WO2006048953A1 - マグネット式ロッドレスシリンダ - Google Patents

Abstract

扁平な外周形状のシリンダチューブ２内に、一対の独立したシリンダ孔３、３を形成する。これにより、エンドキャップ５に設けたボート７からシリンダチューブ２内に交互に加圧流体を供給すると、シリンダ作動用の内圧がシリンダチューブ２に均一に作用するようになり、シリンダチューブ２の応力やたわみを大幅に低減することができる。

Description

明 細 書 マグネッ ト式ロッ ドレスシリ ンダ 技術分野

この発明は、 非磁性材料から成るシリ ンダチューブ内側のシリ ン ダ孔にシリ ンダチューブ軸線方向に移動可能に配置されたビス トン と、 シリ ンダチューブ外周面にシリ ンダチューブ軸線方向に移動可 能に配置されたスライ ド体とを、 磁気的に結合したマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダに関する。 背景技術

従来一般のマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダでは、 周面に内側磁 石を有したビス ト ンが内圧により移動すると、 その内側磁石の移動 によ り、 磁気結合した外側磁石を有したスライ ド体が引っ張られて 移動する、 というメカニズムを利用している。

この時の引っ張られる力の大きさは、 「磁石保持力」 と称され、 マグネッ ト式ロッ ドレスシリ ンダの搬送能力を示す指標となってい る。

図 1 9は、 従来一般のマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダを簡略化 して示している。

図 1 9では、 チューブ 1 0 0外側のスライ ド体 1 0 1の外側磁石 1 0 2 と、 チューブ 1 0 0内側のビス トン 1 0 3の内側磁石 1 0 4 とがそれぞれ軸線方向に 4個ずつ、 それぞれヨーク 1 0 5を挟んで 同極同士が対向するよ うに配置されている。 また、 内外磁石 1 0 4 、 1 0 2の間では、 磁極は互いに異極同士が対向するように配置さ れている。 ここで前記の磁石保持力は、 ス ライ ド体 1 0 1 を軸線方向に移動 できないよ うにして、 ピス ト ン 1 0 3に流体圧をかけて内側磁石 1 0 4をスライ ド体 1 0 1 (外側磁石 1 0 2 ) に対して軸線方向にず らした （変位させた） ときに、 スライ ド体 1 0 1 に生じる軸線方向 力と して定義される。

図 4 Bは、 内側磁石 1 0 4のずれ量 （変位量） と磁石保持力との 関係を模式的に示す図である。 図 4 Bに示すように、 流体圧がかか つていない静止状態、 すなわち、 4つの内、 外側磁石 1 0 4、 1 0 2が半径方向に整列していて軸線方向にずれていない状態では、 点 Aに示すよ うに磁石保持力はゼロになる。 また、 磁石保持力は、 内 側磁石 1 0 4 と外側磁石 1 0 2 との軸線方向のずれが大きくなるほ ど増大し、 ずれが磁石 1 0 2 、 1 0 4の軸線方向配置ピッチ Lのお よそ半分となるときに最大値 M a X となる （点 B ) 。

またシリ ンダの厚みを薄く して装置を小型化したり、 シリ ンダ推 力を大きく したりする目的で、 シリ ンダチューブと ビス ト ンの径方 向断面をそれぞれ扁平形状にする技術が実開平 4— 1 1 3 3 0 5号 公報に開示されている。

また特開平 4一 3 5 7 3 1 0号公報には、 シリ ンダチューブ及び ピス ト ンの径方向の断面形状を、 楕円形や長円形、 左右対称的なひ よ うたん形などの扁平形状にしたマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダ が記載されている。

更に、 実用新案登録第 2 5 1 4 4 9 9号公報には、 マグネッ ト式 口 ッ ドレスシリ ンダを 2本平行に配置して、 それら一対のシリ ンダ にまたがるよ うに 1つのスライダを案内しているものが開示してあ る。

特公平 3— 8 1 0 0 9号公報には、 ス リ ッ トチューブ式の口 ッ ド レスシリ ンダにおいて、 シリ ンダチューブに 2つのシリ ンダ孔を備 えたものが開示されている。 同公報では、 これらのシリ ンダ孔にそ れぞれビス トンが配置されており、 それぞれのビス トンはバンドで シールされるスリ ッ トを通じてチューブ外側のスライ ド体に機械的 に連結されている。

また、 米国特許第 3 8 9 3 3 7 8号には、 ス リ ッ トチューブ式の 口ッ ドレスシリ ンダにおいて、 チューブ断面外形が長方形でシリ ン ダ孔が四角形のものが開示されている。

特開平 9 一 2 1 7 7 0 8号公報には、 ロ ッ ドタイプのシリ ンダに おいて、 1つのシリ ンダチューブに 2つのシリ ンダ孔が形成されて いるものが開示してある。

英国特許第 4 7 0 0 8 8号には、 ス リ ッ トチューブ式ロ ッ ドレス シリ ンダであるが、 外形が非円形である単一のシリ ンダチューブに 3つのシ リ ンダ孔を備えたものが開示してある。

実公平 4 一 0 1 0 4 0 7号公報には、 スライ ド体に取付部材を通 過させるための切欠を設けたマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダが開 されている。

なお特許文献特公平 3— 8 1 0 0 9号公報、 米国特許第 3 8 9 3 3 7 8号、 英国特許第 4 7 0 0 8 8号明細書は、 ス リ ッ トチューブ 式ロッ ドレスシ リ ンダの技術であり、 また特開平 9 一 2 1 7 7 0 8 号公報は口 ッ ドシリ ンダの技術であるが、 広く流体圧シリ ンダ分野 の背景技術と して例示した。

ところで、 実用化されている一般的なマグネッ ト式ロ ッ ドレスシ リ ンダは、 流体による内圧が作用すると、 真円の円筒チューブは一 様な変形をする。 それに対して実開平 4一 1 1 3 3 0 5号公報、 特 開平 4一 3 5 7 3 1 0号公報のよ うな扁平な非円形外形のチューブ においては、 シ リ ンダ孔が 1つであってかつ非円形であることから 流体による内圧が作用する と、 チューブは一様には変形せず、 それ によ り最大応力 · 最大たわみともに非常に大きな値となる。

これを回避しょう とするとチューブ肉厚が非常に厚くなるため磁 気結合力を数倍に高めないと、 マグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダと して機能しない問題がある。 そのため、 従来では実用新案登録第 2 5 1 4 4 9 9号公報のように、 真円の円筒チューブを 2つ並列配置 する構成が採用されていたのである。 しかし、 実用新案登録第 2 5 1 4 4 9 9号公報のよ うに、 チューブを複数本並列配置する構造で は組み立てに手間がかかり、 設置スペースも大きくなる場合があり 、 好ましく ない。

また一般的なマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダの静止状態では、 図 1 9の内側磁石 1 0 4 と外側磁石 1 0 2 とが半径方向に引き合つ て整列しており、 軸線方向にずれていないために前記のように磁石 保持力がゼロ となっている。

従って、 この状態から t;。ス ト ン 1 0 3を移動させ始めるときには 、 前記の 「ずれ」 が生じるまでは外側磁石 1 0 2が引っ張られない から、 スライ ド体 1 0 1の移動初期においてスティ ックスリ ップ現 象が見られるなど移動が円滑でないという問題がある。

こ う した問題は、 実開平 4— 1 1 3 3 0 5号公報、 特開平 4— 3 5 7 3 1 0号公報のよ うな非円形外形のチューブを備えたものでも 生じる。 また、 実用新案登録第 2 5 1 4 4 9 9号公報のように、 真 円の円筒チューブを 2つ、 比較的距離をおいて並列配置する構成に おいても、 それぞれの円筒チューブとスライ ド体との間で同様な問 題が生じる。 発明の開示

この発明は上記従来技術の問題に鑑み、 断面外形が非円形であり ながら、 内圧によるたわみ、 応力を小さく抑えることができるシリ ンダチューブを有するマグネツ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダを提供する ことを目的の一つと している。

また、 この発明の他の目的は、 初期移動の円滑なマグネッ ト式口 ッ ドレスシリ ンダを提供することである。

前記目的を達成するために、 請求項 1 に記載の発明によれば、 非 磁性材料から成るシリ ンダチューブ内側に形成されたシリ ンダ孔内 にシリ ンダチューブ軸線方向へ移動可能に収容されるビス トンと、 前記シリ ンダチューブ外周にシリ ンダチューブ軸線方向へ移動可能 に配置されると ともに、 前記ピス ト ンと磁気的に結合されたスライ ド体と、 を備えたマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダにおいて、 前記 シリ ンダチューブには複数のそれぞれ独立した前記シ リ ンダ孔が形 成され、 各シリ ンダ孔にはそれぞれ前記スライ ド体と磁気的に結合 された前記ピス ト ンが配置され、 更に、 前記シリ ンダチューブの断 面外形は非円形に形成されたことを特徴とするマグネッ ト式ロ ッ ド レスシリ ンダが提供される。

更に、 請求項 2に記載の発明によれば、 前記シリ ンダチューブ断 面外形が長軸と短軸とを有する扁平な非円形形状をなし、 シリ ンダ 孔を含む断面形状は、 長軸方向長さの中心線に対して線対称に形成 されていることを特徴とする請求項 1記載のマグネッ ト式ロ ッ ドレ スシリ ンダが提供される。

また、 請求項 3に記載の発明によれば、 シリ ンダチューブ断面外 形は長円であり、 シリ ンダ孔断面は真円であって該シリ ンダ孔は、 シリ ンダチューブ断面において長軸方向に配列されていることを特 徴とする請求項 2記載のマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダが提供さ れる。

請求項 4に記載の発明によれば、 シリ ンダチューブ断面外形は長 方形であり、 シリ ンダ孔断面は四角形であって該シリ ンダ孔は、 シ リ ンダチューブ断面において長軸方向に配置されていることを特徴 とする請求項 2記載のマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダが提供され る。

請求項 5に記載の発明によれば、 前記スライ ド体はスライ ド体内 側に配置された外側磁石を備え、 該外側磁石を介して前記ビス トン と磁気結合され、 前記外側磁石は、 シリ ンダチューブの断面外形全 周に対して少なく とも 1箇所の切欠部を有し、 前記切欠部にはシリ ンダチューブの軸線方向に沿って軸線方向部材が配置されることを 特徴とする請求項 1 から 4の何れか 1項記載のマグネッ ト式ロ ッ ド レスシリ ンダが提供される。

請求項 6に記載の発明によれば、 前記それぞれのビス ト ンはシリ ンダチューブ軸線方向に配置された複数の内側磁石を備え、 該内側 磁石を介して前記スライ ド体と磁気結合され、 前記内側磁石の磁極 配置は、 シリ ンダチューブ軸線方向に隣接した内側磁石相互におい て同極同士が対向し、 互いに隣接したビス トンの内側磁石相互間も 同極同士が対向し、 前記スライ ド体はスライ ド体内側に軸線方向に 配置された複数の外側磁石を備え、 該外側磁石を介して前記ビス ト ンと磁気結合され、 前記外側磁石の磁極配置は、 軸線方向では同極 同士が対向し、 前記内側磁石の磁極とは異極同士が対向することを 特徴とずる請求項 1から 5の何れか 1項記載のマグネッ ト式ロ ッ ド レスシリ ンダが提供される。

請求項 7に記載の発明によれば、 前記それぞれのビス トンはシリ ンダチューブ軸線方向に配置された複数の内側磁石を備え、 該内側 磁石を介して前記スライ ド体と磁気結合され、 前記内側磁石それぞ れはビス トン半径方向で異なる磁極となり軸線方向で同じ磁極とな るように着磁され、 隣り合ったピス ト ンの内側磁石相互間では、 同 極同士が対向し、 前記スライ ド体はスライ ド体内側に軸線方向に配 置された複数の外側磁石を備え、 該外側磁石を介して前記ビス トン と磁気結合され、 前記外側磁石のそれぞれは、 シリ ンダチューブ半 径方向で異なる磁極となり軸線方向で同じ磁極となるとともに、 前 記内側磁石の磁極とは異極同士が対向するよ うに着磁されているこ とを特徴とする請求項 1から 5の何れか 1項記載のマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダが提供される。

請求項 8に記載の発明によれば、 前記ビス トンとスライ ド体の何 れか一方に永久磁石を備え、 他方には磁性体を備え、 前記永久磁石 と前記磁性体とを介して前記ピス ト ンとスライ ド体とが磁気的に結 合されることを特徴とする請求項 1から 4の何れか 1項記載のマグ ネッ ト式ロ ッ ドレスシ リ ンダが提供される。

請求項 9に記載の発明によれば、 前記それぞれのビス トンはシリ ンダチューブ軸線方向に配置された複数の内側磁石を備え、 該内側 磁石を介して前記スライ ド体と磁気結合され、 前記シリ ンダ孔は、 各シリ ンダ孔に収容されたビス ト ン相互が、 各ピス トンの内側磁石 相互に作用するシリ ンダチューブ軸線方向の磁気反発力によ り、 互 いにシリ ンダチューブ軸線方向にずれた位置に保持される程度に互 いに接近した位置に配置されたことを特徴とする請求項 1から 6及 び 8の何れか 1項記載のマグネッ ト式ロッ ドレスシリ ンダが提供さ れる。

なお、 本発明において、 「四角形」 とは、 各頂点の角度が直角な 四角形をいい、 長方形はもちろん、 正方形も含む。 また、 頂点は角 が: 部に形成されているものも含む。

請求項 1記載の発明では、 マグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダのシ リ ンダチューブを、 複数のシリ ンダ孔を有する外周断面が非円形に 形成されたシリ ンダチューブと している。 このため、 シリ ンダ孔が 1つの場合に比べて、 内圧作用時のたわみ ' 応力を、 シリ ンダチュ 一ブ肉厚を実用レベルに薄く した場合でも充分に実用レベルの低い 値に抑えるこ とができる。

このため、 従来のようにピス ト ンと スライ ド体との磁気結合力を 大幅に高めることなく、 シリ ンダチューブ外形が非円形であるマグ ネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダを実用に供することができる。 また、 複数のピス ト ンで 1つのスライ ド体を移動するよ うにしたので、 シ リ ンダ推力を容易に大きく出来、 大きな推力が不要な場合は、 ビス トン受圧面積即ちシリ ンダ孔径を小さく設定できるので、 よ り小型 化 · 軽量な装置にできる。

また、 請求項 2記載の発明では、 シリ ンダ孔を含む断面形状が長 軸方向長さの中心線に対して線対称なので、 シリ ンダチューブ断面 形状の左右パラ ンスが良く、 引き抜き、 押し出し成形しやすい。 更に、 請求項 3記載の発明では、 シリ ンダ孔が真円なので、 収容 するビス ト ンを従来形状のもので利用でき、 部品の流用が可能であ る。

一方、 請求項 4記載の発明では、 シリ ンダ孔が四角形なので、 真 円シリ ンダ孔に比べてビス トン受圧面積が広くなり、 シリ ンダ全体 の外観寸法を同じと した場合にシリ ンダ推力を大きくすることがで さる。 '

また、 請求項 5記載の発明では、 軸線方向部材と して、 シリ ンダ チューブに案内レールを取り付け、 案内レールに案内される案内子 をスライ ド体に取り付けることで、 スライ ド体のシリ ンダチューブ に沿う方向の運動を円滑にガイ ドできる。 また、 スライ ド体にも切 欠を形成すれば、 軸線方向部材として、 シリ ンダチューブの長手に 沿ってチューブ取付部材でシリ ンダチューブの長手の中間部を支持 できるなどの効果がある。

また、 請求項 6記載の発明の磁極配列によればビス トンとスライ ド体との磁気保持力を大きく維持することができる。

また、 請求項 7記載の発明の磁極配列によれ ί '磁石サイズを大き くできるので、 ピス ト ンと スライ ド体との磁気保持力を増大するこ とが可能となる。

また、 請求項 8記載の発明では、 特にスライ ド体の外側磁石を省 略して磁性体から構成することによりシリ ンダ全体の寸法をコンパ ク トにできる。

また、 請求項 9記載の発明では、 複数のシリ ンダ孔に配置される ビス ト ンの内側磁石間では、 互いに磁力の影響を及ぼしあってシ リ ンダチューブ軸線方向に反発し合い、 静止状態のスライ ド体に対し て内側磁石が軸線方向に僅かにずれた状態で静 liする。 このため、 この 「ずれ」 によ り、 静止状態において内側磁石とスライ ド体との 間に磁石保持力が発生し、 動作開始時にスティ ックス リ ップ発生を 抑制でき、 マグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダを円滑に動作させるこ とができる。 図面の簡単な説明

図 1 は本発明のマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダの縦断面図、 図 2は図 1 の I I — I I線断面図、 図 3は図 1 の I I I 一 I I I線断 面図である。

図 4 A、 図 4 Bは内外磁石のずれと磁石保持力を説明する図であ り、 図 4 Aは本発明のマグネッ ト式ロッ ドレスシ リ ンダの構成例を 示し、 図 4 Bは内外磁石のずれと磁石保持力との関係を示す。

図 5は本発明の第 2の実施形態を示す、 図 3 こ相当する断面図、 図 6は第 3の実施形態を示すシリ ンダチューブ斷面図、 図 7は第 4 の実施形態を示すシリ ンダチューブ断面図、 図 8は第 5 の実施形態 を示すシリ ンダチューブ断面図、 図 9は第 6の実施形態を示すシリ ンダチューブ断面図、 図 1 0は第 7 の実施形態を すシリ ンダチュ ーブ断面図である。

また、 図 1 1は内、 外磁石の別の磁極配列を示 1~縦断面図、 図 1 2は図 1 1の X I I - X I I線断面図、 図 1 3はシリ ンダ孔が 3つ の場合の縦断面図、 図 1 4は図 1 3の X I V - X I V線断面図、 図 1 5はシリ ンダ孔が 4つの場合のシリ ンダチューブの一例を示す図 、 図 1 6は直線案内レールを有する場合の断面図、 図 1 7は直線案 内レールと取付部材とを有する場合の断面図である。

更に、 図 1 8は従来形状のシリ ンダ孔を有するシリ ンダチューブ 断面形状、 図 1 9は内外磁石のずれと磁石保持力との関係を説明す るために用いる従来のマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダの断面図で ある。 発明を実施するための最良の形態

図 1から図 3を参照して、 本発明の 1実施形態を説明する。

本実施形態のマグネッ ト式ロッ ドレスシ リ ンダ 1 のシ リ ンダチュ ーブ 2は、 非磁性材料であるアルミ合金の引き抜き若しく は押し出 し型材により筒状に形成されている。 伹し、 シリ ンダチューブ 2の 素材はアルミ合金に代えてステンレス、 樹脂材、 陶器などから形成 してもよい。

シリ ンダチューブ 2の長手端部には、 2つのシリ ンダ孔 3、 3 を 塞ぐエンドキャップ 5が装着されている。 エンドキャップ 5は、 シ リ ンダチューブ並設方向 （ 2つのシリ ンダチューブの断面円形の中 心を結ぶ直線に沿った方向） には長く、 厚さ方向 （シリ ンダ軸線方 向） が短い扁平形状を成している。 エン ドキャップ 5には、 作動流 体用の 1つの給排ポー ト 7 と前記各シリ ンダ孔 3、 3 とを連通する 流路 6、 6が形成してある。 シリ ンダチューブ 2は、 図 2、 図 3に示すよう（こ断面外周形状を 長軸 （図 2の水平方向軸線） 、 短軸 （同図の上下:^向軸線） を有す る扁平な長円形に形成され、 シリ ンダチューブ 2內には、 同一形状 で一対の真円のシリ ンダ孔 3、 3が隔壁部 4を挟んで長軸方向に近 接して並列配置されている。

シリ ンダ孔 3、 3を含むシリ ンダチューブ 2の断面形状は、 長軸 方向長さの中心に位置する短軸 C Lを対称軸として線対称断面とな つている。

シリ ンダ孔 3、 3の近接度合いと しては、 シリ ンダチューブ 2の 各シリ ンダ孔 3、 3にそれぞれピス ト ン 1 0を配置した状態で、 そ れぞれのピス ト ン 1 0に設けた内側磁石 1 2の間 ίこ軸線方向の反発 力が生じる程度に設定してある。 後述するように、 これによ り ビス ト ン 1 0 の内側磁石 1 2がスライ ド体 2 0 の外側磁石 2 2に対して 軸線方向に僅かにずれるようになる。

各シリ ンダ孔 3、 3には、 それぞれピス ト ン 1 ◦が軸線方向移動 が可能に配置され、 各シリ ンダ孔 3、 3はそれぞれピス ト ン 1 0に よ り左右のシリ ンダ室 3 a、 3 bに区画されパッキンによ り シール されている。

各ピス ト ン 1 0において、 1 1 は内側磁石列を示す。 内側磁石列 1 1 は、 それぞれ外周が円形でドーナツ状に揷通孑しを有した 4枚の 永久磁石からなる内側磁石 1 2 と、 ヨーク 1 3 とを交互にピス ト ン シャフ ト 1 4に嵌装し、 軸線方向両端をビス ト ンュン ド 1 5によつ て締付固定した構成とされている。

本実施形態では、 それぞれの内側磁石 1 2の磁極は図 1 に示すよ うに、 軸線方向において、 S N、 N S、 S N、 N S と隣接した内側 磁石相互間では同極同士が対向し、 更に、 隣接したピス ト ン 1 0、 1 0の内側磁石 1 2の問でも同極同士が対向するよ うに配置されて いる。

次にスライ ド体 2 0 はシリ ンダチューブ 2 の外周に軸線方向に移 動可能に配置されている。 ス ライ ド体 2 0は、 シリ ンダ孔 3の並設 方向に長く、 並設方向と直交する厚さ方向が短い扁平形状にアルミ 合金で形成されている。

スライ ド体 2 0 の内周面には、 シリ ンダチューブ 2 の外周形状と 合致する内周形状を有する外側磁石列 2 1が配置されている。 外側 磁石列 2 1 は、 シリ ンダチューブ断面外形両側の半円弧部分に対応 した半円弧部分 2 2 aを直線部分 2 2 bで接続した長円リ ング形状 を成す 4枚の永久磁石からなる外側磁石 2 2 と、 同様に長円リ ング 形状のヨーク 2 3 とを交互に軸線方向に配置し、 両端に外部ウェア リ ング 2 4を配置してェンドブレ一 ト 2 5を締め付けることによ り 軸方向に固定した構成とされている。

外側磁石列 2 1の磁極も、 軸線方向では隣接した外側磁石 2 2相 互間では同極同士が対向する構成とされるが、 対向する上記内側磁 石列 1 1の磁極とは異極同士となるように N S、 S N、 N S、 S N と配設されている。

すなわち、 内側磁石列 1 1 と外側磁石列 2 1 とが互いに引き合う ことにより 2つのピス ト ン 1 0 とスライ ド体 2 0は磁気的に結合さ れ、 ピス ト ン 1 0、 1 0 と一緒にス ライ ド体 2 0が移動できる。 一方、 隣り合った一対のピス ト ン 1 0、 1 0の内側磁石列 1 1 、 1 1の間では、 前記磁極配置によ り シリ ンダチューブ断面における 長軸方向にも、 シリ ンダチューブ軸線方向にも磁気による反発力が 作用している。

上記チューブ軸線方向の磁気反発力により、 静止状態ではビス ト ン 1 0の内側磁石 1 2は外側磁石 2 2に対してチューブ軸線方向に 僅かにずれた位置に保持されるよ うになる。 図 4 Aは上記ずれの状態を誇張して示した図である。 静止状態に おいて、 隣り合った 2つのピス ト ン 1 0、 1 0には、 それぞれの内 側磁石 1 2の磁極配列によ り互いに軸線方向の反発力 F 1が作用す る。 この磁気反発力 F 1 のために、 ピス トン 1 0、 1 0の内側磁石 1 2、 1 2はスライ ド体 2 0の外側磁石 2 2 と整合する位置 （例え ば図 1 9に示す位置） に静止することはできず、 ピス トン 1 0、 1 0はそれぞれスライ ド体 2 0に対して軸線方向にそれぞれ 「ずれ X 」 が生じた位置で静止する。

この 「ずれ X」 によ り、 図 4 Bの点 Cに示す磁石保持力 F cが内 外磁石列 1 2、 2 2の問で発生するよ うになる。 ここで、 図 4に示 すように、 ずれの生じる方向は一対のピス ト ン 1 0ではそれぞれ異 なる方向となるが、 ずれ量はそれぞれ同一となる。

次に、 静止状態からピス トン 1 0の初期移動の状態を説明する。 図 4 Aに示す状態でェンドキャップ 5に設けたポー ト 7からシリ ン ダチューブ 2内に交互に加圧流体を供給すると、 2つのピス ト ン 1 0がシリ ンダチューブ 2内をシリ ンダチューブ軸線方向に移動し、 これに伴ってシリ ンダチューブ 2外側で 1つのスライ ド体 2 0がシ リ ンダチューブ軸線方向に移動する。

この場合、 上述したよ う に本実施形態では、 静止状態において外 側磁石 2 2 と内側磁石 1 2 との間に磁石保持力 F cが発生している 。 このため、 本実施形態では、 磁石保持力が全く生じていない静止 状態から移動を開始する従来技術 （図 1 9に示した場合） に比べて 、 スティ ックスリ ップ現象の発生を抑制でき、 スライ ド体 2 0の円 滑な移動開始が可能となる。

また、 本実施形態では、 シリ ンダチューブ 2の外周形状は扁平形 状としているが、 一対のシリ ンダ孔 3、 3が 1つのシリ ンダチュー ブ 2内に形成されている。 このため、 シリ ンダ作動流体の内圧がシ リ ンダチューブ 2に作用した時にも、 扁平な外周形状のシリ ンダチ ユ ーブであって 1つのシリ ンダ孔を持つ従来に比べて、 シリ ンダチ ユ ーブ 2に内圧が均一に作用するようになり、 応力やたわみを著し く小さなものにすることが可能となる。

この効果を実証するために有限要素法に用いた力学的な解析を行 つた。 解析モデルと しては、 図 1 8に示すひょ うたん型の 1つのシ リ ンダ孔 3を有する外形長円断面のシリ ンダチューブ 2 M (肉厚 t = 1 mm) と、 図 1から図 3に示すような一対の真円のシリ ンダ孔 3、 3 を並列配置した本発明にかかるシリ ンダチューブ 2 (肉厚 t = 0. 7 mm) を使用した。 これらを、 有限要素法によりそれぞれ 力学的に解析したところ、 肉厚を薄く しているにもかかわらず、 本 発明にかかるシリ ンダチューブ 2の最大たわみは ( 3 / 1 0 0 0 ) mm程度となり、 図 1 8の形状のシリ ンダチューブ 2 Mと比較する と最大たわみの大きさは略 （ 1 / 1 0 0 ) に低減できることが判明 した。

また最大応力についても図 1から図 3に示す本発明にかかるシリ ンダチューブ 2では 1 7 NZmm²であり、 図 1 8のシリ ンダチュ ーブ 2 Mの最大応力の約 1 Z 2 0 となり、 ともに実用上問題のない たわみ · 応力の値となった。

念のため、 実際に上記断面形状のシリ ンダチューブ 2を試作して 内圧を加え、 たわみと応力を確認したところ、 概ね解析の結果に符 合した。

なお、 解析に用いたモデルのシリ ンダ孔 3、 3直径は、 1 6 mm 、 内圧は 1 . 0 5 MP a と した。

このよ うに本実施形態のマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダ 1 によ れば、 シリ ンダチューブ 2に一対のシリ ンダ孔 3、 3をそれぞれ独 立して形成し、 各シリ ンダ孔 3にそれぞれ配置したビス トン 1 0 と スライ ド体 2 0 とを磁気的に結合し、 更にシ リ ンダチューブ 2 の断 面外形を偏平な非円形に形成している。 これにより、 本実施形態で のマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダ 1では、 従来のシリ ンダ孔が 1 つの場合に比べて、 内圧作用時のたわみ · 応力を小さくすることが 可能となる。

このため、 本実施形態ではシリ ンダチューブ肉厚を実用レベルに 薄く した場合でもシ リ ンダチューブのたわみ ' 応力を充分に実用レ ベルの値に抑えることができ、 従来のよ うにシリ ンダチューブの肉 厚を増大させる必要がない。

従って、 本実施形態では、 ピス ト ンとス ライ ド体との磁気結合力 を大幅に高めることなく、 高さの低い又は厚みの薄い扁平タイプの マグネッ トシリ ンダを実用に供することが可能となっている。

また、 本実施形態では複数のビス ト ン 1 0 で 1 つのスライ ド体 2 0を移動するよ うにしたので、 シリ ンダ推力を容易に増大すること ができるが、 大きな推力が不要な場合は、 ピス ト ン受圧面積、 すな わちシリ ンダ孔径を小さく設定できるので、 より小型化 · 軽量な装 置にできる。

特に、 本実施形態では、 図 1から図 3に示すように、 シリ ンダチ ユ ーブ 2の断面外形に、 長軸方向での中心線を中心にして線対称と なる長円形を採用しているため、 スライ ド体 2 0がバラ ンス良く円 滑に摺動できる形状となり、 強度も確保できる。 また、 シリ ンダ孔 3をシリ ンダチューブ断面の長軸方向に並列配置しているため、 シ リ ンダチューブ 2内でビス トン 1 0の合理的な配置が可能となる。 以下に、 シリ ンダチューブの断面形状の他の例を列挙する。 なお 、 先の形態と同一符号は同じ構成要素を示すため、 重複する説明は 省略する。

図 5 のロ ッ ドレスシリ ンダは、 シリ ンダチューブ 2 A外形が長方 形に、 1対のシリ ンダ孔 3、 3がそれぞれ四角形の一種である正方 形に形成されている。 四角形のシリ ンダ孔 3、 3に配置されるビス トン 1 0の断面は四角形であり、 そのビス トン 1 0には四角形断面 の内側磁石 1 2が設けてある。

また、 スライ ド体 2 0内側に配置され、 内側磁石 1 2 と磁気結合 される外側磁石 2 2は、 シリ ンダチューブ 2外形に合わせて長方形 でかつリ ング状に形成されている。 内側磁石 1 2及び外側磁石 2 2 の磁極配列についても、 前記した実施形態と同じである。

図 6 のシ リ ンダチューブ 2 Bは、 シリ ンダチューブ外形が長方形 で 1対のシリ ンダ孔 3、 3も長方形 (四角形の一種) である。

図 7 のシ リ ンダチューブ 2 Cは、 扁平な 6角形の外形形状であり 、 長軸方向の長さの中心線 C Lを挟んで両側に 5角形断面のシリ ン ダ孔 3、 3を有している。

図 8 のシリ ンダチューブ 2 Dは、 外周を長円形と し、 半円断面と 四角形断面とを合成したシリ ンダ孔 3を一対備えたものである。

図 9のシリ ンダチューブ 2 Eは、 外周が楕円で、 一対の真円シリ ンダ孔 3、 3 を備えると共に、 シリ ンダ孔 3、 3の間に、 片側配管 用の流路 3 a、 3 aを形成したものである。

図 1 0のシリ ンダチューブ 2 Fは、 一対の真円のシリ ンダ孔 3、 3に沿う よ うな形状の外周形状 （ 8の字形状） となっているシリ ン ダチューブ断面である。

これら図 5から図 1 0のものは、 全て、 長軸と短軸とを有する扁 平な外周形状であり、 シリ ンダチューブ断面の長軸方向に並列配置 された一対のシリ ンダ孔 3、 3を有しており、 長軸方向の長さの中 心線 C Lに対して線対称の断面形状となっている。

次に図 1 1 、 1 2を用いて、 内磁石 1 2及び外磁石 2 2 の磁極配 列について図 1 と異なる例を説明する。 本実施形態の内側磁石 1 2 は、 シリ ンダ孔 3 の半径方向内側で S外側で Nとなるように着磁さ れ、 隣接するビス ト ン 1 0、 1 0 の対向する内側磁石 1 2相互間で は同極同士が対向するよ うに配列される。 更に、 同一ピス ト ン内で は内側磁石 1 2相互はシリ ンダチューブ軸線方向又はピス ト ン 1 0 の長手方向には同極同士が対向する。 また、 外側磁石 2 2も、 シリ ンダチューブ半径方向の内側と外側で S、 N極となるように着磁さ れ、 それぞれ対向する内側磁石 1 2 とは異極となつて互いに引き合 うように配置されている。 そして外側磁石 2 2相互間では軸線方向 には同極が対向する配列となっている。

なお、 上述の各実施形態においては、 ピス ト ンとスライ ド体に設 けた内側磁石及び外側磁石と して永久磁石を利用しているが、 それ らの一方を他方の永久磁石と十分に引き合う磁性体とすることも可 能である。 これにより安価な磁性体により肉厚を薄く して製品の小 型化 · 軽量化を達成できる。

また、 シリ ンダチューブに設けるシリ ンダ孔は一対に限らず、 3 本以上設けることも可能である。 図 1 3、 1 4はシリ ンダチューブ に 3つのシリ ンダ孔を設けたマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダの例 を示す。 図 1 3、 1 4において、 第 1 の実施形態と同一部分には同 一符号を付し、 説明を省略している。

本実施形態のシリ ンダチューブ 2 Gは、 図 1 4に示すように断面 外周形状が長軸、 短軸を有する扁平な長円形を成し、 同一形状の 3 つの真円のシリ ンダ孔 3、 3、 3がそれぞれ隔壁部 4を挟んで長軸 方向に等間隔で近接して並列配置されている。

なお、 図 1 5は、 シリ ンダ孔 3を 4つ有する単一のシリ ンダチュ ーブ 2 Hの断面形状の一例を示す図である。

次に、 図 1 6、 1 7を用いて、 本発明のロ ッ ドレスシリンダの別 の実施形態を説明する。 図 1 6の実施形態では、 外側磁石 2 2の形状が、 シリ ンダチュー ブ 2の長円外形の全周に対して完全に対応した長円リ ング形状では なく、 図 1 6に示すよ うに外側磁石 2 2の直線部分 2 2 bの一方に 切欠部 2 2 cが設けられた構成とされている。 また、 ヨーク 2 3 、 外部ウエアリ ング 2 4も上記切欠部 2 2 c に対応した切欠部を有す る形状とされている。

更に、 前記切欠部 2 2 c と対応するシリ ンダチューブ 2の上面に は、 シリ ンダチューブ 2の軸線方向に沿って伸びる軸線方向部材と しての直線案内レール 3 0がシリ ンダチューブと一体に設けられて いる。 直線案内レール 3 0はスライ ド体 2 0をシリ ンダチューブ 2 軸線方向に貫通しており、 その一部が切欠部 2 2 cに位置するよう に配置されている。

この直線案内レール 3 0に直線案内される案内子 3 1 がスライ ド 体 2 0に取り付けてある。 この構成では、 スライ ド体 2 0がシリ ン ダチューブ 2に沿って往復移動するとき、 直線案内レール 3 0に案 内子 3 1 を介してスライ ド体 2 0が案内されるので、 シリ ンダチュ ーブ 2外周面でスライ ド体 2 0を案内する場合に比べて案内精度が 向上するようになる。

次に、 図 1 7を用いて別の実施形態を説明する。 図 1 7に示す実 施形態では、 外側磁石 2 2は、 直線部分 2 2 bを 2箇所とも欠いた 形状であり、 その結果、 切欠部 2 2 cが 2箇所となっている。 ョー ク 2 3、 外部ウェアリ ング 2 4もこの外部磁石 2 2の形状に合わせ た形状となっている。

本実施形態においても、 上側の切欠部 2 2 cには前記したのと同 様に直線案内レール 3 0 と案内子 3 1が配置されている。 また、 下 側の切欠部 2 2 c と対応して、 スライ ド体 2 0 とエン ドプレー ト 2 5にはエンドプレー ト 2 5からスライ ド体 2 0を貫通してシリ ンダ チューブ 2長手方向に連続する切欠部 （軸線方向溝） 2 0 aが設け てある。

図 1 7に示すよ うに、 本実施形態では切欠部 2 0 a と切欠部 2 2 c を通してシリ ンダチューブ 2 の長手に沿う取付部材 （軸線方向部 材） 3 5がシリ ンダチューブ 2の下面に取り付けてある。

取付部材 3 5は機械本体等の口 ッ ドレスシ リ ンダを取り付ける部 分に固着され、 シリ ンダチューブ 2 の長手方向中間部を指示する脚 部 3 6を備えている。

なお取付部材 3 5は、 シリ ンダチューブ 2の長手全長に連続して いる必要は無く、 長手方向で幾つかに分断されていてもよい。 本実 施形態によれば、 シリ ンダチューブ 2 の長手中間部が取付部材 3 5 により支持されるので、 シリ ンダチューブ 2のたわみを防止でき、 また、 直線案内レール 3 0による案内でスライ ド体 2 0が円滑移動 できる。 なお、 本実施形態において、 切欠部 2 2 c を下側のみと し て取付部材 3 5のみを有するマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダとす ることもできる。

Claims

1 . 非磁性材料から成るシリ ンダチューブ （ 2 ) 内側に形成され たシリ ンダ孔 （ 3 ) 内にシリ ンダチューブ軸線方向へ移動可能に収 容されるピス ト ン ( 1 0 ) と、

前記シリ ンダチューブ外周にシリ ンダチューブ軸線方向へ移動可 胄

能に配置される と ともに、 前記ピス トンと磁気的に結合されたスラ イ ド体 （ 2 0 ) と、 を備えたマグネッ ト式ロッ ドレスシリ ンダ （ 1 の

) において、

前記シリ ンダチューブ （ 2 ) には複数のそれぞれ独立した前記シ リ ンダ孔 （ 3、 3 ) が形成され、 各シリ ン囲ダ孔にはそれぞれ前記ス ライ ド体 （ 2 0 ) と磁気的に結合された前記ビス ト ン （ 1 0 ) が配 置され、

更に、 前記シリ ンダチューブ （ 2 ) の断面外形は非円形に形成さ れたことを特徴とするマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダ。

2. 前記シリ ンダチューブ ( 2 ) 断面外形が長軸と短軸とを有す る扁平な非円形形状をなし、 シリ ンダ孔 （ 3、 3 ) を含む断面形状 は、 長軸方向長さの中心線 （C L) に対して線対称に形成されてい ることを特徴とする請求項 1記載のマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ン ダ。

3. シリ ンダチューブ （ 2 ) 断面外形は長円であり、 シリ ンダ孔 ( 3、 3 ) 断面は真円であって該シリ ンダ孔は、 シリ ンダチューブ 断面において長軸方向に配列されていることを特徴とする請求項 2 記載のマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダ。

4. シリ ンダチューブ （ 2 Α) 断面外形は長方形であり、 シリ ン ダ孔 （3、 3 ) 断面は四角形であって該シリ ンダ孔は、 シリ ンダチ ユ ーブ断面において長軸方向に配置されていることを特徴とする請 求項 2記載のマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダ。

5. 前記スライ ド体 （ 2 0 ) はスライ ド体内側に配置された外側 磁石 （ 2 2 ) を備え、 該外側磁石を介して前記ピス ト ン （ 1 0 ) と 磁気結合され、

前記外側磁石 （ 2 2 ) は、 シリ ンダチューブの断面外形全周に対 して少なく とも 1箇所の切欠部 （ 2 2 c ) を有し、

前記切欠部にはシリ ンダチューブの軸線方向に沿って軸線方向部 材 （ 3 0、 3 5 ) が配置されることを特徴とする請求項 1から 4の 何れか 1項記載のマグネッ ト式ロッ ドレスシリ ンダ。

6. 前記それぞれのピス ト ン （ 1 0、 1 0 ) はシリ ンダチューブ 軸線方向に配置された複数の内側磁石 （ 1 2 ) を備え、 該内側磁石 を介して前記スライ ド体 ( 2 0 ) と磁気結合され、

前記内側磁石の磁極配置は、 シリ ンダチューブ軸線方向に隣接し た内側磁石相互において同極同士が対向し、

互いに隣接したビス トンの内側磁石相互間も同極同士が対向し、 前記スライ ド体はスライ ド体内側に軸線方向に配置された複数の 外側磁石 （ 2 2 ) を備え、 該外側磁石を介して前記ピス ト ン （ 1 0 ) と磁気結合され、

前記外側磁石の磁極配置は、 軸線方向では同極同士が対向し、 前 記内側磁石の磁極とは異極同士が対向するこ とを特徴とする請求項 1から 5の何れか 1項記載のマグネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダ。

7. 前記それぞれのピス ト ン （ 1 0 ) はシリ ンダチューブ軸線方 向に配置された複数の内側磁石 （ 1 2 ) を備え、 該内側磁石を介し て前記スライ ド体 （ 2 0 ) と磁気結合され、

前記内側磁石 （ 1 2 ) それぞれはピス ト ン半径方向で異なる磁極 となり軸線方向で同じ磁極となるように着磁され、

隣り合ったビス トンの内側磁石相互間では、 同極同士が対向し、 前記ス ライ ド体 （ 2 0 ) はス ライ ド体内側に軸線方向に配置され た複数の外側磁石 （ 2 2 ) を備え、 該外側磁石を介して前記ピス ト ン （ 1 0 ) と磁気結合され、

前記外側磁石 ( 2 2 ) のそれぞれは、 シリ ンダチューブ半径方向 で異なる磁極となり軸線方向で同じ磁極となると ともに、 前記内側 磁石 （ 1 2 ) の磁極とは異極同士が対向するよ うに着磁されている ことを特徴とする請求項 1から 5の何れか 1項記載のマグネッ ト式 口 ッ ドレスシ リ ンダ。

8. 前記ピス ト ン （ 1 0 ) とス ライ ド体 （ 2 0 ) の何れか一方に 永久磁石を備え、 他方には磁性体を備え、 前記永久磁石と前記磁性 体とを介して前記ピス ト ンとス ライ ド体とが磁気的に結合されるこ とを特徴とする請求項 1から 4の何れか 1項記載のマグネッ ト式口 ッ ドレスシリ ンダ。

9. 前記それぞれのピス ト ン ( 1 0、 1 0 ) はシリ ンダチューブ 軸線方向に配置された複数の内側磁石 （ 1 2、 1 2 ) を備え、 該内 側磁石を介して前記スライ ド体 （ 2 0 ) と磁気結合され、

前記シリ ンダ孔 （ 3、 3 ) は、 各シリ ンダ孔に収容されたピス ト ン相互が、 各ビス トンの内側磁石相互に作用するシリ ンダチューブ ( 2 ) 軸線方向の磁気反発力によ り、 互いにシリ ンダチューブ軸線 方向にずれた位置に保持される程度に互いに接近した位置に配置さ れたことを特徴とする請求項 1から 6及び 8の何れか 1項記載のマ グネッ ト式ロ ッ ドレスシリ ンダ。