JPH07110012A - サーボシリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】配管が簡略化されたサーボシリンダを提供する
ことを目的とする。 【構成】ロッドカバー４４側の第１室６４ａとヘッドカ
バー４０に装着された第１電磁切換弁１４ａに連通する
通路６１、６２をシリンダ本体１６内部に形成するとと
もに、ヘッドカバー４０側の第２室とヘッドカバー４０
に装着された第２電磁切換弁１４ｂに連通する通路６５
をシリンダ本体１６内部に形成しているため、前記電磁
切換弁１４ａ、１４ｂ、あるいはそれに連設された電−
空レギュレータ１３ａ、１３ｂから圧縮空気供給源に連
通される管体を纏めることができ、配管を簡略すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロッドカバー側あるい
はヘッドカバー側のシリンダ室に流体圧を供給し、ある
いは前記シリンダ室から流体圧を排出してピストンを変
位させるシリンダにおいて、各シリンダ室に流体圧を供
給する通路をシリンダ側面に画成したサーボシリンダに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ロッドの先端に固着されたテ
ーブル等によってワークを変位させるアクチュエータに
おいて、前記ロッドをシリンダ内のピストンに係合さ
せ、このピストンを空気圧で変位させる方法と、該ロッ
ドをボールねじに固着し、このボールねじを介してモー
タ等によって変位させる方法がある。

【０００３】空気圧によってピストンを変位させる方法
は、出力が大きく、負荷の大きいワークを変位させるこ
とができるが、空気自体が圧縮性流体であるため当該ワ
ークを精度よく位置決めすることは、実質的に困難であ
った。

【０００４】一方、モータによってワークを変位させる
方法は、電気的制御であるために停止位置を厳密に求め
ることは可能であるが、重量のあるワークを移送して位
置決めしようとするとき、出力が大きいモータを選択せ
ざるを得ず、この結果、モータ自体が大型化するという
欠点があった。

【０００５】そこで、ワークを停止位置近傍まで空気圧
を利用してシリンダによって移送し、その停止位置近傍
からモータでワークを所望の位置に精度良く停止させる
アクチュエータが提案されている。このような構成をと
ることにより、モータが小型のもので済み、アクチュエ
ータ全体を小型化させることができるとともに、所望の
位置に精度良くワークを停止させることが可能になっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
構成をとるアクチュエータでは、ロッドカバー側シリン
ダ室とヘッドカバー側シリンダ室とに連通するポートを
それぞれのカバーに形成し、各ポートに電磁切換弁等を
介して管体を接続する。したがって、各管体が相互に離
間しており、配管が煩雑になるという不都合があった。

【０００７】本発明は、この種の問題を解決するために
なされたものであって、配管が簡略化されたサーボシリ
ンダを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、シリンダと、前記シリンダに画成され
たシリンダ室内を変位するピストンとを有し、前記シリ
ンダ室に供給される流体圧によって停止位置近傍まで前
記ピストンを変位させ、その後、当該ピストンに係合さ
れたボールねじ軸をモータによって回動させることによ
り停止位置までピストンを微小変位させ、前記ピストン
を停止させるシリンダであって、シリンダの略同一位置
に一体的に装着された第１および第２の電磁切換弁と、
前記シリンダ内に画成され、前記第１電磁切換弁からロ
ッドカバー側シリンダ室に連通される第１の流体通路
と、前記シリンダ内に画成され、前記第２電磁切換弁か
らヘッドカバー側シリンダ室に連通される第２の流体通
路と、を備えることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明に係るサーボシリンダでは、第１および
第２電磁切換弁をシリンダの略同一位置に一体的に装着
し、ロッドカバー側シリンダ室と前記第１電磁切換弁と
を連通させる第１流体通路と、ヘッドガバー側シリンダ
室と前記第２電磁切換弁とを連通させる第２流体通路と
をシリンダ内部に設けたため、前記第１および第２電磁
切換弁から流体圧供給源への管体を纏めることが可能と
なり、配管が簡略化される。

【００１０】

【実施例】本発明に係るサーボシリンダについて、好適
な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に
説明する。

【００１１】図１を参照して、サーボシリンダ装置１０
を概略説明する。先ず、圧縮空気供給源１２から圧縮空
気を所定圧力に制御する電−空レギュレータ１３ａ、１
３ｂ、ノーマルクローズ型の電磁切換弁１４ａ、１４ｂ
を介してシリンダ本体１６に圧縮空気を供給する。ある
いは、電磁切換弁１４ａ、１４ｂを介してシリンダ本体
１６から圧縮空気を大気開放することにより、ワークＷ
を係合しているピストンロッド１８とともにピストン２
０を水平方向に変位させる。前記ピストン２０の変位動
作によってピストン２０と係合しているボールねじ軸２
２が回転し、タイミングベルト２４、モータ２６の駆動
軸２８を介してエンコーダ３０の出力を得、該エンコー
ダ３０の信号でピストン２０の変位量を検出する。ピス
トン２０が所定位置に到達したところでコントローラ３
２から電磁切換弁１４ａあるいは１４ｂにシリンダ本体
１６の圧縮空気を大気開放するように滅勢信号が伝送さ
れるとともに、モータ２６に駆動信号が伝送される。こ
の結果、空気圧に換えてモータ２６の駆動力によってボ
ールねじ軸２２を介してピストン２０が変位するに至
る。コントローラ３２は、エンコーダ３０の出力に基づ
いてピストン２０が所定位置まで到達したことを確認し
た時点で、コントローラ３２からの信号によりノーマル
クローズ型の電磁切換弁３４が滅勢されてディスクブレ
ーキ機構３６を付勢し、ピストン２０が停止される。

【００１２】このように動作するサーボシリンダ装置１
０のシリンダ本体１６の構成並びにその動作について詳
細に説明する。

【００１３】シリンダ本体１６は、図２に示すように、
ヘッドカバー４０とシリンダチューブ４２とロッドカバ
ー４４とワークＷに係合するテーブル４６から基本的に
構成される。前記シリンダ本体１６の内部には、図３に
示すように、シリンダチューブ４２内に空気を供給する
空気圧供給機構４８と、ボールねじ軸回転機構５０と、
ボールねじ軸２２を制動してピストン２０の変位を停止
させるディスクブレーキ機構３６と、テーブル４６の回
転を防止する回り止め機構５２が設けられている。

【００１４】前記空気圧供給機構４８は、圧縮空気供給
源１２に連通された第１電−空レギュレータ１３ａ、第
２電−空レギュレータ１３ｂと、前記電−空レギュレー
タ１３ａ、１３ｂにそれぞれ連通する第１電磁切換弁１
４ａ、第２電磁切換弁１４ｂがヘッドカバー４０に装着
され、前記第１電磁切換弁１４ａから接続プレート６
０、ヘッドカバー４０内の通路６１、シリンダチューブ
４２内の通路６２を介してシリンダ室６４のロッドカバ
ー４４側端部に連通されるとともに、前記第２電磁切換
弁１４ｂから接続プレート６０、ヘッドカバー４０内の
通路６５を介してシリンダ室６４のヘッドカバー４０側
端部に連通されている。なお、前記通路６１、６２の有
効断面積と前記通路６５の有効断面積が等しくなるよう
に、それぞれの通路６１、６２、６５が形成されてい
る。

【００１５】前記ボールねじ軸回転機構５０では、図３
に示すように、ヘッドカバー４０においてボールねじ軸
２２がアンギュラ玉軸受７０を介して軸方向に変位自在
かつ回動自在に軸支されている。前記ボールねじ軸２２
は、前記シリンダ室６４内に相当する部分にのみ、ねじ
溝７２が刻設されているとともに、前記シリンダ室６４
のヘッドカバー４０側端部で一旦拡径した後、段々に縮
径し、その端部にプーリ７４が設けられている。前記ボ
ールねじ軸２２は、ピストン２０に嵌合されたボデイ７
８と図示しないボールを介して係合する。前記ピストン
２０には、図４に示すように、ロッドカバー４４側端部
およびヘッドカバー４０側端部に緩衝部材８０ａ、８０
ｂが設けられるとともに、シリンダ室６４の内周面と摺
動する部分には、磁石８２とピストンパッキン８４が嵌
合されている。前記磁石８２は、シリンダチューブ４２
の外側面の所定位置に設けられたセンサによってピスト
ン２０の位置の異常を検出するために用いられる。

【００１６】前記ヘッドカバー４０の内部には、前記ボ
ールねじ軸２２に平行にモータ２６が設けられ、その駆
動軸２８の端部にプーリ８６が設けられるとともに、前
記駆動軸２８の回転角度を検出するエンコーダ３０が固
着されている。さらに、前記プーリ７４、８６間には、
タイミングベルト２４が懸架されている。

【００１７】ディスクブレーキ機構３６は、図５に示す
ように、前記アンギュラ玉軸受７０が設けられているヘ
ッドカバー４０の孔部１００に配設された部材により構
成されている。前記孔部１００は、ボールねじ軸２２の
プーリ７４側から前記アンギュラ玉軸受７０を指向して
二段に縮径している。前記孔部１００の一段目の底面
に、半径方向の断面がＬ字状のブレーキ用シリンダ１０
２が膨出部１０２ａをボールねじ軸２２側に指向させて
固着されている。前記ブレーキ用シリンダ１０２の内周
面に当接するようにして半径方向の断面が略Ｌ字状のピ
ストン１０４が配設される。前記ピストン１０４は、プ
ーリ７４側に固着された制動部材１０６と当該ピストン
１０４の膨出部１０４ａによって前記ブレーキ用シリン
ダ１０２の膨出部１０２ａを挟み込むようにして配置さ
れ、前記ピストン１０４の膨出部１０４ａあるいは制動
部材１０６が前記ブレーキ用シリンダ１０２の膨出部１
０２ａに当接することによって前記ピストン１０４の軸
方向の可動範囲を規制している。さらに、前記ピストン
１０４とブレーキ用シリンダ１０２の間には空間１０８
が画成され、ブレーキ用シリンダ１０２の内周面と摺動
する前記ピストン１０４の外周面に嵌着されたピストン
パッキン１１４ａ、１１４ｂによって前記空間１０８が
気密に保持されている。圧縮空気供給源１２と連通して
いる電磁切換弁３４と前記空間１０８とは、ヘッドカバ
ー４０およびブレーキ用シリンダ１０２の内部に画成さ
れた通路１１０、１１２を介して連通されている。前記
孔部１００の２段目の底面には、軸受押さえ部材１１６
が固着されており、前記軸受押さえ部材１１６とピスト
ン１０４の間にコイルスプリング１１８が挿入されてい
る。したがって、前記ピストン１０４は、コイルスプリ
ング１１８によってＺ１方向に常時付勢されている。さ
らに、前記ブレーキ用シリンダ１０２は、支持部材１２
０を介してドーナツ状の円板体である制動部材１２２を
支持している。

【００１８】一方、前記ボールねじ軸２２は、前記プー
リ７４近傍においてコマ用キー１２４、コマ１２６を介
してブレーキディスク１２８を装着している。前記ブレ
ーキディスク１２８は、制動部材１２２近傍で回転する
ように構成されている。

【００１９】回り止め機構５２は、ピストンロッド１８
を介して変位されるテーブル４６が前記ピストンロッド
１８とともに回動することを阻止する機構である。

【００２０】前記ピストンロッド１８は、図３に示すよ
うに円筒形状であり、ピストン２０のロッドカバー４４
側に螺着されている。前記ピストンロッド１８の内部の
孔部１３０には、ボールねじ軸２２が前記孔部１３０の
壁面に当接することなく、前記ピストンロッド１８と軸
芯を一致させて挿入されている。前記ピストンロッド１
８のロッドカバー４４側端部には軸体１３２が螺着さ
れ、前記軸体１３２が図示しないボルト等によってテー
ブル４６と固着されている。前記テーブル４６の両端部
には、ガイドロッド１３４ａ、１３４ｂが図示しないボ
ルトによって固着されている。前記ガイドロッド１３４
ａ、１３４ｂは、ロッドカバー４４の両側面に設けられ
たボールブッシュ１３６ａ、１３６ｂによって軸方向に
摺動自在に支持され、前記ロッドカバー４４の端面に装
着されたフランジ１３８の孔部１４０ａ、１４０ｂに挿
入されている。

【００２１】なお、ヘッドカバー４０には、コントロー
ラ３２からの制御信号および電源信号を接続する端子１
４２、１４４が設けられた端子台１４６が設けられてい
る。

【００２２】次に、このように構成されるサーボシリン
ダ装置１０の動作説明を行う。ここでは、ワークＷをＺ
１方向に変位させる（シリンダ室６４内において、位置
Ｘ１から位置Ｘ２にピストン２０を変位させる）場合に
ついて図６を参照して説明する。

【００２３】ピストンが位置Ｘ１で停止状態（時間０〜
ｔ１）にある場合、各電磁切換弁１４ａ、１４ｂ、３４
が滅勢されている。この結果、シリンダ本体１６のシリ
ンダ室６４のロッドカバー４４側の第１室６４ａおよび
ヘッドカバー４４側の第２室６４ｂの圧力が大気圧Ｐ０
となる一方、ディスクブレーキ機構３６の空間１０８が
大気開放されているため、ピストン１０４がコイルスプ
リング１１８の弾発力のもとにＺ１方向に変位されて制
動部材１０６がブレーキディスク１２８に圧接される。
このように、当該ブレーキディスク１２８が制動部材１
０６、１２２で挟持されることによりボールねじ軸２２
の回動が阻止され、ピストン２０を停止させている。

【００２４】ピストン２０を位置Ｘ２に変位させる場合
には、先ず、コントローラ３２から電−空レギュレータ
１３ａに、設定圧力をワークＷの負荷に対応する圧力Ｐ
１（＞Ｐ０）とする制御信号が伝送されるとともに、電
磁切換弁１４ａ、３４に付勢信号が伝送される。この結
果、圧縮空気供給源１２とディスクブレーキ機構３６の
空間１０８とが連通し、空間１０８に圧縮空気が供給さ
れ、図５において二点鎖線で示すように、コイルスプリ
ング１１８の弾発力に逆らってピストン１０４がＺ２方
向に変位し、ボールねじ軸２２のブレーキディスク１２
８から制動部材１０６を離間させてディスクブレーキ機
構３６を非作動状態にする。すなわち、ピストン２０は
変位自在の状態になる。この状態で電−空レギュレータ
１３ａから電磁切換弁１４ａを経て圧力Ｐ１の圧縮空気
がシリンダ本体１６の前記第１室６４ａに導入されるこ
とにより、ピストン２０がＺ１方向に変位する。

【００２５】この際、ボールねじ軸２２とボデイ７８が
係合しているため、ピストン２０に回転モーメントが作
用する。しかしながら、ピストンロッド１８を介してピ
ストン２０に接続しているテーブル４６に装着された回
り止め用のガイドロッド１３４ａ、１３４ｂがフランジ
１３８の孔部１４０ａ、１４０ｂに挿入されているた
め、ピストン２０が回転することはない。したがって、
ピストン２０の変位動作に伴いボールねじ軸２２が回転
するに至る。前記回転は、前記ボールねじ軸２２のヘッ
ドカバー４０側端部に設けられたプーリ７４、タイミン
グベルト２４、プーリ８６を介してモータ２６の駆動軸
２８に伝達される。結局、駆動軸２８の回転量がエンコ
ーダ３０を介してコントローラ３２に伝送され、ピスト
ン２０の変位量として検出される。

【００２６】コントローラ３２において、ピストン２０
が停止位置Ｘ２から距離ε１の切換位置に到達したこと
を検出する（時間ｔ２）と、滅勢信号が電磁切換弁１４
ａに伝送されるとともに、モータ２６に付勢信号が伝送
される。この結果、シリンダ本体１６の第１室６４ａの
圧力が大気圧Ｐ０となるが、モータ２６が駆動されるた
め、プーリ８６、タイミングベルト２４、プーリ７４、
ボールねじ軸２２を介してピストン２０が低速で距離ε
１変位する。

【００２７】エンコーダ３０の出力に基づきコントロー
ラ３２においてピストン２０が停止位置Ｘ２に到達した
ことが検出される（時間ｔ３）と、モータ２６と電磁切
換弁３４に滅勢信号が伝送される。

【００２８】この結果、空間１０８に供給されていた圧
縮空気が通路１１２、１１０を介して電磁切換弁３４か
ら大気開放される。したがって、ピストン１０４がコイ
ルスプリング１１８の弾発力によりＺ１方向に変位され
（二点鎖線位置→実線位置）、制動部材１０６がブレー
キディスク１２８に圧接され、制動部材１０６、１２２
でブレーキディスク１２８を挟持することになる。した
がって、ボールねじ軸２２の回転動作が停止され、ピス
トン２０が停止位置Ｘ２で精度良く停止される。

【００２９】一方、ピストン２０を位置Ｘ２からＸ１に
変位させる場合には、先ず、時間ｔ４において、コント
ローラ３２から電磁切換弁１４ｂ、３４に付勢信号が伝
送される。この結果、ディスクブレーキ機構３６は、空
間１０８に圧縮空気が導入され、制動部材１０６がボー
ルねじ軸２２のブレーキディスク１２８から離間され
る。したがって、ブレーキが非作動状態になる。そこ
で、シリンダ本体１６の第１室６４ｂの圧力がＰ１に上
昇し、ピストン２０がＺ２方向に変位する。

【００３０】エンコーダ３０からの出力に基づきコント
ローラ３２でピストン２０が停止位置Ｘ１から距離ε１
に到達したことを検出した（時間ｔ５）場合には、電磁
切換弁１４ｂに滅勢信号を伝送するとともに、モータ２
６に付勢信号を伝送する。この結果、シリンダ本体１６
の第１室６４ｂの圧力は、再び大気圧Ｐ０となる。そこ
で、モータ２６の駆動力によりピストン２０がＺ２方向
に変位される。

【００３１】エンコーダ３０の出力に基づいてコントロ
ーラ３２によってピストン２０が停止位置Ｘ１に到達し
たと検出される（時間ｔ６）と、モータ２６と電磁切換
弁３４に滅勢信号が伝送される。したがって、ディスク
ブレーキ機構３６の空間１０８の圧縮空気が大気開放さ
れ、コイルスプリング１１８の弾発力の作用下に制動部
材１０６、１２２によってブレーキディスク１２８が挟
持されてボールねじ軸２２の回動動作を制動するため、
停止位置Ｘ１でピストン２０が精度良く停止する。

【００３２】このように、動作するサーボシリンダ装置
１０において、シリンダチューブ４２の第１室６４ａ、
第２室６４ｂからヘッドカバー４０の側面に連通する通
路６２、６１、６５を形成したことにより、前記ヘッド
カバー４０に電磁切換弁１４ａ、１４ｂを一体的に装着
させることができる。したがって、前記電磁切換弁１４
ａ、１４ｂ、あるいは電−空レギュレータ１３ａ、１３
ｂから圧縮空気供給源１２へ連通させる管体等を纏める
ことが可能なり、配管が簡略化される。

【００３３】しかも、前記通路６１、６２の有効断面積
と前記通路６５の有効断面積が等しくなるように、前記
通路６１、６２、６５を形成したため、電磁切換弁１４
ａ、１４ｂから前記第１室６４ａ、第２室６４ｂへ圧力
流体を供給する際の圧力損失が実質的に同一になり、ピ
ストンの変位速度を制御し易いという利点もある。

【００３４】なお、本実施例に係るシリンダ本体１６の
回り止め機構５２では、ガイドロッド１３４ａ、１３４
ｂによってピストン２０およびテーブル４６の回り止め
を行っているが、ピストンロッド１８にスプライン状の
凸条を設け、ロッドカバー４４側に前記凸条が嵌合する
孔部を画成することによっても回り止め機能が達成でき
る。

【００３５】

【発明の効果】本発明に係るサーボシリンダによれば、
以下の効果が得られる。

【００３６】すなわち、第１および第２電磁切換弁をシ
リンダの略同一位置に一体的に装着し、ロッドカバー側
シリンダ室と前記第１電磁切換弁とを連通させる第１流
体通路と、ヘッドガバー側シリンダ室と前記第２電磁切
換弁とを連通させる第２流体通路とをシリンダ内部に設
けたため、前記第１および第２電磁切換弁から流体圧供
給源への管体を纏めることが可能となり、配管が簡略化
される。

【００３７】また、前記第１流体通路と第２流体通路の
有効断面積を同一にすれば、前記流体通路における圧力
損失が実質的に同一となり、ピストンの変位速度を制御
し易いという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るサーボシリンダの全体構成図であ
る。

【図２】本発明に係るサーボシリンダのシリンダ本体の
斜視説明図である。

【図３】本発明に係るサーボシリンダのシリンダ本体の
一部断面説明図である。

【図４】本発明に係るサーボシリンダのシリンダ本体に
おけるピストン部分の断面説明図である。

【図５】本発明に係るサーボシリンダのシリンダ本体に
おけるディスクブレーキ機構の一部断面説明図である。

【図６】本発明に係るサーボシリンダのタイミングチャ
ートである。

【符号の説明】

１０…サーボシリンダ装置 １３ａ、１３ｂ…
電−空レギュレータ １４ａ、１４ｂ、３４…電磁切換弁 １６…シリンダ本
体 ２０、１０４…ピストン ２２…ボールねじ
軸 ２４…タイミングベルト ２６…モータ ２８…駆動軸 ３０…エンコーダ ３２…コントローラ ３６…ディスクブ
レーキ機構 ６１、６２、６５…通路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダと、前記シリンダに画成されたシ
   リンダ室内を変位するピストンとを有し、前記シリンダ
   室に供給される流体圧によって停止位置近傍まで前記ピ
   ストンを変位させ、その後、当該ピストンに係合された
   ボールねじ軸をモータによって回動させることにより停
   止位置までピストンを微小変位させ、前記ピストンを停
   止させるシリンダであって、 シリンダの略同一位置に一体的に装着された第１および
   第２の電磁切換弁と、 前記シリンダ内に画成され、前記第１電磁切換弁からロ
   ッドカバー側シリンダ室に連通される第１の流体通路
   と、 前記シリンダ内に画成され、前記第２電磁切換弁からヘ
   ッドカバー側シリンダ室に連通される第２の流体通路
   と、 を備えることを特徴とするサーボシリンダ。
2. 【請求項２】請求項１記載のサーボシリンダにおいて、
   第１流体通路と第２流体通路との有効断面積を略同一に
   形成したことを特徴するサーボシリンダ。