JP2001241405A - 流体圧アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストン２Ｌ，２Ｒが貫通孔１ａ内を移動す
る際の摩擦抵抗を小さくし、高精度での力制御や、低速
動作が可能な流体圧アクチュエータを提供する。 【解決手段】 シリンダ本体１の貫通孔１ａ内に配置さ
れ開口部１ｂの両側で軸方向移動されるピストン２Ｌ，
２Ｒと、その間のピストンロッド３と、このピストンロ
ッド３から開口部１ｂを軸方向移動自在に貫通して外部
のテーブル部材６に結合された係合部材８と、貫通孔１
ａの内周面とピストンロッド３の外周面との間に介装さ
れた複数の転動体４１とを備え、この転動体４１によっ
てピストン２Ｌ，２Ｒと貫通孔１ａの間を同心的かつ非
接触状態に保持する。ピストン２Ｌ，２Ｒの内部にはマ
グネット２２が配置され、ピストン２Ｌ，２Ｒの外周面
に設けられた複数の環状突起２５と、貫通孔１ａとの間
を、磁力により保持される磁性流体でシールする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機器の駆動や物体
の搬送、押圧コントロール、あるいはテンションコント
ロール等の手段として利用される流体圧アクチュエータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワーク等の搬送手段として用いられてい
る流体圧アクチュエータは、圧力流体の作用下にテーブ
ル部材を直線的に往復運動させることにより、前記テー
ブル部材に載置されたワークを搬送するもので、その典
型的な従来技術が、例えば特開平８−１００８０７号公
報に開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術による流体圧アクチュエータにおいては、ピスト
ンと、シリンダ本体の貫通孔が面で接触しているので、
流体圧の導入によってピストンが移動する際に、ピスト
ンロッド等の自重や、シリンダ推力によるモーメントに
よって、ピストンの外周面が前記貫通孔の内周面に押し
付けられ、大きな摩擦抵抗を発生する。また、ピストン
の外周部に装着され前記貫通孔の内周面との間で適当な
締め代をもって介在するシール部材は、ピストンが移動
する際に、前記締め代によって大きな摩擦抵抗を発生す
る。通常、前記シール部材はゴム状弾性材料からなるも
のであるため摩擦抵抗が大きく、この摩擦抵抗は時間と
共に増加することが知られている。

【０００４】また、移動テーブルとレール部材は、ボー
ルベアリングを介してレール部材の長手方向相対変位自
在に連結されており、ボールベアリングは摩擦抵抗が極
めて小さいものである。しかし、それにも拘らず、上述
した摩擦抵抗によって、流体圧アクチュエータとしての
軽快な動作が損なわれている。したがって、通常のワー
クの搬送や、クランプ等の用途には何ら問題なく使用可
能であるが、テンションコントロールあるいは押圧力コ
ントロール等における高精度な力の制御や低速動作を要
求されるような用途では、使用することができないとい
った問題が指摘される。

【０００５】本発明は、上述のような問題に鑑みてなさ
れたもので、その主な技術的課題とするところは、ピス
トンがシリンダ本体の貫通孔内を移動する際の摩擦抵抗
を小さくし、高精度での力制御や、低速動作が可能な流
体圧アクチュエータを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した技術的課題は、
本発明によって有効に解決することができる。すなわち
請求項１の発明に係る流体圧アクチュエータは、軸方向
に延びる貫通孔及びこの貫通孔の軸方向中間部に連通す
る開口部が開設されたシリンダ本体と、前記貫通孔の内
周に配置され前記開口部の両側で軸方向移動される一対
のピストンと、前記貫通孔の内周に前記一対のピストン
間に位置して軸方向移動自在に配置されたピストンロッ
ドと、このピストンロッドに設けられ前記開口部を軸方
向移動自在に貫通して外部へ突出された係合部材と、前
記貫通孔の内周面と前記ピストンロッドの外周面との間
に介装された複数の転動体とを備えるものである。

【０００７】請求項２の発明に係る流体圧アクチュエー
タは、請求項１の構成において、一対のピストンの内部
にそれぞれ配置されたマグネットと、前記各ピストンの
外周面に設けられた複数の環状突起と、シリンダ本体の
貫通孔の内周面と前記各環状突起の外周端部との間に磁
力により保持される磁性流体とを備え、前記一対のピス
トンがピストンロッドの軸方向両側に係着される。

【０００８】請求項３の発明に係る流体圧アクチュエー
タは、請求項２の構成において、シリンダ本体における
貫通孔が、軸方向中間に位置する第一の円筒部材と、そ
の軸方向両側に接合されピストンの移動領域にそれぞれ
位置する一対の第二の円筒部材によって形成され、前記
ピストンがそれぞれ非磁性体の軸部材によって所要の距
離をおいてピストンロッドの軸方向両側に係着され、前
記第一の円筒部材が前記第二の円筒部材より硬質の材料
からなり、前記第二の円筒部材が前記第一の円筒部材よ
り残留磁化の小さい材料からなり、前記ピストンロッド
が前記軸部材より硬質の材料からなるものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１乃至図６は、本発明に係る流
体圧アクチュエータを示すものである。これらの図にお
いて、符号１はシリンダ本体、２Ｌ，２Ｒはこのシリン
ダ本体１の貫通孔１ａに軸方向移動自在に内挿されピス
トンロッド３を介して互いに一体的に連結された一対の
ピストン、４は前記貫通孔１ａの内周面とピストンロッ
ド３との間に介在された有限軌道式のリニアベアリン
グ、５は前記シリンダ本体１の外周に一体的に設けられ
たシリンダ外周部材としてのレール部材、６は前記ピス
トン２Ｌ，２Ｒにより前記レール部材５に案内されつつ
移動されるテーブル部材である。

【００１０】シリンダ本体１は、その軸方向中間に位置
する第一の円筒部材１１と、その軸方向両側に接合され
ピストン２Ｌ，２Ｒの移動領域にそれぞれ位置する一対
の第二の円筒部材１２Ｌ，１２Ｒとで軸方向に連続した
貫通孔１ａが形成され、この貫通孔１ａの両端開口部、
言い換えれば前記第二の円筒部材１２Ｌ，１２Ｒにおけ
る外端開口部に、閉止部材１３Ｌ，１３Ｒが嵌合された
構造を有し、第二の円筒部材１２Ｌ，１２Ｒと閉止部材
１３Ｌ，１３Ｒとの嵌合面は、それぞれＯリング１４に
よって密封されている。また、前記第一の円筒部材１１
には、上側となる円周方向一部に、前記貫通孔１ａに連
通する開口部１ｂが開設されている。

【００１１】シリンダ本体１における貫通孔１ａは、前
記第一の円筒部材１１と第二の円筒部材１２Ｌ，１２Ｒ
とを圧入によって互いに結合した後、その内周にホーニ
ング加工を施すことによって、連続した円筒面状に形成
されたものである。

【００１２】シリンダ本体１は、第一及び第二の円筒部
材１１，１２Ｌ，１２Ｒに相当する部分を磁性体金属で
単一の部材として製作しても良いが、その軸方向中間部
分は所要の強度が要求されるため、本実施形態において
は、第一の円筒部材１１は、例えば熱処理が施された高
炭素クロム軸受鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼等の
硬質の材料で製作され、熱処理の必要のない第二の円筒
部材１２Ｌ，１２Ｒは、後述する磁性流体による良好な
シール性を得るため、例えば残留磁化の小さい電磁ステ
ンレス鋼等で製作されている。

【００１３】シリンダ本体１の貫通孔１ａの内周空間
は、その軸方向両端の閉止部材１３Ｌ，１３Ｒと一対の
ピストン２Ｌ，２Ｒとの間にシリンダ室１０Ｌ，１０Ｒ
が、また前記ピストン２Ｌ，２Ｒ間に中間室１０Ｃが画
成される。前記閉止部材１３Ｌ，１３Ｒには、それぞ
れ、前記シリンダ室１０Ｌ，１０Ｒに向けて開口したオ
リフィス１３ａ、及びこのオリフィス１３ａから外部へ
向けて延びる配管ポート１３ｂが設けられている。前記
各配管ポート１３ｂ，１３ｂは、図示されていない配管
及び切換弁を介して圧縮空気供給源に接続される。

【００１４】ピストン２Ｌ，２Ｒは、それぞれ互いに軸
方向に対峙した、磁性体からなる一対の環状のピストン
部材２１，２１と、このピストン部材２１，２１間に挟
持され軸方向に着磁された環状のマグネット２２で構成
され、ピストンロッド３の軸方向両端から同軸的に突設
された軸部材３１，３１に結合されている。詳しくは、
ピストン部材２１，２１及びマグネット２２は、前記軸
部材３１に外挿されると共に、その基部側の外周段差面
３１ａと、先端に嵌着した軸用止め輪３２によって固定
されている。

【００１５】また、図６に示されるように、各ピストン
２Ｌ，２Ｒにおけるピストン部材２１，２１と軸部材３
１との間、及びピストン部材２１，２１とマグネット２
２との間は、それぞれＯリング２３，２４で密封され、
ピストン２Ｌ，２Ｒの内部のマグネット２２へ、後述す
る磁性流体７等が侵入するのを防止している。

【００１６】ピストンロッド３は、シリンダ本体１にお
ける第一の円筒部材１１と同じく例えば熱処理が施され
た高炭素クロム軸受鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼
等の硬質の材料によって、ピストン２Ｌ，２Ｒにおける
ピストン部材２１より適宜小径の円柱状に製作されてお
り、その軸方向中央部には、その軸心と直交する方向に
貫通した係合孔３ａが開設されている。この係合孔３ａ
は、後述する係合部材８が挿入されるものである。

【００１７】ピストンロッド３の軸方向両端に基部を螺
合された軸部材３１，３１は、例えばＳＵＳ３０３等の
非磁性材料で製作されている。この軸部材３１，３１
は、ピストンロッド３に螺合された後、旋削によって軸
端加工を行い、仕上げ加工として、ピストンロッド３を
基準に、外径がセンタレス研削盤で研削仕上げを施され
たものである。

【００１８】ピストン２Ｌ，２Ｒにおける各ピストン部
材２１の外周には複数の環状突起２５が形成されてい
る。図６に拡大して示されるように、前記各環状突起２
５と、シリンダ本体１における貫通孔１ａを構成する第
二の円筒部材１２Ｌ，１２Ｒの内周面との間の半径方向
隙間Ｇには、磁性流体７が充填されている。この磁性流
体７は、図６に多数の矢印φで示されるような、マグネ
ット２２の磁気回路によって、前記各環状突起２５と第
二の円筒部材１２との間に保持され、前記半径方向隙間
Ｇを密封するものである。

【００１９】シリンダ本体１における貫通孔１ａを構成
する第一の円筒部材１１の内周面と、ピストンロッド３
の外周面との間には、多数の転動体４１が介在されてお
り、これによって、当該流体圧アクチュエータを大型化
することなく有限軌道式リニアベアリング４が構成され
ている。詳しくは、これらの転動体４１は、図４及び図
５に示されるように、前記第一の円筒部材１１とピスト
ンロッド３との間に軸方向移動自在に挿入された筒状の
保持器４２の円形窓部に転動自在に保持され、これによ
って、軸方向に所定間隔で並んだ複数の転動体４１から
なる４条の転動体列が、円周方向等間隔で配置された構
成となっている。前記保持器４２には、その上部で互い
に隣接する２条の転動体列の間に位置して、軸方向へ延
びる開口部４２ａが開設されている。

【００２０】上記有限軌道式リニアベアリング４は、ピ
ストンロッド３を介して、その両側のピストン２Ｌ，２
Ｒを、シリンダ本体１における貫通孔１ａを構成する第
二の円筒部材１２Ｌ，１２Ｒの内周面に対して非接触状
態に支持するものである。そして、シリンダ部材１に対
してピストンロッド３が軸方向に相対移動されると、両
者間で転動体４１が転動し、これに伴って、保持器４２
もピストンロッド３及びシリンダ部材１に対して軸方向
へ相対移動する。そしてその軸方向移動量は、ピストン
ロッド３とシリンダ部材１の相対移動量の１／２であ
る。

【００２１】また、このリニアベアリング４における転
動体４１としては、外径が０．５〜１μｍ刻みで用意さ
れている市販のボールベアリング用のボールを使用して
いるので、この転動体４１の外径によって、シリンダ本
体１の第一の円筒部材１１の内周面（貫通孔１ａ）及び
ピストンロッド３の外周面との隙間を零にしたり、ある
いは前記転動体４１を僅かに潰した状態に設定すること
ができる。

【００２２】レール部材５及びテーブル部材６は、それ
ぞれ軽量で耐蝕性及び加工性に優れた、アルミニウム合
金の押出材に所要の機械加工及び表面処理を施して製作
されている。

【００２３】レール部材５の上面には、長手方向全長に
わたって直線的に連続したレール本体部５１が突出形成
されており、その下側には、前記長手方向に、シリンダ
保持孔５ａが貫通形成されている。また、前記レール本
体部５１の上面における長手方向中央部には、前記シリ
ンダ保持孔５ａと交差する開口部５ｂが開設され、この
開口部５ｂは、シリンダ本体１の第一の円筒部材１１に
開設された開口部１ｂと対応する長孔状に形成されてい
る。更に、前記レール本体部５１の両側の肩部５２，５
２には、当該流体圧アクチュエータを設備機器等に取り
付けるための複数の取付孔５２ａがそれぞれ設けられて
いる。

【００２４】シリンダ本体１は、レール部材５のシリン
ダ保持孔５ａに嵌入されると共に、両端の閉止部材１３
Ｌ，１３Ｒの外周段差部が、それぞれ前記シリンダ保持
孔５ａの開口端部内周に嵌着された孔用止め輪５３で係
止されることによって、固定されている。この状態にお
いて、レール部材５の開口部５ｂは、シリンダ本体１の
開口部１ｂと重なっており、すなわちシリンダ本体１の
内周空間における両ピストン２Ｌ，２Ｒ間の中間室１０
Ｃが、前記開口部１ｂ，５ｂを介して外部へ開放されて
いる。

【００２５】テーブル部材６は、レール部材５における
レール本体部５１に跨乗配置されており、すなわちその
移動方向に対して直交する方向の断面形状が、下面に前
記レール本体部５１に遊嵌可能な案内凹部６ａを有する
逆凹字形を呈する。このテーブル部材６の上面には、図
示されていないツールや治具等を連結するための複数の
螺子孔６ｂが設けられている。

【００２６】テーブル部材６の天板中央部には螺子孔６
ｃが開設され、この螺子孔６ｃには、棒状の係合部材８
が、その上端に形成された雄螺子部８ａにおいて螺着さ
れている。この係合部材８は、前記テーブル部材６の案
内凹部６ａから下方へ垂直に延在され、レール部材５の
開口部５ｂ、シリンダ本体１（第一の円筒部材１１）の
開口部１ｂ及びリニアベアリング４の保持器４２の開口
部４２ａを上下に貫通して、ピストンロッド３の係合孔
３ａに挿通されている。

【００２７】シリンダ本体１（第一の円筒部材１１）の
開口部１ｂ及びレール部材５の開口部５ｂは、シリンダ
室１０Ｌ，１０Ｒへの作動流体（圧縮空気）の給排によ
るピストン２Ｌ，２Ｒ及びピストンロッド３の一体的な
軸方向往復動作に伴う係合部材８の移動を許容するもの
であり、リニアベアリング４の保持器４２の開口部４２
ａは、前記動作に伴うシリンダ本体１及びピストンロッ
ド３と保持器４２の軸方向相対移動を許容するものであ
る。そして、レール部材５の開口部５ｂは、シリンダ本
体１の開口部１ｂよりも若干短く形成されており、係合
部材８が前記開口部５ｂの長手方向いずれかの端壁に当
接することで、前記テーブル部材６の移動終端位置が規
制されるようになっている。

【００２８】レール部材５におけるレール本体部５１の
両側面には、それぞれ前記長手方向全長にわたって延び
る凹溝５１ａが形成されている。一方、前記レール本体
部５１に跨乗配置されたテーブル部材６の案内凹部６ａ
における両内側面には、それぞれ前記凹溝５１ａと対応
する凹溝６ｄが、テーブル部材６の移動方向全長にわた
って形成されている。前記各凹溝５１ａ，６ｄ内には、
上下各一対のレール側ベアリングレース９１，９１及び
テーブル側ベアリングレース９２，９２が配置され、こ
れらベアリングレース９１，９１，９２，９２の間に所
要数の転動体９３が転動自在に介装され、これによっ
て、テーブル部材６をレール本体部５１に沿って往復移
動可能に支持する第二の有限軌道式リニアベアリング９
が構成されている。

【００２９】詳しくは、凹溝５１ａ，６ｄは、それぞれ
溝幅方向（上下方向）の両隅部が、長手方向と直交する
断面（以下、横断面という）が円弧形の円弧状凹面とな
っており、この凹溝５１ａ，６ｄ内に配置された上下各
一対、計４本のベアリングレース９１，９２は横断面が
略Ｄ形の棒状をなすものであって、すなわちその表面は
横断面円弧形の円弧状凸面及び平面部からなり、前記円
弧状凸面は凹溝５１ａ，６ｄにおける上下の円弧状凹面
と互いに接触している。また、前記各円弧状凹面は、ベ
アリングレース９１，９２の円弧状凸面と同一の曲率半
径又は僅かに大きい曲率半径で形成されている。

【００３０】レール側ベアリングレース９１，９１とテ
ーブル側ベアリングレース９２，９２の間に介在する複
数の転動体９３は、互いに適当な間隔を保持された状態
にあり、各ベアリングレース９１，９２の平面部と接触
している。凹溝５１ａの底部に配置されたレール側ベア
リングレース９１の長手方向両端には、それぞれ鍋小ネ
ジ９４が装着され、これによって、軸方向位置が決めら
れている。また、テーブル部材６の両端部にはそれぞれ
端板６１が鍋小ネジ６２で固定されており、これによっ
て前記転動体９３の脱落が防止されている。

【００３１】上記第二の有限軌道式リニアベアリング９
における転動体９３としては、リニアベアリング４の転
動体４１と同様、外径が０．５〜１μｍ刻みで用意され
ている市販のボールベアリング用のボールを使用してい
るので、この転動体９３の外径によって、凹溝５１ａ，
６ｄとベアリングレース９１，９２との隙間、及びベア
リングレース９１，９２と転動体９３との隙間を零にし
たり、あるいは前記転動体９３を僅かに潰した状態に設
定することができる。

【００３２】ベアリングレース９１，９２は、所要の強
度を確保するため、高炭素クロム軸受鋼やマルテンサイ
ト系ステンレス鋼など硬質の材料で製作されたものであ
って、熱処理後、研磨によって精密な仕上げ加工を施さ
れており、これによって、第二のリニアベアリング９に
よる精密な直線移動を可能とするばかりでなく、剛性が
向上して、大きな外力を支持することができる。

【００３３】上記第二の有限軌道式リニアベアリング９
は、レール部材５上をテーブル部材６が移動するのに伴
って、レール側ベアリングレース９１，９１とテーブル
側ベアリングレース９２，９２との間で転動体９３が転
動し、これによってテーブル部材６を円滑に移動可能な
状態に支持するものである。

【００３４】次に、以上のように構成された本実施形態
の流体圧アクチュエータの作動について説明する。

【００３５】図１，図２及び図４においては、図示され
ていない切換弁により、圧縮空気供給源からの圧縮空気
を、閉止部材１３Ｌに開設された配管ポート１３ｂ及び
オリフィス１３ａを介して、シリンダ室１０Ｌへ供給す
ると共に、他方のシリンダ室１０Ｒを閉止部材１３Ｒに
開設されたオリフィス１３ａ、配管ポート１３ｂ及び図
示されていない切換弁を介して大気開放した状態にあ
る。このため、ピストンロッド３を介して互いに一体的
に動作する一対のピストン２Ｌ，２Ｒは、シリンダ本体
１の貫通孔１ａ内の相対的に低圧であるシリンダ室１０
Ｒ側に移動し、ピストンロッド３の係合孔３ａに挿通・
係合された係合部材８が、レール部材５の開口部５ｂに
おける図中右側の端壁に当接しており、レール部材５の
レール本体部５１に跨乗配置されたテーブル部材６が、
前記係合部材８と開口部５ｂの端壁との当接により規定
される図中右側の移動終端位置にある。

【００３６】図１，図２及び図４に示された状態から、
切換弁の切換操作によって、閉止部材１３Ｒに開設され
た配管ポート１３ｂ及びオリフィス１３ａを介して、シ
リンダ室１０Ｒに圧縮空気を供給すると共に、シリンダ
室１０Ｌ内の圧縮空気を、閉止部材１３Ｌに開設された
オリフィス１３ａ及び配管ポート１３ｂと、切換弁を介
して大気中に開放すると、二個一組のピストン２Ｌ，２
Ｒ及びその間のピストンロッド３が、シリンダ本体１の
貫通孔１ａ内を相対的に低圧になるシリンダ室１０Ｌ側
に移動し、これに伴い、係合部材８を介してピストンロ
ッド３に係合されたテーブル部材６が、レール部材５の
レール本体部５１に案内されながら図中左側へ移動す
る。そして係合部材８が開口部５ｂの図中左側の端壁に
当接した時点で移動終端位置に達し、前記移動が停止す
る。

【００３７】上述の動作においては、有限軌道式リニア
ベアリング４が、ピストンロッド３を介して、その両側
のピストン２Ｌ，２Ｒを、シリンダ本体１における貫通
孔１ａを構成する第二の円筒部材１２Ｌ，１２Ｒの内周
面に対して非接触状態に支持しており、かつ第二の有限
軌道式リニアベアリング９が、テーブル部材６をレール
部材５上に円滑に移動可能な状態に支持しているので、
移動に伴う摩擦抵抗が極めて小さいものとなる。

【００３８】これを、更に詳しく説明すると、有限軌道
式リニアベアリング４における各転動体４１は、前記シ
リンダ本体１における第一の円筒部材１１の内周面及び
前記ピストンロッド３の外周面に点接触しており、ま
た、第二の有限軌道式リニアベアリング９の各転動体９
３は、ベアリングレース９１，９２に点接触している。
そして、例えば従来技術において用いられている循環式
リニアベアリングの場合は、反転路で転動体同士が干渉
したり、反転路と無負荷ボール孔との段差で転動体の引
っ掛かりがあるのに対し、図示の実施形態による有限軌
道式リニアベアリング４，９は、そのようなことがない
ので、摩擦抵抗が極めて小さい。

【００３９】また、上述のように、各ピストン２Ｌ，２
Ｒにおける環状突起２５の外周縁と、シリンダ本体１に
おける第二の円筒部材１２Ｌ，１２Ｒの内周面は、僅か
な隙間Ｇを介して互いに非接触状態に保持されており、
前記隙間Ｇにマグネット２２の磁気回路により保持され
た磁性流体７は、ピストン２Ｌ，２Ｒが軸方向移動する
と、これに伴って前記磁気回路も移動するため、前記隙
間Ｇを塞いだ状態で前記ピストン２Ｌ，２Ｒに追従す
る。

【００４０】磁性流体７は液体状であるため、有限軌道
式リニアベアリング４及び第二の有限軌道式リニアベア
リング９における転動体４１，９３の転がり摩擦抵抗と
比較しても無視できるほど小さい。したがって、ピスト
ン２Ｌ，２Ｒの移動に伴う摺動抵抗は著しく小さい。

【００４１】ピストン２Ｌ，２Ｒからのシリンダ推力
を、係合部材８を介して外部のテーブル部材６へ伝達す
るピストンロッド３が、有限軌道式リニアベアリング４
の内周に配置されているので、このピストンロッド３は
シリンダ本体１の貫通孔１ａに対して偏心することがな
い。しかも前記有限軌道式リニアベアリング４は、一対
のピストン２Ｌ，２Ｒ間の軸方向中央部に位置するた
め、ピストン２Ｌ，２Ｒと、貫通孔１ａを構成するシリ
ンダ本体１の第二の円筒部材１２Ｌ，１２Ｒとの間の半
径方向隙間も、シリンダ推力やマグネット２２の磁力等
によって変化することがない。

【００４２】なお、ピストンロッド３の軸方向長さは、
ストロークに応じて長くなるので、これに応じて有限軌
道式リニアベアリング４の全長を延ばしたり、転動体４
１の軸方向の数を増やしたりすれば、軸受性能を更に向
上することができる。

【００４３】第一の円筒部材１１及びピストンロッド３
は、先に説明したように、第二の円筒部材１２Ｌ，１２
Ｒよりも硬質の、熱処理が施された高炭素クロム軸受鋼
やマルテンサイト系ステンレス鋼等で製作されているの
で、転動体４１との接触部に比較的大きな力が作用して
も容易に変形せず、したがって、容易にピストンロッド
３とシリンダ本体１との相対偏心を生じない。更に、ピ
ストン２Ｌ，２Ｒとシリンダ部材１の貫通孔１ａとの偏
心量は、ピストン２Ｌ，２Ｒとピストンロッド３との偏
心量に等しいので、極めて小さいものとなる。

【００４４】これらの理由から、ピストン２Ｌ，２Ｒの
環状突起２５とシリンダ部材１の貫通孔１ａとの半径方
向隙間を小さく設定することができ、その結果、磁性流
体７の保持力が高まり、この磁性流体７によるシール性
能を向上することができる。

【００４５】また、ピストンロッド３の軸方向両端に突
設された軸部材３１，３１は非磁性材料で製作されてお
り、ピストン２Ｌ，２Ｒと、磁性体からなるピストンロ
ッド３は、この軸部材３１を介して軸方向に所要の距離
が保たれているため、前記ピストン２Ｌ，２Ｒ内の各マ
グネット２２からの磁束がシリンダ外部や軸部材３１及
びピストンロッド３等へ漏れない。更に、第二の円筒部
材１２Ｌ，１２Ｒが残留磁化の小さい電磁ステンレス鋼
で製作されているので、第一の円筒部材１１及び転動体
４１の磁化が防がれている。したがって、ピストン２
Ｌ，２Ｒの環状突起２５と貫通孔１ａとの間での磁気回
路による磁性流体７の保持力を向上させることができ、
この点からも優れたシール性が実現される。しかも上述
のように、各マグネット２２からの磁束が軸部材３１及
びピストンロッド３へ漏れないため、有限軌道式リニア
ベアリング４の転動体４１に磁性流体の磁気粉が介入し
て付着することがなく、したがってこの有限軌道式リニ
アベアリング４の耐久寿命の低下を防止することができ
る。

【００４６】シリンダ本体１の内周面とピストン２Ｌ，
２Ｒとの間でのシリンダ室１０Ｌ，１０Ｒのシール手段
として、エアベアリングを採用した場合、このエアベア
リングは、半径方向の隙間が数μｍ以下でないと機能し
ないが、磁性流体７によるシールの場合は、数十μｍの
半径方向隙間でもある程度の圧力に耐えることができ
る。このため、前記シリンダ本体１（第二の円筒部材１
２Ｌ，１２Ｒ）の内周面や、ピストン２Ｌ，２Ｒの外径
を高精度に仕上げたり、現合で組み立てたりする必要が
なく、したがって生産性も良い。

【００４７】また、磁性流体７は液体状であることによ
って、シリンダ室１０Ｌ，１０Ｒに導入された圧縮空気
の漏れが確実に防止される。このため、前記シリンダ室
１０Ｌ，１０Ｒから外部へ圧縮空気が噴出するようなこ
とがないので、クリーンルーム等でも使用することがで
き、上述のように摩擦抵抗が著しく小さいことによっ
て、駆動エネルギの損失が少なく、結果として、環境保
全にも貢献することができる。しかも、エアベアリング
の場合のように、前記シリンダ室１０Ｌ，１０Ｒに供給
する圧縮空気の質を特別に管理する必要がない。

【００４８】

【発明の効果】請求項１の発明に係る流体圧アクチュエ
ータによると、一対のピストン間の中間位置で、シリン
ダ本体とピストンロッドとの間に転動体を介在させるこ
とによって、当該流体圧アクチュエータを大型化させる
ことなく、前記ピストンロッド及びその両側のピストン
をシリンダ本体の貫通孔に対して同心的に支持するリニ
アベアリングを構成することができる。このため、シリ
ンダ本体の貫通孔とピストンとの間の半径方向隙間が、
シリンダ推力等によって変化せず、前記ピストンを前記
貫通孔に対して非接触状態に保持することができる。

【００４９】請求項２の発明に係る流体圧アクチュエー
タによると、ピストンと貫通孔との間は磁性流体でシー
ルされるので、ゴム材等からなる従来のピストンシール
を用いた場合に比較して、ピストン移動の際の摺動抵抗
が著しく小さくなる。したがって、通常のワークの搬送
や、クランプ等の用途には何ら問題なく使用可能である
ことは勿論、テンションコントロールあるいは押圧力コ
ントロール等のように、高精度な力の制御や低速動作を
要求されるような用途でも、使用することができる。

【００５０】また、上述のように、ピストン外周のシー
ル手段として液体である磁性流体を用い、しかも、上記
転動体によるリニアベアリング機構によって、シリンダ
本体の貫通孔とピストンとの間の半径方向隙間を小さく
保つことができるので、磁気回路による磁性流体の保持
力を大きくして、シール対象の圧縮空気に対する耐圧性
を高めることができ、シリンダ室からの圧縮空気の漏れ
を完全に阻止することができる。

【００５１】請求項３の発明に係る流体圧アクチュエー
タによると、シリンダ本体及びピストンロッドにおいて
転動体と接触する部分を硬質にしたので、シリンダ本体
とピストンロッドとの相対偏心を生じることがなく、ま
た、各マグネットからの磁束がピストンロッドへ漏れ
ず、シリンダ本体における転動体との接触部分である第
一の円筒部材が磁化されることもないので、転動体に磁
性流体の磁気粉が介入して付着することがなく、耐久寿
命の低下を防止することができる。

【００５２】それらの結果、本発明の流体圧アクチュエ
ータは、クリーンルーム等でも使用することができ、シ
リンダ室に供給する圧縮空気の質を特別に管理する必要
もない。しかも、上述のように摩擦抵抗が著しく小さい
ことによって、駆動エネルギの損失が少ないため、環境
保全にも貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流体圧アクチュエータの一実施形
態を示す平面図である。

【図２】図１におけるII方向の矢視図である。

【図３】図１におけるIII方向の矢視図である。

【図４】図１におけるIV-IV'断面図である。

【図５】図１におけるＶ−Ｖ’断面図である。

【図６】上記実施形態におけるピストンとシリンダ本体
間の磁性流体によるシール部を示す説明図である。

【符号の説明】

１ シリンダ本体 １ａ 貫通孔 １ｂ，５ｂ，４２ａ 開口部 １０Ｌ，１０Ｒ シリンダ室 １１ 第一の円筒部材 １２Ｌ，１２Ｒ 第二の円筒部材 １３Ｌ，１３Ｒ 閉止部材 １３ａ オリフィス １３ｂ 配管ポート １４，２３，２４ Ｏリング ２Ｌ，２Ｒ ピストン ２１ ピストン部材 ２２ マグネット ２５ 環状突起 ３ ピストンロッド ３ａ 係合孔 ３１ 軸部材 ３２ 軸用止め輪 ４ 有限軌道式リニアベアリング ４１，９３ 転動体 ４２ 保持器 ５ レール部材 ５ａ シリンダ保持孔 ５１ レール本体部 ５１ａ，６ｄ 凹溝 ５２ 肩部 ５３ 孔用止め輪 ６ テーブル部材 ６ａ 案内凹部 ６ｂ，６ｃ 螺子孔 ６１ 端板 ６２ 鍋小ネジ ７ 磁性流体 ８ 係合部材 ８ａ 雄螺子部 ９ 第二の有限軌道式リニアベアリング ９１，９２ ベアリングレース

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に延びる貫通孔（１ａ）及びこの
   貫通孔（１ａ）の軸方向中間部に連通する開口部（１
   ｂ）が開設されたシリンダ本体（１）と、 前記貫通孔（１ａ）の内周に配置され前記開口部（１
   ｂ）の両側で軸方向移動される一対のピストン（２Ｌ，
   ２Ｒ）と、 前記貫通孔（１ａ）の内周に前記一対のピストン（２
   Ｌ，２Ｒ）間に位置して軸方向移動自在に配置されたピ
   ストンロッド（３）と、 このピストンロッド（３）に設けられ前記開口部（１
   ｂ）を軸方向移動自在に貫通して外部へ突出された係合
   部材（８）と、 前記貫通孔（１ａ）の内周面と前記ピストンロッド
   （３）の外周面との間に介装された複数の転動体（４
   １）と、 を備えることを特徴とする流体圧アクチュエータ。
2. 【請求項２】 一対のピストン（２Ｌ，２Ｒ）の内部に
   それぞれ配置されたマグネット（２２）と、 前記各ピストン（２Ｌ，２Ｒ）の外周面に設けられた複
   数の環状突起（２５）と、 シリンダ本体（１）の貫通孔（１ａ）の内周面と前記各
   環状突起（２５）の外周端部との間に磁力により保持さ
   れる磁性流体（７）とを備え、 前記一対のピストン（２Ｌ，２Ｒ）がピストンロッド
   （３）の軸方向両側に係着されたことを特徴とする請求
   項１に記載の流体圧アクチュエータ。
3. 【請求項３】 シリンダ本体（１）における貫通孔（１
   ａ）が、軸方向中間に位置する第一の円筒部材（１１）
   と、その軸方向両側に接合されピストン（２Ｌ，２Ｒ）
   の移動領域にそれぞれ位置する一対の第二の円筒部材
   （１２Ｌ，１２Ｒ）によって形成され、 前記ピストン（２Ｌ，２Ｒ）がそれぞれ非磁性体の軸部
   材（３１）によって所要の距離をおいてピストンロッド
   （３）の軸方向両側に係着され、 前記第一の円筒部材（１１）が前記第二の円筒部材（１
   ２Ｌ，１２Ｒ）より硬質の材料からなり、 前記第二の円筒部材（１２Ｌ，１２Ｒ）が前記第一の円
   筒部材（１１）より残留磁化の小さい材料からなり、 前記ピストンロッド（３）が前記軸部材（３１）より硬
   質の材料からなることを特徴とする請求項２に記載の流
   体圧アクチュエータ。