WO2020116420A1 - シリンダ装置 - Google Patents

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WO2020116420A1
WO2020116420A1 PCT/JP2019/047151 JP2019047151W WO2020116420A1 WO 2020116420 A1 WO2020116420 A1 WO 2020116420A1 JP 2019047151 W JP2019047151 W JP 2019047151W WO 2020116420 A1 WO2020116420 A1 WO 2020116420A1
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WO
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rotation
fluid
shaft member
cylinder
chamber
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PCT/JP2019/047151
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English (en)
French (fr)
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治 金澤
賢蔵 宮森
Original Assignee
藤倉コンポジット株式会社
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Publication date
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Priority to JP2020559204A priority patent/JP7373885B2/ja
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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
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    • F15B15/02—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member
    • F15B15/06—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member for mechanically converting rectilinear movement into non- rectilinear movement
    • F15B15/063—Actuator having both linear and rotary output, i.e. dual action actuator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor

Definitions

  • the present invention relates to a cylinder device having a rotation mechanism.
  • Patent Document 1 discloses a rotary drive motor (brushless DC motor) that rotates a shaft member.
  • a rotation drive unit that rotates the shaft member at a predetermined angle.
  • the rotary drive unit has a rotary motor such as a stepping motor or a servo motor.
  • the rotation drive unit is attached to the shaft member.
  • the rotary drive unit has a rotor and a stator that surrounds the rotor.
  • a magnet is arranged on the rotor and a coil is arranged on the stator.
  • the shaft member is rotationally driven by the electromagnetic action.
  • the configuration in which the shaft member is rotated by a motor or the like has a problem that power consumption cannot be increased and compactness cannot be appropriately achieved. That is, by using a motor, power generation is likely to increase due to heat generation. Further, since the shaft member is mechanically rotated, the rotating mechanism becomes complicated, and it is not possible to appropriately reduce the size. In addition, it is required to suppress uneven rotation.
  • the present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a cylinder device that can suppress uneven rotation while reducing power consumption and downsizing.
  • the present invention is a cylinder device having a cylinder body and a shaft member supported in the cylinder body, wherein the cylinder body has a rotation for rotating the shaft member based on the action of fluid.
  • a rotation mechanism portion including a chamber is provided, and at least the rotation mechanism portion is provided with a rotation port communicating with the rotation chamber at a front end portion and a rear end portion.
  • the rotation ports provided at the front end portion and the rear end portion of the rotation mechanism portion are for supplying the fluid, and the fluid flowing to the rotation chamber is provided at the outer peripheral portion of the rotation mechanism portion.
  • a rotation port for discharging is preferably provided.
  • a rotating body is connected to the shaft member, the rotating body is disposed in the rotating chamber, and the rotating body is the fluid supplied from the front end portion of the rotating mechanism portion to the rotating chamber.
  • a first rotating body capable of sending the fluid to the rotation port for discharging the fluid, and the fluid supplied from the rear end portion of the rotation mechanism portion to the rotation chamber, And a second rotating body capable of being sent to the rotation port for discharging the fluid.
  • one of the rotation ports provided at the front end portion and the rear end portion of the rotation mechanism portion is for supplying the fluid
  • the other rotation port is for discharging the fluid.
  • a rotating body is connected to the shaft member, the rotating body is arranged in the rotating chamber, and the rotating body receives the fluid supplied from one of the rotation ports and the other. It is preferable that the structure allows the fluid to pass toward the rotation port.
  • the shaft member is supported so as to be strokeable.
  • the cylinder body is provided with a stroke mechanism portion having a cylinder chamber, which is separated from the rotation mechanism portion, and the stroke mechanism portion strokes the shaft member by supplying and discharging fluid. It is preferable that a stroke port communicating with the cylinder chamber is provided.
  • the shaft member includes a fluid bearing, and the shaft member is supported in a floating state in the cylinder body.
  • the cylinder device of the present invention it is possible to suppress rotation unevenness while reducing power consumption and downsizing.
  • FIG. 1 is a front side external perspective view of the cylinder device of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a rear side external perspective view of the cylinder device of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the cylinder device of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the shaft member has been stroked forward from the state of FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which the shaft member is stroked backward from the state of FIG. 6A to 6C are views of the rotating body used in the first embodiment.
  • the cylinder device 1 is configured to include a cylinder body 2 and a shaft member 3 supported by the cylinder body 2.
  • the shaft member 3 is rotatably supported.
  • the stroke of the shaft member 3 is arbitrary. That is, the cylinder device 1 of the first embodiment may have a configuration capable of only rotating the shaft member 3, or may have a configuration capable of both rotation and stroke of the shaft member 3. The same applies to the second embodiment described later. However, hereinafter, the cylinder device 1 that enables a stroke in the axial direction while rotating the shaft member 3 will be described.
  • rotation refers to rotation about the shaft center O of the shaft member 3 (see FIG. 3).
  • stroke means that the shaft member 3 moves in the axial direction (X1-X2 direction).
  • the X1 direction is the front side of the cylinder device 1
  • the X2 direction is the rear side of the cylinder device 1.
  • the shaft member 3 of the present embodiment has a piston 4 having a predetermined diameter and a predetermined length dimension L1 in the axial direction (X1-X2 direction).
  • a first piston rod 5 provided on the front end surface and having a smaller diameter than the piston 4, and a second piston rod 6 provided on the rear end surface of the piston 4 and having a smaller diameter than the piston 4 are configured. ..
  • the piston 4, the first piston rod 5, and the second piston rod 6 are preferably integrated. As shown in FIG. 3, the axial centers O of the piston 4, the first piston rod 5, and the second piston rod 6 are aligned on a straight line.
  • a hole 8 is formed at the rear end of the second piston rod 6 along the axial center O toward the direction of the first piston rod 5.
  • a rotating body 11 is connected to the outer circumference of the rear end portion of the second piston rod 6.
  • the cylinder body 2 includes a rotation mechanism section 9 and a stroke mechanism section 10.
  • the stroke mechanism section 10 is partitioned on the front side (X1 direction) of the cylinder body 2, and the rotation mechanism section 9 is partitioned on the rear side (X2 direction).
  • the rotation mechanism section 9 is formed with a diameter larger than that of the stroke mechanism section 10.
  • the rotation mechanism portion 9 is configured to have a front end portion 9a, a rear end portion 9b, and an outer peripheral portion 9c connecting the front end portion 9a and the rear end portion 9b, and the front end portion 9a, the rear end portion 9b, and the rear end portion 9b.
  • a rotation chamber (space) 9d is provided inside the outer peripheral portion 9c.
  • the rotating body 11 connected to the shaft member 3 is arranged in the rotating chamber 9d.
  • the length of the rotation chamber 9d in the front-rear direction (X1-X2 direction) is as shown in FIGS. 4 and 5 of the rotating body 11 when the shaft member 3 strokes in the front-rear direction. Ensure maximum travel.
  • the diameter T1 of the rotating chamber 9d is slightly larger than the diameter T2 of the rotating body 11 (see FIG. 6B).
  • first rotation ports 12 are formed in the annular front end 9a along the circumferential direction.
  • the first rotation port 12 communicates with the inside of the rotation chamber 9d. It is preferable that the first rotation ports 12 are formed at equal intervals.
  • a plurality of second rotation ports 13 are formed in the rear end portion 9b along the circumferential direction.
  • the second rotation port 13 communicates with the inside of the rotation chamber 9d.
  • the second rotation ports 13 are preferably formed at equal intervals.
  • each first rotation port 12 and each second rotation port 13 are preferably formed at positions facing each other in the front-rear direction (X1-X2 direction), but may be displaced in the circumferential direction. Absent.
  • the first rotation port 12 and the second rotation port 13 are formed in a circular shape, but the shape is not limited. It may have a polygonal shape or an elongated hole shape.
  • the first rotation port 12 and the second rotation port 13 preferably have the same shape, but may have different shapes.
  • a plurality of elongated rotation port-shaped third rotation ports 14 elongated in the front-rear direction (X1-X2 direction) are provided on the outer peripheral portion 9c of the rotation mechanism portion 9 along the outer peripheral direction.
  • the third rotation ports 14 are preferably formed at equal intervals.
  • the third rotation port 14 may have a shape other than the elongated hole shape, and for example, may have the same circular shape as the first rotation port 12 and the second rotation port 13, but may have the third rotation. Since the working port 14 is for discharging the fluid, the total area of the third rotation port 14 is larger than the total area of the first rotation port 12 and the second rotation port 13, which facilitates the fluid discharge. It is possible and preferable.
  • the first rotation port 12 and the second rotation port 13 are for supplying a fluid such as air or water.
  • the third rotation port 14 is for discharging fluid.
  • the fluid is supplied from the front and the rear of the rotation chamber 9d via the first rotation port 12 and the second rotation port 13.
  • the fluid is compressed air, and the rotating body 11 receives compressed air from both the front and the rear and rotates.
  • the compressed air that hits the rotating body 11 diffuses laterally and is discharged to the outside from the third rotation port 14. Due to the rotation of the rotating body 11, the shaft member 3 connected to the rotating body 11 can be rotated about the axis O.
  • a cylinder chamber 15 is provided inside the stroke mechanism section 10. Further, an insertion portion 16 that penetrates from the cylinder chamber 15 to the front end surface 2a of the cylinder body 2 and is continuous with the cylinder chamber 15 is provided.
  • the piston 4 of the shaft member 3 is housed in the cylinder chamber 15.
  • the first piston rod 5 of the shaft member 3 is inserted into the insertion portion 16.
  • the cylinder chamber 15 is a substantially cylindrical space having a diameter slightly larger than the diameter of the piston 4.
  • the length dimension of the cylinder chamber 15 in the front-rear direction (X1-X2 direction) is longer than the length dimension L1 of the piston 4. Therefore, the piston 4 is housed in the cylinder chamber 15 so as to be movable in the axial direction (X1-X2 direction).
  • the piston 4 In the state of FIG. 3, the piston 4 is located near the center of the cylinder chamber 15 in the front-rear direction (X1-X2 direction). Therefore, there is a space in front of the piston 4 (X1 side) and in the rear (X2 side).
  • the space on the front side is referred to as a first fluid chamber 17, and the space on the rear side is referred to as a second fluid chamber 18.
  • the first fluid chamber 17 and the second fluid chamber 18 are partitioned from each other and do not interfere with each other.
  • the stroke mechanism portion 10 is formed with stroke ports 25 and 26 communicating with the first fluid chamber 17 and the second fluid chamber 18.
  • the cylinder device 1 of this embodiment is, for example, an air bearing type, and is provided with a plurality of air bearings 21, 22, and 23.
  • the air bearing 21 is arranged so as to surround the outer circumference of the first piston rod 5.
  • the air bearing 22 is arranged so as to surround the outer circumference of the piston 4.
  • the air bearing 23 is arranged so as to surround the outer circumference of the second piston rod 6.
  • Each of the air bearings 21 to 23 is not limited, but for example, a porous material made of sintered metal or carbon formed in a ring shape, or an orifice throttle type can be used.
  • the stroke mechanism portion 10 is provided with air bearing pressurization ports 27, 28, 29 communicating from the outer peripheral surface to the air bearings 21, 22, 23.
  • the compressed air is evenly distributed on the surfaces of the piston 4, the first piston rod 5, and the second piston rod 6 through the air bearings 21 to 23. Blow out.
  • the piston 4, the first piston rod 5, and the second piston rod 6 are supported in a floating state in the cylinder chamber 15 and the insertion portion 16, respectively.
  • the fluid is supplied from the front and the rear of the rotating body 11 and discharged from the side, so that the rotating body 11 and the shaft member 3 rotate about the axis O as the center of rotation.
  • the rotation angle is not finite, and the rotation speed and rotation speed can be adjusted by the amount of fluid.
  • the piston 4 of the shaft member 3 is supported in a floating state inside the cylinder chamber 15 of the cylinder body 2 by the air bearing method. Therefore, in the present embodiment, the shaft member 3 can be rotated while floating in the cylinder body 2. Since the shaft member 3 and the cylinder body 2 are not in contact with each other, the rotation resistance can be reduced, and highly accurate rotation can be performed. Further, while the shaft member 3 is floated in the cylinder body 2, the supply and discharge of compressed air from the stroke ports 25 and 26 leading to the cylinder chamber 15 is utilized to utilize the first fluid chamber 17 and the second fluid chamber 18. Creates a differential pressure between and. As a result, the piston 4 can be stroked in the axial direction (X1-X2 direction). Although not shown, the cylinder control pressure can be appropriately adjusted by a servo valve communicating with each stroke port 25, 26.
  • the compressed air in the first fluid chamber 17 is sucked through the stroke port 25 by the servo valve. Meanwhile, compressed air is supplied into the second fluid chamber 18 through the stroke port 26 by the servo valve. As a result, a pressure difference is generated between the first fluid chamber 17 and the second fluid chamber 18, and the piston 4 can be moved forward (X1) as shown in FIG. This allows the first piston rod 5 to project forward from the front end surface 2a of the cylinder body 2.
  • a front wall 40 is provided between the cylinder chamber 15 and the insertion portion 16, and the piston 4 is restricted so as not to move forward of the front wall 40. Further, although not shown, the front wall 40 is preferably provided with an elastic ring. The elastic ring acts as a cushioning material when the piston 4 contacts the front wall 40.
  • the compressed air in the second fluid chamber 18 is sucked through the stroke port 26 by the servo valve.
  • the servo valve supplies compressed air into the first fluid chamber 17 through the stroke port 25.
  • X2 a pressure difference is generated between the first fluid chamber 17 and the second fluid chamber 18, and the piston 4 can be moved backward (X2) as shown in FIG.
  • the first piston rod 5 can be retracted rearward from the front end surface 2a of the cylinder body 2.
  • the rear wall 42 of the cylinder chamber 15 is a restriction surface that restricts the rearward (X2) movement of the piston 4, and the piston 4 cannot move rearwardly of the rear wall 42.
  • the rear wall 42 is preferably provided with an elastic ring. The elastic ring acts as a cushioning material when the piston 4 contacts the rear wall 42.
  • the rotating body 11 of the first embodiment includes a first rotating body 11 a that receives fluid from the first rotation port 12 and a first rotating body 11 a that receives fluid from the second rotation port 13.
  • Two rotating bodies 11b are provided.
  • a support body 30 is provided between the first rotating body 11a and the second rotating body 11b.
  • a through hole 30a is formed in the center of the support 30.
  • a tubular portion 31 that communicates with the front and rear of the through hole 30a is provided. It is preferable that the support 30 and the tubular portion 31 are integrally formed.
  • the first rotating body 11 a is composed of a plurality of blades 32 arranged on the surface 30 b of the support body 30.
  • Each blade 32 is a plate member having substantially the same shape.
  • the blade 32 has a first connecting portion 32a connected to the outer peripheral surface of the tubular portion 31 provided on the surface 30b of the support 30 and a second connecting portion 32b connected to the peripheral portion of the surface 30b of the support 30. , Is provided.
  • the blade 32 has its first connecting portion 32a abutting on the outer peripheral surface of the tubular portion 31 that is further away from the front surface 30b of the support body 30, and is directed from the first connecting portion 32a toward the second connecting portion 32b. And is gradually tilted (see also FIG. 6C).
  • the adjacent blades 32 are arranged so as to partially overlap each other when viewed from the front.
  • the second rotating body 11b is composed of a plurality of blades 33 arranged on the back surface 30c of the support body 30.
  • each blade 33 like the blade 32 forming the first rotating body 11a, is inclined obliquely from the outer peripheral surface of the tubular portion 31 to the back surface 30c of the support 30 while the blades 33 adjacent to each other are provided. It is arranged so that it partially overlaps.
  • the plurality of blades 32 forming the first rotating body 11a and the plurality of blades 33 forming the second rotating body 11b have a plane with the support body 30 as a symmetry plane. They are arranged symmetrically.
  • the rotary body 11 has the second piston rod 6 passed through the tubular portion 31, and is fixedly supported on the outer peripheral surface of the second piston rod 6.
  • the fluid supplied from the first rotation port 12 into the rotation chamber 9d hits the blade 32 of the first rotation body 11a.
  • the fluid supplied from the second rotation port 13 into the rotation chamber 9d hits the blades 33 of the second rotation body 11b.
  • a rotational force is generated in the same direction, and the rotary body 11 can be rotated with high accuracy. ..
  • the first rotation port 12 and the second rotation port 13 are connected to each other through the respective rotation ports 12 and 13.
  • the rotational force can be efficiently generated while canceling the axial force applied to the first rotating body 11a and the second rotating body 11b. It becomes difficult to apply extra force in the axial direction.
  • the diameter T1 (width in the direction orthogonal to the front-rear direction) of the rotating chamber 9d shown in FIG. 3 is set to be substantially the same as the diameter T2 of the rotating body 11 (see FIG. 6B).
  • the amount of the fluid supplied from the rotation ports 12 and 13 into the rotation chamber 9d passing through the rotating body 11 to the opposite side can be minimized. Therefore, it is possible to prevent the fluids supplied from the rotation ports 12 and 13 from being mixed in the rotation chamber 9d, and it is possible to rotate the fluid with high accuracy.
  • the diameter T2 of the rotating body 11 slightly smaller than the diameter T1 of the rotating chamber 9d, the rotating body 11 can be rotated without coming into contact with the wall surface of the rotating chamber 9d.
  • the fluid that hits the first rotating body 11a and the second rotating body 11b respectively diffuses laterally and is discharged to the outside from the third rotation port 14.
  • the fluid can be appropriately diffused laterally by the centrifugal force of the rotating body 11 and the inclination of the blades 32, 33 forming the first rotating body 11a and the second rotating body 11b.
  • the fluid is supplied to the rotating body 11 from the front-rear direction (X1-X2 direction) and the side ( It is possible to realize a flow of fluid that escapes to the outside from a direction orthogonal to the front-rear direction), and it is possible to accurately rotate the shaft member 3 to which the rotating body 11 is connected, with the shaft center O as the center of rotation.
  • a sensor (stroke sensor) 50 is provided in the hole 8 formed at the rear end of the second piston rod 6 in a non-contact manner with the second piston rod 6.
  • the sensor 50 is fixedly supported on the rear end side of the cylinder body 2.
  • the position of the piston 4 can be measured by the sensor 50 arranged in the hole 8.
  • An existing sensor can be applied to the sensor 50, and for example, a magnetic sensor, an overcurrent sensor, an optical sensor, or the like can be used.
  • the position information measured by the sensor 50 is transmitted to a control unit (not shown). Based on the position information measured by the sensor 50, the cylinder control pressure of the first fluid chamber 17 and the second fluid chamber 18 can be adjusted to control the amount of protrusion of the first piston rod 5 from the front end face 2a. it can.
  • the rotation pressure can be adjusted based on the rotation information of the sensor 50, and the rotation speed and rotation speed of the rotating body 11 can be controlled.
  • FIG. 7 is a front side external perspective view of the cylinder device of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a rear side perspective view of the cylinder device according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a sectional view of the cylinder device of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which the shaft member is stroked forward from the state of FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which the shaft member is stroked backward from the state of FIG. 12A to 12C are views of a rotating body used in the second embodiment.
  • the cylinder device 61 includes a cylinder body 62 and the shaft member 3 supported in the cylinder body 62.
  • the cylinder body 62 is divided into a rotation mechanism section 69 and a stroke mechanism section 10.
  • the rotation mechanism portion 69 is configured to have a front end portion 69a, a rear end portion 69b, and an outer peripheral portion 69c connecting between the front end portion 69a and the rear end portion 69b.
  • a rotation chamber (space) 69d is provided inside the area surrounded by the portion 69a, the rear end portion 69b and the outer peripheral portion 69c.
  • the front end portion 69a and the rear end portion 69b are respectively used for the first rotation.
  • the port 72 and the second rotation port 73 are provided, unlike the first embodiment, the rotation port is not provided on the outer peripheral portion 69c.
  • one of the first rotation port 72 and the second rotation port is for fluid supply, and the other is for fluid discharge.
  • the rotating body 71 connected to the rear end portion of the second piston rod 6 of the shaft member 3 includes, for example, as shown in FIGS. 12A to 12B, a ring portion 83 and a cylindrical portion 81 located at the center of the ring portion 83. And a plurality of blades 82 that radially connect the cylindrical portion 81 and the ring portion 83.
  • the blades 82 are arranged at equal angles, and the space between the blades 82 is a space A penetrating therethrough. As shown in FIG. 12B and the like, each blade 82 is supported in an inclined state from the front end side toward the rear end side.
  • the ring portion 83 may be omitted, but it is preferable to dispose it for reinforcement.
  • the rotary body 71 passes the second piston rod 6 through the cylindrical portion 81 and is fixedly supported on the rear end side of the second piston rod 6.
  • the diameter T3 (width in the direction orthogonal to the front-rear direction) of the rotation chamber 69d shown in FIG. 9 is set to be substantially the same as the diameter T4 of the rotating body 71 (see FIG. 12B), but the diameter T3 It is preferable that the diameter is slightly larger than the diameter T4.
  • compressed air is sent into the rotation chamber 69d through the second rotation port 73.
  • the compressed air hits the blades 82 to rotate the rotating body 71.
  • the compressed air passes through the space A between the blades 82 and is discharged from the first rotation port 72 to the outside.
  • the diameter T3 of the rotating chamber 69d is substantially the same as the diameter T4 of the rotating body 71, most of the fluid supplied into the rotating chamber 69d can be applied to the rotation of the rotating body 71.
  • the rotation efficiency with respect to the supply amount of can be increased.
  • the shaft member 3 can be supported in a floating state inside the cylinder body 2 by the air bearing type. Then, while the shaft member 3 is floated in the cylinder body 2, the supply and discharge of compressed air from the stroke ports 25 and 26 communicating with the cylinder chamber 15 is used to generate a differential pressure in the cylinder chamber 15.
  • the piston 4 can be stroked in the axial direction (X1-X2 direction). This allows the first piston rod 5 to project from the front end surface 2a to the front (X1 direction) from the state of FIG. 9 as shown in FIG. 10, or from the state of FIG. 9 as shown in FIG.
  • Retracting the rod 5 rearward (X2 direction) can be realized with the sliding resistance reduced as much as possible.
  • the present embodiment is a cylinder device 1, 61 having a cylinder body 2, 62 and a shaft member 3 supported in the cylinder body 2, 62, wherein the cylinder body 2, 62 is provided with a fluid action.
  • the rotation mechanism portions 9 and 69 including the rotation chambers 9d and 69d for rotating the shaft member 3 are provided.
  • at least the rotation mechanism parts 9, 69 are provided with the rotation ports 12, 13, 72, 73 communicating with the rotation chambers 9d, 69d at the front end parts 9a, 69a and the rear end parts 9b, 69b. Characterize.
  • the rotation ports 12, 13, 72, 73 communicating with the rotation chambers 9d, 69d are arranged in the front-rear direction (X1-X2 direction) which is the axial direction of the shaft member 3.
  • the shaft member 3 can be rotated by the action of the fluid supplied into the rotation chambers 9d and 69d. According to this configuration, it is possible to reduce the power consumption and make it more compact than the conventional configuration using a rotary motor such as a stepping motor or a servo motor.
  • the shaft member 3 is rotated by the action of the fluid as in the present embodiment, it is possible to suppress the rotation unevenness.
  • the fluid can be made to act along the axial direction, the eccentricity of the shaft member 3 is unlikely to occur during rotation, and uneven rotation can be effectively suppressed.
  • the first rotation port 12 and the second rotation port 13 provided on the front end portion 9a and the rear end portion 9b of the rotation mechanism portion 9 are for fluid supply, respectively.
  • a third rotation port 14 for discharging fluid, which communicates with the rotation chamber 9d, is provided on the outer peripheral portion 9c of the rotation mechanism portion 9.
  • the rotating body 11 of the first embodiment is embodied by the structure shown in FIGS. 6A to 6C, for example. That is, the rotating body 11 is supplied to the rotating chamber 9d from the first rotating body 11a that receives the fluid supplied from the front end portion 9a of the rotating mechanism portion 9 to the rotating chamber 9d and the rear end portion 9b of the rotating mechanism portion 9. A second rotating body 11b that receives a fluid.
  • the first rotating body 11a and the second rotating body 11b are provided with a blade structure capable of discharging the fluid to the outside from the third rotation port 14 provided on the outer peripheral portion 9c of the rotation mechanism portion 9.
  • the rotating body 11 since the rotating body 11 has a structure that receives fluid from both the front and rear sides, thrust is generated in the axial direction (X1-X2 direction) even if the position of the rotating body 11 in the rotating chamber 9d changes. Can be suppressed. By adjusting the amount of fluid from the first rotation port 12 and the second rotation port 13 according to the position of the rotating body 11, it is possible to effectively suppress the generation of thrust.
  • one rotation port provided at the front end portion 69a and the rear end portion 69b of the rotation mechanism portion 69 is for fluid supply, and the other rotation port is For discharging fluid.
  • the fluid can be appropriately supplied and discharged along the axial direction (X1-X2 direction), and uneven rotation can be effectively suppressed.
  • the rotating body 71 of the second embodiment is embodied by the structure shown in FIGS. 12A to 12C, for example. That is, the rotating body 71 has a blade structure capable of receiving the fluid supplied from one rotation port and passing the fluid toward the other rotation port. With such a rotating body 71, fluid does not stay in the rotating chamber 69d, and uneven rotation can be effectively suppressed.
  • the thrust force can be generated in the shaft member 3 in the axial direction (X1-X2 direction). That is, in the structure in which the stroke is made while rotating, when the first piston rod 5 of the shaft member 3 is projected forward, the fluid is supplied from the second rotation port 73 and the fluid is discharged from the first rotation port 72.
  • a forward thrust (X1) can be generated in the shaft member 3.
  • the fluid is supplied from the first rotation port 72 and the fluid is discharged from the second rotation port 73, so that the shaft member 3 is discharged.
  • the thrust to the rear (X2) can be generated.
  • the thrust in the front-rear direction can be generated with the rotation, and the movement of the shaft member 3 in the front-rear direction can be assisted.
  • the shaft member 3 is preferably supported so as to be strokeable. As a result, it is possible to make a stroke while rotating the shaft member 3.
  • the cylinder body 2, 62 has a stroke mechanism section 10 having a cylinder chamber 15 partitioned from the rotation mechanism sections 9, 69.
  • the stroke mechanism section 10 has a stroke port communicating with the cylinder chamber 15. It is preferable that 25 and 26 are provided. Accordingly, it is possible to prevent the fluid supplied to the cylinder chamber 15 of the stroke mechanism section 10 and the fluid supplied to the rotation chambers 9d and 69d of the rotation mechanism sections 9 and 69 from interfering with each other, and with a simple structure, It is possible to manufacture the cylinder devices 1 and 61 that can make the stroke while rotating the shaft member 3.
  • the fluid that acts on the stroke mechanism portion 10 and the fluid that acts on the rotation mechanism portions 9 and 69 may be the same or different. For example, compressed air can be applied to both the stroke mechanism unit 10 and the rotation mechanism units 9 and 69.
  • the shaft member 3 includes a fluid bearing, and the shaft member 3 is supported in a floating state in the cylinder body.
  • An air bearing is preferably used as the fluid bearing.
  • the position of the sensor 50 is not limited to the arrangement shown in FIGS. 3 and 9, and the sensor 50 may be arranged so that the position of the first piston rod 5 can be directly measured.
  • the sensor 50 in the hole 8 formed at the rear end of the second piston rod 6, it is possible to dispose the sensor 50 on the second piston rod 6 in a non-contact manner and promote compactness. Also, the accuracy of position and rotation measurement can be improved.
  • the cylinder bodies 2 and 62 may be formed by assembling a plurality of divided bodies, or may be integrated.
  • the cylinder bodies 2 and 62 and the shaft member 3 are made of, for example, an aluminum alloy, but the material is not limited and can be variously changed depending on the intended use, the installation place, and the like.
  • the cylinder devices 1 and 61 can be driven not only by air bearing cylinders but also by the action of a fluid other than air.
  • hydraulic cylinders can be exemplified.
  • a cylinder device capable of suppressing uneven rotation while reducing power consumption and downsizing In the present invention, either a cylinder device capable of only rotation or a cylinder device capable of both rotation and stroke may be used. In the present invention, excellent rotation accuracy and rotation stroke accuracy can be obtained. As described above, by applying the cylinder device of the present invention to applications in which high rotational accuracy and rotational stroke accuracy are required, it is possible to promote reduction of power consumption and miniaturization together with high accuracy.

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Abstract

特に、電力消費の低減及びコンパクト化を図りつつ、回転ムラを抑制することが可能なシリンダ装置を提供することを目的とする。本発明は、シリンダ本体（２）と、シリンダ本体内に支持された軸部材（３）と、を有するシリンダ装置（１）であって、シリンダ本体には、流体の作用に基づいて前記軸部材を回転させるための回転室（９ｄ）を備える回転機構部（９）が設けられており、回転機構部の前端部（９ａ）及び後端部（９ｂ）には、回転室に通じる回転用ポート（１２、１３）が設けられている、ことを特徴する。これにより、電力消費の低減及びコンパクト化を図りつつ、回転ムラを抑制することが可能である。

Description

シリンダ装置
　本発明は、回転機構を備えるシリンダ装置に関する。
　下記特許文献には、シリンダ本体内に収容された軸部材を回転させる機構を備えたシリンダ装置が開示されている。
　特許文献１では、軸部材を回転させる回転駆動モータ（ブラシレスＤＣモータ）が開示されている。
　特許文献２では、軸部材を所定角度で回転させる回転駆動部を備える。回転駆動部は、ステッピングモータやサーボモータ等の回転モータを有している。
　特許文献３では、軸部材に回転駆動部が取り付けられている。回転駆動部は、ロータと、ロータの周囲を囲むステータとを有している。ロータにはマグネットが配置され、ステータにはコイルが配置される。電磁気的な作用により、軸部材を回転駆動させる。
特開２０１１－６９３８４号公報 特開２０１７－１３３５９３号公報 特開２０１７－９０６８号公報
　しかしながら、従来のように、軸部材をモータ等で回転させる構成では、消費電力の増大や、コンパクト化を適切に図ることができない問題があった。すなわち、モータを使用することで、熱の発生により、消費電力が増大しやすい。また、機械的に軸部材を回転させるため、回転機構が煩雑化し、コンパクト化を適切に図ることができない。加えて、回転ムラを抑制することが要求される。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、特に、電力消費の低減及びコンパクト化を図りつつ、回転ムラを抑制することが可能なシリンダ装置を提供することを目的とする。
　本発明は、シリンダ本体と、前記シリンダ本体内に支持された軸部材と、を有するシリンダ装置であって、前記シリンダ本体には、流体の作用に基づいて、前記軸部材を回転させるための回転室を備える回転機構部が設けられており、少なくとも前記回転機構部には、前端部及び後端部に、前記回転室に通じる回転用ポートが設けられていることを特徴する。
　本発明では、前記回転機構部の前端部及び後端部に夫々設けられた前記回転用ポートは、前記流体の供給用であり、前記回転機構部の外周部には、前記回転室に通じる流体排出用の回転用ポートが設けられていることが好ましい。このとき、前記軸部材には回転体が接続され、前記回転体は、前記回転室に配置されており、前記回転体は、前記回転機構部の前端部から前記回転室に供給される前記流体を受けるともに、前記流体を前記流体排出用の回転用ポートへ送ることが可能な第１の回転体と、前記回転機構部の後端部から前記回転室に供給される前記流体を受けるとともに、前記流体排出用の回転用ポートへ送ることが可能な第２の回転体と、を具備することが好ましい。
　本発明では、前記回転機構部の前端部及び後端部に設けられた一方の前記回転用ポートは、前記流体の供給用であり、他方の前記回転用ポートは、前記流体の排出用であってもよい。このとき、前記軸部材には回転体が接続され、前記回転体は、前記回転室に配置されており、前記回転体は、一方の前記回転用ポートから供給された前記流体を受けるとともに、他方の前記回転用ポートに向けて前記流体を通すことが可能な構造であることが好ましい。
　本発明では、前記軸部材は、ストローク可能に支持されることが好ましい。
　本発明では、前記シリンダ本体には、シリンダ室を備えたストローク機構部が、前記回転機構部とは区画されており、前記ストローク機構部には、流体の給排により前記軸部材をストロークさせるための前記シリンダ室に通じるストローク用ポートが設けられていることが好ましい。
　本発明では、前記軸部材は、流体軸受を備えており、前記軸部材は、前記シリンダ本体内で浮いた状態で支持されることが好ましい。
　本発明のシリンダ装置によれば、電力消費の低減及びコンパクト化を図りつつ、回転ムラを抑制することが可能である。
第１実施形態のシリンダ装置の正面側外観斜視図である。 第１実施形態のシリンダ装置の背面側外観斜視図である。 第１実施形態のシリンダ装置の断面図である。 図３の状態から軸部材を前方へストロークさせた状態を示す断面図である。 図３の状態から軸部材を後方へストロークさせた状態を示す断面図である。 図６Ａ～図６Ｃは、第１実施形態で使用される回転体の図である。 第２実施形態のシリンダ装置の正面側外観斜視図である。 第２実施形態のシリンダ装置の背面側外観斜視図である。 第２実施形態のシリンダ装置の断面図である。 図９の状態から軸部材を前方へストロークさせた状態を示す断面図である。 図９の状態から軸部材を後方へストロークさせた状態を示す断面図である。 図１２Ａ～図１２Ｃは、第２実施形態で使用される回転体の図である。
　以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施形態」と略記する。）について、詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
　図１は、第１実施形態のシリンダ装置の正面側外観斜視図である。図２は、第１実施形態のシリンダ装置の背面側外観斜視図である。図３は、第１実施形態のシリンダ装置の断面図である。図４は、図３の状態から軸部材を前方へストロークさせた状態を示す断面図である。図５は、図３の状態から軸部材を後方へストロークさせた状態を示す断面図である。図６Ａ～図６Ｃは、第１実施形態で使用される回転体の図である。
　シリンダ装置１は、シリンダ本体２と、シリンダ本体２に支持された軸部材３と、を有して構成される。
（軸部材）
　第１実施形態では、軸部材３は、回転可能に支持される。一方、軸部材３のストロークは、任意である。すなわち、第１実施形態のシリンダ装置１は、軸部材３の回転のみが可能な構成であってもよいし、軸部材３の回転とストロークの双方を可能とする構成であってもよい。後述する第２実施形態においても同様である。ただし、以下では、軸部材３を回転させながら、軸方向へのストロークを可能とするシリンダ装置１について説明する。
　なお、「回転」とは、軸部材３の軸中心Ｏ（図３参照）を回転中心として回転することを指す。「ストローク」とは、軸部材３が、軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）へ移動することを指す。Ｘ１方向は、シリンダ装置１の前方側であり、Ｘ２方向は、シリンダ装置１の後方側である。
　図３に示すように、本実施形態の軸部材３は、所定の径で形成され且つ、軸方向（Ｘ１―Ｘ２方向）に所定の長さ寸法Ｌ１で形成されたピストン４と、ピストン４の前端面に設けられ、ピストン４よりも径の小さい第１ピストンロッド５と、ピストン４の後端面に設けられ、ピストン４よりも径の小さい第２ピストンロッド６と、を有して構成される。
　なお、図３に示すように、ピストン４、第１ピストンロッド５、及び第２ピストンロッド６は、一体化されていることが好ましい。図３に示すように、ピストン４、第１ピストンロッド５、及び第２ピストンロッド６の軸中心Ｏは、一直線上に揃っている。
　図３に示すように、第２ピストンロッド６の後端部には、第１ピストンロッド５の方向に向けて、軸中心Ｏに沿う孔８が形成されている。
　また、図３に示すように、第２ピストンロッド６の後端部の外周には、回転体１１が接続されている。
（シリンダ本体）
　図１～図３に示すように、シリンダ本体２は、回転機構部９と、ストローク機構部１０と、を具備する。ストローク機構部１０は、シリンダ本体２の前方側（Ｘ１方向）に、回転機構部９は、後方側（Ｘ２方向）にて夫々区画されている。
　図１～図３に示すように、回転機構部９は、ストローク機構部１０よりも大きな径で形成されている。回転機構部９は、前端部９ａと、後端部９ｂと、前端部９ａと後端部９ｂの間を繋ぐ外周部９ｃと、を有して構成され、前端部９ａ、後端部９ｂ及び外周部９ｃで囲まれた内部に、回転室（空間）９ｄを備える。軸部材３に接続された回転体１１は、回転室９ｄ内に配置される。図３に示すように、回転室９ｄの前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）への長さは、図４、図５に示すように、軸部材３が前後方向にストロークした際の回転体１１の最大移動量を確保する。
　また、図３に示すように、回転室９ｄの径Ｔ１（前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に対し直交する方向の幅）は、回転体１１の径Ｔ２（図６Ｂ参照）より僅かに大きい。
　図１、図３に示すように、円環状の前端部９ａには、周方向に沿って、複数の第１回転用ポート１２が形成されている。第１回転用ポート１２は、回転室９ｄ内に通じている。各第１回転用ポート１２は、等間隔で形成されていることが好ましい。
　図２、図３に示すように、後端部９ｂには、周方向に沿って、複数の第２回転用ポート１３が形成されている。第２回転用ポート１３は、回転室９ｄ内に通じている。各第２回転用ポート１３は、等間隔で形成されていることが好ましい。
　また、各第１回転用ポート１２と、各第２回転用ポート１３とは、前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）で対向する位置に形成されることが好ましいが、周方向にずれていても構わない。
　図１～図３では、第１回転用ポート１２及び第２回転用ポート１３は、円状で形成されるが、形状を限定するものではない。多角形や長穴形状等であってもよい。また、第１回転用ポート１２と第２回転用ポート１３とで同じ形状であることが好ましいが、異なる形状であっても構わない。
　図１～図３に示すように、回転機構部９の外周部９ｃには、前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に長い長穴状の複数の第３回転用ポート１４が、外周方向に沿って形成されている。各第３回転用ポート１４は、等間隔で形成されていることが好ましい。第３回転用ポート１４は、長穴状以外の形状であってもよく、例えば、第１回転用ポート１２及び第２回転用ポート１３と同様の円状であってもよいが、第３回転用ポート１４は、流体の排出用であるため、第３回転用ポート１４のトータル面積は、第１回転用ポート１２及び第２回転用ポート１３のトータル面積よりも大きいことが、流体排出を促進でき、好ましい。
　第１回転用ポート１２及び、第２回転用ポート１３は、空気や水等の流体の供給用である。一方、第３回転用ポート１４は、流体の排出用である。本実施形態では、流体を、第１回転用ポート１２及び第２回転用ポート１３を介して、回転室９ｄの前後から供給する。例えば、流体は、圧縮エアであり、回転体１１は、前方及び後方の双方から圧縮エアを受けて、回転する。回転体１１に当たった圧縮エアは、側方に拡散し、第３回転用ポート１４から外部に排出される。回転体１１の回転により、回転体１１に接続された軸部材３を、軸中心Ｏを回転中心として回転させることができる。
　図３に示すように、ストローク機構部１０の内部には、シリンダ室１５が設けられている。また、シリンダ室１５からシリンダ本体２の前端面２ａにまで貫通し、シリンダ室１５と連続した挿通部１６が設けられている。
　図３に示すように、軸部材３のピストン４は、シリンダ室１５に収容されている。また、軸部材３の第１ピストンロッド５は、挿通部１６に挿通されている。
　なお、シリンダ室１５は、ピストン４の径よりもやや大きい径を有する略円筒空間である。また、シリンダ室１５の前後方向（Ｘ１―Ｘ２方向）への長さ寸法は、ピストン４の長さ寸法Ｌ１よりも長く形成されている。したがって、ピストン４は、シリンダ室１５にて軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に移動自在に収容される。
　図３の状態では、ピストン４が、シリンダ室１５の前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）の中央付近に収まっている。このため、ピストン４の前方（Ｘ１側）及び後方（Ｘ２側）には夫々空間が空いている。ここで、前方側の空間を第１流体室１７、後方側の空間を第２流体室１８と称することとする。第１流体室１７と第２流体室１８とは夫々区画されており、互いに干渉することはない。
　図３に示すように、ストローク機構部１０には、第１流体室１７及び第２流体室１８に通じるストローク用ポート２５、２６が形成されている。
　本実施形態のシリンダ装置１は、例えば、エアベアリング式であり、複数のエアベアリング２１、２２、２３が設けられている。図３に示すように、エアベアリング２１は、第１ピストンロッド５の外周を囲むように配置されている。また、エアベアリング２２は、ピストン４の外周を囲むように配置されている。また、エアベアリング２３は、第２ピストンロッド６の外周を囲むように配置されている。
　各エアベアリング２１～２３は、限定されるものではないが、例えば、焼結金属やカーボンを用いた多孔質材をリング状に形成したもの、或いは、オリフィス絞りタイプのもの等を使用できる。
　図３に示すように、ストローク機構部１０には、外周面から各エアベアリング２１、２２、２３に通じるエアベアリング加圧ポート２７、２８、２９が設けられている。
　圧縮エアを、各エアベアリング加圧ポート２７～２９に供給することで、圧縮エアが、各エアベアリング２１～２３を通じて、ピストン４、第１ピストンロッド５及び第２ピストンロッド６の表面に均一に吹き出す。これにより、ピストン４、第１ピストンロッド５及び第２ピストンロッド６が、夫々、シリンダ室１５内、及び挿通部１６内で浮いた状態にて支持される。
　本実施形態のシリンダ装置１では、上記したように、回転体１１の前後から流体を供給し、側方から排出することで、回転体１１及び軸部材３を、軸中心Ｏを回転中心として回転させることができる。回転角度は有限でなく、流体量によって回転数や回転スピードを調節することができる。
　本実施形態では、エアベアリング式により、軸部材３のピストン４は、シリンダ本体２のシリンダ室１５内で浮いた状態で支持されている。したがって、本実施形態では、軸部材３を、シリンダ本体２内で浮かせた状態のまま回転させることができる。軸部材３とシリンダ本体２とは非接触であるため、回転抵抗を小さくでき、高精度な回転が可能になる。更に、軸部材３を、シリンダ本体２内で浮かせた状態で、シリンダ室１５に通じるストローク用ポート２５、２６からの圧縮エアの給排を利用し、第１流体室１７と第２流体室１８との間で差圧を生じさせる。これにより、ピストン４を軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）にストロークさせることができる。図示しないが、各ストローク用ポート２５、２６に通じるサーボバルブにより、シリンダ制御圧を適切に調圧することができる。
　図３の状態から、第１流体室１７の圧縮エアを、サーボバルブによりストローク用ポート２５を通じて吸引する。一方、サーボバルブによりストローク用ポート２６を通じて圧縮エアを、第２流体室１８内に供給する。これにより、第１流体室１７と第２流体室１８との間で差圧が生じ、図４に示すように、ピストン４を前方（Ｘ１）に移動させることができる。これにより、第１ピストンロッド５を、シリンダ本体２の前端面２ａから前方に突出させることができる。
　シリンダ室１５と挿通部１６との間には、前方壁４０が設けられており、ピストン４は、前方壁４０よりも前方に移動することができないように規制されている。また、図示しないが、前方壁４０には弾性リングが設けられていることが好ましい。弾性リングは、ピストン４が前方壁４０に接触したときの緩衝材として作用する。
　或いは、図３の状態から、第２流体室１８の圧縮エアを、サーボバルブによりストローク用ポート２６を通じて吸引する。一方、サーボバルブによりストローク用ポート２５を通じて圧縮エアを、第１流体室１７内に供給する。これにより、第１流体室１７と第２流体室１８との間で差圧が生じ、図５に示すように、ピストン４を後方（Ｘ２）に移動させることができる。これにより、第１ピストンロッド５を、シリンダ本体２の前端面２ａから後方に引込めることができる。
　シリンダ室１５の後方壁４２は、ピストン４の後方（Ｘ２）への移動を規制する規制面であり、ピストン４は、後方壁４２よりも後方に移動することはできない。また、図示しないが、後方壁４２には弾性リングが設けられていることが好ましい。弾性リングは、ピストン４が後方壁４２に接触したときの緩衝材として作用する。
（回転体）
　第１実施形態の回転体１１について説明する。図６Ａ～図６Ｃに示すように、第１実施形態の回転体１１は、第１回転用ポート１２からの流体を受ける第１回転体１１ａと、第２回転用ポート１３からの流体を受ける第２回転体１１ｂと、を具備する。図６Ｃに示すように、第１回転体１１ａと第２回転体１１ｂの間には支持体３０が設けられている。支持体３０の中央部には貫通孔３０ａが形成されている。この貫通孔３０ａの前後に連通する筒状部３１が設けられている。支持体３０及び筒状部３１は一体で形成されることが好ましい。
　図６Ａ～図６Ｃに示すように、第１回転体１１ａは、支持体３０の表面３０ｂに配置された複数の羽根３２により構成される。各羽根３２は、略同一形状の板材である。羽根３２には、支持体３０の表面３０ｂに設けられた筒状部３１の外周面に接続する第１接続部３２ａと、支持体３０の表面３０ｂの周縁部に接続する第２接続部３２ｂと、を備える。羽根３２は、その第１接続部３２ａが、支持体３０の表面３０ｂよりも前方に離れた筒状部３１の外周面に当接しており、第１接続部３２ａから第２接続部３２ｂに向けて徐々に傾いた状態で支持されている（図６Ｃも参照）。また、図６Ａや図６Ｂに示すように、隣接する羽根３２同士は、正面から見たときに、一部で重なり合うように配置されている。
　第２回転体１１ｂは、支持体３０の裏面３０ｃに配置された複数の羽根３３により構成される。図示しないが、各羽根３３は、第１回転体１１ａを構成する羽根３２と同様に、筒状部３１の外周面から、支持体３０の裏面３０ｃにかけて斜めに傾きながら、隣同士の羽根３３が一部で重なり合うように配置されている。
　図６Ａ～図６Ｃに示す回転体１１では、第１回転体１１ａを構成する複数の羽根３２と、第２回転体１１ｂを構成する複数の羽根３３とは、支持体３０を対称面として、面対称で配置されている。
　回転体１１は、筒状部３１に第２ピストンロッド６が通され、第２ピストンロッド６の外周面に固定支持される。
　第１回転用ポート１２から回転室９ｄ内に供給された流体は、第１回転体１１ａの羽根３２に当たる。また、第２回転用ポート１３から回転室９ｄ内に供給された流体は、第２回転体１１ｂの羽根３３に当たる。このとき、第１回転体１１ａと第２回転体１１ｂの各羽根３２、３３は面対称で配置されているため、それぞれ同じ方向に回転力が生じ、回転体１１を精度良く回転させることができる。このとき、各第１回転用ポート１２と、各第２回転用ポート１３とが、前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）で対向する位置に形成されていると、各回転用ポート１２、１３を通じて第１回転体１１ａ及び第２回転体１１ｂに流体が作用した際、第１回転体１１ａと第２回転体１１ｂに加わる軸方向の力を相殺させながら、効率よく回転力を発生させることができ、軸方向に余計な力を加えにくくなる。
　また、図３に示した回転室９ｄの径Ｔ１（前後方向に対し直交する方向の幅）を、回転体１１の径Ｔ２（図６Ｂ参照）とほぼ同じとした。これにより、各回転用ポート１２、１３から回転室９ｄ内に供給された流体が、回転体１１を介して、反対側に通過する量を極力少なくすることができる。したがって、各回転用ポート１２、１３から供給された流体が、回転室９ｄ内で混じり合うのを抑制でき、精度良く回転させることができる。なお、回転体１１の径Ｔ２を、回転室９ｄの径Ｔ１よりもわずかに小さくすることで、回転体１１が回転室９ｄの壁面に接触することなく、回転させることができる。
　本実施形態では、第１回転体１１ａ及び第２回転体１１ｂに夫々当たった流体は、側方に拡散し、第３回転用ポート１４より外部に排出される。回転体１１による遠心力及び、第１回転体１１ａ及び第２回転体１１ｂを構成する各羽根３２、３３の傾きにより、適切に、流体を側方に拡散させることができる。
　このように、本実施形態では、例えば、図６Ａ～図６Ｂに示す回転体１１の構造を用いることで、回転体１１に対し前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）から流体を供給し、側方（前後方向に対し直交する方向）から外部へ逃がす流体の流れを実現でき、回転体１１が接続された軸部材３を、軸中心Ｏを回転中心として精度良く回転させることができる。
（センサ）
　図３～図５に示すように、第２ピストンロッド６の後端部に形成された孔８内には、センサ（ストロークセンサ）５０が、第２ピストンロッド６に非接触にて設けられる。センサ５０は、シリンダ本体２の後端部側で固定支持されている。
　本実施形態では、ピストン４の位置を、孔８内に配置されたセンサ５０にて測定することができる。センサ５０には、既存のセンサを適用することができ、例えば、磁気式センサや、過電流式センサ、光学式センサ等を用いることができる。
　センサ５０にて測定された位置情報は、図示しない制御部に送信される。センサ５０にて測定された位置情報に基づいて、第１流体室１７及び第２流体室１８のシリンダ制御圧を調圧し、第１ピストンロッド５の前端面２ａからの突出量を制御することができる。
　また、センサ５０にて、軸部材３の回転数や回転スピードを測定することも可能である。センサ５０の回転情報に基づいて、回転圧を調圧し、回転体１１の回転数や回転スピードを制御することができる。
＜第２実施形態＞
　図７は、第２実施形態のシリンダ装置の正面側外観斜視図である。図８は、第２実施形態のシリンダ装置の背面側外観斜視図である。図９は、第２実施形態のシリンダ装置の断面図である。図１０は、図９の状態から軸部材を前方へストロークさせた状態を示す断面図である。図１１は、図９の状態から軸部材を後方へストロークさせた状態を示す断面図である。図１２Ａ～図１２Ｃは、第２実施形態で使用される回転体の図である。
　以下では、主に、第１実施形態のシリンダ装置１と相違する点について説明する。なお、第１実施形態のシリンダ装置１と同じ構造の部材については、同じ符号を付した。図７、図８に示すように、シリンダ装置６１は、シリンダ本体６２と、シリンダ本体６２内に支持された軸部材３とを、有して構成される。
　シリンダ本体６２は、回転機構部６９と、ストローク機構部１０とに区画されている。図９等に示すように、回転機構部６９は、前端部６９ａと、後端部６９ｂと、前端部６９ａと後端部６９ｂの間を繋ぐ外周部６９ｃと、を有して構成され、前端部６９ａ、後端部６９ｂ及び外周部６９ｃで囲まれた内部に、回転室（空間）６９ｄを備える。
　図７～図９に示すように、第２実施形態の回転機構部６９にも、第１実施形態の回転機構部９と同様に、前端部６９ａ及び後端部６９ｂにそれぞれ、第１回転用ポート７２及び第２回転用ポート７３が設けられているが、第１実施形態と異なって、外周部６９ｃに、回転用ポートは設けられていない。
　第２実施形態では、第１回転用ポート７２及び第２回転用ポートのどちらか一方が、流体供給用であり、他方が、流体排出用である。
　軸部材３の第２ピストンロッド６の後端部に接続される回転体７１は、例えば、図１２Ａ～図１２Ｂに示すように、リング部８３と、リング部８３の中心に位置する円筒部８１と、円筒部８１とリング部８３の間を放射線状に接続する複数の羽根８２と、を有して構成される。各羽根８２は、等角度で配置され、各羽根８２の間は、貫通する空間Ａである。図１２Ｂ等に示すように、各羽根８２は、前端側から後端側に向けて、斜めに傾いた状態で支持されている。リング部８３は無くてもよいが、補強のために、配置したほうが好ましい。
　回転体７１は、円筒部８１に第２ピストンロッド６を通し、第２ピストンロッド６の後端側に固定支持される。
　本実施形態では、図９に示した回転室６９ｄの径Ｔ３（前後方向に対し直交する方向の幅）を、回転体７１の径Ｔ４（図１２Ｂ参照）とほぼ同じとしているが、径Ｔ３のほうが、径Ｔ４よりわずかに大きいことが好ましい。
　第２実施形態では、例えば、第２回転用ポート７３を通して圧縮エアが、回転室６９ｄ内に送り込まれる。圧縮エアが羽根８２に当たって、回転体７１が回転する。圧縮エアは、羽根８２の間の空間Ａを通って、第１回転用ポート７２から外部に排出される。
　上記したように、回転室６９ｄの径Ｔ３を、回転体７１の径Ｔ４とほぼ同じ大きさとしているため、回転室６９ｄ内に供給された流体の多くを回転体７１の回転に適用でき、流体の供給量に対する回転効率を高めることができる。なお、回転体７１の径Ｔ４を、回転室６９ｄの径Ｔ３よりも僅かに小さくすることで、回転体７１が回転室６９ｄの壁面を摺動せず、浮いた状態で回転させることができる。
　第２実施形態のシリンダ装置６１においても、第１実施形態のシリンダ装置１と同様に、エアベアリング式により、軸部材３を、シリンダ本体２の内部で浮いた状態で支持することができる。そして、軸部材３を、シリンダ本体２内で浮かせた状態で、シリンダ室１５に通じるストローク用ポート２５、２６からの圧縮エアの給排を利用し、シリンダ室１５内で差圧を生じさせることで、ピストン４を軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）にストロークさせることができる。これにより、図９の状態から図１０のように、第１ピストンロッド５を前端面２ａから前方（Ｘ１方向）に向けて突出させたり、図９の状態から図１１のように、第１ピストンロッド５を後方（Ｘ２方向）に向けて引込めることが、極力、摺動抵抗を小さくした状態で実現できる。本実施形態では、軸部材３を回転させながら前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）へのストロークが可能であり、高精度なストローク及び回転を実現することができる。
　本実施形態の特徴的部分について説明する。
　本実施形態は、シリンダ本体２、６２と、シリンダ本体２、６２内に支持された軸部材３と、を有するシリンダ装置１、６１であって、シリンダ本体２、６２には、流体の作用に基づいて、軸部材３を回転させるための回転室９ｄ、６９ｄを備える回転機構部９、６９が設けられている。そして、少なくとも回転機構部９、６９には、前端部９ａ、６９ａ及び後端部９ｂ、６９ｂに、回転室９ｄ、６９ｄに通じる回転用ポート１２、１３、７２、７３が設けられていることを特徴する。
　このように、本実施形態では、回転室９ｄ、６９ｄに通じる回転用ポート１２、１３、７２、７３を、軸部材３の軸方向である前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に配置した。本実施形態では、回転室９ｄ、６９ｄ内に供給する流体の作用により、軸部材３を回転させることができる。この構成によれば、従来のように、ステッピングモータやサーボモータ等の回転モータを用いた構成に比べて、電力消費の低減及びコンパクト化を図ることができる。
　また、本実施形態のように、流体の作用により軸部材３を回転させる構成では、回転ムラを抑制することが可能である。特に、本実施形態では、流体を、軸方向に沿って作用させることができ、回転の際に、軸部材３に偏心を生じさせにくく、効果的に、回転ムラを抑制することができる。
　第１実施形態のシリンダ装置１では、回転機構部９の前端部９ａ及び後端部９ｂに夫々設けられた第１回転用ポート１２及び第２回転用ポート１３は夫々、流体供給用である。そして、回転機構部９の外周部９ｃには、回転室９ｄに通じる流体排出用の第３回転用ポート１４が設けられている。これにより、回転室９ｄ内に前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）から流体を供給するとともに、側方から排出する回転機構を構成でき、流体の給排を適切に行うことができる。これにより、回転ムラを効果的に抑制できる。また、このような流体の流れにより、軸部材３に、軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）への推力が生じるのを適切に抑制することができる。
　第１実施形態の回転体１１は、例えば、図６Ａ～図６Ｃに示す構造で具現化される。すなわち、回転体１１は、回転機構部９の前端部９ａから回転室９ｄに供給される流体を受ける第１回転体１１ａと、回転機構部９の後端部９ｂから回転室９ｄに供給される流体を受ける第２回転体１１ｂと、を具備する。第１回転体１１ａ及び第２回転体１１ｂは、流体を、回転機構部９の外周部９ｃに設けられた第３回転用ポート１４から外部に排出可能な羽根構造を備えている。
　このように、回転体１１は、前後双方から流体を受ける構造であるため、回転室９ｄ内での回転体１１の位置が変わっても、軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）への推力が生じるのを抑制することができる。回転体１１の位置に応じて、第１回転用ポート１２及び第２回転用ポート１３からの流体量を調節することで、効果的に、推力の発生を抑制することができる。
　また、第２実施形態のシリンダ装置６１では、回転機構部６９の前端部６９ａ及び後端部６９ｂに設けられた一方の回転用ポートは、流体の供給用であり、他方の回転用ポートは、流体の排出用である。これにより、流体を、軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に沿って適切に給排でき、回転ムラを効果的に抑制できる。
　第２実施形態の回転体７１は、例えば、図１２Ａ～図１２Ｃに示す構造で具現化される。すなわち、回転体７１は、一方の回転用ポートから供給された流体を受けるとともに、他方の前記回転用ポートに向けて流体を通すことが可能な羽根構造を有している。このような回転体７１により、流体が回転室６９ｄ内で滞留せず、回転ムラを効果的に抑制することができる。加えて、第２実施形態では、軸部材３に軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）への推力を生じさせることができる。すなわち、回転させながらストロークさせる構造において、軸部材３の第１ピストンロッド５を前方に突出させる場合には、第２回転用ポート７３から流体を供給し、第１回転用ポート７２から流体を排出することで、軸部材３に前方（Ｘ１）への推力を生じさせることができる。また、軸部材３の第１ピストンロッド５を後方に引込める場合には、第１回転用ポート７２から流体を供給し、第２回転用ポート７３から流体を排出することで、軸部材３に後方（Ｘ２）への推力を生じさせることができる。このように、第２実施形態では、回転に伴い前後方向への推力を生じさせることができ、軸部材３の前後方向への移動をアシストすることができる。
　第１実施形態及び第２実施形態の双方において、軸部材３は、ストローク可能に支持されることが好ましい。これにより、軸部材３を回転させながら、ストロークさせることができる。
　また、シリンダ本体２、６２には、シリンダ室１５を備えたストローク機構部１０が、回転機構部９、６９とは区画されており、ストローク機構部１０には、シリンダ室１５に通じるストローク用ポート２５、２６が設けられていることが好ましい。これにより、ストローク機構部１０のシリンダ室１５に供給される流体と、回転機構部９、６９の回転室９ｄ、６９ｄに供給される流体とが互いに干渉するのを抑制でき、簡単な構造で、軸部材３を回転させながら、ストロークさせることができるシリンダ装置１、６１を製造することができる。ストローク機構部１０に作用する流体と、回転機構部９、６９に作用する流体は、同じであってもよいし異なっていてもよい。例えば、ストローク機構部１０と回転機構部９、６９の双方に圧縮エアを作用させることができる。
　また、本実施形態では、軸部材３は、流体軸受を備えており、軸部材３は、シリンダ本体内で浮いた状態で支持されることが好ましい。これにより、ストローク及び回転の際の摺動抵抗を小さくでき、高精度なストローク及び回転が可能になる。流体軸受には、エアベアリングを用いることが好ましい。
　なお、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記の実施形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
　例えば、センサ５０の位置は、図３や図９等の配置に限定されるものではなく、センサ５０を、第１ピストンロッド５の位置を直接測定できるように配置してもよい。
　ただし、センサ５０を、第２ピストンロッド６の後端に形成された孔８内に配置することで、センサ５０を無理なく、第２ピストンロッド６に非接触で配置できると共にコンパクト化を促進でき、また位置及び回転測定の精度を向上させることができる。
　シリンダ本体２、６２は、複数に分割したものを組み立てて形成されてもよいし、一体化したものであってもよい。
　なお、シリンダ本体２、６２や軸部材３は、例えば、アルミ合金等で形成されるが、材質を限定するものではなく、使用用途や設置場所等で種々変更可能である。
　上記したように、本実施形態では、シリンダ装置１、６１として、エアベアリング式シリンダのみならず、エア以外の流体の作用により駆動させることもでき、例えば、油圧シリンダを例示することができる。
　本発明によれば、電力消費の低減及びコンパクト化を図りつつ、回転ムラを抑制することが可能なシリンダ装置を実現することができる。本発明では、回転のみが可能なシリンダ装置であっても、回転且つストロークの双方が可能なシリンダ装置であっても、どちらでもよい。本発明では、優れた回転精度や回転ストローク精度を得ることができる。このように、高い回転精度や回転ストローク精度が求められる用途等に、本発明のシリンダ装置を適用することで、高い精度と合わせて消費電力の低減且つコンパクト化を促進することができる。
　本出願は、２０１８年１２月５日出願の特願２０１８－２２７９７９号に基づく。この内容は全てここに含めておく。
 

Claims (8)

  1. 　シリンダ本体と、前記シリンダ本体内に支持された軸部材と、を有するシリンダ装置であって、
    　前記シリンダ本体には、流体の作用に基づいて、前記軸部材を回転させるための回転室を備える回転機構部が設けられており、
    　少なくとも前記回転機構部には、前端部及び後端部に、前記回転室に通じる回転用ポートが設けられていることを特徴するシリンダ装置。
  2. 　前記回転機構部の前端部及び後端部に夫々設けられた前記回転用ポートは、前記流体の供給用であり、前記回転機構部の外周部には、前記回転室に通じる流体排出用の回転用ポートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
  3. 　前記軸部材には回転体が接続され、前記回転体は、前記回転室に配置されており、前記回転体は、前記回転機構部の前端部から前記回転室に供給される前記流体を受けるともに、前記流体を前記流体排出用の回転用ポートへ送ることが可能な第１の回転体と、前記回転機構部の後端部から前記回転室に供給される前記流体を受けるとともに、前記流体排出用の回転用ポートへ送ることが可能な第２の回転体と、を具備することを特徴とする請求項２に記載のシリンダ装置。
  4. 　前記回転機構部の前端部及び後端部に設けられた一方の前記回転用ポートは、前記流体の供給用であり、他方の前記回転用ポートは、前記流体の排出用であることを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
  5. 　前記軸部材には回転体が接続され、前記回転体は、前記回転室に配置されており、前記回転体は、一方の前記回転用ポートから供給された前記流体を受けるとともに、他方の前記回転用ポートに向けて前記流体を通すことが可能な構造であることを特徴とする請求項４に記載のシリンダ装置。
  6. 　前記軸部材は、ストローク可能に支持されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のシリンダ装置。
  7. 　前記シリンダ本体には、シリンダ室を備えたストローク機構部が、前記回転機構部とは区画されており、前記ストローク機構部には、流体の給排により前記軸部材をストロークさせるための前記シリンダ室に通じるストローク用ポートが設けられていることを特徴とする請求項６に記載のシリンダ装置。
  8. 　前記軸部材は、流体軸受を備えており、前記軸部材は、前記シリンダ本体内で浮いた状態で支持されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のシリンダ装置。
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