JP2002013506A - 多軸アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 様々な表面形状を有するワークの支持に共通
に使用することができ、しかも近接する複数点での同時
支持によってワーク表面に傷や変形等を生じることがな
い、合理的構造で勝れた支持機能を有する多軸アクチュ
エータを得る。 【解決手段】 共通の基台１に並べて立設された複数の
シリンダー７と、各シリンダー７の内部に摺動自在に収
容されたピストン８と、各シリンダー７の内部に形成さ
れた圧力室９と、各圧力室９に連通する共通の流体流路
１０と、上記各シリンダー７との対応位置に上記ピスト
ン８に連動して前後進自在なるように立設された複数の
支持シャフト１３と、これらの各支持シャフト１３を任
意の動作位置でロック可能なロック機構２０とで多軸ア
クチュエータを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、曲面形状をした表
面を有するワークの支持に適した多軸アクチュエータに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車の車体や各種機械のケー
シングのような２次元的又は３次元的に湾曲する表面形
状を有するワークを塗装したり、溶接したり、洗浄した
り、あるいは組み立てたりする各種処理工程において
は、これらのワークを何らかの支持手段を用いて複数点
で支持しなければならない。このような場合に、上記ワ
ークは通常、薄くて変形し易いプラスチックや金属板な
どで形成されていることから、点接触による支持ではそ
の部分に傷や変形等を生じ易く、そのため、支持手段を
できるだけ広い面積でワークに接触させることが必要で
ある。

【０００３】ところが、上記支持手段で支持すべきワー
クの表面形状は常に一定であるとは限らず、様々な表面
形状を持ったワークを支持しなければならず、しかも、
同じワークであっても支持点によって表面形状が異なる
場合も多く、従って、特定の表面形状に合わせて支持手
段の接触面積を大きくすると、この支持手段を異なる表
面形状を持った他のワークの支持や他の支持点での支持
に共通に使用することができなくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、様々な表面形状を有するワークの支持に共通に使用
することができ、しかも近接する複数点での同時支持に
よってワーク表面に傷や変形等を生じることがない、合
理的構造で勝れた支持機能を有する支持手段を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明によれば、共通の基台に互いに平行をなすように
並べて設置された複数のシリンダーと、各シリンダーの
内部にそれぞれ摺動自在に収容されたピストンと、上記
各シリンダーの内部の上記ピストンの一側に形成された
圧力室と、各圧力室に連通する共通の流体流路と、上記
各シリンダーとの対応位置に、互いに平行をなしかつ上
記ピストンに連動して前後進自在なるように並べて設置
され、先端の支持部でワークを支持する複数の支持シャ
フトと、これらの各支持シャフトを任意の動作位置でロ
ック可能なロック機構とを有することを特徴とする多軸
アクチュエータが提供される。

【０００６】上記構成を有する多軸アクチュエータは、
各シリンダー内の圧力室に共通の流体流路を通じて圧力
流体を供給し、各ピストンを動作させて複数の支持シャ
フトを一斉に前進させ、その状態でこれらの支持シャフ
トの先端に曲面形状をしたワークを当接させる。する
と、該ワークの曲面形状に応じて各支持シャフトの動作
位置が変化し、全ての支持シャフトが互いに同じ接触圧
でワークの表面に接触する。そこで、各支持シャフトを
ロック機構でその位置にロックすることにより、該ワー
クを支持することができる。

【０００７】支持したワークが取り出されたあと、支持
シャフトのロックを解除して上述した操作を繰り返すこ
とにより、異なる表面形状を持った各種ワークを同様に
支持することができる。

【０００８】かくして本発明の多軸アクチュエータは、
様々な表面形状を有するワークの支持に共通に使用する
ことができ、しかも、複数の支持シャフトによりワーク
を近接する多点で同時に支持するようにしているため、
実質的に面接触又は線接触で支持する場合と同様の支持
効果が得られ、ワークの表面に傷や変形等を生じること
がない。

【０００９】本発明の具体的な実施形態によれば、上記
複数のシリンダーと複数のピストン及び複数の支持シャ
フトとがそれぞれ、互いに同一構造及び同一寸法を有し
ていて、一列に並べて設置されており、また上記ロック
機構が、各支持シャフトが貫通する複数のロック孔を備
えた傾動自在の少なくとも１つのロックプレートと、こ
のロックプレートを各ロック孔の孔縁が支持シャフトに
係止するロック位置に向けて弾発、傾動させるばね手段
と、上記各ロックプレートをアンロック位置に変移させ
るロック解除機構とを含んでいる。

【００１０】さらに具体的には、上記ロック機構が、一
端側を支点として他端側が相互に開閉するように設置さ
れた一対のロックプレートを有し、これらのロックプレ
ートは、相互に閉じる方向への回動によってシャフトを
前後進の両方向についてロック可能なるように構成され
ると共に、それぞれが上記ばね手段で相互に閉じる方向
に向けて弾発され、また上記ロック解除機構は、流体圧
力の作用により動作するロッドを有していて、このロッ
ドの先端に先細り状をしたくさびが形成され、該ロッド
を前進させてこのくさびを２つのロックプレート間に挿
入することにより、これらのロックプレートを同時にア
ンロック位置に変移させ得るように構成されている。

【００１１】本発明において好ましくは、２つのロック
プレートにおける上記くさびとの接触部に、それぞれベ
アリングを取り付けることである。

【００１２】本発明の他の実施形態によれば、上記基台
に軸受ブロックが取り付けられていて、この軸受ブロッ
クに上記複数の支持シャフトがガイドを介して前後進自
在なるように支持され、この軸受ブロックの内部に上記
ロック機構のロックプレートが設置されている。

【００１３】上記支持シャフトの先端の支持部には、該
支持部をワークに緩衝的に接触させるための緩衝部材を
取り付けることが望ましい。また、上記ロックプレート
の各ロック孔には、支持シャフトとの間の摩擦を高める
ための弾性ブッシュを嵌め付けることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１〜４には本発明に係る多軸ア
クチュエータの代表的な一実施形態が示されている。こ
の多軸アクチュエータは、横長の基台１と、この基台１
の上面に該基台１に沿って取り付けられた横長の軸受ブ
ロック２とを有している。

【００１５】上記基台１は、底部に位置する細長い角棒
状の下部フレーム３と、この下部フレーム３の上方に平
行に位置する角棒状の上部フレーム４と、これらの下部
フレーム３と上部フレーム４とを連結するプレート状又
は棒状をした左右のサイドフレーム５とからなるもの
で、この基台１には、同一形状及び同一寸法を有する円
筒形をした複数のシリンダー７が、上記下部フレーム３
に下端部を支持されると共に、上部フレーム４に上端部
を支持されることにより、一列に等間隔で互いに平行を
なすように立設されている。

【００１６】上記各シリンダー７の内部には、同じ受圧
面積を持つピストン８がそれぞれ摺動自在に収容される
と共に、各ピストン８の下面側にそれぞれ圧力室９が区
画形成され、これらの各圧力室９は、下部フレーム３の
内部に設けた共通の流体流路１０にそれぞれ通孔１０ａ
によって連通し、ポート１１からこの流体流路１０を通
じて圧縮空気等の圧力流体が供給されるようになってい
る。

【００１７】一方、上記軸受ブロック２には、各シリン
ダー７と同じ軸線上の位置にそれぞれ、円形断面を持つ
複数の支持シャフト１３が、リニアボールベアリング等
の摺動抵抗の小さいガイド１４に支持されて、互いに平
行しかつピストン８に連動して上下方向に向けて前後進
自在なるように配設され、各支持シャフト１３の先端に
は、ワークＷ（図３参照）の表面に接触して該ワークＷ
を支持する支持部１３ａが設けられている。この支持部
１３ａには、それをワークＷに緩衝的に接触させるた
め、図１における一部の支持シャフトに鎖線で表示した
ように、ゴムや合成樹脂等からなるキャップ状やその他
の形状をした緩衝部材１８を、必要に応じて固定的又は
着脱自在に取り付けることができる。

【００１８】上記各支持シャフト１３の下端はピストン
８の上面に当接しており、該支持シャフト１３が当接す
るピストン８の上面には、ゴムや合成樹脂等の緩衝用の
弾性部材８ａが埋め込まれている。また、上記各支持シ
ャフト１３の下端には、ワッシャー形をしたストッパ１
５がそれぞれ取り付けられ、このストッパ１５が、支持
シャフト１３の前進ストローク端において軸受ブロック
２の孔縁又はガイド１４に係止するようになっている。

【００１９】上記軸受ブロック２の上面には、各支持シ
ャフト１３を取り囲むようにスクレーパーホルダー１６
が取り付けられ、このスクレーパーホルダー１６内に支
持シャフト１３に摺接する金属スクレーパー１７が設け
られている。このスクレーパー１７は、支持シャフト１
３に付着した塵埃やミスト、油、液体等を除去すること
により、それらがガイド１４内に侵入して摺動抵抗を増
大させるのを防止するものである。

【００２０】上記軸受ブロック２にはまた、各支持シャ
フト１３を任意の動作位置でロック可能なロック機構２
０が付設されている。このロック機構２０は、各支持シ
ャフト１３が貫通する複数のロック孔２２を備えた上下
一対のロックプレート２１ａ，２１ｂを備えている。こ
れらのロックプレート２１ａ，２１ｂは、上記軸受ブロ
ック２に形成した室２３の中に、先端部をローラー２４
で回動自在に支持されることにより、該先端部を支点と
して基端側が開閉するように配設され、それぞれが、室
壁との間に設けた一つ又は複数のばね手段２５，２５に
より相互に閉じる方向に弾発されている。そして、これ
らのばね手段２５，２５の弾発力によって両ロックプレ
ート２１ａ，２１ｂが、図２に示すように相互に閉じる
方向へ回動したとき、各ロック孔２２の孔縁が支持シャ
フト１３に係止して、各支持シャフト１３が前後進の両
方向についてロックされるようになっている。上記ロッ
クプレート２１ａ，２１ｂのロック孔２２には、支持シ
ャフト１３との間の摩擦を高めるため、合成ゴムや合成
樹脂等の高摩擦性と弾性とを備えた素材からなるブッシ
ュ２２ａが嵌め付けておくことが望ましい。

【００２１】なお、上記ロックプレート２１ａ，２１ｂ
の先端部を回動自在に支持させるため、図示の例では、
ロックプレート２１ａ，２１ｂの先端に窪み２６ａを有
する軸受部２６を設け、その窪み２６ａをローラー２４
の軸２４ａに嵌合させているが、このような構成に限定
されない。また、上記ロック孔２２は円形に限るもので
はなく、楕円や三角形あるいは四角形など、その他の形
状の孔であっても良い。さらに、上記ばね手段２５も、
図示したようなコイルスプリングに限定されるものでは
なく、板ばねや合成ゴムなど任意の弾性素材からなるも
のを使用することができる。

【００２２】上記軸受ブロック２には更に、上記一対の
ロックプレート２１ａ，２１ｂをアンロック位置に変移
させるためのロック解除機構２８が付設されている。こ
のロック解除機構２８は流体圧操作式のもので、上記軸
受ブロック２の側面に取り付けられたシリンダー２９
と、このシリンダー２９内に摺動自在に収容されたピス
トン３０と、このピストン３０の一側に形成された圧力
室３１と、上記ピストン３０から上記ロックプレート２
１ａ，２１ｂに向けて延出するロッド３２と、上記ピス
トン３０を復帰させるための復帰ばね３３と、上記圧力
室３１に通じるポート３４とを含み、上記ロッド３２の
先端には、先細り状をした三角形断面のくさび３２ａが
設けられている。

【００２３】そして、上記ポート３４から圧力室３１内
に圧縮空気等の圧力流体を供給すると、図３に示すよう
に、ピストン３０が動作してロッド３２が前進し、その
先端のくさび３２ａが２つのロックプレート２１ａ，２
１ｂ間に進入することより、これらのロックプレート２
１ａ，２１ｂがそれぞれ、ばね手段２５に抗して、各ロ
ック孔２２の孔縁が支持シャフト１３への係止から外れ
るアンロック位置に同時に傾動、変移させられるように
なっている。

【００２４】上記圧力室３１内の圧力流体を排出する
と、上記ロッド３２が復帰ばね３３の力で後退すると共
に、２つのロックプレート２１ａ，２１ｂがばね手段２
５の弾発力によって閉じる方向に変移し、各支持シャフ
ト１３をロックする。ここで、上記ロックプレート２１
ａ，２１ｂ及びロッド３２がロック位置とアンロック位
置とに変移する際の抵抗を極力小さくするため、２つの
ロックプレート２１ａ，２１ｂにおけるくさび３２ａと
の接触部には、それぞれ、ベアリング３５のような回転
部材を取り付けておくことが望ましい。

【００２５】なお、図示した例では、上記ロック孔２２
を、各ロックプレート２１ａ，２１ｂに直角に設けるこ
となく、やや斜めに傾斜させて設けると共に、それらの
傾斜方向を２つのロックプレート２１ａ，２１ｂで互い
に逆にしているため、図２に示すロック位置では２つの
ロックプレート２１ａ，２１ｂがほぼ平行をなし、図３
に示すアンロック位置では両ロックプレート２１ａ，２
１ｂが傾いている。

【００２６】上記構成を有する多軸アクチュエータは、
それを塗装工程や溶接工程あるいは組立工程等における
作業台の複数か所に、支持シャフト１３を鉛直に向けて
設置し、図４に示すように、下部フレーム３に設けたポ
ート１１を、並列接続された減圧弁４０及びチェック弁
４１を介して圧力流体源４２に接続すると共に、ロック
解除機構２８のポート３４を、切換弁４３を介して上記
圧力流体源４２に接続する。

【００２７】そして、上記ポート１１から共通の流体流
路１０を通じて各シリンダー７の圧力室９に圧力流体が
供給されている状態で、上記切換弁４３を切り換えてロ
ック解除機構２８の圧力室３１内に圧力流体を供給する
と、ピストン３０が動作してロッド３２が前進し、２つ
のロックプレート２１ａ，２１ｂを図３のアンロック位
置に変移させるため、各支持シャフト１３のロックが解
除され、これらの支持シャフト１３は、ピストン８の動
作によって図１に示すように一斉に上昇する。この状態
で、これらの支持シャフト１３の上に曲面形状を有する
ワークＷを載せると、図４に示すように、該ワークＷの
曲面形状に応じて各支持シャフト１３の高さが変化し、
全ての支持シャフト１３が互いに同じ接触圧でワークＷ
の表面に接触する。そこで、図２に示すように、上記ロ
ック解除機構２８の圧力室内３１内の圧力流体を排出し
てロッド３２を後退させ、２つのロックプレート２１
ａ，２１ｂをロック位置に変移させることにより、各支
持シャフト１３をその位置にロックしてワークＷを安定
的に支持させることができる。

【００２８】上記ワークＷの処理が終了して該ワークＷ
を取り出したあと、ロック解除機構２８を操作して上記
各支持シャフト１３のロックを解除し、上述した操作を
繰り返すことにより、異なる表面形状を持った各種ワー
クＷを同様に支持することができる。

【００２９】かくして上記多軸アクチュエータは、ワー
クＷを複数の支持シャフト１３で近接する多点において
同時に支持するようにしているため、該ワークＷの表面
に傷や変形等を生じることがない。しかも、上記支持シ
ャフトを流体圧で駆動する方式であるため、スプリング
力を利用するものと異なり、ワークに作用する反力を簡
単且つ任意に調整することができるだけでなく、その反
力を各支持シャフトのストローク（支持位置）に関係な
く一定にすることができ、このため、ワークを複数の支
持シャフトにより同じ接触圧で安全に支持することがで
きると共に、様々な表面形状を有するワークの支持に共
通に使用することができる。さらに、支持シャフトのロ
ックに電磁力を使用する場合のように雰囲気中の鉄粉等
を吸着するといった問題がないため、様々な作業環境で
使用することができる。

【００３０】上記実施例では、ロック機構２０が、全て
の支持シャフト１３を１組のロックプレート２１ａ，２
１ｂだけでロックするように構成されているが、支持シ
ャフト１３の数が多い場合はこの支持シャフト１３を複
数のグループに分け、各グループ毎に一対のロックプレ
ート２１ａ，２１ｂとロック解除機構２８とを設けても
良い。この場合には、各ロック解除機構２８は互いに同
期して動作するように制御される。

【００３１】また、上記実施例のように支持シャフト１
３のロックを上下一対のロックプレートで行うことな
く、上下何れか一方のロックプレートだけを設け、この
１つのロックプレートを傾動させて支持シャフトをロッ
クするように構成することもできる。

【００３２】あるいは、ロック機構２０として他の構成
のものを用いることもできる。例えば、上記実施例で使
用されているようなロックプレートをロック孔の位置で
前後に２分割した形の前後一対又は複数対のロック部片
を使用し、これらのロック部片で各支持シャフトを両側
から挟み付けることによってこれらの支持シャフトをロ
ックするようにしても良い。この場合、上記ロック部片
の開閉は、流体圧作用力やばね力あるいはボールねじの
回転による推力等を単独で又は複数併用して行うことが
できるが、安全性を考慮するとロック方向へはばね力で
弾発することが望ましい。

【００３３】なお、上記多軸アクチュエータは、支持シ
ャフトを鉛直に向けて使用するだけでなく、斜め上向き
や横向きにして使用することもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上に詳述したように本発明によれば、
様々な表面形状を有するワークの支持に共通に使用する
ことができ、しかも近接する複数点での同時支持によっ
てワーク表面に傷や変形等を生じることがない、合理的
構造で勝れた支持機能を有する支持手段を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多軸アクチュエータの縦断正面図
である。

【図２】図１のロック状態での側面図である。

【図３】図１のアンロック状態での側面図である。

【図４】図１の多軸アクチュエータでワークを支持する
状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 基台 ２ 軸受ブロック ７ シリンダー ８ ピストン ９ 圧力室 １０ 流体流路 １３ 支持シャフト １３ａ 支持部 １４ ガイド １８ 緩衝部材 ２０ ロック機構 ２１ａ，２１ｂ ロックプレート ２２ ロック孔 ２５ ばね手段 ２８ ロック解除機構 ３２ ロッド ３２ａ くさび ３５ ベアリング

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】共通の基台に互いに平行をなすように並べ
   て設置された複数のシリンダー、 上記各シリンダーの内部にそれぞれ摺動自在に収容され
   たピストン、 各シリンダーの内部の上記ピストンの一側に形成された
   圧力室、 上記各圧力室に連通する共通の流体流路、 上記各シリンダーとの対応位置に、互いに平行をなしか
   つ上記ピストンに連動して前後進自在なるように並べて
   設置され、先端の支持部でワークを支持する複数の支持
   シャフト、 上記各支持シャフトを任意の動作位置でロック可能なロ
   ック機構、を有することを特徴とする多軸アクチュエー
   タ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の多軸アクチュエータにお
   いて、上記複数のシリンダーと複数のピストン及び複数
   の支持シャフトとが、それぞれ、互いに同一構造及び同
   一寸法を有していて、一列に並べて設置されており、ま
   た上記ロック機構が、複数の支持シャフトが貫通する複
   数のロック孔を備えた傾動自在の少なくとも１つのロッ
   クプレートと、このロックプレートを各ロック孔の孔縁
   が支持シャフトに係止するロック位置に向けて弾発、傾
   動させるばね手段と、上記各ロックプレートをアンロッ
   ク位置に変移させるためのロック解除機構とを含むこと
   を特徴とするもの。
3. 【請求項３】請求項２に記載の多軸アクチュエータにお
   いて、上記ロック機構が、一端側を支点として他端側が
   相互に開閉するように設置された一対のロックプレート
   を有し、これらのロックプレートは、相互に閉じる方向
   への回動によってシャフトを前後進の両方向についてロ
   ック可能なるように構成されると共に、それぞれが上記
   ばね手段で相互に閉じる方向に向けて弾発され、また上
   記ロック解除機構は、流体圧力の作用により動作するロ
   ッドを有していて、このロッドの先端には先細り状をし
   たくさびが形成され、該ロッドを前進させてこのくさび
   を２つのロックプレート間に挿入することにより、これ
   らのロックプレートを同時にアンロック位置に変移させ
   得るように構成されていることを特徴とするもの。
4. 【請求項４】請求項３に記載の多軸アクチュエータにお
   いて、２つのロックプレートにおける上記くさびとの接
   触部に、それぞれベアリングが取り付けられていること
   を特徴とするもの。
5. 【請求項５】請求項２から４までの何れかに記載の多軸
   アクチュエータにおいて、上記基台に軸受ブロックが取
   り付けられ、この軸受ブロックに上記複数の支持シャフ
   トがガイドを介して前後進自在なるように支持され、こ
   の軸受ブロックの内部に上記ロック機構のロックプレー
   トが設置されていることを特徴とするもの。
6. 【請求項６】請求項２から５までの何れかに記載の多軸
   アクチュエータにおいて、上記ロックプレートの各ロッ
   ク孔に、支持シャフトとの間の摩擦を高めるための弾性
   ブッシュが嵌め付けられていることを特徴とするもの。
7. 【請求項７】請求項１から６までの何れかに記載の多軸
   アクチュエータにおいて、上記支持シャフトの先端の支
   持部に、該支持部をワークに緩衝的に接触させるための
   緩衝部材が取り付けられていることを特徴とするもの。