JP3777015B2 - 空気圧シリンダ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機器内部に供給される空気圧によりシリンダとピストンとが相対移動する空気圧シリンダ装置に関し、特に、発塵防止の効果に優れ、装置のコンパクト化（特に、薄形化）が図れる空気圧シリンダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気圧（機器）を利用した省力化、設備の自動化があらゆる分野で近年活発化してきており、それにともなって、装置の駆動機構の一手段である空気圧シリンダ装置に要求される特性も多種多様に亘っている。
【０００３】
例えば、半導体製造の分野においては、作業中、無塵状態の作業環境（クリーンルーム）を維持することが要求され、工程内に設置される装置も当然のことながら発塵防止の対策がとられたものが必要となる。このような観点から、発塵防止の対策を十分に考慮にいれた空気圧シリンダ装置の開発が従来より要望されてきている。現在すでにクリーンルームでの実用化が可能とされている空気圧シリンダ装置の一例を図８に示す。
【０００４】
図８に示される装置において、空気圧シリンダ装置１００は、シリンダ１０１と、この中を往復移動するピストン１０３と、シリンダ１０１とピストン１０３の間に介在され、シールおよびローリング作動をする布入りゴム薄膜１０７と、シリンダ内部１２２を負圧にするために真空吸引装置（図示しない）に接続される吸引ポート１２０を備えている。そして、真空吸引装置を作動させて、シリンダ内部１２２を負圧にすることにより、ピストン１０３の駆動とともにロッド１０４をストローク移動させることができるようになっている（リターンはバネ１０６による）。
【０００５】
このように真空駆動の設計がなされているために、ドライベアリング１０８とロッド１０４との摺動面で発生した塵は、原則的には吸引ポート１２０から真空吸引装置側へと吸引除去される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の空気圧シリンダ装置１の構造では、ロッド１０４が出力軸となっており外部に出ているために、ロッド１０４に微量に付着した塵（主に、ドライベアリング１０８から発生した摩耗塵）が、外部雰囲気中（クリーンルーム）中に出てくるおそれがある。もちろん、図８に示される装置であっても、汚染防止機能は実用上十分に備わっており、通常のクリーンルームでの使用も可能である。しかしながら、クリーンルームといえども、要求されるレベルは、幾段階もあり、さらに優れた発塵防止の機能を有する空気圧シリンダ装置の提案が要望されていた。
【０００７】
また、さらに上記の装置においては、ロッド１０４が出力軸として外部に突出する機構を採択しているために、装置全体の薄型化（コンパクト化）が困難であり、この点の改善も要望されていた。
【０００８】
このような実状のもとに本発明は創案されたものであって、その目的は、発塵防止の効果に優れ、装置のコンパクト化（特に、薄形化）が図れる空気圧シリンダ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、出力面を有するとともに内部に空洞部が形成された一対の第１のボンネットおよび第２のボンネットと、
前記第１のボンネット内の内部の空洞部内にすっぽりと収納される第１のシリンダと、
前記第２のボンネット内の内部の空洞部内にすっぽりと収納される第２のシリンダと、
前記一対の第１および第２のボンネットならびに前記一対の第１および第２のシリンダにより形成された内部空間に収納されたピストンと、
前記ピストンの少なくとも対向する面をそれぞれ覆うように、第１のボンネット側に配置された第１の作動膜および第２のボンネット側に配置された第２の作動膜とを有し、シリンダ内部に供給される空気圧により第１および第２のシリンダとピストンとが相対移動する空気圧シリンダ装置であって、
前記第２のボンネットとピストンとによって、シリンダとピストンとが相対移動する際の係合摺動部が装置内部に形成されており、
前記第１の作動膜は円形状の膜であって、その外周周縁部は第１のボンネットと第１のシリンダとにより挟持されており、
前記係合摺動部が形成される側のピストンの一方の面に配置される第２の作動膜は、内側に円形の切り欠き部を備えるドーナツ状の膜であって、その作動膜の外周周縁部は第２のボンネットと第２のシリンダとにより挟持されるとともに、その内周周縁部はピストンの一方の面に固着されており、
前記ピストンは、第１および第２のシリンダ外部に突出して、ピストンを固定するためのピストンアームを備え、
前記第１および第２のシリンダならびに第１および第２のボンネットは、前記ピストンアームを外部に突出させるとともに、第１および第２のシリンダおよび第１および第２のボンネットが一体的にストローク移動できるようにストローク用の切り欠き部を備え、
前記第１および第２のシリンダならびに第１および第２のボンネットに形成されるストローク用の切り欠き部は、それぞれ同程度の大きさとされ、前記ピストンアームを外部に突出させることができるように同位置に形成されてなるように構成される。
【００１０】
また、前記一対のシリンダと、前記一対のボンネットとは、一体的に結合され、かつ一体的にストローク移動するように構成される。
【００１１】
また、前記ピストンは、ピストンアームを介して外部部材に固定されるように構成される。
【００１３】
また、前記筒状凸部または前記筒状凹部の少なくとも一方の表面には、ドライベアリングが装着されて構成される。
【００１５】
また、前記２枚の作動膜は、布入りのゴム膜からなるよう構成され、かつピストン壁からシリンダ壁へと半径を変えて移動するリング状の湾曲溝部分を備えて構成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
本発明の空気圧シリンダ装置の実施の形態の一例が図１〜図３に示される。図１には、本発明の空気圧シリンダ装置１の平面図が、図２にはその正面図が、図３にはその側面図がそれぞれ示される。また、本発明の理解を容易にするために、図４および図５には、それぞれ、図１のＡ−Ａ’方向およびＢ−Ｂ’方向から見た空気圧シリンダ装置１の構成部材を順次分解した正面図、側面図がそれぞれ示されている。また、図６および図７には、本発明の空気圧シリンダ装置１の動作を説明するための正面図（図２に相当する図）が示されている。
【００１８】
図１〜図５に示されるように、本発明の空気圧シリンダ装置１は、ストローク移動される出力面１２ａ，１５ａを有する一対のボンネット１２，１５と、このボンネット１２，１５内の外側周縁部１２ｂ，１５ｂに収納・配置される一対のシリンダ２２，２５と、この一対のボンネット１２，１５および一対のシリンダ２２，２５により形成された内部空間に設置されたピストン３０と、このピストン３０の少なくとも対向する面３０ａ，３０ｂをそれぞれ覆うように、配置された２枚の作動膜４２，４５とを有している。
【００１９】
一対のボンネット１２，１５は、本実施の形態では、外部の形状が略四角形状の板状体であり、その内部には、空洞部が形成されており、この空洞部の外側周縁部１２ｂ，１５ｂには、リング状のシリンダ２２，２５が収納・配置できるようになっており、図４に示される深さＨ１およびＨ２の空洞部の外側周縁部１２ｂ，１５ｂ内に、高さｈ１およびｈ２のリング状のシリンダ２２，２５がそれぞれすっぽりと収納される。従って、深さＨ１およびＨ２は、高さｈ１およびｈ２にそれぞれ略等しい。さらにボンネット１２，１５の空洞部の中央部はさらに深くなっており、ピストン３０が収納されるようになっている。
【００２０】
２枚の作動膜４２，４５の外周周縁部４２ａ，４５ａは、隣接する１組づつのボンネット１２とシリンダ２２、およびボンネット１５とシリンダ２５とによりそれぞれ挟持される（シリンダがボンネット内にすっぽりと収納される際に、作動膜の外周周縁部が挟持される）。図２、図４および図５に示される上方に位置する作動膜４２は、一枚の円形状の膜であり、その円形の外周周縁部４２ａのみがシリンダ２２とボンネット１２によって挟持されている。この一方で、図２、図４および図５に示される下方に位置する作動膜４５は、内側に円形の切り欠き部４５ｂを備える一枚のドーナツ形状の膜である。そして、作動膜４５の外周周縁部４５ａはシリンダ２５とボンネット１５によって挟持され、作動膜４５の内周周縁部４５ｃはピストンの一方の面３０ｂに、円盤状の固定プレート４８によってカシメられて固着されている。
【００２１】
なお、上記２枚の作動膜４２，４５は、強度および気密性を配慮した布入りのゴム膜から構成され、極めて薄く設計されている。より具体的には、強力なポリエステル布等の上にゴムを被覆したものが例示できる。さらに上記２枚の作動膜４２，４５には、ピストン壁からシリンダ壁へと滑らかに移動が行えるように、リング状の湾曲溝部分４２Ｒ，４５Ｒが形成されている（図４および図５）。
【００２２】
さらに、本発明においては、図２に示されるように下方のボンネット１５と、ピストン３０とによって、シリンダとピストンとが相対移動する際の係合摺動部Ｐが装置内部に形成されている。すなわち、ボンネット１５はその中央部から突出した筒状凸部１６を備え、この一方で前記ピストン３０は、その中央部に筒状凹部３１を備え、これの凹凸部１６，３１の組み合わせにより係合摺動部Ｐが形成される。通常、筒状凸部１６または筒状凹部３１の少なくとも一方の表面には、ドライベアリングを装着することが好ましく、図示の例では、筒状凹部３１側にドライベアリング３７が、筒状凸部１６側にステンレスカラー６６が嵌着されている。なお本発明においては、上記一対のシリンダ２２，２５と、一対のボンネット１２，１５は、図１に示されるように、例えば、４本のボルト５５によるボルト締めにより一体的に結合され、かつ一体的にストローク移動するように構成されている。
【００２３】
さらに、本発明においては、ピストン３０は、シリンダ外部に突出して、ピストンを固定するための複数のピストンアーム３３を備えており（図示の例では、左右にそれぞれ２本づつ）、これらのピストンアーム３３は、例えば、取りつけブラケット５０に固定され、これによって、ピストン３０は、ピストンアーム３３を介して外部部材に固定される。すなわち、本発明においては、ピストン３０が固定され、一対のシリンダ２２，２５および一対のボンネット１２，１５の一体化物がストローク移動され、ボンネット１２，１５の両側面１２ａ，１５ａがそれぞれ出力面となっている（必ず、両面を出力面とする必要はなく、どちらか一方を出力面としてもよい）。
【００２４】
上記のごとくピストンアーム３３を外部に突出させ、かつ、一対のシリンダ２２，２５および一対のボンネット１２，１５の一体化物がストローク移動できるように、シリンダ２２，２５およびボンネット１２，１５はそれぞれ、ストローク用の切り欠き部Ｑを備えている。すなわち、図４に示されるようにシリンダ２２，２５およびボンネット１２，１５に形成されるストローク用の切り欠き部Ｑは、それぞれ同程度の大きさとされ、上記ピストンアーム３３を外部に突出させることができるように同位置に形成される。
【００２５】
上述してきた本発明の空気圧シリンダ装置１の具体的動作を、図２、図６および図７を参照しつつ説明する。
【００２６】
まず、図２に示される状態は、ボンネット１２，１５の出力面１２ａ，１５ａがちょうどストロークの中間位置にある状態であり、例えば、それぞれ、上下方向に±αほどストローク移動できる状態にある。ボンネット１２，１５は一体的にストローク移動するのであるから、ここでは、上側のボンネット１２の出力面１２ａに注目して説明を進める。
【００２７】
図６に示されるように上側空気ポート７２から圧縮空気が上方スペースＳ１に導入されると、ピストン３０は固定であるから、反作用の圧力により、ボンネット１２の出力面１２ａは、図２の状態から距離αほど上方へストローク移動する。このストローク移動の際、係合摺動部Ｐが摺動移動するとともに、２枚の作動膜４２，４５のリング状の湾曲溝部分４２Ｒ，４５Ｒも、その半径を変化させながら、ピストン壁からシリンダ壁へと滑らかに移動を行なう。
【００２８】
これとは反対に、図７に示されるように下側空気ポート７５から圧縮空気が下方スペースＳ２に導入されると、前記同様にピストン３０は固定であるから、反作用の圧力により、ボンネット１２の出力面１２ａは、図６の状態から距離２αほど下方へストローク移動する（図２の状態から距離αほど下方）。このストローク移動の際、係合摺動部Ｐが摺動移動するとともに、２枚の作動膜４２，４５のリング状の湾曲溝部分４２Ｒ，４５Ｒも、その半径を変化させながら、ピストン壁からシリンダ壁へと滑らかに移動を行なう。なお、上記ストロークのストッパー機構は、図６および図７の例ではピストン３０とボンネット内面の当接により行われているが、特に、この機構に限定されるものではない。
【００２９】
本発明においては、上記係合摺動部Ｐが摺動移動して、この摺動部位から摩耗塵が発生する可能性があるが、この摩耗塵は、２枚の作動膜４２，４５によって、装置外にでることが完全に防止されている。従って、本発明の空気圧シリンダ装置装置は、従来にも増して、発塵防止の効果に優れたものとなる。また、さらに本発明では、発塵防止効果を高めつつ、係合摺動部Ｐを装置内部に形成させ、ピストンを固定する構造を採択しているために、装置のコンパクト化（特に、薄形化）が実現できる。さらにボンネット１２の端面を出力面としているために広い面積でも精度のよい出力を得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、出力面を有する一対のボンネットと、該ボンネット内の外側周縁部に収納・配置される一対のシリンダと、前記一対のボンネットおよび一対のシリンダにより形成された内部空間に設置されたピストンと、該ピストンの少なくとも対向する面をそれぞれ覆うように、配置された２枚の作動膜とを有し、シリンダ内部に供給される空気圧によりシリンダとピストンとが相対移動する空気圧シリンダ装置であって、前記一対のボンネットのうちいずれか一方のボンネットと、ピストンとによって、シリンダとピストンとが相対移動する際の係合摺動部が装置内部に形成されており、前記２枚の作動膜の外周周縁部は、隣接する１組のボンネットとシリンダとによりそれぞれ挟持され、かつ前記係合摺動部が形成される側のピストンの一方の面に配置される一方の作動膜は、内側に円形の切り欠き部を備えており、この作動膜の内周周縁部はピストンの一方の面に固着されており、前記ピストンは、シリンダ外部に突出して、ピストンを固定するためのピストンアームを備え、前記シリンダおよびボンネットは、前記ピストンアームを外部に突出させるとともに、一対のシリンダおよび一対のボンネットが一体的にストローク移動できるようにストローク用の切り欠き部を備えるように構成されている。
【００３１】
従って、本発明の空気圧シリンダ装置は、係合摺動部が摺動移動して、摺動部位から摩耗塵が発生しても、この摩耗塵は、２枚の作動膜によって、装置外にでることが完全に防止され、極めて発塵防止の効果に優れたものとなる。また、さらに本発明では、係合摺動部を装置内部に形成させ、ピストンを固定する構造を採択しているために、装置のコンパクト化（特に、薄形化）が実現できる。さらにボンネットの端面を出力面としているために広い面積でも精度のよい出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気圧シリンダ装置の平面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図１の側面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ’方向から見た空気圧シリンダ装置の構成部材を順次分解した正面図である。
【図５】図１のＢ−Ｂ’方向から見た空気圧シリンダ装置の構成部材を順次分解した側面図である。
【図６】本発明の空気圧シリンダ装置の動作を説明するための正面図（図２に相当する図）である。
【図７】本発明の空気圧シリンダ装置の動作を説明するための正面図（図２に相当する図）である。
【図８】現在すでに公知となっている空気圧シリンダ装置の一例を示す半片断面図である。
【符号の説明】
１…空気圧シリンダ装置
１２，１５…ボンネット
２２，２５…シリンダ
３０…ピストン
３３…ピストンアーム
４２，４５…作動膜
Ｐ…係合摺動部
Ｑ…ストローク用の切り欠き部

Claims (5)

1. 出力面を有するとともに内部に空洞部が形成された一対の第１のボンネットおよび第２のボンネットと、
   前記第１のボンネット内の内部の空洞部内にすっぽりと収納される第１のシリンダと、
   前記第２のボンネット内の内部の空洞部内にすっぽりと収納される第２のシリンダと、
   前記一対の第１および第２のボンネットならびに前記一対の第１および第２のシリンダにより形成された内部空間に収納されたピストンと、
   前記ピストンの少なくとも対向する面をそれぞれ覆うように、第１のボンネット側に配置された第１の作動膜および第２のボンネット側に配置された第２の作動膜とを有し、シリンダ内部に供給される空気圧により第１および第２のシリンダとピストンとが相対移動する空気圧シリンダ装置であって、
   前記第２のボンネットとピストンとによって、シリンダとピストンとが相対移動する際の係合摺動部が装置内部に形成されており、当該係合摺動部は、前記第２のボンネットの中央部から突出した筒状凸部と、前記ピストンの中央部に形成された筒状凹部の組み合わせにより形成されており、
   前記第１の作動膜は円形状の膜であって、その外周周縁部は第１のボンネットと第１のシリンダとにより挟持されており、
   前記係合摺動部が形成される側のピストンの一方の面に配置される第２の作動膜は、内側に円形の切り欠き部を備えるドーナツ状の膜であって、その作動膜の外周周縁部は第２のボンネットと第２のシリンダとにより挟持されるとともに、その内周周縁部はピストンの一方の面に固着されており、
   前記ピストンは、第１および第２のシリンダ外部に突出して、ピストンを固定するためのピストンアームを備え、
   前記第１および第２のシリンダならびに第１および第２のボンネットは、前記ピストンアームを外部に突出させるとともに、第１および第２のシリンダおよび第１および第２のボンネットが一体的にストローク移動できるようにストローク用の切り欠き部を備え、
   前記第１および第２のシリンダならびに第１および第２のボンネットに形成されるストローク用の切り欠き部は、それぞれ同程度の大きさとされ、前記ピストンアームを外部に突出させることができるように同位置に形成されてなることを特徴とする空気圧シリンダ装置。
2. 前記第１および第２のシリンダと、前記第１および第２のボンネットとは、一体的に結合され、かつ一体的にストローク移動してなる請求項１記載の空気圧シリンダ装置。
3. 前記ピストンは、ピストンアームを介して外部部材に固定されてなる請求項１または請求項２記載の空気圧シリンダ装置。
4. 前記筒状凸部または前記筒状凹部の少なくとも一方の表面には、ドライベアリングが装着されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の空気圧シリンダ装置。
5. 前記２枚の作動膜は、布入りのゴム膜から構成され、かつピストン壁からシリンダ壁へと半径を変えて移動するリング状の湾曲溝部分を備えてなる請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の空気圧シリンダ装置。

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