JP2001041203A

JP2001041203A - 微圧プッシュシリンダ

Info

Publication number: JP2001041203A
Application number: JP11214761A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Suzuki; 智鈴木; Katsumi Iijima; 勝己飯島; Koji Wada; 光司和田
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2001-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】微圧プッシュシリンダにおいて、単一のベロ
ーズを用いて微小な推力を発生させることを第１課題と
する。【解決手段】エアシリンダ10において、シリンダボデ
ィ11の前方内周面に気体軸受16が配設され、気体軸受16
の内周面16Ａに挿通されたロッド部材21が、気体軸受16
によって非接触状態に支持されている。シリンダボディ
11の後端にエンドカバー23が接続され、ロッド部材21の
後端とエンドカバー23との間にベローズ27が気密状態に
接続され、エンドカバー23に形成された給排ポート20に
よりベローズ27の内部に圧力空気が導入され、ロッド部
材21の前端がシリンダボディ11の前方に突出している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種々の生産・加工
設備等において、物体を接合させ、又は移動させるため
のプッシュシリンダに関する。

【０００２】

【従来の技術】固定フランジ（ボディ）に２個の給排孔
を設け、固定フランジの挿通孔にガイドロッドを挿通さ
せ、ガイドロッドの両端に可動フランジを固定し、各可
動フランジと固定フランジとの間にベローズ（蛇腹）を
配設した押付け用エアシリンダ（プッシュシリンダ）が
特開平１０−２６３９９９号公報に記載されている。こ
の従来技術では、２個の給排孔の一方からエアを供給
し、他方からエアを排出することにより、ガイドロッド
を前方又は後方に移動させ、ガイドロッドの先端の砥石
を研磨すべきロールに押しつけることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、ベロー
ズが２個あって交互に作動させるので、軽く押しつける
ための力の発生には適しておらず、微小な推力制御を必
要とする研磨器、ポリシャー、スクラバー、マウンタ
ー、テンションコントローラ等に利用することができな
い。本発明は、微圧プッシュシリンダにおいて、単一の
ベローズ及び気体軸受を用いて微小な推力を発生させる
ことを第１課題とし、導入圧力の推力によってロッド部
材を前進させ、導入圧力の減圧による推力低減時に、ベ
ローズの反力を利用してロッド部材を後退させることを
第２課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、微圧プッシュ
シリンダにおいて、シリンダボディの前方内周面に気体
軸受が配設され、気体軸受の内周面に挿通されたロッド
部材が、気体軸受によって非接触状態に支持され、シリ
ンダボディの後端にエンドカバーが接続され、ロッド部
材の後端とエンドカバーとの間にベローズが気密状態に
接続され、エンドカバーに形成された給排ポートにより
ベローズの内部に圧力空気が導入され、ロッド部材の前
端がシリンダボディの前方に突出したことを第１構成と
する。本発明は、第１構成において、シリンダボディの
前端部に内向きフランジが形成され、ロッド部材に段差
部が形成され、ロッド部材の段差部が内向きフランジに
当接して、ロッド部材の前進位置が規制されるようにさ
れたことを第２構成とする。本発明は、第１，第２構成
において、気体軸受の外周面に環状溝が形成され、気体
軸受の前記環状溝にＯリングが装着され、内向きフラン
ジの内周に環状溝が形成され、内向きフランジの前記環
状溝にダンパが装着され、ロッド部材の前記段差部が前
記ダンパに当接するように構成され、ロッド部材の段差
部前方の先端小径部が前記ダンパの内面に挿通され、ベ
ローズの山部分と谷部分とが複数とされたことを第３構
成とする。なお、第３構成において、気体軸受の外周面
の環状溝を２個とし、気体軸受の前記各環状溝にＯリン
グが装着され、前記Ｏリングによって気体軸受の軸線方
向位置が維持されるとともに気体軸受への供給エアがシ
ールされるようにすることができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の微圧プッシュシ
リンダの実施の形態第１を示す。まず、実施の形態第１
の概念について、図１(a) により説明する。シリンダボ
ディ１の後端（図では右端）にエンドカバー２が接続
（固定）され、シリンダボディ１の前方（図では左方）
の内面に円筒状の気体軸受（静圧軸受）３が配設されて
いる。気体軸受３の内面にロッド部材４が相対移動可能
状態に挿通され、ロッド部材４の後端外周部に金属材料
製で略円筒状のベローズ（蛇腹）５が気密状態に接続さ
れている。ベローズ５の後端はエンドカバー２の内面に
気密状態に接続され、エンドカバー２の中央部に給排ポ
ート６が形成されている。シリンダボディ１の前端部の
側壁に貫通した供給ポート７が形成され、シリンダボデ
ィ１の後方部の側壁に適宜の通気孔（不図示）が形成さ
れている。

【０００６】シリンダボディ１の供給ポート７を通して
気体軸受３に供給されたエアは、多孔質の気体軸受３の
内部を通って、気体軸受３の内面から噴出され、気体軸
受３によってロッド部材４が非接触状態に支持される。
エンドカバー２の給排ポート６を通して、圧力空気がベ
ローズ５の内部に導入され、ベローズ５の内部の圧力が
制御される。ロッド部材４に負荷が作用せず、ベローズ
５の内部が大気圧のとき、ロッド部材４（ベローズ５の
前端）は初期位置（後端位置）に位置し、ベローズ５の
内部の圧力変化によってベローズ５が伸縮し、ロッド部
材４は前方又は後方へ移動する。

【０００７】ベローズ５は所定のばね定数を有するの
で、ロッド部材４（ベローズ５の前端）は初期位置から
のストロークに応じた反力（初期位置への復元力）を発
生する。そして、ロッド部材４は気体軸受３によって非
接触状態に支持され、単一のベローズ５を用いているの
で、ロッド部材４の往復動に対する摩擦は微小である。
ベローズ５の内部に導入されたエアの圧力によって推力
が発生してロッド部材４が前進し、このときロッド部材
４の前進ストロークに応じた反力が発生し、推力と反力
とがバランスする位置でロッド部材４は停止することと
なる。従って、ベローズ５の内部の導入圧力の上昇によ
って発生する推力によりロッド部材４の前進（図１では
左方への移動）をさせ、導入圧力の減圧による推力低減
時に、ベローズ５の反力を利用してロッド部材４の後退
（図１では右方への移動）をさせることが可能である。

【０００８】次に、図１(b) 〜 (d)により、微圧プッシ
ュシリンダの実施の形態第１の具体例について説明す
る。微圧プッシュシリンダ10のシリンダボディ11の前端
部には内向きフランジ12がシリンダボディ11と一体に形
成されている。内向きフランジ12の内周面（挿通孔）に
は前端から小径孔12Ａ、環状溝（大径孔）12Ｂ及び中径
孔12Ｃが順次に形成され、各孔の軸線方向長さは略同一
となっている。内向きフランジ12の環状溝12Ｂには環状
で合成樹脂（弾性材）製のダンパ13が装着され、ダンパ
13の内径は内向きフランジ12の小径孔12Ａの内径と略同
径である。

【０００９】シリンダボディ11の内周面11Ａの前方に、
円筒状の多孔質リング（エアベアリング）からなる気体
軸受16が装着され、気体軸受16の外周面16Ｂで長手方向
の中央部と両端との間に環状溝17Ａ，17Ｂが形成されて
いる。環状溝17Ａ，17ＢにはそれぞれＯリング18Ａ，18
Ｂがそれぞれ装着され、Ｏリング18Ａ，18Ｂによってシ
リンダボディ11の内周面11Ａと気体軸受16の外周面16Ｂ
との間が気密に維持されている。また、Ｏリング18Ａ，
18Ｂの弾性力により気体軸受16がシリンダボディ11の前
方位置に維持されている（気体軸受16の前端面を内向き
フランジ12の内側側部12Ｄに固定してもよい）。シリン
ダボディ11の前端側の側壁に供給ポート20が形成され、
供給ポート20の内側の開口は気体軸受16の外周面16Ｂで
環状溝17Ａと環状溝17Ｂとの間に面している。

【００１０】気体軸受16の内周面16Ａにロッド部材21が
相対移動可能状態に挿通され、ロッド部材21の大径部21
Ａの外周面が気体軸受16の内周面16Ａの全面に対向して
配置されている。シリンダボディ11の供給ポート20を通
して気体軸受16の外周面16Ｂに導入された供給エア（例
えば０．４ＭＰａのエア）は、Ｏリング18ＡとＯリング
18Ｂによってシールされ、気体軸受16の外周面16Ｂとシ
リンダボディ11の内周面11Ａとの間であって、Ｏリング
18ＡとＯリング18Ｂとの間の空間に充満する。そして、
エアは多孔質の気体軸受16の内部を通過して、気体軸受
16の内周面16Ａから噴出され、気体軸受16によって（気
体軸受16の内周面16Ａから噴出されるエアによって）ロ
ッド部材21が非接触状態に支持される。

【００１１】ロッド部材21の前端部には先端小径部21Ｂ
が形成され、ロッド部材21の大径部21Ａと先端小径部21
Ｂとの間に環状の段差部21Ｃが形成されている。ロッド
部材21の大径部21Ａの直径は、内向きフランジ12の中径
孔12Ｃの内径よりも小さく、内向きフランジ12の小径孔
12Ａ及びダンパ13の内径よりも大きい。ロッド部材21の
先端小径部21Ｂは、内向きフランジ12の小径孔12Ａ及び
ダンパ13の内径よりも小径であり、先端小径部21Ｂは小
径孔12Ａ及びダンパ13の内径には接触しない。図１(b),
(c) に示すロッド部材21の初期位置（後退位置）におい
て、先端小径部21Ｂの前端はシリンダボディ11の前端よ
りも所定長さ前方に突出し、段差部21Ｃは気体軸受16の
前端位置に位置している。ロッド部材21が前進して所定
距離（例えば２ｍｍ）移動すると、段差部21Ｃがダンパ
（ストッパー）13の内側側面13Ａに接触し、ロッド部材
21の前進が停止する。

【００１２】シリンダボディ11の後端面にはエンドカバ
ー23が当接され、六角穴付ボルト24がエンドカバー23の
段付挿入孔25に挿入され、さらにシリンダボディ11のボ
ルト孔に螺合され、エンドカバー23がシリンダボディ11
に固定（接続）されている。エンドカバー23の内側面
（図１(b) では左側面）には環状の段付突出部23Ａが形
成され、段付突出部23Ａの外周面がシリンダボディ11の
内周面11Ａに嵌合されている。段付突出部23Ａの半径方
向の内側は環状突部23Ｂとなっており、環状突部23Ｂの
外周面に金属製で円筒状のベローズ（蛇腹）27の後端が
電子ビーム溶接等により気密状態に接続されている。

【００１３】ベローズ27の前端はロッド部材21の後端外
周部に電子ビーム溶接等により気密状態に接続され、ベ
ローズ27とロッド部材21の後端面とエンドカバー23の内
側面とにより、密閉されたベローズ室28が形成されてい
る。エンドカバー23の中央部に給排ポート29が形成さ
れ、空気圧源からの圧力空気は、減圧弁で圧力が調整さ
れ、給排ポート29を通ってベローズ室28に導入される。
ベローズ室28内の圧力が大気圧のときは、ロッド部材21
は図１(b),(c) に示す初期位置（後退位置）にある。ベ
ローズ室28内のエアの導入圧力を上昇させると、ロッド
部材21の後端面にＳ（後端面の面積）×Ｐ（ベローズ室
28内の圧力）の推力が作用する。このとき、ベローズ27
は軸線に垂直な方向（直径方向）へ膨張しようとする力
が作用するが、ベローズ27は金属（例えば、炭素鋼、合
金鋼、ステンレス鋼、銅合金）製で断面が多数の山部分
と谷部分からなる複雑な形状をしているので、殆ど直径
方向へは膨張しない。

【００１４】ベローズ27の山部分又は谷部分の数をｎと
すると、前進方向への所定の推力に対して、ベローズ27
の前端が前進する距離は、ｎが１のときの移動距離のｎ
倍になるので、所定の推力で必要な距離を移動できるよ
うに、ｎが大きな数となっている。また、所定の移動距
離に対して必要な推力（圧力）はｎが１のときの推力の
１／ｎとなるので、微小な推力で移動するように、ｎが
大きな数となっていることにもなる。ロッド部材21は気
体軸受16によって非接触状態に支持され、ロッド部材21
に単一のベローズ27が接続されているので他のベローズ
を作用させる推力を必要とせず、ベローズ27の山部分又
は谷部分の数を多数に選択してあり、ロッド部材21の往
復動に対する摩擦は微小になっており、ロッド部材21を
後退させるための力は、ベローズ５と同様に、ベローズ
27の反力（初期位置への復元力）のみを利用できる。従
って、ベローズ室28内が圧力上昇（例えば０〜０．０５
ＭＰａの範囲内）して発生する推力（例えば、５ｇｆ程
の微小な力）によりロッド部材21が前進し、ベローズ室
28内の減圧による推力低減時に、ベローズ27の反力によ
りロッド部材21が後退する。ベローズ室28内の圧力を調
整することにより、ロッド部材21の移動速度及び推力を
制御することができる。

【００１５】なお、気体軸受16の内周面16Ａの全面がロ
ッド部材21の大径部21Ａの外周面と常に接触させるため
に、ロッド部材21の大径部21Ａの軸線方向長さは気体軸
受16の内周面16Ａの軸線方向長さよりも移動距離以上長
く形成されている。また、気体軸受16の内周面16Ａから
排出されるエアが、内周面16Ａとロッド部材21の大径部
21Ａの外周面との間の間隙を通って、シリンダボディ11
の内周面11Ａとベローズ27の外周面との間の空間にも排
出される。気体軸受16の所望の性能を維持するため、シ
リンダボディ11の壁等に通気孔（不図示）を形成し、シ
リンダボディ11の内周面11Ａとベローズ27の外周面との
間の空間のエアが大気に排出されるように構成されてい
る。

【００１６】

【発明の効果】請求項１の微圧プッシュシリンダは、ロ
ッド部材が気体軸受によって非接触状態に支持され、ロ
ッド部材に単一のベローズが接続されているので他のベ
ローズを作用させる推力を必要とせず、ロッド部材の往
復動に対する摩擦は微小である。従って、ベローズの内
部の圧力空気を上昇して微小な推力を発生させてロッド
部材を前進させ、またベローズの内部の圧力空気を減圧
させ、ベローズの反力によりロッド部材を後退させるこ
とができる。ベローズ内部の圧力を調整することによ
り、ロッド部材の移動速度及び推力を制御することがで
きる。つまり、導入圧力の推力によってロッド部材を前
進させ、導入圧力の減圧による推力低減時に、ベローズ
の反力を利用してロッド部材を後退させることができ
る。また、ベローズはいずれの半径方向にも迅速に移動
できるので、気体軸受とロッド部材との心合わせが自動
的に行われる。また、気体軸受の支持によりフリクショ
ンが存在しないので、静摩擦力の影響による推力のばら
つきは起こらない。また、請求項１の微圧プッシュシリ
ンダは、「シリンダボディの後端にエンドカバーが接続
され、ロッド部材の後端とエンドカバーとの間にベロー
ズが気密状態に接続され」ているので、ロッド部材がシ
リンダボディに対して回転することがない。従って、ロ
ッド部材の外面、気体軸受の内外面及びシリンダボディ
の内面を精密加工が容易な円形断面とすることができ
る。

【００１７】請求項２の微圧プッシュシリンダは、ロッ
ド部材の前進位置が規制されるので、部品を所望のスト
ロークだけ移動させることができる。また、請求項３の
微圧プッシュシリンダは、ベローズの山部分と谷部分と
が複数存在し、その数を多くすると、反力が更に小さく
なり、より微小な推力でロッド部材を前進させることが
でき、エアシリンダの作動効率が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施の形態第１を示し、図１
(a) は説明図、図１(b) は部分横断正面図、図１(c) は
図１(b) の要部拡大図、図１(d) は図１(b) の右側面図
である。

【符号の説明】

11 シリンダボディ 12 内向きシリンダ 16 気体軸受 21 ロッド部材 21Ｃ段差部 23 エンドカバー 27 ベローズ 29 給排ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者和田光司茨城県筑波郡谷和原村絹の台４−２−２エスエムシー株式会社筑波技術センター内Ｆターム(参考） 3H081 AA17 BB03 CC29 FF17 3J045 AA10 BA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダボディの前方内周面に気体軸受
が配設され、気体軸受の内周面に挿通されたロッド部材
が、気体軸受によって非接触状態に支持され、シリンダ
ボディの後端にエンドカバーが接続され、ロッド部材の
後端とエンドカバーとの間にベローズが気密状態に接続
され、エンドカバーに形成された給排ポートによりベロ
ーズの内部に圧力空気が導入され、ロッド部材の前端が
シリンダボディの前方に突出した微圧プッシュシリン
ダ。
【請求項２】シリンダボディの前端部に内向きフラン
ジが形成され、ロッド部材に段差部が形成され、ロッド
部材の段差部が内向きフランジに当接して、ロッド部材
の前進位置が規制されるようにされた請求項１の微圧プ
ッシュシリンダ。
【請求項３】気体軸受の外周面に環状溝が形成され、
気体軸受の前記環状溝にＯリングが装着され、内向きフ
ランジの内周に環状溝が形成され、内向きフランジの前
記環状溝にダンパが装着され、ロッド部材の前記段差部
が前記ダンパに当接するように構成され、ロッド部材の
段差部前方の先端小径部が前記ダンパの内面に挿通さ
れ、ベローズの山部分と谷部分とが複数とされた請求項
１又は２の微圧プッシュシリンダ。