(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明に係る流体圧シリンダ及びアクチュエータについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【0022】
図1及び
図2に示すように、アクチュエータ12は、スライドアクチュエータ(リニアアクチュエータ)として構成され、流体圧シリンダ10と、流体圧シリンダ10の作用下に軸方向(X方向)に往復動作するスライダ14と、流体圧シリンダ10に設けられてスライダ14を軸方向に案内するガイド機構(ガイド部)16とを備えている。
【0023】
流体圧シリンダ10は、X方向に延在した略直方体状のシリンダ本体18を有している。シリンダ本体18は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属により一体成形(一体的に構成)されており、スライダ14よりもX1方向に延出している。シリンダ本体18には、X方向に沿って貫通形成された一対のシリンダ孔20a、20bが幅方向に並設されている(
図3参照)。
【0024】
シリンダ本体18における一対のシリンダ孔20a、20bの間に位置するシリンダ中間壁部22の底面には、シリンダ本体18を図示しない被取付部に対して位置決めするための2つのシリンダ位置決め穴24と、シリンダ本体18を被取付部に取り付けるための3つのシリンダ取付孔26と、シリンダ本体18の上面にガイド機構16を連結する連結ボルト28が挿通する段付きの2つの挿通孔30とがX方向に並んで形成されている。なお、シリンダ位置決め穴24、シリンダ取付孔26、及び挿通孔30の形状及び数量は任意に設定可能である。
【0025】
次に、流体圧シリンダ10の残余の構成の説明に先立って、スライダ14及びガイド機構16について説明する。
【0026】
図1〜
図3に示すように、スライダ14は、シリンダ本体18のX2方向の端面に対向配置されたエンドプレート32と、各シリンダ孔20a、20bに配設されて作動流体(圧力流体)の作用下にX方向に変位する後述する出力ロッド86a、86bをエンドプレート32に固定する固定機構34と、エンドプレート32に設けられたテーブル36とを有している。
【0027】
エンドプレート32には、各シリンダ孔20a、20bに対向する一対の段付きの挿通孔38a、38bが形成されている。これら挿通孔38a、38bの間には、エンドプレート32とシリンダ本体18との衝突を回避して衝撃を緩和するエンドダンパ40が装着されるダンパ装着孔42が形成されている。エンドダンパ40は、例えば、ウレタンゴム等の弾性部材で構成されており、後述するキャップダンパ120、第1ピストンダンパ124、ロッドダンパ126、及び第2ピストンダンパ154についても同様である。
【0028】
固定機構34は、各挿通孔38a、38bに配設された中空筒状のブッシュ44a、44bと、ブッシュ44a、44bの内孔に配設された状態で出力ロッド86a、86bの端面に形成されたねじ穴に螺合するボルト46a、46bと、ブッシュ44a、44bと出力ロッド86a、86bとの間に介装されたスペーサ部材48a、48bとを含む。エンドプレート32は、ボルト46a、46bの締結作用下に、ブッシュ44a、44bとスペーサ部材48a、48bとの間に挟持されることによって、X方向の位置ずれを抑えた状態で出力ロッド86a、86bに固定される。
【0029】
テーブル36は、シリンダ本体18の上面に対向する平板状であって略長方形状のベース部50と、ベース部50の幅方向の両端からシリンダ本体18側に向けて突出し且つX方向に沿って互いに平行に延在する一対のサイド部52とを有する。
【0030】
ベース部50のX2方向の端部は、複数(図示例では2つ)のボルト53にてエンドプレート32の上面に固定されている。ベース部50には、図示しないワークを位置決めするための2つのワーク位置決め穴54と、ワークを取り付けるための8つのワーク取付孔56とが形成されている。なお、ワーク位置決め穴54及びワーク取付孔56の形状及び数量は任意に設定可能である。各サイド部52の内面には、横断面が円弧状の長溝58がサイド部52の全長に亘って形成されている。
【0031】
ベース部50のX1方向の端部には、スライダ14のX2方向の移動を制限するストッパ機構60が設けられている。ストッパ機構60は、X方向に延在してベース部50の幅方向の略中央に位置するストッパボルト62と、ストッパボルト62が螺合するねじ孔が形成されてベース部50の内面(シリンダ本体18側を指向する面)に複数(図示例では2つ)のボルト63で固定されたホルダ部64と、ストッパボルト62をホルダ部64に対して固定するロックナット66とを有している。ストッパボルト62の先端面には、ガイド機構16に接触する図示しない緩衝部材が設けられている。
【0032】
本実施形態では、ロックナット66を緩め、ストッパボルト62の進退動作を可能とした後、ストッパボルト62を螺回させてホルダ部64からの突出量を調整することにより、スライダ14の変位量を調整することが可能となっている。
【0033】
図2及び
図4Aに示すように、ガイド機構16は、シリンダ本体18の長手方向(X方向)に沿って延在して幅広扁平に形成されて転動体(ボール)68が循環する一対の循環通路70が形成されたガイドブロック72と、ガイドブロック72の両端部に設けられた一対のカバー部74とを有している。一対の循環通路70は、ガイドブロック72の両側部に設けられている。
【0034】
具体的には、循環通路70は、ガイドブロック72をX方向に貫通する内側通路と、ガイドブロック72の外側面に形成された側溝とテーブル36の長溝58とで形成される外側通路と、ガイドブロック72とカバー部74との間に形成されて内側通路と外側通路とを連通する反転通路とで形成されている。内側通路は、外側通路よりもシリンダ本体18側に位置している。
【0035】
図3に示すように、流体圧シリンダ10は、多段ストローク式のシリンダとして構成されている。一体成形品であるシリンダ本体18に形成された各シリンダ孔20a、20bには、一端側(X1側)の開口部を閉塞するヘッドキャップ76a、76bと、X方向に沿って摺動可能な第1ピストン78a、78b及び第2ピストン80a、80bと、第1ピストン78a、78bに連結されて第2ピストン80a、80bを押圧する押圧ロッド82a、82bと、第1ピストン78a、78b及び第2ピストン80a、80bの間に位置して押圧ロッド82a、82bを移動可能に支持する中間ロッドカバー84a、84bと、第2ピストン80a、80bに連結された出力ロッド86a、86bと、出力ロッド86a、86bを移動可能に支持した状態で他端側(X2側)の開口部を閉塞するロッドカバー88a、88bとが配設されている。
【0036】
各シリンダ孔20a、20bにおいて、ヘッドキャップ76a、76bと第1ピストン78a、78bとの間に第1シリンダ室90a、90bが形成され、第1ピストン78a、78bと中間ロッドカバー84a、84bとの間に中間シリンダ室92a、92bが形成され、中間ロッドカバー84a、84bと第2ピストン80a、80bとの間に第2シリンダ室94a、94bが形成され、第2ピストン80a、80bとロッドカバー88a、88bとの間に第3シリンダ室96a、96bが形成される。
【0037】
シリンダ中間壁部22には、第1シリンダ室90a、90b同士を連通する第1連通路98と、中間シリンダ室92a、92b同士を連通する中間連通路100と、第2シリンダ室94a、94b同士を連通する第2連通路102と、第3シリンダ室96a、96b同士を連通する第3連通路104とが形成されている。
【0038】
シリンダ本体18の両側壁には、第1シリンダ室90a、90bに連通する第1ポート106a、106bと、第2シリンダ室94a、94bに連通する第2ポート108a、108bと、第3シリンダ室96a、96bに連通する第3ポート110a、110bとが形成され、シリンダ本体18の片方の側壁に中間シリンダ室92a、92bに連通する大気開放ポート112が形成されている。
【0039】
片側の第1〜第3ポート106b、108b、110bは、閉塞プラグ114によって閉塞されている。開口している第1〜第3ポート106a、108a、110aには、図示しない配管を介して作動流体(圧力流体)の供給・排出を切り替える流路切替装置が接続される。そして、第1〜第3ポート106a、108a、110aに作動流体が選択的に供給されることによって、第1ピストン78a、78b及び第2ピストン80a、80bが軸方向に沿って摺動し、出力ロッド86a、86bが3位置に停止可能となる(
図3、
図5及び
図6参照)。
【0040】
ヘッドキャップ76a、76bは、シリンダ孔20a、20bのX1方向の開口部を構成する壁面に形成された環状溝に装着された止め輪116によってX1方向の抜け止めがなされている。ヘッドキャップ76a、76bの外周面には、シールリング118が環状溝を介して装着されている。ヘッドキャップ76a、76bのX2方向の端面には、第1ピストン78a、78bに接触する衝撃吸収用のキャップダンパ120が設けられている。
【0041】
第1ピストン78a、78bの外周面には、第1ピストンパッキン122が環状溝を介して装着されている。押圧ロッド82a、82bは、そのX1方向の端部に形成されたねじ部が第1ピストン78a、78bに形成されたねじ穴に螺合することにより第1ピストン78a、78bに連結している。ただし、押圧ロッド82a、82bは、第1ピストン78a、78bと一体的に形成されていてもよい。
【0042】
押圧ロッド82a、82bには、中間ロッドカバー84a、84bに接触する衝撃吸収用の円環状の第1ピストンダンパ124が第1ピストン78a、78bに接触した状態で外嵌されている。押圧ロッド82a、82bのX2方向の端面には、第2ピストン80a、80bに接触する衝撃吸収用の円柱状のロッドダンパ(ダンパ部)126が固着されている。
【0043】
中間ロッドカバー84a、84bには、押圧ロッド82a、82bが貫通しており、中間ロッドカバー84a、84bの内周面には、ロッドパッキン128が環状溝を介して装着されている。中間ロッドカバー84a、84bの外周面には、複数(図示例では2つ)のシールリング130、132が環状溝を介して装着されている。
【0044】
また、中間ロッドカバー84a、84bは、係止部材134a、134bによってシリンダ本体18に係止されている。具体的には、
図4A及び
図4Bに示すように、中間ロッドカバー84a、84bの外周面(外壁面)には、円環状の係止溝136a、136bが形成されている。係止溝136a、136bは、一対のシールリング130、132の間に位置している。ただし、係止溝136a、136bの位置、形状等は任意に設定可能である。
【0045】
シリンダ本体18には、係止部材134a、134bが配設される配設穴138a、138bが形成されている。各配設穴138a、138bは、軸方向(X方向)と直交する方向(シリンダ本体18の厚み方向)に延在して係止溝136a、136bに連通する一対のピン穴140と、各ピン穴140に連通してシリンダ本体18の底面に開口する一対のねじ孔142とを含む。
【0046】
一対のピン穴140は、押圧ロッド82a、82bを挟むようにして対向して設けられている。換言すれば、一対のピン穴140は、押圧ロッド82a、82bの両側に位置している。各ピン穴140は、シリンダ本体18の上面の手前で終端している。
【0047】
各係止部材134a、134bは、ピン穴140に配設される棒状又は針状の一対のピン部144と、これらピン部144がピン穴140から抜け出ることを阻止する一対の止めねじ(抜け止め部)146とを有している。
【0048】
ピン部144は、例えば、金属材料で構成されており、ピン穴140に配設された状態でその一部が係止溝136a、136bに位置する。すなわち、ピン部144は、ピン穴140を構成する壁面と係止溝136a、136bを構成する溝側面とに接触した状態で軸方向と直交(交差)する方向に延在している。これにより、中間ロッドカバー84a、84bのシリンダ本体18に対する軸方向の移動が阻止され、中間ロッドカバー84a、84bがシリンダ本体18に係止される。
【0049】
また、ピン部144は、その先端面がピン穴140の底面に押し付けられた状態で止めねじ146により抜け止めがなされている。これにより、ピン部144の位置ずれを確実に抑えることができる。なお、ピン部144をピン穴140に対して容易に抜け出ないように圧入する場合には、止めねじ146を省略することも可能である。
【0050】
第2ピストン80aは第1ピストン78aと同軸にシリンダ孔20aに配設され、第2ピストン80bは第1ピストン78bと同軸にシリンダ孔20bに配設されている。第2ピストン80a、80bの外周面には、第2ピストンパッキン148とマグネット150とが環状溝を介して装着されている。マグネット150の磁気は、シリンダ本体18の両側面に形成されたセンサ取付溝152a、152bに取り付けられる図示しない磁気センサによって検出される(
図4A参照)。これにより、シリンダ本体18に対する第2ピストン80a、80bの軸方向の位置を容易に取得することができる。
【0051】
出力ロッド86a、86bは、押圧ロッド82a、82bよりも長尺に構成されており、出力ロッド86a、86bのX1方向の端部に形成されたねじ部が第2ピストン80a、80bに形成されたねじ穴に螺合することにより第2ピストン80a、80bに連結している。ただし、出力ロッド86a、86bは、第2ピストン80a、80bと一体的に形成されていてもよい。
【0052】
出力ロッド86a、86bには、ロッドカバー88a、88bに接触する衝撃吸収用の円環状の第2ピストンダンパ154が第2ピストン80a、80bに接触した状態で外嵌されている。出力ロッド86a、86bのX2方向の端面には、上述した固定機構34のボルト46a、46bが螺合するねじ穴が形成されている。
【0053】
ロッドカバー88a、88bには、出力ロッド86a、86bが貫通されており、ロッドカバー88a、88bの内周面には、ロッドパッキン156が環状溝を介して装着されている。ロッドカバー88a、88bの外周面には、シールリング158が環状溝を介して装着されている。ロッドカバー88a、88bは、シリンダ孔20a、20bのX2方向の開口部を構成する壁面に形成された環状溝に装着された止め輪160によってX2方向の抜け止めがなされている。
【0054】
本実施形態に係る流体圧シリンダ10を備えたアクチュエータ12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の状態の流体圧シリンダ10を初期状態として説明する。なお、初期状態では、流路切替装置により第1ポート106a及び第2ポート108aが大気開放された状態で第3ポート110aに作動流体(圧力流体)が供給されている。このときの出力ロッド86a、86b(スライダ14)の位置を第1位置とする。
【0055】
第1位置において、流路切替装置により第2ポート108a及び第3ポート110aを大気開放した状態で第1ポート106aに作動流体を供給すると、第1ポート106aから第1シリンダ室90a、90bに流入した作動流体の作用下に第1ピストン78a、78b、押圧ロッド82a、82b、第2ピストン80a、80b、出力ロッド86a、86b、及びスライダ14がX2方向に変位する。このとき、中間シリンダ室92a、92bの流体が第1ピストン78a、78bに押されて大気開放ポート112から大気に排出され、大気が第2ポート108aから第2シリンダ室94a、94bに流入し、第3シリンダ室96a、96bの流体が第2ピストン80a、80bに押されて第3ポート110aから大気に排出される。
【0056】
そして、
図5に示すように、第1ピストンダンパ124が中間ロッドカバー84a、84bに接触することにより、衝撃が緩和された状態で第1ピストン78a、78b、押圧ロッド82a、82b、第2ピストン80a、80b、出力ロッド86a、86b、及びスライダ14の変位が停止される。これにより、出力ロッド86a、86bがシリンダ本体18に対して第1位置からX2方向に所定距離だけ変位して第2位置に停止する。
【0057】
第2位置において、流路切替装置により第3ポート110aを大気開放した状態で第1ポート106a及び第2ポート108aに作動流体を供給すると、第2ポート108aから第2シリンダ室94a、94bに流入した作動流体の作用下に第2ピストン80a、80b、出力ロッド86a、86b、及びスライダ14がX2方向に変位する。このとき、第3シリンダ室96a、96bの流体が第2ピストン80a、80bにさらに押されて第3ポート110aから大気に排出される。
【0058】
なお、第2シリンダ室94a、94bの流体によって押圧ロッド82a、82bはX1方向の押圧力を受けるが第1シリンダ室90a、90bに作動流体を供給しているため、第1ピストン78a、78bがX1方向に変位することはない。ただし、第1ポート106aを大気開放させておくことにより、第1ピストン78a、78b及び押圧ロッド82a、82bをX1方向に変位させるようにしても構わない。
【0059】
そして、
図6に示すように、第2ピストンダンパ154がロッドカバー88a、88bに接触することにより、衝撃が緩和された状態で第1ピストン78a、78b、出力ロッド86a、86b、及びスライダ14の変位が停止される。これにより、出力ロッド86a、86bがシリンダ本体18に対して第2位置からX2方向に所定距離だけ変位して第3位置に停止する。
【0060】
また、第3位置において、流路切替装置により第1ポート106a及び第2ポート108aを大気開放した状態で第3ポート110aに作動流体を供給すると、第3ポート110aから第3シリンダ室96a、96bに流入した作動流体の作用下に第2ピストン80a、80b、出力ロッド86a、86b、及びスライダ14がX1方向に変位する。このとき、第2シリンダ室94a、94bの流体が第2ピストン80a、80bに押されて第2ポート108aから大気に排出される。
【0061】
そして、第2ピストン80a、80bがロッドダンパ126に接触することにより、出力ロッド86a、86b及び第1ピストン78a、78bが第2ピストン80a、80bと共にX1方向に変位する。このとき、大気開放ポート112から大気が中間シリンダ室92a、92bに流入し、第1シリンダ室90a、90bの流体が第1ポート106aから大気に排出される。
【0062】
その後、
図3に示すように、第1ピストン78a、78bがキャップダンパ120に接触することにより、衝撃が緩和された状態で第1ピストン78a、78b、押圧ロッド82a、82b、第2ピストン80a、80b、出力ロッド86a、86b、及びスライダ14の変位が停止される。これにより、出力ロッド86a、86bがシリンダ本体18に対して第3位置からX1方向に所定距離だけ変位して第1位置に停止する。
【0063】
本実施形態に係る流体圧シリンダ10を組み立てる場合、一体成形品であるシリンダ本体18に形成されたシリンダ孔20a、20bの開口部から第1ピストン78a、78b、押圧ロッド82a、82b、中間ロッドカバー84a、84b、第2ピストン80a、80b、及び出力ロッド86a、86b等の内部構成部品を挿入する。そして、中間ロッドカバー84a、84bを位置決めした状態でシリンダ本体18の底面側からピン部144をピン穴140及び係止溝136a、136bに挿入して止めねじ146をねじ孔142に螺合する。これにより、中間ロッドカバー84a、84bがシリンダ本体18に係止(固定)される。また、シリンダ孔20a、20bの開口部に閉塞部材(ヘッドキャップ76a、76b及びロッドカバー88a、88b)を装着する。つまり、シリンダ孔20a、20bのX1方向の開口部にヘッドキャップ76a、76bを装着し、シリンダ孔20a、20bのX2方向の開口部にロッドカバー88a、88bを装着する。
【0064】
このように、本実施形態では、シリンダ本体18を一体成形品で構成しているので、簡易な構成で部品点数の削減を図ることができる。また、このようにシリンダ本体18を一体成形品とした場合であっても、上述したように流体圧シリンダ10を確実に組み立てることができる。
【0065】
本実施形態によれば、係止部材134a、134bを構成するピン部144をピン穴140及び係止溝136a、136bに配設することにより簡易な構成で中間ロッドカバー84a、84bをシリンダ本体18に係止することができる。また、ピン部144が軸方向と直交(交差)する方向に延在しているので、中間ロッドカバー84a、84bが軸方向に変位することを好適に防止することができる。
【0066】
さらに、押圧ロッド82a、82bを挟むようにして一対のピン部144を設けているので、中間ロッドカバー84a、84bをシリンダ本体18に対して強固に係止することができる。さらにまた、ピン部144を止めねじ146により押さえ付けることによりピン部144がピン穴140から抜け出ることを阻止しているので、中間ロッドカバー84a、84bをシリンダ本体18に対して一層強固に係止することができる。
【0067】
本実施形態によれば、押圧ロッド82a、82bのX2方向の端面に第2ピストン80a、80bに接触するロッドダンパ126を設けている。これにより、ロッドダンパ126により押圧ロッド82a、82bと第2ピストン80a、80bとの衝撃を緩和することができる。
【0068】
本実施形態において、アクチュエータ12は、上述した流体圧シリンダ10に代えて、
図7A及び
図7Bに示す変形例に係る流体圧シリンダ10Aを備えていてもよい。
図7A及び
図7Bに示すように、流体圧シリンダ10Aは、配設穴170a、170bが形成されたシリンダ本体172と、配設穴170a、170bに配設されて中間ロッドカバー84a、84bをシリンダ本体172に係止する係止部材174a、174bとを有する。
【0069】
各配設穴170a、170bは、軸方向と直交する方向(シリンダ本体172の厚み方向)に延在して係止溝136a、136bに連通する一対のピン穴176と、これらピン穴176同士を連通してシリンダ本体172の底面に開口する連通溝178とを含んでいる。各係止部材174a、174bは、ピン穴176に配設される一対のピン部180と、これらピン部180同士を連結する連結部182とを有することにより略U字状に一体成形されている。
【0070】
本変形例に係る流体圧シリンダ10Aによれば、中間ロッドカバー84a、84bをシリンダ孔20a、20bに挿入して位置決めした後、シリンダ本体172の底面側から略U字状の係止部材174a、174bを配設溝に挿入することにより、中間ロッドカバー84a、84bをシリンダ本体172に容易且つ強固に係止することができる。これにより、部品点数のさらなる低減を図ることができる。
【0071】
この変形例に係る流体圧シリンダ10Aにおいて、
図8A及び
図8Bに示すように、配設穴170a、170bを上下反転させて(略逆U字状に)シリンダ本体172に形成しても構わない。この場合、シリンダ本体172の上面側から係止部材174a、174bを配設穴170a、170bに挿入することになるため、アクチュエータ12の使用時に係止部材174a、174bが配設穴170a、170bから抜け出ることを抑えることができる。
【0072】
上述した実施形態において、配設穴138a、138b、170a、170b及び係止部材134a、134b、174a、174bは、中間ロッドカバー84a、84bをシリンダ本体18、172に係止可能な限り任意の構成を採用し得る。例えば、ピン部144、180は、ピン穴140、176及び係止溝136a、136bに配設された状態でシリンダ本体18、172の幅方向に延在していてもよい。
【0073】
本発明に係る流体圧シリンダ及びアクチュエータは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【0074】
10、10A…流体圧シリンダ 12…アクチュエータ
14…スライダ 16…ガイド機構(ガイド部)
18、172…シリンダ本体 20a、20b…シリンダ孔
76a、76b…ヘッドキャップ 78a、78b…第1ピストン
80a、80b…第2ピストン 82a、82b…押圧ロッド
84a、84b…中間ロッドカバー 86a、86b…出力ロッド
88a、88b…ロッドカバー 126…ロッドダンパ(ダンパ部)
134a、134b、174a、174b…係止部材
136a、136b…係止溝 138a、138b、170a、170b…配設穴
140、176…ピン穴 142…ねじ孔
144、180…ピン部 146…止めねじ(抜け止め部)
178…連通溝 182…連結部