JP4960079B2 - 流体圧シリンダ - Google Patents

Description

本発明は、直線運動を行う移動体を収容した流体圧シリンダに関するものである。

近年、半導体製造ラインにおいて、ワーク（ウェハ等）の搬送にエアシリンダが多用されている。エアシリンダは、筒状のシリンダチューブ（本体）と、シリンダチューブ内を軸線方向に沿って移動可能なピストンロッドとから構成されている。また、ピストンロッドの一端には、シリンダチューブ内を分割するピストンが設けられている。このようなエアシリンダでは、ピストンにより分割されたシリンダチューブ内の圧力室への空気圧の供給に基づき、シリンダチューブ内のピストンロッドが移動され、該ロッドの移動に伴う駆動力でワークを搬送させるようにしているものがある（非特許文献１）。非特許文献１のエアシリンダでは、ピストンロッドを移動させたい方向とは逆側の圧力室に空気圧を供給することで該ロッドを移動させるようにしている。
「スーパーコンパクトシリンダＳＳＤシリーズ バリエーション追加」，ＣＫＤ株式会社，２００６年、５月，Ｎｏ．ＣＣ−８２９

そして、非特許文献１のエアシリンダでは、空気圧の供給態様を制御する制御装置（スピードコントローラ）などでピストンロッドの移動速度を制御することでワークを搬送する速度を制御するようになっている。そして、このようなエアシリンダでは、圧力室にエアを供給してピストンロッドの動作を開始させた時、空気圧の特性からピストンロッドが急激に速く動き出したりする場合があった。このように、急激にピストンロッドが動く場合には、ピストンロッドの動作により衝撃が生じて、ワークが破損したりワークに固定していた部品がはずれたりする虞があった。また、特に、微小なストロークだけ該ロッドを動作させて、ワークを搬送する場合には、該ロッドが急激に動作することで所望の微小ストロークの動作を制御することは困難であった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、第２の移動体の急激な動作を抑制することができる流体圧シリンダを提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、ケーシング内に、直線運動を行う第１の移動体と当該第１の移動体の運動方向に対し直交する直交方向へ直線運動を行って前記ケーシングから出没する第２の移動体とを収容した流体圧シリンダにおいて、前記ケーシングは、第１給排ポート及び第２給排ポートに連通されるシリンダ収容部に前記第１の移動体を軸線方向に移動可能に収容する筒状の本体ケースと、前記本体ケースの前記第１給排ポート及び第２給排ポートの間に形成された連通路に一方の開口端が連結されるとともに他方の開口端に前記第２の移動体を収容する筒状の出力ケースとを備え、前記第１の移動体は、前記シリンダ収容部を前記第１給排ポートに連通される第１圧力室と前記第２給排ポートに連通される第２圧力室とに分割する流体圧の受圧面を有した第１ピストン及び第２ピストンからなるピストン部と、前記第１ピストン及び第２ピストンがその両端に連結されるロッド部とからなり、前記第２の移動体は、前記ロッド部の運動方向に直交する方向に沿って移動可能に配置される出力ピンであって、該出力ピンの移動方向と直交する軸を有する車輪状のカムフォロアとしての回転部を介して前記ロッド部の外周面に常時接触し、前記ロッド部の外周面は、前記第２の移動体が前記ケーシングに対して最も没した時に接触する没時接触位置と前記第２の移動体が前記ケーシングに対して最も出た時に接触する出時接触位置との面域が、前記第２の移動体を前記直交方向へ摺動案内する案内面とされており、前記案内面の一部又は全部を、前記没時接触位置側から前記出時接触位置側に向って余弦曲線を描きながら前記ロッド部の径を拡幅してなる斜状面で形成し、前記回転部の外周面には前記ロッド部の前記外周面と面接触するように凹状溝が形成されていることを要旨とする。

この構成によれば、第２の移動体は、第１の移動体の移動に合わせロッド部の外周面に沿って、出没動作を行うようになる。このため、前記ロッド部の外周面に沿って前記出没動作をする場合、第１の移動体の直線運動は、第２の移動体の直交方向の出没動作に変換されるようになる。さらに、第２の移動体の出没動作は、ロッド部の斜状面に沿った変位で行われるようになる。すなわち、第１の移動体が急激な動作を行う場合であっても、第２の移動体は、前記斜状面に沿った変位で滑らかに動作することとなる。したがって、第２の移動体の急激な動作を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流体圧シリンダにおいて、前記案内面には、前記ロッド部の径を一定とし、前記斜状面に連設される非斜状面が形成されており、前記非斜状面は、前記没時接触位置と前記斜状面の間、及び前記出時接触位置と前記斜状面の間のうち、少なくとも何れか一方に形成されていることを要旨とする。

この構成によれば、ロッド部の径が同じに形成されている部分では、第１の移動体が動作していたとしても、第２の移動体は動作しないようになる。このため、第１の移動体が急激に動作しても、第２の移動体が前記第１の移動体の径を同じにする部分に接触している場合には、第１の移動体の動作をキャンセルさせて第２の移動体に伝達されなくなる。

本発明によれば、第２の移動体の急激な動作を抑制することができる。

以下、本発明を流体としてのエアの給排による流体圧でピストンロッドを駆動させる流体圧シリンダに具体化した一実施形態を図１〜図４に基づき説明する。
図１（ａ）は、本実施形態の流体圧シリンダ（以下、単に「シリンダ」という）１０の断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。また、図２（ａ）は、図１（ａ）の矢示Ｂ方向からの平面図であり、図２（ｂ）は、図１（ａ）の矢示Ｃ方向からの側面図である。また、以下において本実施形態のシリンダ１０は、図１（ａ）に示すように設置されるとして説明する。

図１（ａ）及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、シリンダ１０は、ケーシングＨを備え、該ケーシングＨは両側に開口部１１ａ，１１ｂを有した円筒状の本体ケース１１と、下方に向って開口部１２ａを有した円筒状の出力ケース１２とから構成されている。本体ケース１１には、連通路１１ｃが形成され当該連通路１１ｃと出力ケース１２の開口部１２ａとを連結することで、本体ケース１１の上方に出力ケース１２が連接されている。そして、本体ケース１１の内部空間と、出力ケース１２の内部空間とが、連通路１１ｃを介して連通している。なお、本体ケース１１と出力ケース１２とは、締結部材Ｎにより締結されている。また、本体ケース１１の両開口部１１ａ，１１ｂにはヘッドカバー１４と、ヘッドカバー１５とが夫々に設けられ、これらヘッドカバー１４，１５により本体ケース１１の両開口部１１ａ，１１ｂが閉鎖されている。

また、本体ケース１１内のシリンダ収容部Ｓには、該本体ケース１１の軸方向（水平方向）に沿って移動可能な第１の移動体としての棒状のピストンロッドＲが収容されるようになっている。ピストンロッドＲは、ピストン部としての第１，第２ピストン１６，１７を備え、これら第１，第２ピストン１６，１７を連結するロッド部１３から構成されている。

また、本体ケース１１の上側（出力ケース１２が連接される側）には、第１給排ポート１８と、第２給排ポート１９とが形成されている。第１給排ポート１８は、本体ケース１１に形成される流路１８ａを介して本体ケース１１の内部空間（シリンダ収容部Ｓ）に連通しており、シリンダ収容部Ｓと第１ピストン１６とから形成される第１圧力室Ｓａに流体としてエア（空気）を給排させるようになっている。また、第２給排ポート１９は、本体ケース１１に形成される流路１９ａを介して本体ケース１１の内部空間（シリンダ収容部Ｓ）に連通しており、シリンダ収容部Ｓと第２ピストン１７とから形成される第２圧力室Ｓｂに流体としてエア（空気）を給排させるようになっている。このため、シリンダ収容部Ｓは、第１，第２ピストン１６，１７により区画されている。そして、本実施形態では、第１ピストン１６の第１給排ポート１８側の面（第１圧力室Ｓａに臨む面）と、第２ピストン１７の第２給排ポート１９側の面（第２圧力室Ｓｂに臨む面）とが受圧面となる。

次に、ピストンロッドＲについて詳しく説明する。
ピストンロッドＲのロッド部１３は、その径の大きさが異なる小径端部１３ａと、大径端部１３ｂとを有し、両端部１３ａ，１３ｂの間において小径端部１３ａから大径端部１３ｂに向って径が拡幅する斜状面を有する斜状部１３ｃにより形成されている。

また、本実施形態では、ピストンロッドＲの小径端部１３ａの半径をｒ１とし、大径端部１３ｂの半径をｒ２（＞ｒ１）として両端部の半径の差がｒ２−ｒ１（本実施形態では、１ｍｍ）となるようになっている。このため、ロッド部１３の斜状部１３ｃにおいては、その小径端部１３ａ側と、大径端部１３ｂ側との径の差がｒ２−ｒ１（１ｍｍ）となるようになっている。また、ピストンロッドＲは、シリンダ収容部Ｓに収容可能な長さ（本実施形態では、４０ｍｍ）で形成されている。さらに、ピストンロッドＲは、シリンダ収容部Ｓ内を往復動する動作ストローク（本実施形態では、２０ｍｍ）が設定されており、該動作ストローク内で往復動するようになっている。そして、ピストンロッドＲは、本体ケース１１の第１給排ポート１８側に小径端部１３ａが位置するとともに、本体ケース１１の第２給排ポート１９側に大径端部１３ｂが位置するように収容される。

また、ロッド部１３の小径端部１３ａには第１ピストン１６が装着され、大径端部１３ｂには第２ピストン１７が装着されるようになっている。なお、第１，第２ピストン１６，１７は、図示しないねじ等の固定手段によりロッド部１３の両端に夫々固定されるようになっている。そして、本実施形態においてピストンロッドＲは、ロッド部１３と、第１，第２ピストン１６，１７とが一体に組みつけられることで構成されており、一体となって移動（動作）するようになっている。

また、第１ピストン１６は、ピストン本体１６ａと、緩衝材１６ｂとから構成されるとともに、第２ピストン１７は、ピストン本体１７ａと、緩衝材１７ｂとから構成されている。緩衝材１６ｂ，１７ｂは、ピストンロッドＲ（第１，第２ピストン１６，１７）がシリンダ収容部Ｓを移動しヘッドカバー１４，１５へ衝突する際の衝撃を軽減するためのものである。

また、第１，第２ピストン１６，１７の外周面には環状の装着溝１６ｃ，１７ｃが形成され、その内部にはピストンパッキン２０が夫々に装着されている。また、第１，第２ピストン１６，１７の外周面には、第１，第２ピストン１６，１７の焼付き及び偏心を防止するウェアリング２１が夫々に装着されている。

また、第２ピストン１７のロッド部１３側には、本体ケース１１内を移動するピストンロッドＲの位置を、本体ケース１１（ケーシングＨ）外に装着される磁界検出センサで検出するための位置検出用のマグネット２２がマグネット固定具２３により固定されている。

また、出力ケース１２には、開口部１２ａ（連通路１１ｃ）と対面する側に円形の出力口１２ｂが形成されている。また、出力ケース１２内の出力収容部Ｔには、ピストンロッドＲの運動方向に直交する方向（出力ケース１２の軸方向である上下方向）に沿って移動可能な第２の移動体としての出力ピン２４が収容されている。出力ピン２４は、出力ケース１２の出力口１２ｂから出没動作する出力部２４ａを備えている。本実施形態では、出力部２４ａが出力口１２ｂから常に突出しており、この突出状態を没状態と規定している。そして、出力部２４ａの前記没状態からさらに上方に出動作することで出状態に移行し、該出状態と没状態を繰り返すことで出没動作を行うようになっている。すなわち、出力部２４ａ（出力ピン２４）は、出力ケース１２（ケーシングＨ）を基準に出動作及び没動作する。また、出力ピン２４の出力部２４ａの逆側からは、平行な二つのアーム２４ｂ，２４ｃが突出して形成されている。これらアーム２４ｂ，２４ｃには、出力ピン２４の移動方向と直交する軸２４ｄを有する車輪状のカムフォロアである回転部２４ｅが回転可能に取り付けられている。

また、図１（ｂ）に示すように、回転部２４ｅの外周面は、当該面の中心から外側に向って径が大きくなり、断面が曲線を描く凹状に形成されている。なお、回転部２４ｅは、その幅がアーム２４ｂ，２４ｃの両内面と該回転部２４ｅの側面が摺動可能な幅となっている。また、出力ピン２４の出力部２４ａの外周面には、出力ピン２４を軸支するピン受け２５が配設されている。

本実施形態において、出力ピン２４の出力部２４ａは、出力ケース１２内の出力収容部Ｔに収容される一方で、アーム２４ｂ，２４ｃ、軸２４ｄ、回転部２４ｅは、連通路１１ｃを跨いで出力ケース１２の出力収容部Ｔと、本体ケース１１のシリンダ収容部Ｓとに収容されるようになっている。また、出力ピン２４は、アーム２４ｂ，２４ｃの外面（回転部２４ｅが配設される側とは反対側）が連通路１１ｃ内を摺動可能に構成されている。そして、シリンダ収容部Ｓ内において、回転部２４ｅの外周面と、ピストンロッドＲの外周面とは、接触可能に構成されている。

また、回転部２４ｅの外周面は、凹状に形成されている。このため、回転部２４ｅの外周面は、ピストンロッドＲのロッド部１３の外周面に面接触するようになっている。したがって、出力ピン２４は、ピストンロッドＲと回転部２４ｅを介して接触するようになっている。また、出力ピン２４は、自重で下方（ピストンロッドＲ側）への力が常時作用している。この結果、回転部２４ｅは、ピストンロッドＲに押圧され、回転部２４ｅの外周面とピストンロッドＲの外周面とが常時接触するようになっている。したがって、出力ピン２４とピストンロッドＲとは、常に接触することとなる。また、出力ピン２４の出力部２４ａは、出力ピン２４がピストンロッドＲに接触した状態において、突出した状態となっており、図１（ａ），（ｂ）では前記没状態となっている。

次に、上記のように構成されたシリンダ１０の動作態様をピストンロッドＲ及び出力ピン２４の動きを中心に図１（ａ）、図３及び図４（ａ）に基づき説明する。
以下、図１（ａ）に示すピストンロッドＲの大径端部１３ｂが、第２給排ポート１９側のストロークエンドにある状態を出力部２４ａの前記没状態に対応する開始状態として説明する。また、図３は、図１（ａ）のピストンロッドＲが第１給排ポート１８側に移動した状態を示しており、図３に示すピストンロッドＲの小径端部１３ａが、第１給排ポート１８側のストロークエンドにある状態を出力部２４ａの前記出状態に対応する終了状態として説明する。また、図４（ａ）は、ピストンロッドＲの軸方向の断面を模式的に示した図である。

図１に示すように、ピストンロッドＲの開始状態において、第２給排ポート１９にエアを供給すると、流路１９ａを介して第２圧力室Ｓｂ内にはエアが導入され、同室Ｓｂ内の圧力が上昇する。そして、ピストンロッドＲ、第１，第２ピストン１６，１７が一体となってシリンダ収容部Ｓ内を第１給排ポート１８側（図３の左側）に移動する。このため、第１圧力室Ｓａ内のエアが流路１８ａを介して第１給排ポート１８から外部に排出される。また、ピストンロッドＲがエアの供給に合わせてシリンダ収容部Ｓ内を移動すると、出力ピン２４の回転部２４ｅが軸２４ｄを中心にピストンロッドＲの移動方向に回転する。回転部２４ｅは、回転することでピストンロッドＲの外周面との接触位置を移動させていくようになっている。続いて、第２圧力室Ｓｂ内にエアを供給し続けると、ピストンロッドＲは、第１給排ポート１８側に向って移動する。さらに第２圧力室Ｓｂ内にエアを供給し続けると、図３に示すように、ピストンロッドＲの小径端部１３ａが、第１給排ポート１８側のストロークエンドに到達し終了状態となる。

図１に示すように、出力ピン２４は、ピストンロッドＲの開始状態である没状態において、回転部２４ｅを介してピストンロッドＲの小径端部１３ａと斜状部１３ｃとの境界である没時接触位置Ｐ１で接触している。また、図３に示すように、出力ピン２４は、ピストンロッドＲの終了状態である出状態において、回転部２４ｅを介してピストンロッドＲの大径端部１３ｂと斜状部１３ｃとの境界である出時接触位置Ｐ２で接触している。そして、出力ピン２４は、ピストンロッドＲの外周面の没時接触位置Ｐ１から、出時接触位置Ｐ２までの面域を接触可能な案内面として摺動案内されるようになっている。

そして、出力ピン２４は、回転部２４ｅを介して出時接触位置Ｐ２に位置している場合、没時接触位置Ｐ１に位置している場合に比較してピストンロッドＲの径が大きい（拡幅している）部分で接触している。このため、出力ピン２４の位置は、没状態での位置を基準にして出状態では大径端部１３ｂと小径端部１３ａの半径の差分ｈ（ｒ２−ｒ１）だけ、上昇する（ピストンロッドＲの移動方向に対して直交する方向に移動する）こととなる。したがって、本実施形態のシリンダ１０は、ピストンロッドＲの２０ｍｍの動作を、出力ピン２４の１ｍｍの動作に変化させ、ピストンロッドＲの動作を２０分の１の動作に変換していることとなる。その結果、出力部２４ａは、出力ピン２４が上昇することで出力ケース１２の出力口１２ｂに対する前記没状態から前記差分ｈ（１ｍｍ）出動作する出状態に移行する。

本実施形態のシリンダ１０は、ピストンロッドＲの水平方向の直線運動をその水平方向に対して直交する方向の運動に変化させるようになっている。すなわち、ピストンロッドＲの直線運動は、その直線運動の方向とは異なる方向の直線運動に変換されて出力ピン２４を動作させるようになっている。

また、本実施形態のピストンロッドＲの形状は、図４（ａ）に示すように、没時接触位置Ｐ１から出時接触位置Ｐ２に向って、ピストンロッドＲの軸線Ｌに対して一定の勾配となる傾斜状（テーパ状）の傾斜面Ｐａ（案内面）を形成している。また、没時接触位置Ｐ１と出時接触位置Ｐ２の傾斜面Ｐａの勾配は、上下方向の変位が差分ｈ（１ｍｍ）となる勾配となっている。なお、小径端部１３ａにおいてその端から没時接触位置Ｐ１までの間と、大径端部１３ｂにおいてその端から出時接触位置Ｐ２までの間との接触不可能範囲は、同じ径に形成されている。

図４（ａ）に示す形状のピストンロッドＲが開始状態から終了状態まで移動すると、出力ピン２４は、ピストンロッドＲの傾斜面Ｐａに沿った（案内され）一定の変位で上昇することとなる。本実施形態において、ピストンロッドＲの開始状態における動作開始時は、第２圧力室Ｓｂにエアが供給される。そして、第２圧力室Ｓｂへのエアの供給時、第１圧力室Ｓａには略エアが供給されていない状態である一方で、第２圧力室Ｓｂにはエアが供給されている状態である。このため、第２圧力室Ｓｂへのエアの供給時、第１圧力室Ｓａと第２圧力室Ｓｂの圧力の差が大きく圧力バランスが安定しておらず、第２圧力室Ｓｂにエアを供給しても供給直後にピストンロッドＲは動作をしない。そして、第１圧力室Ｓａ内の圧力と第２圧力室Ｓｂ内との圧力とが近づき、第２圧力室Ｓｂの圧力がある一定の圧力に達するとピストンロッドＲが動作を開始する。さらに、動作開始時には、第２圧力室Ｓｂの圧力が高まった状態でピストンロッドＲが動き出すため、大きな変位で急に動き出してしまう。

このようにピストンロッドＲが急に動き出す場合であっても、出力ピン２４は、傾斜面Ｐａの傾斜に沿った変位に変換されて動作するため、出力ピン２４の動き出しは滑らかになるようになっている。また、ピストンロッドＲの動作開始後は、傾斜面Ｐａの傾斜に沿って一定の変位で出力ピン２４が動作するようになる。また、ピストンロッドＲの動作ストローク（２０ｍｍ）で設定される運動は、出力ピン２４の該ピストンロッドＲの動作ストロークに比較して短い（微小）ストローク（微小ストローク（１ｍｍ））に変換されることでピストンロッドＲの動作を直接伝達させるのでなく、該動作の影響を抑制して伝達させるようになっている。

本実施形態のシリンダ１０では、ピストンロッドＲの形状により、ピストンロッドＲの開始状態から終了状態における出力ピン２４の没状態から出状態に移行する動作態様（動作過程）を異ならせることができるようになっている。そして、出力ピン２４の動作に要求される内容（出力ピン２４の動作態様）に合わせてピストンロッドＲのロッド部１３の形状を変更することで、該要求を満足させることができる。前記要求される内容としては、例えば、出力ピン２４の動き出しを確実に安定させて動作させたい場合や、出力ピン２４の動作停止を確実に安定させたい場合などがある。

次に、図４（ａ）に示すピストンロッドＲの形状を第１のパターンとして、第２〜第５のパターンとなるピストンロッドＲの形状とともに、出力ピン２４の動作態様について図４（ｂ）〜（ｅ）に基づき説明する。

また、図４（ｂ）〜図４（ｅ）は、ピストンロッドＲの軸方向の断面を模式的に示した図である。
図４（ｂ）に示すピストンロッドＲは、没時接触位置Ｐ１から所定距離間が小径端部１３ａから当該端部１３ａと同じ径で延長される非傾斜面Ｐｂ（案内面）を形成し、出時接触位置Ｐ２までの間が軸線Ｌに対して一定の勾配となる傾斜状（テーパ状）の傾斜面Ｐｃ（案内面）を形成する第２のパターンとなっている。このため、第２のパターンでは、ロッド部１３の斜状部１３ｃの案内面の一部に非斜状面が形成されている。また、没時接触位置Ｐ１と出時接触位置Ｐ２の間の傾斜面Ｐｃの勾配は、上下方向の変位が差分ｈ（１ｍｍ）となる勾配となっている。なお、所定距離は、ピストンロッドＲが動作開始してから一定の変位で動作するようになるまでの期間に相当する距離を設定している。

第２のパターンのピストンロッドＲが開始状態から動作開始すると、出力ピン２４は、非傾斜面Ｐｂと接触している間、非傾斜面Ｐｂでは径が等しいため動作しない。そして、出力ピン２４は、傾斜面Ｐｃと接触する間、傾斜面Ｐｃに沿った一定の変位で上昇することとなる。すなわち、出力ピン２４は、傾斜面Ｐｃに到達することで出動作を開始する。また、出力ピン２４は、出時接触位置Ｐ２に到達することでその動作を終了する。

また、図４（ｃ）に示すピストンロッドＲは、没時接触位置Ｐ１から軸線Ｌに対して一定の勾配となる傾斜状（テーパ状）の傾斜面Ｐｄ（案内面）を形成し、出時接触位置Ｐ２までの距離が前記所定距離となる地点から前記所定距離間が大径端部１３ｂから当該端部１３ｂと同じ径で延長される非傾斜面Ｐｅ（案内面）を形成する第３のパターンとなっている。このため、第３のパターンでは、ロッド部１３の斜状部１３ｃの案内面の一部に非斜状面が形成されている。また、没時接触位置Ｐ１と出時接触位置Ｐ２の間の傾斜面Ｐｄの勾配は、上下方向の変位が差分ｈ（１ｍｍ）となる勾配となっている。

第３のパターンのピストンロッドＲが開始状態から動作開始すると、出力ピン２４は、傾斜面Ｐｄと接触している間、傾斜面Ｐｄに沿った一定の変位で上昇することとなる。また、出力ピン２４は、非傾斜面Ｐｅと接触している間、非傾斜面Ｐｅでは径が等しいため動作しない。すなわち、出力ピン２４は、非傾斜面Ｐｅに到達することでその動作が終了される。

また、図４（ｄ）に示すピストンロッドＲは、没時接触位置Ｐ１から前記所定距離間が小径端部１３ａから当該端部１３ａと同じ径で延長される非傾斜面Ｐｆ（案内面）を形成している。さらに、ピストンロッドＲは、非傾斜面Ｐｆに続いて、軸線Ｌに対して一定の勾配となる傾斜状（テーパ状）の傾斜面Ｐｇ（案内面）を形成し、出時接触位置Ｐ２まで前記所定距離となる地点から前記所定距離間が大径端部１３ｂから当該端部１３ｂと同じ径で延長される非傾斜面Ｐｈ（案内面）を形成する第４のパターンとなっている。このため、第４のパターンでは、ロッド部１３の斜状部１３ｃの案内面の一部に非斜状面が形成されている。また、没時接触位置Ｐ１と出時接触位置Ｐ２の間の傾斜面Ｐｇの勾配は、上下方向の変位が差分ｈ（１ｍｍ）となる勾配となっている。

第４のパターンのピストンロッドＲが開始状態から動作開始すると、出力ピン２４は、非傾斜面Ｐｆと接触している間、非傾斜面Ｐｆでは径が等しいため動作しない。そして、出力ピン２４は、傾斜面Ｐｇと接触する場合には傾斜面Ｐｇに沿った一定の変位で上昇することとなる。すなわち、出力ピン２４は、傾斜面Ｐｇに到達することで出動作が開始される。また、出力ピン２４は、非傾斜面Ｐｈと接触している間、非傾斜面Ｐｈでは径が等しいため動作しない。すなわち、出力ピン２４は、非傾斜面Ｐｈに到達することでその動作が終了される。

また、図４（ｅ）に示すピストンロッドＲは、没時接触位置Ｐ１から出時接触位置Ｐ２に向って、余弦曲線の半周期分を描く傾斜状（テーパ状）の傾斜面Ｐｉ（案内面）を形成する第５のパターンとなっている。このため、第５のパターンでは、ロッド部１３の斜状部１３ｃの案内面に軸線Ｌに対する複数種類の勾配を持つ斜状面が形成されている。そして、没時接触位置Ｐ１と、出時接触位置Ｐ２の中心（変曲点）における軸線Ｌに対する勾配が最も大きい勾配となっている。また、没時接触位置Ｐ１と出時接触位置Ｐ２の傾斜面Ｐｉが描く余弦曲線の振幅は、差分ｈの半分（０．５ｍｍ）となるようになっている。

第５のパターンのピストンロッドＲが開始状態から終了状態まで移動すると、出力ピン２４は、ピストンロッドＲの傾斜面Ｐｉに沿って当該面の勾配にしたがって上昇することとなる。そして、出力ピン２４は、没時接触位置Ｐ１から当該没時接触位置Ｐ１と出時接触位置Ｐ２の中心に近づくにつれて上昇する変位が大きくなり、該中心において最も大きく上昇し、該中心から出時接触位置Ｐ２に近づくにつれ上昇する変位が小さくなるようになっている。

本実施形態では、第２のパターンのピストンロッドＲによれば、ピストンロッドＲが動作開始してから動作が安定する（一定の変位で動作するようになる）までの間の影響は、出力ピン２４に伝達されないこととなる。このため、出力ピン２４の没状態から出状態への動作開始時の動作を安定させる要求を満足させることができる。すなわち、出力部２４ａ（出力ピン２４）を出動作させる場合の動作の立ち上がりを滑らかにすることができる。

また、第３のパターンのピストンロッドＲによれば、ピストンロッドＲの動作終了時の動作の影響は、出力ピン２４に伝達させないこととなる。このため、出力ピン２４の没状態から出状態の動作終了時の動作を安定させる要求を満足させることができる。すなわち、出力部２４ａ（出力ピン２４）を出動作させる場合の動作の立ち上がり後の動作を滑らかにすることができる。

また、第４のパターンのピストンロッドＲによれば、ピストンロッドＲが動作開始してから動作が安定するまでの間の影響と、ピストンロッドＲの動作終了時の動作の影響とは、出力ピン２４に伝達させないこととなる。このため、出力ピン２４の没状態から出状態の動作開始時と、動作終了時との動作を安定させる要求を満足させることができる。すなわち、出力部２４ａ（出力ピン２４）を出動作させる場合の動作の立ち上がりと、動作の立ち上がり後の動作とを滑らかにすることができる。

また、第５のパターンのピストンロッドＲによれば、出力ピン２４の動作に緩急を持たせる要求を満足させることができ、ピストンロッドＲの動作開始時、動作終了時の動作の出力ピン２４への影響を抑制することができる。

また、本実施形態のシリンダ１０は、図３に示すように、ピストンロッドＲが第１給排ポート１８側のストロークエンドに位置する終了状態において、第１給排ポート１８からエアを供給することで、図１（ａ）に示すように、ピストンロッドＲを終了状態から開始状態に移行することができる。そして、この場合、出力ピン２４は、ピストンロッドＲが開始状態から終了状態で動作するのとは逆の動作態様で動作することとなる。その結果、出状態である出力ピン２４（出力部２４ａ）は、出時接触位置Ｐ２から没時接触位置Ｐ１に移動することとなり、没状態に移行する。

すなわち、第２のパターンのピストンロッドＲでは、出力部２４ａ（出力ピン２４）を没動作させる場合の動作の立ち上がり後の動作を滑らかにすることができる。また、第３のパターンのピストンロッドＲでは、出力部２４ａ（出力ピン２４）を没動作させる場合の動作の立ち上がりを滑らかにすることができる。また、第４のパターンのピストンロッドＲでは、出力部２４ａ（出力ピン２４）を没動作させる場合の動作の立ち上がりと、動作の立ち上がり後の動作とを滑らかにすることができる。

また、本実施形態では、第１給排ポート１８と、第２給排ポート１９から交互にエアを供給又は排出することで、図１（ｂ）の開始状態と、図３の終了状態とが繰り返し行われ、出力ピン２４の出状態と没状態とを移行させる出没動作が合わせて繰り返される。

そして、本実施形態のシリンダ１０は、半導体製造ラインにおいて、出力ピン２４上に位置する又は搬送されたワーク（ウェハ等）をピストンロッドＲの動作により、１ｍｍだけ上昇（リフト）又は下降させる。また、本実施形態のピストンロッドＲによれば、ピストンロッドＲが急激に動作する場合であっても、該動作が出力ピン２４の動作に及ぼす影響を抑制することができるため、出力ピン２４上に位置する又は搬送されたワークが破損するような事態の発生を抑制することができる。また、出力ピン２４は、一定の変位で滑らかに動作するため出力ピン２４の動作の勢いでワークが出力ピン２４からずれたり、所望のストローク以上リフトしたりする可能性がなくなる。

したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）出力ピン２４（出力部２４ａ）は、ピストンロッドＲの移動に合わせ当該ロッドＲのロッド部１３の外周面（案内面）に沿って、該ロッドＲの直線運動方向に対して直交する方向に移動する出没動作を行うようになる。このため、出力ピン２４がピストンロッドＲの外周面に沿って出没動作する場合、該ロッドＲの直線運動は、出力ピン２４の該直線運動に直交する方向の直線運動に変換されるようになる。さらに、出力ピン２４の直線運動は、ピストンロッドＲのロッド部１３の外周面に沿った変位で行われるようになる。すなわち、ピストンロッドＲが急激な動作を行う場合であっても、出力ピン２４は、前記ロッドＲのロッド部１３の外周面に沿った変位で滑らかに動作することとなる。したがって、出力ピン２４（出力部２４ａ）の急激な動作を抑制することができる。

（２）第１〜第５のパターンのように、ピストンロッドＲの形状を変更することで、出力ピン２４（出力部２４ａ）の変位を要求に応じて任意に定めることができるようになる。

（３）回転部２４ｅとピストンロッドＲのロッド部１３の斜状部１３ｃ（案内面）とは、面接触するようになっている。このため、回転部２４ｅとピストンロッドＲが点接触する場合に比較して、確実に斜状部１３ｃを捉えることができる。

（４）ピストンロッドＲの長さ及び動作ストロークは、出力部２４ａの動作ストロークに比較して長く設定した。このため、ピストンロッドＲ自体の長さや、ピストンロッドＲの動作ストロークを出力部２４ａの動作ストロークに合わせて短く構成しなくとも、出力部２４ａを微小ストローク（本実施形態では、１ｍｍ）だけ動作させることができる。

（５）出力部２４ａの出没動作する場合の動作の変位は、ピストンロッドＲのロッド部１３の外周面の形状により定めることができる。このため、供給するエアを制御することでピストンロッドＲの変位を制御する制御装置（例えば、スピードコントローラ）を用いる場合、ピストンロッドＲの変位を正確に制御しなくても、出力部２４ａの出没動作を制御することができる。一方、ピストンロッドＲの変位を正確に制御する場合、前記制御装置を多数設けてエアの給排を制御する必要がある。このため、ピストンロッドＲの変位を正確に制御しなくても良い分、前記制御装置の数を減少させることができる。また、前記制御装置の数を減少させることで、シリンダ１０自体をコンパクトにすることができ、配設の自由度も向上させることができる。

（６）ピストンロッドＲは、丸棒状に形成した。このため、出力ピン２４は、ロッド部１３のどの外周面においても確実に接触することができる。このため、ピストンロッドＲの直線運動を該直線運動に直交する方向に好適に変化させることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更しても良い。
・本実施形態において、ピストンロッドＲと、第１，第２ピストン１６，１７とは、一体に成形するようにしても良い。

・本実施形態において、本体ケース１１と、出力ケース１２とは一体に成形するようにしても良い。
・本実施形態において、カムフォロアを設けないで、出力ピン２４とピストンロッドＲのロッド部１３とが直接接触するように構成しても良い。

・本実施形態において、回転部２４ｅは、球状のカムフォロアとしても良い。この場合、出力ピン２４（回転部２４ｅ）と、ピストンロッドＲとは、点接触により接触することとなる。

・本実施形態において、ピストンロッドＲは、すべて斜状に形成しても良い。この場合、ピストンロッドＲに形成される斜状は、同じ勾配であっても良いし、例えば、２種類の勾配で形成しても良い。

・本実施形態において、ピストンロッドＲの形状は、小径端部１３ａから大径端部１３ｂに断面の径が拡幅する形状であれば、例えば、第５のパターンの波形のパターンを変更するなど任意に変更しても良い。

・本実施形態において、出力部２４ａは、２ｍｍ、３ｍｍやそれ以上のストロークの出没動作をするようにしても良い。この場合、各パターンのピストンロッドＲの勾配を大きく形成したり、第５のパターンのピストンロッドＲの振幅を大きく設定するようにする。また、１０ｍｍや、１５ｍｍなどピストンロッドＲの動作ストロークに近いストロークで出力部２４ａに出没動作させる場合には、該ロッドＲのストロークを延長したり、動作ストロークを延長させたりすることが好ましい。

次に、前記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）前記案内面の全てを斜状面で形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の流体圧シリンダ。

（ロ）前記第１の移動体は、丸棒状であることを特徴とする請求項１〜請求項３及び技術的思想（イ）のうちいずれか一項に記載の流体圧シリンダ。

（ａ）は流体圧シリンダの断面図、（ｂ）流体圧シリンダのＡ−Ａ線断面図。 （ａ）は矢示Ｂ方向正面図、（ｂ）は矢示Ｃ方向側面図。 流体圧シリンダの断面図。 （ａ）は第１のパターンのピストンロッドを示す模式図、（ｂ）は第２のパターンのピストンロッドを示す模式図、（ｃ）は第３のパターンのピストンロッドを示す模式図、（ｄ）は第４のパターンのピストンロッドを示す模式図、（ｅ）は第５のパターンのピストンロッドを示す模式図。

符号の説明

Ｈ…ケーシング、Ｐ１…没時接触位置、Ｐ２…出時接触位置、Ｐａ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｇ，Ｐｉ…傾斜面、Ｐｂ，Ｐｅ，Ｐｆ，Ｐｈ…非傾斜面、Ｒ…ピストンロッド、Ｓ…シリンダ収容部、Ｔ…出力収容部、１０…流体圧シリンダ、１１…本体ケース、１２、出力ケース、１３…ロッド部、１３ａ…小径端部、１３ｂ…大径端部、１３ｃ…斜状部、１６…第１ピストン、１７…第２ピストン、１８…第１給排ポート、１９…第２給排ポート、２４…出力ピン、２４ａ…出力部、２４ｂ，２４ｃ…アーム、２４ｄ…軸、２４ｅ…回転部。

Claims (2)

1. ケーシング内に、直線運動を行う第１の移動体と当該第１の移動体の運動方向に対し直交する直交方向へ直線運動を行って前記ケーシングから出没する第２の移動体とを収容した流体圧シリンダにおいて、
   前記ケーシングは、第１給排ポート及び第２給排ポートに連通されるシリンダ収容部に前記第１の移動体を軸線方向に移動可能に収容する筒状の本体ケースと、前記本体ケースの前記第１給排ポート及び第２給排ポートの間に形成された連通路に一方の開口端が連結されるとともに他方の開口端に前記第２の移動体を収容する筒状の出力ケースとを備え、
   前記第１の移動体は、前記シリンダ収容部を前記第１給排ポートに連通される第１圧力室と前記第２給排ポートに連通される第２圧力室とに分割する流体圧の受圧面を有した第１ピストン及び第２ピストンからなるピストン部と、前記第１ピストン及び第２ピストンがその両端に連結されるロッド部とからなり、
   前記第２の移動体は、前記ロッド部の運動方向に直交する方向に沿って移動可能に配置される出力ピンであって、該出力ピンの移動方向と直交する軸を有する車輪状のカムフォロアとしての回転部を介して前記ロッド部の外周面に常時接触し、
   前記ロッド部の外周面は、前記第２の移動体が前記ケーシングに対して最も没した時に接触する没時接触位置と前記第２の移動体が前記ケーシングに対して最も出た時に接触する出時接触位置との面域が、前記第２の移動体を前記直交方向へ摺動案内する案内面とされており、
   前記案内面の一部又は全部を、前記没時接触位置側から前記出時接触位置側に向って余弦曲線を描きながら前記ロッド部の径を拡幅してなる斜状面で形成し、
   前記回転部の外周面には前記ロッド部の前記外周面と面接触するように凹状溝が形成されていることを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 前記案内面には、前記ロッド部の径を一定とし、前記斜状面に連設される非斜状面が形成されており、
   前記非斜状面は、前記没時接触位置と前記斜状面の間、及び前記出時接触位置と前記斜状面の間のうち、少なくとも何れか一方に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体圧シリンダ。

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