JP4773249B2 - マグネット式ロッドレスシリンダ - Google Patents

Description

本発明は、非磁性体からなるシリンダチューブ内に、ピストンをシリンダチューブの軸方向へ移動可能に収容する一方、シリンダチューブの外周面に、スライド体をシリンダチューブの軸方向へ移動可能に設け、ピストンとスライド体とを磁気結合力で一体化させて、ピストンの移動にスライド体が追従可能としたマグネット式ロッドレスシリンダに関する。

マグネット式ロッドレスシリンダは、特許文献１に開示の如く、一対のヘッドカバー間に、ピストンを摺動自在に収容したシリンダチューブを架設して、シリンダチューブにスライド体をシリンダチューブの軸方向へ移動可能に外装し、ピストンの外周とスライド体におけるシリンダチューブの貫通孔の内周との何れか一方に磁石を、他方に磁性体を夫々設けてピストンとスライド体とを磁気結合したものが知られている。よって、シリンダチューブ内へ圧縮空気等の流体を供給してピストンをシリンダチューブ内で移動させれば、スライド体がピストンに追従して一体的に摺動することになる。

実用新案登録第２５１４４９９号公報

このようなマグネット式ロッドレスシリンダは、スライド体にワーク等の物品を積載してその移送に利用されるが、物品を積載した状態では、シリンダチューブにおける物品の荷重作用側にスライド体が押圧される格好となり、スライド体の摺動に大きな抵抗が生じ、荷重が大きければ摺動抵抗が大きくなり、スムーズな摺動が得られない場合がある。また、このような荷重の作用によって、スライド体に設けられるウエアリング等の摺動部材の劣化も進み、部品交換やメンテナンスの頻度が多くなってしまう。

そこで、本発明は、荷重にかかわらずスライド体のスムーズな摺動を確保でき、摺動部材の寿命維持も期待できるマグネット式ロッドレスシリンダを提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、スライド体からシリンダチューブに荷重が作用する側と反対側のピストンとスライド体との磁気結合力を、荷重が作用する側のピストンとスライド体との磁気結合力よりも大きく設定して、スライド体とシリンダチューブとの間の面圧を磁気結合力の差によって軽減可能としたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、ピストンとスライド体との何れか一方に磁石を、他方に磁石又は磁性体を夫々設けて磁気結合力を得るものにあって、磁気結合力の差を簡単に設定するために、磁気結合力の差を、スライド体からシリンダチューブに荷重が作用する側におけるピストンの磁石又は磁性体とスライド体の磁性体又は磁石との距離を、荷重が作用する側と反対側での当該距離よりも大きくすることで得る構成としたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２の目的に加えて、スライド体に設けたシリンダチューブの貫通孔に、環状の磁石又は磁性体と、シリンダチューブの外周を摺動する環状の摺動部材とを貫通孔の軸方向に並設したものにあって、ピストンの磁石又は磁性体とスライド体の磁性体又は磁石との距離の相違を簡単に設定するために、当該距離の相違を、摺動部材におけるスライド体からシリンダチューブに荷重が作用する側の厚みをその反対側よりも厚くすることで得る構成としたものである。

請求項４に記載の発明は、請求項２の目的に加えて、スライド体に設けたシリンダチューブの貫通孔に、環状の磁石又は磁性体と、シリンダチューブの外周を摺動する環状の摺動部材とを貫通孔の軸方向に並設したものにあって、ピストンの磁石又は磁性体とスライド体の磁性体又は磁石との距離の相違を簡単に設定するために、当該距離の相違を、スライド体からシリンダチューブに荷重が作用する側における摺動部材外周と貫通孔内面との間にスペーサを介在させることで得る構成としたものである。
請求項５に記載の発明は、請求項２の目的に加えて、スライド体に設けたシリンダチューブの貫通孔に、環状の磁石又は磁性体と、シリンダチューブの外周を摺動する環状の摺動部材とを貫通孔の軸方向に並設したものにあって、ピストンの磁石又は磁性体とスライド体の磁性体又は磁石との距離の相違を簡単に設定するために、当該距離の相違を、スライド体からシリンダチューブに荷重が作用する側と反対側における磁石又は磁性体の外周と貫通孔内面との間にスペーサを介在させることで得る構成としたものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、ピストンとスライド体との何れか一方に磁石を、他方に磁石又は磁性体を夫々設けて磁気結合力を得るものにあって、磁気結合力の差を簡単に設定するために、磁気結合力の差を、スライド体からシリンダチューブに荷重が作用する側と反対側における磁石の磁力を、荷重が作用する側における磁石の磁力よりも大きくすることで得る構成としたものである。

請求項１に記載の発明によれば、磁気結合力の差によってスライド体の移動を軽く且つ円滑にすることができ、スライド体の動作性が良好となる。また、面圧の軽減によって摺動部材の寿命も比較的長く維持可能となるため、部品交換やメンテナンスの頻度が減少し、ランニングコストの低減が期待できる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、簡単な設計変更で磁気結合力の差が設定可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２の効果に加えて、摺動部材の厚みを変更する簡単な構成でピストンの磁石又は磁性体とスライド体の磁性体又は磁石との距離の相違が設定可能となる。
請求項４及び５に記載の発明によれば、請求項２の効果に加えて、摺動部材の厚みを変えることなく、スペーサを介在させる簡単な構成でピストンの磁石又は磁性体とスライド体の磁性体又は磁石との距離の相違が設定可能となる。
請求項６に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、磁石の磁力の変更によって磁気結合力の差が容易に設定可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、マグネット式ロッドレスシリンダの一例を示す全体図、図２はそのスライド体部分の横断面図（但しウエアリングのハッチングとピストンとは省略している）、図３はスライド体部分の拡大縦断面図で、マグネット式ロッドレスシリンダ（以下単に「ロッドレスシリンダ」という。）１は、一対のエンドキャップ２，２の対向面間に、非磁性材料からなるシリンダチューブ３を架設させ、そのシリンダチューブ３に、ブロック状のスライド体４をシリンダチューブ３の軸方向へスライド可能に外装してなる。シリンダチューブ３は、横断面外形が扁平な長円形を呈しており、シリンダチューブ３が貫通するスライド体４を水平姿勢のまま軸方向へ案内可能となっている。

また、シリンダチューブ３の内部には、横断面が真円の一対のシリンダ孔５，５が、互いに平行となるように並設され、各シリンダ孔５内にピストン６がシリンダチューブ３の軸方向へ移動可能に収容されて、ピストン６は各シリンダ孔５内を軸方向前後のシリンダ室７，７に区画している。各エンドキャップ２には、図示しない給排ポートと、給排ポートから当該側の両シリンダ室７，７に連通する流路とが形成されており、前後の給排ポートから圧縮空気を交互に供給することにより、２つのピストン６，６がシリンダ孔５，５内を同調して往復動可能となっている。
各ピストン６は、中央のピストンシャフト８に、ドーナツ状の内側磁石９，９・・と、同形状のヨーク１０，１０・・とを交互に嵌め込み、両端からピストンエンド１１，１１によって内側磁石９とヨーク１０とを締め付け固定した構造となっている。各内側磁石９の磁極は、ＳＮ，ＮＳ，ＳＮ，ＮＳと同極同士が軸方向において対向するように配設されており、隣接するピストン６，６間では、内側磁石９の同極同士が対向するようになっている。

一方、スライド体４におけるシリンダチューブ３の貫通部分には、シリンダチューブ３よりも一回り大きい横断面長円の貫通孔１２が穿設されており、その貫通孔１２内に、シリンダチューブ３の周囲を囲む同じ長円形でドーナツ状の外側磁石１３，１３・・と、同形状のヨーク１４，１４・・とが軸方向へ交互に並設されて、それらの外側磁石１３，１３・・とヨーク１４，１４・・の両端に配置した摺動部材となる長円形で筒状のウエアリング１５，１５を介して夫々エンドプレート１６，１６を固定することで、貫通孔１２内で外側磁石１３及びヨーク１４を保持している。この外側磁石１３の磁極は、軸方向で同極同士が対向し、且つピストン６の内側磁石９の磁極とは異極同士が対向するように、ＮＳ，ＳＮ，ＮＳ，ＳＮと配設されている。よって、ピストン６，６とスライド体４とは、内側磁石９と外側磁石１３との磁気結合力によってシリンダチューブ３越しに一体化されることになる。

そして、スライド体４において、ウエアリング１５，１５は、図２，３に示すように、シリンダチューブ３の上側の厚みａの方が、下側の厚みｂよりも大きくなるように上下方向での肉厚を異ならせている。これにより、スライド体４の全体がシリンダチューブ３に対して上側に偏心した格好となり、スライド体４の外側磁石１３とピストン６の内側磁石９との距離を、スライド体４の上側の方が下側よりも大きくなる設定としている（貫通孔１２内に嵌合している外側磁石１３及びヨーク１４の上下方向の肉厚はシリンダチューブ３の上下で等しい）。よって、ピストン６，６とスライド体４との磁気結合力は、シリンダチューブ３の上側よりも下側の方が強いことになる。

以上の如く構成されたロッドレスシリンダ１においては、スライド体４の上面にワーク等の物品を積載した状態で、左右のエンドキャップ２，２の給排ポートから圧縮空気を供給すると、２つのピストン６，６がシリンダチューブ３内のシリンダ孔５，５内を同調して軸方向へ直線移動する。すると、内側磁石９と外側磁石１３との磁気結合力によってピストン６，６と一体化されるスライド体４が追従してシリンダチューブ３に沿って摺動する。
このとき、スライド体４への物品の積載により、シリンダチューブ３の上面に荷重が加わることになるが、ここではピストン６とスライド体４との磁気結合力はシリンダチューブ３の下側の方が強い設定となっているので、シリンダチューブ３に作用する荷重を上下の磁気結合力の差によって軽減でき、シリンダチューブ３の上面で大きな抵抗が発生することがない。よって、スライド体４は始動時も含めてスムーズに摺動可能となる。

また、上下の磁気結合力の差によってスライド体４には常に上向きの力が作用するため、荷重がこの上向きの力より小さい場合、ウエアリング１５への面圧は下側で軽減され（上側での面圧は理論上０である）、荷重が上向きの力より大きい場合、ウエアリング１５への面圧は上側で軽減される（下側での面圧は理論上０である）。よって、常にウエアリング１５への面圧が軽減される格好となり、ウエアリング１５の劣化が抑制される。

このように、上記形態のロッドレスシリンダ１によれば、スライド体４からシリンダチューブ３に荷重が作用する側と反対側（ここでは下側）のピストン６とスライド体４との磁気結合力を、荷重が作用する側（ここでは上側）のピストン６とスライド体４との磁気結合力よりも大きく設定して、シリンダチューブ３の上面におけるスライド体４とシリンダチューブ３との間の面圧を磁気結合力の差によって軽減可能としたことで、スライド体４の移動を軽く且つ円滑にすることができ、スライド体４の動作性が良好となる。また、面圧の軽減によってウエアリング１５の寿命も比較的長く維持可能となるため、部品交換やメンテナンスの頻度が減少し、ランニングコストの低減が期待できる。

また、ここでは、磁気結合力の差を、シリンダチューブ３の上側におけるピストン６の内側磁石９とスライド体４の外側磁石１３との距離を、シリンダチューブ３の下側での当該距離よりも大きくすることで得ているため、外側磁石１３の材質を変えることなく、簡単な設計変更で磁気結合力の差が設定可能となる。
特に、ピストン６の内側磁石９とスライド体４の外側磁石１３との距離の相違を、ウエアリング１５の上側の厚みを下側よりも厚くすることで得ているため、ウエアリング１５の厚みを変更する簡単な構成でピストン６の内側磁石９とスライド体４の外側磁石１３との距離の相違が設定可能となる。

以下、変更例を説明する。なお、先の形態と同じ構成部には同じ符号を付して重複する説明は省略する。
図４，５に示す変更例では、貫通孔１２内に収容されるウエアリング１７，１７は上下方向で同じ肉厚となっており、各ウエアリング１７の上側で貫通孔１２との間に板状のスペーサ１８，１８を介在させている。これにより、スライド体４の全体をシリンダチューブ３から上側に偏心させて、内側磁石９と外側磁石１３との距離をスライド体４の上側の方で下側よりも大きくすることができる。よって、ピストン６とスライド体４との磁気結合力に下側が上側よりも強くなる差が設定される。
このように、ピストン６の内側磁石９とスライド体４の外側磁石１３との距離の相違を、シリンダチューブ３の上側におけるウエアリング１７外周と貫通孔１２内面との間にスペーサ１８を介在させて得る構成としたことで、ウエアリング１７の厚みを変えることなく、スペーサ１８を介在させる簡単な構成でピストン６の内側磁石９とスライド体４の外側磁石１３との距離の相違が設定可能となる。

次に、図６，７に示す変更例では、同様に貫通孔１２内に収容されるウエアリング１７，１７は上下方向で同じ肉厚で、スライド体４の下側で外側磁石１３及びヨーク１４と貫通孔１２との間に板状のスペーサ１９を介在させている。これにより、外側磁石１３及びヨーク１４のみをシリンダチューブ３から上側に偏心させて、内側磁石９と外側磁石１３との距離をスライド体４の上側の方で下側よりも大きくすることができる。よって、ピストン６とスライド体４との磁気結合力に下側が上側よりも強くなる差が設定される。
このように、ピストン６の内側磁石９とスライド体４の外側磁石１３との距離の相違を、シリンダチューブ３の下側における外側磁石１３の外周と貫通孔１２内面との間にスペーサ１９を介在させて得る構成としたことで、ウエアリング１７の厚みを変えることなく、スペーサ１９を介在させる簡単な構成でピストン６の内側磁石９とスライド体４の外側磁石１３との距離の相違が設定可能となる。

そして、図８に示す変更例では、長円形でドーナツ状の外側磁石を上下に二分割して、下側の半割の外側磁石１３ｂには大きな磁力の磁石を用い、上側の半割の外側磁石１３ａには小さな磁力の磁石を用いている。これによっても、ピストン６とスライド体４との磁気結合力に下側が上側よりも強くなる差が設定される。
このように、磁気結合力の差を、シリンダチューブ３の下側における外側磁石１３の磁力を、シリンダチューブ３の上側における外側磁石１３の磁力よりも大きくすることで得る構成としたことで、上下に分割した外側磁石１３の磁力の変更によって磁気結合力の差が容易に設定可能となっている。

その他、上記形態やその変更例では、外側磁石と内側磁石との距離の変更をウエアリングの厚みやスペーサの介在によって可能としているが、外側磁石の上下方向の厚みをシリンダチューブの上下で変えることで内側磁石との距離を変更して磁気結合力の差を設定しても差し支えない。
また、上記形態やその変更例では、シリンダ孔が２つの断面長円のシリンダチューブに対してスライド体が摺動するロッドレスシリンダとなっているが、シリンダ孔が１つのシリンダチューブに対してスライド体が回り止めされた状態で摺動するロッドレスシリンダであっても本発明は適用可能である。同様に、互いに平行な複数の断面真円のシリンダチューブに対してスライド体が摺動するタイプでも適用できる。

さらに、ロッドレスシリンダはスライド体の積載面を上向きにして使用する形態にとどまらず、積載面を下向きや横向きにして使用する形態でも本発明の採用は可能である。この場合、ピストンとスライド体との磁気結合力の大小関係は、積載面が下向きの場合は上記形態と逆になるように設定すればよいし、横向きになる場合は、同様に荷重が作用する側とその反対側とで磁気結合力に差が生じるように設定すればよい。
一方、上記形態やその変更例では、ピストンとスライド体との磁気結合をどちらも磁石によって得ているが、何れか一方の磁石を磁性体に代えても差し支えない。

ロッドレスシリンダの全体図である。 スライド体部分の横断面図である。 スライド体部分の拡大縦断面図である。 ロッドレスシリンダの変更例を示すスライド体部分の横断面図である。 スライド体部分の縦断面図である。 ロッドレスシリンダの変更例を示すスライド体部分の横断面図である。 スライド体部分の縦断面図である。 ロッドレスシリンダの変更例を示すスライド体部分の横断面図である。

符号の説明

１・・マグネット式ロッドレスシリンダ、２・・エンドキャップ、３・・シリンダチューブ、４・・スライド体、５・・シリンダ孔、６・・ピストン、９・・内側磁石、１０，１４・・ヨーク、１２・・貫通孔、１３・・外側磁石、１５，１７・・ウエアリング、１８，１９・・スペーサ。

Claims (6)

1. 非磁性体からなるシリンダチューブ内に、ピストンを前記シリンダチューブの軸方向へ移動可能に収容する一方、前記シリンダチューブの外周面に、スライド体を前記シリンダチューブの軸方向へ移動可能に設け、前記ピストンとスライド体とを磁気結合力で一体化させて、前記ピストンの移動に前記スライド体が追従可能としたマグネット式ロッドレスシリンダであって、
   前記スライド体から前記シリンダチューブに荷重が作用する側と反対側の前記ピストンとスライド体との磁気結合力を、前記荷重が作用する側の前記ピストンとスライド体との磁気結合力よりも大きく設定して、前記スライド体とシリンダチューブとの間の面圧を前記磁気結合力の差によって軽減可能としたことを特徴とするマグネット式ロッドレスシリンダ。
2. ピストンとスライド体との何れか一方に磁石を、他方に磁石又は磁性体を夫々設けて磁気結合力を得るものにあっては、前記磁気結合力の差を、前記スライド体からシリンダチューブに荷重が作用する側における前記ピストンの磁石又は磁性体とスライド体の磁性体又は磁石との距離を、前記荷重が作用する側と反対側での当該距離よりも大きくすることで得るものとした請求項１に記載のマグネット式ロッドレスシリンダ。
3. スライド体に設けたシリンダチューブの貫通孔に、環状の磁石又は磁性体と、前記シリンダチューブの外周を摺動する環状の摺動部材とを前記貫通孔の軸方向に並設したものにあっては、ピストンの磁石又は磁性体とスライド体の磁性体又は磁石との距離の相違を、前記摺動部材における前記スライド体から前記シリンダチューブに荷重が作用する側の厚みをその反対側よりも厚くすることで得るものとした請求項２に記載のマグネット式ロッドレスシリンダ。
4. スライド体に設けたシリンダチューブの貫通孔に、環状の磁石又は磁性体と、前記シリンダチューブの外周を摺動する環状の摺動部材とを前記貫通孔の軸方向に並設したものにあっては、ピストンの磁石又は磁性体とスライド体の磁性体又は磁石との距離の相違を、前記スライド体から前記シリンダチューブに荷重が作用する側における前記摺動部材外周と貫通孔内面との間にスペーサを介在させることで得るものとした請求項２に記載のマグネット式ロッドレスシリンダ。
5. スライド体に設けたシリンダチューブの貫通孔に、環状の磁石又は磁性体と、前記シリンダチューブの外周を摺動する環状の摺動部材とを前記貫通孔の軸方向に並設したものにあっては、ピストンの磁石又は磁性体とスライド体の磁性体又は磁石との距離の相違を、前記スライド体から前記シリンダチューブに荷重が作用する側と反対側における前記磁石又は磁性体の外周と貫通孔内面との間にスペーサを介在させることで得るものとした請求項２に記載のマグネット式ロッドレスシリンダ。
6. ピストンとスライド体との何れか一方に磁石を、他方に磁石又は磁性体を夫々設けて磁気結合力を得るものにあっては、前記磁気結合力の差を、前記スライド体から前記シリンダチューブに荷重が作用する側と反対側における磁石の磁力を、前記荷重が作用する側における磁石の磁力よりも大きくすることで得るものとした請求項１に記載のマグネット式ロッドレスシリンダ。
   

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