JP2024517173A - 空気圧リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】安価に製造でき、特にロボット支援表面加工分野での用途に適する空気圧リニアアクチュエータ。【解決手段】空気圧作動エレメントについて開示されている。一実施形態によれば、作動エレメントは、圧力室を有するハウジングと、ハウジングの圧力室に外部から挿入されるロッドと、ロッドの周囲に配置され、圧力室を密閉するロッドシールと、ハウジングに取り付けられ、ロッドをその長手方向軸に沿って案内するように構成されたロッドガイドとを有する。圧力室にはピストンは配置されていない。その代わり、圧力室内にはロッドと圧力室の内壁との間に密閉されていない環状の隙間があり、圧力室内に存在するガス圧がロッドシールまで圧力室全体に広がるように構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、空気圧アクチュエータの分野に関し、特に、特定の用途において複動空気圧シリンダと置き換えることができる、費用効果の高い構成の空気圧リニアアクチュエータに関する。

空気圧アクチュエータにはさまざまな種類がある。特に空気圧シリンダーは幅広い用途で使用されている。空気圧アクチュエータを力制御のために使用することも知られており、例えば、ロボット支援による自動化された表面加工や、一般的には、ロボットが例えばツールで表面を「優しく」（衝撃を与えずに）接触するような用途で使用される。産業用ロボットで使用する空気圧によるハンドリング装置の例は、特許文献１（ＵＳ １０，９０６，１７７）に記載されている。よく知られた装置やシステムには、とりわけベローズシリンダー、エアマッスル、複動空気圧シリンダーなどがあるが、このような装置は製造が複雑で高価になる。ロボット支援表面加工用のこのようなハンドリング装置に求められる要件のひとつは、曲げモーメントを吸収する能力である。

ＵＳ １０，９０６，１７７

本発明者は、安価に製造でき、特にロボット支援表面加工分野での用途に適した空気圧リニアアクチュエータを開発することを課題とした。

上記課題は、請求項１に記載の装置及び請求項１３に記載の作動エレメントによって解決される。異なる実施形態およびさらなる発展は従属請求項の主題である。

空気圧作動エレメントについて開示されている。一実施形態によれば、作動エレメントは、圧力室を有するハウジングと、ハウジングの圧力室に外部から挿入されるロッドと、ロッドの周囲に配置され、圧力室を密閉するロッドシールと、ハウジングに取り付けられ、ロッドをその長手方向軸に沿って案内するように構成されたロッドガイドとを有する。圧力室にはピストンは配置されていない。その代わり、圧力室内にはロッドと圧力室の内壁との間に密閉されていない環状の隙間があり、圧力室内に存在するガス圧がロッドシールまで圧力室全体に広がるように構成されている。

さらなる実施形態は、空気圧作動エレメントを備えたハンドリング装置又はリニアアクチュエータに関する。

安価に製造でき、特にロボット支援表面加工分野での用途に適する効果がある。

力制御リニアアクチュエータによって産業用ロボットに連結される研削機械を備えたロボット支持研削装置の例示的な概略図であり、リニアアクチュエータは、産業用ロボットと研削機械との部分的な機械的切り離しを引き起こす。

空気圧リニアアクチュエータ（ハンドリング装置）の一例を示す側面図である。

第１実施形態の概略長手方向断面図である。

第２実施形態の概略長手方向断面図である。

第３実施形態の中程度の変位における概略長手方向断面図である。

図５に示す実施形態の最小の変位を示す図である。

以下、図示の例を用いて、各種の実施態様をより詳細に説明する。図示は必ずしも縮尺通りではなく、本発明は図示された態様に限定されるものではない。むしろ、発明の根底にある原理を説明することに重点が置かれている。

ロボット支援表面処理では、工作機械（例えば、研削機械、穴開け機械、フライス機械、研磨機械等）は、マニピュレータ、例えば産業用ロボットでガイドされる。その際に、工作機械と、マニピュレータのＴＣＰ（Ｔｏｏｌ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｏｉｎｔ）で姿勢を固定する、いわゆるエンドエフェクタフランジとを、さまざまな方法で結合することができる。マニピュレータは通常、ＴＣＰの位置と姿勢を実質的に自由に調整し、工作機械を例えばワークピースの表面に平行な軌道で動かすことができる。産業用ロボットは通常、位置制御され、これにより目的の軌道に沿ってＴＣＰが正確に移動される。しかし、以下はロボット支援表面加工にのみ適用されるものではなく、ロボットが工具で多かれ少なかれ穏やかに（衝撃を与えずに）表面に接触しなければならないような、ロボット工学の応用全般に適用されるものである。これは例えば、ピック＆プレースの使用にも適用できる。

多くの場合で加工力（例えば、ワークとの接触時の力、研削力などの表面処理時の接触力など）の制御が必要となるが、従来の産業用ロボットでは十分な精度を得ることが困難な場合が多い。産業用ロボットはアームが大きく重いため、慣性質量が大きく、制御器（クローズドループ制御）では加工力の変動に素早く反応することができない。この問題を解決するために、マニピュレータのエンドエフェクタフランジと工作機械の間にマニピュレータのエンドエフェクタフランジと工作機械を結合させることができる、産業用ロボットに比べて小型の（そして、軽い）リニアアクチュエータを配置することができる。表面加工では、リニアアクチュエータは加工力（工具とワークピースの接触力）のみを制御し、マニピュレータは位置制御されてリニアアクチュエータとともに工具又は工作機械を目的の軌道に沿って移動させる。力制御により、加工するワークピースの位置や形状の不正確さ、マニピュレータの軌道の不正確さを（一定の範囲内で）リニアアクチュエータが補正することができる。しかし、前述のリニアアクチュエータがなくても、力／トルク制御によって加工力を調整できるロボットがあるが、このようなロボットは、比較的複雑で効果である。

本発明の各種実施形態を詳細に説明する前に、まず、ロボット支援型研削装置の一般的な一例について説明する。ここで説明した概念は、他のタイプの表面仕上げ（例えば、研磨、フライス加工、穴開け）にも転用可能であり、研削に限定されない。前述したように、ここに記載した実施形態は、多種多様な用途におけるリニアアクチュエータ（ハンドリング装置）として使用することができ、一般に、空気圧シリンダによって駆動されるリニアアクチュエータに代わるコスト効率の良い代替品となる。

図１によれば、ロボット支援研削装置は、例えば産業用ロボットであるマニピュレータ８０と、回転する研削工具５１を備えた研削機械５０とを有する。研削機械５０は、リニアアクチュエータ２０を介してマニピュレータ１のエンドエフェクタフランジに結合される。エンドエフェクタフランジの姿勢（位置及び方向）もＴＣＰを決定する。厳密に言えば、ＴＣＰは点ではなくベクトルであり、例えば３つの空間座標（位置）と３つの角度（方向）で記述することができる。ロボット工学では、ＴＣＰの位置を記述するために、構成空間における一般化された座標（通常はロボットの６つの関節角度）が用いられることがある。ＴＣＰの位置及び向きをしばしば「姿勢」と呼ぶことがある。ＴＣＰの位置（向きを含む）は時間の関数として研削工具の動きを定義し、この動きは軌跡と呼ばれる。ＴＣＰはロボットのエンドエフェクタフランジの中心と定義されることが多いが、必ずしもそうではない場合もある。ＴＣＰは、ロボットが位置と姿勢を調整できる任意の点（理論的にはロボットの外側も可能）とすることができる。また、ＴＣＰは工具座標系の原点を定義することができる。

また、６自由度を有する産業用ロボットの場合、マニピュレータ８０は、それぞれジョイントＧ_１１、Ｇ_１２、Ｇ_１３によって接続された４つのセグメント８２、８３、８４、８５から構成され得る。第１セグメント８２は、通常、基礎８１に固定的（剛体的）に連結されている（これは必ずしもそうでなくても良い）。ジョイントＧ_１１は、セグメント８２とセグメント８３とを連結している。ジョイントＧ_１１は、２軸的であってもよく、セグメント８３が水平方向の回転軸（仰角）と垂直方向の回転軸（方位角）を中心に回転できるようにしてもよい。ジョイントＧ_１２は、セグメント８３とセグメント８４とを連結し、セグメント８３の位置に対してセグメント８４の旋回運動を可能にする。ジョイントＧ_１３はセグメント８４とセグメント８５とを連結している。ジョイントＧ_１３は２軸的とすることができ、したがって（ジョイントＧ_１１と同様に）２方向への旋回運動を可能にする。エンドエフェクタフランジ及び、それによりＴＣＰは、セグメント８５に対して固定された相対位置を有しており、セグメント８５は、通常、セグメント８５に配置されたエンドエフェクトフランジ８６の、長手方向軸Ａ（図１において一点鎖線で示され、図示された例において研削工具の回転軸に対応）を中心とした旋回運動を可能にする回転ジョイント（図示せず）を含んでいる。ジョイントの各軸には、アクチュエータ（例えば、電気モータ）が割り当てられ、これらのアクチュエータにより、それぞれのジョイントの軸を中心とした回転運動が引き起こされ得る。ジョイントのアクチュエータは、ロボット制御部７０によってロボットプログラムに従って制御される。様々な産業用ロボット/マニピュレータとそれに関連した制御が知られており、ここではこれ以上の説明はしない。

マニピュレータ８０は、通常、位置制御されており、すなわち、ロボット制御部は、ＴＣＰの姿勢（位置及び向き）を決定し、ＴＣＰを予め定義された軌跡に沿って移動させることができる。図１において、ＴＣＰが配置されているセグメント８５の長手方向の軸をＡと表記している。ハンドリング装置１００のアクチュエータ１００がエンドストップにある場合、エンドエフェクタフランジ（又はＴＣＰ）の姿勢は、研削機械５０（及び工具／研削ディスク５１）の姿勢も規定する。最初に述べたように、リニアアクチュエータ１００は、研削加工中に工具とワークピース６０との間の接触力（加工力）を所望の値に設定する。マニピュレータ８０による直接的な力の制御は、通常、研削用途にはあまりにも不正確である。それは、マニピュレータ８０のセグメント８３～８５の高い質量慣性により、力のピークの迅速な補正（例えば、研削工具をワークピース６０上に配置するとき）が、従来のマニピュレータでは実質的に不可能であるからである。このため、ロボット制御部７０は、マニピュレータ８０のＴＣＰの姿勢（位置及び向き）を制御し、力の制御は、通常は、もっぱらアクチュエータ１００が行うように構成されている。

既に述べたように、研削加工の間、研削工具（研削板５１を有する研削機械５０）とワークピース６０との間の接触力Ｆ_Ｋは、研削板５１とワークピース６０との間の（長手方向軸Ａの方向の）接触力Ｆ_Ｋが所定の値に対応するように、リニアアクチュエータ１００と力制御（これは、例えば、制御部７０において実現することができる）とにより設定することができる。その際の接触力Ｆ_Ｋは、リニアアクチュエータ１００がワークピースの表面を押すアクチュエータ力Ｆ_Ａに対する反作用である。ワークピース６０と工具５１との間に接触がない場合、アクチュエータ１００は、ワークピース６０への接触力の欠落によりエンドストッパ（アクチュエータ１００に一体化されているため図示せず）へ移動し、所定の力で押し付ける。この際に、力制御は休み無くアクティブであり得る。したがって、この状況（非接触）では、アクチュエータの変位が最大になり、アクチュエータ１００は終端に位置する。アクチュエータ１００がエンドストッパを押す規定の力は、ワークピース表面との最も滑らかな接触を可能にするために、非常に小さく、または（理論的には）ゼロに規制することも可能である。

マニピュレータ８０の位置制御は、アクチュエータ１００の力制御とは完全に独立して実行され得る（これも制御部７０で実現可能）。アクチュエータ１００は、研削機械５０の位置決めのために用いられるのではなく、研削プロセス中に所望の接触力Ｆ_Ｋを設定および維持すること、ならびに工具５１とワークピース６０との間の接触を検出することのみに用いられる。この接触は、例えば、リニアアクチュエータが終端の位置から離れて移動することによって簡単に認識される（アクチュエータの変位は終端での最大変位よりも小さい）。

アクチュエータ９０の動作方向と研削機械５０の回転軸は、必ずしもマニピュレータ８０のセグメント８５の長手方向軸Ａと一致する必要はない。空気圧アクチュエータの場合、力制御は、制御弁、調整装置（例えば制御部７０に実装）、圧縮空気アキュムレータまたはコンプレッサを用いて既知の方法で実現することができる。重力（すなわち研削機械５０の重量）を考慮するためには、垂直に対する傾きが関係するので、アクチュエータ１００は傾きセンサを含むか、あるいはこれらの情報がマニピュレータ８０のジョイント角度に基づいて決定され得る。決定された傾きは、力調整装置によって考慮される。力制御の具体的な実施方法は既知であり、以下の説明には重要ではないため、詳細な説明は省略する。リニアアクチュエータ１００は、マニピュレータ８０とワークピース６０との間の確実な機械的切り離しを可能にするだけでなく、ＴＣＰ及び／又はワークピースの位置決めの不正確さを補正することもできる。

別のタイプのロボット支援表面加工では、工作機械はリニアアクチュエータを介して固定ベースに取り付けられ、従来の産業用ロボットが位置制御されてワークピースを工作機械（研削機械など）に案内する。加工力はリニアアクチュエータで制御される一方、ロボットは従来の方法で位置制御される。つまり、表面処理工程では、（ベースによって支持された）リニアアクチュエータが工作機械をワークピースに押し付け、ワークピースはロボットによって決められた位置に保持される。

以下、リニアアクチュエータ１００をハンドリング装置とも称する。図２は、実施形態の側面図である。図２に示すように、装置は２つの対向する取付プレート（取付フランジ）１０１、１０２を有し、第１の取付プレート１０１は、装置を工具（例えばグリッパ）又は工作機械（例えば研削機械、研磨機械など）に機械的に結合するように構成されており、第２の取付プレート１０２は、装置をマニピュレータのエンドエフェクタフランジ８６（図１参照）に機械的に結合するように構成されている。例えば、第２の取付プレート１０２は、ネジによりエンドエフェクタフランジ８６に取付けられる。同様に、工作機械は、ネジにより第１の取付プレート１０１に取り付けることができる。別の取り付け方法（クランプ、バヨネット接続など）も可能である。

取付プレート１０１、１０２の間に位置するハンドリング装置の内部は、図示の例ではベローズ１０５で覆われている。これは基本的に、ホコリやその他の不純物を装置内部の部品から遠ざけておく役割を果たす。その他の覆いの構成も可能である。

図３は、ここで説明するハンドリング装置の第１実施形態を示す概略図である。最初に強調しておべきことは、従来のピストンと（空気圧）シリンダーの組み合わせではなく、ロッドガイド１１２にガイドされ、ハウジング１３０の内部に挿入されたロッド１１０に過ぎないことである。通常のロッドシール１１３は、ロッド１１０の円周に沿ってハウジング１３０の内部をシールする。つまり、ロッドシール１１３とロッドガイド１１２は、軸方向に（ロッドの長手方向軸Ｂに沿って）離間している。ロッド１１０は、ロッドガイド１１２内に、その長手方向軸に沿って移動できるように取り付けられている。図示の例では、ロッドガイド１１２は、ハウジング１３０内に配置されたブッシュ１３１内に配置されている。例えば、ロッドガイド１１２をブッシュ１３１に圧入するように構成できる。ロッドガイド１１２をハウジング１３０内またはハウジング１３０上に取り付けるための他の技術も可能である。ロッドガイド１１２は、循環ボールベアリングガイドであってもよいし、それを含んでもよい。ロッドガイドは通常ステンレス製である。様々なロッドガイドが知られており、市販されているので、ここではこれ以上説明しない。

ロッドガイド１１２は、ロッド１１０の長手方向（長手軸Ｂに沿った方向）のみの移動を許容し、特に曲げモーメント、すなわち長手軸Ｂに対して垂直／横方向の軸に関するトルクを吸収することができる。ロッドガイドはシャフトガイドとも称され、特にリニアベアリングとも称される。ある構成例では、リニアボールベアリングがロッドガイドとして使用される。リニアボールベアリングは、ボールブッシュとも呼ばれ、ベアリングとロッド間の静止摩擦が比較的小さい（実質的にゼロ）という利点があり、スティックスリップ効果をほぼ防ぐことができる。

ロッド１１０が変位すると、ハウジング１３０の内部の容積が変化する。ハウジングの内部は圧縮空気を供給することができ（図３、圧縮空気用の出入口１１５を参照）、そのため以下では内部を圧力室１１４（圧力ｐ_１）とも称する。ハウジング１３０の外側にある、ロッド１１０の端面は、取付プレートの１つ（図示の例では、取付プレート／フランジ１０１）に接続されている。ハウジング１３０は、もう一方の取付プレート（図示の例では、取付プレート／フランジ１０２）に取り付けられている。ロッド１１０と取付プレート１０１との間、およびハウジング１３０と取付プレート１０２との間の機械的接続は、例えば、ネジを用いて行うことができる。しかし、他の接合技術も可能である（接着、圧入など）。

圧力室１１４内の（空気）圧力ｐ_１において、ロッド１１０に（その長手方向軸Ｂに沿って）作用する力Ｆ_１は、ｐ_１×Ａ_１に等しく、ここでＡ_１＝ｄ_１ ^２π／４である。圧力ｐ_１は通常正圧で、圧力室外の大気圧よりも高い。パラメータｄ_１は、圧力室１１４内のロッド１１０の直径、特にロッドシール１１３の領域におけるロッド１１０の直径を示す。ここで説明する実施形態では、圧力室１１４は内径ｄ_１’を有する円筒の形状を有し、ロッド１１０の周面と圧力室１１４の内壁との間に（環状の）隙間ｄを有する（すなわち、ｄ_１’＝ｄ_１＋２×δ）。圧縮空気による力Ｆ_１は、例えばスプリング１５０によって発生させることができる復元力Ｆ_Ｒの作用に抗して、２つの取付プレート１０１および１０２を押し広げる。図示の例では、スプリング１５０は、２つの取付プレート１０１、１０２の間にも作用し、ロッド１１０の変位ΔＬ（図２参照）に依存する復元力Ｆ_Ｒ（Ｆ_Ｒ≒ΔＬ、ｋはばね定数を示す）を引き起こす。取付プレート１０１と１０２の間の最小距離は、例えばエンドストップによって定義され、Ｌ_０（ΔＬ＝０、図２参照）である。取付プレート１０１と１０２の間の最大距離も、同様にエンドストップによって規定することができる。エンドストップは図３には示されていない。スプリング１５０の代わりに他の復元要素を使用することもできる。

従来のピストンとシリンダーの組み合わせとは異なり、空気圧有効面積は、ロッドシール１１３の領域におけるロッド１１０の断面積に等しい。図示の例では、（ピストンと一緒に動く）ピストンシールに相当するものもなく、ハウジング１３０に取り付けられた（ロッドと一緒に動かない）ロッドシール１１３だけである。ここで説明する例では、ピストンシールを備えたピストンは存在しないので、ハウジング１３０内に存在するガス圧ｐ_１は、ロッドシール１１３に至るまで、圧力室１１４全体に（すなわち、環状ギャップｄにも）広がる。対照的に、ピストンはハウジング１３０の内部を２つの圧力室に分割するが、ここで説明する例は、そのような構成ではない。ハウジング１３０は、１つの（単一の）圧力室１１４のみから構成される。同時に、ロッドガイド１１２（リニアベアリング）は、コンパクトで費用対効果の高い構成で、曲げモーメントの確実な吸収に寄与する。通常の空圧シリンダーを使用する従来のアクチュエータでは、ある程度大きな曲げモーメントを吸収できるリニアガイドは、空圧シリンダの隣に（つまりシリンダと平行に）別々に配置されている。

ハウジング１３０は、例えば射出成形プロセスや積層造形（３Ｄプリンティング）を用いてプラスチック製とすることができる。ハウジング１３０の材料は、ロッドガイドの材料（通常は鋼鉄）よりも弾性がある（剛性が低い）。別の例では、ハウジング１３０はアルミダイキャストを用いて製造される。機械加工（例えばフライス加工）が必要なのは、ブッシュ１３１の領域と、場合によっては取付プレート１０２に接続される表面だけである。全体として、図３によるリニアアクチュエータは、従来の空気圧シリンダを作動エレメントとして使用するリニアアクチュエータよりも、本質的に製造が容易で安価である。

図４は、ロッド１２０、ハウジング１４０、ロッドガイド１２２、およびロッドシール１２３を備えた他の構成の実施形態を示している。図４の左側の部分は、図３の例と同じ構造であり、上記の説明を参照される。図４の装置の右側部分は、左側部分と同様に構成されているが、取付プレート１０１、１０２に上下逆に接続されている。長手方向軸ＢとＢ’を持つ２つの作動エレメント（それぞれロッドガイドとロッドシールを持つハウジングと、ロッドとからなる）は、いわば互いに反平行に配置されている。

２本のロッドを使った構成は、曲げモーメントの吸収という点でより安定しており、より大きな力を発生させることができる。また、２つのアクチュエータを（反平行ではなく）平行に配置することもできる。この場合、図４の装置の右側部分は左側部分と同じように構成され、同じように取付プレート１０１、１０２に接続される。いくつかの実施形態では、最大アクチュエータ力を増加させ（圧力室内の圧力が同じであれば、ロッドの空気圧的に有効な端面は加算される）、可能な最大曲げモーメントを増加させるために、圧力室、ロッドおよびロッドガイドを備えたハウジングの組み合わせが２つ以上提供される。

第２作動エレメントのハウジング１４０は（例えばネジによって）取付プレート１０１に接続され、ハウジング１４０の外側にある、ロッド１２０の端面は（例えば同じくネジによって）対向する取付プレート１０２に接続される。ハウジング１４０は、ロッドガイド１２２が配置されるブッシュ１４１を有する。ロッドシール１２３は、ハウジング１４０内のロッドガイド１２２に隣接して（軸方向に距離をおいて）配置される（ハウジング１３０及びロッドシール１１３に類似）。ハウジング１４０の内部は圧力室１２４を形成し、その容積はロッド１２０の位置に依存する。圧縮空気（圧力ｐ_２）は、入口／出口１２５を介して圧力室１２４に到達し得る。ロッド１２０に作用する力Ｆ_２は、圧力ｐ_２と空気圧有効面積Ａ_２＝ｄ_２ ^２π／４に比例する（すなわち、Ｆ_２＝Ｐ_２×Ａ_２）。

図４の例では、第２圧力室１２４内のガス圧ｐ_２が負圧である場合、第２ロッド１２０と第２ハウジング１４０内に配置された第２圧力室１２４との組み合わせは、復元要素として機能することができる。負圧は、装置外の大気圧より低い圧力ｐ_２と定義される。負圧にされた圧力室によって、ロッド／ハウジング／圧力室のそれぞれの組み合わせは、実質的に復元力を発生させるバネのように振る舞う。この場合、他方の圧力室の（正）圧力を調整することで力を制御する。これは、正圧力の方が負圧力よりも実際には制御しやすいからである。

図３を参照してすでに述べたように、この実施形態においても空気圧的に有効な領域Ａ１及びＡ２は、ロッドシール１１３及び１２３の領域におけるロッド１１０及び１２０の断面積に等しい。面積Ａ１とＡ２は同じにすることができる。従来の構成とは異なり、ピストンシールは必要ない。ロッドシール１１３及び１２３は、それぞれのハウジング１３０及び１４０内に配置され、それぞれのハウジング１３０及び１４０に対して移動可能ではない。復元力Ｆ_２は空気圧で発生するため、この例ではバネは必要ない。しかしながら、スプリングを（図３と同様に）設けることもできる。

前述したように、ハウジング１３０及び１４０は、ロッドガイド１１２、１２２の材料（典型的には鋼鉄）よりも弾力性のある（剛性の低い）材料で作られ得る。例えば、ハウジング１３０及び１４０は、プラスチック製（射出成形による）又はアルミニウム製（ダイキャストによる）である。前述の通り、積層造形（３Ｄプリンティング）も可能である。比較的弾性の高いハウジングにより、ロッド１１０、１２０の長手方向軸Ｂ、Ｂ’の完全な平行度からのずれを（ある限度内で）補正することが可能になり、リニアアクチュエータが動かなくなるのを防ぐことができる。長手軸ＢとＢ’の平行アライメントからのずれは、一方では製造上の公差によって、他方では運転中の曲げモーメントによって生じる。

図５は、図４に示す実施形態とよく似た、他の実施形態の構成を示す図である。機能面に関しては、図５の実施形態は基本的に図４の実施形態に対応し、取付プレート１０１、１０２の間に２つの作動エレメントが反平行に配置されている。さらに、スプリング１５０が２つの取付プレート１０１、１０２の間に復元要素として配置されており、スプリング１５０は、２つの作動エレメントの圧力室１１４、１２４が加圧されていない場合でも、リニアアクチュエータ／ハンドリング装置を規定された終端位置にもたらす。

前の実施形態と同様に、ハウジング１３０、１４０はロッドガイド１１２、１２２用のブッシュ１３１、１４１を有する。ロッドシール１１３、１２３は、それぞれのハウジング内でロッドガイド１１２、１２２と同軸に配置されている。２本のロッド１１０、１２０はロッドガイド１１２、１２２内で反平行に案内される。ロッドの位置に応じて（すなわち、リニアアクチュエータの変位ΔＬに応じて）、ハウジング内の圧力室１１４、１２４の容積は変化する。図５に示す状態では、変位ΔＬは中程度の範囲にある。圧力室１１４、１２４の最大容積は、エンドストップ（図示せず）によって規定される。ロッド１１０は、ネジ１１１によって取付プレート１０１に堅固に接続されている。同様に、ロッド１２０はネジ１２１によって取付プレート１０２に接続されている。対応するハウジング１３０、１４０は、異なる取付プレートに堅固に接続（例えばネジ止め）されている。

収縮状態（すなわち最小の変位ΔＬ＝０）では、圧力室１１４、１２４の内側に位置するロッド１１０、１２０の端面が圧力室の壁に完全に接していてはならない。仮に完全に接しているとすると、対応する力ｐ_１Ａ_１、ｐ_２Ａ_２を発生させるよう圧力が作用する面積Ａ_１、Ａ_２が利用できないからである。ロッド１２０の端面にねじ込まれ、図５に示されるネジ１２９は、収縮状態のエンドストップを形成する。ネジ１２９はロッド１１０の端面から突出し、したがってスペーサも形成するので、断面積Ａ_２の少なくとも一部は空気圧的に有効なままであり、圧力室１２４内の圧力ｐ_２により、完全な収縮状態でロッドに力を発生させることができる。２本のロッド１１０、１２０と対応するハウジング１３０、１４０が取付プレート１０１、１０２と機械的に結合しているため、ロッド１１０にスペーサは絶対に必要というわけではない。

もう一方のロッド（左のロッド１１０）には、磁気を用いた変位センサ（図５、図６には図示せず）の一部である永久磁石１１８をネジ１１９で取り付けることができる。変位センサは、リニアアクチュエータの変位ΔＬを測定するように構成されている。様々なタイプの適切な磁気を用いた変位センサやその他の変位センサが知られているため、これ以上の説明は省略する。図示の実施形態で重要な事は、ロッド１１０に取り付けられ、それとともに移動する磁石１１８であり、これによって簡単な変位測定が可能になる。

図６は、図５に示す装置が完全に収縮した状態（ΔＬ＝０）を示す図である。ネジ１２９のネジ頭がエンドストップを形成し、圧力室１２４の壁（ロッド１２０の端面の反対側）に当たっていることがわかる。ネジ１２９のネジ頭だけが圧力室１２４の壁に接触しており、ロッド１２０の端面は接触していない。図示の位置（ΔＬ＝０）では、これは圧力室１２４の対向する壁から距離ｘだけ離れている。ネジ１２９は、ロッド１２０の端面にねじ込むのではなく、圧力室１２４の対向する壁面にねじ込むこともできる。ネジ１２９の代わりに、スペーサをハウジングの壁やロッドに直接成形することもできる。スペーサとハウジング１４０は、一つの部品（例えば鋳造品）とすることができる。

１０１…第１取付プレート
１０２…第２取付プレート
１１０…第１ロッド、ロッド
１１２…第１ロッドガイド、ロッドガイド
１１３…第１ロッドシール、ロッドシール
１１４…第１圧力室、圧力室
１２０…第２ロッド
１２２…第２ロッドガイド
１２３…第２ロッドシール
１２４…第２圧力室
１２９…スペーサ
１３０…第１ハウジング、ハウジング
１３１…ブッシュ
１４０…第２ハウジング
１５０…復元要素、バネ

Claims (19)

1. 第１圧力室（１１４）を有する第１ハウジング（１３０）と、
   前記第１ハウジング（１３０）の前記第１圧力室（１１４）に外側から挿入された第１ロッド（１１０）と、
   前記第１ロッド（１１０）の周囲に配置され、前記第１圧力室（１１４）を密閉する第１ロッドシール（１１３）であって、前記第１圧力室（１１４）の内部には、前記第１ロッドと前記第１圧力室（１１４）の内壁との間に密閉されていない環状の隙間（δ）が存在し、前記第１圧力室（１１４）内に存在するガス圧（ｐ_１）が、前記第１圧力室（１１４）の全体を前記第１ロッドシール（１１３）まで伝播できるように構成されている第１ロッドシール（１１３）と、
   前記第１ハウジング（１３０）に取り付けられ、前記第１ロッド（１１０）を前記第１ロッド（１１０）の長手方向軸に沿って案内するように構成された第１ロッドガイド（１１２）であって、前記第１ロッドシール（１１３）から間隔を空けて配置されている第１ロッドガイド（１１２）と、
   前記ガス圧（ｐ_１）による力と反対方向の力を前記第１のロッド（１１０）にかけるように配置された復元要素（１５０）と、
   を有する装置。
2. 前記第１ハウジング（１３０）が単一の圧力室（１１４）を有し、実質的に同じ圧力が前記第１圧力室の全体に及ぶ請求項１に記載の装置。
3. 第１取付プレート（１０１）と第２取付プレート（１０２）とをさらに備え、前記第１取付プレート（１０１）が前記第１ロッド（１１０）に固定的に接続され、前記第１ハウジング（１３０）が第２取付プレート（１０２）に固定的に接続されている請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記復元要素は、前記第１取付プレート（１０１）と前記第２取付プレート（１０２）との間に引付け力（Ｆ_Ｒ、Ｆ_２）を発生させるように構成されている請求項３に記載の装置。
5. 前記第１ハウジングが、前記圧力室（１１４）の外側にブッシュ（１３１）を備え、前記第１ロッドガイド（１１２）が、前記ブッシュ（１３１）内に配置されている請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の装置。
6. 前記第１ロッドシール（１１３）が、前記第１ロッド（１１０）の周りに延びる、前記第１ハウジング（１３０）の溝内に配置されている請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の装置。
7. 前記復元要素がバネ（１５０）である請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の装置。
8. 第２圧力室（１２４）を有する第２ハウジング（１４０）と、
   前記第２ハウジング（１４０）の前記第２圧力室（１２４）に外側から挿入された第２ロッド（１２０）と、
   前記第２ロッド（１２０）の周囲に配置され、前記第２圧力室（１２４）を密閉する第２ロッドシール（１２３）であって、前記第２圧力室（１２４）の内部には、前記第２ロッド（１２０）と前記第２圧力室（１２４）の内壁との間に密閉されていない環状の隙間（δ）が存在し、前記第２圧力室（１２４）内に存在するガス圧（ｐ_２）が、前記第２圧力室（１１４）の全体を前記第２ロッドシール（１２３）まで伝播できるように構成されている第２ロッドシール（１２３）と、
   前記第２ハウジング（１４０）に取り付けられ、前記第２ロッド（１２０）を前記第２ロッド（１２０）の長手方向軸（Ｂ’）に沿って案内するように構成された第２ロッドガイド（１２２）と、
   をさらに有する請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の装置。
9. 前記復元要素は、前記第２圧力室（１２４）と前記第２ロッド（１２０）との組み合わせによって形成され、前記第２圧力室（１２４）内に存在するガス圧（ｐ_２）は負圧である請求項８に記載の装置。
10. 前記第２取付プレート（１０２）が前記第２ロッド（１２０）に固定的に接続され、前記第２ハウジング（１４０）が前記第１取付プレート（１０１）に固定的に接続されている請求項８又は請求項９に記載の装置のうち、請求項３を参照している装置。
11. エンドストップとして機能するスペーサ（１２９）をさらに備え、前記スペーサ（１２９）は、前記第１圧力室（１１４）内に位置する、前記第１ロッド（１１０）の端面上、又は前記第１ロッド（１１０）の端面に対向して位置する、前記第２圧力室（１２４）の壁面上のいずれかに配置され、前記スペーサ（１２９）は、前記装置の収縮状態の位置において、前記第１ロッド（１１０）の端面と前記第１圧力室（１１４）の対向する壁面との間の距離（ｘ）を確保する請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の装置。
12. 前記スペーサ（１２９）が前記第１ロッド（１１０）又は前記第１ハウジング（１３０）にねじ込まれているか、又は前記スペーサ（１２９）が前記第１ハウジング（１３０）又は前記第１ロッド（１３０）と一体部品である請求項１１に記載の装置。
13. 前記第１ハウジング（１３０）の材料が、前記第１ロッド（１１０）の材料よりも弾性のある材料で作られる請求項１乃至請求項１２の何れか一項に記載の装置。
14. 圧力室（１１４）を有するハウジング（１３０）と、
    前記ハウジング（１３０）の前記圧力室（１１４）に外側から挿入されたロッド（１１０）と、
    前記ロッド（１１０）の周囲に配置され、前記圧力室（１１４）を密閉するロッドシール（１１３）であって、前記圧力室（１１４）の内部には、前記ロッドと前記圧力室（１１４）の内壁との間に密閉されていない環状の隙間（δ）が存在し、前記圧力室（１１４）内に存在するガス圧（ｐ_１）が、前記圧力室（１１４）の全体を前記ロッドシール（１１３）まで伝播できるよう構成されているロッドシール（１１３）と、
    前記ハウジング（１３０）に取り付けられ、前記ロッド（１１０）を前記ロッド（１１０）の長手方向軸に沿って案内するように構成されたロッドガイド（１１２）であって、曲げモーメントを吸収するように構成されたロッドガイド（１１２）と、
    前記ガス圧（ｐ_１）による力と反対方向の力を前記ロッド（１１０）にかけるように配置された復元要素（１５０）と、
    を有する空気圧リニアアクチュエータ。
15. エンドストップとして機能するスペーサ（１２９）をさらに備え、前記スペーサ（１２９）は、前記圧力室（１１４）内に位置する、前記ロッド（１１０）の端面上、又は前記ロッド（１１０）の端面に対向して位置する、前記圧力室（１１４）の壁面上のいずれかに配置され、前記スペーサ（１２９）は、前記作動エレメントの収縮状態の位置において、前記ロッド（１１０）の端面と前記圧力室（１１４）の対向する壁面との間の距離（ｘ）を確保する請求項１４に記載の空気圧リニアアクチュエータ。
16. 前記ロッドガイド（１１２）がリニアベアリング、特にリニアボールベアリング又はボールブッシュである請求項１４又は請求項１５に記載の空気圧リニアアクチュエータ。
17. 前記ロッドガイド（１１２）が、前記圧力室の外側で、前記ロッドシール（１１３）から間隔をあけて前記ハウジング（１３０）のブッシュ内に配置されている請求項１４乃至請求項１６の何れか一項に記載の空気圧リニアアクチュエータ。
18. マニピュレータと、
    前記マニピュレータのエンドエフェクタフランジに取り付けられた請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の装置と、
    前記装置に取り付けられた工具又は前記装置に取り付けられた工作機械と、
    を有するシステム。
19. ワークピースを保持し位置決めするマニピュレータと、
    請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の、ベースに取り付けられた装置と、
    前記装置に取り付けられた工具又は前記装置に取り付けられた工作機械と、
    を有するシステム。