JP5339259B2 - エアシリンダ - Google Patents

Description

本発明は、圧縮エアのエネルギーを直線運動に変換して各種作業を行うエアシリンダに関するものである。

圧縮エアによって操作されるエアシリンダは、極めて一般的なものであり、図８に模式的に示すように、シリンダボデイ４０の内部のシリンダ孔４１内を摺動するピストン４２と、該ピストン４２に連結されたピストンロッド４３と、上記ピストン４２の両側に形成された圧力室４４ａ，４４ｂと、これらの圧力室に圧縮エアを給排する２つのポート４５ａ，４５ｂとを有し、これらのポート４５ａ，４５ｂを通じて上記圧力室４４ａ，４４ｂに交互に圧縮エアを給排することにより、上記ピストン４２でピストンロッド４３を往復動させて様々な作業を行うものである。

このようなエアシリンダは、手軽に直線運動が得られるので、各種の自動機に多用されている。ところが、通常エアシリンダが設置される場所は、非常に狭い場所であったり、隣接する他の機器等によって制限された空間内であったりすることが多いため、そのような場所で使用するエアシリンダには、動作ストロークの短縮なしに軸方向長さを少しでも短縮したものであることが要求される。同時に、できるだけ構造が簡単で加工が容易であることも望まれる。

本発明の目的は、軸方向長さの短縮のため及び加工の容易性を実現するための簡単で有効な構成を備えたエア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、本発明によれば、シリンダ孔を内部に有するシリンダボデイと、上記シリンダ孔の両端を塞ぐロッドカバー及びヘッドカバーと、上記シリンダ孔内を摺動するピストンと、上記ロッドカバーのロッド挿通孔を摺動自在に貫通し、基端がこのピストンに連結されたピストンロッドと、上記ピストンの両側に形成された第１圧力室及び第２圧力室と、該第１圧力室及び第２圧力室に圧縮エアを給排するため上記ロッドカバー及びヘッドカバーに形成された第１ポート及び第２ポートと、上記ロッドカバーの内周面とピストンロッドの外周面との間をシールするロッドパッキンと、上記ロッドカバーの内周面とピストンロッドの外周面との間に介在して該ピストンロッドをガイドするリング状の摺動軸受とを有するエアシリンダが提供される。
上記第１ポートは、上記シリンダ孔の軸線と直交する向きに延びていて、上記ロッド挿通孔の孔面に開口する通気口に連通すると共に、該通気口から上記ロッド挿通孔の一部で形成された連通流路を通じて上記第１圧力室に連通している。
また、上記ロッドパッキンは、ロッドカバーの内周面の上記通気口よりピストンロッド先端寄りの位置に形成された凹溝内に装着されている。
更に、上記摺動軸受は、上記凹溝に通気口側で隣接するように配設され、一端がこの凹溝の側壁を形成して上記ロッドパッキンに当接することにより該ロッドパッキンの凹溝外への抜け出しを防止し、他端は上記通気口の一部を塞ぐ位置まで延在し、該通気口の位置に該通気口より断面積の小さいオリフィスを形成している。

本発明においては、上記ロッド挿通孔が、上記連通流路を形成する大径部と、上記摺動軸受が嵌合する小径部とを、互いに隣接する位置に有し、これら大径部と小径部との境目を跨ぐ位置に上記通気口が設けられていても良い。

本発明の一つの実施形態によれば、上記ピストンの第２圧力室側を向く第２ピストン面に、円形の凹部が該ピストンと同心状に形成され、該ピストンの中心にはロッド取付孔が形成され、このロッド取付孔は、均一内径を有する均一孔部と、上記第２ピストン面側に向けて次第に内径が拡大するテーパー孔部とからなり、上記ロッド取付孔内にピストンロッドの小径化された取付軸部が嵌合し、この取付軸部は、均一外径を有する均一軸部と、軸端に向かって次第に外径が拡大するテーパー軸部とからなっていて、該取付軸部の基端側の段部を上記ピストンの第１圧力室側を向く第１ピストン面に係止させると共に、上記テーパー軸部を上記テーパー孔部に係止させることにより、該ピストンロッドが上記ピストンに連結され、上記凹部内にリング状のダンパが、一部を第２ピストン面から突出させた状態で上記ピストンロッドの端部を取り囲むように取り付けられている。
この場合に、上記ロッド取付孔の均一孔部の内周と上記ピストンロッドの均一軸部の外周とは、空隙の介在によって相互に非接触である。

本発明の構成は、エアシリンダの軸方向長さの短縮のため及び加工の容易性を実現するため、非常に有効なものである。特に、ピストンロッドをガイドする摺動軸受をポートの通気口の一部を塞ぐ位置まで延在させ、それによってこの摺動軸受でオリフィスを形成する方法は、該摺動軸受と通気口とをエアシリンダの軸線方向の離れた位置に形成する場合に比べ、エアシリンダの軸方向長さの短縮に極めて有効である。しかも、上記通気口を加工で小径化してオリフィスを形成する必要がないため、ポートの加工及びオリフィスの形成も容易である。

本発明の第１実施形態を示す側面図である。 図１を左側から見た正面図である。 図１の断面図である。 本発明の第２実施形態を示す要部断面図である。 本発明の第３実施形態を示す断面図である。 本発明の第４実施形態を示す側面図である。 図６の断面図である。 公知のシリンダを模式的に示す断面図である。

図１−図３は本発明に係るエアシリンダの第１実施形態を開示している。このエアシリンダ１Ａは、円形のシリンダ孔３を内部に有する円筒形のシリンダボデイ２と、上記シリンダ孔３の両端を塞ぐ円形のロッドカバー４及びヘッドカバー５と、上記シリンダ孔３内を軸線Ｌ方向に摺動するピストン６と、該ピストン６に基端部を連結されて上記ロッドカバー４を摺動自在に貫通するピストンロッド７とを有している。また、このエアシリンダ１Ａは、上記ピストン６とロッドカバー４との間に形成された第１圧力室８と、上記ピストン６とヘッドカバー５との間に形成された第２圧力室９と、これら第１圧力室８及び第２圧力室９に圧縮エアを給排するために上記ロッドカバー４及びヘッドカバー５にそれぞれ形成された第１ポート１１及び第２ポート１２とを有している。図中１０は、ピストン６の外周に取り付けられたピストンパッキンである。

そして、上記第１ポート１１から第１圧力室８内に圧縮エアを供給すると共に、第２ポート１２から第２圧力室９内のエアを外部に排出すると、上記ピストン６及びピストンロッド７が図３に示す後退ストローク端に移動し、その逆に、上記第２ポート１２から第２圧力室９内に圧縮エアを供給すると共に、第１ポート１１から第１圧力室８内のエアを外部に排出すると、上記ピストン６及びピストンロッド７が、図３と反対側の前進ストローク端に移動するようになっている。

上記シリンダボデイ２とヘッドカバー５とは、アルミニウム合金によって一体に形成され、上記シリンダボデイ２の開放端に、アルミニウム合金からなる上記ロッドカバー４が取り付けられている。このロッドカバー４の取り付けは、シリンダボデイ２の内周に形成された雌ねじに、ロッドカバー４の取付部４ａの外周に形成された雄ねじをねじ込むことにより行われている。
図中１３は、上記ロッドカバー４の取付部４ａの外周とシリンダボデイ２の内周との間に介設されたチューブガスケットである。

上記ピストンロッド７は、炭素鋼のような硬質金属で形成されており、これが、アルミニウム合金からなる上記ピストン６にカシメによる方法で取り付けられている。このため該ピストン６には、その中心を貫通するロッド取付孔１６が形成されている。このロッド取付孔１６は、均一な内径を有する均一孔部１６ａと、孔端に向けて次第に内径が拡大するテーパー孔部１６ｂとからなっていて、上記均一孔部１６ａが、ピストン６の第１ピストン面６ａ寄りの位置を占め、上記テーパー孔部１６ｂが、ピストン６の凹部１７が形成された第２ピストン面６ｂ寄りの位置を占めている。なお、ピストン６の上記第１ピストン面６ａとは、第１圧力室８側を向く面のことであり、第２ピストン面６ｂとは、第２圧力室９側を向く面のことである。

これに対し、上記ピストンロッド７の基端部には、小径化された取付軸部１８が形成され、この取付軸部１８が上記ロッド取付孔１６内に挿入され、該取付軸部１８の一端側（基端側）にある段部１９を上記ピストン６の第１ピストン面６ａに係止させた状態で、該取付軸部１８の他端側（先端側）をカシメによってテーパー状に変形させることにより、この取付軸部１８に、均一な外径を有する均一軸部１８ａと、軸端に向かって次第に外径が拡大するテーパー軸部１８ｂとが形成されている。そして、上記均一軸部１８ａがロッド取付孔１６の均一孔部１６ａ内に嵌合し、上記テーパー軸部１８ｂがロッド取付孔１６のテーパー孔部１６ｂに係合し、このテーパー軸部１８ｂと上記段部１９とでピストン６を両側から挟持させることにより、該ピストンロッド７が上記ピストン６に固定されている。

上記均一軸部１８ａの外径は、ロッド取付孔１６の均一孔部１６ａの内径よりやや小さく形成されているため、これらの均一軸部１８ａの外周と均一孔部１６ａの内周とは、空隙の介在によって相互に非接触の状態になっている。
上記テーパー軸部１８ｂの端面は、上記凹部１７の底面とほぼ同位置にあり、少なくともピストン６の第２ピストン面６ｂから外部に突出していない。また、上記ピストン６とピストンロッド７との間のシール性は、上記テーパー軸部１８ｂとテーパー孔部１６ｂとが密着することによって確保されている。

このような方法でピストン６とピストンロッド７とを連結することにより、それらをナットで連結した場合のように該ナットの取付部分がピストン６から突出することがないため、エアシリンダ１Ａの軸方向長さの短縮化を図ることができ、構造の簡単化及び軽量化にもつながる。

上記ピストン６の第２ピストン面６ｂには、円形をした上記凹部１７が該ピストン６と同心状に形成され、この凹部１７内に、リング状をしたウレタン樹脂製のヘッド側ダンパ２１が、先端を第２ピストン面６ｂから第２圧力室９内に突出させた状態で、上記ピストンロッド７の端部を取り囲むように取り付けられている。その取り付けは、該ダンパ２１の基端部外周に形成されたリング状の係止突起２１ａを、上記凹部１７の底部寄りの内周部分に形成されたリング状の係止溝１７ａに嵌合、係止させることにより行われている。このダンパ２１は、ピストン６が図３の後退ストローク端に移動したときヘッドカバー５に当接し、衝撃及び騒音を吸収するものである。

上記ロッドカバー４は、上記第１ポート１１の他に、上記ピストンロッド７が挿通するロッド挿通孔２３を有し、このロッド挿通孔２３内に、該ロッドカバー４の内周面とピストンロッド７の外周面との間をシールする一方向性のリップ形をしたロッドパッキン２４と、上記ロッドカバー４の内周面とピストンロッド７の外周面との間に介在して該ピストンロッド７をガイドするリング状の摺動軸受２５とが設けられている。

上記第１ポート１１は、上記ロッドカバー４の上面から、シリンダ孔３の軸線Ｌと直交する向きに真っ直ぐかつ均一孔径を保ったまま延びていて、上記ロッド挿通孔２３の孔面に開口する通気口１１ａに連通し、該通気口１１ａから、該ロッド挿通孔２３の一部で形成された環状の連通流路２６を通じて上記第１圧力室８に連通している。上記通気口１１ａは第１ポート１１の一部であり、従って、該通気口１１ａの口径は第１ポート１１の孔径と同じである。
なお、上記第１ポート１１の入口側の端部は、エア配管をねじ込みにより直接接続するため、内周に雌螺子が切られた配管接続部とされているが、エア配管を管継手を介して接続するために、該管継手が取り付けられるように構成されていても良い。
また、上記ロッドパッキン２４は、上記ロッドカバー４の内周面に形成された凹溝２７内に、リップを第１圧力室８の方に向けて装着されている。上記凹溝２７は、上記通気口１１ａよりピストンロッド７先端寄りの位置に形成されている。

上記摺動軸受２５は、焼結合金によって一定の厚みを有する短円筒状に形成され、含油によって摺動性を高められたもので、この摺動軸受２５が、上記凹溝２７に通気口１１ａ側の位置で隣接するように、上記ロッド挿通孔２３の内部に圧入されて固定されている。この摺動軸受２５の一端は、上記凹溝２７の側壁の一部を形成して上記ロッドパッキン２４に当接し、ピストンロッド７の後退ストローク時に該ロッドパッキン２４がピストンロッド７とロッドカバー４との間の隙間内に引き込まれるのを防止しており、該摺動軸受２５の他端は、上記通気口１１ａの一部を塞ぐ位置まで延在し、該通気口１１ａの位置に該通気口１１ａより断面積の小さいオリフィス２８を形成している。従って、上記摺動軸受２５は、上記ロッドパッキン２４の凹溝２７外への抜け出しを防止する抜出防止部材と、上記通気口１１ａの位置にオリフィス２８を形成するオリフィス形成部材とを兼ねるものである。
なお、上記オリフィス２８は、エア流量を制限することによってピストンロッド７の最大動作速度を安全な速度に設定するもので、このオリフィス２８を通じて、上記第１ポート１１からの圧縮エアが第１圧力室８に供給されたり、該第１圧力室８からのエアが上記第１ポート１１に向けて排出されたりする。

上記摺動軸受２５と第１ポート１１の通気口１１ａとをこのような位置関係に配設することにより、これら摺動軸受２５と通気口１１ａとを軸線Ｌ方向の離れた位置に形成する場合に比べ、エアシリンダ１Ａの軸方向長さを短縮することが可能となる。また、上記第１ポート１１を通気口１１ａの部分で小径に形成するなどの加工を施すことによってオリフィス２８を形成する必要もないため、ポートの加工及びオリフィス２８の形成も容易になる。

上記ロッドカバー４の第１圧力室８に面する内面には、円形の凹部２９がロッド挿通孔２３と同心状に形成され、この凹部２９内にリング状をしたウレタン樹脂製のロッド側ダンパ３０が、先端を第１圧力室８内に突出させた状態で上記ロッド挿通孔２３を取り囲むように取り付けられている。その取り付けは、該ダンパ３０の基端部外周に形成されたリング状の係止突起３０ａを、上記凹部２９の底部寄りの内周部分に形成されたリング状の係止溝２９ａに嵌合、係止させることにより行われている。このダンパ３０は、ピストン６が図１の後退ストローク端から前進ストローク端に移動したとき、該ピストン６に当接して衝撃及び騒音を吸収するものである。

一方、上記ヘッドカバー５は、上記第２ポート１２の他に、その内面中央位置に上記第２圧力室９に通じる円形の補助室３１を有している。上記第２ポート１２は、該ヘッドカバー５の上面から、シリンダ孔３の軸線Ｌと直交する向きに真っ直ぐかつ均一孔径を保ったまま延び、下端の通気口１２ａが上記補助室３１に開口し、この補助室３１を通じて上記第２圧力室９に連通している。この第２ポート１２の入口側の端部も、上記第１ポート１１の場合と同様に、エア配管をねじ込みにより直接接続するための配管接続部とされているが、管継手が取り付けられるように構成されていても良い。

上記第１実施形態においては、上記ロッド挿通孔２３の孔径が、上記摺動軸受２５を取り付けた部分と上記連通流路２６の部分とで互いに同寸に形成されているが、図４に示す第２実施形態のエアシリンダ１Ｂのように、上記両部分で孔径を違えることもできる。
即ち、この第２実施形態では、上記ロッド挿通孔２３が、上記連通流路２６を形成する部分である孔径の大きい大径部２３ａと、上記摺動軸受２５が嵌合する部分である孔径の小さい小径部２３ｂとを、互いに隣接する位置に有し、これら大径部２３ａと小径部２３ｂとの境目を跨ぐ位置に上記通気口１１ａが設けられている。

このように構成することにより、上記摺動軸受２５の厚さが薄かったり、通気口１１ａと摺動軸受２５とが重なる割合が多くなったりして、そのままではオリフィス２８の十分な開口面積を確保することが困難な場合に、上記大径部２３ａと小径部２３ｂとの径差によってオリフィス２８の開口面積を必要な大きさに調整することができる。

図５は本発明の第３実施形態を開示するものである。この第３実施形態のエアシリンダ１Ｃが上記第１実施形態のエアシリンダ１Ａと相違する点は、ヘッドカバー５がシリンダボデイ２と別に形成され、該シリンダボデイ２に結合されている点である。また、シリンダボデイ２の両端部外周に雄ねじが形成され、これがロッドカバー４及びヘッドカバー５の内周に形成された雌ねじにねじ付けられている点でも相違する。
しかし、それ以外の構成は実質的に第１実施形態と同じである。従って、第１実施形態と同じ構成部分のうち主要な構成部分に第１実施形態と同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
なお、上記第３実施形態のエアシリンダ１Ｃにおけるロッド挿通孔２３の孔径は、第２実施形態のように、通気口１１ａ内において摺動軸受２５が設けられている部分と連通流路２６の部分とで互いに違えることもできる。

図６及び図７はは本発明の第４実施形態を開示するものである。この第４実施形態のエアシリンダ１Ｄが上記第１及び第３実施形態と相違する点は、シリンダボデイ２がロッドカバー４及びヘッドカバー５と別に形成され、該ロッドカバー４及びヘッドカバー５にカシメにより結合されている点である。また、ヘッド側のダンパ２１をピストン６に取り付ける代わりに、ヘッドカバー５の内面に取り付けている点でも相違している。更に、ロッド挿通孔２３の孔径が、第２実施形態のように、摺動軸受２５を取り付けた部分と連通流路２６の部分とで互いに違っている。しかし、それらの孔径は第１実施形態のように互いに同じであっても構わない。

上記シリンダボデイ２は、ステンレス鋼からなるもので、該シリンダボデイ２の両端部の内部に、アルミニウム合金製のロッドカバー４及びヘッドカバー５の短円柱状をした連結部が挿入され、該シリンダボデイ２の両端部が外狭まり状をなすように絞られることにより、該シリンダボデイ２の端部の傾斜部２ａが、ロッドカバー４及びヘッドカバー５の傾斜面４ｂ，５ｂに係合すると共に、該傾斜面４ｂ，５ｂと押え部４ｃ，５ｃとの間に挟持され、それによって該シリンダボデイ２と上記ロッドカバー４及びヘッドカバー５とが互いにシール状態に結合されている。

また、上記ヘッドカバー５の第２圧力室９に面する内面には、補助室３１より径の大きい円形の凹部３４が該ヘッドカバー５と同心状に形成され、この凹部３４内にリング状をしたウレタン樹脂製のダンパ３５が、先端を第２圧力室９内に突出させた状態で取り付けられている。このダンパ３５の取り付けは、ロッドカバー４におけるダンパ３０の取り付けと同様に、該ダンパ３５の基端部外周に形成されたリング状の係止突起３５ａを、上記凹部３４の底部寄りの内周部分に形成されたリング状の係止溝３４ａに嵌合、係止させることにより行われている。
しかし、第１実施形態と同様に、上記ダンパ３５をピストン６に取り付けることもできる。

この第４実施形態の上記以外の構成は実質的に第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と同じ構成部分のうち主要な構成部分に第１実施形態と同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
なお、第１−第３実施形態において、ピストン６に取り付けられているヘッド側のダンパ２１を、上記第４実施形態と同様にヘッドカバー５に取り付けることも可能である。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ エアシリンダ
２ シリンダボデイ
３ シリンダ孔
４ ロッドカバー
５ ヘッドカバー
６ ピストン
６ａ 第１ピストン面
６ｂ 第２ピストン面
７ ピストンロッド
８ 第１圧力室
９ 第２圧力室
１１ 第１ポート
１１ａ 通気口
１２ 第２ポート
１２ａ 通気口
１６ ロッド取付孔
１６ａ 均一孔部
１６ｂ テーパー孔部
１７ 凹部
１８ 取付軸部
１８ａ 均一軸部
１８ｂ テーパー軸部
１９ 段部
２１ ダンパ
２３ ロッド挿通孔
２３ａ 大径部
２３ｂ 小径部
２４ ロッドパッキン
２５ 摺動軸受
２６ 連通流路
２７ 凹溝
２８ オリフィス
Ｌ 軸線

Claims (4)

1. シリンダ孔を内部に有するシリンダボデイと、上記シリンダ孔の両端を塞ぐロッドカバー及びヘッドカバーと、上記シリンダ孔内を摺動するピストンと、上記ロッドカバーのロッド挿通孔を摺動自在に貫通し、基端がこのピストンに連結されたピストンロッドと、上記ピストンの両側に形成された第１圧力室及び第２圧力室と、該第１圧力室及び第２圧力室に圧縮エアを給排するため上記ロッドカバー及びヘッドカバーに形成された第１ポート及び第２ポートと、上記ロッドカバーの内周面とピストンロッドの外周面との間をシールするロッドパッキンと、上記ロッドカバーの内周面とピストンロッドの外周面との間に介在して該ピストンロッドをガイドするリング状の摺動軸受とを有するエアシリンダにおいて、
   上記ピストンは、上記第１圧力室側を向く第１ピストン面と、上記第２圧力室側を向く第２ピストン面とを有し、該ピストンの中心にはロッド取付孔が形成され、このロッド取付孔は、均一内径を有する均一孔部と、上記第２ピストン面側に向けて次第に内径が拡大するテーパー孔部とからなり、上記ロッド取付孔内にピストンロッドの小径化された取付軸部が嵌合し、この取付軸部は、均一外径を有する均一軸部と、軸端に向かって次第に外径が拡大するテーパー軸部とからなっていて、該取付軸部の基端側の段部を上記第１ピストン面に係止させると共に、上記テーパー軸部を上記テーパー孔部に係止させることにより、該ピストンロッドが上記ピストンに連結され、上記均一孔部の内周と上記均一軸部の外周とは、空隙の介在によって相互に非接触であることを特徴とするエアシリンダ。
2. 上記第１ポートは、上記シリンダ孔の軸線と直交する向きに延びていて、上記ロッド挿通孔の孔面に開口する通気口に連通すると共に、該通気口から上記ロッド挿通孔の一部で形成された連通流路を通じて上記第１圧力室に連通し、
   上記ロッドパッキンは、ロッドカバーの内周面の上記通気口よりピストンロッド先端寄りの位置に形成された凹溝内に装着され、
   上記摺動軸受は、上記凹溝に通気口側で隣接するように配設され、一端が該凹溝の側壁を形成して上記ロッドパッキンに当接することにより該ロッドパッキンの凹溝外への抜け出しを防止し、他端は上記通気口の一部を塞ぐ位置まで延在し、該通気口の位置に該通気口より断面積の小さいオリフィスを形成していることを特徴とする請求項１に記載のエアシリンダ。
3. 上記ロッド挿通孔が、上記連通流路を形成する大径部と、上記摺動軸受が嵌合する小径部とを、互いに隣接する位置に有し、これら大径部と小径部との境目を跨ぐ位置に上記通気口が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のエアシリンダ。
4. 上記ピストンの第２ピストン面に、円形の凹部が該ピストンと同心状に形成され、この凹部内にリング状のダンパが、一部を上記第２ピストン面から突出させた状態で上記ピストンロッドの端部を取り囲むように取り付けられていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のエアシリンダ。

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