JP3476731B2 - 速度可変機構付き複合アクチュエータ - Google Patents

速度可変機構付き複合アクチュエータ

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B15/06—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member for mechanically converting rectilinear movement into non- rectilinear movement
    • F15B15/063—Actuator having both linear and rotary output, i.e. dual action actuator

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直動と揺動とを複合
した複合アクチュエータに関するものであり、さらに具
体的には、直動や揺動の速度を可変にした速度可変機構
付き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
る直動シリンダ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、直動及び揺動アクチ
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】このような問題に対処し、本発明者らは、
特願平１１−３３３１６号において一つの流体圧駆動系
により揺動と直動の２運動を行わせるようにした複合ア
クチュエータを提案している。しかしながら、この複合
アクチュエータでは、一つの流体圧駆動系（シリンダ）
を用いるという点では上記従来例に比して優れている
が、流体圧駆動系が一つであるために、アクチュエータ
の揺動速度が上記流体圧駆動系による直動速度によって
拘束され、従って、揺動速度と直動速度を個別的に任意
に調整したいという要求には対応できないという問題が
あった。また、揺動速度と直動速度とを、個別のアクチ
ュエータにより任意に調整可能にしようとすると、各々
の運動終端で衝撃が発生して、搬送、組立作業の障害と
なるため、それを避ける配慮を行う必要もあった。
【０００４】
【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、一つの流体圧駆動系で直動及び揺動の駆動制御を簡
易に低コストで行えるようにした複合アクチュエータに
おいて、直動及び揺動の駆動速度を個別的に調整可能に
することにある。本発明の他の技術的課題は、直動運動
と揺動運動との間の接続を少ない衝撃で実現できるよう
にした速度制御機構を有する速度可変機構付き複合アク
チュエータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の速度可変機構付き複合アクチュエータは、流
体圧駆動の直動と揺動の運動を複合した複合アクチュエ
ータであって、流体圧駆動の直動シリンダの回転を規制
したピストンロッドに、直動推進力を回転トルクに変換
する変換機構を介して、直進運動と揺動回転の連接態様
に応じたカム溝とカムフォロアを備えた動作設定手段に
より所要の複合運動を行う出力軸を、上記ピストンロッ
ドと同心軸上に配置して、それらを連設し、上記直動シ
リンダに、ピストン位置に応じた流体給排路の変更によ
り上記直進運動と揺動回転の部分でのピストン駆動速度
を変える速度変更手段を設けたことを特徴とするもので
ある。
【０００６】上記速度可変機構付き複合アクチュエータ
においては、ピストン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、ピストンロッドと出力軸との間
に設けた螺旋溝とそれに沿って螺動する螺動部材によっ
て構成し、また、直動シリンダに設けたピストン駆動速
度を変える速度変更手段を、ピストンまたはそれに連接
したバルブリングによる圧縮側圧力室の流体排出流路の
閉鎖により、該圧力室の流体の排出を絞りのある流路に
切り換え、それによってピストンの駆動速度を減速させ
るものとし、さらに、この速度変更手段における絞りの
開度を調整可能にすることができる。
【０００７】上記構成を有する速度可変機構付き複合ア
クチュエータにおいては、直動シリンダに流体圧を供給
して、回転が規制されたピストンロッドを直動させる
と、螺旋溝とそれに沿って螺動する螺動部材によって構
成した変換機構を介して出力軸が駆動されるが、該出力
軸は、カム溝の形状に応じてカムフォロアによりその直
動及び揺動の動作が規制され、直動時にはピストンロッ
ドの運動が直接的に出力軸に伝達され、揺動時には上記
変換機構によりピストンロッドの直動が回転に変換され
て出力軸に伝達される。その結果、出力軸にはカム溝の
形状に応じた直動及び揺動の複合運動が伝達される。
【０００８】このような複合アクチュエータは、基本的
に、直動シリンダのピストンロッドに、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、単に直動シリンダを駆動する
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直動及び揺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。
【０００９】そして、上記直動シリンダには、ピストン
またはそれに連接したバルブリングによる圧縮側圧力室
の流体排出流路の閉鎖により、ピストン位置に応じて流
体給排路を変更し、該圧力室の流体の排出を絞りのある
流路に切り換え、直進運動と揺動回転の部分でのピスト
ン駆動速度を変えるようにしているので、これによって
直動及び揺動の駆動速度を個別的に調整することがで
き、しかも、このピストンの駆動速度の変更は、急速で
はあるが連続的に行われるので、直動運動と揺動運動と
の間を少ない衝撃で接続することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１ないし図３は、本発明に係る
速度可変機構付き複合アクチュエータの実施例を示して
いる。この複合アクチュエータは、流体圧駆動で直動と
揺動の両運動を連接した複合動作を得ようとするもので
あって、全体的には、流体圧駆動の直動シリンダ１０
と、その直動推進力を回転トルクに変換する変換機構３
１や、直進運動と揺動回転の連接態様に応じたカム溝と
カムフォロアを備えた動作設定機構３２を含む直進−揺
動変換部３０とを、同心状に連結することにより構成し
ている。
【００１１】 上記流体圧駆動の直動シリンダ１０は、
シリンダチューブ１１の両端に、それぞれヘッドカバー
１２とロッドカバー１３とを有し、そのシリンダチュー
ブ１１内にはピストンパッキン１５を有するピストン１
４を収容し、該ピストン１４の両側に圧力室１６，１７
を区画形成している。ピストン１４に連結したピストン
ロッド１８は、六角状等の異形断面を有し、ロッドカバ
ー１２に設けたそのピストンロッド１８と同断面の軸受
穴を有する回り止めブッシュ１９により回転を規制し
て、該ロッドカバー１３から直進−揺動変換部３０の内
部に挿入されている。なお、ピストンロッド１８または
ピストン１４に対してその他の適宜回り止め機構を適用
することもできる。上記圧力室１６，１７はそれぞれシ
リンダチューブ１１の外側に開口する圧縮空気の給排用
ポート２１，２２に連通させているが、直進運動と揺動
回転の部分においてピストン１４の速度を変えるための
速度可変機構を含む流体圧給配系については、図３ない
し図５によって後述する。
【００１２】上記直進−揺動変換部３０の外チューブ３
５内に導入された上記ピストンロッド１８の先端には、
直動推進力を回転トルクに変換するための変換機構３１
を構成する螺旋溝３８をもった螺旋溝部材３７が一体的
に連結されている。また、上記ピストンロッド１８と同
一軸線上に配置して、エンドカバー３６から外部に回転
及び摺動自在に突出させている出力軸４０の内端には、
上記螺旋溝部材３７の周囲に外嵌して、内側に突出させ
たピン４２を上記螺旋溝３８に嵌入させた円筒状の螺動
部材４１を設けている。上記変換機構３１は、この螺旋
溝３８を有する螺旋溝部材３７とピン４２を有する螺動
部材４１とによって構成され、螺旋溝３８としてはリー
ド角の大きい多重ねじが用いられる。従って、ピストン
ロッド１８に直動推進力が作用すると、螺動部材４１に
は回転トルクが発生することになる。なお、上記変換機
構３１は、螺動部材４１を螺旋溝３８と螺合するナット
状に形成したり、螺動部材４１に螺旋溝を設けて螺旋溝
部材３７側にその螺旋溝に嵌入するピンを設けるなど、
ピストンロッド１８の直動推進力を揺動回転力に変換で
きるものであればよい。
【００１３】また、上記直進−揺動変換部３０には、動
作設定機構３２として、外チューブ３５内に嵌装したカ
ムスリーブ４５に、出力軸４０に与えようとする直進運
動と揺動回転の連接態様に応じたカム溝４６を設けると
共に、上記出力軸４０の基部に、上記カム溝４６に嵌挿
する小ローラ状のカムフォロア４７を設けている。図示
の実施例では、このカム溝４６として、図１中に点線で
示すように、カムスリーブ４５のロッドカバー１３側か
ら直線的に伸び、エンドカバー３６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
のではない。
【００１４】前述のように、ピストンロッド１８と出力
軸４０との間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３１を設け、ピストンロッド１８に直動推
進力が作用すると、出力軸４０には回転トルクが発生す
るようにしているが、出力軸４０に設けたカムフォロア
４７をカムスリーブ４５のカム溝４６に嵌入しているの
で、該出力軸４０の回転動作は上記カム溝４６によって
規制され、上記回転トルクがカム溝４６の回転方向に湾
曲している部分のみにおいて、出力軸４０が揺動回転す
ることになる。また、上記カムスリーブ４５には、カム
溝４６と同様のアジャスト溝４８を設け、出力軸４０に
はこの溝４８に嵌入するストッパピン４９を取り付け、
外チューブ３５には、アジャスト溝４８内に突出して該
出力軸４０の停止位置を設定するアジャストボルト５０
を螺着している。なお、図１において、５２は、バック
ラッシュをとるためのバネである。
【００１５】 次に、図３及び図４を参照し、出力軸４
０の直進運動と揺動回転の部分の間においてピストン１
４の速度を変えるための速度可変機構を含む流体圧給配
系について説明する。先ず、上記直進運動と揺動回転の
部分の間においてピストン１４の速度を変えるため、図
３に示すように、ピストン１４には、そのロッドカバー
１３側におけるピストンロッド１８の周囲に、先端部が
テーパ状に縮径されたバルブリング５５を嵌着し、一
方、ロッドカバー１３には、上記バルブリング５５が嵌
入する凹部５６を形設し、該凹部５６の口部に、上記バ
ルブリング５５の周囲に接して凹部５６側から圧力室１
７側への空気の流れは許容するがその反対方向の流れは
阻止するパッキング５７を配設している。上記バルブリ
ング５５は、出力軸４０に設けたカムフォロア４７がカ
ム溝４６において直進運動部分から揺動回転部分に移行
する段階で、その先端がパッキング５７に接するように
関係付けられている。そして、上記給排用ポート２１は
シリンダチューブ１１内の圧力室１６に直接的に連通さ
せているが、給排用ポート２２は、上述した凹部５６内
に開口させている。なお、ここでは、バルブリング５５
が凹部５６の口部に配したパッキング５７に嵌入して、
圧力室１７と給排用ポート２２との直接的な連通を遮断
するように構成した場合を示したが、上記凹部５６を設
けることなく、ピストン１４におけるピストンパッキン
１５が給排用ポート２２に通じる開口を乗り越えること
によって当該開口を封鎖するように構成することもでき
る。
【００１６】図４は、上記直動シリンダ１０の流体圧給
排系を模式的に示すものであり、直動シリンダ１０にお
けるヘッド側及びロッド側の給排用ポート２１，２２
は、それぞれスピードコントローラ（以下、スピコンと
いう。）６０，６１を介して共通の圧縮空気源６５に接
続される。上記スピコン６０，６１は、チェック弁６３
と可変絞り６４とを並列に接続し、その２組をチェック
弁を逆方向向きにして流路に直列に配設したものであ
る。また、上記給排用ポート２２からの分岐路６６は、
可変絞り６７及び圧力室１６への流入のみを許容するチ
ェック弁６８を介して該圧力室１６に開口させている。
この開口は、バルブリング５５が凹部５６のパッキング
５７を離れるときに、ピストンパッキン１５がその上を
通過するような位置に設けられる。一方、上記凹部５６
は可変絞り６９を介して圧力室１７に連通させている。
【００１７】 上記構成を有する複合アクチュエータ
は、図１においてピストンがシリンダチューブ１１の左
端に位置する状態において、給排用ポート２２側を大気
に開放すると共に給排用ポート２１を通して圧力室１６
に圧縮空気を送給し、直動シリンダ１０におけるピスト
ン１４を駆動すると、回転が規制されたピストンロッド
１８が直線的に駆動される。そして、該ピストンロッド
１８に連結した螺旋溝部材３７及び螺動部材４１からな
る変換機構３１を介して出力軸４０が上記ピストンロッ
ド１８と同方向に駆動されるが、該出力軸４０は、カム
溝４６の形状に応じてカムフォロア４７によりその直動
及び揺動の動作が規制され、カム溝４６が出力軸４０の
軸線方向に向いた該出力軸４０の直動時には、ピストン
ロッド１８の直動が直接的に出力軸４０に伝達され、カ
ム溝４６が出力軸４０の円周方向に向いた該出力軸４０
の揺動時には、上記変換機構３１によりピストンロッド
１８の直動が回転に変換されて出力軸４０に伝達され、
図１の状態になる。
【００１８】 図１の状態から、上記とは逆に、給排用
ポート２１を大気に開放すると共に給排用ポート２２に
圧縮空気を送給してピストン１４を駆動すると、上記と
全く逆の動作によってピストン１４が図１の左端に位置
するのは当然である。
【００１９】このような複合アクチュエータの直動シリ
ンダ１０では、ピストン１４が図１の左端から移動を開
始してそれに連接したバルブリング５５が凹部５６に嵌
入するまでの間は、前記スピコン６０，６１における可
変絞り６４の開度によってピストン１４の速度が設定さ
れ、そして、バルブリング５５が凹部５６に嵌入し、圧
縮側圧力室１７から直接的に凹部５６を経て給排用ポー
ト２２に至る流体排出流路が閉鎖されると、圧力室１７
の圧縮空気の主たる排出路が可変絞り６９を介して凹部
５６から給排用ポート２２に至る流路に切り換えられ、
圧力室１７の圧力の低下が上記絞り６９によって制限さ
れるので、ピストン１４はその絞り６９によって決まる
速度に減速される。その結果、出力軸４０の揺動回転の
駆動速度が絞り６９によって決まる速度に減速される。
【００２０】図１の状態からピストン１４が左方に移動
する場合には、給排用ポート２２から送給された圧縮空
気が凹部５６から方向性のあるパッキング５７を経て圧
力室１７に流入し、ピストン１４を駆動するが、ピスト
ンパッキン１５が分岐路６６の開口を乗り越えるまで
は、該分岐路６６を通して給排用ポート２２からの圧縮
空気が可変絞り６７で制限されながらも圧力室１６に流
入し、それが背圧となってピストン１４の駆動速度は制
限される。ピストンパッキン１５が上記開口を乗り越え
ると、ピストン１４はスピコン６０，６１において設定
された速度で移動することになる。
【００２１】上記複合アクチュエータにおいては、この
ようにして直進運動と揺動回転の部分でのピストン１４
の駆動速度を変えるようにしているので、各可変絞りの
調整によって直動及び揺動の駆動速度を個別的に調整す
ることができる。しかも、このピストン１４の駆動速度
の変更は、急速ではあるが連続的に行われるので、直動
運動と揺動運動との間を少ない衝撃で接続することがで
きる。
【００２２】図５に示す実施例は、図４における方向性
あるパッキング５７に代えて、方向性のないパッキング
５７Ａを用い、分岐路６６を圧力室１７への流入のみを
許容するチェック弁７０を介して該圧力室１７に開口さ
せている。なお、この実施例のその他の構成及び作用は
図４の場合と格別相違するところがないので、図中に図
４と同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００２３】
【発明の効果】以上に詳述した本発明によれば、一つの
流体圧駆動系で直動及び揺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において、直
動及び揺動の駆動速度を個別的に調整可能にすることが
でき、しかも、直動運動と揺動運動との間の接続を少な
い衝撃で実現できるようにした速度制御機構を有する速
度可変機構付き複合アクチュエータを提供することがで
きる。
【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実施例を示
す断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ位置での断面図である。
【図３】同実施例の要部拡大断面図である。
【図４】上記複合アクチュエータにおける流体圧給配系
の構成図である。
【図５】上記複合アクチュエータにおける他の流体圧給
配系の構成図である。
【符号の説明】
１０ 直動シリンダ １８ ピストンロッド ３１ 変換機構 ４６ カム溝 ４７ カムフォロア ４０ 出力軸 ３８ 螺旋溝 ４１ 螺動部材 ５５ バルブリング １６，１７ 圧力室 ６４，６７，６９ 可変絞り
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−66671（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−78310（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F15B 15/00 - 15/28

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】流体圧駆動の直動と揺動の運動を複合した
    複合アクチュエータであって、 流体圧駆動の直動シリンダの回転を規制したピストンロ
    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、直進運動と揺動回転の連接態様に応じたカム溝
    とカムフォロアを備えた動作設定手段により所要の複合
    運動を行う出力軸を、上記ピストンロッドと同心軸上に
    配置して、それらを連設し、 上記直動シリンダに、ピストン位置に応じた流体給排路
    の変更により上記直進運動と揺動回転の部分でのピスト
    ン駆動速度を変える速度変更手段を設けた、ことを特徴
    とする速度可変機構付き複合アクチュエータ。
  2. 【請求項２】ピストン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、ピストンロッドと出力軸との間
    に設けた螺旋溝とそれに沿って螺動する螺動部材によっ
    て構成したことを特徴とする請求項１に記載の速度可変
    機構付き複合アクチュエータ。
  3. 【請求項３】直動シリンダに設けたピストン駆動速度を
    変える速度変更手段を、ピストンまたはそれに連接した
    バルブリングによる圧縮側圧力室の流体排出流路の閉鎖
    により、該圧力室の流体の排出を絞りのある流路に切り
    換え、それによってピストンの駆動速度を減速させるも
    のとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の速
    度可変機構付き複合アクチュエータ。
  4. 【請求項４】速度変更手段において流体の流路に設ける
    絞りの開度を調整可能にし、それによってピストンの駆
    動速度を調整可能にしたことを特徴とする請求項３に記
    載の速度可変機構付き複合アクチュエータ。
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