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流体シリンダを用いたアクチュエータ及びその制御方法並びにチョークバルブ装置

国内特許コード P110003595
整理番号 B26P12
掲載日 2011年6月23日
出願番号 特願2005-515339
登録番号 特許第4741950号
出願日 平成16年11月8日(2004.11.8)
登録日 平成23年5月13日(2011.5.13)
国際出願番号 JP2004016553
国際公開番号 WO2005045257
国際出願日 平成16年11月8日(2004.11.8)
国際公開日 平成17年5月19日(2005.5.19)
優先権データ
  • 特願2003-379205 (2003.11.7) JP
発明者
  • 星野 聖
  • 川渕 一郎
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
  • 川渕 一郎
発明の名称 流体シリンダを用いたアクチュエータ及びその制御方法並びにチョークバルブ装置
発明の概要

簡単な構成でエアシリンダ等の流体シリンダに剛性を与えことができる流体シリンダを用いたアクチュエータ及びその制御方法並びにチョークバルブ装置を提供する。アクチュエータは、流体シリンダ1、第1のチョークバルブ装置3及び第2のチョークバルブ装置5とを備えている。流体シリンダ1は、シリンダ室7と、シリンダ室7を第1のチャンバ9と第2のチャンバ11とに仕切るようにシリンダ室7内にスライド自在に配置されたピストン12とを有する。第1のチョークバルブ装置3を流体圧源と第1のチャンバ9との間に配置し、第2のチョークバルブ装置5を流体圧源と第2のチャンバ11との間に配置する。チョークバルブ装置3及び5は、それぞれバルブの開度が可変できる排出バルブ機構を備えている。

従来技術、競合技術の概要


特開2003-311667公報に示されるように、ロボットの関節を動かすためのアクチュエータとしては、従来からサーボモータ等の電動モータが用いられている。これはモータであれば、比較的手軽に入手できるためである。しかしながらモータは、ロボット全体が大型化する問題があり、また重量があるためにロボットの機械的強度の設計も重要になる。エアシリンダ等の流体シリンダは、モータと比較して、小形軽量であり、また構造が単純でメンテナンスも容易である等の利点があるため、ロボット用のアクチュエータとして有用なものと考えられている。

【特許文献1】特開2003-311667公報

産業上の利用分野


本発明は、流体シリンダを用いたアクチュエータ及びその制御方法並びにこのアクチュエータに用いるチョークバルブ装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】 シリンダ室と、
前記シリンダ室を第1のチャンバと第2のチャンバとに仕切るように前記シリンダ室内にスライド自在に配置されたピストンとを有する流体シリンダと、
流体圧源と前記第1のチャンバとの間に配置されて前記第1のチャンバ内の流体圧を調整する第1のチョークバルブ装置と、
前記流体圧源と前記第2のチャンバとの間に配置されて前記第2のチャンバ内の流体圧を調整する第2のチョークバルブ装置とを備え、
前記第1のチョークバルブ装置及び前記第2のチョークバルブ装置は、それぞれ前記流体圧源側から対応する前記チャンバ側に向かう入方向に流体が流れるのを許容する供給バルブ機構と、前記チャンバ側から前記流体圧源側に向かう出方向に前記流体を流すことを許容する排出バルブ機構とを備え、
少なくとも前記排出バルブ機構はバルブの開度が可変できることを特徴とする流体シリンダを用いたアクチュエータであって、
前記供給バルブ機構と前記排出バルブ機構とが、圧力制御バルブ機構と、前記圧力制御バルブ機構を通して前記流体圧源側から対応する前記チャンバ側に向かう入方向にのみ流体が流れるのを許容する一方向バルブ機構と、前記圧力制御バルブ機構を通して前記流体圧源側から前記チャンバ側に向かう入方向と前記チャンバ側から前記流体圧源側に向かう出方向の双方向に前記流体を流すことを許容する双方向バルブ機構とを備え、前記双方向バルブ機構が前記流体圧源から供給される前記流体の圧力によりバルブの開度が可変できるように構成された複合型バルブ機構内に併存していることを特徴とする流体シリンダを用いたアクチュエータ。
【請求項2】 前記双方向バルブ機構が、可動ニードルを備えたロッドと、前記可動ニードルが移動可能に貫通する貫通孔を備え且つ前記貫通孔を通って流れる前記流体の流量が前記可動ニードルの位置によって制御される絞り部材と、前記貫通孔を通る前記流体が増える方向に前記可動ニードルを移動させるための付勢力を前記ロッドに常時与えるバネ部材と、前記絞り部材の前記貫通孔を通る前記流体の流量が減少する方向に前記可動ニードルを移動させるために前記流体圧源から供給される前記流体の圧力を利用して前記バネ部材の前記付勢力に抗して前記ロッドを変位させる流体駆動ロッド変位機構とを備えていることを特徴とする請求項に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。
【請求項3】 前記チョークバルブ装置は、対応する前記チャンバに接続される第1の接続口、前記流体圧源に接続される第2の接続口及び前記第1の接続口と前記第2の接続口との間に位置して前記流体が流れる内部流路を備えた装置本体と、前記装置本体に対して前記バネ部材を装着するバネ部材装着構造とを具備し、前記装置本体の前記内部流路内に前記絞り部材と前記可動ニードルを備えた前記ロッドの一部とが配置され、前記絞り部材の外周部には、前記内部流路を囲む前記装置本体の内壁部との間に配置されて前記内壁部を弁座とするように動作する前記一方向バルブ機構のバルブが装着されている請求項に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。
【請求項4】 前記装置本体には前記内部流路に連通するシリンダ部が設けられ且つ前記ロッドには前記シリンダ部内をスライドするピストン部が装着されて前記流体駆動ロッド変位機構が構成され、前記シリンダ部から延び出る前記ロッドの外側部分に前記バネ部材の前記付勢力を作用させるように前記バネ部材装着構造が構成されている請求項に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。
【請求項5】 前記絞り部材と前記シリンダ部との間に位置する流路に前記第2の接続部が連通するように前記第2の接続部が配置されている請求項に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。
【請求項6】 前記バネ部材は、前記装置本体側に内端を有し前記ロッドの外側端部側に外端を有して圧縮状態で配置されるコイルバネ部材からなり、前記バネ部材装着構造は、前記ロッドの前記外側部分に固定されて前記ロッドと一緒に動き前記コイルバネ部材の内側に位置して前記コイルバネ部材の前記内端と係合する係合部を備えた筒状部材と、前記筒状部材の外側に位置し、前記装置本体に対して変位しないように設けられて前記コイルバネ部材の中間部分を保持するバネ部材中間部保持構造とからなり、前記バネ部材中間部保持構造は前記コイルバネ部材の前記中間部分の保持位置を変えることにより、前記係合部との間に挟持する前記コイルバネ部材の圧縮バネとして機能する区間のターン数を調整し得るように構成されていることを特徴とする請求項に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。
【請求項7】 前記バネ部材中間部保持構造は、前記コイルバネ部材の隣接する2つのターン部の間に挿入される楔部材を備えており、前記楔部材は前記コイルバネ部材を前記筒状部材を中心にして回転させることが可能な状態で配置されている請求項に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。
【請求項8】 請求項1に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータの制御方法であって、前記第1及び第2のチョークバルブ装置の一方側から前記シリンダ室内に前記流体圧源から前記流体を供給して前記流体シリンダのピストンの位置を変位させる際に、前記第1及び第2のチョークバルブ装置の前記排出バルブ機構の双方向バルブ機構の前記出方向に向かう前記流体の流量を制限することにより前記流体シリンダのピストンの外力による動き易さを定めることを特徴とする流体シリンダを用いたアクチュエータの制御方法。
【請求項9】 前記チョークバルブ装置に前記流体圧源から積極的に前記流体を供給して、前記ロッドに設けた前記ピストン部を変位させることにより前記可動ニードルで前記絞り部材の前記貫通孔を閉鎖することにより前記流体シリンダのピストンを停止させることを特徴とする請求項に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータの制御方法。
【請求項10】 シリンダ室と、前記シリンダ室を第1のチャンバと第2のチャンバとに仕切るように前記シリンダ室内にスライド自在に配置されたピストンとを有する流体シリンダと、流体圧源と前記第1のチャンバとの間に配置されて前記第1のチャンバ内の流体圧を調整する第1のチョークバルブ装置と、前記流体圧源と前記第2のチャンバとの間に配置されて前記第1のチャンバ内の流体圧を調整する第2のチョークバルブ装置とを備えてなる流体シリンダを用いたアクチュエータの前記第1及び第2のチョークバルブ装置に用いるのに適したチョークバルブ装置であって、前記流体圧源側から対応する前記チャンバ側に向かう入方向にのみ流体が流れるのを許容する一方向バルブ機構と、前記流体圧源側から前記チャンバ側に向かう入方向と前記チャンバ側から前記流体圧源側に向かう出方向の双方向に前記流体を流すことを許容する双方向バルブ機構とを備え、前記双方向バルブ機構が、可動ニードルを備えたロッドと、前記可動ニードルが移動可能に貫通する貫通孔を備え且つ前記貫通孔を通って流れる前記流体の流量が前記可動ニードルの位置によって制御される絞り部材と、前記貫通孔を通る前記流体が増える方向に前記可動ニードルを移動させるための付勢力を前記ロッドに常時与えるバネ部材と、前記絞り部材の前記貫通孔を通る前記流体の流量が減少する方向に前記可動ニードルを移動させるために前記流体圧源から供給される前記流体の圧力を利用して前記バネ部材の前記付勢力に抗して前記ロッドを変位させる流体駆動ロッド変位機構と、前記バネ部材の圧縮バネとして機能する区間のターン数を調整し得るバネ部材装着構造を備えていることを特徴とするチョークバルブ装置。
産業区分
  • 機構・伝動
  • 流体移送
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
参考情報 (研究プロジェクト等) SORST 平成13年度採択課題
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