(57)【要約】【課題】  位置制御を簡易な制御系により実現することができるとともに、装置全体の小型化を実現することができる流体圧アクチュエータを提供する。【解決手段】  対向配置される２つのシリンダ１１、１２を有するシリンダユニット１０と、シリンダユニット１０の２つのシリンダにそれぞれ内挿される２つのピストン４１、４２と、２つのピストン４１、４２を連結する連結手段４３とを有するピストンユニット４０と、シリンダユニット１０の２つのシリンダ内に流体を給排し、上記ピストンユニットを往復駆動させる給排手段７０とを備える。そして、ピストンユニット１０の連結手段４３には、２つのピストン４１、４２のシリンダユニット１０に対する往復駆動を停止するブレーキ機構５０が設けられる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置される２つのシリンダを有するシリンダユニットと、
上記シリンダユニットの２つのシリンダにそれぞれ内挿される２つのピストンと、該２つのピストンを連結する連結手段とを有するピストンユニットと、
上記シリンダユニットの２つのシリンダ内に流体を給排し、上記ピストンユニットを往復駆動させる給排手段とを備え、
上記ピストンユニットの連結手段には、上記２つのピストンの上記シリンダユニットに対する往復駆動を停止するブレーキ機構が設けられる流体圧アクチュエータ。
【請求項２】
上記シリンダユニットの２つのシリンダは、互いに回転自在に連結され、
上記ピストンユニットの連結手段は、該ピストンユニットの一方のピストンの往復駆動を、該一方のピストンを内挿する上記シリンダユニットの一方のシリンダに対して回転駆動に変換し、該回転を該シリンダユニットの他方のシリンダに伝達する回転伝達機構とを有する請求項１記載の流体圧アクチュエータ。
【請求項３】
上記ピストンユニットの２つのピストンは、それぞれ上記連結手段に対して回転自在に連結される請求項２記載の流体圧アクチュエータ。
【請求項４】
上記ブレーキ機構は、上記２つのピストン間の距離が近接することで、上記ピストンと上記シリンダとが摩擦係合する請求項１乃至３のうちのいずれか１項記載の流体圧アクチュエータ。
【請求項５】
上記ブレーキ機構は、上記２つのピストン間に設けられ、一方の上記シリンダに対してはその回転が規制されるブレーキ板からなる請求項３記載の流体圧アクチュエータ。
【請求項６】
上記ブレーキ機構は、上記２つのピストン間に設けられ、該２つのピストンの駆動に応じて動く少なくとも１枚の第１のブレーキ板と、該第１のブレーキ板と上記ピストンとの間に設けられ一方の上記シリンダに対してその回転が規制される第２のブレーキ板とからなる請求項３記載の流体圧アクチュエータ。
【請求項７】
上記ピストンユニットの連結手段は、上記給排手段から、少なくとも上記２つのピストンのいずれか一方に付与される往復駆動力を他方の上記ピストンに伝達する請求項１乃至６のうちのいずれか１項記載の流体圧アクチュエータ。
【請求項８】
上記ピストンユニットの連結手段は、少なくとも上記往復駆動力を上記２つのピストン間に伝達する部材と、上記２つのピストンを互いに離間する方向に付勢する付勢部材とを有する請求項７記載の流体圧アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧アクチュエータに関し、特に、シリンダに対するピストンの移動を停止するブレーキ機構を有する流体圧アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、シリンダ内に、空気、オイル等の圧力流体が供給・排出されることでピストンを移動させ駆動力を得る流体圧アクチュエータは、様々な産業分野において利用されている。この流体圧アクチュエータには、例えばピストンの往復駆動等から回転駆動力を得る、いわゆる揺動型のものがあり、構成上の違いからさらにラックアンドピニオン型、ベーン型、スクリュー型などに細分される。この流体圧アクチュエータは、例えば、産業用ロボット装置におけるアームの揺動箇所に取り付けられ、得られる回転駆動力により当該アームを揺動させる。
【０００３】
ところで、上述のような産業用ロボット装置においては、より複雑な動作を実現するために、複数の関節部を有し、各関節部に所望とする動作に応じたアクチュエータが取り付けられる。そのため、この関節部に用いられるアクチュエータが大型なものであると、装置全体の大型化につながり、その小型化の要請が強い。
【０００４】
また、正確な動作の要請も強く、揺動型の流体圧アクチュエータにおいては、正転、逆転、フリー、ロックの４状態が正確に行えることが望まれている。すなわち、この４状態は、上述の産業用ロボット装置を例に挙げると、アームをあるスタート位置から所望とする回転位置まで回転移動（正転）させ、その回転位置で確実に停止（ロック）させ、再び元のスタート位置まで回転移動（逆転）、停止（ロック）させる動作、さらに流体圧を供給しない場合において当該アームを自由（フリー）に移動させる動作を実現するための状態である。
【０００５】
この４状態を実現するためには、従来の流体圧アクチュエータに、様々な制御用の装置を取り付け、制御系を組む必要があり、装置の複雑化、高額化につながっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実公平７−２０４０７号公報
【特許文献２】特開２００５−１３３８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、位置制御を簡易な制御系により実現することができるとともに、装置全体の小型化を実現することができる流体圧アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る流体圧アクチュエータは、対向配置される２つのシリンダを有するシリンダユニットと、上記シリンダユニットの２つのシリンダにそれぞれ内挿される２つのピストンと、該２つのピストンを連結する連結手段とを有するピストンユニットと、上記シリンダユニットの２つのシリンダ内に流体を給排し、上記ピストンユニットを往復駆動させる給排手段とを備える。そして、上記ピストンユニットの連結手段には、上記２つのピストンの上記シリンダユニットに対する往復駆動を停止するブレーキ機構が設けられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シリンダユニットに内挿されるピストンユニットにブレーキ機構が設けられ、このブレーキ機構もピストンユニットとして、シリンダユニット内を往復駆動する。したがって、シリンダユニットにさらにブレーキ機構用の別部材を設ける必要がなく、装置全体の小型化、汎用性の高いものを実現することができる。
【００１０】
また、本発明では、簡易な給排手段によりピストンユニットの動作を制御することができる、すなわち、ブレーキ機構を有することから、位置固定、運動状態からの停止などの複雑な動きを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の流体圧アクチュエータの使用状態図である。
【図２】流体圧アクチュエータの外観斜視図である。
【図３】ピストンユニットの外観斜視図である。
【図４】流体圧アクチュエータ全体の縦断面図である。
【図５】シリンダユニットの縦断面図である。
【図６】（Ａ）は、シリンダユニットの上部シリンダの組立斜視図であり、（Ｂ）は、上部シリンダの下部シリンダ側から見た平面図である。
【図７】シリンダユニットの下部シリンダ及びシリンダ連結フランジの組立斜視図である。
【図８】上部ピストン及び連結手段の組立斜視図である。
【図９】下部ピストンの組立斜視図である。
【図１０】ピストンユニットが上方向に移動する状態を説明するための縦断面図である。
【図１１】ピストンユニットを停止させる状態を説明するための縦断面図である。
【図１２】ブレーキ機構の変形例を説明するための模式図である。
【図１３】他の実施の形態として示す流体圧アクチュエータの断面図であり、シリンダに流体圧がかけられていないフリー状態を示す図である。
【図１４】他の実施の形態として示す流体圧アクチュエータの断面図であり、ピストンユニットを停止させる状態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る流体圧アクチュエータの最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
＜全体構成＞
本発明に係る流体圧アクチュエータ１は、例えば、図１に示すように、産業用ロボット装置２の隣接する２本のアーム３Ａとアーム３Ｂ、アーム３Ｂとアーム３Ｃのそれぞれを連結するとともに、この連結箇所においてアーム３Ａ〜３Ｃを図中矢印に示すような揺動動作させるものである。
【００１４】
流体圧アクチュエータ１は、図２に示すように、略直方体形状の上部シリンダ１１、下部シリンダ１２と、上部シリンダ１１及び下部シリンダ１２の間に介挿されるシリンダ連結フランジ１３とにより構成されるシリンダユニット１０を備えている。また、流体圧アクチュエータ１は、このシリンダユニット１０の内部に、図３及び図４に示すように、上部シリンダ１１に内挿される上部ピストン４１と、下部シリンダ１２に内挿される下部ピストン４２と、上部ピストン４１及び下部ピストン４２を連結する連結手段４３とにより構成されるピストンユニット４０が内挿されている。さらに、流体圧アクチュエータ１は、シリンダユニット１０の上部及び下部シリンダ１１、１２に、空気、オイル等の流体を供給・排出する給排手段７０が設けられる（図４参照。）。流体圧アクチュエータ１は、この給排手段７０を制御することで、ピストンユニット４０のシリンダユニット１０内の移動位置を制御し、上部シリンダ１１及び下部シリンダ１２のそれぞれに取り付けられる被駆動部材を相対移動させる。
【００１５】
図１に示す産業用ロボット装置２においては、例えば、アーム３Ｂの一端に流体圧アクチュエータ１の上部シリンダ１１が取り付けられ、隣接するアーム３Ａの一端に下部シリンダ１２が取り付けられる。そして、産業用ロボット装置２は、流体圧アクチュエータ１を駆動させることで、アーム３Ｂとアーム３Ａとの相対的な揺動動作、停止ロック動作を行う。同様に、産業用ロボット装置２には、アーム３Ｂの他端に流体圧アクチュエータ１の下部シリンダ１２が取り付けられ、隣接するアーム３Ｃの一端に上部シリンダ１１が取り付けられる。なお、本発明の流体圧アクチュエータ１は、上述のように産業用ロボット装置２に適用されることに限らず、例えば回転式の自動ドアのヒンジ部など、揺動動作する部材に取り付けることができる。
【００１６】
＜シリンダユニット１０＞
流体圧アクチュエータ１のシリンダユニット１０は、図５に示すように、上部シリンダ１１と、下部シリンダ１２と、上部及び下部シリンダ１１、１２とを連結するシリンダ連結フランジ１３とから構成されている。
【００１７】
なお、以下の説明においては、上下左右方向については図５を基準に述べる。また、図５に示すように、上下方向をｚ軸方向、左右方向をｘ軸方向、ｚ軸及びｘ軸に直交する方向をｙ軸方向ともいう。また、流体圧アクチュエータ１では、上部シリンダ１１と下部シリンダ１２とが相対的に回転することから、便宜上、下部シリンダ１２を固定とし、上部シリンダ１１が回転するものとして説明をする。
【００１８】
シリンダユニット１０の上部シリンダ１１は、図５及び図６に示すように、外形が略直方体形状の筒状体からなるシリンダ本体１５と、シリンダ本体１５の一端を閉塞するキャップ部材１６と、キャップ部材１６と上部ピストン４１との衝突を防止するクッション部材１７とからなる。
【００１９】
上部シリンダ１１のシリンダ本体１５は、図６（Ａ）に示すように、例えばアルミニウム合金により略直方体形状に形成され、ｚ軸方向に亘って上部ピストン４１が内挿される断面円形の開口部１５ａを有する。また、シリンダ本体１５には、一端側の開口部１５ａの開口端を閉塞するキャップ部材１６を締結するために、角部の４箇所に締結孔１５ｂが形成されている。また、シリンダ本体１５の側面で他端部近傍には、カムフォロア１８を開口部１５ａ内に臨ませるカムフォロア固定部１９が、開口部１５ａ内において等間隔となるように、８箇所設けられている。さらに、シリンダ本体１５には、図５及び図６（Ｂ）に示すように、他端側の開口部１５ａに、後述するシリンダ連結フランジ１３の上部側ベアリング保持部材２６が係合される係合溝２０と、大径ブレーキ板６７が一方のシリンダに対し軸周りに回転しないように規制するための回転規制部材２１が固定される固定溝２２とが設けられている。
【００２０】
なお、シリンダ本体１５は、上述のように、外形が略直方体形状であることに限らず、流体圧アクチュエータ１からの駆動力が伝達される被駆動部材の形状に応じた形状であればよく、例えば円筒形状であってもよい。
【００２１】
シリンダ本体１５に設けられるカムフォロア固定部１９は、平面視略楕円形状の溝１９ａと、この溝１９ａの中央部に設けられ、カムフォロア１８が挿通される挿通孔１９ｂとからなる。カムフォロア固定部１９の溝１９ａは、カムフォロア１８を保持する保持部材１８ａと略同一形状であり、保持部材１８ａがネジ等により固定される。挿通孔１９ｂは、上部シリンダ１１の側面から開口部１５ａに亘って設けられる孔であり、その径は、カムフォロア１８が挿通できる径である。カムフォロア１８は、保持部材１８ａに螺着され、保持部材１８ａがカムフォロア固定部１９に螺着されることで、開口部１５ａ内に臨まされる。
【００２２】
上部シリンダ１１の他端側に設けられる固定溝２２は、開口部１５ａの内周面に等間隔に４箇所設けられる断面略半円状の溝である。また、固定溝２２は、上記シリンダ１１の他端側からｚ軸方向に延伸される溝である。固定溝２２は、カムフォロア１８が取り付けられるｚ軸方向における位置まで延伸される。さらに、固定溝２２の底部の所定箇所には、回転規制部材２１を上部シリンダ１１に固定するための締結孔２３が、上部シリンダ１１の側面に亘って形成されている。
【００２３】
上部シリンダ１１に固定される回転規制部材２１は、断面略円形の棒状部材である。回転規制部材２１は、その長さが上部シリンダ１１のカムフォロア１８と下部シリンダ１２のカムフォロア１８との距離に略等しい。この回転規制部材２１は、開口部１５ａの内周面のｚ軸方向に亘って突出し、後述するブレーキ機構５０の大径ブレーキ板６７の回転を規制する部材である。回転規制部材２１は、一端側が上部シリンダ１１に固定され、他端側が下部シリンダ１２に臨まされる。また、回転規制部材２１には、他端側近傍の上部シリンダ１１に取り付けられた際の下部シリンダ１２の内周面と対向する側に、下部シリンダ１２と接触することを防止するための切欠き部２１ａが形成されている。
【００２４】
なお、回転規制部材２１は、回転駆動力が直接伝達されるブレーキ機構５０の大径ブレーキ板６７（詳細は後述する）と当接される位置にあればよく、その長さは、ピストンユニット４０の往復ストロークに応じて適宜変更することが望ましい。
【００２５】
キャップ部材１６は、上部シリンダ１１の一端側の開口部１５ａを閉塞する板状部材であり、主面が略矩形で、シリンダ本体１５と同様の材料により形成されている。キャップ部材１６には、上部シリンダ１１と対向する側の主面に、上部シリンダ１１の開口部１５ａに挿嵌される円環状の嵌合壁１６ａと、略中央に給排手段７０の導管７２が挿通される流体ポート２４と、上部シリンダ１１とネジ等の螺着部材が挿通される締結孔１６ｂとが形成されている。なお、キャップ部材１６には、密閉性をより確保するために、嵌合壁１６ａの外周に図示しないシール部材が取り付けられるようにしてもよい。
【００２６】
クッション部材１７は、キャップ部材１６と上部ピストン４１との衝突を防止する部材であり、可撓性を有する弾性部材等から形成され、キャップ部材１６の嵌合壁１６ａの先端部に嵌る円環状部材である。
【００２７】
下部シリンダ１２は、上部シリンダ１１と略同一の形状を有するが、上部シリンダ１１とは、回転規制部材２１が固定されない点のみで相違する。すなわち、下部シリンダ１２には、回転規制部材２１を固定するための固定溝２２及び締結孔２３が設けられない。また、下部シリンダ１２は、後述する下部側連結部材３０が係合される係合溝１２ａが係合溝２０上にさらに形成されている（図７参照。）。また、下部シリンダ１２には、その他端に、下部側連結部材３０と連結するための締結孔１２ｂが４箇所形成されている。なお、締結孔１２ｂと同様の締結孔は、上部シリンダ１１についても形成されており、後述する上部側ベアリング保持部材２６と連結される。
【００２８】
なお、下部シリンダ１２については、上部シリンダ１１と同一部材に、同一の符号を付し、その説明を省略する。下部シリンダ１２は、上部シリンダ１１と略同一形状を有することから、ほぼ同一の製造工程により製造することができることから、製造コストの削減につながる。
【００２９】
シリンダ連結フランジ１３は、図５及び図７に示すように、上部シリンダ１１と連結される上部側ベアリング保持部材２６と、上部シリンダ１１と下部シリンダ１２とを回転自在とするシリンダ用ベアリング部材２７と、シリンダ用ベアリング部材２７の外側軌道輪２７ｂを支持する下部側ベアリング保持部材２８と、この下部側ベアリング保持部材２８とでシリンダ用ベアリング部材２７を挟持するベアリング用フランジ２９と、下部側ベアリング保持部材２８と下部シリンダ１２とを連結する下部側連結部材３０とから構成されている。また、シリンダ連結フランジ１３には、下部側ベアリング保持部材２８の内周にシリンダ用ベアリング部材２７の内側軌道輪２７ａを上部側ベアリング保持部材２６とにより挟持するとともに、シリンダ１１、１２の回転位置を検出するギア３１が取り付けられるギア保持部材３２が設けられている。
【００３０】
シリンダ連結フランジ１３の上部側ベアリング保持部材２６は、例えば、上部シリンダ１１と同一材料から形成される環状部材である。上部側ベアリング保持部材２６は、内周が上部シリンダ１１の開口部１５ａと同一であり、回転規制部材２１が係合されるように上部シリンダ１１の固定溝２２と連続する固定溝３３と、この回転規制部材２１を固定するための締結孔３３ａが形成されている。上部側ベアリング保持部材２６には、上部シリンダ１１と対向する側に上部シリンダ１１の係合溝２０と係合される係合壁３４が形成され、上部シリンダ１１の他端側の締結孔（図７の下部シリンダ１２の締結孔１２ｂ参照。）にネジ等の締結具により連結される締結孔２６ａが形成されている。また、上部側ベアリング保持部材２６は、係合壁３４の反対側の外周面に段部２６ｂが形成され、この段部２６ｂにシリンダ用ベアリング部材２７の内側軌道輪２７ａが嵌合される。さらに、上部側ベアリング保持部材２６は、係合壁３４の反対側の端部に、シリンダ用ベアリング部材２７の抜け止めとなるギア保持部材３２を固定するための締結孔が複数箇所設けられている。
【００３１】
シリンダ連結フランジ１３のシリンダ用ベアリング部材２７は、上部シリンダ１１と下部シリンダ１２とを回転自在とする部材であり、いわゆる転がり軸受である。シリンダ用ベアリング部材２７は、内側軌道輪２７ａが上部シリンダ１１側と固定され、外側軌道輪２７ｂが下部シリンダ１２側と固定される。具体的には、シリンダ用ベアリング部材２７の内側軌道輪２７ａは、上部シリンダ１１と連結された上部側ベアリング保持部材２６の段部２６ｂに嵌合されるとともに、上部側ベアリング保持部材２６とギア保持部材３２とにより挟持される。また、シリンダ用ベアリング部材２７の外側軌道輪２７ｂは、下部側ベアリング保持部材２８に嵌合されるとともに、下部側ベアリング保持部材２８とベアリング用フランジ２９とにより挟持される。
【００３２】
シリンダ連結フランジ１３の下部側ベアリング保持部材２８は、例えば、上部シリンダ１１と同一材料から形成される環状部材である。下部側ベアリング保持部材２８は、内周面にシリンダ用ベアリング部材２７の外側軌道輪２７ｂが嵌合される段部２８ａが形成されている。また、下部側ベアリング保持部材２８は、両端部にそれぞれベアリング用フランジ２９及び下部側連結部材３０と連結されるための締結孔２８ｂが複数箇所形成されている。
【００３３】
ベアリング用フランジ２９は、例えば、上部シリンダ１１と同一材料から形成される環状部材である。ベアリング用フランジ２９は、下部側ベアリング保持部材２８に嵌合されるシリンダ用ベアリング部材２７を、当該下部側ベアリング保持部材２８とともに挟持する部材であり、シリンダ用ベアリング部材２７の抜け落ちを防止する部材である。ベアリング用フランジ２９には、下部側ベアリング保持部材２８の締結孔２８ｂと対応する位置に締結孔２９ａが設けられ、この締結孔２９ａを介して、図示しない締結具により下部側ベアリング保持部材２８と固定される。ベアリング用フランジ２９は、その外径が下部側ベアリング保持部材２８と略同一であり、内径がシリンダ用ベアリング部材２７の外径よりも小径に形成されている。
【００３４】
下部側連結部材３０は、例えば、上部シリンダ１１と同一材料から形成される環状部材である。下部側連結部材３０は、外径が下部側ベアリング保持部材２８と略同一であり、内径が回転規制部材２１と接触しない径であり、すなわち上部シリンダ１１の係合溝２０と略同一である。下部側連結部材３０は、下部側ベアリング保持部材２８と下部シリンダ１２とを連結する部材であり、環状部材の外周面近傍で下部側ベアリング保持部材２８の締結孔２８ｂと対応する位置に締結孔３０ａが設けられる。また、下部側連結部材３０には、内周面近傍で下部シリンダ１２の締結孔１２ｂと対応する位置に締結孔３０ｂが形成されている。また、下部側連結部材３０には、下部シリンダ１２と対向する側に、下部シリンダ１２の係合溝１２ａと係合される係合壁３５が突出形成されている。さらに、下部側連結部材３０には、回転位置を検出するための位置検出センサ３６が挿通される挿通孔３７が所定位置に形成されている。
【００３５】
ギア保持部材３２は、下部側ベアリング保持部材２８の内周に配設される部材であり、例えば、上部シリンダ１１と同一材料から形成される環状部材である。ギア保持部材３２は、上部側ベアリング保持部材２６に嵌合されるシリンダ用ベアリング部材２７の内側軌道輪２７ａを、当該上部側ベアリング保持部材２６とともに挟持する部材であり、シリンダ用ベアリング部材２７の抜け落ちを防止する部材である。ギア保持部材３２には、上部側ベアリング保持部材２６の下部シリンダ１２対向面に形成される締結孔（不図示）と対応する位置に締結孔３２ａが複数箇所形成されている。また、ギア保持部材３２には、上部シリンダ１１及び上部側ベアリング保持部材２６に固定された回転規制部材２１が固定される固定溝３２ｂが、上部シリンダ１１の固定溝２２、上部側ベアリング保持部材２６の固定溝３３に連続する位置に形成されている。さらに、ギア保持部材３２には、外周面で下部シリンダ１２と対向する側に段部３２ｃが形成され、この段部３２ｃにギア３１が嵌合される。ギア保持部材３２は、環状部材の内径が上部シリンダ１１の開口部１５ａ、上部側ベアリング保持部材２６の内径と略同一であり、外径がシリンダ用ベアリング部材２７の内側軌道輪２７ａを上部側ベアリング保持部材２６とともに挟持できる径に形成されている。
【００３６】
ギア保持部材３２に嵌合されるギア３１は、外周面に歯が形成される環状ギアである。ギア３１は、ギア保持部材３２の段部３２ｃに嵌合され、上部シリンダ１１の回転に従動して回転し、下部シリンダ１２側に取り付けられる位置検出センサ３６のエンコーダギア３８と噛合される。
【００３７】
位置検出センサ３６は、上部シリンダ１１の下部シリンダ１２に対する相対回転位置を検出する部材であり、下部側連結部材３０の挿通孔３７に取り付けられる。位置検出センサ３６は、センサ部３９と、センサ部３９を保持する保持具３６ａと、センサ部３９に連結されギア３１と噛合するエンコーダギア３８と、センサ部３９をカバーするカバー部材３６ｂとからなる。位置検出センサ３６のセンサ部３９は、いわゆるロータリエンコーダであり、エンコーダギア３８の回転量を検出する。そして、検出された信号は、制御部７４に送られ、回転位置が算出される。位置検出センサ３６は、下部側連結部材３０を介して下部シリンダ１２に固定される。
【００３８】
以上のような構成を有するシリンダユニット１０は、ピストンユニット４０の往復駆動及び回転駆動により、上部シリンダ１１が下部シリンダ１２に対して相対的に回転駆動される。すなわち、シリンダユニット１０においては、上部シリンダ１１、回転規制部材２１、シリンダ連結フランジ１３の上部側ベアリング保持部材２６及びギア保持部材３２と、下部シリンダ１２、下部側連結部材３０、下部側ベアリング保持部材２８及びベアリング用フランジ２９とが、シリンダ用ベアリング部材２７を介して連結されており、互いに回転自在となっている。
【００３９】
また、シリンダユニット１０は、シリンダ本体１５が、上部シリンダ１１と下部シリンダ１２において、回転規制部材２１を固定するための固定溝２２及び締結孔２３、係合溝１２ａ、係合溝２０の有無のみの形状の相違しかなく、そのため、加工が容易であり、製造コストを抑えることができる。
【００４０】
＜ピストンユニット４０＞
続いて、シリンダユニット１０に内挿されるピストンユニット４０について説明をする。流体圧アクチュエータ１のピストンユニット４０は、図３及び図４に示すように、上部ピストン４１と、下部ピストン４２と、上部及び下部ピストン４１、４２とを連結する連結手段４３とから構成されている。
【００４１】
なお、上部ピストン４１及び下部ピストン４２は、共に連結手段４３との連結を行うピストン連結手段５１においては、同一構成を有する。したがって、以下の説明においては、上部ピストン４１を例に説明をし、下部ピストン４２について同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
ピストンユニット４０の上部ピストン４１は、例えばアルミニウム合金から形成され、図４及び図８に示すように、外径が上部シリンダ１１の開口部１５ａと略同一の径を有し、開口部１５ａに内挿される径を有する略円柱状のピストンである。上部ピストン４１は、連結手段４３と連結される側の主面略中央に円柱状の連接部４４が一体に形成されている。この連接部４４は、連結手段４３の上部カムシリンダ４７と連結される際に、回転自在とするベアリング等が設けられる部材である。また、上部ピストン４１は、その略中央部でｚ軸方向に複数の貫通孔４５が形成され、この貫通孔４５を介して上部カムシリンダ４７と連結されている。また、上部ピストン４１は、その外周面に環状溝４６が形成され、この環状溝４６に、上部シリンダ１１との密閉性を向上させる図示しないピストンリングが嵌合される。
【００４３】
次に、ピストンユニット４０の連結手段４３について説明をする。連結手段４３は、上部ピストン４１と下部ピストン４２とを連結するものである。連結手段４３には、ピストンユニット４０のシリンダユニット１０に対する往復回転駆動を停止させるブレーキ機構５０が設けられている。また、連結手段４３は、上部及び下部ピストン４１、４２の往復駆動を回転駆動に変換し上部シリンダ１１に伝達する回転伝達機構である上部カムシリンダ４７及び下部カムシリンダ４８とを備えている。さらに、連結手段４３は、上部ピストン４１及び上部カムシリンダ４７、下部ピストン４２及び下部カムシリンダ４８を、それぞれ回転自在に連結するピストン連結手段５１が設けられている。
【００４４】
連結手段４３のピストン連結手段５１は、第１のベアリング部材５２と、第１のベアリング部材５２の内側軌道輪５２ａを保持するピストン側ベアリング保持部材５３と、第１のベアリング部材５２の外側軌道輪５２ｂを保持するカムシリンダ側ベアリング保持部材５４と、カムシリンダ側ベアリング保持部材５４に一方軌道輪５５ａが保持される第２のベアリング部材５５と、カムシリンダ側ベアリング保持部材５４のカムシリンダへの固定を行う固定用フランジ５６とから構成されている。
【００４５】
ピストン連結手段５１のピストン側ベアリング保持部材５３は、例えば、上部ピストン４１と同一材料から形成される円柱状部材である。ピストン側ベアリング保持部材５３は、上部ピストン４１の貫通孔４５に対応する位置に締結孔５３ａが形成され、図示しないネジ等により上部ピストン４１と連結される。ピストン側ベアリング保持部材５３は、上部ピストン４１と対向する側端部からの外周面に段部５３ｂが形成されており、この段部５３ｂに第１のベアリング部材５２が嵌合される。
【００４６】
第１のベアリング部材５２は、上部ピストン４１と上部カムシリンダ４７とをｚ軸周りに回転自在とする部材であり、いわゆる転がり軸受である。第１のベアリング部材５２は、内側軌道輪５２ａが上部ピストン４１側と固定され、外側軌道輪５２ｂが上部カムシリンダ４７側と固定される。具体的には、第１のベアリング部材５２の内側軌道輪５２ａは、上部ピストン４１の連接部４４と連結されたピストン側ベアリング保持部材５３の段部５３ｂに嵌合されるとともに、ピストン側ベアリング保持部材５３と上部ピストン４１とにより挟持される。また、外側軌道輪５２ｂは、カムシリンダ側ベアリング保持部材５４の段部５４ａに嵌合される。
【００４７】
カムシリンダ側ベアリング保持部材５４は、外径が上部カムシリンダ４７の内周面に嵌合し、内径が上部ピストン４１の連接部４４の外径よりやや大径となる環状部材からなる。カムシリンダ側ベアリング保持部材５４は、下部ピストン４２と対向する側の端面から内周円の所定深さに亘って段部５４ａが形成され、この段部５４ａに第１のベアリング部材５２の外側軌道輪５２ｂが嵌合される。また、カムシリンダ側ベアリング保持部材５４は、上部ピストン４１と対向する側の端面に所定深さの環状溝５４ｂが形成され、この環状溝５４ｂに第２のベアリング部材５５の一方軌道輪５５ａが嵌合される。
【００４８】
第２のベアリング部材５５は、上部ピストン４１と上部カムシリンダ４７とをｚ軸周りに回転自在とする部材であり、いわゆる転がり軸受である。第２のベアリング部材５５は、一方軌道輪５５ａがカムシリンダ側ベアリング保持部材５４の環状溝５４ｂに固定され、他方軌道輪５５ｂが上部ピストン４１の連接部４４に固定される。また、第２のベアリング部材５５は、内径が上部ピストン４１の連接部４４の外径と略同一であり、外径がカムシリンダ側ベアリング保持部材５４の環状溝５４ｂの径と略同一である。
【００４９】
固定用フランジ５６は、外径が上部カムシリンダ４７の外径と略同一で、内径がカムシリンダ側ベアリング保持部材５４の外径よりやや小径に形成された環状部材からなる。固定用フランジ５６は、上部カムシリンダ４７に嵌め込まれたカムシリンダ側ベアリング保持部材５４の上部カムシリンダ４７からの抜け落ちを防止する部材である。固定用フランジ５６は、端面に複数の貫通孔５６ａを有し、この貫通孔５６ａにネジ等の締結具を挿通し、上部カムシリンダ４７の端面に取り付けられる。
【００５０】
このような構成を有するピストン連結手段５１は、２つのベアリング部材を介して上部ピストン４１と上部カムシリンダ４７とが連結されており、ｚ軸周りに回転自在とされている。このため、上部ピストン４１は、シリンダユニット１０内を往復駆動した際に、上部カムシリンダ４７に発生する回転駆動による影響を受けることがない。
【００５１】
なお、ピストン連結手段５１は、上述のように、上部ピストン４１を回転自在とすることに限らず、ピストンの連接棒と固定されるような周知の方法により連結するようにしてもよい。
【００５２】
連結手段４３の上部カムシリンダ４７は、一方端部で上部ピストン４１と連結され、他方端部側にブレーキ機構５０が設けられるとともに、下部カムシリンダ４８と連結される有底の円筒部材からなる。上部カムシリンダ４７は、外径が上部シリンダ１１に内挿される大きさで、具体的には、上部シリンダ１１に回転規制部材２１が取り付けられた状態で、当該回転規制部材２１と接触しない径に形成されている。上部カムシリンダ４７は、開口部側が上部ピストン４１と対向し、開口端に固定用フランジ５６の貫通孔５６ａに対応する位置に締結孔５７が形成されている。上部カムシリンダ４７は、開口端から内周面の所定深さに亘って、カムシリンダ側ベアリング保持部材５４が嵌合される嵌合溝５８が形成されている。また、上部カムシリンダ４７には、外周面全体に亘って、上部シリンダ１１に設けられるカムフォロア１８が係合される螺旋状のカム溝５９が形成されている。このカム溝５９は、カムフォロア１８の数に対応し（本実施例においては８本）、いわゆる左ネジ方向の螺旋が形成されている。上部カムシリンダ４７は、カム溝５９にカムフォロア１８が係合され、上部ピストン４１の往復駆動を回転駆動に変換し、この回転駆動をカムフォロア１８を介して上部シリンダ１１に伝達する。
【００５３】
また、上部カムシリンダ４７は、その円筒部材の底部の同一円周上に等間隔で４箇所の挿通孔６０が設けられる。この挿通孔６０には、軸受部材６１が嵌め込まれ、この軸受部材６１を介して４本のカムシリンダ連結ピン６２が挿通される。カムシリンダ連結ピン６２の上部カムシリンダ４７側の端部には、カムシリンダ連結ピン６２の上部カムシリンダ４７からの抜け止めをする抜止めプレート６３が設けられている。また、上部カムシリンダ４７の下部カムシリンダ４８と対向する側の底部略中央には、上部カムシリンダ４７と下部カムシリンダ４８とをｚ軸方向に離間するように付勢するコイルスプリング６４の抜け止めをする凸部６５が設けられている。なお、上部カムシリンダ４７に設けられる軸受部材６１は、上部カムシリンダ４７と下部カムシリンダ４８との近接離間動作によるカムシリンダ連結ピン６２の挿通孔６０に対する摺動摩擦を低減するものである。そのため、この軸受部材６１は、カムシリンダ連結ピン６２の挿通孔６０に対する摺動摩擦が少ないものであれば、設ける必要はない。
【００５４】
下部カムシリンダ４８は、上部カムシリンダ４７と略同一形状を有する。そのため、上部カムシリンダ４７と同一構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５５】
連結手段４３の下部カムシリンダ４８は、一方端部で下部ピストン４２と連結され、他方端部側にブレーキ機構５０が設けられるとともに、カムシリンダ連結ピン６２を介して上部カムシリンダ４７と連結される有底の円筒部材からなる。下部カムシリンダ４８は、上部カムシリンダ４７と同様にカムフォロア１８と係合するカム溝６６を有するが、このカム溝６６は、カム溝５９と螺旋方向が逆、すなわち右ネジ方向に螺旋が形成されている。このため、一方のカムシリンダにのみ螺旋状のカム溝を形成する場合と比して、ピストンユニット４０の回転駆動に対するシリンダユニット１０の回転量を２倍とすることができる。下部カムシリンダ４８には、上部カムシリンダ４７と同様に、その底部に挿通孔６０が設けられているが、この挿通孔６０にカムシリンダ連結ピン６２が嵌合される。
【００５６】
このような構成から、上部カムシリンダ４７と下部カムシリンダ４８とは、コイルスプリング６４の付勢力により、互いに離間する方向に付勢され、抜止めプレート６３により抜け止めがなされる。また、上部カムシリンダ４７と下部カムシリンダ４８とは、４本のカムシリンダ連結ピン６２により連結されることから、一方のカムシリンダの回転駆動力を他方のカムシリンダに伝達することができる。なお、カムシリンダ連結ピン６２は、上述のように４本設けることに限らず、一方のカムシリンダからの回転駆動力を他方のカムシリンダに伝達することができるものであれば、その本数は限定されない。
【００５７】
次に、連結手段４３に設けられるブレーキ機構５０について説明をする。ブレーキ機構５０は、上部カムシリンダ４７と下部カムシリンダ４８との間に設けられ、円環状の大径ブレーキ板６７と円板状の小径ブレーキ板６８とから構成されている。ブレーキ機構５０は、この大径ブレーキ板６７と小径ブレーキ板６８との組を、複数段設けた多段ブレーキ機構である。大径ブレーキ板６７及び小径ブレーキ板６８は、それぞれの主面の重畳する位置において摩擦係合することで、上部シリンダ１１の下部シリンダ１２に対する回転駆動を停止させる。
【００５８】
ブレーキ機構５０の大径ブレーキ板６７は、外径が上部カムシリンダ４７よりも大径で上部シリンダ１１の開口部１５ａよりも小径に形成されている。大径ブレーキ板６７は、内周円に４本のカムシリンダ連結ピン６２が挿通できる大きさに形成されている。また、大径ブレーキ板６７の外周縁には、回転規制部材２１が係合され大径ブレーキ板６７の回転を規制する規制凹部６７ａが設けられている。
【００５９】
ブレーキ機構５０の小径ブレーキ板６８は、外径が大径ブレーキ板６７の規制凹部６７ａの最内径よりも小径で、大径ブレーキ板６７の内周円よりも大径に形成されている。小径ブレーキ板６８は、カムシリンダ連結ピン６２が挿通される挿通孔６８ａが、カムシリンダ連結ピン６２と対応する位置に設けられている。
【００６０】
このような構成を有するブレーキ機構５０は、大径ブレーキ板６７と小径ブレーキ板６８との重畳部分において摩擦係合されることで、ピストンユニット４０のシリンダユニット１０に対する動きを停止させる。ブレーキ機構５０は、小径ブレーキ板６８がカムシリンダ連結ピン６２を介して下部カムシリンダ４８と連動して回転駆動し、大径ブレーキ板６７が上部シリンダ１１に固定された回転規制部材２１と係合することで下部カムシリンダ４８からの回転駆動に対しては従動せず、ｚ軸方向への直線運動は可能となる。また、ブレーキ機構５０は、上部及び下部カムシリンダ４７、４８がコイルスプリング６４により互いに離間する方向に付勢されていることから、ブレーキ機構を作用させない場合には、各ブレーキ板６７、６８が互いに離間し、摩擦係合しない。したがって、ピストンユニット４０の往復回転駆動を停止する際には、上部カムシリンダ４７と下部カムシリンダ４８とを近接する方向に給排手段７０を制御しシリンダ内に流体を供給することで、各ブレーキ板同士が摩擦係合し、ピストンユニット４０の往復駆動が規制され、停止する。
【００６１】
また、このようなブレーキ機構５０は、上部及び下部ピストン４１、４２が往復駆動する領域内に収まる大きさに形成されることから、流体圧アクチュエータ１全体のスリム化を図ることができる。
【００６２】
＜給排手段７０＞
続いて、シリンダユニット１０内のピストンユニット４０を往復回転駆動させる給排手段７０について説明をする。流体圧アクチュエータ１の給排手段７０は、図４に示すように、上部シリンダ１１及び下部シリンダ１２のそれぞれの流体ポート２４を介してシリンダ内に流体を供給・排出するポンプ７１と、このポンプ７１と各流体ポート２４とを連通させる導管７２と、各導管７２の管路に設けられるバルブ７３と、ポンプ７１及び各バルブ７３の出力を制御する制御部７４とから構成されている。
【００６３】
給排手段７０の制御部７４には、位置検出センサ３６からの検出信号が入力され、この入力される検出信号に基づいて、上部シリンダ１１の現在の回転量を算出し、この算出された現在回転量に基づいて所望とする制御を行う。すなわち、制御部７４は、所望とする回転量とするために、各バルブ７３のＯＮ／ＯＦＦを切り替える制御を行うことで、ピストンユニット４０の動作を制御する。バルブ７３は、ポンプ７１からの流体を流体ポート２４に給排する流路と、流体を排出する流路とを有するいわゆる３方弁であり、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えのみで、流体圧アクチュエータ１を動作させることができるものである。
【００６４】
なお、給排手段７０は、上述のように、各バルブ７３のＯＮ／ＯＦＦの切り替えを制御することに限らず、例えば、２つのポンプを用いて、各ポンプと各流体ポート２４とを連通させ、当該ポンプの出力を調整することで、制御するようにしてもよく、また、各バルブ７３の開閉量のみで制御するようにしてもよい。さらに、給排手段７０は、バルブ７３の制御とともに、ポンプ７１の出力も制御するようにしてもよい。
【００６５】
以上のような構成を有する流体圧アクチュエータ１は、シリンダユニット１０内のピストンユニット４０の往復回転駆動により上部シリンダ１１と下部シリンダ１２とが相対的に回転する回転駆動力を得ることができる。さらに、流体圧アクチュエータ１では、シリンダユニット１０に内挿されるピストンユニット４０にブレーキ機構５０が設けられ、ブレーキ機構５０を構成するブレーキ板６７、６８の大きさもピストン４１、４２の径よりも小径であることから、シリンダユニット１０内に収まる大きさである。したがって、上述のシリンダユニット１０の外周にさらにブレーキ機構用の別部材を設ける必要がなく、装置全体の小型化、汎用性の高いものを実現することができる。
【００６６】
また、流体圧アクチュエータ１は、簡易な給排手段７０によりピストンユニット４０の動作を制御することができる、すなわち、ブレーキ機構５０を有することから、位置固定、運動状態からの停止などの複雑な動きを実現することができる。また、流体圧アクチュエータ１は、ブレーキ機構５０を有することから、圧縮性のある流体をサーボ制御した際に特有の振動現象が起こることなく、確実な静止状態を実現することができる。
【００６７】
なお、流体圧アクチュエータ１は、上述のように、上部カムシリンダ４７及び下部カムシリンダ４８のそれぞれに螺旋状のカム溝５９、６６を設けることに限らず、いずれか一方が螺旋状のカム溝であり、他方が直線状のカム溝であってもよい。
【００６８】
また、流体圧アクチュエータ１は、ブレーキ機構５０について、多段ブレーキ機構であることについて説明をしたが、これに限らず、大径ブレーキ板６７と小径ブレーキ板６８をそれぞれ１枚からなる１段のブレーキ機構であってもよい。さらに、流体圧アクチュエータ１は、ブレーキ機構５０について、内径がカムシリンダ４７、４８の外径よりも小径な大径ブレーキ板６７を１枚設けるのみであってもよい。
【００６９】
さらに、流体圧アクチュエータ１では、位置検出センサ３６を設けることについて説明をしたが、これに限らず、周知のいかなる位置検出方法を用いるものであってもよく、さらに、位置検出センサ３６を設けず、給排手段７０の各シリンダ１１、１２への流体圧の供給、排出時間などを制御することで位置決めを行うようにしてもよい。
【００７０】
＜動作＞
次に、流体圧アクチュエータ１の動作について説明をする。本説明においては、シリンダユニット１０内に流体圧がかけられていない状態を初期状態とし、この状態から、ピストンユニット４０を上部シリンダ１１側に移動させ上部シリンダ１１を回転駆動させる状態、運動状態からの停止を行うことについて説明をする。
【００７１】
まず、図４は、流体圧アクチュエータ１が、給排手段７０により上部シリンダ１１及び下部シリンダ１２に流体が供給されず、圧力がかかっていない初期状態を示すものである。図４に示すように、流体圧アクチュエータ１は、上部及び下部シリンダ１１、１２内に圧力がかけられていない場合には、いわゆるフリー状態であり、ピストンユニット４０は、シリンダユニット１０内を自由に移動することができる。このとき、ピストンユニット４０は、上部カムシリンダ４７と下部カムシリンダ４８とが、コイルスプリング６４により互いに離間する方向に付勢されている。そのため、ブレーキ機構５０においては、大径ブレーキ板６７と小径ブレーキ板６８とが、わずかに離間し、摩擦係合されることがない。また、上部カムシリンダ４７と下部カムシリンダ４８とが、カムシリンダ連結ピン６２により連結されているので、ピストンユニット４０が一体に往復回転駆動する。そして、この往復回転駆動は、シリンダユニット１０のカムフォロア１８に伝達されることで、上部及び下部シリンダ１１、１２が相対的に回転することとなる。
【００７２】
そして、流体圧アクチュエータ１は、給排手段７０の制御部７４により一方のシリンダ内に流体を供給するように制御する。例えば、下部シリンダ１２内に流体圧がかけられた状態を図１０に示す。図１０に示すように、下部シリンダ１２内に流体圧がかけられると、下部ピストン４２はｚ軸の上方向（図１０中矢印Ａ）に駆動する駆動力が付与される。このとき、下部ピストン４２及び上部ピストン４１は、それぞれピストン連結手段５１により回転自在となっている。それぞれのカムシリンダ４７、４８は、カムフォロア１８により直線駆動が回転駆動に変換される。そして、ピストンユニット４０の上方向の直線駆動により、カムフォロア１８を介して上部シリンダ１１が回転駆動（図１０中矢印Ｂ）される。
【００７３】
次に、ピストンユニット４０を停止させた状態を図１１に示す。図１１に示すように、給排手段７０の制御部７４は、ポンプ７１の出力及びバルブ７３の開閉量を制御し、流体ポート２４を介して、上部及び下部シリンダ１１、１２に同一の流体圧がかけられる。このとき、上部カムシリンダ４７と下部カムシリンダ４８とがコイルスプリング６４の付勢力に抗って互いに近接する。そして、ブレーキ機構５０の大径ブレーキ板６７と小径ブレーキ板６８とが摩擦係合される。各ブレーキ板６７、６８同士が摩擦係合され、さらに、大径ブレーキ板６７の規制凹部６７ａが上部シリンダ１１に固定された回転規制部材２１により回転が規制されることで、ピストンユニット４０全体が停止され、上部シリンダ１１の回転駆動も停止される。このとき、ピストンユニット４０は、ブレーキ機構５０の働きにより、その停止位置を維持されることとなる。
【００７４】
以上のように、流体圧アクチュエータ１は、フリー状態から下部シリンダ１２に流体圧をかけることで、ピストンユニット４０が、上部シリンダ１１側に移動するとともに、カムシリンダ４７、４８が回転駆動され、この回転駆動がカムフォロア１８を介してシリンダユニット１０に伝達され、シリンダ１１、１２の回転駆動が実現される。そして、回転駆動を停止させたいときには、両シリンダ１１、１２に同一の流体圧を付与することで、ブレーキ機構５０のブレーキ板６７、６８同士が摩擦係合され、ピストンユニット４０の動作が停止されるとともに、シリンダユニット１０の回転駆動も停止される。
【００７５】
なお、流体圧アクチュエータ１においては、上部シリンダ１１内に流体圧をかけることで、ピストンユニット４０が下部シリンダ１２側に直線及び回転駆動することから、シリンダユニット１０の回転駆動を逆転、すなわち逆方向に駆動させることができる。
【００７６】
このように、流体圧アクチュエータ１では、ブレーキ機構５０を有することから、給排手段のバルブ調整などの簡易な制御により、正転、逆転、停止、フリーのいずれの状態を実現することができる。また、このように、いずれの状態も容易に実現することができることから、圧縮性のある流体をサーボ制御した際に特有の振動現象が起こることなく、確実な静止状態を実現することができる。
【００７７】
＜変形例＞
次に、流体圧アクチュエータ１のブレーキ機構５０の変形例について説明をする。変形例として示す流体圧アクチュエータ１２０は、図１２に示すように、２つのピストン１２１、１２２と、このピストン１２１、１２２が内挿されるシリンダ１２３と、シリンダ１２３の両端近傍に設けられる流体ポート１２４とを備える。また、流体圧アクチュエータ１２０は、ピストン１２１とピストン１２２との間に設けられるブレーキ機構１２５と、ピストン１２２と連結される被駆動部材１２６とを備える。流体圧アクチュエータ１２０は、ピストン１２１、１２２がシリンダ１２３内を往復駆動するに伴い、ピストン１２２と連結された被駆動部材１２６が往復駆動される。
【００７８】
ブレーキ機構１２５は、ブレーキ機構５０の大径ブレーキ板６７、小径ブレーキ板６８及び上部シリンダ１１に取り付けられる回転規制部材２１の代わりに、図１２に示すように、ピストン１２１とピストン１２２との間に設けられ、押圧されることでその径が拡径される弾性部材１２５ａからなる。弾性部材１２５ａは、ピストン１２１、１２２よりやや小径な円柱形状を有する。弾性部材１２５ａは、図１２（Ｂ）に示すように、２つの流体ポート１２４を介してシリンダ１２３内に略同一の圧力がかけられることで、ピストン１２１、１２２間が近接し押圧される。押圧された弾性部材１２５ａは、拡径され、その径は、シリンダ１２３の内周面と摩擦係合される。
【００７９】
このようなブレーキ機構１２５を有する流体圧アクチュエータ１２０は、図１２（Ａ）に示すように、一方の流体ポート１２４を介してシリンダ１２３内に圧力がかけられることで、ピストン１２１、１２２を直進駆動させ、被駆動部材１２６を駆動させる。また、流体圧アクチュエータ１２０は、図１２（Ｂ）に示すように、２つの流体ポート１２４を介してシリンダ１２３内に略同一の圧力がかけられることで、ピストン１２１、１２２間が近接し押圧される。押圧された弾性部材１２５ａは、拡径され、その径は、シリンダ１２３の内周面と摩擦係合される。そして、ピストン１２１、１２２は、停止をする。
【００８０】
このような構成を有するブレーキ機構１２５であっても、給排手段のバルブ調整などの簡易な制御により、正転、逆転、停止、フリーのいずれの状態を実現することができる。
【００８１】
なお、流体圧アクチュエータ１２０においては、揺動型である流体圧アクチュエータ１と異なり直進型の流体圧アクチュエータについて述べたが、これに限らず、ブレーキ機構１２５を揺動型の流体圧アクチュエータに適用できることは勿論である。
【００８２】
＜他の実施の形態＞
次に、本発明に係る流体圧アクチュエータの他の実施の形態について説明をする。なお、流体圧アクチュエータ１と同様の構成については、同様の符号を付し、その説明を省略する。他の実施の形態として示す流体圧アクチュエータ８０は、図１３に示すように、上部シリンダ１１、シリンダ１２と、上部シリンダ１１及び下部シリンダ１２の間に介挿されるシリンダ連結フランジ１３とにより構成されるシリンダユニット１０を備えている。また、流体圧アクチュエータ８０は、このシリンダユニット１０の内部には、上部シリンダ１１に内挿される上部ピストン８１と、下部シリンダ１２に内挿される下部ピストン８２と、上部ピストン８１及び下部ピストン８２を連結する連結手段８３とにより構成されるピストンユニット８４が内挿されている。また、流体圧アクチュエータ８０には、流体圧アクチュエータ１と同様の機能を有する給排手段（不図示）が設けられる。
【００８３】
流体圧アクチュエータ８０は、流体圧アクチュエータ１では連結手段４３の上部及び下部カムシリンダ４７、４８を介してブレーキがかけられるブレーキ機構５０に代わって、上部及び下部ピストン８１、８２から直接ブレーキがかけられるブレーキ機構１００を備える。そのため、流体圧アクチュエータ８０は、上部及び下部ピストン８１、８２のいずれか一方からの駆動力を、ブレーキ機構を介さず直接他方のピストンが内挿されるシリンダに伝達することができる。したがって、流体圧アクチュエータ８０は、被駆動部材による抵抗が大きく、必要とする駆動力が大きい場合であっても、ブレーキがかかることなく、被駆動部材を回動させることができる。
【００８４】
流体圧アクチュエータ８０のピストンユニット８４は、図１３に示すように、上部ピストン８１と、下部ピストン８２と、上部及び下部ピストン８１、８２とを連結する連結手段８３とから構成されている。
【００８５】
ピストンユニット８４の上部ピストン８１は、図１３に示すように、外径が上部シリンダ１１の開口部１５ａと略同一の径を有し、開口部１５ａに内挿される径を有する略円柱状のピストンである。上部ピストン８１は、連結手段８３と連結される側の主面に立設されるガイド片８５と、略中央で円柱状の連接凹部８６とが一体に形成されている。また、上部ピストン８１は、連結手段８３と連結される側の主面の外縁近傍の所定の箇所に、ブレーキ板圧縮部材１０１を取り付けるための締結孔８１ａが設けられている。
【００８６】
上部ピストン８１のガイド片８５は、上部ピストン８１と一体に形成され、上部ピストン８１の連結手段８３と連結される側の主面に円環形状を有して立設される。このガイド片８５は、外径が上部カムシリンダ８７に形成されるガイド凹部９１と略同一の径を有する。ガイド片８５は、ガイド凹部９１をガイドすることで、上部カムシリンダ８７の上部シリンダ１１内での往復方向をガイドする。上部ピストン８１の連接凹部８６には、連結手段８３の上部カムシリンダ８７と連結される際に、回転自在とするベアリング等が嵌合される。
【００８７】
ピストンユニット８４の連結手段８３は、上部ピストン８１と下部ピストン８２とを連結するものである。連結手段８３には、ピストンユニット８４のシリンダユニット１０に対する往復回転駆動を停止させるブレーキ機構１００のブレーキ板１０２、１０３が設けられている。また、連結手段８３は、上部及び下部ピストン８１、８２の往復駆動を回転駆動に変換し上部シリンダ１１に伝達する回転伝達機構である上部カムシリンダ８７及び下部カムシリンダ９２とを備えている。さらに、連結手段８３は、上部ピストン８１及び上部カムシリンダ８７、下部ピストン８２及び下部カムシリンダ９２を、それぞれ回転自在に連結するピストン連結手段９３が設けられている。
【００８８】
連結手段８３のピストン連結手段９３は、ベアリング部材８８と、ベアリング部材８８の内側軌道輪８８ａを保持するカムシリンダ側ベアリング保持部材８９と、カムシリンダ側ベアリング保持部材８９に保持されるコイルスプリング９０とから構成されている。
【００８９】
ベアリング部材８８の内側軌道輪８８ａは、カムシリンダ側ベアリング保持部材８９が嵌合され、外側軌道輪８８ｂは、上部ピストン８１の連接凹部８６に嵌合される。カムシリンダ側ベアリング保持部材８９は、円柱状に形成され、その外径がベアリング部材８８の内周と同一であり、ベアリング部材８８が嵌合される。また、カムシリンダ側ベアリング保持部材８９は、上部カムシリンダ８７と対向する側の主面の略中央に設けられ、コイルスプリング９０の一方端部が嵌め込まれる凸部８９ａを備える。そして、上部カムシリンダ８７には、上部ピストン８１と対向する側のガイド凹部９１の底部の凸部８９ａと対向する位置に、凸部８９ａと同様の凸部９１ａが設けられ、コイルスプリング９０の他方の端部が嵌め込まれる。
【００９０】
このような構成により、上部ピストン８１と上部カムシリンダ８７とは、回転自在に連結されるとともに、コイルスプリング９０を介して連結される。そして、流体圧アクチュエータ８０では、上部ピストン８１が給排手段からの圧力により往復駆動するのに対し、上部カムシリンダ８７は回転往復駆動する。
【００９１】
連結手段８３の上部カムシリンダ８７は、円筒形状を有し、一方端部で上部ピストン８１と連結され、他方端部で下部カムシリンダ９２と連結される。上部カムシリンダ８７は、外径が上部シリンダ１１に内挿される大きさで、具体的には、上部ピストン８１にブレーキ板圧縮部材１０１が取り付けられた状態で、当該ブレーキ板圧縮部材１０１と接触しない径に形成されている。なお、上部カムシリンダ８７は、回転規制部材２１と接触しない径であることは勿論である。また、上部カムシリンダ８７は、下部カムシリンダ９２と連結される側の端部には、複数の連結ピン６２が嵌合される嵌合孔８７ａを有する。さらに、上部カムシリンダ８７には、外周面全体に亘って、上部シリンダ１１に設けられるカムフォロア１８が係合される螺旋状のカム溝５９が形成されている。このカム溝５９は、カムフォロア１８の数に対応し（本実施例においては８本）、いわゆる左ネジ方向の螺旋が形成されている。上部カムシリンダ８７は、カム溝５９にカムフォロア１８が係合され、上部ピストン４１の往復駆動を回転駆動に変換し、この回転駆動をカムフォロア１８を介して上部シリンダ１１に伝達する。
【００９２】
連結ピン６２は、一端が上部カムシリンダ８７の嵌合孔８７ａに嵌合され、他端が下部カムシリンダ９２の嵌合孔９２ａに嵌合される。そして、上部カムシリンダ８７と下部カムシリンダ９２との間には、ブレーキ機構１００を構成する大径ブレーキ板１０２と小径ブレーキ板１０３が介挿される。
【００９３】
下部カムシリンダ９２は、上部カムシリンダ８７と同一形状を有する。そのため、下部カムシリンダ９２の説明は省略する。
【００９４】
連結手段８３のブレーキ機構１００は、流体圧アクチュエータ１に設けられる大径ブレーキ板６７と小径ブレーキ板６８と同様の形状を有する大径ブレーキ板１０２と小径ブレーキ板１０３とを備える。また、ブレーキ機構１００は、上部及び下部ピストン８１、８２から直接ブレーキ板１０２、１０３を押圧するブレーキ板圧縮部材１０１を備える。ブレーキ機構１００は、ブレーキ機構５０と異なり、上部及び下部カムシリンダ８７、９２を介すことなく、上部及び下部ピストン８１、８２からの圧力が伝達されて、ブレーキがかかる構成となっている。すなわち、ブレーキ機構１００のブレーキ板圧縮部材１０１は、上部及び下部ピストン８１、８２のそれぞれに取り付けられ、大径ブレーキ板１０２まで延伸されている。ブレーキ板圧縮部材１０１は、上部及び下部シリンダ１１、１２の内周と上部及び下部カムシリンダ８７、９２の外周の間に設けられ、それぞれと接触しない大きさに形成されている。ブレーキ板圧縮部材１０１は、上部及ぶ下部ピストン８１、８２に複数本、例えば等間隔に４本ずつ取り付けられ、その長さは、コイルスプリング９０が圧縮された状態で、大径ブレーキ板１０２を押圧することができるものである。
【００９５】
このような構成のブレーキ機構１００は、給排手段により上部及び下部ピストン８１、８２の両方に圧力がかけられたときに、それぞれのピストンに設けられるブレーキ板圧縮部材１０１によりブレーキ板が圧縮され、ブレーキがかかる。なお、流体圧アクチュエータ８０では、一方のピストンとカムシリンダとの間に取り付けられるコイルスプリング９０が圧縮された状態では、ブレーキ板を圧縮することができない。このため、流体圧アクチュエータ８０では、被駆動部材側に大きな抵抗があった場合でも、ブレーキがかかることなく、大きな駆動力を伝達することができる。
【００９６】
次に、流体圧アクチュエータ８０の動作について図１３、図１４を参照して説明をする。本説明においては、シリンダユニット１０内に流体圧がかけられていない状態を初期状態とし、この状態から、ピストンユニット８４を上部シリンダ１１側に移動させ上部シリンダ１１を回転駆動させる状態、運動状態からの停止を行うことについて説明をする。
【００９７】
まず、図１３は、流体圧アクチュエータ１が、給排手段により上部シリンダ１１及び下部シリンダ１２に流体が供給されず、圧力がかかっていない初期状態を示すものである。図１３に示すように、流体圧アクチュエータ８０は、上部及び下部シリンダ１１、１２内に圧力がかけられていない場合には、いわゆるフリー状態であり、ピストンユニット８４は、シリンダユニット１０内を自由に移動することができる。このとき、ピストンユニット８４は、上部ピストン８１と上部カムシリンダ８７、下部ピストン８２と下部カムシリンダ９２のそれぞれが、コイルスプリング９０により互いに離間する方向に付勢されている。そのため、ブレーキ機構１００においては、大径ブレーキ板１０２と小径ブレーキ板１０３とが、わずかに離間し、摩擦係合されることがない。また、上部カムシリンダ８７と下部カムシリンダ９２とが、連結ピン６２により連結されているので、ピストンユニット８４が一体に往復回転駆動する。そして、この往復回転駆動は、シリンダユニット１０のカムフォロア１８に伝達されることで、上部及び下部シリンダ１１、１２が相対的に回転することとなる。
【００９８】
そして、流体圧アクチュエータ８０は、給排手段の制御部により一方のシリンダ内に流体を供給するように制御する。例えば、下部シリンダ１２内に流体圧がかけられると、下部ピストン８２はｚ軸の上方向に駆動する駆動力が付与される。このとき、下部ピストン８２及び上部ピストン８１は、それぞれピストン連結手段９３により上部及び下部カムシリンダ８７、９２に対して回転自在となっている。それぞれのカムシリンダ８７、９２は、カムフォロア１８により直線駆動が回転駆動に変換される。そして、ピストンユニット８４の上方向の直線駆動により、カムフォロア１８を介して上部シリンダ１１が回転駆動される。
【００９９】
次に、ピストンユニット８４を停止させた状態を図１４に示す。図１４に示すように、給排手段の制御部は、ポンプの出力及びバルブの開閉量を制御し、流体ポート２４を介して、上部及び下部シリンダ１１、１２に同一の流体圧がかけられる。このとき、上部ピストン８１と上部カムシリンダ８７、下部ピストン８２と下部カムシリンダ９２がそれぞれコイルスプリング９０の付勢力に抗って互いに近接する。そして、ブレーキ機構１００の上部及び下部ピストン８１、８２が近接することで、それぞれのピストンに取り付けられたブレーキ板圧縮部材１０１により大径ブレーキ板１０２と小径ブレーキ板１０３とが圧縮される。すなわち、上部ピストン８１のブレーキ板圧縮部材１０１と下部ピストン８２のブレーキ板圧縮部材１０１とで、ブレーキ板１０２、１０３が挟持され、摩擦係合される。各ブレーキ板１０２、１０３同士が摩擦係合され、さらに、大径ブレーキ板１０２の規制凹部（不図示）が上部シリンダ１１に固定された回転規制部材２１（不図示）により回転が規制されることで、ピストンユニット８４全体が停止され、上部シリンダ１１の回転駆動も停止される。このとき、ピストンユニット８４は、ブレーキ機構１００の働きにより、その停止位置を維持されることとなる。
【０１００】
以上のように、流体圧アクチュエータ８０は、フリー状態から下部シリンダ１２に流体圧をかけることで、ピストンユニット８４が、上部シリンダ１１側に移動するとともに、カムシリンダ８７、９２が回転駆動され、この回転駆動がカムフォロア１８を介してシリンダユニット１０に伝達され、シリンダ１１、１２の回転駆動が実現される。そして、回転駆動を停止させたいときには、両シリンダ１１、１２に略同一の流体圧を付与することで、ブレーキ機構１００のブレーキ板１０２、１０３同士が摩擦係合され、ピストンユニット８４の動作が停止されるとともに、シリンダユニット１０の回転駆動も停止される。このとき、流体圧アクチュエータ８０では、ピストン８１、８２にかけられる流体圧が、ブレーキ板圧縮部材１０１を介して直接ブレーキ板１０２、１０３に伝達される。さらに、ブレーキ板圧縮部材１０１は、往復回転駆動を停止させたいとき、すなわち両ピストン８１、８２のそれぞれのブレーキ板圧縮部材１０１によりブレーキ板１０２、１０３を圧縮させたときだけブレーキがかかり停止する長さに形成されている。したがって、流体圧アクチュエータ８０は、被駆動部材側に大きな抵抗があり往復回転駆動をさせたいときであっても、一方のシリンダに流体圧がかけられたのみであれば、ブレーキが働くことがなく、往復回転駆動力を伝達することができる。
【０１０１】
なお、流体圧アクチュエータ８０においては、上部シリンダ１１内に流体圧をかけることで、ピストンユニット８４が下部シリンダ１２側に直線及び回転駆動することから、シリンダユニット１０の回転駆動を逆転、すなわち逆方向に駆動させることができる。
【０１０２】
また、流体圧アクチュエータ８０では、コイルスプリング９０を介してピストンとカムシリンダとが連結されているが、ガイド片８５にガイド凹部９１がガイドされることで、ピストン及びカムシリンダの往復動が大きくずれることがない。
【０１０３】
また、流体圧アクチュエータ８０は、両ピストン８１、８２にブレーキ板圧縮部材１０１が取り付けられることを述べたが、これに限らず、ピストンにかけられる流体圧を直接ブレーキ板に伝達することができるものであれば、いかなるものであってもよい。
【０１０４】
このように、流体圧アクチュエータ８０では、ブレーキ機構１００を有することから、流体圧アクチュエータ１と同様に、給排手段のバルブ調整などの簡易な制御により、正転、逆転、停止、フリーのいずれの状態を実現することができる。また、このように、いずれの状態も容易に実現することができることから、正確な位置決めも容易に行うことができる。また、流体圧アクチュエータ８０は、流体圧アクチュエータ１と比して被駆動部材側に大きな抵抗があった場合でも確実に駆動力を伝達することができ、大きい駆動力を得ることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１、８０  流体圧アクチュエータ、２  産業用ロボット装置、３  アーム、１０  シリンダユニット、１１  上部シリンダ、１２  下部シリンダ、１３  シリンダ連結フランジ、１５  シリンダ本体、１５ａ  開口部、１６  キャップ部材、１７  クッション部材、１８  カムフォロア、１９  カムフォロア固定部、２１  回転規制部材、２２  固定溝、２４  流体ポート、２６  上部側ベアリング保持部材、２７  シリンダ用ベアリング部材、２８  下部側ベアリング保持部材、２９  ベアリング用フランジ、３０  下部側連結部材、３１  ギア、３２  ギア保持部材、３３  固定溝、３６  位置検出センサ、３８  エンコーダギア、３９  センサ部、４０  ピストンユニット、４１、８１  上部ピストン、４２、８２  下部ピストン、４３  連結手段、４４  連接部、４７  上部カムシリンダ、４８  下部カムシリンダ、５０  ブレーキ機構、５１  ピストン連結手段、５３  ピストン側ベアリング保持部材、５４  カムシリンダ側ベアリング保持部材、５６  固定用フランジ、５９、６６  カム溝、６２  カムシリンダ連結ピン、６４  コイルスプリング、６７  大径ブレーキ板、６７ａ  規制凹部、６８  小径ブレーキ板、７０  給排手段、７１  ポンプ、７２  導管、７３  バルブ、７４  制御部、８５  ガイド片、８６  連接凹部、８９  カムシリンダ側ベアリング保持部材、８９ａ  凸部、９０  コイルスプリング、９１  ガイド凹部、９１ａ  凸部、１００  ブレーキ機構、１０１  ブレーキ板圧縮部材、１０２  大径ブレーキ板、１０３  小径ブレーキ板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010196752.tif 000009
【図８】
2010196752.tif 000010
【図９】
2010196752.tif 000011
【図１０】
2010196752.tif 000012
【図１１】
2010196752.tif 000013
【図１２】
2010196752.tif 000014
【図１３】
2010196752.tif 000015
【図１４】
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