JP4257533B2 - マグネット式ロッドレスシリンダ - Google Patents

Description

この発明は、シリンダチューブ内側のシリンダ孔にピストンをチューブ軸方向に移動可能に収容し、シリンダチューブ外周面に１つのスライド体をチューブ軸方向に移動可能に案内し、ピストンとスライド体とを磁気結合して成るマグネット式ロッドレスシリンダでって、チューブ外形が非円形、特に扁平な形を成すものに関する。

マグネット式ロッドレスシリンダにおいて、シリンダの厚み(高さ)を薄くしたり、ピストン受圧面積を大きくしたり、磁気結合力を大きくする目的をもって、許文献１に記載のように、シリンダチューブとピストンの径方向断面を夫々扁平形状にしたものが公知である。また、特許文献２には、シリンダチューブ、ピストン断面形状を、長円形やひょうたん形にしたものも記載されている。特許文献３には、マグネット式ロッドレスシリンダを２本並設して、それらに跨るように１つのスライダを案内しているものが開示してある。
実開平４−１１３３０５号公報 特開平４−３５７３１０号公報 実用新案登録第２５１４４９９号公報

特許文献１、２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、実用されている一般的なマグネット式シリンダ（即ち、真円の円筒チューブ）のように、その内圧がチューブの変形を一様にもたらさないため、最大応力、最大たわみともに非常に大きな値となり、これを回避しようとすると、チューブ肉厚が大変厚くなって、磁気結合力を数倍に高めないと、到底、実用できない問題があり、これまでアイデアとしては存在するが実用に供されていない。また特許文献３のものでは、並設された２本のマグネット式ロッドレスシリンダについて、１つのスライダ内に夫々外側磁石あるいは磁性体を備えていて部品点数が増加し、組み付けが容易でない問題がある。

また、従来一般のマグネット式ロッドレスシリンダでは、ピストン（即ち内側磁石）が内圧により移動すると、その内側磁石の移動により、スライド体が引っ張られて移動する、というメカニズムでスライド体を移動させている。この時の引っ張られる力の大きさは、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おり、通常、”磁石保持力”と称している。図５では、従来一般的なマグネット式ロッドレスシリンダを簡略化して表しており、チューブ１００外側のスライド体１０１の外側磁石１０２と、チューブ１００内側のピストン１０３の内側磁石１０４が夫々軸線方向に４個ずつ、夫々ヨーク１０５を挟んで同極同士を対向させると共に、内外磁石１０４、１０２の間は、異極同士を対向させているものである。ここで前記の磁石保持力は、スライド体１０１を軸線方向に移動できないようにして、ピストン１０３に流体圧をかけて内側磁石１０４をスライド体１０１（外側磁石１０２）に対して軸線方向にずらすことで、スライド体１０１に生じる軸線方向力として測定され、図４（ｂ）に示すように、流体圧がかかっていない静止状態、即ち、４つの内、外側磁石１０４、１０２が半径方向で対向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、ずれが磁石１０２、１０４の軸線方向配置ピッチＬのおよそ半分となると最大値Ｍａｘを示す（点Ｂ）。
このように、一般的なマグネット式ロッドレスシリンダでは、静止状態では、内側磁石１０４と外側磁石１０２とが半径方向に引き合って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であり、この状態からピストン１０３を移動させたときには、前記の”ずれ”が生じるまでは外側磁石１０２が引っ張られないから、スライド体１０１の移動初期においては、スティックスリップ現象が見られるなど、作動が円滑でないという問題があった。こうした問題は、特許文献３のように、マグネット式ロッドレスシリンダを比較的距離をおいて２本並設した場合の各マグネット式ロッドレスシリンダにおいて当然発生しているし、特許文献１、２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と考えられる。
この発明は、内圧による歪み、応力を押えて実用に供することのできる断面外形が非円形であるシリンダチューブを有するマグネット式ロッドレスシリンダを提供するものである。また、組み付け容易な上記ロッドレスシリンダを提供するものである。この発明の別の課題は、動作の円滑な前記マグネット式ロッドレスシリンダを提供しようとするものである。

前記課題解決のため、本発明のマグネット式ロッドレスシリンダでは、断面外形が非円形のシリンダチューブ内側のシリンダ孔にチューブ軸方向に移動可能に収容されているピストンと、シリンダチューブ外周面に嵌め込まれてチューブ軸方向に移動可能に案内されている１つのスライド体とを磁気結合して成る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を、断面外形が非円形の外チューブとその外チューブの内側に嵌め込まれる複数の円筒内チューブとから構成し、各内チューブ内側のシリンダ孔に夫々ピストンを収容し、これらのピストンと前記スライド体とを磁気結合したことを特徴とする。
外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、外チューブと２つの円筒内チューブから構成されるシリンダチューブ全体の断面形状は、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。
外チューブ断面外形は長円であり、円筒内チューブは外チューブ断面の長軸方向に並設されている。ピストン断面は真円であり、そのピストンには円形の内側磁石が設けてあり、スライド体内側に設けられ、前記の内側磁石と磁気結合される外側磁石は、外チューブ外形に合わせて長円リング形状である。円筒内チューブは、各シリンダ孔に嵌め込まれたピストン相互が、各ピストンの内側磁石によりチューブ軸線方向にずれる磁気反発力を受けるように密接配置されている。

本願では、非円形外周形状を有する外チューブの内側に、複数の円筒内チューブを収容してシリンダチューブを構成し、その円筒内チューブにピストンを収容して外チューブに案内されたスライド体と磁気結合するようにしたので、作動用流体の圧力は専ら円筒内チューブに作用し、非円形な外チューブには直接作用しないため、外周が非円形な外チューブには流体圧による変形や応力発生がない。チューブとしての肉厚は、円筒内チューブと外チューブとの肉厚の合計となるが、円筒内チューブは、従来のマグネット式ロッドレスシリンダの場合と同様の厚さであり、また、外チューブは内圧が作用しないために肉厚を薄くでき、結果として、肉厚合計の増加はさほど大きくならず、磁気結合力を大幅に高めることなく、高さ（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できる。また、外チューブの外側に配置される外側磁石（あるいは磁性体）を、複数の円筒内チューブ内の内側磁石の夫々に対応して設けることなく共通の部材で構成でき、部品点数を減らすことができる。
また、本願では内チューブのシリンダ孔に嵌装されるピ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チューブ軸線方向に反発し合い、止まっている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止していて、その”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ているため、動作開始時にスティックスリップ発生を抑制でき、円滑に動作させることができる。

図１〜３を参照して、本願のマグネット式ロッドレスシリンダ１の１実施形態を説明する。シリンダチューブ２は、断面外周形状が長軸（幅方向）と短軸(厚さもしくは高さ方向)とを有する扁平な長円形を成す筒状の外チューブ２ａと、複数本（ここでは２本）の真円外形の円筒内チューブ２ｂとから構成される。２つの円筒内チューブ２ｂは、外周面の一部が密接されて並設され、その状態で、前記外チューブ２ａ内側の長円孔２ｃにしっくりと嵌めこまれて、図２に示すようにシリンダチューブ２全体の断面形状は、長軸方向長さの中心線ＣＬに対して線対称に形成されている。外チューブ２ａ、円筒内チューブ２ｂの軸線方向長さは一致している。扁平な外チューブ２ａは、非磁性材料であるアルミ合金の引き抜きあるいは押し出し型材、ステンレスチューブ、ＦＲＰ、熱収縮チューブなどから構成される。２本の内チューブ２ｂは、非磁性材料であるアルミ合金の引き抜き、もしくは押し出し型材、ステンレスチューブ、セラミックスチューブなどから構成されている。シリンダチューブ２の長手端部には、内チューブ２ｂの各シリンダ孔３、３を塞ぐエンドキャップ５が固着されている。エンドキャップ５には、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。エンドキャップ５は、チューブ並設方向は長く、その並設方向と直交する厚さ方向が短い扁平形状を成している。なお、円筒内チューブ２ｂの本数は、３本以上であってもよい。

各シリンダ孔３、３には、夫々ピストン１０が軸線方向移動するように収容され、各シリンダ孔３、３は夫々ピストン１０により、左右のシリンダ室３ａ、３ｂに区画されている。各ピストン１０において、１１は内側磁石列であり、外周が円形でドーナツ状の４枚の内側磁石１２が、ヨーク１３と交互にピストンシャフト１４に嵌め込まれ、軸線両端をピストンエンド１５によって締付固定されて構成されている。夫々の内側磁石１２の磁極は図１に示すように、軸線方向において、ＳＮ、ＮＳ、ＳＮ、ＮＳと同極同志が対応するように配設されていると共に、隣合ったピストン１０、１０の内側磁石１２の間も同極同士が対応している。

次に外チューブ２ａの外周に軸線方向移動するように遊合されたアルミ合金からなるスライド体２０の内周面には、外側磁石列２１が設けてある。スライド体２０は、内チューブ２ｂの並設方向が長く、その並設方向と直交する厚さ方向が短い扁平形状となっている。外側磁石列２１は、外チューブ２ａの外周形状と合致した長円リング形状を成す４枚の外側磁石２２が、同様に長円リング形状のヨーク２３と交互に軸線方向に並設されて嵌込まれ、ウエアリングホルダー２４により締付固定されている。この外側磁石列２１の磁極も軸線方向では同極同志が対応し、更にこればかりでなく上記内側磁石列１１の磁極とは異極同志となるようにＮＳ、ＳＮ、ＮＳ、ＳＮと配設され、両磁石列１１、２１が互いに引き合うことにより２つのピストン１０とスライド体２０は磁気結合しているが、隣り合った一対のピストン１０、１０の内側磁石列１１、１１の間では、前記磁極配置によりチューブ断面における長軸方向にも、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。このチューブ軸線方向の磁気反発力により、ピストン１０の内側磁石１２は外側磁石２２に対してチューブ軸線方向に僅かにずれて静止している。

上記ずれの状態を図４（ａ）に誇張して示す。静止状態において、隣り合った２つのピストン１０、１０は、夫々の備えている内側磁石１２の磁極配列により互いに軸線方向の反発力Ｆ１を受けて、スライド体２０の外側磁石２２に対して軸線方向で”ずれＸ”が生じている。この”ずれＸ”により、図４（ｂ）の点Ｃに示す磁石保持力Ｆｃが内外磁石列１２、２２の間で発生している。
この状態でエンドキャップ５に設けたポート７から内チューブ２ｂ内に交互に圧空を供給すると、２つのピストン１０が夫々内チューブ２ｂ内を往復動し、この往復動により外チューブ２ａ外側で１つのスライド体２０が往復動を行うことになるが、静止状態において、外側磁石２２と内側磁石１２との間に磁石保持力Ｆｃが発生しているため、磁石保持力が全く生じていない静止状態から移動開始する従来の場合（図５）に比べて、スティックスリップ現象の発生を抑制でき、円滑動作が期待できる。

また、このようにシリンダ作動用の内圧は専ら内チューブ２ｂに作用し、外チューブ２ａには直接作用しないため、外周が扁平な外チューブ２ａには流体圧による変形や応力発生がない。チューブ２全体としての肉厚は、円筒内チューブ２ｂと外チューブ２ａとの肉厚の合計となるが、円筒内チューブ２ｂは、従来のマグネット式ロッドレスシリンダの場合と同様の肉厚ｔであり、また、外チューブ２ａは内圧が作用しないために薄い肉厚でよく、結果として、肉厚の増加はさほど大きくならず、磁気結合力を大幅に高めることなく、高さ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できる。

本願マグネット式ロッドレスシリンダの縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 内外磁石のずれと磁石保持力を説明する図であり、（ａ）は本願マグネット式ロッドレスシリンダを示し、（ｂ）は内外磁石のずれと磁石保持力との関係図を示す。 内外磁石のずれと磁石保持力を説明するための、従来のマグネット式ロッドレスシリンダを示す。

符号の説明

１ マグネット式ロッドレスシリンダ
２ シリンダチューブ
２ａ 外チューブ
２ｂ 円筒内チューブ
３ シリンダ孔
１０ ピストン
１１ 内側磁石列
１２ 内側磁石
２０ スライド体
２１ 外側磁石列
２２ 外側磁石

Claims (5)

1. 断面外形が非円形のシリンダチューブ内側のシリンダ孔にチューブ軸方向に移動可能に収容されているピストンと、シリンダチューブ外周面に嵌め込まれてチューブ軸方向に移動可能に案内されている１つのスライド体とを磁気結合して成る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を、断面外形が非円形の外チューブとその外チューブの内側に嵌め込まれる複数の円筒内チューブとから構成し、各内チューブ内側のシリンダ孔に夫々ピストンを収容し、これらのピストンと前記スライド体とを磁気結合し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. 外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、外チューブと２つの円筒内チューブから構成されるシリンダチューブ全体の断面形状は、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。
3. 外チューブ断面外形は長円であり、円筒内チューブは外チューブ断面の長軸方向に並設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. ピストン断面は真円であり、そのピストンには円形の内側磁石が設けてあり、スライド体内側に設けられ、前記の内側磁石と磁気結合される外側磁石は、外チューブ外形に合わせて長円リング形状であることを特徴とする請求項３記載のマグネット式ロッドレスシリンダ。
5. 円筒内チューブは、各シリンダ孔に嵌め込まれたピストン相互が、各ピストンの内側磁石によりチューブ軸線方向にずれる磁気反発力を受けるように密接配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマグネット式ロッドレスシリンダ。

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