JP2019015348A - ガスシリンダ - Google Patents

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Abstract

【課題】ガスシリンダの推力を高める。【解決手段】エアシリンダ10は、シリンダ21と、ピストンロッド24と、ピストン25と、制御部11とを備える。ピストンロッド24は、一端がシリンダ21内に配され、他端がシリンダ21から突出する。ピストン25は、ピストンロッド24の一端に設けられ、シリンダ21内における移動によりピストンロッド24を移動させる。制御部11は、ピストン25よりもピストンロッド24側のシリンダ21内の空間である空間S1と、ピストン25を挟んで空間S1と反対側のシリンダ21内の空間である空間S2とにおいて、一方の空間内にガスを供給させ、他方の空間内からガスを吸引させる。【選択図】図3

Description

本発明の種々の側面および実施形態は、ガスシリンダに関する。
動力源に空気圧を用いるエアシリンダは、ロボットアーム等の様々な装置の動力に用いられている。半導体の製造装置や搬送装置においても、様々な箇所の動力としてエアシリンダが用いられている。
特開2003−322109号公報
ところで、近年の製造装置や搬送装置の多機能化や動作の複雑化に伴い、これらの装置には多数の駆動装置が設けられる。そのため、製造装置や搬送装置が大型化する傾向にあり、装置の小型化が求められている。装置の小型化を実現するためには、エアシリンダの小型化も重要である。しかし、エアシリンダを小型化してしまうと、ピストンの断面積が小さくなり、ピストンの推力が低下してしまう。従って、必要な推力を確保するためには、エアシリンダを小型化することが難しい。
本発明の一側面は、ガスシリンダであって、シリンダと、ピストンロッドと、ピストンと、ガス制御部とを備える。ピストンロッドは、一端がシリンダ内に配され、他端がシリンダから突出する。ピストンは、ピストンロッドの一端に設けられ、シリンダ内における移動によりピストンロッドを移動させる。ガス制御部は、ピストンよりもピストンロッド側のシリンダ内の空間である第1の空間と、ピストンを挟んで第1の空間と反対側のシリンダ内の空間である第2の空間とにおいて、一方の空間内にガスを供給し、他方の空間内からガスを吸引する。
本発明の種々の側面および実施形態によれば、ガスシリンダの推力を高めることができる。
図1は、実施例1におけるエアシリンダの一例を示すブロック図である。 図2は、実施例1におけるエアシリンダ本体の一例を示す断面図である。 図3は、実施例1においてピストンロッドを押し出す場合の圧縮空気の供給および吸引方法の一例を示す図である。 図4は、実施例1においてピストンロッドを押し出す場合の圧縮空気の圧力と推力との関係の一例を示す図である。 図5は、実施例1においてピストンロッドを引き戻す場合の圧縮空気の供給および吸引方法の一例を示す図である。 図6は、実施例2におけるエアシリンダの一例を示すブロック図である。 図7は、実施例2におけるエアシリンダ本体の一例を示す断面図である。 図8は、実施例2においてピストンロッドを押し出す場合の圧縮空気の供給および吸引方法の一例を示す図である。 図9は、実施例2においてピストンロッドを押し出す場合の圧縮空気の圧力と推力との関係の一例を示す図である。 図10は、実施例2においてピストンロッドを引き戻す場合の圧縮空気の供給および吸引方法の一例を示す図である。 図11は、実施例2におけるエアシリンダ本体の他の例を示す断面図である。
開示するガスシリンダは、1つの実施形態において、シリンダと、ピストンロッドと、ピストンと、ガス制御部とを備える。ピストンロッドは、一端がシリンダ内に配され、他端がシリンダから突出する。ピストンは、ピストンロッドの一端に設けられ、シリンダ内における移動によりピストンロッドを移動させる。ガス制御部は、ピストンよりもピストンロッド側のシリンダ内の空間である第1の空間と、ピストンを挟んで第1の空間と反対側のシリンダ内の空間である第2の空間とにおいて、一方の空間内に圧縮されたガスを供給し、他方の空間内からガスを吸引する。
また、開示するガスシリンダの1つの実施形態において、ピストンロッドには、ピストンロッドに沿ってピストンがさらに複数設けられていてもよい。また、シリンダ内には、隣り合う2つのピストン毎に当該2つのピストンとシリンダの内壁とで囲まれる第3の空間をピストンロッドの延伸方向に区分する区分壁が設けられてもよい。また、それぞれの第3の空間において、区分壁を挟んでピストンロッドの一端側のシリンダ内の空間が第1の空間であり、区分壁を挟んでピストンロッドの他端側のシリンダ内の空間が第2の空間であってもよい。
また、開示するガスシリンダの1つの実施形態において、ガス制御部は、ピストンロッドの他端がシリンダから離れる方向にピストンロッドを移動させる場合、第1の空間内からガスを吸引し、第2の空間内に圧縮されたガスを供給してもよい。
また、開示するガスシリンダの1つの実施形態において、ガス制御部は、ピストンロッドの他端がシリンダに近づく方向にピストンロッドを移動させる場合、第1の空間に圧縮されたガスを供給し、第2の空間内からガスを吸引してもよい。
また、開示するガスシリンダの1つの実施形態において、ガス制御部は、真空ポンプによりシリンダ内の空間からガスを吸引してもよい。
また、開示するガスシリンダの1つの実施形態において、ガスはドライエアであってもよい。
以下に、開示するガスシリンダの実施例について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例により、開示されるガスシリンダが限定されるものではない。
[エアシリンダ10の構成]
図1は、実施例1におけるエアシリンダ10の一例を示すブロック図である。本実施例におけるエアシリンダ10は、例えば図1に示すように、制御部11と、エア供給部12と、複数のバルブ14−1および14−2と、エアシリンダ本体20とを備える。なお、以下では、バルブ14−1および14−2のそれぞれを区別することなく総称する場合に、単にバルブ14と記載する。本実施例におけるエアシリンダ10は、例えば、半導体ウエハの処理装置において、半導体ウエハを搬送する搬送系における駆動部や、処理装置内で半導体ウエハを載置台に対して昇降させるプッシャーピンの駆動部等に用いられる。エアシリンダ10は、ガスシリンダの一例である。
エア供給部12は、レギュレータ120、ミストセパレータ121、エアフィルタ122、タンク123、およびコンプレッサ124を有する。コンプレッサ124は、大気を吸い込み、吸い込んだ空気を圧縮し、圧縮空気を生成する。タンク123は、コンプレッサ124によって生成された圧縮空気を貯留する。エアフィルタ122は、タンク123内に貯留された圧縮空気中のパーティクルを取り除く。ミストセパレータ121は、エアフィルタ122によってパーティクルが取り除かれた圧縮空気から水分を除去することによりドライエアを生成する。レギュレータ120は、ミストセパレータ121によって水分が除去され、それぞれのバルブ14に供給されるドライエアの圧力を所定の圧力に調整する。以下では、エア供給部12からそれぞれのバルブ14へ出力されるドライエアを圧縮空気と記載する。
エアシリンダ本体20は、シリンダ21およびピストンロッド24を有する。シリンダ21には、ポート22およびポート23が設けられており、ポート22およびポート23の一方からシリンダ21内に圧縮空気が供給され、他方からシリンダ21内の空気が吸引される。本実施例において、シリンダ21内の空気は、排気装置13によって吸引される。図1の例では、ポート22からシリンダ21内の空気が吸引され、ポート23からシリンダ21内に圧縮空気が供給されることにより、ピストンロッド24は、シリンダ21から押し出される。一方、ポート22からシリンダ21内に圧縮空気が供給され、ポート23からシリンダ21内の空気が吸引されることにより、ピストンロッド24は、シリンダ21内に引き戻される。
排気装置13は、例えばDP(Dry Pump)やTMP(Turbo Molecular Pump)等の真空ポンプを有する。排気装置13は、半導体ウエハの処理装置で用いられる真空ポンプを流用することができる。
それぞれのバルブ14は、3つのポートと制御端子とを有する。それぞれのバルブ14において、1つのポートはエア供給部12に接続され、他の1つのポートは排気装置13に接続され、残りの1つのポートはエアシリンダ本体20に接続されている。また、それぞれのバルブ14の制御端子は、制御部11に接続されている。それぞれのバルブ14は、制御部11から制御端子に供給される制御信号に基づいて、第1の状態と第2の状態とを切り換える。第1の状態とは、エア供給部12に接続されたポートとエアシリンダ本体20に接続されたポートとを連通させる状態である。第2の状態とは、排気装置13に接続されたポートとエアシリンダ本体20に接続されたポートとを連通させる状態である。
制御部11は、それぞれのバルブ14の制御端子に供給される制御信号を制御することにより、シリンダ21に対するピストンロッド24の押し出しおよび引き戻しを制御する。制御部11および複数のバルブ14は、ガス制御部の一例である。
[エアシリンダ本体20の構成]
図2は、実施例1におけるエアシリンダ本体20の一例を示す断面図である。本実施例におけるエアシリンダ本体20は、シリンダ21およびピストンロッド24を有する。シリンダ21には、ポート22およびポート23が設けられている。例えば図2に示すように、ピストンロッド24の一端24aはシリンダ21内に配され、ピストンロッド24の他端24bはシリンダ21から突出している。シリンダ21とピストンロッド24との間には、例えばOリング等のシール部材27が配置されており、シール部材27によって、ピストンロッド24の移動においても、シリンダ21内の空間の気密性が維持される。
ピストンロッド24の一端24aには、ピストン25が設けられている。ピストン25は、シリンダ21内を移動することによりピストンロッド24を移動させる。ピストンロッド24の延伸方向において、ピストン25の断面の直径は、シリンダ21の内径よりもわずかに短い。ピストン25の外周には、例えばOリング等のシール部材26が設けられており、シール部材26は、ピストン25の外周とシリンダ21の内側面とに密着する。ピストン25およびシール部材26により、シリンダ21内の空間は、ピストン25よりもピストンロッド24側の空間S1と、ピストン25を挟んで空間S1と反対側の空間S2とに気密に区画される。空間S1は、ポート22に連通しており、空間S2は、ポート23に連通している。空間S1は、第1の空間の一例であり、空間S2は、第2の空間の一例である。
なお、シリンダ21の内壁には、潤滑剤が塗布されている。これにより、ピストン25は、シール部材26により空間S1と空間S2とを気密に区画しながら、シリンダ21内をピストンロッド24の延伸方向に移動することができる。
[エアシリンダ10の動作]
ピストンロッド24を押し出す場合、制御部11は、例えば図3に示すように、それぞれのバルブ14を制御する。図3は、実施例1においてピストンロッド24を押し出す場合の圧縮空気の供給および吸引方法の一例を示す図である。図3に例示された各バルブ14において、黒塗りで示されたポートは、圧縮空気が通過するように制御されたポートであることを示し、白抜きで示されたポートは、圧縮空気を遮断するように制御されたポートであることを示す。
制御部11は、ピストンロッド24を押し出す場合、例えば図3に示すように、バルブ14−1を第2の状態に制御し、バルブ14−2を第1の状態に制御する。具体的には、制御部11は、排気装置13に接続されたポートとエアシリンダ本体20のポート22に接続されたポートとを連通させるようにバルブ14−1を制御し、エア供給部12に接続されたポートとエアシリンダ本体20のポート23に接続されたポートとを連通させるようにバルブ14−2を制御する。
これにより、エア供給部12から出力された圧縮空気がバルブ14−2およびポート23を介してシリンダ21内の空間S2に供給され、空間S2内に供給された圧縮空気によってピストン25に、ピストンロッド24を押し出す方向への力が加わる。また、シリンダ21内の空間S1内の圧縮空気がポート22およびバルブ14−1を介して排気装置13によって吸引されることにより、空間S1内の圧力が真空に近い圧力となる。これにより、ピストン25の空間S1側の面が空間S1側に引っ張られる。これにより、ピストン25がシリンダ21内を空間S1側に移動し、ピストンロッド24が押し出される。
ここで、ピストンロッド24を押し出す方向への推力Aは、例えば下記の式(1)のように表される。
A=SP1×PC+SP2×P0−SR×P0 ・・・(1)
式(1)において、SP1は、ピストンロッド24の延伸方向におけるピストン25の断面積を表し、SRは、ピストンロッド24の断面積を表し、SP2は、SP1からSRを引いた面積を表す。また、式(1)において、PCは、圧縮空気の圧力を表し、P0は、大気圧を表す。なお、圧力PCはゲージ圧であり、圧力P0は、絶対圧である。
本実施例において、排気装置13で吸引された空間内の圧力は、例えば数十ミリトール等、大気圧P0や圧縮空気の圧力PCに比べて十分に小さいため、0と近似することができる。例えば、ピストン25の断面の直径を20mm、ピストンロッド24の断面の直径を10mmと仮定した場合、圧縮空気の圧力PCに対する、ピストンロッド24を押し出す方向への推力Aは、例えば図4のようになる。
図4は、実施例1においてピストンロッド24を押し出す場合の圧縮空気の圧力と推力との関係の一例を示す図である。図4には、他の構成のエアシリンダの推力が比較例として示されている。比較例におけるエアシリンダでは、空間S1内の空気が排気装置13によって吸引されずに、ポート22を介して空間S1が大気開放される。
図4を参照すると、圧縮空気の圧力PCが0.1Mpaの場合、比較例では、推力は約30Nであるが、本実施例のエアシリンダ10では、シリンダ21内から排気される空気が排気装置13を用いて吸引される分、ピストンロッド24を押し出す方向への推力Aが増加している。また、圧縮空気の圧力が増加するに従い、比較例のエアシリンダも本実施例のエアシリンダ10も、推力が増加するが、圧縮空気のいずれの圧力においても、本実施例のエアシリンダ10の方が、比較例のエアシリンダよりも推力が大きい。
これにより、内径が比較例と同程度のシリンダ21を用いた場合、本実施例のエアシリンダ10は、比較例よりも大きな推力を得ることができる。また、比較例と同程度の推力を得る場合、内径が比較例より小さいシリンダ21を用いることができ、エアシリンダ本体20を小型化することができる。そのため、エアシリンダ本体20を含むエアシリンダ10を小型化することができ、エアシリンダ10が組み込まれた装置を小型化することができる。
また、ピストンロッド24を引き戻す場合、制御部11は、例えば図5に示すように、それぞれのバルブ14を制御する。図5は、実施例1においてピストンロッド24を引き戻す場合の圧縮空気の供給および吸引方法の一例を示す図である。制御部11は、ピストンロッド24を引き戻す場合、例えば図5に示すように、バルブ14−1を第1の状態に制御し、バルブ14−2を第2の状態に制御する。具体的には、制御部11は、エア供給部12に接続されたポートとエアシリンダ本体20のポート22に接続されたポートとを連通させるようにバルブ14−1を制御し、排気装置13に接続されたポートとエアシリンダ本体20のポート23に接続されたポートとを連通させるようにバルブ14−2を制御する。
これにより、エア供給部12から出力された圧縮空気がバルブ14−1およびポート22を介してシリンダ21内の空間S1に供給され、空間S1内に供給された圧縮空気によってピストン25の空間S1側の面に、ピストンロッド24を引き戻す方向への力が加わる。また、シリンダ21内の空間S2内の圧縮空気がポート23およびバルブ14−2を介して排気装置13によって吸引されることにより、空間S2内の圧力が真空に近い圧力となる。これにより、ピストン25の空間S2側の面が空間S2側に引っ張られる。これにより、ピストン25がシリンダ21内を空間S2側に移動し、ピストンロッド24が引き戻される。
ピストンロッド24を引き戻す方向への推力A’は、例えば下記の式(2)のように表される。
A’=SP2×PC+SP1×P0 ・・・(2)
ここで、本実施例のエアシリンダ10では、ピストンロッド24を引き戻す場合、ポート22から空間S1内に圧縮空気を供給するだけでなく、ポート23から空間S2内の空気を排気装置13により吸引する。これにより、本実施例のエアシリンダ10は、ポート23を大気開放するエアシリンダに比べて、ピストンロッド24を引き戻す際の推力を高めることができる。また、実施例のエアシリンダ10では、従来のエアシリンダと同程度の推力を得る場合、従来のエアシリンダよりも内径が小さいシリンダ21を用いることができ、エアシリンダ本体20を小型化することができる。そのため、エアシリンダ本体20を含むエアシリンダ10を小型化することができ、エアシリンダ10が組み込まれた装置を小型化することができる。
なお、本実施例のエアシリンダ10は、ピストンロッド24の押し出す場合に、空間S2に圧縮空気を供給すると共に排気装置13を用いて空間S1内から空気を吸引し、ピストンロッド24を引き戻す場合に、空間S1に圧縮空気を供給すると共に排気装置13を用いて空間S2内から空気を吸引する、いわゆる複動型のエアシリンダである。しかし、ピストンロッド24の押し出しおよび引き戻しのいずれか一方において、圧縮空気の供給および排気装置13による空気の吸引を行う、いわゆる単動型のエアシリンダにおいても、開示の技術を適用することができる。
[エアシリンダ10の構成]
図6は、実施例2におけるエアシリンダ10の一例を示すブロック図である。本実施例におけるエアシリンダ10は、例えば図6に示すように、制御部11と、エア供給部12と、複数のバルブ14−1〜14−4と、エアシリンダ本体30とを備える。なお、以下では、バルブ14−1〜14−4のそれぞれを区別することなく総称する場合に、単にバルブ14と記載する。また、以下に説明する点を除き、図6において、図1と同じ符号を付したブロックは、図1におけるブロックと同一または同様の機能を有するため説明を省略する。
エアシリンダ本体30は、シリンダ31およびピストンロッド34を有する。シリンダ31には、複数のポート32−1〜32−2および複数のポート33−1〜33−2が設けられている。なお、以下では、複数のポート32−1およびポート32−2のそれぞれを区別することなく総称する場合に、単にポート32と記載し、複数のポート33−1および33−2のそれぞれを区別することなく総称する場合に、単にポート33と記載する。
ポート32およびポート33のうちいずれか一方のポートからシリンダ31内に圧縮空気が供給され、ポート32およびポート33のうちいずれか他方のポートからシリンダ31内の空気が吸引される。本実施例においても、シリンダ31内の空気は、排気装置13によって吸引される。図6の例では、それぞれのポート33からシリンダ31内に圧縮空気が供給され、それぞれのポート32からシリンダ31内の空気が吸引されることにより、ピストンロッド34は、シリンダ31から押し出される。一方、それぞれのポート33からシリンダ31内の空気が吸引され、それぞれのポート32からシリンダ31内に圧縮空気が供給されることにより、ピストンロッド34は、シリンダ31内に引き戻される。
[エアシリンダ本体30の構成]
図7は、実施例2におけるエアシリンダ本体30の一例を示す断面図である。本実施例におけるエアシリンダ本体30は、シリンダ31およびピストンロッド34を有する。シリンダ31には、複数のポート32および複数のポート33が設けられている。例えば図7に示すように、ピストンロッド34の一端34aはシリンダ31内に配され、ピストンロッド34の他端34bはシリンダ31から突出している。シリンダ31とピストンロッド34との間には、シール部材37が配置されており、このシール部材37によって、ピストンロッド34の移動においても、シリンダ31内の空間の気密性が維持される。
ピストンロッド34には、複数のピストン35−1および35−2が設けられている。ピストン35−2は、ピストンロッド34の一端34aに設けられており、ピストン35−1は、シリンダ31内であって、ピストンロッド34の一端34aおよび他端34bの間の位置に設けられている。なお、以下では、ピストン35−1および35−2のそれぞれを区別することなく総称する場合に、単にピストン35と記載する。
それぞれのピストン35の外周には、例えばOリング等のシール部材36が設けられており、シール部材36は、ピストン35の外周とシリンダ31の内側面とに密着する。ピストン35およびシール部材36により、シリンダ21内の空間は、ピストン35よりもピストンロッド34の他端34b側の空間S1と、ピストン35を挟んで空間S1と反対側の空間S2とに気密に区画される。
シリンダ31内には、ピストンロッド34の延伸方向において隣り合う2つのピストン35と、シリンダ31の内壁とで囲まれる空間S3が形成されている。また、シリンダ31内には、空間S3をピストンロッド34の延伸方向に区分する区分壁38が設けられている。区分壁38を挟んで、ピストンロッド34の一端34a側(即ちピストン35−2が設けられた側)のシリンダ31内の空間が空間S1であり、ピストンロッド34の他端34b側(即ちピストン35−1が設けられた側)のシリンダ31内の空間が空間S2である。区分壁38とピストンロッド34との間には、例えばOリング等のシール部材39が設けられており、シール部材39は、区分壁38とピストンロッド34の外周とに密着する。区分壁38およびシール部材39により、隣り合う2つのピストン35の間の空間S3は、空間S1と空間S2とに気密に区画される。
なお、ピストンロッド34の外周には、潤滑剤が塗布されている。これにより、ピストンロッド34は、区分壁38およびシール部材39により空間S1と空間S2とを気密に区画しながら、シリンダ31内をピストンロッド34の延伸方向に移動することができる。
図7の例では、ポート32−1は、ピストン35−1を挟んでピストンロッド34の他端34b側の空間S1に連通しており、ポート33−1は、ピストン35−1を挟んでピストンロッド34の一端34a側の空間S2に連通している。また、ポート32−2は、ピストン35−2を挟んでピストンロッド34の他端34b側の空間S1に連通して、ポート33−2は、ピストン35−2を挟んでピストンロッド34の一端34a側の空間S2に連通している。
[エアシリンダ10の動作]
ピストンロッド34を押し出す場合、制御部11は、例えば図8に示すように、それぞれのバルブ14を制御する。図8は、実施例2においてピストンロッド34を押し出す場合の圧縮空気の供給および吸引方法の一例を示す図である。本実施例において、制御部11は、ピストンロッド34を押し出す場合、例えば図8に示すように、バルブ14−1および14−3を第2の状態に制御し、バルブ14−2および14−4を第1の状態に制御する。具体的には、制御部11は、排気装置13に接続されたポートとエアシリンダ本体30の各ポート32に接続されたポートとを連通させるようにバルブ14−1および14−3をそれぞれ制御する。また、制御部11は、エア供給部12に接続されたポートとエアシリンダ本体30の各ポート33に接続されたポートとを連通させるようにバルブ14−2および14−4をそれぞれ制御する。
これにより、エア供給部12から出力された圧縮空気がバルブ14−2および14−4を介してそれぞれのポート33からシリンダ31内の空間S2に供給され、空間S2内に供給された圧縮空気によって、ピストンロッド34を押し出す方向への力がそれぞれのピストン35に加わる。また、シリンダ31内の空間S1内の空気がそれぞれのポート32からバルブ14−1および14−3を介して排気装置13によって吸引されることにより、空間S1内の圧力が真空に近い圧力となる。これにより、それぞれのピストン35の空間S1側の面が空間S1側に引っ張られる。これにより、それぞれのピストン35がシリンダ31内を空間S1側に移動し、ピストンロッド34が押し出される。
ここで、本実施例において、ピストンロッド34を押し出す方向への推力Aは、例えば下記の式(3)のように表される。
A={SP1+SP2}×PC+2×P0×(SP2−SR) ・・・(3)
上記式(3)において、SRは、ピストンロッド34の断面積を表す。
本実施例において、例えば、ピストンロッド34の延伸方向におけるピストン35の断面積の直径を20mm、ピストンロッド34の断面の直径を10mmと仮定した場合、圧縮空気の圧力に対する、ピストンロッド34を押し出す方向への推力Aは、例えば図9のようになる。図9は、実施例2においてピストンロッド34を押し出す場合の圧縮空気の圧力と推力との関係の一例を示す図である。図9には、比較例におけるエアシリンダの推力、および、実施例1のエアシリンダ10における推力も併せて示されている。
本実施例のエアシリンダ10では、ピストンロッド34にピストン35が複数設けられ、それぞれのピストン35に対して、圧縮空気の供給と排気装置13による吸引とが行われる。これにより、本実施例のエアシリンダ10は、例えば図9に示すように、比較例よりも推力Aを増加させることができる。また、本実施例のエアシリンダ10は、実施例1よりも推力を増加させることができる。
また、ピストンロッド34を引き戻す場合、制御部11は、例えば図10に示すように、それぞれのバルブ14を制御する。図10は、実施例2においてピストンロッド34を引き戻す場合の圧縮空気の供給および吸引方法の一例を示す図である。本実施例において、制御部11は、ピストンロッド34を引き戻す場合、例えば図10に示すように、バルブ14−1および14−3を第1の状態に制御し、バルブ14−2および14−4を第2の状態に制御する。具体的には、制御部11は、エア供給部12に接続されたポートとエアシリンダ本体30の各ポート32に接続されたポートとを連通させるようにバルブ14−1および14−3をそれぞれ制御する。また、制御部11は、排気装置13に接続されたポートとエアシリンダ本体30の各ポート33に接続されたポートとを連通させるようにバルブ14−2および14−4をそれぞれ制御する。
これにより、エア供給部12から出力された圧縮空気がバルブ14−1および14−3を介してそれぞれのポート32からシリンダ31内の空間S1に供給され、空間S1内に供給された圧縮空気によって、ピストンロッド34を引き戻す方向への力がそれぞれのピストン35に加わる。また、シリンダ31内の空間S2内の空気がそれぞれのポート33からバルブ14−2および14−4を介して排気装置13によって吸引されることにより、空間S2内の圧力が真空に近い圧力となる。これにより、それぞれのピストン35の空間S2側の面が空間S2側に引っ張られる。これにより、それぞれのピストン35がシリンダ31内を空間S2側に移動し、ピストンロッド34が引き戻される。
本実施例において、ピストンロッド34を引き戻す方向への推力A’は、例えば下記の式(4)のように表される。
A’=2×SP2×PC+SP1×P0+SP2×P0−SR×P0 ・・・(4)
ここで、本実施例のエアシリンダ10では、ピストンロッド34を引き戻す場合、それぞれのポート32から空間S1内に圧縮空気を供給するだけでなく、ポート33から空間S2内の空気を排気装置13により吸引する。これにより、本実施例のエアシリンダ10は、ポート33を大気開放する従来のエアシリンダに比べて、ピストンロッド34を引き戻す際の推力をさらに高めることができる。
なお、本実施例のエアシリンダ10は、ピストンロッド34の押し出す場合に、各空間S2に圧縮空気を供給すると共に排気装置13を用いて各空間S1内から空気を吸引し、ピストンロッド34を引き戻す場合に、各空間S1に圧縮空気を供給すると共に排気装置13を用いて各空間S2内から空気を吸引する、いわゆる複動型のエアシリンダである。しかし、ピストンロッド34の押し出しおよび引き戻しのいずれか一方において、圧縮空気の供給および排気装置13による空気の吸引を行う、いわゆる単動型のエアシリンダにおいても、開示の技術を適用することができる。
以上、エアシリンダ10の各実施例について説明した。上記説明から明らかなように、各実施例におけるエアシリンダ10によれば、エアシリンダの推力を高めることができる。また、各実施例におけるエアシリンダ10によれば、従来の同程度の推力を、従来よりも小型のエアシリンダ10によって実現することができる。
[その他]
なお、開示の技術は、上記した各実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した各実施例では、エアシリンダ本体20またはエアシリンダ本体30内に供給されるガスとして圧縮されたドライエアが用いられたが、開示の技術はこれに限られない。他の例として、エアシリンダ10が用いられる環境に応じて、圧縮された任意のガスが、エアシリンダ本体20またはエアシリンダ本体30内に供給されてもよい。
また、上記した実施例2では、ピストンロッド34に2つのピストン35−1および35−2が設けられたエアシリンダ本体30を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。エアシリンダ本体30の他の例において、例えば図11に示すように、ピストンロッド34にn個(nは3以上の整数)のピストン35が設けられてもよい。図11は、実施例2におけるエアシリンダ本体30の他の例を示す断面図である。
その場合、シリンダ31内には、ピストンロッド34の延伸方向において隣り合う2つのピストン35毎に当該2つのピストン35とシリンダ31の内壁とで囲まれる空間S3を、ピストンロッド34の延伸方向に区分する区分壁38が(n−1)個設けられる。それぞれの空間S3において、区分壁38を挟んでピストンロッド34の一端34a側のシリンダ31内の空間が空間S1であり、区分壁38を挟んでピストンロッド34の他端34b側のシリンダ31内の空間が空間S2である。
図11に例示したエアシリンダ10において、ピストンロッド34を押し出す方向への推力Aは、例えば下記の式(5)のように表される。
A={SP1+(n−1)×SP2}×PC+n×P0×(SP2−SR) ・・・(5)
また、図11に例示したエアシリンダ10において、ピストンロッド34を引き戻す方向への推力A’は、例えば下記の式(6)のように表される。
A’=n×SP2×PC+P0×{SP1+(n−1)×(SP2−SR)} ・・・(6)
図11に例示したエアシリンダ10においても、エアシリンダの推力を高めることができる。
また、上記した実施例1において、シリンダ21には、空間S1および空間S2のそれぞれに対して圧縮空気の供給および吸引に用いられるポートが1つずつ設けられるが、当該ポートは、空間S1および空間S2のそれぞれに対して複数個ずつ設けられてもよい。同様に、上記した実施例2においても、シリンダ31には、各空間S1および各空間S2に対して圧縮空気の供給および吸引に用いられるポートが1つずつ設けられるが、当該ポートは、各空間S1および各空間S2に対して複数個ずつ設けられてもよい。
S1、S2、S3 空間
10 エアシリンダ
11 制御部
12 エア供給部
120 レギュレータ
121 ミストセパレータ
122 エアフィルタ
123 タンク
124 コンプレッサ
13 排気装置
14 バルブ
20 エアシリンダ本体
21 シリンダ
22 ポート
23 ポート
24 ピストンロッド
24a 一端
24b 他端
25 ピストン
26 シール部材
27 シール部材
30 エアシリンダ本体
31 シリンダ
32 ポート
33 ポート
34 ピストンロッド
34a 一端
34b 他端
35 ピストン
36 シール部材
37 シール部材
38 区分壁
39 シール部材

Claims (6)

  1. シリンダと、
    一端が前記シリンダ内に配され、他端が前記シリンダから突出するピストンロッドと、
    前記ピストンロッドの一端に設けられ、前記シリンダ内における移動により前記ピストンロッドを移動させるピストンと、
    前記ピストンよりも前記ピストンロッド側の前記シリンダ内の空間である第1の空間と、前記ピストンを挟んで前記第1の空間と反対側の前記シリンダ内の空間である第2の空間とにおいて、一方の空間内に圧縮されたガスを供給し、他方の空間内からガスを吸引するガス制御部と
    を備えることを特徴とするガスシリンダ。
  2. 前記ピストンロッドには、前記ピストンロッドに沿って前記ピストンがさらに複数設けられており、
    前記シリンダ内には、隣り合う2つの前記ピストン毎に当該2つのピストンと前記シリンダの内壁とで囲まれる第3の空間を前記ピストンロッドの延伸方向に区分する区分壁が設けられ、
    それぞれの前記第3の空間において、前記区分壁を挟んで前記ピストンロッドの前記一端側の前記シリンダ内の空間が前記第1の空間であり、前記区分壁を挟んで前記ピストンロッドの前記他端側の前記シリンダ内の空間が前記第2の空間であることを特徴とする請求項1に記載のガスシリンダ。
  3. 前記ガス制御部は、
    前記ピストンロッドの他端が前記シリンダから離れる方向に前記ピストンロッドを移動させる場合、前記第1の空間内からガスを吸引し、第2の空間内に圧縮されたガスを供給することを特徴とする請求項1または2に記載のガスシリンダ。
  4. 前記ガス制御部は、
    前記ピストンロッドの他端が前記シリンダに近づく方向に前記ピストンロッドを移動させる場合、前記第1の空間に圧縮されたガスを供給し、前記第2の空間内からガスを吸引することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のガスシリンダ。
  5. 前記ガス制御部は、
    真空ポンプにより前記シリンダ内の空間からガスを吸引することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のガスシリンダ。
  6. 前記ガスは、ドライエアであることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のガスシリンダ。
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