专利名称：带变速机构的复合作动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在工件输送与组装作业等中使用的、将直线往复运动与转动摇动运动复合起来的流体压力驱动复合作动器，更具体一点说，是关于带可改变直动与摇动两个速度的变速机构的复合作动器。
在现有技术中，将摇动运动与直线运动复合起来输出的流体压力驱动复合作动器，通常具有使输出轴摇动转动的摇动作动器与直线驱动输出轴的直动液压缸组合起来的基本构造。这种构造，由于不过是可独立驱动的直动作动器与摇动作动器的简单组合，成了作动器小型化、流体压力控制回路简化、与降低制造成本的障碍。另外，在上述构成中，由于需要2台以上的驱动两作动器的电磁阀，消耗了较多的电能与流体压力能，也成了节能障碍。
为了解决这些问题，本发明人在特愿平11-33316号中提出了由1个流体压力驱动系统而进行摇动与直动2个运动的复合作动器。但是，在该复合作动器中，在使用1个流体压力驱动系统这一点上，比前述现有例有优越性，但由于流体压力驱动系统是1个，作动器的摇动速度由上述流体压力驱动系统的直动速度所限制，故有着不能适应分别而随意调整摇动速度与直动速度的要求的问题。
另外，即使能由各自的作动器随意调整摇动速度与直动速度，在各运动终端发生冲击，成了输送与组装作业的障碍，因此也必须考虑避开这一问题。
本发明是为了解决上述问题而提出的，其技术课题是，在以1个流体压力驱动系统可简易而低成本地进行直动与摇动两个运动的复合作动器中，可分别调整上述直动与摇动的驱动速度。
本发明的另一技术课题在于提供带有以很小的冲击可实现直动运动与摇动运动间的衔接的变速机构的复合作动器。
用于解决上述课题的本发明的复合作动器的特征在于，在流体压力驱动的直动液压缸的活塞杆上，通过将该活塞杆自动推进力变换为回转力矩的变换机构连结着输出轴，由具有凸轮沟与凸轮随动件的动作设定机构控制上述变换机构的变换动作，而在上述输出轴上进行直进运动与摇动转动；同时，由分别在上述输出轴的直进区域与摇动区域调整作用于该活塞上的流体压力而可改变上述活塞的驱动速度。
具有这样构成的本发明的复合作动器，由于是在直动液压缸的活塞杆上通过变换机构以同心轴形式连设着输出轴，与现存的复合作动器相比，简化了构造，减少了零件，并可望更小型化，进一步降低制造成本。另外，由于仅简单地驱动直动液压缸即可在输出轴上实现所需要的复合运动，故可以1个流体压力驱动系统简易而廉价地进行直动与摇动的驱动控制；而且，可分别调整直动与摇动的驱动速度，由于这种活塞驱动速度的变更，是急速而连续进行的，可以较小的冲击在直动运动与摇动运动间实施衔接。
在本发明中，上述变换机构包含有设置在活塞杆与输出轴任何一方上的螺旋沟、和设在另一方上可沿该螺旋沟自由转动的结合构件。
另外，上述变速装置具有将上述活塞的杆侧压力室与口实际上并列连结起来的凹部与节流嘴、和用于在上述活塞从上述直进区域到达摇动区域之前遮断上述凹部与杆侧压力室的装置。该遮断装置，最好是由安装于上述凹部内周面的密封件、和配装于上述杆外周并气密性地配入前述密封件内的阀环所构成。
按照本发明的一具体实施例，在上述液压缸孔孔面上设置平时连通杆侧压力室的第一开口、和处在对应于上述摇动区域与直进区域交界位置的第二开口，上述第一开口通过阻止流体从上述杆侧压力室向口流动的逆流的单向阀连接到该口上；上述第二开口则通过阻止流体从上述液压缸孔流向口的逆流的单向阀、和限制流体从该口流到上述液压缸孔的流量的节流阀连接到该口上。
按照本发明的另一具体实施例，上述密封件具有阻止流体从上述杆侧压力室流向口而允许流体从口流向杆侧压力室的单向阀功能；另外，在上述液压缸孔孔面，在相应于上述摇动区域与直进区域的交界部分位置设开口，该开口与上述口，通过阻止流体从上述液压缸孔向该口的逆流之单向阀、和限制流体从上述口流入液压缸孔的流量的节流阀相互连接起来。
上述节流阀，最好是可调节开度的可变节流阀，由对其开度的调节可调节上述活塞的驱动速度。
图1是表示本发明的复合作动器实施例的剖面图；图2是图1的Ⅱ-Ⅱ位置剖面图；图3是同一实施例要部放大剖面图；图4是上述复合作动器的流体压力配给系统构成图；图5是上述复合作动器的另一流体压力配给系统构成图。
图1～图3示出了本发明的带变速机构复合作动器实施例。
该复合作动器是由1个流体压力装置可得到将直线往复运动与转动摇动运动2个运动组合而成的复合动作的机构；整体上，将含有变换机构31与动作设定机构32的直进-摇动变换部30同心连结于以流体压力驱动的直动液压缸10上构成，其中变换机构31用来将直动推进力变换为回转力矩；而动作设定机构32则具有用于设定摇动回转动作形式的凸轮沟和凸轮随动件。
上述直进液压缸10具有液压缸筒11、安装于其两端的头盖12和杆盖13；在上述液压缸筒11中的液压缸孔11a内，收容着具有活塞密封15的活塞14，在该活塞14两侧分隔形成压力室16、17。连结于上述活塞14的活塞杆18，具有六角形等的异形断面，借将其插进设在杆盖13上的止转衬套19的异形断面轴承孔来限制其转动，并从该杆盖13延伸到直进-摇动变换部30内部。对于活塞杆18或活塞14也可以使用其他适宜的止转机构。上述压力室16、17分别连通于在液压缸筒11外侧开口的压缩空气给排用口21、22。另外，关于包含在直进区域与摇动回转区域分别变换上述活塞14的速度和变速机构的流体压力配给系统，由图3～图5后述。
在导入上述直进-摇动变换部30的外筒35内的上述活塞杆18前端，一体连结着构成变换直动推进力为回转力矩的上述变换机构31的螺旋沟构件37，在该螺旋沟构件37外面上设多条螺旋沟38。另外，在外筒35内部，与上述活塞杆18同轴配置着输出轴40，其前端可自由转动与滑动地从端盖36向外部突出出去。在该输出轴40的基端部上，设有配合于上述螺旋沟构件37外周的圆筒状结合构件41，在该结合构件41的内周面上，设有配入上述螺旋沟构件37的螺旋沟38的销子42。上述变换机构31，由这些具有螺旋沟38的螺旋沟构件37与具有销子42的结合构件41构成，上述螺旋沟38采用了大导角多重螺纹。从而，一有直动推进力作用于活塞杆18上，由上述螺旋沟38与销子42的共同作用，即在结合构件41上产生回转力矩。
而且，上述变换机构31也不限于上述构成，也可以是其他构成将上述结合构件41形成为螺纹结合于螺旋沟38的螺母状，在上述结合构件41上设螺旋沟而在螺旋沟构件37侧设配入其螺旋沟的销子等，而可将活塞18的直动推进力变换为摇动转动力。
另外，设于上述直进-摇动变换部30上的上述动作设定机构32具有凸轮沟46与凸轮随动件47，其中凸轮沟46形成于配装在外筒35内的凸轮套筒45内；凸轮随动件47设在上述输出轴40的基部，成小滚轮状配合于前述凸轮沟46。
上述凸轮沟46用来控制由上述变换机构31产生的变换动作，将直进运动与摇动转动运动施加于前述输出轴40；在图示的实施例中，如图中虚线所示，从凸轮套筒45的杆盖13侧端部沿该凸轮套筒45的轴线直线延伸之后，在端盖36侧端部沿该凸轮套筒45圆周形成大致成L形的弯曲形；但也不限于这种形状。
如前所述，在活塞杆18与输出轴40间，设置用于将直动推进力变换为回转力矩的变换机构31，在活塞杆18上一作用直动推进力，即在输出轴40上产生回转力矩，但由于设在输出轴40的凸轮随动件47配入设在凸轮套筒45的凸轮沟46，该输出轴40的转动动作由上述凸轮沟46所限制，上述输出轴40仅能在上述凸轮沟46在凸轮套筒45圆周方向弯曲的部分摇动转动。而且，依具体情况，也可以将上述凸轮随动件47设在凸轮套筒45侧；而将凸轮沟46设在输出轴40侧。
另外，在上述凸轮套筒45上，设置与上述凸轮沟46同样的调整沟48。在输出轴40上安装配入该沟48的止动销49，有突入调整沟48内并设定输出轴40的停止位置的调整螺栓50螺纹固定于外筒35上。
在图1中，52是用于消除间隙的弹簧。
下边，参照图3与图4来说明包含用以分别在上述输出轴40的直进区域与摇动转动区域改变活塞驱动速度的变速机构的流体压力配给系统。
首先，在上述直进区域与摇动转动区域的交界部分，为改变上述活塞14速度，如图3所示，在上述活塞杆18基端部连于该活塞14的部分上，配合着前端部缩径为锥状的阀环55，与其相对，在上述杆盖13上形成与该阀环55相配合的凹部56，在该凹部56内周面的靠杆侧压力室17的端部，安装着接于上述阀环55周围唇式密封形密封件57。该密封件57起到容许空气从上述凹部56一侧流向杆侧压力室17，而阻止其向相反方向流动的单向阀的作用。另外，这里的阀环55与密封件57，在设于输出轴40的凸轮随动件47在凸轮沟46内从直进区域移行到摇动转动区域阶段，该阀环55的前端成与上述密封件57相接的关系。
一方给排用口21，直接连通缸筒11内的头侧压力室16；另一方的给排用口22，由在上述凹部56内开口，通过凹部56连通杆侧压力室17；与此同时，通过在杆盖13上为连结上述凹部56与杆侧压力室17而设的可变节流嘴69连通到上述杆侧压力室17。从而，上述凹部56与可变节流嘴69实际上并列连接于上述杆侧压力室17与口22之间。
在这里，示出了阀环55配入与凹部56口部相配的密封件57、从而遮断了压力室17与给排用口22的直接连通的构成情况，但若不设上述凹部56，由活塞14上的活塞密封15跨越通向给排用口22的开口，也可构成封闭该开口。
图4模式化地示出了上述直动液压缸10的流体压力给排系统，该直动液压缸10上的头侧与杆侧给排出口21、22，分别通过调速器60、61连接到共同压缩空气源65。在上述调速器60、61中，将2组由单向阀63与可变节流阀64并列连接起来的控制块使单向阀相互反向地直列配设于流路中。另外，从上述给排用口22来的分支路66，通过可变节流阀67与只允许空气从口22流向压力室16的单向阀68连接到该压力室16。该分支路66的开口66a，当阀环55从凹部56的密封件57离开时，设在活塞密封15通过其上面的位置。换言之，该位置对应于上述输出轴40的摇动区域与直进区域的交界部分。
在具有上述构成的复合作动器中，和图1的动作位置相反，直动液压缸10中的活塞14与活塞杆18位于液压缸筒11左端的后退行程端，输出轴40也和其一起位于后退行程端，假定是这种情况，那么，上述凸轮随动件47位于上述凸轮沟46直线部端部。在这种状态下，一方的给排用口22向大气敞开，而一有压缩空气通过另一方给排用口21送到头侧压力室16，上述活塞14即向右方前进，驱动被限制了转动的活塞杆18直线运动。同时输出轴40，也通过变换机构31的螺旋沟构件37与结合构件41被活塞杆18推着一起前进，随之上述凸轮随动件47也在上述凸轮沟46内移动。这时，上述输出轴40，由螺旋沟38与销子42的作用要转动，但这种转动由于受到动作设定机构32上的凸轮沟46与凸轮随动件47作用的限制，只能进行仿照该凸轮沟46的沟形状的动作。即，在上述凸轮随动件47在凸轮沟46的直线部移动间，上述输出轴40转动受限制而进行直线运动；一当凸轮随动件47到达凸轮沟46前端弯曲部，在这个位置，由上述螺旋沟38与销子42的作用，活塞杆18的直动运动变换成转动运动，上述输出轴40围绕轴线转动，到达图1的前进行程端。
如从图1状态，使给排用口21向大气敞开，向给排用口22送入压缩空气驱动活塞14，则上述输出轴40，与上述情况相反，完全按照相反的顺序，一边进行转动运动和直进运动，一边移动到后退行程端。
在这样动作的复合作动器中，上述活塞14从图1左端的后退行程端开始前进，至阀环55配入凹部56的密封件57间，即在输出轴40的直进区域，该活塞14的驱动速度，由前述调速器60、61上的可变节流阀64的开度来设定。而后，上述活塞14一接近前进行程端、到达和上述输出轴40的摇动转动区域的交界，由阀环55配入凹部56，从上述杆侧压力室17排出压缩空气的径路，由于从凹部56直接至给排用口22的排出流路被闭锁，即被切换至从可变节流阀69经凹部56到给排用孔22的流路。因此，该压力室17的压力的降低由上述节流阀69所限定，上述活塞14的速度也被减速到相应于上述节流阀69的开度之速度。其结果，上述输出轴40的摇动转动速度也被减速到上述节流阀69的开度所确定的速度。
在活塞14从图1动作位置后退到左方的情况下，从给排用口22送给的压缩空气，从凹部56经有方向性的密封件57流入杆侧压力室17，驱动活塞14。这时，活塞密封15至跨越分支路66的开口66a，由于通过该分支路66，从给排用口22来的压缩空气一边由可变节流阀67所限制、一边流入相反一侧的压力室16，它变成背压而限制了活塞14的驱动速度。活塞密封15一跨越上述开口66a，活塞14即以调速器60、61设定的速度移动。
在上述复合作动器中，由于这样可在直进运动与摇动转动各区域改变活塞14的驱动速度，由各可变节流阀的调整来分别调节自动与摇动的驱动速度。而且，由于这种活塞14驱动速度的变更是快速而连续地进行，故可以较小地冲击在直动运动与摇动运动间衔接起来。
图5所示的实施例，取代图4中具有方向性的密封件57，而使用了无方向性的密封件57A，通过只允许空气从分支路66流向压力室17的单向阀70，将压缩空气供给杆侧压力室17。即，在液压缸孔11a的孔面上，设置着平时连通杆侧压力室17的第一开口70a、和处在对应于上述摇动区域与直进区域交界位置的第二开口68a，上述第一开口70a通过上述单向阀70连接到口22；上述第二开口68a通过单向阀68与可变节流阀67连接到口22，其中单向阀68阻止流体从上述液压缸孔11a向口22的逆流；可变节流阀67用来限制流体从口22流向上述液压缸孔11a的流量。
尚且，由于本实施例其他构成与作用和图4的情况没有什么特别的不同，故图中给予与图4相同的符号，而省略其说明。
根据上述的本发明，可由1个流体压力驱动系统在输出轴上执行直动与摇动的复合动作，同时，可分别调节其直动与摇动速度，而且以较小冲击实现直动运动与摇动运动间的衔接，即可提供带有上述变速机构的复合作动器。
权利要求
1．一种带变速机构的复合作动器，它是具有作直线往复运动与转动摇动运动的复合动作的输出轴的流体压力驱动复合作动器，其特征在于，它包括具有靠流体压力作用在液压缸孔内做直线往复运动的活塞、和连结于该活塞的活塞杆的直动液压缸，用于限制上述活塞杆转动的装置，与上述活塞杆同轴配置并可自由进退与转动的上述输出轴，变换机构，它夹设于上述活塞杆与上述输出轴间，具有连结这些活塞杆与输出轴的功能，以及将活塞杆直动推进力变换为转动力矩传给输出轴的功能，动作设定机构，它具有在上述输出轴和围着该输出轴的固定侧构件中任何一方上形成的凸轮沟、以及形成于另一方上且与该凸轮沟相配合的凸轮随动件，通过控制上述变换机构的变换动作而向上述输出轴赋予直进运动与摇动运动，变速机构，它具有流量不同的多个流体流路，通过伴随上述活塞动作的这些流路的切换，作用于该活塞的流体压力相应于活塞动作位置而被调整，由此可分别在上述输出轴直进区域与摇动区域变更上述活塞的驱动速度。
2．按权利要求1所述的复合作动器，其特征在于，上述变换机构包含设于活塞杆与输出轴的任何一方上的螺旋沟、和设在另一方上并沿前述螺旋沟自由转动的结合构件。
3．按权利要求1所述的复合作动器，其特征在于，上述变速机构具有实际上并列连结上述活塞的杆侧压力室和口的凹部和节流嘴、以及上述活塞从上述直进区域到达摇动区域之前用于遮断上述凹部与杆侧压力室的装置。
4．按权利要求3所述的复合作动器，其特征在于，用于遮断上述凹部与杆侧压力室的装置，由安装于上述凹部内周面的密封件、和配装于上述杆外周并气密性地配入上述密封件内的阀环构成。
5．按权利要求4所述的复合作动器，其特征在于，在上述液压缸孔的孔面设有平时连通杆侧压力室的第一开口、和处在对应于上述摇动区域与直进区域交界位置的第二开口；上述第一开口通过阻止流体从上述杆侧压力室流向口的逆流的单向阀连接于该口；上述第二开口通过阻止流体从上述液压缸孔流向口的逆流的单向阀、和限制流体从该口流向上述液压缸孔的流量的节流阀连接到该口上。
6．按权利要求4所述的复合作动器，其特征在于，上述密封件具有阻止流体从上述杆侧压力室流向口而允许流体从口流向杆侧压力室的功能；另外，在上述液压缸孔的孔面，于对应于上述摇动区域与直进区域的交界部分的位置设有开口，该开口与上述的口，通过阻止流体从上述液压缸孔流向该口的单向阀和限制从上述口流入液压缸孔的流体流量的节流阀而相互连接起来。
7．按权利要求3所述的复合作动器，其特征在于，上述节流阀是可调开度的可变节流阀，依其开度调节来调节上述活塞驱动速度。
8．一种带变速机构的复合作动器，其特征在于，它包括直动液压缸，它具有靠液体压力作用在液压缸孔内做直线往复运动的活塞、在转动被限制状态下与该活塞一起移动的活塞杆、在上述活塞两侧被分隔成的头侧压力室与杆侧压力室、以及连通这些压力室的口，连结于上述直动液压缸杆侧的直进-摇动变换部，在上述变换部内与上述活塞杆保持同轴并可自由进退与自由转动地设置、其前端从上述变换部伸到外部的输出轴，变换机构，它在上述变换部内夹设于上述活塞杆与上述输出轴间，并具有连结这些活塞杆与输出轴的功能、和将活塞杆直动推进力变换为回转力矩传至转动轴的功能，动作设定装置，它由配合于上述变换部内的凸轮套筒上形成的凸轮沟和设于上述输出轴并配合于该凸轮沟的凸轮随动件构成，控制上述变换机构的变换动作并将直进运动与摇动运动赋予上述输出轴，变速装置，它具有凹部和节流嘴、密封件、和阀环，上述凹部与节流嘴实际上并列连接于上述杆侧压力室与口间，上述密封件安装于上述凹部内周面，上述阀环则配装于上述杆的外周、在上述活塞从上述直进区域到达摇动区域之前由气密性配入上述密封件内从杆侧压力室遮断上述凹部。
9．按权利要求8所述的复合作动器，其特征在于，上述变换机构包含设在活塞杆与输出轴的任一方上的螺旋沟、和设在另一方上并可沿该螺旋沟自由转动的结合构件。
全文摘要
在流体压力驱动的直动液压缸的活塞杆上,通过将该活塞杆的直动推进力变换为回转力矩的变换机构连结着输出轴,借具有凸轮沟与凸轮随动件的动作设定装置控制上述变换机构的变换动作,在上述输出轴上进行直进运动与摇动转动;同时借分别在上述输出轴的直进区域与摇动区域调整作用在活塞上的流体压力可改变上述活塞驱动速度。
文档编号F15B15/14GK1312441SQ0111094
公开日2001年9月12日 申请日期2001年3月6日 优先权日2000年3月6日
发明者小岩贤治, 三井嘉一郎 申请人:速睦喜股份有限公司