JP4327996B2

JP4327996B2 - シリンダ装置

Info

Publication number: JP4327996B2
Application number: JP2000184105A
Authority: JP
Inventors: 文夫代
Original assignee: Fujikura Rubber Ltd
Current assignee: Fujikura Composites Inc
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2020-06-20
Also published as: JP2002005110A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つのピストンが内包の２重構造になったシリンダ装置に関し、簡単なエアー回路で作動圧力の異なる２種の押圧動作が可能であることはもとより、省スペース化が図れる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】
精密分野で適用される空気圧シリンダ装置としては、空気の漏れをなくしかつ摩擦抵抗を減らして精密な動作が保証できるように、シリンダ壁とピストン壁との間にダイヤフラム（布入りのゴム作動膜）を介在させたものが一般によく知られている。また、ダイヤフラムを用いることにより摺動部が無くなるので、摺動抵抗が少なく応答性に優れるために、例えば、液晶製造や半導体製造における各プロセス中の駆動源として当該シリンダ装置は極めて有用である。
【０００４】
例えば、半導体製造工程におけるウエハ研磨は、ウエハを真空吸引した状態で保持し、この保持状態で研磨処理が行なわれる。ウエハを研磨処理した後、研磨されたウエハは吸引保持装置から外す必要がある。この場合、真空状態はそのまま残っているためにウエハを外すには、最初、吸引保持に打ち勝つ大きな力を発生させる必要がある。一旦大きな力を発生させ、吸引部からウエハをわずかに離してしまえば、その後の処理は簡単で、少さな外力を与えるだけでウエハは簡単に動く。つまり、最初に大きな押圧出力が必要で、一旦、ウエハが浮いた状態になれば（真空吸引部の解除）、その後の処理は小さな押圧で十分である。
【０００５】
このような大小の押圧力を順次、発生させるシリンダ装置を提供しようとする試みは従来よりなされていた。例えば、２つのシリンダをタンデムに配置して出力の強弱を実現させたりするタンデムタイプのシリンダ装置がその好適な一例として挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の構造では、取り付け長さが長くなってしまうという問題がある。また、複数のレギュレータを適宜、配置する等の必要があり、複雑なエアー回路となってしまうという不都合もある。また、出力を変える他の手段として、電空変換器を用いる場合もあるが、この場合には装置自体が高価となり、また、押圧の異なる２段階ストロークのための制御も複雑となってしまう。
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、コンパクトな構造で省スペース化が図れるシリンダ装置を提供することにある。さらには、簡単なエアー回路で出力を変えることができるシリンダ装置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、本発明は、第１のダイヤフラムを介して第１のシリンダ部材と、第１のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、前記第１のピストン部材の内部に、第２のダイヤフラムを介して第２のシリンダ部材と第２のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、前記第２のピストン部材に出力軸が固着されているとともに、前記第１のピストン部材および第２のピストン部材は、それぞれの作動のために形成された１つの連通ポートを共有化し、かつ第２のピストン部材を作動させるためのパイロット機構部が前記１つの連通ポートと連通可能に第１のピストン部材の内部に設置されており、前記１つの連通ポートを通じて供給される圧縮空気により前記第１のピストン部材および第２のピストン部材が順次、出力作動可能になっており、前記第１のピストン部材および第２のピストン部材の各々の作動に伴う出力軸の出力が互いに異なるように作用してなるように構成される。
【０００８】
また、本発明において、前記パイロット機構部は、前記１つの連通ポートと連通できるととともに、第２のピストン部材に達する内部通気孔と、この内部通気孔の一部を一時的に開閉することができるシール弁体棒を備え、前記第１のピストン部材が出力作動すると、前記内部通気孔が一時的に「開」の状態になり、前記第２のピストン部材が出力作動できるように作用してなるように構成される。
【０００９】
また、本発明において、前記シール弁体棒は、移動棒本体と、１つの連通ポートと内部通気孔の接続口を封止することができるシール部材と、前記接続口へシール部材を押圧するように配置設置された付勢バネと、前記第１のピストン部材の出力作動とともに前記移動棒本体の先端と当接して、１つの連通ポートと内部通気孔との接続口の封止を解除させる調整ネジ機構部とを備えてなるように構成される。
【００１０】
また、本発明において、前記第１のシリンダ部材の後部に前記第１のダイヤフラムの周縁を固定するようにボンネット部材が固着されており、当該ボンネット部材には、前記１つの連通ポートが形成されているように構成される。
【００１１】
また、本発明において、前記第１のピストン部材の出力作動に伴う前記出力軸の出力値は、第２のピストン部材の出力作動に伴う前記出力軸の出力値よりも大きくなるように構成される。
【００１２】
また、本発明において、前記第２のピストン部材には、リターン用バネが係設されており、前記１つの連通ポートに連結配置されている電磁弁が排気側に切り替わることにより、前記第１および第２のピストン部材がそれぞれリターン作動してなるように構成される。
【００１３】
また、本発明において、前記パイロット機構部が作動し、第２のピストン部材に達する内部通気孔に圧縮空気が供給されると、内部通気孔の先端と当接している前記第２のピストン部材の第２のリテーナ当接面が離れて、圧縮空気が第２のシリンダ内に供給されてなるように構成される。
【００１４】
また、本発明において、前記第１および第２のピストン部材がそれぞれ出力作動できるように、エアー抜き孔が形成されて構成される。
【００１５】
【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。
【００１６】
本発明のシリンダ装置１の正面縦断面図が図１に示される。図２には図１の平面図が、図３には図１の側面図が、それぞれ示される。
【００１７】
図１に示されるように、本発明のシリンダ装置１は、１つのピストンが他の１のピストンを内包している内包２重構造になっており、極めてコンパクトな構成で、しかも１つの作動圧縮空気を導入するだけで、異なる大小２種の圧力による押圧動作が、順次行われるようになっているところに特徴がある。
【００１８】
すなわち、本発明のシリンダ装置１は、第１のダイヤフラム６０を介して第１のシリンダ部材２０と、第１のピストン部材３０が相対移動をなすように形成されており、さらに第１のピストン部材３０の内部に、第２のダイヤフラム７０を介して第２のシリンダ部材４０と第２のピストン部材５０が相対移動をなすように形成されている。
【００１９】
本発明においては、外部のワークに対して押圧の作用を行う出力軸５１は、図示のごとく第２のピストン部材５０の軸方向前部に延設されるように固着されており、前記第１のピストン部材３０および第２のピストン部材５０は、それぞれの作動のために形成された１つの連通ポート１１を共有化している。
【００２０】
このような１ポート共有化の構造を採択しているために、本発明においては、第２のピストン部材５０を作動させるためのパイロット機構部９０が第１のピストン部材３０の内部に実質的に設置されている。そして、このパイロット機構部９０が作動することにより、第２のピストン部材５０を作動させるための内部通気孔１０と連通ポート１１とが連通可能になるようになっている。これについては後で詳述する。そして、前記１つの連通ポート１１を通して供給される圧縮空気（作動空気）により、前記第１のピストン部材および第２のピストン部材が順次、出力作動可能になっている。なお、図示していない圧力源、減圧弁を介して前記１つの連通ポート１１に至るまでの配管途中に、圧力導入の切り換え用の電磁弁（図示していない）が設けられている。
【００２１】
本発明において使用される連通ポート１１は１つだけであり、しかもこれに供給される圧縮空気の圧力は実質的に同じであるので、前記第１および第２のピストン部材３０，５０の各々の作動に伴う（前記第１および第２のダイヤフラム６０，７０の各々の作動に伴う）出力軸５１の出力が互いに異なるように作用する。すなわち、各ピストン部材の有効受圧面積の違いにより、第１のダイヤフラム６０の作動の際の（これに合わせて第１のピストン部材３０が作動する）出力軸５１の出力値は、これに続いて作用する第２のダイヤフラム７０の作動の際の（これに合わせて第２のピストン部材５０が作動する）出力軸５１の出力値よりも大きくなる。
【００２２】
また、本発明において、前記第１のシリンダ部材２０の後部には、ボンネット部材４が第１のダイヤフラム６０の周縁フランジ部６１を固定するように固着されており、さらに、前記第１のダイヤフラム６０の中央部６３は、リング状の第１のリテーナ３５によって、第１のピストン部材３０の後部に固着されている。なお、符号３６は、リテーナ３５をピストン部材３０に固定するための固着用のネジを示している。
【００２３】
さらに前述したようにボンネット部材４には、前記第１のピストン部材３０および第２のピストン部材５０がそれぞれ出力作動できるように、共有される１つの連通ポート１１が形成されている。すなわち、まず第１に、１つの連通ポート１１は、図示のごとく、ボンネット部材４に穿設された通気孔１２を介して、第１のシリンダ内腔部２７と連通している。そして、第１の連通ポート１１から通気孔１２を介して、第１のシリンダ内腔部２７内に圧縮空気が導入されると、第１のダイヤフラム６０がローリング運動をするとともに、第１のピストン部材３０がストロークST1の距離ほど前進して出力軸５１に出力される。
【００２４】
第１のダイヤフラム６０のローリング運動に関しては、第１のピストン部材３０と第１のシリンダ部材２０との間に形成される第１のダイヤフラム６０の折り返し部６２の箇所で生じるいわゆるローリング移動でシリンダ２０内のピストン部材３０の往復動が可能になっている。
【００２５】
また、本発明において、前記パイロット機構部９は、前記１つの連通ポート１１と連通できるととともに、第２のピストン部材５０に実質的に達する一連の内部通気孔１０と、この内部通気孔１０の一部を一時的に開閉することができるシール弁体棒９０を備えている。
【００２６】
前記一連の内部通気孔１０は、連通ポート１１と近接する連通ポート連接口１４と、前記シール弁体棒９０が実質的に挿着される摺接連通孔１５と、摺接連通孔１５から分岐して第２のピストン部材５０に導かれる分岐連通孔１６，１７を備えている。また、前記シール弁体棒９０は、その要部として摺接連通孔１５内を軸方向に移動できる移動棒本体（９０´）を備え、このものは、連通ポート１１側の端部に設けられたＯリング嵌着用の凹部９１と、第１の摺接棒部９２と、第２の摺接棒部９３と、バネ配置棒部９４と、棒先端部９５とを一体的に備えている。前記Ｏリング嵌着用の凹部９１には、シール部材としてのシール用のＯリング１００が嵌着されており、このものによるシール作用の有無により、第２のピストン部材５０へ向けての作動圧縮空気の流入が制御可能になっている。
【００２７】
また、図示のごとく第２の摺接棒部９３の外周には作動圧縮空気が軸方向にリークしないようにシール用のＯリング１０１が配置されている。このＯリング１０１は、筒状の固定部材１１０によって押圧固定されており、この筒状の固定部材１１０は、ストップリング１３２によって図示のごとく第１のピストン部材３０内に形成された穴部に固定されている。筒状の固定部材１１０の内部には、付勢バネ１２０がシール弁体棒９０を出力方向に常に付勢するように配置され、そのバネ１２０の一方端は、筒状の固定部材１１０の内部と係止し、バネ１２０の他方端は、バネ座１３５を介してストップリング１３１によりシール弁体棒９０の棒先端部９５と係止している。
【００２８】
さらに、シール弁体棒９０の棒先端部９５の先端と対向するように調整ネジ機構部８３が設けられており、調整ネジ機構部８３は棒先端部９５の先端と当接することのある調整ネジ８１と、この調整ネジ８１の位置決めを適宜行う調整ナット８２とから構成される。調整ネジ機構部８３は、前記第１のピストン部材３０の出力作動とともに前記移動棒本体９０´の先端と当接して、１つの連通ポート１１と内部通気孔１０の連通ポート連接口１４の封止を解除させる役目を担っている。従って、第１のピストン部材３０の出力作動前における（シール弁体棒９０）棒先端部９５の先端と対向配置される調整ネジ８１との間隔は、第１のピストン部材３０のストローク距離ST1よりも短いことが必要である。
【００２９】
前記第１のピストン部材３０が出力作動すると、次いで、前記パイロット機構部９が作動し調整ネジ８１と衝突した移動棒本体９０´がバックすると、連通ポート１１と近接する連通ポート連接口１４におけるシール用のＯリング１０１のシールが解除される（空気流入の隙間が空く）。これにより、第２のピストン部材５０に実質的に達する内部通気孔１０に圧縮空気が供給されると、内部通気孔１０の先端と当接している前記第２のピストン部材５０の第２のリテーナ５５の当接面が押されて隙間が生じ、圧縮空気が第２のシリンダ内（厳密には、第２のシリンダ内腔部４７内）に供給されるようになっている。これにより、第２のダイヤフラム７０がローリング運動をするとともに、第２のピストン部材５０がストロークST2の距離ほど前進して出力軸５１に出力される。
【００３０】
なお、第２のダイヤフラム７０は、その周縁フランジ部７１が前部第１のピストン部材３０の内部と、第２のシリンダ部材４０により挟持・固定され、その略中央部は、第２のリテーナ５５により固定されている。第２のダイヤフラム７０の動作は、上述したとおりである。
【００３１】
また、本発明における前記第２のピストン部材５０には、図示のごとくリターン用バネ８０が第２のピストン部材５０をリターン方向に付勢するように係設されている。そして、前記連通ポート１１に連接されている電磁弁（図示していない）が排気側に切り替わることにより、前記第１および第２のピストン部材３０，５０がそれぞれリターン作動（出力側とは反対方向の移動）するようになっている。
【００３２】
また、本発明においては、前記第１および第２のピストン部材３０，５０がそれぞれ確実に出力作動できるように、第１のシリンダ２０の肉厚部には、穿設されたエアー抜き孔２５が形成されている。
【００３３】
なお、図１において、第１のシリンダ部材２０と第１のピストン部材３０の摺動部には、ドライベヤリングであるブッシュ部材２１が介在されており、出力軸５１の摺動部にもドライベヤリングであるブッシュ部材２２が介在されている。
上記のごとく本発明における第１および第２のピストン部材の出力作動は、常に、第１のピストン部材３０が出力された後に、第２のピストン部材５０が出力されるようになっている。つまり、第２のピストン部材５０は、第１のピストン部材３０に従属されるように作動される。具体的な個々の作動についての概略説明は上述した通りであるが、全体動作を以下、まとめて詳述する。
【００３４】
（１）最初に、連通ポート１１から圧縮空気が導入され、第１のピストン部材３０がストロークST1の距離ほど前進して出力軸５１に大きな出力が発生させられる（第１のピストン３０の受圧面積が大きい分、出力は大きくなる）。この第１のピストン部材３０のストロークST1の際に、移動棒本体９０´（シール弁体棒９０）そのものはストロークST1の距離分だけ移動しようとするが、移動が完全に終了する前に移動棒本体９０´の先端は、調製ネジ８１の先端と当接してしまい、（このような当接ができるように調整ネジ８１の位置があらかじめ調整されている）、移動棒本体９０´の前進移動分は、ストロークST1より小さくなり、その差の分だけ、移動棒本体９０´は第１のピストン３０から後退してしまい、それによって、いままでシール用のＯリング１００（シール部材１００）によりシールされていた、連通ポート連接口１４がわずかに開けられる。これにより、開けられた連通ポート連接口１４から、摺接連通孔１５、分岐連通孔１６，１７（以上、内部通気孔１０を構成する）を経て、第２のシリンダ内腔部４７内に圧縮空気が導入され、第２のピストン部材５０がストロークST2の距離ほど前進して出力軸５１に小さな出力が発生させられる（第２のピストン５０の受圧面積が小さい分、出力は小さくなる）。
【００３５】
このようにして、押圧操作の対象であるワークに対して所定の押圧操作をした後、前記連通ポート１１に連接されている電磁弁（図示していない）を排気側に切り替えることにより、前記第１および第２のピストン部材３０，５０を、リターン用バネ８０の力により、それぞれリターン作動（出力側とは反対方向の移動）させる。
【００３６】
なお、第２のピストン部材５０のリターン作動を確実にするために、Ｏリング１００の外側表面が接する連通ポート連接口１４のテ−パ形状面に沿ってわずかなスリット溝を設けておき、いわゆるリリーフ弁機構と実質的に同じ作用をさせて、第２のピストン部材５０のリターン作動の際の排気を確実にしておくことが望ましい。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳述してきたように、本発明は、第１のダイヤフラムを介して第１のシリンダ部材と、第１のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、前記第１のピストン部材の内部に、第２のダイヤフラムを介して第２のシリンダ部材と第２のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、前記第２のピストン部材に出力軸が固着されているとともに、前記第１のピストン部材および第２のピストン部材は、それぞれの作動のために形成された１つの連通ポートを共有化し、かつ第２のピストン部材を作動させるためのパイロット機構部が前記１つの連通ポートと連通可能に実質的に第１のピストン部材の内部に設置されており、前記１つの連通ポートを通じて供給される圧縮空気により前記第１のピストン部材および第２のピストン部材が順次、出力作動可能になっており、前記第１のピストン部材および第２のピストン部材の各々の作動に伴う出力軸の出力が互いに異なるように作用してなるように構成されているので、極めてコンパクトな構造で省スペース化が図れるという素晴らしい効果が発現する。さらには、簡単なエアー回路で出力を変えることができるという優れた効果が発現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリンダ装置１の正面縦断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の側面図である。
【符号の説明】
１…シリンダ装置
９…パイロット機構部
２０…第１のシリンダ部材
３０…第１のピストン部材
４０…第２のシリンダ部材
５０…第２のピストン部材
５１…出力軸
６０…第１のダイヤフラム
７０…第２のダイヤフラム

Claims

第１のダイヤフラムを介して第１のシリンダ部材と、第１のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、
前記第１のピストン部材の内部に、第２のダイヤフラムを介して第２のシリンダ部材と第２のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、
前記第２のピストン部材に出力軸が固着されているとともに、前記第１のピストン部材および第２のピストン部材は、それぞれの作動のために形成された１つの連通ポートを共有化し、かつ第２のピストン部材を作動させるためのパイロット機構部が前記１つの連通ポートと連通可能に第１のピストン部材の内部に設置されており、
前記１つの連通ポートを通じて供給される圧縮空気により前記第１のピストン部材および第２のピストン部材が順次、出力作動可能になっており、
前記第１のピストン部材および第２のピストン部材の各々の作動に伴う出力軸の出力が互いに異なるように作用してなることを特徴とするシリンダ装置。
前記パイロット機構部は、前記１つの連通ポートと連通できるととともに、第２のピストン部材に達する内部通気孔と、この内部通気孔の一部を一時的に開閉することができるシール弁体棒を備え、
前記第１のピストン部材が出力作動すると、前記内部通気孔が一時的に「開」の状態になり、前記第２のピストン部材が出力作動できるように作用してなる請求項１に記載のシリンダ装置。
前記シール弁体棒は、移動棒本体と、１つの連通ポートと内部通気孔の接続口を封止することができるシール部材と、前記接続口へシール部材を押圧するように配置設置された付勢バネと、前記第１のピストン部材の出力作動とともに前記移動棒本体の先端と当接して、１つの連通ポートと内部通気孔との接続口の封止を解除させる調整ネジ機構部とを備えてなる請求項１または請求項２に記載のシリンダ装置。
前記第１のシリンダ部材の後部に前記第１のダイヤフラムの周縁を固定するようにボンネット部材が固着されており、
当該ボンネット部材には、前記１つの連通ポートが形成されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のシリンダ装置。
前記第１のピストン部材の出力作動に伴う前記出力軸の出力値は、第２のピストン部材の出力作動に伴う前記出力軸の出力値よりも大きい請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のシリンダ装置。
前記第２のピストン部材には、リターン用バネが係設されており、前記１つの連通ポートに連結配置されている電磁弁が排気側に切り替わることにより、前記第１および第２のピストン部材がそれぞれリターン作動してなる請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のシリンダ装置。
前記パイロット機構部が作動し、第２のピストン部材に達する内部通気孔に圧縮空気が供給されると、内部通気孔の先端と当接している前記第２のピストン部材の第２のリテーナ当接面が離れて、圧縮空気が第２のシリンダ内に供給されてなる請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のシリンダ装置。
前記第１および第２のピストン部材がそれぞれ出力作動できるように、エアー抜き孔が形成されている請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のシリンダ装置。