WO2007029880A1 - シリンダ装置 - Google Patents

Abstract

シリンダ装置は複筒型シリンダ(1)の内筒(2)と外筒(3)の間の環状隙間を軸方向に摺動するピストン(10)と、ピストン(10)に結合して環状隙間からシリンダ(1)の外側へ突出するピストンロッド(15)と、ピストンロッド(15)とシリンダ(1)との相対変位を検出する変位センサ(S)とを備える。センサ(S)はセンサロッド(22)と、センサロッド(22)の一端に結合したセンサ本体(21)とを備える。センサ本体(21)をピストンロッド(15)の突出端(16)の内側に収装することで、ピストン(10)のストローク距離に対するシリンダ装置の全長を短く抑えることができる。

Description

明細書

シリンダ装置 発明の所属分野 この発明は、 シリンダ装置における変位センサの配置に関する。 発明の背景 日本国特許庁が 1999.年に発行した JP 11-190308Aは、，シリンダとピストンロッド との相対変位を検出する変位センサを備えたシリンダ装置を開示している。

この従来技術のシリンダ装置を産業機械に適用する場合の構成の一例を FIG. 2に示 す。 . ,

まずシリンダ装置は、 シリンダ 100と、 シリンダ 100内に摺動自在に挿入されるピ ストン 101と、 ビス卜ン 101に結合してシリンダ 100から軸方向突出する中空なピ ストンロッド 102と、 磁歪式の変位センサ 103とを備えている。 変位センサ 103は、 センサロッド 105に結合したセンサ本体 104と、 センサロッド 105の外周に薛む外 部磁界を形成する環状の磁石 106とを備えている。

ピストンロッド 102の突出端とシリンダ 100の基端にはそれぞれアイ型等のブラケッ 卜 110と 111が固定される。 シリンダ装置はブラケット 110と 111のアイ 113を介 して産業機械に取付けられる。

センサ本体 104はブラケット 111と一体の筒状部材 112の内側に収装される。 セ ンサロッド 105はブラケット 111からシリンダ 100の底部を貫通してシリンダ 100 の内側に突出し、 シリンダ 100内のピストンロッド 102に設けた孔部に侵入する。 ピ ストンロッド 102の先端にはセンサロッド 105の外周に臨む磁石 106 取り付けら れている。 ， 発明の開示 シリンダ装置においては、 一般にピストン 101のストローグ距離に対してシリンダ 装置の最収縮状態の長さをできるだけ短くすることが望ましい。 シリンダ装置の搭載ス ペースが限られた産業機械に適用するシリンダ装置においては特にこの要求が顕著であ る。 . '

しかしながら、 従来技術のシリンダ装 Sにおいては、 アイ. 113とシリンダ 100の底' 部との間に筒状部材 112が介在するため、 この要求を満たすことは難しい。

この発明の目的は、 したがって、 変位センサを内蔵するシリンダ装置において、 ピス トンの実効ストローク長さに対して全長を短く抑えることである。

以上の目的を達成するために、 この発明は、 シリンダ装置に、 内筒と外筒とを備えた シリンダと、 内筒と外筒との間に構成される環状空間内を軸方向に摺動する環状断面の ピストンと、 ピストンに結合して、 環状隙間からシリンダの外側へ軸方向に突出する中 空のピストンロッドと、 ピストンと内筒とピストンロッドによって画成される第 1圧 力室と、 ピストンと外筒とピストンロッドによって画成される第 2圧力室と、 ピスト ンロッドとシリンダとの相対変位を検出する変位センサとを備えている。 変位センサは センサロッドと、 センサロッドの一端に結合したセンサ本体とを備え、 センサ本体はピ ストンロッドの突出端に収装される。

この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、 明細書の以降の記載の中で説明されるとと もに、 添付された図面に示される。 図面の簡単な説明 , FIG. 1はこの発明によるシリンダ装置の縦断面図である。

FIG. 2は従来のシリンダ装置の縦断面図である。 好ましい実施例の説明 図面の FIG. 1を参照すると、 シリンダ装置は内筒 2と外筒 3からなる複筒型の'シ リンダ 1 と、 内筒 2と外筒 3の間の環状空間内を軸方向に摺動するピストン 10と、 ピストン 10に結合して外筒 3から軸方向外側へ突出する中空のビス小ン□ッド 15と を備える。 ピストン 10は内筒 2の外周と外筒 3の内周とに摺接する。 外筒 3の先端 には、 ピストンロッド 15を摺動自由に案内する軸受機能を備えた筒状のヘッド部材 8 が固定される。

シリンダ 1の基端には第 1のブラケット 4が固定される。.内筒 2と外筒 3の基端 はそれぞれブラケット 4に閉塞される。 第 1のブラケット 4にはアイ 5aが形成され る。

シリンダ 1の内側には第 1の圧力室 R1 と第 2の圧力室 R2が画成される。 第 1の 圧力室 R1 と第 2の圧力室 R2にはそれぞれ作動流体が満たされる。

第 1の圧力室 R1は、 ビストン 10と内筒 2とピストンロッド 15に画成される。 言い換えれば、 内筒 2の内側のスペースとピストンロッド 15の中空部 15aとが構成 するスペースが第 1の圧力室 R1に相当する。

第 2の圧力室 R2はビストン 10と外筒 3とピストンロッド 15に画成される。 言 い換えれば、 外筒 3とピストンロッド 15の間の環状のスペースであって、 かつビス卜 ン 1 とへッド部材 8の間に位置するスペースが第 2の圧力室 R2に相当する。

外筒 3と内筒 2の間のスペースであって、 かつピストン 10と第 1のブラケット 4 の間に構成されるスペースは、 第 1.のブラケット 4に形成した通気孔 7'を介して大気 に連通する。

第 1の圧力室 R1は第 1のブラケッ卜 4に形成した通路 6を介して外部のポンプに 接続される。 第 2の圧力室 R2はへッド部材 8に形成した通路 9を介して外部のボン プに接続され ¾。 シリンダ装置はこれらのポンプの駆動に応じた第 1の圧力室 R1 と 第 2の圧力室 への作動流体の選択的供給により伸長あるいは収縮する。

ビストンロッド 15の中空部 15aはビストンロッ,ド 15の突出端 16に形成した隔壁 16aによって閉塞される。 突出端 16にはアイ 5bを形成した第 2のブラケット 30が 結合する。 このために、 突出端 16には雌ねじ部 17aを有する孔部 17が軸方向に外向 きに形成される。 孔部 17は隔壁 16aにより中空部 15aから隔てられる。 第 2のブラ'， ケッ卜 30には中空の雄ねじ部 31が形成される。 第 2のブラケッ卜 30は、 雄ねじ部 31を雌ねじ部 17aに螺合する とで突出端 16に結合する。

図に示すように、 突出端 16はピストンロッド 15の最収縮位置においてへッド部材 8に摺接する位置に形成される。

シリンダ装置はシリンダ 1とピストンロッド .15の相対変位を検出する磁歪式の変 位センサ Sを備える。

変位センサ Sはセンサ本体 21と、 センサ本体 21から突出するセンサロッド 22と、 センサロッド 22に外部磁界を作用させる環状の磁石 23を備える。

センサ本体 21は孔部 17の内側に収装される。 孔部 17の内周には前述のように第 2のブラケット 30が螺合しており、 センサ本体 21はしたがって第 2のブラケット 30の雄ねじ部 31の内側に収装される。 センサロッド 22はねじ部 21aを介してセン サ本体 21に結合する。

ピストンロッド 15の中空部 15aと孔部 17とを画成する隔壁 16aには両者を連通 するねじ孔 18が形成される。 センサロッド 22はねじ孔 18からピストンロッド 15 の中空部 15aに突出し、 さらに内筒 2の内側に突出する。 ' . センサロッド 22はねじ孔 18からピストンロッド 15の内側に挿入され、 基端に形 成したねじ部 21aをねじ孔 18に螺合することで、 センサ本体 21とともにピストンロッ ド 15に固定される。 第 2のブラケット 30はセンサ本体 21をこのようにしてピスト ンロッド 15に固定した後に、 孔部 17に装着される。 センサ本体 21は作動用電気の 供給及び電気信号の ^力のためのリード線 25を備える。 第 2のブラケット 30にはリー ド線 25を取り出すための通孔 32が形成される。 リ一ド線 25は外部の電源装置と制 御装置とに接続される。 防水や防塵の観点から、 好ましくは通孔 32とリード線 25と の問にシール部材を設ける。

内筒 2の先端の内周には筒部材 24が螺合する。 磁石 23,は筒部材 24によって内筒' 2の先端内周の、 センサロッド 22 臨む位置に固定される。

第 1の圧力室 R1の作動流体がねじ孔 18を介して孔部 17にリークするのを阻止す るためにセンサ本体 21と隔壁 16aの間にほ環状のシ一ル部材が挟持される。

このシリンダ装置において、 外部のポンプから通路 6を介して第 1庄カ室 R1に作 動 体を供給すると、 隔壁 16に図の左向きに作用する圧力が上昇し、 ピストンロッド 15は伸長方向に変位する。 この変位に対応して、 内筒 2に固定した磁石 23とピスト ンロッド 15に固定したセンサ口ッド 22が相対変位し、 センサ本体 21から変位に応 じた信号がリード線 25を介して出力される。

一方、 外部のポンプから通路 9を介して第 2圧力室 R2に作動流体を供給すると、 ピストン 10に図の右向きに作用する圧力が上昇し、 ピストンロッド 15は収縮方向に 変位する。 この変位に対応して、 内筒 2に固定した磁石 23とピストンロッド 15に固 定したセンサロッド 22が相対変位し、 センサ本体 21力 ら変位に応じた信号がリード 線 25を介して出力される。

したがって、 このシリンダ装置においては、 従来技術のシリンダ装置と同様にピスト ンロッド 15とシリンダ 1との相対変位を検出することができる。

, ビス卜ンロッド 15 ώ.伸長駆動時の隔壁 16の受圧面積と、 ビストンロッド 15 収 縮駆動時のピストン 10の受圧面積を等しく設定することで、 ビス卜ンロッド 15に作 用する伸長方向と収縮方向の推力は、 第 1圧力室 R1 と第 2圧力室 R2の圧力バラン スに正確に比例する。 その結果、 このシリンダ装置においては、 ピストンから両方向に ピストンロッドを突設し、 これらのビス卜ンロッドをそれぞれシリンダから軸方向外側 に突出させた、 いわゆる両ロッド型シリンダ装置と同様の駆動特性が得られる。 一方、 このシリンダ装置は両口ッド型のシリンダ装置のように長大な作動スペースを必要とし ない。 ·

. このシリンダ装置において、 ピストンロッド 15が伸縮すると、 外筒 3と内筒 2の 間のビストン 10とブラケット 5に画成されたスペースが拡縮する。 このスペースは前 述のように通気孔 7により大気に連通しているので、 スペースの拡縮がシリンダ装顰 の動作に支障をもたらすことはない。

ここで、 ビストン 10の実効ストローク長さとシリンダ装置の全長との関係を説明す る ί "

へッド部材 8には油室 R2の圧力が作用するため、 この圧力に耐える強度を必要と する。 また、 ヘッド部材 8には通路 9が形成される。 さらに、 ヘッド部材 8はピスト ンロッド 15の軸受として機能し、 ビストンロッド 15の軸ぶれを防止する役割を持づ。 こうした理由から、 ヘッド部材 8にはある程度の軸方向長さが必要である。 対応して、 ピストンロッド 15に最収縮状態でへッド部材 8に摺接する突出端 16を備える必要が ある。 しかしながら、 突出端 16はピストン 10のストローク距離に関してはデッドス ペースとなる。

このシリンダ装置においては、 ピストンロッド 15の突出端 16にセンサ本体 21を 収装したので、 FIG. 1 に示すように、 ピストンロッド 15が最も収縮した状態では、 突出端 16がべッド部材 8に摺接する。.つまり、 シリンダ装置の最収縮 態でセンサ本 体 21の少なくとも一部がヘッド部材 8の内側に埋没する。 .

一方、 FIG. 2に示す従来技術のシリンダ装置においては、 ブラケット 111の内側に センサ本体 104を収装しているため、 ピストンロッド 102の伸縮位置に関係なく、 セ ンサ本体 104は常にシリンダ 100の外側に位置しており、 ブラケット 111の長さを センサ本体 104の収 スペース相当分長くせざるを得ない。

そのため、 ピストン 10のストローク距離を従来技術のシリンダ装置のピストン 101 に等しく設定した場合に、 このシリンダ装置の最収縮状態における全長は、 来技術の シリンダ装置の最収縮状態における全長より短くなる。

つまり、 このシリンダ装置によれば、 デッドスペースにセンタ本体 21を収容するこ とで、 ピストン 10の実効ストローク長さに対してシリンダ装置の全長が短くなる。 なお、 このシリンダ装置は、 通路 6と通気孔 7をブラケット 4に形成し、 通路 9を -ヘッド部材 8に形成しており、 内筒 2や外筒 .3にはこの種の逋路を形成していない。 通路 6、 通^孔 7、 及び通路 9のこの配置は、 内筒 2および外筒 3の強度を確保する 上でも、 ピストン 10のスムーズな摺動を確保する上でも好ましく、 この配置により外 筒 2の全長をピストン 10のストロークに利用することができ ¾。

このシリンダ装置においては、 変位センサ Sを構成するセンサ本体 21、 センサロッ ド 22及び磁石 23はすべてシリンダ装置の内部に組み込まれているので、 シリンダ装 置を例えば産業機械に適用する場合において、 これらの部材が産業機械の構成部材と干 渉する恐れもない。

2005年 11月 15日を出願日とする日本国における特願 2005-262086号、 の内容 をここに引用により合体する。

以上のように、 この発明をいくつかの特定の実施例を通じて説明して来たが、 この発 明は上記の各実施例に限定されるものではない。 当業者にとっては、 クレームの技術範 囲でこれらの実施例にさよざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。 例えば、 以上の実施例では変位センサ Sに磁歪式センサを適用してレ^るが、 センサ .ロッド 22内にコイルを設け、 コイルのインダク夕ンス変化にもとづきビストンロッド 15の変位を検出するタイプの変位センサを備えたシリンダ装置にもこの発明は適用可 能である。 適用産業分野 この発明は変位センサを備えたシリンダ装置の全長をス卜ローク距離に対して短く抑 えることができる。 したがって、 この発明はシリンダ装置の配置スペースが限られた様々 な産業機械のためのシリンダ装置に適用 ることで特に好ましい効果が得られる。

この発明の実施例が包含する排他的性質あるいは特長は以下のようにクレームされる。

Claims

. 請求の範囲 . '

1. 内筒（2)と外筒（3)とを備えたシリンダ（1)と；

内筒（2) と外筒（3)との間に構成される環状空間内を軸方向に摺動する環状断面のピ ストン（10)と；

ピストン（10)に結^して、 環状隙間からシリンダ（1)の外側へ軸方向に突出する中 空のビストンロッド（15)と；

ピストン（10)と内筒（2)とピストンロッド（15)によって画成される第 1の圧力鸾 (R1) と；

ピストン（10)と外筒（3)とピストンロッド（151によって画成される第 2の圧力室 (R2)と；

ピストンロッド 5).とシリンダ（1)との相対変位を検出する変位センサ（S)、 変位 センサ（S)はセンサロッド（22)と、 センサロッド（22)の一端に結合したセンサ本体 (21)、 センサ本体 1)はピストンロッド（15)の突出端（16)に収装される、 と；

'を備えたシリンダ装置。 '

2. 請求の範囲第 1項のシリンダ装置において、 シリンダ 0)はピストンロッド（15) に対する軸受として機能するへッド部材 (8)を一端に備え、 突出端（16)はピストンロッ ド（ ）がシリンダ 0) に最も深く侵入した状態で、 ぺッド部材（8)の内側に埋没する 位置に構成される。

3. 請求の範囲第 2項のシリンダ装置において、 センサロッド （22) は第 1 の圧力室 (R1)内に突出し、 基端部（16)はセンサ本体（21)を収装する孔部（17) と、 収容スぺ一 ス（17)を第 1の圧力室（R1)から画成する隔壁（16a)と、 を備える。

4. 請求の範囲第 3項のシリンダ装置において、 シリンダ（1)のもう一'端に固定された アイ （5a)を有する第 1 のブラケット（4) と、 基端部（16)に固定されたアイ （5b)を有 する第 2のブラケット（30)と、 をさらに備える。

5. 請求の範 ffl第 4項のシリンダ装置において、 第 2のブラケッ卜 （30) は孔部（17) の内周に螺合する。

6. 請求の範囲第 1 項から第 5項のいずれかのシリンダ装置において、 センサロッド (22)に対して外部磁界を形成する、 内筒 (2)に固定された磁石（23)をさらに備える。