JPH0781640B2 - 両端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、ヘッド側及びロッド側の停止
位置を個別に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、広く行われている。そして、最近の多品種少量生
産への対応のために、ワーク等の切換ごとに、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。

このようなピストンの停止位置変更を行うために、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〕。

しかしながら、このような方法では、緩衝機構を設けた
りする関係で構造が比較的複雑化するため、ピストンの
ロッド側及びヘッド側の両ストロークエンドでピストン
の停止位置を個別に変更することは比較的困難であり、
通常ロッド側またはヘッド側のいずれか一方の停止位置
を変更可能に構成している。

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、ピストンのロッド側
及びヘッド側の停止位置を、外部からの信号に基づいて
個別に変更することができ、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、本発明の空気圧シリンダは、
固定部分に対して軸線方向に位置調整可能に取付けられ
た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、上記シリンダチューブの外周面に形
設したねじ及びヘッドブロックのピストンと反対側にそ
の摺動方向に設けられたねじ杆、固定部分に支持され上
記ねじ及びねじ杆に個別に螺合する複数の送りナット、
並びに外部からの信号に基づいてこれらの送りナットを
個別に回転させる複数のパルスモータを有し、上記シリ
ンダチューブ及び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］ 空気圧シリンダは、そのシリンダチューブ及びヘッドブ
ロックの位置を移動機構により個別に調整することがで
き、これらを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、シリンダチューブの
ロッドカバー側及びヘッドブロックの位置により設定さ
れた所望のストローク範囲内において駆動される。

この場合、ピストンのストロークを、ヘッド側及びロッ
ド側の双方において個別に調整できるので、ヘッド側及
びロッド側の停止位置が異なるピストンのストロークを
速やかに設定することができる。

また、ヘッド側及びロッド側の双方に、給排ポート以外
に格別大きなスベ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ぎ、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、特にロッド
側ヘッド側の両端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に対
して軸線方向に位置調整可能に取付けられたシリンダチ
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。

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1
1,11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と噛合させ、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のヘッド側の
停止位置が設定される。

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。

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の移動位置の原点等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の平行
なガイド棒8,8などに取付けることもできる。

一方、上記シリンダチューブ２には、その周囲にねじ26
を設けると共に、固定部分１に挿通されたガイド棒28が
取付けられている。上記ガイド棒28は、固定部分１に案
内され、シリンダチューブ２が軸線方向に移動する際の
該チューブ２の回転を防止するものである。

上記シリンダチューブ２の周囲のねじ26には、送りナッ
ト30が螺合されている。この送りナット30は、固定部分
１にボールベアリング31,31で支持され、シリンダチュ
ーブ２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30の外周にば、歯車32
が形成されており、この歯車32は、固定部分１に取付け
たパルスモータ34の回転軸35上の小歯車33と噛合させ、
ねじ26、送りナット10及びこれを回転させるパルスモー
タ34によって、移動機構39が構成される。

従って、パルスモータ34の回転により小歯車33及び歯車
32を介して送りナットを回転させると、ねじ26を周設し
たシリンダチューブ２がヘッドブロック５に対してその
軸線方向に前進または後進し、ピストン３のロッド側停
止位置が設定される。

なお、前記パルスモータ14の場合と同様に、必要に応じ
てパルスモータ34の軸にも制動ブレーキを設置すること
ができる。

また、上記シリンダチューブ２の一部には、シリンダチ
ューブ２の移動位置の原点を設定するための突子36を設
け、この突子36がシリンダチューブ２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、原点位置検出器
37を設けている。

原点位置検出器17,33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14,34の１ステップに相当する移動量（例え
ば、0.05mm以下）の検出精度をもつことが望ましく、こ
れは上述した突子16,36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及びシリンダチューブのねじ
26に螺合した送りナット10,30の外周の歯車12,32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源ス
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。

また、ヘッドブロック５及びシリンダチューブ２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
14,34に駆動信号が送られると、パルスモータが破損す
る可能性が生じるため、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、これらの開閉信号によって
前進または後進を規制するのが臨ましい。なお、パルス
モータ14,34の回転軸にトリクルリミッタを設け、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。

ピストン３の両側の圧力室41,42には、圧力空気の給排
ポート43,44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、ヘッド側の給排ポート
43はヘッドブロック５に設けられ、ロッド側の給排ポー
ト44はロッド側のカバー2aに設けられる。

而して、上記ヘッドブロック５及びカバー2aには、これ
らの給排ポート43,44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ための緩衝機
構を、それらのヘッドブロック５及びカバー2a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
図に示す空気圧シリンダは、緩衝機構50をシリンダチュ
ーブ２内のヘッド側及びロッド側の両端に設けた場合を
示し、シリンダチューブ２内のヘッドブロック５及びロ
ッド側端部に被着したカバー2aに、圧力空気の流路を兼
ねる凹穴51,52を軸線方向に設け、該凹穴51,52の内周面
にクッションパッキン53,54を取付け、シリンダチュー
ブ２内を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51,52内に嵌入しながらクッションパッ
キン53,54と摺接するクッションリング55,56を取付けて
いる。また、ピストン３の両側の圧力室41,42と、ヘッ
ド側及びロッド側の給排ポート43,44とは，上記凹穴51,
52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59,60を有するバイパス流路57,58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56の先端がクッションパッ
キン54に嵌入し、圧力室42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14,34の駆動パルス信号は、適宜
の手段で発生させるとことができる。第３図はその信号
発生部の一例を示すもので、パルスモータ14及び34につ
いては、それぞれ個別的に制御するため、信号発生部を
個別に設けてもよいが、一つの信号発生部において並列
的に処理してもよい。ここでは、両パルスモータ14,34
の場合について一括して説明する。

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信号が入力され、
ヘッドブロック５またはシリンダチューブ２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、それを第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17,37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14,3
4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、
後進パルススーは減算される。

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14,34
に出力される。

さらに、パルスモータ14,34の回転軸に前述の制動ブレ
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、ヘッドブロック及びシリンダチューブが原点位置に
停止しているとする。このヘッドブロック及びシリンダ
チューブは、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カウンタにはリセッ
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
号発生部から前進または後進信号が出力されると、各パ
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、及びシリ
ンダチューブ２に螺合した送りナット30が小歯車13,33
及び歯車12,32の歯車比に対応して回転し、ヘッドブロ
ック及びシリンダチューブが前進または後進を開始し
て、駆動信号が停止するとパルスモータは停止する。即
ち、ヘッドブロック及びシリンダチューブは、原点から
パルス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及びシ
リンダチューブ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
所望の範囲内において駆動され、シリンダチューブ内の
ヘットブロック及びロッドカバーに緩衝機構50,50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、ピストンの停止位置の変更
に際しては、複数の移動機構により、シリンダチューブ
及びヘッドブロックを設定位置に個別に移動させること
により、ピストンのストロークを速やかに設定すること
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。

さらに、上記構成の移動機構により、スペースにゆとり
のあるロッド側カバー及びヘッドブロックのピストン側
に、封じ込め空気圧によるピストンの緩衝機構を付設し
たので、ピストンの停止位置精度を高めることができ
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、 10,30……送りナット、 14,34……パルスモータ、26……ねじ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定部分１に対して軸線方向に位置調整可
   能に取付けられたシリンダチューブ２と、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に取り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、上記シリンダチューブ２の外周面に形設したねじ26
   及びヘッドブロック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
   26及びねじ杆６に個別に螺合する送りナット30,10、並
   びに外部からの信号に基づいて送りナット30,10を個別
   に回転させるパルスモータ14,34を有し、上記シリンダ
   チューブ２及びヘッドブロック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9,39と、上記ピスト
   ン３で区画された圧力室41,42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50,50とを備えている、 ことを特徴とする両端停止位置の変更可能な緩衝機構付
   き空気圧シリンダ。