JPH112210A - シリンダアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 摩擦を低減させ、振動、脈動等を起こさず、
精確でスムーズな作動を実現する。 【解決手段】 シリンダ１１の内周面と前記ピストン１
２の外周面との間に間隙１７を設け、ここに作動流体を
注入して、非接触状態とする。シリンダの両端部にそれ
ぞれ接続するシリンダ流路２５，２６に弁２３，２４を
設け、両シリンダ流路の流量差を調節し、ピストンの両
側の圧力差を調節して、ピストンを移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気圧シリンダ、
油圧シリンダ等の、作動流体によりピストンロッドを移
動させ、各種作動をさせるシリンダアクチュエータに関
する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】この種のシリンダアク
チュエータで、超低速作動、超低負荷作動、超高速作動
あるいは高精度位置決めを行なう場合、スムーズな作動
ができず、振動、脈動等を生じやすい。このような作動
は、例えば繊維機械で繊維の走行方向を変える場合等に
必要となる。この原因は、シリンダとピストンの間の摩
擦であり、例えば、超低速作動時の脈動は、ピストンの
両側の圧力差が小さい状態として、わずかの流量で流体
を出入させると、圧力差が摩擦力を越えたときピストン
が移動をはじめ、移動により圧力差が減少すると摩擦力
により停止し、これを繰り返すことにより生じる。

【０００３】本発明は、このような場合に、精確でスム
ーズな作動を実現させるため、シリンダとピストンの間
の摩擦を実質的にゼロにすることを目的としてなされた
ものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、シリンダの内
周面とピストンの外周面との間に間隙を設け、ここに作
動流体を常時注入して、両者が互いに接触しないように
したものである。

【０００５】すなわち、本発明は、両端が閉じられたシ
リンダと、このシリンダ内を移動するピストンと、この
ピストンと結合し、前記シリンダの端部を貫通して外部
へ延びるピストンロッドと、前記シリンダの内周面と前
記ピストンの外周面との間に設けられた間隙と、この間
隙に開口する間隙口と外部とを連通させ作動流体を通す
間隙流路と、前記シリンダの両端部にそれぞれ開口する
シリンダ口と外部とをそれぞれ連通させ作動流体を通す
シリンダ流路と、これらのシリンダ流路の少なくとも１
に設けられ、これらのシリンダ流路の流量差を調節し、
前記ピストンの両側の圧力差を調節する弁を有するシリ
ンダアクチュエータである。

【０００６】この構成により、シリンダ、ピストン間の
間隙には、常に作動流体が注入され、非接触状態が維持
される。これにより、ピストン両側にも常に作動流体が
流れている状態となるので、この流量をシリンダ端部の
弁の開閉により調節し、ピストン両側に圧力差を生じさ
せ、ピストンを移動させることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】このシリンダアクチュエータで
は、当然、ピストンロッドとシリンダ端部との間にシー
ルが必要である。このシールとして、通常の接触シール
材が使用できる。より小さな摩擦を得るためには、この
シールとして流体軸受を使用すると良い。この場合、作
動流体を空気とし、空気軸受とすると、構造が簡易とな
る。

【０００８】間隙流路は、間隙と外部とを連通させるも
のであれば、その位置は任意であり、ピストンからピス
トンロッドを通るもの、ピストンからシリンダ内に設け
られた可撓性パイプを通るもの、あるいはシリンダ周囲
を通るものとすることができる。

【０００９】また、作動流体の流れは、上述のようにし
て、間隙に外部から直接作動流体が注入されるものが、
間隙部分の圧力を高く保つことができるので好ましい。
しかし流れの向きを反対にして、シリンダを経て間隙に
注入されるものも可能である

【００１０】ピストンを移動させるための弁は、シリン
ダの両端に設けることが適当であるが、一端に単なる孔
を設けて他端の弁のみにより作動させることもできる。
なお、弁は、シリンダに直接取付ける構成のほか、パイ
プを経てシリンダから離して設置することもできる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図示する実施例について、具
体的に説明する。

【００１２】図１に第１実施例のシリンダアクチュエー
タ１０を示す。

【００１３】このシリンダアクチュエータ１０におい
て、シリンダ１１は、円筒形状であり、両端が閉じられ
ている。ピストン１２が、このシリンダ１１内に移動可
能となるよう設けられている。ピストンロッド１３が、
このピストン１２の一方から延び、シリンダ１１の一端
を閉じる円環状の蓋１４を貫通して外部に延び、先端
に、駆動される負荷部材と結合するための雌ねじ１５を
有している。このピストンロッド１３と蓋１４との間に
は、ゴム等よりなる接触シール材１６が設けられ、ピス
トンロッド１３が可動となるようシールしている。

【００１４】間隙１７が、シリンダ１１内周面とピスト
ン１２外周面との間に設けられている。間隙口１８，…
が、ピストン１２の長さ方向中央部の外周面数箇所に開
口し、ここから、ピストン１２内、ピストンロッド１３
内を経て、ピストンロッド１３先端部側面の結合口１９
に至る間隙流路２０が形成されている。

【００１５】シリンダ口２１，２２が、シリンダ１１の
両端部の側面にそれぞれ形成され、ここに電磁弁２３，
２４がそれぞれ取付けられている。これらのシリンダ口
２１，２２、電磁弁２３，２４は、作動流体は外部へ流
出することができるシリンダ流路２５，２６を構成して
いる。

【００１６】このシリンダアクチュエータ１０は、以上
の構成であり、次のようにして使用され、作動する。

【００１７】シリンダ１１を固定し、ピストンロッド１
３先端の雌ねじ１５に駆動される負荷部材（図示しな
い）を取付ける。結合口１９に可撓性の管（図示しな
い）を接続してポンプ（図示しない）から作動流体を供
給し、電磁弁２３，２４に管（図示しない）を接続して
作動流体を回収する。なお、作動流体として空気を使用
する場合は、電磁弁２３，２４を外気に開放してもよ
い。さらに、電磁弁２３，２４に制御装置（図示しな
い）を接続する。

【００１８】こうして、作動流体を供給すると、この作
動流体は間隙流路２０を経て間隙１７に注入され、シリ
ンダ１１内周面とピストン１２外周面を非接触状態とす
る。さらに、この作動流体はシリンダ１１内の空間を満
たし、ピストン１２両側に圧力を加え、シリンダ流路２
５，２６の電磁弁２３，２４を経て外部へ流出する。電
磁弁２３，２４を作動させてシリンダ流路２５，２６の
流量差を調節すると、ピストン１２両側に圧力差を生じ
させ、ピストン１２を移動させて負荷部材を駆動するこ
とができる。

【００１９】図２に第２実施例のシリンダアクチュエー
タ３０を示す。

【００２０】このシリンダアクチュエータ３０におい
て、シリンダ３１は、円筒形状であり、両端が閉じられ
ている。ピストン３２が、このシリンダ３１内に移動可
能となるよう設けられている。ピストンロッド３３，３
４が、このピストン３２の両方から、シリンダ１１の端
部を貫通して外部にそれぞれ延びている。１のピストン
ロッド３３の先端には、駆動される負荷部材と結合する
ための雌ねじ３５が形成されている。他のピストンロッ
ド３４の先端部には、このピストンロッド３４を回転さ
せるためのプーリ３６が設けられ、さらにロータリージ
ョイント３７が取付けられている。

【００２１】ピストンロッド３３，３４とシリンダ３１
端部との間には、空気軸受３８，３９がそれぞれ設けら
れている。これらの空気軸受３８，３９は、円環状であ
り、シリンダ３１の内周に嵌めて設けられ、内周にピス
トンロッド３３，３４を、間隙４０，４１を介して嵌
め、支持する。シリンダ３１外周に形成された供給口４
２，４３から空気を受け入れ、環状通路４４，４５を経
て、内周面に数箇所形成された送出口４６，…，４７，
…から間隙４０，４１へ注入し、ピストンロッド３３，
３４を非接触状態に保持する。また、これらの空気軸受
３８，３９は同時に、シリンダ３１内の空気が外部へ流
出しないようにシールする。

【００２２】間隙４８が、シリンダ３１内周面とピスト
ン３２外周面との間に設けられている。間隙口４９，…
が、ピストン３２の長さ方向中央部の外周面数箇所に開
口し、ここから、ピストン３２内、ピストンロッド３４
内を経て、さらにロータリージョイント３７に至る間隙
流路５０が形成されている。

【００２３】シリンダ口５１，５２が、シリンダ３１の
両端部の側面にそれぞれ形成され、ここに電磁弁５３，
５４がそれぞれ取付けられている。これらのシリンダ口
５１，５２、電磁弁５３，５４は、作動流体は外部へ流
出することができるシリンダ流路５５，５６を構成して
いる。

【００２４】このシリンダアクチュエータ３０は、以上
の構成であり、次のようにして使用され、作動する。

【００２５】シリンダ３１を固定し、ピストンロッド３
３先端の雌ねじ３５に駆動される負荷部材（図示しな
い）を取付ける。ロータリージョイント３７に可撓性の
管（図示しない）を接続してポンプ（図示しない）から
作動流体として空気を供給し、電磁弁５３，５４から外
部へ放出させる。電磁弁５３，５４に制御装置（図示し
ない）を接続する。また、供給口４２，４３に、空気軸
受３８，３９用空気を供給する。さらに、プーリ３６に
ワイヤ（図示しない）を掛けてピストンロッド３４を回
転させる。

【００２６】こうして作動させると、ロータリージョイ
ント３７からの空気は間隙流路５０を経て間隙４８に注
入され、シリンダ３１内周面とピストン３２外周面を非
接触状態とする。さらに、この作動流体はシリンダ３１
内の空間を満たし、ピストン３２両側に圧力を加え、シ
リンダ流路５５，５６の電磁弁５３，５４を経て外部へ
流出する。電磁弁５３，５４を作動させてシリンダ流路
５５，５６の流量差を調節すると、ピストン３２両側に
圧力差を生じさせ、ピストン３２を移動させて負荷部材
を駆動することができる。

【００２７】さらに、このシリンダアクチュエータ３０
では、シリンダ３１両端のシールに空気軸受３８，３９
を用いているので、ピストン３２移動にともなう摩擦は
著しく軽減され、これを利用して、プーリ３６により負
荷を回転させる機構を実現している。

【００２８】図３に第３実施例のシリンダアクチュエー
タ６０を示す。

【００２９】このシリンダアクチュエータ６０におい
て、シリンダ６１は、円筒形状であり、両端が閉じられ
ている。ピストン６２が、このシリンダ６１内に移動可
能となるよう設けられている。ピストンロッド６３が、
このピストン６２の一方から延び、シリンダ６１の一端
に設けられた空気軸受６４を貫通して外部に延び、先端
に、駆動される負荷部材と結合するための雌ねじ６５を
有している。

【００３０】この空気軸受６４は、円環状であり、シリ
ンダ６１の内周に嵌めて設けられ、内周にピストンロッ
ド６３を、間隙６６を介して嵌め、支持する。シリンダ
６１外周に形成された供給口６７から空気を受け入れ、
環状通路６８を経て、内周面に数箇所形成された送出口
６９，…から間隙６６へ注入し、ピストンロッド６３を
非接触状態に保持する。また、この空気軸受６４は同時
に、シリンダ６１内の空気が外部へ流出しないようにシ
ールする。

【００３１】間隙７０が、シリンダ６１内周面とピスト
ン６２外周面との間に設けられている。間隙口７１，…
が、ピストン６２の長さ方向中央部の外周面数箇所に開
口し、ここから、ピストン６２内を経て、さらに、シリ
ンダ内に伸縮可能となるよう螺旋状にして設けられ、シ
リンダ６１端部に延びる可撓性パイプ７２、シリンダ６
１端部に形成された結合口７３に至る間隙流路７４が形
成されている。

【００３２】シリンダ口７５，７６が、シリンダ６１の
両端部の側面にそれぞれ形成され、ここに電磁弁７７，
７８がそれぞれ取付けられている。これらのシリンダ口
７５，７６、電磁弁７７，７８は、作動流体は外部へ流
出することができるシリンダ流路７９，８０を構成して
いる。

【００３３】このシリンダアクチュエータ６０は、以上
の構成であり、次のようにして使用され、作動する。

【００３４】シリンダ６１を固定し、ピストンロッド６
３先端の雌ねじ６５に駆動される負荷部材（図示しな
い）を取付ける。結合口７３に管（図示しない）を接続
してポンプ（図示しない）から作動流体として空気を供
給し、電磁弁７７，７８から外部へ放出させる。電磁弁
７７，７８に制御装置（図示しない）を接続する。ま
た、供給口６７に、空気軸受６４用空気を供給する

【００３５】こうして作動させると、結合口７３からの
空気は可撓性パイプ７２等よりなる間隙流路７４を経て
間隙７０に注入され、シリンダ６１内周面とピストン６
２外周面を非接触状態とする。さらに、この作動流体は
シリンダ６１内の空間を満たし、ピストン６２両側に圧
力を加え、シリンダ流路７９，８０の電磁弁７７，７８
を経て外部へ流出する。電磁弁７７，７８を作動させて
シリンダ流路７９，８０の流量差を調節すると、ピスト
ン６２両側に圧力差を生じさせ、ピストン６２を移動さ
せて負荷部材を駆動することができる。

【００３６】このシリンダアクチュエータ６０では、空
気を供給する結合口７３が固定されるので、使用しやす
いものとなる。

【００３７】図４に第４実施例のシリンダアクチュエー
タ８０を示す。

【００３８】このシリンダアクチュエータ８０におい
て、シリンダ８１は、円筒形状であり、両端が閉じられ
ている。ピストン８２が、このシリンダ８１内に移動可
能となるよう設けられている。ピストンロッド８３が、
このピストン８２の一方から延び、シリンダ８１の一端
を閉じる円環状の蓋８４を貫通して外部に延び、先端
に、駆動される負荷部材と結合するための雌ねじ８５を
有している。このピストンロッド８３と蓋８４との間に
は、ゴム等よりなる接触シール材８６が設けられ、ピス
トンロッド８３が可動となるようシールしている。

【００３９】間隙８７が、シリンダ８１内周面とピスト
ン８２外周面との間に設けられている。間隙口８８，…
が、シリンダ８１の長さ方向中央部の内周面数箇所に開
口し、ここから、シリンダ８１内に形成された環状通路
８９を経て、シリンダ８１外周面に開口する結合口９０
に至る間隙流路９１が形成されている。ピストン８２の
長さはシリンダ８１内部の長さの２分の１以下とされ、
ピストン８２がシリンダ８１中のどの位置にあっても、
間隙口８８，…は間隙８７の内部に開口するよう設定さ
れている。

【００４０】シリンダ口９２，９３が、シリンダ８１の
両端部の端面にそれぞれ形成され、シリンダ８１の両端
部側面に設けられた電磁弁９４，９５にそれぞれ連通
し、これらにより作動流体を外部へ流出させるシリンダ
流路９６，９７がそれぞれ構成されている。

【００４１】このシリンダアクチュエータ８０は、以上
の構成であり、次のようにして使用され、作動する。

【００４２】シリンダ８１を固定し、ピストンロッド８
３先端の雌ねじ８５に駆動される負荷部材（図示しな
い）を取付ける。結合口９０に管（図示しない）を接続
してポンプ（図示しない）から作動流体を供給し、電磁
弁９４，９５に管（図示しない）を接続して作動流体を
回収する。なお、作動流体として空気を使用する場合
は、電磁弁９４，９５を外気に開放してもよい。さら
に、電磁弁９４，９５に制御装置（図示しない）を接続
する。

【００４３】こうして、作動流体を供給すると、この作
動流体は間隙流路９１を経て間隙８７に注入され、シリ
ンダ８１内周面とピストン８２外周面を非接触状態とす
る。さらに、この作動流体はシリンダ８１内の空間を満
たし、ピストン８２両側に圧力を加え、シリンダ流路９
６，９７の電磁弁９４，９５を経て外部へ流出する。電
磁弁９４，９５を作動させてシリンダ流路９６，９７の
流量差を調節すると、ピストン８２両側に圧力差を生じ
させ、ピストン８２を移動させて負荷部材を駆動するこ
とができる。

【００４４】このシリンダアクチュエータ８０では、空
気を供給する結合口９０が固定されるので、使用しやす
いものとなる。また、可撓性パイプをまったく使用しな
いので、すぐれた耐久性が得られる。

【００４５】

【発明の効果】本発明のシリンダアクチュエータは、上
述のように、シリンダ内周面とピストン外周面との間の
間隙に作動流体を注入することにより、両者を非接触状
態に保持するので、摩擦が極端に小さくなり、超低速作
動、超低負荷作動、超高速作動、高精度位置決めを行な
う場合にも、振動、脈動等を起こさず、精確でスムーズ
な作動が実現される。

【００４６】また、本発明において、ピストンロッドと
シリンダ端部とのシール、接触シール材を用いると、構
造が単純化され、流体軸受を用いると、摩擦がより一層
減少する。

【００４７】さらに間隙に作動流体を注入するための間
隙流路を、ピストンからピストンロッドを経るように設
けると、構造が単純化され、ピストンからシリンダ内の
可撓性パイプを経るように設けると、結合口が不動とな
って使い易くなり、シリンダ側に設けると、可撓性パイ
プを省いて耐久性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の側断面図である。

【図２】本発明の第２実施例の側断面図である。

【図３】本発明の第３実施例の側断面図である。

【図４】本発明の第４実施例の側断面図である。

【符号の説明】

１０…シリンダアクチュエータ、１１…シリンダ、１２
…ピストン、１３…ピストンロッド、１６…接触シール
材、１７…間隙、１８，……間隙口、１９…結合口、２
０…間隙流路、２１，２２…シリンダ口、２３，２４…
電磁弁、２５，２６…シリンダ流路。３０…シリンダア
クチュエータ、３１…シリンダ、３２…ピストン、３
３，３４…ピストンロッド、３６…プーリ、３７…ロー
タリージョイント、３８，３９…空気軸受、４８…間
隙、４９，……間隙口、５０…間隙流路、５１，５２…
シリンダ口、５３，５４…電磁弁、５５，５６…シリン
ダ流路。６０…シリンダアクチュエータ、６１…シリン
ダ、６２…ピストン、６３…ピストンロッド、６４…空
気軸受、７０…間隙、７１，……間隙口、７２…可撓性
パイプ、７３…結合口、７４…間隙流路、７５，７６…
シリンダ口、７７，７８…電磁弁、７９，８０…シリン
ダ流路。８０…シリンダアクチュエータ、８１…シリン
ダ、８２…ピストン、８３…ピストンロッド、８６…接
触シール材、８７…間隙、８８，……間隙口、８９…環
状通路、９０…結合口、９１…間隙流路、９２，９３…
シリンダ口、９４，９５…電磁弁、９６，９７…シリン
ダ流路。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端が閉じられたシリンダと、このシリ
   ンダ内を移動するピストンと、このピストンと結合し、
   前記シリンダの端部を貫通して外部へ延びるピストンロ
   ッドと、前記シリンダの内周面と前記ピストンの外周面
   との間に設けられた間隙と、この間隙に開口する間隙口
   と外部とを連通させ作動流体を通す間隙流路と、前記シ
   リンダの両端部にそれぞれ開口するシリンダ口と外部と
   をそれぞれ連通させ作動流体を通すシリンダ流路と、こ
   れらのシリンダ流路の少なくとも１に設けられ、これら
   のシリンダ流路の流量差を調節し、前記ピストンの両側
   の圧力差を調節する弁を有するシリンダアクチュエー
   タ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 ピストンロッドとシリンダ端部との間に接触シール材が
   設けられたシリンダアクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１において、 ピストンロッドとシリンダ端部との間に流体軸受が設け
   られたシリンダアクチュエータ。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３において、 間隙流路が、ピストン及びピストンロッド内に設けら
   れ、外部と連通する通路により形成されたシリンダアク
   チュエータ。
5. 【請求項５】 請求項１、２又は３において、 間隙流路が、ピストン内に設けられた通路と、シリンダ
   内に設けられ、外部と連通する可撓性パイプから形成さ
   れたシリンダアクチュエータ。
6. 【請求項６】 請求項１、２又は３において、 間隙流路が、シリンダの周囲に設けられ、外部と連通す
   る通路により形成されたシリンダアクチュエータ。