JPH0730767B2 - 流体圧駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はドリルユニット、王冠締付ユニット等といった
負荷体を圧力流体の供給により往復駆動する流体圧駆動
装置に関するものである。

（従来の技術） 前記のような負荷体を作用位置と待機位置とに切換駆動
するためにエアシリンダが専ら使用されるが、負荷体の
高速駆動を行なう場合にはエアクッション、ショックア
ブソーバ等により負荷体を作用位置に緩衝保持すること
が行われる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、高速駆動される負荷体をエアクッショ
ン、ショックアブソーバ等の比較的短いストローク範囲
で急激に緩衝して作用位置に停止させる際に大きな加速
度が生じ、この大きな加速度のために負荷体が作用位置
に停止するまでに振れが生じ、この振れがなくなるまで
に時間が掛かり過ぎるという問題があった。

（課題を解決するための手段） そのために本発明では、シリンダ内に収容されるピスト
ンによりシリンダ内を駆動室と背圧室とに区画形成し、
絞り通路を介して背圧室を外部に連通し、駆動室への圧
力流体の供給により駆動されるピストンと回動レバーの
入力端部との間には、ピストンが性動終端位置にきたと
きには回動レバーをピストンの往復動方向と略平行とな
る位置に配置するように、ピストンの往復運動を回動レ
バーの回動運動に変換する運動変換手段を介在し、この
回動レバーの出力端部を被動変換部材の直線状のガイド
部に係合し、被動変換部材のガイド部のガイド方向とピ
ストンの往復動方向とを略直交させた状態で被動変換部
材の移動方向を前記ピストンの往復動方向と略平行に設
定する直線ガイド手段を設け、回動レバーの出力端部の
回動軌跡上の接線と前記ピストンの往復動向とが直交す
る回動軌跡位置付近に被動変換部材のガイド部の往動終
端位置がくるようにした。

（作用） シリンダ内の駆動室への圧力流体の供給によりピストン
が往動させると回動レバーの出力端部が回動軌跡を描
き、被動変換部材が直線ガイド手段の案内作用によって
ピストンの往復動方向と略平行な方向へ往動する。回動
レバーの出力端部がピストンの往復動方向と略平行な回
動軌跡上を動いている間では、被動変換部材が回動レバ
ーの出力端部の移動速度と同程度の速度で移動する。被
動変換部材はこの速度でピストンの往復動方向と略平行
な方向へ慣性移動しようとしており、この慣性移動作用
が回動レバーの出力端部を介してピストンに波及する。
即ち、慣性移動作用が回動レバーの出力端部に対してそ
の回動軌跡上での加速作用として働き、この加速作用が
ピストンの往動速度を増大する。ピストンの往動速度の
上昇に伴い、シリンダ内の背圧室の圧力が高まり、この
背圧上昇がピストン及び回動レバーを介して被動変換部
材に反作用として働き、被動変換部材の移動速度が大き
な加速度をもたらすことなく零へと収束する。

（実施例） 以下、本発明を具体化した一実施例を第１〜３図に基づ
いて説明する。

1,2はアングル状の支持フレームであり、それらの水平
部1b,2b上にはドリルユニット３がガイドローラ3aを介
して水平移動可能に支持されている。ドリルユニット３
上には一対の被動変換部材4,5が支持フレーム1,2の垂立
部1a,2aに沿って締付立設されており、被動変換部材4,5
にはガイド溝4a,5aが上下方向に形成されている。

支持フレーム1,2の垂立部1a,2a内面にはシリンダ6,7が
水平方向に装着されており、シリンダ6,7にはシリンダ
6,7の往復回動により回動する回動レバー8,9が取付けら
れている。回動レバー8,9の先端部（出力端子）には回
転子8a,9aが取付けられており、出力端部となる回転子8
a,9aが被動変換部材4,5のガイド溝4a,5aに嵌めこまれて
いる。従って、回動レバー8,9が回動することにより被
動変換部材4,5が水平部1b,2b、ガイドローラ3aからなる
直線ガイド手段の案内作用によって水平移動する。

両シリンダ6,7は同一の内部構造をとっており、ここで
はシリンダ６の内部構造についてのみ第２図で説明す
る。シリンダ６内には一対のシリンダ室10,11が上下に
並設されており、下側のシリンダ室10には駆動用ピスト
ン12が収容されていると共に、上側のシリンダ室11には
復帰用ピストン13が収容されている。駆動用ピストン12
はシリンダ室10を駆動室10aと背圧室10bとに区画し、駆
動室10aは圧力エア供給パイプ14及び電磁三方弁（図示
略）を介して圧力エア供給源に接続されており、背圧室
10bは絞り用ニードル15によって通過断面積を調整され
る絞り通路L1を介して外部に連通している。この絞り用
ニードル15の螺入位置を調整することにより絞り通路L1
の通過面積が調整され、背圧室10b内のエア排出速度を
調整することができる。

復帰用ピストン13はシリンダ室11を復帰駆動室11aと背
圧室11bとに区画し、復帰駆動室11aは圧力エア供給パイ
プ16及び電磁三方弁（図示略）を介して前記圧力エア供
給源に接続されており、背圧室11bは絞り用ニードル17
によって通過断面積を調整される絞り通路L2を介して外
部に連通している。この絞り用ニードル17の螺入位置を
調整することにより絞り通路L2の通過断面積が調整さ
れ、背圧室11b内のエア排出速度を調整することができ
る。

駆動用ピストン12の上面及び復帰用ピストン13の下面に
はラック部12a,13aが刻設されており、シリンダ６の側
面中央部にはピニオン18が両ラック部12a,13aに噛合し
て回動可能に支持されている。回動レバー８はこのピニ
オン18に連結固定されており、両ピストン12,13の往復
動により回動レバー８がピニオン18を中心に回動する。
即ち、ラック部12a,13a及びピニオン18がピストン12,13
の往復運動を回動レバー８の回動に変換する。

シリンダ室10の駆動室10aに圧力エアを供給すると、駆
動用ピストン12が背圧室10bの背圧に抗して背圧室10b側
へ移動し、ピニオン18が復帰用ピストン13を復帰駆動室
11a側へ付勢しながら時計回り方向へ回動する。この回
動により回動レバー８が時計回り方向へ一体的に回動
し、回転子8aが第２図に示す回動軌跡Ｃを描く。回動軌
跡Ｃ上を移動する回転子8aと被動変換部材４のガイド溝
4aとの係合作用により被動変換部材４が駆動用ピストン
12の往復動方向と平行な方向へ付勢され、この付勢作用
によりドリルユニット３が支持フレーム1,2の水平部1b,
2b上を駆動用ピストン12の往動方向へ移動する。

初期状態では駆動用ピストン12の始端は駆動室10aを形
成する内端面10cに接し、往動後には駆動用ピストン12
の先端が背圧室10bを形成する内端面10dに接する。逆
に、初期状態では復帰用ピストン13の先端は背圧室11b
を形成する内端面11cに接しており、駆動用ピストン12
の往動後には復帰用ピストン13の始端が復帰駆動室11a
を形成する内端面11dに接する。そして、駆動用ピスト
ン12が往動後の終端位置にあるときには回動軌跡Ｃ上に
おける接線ｌと駆動用ピストン12の往復動方向とが直交
する位置に回転子8aの往動終端位置、即ち被動変換部材
４のガイド部4aの往動終端位置がくるようにしてある。
即ち、ピストン12が往動終端位置にきたときには回動レ
バー８がピストン12,13の往復動方向と略平行となる位
置に配置されるように、ピニオン18及びラック部12a,13
aからなる運動変換手段がピストン12,13の往復運動を回
動レバー８の回動に変換する。

被動変換部材４は第２図の中央部の鎖線位置付近で回動
軌跡Ｃ上における回転子8aの速度と同程度の移動速度を
持つ。背圧室10bへの圧力エア供給による回転子8aの回
動速度が中央部の鎖線位置付近で最大となるようにした
場合、被動変換部材４が中央部の鎖線位置付近を過ぎる
と、被動変換部材4,5及びドリルユニット３を総和した
水平方向の慣性移動が逆に回転子8aに作用し、回転子8a
がこの移動方向へ付勢される。ピニオン18のピッチ円半
径をｒ、回動レバー８の回動半径をＲ、回動レバー８の
回動角度をθ、駆動用ピストン12の速度をｖ、被動変換
部材４の移動速度をＶとすると、回動角度θにおける回
転子8aの速度の水平方向成分Ｖ（θ）は次式（１）で表
される。

Ｖ（θ）＝Rv・sinθ/r ……（１） 同様に、回動角度θにおける被動変換部材４の移動速度
Ｖは次式（２）で表される。

Ｖ＝Rv・sinθ/r ……（２） 回転角度θがθ＋Δθ（Δθ＞０）に変位すると、式
（１）は次式（３）となる。

Ｖ（θ＋Δθ）＝Rv・sin（θ＋Δθ）/r ……（３） 被動変換部材４が回動角度（θ＋Δθ）で速度Ｖを保つ
と仮定すると、式（３）で表される回転子8aの速度Ｖ
（θ＋Δθ）と式（２）で表される被動変換部材４の速
度Ｖとの差は次式（４）で表される。

Ｖ（θ＋Δθ）−Ｖ ＝Rv〔sin（θ＋Δθ）−sinθ〕/r ……（４） 従って、θ＞π/2であれば式（４）は次の関係を満た
す。

Ｖ（θ＋Δθ）−Ｖ＜０ ……（５） 即ち、被動変換部材４が回動角度（θ＋Δθ）で速度Ｖ
を保つと仮定すると、回動軌跡Ｃ上での回転子8aの速度
が増大することになる。これは速度Ｖを持つ被動変換部
材4,5及びドリルユニット３の慣性移動作用が回転子8a,
9a、回動レバー8,9及びピニオン18を介して駆動用ピス
トン12及び復帰用ピストン13に働くことを意味し、この
慣性移動作用により駆動用ピストン12及び復帰用ピスト
ン13の速度が増大する。

両ピストン12,13の速度増大によりシリンダ室10側の背
圧室10bの背圧が高まると共に、シリンダ室11側の背圧
室11bの背圧（負圧）が低下し、両背圧室10b,11bの圧力
変動が被動変換部材4,5及びドリルユニット３の慣性移
動に対して制動作用として働く。これにより被動変換部
材４の速度Ｖが低下し、第２図の実線位置付近に回動レ
バー８が回動配置されている状態では前記背圧が被動変
換部材4,5及びドリルユニット３の慣性移動に対する制
動作用として大きく寄与し、被動変換部材４が同図の左
側の鎖線で示す速度零の終端位置に達するまでに滑らか
な減速作用を受ける。従って、ドリルユニット３をほぼ
振れをもたらさない小さな負加速度で所定の作用位置に
移動配置可能であり、特別の緩衝室を用いることなくド
リルユニット３の高速駆動が可能となる。

第３図は両ピストン12,13とドリルユニット３との速度
関係の一例を示すグラフであり、曲線C1は両ピストン1
2,13の速度、曲線C2はドリルユニット３の速度を表す。
両ピストン12,13の速度は第２図の位置付近まで一定に
保持され、以後ドリルユニット３及び被動変換部材4,5
の慣性移動作用により上昇し、この速度上昇に起因する
背圧変動がドリルユニット３及び被動変換部材4,5に逆
に作用する。

回動レバー8,9を初期位置へ復帰するにはシリンダ室11
の復帰駆動室11aへ圧力エアを供給すればよい。

本発明は勿論前記実施例にのみ限定されるものではな
く、例えば回動レバー8,9の終端位置をπに限らずドリ
ルユニット３及び被動変換部材4,5の慣性移動作用によ
る背圧変動が効果的に働く範囲で回動角度位置πの手前
に設定したり、あるいは回動レバー8,9の始端位置を回
動角度位置θ＞０に設定してもよい。

又、第４図に示すように回動レバー８にガイド溝8bを設
けると共に、このガイド溝8bに回転子8aを離脱不能かつ
スライド可能に嵌入支持し、ガイド体19の軌跡ガガイド
溝19aに回転子8aを嵌入した構成も可能である。この構
成によれば回転子8aの軌跡設定のある程度の自由性によ
りドリルユニット３等の負荷体の減速をさらに円滑にす
ることが可能である。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明は、負荷体の慣性移動作用を
駆動用ピストンの背圧上昇に利用し、この上昇背圧を負
荷体の慣性移動に対する制動として逆利用したので、特
別の緩衝室を用いることなく負荷体の減速を滑らかに行
なうことができ、大きな加速度を発生することなく高速
で負荷体を駆動することができるという優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明を具体化した一実施例を示し、第１
図は斜視図、第２図は要部背断面図、第３図は速度曲線
を示すグラフ、第４図は別例を示す要部背断面図であ
る。 直線ガイド手段を構成する水平部1b,2b及びガイドロー
ラ3a、負荷体としてのドリルユニット３及び被動変換部
材4,5、ガイド部4a,5a、シリンダ6,7、回動レバー8,9、
出力端部としての回転子8a,9a、シリンダ室10、駆動室1
0a、背圧室10b、駆動用ピストン12、回動軌跡Ｃ、接線
ｌ、絞り通路L1,L2。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 保夫 愛知県小牧市大字北外山字早崎3005番地 シーケーデイ株式会社内 (72)発明者 山田 益穂 愛知県名古屋市中村区岩塚町高道１番地 三菱重工業株式会社名古屋機器製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ（6,7）内に収容されるピストン
   （12）によりシリンダ（6,7）内を駆動室（10a）と背圧
   室（10b）とに区画形成し、絞り通路（L,1）を介して背
   圧室（10b）を外部に連通し、駆動室（10a）への圧力流
   体の供給により駆動されるピストン（12）と回動レバー
   （8,9）の入力端部との間には、ピストン（12）が往動
   終端位置にきたときには回動レバー（8,9）をピストン
   （12）の往復動方向と略平行となる位置に配置するよう
   に、ピストン（12）の往復運動を回動レバー（8,9）の
   回動運動に変換する運動変換手段（12a,18）を介在し、
   この回動レバー（8,9）の出力端部（8a,9a）を被動変換
   部材（4,5）の直線状のガイド部（4a,5a）に係合し、被
   動変換部材（4,5）のガイド部（4a,5a）のガイド方向と
   ピストン（12）の往復動方向とを略直交させた状態で被
   動変換部材（4,5）の移動方向を前記ピストン（12）の
   往復動方向と略平行に設定する直線ガイド手段（1b,2b,
   3a）を設け、回動レバー（8,9）の出力端部（8a,9a）の
   回動軌跡（Ｃ）上の接線（ｌ）と前記ピストン（12）の
   往復動方向とが直交する回動軌跡位置付近に被動変換部
   材（4,5）のガイド部（4a,5a）の往動終端位置がくるよ
   うにしたことを特徴とする流体圧駆動装置。