JPH0718441B2 - 空圧サ−ボシリンダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は任意に位置決めを行える様にした空圧サーボシ
リンダに関するものである。

［従来の技術］ アクチュエータとしてのシリンダには油等の液体を作動
媒体とする液圧シリンダ及び空気等の気体を作動媒体と
する空圧シリンダがある。

作動媒体が非圧縮性である油圧シリンダで代表される液
圧シリンダは絞り弁等による速度調整が容易、ストロー
ク途中の中間位置停止が可能ということから、作動制御
用のアクチュエータとしては液圧シリンダが一般に用い
られている。

然し、油圧シリンダでは油圧源、圧油用の配管を特別に
設けなければならないので付帯設備が大がかりとなりコ
スト高となる。又、油を嫌う食品関係、薬品関係等のも
のでは油圧シリンダの使用は好ましくない。

これに対し、作動媒体が圧縮性である空圧シリンダは速
度調整、ストロークの中間位置停止が極めて困難であ
り、通常空圧シリンダを使用した場合にはロッド、或は
非駆動体にストッパを設け、このストッパによって機械
的に停止位置決めを行っている。従って、一般には作動
制御用のアクチュエータとしては使用されていない。と
ころが前記した様に油を嫌う食品機械、薬品機械等のア
クチュエータとしては空圧シリンダが好ましい。又、空
圧シリンダの駆動源である圧縮空気源は通常工場に設備
されている空圧ラインが使用でき、別途用意することな
く容易に入手することができる。

この為、空圧シリンダによる位置制御技術の具体化が要
求されている。

従来位置制御可能な空圧シリンダとして第５図に示す電
気空気サーボシリンダがある（特開昭54−33970）。

第５図で示されるものは、シリンダ本体１の軸心に合致
させスクリューロッド２が回転自在に設けられ、該スク
リューロッド２の１端は電気サーボモータ３に連結され
ている。シリンダ本体１に摺動自在に嵌合されたピスト
ン４は前記スクリューロッド２に螺合しており、ピスト
ン４からはガイドロッド２と平行にガイドロッド５がシ
リンダ本体の端板を貫通して延出し、ガイドロッド５の
延出端にはグリップ片６が固着してある。

又、シリンダ本体１の内部はピストン４によって空圧室
7,8に仕切られ、両空圧室7,8は電磁弁９を介して空圧源
（図示せず）に接続されている。

斯かる電気空気サーボシリンダに於いて、シリンダを駆
動する場合は電磁弁９を切換えて希望する駆動方向に作
動し得る様いずれかの空圧室へ圧縮空気を供給する。こ
の状態で電気サーボモータ３によって所要量だけスクリ
ューロッド２を回転させる。スクリューロッド２の回転
によりピストン４が移動する。このピストン４の移動に
対し負荷に対抗する力は圧縮の空圧によって与えられる
ので、スクリューロッド２の回転に要する力は少なくて
すむ。

更に、ピストン４の位置保持はスクリューロッド２とピ
ストン４の螺合による機械的係合によってなされるもの
である。

［発明が解決しようとする問題点］ 然し上記した電気サーボモータ３ではグリップ片６の停
止精度（位置決め精度）は電磁弁９の応答性、電磁弁９
の開閉に対する作動媒体の応答性が問題となると共に負
荷の慣性力が停止精度に大きく影響し、電気サーボモー
タ３が小容量のものを用いることを考えればなおさらで
ある。

更に又、スクリューロッド２とピストン４との螺合によ
る位置決めに対する負荷慣性力の影響を小さくしようと
すればスクリューロッド２とピストン４間の抵抗はある
程度必要であるし、スクリューロッド２の捻子リード角
も小さい方が好ましい。従って、この電気空気サーボシ
リンダを高速で作動させようとすると電気サーボモータ
の容量は必然的に大きなものとなる。

又、負荷慣性力の影響を小さくする為サーボモータ３の
出力軸に電磁ブレーキを取付け、電磁弁９の切換に応じ
て電磁ブレーキを作動させスクリューロッド２を電磁ブ
レーキによって拘束しようとするものがあるが、この場
合でも電磁弁９の応答性が問題となると共に負荷慣性力
の大小によって停止精度に影響がでることは免れない。
更に、この場合電磁ブレーキ、電磁弁用の駆動電源両者
の作動をピストン停止作動にマッチングさせる為のコン
トローラが必要となり複雑且高価なものとなる。

本発明は上記実情を鑑み、簡潔な制御で高い位置決め精
度が達成できる空圧サーボシリンダを提供しようとする
ものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明はシリンダ本体内にロッドを延出してなるピスト
ンを気密に摺動自在に嵌合し、該ピストンに反ロッド側
より弁室を穿設して対峙する１対のシート型弁を気密に
摺動自在に嵌合すると共に両シート型弁を近接側に付勢
せしめ、両シート型弁間に周囲に空間を残置する如くナ
ットブロックを挟設し、両シート型弁対峙面とナットブ
ロック両端面を密着可能とし、両シート型弁中立位置で
近接方向の動きを規制するストッパを設け、前記両シー
ト型弁にそれぞれ対峙面に開口する弁路を穿設し、１方
の弁路をピストンとシリンダ本体を貫通せしめて外部に
連通し、他方の弁路をピストンを貫通せしめてロッド側
空圧源に通じる空室に連通し、反ロッド側空室と両シー
ト型弁間の空間とを連通し、モータによって駆動され、
シリンダ本体内に気密に挿入したスクリューシャフトを
前記ナットブロックに螺合したことを特徴とするもので
ある。

［作用］ スクリューシャフトを回転することによりナットブロッ
クが移動し、ナットブロックと１方のシート型弁とが離
反して弁路が開口し、反ロッド側の空室が空圧源と連通
するか若しくは大気へ連通し、ピストンの移動が起る。
このピストンの移動は、ナットブロックから離反したシ
ート型弁に対し、ねじ要素等を介することなく直接フィ
ードバックされ、両シート型弁とナットブロックとが中
立の位置となる迄行われる。

［実 施 例］ 以下図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

筒体11の両端を端板12,13によって気密に閉塞してシリ
ンダ本体14を構成し、該シリンダ本体14内にピストン15
を気密に摺動自在に嵌合し、ピストン15より延出せしめ
たロッド16を一方の端板12に貫通する。該端板12にはシ
リンダ本体14の内部に連通するインポート17を穿設す
る。ピストン15の内部には他方の端板13側より弁室18を
穿設してあり、この弁室18には一対のドーナッツ状のシ
ート型弁19,20を気密に摺動自在に嵌入してある。両シ
ート型弁19,20間にはナットブロック21を挾設し、該ナ
ットブロック21には後述するスクリューシャフト22を螺
合せしめ、前記ピストン15にナットブロック21の回止め
を兼ねる蓋23を固着し、弁室18を閉塞する。シート型弁
19と弁室18の底面との間、シート型弁20と蓋23との間に
それぞれ圧縮バネ24,25を設け、両シート型弁19,20を近
接方向に付勢する。弁室18の内面にはストッパ26,27が
設けてあって両シート型弁19,20がその中立位置でスト
ッパ26,27に係合すると共に両シート型弁19,20の端面が
ナットブロック21の端面に気密に当接する様にする。両
シート型弁19,20にはその外周面と端面とに開口するエ
ルボウ弁路28,29を穿設し、弁室18の内面には両シート
型弁19,20の中立位置でエルボウ弁路28,29と一致する溝
30,31を刻設する。

一方の溝30は筒体11とピストン15間に形成された間隙32
と連絡孔33によって連通してあり、更に筒体11には間隙
32と連通するアウトポート34を穿設する。他方の溝31は
連絡孔35によってピストン15によって仕切られる１方の
空室44に連通し、両シート型弁19,20間の空間36は通路3
7によって他方の空室45に連通してある。

前記ナットブロック21には蓋23側のシート型弁20中空部
に遊嵌する円筒部38を形成し、該円筒部38には対称的に
切欠部39を刻設する。又、前記蓋23には係合片40を突設
し、切欠部39に摺動自在に嵌合せしめる。前記他方の端
板13には軸受41を嵌装してあり、該軸受41を介し該端板
13に前記スクリューシャフト22を気密に支承させると共
に端板13からの突出端はカップリング42を介して電気モ
ータ43に連結する。

尚、前記インポート17は図示しない空圧源に、アウトポ
ート34は図示しないタンクにそれぞれ接続する。

次に作動を説明する。

先ずロッド16を突出させる場合、電気モータ43によって
スクリューシャフト22を回転させナットブロック21を圧
縮バネ24に抗して図中左方へ移動させる（第３図参照）
とシート型弁20はストッパ27によって図中左方への動き
が規制されており、ナットブロック21とシート型弁20と
が離れ連絡孔35はエルボウ弁路29を介して空間36へ連通
する。該連絡孔35は空圧源と連通している空室44に連通
し、空間36は通路37を介して空室45に連通する。従っ
て、圧縮空気は空室44より空室45側へ流入する。而し
て、ピストン15のロッド側とモータ側との受圧面積差に
よりピストン15は、シート型弁20とナットブロック21と
が密着する位置（両シート型弁とナットブロックとの中
立位置）迄移動する。

両シート型弁19,20、ナットブロック21が中立位置とな
るピストン15の動きは停止し、その位置に位置決めされ
るが、その位置保持はナットブロック21をスクリューシ
ャフト22を介してモータ43によって拘束しておけば、ピ
ストン15は安定に位置決めできる。又、両シート型弁1
9,20とナットブロック21の接触面はともに平面であり、
且両シート型弁19,20をナットブロック21に圧縮バネ24,
25によって押付けているのでそのシール性はよく、静止
安定性もよい。

又ロッド16を後退させる場合は電気モータ43によってス
クリューシャフト22を回転させ圧縮バネ25に抗して図中
右方へ移動させる（第４図参照）とシート型弁19はスト
ッパ26によって図中右方への動きが規制されており、ナ
ットブロック19とシート型弁19とが離反し、空室45は通
路37、空間36、エルボウ弁路28、連絡孔33、間隙32、ア
ウトポート34を介して図示しないタンクへ連通する。従
って、空室45内の圧力が低下し、ロッド16は右方へ移動
する。

而して、右方へのロッド16の動きも前記したと同様両シ
ート型弁、ナットブロックが中立の位置となった点で停
止する。即ち、モータ43でスクリューシャフト22を回転
させ、ナットブロック21を動かしただけピストン15（ロ
ッド16）は移動する。

更に、電気モータ43にサーボモータ、ステッピングモー
タ等を用いスクリューシャフト22の回転量を監視する様
にすれば、ロッド16の任意の位置に位置決めすることが
でき、位置決め精度にロッド16に連結された被駆動体
（図示せず）、ピストン15の慣性力は影響しない。又、
電気モータ43の駆動力は圧縮バネ24,25の力に抗してナ
ットブロック21を移動させるだけでよく、ナットブロッ
ク21には慣性力が作用しない（小さい）ので、ボール螺
子、リード角の大きいもの等を使用することもできる。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、構造が簡単で製品化が
容易であると共に、ピストンの移動を、ナットブロック
から離反したシート型弁に対し、ねじ要素等を介するこ
となく直接フィードバックする形としているため、作動
媒体に圧縮性流体を用いても、安定に且任意の位置に位
置決めすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す断面図、第２図はナッ
トブロックと蓋との係合関係を示す部分斜視図、第３
図、第４図は同前作動説明図、第５図は従来例の概略断
面図である。 14はシリンダ本体、15はピストン、16はロッド、18は弁
室、19,20はシート型弁、21はナットブロック、22はス
クリューシャフト、26,27はストッパ、28,29はエルボウ
弁路を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ本体内にロッドを延出してなるピ
   ストンを気密に摺動自在に嵌合し、該ピストンに反ロッ
   ド側より弁室を穿設して対峙する１対のシート型弁を気
   密に摺動自在に嵌合すると共に両シート型弁を近接側に
   付勢せしめ、両シート型弁間に周囲に空間を残置する如
   くナットブロックを挟設し、両シート型弁対峙面とナッ
   トブロック両端面を密着可能とし、両シート型弁中立位
   置で近接方向の動きを規制するストッパを設け、前記両
   シート型弁にそれぞれ対峙面に開口する弁路を穿設し、
   １方の弁路をピストンとシリンダ本体を貫通せしめて外
   部に連通し、他方の弁路をピストンを貫通せしめてロッ
   ド側空圧源に通じる空室に連通し、反ロッド側空室と両
   シート型弁間の空間とを連通し、モータによって駆動さ
   れ、シリンダ本体内に気密に挿入したスクリューシャフ
   トを前記ナットブロックに螺合したことを特徴とする空
   圧サーボシリンダ。