JP3653179B2

JP3653179B2 - シリンダ装置

Info

Publication number: JP3653179B2
Application number: JP21608498A
Authority: JP
Inventors: 千明福井
Original assignee: SMC Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: SMC Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2018-07-30
Also published as: JP2000042851A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンの変位作用下に所定角度回動し且つ直線状に変位するアームによって、例えば、ワークをクランプし、または基準ピンを介して該ワークを位置決め等することが可能なシリンダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、自動車等の構成部品を溶接する際、その構成部品をクランプするためにシリンダが用いられている。このクランプ用のシリンダは、本体部内に供給される圧力流体の作用下に変位するピストンの直線運動をアームの回転運動に変換し、所定角度回動するアームを介してワークをクランプする機能を有する。
【０００３】
ところで、従来技術において、前記アームの一端部に基準ピンを連結し、ワークに形成された位置決め用孔部に前記基準ピンを圧入して該ワークを位置決めする作業を行う場合、アームが所定角度回動自在に設けられた第１シリンダと、前記第１シリンダに連結されたピストンロッドの進退作用下に該第１シリンダを直線状に昇降させる第２シリンダとが必要となる。
【０００４】
換言すると、アームの回動作用下に該アームに連結された基準ピンをワークの位置決め用孔部に臨む位置まで変位させる第１シリンダと、前記第１シリンダのシリンダチューブに連結されたピストンロッドの変位作用下に第１シリンダを直線状に下降させることにより、アームの一端部に連結された基準ピンをワークの位置決め用孔部に圧入する第２シリンダとを一体的に組み付けて構成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、アームの一端部に連結された基準ピンを位置決め用孔部に臨む位置まで該アームを回動変位させる第１シリンダと、前記第１シリンダを直線状に下降させて前記基準ピンを位置決め用孔部に圧入する第２シリンダとからなる２つのシリンダが必要となり、装置全体の構成が大型化して設置スペースの有効利用を図ることができないという不都合がある。
【０００６】
本発明は、前記の不都合を克服するためになされたものであり、装置全体を小型化して設置スペースの有効利用を図るとともに、製造コストを低減することが可能なシリンダ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、流体圧出入ポートから供給される圧力流体の作用下にシリンダ室に沿って往復動作するピストンと、前記ピストンに連結され該ピストンと一体的に変位するピストンロッドとを有するシリンダ部と、
前記シリンダ部の一端部に固定されるボデイと、
前記ピストンロッドの一端部に連結された連結部材と、
前記連結部材を介して前記ボデイに該ピストンロッドと一体的に変位自在に設けられたアームと、
前記連結部材に軸着され、前記アームを所定角度回動自在に軸支するロッドピンと、
ローラピンを介して前記アームに連結されたローラと、
を備え、
前記ボデイには、前記連結部材の摺動面が係合することにより前記アームをボデイの軸線と直交する状態に保持しながら該連結部材およびピストンロッドを該ボデイの軸線方向に沿って案内する直線状の第１案内溝と、前記アームに連結されたローラを案内することにより前記ロッドピンを中心として該アームを所定角度回動動作させる第２案内溝とが設けられ、
前記ボデイは、相互に対称に２分割された第１ボデイおよび第２ボデイからなり、前記第１ボデイおよび第２ボデイには、それぞれ、該第１ボデイおよび第２ボデイの内側に形成された前記第１案内溝と、該第１ボデイおよび第２ボデイの外側に形成された前記第２案内溝とが対称に相互に対向して設けられることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、アームに連結されたローラが第２案内溝に沿って案内されて該アームがロッドピンを中心として所定角度回動動作した後、前記回動動作に連続して、ピストンロッドに連結された連結部材の摺動面が第１案内溝に沿って摺動することにより前記アームがボデイの軸線と直交する状態に保持されたまま該アームをボデイの軸線方向に沿って変位させる。この場合、前記ボデイは、相互に対称に２分割された第１ボデイおよび第２ボデイからなり、前記第１案内溝および第２案内溝は、それぞれ前記第１ボデイおよび第２ボデイの内側と外側とに対称且つ相互に対向配置され、前記第１案内溝と第２案内溝との共働作用によってピストンロッドの直線運動が確保されることによりガタの発生が阻止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るシリンダ装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１２】
図１において参照数字１０は、本発明の実施の形態に係るシリンダ装置を示す。このシリンダ装置１０は、シリンダ部１２と、基板１４を介して前記シリンダ部１２の上部に連結されたアーム操作部１６とから構成される。
【００１３】
シリンダ部１２は、図３に示されるように、直方体状の有底筒体からなり、内部のシリンダ室１８ａ、１８ｂに連通する一組の流体圧出入ポート２０ａ、２０ｂが形成されたシリンダチューブ２２と、前記シリンダチューブ２２内に収装されシリンダ室１８ａ、１８ｂに沿って往復動作するピストン２４と、前記ピストン２４に連結されて該ピストン２４と一体的に変位するピストンロッド２６とを有する。
【００１４】
前記ピストン２４の外周面には、環状溝を介してリング状の磁石２８およびピストンパッキン３０が装着され、該ピストン２４の一端面には、凹部を介してリング状のダンパ部材３２が設けられる。
【００１５】
シリンダチューブ２２の一端部には、シリンダ室１８ａ、１８ｂを気密に閉塞するロッドカバー３４が止め輪３６を介して装着され、前記ロッドカバー３４には、凹部を介してリング状のダンパ部材３８が設けられる。またロッドカバー３４の中央部にはピストンロッド２６が摺動変位する孔部が形成され、前記ロッドカバー３４の摺動面には、ロッドパッキン４０およびブッシュ４２が装着されている。なお、前記ピストンパッキン３０およびロッドパッキン４０は、例えば、ＮＢＲ等の弾性材料で形成するとよい。また、前記シリンダチューブ２２の周方向に沿った三側面には、それぞれ、図示しないセンサを装着するための長溝４４ａ〜４４ｃが軸線方向に沿って延在するように形成されている（図２参照）。
【００１６】
前記シリンダチューブ２２には、図２に示されるように、四隅角部に形成されたねじ孔４６に螺入されるねじ部材４８を介して基板１４が固定され、前記基板１４には、ピストンロッド２６の直径よりも大きな直径からなり、上下方向に沿ってピストンロッド２６が変位する断面円形状の孔部５０が形成されている。
【００１７】
アーム操作部１６は、前記基板１４に突出して形成された第１突起部５２および第２突起部５４にねじ部材５６を介して固定され、略対称に２つに分割して形成された第１ボデイ５８および第２ボデイ６０と、前記第１ボデイ５８および第２ボデイ６０にそれぞれ装着される一組のカバー部材６２ａ、６２ｂとを含む。なお、一体的に組み付けられた第１ボデイ５８および第２ボデイ６０には、後述するアーム６４が所定角度回動する開口部６６が形成されている（図１参照）。
【００１８】
また、アーム操作部１６は、図２に示されるように、相互に対向する第１ボデイ５８および第２ボデイ６０の内壁面にそれぞれ形成された第１案内溝６８に沿って摺動変位するナックルジョイント（連結部材）７０と、前記ナックルジョイント７０に形成された二又部７２ａ、７２ｂにロッドピン７４を介して挟持され、前記ロッドピン７４を中心として所定角度回動自在に設けられたアーム６４とを有する。
【００１９】
前記ナックルジョイント７０は、図２に示されるように、ピストンロッド２６の一端部に連結されるねじ部７６と、略平行に所定所定間隔離間して分岐する二又部７２ａ、７２ｂとから構成され、前記二又部７２ａ、７２ｂの両側部には、前記第１案内溝６８に対して摺動面となる平面部７８が形成されている。なお、前記ロッドピン７４は、ナックルジョイント７０に係止されるピン部材８０を介して回り止めされている。
【００２０】
前記第１ボデイ５８および第２ボデイ６０には、後述するローラ８２ａ、８２ｂを案内する第２案内溝８４が形成され、前記第２案内溝８４は、第１ボデイ５８および第２ボデイ６０の内壁面と外壁面とを貫通する開口部によって形成されている。この場合、前記第２案内溝８４は、第１案内溝６８に近接し且つ該第１案内溝６８と略平行に形成された直線部８４ａと、前記直線部８４ａの上部に連続する円弧状に形成された円弧部８４ｂとから構成されている。
【００２１】
なお、前記第１ボデイ５８および第２ボデイ６０の外壁面には、第２案内溝８４の形状に沿って延在する逃げ溝８６（図９参照）が形成され、前記逃げ溝８６は、第２案内溝８４に沿って摺動するローラ８２ａ、８２ｂの摺動面の逃げとしての機能を有する。
【００２２】
長尺に形成されたアーム６４の一端部側には、図２に示されるように、孔部８８を介して軸線方向と直交する方向に延在するローラピン９０が連結され、前記ローラピン９０の長手方向に沿った両端部には、アーム６４を間にしてリング状の一組のスペーサ９２ａ、９２ｂおよびローラ８２ａ、８２ｂが装着される。一組のスペーサ９２ａ、９２ｂおよびローラ８２ａ、８２ｂは、両端部に形成された小孔に挿入されるピン部材９４を介してそれぞれローラピン９０に係止される。この場合、前記スペーサ９２ａ、９２ｂの幅は、ナックルジョイント７０の二又部７２ａ、７２ｂの肉厚と略同一に形成されている（図９参照）。
【００２３】
また、アーム６４には、相互に対向する一組の第１ボデイ５８および第２ボデイ６０によって支持された一組のストッパピン（ストッパ部材）９６ａ、９６ｂに係合する断面ｖ字状の一組の溝部９８ａ、９８ｂが所定間隔離間して形成され、前記一組の溝部９８ａ、９８ｂは、図８に示されるように、上下方向において異なる高さに設定されている。
【００２４】
なお、ナックルジョイント７０は、ねじ部７６を介してシリンダ部１２のピストンロッド２６の一端部に連結され、前記ナックルジョイント７０、アーム６４、ローラ８２ａ、８２ｂ等は、前記ピストンロッド２６と一体的に変位するように設けられている。
【００２５】
本実施の形態に係るシリンダ装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００２６】
先ず、アーム６４の一端部に基準ピン１００を連結するとともに、シリンダ部１２の一組の流体圧出入ポート２０ａ、２０ｂに図示しないチューブ等を介して圧力流体供給源（図示せず）を接続しておく。なお、図５に示されるように、アーム６４が鉛直方向に沿って立設している状態を初期位置として以下説明する。
【００２７】
図５に示す初期位置において、図示しない圧力流体供給源を付勢し、一方の流体圧出入ポート２０ａを介して圧力流体（例えば、圧縮空気）をシリンダ室１８ａに供給する。前記シリンダ室１８ａに供給された圧力流体の作用下にピストン２４が下方側に向かって押圧され、該ピストン２４が下降する。なお、他方の流体圧出入ポート２０ｂは、図示しない切換弁の切換作用下に大気開放状態にある。
【００２８】
従って、ピストンロッド２６の一端部に連結されたナックルジョイント７０は、第１案内溝６８に沿って直線状に下降するとともに、前記アーム６４は、第２案内溝８４の円弧部８４ｂに沿って摺動するローラ８２ａ、８２ｂの案内作用下にロッドピン７４を中心として矢印Ａ方向に向かって回動する（図６参照）。
【００２９】
図７に示されるように、前記アーム６４が所定角度（本実施の形態では、約９０度に設定されている）回動して略水平状態に達すると、ローラ８２ａ、８２ｂは、第２案内溝８４の円弧部８４ｂに連続する直線部８４ａによって案内される。すなわち、アーム６４が所定角度回動して略水平状態となることにより、該アーム６４の一端部に連結された基準ピン１００がワークＷに形成された位置決め用孔部Ｈに臨む状態となる。なお、一組のワークＷは、それぞれ、治具Ｇに載置されている。
【００３０】
さらに、シリンダ部１２の駆動作用下にピストンロッド２６を下降させることにより、ナックルジョイント７０は第１案内溝６８の案内作用下に直線状に下降するとともに、アーム６４は第２案内溝８４の直線部８４ａに沿って直線状に下降する。この結果、アーム６４は、略水平状態を保持しながら直線状に下降することにより、基準ピン１００がワークＷに形成された位置決め用孔部Ｈ内に圧入され、該ワークＷが所定位置に位置決めされる（図８参照）。なお、アーム６４に形成された一組の溝部９８ａ、９８ｂがそれぞれストッパピン９６ａ、９６ｂに当接することにより、アーム６４の下降が規制されて変位終端位置となる。
【００３１】
次に、図示しない切換弁の切換作用下に前記とは逆に他方の流体圧出入ポート２０ｂに圧力流体を供給し、一方の流体圧出入ポート２０ａを大気開放状態とする。従って、前記圧力流体の作用下にピストン２４が上昇し、ナックルジョイント７０、ローラ８２ａ、８２ｂおよびアーム６４がピストンロッド２６と一体的に変位する。この場合、ナックルジョイント７０が第１案内溝６８の案内作用下に直線状に上昇し且つローラ８２ａ、８２ｂが第２案内溝８４の直線部８４ａの案内作用下に直線状に上昇することにより、アーム６４は、略水平状態を保持したまま所定距離だけ上昇する。
【００３２】
そして、ローラ８２ａ、８２ｂが第２案内溝８４の直線部８４ａに連続する円弧部８４ｂによって案内されるようになると、アーム６４はロッドピン７４を中心として前記矢印Ａ方向と反対方向に回動し、初期位置に復帰する。この場合、ナックルジョイント７０は、第１案内溝６８に沿って直線状に上昇し、第１ボデイ５８および第２ボデイ６０の天井部に当接することにより、その変位が規制される。
【００３３】
本実施の形態では、直線状に形成された第１案内溝６８の案内作用下にナックルジョイント７０を直線状に摺動変位させることにより、アーム６４を略水平状態に保持した状態で直線状に昇降させることができるとともに、円弧状に形成された第２案内溝８４の円弧部８４ｂの案内作用下にローラ８２ａ、８２ｂを摺動変位させることにより、ロッドピン７４を中心としてアーム６４を所定角度回動させることができる。この場合、略水平状態にあるアーム６４の鉛直方向に沿った昇降動作とロッドピン７４を中心とする回動動作とを連続して行うことができる。
【００３４】
この結果、本実施の形態では、従来技術と比較して２つのシリンダを用いる必要がないため、装置全体が小型化され、設置スペースの有効利用を図ることができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、簡素な構成によってアーム６４の昇降動作と回動動作とを円滑に且つ連続して行うことができるため、部品点数を削減して製造コストを低減することができる。
【００３６】
さらに、本実施の形態では、略水平状態に保持されたアーム６４が直線状に昇降する際、第１案内溝６８に案内されるナックルジョイント７０と第２案内溝８４に案内されるローラ８２ａ、８２ｂとが同時に案内されるように設け、前記アーム６４が昇降する際のガタの発生を防止している。なお、略水平状態に保持されたアーム６４が直線状に昇降する際、第２案内溝８４にローラ８２ａ、８２ｂを摺動させることなく、第１案内溝６８に沿って摺動するナックルジョイント７０のみよってアーム６４を昇降させてもよい。
【００３７】
さらにまた、本実施の形態では、基準ピン１００をワークＷの位置決め用孔部Ｈに圧入するワークＷの位置決め作業にもとづいて説明しているがこれに限定されるものではなく、図示しない治具の位置決め、ワークのクランプ、組み付け精度が要求されるワークのセッティング等の種々の分野に利用することができることは勿論である。
【００３８】
なお、ワークをクランプする場合、略水平状態に保持されたアーム６４が下降する任意の位置でワークをクランプすることができるため、種々の肉厚を有するワークに対応することができる。
【００３９】
また、本実施の形態に係るシリンダ装置１０をスポット溶接に適用した場合、溶接後にアーム６４を略水平状態を保持しながら昇降させることができるため、スポット溶接する打点間の間隔を短縮することができるという利点がある。
【００４０】
加えて、アーム操作部１６を駆動させる駆動源はシリンダ部１２に限定されるものではなく、前記シリンダ部１２に代替して、ナックルジョイント７０を直線状に往復動作させる手段、例えば、図示しない電動リニアアクチュエータ等を用いてもよい。この場合、電動リニアアクチュエータに設けられたボールねじ軸または送りねじ軸の一端部をナックルジョイント７０に連結することにより、本実施の形態と同様の作用・効果が得られることは勿論である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００４２】
すなわち、従来技術と比較して２つのシリンダを用いる必要がないため、装置全体が小型化され、設置スペースの有効利用を図ることができる。
【００４３】
また、簡素な構成によってアームの昇降動作と回動動作とを円滑に且つ連続して行うことができるため、部品点数を削減して製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るシリンダ装置からカバー部材を開成した状態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すシリンダ装置の部分分解斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ったシリンダ部の縦断面図である。
【図４】図１に示すシリンダ装置の一部切欠斜視説明図である。
【図５】図１のシリンダ装置を構成するアームが初期位置にあるときの動作説明図である。
【図６】図５に示す初期位置からアームが所定角度回動動作したときの動作説明図である。
【図７】図６に示す状態からアームがさらに回動動作したときの動作説明図である。
【図８】図７に示す状態からアームが略水平状態を保持しながら下降したときの動作説明図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った横断面図である。
【符号の説明】
１０…シリンダ装置１２…シリンダ部
１４…基板１６…アーム操作部
１８ａ、１８ｂ…シリンダ室２０ａ、２０ｂ…流体圧出入ポート
２２…シリンダチューブ２４…ピストン
２６…ピストンロッド５８、６０…ボデイ
６４…アーム６８、８４…案内溝
７０…ナックルジョイント７２ａ、７２ｂ…二又部
７４…ロッドピン７８…平面部
８２ａ、８２ｂ…ローラ８４ａ…直線部
８４ｂ…円弧部８６…逃げ溝
９６ａ、９６ｂ…ストッパピン

Claims

流体圧出入ポートから供給される圧力流体の作用下にシリンダ室に沿って往復動作するピストンと、前記ピストンに連結され該ピストンと一体的に変位するピストンロッドとを有するシリンダ部と、
前記シリンダ部の一端部に固定されるボデイと、
前記ピストンロッドの一端部に連結された連結部材と、
前記連結部材を介して前記ボデイに該ピストンロッドと一体的に変位自在に設けられたアームと、
前記連結部材に軸着され、前記アームを所定角度回動自在に軸支するロッドピンと、
ローラピンを介して前記アームに連結されたローラと、
を備え、
前記ボデイには、前記連結部材の摺動面が係合することにより前記アームをボデイの軸線と直交する状態に保持しながら該連結部材およびピストンロッドを該ボデイの軸線方向に沿って案内する直線状の第１案内溝と、前記アームに連結されたローラを案内することにより前記ロッドピンを中心として該アームを所定角度回動動作させる第２案内溝とが設けられ、
前記ボデイは、相互に対称に２分割された第１ボデイおよび第２ボデイからなり、前記第１ボデイおよび第２ボデイには、それぞれ、該第１ボデイおよび第２ボデイの内側に形成された前記第１案内溝と、該第１ボデイおよび第２ボデイの外側に形成された前記第２案内溝とが対称に相互に対向して設けられることを特徴とするシリンダ装置。
請求項１記載の装置において、
前記第２案内溝は、ボデイの軸線方向に沿って直線状に形成された直線部と、前記直線部に連続する円弧状に形成された円弧部とからなることを特徴とするシリンダ装置。
請求項１記載の装置において、
前記ボデイには、該ボデイの軸線と直交する状態に保持しながら変位するアームを係止するストッパ部材が設けられることを特徴とするシリンダ装置。
請求項３記載の装置において、
前記ストッパ部材は、ボデイの内部に支持され、該ボデイの軸線方向において異なる高さに設定された一組のストッパピンからなることを特徴とするシリンダ装置。
請求項１記載の装置において、
前記第２案内溝に近接する部位には、該第２案内溝に沿って摺動するローラの逃げ溝が形成されていることを特徴とするシリンダ装置。