JP2009097661A - ガイド付マグネット式ロッドレスシリンダ - Google Patents

Abstract

【課題】
スライド体を円滑に移動可能にしたガイド付マグネット式ロッドレスシリンダを提供する。
【解決手段】
スライド体４にシリンダチューブ２の外周面に摺接するウエアリング１９を設け、そのウエアリング１９の外周側に弾性部材２２を介在させ、スライド体４とウエアリング１９の径方向のクリアランスを、弾性部材２２の弾性変形によって吸収するとともに、ウエアリング１９を偏移させようとする外力が加わった時、弾性部材２２の反発力によって、ウエアリング１９の偏移を抑制する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ガイド付マグネット式ロッドレスシリンダに関する。

従来、マグネット式ロッドレスシリンダは、特許文献１の図６に記載のように、非磁性材料から成るシリンダチューブの内側に、ピストンをシリンダチューブ軸方向に往復移動可能に収納し、シリンダチューブに貫通孔を設けたスライド体を嵌装して、シリンダチューブの外周面をスライド体がシリンダチューブ軸方向に往復移動可能に設け、ピストンとスライド体との間に作用する磁気吸引力により、スライド体がピストンに追従して往復移動し、スライド体にウエアリングを備え、スライド体の移動時に、シリンダチューブの外周面に対して摺動させるようにしたものが知られている。
また、特許文献１には、ウエアリングにスリットを入れ、環状の弾性体で、例えばゴムリングによってウエアリングを縮径してシリンダチューブの外周面に均等に押圧させるようにしたマグネット式ロッドレスシリンダが開示してある。

一方、ガイド付マグネット式ロッドレスシリンダは、特許文献２に記載のように、特許文献１記載のマグネット式ロッドレスシリンダに、シリンダチューブ両端に取り付けた端部材を架設するベース部材とガイド部材を設け、そのガイド部材に沿ってスライド体が往復移動するように構成されたものが知られており、特許文献２に記載のものは、ガイド部材を備えることで、スライダにウエアリングを設けずに、スライダとシリンダチューブ外周面とを非接触状態に保持するガイド付マグネット式ロッドレスシリンダが開示してある。

特開平１１−１６６５１０号公報 特開平１０−１８４６０８号公報

特許文献１に記載のマグネット式ロッドレスシリンダは、ウエアリングにスリットを入れ、ゴムリングの弾性力によってウエアリングを縮径し、シリンダチューブの外周面に均等に押圧させるので、シリンダチューブ外周面とウエアリング内径のクリアランスを無くし、スライダのガタを無くすことができるが、シリンダチューブ外径、ウエアリング内外径、及びスライダのウエアリング取付溝内径等の寸法公差によってゴムリングによるウエアリングの締代が変化し、シリンダチューブ外周面とウエアリングの摺動抵抗にばらつきが発生する。特に締代が大きい場合には、ウエアリングがシリンダチューブを強く押圧して摺動抵抗が大きくなり、スライダが円滑に移動できなくなる恐れがある。
また、本発明のように、ガイド部材でスライダをシリンダチューブ軸方向に沿ってガイドする場合は、特許文献１のようにウエアリングを縮径させて前記クリアランスを無くすると、スライダとガイド部材との取付誤差によるシリンダチューブの偏心を吸収できないので、ウエアリングに偏荷重が加わわった時、スライダが円滑に移動できなくなる恐れがある。

特許文献２に記載のように、ガイド部材でスライダをシリンダチューブ軸方向に沿ってガイドして、ウエアリング無しでスライダとシリンダチューブ外周面とを非接触状態に保持するには、シリンダチューブに高い剛性と軸方向真直精度（曲り精度）が必要となる。高い剛性が必要な理由は、シリンダチューブ外径とスライダ内径には、両者の接触を避け、スライダとガイド部材との取付誤差によるシリンダチューブの偏心を吸収するためのクリアランスがあるので、ピストンとスライダとの間に作用する磁気吸引力により、シリンダチューブがピストンを介してスライダに引き寄せられて、シリンダチューブが撓まないようにするためである。
一方、高い軸方向真直精度が必要な理由は、シリンダチューブの曲りが大きいと、スライダの貫通孔に対してシリンダチューブが偏心するので、これによりシリンダチューブとスライダが接触しないようにするためである。
しかしながら、シリンダストロークが長くなればシリンダチューブも長くなるため、前記クリアランス以上にシリンダチューブが撓んだり、曲りの量が大きくなったりする可能性が高く、シリンダチューブとスライダの金属同士が直接接触し、夫々の摩耗が増加すると共に、スライダが円滑に移動できなくなる恐れがある。
そこで本発明の課題は、上記問題点に鑑み、スライド体を円滑に移動可能にしたガイド付マグネット式ロッドレスシリンダを提供することを目的とする。

本発明は、非磁性材料から成るシリンダチューブの内側に、ピストンをシリンダチューブ軸方向に往復移動可能に収納し、貫通孔を設けたスライド体をシリンダチューブに嵌装して、シリンダチューブの外周面をスライド体がシリンダチューブ軸方向に往復移動可能に設け、ピストンとスライド体との間に作用する磁気吸引力により、スライド体がピストンに追従して往復移動し、シリンダチューブ両端に取り付けた端部材に架設されるベース部材と、シリンダチューブの外周面を移動するスライド体に夫々ガイド部材を設け、そのガイド部材に沿ってスライド体が往復移動するように構成されたガイド付マグネット式ロッドレスシリンダにおいて、前記スライド体に前記シリンダチューブの外周面に摺接するウエアリングを設け、そのウエアリングの外周側に弾性部材を介在させ、スライド体とウエアリングの径方向のクリアランスを、弾性部材の弾性変形によって吸収するようにしたことを特徴とする。（請求項１）

本発明は、前記弾性部材は、前記ウエアリングを偏移させようとする外力が加わった時、弾性部材の反発力によって、ウエアリングの偏移を抑制することを特徴とする。（請求項２）

本願の請求項１の発明では、スライド体にシリンダチューブの外周面に摺接するウエアリングを設け、そのウエアリングの外周側に弾性部材を介在させ、スライド体とウエアリングの径方向のクリアランスを、弾性部材の弾性変形によって吸収するようにし、スライド体とウエアリング間の径方向ガタを無くすことによって、ピストンとスライド体との間に作用する磁気吸引力により、シリンダチューブがピストンを介してスライド体に引き寄せられて生じるシリンダチューブの撓みを最小に抑えることができる。これによりウエアリングはシリンダチューブに強く押圧されないので、ウエアリングの摺動抵抗を低く抑えることができ、スライド体は円滑に移動可能となる。また、弾性部材によるウエアリングの締代の大小による摺動抵抗のばらつきが発生しないため、スライド体は円滑に移動可能となる。

また本願の請求項２の発明では、ウエアリングを偏移させようとする外力が加わった時、弾性部材の弾性変形によって、ウエアリングの偏移を抑制するようにしたことで、ガイド部材によりスライド体をシリンダチューブ軸方向に沿ってガイドして移動させた時に、前記磁気吸引力やシリンダチューブの曲りによって、ウエアリングを偏移させようとする外力が生じても、ウエアリングはシリンダチューブに強く押圧されないのでウエアリングの摺動抵抗を低く抑えることができ、スライド体は円滑に移動可能となる。また、シリンダチューブに高い剛性と軸方向真直精度を必要としない。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１，２に示すガイド付マグネット式ロッドレスシリンダ１は、シリンダチューブ２と、左右端部材３Ｌ,３Ｒと、スライド体４と、ベース部材５とガイド部材６とから構成される。
図３〜６に示すように、シリンダチューブ２は、アルミニウム合金等の非磁性材料で形成された筒状のもので、横断面外形が偏平な長円形を呈しており、シリンダチューブ２が貫通するスライド体４を軸方向へ案内可能となっている。シリンダチューブ２の内部には、横断面外形が真円の一対のシリンダ孔７が、互いに平行となるように並設され、各シリンダ孔７内にピストン８が、シリンダチューブ２軸方向に往復移動可能に収納されている。

各ピストン８は、中央のピストンシャフト９に、ドーナッツ状の内側磁石１０と、同形状のヨーク１１とを交互に嵌め込み、両端からピストンエンド１２によって内側磁石１０とヨーク１１とを締め付け固定した構造となっている。各内側磁石１０の磁極は、ＳＮ、ＮＳ、ＳＮ、ＮＳと同極同士が軸方向において対向するように配設されており、隣接するピストン８間では、内側磁石１０の同極同士が対向するようになっている。
また、ピストン８は、各シリンダ孔７内を軸方向前後のシリンダ室１３ａ,１３ｂに区画している。シリンダチューブ２両端の左右端部材３Ｌ，３Ｒには、給排気ポート１４ａ,１４ｂと、給排気ポート１４ａ,１４ｂから当該側の両シリンダ室１３ａ,１３ｂに連通する流路１５が形成されており、給排気ポート１４ａ, １４ｂから圧縮空気を交互に供給することにより、２つのピストン８がシリンダ孔７内を同調して往復移動可能となっている。

一方、シリンダチューブ２の外周には、スライド体４がシリンダチューブ２軸方向に往復移動可能に取付けられている。スライド体４の構成部材であるスライダ４ａのシリンダチューブ２の貫通部分には、シリンダチューブ２よりも一回り大きい長円形の貫通孔１６が穿設されており、その貫通孔１６に、シリンダチューブ２の周囲を囲む同じ偏平な長円形の外側磁石１７と、同形状のヨーク１８とが軸方向へ交互に並設されて、それらの外側磁石１７と、ヨーク１８の両端に配置したウエアリング１９を介して夫々ウエアリングホルダ２０をスライダ４ａに固着することで、貫通孔１６内で外側磁石１７及びヨーク１８を保持している。この外側磁石１７の磁極は、軸方向で同極同士が対向し、且つピストン８の内側磁石１０の磁極とは異極同士が対向するように、ＮＳ、ＳＮ、ＮＳ、ＳＮと配設されている。よって、ピストン８とスライド体４とは、内側磁石１０と外側磁石１７との磁気吸引力によってシリンダチューブ２越しに一体化されることになる。

また、スライダ４ａの貫通孔１６の両端には、貫通孔１６と同心の段付孔２１が穿設され、その内部に弾性部材となる、例えば環状のゴムリング２２をウエアリング１９の外周側に設け、ウエアリングホルダ２０で保持している。ウエアリング１９は高摺動性材料（樹脂材）で形成された長円形で筒状の摺動材料で、シリンダチューブ２の外周面と摺接してアルミニウム合金製のスライダ４ａとシリンダチューブ２が直接接触するのを防止している。ウエアリング１９の内径はシリンダチューブ２の外径よりも若干大きくなっている。これは、スライド体４が軸方向に往復移動した時、ウエアリング１９とシリンダチューブ２の間にクリアランスＣａ（すきま）を確保するためである。このクリアランスＣａは、ウエアリング１９とシリンダチューブ２の寸法公差を管理して所定量を確保している。
弾性部材は、本実施形態のように矩形断面をした環状のゴムリング２２でもよいし、その断面は円形、または楕円でもよい。あるいは、板状のものをスペーサのようにウエアリング１９の外周に嵌装してもよい。
また、スライド体４には２つのショックアブソーバ２３がシリンダチューブ２軸方向に螺着されて、スライド体４が両ストローク端で停止する時の衝撃を緩和している。

ベース部材５は、シリンダチューブ２の両端に取付けた左右端部材３Ｌ，３Ｒに架設され、ガイド部材６を構成する２本のガイドレール６ａを取付ける板状のもので、図示しないセンサを取付ける溝５ａを有するレール部５ｂと、左右端部材３Ｌ，３Ｒ及びガイドレール６ａの取付け基準面となる段部５ｃが、シリンダチューブ２軸線方向と平行に、且つ全幅に亘って設けてある。センサは、スライド体４にビス２４と押え板２５により取付けられたマグネット２６を検知可能に取付けられている。またベース部材５には、左右端部材３Ｌ，３Ｒに連通する圧縮空気の流路２７が形成されており、左側端部材３Ｌからの集中配管が可能となっている。

左右端部材３Ｌ，３Ｒは、ベース部材５にシリンダチューブ２軸方向に平行に設けられた段部５ｃに当接させてボルト２８で取付けられており、ベース部材５とシリンダチューブ２の軸方向平行度を良くしている。左右端部材３,３にはスライド体４に螺着されたショックアブソーバ２３と同一軸線上に、夫々ストッパボルト２９が螺着してあり、各ショックアブソーバ２３の基準面２３ａが当接するストッパボルト端面２９ａの出入りを調節して、スライド体４のストローク端位置を調節可能にしている。

ガイド部材６は２本のガイドレール６ａと２個ガイドブロック６ｂからなり、片方のガイドレール６ａはベース部材５の段部５ｃに当接させて、複数のボルト３０でベース部材５に取付けられている。ガイドレール６ａの長さはシリンダチューブ２の長さとほぼ等しく、片方のガイドレール６ａをベース部材５の段部５ｃに当接させて取付けることで、ベース部材５と平行に取付けられ、シリンダチューブ２との軸方向平行度を良くしている。ガイドレール６ａの材質はステンレス鋼等でできており、シリンダチューブ２より硬質で曲げ剛性も高い。ガイドレール６ａの本数は、本実施形態のように２本でもよいし、１本でもよい。

一方、ガイドブロック６ｂは、スライダ４ａ下面両側の張出部４ｂに、複数のボルト３１で夫々取付けられている。張出部４ｂにはガイドブロック６ｂを当接させて取付けるための基準面４ｃが設けてあり、この基準面４ｃはシリンダチューブ貫通孔１６と軸方向に平行になっているので、ガイドブロック６ｂはシリンダチューブ２と軸方向に平行に取付けられることになる。そして、ガイドブロック６ｂは、ガイドレール６ａに対して、シリンダチューブ２軸方向に摺動可能に係合しているので、シリンダチューブ２とスライド体４は、良い平行精度を保った状態で往復移動可能となる。ガイドブロック６ｂには、図示しない鋼球が転動可能に収納してあり、この鋼球がガイドレール６ａとの摺動部となるので摩擦抵抗を小さくすることができる。このようなガイドレール６ａとガイドブロック６ｂを組合せた直動案内は、高い直動精度とスムーズな摺動を合わせ持つので産業機械等によく使われる。ガイドブロック６ｂの個数は本実施形態のようにガイドレール６ａ１本に付１個でもよいし、ガイドレール６ａ軸方向に複数個並べても良い。

以上のように構成されたガイド付マグネット式ロッドレスシリンダ１において、左側端部材３Ｌに設けた給排気ポート１４ａから圧縮空気を供給すると、２つのピストン８がシリンダチューブ２内のシリンダ孔７内を同調して軸方向へ直線移動する。すると、内側磁石１０と外側磁石１７との磁気吸引力によって、ピストン８と一体化されたスライド体４が、ピストン８に追従してシリンダチューブ２の外周を摺動する。この時、ガイドレール６ａとガイドブロック６ｂからなるガイド部材６はスライド体４をシリンダチューブ軸方向に沿ってガイドするので、スライド体４は、シリンダチューブ２ではなくガイドレール６ａに沿って移動することになる。この時、ウエアリング内径１９ａとシリンダチューブ２の間には前述したクリアランスＣａ（図５，６参照）があるため、内側磁石１０と外側磁石１７との磁気吸引力により、スライド体４がシリンダチューブ２を引き寄せ、シリンダチューブ２にクリアランスＣａ以上の撓みが生じると、片側のクリアランスＣａは零となる。（図７，８参照）これは、ガイド部材６によりスライド体４をシリンダチューブ２軸方向に沿ってガイドして移動させる構造において、シリンダチューブ２よりガイドレール６ａのほうが高い剛性を持っていることが起因している。ストロークが長くなればシリンダチューブ２も長くなり、撓みが起こる可能性は高くなる。撓みは、図９に示すように、スライド体４がストロークの中央にある時に最も大きくなる。シリンダチューブ２の剛性をガイドレール６ａと同等程度に高めることができれば、シリンダチューブ２の撓みを少なくすることは可能であるが、本実施形態のように横断面外形が偏平な長円形をしたアルミニウム合金製のシリンダチューブ２は、ストロークを長くすると剛性を確保することがむずかしい。

ここで、ゴムリング２２が無い場合を、図１１〜１３を使って説明する。これらの図に示すように、ウエアリング１９を確実にスライダ４ａのシリンダチューブ貫通孔１６に嵌装するためには、ウエアリング外径１９ｂがシリンダチューブ貫通孔１６より小さくする必要があり、両者の間にはクリアランスＣｂ（すきま）が存在する。このため、シリンダチューブ２の剛性が低いとスライド体４は、さらにシリンダチューブ２を引き寄せ、内側磁石１０と外側磁石１７との距離が接近し、両者の磁気吸引力はより強まることとなる。そして強まった磁気吸引力により、シリンダチューブ２の撓みはさらに大きくなり、クリアランスＣｂ以上の撓みが生じると、ウエアリング外径１９ｂとシリンダチューブ貫通孔１６の間の片側クリアランスＣｂも零となる。（図１２，１３）この結果、ウエアリング１９はスライダ４ａのシリンダチューブ貫通孔１６に強く押圧され、その反力でウエアリング１９とシリンダチューブ２の片側２ａとの接触面の面圧が高まる。この状態でスライド体４がシリンダチューブ２の外周を移動させると、ウエアリング１９が大きな抵抗となり摺動抵抗が増してスライド体４は円滑に移動できなくなる。このため、ウエアリング外径１９ｂとシリンダチューブ貫通孔１６間のクリアランスＣｂは、少ないほうが好ましいが、ウエアリング１９の内外径は射出成形、スライダ４ａのシリンダチューブ貫通孔１６は押出し成形により製作されているので、両者の寸法公差は、切削加工に比べ大きめに設定する必要があり、これに伴いクリアランスＣｂも大きめとなる。寸法公差を小さく設定し、クリアランスＣｂを最小にするには両者を切削加工する必要があり、製作コストが増加する。

また、シリンダチューブ２の軸方向真直精度が悪い（曲りが大きい）と、スライド体４がシリンダチューブ２の外周を移動した時、スライド体４に対してシリンダチューブ２が偏心するので、ウエアリング１９を偏移させようとする外力が生じ、シリンダチューブ２に撓みが生じた場合と同様に、シリンダチューブ２はウエアリング１９を強く押圧する。このため、ゴムリング２２が無いとウエアリング１９が大きな抵抗となり摺動抵抗が増してスライド体４は円滑に移動できなくなる。シリンダチューブ２の軸方向真直精度を高めることができれば、シリンダチューブ２の偏心を少なくすることが可能であるが、本実施形態のように横断面外形が偏平な長円形をしたアルミニウム合金製のシリンダチューブ２は、押出し成形により製作されているので、高い軸方向真直精度を確保するには切削加工や歪取工程を追加することが必要になり製作コストが増加する。

以上のことから、図５〜８に示すように、シリンダチューブ２の外周面に摺接するウエアリング１９の外周側に環状のゴムリング２２を介在させ、スライド体４とウエアリング１９の径方向のクリアランス、すなわちスライド体４とウエアリング１９間の径方向ガタをゴムリング２２の弾性変形によって無くすことにより、ピストン８とスライド体４との間に作用する磁気吸引力によって、シリンダチューブ２がピストン８を介してスライド体４に引き寄せられて生じるシリンダチューブ２の撓みを最小に抑えるとともに、磁気吸引力の増加を最小に止めることができるため、ウエアリング１９がシリンダチューブ２に強く押圧されることを抑えることができるので、ウエアリング１９の摺動抵抗を低く抑えることができ、スライド体４は円滑に移動可能となる。
環状のゴムリング２２は、内径２２ａをウエアリング１９の外径１９ｂより小さく成形してあり、外径２２ｂはスライダ４ａの段付孔２１より大きく成形してある。これらにより、ゴムリング２２の内外径に適当な締代を与え、ウエアリング１９をスライド体４に嵌装した時のガタは、ゴムリング２２の弾性変形によって吸収され零となる。ウエアリング１９は、従来のようにスリットが無いので、ゴムリング２２の弾性力によりウエアリング１９が縮径することがなく、シリンダチューブ２の外径寸法、ウエアリング１９の内外径（１９ａ、１９ｂ）寸法、及びスライダ４ａの段付孔２１内径寸法の寸法公差が大きくて締代の大小が生じても、ウエアリング１９は、ゴムリング２２の弾性力でシリンダチューブ２を押圧しないため、ウエアリング１９の摺動抵抗のばらつきを抑えることができるので、スライド体４を円滑に移動させることができる。さらに、ゴムリング２２の弾性変形ににより、スライド体４とウエアリング１９間の径方向ガタを無くすようにしたことで、各部材の寸法公差を大きく設定可能となり、それらの加工コストを低く抑えることができる。

また、ガイド部材６によりスライド体４をシリンダチューブ２軸方向に沿ってガイドして移動させた時に、磁気吸引力やシリンダチューブ２の曲りによって、ウエアリング１９を偏移させようとする外力が生じても、その偏移をゴムリング２２の反発力で抑制することで、ウエアリング１９がシリンダチューブ２に強く押圧されることを抑えることができるので、ウエアリング１９の摺動抵抗を低く抑えることができ、スライド体４は円滑に移動可能となる。また、従来のようにスライダ４ａとシリンダチューブ２外周面とを非接触状態に保持する必要が無いため、シリンダチューブ２の高い剛性と軸方向真直精度を必要としないので、シリンダチューブ２の加工コストを低く抑えることができる。

本発明のガイド付マグネット式ロッドレスシリンダ正面図である。 本発明のガイド付マグネット式ロッドレスシリンダ左側面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ断面図である。 本発明のガイド付マグネット式ロッドレスシリンダの縦断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。 本発明のガイド付マグネット式ロッドレスシリンダの縦断面図である。（ウエアリング１９の偏移有） 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。 本発明のガイド付マグネット式ロッドレスシリンダの正面図である。（スライド体４がストロークの中央にある状態） ゴムリング２２のないマグネット式ロッドレスシリンダの縦断面図である。（ウエアリング１９の偏移無） 図１０のＸＩ−ＸＩ断面図である。 ゴムリング２２のないマグネット式ロッドレスシリンダの縦断面図である。（ウエアリング１９の偏移有） 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。

符号の説明

１ ガイド付マグネット式ロッドレスシリンダ
２ シリンダチューブ
３Ｌ 左側端部材
３Ｒ 右側端部材
４ スライド体
４ａ スライダ
５ ベース部材
６ ガイド部材
６ａ ガイドレール
６ｂ ガイドブロック
８ ピストン
１９ ウエアリング
２２ ゴムリング
Ｃａ クリアランス
Ｃｂ クリアランス

Claims (2)

1. 非磁性材料から成るシリンダチューブの内側に、ピストンをシリンダチューブ軸方向に往復移動可能に収納し、貫通孔を設けたスライド体をシリンダチューブに嵌装して、シリンダチューブの外周面をスライド体がシリンダチューブ軸方向に往復移動可能に設け、ピストンとスライド体との間に作用する磁気吸引力により、スライド体がピストンに追従して往復移動し、シリンダチューブ両端に取り付けた端部材に架設されるベース部材と、シリンダチューブの外周面を移動するスライド体に夫々ガイド部材を設け、そのガイド部材に沿ってスライド体が往復移動するように構成されたガイド付マグネット式ロッドレスシリンダにおいて、前記スライド体に前記シリンダチューブの外周面に摺接するウエアリングを設け、そのウエアリングの外周側に弾性部材を介在させ、スライド体とウエアリングの径方向のクリアランスを、弾性部材の弾性変形によって吸収するようにしたことを特徴とするガイド付マグネット式ロッドレスシリンダ。
2. 前記弾性部材は、前記ウエアリングを偏移させようとする外力が加わった時、弾性部材の反発力によって、ウエアリングの偏移を抑制することを特徴とする請求項１に記載のガイド付マグネット式ロッドレスシリンダ。

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