JP2002070807A - 真空シール機構付きシリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期にわたり高いシール性、動作性及び清浄
性を維持することができ、耐久性に優れた真空シール機
構付きシリンダを提供すること。 【解決手段】 この真空シール機構付きシリンダ１は、
シリンダ本体２、ピストン１０、ロッド１６、真空シー
ル機構３１を備える。ロッド１６はロッド挿通孔３３に
挿通され、その一端は真空領域に突出されている。真空
シール機構３１は、２つの環状リップパッキング３７
と、第１潤滑油含浸体４０と、第２潤滑油含浸体４１か
らなる。環状リップパッキング３７は、非リップ側端面
Ｓ１を真空領域側に向け、互いに所定間隔を隔てた状態
で、ロッド挿通孔３３の内周面に配設されている。第１
潤滑油含浸体４０は、環状リップパッキング３７間の領
域に配置されている。第２潤滑油含浸体４１は、非リッ
プ側端面Ｓ２に接触した状態で配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空シール機構付
きシリンダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空チャンバ内のワークを搬送等
するための装置として、真空シール機構を有するエアシ
リンダが知られている。このエアシリンダでは、ロッド
が連結されたピストンがシリンダ本体内において移動可
能に収容されている。シリンダ本体のロッド側端には真
空シール機構が取り付けられている。真空シール機構の
中心部にはロッド挿通孔が設けられており、そのロッド
挿通孔にはロッドが挿通されている。真空チャンバ内に
突出するロッドの先端には、チャック等のワーク把持手
段が取り付けられている。

【０００３】そして、上記の真空シール機構としては、
例えば、ロッド挿通孔の内周面に設けられた収容溝にO
リングを設けたものや、リップパッキングを設けたもの
等が従来知られている。なお、後者のタイプにおいて
は、リップパッキングに隣接してグリース含浸体を設け
たものも知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｏリン
グを用いた従来品の場合、Ｏリングの断面が円形状ない
し楕円形状であることから、ロッドが出没を繰り返すう
ちにＯリングにねじれが生じやすい。このため、ねじれ
によるストレスがＯリングに作用してシール性が早期に
悪くなるという欠点がある。

【０００５】また、リップパッキングを用いた従来品
は、ねじれが起こりにくい点でＯリングタイプよりも好
ましい。しかし、上記真空用途のシリンダでは、真空シ
ール機構が真空領域に接していることから、そもそも構
造的にみてグリース中の水分等が蒸発しやすい。ゆえ
に、グリースの乾燥・固化につながり、長期にわたり高
いシール性や動作性を維持することが難しくなる。即
ち、リップパッキングを用いた上記従来品は耐久性に劣
っている。また、グリース中の成分の外部漏れによって
真空チャンバ内が汚染される。

【０００６】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、長期にわたり高いシール性、動作
性及び清浄性を維持することができ、耐久性に優れた真
空シール機構付きシリンダを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、シリンダ本体と、そ
のシリンダ本体内に収容されたピストンと、そのピスト
ンに連結されたロッドと、ロッド挿通孔を有しかつ前記
シリンダ本体に取り付けられた真空シール機構とを備
え、前記ロッド挿通孔に挿通された前記ロッドの一端を
真空領域に突出させた構造のシリンダにおいて、前記真
空シール機構は、非リップ側端面を前記真空領域側に向
けるとともに互いに所定間隔を隔てた状態で前記ロッド
挿通孔の内周面に配設された複数の環状リップパッキン
グと、前記環状リップパッキング間の領域に配置された
少なくとも１つの第１潤滑油含浸体と、前記非リップ側
端面に接触した状態で配置された少なくとも１つの第２
潤滑油含浸体とを含むことを特徴とする真空シール機構
付きシリンダをその要旨とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記シリンダ本体は、ロッド挿通孔の内周面に第３
潤滑油含浸体を複数設けた軸受を備えているとした。請
求項３に記載の発明は、請求項２において、前記軸受
は、前記シリンダ本体において前記ピストンの両端側の
位置にそれぞれ配設されているとした。

【０００９】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１に記載の発明によると、複数のリップパッ
キングは非リップ側端面を真空領域側に向けた状態で配
設されているため、反対側にあるリップ側端面には空気
圧が作用する。従って、この空気圧によりリップ部分が
開くように変形し、ロッド挿通孔とロッドとの隙間が確
実にシールされる。しかも、第1及び第２潤滑油含浸体
により十分量の潤滑油が供給されるとともに、その潤滑
油は複数のリップパッキング間の領域に確実に保持され
る。従って、真空領域側への潤滑油中成分の外部漏れが
防止される。以上のことから、長期にわたり高いシール
性、動作性及び清浄性が維持される。

【００１０】請求項２に記載の発明によると、摺動面で
あるロッド挿通孔の内周面及びロッドの外周面に対し、
複数の第３潤滑油含浸体から十分量の潤滑油が供給され
る。これに加えて、摺動によって磨耗粉が発生したとし
ても、その磨耗粉は複数ある第３潤滑油含浸体の内部に
取り込まれてしまう。従って、長期にわたり高い動作性
及び清浄性が維持され、耐久性がより向上する。

【００１１】請求項３に記載の発明によると、前記軸受
がシリンダ本体においてピストンの両端側の位置にそれ
ぞれ配設されていることから、長期にわたり高い動作性
及び清浄性が維持され、耐久性がよりいっそう向上す
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態の真空シール機構付きのエアシリンダ１を図１〜図
７に基づき詳細に説明する。

【００１３】図１，図４に示されるように、シリンダ本
体２は、シリンダチューブ３、ベースプレート４、エン
ドプレート７，８等によって構成されている。本実施形
態のシリンダチューブ３は、等断面形状を有するアルミ
ニウム合金製の筒状押出成形品である。ベースプレート
４は前記シリンダチューブ３よりも径の大きな円盤状の
金属部材であって、その上面側中央部にはシリンダチュ
ーブ３の下端が固定されている。

【００１４】図２，図３に示されるようにベースプレー
ト４の外周部における複数箇所には、真空チャンバ６の
開口部に対する取り付けの際に用いられるボルト(図示
略)を挿通するためのボルト挿通孔５が貫設されてい
る。

【００１５】図４に示されるように、シリンダチューブ
３の上端にある開口は、封止部材としての第１エンドプ
レート７が嵌合することによって封止されている。シリ
ンダチューブ３の下端にある開口は、封止部材としての
第２エンドプレート８が嵌合することによって封止され
ている。なお、両エンドプレート７，８は、いずれもＣ
リング９によってシリンダチューブ３に保持されてい
る。

【００１６】シリンダチューブ３及び両エンドプレート
７，８によって区画される断面円形状のピストン収容空
間には、ピストン１０がチューブ軸線方向に沿って移動
可能に収容されている。本実施形態のピストン１０は、
中心に孔を有する一対のピストン本体１１を重ね合わ
せ、これらをボルト１２を用いて連結した構造となって
いる。そして、このピストン１０によって前記空間が２
つの圧力作用室１３，１４に区画されている。

【００１７】図３に示されるように、シリンダチューブ
３の上端面には、第１及び第２のエア給排ポートＰ１が
それぞれ形成されている。第１のエア給排ポートＰ１
は、図示しない連通孔を介して第１の圧力作用室（上側
の圧力作用室）１３に連通している。第２のエア給排ポ
ートＰ１は、図示しない連通孔を介して第２の圧力作用
室（下側の圧力作用室）１４に連通している。

【００１８】ピストン１０の中心を貫通するロッド取付
孔１５には、キー１７を介して中空円筒状のロッド１６
が固定されている。従って、ロッド１６はピストン１０
と一体的に移動することができる。ロッド１６の先端部
（図１，図４では下端部）は、第２エンドプレート８に
形成されたロッド挿通孔１８を介してシリンダチューブ
３の外部に突出している。ロッド１６の基端部（図１，
図４では上端部）は、第１エンドプレート７に形成され
たロッド挿通孔１９を介してシリンダチューブ３の外部
に突出している。

【００１９】ピストン１０の外周面に設けられた環状溝
内には、ピストンパッキング２１が装着されている。本
実施形態では、ピストンパッキング２１として断面が略
Ｙ型のリップパッキングが使用されている。かかるピス
トンパッキング２１は、ピストン１０の外周面とシリン
ダチューブ３の内周面とがなす摺動界面をシールし、両
圧力作用室１３，１４の間でのエア漏れを防ぐ役割を担
っている。また、ロッド挿通孔１８，１９の内周面に設
けられた環状溝内には、ロッドパッキング２２としての
Ｙ型リップパッキングがそれぞれ装着されている。かか
るロッドパッキング２２は、ロッド１６の外周面とロッ
ド挿通孔１８，１９の内周面とがなす摺動界面をシール
し、そこから外部へのエア漏れを防ぐ役割を担ってい
る。

【００２０】次に、このエアシリンダ１における真空シ
ール機構３１について述べる。本実施形態の真空シール
機構３１は、ベースプレート４の下面中央部に取り付け
られている。真空シール機構３１を構成する機構本体３
２の中心部には、断面円形状のロッド挿通孔３３が透設
されている。ロッド挿通孔３３の内周面における離間し
た２箇所には、パッキング装着溝３４が周方向全体にわ
たって延びるように設けられている。前記パッキング装
着溝３４間には、１つの含浸リング装着溝３５が周方向
全体にわたって延びるように設けられている。

【００２１】図５に示されるように、各パッキング装着
溝３４内にはそれぞれ環状リップパッキング３７が装着
されている。これらの環状リップパッキング３７は、い
わゆる断面が略Ｙ型をした、ゴム製（例えばＮＢＲ製）
のＹ型リップパッキングである。従って、２つの環状リ
ップパッキング３７は、互いに所定間隔を隔てた状態で
ロッド挿通孔３３の内周面に配設されている。

【００２２】環状リップパッキング３７における非リッ
プ側端面Ｓ１（図５における左側面）は、真空チャンバ
６側に向けた状態で配設されている。環状リップパッキ
ング３７におけるリップ側端面Ｓ２（図５における右側
面）には、一対のリップ３８が存在している。このリッ
プ側端面Ｓ２は、シリンダチューブ３側（即ち大気圧領
域側）に向けた状態で配設されている。環状リップパッ
キング３７における内周面及び外周面には、潤滑油とし
てのグリースの保持性をよりいっそう高めるために、微
細な凹凸３９が形成されている。

【００２３】図５に示されるように、各パッキング装着
溝３４内には、環状リップパッキング３７の他にも、第
２潤滑油含浸体としての環状のグリース含浸リング４０
が１つずつ装着されている。このグリース含浸リング４
０は、その一端面が非リップ側端面Ｓ１に接触した状態
で配置されている。また、含浸リング装着溝３５内に
は、第１潤滑油含浸体としての環状のグリース含浸リン
グ４１が１つ装着されている。即ち、この真空シール機
構３１には、合計３個のグリース含浸リング４０，４１
が用いられている。

【００２４】本実施形態において具体的には、グリース
含浸リング４０，４１として、合成樹脂繊維をゴム弾性
体で三次元融合した繊維集合素材にグリースを含浸させ
たものが使用されている。前記グリースとしては、例え
ばリチウム系、ウレア系、フッ素系のグリース等が使用
される。なお、グリースは毛細管現象によって繊維集合
素材内に保持されている。

【００２５】さらに、このエアシリンダ１における軸受
構造について述べる。このエアシリンダ１は２つの軸受
４２，４３を備えている。図６に示されるように、第１
の軸受４２は、シリンダ本体２を構成するベースプレー
ト４の貫通孔４ａに嵌着されている。筒状をした第１の
軸受４２は、ロッド挿通孔４４を有している。このロッ
ド挿通孔４４の内周面における離間した複数箇所（ここ
では３箇所）には、含浸リング装着溝４５が周方向全体
にわたって延びるように設けられている。各々の含浸リ
ング装着溝４５内には、第３潤滑油含浸体としての環状
のグリース含浸リング４６が１つずつ装着されている。
即ち、本実施形態の第１の軸受４２には、合計３個のグ
リース含浸リング４６が用いられている。

【００２６】図７に示されるように、第２の軸受４３
は、シリンダ本体２を構成する第１エンドプレート７の
ロッド挿通孔１９に嵌着されている。筒状をした第２の
軸受４３は、ロッド挿通孔５４を有している。このロッ
ド挿通孔５４の内周面における離間した複数箇所（ここ
では３箇所）には、含浸リング装着溝５５が周方向全体
にわたって延びるように設けられている。各々の含浸リ
ング装着溝５５内には、第３潤滑油含浸体としての環状
のグリース含浸リング４６が１つずつ装着されている。
即ち、本実施形態の第２の軸受４３には、合計３個のグ
リース含浸リング４６が用いられている。

【００２７】つまり、一対の軸受４２，４３は、シリン
ダ本体２においてピストン１０の両端側の位置にそれぞ
れ離間して配設されている。ここでは、グリース含浸リ
ング４６として、前記グリース含浸リング４０，４１と
同種のものが使用されている。

【００２８】その他、ピストン１０の外周面やロッド挿
通孔１８，１９の内周面にも、同様のグリース含浸リン
グ４６が設けられている。シリンダチューブ３の下端部
から突出するロッド１６の先端部は、さらにベースプレ
ート４及び真空シール機構３１を介して突出し、真空チ
ャンバ６内に到っている。そして、ロッド１６の先端部
には、例えば板状のワークW１を把持するワーク把持手
段としてのチャックＣ１が取り付けられている。

【００２９】以上のように構成されたエアシリンダ１の
動作を説明する。図示しないエアコンプレッサを駆動さ
せて、第１のエア給排ポートＰ１を介して第１の圧力作
用室１３にエアを供給すると、エアの圧力によってピス
トン１０が図１の下側方向に押圧される。その結果、ピ
ストン１０及びロッド１６が下方に移動するようになっ
ている。第２のエア給排ポートＰ１を介して第２の圧力
作用室１４にエアを供給すると、エアの圧力によってピ
ストン１０が図１の上側方向に押圧される。その結果、
ピストン１０及びロッド１６が上方に移動するようにな
っている。なお、ロッド１６が出没動作を行う際には、
２箇所に設けられた軸受４２，４３によってロッド１６
にかかる荷重が支承される。

【００３０】真空シール機構３１における２つのリップ
パッキング３７は、いずれも非リップ側端面Ｓ１を真空
チャンバ６側に向けた状態で配設されている。このた
め、反対側にあるリップ側端面Ｓ２には空気圧（大気
圧）が作用する。従って、この空気圧により一対のリッ
プ３８が開くように変形し、ロッド挿通孔３３の内周面
とロッド１６の外周面との隙間が確実にシールされるよ
うになる。その結果、真空チャンバ６内の真空領域と大
気圧領域とが確実に隔てられ、真空チャンバ６内への空
気の流入が阻止される。よって、真空チャンバ６内が確
実に真空状態に保たれ、ワークＷ１を真空条件下で取り
扱うことができる。また、真空シール機構３１における
摺動面には合計３つあるグリース含浸リング４０，４１
から十分量のグリースが供給されるとともに、そのグリ
ースは一対のリップパッキング３７間の領域に確実に保
持される。

【００３１】従って、本実施形態によれば以下のような
効果を得ることができる。 （１）本実施形態の真空シール機構３１では、上記のご
とく一対のリップパッキング３７のリップ３８が空気圧
により開くように変形するため、ロッド挿通孔３３とロ
ッド１６との隙間が確実にシールされる。しかも、真空
シール機構３１における摺動面にはグリース含浸リング
４０，４１により十分量のグリースが供給される。それ
とともに、グリースは一対のリップパッキング３７間の
領域に確実に保持される。従って、真空領域側である真
空チャンバ６の内部空間に、グリース中の水分等が漏れ
出しにくくなっている。ゆえに、グリースの乾燥・固化
が防止される。

【００３２】以上のことから、本実施形態の構成によれ
ば、従来品に比べて長期にわたり高いシール性が維持さ
れるばかりでなく、高い動作性及び清浄性も維持され
る。よって、耐久性に優れた真空シール機構付きエアシ
リンダ１を実現することができる。

【００３３】また、本実施形態によればグリースの外部
漏れが防止されることから、ワークＷ１が汚染されにく
くなり、ワークＷ１の品質低下等を未然に防止すること
ができる。

【００３４】（２）このエアシリンダ１は、出没動作を
行うロッド１６を支持するための２つの軸受４２，４３
を備えている。このため、摺動面に対して複数のグリー
ス含浸リング４６から十分量のグリースが供給される結
果、常に摺動抵抗の低減が図られている。これに加え
て、たとえ摺動によって磨耗粉が発生したとしても、そ
の磨耗粉は複数あるグリース含浸リング４６の内部に確
実に取り込まれてしまう。このため、磨耗粉の外部への
放出が防止され、周囲を汚染するようなことがない。し
かも、このような軸受４２，４３は、シリンダ本体２に
おいてピストン１０の上下両端側の位置に、言い換える
と離間した２箇所に配設されている。従って、ロッド１
６の出没動作時にロッド１６にかかる横荷重が確実に支
承され、ロッド１６が振れにくくなる。

【００３５】以上のことから、上記構成によれば、長期
にわたり高い動作性及び清浄性が維持され、耐久性がよ
りいっそう向上する。 （３）この真空シール機構付きシリンダ１は、繊維を弾
性体で三次元融合した繊維集合素材にグリースを含浸さ
せたものを、グリース含浸リング４０，４１，４６とし
て用いている。この種のグリース含浸リング４０，４
１，４６は、毛羽立ちが起こりにくくて高寿命であると
いう利点がある。これに加え、毛細管現象により十分量
のグリースをその内部に保持でき、結果として長期間に
わたり摺動面における摺動抵抗の低減を図ることができ
る。しかも、摺動面において発生した異物をその内部に
確実に取り込むことができる。

【００３６】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ 実施形態において示したＹ型のリップパッキング３
７のみに限らず、例えばＵ型、Ｖ型またはＸ型のリップ
パッキング等を用いても構わない。

【００３７】・ 一対のリップパッキング３７間の領域
に、２つまたは３つのグリース含浸リング４１を配設す
るようにしてもよい。 ・ 真空シール機構３１におけるリップパッキング３７
の数は、２個に限定されることはなく、３つ以上であっ
ても勿論よい。

【００３８】・ 軸受４２，４３におけるグリース含浸
リング４６の数は３個に限定されず、２個以下または４
個以上であってもよい。また、軸受４２，４３のうちの
一方または両方を省略した構成を採用してもよい。

【００３９】・ グリース含浸リング４０，４１，４６
を構成する繊維集合素材は、実施形態にて用いたものに
限定されることはなく、例えばフェルト等でもよい。 ・ グリース含浸リング４０，４１，４６は必ずしも環
状でなくてよく、非環状であってもよい。

【００４０】次に、特許請求の範囲に記載された技術的
思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技
術的思想を以下に列挙する。 （１） 請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、前記
潤滑油含浸体は、繊維を弾性体で三次元融合した繊維集
合素材に潤滑油を含浸させたものであること。従って、
この技術的思想１に記載の発明によれば、毛羽立ちが起
こりにくくて高寿命であることに加え、毛細管現象によ
り十分量の潤滑油をその内部に保持でき、しかも摺動面
において発生した異物をその内部に確実に取り込むこと
ができる。

【００４１】（２） シリンダ本体と、そのシリンダ本
体内に収容されたピストンと、そのピストンに連結され
たロッドと、ロッド挿通孔を有しかつ前記シリンダ本体
に取り付けられた真空シール機構とを備え、前記ロッド
挿通孔に挿通された前記ロッドの一端を真空領域に突出
させた構造のシリンダにおいて、前記真空シール機構
は、非リップ側端面を前記真空領域側に向けるとともに
互いに所定間隔を隔てた状態で前記ロッド挿通孔の内周
面に配設された一対の環状リップパッキングと、前記環
状リップパッキング間の領域に配置された１つの第１潤
滑油含浸体と、前記非リップ側端面に接触した状態で前
記両環状リップパッキングごとに配置された第２潤滑油
含浸体とを含むことを特徴とする真空シール機構付きシ
リンダ。従って、この技術的思想２に記載の発明によれ
ば、長期にわたり高いシール性、動作性及び清浄性を維
持することができ、耐久性に優れた真空シール機構付き
シリンダを提供することができる。

【００４２】（３） 請求項１乃至３、技術的思想１，
２のいずれか１つにおいて、前記リップパッキングは、
略Ｙ型、略Ｖ型、略Ｕ型または略Ｘ型のリップパッキン
グであること。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、長期にわたり高いシール性、動作性及び
清浄性を維持することができ、耐久性に優れた真空シー
ル機構付きシリンダを提供することができる。

【００４４】請求項２に記載の発明によれば、より耐久
性を向上させることができる。請求項３に記載の発明に
よれば、よりいっそう耐久性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施形態の真空シール機
構付きシリンダの正面図。

【図２】同真空シール機構付きシリンダの底面図。

【図３】同真空シール機構付きシリンダの平面図。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図

【図５】真空シール機構の要部拡大断面図。

【図６】第１の軸受の要部拡大断面図。

【図７】第２の軸受の要部拡大断面図。

【符号の説明】

１…真空シール機構付きシリンダ、２…シリンダ本体、
１０…ピストン、１６…ロッド、３１…真空シール機
構、３３…ロッド挿通孔、３７…環状リップパッキン
グ、４０…第１潤滑油含浸体としてのグリース含浸リン
グ、４１…第２潤滑油含浸体としてのグリース含浸リン
グ、４２，４３…軸受、４６…第３潤滑油含浸体として
のグリース含浸リング、Ｓ１…非リップ側端面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ本体と、そのシリンダ本体内に収
   容されたピストンと、そのピストンに連結されたロッド
   と、ロッド挿通孔を有しかつ前記シリンダ本体に取り付
   けられた真空シール機構とを備え、前記ロッド挿通孔に
   挿通された前記ロッドの一端を真空領域に突出させた構
   造のシリンダにおいて、 前記真空シール機構は、非リップ側端面を前記真空領域
   側に向けるとともに互いに所定間隔を隔てた状態で前記
   ロッド挿通孔の内周面に配設された複数の環状リップパ
   ッキングと、前記環状リップパッキング間の領域に配置
   された少なくとも１つの第１潤滑油含浸体と、前記非リ
   ップ側端面に接触した状態で配置された少なくとも１つ
   の第２潤滑油含浸体とを含むことを特徴とする真空シー
   ル機構付きシリンダ。
2. 【請求項２】前記シリンダ本体は、ロッド挿通孔の内周
   面に第３潤滑油含浸体を複数設けた軸受を備えているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の真空シール機構付きシ
   リンダ。
3. 【請求項３】前記軸受は、前記シリンダ本体において前
   記ピストンの両端側の位置にそれぞれ配設されているこ
   とを特徴とする請求項２に記載の真空シール機構付きシ
   リンダ。