JP5059732B2 - 流体圧シリンダ - Google Patents

Description

本発明は、多段型の流体圧シリンダに関するものである。

この種の流体圧シリンダの典型的なものとして、最も外側に位置するシリンダ本体の内側に可動シリンダとピストンロッドとを順次装着した多段型複動式の流体圧シリンダが知られている。この多段型複動式の流体圧シリンダにおいては、可動シリンダとピストンロッドに相当する数だけ軸受が必要になるため軸受の数が増え、軸受の数が増える分だけシリンダ間のクリアランスも増加するから、軸線方向と直交する方向に対するピストンロッドの偏心量が大きくなる。このため、ピストンロッドに軸線方向と直交する方向に相対的に大きな横荷重がかかる場合は、ピストンロッドを軸線方向に円滑に移動させるためのガイド手段が付設される。

図９は従来の流体圧シリンダの一部破断して示す正面図である。同図において、１０１はベース１０２に立設されたシリンダ本体であって、このシリンダ本体１０１の内部には、可動シリンダ１０３が図中上下方向に移動自在に支持されている。この可動シリンダ１０３の内部にはシリンダロッド１０４が図中上下方向に移動自在に支持されており、シリンダロッド１０４の上端部には、連結ブロック１０６がナット１０５によって取り付けられている。

１１０，１１０はシリンダ本体１０１の両側においてベース１０２に立設された固定ガイド部材であって、これら固定ガイド部材１１０，１１０の内部には、ガイド用ブッシュ１１１が設けられ、このガイド用ブッシュ１１１を介してガイドロッド１１２が上下方向に移動自在に支持されている。これらガイドロッド１１２，１１２の上端部は、ナット１１３，１１３によって連結ブロック１０６に取り付けられており、連結ブロック１０６を介してピストンロッド１０４がガイドロッド１１２，１１２と一体的に移動する。

このような構造において、シリンダ本体１０１に設けたポート１０７に圧縮空気を供給することにより、先ず可動シリンダ１０３が上方に移動し、次いでピストンロッド１０４が図中二点鎖線で示すように上方に移動する。この状態で、シリンダ本体１０１に設けたポート１０８に圧縮空気を供給することにより、先ずピストンロッド１０４が下方に移動し、次いで可動シリンダ１０３が図中実線で示すように下方に移動する。このピストンロッド１０４および可動シリンダ１０３の上下方向への移動は、ガイドロッド１１２とガイド部材１１０とによるガイド作用によって円滑に行われる。

上述した従来の流体圧シリンダにおいては、可動シリンダ１０３およびピストンロッド１０４をそれぞれ個々に移動させて二段階に移動させる構造としたのに対して、ガイドロッド１１２は一つの棒によって形成されている。このため、可動シリンダ１０３およびピストンロッド１０４をそれぞれ下方に移動させたときに、ガイドロッド１１２がベース１０２から下方に長さＬ１だけ突出してしまい、ピストンロッド１０４の移動方向に対して省スペース化を図ることができないという問題があった。

この問題を解決するものとして、ピストンロッドと、このピストンロッドを移動自在に
支持する第２シリンダと、前記ピストンロッドに連動して移動することによりピストンロ
ッドをガイドするガイドバー部材と、前記第２シリンダに連動して移動することにより第
２シリンダをガイドするガイドバーとを備え、前記ガイドバー部材を前記ガイドバーの内
部に収容するようにして、ガイド手段をガイドバーとガイドバー部材とによって多段型に
構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
実開平３−１７４０４号公報（第５図参照）

上述した従来の流体圧シリンダにおいては、ピストンロッドおよび第２シリンダのストローク量を長くしようとすると、ピストンロッドの軸線と直交する方向からの横荷重に対して偏心量が大きくなる。一方、偏心量を小さくするためにガイドバーとガイドバー部材との間に介在する支持部材のクリアランスを小さくすると、ガイドバーおよびガイドバー部材と支持部材との間の摩擦力が大きくなって、ピストンロッドを円滑にガイドすることができなくなるという問題があった。

本発明は上記した従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、横荷重に対するピストンロッドの偏心量を小さくするとともに、ピストンロッドを円滑かつ確実にガイドすることができる流体圧シリンダを提供するところにある。

この目的を達成するために、本発明は、シリンダ本体と、このシリンダ本体の内部に軸線方向に移動自在に支持される円筒状に形成された可動シリンダと、この可動シリンダの内部に軸線方向に移動自在に支持されるピストンロッドと、このピストンロッドの移動をガイドするガイド手段とを備えた流体圧シリンダにおいて、前記ガイド手段は、固定ガイドチューブと、この固定ガイドチューブの内部に軸線方向に移動自在に支持される円筒状に形成された可動ガイドチューブと、この可動ガイドチューブの内部に軸線方向に移動自在に支持されるガイドロッドと、前記固定ガイドチューブの内周面と前記可動ガイドチューブの外周面との間および前記可動ガイドチューブの内周面と前記ガイドロッドの外周面との間にそれぞれ圧接された状態で介装される多数のボールからなる第１および第２のボールベアリングと、これら第１および第２のボールベアリングのボールのそれぞれを互いに間隔をおいた状態で回転自在に保持するリテーナとを備え、前記ガイドロッドおよび前記可動ガイドチューブの移動に追従して、前記ボールを回転させながら前記ボールベアリングが移動するものである。

本発明は、前記発明において、前記ガイド手段を複数設けたものである。

本発明によれば、固定ガイドチューブの内周面と可動ガイドチューブの外周面および可動ガイドチューブの内周面とガイドロッドの外周面との間にボールベアリングを構成する多数のボールが圧接された状態で介装されているため、ピストンロッドに軸線方向と直交する方向からの横荷重が加わってもピストンロッドの偏心を規制することができる。また、ボールベアリングを構成する多数のボールが互いに干渉することがないためボール間に摩擦が発生することがなく、かつボールが可動ガイドチューブおよびガイドロッドの移動に追従して回転しながら移動するため、固定ガイドチューブ、可動ガイドチューブおよびガイドロッドとボールとの間に発生する摩擦が相対的に小さくなるため、ピストンロッドを円滑かつ確実にガイドすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明に係る流体圧シリンダの外観を示す正面図、図２は同じく一部破断して示す正断面図、図３は同じくピストンが往動端に達した状態を一部破断して示す正断面図、図４は同じくボールベアリングの構成およびボールベアリングの装着状態を示す斜視図、図５は図３におけるＶ部の拡大図である。

図１に全体を符号１で示す２段型複動式の流体圧シリンダは、全体が直方体に形成されたシリンダ本体２を備えており、このシリンダ本体２には、図２に示すように上下方向（矢印Ａ−Ｂ方向）に貫通する二つの貫通孔２ａ，２ｂが設けられている。流体圧シリンダ１は、貫通孔２ａの内側に順次装着される円筒状に形成された可動シリンダ３および棒状に形成されたピストンロッド４を備えている。５，６はシリンダ本体２に設けられたポートであって、図示を省略した配管材が接続されることにより、圧縮空気の供給および排出が行われる。

７は可動シリンダ３の下端部に取り付けられた第１のピストン、８はピストンロッド４の下端部に取り付けられた第２のピストンである。貫通孔２ａ、可動シリンダ３および第１のピストン７によって囲まれる空間は、貫通孔２ａの上端部に取り付けられる第１のロッドカバー９によって密閉され、第１のピストン７に対して往動端側（矢印Ａ方向）の空気室１０を形成する。また、可動シリンダ３、ピストンロッド４および第２のピストン８によって囲まれる空間は、可動シリンダ３の上端部に取り付けられる第２のロッドカバー１１によって密閉され、第２のピストン８に対して往動端側の空気室１２を形成する。貫通孔２ａのヘッド側の空間は、貫通孔２ａの下端部に取り付けられるヘッドカバー１３によって密閉され、第１のピストン７に対して復動端側（矢印Ｂ方向）の空気室１４を形成する。

第２のロッドカバー１１の空気室１２側の端面には、リング状の緩衝材１５が取り付けられており、この緩衝材１５によって、第２のピストン８が第２のロッドカバー１１の端面において停止するときに生じる衝撃が緩衝される。１６は第２のロッドカバー１１の内周面に取り付けられたパッキンである。第１のロッドカバー９の内周面、第１のピストン７および第２のピストン８の外周面のそれぞれには、パッキン１８，１９，２０が取り付けられている。

ヘッドカバー１３の空気室１４側の端面には、リング状の緩衝材２１が取り付けられており、この緩衝材２１によって、第１のピストン７および第２のピストン８がヘッドカバー１３の端面において停止したときに衝撃が緩衝される。ピストンロッド４の上端には、連結ブロック２５がボルト２４によって取り付けられている。

次に、このように構成された流体圧シリンダ１の動作について説明する。先ず、往動について説明する。図１において、ポート５を介して空気室１４に圧縮空気を供給することにより、先ず第１のピストン７がシリンダ本体２の内周面を往動方向（矢印Ａ方向）に摺動し始める。その結果、第２のピストン８と可動シリンダ３との相対的な位置関係に変化しない状態で、可動シリンダ３、第２のピストン８およびピストンロッド４が往動する。第１のピストン７が往動端に達すると、第２のピストン８が可動シリンダ３の内周面を往動方向に摺動し始め、図３に示すように第２のピストン８が往動端に達すると第２のピストン８およびピストンロッド４が停止する。

次に、復動について説明する。図３において、ポート６を介して空気室１０に圧縮空気を供給すると、先ず第１のピストン７がシリンダ本体２の内周面を復動方向に摺動し始め、可動シリンダ３、第２のピストン８およびピストンロッド４が共に復動する。この状態で、圧縮空気は空気室１２に供給され、第２のピストン８は可動シリンダ３の内周面を復動方向に摺動するので、ピストンロッド４が復動する。以上説明した流体圧シリンダ１は、従来の流体圧シリンダと格別変わるところはない。

次に、図２ないし図５を用いて、本発明の特徴であるガイド手段３０について説明する。図２に全体を符号３０で示すガイド手段は、シリンダ本体２の貫通孔２ｂに嵌合固定される最も外側に位置する円筒状に形成された固定ガイドチューブ３１と、この固定ガイドチューブ３１の内側に順次装着される円筒状に形成された可動ガイドチューブ３２および棒状に形成されたガイドロッド３３とを備えている。可動ガイドチューブ３２は固定ガイドチューブ３１に対して、後述するリテーナ３５と鋼球３６とによって構成された第１のボールベアリング３６Ａによって矢印Ａ−Ｂ方向に移動自在に支持され、ガイドロッド３３は可動ガイドチューブ３２に対して後述するリテーナ４０と鋼球４１とによって構成された第２のボールベアリング４１Ａによって矢印Ａ−Ｂ方向に移動自在に支持されている。すなわち、ガイド手段３０は、可動ガイドチューブ３２とガイドロッド３３とが個々に矢印Ａ−Ｂ方向へ移動可能な２段型複動式のガイドを構成している。

リテーナ３５は円筒状に形成され、可動ガイドチューブ３２の軸線周りに回転自在となるように可動ガイドチューブ３２の外周部に遊嵌されており、このリテーナ３５に保持される多数のボールとしての鋼球３６が固定ガイドチューブ３１の内周面と可動ガイドチューブ３２の外周面との間に介装されている。

リテーナ３５は軽合金によって相対的に軽量に形成されており、図４に示すように互いに等間隔をおいて千鳥状に配置された多数の保持孔３５ａが設けられている。この保持孔３５ａは、図５に示すように断面がすり鉢状に形成されており、固定ガイドチューブ３１の内径が鋼球３６の外周径よりもわずかに小さく形成され、可動ガイドチューブ３２の内径が鋼球３６の内周径よりもわずかに大きく形成されている。また、リテーナ３５の厚みｔ１は鋼球２６の直径よりも小さく形成されている。

したがって、鋼球３６はリテーナ３５から両極部が露呈するように、保持孔３５ａ内のそれぞれに回転自在に保持され、互いに接触しないように互いの間隔が等間隔をおいて配置されている。また、固定ガイドチューブ３１の内周面と可動ガイドチューブ３２の外周面との間隔ｔ２は、鋼球２６の直径よりもわずかに小さく形成されている。したがって、鋼球３６は、可動ガイドチューブ３２の外周面と固定ガイドチューブ３１の内周面との間に、圧接された状態で介装されている。ここでの圧接状態とは、固定ガイドチューブ３１または可動ガイドチューブ３２の鋼球３６の外周面が当接する部位がわずかに弾性変形して撓む程度の状態であって、可動ガイドチューブ３２が移動する際に鋼球３６が回転不能状態になって、固定ガイドチューブ３１または可動ガイドチューブ３２と鋼球３６との間にすべりが発生するのではなく、可動ガイドチューブ３２の移動に追従して鋼球３６が回転しながら移動する程度の圧接状態をいう。固定ガイドチューブ３１の上下端部には、固定ガイドチューブ３１と可動ガイドチューブ３２との間からリテーナ３５が脱落することを規制するリング状の脱落規制部材３７，３８が設けられている。

また、可動ガイドチューブ３２の内周面とガイドロッド３３の外周面との間には、上述したリテーナ３５と鋼球３６と同じ機能を有するリテーナ４０と鋼球４１とが介装されている。可動ガイドチューブ３２の上端部および中央部には、可動ガイドチューブ３２とガイドロッド３３との間からリテーナ４０が脱落することを規制するリング状の脱落規制部材４２，４３が設けられている。

このように構成されていることにより、ピストンロッド４が往復動することにより、連結ブロック２５を介してガイドロッド３３および可動ガイドチューブ３２が矢印Ａ−Ｂ方向へ移動する。これらガイドロッド３３および可動ガイドチューブ３２の移動に追従して鋼球４１，３６が回転しながらガイドロッド３３および可動ガイドチューブ３２と同方向へ移動する。鋼球４１，３６を保持しているリテーナ４０，３５も矢印Ａ−Ｂ方向へ移動し、その移動距離はガイドロッド３３および可動ガイドチューブ３２のそれぞれの移動距離の半分になる。

この場合、ガイド手段３０が、矢印Ａ−Ｂ方向へ個々に移動可能な可動ガイドチューブ３２とガイドロッド３３とによって２段型複動式のガイド手段を構成しているため、可動ガイドチューブ３２が流体圧シリンダ１のシリンダ本体２の下方から突出するようなことがない。すなわち、図３に示すようにガイドロッド３３の移動量Ｓがシリンダ本体２の高さ方向の寸法Ｌよりも長いにもかかわらず、移動量Ｓが可動ガイドチューブ３２の移動量Ｓ１とガイドロッド３３の移動量Ｓ２とによって分担されていることにより、可動ガイドチューブ３２が復動端に位置付けられたときに、可動ガイドチューブ３２がシリンダ本体２の下方から突出するようなことがない。このため、流体圧シリンダ１の省スペース化を図ることができる。

また、固定ガイドチューブ３１の内周面と可動ガイドチューブ３２の外周面および可動ガイドチューブ３２の内周面とガイドロッド３３の外周面との間に多数の鋼球３６，４１が圧接された状態で介装されているため、ピストンロッド４に軸線方向と直交する方向から横荷重が加わってもピストンロッド４の偏心を規制することができる。また、多数の鋼球３６，４１がリテーナ３５，４０によって間隔をおいて設けられているため、互いに干渉することがないことにより鋼球３６，４１間に摩擦が発生することがなく、かつ鋼球３６，４１が可動ガイドチューブ３２およびガイドロッド３３の移動に追従して回転しながら移動するため、固定ガイドチューブ３１、可動ガイドチューブ３２およびガイドロッド３３と鋼球３６，４１との間に発生する摩擦が相対的に小さいため、ピストンロッド４を円滑かつ確実にガイドすることができる。さらに、リテーナ３５，４０により鋼球３６，４１が互いに等間隔をおいて設けられているため、ピストンロッド４をより一層円滑かつ確実にガイドすることができる。

図６ないし図８は本発明の第２の実施の形態を示す断面図である。この第２の実施の形態が上述した第１の実施の形態と異なる点は、図７に示すように貫通孔２ａを挟むようにしてシリンダ本体２に一対の貫通孔２ｂ，２ｂを設け、これら貫通孔２ｂ，２ｂのそれぞれに固定ガイドチューブ３１を嵌合固定し、ピストンロッド４の往復動をガイドするガイド手段３０を流体圧シリンダ１の両側に一対設けた点にある。このように、ガイド手段３０を一対設けることにより、ピストンロッド４をより一層円滑かつ確実にガイドすることができる。

なお、本実施の形態においては、ガイド手段３０を一つまたは一対設けた場合を説明したが、必要に応じて３個以上設けるようにしてもよい。

本発明に係る流体圧シリンダの外観を示す正面図である。 本発明に係る流体圧シリンダの一部破断して示す正断面図である。 本発明に係る流体圧シリンダにおいて、ピストンが往動端に達した状態を一部破断して示す正断面図である。 ボールベアリングの構成およびボールベアリングの装着状態を示す斜視図である。 図３におけるＶ部の拡大図である。 本発明の第２の実施の形態の外観を示す正面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す正断面図である。 本発明の第２の実施の形態において、ピストンが往動端に達した状態を一部破断して示す正断面図である。 従来の流体圧シリンダの一部破断して示す断面図である。

符号の説明

１…流体圧シリンダ、２…シリンダ本体、３…可動シリンダ、４…ピストンロッド、７…第１のピストン、８…第２のピストン、１０，１２，１４…空気室、２５…連結ブロック、３０…ガイド手段、３１…固定ガイドチューブ、３２…可動ガイドチューブ、３３…ガイドロッド、３５，４０…リテーナ、３６，４１…鋼球（ボール）、３６Ａ…第１のボールベアリング、４１Ａ…第２のボールベアリング。

Claims (4)

1. シリンダ本体と、
   このシリンダ本体の内部に軸線方向に移動自在に支持される円筒状に形成された可動シリンダと、
   この可動シリンダの内部に軸線方向に移動自在に支持されるピストンロッドと、
   このピストンロッドの移動をガイドするガイド手段とを備えた流体圧シリンダにおいて、
   前記ガイド手段は、
   固定ガイドチューブと、
   この固定ガイドチューブの内部に軸線方向に移動自在に支持される円筒状に形成された可動ガイドチューブと、
   この可動ガイドチューブの内部に軸線方向に移動自在に支持されるガイドロッドと、
   前記固定ガイドチューブの内周面と前記可動ガイドチューブの外周面との間および前記可動ガイドチューブの内周面と前記ガイドロッドの外周面との間にそれぞれ圧接された状態で介装される多数のボールにより前記ピストンロッドに対して前記軸線方向と直交する方向から横荷重が加えられた場合でも当該ピストンロッドの偏心を規制する第１および第２のボールベアリングと、
   これら第１および第２のボールベアリングのボールのそれぞれを互いに間隔をおいた状態で回転自在に保持するリテーナとを備え、
   前記ガイドロッドおよび前記可動ガイドチューブの移動に追従して、前記ボールを回転させながら前記ボールベアリングが移動することを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 前記シリンダ本体に対して前記流体圧シリンダと前記ガイド手段とが設置されていることを特徴とする請求項１記載の流体圧シリンダ。
3. 前記ガイド手段を複数設けたことを特徴とする請求項２記載の流体圧シリンダ。
4. 前記固定ガイドチューブと前記可動ガイドチューブとの間から前記リテーナが脱落することを規制するため、及び、前記可動ガイドチューブと前記ガイドロッドとの間から前記リテーナが脱落することを規制するためにそれぞれ設けられたリング状の脱落規制部材とを備えることを特徴とする請求項２記載の流体圧シリンダ。

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