JP3589600B2 - ガイドレスシリンダ装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【技術分野】
本発明は、摺動ガイドを持たないガイドレスシリンダ装置に関する。
【0002】
【従来技術及びその問題点】
ピストン体に与えるストロークが比較的短い薄型シリンダ装置として従来、中心部にピストン体を一体化したダイアフラムの周縁部を、一対のシリンダボディの間に挟着し、この一対のシリンダボディのいずれか一方とダイアフラムとの間に形成された圧力室に圧縮空気を送排することにより、ピストン体に軸方向ストロークを与えるタイプが知られている。この装置では従来一般に、ピストン体の摺動方向を厳密に定めるため、ピストン体とシリンダボディとの間に、互いに嵌合関係になる軸受部を設けている。
【0003】
しかし、このような軸受部を設けると、この軸受部からの圧縮空気の漏洩をシールするロッドシールが必要になり、薄型化の妨げになるとともに、コストアップ要因となっていた。さらに最近、出力パワーを厳密に(小さく)コントロールすることができる高分解能のシリンダ装置が望まれており、このような高分解能のシリンダ装置では、摺動部の摺動抵抗が問題となる。
【0004】
【発明の目的】
本発明は、従来のシリンダ装置についての以上の問題意識に基づき、ロッドシールその他の摺動ガイドを必要としない簡単な構造で高分解能のガイドレスシリンダ装置を得ることを目的とする。
【0005】
【発明の概要】
本発明は、圧力室へのエア供給でピストン体が一方向に移動する単動型に適用した態様では、間にダイアフラムを挟んで一体化される一対のシリンダボディ;この一対のシリンダボディのいずれか一方とダイアフラムとの間に形成される圧力室;一対のシリンダボディの他方に形成された貫通穴;この貫通穴内に位置し、ダイアフラムの圧力室の反対側に当接する受圧ピストンを有する受圧体;この受圧体に固定され、該受圧体とともに上記一対のシリンダボディを囲繞するピストンブロック;圧力室の容積が減少する方向にピストンブロックを移動付勢するばね手段;を有し、このピストンブロックと一対のシリンダボディとはピストンブロックの移動方向と直交する方向において非接触としたことを特徴としている。
【0006】
また本発明は、圧力室が一対存在し、一対の圧力室へのいずれにエアを供給するかでピストン体を正逆に移動させることができる複動型に適用した態様では、センタボディと一対の端部ボディとを有し、該センタボディと一対の端部ボディとの間にそれぞれダイアフラムを挟んで一体化されるシリンダボディ;センタボディと一対のダイアフラムとの間にそれぞれ形成される一対の圧力室;一対の端部ボディにそれぞれ形成された貫通穴;一対の端部ボディの貫通穴内にそれぞれ位置し、一対のダイアフラムの圧力室の反対側に当接する受圧ピストンを有する一対の受圧体;及びこの受圧体に固定され、該受圧体とともに上記シリンダボディを囲繞するピストンブロック;を有し、このピストンブロックとシリンダボディとはピストンブロックの移動方向と直交する方向において非接触であることを特徴としている。
【0007】
以上の単動型、複動型のいずれでも、ピストンブロックはシリンダボディに摺動ガイドされていないが、ピストンブロックによって移動させるワークは、軸受によって摺動ガイドされていることが多いから、ピストンブロックをそのようなワークに結合することにより、ピストンブロックとシリンダボディとのかじりを防止することができる。
【0008】
受圧体を含むピストンブロックは、シリンダボディとともに、例えば断面略矩形とすることが好ましい。ダイアフラムは、平板状のダイアフラムの他、変形しても受圧面積の変化しないローリングダイアフラムから構成してもよい。
【0009】
【発明の実施形態】
図1ないし図5は、本発明を単動型のシリンダ装置に適用した実施形態である。平面略矩形をなすダイアフラム10は、その周縁四隅に、固定穴11を有している。このダイアフラム10とこれを間に挟むシリンダボディ20、30は、固定ボルト12によって相互に結合されており、図の上側のシリンダボディ20との間に、圧力室21を形成する。シリンダボディ20には、圧力室21に通じる圧縮空気の吸排通路22が形成されており、この吸排通路22に、切換弁23、レギュレータ24及び圧縮空気源25(図5)を介して、圧縮空気が吸排される。
【0010】
一対のシリンダボディのうち、固定基体B側に位置するシリンダボディ30は、その中心部に貫通穴31を有し、固定基体B側の表面にこの貫通穴31から放射方向に延びる一対の凹部32を有している。この貫通穴31と凹部32は、受圧体40の収納空間を形成するもので、受圧体40は、貫通穴31に対応する円形の受圧ピストン41と、一対の凹部32内に嵌まる径方向腕部42と有しており、受圧ピストン41は、圧力室21の反対側においてダイアフラム10に当接する。
【0011】
この受圧体40の一対の径方向腕部42にはそれぞれ、スペーサ43が固定され、この一対のスペーサ43の端部に、ワーク結合板44が固定されている。45は、これらの固定ねじである。以上の受圧体40、スペーサ43及びワーク結合板44は、シリンダボディ20と30を囲繞する断面略矩形のピストンブロック46を構成している。このピストンブロック46のスペーサ43は、シリンダボディ20と30との間に0.数mmオーダのクリアランスc(図4、図5)を有し、ピストンブロック46の移動方向と直交する方向において非接触である。つまりピストンブロック46は摺動ガイドを持たない。
【0012】
シリンダボディ20には、ピストンブロック46のワーク結合板44との対向面にばね収納凹部26が形成されており、このばね収納凹部26に、ピストンブロック46を圧力室21の容積が減少する方向(図4、図5の下方)に移動付勢する複数の皿ばね(ばね手段)27が積層されて挿入されている。
【0013】
ピストンブロック46のワーク結合板44には、ワークWが固定され、ダイアフラム10とこれを間に挟むシリンダボディ20と30の結合体は、固定ボルト12とは別の固定ボルト13によって固定基体Bに固定される。ワークWは、すべり軸受14(図4、図5)により、摺動ガイドされている。
【0014】
上記構成の単動型の本ガイドレスシリンダ装置は、次のように動作する。圧力室21に圧縮空気源25からの圧縮空気を導入せず、切換弁23により圧力室21を大気と連通させた状態では、ピストンブロック46は、皿ばね27の力により固定基体Bに対して上昇した位置にある(図4)。このときのピストンブロック46の上昇端は、受圧体40の径方向腕部42がシリンダボディ30の凹部32の底部に当接する位置で規制される。この状態において、切換弁23を介して圧縮空気源25の圧縮空気を圧力室21内に導入し、その空気圧力が皿ばね27に打ち勝つと、変形するダイアフラム10と一緒に受圧体40(ピストンブロック46)は下降し(引き込まれ)、ワークWにより仕事がなされる(図5)。ピストンブロック46(ワークW)の最大変位量d(図5)は、ピストンブロック46のワーク結合板44がシリンダボディ20上面に当接する位置で規制される。切換弁23により圧力室21を大気に連通させると、受圧体40は、皿ばね27の力により上昇位置に復する。
【0015】
図6ないし図11は、複動型のシリンダ装置に本発明を適用した実施形態である。この実施形態では、シリンダボディ50は、センタボディ51と、このセンタボディ51の両側に位置する一対の端部ボディ52とから構成されている。一対のローリングダイアフラム10Rは、センタボディ51と一対の端部ボディ52の間にそれぞれ挟着されて第一の圧力室21aと第二の圧力室21bとが形成されている。シリンダボディ50には、この圧力室21aと21bに通じる圧縮空気の吸排通路22aと22bが形成されており、この吸排通路22aと22bに、切換弁23、レギュレータ24及び圧縮空気源25(図6)を介して、圧縮空気が吸排される。図6、図7の符号16は、センタボディ51、端部ボディ52及びローリングダイアフラム10Rを結合する固定ボルトである。
【0016】
一対の端部ボディ52は、センタボディ51を中心とする略対称形状をしていて、その中心部に貫通穴53を有し、センタボディ51と反対側の表面にこの貫通穴53から放射方向に延びる一対の凹部54を有している。
【0017】
一対の端部ボディ52の貫通穴53と凹部54はそれぞれ、受圧体40の収納空間を形成するもので、受圧体40は、貫通穴53に対応する円形の受圧ピストン41と、一対の凹部54内に嵌まる径方向腕部42と有している。各受圧ピストン41は、圧力室21a、21bの反対側においてローリングダイアフラム10Rに当接しており、ローリングダイアフラム10Rは、受圧ピストン41と貫通穴53の隙間内に延びて受圧ピストン41を包んでいる。この実施形態では、受圧体40と受圧ピストン41とは別体として構成され、固定ねじ47で固定されている。一対の受圧ピストン41の径方向腕部42の間は、シリンダボディ50の外側に位置する一対のスペーサ43と固定ねじ48を介して固定されており、これら一対の受圧体40とスペーサ43で、シリンダボディ50を囲繞する断面略矩形のピストンブロック46を構成している。このピストンブロック46のスペーサ43は、シリンダボディ50との間に0.数mmオーダのクリアランスc(図9ないし図11)を有し、ピストンブロック46の移動方向と直交する方向において非接触である。つまりピストンブロック46は摺動ガイドを持たない。
【0018】
ピストンブロック46の一方の受圧体40には、ワークWが固定され、一対のローリングダイアフラム10Rを有するシリンダボディ50は、固定ボルト16とは別の固定ボルト17(図6、図7)によって固定基体Bに固定される。ワークWは、すべり軸受14(図9〜図11)により、摺動ガイドされている。
【0019】
上記構成の複動型のガイドレスシリンダ装置は、次のように動作する。切換弁23は、圧力室21aと21bのいずれか一方に、圧縮空気源25からの圧縮空気を導入する弁である。図9は、図の下方の圧力室21bに圧縮空気源25からの圧縮空気を導入した状態であり、ピストンブロック46は上昇端にある。このピストンブロック46の上昇端は、図の上方の受圧体40の径方向腕部42が、同じく下方のセンタボディ51の凹部54の底部に当接する位置で規制される。この状態において、切換弁23により圧力室21bを大気に連通させるとともに、圧力室21aに圧縮空気源25の圧縮空気導入すると、変形するローリングダイアフラム10Rと一緒に受圧体40(ピストンブロック46)は上昇し、ワークWにより仕事がなされる(図10、図11)。ピストンブロック46(ワークW)の最大変位量d(図8)は、図の下方の受圧体40の径方向腕部42が、同じく下方のセンタボディ51の凹部54の底部に当接する位置で規制される。
【0020】
以上の単動型のシリンダ装置、複動型のシリンダ装置のいずれも、ピストンブロック46は摺動部分を持たないため、高分解能のシリンダ装置が得られる。また、複動型の実施形態で用いたローリングダイアフラム10Rは、受圧体40(受圧ピストン41)が変位しても受圧面積が変化しないダイアフラムとして知られているから、ピストンブロック46の変位位置によって分解能が変化しないシリンダ装置が得られる。
【0021】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ロッドシールその他の摺動ガイドを必要としない簡単な構造で高分解能のガイドレスシリンダ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるガイドレスシリンダ装置を単動型に適用した実施形態を示す分解斜視図である。
【図2】同組立状態の平面図である。
【図3】組立状態の正面図である。
【図4】図2のIV‐IV線に沿う断面図である。
【図5】図4とは異なる状態の図2のIV‐IV線に沿う断面図である。
【図6】本発明によるガイドレスシリンダ装置を複動型に適用した実施形態を示す分解斜視図である。
【図7】同組立状態の平面図である。
【図8】組立状態の正面図である。
【図9】図7のIX‐IX線に沿う断面図である。
【図10】図9とは異なる状態の図7のIX‐IX線に沿う断面図である。
【図11】図9、図10とは異なる状態の図7のIX‐IX線に沿う断面図である。
【符号の説明】
10 ダイアフラム
10R ローリングダイアフラム
14 すべり軸受
20 30 シリンダボディ
21 21a 21b 圧力室
22 22a 22b 吸排通路
23 切換弁
24 レギュレータ
25 圧縮空気源
26 ばね収納凹部
27 皿ばね(ばね手段)
31 53 貫通穴
32 54 凹部
40 受圧体
41 受圧ピストン
42 径方向腕部
43 スペーサ
44 ワーク結合板
46 ピストンブロック
50 シリンダボディ
51 センタボディ
52 端部ボディ
W ワーク
B 固定基体

Claims (7)

  1. 間にダイアフラムを挟んで一体化される一対のシリンダボディ;
    この一対のシリンダボディのいずれか一方とダイアフラムとの間に形成される圧力室;
    上記一対のシリンダボディの他方に形成された貫通穴;
    この貫通穴内に位置し、上記ダイアフラムの上記圧力室の反対側に当接する受圧ピストンを有する受圧体;
    この受圧体に固定され、該受圧体とともに上記一対のシリンダボディを囲繞するピストンブロック;
    上記圧力室の容積が減少する方向にピストンブロックを移動付勢するばね手段;
    を有し、
    このピストンブロックと一対のシリンダボディとはピストンブロックの移動方向と直交する方向において非接触であることを特徴とするガイドレスシリンダ装置。
  2. 請求項1記載のシリンダ装置において、ピストンブロックは、軸受によって摺動ガイドされているワークに結合されるガイドレスシリンダ装置。
  3. 請求項1または2記載のシリンダ装置において、受圧体を含むピストンブロックは、断面略矩形をなしているガイドレスシリンダ装置。
  4. センタボディと一対の端部ボディとを有し、該センタボディと一対の端部ボディとの間にそれぞれダイアフラムを挟んで一体化されるシリンダボディ;
    上記センタボディと一対のダイアフラムとの間にそれぞれ形成される一対の圧力室;
    上記一対の端部ボディにそれぞれ形成された貫通穴;
    上記一対の端部ボディの貫通穴内にそれぞれ位置し、上記一対のダイアフラムの圧力室の反対側に当接する受圧ピストンを有する一対の受圧体;及び
    この受圧体に固定され、該受圧体とともに上記シリンダボディを囲繞するピストンブロック;
    を有し、
    このピストンブロックとシリンダボディとはピストンブロックの移動方向と直交する方向において非接触であることを特徴とするガイドレスシリンダ装置。
  5. 請求項4記載のシリンダ装置において、ピストンブロックは、軸受によって摺動ガイドされているワークに結合されるガイドレスシリンダ装置。
  6. 請求項4または5記載のシリンダ装置において、受圧体を含むピストンブロックは、断面略矩形をなしているガイドレスシリンダ装置。
  7. 請求項4ないし6のいずれか1項記載のシリンダ装置において、ダイアフラムはローリングダイアフラムであるガイドレスシリンダ装置。
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