JP3767652B2

JP3767652B2 - 流体圧アクチュエータ

Info

Publication number: JP3767652B2
Application number: JP22294097A
Authority: JP
Inventors: 太山本
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2017-08-06
Also published as: JPH1151009A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工または組立て等の工程において、部品または製品の移送、供給、取出しまたはクランプ等を行なう流体圧アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から図１０に示すように、駆動部であるピストン５１の往復動を従動部であるテーブル（図示せず）に伝達するために、ピストン５１を符号５１ａ，５１ｂで示すように軸方向に二分割し、この二分割したピストン５１ａ，５１ｂの間に、テーブル側から突設した円柱突起状の係合部５２を挾み込んだ流体圧アクチュエータが知られている。
【０００３】
また、この流体圧アクチュエータにおいては、ボディ５３の外面にリニアベアリングの負荷ボール案内溝（図示せず）が形成されるために、その耐摩耗性を確保する観点から、ボディ５３が高炭素クロム軸受鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼等の硬質素材により成形されている。そして、これらの硬質素材においては、機械加工によりボディ５３に貫通孔５４を形成するのが一般的であり、貫通孔５４の長さが長い場合には、貫通孔５４をその軸方向両端側からそれぞれ穿設して穿設方向の略中央で連通させている。
【０００４】
しかしながら、このように貫通部５４をその軸方向両端側からそれぞれ穿設して穿設方向の略中央で連通させる場合には、軸方向両端側から穿設される一対の孔５４ａ，５４ｂが互いに偏心し易いために、双方の孔５４ａ，５４ｂの接合部に段差５４ｃが生じることがある。双方の孔５４ａ，５４ｂは一連のシリンダ室５５となるものであって、このためシリンダ室５５が二つの中心軸線５５Ａ，５５Ｂを持つことになる。
【０００５】
また円柱突起状の係合部５２はテーブルに対して別部品とされて、この係合部５２をテーブルに設けたねじ孔にねじ込むのが一般的であり、このため、ねじ込みの都合から、係合部５２がテーブルに対して、テーブルに直交する軸線から傾いて結合されることが多い。
【０００６】
したがって、これらの場合、ピストン５１ａ，５１ｂがシリンダ室５５の中心軸線５５Ａ，５５Ｂからオフセットした点で係合部５２と接触することになり、このためピストン５１ａ，５１ｂが流体圧に押圧されると、ピストン５１ａ，５１ｂに回転モーメント荷重が作用する。
【０００７】
そして、このようにピストン５１ａ，５１ｂに回転モーメント荷重が作用すると、ピストン５１ａ，５１ｂやその外周に嵌着されたピストンシール５６，５７に偏摩耗が発生し、よってこれを原因として、これらの部品寿命が短くなる不都合がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑み、ピストンに作用する回転モーメント荷重を小さくし、よってピストンに発生する偏摩耗を小さくし、もって部品寿命を延ばすことが可能な流体圧アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１による流体圧アクチュエータは、貫通孔を形成するとともに前記貫通孔の両端部を閉塞してシリンダ室を設けたボディと、前記シリンダ室に往復動自在に内挿されたピストンと、前記ボディの外部に前記ピストンの往復動方向に沿ってスライド自在に配置されたテーブルと、前記テーブルに前記ボディに向けて設けられ、前記ボディに設けた開口部に差し通されるとともに前記ピストンに係合した係合部とを有する流体圧アクチュエータであって、前記ピストンは、前記係合部が係合した係合部材と、前記係合部材の軸方向両側にそれぞれ非接着で並べられた一対のピストン本体とを備え、前記ピストン本体は、前記係合部材の中心軸線に対してオフセットした状態で前記係合部材の端面に接触可能とされていることにした。
【００１０】
また本発明の請求項２による流体圧アクチュエータは、上記した請求項１の流体圧アクチュエータにおいて、係合部材の軸方向両端部にそれぞれ、シリンダ室の内面と摺動する摺動部が設けられ、前記一対の摺動部の間に、前記シリンダ室の内面との間に間隙を設定した小径部が設けられていることにした。
【００１１】
上記構成を備えた本発明の請求項１による流体圧アクチュエータにおいては、シリンダ室に内挿されるピストンが、係合部が係合する係合部材と、この係合部材の軸方向両側にそれぞれ非接着で並べられる一対のピストン本体とを備えていて、前者の係合部材の軸方向両端部で回転モーメント荷重を受けることになるために、従来の二分割式のピストンの場合と比較して、回転モーメント荷重を受ける係合部材の摺動面距離を大きく設定することが可能である。また従来のピストンと同様に摺動面距離が比較的小さいピストン本体は本来、係合部材以上に傾くが、流体圧に押圧されると係合部材の中心軸線に対してオフセットした状態で係合部材の端面に接触するために、このピストン本体が係合部材以上に傾くことがない。したがってピストン本体が回転モーメント荷重による力を支えることがなく、僅かに傾いた状態でシリンダ室の内面に対して摺動するために、このピストン本体に大きな偏摩耗が発生するのを抑えることが可能となる。
【００１２】
またこれに加えて、上記構成を備えた本発明の請求項２による流体圧アクチュエータのように、係合部材の軸方向両端部にそれぞれシリンダ室の内面と摺動する摺動部が設けられるとともに、この一対の摺動部の間にシリンダ室の内面との間に間隙を設定する小径部が設けられていると、シリンダ室の内面に穿孔時の偏心による段差が形成されていても、係合部材が段差に接触するのを防止することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
【００１４】
図１は、当該実施形態に係る流体圧アクチュエータの正面を示しており、図２が平面、図３が右側面、図４が左側面を示している。図５は、図１におけるＡ−Ａ線断面図、図６は図１におけるＢ−Ｂ線断面図、図７は図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。また図８は係合部材の斜視図、図９はアクチュエータの作動説明図である。
【００１５】
当該実施形態に係る流体圧アクチュエータは先ず、固定部である略長方体形のボディ１を備えており、図５または図７に示すように、このボディ１にその長手方向に沿って断面円形の貫通孔２が形成され、この貫通孔２の両端部がそれぞれ閉止部材３により閉塞されて、ボディ１の内部に断面円形のシリンダ室４が設けられている。
【００１６】
ボディ１は、その硬度を確保するために、高炭素クロム軸受鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼等の硬質素材により成形されている。貫通孔２は、その軸方向両端側からそれぞれ孔を穿設して、この一対の孔を穿設方向の略中央で連通させるようにして形成されており、よって加工精度の都合から、この一対の孔の接合部に段差２ａが生じることがある。閉止部材３はそれぞれ、穴用止め輪５により抜け止めされており、かつＯリング等のパッキン６によりボディ１との間をシールされている。
【００１７】
シリンダ室４の内部に、ピストン７が往復動自在に内挿されており、このピストン７によって仕切られた一対の圧力室８にそれぞれ流体圧としての圧縮空気を給排するべく、ボディ１に一対の配管ポート９が設けられている。配管ポート９はそれぞれオリフィス１０を介して圧力室８と連通している。
【００１８】
ボディ１の外部上面であってその幅方向略中央に、凸部１ａが上方に向けて、かつピストン７の往復動方向に沿って一体に設けられており、この凸部１ａに移動部（従動部とも称する）であるテーブル（スライドテーブルとも称する）１１が跨乗配置されている。テーブル１１の下面に、ボディ１の凸部１ａに対応して、これと嵌め合わされる凹部１１ａが設けられており、凸部１ａの両側面とこれに対向する凹部１１ａの内側面との間にそれぞれ直線案内機構であるリニアベアリング（リニアボールベアリングとも称する）１２が設けられている。凸部１ａはボディ１の全長に亙って設けられており、凹部１１ａもテーブル１１の全長に亙って設けられている。
【００１９】
リニアベアリング１２は、以下のように構成されている。
【００２０】
すなわち先ず、ボディ１の凸部１ａの両側面にそれぞれ、内側負荷ボール案内溝１３がピストン７の往復動方向に沿って直線状に設けられている。この内側負荷ボール案内溝１３は、凸部１ａすなわちボディ１の全長に亙って設けられており、かつ断面円弧形に形成されている。
【００２１】
またテーブル１１の凹部１１ａの内側面にそれぞれ、外側負荷ボール案内溝１４が内側負荷ボール案内溝１３に対向して直線状に設けられており、テーブル１１の内部に無負荷ボール案内孔１５が外側負荷ボール案内溝１４と平行に設けられている。外側負荷ボール案内溝１４は、内側負荷ボール案内溝１３と平行に設けられるとともに凹部１１ａすなわちテーブル１１の全長に亙って設けられており、かつ断面円弧形に形成されている。無負荷ボール案内孔１５は、これも凹部１１ａすなわちテーブル１１の全長に亙って直線状に設けられており、かつ断面円形に形成されている。
【００２２】
またテーブル１１の軸方向両端部にそれぞれ端蓋１６が固定されており、この端蓋１６の内部にそれぞれ、外側負荷ボール案内溝１４と無負荷ボール案内孔１５とを連絡する孔状の循環路１７が設けられている。この循環路１７は平面略Ｕ字形に形成されており、かつ断面円形に形成されている。
【００２３】
そして、これらの負荷ボール案内溝１３，１４、循環路１７および無負荷ボール案内孔１５よりなる無限循環路１８にボール状の転動体１９が多数、転動自在にかつ並列方向に略隙間なく密に収容されており、これにより無限循環式のリニアベアリング１２が構成されている。負荷ボール案内溝１３，１４はそれぞれ、ボディ１およびテーブル１１が高炭素クロム軸受鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼等の硬質素材により成形され、これらの硬質素材に熱処理を施して所定の硬度を得た後、研削を行なうことによって、精密な寸法および形状を備えるように仕上げられている。
【００２４】
ボディ１の上面のうち、テーブル１１に面する部分であって凸部１ａの天面であり、かつシリンダ室４の周面であってその軸方向略中央に、長孔状の開口部（連通部とも称する）２０がピストン７の往復動方向に沿って設けられている。
【００２５】
またボディ１におけるシリンダ室４の周面であって開口部２０の１８０度対称位置（ボディ１の底面）に、開口部２０と同じ軸方向長さを備えた長孔状の窓孔２１が設けられている。この窓孔２１は、テーブル１１に係合部２２をねじ込むために設けられている。
【００２６】
テーブル１１の下面のうち、ボディ１に面する部分であって凹部１１ａの底面であり、かつ軸方向略中央に、円柱突起状ないしピン状を呈する断面略円形の係合部（突起部とも称する）２２がボディ１に向けて下向きに突設されており、この係合部２２がボディ１の開口部２０に差し通され、かつピストン７に対して係合している。係合部２２は、その上端部にねじ部（雄ねじ部とも称する）２２ａを備えていて、このねじ部２２ａをテーブル１１に設けたねじ孔（雌ねじ部とも称する）２３にねじ込むことによって、テーブル１１に対して直角に立設されている。
【００２７】
尚、図５においては、回転モーメント荷重の発生原因を明示するために、係合部２２が傾いて描かれている。このように係合部２２が傾くのは、ねじ部２２ａの雄ねじとねじ孔２３の雌ねじとの間に通常、クリアランスがあり、係合部２２が、横荷重を受けたときに雄ねじの切り終わり部を支点として、このクリアランス分、傾くからである。但し、傾きの方向は決まっておらず、また傾きの大きさも実際には、図示したほど大きくはない。
【００２８】
ピストン７は、以下のように構成されている。
【００２９】
すなわちピストン７は、その往復動方向に三分割されており、軸方向中央の係合部材２４と、その軸方向両側に非接着で並べられた一対のピストン本体２５とを有している。
【００３０】
係合部材２４は、略円柱形を呈しており、その軸方向両端部にそれぞれ、シリンダ室４の内面と摺動する摺動部２４ａが設けられ、この一対の摺動部２４ａの間に、シリンダ室４の内面との間に間隙２４ｄを設定した小径部２４ｂが設けられ、この小径部２４ｂの軸方向略中央に、係合部２２が差し込まれてこの係合部２２が軸方向に係合する孔状または凹部状の係合凹部２４ｃが設けられている。
【００３１】
係合部材２４の軸方向長さは、
「開口部２０の軸方向長さ＋ストローク」
に設定され、または
「係合部材２４の外径寸法＋２×ストローク」
に設定されており、この比較的長い軸方向長さに基づいて、比較的大きな摺動面距離Ｌ_p が設定されている。
【００３２】
摺動部２４ａは環状でなく、この摺動部２４ａが開口部２０の周縁または窓孔２１の周縁と噛ることがないように、円周の一部すなわち左右位置に限って設けられている。係合凹部２４ｃの開口形状は略矩形（四角形）であり、軸方向に対向した内面二面は中心軸線と直角な平面に形成されている。
【００３３】
尚、図７においては、回転モーメント荷重の発生原因を明示するために、係合部２２が係合部材２４に対して図上左側に変位して描かれている。このように係合部２２が係合部材２４に対して変位するのは、シリンダ室４、負荷ボール案内溝１３，１４、転動体１９、およびテーブル１１の係合部２２と螺合するねじ孔２３の位置、または大きさが加工公差範囲内でばらつき、したがってこれらの加工公差の累積分だけ、係合部２２の中心位置と係合部材２４の軸心との間にずれが生じるからである。但し、ずれの方向は決まっておらず、また、ずれの大きさも実際には、図示したほど大きくはない。
【００３４】
ピストン本体２５はそれぞれ、略円盤形を呈しており、その外周面に設けられた環状の装着溝２５ａに環状のピストンシール２６が嵌着されている。ピストン本体２５の端面および係合部材２４の端面は何れも、中心軸線と直角な平面であり、よって両者は対向端面で面接触している。
【００３５】
テーブル１１の右側面に、磁石（永久磁石とも称する）２７が取り付けられるとともにボディ１の側面にセンサ取付用レール２８が取り付けられており、このレール２８に備えられた一対の取付用溝２８ａ，２８ｂに、磁石２７の磁力を検知してテーブル１１がストロークの一端限に位置することを検出する磁気近接センサ２９と、同じく磁石２７の磁力を検知してテーブル１１がストロークの他端限に位置することを検出する磁気近接スイッチ３０とがそれぞれ、着脱自在にかつ取付位置を調節自在に取り付けられている。
【００３６】
上記構成を備えた流体圧アクチュエータは例えば、ボディ１を基台（図示せず）に設置するとともにテーブル１１にワーク（図示せず）を搭載して、このワークをテーブル１１とともに往復動させるものであって、図５の状態から、図上右側の圧力室８に圧縮空気を供給するとともに左側の圧力室８を大気開放すると、一対のピストン本体２５および係合部材２４よりなるピストン７が空気圧に押圧されて左方向に移動し、係合部材２４の係合凹部２４ｃに係合部２２が係合しているために、係合部２２およびこの係合部２２を立設したテーブル１１が同方向に従動し、係合部２２がその周面で開口部２０の周縁部に当接して、これらの移動が停止される。
【００３７】
圧縮空気は直接には図上右側のピストン本体２５を押圧し、このピストン本体２５が係合部材２４を押圧し、この係合部材２４が係合部２２および左側のピストン本体２５を押圧するが、図７に示したように係合部材２４がシリンダ室４の中心軸線から図上左側にオフセットした点で係合部２２と接触する。したがって図９に示したように係合部材２４がシリンダ室４とのクリアランス分、傾き、摺動部２４ａが
ｆ＝（Ｆ・Ｌ_O ）／（２・Ｌ_p ）
但し、Ｆ：圧縮空気による押圧力
Ｌ_O ：シリンダ室の中心軸線と接触点との距離
Ｌ_p ：摺動面距離
の回転モーメント荷重ｆを受けるが、係合部材２４の軸方向長さが長くて摺動面距離Ｌ_p が大きく設定されているために、従来と比較して、受ける回転モーメント荷重の大きさが大幅に減少する。係合部材２４は、ストロークが長くなれば、これに比例して軸方向長さが長くなるために、受ける回転モーメント荷重の減少度合いが更に大きくなる。また摺動面距離Ｌ_p が従来と比較して大幅に増加しているために、傾きも極端に小さくなる。
【００３８】
また摺動面距離が比較的小さいピストン本体２５は本来、係合部材２４以上に傾くはずであるが、圧縮空気に押圧されると、図９に示したように係合部材２４の中心軸線２４Ａに対してオフセットして、その端面で係合部材２４の端面に面接触するために、係合部材２４以上に傾くことがない。
【００３９】
したがって、ピストン本体２５およびその外周に嵌着されたピストンシール２６が回転モーメント荷重による力を支えることがなく、僅かに傾いた状態でシリンダ室４の内面に対して摺動するために、これらの部品に大きな偏摩耗が発生するのを抑えることができ、これらの部品寿命を延ばすことができる。尚、図９において、符号４ａはシリンダ室４の中心軸線、符号２５Ａはピストン本体２５の中心軸線を示している。
【００４０】
また受ける荷重が小さいために、摩耗によって発生する摩耗粉の粒子が非常に小さい。したがって摩耗粉がピストンシール２６に悪影響を及ぼすのを防止することもできる。
【００４１】
図５において、左側に移動したピストン７を再度、図示したように右方向に移動させる場合には、図上左側の圧力室８に圧縮空気を供給するとともに右側の圧力室８を大気開放する。すると、一対のピストン本体２５および係合部材２４よりなるピストン７が空気圧に押圧されて右方向に移動し、係合部材２４の係合凹部２４ｃに係合部２２が係合しているために、係合部２２およびこの係合部２２を立設したテーブル１１が同方向に従動し、係合部２２がその周面で開口部２０の周縁部に当接して、これらの移動が停止され、この反対向きの移動においても上記と同様の作用効果が奏される。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００４３】
すなわち先ず、上記構成を備えた本発明の請求項１による流体圧アクチュエータにおいては、シリンダ室に内挿されるピストンが、係合部が係合する係合部材と、この係合部材の軸方向両側にそれぞれ非接着で並べられる一対のピストン本体とを備えていて、前者の係合部材の軸方向両端部で回転モーメント荷重を受けるために、従来の二分割式のピストンの場合と比較して、回転モーメント荷重を受ける係合部材の摺動面距離を大きく設定することが可能である。したがって係合部材の軸方向両端部に作用する回転モーメント荷重の大きさを大幅に減少させることができる。
【００４４】
また係合部材とピストン本体とが非接着とされているために、ピストン本体が流体圧に押圧されると、このピストン本体が係合部材の中心軸線に対してオフセットした状態で係合部材の端面に接触し、このためピストン本体が係合部材以上に傾くことがない。
【００４５】
したがって、係合部材の軸方向両端部に作用する回転モーメント荷重が小さいとともに、ピストン本体が回転モーメント荷重による力を支えることがなく、僅かに傾いた状態でシリンダ室の内面に対して摺動するために、これらの部品に偏摩耗が発生するのを抑えることができ、これらの部品寿命を延ばすことができる。
【００４６】
またこれに加えて、上記構成を備えた本発明の請求項２による流体圧アクチュエータにおいては、係合部材の軸方向両端部にそれぞれシリンダ室の内面と摺動する摺動部が設けられ、この一対の摺動部の間にシリンダ室の内面との間に間隙を設定する小径部が設けられているために、シリンダ室の内面に段差が形成されていても、係合部材がこの段差に接触するのを防止することができる。したがって係合部材が段差に接触して、噛り等の不具合が発生するのを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る流体圧アクチュエータの正面図
【図２】同流体圧アクチュエータの平面図
【図３】同流体圧アクチュエータの右側面図
【図４】同流体圧アクチュエータの左側面図
【図５】図１におけるＡ−Ａ線断面図
【図６】図１におけるＢ−Ｂ線断面図
【図７】図１におけるＣ−Ｃ線断面図
【図８】係合部材の斜視図
【図９】同流体圧アクチュエータの作動説明図
【図１０】従来例に係る流体圧アクチュエータの断面図
【符号の説明】
１ボディ
１ａ凸部
２貫通孔
２ａ段差
３閉止部材
４シリンダ室
４Ａ，２４Ａ，２５Ａ中心軸線
５穴用止め輪
６パッキン
７ピストン
８圧力室
９配管ポート
１０オリフィス
１１テーブル
１１ａ凹部
１２リニアベアリング
１３内側負荷ボール案内溝
１４外側負荷ボール案内溝
１５無負荷ボール案内孔
１６端蓋
１７循環路
１８無限循環路
１９転動体
２０開口部
２１窓孔
２２係合部
２２ａねじ部
２３ねじ孔
２４係合部材
２４ａ摺動部
２４ｂ小径部
２４ｃ係合凹部
２４ｄ間隙
２５ピストン本体
２５ａ装着溝
２６ピストンシール
２７磁石
２８センサ取付用レール
２８ａ，２８ｂ取付用溝
２９，３０磁気近接センサ

Claims

貫通孔（２）を形成するとともに前記貫通孔（２）の両端部を閉塞してシリンダ室（４）を設けたボディ（１）と、前記シリンダ室（４）に往復動自在に内挿されたピストン（７）と、前記ボディ（１）の外部に前記ピストン（７）の往復動方向に沿ってスライド自在に配置されたテーブル（１１）と、前記テーブル（１１）に前記ボディ（１）に向けて設けられ、前記ボディ（１）に設けた開口部（２０）に差し通されるとともに前記ピストン（７）に係合した係合部（２２）とを有する流体圧アクチュエータであって、
前記ピストン（７）は、前記係合部（２２）が係合した係合部材（２４）と、前記係合部材（２４）の軸方向両側にそれぞれ非接着で並べられた一対のピストン本体（２５）とを備え、
前記ピストン本体（２５）は、前記係合部材（２４）の中心軸線（２４Ａ）に対してオフセットした状態で前記係合部材（２４）の端面に接触可能とされていることを特徴とする流体圧アクチュエータ。
請求項１の流体圧アクチュエータにおいて、
係合部材（２４）の軸方向両端部にそれぞれ、シリンダ室（４）の内面と摺動する摺動部（２４ａ）が設けられ、前記一対の摺動部（２４ａ）の間に、前記シリンダ室（４）の内面との間に間隙（２４ｄ）を設定した小径部（２４ｂ）が設けられていることを特徴とする流体圧アクチュエータ。