JPS6014201B2 - 空圧デイジタルシリンダー装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空圧ディジタルシリンダー菱直に関する。

工作機械のスライドやテーブルもしくはその他の機械の
直線的移動体のための駆動装置として、従来、油圧シリ
ンダー等の流体圧作動シリンダーが広く用いられている
が、流体圧シリンダーから成る駆動装置は、（ｉ） コ
ンピュータの如きディジタルコントローラにより直接に
制御することができない（ｉｉ） 電気モータと送りね
じとから成る公知の駆動装置に比して移動体に精密な送
り運動を与えることができない（ｌｉＤ 移動体の移動
径路にストッパーやドック或いはリミットスイッチなど
を設けることにより移動体の位置を直鞍に検出しなけれ
ば移動体の位燈決めを正確に行うことは困難である、等
の種々の箱毎所を有する反面、送にねじと回転モータと
から成る公３知の駆動装置に比して安価であり、かつ急
速な運動を移動体に与えることができまた、小型である
という長所を有している。

従って、従釆から、コンピュータの如きディジタルコン
トローラにより直接に制御し得るとともに移動体の移動
怪驚上にストッパーやドックなどを設ける必要のない、
直接的駆動装置の開発が望まれていた。従釆、前記の要
望を満す油圧作動式のいわゆるディジタルシリンダーが
開発されている。

この形式のディジタルシリンダーはコンピュータ等のデ
ィジタルコントローラにより直接に制御可館であり、電
気油圧サーボ弁を装備している。この公知の油圧作動式
ディジタルシリンダーの匁点は、油による汚染が禁止さ
れている環境や可燃性雰囲気の環境に於ての使用が不可
能なこと、及び該ディジタルシリンダーに於てはその中
に含まれたピストンロツドの移動量の検出結果を直接に
コントローラにフィードバックしているので多数回の使
用の後には検出誤差が累積してピストンの位置決め精度
が低下すること、である。それ故、前記の油圧式作動デ
ィジタルシリンダーの欠点を除くことのできる空圧式デ
ィジタルシリンダーの開発が強く要望されてきたが、一
般に空気圧シリンダーの如き空気圧作動機器に於ては嫌
体たる空気が可圧縮性であるためピストンロッドを所定
の位置で正確に停止させることができないという根本的
欠点がある。それ故、この欠点を除くために空油変換器
を装備したハイブリッド式の空圧作動式ディジタルシリ
ンダーが開発されているが、この形姿式のディジタルシ
リンダーもまた、油圧作動式ディジタルシリンダーと同
様に、油による汚染が禁止されている環境下では使用す
ることができない。空気圧作動機器に於てピストンを所
定位置で正確に停止させるためにピストンロッドを機械
的に制動する試みも行われているがピストンロッドが摩
耗するという問題があり、この問題を解決する必要があ
った。本発明による空圧式ディジタルシリンダー装置は
、圧縮空気により駆動されるピストンと、このピストン
に連結されたピストンロッドを機械的に制動する機械的
制動装置と、ピストンを所定停止位置の手前で空気圧に
より減速させた後にピストンロッドを機械的に制動させ
る制御装置と、を包含している。

本発明装置に於ては、ピストンは所定停止位置の手前で
空気圧によって減速された後、更に機械的に制動される
。

従って、空気の圧縮性に基因する位置決め精度の低下が
防止されるとともに、ピストンロッド及びこれに係合す
る機械的制動装置の摩耗が防止でき、かつ、精密な位置
決めを行うことができる。更に本発明装置は−匁史的に
下記の如き特徴を有する。

‘ａ’圧縮空気のみを作動媒体として使用するので可燃
性雰囲気の環境下に於ても使用することができる。【ｂ
１ ピストンロッドの移動量の検出信号を補正した後に
主制御袋直にフィードバックするので検出信号に含まれ
る誤差の累積が回避され、精度の経年低下がない。

‘ｃ’装置中にフィードバックが形成されているので、
この装置を取付けるべき上作機械等に検出器等を取付け
る必要がない。本発明の第一の目的は圧縮空気のみを作
動流体として使用し、かつ、機械的制動装置を具備した
空圧ディジタルシリンダー装置を提供することであり、
本発明の第二の目的はディジタルコントローラにより制
御可能なディジタルシリンダー装置を提供することであ
り、本発明の第三の目的はピストンロッドに摩耗を生じ
させる恐れがなく、かつ、位贋決め精度の蓬年低下のな
い、改良された空圧ディジタルシリンダー装置を提供す
ることである。

以下に添附図面を参照して本発明の実施例について説明
する。添附図面の第１図は本発明による空圧ディジタル
シリンダー装置の干鰯略礎成を示す図である。第１図に
於て符号１は主シリンダー２中に袋入された主ピストン
を示し、この主ピストン１には主シリンダー２の一方の
端部を貫通して外方へ延在するピストンロッド３の一端
が固着されている。

主シリンダー２の一方の端部に隣接して主シリンダー２
と隔壁２ａを隔てて制動シリンダー４が設けられ、この
制動シリンダー４中にはピストンロッド３に対して相対
軸方向移動可能な制動ピストン５が鉄袋されている。制
動ピストン５の一端面には円錐形凹部５ａが形成され、
この円錐形凹部５ａは後に説明するコレットと，の係合
面となっている。制動ピストン５の円錐形凹部５ａに係
合する円錐部６ａを一端に有したコレット６が制動ピス
トン５と藤方向に整列して制動シリンダー４内に配隠さ
れ、このコレツト６はその他端外周面の円錐形頭部６ｂ
に於て制動シリンダー４の内周面に係合し、常時はピス
トンロッド３の外面には係合していない。コレツト６は
たとえば第２図に示されるようにその鞠線と平行に延在
する複数個の独立したコレツトフインガー６Ａから成り
、これらのコレツトフインガ−６Ａはそれらの間に介在
されたばね６Ｂによって常時コレツト６の鼠心に関して
半径方向へ附勢されている。これらの制動シリンダー、
制動ピストン、及びコレツトはピストンロッド３の制動
装置７を構成している。ピストンロッド３は制動シリン
ダー４、制動ピストン及びコレツト６のそれぞれの中′
〇孔に遊挿され、その端部は制動シリンダー４から更に
外方へ突出されている。制動シリンダー４から外方へ突
出しているピストンロッド３の端部には直角方向に伸び
る連結アーム８の一端が連結され、この連結アーム８の
他端はピストンロッド３と平行に延在するロッド９の一
端に連結されている。ロッド９は主シリンダー２と固定
して平行に配置されたスリーブ１０内に挿入され、制動
シリンダー４に隣接して配置されたＡＤ変換器１１に係
合している。ＡＤ変換器１１内にはロッド９と接触して
回転される回転ホイールと該回転ホイールと同軸上で回
転されるディスクコーダ‐及びディスクコーダ一の回転
を電気的パルス信号に変換する光蟹変換器（いずれも図
示せず）が含まれており、これによってロッド９の一方
向への軸方向移動量（第２図に於ては左方への軸万向移
動量）が電気的なパルス信号として突出される。スリー
ブ１０‘こは予め設定された位置に該スリーブ１０を直
角方向に貫通する小孔１０ａがあげられており「かつ、
該スリーブ１０の外周面の小孔の位置には投光器１２Ａ
と受光器１２Ｂとから成る光蟹検出器１２が固定されて
いる。この光電検出器１２はロッド９の後端９ａの通過
を検出するためのもので基準パルス発生回路１３に接続
されている。基準パルス発生回路１３は光電検出器１２
の出力があった時だけ駆動するもので、予め設定されて
いるロッド９の後端９ａの原位置からスリーブ１０の小
孔１０ａの位置までの距離数値を内部に記憶させておき
、光電検出器１２からの信号によってその記憶数値を計
数比較器１４に出力するものである。１５は波形整形回
路であり、ＡＤ変換器１１で発生されたパルスを矩形波
に整形する回路である。

波形整形回路１５と基準パルス発生回路１３との各々の
出力側に接続されているのは計数比較器１４であり、こ
の計数比較器１４は両回路１３，１５の出力則ち、基準
パルス発生回路１３に予め設定、記憶されているロッド
９の後端９ａからスリーブ１０の小孔１０ａまでの距離
に対応した数の信号と、ＡＤ変換器１１から波形整形回
賂１５を経由し計数比較器１４に入力されるロッド９の
軸万向移動量に対応して計数された数を比較して回路１
５の出力が回路１３の出力と一致しない場合には回路１
３の出力に等しい出力信号を発生し、ロッド９の後様９
ａがスリーブ１０の小孔１０ａを通過後はＡＤ変換器１
１からの信号をそのまま計数して出力する回略である
。以上に説明したＡ戊変換器１ １、光蟹検出器１２、
波形整形器１５、基準パルス発生器１３、計数比蕗鮫器
１４はピストン１及びピストンロッド３の移動塁を検出
するための検出宿装置１６を構成している。

主ピストン１及びピストンロッド３、更に制動装置７を
制御する為の制御装置１７は、電磁弁制御装置２４、セ
ンターサプライ形５ボート３位置鰭滋弁１９、排気絞り
弁２０Ａ付３ポ−ト２位置電磁弁２０、２ボート２位置
電磁弁２１、リリーフ弁２２、５ボート２位置電磁弁２
３及びタイマーＴ、から礎成されている。

前記各電磁弁は電磁弁制御装置２４とそれぞれ電気的に
接続されており、又タイマーＴの出力側は前記電磁弁２
０，２１とも電気的に接続されている。更に前記センタ
ーサプライ形５ボート３位置電磁弁１９の２つの空気圧
出力口の一方は管路Ａを介して、主シリンダー２の後端
側樋口３０へ接続され、電磁弁１９の他方の空気圧出力
口は、主シリンダー２の前端側通口３１及び前記２位置
電磁弁２１の供給側とに排気絞り弁２０Ａ付３ボート２
位魔電磁弁２０を介して接続されている。そして、該電
磁弁２１の出力側はリリーフ弁２２へ接続されている。
前記５ボート２位置弁２３の２つの空気圧出力口の一方
は管路Ｃを介して、制動シリンダー４の樋口３２へ接続
され、他方は管路Ｄを介して、制動シリンダー４の通□
３３へ接続されている。電磁弁制御装置２４はまた主制
御装置１８と電気的に接続されている。

主制御装置１８はシーケンス信号発生装置２６、ピスト
ン移動量設定装置２７、一致回路２５を含み、電磁弁制
御装置２４に電気的に接続されている。一致回路２５の
入力側には計数比較器１４が接続され、これによりピス
トン１の移動量が一致回路２５にフィードバックされる
ようになっている。シーケンス信号発生菱鷹２６は電磁
弁制御装瞳２４を介して所定のシーケンスで各電磁弁１
９〜２３を作動させるシーケンス信号を発生すると同時
に、設定装置２７にピストン１の移動量を設定させる。
設定装置２７はシーケンス信号発生装直２６の出力信号
により作動され、ピストン１の移動量をディジタルに設
定するものである。次に本実施例装置の作動について説
明する。

作動前には各電磁弁１９〜２３及び主ピストン１、制動
ピストン５は第１図図示の状態にあり、コレツト６は開
いている。シーケンス信号発生装置２６から前進信号ａ
，が電磁弁制御装置２４に印加されるとこれに対応する
前進信号ａがセンターサプライ型５ボート３位置電磁弁
１９に入力される。この結果、該電磁弁１９のスプール
は第１図に於て左右へ移動し、圧縮空気が空気圧源Ｐ，
から主シリンダー２の通口３０を通って主シリンダー２
の右側室へ流入すると共に、主シリンダー２の左側室内
の空気は通□３１から前記３ボート２位置電磁弁２０及
び該電磁弁１９を通って大気中へ排気される。従って主
ピストン１は左方へ移動する。同時にピストンロッド３
に連結したロッド９も左方へ移動する。従ってロッド９
の移動量に対応するパルス信号がロッド９が移動してい
る間常にＡＤ変換器１ １から発生され、このパルス信
号は波形整形回路１５で整形された後、計数比較器１４
に入力される。ロッド９のロッドエンド９ａがスリーブ
１０の奨孔１０ａを通過すると、光亀検出器１２Ｂに出
力信号が生じ、この出力信号により基準パルス発生器１
３が駆動される。その結果、計数比較器１４には波形整
形回路１５の出力信号と基準パルス発生器１３の出力信
号とが印加される。計数比較器１４はこの二つの入力信
号を比較し、波形整形回路１６の出力が基準パルス発生
器１３の出力と等しくない時には基準パルス発生器１３
の出力信号に等しい出力信号を発生し、これを主制御装
置１８中の一致回路２５にフィードバックする。ロッド
９の後端９ａがスリーブ１０の小孔１０ａを通過後の。
ッド９の鞠方向移動量は、ＡＤ変換器１１から発生され
るパルス信号を計数比較器１４で計数して一致回路２５
に入力され加算される。一方、前記の如きピストン１の
前進運動中に、シーケンス信号発生装置２６の出力信号
Ｃ３に塞いて設定装置２７に於ては移動開始時から第一
減速時までの間ピストン１の移動量が設定され、この設
定移動量に対応した信号Ｃ２が一致回略２５に印加され
る。

このため、検出装置１６から主制御装置１８へのフィー
ドバック信号ｆの大きさが信号Ｃ２の大きさに一致した
時に、回路２５からはピストン１を減速させるため第一
減速信号Ｃ．が発生され、この信号Ｃ，が弁制御装置２
４は信号Ｃ，に対応した信号Ｃを５ボート３位魔弁１９
及びタイマーＴに印加する。従って、タイマーＴが作動
されると同時に弁１９のスプールは第１図図示の状態に
復帰され、その結果、主ピストン１の両側には主シリン
ダー２の樋口３０，３１を介して空気源Ｐ，から同じ圧
力が加えられる。この場合、圧力媒体は圧縮性流体であ
る空気であり、その圧力伝達は比較的長い経過の中で行
なわれ、かつタイマＴによって一定時間後ロッド側室と
ヘッド側室との蓮通は遮断されることから、差動回路は
構成されない。それ故、主ピストン１の左側室の圧力が
排気されていた時より急激に高くなり背圧がかかった状
態となるため、主ピストン１の左方への移動は急速に減
速される。タイマーＴに設定した所定時間が経過し、タ
イマーＴの作動が終了すると、タイマーＴから第２減速
信号ｇが３ボート２位置電磁弁２０と２ボート２位置電
磁弁２１に印加され、電磁弁２０のスプールは第１図図
示の状態から右側位置へ、電磁弁２１のスプールは図に
於て上側位置へ各々移動する。

このため、主シリンダー２における主ピストン１の左側
室は通□３１及び２ボート２位置電磁弁２１を介してリ
リーフ弁２２へ接続されると同時に３ボート２位置電磁
弁２０の排気ボートに装着された絞り弁２０Ａへ接続さ
れる。リリーフ弁２２側の排気圧は前記絞り弁２０Ａの
絞り氏より小さく設定してあるので前記の場合、主シリ
ンダー２における主ピストン１の左側室内の圧縮空気は
リリーフ弁２２を適って大気中へ徐々に排気される。従
って主ピストン１は、リリーフ弁２２により主ピストン
１の両側室に働く圧力の差を一定に保つように排気量を
制御されるので、主ピストン１はスティックスリップを
起こさない一定の低速度で第１図に於て左方へ移動する
。この過程に於てピストンの移動量は検出部１６により
検出される。主ピストン１のこのような減速移動中のピ
ストン移動量はＡＤ変換器１１に於て電気的パルス信号
として検出され、このパルス信号は波形整形回路１５、
計数比較器１４を介して主制御装贋１８の一致回路２５
に入力される。主ピストン１の前記の如き減速移動中に
シーケンス信号発生装置２６から減速移動量指令信号け
３が設定装置２７に印加され、指令信号Ｑに応じて設定
装置２７は主ピストンの減速中の移動量を設定する信号
らを発生する。

この信号日２は一致回数２５に印加され、検出部１６か
らのフィードバック信号と比較される。主ピストン１の
減速中の移動量が設定信号け２と等しくなった時（つま
り、主ピストン１が前記信号Ｃの発生後、信号もで設定
された量だけ低速で移動した時）、一致回路２５からは
蝿磁弁制御装置２４に第三減速信号ｄ．が印加される。

このため、電磁弁制御装置２４はこの第三減速信号だ，
に対応して信号ｄを発生し、２ボート２位置弁２１を作
動させる。その結果、２ボート２位置弁２１は第１図の
状態に復帰し、リリーフ弁２２との接続が断たれる。従
って今までリリーフ弁２２から排気されていた主ピスト
ン１の左側室内の圧縮空気は今度は３ボート２位置電磁
弁２０の排気口へ装着された排気絞り弁２０Ａを通って
該絞り弁２０Ａの絞り関度に応じた排気速度でゆっくり
大気中へ排気される。従って、主ピストンーも絞り弁２
０Ａの絞り閥度に応じてゆっくり左方へ前進する。一方
、主ピストンーのこの減速移動の開始に先立って、シー
ケンス信号発生装置２６からは停止指令信号ｅ３が設定
装置２７に印加され、この信号ｅ３に応じて設定装置２
７は主ピストン１のこの減速中の移動設定値ｅ２を一致
回路２５に出力する。減速中の主ピストン１の移動量は
検出装置１６によってディジタル信号として検出される
とともにこの検出信号は一致回路２５に印加される。

一致回路２５に於て設定値ｅ２と検出信号ｆとが一致す
ると、一致回路２５から電磁弁制御装置２４に停止指令
信号ｅ，が印加され、装置２４にはこれに対応して弁制
御信号ｅを弁２０と弁２３とに印加する。このため、弁
２川ま第１図図示の状態に復帰し、その結果、主ピスト
ン１の両側の圧力は再び同圧となり主ピストン１には空
気的な制動がかけられる。これと同時に第１図の状態、
にあった該５ボート２位置電磁弁２３のスプールは図に
於て右側に移動し、圧縮空気は空気圧源Ｐ２から今度は
通口３２を通って制動ピストン５の右側へ流入し制動ピ
ストンは左方へ急速に動かされる。その結果、制動ピス
トン５の端面に設けた円錐形の凹部５ａが制動シリンダ
ー４内のコレット６の円錐面６ａへ氏接され、コレット
６は図に於て左方へ髄動され、更に制動シリンダー内壁
面の円錐面に沿って滑り、コレット６が収縮する。従っ
てピストンロッド３はコレツト６によって把持され、ピ
ストンロッド３は機械的に制動停止される。かくしてピ
ストンロッド３が完全に停止し、主ピストン１は確実に
安位置に位置決めされる。以上のように本発明によれば
、主ピストン１は少くとも一回以上の空気圧制動により
減速された後に機械的制動がかけられるので、主ピスト
ン１を確実に所定位置に停止させることができるととも
に、機械的制動機礎とピストンロッドとの摩擦が小さく
なるためそれらを摩耗させないという利点が得られる。

次に、前記のように主ピストン１を所定位置にまで前進
せしめてその位置に停止させた後に、主ピストン１を原
位置に復帰させる場合の操作について述べる。

主制御装置１８のシーケンス信号発生装置２６から後退
指令信号０が電磁弁制御装置２４に入力されると、これ
に対して装置２４から信号ｂが弁１９と弁２３とに印加
される。

その結果、弁２３のスプールは第１図図示の状態に復帰
されるので、制動ピストン５の右側のシリンダー４内の
圧縮空気は弁２３を通って大気中に排気され、制動ピス
トン５の左側のシリンダー４中の空間には弁２３を通っ
て圧縮空気源Ｐ２から圧縮空気が送入される。その結果
、それまでコレット６と制動ピストン５との係合が解放
されるとともに制動ピストン５は第１図図示の位置へ復
帰する。続いて、弁１９のスブールが第１図図示の状態
から右方へ動かされ、その結果主ピストン１の右側のシ
リンダー２中の圧縮空気が弁１９を大気中に排気され、
他方、主ピストン１の左側のシリンダー２中には弁１９
を通って圧縮空気源Ｐ，から圧縮空気が供給されるので
、ピストン１は右方へ動かされて再び原位置に復帰する
。以上に説明された本発明に於ては前記実施例以外にも
種々の変形が可能である。

たとえば、光電検出器１２をスリーブ１０の軸線に沿っ
て任意の位直に移動可能とするとともに、スリーブ１川
こ設ける小孔１０ａをスリーブ１０に沿って多数設ける
ことにより主ピストン１に任意の長さのストロークをさ
せることができよう。本発明の基本的実施例に於ては、
前記実施例に於て弁制御装置２４の順序作動を主制御装
置１８なしで行うことができ、また、検出装置１６を用
いなくともピストン１に前記の如き順序動作を行わせる
ことが可能であるけれども、検出装置１６及び主制御装
置１８の附加は本発明の空圧ディジタルシリンダーの完
全な自動化とより一層の精密な作動とを可能にさせる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による空圧ディジタルシリンダ一の概略
構成を示す図、第２図は第１図における一部分のローロ
断面図である。 １……主ピストン、２……主シリンダー、４……制動シ
リンダー、５……制動ピストン、６……コレット、７・
・・・・・機械的制動装置、１ １・・…・ＡＤ変換器
、１６・・・・・・主ピストン変位検出装置、１７・・
・・・・制御装置、１８・…・・主制御装置。 第１図第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダーと、前記シリンダー中を軸方向移動可能
   なピストンと、前記ピストンに連結されたピストンロツ
   ドと、前記ピストンロツドに機械的に係合して前記ピス
   トンロツドを機械的に制動するための機械的制動装置と
   、前記ピストンを所定の停止位置の手前で空気制動して
   減速させた後に前記機械的制動装置を作動させて前記ピ
   ストン及びピストンロツドを所定停止位置に停止させる
   制御装置と、前記シリンダー及び前記機械的制動装置に
   接続され前記シリンダー及び前記機械的制動装置に圧縮
   空気を供給するための圧縮空気源と、前記制御装置を所
   定の順序動作で作動させるためのシーケンス信号を発生
   させるために前記制御装置に接続されたデイジタル式主
   制御装置と、前記ピストンロツドの移動量をデイジタル
   に検出してこの検出信号を前記デイジタル式主制御装置
   へフイードバツクする検出装置と、を含み、前記検出装
   置には前記検出信号に含まれる誤差を除くための基準信
   号発生器が含まれている空圧デイジタルシリンダー装置
   。