JPH0364725B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロボツト制御に用いられるマジツク
ハンドとかマニピレータなどにおいて腕（アー
ム〕に往復ストローク運動と回転運動とを司らせ
るために使用される流体圧シリンダであつて、詳
しくは、流体の出し入れによりシリンダ本体を往
復運動自在なピストンと、前記シリンダ本体に対
して回転可能に支承されるピストンロツドと、前
記ピストンロツドに駆動回転力を伝達可能な回転
力伝達機構とを備えた流体圧シリンダに関する。

〔従来の技術〕

この種の流体圧シリンダとして、従来では、例
えば実公昭51−27429号公報に記載されているよ
うに、シリンダケースの一端側に回転力伝達機構
を装備させてその回転伝動軸をシリンダ本体内に
挿入し、この回転伝動軸にピストンを装着し、か
つ、シリンダ本体内への圧力流体の供給によつて
前記ピストンの往復ストローク運動を行わせると
ともに、回転伝動軸を介してピストンに駆動回転
力を伝達するように構成していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

この種の流体圧シリンダが備えられるマジツク
ハンドやマニピレータは、本来が能率アツプを狙
つたものであるだけに、それに用いられるシリン
ダ作動頻度が非常に高く、シリンダに係わる作動
流体回路機構も酷使される傾向にあり、信頼性向
上に努めているにも拘らず、流体系の故障、殊に
弁類の故障はこれを皆無にはし得ないのが実情で
ある。従つて、時として弁類の故障により、作動
流体圧が異常低下してそのシリンダが保持してい
る物品に力学的な無理をかけたり、その物品を脱
落して、そのもの又は他物を損傷したり、或いは
作業者を負傷させる等、重大事故を招きかねない
のである。

このような弁類の故障による伝動流体圧の異常
低下については、シリンダ内部圧の異常低下を検
出するセンサーを設け、センサーの検出結果に基
いて別系の流体を緊急に供給するのが一般的であ
るが、これでは、圧力検出手段や、緊急用流体供
給手段という、構造上の複雑化を招き、極端なコ
ストの高騰を免れないという問題が生じる。しか
も、緊急用流体圧の量に制限があつて、かつ、洩
出してしまつた場合には目的を達することができ
ない。

本発明は、構造的には簡単な構成により、低コ
ストのもので、流体圧シリンダの使用上の信頼性
向上を図る点にその目的がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する為の本発明の特徴構成は、
ロボツト制御に用いられるマジツクハンドやマニ
ピレータなどにおいて腕に往復ストローク運動と
回転運動とを司らせるために使用する流体圧シリ
ンダであつて、流体の出し入れによりシリンダ本
体内を往復運動自在なピストンと、前記シリンダ
本体に対して回転可能に支承されるピストンロツ
ドと、前記ピストンロツドに駆動回転力を伝達可
能な回転力伝達機構とを備えている流体圧シリン
ダにおいて、下記〔イ〕及び〔ロ〕に記載の構成
を備えたことである。

〔イ〕 前記ピストンの両面と、そのピストンに相
対向するシリンダ本体側のロツドカバーおよび
ヘツドカバーの内面とに、ピストンのストロー
クエンド又はその付近でピストンの位置保持を
司る磁気吸引機構を設けてある。

〔ロ〕 シリンダ本体の前記ストロークエンド付近
に、シリンダ本体の軸線方向端部に対するピス
トンの接当による衝撃を吸収し、かつ、圧縮状
態で前記磁気吸引機構による吸引方向とは逆方
向への反発力を有する緩衝手段を設けてある。

〔作 用〕

上記の技術手段を講じた結果、次の作用を得ら
れる。

a.ピストンのストロークエンド付近でピストンの
位置保持を司る磁気吸引機構を設けたものであ
るから、シリンダへの供給流体の不測の圧力低
下、例えば弁類故障による作動流体圧の異常低
下が生じた際の位置保持を、圧力検出センサー
や、その検出結果に基いて作動する緊急用の流
体供給装置を要さず、磁力を用いての簡単な構
造により行うことができる。しかも、磁力を用
いるものであるから、流体の洩出が長時間にわ
たつて続き、シリンダの内部圧が回復しない場
合にも、内部圧低下に関わりなく位置保持を行
える。

b.また、前記磁気吸引機構に加えて緩衝手段も併
用したので、磁気吸引機構を用いる際に問題と
なるストロークエンドでの衝撃の増大を緩和で
きる。

c.さらに、前記緩衝手段の反発力と前記磁気吸引
機構の吸引力とを、ピストンがシリンダ本体の
ストロークエンドに位置している状態で、緩衝
手段の圧縮状態で前記磁気吸引機構による吸引
方向とは逆方向への反発力が作用するように設
定してあるので、ストロークエンドからの移動
開始の際のピストンの運動をスムーズに行わせ
易い。

つまり、ピストンの移動開始時点で磁力の吸引
力のみが作用している状態であれば、作動流体を
供給してのピストンの移動開始時に、ストローク
エンドから離れる際のピストンに作用する吸引力
の変化率が極端に大きく、ほんの僅かなピストン
の移動で急速に吸引力が減少することになるの
で、ピストンに作用するほぼ一定の流体圧と吸引
力との相対関係が急変し、スムーズな運動が行わ
れ難いのであるが、本発明によれば、緩衝手段の
反発力を利用してこのような不都合を避けてい
る。すなわち、前記緩衝手段を用いて、磁気吸引
機構の吸引力とは逆向きで、かつ、ストロークエ
ンドから離れるにしたがつてその逆向きの作用力
を減少するように設定された作用力を予め与え
て、磁気吸引機構による吸引力の変化の度合を小
さくするようにしてあるので、最大値が位置保持
に充分な程度であるように強い吸引力を有した磁
気吸引機構を用いても、その最大値からのピスト
ン移動量に対する吸引力の低下率を、前記のよう
に単に磁気吸引機構を設けただけのものに比べて
は急変させずに済む。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。

シリンダ筒１とこれの両端にＯリング２，２を
介して嵌着保持させたロツドカバー３およびヘツ
ドカバー４とからなるシリンダ本体Ａ内に、シリ
ンダ筒１内周面との間の気密（液密）を図るＯリ
ング５を外周溝に嵌着したピストン６を往復運動
自在に装着してある。前記シリンダ本体Ａのシリ
ンダ室内に対する作動流体（エアまたはオイル）
出し入れ流路７，８を、前記ロツドカバー３およ
びヘツドカバー３に形成し、ピストン６からロツ
ドカバー３を貫通する状態のピストンロツド９を
延出するとともに、ピストン６からピストンロツ
ド９とは反対側に向けてヘツドカバー４を貫通す
る状態のロツド１０を延設してある。更に、この
貫通ロツド１０に同芯状に外嵌する状態でヘツド
カバー４に回転自在に保持された筒体１１と、ピ
ストン６の往復ストローク運動方向に沿つて筒体
１１に形成した溝１２，１２に対して係合する状
態で前記貫通ロツド１０の遊端側に付設したピン
１３とをもつて、前記貫通ロツド１０の往復スト
ローク運動を許容する状態でその貫通ロツド１０
に駆動回転力を伝達する機構Ｂを構成してある。

ピストンロツド９と貫通ロツド１０とは、一本
のロツドｒをもつて構成されており、これに対し
てピストン６を、その内周溝に嵌着させたＯリン
グ１４を介して外嵌し、ピン１５にて止着してあ
る。

１６は、周方向複数箇所においてロツドカバー
３とヘツドカバー４とに亘つて貫挿したタイロツ
ドで、両端にナツト１７，１７を螺着することに
より、両カバー３，４をシリンダ筒１に固定化し
ている。１８，１８はＯリング、１９，１９はブ
ツシユである。２０は、ブツシユ２１，２１を介
して前記筒体１１を支承するホルダーで、複数の
ボルト２２によりヘツドカバー４に固定されてい
る。

そして、Ｃが、ストロークエンド又はその付近
でピストン６の位置保持を司る磁気吸引機構であ
り、これは、シリンダ本体Ａとピストン６との間
に介在されている。即ち、磁気吸引機構Ｃが何れ
のストロークエンドでも働くよう２組設けられて
あり、何れの組も、対向永久磁石Ｍ，Ｍ対から構
成されている。詳しくは、ロツドカバー３とヘツ
ドカバー４の夫々に周方向複数の永久磁石Ｍ，Ｍ
…が固着され、かつ、ピストン６の表裏両面夫々
にも同数の永久磁石Ｍ，Ｍ…が固着されている。
何れの永久磁石ＭもそのNS極対向方向がストロ
ーク運動方向となつている。２３，２３…は磁石
押え板、２４，２４はクツシヨンリングである。

ストロークエンドに静止しているピストン６を
運動させるにつけては、流体圧のみにより磁気吸
引力に抗して強制的に引き離す以外、ピストン６
をその場で回転させて磁気吸引力を弱める。更に
は磁気反発力を働かせることにより引き離しやす
くする方法がある。これは、周方向に並ぶ磁石Ｍ
…群の何れの組をも第２図の様にＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓ
…というように極を変えて並べ、NS対向状態か
ら回転によりNN又はSS対向状態へと切換えるも
のである。この場合のピストン６の回転に先の機
構Ｂが兼用されることは言うまでもない。又、他
方のストロークエンドに至つたときに反発力では
なく、吸引力が働くようにその側のＮ，Ｓ，Ｎ，
Ｓの並び位相を考慮する必要がある。勿論、流体
圧のみで引き離すときは、第３図のように、Ｎ極
のみ（Ｓ極のみ）とする。磁気吸引機構Ｃは、第
４図や第５図のように永久磁石Ｍと磁性体Ｎとの
組合せであつてもよい。この場合磁性体Ｎをピス
トン６側に付設するもよいし、又、その逆にカバ
ー３，４側に付設するもよい。

前記回転力伝達機構Ｂにおける筒体１１に対し
て回転力を与えるための装置としては、筒体１１
にモータの出力軸を直結するとか、ギヤなどを介
して連結する他、適宜構造のものを採用し得る。
モータは正逆転切換式サーボモータを用いること
が多い。

ピストンロツド９の回転制御は筒体１１に回転
角検出装置を装備させて、指令設定角に検出角が
一致するまでサーボモータを駆動させるといつた
フイードバツク制御方式を採ることが考えられ
る。

次に図示のシリンダの応用、変形態様を簡単に
説明する。

図示のシリンダは複動式であつたが、これを単
動式とするもよい。即ち、流路７，８のうちの何
れか一方を無くするもので、一方向へのストロー
ク運動時のみ作動流体を流入して強制運動させ、
逆方向へのストローク運動は、シリンダ室内に装
着のスプリングの弾性力を利用したり、或いはピ
ストンロツド９にかかる支持物品の重量とか加工
物品からの反力を利用すように構成してもよい。

複動式、単動式何れにしても、ピズトンロツド
９の回転時期は、ストロークエンドに達したのち
の時点に定めても、或いはストローク運動中の時
点に定めてもよい。

ピストンロツド９と貫通ロツド１０とを別体と
してもよい。この場合、貫通ロツド１０をピスト
ン６に対して一体回転するように連結するのが一
般的であるが、特殊な態様としてギヤ運動するこ
となども考えられ、一体回転であることを限定す
るものではない。

〔発明の効果〕 (イ) 前記a.の作用から作動流体圧の異常低下が生
じた場合のピストンの位置保持を、簡単な構造
により低下コストで、しかも長時間に亘る場合
も支障なく行える効果がある。

(ロ) 前記b.、c.の作用から、磁気吸引機構を用い
ての上記a.に関する効果を得られるものである
とともに、その磁気吸引機構を用いた際に生じ
る緩衝音の発生や耐久性の低下、ならびにピス
トンの作動の不円滑さを伴うことについての問
題をうまく解決し得たものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る流体圧シリンダの実施例を
示し、第１図は縦断正面図、第２図ないし第５図
は磁石配列パターンの各種例を示し、第２図、第
３図は縦断側面図、第４図、第５図は概略縦断正
面図である。 Ａ…シリンダ本体、Ｂ…回転力伝達機構、Ｃ…
磁気吸引機構、Ｍ…永久磁石、Ｎ…磁性体、４…
ヘツドカバー、６…ピストン、９…ピストンロツ
ド、１０…貫通ロツド、２４…緩衝手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロボツト制御に用いられるマジツクハンドや
   マニピレータなどにおいて腕に往復ストローク運
   動と回転運動とを司らせるために使用する流体圧
   シリンダであつて、流体の出し入れによりシリン
   ダ本体Ａ内を往復運動自在なピストン６と、前記
   シリンダ本体Ａに対して回転可能に支承されるピ
   ストンロツド９と、前記ピストンロツド９に駆動
   回転力を伝達可能な回転力伝達機構Ｂとを備えて
   いるとともに、下記〔イ〕及び〔ロ〕に記載の構
   成を備えている流体圧シリンダ。 〔イ〕 前記ピストン６の両面と、そのピストン６
   に相対向するシリンダ本体Ａ側のロツドカバー
   ３およびヘツドカバー４の内面とに、ピストン
   ６のストロークエンド又はその付近でピストン
   ６の位置保持を司る磁気吸引機構Ｃを設けてあ
   る。 〔ロ〕 シリンダ本体Ａの前記ストロークエンド付
   近に、シリンダ本体Ａの軸線方向端部に対する
   ピストン６の接当による衝撃を吸収し、かつ、
   圧縮状態で前記磁気吸引機構Ｃによる吸引方向
   とは逆方向への反発力を有する緩衝手段２４を
   設けてある。 ２ 前記磁気吸引機構Ｃが、永久磁石Ｍ，Ｍから
   構成されている特許請求の範囲第１項に記載の流
   体圧シリンダ。