JPH0159401B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流体圧揺動モータに関する。

本発明が対象とする揺動モータは、その作動流
体圧として油圧も空圧も含むし、ピストン体に対
する駆動が単動式のものも複動式のものも含む。

揺動モータには、大別して、ベーン方式とピス
トン方式とがあり、ピストン方式には、ラツクピ
ニオン形、ピストンヘリカルスプライン形、ピス
トンチエーン形、ピストンリンク形がある。

本発明に係る揺動モータに最も近いのはピスト
ンヘリカルスプライン形である。それは、シリン
ダ本体内に装着したピストンを油圧により摺動さ
せると、ピストンと一体に摺動するヘリカルスプ
ラインが、これに咬合しかつ回転駆動軸に一体固
定のヘリカルスプラインに回転力を与える、とい
う構成をもつ。このピストンヘリカルスプライン
形は、ヘリカルスプラインの長さが自由に設定で
き、したがつて揺動角度も任意に選定できる。し
かし反面では駆動エネルギーが大であり、エネル
ギーロスも大きく、しかも作動が重くなりがちで
ある等の問題がある。

本発明の目的は、上記問題の解決を図ることで
ある。

そのために本発明が講じた手段（要旨構成）は
次のとおりである。

シリンダ本体に装着されたピストン体にボール
ナツトがその軸芯方向をピストン体の運動方向と
平行にする状態に固定されており、このボールナ
ツトが保持するボール群を係入するスクリユーシ
ヤフトが前記シリンダ本体に対して回転自在・摺
動規制状態に装着され、このスクリユーシヤフト
が揺動作動の駆動軸に構成されている流体圧揺動
モータ。

すなわち、ヘリカルスプラインに代え、ボール
スクリユーをもつて、直線運動→回転（揺動）運
動変換機構としたものである。

上記要旨構成の作用は次のとおり。

(A) 流体圧を印加するなり除去するなりしてピス
トン体を運動させると、ピストン体に保持され
スクリユーシヤフトの螺旋溝の係入しているボ
ールが、螺旋溝に沿つて転動する。

スクリユーシヤフトは、転動しつつピストン
体とともに直線運動もするボール群から、その
螺旋溝の側壁において応力を受ける。

スクリユーシヤフトは摺動が規制されている
から、前記の応力のうち軸芯に直角な成分のみ
が有効に働きスクリユーシヤフトを回転させ
る。

スクリユーシヤフトの長さは自由に設定でき
るから、揺動角度も任意に選定できる。

(B) スクリユーシヤフトの螺旋溝のピツチをＰ、
ピストン体の運動量をＬとするとスクリユーシ
ヤフトの回転角θは、 θ＝360゜×Ｌ／Ｐ − Ｌ＝Ｐのとき θ＝360゜ 回転量検出の分解能の角度がであるとし
て、これに対応するピストン体の運動量をｘと
すると、 ｘ＝／360×Ｐ − ピツチＰはシヤフトの径によつて変わるが、
シヤフト径が同一であるとして、従来のヘリカ
ルスプラインのピツチP₁と本発明に係るスク
リユーシヤフトのピツチP₂とを比較すると、
P₂はP₁よりもかなり小さい。したがつて同一
の運動量Ｌに対する回転角θ₁、θ₂は式よりθ₂
がθ₁よりもかなり大きい。又、式よりX₂は
X₁よりもかなり小さい。ただしθ₁、X₁は従来
のものを、θ₂、X₂は本発明のものを表わす。

以上をとりまとめていえば、揺動角の制御に
おいてきめ細かな制御を行いやすいということ
である。又、同一揺動角をえるのに従来よりも
軸長が短くてすむということである。

(C) ボールスクリユーはヘリカルスプラインに比
べて摩擦抵抗が格段に小さく極めてスムースな
動きをなす。

かくして本発明の効果は次のようにいうことが
できる。

(イ) 揺動制御を高精度に実行するうえで有効であ
る。

(ロ) コンパクト化を図りやすい。

(ハ) 動きがスムースで駆動エネルギーの節約にと
つて有利である。

次に本発明の実施例を第１図に基づいて説明し
よう。

シリンダ本体１は、シリンダチユーブ２、ヘツ
ドカバー３、ロツドカバー４などからなる。５は
タイロツド、６，７は作動流体（油、エア）の出
入口である。ピストン体８はピストン９およびテ
レスコピツクロツド１０の全体をさす。ピストン
体８は、適当な手段（後述する）によつてシリン
ダ本体１に対して回転規制されている。

テレスコピツクロツド１０は３段式であり、先
端は芯体１１に支持されている。芯体１１はロツ
ドカバー４に止着した筒状のエンドカバー１１ａ
に支持されている。１２はピストンパツキン、１
３はピストンガスケツト、１３ａはシールリング
である。

スクリユーシヤフト１４は、その一側がヘツド
カバー３に他側がテレスコピツクロツド１０およ
び芯体１１に支持されている。スクリユーシヤフ
ト１４は、螺軸部１５と支承部１６と出力軸部１
７からなつている。１８は押えカバー、１９はね
じ筒、２０はベアリング、２１はパツキンであ
る。支承部１６は鍔２２をもち、これがベアリン
グ２０，２０間に位置することで、スクリユーシ
ヤフト１４の、シリンダ本体１に対する摺動が規
制されている。

ボールナツト２３はピストン９に対し同芯状態
で螺合されている。ボールナツト２３は、スクリ
ユーシヤフト１４の螺旋溝に係入する多数のボー
ル２４を保持している。ボール２４群がボールナ
ツト２３内で循環するようになつている。

以上の説明が大体、本発明の要旨構成に関係し
ているといえる。出力軸部１７自体に直接、揺動
部材を取付けて使用してもよきものである。

図示構成のものは他の要素群を含んでいる。以
下、それらを説明する。

基板３０と前板３１とは両側でフランジ接合さ
れてギヤボツクスをつくつている。リテーナ３２
は中板３３を挾んで前板３１に固定連結されてい
る。基板３０は押えカバー１８に固定されてい
る。

中間軸３４がスクリユーシヤフト１４の出力軸
部１７にスプライン嵌合されている。中間軸３４
は、減速機３５を介して最終出力軸３６に運動連
結されている。最終出力軸３６は、中間軸３４を
同芯状に相対回転自在に支承している。図例の減
速機３５は、ハーモニツクドライブといわれるも
ので、コンパクトで大きな減速比が得られ、しか
もバツクラツシユがない。ハーモニツクドライブ
は公知であるので詳説は割愛する。

３７は電磁ブレーキ、３８はパルスエンコーダ
である。電磁ブレーキ３７は、それの本体３９が
基板３０に固定されている。パルスエンコーダ３
８は板４０に固定されている。板４０は複数のタ
イロツド４１を介して基板３０に固定されてい
る。電磁ブレーキ３７、パルスエンコーダ３８へ
の入力形態は次のとおり。中間軸３４に固着のギ
ヤ４２と、受動軸４３に固着のギヤ４４とが咬合
している。受動軸４３に磁性体のデイスク４５が
摺動自在、回動規制の状態で嵌合されている。デ
イスク４５を吸着するための電磁コイルが本体３
９に内蔵されている。受動軸４３がパルスエンコ
ーダ３８の入力軸４６に対し可撓性継手４７を介
して連結されている。４８，４９はベアリングで
ある。

作動は概ね次のとおり。

出入口６より流体を注入すると、ピストン９お
よびボールナツト２３が左方に移動し、テレスコ
ピツクロツド１０が収縮する。これに伴いスクリ
ユーシヤフト１４が回転し、同時に最終出力軸３
６も回転する。一方、ギヤ４２，４４を介してパ
ルスエンコーダ３８の入力軸４６も回転する。パ
ルスエンコーダ３８の出力信号がコントローラで
カウントされ、これが設定値に一致したときにコ
ントローラの制御信号が作動流体の回路の電磁バ
ルブを閉動する。同時に電磁ブレーキ３７を作動
する。

スクリユーシヤフト１４の螺軸部１５の長さが
400mm、螺旋溝のピツチが５mmとするとピストン
９の１ストロークでシヤフト１４は80回転する。
ピストン９の１ストロークには１秒ぐらいかか
る。減速機３５の減速比が80であるとき、ピスト
ン９の１ストロークで最終出力軸３６は１回転す
るだけである。その代わり出力軸３６のトルクは
非常に大きい。

ギヤ４２，４４のギヤ比が１：１とすると、最
終出力軸３６が１回転する間にパルスエンコーダ
３８の入力軸４６は80回転する。つまり入力軸４
６の１回転に対して最終出力軸３６は1/80回転で
ある。パルスエンコーダの分解能が10゜である
なら、最終出力軸３６の揺動角制御の精度は、 360゜×１／80×10／360＝１／８＝0.125゜ ＝１なら精度は0.0125゜である。

つまりきわめて高精度な制御が可能である。

パルスエンコーダ３８が接続されるとコントロ
ーラとしてマイクロコンピユータなどを利用する
のが好ましい。その場合、電磁ブレーキ３７を第
２図のように減速(A)およびインチング(B)に利用す
るとよい。又、流体回路の電磁バルブとの連係に
おいて、インチングでオーバーシユートしたとき
は流体圧入方向を逆に切換えて修正するようにす
るのがよい。

又、ブレーキ解除時のピストン９の突発移動
（ダツシング）を予防するために、第３図のよう
な均圧構造を装備するとよい。これは、バイパス
５０と差圧応動バルブ５１とからなり、圧力P₄
と圧力P₂がP₁P₂となるようにオン．オフ制御
する。

第１図の実施例では、ピストン９にピストンロ
ツドではなく、テレスコピツクロツド１０を用い
ているから次のメリツトがある。ピストンロツド
だと、ロツドカバー４の貫通孔においてシール構
造を要す。しかもピストンロツドの最突出時のス
ペースをあけておかねばならない。テレスコピツ
クロツドだとこのような不都合はなくコンパクト
にまとめあげることができる。

又、ハーモニツクドライブ式の減速機を用いて
いるから減速比が大きく、大なるトルク、超低速
揺動が得られる。バツクラツシユもない。

次に別の実施例を説明する。図示省略。

ピストン体８をシリンダ本体１に対して回転
規制する手段について。

(i) ピストン９を貫通するロツドをシリンダ本
体１に架設する。

(ii) テレスコピツクロツド１０とロツドカバー
４又は芯体１１との嵌合を異径嵌合とする。

(iii) ピストン９とチユーブ２との嵌合を異径嵌
合とする。

ボールナツト２３のピストン体８に対する取
付けについて。

(i) ピストン体８の軸芯とボールナツト２３の
軸芯とをずらせる。ただし平行性は保つ。

(ii) テレスコピツクロツド１０の方にボールナ
ツト２３を取付ける。

テレスコピツクロツド１０に代えて通常のピ
ストンロツドを備えたもの。

揺動角検出器としてはパルスエンコーダ３８
以外何でもよい。メカニツクな出力形態をとる
ものでもよい。

揺動角検出器を入力とするコントローラは、
何を制御対象としてもよい。

電磁ブレーキ３７に代わつてどのようなブレ
ーキを用いてもよい。ブレーキのないものでも
よい。

減速機３５はどのようなものでもよい。減速
機のないものでもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は断面図、第２図はグラフ、第３図は構
成概念図である。 １……シリンダ本体、８……ピストン体、１４
……スクリユーシヤフト、２３……ボールナツ
ト、２４……ボール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダ本体１に装着されたピストン体８に
   ボールナツト２３がその軸芯方向をピストン体８
   の運動方向と平行にする状態に固定されており、
   このボールナツト２３が保持するボール２４群を
   係入するスクリユーシヤフト１４が前記シリンダ
   本体１に対して回転自在・摺動規制状態に装着さ
   れ、このスクリユーシヤフト１４が揺動作動の駆
   動軸に構成されている流体圧揺動モータ。