JP2007064339A - 流体圧シリンダ - Google Patents

Abstract

【課題】 エア供給のみで油圧供給の場合と同等の推力を発生させることができるとともに、小型化を図ることができる流体圧シリンダを提供する。
【解決手段】 筺体１と、筺体１内に設けられた第１流体室２９および第２流体室３３と、第１流体室２９の一方の壁面を形成するとともに、所定方向Ｃに移動可能に設けられた第１ピストン２７と、第２流体室３３の一方の壁面を形成するとともに、所定方向Ｃに移動可能に設けられた第２ピストン３１と、第１流体室２９と、第２流体室３３とを連通させる連通流路３５と、第１流体室２９、第２流体室３３および連通流路３５に満たされた内部流体ＯＬと、を有し、第２ピストン３１の内部流体ＯＬと接する面における所定方向に対する垂直面への投影面積が、第１ピストン２７の内部流体ＯＬと接する面における所定方向に対する垂直面への投影面積より大きくなるように形成され、第１ピストン２７に外部から供給された供給流体ＡＲの圧力が加えられることにより第２ピストン３１が駆動されることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体圧シリンダに関する。

流体を供給して推力を発生させるシリンダにおいて、その推力を高める方法として、ボア径を大きくする方法と、流体の供給圧力を高める方法とが知られている。
例えば、比較的小型のシリンダにおいて大きな推力を得る場合には、供給される流体として油を用いて流体の供給圧力を高める油圧シリンダを選択することが多い。しかしながら、油圧シリンダを用いる場合には、加圧された油を供給する油圧装置などの付帯装置を必要とし、コスト、スペースともに不利になるという問題があった。

供給される流体として空気（エア）を用いるエアシリンダの場合は、工場において供給できるエアの圧力に限界があるため、供給エアの圧力を高くしてシリンダの推力を高める方法によりシリンダの推力を高めることは困難であった。そのため、エアシリンダのボア径を大きくしてシリンダの推力を高める方法が一般的に用いられている。

しかしながら、エアシリンダを用いて、油圧シリンダと同等の推力を発生させようとすると、エアシリンダのボア径を相当大きくする必要があった。エアシリンダの配置スペースが限られている場合には、ボア径が大きくなるとエアシリンダを配置できなくなるという問題があった。

さらに、供給エアの圧力を用いて油を加圧して、加圧された油をシリンダに供給するエアハイドロブースタを用いる方法も知られている。しかしながら、この方法においても、シリンダ以外にエアハイドロブースタを設ける必要があり、コスト、スペースともに不利になるという問題があった。

そのため、上述の問題を解決するとともに、供給エアのみを用いてより大きな推力を発生することができるさまざまなシリンダの技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−９３９１２号公報（第３頁、第１図等）

上述の特許文献１においては、シリンダ本体のシリンダチューブ内を摺動するアウタピストンと、中空のアウタロッドと、一端がシリンダ本体に固定されアウタピストンを相対摺動可能に貫通するインナロッドと、インナロッドに取り付けられアウタロッドと相対摺動するインナピストンを備えたシリンダの構成が開示されている。
この構成のシリンダによれば、一般的なシリンダと比較して、供給エアの圧力をアウタピストンの受圧面とインナピストンの受圧面とで受けることができるため、発生する推力を略２倍に高めることができた。

しかしながら、上述の技術を用いて、より大きな推力をシリンダに発揮させる場合には、さらに内部に何重ものシリンダを内蔵させることになる。この場合、シリンダの構造が複雑になるという問題があった。また、構造が複雑になることにより、その製作が困難になるという問題もあった。
さらに、内部に何重ものシリンダを内蔵させることにより、ピストンロッドが細くなり、剛性が低下するという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、
エア供給のみで油圧供給の場合と同等の推力を発生させることができるとともに、小型化を図ることができる流体圧シリンダを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、筺体と、該筺体内に設けられた第１流体室および第２流体室と、該第１流体室の一方の壁面を形成するとともに、所定方向に移動可能に設けられた第１ピストンと、前記第２流体室の一方の壁面を形成するとともに、前記所定方向に移動可能に設けられた第２ピストンと、前記第１流体室と、前記第２流体室とを繋ぐ連通流路と、前記第１流体室、前記第２流体室および前記連通流路に満たされた内部流体と、を有し、前記第２ピストンの前記内部流体と接する面における前記所定方向に対する垂直面への投影面積が、前記第１ピストンの前記内部流体と接する面における前記所定方向に対する垂直面への投影面積より大きくなるように形成され、前記第１ピストンに外部から供給された供給流体の圧力が加えられることにより第２ピストンが駆動される流体圧シリンダを提供する。

本発明によれば、第２ピストンの投影面積が、第１ピストンの投影面積より大きく形成されているとともに、第１流体室と第２流体室と連通流路に内部流体が満たされているため、第２ピストンに、第１ピストンに加えられた供給流体の圧力に係る力に両ピストンの投影面積比を掛けた、大きな推力を発生させることができる。

つまり、第１ピストンを介して加えられた供給流体の圧力に係る力により、第１流体室内の内部流体には所定の圧力が発生する。第１流体室と第２流体室とは、連通流路を介して接続されているため、第２流体室内の内部流体にも所定の圧力がかかる。第２ピストンの投影面積は第１ピストンの投影面積より大きいため、第２ピストンに働く力は、第１ピストンに作用した力より大きくなる。

以上のことから、第１ピストンの投影面積と第２ピストンの投影面積の比を所定の値に設定することにより、第１ピストンに作用する力の大きさに関わらず、第２ピストンに発生する推力の大きさを所定の値にすることができる。そのため、例えば、流体圧シリンダに、エア供給のみで油圧供給の場合と同等の推力を発生させることができる。
また、上述の特許文献１に開示されたシリンダと比較して、ピストンやロッドの内部にさらにピストンやロッドを配置する必要がないため、流体圧シリンダの小型化を図りやすくすることができる。

上記発明においては、前記内部流体が非圧縮性流体であることが望ましい。
本発明によれば、内部流体に非圧縮性流体を用いているため、圧縮性流体を用いている場合と比較して、第２ピストンにより大きな推力を発生させることができる。つまり、内部流体に非圧縮性流体を用いることで、推力の一部が第２流体室内における内部流体の圧縮に消費されることを防止できるため、効率よく第２ピストンに推力を発生させることができる。
例えば、内部流体に非圧縮性流体である油を用いるとともに、供給流体に空気（エア）を用いることにより、流体圧シリンダに、エア供給のみで油圧供給の場合と同等の推力を発生させることができる。

上記発明においては、前記筺体には第３流体室が設けられ、該第３流体室内には、該第３流体室を２つの小部屋に区切るとともに、前記所定方向に移動可能に設けられた第３ピストンが設けられ、前記第１ピストンと前記第３ピストンとの間には、前記第１ピストンと前記第３ピストンとを連動して移動させるピストンロッドが設けられ、前記２つの小部屋には、それぞれ外部から供給流体を流入、流出させる開口部が設けられていることが望ましい。

本発明によれば、第３流体室を第３ピストンにより２つの小部屋に分割し、それぞれの小部屋に供給流体を流入、流出させているとともに、第１ピストンと第３ピストンとをピストンロッドにより連動して移動させているため、供給流体により第３ピストンに発生した力を第１ピストンに伝達することができる。
つまり、開口部から供給流体を２つの小部屋に流入、流出させることにより、供給流体の圧力が第３ピストンにかかる。そのため、第３ピストンには供給流体に係る力が働き、供給流体に係る力はピストンロッドを介して第１ピストンに伝達される。

上記発明においては、前記第３ピストンの前記供給流体と接する面における前記所定方向に対する垂直面への投影面積が、前記第１ピストンの前記内部流体と接する面における前記所定方向に対する垂直面への投影面積より大きくなるように形成されていることが望ましい。

本発明によれば、第３ピストンの投影面積が、第１ピストンの投影面積より大きいため、第３ピストンが受けた供給流体の圧力を、第１流体室内の内部流体に増幅して伝達することができる。
つまり、第３ピストンが受ける力は、供給流体の圧力と第３ピストンの投影面積の積であり、第１ピストンが受ける力は、内部流体の圧力と第１ピストンの投影面積の積である。両ピストンに働く力は釣合うため、第１ピストンに働く圧力は、第３ピストンに働く圧力に、第３ピストンの投影面積と第１ピストンの投影面積との比を掛けたものになる。そのため、第３ピストンで受けた供給流体の圧力は、第１流体室内の内部流体に増幅して伝達される。

上記発明においては、前記第２ピストンには、前記第２ピストンを前記第２流体室に向けて付勢する付勢部材が設けられていることが望ましい。
本発明によれば、第２ピストンは付勢部材により第２流体室に向けて付勢されているため、第２流体室内の内部流体の圧力が低下した場合に、第２ピストンを第２流体室側へ確実に移動させることができる。

上記発明においては、前記第２ピストンを前記第２流体室から前記第２ピストンに向かう方向に動作させるときには、前記第３流体室に外部から所定圧力の供給流体が供給され、前記第２ピストンを前記第２流体室に向けて移動させるときには、前記第３流体室内の供給流体の圧力が前記所定圧力より減圧されることが望ましい。

本発明によれば、第３流体室に外部から所定圧力の供給流体が供給されることにより、第３ピストンが第１流体室方向に押圧されて移動する。第３ピストンが移動するとピストンロッドにより連結された第１ピストンが第１流体室方向に移動して、第１流体室の容積が小さくなる。第１流体室の容積が小さくなると、第１流体室内の内部流体は連通流路を介して第２流体室に流入する。第２流体室は内部流体の流入により体積が大きくなり、第２ピストンは第２流体室から第２ピストンに向かう方向に移動する。

また、第３流体室内の供給流体の圧力が所定圧力より減圧されると、第２ピストンに作用する第２流体室から第２ピストンに向かう方向の力と、付勢部材により第２ピストンに作用する第２流体室に向かう方向との力のバランスが崩れる。付勢部材は、第２ピストンを第２流体室方向に押圧して移動させ、第２流体室の容積を減少させる。第２流体室の容積が減少すると、内部流体は連通流路を介して第１流体室に流入する。第１流体室は内部流体の流入により容積が大きくなる。第１流体室の容積が大きくなると、第１ピストンは第３流体室方向に移動し、ピストンロッドにより連結された第３ピストンも移動する。

上記発明においては、前記第２ピストンを前記所定方向の一方に動作させるときには、前記２つの小部屋の一方に、外部から所定圧力の供給流体が供給されるとともに、前記２つの小部屋の他方は、内部の供給流体の圧力が前記所定圧力より減圧され、前記第２ピストンを前記所定方向の他方に動作させるときには、前記２つの小部屋の他方に、外部から所定圧力の供給流体が供給されるとともに、前記２つの小部屋の一方は、内部の供給流体の圧力が前記所定圧力より減圧されることが望ましい。

本発明によれば、２つの小部屋の一方に所定圧力の供給流体を供給するとともに、他方の小部屋の内部の供給流体の圧力を所定圧力より減圧させることにより、第３ピストンは一方の小部屋から他方の小部屋に向かって押圧され移動する。第３ピストンが移動するとピストンロッドにより連結された第１ピストンも移動して、例えば、第１流体室の容積が小さくなる。第１流体室の容積が小さくなると、第１流体室内の内部流体は連通流路を介して第２流体室に流入する。第２流体室は内部流体の流入により体積が大きくなり、第２ピストンは第２流体室から第２ピストンに向かう方向に移動する。

また、２つの小部屋の他方に所定圧力の供給流体を供給するとともに、一方の小部屋の内部の供給流体の圧力を所定圧力より減圧させることにより、第３ピストンは他方の小部屋から一方の小部屋に向かって押圧され移動する。第３ピストンが移動するとピストンロッドにより連結された第１ピストンも移動して、例えば、第１流体室の容積が大きくなる。第１流体室の容積が大きくなると、第２流体室内の内部流体は連通流路を介して第１流体室に流入する。第２流体室は内部流体の流出により体積が小さくなり、第２ピストンは第２流体室に向かう方向に移動する。

上記発明においては、前記第２ピストンを前記所定方向の一方に動作させるときには、前記２つの小部屋の一方に、外部から所定圧力の供給流体が供給されるとともに、前記２つの小部屋の他方は、内部の供給流体の圧力が前記所定圧力より減圧され、前記第２ピストンを前記所定方向の他方に動作させるときには、前記２つの小部屋の他方に、外部から所定圧力の供給流体が供給されるとともに、前記２つの小部屋の一方は、内部の供給流体の圧力が前記所定圧力より減圧され、前記付勢部材が、常に、前記第２ピストンを前記第２流体室方向に押圧することが望ましい。

本発明によれば、第３流体室に外部から所定圧力の供給流体が供給されることにより、第３ピストンが第１流体室方向に押圧されて移動する。第３ピストンが移動するとピストンロッドにより連結された第１ピストンが第１流体室方向に移動して、第１流体室の容積が小さくなる。第１流体室の容積が小さくなると、第１流体室内の内部流体は連通流路を介して第２流体室に流入する。第２流体室は内部流体の流入により体積が大きくなり、第２ピストンは第２流体室から第２ピストンに向かう方向に移動する。

また、第３流体室内の供給流体の圧力が所定圧力より減圧されると、第２ピストンに作用する第２流体室から第２ピストンに向かう方向の力と、付勢部材により第２ピストンに作用する第２流体室に向かう方向との力のバランスが崩れる。付勢部材は、第２ピストンを第２流体室方向に押圧して移動させ、第２流体室の容積を減少させる。第２流体室の容積が減少すると、内部流体は連通流路を介して第１流体室に流入する。第１流体室は内部流体の流入により容積が大きくなる。第１流体室の容積が大きくなると、第１ピストンは第３流体室方向に移動し、ピストンロッドにより連結された第３ピストンも移動する。

さらに、付勢部材が常に第２ピストンを第２流体室方向に押圧するため、第１流体室および第２流体室内の内部流体には常に圧力が与えられる。内部流体に常に圧力が与えられているため、例えば、第２ピストンの移動方向を切り替える際にも圧力がなくなるタイミングがなくなり、常に第２ピストンを駆動することができる。

上記発明においては、前記筐体には、それぞれ１つの前記第１流体室と、前記第２流体室と、前記第３流体室と、前記第１ピストンと、前記第２ピストンと、前記第３ピストンとが設けられ、前記第３ピストンの一方の面にのみ、前記ピストンロッドが設けられていることが望ましい。
本発明によれば、片ロッド型の流体圧シリンダを実現することができる。

上記発明においては、前記筐体には、それぞれ２つの前記第１流体室と、前記第２流体室と、前記第１ピストンと、前記第２ピストンと、それぞれ１つの前記第３流体室と、前記第３ピストンとが設けられ、前記第３ピストンの一方および他方の面に前記ピストンロッドが設けられ、前記第３流体室および第３ピストンとの両側に、それぞれ前記第１流体室と、前記第２流体室と、前記第１ピストンと、前記第２ピストンとが配置されていることが望ましい。
本発明によれば、両ロッド型の流体圧シリンダを実現することができる。

上記発明においては、前記第１ピストンの中心軸線と、前記第２ピストンの中心軸線とが一致するように配置され、前記第２ピストンには、前記第２ピストンと中心軸線を共有する貫通孔が形成され、前記第１ピストンには、前記第１ピストンと中心軸線を共有する円柱状のガイド部材が形成され、前記ガイド部材が、前記貫通孔に相対移動可能に挿入されている請求項１から１０のいずれかに記載の流体圧シリンダ。

本発明によれば、ガイド部材が貫通孔に相対移動可能に挿入されているため、ガイド部材と第２ピストンとは相対移動することができる。また、第２ピストンの姿勢は、ガイド部材と貫通孔との嵌め合いにより規制されるため、一定に保持されることができる。

本発明の流体圧シリンダによれば、移動方向である所定方向に投影された第２ピストンの投影面積が、第１ピストンの投影面積より大きく形成されているとともに、第１流体室と第２流体室と連通流路に内部流体が満たされているため、第２ピストンに、第１ピストンに加えられた供給流体の圧力に係る力に両ピストンの投影面積比を掛けた、大きな推力を発生させることができる。つまり、第１ピストンの投影面積と第２ピストンの投影面積の比を所定の値に設定することにより、エア供給のみで油圧供給の場合と同等の推力を発生させることができるという効果を奏する。

また、上述の特許文献１に開示されたシリンダと比較して、ピストンやロッドの内部にさらにピストンやロッドを配置する必要がないため、流体圧シリンダの小型化を図りやすいという効果を奏する。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るエアハイドロ式シリンダついて図１から図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るエアハイドロ式シリンダの全体構成を説明する断面図である。
エアハイドロ式シリンダ（流体シリンダ）１は、図１に示すように、シリンダ本体（筺体）３と、シリンダ本体３の両端に配置された蓋５Ａ，５Ｂとを備えている。
蓋５Ａ，５Ｂは、ねじなどの固定部材を用いてシリンダ本体３に固定されている。

シリンダ本体３の内部には、シリンダ本体３の中心軸線（所定方向）Ｃと中心軸線を共通にする空気圧シリンダ７と、第１油圧シリンダ９と、第２油圧シリンダ１１とが直列に形成されている。
空気圧シリンダ７は、シリンダ本体３の一方の端面に開放されて形成され、当該開放部は蓋５Ａにより塞がれている。第１油圧シリンダ９は、空気圧シリンダ７に対して開放されて形成されるとともに、第２油圧シリンダ１１に対しては隔壁１３により離間するように形成されている。第２油圧シリンダ１１は、シリンダ本体３の他方の端面に開放されて形成されている。

空気圧シリンダ７内には、略板状の空気圧ピストン（第３ピストン）１５が中心軸線Ｃ方向に移動可能に配置されている。空気圧シリンダ７と蓋５Ａにより形成された空気圧室（第３流体室）１７内は、空気圧ピストン１５により２つの作動室（小部屋）１９Ａ，１９Ｂに区切られている。シリンダ本体３には、作動室１９Ａ，１９Ｂに対してそれぞれ外部と連通する流通孔（開口部）２１Ａ，２１Ｂが形成されている。
作動室１９Ａ，１９Ｂには、外部から流通孔２１Ａ，２１Ｂを通じて所定圧力に加圧された供給エア（供給流体）ＡＲが流入したり、作動室１９Ａ，１９Ｂ内から供給エアが流出したりするように構成されている。
また、空気圧ピストン１５の円周面には円環状のシール部材２３が設けられ、作動室１９Ａ，１９Ｂ間の空気の流通を防止している。空気圧ピストン１５は、ピストンロッド２５により後述する第１油圧ピストンと連結され、第１油圧ピストンとともに中心軸線Ｃ方向に移動するように構成されている。
なお、シール部材２３としては、円環状に形成されたゴムリングなど、公知の部材を用いることができ、特に限定するものではない。

第１油圧シリンダ９内には、略板状の第１油圧ピストン（第１ピストン）２７が中心軸線Ｃ方向に移動可能に配置されている。第１油圧ピストン２７は、第１油圧シリンダ９とともに、第１油圧室（第１流体室）２９を形成する。この第１油圧室２９の内部には、油（内部流体）ＯＬが満たされている。
第１油圧ピストン２７の円周面には円環状のシール部材２３が設けられ、第１油圧室２９内の油が空気圧室１７側に流出することを防止している。

第２油圧シリンダ１１内には、第２油圧ピストン（第２ピストン）３１が中心軸線Ｃ方向に移動可能に配置されている。第２油圧ピストン３１は、第２油圧シリンダ１１とともに、第２油圧室（第２流体室）３３を形成する。第２油圧室３３の内部には油ＯＬが満たされている。シリンダ本体３には、第１油圧室２９と第２油圧室３３とを繋ぎ、油ＯＬが第１，第２油圧室２９，３３間を流通可能とする連通流路３５が形成されている。

第２油圧ピストン３１は、第２油圧ピストン３１とともに第２油圧室３３を形成する板状部３７と、板状部３７から蓋５Ｂ側へ凸状に延びる突出部３９とから概略構成されている。
板状部３７には油供給孔４１が形成され、油供給孔４１から第１油圧室２９，連通流路３５および第２油圧室３３に油が供給される。油供給孔４１には、第２油圧室３３からの油流出を防止するネジ４３が配置されている。
板状部３７の円周面には円環状のシール部材２３が設けられ、第２油圧室３３内の油が空気圧室１７側に流出することを防止している。
板状部３７と蓋５Ｂとの間には複数のコイルバネ（付勢部材）４５が、中心軸線Ｃを中心とした円周上に等間隔に配置されている。
蓋５Ｂには孔４７が形成され、突出部３９は孔４７を通って外側に突出している。

空気圧ピストン１５は、空気圧ピストン１５の供給エアと接する面における中心軸線Ｃ方向に対する垂直面への投影面積が、第１油圧ピストン２７の油と接する面における中心軸線Ｃ方向に対する垂直面への投影面積よりも大きくなるように形成されている。第２油圧ピストン３１は、第２油圧ピストン３１の油と接する面の中心軸線Ｃ方向に対する垂直面への投影面積が、第１油圧ピストン２７の油と接する面における中心軸線Ｃ方向に対する垂直面への投影面積よりも大きくなるように形成されている。

なお、第１油圧室２９，連通流路３５および第２油圧室３３に満たされる流体は、非圧縮性流体であればよく、上述のような油ＯＬに限定するものではない。

第１油圧ピストン２７には、蓋５Ｂ側に延びるガイドロッド（ガイド部材）４９が設けられている。ガイドロッド４９は、隔壁１３に形成された隔壁孔５１および第２油圧ピストン３１に形成されたガイド孔（貫通孔）５３内に挿通されている。
隔壁孔５１およびガイド孔５３には円環状のシール部材２３が設けられ、それぞれ第１油圧室２９と第２油圧室３３との間の油の流通と、第２油圧室３３から外部への油の流出を防止している。

次に、上記の構成からなるエアハイドロ式シリンダ１における作用について説明する。
図２は、図１のエアハイドロ式シリンダ１において第２油圧ピストン３１が前進した状態を説明する図である。
図１に示すのは、エアハイドロ式シリンダ１における第２油圧ピストン３１が後退した状態であり、まず、この状態から第２油圧ピストン３１が前進する際の動作を説明する。

第２油圧ピストン３１を前進させる場合には、まず、供給エアを流通孔２１Ａから作動室１９Ａに供給するとともに、流通孔２１Ｂから作動室１９Ｂ内の供給エアを外部に流出させる。
作動室１９Ａに供給エアが供給されると、図２に示すように、空気圧ピストン１５が供給エア圧により第２油圧室３３方向（図２における右方向）に押され、第２油圧室３３方向へ移動する。
空気圧ピストン１５が移動すると、ピストンロッド２５により連結された第１油圧ピストン２７も同様に第２油圧室３３方向へ移動する。

第１油圧ピストン２７が第２油圧室３３方向に移動すると、第１油圧室２９内の油は、第１油圧ピストン２７により押されて加圧される。
加圧された第１油圧室２９の油の圧力は、連通流路３５を介して第２油圧室３３の油にも伝わる。第２油圧室３３に伝わった油の圧力は、第２油圧ピストン３１を押圧して蓋５Ｂ方向へ移動（前進）させる。

次に、第２油圧ピストン３１が後退する際の動作について説明する。
まず、エアハイドロ式シリンダ１が複動型シリンダの場合について説明する。
第２油圧ピストン３１を、図２に示した状態から後退させる場合には、まず、供給エアを流通孔２１Ｂから作動室１９Ｂに供給するとともに、流通孔２１Ａから作動室１９Ａ内の供給エアを外部に流出させる。
作動室１９Ｂに供給エアが供給されると、図１に示すように、空気圧ピストン１５が作動室１９Ａ，１９Ｂ内の供給エアの差圧により蓋５Ａ方向（図１における左方向）に押され、蓋５Ａ方向へ移動する。
空気圧ピストン１５が移動すると、ピストンロッド２５により連結された第１油圧ピストン２７も同様に蓋５Ａ方向へ移動する。

第１油圧ピストン２７が蓋５Ａ方向に移動すると、同時に第１油圧室２９の容積が増加する。第１油圧室２９には、連通流路３５を介して第２油圧室３３から油ＯＬが流入する。第２油圧室３３は、油ＯＬが流出したことにより容積が減少して、第２油圧ピストン３１は第１油圧室２９方向（図１における左方向）へ強制的に後退させられる。
このとき、コイルバネ４５は第２油圧ピストン３１を第１油圧室２９方向へ後退させる際の補助の役目を果たす。

つぎに、エアハイドロ式シリンダ１が単動型シリンダの場合について説明する。
第２油圧ピストン３１を、図２に示した状態から後退させる場合には、まず、流通孔２１Ａから作動室１９Ａ内への供給エアの供給を停止し、作動室１９Ａ内の供給エア圧力を外部に開放する。すると、第１油圧室２９および第２油圧室３３内の油ＯＬの圧力は減圧され、油ＯＬが第２油圧ピストン３１を押す力が減少する。
上述の油ＯＬが第２油圧ピストン３１を押す力よりもコイルバネ４５が第２油圧ピストンを押す力が大きくなると、第２油圧ピストン３１は第１油圧室２９方向（図１における左方向）へ押され、後退する。

第２油圧ピストン３１が後退すると、第２油圧室３３の容積が小さくなる。第２油圧室３３内の油ＯＬは、連通流路３５を介して第１油圧室２９に流入し、第１油圧室２９の容積が大きくなる。第１油圧ピストン２７は油ＯＬにより押されて後退し、ピストンロッド２５により繋がれた空気圧ピストン１５も後退する。

なお、第２油圧ピストン３１は、ガイドロッド４９とガイド孔５３とが中心軸線Ｃ方向に対して相対移動可能に挿通されているため、中心軸線Ｃに対する姿勢が保持されたまま、中心軸線Ｃ方向に移動する。

次に、エアハイドロ式シリンダ１における第２油圧ピストンの推力の発生について説明する。
まず、空気圧室１７に供給される供給エアの圧力をＰａ、空気圧ピストン１５の供給エアと接する面における中心軸線Ｃ方向に対する垂直面への投影面積をＳａとすると、供給エアにより空気圧ピストン１５に作用する中心軸線Ｃ方向への力Ｆａは、
Ｆａ＝Ｐａ×Ｓａ ・・・（１）
と表される。
空気圧ピストン１５と第１油圧ピストン２７とは、ピストンロッド２５により連結されているため、力Ｆａは第１油圧ピストン２７にも作用する。

第１油圧ピストン２７の油と接する面における中心軸線Ｃ方向に対する垂直面への投影面積をＳｙ１とすると、第１油圧室２９内の油圧Ｐｙ１は、
Ｐｙ１＝Ｆａ／Ｓｙ１ ・・・（２）
と表される。
ここで、（１）式と（２）式とから、油圧Ｐｙ１は、
Ｐｙ１＝Ｆａ／Ｓｙ１＝Ｐａ×Ｓａ／Ｓｙ１ ・・・（３）
と表すことができる。空気圧ピストン１５の投影面積Ｓａは、第１油圧ピストン２７の投影面積Ｓｙ１より大きいため、Ｓａ／Ｓｙ１＞１となる。したがって、（３）式から第１油圧室２９内の油圧Ｐｙ１は、供給エアの圧力Ｐａより高くなることが示されている。

第２油圧室３３内の油圧Ｐｙ２は、パスカルの原理により、第１油圧室２９内の油圧Ｐｙ１と同じであるため、
Ｐｙ２＝Ｐｙ１＝Ｆａ／Ｓｙ１ ・・・（４）
と表される。

第２油圧ピストン３１の油と接する面の中心軸線Ｃ方向に対する垂直面への投影面積をＳｙ２とすると、第２油圧ピストン３１に働く中心軸線Ｃ方向への力（推力）Ｆｙ２は、
Ｆｙ２＝Ｐｙ２×Ｓｙ２ ・・・（５）
と表される。
ここで、式（４）と式（５）とから、推力Ｆｙ２は、
Ｆｙ２＝Ｆａ×Ｓｙ２／Ｓｙ１ ・・・（６）
と表される。第２油圧ピストン３１の投影面積Ｓｙ２は、第１油圧ピストン２７の投影面積Ｓｙ１より大きいため、Ｓｙ２／Ｓｙ１＞１となる。したがって、（６）式から第２油圧ピストン３１に働く推力Ｆｙ２は、供給エアの圧力Ｐａに基づく空気圧ピストン１５に作用する力Ｆａより大きくなっていることが示されている。

上記の構成によれば、第２油圧ピストン３１の投影面積Ｓｙ２が、第１油圧ピストン２７の投影面積Ｓｙ１より大きく形成されているとともに、第１油圧室２９と第２油圧室３３と連通流路３５に油ＯＬが満たされているため、第２油圧ピストン３１に、第１油圧ピストン２７に加えられた供給エアＡＲ係る力Ｆａに各ピストン２７，２９の投影面積比（Ｓｙ２／Ｓｙ１）を掛けた、大きな推力Ｆｙ２を発生させることができる。

そのため、第１油圧ピストン２７の投影面積Ｓｙ１と第２油圧ピストン３１の投影面積Ｓｙ２の比を所定の値に設定することにより、第１油圧ピストン２７に作用する力Ｆａの大きさに関わらず、第２油圧ピストン３１に発生する推力Ｆｙ２の大きさを所定の値にすることができる。
具体的には、エアハイドロ式シリンダ１にエアのみを供給した場合であっても、油圧供給のシリンダと同等の推力を発生させることができる。
また、上述の特許文献１に開示されたシリンダと比較して、ピストンやロッドの内部にさらにピストンやロッドを配置する必要がないため、エアハイドロ式シリンダ１の小型化を図りやすくすることができる。

第１油圧室２９，連通流路３５および第２油圧室３３内を満たす流体として、非圧縮性流体である油を用いているため、圧縮性流体を用いている場合と比較して、第２油圧ピストン３１により大きな推力Ｆｙ２を発生させることができる。
つまり、非圧縮性流体の油を用いることで、推力の一部が第２油圧室３３内における流体の圧縮に消費されることを防止できるため、効率よく第２油圧ピストン３１に推力Ｆｙ２を発生させることができる。

空気圧室１７を空気圧ピストン１５により２つの作動室１９Ａ，１９Ｂに分割し、それぞれの作動室１９Ａ，１９Ｂに供給エアＡＲを流入、流出させているとともに、第１油圧ピストン２７と空気圧ピストン１５とをピストンロッド２５により連動して移動させているため、供給エアにより空気圧ピストン１５に発生した力Ｆａを第１油圧ピストン２７に伝達することができる。
つまり、流通孔２１Ａ，２１Ｂから供給エアを作動室１９Ａ，１９Ｂに流入、流出させることにより、供給エアの圧力が空気圧ピストン１５にかかる。そのため、空気圧ピストン１５には供給エアによる力Ｆａが働き、力Ｆａはピストンロッド２５を介して第１油圧ピストン２７に伝達される。

空気圧ピストン１５の投影面積Ｓａが、第１油圧ピストン２７の投影面積Ｓｙ１より大きいため、空気圧ピストン１５が受けた供給エアの圧力Ｐａを、第１油圧室２９内の油ＯＬに増幅して伝達することができる。
つまり、空気圧ピストン１５が受ける力Ｆａは、供給エアの圧力Ｐａと空気圧ピストン１５の投影面積Ｓａの積であり、第１油圧ピストン２７が受ける力は、油の圧力Ｐｙ１と第１油圧ピストン２７の投影面積Ｓｙ１の積である。両ピストン１５，２７に働く力は釣合うため、第１油圧ピストン２７に働く圧力Ｐｙ１は、空気圧ピストン１５に働く圧力Ｐａに、投影面積Ｓａと投影面積Ｓｙ１の比（Ｓａ／Ｓｙ１）を掛けたものになる。そのため、空気圧ピストン１５で受けた供給エアの圧力Ｐａは、第１油圧室２９内の油ＯＬに増幅して伝達される。

エアハイドロ式シリンダ１は供給エアＡＲのみで駆動されるため、油圧装置などの付帯装置を必要としないため、設置スペースの削減や、設置コストの削減を図ることができる。
また、油圧装置を必要としないため、油圧装置に起因する振動が発生しない。また、油圧装置から圧力変動のある油圧が供給されないため、油圧の変動に基づくシリンダの振動発生を防止できる。
さらに、油圧装置を用いないため、油圧装置とシリンダとの間で油の供給を行なう油圧ホース等の配管部品を必要としない。油圧用の配管部品は空気圧用の配管部品と比較して、高圧に耐える必要があるため、大きく、強固に作られている。そのため、油圧用の配管部品を必要としないことから、作業性の容易さと組み立てコストの低減、配管スペースの削減を行うことができる。

図３は、図１のエアハイドロ式シリンダの他の実施例を説明する断面図である。
なお、上述のように、ガイドロッド４９とガイド孔５３とを相対移動可能に挿通させることにより、第２油圧ピストン３１の姿勢を安定させてもよいし、第２油圧ピストン３１の姿勢が安定するのであれば、図３に示すように、ガイドロッド４９およびガイド孔５３を設けなくても構わない。

〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図４を参照して説明する。
本実施形態のエアハイドロ式シリンダの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態では片ロッド式のエアハイドロ式シリンダに適用したのに対して、両ロッド式のエアハイドロ式シリンダに適用した点が異なっている。よって、本実施形態においては、図４を用いて第１の実施形態とは異なる構成要素のみを説明し、同一の構成要素等の説明を省略する。
図４は、本実施形態に係るエアハイドロ式シリンダの全体構成を説明する断面図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

エアハイドロ式シリンダ（流体シリンダ）１０１は、図４に示すように、第１のシリンダ本体（筺体）１０３Ａと、第２のシリンダ本体（筺体）１０３Ｂと、エアハイドロ式シリンダ１０１の両端に配置された蓋５Ｂとから概略構成されている。
第１のシリンダ本体１０３Ａと第２のシリンダ本体１０３Ｂとはネジなどの固定部材を用いて互いに固定されている。

第１のシリンダ本体１０３Ａの内部には、第１のシリンダ本体１０３Ａの中心軸線Ｃと中心軸線を共通にする空気圧シリンダ７と、第１油圧シリンダ９と、第２油圧シリンダ１１とが直列に形成されている。空気圧シリンダ７は、第１のシリンダ本体１０３Ａの一方の端面に開放されて形成され、当該開放部は第２のシリンダ本体１０３Ｂにより塞がれている。

第２のシリンダ本体１０３Ｂの内部には、第２のシリンダ本体１０３Ｂの中心軸線Ｃと中心軸線を共通にする第１油圧シリンダ９と、第２油圧シリンダ１１とが直列に形成されている。

次に、上記の構成からなるエアハイドロ式シリンダ１０１における作用について説明する。
図４に示すのは、エアハイドロ式シリンダ１０１における第１のシリンダ本体１０３Ａの第２油圧ピストン３１が前進した状態であり、第２のシリンダ本体１０３Ｂの油圧ピストン３１が後退した状態である。
第１のシリンダ本体１０３Ａにおける第２油圧ピストン３１が前進および後退する際の動作は第１の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

第２のシリンダ本体１０３Ｂにおける第２油圧ピストン３１が前進する際の動作を説明する。
第２のシリンダ本体１０３Ｂにおける第２油圧ピストン３１を前進させる場合には、まず、供給エアを流通孔２１Ｂから作動室１９Ｂに供給するとともに、流通孔２１Ａから作動室１９Ａ内の供給エアを外部に流出させる。
作動室１９Ｂに供給エアが供給されると、空気圧ピストン１５が供給エア圧により図４における左方向に押され、第２のシリンダ本体１０３Ｂにおける第２油圧室３３方向へ移動する。
以後の作用については、第１の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

上記の構成によれば、作動室１９Ａ，１９Ｂに供給エアを流入、流出させることにより、第１のシリンダ本体１０３Ａの第２油圧ピストン３１を前進（後退）させると同時に、第２のシリンダ本体１０３Ｂの第２油圧ピストン３１を後退（前進）させることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、空気を供給することにより駆動されるエアハイドロ式シリンダに適用して説明したが、圧縮性流体である空気により駆動されるエアハイドロ式シリンダに限られることなく、非圧縮性流体等、その他各種の流体により駆動されるシリンダに適用することができるものである。
非圧縮性流体により駆動されるシリンダ場合には、空気などの圧縮性流体により駆動される場合と比較すると、より大きな推力を第２油圧ピストンに発生させることができる。

また、上記の実施の形態おいては、空気圧ピストン１５と第１油圧ピストン２７とをピストンロッド２５により接続する構成に適用して説明したが、この構成に限定されることなく、例えば、空気圧ピストン１５と第１油圧ピストン２７とを一体に形成したものなど、その他各種の構成に適用することができるものである。

本発明の第１の実施形態に係るエアハイドロ式シリンダの全体構成を説明する断面図である。 図１のエアハイドロ式シリンダにおいて第２油圧ピストンが前進した状態を説明する図である。 図１のエアハイドロ式シリンダの他の実施例を説明する断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るエアハイドロ式シリンダの全体構成を説明する断面図である。

符号の説明

１，１０１ エアハイドロ式シリンダ（流体シリンダ）
３ シリンダ本体（筺体）
１５ 空気圧ピストン（第３ピストン）
１７ 空気圧室（第３流体室）
１９Ａ，１９Ｂ 作動室（小部屋）
２１Ａ，２１Ｂ 流通孔（開口部）
２５ ピストンロッド
２７ 第１油圧ピストン（第１ピストン）
２９ 第１油圧室（第１流体室）
３１ 第２油圧ピストン（第２ピストン）
３３ 第２油圧室（第２流体室）
３５ 連通流路
４５ コイルバネ（付勢部材）
４９ ガイドロッド（ガイド部材）
５３ ガイド孔（貫通孔）
１０３Ａ 第１のシリンダ本体（筺体）
１０３Ｂ 第２のシリンダ本体（筺体）
Ｃ 中心軸線（所定方向）
ＡＲ 供給エア（供給流体）
ＯＬ 油（内部流体）
Ｓａ，Ｓｙ１，Ｓｙ２ 投影面積

Claims (11)

1. 筺体と、
   該筺体内に設けられた第１流体室および第２流体室と、
   該第１流体室の一方の壁面を形成するとともに、所定方向に移動可能に設けられた第１ピストンと、
   前記第２流体室の一方の壁面を形成するとともに、前記所定方向に移動可能に設けられた第２ピストンと、
   前記第１流体室と、前記第２流体室とを繋ぐ連通流路と、
   前記第１流体室、前記第２流体室および前記連通流路に満たされた内部流体と、を有し、
   前記第２ピストンの前記内部流体と接する面における前記所定方向に対する垂直面への投影面積が、前記第１ピストンの前記内部流体と接する面における前記所定方向に対する垂直面への投影面積より大きくなるように形成され、
   前記第１ピストンに外部から供給された供給流体の圧力が加えられることにより、前記第２ピストンが駆動される流体圧シリンダ。
2. 前記内部流体が非圧縮性流体である請求項１記載の流体圧シリンダ。
3. 前記筺体には第３流体室が設けられ、
   該第３流体室内には、該第３流体室を２つの小部屋に区切るとともに、前記所定方向に移動可能に設けられた第３ピストンが設けられ、
   前記第１ピストンと前記第３ピストンとの間には、前記第１ピストンと前記第３ピストンとを連動して移動させるピストンロッドが設けられ、
   前記２つの小部屋には、それぞれ外部から供給流体を流入、流出させる開口部が設けられている請求項１または２に記載の流体圧シリンダ。
4. 前記第３ピストンの前記供給流体と接する面における前記所定方向に対する垂直面への投影面積が、前記第１ピストンの前記内部流体と接する面における前記所定方向に対する垂直面への投影面積より大きくなるように形成されている請求項３記載の流体圧シリンダ。
5. 前記第２ピストンには、前記第２ピストンを前記第２流体室に向けて付勢する付勢部材が設けられている請求項１から４のいずれかに記載の流体圧シリンダ。
6. 前記第２ピストンを前記第２流体室から前記第２ピストンに向かう方向に動作させるときには、前記第３流体室に外部から所定圧力の供給流体が供給され、
   前記第２ピストンを前記第２流体室に向けて移動させるときには、前記第３流体室内の供給流体の圧力が前記所定圧力より減圧される請求項５記載の流体圧シリンダ。
7. 前記第２ピストンを前記所定方向の一方に動作させるときには、
   前記２つの小部屋の一方に、外部から所定圧力の供給流体が供給されるとともに、前記２つの小部屋の他方は、内部の供給流体の圧力が前記所定圧力より減圧され、
   前記第２ピストンを前記所定方向の他方に動作させるときには、
   前記２つの小部屋の他方に、外部から所定圧力の供給流体が供給されるとともに、前記２つの小部屋の一方は、内部の供給流体の圧力が前記所定圧力より減圧される請求項３または４に記載の流体圧シリンダ。
8. 前記第２ピストンを前記所定方向の一方に動作させるときには、
   前記２つの小部屋の一方に、外部から所定圧力の供給流体が供給されるとともに、前記２つの小部屋の他方は、内部の供給流体の圧力が前記所定圧力より減圧され、
   前記第２ピストンを前記所定方向の他方に動作させるときには、
   前記２つの小部屋の他方に、外部から所定圧力の供給流体が供給されるとともに、前記２つの小部屋の一方は、内部の供給流体の圧力が前記所定圧力より減圧され、
   前記付勢部材が、常に、前記第２ピストンを前記第２流体室方向に押圧する請求項５記載の流体圧シリンダ。
9. 前記筐体には、それぞれ１つの前記第１流体室と、前記第２流体室と、前記第３流体室と、前記第１ピストンと、前記第２ピストンと、前記第３ピストンとが設けられ、
   前記第３ピストンの一方の面にのみ、前記ピストンロッドが設けられている請求項６から８のいずれかに記載の流体圧シリンダ。
10. 前記筐体には、それぞれ２つの前記第１流体室と、前記第２流体室と、前記第１ピストンと、前記第２ピストンと、それぞれ１つの前記第３流体室と、前記第３ピストンとが設けられ、
    前記第３ピストンの一方および他方の面に前記ピストンロッドが設けられ、前記第３流体室および第３ピストンとの両側に、それぞれ前記第１流体室と、前記第２流体室と、前記第１ピストンと、前記第２ピストンとが配置されている請求項６から８のいずれかに記載の流体圧シリンダ。
11. 前記第１ピストンの中心軸線と、前記第２ピストンの中心軸線とが一致するように配置され、
    前記第２ピストンには、前記第２ピストンと中心軸線を共有する貫通孔が形成され、
    前記第１ピストンには、前記第１ピストンと中心軸線を共有する円柱状のガイド部材が形成され、
    前記ガイド部材が、前記貫通孔に相対移動可能に挿入されている請求項１から１０のいずれかに記載の流体圧シリンダ。

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