JP2001271807A - 流体圧シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小さい駆動力でも安定した複合動作を行うこ
とができる流体圧シリンダを提供すること。 【解決手段】 この流体圧シリンダ１では、シリンダチ
ューブ２内にピストン８及びロッド１７からなる移動体
８，１７が移動可能に収容されている。シリンダチュー
ブ２側には、突出部材３３が固定されている。移動体８
の外周面には、突出部材３３が摺接する曲線状カム溝３
１が形成される。突出部材３３における摺接部位３６は
球面状になっている。突出部材３３は、移動体８，１７
の中心軸方向に向かって常時押圧されるよう配置されて
いる。そして、流体を給排すると、移動体８，１７が直
線運動及び回転運動を複合的に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の給排によっ
て移動体に直線運動及び回転運動を複合的に行わせる流
体圧シリンダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、直線運動及び回転運動を複合的に
行わせるようにしたエアシリンダ（いわゆるロータリク
ランプシリンダ）が知られている。

【０００３】図６（ａ）に示される従来技術のエアシリ
ンダ４１の場合、シリンダチューブ４２内には、ピスト
ン及びロッドからなる移動体４３が移動可能に収容され
ている。前記移動体４３におけるロッドの先端部分はシ
リンダチューブ４２から突出しており、そこには図示し
ないクランプアームが固定されている。シリンダチュー
ブ４２の外周部には、突出部材４５が固定されている。
突出部材４５の内端摺接部４４は球状であって、シリン
ダチューブ４２の内周面からシリンダ中心軸方向に向か
って突出している。一方、移動体４３の外周面には曲線
状カム溝４６が形成されている。前記カム溝４６の断面
は矩形状であって、その底面は平坦になっている。この
曲線状カム溝４６内には、突出部材４５の内端摺接部４
４が挿入されている。

【０００４】従って、移動体４３がシリンダチューブ４
２の長手方向に沿って往復動をすると、内端摺接部４４
がカム溝４６に摺接しつつ案内される結果、移動体４３
が直線運動を行いながら回転運動を行う。ゆえに、ロッ
ドの先端部分に固定されたクランプアームが所定のクラ
ンプ運動を行うようになっている。

【０００５】なお、図６（ａ）のエアシリンダ４１と類
似のものは、例えば実開平１−１３５２０２号公報など
においても開示されている。また、図６（ｂ）には、ピ
ン状の内端摺接部４４を備える突出部材４５が示されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では、内端摺接部４４とカム溝４６との間にクリアラ
ンスがあったため、移動体４３が回転方向に大きくガタ
ツキやすい。ゆえに、ストローク途上における摺動抵抗
の変動も大きくなり、移動体４３に安定した複合動作を
行わせることが困難になる。また、大きな摺動抵抗に打
ち勝って移動体４３を安定して動かすためには、大きな
駆動力、即ち高いエア圧が必要になってしまう。

【０００７】さらに、ピン状の内端摺接部４４を備える
図６（ｂ）の従来技術の場合、部品の加工公差が大きい
と、内端摺接部４４の芯ズレが発生しやすくなる（図６
（c）参照）。よって、この場合も移動体４３にスムー
ズな複合動作を行わせることが困難になる。

【０００８】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、小さい駆動力でも安定した複合動
作を行うことができる流体圧シリンダを提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、シリンダチューブ内
にピストン及びロッドからなる移動体を移動可能に収容
するとともに、前記シリンダチューブ側に固定された突
出部材が摺接する曲線状カム溝を前記移動体の外周面に
形成し、流体の給排によって前記移動体に直線運動及び
回転運動を複合的に行わせる流体圧シリンダにおいて、
前記突出部材における摺接部位を球面状にするととも
に、前記突出部材を前記移動体の中心軸方向に向かって
常時押圧するようにして配置したことを特徴とする流体
圧シリンダをその要旨とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記カム溝の断面形状を、溝底部に向かうほど狭く
なるようにした。請求項３に記載の発明は、請求項１ま
たは２において、前記突出部材は、鋼球と鋼球保持体と
からなり、前記鋼球は前記鋼球保持体に転動可能な状態
で保持されているとした。

【００１１】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１に記載の発明によると、突出部材を移動体
の中心軸方向に向かって常時押圧するようにして配置し
ているため、突出部材における摺接部位を曲線状カム溝
に対して確実に摺接させることができる。よって、回転
方向のガタツキが起こりにくくなる。また、摺接部位が
球面状であるため、ピン状に比べて摺動抵抗自体が小さ
くなることに加え、上記のとおり常時押圧力が働いてい
ることから摺動抵抗の変動も小さくなる。しかも、摺接
部位が球面状であれば、芯ズレも起こりにくい。以上の
ことから、大きな駆動力を与えなくても、移動体に安定
した複合動作を行わせることが可能となる。

【００１２】請求項２に記載の発明によると、カム溝の
断面形状を溝底部に向かうほど狭くなるようにした結
果、摺接部位とカム溝の内壁面との間にクリアランスが
生じなくなる。よって、摺接部位をカム溝の内壁面に確
実に接触させることができ、回転方向のガタツキがより
いっそう起こりにくくなる。

【００１３】請求項３に記載の発明によると、鋼球が転
動することによって摺動抵抗がよりいっそう小さくなる
ことに加え、鋼球自体に磨耗が起こりにくくなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の流体圧シリンダを
具体化した一実施形態のエアシリンダ１を図１〜図３に
基づき詳細に説明する。

【００１５】図１に示されるように、本実施形態のエア
シリンダ１は、ロッド付きタイプのエアシリンダ１であ
る。エアシリンダ１を構成するシリンダチューブ２は、
等断面形状を有するアルミニウム合金製の筒状押出成形
品である。シリンダチューブ２の両端にある開口は、ヘ
ッドメタル３とロッドメタル４とによって封止されてい
る。

【００１６】ヘッドメタル３の外周面には、シール部材
としての環状かつゴム製のＯリング５が装着されてい
る。このヘッドメタル３は、Ｃ型止め輪６によりシリン
ダチューブ２の開口付近の内周面に対して固定されてい
る。ロッドメタル４の外周面における２箇所には、シー
ル部材としての環状かつゴム製のＯリング５が装着され
ている。このロッドメタル４は、Ｃ型止め輪６及び止め
ネジ７により、シリンダチューブ２の開口付近の内周面
に対して固定されている。

【００１７】図１に示されるように、シリンダチューブ
２、ヘッドメタル３及びロッドメタル４がなす断面円形
状のピストン収容空間には、移動体の一部であるピスト
ン８がチューブ軸線方向に沿って移動可能に収容されて
いる。長細い形状であるこのピストン８は、前記空間を
２つの圧力作用室に区画している。また、ピストン８の
外周面においてロッド側端寄りの位置には、環状のピス
トンパッキング１１と、一部にバイアスカット部を有す
る環状のウェアリング１２とが装着されている。また、
ピストン８の外周面においてヘッド側端寄りの位置に
は、同じく環状のウェアリング１２が装着されている。

【００１８】シリンダチューブ２の外周面においてヘッ
ド側端寄りの位置には、第１のエア給排ポート１５が形
成されている。同面においてロッド側端寄りの位置に
は、第２のエア給排ポート１６が形成されている。第１
のエア給排ポート１５は、連通孔を介してヘッド側の圧
力作用室に連通している。第２のエア給排ポート１６
は、連通孔を介してロッド側の圧力作用室に連通してい
る。

【００１９】ピストン８のロッド側端面における中央部
には、移動体の一部であるロッド１７の基端部が一体的
に設けられている。従って、ロッド１７はピストン８と
一体的に往復移動することができる。なお、本実施形態
のピストン８は、ロッド１７と等しい長さまたはそれ以
上の長さに設定されている。ロッド１７の先端部は、ロ
ッドメタル４に形成されたロッド挿通孔１８を介してシ
リンダチューブ２の外部に突出している。

【００２０】図１に示されるように、ロッドメタル４の
内周面には、ゴム等の弾性体からなる環状のロッドパッ
キング１９が一対並んで装着されている。なお、シリン
ダチューブ２の外周面においてロッド端側寄りの位置に
は、排気回収ポート２０が設けられている。この排気回
収ポート２０は、連通路を介して前記一対のロッドパッ
キング１９間の領域に連通されている。従って、このポ
ート２０からは、ロッド１７等の発生した粉塵が回収さ
れるようになっている。

【００２１】また、ロッドメタル４の内周面には、ロッ
ド１７の摺動性を高めるための筒状のブッシュ２１が装
着されている。ロッド１７の基端部には、ゴム等の弾性
体からなる環状のクッションリング２２が嵌着されてい
る。このクッションリング２２があることにより、スト
ロークエンドにおいてピストン８に加わる衝撃が緩衝さ
れる。

【００２２】ロッド１７の先端部には、固定ビス２３及
びストッパボルト２４を用いてクランプアーム２５の基
端側が固定されている。クランプアーム２５はロッド１
７の軸線方向に対して直角に延びている。

【００２３】図２等に示されるように、ロッド１７の外
周面には曲線状カム溝３１が形成されている。曲線状カ
ム溝３１の形状は、所望とする複合運動のパターンに応
じて設定される。本実施形態のカム溝３１は、大まかに
いって３つの部分３１ａ，３１ｂ，３１ｃからなる。即
ち、カム溝３１においてロッド側に位置する第１の部分
３１ａは、エアシリンダ１の長手方向（即ちピストン８
の中心軸方向）に沿って直線的に延び、かつ他の部分３
１ｂ，３１ｃに比べて長くなっている。カム溝３１にお
いてヘッド側に位置する第３の部分３１ｃは、同じくピ
ストン８の中心軸方向に沿って直線的に延び、かつ第１
の部分３１ａに比べていくぶん短くなっている。ただ
し、第３の部分３１ｃは、第１の部分３１ａと同一の直
線上には存在していない。具体的にいうと、ピストン８
において第３の部分３１ｃがある箇所と第１の部分３１
ａがある箇所とがなす角度は、９０°に設定されてい
る。第１の部分３１ａと第３の部分３１ｃとは、ピスト
ン８の周方向に沿って斜めに延びる第２の部分３１ｂに
よって接続されている。また、前記２つの接続箇所は緩
やかなカーブになっている。本実施形態におけるカム溝
３１は、ピストン８の全長に近い長さを有している。

【００２４】前記カム溝３１は断面略Ｕ字状ないし略半
円状になっていて、その幅は溝底部に向かうほど狭くな
っている。また、カム溝３１は、全長を通じて等しい断
面形状になっている。

【００２５】図１，図３に示されるように、シリンダチ
ューブ２の外周面において一対のエア給排ポート１５，
１６間の位置には、シリンダチューブ２の内外を連通さ
せる固定孔３２が形成されている。そして、その固定孔
３２のある箇所には突出部材３３が固定されている。

【００２６】本実施形態の突出部材３３は、被覆部材と
してのカバー３４と、固定部材としてのねじ３５と、鋼
球３６と、鋼球保持体としてのホルダ３７と、押圧手段
としてのコイルバネ３８と、シール部材としてのＯリン
グ３９とによって構成されている。カバー３４の内面側
中央部には筒状部分３３ａが突設され、その筒状部分３
３ａの両側には前記ねじ３５を挿通するための孔が内外
面を貫通して一対形成されている。その結果、２個のね
じ３５によってカバー３４がシリンダチューブ２に固定
されている。このとき、筒状部分３３ａは固定孔３２に
嵌合された状態となる。筒状部分３３ａの外周面と固定
孔３２の内周面との間には、Ｏリング３９が配設され
る。このＯリング３９は、筒状部分３３ａの外周面と固
定孔３２の内周面との隙間を介して、シリンダチューブ
２内の加圧エアが外部に漏れることを防止する役割を果
たしている。

【００２７】前記筒状部分３３ａには、基部と軸部とか
らなるホルダ３７が収容されている。図３において上側
に位置するホルダ３７の軸部に対しては、コイルバネ３
８が圧縮状態で装着されている。コイルバネ３８の上端
は筒状部分３３ａの底部に当接され、コイルバネ３８の
下端はホルダ３７の基部上端面に当接されている。従っ
て、コイルバネ３８の付勢力によって、ホルダ３７は図
３における下方向（即ち移動体を構成するピストン８の
中心軸方向）に向かって常時付勢されている。

【００２８】ホルダ３７の基部下端面には半球状の保持
凹部が形成されていて、その保持凹部に対して鋼球３６
が転動可能な状態で保持されている。突出部材３３にお
ける摺接部位であるこの鋼球３６は、その一部がカム溝
３１に係合するような状態で配置されている。なお、本
実施形態において鋼球３６の球面の曲率半径は、カム溝
３１の曲率半径と同程度に設定されている。

【００２９】次に、このエアシリンダ１の動作を簡単に
説明する。図１(ｂ)においては、移動体はロッド側のス
トロークエンドにあり、ロッド１７はシリンダチューブ
２から大きく突出している。この状態において、第２の
エア給排ポート１６を介してロッド側の圧力作用室にエ
アを供給すると、エアの圧力によってピストン８が図１
(ｂ)の右側方向（即ちヘッド側）に押圧される。その結
果、ピストン８、ロッド１７及びクランプアーム２５が
ヘッド側への一体移動を開始する。このとき、鋼球３６
はカム溝３１に摺接しつつ案内される。なお、鋼球３６
は固定側にあってそもそも移動不能であることから、カ
ム溝３１のある移動体の側に移動が起こることとなる。

【００３０】鋼球３６がカム溝３１における第１の部分
３１ａを摺動しているとき、移動体は直線運動のみを行
い、回転運動を行わない。従って、クランプアーム２５
は図１(ｃ)における実線の位置を保ったまま直線運動を
行う。

【００３１】鋼球３６がカム溝３１における第２の部分
３１ｂを摺動しているとき、移動体は直線運動に加えて
回転運動も行う。従って、クランプアーム２５は図１
(ｃ)における実線の位置から二点鎖線の位置へと移動す
る。即ち、クランプアーム２５は元の位置から９０°回
動する。

【００３２】鋼球３６がカム溝３１における第３の部分
３１ｃを摺動しているとき、移動体は直線運動のみを行
い、回転運動を行わない。従って、クランプアーム２５
は図１(ｃ)における二点鎖線の位置を保ったまま直線運
動を行う。

【００３３】以上の結果、クランプアーム２５に所定の
クランプ動作を行わせて、図示しないワークをクランプ
させることができる。移動体がヘッド側のストロークエ
ンドに達したら、今度は逆に第１のエア給排ポート１５
を介してヘッド側の圧力作用室にエアを供給すると、エ
アの圧力によってピストン８が図１(ｂ)の左側方向（即
ちロッド側）に押圧される。その結果、ピストン８、ロ
ッド１７及びクランプアーム２５がロッド側への一体移
動を開始する。その結果、クランプ状態にあったクラン
プアーム２５がアンクランプ状態となり、ワークを釈放
するようになっている。

【００３４】従って、本実施形態によれば以下のような
効果を得ることができる。 （１）このエアシリンダ１では、突出部材３３を移動体
の中心軸方向に向かって常時押圧するようにして配置し
ている。このため、突出部材３３における摺接部位、即
ち本実施形態では鋼球３６を、曲線状カム溝３１に対し
て確実に摺接させることができる。よって、従来のもの
に比べて回転方向のガタツキが起こりにくくなる。ま
た、摺接部位が球面状であるため、ピン状に比べて摺動
抵抗自体が小さくなることに加え、上記のとおり常時押
圧力が働いていることから摺動抵抗の変動も小さくな
る。しかも、摺接部位が球面状であれば、構造上、芯ズ
レも起こりにくくなる。

【００３５】以上のことから、大きな駆動力を与えなく
ても、移動体に安定した複合動作を行わせることが可能
となる。従って、クランプアーム２５にスムーズなクラ
ンプ動作を行わせることが可能となる。

【００３６】（２）また、本実施形態のエアシリンダ１
によれば、芯ズレを心配する必要が特にないため、これ
を防止するための高精度加工も不要となる。よって、製
造困難化及び高コスト化を未然に防止することができ
る。

【００３７】（３）このエアシリンダ１では、カム溝３
１の断面を略Ｕ字状ないし略半円状に形成することによ
り、カム溝３１の断面形状を溝底部に向かうほど狭くな
るようにしている。その結果、従来とは異なり、摺接部
位である鋼球３６とカム溝３１の内壁面との間にクリア
ランスが生じなくなる。よって、鋼球３６をカム溝３１
の内壁面に確実に接触させることができ、回転方向のガ
タツキがよりいっそう起こりにくくなる。勿論、このこ
とはエアシリンダ１の動作性の向上に寄与している。

【００３８】（４）このエアシリンダ１の突出部材３３
は、鋼球３６をホルダ３７に転動可能な状態で保持させ
た構造になっている。従って、鋼球３６が転動不能であ
る場合に比べ、摺動抵抗がよりいっそう小さくなり、結
果としてエアシリンダ１の動作性の向上が図られる。こ
れに加えて、鋼球３６はステンレス等のような硬い材料
で形成されているため、摺接部位に用いられたとしても
それ自身に磨耗が起こりにくい。つまり、この構成であ
ればエアシリンダ１の長寿命化も図られる。

【００３９】（５）また、本実施形態の突出部材３３に
おける押圧手段は、コイルバネ３８であるため、突出部
材３３を比較的簡単な構成にて実現することができる。 （６）このエアシリンダ１では、 カム溝３１がロッド
１７の外周面にではなく、長細状のピストン８の外周面
に形成されている。一般にピストン８はロッド１７より
も大径であるため、仮に移動体をコンパクトに形成する
必要があったとしても、本実施形態によればカム溝３１
の形成場所に困るようなことがない。従って、小型化に
適したシリンダ構造とすることができる。

【００４０】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ 図４に示される別例のように、カム溝３１の曲率半
径を、鋼球３６の球面の曲率半径よりも若干大きく設定
してもよい。

【００４１】・ 曲線状カム溝３１の断面形状は、実施
形態や図４の別例のようなものに限定されるわけではな
く、適宜変更することが可能である。例えば、図５に示
される別例のように、カム溝３１の断面形状を略Ｖ字状
にしてもよく、この場合においても溝幅を溝底部に向か
うほど狭くすることができる。

【００４２】・ 鋼球３６のような硬質金属製の球体の
代わりに、例えば硬質なセラミックからなる球体等を使
用してもよい。要するに、磨耗が起こりにくくて低摩擦
の材料であれば足りる。

【００４３】・ 鋼球３６は鋼球保持体であるホルダ３
７に転動不能な状態で保持されていてもよい。 ・ 突出部材３３は、別体として形成された鋼球３６と
ホルダ３７とからなる実施形態のような構成のみに限定
されない。即ち、摺接部位である球面をその一部に有す
るようなものであっても構わない。

【００４４】・ カム溝３１は移動体に形成されていれ
ば足りるため、ロッド１７の外周面に形成されてもよ
い。 ・ 押圧手段であるバネに代えて、ゴム等の弾性体を用
いてもよい。また、上記のような機械的な押圧手段ばか
りでなく、空圧的な押圧手段によって突出部材３３を押
圧してもよい。

【００４５】・ 本発明のエアシリンダ１は、いわゆる
ロータリクランプシリンダとして使用されるばかりでな
く、それ以外の用途で用いられてもよい。 次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほか
に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を
以下に列挙する。

【００４６】（１） 請求項２，３において、前記カム
溝は断面略V字状または断面略U字状であること。 （２） 請求項３において、前記カム溝は断面略U字状
であって、前記カム溝の曲率半径は前記鋼球の球面の曲
率半径よりも大きいこと。

【００４７】（３） 請求項１乃至３において、前記カ
ム溝は、前記移動体を構成するピストン側の外周面に形
成されていること。従って、この技術的思想３に記載の
発明によれば、エアシリンダの小型化に適した構造とす
ることができる。

【００４８】（４） 請求項３において、前記突出部材
は、鋼球と鋼球保持体と押圧手段とからなり、前記鋼球
は前記鋼球保持体に転動可能な状態で保持され、前記押
圧手段は前記鋼球保持体を前記移動体の中心軸方向に向
かって常時押圧すること。

【００４９】（５） 技術的思想４において、前記押圧
手段は機械的押圧手段（例えばバネやゴム等）であるこ
と。従って、この技術的思想５に記載の発明によれば、
比較的簡単な構造にて突出部材を実現することができ
る。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、小さい駆動力でも安定した複合動作を行
うことができる流体圧シリンダを提供することができ
る。

【００５１】請求項２に記載の発明によれば、回転方向
のガタツキがよりいっそう起こりにくくなるため、動作
性が向上する。請求項３に記載の発明によれば、摺動抵
抗の低減によって動作性の向上が図られることに加え、
装置の長寿命化が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明を具体化した一実施形態のエア
シリンダの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における
断面図、（ｃ）は同エアシリンダの左側面図。

【図２】同エアシリンダを構成する移動体の部分斜視
図。

【図３】図１（ｂ）のＢ−Ｂ線における断面図。

【図４】別例のエアシリンダの要部断面図。

【図５】別例のエアシリンダの要部断面図。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、従来のエアシリンダの要部
断面図。

【符号の説明】

１…流体圧シリンダとしてのエアシリンダ、２…シリン
ダチューブ、８…移動体の一部であるピストン、１７…
移動体の一部であるロッド、３１…曲線状カム溝、３３
…突出部材、３６…突出部材の摺接部位である鋼球、３
７…突出部材を構成する鋼球保持体としてのホルダ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダチューブ内にピストン及びロッド
   からなる移動体を移動可能に収容するとともに、前記シ
   リンダチューブ側に固定された突出部材が摺接する曲線
   状カム溝を前記移動体の外周面に形成し、流体の給排に
   よって前記移動体に直線運動及び回転運動を複合的に行
   わせる流体圧シリンダにおいて、 前記突出部材における摺接部位を球面状にするととも
   に、前記突出部材を前記移動体の中心軸方向に向かって
   常時押圧するようにして配置したことを特徴とする流体
   圧シリンダ。
2. 【請求項２】前記カム溝の断面形状を、溝底部に向かう
   ほど狭くなるようにしたことを特徴とする請求項１に記
   載の流体圧シリンダ。
3. 【請求項３】前記突出部材は、鋼球と鋼球保持体とから
   なり、前記鋼球は前記鋼球保持体に転動可能な状態で保
   持されていることを特徴とする請求項１または２に記載
   の流体圧シリンダ。