JP7089244B2

JP7089244B2 - エアシリンダ、ヘッドカバー及びロッドカバー

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Publication number: JP7089244B2
Application number: JP2019162910A
Authority: JP
Inventors: 洋二高桑; 晶博風間; 浩之朝原; 謙吾門田
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2022-06-22
Anticipated expiration: 2039-09-06
Also published as: US11846306B2; TWI731784B; KR20220053025A; US20220333622A1; EP4027021A1; JP2021042770A; EP4027021A4; TW202117196A; WO2021044783A1; CN114364885A

Description

本発明は、エアシリンダ、ヘッドカバー及びロッドカバーに関する。

従来より、エアシリンダの端部にゴムやウレタン等の軟質樹脂によるクッション材や、オイルダンパ等を取り付けてストロークエンドでの衝撃を緩和するショックアブゾーバが用いられている。しかしながら、機械的にシリンダの衝撃を緩和するショックアブゾーバは、動作回数に制約があり、定期的にメンテナンスする必要がある。

このような不適合を解消するため、特許文献１には、ストロークエンド付近でエアシリンダからの排気を絞ることで、エアシリンダの動作速度を低下させるスピードコントローラ（流量コントローラ）が開示されている。

特許第５５７８５０２号公報

従来の流量コントローラは、パイロットエアを絞弁を通じて徐々に放出させ、パイロット圧が所定値を下回ったタイミングで、切換弁が排気を絞る切換動作を行うものであった。しかしながら、絞弁に作用する圧力が、所定の圧力を下回ると、絞弁を通過するパイロットエアの流れが急減することがあり、切換動作のタイミングが不安定化することが判明した。

また、従来の流量コントローラは、エアシリンダのポートに接続する外付け部品となっており、エアシリンダの駆動装置の部品点数が増加して、駆動装置の装置構成が煩雑となる。また、エアシリンダの外部に流量コントローラを取り付けるためのスペースが必要になる。

本発明は、切換動作のタイミングを安定化できるとともに、駆動装置の装置構成を簡素化できるエアシリンダ、ヘッドカバー及びロッドカバーを提供することを目的とする。

本発明の一観点は、内部にシリンダ室が形成されたシリンダチューブと、前記シリンダチューブの一端を閉塞するヘッドカバーと、前記シリンダチューブの他端を閉塞するロッドカバーと、前記シリンダ室を摺動するピストンと、一端が前記ピストンに連結されたピストンロッドと、前記ヘッドカバー及び前記ロッドカバーにそれぞれ設けられたポートと、前記ヘッドカバー及び前記ロッドカバーの少なくとも一方に内蔵された流量コントローラと、を備え、前記流量コントローラは、前記ポートに連通した主流路と、前記主流路に並設され、前記主流路よりも少ない流量にエアの流量を絞る第１絞弁を有する副流路と、前記シリンダ室に連通するシリンダ流路と、前記主流路と、前記副流路と前記シリンダ流路とに接続され、前記シリンダ流路を前記主流路に連通させる第１位置と、前記シリンダ流路を前記副流路に連通させる第２位置とに切換わる切換弁と、前記シリンダ流路の排気エアの一部をパイロットエアとして前記切換弁に導くパイロットエア調整部と、を備え、前記パイロットエア調整部は、前記切換弁への前記パイロットエアの流入速度を規制する第２絞弁を有し、前記切換弁は、前記パイロットエアの圧力の上昇によって前記第１位置から前記第２位置に切り換わる、エアシリンダにある。

本発明の別の一観点は、上記観点のエアシリンダのヘッドカバーであって、上記の流量コントローラを内蔵したヘッドカバーにある。

本発明の別の一観点は、上記観点のエアシリンダのロッドカバーであって、上記の流量コントローラを内蔵したロッドカバーにある。

上記観点のエアシリンダ、ヘッドカバー及びロッドカバーによれば、切換動作のタイミングを安定化できるとともに、駆動装置の装置構成を簡素化できる。

図１Ａは、実施形態に係るエアシリンダのロッドカバー側の斜視図であり、図１Ｂは図１Ａのエアシリンダのヘッドカバー側の斜視図である。図１Ａのエアシリンダ及びその駆動装置の流体回路図である。図３Ａは、図１Ａのヘッドカバーの第１絞弁、第２絞弁及び第３絞弁並びにポートの配置を示す平面図であり、図３Ｂは図３ＡのＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線に沿った断面図である。図４Ａは、図３ＡのＩＶＡ－ＩＶＡ線に沿った断面図であり、図４Ｂは図３ＡのＩＶＢ－ＩＶＢ線に沿った断面図である。図５Ａは、図４Ａの断面における排気エアの流れを示す説明図であり、図５Ｂは図４Ｂの断面における排気エアの流れを示す断面図である。図６Ａは、図４Ａの断面における排気エアの流れを示す説明図であり、図６Ｂは図４Ｂの断面における、副流路の第１絞弁を通じた排気エアの流れを示す説明図である。

以下、本発明の好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、エアシリンダ１０は、自動設備ライン等に使用される複動型のシリンダである。エアシリンダ１０は、円筒側のシリンダチューブ１２と、シリンダチューブ１２のヘッド側端部を封止するヘッドカバー１４と、シリンダチューブ１２のロッド側端部を封止するロッドカバー１６とを備えている。シリンダチューブ１２、ヘッドカバー１４及びロッドカバー１６は、複数の連結ロッド２２及び連結ボルト２４によって軸方向に連結されている。ヘッドカバー１４には、ヘッド側ポート１４ａが形成されており、ロッドカバー１６にはロッド側ポート１６ａが形成されている。ロッドカバー１６からは、ピストンロッド２０が突出して延び出ている。

シリンダチューブ１２の内部には、図２に示すように、シリンダ室１２ｃを摺動するピストン１８と、ピストン１８に連結されたピストンロッド２０とが設けられている。ピストン１８のヘッド側のヘッド側圧力室１２ａには、ヘッド側の流量コントローラ２６が接続され、ロッド側のロッド側圧力室１２ｂにはロッド側の流量コントローラ２６Ａが接続されている。ヘッド側の流量コントローラ２６は、ヘッドカバー１４に内蔵されており、ヘッド側ポート１４ａは流量コントローラ２６を介してヘッド側圧力室１２ａに接続されている。また、ロッド側の流量コントローラ２６Ａは、ロッドカバー１６に内蔵されており、ロッド側ポート１６ａは流量コントローラ２６Ａを介してロッド側圧力室１２ｂに接続されている。

ヘッド側の流量コントローラ２６は、ヘッド側ポート１４ａに連通する主流路３０と、主流路３０に並列に設けられた副流路３２と、ヘッド側圧力室１２ａに連通するシリンダ流路３３と、主流路３０とシリンダ流路３３とを繋ぐ迂回流路３４とを含む。副流路３２には、排気エアの流量を可変に規制する第１絞弁３８と、第１絞弁３８を通過した排気エアを排出する排気口３９とが設けられている。主流路３０には、排気エアの流量を可変に規制する第３絞弁４４が設けられている。第１絞弁３８及び第３絞弁４４は、排気エアの流量を規制することで、ピストン１８の動作速度を制限する。第１絞弁３８は、第３絞弁４４よりも排気エアの流量を強く絞るように構成されている。

主流路３０及び副流路３２とシリンダ流路３３との間には切換弁２８が設けられている。切換弁２８は、パイロットエアによって動作する三方弁であり、主流路３０と、副流路３２と、シリンダ流路３３と、に接続されている。切換弁２８は、図示の第１位置において、シリンダ流路３３に主流路３０を接続し、第２位置に切り換わることで、シリンダ流路３３を副流路３２に接続する。切換弁２８は、復帰バネ２８ａの弾発力により、第１位置に付勢されるとともに、パイロットエアの圧力が増加すると第２位置に切り換わる。

迂回流路３４は、一端がヘッド側ポート１４ａ付近の主流路３０に接続され、他端がシリンダ流路３３に接続されており、第３絞弁４４及び切換弁２８を迂回して、主流路３０とシリンダ流路３３とを接続している。迂回流路３４には、第１入口４２ａ、第２入口４２ｂ及び出口４２ｃを有するシャトル弁４２が設けられている。シャトル弁４２の第１入口４２ａには迂回流路３４の第１部分３４ａが接続され、第２入口４２ｂにはパイロットエア流路３６が接続され、出口４２ｃには、迂回流路３４の第２部分３４ｂが接続されている。なお、迂回流路３４の第１部分３４ａは主流路３０に連通した部分であり、第２部分３４ｂはシリンダ流路３３に連通した部分である。パイロットエア流路３６は、パイロットエア調整部４０を介して切換弁２８に接続されている。

シャトル弁４２は、主流路３０の圧力がシリンダ流路３３の圧力よりも高くなると、第２入口４２ｂを塞ぐとともに、第１入口４２ａと出口４２ｃとを連通させ、迂回流路３４を開通させて、主流路３０の高圧エアをシリンダ流路３３に導く。また、シャトル弁４２は、シリンダ流路３３の圧力が主流路３０の圧力よりも高くなると、第１入口４２ａを塞ぐとともに、第２入口４２ｂと出口４２ｃとを連通させ、シリンダ流路３３の排気エアをパイロットエアとして切換弁２８に導く。

パイロットエア調整部４０は、パイロットエア流路３６に設けられており、第２絞弁４０ａと、その第２絞弁４０ａに並列に接続されたチェック弁４０ｂとを備えている。第２絞弁４０ａ及びチェック弁４０ｂの下流側は、切換弁２８の後述するピストン部５４側に接続されている。第２絞弁４０ａは、パイロットエアを所定流量で切換弁２８に供給し、所定のタイミングで切換弁２８を第２位置に変位させる。チェック弁４０ｂは、切換弁２８からシャトル弁４２に向かう方向にパイロットエアを流す向きに接続されており、切換弁２８を第１位置に復帰させる際に、切換弁２８のパイロットエアを素早く排出させる。

ヘッドカバー１４に内蔵されるヘッド側の流量コントローラ２６は、以上のような回路構成となっている。また、ロッドカバー１６に内蔵されるロッド側の流量コントローラ２６Ａは、ヘッド側の流量コントローラ２６と実質的に同様の回路構成となっているため、ヘッド側の流量コントローラ２６と同一の構成については同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。但し、ロッド側の流量コントローラ２６Ａの切換弁２８、主流路３０、副流路３２、シリンダ流路３３、迂回流路３４、パイロットエア調整部４０、及びシャトル弁４２に対しては、各々参照番号にＡを付して区別して示す。

次に、エアシリンダ１０を駆動する駆動装置７６について説明する。エアシリンダ１０は、ヘッド側ポート１４ａとロッド側ポート１６ａとに接続される駆動装置７６によって駆動される。駆動装置７６は、動作切換弁８０と、高圧エアを供給する高圧エア供給源８６と、エアシリンダ１０から排出される排気エアの排出を行う排気口８８とを備えている。動作切換弁８０は、電気的に高圧エアの接続先を切り換える５ポート弁であり、第１ポート８１～第５ポート８５を備える。第１ポート８１は、配管７８を介してヘッド側ポート１４ａに接続し、第２ポート８２は配管７８Ａを介してロッド側ポート１６ａに接続する。第３ポート８３及び第５ポート８５は排気口８８に接続し、第４ポート８４は高圧エア供給源８６に接続している。

動作切換弁８０は、図２に示す第１位置においては、第１ポート８１と第４ポート８４とを連通させるとともに、第２ポート８２と第５ポート８５とを連通させる。このようにして、動作切換弁８０は、高圧エア供給源８６をヘッド側ポート１４ａに連通させ、ロッド側ポート１６ａを排気口８８に連通させて、作動ストロークを行う。

また、動作切換弁８０は、第２位置においては、第１ポート８１と第３ポート８３とを連通させるとともに、第２ポート８２と第４ポート８４とを連通させる。このようにして、動作切換弁８０は、ロッド側ポート１６ａに高圧エア供給源８６を接続し、ヘッド側ポート１４ａに排気口８８を接続させて、復帰ストロークを行う。

エアシリンダ１０及びその駆動装置７６の回路構成は以上のように構成され、以下、流量コントローラ２６を内蔵したヘッドカバー１４及びロッドカバー１６の具体的な構造について説明する。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ヘッドカバー１４は、軸方向に垂直な端面４５ａが矩形状に形成された箱型の本体部４５を有する。本体部４５の上面４５ｂには、ヘッド側ポート１４ａとともに、複数の弁孔４５ｇが設けられている。これらの弁孔４５ｇに、第１絞弁３８（排気口３９）、パイロットエア調整部４０、シャトル弁４２、及び第３絞弁４４が設けられている。本体部４５の端面４５ａの四隅には、連結ロッド２２及び連結ボルト２４を装着するための連結孔２２ａが形成されている。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本体部４５の第１側面４５ｃ及び第２側面４５ｄには、切換弁２８を形成するための切換弁設置孔４６が開口している。切換弁設置孔４６は、本体部４５の中心よりも上面４５ｂ寄りの部分に設けられており、図４Ｂに示すように、切換弁設置孔４６は、第１側面４５ｃ側から第２側面４５ｄ側に貫通して形成されている。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、主流路３０は、ヘッド側ポート１４ａから切換弁設置孔４６に向けて延びて形成されており、その主流路３０の途上に第３絞弁４４が設けられている。第１絞弁３８及び排気口３９は、これらが一体化された排気絞弁として構成され、切換弁設置孔４６の上方に設けられている。図３Ｂに示すように、副流路３２は、切換弁設置孔４６の上部から第１絞弁３８及び排気口３９に向けて上方に延びて形成されている。

図３Ａに示すように、迂回流路３４の第１部分３４ａは、一端がヘッド側ポート１４ａに開口し、他端が第１側面４５ｃ側に向けて延びてシャトル弁４２に連通する。また、迂回流路３４の第２部分３４ｂはシャトル弁４２からシリンダチューブ１２に向けて延びてヘッド側圧力室１２ａに連通する。

図４Ａに示すように、シャトル弁４２が設けられる弁孔４５ｇは、一定の内径で下方に向けて延びる流路部材収容部７０と、流路部材収容部７０の下端に形成された傾斜部７２とを備える。傾斜部７２は、下方に向けて縮径するように傾斜しており、傾斜部７２の下端には迂回流路３４の第１部分３４ａが開口した第１入口４２ａが形成されている。流路部材収容部７０の側部には、出口４２ｃとして迂回流路３４の第２部分３４ｂが開口するとともに、第２入口４２ｂとしてパイロットエア流路３６が開口している。第２入口４２ｂは、出口４２ｃよりも上方に設けられている。

シャトル弁４２は、流路部材収容部７０に挿入された流路部材４３及び弁体７４を備える。流路部材４３は、流路部材収容部７０よりも小径に形成された円筒状の部材であり、内部に分岐流路４３ａを備える。分岐流路４３ａの上端は鋼球４３ｄによって封止され、分岐流路４３ａの下端は出口４２ｃ付近で流路部材収容部７０内に開口している。分岐流路４３ａの第２入口４２ｂの近傍には、径方向に貫通する通気孔４３ｅが形成されており、この通気孔４３ｅを介して分岐流路４３ａと第２入口４２ｂとが連通する。流路部材４３の上端は、流路部材収容部７０の内径と略同じ外径に形成されており、流路部材収容部７０と密着して流路部材４３が流路部材収容部７０に固定されている。また、流路部材４３の外側部であって、第２入口４２ｂと出口４２ｃとの間の部分には、径方向外方に突出して流路部材収容部７０に密着する仕切部４３ｂが設けられている。仕切部４３ｂには、Ｏリング等よりなるシール部材が設けられており、流路部材４３の外側において、第２入口４２ｂと出口４２ｃとを気密に仕切る。

弁体７４は、弾性部材よりなり、下方に向けて凸の略円錐の板状の部材であり、断面が略Ｖ字型となっている。弁体７４の外径は流路部材収容部７０の内径よりも小さく形成されており、流路部材収容部７０の内部で上下方向に変位可能に配置されている。弁体７４の下側は、傾斜部７２に面接触して密着可能な傾斜面で構成されている。また、弁体７４の上端中央部には、円錐状の突起部７５が形成されている。突起部７５は、弁体７４が上方に変位した際に分岐流路４３ａに挿入されて分岐流路４３ａを気密に封止する。

弁体７４は、図４Ａの位置においては、下側が傾斜部７２に密着して、第１入口４２ａと出口４２ｃとを気密に封止するとともに、第２入口４２ｂと出口４２ｃとを連通させる。弁体７４は、第１入口４２ａ側の圧力が出口４２ｃ側の圧力よりも高くなると、図５Ａのように上方に変位する。この状態では、弁体７４が分岐流路４３ａを閉塞して第２入口４２ｂと出口４２ｃとの連通を阻止するとともに、第１入口４２ａと出口４２ｃとを連通させる。すなわち、弁体７４は迂回流路３４の第１部分３４ａと第２部分３４ｂとを連通させる。

図４Ａに示すように、パイロットエア調整部４０は、シャトル弁４２の第１側面４５ｃ側に隣接して配置されている。パイロットエア調整部４０は、第２絞弁４０ａとチェック弁４０ｂとが一体化したチェック弁付き絞弁として構成されている。パイロットエア流路３６は、シャトル弁４２とパイロットエア調整部４０との間及びパイロットエア調整部４０と切換弁設置孔４６との間に形成されている。

パイロットエア流路３６の端部は、図４Ｂに示すように、第１キャップ４８ａの近傍で切換弁設置孔４６に開口している。図３Ａに示すように、シリンダ流路３３の一方の端部は、主流路３０と副流路３２（図４Ｂ参照）との間の部位で切換弁設置孔４６に開口している。図３Ｂに示すように、シリンダ流路３３は、切換弁設置孔４６からシリンダチューブ１２に向けて延び、シリンダ流路３３の他方の端部はヘッド側圧力室１２ａに開口する。

図４Ｂに示すように、切換弁２８は、切換弁設置孔４６に設けられた円筒状のスプールガイド部材５２と、スプールガイド部材５２の内部を摺動するスプール５０とを備えたスプール弁として構成されている。切換弁設置孔４６は、略一定の直径で形成された貫通孔として形成され、第１側面４５ｃ側の端部は第１キャップ４８ａで封止され、第２側面４５ｄ側の端部は第２キャップ４８ｂで封止されている。キャップ４８ａ、４８ｂは抜け止めクリップ４９によって切換弁設置孔４６に固定されている。キャップ４８ａ、４８ｂの間の切換弁設置孔４６にスプールガイド部材５２が設けられている。

スプールガイド部材５２は、切換弁設置孔４６に密着する外周部５２ａと、スプール５０が挿通する内周部５２ｂとを有している。スプールガイド部材５２には、外周部５２ａ及び内周部５２ｂを周方向に溝状に切り欠いてなる第１連通溝５３ａ～第３連通溝５３ｃが形成されている。第１連通溝５３ａは、第２側面４５ｄ側に形成されて主流路３０と連通する。第２連通溝５３ｂは、第１側面４５ｃ側に形成されて副流路３２と連通し、第３連通溝５３ｃは第１連通溝５３ａと第２連通溝５３ｂとの間に形成されてシリンダ流路３３と連通する。第１連通溝５３ａ～第３連通溝５３ｃの各々には、周方向の複数個所に通気口５３ａ１、５３ｂ１、５３ｃ１が設けられており、外周部５２ａ側と内周部５２ｂ側とが連通している。

スプール５０は、スプールガイド部材５２と第１キャップ４８ａとの間に収容されるピストン部５４と、スプールガイド部材５２の内周部５２ｂに挿入されるスプール部５６とを備える。ピストン部５４は、スプール部５６よりも大きな直径を有しており、その外周にパッキン６６が装着されている。ピストン部５４は、スプールガイド部材５２と第１キャップ４８ａとの間のスペースを、第１キャップ４８ａ側の空室４６ａとスプールガイド部材５２側の空室４６ｂとに仕切る。空室４６ａは、パイロットエア流路３６に連通している。また、空室４６ｂは、エア抜き孔６９に連通している。また、空室４６ｂには、ピストン部５４を第１キャップ４８ａ側に付勢する復帰バネ２８ａが配置されている。

スプール部５６は、ピストン部５４と一体的に形成されるとともに、スプールガイド部材５２側に向けて延在している。スプール部５６は、軸方向の両端部に形成されたガイド端部５６ａ、５６ｂを備える。ガイド端部５６ａ、５６ｂは、スプールガイド部材５２の内周部５２ｂの内径よりも僅かに小さい外径に形成され、スプール５０の軸方向の移動を案内する。また、ガイド端部５６ａ、５６ｂには、軸方向に沿ったエアの漏洩を防止するべく、それぞれパッキン６８が設けられている。ガイド端部５６ａ、５６ｂの間には、第１封止壁６２及び第２封止壁６４が設けられている。

第１封止壁６２は、スプールガイド部材５２の内周部５２ｂよりも僅かに小さい外径に形成され、その外周部分にパッキン６８を備える。第１封止壁６２は、図４Ｂに示す第１位置において、第２連通溝５３ｂと第３連通溝５３ｃとの間に位置してこれらの連通を阻止する位置に形成されている。

第２封止壁６４は、第１封止壁６２と同等の外径に形成され、その外周部分にパッキン６８を備える。第２封止壁６４は、図６Ｂに示す第２位置において、第１連通溝５３ａと第３連通溝５３ｃとの間に位置してこれらの連通を阻止する位置に形成されている。

また、スプール部５６には、周方向の全域に亘って溝状に切り欠かれた凹部５８ａ、５８ｂ、５８ｃが形成されている。凹部５８ａは、ガイド端部５６ａと第２封止壁６４との間に形成され、凹部５８ｂは第１封止壁６２と第２封止壁６４との間に形成され、凹部５８ｃは第１封止壁６２とガイド端部５６ｂとの間に形成されている。凹部５８ａ、５８ｂ、５８ｃは、スプール部５６とスプールガイド部材５２との間に大きな断面積のエア流路を形成することで、高圧エア又は排気エアの通過を容易にする。

ヘッドカバー１４は以上のように構成される。また、ロッドカバー１６は、図１Ａに示すように、ピストンロッド２０が挿通する挿通孔４７を有している以外は、ヘッドカバー１４と実質的に同様の構造となっているため、ロッドカバー１６と同一の構成については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。但し、ヘッド側の流量コントローラ２６の主流路３０、副流路３２、シリンダ流路３３、迂回流路３４、切換弁２８、パイロットエア調整部４０、及びシャトル弁４２に対しては、各々参照番号にＡを付して区別して示す。

本実施形態のエアシリンダ１０は以上のように構成され、以下エアシリンダ１０の作用について、その動作とともに説明する。

図５Ａに示すように、作動ストロークでは、ヘッド側ポート１４ａから高圧エアが導入される。高圧エアは、主流路３０及び迂回流路３４に導入される。シャトル弁４２は、高圧エアによって弁体７４が上方に変位して第１入口４２ａと出口４２ｃとが連通して、迂回流路３４の第１部分３４ａと第２部分３４ｂとが連通する。これにより、高圧エアは迂回流路３４を通じてヘッド側圧力室１２ａ（図３Ｂ参照）に流入する。

また、主流路３０に導入された高圧エアは、第３絞弁４４（図３Ｂ参照）を経て、スプールガイド部材５２の第１連通溝５３ａに流れ込む。切換弁２８のスプール５０は、図５Ｂに示す第１位置にあり、主流路３０から切換弁２８に流入した高圧エアは、凹部５８ａを通じて第３連通溝５３ｃに流れ込み、シリンダ流路３３を通じて、ヘッド側圧力室１２ａ（図３Ｂ参照）に流入する。このようにして作動ストロークでは、ヘッドカバー１４では、主流路３０及び迂回流路３４を介して高圧エアが導入される。迂回流路３４は、第３絞弁４４を迂回しているため、高圧エアは自由流れでヘッド側圧力室１２ａ（図３Ｂ参照）に導入される。

一方、ロッドカバー１６では、作動ストロークにおいて、図２に示すように、ロッド側圧力室１２ｂから排出された排気エアが、シリンダ流路３３Ａ及び迂回流路３４Ａの第２部分３４ｂに流れ込む。第２部分３４ｂからシャトル弁４２Ａに流れ込んだ排気エアは、図４Ａに示すように、弁体７４を下方に変位させる。これにより、迂回流路３４Ａの第１部分３４ａと第２部分３４ｂとが遮断される。また、排気エアの一部は、シャトル弁４２Ａの第２入口４２ｂ及びパイロットエア流路３６を通じてパイロットエア調整部４０Ａに流れ込む。そして、パイロットエア調整部４０Ａで所定流量に絞られた排気エアがパイロットエアとしてピストン部５４に隣接する空室４６ａに流入する。

ロッド側の切換弁２８Ａは、スプール５０は復帰バネ２８ａによって付勢されて第１位置にあるため、シリンダ流路３３から切換弁２８Ａに流れ込んだ排気エアは、第３連通溝５３ｃ、凹部５８ａ及び第１連通溝５３ａを介して主流路３０Ａに流れ込む。主流路３０Ａの第３絞弁４４によって流量が規制されつつ、ロッド側ポート１６ａから排出される。このように、流量コントローラ２６Ａは、エアシリンダ１０からの排気エアでピストン１８の動作速度を規制するメータアウトのスピードコントローラを構成する。

ロッドカバー１６は、図６Ａに示すようにパイロットエアが流れ、ピストン１８の移動に伴って徐々に空室４６ａのパイロットエアの圧力が増加する。そして、パイロットエアの圧力が所定値を超えると、図６Ｂに示すように、ピストン部５４が復帰バネ２８ａの弾発力に抗して第２位置に変位する。スプール５０が第２位置に変位すると、第１連通溝５３ａと第３連通溝５３ｃとの連通が阻止され、第３連通溝５３ｃと第２連通溝５３ｂとが連通する。すなわち、シリンダ流路３３Ａと副流路３２Ａとが連通する。排気エアは、凹部５８ｃを通過して副流路３２Ａに流れ込み、第１絞弁３８で流量が規制されつつ、排気口３９から放出される。排気エアは、第１絞弁３８によってより強く絞られるため、ピストン１８の動作速度を減速させる。パイロットエア調整部４０の絞り量を適宜調整しておくことで、ピストン１８のストロークエンド付近でスプール５０が第１位置から第２位置に切り換わり、ストロークエンドでのピストン１８の衝撃が緩和される。

その後、ピストン１８が停止すると、排気エアの流入が停止し、切換弁２８Ａのパイロットエアがパイロットエア調整部４０Ａのチェック弁４０ｂを通じて排出される。そして、切換弁２８Ａのスプール５０が復帰バネ２８ａの弾発力によって第１位置に復帰する。

以上により、エアシリンダ１０の作動ストロークの動作が完了する。動作切換弁８０が第１位置から第２位置に切り換わることで、復帰ストロークが開始される。復帰ストロークでは、ヘッド側の流量コントローラ２６に排気エアが流れ込み、ロッド側の流量コントローラ２６Ａを通じて高圧エアが導入される。復帰ストロークでのエアシリンダ１０の動作は、上記の作動ストロークの動作が、ヘッド側の流量コントローラ２６とロッド側の流量コントローラ２６Ａとで入れ代わるだけであり、実質的に同様であるため、その説明は省略する。

本実施形態のエアシリンダ１０並びにヘッドカバー１４及びロッドカバー１６は、以下の効果を奏する。

本実施形態のエアシリンダ１０は、内部にシリンダ室１２ｃが形成されたシリンダチューブ１２と、シリンダチューブ１２の一端を閉塞するヘッドカバー１４と、シリンダチューブ１２の他端を閉塞するロッドカバー１６と、シリンダチューブ１２内を摺動するピストン１８と、一端がピストン１８に連結されたピストンロッド２０と、ヘッドカバー１４及びロッドカバー１６にそれぞれ設けられたポート１４ａ、１６ａと、ヘッドカバー１４及びロッドカバー１６の少なくとも一方に内蔵された流量コントローラ２６と、を備え、流量コントローラ２６は、ポート１４ａ、１６ａに連通した主流路３０と、主流路３０に並設され、主流路３０よりも少ない流量にエアの流量を絞る第１絞弁３８を有する副流路３２と、シリンダ室１２ｃに連通するシリンダ流路３３と、主流路３０と、副流路３２とシリンダ流路３３とに接続され、シリンダ流路３３を主流路３０に連通させる第１位置と、シリンダ流路３３を副流路３２に連通させる第２位置とに切換わる切換弁２８と、シリンダ流路３３の排気エアの一部をパイロットエアとして切換弁２８に導くパイロットエア調整部４０と、を備え、パイロットエア調整部４０は、切換弁２８へのパイロットエアの流入速度を規制する第２絞弁４０ａを有し、切換弁２８は、パイロットエアの圧力の上昇によって第１位置から第２位置に切り換わる。

本実施形態の流量コントローラ２６では、排気エアの一部をパイロットエアとして用いる。パイロットエア調整部４０は、切換弁２８に流入するパイロットエアの流量を規制するメーターインのスピードコントローラとして機能する。パイロットエア調整部４０の第２絞弁４０ａには、ピストン１８の移動に伴って常に十分な圧力が作用し続けるため、第２絞弁４０ａを通過するパイロットエアの減少を防ぐことができ、切換弁２８の動作タイミングを安定化させることができる。

上記のエアシリンダ１０において、流量コントローラ２６は、さらに、切換弁２８を迂回してポート１４ａ、１６ａとシリンダ室１２ｃとを連通させる迂回流路３４と、第１入口４２ａ、第２入口４２ｂ、及び出口４２ｃを有し、第１入口４２ａに迂回流路３４のポート１４ａ、１６ａに連通する第１部分３４ａが接続され、出口４２ｃに迂回流路３４のシリンダ室１２ｃに連通する第２部分３４ｂが接続され、第２入口４２ｂにパイロットエア調整部４０が接続されたシャトル弁４２と、を備え、シャトル弁４２は、ポート１４ａ、１６ａの圧力がシリンダ室１２ｃの圧力よりも高くなると第２入口４２ｂを閉塞して第１入口４２ａと出口４２ｃを連通させ、シリンダ室１２ｃの圧力がポート１４ａ、１６ａの圧力よりも高くなると第１入口４２ａを閉塞して第２入口４２ｂと出口４２ｃとを連通させるように構成してもよい。このように構成することで、迂回流路３４は、排気エアをパイロットエア調整部４０に導く排気流路として機能するとともに、高圧エアの導入流路となる。これにより、流量コントローラ２６の切換動作の安定化と、エアシリンダ１０の動作速度の向上とを両立できる。

上記のエアシリンダ１０において、切換弁２８は、ヘッドカバー１４又はロッドカバー１６の本体部４５に形成された切換弁設置孔４６と、切換弁設置孔４６の内周面に沿って配設されたスプールガイド部材５２と、スプールガイド部材５２の内周部５２ｂを挿通するスプール５０と、切換弁設置孔４６の内部に設置されスプール５０を第１位置に付勢する復帰バネ２８ａと、を有し、スプール５０は、スプールガイド部材５２の内周部５２ｂを摺動して流路の接続先を切り換えるスプール部５６と、パイロットエアの圧力を受けて第２位置に向けて付勢されるピストン部５４とを有してもよい。このように構成することで、ヘッドカバー１４又はロッドカバー１６の本体部４５の内部に、切換弁２８を含む流量コントローラ２６をコンパクトに内蔵できる。

上記のエアシリンダ１０において、主流路３０は第３絞弁４４を有し、迂回流路３４は切換弁２８及び第３絞弁４４を迂回してポート１４ａ、１６ａとシリンダ室１２ｃとを繋ぐようにしてもよい。このように構成すると、高圧エアは、第３絞弁４４を迂回する迂回流路３４を通じてシリンダ室１２ｃに流入するため、エアシリンダ１０の動作速度を向上させることができる。

上記のエアシリンダ１０において、切換弁設置孔４６はシリンダチューブ１２の軸方向と直交する方向に延びて形成されていてもよい。これにより、エアシリンダ１０のシリンダチューブ１２の軸方向の寸法を小型化できる。

本実施形態のヘッドカバー１４は、シリンダチューブ１２のヘッド側の端部を覆うエアシリンダ１０のヘッドカバー１４であって、ポート１４ａと、ポート１４ａに連通した主流路３０と、主流路３０に並設され、主流路３０よりも少ない流量にエアの流量を絞る第１絞弁３８を有する副流路３２と、シリンダ室１２ｃに連通するシリンダ流路３３と、主流路３０、副流路３２及びシリンダ流路３３に接続され、シリンダ流路３３と主流路３０とを連通させる第１位置と、シリンダ流路３３と副流路３２とを連通させる第２位置とに切換わる切換弁２８と、シリンダ室１２ｃの排気エアをパイロットエアとして切換弁２８に導くパイロットエア調整部４０と、を備え、パイロットエア調整部４０は切換弁２８へのパイロットエアの流入速度を規制する第２絞弁４０ａを有し、切換弁２８は、パイロットエアの圧力の増加によって、第１位置から第２位置に切り換わる。

上記のヘッドカバー１４によれば、切換弁２８の切換動作のタイミングを安定化できるとともに、エアシリンダ１０の駆動装置７６の装置構成を簡素化できる。

本実施形態のロッドカバー１６は、シリンダチューブ１２のロッド側の端部を覆うエアシリンダ１０のロッドカバー１６であって、ピストンロッド２０が挿通する挿通孔４７と、ポート１６ａと、ポート１６ａに連通した主流路３０Ａと、主流路３０Ａに並設され、主流路３０Ａよりも少ない流量にエアの流量を絞る第１絞弁３８を有する副流路３２Ａと、シリンダ室１２ｃに連通するシリンダ流路３３Ａと、主流路３０Ａ、副流路３２Ａ及びシリンダ流路３３Ａに接続され、シリンダ流路３３Ａと主流路３０Ａとを連通させる第１位置と、シリンダ流路３３Ａと副流路３２Ａとを連通させる第２位置とに切換わる切換弁２８Ａと、シリンダ室１２ｃの排気エアをパイロットエアとして切換弁２８Ａに導くパイロットエア調整部４０Ａと、を備え、パイロットエア調整部４０Ａは切換弁２８Ａへのパイロットエアの流入速度を規制する第２絞弁４０ａを有し、切換弁２８Ａは、パイロットエアの圧力の増加によって、第１位置から第２位置に切り換わる。

上記のロッドカバー１６によれば、切換弁２８Ａの切換動作のタイミングを安定化できるとともに、エアシリンダ１０の駆動装置７６の装置構成を簡素化できる。

上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

１０…エアシリンダ１２…シリンダチューブ
１４…ヘッドカバー１６…ロッドカバー
１８…ピストン２０…ピストンロッド
２６、２６Ａ…流量コントローラ２８、２８Ａ…切換弁
３０、３０Ａ…主流路３２、３２Ａ…副流路
３３、３３Ａ…シリンダ流路３４、３４Ａ…迂回流路
４０、４０Ａ…パイロットエア調整部４２、４２Ａ…シャトル弁

Claims

内部にシリンダ室が形成されたシリンダチューブと、
前記シリンダチューブの一端を閉塞するヘッドカバーと、
前記シリンダチューブの他端を閉塞するロッドカバーと、
前記シリンダ室を摺動するピストンと、
一端が前記ピストンに連結されたピストンロッドと、
前記ヘッドカバー及び前記ロッドカバーにそれぞれ設けられたポートと、
前記ヘッドカバー及び前記ロッドカバーの少なくとも一方に内蔵された流量コントローラと、を備え、前記流量コントローラは、
前記ポートに連通した主流路と、
前記主流路に並設され、前記主流路よりも少ない流量にエアの流量を絞る第１絞弁を有する副流路と、
前記シリンダ室に連通するシリンダ流路と、
前記主流路と、前記副流路と前記シリンダ流路とに接続され、前記シリンダ流路を前記主流路に連通させる第１位置と、前記シリンダ流路を前記副流路に連通させる第２位置とに切換わる切換弁と、
前記シリンダ流路の排気エアの一部をパイロットエアとして前記切換弁に導くパイロットエア調整部と、を備え、
前記パイロットエア調整部は、前記切換弁への前記パイロットエアの流入速度を規制する第２絞弁を有し、前記切換弁は、前記パイロットエアの圧力の上昇によって前記第１位置から前記第２位置に切り換わる、エアシリンダ。
請求項１記載のエアシリンダであって、前記流量コントローラは、さらに、
前記切換弁を迂回して前記ポートと前記シリンダ室とを連通させる迂回流路と、
第１入口、第２入口、及び出口を有し、前記第１入口に前記迂回流路の前記ポートに連通する第１部分が接続され、前記出口に前記迂回流路の前記シリンダ室に連通する第２部分が接続され、前記第２入口に前記パイロットエア調整部が接続されたシャトル弁と、を備え、
前記シャトル弁は、前記ポートの圧力が前記シリンダ室の圧力よりも高くなると前記第２入口を閉塞して前記第１入口と前記出口を連通させ、前記シリンダ室の圧力が前記ポートの圧力よりも高くなると前記第１入口を閉塞して前記第２入口と前記出口とを連通させる、エアシリンダ。
請求項２記載のエアシリンダであって、前記主流路は第３絞弁を有し、前記迂回流路は前記切換弁及び前記第３絞弁を迂回して前記ポートと前記シリンダ室とを繋ぐ、エアシリンダ。
請求項３記載のエアシリンダであって、
前記切換弁は、前記ヘッドカバー又は前記ロッドカバーの本体部に形成された切換弁設置孔と、前記切換弁設置孔の内周面に沿って配設されたスプールガイド部材と、前記スプールガイド部材の内周部を挿通するスプールと、前記切換弁設置孔の内部に設置され前記スプールを前記第１位置に付勢する復帰バネと、を有し、
前記スプールは、前記スプールガイド部材の前記内周部を摺動して流路の接続先を切り換えるスプール部と、前記パイロットエアの圧力を受けて前記第２位置に向けて付勢されるピストン部と、を有する、エアシリンダ。
請求項４記載のエアシリンダであって、前記切換弁設置孔は前記シリンダチューブの軸方向と直交する方向に延びて形成されている、エアシリンダ。
シリンダチューブのヘッド側の端部を覆うエアシリンダのヘッドカバーであって、
ポートと、
前記ポートに連通した主流路と、
前記主流路に並設され、前記主流路よりも少ない流量にエアの流量を絞る第１絞弁を有する副流路と、
前記シリンダチューブのシリンダ室に連通するシリンダ流路と、
前記主流路、前記副流路及び前記シリンダ流路に接続され、前記シリンダ流路と前記主流路とを連通させる第１位置と、前記シリンダ流路と前記副流路とを連通させる第２位置とに切換わる切換弁と、
前記シリンダ室の排気エアをパイロットエアとして前記切換弁に導くパイロットエア調整部と、を備え、
前記パイロットエア調整部は前記切換弁への前記パイロットエアの流入速度を規制する第２絞弁を有し、前記切換弁は、前記パイロットエアの圧力の増加によって、前記第１位置から前記第２位置に切り換わる、ヘッドカバー。
シリンダチューブのロッド側の端部を覆うエアシリンダのロッドカバーであって、
ピストンロッドが挿通する挿通孔と、
ポートと、
前記ポートに連通した主流路と、
前記主流路に並設され、前記主流路よりも少ない流量にエアの流量を絞る第１絞弁を有する副流路と、
前記シリンダチューブのシリンダ室に連通するシリンダ流路と、
前記主流路、前記副流路及び前記シリンダ流路に接続され、前記シリンダ流路と前記主流路とを連通させる第１位置と、前記シリンダ流路と前記副流路とを連通させる第２位置とに切換わる切換弁と、
前記シリンダ室の排気エアをパイロットエアとして前記切換弁に導くパイロットエア調整部と、を備え、
前記パイロットエア調整部は前記切換弁への前記パイロットエアの流入速度を規制する第２絞弁を有し、前記切換弁は、前記パイロットエアの圧力の増加によって、前記第１位置から前記第２位置に切り換わる、ロッドカバー。