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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