JP2005320994A - 流体圧シリンダ - Google Patents

Abstract

【課題】流体圧シリンダにおいて簡素な構成でピストンの変位速度を段階的に制御する。
【解決手段】ピストン１８が変位自在に設けられる筒状のシリンダチューブ１２の内部において、前記ピストン１８とヘッドカバー１４との間には第２シリンダ室４０が形成され、前記第２シリンダ室４０は、ヘッドカバー１４に形成される連通室３４と連通するように形成されている。また、第２シリンダ室４０が、ヘッドカバー１４に形成されるバイパス通路７０によって連通室３４と接続されている。そして、ピストン１８がヘッドカバー１４に向かって変位する際、前記ピストン１８の変位量に伴って第２シリンダ室４０と連通室３４との連通が遮断された状態から前記第２シリンダ室４０と連通室３４とが連通した状態へと切り換わる。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリンダチューブの内部に軸線方向に沿って変位自在に設けられたピストンの変位速度を段階的に制御することが可能な流体圧シリンダに関する。

従来から、ワークの搬送や位置決め、あるいは種々の産業機械を駆動させるための駆動手段として圧力流体によって駆動する流体圧シリンダが用いられている。

このような流体圧シリンダは、例えば、圧力流体が供給される供給室に弁体を着座・離間させることにより、前記供給室に接続された流体通路と該供給室との連通状態を切り換える弁機構に採用されている。

この弁機構では、流体圧シリンダにおけるピストンの変位動作によって弁体の弁開・弁閉動作を行っているが、前記弁開動作を急速に行った場合に流体通路内の圧力流体が急激に供給室の内部に導入されてしまうため、前記供給室の内部で急激な圧力変化が生じてしまう。

そのため、シリンダ装置による弁体の弁開動作を緩やかに行い、流体通路から供給室への急激な圧力流体の流入を防止し、供給室の内部における急激な圧力変化を防止することを目的として、例えば、速度制御コントローラを備える圧力流体回路を構成し、前記速度制御コントローラによって前記流体圧シリンダに供給される圧力流体の流量を調整することが考えられる。これにより、シリンダボディの内部に軸線方向に沿って変位自在に設けられるピストンの変位速度を制御することにより、弁開動作時における弁体の急激な変位を抑制している。

また、別の方法としては、ピストンの変位速度を制御することが可能な速度制御機構を備える流体圧シリンダを採用することにより、弁体を弁開動作させる際の変位速度を所望に変化させることができる。

このような速度制御機構を備える流体圧シリンダとして、本出願人は、ピストンが設けられるシリンダボディの内部に円筒体を一体的に設けると共に、前記ピストン及びピストンロッドと一体的に設けられたシャフト部材を前記円筒体の内部に挿通させることにより、前記ピストンの変位速度の制御を行う構造を提案している（特許文献１参照）。

この流体圧シリンダは、筒状のシリンダボディの内部に設けられる円筒体の外周面に軸線方向に沿って切欠溝が形成され、前記円筒体がピストンの内部に挿通されている。前記切欠溝の深さは、円筒体の軸線方向に沿った略中央部が最も深くなるように形成されている。ピストンの内周面には、環状のチェックパッキンが設けられ、円筒部材の外周面に当接している。

そして、ピストンが軸線方向に沿って変位する際、前記切欠溝とチェックパッキンとの間の間隙を通じてシリンダボディ内の圧力流体が圧力流体ポートから排出されることにより、前記切欠溝の深さによって圧力流体の排出量が制御され、それに伴ってピストンの変位速度を徐々に変化するように無段階に制御している。

特開２００４−１１８５５号公報

本発明は、前記特許文献１に記載の発明に関連してなされたものであって、部品点数の少ない簡素な構成として製造時間を短縮し、廉価に製造することができると共に、ピストンの変位速度を段階的に制御して変位時間の短縮を図ることが可能な流体圧シリンダを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、カバー部材によって閉塞されたシリンダ室が形成されるシリンダチューブと、前記シリンダ室に対して圧力流体を供給する一組のポートと、前記シリンダチューブに内装され、前記シリンダ室内を軸線方向に沿って変位するピストンと、前記ピストンに連結されるピストンロッドとを有する流体圧シリンダにおいて、
前記ピストンに突設され、該ピストン側に形成される小径部と該小径部より半径外方向に拡径した大径部とを有する円筒部材と、
前記ピストンの変位作用下に前記円筒部材が軸線方向に沿って変位した際に、前記大径部の外周面を囲繞するシール部材と、
を備え、
前記シリンダ室と前記ポートとを連通させるバイパス通路が形成されると共に、前記カバー部材又は前記シリンダチューブのいずれか一方の内部に、前記ポートに連通し、且つ、前記円筒部材が挿通される連通室が形成され、前記大径部の外周面が前記連通室に設けられる前記シール部材によって囲繞された際に、前記シリンダ室の圧力流体が、前記バイパス通路を通じて前記ポートに流通し、前記ピストンの変位作用下に前記大径部の外周面が前記シール部材より離間した際に、前記シリンダ室の圧力流体が、前記バイパス通路を通じて前記ポートに流通するのに加えて、前記円筒部材の小径部と前記シール部材との間から前記連通室を通じて前記ポートへと流通することを特徴とする。

本発明によれば、円筒部材の大径部の外周面をシール部材によって囲繞した際に、シリンダ室の圧力流体が連通室に流通することがなく、前記圧力流体がバイパス通路よりポートへと流通する。一方、前記ピストンが変位することにより前記大径部が前記シール部材より離間し、前記シリンダ室と連通室とが連通するため、前記シリンダ室からの圧力流体が、前記バイパス通路に加えて連通室からもポートへと流通する。

従って、シリンダ室内の圧力流体をポートへと流通させる際に、連通室を通じて圧力流体をポートへと流通させることにより、バイパス通路のみを通じて圧力流体を流通させる場合と比較して、前記圧力流体の流量を増大させることができる。そのため、前記圧力流体の流量変化に基づいてピストンの変位速度を増大させるように段階的に制御することができる。詳細には、ピストンの連通室側に向かって変位する際の変位速度を２段階に制御することが可能となる。

このように、流体圧シリンダにおいて、バイパス通路、円筒部材、連通室及びシール部材を設けるという簡素な構成で、部品点数を低減してピストンの変位速度を制御することができると共に、その構成を簡素化することにより前記流体圧シリンダの製造コストの低減を図ることができる。また、従来技術において、シャフト部材及び円筒体に形成されていた切欠溝を加工する際の加工時間を不要とし、流体圧シリンダの製造時間の短縮を図ることも可能である。

さらに、シリンダ室からポートへと流通する圧力流体の流量を増大させ、ピストンの変位速度を段階的に増大させることにより、前記ピストンが変位し始めてから変位終端位置に到達するまでの時間を短縮することができる。

さらにまた、円筒部材の大径部の直径を、ピストンが連結されるピストンロッドの直径より大きく形成することにより、前記ピストンロッドに連結されたピストンの一端面側の受圧面積を、前記ピストンにおける円筒部材が設けられている他端面側の受圧面積より大きくすることができる。

これにより、ポートからピストンの一端面側となるシリンダ室に圧力流体が導入された際に、前記受圧面積の差によって前記ピストンの他端面側のシリンダ室内に残存している圧力流体の圧力に打ち勝って前記ピストンを迅速に変位させることができる。そのため、圧力流体がポートより導入されてから実際にピストンが変位し始めるまでのレスポンスタイムを短縮し、前記ピストンの応答時間を低減させることが可能となる。

さらに、バイパス通路に、該バイパス通路を流通する圧力流体の流量を調整する調整機構を設け、前記バイパス通路を介してシリンダ室からポートへと流通する圧力流体の流量を自在に調整することにより、シリンダチューブに内装されるピストンの変位速度を所望に制御することが可能となる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、ピストンに突設された円筒部材を構成する大径部の外周面がシール部材によって囲繞された際に、圧力流体をバイパス通路からポートへと流通させ、一方、前記ピストンが変位して前記大径部が前記シール部材より離間した際に、前記シリンダ室の圧力流体を、前記バイパス通路に加えて連通室からポートへと流通させることにより、前記シリンダ室からポートへと流通する圧力流体の流量を変化させ、ピストンの変位速度を段階的に制御することができる。その結果、簡素な構成として部品点数を低減し、しかも、ピストンの変位速度を好適に制御することができると共に、前記流体圧シリンダの製造コストの低減を図ることができる。

また、シリンダ室からポートへと流通する圧力流体の流量を増大させ、ピストンの変位速度を段階的に増大させることにより、前記ピストンが変位し始めてから変位終端位置に到達するまでの時間を短縮することができる。

本発明に係る流体圧シリンダについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る流体圧シリンダを示す。

この流体圧シリンダ１０は、図１及び図３に示されるように、筒状に形成されるシリンダチューブ１２と、前記シリンダチューブ１２の一端部側に固着されたヘッドカバー（カバー部材）１４と、前記シリンダチューブ１２の他端部側に固着されたロッドカバー（カバー部材）１６と、前記シリンダチューブ１２の内部を軸線方向に沿って変位するピストン１８と、前記ピストン１８に連結されるピストンロッド２０と、前記ピストンロッド２０の一端部に連結され、前記ヘッドカバー１４の内部に挿通自在に設けられる円筒部材２２とからなる。

なお、シリンダチューブ１２は、その端部にヘッドカバー１４及びロッドカバー１６がそれぞれ固着される場合に限定されるものではなく、前記シリンダチューブ１２の一端部側を該シリンダチューブ１２と一体的に閉塞し、他端部側のみを、例えば、ロッドカバー１６等のカバー部材によって閉塞するようにしてもよい。

シリンダチューブ１２の側面には、図示しない圧力流体供給源から圧力流体が供給又は、前記シリンダチューブ１２の内部の圧力流体が排出される第１ポート（ポート）２４が形成されている。

ヘッドカバー１４及びロッドカバー１６は、図１及び図２に示されるように、その四隅に形成された取付孔２６に挿通される取付ボルト２８を介してそれぞれシリンダチューブ１２の端部に装着されている。この際、図３に示されるように、シリンダチューブ１２の内部に挿入されるヘッドカバー１４及びロッドカバー１６の外周面には、環状溝を介してシール部材３０が装着されているため、前記シリンダチューブ１２にヘッドカバー１４及びロッドカバー１６が装着された際に、該シリンダチューブ１２の内部の気密が好適に保持される。

また、ヘッドカバー１４の側面には、図示しない圧力流体供給源に接続される第２ポート（ポート）３２が形成されると共に、前記ヘッドカバー１４の内部には、シリンダチューブ１２側に向かって開口した連通室３４が形成されている。

一方、ロッドカバー１６の端面には、ピストン１８と対向する位置に緩衝部材３６ａが設けられている。この緩衝部材３６ａは、例えば、ゴム等の弾性材料からなり、ロッドカバー１６の端面よりピストン１８側（矢印Ａ方向）に向かって若干突出するように設けられている。このため、ピストン１８が軸線方向に沿って変位してロッドカバー１６に当接した際においても、前記緩衝部材３６ａによって前記ピストン１８からの衝撃が緩衝される。

シリンダチューブ１２の内部には、ロッドカバー１６とピストン１８の一端面との間に第１シリンダ室３８が形成されると共に、ヘッドカバー１４と前記ピストン１８の他端面との間には第２シリンダ室４０が形成されている。そして、第１シリンダ室３８が、シリンダチューブ１２に形成される第１連通路４２を介して第１ポート２４と連通する一方、前記第２シリンダ室４０がヘッドカバー１４の連通室３４と連通し、前記連通室３４と第２ポート３２とを接続する第２連通路４４を介して前記連通室３４が第２ポート３２と連通している。

また、連通室３４の内周面には、環状溝を介して環状のパッキン（シール部材）４６が装着されている。

ピストン１８は、ピストンロッド２０の一端部側から挿通され、前記ピストンロッド２０の段部４８に係合された後に、前記ピストンロッド２０の一端部のねじ部５０に螺合される円筒部材２２によって固定されている。換言すると、ピストン１８は、円筒部材２２によってピストンロッド２０に対する軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿った相対的な変位が規制された状態にある。

このピストン１８の外周面には、該ピストン１８の軸線方向に沿って所定間隔離間した複数の環状溝が形成され、前記複数の環状溝には、ヘッドカバー１４側より順番にウェアリング５４、ピストンパッキン５６、マグネット５８がそれぞれ装着されている。すなわち、ピストンパッキン５６によってシリンダチューブ１２における第１及び第２シリンダ室３８、４０の内部の気密が好適に保持されると共に、マグネット５８によってシリンダチューブ１２に設けられた位置検出手段（図示しない）を介してピストン１８の軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿った変位位置を検出することが可能となる。

また、ピストン１８の他端面には、ヘッドカバー１４と対向する位置に緩衝部材３６ｂが設けられている。例えば、ゴム等の弾性材料からなる緩衝部材３６ｂは、前記ピストン１８の他端面よりヘッドカバー１４側（矢印Ａ方向）に向かって若干突出するように設けられている。このため、ピストン１８が軸線方向に沿って変位してヘッドカバー１４に当接した際においても、前記緩衝部材３６ｂによって前記ピストン１８による衝撃が緩衝される。

ピストンロッド２０は、その一端部側にヘッドカバー１４の内部に挿入される細軸部６０が形成され、他端部側には前記細軸部６０より半径外方向に拡径して形成される太軸部６２が形成されている。前記細軸部６０には、ねじ部５０を介して円筒部材２２が螺合され、前記円筒部材２２と一体的にヘッドカバー１４の連通室３４の内部に挿入されている。この細軸部６０と太軸部６２との境界部位には、ピストン１８が係合される段部４８が形成されている。

なお、この場合、円筒部材２２を、前記ピストンロッド２０における細軸部６０と一体的に形成してもよいことは勿論である。すなわち、円筒部材２２は、中実状のものであってもよい。

太軸部６２は、ロッドカバー１６の挿通孔６３に軸線方向に沿って変位自在に支持され、前記挿通孔６３に装着されたロッドパッキン６４によってシリンダチューブ１２の第１シリンダ室３８の内部の気密が保持されると共に、前記ロッドパッキン６４と所定間隔離間してブッシュ６５が設けられている。

円筒部材２２は、ピストン１８側となる一端部側に形成される小径部６６と、他端部側に該小径部６６に隣接して一体的に形成され、且つ、前記小径部６６より半径外方向に拡径した大径部６８とからなる。この大径部６８の直径Ｄ１は、図３に示されるように、小径部６６の直径Ｄ２より大きく形成されると共に、ピストンロッド２０の太軸部６２の直径Ｄ３より大きく形成されている（Ｄ１＞Ｄ２、Ｄ３）。すなわち、円筒部材２２の大径部６８の直径Ｄ１を、ピストンロッド２０における太軸部６２の直径Ｄ３より大きく形成することにより、図５に示されるように、前記ピストンロッド２０に連結されるピストン１８のロッドカバー１６側となる一端面側の受圧面積Ｓ１を、前記ピストン１８のヘッドカバー１４側となる一端面側の受圧面積Ｓ２より大きくすることができる（図５中、Ｓ１＞Ｓ２）。

また、前記大径部６８は、円筒部材２２の軸線方向に沿って所定長さだけ延在するように形成されている（図３中、Ｌ参照）。

そして、円筒部材２２は、ヘッドカバー１４の連通室３４の内部に挿通自在に設けられ、前記円筒部材２２を構成する大径部６８の外周面と前記連通室３４の内周面との間には、若干のクリアランスが形成されている（図４参照）。

一方、ヘッドカバー１４の内部には、シリンダチューブ１２の第２シリンダ室４０と前記ヘッドカバー１４の連通室３４とを接続するバイパス通路７０が形成され、前記バイパス通路７０を通じて第２シリンダ室４０と連通室３４とが連通している。このバイパス通路７０は、シリンダチューブ１２の軸線と略平行に延在する第１バイパス通路７２ａと、前記シリンダチューブ１２の軸線と略直交する方向に延在する第２バイパス通路７２ｂから構成されている。また、前記バイパス通路７０には、該バイパス通路７０の内部を流通する圧力流体の流量を調整するための調整機構として機能する絞り弁７４が設けられている。

絞り弁７４は、図４に示されるように、ヘッドカバー１４に形成された装着穴７６に設けられ、前記装着穴７６が、第２シリンダ室４０から該装着穴７６の側部に向かって延在する第１バイパス通路７２ａと接続されると共に、連通室３４から該装着穴７６の底部に向かって延在する第２バイパス通路７２ｂと接続されている。これにより、装着穴７６は、第１及び第２バイパス通路７２ａ、７２ｂを介して第２シリンダ室４０及び連通室３４と連通した状態にある。

前記絞り弁７４は、前記装着穴７６に装着される取付ナット７８と、前記取付ナット７８を介して軸線方向（矢印Ｅ、Ｆ方向）に沿って変位自在に設けられるニードル８０と、前記取付ナット７８に螺合された前記ニードル８０の緩みを防止するためのロックナット８２とから構成されている。

装着穴７６の内部には雌ねじが刻設され、前記雌ねじを介して取付ナット７８のリング部８４が螺合されることにより、取付ナット７８がヘッドカバー１４に一体的に固着されている。そして、この取付ナット７８の内周面にも同様に雌ねじが刻設され、外周面にねじ部８６が形成されたニードル８０が螺合されている。なお、取付ナット７８は、ヘッドカバー１４の側面に窪んで形成されるナット穴８８に配設されている。

ニードル８０の一端部は、ヘッドカバー１４の第２バイパス通路７２ｂに対向する位置に配設され、前記第２バイパス通路７２ｂに向かって徐々に縮径する第１テーパ部９０が形成されると共に、前記第１テーパ部９０より先端部側には、さらに縮径したテーパ状の第２テーパ部９２が形成されている。

また、取付ナット７８に螺合されたニードル８０の他端部には、該取付ナット７８の本体部７８ａに隣接するようにロックナット８２が螺合されている。

さらに、ニードル８０の外周面には、環状溝を介してシール部材９４が装着され、前記シール部材９４が取付ナット７８のリング部８４の内周面に当接することにより、装着穴７６の内部の気密が保持される。同様に、リング部８４の外周面にもシール部材９４が装着され、前記シール部材９４によってリング部８４と装着穴７６との間の気密を保持している。

このように構成される絞り弁７４では、ニードル８０を螺回することにより軸線方向（矢印Ｅ、Ｆ方向）に沿って変位させ、該ニードル８０の第２テーパ部９２を第２バイパス通路７２ｂに対して接近・離間させることにより、第１バイパス通路７２ａから装着穴７６を通じて第２バイパス通路７２ｂへと流通する圧力流体の流量を調整することができる。

詳細には、ニードル８０を螺回して第２テーパ部９２を第２バイパス通路７２ｂに接近する方向（図４中、矢印Ｅ方向）に変位させることにより、バイパス通路７０を流通する圧力流体の流量を減少させることができる。反対に、ニードル８０の第２テーパ部９２を第２バイパス通路７２ｂから離間する方向（図４中、矢印Ｆ方向）に変位させることにより、バイパス通路７０を流通する圧力流体の流量を増大させることができる。そして、ニードル８０を螺回して軸線方向（矢印Ｅ、Ｆ方向）に沿って変位させた後に、ロックナット８２を取付ナット７８側（矢印Ｅ方向）に向かって変位するように締め付けることにより、前記ニードル８０の軸線方向に沿った変位が規制される。

なお、上述した説明においては、バイパス通路７０を流通する圧力流体の流量を、ニードル８０を軸線方向に沿って自在に変位させることにより任意の絞り量に調整可能な可変式の絞り弁７４を採用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、常にバイパス通路７０の内部を流通する圧力流体の流量を略一定に絞る固定式の絞り弁を採用しても良い。この固定式の絞り弁によっても同様に、バイパス通路７０を流通する圧力流体の流量が調整される。

本発明の実施の形態に係る流体圧シリンダ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、図３に示されるように、ピストン１８がロッドカバー１６側（矢印Ｂ方向）に変位し、該ピストン１８の一端面が緩衝部材３６ａに当接した状態を初期位置として説明する。

図示しない圧力流体供給源から第１ポート２４に圧力流体（例えば、圧縮エア）を供給することにより、前記第１ポート２４に供給された圧力流体が、第１連通路４２を通じて第１シリンダ室３８に導入され、シリンダチューブ１２の内部に設けられたピストン１８を初期位置からヘッドカバー１４側（矢印Ａ方向）に向かって押圧する。そして、連通室３４の内部に挿入された円筒部材２２の大径部６８は、ヘッドカバー１４の連通室３４に設けられたパッキン４６によってその外周面が囲繞されているため、第２シリンダ室４０の内部の圧力流体が、連通室３４の内部に流通することが阻止されている。その結果、第２シリンダ室４０の圧力流体は、連通室３４の内部に導入されることがなく、前記バイパス通路７０のみを通じて連通室３４から大気開放状態にある第２ポート３２から外部へと徐々に排出される。

その際、図５に示されるように、第１シリンダ室３８側となるピストン１８の一端面側の受圧面積Ｓ１が、第２シリンダ室４０側となるピストン１８の他端面側の受圧面積Ｓ２より大きく形成されているため（Ｓ１＞Ｓ２）、前記第１シリンダ室３８に圧力流体が導入された際に、前記受圧面積Ｓ１と受圧面積Ｓ２との差（Ｓ１―Ｓ２）に基づいて、ピストン１８が第２シリンダ室４０内の圧力流体の背圧に打ち勝ってヘッドカバー１４側（矢印Ａ方向）に迅速に変位することが可能となる。

また、バイパス通路７０に設けられた絞り弁７４による絞り作用下に第２シリンダ室４０から前記バイパス通路７０を通じて第２ポート３２へと排出される圧力流体の流量Ｇ１が調整されるため、前記ピストン１８の変位速度Ｖ１（図８参照）を制御することが可能となる。

そして、図５に示されるように、ピストン１８が圧力流体による押圧作用下にさらにヘッドカバー１４側（矢印Ａ方向）に向かって変位することにより、円筒部材２２の大径部６８が、連通室３４に設けられたパッキン４６と対向して囲繞された位置から矢印Ａ方向へと変位することにより離間し、前記円筒部材２２の小径部６６が前記パッキン４６と対向する位置へと変位する。

これにより、前記大径部６８の外周面を囲繞していたパッキン４６による連通室３４の気密状態が解除され、前記円筒部材２２の小径部６６とパッキン４６との間を介して第２シリンダ室４０と連通室３４とが互いに連通した状態となる（図４参照）。そのため、バイパス通路７０を通じて第２ポート３２より排出されていた第２シリンダ室４０の圧力流体の一部が、該第２シリンダ室４０から連通室３４の内部に直接導入され、大径部６８と連通室３４の内周面との間のクリアランスを通じて第２連通路４４から第２ポート３２に排出される。

すなわち、ピストン１８がヘッドカバー１４側（矢印Ａ方向）に向かって変位する際に、バイパス通路７０のみから第２ポート３２へと排出されていた第２シリンダ室４０の圧力流体を、該バイパス通路７０に加えて連通室３４を通じて第２ポート３２から排出することができる。

その結果、前記バイパス通路７０のみから圧力流体を排出する際の流量Ｇ１に、直接連通室３４を通じて第２ポート３２へと排出される圧力流体の流量Ｇ２が加わるため、流体圧シリンダ１０における第２ポート３２から排出される圧力流体の流量Ｈ（Ｇ１+Ｇ２）を増大させることができる。換言すると、第２シリンダ室４０に残存していた圧力流体を、バイパス通路７０に加えて連通室３４から急速に排出することが可能となるため、前記第２シリンダ室４０の内部の圧力流体がピストン１８が変位する際の変位抵抗となることがなく、前記ピストン１８の変位速度Ｖ１（図８参照）が増大した変位速度Ｖ２（図８参照）とすることができる。

このように、流体圧シリンダ１０において、ピストン１８が初期位置から変位し始めてから連通室３４と第２シリンダ室４０とが連通状態となるまでは、第２ポート３２から排出される圧力流体の流量を抑制することによりピストン１８の変位速度Ｖ１を低速に制御すると共に、前記ピストン１８がヘッドカバー１４側に変位して前記連通室３４と第２シリンダ室４０とが連通状態になった後には、第２ポート３２から排出される圧力流体の流量が増大するためピストン１８の変位速度Ｖ２を増大させて高速に制御することができる。

ここで、時間経過に伴って変化するピストン１８の変位速度と時間との関係を図８を参照しながら説明する。

先ず、ピストン１８が初期位置よりヘッドカバー１４側に向かって変位する際には、第２シリンダ室４０の圧力流体は、バイパス通路７０からのみ第２ポート３２へと排出されるため、ピストン１８が初期位置より変位し始める時点Ｔ０から時間が経過するにつれて徐々にピストン１８の変位速度Ｖ１が増大する。

そして、ピストン１８がさらにヘッドカバー１４側に向かって変位し、該ピストン１８と一体的に変位する円筒部材２２の大径部６８が、連通室３４に設けられたパッキン４６より離間した時点Ｔ１から第２シリンダ室４０の圧力流体が直接連通室３４に流入する。これにより、第２ポート３２より排出される圧力流体の流量が増大し、それに伴ってピストン１８の変位速度Ｖ２が急激に増大する。このように、第２ポート３２からの圧力流体の排出量を制御することにより、ピストン１８の変位速度Ｖ１、Ｖ２を２段階に制御することが可能となる。

そして、図６及び図７に示されるように、第１シリンダ室３８の圧力流体による押圧作用下にピストン１８がさらにヘッドカバー１４側（矢印Ａ方向）に向かって変位することにより、第２シリンダ室４０の圧力流体がバイパス通路７０及び連通室３４を通じて第２ポート３２より排出される。そして、前記ピストン１８の他端面に設けられた緩衝部材３６ｂが、ヘッドカバー１４の端面に当接することにより流体圧シリンダ１０におけるピストン１８の変位終端位置となる（図７参照）。

また、反対に、変位終端位置にあるピストン１８をロッドカバー１６側（矢印Ｂ方向）に向かって変位させる場合には、第１ポート２４に圧力流体供給源（図示せず）から供給されていた圧力流体を、図示しない切換弁の切換作用下に第２ポート３２へと供給する。なお、この場合、第１ポート２４は大気開放状態とする。

第２ポート３２より供給された圧力流体は、第２連通路４４から連通室３４を通じて第２シリンダ室４０に導入されると共に、同時に、連通室３４からバイパス通路７０を介して第２シリンダ室４０へと導入され、前記第２シリンダ室４０に導入された圧力流体による押圧作用下にピストン１８がロッドカバー１６側（矢印Ｂ方向）に向かって変位する。その際、第１シリンダ室３８の圧力流体が、第１連通路４２を通じて第１ポート２４より排出される。

そして、ピストン１８が、ロッドカバー１６側（矢印Ｂ方向）に向かってさらに変位し、ピストンロッド２０に連結された円筒部材２２の大径部６８が、連通室３４に設けられたパッキン４６に対向する位置に到達することにより、前記大径部６８の外周面がパッキン４６によって囲繞され、連通室３４と第２シリンダ室４０との連通状態が遮断される。

これにより、連通室３４を介して第２シリンダ室４０へと流入していた圧力流体の流通が遮断されるため、圧力流体がバイパス通路７０を通じてのみ第２シリンダ室４０に導入される。その結果、第２シリンダ室４０へと導入される圧力流体の流量が減少し、前記圧力流体によって押圧されるピストン１８の変位速度Ｖ２が低下して変位速度Ｖ１となる（図８参照）。

そして、最後に、ピストン１８の一端面が、ロッドカバー１６に設けられた緩衝部材３６ａに当接することによりピストン１８が流体圧シリンダ１０における初期位置へと復帰する（図３参照）。

以上のように、本実施の形態では、シリンダチューブ１２の端部に装着されるヘッドカバー１４に、該ヘッドカバー１４の内部に形成される連通室３４と前記シリンダチューブ１２の第２シリンダ室４０とを連通するバイパス通路７０を設けると共に、前記バイパス通路７０の途中に該バイパス通路７０を流通する圧力流体の流量を調整可能な絞り弁７４を設けている。そして、連通室３４の内部にパッキン４６を装着すると共に、前記連通室３４の内部にピストンロッド２０の端部に連結され、小径部６６と大径部６８とを有する円筒部材２２を自在に挿通させている。

これにより、ピストン１８がロッドカバー１６側に位置した初期位置にある状態では、円筒部材２２の大径部６８の外周面がパッキン４６によって囲繞され、連通室３４と第２シリンダ室４０との連通が遮断されているため、前記第２シリンダ室４０からの圧力流体の排出をバイパス通路７０のみを通じて行い、ピストン１８が変位して円筒部材２２の大径部６８がパッキン４６より離間して第２シリンダ室４０と連通室３４とが連通した連通状態では、前記第２シリンダ室４０からの圧力流体が、バイパス通路７０に加えて連通室３４に直接圧力流体が流通して第２ポート３２より排出される。

その結果、第２シリンダ室４０と連通室３４との連通状態が遮断された状態と、前記第２シリンダ室４０と連通室３４とが連通した状態とで第２シリンダ室４０から排出される圧力流体の流量を変化させることにより、前記流量に基づいてピストン１８の変位速度Ｖ１、Ｖ２を低速から高速へと２段階に制御することができる。

このように、バイパス通路７０、絞り弁７４、円筒部材２２及び連通室３４に設けられたパッキン４６を流体圧シリンダ１０に設けるという簡素且つ部品点数の少ない構成で、ピストン１８の変位速度Ｖ１、Ｖ２を制御することができるため、前記流体圧シリンダ１０の製造コストの低減を図ることができると共に、前記ピストン１８の変位速度Ｖ１、Ｖ２を制御するために別個に速度制御回路等を設ける必要がない。

また、ピストン１８におけるヘッドカバー１４側に円筒部材２２が設けられ、該円筒部材２２の大径部６８の直径Ｄ１が、ピストンロッド２０の太軸部６２の直径Ｄ３より大きく形成されているため、圧力流体を受けるピストン１８の第１シリンダ室３８側の受圧面積Ｓ１が、前記ピストン１８における第２シリンダ室４０側の受圧面積Ｓ２より大きくなる。

これにより、第１シリンダ室３８に導入された圧力流体による押圧作用下にピストン１８をヘッドカバー１４側（矢印Ａ方向）に向かって変位させる際、前記受圧面積Ｓ１、Ｓ２の差（Ｓ１−Ｓ２）によって圧力流体が導入されてからピストン１８が実際に変位し始めるまでのレスポンスタイムを、前記速度制御回路等によってピストン１８の変位速度の制御を行った場合と比較して短縮することができる。そのため、圧力流体が導入された際にピストン１８の応答遅れを低減して前記ピストン１８を迅速に変位させることが可能となる。

さらに、円筒部材２２における大径部６８の軸線方向に沿った長さＬ（図３参照）を変更することにより、ピストン１８が低速で変位する時間又は変位量と、高速で変位する時間又は変位量とを調整することができる。換言すると、図８に示される円筒部材２２の大径部６８が、連通室３４に設けられたパッキン４６より離間する時点Ｔ１のタイミングを変化させることができる。

例えば、大径部６８の軸線方向に沿った長さＬを長く設定することにより、円筒部材２２がピストン１８と一体的に変位する際に、該大径部６８の外周面がパッキン４６によって囲繞されている時間が長くなるため、第２シリンダ室４０の圧力流体がバイパス通路７０のみから排出される時間が長くなり、ピストン１８が低速で変位する時間を長くすることができる。

さらにまた、従来技術において、円筒体に形成されていた切欠溝を加工する際の加工時間を不要とすることができるため、流体圧シリンダ１０の製造時間の短縮を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る流体圧シリンダの斜視図である。 図１の流体圧シリンダをロッドカバー側からみた側面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った縦断面図である。 図３の流体圧シリンダにおける絞り弁近傍を示す拡大縦断面図である。 図３の流体圧シリンダにおけるピストンがヘッドカバー側に変位し、円筒部材による連通室の気密状態が解除されて連通した状態を示す動作説明縦断面図である。 図５の流体圧シリンダにおけるピストンがさらにヘッドカバー側に向かって変位した状態を示す動作説明縦断面図である。 図６のピストンがさらにヘッドカバー側に変位し、前記ピストンがヘッドカバーに設けられた緩衝部材に当接した変位終端位置の状態を示す動作説明縦断面図である。 流体圧シリンダにおけるピストンの変位速度と時間との関係を示す線図である。

符号の説明

１０…流体圧シリンダ １２…シリンダチューブ
１４…ヘッドカバー １６…ロッドカバー
１８…ピストン ２０…ピストンロッド
２２…円筒部材 ２４…第１ポート
３２…第２ポート ３４…連通室
３８…第１シリンダ室 ４０…第２シリンダ室
６０…細軸部 ６２…太軸部
６６…小径部 ６８…大径部
７０…バイパス通路 ７２ａ…第１バイパス通路
７２ｂ…第２バイパス通路 ７４…絞り弁
７８…取付ナット ８０…ニードル
８２…ロックナット ８４…リング部

Claims (3)

1. カバー部材によって閉塞されたシリンダ室が形成されるシリンダチューブと、前記シリンダ室に対して圧力流体を供給する一組のポートと、前記シリンダチューブに内装され、前記シリンダ室内を軸線方向に沿って変位するピストンと、前記ピストンに連結されるピストンロッドとを有する流体圧シリンダにおいて、
   前記ピストンに突設され、該ピストン側に形成される小径部と該小径部より半径外方向に拡径した大径部とを有する円筒部材と、
   前記ピストンの変位作用下に前記円筒部材が軸線方向に沿って変位した際に、前記大径部の外周面を囲繞するシール部材と、
   を備え、
   前記シリンダ室と前記ポートとを連通させるバイパス通路が形成されると共に、前記カバー部材又は前記シリンダチューブのいずれか一方の内部に、前記ポートに連通し、且つ、前記円筒部材が挿通される連通室が形成され、前記大径部の外周面が前記連通室に設けられる前記シール部材によって囲繞された際に、前記シリンダ室の圧力流体が、前記バイパス通路を通じて前記ポートに流通し、前記ピストンの変位作用下に前記大径部の外周面が前記シール部材より離間した際に、前記シリンダ室の圧力流体が、前記バイパス通路を通じて前記ポートに流通するのに加えて、前記円筒部材の小径部と前記シール部材との間から前記連通室を通じて前記ポートへと流通することを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 請求項１記載の流体圧シリンダにおいて、
   前記円筒部材の大径部の直径は、前記ピストンが連結される前記ピストンロッドの直径より大きく形成されていることを特徴とする流体圧シリンダ。
3. 請求項１記載の流体圧シリンダにおいて、
   前記バイパス通路には、該バイパス通路を流通する圧力流体の流量を調整する調整機構が設けられていることを特徴とする流体圧シリンダ。

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