JP5453589B2 - シリンダ装置 - Google Patents

Description

この発明は、シリンダ内を往復動自在にピストンおよびピストンロッドが摺動するシリンダ装置に関し、特に成型品をチャックするために使用することのできるシリンダ装置に関するものである。

一般に機械や装置の運動には回転運動と直線運動とがある。回転運動を実現させるものとしてモータと減速機・変速機との組み合わせが一般的である。一方、直線運動には直線作動機があり、その駆動の原理から流体式・電気機械式・電気式に分類される。シリンダ装置は流体式の直線作動機であり、様々な機械装置に用いられる汎用性のある部品要素として利用されている。たとえば製造ラインなどのマテリアルハンドリングで、加工工程や組み付け工程に利用される場合がある。その利用方法の一例として、加工・組み付け時のワークの固定（チャック）および位置決めなどがある。

このようなシリンダ装置の一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたシリンダ装置は、被駆動体つまりピストンと一体となったピストンロッドを往復動自在となるように構成されている。またピストンロッドにはその外周面が球面状に形成されているロッドカバーが設けられており、その球形の外周面に嵌合する内周面を有している支持部材によりシリンダ装置が支持されている。このようにシリンダ装置が支持されていることにより三次元方向の揺動が可能となっており、それとともにピストンロッドが三次元方向に往復動可能となる。

特開平９−１４２０７号公報

しかしながら特許文献１に記載されているシリンダ装置では、シリンダ装置が三次元方向に揺動自在に支持されて往復動可能となるが、その支持方法もしくは取付方法はロッドカバーに設けられた球形の外周面に嵌合する内周面を持つ支持部材により支持できるのみである。また、従来のシリンダ装置は上記のような特定の支持部材にのみに対応したものが多数であり、その取付方法もしくは支持方法とは異なる支持形態で使用することができず、汎用性に劣っているものが多かった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、シリンダ装置の設置方法が複数選択でき、取り付けの汎用性に優れたシリンダ装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、圧力流体によって直線的に移動するピストンがシリンダの内部に摺動自在に設けられたシリンダ装置において、前記シリンダの外部に前記ピストンの前後動方向に対して交差する方向に延びた取付脚部を有し、その取付脚部は、前記ピストンの前後動方向に対して交差する方向の軸線を中心とした円弧面とその円弧面を結ぶ平坦面とを外面として備え、前記取付脚部は、丸棒材によって形成されるとともに、前記円弧面はその丸棒材の外周面によって形成され、さらに前記平坦面は前記丸棒材の外周部の一部を前記ピストンの前後動方向に平行に平坦にカットした形状に形成され、かつ前記取付脚部には前記平坦面に対して垂直な方向に向けてボルト孔が貫通して形成されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、取付脚部の謂わば断面形状が円弧面と円弧面を結ぶ平坦面とを外面として備えていることにより、その取付脚部をその外周側からクランプして支持するようにシリンダ装置を取り付けられる。このように円弧面に対して面接触してクランプすることにより支持できるため、シリンダ装置をその取付脚部を中心に回動可能に支持でき、つまりピストンロッドに角度を与えることができる。またその取付脚部が平坦面を有しているから、たとえば平面に固定する際にはクランプ等を使用せずに孔が設けられた平坦な面に対して、ボルト孔にボルトなどの締結機械要素を用いて取り付けることができる。

この発明のシリンダ装置の第１の構成例の正面図（Ａ）およびピストンロッドが突出した状態の上面図（Ｂ）である。 この発明のシリンダ装置の第１の構成例の背面図（Ａ）およびピストンロッドが収容された状態の上面図（Ｂ）である。 この発明のシリンダ装置の第１の構成例のピストンロッドが突出した状態の右側面図（Ａ）およびピストンロッドが収容された状態の右側面図（Ｂ）である。 この発明の第１の構成例のシリンダ装置を任意の平面に取り付けた場合の右側面図（Ａ）および背面図（Ｂ）である。 この発明の第１の構成例のシリンダ装置をクランプにより支持した場合の右側面図（Ａ）および背面図（Ｂ）である。 この発明の第１の構成例のシリンダ装置をクランプにより支持した場合の右側面図（Ａ）および背面図（Ｂ）である。 この発明の第１の構成例のシリンダ装置を使用したチャック機構においてシリンダ装置をクランプで支持した場合の側面図である。 この発明の第１の構成例のシリンダ装置をクランプにより支持した場合の右側面図（Ａ）および背面図（Ｂ）である。 この発明のシリンダ装置の第２の構成例の正面図（Ａ）およびピストンロッドが突出した状態の上面図（Ｂ）である。 この発明のシリンダ装置の第２の構成例の背面図（Ａ）およびピストンロッドが収容された状態の上面図（Ｂ）である。 この発明のシリンダ装置の第２の構成例のピストンロッドが突出した状態の右側面図（Ａ）およびピストンロッドが収容された状態の右側面図（Ｂ）である。

つぎに、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

（第１の構成例）
図１から図５および図７、図８の符号１は、この発明の第１の構成例であるシリンダ装置を示している。このシリンダ装置１は、一端部が閉じられており、また他端部が開口されたシリンダ本体２を備えている。このシリンダ本体２は外形形状がほぼ直方体状（もしくはほぼ円筒状）となるように構成されている。このシリンダ本体２の開口部はロッドカバー（エンドプレート）３によって閉塞されている。またシリンダ本体２の軸線方向で前記一端部側には空気などの圧力流体の給排口であるポート４が設けられている。

さらにシリンダ本体２の外周の四隅には長手方向（図２（Ｂ）の上下方向）に図２の（Ａ）に示すシリンダスイッチ５が取付可能な溝６が形成されている。この溝６にシリンダスイッチ５を収容して、そのシリンダスイッチ５に形成された孔にイモネジをねじ込むなどのことによりシリンダ本体２に締結するように構成されている。このシリンダスイッチ５は市販のものであってよく、その内部には、たとえば一対のリーフ接点が設けられていて、後述するピストン７に設けられたマグネット８によりそのリーフ接点が開閉することによってスイッチのＯＮ／ＯＦＦが切り替わる構成となっている。これによりピストン７がシリンダ本体２の開口端側にあるか、閉口端側にあるかを検出できる構成となっている。

シリンダ本体２には、シリンダ本体２の内周方向の形状に摺動自在に嵌合するピストン７が設けられている。このピストン７は底のある筒状に形成されていて、その開口部が前記シリンダ本体２の開口端側を向くようにシリンダ本体２の内部に配置されている。そのピストン７の筒状部分にリターンスプリング９が収容可能となっている。リターンスプリング９はピストン７の筒状部に収容されるとともに、ロッドカバー３に他方の端部が当接してピストン７の移動方向と反対側にピストン７を付勢する。またピストン７の外周面にはシリンダ本体２の内周面との密閉度を増すためにＯリング１０が備えられている。

このピストン７の中心部には、その中心軸線に沿って一方の面側に延びたピストンロッド１２が一体化されている。また図１の（Ａ）に示すように、このピストンロッド１２の断面形状は丸棒材の上下両側を平面にカットしたほぼ長円形状に形成されている。

またピストン７の外周側には、マグネット８が取り付けられている。このマグネット８がシリンダスイッチ５内部のリーフ接点に近接するとその回路が閉じられる構成となっている。このピストンロッド１２は、ロッドカバー３の中心部に形成された孔を摺動自在に嵌合されている。

上記の構成により密閉された圧力作用室１４が形成されて、ポート４にエアなどの圧力流体を供給する図示しないコンプレッサなどにより、圧力作用室１４の内圧が制御されてシリンダ本体２内でピストン７が摺動する。そして、ピストン７に設けられたマグネット８がシリンダ本体２の外周方向の四隅の上方側（図２の（Ａ）の上方両側）に設けられたシリンダスイッチ５のリーフ接点を閉じることによりＯＮ／ＯＦＦを切り替える。

圧力作用室１４の内圧の変化によりピストン７がシリンダ本体２の閉口端側もしくは開口端側に当接したときに、マグネット８とシリンダスイッチ５との組み合わせでピストン７が閉口端側もしくは開口端側に当接したことを検出することができる。

なお、このシリンダ装置１には、ピストン７がシリンダ本体２の一端部に当接した状態とシリンダ本体２の他端部に当接した状態とを検出するセンサが設けられる構成であってもよい。また、そのシリンダ本体２の一端部から他端部までの間にピストン７が位置する状態を検出できる構成であってもよい。

ここで、以上に示した構成に加えて、第１の構成例であるこのシリンダ装置１のシリンダ本体２に設けられている取付脚部１７について説明する。この取付脚部１７は、外周側の両側面部から突出しており、ピストン７の前後動方向に対して交差する方向に向けて設けられている。この取付脚部１７は、その前後動方向に対して交差する方向の軸線を中心とした円弧面とその円弧面を結ぶ平坦面１５とを外面として備えて、かつその平坦面１５に対して垂直な方向に向けてボルト孔１６が貫通して形成されている。言い換えれば、取付脚部１７は、丸棒材の外周部の一部を平坦にカットした形状をなしている。

上記のように構成されていることにより、このシリンダ装置１は通常の流体式直線作動機として機能し、つまりピストンロッド１２が往復動自在に駆動する。これに加え、その取付脚部１７の形状から取付方法において汎用性を増すことができる。図４から図８に、その具体例を示す。まず、取付脚部１７に平坦面１５が設けられていることにより、図４に示すように任意の平面に対してボルト孔１６を貫通させてボルト１８などにより締結することができる。

また、取付脚部１７はシリンダ本体２の外周側の両側面部から突出しており、かつ円弧面を有していることから、図５に示すように取付脚部１７が挿入される部位が円筒形の内周面を有するクランプ１９などに挟み込んで支持できる。これにより取付脚部１７の中心軸線に揺動可能に取り付けることができる。すなわち、取付角度を無段階に調整することが可能になる。さらにこのクランプ１９の支持軸２０が回転自在とすれば、三次元方向に揺動自在に取り付けできて汎用性をさらに向上させることができる。

さらに図６（Ａ）および（Ｂ）には、図５で示したクランプ１９とは別のクランプ２１によりシリンダ本体２の取付脚部１７が支持されている。このクランプ２１は、取付脚部１７を嵌め合わせる部位の一方（図６（Ａ）では上方）が開口している。この開口部２２の幅Ｌ１は、取付脚部１７の最小幅（取付脚部１７をその軸線に対して垂直にカットした場合の前記平坦面１５とこれに対向する外周部との間隔）Ｌ２より大きく、かつ最大幅（取付脚部１７をその軸線に対して垂直にカットした場合の円弧の直径）Ｌ３より小さくなるように規定されている。このクランプ２１にシリンダ装置１を取り付ける場合は、取付脚部１７が最小幅Ｌ２により開口幅Ｌ１の開口部２２を通過させたのちに所定の角度だけ回転してボルト孔２３に図示しないボルトなどにより締め付けて固定する。またこのクランプ２１からシリンダ装置１を取り外す場合は、ボルト孔２３に締め付けられたボルトを緩めたのちに取付脚部１７を所定の角度だけ回転させることにより取り外しが可能となる。このように容易に脱着できることから、組み付け性を向上できる。

さらにまたシリンダ本体２が図７に示すような自由度が「１」のチャック機構２５を構成している場合は、クランプ２６のような軸受メタル（ブッシュ）２６ｊなどの回転軸受材が内部に組み込まれた支持部材を使用する。クランプ２６にシリンダ本体２を取り付ける際にはボルト２９などにより締結する。このチャック機構２５は、４節限定連鎖を成しており、第１の節としてクランプ２６と受け部２７とがそれぞれに回転限定の対偶素を一つずつ有する固定節を形成する。第２の節としてクランプ２６の回転限定の対偶素にはシリンダ本体２が取付脚部１７により連結される。一方、第３の節として受け部２７の回転限定の対偶素にはテコ２８が連結される。このテコ２８には、第４の節としてピストンロッド１２が回転限定の対偶として連結される。そして、ピストンロッド１２とシリンダ本体２とが滑り限定の対偶として連結される。このように自由度が「１」のチャック機構２５が構成される。この図７の例では受け部２７に設けられたパッド２７ｐとテコ２８に設けられたパッド２８ｐとにより、たとえばワークなどをチャックするために利用することができる。このシリンダ装置１は、取付脚部１７の形状からこのようなチャック機構２５にも、新たに回転限定の対偶を構成する部材を用いることなく組み付けることができる。これにより汎用性をさらに向上させることができる。

そして、図８に示すようにシリンダ装置１のピストンロッド１２の出入り口の反対側つまりシリンダ装置１の背面には、軸部３０を設けてもよい。この軸部３０をクランプ３１に嵌め合せてボルト孔３２に図示しないボルトなどにより締め付けることで、シリンダ装置１を支持することもできる。またこのように支持することにより、取り付けの際にクランプ３１に取り付けられた軸部３０の周方向に回転自在に取り付けることができる。

上記のようにこのシリンダ装置１の取付脚部１７が形成されていること、およびこれに加えて軸部３０が設けられていることにより、その取付方法を複数選択することができる。そして様々な取付方法をするためにシリンダ装置１の取付脚部１７の形状に差異を設ける必要がないことからコストパフォーマンスを向上できる。

（第２の構成例）
図９から図１１の符号３３は、この発明の第２の構成例であるシリンダ装置を示している。このシリンダ装置３３は、一端部が閉じられており、また他端部が開口されたシリンダ本体３４を備える。このシリンダ本体３４は外形形状がほぼ円筒状もしくはほぼ直方体状となるように構成されている。このシリンダ本体３４の開口部はロッドカバー（エンドプレート）３５によって閉塞されている。またシリンダ本体３４の軸線方向で前記一端部側には空気などの圧力流体の給排口であるポート３６が設けられている。

このシリンダ本体３４の一端部の閉口された側には導電可能な接点３７Ａが組み込まれて、接点３７Ａに導電可能に取り付けられたリード線３８Ａを有する。このリード線３８Ａはシリンダ本体３４の閉口端側外部に形成された軸部３９を貫通して図示しない制御回路に接続される。さらにまた、ロッドカバー３５には導電可能な接点３７Ｂが組み込まれて、接点３７Ｂに導電可能に取り付けられたリード線３８Ｂを有する。このリード線３８Ｂはロッドカバー３５を貫通して図示しない制御回路に接続される。

さらにシリンダ本体３４の外周の四隅には長手方向（図１０（Ｂ）の上下方向）に図１０の（Ａ）に示すシリンダスイッチ４０が取付可能な溝４１が形成されている。この溝４１にシリンダスイッチ４０を収容して、そのシリンダスイッチ４０に形成された孔にイモネジをねじ込むなどのことによりシリンダ本体３４に締結するように構成されている。このシリンダスイッチ４０は市販のものであってよく、その内部には、たとえば一対のリーフ接点が設けられていて、後述するピストン４２に設けられたマグネット４９によりそのリーフ接点が開閉することによってスイッチのＯＮ／ＯＦＦが切り替わる構成となっている。これによりピストン４２がシリンダ本体３４の開口端側にあるか、閉口端側にあるかを検出できる構成となっている。

シリンダ本体３４には、シリンダ本体３４の内周方向の形状に摺動自在に嵌合するピストン４２が設けられている。このピストン４２は底のある筒状に形成されていて、その開口部が前記シリンダ本体３４の開口端側を向くようにシリンダ本体３４の内部に配置されている。そのピストン４２の筒状部分にリターンスプリング４３が収容可能となっている。リターンスプリング４３はピストン４２の筒状部に収容されるとともに、ロッドカバー３５に他方の端部が当接してピストン４２の移動方向と反対側にピストン４２を付勢する。またピストン４２の外周面にはシリンダ本体３４の内周面との密閉度を増すためにＯリング４５が備えられている。さらにこのピストン４２にはシリンダ本体３４の開口端側に当接し、ロッドカバー３５の接点３７Ｂに導電可能なように導電板４７Ａが設けられている。

このピストン４２の中心部には、その中心軸線に沿って一方の面側に延びたピストンロッド４４が一体化されている。また図９の（Ａ）に示すように、このピストンロッド４４の断面形状は丸棒材の上下両側を平面にカットしたほぼ長円形状に形成されている。さらに導電板４７Ｂは接点３７Ａに導電可能な構成となっている。

またピストン４２の外周側には、マグネット４９が取り付けられている。このマグネット４９がシリンダスイッチ４０内部のリーフ接点に近接するとその回路が閉じられる構成となっている。このピストンロッド４４は、ロッドカバー３５の中心部に形成された孔を摺動自在に嵌合されている。

上記の構成により密閉された圧力作用室５０が形成されて、ポート３６にエアなどの圧力流体を供給する図示しないコンプレッサなどにより、圧力作用室５０の内圧が制御されてシリンダ本体３４内でピストン４２が摺動する。そして、ピストン４２に設けられたマグネット４９がシリンダ本体３４の外周方向の四隅の上方側（図９の（Ａ）の上方両側）に設けられたシリンダスイッチ４０のリーフ接点が閉じることによりＯＮ／ＯＦＦを切り替える。

圧力作用室５０の内圧の変化によりピストン４２がシリンダ本体３４の閉口端側もしくは開口端側に当接したときに、マグネット４９とシリンダスイッチ４０との組み合わせでピストン４２が閉口端側もしくは開口端側に当接したことを検出することができる。

なお、この発明においては一対の接点およびそれらの接点を導通させる導電板はピストンの前進端側にのみ設けられている構成であってもよい。つまり、シリンダ本体３４の内圧が上がってピストンロッド４４が突出した状態であるか否かは前進端側にのみでセンシングすることで検知することができる。

ここで、以上に示した構成に加えて、第２の構成例であるこのシリンダ装置３３のシリンダ本体３４に設けられている取付脚部５３について説明する。この取付脚部５３は、第１の構成例として示したシリンダ装置１のシリンダ本体２に形成された取付脚部１７と同じ形状のものである。

上記のように構成されていることにより、このシリンダ装置３３は第１の構成例に示したシリンダ装置１と同様に、通常の流体式直線作動機として機能し、つまりピストンロッド４４が往復動自在に駆動する。また接点３７Ａ，３７Ｂとリード線３８Ａ，３８Ｂと導電板４７Ａ，４７Ｂとを備えることにより、ピストン４２およびピストンロッド４４がシリンダ本体３４の前進端側にあるのか、後進端側にあるのか、その状態を検知することができる。これに加え、その取付脚部５３の形状から取付方法において汎用性を増すことができる。すなわち、取付脚部５３に平坦面５１が設けられていることにより、第１の構成例として示したシリンダ装置１と同様の支持方法、つまり図４から図７に記載の方法で同様に支持できる。また、シリンダ本体３４のピストンロッド４４の出入り口の反対側つまりシリンダ本体３４の背面には、軸部３９が設けられている。このため、軸部３９が設けられたシリンダ本体３４は、第１の構成例として示したシリンダ装置１と同様の支持方法、つまり図８に記載の方法で同様に支持できる。このように第２の構成例のシリンダ装置３３においても第１の構成例のシリンダ装置１と同様に、その取付方法を複数選択することができる。そして様々な取付方法をするためにシリンダ装置３３の取付脚部５３の形状に差異を設ける必要がないことからコストパフォーマンスを向上できる。

１，３３…シリンダ装置、 ２，３４…シリンダ本体（シリンダ）、 ３，３５…ロッドカバー（エンドプレート）、 ４，３６…ポート、 ５，４０…シリンダスイッチ、 ６，４１…溝、 ７，４２…ピストン、 ８，４９…マグネット、 ９，４３…リターンスプリング、 １０，４５…Ｏリング、 １２，４４…ピストンロッド、 １４，５０…圧力作用室、 １５，５１…平坦面、 １６，５２…ボルト孔、 １７，５３…取付脚部、 １８…ボルト、 １９…クランプ、 ２０…支持軸、 ２１…クランプ、 ２２…開口部、 ２３…ボルト孔、 ２５…チャック機構、 ２６…クランプ、 ２６ｊ…軸受メタル（ブッシュ）、 ２７…受け部、 ２７ｐ…パッド、 ２８…テコ、 ２８ｐ…パッド、 ２９…ボルト、 ３０…軸部、 ３１…クランプ、 ３２…ボルト孔、 ３７Ａ，３７Ｂ…接点、 ３８Ａ，３８Ｂ…リード線、 ３９…軸部、 ４７Ａ，４７Ｂ…導電板。

Claims (1)

1. 圧力流体によって直線的に移動するピストンがシリンダの内部に摺動自在に設けられたシリンダ装置において、
   前記シリンダの外部に前記ピストンの前後動方向に対して交差する方向に延びた取付脚部を有し、
   その取付脚部は、前記ピストンの前後動方向に対して交差する方向の軸線を中心とした円弧面とその円弧面を結ぶ平坦面とを外面として備え、
   前記取付脚部は、丸棒材によって形成されるとともに、前記円弧面はその丸棒材の外周面によって形成され、さらに前記平坦面は前記丸棒材の外周部の一部を前記ピストンの前後動方向に平行に平坦にカットした形状に形成され、かつ
   前記取付脚部には前記平坦面に対して垂直な方向に向けてボルト孔が貫通して形成されている
   ことを特徴とするシリンダ装置。

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