JPS62364B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転揺動作動と直線作動の両作動を同
時に具現できる新規なアクチユエータに関する。

圧力作動流体を駆動源とする自動機械、半自動
機械、省力機械等の重要な機構要素として近年特
に多用されるようになつたアクチユエータは、大
別すると回転揺動型アクチユエータと、直線型ア
クチユエータとに分けられる。従来の回転揺動型
アクチユエータにおいて、完全な圧力作動流体の
漏洩防止策を講じることは困難であり、損失摩擦
圧力を低くして効率と信頼性の高い優れたアクチ
ユエータを実現することは容易でなかつた。而し
て高圧力作動流体を使用できる小型で高出力型の
揺動型アクチユエータは実用化できなかつた。一
方の直線型アクチユエータにおいても高出力を要
求されるタイプはピストンとこれに一体に固定さ
れるピストンロツドを備えることが必須条件であ
るから、ピストンの行程とシリンダから突出する
ピストンロツドの行程とが長手方向に加え合わさ
れた長さに更に一定の長さを加えた長大な寸法を
必要とし、機械の駆動系の小型化を妨げている。
また高出力が要求される荷役機械や土木建設機械
等に直線型アクチユエータを使用して屈曲腕（関
節）機構を構成しても、その関節部の回転角は実
質的に150゜程度しか望めないために腕（アー
ム）の運動領域が著しく制限されてしまい、これ
が為に高価なこの種の機械の極端に合理的な根本
的改良は不可能であつた。加えて直線作動形アク
チユエータの欠点として、複数アクチユエータの
協動駆動系を構成しにくいという点を挙げること
ができる。この欠点を補うには複数のアクチユエ
ータ間の正確な作動位置整合のためのバランス装
置が必要であつた。更に従来のアクチユエータの
決定的な不利益は、単一の作動形態しか提供でき
ないということである。

従来のアクチユエータは前述のような多くの問
題点を含んでいるという背景の下に、本発明では
在来アクチユエータの諸欠点の改良だけを意図す
るのではなく、圧力作動流体の漏洩と摩擦抵抗の
極小化、信頼性及び耐久性の向上といつたアクチ
ユエータの基本性能の飛躍的向上を図る一方、従
来アクチユエータには全く期待し得なかつた新規
で有用な機能を備えた高度なアクチユエータを提
供することを主眼とする。即ち、自動機械の高度
化、複雑化に鑑みて複雑高度な機能を単一の簡潔
なアクチユエータで実現できるように小型軽量で
複数の出力部を有し、揺動運動、直線運動の両作
動形態を同時に具現できる新規なアクチユエータ
を実現し、一般的に複数のアクチユエータを組合
せて使用することが不可避であつた自動機械の機
構と制御系とを大幅に簡素化し、自動機械の小型
軽量化と低価格化、信頼性向上を図ることを第１
の目的とする。

本発明の第２の目的は高度な屈曲腕（関節）構
造に適したアクチユエータを提供することにあ
る。塗装ロボツトに見られるように特に近年実用
化が進んでいる屈曲腕を備えた高度な工（産）業
用ロボツト（関節型ロボツト）や、例えば油圧掘
削機のアームの如き屈曲腕機構にあつては、如何
に複雑な運動を簡単な制御手段で実現するかとい
う点の課題解決が多大な工業的価値をもたらす。
因みに工業用ロボツトの価格はロボツトの自由度
や運動機能が高度化するにつれて急激な上昇を来
しているが、その激しい価格上昇の大部分は機構
部ではなく制御系が占めている。また土木建築機
械の主力の座をブルドーザにとつて替りつつある
油圧掘削機においても、アームのアクチユエータ
が全部直線作動型の油圧シリンダ−であるために
アーム屈曲部は実質的に150゜以上の回転運動が
不可能であることによつてアーム運動領域が制限
された。このような事態を招いている理由は強力
で信頼性の高い小型揺動アクチユエータが実現で
きなかつたからである。このような問題点とアー
ム先端に加わる負荷による力の静および動的アン
バランスの点とを解決する必要上、従来の油圧掘
削機はアームとバランスウエイトをなす重い車体
とを常に大略一定位置関係に保つための巨大な旋
回軸を車体中央に設けることを必須条件としてい
る。そこでこのような巨大旋回軸構造はブルドー
ザの車体と掘削機の車体とを明瞭に相容れぬ構造
として隔離してしまうことになつた。これらの建
設機械類は極めて高価であるが、単一種類の機械
が工期の全区間フル稼動することは少なく、工種
の相違によつて種類の異なる機械の間には当然の
如く作業日ごとに稼動率の著しい差が生ずる。最
も利用頻度の高いブルドーザと掘削機とが一台の
機械で実現できないのは前記のように両者の相容
れぬ車体構造の相違故である。然し乍ら掘削機ア
ーム構造が改良された場合はどうであろうか。即
ち極めて強力であり360゜近く回転可能な揺動ア
クチユエータによつて屈曲腕を構成した場合に
は、前記アームの作動範囲を著しく広げることが
でき、バランスの問題さえ解決できれば巨大旋回
軸構造を省略してしまつても土石のダンプカーへ
の積込み作業が可能となる。ここに到つて我々は
屈曲腕の大幅な改良が、極めて安価な費用でブル
ドーザと掘削機の両機能を備えた万能建設機械の
実現をもたらし得ることが示唆される。これと同
様な利益を荷役機械の主座にあるフオークリフト
やシヨベルローダにおいても見い出す可能性があ
る。強力で作業範囲の広い屈曲腕の実現は、重い
車体を全く移動させることなく荷物を積下しでき
ることを意味し、動力の節減、騒音や振動の減
少、更には有害排気物の減少といつた好影響を期
待できよう。加えて荷役機械の車体構造にも変革
をもたらすことが期待される。例えば車体中央部
に荷物を保持することによつてバランスが良く、
高速度走行可能な荷役機械は、従来のフオークリ
フトとトラツクの両機能を兼備し、Ro−Ro船の
扶役作業等に好都合となる。

以上の説明は本発明の前記第２の目的の工業的
背景に関するものであるが、その真の目的は従来
の不十分なアクチユエータ性能によつて妨げられ
ていた高性能な新種機械の開発に新しい可能性を
もたらすことである。

本発明の他の基本的で重要な目的は、基本的特
性に秀でた単純作動形態のアクチユエータを提供
することである。例えば圧力作動流体の漏洩及び
摩擦抵抗が最少で、耐久性・信頼性に優れてお
り、ピストン位置によつて出力が変化しないとい
う基本特性に秀でたアクチユエータは、正確な位
置決め特性が要求されるサーボモータとしても使
用することができる。また基本特性が優れている
と小型で強力なアクチユエータを得る上で好都合
となるから、小型で強力なアクチユエータを実現
することも本発明の目的の中に含まれよう。

他の重要な目的は、近接する一対の負荷回転軸
を同時若しくは適当な遅れ時間をともなつて駆動
できる一台のアクチユエータを提供することであ
る。この目的は例えば近接する二個のバルブの自
動開閉操作に適うものである。

更に他の目的は、離れた位置にある一対の負荷
回転軸を二台のアクチユエータによつて同期運転
する場合に適したアクチユエータを提供すること
である。

この他の目的は本明細書を更に読進めば明らか
となろう。

さて前述のような多岐に亘る重要な目的を達す
るアクチユエータを実現するために、本発明者は
まず円筒内のピストンの往復運動をワイヤロープ
や可撓性薄板等の適当な動力伝達要素を介して一
対の平行回転軸に伝えることを考えた。然し漫然
と公知の機構によつてピストンの直線運動を出力
軸の回転運動に変換しただけではアクチユエータ
を構成することができない。即ち、動力伝達要素
を圧力作動流体が充満する作動室から外部へ出入
れすることができないからである。もしもこの部
分の密封構造を工夫して何とかアクチユエータを
構成しても、公知のアクチユエータによつて明ら
かにされた通り極めて不満足な出力しか得られ
ず、到底前述のような種々の重要な目的を果すこ
とはできない。そこで本発明実現の最重要点は、
ピストンの直線運動を出力軸の回転運動に変換す
る動力伝達要素が絡む封密構造を根本的に如何に
満足に解決するかという点である。ここにおいて
本発明者は次のような満足すべき解決策を見い出
した。それは回転軸に固定して設けられるプーリ
を軸方向に距離を置いて複数個設け、この複数個
のプーリ中間で軸封構造を採用するということで
ある。即ち、非伸縮性で可撓性のある動力伝達要
素は引張応力によつてのみ動力の伝達が可能であ
り、ピストンの特定方向の推力しか回転軸に伝達
できないのであるから、このピストンの前後両方
向の一方の推力のみを伝達するように動力伝達要
素を二分し、平行な一対の回転軸に固定するプー
リも二組に分けて、軸方向に距離を置いて設ける
ようにしたのである。回転軸を研摩し、Ｏリング
によつて軸封構造を構成すれば、極めて高いシー
ル性能が得られることは公知の種々の機械の実例
によつて知ることができる。またピストンを固定
しない方の動力伝達要素はハウジング外面に臨ま
せることができ、これに動力取出部材を固定する
だけで、回転運動のみではなく直線運動も出力す
ることが可能となる。従つて二軸の回転揺動力と
一個の動力取出部材の直線運動力を一台のアクチ
ユエータから取出すことができ、これら複数出力
を必要に応じて適宜組合せることによつて前述の
諸目的を達成する高度なアクチユエータを構成す
ることができる。

本発明の更に詳細な構造は添付の図面に表わし
た本発明の二・三の実施例に従つて説明する。第
１図乃至第５図に示した一実施例のアクチユエー
タは、作動角約240゜で空圧形である。第１図は
第２図に外形によつて示したアクチユエータを長
手方向に縦断して示した断面図である。この図の
中央に位置する略Ｔ字形断面を有する部材はピス
トンパツキン２９を巻着したピストン２１であ
り、シリンダ２０内部を気密を保つて移動可能で
ある。ピストン２１はシリンダ中心軸方向の寸法
が極端に小さく、図の上方約1/3程だけが部分的
に左右に張り出した変則的形状を有している。こ
のピストンの左右の運動を伝達する要素は、ロー
プ２６に固定され略ピストン中央に位置する固定
ボール３０であり、ボール３０は一対の平行な出
力軸２２，２２に固定された一対の内側プーリ２
３，２３の片側だけに懸張された内側ロープ２６
の中央位置で特に強固に固定されている。このボ
ール３０の外球面に応じた内球面を有する一対の
ボール押え部材３１，３１と、押え板３２とによ
つてボール３０はピストン２１に把握され、ボル
ト３３によつて固定される。出力軸２２の軸受部
と該部の気密機構を有するハウジング２５は−
線付近で二分される二分割構造であり、両端部
で組立、調整作業に備えて気密下に脱着できる蓋
３４，３４を有し、ピストン２１によつて区切ら
れた２作動室を形成する。ハウジング２５には特
に図示していないが、適当箇所に作動空気を出し
入れするためのポートが設けられることは云うま
でもない。図上左方の内側プーリ２３には一本の
ロープの中央部を半円に曲げた部分を引掛ける突
起４０が設けられて内側ロープ２６の左端を固定
しており、その右端は右方の内側プーリ２３で一
対のロープ端末固定ボール３７とロープ端末固定
部材３８とを介してロープ張力調整ボルト３９に
調整自在に固定されている。調整ボルト３９の螺
子部は固定部材３８の螺子穴に螺入されていると
共に、六角穴を有する頭部の底面と先端面がプー
リ２３に強く接し、そのシヤンクと先端部はプー
リ２３の穴によつて確保されている。プーリ２３
はキー３５によつて出力軸２２に固定されるが、
組立の際は深いキー溝底部にキー３５を引込めた
後、キーセツトスクリユウ３６を回転させてキー
３５を軸２２のキー溝に押込んでプーリ２３と軸
２２とを固定する。

第２図に示すようにハウジング２５の外側には
一対の外側プーリ２４，２４と外側ロープ２７と
が設けられており、一対の出力軸２２，２２の中
心線を含む平面によつて二分された図の上方側空
間には前述の内側ロープ２３が懸張され、他方の
下方側空間には外側ロープ２７が懸張されてい
る。この点が従来形アクチユエータと本発明とを
区分する最も重要な相違である。外側ロープ２７
の中央位置にも固定ボール３０が強固に固定され
ており、外側固定ボールの押え部材である直線作
動力取出部材４１を介して外部直線作動負荷若し
くはピストン位置検出信号発生器又はシーケンス
制御信号発生器等が固定され、図上左右の直線方
向に外側のボール３０はピストン２１とは逆に向
つて移動する。

第３図乃至第５図は第１図の−線、−
線、−線に沿つて切断した断面図である。第
３図は２分割構造のハウジング２５の接合面を表
わしているが、この接合部には外形が略正方形の
フランジ４４が形成され、４本のボルト４２によ
つて結合されたハウジング２５は第２図示の如く
一体となる。一本の内側ロープ２６は図示のよう
に２箇処でピストン２１を貫通している。ロープ
２６自体も必要に応じて気密処理が施される。第
４図では出力軸２２の中心線を含む水平面の上方
に内側ロープ２６が懸張され、軸受部を隔ててハ
ウジング２５の外側で前記水平面の下方に外側ロ
ープ２７が懸張されている様子が示される。また
シリンダ２０の内部の上方空間にピストン２１の
庇状の延長部４７の断面が示されている。第５図
では出力軸２２の軸受部と密封構造が示されてい
る。軸受部分における作動内部とハウジング２５
の外部との間の気密作用はＯリング４５，４５に
よつてもたらされる。４６はブシユである。この
図にはピストン２１の庇状延長部４７に対応する
シリンダ２０の両端延長部４８の断面が示され、
また蓋３４の開口面は小径の破線によつて示され
ている。

本発明のアクチユエータの基本構造は前記第１
図乃至第５図の説明によつて殆んど語り尽され
た。その構成は単純であり、信頼性の高いパツキ
ンやＯリングだけで気密が十分に保たれている。
加えて各可動部分の摩擦抵抗は最低水準である。
このような構成から成る本発明のアクチユエータ
は圧力作動流体の内部漏洩やシール部材の摩擦抵
抗力によつて出力低下を来すことがなく、基本的
特性において特に優れている。別けても揺動形ア
クチユエータとして評価するならば、本発明は卓
越した基本特性故に、初めて高い信頼性を備えた
真に実用的なアクチユエータを提供するものであ
る。即ち、密封機構が直線作動形シリンダと全く
変るところがないために、適当な設計手法を講ず
れば、例えば200Kgｆ／cm²以上の高圧作動油を使
用しても作動油内部漏洩の点で直線形シリンダに
何ら劣るところはない。而も揺動出力軸はアクチ
ユエータの両端近く２軸あり、加えて取付スペー
スの無駄のない直線作動力取出部材を有している
という、従来のアクチユエータには全く期待し得
なかつた大きな特徴を備えている。この全く新規
な特徴を工業的価値として評価するためには、幾
つかの美事な応用例を見る必要がある。第６図以
下の添付図面はこのような観点から示した、他の
アクチユエータでは実現することのできない、新
規で著しく工業的価値の高い５件の応用例であ
る。５件の新技術のそれぞれは相互に全く相異な
る機械、装置に関するものであり、自動化、省力
化機械装置の機能要素としてのアクチユエータの
画期的改良は、実に広汎な各種機械装置に大きな
好影響を及ぼすことが具体例によつて理解されよ
う。そこで次にこれらの各種応用例について１件
毎に詳述する。

第６図乃至第８図は第１図から第５図に示した
実施例と同様なアクチユエータを工業用ロボツト
として応用した例である。第６図は全体図であ
り、第７図は、直線作動力取出部材の移動位置と
シーケンスフローチヤートとの関連並びに腕全体
の運動位置との対応を示した関連図である。この
応用例のロボツトは第６図に示したように、出力
軸５０を中心として揺動する腕機構を基本とする
最も単純な構成であり、ハンド部５１の可動爪５
２の開閉運動と腕５３の揺動運動の２自由度とい
う最低限度の自由度しか有しないように設計され
ている。この理由は特にこのロボツトの使用目的
を、工作機械、別けても自動倣い旋盤のような機
械に円筒状工作物を供給したり取外したりするハ
ンドリングだけに限定したからである。ハンド部
５１は可動爪５２と固定爪５４とを有し、可動爪
５２は更に節部があつて円筒状工作物を３点で把
握することが可能である。固定爪５４に対する可
動爪５２の開閉は、腕５３の自由端側の第２の出
力軸５５によつて行なわれ、腕５３の揺動運動を
もたらす出力軸５０の出力と、この出力軸５５の
出力とは後述の２個のクラツチを介して選択的に
どちらかが後続機構へ伝達される。これは極めて
単純な方法で腕５３の揺動に基ずくハンド部５１
の位置を教示（テイーチイン）するために必要な
手段である。ハンド部５１の位置教示と読取は、
外側のワイヤロープに固定される直線運動部材５
６を利用して行なわれる。直線運動部材５６には
特殊な読取装置が設けられ、これに臨む複数位置
に位置脂示部材が移動調節可能に取付けられる。
この位置指示部材の詳細は図示していないが、腕
５３の外部から調節自在に腕自身を取付けてある
ので、このロボツトの制御装置は極めて簡潔であ
ると共に、ハンド停止位置の教示は自由に設定で
きるという特徴を備えている。位置読取装置を設
けた直線運動部材の移動位置と停止位置とは正確
にフローチヤート図に対応する。そこで第７図で
はフローチヤート図に対する信号発信部移動位置
と、ロボツトの全体の運動の対応とを図示してあ
る。第７図中の左の数字はステツプ数を示し、中
央欄は信号発生部移動位置を示す。右の欄はフロ
ーチヤートを示す。更に右の付図は各ステツプに
相当するロボツトの運動を、同一ステツプ数字を
付した矢標で示した作動図である。第１ステツプ
では避退位置のＡ点から加工品接近位置のＢ点ま
でハンドが移動し、第２ステツプでは爪が閉じて
加工品を握む。爪の開閉運動は出力軸５５に接続
されたクラツチの断続によつて行なわれるのであ
り、必要な動作が終了すると直ちにクラツチは断
たれてピストン及び信号発生部は復帰動作を行な
い、元のＢ点に復帰するのでＢ点の設定停止位置
は爪の運動による影響を受けない。第３ステツプ
では前記Ｂ点から加工品送出シユート接近位置Ｃ
点までハンドが移動すると、第４ステツプでは爪
が開放されて加工品をシユートに送り出す。第５
ステツプでは前記Ｃ点から素材受取位置Ｄ点まで
ハンドが移動し、第６ステツプでは爪が素材を受
取つてこれを握み、次の第７ステツプではＤ点か
ら前記Ｂ点までハンドが移動する。第８ステツプ
では機械に素材が把握されて後、爪は開放されて
最後の第９ステツプではハンドは元の避退位置Ａ
点に復帰する。以上が最も簡単なロボツトの作業
手順であるが、本発明のアクチユエータは最大限
１台で３自由度のアクチユエータとして使用する
ことができ、これを２台組合せるだけでロボツト
は４乃至６自由度を任意に設定できる。また前記
のＡ点からＤ点で示した停止位置は任意に多数設
定可能であるから、２台のアクチユエータ間で２
点の停止位置を論理積判断条件として条件づける
と、例えば障害物を乗越えるパス設定に利用する
ことができ、このようにして簡単な条件判断機能
の付与だけで２台のアクチユエータを結合した複
雑な運動を単純な制御装置で行なわせることが可
能となる。

第８図と第９図は前記ロボツトのそれぞれ出力
軸５０と出力軸５５の位置の断面図である。第８
図の出力軸５０に関係する部分はロボツトの腕５
３の肘に相当する部分であり、この部には腕５３
の任意の揺動位置においてこの腕５３を固定し、
保持するためのブレーキ（又はクラツチ）と、爪
５２を開閉する際軸５０を自由に回転させ、腕５
３を揺動させる時に固定部材に軸５０を固定させ
るためのクラツチとを備えている。軸５０は図上
左方に延長され、コ字状の固定部材５７に軸承さ
れている。この軸５０の左方延長部の固定部材５
７を挾んだ右方のアクチユエータ・ハウジング側
には多板クラツチ形式のブレーキ５８が設けら
れ、固定部材の左方の外端部にはドグクラツチ形
式のクラツチ５９が設けられている。この中間に
はこれらのクラツチ５９とブレーキ５８を作動さ
せるための流体圧作動室６０が設けられている。
ブレーキ５８を作動させるのは固定部材５７に挿
通された作動ピン６１であるが、このブレーキ５
８は遊星歯車機構による増速部によつて増速され
たデイスクを圧縮するようになつており、増速効
果によつて図の実施例ではおよそ2.5倍大きくな
つた拘束トルクを得ている。前記作動ピン６１は
固定部材５７に拘束されているので、遊星歯車機
構の固定腕を構成しており、多板クラツチの内歯
スプラインが内歯車、内方の小径スプラインが太
陽歯車を構成し、ピン６１の回りを遊星歯車６２
が回転している。

第９図のハンド部５１付近の断面図において、
流体圧によつて作動する通常型の多板クラツチ６
３の外には、爪５２が柔軟に加工物等を把握する
ためのばねを利用した拘束機構が示されている。
軸５５の左端の機構内部に設けられたのは市販の
一方向クラツチ６４であり、このロボツトのハン
ド構成上重要な役割を果している。即ち、爪５２
の把握回転方向の回転は許容するが、爪開放方向
への回転は、爪の把握能力以上の或る設定拘束力
で拘束されたピン６５の拘束力によつて阻止して
しまう。爪５２の開放はクラツチ６３を介して強
大なピストン力が加わることによつてピン６５の
拘束機構６６の拘束力を打破る。６７は皿ばねで
ある。爪５２の柔軟な拘束力を保証するのは一対
の特殊なフエースカム６８，６８とばね６９であ
る。爪５２に強い拘束力が加わると左方のカス６
８はばね６９に抗して左方に移動し、これに固定
された歯車７０を左方に移動させてリミツトスイ
ツチ７１を圧してクラツチ６３を断つための制御
信号を発する。ばね６９の柔軟な反発力は、一対
のカム６８，６８と歯車７０を介して爪５２に伝
えられる。爪５２の先端部は、第７図で説明した
加工位置から避退位置に退避する際、腕５３の揺
動だけで退避できるよう極めて大きな角度に開く
必要があるため、爪５２の開閉機構は二様の歯車
列で駆動される。図示のロボツトは必要があれば
直ちに３自由度を有する機構にすることができ
る。

このようなロボツトの特徴は、アクチユエータ
自身の自由度に対する選択の余地が大きいため
に、使用目的に応じて最低限度の自由度を選び、
無駄を省くことができる。４乃至６自由度を有す
るようにアクチユエータを２台組合せた機構でも
制御系は極端に単純なものでよい。電動アクチユ
エータと比較してみても、制御系は電磁弁を駆動
するだけでよいから、高々数Ｗにすぎない低消費
電力電磁弁を採用すれば、モノリシツクIC化し
たダーリントントランジスタアレイでこれをドラ
イブできる。即ち、動力用の大電力モータを制御
しなくてもよいからインターフエースは不要であ
り、この点でも制御系の簡素化に寄与している。
なお、図示ロボツトのアクチユエータにおけるシ
リンダ内径は100mm、ワイヤロープはJIS−Ｇ−
3535A3号直径3.18mm、出力軸トルクは32Kgｆ−
ｍという仕様である。

工（産）業用ロボツトの潜在需要は非常に大き
いとされているが、その市場を狭くしている最大
の要因はロボツトの価格が高すぎるからであると
いうアンケート調査結果があることと、本発明の
アクチユエータを使用したロボツトは従来形の僅
か数分の１の価格を実現できる可能性のあること
を考え合わせると、本発明のアクチユエータの大
きな効果が伺い知れよう。

第１０図乃至第１２図に示した応用例は、画期
的な性能を有する新規荷役機械に関する。この荷
役機の特徴は、車輌を全く移動させなくとも、強
力な広い作業範囲を誇る屈曲腕によつて省エネル
ギーに適う荷物の積下し作業が可能であるのみな
らず、デツドスペースなしで車輌の真ぐ横脇に荷
物を下したり、すくい上げたりでき、更には車体
中央位置の安定な部位で荷物を保持することによ
つてトラツク同様の高速走行が可能であり、加え
て電柱や鋼管等や木材のような長尺等をも安定に
運搬できるといつた、フオークリフトに数段勝る
積下し機能と、高度な運搬機能とを兼備する万能
的な高性能にある。

第１０図に示したように、この新規な荷役機の
構成上の特徴は、屈曲腕が平行四辺形リンク機構
から成り、アクチユエータのハウジング自体が水
平なリンクの一辺を構成し、二本の出力軸は節部
の軸として利用されていることである。この図は
車輌を全く移動させないで地上のＡ位置からトラ
ツクデツキ上のＢ位置へコンテナを積む作業を説
明するものである。車輪７５によつて支えられた
丈夫な車体７６上に基部アクチユエータ７７が固
定されている。基部アクチユエータ７７の二本の
出力軸７８，７８には第１アーム７９，７９が固
定される。この第１アーム７９は一台の基部アク
チユエータ７７につき４本設けられており、出力
軸７８の両端に固定される。第１アーム７９の自
由端は第２の上部アクチユエータ８０を軸支する
ための軸受部を構成し、上部アクチユエータ８０
の出力軸８１を回転自在に支えている。第１１図
からも判るように、第２の上部アクチユエータ８
０は４本の第１アーム７９，７９によつて空中に
支えられている。上部アクチユエータ８０の二本
の出力軸８１の内側端部には二本の第２アーム８
２，８８が固定されている。第１１図に示したよ
うに二本の第２アーム８２，８８の干渉を避ける
ために、二本の出力軸８１の内側端部の長さは異
なつており、アーム８８はアーム８２の内側に設
けられる。第２アーム８２，８８の自由端にはデ
ツキ基板８３が取付けられる。デツキ基板８３の
左右端にはテレスコピツク−シリンダ８４が固定
されている。リフトデツキ８５はこのテレスコピ
ツク−シリンダ８４に支えられて持上げられる。
リフトデツキ８５は水平方向の滑動が可能なよう
に、荷物を載せる積載板８６を支持している。

第１０図、第１１図に示した屈曲腕機構を有す
る荷役機械の機能を十分に発揮できるようにする
には、特殊形状の車体採用が望ましく、荷役作業
に適した車体の実例を第１２図に示してある。車
輪の位置は破線で示してある。この車体は大きな
基部アクチユエータ７７を取付けるための取付枠
８９，８９を車輪に近い位置に有しており、一対
の取付枠８９，８９の間は幅の狭い丈夫な車体中
央ビーム８７によつて連結されている。この車体
中央ビーム８７及び基部アクチユエータ取付枠８
９は横方向に偏位させてあるので、車体７６の内
部に番号９０で示す大きな空間が設けられること
になり、この空間９０内の地表に前記デツキ基板
８３を置くことができるので、車体の真ぐ脇の荷
物を積下しできるような特殊な作業が可能とな
る。

第１０図における荷物の積下し作業について説
明する。同図ではＡ位置にある荷物をリフトデツ
キ８５によつて僅かに持上げ、積載板８６を水平
方向に移動させて荷物を車体側に引寄せる作業を
進めているところである。荷物を所定の位置に置
いたり、或いはこの図のように車体の外側にある
荷物を車体側に引寄せたりする時には、一般的に
荷物の重さによつて大きな偶力が生じ、車体を横
転させようとする力が加わる。この偶力に抗して
車体バランスを保つためには、従来車体側に何ら
かのバランスウエイトを設ける手段を講じてき
た。この車体側のバランスウエイトのみによつて
バランスの問題を解決することは、車体側の重量
増大を招き得策ではない。図示の例ではリフトデ
ツキ８５を支えているデツキ基板８３の底面の一
部又は全部を地表や、車輌のデツキ上や、棚の上
等に載せ、荷物を載せた積載板８６を水平移動さ
せる。この場合には荷物の重さによる偶力の回転
中心はデツキ基板８３の底面先端付近となり、回
転モーメントの距離が短くなる効果によつてモー
メントを小さくし、車輌の安定性を高める効果が
ある。図示の荷役機に最大曲げモーメントが加わ
る場合は、リフトデツキ８５に拘束されて水平方
向に滑動する積載板８６が最外方に繰り出された
時である。然し乍ら、積載板８６が最外方に繰り
出される時は、必ずデツキ基板８３の底面が荷物
を支えることのできる面に接しており、前記モー
メント減少効果によつて車輌重量を過度に重くし
なくとも、安定な作業を行なうことができる。こ
の新しい荷役機の作業範囲は大略図示のＡ，Ｂ，
Ｃ位置の範囲である。第２アーム８２と８８の干
渉効果によつて、アームの作業範囲は図示のよう
に左右対称ではない。Ｂ位置よりも若干上方へデ
ツキ基板８３を持上げることはできるが、アーム
８２の自由端支軸とアーム８８がぶつかつてしま
う位置による運動範囲制限が生ずる。図の左方側
ではこの干渉がなく、Ｃ位置より若干高い位置ま
でデツキ基板８３を持上げることができる。Ａ位
置からＢ位置へ、或いはＢ位置からＡ位置へ荷物
を移動させる作業は、車輌を全く移動させないで
アームの移動のみで行ないうることが、第１０図
から容易に理解できよう。このような作業形態
は、従来の荷役機構造からは全く考えられなかつ
た画期的な作業形態である。このような作業は本
発明のアクチユエータの実現によつて初めて可能
となるのである。荷物の移動距離は最小であるか
ら、作業に必要なエネルギーは最も少なくてす
み、振動、騒音も最低限度ですむ。これは動力源
をバツテリー化する上で、極めて有利な点であ
る。工場や構内等で使用すると、デツドスペース
が不要だから通路の際で荷物を積下しでき、貴重
な工場内等のスペースを節約することができる。
長尺の荷物を抱え上げた時、車輌の縦方向に長尺
荷物を保持するので、安定に荷物を運ぶことがで
きる。また荷物を車体中央部に保持できるので、
走行安定性に優れており、トラツク並みの高速走
行が可能となり、Ro−Ro船の扶役作業に使用す
ればその高作業能率によつてRo−Ro船の経済的
効果を一層高めることができる。

第１０図及び第１１図に示した荷役機構はその
まま立体倉庫のスタツカクレーンにも応用でき
る。

第３の応用例は第１３図乃至第１５図に示した
土木建設機械である。建設機械は平野部型工事と
都市型工事によつて主力となる機械種別が異なつ
てくる。即ち、近年都市型工事が多くなるに従
い、従来のブルドーザに代つて油圧掘削シヨベル
が建設機械の王座を占めるに到つた。然しこの油
圧掘削機は、屈曲腕機構に油圧シリンダーのみの
アクチユエータを使用しているに過ぎない。建設
機械のような苛酷な使用に耐え得るアクチユエー
タとして、直線作動のみの油圧シリンダーしか実
用化できないという事情があるからである。而し
てこの掘削機の屈曲腕はその回転角度が著しく制
限されてしまい、土石をダンプカーに積込むには
屈曲腕の回転角が不足する故、別の手段を講じて
シヨベルを移動させなければならない。そこで掘
削機の車体中央部には巨大な旋回軸を設け、シヨ
ベルと屈曲腕全体を旋回させている。ところが第
１３図に示すように、ブーム９５とアーム９６の
間に本発明の一実施例のアームアクチユエータ９
７を設け、アーム９６の運動をこのアームアクチ
ユエータ９７で行なうと、車体を全く旋回させず
にバケツト９８を車体前面に移動させることがで
きる。図示位置でダンプカー等への土石積込が可
能であることは明瞭であろう。このように車体全
体を旋回させる必要がなくなれば、トラクタの車
体構造をそのまま掘削機に利用することが可能と
なり、これに若干の変更を加えるだけでブルドー
ザ兼用の掘削機を作ることができる。バケツト９
８が通常の掘削作業を行う時は、図の鎖線で示し
たブーム位置で従来の掘削機と同様の作業を行う
ことができる。バケツト９８を動かすのは従来形
の油圧シリンダ９９であり、ブーム９５は本発明
の実施例であるブームアクチユエータ１００によ
つて動かされる。１０２はキヤビンである。また
破線で示したように、トラクタ形の車体１０１前
面に排土板を取付けることができることも容易に
理解されよう。バケツト９８から土石がこぼれ落
ることを考慮すれば、排土板の上下作動を行なう
油圧シリンダは図示のように略垂直に配置するこ
とが望ましい。このようにブーム９５に対して、
これに干渉されることなくアーム９６が自由に回
転できることが、図示の新建設機械実現の上で重
要な点である。そのためにブーム９５は第１４図
に示すように、バケツト９８から逃げる形状を有
している。この図で判るように、キヤビン１０
２、ブームアクチユエータ１００、ブーム軸支部
等は一枚の揺動板１０３上に固定されており、揺
動板１０３は車体１０１の内部に収納された揺動
板回転軸１１０を中心として60゜を上回る程度の
回転が可能である。アームアクチユエータ９７及
びブームアクチユエータ１００の出力軸１０８及
び１０９は、共に長く延長され、アーム回転軸及
びブーム回転軸を兼ねている。

第１５図は揺動板１０３の回転部を拡大して示
す平面図である。揺動板１０３は車体１０１上の
円周状のトラツク１０６上を転動する４個のコロ
１０５によつて支えられている。このコロ１０５
は揺動板１０３の支柱１０４によつて軸支されて
いる。前記の揺動板回転軸１１０は強大なスラス
ト力で車体内方に引込まれており、そのスラスト
力はコロ１０５がトラツク１０６上で受け止めて
いる。揺動板１０３を動かす油圧シリンダ１０７
は、キヤビン１０２の底面とキヤタピラ上面との
間に配置されており、これによつてアーム９６の
作業範囲を広くする。

このような掘削機とブルドーザとを兼ねた建設
機械は、これから都市型工事が増加するであろう
中進国や低開発国の建設業者に、安い費用で万能
型の建設機械を提供することにより、多大の利益
をもたらすであろう。兼用形の建設機械を採用す
れば、イニシヤルコストが格段に安くなるのみな
らず、機械を工事現場へ運搬するためのトラツク
は半数で済み、高価な機械の稼動率を飛躍的に高
めることができるから、償却を早く終えることが
できる。

第４の応用例は、プラント等の配管のバルブを
自動操作するアクチユエータに関する。本発明の
アクチユエータが二本の出力軸と、一個の制御用
に利用できるスライダとを有している特徴を有効
に生かした応用例であつて、一台のアクチユエー
タで隣接する二個のバルブを任意のモードで開閉
操作できるアクチユエータに関する。

第１６図はプラント配管の一例を示している。
第１タンク１１１と第２タンク１１２中の第１液
１１６と第２液１１７が第１バルブ１１３、第２
バルブ１１４を介してメインライン１１８に接続
されており、どちらか一方の液体のみがメインラ
イン１１８に流れる配管である。本発明のアクチ
ユエータ１１５は第１バルブ１１３と第２バルブ
１１４の間に設けられ、その二本の出力軸がそれ
ぞれのバルブに接続されるようになつている。従
来のアクチユエータではこのような配管の場合に
おいても、それぞれのバルブに別々のアクチユエ
ータを設けなければならなかつた。

第１７図はアクチユエータ１１５の断面図であ
る。直線作動力取出部材１２０は案内棒１２１，
１２１によつて案内されており、安定な直線運動
を行ない得る。部材１２０にはクラツチ作動レバ
ー１２２と接するカム板１２５が設けられてお
り、部材１２０の移動につれてカム板１２５はク
ラツチ作動レバー１２２の作動を制御する。クラ
ツチ１２４はバルブに接続しており、クラツチ作
動レバー１２２の作動に従つてアクチユエータ１
１５の出力軸の回転力をバルブに伝える。このよ
うなアクチユエータ１１５によれば、カム板１２
５の制御位置自体がバルブの開閉位置情報を含ん
でおり、ピストンの移動によつてカム板１２５が
二本の出力軸に接続された２本のクラツチ作動レ
バー１２２を制御し、一方のバルブが完全に閉じ
てから他方のバルブを開けるようなバルブ操作
を、機械的制御手段だけで可能とし、最も確実
で、最も安価な自動操作を行なわせることが可能
となる。

第５の応用例は、複数のアクチユエータを同期
させながら作動させる場合の、本発明アクチユエ
ータの使用態様を示す。第１８図は艦艇の防水扉
１２７の自動開閉操作に使用された例である。防
水扉としての機能を保ちながら二枚の扉１２７を
同時に開閉するには、二台のアクチユエータ１２
９間の同期運転を必要とする。本発明のアクチユ
エータ１２９二台を使用し、これらの間の同期運
転を行なうには、図示のように前記の直線作動力
取出部材間を長尺の耐圧縮性を有する棒１２８で
連結するだけでよい。回転力を伝えるシヤフトに
よつて二台のアクチユエータを連結する方式に比
較しても、図示方式では棒１２８は小径の軽量な
棒でよく、最も簡潔で最も安価でありながら、同
期機能は最も優れている。油圧シリンダー二本を
アクチユエータとして使用していた従来例に比較
すると、同期制御機能の確実性、制御手段の経済
性において圧倒的に本発明アクチユエータを使用
した方が優れている。

以上の５件の応用例によつて、本発明のアクチ
ユエータの特色が十分発揮されるならば、絶大な
る高い経済的効果、工業的効果を収めることがで
きることを示した。以上の説明により、本発明の
アクチユエータは所期の目的を悉く達成している
ことを理解できよう。

本発明のアクチユエータは特許請求の範囲の記
載内で種々の変形が考え得る。第１９図に示した
アクチユエータは、二本の出力軸間の距離を極端
に短かくしたタイプで、90゜作動形である。また
荷役機械や建設機械に使用されるアクチユエータ
は、油圧作動による強力型であり、外側プーリは
一本の出力軸の両端で二個取付けられ、ロープ本
数を増している。ロープはJISG352514号の10〜
16mmのものが使用され、プーリ径は35〜60cm、
最大トルクは3.5〜13tonf−ｍとなる。建設機械
のバケツト容量は0.5〜0.6m³、荷役機械の能力は
2.5t積である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図であり、第
２図はその外形を示す正面図である。第３図は第
１図上−線に沿つて切断した断面図であり、
第４図は−線、第５図は−線に沿つて切
断した断面図である。第６図は本発明のアクチユ
エータを最も簡潔な工業用ロボツトに応用した応
用例におけるロボツト外形図である。第７図はこ
のロボツトのシーケンス制御フローチヤート図
と、信号発生部移動位置及びロボツトの作動位置
との関連を示す説明図であり、第８図はこのロボ
ツトの肘に当る出力軸部断面図、第９図は同様に
ハンド部に当る出力軸部断面図である。第１０図
は本発明のアクチユエータを全く新規な荷役機械
に応用した応用例の、荷物積載板の各作動位置を
示す作動図であり、第１１図はこの荷役機の屈曲
腕機構のみの正面図であり、第１２図はこの荷役
機の車体の平面図である。第１３図は本発明のア
クチユエータを新規な建設機械に応用した応用例
の、屈曲腕機構の各作業位置を示す作動図であ
り、第１４図はブームとアームを垂直位置に保つ
た状態を示す建設機械の背面図である。第１５図
はこの建設機械のブームの揺動機構の平面図であ
る。第１６図は本発明のアクチユエータをプラン
ト類に応用した応用例の配管図であり、第１７図
はこの応用例アクチユエータの断面図である。第
１８図は本発明のアクチユエータを艦艇の防水扉
自動開閉機構に応用した応用例の平面図である。
第１９図は本発明のアクチユエータの変更例であ
り、90゜作動形で二本の出力軸間距離を極端に短
かくした実施例の断面図である。 ２０……シリンダ、２１……ピストン、２２…
…出力軸、２３……内側プーリ、２４……外側プ
ーリ、２５……ハウジング、２６……動力伝達要
素としての内側ロープ、２７……動力伝達要素と
しての外側ロープ、２８……カバー、２９……ピ
ストンパツキン、３０……固定ボール、３５……
キー、３７……端末固定ボール、３９……ロープ
張力調整ボルト、４０……突起、４１……直線作
動力取出部材、４５……Ｏリング、４６……ブシ
ユ、４７……ピストン延長部、４８……シリンダ
延長部、５０……出力軸、５１……ハンド部、５
２……可動爪、５３……腕、５４……固定爪、５
５……出力軸、５６……直線運動部材、５７……
固定部材、５８……ブレーキ、５９……クラツ
チ、６０……流体圧作動室、６１……作動ピン、
６２……遊星歯車、６３……多板クラツチ、６４
……一方向クラツチ、６５……ピン、６６……拘
束機構、６８……フエースカム、６９……ばね、
７５……車輪、７６……車体、７７……基部アク
チユエータ、７８……基部の出力軸、７９……第
１アーム、８０……上部アクチユエータ、８１…
…上部の出力軸、８２……第２アーム、８３……
デツキ基板、８５……リフトデツキ、８６……積
載板、８８……第２アーム、９５……ビーム、９
６……アーム、９７……アームアクチユエータ、
９８……バケツト、１００……ブームアクチユエ
ータ、１０１……車体、１０２……キヤビン、１
０３……揺動板、１０８……出力軸、１０９……
出力軸、１１０……揺動板回転軸、１１３……第
１バルブ、１１４……第２バルブ、１１５……ア
クチユエータ、１１８……メインライン、１２０
……直線作動力取出部材、１２１……案内棒、１
２２……クラツチ作動レバー、１２４……クラツ
チ、１２５……カム板、１２７……防水扉、１２
８……棒、１２９……アクチユエータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状シリンダと、該シリンダ内を移動すべ
   く密封下に設けたピストンと、前記シリンダの両
   端に設けたハウジングと、該ハウジング内に含ま
   れ密封下に該ハウジング内から外方に延びると共
   に前記シリンダの軸心と直角で且つ該軸心と距離
   をおいた中心軸を有する一対の出力軸と、該出力
   軸に前記ハウジング内で固定的に設けた一対の内
   部プーリと、該出力軸に固定的に設けた一対の外
   部プーリと、前記ピストンに一端を固定され他端
   を前記一対の内部プーリに夫々巻回し固定される
   内部動力伝達要素と、前記外部プーリに巻回し固
   定され且つ前記ハウジングの外部に配置される外
   部動力伝達要素とからなるアクチユエータにおい
   て、前記内部動力伝達要素が可撓性且非伸縮性を
   有する無端環状なプーリ伝達要素の一方の伝達要
   素を構成する一方、前記外部動力伝達要素が可撓
   性且非伸縮性を有する無端環状なプーリ伝達要素
   の他方の伝達要素を構成することを特徴とする揺
   動−直線兼用型アクチユエータ。 ２ 円筒状シリンダと、該シリンダ内を移動すべ
   く密封下に設けたピストンと、前記シリンダの両
   端に設けたハウジングと、該ハウジング内に含ま
   れ密封下に該ハウジング内から外方に延びると共
   に前記シリンダの軸心と直角で且つ該軸心と距離
   をおいた中心軸を有する一対の出力軸と、該出力
   軸に前記ハウジング内で固定的に設けた一対の内
   部プーリと、該出力軸に固定的に設けた一対の外
   部プーリと、前記ピストンに一端を固定され他端
   を前記一対の内部プーリに夫々巻回し固定される
   内部動力伝達要素と、前記外部プーリに巻回し固
   定され且つ前記ハウジングの外部に配置される外
   部動力伝達要素とからなるアクチユエータであつ
   て、前記内部動力伝達要素が可撓性且非伸縮性を
   有する無端環状なプーリ伝達要素の一方の伝達要
   素を構成する一方、前記外部動力伝達要素が可撓
   性且非伸縮性を有する無端環状なプーリ伝達要素
   の他方の伝達要素を構成することを特徴とする揺
   動−直線兼用型アクチユエータにおいて、前記一
   方の出力軸を固定台に選択的に固定しシリンダを
   該出力軸を中心に揺動自在に設けると共に、該シ
   リンダを固定台に選択的に固定し前記出力軸を回
   動可能に構成し、且つ他方の出力軸にクラツチ又
   はブレーキを介して外部負荷部材と連結する一
   方、前記外部動力伝達要素に前記シリンダの揺
   動、出力軸の回転、クラツチ又はブレーキの作動
   等を制御するための直線移動検出要素を設けてな
   る揺動−直線兼用型アクチユエータ。 ３ 円筒状シリンダと、該シリンダ内を移動すべ
   く密封下に設けたピストンと、前記シリンダの両
   端に設けたハウジングと、該ハウジング内に含ま
   れ密封下に該ハウジング内から外方に延びると共
   に前記シリンダの軸心と直角で且つ該軸心と距離
   をおいた中心軸を有する一対の出力軸と、該出力
   軸に前記ハウジング内で固定的に設けた一対の内
   部プーリと、該出力軸に固定的に設けた一対の外
   部プーリと、前記ピストンに一端を固定され他端
   を前記一対の内部プーリに夫々巻回し固定される
   内部動力伝達要素と、前記外部プーリに巻回し固
   定され且つ前記ハウジングの外部に配置される外
   部動力伝達要素とからなるアクチユエータであつ
   て、前記内部動力伝達要素が可撓性且非伸縮性を
   有する無端環状なプーリ伝達要素の一方の伝達要
   素を構成する一方、前記外部動力伝達要素が可撓
   性且非伸縮性を有する無端環状なプーリ伝達要素
   の他方の伝達要素を構成することを特徴とする少
   なくとも二個の揺動−直線兼用型アクチユエータ
   において、一方を下部アクチユエータとして固定
   台に固定すると共に、その一対の出力軸に第一ア
   ームを揺動自在に設け、該第一アームの自由端に
   他方を上部アクチユエータとして軸支し、その一
   対の出力軸に第二アームを揺動自在に設け、該第
   二アームの自由端に荷物積載用のデツキ基板等を
   設けたことを特徴とする揺動−直線兼用型アクチ
   ユエータ。 ４ 円筒状シリンダと、該シリンダ内を移動すべ
   く密封下に設けたピストンと、前記シリンダの両
   端に設けたハウジングと、該ハウジング内に含ま
   れ密封下に該ハウジング内から外方に延びると共
   に前記シリンダの軸心と直角で且つ該軸心と距離
   をおいた中心軸を有する一対の出力軸と、該出力
   軸に前記ハウジング内で固定的に設けた一対の内
   部プーリと、該出力軸に固定的に設けた一対の外
   部プーリと、前記ピストンに一端を固定され他端
   を前記一対の内部プーリに夫々巻回し固定される
   内部動力伝達要素と、前記外部プーリに巻回し固
   定され且つ前記ハウジングの外部に配置される外
   部動力伝達要素とからなるアクチユエータであつ
   て、前記内部動力伝達要素が可撓性且非伸縮性を
   有する無端環状なプーリ伝達要素の一方の伝達要
   素を構成する一方、前記外部動力伝達要素が可撓
   性且非伸縮性を有する無端環状なプーリ伝達要素
   の他方の伝達要素を構成することを特徴とする揺
   動−直線兼用型アクチユエータにおいて、前記内
   部プーリを前記シリンダ内に入り込んで回転作動
   し得るように切欠状に構成し、前記一対の出力軸
   の間隔を短縮して構成してなる揺動−直線兼用型
   アクチユエータ。