JP7307644B2 - 推力拡大装置 - Google Patents
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Description
これら流体圧シリンダは、流体の圧力でシリンダ内のピストンに推力を発生させることにより、例えば、プレスやアクチュエータの駆動など、様々な機械的な動作の原動となることができる。
このような流体圧シリンダとして、空圧をシリンダ内部で油圧力に変換するエアハイドロシリンダがある(特許文献1)。
このエアハイドロシリンダでは、エアシリンダ(入力側)と推力を拡大する油圧シリンダ(出力側)を共通するシリンダで1体化したもので、シリンダ内の入力側にエアで駆動するエアピストンを配置し、エアピストンの出力を入力として駆動する油圧ピストンと出力ロッドを出力側に配置している。
このため、異なるエアシリンダ部のストロークなどの変更が必要になった場合には、エアシリンダ部だけを交換することは容易ではないため、実際にはエアハイドロシリンダ全体を交換する必要がある。
(2)請求項2に記載の発明では、入力側に入力用アクチュエータが接続されることで、前記入力用アクチュエータから入力された推力を拡大して出力する推力拡大装置であって、シリンダと、前記シリンダ内に配設され、前記シリンダ内をスラスト方向に移動するピストン部と、前記ピストン部に接続された出力ロッドを有する流体ピストンと、前記シリンダの一端側に接続され、前記出力ロッドがスラスト方向に移動する貫通孔が形成された出力側蓋部と、前記シリンダの他端側に接続され、前記入力用アクチュエータからの前記推力が入力される入力部が形成された入力側蓋部と、前記シリンダと前記ピストン部と前記入力側蓋部で仕切られる流体室内に流体を供給する流体供給手段と、前記シリンダ、前記出力側蓋部、前記入力側蓋部の少なくとも1箇所に配設された、前記入力用アクチュエータを固定する固定手段と、を具備し、前記固定手段は、固定用アダプタを介して前記入力用アクチュエータを固定するための、前記固定用アダプタを固定するためのボルト穴を備え、前記固定用アダプタを介して、前記入力用アクチュエータを前記入力側蓋部から所定距離だけ離れた位置に固定し、前記入力用アクチュエータの入力ロッドの先端にアダプタロッドを固定した入力用アクチュエータを、前記固定用アダプタを介して所定距離だけ離れた位置に固定する、ことを特徴とする推力拡大装置を提供する。
(3)請求項3に記載の発明では、入力側に入力用アクチュエータが接続されることで、前記入力用アクチュエータから入力された推力を拡大して出力する推力拡大装置であって、シリンダと、前記シリンダ内に配設され、前記シリンダ内をスラスト方向に移動するピストン部と、前記ピストン部に接続された出力ロッドを有する流体ピストンと、前記シリンダの一端側に接続され、前記出力ロッドがスラスト方向に移動する貫通孔が形成された出力側蓋部と、前記シリンダの他端側に接続され、前記入力用アクチュエータからの前記推力が入力される入力部が形成された入力側蓋部と、前記シリンダと前記ピストン部と前記入力側蓋部で仕切られる流体室内に流体を供給する流体供給手段と、前記シリンダ、前記出力側蓋部、前記入力側蓋部の少なくとも1箇所に配設された、前記入力用アクチュエータを固定する固定手段と、を具備し、前記出力側蓋部は、中央に交換用出力部が形成され、前記シリンダに固定される出力側蓋と、中央に前記貫通孔が形成され、前記出力側蓋の前記交換用出力部に配置され交換可能に固定された止め蓋と、を有する、ことを特徴とする推力拡大装置を提供する。
(4)請求項4に記載の発明では、前記固定手段は、前記入力側蓋部に形成された固定用のボルト穴を備えている、ことを特徴とする請求項1、請求項2、又は請求項3に記載の推力拡大装置を提供する。
(5)請求項5に記載の発明では、前記固定手段は、入力側蓋部と出力側蓋部の側面に形成された固定用ボルト穴を備えている、ことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、又は請求項4に記載の推力拡大装置を提供する。
(6)請求項6に記載の発明では、前記流体ピストンは、前記ピストン部から前記出力ロッドの途中まで続き、前記流体室の一部を形成する有底の空洞部を備える、ことを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置を提供する。
(7)請求項7に記載の発明では、前記固定手段は、固定用アダプタを介して前記入力用アクチュエータを固定するための、前記固定用アダプタを固定するためのボルト穴を備えている、ことを特徴とする請求項1、請求項3、請求項4から請求項6のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置を提供する。
(8)請求項8に記載の発明では、前記固定手段は、前記固定用アダプタを介して、前記入力用アクチュエータを前記入力側蓋部から所定距離だけ離れた位置に固定する、ことを特徴とする請求項7に記載の推力拡大装置を提供する。
(9)請求項9に記載の発明では、前記固定手段は、前記入力用アクチュエータの入力ロッドの先端にアダプタロッドを固定した入力用アクチュエータを、前記固定用アダプタを介して所定距離だけ離れた位置に固定する、ことを特徴とする請求項8に記載の推力拡大装置を提供する。
(10)請求項10に記載の発明では、前記入力側蓋部に形成された入力部は、前記入力用アクチュエータの先端に固定した前記アダプタロッドの断面形状に合わせた円形形状である、ことを特徴とする請求項2、又は請求項9に記載の推力拡大装置を提供する。
(11)請求項11に記載の発明では、前記入力側蓋部に形成された入力部は、前記入力用アクチュエータの入力ロッドの断面形状に合わせた円形形状である、ことを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置を提供する。
(12)請求項12に記載の発明では、前記固定手段で固定される前記入力用アクチュエータは、エアシリンダ又は電動シリンダである、ことを特徴とする請求項1から請求項11のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置を提供する。
(13)請求項13に記載の発明では、前記入力用アクチュエータの入力ロッドは、外周面に段差が無い断面円形形状である、ことを特徴とする請求項12に記載の推力拡大装置を提供する。
(14)請求項14に記載の発明では、前記出力側蓋部は、前記出力側蓋部に対して前記ピストン部の回転を抑止する周り止め部材を有する、ことを特徴とする請求項1から請求項13のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置を提供する。
(15)請求項15に記載の発明では、前記流体ピストンに対して、入力側方向の力を加える付勢手段を有する、ことを特徴とする請求項1から請求項14のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置を提供する。
(16)請求項16に記載の発明では、前記シリンダ、前記出力側蓋部、前記入力側蓋部の少なくとも1箇所に配設された、前記出力ロッドから出力される拡大された推力を受ける出力アタッチメントを固定する出力用固定手段、を具備したことを特徴とする請求項3に記載の推力拡大装置を提供する。
(17)請求項17に記載の発明では、加工工程に対応する加工治具を交換可能な前記出力アタッチメントを備える、ことを特徴とする請求項16に記載の推力拡大装置を提供する。
(18)請求項18に記載の発明では、ワークを把持する把持手段を、ワーク形状に合せて交換可能な前記出力アタッチメントを備える、ことを特徴とする請求項16に記載の推力拡大装置を提供する。
(19)請求項19に記載の発明では、前記シリンダ、前記出力側蓋部、前記入力側蓋部の少なくとも1箇所に配設された、ロボットアームを取付けるロボット用アダプタを固定するロボット用固定手段、を具備したことを特徴とする請求項3、請求項16から請求項18のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置を提供する。
(20)請求項20に記載の発明では、前記固定手段は、前記入力部に推力を入力する前記入力用アクチュエータの入力ロッドの軸心が、前記出力ロッドの軸心に対して、所定の傾斜角度となるように、前記入力用アクチュエータを固定する、ことを特徴とする請求項1から請求項19のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置を提供する。
(21)請求項21に記載の発明では、前記入力側蓋部は、前記出力側蓋部に対して、前記所定の傾斜角度で前記シリンダに接続されている、ことを特徴とする請求項20に記載の推力拡大装置を提供する。
(22)請求項22に記載の発明では、前記傾斜角度は90度である、ことを特徴とする請求項20、又は請求項21に記載の推力拡大装置を提供する。
(23)請求項23に記載の発明では、円柱形状の入力ロッドを備える入力用アクチュエータと、シリンダと、前記シリンダ内に配設され、前記シリンダ内をスラスト方向に移動するピストン部と、前記ピストン部に接続された出力ロッドを有する流体ピストンと、前記シリンダの一端側に接続され、前記出力ロッドがスラスト方向に移動する貫通孔が形成された出力側蓋部と、前記シリンダの他端側に接続され、前記入力用アクチュエータからの推力が入力される入力部が形成された入力側蓋部と、前記シリンダと前記ピストン部と前記入力側蓋部で仕切られる流体室内に流体を供給する流体供給手段と、前記シリンダ、前記出力側蓋部、前記入力側蓋部の少なくとも1箇所に配設された、前記入力用アクチュエータを固定する固定手段と、を備え、前記入力側蓋部は、中央に交換用入力部が形成され、前記シリンダに固定される入力側蓋と、中央に前記入力部が形成され、前記入力側蓋の前記交換用入力部に配置され交換可能に固定された蓋用アダプタと、を有し、前記入力ロッドを前記入力側蓋部に挿通することにより前記入力用アクチュエータが接続されて、前記入力用アクチュエータから入力された推力を拡大して出力することを特徴とする推力拡大装置を提供する。
本実施形態の推力拡大装置1では、出力する推力の元となる推力を入力する入力機能と、入力された推力をパスカルの原理を利用した流体圧として拡大し出力する推力拡大機能とを有する、いわゆるエアハイドロシリンダから推力拡大機能を構成する部分を分離、独立して形成したものである。
推力拡大装置1は、自装置内に入力がないため単独では動作せず、拡大対象となる推力(入力)を得るために、各種入力側アクチュエータを直接、又はアダプタを介して組み付けることで動作可能になる。
推力拡大装置1の入力側アクチュエータ取付部は、各種アクチュエータの固定方法、およびロッド形状に合わせて部品を変更できるように構成されている。また入力ロッド断面積を変更することにより、推力拡大率を自由に変更することが可能である。また入力側アクチュエータの入力ストロークを変更することにより、出力側ロッドのストロークを変更することができる。
推力拡大装置1によれば、入力側アクチュエータから分離独立したことにより、一般に使用されている各種シリンダを容易に取り付け、交換することができる。
図1は本実施形態における推力拡大装置1の構成を表したもので、(a)スラスト方向(中心線の方向)の断面を表したもの、(b)は左側からの側面を、(c)は右側からの側面を表したものである。
図2は推力拡大装置1を構成する各部品を表したものである。但し、図1に示したOリングについては図2に表示していない。
なお、全ての図面は、推力拡大装置1から出力される推力は、図面の左側から右側方向に出力される向きに記載している。このため、図面左側を入力側、右側を出力側ということとする。
このシリンダ2の入力側の端部には入力側蓋3が固定され、入力側蓋3の中央には使用する入力側アクチュエータに応じて交換可能な蓋用アダプタ4が取り付けられている。この入力側蓋3と蓋用アダプタ4が入力側蓋部として機能している。
一方、シリンダ2の出力側の端部には、出力側蓋5が固定され、この出力側蓋5の中央には止め蓋6が取り付けられている。
また、シリンダ2の内部には、油圧室の一部(スラスト方向の1端面)を構成すると共に、拡大された推力を出力する油圧ピストン7(流体ピストン)が配設されている。
本実施形態の推力拡大装置1を構成する部品(Oリングや摺動補助リング等の特定の部品を除く)の材質は、アルミニウム、ステンレス、鉄などの金属である。
推力拡大装置1の大きさは、一例として、外径が70mm程度、出力ロッド72のストローク長さが5mm程度であるが、これよりも大きくても、あるいは、小さくてもよい。
以下、シリンダ2、入力側蓋3、蓋用アダプタ4、出力側蓋5、止め蓋6、油圧ピストン7の各々について説明する。
ネジ穴25は、押さえボルト54で出力側蓋5を固定するためのネジ穴で内側に雌ねじが螺刻されている。ネジ穴25は、図1(c)に示す押さえボルト54の位置に対応して、同一円周上に6箇所形成されている。
ネジ穴26は、押さえボルト33で入力側蓋3を固定するためのネジ穴で内側に雌ねじが螺刻されている。ネジ穴26は、図1(a)に示す押さえボルト33の位置に対応して、同一円周上に8箇所形成されている。
給油口21は、後述する油圧室8内に油を供給するための貫通孔で、給油口栓22で塞がれるようになっている。図面では1つが表示されているが、給油口21と給油口詮22は、シリンダ2の同一円周上にそれぞれ2つ設けられており、何れか一方から油圧室8内に油を供給し、他方はエア抜き用として使用される。なお、いずれか一方の給油口21に圧力センサを取り付けることで油圧室8内の油圧を検出することができるようにしてもよい。
また、吸排気孔23は、後述する空圧室9内のエアを吸排気するための貫通孔で、吸排気口24が接続されている。この空圧室9、吸排気孔23、吸排気口24は、流体ピストンに対して、入力側方向の力を加える付勢手段として機能している。
入力側蓋3のフランジ部には、貫通孔32が8箇所に形成されている。そして、図1(b)に示すように、8本の押さえボルト33がこの貫通孔32を挿通してシリンダ2のネジ穴26に螺合されることで、入力側蓋3がシリンダ2に固定されている。
入力側蓋3のフランジ部は図1(b)に示すように円形ではなく、四隅が同心円状で切り取られた方形形状に形成されている。これにより、入力側蓋3のフランジ部は、外周面の4箇所が平面状に形成され、対向する平面と平面との間の長さは、シリンダ2の直径よりも大きく形成されている。この形状は、後述する出力側蓋5のフランジ部と同じである。
これにより、入力側蓋3と出力側蓋5の同一面上に位置する両面によって、推力拡大装置1を載置台等の上に安定的に載置することができる。また、後述するように、推力拡大装置1の側面に延長アダプタ142、162を固定する場合に、フランジ部の平面に安定的に押さえボルト143、144、163、164でボルト止めすることができる(図5、6参照)。
なお、図示しないが、入力側蓋3と出力側蓋5におけるフランジ部外周の平面部には、延長アダプタ142、162を固定する押さえボルト用のネジ穴(図示しない)が径方向に形成されている。
入力側蓋3の入力側の端面には、図1(b)に示すように、4箇所にネジ穴35が形成されている。このネジ穴35は、図1(a)、図2の断面には現れないので、同図においては点線で表示している。このネジ穴35は、推力拡大装置1にエアシリンダ等の入力用シリンダ装置をボルト止めするためのネジ穴である。
また、入力側蓋3における、シリンダ2内に収容される小径部の外周面には、全周に渡って外周溝38が形成され(図2参照)、この外周溝38にはOリング39(図1(a)参照)が配設されている。Oリング39は、後述する油圧室8内の油をシールしている。
蓋用アダプタ4の中央には、貫通孔41(入力部)が形成されている。貫通孔41は入力側の内径に対して出力側の内径が大きく形成されている。この内径の差分と同じ厚さのガイドブッシュ42が出力側に配置されている。
ガイドブッシュ42の外径は貫通孔41の出力側の内径と同じで、ガイドブッシュ42の内径は貫通孔41の入力側の内径と同じである。但し、ガイドブッシュ42の外径は、貫通孔41に圧入される際の圧入代分(寸法公差範囲)だけ大きく形成されている。また、ガイドブッシュ42の内径は、挿入される入力ロッド101の外径よりも大きく、また入力ロッド101が蓋用アダプタ4に接触しないようにするため、貫通孔41の入力側の内径よりも寸法公差の範囲で小さく形成されている。なお、ガイドブッシュ42の軸方向の長さは、出力側の端面が蓋用アダプタ4の出力側端面までの長さよりも寸法公差分だけ短く形成されている。
ガイドブッシュ42は、その内周面で、推力拡大装置1に取り付けられる各種シリンダの入力ロッドを受けると共に、入力ロッドの前後方向(入力方向と出力方向)の移動をガイドするガイド部材である。
蓋用アダプタ4は、入力側に配設されるシリンダ装置のサイズ、特に貫通孔41に挿通される入力ロッドのサイズに合わせて適宜交換される。交換される蓋用アダプタ4の貫通孔41とガイドブッシュ42の内径、及び、後述するOリング47のサイズについては、シリンダ装置の入力ロッド径により選択される。
蓋用アダプタ4の交換は、押さえボルト44を取り外すことで行われる。
本実施形態によれば、入力側蓋3と別に入力側のシリンダに対応した蓋用アダプタ4を設けることで、内部に油圧ピストン7を収容した状態のまま、異なるタイプの入力側のシリンダに容易に交換することができる。
なお、入力側蓋3と蓋用アダプタ4とを別体とせずに、一体形成した入力側蓋3を使用し、押さえボルト33で取り外して、シリンダ装置の入力ロッド径に合わせた入力側蓋3に交換するようにしてもよい。
また蓋用アダプタ4における小径部の外周面には、全周に渡って外周溝48が形成され(図2参照)、この外周溝48にはOリング49(図1(a)参照)が配設されている。
Oリング47、Oリング49は、共に、後述する油圧室内の油をシールしている。
出力側蓋5は、小径部と大径のフランジ部を有する板状に形成されている。出力側蓋5の小径部はシリンダ2内に収容され、フランジ部の入力側の端面はシリンダ2の開放端と当接している。
出力側蓋5における小径部の外周面には、全周に渡って外周溝58が形成され(図2参照)、この外周溝58に空圧室9内のエアをシールするOリング59が配設されている(図1(a)参照)。
出力側蓋5のフランジ部には、貫通孔53が6箇所に形成されている。そして、図1(c)に示すように、6本の押さえボルト54がこの貫通孔53を挿通してシリンダ2のネジ穴25に螺合されることで、出力側蓋5がシリンダ2に固定されている。
出力側蓋5のフランジ部は、入力側蓋3と同様に、四隅が同心円状で切り取られた方形形状に形成されている(図1(b)、(c)参照)。
中内径部と大内径部で形成される段差部には、入力方向に向けたネジ穴52が6箇所に形成されている。ネジ穴52は、後述する止め蓋6を出力側蓋5に固定するためのものである。
但し、ガイドブッシュ51の外径と内径については、ガイドブッシュ42と同様に、圧入分だけ寸法公差の範囲で外径が大きく形成され、挿入される出力ロッド72がガイドブッシュ51以外と接触しないようにするために内径が寸法公差の範囲で小さく形成されている。また、ガイドブッシュ51の軸方向の長さも、中内径部よりも寸法公差の範囲で短く形成されている。
ガイドブッシュ51は、その内周面で、シリンダ2内に配設される油圧ピストン7の出力ロッド72を受けると共に、入力ロッドの前後方向(入力方向と出力方向)の移動をガイドするガイド部材である。
穴55の内部には、後述する油圧ピストン7の移動に伴い、回り止めピン75が入出力方向にスライドするようになっている。
穴57aの内部には、コイルバネ57用の出力側端部が挿入され固定される。コイルバネ57(付勢手段)の入力側端部はピストン部71の出力側端面に当接している。
また、出力側蓋5の出力側端面には、図1(c)に示すように、6箇所にネジ穴56が形成されている。このネジ穴56は、推力拡大装置1の出力側に各種部材を取り付けるためのものである。
止め蓋6の中央には、出力ロッド72が挿通される貫通孔61が形成されている。この貫通孔61には、全周に渡って内周溝64が形成され(図2参照)、この内周溝64にはダストシール65(図1(a)参照)が配設されている。
ダストシール65は、出力ロッド72が摺動した時に、出力ロッド72に付着した外部からのゴミや異物等が、推力拡大装置1の内部に侵入するのを防いでいる。
この貫通孔61の外側には貫通孔62が6箇所に形成されている。図1(c)に示すように、6本の押さえボルト63がこの貫通孔62を挿通して出力側蓋5のネジ穴52に螺合されることで、止め蓋6が出力側蓋5に固定されている。
ピストン部71の外周面には全周に渡って外周溝78が形成され(図2参照)、この外周溝78には、油圧室8と空圧室9の間をシールするOリング79(図1(a)参照)が配設されている。
ピン穴74には、回り止めピン75の一端側が圧入により固定され、他端側は出力側蓋5内に摺動可能に挿入されている。回り止めピン75は、ピストン部71が入出力方向の移動に伴う回転を抑止するようになっている。
ピン穴76には、ガイドピン77の一端側が圧入により固定され、圧入された部分よりも出力側がコイルバネ57内に挿入されていて、コイルバネ57の伸び縮みをガイドするようになっている。なお、本実施形態では円周状に6つのコイルバネ57を配置したが、コイルバネは1つでもよい。この場合、コイルバネの内径に出力ロッド72を挿入し、コイルバネの入力側端部がピストン部71の出力側端面に、コイルバネの出力側端部が出力側蓋5の入力側端面に、適宜位置決め溝等を介して当接していればよい。
回り止めピン75とコイルバネ57は回り止め部材の一例である。
油圧ピストン7の出力ロッド72の出力側には、その端面から入力方向に向けてボルト穴72aが形成されている。このボルト穴72aは、例えばプレス加工等で使用する抜き型用のパンチなどの各種工具を取り付けるためのものである。
本実施形態の推力拡大装置1を使用する場合には、その入力側に各種入力用アクチュエータを取り付けて使用する。
図3は、推力拡大装置1に、入力用アクチュエータとして機能するエアシリンダを取り付けた第1、第2使用例を表したものである。なお、図3では、推力拡大装置1について内部の状態を説明するために断面で表している。
図3(a)の第1使用例では、エアシリンダ100を取り付けたもので、(b)は左側面を表したもので、(c)はエアシリンダ100による推力拡大装置1の動作状態を表している。
図3(a)に示すように、エアシリンダ100は円柱形状の入力ロッド101と吸排気孔102、103を備えている。エアシリンダ100は、吸排気孔102、103からのエア供給と排気によって、入力ロッド101の先端が出力方向及び入力方向に移動するようになっている。
エアシリンダ100を取り付ける場合には、入力ロッド101の先端を、推力拡大装置1の入力側蓋3に形成した貫通孔41に挿通した状態で、本体部分の貫通孔に通した4本の押さえボルト109を入力側蓋3のネジ穴35に螺合することで、推力拡大装置1に固定する。
エアシリンダ100を取り付けた後、シリンダ2から給油口栓22を外し、給油口21から油を供給する。
なお、本実施形態の推力拡大装置1では、増幅した流体圧力(推力)として出力する部分に使用する流体として、入手が容易で非圧縮性流体である作動油などの油を使用している。但し、使用する流体としては、流動性を持つ気体、液体またはゲル状の物質を使用することも可能である。この場合には、該当する流体を油圧室8に充填する。
なお、図3~図6では、油を充填した油圧室8の状態を解り易くするために、油が充填されている領域を塗りつぶしにより表している。
この状態で図3(c)に示すように吸排気孔102からエアを供給する(太矢印で示す)ことで、エアシリンダ100の入力ロッド101が出力方向に移動し、吸排気口24と吸排気孔103から太矢印で示すようにして内部のエアが抜け、油圧室8内に侵入する。
これにより、出力ロッド72の空洞部73にあった油が入力ロッド101の外周側を通り、入力側蓋3及び蓋用アダプタ4とピストン部71との間に移動し、ピストン部71と出力ロッド72が出力側に、油圧ストロークOSだけ移動する(図3(a)、(c)参照)。
そして、出力ロッド72の先端からは、エアシリンダ100の推力、すなわち、入力ロッド101の先端からの推力Fiに対して、油圧によって増幅された(拡大された)推力Fp1が出力される。
式(1) Fp1=(Fi/S1)×S2=Fi×(S2/S1)
また、エアシリンダ100を容易に推力拡大装置1に取り付けることができる。
すなわち、吸排気孔102を開放状態とし、吸排気孔103からエアを供給することで、エアシリンダ100の入力ロッド101を入力側に後退させる。
これにより、油圧室8は、入力ロッド101が入っていた体積分の空間が復元され、同時に貫通孔41の空間も復元される。油圧室8は外部からの流体の流出入が無いので、復元された空間部分には油圧室8内部の油が流入し、ピストン部71には入力側への負圧力が発生する。空圧室9には大気圧が掛っているので、ピストン部71は入力側に移動する。このとき、コイルバネ57の付勢力により、入力側への移動が補助される。
ここで、より確実に初期状態に戻す場合は、吸排気孔103からエアを供給すると共に、開放状態であった推力拡大装置1の吸排気口24から空圧室9にエアを供給してもよい。
なお、ピストン部71は、出力方向の移動、及び入力方向への移動に対して、回り止めピン75により回転を抑制することができる。また、ガイドピン77に沿ってコイルバネ57が延び縮みすることで、軸方向に付勢をピストン部71に加えることができる。
図3(d)の第2使用例では、第1使用例のエアシリンダ100よりも小さい小型エアシリンダ120を取り付けた場合の例である。
この小型エアシリンダ120は、エアシリンダ100に比べて、小型エアシリンダ120の本体の外形サイズが小さく、入力ロッド121の径も細くなっている。
本体の外形サイズが小さいため、小型エアシリンダ120を推力拡大装置1に固定するための押さえボルト129は、入力側蓋3のネジ穴35ではなく、蓋用アダプタ4に形成されたネジ穴45に螺合されている。
一方、図3(a)に示すように推力拡大装置1に取り付けたエアシリンダ100を交換する場合には、次の通り行う。
すなわち、給油口栓22を取り外し、油圧室8内の油を抜いた後、エアシリンダ100を取り外し、更に押さえボルト44を外して蓋用アダプタ4を入力側蓋3から取り外す。
その後、小型エアシリンダ120用の蓋用アダプタ4に交換して、押さえボルト44で入力側蓋3に固定する。その後、小型エアシリンダ120を押さえボルト129でネジ穴45に螺合して推力拡大装置1に固定する。さらに、シリンダ2の給油口21から油を充填した後に給油口栓22をする。
このように、本実施形態の推力拡大装置1では、蓋用アダプタ4を交換することで、入力ロッドの径が異なる他のシリンダに容易に交換することができる。
式(2) Fp2=(Fi2/S3)×S2=Fi2×(S2/S3)
式(2)と式(1)において、Fi1=Fi2の場合、S1>S3であるから、Fp2>Fp1となり、同一推力の入力に対してより大きく増幅された出力を得ることができる。
図4は、第3使用例についての使用状態を表したものである。
この第3使用例は、推力拡大装置1に取り付けるシリンダとして電動シリンダ130を取り付けた場合の例である。
図4(a)に示した電動シリンダ130は、図3で説明したエアシリンダ100や小型エアシリンダ120と異なり、本体を貫通する貫通孔が無い場合や、ネジ穴35やネジ穴45の位置が合わない場合の例である。
この場合には、図4(a)に示すように、電動シリンダ130をアダプタ133を介して推力拡大装置1に固定する。
ここで、電動シリンダ130を入力側蓋3や蓋用アダプタ4に直接取り付けが可能な場合は、アダプタ133を介さず直接取り付けてもよい。また図3において、エアシリンダを直接入力側蓋3や蓋用アダプタ4に取り付けられない場合は、アダプタ133に相当するアダプタを設けて推力拡大装置1に固定してもよい。
アダプタ133は、中央には円柱形状の入力ロッド131が挿通される貫通孔134が形成されると共に、入力側蓋3のネジ穴35の位置に対応して貫通孔が形成され、さらに電動シリンダ130に固定するための貫通孔が形成されている。
このアダプタ133の貫通孔134に入力ロッド131を通し、押さえボルト135で電動シリンダ130をアダプタ133に取り付ける。その後、押さえボルト136を蓋用アダプタ4のネジ穴35に螺合することで、電動シリンダ130をアダプタ133を介して推力拡大装置1に固定する。
なお、図4の断面図では、押さえボルト136を表示するために断面を途中で変更しているので、ネジ穴35の表示位置が図1と異なるが、実際のネジ穴35の位置は図1(b)に示すように同じ位置に形成されている。
吸排気口24を開放した状態とし、電動シリンダ130を駆動して入力ロッド131を出力方向に移動させることで、図4(b)に示すように、入力ロッド131が空洞部73(油圧室8)内部に入り込み、出力ロッド72は、油圧ストロークOSだけ前進して拡大された推力を出力ロッド72の先端から出力する。
この場合の出力ロッド72の先端から出力される推力は、式(1)に準じて求まる。推力拡大の原理はエアシリンダの場合と同じである。
このように、本実施形態の推力拡大装置1によれば、電動シリンダ130を容易に取り付けることが可能であるため、装置の使用環境に応じて入力側アクチュエータをエア駆動もしくは電動駆動の最適な方を選定することができる。
本実施形態においては、入力側アクチュエータとして、図3でエア駆動のアクチュエータを、図4で電動駆動のアクチュエータを示したが、入力ロッド131に相当するものを持つシリンダタイプの直動アクチュエータであれば何でもよく、推力拡大装置1に取り付けが可能であれば入力アクチュエータの推力を拡大して出力することができる。
なお、図4(b)に示す出力状態から図4(a)に示す初期状態に戻す場合には、電動シリンダ130を駆動して入力ロッド131を入力方向に後退させればよい。
これにより、ピストン部71は、油圧室8の油の入力側への移動による負圧力と、コイルバネ57の付勢力とにより、入力側に移動する。
ここで、より確実に初期状態に戻す場合は、開放状態であった推力拡大装置1の吸排気口24から空圧室9にエアを供給してもよい。
第1~第3使用例で説明した各シリンダ装置の入力ロッドが円柱形状であったのに対し、第4、第5使用例で推力拡大装置1に取り付けるシリンダ装置は、その入力ロッドが単一の円柱形状でない場合の例である。
一般的なシリンダロッドの先端形状の多くは、ロッド先端に雄ネジまたは雌ネジが形成されており、これらのネジを使用して部品を組付けるときに作業工具(例えばスパナ)を掛けるための平行な2面幅カットが入力ロッド外周面に1か所、または数か所施されている。この2面幅カットや雄ネジ部のような円筒形状ではない異形状の場合は、この部分が摺動する範囲は油圧室8内部の油をOリング等でシールすることができないため、シール部を配設することができない。
また円筒形状であっても先端部分の途中から小径になる段付き形状の入力ロッドの場合もあるが、これも同様に段差部分が摺動する範囲にOリングを配設できない。
これら異形状部分を油圧室8内部深くに入れ込み、Oリング部分で摺動しないようにすることも可能であるが、その場合は空洞部73長くする必要があり大型化するだけでなく、場合によっては出力ロッド72の交換が必要になる。また異形状部分を入れ込むときにときにOリングを傷つける可能性があり、容易に組付けることができない。
そこで、以下の使用例では、これら異形状部分を有するアクチュエータに対し、容易に推力拡大装置1と連結するように構成した場合を説明する。
図5(a)に示したエアシリンダ140は、断面が円形でない、例えば、2面幅カット部分が2箇所90°の位相で形成された角柱形状の入力ロッド141を備え、その先端中央に取付用のネジ穴が形成されている。
このエアシリンダ140は推力拡大装置1に直接取り付けることが出来ないので、アダプタロッド150と延長アダプタ142により取り付けるようになっている。
アダプタロッド150は、入力側の端部にボルトが形成されていて、入力ロッド141先端のネジ穴に螺合する。アダプタロッド150の外形は、推力拡大装置1における蓋用アダプタ4の内径と同じものを使用する。
延長アダプタ142は、板状部142aと、板状部142aから直角方向に延出する延長部142bを備えている。
延長部142bには、推力拡大装置1の出力側蓋5と入力側蓋3に形成されたネジ穴に対応する位置に、押さえボルト143、144で固定するための貫通孔が形成されている。
なお、押さえボルト143用の貫通孔と、出力側蓋5のネジ穴は、図1(c)に示す押さえボルト54との干渉を避けた外側の2箇所に形成されている。また、押さえボルト144用の貫通孔と、入力側蓋3のネジ穴は、図1(b)に示す押さえボルト33、33との干渉を避けた外側の2箇所に形成されている。
なおアダプタロッド150は、エアシリンダ140のストローク以上の単一円柱形状外周面を有しており、入力ロッド141の形状に合せて設計されている。例えば、入力ロッド141の先端が雄ネジであれば、アダプタロッド150は雌ネジで形成される。
推力拡大装置1にエアシリンダ140を取り付ける場合、アダプタロッド150を入力ロッド141に取り付けると共に、板状部142aを押さえボルト145でエアシリンダ140に取り付ける。この状態で、アダプタロッド150の先端を蓋用アダプタ4の貫通孔内に挿通し、押さえボルト143、144で延長部142bを推力拡大装置1に固定する。
その後の油圧室8への油の充填は他の使用例と同じである。
また、エアシリンダ140を取り付けた推力拡大装置1を駆動動作させて、図5(b)の動作状態で出力ロッド72から拡大した推力を出力する動作、及び、初期状態に戻す動作は第1使用例と同じである。
図6(a)に示した電動シリンダ160は、給電部169を備えており、この給電部169からの給電により内蔵モータを制御して入力ロッド161の出し入れを行うようになっている。
電動シリンダ160の入力ロッド161は、断面が円形ではなく、外周面に2面幅カット部分が2箇所90°の位相で形成された角柱形状の先端形状を有し、その先端中央に取付用のネジ穴が形成されている。
この電動シリンダ160もエアシリンダ140と同様に推力拡大装置1に直接取り付けることが出来ないので、アダプタロッド150と延長アダプタ162により取り付けるようになっている。アダプタロッド150は、第4使用例で使用したものと同一である。
延長アダプタ162は、板状に形成され、図6に示すように、推力拡大装置1と電動シリンダ160の径方向のサイズ差に応じた段差部162aが形成されている。図6に示した例では、推力拡大装置1の方が大きいため、その分段差部162aよりも出力側が入力側よりも薄肉状に形成されている。
段差部162aよりも出力側には、推力拡大装置1の出力側蓋5と入力側蓋3に形成されたネジ穴に対応する位置に、押さえボルト163、164で固定するための貫通孔が形成されている。なお、押さえボルト163、164用の貫通孔と、出力側蓋5と入力側蓋3のネジ穴は、それぞれ図1(c)、(b)に示す押さえボルト54、押さえボルト33との干渉を避けた外側の2箇所に形成されている。
一方、段差部162aよりも入力側には、押さえボルト165、166用の貫通孔が形成されている。
その後の油圧室8への油の充填は他の使用例と同じである。
また、電動シリンダ160を取り付けた推力拡大装置1を駆動動作させて、図6(b)の動作状態で出力ロッド72から拡大した推力を出力する動作、及び、初期状態に戻す動作は第3使用例と同じである。
図7は、第6使用例として、推力拡大装置1に、エアシリンダ100と、多関節ロボットアーム200と出力アタッチメント300を取付けた状態を表している。
図7において、(a)は推力拡大装置1の正面から見た状態を、(b)は上から見た状態を、(c)は下からみた状態を、(d)は側面から見た状態を、(e)はA-A断面を、(f)はB-B断面を、それぞれ表している。
なお、(a)(b)は多関節ロボットアーム200を取付けた状態を表し、他は取付けていない状態を表している。
また図7(a)では、図3~6で説明した第1~5使用例と同様に、推力拡大装置1について、内部の状態を説明するために断面で表している。
以下、各使用例、各実施形態において、多関節のロボットにおける多関節ロボットアーム200を例に説明するが、直線方向にだけ動くロボットや、アームが旋回して動くスカラ型のロボット等の各種ロボットに推力拡大装置1を取付けることも可能である。
なお、図7(d)に示すように、第6使用例の推力拡大装置1に接続したエアシリンダ100は、シリンダ2の外周面に2本のレールが軸方向に配設され、その一方に入力側センサ100Aが、他方に出力側センサ100Bが配設されている。
この入力側センサ100Aと出力側センサ100Bは、エアシリンダ100の入力ロッド101(図3参照)が接続されているピストンに配設された磁石(図示しない)の位置を検出するためのセンサである。このエアシリンダ100のピストン位置を検出することで、入力ロッド101が推力拡大装置1の油圧室8の内部にどれだけ挿入されたかについて確認すると共に、出力ロッド72の移動量を確認することができる。
なお、入力側センサ100A、出力側センサ100Bについては、他の使用例で説明したエアシリンダに配設することも可能である。
ロボット用アダプタ201は、図7(a)(b)に示されるように、長方形状であり、その4角に押さえボルト206用のボルト穴が形成されている。ロボット用アダプタ201は、押さえボルト206により、入力側蓋3と出力側蓋5に固定されている。
なお、押さえボルト206でロボット用アダプタ201を固定するための、入力側蓋3と出力側蓋5のボルト穴については、第4使用例、第5使用例で説明した延長アダプタ142、162を、押さえボルト143、144、163、164を固定するためのボルト穴を使用して固定する。但し、ロボット用アダプタ201を固定する押さえボルト206専用のボルト穴を、入力側蓋3と出力側蓋5に形成するようにしてもよい。
そしてロボット用アダプタ201の、推力拡大装置1と対向する側と反対側の面には、ロボット用アダプタ201と多関節ロボットアーム200とを位置決めをするための位置決めピン202が圧入されている。
ロボット用アダプタ201は、図7(d)に示すように、長方形状に形成され、位置決めピン202と同心円上に、ボルト204で多関節ロボットアーム200を固定するためのボルト穴が4箇所に形成されている。
また、ロボット用アダプタ201の4角には、推力拡大装置1の入力側蓋3と出力側蓋5に押さえボルト206で固定するためのボルト穴が形成されている。
最初に、位置決めピン202を使用して多関節ロボットアーム200の先端にロボット用アダプタ201を取り付け、4個のボルト204で固定する。
次に、ロボット用アダプタ201に、4個の押えボルト206で、推力拡大装置1を入力側蓋3と出力側蓋5で固定する。
この出力アタッチメント300は、図7(a)、(c)に示すように、推力拡大装置1の出力側蓋5に固定される取付基部302と、この取付基部302と一体形成されたアーム部303と出力受部304備えている。
取付基部302は、平板状に形成され、その中央に推力拡大装置1の出力ロッド72が挿通される貫通孔が形成されている。この貫通孔の外周側には、取付基部302を出力側蓋5に取付けるための貫通孔が6箇所に形成され、押さえボルト306により固定される。
なお、取付基部302を固定するための押さえボルト306は、出力側蓋5のボルト穴に形成されたネジ穴56(図1、図2参照)で固定される。
出力ロッド72の先端に形成された各種工具を取付けるためのボルト穴72aと同様に、出力受部304の対向位置に、同じく各種工具取付け用のボルト穴が形成されている。
図7に示した例の出力アタッチメント300では、カシメ用のカシメ具72Aとカシメ具308Aが、出力ロッド72と出力受部304にそれぞれ取付けられている。
図8は、多関節ロボットアーム200に取付けた推力拡大装置1でワークWAのカシメ処理を行う場合に出力される押圧力の伝播についての説明図であり、出力アタッチメント300を出力側に取り付けない場合を(a)で、出力側蓋5に取付けた場合を(b)で表している。図8(b)は、点線Mよりも出力側を断面で表している。
なお、ワークWAは後述する図9のワークWAと同じである。
図8(a)に示すように、受台309に取付けたカシメ具308A上にワークWAを配設し、出力ロッド72(に取付けたカシメ具72A)から、増幅した押圧力P1を出力する。
なお、出力ロッド72から増幅した押圧力P1(=推力Fp)を出力する動作については、図3(a)、(b)で説明した通りである。
一方、出力ロッド72は、ワークWAに対して出力した押圧力P1と等しい反力P3をワークWAから受ける。この反力P3は、反力P4としての推力拡大装置1のボディ(シリンダ2と入力側蓋3、出力側蓋5)に伝播し、更に、ロボット用アダプタ201を介して反力P5が多関節ロボットアーム200に伝播する。
しかし、可搬重量が10kN以上の多関節ロボットアーム200は大型であり、設備コストや設置スペースの観点から小さなワークを加工する場合には不向きである。
図8(b)に示すように、推力拡大装置1の出力ロッド72(カシメ具72A)からワークWAに与える荷重(=押圧力Q1=P1)は、押圧力Q2として出力アタッチメント300の出力受部304からアーム部303に伝播し、更に取付基部302に伝播する(=Q3)。
一方、出力ロッド72は、ワークWAに対して出力した押圧力Q1と等しい反力Q4をワークWAから受け、この反力Q4は推力拡大装置1のボディ(シリンダ2と入力側蓋3、出力側蓋5)から取付基部302に伝播する(=Q5)。
そして、図8(b)に示すように、出力アタッチメント300の取付基部302に伝播した押圧力Q3と反力Q5とは、その大きさが等しく向きが逆向きであるため、互いに出力アタッチメント300(及び、推力拡大装置1)内部で相殺される。
このように、推力拡大装置1の出力ロッド72から大きな推力を出力した場合であっても、その押圧力は、出力アタッチメント300を含めた内部で相殺されて、多関節ロボットアーム200に反力が伝播することがない。
このため、出力アタッチメント300を取付けない図8(a)の場合と異なり、多関節ロボットは搭載するユニットの重量のみを考慮すれば良く、例えば可搬重量が4kg程度の多関節ロボット(但し、推力拡大装置1を含む搭載ユニットの重量は4kg未満)であっても、推力拡大装置1から10kN以上の推力を出力して、プレスやカシメ、穴開け等の加工処理を行うことが可能である。
これに対して第6使用例で説明した推力拡大装置1を使用した加工装置によれば、出力に対して小型軽量であるため、多関節ロボットアーム200に固定し、多関節ロボットで移動させてカシメや穴開け等の各種加工処理が可能である。また多関節ロボットも可搬重量が小さい小型のものが使用できる。このため、ライン上に設置されたワークを移動させることなく、出力アタッチメント300と推力拡大装置1を使用した加工装置を多関節ロボットアーム200でワークの設置場所に移動し、そこで穴開けやカシメ等の加工を行うことが可能になる。
このように、第6使用例によれば、ワークを生産ラインから移動させることなく、ライン上のワークに対して、出力アタッチメント300と推力拡大装置1を使用した加工装置側を移動させて加工することが可能であり、特にワークが大型である場合に作業スペースを小さくでき、効果が大きい。
図9は、推力拡大装置1の第6使用例による、カシメ、穴開け、プレスの各加工処理についての動作説明の断面図である。
カシメ、穴開け、プレスでは、図7、8で説明した出力アタッチメント300が使用される。そして、出力ロッド72の先端と出力受部304に取付ける工具が、加工内容に応じてカシメ具72A、308A、穴明具72B、308B、プレス具72C、308Cを交換して使用する。
カシメ加工では、図9(a)の左側に示すように、貫通孔が形成されたカシメ対象である第1ワークWA1と第2ワークWA2を重ねると共に、矢印で示すようにカシメWA3を貫通孔に挿入してワークWAを用意する。このワークWAをカシメ具72A、308Aの間に移動させる。
なお、第6使用例で説明したようにロボット用アダプタ201を介して推力拡大装置1を多関節ロボットアーム200に取付け、多関節ロボットアーム200の移動によりワークWA位置にカシメ具27A、308Aを配置するようにしてもよい。後述する穴開け、プレスも同じである。
カシメ加工の終了後、エアシリンダ100の操作により推力拡大装置1を初期状態に戻し、図9(c)に示すようにワークWAを取出して終了する。
図9(d)に示すように、開ける穴のサイズ、形状に応じて、穴明具72Bには凸部が形成され、穴明具308Bには凹部が形成されている。
また、穴開けの際にワークWBがズレないようにするため、ワーク押え72Xが配設されている。ワーク押え72Xは、中央に穴明具72Bの凸部が通る貫通孔が形成された有底の円筒形状に形成されている。
またワーク押え72Xは、更に外周面の径が細く形成されることで、コイルバネ72Zが挿入されて、出力ロッド72に対してワーク押え72Xを出力方向に付勢している。これにより図9(d)に示すように、ワーク押え72XがワークWBに当接する前の状態では、穴明具72Bに形成された凸部の先端面は、ワーク押え72Xの外側面(先端面)よりも内側に位置している。
ワーク押え72Xの胴部には軸方向に貫通溝が形成され、出力ロッド72に圧入されたストッパ72Yにより、コイルバネ72Zで付勢されたワーク押え72Xが出力ロッド72から抜けないようになっている。
その後、図9(e)に示すように、推力拡大装置1に取付けたエアシリンダ100(図示しない)を駆動し、出力ロッド72をワークWB方向に前進させる。出力ロッド72の前進する途中でワーク押え72Xが当接し、さらに出力ロッド72の前進によりコイルバネ72Zの付勢力によってワークWBがワーク押え72Xで押えられる。
さらに出力ロッド72が前進しながら、穴明具72Bの先端がワークWBに当接し、更に貫通することで、ワークWBには所望の穴が形成される。
穴明加工の終了後、エアシリンダ100の操作により推力拡大装置1を初期状態に戻し(ワーク押え72Xもコイルバネの付勢力で元の位置に戻る)、図9(f)に示すようにワークWBを取出して終了する。
以上説明したように、出力アタッチメント300を様々に変更することにより、共通した推力拡大装置1を使用しての各種加工が可能となる。
図9(g)に示すように、プレス加工により形成する形状に応じて、プレス具72Cには凸部が形成され、プレス具308Cには凹部が形成されている。
プレス加工の際には、矢印に示すように、用意したワークWCをプレス具72C、308Cの間に移動させる。
その後、図9(h)に示すように、推力拡大装置1の入力側に取付けたエアシリンダ100(図示しない)を駆動し、出力ロッド72をワークWC方向に前進させると共に、当接したワークWCに対して増幅された押圧力Q1を加えることで、ワークWCのプレス加工を行う。
プレス加工の終了後、エアシリンダ100の操作により推力拡大装置1を初期状態に戻し、図9(i)に示すようにワークWCを取出して終了する。
第6使用例では、推力拡大装置1に出力アタッチメント300を取付けると共に、推力拡大装置1をロボット用アダプタ201を介して多関節ロボットアーム200に取付ける場合について説明した。この第6使用例では、推力拡大装置1を多関節ロボットアーム200に取付ける操作と、推力拡大装置1に出力アタッチメント300を取付ける操作を別々に行う必要がある。
そこで、第7使用例では、ロボット用アダプタ201の機能と出力アタッチメント300の機能の両者を備えた、出力アタッチメント350を使用している。
図10では、第6使用例における出力アタッチメント300、ロボット用アダプタ201と同一部分には同一の符号を付して適宜その説明を省略する。
図10に示すように、出力アタッチメント350は、アーム部303を有し、一方側の端部に第6使用例と同じ出力受部304が一体形成されている。
アーム部303の他端側は、取付基部302ではなく、第6使用例と同一形状のロボット用アダプタ351と一体形成されている。
ロボット用アダプタ351とアーム部303は、両者を一体形成するためにお互いに軸方向の長さが少し長く形成されている点を除き、他は第6使用例のロボット用アダプタ201とアーム部303と同じである。
また、出力受部304や出力ロッド72に取付けられる工具(カシメ具72A、308A、穴明具72B、308B、プレス具72C、308C)は、第6使用例と同じである。
最初に、位置決めピン202を使用して多関節ロボットアーム200の先端に出力アタッチメント350のロボット用アダプタ351を取り付け、4個のボルト204で固定する。
次に、推力拡大装置1を出力アタッチメント350のロボット用アダプタ351に、4個の押さえボルト206で、入力側蓋3と出力側蓋5を使用して固定する。
このように、第7使用例では、出力アタッチメント350の一部としてロボット用アダプタ351が一体形成されているので、出力アタッチメント350を多関節ロボットアーム200に取付ける作業だけで完了する。
この第8使用例では、推力拡大装置1の入力側にエアシリンダ100を、出力側(出力用蓋5)にダイヤフラムによるチャック装置440を取付けたものである。
図11は、推力拡大装置1にチャック装置440を取付けた第8使用例の説明図である。図11(a)は、チャック装置440を推力拡大装置1で開いた状態、(b)は閉じた状態を表している。図11(a)、(b)では、推力拡大装置1の内部の状態を分り易くするため、波線よりも出力側を断面で表している。
また図11(c)は、第8使用例のチャック装置440を出力側からみた状態の図で、この(c)に示したC-C断面を(a)、(b)で表している。
また図11(d)は、第8使用例のチャック装置の分解図である。
一方、推力拡大装置1の出力側にはチャック装置440がチャック用アタッチメント400を介して取付けられている。
チャック用アタッチメント400は、その外周に6箇所のボルト穴が形成され、ボルト401で推力拡大装置1の出力側蓋5に固定されている。チャック用アタッチメント400は、出力アタッチメントの一例である。
図11(d)に示すように、チャック用アタッチメント400は、中央部に貫通孔が形成されている。この貫通孔は、入力側が出力ロッド72の外径より少し大きい内径の小内径部400a、出力側がダイヤフラム部451の外径と同サイズの大内径部400c、及び、小内径部400aと大内径部400cの間の内径を有する中内径部400bで構成されている。
なお、ダイヤフラム部451は、厚さ方向に弾性変形可能な薄板状態のダイヤフラムと、このダイヤフラムの外周に形成された厚肉部とを有している。ダイヤフラム部451は、この厚肉部においてボルト403で後述の爪452と共にチャック用アタッチメント400に固定されている。
開閉ロッド72は、雄ねじが螺刻された先端側のネジ部72E1、ネジ部72E1よりも外径が大きな細径部72E2、細径部72E2よりも外径が大きいフランジ部72E3が形成され、細径部72E2には、ストッパ402が挿通されている。
ストッパ402の中央には、開閉ロッド72Eの細径部72E2の外径よりも大きく、フランジ部72E3の外径よりも小さい内径の貫通孔が形成されている。
ダイヤフラム部451のダイヤフラムは、略円板状に形成されるとともに、中央に貫通する中央孔を備えている。
そして、この弾性変形によって、ダイヤフラム部451に固定されている爪452を中心軸に対して開閉する方向に移動させることができるようになっている。
すなわち、図3で説明したように、エアシリンダ100を駆動した入力ロッド101を油圧室8内で前進させる。これにより、油圧室8の圧力が増幅されてピストン部71(図3参照)と出力ロッド72も前進し、出力ロッド72の先端の開閉ロッド72Eから増幅された推力がダイヤフラムを押す方向に加えられることで、爪452が開く。
一方、爪452の間にワーク900を挿入した後に、エアシリンダ100の入力ロッド101を入力側に戻すことで、油圧室8の圧力も低下し、これにより開閉ロッド72Eも入力側に引き戻されて、ダイヤフラムの弾性変形が元に戻りワーク900がチャックされる。
これに対して本実施形態の推力拡大装置1と第8使用例によれば、小型のチャック装置440(外径2インチ程度)を使用した場合であっても、出力ロッド72からの出力可能な推力が大きいため、開き量がφ0.8mmと極めて大きく、チャックの把持力は1.4kNを出力することが可能である。
また、チャック用アタッチメント400は、ワークを把持する把持手段であるダイヤフラム部451を、ワーク形状に合せて交換可能な構成となっているため大きさの異なるワークへの対応が容易である。
図1~図10で説明した推力拡大装置1(以下第1実施形態という)では、入力側に取付けたエアシリンダ100の入力ロッド101の軸心が、ピストン部71と出力ロッド72の軸心と一致するように、エアシリンダ100等を取付ける場合について説明した。
しかしこの第1実施形態の推力拡大装置1では、エアシリンダ100を接続した状態で装置全体が軸方向に長くなる。
なお、第1実施形態の推力拡大装置1と同一部分には同一の符号を付してその説明を適宜省略し、異なる部分を中心に説明する。
図12に示す様に、推力拡大装置1bのシリンダ2bは直方体形状に形成され、1の端面に形成された円筒状のシリンダ凹部2b1と、シリンダ凹部2b1が形成された端面と直交する端面に形成された円筒状の入力凹部2b3と、シリンダ凹部2b1と入力凹部2b3とを接続する連通部2b2を備えている。
シリンダ凹部2b1の開放端側には、第1実施形態と同様に、出力側蓋5と止め蓋6が配設されている。
蓋用アダプタ4には、エアシリンダ100が押さえボルト109で固定されている。
入力凹部2b3の長さ(凹部の深さ)は、接続されるエアシリンダ100の入力ロッド101の最大稼働範囲よりも深く形成されている。
入力凹部2b3は油圧室8cを形成している。
シリンダ2bには、連結部2b2と繋がる油供給用の給油口が形成され、油圧室8a~8c内に油を供給した後に給油口栓22で塞がれるようになっている。
なお、油圧室8a~8cへの給油口については、連結部2b2に繋がる他の位置に形成し、また、シリンダ凹部2b1や、入力凹部2b3に繋がる位置に形成するようにしてもよい。
エアシリンダ100の吸排気孔103を開放した状態で吸排気孔102からエアを供給すると、入力ロッド101が油圧室8c内に侵入する。
入力ロッド101が油圧室8c内に侵入することで、油圧室全体(8a~8c)の油を押すことで、ピストン部71と出力ロッド72が出力方向(図面下方向)に油圧ストロークOS(図3(a)、(c)参照)だけ移動する。そして出力ロッド72の先端からは、油圧によって増幅された推力が出力される。
拡大した推力を出力している状態から、推力拡大装置1bを初期状態に戻す場合は、第1実施形態の第1使用例と同様である。
図13は、第3実施形態の推力拡大装置1cの断面を表している。なお、図13の推力拡大装置1cでは、第1実施形態における第3使用例(図4)と同様に、入力側に電動シリンダ130を接続した場合について表している。
なお、第1実施形態の推力拡大装置1と同一部分には同一の符号を付してその説明を適宜省略し、異なる部分を中心に説明する。
この第3実施形態の推力拡大装置1cによれば、連通部2b2を入力ロッドの可動域とすることができるため、第2実施形態の推力拡大装置1bに比べて、推力拡大装置1c全体の横方向(出力ロッド72の出力方向と直交し、入力側蓋3が配設されている方向)の長さを短くすることができる。
そして、電動シリンダ130が配設される側の入力側蓋3や蓋用アダプタ4の中心が、連通部2b2の軸心と一致する位置に、入力凹部2b3が形成されている。
なお、本実施形態では図13に示すように、入力凹部2b3に油圧室8cが形成されているが、入力ロッド131の可動域は連通部2b2内に存在するので、油圧室8cを無くすことも可能である。この場合、入力凹部2b3の底面に当接させた状態の入力側蓋3を押さえボルト33でシリンダ2cに固定する。
なお、第1実施形態同様に、各種アダプタを使用することで、第1使用例~第8使用例を第2実施形態、第3実施形態の推力拡大装置1b、1cに適用することができる。
また、図12、図13で示した推力拡大装置1b、1cでは、ピストン部71と出力ロッド72に空洞部73を形成しているが、第1実施形態の推力拡大装置1とは異なり、エアシリンダ100の入力ロッド101等が空洞部73に侵入することはないので、空洞部73を形成しないようにしてもよい。
また、実施形態2ではエアシリンダを(図12)、実施形態3では電動シリンダを(図13)、それぞれ入力側アクチュエータとして使用したが、各推力拡大装置1b、1cに対し、入力側アクチュエータを入れ替えても良い。
また、第1~第3実施形態の推力拡大装置1、1b、1cにおいて、ロボット用アダプタ201をシリンダ2、2b、2cに直接固定することも可能である。
すなわち、入力用アクチュエータ(エアシリンダ100、電動シリンダ130等)を固定する固定手段、出力アタッチメント(出力アタッチメント300、チャック用アタッチメント400等)を固定する出力用固定手段、多関節ロボットアーム200を取付けるロボット用アダプタ201を固定するロボット用固定手段、についてはシリンダ、出力側蓋部、入力側蓋部の少なくとも1箇所に配設することが可能である。
エアシリンダだけでなく電動タイプのシリンダや、他の駆動源を持つ各種アクチュエータについても推力拡大装置1に取り付けることで、各種アクチュエータの推力拡大が容易に可能になる。
また入力側アクチュエータの各種サイズ、出力を、後から容易に変更することができ、出力ロッドの最終性能を容易に変更することができ、利便性を向上させることができる。
これにより、推力拡大装置1b、1cの出力ロッド72の出力方向の長さを小さくすることができる。このため、第6使用例~第8使用例で説明した、ロボット用アダプタ201を介して小型化した推力拡大装置1b、1cを多関節ロボットアーム200に取付けた場合の操作性を向上させることができる。
22 給油口栓 23、24 吸排気孔 25、26 ネジ穴
3 入力側蓋 31、32 貫通孔 33 押さえボルト
34、35 ネジ穴 38 外周溝 39 Oリング
4 蓋用アダプタ 41 貫通孔 42 ガイドブッシュ
43 貫通孔 44 押さえボルト 45 ネジ穴
46 内周溝 47 Oリング 48 外周溝
49 Oリング 5 出力側蓋 50 貫通孔
51 ガイドブッシュ 52 ネジ穴 53 貫通孔
54 押さえボルト 55 穴 56 ネジ穴
57 コイルバネ 57a 穴 58 外周溝
59 Oリング 6 止め蓋 61、62 貫通孔
64 内周溝 65 ダストシール
63 押さえボルト 7 油圧ピストン 71 ピストン部
72 出力ロッド 72a ボルト穴 73 空洞部
74 ピン穴 75 回り止めピン 76 ピン穴
77 ガイドピン 78 外周溝 79 Oリング
8 油圧室 9 空圧室 100 エアシリンダ
101 入力ロッド 102 吸排気孔 103 吸排気孔
109 押さえボルト 110 延長アダプタ
111~113 押さえボルト 116 アダプタロッド 120 小型エアシリンダ
121 入力ロッド 129 押さえボルト 130 電動シリンダ
131 入力ロッド 133 アダプタ 134 貫通孔
135 押さえボルト 136 押さえボルト 139 給電部
140 エアシリンダ 141 入力ロッド 142 延長アダプタ
143~145 押さえボルト 150 アダプタロッド 160 電動シリンダ
161 入力ロッド 162 延長アダプタ 162a 段差部
163~166 押さえボルト 169 給電部
200 多関節ロボットアーム 300 出力アタッチメント
201 ロボット用アダプタ 206 押えボルト
202 位置決めピン 300 出力アタッチメント
302 取付基部 303 アーム部
304 出力受部 306 押えボルト
72A カシメ具 308A カシメ具
72B 穴明具 308B 穴明具
72C プレス具 308C プレス具
440 チャック装置 400 チャック用アタッチメント
451 ダイヤフラム部 402 ストッパ
72E 開閉ロッド 452 爪
454 ボルト 2b1 シリンダ凹部
2b2 連通部 2b3 入力凹部
8a、8b、8c 油圧室 WA、WB、WC、900 ワーク
Claims (23)
- 入力側に入力用アクチュエータが接続されることで、前記入力用アクチュエータから入力された推力を拡大して出力する推力拡大装置であって、
シリンダと、
前記シリンダ内に配設され、前記シリンダ内をスラスト方向に移動するピストン部と、前記ピストン部に接続された出力ロッドを有する流体ピストンと、
前記シリンダの一端側に接続され、前記出力ロッドがスラスト方向に移動する貫通孔が形成された出力側蓋部と、
前記シリンダの他端側に接続され、前記入力用アクチュエータからの前記推力が入力される入力部が形成された入力側蓋部と、
前記シリンダと前記ピストン部と前記入力側蓋部で仕切られる流体室内に流体を供給する流体供給手段と、
前記シリンダ、前記出力側蓋部、前記入力側蓋部の少なくとも1箇所に配設された、前記入力用アクチュエータを固定する固定手段と、
を具備し、
前記入力側蓋部は、
中央に交換用入力部が形成され、前記シリンダに固定される入力側蓋と、
中央に前記入力部が形成され、前記入力側蓋の前記交換用入力部に配置され交換可能に固定された蓋用アダプタと、を有する、
ことを特徴とする推力拡大装置。 - 入力側に入力用アクチュエータが接続されることで、前記入力用アクチュエータから入力された推力を拡大して出力する推力拡大装置であって、
シリンダと、
前記シリンダ内に配設され、前記シリンダ内をスラスト方向に移動するピストン部と、前記ピストン部に接続された出力ロッドを有する流体ピストンと、
前記シリンダの一端側に接続され、前記出力ロッドがスラスト方向に移動する貫通孔が形成された出力側蓋部と、
前記シリンダの他端側に接続され、前記入力用アクチュエータからの前記推力が入力される入力部が形成された入力側蓋部と、
前記シリンダと前記ピストン部と前記入力側蓋部で仕切られる流体室内に流体を供給する流体供給手段と、
前記シリンダ、前記出力側蓋部、前記入力側蓋部の少なくとも1箇所に配設された、前記入力用アクチュエータを固定する固定手段と、
を具備し、
前記固定手段は、
固定用アダプタを介して前記入力用アクチュエータを固定するための、前記固定用アダプタを固定するためのボルト穴を備え、
前記固定用アダプタを介して、前記入力用アクチュエータを前記入力側蓋部から所定距離だけ離れた位置に固定し、
前記入力用アクチュエータの入力ロッドの先端にアダプタロッドを固定した入力用アクチュエータを、前記固定用アダプタを介して所定距離だけ離れた位置に固定する、
ことを特徴とする推力拡大装置。 - 入力側に入力用アクチュエータが接続されることで、前記入力用アクチュエータから入力された推力を拡大して出力する推力拡大装置であって、
シリンダと、
前記シリンダ内に配設され、前記シリンダ内をスラスト方向に移動するピストン部と、前記ピストン部に接続された出力ロッドを有する流体ピストンと、
前記シリンダの一端側に接続され、前記出力ロッドがスラスト方向に移動する貫通孔が形成された出力側蓋部と、
前記シリンダの他端側に接続され、前記入力用アクチュエータからの前記推力が入力される入力部が形成された入力側蓋部と、
前記シリンダと前記ピストン部と前記入力側蓋部で仕切られる流体室内に流体を供給する流体供給手段と、
前記シリンダ、前記出力側蓋部、前記入力側蓋部の少なくとも1箇所に配設された、前記入力用アクチュエータを固定する固定手段と、
を具備し、
前記出力側蓋部は、
中央に交換用出力部が形成され、前記シリンダに固定される出力側蓋と、
中央に前記貫通孔が形成され、前記出力側蓋の前記交換用出力部に配置され交換可能に固定された止め蓋と、を有する、
ことを特徴とする推力拡大装置。 - 前記固定手段は、前記入力側蓋部に形成された固定用のボルト穴を備えている、
ことを特徴とする請求項1、請求項2、又は請求項3に記載の推力拡大装置。 - 前記固定手段は、入力側蓋部と出力側蓋部の側面に形成された固定用ボルト穴を備えている、
ことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、又は請求項4に記載の推力拡大装置。 - 前記流体ピストンは、前記ピストン部から前記出力ロッドの途中まで続き、前記流体室の一部を形成する有底の空洞部を備える、
ことを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置。 - 前記固定手段は、固定用アダプタを介して前記入力用アクチュエータを固定するための、前記固定用アダプタを固定するためのボルト穴を備えている、
ことを特徴とする請求項1、請求項3、請求項4から請求項6のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置。 - 前記固定手段は、前記固定用アダプタを介して、前記入力用アクチュエータを前記入力側蓋部から所定距離だけ離れた位置に固定する、
ことを特徴とする請求項7に記載の推力拡大装置。 - 前記固定手段は、前記入力用アクチュエータの入力ロッドの先端にアダプタロッドを固定した入力用アクチュエータを、前記固定用アダプタを介して所定距離だけ離れた位置に固定する、
ことを特徴とする請求項8に記載の推力拡大装置。 - 前記入力側蓋部に形成された入力部は、前記入力用アクチュエータの先端に固定した前記アダプタロッドの断面形状に合わせた円形形状である、
ことを特徴とする請求項2、又は請求項9に記載の推力拡大装置。 - 前記入力側蓋部に形成された入力部は、前記入力用アクチュエータの入力ロッドの断面形状に合わせた円形形状である、
ことを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置。 - 前記固定手段で固定される前記入力用アクチュエータは、エアシリンダ又は電動シリンダである、
ことを特徴とする請求項1から請求項11のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置。 - 前記入力用アクチュエータの入力ロッドは、外周面に段差が無い断面円形形状である、
ことを特徴とする請求項12に記載の推力拡大装置。 - 前記出力側蓋部は、前記出力側蓋部に対して前記ピストン部の回転を抑止する周り止め部材を有する、
ことを特徴とする請求項1から請求項13のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置。 - 前記流体ピストンに対して、入力側方向の力を加える付勢手段を有する、
ことを特徴とする請求項1から請求項14のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置。 - 前記シリンダ、前記出力側蓋部、前記入力側蓋部の少なくとも1箇所に配設された、前記出力ロッドから出力される拡大された推力を受ける出力アタッチメントを固定する出力用固定手段、
を具備したことを特徴とする請求項3に記載の推力拡大装置。 - 加工工程に対応する加工治具を交換可能な前記出力アタッチメントを備える、ことを特徴とする請求項16に記載の推力拡大装置。
- ワークを把持する把持手段を、ワーク形状に合せて交換可能な前記出力アタッチメントを備える、ことを特徴とする請求項16に記載の推力拡大装置。
- 前記シリンダ、前記出力側蓋部、前記入力側蓋部の少なくとも1箇所に配設された、ロボットアームを取付けるロボット用アダプタを固定するロボット用固定手段、
を具備したことを特徴とする請求項3、請求項16から請求項18のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置。 - 前記固定手段は、前記入力部に推力を入力する前記入力用アクチュエータの入力ロッドの軸心が、前記出力ロッドの軸心に対して、所定の傾斜角度となるように、前記入力用アクチュエータを固定する、
ことを特徴とする請求項1から請求項19のうちのいずれか1の請求項に記載の推力拡大装置。 - 前記入力側蓋部は、前記出力側蓋部に対して、前記所定の傾斜角度で前記シリンダに接続されている、
ことを特徴とする請求項20に記載の推力拡大装置。 - 前記傾斜角度は90度である、
ことを特徴とする請求項20、又は請求項21に記載の推力拡大装置。 - 円柱形状の入力ロッドを備える入力用アクチュエータと、
シリンダと、
前記シリンダ内に配設され、前記シリンダ内をスラスト方向に移動するピストン部と、前記ピストン部に接続された出力ロッドを有する流体ピストンと、
前記シリンダの一端側に接続され、前記出力ロッドがスラスト方向に移動する貫通孔が形成された出力側蓋部と、
前記シリンダの他端側に接続され、前記入力用アクチュエータからの推力が入力される入力部が形成された入力側蓋部と、
前記シリンダと前記ピストン部と前記入力側蓋部で仕切られる流体室内に流体を供給する流体供給手段と、
前記シリンダ、前記出力側蓋部、前記入力側蓋部の少なくとも1箇所に配設された、前記入力用アクチュエータを固定する固定手段と、を備え、
前記入力側蓋部は、
中央に交換用入力部が形成され、前記シリンダに固定される入力側蓋と、
中央に前記入力部が形成され、前記入力側蓋の前記交換用入力部に配置され交換可能に固定された蓋用アダプタと、を有し、
前記入力ロッドを前記入力側蓋部に挿通することにより前記入力用アクチュエータが接続されて、前記入力用アクチュエータから入力された推力を拡大して出力することを特徴とする推力拡大装置。
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