【解決手段】エアシリンダ10は、ピストン14に一端部が連結されたピストンロッド16の他端部がロッドカバー18を通って外部に延び、ピストンによってピストンロッドが縦断する第1エア室30とピストンロッドが存在しない第2エア室32とに画成されるシリンダ室24を有し、第1エア室のエアを給排するための第1ポート38と第2エア室のエアを給排するための第2ポート40がシリンダ本体12に設けられ、メータアウト制御が適用される。ピストンロッドを押し出す方向にピストンが移動する工程では、第1エア室と第2エア室が相互に連通し、ピストンロッドを引き込む方向にピストンが移動する工程では、第1エア室と第2エア室との連通が遮断される通路構造42がピストンに設けられている。
ピストンに一端部が連結されたピストンロッドの他端部がロッドカバーを通って外部に延び、前記ピストンによって前記ピストンロッドが縦断する第1エア室と前記ピストンロッドが存在しない第2エア室とに画成されるシリンダ室を有し、前記第1エア室のエアを給排するための第1ポートと前記第2エア室のエアを給排するための第2ポートがシリンダ本体に設けられ、メータアウト制御が適用されるエアシリンダであって、
前記ピストンロッドを押し出す方向に前記ピストンが移動する工程では、前記第1エア室と前記第2エア室が相互に連通し、前記ピストンロッドを引き込む方向に前記ピストンが移動する工程では、前記第1エア室と前記第2エア室との連通が遮断される通路構造が前記ピストンに設けられていることを特徴とするエアシリンダ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、これらの特許出願と関連してなされたものであり、流体回路は従来と同様の構成としたままでありながら、エア消費量を低減することができるエアシリンダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に係るエアシリンダは、ピストンに一端部が連結されたピストンロッドの他端部がロッドカバーを通って外部に延び、ピストンによってピストンロッドが縦断する第1エア室とピストンロッドが存在しない第2エア室とに画成されるシリンダ室を有し、第1エア室のエアを給排するための第1ポートと第2エア室のエアを給排するための第2ポートがシリンダ本体に設けられ、メータアウト制御が適用されるエアシリンダであって、ピストンロッドを押し出す方向にピストンが移動する工程では、第1エア室と第2エア室が相互に連通し、ピストンロッドを引き込む方向にピストンが移動する工程では、第1エア室と第2エア室との連通が遮断される通路構造がピストンに設けられていることを特徴とする。
【0010】
上記のエアシリンダによれば、ピストンロッドを押し出す方向にピストンが移動する工程において、第1エア室のエアの一部は外部に排出されず第2エア室に流入するので、エア消費量の低減を図ることができる。
【0011】
上記のエアシリンダにおいて、通路構造は、ピストンの軸線方向に形成された貫通孔と、ピストンの軸線方向に移動可能となるように貫通孔に設けられた開閉用ピストンとを含み、開閉用ピストンが貫通孔に対して所定の位置にあるときに、開閉用ピストンの内部に形成された連通孔を介して第1エア室と第2エア室が相互に連通するものであると好適である。これによれば、ピストンロッドが押し出される工程で第1エア室と第2エア室を相互に連通するとともにピストンロッドが引き込まれる工程で第1エア室と第2エア室との連通を遮断する通路構造をピストンに簡単に組み込むことができる。
【0012】
また、開閉用ピストンは、ピストンがピストンロッドを押し出す方向に移動するストロークエンド近傍でロッドカバーに当接し、開閉用ピストンに固定されたストッパは、ピストンがピストンロッドを引き込む方向に移動するストロークエンド近傍でシリンダ本体のエンドカバー部に当接するのが好ましい。これによれば、ピストンのストロークエンドで第1エア室と第2エア室を相互に連通する状態と第1エア室と第2エア室との連通を遮断する状態との切り換えを確実に行うことができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係るエアシリンダによれば、ピストンロッドを押し出す方向にピストンが移動する工程において、第1エア室のエアの一部は外部に排出されず第2エア室に流入するので、流体回路は従来と同様の構成としたままでありながら、エア消費量の低減を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明に係るエアシリンダについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図1において、参照符号10は、本発明の実施形態に係るエアシリンダを示す。
【0016】
図1に示すように、エアシリンダ10は、シリンダ本体12、ピストン14、ピストンロッド16およびロッドカバー18を有する。エアシリンダ10は、例えばワークをクランプする装置に用いられ、ピストンロッド16の引き込み時に所要の駆動力を発揮して仕事をし、ピストンロッド16の押し出し時には仕事をしない。すなわち、ピストンロッド16を引き込む方向にピストン14が移動する工程が駆動工程となり、ピストンロッド16を押し出す方向にピストン14が移動する工程が復帰工程となっている。
【0017】
シリンダ本体12は、一端がエンドカバー部20によって閉塞される有底円筒形状に形成されている。ロッドカバー18が係止リング22によりシリンダ本体12の他端側内周に固定され、これによりシリンダ本体12の内部にシリンダ室24が形成される。ピストンロッド16の一端部はピストン14に連結されており、ピストンロッド16の他端部はロッドカバー18を通って外部に延びる。
【0018】
ロッドカバー18の外周面には凹溝を介して第1シール材26が装着され、第1シール材26はシリンダ本体12の内周面に当接する。ロッドカバー18の内周面には凹溝を介して第2シール材28が装着され、第2シール材28はピストンロッド16の外周面に摺接する。第1シール材26および第2シール材28によって、シリンダ室24は外部から封止される。
【0019】
シリンダ室24は、ピストン14によって、ピストンロッド16が内部を縦断する第1エア室30とピストンロッド16が存在しない第2エア室32とに区画される。
図2に示すように、ピストン14の外周面には凹溝を介してピストンパッキン34が装着され、ピストンパッキン34はシリンダ本体12の内周面に摺接する。なお、
図2において、参照符号36で示される部材はウエアリングである。
【0020】
シリンダ本体12には、第1エア室30に連通して第1エア室30にエアを給排する第1ポート38が設けられるとともに、第2エア室32に連通して第2エア室32にエアを給排する第2ポート40が設けられている。
【0021】
第1ポート38側には、第1エア室30から排出されるエアの流量を調整可能な図示しない可変絞り弁(スピードコントローラ)が付設されている。同様に、第2ポート40側には、第2エア室32から排出されるエアの流量を調整可能な図示しない可変絞り弁が付設されている。これら可変絞り弁は固定絞り弁であってもよい。要するに、エアシリンダ10には、いわゆるメータアウト制御が適用される。
【0022】
次に、開閉用ピストン50を含む通路構造42について、
図2および
図4を参照しながら説明する。通路構造42は、ピストンロッド16を押し出す方向にピストン14が移動する工程では、第1エア室30と第2エア室32を相互に連通せしめ、ピストンロッド16を引き込む方向にピストン14が移動する工程では、第1エア室30と第2エア室32との連通を遮断するために設けられる。
【0023】
ピストン14には、ピストン14の軸線方向に貫通する貫通孔44が形成されている。この貫通孔44は、ピストン14の軸線方向の一方の面に開口する第1大径孔部44aと、ピストン14の軸線方向の他方の面に開口する第2大径孔部44bと、第1大径孔部44aと第2大径孔部44bとを接続する小径孔部44cとを有する。第1大径孔部44aと小径孔部44cとの境界部には第1段差面46が形成され、第2大径孔部44bと小径孔部44cとの境界部には第2段差面48が形成されている。
【0024】
ピストン14の貫通孔44には、ピストン14の軸線方向に移動可能となるように開閉用ピストン50が設けられている。開閉用ピストン50は、大径のピストン部52と小径のロッド部54を有する。ピストン部52は、ピストン14の第1大径孔部44aに挿入可能であり、また、ピストン14の第1段差面46に当接可能である。ピストン部52がピストン14の第1段差面46に当接するとき、ピストン部52は、ピストン14の第1大径孔部44aから突出することなく、第1大径孔部44aに収容される(
図4参照)。すなわち、ピストン部52がピストン14の第1段差面46に当接した状態で、ピストン部52の端面はピストン14の端面と整合する。ピストン部52の外周には凹溝を介してシール部材56が装着され、シール部材56はピストン14の第1大径孔部44aに摺接可能である。
【0025】
開閉用ピストン50のロッド部54は、ピストン14の小径孔部44cに挿通されている。ロッド部54は、第1エア室30と第2エア室32とを相互に連通させるための連通孔58を有する。この連通孔58は、ロッド部54の軸線に垂直な方向に横断して両端がロッド部54の側面に開口する横孔58aと、ロッド部54の軸線方向に延びて一端がロッド部54の端部に開口するとともに他端が横孔58aに連通する縦孔58bとを含む。
【0026】
開閉用ピストン50のロッド部54の端部には、圧入または溶接等の手段により円筒状のストッパ60が固定される。ストッパ60は、円板部62と、円板部62の外周縁からロッド部54に向かって所定長さだけ立ち上がりロッド部54の端部を覆う筒部64とを有する。筒部64の外径はピストン14の第2大径孔部44bの内径よりも小さく、筒部64は第2大径孔部44bに挿入可能である。筒部64の端面はピストン14の第2段差面48に当接可能であり、開閉用ピストン50がピストン14の貫通孔44から抜け出ることがないようになっている。筒部64の端面が第2段差面48に当接した状態で、円板部62はピストン14の端面から所定長さだけ突出する(
図2参照)。開閉用ピストン50は、ピストン部52がピストン14の第1段差面46に当接する位置と、ストッパ60の筒部64がピストン14の第2段差面48に当接する位置との間で、ピストン14に対して移動可能である。
【0027】
ストッパ60の円板部62の中央には、開閉用ピストン50のロッド部54の縦孔58bに連通する開放孔66が形成されている。
図4に示すように、開閉用ピストン50のピストン部52がピストン14の第1大径孔部44aに収容されてシール部材56が第1大径孔部44aに当接しているとき、第1エア室30と第2エア室32は相互に気密に区画され、両者間でエアの連通は遮断される。
【0028】
一方、
図2に示すように、開閉用ピストン50のピストン部52がピストン14の第1大径孔部44aから突出してシール部材56が第1大径孔部44aから離脱しているとき、第1エア室30は、ピストン14の第1大径孔部44aと開閉用ピストン50との間に形成される隙間、ロッド部54の連通孔58およびストッパ60の開放孔66を介して第2エア室32に連通する。なお、ピストン14の第1大径孔部44aと開閉用ピストン50との間に形成される隙間、ロッド部54の連通孔58およびストッパ60の開放孔66は、ピストン14が移動する際に、第1エア室30と第2エア室32との間でエアが流通する際の流路抵抗となり得るものである。
【0029】
本実施形態に係るエアシリンダ10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1〜
図6を参照しながら、その作用について説明する。なお、
図5に示すように、ピストンロッド16が最も押し出された位置にある状態を初期状態とする。
【0030】
上記初期状態では、ピストン14がロッドカバー18に当接し、開閉用ピストン50のピストン部52がピストン14の第1大径孔部44aに収容され、シール部材56が第1大径孔部44aに当接している。したがって、第1エア室30と第2エア室32との間でエアの連通は遮断されている。
【0031】
この初期状態から、図示しない切換弁が作動して、第1ポート38がエア供給源(図示せず)に接続されるとともに、第2ポート40が排気口(図示せず)に接続される。すると、エア供給源から高圧のエアが第1エア室30に供給され、第2エア室32のエアは、第2ポート40側に設けられた絞り弁により所定の流量に制限されて外部に排出される。これにより、ピストンロッド16を引き込む方向にピストン14が駆動され、ピストン14に作用する所定の推力によりワークのクランプ等の仕事がなされる(
図3参照)。
【0032】
ピストンロッド16が引き込まれる上記駆動工程において、ピストン14がストロークエンド近傍に至ると、開閉用ピストン50のストッパ60がシリンダ本体12のエンドカバー部20に当接する。これにより、ストッパ60はエンドカバー部20に押され、ストッパ60の筒部64の端面がピストン14の第2段差面48に当接してピストン14がストロークエンドに達するまで、ストッパ60と一体の開閉用ピストン50がピストン14の貫通孔44内を軸線方向に移動する。
【0033】
図6に示す駆動工程におけるピストン14のストロークエンドでは、シール部材56がピストン14の第1大径孔部44aから離脱している。すなわち、第1エア室30は、ピストン14の第1大径孔部44aと開閉用ピストン50との間の隙間、ロッド部54の連通孔58およびストッパ60の開放孔66を介して第2エア室32に連通している。この状態から、切換弁が作動して、第2ポート40がエア供給源に接続されるとともに、第1ポート38が排気口に接続される。
【0034】
すると、エア供給源から高圧のエアが第2エア室32に供給されるので、ピストンロッド16を押し出す方向にピストン14が移動を始める。第1エア室30は、排気流量を制限する絞り弁を介して排気口に接続されているので、ピストンロッド16を押し出す方向にピストン14が移動すると、第1エア室30の容積が小さくなって、第1エア室30には背圧がかかる。しかも、第1エア室30の断面積は、ピストンロッド16が存在する分だけ、第2エア室32の断面積よりも小さいので、第2エア室32の圧力が第1エア室30の圧力より小さくても、ピストン14はピストンロッド16を押し出す方向に移動できる。このため、ピストン14の移動に伴い、第1エア室30の圧力は第2エア室32の圧力よりも高くなる。そして、第1エア室30と第2エア室32は相互に連通しているので、ピストン14が移動するたびに、第1エア室30のエアの一部が第2エア室32に流入する。第1エア室30のエアの別の一部は、第1ポート38および図示しない絞り弁を介して外部に排出される。
【0035】
ピストンロッド16が押し出される上記復帰工程において、ピストン14がストロークエンド近傍に至ると、開閉用ピストン50のピストン部52がロッドカバー18に当接する。これにより、ピストン部52がロッドカバー18に押されて第1大径孔部44aに収容されるとともに、ピストン14がロッドカバー18に当接してストロークエンドに達するまで、開閉用ピストン50がピストン14の貫通孔44内を軸線方向に移動する。
【0036】
復帰工程におけるピストン14のストロークエンドでは、シール部材56が第1大径孔部44aに当接しており、第1エア室30と第2エア室32との間でエアの連通が遮断されている。これは初期状態と同じ状態であり、以後、同じ動作が繰り返される。
【0037】
本実施形態によれば、ピストンロッド16が押し出される復帰工程において、第1エア室30のエアの一部は外部に排出されず第2エア室32に流入するので、エア消費量の低減を図ることができる。
【0038】
本実施形態では、ピストン14に一箇所だけ形成された貫通孔44に開閉用ピストン50を組み込む構成としたが、ピストン14に複数の貫通孔44を形成し、各貫通孔44に開閉用ピストン50を組み込む構成としてもよい。貫通孔44と開閉用ピストン50を複数組設ける場合は、それらをピストン14の軸線から等距離離れた位置であって、かつ、周方向に等間隔で配置するのがよい。そのように配置することで、駆動工程におけるピストン14のストロークエンドで、複数のストッパ60により、ピストン14をバランスよくエンドカバー部20に支持することができる。
【0039】
また、開閉用ピストン50のロッド部54はピストン14の小径孔部44cに単に挿通されるとして説明したが、ピストンロッド16の押し出し時に開閉用ピストン50が第1エア室30と第2エア室32を相互に連通する位置に安定して保持されるよう、ロッド部54と小径孔部44cとの間に摩擦力が働く構成としてもよい。
【0040】
本出願人は、第1ポート側および第2ポート側にそれぞれメータアウト制御を行う絞り弁を付設したエアシリンダにおいて、ピストンの外周とシリンダチューブの内周との間にクリアランスを設けることでエア漏れを起こさせ、シリンダ室内でエアを循環させたときのエア消費量に関する試験を行った。
【0041】
その結果、ピストンロッドを押し出す方向にピストンが移動する工程で供給されるエアの流量と排出されるエアの流量はいずれも、ピストンにエア漏れがない場合と比べて減少することが分かった。それらの減少割合は、ピストンとシリンダチューブとの間のクリアランスが大きいほど大きく、また、ピストンの移動速度が小さいほど大きい傾向にある。
【0042】
また、ピストンロッドを引き込む方向にピストンが移動する工程で供給されるエアの流量と排出されるエアの流量はいずれも、ピストンにエア漏れがない場合と比べて増加することが分かった。それらの増加割合は、ピストンとシリンダチューブとの間のクリアランスが大きいほど大きく、また、ピストンの移動速度が小さいほど大きい傾向にある。
【0043】
さらに、ピストンロッドを押し出す方向にピストンが移動する工程で供給されるエアの流量とピストンロッドを引き込む方向にピストンが移動する工程で供給されるエアの流量とを合わせた流量は、ピストンにエア漏れがない場合と同等であることが分かった。同様に、ピストンロッドを押し出す方向にピストンが移動する工程で排出されるエアの流量とピストンロッドを引き込む方向にピストンが移動する工程で排出されるエアの流量とを合わせた流量は、ピストンにエア漏れがない場合と同等であることが分かった。
【0044】
上記のとおり、第1エア室と第2エア室を相互に連通する場合、ピストンロッドを押し出す方向にピストンが移動する工程ではエア消費量が減少するが、ピストンロッドを引き込む方向にピストンが移動する工程では、逆にエア消費量が増加する。本発明のように、ピストンロッドを押し出す方向にピストンが移動する工程で第1エア室と第2エア室を相互に連通せしめ、ピストンロッドを引き込む方向にピストンが移動する工程で第1エア室と第2エア室との連通を遮断すれば、エア消費量を効果的に低減できることが分かる。
【0045】
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。