JP2013127271A

JP2013127271A - アクチュエータ、穴あけ装置

Info

Publication number: JP2013127271A
Application number: JP2011276195A
Authority: JP
Inventors: Koji Ishizaka; 浩二石坂
Original assignee: Toyota Motor East Japan Inc
Current assignee: Toyota Motor East Japan Inc
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-27

Abstract

【課題】油圧装置等の大型な動力源が無く省スペース化及びコスト削減を実現できる穴あけ装置やアクチュエータを提供する。
【解決手段】穴あけ装置１０１に設けられる作動用アクチュエータ２０１では、シリンダ２０４の側面に、ピアスパンチ２０２側に位置して第１空間を開口する第１開口２０８と、シリンダ２０４の閉口端２０４ｂ側に位置して第２空間を開口する第２開口２０９とが設けられる。穴あけ装置１０１では、シリンダ２０４内でピストン２０５を摺動させてピアスパンチ２０２をストローク往復運動させるために、第１開口２０８と第２開口２０９とに対して別々の動力源（エア調整装置２０８Ｂ、駆動用アクチュエータ２１１）が作用し、これらの作用による第１空間のエア圧力や第２空間内の油圧変化により、シリンダ２０４内でピストン２０５が移動しピアスパンチ２０２が動く。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークに穴あけ加工をするための穴あけ装置に用いられる動力源分離型のアクチュエータ、及び、その穴あけ装置に関する。

特許文献１には、汎用プレス機械等を使用して成形されたプレス成形品（ワーク）に穴あけ加工をするための穴あけ装置の発明が開示されている。この穴あけ装置は、ラムの垂直往復運動に応じて油圧を発生する油圧発生手段１７と、生じた油圧によりピアスパンチ２１を駆動するパンチ駆動手段２２とを有する。

油圧発生手段１７について、特許文献１の段落００１７には、「この油圧発生手段１７は、下型ホルダ１６に固定された第１シリンダ１７−１と、第１シンダ内を往復動する第１ピストン１７−２と、（…略…）と、第１シリンダの側面であって第１ピストンのストローク方向の両側に形成された第１開口１７−６、第１開口１７−７、（…略…）等を有している。」との記載がある。

パンチ駆動手段２２について、同文献の段落００１９〜００２０には、「パンチ駆動手段２２は、ピアスパンチ２１に摺動部材２２−１を介して連結されたピストンロッド２２−２と、このピストンロッドの他端側に設けられた第２ピストン２２−３と、この第２ピストンを内封する第２シリンダと、この第２シリンダ２２−４の側部であって第２ピストンのストローク方向の両側には第２開口２２−５、２２−６が設けられている。」、及び、「開口１７−６と開口２２−５とが配管２５により、又、開口１７−７と開口２２−６とが配管２６により、それぞれ連通されている。これら配管２５、２６による配管部はパンチ駆動手段２２の一部を構成する。第１シリンダ、第２シリンダ及び配管部は油圧発生用の油で満たされている。」との記載がある。

同文献の段落００２３、００２４及び００２６には、「２．穴あけプロセス」として、「上型ホルダ１５が下降するにつれ、第１シリンダ１７−１の油が第１開口１７−７、配管２６を介して第２シリンダ２２−４の第２開口２２−６に至り、第２ピストン２２−３を押し動かす。この第２ピストンの動き及び、第１ピストン１７−２の動きに伴い、第２シリンダ２２−４の油が配管２５を介して第１シリンダ１７−１に流入する。」、「かかる第１ピストン２２−３の移動に応じてピストンロッド２２−２、摺動部材２２−１、カムピアス２１が水平方向、穴あけの向きに移動してワーク２０に穴あけが行なわれる。」、及び、「穴あけが終了し、ラムが下限位置から上昇するにつれ、弾性手段１７−４の復元力によりピストン１７−２が上昇し、各配管２５、２６における油流の向きは穴あけ時におけるラム下降時のときと逆の向きに流れて、カムピアス２１はワーク２０より退避した位置に復帰する。」との記載がある。

このように、特許文献１に記載の穴あけ装置では、ピアスパンチ２１を駆動させるための動力源として、油圧発生手段１７が用いられている。この他、ピアスパンチを動かすための動力を、油圧シリンダを駆動させるための油圧装置（例えば、特許文献１、２）、エアシリンダを駆動させるための空油変換器等を取り出して用いることも行われている。

特開平０６−２１０３６７号公報特開２００５−１５１８１９号公報

油圧装置や空油変換器等の装置を用いる場合、このような装置を設置するために大きな設置領域を確保しなければならず、また、高コストにも繋がる。また、従来の装置では加圧力を変化させることができず、シリンダに、油圧ユニットの加圧力に応じた口径のものを使用しなければならないため、ワークに対してさまざまな穴径の穴あけ加工を行なうことが難しい。

本発明は、上記の点を鑑みてなされたものであり、油圧装置等の大型な動力源を必要とせず省スペース化及びコスト削減を実現できる穴あけ装置やアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明のアクチュエータは、シリンダと、前記シリンダ内をエアで満たされる第１空間側と油で満たされる第２空間側とに仕切り、前記シリンダ内を摺動自在に移動できるピストンと、前記ピストンから延出して前記シリンダの前記第１空間側の端部から突出し、前記ピストンの移動に伴って進退する作用部と、前記シリンダの周面で前記第１空間側に設けられる第１開口と、前記シリンダの周面で前記第２空間側に設けられる第２開口と、前記第１開口を通しての前記第１空間内のエア圧力の調整を行なうエア圧力調整部と、前記第２開口を通しての前記第２空間内の油圧の調整を行なう油圧調整部と、を備える。

本発明の穴あけ装置は、装置筐体とアクチュエータとを備え、前記アクチュエータは、シリンダと、前記シリンダ内をエアで満たされる第１空間側と油で満たされる第２空間側とに仕切り、前記シリンダ内を摺動自在に移動できるピストンと、前記ピストンから延出して前記シリンダの前記第１空間側の端部から突出し、前記ピストンの移動に伴って進退する摺動部材と、前記摺動部材の先端に設けられるピアスパンチと、前記シリンダの周面で前記第１空間側に設けられる第１開口と、前記シリンダの周面で前記第２空間側に設けられる第２開口と、前記第１開口を通しての前記第１空間内のエア圧力の調整を行なうエア圧力調整部と、前記第２開口を通しての前記第２空間内の油圧の調整を行なう油圧調整部と、を有し、前記摺動部材の進退をガイドするガイド部と、前記ピアスパンチに穴あけ加工されるワークの位置決めを行なう位置決め部と、を更に備える。

本発明では、ワークに穴あけをする場合と、ワークからピアスパンチを退避させる場合とで別々の動力源が用いられており、従来の技術と比較して動力源が分離されている。したがって、油圧装置等の大型な動力源を必要とせず省スペース化及びコスト削減を実現できる穴あけ装置やアクチュエータを提供することができる。

穴あけ装置の側面図である。作動用アクチュエータの断面図である。

実施の一形態を、図１及び図２に基づいて説明する。なお、本実施の形態での「作動用アクチュエータ２０１」は、特許請求の範囲でいうところの「アクチュエータ」に対応する。図１は、穴あけ装置１０１の側面図である。図２は、作動用アクチュエータ２０１の断面図である。穴あけ装置１０１は、ワークＷを保持して作動用アクチュエータ２０１に備わるピアスパンチ２０２に、ピアスパンチ２０２を用いてワークＷに穴あけ加工をするものである。

穴あけ装置１０１は、装置筐体１０２を有する。装置筐体１０２は、強固な素材で形成され、設置台５１に固定取付される。装置筐体１０２には、内部空間１０３が形成されている。内部空間１０３は、上方に開口し、上方からワークＷを導入できるようになっている。内部空間１０３の内底面１０３Ａには、摺動部材２０３（後述）をスライド移動させるためのレール１０４が固定取付される。内部空間１０３の第１内側面１０３Ｂには、位置決め部としてのワーク当接部１０５が設けられる。穴あけ加工の際、ワーク当接部１０５にワークＷが当接され、ワークＷに穴をあける箇所にピアスパンチ２０２の先端が当接するよう位置決めがなされる。ワーク当接部１０５に対面する内部空間１０３での別の内側面１０３Ｃからは、摺動部材２０３が、ワーク当接部１０５に向けてレール１０４と平行に延びる。

作動用アクチュエータ２０１は、シリンダ２０４を有する。シリンダ２０４は、装置筐体１０２に保持固定される。シリンダ２０４の開口端２０４ａは、封止部材２０３Ａにより封止される。この封止部材２０３Ａには、摺動部材２０３（後述）を挿通させるための挿通孔２０３Ｂが設けられている。シリンダ２０４内には、ピストン２０５が配置される。ピストン２０５は、シリンダ２０４の長さ方向に摺動自在に移動できるようになっている。ピストン２０５は、シリンダ２０４の内部空間を、開口端２０４ａ側の第１空間２０４Ｘ側と、閉口端２０４ｂ側の第２空間２０４Ｙ側とに仕切る。

シリンダ２０４の内周面には、ピストン２０５の閉口端２０４ｂ側への可動限界位置を規定するストッパ２０７が設けられる。変形例として、シリンダ２０４の内周面であって第１開口２０８よりも僅かに閉口端２０４ｂの箇所に、ストッパ２０７と同様の構造の別のストッパ２０７Ａを設けて、ピストン２０５の可動限界位置を、ストッパ２０７（閉口端２０４ｂ側での可動限界位置）及びストッパ２０７Ａ（開口端２０４ａ側での可動限界位置）によって規定しても良い。

ピストン２０５からは、摺動部材２０３が延びる。摺動部材２０３は、長尺の棒状の部材で、封止部材２０３Ａの挿通孔２０３Ｂに挿通され、この挿通孔２０３Ｂの内周面に対して摺動できるようになっている。摺動部材２０３の先端には、ピアスパンチ２０２が着脱自在に取り付けられる。

摺動部材２０３の先端近傍の外周面には、スライドガイド２０６が固定取付されている。スライドガイド２０６は、レール１０４にスライド自在に係合し、摺動部材２０３が進退する際にレール１０４に案内される。これにより、摺動部材２０３は、レール１０４に沿ってスライド移動することになる。ここに、レール１０４とスライドガイド２０６は、ガイド部１５１を構成する。

第１空間２０４Ｘは、その内部がエアで満たされており、シリンダ２０４の外周面と、封止部材２０３Ａ及び摺動部材２０３と、ピストン２０５とに囲われて、これらの隙間からはエアの出入りが生じないようになっている。シリンダ２０４において第１空間２０４Ｘを規定する周面には、第１開口２０８が設けられる。この第１開口２０８からは、エア配管２０８Ａが延びる。エア配管２０８Ａは、エア圧力調整部としてのエア調整装置２０８Ｂから延びている。エア調整装置２０８Ｂは、エア配管２０８Ａを通じてシリンダ２０４の第１空間２０４Ｘに高圧エアを送り込んだり、シリンダ２０４の第１空間２０４Ｘからエア配管２０８Ａを通じて押し出されるエアを排出したりする。

第２空間２０４Ｙは、その内部が油で満たされており、シリンダ２０４の外周面と、閉口端２０４ｂと、ピストン２０５と、調整筒２０９Ａ（後述）と、支持材受面２１０（後述）とに囲われて、これらの隙間からは油が漏れ出さないようになっている。シリンダ２０４において第２空間２０４Ｙを規定する周面には、第２開口２０９が設けられる。ここで、第２開口２０９は、シリンダ２０４の内径よりも小さく開口する。また、本実施の形態では、図１や図２に示すように、第１開口２０８が第２開口２０９よりも小さく開口するが、第２開口２０９が第１開口２０８よりも小さく開口するようにしてもよいし、第１開口２０８と第２開口２０９とが同等の大きさに開口してもよい。第２開口２０９からは、調整筒２０９Ａが延びる。本実施の形態では、調整筒２０９Ａは、円筒状をなし、エア配管２０８Ａよりも太い。なお、前述した第１開口２０８と第２開口２０９との大きさの関係性に対応させて、調整筒２０９Ａをエア配管２０８Ａよりも細くしてもよいし、調整筒２０９Ａとエア配管２０８Ａとを同等の太さにしてもよい。

調整筒２０９Ａ内には、調整用ピストン２０９Ｂが嵌めこまれる。調整用ピストン２０９Ｂは、短い円柱状をなし、調整筒２０９Ａ内をその長さ方向にスライド移動できるようになっている。変形例として、調整筒２０９Ａの内周面であってシリンダ２０４の内部空間側の端部もしくはその近傍の箇所にストッパ２０９Ｃを設け、調整筒２０９Ａの内周面であってストッパ２０９Ｃがある端部とは反対側の端部もしくはその近傍の箇所にストッパ２０９Ｄを設けて、調整用ピストン２０９Ｂの可動限界位置を、ストッパ２０９Ｃ及びストッパ２０９Ｄによって規定しても良い。

シリンダ２０４の外周面で第２開口２０９に対してシリンダ２０４の断面方向に対称な箇所には、支持材受面２１０が配置される。支持材受面２１０は、平坦であってもよいし、凹状に窪んでいてもよい。

本実施の形態では、ピアスパンチ２０２のストローク往復運動の駆動源は、穴あけの場合（ピアスパンチ２０２が突出する場合）とワークＷからピアスパンチ２０２を退避させる場合（ピアスパンチ２０２がシリンダ２０４内に収納される場合）とで分離されている。詳細に述べると、本実施の形態の穴あけ装置１０１に採用される駆動源は、前述のエア調整装置２０８Ｂ及びこれから述べる油圧調整部としての駆動用アクチュエータ２１１である。即ち、駆動用アクチュエータ２１１は、油圧調整部の一例であって、穴あけの場合に用いられる駆動源である。エア調整装置２０８Ｂは、エア圧力調整部の一例であって、ワークＷからピアスパンチ２０２を退避させる場合に用いられる駆動源である。

駆動用アクチュエータ２１１には、電動式スポット溶接ガンや電空比例弁付のエア式スポット溶接ガンのアクチュエータのような、加圧力を変化させることができるものを採用することができる。本実施の形態では、駆動用アクチュエータ２１１としてスポット溶接ガンのアクチュエータを採用した例について述べる。駆動用アクチュエータ２１１は、調整用ピストン２０９Ｂに当接する作用部２１１Ａと、支持材受面２１０に当接する支持部２１１Ｂとを有し、これらの作用部２１１Ａと支持部２１１Ｂとでシリンダ２０４をその断面方向に挟み込む。ここで、駆動用アクチュエータ２１１としてスポット溶接ガンを用いる場合、互いに近接離反しスポット溶接を行なう一対の電極を、作用部２１１Ａ及び支持部２１１Ｂとして用いることになる。なお、当然のことながら、このとき、スポット溶接ガンを作動させて電極に通電させてはならない。

エア調整装置２０８Ｂと駆動用アクチュエータ２１１とは、制御部としての制御盤２１２により制御される。制御盤２１２の一例は、ＮＣ装置である。制御盤２１２は、エア調整装置２０８Ｂによるシリンダ２０４への高圧エアの導入量及びエアの排出量の調整のための制御と、駆動用アクチュエータ２１１による調整筒２０９Ａのシリンダ２０４の内部方向への押圧力の調整のための制御とを行なう。制御盤２１２が、駆動用アクチュエータ２１１とエア調整装置２０８Ｂとを交互に駆動させると、第１空間２０４Ｘ内のエアの圧力や第２空間２０４Ｙ内の油圧が変化してピストン２０５がシリンダ２０４内を進退し、ピアスパンチ２０２がストローク往復運動をする。ここで、制御盤２１２やエア調整装置２０８Ｂ、駆動用アクチュエータ２１１として、エア調整装置２０８Ｂや駆動用アクチュエータ２１１への駆動力の調整を細かく設定できるものを採用してもよい。また、エア調整装置２０８Ｂ及び駆動用アクチュエータ２１１への操作を、制御盤２１２を用いずに、作業員が手動操作又は足踏操作で行なっても良い。

本実施の形態の穴あけ装置１０１を用いてワークＷに穴あけ加工を行なう場合、作業者は、予め、制御盤２１２を操作して摺動部材２０３をシリンダ２０４内に収納させる方向に動かしておき、ピアスパンチ２０２をワーク当接部１０５から離反させておく。

作業者は、まず、ワークＷを内部空間１０３の上方から導入してワーク当接部１０５とピアスパンチ２０２との間に位置付け、ワークＷの位置決めを行なう。ここでのワークＷの把持は、ワークＷを保持した状態で動かし位置決めをして固定するマテリアルハンドリングロボット（図示せず）によりなされてもよいし、作業者の把持によってもよい。

続いて、作業者は、制御盤２１２を操作して駆動用アクチュエータ２１１を作動させ、駆動用アクチュエータ２１１の作用部２１１Ａを動かし、調整用ピストン２０９Ｂをシリンダ２０４の内部方向に向けて押し込ませる。これにより、ピストン２０５が第２空間２０４Ｙ内の油圧の変化により開口端２０４ａ側に動いて、摺動部材２０３がシリンダ２０４から突出し、ピアスパンチ２０２がワーク当接部１０５に向かって動き、ワークＷに穴あけ加工が施される。このとき、第１空間２０４Ｘでピストン２０５により圧縮された高圧エアは、エア配管２０８Ａを通って排出される。また、第２開口２０９がシリンダ２０４の内径よりも小さく開口しているが、パスカルの原理により、駆動用アクチュエータ２１１の作用部２１１Ａによる調整筒２０９Ａの押圧力が小さくても、ピストン２０５の受圧面積が大きいため、ピストン２０５の開口端２０４ａ側を押し出す力は大きくなる。

続いて、作業者は、制御盤２１２を操作してエア調整装置２０８Ｂを作動させ、エア配管２０８Ａを通してシリンダ２０４内の第１空間２０４Ｘに高圧エアを送り込む。このとき、駆動用アクチュエータ２１１は、制御盤２１２の制御を受けて、作用部２１１Ａが調整用ピストン２０９Ｂを押圧する力を弱める。このときの力の弱め方は、制御盤２１２や駆動用アクチュエータ２１１の制御回路（図示せず）に予め記憶されていてもよい。第１空間２０４Ｘに高圧エアが送り込まれると、第１空間２０４Ｘ内のエア圧力の変化によりピストン２０５が閉口端２０４ｂ側に動いて、ワークＷからピアスパンチ２０２が退避する。これにより、ワークＷは、ワーク当接部１０５から取り出し可能となる。

このように、本実施の形態の穴あけ装置１０１や作動用アクチュエータ２０１では、ワークＷに穴あけをする場合と、ワークＷからピアスパンチ２０２を退避させる場合とで、動力源として、エア調整装置２０８Ｂと駆動用アクチュエータ２１１とを別々に用いることができるようになっており、スポットガンなどの外部の力を利用することで、油圧装置や空油変換器等の大型な動力源が用いる必要が無くなる。即ち、従来の技術と比較して動力源を分離させることができる。このため、省スペース化が図れ、メンテナンスも容易となり、結果として、コストダウンが図れる。駆動源としてエア調整装置２０８Ｂを用いた場合、更なるコストダウンを期待できる。即ち、本実施の形態によれば、穴あけ装置１０１やアクチュエータ油圧装置等の大型な動力源を用いる必要がなくなり、省スペース化及びコスト削減を実現できる。また、本実施の形態の穴あけ装置１０１や作動用アクチュエータ２０１では、油圧配管を必要とせず、穴あけ加工の作業者の安全性が向上する。このため、例えば、溶接工程においてスポットガンを用いた一連の作業の間に、穴あけ加工の作業を容易に進めることができるようになる。

また、制御盤２１２やエア調整装置２０８Ｂ、駆動用アクチュエータ２１１として、エア調整装置２０８Ｂや駆動用アクチュエータ２１１への駆動力の調整を細かく設定できるものを採用した場合、駆動用アクチュエータ２１１やエア調整装置２０８Ｂの出力を変化させると、作動用アクチュエータ２０１の出力も変わる。これにより、摺動部材２０３の先端に取り付けられるピアスパンチ２０２に、ワークＷ（加工対象）に応じた適切な加圧力を加えられる径のものを用いることができる。換言すれば、加工力の異なる様々な加工対象物に対応させることができる。

なお、これまでに述べた実施の形態及びその変形例での作動用アクチュエータ２０１は、穴あけ装置１０１に保持されて用いられるのみならず、他の用途にも用いることができることは言うまでもない。この場合、摺動部材２０３は、進退して操作対象に当接する。ここに、摺動部材２０３は、作用部としての機能を有することになる。

１０１穴あけ装置
１０２装置筐体
１０５ワーク当接部（位置決め部）
１５１ガイド部
２０１作動用アクチュエータ
２０２ピアスパンチ
２０３摺動部材（作用部）
２０４シリンダ
２０４Ｘ第１空間
２０４Ｙ第２空間
２０５ピストン
２０８第１開口
２０８Ｂエア調整装置（エア圧力調整部）
２０９第２開口
２０９Ａ調整筒
２０９Ｂ調整用ピストン
２１１駆動用アクチュエータ（油圧調整部）
２１２制御盤（制御部）

Claims

シリンダと、
前記シリンダ内をエアで満たされる第１空間側と油で満たされる第２空間側とに仕切り、前記シリンダ内を摺動自在に移動できるピストンと、
前記ピストンから延出して前記シリンダの前記第１空間側の端部から突出し、前記ピストンの移動に伴って進退する作用部と、
前記シリンダの周面で前記第１空間側に設けられる第１開口と、
前記シリンダの周面で前記第２空間側に設けられる第２開口と、
前記第１開口を通しての前記第１空間内のエア圧力の調整を行なうエア圧力調整部と、
前記第２開口を通しての前記第２空間内の油圧の調整を行なう油圧調整部と、
を備えるアクチュエータ。
前記第２開口は、前記シリンダの内径よりも小さく開口する、
請求項１記載のアクチュエータ。
前記第２開口に設けられる調整筒と、
前記調整筒内を摺動自在に移動する調整用ピストンと、
を更に備え、
前記油圧調整部は、前記調整用ピストンを押し込む駆動用アクチュエータである、
請求項１又は２記載のアクチュエータ。
前記エア圧力調整部と前記油圧調整部とを制御する制御部を更に備える、
請求項１から３のいずれか一に記載のアクチュエータ。
装置筐体とアクチュエータとを備え、
前記アクチュエータは、
シリンダと、
前記シリンダ内をエアで満たされる第１空間側と油で満たされる第２空間側とに仕切り、前記シリンダ内を摺動自在に移動できるピストンと、
前記ピストンから延出して前記シリンダの前記第１空間側の端部から突出し、前記ピストンの移動に伴って進退する摺動部材と、
前記摺動部材の先端に設けられるピアスパンチと、
前記シリンダの周面で前記第１空間側に設けられる第１開口と、
前記シリンダの周面で前記第２空間側に設けられる第２開口と、
前記第１開口を通しての前記第１空間内のエア圧力の調整を行なうエア圧力調整部と、
前記第２開口を通しての前記第２空間内の油圧の調整を行なう油圧調整部と、
を有し、
前記摺動部材の進退をガイドするガイド部と、
前記ピアスパンチに穴あけ加工されるワークの位置決めを行なう位置決め部と、
を更に備える穴あけ装置。