JP3803070B2 - Fluid pressure cylinder - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮空気などの流体圧力によりピストンロッドを直線往復動する流体圧シリンダに関する。
【0002】
【従来の技術】
圧縮空気などの流体エネルギーをピストンロッドの直線運動に変換する流体圧シリンダは、ピストンが軸方向に往復動自在に装着されたシリンダチューブを有している。シリンダチューブの両端にはエンドカバーが設けられ、シリンダチューブとエンドカバーとによりシリンダ本体が形成される。ピストンにはシリンダ本体の端部から突出してピストンロッドが取り付けられ、シリンダ本体内に形成された圧力室に流体圧力を供給することにより、ピストンとピストンロッドが一体となって軸方向に駆動される。
【0003】
流体圧シリンダは、構造上の差違から複動型と単動型とに分類されている。複動型の流体圧シリンダはピストンの両側に形成される圧力室を有しており、ピストンロッドの前進移動と後退移動とを流体圧力によって行うタイプのシリンダである一方、単動型の流体圧シリンダはピストンの一方側にのみ圧力室を有し、前進移動と後退移動のいずれか一方を流体圧力によって行うとともに他方をばね力などの外力で行うタイプのシリンダである。また、シリンダ本体の一端部からピストンロッドが突出するタイプは片ロッドと言われ、両端部からピストンロッドが突出するタイプは両ロッドと言われている。ピストンを駆動する流体エネルギーとしては圧縮空気が使用される場合と、作動油などの液体が使用される場合とがある。
【0004】
いずれのタイプの流体圧シリンダにあっても、従来では、ピストンロッドはピストンに固定されており、ピストンロッドはピストンと一体に直線往復動することになる。ピストンはシリンダ本体の内周面に接触しながら移動するので、ピストン外周面とシリンダチューブの内周面との間の気密性を確保するために、ピストンの外周にはOリングやパッキンなどのシール部材が装着されている。このような流体圧シリンダの基本構造については、たとえば、株式会社オーム社発行(1989年2月25日発行)の油空便覧第486頁〜488頁に記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような流体圧シリンダにあっては、ピストンが移動するときにシール部材がシリンダチューブの内周面に摺動接触することからピストンには摺動抵抗が加わることになる。このため、圧力室内の流体圧力が作用するピストンの受圧面積と流体圧力とにより定まるピストンロッドの出力が摺動抵抗の影響を受けることになり、ピストンロッドの出力の安定性が低下することになる。このため、ピストンロッドを前進移動させた後に、ピストンロッドにより物体に加圧力を加える場合には、シール部材の摺動抵抗によって加圧力が不安定となり、一定の加圧力を物体に加えることができなくなる。特に、油圧シリンダに比して低い圧力によりピストンロッドを作動する空気圧シリンダにあっては、シール部材の摺動抵抗の影響が大きく作用することになり加圧力が不安定となる。
【0006】
また、ピストンロッドが上下方向に往復動するように装着された流体圧シリンダにあっては、ピストンロッドおよびピストンに重力が働くため、例えば、下向きにピストンロッドを介して物体に加えられる加圧力には、流体圧力で設定された推力の他に重力が加えられることになる。このため、高精度の加圧力を得ることが困難となるだけでなく、ピストンやピストンロッドに働く重力より小さな加圧力を設定することができなかった。
【0007】
本発明の目的は、流体圧力により駆動されるピストンロッドにより物体に一定の加圧力を高精度に加えることができるようにすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体圧シリンダは、シリンダ本体に前進限位置と後退限位置との間で軸方向に往復動自在に組み込まれ、前記シリンダ本体内に前進方向の流体圧が加えられる前進圧力室を区画形成するピストンと、前記ピストンに軸方向に往復動自在に支持され、前記ピストン内に加圧室を区画形成するとともに前記シリンダ本体の一端部から突出するピストンロッドと、前記ピストンと前記ピストンロッドとの間に装着されるバランス用のダイヤフラムと、前記ピストンと前記ピストンロッドとの間に装着され、前記バランス用のダイヤフラムとによりバランス圧力室を区画形成し前記ピストンロッドに後退方向の流体圧を加える閉塞用のダイヤフラムと、前記バランス圧力室に連通する流体供給通路とを有し、前記バランス圧力室の流体圧力を前記ピストンロッドに後退方向に作用させた状態で、前記加圧室の流体圧力により前記ピストンロッドを前進方向に押圧することを特徴とする。
【0010】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンと前記ピストンロッドとの間に装着され、前記加圧室を区画形成する加圧用のダイヤフラムを有することを特徴とする。
【0011】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンに対して後退方向の外力を加える単動型シリンダであることを特徴とする。
【0012】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンに対して後退方向の流体圧を加える後退用の圧力室を前記シリンダ本体に設けた複動型シリンダであることを特徴とする。
【0013】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンロッドが貫通する主ピストン部材と、前記主ピストン部材に取り付けられ前記ピストンロッドの前記主ピストン部材に対する移動ストロークを規制する副ピストン部材とにより前記ピストンを形成することを特徴とする。
【0014】
本発明の流体圧シリンダは、前記バランス圧力室に連通する流体供給通路が形成された圧力ロッドを前記シリンダ本体の他端部から突出させて前記副ピストン部材に装着することを特徴とする。
【0015】
本発明の流体圧シリンダは、前記加圧室に連通する流体供給通路を前記圧力ロッドに形成することを特徴とする。
【0016】
本発明の流体圧シリンダは、前記加圧室と前記前進圧力室とを連通する連通孔を前記副ピストン部材に形成することを特徴とする。
【0017】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンロッドに前記バランス圧力室に連通する流体供給通路を形成することを特徴とする。
【0018】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンロッドに前記加圧室に連通する流体供給通路を形成することを特徴とする。
【0019】
本発明の流体圧シリンダは、前記ピストンと前記ピストンロッドとの間に回転止めを設けることを特徴とする。
【0020】
本発明によれば、バランス用のダイヤフラムによって区画形成されたバランス圧力室に流体圧力を供給することにより、ピストンロッドに対して後退方向に重力に抗する推力を加えることができ、ピストンロッドに働く重力を相殺することができる。また、ピストンとピストンロッドとによって区画形成される加圧室に流体圧力を供給することにより、ピストンロッドを前進方向に押圧することができる。これらにより、ピストンを用いてピストンロッドを移動させた後に、ピストンロッドに働く重力の影響や、ピストンの摺動抵抗の影響を受けることなく、高精度で変動のない出力でピストンロッドを押圧することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1および図2は本発明の一実施の形態である流体圧シリンダ10aを示す縦断面図であり、図1はピストンロッド11が後退つまり上昇した状態を示し、図2はピストンロッド11が前進つまり下降した状態を示す。図3は図1におけるA−A線に沿う横断面図であり、図4は図1の一部を示す拡大断面図である。
【0022】
流体圧シリンダ10aは圧縮空気を作動流体とする単動型の空気圧シリンダである。この流体圧シリンダ10aは図示しない各種装置に垂直に取り付けられ、シリンダ本体12から突出するピストンロッド11の先端に設けられるワーク、治具あるいは工具などからなる物体Wを、各種装置あるいは機器などからなる物体Rに所定の加圧力で押圧するために適用されるものである。
【0023】
図1に示すように、シリンダチューブ13と、シリンダチューブ13の両端部にそれぞれ設けられたエンドカバー14a,14bとによりシリンダ組立体つまりシリンダ本体12が形成されている。図示する流体圧シリンダ10aにあっては、作図の便宜上、シリンダチューブ13と両端部のエンドカバー14a,14bとが一体となって示されているが、これらの部材を別部品としてねじ部材によりシリンダ本体12を組み立てるようにしても良く、2つのエンドカバー14a,14bのいずれか一方をシリンダチューブ13と一体に形成するようにしても良い。また、シリンダチューブ13は、図3に示すように、円周方向の肉厚が全体的に均一となった円筒形状の部材により形成されているが、外周面の横断面形状がほぼ四角形となった部材を用いてシリンダチューブ13を形成するようにしても良い。
【0024】
シリンダ本体12内にはピストン15が軸方向に往復動自在に組み込まれている。このピストン15は主ピストン部材16と副ピストン部材17とを有しており、これらはねじ結合部18を介して結合されている。主ピストン部材16は、端板部16a、円筒部16bおよび環状部16cを有しており、これらは一体に形成されている。一方、副ピストン部材17は端板部17aとこれに一体となる環状部17bとを有しており、ねじ結合部18はそれぞれの環状部16c,17bに形成された雌ねじと雄ねじとにより構成されている。ただし、主ピストン部材16と副ピストン部材17とをねじ結合することなく、カシメにより両方を連結するようにしても良く、ねじ部材を用いて連結するようにしても良い。
【0025】
主ピストン部材16の円筒部16bには2つのスリーブ20,21が直列に挿入されている。スリーブ20,21の内周面は滑らかに切削されており、このスリーブ20,21内には、ほぼ円筒形状の受圧部材22が軸方向に往復動自在に組み込まれている。受圧部材22の下端面にはフランジ部を有するロッドカラー23を介してロッド部材24が装着されており、受圧部材22、ロッドカラー23およびロッド部材24によりピストンロッド11が構成されている。このピストンロッド11は、主ピストン部材16の端板部16aとシリンダ本体12のエンドカバー14bとにそれぞれ形成される貫通孔25,26を貫通してシリンダ本体12から突出するように組み付けられている。ロッド部材24の基端には大径の頭部27が一体に設けられ、この頭部27の下端面と端板部16aとが当接することで、ピストンロッド11の下降移動が規制されている。また、エンドカバー14bにはピストンロッド11の軸方向移動を案内するための滑り軸受28が設けられている。
【0026】
図4は図1の一部を拡大して示す縦断面図である。図4に示すように、ピストン15内には各圧力室を区画形成する3つのダイヤフラム31〜33が装着されている。ダイヤフラムはポリエステルなどからなる布層とゴム層とが積層されて形成される薄膜部品であり、圧力の異なる各圧力室を仕切ることで圧力変化を位置変位に変換するものである。ダイヤフラムは円盤状の中心部31a〜33aと円環状のフランジ部31b〜33bとを有しており、中心部31a〜33aとフランジ部31b〜33bとの間には折り返し部31c〜33cを介して内外二重構造となった円筒部31d〜33dが設けられている。なお、ダイヤフラムが作動する際には、折り返し部31c〜33cが転動するため摺動抵抗が発生することはない。
【0027】
バランス用のダイヤフラム31の中心部31aは受圧部材22とロッドカラー23との間に装着され、フランジ部31bは2つのスリーブ20,21の間に装着されている。また、閉塞用のダイヤフラム32の中心部32aはロッドカラー23とロッド部材24の頭部27との間に装着され、フランジ部32bはスリーブ21と主ピストン部材16との間に装着されている。このように、バランス用および閉塞用のダイヤフラム31,32によってバランス圧力室34が区画形成されており、このバランス圧力室34に流体圧力を供給するため、スリーブ20,21と副ピストン部材17とにはバランス圧力室34に連通する流体供給通路35〜37が形成されている。また、副ピストン部材17の上端部にはエンドカバー14aに形成される連通孔38から突出する圧力ロッド39が設けられており、この圧力ロッド39の端部に形成される給排ポート40から圧力ロッド39の流体供給通路41を介して、副ピストン部材17の流体供給通路37に圧縮空気が供給されるようになっている。
【0028】
このバランス圧力室34は、ロッド部材24の頭部27に設けられる閉塞用のダイヤフラム32と、この頭部27よりも大径の受圧部材22に設けられるバランス用のダイヤフラム31とによって区画形成されるため、閉塞用のダイヤフラム32よりもバランス用のダイヤフラム31の有効受圧面積が大きく設定されることになる。従って、バランス圧力室34に圧力を供給すると、バランス用のダイヤフラム31と閉塞用のダイヤフラム32との有効受圧面積の差にバランス圧力室34内の圧力を乗じた推力が上方に向けて加えられる。このとき、ピストンロッド11が上昇するとバランス用および閉塞用のダイヤフラム31,32の折り返し部31c,32cは共に上昇し、ピストンロッド11が下降すると折り返し部31c,32cは共に下降する。このように、ピストンロッド11が作動する際にもバランス圧力室34の容積変化は押さえられ、流体圧力P4の圧力変動も低く押さえられるため、バランス圧力室34からは安定した推力が得られることになる。
【0029】
また、加圧用のダイヤフラム33の中心部33aは受圧部材22の端面に装着され、フランジ部33bはスリーブ20と副ピストン部材17との間に装着されており、加圧用のダイヤフラム33と副ピストン部材17とによって加圧室42が区画形成されている。この加圧室42に圧力を供給するため、副ピストン部材17には圧力ロッド39の流体供給通路43に連通する連通孔44が形成され、圧力ロッド39の端部に形成される給排ポート45から加圧室42に圧縮空気が供給されるようになっている。この加圧室42に圧力を供給すると、受圧部材22を介してピストンロッド11には下方に向けた推力が加えられる。
【0030】
なお、図4において破線で示すように、スリーブ20や主ピストン部材16に形成される環状溝46〜48に係合するように、それぞれダイヤフラム31〜33のフランジ部31b〜33bにビードを設けるようにしても良い。また、受圧部材22の端部に加圧用のダイヤフラム33の中央部33aを覆うようにリテーナを取り付けるようにしても良い。
【0031】
加圧室42への圧力供給に伴うピストンロッド11の下降移動は、主ピストン部材16の端板部16aとロッド部材24の頭部27とが当接することによって規制され、ピストンロッド11の上昇移動は副ピストン部材17の端板部17aと受圧部材22とが当接することにより規制される。このため、ピストン15に対してピストンロッド11は所定のストロークで軸方向に移動自在となっている。図4に示すように、ピストンロッド11がピストン15に対して最も下降した位置となっても、3つのダイヤフラム31〜33には折り返し部31c〜33cが形成されることになる。また、ピストンロッド11が上昇して受圧部材22と副ピストン部材17とが当接する際にも、3つのダイヤフラム31〜33には折り返し部31c〜33cが形成されるように、副ピストン部材17の端板部17aは設定されている。
【0032】
また、各ダイヤフラム31〜33の動きを妨げないようにするため、バランス用および加圧用のダイヤフラム31,33の間にはブリードポートつまり息つき孔51がロッド部材24を介して外部に開口され、閉塞用のダイヤフラム32の下方に設けられる端板部16aにも息つき孔52が形成されている。
【0033】
ピストン15の外周には、シリンダチューブ13の内周面との間を気密に保つシール部材53,54が組み込まれ、ピストン15とエンドカバー14aとの間には、シリンダ本体12に対してピストン15を下降方向に移動させる圧力を供給する下降圧力室55が前進圧力室として区画形成されており、この圧力室に連通する給排ポート56がエンドカバー14aに形成されている。
【0034】
ピストン15とエンドカバー14bとの間には、ばね室57が形成されており、このばね室57にはピストン15に上昇方向のばね力を加えるための圧縮コイルばね58が組み込まれている。したがって、給排ポート56から圧縮空気を供給すると、ピストン15に下降方向の推力が加えられ、ピストン15はばね力に抗してピストンロッド11とともに下降方向に移動する。ピストン15の下降限位置はエンドカバー14bに設けられたストッパ面59によって規制される。
【0035】
一方、給排ポート56から圧縮空気を排出すると、ピストン15は圧縮コイルばね58により上昇方向の推力が加えられて移動する。これらの移動に際して、ばね室57と外部との間で空気の流れを許容するための息つき孔60がシリンダチューブ13に形成されている。
【0036】
また、ピストンロッド11には、ピストン15に対してピストンロッド11が回転しないように主ピストン部材16に形成されたキー溝に係合する回転止めキー61が取り付けられている。ただし、ロッド部材24の横断面形状を四角形とすれば回転止めキー61は不要であり、この横断面形状としては四角形のみならず、多角形や楕円形などの円形以外の形状であればいずれであっても適用することができる。
【0037】
以下、流体圧シリンダ10aを用いて行われる物体Wの物体Rに対する押し付け動作について説明する。図1に示すように、ピストン15が上昇限位置となっている状態のもとで、給排ポート56から下降圧力室55に圧縮空気を供給すると、ピストン15は下降方向に押し下げられる。このとき、加圧室42には物体Wを物体Rに押し付ける際の加圧力に応じた流体圧力P3が給排ポート45より供給され、バランス圧力室34にはピストンロッド11に働く重力に応じた流体圧力P4が給排ポート40より供給される。よって、ピストンロッド11が下降限位置に配置された状態のままピストン15はばね力に抗して下降移動し、ばね室57内の空気は息つき孔60から外部に排出される。
【0038】
ピストン15の下降移動に伴いピストンロッド11が下降移動すると、図2に示すように、物体Wが物体Rに接触することでピストンロッド11は下降移動を停止するが、ピストン15はストッパ面59に接触するまで下降移動を続ける。このピストン15のみの前進移動によって、ロッド部材24の頭部27は端板部16aから離れ、ピストンロッド11はピストン15に対して相対的に上昇方向に移動することになる。従って、ピストンロッド11から物体Wに加えられるピストンロッド出力は、加圧室42内の流体圧力P3と加圧用のダイヤフラム33の有効受圧面積との積により設定され、ピストン15に設けられるシール部材53,54とシリンダチューブ13の内周面との摺動抵抗はピストンロッド出力に影響を与えることがない。
【0039】
また、バランス圧力室34に供給される流体圧力P4によって、ピストンロッド11には重力に抗する上向きの推力が与えられる。つまり加圧室42より生ずる加圧力を物体Wに伝達するピストンロッド11には、ピストンロッド11に働く重力を相殺するようにバランス圧力室34からの推力が加えられる。従って、たとえば、ピストンロッド11に働く重力に満たないほどの小さな加圧力を設定して物体Wを押圧する際にも、高い精度でピストンロッド出力を設定することができる。
【0040】
このように物体Wに対して一定の加圧力が加えられるのは、図2に示すように、受圧部材22の上側に隙間S1が発生し、頭部27の下側に隙間S2が発生するとき、つまりピストンロッド11がフローティング状態となるときであり、ピストンロッド11の下降限位置に誤差が発生しても、フローティング状態が確保されれば、物体Wに対しては一定の加圧力が加えられる。このように、物体Wに対する加圧力は、加圧用のダイヤフラム33に加わる流体圧力P3と有効受圧面積との積によって設定され、シール部材53,54の摺動抵抗の影響や、ピストンロッド11に働く重力の影響は受けないため、高い精度で加圧力を設定することができる。また、フローティング時にピストンロッド11に回転力が加わっても、回転止めキー61によりピストン15とピストンロッド11の相対回転は発生せず、ダイヤフラム31〜33の捻れによる破損が防止される。
【0041】
次いで、物体Wの物体Rに対する加圧作業が終了した後に、給排ポート56から圧縮空気を排出すると、まず、ピストン15がばね力により上昇移動する。引き続く上昇移動によって頭部27が端板部16aに接触した後、ピストン15はピストンロッド11とともに上昇限位置まで上昇移動することになる。
【0042】
図5は本発明の他の実施の形態である流体圧シリンダ10bを示す縦断面図であり、図5においては、前述した実施の形態における部材と共通する部材には同一の符号が付されている。この流体圧シリンダ10bは図1に示す流体圧シリンダ10aを複動型に変更したものであり、ピストン15の両側に圧力室が区画形成されている。一方の圧力室はピストン15用の後退圧力室つまり上昇圧力室62であり、他方の圧力室は下降圧力室55である。上昇圧力室62に連通する給排ポート63がシリンダチューブ13に形成されており、ピストン15を下降限位置から上昇限位置まで上昇移動させる際には、給排ポート63から圧縮空気を供給するとともに給排ポート56から圧縮空気を排出することになる。上昇圧力室62内の空気が外部に漏れるのを防止するため、エンドカバー14bにはシール部材64が設けられている。そして、流体圧シリンダ10aに設けられていたシリンダチューブ13の息つき孔60は閉ざされる。また、閉塞用のダイヤフラム32の折り返し部32cに発生し得る反転を防止するため、上昇圧力室62に供給される流体圧力P2は、バランス圧力室34に供給される流体圧力P4に比べて小さく設定される。
【0043】
このような流体圧シリンダ10bのピストン15の下降時には、給排ポート63から圧縮空気を排出し給排ポート56から圧縮空気を供給する一方、ピストン15上昇時には、給排ポート63に圧縮空気を供給し給排ポート56から圧縮空気を排出することで、前述の流体圧シリンダ10aと同様に使用することができる。
【0044】
図6および図7は本発明のさらに他の実施の形態である流体圧シリンダ10c,10dを示す縦断面図であり、図6および図7においては前述した実施の形態における部材と共通する部材には同一の符号が付されている。これらの流体圧シリンダ10c,10dは、前述の流体圧シリンダ10a,10bにおいて加圧用のダイヤフラム33により区画形成される加圧室42を、加圧用のダイヤフラム33を用いることなく受圧部材22と副ピストン部材17とを用いて区画形成するものである。
【0045】
図6および図7に示すように、ピストンロッド11を押圧する加圧室42は、受圧部材22と副ピストン部材17とにより区画形成され、ピストンロッド11を介して物体Wに伝達される加圧力は、受圧部材22の有効受圧面積と流体圧力P3との積により設定される。また、バランス用のダイヤフラム31の折り返し部に発生し得る反転を防止するため、加圧室42に供給される流体圧力P3は、バランス圧力室34に供給される流体圧力P4に比べて小さく設定される。このように、ピストンロッド出力が比較的小さく設定される場合には、加圧用のダイヤフラム33を取り除くとともに、ピストンロッド11に形成される息つき孔51を廃止することができる。これにより、構成が簡潔な流体圧シリンダとすることができ、低コストの流体圧シリンダを提供することができる。
【0046】
これまで説明した流体圧シリンダ10a〜10dは、ピストンロッド11を所定の位置まで下降移動させる際にはピストン15を用いてピストンロッド11を移動させており、ピストンロッド11から物体Wに加圧力を加える際には、ピストンロッド11をピストン15に対して浮かせるとともに、加圧室42の流体圧力P3により加圧力が設定される。このため、物体Wに加圧力を加える際にはピストンロッド11にシール部材53,54の摺動抵抗が加わらない状態となり、しかもピストン15によるピストンロッド11の下降移動によってダイヤフラムの変形ストロークを短く設定することができるので、ピストンロッド11を長いストロークで往復動させる場合でも、物体Wに対して誤差が少ない高精度の加圧力を安定させて加えることができる。また、ピストンロッド11にかかる重力を相殺するバランス圧力室34を形成することによって、物体Wを加圧する際に重力の影響を受けることのない高精度な加圧力を設定することができる。
【0047】
このように、高い精度で物体に加圧力を付与することができるので、たとえば、スクリーン印刷におけるスクイジーヘッドを一定の圧力で加圧するために使用することができる。スクリーン印刷にあっては、ゴム製のスクイジーを用いてインキをシルクスクリーン、ペンキスクリーン、ステンシルスクリーンなどの網目を等して紙や布に押し付けるようにしているが、そのスクイジーを駆動するために本発明の流体圧シリンダ10a〜10dを使用することができる。その他、半導体チップを実装基板に搭載するチップマウンターや巻き線機のテンションローラなどのように、物体を所定のストローク移動させた後に一定の加圧力を物体に加える場合であれば、どのようなものにも本発明を適用することができる。
【0048】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図示した実施の形態にあっては、圧縮空気を用いて作動するようにしているが、作動流体としては作動油を使用するようにしても良い。また、バランス圧力室34は、バランス用および閉塞用のダイヤフラム31,32によって区画形成するだけでなく、主ピストン部材16の端板部16aに設けられる息つき孔52を廃止することによって、閉塞用のダイヤフラム32を取り除き、バランス用のダイヤフラム31のみによってバランス圧力室34を区画形成しても良い。
【0049】
また、図6に二点鎖線で示すように、副ピストン部材17に前進圧力室55と加圧室42とを連通する連通孔65を形成しても良い。この場合は、圧力ロッド39に形成される給排ポート45と流体供給通路43とは取り除かれる。流体圧シリンダ10cの作動時には、給排ポート56からの流体圧力P1が前進圧力室55に供給されることでピストン15は下降移動され、加圧室42にも供給される流体圧力P1によってピストンロッド11は押圧される。このとき、バランス用のダイヤフラム31の折り返し部31cに発生し得る反転を防止するため、流体圧力P1は流体圧力P4に比べて小さく設定される。この連通孔65は流体圧シリンダ10a,10b,10dに形成することもできる。
【0050】
また、流体圧シリンダ10a〜10dについて、圧力ロッド39に形成される給排ポート40,45と流体供給流路41,43を、バランス圧力室34と加圧室42とにそれぞれ連通するようにピストンロッド11に形成しても良く、これにより圧力ロッド39を取り除くことができ、簡潔な構成の流体圧シリンダ10a〜10dを提供することもできる。
【0051】
さらに、受圧部材22、ロッドカラー23およびロッド部材24を一体に形成することで、1つの部材からなるピストンロッド11にしても良いことは言うまでもない。また、給排ポート40の上流側に精密減圧弁を設け、流体圧力P4を常に一定に保つように構成しても良いことは言うまでもない。
【0052】
なお、流体圧シリンダ10a〜10dは各種装置に垂直に取り付けて使用するだけでなく、傾斜するように取り付けて使用しても良い。つまり、ピストンロッド11に働く重力の一部がピストンロッド11の作動に影響を与える場合であっても、本発明の流体圧シリンダ10a〜10dを適用することができる。
【0053】
【発明の効果】
本発明によれば、バランス用のダイヤフラムによって区画形成されたバランス圧力室に流体圧力を供給することにより、ピストンロッドに対して後退方向に重力に抗する推力を加えることができ、ピストンロッドに働く重力を相殺することができる。また、ピストンとピストンロッドとによって区画形成される加圧室に流体圧力を供給することにより、ピストンロッドを前進方向に押圧することができる。これらにより、ピストンを用いてピストンロッドを移動させた後に、ピストンロッドに働く重力の影響や、ピストンの摺動抵抗の影響を受けることなく、高精度で変動のない出力でピストンロッドを押圧することができる。
【0054】
バランス用のダイヤフラムに加えて、ピストンとピストンロッドとに装着される閉塞用のダイヤフラムを用いてバランス圧力室を区画形成することにより、ピストンロッドのストロークに対するバランス圧力室の容積変化を押さえることができ、バランス圧力室内の圧力変動を押さえることができる。これにより、高精度にピストンロッドに働く自重を相殺することができる。
【0055】
加圧用のダイヤフラムを用いて加圧室を区画形成することにより、加圧室に供給される流体圧力を高め、高出力でピストンロッドを押圧することができる。
【0056】
バランス圧力室に連通する流体供給通路が形成される圧力ロッドをシリンダ本体から突出させて副ピストン部材に設けることにより、シリンダ本体に対して往復動するピストンに区画形成されるバランス圧力室に対して、確実かつ容易に流体圧力を供給することができる。
【0057】
圧力ロッドに加圧室に連通する流体供給通路を形成することにより、シリンダ本体に対して往復動するピストンに区画形成される加圧室に対して、確実かつ容易に流体圧力を供給することができる。
【0058】
加圧室と前進圧力室とを連通する連通孔を副ピストン部材に形成することにより、簡潔な構成の流体圧シリンダを提供することができる。また、ピストンロッドに加圧室やバランス圧力室に連通する流体供給通路を形成することにより、簡潔な構成の流体圧シリンダを提供することができる。
【0059】
回転止めを設けることにより、ピストンロッドのピストンに対する相対回転が防止されるので、ダイヤフラムの耐久性を向上させることができる。これにより、流体圧シリンダの信頼性と加圧力の精度を向上させることができ、低コストで使い易い優れた流体圧シリンダを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ピストンが後退移動した状態を示す本発明の一実施の形態である流体圧シリンダの縦断面図である。
【図2】ピストンが前進移動した状態を示す図1の流体圧シリンダの縦断面図である。
【図3】図1のA−A線に沿う横断面図である。
【図4】図1の流体圧シリンダの一部を示す拡大断面図である。
【図5】本発明の他の実施の形態である流体圧シリンダの縦断面図である。
【図6】本発明のさらに他の実施の形態である流体圧シリンダを示す縦断面図である。
【図7】本発明のさらに他の実施の形態である流体圧シリンダを示す縦断面図である。
【符号の説明】
10a〜10d 流体圧シリンダ
11 ピストンロッド
12 シリンダ本体
13 シリンダチューブ
14a,14b エンドカバー
15 ピストン
16 主ピストン部材
16a 端板部
16b 円筒部
16c 環状部
17 副ピストン部材
17a 端板部
17b 環状部
18 ねじ結合部
20,21 スリーブ
22 受圧部材
23 ロッドカラー
24 ロッド部材
25,26 貫通孔
27 頭部
28 滑り軸受
31 バランス用のダイヤフラム
32 閉塞用のダイヤフラム
33 加圧用のダイヤフラム
31a〜33a 中心部
31b〜33b フランジ部
31c〜33c 折り返し部
31d〜33d 円筒部
34 バランス圧力室
35〜37 流体供給通路
38 連通孔
39 圧力ロッド
40 給排ポート
41 流体供給通路
42 加圧室
43 流体供給通路
44 連通孔
45 給排ポート
46〜48 環状溝
51,52 息つき孔
53,54 シール部材
55 下降圧力室(前進圧力室)
56 給排ポート
57 ばね室
58 圧縮コイルばね
59 ストッパ面
60 息つき孔
61 回転止めキー(回転止め)
62 上昇圧力室(後退圧力室)
63 給排ポート
64 シール部材
65 連通孔
P1〜P4 流体圧力[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluid pressure cylinder that linearly reciprocates a piston rod by fluid pressure such as compressed air.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART A fluid pressure cylinder that converts fluid energy such as compressed air into linear motion of a piston rod has a cylinder tube on which a piston is reciprocally mounted in an axial direction. End covers are provided at both ends of the cylinder tube, and the cylinder body is formed by the cylinder tube and the end cover. A piston rod is attached to the piston so as to protrude from the end of the cylinder body. By supplying fluid pressure to a pressure chamber formed in the cylinder body, the piston and the piston rod are integrally driven in the axial direction. .
[0003]
Fluid pressure cylinders are classified into double-acting types and single-acting types based on structural differences. The double-acting fluid pressure cylinder has pressure chambers formed on both sides of the piston, and is a type in which the piston rod is moved forward and backward by fluid pressure. The cylinder has a pressure chamber only on one side of the piston, and is a type of cylinder in which either forward movement or backward movement is performed by fluid pressure and the other is performed by an external force such as a spring force. The type in which the piston rod protrudes from one end of the cylinder body is called a single rod, and the type in which the piston rod protrudes from both ends is called a double rod. There are cases where compressed air is used as fluid energy for driving the piston and liquids such as hydraulic oil are used.
[0004]
In any type of fluid pressure cylinder, conventionally, the piston rod is fixed to the piston, and the piston rod is linearly reciprocated integrally with the piston. Since the piston moves while contacting the inner peripheral surface of the cylinder body, in order to ensure airtightness between the outer peripheral surface of the piston and the inner peripheral surface of the cylinder tube, a seal such as an O-ring or packing is provided on the outer periphery of the piston. A member is mounted. The basic structure of such a fluid pressure cylinder is described in, for example, pages 486 to 488 of Oil-Air Handbook issued by Ohm Co., Ltd. (issued February 25, 1989).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In such a fluid pressure cylinder, since the seal member is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder tube when the piston moves, sliding resistance is applied to the piston. For this reason, the output of the piston rod determined by the pressure receiving area of the piston on which the fluid pressure in the pressure chamber acts and the fluid pressure will be affected by the sliding resistance, and the stability of the output of the piston rod will be reduced. . For this reason, when applying pressure to the object with the piston rod after moving the piston rod forward, the pressure becomes unstable due to the sliding resistance of the seal member, and a constant pressure can be applied to the object. Disappear. In particular, in a pneumatic cylinder that operates a piston rod with a pressure lower than that of a hydraulic cylinder, the influence of the sliding resistance of the seal member acts greatly, and the applied pressure becomes unstable.
[0006]
Also, in a fluid pressure cylinder that is mounted so that the piston rod reciprocates in the vertical direction, gravity acts on the piston rod and the piston, so that, for example, the pressure applied to the object downward via the piston rod is reduced. In addition to the thrust set by the fluid pressure, gravity is applied. For this reason, it is difficult not only to obtain a high-precision pressure, but it has also been impossible to set a pressure smaller than the gravity acting on the piston and piston rod.
[0007]
An object of the present invention is to make it possible to apply a constant pressing force to an object with high accuracy by a piston rod driven by fluid pressure.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The fluid pressure cylinder of the present invention is provided on the cylinder body. Between the forward limit position and the reverse limit position Built in to reciprocate in the axial direction And a forward pressure chamber in which forward fluid pressure is applied in the cylinder body. A piston, and is supported by the piston so as to be reciprocally movable in an axial direction; a pressurizing chamber is defined in the piston; one A piston rod protruding from the end, and a diaphragm for balancing mounted between the piston and the piston rod; A closing diaphragm mounted between the piston and the piston rod, defining a balance pressure chamber by the balancing diaphragm and applying a fluid pressure in a backward direction to the piston rod; and communicating with the balance pressure chamber And a fluid supply passage The piston rod is pushed in the forward direction by the fluid pressure in the pressurizing chamber while the fluid pressure in the balance pressure chamber is applied to the piston rod in the backward direction.
[0010]
The fluid pressure cylinder of the present invention includes a pressurizing diaphragm that is mounted between the piston and the piston rod and defines the pressurizing chamber.
[0011]
The fluid pressure cylinder of the present invention is a single-acting cylinder that applies an external force in a backward direction to the piston.
[0012]
The fluid pressure cylinder of the present invention is a double-acting cylinder in which a pressure chamber for retreat for applying a fluid pressure in a retreat direction to the piston is provided in the cylinder body.
[0013]
In the fluid pressure cylinder of the present invention, the piston is formed by a main piston member through which the piston rod passes and a sub piston member attached to the main piston member and restricting a movement stroke of the piston rod relative to the main piston member. It is characterized by that.
[0014]
The fluid pressure cylinder of the present invention is characterized in that a pressure rod having a fluid supply passage communicating with the balance pressure chamber is projected from the other end of the cylinder body and attached to the sub piston member.
[0015]
The fluid pressure cylinder according to the present invention is characterized in that a fluid supply passage communicating with the pressurizing chamber is formed in the pressure rod.
[0016]
The fluid pressure cylinder of the present invention is characterized in that a communication hole for communicating the pressurizing chamber and the forward pressure chamber is formed in the sub piston member.
[0017]
The fluid pressure cylinder according to the present invention is characterized in that a fluid supply passage communicating with the balance pressure chamber is formed in the piston rod.
[0018]
The fluid pressure cylinder of the present invention is characterized in that a fluid supply passage communicating with the pressurizing chamber is formed in the piston rod.
[0019]
The fluid pressure cylinder of the present invention is characterized in that a rotation stopper is provided between the piston and the piston rod.
[0020]
According to the present invention, by supplying fluid pressure to the balance pressure chamber defined by the balance diaphragm, it is possible to apply thrust against the gravity in the backward direction to the piston rod, which acts on the piston rod. Gravity can be offset. Moreover, the piston rod can be pushed in the forward direction by supplying fluid pressure to the pressurizing chamber defined by the piston and the piston rod. Because of these, after moving the piston rod using the piston, the piston rod can be pressed with high accuracy and no fluctuation without being affected by gravity acting on the piston rod or sliding resistance of the piston. Can do.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 1 and 2 are longitudinal sectional views showing a
[0022]
The
[0023]
As shown in FIG. 1, a cylinder assembly, that is, a
[0024]
A
[0025]
Two
[0026]
FIG. 4 is an enlarged longitudinal sectional view showing a part of FIG. As shown in FIG. 4, three
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
Further, the
[0030]
In addition, as shown with a broken line in FIG. 4, bead is provided in the
[0031]
The downward movement of the
[0032]
Further, in order not to disturb the movement of the
[0033]
[0034]
A
[0035]
On the other hand, when the compressed air is discharged from the supply /
[0036]
The
[0037]
Hereinafter, the pressing operation of the object W against the object R performed using the
[0038]
When the
[0039]
Further, the fluid pressure P4 supplied to the
[0040]
The constant pressure is applied to the object W as described above when the gap S1 is generated above the
[0041]
Next, when the compressed air is discharged from the supply /
[0042]
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a
[0043]
When the
[0044]
6 and 7 are longitudinal sectional views showing
[0045]
As shown in FIGS. 6 and 7, the pressurizing
[0046]
The
[0047]
As described above, since an applied pressure can be applied to an object with high accuracy, it can be used, for example, to pressurize a squeegee head at a constant pressure in screen printing. In screen printing, a rubber squeegee is used to press the ink against paper or cloth using a mesh screen such as a silk screen, paint screen, or stencil screen. Inventive
[0048]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the illustrated embodiment, operation is performed using compressed air, but hydraulic oil may be used as the working fluid. Further, the
[0049]
In addition, as indicated by a two-dot chain line in FIG. 6, a
[0050]
Further, in the
[0051]
Furthermore, it goes without saying that the
[0052]
The
[0053]
【The invention's effect】
According to the present invention, by supplying fluid pressure to the balance pressure chamber defined by the balance diaphragm, it is possible to apply thrust against the gravity in the backward direction to the piston rod, which acts on the piston rod. Gravity can be offset. Moreover, the piston rod can be pushed in the forward direction by supplying fluid pressure to the pressurizing chamber defined by the piston and the piston rod. Because of these, after moving the piston rod using the piston, the piston rod can be pressed with high accuracy and no fluctuation without being affected by gravity acting on the piston rod or sliding resistance of the piston. Can do.
[0054]
In addition to the balance diaphragm, the balance pressure chamber is defined by using a closing diaphragm attached to the piston and piston rod, so that the volume change of the balance pressure chamber relative to the stroke of the piston rod can be suppressed. The pressure fluctuation in the balance pressure chamber can be suppressed. Thereby, the dead weight which acts on a piston rod with high precision can be canceled.
[0055]
By forming the pressurizing chamber using the pressurizing diaphragm, the fluid pressure supplied to the pressurizing chamber can be increased and the piston rod can be pressed with high output.
[0056]
A pressure rod that forms a fluid supply passage that communicates with the balance pressure chamber protrudes from the cylinder body and is provided in the sub-piston member. The fluid pressure can be reliably and easily supplied.
[0057]
By forming a fluid supply passage communicating with the pressurizing chamber in the pressure rod, fluid pressure can be reliably and easily supplied to the pressurizing chamber defined by the piston that reciprocates with respect to the cylinder body. it can.
[0058]
A fluid pressure cylinder having a simple configuration can be provided by forming a communicating hole in the auxiliary piston member for communicating the pressurizing chamber and the forward pressure chamber. Further, by forming a fluid supply passage communicating with the pressurizing chamber or the balance pressure chamber in the piston rod, a fluid pressure cylinder having a simple configuration can be provided.
[0059]
By providing the rotation stopper, the relative rotation of the piston rod with respect to the piston is prevented, so that the durability of the diaphragm can be improved. Thereby, the reliability of the fluid pressure cylinder and the accuracy of the applied pressure can be improved, and an excellent fluid pressure cylinder that is easy to use at low cost can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a fluid pressure cylinder according to an embodiment of the present invention, showing a state in which a piston moves backward.
2 is a longitudinal sectional view of the fluid pressure cylinder of FIG. 1 showing a state in which a piston has moved forward. FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
4 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the fluid pressure cylinder of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a fluid pressure cylinder according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a fluid pressure cylinder according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a fluid pressure cylinder according to still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10a-10d Fluid pressure cylinder
11 Piston rod
12 Cylinder body
13 Cylinder tube
14a, 14b End cover
15 piston
16 Main piston member
16a End plate part
16b cylindrical part
16c Annular part
17 Sub piston member
17a End plate part
17b Annular part
18 Screw joint
20,21 sleeve
22 Pressure receiving member
23 Rod color
24 Rod member
25, 26 Through hole
27 head
28 Sliding bearing
31 Diaphragm for balance
32 Diaphragm for occlusion
33 Diaphragm for pressurization
31a-33a center
31b to 33b Flange
31c-33c Folding part
31d-33d cylindrical part
34 Balance pressure chamber
35-37 Fluid supply passage
38 communication hole
39 Pressure rod
40 Supply / Discharge port
41 Fluid supply passage
42 Pressurizing chamber
43 Fluid supply passage
44 communication hole
45 Supply / discharge port
46-48 annular groove
51,52 breathing hole
53, 54 Seal member
55 Lowering pressure chamber (forward pressure chamber)
56 Supply / discharge port
57 Spring chamber
58 Compression coil spring
59 Stopper surface
60 breathing hole
61 Anti-rotation key (anti-rotation)
62 Ascending pressure chamber (retracting pressure chamber)
63 Supply / discharge port
64 Seal member
65 communication hole
P1 to P4 Fluid pressure
Claims (11)
前記ピストンに軸方向に往復動自在に支持され、前記ピストン内に加圧室を区画形成するとともに前記シリンダ本体の一端部から突出するピストンロッドと、
前記ピストンと前記ピストンロッドとの間に装着されるバランス用のダイヤフラムと、
前記ピストンと前記ピストンロッドとの間に装着され、前記バランス用のダイヤフラムとによりバランス圧力室を区画形成し前記ピストンロッドに後退方向の流体圧を加える閉塞用のダイヤフラムと、
前記バランス圧力室に連通する流体供給通路とを有し、
前記バランス圧力室の流体圧力を前記ピストンロッドに後退方向に作用させた状態で、前記加圧室の流体圧力により前記ピストンロッドを前進方向に押圧することを特徴とする流体圧シリンダ。A piston which is incorporated in the cylinder body so as to be reciprocally movable in the axial direction between a forward limit position and a backward limit position, and which defines a forward pressure chamber in which forward fluid pressure is applied in the cylinder body ;
A piston rod projecting from said piston reciprocation freely supported axially one end portion of the cylinder body with a pressure chamber to partition formed within said piston,
A balancing diaphragm mounted between the piston and the piston rod;
A closing diaphragm that is mounted between the piston and the piston rod, defines a balance pressure chamber by the balancing diaphragm, and applies a fluid pressure in a backward direction to the piston rod ;
A fluid supply passage communicating with the balance pressure chamber;
A fluid pressure cylinder, wherein the piston rod is pressed in the forward direction by the fluid pressure in the pressurizing chamber in a state in which the fluid pressure in the balance pressure chamber is applied to the piston rod in the backward direction.
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