JPH04341603A - ロッドレスシリンダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ピストンロッドを用い
ずにシリンダ内のピストンを移動させることのできるロ
ッドレスシリンダ装置に係り、特にピストンをシリンダ
ストロークの任意の位置で位置決め停止することのでき
るロッドレスシリンダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリンダはエアシリンダに代表されるよ
うに部品又は治具等の位置決め用のアクチュエータとし
て普及している。通常のシリンダは、円筒状のシリンダ
チューブと、このシリンダチューブ内を往復運動するピ
ストンと、このピストンの往復運動を外部に伝達するピ
ストンロッドとで構成されている。

【０００３】ところが、ピストンロッドを有するシリン
ダは、往復運動のストローク長と同じ長さのシリンダチ
ューブが必要である。従って、ストロークが長くなれば
長くなるほど、そのストロークシリンダ取り付けのため
に大きなスペースが必要であり、問題となっていた。

【０００４】そこで、最近ではピストンロッドを用いず
にシリンダ内のピストンを往復運動させることのできる
ロッドレスシリンダが注目されるようになってきた。こ
のロッドレスシリンダはピストンロッドを有しないので
、従来のピストンロッドを有するシリンダに比べて取り
付けスペースを大幅に省略できるという優れた効果を奏
するものである。

【０００５】図７、図８及び図９はこのロッドレスシリ
ンダの概略構成を第三角法で示す図である。図７はロッ
ドレスシリンダをＺ軸方向から見た上面図、図８はロッ
ドレスシリンダをＹ軸方向から見た側面図、図９はロッ
ドレスシリンダをＸ方向（往復運動方向）から見た側面
図であり、図８及び図９はロッドレスシリンダ１の一部
断面形状を示す。

【０００６】シリンダチューブ１ａは、その外観形状が
直方体である。シリンダチューブ１ａは、内部にピスト
ン２ａを移動させるための案内として機能する、ピスト
ン２ａの往復運動方向（Ｘ軸方向）から見た断面形状が
カプセル形の空洞を有する。また、シリンダチューブ１
ａは、ピストンヨーク２ｂを外部に露出させ、自由に移
動させるための一定幅の間隙を運動方向全体に渡って有
している。従って、シリンダチューブ１ａは運動方向か
ら見た断面形状が全体的にＣ字形を構成している。

【０００７】ピストン２ａは、シリンダチューブ１ａの
カプセル形空洞と同じ断面形状の円柱体で構成されてい
る。ピストンヨーク２ｂは、このピストン２ａに結合さ
れ、上部にテーブル６の支持部を有する。ピストンヨー
ク２ｂは往復運動方向から見た断面形状がＴ字形をして
おり、上面（Ｚ軸方向）から見た形状がＨ字形をしてい
る。ピストン２ａには、ピストンパッキン３がその外周
面に沿って設けられている。ピストンヨーク２ｂの円柱
体内部には、シールベルト５を貫通させるための空洞４
を有する。シールベルト５はこの空洞４に沿って移動す
る。

【０００８】テーブル６はその断面形状がコの字形であ
り、ピストンヨーク２ｂの上面に取り付けられている。 ピストンヨーク２ｂはその上面に防塵ベルト７の案内溝
を有する。防塵ベルト７はテーブル６とピストンヨーク
２ｂとの間をピストンヨーク２ｂの案内溝に沿ってスラ
イドする。ベルト押さえ８はシャフト９によって回転自
在に構成され、バネ１０によって押圧力を受け、防塵ベ
ルト７をシリンダチューブ１ａの間隙部に押しつけてい
る。

【０００９】エンドキャップ１１Ｌ，１１Ｒはシリンダ
チューブ１ａの両端に設けられており、圧縮空気をシリ
ンダチューブ１ａ内に供給するための空気供給管１１ａ
，１１ｂを有する。ベルトカバー１２は防塵ベルト５及
びシールベルト７をシリンダチューブ１ａ両端で固定す
るためのカバーである。エンドキャップ１１Ｌ、シリン
ダチューブ１ａ、シールベルト５及びピストン２ａによ
ってロッドレスシリンダ１の左室空間が構成され、エン
ドキャップ１１Ｒ、シリンダチューブ１ａ、シールベル
ト５及びピストン２ａによってロッドレスシリンダ１の
右室空間が構成される。

【００１０】空気供給管１１ａから所定の圧縮空気が供
給されることによって左室空間の空気圧が増大し、ロッ
ドレスシリンダ１のピストン２ａ及びピストンヨーク２
ｂは一体として右方向に移動する。逆に、圧縮空気供給
口１１ｂから所定の圧縮空気を供給することによって右
室空間の空気圧が増大し、ロッドレスシリンダ１のピス
トン２ａ及びピストンヨーク２ｂは一体として左方向に
移動する。このようにして、テーブル６はシリンダチュ
ーブ１ａの全長をストロークとして往復運動する。

【００１１】なお、図示していないが、ピストンヨーク
２ｂの円筒部分の外周近傍にはマグネットが設けられ、
シリンダチューブ１ａの側面には近接スイッチ等が設け
られている。このマグネットと近接スイッチによってシ
リンダのストロークエンドを検出し、ピストン２ａの往
復運動を制御している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来のロッドレスシリ
ンダ１は、テーブル６からピストン２ａに対して加わる
垂直方向（Ｚ軸方向）の負荷荷重に対しては比較的大き
な荷重特性を示す。しかし、ロッドレスシリンダ１はシ
リンダチューブ１ａにピストンヨーク２ｂを外部に露出
させ、自由に移動させるための間隙を運動方向（Ｘ軸方
向）全体に渡って有しているため、テーブル６を介して
ピストンヨーク２ｂに加わる荷重モーメントに対しては
弱い特性を示す。

【００１３】特に、ピストンヨーク２ｂの中心からＹ軸
方向に加わる横曲げモーメントに対してはロッドレスシ
リンダ１は非常に弱い荷重特性を示す。この横曲げモー
メントはピストンヨーク２ｂをＹＺ平面で回転させよう
とするモーメントのことである。この他、ピストンヨー
ク２ｂをＸＺ平面で回転させようとするモーメントを曲
げモーメントといい、ピストンヨーク２ｂをＸＹ平面で
回転させようとするモーメントを捩じりモーメントとい
う。

【００１４】従って、従来のロッドレスシリンダ１を複
数用いて２次元座標空間又は３次元座標空間内を自由に
移動制御できるロボット等を構成したとしても、ロッド
レスシリンダ１自身の荷重によって生じる上述のような
各モーメントによって最終的にテーブル６に設置するこ
とのできる部品や治具の重量は限られたものとなり、実
用的でないという問題を有する。

【００１５】また、従来のロッドレスシリンダ１は、ピ
ストン２ａに内蔵されたマグネットと近接スイッチによ
ってそのストロークエンドを検出できるだけであって、
ピストン２ａの全ストロークにおける現在位置を検出す
ることはできず、ストロークの任意位置（中間点）にピ
ストン２ａ（テーブル６）を停止させるという位置決め
機能を有していなかった。なお、ロッドレスシリンダ１
はピストン２ａの両側の受圧面積が等しいので、ピスト
ン２ａの両側に同じ空気圧を加えることによって、スト
ローク中間のどの位置にでも停止させることは可能であ
るが、停止位置を正確に制御することはできなかった。 特に、複数のロッドレスシリンダ１を用いて２次元座標
空間又は３次元座標空間を構成した場合、運動方向が重
力方向と同じとなるロッドレスシリンダ１のピストン２
ａ（テーブル６）をストローク中間で停止させることは
困難であった。

【００１６】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、全体的に負荷荷重に対して強い剛性を有し、ピス
トンをシリンダストロークの任意の位置で位置決め停止
することのできるロッドレスシリンダ装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のロッドレスシリ
ンダ装置は、シリンダチューブとピストンとから少なく
とも構成され、前記ピストンにピストンヨークを介して
結合されたテーブルを移動させるロッドレスシリンダと
、軸方向が前記ピストンの移動方向と平行になるように
前記シリンダチューブに対して相対的に固定され、前記
テーブルの負荷荷重を受けるように配置された少なくと
も一本のロッドと、前記ピストンの移動に伴って前記ロ
ッドに沿って移動し、前記ピストンの現在位置を検出す
るセンサ手段と、前記ピストンの移動に伴って前記ロッ
ドに沿って移動し、前記ロッドとの間に生じる摩擦力に
よって前記ピストンに制動力をかけるブレーキ手段とか
ら構成されたものである。

【００１８】

【作用】ロッドレスシリンダはシリンダチューブとピス
トンとから少なくとも構成され、通常のシリンダに不可
欠のピストンロッドを有しない。テーブルはピストンヨ
ークを介してピストンに結合され、ピストンの移動に伴
って部品や治具等を積載して移動する。このようなロッ
ドレスシリンダではテーブルに積載された部品や治具等
の荷重がピストンヨーク及びピストン部分にかかるよう
になっている。

【００１９】ロッドは、その軸方向がテーブルの移動方
向と平行になるようにシリンダチューブに対して相対的
に固定されている。そこで、センサ手段及びブレーキ手
段をピストンの移動に伴ってロッドに沿って移動するよ
うに設けることによって、センサ手段及びブレーキ手段
はピストンの移動に伴ってスムーズに移動するようにな
る。センサ手段はピストンの現在位置を検出し、ブレー
キ手段はロッドとの間に生じる摩擦力によってピストン
に制動力をかける。

【００２０】また、ロッドは、テーブルの負荷荷重を受
けるように配置されているので、テーブルに積載された
部品や治具等の負荷荷重を受ける梁として作用する。従
って、従来のロッドレスシリンダがピストンヨーク、ピ
ストン及びシリンダチューブだけで負荷荷重に対応して
いたのに比べて格段に荷重特性が向上する。ロッドは少
なくとも一本設けることによって、荷重特性を向上する
ことができるが、横曲げモーメント等に対しての性能を
上げたい場合には、二本のロッドを設ければよい。

【００２１】このように本発明によれば、テーブルの負
荷荷重を受けるようにロッドを設けることによって、荷
重特性を格段に向上することができるとともに、このロ
ッドを用いてブレーキ手段及びセンサ手段を構成してい
るので、ピストンをシリンダストロークの任意の位置で
正確に位置決め停止することができるという優れた効果
がある。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。図１は本発明のロッドレスシリンダ装置の概略構
成を第三角法で示す図であり、図７に対応しており、ロ
ッドレスシリンダ装置をＺ軸方向から見た上面図である
。図２は図８に対応しており、図１のロッドレスシリン
ダ装置をＹ軸方向から見た側面図である。図３は図９に
対応しており、図１のロッドレスシリンダ装置をＸ軸方
向から見た側面図である。

【００２３】図において、ロッドレスシリンダ装置は、
従来のロッドレスシリンダ１と、固定板２１Ｌ，２１Ｒ
と、ブレーキ用ロッド２２と、センサ用ロッド２３と、
ブレーキ手段２４と、センサ手段２５とから構成される
。ロッドレスシリンダ１は図７〜図９の記載のものと同
じ構成である。テーブル６ａは従来のテーブル６よりも
巾が広く、上面（Ｘ軸方向）から見てブレーキ手段２４
及びセンサ手段２５を覆ようになっており、ブレーキ手
段２４及びセンサ手段２５に溶接やネジ締め等によって
機械的に固定されている。

【００２４】固定板２１Ｌ，２１Ｒは厚さ約２５ｍｍの
鉄板で構成され、ブレーキ用ロッド２２、センサ用ロッ
ド２３及びロッドレスシリンダ１を機械的に固定する。 固定板２１Ｌ，２１Ｒはベッド等に溶接結合されたり、
ボルト等でネジ締めされたりして固定される。

【００２５】ブレーキ用ロッド２２及びセンサ用ロッド
２３は直径約３６ｍｍの鉄柱で構成され、固定板２１Ｌ
，２１Ｒに機械的に固定される。例えば、ブレーキ用ロ
ッド２２及びセンサ用ロッド２３両側にナットを形成し
、固定板２１Ｌ，２１Ｒの両側をボルトで締め付け固定
してもよいし、固定版２１Ｌ，２１Ｒとブレーキ用ロッ
ド２２及びセンサ用ロッド２３とを溶接で固定してもよ
い。ロッドレスシリンダ１も同様にして固定板２１Ｌ，
２１Ｒに固定すればよい。

【００２６】ブレーキ手段２４は、その両側に軸受け２
４Ｌ，２４Ｒを有し、ブレーキ用ロッド２２をガイドと
して滑り移動し、所定のストローク位置にてテーブル６
ａをブレーキング停止させる。センサ手段２５も同様に
両側に軸受け２５Ｌ，２５Ｒを有し、センサ用ロッド２
２をガイドとして滑り移動し、ストロークの現在位置を
アブソリュートに検出する。ブレーキ手段２４及びセン
サ手段２５の詳細構成については後述する。

【００２７】ブレーキ手段２４及びセンサ手段２５は共
にテーブル６ａに機械的に固定されているので、テーブ
ル６ａはブレーキ手段２４及びセンサ手段２５を介して
結合されたブレーキ用ロッド２２及びセンサ用ロッド２
３に沿って、固定板２１Ｌ，２１Ｒ間を自由に滑り、直
線方向（Ｘ軸方向）に移動することができる。

【００２８】固定板２１Ｌ，２１Ｒに機械的に固定され
たブレーキ用ロッド２２及びセンサ用ロッド２３は、そ
れぞれ固定梁を構成する。従って、テーブル６ａの負荷
荷重は、ブレーキ手段２４及びセンサ手段２５を介して
固定梁を構成するブレーキ用ロッド２２及びセンサ用ロ
ッド２３に全て架かるようになり、ロッドレスシリンダ
１は単にテーブル６ａを運動方向（Ｘ軸方向）に移動さ
せるためのアクチュエータとして機能し、負荷荷重の影
響を受けなくなる。これによってロッドレスシリンダ装
置は、曲げモーメント、横曲げモーメント及び捩じりモ
ーメント等の各種モーメントに対して、従来とは比べも
のにならない程大きな荷重特性を示す。

【００２９】本発明のロッドレスシリンダ装置は、ロッ
ドレスシリンダ１でテーブル６ａをＸ方向に移動制御し
、センサ手段２５でテーブル６ａの現在位置を検出し、
ブレーキ手段２４でテーブル６ａを任意の位置に位置決
め停止させている。

【００３０】本発明では、ブレーキ手段２４を用いてテ
ーブル６ａを任意の位置に停止させる位置決め制御方式
として、特開昭５９−１１７９０２号公報に記載の位置
決め制御方式を採用する。この位置決め制御方式の詳細
は特開昭５９−１１７９０２号公報に記載されているの
で、ここではその概略を説明する。この位置決め制御方
式は、ピストン２ａ（テーブル６ａ）の速度若しくは加
速度又はこれら両方に応じたオーバラン量の変化を考慮
して正確な位置決め停止を行えるようにした学習機能を
有するものである。

【００３１】この位置決め制御方式は、ピストン２ａの
移動速度に応じたオーバラン量を予測するばかりでなく
、移動の立上り時が加速度の影響を比較的強く受けるこ
とから、加速度をも考慮してオーバラン量を予測して位
置決め制御している。すなわち、シリンダチューブ１ａ
に対するピストン２ａの相対的移動速度及び加速度の両
方を考慮して予測オーバラン量を決定し、決定した予測
オーバラン量に応じて補償を行うようにセンサ手段２５
からの現在位置データ又は位置決め目標値（移動量設定
値）の値を変更し、その変更された位置データ又は目標
値との比較に基づきピストン２ａの移動量を制御してい
る。

【００３２】図４はセンサ手段２５の詳細構成を示す図
である。センサ手段は誘導型の位相シフト型位置センサ
からなるアブソリュート型の位置センサである。尚、こ
の位置センサの詳細については実開昭５７−１３４６２
２号公報、実開昭５７−１５１５０３号公報、実開昭５
７−１３５９１７号公報、実開昭５８−１３６７１８号
公報又は実開昭５９−１７５１０５号公報等にて公知な
ので、ここでは簡単に説明する。

【００３３】センサ手段２５は位相シフト方式によって
センサ用ロッド２３の直線位置を検出するものであり、
コイルアッセンブリ４１と特殊加工の施されたセンサ用
ロッド２３から構成される。コイルアッセンブリ４１は
、センサ用ロッド２３の軸方向に所定間隔をもって配置
された４個の１次コイル１Ａ，１Ｃ，１Ｂ，１Ｄと、こ
れに対応して設けられた２次コイル２Ａ，２Ｃ，２Ｂ，
２Ｄとからなる。コイルアッセンブリ２１は、その内部
に形成される円筒空間がセンサ用ロッド２３と同心とな
るようにケーシング４２に固定されている。

【００３４】センサ用ロッド２３は、その周囲において
、磁性体部４５と、その周囲の軸方向に交互に設けられ
た所定幅のリング状の非磁性体部４６とからなる磁気目
盛り部４３を具備している。この磁性体部４５と非磁性
体部４６とはコイルアッセンブリ２１に形成された磁気
回路に対して磁気抵抗の変化を与えるような構成になっ
ていればどのような材質のもので構成してもよい。例え
ば、非磁性体部４６を非磁性体又は空気等で構成しても
よい。また、鉄製のセンサ用ロッド２３にレーザ焼き付
けを行うことにより、磁気的性質を変化させることによ
り、互いに透磁率の異なる磁性体部４５と非磁性体部４
６とを交互に形成するようにしてもよい。

【００３５】一例として一つのコイル長を「Ｐ／２」（
Ｐは任意の数）とすると、磁性体部４５と非磁性体部４
６の交互配列における１ピッチ分の間隔は「Ｐ」である
。その場合、例えば、磁性体部４５と非磁性体部４６の
長さは等しく「Ｐ／２」であってもよいし、また、必ず
しも等しくなくてもよい。本実施例において、コイルア
ッセンブリ２１は４つの相で動作するように構成されい
る。図面上では、これらの相に便宜上Ａ，Ｃ，Ｂ，Ｄの
符号が付されている。

【００３６】センサ用ロッド２３とコイルアッセンブリ
２１との位置関係は、センサ用ロッド２３の磁性体部４
５の位置に応じてコイルアッセンブリ２１の各相Ａ〜Ｄ
に生じるリラクタンスが９０度ずつずれるようになって
いる。例えば、Ａ相をコサイン（ｃｏｓ）相とすると、
Ｃ相はマイナスコサイン（−ｃｏｓ）相、Ｂ相はサイン
（ｓｉｎ）相、Ｄ相はマイナスサイン（−ｓｉｎ）相と
なるように構成されている。

【００３７】図４の実施例では、各相Ａ〜Ｄ毎に個別に
１次コイル１Ａ，１Ｃ，１Ｂ，１Ｄ及び２次コイル２Ａ
，２Ｃ，２Ｂ，２Ｄがそれぞれ設けられている。各相Ａ
〜Ｄの２次コイル２Ａ，２Ｃ，２Ｂ，２Ｄはそれぞれに
対応する１次コイル１Ａ，１Ｃ，１Ｂ，１Ｄの外側に巻
かれている。

【００３８】各１次コイル１Ａ，１Ｃ，１Ｂ，１Ｄ及び
２次コイル２Ａ，２Ｃ，２Ｂ，２Ｄの長さは、前述のよ
うに「Ｐ／２」である。図４の例では、Ａ相のコイル１
Ａ，２ＡとＣ相のコイル１Ｃ，２Ｃとが隣合って設けら
れており、Ｂ相のコイル１Ｂ，２ＢとＤ相のコイル１Ｄ
，２Ｄも隣合って設けられている。また、Ａ相とＢ相又
はＣ相とＤ相のコイル間隔は「Ｐ（ｎ±１／４）」（ｎ
は任意の自然数）である。

【００３９】この構成によって、センサ用ロッド２３と
コイルアッセンブリ２１との間の相対的直線変位に応じ
て各相Ａ〜Ｄにおける磁気回路のリラクタンスが距離「
Ｐ」を一周期として周期的に変化し、しかもそのリラク
タンス変化の位相が各相Ａ〜Ｄ毎に９０度ずつずれるよ
うにすることができる。従って、Ａ相とＣ相とでは１８
０度ずれ、Ｂ相とＤ相とでも１８０度ずれる。

【００４０】１次コイル１Ａ，１Ｃ，１Ｂ，１Ｄ及び２
次コイル２Ａ，２Ｃ，２Ｂ，２Ｄの結線形式は図５に示
すようにする。図５において、Ａ相とＣ相の１次コイル
１Ａ及び１Ｃは正弦信号ｓｉｎωｔで互いに同相に励磁
され、２次コイル２Ａ及び２Ｃの出力は逆相で加算され
るように結線されている。同様に、Ｂ相とＤ相の１次コ
イル１Ｂ及び１Ｄは余弦信号ｃｏｓωｔで互いに同相に
励磁され、２次コイル２Ｂ及び２Ｄの出力は逆相で加算
されるように結線されている。２次コイル２Ａ，２Ｃ，
２Ｂ，２Ｄの出力は最終的に加算され、出力信号Ｙとし
て位相差検出手段３０に取り込まれる。

【００４１】この出力信号Ｙは、センサ用ロッド２３の
磁性体部４５とセンサ手段２５との間の相対的な直線位
置に応じた位相角φだけ基準交流信号（ｓｉｎωｔ，ｃ
ｏｓωｔ）を位相シフトしたものとなる。その理由は、
各相Ａ〜Ｄのリラクタンスが９０度ずつずれており、か
つ一方の対（Ａ，Ｃ）と他方の対（Ｂ，Ｄ）の励磁信号
の電気的位相が９０度ずれているためである。従って、
出力信号ＹはＹ＝Ｋｓｉｎ（ωｔ＋φ）となる。ここで
、Ｋは定数である。

【００４２】リラクタンス変化の位相φは磁性体部４５
の直線位置に所定の比例係数（又は関数）に従って比例
しているので、出力信号Ｙにおける基準信号ｓｉｎωｔ
（又はｃｏｓωｔ）からの位相ずれφを測定することに
より直線位置を検出することができる。但し、位相ずれ
量φが全角２πのとき、直線位置は前述の距離Ｐに相当
する。すなわち、出力信号Ｙにおける電気的位相ずれ量
φによれば、距離Ｐの範囲内でのアブソリュートな直線
位置が検出できるのである。この電気的位相ずれ量φを
測定することによって、距離Ｐの範囲内の直線位置をか
なりの高分解能で精度よく割り出すことが可能となる。

【００４３】なお、センサ用ロッド２３における磁気目
盛り部４３は磁性体部４５と非磁性体部４６に限らず、
磁気抵抗変化を生ぜしめることのできるその他の材質を
用いてもよい。例えば、銅等のように導電率の高い材質
と鉄等のように導電率の低い材質（非導電体でもよい）
との組合せ（導電率の異なる材質）により磁気目盛り部
４３を形成し、渦電流損に応じた磁気抵抗変化を生ぜし
めるようにしてもよい。その場合、鉄等のセンサ用ロッ
ド２３の表面に銅メッキ等により良導電体のパターンを
形成するようにしてもよい。パターンの形状等は磁気抵
抗の変化を効率よく生ぜしめるものであれば、いかなる
形状のものでもよい。

【００４４】出力信号Ｙと基準信号ｓｉｎωｔ（又はｃ
ｏｓωｔ）との位相ずれ量φを求めるための手段は適宜
に構成することができる。図５はこの位相ずれ量φをデ
ジタル量で求めるようにした位相差検出手段の回路例を
示す図である。図５において、位相差検出手段３０は基
準交流信号ｓｉｎωｔ及びｃｏｓωｔを発生する基準信
号発生部と、２次コイル２Ａ〜２Ｄの相互誘導電圧と基
準交流信号ｓｉｎωｔとの間の位相差（位相ずれ量）Ｄ
θを検出する位相差検出部とからなる。

【００４５】基準信号発生部はクロック発振器３１、同
期カウンタ３２、ＲＯＭ３３，３３ｂ、Ｄ／Ａ変換器３
４，３４ｂ及びアンプ３５，３５ｂからなり、位相差検
出部はアンプ３６、ゼロクロス回路３７及びラッチ回路
３８からなる。クロック発振器３１は高速の正確なクロ
ック信号を発生するものであり、このクロック信号に基
づいて他の回路は動作する。同期カウンタ３２はクロッ
ク発振器３１のクロック信号をカウントし、そのカウン
ト値をアドレス信号としてＲＯＭ３３及び位相差検出部
のラッチ回路３８に出力する。

【００４６】ＲＯＭ３３及び３３ｂは基準交流信号に対
応した振幅データを記憶しており、同期カウンタ３２か
らのアドレス信号（カウント値）に応じて基準交流信号
の振幅データを発生する。ＲＯＭ３３はｓｉｎωｔの振
幅データを、ＲＯＭ３３ｂはｃｏｓωｔの振幅データを
記憶している。従って、ＲＯＭ３３及び３３ｂは同期カ
ウンタ３２から同じアドレス信号を入力することによっ
て、２種類の基準交流信号ｓｉｎωｔ及びｃｏｓωｔを
出力する。なお、同じ振幅データのＲＯＭを位相のそれ
ぞれ異なるアドレス信号で読み出しても同様に２種類の
基準交流信号を得ることができる。

【００４７】Ｄ／Ａ変換器３４及び３４ｂはＲＯＭ３３
及び３３ｂからのデジタルの振幅データをアナログ信号
に変換してアンプ３５及び３５ｂに出力する。アンプ３
５及び３５ｂはＤ／Ａ変換器からのアナログ信号を増幅
し、それを基準交流信号ｓｉｎωｔ及びｃｏｓωｔとし
て１次コイル１Ａ〜１Ｄに供給する。同期カウンタ３２
の分周数をＭとすると、そのＭカウント分が基準交流信
号の最大位相角２πラジアン（３６０度）に相当する。 すなわち、同期カウンタ３２の１カウント値は２π／Ｍ
ラジアンの位相角を示している。

【００４８】アンプ３６は２次コイル２Ａ〜２Ｄに誘起
された２次電圧の合成値を増幅して、ゼロクロス回路３
７に出力する。ゼロクロス回路３７は磁気センサ４の２
次コイル２Ａ〜２Ｄに誘起された相互誘導電圧（２次電
圧）に基づいて負電圧から正電圧へのゼロクロス点を検
出し、検出信号をラッチ回路３８に出力する。

【００４９】ラッチ回路３８は基準交流信号の立上りの
クロック信号にてスタートした同期カウンタのカウント
値をゼロクロス回路３７の検出信号の出力時点（ゼロク
ロス点）でラッチする。従って、ラッチ回路３８にラッ
チされた値はちょうど基準交流信号と相互誘導電圧（合
成２次出力）との間の位相差（位相ずれ量）Ｄθとなる
。この位相差Ｄθに基づいてピストン２ａの全ストロー
クにおける現在位置を検出することができる。

【００５０】図６はブレーキ手段２４の概略構成を示す
図である。このブレーキ手段２４は全空気圧式のブレー
キ機構である。円筒状のケーシング６１はブレーキ用ロ
ッド２２の周囲に設けられている。ケーシング６１の両
側には軸受け２４Ｌ，２４Ｒが設けられ、ブレーキ用ロ
ッド２２の軸方向に沿って滑り移動するように構成され
ている。軸受け２４Ｌ，２４Ｒはケーシング６１内の気
密を保持するためのパッキン６２ａ，６２ｂ，６３ａ，
６３ｂをそれぞれ有する。

【００５１】ケーシング６１は電磁弁６５を介して空気
圧力源６６からの圧縮空気をケーシング６１内の空気室
６７Ｌ，６７Ｒ及び６８に供給するための配管を有する
。ブレーキピストン６９Ｌ，６９Ｒはパッキン７０ａ，
７１ａを介してケーシング６１に接し、パッキン７０ｂ
，７１ｂを介してブレーキ用ロッド２２に接し、ブレー
キ用ロッド２２の軸方向に滑り移動する。ブレーキピス
トン６９Ｌ，６９Ｒはケーシング６１との間でそれぞれ
空気室６７Ｌ，６７Ｒ及び空気室６８を形成する。

【００５２】ブレーキピストン６９Ｌ，６９Ｒ間に形成
された空気室６８にはコイルバネ７２が設けられている
。コイルバネ７２はブレーキ用ロッド２２の外周に沿っ
て複数個設けられている。コイルバネ７２はブレーキピ
ストン６９Ｌ，６９Ｒをそれぞれ左右方向に押し広げる
働きをする。ブレーキブッシュ７４Ｌ，７４ＲはＣ字形
のブッシュにすり割の付いたものである。従って、ブレ
ーキブッシュ７４Ｌ，７４Ｒは通常の（何ら外力の作用
していない）状態ではブレーキ用ロッド２２の外周面に
沿って自在に移動可能である。

【００５３】ブレーキブッシュ７４Ｌ，７４Ｒの周囲に
は皿バネ７３Ｌ，７３Ｒが設けられている。皿バネ７３
Ｌ，７３Ｒの内周部分はブレーキブッシュ７４Ｌ，７４
Ｒの外周面に接し、皿バネ７３Ｌ，７３Ｒの外周部分は
ブレーキピストン６９Ｌ，６９Ｒの内周面に接している
。従って、ブレーキブッシュ７４Ｌ，７４Ｒとブレーキ
ピストン６９Ｌ，６９Ｒとの間の距離か小さくなると、
皿バネ７３Ｌ，７３Ｒの外周部分が広がり、ブレーキブ
ッシュ７４Ｌ，７４Ｒには皿バネ７３Ｌ，７３Ｒから法
線方向の圧力が加わり、ブレーキブッシュ７４Ｌ，７４
Ｒの外周を収縮させる。これによって，ブレーキブッシ
ュ７４Ｌ，７４Ｒの内面はブレーキ用ロッド２２を把持
してブレーキがかかる。

【００５４】逆に、ブレーキブッシュ７４Ｌ，７４Ｒと
ブレーキピストン６９Ｌ，６９Ｒとの間の距離か大きく
なると、皿バネ７３Ｌ，７３Ｒは元の状態に戻り、ブレ
ーキブッシュ７４Ｌ，７４Ｒには皿バネ７３Ｌ，７３Ｒ
からの圧力が加わらなくなり、ブレーキブッシュ７４Ｌ
，７４Ｒの外周を収縮させる力がなくなる。これによっ
て，ブレーキブッシュ７４Ｌ，７４Ｒの内面がブレーキ
用ロッド２２から離れて、ブレーキは開放される。

【００５５】このブレーキ手段２４は空気圧力源６６が
オフ状態では、コイルバネ７２によりプレーキピストン
６９Ｌ，６９Ｒが左右に押し広げられる。皿バネ７３Ｌ
，７４Ｒはブレーキピストン６９Ｌ，６９Ｒによってケ
ーシング６１の内面に押さえられる。押さえられた皿バ
ネ７３Ｌ，７３Ｒの内径により、ブレーキブッシュ７４
Ｌ，７４Ｒはブレーキ用ロッド２２に押し付けられ、ブ
レーキ用ロッド２２に接触する。ブレーキ手段２４はブ
レーキブッシュ７４Ｌ，７４Ｒとブレーキ用ロッド２２
との間の摩擦力によってブレーキング状態となる。従っ
て、空気圧力源６６が停止中でもブレーキ手段２４はセ
ルフロック状態（ブレーキング状態）を維持し続ける。

【００５６】空気圧力源６６がオン状態では、電磁弁６
５のオン／オフにより、ブレーキの設定／解除が制御さ
れる。図６のように電磁弁６５がオフ状態の場合は、空
気室６８に圧縮空気が導かれ、空気室６９Ｌ，６９Ｒは
大気圧となるため、ブレーキピストン６９Ｌ，６９Ｒに
はコイルバネ７２の反発力に加えて、圧縮空気による圧
力が加算される。従って、皿バネ７３Ｌ，７３Ｒは空気
圧力源６６がオフの場合よりも大きな力でケーシング６
１の内面に押し付けられ、ブレーキ手段２４のブレーキ
ング状態も強固なものとなる。

【００５７】逆に、電磁弁６５がオン状態の場合は、空
気室６９Ｌ，６９Ｒに圧縮空気が導かれ、空気室６８は
大気圧となるため、ブレーキピストン６９Ｌ，６９Ｒに
はコイルバネ７２の反発力を打ち消す方向に圧縮空気に
よる圧力が加わる。ブレーキピストン６９Ｌ，６９Ｒは
圧縮空気の圧力によってコイルバネ７２を押し付けるよ
うに内側に狭まる。すると、皿バネ７３Ｌ，７３Ｒに加
わっていた押し付け力が無くなるために、皿バネ７３Ｌ
，７３Ｒは開き、ブレーキブッシュ７４Ｌ，７４Ｒをブ
レーキロッド２２に接触状態を開放する。これによって
、ブレーキ手段２４のブレーキング状態は開放され、ブ
レーキロッド２２に沿って自在に移動可能な状態となる
。

【００５８】なお、上述の実施例では、ブレーキ手段２
４とセンサ手段２５とをそれぞれ別々のロッドに設ける
場合について説明したが、これに限らず左右のロッドに
それぞれブレーキ手段２４を設け、いずれか一方にセン
サ手段２５を設けるようにしてもよい。また、ロッドの
片側一方だけにブレーキ手段２４及びセンサ手段２５を
設けるようにしてもよい。

【００５９】また、上述の実施例では、ロッドをセンサ
用とブレーキ用の２本設ける場合について説明したが、
これに限らず、ロッドを１本設けて、それにブレーキ手
段及びセンサ手段を設けるようにしてもよい。ロッドを
シリンダチューブ内に設け、ピストン及びピストンヨー
クを軸方向に移動可能に支持するように構成し、さらに
ブレーキ手段及びセンサ手段もピストンヨーク内に形成
してもよい。

【００６０】上述の実施例では、ブレーキ手段は全空気
圧式のものを用いて説明したが、機械式やその他のブレ
ーキ手段を用いてもよいことはいうまでもない。また、
上述の実施例では、固定板２１Ｌ，２１Ｒにロッドレス
シリンダ１の両側が固定されている場合について説明し
たが、ブレーキ用ロッド２２及びセンサ用ロッド２３が
固定板２１Ｌ，２１Ｒとの間で梁を構成し、テーブル６
ａがそのロッドに沿って移動するようにロッドレスシリ
ンダ１が取り付けてあればよく、ロッドレスシリンダ１
は固定板に直接固定されていなくてもよい。すなわち、
ロッドレスシリンダ１と各ロッド２２，２３との間は固
定板等の部材を介して相対的に固定されいればよい。

【００６１】上述の実施例では、ロッドレスシリンダと
して、図７〜図９に図示のものについて説明したが、こ
れ以外のロッドレスシリンダに対しても図１〜図３のよ
うなロッドを用いた梁を形成することによって、本発明
のロッドレスシリンダ装置を構成できることはいうまで
もない。

【００６２】上述の実施例では、ブレーキ用ロッド及び
センサ用ロッドが露出しているが、ロッドレスシリンダ
装置全体を筐体内に収納し、塵や埃等から保護するよう
にしてもよい。本発明のロッドレスシリンダ装置を複数
使用して、２次元座標空間や３次元座標空間等を自由に
移動制御可能なロボットを構成してもよい。この場合は
、Ｘ軸及びＹ軸を構成するロッドレスシリンダ装置のテ
ーブル同士を結合してやればよい。このテーブル同士を
結合することによって、Ｚ軸方向における基準面からの
可動範囲の高さをシリンダチューブの高さ分だけ低く設
定することができ、ロボット全体を小さくできるという
利点がある。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、全体的に負荷荷重に対
して強い剛性を有し、ピストンをシリンダストロークの
任意の位置で容易に位置決め停止することができるとい
う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例であるロッドレスシリン
ダ装置をＺ軸方向から見た上面図である。

【図２】　　本発明の一実施例であるロッドレスシリン
ダ装置をＹ軸方向から見た側面図である。

【図３】　　本発明の一実施例であるロッドレスシリン
ダ装置をＸ軸方向から見た側面図である。

【図４】　　本発明の一実施例であるロッドレスシリン
ダ装置のセンサ手段の詳細構成を示す図である。

【図５】　　図４のセンサ手段からの位相ずれ量φをデ
ジタル量で求めるようにした位相差検出手段の回路例を
示す図である。

【図６】　　本発明の一実施例であるロッドレスシリン
ダ装置のブレーキ手段の概略構成を示す図である。

【図７】　　従来のロッドレスシリンダをＺ軸方向から
見た上面図である。

【図８】　　従来のロッドレスシリンダをＹ軸方向から
見た側面図である。

【図９】　　従来のロッドレスシリンダをＸ軸方向から
見た側面図である。

【符号の説明】

１…ロッドレスシリンダ、１ａ…シリンダチューブ、２
ａ…ピストン、２ｂ…ピストンヨーク、３…ピストンパ
ッキン、４…空洞、５…シールベルト、６，６ａ…テー
ブル、７…防塵ベルト、８…ベルト押さえ、９…シャフ
ト、１０…バネ、１１Ｌ，１１Ｒ…エンドキャップ、１
１ａ，１１ｂ…空気供給管、１２Ｌ，１２Ｒ…ベルトカ
バー、２１Ｌ，２１Ｒ…固定板、２２…ブレーキ用ロッ
ド、２３…センサ用ロッド、２４…ブレーキ手段、２５
…センサ手段、２４Ｌ，２４Ｒ，２５Ｌ，２５Ｒ…軸受
け、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…１次コイル、２Ａ，２Ｂ
，２Ｃ，２Ｄ…２次コイル、３０…位相差検出手段、３
１…クロック発振器、３２…同期カウンタ、３３，３３
ｂ…ＲＯＭ、３４，３４ｂ…Ｄ／Ａ変換器、３５，３５
ｂ，３６，３６ｂ…アンプ、３７…ゼロクロス回路、３
８…ラッチ回路、４１…コイルアッセンブリ、４２…ケ
ーシング、４３…磁気目盛り、４５…磁性体部、４６…
非磁性体部、６１…ケーシング、６２ａ，６２ｂ，６３
ａ，６３ｂ，７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ…パッキ
ン、６５…電磁弁、６６…空気圧力源、６７Ｌ，６７Ｒ
，６８…空気室、６９Ｌ，６９Ｒ…ブレーキピストン、
７２…コイルバネ、７３Ｌ，７３Ｒ…皿バネ、７４Ｌ，
７４Ｒ…ブレーキブッシュ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　シリンダチューブとピストンとから少
   なくとも構成され、前記ピストンにピストンヨークを介
   して結合されたテーブルを移動させるロッドレスシリン
   ダと、軸方向が前記ピストンの移動方向と平行になるよ
   うに前記シリンダチューブに対して相対的に固定され、
   前記テーブルの負荷荷重を受けるように配置された少な
   くとも一本のロッドと、前記ピストンの移動に伴って前
   記ロッドに沿って移動し、前記ピストンの現在位置を検
   出するセンサ手段と、前記ピストンの移動に伴って前記
   ロッドに沿って移動し、前記ロッドとの間に生じる摩擦
   力によって前記ピストンに制動力をかけるブレーキ手段
   とから構成されていることを特徴とするロッドレスシリ
   ンダ装置。
2. 【請求項２】　　前記ロッドが、前記シリンダチューブ
   の外部に設けられており、前記テーブルを軸方向に移動
   可能に支持しているものであることを特徴とする請求項
   １に記載のロッドレスシリンダ装置。
3. 【請求項３】　　前記ロッドが、前記シリンダチューブ
   の内部に設けられており、前記ピストンを軸方向に移動
   可能に支持しているものであることを特徴とする請求項
   １に記載のロッドレスシリンダ装置。
4. 【請求項４】　　前記ロッドが２本設けられ、前記ロッ
   ドの一方に対応して前記センサ手段が設けられ、前記ロ
   ッドの少なくとも一方に対応して前記ブレーキ手段が設
   けられていることを特徴とする請求項１、２又は３に記
   載のロッドレスシリンダ装置。
5. 【請求項５】　　前記ロッドが、前記センサ手段及び前
   記ブレーキ手段を介して前記テーブル又はピストンを支
   持するように構成されていることを特徴とする請求項１
   、２、３又は４に記載のロッドレスシリンダ装置。
6. 【請求項６】　　前記ブレーキ手段は、前記ロッドの周
   囲に設けられたブレーキブッシュと、このブレーキブッ
   シュを前記ロッドに押圧する皿バネと、空気圧の変化に
   よって前記ロッドに沿って移動し、前記皿バネを変形さ
   せるブレーキピストンとから少なくとも構成される全空
   気圧式のブレーキであることを特徴とする請求項１に記
   載のロッドレスシリンダ装置。
7. 【請求項７】　　前記センサ手段は所定の交流信号によ
   り励磁される１次コイルを少なくとも有するコイル部と
   、前記ピストンの移動に伴って前記コイル部の磁気回路
   における磁気抵抗が変化するように、前記ロッドの軸方
   向に沿って設けられた磁気目盛り部と、この磁気目盛り
   部と前記コイル部との間の相対的位置関係によって生じ
   る前記コイル部の磁気回路の磁気抵抗変化に基づき、前
   記ロッドの位置を示すデータを前記コイル部から取り出
   す位置検出回路とを具えるものであることを特徴とする
   請求項１に記載のロッドレスシリンダ装置。
8. 【請求項８】　　２次元又は３次元空間のロボットを構
   成する場合に、前記ロッドレスシリンダ装置の前記テー
   ブルがＸ軸及びＹ軸の間で結合されていることを特徴と
   する請求項１に記載のロッドレスシリンダ装置。