JPH05111843A - 空気圧または真空圧利用のハンドツール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子出願以前の出願であるので 要約・選択図及び出願人の識別番号は存在しない。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、空気圧または真空圧の発生手段を有 するハンドツールに関するものである。

［従来の技術］ 空気圧によりワークを移動させる空気圧シリン ダ、真空圧によりワークを吸着する吸着装置等 の、空気圧または真空圧利用の各種装置は、特に 例示するまでもなく周知である。

しかしながら、これらの周知の装置は、それを 動作させるための空気圧または真空圧の発生手段 を、別個に設置するコンプレッサや真空ポンプ等 としているために装置が全体として大形になるば かりでなく、近くにこれらの発生手段がない場合 には使用できないので、小形なハンドツールとし て使用することが困難である。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明が解決しようとする課題は、空気圧また は真空圧の発生手段を備えた小形でコンパクトな ハンドツールを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、本発明は、空気圧ま たは真空圧利用のハンドツールにおいて、上記ハ ンドツールが、圧電アクチュエータを有する空気 圧または真空圧発生手段と、該発生手段で発生し た空気圧または真空圧により動作する動作部とを 備えていることを特徴としている。

また、同様の課題を解決するため、ハンドツー ルを、ロッドによりワークを移動させる空気圧シ リンダ、フィンガによりワークを把持するエア チャック、または吸着パッドによりワークを吸着 する吸着装置とするとよい。

さらに、同様の課題を解決するため、圧電アク チュエータが、圧電素子と、その外周のシール部 材と、圧力室を有し上記シール部材を挾持する一 対のボディとを備えているとよい。

また、同様の課題を解決するため、圧電アク チュエータが、圧電素子を取付け、または埋設し たシール部材を備えているとよい。

［作用及び考案の効果］ 電圧の印加により圧電アクチュエータが空気圧 または真空圧を発生するので、これらの空気圧ま たは真空圧で動作する動作部によって、ワークに 所望の動作をさせることができる。

この場合、圧電アクチュエータによって空気圧 または真空圧を発生させるため、空気圧または真 空圧の発生手段が小形化され、かつ別個にコンプ レッサや真空ポンプ等の大形の圧力発生装置を設 置する必要がないので、小形でコンパクトなハン ドツールとすることができる。

［実施例］ 第１図はハンドツールを空気圧シリンダとした 本発明の実施例を示し、この空気圧シリンダ1 は、シリンダ2 、該シリンダ2 内に往復動するピ ストン3 とロッド4 、シリンダ2 に組み付けた空 気圧発生手段としての圧電アクチュエータ5,5 及 び切換弁6 を備えている。

上記圧電アクチュエータ5 は、電圧の印加によ り振動する圧電素子を有する区画板8 で区画され た圧力室9,9 を備え、各圧力室9 に、空気の流入 のみを許容する入口チェック弁10と、空気の流出 のみを許容する出口チェック弁11が接続されてい る。

切換弁6 は、空気の入口ポートＰ、出口ポート Ａ，Ｂ及び排出ポートＲを備え、ソレノイドの励 磁によりポートＰとＡ及びＢとＲが連通し、ソレ ノイドの励磁解除によりポートＰとＢ及びＡとＲ が連通するものとして構成され、入口ポートＰは 供給通路12によって出口チェック弁11，・・に、 出力ポートＡ，Ｂは、流路14a,14b によってピス トン3 で区画された駆動室15a,15b に、排出ポー トＲは排出通路13によって外部に開口するサイレ ンサ19に、それぞれ連通している。また、入口 チェック弁10，・・はフィルタ18を有する吸気通 路16介して大気に連通し、供給流路12中にタンク 17が設置されている。

上記シリンダ2 に取付けられた制御回路20は、 通信インターフェイス、演算装置及びプロセッサ 等を有し、センサ21、圧力センサ22a,22b,22c 及 びオートスイッチ23a,23b 等が検出した空気圧シ リンダ1 の位置、速度、加速度、流体圧、及び圧 電アクチュエータ5,5 の温度、圧力、振動等の情 報によって、圧電アクチュエータ5,5 と切換弁6 の動作を制御するものである。

上記区画板8 は、例えば、第２図に示すように シール部材26の内側の溝に圧電素子8aを嵌着等に より取付けたもの、第３図に示すようにシール部 材27に圧電素子8a, ・・を貼着等により取付けた もの、或いは第４図に示すようにシール部材28に 環状の圧電素子8aを埋設したものとして構成さ れ、これらの圧電素子8aは単層構造に限られず、 バイモルフ構造または積層構造のものとすること もできる。

また、圧電アクチュエータ5 は、例えば第５図 及び第６図に示すように、圧電素子8aを有する上 記区画板8 周縁のシール部材31を、圧力室9 を有 する一対のボディ32,32 で挾持することにより構 成され、各圧力室9 に、入口チェック弁10と出口 チェック弁11を接続するためのポート33,33 が開 口している。そして、上記区画板8 及び圧力室9, 9 の外形は、図示のように円形または正多角形と するとよい。

第１図中の符号24はロッド4 に取付けたワーク である。

上記実施例は、圧電素子8a, ・・に電圧を印加 すると、フィルタ18、吸気通路16及び入口チェッ ク弁10, ・・を通って吸入された空気が、圧電ア クチュエータ5,5 により圧縮されて出口チェック 弁11, ・・と切換弁6 を通って一方の駆動室に供 給されるとともに、他方の駆動室の空気が切換弁 6 と排出通路13を通ってサイレンサ19から外部に 排出されるので、ピストン3 が所定の方向に駆動 し、切換弁6 を切換えるとピストン3 が反対方向 に駆動する。この場合、タンク17はアキュムレー タとして作用するとともに、空気の脈動を除去す る。

したがって、シリンダ2 に組み付けた圧電アク チュエータ5,5 によって、ワーク24を移動させる ことができる。

上記実施例は、圧電アクチュエータ5,5 を備え ているので、屋外等で手近かにコンプレッサ等の 圧縮空気発生手段がない場所においても使用する ことができる。

また、空気圧発生手段として圧電アクチュエー タ5,5 を使用したので、空気圧シリンダ1 を小形 でコンパクトなハンドツールとすることができ る。

第７図はハンドツールをエアチャックとした本 発明の他の実施例を示し、このエアチャック40の ボディ41は、エアシリンダ42、及び上記圧電アク チュエータ5,5 と切換弁6 を備えている。

エアシリンダ42は、シリンダ内を摺動する一対 のピストン44,45 を備え、これらのピストンは、 ピストン44のロッド46がピストン45を気密に貫通 することにより、同心でかつ相対摺動可能に配設 され、ピストン間の駆動室47a に流路14a が、ピ ストン44上方の駆動室47b に流路14b がそれぞれ 連通し、排出通路13は入口チェック弁10, ・・に 連通するとともに、吸気通路16中の外気の流入を 許容するチェック弁48とフィルタ18を介して外部 に連通し、タンク17はリリーフ弁49を備えてい る。また、図示を省略しているが、排出通路13 に、上記リリーフ弁49より低圧で作動するリリー フ弁を設けてもよい。

上記エアチャック40は、駆動室47a,47b に圧縮 空気を給排すると、公知のエアチャックと同様 に、クロスローラガイド43,43 に支持されたフィ ンガ40a,40a が開閉して、ワーク（図示省略）を 解放及び把持する。

上記実施例の他の構成及び作用は第１図に示す 実施例と同じであるから、図の主要な箇所に同一 の符号を付して詳細な説明は省略する。

上記各実施例における駆動室への空気の給排 は、空気圧シリンダ1 のように外部から空気を吸 入して外部に排出する吸入・排出式、或いはエア チャック40のように空気を循環させる循環式のい ずれでもよい。

また、空気圧の調圧は、空気圧シリンダ1 のよ うに、各圧力センサが出力する信号によって制御 回路20が圧電アクチュエータ5,5 等を制御するも の、或いはエアチャック40のように、作動圧力範 囲を設定するリリーフ弁49を使用して過剰な空気 を外部に排出し、加圧に不足な空気を外部から補 給するものとすることができる。

なお、図示を省略しているが、これらのシリン ダを、スプリングを有する単動形とすることもで きる。

第８図はハンドツールを吸着装置とした本発明 のさらに他の実施例を示し、この吸着装置50は ヘッド51と吸着パッド52を備え、ヘッド51に、圧 電アクチュエータ5,5 と切換弁53が組み付けられ ている。

上記切換弁53は、空気の入口ポートＰ、出口 ポートＡ，Ｂ及び排出ポートR1,R2 を備え、ソレ ノイドの励磁によりポートＰとＡ及びＢとR2が連 通し、ソレノイドの励磁解除によりポートR1とＡ 及びＢとＰが連通するものとして構成され、ポー トR1とR2は吸入通路55を介して吸着パッド52に、 ポートＡは供給通路12を介して入口チェック弁 10, ・・に、ポートＢは排出通路13を介して出口 チェック弁11, ・・に、ポートＰはサイレンサ19 を介して外部に、それぞれ連通している。

上記ヘッド51に取付けられた圧力検出部56は、 半導体圧力センサ57と、該圧力センサ57の出力に より動作する吸着確認スイッチ58を有し、圧力セ ンサ57は通路59によって吸入通路55に連通し、吸 着確認スイッチ58は制御回路20に接続され、吸着 パッド52はバッファ60を介してヘッド51に取付け られている。

上記吸着装置50は、切換弁53が図示の状態のと きに圧電アクチュエータ5,5 に電圧を印加する と、吸入通路55を介して吸着パッド52に真空圧が 作用して該パッド52がワーク61を吸着し、圧電ア クチュエータ5,5 から流出する空気は、排出通路 13と切換弁53を通って外部に排出される。

ソレノイドの励磁により切換弁53を切換える と、供給通路12がサイレンサ19を介して外部に、 排出通路13が吸入通路55にそれぞれ連通するの で、サイレンサ19から吸入した外気により吸入通 路55の真空が破壊されて、吸着パッド52がワーク 61を解放する。

第９図は上記吸着装置50における配管の第１変 形例を示し、第１変形例の供給通路12は圧電アク チュエータ5,5 の一方の圧力室9,9 に連通し、他 方の圧力室9,9 は外部に開口する外気通路64に連 通している。

上記第１変形例の他の構成は第８図に図示のも のと同じであるから、図の主要な箇所に同一の符 号を付して詳細な説明は省略する。

第1 変形例の作用は、排出通路13から排出され る大量の空気で吸着パッド52の真空が速やかに破 壊される以外は、第８図に図示のものと同じであ る。

第10図は配管の第２変形例を示し、第２変形例 の排出通路13は圧電アクチュエータ5,5 の一方の 圧力室9,9 に連通し、他方の圧力室9,9 は流出通 路66によって、切換弁53を通ることなく直接外気 に開口している。

上記第２変形例の他の構成は第８図に図示のも のと同じであるから、図の主要な箇所の同一の符 号を付して詳細な説明は省略する。

第２変形例の作用は、一部の排出空気が吸着 パッド52の真空破壊として作用しない以外は、第 ８図に図示のものと同じである。

第11図は配管の第３変形例を示し、第３変形例 は、吸入通路55を直接供給通路12に連通すること により切換弁を省略し、吸着パッド52を外気に連 通させる破壊通路68にソレノイドの励磁、励磁解 除により破壊通路68を通断する真空破壊弁69を有 し、排出通路13はサイレンサ19を介して外気に開 口している。

第３変形例の他の構成は第８図に図示のものと 同じであるから、図の主要な箇所に同一の符号を 付して詳細な説明は省略する。

上記第３変形例は、真空破壊弁69のソレノイド を励磁すると、破壊通路68が吸着パッド52に連通 して外気によりパッド52の真空が破壊される。

第12図は配管の第４変形例を示し、第４変形例 の排出通路13は破壊通路68の外気側に連通してお り、その他の構成及び作用は実質的に第３変形例 と同じである。

第13図は配管の第５変形例を示し、第５変形例 における圧電アクチュエータ5,5 の１つの圧力室 9aは、入口チェック弁10を介して外気に開口し、 他の圧力室9, ・・は供給通路12に連通している。

また真空破壊弁71は、排出通路13に連通する入口 ポートＰ、破壊通路68に連通する出口ポートＡ及 び外気に開口する排出ポートＲを備え、ソレノイ ドの励磁によりポートＰとＡが、励磁解除により ポートＰとＲが連通するものとして構成されてい る。

第５変形例の他の構成は第３変形例と同じであ る。

第５変形例は、真空破壊弁71のソレノイドを励 磁すると、排出通路13の排気によって吸着パッド 52の真空が破壊される。

第14図は配管の第６変形例を示し、第６変形例 の切換弁73は、空気の入口ポートＰ、出口ポート Ａ及び排出ポートＲを備え、ソレノイドの励磁に よりポートＰとＲが連通し、励磁解除によりポー トＰとＡが連通する３ポート弁として構成され、 ポートＰは吸入通路55に、ポートＡは供給通路12 に、排出ポートＲは排出通路13にそれぞれ連通 し、排出通路13中に排気を蓄圧するタンク74が設 置されている。

第６変形例の他の構成は、実質的に第８図に図 示のものと同じである。

第６変形例は、真空破壊弁73のソレノイドを励 磁すると、タンク74に蓄圧された排気によって吸 着パッド52の真空が破壊される。

第15図は配管の第７変形例を示し、第７変形例 は圧電アクチュエータ5,5 と5aとを備え、圧電ア クチュエータ5aの圧力室9a,9a は、入口チェック 弁10,10 と供給通路12a を介して外気に連通する と に、出口チェック弁11,11 とタンク74を有 する排出通路13a を介して真空破壊弁73の排出 ポートＲに連通している。

第７変形例の他の構成は、圧電アクチュエータ 5,5 の圧力室9, ・・に連通する排出通路13が外気 に開口している以外は、第６変形例と同じであ る。

第７変形例は、圧電アクチュエータ5aから排出 されてタンク74に蓄圧された空気によって、吸着 パッド52の真空が破壊される。

なお、図示を省略しているが、上記各ハンド ツールは、LCD 、LED 等の発光装置、もしくはア ナログ、デジタル表示等を用いた表示装置を備 え、ツールの上面、側面等に埋設したこれらの表 示装置によって、制御回路20が処理したツールの 作動状態、作動の確認、故障原因等を表示する機 能を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断正面図、第２図 及び第３図は圧電アクチュエータの分解斜視図、 第４図Ａ，Ｂないし第６図Ａ，Ｂは圧電素子の断 面図及び平面図、第７図及び第８図は他の実施例 の縦断正面図、第９図ないし第15図は第８図に示 す実施例における配管変形例の構成図である。 1 ……空気圧シリンダ、 4 ……ロッド 5,5a ……圧電アクチュエータ、 8a……圧電素子、 9,9a ……圧力室、 24,61 ……ワーク、 26,27,28,31 ……シール部材、32……ボディ、 40……エアチャック、40a ……フィンガ、 50……吸着装置、 52……吸着パッド。

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【手続補正書】

【提出日】平４．１１．２７ 明細書第１９頁９行に記載した、「ないし第６図Ａ，Ｂ
は」を、「、第５図及び第６図は」と補正します。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気圧または真空圧利用のハンドツール
   にお いて、 上記ハンドツールが、圧電アクチュエータを有 する空気圧または真空圧発生手段と、該発生手段 で発生した空気圧または真空圧により動作する動 作部とを備えている、 ことを特徴とする空気圧または真空圧利用のハン ドツール。
2. 【請求項２】 ハンドツールを、ロッドによってワーク
   を移 動させる空気圧シリンダとした、 ことを特徴とする請求項１に記載した空気圧利用 のハンドツール。
3. 【請求項３】 ハンドツールを、フィンガによってワー
   クを 把持するエアチャックとした、 ことを特徴とする請求項１に記載した空気圧利用 のハンドツール。
4. 【請求項４】 ハンドツールを、吸着パッドによってワ
   ーク を吸着する吸着装置とした、 ことを特徴とする請求項１に記載した真空圧利用 のハンドツール。
5. 【請求項５】 圧電アクチュエータが、圧電素子と、そ
   の外 周のシール部材と、圧力室を有し上記シール部材 を挾持する一対のボディとを備えている、 ことを特徴とする請求項１に記載した空気圧また は真空圧利用のハンドツール。
6. 【請求項６】 圧電アクチュエータが、圧電素子を取付
   けた シール部材を備えている、 ことを特徴とする請求項５に記載した空気圧また は真空圧利用のハンドツール。
7. 【請求項７】 圧電アクチュエータが、圧電素子を埋設
   した シール部材を備えている、 ことを特徴とする請求項５に記載した空気圧また は真空圧利用のハンドツール。