JPH0781638B2 - 停止位置の変更可能な緩衝機構付き空気圧シリンダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、外部信号によりヘッド側の停止位置の変更で
きる緩衝機構付き空気圧シリンダに関するものである。

［従来の技術］ ワークまたはその加工工具等を空気圧シリンダのピスト
ンロッドに取付けてワークを搬送したり加工したりする
ことは、広く行なわれている。そして、最近の多品種少
量生産に対応するために、ワーク等の切換えごとに、空
気圧シリンダのピストン停止位置を、生産工程に合わせ
て停止位置精度±0.1〜±0.05mm程度で設定し直すこと
が頻繁に行なわれている。

このため、空気圧シリンダにおけるピストンの停止位置
調整を、人手を用いず、精度よく、かつ速やかに行なう
ことができる機器の実用化が強く要望されている。

このようなシリンダの停止位置変更を行なうために、従
来から、空気圧シリンダの外部または内部に、位置の変
更可能なメカニカルストッパを設ける方法が、多用され
ている（例えば、特開昭58−142072号公報参照）。この
ような方法では、緩衝機構を併用することにより、±0.
05mm程度の停止位置精度は比較的容易に得られるが、ピ
ストンロッドを中空に形成するとか、シリンダチューブ
のロッド側あるいはヘッド側カバーに複雑な機構部を設
けているため、通常利用されている緩衝機構を付設する
ことが困難な構造になっている。

そして、緩衝機構なしでは、ピストンがメカニカルスト
ッパに高速で衝突し、はね返った後で摩擦によってメカ
ニカルストッパより離れた位置に停止することがあり、
そのため、ピストンの停止位置精度を高めるには、緩衝
機構が実用上欠かせないものになる。

また、ピストンロッドの現在位置を常時電気的に検出
し、位置調節器により目標位置との誤差を演算すること
によって得られる操作信号で、駆動操作部を操作して、
ピストンロッドの位置制御を行う方法も、一般的に利用
されているが、停止位置精度を高めるには、比較的高価
な位置検出器及び制御機器を必要とするばかりでなく、
ピストンを高速作動させると停止位置精度が低下するた
め、一層高価な制御機器等が必要になる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明が解決しようとする課題は、ピストンのヘッド側
の停止位置が変更可能で、かつ封じ込め空気圧によって
ピストンを緩衝的に停止させる緩衝機構を有する空気圧
シリンダを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、本発明の緩衝機構付き空気圧
シリンダは、固定部分取付けられるシリンダチューブ
と、該シリンダチューブ内において摺動するピストン
と、該ピストンに取付けられシリンダチューブと一体ま
たは別体のロッド側カバーを気密に貫通するピストンロ
ッドと、上記シリンダチューブ内に気密に且つピストン
の摺動方向に位置調整可能に配設したヘッドブロック
と、該ヘッドブロックのピストンと反対側にその摺動方
向に設けたねじ杆、固定部分に支持され上記ねじ杆に螺
合する送りナット、及び外部からの信号に基づいて送り
ナットを回転させるパルスモータを有し、上記ヘッドブ
ロックをピストンの摺動方向の所要位置に移動させる移
動機構と、上記ピストンで区画された圧力室から排出さ
れる空気をピストンのストローク終端近くにおいて一時
的に封じ込めて、ピストンをストローク終端に緩衝的に
停止させる緩衝機構とを備えていることを特徴としてい
る。

［作 用］ 空気圧シリンダのヘッドブロックの位置を移動機構によ
り所望の位置に調整した上で、シリンダに圧力空気を給
排すると、ピストンが、ロッド側ストロークの終端位置
が同じで、ヘッドブロックの位置により設定された所要
のストローク範囲内において駆動され、封じ込め空気圧
による緩衝機構によってストローク終端に緩衝的に停止
する。

この場合、ロッド側カバーとヘッドブロックのピストン
側には、給排ポート以外に格別大きなスペースを必要と
する部材がないので、これらに緩衝機構を設けることが
でき、それによりピストンを高速駆動させながら、緩衝
機構によって正確な停止位置に緩衝的に停止させること
ができる。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面を参照しながら詳述する。

本発明に係る空気圧シリンダは、外部信号によりピスト
ン停止位置の変更を可能にしたものであり、特にヘッド
側の停止位置を変更可能にしたものである。

第１図は本発明に係る空気圧シリンダの実施例を示して
いる、同図において、１は空気圧シリンダを取付ける固
定部分であって、通常は空気圧シリンダを取付ける適宜
機器の一部によって構成され、２は上記固定部分１に固
定されたシリンダチューブ、３は上記チューブ２内にお
いて摺動するピストン、４は上記チューブ２と一体また
は別体のロッド側カバー2aを気密に貫通するピストンロ
ッド、５は上記チューブ２内に気密に、且つピストンの
摺動方向に位置調整可能に配設したヘッドブロックを示
している。なお、図面を簡単化するため、ピストン３を
緩衝的に停止させるための緩衝機構は図示を省略してい
る。

上記ヘッドブロック５は、ねじ杆６の先端に取付けら
れ、このねじ杆６は固定部分１を貫通して他側に突出せ
しめられ、その先端に取付けた端板７に上記ねじ杆６と
平行なガイド棒8,8が取付けられている。上記ガイド棒
8,8は、固定部分１に挿通され、ねじ杆６が軸線方向に
移動する際の該ねじ杆６の回転を防止するものである。

上記ねじ杆６には、送りナット10が螺合されている。こ
の送りナット10は、固定部分１にボールベアリング11,1
1で支持され、ねじ杆６の軸線方向には移動できず、回
転のみが可能なものである。また、上記送りナット10の
外周には、歯車12が形成されており、この歯車12は、固
定部分１に取付けたパルスモータ14の回転軸15上の小歯
車13と噛合され、上記ねじ杆６、送りナット10、及びこ
れを回転させるパルスモータ14によって移動機構９が構
成される。

従って、パルスモータ14の回転により小歯車13及び歯車
12を介して送りナットを回転させると、ねじ杆６がその
軸線方向に移動し、ヘッドブロック５がシリンダチュー
ブ２内を前進または後進して、ピストン３の停止位置が
設計される。

なお、必要に応じてパルスモータ14の軸に制動ブレーキ
を設置し、ヘッドブロック５の停止位置がピストンの衝
突あるいは負荷力などによってずれるのを防止すること
ができる。

また、前記ねじ杆６の先端に取付けた端板７には、ヘッ
ドブロック５の移動位置の原点を設定するための突子16
を設け、この突子16がヘッドブロック５の移動位置の原
点において電気的信号を発生するように、スイッチ等か
らなる原点位置検出器17を適宜固定部分に設けている。
上記突子16は、端板７ばかりでなく、例えばねじ杆６と
平行なガイド棒8,8などに取付けることもできる。

原点位置検出器の位置検出精度は、ピストン３の停止位
置精度に直接関係するものであるから重要であり、高精
度であることが必要である。具体的には、パルスモータ
の１ステップに相当する移動量（例えば、0.05mm以下）
検出精度をもつことが望ましく、これは上述した突子16
が原点近傍両域に入ったという信号（例えば、応答差１
〜2mmのリミットスイッチによる検出信号）と、ねじ杆
６に螺合した送りナット10の外周の歯車12の特定歯の位
置検出信号（歯の基部に設けた小穴による光電スイッチ
の開閉による信号等）との組合わせなどの方法によっ
て、容易に高精度で検出することができるが、他の適宜
構成を利用することができる。

ピストン３の両側の圧力室18,19には、圧力空気の給排
ポート21,22を通してピストン３を駆動するための圧力
空気が給排される。この場合に、ロッド側の給排ポート
21はロッド即のカバー2aに設けられ、ヘッド側の給排ポ
ート22はヘッドブロック５に設けられる。

而して、上記カバー2a及びヘッドブロック５には、これ
らの給排ポート21,22以外に、ピストンの停止位置の設
定を行う部材等の比較的スペースを必要とする部材を設
けていないので、以下に説明するような、封じ込め空気
圧によってピストンを緩衝的に停止させる緩衝機構を、
それらのカバー2a及びヘッドブロック５に設けている。

上記緩衝機構は、空気圧シリンダにおいて一般的に利用
されているもので、その一例を第２図に示している。同
図に示す空加圧シリンダは、緩衝機構24をシリンダチュ
ブ２内のロッド側及びヘッド側の両端に設けた場合を示
し、シリンダチューブ２のロッド側端部に被着たカバー
2a及びヘッドブロック５に、圧力空気の流路を兼ねる凹
穴25,26を軸線方向に設け、該凹穴25,26の内周面にクッ
ションパッキン27,28を取付け、シリンダチューブ２内
の摺動自在のピストン３に、そのストローク端において
上記凹穴25,26内に嵌入しながらクッションパッキン27,
28と摺接するクッションリング29,30を取付けている。
また、ピストン３の両側の圧力室18,19と、ロッド側及
びヘッド側の給排ポート21,22とは、上記凹穴25,26を通
じる流路とは別個の開度調節可能なニードルバルブ33,3
4を有するバイパス流路31,32によって相互に連通させて
いる。

従って、ピストン３が例えばロッド側のストローク端に
近づくと、クッションリング29の先端がクッションパッ
キン27に嵌入し、シリンダの内圧が上昇してピストンが
減速される。

前述したパルスモータ14の駆動パルス信号は、適宜の手
段で発生させることができる。第３図はその信号発生部
の一例を示すものである。

この信号発生部において、信号変換部は、上位の計算機
などから、変更すべきピストンの停止位置信号が入力さ
れ、ヘッドブロック５を停止させる設定点と前記原点と
の距離に相当するパルスモータのステップ数を算出し
て、それの第１カウンタに設定する。上位機器から上記
ステップ数に相当するパルス数が信号として与えられれ
ば、第１カウンタを設けるだけでよい。

一方、上記信号発生部には、原点位置検出器17の出力信
号を受けてリセットされる第２カウンタ（加減算）を設
けている。この第２カウンタは、パルスモータ14への出
力パルス数（パルスモータのステップ数）をカウント記
録するもので、そのカウント数は比較制御部において第
１カウンタのカウント数と比較され、比較制御部からは
その正負に対応して両カウント数の差が０になるまで前
進または後進の駆動パルス信号が出力される。なお、第
２カウントにおいては、前進パルス数は加算、後進パル
ス数は減算される。

このような構成により、信号発生部において上位機器か
らの位置信号に相当するパルス数がパルスモータ14に出
力される。

なお、ヘッドブロック５が前進または後進の限界点に達
した状態でさらにパルスモータ14に駆動信号が送られる
と、パルスモータは破損する可能性が生じるため、実際
上は、前後進の限界点の手前にそれぞれリミットスイッ
チを設け、これらの開閉信号を駆動信号発生部に入力
し、前進または後進信号のそれ以上の出力を停止する機
能が必要となろう。また、パルスモータ14の回転軸15に
トルクリミッタを設け、パルスモータの負荷が異常に増
大した場合に駆動信号発生部の出力を停止させることも
できる。

さらに、パルスモータ14の回転軸15に前述の制動ブレー
キが必要な場合は、駆動信号の出力と連動して制動ブレ
ーキの制御を行う機能が必要となる。

上記構成を有する空気圧シリンダは、駆動の開始に際
し、ヘッドブロックが原点位置に停止しているとする。
このヘッドブロックは、手動によって原点位置に移動さ
せてもよいが、信号発生部にシーケンサを組込んで自動
原点復帰動作を行わせることも容易である。いずれにし
ても、原点位置信号により、信号発生部の第２カウンタ
はリセットされている。

停止位置信号が計算機等の上位機器により更新され、信
号発生部から前進信号が出力されると、パルスモータは
所定のパルス数だけステップ回転する。これにより、ね
じ杆６に螺合した送りナット10が小歯車13及び歯車12の
歯車比に対応して回転し、ヘッドブロックが前進を開始
して、駆動信号が停止するとパルスモータは停止する。
即ち、ヘッドブロックは原点からパスルモータへの入力
パルス数に相当した距離の位置に、パルスモータの１ス
テップに相当する精度で停止する。

このようにして空気圧シリンダのヘッドブロックの位置
を調整すると、給排ポートからシリンダの圧力室への圧
力空気の給排によってピストンが所要の範囲内において
駆動され、シリンダチューブのロッド側カバー及びヘッ
ドブロックに緩衝機構24を付設したことにより、ピスト
ンを高速駆動させながら正確な停止位置に緩衝的に停止
させることができる。

［発明の効果］ 本発明の空気圧シリンダは、ねじ杆、送りナット及びパ
ルスモータを有する移動機構で、ヘッドブロックを設定
位置に移動させることにより、ピストンを所望のストロ
ークで駆動することができるため、空気圧サーボ機構の
ようにピストンの位置を制御する高価な機器を用いる必
要がないので、その構成を簡単で安価なものとすること
ができる。

また、上記構成の移動機構により、スペースにゆとりが
あるロッド側カバー及びヘッドブロックに封じ込め空気
圧によるピストンの緩衝機構を設けたので、ピストンの
停止位置精度を高めることができる。

さらに、ヘッドブロックの移動によってピストンのスト
ロークを調整するので、ピストンのストローク終端位置
が一定の状態において、そのストロークを調整すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る空気圧シリンダの実施例の概略的
構成を示す断面図、第２図はピストンを緩衝的に停止さ
せる緩衝機構の断面図、第３図は上記空気圧シリンダに
おけるパルスモータの駆動パルス信号を発生させる信号
発生部のブロック構成図である。 １……固定部分、２……シリンダチューブ、 2a……ロッド側カバー、３……ピストン、 ４……ピストンロッド、 ５……ヘッドブロック、６……ねじ杆、 10……送りナット、14……パルスモータ、 24……緩衝機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定部分１取付けられるシリンダチューブ
   と２、該シリンダチューブ２内において摺動するピスト
   ン３と、該ピストン３に取付けられシリンダチューブ２
   と一体または別体のロッド側カバー2aを気密に貫通する
   ピストンロッド４と、上記シリンダチューブ２内に気密
   に且つピストン３の摺動方向に位置調整可能に配設した
   ヘッドブロック５と、該ヘッドブロック５のピストン３
   と反対側にその摺動方向に設けたねじ杆６、固定部分１
   に支持され上記ねじ杆６に螺合する送りナット10、及び
   外部からの信号に基づいて送りナット10を回転させるパ
   ルスモータ14を有し、上記ヘッドブロック５をピストン
   ３の摺動方向の所要位置に移動させる移動機構９と、上
   記ピストン３で区画された圧力室18,19から排出される
   空気をピストン３のストローク終端近くにおいて一時的
   に封じ込めて、ピストン３をストローク終端に緩衝的に
   停止させる緩衝機構24,24とを備えている、 ことを特徴とする停止位置の変更可能な緩衝機構付き空
   気圧シリンダ。