WO2020116421A1 - シリンダ装置 - Google Patents

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WO2020116421A1
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shaft member
rotation
cylinder
cylinder body
ports
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治 金澤
賢蔵 宮森
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藤倉コンポジット株式会社
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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 communicates with an outer peripheral surface around the axis of the shaft member and supplies and discharges fluid. Based on the above, a rotation port for rotating the shaft member is provided.
  • the shaft member has a rotating portion in which concave portions and convex portions are alternately continuous along the outer peripheral surface, and the rotating port communicates with the rotating portion.
  • the shaft member is supported so as to be strokeable.
  • the shaft member includes a rotating portion on the outer peripheral surface in the middle in the axial direction, and a stroke for causing the shaft member to stroke by supplying and discharging fluid to and from the cylinder body in front of and behind the rotating portion. It is preferable that a rotation port is provided, and the rotation port communicating with the rotation portion is provided between the stroke ports.
  • 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 It is an appearance perspective view of a cylinder device of this embodiment. It is sectional drawing which cut
  • the cylinder device 1 shown in FIGS. 1 and 2 is configured to include a cylinder body 2 and a shaft member 3 supported in 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 present 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. 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. 4).
  • 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).
  • the piston rod 5 is provided on the front end face 4a and has a diameter smaller than that of the piston 4.
  • the piston 4 and the piston rod 5 are integrated. As shown in FIG. 4, the axial centers O of the piston 4 and the piston rod 5 are aligned on a straight line.
  • a hole 8 is formed in the rear end surface 4b of the piston 4 toward the piston rod 5 along the axial center O.
  • the piston 4 has a front portion 4c, an intermediate portion 4d, and a rear portion 4e, and the intermediate portion 4d rotates along the outer peripheral surface in which the concave portions 9 and the convex portions 10 are alternately continuous.
  • the part (gear part) 11 is configured.
  • “intermediate” means a position between the front and the rear, and does not mean the middle.
  • the concave portion 9 and the convex portion 10 forming the rotating portion 11 are formed at regular intervals in the circumferential direction.
  • the concave portion 9 and the convex portion 10 are formed to have a predetermined width in the axial direction (X1-X2 direction).
  • the concave portion 9 and the convex portion 10 have a width larger than the diameter of the rotation ports 31 and 32 described later.
  • the axial width of the rotating portion 11 is set according to the stroke amount of the shaft member 3.
  • the front portion 4c and the rear portion 4e of the piston 4 are formed in a cylindrical shape, unlike the intermediate portion 4d.
  • the air bearings 21 to 23, which will be described later, are arranged in the front portion 4c and the rear portion 4e, and the piston 4 can be stably floated in the cylinder body 2.
  • the fluid is applied to the rotating portion 11 arranged on the outer peripheral surface around the axis of the shaft member 3, so that the shaft member 3 is rotatable about the shaft center O. It is a composition.
  • a cylinder chamber 12 is provided inside the cylinder body 2. Further, an insertion portion 13 that penetrates from the cylinder chamber 12 to the front end surface 2a of the cylinder body 2 and is continuous with the cylinder chamber 12 is provided.
  • the piston 4 of the shaft member 3 is housed in the cylinder chamber 12. Further, the piston rod 5 of the shaft member 3 is inserted into the insertion portion 13.
  • the cylinder chamber 12 is a substantially cylindrical space having a diameter slightly larger than the diameter of the piston 4. Further, the length dimension of the cylinder chamber 12 in the X1-X2 direction is formed longer than the length dimension L1 of the piston 4. Therefore, the piston 4 is housed in the cylinder chamber 12 so as to be movable in the axial direction (X1-X2 direction).
  • the piston 4 is located near the center of the cylinder chamber 12 in the 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 14, and the space on the rear side is referred to as a second fluid chamber 15.
  • the first fluid chamber 14 and the second fluid chamber 15 are partitioned from each other and do not interfere with each other.
  • the cylinder body 2 is formed with stroke ports 25 and 26 communicating with the first fluid chamber 14 and the second fluid chamber 15.
  • the cylinder body 2 has rotation ports 31 and 32 formed between the stroke ports 25 and 26.
  • the rotation ports 31 and 32 communicate with the rotation portion 11 of the shaft member 3.
  • the cylinder device 1 of the present embodiment is an air bearing type, and a plurality of air bearing spaces 16, 17, 18 are provided between the shaft member 3 and the internal space of the cylinder body 2.
  • the first air bearing space 16 is formed at the position of the piston rod 5.
  • the second air bearing space 17 is formed at the position of the front portion 4c of the piston 4.
  • the third air bearing space 18 is provided at the position of the rear portion 4e of the piston 4.
  • the air bearing 21 is arranged in the first air bearing space 16 so as to surround the outer circumference of the piston rod 5.
  • the air bearing 22 is arranged in the second air bearing space 17 so as to surround the outer periphery of the front portion 4c of the piston 4.
  • the air bearing 23 is arranged in the third air bearing space 18 so as to surround the outer periphery of the rear portion 4e of the piston 4.
  • 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 cylinder body 2 is provided with air bearing pressurization ports 27, 28, 29 communicating from the outer peripheral surface of the cylinder body 2 to the air bearing spaces 16, 17, 18. ..
  • the cylinder device 1 of the present embodiment compressed air is supplied and discharged from the rotation ports 31 and 32 facing the rotating portion 11 of the shaft member 3.
  • the fluid acts on the rotating portion 11 to generate a rotating force, and the shaft member 3 can be rotated about the shaft center O.
  • 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.
  • the rotation port 31 shown in FIG. 4 is, for example, a compressed air supply port, and the rotation port 32 is a compressed air exhaust port.
  • the respective rotation ports 31 and 32 are arranged on the opposite sides of the rotation unit 11, but a preferable form of the rotation ports 31 and 32 will be described later. Thereby, the compressed air can be guided from the supply position of the rotation port 31 to the surface of the rotating portion 11 to the rotation port 32, and the loss of the compressed air can be reduced.
  • the piston 4 of the shaft member 3 is supported by the air bearing type in a floating state in the cylinder chamber 12 of the cylinder body 2. Therefore, as shown in FIG. A minute gap 30 is formed between the rotating parts 11 and 31 and 32. Thereby, an airflow is formed while passing the compressed air from the gap 30, and the rotating portion 11 can be efficiently rotated. Further, in the present embodiment, at the time of rotation, the piston 4 of the shaft member 3 is in a floating state, and the entire shaft member 3 rotates without contact, so the rotation noise can be reduced.
  • the supply and discharge of compressed air from the stroke ports 25 and 26 communicating with the cylinder chamber 12 is utilized to connect the first fluid chamber 14 and the first fluid chamber 14.
  • a pressure difference is generated between the second fluid chamber 15 and the second fluid chamber 15.
  • the piston 4 can be stroked in the axial direction (X1-X2 direction).
  • the cylinder control pressure can be appropriately adjusted by a servo valve communicating with each stroke port 25, 26.
  • a front wall 40 is provided between the cylinder chamber 12 and the insertion portion 13, and the piston 4 is regulated so as not to move forward of the front wall 40. Further, as shown in FIG. 4, an elastic ring 41 is preferably provided on the front wall 40. The elastic ring 41 acts as a cushioning material when the piston 4 contacts the front wall 40.
  • the compressed air in the second fluid chamber 15 is sucked through the stroke port 26 by the servo valve. Meanwhile, compressed air is supplied into the first fluid chamber 14 through the stroke port 25 by the servo valve. As a result, a differential pressure is generated between the first fluid chamber 14 and the second fluid chamber 15, and the piston 4 can be moved backward (X2) as shown in FIG. In this way, the 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 12 is a regulation surface that regulates the rearward (X2) movement of the piston 4, and the piston 4 cannot move rearward of the rear wall 42. Further, as shown in FIG. 4, the rear wall 42 is preferably provided with an elastic ring 43. The elastic ring 43 acts as a cushioning material when the piston 4 contacts the rear wall 42.
  • a sensor (stroke sensor) 50 is provided in the hole 8 formed in the rear end surface 4b of the piston 4 in a non-contact manner with the piston 4.
  • 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 the control unit (not shown) through the cable 51 (see FIG. 4). Based on the position information measured by the sensor 50, the cylinder control pressure of the first fluid chamber 14 and the second fluid chamber 15 can be adjusted to control the protrusion amount of the piston rod 5.
  • the rotation pressure can be adjusted based on the rotation information of the sensor 50, and the rotation speed of the rotating unit 11 can be controlled.
  • the rotation port 31 and the rotation port 32 are provided on the opposite sides of the shaft member 3, but the direction in which the rotation ports 31 and 32 penetrate is the shaft member. It is preferable to change the angle of one or both of the rotation ports 31 and 32 so that they are not aligned in a straight line through the axis center O of 3.
  • the penetrating direction of the rotation port 31 is provided so as to be inclined from the linear direction S passing through the axis center O.
  • the arrow A indicates the direction of flow of the compressed air, and the compressed air easily enters the cylinder body 2 from the rotation port 31 and easily flows in one direction of the rotating portion 11. As a result, the rotating unit 11 can be appropriately rotated.
  • the rotation port 31 is arranged at a position deviated from the linear direction S passing through the axis center O. That is, the rotation ports 31 and 32 are not aligned on a straight line passing through the center O of the shaft, and are displaced from each other. At this time, it is preferable that the rotation port 31 side, which is the supply side, is displaced and arranged. As a result, the compressed air supplied from the rotation port 31 easily flows in one direction of the rotating portion 11, as indicated by arrow A. As a result, the rotating unit 11 can be appropriately rotated.
  • the rotation ports 31 and 32 are arranged on the substantially opposite sides of the shaft member 3, but as shown in FIG. 9, the rotation ports 31 and 32 are arranged on the shaft member 3. You may arrange
  • the cylinder body on the side is provided. It is preferable that the main body thickness t1 of 2 is thicker than the main body thickness t2 of the cylinder main body 2 on the long distance side between the rotation ports 31 and 32. As a result, at the position of the main body thickness t1, the space between the rotary unit 11 and the position of the main body thickness t2 can be made narrower, and compressed air does not flow as much as possible in the short distance between the rotation ports 31 and 32. Can be controlled. Therefore, it becomes possible to discharge the compressed air from the rotation port 31 through the side having a long distance from the rotation unit 11 and from the rotation port 32. As a result, the rotating unit 11 can be appropriately rotated.
  • the penetrating direction of the rotation ports 31 and 32 is provided along the straight line direction S passing through the axial center O, but the body thickness t3 of the cylinder body 2 on one side of the rotation ports 31 and 32 is
  • the cylinder body 2 is thicker than the body thickness t4.
  • the space between the rotary unit 11 and the position of the main body thickness t4 can be made narrower, and it is possible to control so that the compressed air does not flow to the part of the main body thickness t3 as much as possible. Therefore, the compressed air supplied from the rotation port 31 tends to flow only to one side where the space between the rotating portion 11 and the cylinder body 2 is wide, as indicated by the arrow A. Can be rotated.
  • the present embodiment is a cylinder device 1 having a cylinder body 2 and a shaft member 3 supported in the cylinder body 2.
  • the cylinder body 2 communicates with an outer peripheral surface around the axis of the shaft member 3, It is characterized in that rotation ports 31 and 32 for rotating the shaft member 3 based on the supply and discharge of the fluid are provided.
  • the fluid is applied to the outer peripheral surface of the shaft member 3 to rotate the shaft member 3, so that the cylinder body 2 has the rotation ports 31 and 32 that communicate with the outer peripheral surface of the shaft member 3.
  • a rotary motor such as a stepping motor or a servo motor.
  • the rotating portion 11 is formed on the outer peripheral surface that coincides with the rotating direction of the shaft member 3. Therefore, the distance between the rotating portion 11 and the rotation ports 31 and 32 does not change due to the rotation of the rotating portion 11 or the stroke of the shaft member 3, and can be kept substantially constant. For example, in a configuration in which the distance between the rotating portion and the rotation port changes due to the stroke of the shaft member 3, the rotation pressure changes, causing uneven rotation. On the other hand, in the present embodiment, since the distance between the rotating portion 11 and the rotating ports 31 and 32 can be kept substantially constant, the rotation pressure does not change, and the rotation unevenness can be suppressed.
  • the rotating portion 11 is formed on the outer peripheral surface that coincides with the rotating direction of the shaft member 3, the thrust in the axial direction (X1-X2 direction) is applied to the shaft member 3 based on the rotation of the rotating portion 11. Can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the shaft member 3 from freely moving in the axial direction or the stroke amount of the shaft member 3 to fluctuate, and there is no need for special means for controlling the stroke amount due to rotation.
  • the shaft member 3 has the rotating portion 11 in which the concave portions 9 and the convex portions 10 are alternately continuous along the outer peripheral surface.
  • the rotation ports 31 and 32 are formed so as to communicate with the rotation unit 11. It is preferable that the rotating ports 31 and 32 and the rotating portion 11 face each other.
  • the cylinder device 1 can be made compact and the manufacturing cost can be suppressed.
  • the shaft member 3 is supported so as to be strokeable. As a result, it is possible to make a stroke while rotating the shaft member 3.
  • the shaft member 3 includes the rotating portion 11 on the outer peripheral surface in the middle in the axial direction (X1-X direction). Stroke ports 25, 26 are provided in the cylinder body 2 in front of (X1 side) and in rear (X2 side) of the rotating portion 11 for making the shaft member 3 stroke by supplying and discharging fluid. Further, it is preferable that the rotation ports 31 and 32 communicating with the rotation unit 11 are provided between the stroke ports 25 and 26.
  • the cylinder body 2 is provided with rotation ports 31 and 32 communicating with the rotating portion 11, and stroke ports 25 and 26 are provided before and after the rotation ports 31 and 32. Accordingly, it is possible to manufacture the cylinder device 1 having a simple structure and capable of making a stroke while rotating the shaft member 3.
  • the number of rotation ports may be one, but in that case, one rotation port needs to be responsible for the supply and discharge of the fluid. It is necessary to devise such as separating the parts and enlarging the rotation port. In order to facilitate fluid control and realize a smooth fluid flow, it is preferable to provide a plurality of rotation ports 31 and 32.
  • the shaft member 3 is preferably provided with a fluid bearing, and the shaft member 3 is preferably supported in a floating state in the cylinder body 2.
  • a fluid bearing is preferably used as the fluid bearing.
  • the position of the sensor 50 is not limited to the arrangement shown in FIGS. 2 and 4, and the sensor 50 may be arranged so that the position of the piston rod 5 can be directly measured.
  • the sensor 50 can be arranged without contact with the piston 4 without difficulty. Compactness can be promoted and the accuracy of position and rotation measurement can be improved.
  • the cylinder body 2 may be formed by assembling a plurality of divided bodies, or may be integrated.
  • the cylinder body 2 and the shaft member 3 are formed of, for example, an aluminum alloy or the like, but the material is not limited, and can be variously changed depending on the intended use and installation place.
  • the air bearing cylinder not only the air bearing cylinder but also the cylinder device 1 can be driven by the action of a fluid other than air, and for example, a hydraulic cylinder 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、前記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、前記シリンダ本体には、前記軸部材の軸周りの外周面に通じ、流体の給排に基づいて前記軸部材を回転させるための回転用ポート（３１、３２）が設けられている、ことを特徴とする。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、前記軸部材の軸周りの外周面に通じ、流体の給排に基づいて前記軸部材を回転させるための回転用ポートが設けられている、ことを特徴とする。
　本発明では、前記軸部材は、前記外周面に沿って凹部と凸部とが交互に連続する回転部を有し、前記回転用ポートが、前記回転部に通じていることが好ましい。
　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、前記軸部材は、軸方向の中間の前記外周面に回転部を備え、前記回転部の前方及び後方の前記シリンダ本体に、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ストローク用ポートが設けられており、前記ストローク用ポートの間に、前記回転部に通じる前記回転用ポートが設けられることが好ましい。
　本発明では、前記回転用ポートは、複数設けられることが好ましい。
　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。
本実施形態のシリンダ装置の外観斜視図である。 本実施形態のシリンダ装置を軸方向に沿って切断した断面図である。 本実施形態のシリンダ装置を構成する軸部材の斜視図である。 図２に示すシリンダ装置の部分拡大断面図である。 図２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２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。 本実施形態のシリンダ装置を、軸方向と直交する方向に沿って切断した断面図である。 図７とは別の実施形態の断面図である。 図７とは別の実施形態の断面図である。 図７とは別の実施形態の断面図である。
　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。
　図１、図２等に示すシリンダ装置１は、シリンダ本体２と、シリンダ本体２内に支持された軸部材３と、を有して構成される。
　本実施形態では、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、本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。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４参照）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４ａに設けられ、ピストン４よりも径の小さいピストンロッド５と、を有して構成される。
　なお、図２、図４に示すように、ピストン４、及び、ピストンロッド５は、一体化されていることが好ましい。図４に示すように、ピストン４、及びピストンロッド５の軸中心Ｏは、一直線上に揃っている。
　図２、図４に示すように、ピストン４の後端面４ｂには、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。
　図３に示すように、ピストン４は、前方部４ｃ、中間部４ｄ及び後方部４ｅを有し、中間部４ｄは、外周面に沿って、凹部９と凸部１０とが交互に連続する回転部（歯車部）１１を構成している。ここで、「中間」とは、前方及び後方に挟まれた間の位置であり、真ん中を意味するものではない。
　回転部１１を構成する凹部９及び凸部１０は、周方向に一定の間隔で形成されている。また、凹部９及び凸部１０は、軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に、所定の幅を有して形成されている。凹部９及び凸部１０は、後述する回転用ポート３１、３２の径よりも大きい幅を有している。本実施形態のように、軸部材３がストロークする構成では、軸部材３のストローク量に応じて、回転部１１の軸方向の幅が設定される。
　なお、ピストン４の前方部４ｃ及び後方部４ｅは、中間部４ｄと違って、円柱状で形成されている。これにより、前方部４ｃ及び後方部４ｅに、後述するエアベアリング２１～２３を配置し、ピストン４を安定してシリンダ本体２内で浮かせることができる。
　本実施形態のシリンダ装置１は、軸部材３の軸周りの外周面に配置された回転部１１に流体を作用させることで、軸部材３が、軸中心Ｏを回転中心として回転可能とされた構成である。
　シリンダ本体２の内部には、シリンダ室１２が設けられている。また、シリンダ室１２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１２と連続した挿通部１３が設けられている。
　図２、図４に示すように、軸部材３のピストン４は、シリンダ室１２に収容されている。また、軸部材３のピストンロッド５は、挿通部１３に挿通されている。
　なお、シリンダ室１２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１２の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１２にて軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に移動自在に収容される。
　図２、図４の状態では、ピストン４が、シリンダ室１２の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１４、後方側の空間を第２流体室１５と称することとする。第１流体室１４と第２流体室１５とは夫々区画されており、互いに干渉することはない。
　図２、図４に示すように、シリンダ本体２には、第１流体室１４及び第２流体室１５に通じるストローク用ポート２５、２６が形成されている。
　また、図２、図４に示すように、シリンダ本体２には、ストローク用ポート２５、２６の間の位置に、回転用ポート３１、３２が形成されている。回転用ポート３１、３２は、軸部材３の回転部１１に通じている。
　本実施形態のシリンダ装置１は、エアベアリング式であり、軸部材３とシリンダ本体２の内部空間との間には、複数のエアベアリング空間１６、１７、１８が設けられている。図４に示すように、第１エアベアリング空間１６は、ピストンロッド５の位置に形成されている。第２エアベアリング空間１７は、ピストン４の前方部４ｃの位置に形成される。第３エアベアリング空間１８は、ピストン４の後方部４ｅの位置に設けられる。
　図２、図４に示すように、エアベアリング２１が、第１エアベアリング空間１６内であって、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が、第２エアベアリング空間１７内であって、ピストン４の前方部４ｃ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が、第３エアベアリング空間１８内であって、ピストン４の後方部４ｅ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２、図４に示すように、シリンダ本体２には、シリンダ本体２の外周面から各エアベアリング空間１６、１７、１８にまで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、及び、ピストンロッド５の表面に均一に吹き出す。これにより、ピストン４、及びピストンロッド５が、夫々、シリンダ室１２内、及び挿通部１３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、軸部材３の回転部１１に対向する回転用ポート３１、３２から圧縮エアを給排する。これにより、回転部１１に流体が作用して、回転力を生じさせ、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。このとき、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、回転抵抗を小さくすることができ、高精度な回転が可能になる。
　図４に示す回転用ポート３１は、例えば、圧縮エアの供給ポートであり、回転用ポート３２は、圧縮エアの排気ポートである。図４では、各回転用ポート３１、３２が、回転部１１を介して、反対側に配置されるが、好ましい回転用ポート３１、３２の形態については後述する。これにより、圧縮エアを、回転用ポート３１の供給位置から回転部１１の表面に、回転用ポート３２まで導くことができ、圧縮エアのロスを少なくすることができる。
　また、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１２内で浮いた状態で支持されており、したがって、図４に示すように、回転用ポート３１、３２と回転部１１との間に微小な隙間３０が生じる。これにより、隙間３０から圧縮エアを通しながら気流を形成し、回転部１１を効率よく回転させることができる。また、本実施形態では、回転時に、軸部材３のピストン４は浮いた状態であり、軸部材３全体が非接触のまま回転するため、回転音を小さくすることができる。
　また、本実施形態では、軸部材３を、シリンダ本体２内で浮かせた状態で、シリンダ室１２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１４と第２流体室１５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２、図４の状態から、第１流体室１４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１５内に供給する。これにより、第１流体室１４と第２流体室１５との間で差圧が生じ、図５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、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１２と挿通部１３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４に示すように、前方壁４０には弾性リング４１が設けられていることが好ましい。弾性リング４１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２、図４の状態から、第２流体室１５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１４内に供給する。これにより、第１流体室１４と第２流体室１５との間で差圧が生じ、図６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。このように、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１２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４に示すように、後方壁４２には弾性リング４３が設けられていることが好ましい。弾性リング４３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。
　図１、図２、図４等に示すように、ピストン４の後端面４ｂに形成された孔８内には、センサ（ストロークセンサ）５０が、ピストン４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、ケーブル５１（図４参照）を通じて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１４及び第２流体室１５のシリンダ制御圧を調圧し、ピストンロッド５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、回転部１１の回転数を制御することができる。
　次に、回転部１１を回転しやすくするための回転用ポート３１、３２の形態について説明する。以下で説明する図面は、全て、軸方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に対し直交する方向から切断した部分断面図である。
　例えば、図７に示すように、回転用ポート３１と、回転用ポート３２は、軸部材３を介して反対側に設けられているが、各回転用ポート３１、３２の貫通方向が、軸部材３の軸中心Ｏを通って一直線上に並ばないように、各回転用ポート３１、３２の一方、或いは両方の角度を変えることが好ましい。図７では、回転用ポート３１の貫通方向を、軸中心Ｏを通る直線方向Ｓから傾くように設けた。矢印Ａは、圧縮エアの流れの向きを示しており、圧縮エアが回転用ポート３１からシリンダ本体２内に斜めに入り込み、回転部１１の片側方向に流れやすくなる。この結果、回転部１１を適切に回転させることができる。
　図８では、回転用ポート３１を、軸中心Ｏを通る直線方向Ｓから外れた位置に配置した。すなわち、回転用ポート３１、３２は、軸中心Ｏを通る直線上に揃っておらず、ずれた配置となる。このとき、供給側である回転用ポート３１側をずらして配置することが好ましい。これにより、回転用ポート３１から供給された圧縮エアは、矢印Ａに示すように、回転部１１の片側方向に流れやすくなる。この結果、回転部１１を適切に回転させることができる。
　図７、図８では、各回転用ポート３１、３２を、軸部材３を介して略反対側に配置していたが、図９に示すように、各回転用ポート３１、３２を、軸部材３から見て同じ側に配置してもよい。図９に示すように、各回転用ポート３１、３２を、軸中心Ｏを通る直線方向Ｓに対して左右にずらして配置することが好ましい。これにより、回転用ポート３１から供給された圧縮エアは、矢印Ａに示すように、回転部１１の片側方向から流れ、半周以上回って、回転用ポート３２から外部に排出される。図９では、各回転用ポート３１、３２が近い位置に配置されるため、各回転用ポート３１，３２間の短い距離間に圧縮エアの流れが極力生じないようにすべく、側のシリンダ本体２の本体厚ｔ１を、各回転用ポート３１，３２間の長い距離側のシリンダ本体２の本体厚ｔ２よりも厚くすることが好ましい。これにより、本体厚ｔ１の位置では、本体厚ｔ２の位置よりも、回転部１１との間の空間を狭くでき、各回転用ポート３１，３２間の短い距離間に圧縮エアが極力流れないように制御できる。したがって、圧縮エアを、回転用ポート３１から、回転部１１に対し距離の長い側を通って、回転用ポート３２から排出させることが可能になる。この結果、回転部１１を適切に回転させることができる。
　図１０では、回転用ポート３１、３２の貫通方向を、軸中心Ｏを通る直線方向Ｓに沿って設けているが、回転用ポート３１、３２の片側のシリンダ本体２の本体厚ｔ３を、もう一方のシリンダ本体２の本体厚ｔ４よりも厚くした。これにより、本体厚ｔ３の位置では、本体厚ｔ４の位置よりも、回転部１１との間の空間を狭くでき、本体厚ｔ３の部分には、圧縮エアが極力流れないように制御できる。したがって、回転用ポート３１から供給された圧縮エアを、矢印Ａに示すように、回転部１１とシリンダ本体２との間の空間が広い片側にのみ流れやすくなり、この結果、回転部１１を適切に回転させることができる。
　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と、シリンダ本体２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２には、軸部材３の軸周りの外周面に通じ、流体の給排に基づいて軸部材３を回転させるための回転用ポート３１、３２が設けられていることを特徴とする。
　このように、本実施形態では、軸部材３の外周面に流体を作用させて、軸部材３を回転させるように、シリンダ本体２に、軸部材３の外周面へ通じる回転用ポート３１、３２を設けた。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。
　更に、本実施形態では、回転ムラを抑制することが可能である。「回転ムラの抑制」について詳しく説明する。本実施形態では、軸部材３の回転方向に一致する外周面に回転部１１を構成した。このため、回転部１１と回転用ポート３１、３２との距離は、回転部１１の回転や、軸部材３のストロークによっても変化せず、常に、略一定とすることができる。例えば、軸部材３のストロークにより、回転部と、回転用ポートとの距離が変化するような構成では、回転圧が変ってしまうため、回転ムラが生じる。これに対し、本実施形態では、回転部１１と回転用ポート３１、３２との距離を略一定に保つことができるため、回転圧が変化せず、回転ムラを抑制することができる。
　また、本実施形態では、軸部材３の回転方向に一致する外周面に回転部１１を構成したため、回転部１１の回転に基づき、軸部材３に、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。したがって、軸部材３が勝手に軸方向に動いたり、或いは、軸部材３のストローク量がばらつくことを抑制でき、回転に起因するストローク量の制御手段を特段必要としない。
　また、本実施形態では、軸部材３は、外周面に沿って凹部９と凸部１０とが交互に連続する回転部１１を有する。そして、回転用ポート３１、３２が、回転部１１に通じるように形成されている。回転用ポート３１、３２と、回転部１１とは対向していることが好ましい。
　この構成により、軸部材３とは別に回転部１１を設ける必要がなく、回転部１１をシンプルな形状で形成できる。したがって、シリンダ装置１をコンパクト化でき、且つ製造コストを抑制することができる。
　また、本実施形態では、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、本実施形態では、軸部材３は、軸方向（Ｘ１－Ｘ方向）の中間の外周面に回転部１１を備える。回転部１１の前方（Ｘ１側）及び後方（Ｘ２側）のシリンダ本体２に、流体の給排により、軸部材３をストロークさせるためのストローク用ポート２５、２６が設けられている。そして、ストローク用ポート２５、２６の間に、回転部１１に通じる回転用ポート３１、３２が設けられることが好ましい。
　このように、本実施形態では、軸部材３の中間に回転部１１を設けることで、回転機構を別個に設ける必要がなく、コンパクト化できる。また、シリンダ本体２に、回転部１１へ通じる回転用ポート３１、３２を設けるとともに、回転用ポート３１、３２の前後に、ストローク用ポート２５、２６を設ける。これにより、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を製造することができる。
　また、本実施形態では、回転用ポートは１つであってもよいが、その場合は、１つの回転用ポートで、流体の供給と排出を担うことが必要になり、供給時間と排出時間とを分けたり、回転用ポートを大きくする等の工夫が必要である。流体制御を簡単にでき、且つスムースな流体の流れを実現するには、回転用ポート３１、３２を複数設けることが好ましい。
　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２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、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。これにより、ストローク及び回転の際の摺動抵抗を、効果的に小さくすることができる。
　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２、図４等の配置に限定されるものではなく、センサ５０を、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、図２、図４等のように、センサ５０を、ピストン４の後端面４ｂ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、ピストン４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２０１８－２２７９８０号に基づく。この内容は全てここに含めておく。

Claims (6)

  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、前記軸部材の軸周りの外周面に通じ、流体の給排に基づいて前記軸部材を回転させるための回転用ポートが設けられている、ことを特徴とするシリンダ装置。
  2. 　前記軸部材は、前記外周面に沿って凹部と凸部とが交互に連続する回転部を有し、前記回転用ポートが、前記回転部に通じ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又は請求項２に記載のシリンダ装置。
  4. 　前記軸部材は、軸方向の中間の前記外周面に回転部を備え、
    　前記回転部の前方及び後方の前記シリンダ本体に、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ストローク用ポートが設けられており、前記ストローク用ポートの間に、前記回転部に通じる前記回転用ポートが設けられることを特徴とする請求項３に記載のシリンダ装置。
  5. 　前記回転用ポートは、複数設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のシリンダ装置。
  6. 　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５のいずれかに記載のシリンダ装置。
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