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発明の名称 ロッドレスシリンダ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−173610(P2001−173610A)
公開日 平成13年6月26日(2001.6.26)
出願番号 特願平11−362152
出願日 平成11年12月21日(1999.12.21)
代理人 【識別番号】100071205
【弁理士】
【氏名又は名称】野本 陽一
【テーマコード(参考)】
3H081
【Fターム(参考)】
3H081 AA03 BB01 CC15 CC23 DD12 DD24 FF19 
発明者 山本 太
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 非磁性体からなるシリンダチューブ(1)と、このシリンダチューブ(1)の両端にそれぞれ取り付けられた一対の端部材(3,3)と、前記シリンダチューブ(1)の内周に軸方向移動可能に内挿されたピストン(4)と、このピストン(4)に配設された駆動用磁石(41)と、前記シリンダチューブ(1)の外周に軸方向移動可能に外挿され前記駆動用磁石(41)の磁力により前記ピストン(4)に従動される被駆動体(5)と、を備えるロッドレスシリンダにおいて、前記被駆動体(5)の両端に一対のスクレーパ(7,7)が設けられ、前記各スクレーパ(7)は、前記被駆動体(5)の両端内周に嵌入された環状摺動部材(53)の端面に当接するプレート(71)と、このプレート(71)に接合され前記シリンダチューブ(1)の外周面に摺接されると共に前記端部材(3)と弾性的に接触可能なゴム状弾性部材(72)からなることを特徴とするロッドレスシリンダ。
【請求項2】 スクレーパ(7)のゴム状弾性部材(72)には、シリンダチューブ(1)の外周面に摺接するリップ部(72a)と、このリップ部(72a)よりも端部材(3)側へ突出した緩衝突起部(72b)が形成されたことを特徴とする請求項1に記載のロッドレスシリンダ。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機器の駆動や物体の搬送等に利用される流体圧駆動のロッドレスシリンダに関する。
【0002】
【従来の技術】磁石を利用することによりピストンロッドを不要にしたロッドレスシリンダの典型的な従来技術が、例えば実公平6−25684号公報に開示されている。
【0003】上記従来技術によるロッドレスシリンダは、互いに平行なシリンダチューブとガイドシャフトの両端にそれぞれ端部材を固定し、シリンダチューブの内部に駆動用磁石を備えたピストンを摺動自在に嵌挿し、シリンダチューブの外部に被駆動用磁石を備え、かつ前記ガイドシャフトによって案内される被駆動体を摺動自在に設けたもので、シリンダチューブ内のピストンを圧力流体の作用下に摺動させると、被駆動体が駆動用磁石及び被駆動用磁石の磁力によって移動するように構成されている。
【0004】端部材には、被駆動体に設けられたストッパ受けを受け止める出没可能なプランジャを有するショックアブソーバが配置されている。すなわち、双方の端部材間を往復移動される被駆動体は、ストロークエンドの手前に達した時に、前記ストッパ受けがプランジャに弾性的に受け止められることによって衝撃を吸収された後、ストッパ受けの端面がショックアブソーバの端面と当接することで停止する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来技術によるロッドレスシリンダにおいては、次のような問題が指摘される。すなわちこの種のロッドレスシリンダは、被駆動用磁石とアウターヨークとを交互に配置した被駆動用磁石列を備え、この被駆動用磁石列は、スクレーパ及び環状摺動部材が装着された保持部材に挟着された状態で、被駆動体におけるシリンダ挿通孔の内部に嵌入され、前記保持部材が、押え板を介して孔用止め輪により係止されている。したがって、シリンダチューブの外周面に摺接するスクレーパ及び環状摺動部材を配設するための保持部材が必要であるため部品が多く、組立が煩雑で製作コストが高いものとなっていた。
【0006】また、上述のように、通常、被駆動体がストロークエンドに近付いた時に、ショックアブソーバによって衝撃が吸収された後、ストッパ受けの端面とショックアブソーバの端面が当接することによって停止するが、ショックアブソーバが所定の位置より後退した位置に取り付けられていたり、装着されていなかったりした場合は、ストロークエンドにおいて、端部材の端面と被駆動体の端面とが衝突することになる。このため、大きな慣性力がロッドレスシリンダに作用し、設備に不具合を及ぼすことがある。
【0007】このような状況は、例えば現場の作業者が設備を調整する際に、ストロークが足りなくてショックアブソーバを後退させたり、サイクルタイムを稼ぐためにショックアブソーバを外した場合等に発生し、結果として、上述のような衝突によりロッドレスシリンダ自体が破損してしまうことが少なくない。また、ショックアブソーバの位置を後退させた状態で試運転を行ったような場合は、一回の衝突でも、被駆動体を支持案内するリニアベアリングにガタを生じることがある。
【0008】本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたもので、その主な技術的課題とするところは、部品数を削減して安価なロッドレスシリンダを提供することにある。また他の技術的課題は、何らかの理由でショックアブソーバが動作しない場合にも、衝撃を緩和して機器への悪影響を防止できるロッドレスシリンダを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係るロッドレスシリンダは、非磁性体からなるシリンダチューブと、このシリンダチューブの両端にそれぞれ取り付けられた一対の端部材と、前記シリンダチューブの内周に軸方向移動可能に内挿されたピストンと、このピストンに配設された駆動用磁石と、前記シリンダチューブの外周に軸方向移動可能に外挿され前記駆動用磁石の磁力により前記ピストンに従動される被駆動体と、を備えるロッドレスシリンダにおいて、前記被駆動体の両端に一対のスクレーパが設けられ、前記各スクレーパは、前記被駆動体の両端内周に嵌入された環状摺動部材の端面に当接するプレート及びこのプレートに接合され前記シリンダチューブの外周面に摺接されると共に前記端部材と弾性的に接触可能なゴム状弾性部材からなる。
【0010】上記構成において一層好ましくは、前記スクレーパのゴム状弾性部材には、シリンダチューブの外周面に摺接するリップ部と、このリップ部よりも端部材側へ突出した緩衝突起部が形成される。
【0011】
【発明の実施の形態】図1乃至図5は本発明に係るロッドレスシリンダを示すものである。これらの図において、符号1はシリンダチューブ、2はガイドレールであり、これらシリンダチューブ1及びガイドレール2は、その長手方向両端に配置された端部材3,3間に、互いに平行な状態に固定されている。
【0012】シリンダチューブ1の内周にはピストン4が軸方向移動可能に内挿され、前記シリンダチューブ1の外周には、前記ピストン4によって駆動される被駆動体5が軸方向移動可能に外挿されている。また、前記被駆動体5には、ガイドレール2に対してその長手方向相対変位可能に係合されたガイドブロック6が固定されている。
【0013】シリンダチューブ1は非磁性体からなる円筒状のものであって、その軸方向両端が、それぞれ端部材3に形成された嵌挿穴31に遊嵌されており、前記嵌挿穴31の内周面と、これに挿入されたシリンダチューブ1の両端部との間は、Oリング32によって密封されている。
【0014】端部材3,3には、それぞれシリンダチューブ1の両端部が嵌挿された嵌挿穴31から、オリフィス33及び圧力給排ポート34が同軸的に延びている。圧力給排ポート34,34には、図示されていない圧力流体(例えば圧縮空気)の供給源が、図示されていない切換弁及び配管を介して接続されている。
【0015】ピストン4は、軸心部に軸方向へ貫通した孔を有する環状又は円筒状の複数の駆動用磁石41とインナーヨーク42とを、軸方向交互に配置して駆動用磁石列を構成し、その駆動用磁石列の中心孔に挿通したタイロッド43の両端に、一対のピストン部材44,44を螺合・緊結することによって一体化したものである。また、前記各ピストン部材44,44の外周面には、それぞれシリンダチューブ1の内周面と密接されるピストンシール45及びウェアリング46が装着されている。
【0016】被駆動体5は磁性体からなるものであって、図3に示されるように、シリンダチューブ1が遊貫されたシリンダ挿通孔51の内周面に、環状に突出して内径が前記シリンダチューブ1の外周面と僅かな隙間をもって近接されたアウターヨーク52が、ピストン4におけるインナーヨーク42と同数かつ同間隔で形成されている。また、前記シリンダ挿通孔51の両端内周面には、前記アウターヨーク52とシリンダチューブ1が所定の隙間を介して互いに同心に保持されるように、一対の環状摺動部材53,53が嵌挿されている。
【0017】すなわち、被駆動体5は、ガイドブロック6を介してガイドレール2に案内されつつ、シリンダ挿通孔51の内周面に形成されたアウターヨーク52と、ピストン4における駆動用磁石列のインナーヨーク42の相互間に作用する磁気吸引力によって、ピストン4と共に移動するようになっている。
【0018】図1に示されるように、被駆動体5の上面にはワークやツールを固定するための所要数のタップ54が設けられている。また、前記ワークやツールに設けた位置決めピンを挿入するための円孔55及び長孔56が設けられており、被駆動体5から前記ワークあるいはツールを取り外してから再度取り付ける際に、取付位置の再現性が確保できるようになっている。
【0019】また、端部材3,3及びガイドレール2には、当該ロッドレスシリンダを設備機器等に取り付けるための取付孔21,35がそれぞれ形成されている。
【0020】被駆動体5の移動方向両端面5a,5bには、シリンダチューブ1が挿通されたシリンダ挿通孔51の開口部の外周に位置して、一対のスクレーパ7,7がそれぞれ固定されている。各スクレーパ7は、図6及び図7に一層明確に示されるように、SPCC等の金属板からなるプレート71と、このプレート71の片面に焼付けられたウレタンゴム等のゴム状弾性部材72からなるものであって、ゴム状弾性部材72には、シリンダチューブ1の外周面に摺接する内周側のリップ部72aと、このリップ部72aよりも外側へ突出した外周側の緩衝突起部72bが形成されている。
【0021】スクレーパ7におけるリップ部72aは円周方向へ連続し、テーパ状の突出形状を呈するものであって、シリンダチューブ1の外周面に付着したダストや異物が被駆動体5の内部へ侵入するのを防止する。また緩衝突起部72bは、円周方向等間隔で断続して形成されており、すなわち各緩衝突起部72b,72b間にはシリンダチューブ1の軸心を中心とする放射状に延びる溝72cが形成されている。
【0022】上記各スクレーパ7は、プレート71の一対の張り出し端部に開設された小孔71a,71aに小螺子73(図4等参照)を、被駆動体5の端面5a,5bに形成した雌螺子孔にねじ込むことによって、あるいは図示されていない孔用止め輪によって、この被駆動体5に取り付けられる。したがって、従来技術の場合のように、ゴム状弾性体単体からなるスクレーパを、環状摺動材と共にシリンダ挿通孔の両端部に保持するハウジング部材等が不要であり、その分、組立工数が減少し、部品コストも低減される。また、ゴム状弾性体単体で製作されたスクレーパに比較して、長手方向に対して小さくできるので、当該ロッドレスシリンダの全長を短くすることができる。
【0023】更に、このスクレーパ7は、上述のようなリップ部72aによるダストや異物の侵入防止機能や、緩衝突起部72bによる緩衝機能のほか、図3に示されるように、プレート71が、被駆動体5におけるシリンダ挿通孔51の両端内周面に装着された環状摺動部材53,53に当接することによって、この環状摺動部材53の脱落を防止する機能を兼備している。したがって、前記環状摺動部材53を前記シリンダ挿通孔51に保持するための手段を別途設ける必要がない。
【0024】各端部材3には、被駆動体5の移動方向と平行な方向に貫通した螺子孔36が開設されており、この螺子孔36を貫通するように、それぞれショックアブソーバ8がねじ込まれている。すなわち、このショックアブソーバ8の外周には螺子溝が形成されており、ロックナット81によって、前記螺子孔36に位置調整可能に固定されている。
【0025】ショックアブソーバ8は、前記被駆動体5との対向端部から出没可能なプランジャ82を備え、このプランジャ82は、図示されていない内部の付勢手段によって、常時、前記被駆動体5側への突出方向へ弾性付勢されている。一方、前記被駆動体5における前記ショックアブソーバ8との軸方向対向位置には、ストッパ受け9が設けられている。
【0026】以上のように構成されたロッドレスシリンダは、以下のように動作される。
【0027】まず、図1乃至図3においては、図示されていない圧縮空気供給源から、作動流体である圧縮空気を、切換弁の作動によって、図中右側の端部材3(3L)における圧力給排ポート34及びオリフィス33を通じて、シリンダチューブ1内における図中右側のシリンダ室1Rへ供給すると共に、図中左側のシリンダ室1Lを、図中左側の端部材3(3L)におけるオリフィス33、圧力給排ポート34及び切換弁を介して大気開放することによって、ピストン4がシリンダチューブ1内を左側へ移動し、このピストン4に従動される被駆動体5が、図中左側のショックアブソーバ8の端面8aに当接するストロークエンド位置で停止した状態にある。
【0028】ここで、被駆動体5の上面に取り付けたワークやツール等からの荷重は、被駆動体5に固定されたガイドブロック6と、設備等の架台に据え付けられたガイドブロックからなるリニアボールベアリングで支持するので、ストロークエンドで被駆動体5に外力が作用しても、この被駆動体5が変位することがない。また、この荷重支持状態で当該ロッドレスシリンダを作動させても、被駆動体5はガイドレール2に対してその長手方向に円滑に相対変位することができる。
【0029】次に、図示されていない切換弁の切換動作によって、図中左側の端部材3(3L)における圧力給排ポート34及びオリフィス33を通じて、シリンダチューブ1内における図中左側のシリンダ室1Lへ供給すると共に、図中右側のシリンダ室1Rを、図中右側の端部材3(3R)におけるオリフィス33、圧力給排ポート34及び図示されていない切換弁を介して大気開放することによって、ピストン4がシリンダチューブ1内を右側へ移動する。そして、シリンダチューブ1に外挿された被駆動体5は、そのシリンダ挿通孔51の内周面に形成された各アウターヨーク52と、ピストン4の駆動用磁石列に設けられたインナーヨーク42との間で作用する磁気吸引力によって、ピストン4の移動に従動し、右側へ移動する。
【0030】被駆動体5がストロークエンド近くに達した時点で、この被駆動体5の右側の端面5bに設けられたストッパ受け9が、端部材3に設けられたショックアブソーバ8の出没可能なプランジャ82の先端に当接することによって衝撃が吸収される。その後、前記被駆動体5は、このプランジャ72を付勢手段による付勢力に抗してショックアブソーバ8の内部へ押し込みつつ移動し、前記ストッパ受け9と前記ショックアブソーバ8の端面とが当接するストロークエンドに達することによって停止する。
【0031】また、例えば現場の作業者が設備を調整する際に、ストロークが足りなくてショックアブソーバ8,8を所定位置よりも後退させた位置に固定したり、サイクルタイムを稼ぐためにショックアブソーバ8,8を外した場合等には、被駆動体5がストロークエンドに達する時に、スクレーパ7におけるゴム状弾性部材72の緩衝突起部72bが端部材3の端面と接触する。そして、前記緩衝突起部72bが弾性的に変形されることによって、前記被駆動体5の慣性力を小さくし、衝撃を吸収する。また、緩衝突起部72bはシリンダチューブ1と同軸的に設けられているので、停止時に、シリンダ推力によるモーメント荷重が発生しない。
【0032】したがって、ストロークエンドにおいて、端部材3の端面と被駆動体5の端面とが衝突することにより、大きな慣性力がロッドレスシリンダに作用して、設備に不具合を及ぼしたり、被駆動体5を支持案内するリニアベアリングにガタを生じたり、ロッドレスシリンダ自体が破損するといった不具合の発生を有効に防止することができる。
【0033】また、スクレーパ7の緩衝突起部72bが端部材3の端面と接触した状態においては、この緩衝突起部72bとその内周のシリンダチューブ1との間に介在する隙間が、各緩衝突起部72b間の放射状溝72cを介して外部空間と連通しているので、前記端部材3の端面に吸着状態になるようなことがない。このため、上記停止状態からピストン4が移動を開始した時に、被駆動体5の従動が応答性良く行われる。
【0034】なお、スクレーパ7における緩衝突起部72bの数、言い換えれば溝72cの数は特に限定されるものではなく、また、緩衝突起部72bの形状も、例えば円柱状とする等、種々のものが考えられる。
【0035】また、被駆動体5は、従来と同様に、被駆動用磁石とアウターヨークとを交互に配置した被駆動用磁石列を嵌入した従来構造としても、同様の効果が得られるが、この場合は部品が多く、組み立てが煩雑で製造コストが高くなる。これに対し、上記実施形態の構成によれば、シリンダ挿通孔51の内周面に形成されたアウターヨーク52と、ピストン4における駆動用磁石列のインナーヨーク42との間で磁気吸引力を得ているため、被駆動体5の部品数を著しく削減することができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るロッドレスシリンダによると、スクレーパを、環状摺動材と共にシリンダ挿通孔の両端部に保持するハウジング部材等が不要であり、しかもスクレーパのプレートが、被駆動体のシリンダ挿通孔の両端内周面に装着された環状摺動部材の脱落を防止する機能を兼備するため、組立工数が減少し、部品コストも低減される。また、ゴム単体のスクレーパをハウジング等で装着する場合に比較して、取付長を短くできるので、その分、ロッドレスシリンダの全長も短くすることができる。
【0037】また、ショックアブソーバが所定の位置より後退した位置に取り付けられていたり、装着されていなかったりすることによって、ストロークエンドでのショックアブソーバによる緩衝機能が得られない場合には、前記ストロークエンドにおいて、端部材の端面とスクレーパのゴム状弾性部材が接触するため、大きな慣性力がロッドレスシリンダに作用するのを防止して、設備に不具合を及ぼすのを防止することができる。しかも、前記スクレーパ、詳しくはゴム状弾性部材の緩衝突起部がシリンダチューブと同軸的に設けられているので、停止時に、シリンダ推力によるモーメント荷重が発生しないといった効果が実現される。




 

 


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