JP4205295B2

JP4205295B2 - 真空シール機構付きシリンダ

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Publication number: JP4205295B2
Application number: JP2000254429A
Authority: JP
Inventors: 伸一可兒
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2000-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2020-08-24
Also published as: JP2002070807A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空シール機構付きシリンダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、真空チャンバ内のワークを搬送等するための装置として、真空シール機構を有するエアシリンダが知られている。このエアシリンダでは、ロッドが連結されたピストンがシリンダ本体内において移動可能に収容されている。シリンダ本体のロッド側端には真空シール機構が取り付けられている。真空シール機構の中心部にはロッド挿通孔が設けられており、そのロッド挿通孔にはロッドが挿通されている。真空チャンバ内に突出するロッドの先端には、チャック等のワーク把持手段が取り付けられている。
【０００３】
そして、上記の真空シール機構としては、例えば、ロッド挿通孔の内周面に設けられた収容溝にOリングを設けたものや、リップパッキングを設けたもの等が従来知られている。なお、後者のタイプにおいては、リップパッキングに隣接してグリース含浸体を設けたものも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｏリングを用いた従来品の場合、Ｏリングの断面が円形状ないし楕円形状であることから、ロッドが出没を繰り返すうちにＯリングにねじれが生じやすい。このため、ねじれによるストレスがＯリングに作用してシール性が早期に悪くなるという欠点がある。
【０００５】
また、リップパッキングを用いた従来品は、ねじれが起こりにくい点でＯリングタイプよりも好ましい。しかし、上記真空用途のシリンダでは、真空シール機構が真空領域に接していることから、そもそも構造的にみてグリース中の水分等が蒸発しやすい。ゆえに、グリースの乾燥・固化につながり、長期にわたり高いシール性や動作性を維持することが難しくなる。即ち、リップパッキングを用いた上記従来品は耐久性に劣っている。また、グリース中の成分の外部漏れによって真空チャンバ内が汚染される。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、長期にわたり高いシール性、動作性及び清浄性を維持することができ、耐久性に優れた真空シール機構付きシリンダを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、シリンダ本体と、そのシリンダ本体内に収容されたピストンと、そのピストンに連結されたロッドと、ロッド挿通孔を有しかつ前記シリンダ本体に取り付けられた真空シール機構とを備え、前記ロッド挿通孔に挿通された前記ロッドの一端を真空領域に突出させた構造のシリンダにおいて、前記真空シール機構は、非リップ側端面を前記真空領域側に向けるとともに互いに所定間隔を隔てた状態で前記ロッド挿通孔の内周面に配設された複数の環状リップパッキングと、前記環状リップパッキング間の領域に配置された少なくとも１つの第１潤滑油含浸体と、前記非リップ側端面に接触した状態で配置された少なくとも１つの第２潤滑油含浸体とを含むことを特徴とする真空シール機構付きシリンダをその要旨とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記シリンダ本体は、ロッド挿通孔の内周面に第３潤滑油含浸体を複数設けた軸受を備えているとした。
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記軸受は、前記シリンダ本体において前記ピストンの両端側の位置にそれぞれ配設されているとした。
【０００９】
以下、本発明の「作用」について説明する。
請求項１に記載の発明によると、複数のリップパッキングは非リップ側端面を真空領域側に向けた状態で配設されているため、反対側にあるリップ側端面には空気圧が作用する。従って、この空気圧によりリップ部分が開くように変形し、ロッド挿通孔とロッドとの隙間が確実にシールされる。しかも、第1及び第２潤滑油含浸体により十分量の潤滑油が供給されるとともに、その潤滑油は複数のリップパッキング間の領域に確実に保持される。従って、真空領域側への潤滑油中成分の外部漏れが防止される。以上のことから、長期にわたり高いシール性、動作性及び清浄性が維持される。
【００１０】
請求項２に記載の発明によると、摺動面であるロッド挿通孔の内周面及びロッドの外周面に対し、複数の第３潤滑油含浸体から十分量の潤滑油が供給される。これに加えて、摺動によって磨耗粉が発生したとしても、その磨耗粉は複数ある第３潤滑油含浸体の内部に取り込まれてしまう。従って、長期にわたり高い動作性及び清浄性が維持され、耐久性がより向上する。
【００１１】
請求項３に記載の発明によると、前記軸受がシリンダ本体においてピストンの両端側の位置にそれぞれ配設されていることから、長期にわたり高い動作性及び清浄性が維持され、耐久性がよりいっそう向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態の真空シール機構付きのエアシリンダ１を図１〜図７に基づき詳細に説明する。
【００１３】
図１，図４に示されるように、シリンダ本体２は、シリンダチューブ３、ベースプレート４、エンドプレート７，８等によって構成されている。本実施形態のシリンダチューブ３は、等断面形状を有するアルミニウム合金製の筒状押出成形品である。ベースプレート４は前記シリンダチューブ３よりも径の大きな円盤状の金属部材であって、その上面側中央部にはシリンダチューブ３の下端が固定されている。
【００１４】
図２，図３に示されるようにベースプレート４の外周部における複数箇所には、真空チャンバ６の開口部に対する取り付けの際に用いられるボルト(図示略)を挿通するためのボルト挿通孔５が貫設されている。
【００１５】
図４に示されるように、シリンダチューブ３の上端にある開口は、封止部材としての第１エンドプレート７が嵌合することによって封止されている。シリンダチューブ３の下端にある開口は、封止部材としての第２エンドプレート８が嵌合することによって封止されている。なお、両エンドプレート７，８は、いずれもＣリング９によってシリンダチューブ３に保持されている。
【００１６】
シリンダチューブ３及び両エンドプレート７，８によって区画される断面円形状のピストン収容空間には、ピストン１０がチューブ軸線方向に沿って移動可能に収容されている。本実施形態のピストン１０は、中心に孔を有する一対のピストン本体１１を重ね合わせ、これらをボルト１２を用いて連結した構造となっている。そして、このピストン１０によって前記空間が２つの圧力作用室１３，１４に区画されている。
【００１７】
図３に示されるように、シリンダチューブ３の上端面には、第１及び第２のエア給排ポートＰ１がそれぞれ形成されている。第１のエア給排ポートＰ１は、図示しない連通孔を介して第１の圧力作用室（上側の圧力作用室）１３に連通している。第２のエア給排ポートＰ１は、図示しない連通孔を介して第２の圧力作用室（下側の圧力作用室）１４に連通している。
【００１８】
ピストン１０の中心を貫通するロッド取付孔１５には、キー１７を介して中空円筒状のロッド１６が固定されている。従って、ロッド１６はピストン１０と一体的に移動することができる。ロッド１６の先端部（図１，図４では下端部）は、第２エンドプレート８に形成されたロッド挿通孔１８を介してシリンダチューブ３の外部に突出している。ロッド１６の基端部（図１，図４では上端部）は、第１エンドプレート７に形成されたロッド挿通孔１９を介してシリンダチューブ３の外部に突出している。
【００１９】
ピストン１０の外周面に設けられた環状溝内には、ピストンパッキング２１が装着されている。本実施形態では、ピストンパッキング２１として断面が略Ｙ型のリップパッキングが使用されている。かかるピストンパッキング２１は、ピストン１０の外周面とシリンダチューブ３の内周面とがなす摺動界面をシールし、両圧力作用室１３，１４の間でのエア漏れを防ぐ役割を担っている。また、ロッド挿通孔１８，１９の内周面に設けられた環状溝内には、ロッドパッキング２２としてのＹ型リップパッキングがそれぞれ装着されている。かかるロッドパッキング２２は、ロッド１６の外周面とロッド挿通孔１８，１９の内周面とがなす摺動界面をシールし、そこから外部へのエア漏れを防ぐ役割を担っている。
【００２０】
次に、このエアシリンダ１における真空シール機構３１について述べる。
本実施形態の真空シール機構３１は、ベースプレート４の下面中央部に取り付けられている。真空シール機構３１を構成する機構本体３２の中心部には、断面円形状のロッド挿通孔３３が透設されている。ロッド挿通孔３３の内周面における離間した２箇所には、パッキング装着溝３４が周方向全体にわたって延びるように設けられている。前記パッキング装着溝３４間には、１つの含浸リング装着溝３５が周方向全体にわたって延びるように設けられている。
【００２１】
図５に示されるように、各パッキング装着溝３４内にはそれぞれ環状リップパッキング３７が装着されている。これらの環状リップパッキング３７は、いわゆる断面が略Ｙ型をした、ゴム製（例えばＮＢＲ製）のＹ型リップパッキングである。従って、２つの環状リップパッキング３７は、互いに所定間隔を隔てた状態でロッド挿通孔３３の内周面に配設されている。
【００２２】
環状リップパッキング３７における非リップ側端面Ｓ１（図５における左側面）は、真空チャンバ６側に向けた状態で配設されている。環状リップパッキング３７におけるリップ側端面Ｓ２（図５における右側面）には、一対のリップ３８が存在している。このリップ側端面Ｓ２は、シリンダチューブ３側（即ち大気圧領域側）に向けた状態で配設されている。環状リップパッキング３７における内周面及び外周面には、潤滑油としてのグリースの保持性をよりいっそう高めるために、微細な凹凸３９が形成されている。
【００２３】
図５に示されるように、各パッキング装着溝３４内には、環状リップパッキング３７の他にも、第２潤滑油含浸体としての環状のグリース含浸リング４０が１つずつ装着されている。このグリース含浸リング４０は、その一端面が非リップ側端面Ｓ１に接触した状態で配置されている。また、含浸リング装着溝３５内には、第１潤滑油含浸体としての環状のグリース含浸リング４１が１つ装着されている。即ち、この真空シール機構３１には、合計３個のグリース含浸リング４０，４１が用いられている。
【００２４】
本実施形態において具体的には、グリース含浸リング４０，４１として、合成樹脂繊維をゴム弾性体で三次元融合した繊維集合素材にグリースを含浸させたものが使用されている。前記グリースとしては、例えばリチウム系、ウレア系、フッ素系のグリース等が使用される。なお、グリースは毛細管現象によって繊維集合素材内に保持されている。
【００２５】
さらに、このエアシリンダ１における軸受構造について述べる。
このエアシリンダ１は２つの軸受４２，４３を備えている。図６に示されるように、第１の軸受４２は、シリンダ本体２を構成するベースプレート４の貫通孔４ａに嵌着されている。筒状をした第１の軸受４２は、ロッド挿通孔４４を有している。このロッド挿通孔４４の内周面における離間した複数箇所（ここでは３箇所）には、含浸リング装着溝４５が周方向全体にわたって延びるように設けられている。各々の含浸リング装着溝４５内には、第３潤滑油含浸体としての環状のグリース含浸リング４６が１つずつ装着されている。即ち、本実施形態の第１の軸受４２には、合計３個のグリース含浸リング４６が用いられている。
【００２６】
図７に示されるように、第２の軸受４３は、シリンダ本体２を構成する第１エンドプレート７のロッド挿通孔１９に嵌着されている。筒状をした第２の軸受４３は、ロッド挿通孔５４を有している。このロッド挿通孔５４の内周面における離間した複数箇所（ここでは３箇所）には、含浸リング装着溝５５が周方向全体にわたって延びるように設けられている。各々の含浸リング装着溝５５内には、第３潤滑油含浸体としての環状のグリース含浸リング４６が１つずつ装着されている。即ち、本実施形態の第２の軸受４３には、合計３個のグリース含浸リング４６が用いられている。
【００２７】
つまり、一対の軸受４２，４３は、シリンダ本体２においてピストン１０の両端側の位置にそれぞれ離間して配設されている。ここでは、グリース含浸リング４６として、前記グリース含浸リング４０，４１と同種のものが使用されている。
【００２８】
その他、ピストン１０の外周面やロッド挿通孔１８，１９の内周面にも、同様のグリース含浸リング４６が設けられている。
シリンダチューブ３の下端部から突出するロッド１６の先端部は、さらにベースプレート４及び真空シール機構３１を介して突出し、真空チャンバ６内に到っている。そして、ロッド１６の先端部には、例えば板状のワークW１を把持するワーク把持手段としてのチャックＣ１が取り付けられている。
【００２９】
以上のように構成されたエアシリンダ１の動作を説明する。
図示しないエアコンプレッサを駆動させて、第１のエア給排ポートＰ１を介して第１の圧力作用室１３にエアを供給すると、エアの圧力によってピストン１０が図１の下側方向に押圧される。その結果、ピストン１０及びロッド１６が下方に移動するようになっている。第２のエア給排ポートＰ１を介して第２の圧力作用室１４にエアを供給すると、エアの圧力によってピストン１０が図１の上側方向に押圧される。その結果、ピストン１０及びロッド１６が上方に移動するようになっている。なお、ロッド１６が出没動作を行う際には、２箇所に設けられた軸受４２，４３によってロッド１６にかかる荷重が支承される。
【００３０】
真空シール機構３１における２つのリップパッキング３７は、いずれも非リップ側端面Ｓ１を真空チャンバ６側に向けた状態で配設されている。このため、反対側にあるリップ側端面Ｓ２には空気圧（大気圧）が作用する。従って、この空気圧により一対のリップ３８が開くように変形し、ロッド挿通孔３３の内周面とロッド１６の外周面との隙間が確実にシールされるようになる。その結果、真空チャンバ６内の真空領域と大気圧領域とが確実に隔てられ、真空チャンバ６内への空気の流入が阻止される。よって、真空チャンバ６内が確実に真空状態に保たれ、ワークＷ１を真空条件下で取り扱うことができる。また、真空シール機構３１における摺動面には合計３つあるグリース含浸リング４０，４１から十分量のグリースが供給されるとともに、そのグリースは一対のリップパッキング３７間の領域に確実に保持される。
【００３１】
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態の真空シール機構３１では、上記のごとく一対のリップパッキング３７のリップ３８が空気圧により開くように変形するため、ロッド挿通孔３３とロッド１６との隙間が確実にシールされる。しかも、真空シール機構３１における摺動面にはグリース含浸リング４０，４１により十分量のグリースが供給される。それとともに、グリースは一対のリップパッキング３７間の領域に確実に保持される。従って、真空領域側である真空チャンバ６の内部空間に、グリース中の水分等が漏れ出しにくくなっている。ゆえに、グリースの乾燥・固化が防止される。
【００３２】
以上のことから、本実施形態の構成によれば、従来品に比べて長期にわたり高いシール性が維持されるばかりでなく、高い動作性及び清浄性も維持される。よって、耐久性に優れた真空シール機構付きエアシリンダ１を実現することができる。
【００３３】
また、本実施形態によればグリースの外部漏れが防止されることから、ワークＷ１が汚染されにくくなり、ワークＷ１の品質低下等を未然に防止することができる。
【００３４】
（２）このエアシリンダ１は、出没動作を行うロッド１６を支持するための２つの軸受４２，４３を備えている。このため、摺動面に対して複数のグリース含浸リング４６から十分量のグリースが供給される結果、常に摺動抵抗の低減が図られている。これに加えて、たとえ摺動によって磨耗粉が発生したとしても、その磨耗粉は複数あるグリース含浸リング４６の内部に確実に取り込まれてしまう。このため、磨耗粉の外部への放出が防止され、周囲を汚染するようなことがない。しかも、このような軸受４２，４３は、シリンダ本体２においてピストン１０の上下両端側の位置に、言い換えると離間した２箇所に配設されている。従って、ロッド１６の出没動作時にロッド１６にかかる横荷重が確実に支承され、ロッド１６が振れにくくなる。
【００３５】
以上のことから、上記構成によれば、長期にわたり高い動作性及び清浄性が維持され、耐久性がよりいっそう向上する。
（３）この真空シール機構付きシリンダ１は、繊維を弾性体で三次元融合した繊維集合素材にグリースを含浸させたものを、グリース含浸リング４０，４１，４６として用いている。この種のグリース含浸リング４０，４１，４６は、毛羽立ちが起こりにくくて高寿命であるという利点がある。これに加え、毛細管現象により十分量のグリースをその内部に保持でき、結果として長期間にわたり摺動面における摺動抵抗の低減を図ることができる。しかも、摺動面において発生した異物をその内部に確実に取り込むことができる。
【００３６】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・実施形態において示したＹ型のリップパッキング３７のみに限らず、例えばＵ型、Ｖ型またはＸ型のリップパッキング等を用いても構わない。
【００３７】
・一対のリップパッキング３７間の領域に、２つまたは３つのグリース含浸リング４１を配設するようにしてもよい。
・真空シール機構３１におけるリップパッキング３７の数は、２個に限定されることはなく、３つ以上であっても勿論よい。
【００３８】
・軸受４２，４３におけるグリース含浸リング４６の数は３個に限定されず、２個以下または４個以上であってもよい。また、軸受４２，４３のうちの一方または両方を省略した構成を採用してもよい。
【００３９】
・グリース含浸リング４０，４１，４６を構成する繊維集合素材は、実施形態にて用いたものに限定されることはなく、例えばフェルト等でもよい。
・グリース含浸リング４０，４１，４６は必ずしも環状でなくてよく、非環状であってもよい。
【００４０】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
（１）請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、前記潤滑油含浸体は、繊維を弾性体で三次元融合した繊維集合素材に潤滑油を含浸させたものであること。従って、この技術的思想１に記載の発明によれば、毛羽立ちが起こりにくくて高寿命であることに加え、毛細管現象により十分量の潤滑油をその内部に保持でき、しかも摺動面において発生した異物をその内部に確実に取り込むことができる。
【００４１】
（２）シリンダ本体と、そのシリンダ本体内に収容されたピストンと、そのピストンに連結されたロッドと、ロッド挿通孔を有しかつ前記シリンダ本体に取り付けられた真空シール機構とを備え、前記ロッド挿通孔に挿通された前記ロッドの一端を真空領域に突出させた構造のシリンダにおいて、前記真空シール機構は、非リップ側端面を前記真空領域側に向けるとともに互いに所定間隔を隔てた状態で前記ロッド挿通孔の内周面に配設された一対の環状リップパッキングと、前記環状リップパッキング間の領域に配置された１つの第１潤滑油含浸体と、前記非リップ側端面に接触した状態で前記両環状リップパッキングごとに配置された第２潤滑油含浸体とを含むことを特徴とする真空シール機構付きシリンダ。従って、この技術的思想２に記載の発明によれば、長期にわたり高いシール性、動作性及び清浄性を維持することができ、耐久性に優れた真空シール機構付きシリンダを提供することができる。
【００４２】
（３）請求項１乃至３、技術的思想１，２のいずれか１つにおいて、前記リップパッキングは、略Ｙ型、略Ｖ型、略Ｕ型または略Ｘ型のリップパッキングであること。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、長期にわたり高いシール性、動作性及び清浄性を維持することができ、耐久性に優れた真空シール機構付きシリンダを提供することができる。
【００４４】
請求項２に記載の発明によれば、より耐久性を向上させることができる。
請求項３に記載の発明によれば、よりいっそう耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した一実施形態の真空シール機構付きシリンダの正面図。
【図２】同真空シール機構付きシリンダの底面図。
【図３】同真空シール機構付きシリンダの平面図。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図
【図５】真空シール機構の要部拡大断面図。
【図６】第１の軸受の要部拡大断面図。
【図７】第２の軸受の要部拡大断面図。
【符号の説明】
１…真空シール機構付きシリンダ、２…シリンダ本体、１０…ピストン、１６…ロッド、３１…真空シール機構、３３…ロッド挿通孔、３７…環状リップパッキング、４０…第１潤滑油含浸体としてのグリース含浸リング、４１…第２潤滑油含浸体としてのグリース含浸リング、４２，４３…軸受、４６…第３潤滑油含浸体としてのグリース含浸リング、Ｓ１…非リップ側端面。

Claims

シリンダ本体と、そのシリンダ本体内に収容されたピストンと、そのピストンに連結されたロッドと、ロッド挿通孔を有しかつ前記シリンダ本体に取り付けられた真空シール機構とを備え、前記ロッド挿通孔に挿通された前記ロッドの一端を真空領域に突出させた構造のシリンダにおいて、
前記真空シール機構は、非リップ側端面を前記真空領域側に向けるとともに互いに所定間隔を隔てた状態で前記ロッド挿通孔の内周面に配設された複数の環状リップパッキングと、前記環状リップパッキング間の領域に配置された少なくとも１つの第１潤滑油含浸体と、前記非リップ側端面に接触した状態で配置された少なくとも１つの第２潤滑油含浸体とを含むことを特徴とする真空シール機構付きシリンダ。
前記シリンダ本体は、ロッド挿通孔の内周面に第３潤滑油含浸体を複数設けた軸受を備えていることを特徴とする請求項１に記載の真空シール機構付きシリンダ。
前記軸受は、前記シリンダ本体において前記ピストンの両端側の位置にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項２に記載の真空シール機構付きシリンダ。