JPH0686881B2 - 複合シリンダ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は複合シリンダ装置に関するもので、更に詳細
には、例えば自動旋盤のワーク供給装置、プレスワーク
自動供給装置あるいは物品の搬送装置等に使用されて直
進と回転の複合運動を行う複合シリンダ装置の改良に係
るものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の複合シリンダ装置としては、断面が非円
形のシリンダと、このシリンダに対して一定範囲内で摺
動及び回転自在に貫通支承される作動軸と、この作動軸
に刻設された雄ねじにそれぞれ螺合背隙をもって螺合さ
れると共に上記シリンダとの間にそれぞれ嵌合背隙をも
って嵌合され、互いに空隙を保有して隣接するる第１の
ピストン及び第２のピストンと、上記シリンダに密嵌さ
れると共に上記作動軸に対して摺動のみ自在に係止され
る第３のピストンと、上記第２のピストンとシリンダ内
側壁との間に形成される第１の室と、上記第１のピスト
ンと第３のピストンとの間に形成される第２の室と、上
記第３のピストンと上記シリンダの内側壁との間に形成
される第３の室と、上記第１ないし第３の室にそれぞれ
開設される給排口とから成るものが知られている（特公
昭60−14203号公報参照）。

このように構成される従来の複合シリンダ装置は、例え
ば給排口を介して第１の室及び第２の室に作動流体を導
入し、上記作動軸に直線運動及び回転運動を与えて使用
される。このとき、この従来の装置では、作動軸に螺合
する第１のピストンと第２のピストンとの間に空隙が設
けられているので、上記作動軸の回転終端位置では第１
のピストンと第２のピストンとが夫々対称位置でシリン
ダーに接触することとなり、シリンダーと第１のピスト
ン、第２のピストンとの内外径差による嵌合背隙分はこ
れらピストンとシリンダーとの都合４箇所における接触
によって取り除かれる。また、作動軸の雄ねじと第１の
ピストン及び第２のピストンとの螺合背隙もこれらピス
トンの相互作用によって取り除かれる。従って、この複
合シリンダ装置は上記作動軸の回転終端位置を常に正確
に位置決めすることができた。

〔問題点を解決するための手段〕

しかしながら、上記従来の装置においては、作動軸に螺
合している第１のピストン及び第２のピストンのうち、
第１のピストンの外周にのみパッキングを装着していた
ので、上記第２の室と上記空隙との間は密封されている
が、上記第１の室と空隙との間は密封されていなかっ
た。このため、上記第２の室へ作動流体を導入して第１
のピストンを第２のピストンの方向へ移動させた場合に
は、作動流体が上記第２の室から空隙側へもれることが
ないので、作動軸の回転終端位置が正確に位置決めされ
るが、上記第１の室へ作動流体を導入して第２のピスト
ンを第１のピストンの方向へ移動させた場合には、作動
流体が上記第１の室から空隙側へもれるので、作動軸の
回転終端位置が正確に位置決めされないという問題点が
あった。

〔問題点を解決するめの手段〕

この発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、いずれの方向へ作動軸を回転させた場合
であっても、その回転終端位置が正確に位置決めされる
複合シリンダ装置を提供しようとするものである。

すなわち、この発明は、断面が非円形のシリンダと、こ
のシリンダに対して一定範囲内で摺動及び回転自在に貫
通支承される作動軸と、この作動軸に刻設された雄ねじ
にそれぞれ螺合背隙をもって螺合されると共に上記シリ
ンダとの間にそれぞれ嵌合背隙をもって嵌合されかつ互
いに空隙を保有して隣接される第１のピストン及び第２
のピストンと、上記シリンダ内に摺動自在に密嵌される
と共に上記作動軸に対して回転方向に回転自在に係止さ
れる第３のピストンとから成り、上記第２のピストンと
シリンダ内側壁との間、上記第１のピストンと第３のピ
ストンとの間及び上記第３のピストンと上記シリンダの
内側壁との間にそれぞれ第１、第２及び第３の室を形成
すると共に、これら室にそれぞれ開設される給排口を作
動流体圧源に接続可能に形成し、且つ、上記第１のピス
トン及び第２のピストンの外周には夫々パッキングを装
着して上記第１及び第２のピストンの間に位置する空隙
と上記第１及び第２の室との間を夫々密封して成ること
を特徴とする複合シリンダ装置を提供しようとするもの
である。

この発明において、上記シリンダは断面が非円形のもの
であれば任意のものであってもよいが、好ましくはシリ
ンダを、断面矩形状のシリンダ本体と、このシリンダ本
体の中央部に貫通され左右が対称となる断面楕円形状の
シリンダ部とで構成して成るものである方がよい。

また、上記作動軸は作動流体圧による第１のピストン及
び第３のピストンのシリンダ内の摺動により直進及び回
転運動を行うものであれば任意のものであってもよく、
例えば作動軸を中実状にしてもよく、あるいは、作動流
体圧用通路及び又は配線通路を有する中空状に形成して
もよい。この場合、通路は作動軸の中心部に１つ設けて
もよく、又は、並列の複数の通路としてもよい。なお、
中空部を第１、第２あるいは第３の室への作動流体を供
給する通路として使用することも可能である。また、作
動軸に刻設された雄ねじのリード長は第１のピストンが
作動流体圧によって押圧された際に、第１のピストンが
雄ねじ上を相対的に摺動できる程度に形成する必要があ
る。

また、上記作動軸は一定の範囲内を回転するものであれ
ば任意のものであってもよいが、好ましくは回転角を調
整可能にするために第２の室に位置する部位に回転角調
整部材を調整可能に装着する方がよい。この場合、回転
角調整部材を、作動軸に刻設された調整用雄ねじに螺合
するスリット付きカラーと、このカラーのスリット部に
貫通螺合される調整ねじとで構成する方がよい。

〔作用〕

上記技術的手段によれば、上記第１の室と上記空隙との
間は第２のピストンの外周に装着されたパッキングによ
って密封され、また、上記第２の室と上記空隙との間は
第１のピストンの外周に装着されたパッキングによって
密封される。従って、第１の室あるいは第２の室のいず
れに作動流体を導入した場合であっても、作動流体が上
記第１のピストンと第２のピストンとの間の空隙に漏れ
ることがなく、作動軸をいずれの方向へ回転させた場合
でも、その回転終端位置では上記第１のピストンと第２
のピストンとが夫々対称位置で上記シリンダに接触し、
これらピストンとシリンダの嵌合背隙及びこれらピスト
ンと作動軸との螺合背隙が取り除かれる。このため、作
動軸は回転方向に拘わらず回転終端位置においては常に
正確に位置決めされる。

〔実施例〕

以下にこの発明の実施例を図面に基いて詳細に説明す
る。

第１図はこの発明の複合シリンダ装置の全体を示す斜視
図、第２図はその断面図を示すもので、この発明の複合
シリンダ装置は、断面が非円形のシリンダ10と、このシ
リンダ10に対して一定範囲内で摺動及び回転自在に貫通
支承される作動軸20と、この作動軸20に刻設された雄ね
じ22にそれぞれ螺合されると共に上記シリンダ10内に嵌
合されかつ互いに空隙31を保有して隣接される第１のピ
ストン30及び第２のピストン32と、上記シリンダ10内に
摺動自在に密嵌されると共に上記作動軸20に対して回転
方向のみ回転自在に係止される第３のピストン34とで主
要部が構成されている。そして、上記第２のピストン32
と一方のシリンダ内側壁を構成する第１のシリンダ端部
蓋14との間には第１の室11が形成され、上記第１のピス
トン30と第３のピストン34との間には第２の室12が形成
され、そして、上記第３のピストン34と他方のシリンダ
の内側壁を構成する第２のシリンダ端部蓋15との間に第
３の室13が形成されている。これら室11〜13にはそれぞ
れ給排口16〜18が開設され、これら給排口16〜18は上記
シリンダ10自体に設けた通路60及びスピードコントロー
ラ、弁等（図示せず）を介して図示しない作動流体圧源
（空気源）に接続可能に形成されている。

上記シリンダ10は、断面が矩形状のシリンダ本体10a
と、このシリンダ本体10aの中央部に貫通される左右が
対称となる断面楕円形状のシリンダ部10bとで構成され
るべくアルミニウム製押出形材にて形成されて、強固な
剛性が図られるようになっている。すなわち、従来の薄
肉楕円パイプ状シリンダにおいては、内圧により円形状
に膨張変形してピストンとシリンダの円滑な摺動が難し
くなり、がたつきによって精度誤差が生じるという欠点
があったが、この発明におけるシリンダ10は剛性を有す
るため、かかる欠点を解消することができる。このシリ
ンダ10の端部開口端にはそれぞれアルミニウム製ダイカ
ストにて形成される第１及び第２のシリンダ端部蓋14,1
5が固定ボルト19をもって固定されてシリンダ内側壁を
構成している。上記両シリンダ端部蓋14,15の中心部に
は透孔42が穿設されており、これら透孔42,42に嵌着さ
れた軸受44及びパッキング45を介して作動軸20が摺動及
び回転自在に貫通支承されている。

上記作動軸20は中心部に作動流体圧用及び又は配線用通
路24を有する中空状に形成されており、その外周には、
一定の長さに渡ってリードの大きい雄ねじ22と回転角調
整用雄ねじ26が適宜間隔をおいて刻設されており、雄ね
じ22には雄ねじ22との間に螺合背隙をもって螺合される
と共にシリンダ10に嵌合背隙をもって嵌合される第１の
ピストン30と第２のピストン32とが互いに隣接した状態
で螺合されている。この場合、上記第１のピストン30及
び第２のピストン32の外周には夫々パッキング30a,32a
が装着されており、パッキング30aが第２の室12と空隙3
1との間を、パッキング32aが第１の室11と空隙31との間
を夫々密封している。また、空隙31部にはＯリング33が
介在されて、螺合背隙、嵌合背隙による第１の室11と第
２の室12間の流体の漏れを防止している。一方、作動軸
20の調整用雄ねじ26の第２のシリンダ端部蓋15側には、
外周パッキング35をもってシリンダ10内に摺動自在に密
嵌されると共に内周パッキング36をもって上記作動軸20
に対して回転方向のみ回転自在に第３のピストン34が嵌
装されており、この第３のピストン34の両端において作
動軸20に固定される一対の固定カラー37,38にて第３の
ピストン34が係止されている。この場合、これら固定カ
ラー37,38はスリット39aを有するカラー本体39bのスリ
ット部に締結用ボルト39cを螺合した構造となってお
り、調整雄ねじ26側の固定カラー37には調整用雄ねじ26
に螺合する雄ねじ部が刻設されている。なお、作動軸20
の第１のシリンダ端部蓋14側の雄ねじ22に隣接する部位
には位置規制用カラー46が固着されており、作動軸20が
シリンダ10内を摺動して第１のシリンダ端部蓋14側に移
動した際、この位置規制用カラー46が第１のシリンダ端
部蓋14に当接し得るようになっている。

上記のようにシリンダ10に摺動及び回転自在に貫通支承
される作動軸20の雄ねじ22に螺合される第１のピストン
30の第２の室12側の端部にはアルミニウムダイカスト製
のソケット48が嵌着されている。

また、上記調整用雄ねじ26には回転角調整部材50が調整
可能に螺合されている。この回転角調整部材50は、第３
図に示すように、調整用雄ねじ26に螺合するスリット付
きカラー52と、このカラー52のスリット部54に貫通螺合
される調整ねじ56とで構成されている。このように構成
される回転角調整部材50には上記第１のピストン30に嵌
着されたソケット48が当接し得るようになっており、第
１のピストン30が摺動してこの回転角調整部材50に当接
するストロークにより作動軸20の回転角を任意に調整し
得るようになっている。作動軸20の回転角を調整する場
合には、調整ねじ56を緩めた状態で作動軸20を回転して
回転角調整部材50の位置を調整した後、調整ねじ56を締
結して行う。

一方、上記シリンダ10のシリンダ本体10aには長手方向
に沿う２本の通路基部61,61が貫通されると共に、これ
ら通路基部61,61における第２の室12及び第３の室13に
対向する部位にはシリンダ10の外部から通路基部61又は
61を直交する給排口用貫通孔62,62が穿設され、そし
て、通路基部61,61の第２のシリンダ端部蓋15側開口は
それぞれ盲栓64,64にて閉塞され、また、給排口用貫通
孔62,62の通路外方側開口に盲栓66,66が閉塞されて、給
排口11〜13及び通路60,60が形成されている（第５図参
照）。すなわち、通路60は、シリンダ本体1aに長手通し
に穿設されかつ一端が閉塞される通路基部61と、この通
路基部61と第２、第３の室12,13を連通する給排口兼用
の給排口用貫通孔62,62とで構成されている。このシリ
ンダ10の一方の端部に固定される第１のシリンダ端部蓋
14には、上記給排口16を介して第１の室11に連通する第
１のポート71と、上記通路60,60を介して第２の室12及
び第３の室13に連通する第２及び第３のポート72,73が
設けられている（第５図及び第６図参照）。したがっ
て、これらポート71,72,73に作動流体圧源からの流体供
給管路74を集束して接続することができる（第11図及び
第12図参照）。なお、上記実施例では、第１の室11は給
排口16を介してポート71に連通されている場合について
説明したが、第２、第３の室12,13と同様に通路基部61
と貫通62とで連通してもよい。

次に、上記のように構成されるこの発明の複合シリンダ
の作動態様について第７図ないし第10図を参照して説明
する。

第７図に示すように作動軸20が右端に位置する状態にお
いて、上記給排口16,17,18のうち第１及び第２の室11,1
2に開設する給排口16,17を開放すると共に、第３の室13
に開設される給排口18を介して作動流体圧を第３の室13
に供給すると、第３のピストン34が押圧されて作動軸20
が左方に摺動し、作動軸20に装着された位置規制用カラ
ー46がシリンダ10の内側壁すなわち第１のシリンダ端部
蓋14に当接する（第８図参照）。この状態で第２の室12
に開設される給排口17を介して同一の作動圧力を供給す
ると、第３のピストン34はそのままの位置で保持される
が、第１のピストン30は更に押圧されて第１のピストン
30と雄ねじ22との間に相対的な変位を生じるが、第１の
ピストン30はシリンダ10により回転を抑制されるので作
動軸20の１回転毎に雄ねじ22の１ピッチに相当する速さ
で移動する。同様に第２のピストン32も第１のピストン
30と等速で移動し続けるから空隙31は変化することがな
い。この後、第２のピストン32は第１のシリンダ端部蓋
14に当接している位置規制用カラー46に当接してその摺
動が停止する。しかし、第１のピストン30はその外周に
パッキング30aを装着しているので、作動流体圧により
螺合背隙及び嵌合背隙分だけ更に左方へ雄ねじ22上を摺
動し、第２のピストン32に接近する。そして、第１のピ
ストン30の移動と作動軸20の回転が停止すると、第１の
ピストン30と第２のピストン32とは対称位置でシリンダ
10に接触する（第９図参照）。このとき、シリンダ10と
第１のピストン30、第２のピストン32との内外径差によ
る嵌合背隙分はこれらピストン30,32とシリンダ10との
都合４箇所における接触によって取り除かれる一方、作
動軸20の雄ねじと第１のピストン30及び第２のピストン
32との螺合背隙もこれらピストンの相互作用によって取
り除かれる。従って、上記嵌合背隙及び螺合背隙が一定
に保たれる限り、上記作動軸20の回転終端位置は常に正
確に再現される。

上記のようにして作動軸20が回転終端位置に達した第９
図の状態から逆のサイクルにより第７図の状態に戻すに
は、上述したサイクルとは逆に、まず、第２の室12に開
設する給排口17を開放し、第１及び第３の室11,13に開
設する給排口16,18から作動流体を第１及び第３の室11,
13内に導入する。これにより、第８図に示すように第１
のピストン30が回転角調整部材50に当接した位置に戻
り、この間作動軸20は上述と逆方向に回転する（第８図
参照）。このとき、第１のピストン32は回転角調整部材
50に当接してその摺動が停止するが、第２のピストン32
はその外周にパッキング32aを装着しているので、上述
の正サイクルと同様に、作動流体圧により螺合背隙及び
嵌合背隙分だけ更に右方へ雄ねじ22上を摺動して第１の
ピストン30に接近する。そして、第２のピストン32の移
動と作動軸20の回転が停止すると、第１のピストン30と
第２のピストン32とは対称位置でシリンダ10に接触す
る。つまり、この逆サイクルにおいても、第１のピスト
ン30及び第２のピストン32の相互作用によって嵌合背隙
及び螺合背隙が取り除かれ、上記作動軸20の回転終端位
置は常に正確に再現される。

そして、この後に第２の室12に開設する給排口17を開放
し、第１の室11に開設する給排口16に作動流体を導入し
続けると、作動軸20は第７図に示す初期位置に戻るので
ある。

なお、第９図に示す状態からまず作動軸20を回転させる
ことなく、右進後退させるには、第３の室13に開設する
給排口18を開放し第１及び第２の室11,12に開設する給
排口16,17から作動流体を導入すればよく、第２の室12
内の作動流体は第１のピストン30が雄ねじ22上を右方へ
摺動するのを妨げるため、第10図に示す状態が得られ
る。この第10図の状態において、第２の室12に開設する
給排口17を開放し、第１の室11に開設する給排口16のみ
に作動流体を導入すると、上記第１のピストン30が回転
角調整部材50に当接するまで作動軸20は直進運動して位
置規制された後、第２のピストン32が更に押圧されるの
で、所定角度作動軸20が回転する。

上記のように、給排口16,17,18への作動流体の導入順序
を上述と異ならしめれば、作動軸20の回転と直進後退の
順序を任意に変更し得るもである。

よって、この発明の複合シリンダ装置を例えば第11図及
び第12図に示すプレス機械80のワーク供給部82に取付
け、そして、図示しない作動流体圧源からの作動流体を
制御しつつ給排口16,17,18に導入することにより、作動
軸20に装着されたロボットハンド84を回転及び直進させ
てワークの供給、排出を行うことができる。なおこの場
合、作動軸20に設けられた通路24内にロボットハンド84
の作動用流体を流すことができ、また、通路24はロボッ
トハンド84のセンサ部の配線の挿通用に供することもで
きる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、この発明の複合シリンダ装置に
よれば、第１のピストン及び第２のピストンの外周に夫
々パッキングを装着し、第１のピストンと第２のピスト
ンのと間に設けた空隙を第１の室及び第２の室と密封し
たので、第１の室あるいは第２の室に作動流体を導入し
て作動軸をいずれの方向へ回転させた場合でも、その回
転終端位置を正確に位置決めすることができ、複合運動
の始端位置及び終端位置で正確な位置決めが要求される
各種産業機械おいて多大な有用性を発揮可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の複合シリンダ装置の外観を示す斜視
図、第２図はその断面図、第３図は第２図のIII−III断
面図、第４図は第２図のIV−IV断面図、第５図はこの発
明におけるシリンダを示す断面図、第６図はこの発明に
おけるシリンダと第１のシリンダ端部蓋との結合関係を
示す分解断面図、第７図ないし第10図はこの発明の複合
シリンダ装置の作動態様を示す断面図、第11図はこの発
明の複合シリンダ装置の使用状態の一例を示す正面図、
第12図はその側面図である。 符号説明 (10)……シリンダ (10a)……シリンダ本体 (10b)……シリンダ部 (11)……第１の室 (12)……第２の室 (13)……第３の室 (14)……第１のシリンダ端部蓋 (15)……第２のシリンダ端部蓋 (16,17,18)……給排口 (20)……作動軸 (22)……雄ねじ (24)……作動流体圧及び又は配線用通路 (26)……回転角調整用雄ねじ (30)……第１のピストン (32)……第２のピストン (34)……第３のピストン (50)……回転角調整部材 (52)……スリット付きカラー (54)……スリット部 (56)……調整ねじ (60)……通路 (61)……通路基部 (62)……給排口用貫通孔 (71)……第１のポート (72)……第２のポート (73)……第３のポート

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】断面が非円形のシリンダと、このシリンダ
   に対して一定範囲内で摺動及び回転自在に貫通支承され
   る作動軸と、この作動軸に刻設された雄ねじにそれぞれ
   螺合背隙をもって螺合されると共に上記シリンダとの間
   にそれぞれ嵌合背隙をもって嵌合されかつ互いに空隙を
   保有して隣接される第１のピストン及び第２のピストン
   と、上記シリンダ内に摺動自在に密嵌されると共に上記
   作動軸に対して回転方向に移動自在に係止される第３の
   ピストンとから成り、上記第２のピストンとシリンダ内
   側壁との間、上記第１のピストンと第３のピストンとの
   間及び上記第３のピストンと上記シリンダの内側壁との
   間にそれぞれ第１、第２及び第３の室を形成すると共
   に、これら室にそれぞれ開設される給排口を作動流体圧
   源に接続可能に形成した複合シリンダ装置において、 上記第１の室あるいは第２の室に作動流体を導入して上
   記第１のピストン及び第２のピストンの移動に伴い上記
   作動軸を回転させた際に、上記作動軸の回転方向に抱わ
   らず、当該作動軸の回転終端位置において上記第１のピ
   ストンと第２のピストンとを夫々対称位置で上記シリン
   ダに接触させ、正回転方向及び逆回転方向について上記
   螺合背隙及び嵌合背隙を取り除いて上記作動軸の位置決
   めを行うように、 上記第１及び第２のピストンの外周には夫々パッキング
   を装着したことを特徴とする複合シリンダ装置。
2. 【請求項２】作動軸を作動流体圧用通路及び又は配線通
   路を有する中空状に形成して成ることを含む特許請求の
   範囲第１項記載の複合シリンダ装置。
3. 【請求項３】作動軸の第２の室に位置する部位に回転角
   調整部材を調整可能に装着して成ることを含む特許請求
   の範囲第１項記載の複合シリンダ装置。
4. 【請求項４】回転角調整部材を、作動軸に刻設された調
   整用雄ねじに螺合するスリット付きカラーと、このカラ
   ーのスリット部に貫通螺合される調整ねじとで構成して
   成ることを含む特許請求の範囲第３項記載の複合シリン
   ダ装置。
5. 【請求項５】シリンダを、断面矩形状のシリンダ本体
   と、このシリンダ本体の中央部に貫通される断面楕円形
   状のシリンダ部とで構成して成ることを含む特許請求の
   範囲第１項記載の複合シリンダ装置。