JP2011002041A - 流体圧シリンダ - Google Patents

Abstract

【課題】可動部に取付けられて使用する場合であって長期間の使用が可能であり、シリンダの周囲の磁気による誤動作を起こすおそれがなく、かつ小型化されたピストン位置検出手段を有する流体圧シリンダを提供することを目的とする。
【解決手段】チューブ２のロッド側端部およびヘッド側端部のうちの少なくとも一方に端部ブロック２５，２６を設ける。端部ブロック２５，２６に切換弁１２，１３を設ける。切換弁１２，１３は、端部ブロック２５，２６内に設けられた孔３５，４５に摺動可能に設けられた弁体１２ｄ、１３ｄと、弁体１２ｄ、１３ｄをチューブ２内部に向けて押圧する押圧スプリング１２ｅ、１３ｅと、弁体１２ｄ、１３ｄに設けられ、端部ブロック２５，２６のチューブ２の内部側端部から突出して設けられた操作部１２ｆ、１３ｆとを備える。弁体１２ｄ、１３ｄにピストン３が当接することによって切換弁１２，１３が切換わる。
【選択図】図３

Description

本発明はピストン位置検出装置を有する流体圧シリンダに係り、特に例えばロボットの可動部先端に取付けられる場合に好適な流体圧シリンダに関する。

空気圧シリンダ等の流体圧シリンダには、その作動状態をコントローラやオペレータに知らせるため、ピストンの位置を検出する装置が付設されたものがある。このようなピストン位置検出のための従来装置として、例えば特許文献１に記載のように、ピストンに磁石を設け、非磁性体で構成されたシリンダチューブの外部に、前記磁石の近接により作動する位置検出センサを設け、この位置検出センサの作動をケーブルにより電気信号としてコントローラ等に伝達する構成を有するものがある。

従来のピストンの位置検出装置の他の例として、例えば特許文献２、３に記載のように、シリンダの外部にリミットスイッチを設け、ピストンロッドに前記リミットスイッチを作動させるストライカを取付け、リミットスイッチとコントローラ等とをケーブルにより接続したものがある。

特開２００４−１１７２２号公報 特開平５−１０６６０５号公報 特開２００６−２２０１７９号公報

前述のように、従来のピストン位置検出装置は、いずれも位置検出センサやリミットスイッチにケーブルが接続されてコントローラ等に接続される構成を有している。しかしながら、流体圧シリンダがロボットの先端に取付けられるもののように、装置や機械の可動部分に取付けられて使用される場合、ケーブル中の銅線やアルミニウム線等の芯線が繰り返し曲げ力を受け、使用期間の経過により芯線が断線することがあるという問題点があった。特に近年においては流体圧シリンダの小型化によりケーブルに細線が用いられる場合も多いため、長期間の使用に耐えるものを提供することが困難となる傾向にある。また、磁石を用いた位置検出装置の場合、流体圧シリンダが磁気のある雰囲気で使用される場合、磁気により誤った位置検出動作を起こすおそれがあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、可動部に取付けられて使用する場合であっても長い耐用期間が得られると共に、シリンダの周囲の磁気による誤動作を起こすおそれがない流体圧シリンダのピストン位置検出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、小型化された位置検出手段を有する流体圧シリンダを提供することを他の目的とする。

請求項１の流体圧シリンダは、流体圧シリンダのチューブのロッド側端部およびヘッド側端部のうちの少なくとも一方に設けられた端部ブロックと、この端部ブロック内に設けられた切換弁を有し、
前記切換弁は、前記端部ブロック内に設けられた孔に摺動可能に設けられた弁体と、
前記弁体を前記チューブ内部に向けて押圧する押圧スプリングと、
前記弁体に設けられ、前記端部ブロックの前記チューブの内部側端部から突出して設けた操作部とを備え、
前記操作部に前記ピストンが当接することによって前記操作部および前記弁体が移動して前記切換弁が切換わり、前記切換弁の出力ポートに前記ピストンの当接に呼応した流体圧が現れることを特徴とする。

請求項２の流体圧シリンダは、請求項１に記載の流体圧シリンダにおいて、前記切換弁がスプール弁でなり、前記操作部は前記切換弁のスプールの延長上に設けられ、前記操作部が前記ピストンに当接しスプールと共に移動することにより、前記出力ポートが供給ポートから遮断された状態から供給ポートに連通する構成を有することを特徴とする。

請求項１の発明は、流体圧シリンダのピストン位置検出手段としてピストンにより操作されて切換わる切換弁を備えることにより、検出信号の伝達手段としてホースを用いることを可能となる。このように、本発明は、ホースとしては樹脂製の可撓性のあるものを用いることを可能としているので、金属製の芯線を有するケーブルに比較して断線等の故障を生じる度合が少なくなり、長期使用に耐えるピストン位置検出手段を有する流体圧シリンダが提供できる。また、ピストン位置検出手段が切換弁により構成されるので、シリンダの周辺に磁気がある場合であっても、その磁気によって誤動作を起こすおそれがない。また、本発明の流体圧シリンダは、チューブの端部ブロック内に切換弁を構成したので、ピストンに設けた磁石の磁気を検出する位置検出センサやリミットスイッチをチューブの外部に取付けるものに比較して、ピストン位置検出手段を小形に構成することができる。

請求項２の発明は、切換弁をスプール弁によって構成したことにより、比較的容易に切換弁を構成することができる。すなわち、端部ブロックにスプール用円孔と操作部用円孔を形成してその各円孔にスプールおよび操作部をそれぞれ収容することにより、比較的容易に切換弁を実現することができる。

本発明による流体圧シリンダの一実施の形態示す構成図である。 本実施の形態の流体圧シリンダを示す正面図である。 本実施の形態の流体圧シリンダを示す右側面図である。 本実施の形態の流体圧シリンダを示す左側面図である。 本実施の形態の流体圧シリンダを、ピストンがロッド側端部にある状態で示す断面図である。 本実施の形態の流体圧シリンダを、ピストンがヘッド側端部にある状態で示す断面図である。 本実施の形態の流体圧シリンダのロッド室側切換弁を示す断面図である。 本実施の形態の流体圧シリンダのヘッド室側切換弁を示す断面図である。

図１は本発明による流体圧シリンダの一実施の形態を示す。この実施の形態は流体圧シリンダが空気圧シリンダである例について示す。１は空気圧シリンダ、２はそのチューブ、３はそのピストン、４は空気圧シリンダのコントロール弁、５はコントローラである。

この空気圧シリンダ１はコントローラ５からの制御信号あるいはオペレータにより発生させる操作信号によりコントロール弁４のソレノイド４ａが励磁されるとコントロール弁４が右位置に切換わり、空気圧源６からの加圧空気が空気圧シリンダ１のヘッド室１０に供給されてピストン３が図面上左方向に移動し、ピストンロッド９が伸長する。反対に、ソレノイド４ｂが励磁されるとコントロール弁４が左位置に切換わり、空気圧源６からの加圧空気が空気圧シリンダ１のロッド室７に供給されてピストン３が図面上右方向に移動し、ピストンロッド９が収縮する。

１２，１３はピストン３の位置を検出するために空気圧シリンダ１に設けた切換弁である。各切換弁１２，１３はそれぞれ供給ポート１２ａ，１３ａと、排気ポート１２ｂ，１３ｂと、出力ポート１２ｃ，１３ｃとを有する。

図１において、切換弁１２，１３はいずれも不動作状態で示しており、図示のように、スプール１２ｄ，１３ｄにピストン３が当接しない状態では出力ポート１２ｃ，１３ｃは排気ポート１２ｂ，１３ｂに連通する。反対にピストン３がスプリング１２ｅ，１３ｅに抗してスプール１２ｄ，１３ｄを操作する（押し込む）と、空気圧源６からの加圧空気が出力ポート１２ｃ，１３ｃへ供給される。

１４，１５は圧力スイッチであり、これらの圧力スイッチ１４，１５はそれぞれ切換弁１２，１３の出力ポート１２ｃ，１３ｃとの間を可撓性を有するホース１６，１７により接続する。図１において、圧力スイッチ１４，１５はオフ状態を示す。図示のように圧力スイッチ１４，１５がオフ状態では電源１８はコントローラ５に接続されず、反対に圧力スイッチ１４または１５がオン状態になると、電源１８からの電圧がコントローラ５に加わり、オン状態であることがコントローラ５に伝えられる。

例えばロボットにおいては、コントローラ５は好ましくは静止するかあるいは動きの少ない取付け部（図示せず）に置かれ、圧力スイッチ１４，１５はコントローラ５の近傍あるいはコントローラ５内に置かれる。コントローラ５等の取付け部に対し、空気圧シリンダ１はコントローラ５により動作制御される可動支持手段（図示せず）を介して支持される。空気圧シリンダ１に設ける切換弁１２，１３に接続されるホース１６，１７や、空気圧シリンダ１に加圧空気を供給するホースは、可動支持手段による空気圧シリンダ１の動きに追従可能とするため、取付け部と空気圧シリンダ１との間に弛ませて取付けられる。

図２〜図６は空気圧シリンダ１の一実施の形態を示す。図５、図６に示すように、空気圧シリンダ１のチューブ２内にピストン３が摺動可能に収容される。１９はピストン３の外周に設けたゴム製のパッキングである。チューブ２の両端に矩形断面の端部ブロック２５，２６を固定する。ロッド側の端部ブロック２５には、ピストンロッド９を摺動可能に嵌合する貫通孔２７と、ロッド室７に対して空気を給排するポート２８と、このポート２８とロッド室７との間を連通させる円孔２９とを有する。また、この端部ブロック２５には、この空気圧シリンダ１を適用機器に取付けるためのねじ部２５ａを有する。３０は貫通孔２７とピストンロッド９との間の隙間から空気の漏出を防止するゴム製のパッキングである。ヘッド側の端部ブロック２６には、ヘッド室１０に対して空気を給排するために設けたポート３２と、このポート３２とヘッド室１０との間を連通させる円孔３３とを有する。

端部ブロック２５，２６内にそれぞれ切換弁１２，１３を構成する。図２〜図４に示すように、端部ブロック２５，２６の一方の側面に切換弁１２，１３の供給ポート１２ａ，１３ａを設け、他方の側面に出力ポート１２ｃ，１３ｃと排気ポート１２ｂ，１３ｂとを設けている。これらポート１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃは端部ブロック２５，２６の同じ側の側面に設けてもよい。

図７、図８にそれぞれ切換弁１２，１３の構成を示す。図７において、３５は端部ブロック２５内にピストンロッド９と同方向に設けた円孔である。この円孔３５はピストン３側の端部３５ａを小径に形成する。１２ｄは円孔３５に摺動可能に嵌合したスプールである。このスプール１２ｄは、このスプール１２ｄをピストン３により操作する操作部として設けた小径部１２ｆが、円孔３５の端部の小径部３５ａに摺動可能に嵌合される。３６は円孔３５の外端に嵌着した蓋、３７はこの蓋３６を端部ブロック２５に固定するねじである。１２ｅはスプール１２ｄと蓋３６との間に介装した押圧スプリングである。

スプール１２ｄの外周には間隔をおいて３つの環状突起３８ａ，３８ｂ，３８ｃを形成し、これらの環状突起３８ａ，３８ｂ，３８ｃの外周にはパッキング３９を設ける。環状突起３８ａと３８ｂとの間に供給ポート１２ａと出力ポート１２ｃとの間を連通、遮断する第１の室４０を形成し、環状突起３８ｂと３８ｃとの間に出力ポート１２ｃと排気ポート１２ｂとの間を連通、遮断する第２の室４１を形成する。

図６に示すように、ピストンロッド９が収縮状態にあり、ピストン３がスプール１２ｄの内端に当接しない状態においては、スプール１２ｄの小径部１２ｆの先端部は図７に示す押圧スプリング１２ｅの力によって端部ブロック２５の内端部からロッド室７側に押し出されている。このとき、供給ポート１２ａと出力ポート１２ｃとは環状突起３８ｂにより遮断されている。この時、出力ポート１２ｃと排気ポート１２ｂとは第２の室４１を介して連通し、出力ポート１２ｃの圧力は大気圧となっている。したがってこのときは、切換弁１２の出力ポート１２ｃにホース１６を介して接続された圧力スイッチ１４の入力ポートには大気圧が加わり、圧力スイッチ１４はオフである。

反対に図５に示すように、ピストン３がストロークエンド近傍まで移動することにより、ピストン３がスプール１２ｄの内端に当接し、図７に示す押圧スプリング１２ｅの力に抗してスプール１２ｄを押込むと、図７におけるスプール１２ｄの左行により、供給ポート１２ａと出力ポート１２ｃとは第１の室４０により連通し、出力ポート１２ｃと排気ポート１２ｂとの間は環状突起３８ｂにより遮断される。したがってこのときは、圧力スイッチ１４はオンとなる。このように、ピストン３がストロークエンドまで移動することにより、スプール１２ｄがピストン３により押されて切換弁１２が切換わり、空気圧源６からの加圧空気がホース１６を通して圧力スイッチ１４に加わり、圧力スイッチ１４を作動させるため、コントローラ５側ではピストン３がストロークエンドまで伸長したことを検知することができる。また、圧力スイッチ１４がオフとなれば、ピストン３が端部ブロック２５から離れたことを検知することができる。

切換弁１３も同様に構成される。図８において、４５は端部ブロック２６内にピストンロッド９と同方向に設けた円孔である。この円孔４５はピストン３側端部４５ａを小径に形成する。１３ｄは円孔４５に摺動可能に嵌合したスプールである。このスプール１３ｄは、このスプール１３ｄをピストン３により操作する操作部として設けた小径部１３ｆが、円孔４５の端部の小径部４５ａに摺動可能に嵌合される。４６は円孔４５の外端に嵌着した蓋、４７はこの蓋４６を端部ブロック２６に固定するねじである。１３ｅはスプール１３ｄと蓋４６との間に介装した押圧スプリングである。

スプール１３ｄの外周には間隔をおいて３つの環状突起４８ａ，４８ｂ，４８ｃを形成し、これらの環状突起４８ａ，４８ｂ，４８ｃの外周にはパッキング４９を設ける。環状突起４８ａと４８ｂとの間に供給ポート１３ａと出力ポート１３ｃとの間を連通、遮断する第１の室５０を形成し、環状突起４８ｂと４８ｃとの間に出力ポート１３ｃと排気ポート１３ｂとの間を連通、遮断する第２の室５１を形成する。

ピストンロッド９が伸長状態にあり、ピストン３がスプール１３ｄの小径部１３ｆの先端部に当接していない状態においては、図５、図８に示すように、小径部１３ｆの先端部は、押圧スプリング１３ｅの力によりロッド室１０側に押し出されている。このとき、供給ポート１３ａと出力ポート１３ｃとは環状突起４８ｂにより遮断されている。また、出力ポート１３ｃと排気ポート１３ｂとは第２の室５１を介して連通し、出力ポート１３ｃの圧力は大気圧となっている。したがってこのときは、切換弁１３の出力ポート１３ｃにホース１７を介して接続された圧力スイッチ１５の入力ポートには大気圧が加わり、圧力スイッチ１５はオフである。

反対にピストンロッド９が収縮し、図８において、ピストン３がスプール１３ｄの小径部１３ｆに当接し、押圧スプリング１３ｅの力に抗してスプール１３を右行させると、供給ポート１３ａと出力ポート１３ｃとは第１の室５０により連通し、出力ポート１３ｃと排気ポート１３ｂとの間は環状突起４８ｂにより遮断される。したがってこのときは、圧力スイッチ１５はオンとなる。このように、ピストン３がヘッド側端部（基端部）まで移動することにより、スプール１３ｄがピストン３により押されて切換弁１３が切換わり、空気圧源６からの加圧空気がホース１７を通して圧力スイッチ１５を作動させるため、コントローラ５側ではピストン３が基端部まで移動したことを検知することができる。また、圧力スイッチ１５がオフとなれば、ピストン３が端部ブロック２６から離れたことを検知することができる。

このように、上記実施の形態においては、空気圧シリンダ１のピストン位置検出手段としてピストン３により操作されて切換わる切換弁１２，１３を用いることにより、検出信号の伝達手段として樹脂製で可撓性のあるホース１６，１７を用いることを可能としたので、金属製の芯線を有するケーブルに比較して断線等の故障を生じる度合が少なくなり、長期使用に耐えるピストン位置検出手段を有する空気圧シリンダが提供できる。また、上記実施の形態においては、ピストン位置検出手段が切換弁１２，１３により構成されるので、シリンダ１の周辺に磁気がある場合であっても、その磁気によって誤動作を起こすおそれがない。また、上記実施の形態においては、チューブ２の端部ブロック２５，２６内に構成したので、従来のようにピストン３に設けた磁石の磁気を検出する位置検出センサやリミットスイッチをチューブの外部に取付けるものに比較して、ピストン位置検出手段を小形に構成することができる。

また、上記実施の形態においては、切換弁１２，１３をスプール弁によって構成したことにより、比較的容易に切換弁１２，１３を構成することができる。すなわち、端部ブロック２５，２６にスプール用円孔３５と操作部用円孔３５ａを形成してその各円孔３５，３５ａにスプール１２ｄ，１３ｄおよび操作部１２ｆ，１３ｆをそれぞれ収容することにより、比較的容易に切換弁を実現することができる。

上記の実施の形態においては、切換弁１２，１３を空気圧シリンダ１の先端側（ロッド室側端部）および基端側（ヘッド室側端部）の双方に設けた例を示したが、先端側のみまたは基端側のみに切換弁を設ける構成とする場合もある。また、空気圧シリンダ１として、上記実施の形態で示した複動シリンダではなく、単動シリンダを構成する場合にも適用できる。また、本発明は流体圧シリンダが空気圧シリンダではなく、油圧シリンダである場合にも適用できる。また、切換弁１２，１３はポペットタイプに構成することも可能である。また、本発明は、ロボットに取付けられる流体圧シリンダ以外に流体圧シリンダがロボット以外の可動部に取付けられる場合や静止部に取付けられる場合にも適用できる。

１：空気圧シリンダ、２：チューブ、３：ピストン、４：コントロール弁、５：コントローラ、６：空気圧源、７：ロッド室、９：ピストンロッド、１０：ヘッド室、１２，１３：切換弁、１２ａ，１３ａ：供給ポート、１２ｂ，１３ｂ：排気ポート、１２ｃ，１３ｃ：出力ポート、１２ｄ，１３ｄ：スプール、１２ｅ，１３ｅ：スプリング、１２ｆ，１３ｆ：操作部、１４，１５：圧力スイッチ、１６，１７：ホース、１８：電源、２５，２６：端部ブロック、２７：貫通孔、２８：ポート、２９:円孔、３０:パッキング、３２:ポート、３３:円孔、３５：円孔、３５ａ：円孔、３６：蓋、３８ａ，３８ｂ，３８ｃ：環状突起、３９：パッキング、４０：第１の室、４１：第２の室、４１，４５：円孔、４５ａ：円孔、４６：蓋、４７：ねじ、４８ａ，４８ｂ，４８ｃ：環状突起、４９：パッキング、５０：第１の室、５１：第２の室

Claims (2)

1. 流体圧シリンダのチューブのロッド側端部およびヘッド側端部のうちの少なくとも一方に設けられた端部ブロックと、この端部ブロック内に設けられた切換弁を有し、
   前記切換弁は、前記端部ブロック内に設けられた孔に摺動可能に設けられた弁体と、
   前記弁体を前記チューブ内部に向けて押圧する押圧スプリングと、
   前記弁体に設けられ、前記端部ブロックの前記チューブの内部側端部から突出して設けた操作部とを備え、
   前記操作部に前記ピストンが当接することによって前記切換弁が切換わり、前記切換弁の出力ポートに前記ピストンの当接に呼応した流体圧が現れることを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 請求項１に記載の流体圧シリンダにおいて、前記切換弁がスプール弁でなり、前記操作部は前記切換弁のスプールの延長上に設けられ、前記操作部が前記ピストンに当接しスプールと共に移動することにより、前記出力ポートが供給ポートから遮断された状態から供給ポートに連通する構成を有することを特徴とする流体圧シリンダ。

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