JPWO2019188129A1 - エアシリンダ - Google Patents

Abstract

エアシリンダ（２２）は、シリンダチューブ（３２）の一端がヘッドカバー（３４）で閉塞されるとともに他端がロッドカバー（３６）で閉塞され、ピストン（３８）によって区画されるヘッド側エア室（４４）とロッド側エア室（４２）とを有し、切換弁（３０）に配管を介して接続されるロッド側ポート（Ｐ１）と、切換弁に配管を介して接続されるヘッド側ポート（Ｐ２）と、ロッド側エア室とロッド側ポートとを接続するロッド側エア流路（２４ｉ）と、ヘッド側エア室とヘッド側ポートとを接続するヘッド側エア流路（２６ｉ）と、ロッド側エア流路の中間点とヘッド側エア流路の中間点とを接続するバイパス流路（２８）と、バイパス流路に介設されるチェック弁（４６）およびパイロットチェック弁（４８）とを備える。

Description

本発明は、エアシリンダに関し、特に、復帰工程では大きな駆動力を必要としない複動型エアシリンダに関する。

従来から、駆動工程で大きな出力を必要とし、復帰工程では大きな出力を必要としない、空気圧を利用した複動アクチュエータの駆動装置が知られている（実公平２−２９６５号公報参照）。

このアクチュエータ駆動装置は、図１５に示すように、複動シリンダ装置１の駆動側圧力室３から排出される排気の一部をアキュムレータ１２に回収・蓄積し、それを複動シリンダ装置１の復帰動力に使用するものである。具体的には、切換弁５が同図の状態に切り換わると、駆動側圧力室３内の高圧排気が回収弁１０の回収ポート１０ｂを通ってアキュムレータ１２に蓄積される。排気圧力が低下して、排気圧とアキュムレータ圧力との差が小さくなると、駆動側圧力室３内の残存空気が回収弁１０の排出ポート１０ｃから大気に放出され、同時にアキュムレータ１２の蓄圧空気が復帰側圧力室４に流入する。

上記アクチュエータ駆動装置は、切換弁５を切り換えても、排気圧とアキュムレータ圧力との差が小さくなるまでは、駆動側圧力室３内の高圧空気が大気に放出されないので、複動シリンダ装置１の復帰に必要な推力が得られるまでに時間がかかるという問題がある。また、排気圧とアキュムレータ圧力との圧力差が大きい間は回収弁１０の入口ポート１０ａを回収ポート１０ｂに連通させ、排気圧とアキュムレータ圧力との圧力差が小さくなったときに入口ポート１０ａを排出ポート１０ｃに連通させるという複雑な構造の回収弁１０を必要とする。

本出願人は、上記の課題に鑑み、排気圧力を再利用して流体圧シリンダを復帰させる駆動装置であって、復帰に必要な時間を短縮するとともに回路を簡素化することを目的とする駆動装置の発明について特許出願した（特願２０１６−２５３０７４号）。

上記特許出願に係る発明は、切換弁の所定位置において、一方のシリンダ室がチェック弁を介して他方のシリンダ室に連通するとともに排気口に連通するものである。この場合、一方のシリンダ室から切換弁に至る配管が２つ必要になるため、配管の取り回しに手間がかかるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、排気圧力を再利用してエアシリンダを復帰させることで省エネを図りつつ、復帰に必要な時間を可及的に短縮することを目的とする。また、排気圧力を再利用してエアシリンダを復帰させるためにエアシリンダの外部に設けられる流体回路を簡素化することを目的とする。

本発明に係るエアシリンダは、シリンダチューブの一端がヘッドカバーで閉塞されるとともに他端がロッドカバーで閉塞され、ピストンによって区画されるヘッド側エア室とロッド側エア室とを有する。そして、切換弁に配管を介して接続されるロッド側ポートと、切換弁に配管を介して接続されるヘッド側ポートと、ロッド側エア室とロッド側ポートとを接続するロッド側エア流路と、ヘッド側エア室とヘッド側ポートとを接続するヘッド側エア流路と、ロッド側エア流路の中間点とヘッド側エア流路の中間点とを接続するバイパス流路と、バイパス流路に介設されるチェック弁およびパイロットチェック弁とを備えることを特徴とする。

上記エアシリンダによれば、エアシリンダの復帰工程において、ヘッド側エア室に蓄積されたエアの一部をチェック弁とパイロットチェック弁を介してロッド側エア室に供給しつつ、ヘッド側エア室に蓄積されたエアの他の一部を外部に排出することが可能になる。このため、エアシリンダの復帰に必要な時間を可及的に短縮することができる。また、エアシリンダの復帰工程を含むエアシリンダの動作に必要な流体回路の多くの部分がエアシリンダに内蔵されるので、エアシリンダの外部に設けられる流体回路が可及的に簡素化される。

上記エアシリンダにおいて、ロッド側エア流路の中間点とロッド側ポートとの間のロッド側エア流路に第２チェック弁が介設され、第２チェック弁とロッド側ポートとの間のロッド側エア流路とパイロットチェック弁との間にパイロット流路が設けられるのが好ましい。

これによれば、エアシリンダと切換弁との間を繋ぐ配管の数を最小限のものとすることが可能になり、配管の取り回しに手間を要しない。また、簡単な流体回路によってパイロットチェック弁に対して確実に所定圧力以上のパイロット圧を作用させることが可能になる。

上記の場合、ロッド側ポートと、ヘッド側ポートと、ロッド側エア流路の中間点とロッド側ポートとの間のロッド側エア流路と、ヘッド側エア流路と、バイパス流路とがヘッドカバーに設けられるのが好ましい。これによれば、エアシリンダの復帰工程を含むエアシリンダの動作に必要な流体回路の多くの部分がエアシリンダのヘッドカバーに集約して配置される。

また、ロッド側エア室とロッド側エア流路の中間点との間のロッド側エア流路がタンク部であり、シリンダチューブは、ピストンが摺動自在に配設される内側チューブと、内側チューブの外側に設けられる外側チューブとを有し、内側チューブと外側チューブとの間で形成される空間によってタンク部が構成されるのが好ましい。これによれば、ヘッド側エア室から排出されるエアをロッド側エア室と繋がるタンク部に蓄積しておくことができ、エアシリンダの復帰工程時に、ロッド側エア室の容積が増大する際にその圧力が低下するのを可及的に抑えることができる。しかも、そのようなタンク部をエアシリンダの内部に効率的に配置することができる。

この場合、ヘッドカバーとロッドカバーとの間でシリンダチューブを挟持するタイロッドがタンク部内を縦断するのが好ましい。これによれば、タンク部が占める空間をタイロッドの挿通に必要な空間として利用することができる。

また、内側チューブと外側チューブは互いに独立して成形された部材であり、内側チューブの一端部および他端部はそれぞれヘッドカバーおよびロッドカバーに取り付けられ、外側チューブの一端部および他端部はそれぞれヘッドカバーおよびロッドカバーに固定されるものでもよい。これによれば、タンク部の容積を大きくとることができる。

さらに、ヘッド側エア流路の中間点とヘッド側ポートの間のヘッド側エア流路に絞り弁が介設されているのが好ましい。これによれば、エアシリンダの外部に設けられる流体回路がさらに簡素化される。

本発明に係るエアシリンダによれば、エアシリンダの復帰に必要な時間を可及的に短縮することができる。また、エアシリンダの復帰工程を含むエアシリンダの動作に必要な流体回路の多くの部分がエアシリンダに内蔵されるので、エアシリンダの外部に設けられる流体回路が可及的に簡素化される。

本発明の第１実施形態に係るエアシリンダの流体回路を概念的に示す回路図である。 本発明の第１実施形態に係るエアシリンダの斜視図である。 図２のエアシリンダの組立図である。 図３のエアシリンダの組立図を別の角度から見た図である。 図２のエアシリンダにおけるシリンダチューブの断面図である。 図２のエアシリンダのＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 図２のエアシリンダにおけるヘッドカバーの内部に組み込まれた流体回路を示す図である。 切換弁が第１位置にあり、かつ、ピストンロッドが引き込み側の端部位置にあるときの図１の回路図である。 切換弁が第２位置にあり、かつ、ピストンロッドが押し出し側の端部位置にあるときの図１の回路図である。 本発明の第２実施形態に係るエアシリンダの組立図である。 図１０のエアシリンダにおけるヘッドカバーの内部に組み込まれた流体回路を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るエアシリンダの斜視図である。 図１２のエアシリンダのＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図である。 図１３のエアシリンダのＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面図である。 先行技術文献に係るアクチュエータ駆動装置の回路図である。 図１６Ａは、本発明のエアシリンダのピストンパッキンの第１変形例を示す図であり、図１６Ｂは、その作用を説明する図である。 図１７Ａは、本発明のエアシリンダのピストンパッキンの第２変形例を示す図であり、図１７Ｂは、その作用を説明する図である。 図１８Ａは、本発明のエアシリンダのピストンパッキンの第３変形例を示す図であり、図１８Ｂは、その作用を説明する図である。

以下、本発明に係るエアシリンダについて複数の好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るエアシリンダ２２について、図１〜図９を参照しながら説明する。図１に示すように、エアシリンダ２２の流体回路２０は、第１エア流路２４、第２エア流路２６、バイパス流路２８、切換弁３０を含む。

図２および図６に示すように、エアシリンダ２２は、シリンダチューブ３２、ヘッドカバー３４、ロッドカバー３６、ピストン３８、ピストンロッド４０等から構成される。シリンダチューブ３２の一端側はロッドカバー３６によって閉塞され、シリンダチューブ３２の他端側はヘッドカバー３４によって閉塞される。シリンダチューブ３２の内部にピストン３８が往復移動自在に配設され、シリンダチューブ３２の内部空間は、ピストン３８とロッドカバー３６との間に形成されるロッド側エア室４２と、ピストン３８とヘッドカバー３４との間に形成されるヘッド側エア室４４とに区画される。

ピストン３８に連結されたピストンロッド４０はロッド側エア室４２を縦断し、その端部がロッドカバー３６を通って外部に延びる。エアシリンダ２２は、ピストンロッド４０の押し出し時（伸長時）に図示しないワークの位置決め等の仕事を行い、ピストンロッド４０の引き込み時には仕事をしない。

図１に示すように、エアシリンダ２２のロッド側エア室４２と切換弁３０との間に第１エア流路２４が設けられ、エアシリンダ２２のヘッド側エア室４４と切換弁３０との間に第２エア流路２６が設けられている。第１エア流路２４の途中からバイパス流路２８が分岐し、該バイパス流路２８は第２エア流路２６の途中に合流している。すなわち、第１エア流路２４の中間点Ｍ１と第２エア流路２６の中間点Ｍ２との間にバイパス流路２８が設けられている。

バイパス流路２８には、第２エア流路２６の中間点Ｍ２に近い側に第１チェック弁（チェック弁）４６が介設され、第１エア流路２４の中間点Ｍ１に近い側にパイロットチェック弁４８が介設されている。第１チェック弁４６は、ヘッド側エア室４４からロッド側エア室４２に向かうエアの流通を許容し、ロッド側エア室４２からヘッド側エア室４４に向かうエアの流通を阻止する。

パイロットチェック弁４８は、ロッド側エア室４２からヘッド側エア室４４に向かうエアの流通を許容する。また、パイロットチェック弁４８は、所定圧力以上のパイロット圧が作用していないときは、ヘッド側エア室４４からロッド側エア室４２に向かうエアの流通を阻止し、所定圧力以上のパイロット圧が作用しているときは、ヘッド側エア室４４からロッド側エア室４２に向かうエアの流通を許容する。換言すれば、パイロットチェック弁４８は、パイロット圧が作用していないときは、ロッド側エア室４２からヘッド側エア室４４に向かうエアの流通を許容するとともにヘッド側エア室４４からロッド側エア室４２に向かうエアの流通を阻止する逆止弁として機能し、パイロット圧が作用しているときは、エアがいずれの方向にも流通可能となり、逆止弁として機能しない。

第１エア流路２４の中間点Ｍ１と切換弁３０との間の第１エア流路２４に第２チェック弁５０が介設されている。第２チェック弁５０は、第１エア流路２４の中間点Ｍ１から切換弁３０に向かうエアの流通を許容し、切換弁３０から第１エア流路２４の中間点Ｍ１に向かうエアの流通を阻止する。第２チェック弁５０と切換弁３０との間の第１エア流路２４から分岐してパイロットチェック弁４８に至るパイロット流路５２が設けられている。

第２エア流路２６の中間点Ｍ２と切換弁３０との間の第２エア流路２６に、ヘッド側エア室４４から排出されるエアの流量を手動により調整可能なスピードコントローラ５４が介設されている。すなわち、スピードコントローラ５４は、メータアウトと呼ばれる形式の可変絞り弁である。

切換弁３０は、第１ポート３０Ａないし第５ポート３０Ｅを有し、第１位置と第２位置との間で切り換え可能な５ポート２位置電磁弁として構成される。第１ポート３０Ａは第１エア流路２４に繋がっており、第２ポート３０Ｂは第２エア流路２６に繋がっている。第３ポート３０Ｃはエア供給源５６に繋がっている。第４ポート３０Ｄはサイレンサが付設された第１排気口５８ａに繋がっており、第５ポート３０Ｅはサイレンサが付設された第２排気口５８ｂに繋がっている。

図８に示すように、切換弁３０が第１位置にあるときは、第１ポート３０Ａと第３ポート３０Ｃが繋がり、かつ、第２ポート３０Ｂと第５ポート３０Ｅが繋がる。一方、図１に示すように、切換弁３０が第２位置にあるときは、第２ポート３０Ｂと第３ポート３０Ｃが繋がり、かつ、第１ポート３０Ａと第４ポート３０Ｄが繋がる。ピストンロッド４０が押し出されるエアシリンダ２２の駆動工程では切換弁３０が第２位置とされ、ピストンロッド４０が引き込まれるエアシリンダ２２の復帰工程では切換弁３０が第１位置とされる。

図１は、エアシリンダ２２の流体回路２０を回路図によって概念的に示したもので、エアシリンダ２２の内部に組み込まれる流路も便宜上エアシリンダ２２の外側に配設されているかの如く描かれている。実際には、図１の一点鎖線で囲まれた部分、すなわち、第１チェック弁４６とパイロットチェック弁４８を含むバイパス流路２８、第２チェック弁５０を含む第１エア流路２４の一部および第２エア流路２６の一部は、エアシリンダ２２の内部に組み込まれている。

第１エア流路２４のうちエアシリンダ２２の内部に組み込まれる部分、すなわちロッド側エア室４２を出てからロッド側ポートＰ１に至るまでの部分を「ロッド側エア流路」といい、参照符号２４ｉで示す。また、第２エア流路２６のうちエアシリンダ２２の内部に組み込まれる部分、すなわちヘッド側エア室４４を出てからヘッド側ポートＰ２に至るまでの部分を「ヘッド側エア流路」といい、参照符号２６ｉで示す。

ロッド側エア流路２４ｉは、ロッドカバー３６とシリンダチューブ３２とヘッドカバー３４とに亘って設けられている。ロッド側エア流路２４ｉのうちシリンダチューブ３２に設けられる部分は、タンク部２４ｔとなっており、エアを蓄積するタンクとして作用するように容積を大きくとってある。一方、ヘッド側エア流路２６ｉはヘッドカバー３４に設けられている。

次に、シリンダチューブ３２、ヘッドカバー３４およびロッドカバー３６の構造を中心にエアシリンダ２２の内部構造を詳細に説明する。

図３〜図５に示すように、シリンダチューブ３２は、薄肉円筒状の内側チューブ３２ａと薄肉四角筒状の外側チューブ３２ｂを組み合わせた二重構造となっている。内側チューブ３２ａの内部にピストン３８が摺動自在に配設され、ロッド側エア室４２とヘッド側エア室４４とが区画される。

図５に示すように、内側チューブ３２ａと外側チューブ３２ｂは、外側チューブ３２ｂの４つの側面に対応してシリンダチューブ３２の長手方向に延びるように形成された４つの連結壁、すなわち第１連結壁３３ａ〜第４連結壁３３ｄによって、相互に同心状に連結されている。第１連結壁３３ａは、第２連結壁３３ｂ〜第４連結壁３３ｄよりも幅広となっており、外側チューブ３２ｂの側面に開口するセンサ用の取付溝８９が形成されている。

内側チューブ３２ａと外側チューブ３２ｂとの間には、第１連結壁３３ａ〜第４連結壁３３ｄによって仕切られる横断面三日月状の４つの空間Ｓ１〜Ｓ４が設けられている。ここで、第１連結壁３３ａは、シリンダチューブ３２のヘッドカバー３４側端部からロッドカバー３６側端部まで延在するのに対して、第２連結壁３３ｂ〜第４連結壁３３ｄは、ロッドカバー３６側端部において所定長さ切除されている（図３参照）。したがって、４つの空間Ｓ１〜Ｓ４は、この切除箇所を介して相互に繋がっている。

４つの空間Ｓ１〜Ｓ４は、容積の大きな１つのエアタンクとして作用する前述のタンク部２４ｔを構成している。また、４つの空間Ｓ１〜Ｓ４は、後述するタイロッド６６を挿通するためのスペースとしても利用される。

図４に示すように、ロッドカバー３６は、横断面の外形がシリンダチューブ３２と整合する四角形状となるように構成されている。シリンダチューブ３２と対向するロッドカバー３６の端面には、円環状の台座６２が突出して設けられている。台座６２を含むロッドカバー３６の中央には、ピストンロッド４０が挿通されるピストンロッド挿通孔６４が設けられている。ロッドカバー３６の四隅には、後述するタイロッド６６が挿通されるタイロッド挿通孔６７が設けられている。

ピストンロッド挿通孔６４の内径はピストンロッド４０の外径よりも大きく、両者の間には所定の隙間が形成されている。ロッドカバー３６のピストンロッド挿通孔６４の端部には、ピストンロッド４０に摺接するロッドパッキン７０が装着されている（図６参照）。ロッドパッキン７０は、ロッドカバー３６とピストンロッド４０との間をシールする。

図６に示すように、ロッドカバー３６の台座６２の内周側には、環状溝を介してダンパシール７２が装着されている。また、ピストンロッド４０のピストン連結側端部の外周には、ピストンロッド４０の外径よりも大きい外径を有するダンパスリーブ７４が取り付けられている。ピストンロッド４０が押し出し方向に移動してストロークエンドに近づくと、ダンパスリーブ７４がダンパシール７２に接触し、ロッド側エア室４２が徐々に閉鎖される。これによりピストン３８が減速され、ピストン３８がロッドカバー３６の台座６２に当接するときの衝撃が緩和される。

ロッドカバー３６の内部には、一端がピストンロッド挿通孔６４とピストンロッド４０との間の隙間に連通するとともに他端が台座６２の外側におけるロッドカバー３６の端面に開口する図示しない通路が設けられている。ロッド側エア室４２は、この通路を介してタンク部２４ｔと連通している。この通路がロッド側エア室４２に臨む開口部は、図４に参照符号７７で示されている。

図３に示すように、ヘッドカバー３４は、横断面の外形がシリンダチューブ３２と整合する四角形状となるように構成されている。ヘッドカバー３４の四隅には、後述するタイロッド６６がねじ込まれる有底状のタイロッド取付孔６８が設けられている。シリンダチューブ３２と対向するヘッドカバー３４の端面には円形の台座６０が突出して設けられている。台座６０には、環状の溝を介してヘッド側エア室４４に向かって突出するダンパ７６が装着されている。ダンパ７６は、所定の弾性を有し、ピストン３８がピストンロッド４０を引き込む方向に移動する際のストロークエンドにおいて、ピストン３８に当接して衝撃を緩和する。

ヘッドカバー３４の一つの側面には、配管を介して切換弁３０の第１ポート３０Ａに接続される前述のロッド側ポートＰ１と、配管を介して切換弁３０の第２ポート３０Ｂに接続される前述のヘッド側ポートＰ２とが設けられている。

図７に示すように、ヘッドカバー３４の内部には、ヘッド側ポートＰ２とヘッド側エア室４４とを接続する前述のヘッド側エア流路２６ｉが設けられている。ヘッド側エア流路２６ｉは、ヘッドカバー３４の台座６０に開口し、ヘッド側エア室４４に臨んでいる。この開口部は、図３および図７に参照符号７８ａで示されている。

ヘッドカバー３４の内部には、ヘッド側エア流路２６ｉの途中とタンク部２４ｔとを接続する前述のバイパス流路２８が第１チェック弁４６およびパイロットチェック弁４８とともに設けられている。バイパス流路２８は、台座６０の外側におけるヘッドカバー３４の端面に開口し、タンク部２４ｔの空間Ｓ３に臨んでいる。この開口部は、図３および図７に参照符号７８ｂで示されている。

ヘッドカバー３４の内部には、ロッド側エア流路２４ｉのうちロッド側ポートＰ１とタンク部２４ｔとを接続する部分が第２チェック弁５０とともに設けられている。このロッド側エア流路２４ｉの部分は、台座６０の外側におけるヘッドカバー３４の端面に開口し、タンク部２４ｔの空間Ｓ２に臨んでいる。この開口部は、図３および図７に参照符号７８ｃで示されている。

ヘッドカバー３４の内部には、ロッド側ポートＰ１におけるエアの圧力をパイロットチェック弁４８にパイロット圧として作用させるための前述のパイロット流路５２が設けられている。

ヘッドカバー３４の台座６０が内側チューブ３２ａに嵌入し、ロッドカバー３６の台座６２が内側チューブ３２ａに嵌入することで、ヘッドカバー３４およびロッドカバー３６がシリンダチューブ３２に対して径方向に位置決めされる。そして、４本のタイロッド６６がロッドカバー３６のタイロッド挿通孔６７に挿通され、シリンダチューブ３２の各空間Ｓ１〜Ｓ４内を縦断して、ヘッドカバー３４のタイロッド取付孔６８にねじ込まれる。これにより、シリンダチューブ３２がヘッドカバー３４とロッドカバー３６との間で挟持される。

なお、タイロッド６６とロッドカバー３６のタイロッド挿通孔６７との間には、図示しないシール材が介装される。また、図６において、参照符号８０で示される部材は、ピストン３８と内側チューブ３２ａとの間をシールするピストンパッキンであり、参照符号８１で示される部材はウエアリングである。また、参照符号８２で示される部材は、ヘッドカバー３４の台座６０と内側チューブ３２ａとの間をシールするシール材であり、参照符号８４で示される部材は、ロッドカバー３６の台座６２と内側チューブ３２ａとの間をシールするシール材である。

本実施形態に係るエアシリンダ２２は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、図８および図９を参照しながら、その作用について説明する。なお、図８に示すように、切換弁３０が第１位置にあり、ピストンロッド４０が最も引き込まれた状態を初期状態とする。

この初期状態において、切換弁３０を第１位置から第２位置に切り換えると、エア供給源５６からの高圧エアが第２エア流路２６を介してヘッド側エア室４４に供給され、ロッド側エア室４２内のエアが第２チェック弁５０を含む第１エア流路２４を介して第１排気口５８ａから外部に排出されるようになる。

これにより、ヘッド側エア室４４の圧力が上昇し始めるとともに、ロッド側エア室４２の圧力が下降し始める。ヘッド側エア室４４の圧力がピストン３８の静止摩擦抵抗に打ち勝つ分だけロッド側エア室４２の圧力を上回ると、ピストンロッド４０の押し出し方向への移動が始まる。そして、図９に示すように、ピストンロッド４０は最大位置まで伸長し、大きな推力でその位置に保持される。

ピストンロッド４０が伸長してワークの位置決め等の作業が行われた後、切換弁３０が第２位置から第１位置に切り換えられる。すると、エア供給源５６からの高圧エアが第２チェック弁５０と切換弁３０との間の第１エア流路２４内に流れ込み、第２チェック弁５０によって流れを阻まれた該流路内のエアの圧力が上昇する。そして該流路に接続されたパイロット流路５２の圧力も所定以上になり、パイロットチェック弁４８が逆止弁として機能しなくなる。

パイロットチェック弁４８が逆止弁としての機能を失うと、ヘッド側エア室４４に蓄積されたエアの一部は、第２エア流路２６の中間点Ｍ２を経て、第１チェック弁４６とパイロットチェック弁４８を含むバイパス流路２８を通り、第１エア流路２４の中間点Ｍ１からロッド側エア室４２に向けて供給される。それと同時に、ヘッド側エア室４４に蓄積されたエアの他の一部は、第２エア流路２６を介して第２排気口５８ｂから外部に排出される。

これにより、ヘッド側エア室４４の圧力が下降し始めるとともに、ロッド側エア室４２の圧力が上昇し始める。このとき、ロッド側エア室４２に向けて供給されるエアは、主にタンク部２４ｔに蓄積される。ピストンロッド４０の引き込みが始まる前は、ロッド側エア室４２とバイパス流路２８を含めて第１チェック弁４６からロッド側エア室４２までの間にエアが存在し得る領域のうち最も大きな空間を占めるのはタンク部２４ｔであるからである。

ヘッド側エア室４４の圧力が減少し、ロッド側エア室４２の圧力が上昇して、ヘッド側エア室４４の圧力がロッド側エア室４２の圧力に等しくなると、第１チェック弁４６の作用により、ヘッド側エア室４４のエアがロッド側エア室４２に向けて供給されなくなり、ロッド側エア室４２の圧力の上昇が止まる。一方、ヘッド側エア室４４の圧力は下降し続ける。そして、ロッド側エア室４２の圧力がピストン３８の静止摩擦抵抗に打ち勝つ分だけヘッド側エア室４４の圧力を上回ると、ピストンロッド４０の引き込み方向への移動が始まる。

ピストンロッド４０が引き込み方向へ移動を始めると、ロッド側エア室４２の容積が増加するためロッド側エア室４２の圧力は下降するが、タンク部２４ｔの存在によってロッド側エア室４２の容積は実質的に大きなものとなっており、圧力が下降する割合は小さい。そして、ヘッド側エア室４４の圧力はそれより大きな割合で下降するので、ロッド側エア室４２の圧力がヘッド側エア室４４の圧力を上回る状態は継続する。また、一旦移動を始めたピストン３８の摺動抵抗は静止状態でのピストン３８の摩擦抵抗よりも小さいので、ピストンロッド４０の引き込み方向への移動は支障なく行われる。こうして、ピストンロッド４０が最も引き込まれた初期状態に戻る。再び切換弁３０が切り換えられるまでこの状態が維持される。

本実施形態によれば、エアシリンダ２２の復帰工程において、ヘッド側エア室４４に蓄積されたエアの一部を第１チェック弁４６とパイロットチェック弁４８を介してロッド側エア室４２に供給しつつ、ヘッド側エア室４４に蓄積されたエアの他の一部を外部に排出することができるので、エアシリンダ２２の復帰に必要な時間を可及的に短縮することができる。

また、第１チェック弁４６とパイロットチェック弁４８とを含むバイパス流路２８、第２チェック弁５０とタンク部２４ｔとを含むロッド側エア流路２４ｉおよびヘッド側エア流路２６ｉがエアシリンダ２２に内蔵されるので、エアシリンダ２２の外部に設けられる流体回路が簡素化される。

さらに、エアシリンダ２２に接続される配管は、ロッド側ポートＰ１に接続される配管とヘッド側ポートＰ２に接続される配管の２本だけであり、エアシリンダ２２と切換弁３０との間を繋ぐ配管の数を最小限のものとすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るエアシリンダ９０について、図１０および図１１を参照しながら説明する。第２実施形態は、ヘッドカバーの構造が第１実施形態と異なる。なお、第２実施形態に係るエアシリンダ９０において、上述したエアシリンダ２２と同一または同等の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

第１実施形態のエアシリンダ２２の流体回路２０には、エアシリンダ２２の外部に設けられるスピードコントローラ５４が含まれていた。本実施形態では、このスピードコントローラ５４に代えて絞り弁９２が設けられる。絞り弁９２は、ヘッドカバー９１に内蔵されるヘッド側エア流路２６ｉのうち、バイパス流路２８が分岐する箇所からヘッド側ポートＰ２までの部分に介設されている。

絞り弁９２は、そのつまみを操作することで、ヘッド側エア室４４から外部に向けて排出されるエアの流量をある程度調整することができるように構成されている。したがって、エアシリンダ９０の復帰工程において、ヘッド側エア室４４に蓄積されたエアをロッド側エア室４２に向けて供給する量と外部に排出する量との割合を調整することができる。

本実施形態によれば、ヘッド側エア室４４に蓄積されたエアをロッド側エア室４２に向けて供給する量と外部に排出する量との割合を調整可能な絞り弁９２がヘッドカバー９１に内蔵されるので、エアシリンダ９０の外部に設けられる流体回路がさらに簡素化される。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るエアシリンダ１００について、図１２〜図１４を参照しながら説明する。第３実施形態は、シリンダチューブの構造が異なるほか、ヘッドカバーおよびロッドカバーに対するシリンダチューブの取付構造等が第１実施形態と異なる。なお、第３実施形態に係るエアシリンダ１００において、上述したエアシリンダ２２と同一または同等の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

シリンダチューブ１０２は、互いに独立した部材として成形された薄肉円筒状の内側チューブ１０２ａと薄肉四角筒状の外側チューブ１０２ｂとを組み合わせた二重構造となっている。内側チューブ１０２ａと外側チューブ１０２ｂとの間に連結壁は存在しない。内側チューブ１０２ａと外側チューブ１０２ｂとの間に形成される横断面環状の空間によってタンク部２４ｔが構成されている。

内側チューブ１０２ａの一端部および他端部は、それぞれヘッドカバー３４およびロッドカバー３６に嵌合により取り付けられている。外側チューブ１０２ｂの一端部および他端部は、それぞれヘッドカバー３４およびロッドカバー３６に加締めにより固定されている。内側チューブ１０２ａの他端部寄りには、厚み方向に貫通する一組の貫通孔１０４が設けられており、ロッド側エア室４２は、この貫通孔１０４を介してタンク部２４ｔと連通している。なお、図１３において参照符号１０６で示される部材は、ピストン３８がピストンロッド４０を押し出す方向に移動する際のストロークエンドにおいて、ピストン３８に当接して衝撃を緩和するダンパである。

本実施形態によれば、内側チューブ１０２ａと外側チューブ１０２ｂとの間に連結壁およびタイロッドが存在しないので、タンク部２４ｔの容積を大きくとることができる。

（ピストンパッキンの変形例）
上記各実施形態で用いられるピストンパッキン８０は、ロッド側エア室４２およびヘッド側エア室４４に対するエアの供給状態とは関わりなく、常に、シリンダチューブの内周面に当接する公知のものである。そのようなものとは異なるピストンパッキンの複数の変形例について、以下、図１６Ａ〜図１８Ｂを参照しながら説明する。これらの変形例に係るピストンパッキン（８０Ｐ、８０Ｑ、８０Ｒ）は、ピストン３８の摺動抵抗を低減せしめるもので、エアの消費量低減に寄与する。なお、これらの変形例において、第１実施形態のエアシリンダ２２と同一または同等の構成要素には、同一の参照符号を付してある。

図１６Ａに示されるように、第１変形例に係るピストンパッキン８０Ｐは、ピストン３８に周設された凹溝８３に装着されている。この凹溝８３は、エアシリンダの中心軸である軸Ｌの周りに環状に周設されるとともに軸Ｌに対して平行に延びる底壁面８３ａと、底壁面８３ａの軸Ｌ方向の両端から径方向に延びて互いに対向するロッド側エア室４２側の第１側壁面８３ｂと、ヘッド側エア室４４側の第２側壁面８３ｃとから構成されている。

ピストンパッキン８０Ｐは、内周面としての基端面８０ａと、外周面としての先端面８０ｄと、基端面８０ａおよび先端面８０ｄの軸Ｌ方向の一端同士を連結する第１側端面８０ｂと、同じく軸Ｌ方向の他端同士を連結する第２側端面８０ｃとによって外形が作られている。基端面８０ａおよび先端面８０ｄは、軸Ｌ周りに環状をなすとともに軸Ｌに対して平行に延びている。第１側端面８０ｂは、ロッド側エア室４２を向いて径方向に平面をなして延び、第２側端面８０ｃは、ヘッド側エア室４４を向いて径方向に平面をなして延びている。

ピストンパッキン８０Ｐは、凹溝８３に装着されていない未使用状態において、その基端面８０ａの半径が凹溝８３の底壁面８３ａの半径よりも小さく形成されている。そのため、ピストンパッキン８０Ｐを凹溝８３に装着した状態において、ゴム弾性材からなるピストンパッキン８０Ｐは、周方向に伸長されて基端面８０ａが凹溝８３の底壁面８３ａに圧接し、基端面８０ａと凹溝８３の底壁面８３ａとの間のシールが確保されている。

ピストンパッキン８０Ｐが径方向に占める長さ（ピストンパッキン８０Ｐの高さ）は、凹溝８３が径方向に占める長さ（凹溝８３の深さ）よりも大きく、ピストンパッキン８０Ｐは、その先端面８０ｄを含む先端部がピストン３８の外周面から径方向に突出している。ピストンパッキン８０Ｐの軸Ｌ方向の長さ（幅）は、凹溝８３の軸Ｌ方向の長さ（幅）よりも小さく、ピストンパッキン８０Ｐは、ロッド側エア室４２とヘッド側エア室４４との圧力差によって、凹溝８３の第１側壁面８３ｂと第２側壁面８３ｃとの間を軸Ｌ方向に往復移動可能となっている。

ピストン３８がシリンダチューブ３２に組付けられる前の状態において、ピストン３８に装着されたピストンパッキン８０Ｐの先端面８０ｄの半径は、シリンダチューブ３２を構成する内側チューブ３２ａの内径よりも僅かに小さく形成されている。したがって、ヘッド側エア室４４およびロッド側エア室４２のいずれにもエアが供給されていないとき、ピストンパッキン８０Ｐと内側チューブ３２ａの内周面との間には所定の隙間δが介在している。

ピストンパッキン８０Ｐの先端部における第１側端面８０ｂ側の端部が軸Ｌ周りに環状の第１シール部８５を構成し、同じく第２側端面８０ｃ側の端部が軸Ｌ周りに環状の第２シール部８６を構成している。第１シール部８５は、先端面８０ｄと第１側端面８０ｂとが交わる直角の角部を含み、第２シール部８６は、先端面８０ｄと第２側端面８０ｃとが交わる直角の角部を含む。第１シール部８５および第２シール部８６は、ロッド側エア室４２とヘッド側エア室４４との圧力差によってピストンパッキン８０Ｐが弾性変形した際に、ピストン３８と内側チューブ３２ａとの間の必要なシールを確保するようになっている。なお、ウエアリング８１はシール性を有するものではない。

切換弁３０が第２位置に切り換えられ、高圧エアがヘッド側エア室４４に供給されてヘッド側エア室４４の圧力が上昇すると、該圧力がピストンパッキン８０Ｐの第２側端面８０ｃに作用し、ピストンパッキン８０Ｐを凹溝８３の第１側壁面８３ｂに向けて軸Ｌ方向に移動せしめる。そして、ピストンパッキン８０Ｐは、その第１側端面８０ｂが凹溝８３の第１側壁面８３ｂに当接し、第１側壁面８３ｂに押し付けられる。これと同時に、ピストンパッキン８０Ｐは、図１６Ｂに示されるように弾性変形し、第２シール部８６が内側チューブ３２ａとの間の前記隙間δを狭窄するか、内側チューブ３２ａの内周面に当接する。こうして、ピストン３８と内側チューブ３２ａとの間がシールされ、ピストン３８をロッド側エア室４２に向けて駆動することが可能になる。

また、切換弁３０が第１位置に切り換えられ、ヘッド側エア室４４に蓄積されたエアがロッド側エア室４２に供給されてロッド側エア室４２の圧力が上昇すると、該圧力がピストンパッキン８０Ｐの第１側端面８０ｂに作用し、ピストンパッキン８０Ｐを凹溝８３の第２側壁面８３ｃに向けて軸Ｌ方向に移動せしめる。そして、ピストンパッキン８０Ｐは、その第２側端面８０ｃが凹溝８３の第２側壁面８３ｃに当接し、第２側壁面８３ｃに押し付けられる。これと同時に、ピストンパッキン８０Ｐが弾性変形し、第１シール部８５が内側チューブ３２ａとの間の前記隙間δを狭窄するか、内側チューブ３２ａの内周面に当接する。こうして、ピストン３８と内側チューブ３２ａとの間がシールされ、ピストン３８がヘッド側エア室４４に向けて移動可能になる。

第２変形例に係るピストンパッキン８０Ｑは、先端部に周設された第１シール部および第２シール部の形態において、第１変形例に係るピストンパッキン８０Ｐと異なる。

図１７Ａに示されるように、第１シール部は、ピストンパッキン８０Ｑの先端面８０ｄにおける第１側端面８０ｂ側から径方向外方に向けて一体に突設された環状の第１突条８５ａによって構成されている。また、第２シール部は、ピストンパッキン８０Ｑの先端面８０ｄにおける第２側端面８０ｃ側から径方向外方に向けて一体に突設された環状の第２突条８６ａによって構成されている。第１突条８５ａおよび第２突条８６ａは、先端面８０ｄ上の基端から内側チューブ３２ａの内周面に向けて、軸Ｌ方向の幅が徐々に狭くなる楔形状に形成されている。

このように構成された第１シール部としての第１突条８５ａおよび第２シール部としての第２突条８６ａは、第１変形例の場合と同様の機序によって、内側チューブ３２ａとの隙間δを狭窄するか、内側チューブ３２ａの内周面に当接する（図１７Ｂ参照）。

第３変形例に係るピストンパッキン８０Ｒは、図１８Ａに示されるように、第１側端面８０ｂおよび第２側端面８０ｃにそれぞれ第１くびれ溝８７ａおよび第２くびれ溝８７ｂが周設されている点で、第１変形例に係るピストンパッキン８０Ｐと異なる。この第１くびれ溝８７ａと第２くびれ溝８７ｂは、ピストンパッキン８０Ｒの変形を促進するために設けられている。さらに、ピストンパッキン８０Ｒは、基端面８０ａが凹溝８３の底壁面８３ａに対して、軸Ｌ方向の中央位置で接着により固定されている点で、第１変形例に係るピストンパッキン８０Ｐと異なる。

このように構成されたピストンパッキン８０Ｒは、ヘッド側エア室４４の圧力が上昇したとき、図１８Ｂに示されるように弾性変形する。すなわち、第２くびれ溝８７ｂが拡大して、ピストンパッキン８０Ｒにおけるヘッド側エア室４４側の側端部が伸長する。このとき、第１くびれ溝８７ａが縮小して、該側端部の伸長が促進される。同様に、ロッド側エア室４２の圧力が上昇したときは、第１くびれ溝８７ａが拡大するとともに第２くびれ溝８７ｂが縮小して、ピストンパッキン８０Ｒにおけるロッド側エア室４２側の側端部が伸長する。また、ピストンパッキン８０Ｒの基端面８０ａが凹溝８３の底壁面８３ａに接着により固定されているので、基端面８０ａが底壁面８３ａから浮き上がるのを防止することができる。

本発明に係るエアシリンダは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することのない範囲で、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (8)

1. シリンダチューブの一端がヘッドカバーで閉塞されるとともに他端がロッドカバーで閉塞され、ピストンによって区画されるヘッド側エア室とロッド側エア室とを有するエアシリンダであって、
   切換弁に配管を介して接続されるロッド側ポートと、切換弁に配管を介して接続されるヘッド側ポートと、前記ロッド側エア室と前記ロッド側ポートとを接続するロッド側エア流路と、前記ヘッド側エア室と前記ヘッド側ポートとを接続するヘッド側エア流路と、前記ロッド側エア流路の中間点と前記ヘッド側エア流路の中間点とを接続するバイパス流路と、前記バイパス流路に介設されるチェック弁およびパイロットチェック弁とを備える
   ことを特徴とするエアシリンダ。
2. 請求項１記載のエアシリンダにおいて、
   前記ロッド側エア流路の中間点と前記ロッド側ポートとの間の前記ロッド側エア流路に第２チェック弁が介設され、前記第２チェック弁と前記ロッド側ポートとの間の前記ロッド側エア流路と前記パイロットチェック弁との間にパイロット流路が設けられる
   ことを特徴とするエアシリンダ。
3. 請求項２記載のエアシリンダにおいて、
   前記ロッド側ポートと、前記ヘッド側ポートと、前記ロッド側エア流路の中間点と前記ロッド側ポートとの間の前記ロッド側エア流路と、前記ヘッド側エア流路と、前記バイパス流路とが前記ヘッドカバーに設けられる
   ことを特徴とするエアシリンダ。
4. 請求項２記載のエアシリンダにおいて、
   前記ロッド側エア室と前記ロッド側エア流路の中間点との間の前記ロッド側エア流路がタンク部であり、前記シリンダチューブは、前記ピストンが摺動自在に配設される内側チューブと、前記内側チューブの外側に設けられる外側チューブとを有し、前記内側チューブと前記外側チューブとの間で形成される空間によって前記タンク部が構成される
   ことを特徴とするエアシリンダ。
5. 請求項４記載のエアシリンダにおいて、
   前記ヘッドカバーと前記ロッドカバーとの間で前記シリンダチューブを挟持するタイロッドが前記タンク部内を縦断する
   ことを特徴とするエアシリンダ。
6. 請求項４記載のエアシリンダにおいて、
   前記内側チューブと前記外側チューブは互いに独立して成形された部材であり、前記内側チューブの一端部および他端部はそれぞれ前記ヘッドカバーおよび前記ロッドカバーに取り付けられ、前記外側チューブの一端部および他端部はそれぞれ前記ヘッドカバーおよび前記ロッドカバーに固定される
   ことを特徴とするエアシリンダ。
7. 請求項２記載のエアシリンダにおいて、
   前記ヘッド側エア流路の中間点と前記ヘッド側ポートの間の前記ヘッド側エア流路に絞り弁が介設されている
   ことを特徴とするエアシリンダ。
8. 請求項１記載のエアシリンダにおいて、
   前記ヘッド側エア室および前記ロッド側エア室のいずれにもエアが供給されていないとき、前記ピストンに装着されたピストンパッキンと前記シリンダチューブの内周面との間に所定の隙間が介在しており、
   前記ヘッド側エア室または前記ロッド側エア室にエアが供給されたとき、前記ピストンパッキンの先端部における前記ヘッド側エア室側の側端部に周設された第１シール部または前記ピストンパッキンの先端部における前記ロッド側エア室側の側端部に周設された第２シール部が前記隙間を狭窄するかまたは前記シリンダチューブの内周面に当接することで、前記ピストンと前記シリンダチューブとの間がシールされるように構成されている
   ことを特徴とするエアシリンダ。

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