relativ zu dem Kolbenkörper 106 drehen kann, und den Magneten 46, der in dem Kolbenkörper 106 teilweise in der Umfangsrichtung des Kolbenkörpers 106 vorgesehen ist.
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Ein Basisendabschnitt 88a (Abschnitt mit kleinem Durchmesser) der Kolbenstange 88 ist in eine Durchgangsöffnung 106a eingesetzt, die in dem Kolbenkörper 106 ausgebildet ist, und durch Stauchen (Schmieden) an dem Kolbenkörper 106 befestigt. Der Kolbenkörper 106 und die Kolbenstange 88 können aneinander auch durch Verschrauben anstelle des Schmiedens befestigt werden.
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Bei dem Fluiddruckzylinder 10a gemäß der zweiten Ausführungsform bleibt der Abstand zwischen dem Magnetsensor 64 und dem Magneten 64 unverändert, auch wenn die Kolbenstange 88 gedreht wird, nachdem der Magnetsensor 64 an dem äußeren Umfangsabschnitt des Zylinderrohrs 80 angebracht wurde (nachdem der Abstand zwischen dem Magnetsensor 64 und dem Magneten 46 in der Umfangsrichtung eingestellt wurde). Dies ermöglicht in bequemer Weise eine Drehung der Kolbenstange 88 ohne Veränderung des Abstands zwischen dem Magnetsensor 64 und dem Magneten 46, beispielsweise wenn der Fluiddruckzylinder 10a in einer Anlage installiert wird.
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Komponenten der zweiten Ausführungsform, die denen der ersten Ausführungsform entsprechen, arbeiten in gleicher oder ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform und liefern entsprechende vorteilhafte Wirkungen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht besonders auf die oben beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, und es sind verschiedene Modifikationen möglich, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
