(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングの内周面を軸の方向に沿って摺動可能に設けられたベアリングケースと、
前記ベアリングケースに前記軸の方向に離間して設けられた２つのベアリングと、
前記２つのベアリングによって前記軸を中心として回転可能に支持され、一端が外方へ突出したシャフトと、
前記２つのベアリングの間において前記シャフトに固定的に設けられたギヤと、
前記ベアリングケースの前記シャフトが突出した側とは反対側の一端部に固定的に設けられ、前記ハウジングの内周面を密に摺動可能なピストン部と、
前記ハウジングの端面を塞いで前記ピストン部を押圧するための流体室を形成するカバー部と、
前記流体室に圧流体を給排するためのポートと、
前記ギヤと噛み合い且つ前記ギヤの前記軸方向の移動を許容する駆動ギヤと、
前記ハウジングに固定的に設けられ前記駆動ギヤを駆動して前記シャフトを回動させるための駆動装置と、
を有してなることを特徴とする流体圧アクチュエータ。
【請求項２】
前記駆動装置は、電動機である、
請求項１記載の流体圧アクチュエータ。
【請求項３】
ハウジングと、
前記ハウジングの内周面を軸の方向に沿って摺動可能に設けられたベアリングケースと、
前記ベアリングケースに前記軸の方向に離間して設けられた２つのベアリングと、
前記２つのベアリングによって前記軸を中心として回転可能に支持され、一端が外方へ突出したシャフトと、
前記２つのベアリングの間において前記シャフトに固定的に設けられたギヤと、
前記ベアリングケースの前記シャフトが突出した側とは反対側の一端部に固定的に設けられ、前記ハウジングの内周面を密に摺動可能なピストン部と、
前記ハウジングの端面を塞いで前記ピストン部を押圧するための流体室を形成するカバー部と、
前記流体室に圧流体を給排するためのポートと、
前記ハウジングに対し前記軸に対して直交する方向に沿って移動可能に設けられ、前記ギヤと噛み合い且つ前記ギヤの前記軸方向の移動を許容するラックと、
前記ラックを移動駆動させるための前記ハウジングに固定的に設けられた流体圧シリンダと、
を有してなることを特徴とする流体圧アクチュエータ。
【請求項４】
前記流体圧シリンダは、前記ラックをピストンとする複動型のシリンダである、
請求項３記載の流体圧アクチュエータ。
【請求項５】
前記ベアリングケースの上部には、
軸方向の荷重を受けるためのスラストベアリングと、
前記スラストベアリングにより支持されて前記軸を中心として回転可能な回転板と、
が設けられてなる請求項１ないし４のいずれかに記載の流体圧アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線方向の駆動と回転駆動とを行うことの可能な流体圧アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ワークを直線方向に駆動した後に回転駆動する場合、およびその逆の駆動を行う場合がしばしばある。
【０００３】
例えば、マシニングセンタに搭載されるオートパレットチェンジャでは、パレットを直線駆動し且つ回転駆動することによってパレットを所定の位置に位置決めする。また、コンベアラインで使用されるリフトアンドターンステーションでは、コンベアにより搬送されてきたワークを、直線駆動して上方に持ち上げ、そこで回転させて所定の位置に位置決めする。
【０００４】
このような駆動のために、従来においては、直線駆動する流体圧シリンダと、回転駆動するロータリアクチュエータとが用いられる。例えば、ロータリアクチュエータでワークを回転駆動するように構成するとともに、それらの全体を流体圧シリンダによって上下方向に直線駆動するように構成する。
【０００５】
しかし、流体圧シリンダとロータリアクチュエータとを個別に取り付けるために、取り付けスペースを大きく取る必要があり、また部品点数も増大するという問題がある。
【０００６】
これに対して、実開昭６１−１６４０１号公報には、流体圧シリンダとロータリアクチュエータとを一体化した流体圧アクチュエータが提案されている。これによると、流体圧シリンダのロッド（シャフト）に対して回転方向に係合するギヤを設け、そのギヤをラックによって回転させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上に述べた従来の流体圧アクチュエータによると、全体的な取り付けスペースの低減を図ることができる。しかし、流体圧シリンダの作動によってロッドの先端部とギヤとの間の距離が変化するので、ロッドが伸長したときに、ロッドのうちのギヤと係合して回転駆動される部分と負荷に作用する先端部分との間の距離が長くなり、それだけロッドに大きな曲げ力が作用することとなって安定感に欠けるという問題があった。また、装置の全体の剛性が低下するという問題もあった。
【０００８】
そのため、ロッドに加わる荷重の方向および大きさ、ロッドによる位置決めの精度などに一定の限界があり、負荷の種類に限定が生じることがあった。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、直線駆動と回転駆動とを行うことが可能であり、しかもシャフトが伸長した場合でも剛性の低下しない流体圧アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る装置は、ハウジングと、前記ハウジングの内周面を軸の方向に沿って摺動可能に設けられたベアリングケースと、前記ベアリングケースに前記軸の方向に離間して設けられた２つのベアリングと、前記２つのベアリングによって前記軸を中心として回転可能に支持され、一端が外方へ突出したシャフトと、前記２つのベアリングの間において前記シャフトに固定的に設けられたギヤと、前記ベアリングケースの前記シャフトが突出した側とは反対側の一端部に固定的に設けられ、前記ハウジングの内周面を密に摺動可能なピストン部と、前記ハウジングの端面を塞いで前記ピストン部を押圧するための流体室を形成するカバー部と、前記流体室に圧流体を給排するためのポートと、前記ギヤと噛み合い且つ前記ギヤの前記軸方向の移動を許容する駆動ギヤと、前記ハウジングに固定的に設けられ前記駆動ギヤを駆動して前記シャフトを回動させるための駆動装置とを有してなる。
【００１０】
好ましい形態によると、前記駆動装置として電動機を用いる。
他の好ましい形態によると、駆動ギヤに代えて、前記ハウジングに対し前記軸に対して直交する方向に沿って移動可能に設けられたラックが用いられる。そして、前記ラックを移動駆動させるための前記ハウジングに固定的に設けられた流体圧シリンダが備えられる。
【００１１】
さらに好ましい形態によると、前記流体圧シリンダは、前記ラックをピストンとする複動型のシリンダである。
また、前記ベアリングケースの上部には、軸方向の荷重を受けるためのスラストベアリングと、前記スラストベアリングにより支持されて前記軸を中心として回転可能な回転板とが設けられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る流体圧アクチュエータ１の正面断面図、図２は流体圧アクチュエータ１の一部を断面して示す平面図、図３は流体圧アクチュエータ１の側面図である。
【００１３】
これらの図において、流体圧アクチュエータ１は、ハウジング１１、ベアリングケース１２、ベアリング１３，１４、シャフト１５、ギヤ１６、ピストン部１７、カバー部１８、ラック１９、スラストベアリング３１、回転板３２、および、ラック１９をピストンとする複動型のシリンダ４０などからなる。シャフト１５の中心線が回転の中心の軸となる。
【００１４】
ハウジング１１は、金属材料によって概ね円筒状に形成されている。但し、シリンダ４０の取り付けられる側の外周は平面状になっており、且つシリンダ４０が貫通して取り付けられる穴が設けられている。下部には取り付けのための脚部１１ｃが設けられている。
【００１５】
ベアリングケース１２は、概ね有底円筒状に形成された本体１２ａと蓋部１２ｂとからなり、ハウジング１１の内周面１１ａを軸の方向に沿って摺動可能に設けられている。本体１２ａと蓋部１２ｂとは、ボルトによって一体化されている。
【００１６】
また、ベアリングケース１２の外周面には、後述するラック１９との干渉を避けるための切り欠き部１２ｄが設けられている。
さらに、ベアリングケース１２の外周面のやや下方には、軸方向に幅を有し、回転方向に所定の角度だけ広がった切り欠き部１２ｅが設けられている。ハウジング１１を貫通して設けられたピン２５が切り欠き部１２ｅに入り込み、ピン２５との当接によって、ベアリングケース１２の回転角度が規制されるようになっている。
【００１７】
ベアリング１３，１４は、ベアリングケース１２において、軸の方向に互いに離間して設けられている。つまり、ベアリングケース１２の蓋部１２ｂおよび本体１２ａの底部１２ｃにおいて、それぞれ互いに同心状に設けられている。
【００１８】
シャフト１５は、概ね円柱状であり、２つのベアリング１３，１４によって、軸を中心として回転可能に支持されている。シャフト１５の上端は、ベアリングケース１２から外方へ突出し、そこにワーク（負荷）であるテーブルＴＢが取り付けられる。
【００１９】
ギヤ１６は、２つのベアリング１３，１４の間において、シャフト１５に固定的に設けられている。
ピストン部１７は、略円板状であり、ベアリングケース１２のシャフト１５が突出した側とは反対側、つまりベアリングケース１２の下端部に、ボルトによって取り付けられている。ピストン部１７は、ベアリングケース１２と一体的に、ハウジング１１の内周面１１ｂを密に摺動する。
【００２０】
なお、ピストン部１７には、ベアリングケース１２との間をシールするパッキン、およびハウジング１１の内周面１１ｂとの間をシールする摺動パッキンが設けられている。
【００２１】
カバー部１８は、ハウジング１１の下端面を塞ぐようにボルトで取り付けられている。ハウジング１１の内周面１１ａとカバー部１８とによって、ピストン部１７を押圧するための流体室ＣＲが形成される。
【００２２】
なお、ハウジング１１には、流体室ＣＲに圧流体を給排するためのポートＰＴ１が設けられてる。
ラック１９は、ハウジング１１に対し、軸に直交する方向に沿って移動可能に設けられている。ラック１９は、ギヤ１６と噛み合っており、且つギヤ１６との間で軸方向に沿って摺動可能である。つまり、ラック１９は、ギヤ１６の軸方向の移動を許容する。
【００２３】
スラストベアリング３１は、ベアリングケース１２の上部に設けられており、軸方向の荷重を受けるためのものである。
回転板３２は、スラストベアリング３１により支持され、軸を中心として回転可能である。回転板３２の上面には、ワークが載置されまたは取り付けられる。本実施形態においては、ワークとしてテーブルＴＢが取り付けられている。テーブルＴＢは、回転板３２の上に載置された状態で、シャフト１５の外周面とテーブルＴＢの穴との間に挿入された円筒状の楔部材２３によって、シャフト１５と一体回転するように固定されている。
【００２４】
シリンダ４０は、シリンダチューブ４１、シリンダチューブ４１内を摺動する上述のラック１９、カバー４４，４５、およびタイボルト４８などからなる。
シリンダ４０は、ラック１９を移動駆動させるものであり、ハウジング１１に対して固定的に設けられている。ラック１９は、その両端部にピストン４２ａ，４２ｂが形成されており、ピストン４２ａ，４２ｂがシリンダチューブ４１内を気密に摺動する。ピストン４２ａ，４２ｂには、その中心部に、軸方向に突出するクッションボス４３ａ，４３ｂがそれぞれ設けられている。
【００２５】
カバー４４，４５には、その中心部に、クッションボス４３ａ，４３ｂに当接してラック１９のストローク端の位置を調整するための調整ネジ４６，４７が設けられている。
【００２６】
次に、流体圧アクチュエータ１の動作について説明する。
ポートＰＴ１から流体室ＣＲに圧縮空気を供給すると、ピストン部１７が上方へ駆動される。これと同時に、ベアリングケース１２、回転板３２、およびテーブルＴＢも上方へ駆動される。このとき、ギヤ１６もシャフト１５とともに一体に移動するが、ラック１９は移動しないので、ギヤ１６とラック１９とは摺動して相対移動する。
【００２７】
流体室ＣＲの圧縮空気をポートＰＴ１から排出すると、ピストン部１７が重力によって下降する。これと同時に、ベアリングケース１２およびテーブルＴＢなども下降する。ベアリングケース１２が下降した状態でも、ギヤ１６とラック１９とは噛み合った状態である。
【００２８】
シリンダ４０のポートＰＴ３に圧縮空気を供給すると、ラック１９は図２の右方へ移動する。これにともなって、シャフト１５は左方向に回転駆動し、同時にテーブルＴＢも左方向に回転駆動する。
【００２９】
これとは逆に、シリンダ４０のポートＰＴ４に圧縮空気を供給すると、ラック１９は図２の左方へ移動し、シャフト１５およびテーブルＴＢは右方向に回転駆動する。
【００３０】
ピストン部１７の位置が上端であっても下端であっても、つまりベアリングケース１２の位置がどこにあっても、シャフト１５とそれを支持するベアリング１３，１４との位置関係には変化がないので、シャフト１５はベアリング１３，１４によって安定して支持される。
【００３１】
つまり、従来のようにシャフトの先端部とギヤとの間の距離が変化することがないので、シャフト１５の軸方向の位置が変化してもシャフト１５の支持が安定しており、且つ、ワークであるテーブルＴＢを支持する全体の剛性は低下しない。また、流体圧アクチュエータ１の全体がコンパクトに構成される。
【００３２】
上述の実施形態において、ギヤ１６とラック１９とが相対的に移動するので、ギヤ１６およびラック１９の幅寸法、およびシャフト１５の移動するストローク寸法を適当に選択することにより、ストローク位置によってギヤ１６とラック１９との噛み合いが外れるように構成することが可能である。そのように構成すると、上端または下端などの特定のストローク位置において、シャフト１５を外部から自由に回転させることが可能となる。
【００３３】
したがって、例えば、上端においてテーブルＴＢをラック１９により回転駆動して位置決めをし、下端においてはテーブルＴＢを手動で自由に旋回するように構成することも可能である。
【００３４】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図４は本発明に係る他の実施形態の流体圧アクチュエータ１Ｂの正面断面図である。図４において、図１に示す流体圧アクチュエータ１と同様の機能を有する部分には同一の符号を付して説明を省略しまたは簡略化する。
【００３５】
図４において、ハウジング１１には電動機５１が固定的に設けられている。電動機５１として、例えば、ＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータ、ギヤモータ、ステップモータ、パルスモータなど、種々の形式のモータが用いられる。サーボモータまたはステップモータなどを用いた場合には、制御が容易であり、停止精度が高い。回転数が大きい場合には、適当な減速比のギヤボックスが用いられる。
【００３６】
電動機５１の出力軸５２には、駆動ギヤ１９Ｂが取り付けられている。駆動ギヤ１９Ｂは、ギヤ１６と噛み合い、且つギヤ１６との間で軸方向に沿って摺動可能である。
【００３７】
電動機５１に電力を供給し且つ制御を行うことにより、ギヤ１６およびシャフト１５を所定の速度で所定の角度を回転させることができる。シャフト１５の回転角度および回転速度の制御を、高精度に且つ容易に行うことができる。
【００３８】
このように、比較的高精度に制御を行う必要のあるシャフト１５の回転方向を電動機５１で駆動し、比較的大きな出力を必要とするシャフト１５の軸方向（上下方向）を空気圧で駆動する。したがって、電気制御および空気制御のそれぞれの特質を生かし、高精度で高出力の流体圧アクチュエータ１Ｂとすることができる。空気圧に代えて油圧を用いることもできる。その場合に、小型の油圧ユニットを用いることができる。
【００３９】
上の実施形態においては、ベアリング１３，１４としてラジアル玉軸受けを用いたが、他の種類の軸受け、摺動軸受けなどを用いることも可能である。ピストン部１７は圧縮空気によって上方へ移動する場合のみ駆動されるが、下方への移動の場合にも駆動されるように構成してもよい。圧流体として、圧縮空気に代えて圧油を用いることも可能である。その他、流体圧アクチュエータ１の全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によると、直線駆動と回転駆動とを行うことが可能であり、しかもシャフトが伸長した場合でも剛性が低下することがない。
【００４１】
請求項２記載の発明によると、さらに、電気制御および流体制御のそれぞれの特質を生かし、高精度で高出力の流体圧アクチュエータとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る流体圧アクチュエータの正面断面図である。
【図２】流体圧アクチュエータの一部を断面して示す平面図である。
【図３】流体圧アクチュエータの側面図である。
【図４】本発明に係る他の実施形態の流体圧アクチュエータの正面断面図である。
【符号の説明】
１，１Ｂ  流体圧アクチュエータ
１１  ハウジング
１２  ベアリングケース
１３，１４  ベアリング
１５  シャフト
１６  ギヤ
１７  ピストン部
１８  カバー部
１９  ラック（駆動ギヤ）
１９Ｂ  駆動ギヤ
３１  スラストベアリング
３２  回転板
４０  シリンダ（駆動装置）
５１  電動機（駆動装置）
【図１】
0003731644.tif 000002
【図２】
0003731644.tif 000003
【図３】
0003731644.tif 000004
【図４】
0003731644.tif 000005