KR20210096103A

KR20210096103A - 실린더 장치

Info

Publication number: KR20210096103A
Application number: KR1020217016111A
Authority: KR
Inventors: 오사무 가나자와; 겐조 미야모리
Original assignee: 후지쿠라 컴퍼지트 가부시키가이샤
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-08-04
Also published as: US20230045779A9; TW202032020A; JP7373886B2; WO2020116421A1; US20220025911A1; JPWO2020116421A1; CN113167301A; US11644051B2

Abstract

특히, 전력 소비의 저감 및 컴팩트화를 도모하면서, 회전 불균일을 억제하는 것이 가능한 실린더 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 실린더 본체(2)와, 상기 실린더 본체 내에 지지된 축 부재(3)를 가지는 실린더 장치(1)에 있어서, 상기 실린더 본체에는, 상기 축 부재의 축 주위의 외주면에 통하는 유체의 급배기에 기초하여 상기 축 부재를 회전시키기 위한 회전용 포트(31, 32)가 마련되어있는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 전력 소비의 저감 및 컴팩트화를 도모하면서, 회전 불균일을 억제하는 것이 가능하다.

Description

실린더 장치

본 발명은 회전기구를 구비한 실린더 장치에 관한 것이다.

하기 특허문헌에는, 실린더 본체 내에 수용된 축 부재를 회전시키는 기구를 구비한 실린더 장치가 개시되어 있다.

특허문헌 1에는, 축 부재를 회전시키는 회전 구동 모터(브러시리스 DC 모터)가 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 축 부재를 소정 각도로 회전시키는 회전 구동부를 구비한다. 회전 구동부는, 스테핑 모터나 서보 모터 등의 회전 모터를 가지고 있다.

특허문헌 3에는, 축 부재에 회전 구동부가 장착되어 있다. 회전 구동부는, 회전자와, 회전자의 주위를 둘러싸는 고정자를 가지고 있다. 회전자에는 자석이 배치되고, 고정자에는 코일이 배치된다. 전자기적인 작용에 의해, 축 부재를 회전 구동시킨다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허 제2011-69384호 공보 특허문헌 2 : 일본 공개특허 제2017-133593호 공보 특허문헌 3 : 일본 공개특허 제2017-9068호 공보

그러나, 종래와 같이 축 부재를 모터 등으로 회전시키는 구성으로는, 소비 전력의 증대나, 컴팩트화를 적절하게 도모하는 것이 가능하지 않다는 문제가 있었다. 즉, 모터를 사용하는 것으로, 열의 발생에 의해 소비 전력이 증가하기 쉽다. 또한, 기계적으로 축 부재를 회전시키기 때문에, 회전기구가 복잡화 하고, 컴팩트화를 적절하게 도모하는 것이 가능하지 않다. 추가로, 회전 불균일을 억제하는 것이 요구된다.

본 발명은 이러한 점에 착안하여 이루어진 것으로, 특히, 전력 소비의 저감 및 컴팩트화를 도모하면서, 회전 불균일을 억제하는 것이 가능한 실린더 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 실린더 본체와, 상기 실린더 본체 내에 지지된 축 부재를 가진 실린더 장치에 있어서, 상기 실린더 본체에는, 상기 축 부재의 축 주위의 외주면에 통하는 유체의 급배기에 기초하여 상기 축 부재를 회전시키기 위한 회전용 포트가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 상기 축 부재는, 상기 외주면을 따라서 요부와 철부가 번갈아 연속하는 회전부를 가지며, 상기 회전용 포트가, 상기 회전부로 통하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 상기 축 부재는, 스트로크 가능하게 지지되는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 상기 축 부재는, 축 방향 중간의 상기 외주면에 회전부를 구비하고, 상기 회전부의 전방 및 후방의 상기 실린더 본체에, 유체의 급배기에 의해 상기 축 부재를 스트로크 시키기 위한 스트로크용 포트가 마련되어 있고, 상기 스트로크용 포트의 사이에, 상기 회전부에 통하는 상기 회전용 포트가 마련되는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 상기 회전용 포트는, 복수 마련되는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 상기 축 부재는, 유체 베어링을 구비하고 있어 상기 축 부재는, 상기 실린더 본체 내에서 뜬 상태로 지지되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실린더 장치에 따르면, 전력 소비의 저감 및 컴팩트화를 도모하면서 회전 불균일을 억제하는 것이 가능하다.

도 1은 본 실시 형태의 실린더 장치의 외관 사시도이다.
도 2는 본 실시 형태의 실린더 장치를 축 방향을 따라서 절단한 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태의 실린더 장치를 구성하는 축 부재의 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시한 실린더 장치의 부분 확대 단면도이다.
도 5는 도 2의 상태로부터 축 부재를 전방으로 스트로크 시킨 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 2의 상태로부터 축 부재를 후방으로 스트로크 시킨 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 실시 형태의 실린더 장치를 축 방향과 직교하는 방향을 따라서 절단한 단면도이다.
도 8은 도 7과는 다른 실시 형태의 단면도이다.
도 9는 도 7과는 다른 실시 형태의 단면도이다.
도 10은 도 7과는 다른 실시 형태의 단면도이다.

이하, 본 발명의 일 실시의 형태(이하, "실시 형태"라고 간단히 기재한다)에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1, 도 2 등에 나타낸 실린더 장치(1)는, 실린더 본체(2)와, 실린더 본체(2) 내에 지지된 축 부재(3)를 가지고 구성된다.

본 실시 형태에서는, 축 부재(3)는 회전 가능하게 지지된다. 한편, 축 부재(3)의 스트로크는 선택적이다. 즉, 본 실시 형태의 실린더 장치(1)는, 축 부재(3)의 회전만이 가능한 구성이어도 좋고, 축 부재(3)의 회전과 스트로크의 둘 모두를 가능하게 하는 구성이어도 좋다. 다만, 이하에서는 축 부재(3)를 회전시키면서, 축 방향으로의 스트로크를 가능하게 하는 실린더 장치(1)에 대하여 설명한다.

또한, "회전"이란, 축 부재(3)의 축 중심(O)(도 4 참조)을 회전 중심으로 하여 회전하는 것을 말한다. "스트로크"란, 축 부재(3)가 축 방향(X1-X2 방향)으로 이동하는 것을 말한다. X1 방향은, 실린더 장치(1)의 전방 측이며, X2 방향은, 실린더 장치(1)의 후방 측이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 축 부재(3)는, 소정의 직경으로 형성되며, 게다가 축 방향(X1-X2 방향)으로 소정의 길이 치수(L1)로 형성된 피스톤(4)과, 피스톤(4)의 전단면(前端面)(4a)에 마련되어 피스톤(4) 보다도 직경이 작은 피스톤로드(5)를 가지고 구성된다.

또한, 도 2, 도 4에 나타낸 바와 같이, 피스톤(4) 및 피스톤로드(5)는, 일체화 되어 있는 것이 바람직하다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 피스톤(4) 및 피스톤로드(5)의 축 중심(O)은 일직선상에 놓여 있다.

도 2, 도 4에 나타낸 바와 같이, 피스톤(4)의 후단면(後端面)(4b)에는, 피스톤로드(5)의 방향을 향하여 축 중심(O)을 따라 구멍(8)이 형성되어 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 피스톤(4)은, 전방부(4c), 중간부(4d) 및 후방부(4e)를 가지며, 중간부(4d)는, 외주면을 따라서 요부(凹部)(9)와 철부(凸部)(10)가 번갈아 연속하는 회전부(기어부)(11)를 구성하고 있다. 여기에서, "중간"이란, 전방 및 후방에 끼인 사이 위치이며, 정중앙을 의미하는 것은 아니다.

회전부(11)를 구성하는 요부(9) 및 철부(10)는, 원주 방향으로 일정한 간격으로 형성되어 있다. 또한, 요부(9) 및 철부(10)는, 축 방향(X1-X2 방향)으로 소정의 폭을 가지고 형성되어 있다. 요부(9) 및 철부(10)는, 후술하는 회전용 포트(31, 32)의 직경 보다도 큰 폭을 가지고 있다. 본 실시 형태와 같이, 축 부재(3)가 스트로크 하는 구성에서는, 축 부재(3)의 스트로크 양에 따라서 회전부(11)의 축 방향의 폭이 설정된다.

또한, 피스톤(4)의 전방부(4c) 및 후방부(4e)는, 중간부(4d)와 다르게 원기둥 형상으로 형성되어 있다. 이에 따라, 전방부(4c) 및 후방부(4e)에, 후술하는 에어 베어링(21~23)을 배치하여, 피스톤(4)을 안정되게 실린더 본체(2) 내에서 띄우는 것이 가능하다.

본 실시 형태의 실린더 장치(1)는, 축 부재(3)의 축 주위의 외주면에 배치 된 회전부(11)에 유체를 작용시키는 것으로, 축 부재(3)가 축 중심(O)을 회전 중심으로 하여 회전 가능하게 되는 구성이다.

실린더 본체(2)의 내부에는, 실린더 실(12)이 마련되어 있다. 또한, 실린더 실(12)로부터 실린더 본체(2)의 전단면(2a)까지 관통하고, 실린더 실(12)과 연속하는 삽통부(13)가 마련되어 있다.

도 2, 도 4에 나타낸 바와 같이, 축 부재(3)의 피스톤(4)은, 실린더 실(12)에 수용되어 있다. 또한, 축 부재(3)의 피스톤로드(5)는, 삽통부(13)에 삽입 관통되어 있다.

또한, 실린더 실(12)은, 피스톤(4)의 직경 보다도 약간 큰 직경을 가진 대략 원통 공간이다. 또한, 실린더 실(12)의 X1-X2 방향으로의 길이 치수는, 피스톤(4)의 길이 치수(L1) 보다도 길게 형성되어 있다. 따라서, 피스톤(4)은, 실린더 실(12)에서 축 방향(X1-X2 방향)으로 이동 가능하게 수용된다.

도 2, 도 4의 상태에서는, 피스톤(4)이, 실린더 실(12)의 X1-X2 방향의 중앙 부근에 들어가 있다. 이 때문에, 피스톤(4)의 전방(X1 측) 및 후방(X2 측)에는 각각 공간이 비어있다. 여기에서, 전방 측의 공간을 제1 유체실(14), 후방 측의 공간을 제2 유체실(15)이라 칭하는 것으로 한다. 제1 유체실(14)과 제2 유체실(15)은 각각 구획되어 있어, 서로에 간섭하지는 않는다.

도 2, 도 4에 나타낸 바와 같이, 실린더 본체(2)에는, 제1 유체실(14) 및 제2 유체실(15)로 통하는 스트로크용 포트(25, 26)가 형성되어 있다.

또한, 도 2, 도 4에 나타낸 바와 같이, 실린더 본체(2)에는, 스트로크용 포트(25, 26) 사이의 위치에, 회전용 포트(31, 32)가 형성되어 있다. 회전용 포트(31, 32)는 축 부재(3)의 회전부(11)에 통하여 있다.

본 실시 형태의 실린더 장치(1)는, 에어 베어링식이고, 축 부재(3)와 실린더 본체(2)의 내부 공간 사이에는, 복수의 에어 베어링 공간(16, 17, 18)이 마련되어 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 에어 베어링 공간(16)은, 피스톤로드(5)의 위치에 형성되어 있다. 제2 에어 베어링 공간(17)은, 피스톤(4)의 전방부(4c)의 위치에 형성된다. 제3 에어 베어링 공간(18)은, 피스톤(4)의 후방부(4e)의 위치에 마련된다.

도 2, 도 4에 나타낸 바와 같이, 에어 베어링(21)이 제1 에어 베어링 공간(16) 내에 있어서, 피스톤로드(5)의 외주를 둘러싸도록 배치되어 있다. 또한, 에어 베어링(22)이, 제2 에어 베어링 공간(17) 내에 있어서, 피스톤(4)의 전방부(4c)의 외주를 둘러싸도록 배치되어 있다. 또한, 에어 베어링(23)이, 제3 에어 베어링 공간(18) 내에 있어서, 피스톤(4)의 후방부(4e)의 외주를 둘러싸도록 배치되어 있다.

각 에어 베어링(21~23)은, 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 소결 금속이나 탄소를 이용한 다공질재를 링 형상으로 형성한 것, 혹은, 오리피스 조리개 타입의 것 등을 사용 가능하다.

도 2, 도 4에 나타낸 바와 같이, 실린더 본체(2)에는, 실린더 본체(2)의 외주면으로부터 각 에어 베어링 공간(16, 17, 18)에까지 통하는 에어 베어링 가압 포트(27, 28, 29)가 마련되어 있다 .

압축 공기를, 각 에어 베어링 가압 포트(27~29)에 공급하는 것으로, 압축 공기가 각 에어 베어링(21~23)을 통하여 피스톤(4) 및 피스톤로드(5)의 표면에 균일하게 분출된다. 이에 따라, 피스톤(4) 및 피스톤로드(5)가 각각 실린더 실(12) 내 및 삽통부(13) 내에서 뜬 상태로 지지된다.

본 실시 형태의 실린더 장치(1)에서는, 축 부재(3)의 회전부(11)에 대향하는 회전용 포트(31, 32)로부터 압축 공기를 급배기 한다. 이에 따라, 회전부(11)에 유체가 작용하여 회전력을 발생시키며, 축 부재(3)를 축 중심(O)을 회전 중심으로 하여 회전시키는 것이 가능하다. 이때, 본 실시 형태에서는, 축 부재(3)를 실린더 본체(2) 내에서 띄운 상태로 회전시키는 것이 가능하다. 축 부재(3)와 실린더 본체(2)는 비접촉이기 때문에, 회전 저항을 작게 하는 것이 가능하며, 고정밀도의 회전이 가능하게 된다.

도 4에 나타낸 회전용 포트(31)는, 예를 들면, 압축 공기의 공급 포트이며, 회전용 포트(32)는, 압축 공기의 배기 포트이다. 도 4에는, 각 회전용 포트(31, 32)가, 회전부(11)를 매개로 하여 반대 측에 배치되지만, 바람직한 회전용 포트(31, 32)의 형태에 대해서는 후술한다. 이에 따라, 압축 공기를 회전용 포트(31)의 공급 위치로부터 회전부(11)의 표면으로 회전용 포트(32)까지 안내하는 것이 가능하며, 압축 공기의 손실을 적게 하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 에어 베어링 식에 의해, 축 부재(3)의 피스톤(4)은, 실린더 본체(2)의 실린더 실(12) 내에서 뜬 상태로 지지되어 있으며, 따라서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 회전용 포트(31, 32)와 회전부(11) 사이에 미세한 간극(30)이 생긴다. 이에 따라, 간극(30)으로 압축 공기를 통과시키면서 기류를 형성하고, 회전부(11)를 효율 좋게 회전시키는 것이 가능하다. 또한, 본 실시 형태에서는, 회전 시에, 축 부재(3)의 피스톤(4)은 뜬 상태이어서, 축 부재(3) 전체가 비접촉으로 회전하기 때문에, 회전음을 작게 하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 축 부재(3)를 실린더 본체(2) 내에서 띄운 상태에서, 실린더 실(12)로 통하는 스트로크용 포트(25, 26)로 압축 공기의 급배기를 이용하여, 제1 유체실(14)과 제2 유체실(15) 사이에서 차압을 발생시킨다. 이에 따라, 피스톤(4)을 축 방향(X1-X2 방향)으로 스트로크 시키는 것이 가능하다. 도시하지 않았지만, 각 스트로크용 포트(25, 26)로 통하는 서보 밸브에 의해, 실린더 제어압을 적절하게 압력 조절하는 것이 가능하다.

도 2, 도 4의 상태로부터, 제1 유체실(14)의 압축 공기를 서보 밸브에 의해 스트로크용 포트(25)를 통해 흡입한다. 한편, 서보 밸브에 의해 스트로크용 포트(26)를 통해 압축 공기를 제2 유체실(15) 내에 공급한다. 이에 따라, 제1 유체실(14)과 제2 유체실(15) 사이에 차압이 생겨, 도 5에 나타낸 바와 같이, 피스톤(4)을 전방(X1)으로 이동시키는 것이 가능하다. 이에 따라, 피스톤로드(5)를, 실린더 본체(2)의 전단면(2a)으로부터 전방으로 돌출시키는 것이 가능하다.

실린더 실(12)과 삽통부(13) 사이에는, 전방벽(40)이 마련되어 있어, 피스톤(4)은, 전방벽(40) 보다도 전방으로 이동하는 것이 가능하지 않도록 규제되어 있다. 또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 전방벽(40)에는 탄성 링(41)이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 탄성 링(41)은, 피스톤(4)이 전방벽(40)에 접촉했을 때의 완충재로서 작용한다.

혹은, 도 2, 도 4의 상태로부터, 제2 유체실(15)의 압축 공기를 서보 밸브에 의해 스트로크용 포트(26)를 통해 흡입한다. 한편, 서보 밸브에 의해 스트로크용 포트(25)를 통해 압축 공기를 제1 유체실(14) 내에 공급한다. 이에 따라, 제1 유체실(14)과 제2 유체실(15) 사이에 차압이 생겨, 도 6에 나타낸 바와 같이, 피스톤(4)을 후방(X2)으로 이동시키는 것이 가능하다. 이와 같이, 피스톤로드(5)를, 실린더 본체(2)의 전단면(2a)으로부터 후방으로 인입하는 것이 가능하다.

실린더 실(12)의 후방벽(42)은, 피스톤(4)의 후방(X2)으로의 이동을 규제하는 규제면이며, 피스톤(4)은, 후방벽(42) 보다도 후방으로 이동하는 것은 가능하지 않다. 또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 후방벽(42)에는 탄성 링(43)이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 탄성 링(43)은, 피스톤(4)이 후방벽(42)에 접촉했을 때의 완충재로서 작용한다.

도 1, 도 2, 도 4 등에 나타낸 바와 같이, 피스톤(4)의 후단면(4b)에 형성된 구멍(8) 내에는, 센서(스트로크 센서)(50)가 피스톤(4)에 비접촉으로 마련된다. 센서(50)는, 실린더 본체(2)의 후단부 측에 고정 지지되어 있다.

본 실시 형태에서는, 피스톤(4)의 위치를 구멍(8) 내에 배치된 센서(50)에서 측정하는 것이 가능하다. 센서(50)로는, 기존의 센서를 적용하는 것이 가능하며, 예를 들면, 자기식 센서나, 과전류식 센서, 광학식 센서 등을 이용하는 것이 가능하다.

센서(50)에서 측정된 위치 정보는, 케이블(51)(도 4 참조)을 통해 도시하지 않은 제어부로 송신된다. 센서(50)에서 측정된 위치 정보에 기초하여, 제1 유체실(14) 및 제2 유체실(15)의 실린더 제어압을 압력 조절하고, 피스톤로드(5)의 돌출량을 제어하는 것이 가능하다.

또한, 센서(50)에서, 축 부재(3)의 회전수를 측정하는 것도 가능하다. 센서(50)의 회전 정보에 기초하여, 회전압을 압력 조절하고, 회전부(11)의 회전수를 제어하는 것이 가능하다.

다음으로, 회전부(11)를 회전하기 쉽게 하기 위한 회전용 포트(31, 32)의 형태에 대하여 설명한다. 이하에서 설명하는 도면은, 모두 축 방향(X1-X2 방향)에 대하여 직교하는 방향으로 절단한 부분 단면도이다.

예를 들면, 도 7에 나타낸 바와 같이, 회전용 포트(31)와 회전용 포트(32)는, 축 부재(3)를 매개로 하여 반대 측에 마련되어 있지만, 각 회전용 포트(31, 32)의 관통 방향이 축 부재(3)의 축 중심(O)을 통하여 일직선상에 나란하지 않도록, 각 회전용 포트(31, 32)의 한쪽 혹은 양쪽의 각도를 변경시키는 것이 바람직하다. 도 7에는, 회전용 포트(31)의 관통 방향을, 축 중심(O)을 지나는 직선 방향(S)으로부터 경사지도록 마련하였다. 화살표 A는, 압축 공기의 흐름 방향을 나타내고 있어, 압축 공기가 회전용 포트(31)로부터 실린더 본체(2) 내에 경사지게 들어가고, 회전부(11)의 한쪽 방향으로 흐르기 쉬워지게 된다. 이 결과, 회전부(11)를 적절하게 회전시키는 것이 가능하다.

도 8에는, 회전용 포트(31)를 축 중심(O)을 지나는 직선 방향(S)으로부터 벗어난 위치에 배치하였다. 즉, 회전용 포트(31, 32)는, 축 중심(O)을 지나는 직선상에 놓여 있지 않고, 벗어나게 배치된다. 이때, 공급 측인 회전용 포트(31) 측을 벗어나게 배치하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 회전용 포트(31)로 공급된 압축 공기는, 화살표 A로 나타낸 바와 같이, 회전부(11)의 한쪽 방향으로 흐르기 쉬워지게 된다. 이 결과, 회전부(11)를 적절하게 회전시키는 것이 가능하다.

도 7, 도 8에는 각 회전용 포트(31, 32)를, 축 부재(3)를 매개로 하여 대략 반대 측에 배치하고 있었지만, 도 9에 나타낸 바와 같이, 각 회전용 포트(31, 32)를 축 부재(3)로부터 보아 같은 측에 배치하여도 좋다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 각 회전용 포트(31, 32)를, 축 중심(O)을 지나는 직선 방향(S)에 대하여 좌우로 어긋나게 배치하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 회전용 포트(31)로부터 공급된 압축 공기는, 화살표 A로 나타낸 바와 같이, 회전부(11)의 한쪽 방향으로 흐르고, 반 바퀴 이상 돌아 회전용 포트(32)로부터 외부로 배출된다. 도 9에는 각 회전용 포트(31, 32)가 가까운 위치에 배치되기 때문에, 각 회전용 포트(31, 32) 사이의 짧은 거리 사이로 압축 공기의 흐름이 최대한 발생하지 않도록 하기 위하여, 옆의 실린더 본체(2)의 본체 두께(t1)를, 각 회전용 포트(31, 32) 사이의 긴 거리 측의 실린더 본체(2)의 본체 두께(t2) 보다도 두껍게 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 본체 두께(t1)의 위치에서는, 본체 두께(t2)의 위치 보다도, 회전부(11)와의 사이 공간을 좁게 할 수 있고, 각 회전용 포트(31, 32) 사이의 짧은 거리 사이로 압축 공기가 최대한 흐르지 않도록 제어 가능하다. 따라서, 압축 공기를 회전용 포트(31)로부터 회전부(11)에 대하여 거리가 긴 쪽을 통하여 회전용 포트(32)로부터 배출시키는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 회전부(11)를 적절하게 회전시키는 것이 가능하다.

도 10에는 회전용 포트(31, 32)의 관통 방향을 축 중심(O)을 지나는 직선 방향(S)을 따라서 마련하고 있지만, 회전용 포트(31, 32) 한 쪽의 실린더 본체(2)의 본체 두께(t3)를 다른 한쪽의 실린더 본체(2)의 본체 두께(t4) 보다도 두껍게 하였다. 이에 따라, 본체 두께(t3)의 위치에서는 본체 두께(t4)의 위치 보다도, 회전부(11)와의 사이 공간을 좁게 할 수 있어, 본체 두께(t3)의 부분으로는 압축 공기가 최대한 흐르지 않도록 제어 가능하다. 따라서, 회전용 포트(31)로부터 공급된 압축 공기를, 화살표 A로 나타낸 바와 같이, 회전부(11)와 실린더 본체(2) 사이의 공간이 넓은 한 쪽으로만 흐르기 쉽게 되어, 그 결과, 회전부(11)를 적절하게 회전시키는 것이 가능하다.

본 실시 형태의 특징적 부분에 대하여 설명한다.

본 실시 형태는, 실린더 본체(2)와, 실린더 본체(2) 내에 지지된 축 부재(3)를 가지는 실린더 장치(1)에 있어서, 실린더 본체(2)에는, 축 부재(3)의 축 주위의 외주면에 통하여 유체의 급배기에 기초하여 축 부재(3)를 회전시키기 위한 회전용 포트(31, 32)가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 축 부재(3)의 외주면에 유체를 작용시켜서, 축 부재(3)를 회전 시키도록 실린더 본체(2)에 축 부재(3)의 외주면으로 통하는 회전용 포트(31, 32)를 마련하였다. 이 구성에 따르면, 종래와 같이, 스테핑 모터나 서보 모터 등의 회전 모터를 이용한 구성에 비해, 전력 소비의 저감 및 컴팩트화를 도모하는 것이 가능하다.

게다가, 본 실시 형태에서는, 회전 불균일을 억제하는 것이 가능하다. "회전 불균일의 억제"에 대하여 상세하게 설명한다. 본 실시 형태에서는, 축 부재(3)의 회전 방향과 일치하는 외주면에 회전부(11)를 구성하였다. 이 때문에, 회전부(11)와 회전용 포트(31, 32)의 거리는 회전부(11)의 회전이나 축 부재(3)의 스트로크에 의해서도 변화하지 않고, 항상, 대략 일정하게 하는 것이 가능하다. 예를 들면, 축 부재(3)의 스트로크에 의해 회전부와 회전용 포트의 거리가 변화하도록 한 구성에서는, 회전압이 변해 버리기 때문에, 회전 불균일이 발생한다. 이에 대하여, 본 실시 형태에서는, 회전부(11)와 회전용 포트(31, 32)의 거리를 대략 일정하게 유지하는 것이 가능하기 때문에, 회전압이 변화하지 않고, 회전 불균일을 억제하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 축 부재(3)의 회전 방향으로 일치하는 외주면에 회전부(11)를 구성하였기 때문에, 회전부(11)의 회전에 기초하여, 축 부재(3)에 축 방향(X1-X2 방향)으로의 추력이 생기는 것을 억제 하는 것이 가능하다. 따라서, 축 부재(3)가 제멋대로 축 방향으로 움직이거나, 혹은, 축 부재(3)의 스트로크 양이 벗어나는 것을 억제 가능하여, 회전에 기인한 스트로크 양의 제어 수단을 특별히 필요로 하지 않는다.

또한, 본 실시 형태에서는, 축 부재(3)는 외주면을 따라서 요부(9)와 철부(10)가 번갈아 연속하는 회전부(11)를 가진다. 그리고, 회전용 포트(31, 32)가 회전부(11)로 통하도록 형성되어 있다. 회전용 포트(31, 32)와 회전부(11)는 대향하고 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따라, 축 부재(3)와는 별도로 회전부(11)를 마련할 필요가 없고, 회전부(11)를 간단한 형상으로 형성 가능하다. 따라서, 실린더 장치(1)를 컴팩트화 가능하고, 게다가 제조 비용을 억제하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 축 부재(3)는 스트로크 가능하게 지지되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 축 부재(3)를 회전시키면서 스트로크 시키는 것이 가능하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 축 부재(3)는 축 방향(X1-X 방향)의 중간 외주면에 회전부(11)를 구비한다. 회전부(11)의 전방(X1 측) 및 후방(X2 측)의 실린더 본체(2)로 유체의 급배기에 의해, 축 부재(3)를 스트로크 시키기 위한 스트로크용 포트(25, 26)가 마련되어 있다. 그리고, 스트로크용 포트(25, 26) 사이에, 회전부(11)로 통하는 회전용 포트(31, 32)가 마련되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 축 부재(3)의 중간에 회전부(11)를 마련하는 것으로, 회전기구를 별도로 마련할 필요가 없어 컴팩트화 가능하다. 또한, 실린더 본체(2)에, 회전부(11)로 통하는 회전용 포트(31, 32)를 마련하는 동시에, 회전용 포트(31, 32) 전후에, 스트로크용 포트(25, 26)를 마련한다. 이에 따라, 간단한 구조로 축 부재(3)를 회전시키면서 스트로크 시키는 것이 가능한 실린더 장치(1)를 제조하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 회전용 포트는 한 개이어도 좋지만, 그 경우는 1 개의 회전용 포트로 유체의 공급과 배출을 담당하는 것이 필요하게 되어, 공급 시간과 배출 시간을 나누거나, 회전용 포트를 크게 하는 등의 연구가 필요하다. 유체 제어를 간단하게 할 수 있고, 게다가, 부드러운 유체의 흐름을 실현하려면, 회전용 포트(31, 32)를 복수 마련하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 축 부재(3)는 유체 베어링을 구비하고 있어, 축 부재(3)는 실린더 본체(2) 내에서 뜬 상태로 지지되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 고정밀도인 스트로크 및 회전이 가능하게 된다. 유체 베어링으로는 에어 베어링을 이용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 스트로크 및 회전 시의 습동 저항을 효과적으로 작게 하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되지 않고, 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 상기한 실시 형태에 있어서, 첨부 도면에 도시되어 있는 크기나 형상 등에 대해서는, 이들에 한정되지 않고, 본 발명의 효과를 발휘하는 범위 내에서 적절하게 변경하는 것이 가능하다. 기타 본 발명의 목적의 범위를 벗어나지 않는 범위에 있어서 적절하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다.

예를 들면, 센서(50)의 위치는 도 2, 도 4 등의 배치에 한정되는 것이 아니며, 센서(50)를, 피스톤로드(5)의 위치를 직접 측정 가능하도록 배치하여도 좋다.

다만, 도 2, 도 4 등과 같이, 센서(50)를 피스톤(4)의 후단면(4b)에 형성된 구멍(8) 내에 배치하는 것으로, 센서(50)를 무리 없이 피스톤(4)에 비접촉으로 배치 가능한 동시에 컴팩트화를 촉진 가능하고, 또한 위치 및 회전 측정의 정확도를 향상시키는 것이 가능하다.

실린더 본체(2)는 복수로 분할한 것을 조립하여 형성되어도 좋고, 일체화 한 것이어도 좋다.

또한, 실린더 본체(2)나 축 부재(3)는, 예를 들면, 알루미늄 합금 등으로 형성되지만, 재질을 한정하는 것은 아니며, 사용 용도나 설치 장소 등으로 다양하게 변경 가능하다.

상기한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 실린더 장치(1)로서, 에어 베어링식 실린더 뿐만 아니라, 공기 이외의 유체의 작용에 의해 구동시키는 것도 가능하며, 예를 들면, 유압 실린더를 예시하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 전력 소비의 저감 및 컴팩트화를 도모하면서, 회전 불균일을 억제하는 것이 가능한 실린더 장치를 실현하는 것이 가능하다. 본 발명에서는 회전만이 가능한 실린더 장치에 있어서도, 회전과 스트로크의 둘 모두가 가능한 실린더 장치에 있어서도, 어떠한 것이어도 좋다. 본 발명에서는, 뛰어난 회전 정밀도나 회전 스트로크 정밀도를 얻는 것이 가능하다. 이와 같이, 높은 회전 정밀도나 회전 스트로크 정밀도가 요구되는 용도 등에 본 발명의 실린더 장치를 적용하는 것으로, 높은 정밀도와 함께 소비 전력의 저감, 게다가 컴팩트화를 촉진하는 것이 가능하다.

본 출원은 2018년 12월 5일에 출원된 일본 특허출원 제2018-227980호에 기초한다. 이 내용은 모두 여기에 포함되어 있다.

1 : 실린더 장치 2 : 실린더 본체
2a : 전단면 3 : 축 부재
4 : 피스톤 4a : 전단면
4b : 후단면 4c : 전방부
4d : 중간부 4e : 후방부
5 : 피스톤로드 8 : 구멍
9 : 요부 10 : 철부
11 : 회전부 12 : 실린더 실
13 : 삽통부 14 : 제1 유체실
15 : 제2 유체실 16, 17, 18 : 에어 베어링 공간
21, 22, 23 : 에어 베어링 25, 26 : 스트로크용 포트
27, 28, 29 : 에어 베어링 가압 포트
30 : 간극 31, 32 : 회전용 포트
40 : 전방벽 41 : 탄성 링
42 : 후방벽 43 : 탄성 링
50 : 센서 51 : 케이블
O : 축 중심 S : 축 중심을 지나는 직선 방향
L1 : 피스톤의 길이 치수

Claims

실린더 본체와, 상기 실린더 본체 내에 지지된 축 부재를 가진 실린더 장치에 있어서,
상기 실린더 본체에는, 상기 축 부재의 축 주위의 외주면에 통하는 유체의 급배기에 기초하여 상기 축 부재를 회전시키기 위한 회전용 포트가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 실린더 장치.
제1항에 있어서,
상기 축 부재는, 상기 외주면을 따라서 요부와 철부가 번갈아 연속하는 회전부를 가지며, 상기 회전용 포트가, 상기 회전부에 통하고 있는 것을 특징으로 하는 실린더 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 축 부재는, 스트로크 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 실린더 장치.
제3항에 있어서,
상기 축 부재는, 축 방향 중간의 상기 외주면에 회전부를 구비하고,
상기 회전부의 전방 및 후방의 상기 실린더 본체에, 유체의 급배기에 의해 상기 축 부재를 스트로크 시키기 위한 스트로크용 포트가 마련되어 있고, 상기 스트로크용 포트의 사이에, 상기 회전부로 통하는 상기 회전용 포트가 마련되는 것을 특징으로 하는 실린더 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전용 포트는, 복수 마련되는 것을 특징으로 하는 실린더 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축 부재는, 유체 베어링을 구비하고 있어 상기 축 부재는, 상기 실린더 본체 내에서 뜬 상태로 지지되는 것을 특징으로 하는 실린더 장치.