JP2005009523A

JP2005009523A - Fluid pressure actuator

Info

Publication number: JP2005009523A
Application number: JP2003171637A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Yokoyama; 勝徳横山; Junichi Hara; 順一原; Yuji Kanbe; 祐二神戸
Original assignee: Sanki Co Ltd; Daishin Inc
Current assignee: Sanki Co Ltd; Daishin Inc
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2005-01-13
Also published as: KR100675987B1; CN1308599C; CN1573130A; TW200502491A; KR20040108583A; TWI259242B

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure capable of remarkably increasing the speed of a fluid pressure actuator by eliminating a trouble with an increase in speed resulting from the characteristics of the fluid pressure actuator. <P>SOLUTION: This fluid pressure actuator 100 comprises a cylinder 110, a piston 103 slidably disposed in the cylinder, and a flowing route 121 for leading a fluid into the cylinder. An opening portion 121C opened in a substantially opened space on the upstream side of the cylinder is formed in the flowing route. The actuator also comprises an open/close means 106 capable of at least partially opening/closing a discharge route 122 formed at the opening portion or at the opened tip thereof. With the flowing route maintained in a flow permitted state and the pressure of the fluid applied continuously to the flowing route, the piston is operated by varying, by the opening/closing operation of the open/close means, the internal pressure of the cylinder communicating with the flowing route. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体圧アクチュエータに係り、特に、気体によって駆動されるアクチュエータとして好適な構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧縮空気などの流体圧によって動作する流体圧アクチュエータとして、シリンダ内にピストンを摺動自在に配置し、ピストンの前後いずれかに流体圧を印加することによってピストンを摺動させるように構成したものが知られている。このような流体圧アクチュエータには、流体として圧縮空気を用いたエアシリンダ装置があり、コンプレッサやエア配管などの付帯設備が比較的簡易に構成できるなどの理由により各種の製造ラインなどに盛んに用いられている。
【０００３】
エアシリンダ装置としては、通常、シリンダ内のピストンの両側に画成された空間にそれぞれ連通する通気孔を設け、一方の通気孔にエアを供給するとともに他方の通気孔からエアを排出させることによってピストンを摺動させるように構成される。そして、ピストンの両側に画成される両空間に対応させて、上記通気孔としてそれぞれ給気孔と排気孔を設ける構造や、切り換え弁などにより給気経路及び排気系路を切り換えることによって一つの通気孔を給気と排気に兼用する構造などが知られている（例えば、以下の特許文献１参照）。また、ピストンの片側にのみ給気構造を設け、ピストンを反対側から戻すためのばねなどを別途設けたものも知られている（例えば、以下の特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
実公昭５７−５０５６３号公報
【特許文献２】
実公昭５９−２１２８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような流体圧アクチュエータを高速化する場合には、一般的に、上記の切り換え弁をシリンダの近傍に配置したり、切り換え弁の切り換え動作を高速化したり、給気経路に工夫をこらしたりするといったことが行われている。
【０００６】
ところが、近年、電子機器の小型化などに伴って微細な部品を高速に搬送する搬送装置の需要が急速に高まっており、このような搬送装置では、部品の搬送過程において不良部品を高速に選別して搬送経路上から排除する必要があり、このために高速に動作するアクチュエータが必要とされる。このような用途では、アクチュエータは数ミリ秒以下といった極めて高い動作速度が要求される。
【０００７】
しかしながら、このように極めて高い動作速度を上記のような流体圧アクチュエータで実現することは従来不可能であった。これは、流体抵抗や流体の圧縮性などによる圧力伝達の遅れや切り換え弁による流体供給ラインの切り換えなどに時間がかかるためであり、特にエアシリンダにおいては圧縮性流体を用いているため、切り換え弁からシリンダ内までの給気経路の圧力の立ち上がりの遅れが避けられないことから、ピストンが停止した状態からピストンが動き始めるまでの立ち上がり時間を大幅に短縮することはきわめて困難である。
【０００８】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、流体圧アクチュエータの特性に起因する高速化の障害を解消することにより、流体圧アクチュエータを従来よりも著しく高速化することの可能な新規構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の流体圧アクチュエータは、シリンダと、該シリンダ内に摺動可能に配置されたピストンと、前記シリンダ内に流体を導入するための流通経路とを有する流体圧アクチュエータにおいて、前記流通経路には前記シリンダよりも上流側において実質的に開放された空間に開口する開口部位が設けられ、該開口部位若しくはその開口先に設けられた排出経路を少なくとも部分的に開閉可能な開閉手段を有し、前記流通経路を流通可能状態に維持し、且つ、前記流通経路に前記流体の圧力を印加し続けた状態で、前記開閉手段の開閉動作により前記流通経路に連通する前記シリンダの内圧を変えて前記ピストンを動作させることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、開閉手段により開口部位を開放した状態、或いは、その開口先に排出経路が設けられているときにはその排出経路を開放した状態（以下、単に「開放状態」という。）において、流体は流通経路を流れて開口部位から排出されるため、開口部位における流体の排出速度に応じて当該開口部位に連通したシリンダの内圧は低下する。この状態で、開閉手段により開口部位若しくは排出経路を少なくとも部分的に閉鎖すると、開口部位の内圧は上昇し、その結果、シリンダの内圧も上昇する。逆に、開口部位若しくは排出経路が少なくとも部分的に閉鎖されている状態（以下、単に「閉鎖状態」という。）にあるときに、開閉手段により開口部位若しくは排出経路を開放すると、開口部位の内圧は低下し、シリンダの内圧も下降する。したがって、この内圧の上昇及び下降によってシリンダ内のピストンを動作させることが可能になる。
【００１１】
この場合に、開放状態では、流体が開口部位から排出される態様で流体が流通経路を流れ続けている（すなわち流体が停止していない）ため、開放状態から閉鎖状態に移行させたときには、流体の慣性を利用して迅速にシリンダ内の内圧を上昇させることができ、高速にピストンを動作させることが可能になる。また、閉鎖状態から開放状態に移行させたときには、開口部位における流体の排出速度に応じて最終的にシリンダの内圧が減圧されるため、単に流体供給を遮断する場合に較べてシリンダの内圧を迅速に低下させることが可能になるとともに最終的により低い内圧に到達させることができる。このとき、本発明に係るアクチュエータとしては、流速によるシリンダ内の減圧効果によってピストンが復帰動作を行うように構成してもよく、或いは、この減圧効果によって別途設けられたピストンの復帰手段による復帰動作を補助するように構成してもよい。なお、後者の復帰手段を有する構造としては、別の流通経路を設けて当該流通経路を通じて供給される流体圧でピストンを復帰させる複動型アクチュエータ構造と、ばねなどの復帰力を生ずる部材を用いる単動型アクチュエータ構造のいずれであってもよい。
【００１２】
なお、上記開口部位が開口する実質的に開放された空間とは、開口部位から流体が排出されていくに従って流体の排出量が徐々に低下していったり、開口部位の圧力が徐々に上昇していったりといったことがほとんどないように構成されている空間を言う。例えば、上記空間としては、流体の供給量に比べてきわめて大きな容積を有するもの、或いは、装置の外部空間などが挙げられる。また、開口部位の先に排出経路が構成されている場合には、当該排出経路の長さが比較的短く且つその開口部が実質的に開放された空間に開口していたり、排出経路の流通断面積が大きかったりするなど、排出経路のコンダクタンスが大きいことにより、排出経路の内部が実質的に開放された空間と同様に構成されていればよい。
【００１３】
上記開閉手段による開閉動作は、開口部位を完全に開口させ、或いは、閉鎖させる必要はなく、開口部位の開口面積が或る程度大きく変化させればよい。ただし、ピストンを高速に動作させるためには、開放状態において開口部位を完全に開口させるとともに閉鎖状態において開口部位を完全に閉鎖することが望ましい。
【００１４】
本発明において、前記流通経路は、少なくとも前記開口部位の近傍においてその上流側部分が前記開口部位から前記シリンダ内へ向かう方向と交差する方向に伸びるように構成されていることが好ましい。これによれば、開放状態において流体が上流側部分を通過して開口部位から排出されるとき、上流側部分を通過する流体の流れ方向が開口部位からシリンダ内部へ向かう方向と交差しているため、流体圧が直接にシリンダ内に加わりにくくなることから、閉鎖状態においてシリンダの内圧をより低減することができる。この場合に、上流側部分の伸びる方向と、開口部位からシリンダ内へ向かう方向とは相互に略直交していることが望ましい。これによって、流体の流れによってシリンダ内に及ぼされる圧力をより低減することができる。
【００１５】
本発明において、前記上流側部分は、前記開口部位の開口方向に伸びるように構成されていることが好ましい。上流側部分が開口部位の開口方向に伸びるように構成されていることにより、上流側部分を通過してきた流体はその流れ方向を変えずにそのまま開口部位から排出されるため、流体の流れによってシリンダ内に及ぼされる圧力がほぼ０となり、流体の流速により生ずるシリンダ内の減圧効果をさらに高めることができる。この場合においても、上記と同様の理由により、上流側部分の伸びる方向（すなわち開口部位の開口方向）と、開口部位からシリンダ内へ向かう方向とは相互に略直交していることが望ましい。また、開口部位の先にさらに排出経路が構成される場合には、流通経路と排出経路とがほぼ直線状に連通していることが望ましい。
【００１６】
本発明において、前記開閉手段は、前記開口部位若しくは前記排出経路を閉鎖可能な動作部と、印加電圧に応じて前記動作部の開閉動作を生じさせる圧電機能部とを有する圧電動作体で構成されていることが好ましい。これによれば、開閉手段を圧電動作体で構成することによって開口部位若しくは排出経路を高速に開閉することができる。
【００１７】
本発明において、前記動作部は、前記開口部位若しくは前記排出経路の開口部を外側から閉鎖可能に構成されていることが好ましい。これによれば、開口部位を動作部が外側から閉鎖可能に構成しているか、或いは、排出経路が構成されている場合にはその排出経路の開口部を動作部が外側から閉鎖可能に構成していることにより、開閉手段をきわめて簡単な構造で構成できるとともに、開放状態における開口部位や開口部の流通断面の確保や流通抵抗の低減などが比較的容易にできる。
【００１８】
本発明において、前記開閉手段の開放時における前記動作部と前記開口部位若しくは前記開口部との距離を規制する規制手段を備えていることが好ましい。開放状態においては、動作部は開口部位若しくは開口部を開放するためにこれらから離れた位置に配置されるが、動作部と開口部位若しくは開口部との距離を規制する規制手段、例えば、動作部がそれ以上開口部位若しくは開口部から離れないように規制するストッパなど、を設けることにより、動作部によって開口部位若しくは開口部を閉鎖する場合における動作部の移動距離を一定化できることから、ピストンの動作速度を安定させることができる。この場合に、上記規制手段の規制位置を調整可能に構成することが望ましい。これによれば、動作部の開閉動作にかかる時間を調整することができるようになることはもちろんのこと、開放状態における動作部の位置が開口部位若しくは開口部における流体のコンダクタンスに影響を与える場合には、規制手段の規制位置を調整することにより上記コンダクタンスを制御することも可能になる。開放状態における動作部の位置が開口部位若しくは開口部のコンダクタンスに影響を与える態様としては、例えば、開放状態において動作部は開口部位若しくは開口部に対しそれらの開口方向に所定距離離間して配置される場合が挙げられる。この場合には、上記の規制手段は、開口部位若しくは開口部から見て動作部の背後に配置される。
【００１９】
本発明において、前記シリンダは、前記ピストンの摺動方向に移動可能に構成された可動部材を含み、該可動部材には、前記ピストンの摺動範囲を規定する規定部位が設けられていることが好ましい。これによれば、可動部材を移動させることによって規定部位も移動するため、ピストンの摺動範囲を変化させることができるから、適用対象などに合わせてピストンの動作ストロークを調整することが可能になる。
【００２０】
本発明において、前記流体は気体であることが好ましい。流体が気体であることによって、開口部位から排出される流体の取り扱いが容易になる。また、従来装置と同様に、気体の供給源（コンプレッサやガスボンベなど）や給気配管などの付帯設備が簡易に構成できるという利点もある。特に、気体として空気を用いることにより、さらに取り扱いが容易になり、付帯設備もより簡易なもので足りるようになる。
【００２１】
本発明においては、シリンダ内のピストンの片側にある空間にのみ流通経路を連通させるように構成するだけで、開放状態において流通経路に連通するシリンダのピストンの片側にある空間の内圧が上記の減圧効果によりピストンの反対側にある空間の内圧よりも低くなるように構成することにより、閉鎖状態においては気体の圧力をシリンダ内に与えてピストンを移動させ、開放状態においては上記の減圧効果によってもたらされるピストン両側の圧力差によってピストンを復帰させることが可能である。したがって、単動型アクチュエータと実質的に同様の構造であるにも拘らず、復帰手段を設けること無しに動作させることが可能になる。例えば、ピストンの片側のシリンダ内空間にのみ流通経路が接続され、ピストンの反対側のシリンダ内空間は外部に開放されている場合、上記減圧効果によりピストンの片側のシリンダ内空間の内圧が外部圧力よりも小さくなることによってピストンが復帰動作をするように構成できる。また、ピストンの反対側のシリンダ内空間が実質的に密閉されている場合には、ピストンが動作することによりその反対側の空間内の圧力が上昇するため、上記の減圧効果に加えてその上昇した圧力がピストンを復帰させる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る流体圧アクチュエータの実施形態について詳細に説明する。以下に説明する本実施形態は、気体、特に空気を用いて動作する空気圧アクチュエータに関するものであるが、本発明は空気以外の気体や液体などの他の流体でも動作させることが可能であるので、以下の説明においては、空気（エア）を用いるものとして説明し、他の気体や液体を用いる場合には、以下の説明中の空気、エア、圧縮空気などの語句を適宜に気体或いは流体と読み替えて構成することとする。
【００２３】
図１は本実施形態のアクチュエータ１００の構造を示す縦断面図（ａ）及び（ｂ）、図２はアクチュエータ１００の斜視図（ａ）、平面図（ｂ）及び側面図（ｃ）である。なお、図２（ｂ）に示すＡ−Ａ線に沿ってアクチュエータ１００を切断した断面が図１に示されている。
【００２４】
このアクチュエータ１００は、主部材１０１と、この主部材１０１に対して移動可能に構成される調整部材１０２と、主部材１０１の内部において摺動可能に配置されたピストン１０３と、ピストン１０３に取り付けられた出力部材１０４とを有する。主部材１０１と調整部材１０２とはシリンダ１１０を構成し、このシリンダ１１０の内部に上記ピストン１０３が配置されている。
【００２５】
また、調整部材１０２は主部材１０１に対して螺合され、その螺合深さを変えることによって主部材１０１に対してシリンダ１１０の軸線方向に移動可能に構成されている。ここで、調整部材１０２を螺合深さの変更により移動させることによって、シリンダ１１０の長さを変えることができ、その結果、上記ピストン１０３の動作ストロークを調整できるように構成されている。ここで、図１（ａ）は、調整部材１０２を主部材１０１に対して最も深く螺合させた状態を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す状態よりも調整部材１０２の螺合深さを浅くした状態を示す。本実施形態では、図１（ａ）に示すように調整部材１０２を最も深く螺合させると、シリンダ１１０の長さがピストン１０３の長さをほぼ一致し、これによってピストン１０３が動作しなくなる。このようにすると、アクチュエータ１００を輸送する場合などにおいて、ピストンやシリンダの損傷を防止することができる。一方、実際にアクチュエータ１００を用いる場合には、図１（ｂ）に示すように調整部材１０２の螺合深さを適宜に調整して上記内面１０２ｂを先端側へ適宜の距離だけ移動させ、使用目的に応じたピストン１０３の充分な動作ストロークが得られるように設定する。このとき、調整部材１０２の内面１０２ｂは、ピストン１０３の移動範囲（特に先端側（図示右側）への移動限界）を規定する規定部位を構成する。
【００２６】
出力部材１０４は、ピストン１０３に対して接続固定され、ピストン１０３とともに軸線方向に移動するように構成されている。また、出力部材１０４はシリンダ１１０の外部に引き出されている。より具体的には、軸状に構成された出力部材１０４は、調整部材１０２に設けられた挿通孔１０２ａを摺動可能に通過して外部に突出している。
【００２７】
主部材１０１の内部には、上記シリンダ１１０に隣接して流通経路１２１が構成されている。この流通経路１２１には、主部材１０１に接続された接続具１０５に連結される図示しない配管（チューブ）からエアが導入される。流通経路１２１は外部に開口した排出経路１２２に開口する開口部位１２１Ｃを有し、この開口部位１２１Ｃよりも上流側には上流側部分１２１Ａが構成され、開口部位１２１Ｃよりも下流側にはシリンダ１１０内に向かう下流側部分１２１Ｂが構成されている。流通経路１２１は開口部位１２１Ｃにおいて屈折している。より具体的には、上流側部分１２１Ａと下流側部分１２１Ｂとは相互に略直交する方向に伸びている。上流側部分１２１Ａは、開口部位１２１Ｃの開口方向（すなわち、図１の上方向）に伸びている。また、上流側部分１２１Ａは排出経路１２２と略直線状に連通している。つまり、上流側部分１２１Ａと排出経路１２２とは開口部位１２１Ｃにて一体に接続され、全体として直線状の通気経路を構成している。
【００２８】
図３は、上記の流通経路１２１及び排出経路１２２の近傍を拡大して示す拡大部分斜視図（ａ）及び拡大部分断面図（ｂ）である。図３（ａ）及び（ｂ）にも示すように、排気経路１２２は、開口部位１２１Ｃ側に構成された導入部分１２２Ａと、外部に開口した開口部１２２ａ側に構成された導出部分１２２Ｂとを有し、導入部分１２２Ａよりも導出部分１２２Ｂの流通断面積が大きくなっている。より具体的には、導入部分１２２Ａは開口部位１２１Ｃの開口と同様の略円形の流通断面形状を有するが、導出部分１２２Ｂは導入部分１２２Ａよりも拡大された略長円形（或いは楕円形）の流通断面形状を有する。そして、排出経路１２２の開口部１２２ａは導出部分１２２Ｂの流通断面形状と同じ開口形状を有している。このように排出経路１２２の流通断面積が出口側へ行くほどに増大していることにより、内部を通過するエアの排出抵抗を低減することができ、後述する開放状態と閉鎖状態との圧力差を増大させることができる。
【００２９】
主部材１０１の外面には、圧電動作体１０６が片持ち状態で（すなわち片持ち梁状に）取付固定されている。この圧電動作体１０６は、主部材１０１に固定された基端部１０６ａと、この基端部１０６ａとは反対側の先端に設けられた動作部１０６ｂとを有する。より具体的には、圧電動作体１０６は、上記基端部１０６ａ及び動作部１０６ｂを有する弾性板であるシム板１０６Ａに圧電体１０６Ｂが固着された構造を有する。動作部１０６ｂは排出経路１２２の開口部１２２ａに対向配置され、開口部１２２ａとの距離が変化する方向に移動可能な状態に、すなわち自由端部として構成されている。
【００３０】
圧電動作体１０６のより詳細な構造は図４に示されている。圧電動作体１０６を構成するシム板１０６Ａは、例えば、ステンレス鋼、ばね鋼、各種合金などの金属板で構成される。また、圧電体１０６Ｂは、例えば、ＰＺＴなどの圧電セラミックスなどで構成される。本実施形態では、図４（ａ）に示すように、圧電体１０６Ｂはシム板１０６Ａの表裏両面にそれぞれ固着されている。より具体的には、圧電体１０６Ｂは導電性を有するエポキシ系接着剤などによりシム板１０６Ａに接着される。表裏の圧電体１０６Ｂの表面にはそれぞれ図示しない電極が形成され、これらの電極には配線１０６Ｐがそれぞれ導電接続されている。また、シム板１０６Ａにも配線１０６Ｑが導電接続されている。配線１０６Ｐと１０６Ｑとの間には、図４（ｂ）に示すように駆動電圧Ｖｄが印加される。
【００３１】
なお、本実施形態では、上記のようにシム板１０６Ａの表裏両面に圧電体１０６Ｂをそれぞれ取り付けてなるバイモルフ型の圧電素子が構成されているが、シム板１０６の片面にのみ圧電体が取り付けられたユニモルフ型の圧電素子を構成しても構わない。
【００３２】
また、動作部１０６ｂにおける上記開口部１２２ａ側の面には、当接部材１０９が固定されている。この当接部材１０９は、エラストマーやウレタンなどの軟質樹脂、合成ゴム、不織布などのように或る程度の可撓性或いは緩衝性を有する素材で構成されることが好ましい。これによって、動作部１０６ｂ及び開口部１２２ａの開口縁の損傷を防止することができるとともに、動作部１０６ｂによる開口部１２２ａの完全な閉鎖状態を容易に得ることが可能になる。
【００３３】
図５は、上記圧電動作体１０６の動作態様を示す説明図（ａ）〜（ｃ）である。この圧電動作体１０６においては、図５（ｂ）に示す電圧無印加状態を基準としたとき、上記駆動電圧Ｖｄとして正電圧を与えると図５（ａ）に示すようにシム板に圧電体が積層されている部分（すなわち上記の圧電動作部）が変形して、開口部１２２ａから離間する方向に動作部１０６ｂが移動し、駆動電圧Ｖｄとして負電圧を与えると図５（ｃ）に示すように上記部分が逆に変形して開口部１２２ａに接近する方向に動作部１０６ｂが移動する。
【００３４】
本実施形態では、図５（ａ）に示すように一方の極性の駆動電圧を印加したときに開閉手段である圧電動作体１０６が開口部１２２ａを開放し、図５（ｃ）に示すように逆極性の駆動電圧を印加したときに開閉手段である圧電動作体１０６が開口部１２２ａを閉鎖するように構成される。このように駆動電圧を逆極性の駆動状態間で動作させることによって、動作部１０６ｂの動作ストロークを無理なく大きくすることができるため、開口部１２２ａを閉鎖する際にはその確実な閉鎖状態を得ることができ、開口部１２２ａを開放する際にはその開口部１２２ａ周辺のコンダクタンスを大きくすることができる。
【００３５】
図６（ａ）には、駆動電圧Ｖｄを出力する図示しない駆動回路と圧電体ＰＺ（上記圧電体１０６Ｂに相当する。）との間に可変抵抗ＶＲを接続した原理構成図を示し、図６（ｂ）及び（ｃ）には、上記の駆動回路に接続された可変抵抗ＶＲを介して受ける圧電体ＰＺの印加電圧Ｖａの波形、及び、これに対応する圧電体ＰＺの変位δの波形とを示す。図６（ａ）に示すように、図示しない駆動回路と圧電体ＰＺとの間に可変抵抗ＶＲを接続し、この可変抵抗ＶＲの電気抵抗を増減させることによって、圧電体ＰＺが受ける印加電圧Ｖａの電圧波形を変えることができる。このことは、可変抵抗ＶＲの電気抵抗を変えることによって圧電体ＰＺの変位δの変化態様も変えることができることを意味する。たとえば、可変抵抗ＶＲの抵抗値が小さく設定されている場合には、図６（ｂ）に示すように駆動電圧Ｖｄの元波形に対する印加電圧Ｖａの波形の変形度合が少ないため、圧電体ＰＺの変形速度は速い。すなわち、図５（ａ）に示す状態と図５（ｃ）に示す状態との間の遷移過程における動作速度及び加速度は大きい。一方、可変抵抗ＶＲの抵抗値を大きく設定すると、図６（ｃ）に示すように印加電圧Ｖａの波形の立ち上がり部分、立ち下がり部分は緩やかになり、圧電体ＰＺの動作速度及び加速度は小さくなる。
【００３６】
上述のように、駆動回路の出力側に適宜の電気抵抗を介挿することにより、圧電体ＰＺの動作速度及び加速度を増減することが可能になる。これによって、開口部１２２ａに対する動作部１０６ｂの開閉動作態様を調整することができる。例えば、動作部１０６ｂの動作速度及び加速度が大きすぎると、動作部１０６ｂや開口部１２２ａの開口縁に損傷を与えたり、開口縁に当接したときの反動により充分な閉鎖状態を得ることができなかったりする可能性があり、また、動作部１０６ｂの動作速度及び加速度が小さすぎると、アクチュエータ１００の動作速度の低下（立ち上がり時間の遅れ）が生ずる可能性がある。なお、図６（ａ）に示す原理構成は実際の回路構成をそのまま示すものではない。したがって、上記原理構成と実質的に同様に圧電体ＰＺの変位速度を調整することができる回路構成であれば、図６（ａ）の原理構成図には限定されない。
【００３７】
また、上記回路では可変抵抗ＶＲの抵抗値を大きくすれば動作速度が低下するが、実用上は、アクチュエータ１００として要求される動作特性に応じて、動作部１０６ｂの開放状態から閉鎖状態への移行時と、閉鎖状態から開放状態への移行時のうち、一方における動作速度を高くし、他方における動作速度を低くすることも可能である。この場合、両移行時のうちの一方の駆動電圧の供給時においてのみ上記可変抵抗ＶＲを用いるか、或いは、両移行時において上記可変抵抗ＶＲの値が相互に異なるように設定すればよい。例えば、極性の異なる駆動電圧の供給系を別々に構成し、両供給系の一方には可変抵抗ＶＲを設け、他方では設けないとか、或いは、両供給系において相互に異なる抵抗値を設定するとかすればよい。
【００３８】
再び図１乃至図３に戻って説明を続ける。上記動作部１０６ｂを挟んで、開口部１２２ａの反対側には、規制部材１０７が配置されている。この規制部材１０７は、主部材１０１に固定され、動作部１０６ｂの背後にアーム状に伸びた形状を有する。規制部材１０７は、動作部１０６ｂが開口部１２２ａを開放している状態で、動作部１０６ｂと開口部１２２ａとの間の距離を規制する規制手段を構成する。このように動作部１０６ｂの位置が規制されることにより、動作部１０６ｂによる開口部１２２ａを開閉する動作速度が安定するため、アクチュエータ１００において再現性のある動作態様を実現できる。なお、規制部材１０７に通常のねじやボルトなどで構成される規制ねじを螺合させ、この規制ねじの先端で動作部１０６ｂの位置を規制するように構成してもよい。この場合には、規制ねじのねじ込み量を変えることによって規制位置を調整することが可能になる。
【００３９】
次に、上記のように構成された本実施形態の動作について以下に説明する。本実施形態では、流通経路１２１には常時圧縮エアが供給されており、動作部１０６ｂが開口部１２２ａを開放しているときには、そのエアは、流通経路１２１の上流側部分１２１Ａを通過して開口部位１２１Ｃから排出経路１２２内に導入され、開口部１２２ａから排出される。このとき、流通経路１２１の上流側部分１２１Ａと排出経路１２２とはほぼ直線状に連通しているので、エアは下流側部分１２１Ｂにはほとんど流入せず、逆に、ベルヌーイの定理に基づく減圧効果により上流側部分１２１Ａから開口部位１２１Ｃを介して排出経路１２２に流れ出る空気流により下流側部分１２１Ｂの圧力が低下する。したがって、図１（ｂ）に示すように、ピストン１０３は内外圧力差によってシリンダ１１０の基端側（下流側部分１２１Ｂ側）に配置された状態となっている。なお、この実施形態では、シリンダ１１０のピストン１０３よりも先端側の空間は、挿通孔１０２ａと出力部材１０４との間の隙間を介して小さなコンダクタンスではあるが外部と連通した状態となっている。
【００４０】
上記の開放状態で、動作部１０６ｂによって開口部１２２ａを閉鎖すると、エアは排出経路１２２を通過できなくなるので、下流側部分１２１Ｂに流れ込み、シリンダ１１０の基端側の空間の内圧を急増させる。そして、これによってピストン１０３は急速に先端側に移動するため、出力部材１０４は急激に突出する。ここで、ピストン１０３の移動は、調整部材１０２の内面１０２ｂにピストン１０３が当接することにより停止され、同時に出力部材１０４の先端の突出動作も停止する。
【００４１】
開口部１２２ａが閉鎖されているとき、流通経路１２１を通してシリンダ１１０の基端側の内部空間の圧力は供給されるエアの圧力とほぼ等しくなる。この閉鎖状態で、動作部１０６ｂを動作させて開口部１２２ａを開放すると、エアは開口部位１２１Ｃから排出経路１２２に導入され、開口部１２２ａから排出される。これによって、シリンダ１１０の基端側の内部空間の圧力は、上流側部分１２１Ａから開口部位１２１Ｃを介して排気経路１２２に流れ込むエア流によって急速に低下し、上記のエア流による減圧効果により大気圧よりも低い負圧となるため、ピストン１０３は内外圧力差によってシリンダ１１０の基端側へ戻る。
【００４２】
本実施形態では、開放状態では流通経路１２１の上流側部分１２１Ａから開口部位を経て排出経路１２２にエアが流れ、開口部１２２ａから外部へ排出されているため、シリンダ１１０の基端側の内部空間の圧力が低下した状態となり、ピストン１０３が基端側へ移動している。この開放状態ではエアは流れ続けていることから、開口部１２２ａが閉鎖されると、エアはその慣性により急激にシリンダ内に流れ込み、シリンダ内圧を急速に増大せしめるため、高速に、すなわち、きわめて短い立ち上がり時間でピストン１０３が先端側へと移動する。
【００４３】
また、閉鎖状態から開放状態へ移行する場合でも、流通経路にエア圧が加わった閉鎖状態から、上記減圧効果により減圧された開放状態に遷移するために、シリンダの内圧の低下速度が従来よりも速くなり、その結果、迅速にピストン１０３を基端側に復帰させることができる。
【００４４】
これに対して、従来のように流通経路の手前に開閉弁を設け、エアが供給されていない状態で、開閉弁を開くことによってシリンダ内にエアを送り込む場合には、当該開閉弁においてエアの流れが止まっていることから、開閉弁からシリンダ内にエアが流れ込み、シリンダ内圧が充分に上昇するまでに或る程度の時間が必要となるため、本実施形態ほどのピストンの高速動作（立ち上がり時間の短縮）は期待できない。また、シリンダの内圧を低下させる場合でも、従来構造では、通気経路などを介してエアを自然に排気するため、シリンダの内圧が低下するのに或る程度の時間が必要になり、その結果、ピストンの復帰動作の初期に大きな動作抵抗が生ずる可能性がある。
【００４５】
本実施形態では、開口部１２２ａを閉鎖する方向に圧電動作体１０６を駆動してからピストン１０３に接続された出力部材１０４が動作するまでの時間と、開口部１２２ａを開放する方向に圧電動作体１０６を駆動してからピストン１０３が戻るまでの時間とを共に短縮することができるため、試作品で実験を行ったところ、出力部材１０４を突出させてから戻すまでの時間（すなわち、ピストン１０３の往復動作にかかる時間）を２ミリ秒程度に抑制することが可能になった。このような高速動作は、例えば振動式パーツフィーダなどにおいて微細な部品を高速で搬送（供給）する場合に、出力部材１０４を搬送経路上に突き出すことによって不良部品を排除し、しかも、後続する正常部品には影響を与えないように迅速に搬送路上から退避させる必要がある場合には特に有効である。部品の搬送速度の高速化によって、不良部品を排除する出力部材１０４が搬送経路上に突き出したときから退避するまでの時間はきわめて短くなるため、通常の流体圧アクチュエータを用いることはできない。しかし、本実施形態の場合には、出力部材１０４の突出動作開始時から復帰動作完了時まで時間間隔が上記のように２ミリ秒程度であるので、部品の搬送速度を２０００〜３０００個／分程度とすることが可能になる。
【００４６】
尚、本発明の流体圧アクチュエータは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、流通経路１２１をシリンダ１１０の一方側にのみ構成した単動型アクチュエータを構成しているが、本発明においては、シリンダ１１０の両側にそれぞれ上記と同様の流通経路１２１を設けて複動型アクチュエータを構成しても構わない。また、上記実施形態では、流通経路１２１の開口部位１２１Ｃを排出経路１２２に対して開口した構造としているが、排出経路１２２を形成せずに、開口部位１２１Ｃをそのまま外部に開口させ、この開口部を開閉手段によって開閉するようにしてもよい。さらに、上記実施形態では、シリンダ１１０の先端側の内部空間が挿通孔１０２ａと出力部材１０４との間の隙間を介して外部に連通している場合について説明した。ただし、上記実施形態において上記の２ミリ秒などのようにきわめて短時間にピストンを往復動作させる場合には、挿通孔１０２ａと出力部材１０４との間の隙間のコンダクタンスが小さいことから、先端側の内部空間を完全に密閉した状態とした場合とほぼ同様に動作するものと考えられる。この場合には、開放状態から閉鎖状態への移行時にピストン１０３が移動することによって先端側のシリンダ内部空間の圧力が上昇し、復帰動作時にはその上昇した内圧と、減圧された基端側の内部空間の内圧との圧力差によってピストンが復帰する。したがって、本実施形態においては、シリンダの先端側の内部空間は外部と連通していてもよく、密閉されていてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、簡易な構造で構成できるとともに、流体を用いているにも拘らずきわめて高速な動作態様を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態を示す縦断面図（ａ）及び（ｂ）。
【図２】同実施形態を示す斜視図（ａ）、平面図（ｂ）及び側面図（ｃ）。
【図３】同実施形態の一部を拡大して示す部分斜視図（ａ）及び部分断面図（ｂ）。
【図４】同実施形態の圧電動作体の構成を示す平面図（ａ）及び側面図（ｂ）。
【図５】同実施形態の圧電動作体の動作態様を示す説明図（ａ）〜（ｃ）。
【図６】同実施形態の駆動回路の出力部分の原理構成図（ａ）並びに印加電圧Ｖａの波形及び圧電体ＰＺの変位波形を異なる可変抵抗値ＶＲを用いた場合についてそれぞれ示すグラフ（ｂ）及び（ｃ）である。
【符号の説明】
１００…アクチュエータ、１０１…主部材、１０２…調整部材、１０３…ピストン、１０４…出力部材、１０６…圧電動作体、１０６ｂ…動作部、１０６Ａ…シム板、１０６Ｂ…圧電体、１１０…シリンダ、１２１…流通経路、１２１Ａ…上流側部分、１２１Ｂ…下流側部分、１２１Ｃ…開口部位、１２２…排出経路、１２２Ａ…導入部分、１２２Ｂ…導出部分、１２２ａ…開口部、１０７…規制部材、１０９…当接部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluid pressure actuator, and more particularly to a structure suitable as an actuator driven by gas.
[0002]
[Prior art]
Generally, as a fluid pressure actuator that operates by fluid pressure such as compressed air, the piston is slidably disposed in the cylinder, and the piston is slid by applying fluid pressure to either the front or back of the piston. Things are known. Such a fluid pressure actuator has an air cylinder device that uses compressed air as a fluid, and is widely used in various production lines because ancillary equipment such as a compressor and air piping can be configured relatively easily. It has been.
[0003]
As an air cylinder device, a vent hole that communicates with a space defined on both sides of a piston in a cylinder is usually provided, and air is supplied to one vent hole and air is discharged from the other vent hole. It is configured to slide the piston. Then, the air supply path and the exhaust system path are switched by a structure in which an air supply hole and an exhaust hole are provided as the above-mentioned air holes corresponding to both spaces defined on both sides of the piston, or by a switching valve or the like. A structure in which pores are used both for supply and exhaust is known (for example, see Patent Document 1 below). Further, there is also known a structure in which an air supply structure is provided only on one side of the piston and a spring or the like for returning the piston from the opposite side is provided separately (for example, see Patent Document 2 below).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 57-50563
[Patent Document 2]
Japanese Utility Model Publication No.59-21282
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to increase the speed of the fluid pressure actuator as described above, generally, the switching valve is arranged near the cylinder, the switching operation of the switching valve is speeded up, or the air supply path is devised. Something is happening.
[0006]
However, in recent years, with the downsizing of electronic equipment, etc., there has been a rapid increase in demand for transfer devices that transfer fine parts at high speed. In such transfer devices, defective parts are sorted at high speed in the process of transferring parts. Therefore, it is necessary to eliminate it from the conveying path. For this reason, an actuator that operates at high speed is required. In such applications, actuators are required to have extremely high operating speeds of several milliseconds or less.
[0007]
However, it has been impossible in the past to achieve such an extremely high operating speed with the fluid pressure actuator as described above. This is because delay in pressure transmission due to fluid resistance and fluid compressibility, etc., and switching of the fluid supply line by the switching valve take time, and in particular, air cylinders use compressive fluid, so the switching valve Therefore, it is extremely difficult to significantly shorten the rise time from when the piston is stopped to when the piston starts to move.
[0008]
Accordingly, the present invention solves the above-mentioned problems, and the problem is that the speed of the fluid pressure actuator can be significantly increased compared to the prior art by eliminating the obstacle to speeding up due to the characteristics of the fluid pressure actuator. Is to provide a novel structure.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a fluid pressure actuator according to the present invention includes a cylinder, a piston slidably disposed in the cylinder, and a flow path for introducing a fluid into the cylinder. The flow path is provided with an opening portion that opens to a space that is substantially open upstream of the cylinder, and at least partially opens or closes the discharge portion provided at the opening portion or the opening destination. The opening and closing means, maintaining the flow path in a flowable state, and continuing to apply the pressure of the fluid to the flow path, communicating with the flow path by the opening and closing operation of the opening and closing means The piston is operated by changing the internal pressure of the cylinder.
[0010]
According to the present invention, in a state where the opening portion is opened by the opening / closing means, or in a state where the discharge path is opened when the opening destination is provided (hereinafter simply referred to as “open state”). Since the fluid flows through the flow path and is discharged from the opening portion, the internal pressure of the cylinder communicating with the opening portion is lowered according to the discharge speed of the fluid at the opening portion. In this state, when the opening part or the discharge path is at least partially closed by the opening / closing means, the internal pressure of the opening part rises, and as a result, the internal pressure of the cylinder also rises. On the other hand, when the opening part or the discharge path is at least partially closed (hereinafter simply referred to as “closed state”), if the opening part or the discharge path is opened by the opening / closing means, the internal pressure of the opening part is reduced. Decreases and the internal pressure of the cylinder also decreases. Therefore, the piston in the cylinder can be operated by the increase and decrease of the internal pressure.
[0011]
In this case, in the open state, the fluid continues to flow through the flow path in a manner in which the fluid is discharged from the opening portion (that is, the fluid is not stopped). By utilizing this inertia, the internal pressure in the cylinder can be quickly increased, and the piston can be operated at high speed. Further, when the state is changed from the closed state to the open state, the internal pressure of the cylinder is finally reduced in accordance with the fluid discharge speed at the opening portion, so that the internal pressure of the cylinder can be increased more quickly than when the fluid supply is simply shut off. And can finally reach a lower internal pressure. At this time, the actuator according to the present invention may be configured such that the piston performs a return operation by a pressure reducing effect in the cylinder by the flow velocity, or a return operation by a piston return means provided separately by this pressure reducing effect. You may comprise so that it may assist. As the structure having the latter return means, a double-acting actuator structure in which another flow path is provided and the piston is returned by the fluid pressure supplied through the flow path, and a member that generates a return force, such as a spring, are used. Any of single-acting actuator structures may be used.
[0012]
Note that the substantially open space where the opening portion is opened means that the fluid discharge amount gradually decreases or the pressure at the opening portion gradually increases as the fluid is discharged from the opening portion. A space that is structured so that there is little or no. For example, examples of the space include a space having a very large volume compared to the amount of fluid supplied, or an external space of the apparatus. In addition, when the discharge path is configured at the tip of the opening portion, the length of the discharge path is relatively short and the opening is opened in a substantially open space, or the flow of the discharge path What is necessary is just to be comprised similarly to the space where the inside of the discharge path | route was substantially open | released because the conductance of a discharge path | route is large, such as a cross-sectional area being large.
[0013]
The opening / closing operation by the opening / closing means does not require the opening part to be completely opened or closed, and the opening area of the opening part may be changed to a certain extent. However, in order to operate the piston at high speed, it is desirable to completely open the opening part in the open state and completely close the opening part in the closed state.
[0014]
In this invention, it is preferable that the said flow path is comprised so that the upstream part may extend in the direction which cross | intersects the direction which goes in the said cylinder from the said opening part at least in the vicinity of the said opening part. According to this, when the fluid passes through the upstream portion and is discharged from the opening portion in the open state, the flow direction of the fluid passing through the upstream portion intersects the direction from the opening portion toward the inside of the cylinder. Since the fluid pressure is less likely to be directly applied to the cylinder, the internal pressure of the cylinder can be further reduced in the closed state. In this case, it is desirable that the direction in which the upstream portion extends and the direction from the opening portion into the cylinder are substantially orthogonal to each other. Thereby, the pressure exerted in the cylinder by the fluid flow can be further reduced.
[0015]
In this invention, it is preferable that the said upstream part is comprised so that it may extend in the opening direction of the said opening part. Since the upstream part is configured to extend in the opening direction of the opening part, the fluid that has passed through the upstream part is discharged from the opening part without changing the flow direction. The pressure exerted on the inside becomes almost zero, and the pressure reducing effect in the cylinder caused by the flow velocity of the fluid can be further enhanced. Also in this case, for the same reason as described above, it is desirable that the direction in which the upstream portion extends (that is, the opening direction of the opening portion) and the direction from the opening portion into the cylinder are substantially orthogonal to each other. In addition, when a discharge path is further formed at the end of the opening part, it is desirable that the distribution path and the discharge path communicate with each other in a substantially straight line.
[0016]
In the present invention, the opening / closing means is constituted by a piezoelectric operating body having an operating part capable of closing the opening part or the discharge path and a piezoelectric function part for causing the opening / closing operation of the operating part according to an applied voltage. It is preferable. According to this, the opening part or the discharge path can be opened and closed at high speed by configuring the opening and closing means with the piezoelectric operating body.
[0017]
In this invention, it is preferable that the said action | operation part is comprised so that the opening part of the said opening part or the said discharge route can be closed from an outer side. According to this, the opening part is configured so that the operation part can be closed from the outside, or when the discharge path is configured, the opening part of the discharge path is configured so that the operation part can be closed from the outside. As a result, the opening / closing means can be configured with a very simple structure, and it is relatively easy to ensure the opening section and the flow cross section of the opening in the open state and reduce the flow resistance.
[0018]
In the present invention, it is preferable that a regulation unit is provided that regulates a distance between the operation unit and the opening part or the opening when the opening / closing unit is opened. In the open state, the operating part is arranged at an opening part or a position away from the opening part to open the opening part, but a regulating means for regulating the distance between the operating part and the opening part or the opening part, for example, the operating part Since it is possible to make the movement distance of the operating part constant when the opening part or opening is closed by the operating part by providing a stopper or the like that restricts the opening part or opening from being separated from the opening part, the operation of the piston Speed can be stabilized. In this case, it is desirable that the restriction position of the restriction means be adjustable. According to this, when the time required for the opening / closing operation of the operating part can be adjusted, the position of the operating part in the open state affects the conductance of the fluid in the opening part or the opening. In addition, the conductance can be controlled by adjusting the restriction position of the restriction means. As an aspect in which the position of the operating part in the open state affects the opening part or the conductance of the opening, for example, the operating part is arranged at a predetermined distance in the opening direction with respect to the opening part or the opening part in the open state. Is the case. In this case, the restricting means is disposed behind the operating portion when viewed from the opening portion or the opening.
[0019]
In the present invention, the cylinder includes a movable member configured to be movable in a sliding direction of the piston, and the movable member is provided with a specified portion that defines a sliding range of the piston. preferable. According to this, since the specified part is also moved by moving the movable member, the sliding range of the piston can be changed, so that it is possible to adjust the operation stroke of the piston according to the application target or the like. .
[0020]
In the present invention, the fluid is preferably a gas. When the fluid is a gas, the fluid discharged from the opening portion can be easily handled. Further, as with the conventional apparatus, there is an advantage that auxiliary equipment such as a gas supply source (such as a compressor or a gas cylinder) and an air supply pipe can be easily configured. In particular, by using air as a gas, handling becomes easier and incidental facilities can be simpler.
[0021]
In the present invention, the internal pressure of the space on one side of the piston of the cylinder that communicates with the flow path in the open state can be reduced only by connecting the flow path only to the space on one side of the piston in the cylinder. By constructing it so that it is lower than the internal pressure of the space on the opposite side of the piston due to the effect, gas pressure is applied to the cylinder in the closed state to move the piston, and in the open state, it is brought about by the pressure reduction effect described above. It is possible to return the piston by the pressure difference between both sides of the piston. Therefore, it is possible to operate without providing the return means, although it has substantially the same structure as the single-acting actuator. For example, when the flow path is connected only to the internal space of the cylinder on one side of the piston and the internal space of the cylinder on the opposite side of the piston is open to the outside, the internal pressure of the internal space of the cylinder on one side of the piston is The piston can be configured to return by being smaller than that. In addition, when the space in the cylinder on the opposite side of the piston is substantially sealed, the pressure in the space on the opposite side rises due to the operation of the piston. The returned pressure returns the piston.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of a fluid pressure actuator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present embodiment described below relates to a pneumatic actuator that operates using gas, particularly air, but the present invention can be operated with other fluids such as gas and liquid other than air. In the following description, it is assumed that air (air) is used. When other gases or liquids are used, words such as air, air, compressed air, etc. in the following description are appropriately read as gas or fluid. It shall be configured.
[0023]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view (a) and (b) showing the structure of the actuator 100 of this embodiment, and FIG. 2 is a perspective view (a), a plan view (b) and a side view (c) of the actuator 100. FIG. 1 shows a cross section of the actuator 100 cut along the line AA shown in FIG.
[0024]
The actuator 100 is attached to a main member 101, an adjustment member 102 configured to be movable with respect to the main member 101, a piston 103 slidably disposed inside the main member 101, and the piston 103. Output member 104. The main member 101 and the adjusting member 102 constitute a cylinder 110, and the piston 103 is disposed inside the cylinder 110.
[0025]
The adjustment member 102 is screwed to the main member 101 and is configured to be movable in the axial direction of the cylinder 110 with respect to the main member 101 by changing the screwing depth. Here, the length of the cylinder 110 can be changed by moving the adjustment member 102 by changing the screwing depth, and as a result, the operation stroke of the piston 103 can be adjusted. Here, FIG. 1A shows a state in which the adjustment member 102 is screwed in most deeply with respect to the main member 101, and FIG. 1B shows the adjustment member 102 more than the state shown in FIG. The state where the screwing depth of is made shallow is shown. In the present embodiment, as shown in FIG. 1A, when the adjustment member 102 is screwed in the deepest, the length of the cylinder 110 substantially matches the length of the piston 103, and the piston 103 does not operate. In this way, the piston and cylinder can be prevented from being damaged when the actuator 100 is transported. On the other hand, when the actuator 100 is actually used, as shown in FIG. 1B, the screwing depth of the adjusting member 102 is appropriately adjusted, and the inner surface 102b is moved to the tip side by an appropriate distance. It is set so that a sufficient operation stroke of the piston 103 according to the purpose can be obtained. At this time, the inner surface 102b of the adjustment member 102 constitutes a defined portion that defines the movement range of the piston 103 (particularly, the movement limit to the distal end side (right side in the drawing)).
[0026]
The output member 104 is connected and fixed to the piston 103 and is configured to move in the axial direction together with the piston 103. Further, the output member 104 is drawn out of the cylinder 110. More specifically, the shaft-shaped output member 104 slidably passes through an insertion hole 102a provided in the adjustment member 102 and protrudes to the outside.
[0027]
A flow path 121 is formed in the main member 101 adjacent to the cylinder 110. Air is introduced into the distribution path 121 from a pipe (tube) (not shown) connected to the connector 105 connected to the main member 101. The distribution path 121 has an opening part 121C that opens to the discharge path 122 that opens to the outside. An upstream part 121A is formed upstream of the opening part 121C, and the cylinder 110 is positioned downstream of the opening part 121C. A downstream portion 121B directed inward is configured. The flow path 121 is refracted at the opening part 121C. More specifically, the upstream portion 121A and the downstream portion 121B extend in a direction substantially orthogonal to each other. The upstream portion 121A extends in the opening direction of the opening portion 121C (that is, the upward direction in FIG. 1). The upstream portion 121A communicates with the discharge path 122 in a substantially straight line. That is, the upstream portion 121A and the discharge path 122 are integrally connected at the opening portion 121C, and constitute a linear ventilation path as a whole.
[0028]
FIG. 3 is an enlarged partial perspective view (a) and an enlarged partial sectional view (b) showing the vicinity of the distribution path 121 and the discharge path 122 in an enlarged manner. As shown in FIGS. 3A and 3B, the exhaust path 122 includes an introduction portion 122A configured on the opening portion 121C side and a lead-out portion 122B configured on the opening portion 122a side opened to the outside. And the flow cross-sectional area of the lead-out portion 122B is larger than that of the introduction portion 122A. More specifically, the introduction portion 122A has a substantially circular flow cross-sectional shape similar to the opening of the opening portion 121C, while the lead-out portion 122B has a substantially oval (or elliptical) flow that is larger than the introduction portion 122A. It has a cross-sectional shape. And the opening part 122a of the discharge path 122 has the same opening shape as the distribution cross-sectional shape of the derivation | leading-out part 122B. Since the flow cross-sectional area of the discharge path 122 increases as it goes to the outlet side in this way, the discharge resistance of air passing through the inside can be reduced, and the pressure difference between the open state and the closed state described later Can be increased.
[0029]
A piezoelectric operating body 106 is attached and fixed to the outer surface of the main member 101 in a cantilever state (that is, in a cantilever shape). The piezoelectric operating body 106 has a base end portion 106a fixed to the main member 101, and an operating portion 106b provided at the front end opposite to the base end portion 106a. More specifically, the piezoelectric operating body 106 has a structure in which the piezoelectric body 106B is fixed to a shim plate 106A that is an elastic plate having the base end portion 106a and the operating portion 106b. The operation unit 106b is arranged to face the opening 122a of the discharge path 122, and is configured to be movable in a direction in which the distance from the opening 122a changes, that is, as a free end.
[0030]
A more detailed structure of the piezoelectric operating body 106 is shown in FIG. The shim plate 106A constituting the piezoelectric operating body 106 is made of a metal plate such as stainless steel, spring steel, or various alloys. The piezoelectric body 106B is made of, for example, piezoelectric ceramics such as PZT. In the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the piezoelectric bodies 106B are fixed to both the front and back surfaces of the shim plate 106A. More specifically, the piezoelectric body 106B is bonded to the shim plate 106A with a conductive epoxy adhesive or the like. Electrodes (not shown) are formed on the surfaces of the front and back piezoelectric bodies 106B, and wirings 106P are conductively connected to these electrodes. Further, the wiring 106Q is conductively connected to the shim plate 106A. A drive voltage Vd is applied between the wirings 106P and 106Q as shown in FIG.
[0031]
In the present embodiment, as described above, the bimorph type piezoelectric element is configured by attaching the piezoelectric body 106B to both the front and back surfaces of the shim plate 106A. However, the piezoelectric body is attached only to one side of the shim plate 106. A unimorph type piezoelectric element may also be configured.
[0032]
A contact member 109 is fixed to the surface of the operating portion 106b on the opening 122a side. The abutting member 109 is preferably made of a material having a certain degree of flexibility or shock-absorbing property such as a soft resin such as elastomer or urethane, a synthetic rubber, or a nonwoven fabric. As a result, it is possible to prevent damage to the opening edges of the operating portion 106b and the opening portion 122a, and it is possible to easily obtain a completely closed state of the opening portion 122a by the operating portion 106b.
[0033]
FIG. 5 is an explanatory diagram (a) to (c) showing the operation mode of the piezoelectric operating body 106. In the piezoelectric operating body 106, when a positive voltage is applied as the drive voltage Vd when the voltage non-application state shown in FIG. 5B is used as a reference, the piezoelectric body is applied to the shim plate as shown in FIG. 5A. As shown in FIG. 5C, when the stacked portion (that is, the piezoelectric operation portion) is deformed and the operation portion 106b moves in a direction away from the opening 122a and a negative voltage is applied as the drive voltage Vd. On the other hand, the above-mentioned part is deformed in reverse, and the operating part 106b moves in a direction approaching the opening part 122a.
[0034]
In this embodiment, as shown in FIG. 5 (a), when a drive voltage of one polarity is applied, the piezoelectric operating body 106 as an opening / closing means opens the opening 122a, and as shown in FIG. 5 (c). The piezoelectric operating body 106, which is an opening / closing means, is configured to close the opening 122a when a reverse polarity driving voltage is applied. By operating the driving voltage between the driving states of opposite polarities in this way, the operating stroke of the operating unit 106b can be increased without difficulty, so that when the opening 122a is closed, the positive closed state is obtained. In addition, when opening the opening 122a, conductance around the opening 122a can be increased.
[0035]
FIG. 6A shows a principle configuration diagram in which a variable resistor VR is connected between a drive circuit (not shown) that outputs the drive voltage Vd and a piezoelectric body PZ (corresponding to the piezoelectric body 106B). In (b) and (c), the waveform of the applied voltage Va of the piezoelectric body PZ received through the variable resistor VR connected to the drive circuit, and the waveform of the displacement δ of the piezoelectric body PZ corresponding thereto are shown. Indicates. As shown in FIG. 6A, a variable resistor VR is connected between a drive circuit (not shown) and the piezoelectric body PZ, and the applied voltage Va applied to the piezoelectric body PZ is increased or decreased by increasing or decreasing the electrical resistance of the variable resistor VR. The voltage waveform can be changed. This means that the change mode of the displacement δ of the piezoelectric body PZ can also be changed by changing the electric resistance of the variable resistor VR. For example, when the resistance value of the variable resistor VR is set to be small, the degree of deformation of the waveform of the applied voltage Va with respect to the original waveform of the drive voltage Vd is small as shown in FIG. Deformation speed is fast. That is, the operation speed and acceleration in the transition process between the state shown in FIG. 5A and the state shown in FIG. On the other hand, when the resistance value of the variable resistor VR is set large, the rising and falling portions of the waveform of the applied voltage Va become gentle as shown in FIG. 6C, and the operating speed and acceleration of the piezoelectric body PZ become small. .
[0036]
As described above, it is possible to increase or decrease the operation speed and acceleration of the piezoelectric body PZ by inserting an appropriate electrical resistance on the output side of the drive circuit. Thereby, the opening / closing operation | movement aspect of the operation part 106b with respect to the opening part 122a can be adjusted. For example, if the operating speed and acceleration of the operating unit 106b are too large, the opening edge of the operating unit 106b and the opening 122a may be damaged, or a sufficient closed state can be obtained by reaction when contacting the opening edge. In addition, if the operation speed and acceleration of the operation unit 106b are too small, the operation speed of the actuator 100 may be decreased (rise time delay). Note that the principle configuration shown in FIG. 6A does not show the actual circuit configuration as it is. Therefore, the principle configuration diagram of FIG. 6A is not limited as long as the circuit configuration can adjust the displacement speed of the piezoelectric body PZ substantially in the same manner as the above-described principle configuration.
[0037]
Further, in the above circuit, if the resistance value of the variable resistor VR is increased, the operation speed is reduced. However, in practice, the operation unit 106b is shifted from the open state to the closed state according to the operation characteristics required for the actuator 100. It is also possible to increase the operating speed on one side and decrease the operating speed on the other side during the transition from the closed state to the open state. In this case, the variable resistor VR may be used only when one drive voltage is supplied during both transitions, or may be set so that the value of the variable resistor VR is different between both transitions. For example, the drive voltage supply systems having different polarities are configured separately, and one of the two supply systems is provided with the variable resistor VR and the other is not provided, or the two supply systems are set to have different resistance values. That's fine.
[0038]
Returning to FIG. 1 to FIG. 3 again, the description will be continued. A regulating member 107 is disposed on the opposite side of the opening 122a with the operation unit 106b interposed therebetween. The restricting member 107 is fixed to the main member 101 and has a shape extending in an arm shape behind the operation portion 106b. The restricting member 107 constitutes a restricting means for restricting the distance between the action part 106b and the opening part 122a in a state where the action part 106b opens the opening part 122a. By restricting the position of the operation unit 106b in this manner, the operation speed of opening and closing the opening 122a by the operation unit 106b is stabilized, and thus a reproducible operation mode can be realized in the actuator 100. Note that a restriction screw composed of a normal screw, a bolt, or the like may be screwed onto the restriction member 107, and the position of the operating portion 106b may be restricted by the tip of the restriction screw. In this case, the restriction position can be adjusted by changing the screwing amount of the restriction screw.
[0039]
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described below. In the present embodiment, compressed air is constantly supplied to the flow path 121, and when the operating unit 106b opens the opening 122a, the air passes through the upstream portion 121A of the flow path 121 and opens. The portion 121C is introduced into the discharge path 122 and discharged from the opening 122a. At this time, since the upstream portion 121A and the discharge passage 122 of the flow path 121 are communicated substantially linearly, air hardly flows into the downstream portion 121B, and conversely, a pressure reducing effect based on Bernoulli's theorem. As a result, the pressure of the downstream portion 121B decreases due to the air flow flowing out from the upstream portion 121A to the discharge path 122 through the opening portion 121C. Therefore, as shown in FIG. 1B, the piston 103 is disposed on the base end side (downstream portion 121B side) of the cylinder 110 due to the internal / external pressure difference. In this embodiment, the space on the tip side of the piston 103 of the cylinder 110 is in a state of communication with the outside through a gap between the insertion hole 102a and the output member 104, although it has a small conductance.
[0040]
When the opening portion 122a is closed by the operating portion 106b in the above open state, air cannot pass through the discharge path 122, so the air flows into the downstream portion 121B and rapidly increases the internal pressure of the space on the proximal end side of the cylinder 110. As a result, the piston 103 rapidly moves to the distal end side, so that the output member 104 protrudes rapidly. Here, the movement of the piston 103 is stopped by the piston 103 coming into contact with the inner surface 102b of the adjustment member 102, and at the same time, the protruding operation of the tip of the output member 104 is also stopped.
[0041]
When the opening 122a is closed, the pressure in the inner space on the proximal end side of the cylinder 110 through the flow path 121 becomes substantially equal to the pressure of the supplied air. In this closed state, when the operating portion 106b is operated to open the opening 122a, air is introduced into the discharge path 122 from the opening portion 121C and discharged from the opening 122a. As a result, the pressure in the internal space on the proximal end side of the cylinder 110 rapidly decreases due to the air flow flowing into the exhaust path 122 from the upstream portion 121A through the opening portion 121C, and the atmospheric pressure is reduced due to the pressure reducing effect by the air flow. Therefore, the piston 103 returns to the base end side of the cylinder 110 due to the internal / external pressure difference.
[0042]
In the present embodiment, in the open state, air flows from the upstream portion 121A of the flow path 121 through the opening portion to the discharge path 122 and is discharged to the outside from the opening 122a. The pressure is reduced, and the piston 103 moves to the proximal end side. Since air continues to flow in this open state, when the opening 122a is closed, air suddenly flows into the cylinder due to its inertia and rapidly increases the internal pressure of the cylinder. The piston 103 moves to the tip side with the rise time.
[0043]
In addition, even when transitioning from the closed state to the open state, in order to transition from the closed state in which air pressure is applied to the flow path to the open state in which the pressure is reduced by the pressure reducing effect, the rate of decrease in the internal pressure of the cylinder is higher than before. As a result, the piston 103 can be quickly returned to the proximal end side.
[0044]
On the other hand, when an on-off valve is provided in front of the distribution path as in the prior art and air is supplied to the cylinder by opening the on-off valve in a state where air is not supplied, Since the flow has stopped, a certain amount of time is required until air flows into the cylinder from the on-off valve and the cylinder internal pressure sufficiently increases. Cannot be expected). Further, even when the internal pressure of the cylinder is reduced, in the conventional structure, air is naturally exhausted through a ventilation path or the like, so that a certain amount of time is required for the internal pressure of the cylinder to be reduced. There is a possibility that a large operating resistance occurs in the early stage of the return operation of the piston.
[0045]
In this embodiment, the time from when the piezoelectric operating body 106 is driven in the direction to close the opening 122a until the output member 104 connected to the piston 103 operates, and the piezoelectric operating body in the direction to open the opening 122a. Since it is possible to reduce both the time from driving 106 to the return of the piston 103, when an experiment was performed using a prototype, the time from the projecting of the output member 104 to the return (that is, the piston 103 The time required for the reciprocating motion) can be suppressed to about 2 milliseconds. Such high-speed operation eliminates defective parts by projecting the output member 104 onto the conveyance path when fine parts are conveyed (supplied) at high speed, for example, in a vibration parts feeder, and the subsequent normal operation is performed. This is particularly effective when it is necessary to quickly retreat from the conveyance path so as not to affect the parts. With the increase in the conveying speed of the parts, the time from when the output member 104 that excludes defective parts protrudes on the conveying path until it retracts becomes extremely short, and therefore a normal fluid pressure actuator cannot be used. However, in the case of the present embodiment, since the time interval is about 2 milliseconds as described above from the start of the protruding operation of the output member 104 to the completion of the return operation, the parts conveyance speed is 2000 to 3000 pieces / minute. It becomes possible to be about.
[0046]
It should be noted that the fluid pressure actuator of the present invention is not limited to the illustrated examples described above, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, a single-acting actuator in which the flow path 121 is configured only on one side of the cylinder 110 is configured. However, in the present invention, the flow path 121 similar to the above is provided on both sides of the cylinder 110, respectively. A double-acting actuator may be provided. In the above embodiment, the opening part 121C of the distribution path 121 is configured to be open to the discharge path 122. However, without forming the discharge path 122, the opening part 121C is opened to the outside as it is. May be opened and closed by opening and closing means. Further, in the above-described embodiment, the case where the internal space on the tip side of the cylinder 110 communicates with the outside via the gap between the insertion hole 102a and the output member 104 has been described. However, in the above embodiment, when the piston is reciprocated in a very short time, such as 2 milliseconds, the conductance of the gap between the insertion hole 102a and the output member 104 is small, so It is considered that the operation is almost the same as when the internal space is completely sealed. In this case, when the piston 103 moves during the transition from the open state to the closed state, the pressure in the inner space of the cylinder on the distal end side rises. The piston returns due to the pressure difference from the internal pressure of the space. Therefore, in the present embodiment, the internal space on the tip side of the cylinder may communicate with the outside or may be sealed.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it can be configured with a simple structure, and an extremely high-speed operation mode can be realized despite the use of fluid.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are longitudinal sectional views showing an embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view (a), a plan view (b), and a side view (c) showing the embodiment.
FIG. 3 is a partial perspective view (a) and a partial cross-sectional view (b) showing an enlarged part of the same embodiment.
FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a side view showing the configuration of the piezoelectric operating body of the embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram (a) to (c) showing an operation mode of the piezoelectric operating body of the embodiment.
6A is a principle configuration diagram of an output portion of the drive circuit of the embodiment, and FIG. 6B is a graph showing a waveform of an applied voltage Va and a displacement waveform of a piezoelectric body PZ when different resistance values VR are used. And (c).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Actuator, 101 ... Main member, 102 ... Adjustment member, 103 ... Piston, 104 ... Output member, 106 ... Piezoelectric action body, 106b ... Operation part, 106A ... Shim board, 106B ... Piezoelectric body, 110 ... Cylinder, 121 ... Distribution path, 121A ... upstream part, 121B ... downstream part, 121C ... opening part, 122 ... discharge path, 122A ... introducing part, 122B ... leading part, 122a ... opening part, 107 ... regulating member, 109 ... contacting member

Claims

シリンダと、該シリンダ内に摺動可能に配置されたピストンと、前記シリンダ内に流体を導入するための流通経路とを有する流体圧アクチュエータにおいて、
前記流通経路には前記シリンダよりも上流側において実質的に開放された空間に開口する開口部位が設けられ、該開口部位若しくはその開口先に設けられた排出経路を少なくとも部分的に開閉可能な開閉手段を有し、前記流通経路を流通可能状態に維持し、且つ、前記流通経路に前記流体の圧力を印加し続けた状態で、前記開閉手段の開閉動作により前記流通経路に連通する前記シリンダの内圧を変えて前記ピストンを動作させることを特徴とする流体圧アクチュエータ。In a fluid pressure actuator having a cylinder, a piston slidably disposed in the cylinder, and a flow path for introducing a fluid into the cylinder,
The flow path is provided with an opening portion that opens to a substantially open space upstream of the cylinder, and the opening and closing that can at least partially open and close the discharge path provided at the opening portion or the opening destination thereof. Means for maintaining the flow path in a flowable state and continuously applying pressure of the fluid to the flow path, the cylinder being connected to the flow path by an opening / closing operation of the opening / closing means. A fluid pressure actuator, wherein the piston is operated by changing an internal pressure.

前記流通経路は、少なくとも前記開口部位の近傍においてその上流側部分が前記開口部位から前記シリンダ内へ向かう方向と交差する方向に伸びるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体圧アクチュエータ。The said flow path is comprised so that the upstream part may extend in the direction which cross | intersects the direction which goes in the said cylinder from the said opening part at least in the vicinity of the said opening part. Fluid pressure actuator.

前記上流側部分は、前記開口部位の開口方向に伸びるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の流体圧アクチュエータ。The fluid pressure actuator according to claim 2, wherein the upstream portion is configured to extend in an opening direction of the opening portion.

前記開閉手段は、前記開口部位若しくは前記排出経路を閉鎖可能な動作部と、印加電圧に応じて前記動作部の開閉動作を生じさせる圧電機能部とを有する圧電動作体で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体圧アクチュエータ。The opening / closing means is composed of a piezoelectric operating body having an operation part capable of closing the opening part or the discharge path and a piezoelectric function part for causing an opening / closing operation of the operation part according to an applied voltage. The fluid pressure actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the fluid pressure actuator is provided.

前記動作部は、前記開口部位若しくは前記排出経路の開口部を外側から閉鎖可能に構成されていることを特徴とする請求項４に記載の流体圧アクチュエータ。The fluid pressure actuator according to claim 4, wherein the operating portion is configured to be able to close the opening portion or the opening portion of the discharge path from the outside.

前記開閉手段の開放時における前記動作部と前記開口部位若しくは前記開口部との距離を規制する規制手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載の流体圧アクチュエータ。The fluid pressure actuator according to claim 5, further comprising a regulating unit that regulates a distance between the operation unit and the opening part or the opening when the opening / closing unit is opened.

前記シリンダは、前記ピストンの摺動方向に移動可能に構成された可動部材を含み、該可動部材には、前記ピストンの摺動範囲を規定する規定部位が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の流体圧アクチュエータ。The cylinder includes a movable member configured to be movable in a sliding direction of the piston, and the movable member is provided with a defined portion that defines a sliding range of the piston. Item 7. The fluid pressure actuator according to any one of Items 1 to 6.

前記流体は気体であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の流体圧アクチュエータ。The fluid pressure actuator according to any one of claims 1 to 7, wherein the fluid is a gas.