JPH11272332A - 位置決めシリンダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストンロッドの行程端の位置を容易に変更
できる位置決めシリンダ装置を提供する。 【解決手段】 ピストン２を内装したシリンダ本体１
と、ピストン２からシリンダ本体１の一端外方へ延びる
中空状のピストンロッド３と、ピストン２の移動に応じ
て回転するボールスクリュー５と、ボールスクリュー５
の回転角を検出する回転角検出器１１と、シリンダ本体
１内のロッド側流体室１ａ及びヘッド側流体室１ｂへ作
動流体を供給し得る方向切換弁８と、回転角検出器１１
からの回転角検出信号１１ｓ、予め設定された作動範囲
信号１５ｓ及び外部から入力される作動指令信号１６ｓ
に基づき方向切換弁８のソレノイド９ａ，９ｂを励磁す
るコントローラ１０とを備え、作動範囲信号１５ｓの設
定値を変えることにより、ピストンロッド３の行程端を
変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は位置決めシリンダ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、油圧シリンダなどの往復動方式の
アクチュエータを用いて、種々の機械の構成部材をアク
チュエータの行程範囲に応じた任意の数点間で往復動さ
せる場合には、アクチュエータの往復動部材、あるいは
機械の移動対象部材が、設定された往路行程端や復路行
程端に到達したか否かを、別途に設置したリミットスイ
ッチなどの検出手段で検出し、当該検出手段からの到達
検出信号に基づき、アクチュエータの作動を停止させる
ようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようなアクチュエータの停止機構では、機械の移動対
象部材が往復動すべき各行程端の位置を変える際には、
リミットスイッチなどの検出手段の設置位置を変更する
必要がある。

【０００４】また、検出手段の位置設定が適切でない
と、機械の移動対象部材を精度良く往復動させることが
できない。

【０００５】本発明は、上述した実情に鑑みてなしたも
ので、往復動部材であるピストンロッドの行程端の位置
を容易に変更できる位置決めシリンダ装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１に記載した位置決めシリンダ装置
では、ピストンを内装したシリンダ本体と、ピストンか
らシリンダ本体の一端外方へ延びる中空状のピストンロ
ッドと、ピストンロッドに嵌入し得るようにピストンを
貫通し且つ周方向へ回動し得るようにシリンダ本体内に
配置されたボールスクリューと、ピストンに固着され且
つシリンダ本体に対するピストンの移動に伴いボールス
クリューを周方向へ回転させるボールナットと、ボール
スクリューの回転角を検出する回転角検出器と、ピスト
ンにより区分されたシリンダ本体内のロッド側流体室及
びヘッド側流体室へ作動流体を供給し得る電磁切換方式
の方向切換弁と、前記の回転角検出器からの回転角検出
信号、予め設定された作動範囲信号及び外部から入力さ
れる作動指令信号に基づき方向切換弁のソレノイドを励
磁するコントローラとを備えている。

【０００７】また、本発明の請求項２に記載した位置決
めシリンダ装置では、ピストンを内装したシリンダ本体
と、ピストンからシリンダ本体の一端外方へ延びる中空
状のピストンロッドと、ピストンロッドに嵌入し得るよ
うにピストンを貫通し且つシリンダ本体内に配置された
センサ支持用ロッドと、ピストンロッドの内側面に取り
付けられたシリンダ軸線方向へ延びる磁気スケールと、
ピストンロッドの内方に位置するようにセンサ支持ロッ
ドに取り付けられ且つ磁気スケールの相対位置を検出す
る磁気センサヘッドと、ピストンにより区分されたシリ
ンダ本体内のロッド側流体室及びヘッド側流体室へ作動
流体を供給し得る電磁切換方式の方向切換弁と、前記の
磁気センサヘッドからの位置検出信号、予め設定された
作動範囲信号及び外部から入力される作動指令信号に基
づき方向切換弁のソレノイドを励磁するコントローラと
を備えている。

【０００８】更に、本発明の請求項３に記載した位置決
めシリンダ装置では、ピストンを内装したシリンダ本体
と、ピストンからシリンダ本体の一端外方へ延びる中空
状のピストンロッドと、ピストンロッドに嵌入し得るよ
うにピストンを貫通し且つ周方向に回動し得るようにシ
リンダ本体内に配置されたボールスクリューと、ピスト
ンの固着され且つボールスクリューの周方向への回動に
伴いピストンを軸線方向へ移動させるボールナットと、
ボールスクリューを周方向に回転させるモータと、ボー
ルスクリューの回転角を検出する回転角検出器と、該回
転角検出器からの回転角検出信号、予め設定された作動
範囲信号及び外部から入力される作動指令信号に基づき
モータを作動させるコントローラとを備えている。

【０００９】本発明の請求項１に記載した位置決めシリ
ンダ装置においては、ピストンの直線運動をボールスク
リュー及びボールナットを介して回転運動に変換し、回
転角検出器により検出したボールスクリューの回転角に
基づき、コントローラがシリンダ本体に対するピストン
の位置を求める。

【００１０】更に、回転角検出器からの回転角検出信
号、予め設定された作動範囲信号及び外部から入力され
る作動指令信号に基づき、コントローラが方向切換弁の
ソレノイドを励磁し、シリンダ本体内のロッド側流体室
あるいはヘッド側流体室に作動流体を供給する。

【００１１】本発明の請求項２に記載した位置決めシリ
ンダ装置においては、磁気センサヘッドにより検出した
ピストンロッド内の磁気スケールの変位に基づき、コン
トローラがシリンダ本体に対するピストンの位置を求め
る。

【００１２】更に、磁気センサヘッドからの位置検出信
号、予め設定された作動範囲信号及び外部から入力され
る作動指令信号に基づき、コントローラが方向切換弁の
ソレノイドを励磁し、シリンダ本体内のロッド側流体室
あるいはヘッド側流体室に作動流体を供給する。

【００１３】本発明の請求項３に記載した位置決めシリ
ンダ装置においては、回転角検出器により検出したシリ
ンダ移動用のボールスクリューの回転角に基づき、コン
トローラがシリンダ本体に対するピストンの位置を求め
る。

【００１４】更に、回転角検出器、予め設定された作動
範囲信号及び外部から入力される作動指令信号に基づ
き、コントローラがモータを作動させる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１６】図１は本発明の位置決めシリンダ装置の実
施の形態の第１の例を示すものである。

【００１７】この位置決めシリンダ装置は、ピストン２
を内装したシリンダ本体１と、ピストン２からシリンダ
本体１の一端外方へ延びる中空状のピストンロッド３
と、ピストン２を貫通し且つ周方向に回動し得るように
シリンダ本体１内に同軸に配置されたボールスクリュー
５と、シリンダ本体１の他端部に設けられ且つボールス
クリュー５を枢支する軸受部材６と、ピストン２に固着
され且つボールスクリュー５に螺合したボールナット７
と、シリンダ本体１の他端部に設けられ且つボールスク
リュー５の回転角を検出するロータリエンコーダなどの
回転角検出器１１と、ピストン２により区分されたシリ
ンダ本体１内のロッド側流体室１ａ及びヘッド側流体室
１ｂに作動流体を供給する方向切換弁８と、コントロー
ラ１０とを備えている。

【００１８】ボールスクリュー５は、ピストン２の行程
に応じた長さに形成され、ピストン２の移動に応じて回
動し、またピストンロッド３の中空部４に対する嵌入長
さが変化するようになっている。

【００１９】方向切換弁８には、４ポート３位置電磁切
換弁が用いられており、一方のソレノイド９ａを励磁す
ると、ポンプポートＰが一方の切換ポートＡに連通し且
つ他方の切換ポートＢがタンクポートＴに連通する切換
位置にスプールが移動し、他方のソレノイド９ｂを励磁
すると、ポンプポートＰが他方の切換ポートＢに連通し
且つ一方の切換ポートＡがタンクポートＴに連通する切
換位置にスプールが移動する。

【００２０】また、ソレノイド９ａ，９ｂの双方が励磁
されていないときには、ポンプポートＰ並びにタンクポ
ートＴが切換ポートＡ，Ｂのいずれにも連通しない中立
位置にスプールが設定される。

【００２１】方向切換弁８のポンプポートＰには、油圧
ポンプ（図示せず）の吐出口に連通する管路８１が接続
され、タンクポートＴには、油タンク（図示せず）に連
通する管路８２が接続されている。

【００２２】また、一方の切換ポートＡは、ロッド側流
体室１ａに連通する管路８３が接続され、他方の切換ポ
ートＢは、ヘッド側流体室１ｂに連通する管路８４が接
続されている。

【００２３】コントローラ１０は、ポジショナー部１２
と、インターフェイス部１３と、アンプ部１４とを有し
ている。

【００２４】ポジショナー部１２は、回転角検出器１１
から出力される回転角検出信号１１ｓに基づきシリンダ
本体１に対するピストン２の位置を求めて、ピストン位
置信号１２ｓを出力する。

【００２５】インターフェイス部１３は、ポジショナー
部１２からのピストン位置信号１２ｓ、ピストン２の作
動範囲を設定する作動範囲設定器１５からの作動範囲信
号１５ｓ及び上位の制御系（図示せず）からの作動指令
信号１６ｓに基づき、励磁指令信号１３ｓを出力する。

【００２６】アンプ部１４は、インターフェイス部１３
からの励磁指令信号１３ｓに基づき、方向切換弁８のソ
レノイド９ａ，９ｂに対する励磁電流１０ａ，１０ｂを
出力する。

【００２７】すなわち、図１に示す位置決めシリンダ装
置では、ピストン２の直線運動をボールスクリュー５及
びボールナット７を介して回転運動に変換し、回転角検
出器１１で検出されたボールスクリュー５の回転角に基
づき、コントローラ１０のポジショナー部１２におい
て、シリンダ本体１に対するピストン２の位置が求めら
れる。

【００２８】次いで、上位の制御系からインターフェイ
ス部１３へ作動指令信号１６ｓが出力されると、ポジシ
ョナー部１２からのピストン位置信号１２ｓ、及び作動
範囲設定器１５からの作動範囲信号１５ｓに基づき、イ
ンターフェイス部１３からアンプ部１４に対して励磁指
令信号１３ｓが出力され、一方のソレノイド９ａへの励
磁電流１０ａ、あるいは他方のソレノイド９ｂへの励磁
電流１０ｂがアンプ部１４から出力されることになる。

【００２９】これにより、方向切換弁８のスプールが移
動し、シリンダ本体１のロッド側流体室１ａあるいはヘ
ッド側流体室１ｂに対して作動流体圧が付与され、前記
の作動指令信号１６ｓに応じた方向へピストン２が移動
する。

【００３０】また、ピストン２が作動範囲信号１５ｓに
応じた位置まで移動すると、インターフェイス部１３か
らアンプ部１４へ励磁指令信号１３ｓが出力されなくな
り、アンプ部１４からソレノイド９ａ，９ｂに対する励
磁電流１０ａ，１０ｂの出力が中断される。

【００３１】これにより、方向切換弁８のスプールが中
立位置に設定され、ピストン２が停止する。

【００３２】更に、ピストン２の作動範囲は、作動範囲
設定器１５からインターフェイス部１３への作動範囲信
号１５ｓに基づいているので、当該作動範囲信号１５ｓ
の設定値を変化させることにより、ピストンロッド３の
行程端を容易に且つ正確に変更することができる。

【００３３】図２は本発明の位置決めシリンダ装置の実
施の形態の第２の例を示すものであり、図中、図１と同
一の符号を付した部分は同一物を表している。

【００３４】この位置決めシリンダ装置は、ピストン２
を内装したシリンダ本体１と、ピストン２からシリンダ
本体１の一端外方へ延びる中空状のピストンロッド３
と、ピストン２を貫通し且つシリンダ本体１内に同軸に
配置されたセンサ支持ロッド２１と、ピストンロッド３
の内側面に取り付けられたシリンダ軸線方向に延びる磁
気スケール２２と、ピストンロッド３の内方に位置する
ようにセンサ支持ロッド２１に取り付けられ且つ磁気ス
ケール２２の相対位置を検出する磁気センサヘッド２３
と、ロッド側流体室１ａ及びヘッド側流体室１ｂに作動
流体を供給する方向切換弁８と、コントローラ２４とを
備えている。

【００３５】コントローラ２４は、ポジショナー部２５
と、先に述べたインターフェイス部１３及びアンプ部１
４とを有している。

【００３６】ポジショナー部２５は、磁気センサヘッド
２３から出力される位置検出信号２３ｓに基づきシリン
ダ本体１に対するピストン２の位置を求めて、ピストン
位置信号１２ｓを出力するように構成されている。

【００３７】すなわち、図２に示す位置決めシリンダ装
置では、磁気センサヘッド２３で検出された磁気スケー
ル２２の変位に基づき、コントローラ２４のポジショナ
ー部２５において、シリンダ本体１に対するピストン２
の位置が求められる。

【００３８】次いで、上位の制御系からインターフェイ
ス部１３へ作動指令信号１６ｓが出力されると、ポジシ
ョナー部２５からのピストン位置信号１２ｓ、及び作動
範囲設定器１５からの作動範囲信号１５ｓに基づき、イ
ンターフェイス部１３からアンプ部１４に対して励磁指
令信号１３ｓが出力され、一方のソレノイド９ａへの励
磁電流１０ａ、あるいは他方のソレノイド９ｂへの励磁
電流１０ｂがアンプ部１４から出力されて、作動指令信
号１６ｓに応じた方向へピストン２が移動する。

【００３９】また、ピストン２が作動範囲信号１５ｓに
応じた位置まで移動すると、インターフェイス部１３か
らアンプ部１４へ励磁指令信号１３ｓが出力されなくな
り、アンプ部１４からソレノイド９ａ，９ｂに対する励
磁電流１０ａ，１０ｂの出力が中断されて、ピストン２
が停止する。

【００４０】更に、ピストン２の作動範囲は、作動範囲
設定器１５からインターフェイス部１３への作動範囲信
号１５ｓに基づいているので、当該作動範囲信号１５ｓ
の設定値を変化させることにより、ピストンロッド３の
行程端を容易に且つ正確に変更することができる。

【００４１】図３は本発明の位置決めシリンダ装置の実
施の形態の第３の例を示すもので、あり、図中、図１と
同一の符号を付した部分は同一物を表している。

【００４２】この位置決めシリンダ装置では、図１にお
ける方向切換弁８及びコントローラ１０に替えて、モー
タ３１及びコントローラ３２を用いている。

【００４３】モータ３１は、シリンダ本体１の他端側に
位置し、ボールスクリュー５を周方向に回動させるよう
になっている。

【００４４】また、ボールスクリュー５の回転角は、モ
ータ３１の回転軸を介して回転角検出器１１により検出
されるようになっている。

【００４５】コントローラ３２は、先に述べたポジショ
ナー部１２と、インターフェイス部３３及びアンプ部３
４とを有している。

【００４６】インターフェイス部３３は、ポジショナー
部１２からのピストン位置信号１２ｓ、ピストン２の作
動範囲を設定する作動範囲設定器１５からの作動範囲信
号１５ｓ及び上位の制御系（図示せず）からの作動指令
信号１６ｓに基づき、通電指令信号３３ｓを出力するよ
うに構成されている。

【００４７】アンプ部３４は、インターフェイス部３３
からの通電指令信号３３ｓに基づき、モータ３１へ電流
３２ａを通電するように構成されている。

【００４８】すなわち、図３に示す位置決めシリンダ装
置では、回転角検出器１１で検出されたボールスクリュ
ー５の回転角に基づき、コントローラ３２のポジショナ
ー部１２において、シリンダ本体１に対するピストン２
の位置が求められる。

【００４９】次いで、上位の制御系からインターフェイ
ス部３３へ作動指令信号１６ｓが出力されると、ポジシ
ョナー部１２からのピストン位置信号１２ｓ、及び作動
範囲設定器１５からの作動範囲信号１５ｓに基づき、イ
ンターフェイス部３３からアンプ部３４に対して通電指
令信号３３ｓが出力され、アンプ部３４からモータ３１
へ電流３２ａが通電される。

【００５０】これにより、ボールスクリュー５が回転
し、前記の作動指令信号１６ｓに応じた方向へピストン
２が移動する。

【００５１】また、ピストン２が作動範囲信号１５ｓに
応じた位置まで移動すると、インターフェイス部３３か
らアンプ部３４へ通電指令信号３３ｓが出力されなくな
り、アンプ部３４からモータ３１への電流３２ａの通電
が中断される。

【００５２】これにより、ボールスクリュー５が回転し
ない状態になり、ピストン２が停止する。

【００５３】更に、ピストン２の作動範囲は、作動範囲
設定器１５からインターフェイス部３３への作動範囲信
号１５ｓに基づいているので、当該作動範囲信号１５ｓ
の設定値を変化させることにより、ピストンロッド３の
行程端を容易に且つ正確に変更することができる。

【００５４】なお、本発明の位置決めシリンダ装置は上
述した実施の形態のみに限定されるものではなく、電磁
比例弁に替えて通常の電磁弁、あるいはサーボ弁を方向
切換弁として用いた構成とすること、その他、本発明の
要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿
論である。

【００５５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の位置決めシ
リンダ装置においては、下記のような種々の優れた効果
を奏し得る。

【００５６】（１）本発明の請求項１に記載した位置決
めシリンダ装置では、回転角検出器により検出したボー
ルスクリューの回転角に基づき、シリンダ本体に対する
ピストンの位置を求め、予め設定された作動範囲信号及
び外部から入力される作動指令信号に基づき、方向切換
弁のソレノイドを励磁して、シリンダ本体内のロッド側
流体室あるいはヘッド側流体室に作動流体を供給するの
で、作動範囲信号の設定値を変えることにより、ピスト
ンロッドの行程端を容易に且つ正確に変更することがで
きる。

【００５７】（２）本発明の請求項２に記載した位置決
めシリンダ装置では、磁気センサヘッドにより検出した
ピストンロッド内の磁気スケールの変位に基づき、シリ
ンダ本体に対するピストンの位置を求め、予め設定され
た作動範囲信号及び外部から入力される作動指令信号に
基づき、方向切換弁のソレノイドを励磁して、シリンダ
本体内のロッド側流体室あるいはヘッド側流体室に作動
流体を供給するので、作動範囲信号の設定値を変えるこ
とにより、ピストンロッド行程端を容易に且つ正確に変
更することができる。

【００５８】（３）本発明の請求項３に記載した位置決
めシリンダ装置では、回転角検出器により検出したシリ
ンダ移動用のボールスクリューの回転角に基づき、シリ
ンダ本体に対するピストンの位置を求め、予め設定され
た作動範囲信号及び外部から入力される作動指令信号に
基づき、モータを作動させるので、作動範囲信号の設定
値を変えることにより、ピストンロッドの行程端を容易
に且つ正確に変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置決めシリンダ装置の実施の形態の
第１の例の概念図である。

【図２】本発明の位置決めシリンダ装置の実施の形態の
第２の例の概念図である。

【図３】本発明の位置決めシリンダ装置の実施の形態の
第３の例の概念図である。

【符号の説明】

１ シリンダ本体 １ａ ロッド側流体室 １ｂ ヘッド側流体室 ２ ピストン ３ ピストンロッド ５ ボールスクリュー ７ ボールナット ８ 方向切換弁 ９ａ ソレノイド ９ｂ ソレノイド １０ コントローラ １１ 回転角検出器 １１ｓ 回転角検出信号 １５ｓ 作動範囲信号 １６ｓ 作動指令信号 ２１ センサ支持ロッド ２２ 磁気スケール ２３ 磁気センサヘッド ２３ｓ 位置検出信号 ２４ コントローラ ３１ モータ ３２ コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 薫 東京都江東区豊洲三丁目２番16号 石川島 播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンを内装したシリンダ本体と、ピ
   ストンからシリンダ本体の一端外方へ延びる中空状のピ
   ストンロッドと、ピストンロッドに嵌入し得るようにピ
   ストンを貫通し且つ周方向へ回動し得るようにシリンダ
   本体内に配置されたボールスクリューと、ピストンに固
   着され且つシリンダ本体に対するピストンの移動に伴い
   ボールスクリューを周方向へ回転させるボールナット
   と、ボールスクリューの回転角を検出する回転角検出器
   と、ピストンにより区分されたシリンダ本体内のロッド
   側流体室及びヘッド側流体室へ作動流体を供給し得る電
   磁切換方式の方向切換弁と、前記の回転角検出器からの
   回転角検出信号、予め設定された作動範囲信号及び外部
   から入力される作動指令信号に基づき方向切換弁のソレ
   ノイドを励磁するコントローラとを備えてなることを特
   徴とする位置決めシリンダ装置。
2. 【請求項２】 ピストンを内装したシリンダ本体と、ピ
   ストンからシリンダ本体の一端外方へ延びる中空状のピ
   ストンロッドと、ピストンロッドに嵌入し得るようにピ
   ストンを貫通し且つシリンダ本体内に配置されたセンサ
   支持用ロッドと、ピストンロッドの内側面に取り付けら
   れたシリンダ軸線方向へ延びる磁気スケールと、ピスト
   ンロッドの内方に位置するようにセンサ支持ロッドに取
   り付けられ且つ磁気スケールの相対位置を検出する磁気
   センサヘッドと、ピストンにより区分されたシリンダ本
   体内のロッド側流体室及びヘッド側流体室へ作動流体を
   供給し得る電磁切換方式の方向切換弁と、前記の磁気セ
   ンサヘッドからの位置検出信号、予め設定された作動範
   囲信号及び外部から入力される作動指令信号に基づき方
   向切換弁のソレノイドを励磁するコントローラとを備え
   てなることを特徴とする位置決めシリンダ装置。
3. 【請求項３】 ピストンを内装したシリンダ本体と、ピ
   ストンからシリンダ本体の一端外方へ延びる中空状のピ
   ストンロッドと、ピストンロッドに嵌入し得るようにピ
   ストンを貫通し且つ周方向に回動し得るようにシリンダ
   本体内に配置されたボールスクリューと、ピストンに固
   着され且つボールスクリューの周方向への回動に伴いピ
   ストンを軸線方向へ移動させるボールナットと、ボール
   スクリューを周方向に回転させるモータと、ボールスク
   リューの回転角を検出する回転角検出器と、該回転角検
   出器からの回転角検出信号、予め設定された作動範囲信
   号及び外部から入力される作動指令信号に基づきモータ
   を作動させるコントローラとを備えてなることを特徴と
   する位置決めシリンダ装置。