JP7373885B2 - シリンダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転機構を備えるシリンダ装置に関する。

下記特許文献には、シリンダ本体内に収容された軸部材を回転させる機構を備えたシリンダ装置が開示されている。

特許文献１では、軸部材を回転させる回転駆動モータ（ブラシレスＤＣモータ）が開示されている。

特許文献２では、軸部材を所定角度で回転させる回転駆動部を備える。回転駆動部は、ステッピングモータやサーボモータ等の回転モータを有している。

特許文献３では、軸部材に回転駆動部が取り付けられている。回転駆動部は、ロータと、ロータの周囲を囲むステータとを有している。ロータにはマグネットが配置され、ステータにはコイルが配置される。電磁気的な作用により、軸部材を回転駆動させる。

特開２０１１－６９３８４号公報 特開２０１７－１３３５９３号公報 特開２０１７－９０６８号公報

しかしながら、従来のように、軸部材をモータ等で回転させる構成では、消費電力の増大や、コンパクト化を適切に図ることができない問題があった。すなわち、モータを使用することで、熱の発生により、消費電力が増大しやすい。また、機械的に軸部材を回転させるため、回転機構が煩雑化し、コンパクト化を適切に図ることができない。加えて、回転ムラを抑制することが要求される。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、特に、電力消費の低減及びコンパクト化を図りつつ、回転ムラを抑制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。

本発明は、シリンダ本体と、前記シリンダ本体内に支持された軸部材と、を有するシリンダ装置であって、前記シリンダ本体には、流体の作用に基づいて、前記軸部材を回転させるための回転室を備える回転機構部が設けられており、少なくとも前記回転機構部には、前端部及び後端部に、前記回転室に通じる回転用ポートが設けられており、前記軸部材は、ストローク可能に支持されることを特徴する。

本発明では、前記回転機構部の前端部及び後端部に夫々設けられた前記回転用ポートは、前記流体の供給用であり、前記回転機構部の外周部には、前記回転室に通じる流体排出用の回転用ポートが設けられていることが好ましい。このとき、前記軸部材には回転体が接続され、前記回転体は、前記回転室に配置されており、前記回転体は、前記回転機構部の前端部から前記回転室に供給される前記流体を受けるともに、前記流体を前記流体排出用の回転用ポートへ送ることが可能な第１の回転体と、前記回転機構部の後端部から前記回転室に供給される前記流体を受けるとともに、前記流体排出用の回転用ポートへ送ることが可能な第２の回転体と、を具備することが好ましい。

本発明では、前記回転機構部の前端部及び後端部に設けられた一方の前記回転用ポートは、前記流体の供給用であり、他方の前記回転用ポートは、前記流体の排出用であってもよい。このとき、前記軸部材には回転体が接続され、前記回転体は、前記回転室に配置されており、前記回転体は、一方の前記回転用ポートから供給された前記流体を受けるとともに、他方の前記回転用ポートに向けて前記流体を通すことが可能な構造であることが好ましい。

本発明では、前記シリンダ本体には、シリンダ室を備えたストローク機構部が、前記回転機構部とは区画されており、前記ストローク機構部には、流体の給排により前記軸部材をストロークさせるための前記シリンダ室に通じるストローク用ポートが設けられていることが好ましい。

本発明では、前記軸部材は、流体軸受を備えており、前記軸部材は、前記シリンダ本体内で浮いた状態で支持されることが好ましい。

本発明のシリンダ装置によれば、電力消費の低減及びコンパクト化を図りつつ、回転ムラを抑制することが可能である。

第１実施形態のシリンダ装置の正面側外観斜視図である。 第１実施形態のシリンダ装置の背面側外観斜視図である。 第１実施形態のシリンダ装置の断面図である。 図３の状態から軸部材を前方へストロークさせた状態を示す断面図である。 図３の状態から軸部材を後方へストロークさせた状態を示す断面図である。 図６Ａ～図６Ｃは、第１実施形態で使用される回転体の図である。 第２実施形態のシリンダ装置の正面側外観斜視図である。 第２実施形態のシリンダ装置の背面側外観斜視図である。 第２実施形態のシリンダ装置の断面図である。 図９の状態から軸部材を前方へストロークさせた状態を示す断面図である。 図９の状態から軸部材を後方へストロークさせた状態を示す断面図である。 図１２Ａ～図１２Ｃは、第２実施形態で使用される回転体の図である。

以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施形態」と略記する。）について、詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態のシリンダ装置の正面側外観斜視図である。図２は、第１実施形態のシリンダ装置の背面側外観斜視図である。図３は、第１実施形態のシリンダ装置の断面図である。図４は、図３の状態から軸部材を前方へストロークさせた状態を示す断面図である。図５は、図３の状態から軸部材を後方へストロークさせた状態を示す断面図である。図６Ａ～図６Ｃは、第１実施形態で使用される回転体の図である。

シリンダ装置１は、シリンダ本体２と、シリンダ本体２に支持された軸部材３と、を有して構成される。

（軸部材）
第１実施形態では、軸部材３は、回転可能に支持される。一方、軸部材３のストロークは、任意である。すなわち、第１実施形態のシリンダ装置１は、軸部材３の回転のみが可能な構成であってもよいし、軸部材３の回転とストロークの双方を可能とする構成であってもよい。後述する第２実施形態においても同様である。ただし、以下では、軸部材３を回転させながら、軸方向へのストロークを可能とするシリンダ装置１について説明する。

なお、「回転」とは、軸部材３の軸中心Ｏ（図３参照）を回転中心として回転することを指す。「ストローク」とは、軸部材３が、軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）へ移動することを指す。Ｘ１方向は、シリンダ装置１の前方側であり、Ｘ２方向は、シリンダ装置１の後方側である。

図３に示すように、本実施形態の軸部材３は、所定の径で形成され且つ、軸方向（Ｘ１―Ｘ２方向）に所定の長さ寸法Ｌ１で形成されたピストン４と、ピストン４の前端面に設けられ、ピストン４よりも径の小さい第１ピストンロッド５と、ピストン４の後端面に設けられ、ピストン４よりも径の小さい第２ピストンロッド６と、を有して構成される。

なお、図３に示すように、ピストン４、第１ピストンロッド５、及び第２ピストンロッド６は、一体化されていることが好ましい。図３に示すように、ピストン４、第１ピストンロッド５、及び第２ピストンロッド６の軸中心Ｏは、一直線上に揃っている。

図３に示すように、第２ピストンロッド６の後端部には、第１ピストンロッド５の方向に向けて、軸中心Ｏに沿う孔８が形成されている。

また、図３に示すように、第２ピストンロッド６の後端部の外周には、回転体１１が接続されている。

（シリンダ本体）
図１～図３に示すように、シリンダ本体２は、回転機構部９と、ストローク機構部１０と、を具備する。ストローク機構部１０は、シリンダ本体２の前方側（Ｘ１方向）に、回転機構部９は、後方側（Ｘ２方向）にて夫々区画されている。

図１～図３に示すように、回転機構部９は、ストローク機構部１０よりも大きな径で形成されている。回転機構部９は、前端部９ａと、後端部９ｂと、前端部９ａと後端部９ｂの間を繋ぐ外周部９ｃと、を有して構成され、前端部９ａ、後端部９ｂ及び外周部９ｃで囲まれた内部に、回転室（空間）９ｄを備える。軸部材３に接続された回転体１１は、回転室９ｄ内に配置される。図３に示すように、回転室９ｄの前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）への長さは、図４、図５に示すように、軸部材３が前後方向にストロークした際の回転体１１の最大移動量を確保する。

また、図３に示すように、回転室９ｄの径Ｔ１（前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に対し直交する方向の幅）は、回転体１１の径Ｔ２（図６Ｂ参照）より僅かに大きい。

図１、図３に示すように、円環状の前端部９ａには、周方向に沿って、複数の第１回転用ポート１２が形成されている。第１回転用ポート１２は、回転室９ｄ内に通じている。各第１回転用ポート１２は、等間隔で形成されていることが好ましい。

図２、図３に示すように、後端部９ｂには、周方向に沿って、複数の第２回転用ポート１３が形成されている。第２回転用ポート１３は、回転室９ｄ内に通じている。各第２回転用ポート１３は、等間隔で形成されていることが好ましい。

また、各第１回転用ポート１２と、各第２回転用ポート１３とは、前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）で対向する位置に形成されることが好ましいが、周方向にずれていても構わない。

図１～図３では、第１回転用ポート１２及び第２回転用ポート１３は、円状で形成されるが、形状を限定するものではない。多角形や長穴形状等であってもよい。また、第１回転用ポート１２と第２回転用ポート１３とで同じ形状であることが好ましいが、異なる形状であっても構わない。

図１～図３に示すように、回転機構部９の外周部９ｃには、前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に長い長穴状の複数の第３回転用ポート１４が、外周方向に沿って形成されている。各第３回転用ポート１４は、等間隔で形成されていることが好ましい。第３回転用ポート１４は、長穴状以外の形状であってもよく、例えば、第１回転用ポート１２及び第２回転用ポート１３と同様の円状であってもよいが、第３回転用ポート１４は、流体の排出用であるため、第３回転用ポート１４のトータル面積は、第１回転用ポート１２及び第２回転用ポート１３のトータル面積よりも大きいことが、流体排出を促進でき、好ましい。

第１回転用ポート１２及び、第２回転用ポート１３は、空気や水等の流体の供給用である。一方、第３回転用ポート１４は、流体の排出用である。本実施形態では、流体を、第１回転用ポート１２及び第２回転用ポート１３を介して、回転室９ｄの前後から供給する。例えば、流体は、圧縮エアであり、回転体１１は、前方及び後方の双方から圧縮エアを受けて、回転する。回転体１１に当たった圧縮エアは、側方に拡散し、第３回転用ポート１４から外部に排出される。回転体１１の回転により、回転体１１に接続された軸部材３を、軸中心Ｏを回転中心として回転させることができる。

図３に示すように、ストローク機構部１０の内部には、シリンダ室１５が設けられている。また、シリンダ室１５からシリンダ本体２の前端面２ａにまで貫通し、シリンダ室１５と連続した挿通部１６が設けられている。

図３に示すように、軸部材３のピストン４は、シリンダ室１５に収容されている。また、軸部材３の第１ピストンロッド５は、挿通部１６に挿通されている。

なお、シリンダ室１５は、ピストン４の径よりもやや大きい径を有する略円筒空間である。また、シリンダ室１５の前後方向（Ｘ１―Ｘ２方向）への長さ寸法は、ピストン４の長さ寸法Ｌ１よりも長く形成されている。したがって、ピストン４は、シリンダ室１５にて軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に移動自在に収容される。

図３の状態では、ピストン４が、シリンダ室１５の前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）の中央付近に収まっている。このため、ピストン４の前方（Ｘ１側）及び後方（Ｘ２側）には夫々空間が空いている。ここで、前方側の空間を第１流体室１７、後方側の空間を第２流体室１８と称することとする。第１流体室１７と第２流体室１８とは夫々区画されており、互いに干渉することはない。

図３に示すように、ストローク機構部１０には、第１流体室１７及び第２流体室１８に通じるストローク用ポート２５、２６が形成されている。

本実施形態のシリンダ装置１は、例えば、エアベアリング式であり、複数のエアベアリング２１、２２、２３が設けられている。図３に示すように、エアベアリング２１は、第１ピストンロッド５の外周を囲むように配置されている。また、エアベアリング２２は、ピストン４の外周を囲むように配置されている。また、エアベアリング２３は、第２ピストンロッド６の外周を囲むように配置されている。

各エアベアリング２１～２３は、限定されるものではないが、例えば、焼結金属やカーボンを用いた多孔質材をリング状に形成したもの、或いは、オリフィス絞りタイプのもの等を使用できる。

図３に示すように、ストローク機構部１０には、外周面から各エアベアリング２１、２２、２３に通じるエアベアリング加圧ポート２７、２８、２９が設けられている。

圧縮エアを、各エアベアリング加圧ポート２７～２９に供給することで、圧縮エアが、各エアベアリング２１～２３を通じて、ピストン４、第１ピストンロッド５及び第２ピストンロッド６の表面に均一に吹き出す。これにより、ピストン４、第１ピストンロッド５及び第２ピストンロッド６が、夫々、シリンダ室１５内、及び挿通部１６内で浮いた状態にて支持される。

本実施形態のシリンダ装置１では、上記したように、回転体１１の前後から流体を供給し、側方から排出することで、回転体１１及び軸部材３を、軸中心Ｏを回転中心として回転させることができる。回転角度は有限でなく、流体量によって回転数や回転スピードを調節することができる。

本実施形態では、エアベアリング式により、軸部材３のピストン４は、シリンダ本体２のシリンダ室１５内で浮いた状態で支持されている。したがって、本実施形態では、軸部材３を、シリンダ本体２内で浮かせた状態のまま回転させることができる。軸部材３とシリンダ本体２とは非接触であるため、回転抵抗を小さくでき、高精度な回転が可能になる。更に、軸部材３を、シリンダ本体２内で浮かせた状態で、シリンダ室１５に通じるストローク用ポート２５、２６からの圧縮エアの給排を利用し、第１流体室１７と第２流体室１８との間で差圧を生じさせる。これにより、ピストン４を軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）にストロークさせることができる。図示しないが、各ストローク用ポート２５、２６に通じるサーボバルブにより、シリンダ制御圧を適切に調圧することができる。

図３の状態から、第１流体室１７の圧縮エアを、サーボバルブによりストローク用ポート２５を通じて吸引する。一方、サーボバルブによりストローク用ポート２６を通じて圧縮エアを、第２流体室１８内に供給する。これにより、第１流体室１７と第２流体室１８との間で差圧が生じ、図４に示すように、ピストン４を前方（Ｘ１）に移動させることができる。これにより、第１ピストンロッド５を、シリンダ本体２の前端面２ａから前方に突出させることができる。

シリンダ室１５と挿通部１６との間には、前方壁４０が設けられており、ピストン４は、前方壁４０よりも前方に移動することができないように規制されている。また、図示しないが、前方壁４０には弾性リングが設けられていることが好ましい。弾性リングは、ピストン４が前方壁４０に接触したときの緩衝材として作用する。

或いは、図３の状態から、第２流体室１８の圧縮エアを、サーボバルブによりストローク用ポート２６を通じて吸引する。一方、サーボバルブによりストローク用ポート２５を通じて圧縮エアを、第１流体室１７内に供給する。これにより、第１流体室１７と第２流体室１８との間で差圧が生じ、図５に示すように、ピストン４を後方（Ｘ２）に移動させることができる。これにより、第１ピストンロッド５を、シリンダ本体２の前端面２ａから後方に引込めることができる。

シリンダ室１５の後方壁４２は、ピストン４の後方（Ｘ２）への移動を規制する規制面であり、ピストン４は、後方壁４２よりも後方に移動することはできない。また、図示しないが、後方壁４２には弾性リングが設けられていることが好ましい。弾性リングは、ピストン４が後方壁４２に接触したときの緩衝材として作用する。

（回転体）
第１実施形態の回転体１１について説明する。図６Ａ～図６Ｃに示すように、第１実施形態の回転体１１は、第１回転用ポート１２からの流体を受ける第１回転体１１ａと、第２回転用ポート１３からの流体を受ける第２回転体１１ｂと、を具備する。図６Ｃに示すように、第１回転体１１ａと第２回転体１１ｂの間には支持体３０が設けられている。支持体３０の中央部には貫通孔３０ａが形成されている。この貫通孔３０ａの前後に連通する筒状部３１が設けられている。支持体３０及び筒状部３１は一体で形成されることが好ましい。

図６Ａ～図６Ｃに示すように、第１回転体１１ａは、支持体３０の表面３０ｂに配置された複数の羽根３２により構成される。各羽根３２は、略同一形状の板材である。羽根３２には、支持体３０の表面３０ｂに設けられた筒状部３１の外周面に接続する第１接続部３２ａと、支持体３０の表面３０ｂの周縁部に接続する第２接続部３２ｂと、を備える。羽根３２は、その第１接続部３２ａが、支持体３０の表面３０ｂよりも前方に離れた筒状部３１の外周面に当接しており、第１接続部３２ａから第２接続部３２ｂに向けて徐々に傾いた状態で支持されている（図６Ｃも参照）。また、図６Ａや図６Ｂに示すように、隣接する羽根３２同士は、正面から見たときに、一部で重なり合うように配置されている。

第２回転体１１ｂは、支持体３０の裏面３０ｃに配置された複数の羽根３３により構成される。図示しないが、各羽根３３は、第１回転体１１ａを構成する羽根３２と同様に、筒状部３１の外周面から、支持体３０の裏面３０ｃにかけて斜めに傾きながら、隣同士の羽根３３が一部で重なり合うように配置されている。

図６Ａ～図６Ｃに示す回転体１１では、第１回転体１１ａを構成する複数の羽根３２と、第２回転体１１ｂを構成する複数の羽根３３とは、支持体３０を対称面として、面対称で配置されている。

回転体１１は、筒状部３１に第２ピストンロッド６が通され、第２ピストンロッド６の外周面に固定支持される。

第１回転用ポート１２から回転室９ｄ内に供給された流体は、第１回転体１１ａの羽根３２に当たる。また、第２回転用ポート１３から回転室９ｄ内に供給された流体は、第２回転体１１ｂの羽根３３に当たる。このとき、第１回転体１１ａと第２回転体１１ｂの各羽根３２、３３は面対称で配置されているため、それぞれ同じ方向に回転力が生じ、回転体１１を精度良く回転させることができる。このとき、各第１回転用ポート１２と、各第２回転用ポート１３とが、前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）で対向する位置に形成されていると、各回転用ポート１２、１３を通じて第１回転体１１ａ及び第２回転体１１ｂに流体が作用した際、第１回転体１１ａと第２回転体１１ｂに加わる軸方向の力を相殺させながら、効率よく回転力を発生させることができ、軸方向に余計な力を加えにくくなる。

また、図３に示した回転室９ｄの径Ｔ１（前後方向に対し直交する方向の幅）を、回転体１１の径Ｔ２（図６Ｂ参照）とほぼ同じとした。これにより、各回転用ポート１２、１３から回転室９ｄ内に供給された流体が、回転体１１を介して、反対側に通過する量を極力少なくすることができる。したがって、各回転用ポート１２、１３から供給された流体が、回転室９ｄ内で混じり合うのを抑制でき、精度良く回転させることができる。なお、回転体１１の径Ｔ２を、回転室９ｄの径Ｔ１よりもわずかに小さくすることで、回転体１１が回転室９ｄの壁面に接触することなく、回転させることができる。

本実施形態では、第１回転体１１ａ及び第２回転体１１ｂに夫々当たった流体は、側方に拡散し、第３回転用ポート１４より外部に排出される。回転体１１による遠心力及び、第１回転体１１ａ及び第２回転体１１ｂを構成する各羽根３２、３３の傾きにより、適切に、流体を側方に拡散させることができる。

このように、本実施形態では、例えば、図６Ａ～図６Ｂに示す回転体１１の構造を用いることで、回転体１１に対し前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）から流体を供給し、側方（前後方向に対し直交する方向）から外部へ逃がす流体の流れを実現でき、回転体１１が接続された軸部材３を、軸中心Ｏを回転中心として精度良く回転させることができる。

（センサ）
図３～図５に示すように、第２ピストンロッド６の後端部に形成された孔８内には、センサ（ストロークセンサ）５０が、第２ピストンロッド６に非接触にて設けられる。センサ５０は、シリンダ本体２の後端部側で固定支持されている。

本実施形態では、ピストン４の位置を、孔８内に配置されたセンサ５０にて測定することができる。センサ５０には、既存のセンサを適用することができ、例えば、磁気式センサや、過電流式センサ、光学式センサ等を用いることができる。

センサ５０にて測定された位置情報は、図示しない制御部に送信される。センサ５０にて測定された位置情報に基づいて、第１流体室１７及び第２流体室１８のシリンダ制御圧を調圧し、第１ピストンロッド５の前端面２ａからの突出量を制御することができる。

また、センサ５０にて、軸部材３の回転数や回転スピードを測定することも可能である。センサ５０の回転情報に基づいて、回転圧を調圧し、回転体１１の回転数や回転スピードを制御することができる。

＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態のシリンダ装置の正面側外観斜視図である。図８は、第２実施形態のシリンダ装置の背面側外観斜視図である。図９は、第２実施形態のシリンダ装置の断面図である。図１０は、図９の状態から軸部材を前方へストロークさせた状態を示す断面図である。図１１は、図９の状態から軸部材を後方へストロークさせた状態を示す断面図である。図１２Ａ～図１２Ｃは、第２実施形態で使用される回転体の図である。

以下では、主に、第１実施形態のシリンダ装置１と相違する点について説明する。なお、第１実施形態のシリンダ装置１と同じ構造の部材については、同じ符号を付した。図７、図８に示すように、シリンダ装置６１は、シリンダ本体６２と、シリンダ本体６２内に支持された軸部材３とを、有して構成される。

シリンダ本体６２は、回転機構部６９と、ストローク機構部１０とに区画されている。図９等に示すように、回転機構部６９は、前端部６９ａと、後端部６９ｂと、前端部６９ａと後端部６９ｂの間を繋ぐ外周部６９ｃと、を有して構成され、前端部６９ａ、後端部６９ｂ及び外周部６９ｃで囲まれた内部に、回転室（空間）６９ｄを備える。

図７～図９に示すように、第２実施形態の回転機構部６９にも、第１実施形態の回転機構部９と同様に、前端部６９ａ及び後端部６９ｂにそれぞれ、第１回転用ポート７２及び第２回転用ポート７３が設けられているが、第１実施形態と異なって、外周部６９ｃに、回転用ポートは設けられていない。

第２実施形態では、第１回転用ポート７２及び第２回転用ポートのどちらか一方が、流体供給用であり、他方が、流体排出用である。

軸部材３の第２ピストンロッド６の後端部に接続される回転体７１は、例えば、図１２Ａ～図１２Ｂに示すように、リング部８３と、リング部８３の中心に位置する円筒部８１と、円筒部８１とリング部８３の間を放射線状に接続する複数の羽根８２と、を有して構成される。各羽根８２は、等角度で配置され、各羽根８２の間は、貫通する空間Ａである。図１２Ｂ等に示すように、各羽根８２は、前端側から後端側に向けて、斜めに傾いた状態で支持されている。リング部８３は無くてもよいが、補強のために、配置したほうが好ましい。

回転体７１は、円筒部８１に第２ピストンロッド６を通し、第２ピストンロッド６の後端側に固定支持される。

本実施形態では、図９に示した回転室６９ｄの径Ｔ３（前後方向に対し直交する方向の幅）を、回転体７１の径Ｔ４（図１２Ｂ参照）とほぼ同じとしているが、径Ｔ３のほうが、径Ｔ４よりわずかに大きいことが好ましい。

第２実施形態では、例えば、第２回転用ポート７３を通して圧縮エアが、回転室６９ｄ内に送り込まれる。圧縮エアが羽根８２に当たって、回転体７１が回転する。圧縮エアは、羽根８２の間の空間Ａを通って、第１回転用ポート７２から外部に排出される。

上記したように、回転室６９ｄの径Ｔ３を、回転体７１の径Ｔ４とほぼ同じ大きさとしているため、回転室６９ｄ内に供給された流体の多くを回転体７１の回転に適用でき、流体の供給量に対する回転効率を高めることができる。なお、回転体７１の径Ｔ４を、回転室６９ｄの径Ｔ３よりも僅かに小さくすることで、回転体７１が回転室６９ｄの壁面を摺動せず、浮いた状態で回転させることができる。

第２実施形態のシリンダ装置６１においても、第１実施形態のシリンダ装置１と同様に、エアベアリング式により、軸部材３を、シリンダ本体２の内部で浮いた状態で支持することができる。そして、軸部材３を、シリンダ本体２内で浮かせた状態で、シリンダ室１５に通じるストローク用ポート２５、２６からの圧縮エアの給排を利用し、シリンダ室１５内で差圧を生じさせることで、ピストン４を軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）にストロークさせることができる。これにより、図９の状態から図１０のように、第１ピストンロッド５を前端面２ａから前方（Ｘ１方向）に向けて突出させたり、図９の状態から図１１のように、第１ピストンロッド５を後方（Ｘ２方向）に向けて引込めることが、極力、摺動抵抗を小さくした状態で実現できる。本実施形態では、軸部材３を回転させながら前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）へのストロークが可能であり、高精度なストローク及び回転を実現することができる。
本実施形態の特徴的部分について説明する。

本実施形態は、シリンダ本体２、６２と、シリンダ本体２、６２内に支持された軸部材３と、を有するシリンダ装置１、６１であって、シリンダ本体２、６２には、流体の作用に基づいて、軸部材３を回転させるための回転室９ｄ、６９ｄを備える回転機構部９、６９が設けられている。そして、少なくとも回転機構部９、６９には、前端部９ａ、６９ａ及び後端部９ｂ、６９ｂに、回転室９ｄ、６９ｄに通じる回転用ポート１２、１３、７２、７３が設けられていることを特徴する。

このように、本実施形態では、回転室９ｄ、６９ｄに通じる回転用ポート１２、１３、７２、７３を、軸部材３の軸方向である前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に配置した。本実施形態では、回転室９ｄ、６９ｄ内に供給する流体の作用により、軸部材３を回転させることができる。この構成によれば、従来のように、ステッピングモータやサーボモータ等の回転モータを用いた構成に比べて、電力消費の低減及びコンパクト化を図ることができる。

また、本実施形態のように、流体の作用により軸部材３を回転させる構成では、回転ムラを抑制することが可能である。特に、本実施形態では、流体を、軸方向に沿って作用させることができ、回転の際に、軸部材３に偏心を生じさせにくく、効果的に、回転ムラを抑制することができる。

第１実施形態のシリンダ装置１では、回転機構部９の前端部９ａ及び後端部９ｂに夫々設けられた第１回転用ポート１２及び第２回転用ポート１３は夫々、流体供給用である。そして、回転機構部９の外周部９ｃには、回転室９ｄに通じる流体排出用の第３回転用ポート１４が設けられている。これにより、回転室９ｄ内に前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）から流体を供給するとともに、側方から排出する回転機構を構成でき、流体の給排を適切に行うことができる。これにより、回転ムラを効果的に抑制できる。また、このような流体の流れにより、軸部材３に、軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）への推力が生じるのを適切に抑制することができる。

第１実施形態の回転体１１は、例えば、図６Ａ～図６Ｃに示す構造で具現化される。すなわち、回転体１１は、回転機構部９の前端部９ａから回転室９ｄに供給される流体を受ける第１回転体１１ａと、回転機構部９の後端部９ｂから回転室９ｄに供給される流体を受ける第２回転体１１ｂと、を具備する。第１回転体１１ａ及び第２回転体１１ｂは、流体を、回転機構部９の外周部９ｃに設けられた第３回転用ポート１４から外部に排出可能な羽根構造を備えている。

このように、回転体１１は、前後双方から流体を受ける構造であるため、回転室９ｄ内での回転体１１の位置が変わっても、軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）への推力が生じるのを抑制することができる。回転体１１の位置に応じて、第１回転用ポート１２及び第２回転用ポート１３からの流体量を調節することで、効果的に、推力の発生を抑制することができる。

また、第２実施形態のシリンダ装置６１では、回転機構部６９の前端部６９ａ及び後端部６９ｂに設けられた一方の回転用ポートは、流体の供給用であり、他方の回転用ポートは、流体の排出用である。これにより、流体を、軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に沿って適切に給排でき、回転ムラを効果的に抑制できる。

第２実施形態の回転体７１は、例えば、図１２Ａ～図１２Ｃに示す構造で具現化される。すなわち、回転体７１は、一方の回転用ポートから供給された流体を受けるとともに、他方の前記回転用ポートに向けて流体を通すことが可能な羽根構造を有している。このような回転体７１により、流体が回転室６９ｄ内で滞留せず、回転ムラを効果的に抑制することができる。加えて、第２実施形態では、軸部材３に軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）への推力を生じさせることができる。すなわち、回転させながらストロークさせる構造において、軸部材３の第１ピストンロッド５を前方に突出させる場合には、第２回転用ポート７３から流体を供給し、第１回転用ポート７２から流体を排出することで、軸部材３に前方（Ｘ１）への推力を生じさせることができる。また、軸部材３の第１ピストンロッド５を後方に引込める場合には、第１回転用ポート７２から流体を供給し、第２回転用ポート７３から流体を排出することで、軸部材３に後方（Ｘ２）への推力を生じさせることができる。このように、第２実施形態では、回転に伴い前後方向への推力を生じさせることができ、軸部材３の前後方向への移動をアシストすることができる。

第１実施形態及び第２実施形態の双方において、軸部材３は、ストローク可能に支持されることが好ましい。これにより、軸部材３を回転させながら、ストロークさせることができる。

また、シリンダ本体２、６２には、シリンダ室１５を備えたストローク機構部１０が、回転機構部９、６９とは区画されており、ストローク機構部１０には、シリンダ室１５に通じるストローク用ポート２５、２６が設けられていることが好ましい。これにより、ストローク機構部１０のシリンダ室１５に供給される流体と、回転機構部９、６９の回転室９ｄ、６９ｄに供給される流体とが互いに干渉するのを抑制でき、簡単な構造で、軸部材３を回転させながら、ストロークさせることができるシリンダ装置１、６１を製造することができる。ストローク機構部１０に作用する流体と、回転機構部９、６９に作用する流体は、同じであってもよいし異なっていてもよい。例えば、ストローク機構部１０と回転機構部９、６９の双方に圧縮エアを作用させることができる。

また、本実施形態では、軸部材３は、流体軸受を備えており、軸部材３は、シリンダ本体内で浮いた状態で支持されることが好ましい。これにより、ストローク及び回転の際の摺動抵抗を小さくでき、高精度なストローク及び回転が可能になる。流体軸受には、エアベアリングを用いることが好ましい。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記の実施形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、センサ５０の位置は、図３や図９等の配置に限定されるものではなく、センサ５０を、第１ピストンロッド５の位置を直接測定できるように配置してもよい。

ただし、センサ５０を、第２ピストンロッド６の後端に形成された孔８内に配置することで、センサ５０を無理なく、第２ピストンロッド６に非接触で配置できると共にコンパクト化を促進でき、また位置及び回転測定の精度を向上させることができる。

シリンダ本体２、６２は、複数に分割したものを組み立てて形成されてもよいし、一体化したものであってもよい。

なお、シリンダ本体２、６２や軸部材３は、例えば、アルミ合金等で形成されるが、材質を限定するものではなく、使用用途や設置場所等で種々変更可能である。

上記したように、本実施形態では、シリンダ装置１、６１として、エアベアリング式シリンダのみならず、エア以外の流体の作用により駆動させることもでき、例えば、油圧シリンダを例示することができる。

本発明によれば、電力消費の低減及びコンパクト化を図りつつ、回転ムラを抑制することが可能なシリンダ装置を実現することができる。本発明では、回転のみが可能なシリンダ装置であっても、回転且つストロークの双方が可能なシリンダ装置であっても、どちらでもよい。本発明では、優れた回転精度や回転ストローク精度を得ることができる。このように、高い回転精度や回転ストローク精度が求められる用途等に、本発明のシリンダ装置を適用することで、高い精度と合わせて消費電力の低減且つコンパクト化を促進することができる。

本出願は、２０１８年１２月５日出願の特願２０１８－２２７９７９号に基づく。この内容は全てここに含めておく。

Claims (7)

1. シリンダ本体と、前記シリンダ本体内に支持された軸部材と、を有するシリンダ装置であって、
   前記シリンダ本体には、流体の作用に基づいて、前記軸部材を回転させるための回転室を備える回転機構部が設けられており、
   少なくとも前記回転機構部には、前端部及び後端部に、前記回転室に通じる回転用ポートが設けられており、
   前記軸部材は、ストローク可能に支持されることを特徴するシリンダ装置。
2. 前記回転機構部の前端部及び後端部に夫々設けられた前記回転用ポートは、前記流体の供給用であり、前記回転機構部の外周部には、前記回転室に通じる流体排出用の回転用ポートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
3. 前記軸部材には回転体が接続され、前記回転体は、前記回転室に配置されており、前記回転体は、前記回転機構部の前端部から前記回転室に供給される前記流体を受けるともに、前記流体を前記流体排出用の回転用ポートへ送ることが可能な第１の回転体と、前記回転機構部の後端部から前記回転室に供給される前記流体を受けるとともに、前記流体排出用の回転用ポートへ送ることが可能な第２の回転体と、を具備することを特徴とする請求項２に記載のシリンダ装置。
4. 前記回転機構部の前端部及び後端部に設けられた一方の前記回転用ポートは、前記流体の供給用であり、他方の前記回転用ポートは、前記流体の排出用であることを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
5. 前記軸部材には回転体が接続され、前記回転体は、前記回転室に配置されており、前記回転体は、一方の前記回転用ポートから供給された前記流体を受けるとともに、他方の前記回転用ポートに向けて前記流体を通すことが可能な構造であることを特徴とする請求項４に記載のシリンダ装置。
6. 前記シリンダ本体には、シリンダ室を備えたストローク機構部が、前記回転機構部とは区画されており、前記ストローク機構部には、流体の給排により前記軸部材をストロークさせるための前記シリンダ室に通じるストローク用ポートが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のシリンダ装置。
7. 前記軸部材は、流体軸受を備えており、前記軸部材は、前記シリンダ本体内で浮いた状態で支持されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のシリンダ装置。

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