JP3432761B2 - 複合アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、搬送及び組立作業
等において使用される流体圧駆動の揺動と直動を複合し
た複合アクチュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、流体圧駆動の揺動と直動の運動を
複合して出力する複合アクチュエータは、通常、揺動回
転軸を駆動する揺動アクチュエータと、直動軸を駆動す
る直動アクチュエータを組み合わせることにより構成し
た基本構造を有しているが、この構造は、揺動及び直動
アクチュエータを単に結合したに過ぎないため、アクチ
ュエータの小型化、流体圧駆動制御回路の簡素化、製造
コストの削減等の障害となっている。また、上記構成で
は、両アクチュエータを駆動制御する流体圧切換電磁弁
も２台以上が必要であり、電気的エネルギ及び流体圧エ
ネルギの省エネ化の障害になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解消するためになされたもので、その技術的課題
は、構造を簡素化して部品点数を少なくすると共に、よ
り小型化し、それによって製造コストの低廉化を図り、
また、一つの流体圧駆動系で揺動及び直動の駆動制御を
簡易に低コストで行えるようにした複合アクチュエータ
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
の本発明の複合アクチュエータは、流体圧駆動の揺動と
直動の運動を複合した複合アクチュエータであって、流
体圧駆動の直動アクチュエータの回転が規制された出力
ロッドに、直動推進力を回転トルクに変換する変換機構
を介して、揺動回転と直進運動の複合態様に応じたカム
溝をもつカム溝付き出力軸を、上記出力ロッドと同心軸
上に配置して連設すると共に、該カム溝付き出力軸をシ
リンダチューブ内においてその軸線方向に摺動自在に保
持させ、上記シリンダチューブに上記カム溝に嵌入して
カム溝付き出力軸の動作を規制するカムフォロアを設け
たことを特徴とするものである。

【０００５】上記複合アクチュエータにおいては、流体
圧駆動の直動アクチュエータの駆動源部を別設し、その
駆動ロッドと出力ロッドとを連結部材により連結したも
のとすることができ、また、出力ロッドの直動推進力を
回転トルクに変換する変換機構は、上記出力ロッドにそ
れと同心軸に固定したチェンジスクリューと、カム溝付
き出力軸にそれと同心軸に固定した上記チェンジスクリ
ューに螺合するチェンジナットにより構成したものとす
ることができる。

【０００６】上記構成を有する複合アクチュエータにお
いては、その直動アクチュエータに流体圧を供給して、
その回転が規制された出力ロッドを直動させると、チェ
ンジスクリュー及びチェンジナットからなる変換機構を
介してカム溝付き出力軸が駆動されるが、該カム溝付き
出力軸は、カム溝の形状に応じてカムフォロアによりそ
の揺動及び直動の動作が規制され、直動時には出力ロッ
ドの運動が直接的にカム溝付き出力軸に伝達され、揺動
時には上記変換機構により出力ロッドの直動が回転に変
換されてカム溝付き出力軸に伝達される。その結果、カ
ム溝付き出力軸には、カム溝の形状に応じた揺動及び直
動の複合運動が伝達される。

【０００７】このような複合アクチュエータでは、基本
的に、直動アクチュエータの出力ロッドに、直動推進力
を回転トルクに変換する変換機構を介してカム溝付き出
力軸を同心軸で連設したものであるため、従来の複合ア
クチュエータに比してその構造を簡素化し、部品点数を
少なくすると共に、より小型化することができて、製造
コストの低廉化を図ることができ、また、単に直動アク
チュエータを駆動するだけで所要の複合動作を行わせる
ことができるため、一つの流体圧駆動系で揺動及び直動
の駆動制御を簡易に低コストで行うことが可能になる。

【０００８】また、上記複合アクチュエータにおいて
は、チェンジスクリュー及びチェンジナットからなる変
換機構を用いているので、直動アクチュエータの出力ロ
ッドを上向きに配置して重量物を昇降させ、その位置で
揺動させるような使用態様の場合に、その上昇揺動端位
置で圧力源が遮断されても出力軸が不用意に降下しない
落下防止機能を持たせることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る複合アクチ
ュエータの第１実施例を示している。この複合アクチュ
エータは、流体圧駆動で揺動と直動の両運動を適宜複合
した複合動作を得ようとするものであって、全体的に
は、機体を構成するシリンダチューブ１の両端に、それ
ぞれロッドカバー２とヘッドカバー３とを有する流体圧
シリンダと同様な形態を備え、そこに直動アクチュエー
タと揺動アクチュエータとに相当するものが組み込まれ
ている。

【００１０】流体圧駆動の上記直動アクチュエータは、
シリンダチューブ１内に収容したピストン５を備え、シ
リンダチューブ１内において、該ピストン５の両側に圧
力室６，７を区画形成し、そのピストン５にスプライン
を有する出力ロッド８を連結し、該出力ロッド８を、ヘ
ッドカバー３に設けたスプライン軸受９により回転を規
制して、該ヘッドカバー３からシリンダチューブ１の外
部に導出している。そして、上記圧力室６，７はそれぞ
れシリンダチューブ１の外面に開口させた圧縮空気の給
排用ポート１１，１２に連通させている。なお、上記ピ
ストン５の周囲に設けた溝内には、ピストンパッキン１
４及びウエアリング１５を設けると共に、ピストン位置
を検出するために用いる磁石１６を嵌装し、また、ヘッ
ドカバー３の内端にはピストン５を緩衝的に停止させる
ダンパー１７を設けている。

【００１１】図示した第１実施例では、スプラインを有
する出力ロッド８を、ヘッドカバー３に設けたところ
の、溝内に多数のボールを配列させたスプライン軸受９
を通して外部に導出することにより出力ロッド８の回り
止め機構を構成しているが、断面が六角状等の異形の出
力ロッド８を用いると共に、その出力ロッド８と同断面
の軸受穴で該ロッド８の回転を抑止できるようにした軸
受を用いて、出力ロッド８の回り止め機構を構成するこ
とができ、更に、出力ロッド８またはピストン５に対し
てその他の適宜回り止め機構を適用することができる。

【００１２】シリンダチューブ１内において、上記出力
ロッド８には、直動推進力を回転トルクに変換するため
の変換機構２０を構成するチェンジスクリュー２１が、
カップリング１９を介して一体的に連結されている。こ
の変換機構２０は、上記チェンジスクリュー２１にチェ
ンジナット２２を螺合することにより構成されるもの
で、上記チェンジスクリュー２１にはリード角の大きい
多重ねじを設け、チェンジナット２２にはその多重ねじ
が螺合するねじ溝を設けている。したがって、出力ロッ
ド８に直動推進力が作用すると、チェンジナット２２に
は回転トルクが発生することになる。

【００１３】上記変換機構２０を構成するチェンジナッ
ト２２は、上記シリンダチューブ１内においてその軸線
方向に摺動自在に保持させたカム溝付き出力軸２４の一
端に固定し、その出力軸２４の他端の小径ロッド部２５
は、シリンダチューブ１のロッドカバー２に設けたブッ
シュ２６及びロッドパッキン２７を通して外部に導出し
ている。これにより、前記出力ロッド８には、直動推進
力を回転トルクに変換する変換機構２０を介して、カム
溝付き出力軸２４を同心軸上に配置して連設している。

【００１４】上記カム溝付き出力軸２４には、該出力軸
２４に与えようとする揺動回転と直進運動の複合態様に
応じたカム溝３０が設けられる。図示の実施例では、こ
のカム溝３０として、小径ロッド部２５側が直線的に伸
び、反対側においてほぼＬ字状に屈曲したものを示して
いるが、かかる形状に限るものでないことはもちろんで
ある。そして、このカム溝３０には、機体を構成するシ
リンダチューブ１に設けた小ローラ状のカムフォロア３
１を嵌入して、上記カム溝付き出力軸２４の動作を規制
させている。上記カムフォロア３１は、シリンダチュー
ブ１にシール部材３３を介して気密に取り付けた取付部
材３２に回転自在に保持させたものである。また、上記
カム溝付き出力軸２４には、上記カム溝３０と同様のア
ジャスト溝３５を設け、この溝３５に嵌入して該出力軸
２４の停止位置を設定するアジャストボルト３６に、ク
ッションパッド３７を取り付けている。

【００１５】更に、図３及び図４において、シリンダチ
ューブ１の外面におけるカムフォロア３１の取付部材３
２の両側には、一対のスイッチ取付溝４０を設け、前記
ピストン５に設けた磁石１６の近接を検出して信号を出
力する磁気検出スイッチ４１を、このスイッチ取付溝４
０における任意の位置に取り付けできるようにしてい
る。

【００１６】上記構成を有する複合アクチュエータは、
図１に示す状態において、給排ポート１２を大気に開放
すると共に給排ポート１１を通して圧力室６に圧縮空気
を送給し、直動アクチュエータにおけるピストン５を駆
動すると、スプラインにより回転が規制された出力ロッ
ド８が直線的に駆動される。そして、該出力ロッド８に
連結したチェンジスクリュー２１及びチェンジナット２
２からなる変換機構２０を介してカム溝付き出力軸２４
が上記出力ロッド８と同方向に駆動されるが、該カム溝
付き出力軸２４は、カム溝３０の形状に応じてカムフォ
ロア３１によりその揺動及び直動の動作が規制され、カ
ム溝３０がカム溝付き出力軸２４の軸線方向に向いた該
出力軸２４の直動時には、出力ロッド８の運動が直接的
にカム溝付き出力軸２４に伝達され、カム溝３０がカム
溝付き出力軸２４の円周方向に向いた該出力軸２４の揺
動時には、上記変換機構２０により出力ロッド８の直動
が回転に変換されてカム溝付き出力軸２４に伝達され
る。

【００１７】その結果、カム溝付き出力軸２４には、カ
ム溝３０の形状に応じた揺動及び直動の複合運動が伝達
され、図示の形状のカム溝３０を設けた場合には、図１
の状態からピストン５が移動を開始した初期において、
カムフォロア３１が直線的に伸びるカム溝３０内でカム
溝付き出力軸２４の動作を規制している間は、該出力軸
２４がシリンダチューブ１から直動的な突出を継続し、
その後、Ｌ字状に屈曲したカム溝３０の部分がカムフォ
ロア３１の位置まで達したときには、変換機構２０によ
り出力ロッド８の直動的な動作が回転動作に変換され、
カム溝付き出力軸２４が揺動運動を行い、最終的に図２
に示す状態になる。図２の状態から、上記とは逆に、給
排ポート１１を大気に開放すると共に給排ポート１２に
圧縮空気を送給してピストン５を駆動すると、上記と全
く逆の動作によって図１の状態に復帰するのは当然であ
る。

【００１８】このような動作を行う複合アクチュエータ
を、直動アクチュエータの出力ロッド８を上向きに配置
して重量物を昇降させ、その位置で揺動させるような態
様で使用する場合には、チェンジスクリュー２１及びチ
ェンジナット２２からなる変換機構２０を用いているの
で、その上昇揺動端位置で直動アクチュエータの圧力源
が遮断されても、出力軸２４が不用意に降下することが
なく、したがって、上記変換機構２０に落下防止機能を
持たせることができる。

【００１９】図５及び図６は、本発明に係る複合アクチ
ュエータの第２実施例を示している。この第２実施例の
複合アクチュエータは、図１の第１実施例の場合と同様
な構造によって、出力ロッド８の直動動作をカム溝付き
出力軸２４の複合動作に変換するようにしているが、前
記第１実施例においては出力ロッド８にピストン５を取
り付けているのに対し、この第２実施例の複合アクチュ
エータでは、流体圧駆動の直動アクチュエータの駆動源
部を別設している。

【００２０】即ち、図１の第１実施例のシリンダチュー
ブ１に対応するシリンダチューブ５１Ａのヘッドカバー
５３には、第１実施例と同様にスプラインを設けたもの
ではあるがピストンを備えない出力ロッド５８を挿通
し、該ヘッドカバー５３に設けたスプライン軸受５９に
より回転を規制してシリンダチューブ５１Ａの外部に導
出している。シリンダチューブ５１Ａ内に上記ピストン
を備えないことから、シリンダチューブ５１Ａ内には圧
力室を形成せず、その圧力室形成のためのシール部材も
不必要であり、圧縮空気の給排用ポートも設けていない
のは勿論である。しかし、その他の構成は第１実施例と
変わるところがないので、主たる対応部分に同一の符号
を付してそれらの説明を省略する。

【００２１】上記シリンダチューブ５１Ａには、それと
一体に直動アクチュエータの駆動源部を構成するシリン
ダチューブ５１Ｂを並設し、両端をロッドカバー７２及
びヘッドカバー７３により閉鎖した該シリンダチューブ
５１Ｂ内に、ピストン５５を嵌装し、該ピストン５５に
連結した駆動ロッド７５を、ロッドカバー７２に設けた
軸受７６を貫通させて外部に導出している。該軸受７６
は、ピストン５５の往復運動に伴って発生するピッチン
グ方向のモーメントをも受ける機能をも備えたものであ
る。

【００２２】そして、シリンダチューブ５１Ｂ内におい
ては、ピストン５５の両側に圧力室５６，５７を区画形
成し、それらの圧力室５６，５７をそれぞれシリンダチ
ューブ５１Ｂの外面に開口させた圧縮空気の給排用ポー
ト（図示省略）に連通させている。なお、上記ピストン
５５の周囲に設けた溝内には、ピストンパッキン６４を
設けると共に、ピストン位置を検出するための磁石６６
を嵌装し、また、ヘッドカバー７２の内端にはピストン
５５を緩衝的に停止させるダンパー６７を設けている。

【００２３】ピストン５５に連結してシリンダチューブ
５１Ｂから外部に導出した駆動ロッド７５と、前記シリ
ンダチューブ５１Ａから外部に導出した出力ロッド５８
とは、外部において相互に連結部材８０により連結して
いる。この連結部材８０は、駆動ロッド７５に対しては
締付け部材８１によって強固に固定され、出力ロッド５
８に対しては、芯出し補正のためにフローティングジョ
イント８２により連結されている。

【００２４】したがって、一方の給排ポートを通して圧
力室５６に圧縮空気を送給すると共に、他方の給排ポー
トを大気に開放し、ピストン５５を駆動すると、駆動ロ
ッド７５がその軸線方向に駆動され、連結部材８０を介
して、スプラインにより回転が規制された出力ロッド５
８が直線的に駆動され、それが直動推進力を回転トルク
に変換する変換機構２０を介して、カム溝付き出力軸２
４に伝達される。この第２実施例の複合アクチュエータ
は、前述したように、第１実施例の場合と同様な構造に
よって、出力ロッド５８の直動動作をカム溝付き出力軸
２４の複合動作に変換するものであり、そのため、この
第２実施例の複合アクチュエータの作用もについても、
その説明を省略する。

【００２５】

【発明の効果】以上に詳述した本発明の複合アクチュエ
ータによれば、直動アクチュエータの出力ロッドに、直
動推進力を回転トルクに変換する変換機構を介してカム
溝付き出力軸を同心軸で連設したものであるため、従来
の複合アクチュエータに比してその構造を簡素化し、部
品点数を少なくすると共に、より小型化することができ
て、製造コストの低廉化を図ることができ、また、単に
直動アクチュエータを駆動するだけで所要の複合動作を
行わせることができるため、流体圧切換弁、センサース
イッチ数を半減化し、一つの流体圧駆動系で揺動及び直
動の駆動制御を簡易に低コストで行うことが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る複合アクチュエータの第１実施例
を示す断面図である。

【図２】同実施例の他の動作状態を示す断面図である。

【図３】同下面図である。

【図４】図２のＡ−Ａ位置での横断面図である。

【図５】本発明に係る複合アクチュエータの第２実施例
の側断面図である。

【図６】同平断面図である。

【符号の説明】

１，５１Ａ，５１Ｂ シリンダチューブ ８，５８ 出力ロッド ２０ 変換機構 ２１ チェンジスクリュー ２２ チェンジナット ２４ カム溝付き出力軸 ３０ カム溝 ３１ カムフォロア ７５ 駆動ロッド ８０ 連結部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−138273（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−77002（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭47−13549（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F15B 15/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体圧駆動の揺動と直動の運動を複合した
   複合アクチュエータであって、 流体圧駆動の直動アクチュエータの回転が規制された出
   力ロッドに、直動推進力を回転トルクに変換する変換機
   構を介して、揺動回転と直進運動の複合態様に応じたカ
   ム溝をもつカム溝付き出力軸を、上記出力ロッドと同心
   軸上に配置して連設すると共に、該カム溝付き出力軸を
   シリンダチューブ内においてその軸線方向に摺動自在に
   保持させ、 上記シリンダチューブ に上記カム溝に嵌入してカム溝付
   き出力軸の動作を規制するカムフォロアを設けた、こと
   を特徴とする複合アクチュエータ。
2. 【請求項２】流体圧駆動の直動アクチュエータの駆動源
   部を別設し、その駆動ロッドと出力ロッドとを連結部材
   により連結したことを特徴とする請求項１に記載の複合
   アクチュエータ。
3. 【請求項３】出力ロッドの直動推進力を回転トルクに変
   換する変換機構を、上記出力ロッドにそれと同心軸に固
   定したチェンジスクリューと、カム溝付き出力軸に固定
   した上記チェンジスクリューに螺合するチェンジナット
   により構成したことを特徴とする請求項１または２に記
   載の複合アクチュエータ。