JP3240001B2

JP3240001B2 - 空気圧または真空圧利用のハンドツール

Info

Publication number: JP3240001B2
Application number: JP33420490A
Authority: JP
Inventors: 茂和永井; 正久長谷川
Original assignee: エスエムシー株式会社
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 2001-12-17
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JPH05111843A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、空気圧または真空圧の発生手段を有するハ
ンドツールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

空気圧によりワークを移動させる空気圧シリンダ、真
空圧によりワークを吸着する吸着装置等の、空気圧また
は真空圧利用の各種装置は、特に例示するまでもなく周
知である。しかしながら、これらの周知の装置は、それを動作さ
せるための空気圧または真空圧の発生手段を、別個に設
置するコンプレッサや真空ポンプ等としているために装
置が全体として大形になるばかりでなく、近くにこれら
の発生手段がない場合には使用できないので、小形なハ
ンドツールとして使用することが困難である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】

本発明が解決しようとする課題は、空気圧または真空
圧の発生手段を備えた小形でコンパクトなハンドツール
を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するため、本発明は、空気圧または真
空圧利用のハンドツールにおいて、上記ハンドツール
は、圧電アクチュエータを有する空気圧または真空圧発
生手段と、該発生手段で発生した空気圧または真空圧が
切換弁を介して供給・排出されることにより動作する動
作部と、演算装置及び通信インターフェイスを有する制
御回路を備え、上記制御回路は、上記通信インターフェ
イスを介して伝達される外部からの信号に加え、上記ハ
ンドツール内のセンサが検知した上記動作部の位置、速
度、圧力等の情報によって上記圧電アクチュエータ及び
切換弁を制御している、ことを特徴としている。

【０００５】また、同様の課題を解決するため、上記圧電アクチュ
エータが、圧電素子と、その外周のシール部材と、圧力
室を有し上記シール部材を挟持する一対のボディとを備
えているとよい。また、同様の課題を解決するため、圧電アクチュエー
タが、圧電素子を取付け、または埋設したシール部材を
備えているとよい。また、同様の課題を解決するため、ハンドツールを、
ロッドによりワークを移動させる空気圧シリンダ、フィ
ンガによりワークを把持するエアチャック、または吸着
パッドによりワークを吸着する吸着装置とするとよい。また、同様の課題を解決するため、上記ハンドツール
を空気圧シリンダまたはエアチャックとした空気圧利用
のハンドツールは、上記空気圧発生手段と上記切換弁と
の間にアキュムレータとして作用するタンクを備えてい
るとよい。

【０００６】

【作用及び発明の効果】

電圧の印加により電圧アクチュエータが空気圧または
真空圧を発生するので、これらの空気圧または真空圧で
動作する動作部によって、ワークに所望の動作をさせる
ことができる。この場合、圧電アクチュエータによって空気圧または
真空圧を発生させるため、空気圧または真空圧の発生手
段が小形化され、かつ別個にコンプレッサや真空ポンプ
等の大形の圧力発生装置を設置する必要がないので、小
形でコンパクトなハンドツールとすることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】

第１図はハンドツールを空気圧シリンダとした本発明
の実施例を示し、この空気圧シリンダ１は、シリンダ
２、該シリンダ２内を往復動するピストン３とロッド
４、シリンダ２に組み付けた空気圧発生手段としての圧
電アクチュエータ5,5及び切換弁６を備えている。上記圧電アクチュエータ５は、電圧の印加により振動
する圧電素子を有する区画板８で区画された圧力室9,9
を備え、各圧力室９に、空気の流入のみを許容する入口
チェック弁10と、空気の流出のみを許容する出口チェッ
ク弁11が接続されている。

【０００８】切換弁６は、空気の入口ポートＰ、出口ポートA,B及
び排出ポートＲを備え、ソレノイドの励磁によりポート
ＰとＡ及びＢとＲが連通し、ソレノイドの励磁解除によ
りポートＰとＢ及びＡとＲが連通するものとして構成さ
れ、入口ポートＰは供給通路12によって出口チェック弁
11,・・に、出力ポートA,Bは、流路14a,14bによってピ
ストン３で区画された駆動室15a,15bに、排出ポートＲ
は排出通路13によって外部に開口するサイレンサ19に、
それぞれ連通している。また、入口チェック弁10,・・はフィルタ18を有する
吸気通路16介して大気に連通し、供給流路12中にタンク
17が設置されている。

【０００９】上記シリンダ２に取付けられた制御回路20は、通信イ
ンターフェイス、演算装置及びプロセッサ等を有し、セ
ンサ21、圧力センサ22a,22b,22c及びオートスイッチ23
a,23b等が検出した空気圧シリンダ１の位置、速度、加
速度、流体圧、及び圧電アクチュエータ5,5の温度、圧
力、振動等の情報によって、圧電アクチュエータ5,5と
切換弁６の動作を制御するものである。上記区画板８は、例えば、第２図に示すようにシール
部材26の内側の溝に圧電素子8aを嵌着等により取付けた
もの、第３図に示すようにシール部材27に圧電素子8a,
・・を貼着等により取付けたもの、或いは第４図に示す
ようにシール部材28に環状の圧電素子8aを埋設したもの
として構成され、これらの圧電素子8aは単層構造に限ら
れず、バイモルフ構造または積層構造のものとすること
もできる。

【００１０】また、圧電アクチュエータ５は、例えば第５図及び第
６図に示すように、圧電素子8aを有する上記区画板８周
縁のシール部材31を、圧力室９を有する一対のボディ3
2,32で挟持することにより構成され、各圧力室９に、入
口チェック弁10と出口チェック弁11を接続するためのポ
ート33,33が開口している。そして、上記区画板８及び
圧力室9,9の外形は、図示のように円形または正多角形
とするとよい。第１図中の符号24はロッド４に取付けたワークであ
る。

【００１１】上記実施例は、圧電素子8a,・・に電圧を印加する
と、フィルタ18、吸気通路16及び入口チェック弁10,・
・を通って吸入された空気が、圧電アクチュエータ5,5
により圧縮されて出口チェック弁11,・・と切換弁６を
通って一方の駆動室に供給されるとともに、他方の駆動
室の空気が切換弁６と排出通路13を通ってサイレンサ19
から外部に排出されるので、ピストン３が所定の方向に
駆動し、切換弁６を切換えるとピストン３が反対方向に
駆動する。この場合、タンク17はアキュムレータとして作用する
とともに、空気の脈動を除去する。したがって、シリンダ２に組み付けた圧電アクチュエ
ータ5,5によって、ワーク24を移動させることができ
る。上記実施例は、圧電アクチュエータ5,5を備えている
ので、屋外等で手近かにコンプレッサ等の圧縮空気発生
手段がない場所においても使用することができる。

【００１２】また、空気圧発生手段として圧電アクチュエータ5,5
を使用したので、空気圧シリンダ１を小形でコンパクト
なハンドツールとすることができる。第７図はハンドツールをエアチャックとした本発明の
他の実施例を示し、このエアチャック40のボディ41は、
エアシリンダ42、及び上記圧電アクチュエータ5,5と切
換弁６を備えている。エアシリンダ42は、シリンダ内を摺動する一対のピス
トン44,45を備え、これらのピストンは、ピストン44の
ロッド46がピストン45を気密に貫通することにより、同
心でかつ相対摺動可能に配設され、ピストン間の駆動室
47aに流路14aが、ピストン44上方の駆動室47bに流路14b
がそれぞれ連通し、排出通路13は入口チェック弁10,・
・に連通するとともに、吸気通路16中の外気の流入を許
容するチェック弁48とフィルタ18を介して外部に連通
し、タンク17はリリーフ弁49を備えている。

【００１３】また、図示を省略しているが、排出通路13に、上記リ
リーフ弁49より低圧で作動するリリーフ弁を設けてもよ
い。上記エアチャック40は、駆動室47a,47bに圧縮空気を
給排すると、公知のエアチャックと同様に、クロスロー
ラガイド43,43に支持されたフィンガ40a,40aが開閉し
て、ワーク（図示省略）を解放及び把持する。上記実施例の他の構成及び作用は第１図に示す実施例
と同じであるから、図の主要な箇所に同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。上記各実施例における駆動室への空気の給排は、空気
圧シリンダ１のように外部から空気を吸入して外部に排
出する吸入・排出式、或いはエアチャック40のように空
気を循環させる循環式のいずれでもよい。

【００１４】また、空気圧の調圧は、空気圧シリンダ１のように、
各圧力センサが出力する信号によって制御回路20が圧電
アクチュエータ5,5等を制御するもの、或いはエアチャ
ック40のように、作動圧力範囲を設定するリリーフ弁49
を使用して過剰な空気を外部に排出し、加圧に不足な空
気を外部から補給するものとすることができる。なお、図示を省略しているが、これらのシリンダを、
スプリングを有する単動形とすることもできる。第８図はハンドツールを吸着装置とした本発明のさら
に他の実施例を示し、この吸着装置50はヘッド51と吸着
パッド52を備え、ヘッド51に、圧電アクチュエータ5,5
と切換弁53が組み付けられている。

【００１５】上記切換弁53は、空気の入口ポートＰ、出口ポートA,
B及び排出ポートR1,R2を備え、ソレノイドの励磁により
ポートＰとＡ及びＢとR2が連通し、ソレノイドの励磁解
除によりポートR1とＡ及びＢとＰが連通するものとして
構成され、ポートR1とR2は吸入通路55を介して吸着パッ
ド52に、ポートＡは供給通路12を介して入口チェック弁
10,・・に、ポートＢは排出通路13を介して出口チェッ
ク弁11,・・に、ポートＰはサイレンサ19を介して外部
に、それぞれ連通している。上記ヘッド51に取付けられた圧力検出部56は、半導体
圧力センサ57と、該圧力センサ57の出力により動作する
吸着確認スイッチ58を有し、圧力センサ57は通路59によ
って吸入通路55に連通し、吸着確認スイッチ58は制御回
路20に接続され、吸着パッド52はバッファ60を介してヘ
ッド51に取付けられている。

【００１６】上記吸着装置50は、切換弁53が図示の状態のときに圧
電アクチュエータ5,5に電圧を印加すると、吸入通路55
を介して吸着パッド52に真空圧が作用して該パッド52が
ワーク61を吸着し、圧電アクチュエータ5,5から流出す
る空気は、排出通路13と切換弁53を通って外部に排出さ
れる。ソレノイドの励磁により切換弁53を切換えると、供給
通路12がサイレンサ19を介して外部に、排出通路13が吸
入通路55にそれぞれ連通するので、サイレンサ19から吸
入した外気により吸入通路55の真空が破壊されて、吸着
パッド52がワーク61を解放する。

【００１７】第９図は上記吸着装置50における配管の第１変形例を
示し、第１変形例の供給通路12は圧電アクチュエータ5,
5の一方の圧力室9,9に連通し、他方の圧力室9,9は外部
に開口する外気通路64に連通している。上記第１変形例の他の構成は第８図に図示のものと同
じであるから、図の主要な箇所に同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。第１変形例の作用は、排出通路13から排出される大量
の空気で吸着パッド52の真空が速やかに破壊される以外
は、第８図に図示のものと同じである。第10図は配管の第２変形例を示し、第２変形例の排出
通路13は圧電アクチュエータ5,5の一方の圧力室9,9に連
通し、他方の圧力室9,9は流出通路66によって、切換弁5
3を通ることなく直接外気に開口している。上記第２変形例の他の構成は第８図に図示のものと同
じであるから、図の主要な箇所の同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。第２変形例の作用は、一部の排出空気が吸着パッド52
の真空破壊として作用しない以外は、第８図に図示のも
のと同じである。

【００１８】第11図は配管の第３変形例を示し、第３変形例は、吸
入通路55を直接供給通路12に連通することにより切換弁
を省略し、吸着パッド52を外気に連通させる破壊通路68
にソレノイドの励磁、励磁解除により破壊通路68を通断
する真空破壊弁69を有し、排出通路13はサイレンサ19を
介して外気に開口している。第３変形例の他の構成は第８図に図示のものと同じで
あるから、図の主要な箇所に同一の符号を付して詳細な
説明は省略する。上記第３変形例は、真空破壊弁69のソレノイドを励磁
すると、破壊通路68が吸着パッド52に連通して外気によ
りパッド52の真空が破壊される。

【００１９】第12図は配管の第４変形例を示し、第４変形例の排出
通路13は破壊通路68の外気側に連通しており、その他の
構成及び作用は実質的に第３変形例と同じである。第13図は配管の第５変形例を示し、第５変形例におけ
る圧電アクチュエータ5,5の１つの圧力室9aは、入口チ
ェック弁10を介して外気に開口し、他の圧力室9,・・は
供給通路12に連通している。また真空破壊弁71は、排出
通路13に連通する入口ポートＰ、破壊通路68に連通する
出口ポートＡ及び外気に開口する排出ポートＲを備え、
ソレノイドの励磁によりポートＰとＡが、励磁解除によ
りポートＰとＲが連通するものとして構成されている。第５変形例の他の構成は第３変形例と同じである。第５変形例は、真空破壊弁71のソレノイドを励磁する
と、排出通路13の排気によって吸着パッド52の真空が破
壊される。

【００２０】第14図は配管の第６変形例を示し、第６変形例の切換
弁73は、空気の入口ポートＰ、出口ポートＡ及び排出ポ
ートＲを備え、ソレノイドの励磁によりポートＰとＲが
連通し、励磁解除によりポートＰとＡが連通する３ポー
ト弁として構成され、ポートＰは吸入通路55に、ポート
Ａは供給通路12に、排出ポートＲは排出通路13にそれぞ
れ連通し、排出通路13中に排気を蓄圧するタンク74が設
置されている。第６変形例の他の構成は、実質的に第８図に図示のも
のと同じである。第６変形例は、真空破壊弁73のソレノイドを励磁する
と、タンク74に蓄圧された排気によって吸着パッド52の
真空が破壊される。

【００２１】第15図は配管の第７変形例を示し、第７変形例は圧電
アクチュエータ5,5と5aとを備え、圧電アクチュエータ5
aの圧力室9a,9aは、入口チェック弁10,10と供給通路12a
を介して外気に連通するとともに、出口チェック弁11,1
1とタンク74を有する排出通路13aを介して真空破壊弁73
の排出ポートＲに連通している。第７変形例の他の構成は、圧電アクチュエータ5,5の
圧力室9,・・に連通する排出通路13が外気に開口してい
る以外は、第６変形例と同じである。第７変形例は、圧電アクチュエータ5aから排出されて
タンク74に蓄圧された空気によって、吸着パッド52の真
空が破壊される。

【００２２】なお、図示を省略しているが、上記各ハンドツール
は、LCD、LED等の発光装置、もしくはアナログ、デジタ
ル表示等を用いた表示装置を備え、ツールの上面、側面
等に埋設したこれらの表示装置によって、制御回路20が
処理したツールの作動状態、作動の確認、故障原因等を
表示する機能を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の縦断正面図である。

【図２】 A,Bは本発明の圧電素子の断面図及び平面図である。

【図３】 A,Bは本発明の他の圧電素子の断面図及び平面図であ
る。

【図４】 A,Bは本発明のさらに他の圧電素子の断面図及び平面図
である。

【図５】本発明の圧電アクチュエータの分解斜視図である。

【図６】本発明の他の圧電アクチュエータの分解斜視図である。

【図７】本発明の他の実施例の縦断正面図である。

【図８】本発明のさらに他の実施例の縦断正面図である。

【図９】図８に示す実施例における配管変形例の構成図である。

【図１０】図８に示す実施例における、他の配管変形例の構成図で
ある。

【図１１】図８に示す実施例における、さらに他の配管変形例の構
成図である。

【図１２】図８に示す実施例における、さらに他の配管変形例の構
成図である。

【図１３】図８に示す実施例における、さらに他の配管変形例の構
成図である。

【図１４】図８に示す実施例における、さらに他の配管変形例の構
成図である。

【図１５】図８に示す実施例における、さらに他の配管変形例の構
成図である。

【符号の説明】

１……空気圧シリンダ、４……ロッド 5,5a……圧電アクチュエータ、 8a……圧電素子、 9,9a……圧力室、 24,61……ワーク、 26,27,28,31……シール部材、 32……ボディ、 40……エアチャック、 40a……フィンガ、 50……吸着装置、 52……吸着パッド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−255091（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−290203（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−150102（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−149880（ＪＰ，Ｕ) 実開平１−170582（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】空気圧または真空圧利用のハンドツールに
おいて、上記ハンドツールは、圧電アクチュエータを有する空気
圧または真空圧発生手段と、該発生手段で発生した空気
圧または真空圧が切換弁を介して供給・排出されること
により動作する動作部と、演算装置及び通信インターフ
ェイスを有する制御回路を備え、上記制御回路は、上記通信インターフェイスを介して伝
達される外部からの信号に加え、上記ハンドツール内の
センサが検知した上記動作部の位置、速度、圧力等の情
報によって上記圧電アクチュエータ及び切換弁を制御し
ている、ことを特徴とする空気圧または真空圧利用のハンドツー
ル。
【請求項２】上記圧電アクチュエータが、圧電素子と、
その外周のシール部材と、圧力室を有し上記シール部材
を挟持する一対のボディとを備えている、ことを特徴とする請求項１に記載した空気圧または真空
圧利用のハンドツール。
【請求項３】上記圧電アクチュエータが、圧電素子を取
付けたシール部材または圧電素子を埋設したシール部材
を備えている、ことを特徴とする請求項２に記載した空
気圧または真空圧利用のハンドツール。
【請求項４】上記ハンドツールを、ロッドによってワー
クを移動させる空気圧シリンダとした、ことを特徴とす
る請求項１〜３のいずれかに記載した空気圧利用のハン
ドツール。
【請求項５】上記ハンドツールを、フィンガによってワ
ークを把持するエアチャックとした、ことを特徴とする
請求項１〜３のいずれかに記載した空気圧利用のハンド
ツール。
【請求項６】上記ハンドツールを、吸着パッドによって
ワークを吸着する吸着装置とした、ことを特徴とする請
求項１〜３のいずれかに記載した真空圧利用のハンドツ
ール。
【請求項７】上記空気圧発生手段と上記切換弁との間に
アキュムメータとして作用するタンクを備えている、ことを特徴とする請求項４または５に記載した空気圧利
用のハンドツール。