JP4611525B2 - 接近予備ストロークと工具を作動させるための作業用ストロークとを実現するアクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具を作動させるために、接近予備ストロークと作業用ストロークとを実現するアクチュエータに関するものである。このアクチュエータは、内部にスライド可能に収容された少なくとも２つのピストン、すなわち、予備経路ピストンと、工具を作動させるための作業用ロッドに接続された少なくとも１つの作業用ピストンと、を有するアクチュエータ本体を備えている。これらピストンは、アクチュエータ本体から引き出される際に、同一方向、または反対方向に移動する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接、打抜き、ステープリング、その他の組立て作業を実施するために構成された工具を使用する場合、工具、あるいは逆に被加工物をロボットまたはマニピュレータによって移動し、例えば溶接領域内に組立て部分を配置する。ロボットまたはマニピュレータが組立てられる被加工物を搬送する場合、工具は地面に固定される。ロボットまたはマニピュレータが組立工具を搬送する場合、１または複数の被加工物は地面に対して固定される。本発明は、組立てられる被加工物が２つのアームまたは２つの関節式あご部によってクランプ可能な閉鎖システムを工具が備え、このクランプ作用（作業用ストロークによる）が、工具の接近予備ストロークに続いて行われるタイプの工程に適用される。
【０００３】
上記に述べた公知の空気圧式（または油圧式）アクチュエータは、例えば上記用途に適合するように構成され、添付図面の図１に参考として示す手法に用いられる。
【０００４】
図面は、溶接ステーションの正面図であり、ここでは作業者がＸ形溶接クランプを用いてスポット溶接を行っている様子を示している。
【０００５】
図１に示すクランプは、上部電極保持アーム３と下部電極保持アーム２とを備えている。２つのアームは、回動軸４により関節結合されている。例えば空気圧式アクチュエータ１として構成することのできるアクチュエータは、第１にロッド６によってアーム２に取付けられ、第２にクランプの本体５によってアーム３に取付けられる。溶接クランプには溶接用変圧器７を設けてもよい。
【０００６】
ここに示す手動式溶接ステーションでは、クランプは、ジャイロサークル９とシャフト１０とを介して釣合いバランサ１１に吊下げられ、こうして作業者は重量から解放され、工具の操作が容易になっている。スポット溶接を行う部材Ｐは、地面に対して固定されている。
【０００７】
アクチュエータ及び関節結合されたリンクユニットの作用によってクランプの閉鎖が可能である。すなわち、シート１２及び１３を電極２′，３′の間にクランプし、互いに他方に向けて移動させることができる。十分な荷重が付与された後、被加工物に電流を流し、被加工物１２と１３との間に溶融コアを形成する。このコアが冷却されると溶接点Ｎとなる。
【０００８】
溶接サイクルが終了すると、アクチュエータ１にはアーム２，３を開くようにとのコマンドが送られ、こうして、工具を溶接領域における次の点Ｎ＋１に移動させることができる。
【０００９】
鋏型のクランプに代えてＣ型クランプを用いる場合でも、作業は総じて同じであり、アクチュエータ１の推進力は電極２′，３′に直接伝達される。
【００１０】
このような手法における実際上の制約を以下に述べる。作業者が電極２′，３′を溶接領域における次の溶接点に移動すると次の溶接サイクルが開始される。アクチュエータ１の推進力は、圧力が付与される面積と溶接アクチュエータの異なるチャンバにおける空気圧とに直接的に比例する。例えば、所定長さＤ２のアーム２，３を用いてシート上に十分な加圧力を発生させるためには次のような方法がある。
・溶接アクチュエータ１内の圧力を高くする。
・空気式溶接圧力が付与されるピストンの直径を大きくする。
・力を伝達するピストンの数を増加させる。この場合、これらのアクチュエータは“多ステージアクチュエータ”として構成される。
・“鋏型”クランプの場合に、てこアーム長Ｄ１を増大させる。
【００１１】
実際には、手動式溶接ステーションの場合、使用可能な最大圧は、通常、５〜１０バールに制限される。さらに、溶接クランプがロボット式であっても手動式であっても、重量、慣性、及び全体的大きさに関する要求、人間工学的要求、溶接点の視認性に関する要求により、クランプの各構成部材の寸法諸元はできる限り小さくする必要がある。特に、溶接アクチュエータの直径を際立って大きくすること、倍力ステージを重ねることによってアクチュエータの長さを際立って長くすること、あるいは、“鋏型”クランプの場合に、てこアーム長を際立って長くすることは不可能である。
【００１２】
このように、溶接アクチュエータにおいて、二重機能を維持しながら、アクチュエータの長さを際立って長くすることなく、多ステージ方式とすることは技術的に難しい。
【００１３】
また、溶接領域が本来的に有する特性として、“二重ストローク式”アクチュエータを用いることが必須である。すなわち、アーム２，３を被加工物に接触させ、被加工物から引戻すための長いストローク（接近予備ストローク）と、溶接サイクルにおいて用いられ“作業用ストローク”と称される短いストロークとを実現できるアクチュエータが必要である。短いストロークは、時間節減、またはクランプの完全開口を阻害する“上方”障害物を回避する目的がある。
【００１４】
実際には、短いストロークと長いストロークの比率は、通常、２〜５である。
【００１５】
接近予備ストロークと作業用ストロークとが同一のアクチュエータに要求されることによる問題を、２つのピストン（接近予備ストローク用と作業用ストローク用）が反対方向に移動する形態を示す図１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、及び、２つのピストン（接近予備ストローク用と作業用ストローク用）が同一方向に移動する形態を示す図２Ａ，２Ｂ，２Ｃを参照して説明する。
【００１６】
図１Ａ〜１Ｃでは、アクチュエータ（例えば空気圧式）の本体を符号２１で、予備ストローク用ピストンを符号２６で、予備ストローク用ロッドを符号２９で、予備ストローク用圧力チャンバを符号２７で、予備ストローク用排出チャンバを符号２７′で、作業用ピストンを符号３１で、作業用ロッドを符号３４で、作業用圧力チャンバを符号３２で、作業用排出チャンバを符号３２′でそれぞれ示している。また、符号２８は中間シリンダヘッドを、符号２２，２３はそれぞれアクチュエータ２１の本体を封止する前部シリンダヘッド、後部シリンダヘッドを示している。工具は、２つのアームが関節結合されて鋏型配置されたクランプ式であると仮定する。一方のアームは、図１Ａに示す完全開放位置と図１Ｂに示す狭開口位置との間で移動して被加工物への全接近予備ストロークを実現する予備ストローク用ロッド２９によってコントロールされる。他方のアームは、図１Ｂに示す狭開口位置と図１Ｃに示す閉鎖位置との間で移動して作業用ストローク（被加工物のクランプ用）を実現する作業用ロッド３４によってコントロールされる（支持体Ａ，Ｂは、２つのピストンロッドがそれぞれの停止位置に到達するところを模式的に示し、また、両チャンバにおける流体流入部、流体流出部、及びオリフィスは図示していない）。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
この構成による二重ストロークアクチュエータは、溶接加圧力が、予備ストローク用ロッド及び作業用ロッドに付与される推進力の小さい方に制約されるという欠点を有している。これら２つの力の間の不均衡によって、ピストン２６及び３１は、アクチュエータのシリンダヘッドの一方に接触するまで移動する。
【００１８】
特に、このような構成では、予備ストローク力を増大させずに溶接加圧力を増大させることはできない。
【００１９】
従来技術を示す図２Ａ〜２Ｃにおいては、図１Ａ〜１Ｃにおける部材と同一の部材、または同一の機能を有する部材には、図１Ａ〜１Ｃと同一の符号を付している。但し、接近予備ストローク用ピストンはロッドを有しておらず、アクチュエータ本体内にスライド可能状態で設けられたシリンダ２６の形態で構成されている。シリンダ２６内では作業用ピストン３１がスライドし、その作業用ロッド３４は、シリンダヘッド２８及び本体２１のシリンダヘッド２２を貫通している。この形態では、作業用ピストンのロッド３４はまた軸方向凹部Ｅを備えている。軸方向凹部Ｅは、作業用圧力チャンバ３２内に開口し、アクチュエータ本体２１の後部シリンダヘッド２３及び予備ストローク用ピストン２６の他のシリンダヘッド３３を通じて加圧流体を供給するパイプＴを受容するように形成されている。
【００２０】
以下、この装置の動作を概略的に説明する。この装置は、ここでも、例えば溶接クランプであるクランプの閉鎖をコントロールするものと仮定する。図２Ａに示す大きく開口された位置から加圧流体が予備ストローク用圧力チャンバ２７内に入ると、予備ストローク用ピストン２６が押され、予備ストローク用ピストン２６内に収容された作業用ピストン３１と共に右方向へ移動して、図２Ｂに示す狭開口位置に配置される。この段階で、作業用ロッド３４（これは同時に予備ストローク用ロッド２９として機能する）は、部分的にのみ突出している。この位置で、チューブＴ内に加圧流体が供給されると、作業用ピストン３１が、予備ストローク用ピストン２６のチャンバ３２−３２′内で右方向へ移動し、工具を、クランプが完全に閉じた状態に、すなわち、被加工物をクランプした状態にする（図２Ｃ）。
【００２１】
このような構成の二重ストロークアクチュエータでも、作業力を増大させる手段としてアクチュエータを多ステージ構造とすることはできない。さらに、前記の例と同様にして、ワークモジュールを保持する力が、溶接加圧力を生じさせるために作業用ロッドに発生している力より大きいか、それに等しいことが重要である。実際、これらの力の間に不均衡が生じると、シリンダヘッド２８に接触状態にある作業用ピストン３１と共に、ワークモジュールが入口に向けて戻されることになる。従って、このような構成では、予備ストローク力を増大させずに溶接加圧力を増大させることは不可能である。
【００２２】
上記種類の二重ストロークアクチュエータ（接近予備ストロークと作業用ストロークとを有する）は、多ステージ式アクチュエータとして、すなわち、作業用ピストンに１または複数の倍力ステージが連結されているアクチュエータとして構成された場合（特に空気圧式アクチュエータの場合）に他の欠点を有する。
【００２３】
このような多ステージ式アクチュエータ手法を用いた場合の欠点は、直径と圧力とを所定値に保った場合、アクチュエータの長さが、最低でも、各付加倍力ステージにおけるトータルストローク（作業用ストローク及び予備ストローク）だけ増大することである。チャンバの容積が増大するので、それにつれて、変位に要する時間及びアクチェータに作用する力が増大する。全体的大きさ、バランス、重量、慣性、人間工学、溶接点の視認性、及びアクチュエータ動作の迅速性の観点から、この種のアクチュエータの用途は、単一ステージ方式に限定される。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、従来技術が本質的に有する上記の欠点全てを解消することである。そのために本発明が提供するアクチュエータは、アクチュエータ本体を備え、接近予備ストロークと工具を作動させるための作業用ストロークとを実現するアクチュエータであり、前記アクチュエータ本体の内部に、該アクチュエータ本体に対して移動する際には互いに同方向または反対方向にスライド可能とされた少なくとも２つのピストン、すなわち予備ストローク用ピストンと前記工具を作動させる少なくとも１つの作業用ピストンとを備えたアクチュエータであって、前記予備ストローク用ピストンと前記アクチュエータ本体との間に、少なくとも前記アクチュエータ本体の引き込み方向の移動をロックするロック手段を備えていることを特徴とする。ロック手段の作動は、予備ストロークの終端で、または作業動作の開始点で、外的、あるいは自動的にコントロールされる。
【００２５】
このようにして、予備ストローク用ピストンが、アクチュエータ本体に対してロック可能とされているので、不均衡の危険性なく、かつ予備圧力を比較的低く保持した状態で、作業用ピストンに与える圧力を増大させることができる。例えば、倍力ステージの数を、アクチュエータの長さを長くすることなく、接近ストロークの分だけ、増加させることができる。
【００２６】
追ってさらに明瞭になるが、単一ストローク多ステージアクチュエータに、ロック手段によって構成される自動掛止めシステムを設けることによって、“二重ストローク”機能を付加することもできる。こうして、クランプ段階での力を減少させ、アクチュエータの長さと直径とを最小限に維持した状態で、溶接工程において二段開放段階を実現することができる。
【００２７】
一実施形態では、前記ロック手段は、前記アクチュエータ本体と、前記予備ストローク用ピストンに接続された予備ストローク用ロッドと、の間で作用する。
【００２８】
この場合、作業用ロッド及び予備ストローク用ロッドが、前記アクチュエータ本体内の引き込み位置から引き出し位置へと同一方向に変位するならば、前記作業用ロッドは、前記予備ストローク用ロッドの軸方向区画内にスライド可能状態で収容された構成とされる。
【００２９】
ロック手段は種々の形態で構成することができる。一実施形態では、前記ロック手段は、前記アクチュエータ本体の前部シリンダヘッド内で左右方向にスライドするように構成された少なくとも１つのロック部材を備え、該ロック部材は小ピストンの形態で構成され、かつ外部圧力により付勢されて非ロック位置への復帰用スプリングを圧縮しながら前記予備ストローク用ロッドに設けられたポケット内に侵入してロック作用を行うように構成される。
【００３０】
他の実施形態、特に（但し限定はしない）予備ストローク用ロッド及び作業用ロッドがアクチュエータ本体から反対方向に引き出される場合、該アクチュエータにおいて、前記ロック手段は、該アクチュエータの本体の後部シリンダヘッド内に、前記予備ストローク用ロッドと同軸配置されかつ外周部に作用するスプリングによって非ロック位置へと復帰するように構成されたクラウンを備え、復元力に抗した前記クラウンの回転動作は、前記予備ストローク用ピストンが自身の接近予備ストローク終端に到達した際に外的エネルギを付加することによって、あるいは自動的に実現され、このとき、この回転動作によって、１つまたは複数のロック部材が前記予備ストローク用ロッドに形成されたポケットに係合することを特徴とする。ロック手段は、概して自動的にコントロールされるが、クラウンを外的エネルギによって回転させてもよい。
【００３１】
ロック手段を自動的にコントロールする場合には、前記予備ストローク用ピストンの後部シリンダヘッド側の面上に、前記クラウンに設けられた穴部に対応して配置されかつ前記クラウンをロック位置へと回動させるように構成された円錐突起を設けてもよい。円錐突起は、前記クラウンが非ロック位置にある際には前記穴部からわずかにオフセットして配置される。
【００３２】
また別の実施形態では、ロック手段は自動的に作動するが、外部のエネルギ源によってコントロールしてもよい。このアクチュエータは、前記予備ストローク用ピストンの外周面から突出して前記アクチュエータ本体に形成されたノッチ部に係合し前記予備ストローク用ピストンを前記アクチュエータ本体に対し少なくとも前記ピストンの引き込み方向においてロックするようにスプリング付勢された１つまたは複数の捕捉部材を備え、前記作業用ピストンは、該作業用ピストンを完全引き込み位置に戻した際に前記補足部材の尾部に作用して該捕捉部材を非ロック位置へと復帰させるランプ部を備えていることを特徴とする。
【００３３】
本発明が提供するアクチュエータのさらに別の実施形態は、前記ロック手段は、前記予備ストローク用ロッドに形成された凹所内で半径方向に変位可能とされた１つまたは複数のロック部材を備え、該ロック部材は、該アクチュエータの本体の前部シリンダヘッドに形成されたポケット内に配置されるように構成されていることを特徴とする。
【００３４】
これらロック部材は、前記作業用ロッドに形成された位置決めランプ部の作用によって前記凹所内に配置されるように構成できる。
【００３５】
他の実施形態では、前記１つまたは複数のロック部材は、前記予備ストローク用ロッド内で前記作業用ロッド上にスライド可能状態で取付けられかつランプ部を有する位置決めロッドの作用によって前記凹所内に配置されるように構成できる。
【００３６】
さらなる別の実施形態は、前記位置決めロッドは、前記ロック部材が解放される位置と前記ロック部材が前記ポケットに係合する位置との間で前記作業用ロッドによって操作され、該作業用ロッドはそのために、第１に、弾性部材を介して前記位置決めロッドを軸線方向に、前記位置決めロッドが前記１つまたは複数のロック部材を係合させる位置にまで押すように構成されたショルダー部を、第２に、該作業用ロッドを引き込んだ際に前記位置決めロッドを前記１つまたは複数のロック部材が解放される位置にまで戻すように構成された外側ストッパを備えていることを特徴とする。
【００３７】
前記実施形態とかかわりなく、前記作業用ピストンには、１つまたは複数の倍力ピストンを接続してもよい。倍力ピストンはそれぞれ、加圧流体が供給される倍力チャンバ内で変位可能とされる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る作用を、非限定的な実施形態に関する図３Ａ〜３Ｃ、図４Ａ〜４Ｃ、図５Ａ〜５Ｃ、図６Ａ〜６Ｃ、及び図７Ａ〜７Ｃを参照しながら説明する。これらの図は、本発明が提供する種々のアクチュエータを、軸線方向断面で示す概略図である。これらの図においては、図１Ａ〜１Ｃ、図２Ａ〜２Ｃと同様に、Ａは完全に引き込まれた状態のアクチュエータを、すなわち、アクチュエータがクランプタイプまたはその類いの工具を完全開放位置にコントロールしている状態を示し、Ｂは予備ストローク用ピストンがその接近終端位置にまで変位した状態のアクチュエータを、すなわち、アクチュエータがクランプタイプまたはその類いの工具を狭開口位置にコントロールしている状態を示し、Ｃは作業用ピストンがその作業位置に変位した状態のアクチュエータを、すなわち、アクチュエータがクランプタイプまたはその類いの工具を被加工物クランプ位置にコントロールしている状態を示している。図４は、図４Ａ〜４Ｃに示す実施形態に用いられているロック手段の正面図である。
【００３９】
可能な限りにおいて、同一部材または同一機能を有する部材には同一の符号を付している。
【００４０】
図３Ａ〜３Ｃに示す実施形態において、符号３０は、中空予備ストローク用ロッド２９の外側端部の拡大領域を示しており、この部分を用いてロッドを工具（溶接クランプ）の本体５に、または溶接装置のフレームに固定することができる（図１参照）。従って、この拡大領域は、接近予備ストローク用ピストン２６と共に、支持体Ｂに対して固定された部分とみなすべきである。図示のように、前部シリンダヘッド２２内には、２つのロック部材４３′のための半径方向凹部が設けられている。これらロック部材は、外部に向けてスプリング付勢された小さいピストンの形態で構成されている。
【００４１】
図３Ａに示す完全開放位置から開始すると（アクチュエータがクランプまたはそれに類するものの閉鎖をコントロールすると仮定する）、作業用ロッド３４の接近は、加圧流体を予備ストローク用圧力チャンバ２７内へ供給し、こうしてアクチュエータ本体２１を（同時に作業用ピストン３１も）図３Ｂに示す位置（予備ストロークの終了時に到達される狭開口位置）にまで変位させることにより実現される。このとき、前記ロック部材４３′は、予備ストローク用ピストン２９に設けられたポケット４５′に対面する。加圧流体が、ロック部材のヘッド部に供給されると、ロック部材４３′は、ポケット４５′の底部に接するロック位置へと変位する。アクチュエータ本体２１は、こうして予備ストローク用ピストン２６に対してロックされる。加圧流体が作業用圧力チャンバ３２に供給されると、作業用ロッド３４は、たとえチャンバ内の圧力が高圧であってもアクチュエータ本体２１に戻り移動を生じさせることなく、支持体Ｂに当接するクランプ位置（図３Ｃに示す閉鎖位置）へと押し出される。
【００４２】
図３Ａ〜３Ｃに示すアクチュエータの作動モードでは、作業用ロッド３４は、予備ストローク変位、及びそれに続く作業用変位の両方を実現し、工具は、関節結合された２つのアームを備え、例えば、その一方が固定され、他方が作業用ロッド３４に連結されていると仮定している。
【００４３】
一方、図４Ａ〜４Ｃに示すアクチュエータの場合には、クランプは２つの可動アームを備え、一方が、接近変位（支持体Ａに当接するまで）を実現する予備ストローク用ロッド２９に、他方が、補完クランプストロークを実現する作業用ロッド３４に連結されている。クランプ作用は、ロッドが支持体Ｂに当接することで模式的に示している。この場合、アクチュエータ本体２１は、予備ストローク用ロッド２９をロックするための付加的手段を備えている。ロック作用のために、アクチュエータ本体の後部シリンダヘッド２３内に回転クラウン５１が設けられている。回転クラウン５１は、予備ストローク用ロッド２９と同軸配置され、輪郭部で作用しクラウンとシリンダヘッドとの間に接続されたスプリング５２（図４）によって解放位置へ戻されるように構成されている。このクラウンは、軸線方向に形成された４つの穴部５３を備え、中央部には、ロック用ベアリング５５を備えたカム５４を有している。このカムは４つのポケットを有しており、非ロック状態では、ベアリング５５は、予備ストローク用ロッド２９の滑らかな表面に当接すると共にこれらポケット内に配置される。
【００４４】
予備ストローク用ピストン２６は、シリンダヘッド２３に面して４つの円錐突起５６を有しており、これらの突起は、非作動状態では、穴部５３の軸線からわずかにオフセットしている。
【００４５】
図４Ａに示すクランプの完全開放位置から、チャンバ２７へ加圧流体を供給する（チャンバ２７′を排出状態とする）と、予備ストローク用ピストン２６は左方向へ、支持体Ａに当接するまで変位する。これによって、クランプまたはその類いは、狭開口位置に移行する（この場合、アクチュエータの本体２１は固定されている）。円錐突起５６がクラウン５１の穴部５３に侵入することにより回転が生じる（ピストン２６の傾動は抑制されている）。この回転によってカム５４が回転し、ベアリング５５が予備ストローク用ロッド２９の対応するポケット内で係合する。従って、アクチュエータ本体２１は、このロッド及び支持体Ａに対してロックされる。流体が作業用圧力チャンバ３２内に供給されると、流体は、たとえそれが高圧であっても（チャンバ３２′を排出状態とする）戻り移動の危険性なく、作業用ロッドを右方向へ、クランプの閉鎖位置にまで押し出すことができる。クランプの閉鎖作用は、ロッドが支持体Ｂに当接することで模式的に示している（図４Ｃ）。
【００４６】
言うまでもなく、またこれは全ての実施形態にあてはまることであるが、位置Ｃから位置Ｂへの復帰、あるいは位置Ｂから位置Ａへの復帰は、チャンバ２７′及びチャンバ３２′を加圧し、チャンバ２７及びチャンバ３２を排出状態とすることにより行われる。
【００４７】
図５Ａ〜５Ｃに示す実施形態では、図２Ａ〜２Ｃに示す従来例と同様に、アクチュエータの本体２１内にスライド可能状態で配置された予備ストローク用ピストン２６は、作業用ピストン３１及び作業用ロッド３４を収容するシリンダの形態で構成されている。ピストン２６内には、倍力ピストン３１ａ及び倍力ロッド３４ａも収容されている。この予備ストローク用ピストン２６は、アクチュエータ本体２１の延長部分を構成するシリンダ２１ａ内に配置された補助的予備ストローク用ピストン２６ａによって作動する。補助的予備ストローク用ロッド２９ａは、予備ストローク用ピストン２６のシリンダヘッド２８に接続されている。シリンダヘッド２８内には、２つの捕捉部材５７が回動可能状態で取付けられている。これら捕捉部材は、スプリングの作用で復帰することによって、予備ストローク用ピストン２６の外周面を越えて突出し、端部がアクチュエータ本体２１のノッチ部５８（図５Ａ）に係合しロックされるように構成されている。作業用ピストン３１は、作業用圧力チャンバ３２の側に、ランプ部５９を備えた２つの突起部を有している（図５Ｃ）。これらの突起部は、ピストン３１がシリンダヘッド２８の方向へ移動した際に捕捉部材５７の尾部に作用して、捕捉部材を非ロック位置へと動かす。
【００４８】
以上のように構成されたこの装置は次のように作動する。図５Ａに示す完全開放位置から、補助的予備ストローク用圧力チャンバ２７ａを加圧すると、補助的予備ストローク用ピストン２６ａ及び予備ストローク用ピストン２６が左方向へ変位する。明らかに、この変位によって、作業用ピストン３１及び工具３４ａの作用ロッドが左方向へ同一量だけ変位する。こうしてユニットは、図５Ｂに示す狭開口位置または予備ストローク終了位置をとる。
【００４９】
作業用圧力チャンバ３２が加圧されると、作業用ピストン３１は左方向へ移動し始め、捕捉部材５７を解放する。解放された捕捉部材５７の端部はアクチュエータ本体２１のノッチ部５８に係合し、この時、たとえチャンバ３２内が高圧になっても、予備ストローク用ピストン２６の本体２１に対する右方向移動が阻止される。こうして、倍力ステージによって増幅させることもできるこの圧力によって、ピストン３１ａ及び作用ロッド３４ａは、工具の閉鎖クランプ作用位置へと移動する（図５Ｃ）。
【００５０】
作業用ピストン３１が図５Ｂに示す位置に復帰すると捕捉部材５７は係合から解除され、それによって予備ストローク用ピストン２６はロック状態から解放され、ロッド３４ａと共に、図５Ａに示す完全開放位置へと復帰することができる。
【００５１】
以下、図６Ａ〜６Ｃに示す非限定的な実施形態を参照しながら本発明の作用について説明する。図６Ａ〜６Ｃは、本発明が提供する多ステージ空気圧式二重ストロークアクチュエータを異なる作用段階で示す軸方向断面図である。
【００５２】
空気圧式アクチュエータの円筒状本体２１は、両端部を、前側シリンダヘッド２２及び後部シリンダヘッド２３によって封止されている。本体２１は、左右方向にパイプ２４，２５を備えている。これらのパイプは、バルブと協働して、異なる作用段階に応じて圧縮空気を各チャンバに供給したり、各チャンバから排出したりできるように構成されている。空気の出入りについてはさらなる詳細説明は必要ない。
【００５３】
アクチュエータの本体２１内において変位可能とされているものは、予備ストローク用ピストン２６、作業用ピストン３１、及び２つの倍力ピストン３６，３７である。予備ストローク用ピストン２６は、前側シリンダヘッド２２から中間シリンダヘッド２８へと延在する予備ストローク用圧力チャンバ２７内に収容されている。この予備ストローク用ピストンは、外側端部に拡大領域３０を備えた中空予備ストローク用ロッド２９に接続されており、この拡大領域３０によって、工具（溶接クランプ）の本体５または溶接装置のフレームに固定可能とされている。
【００５４】
作業用ピストン３１は、中間シリンダヘッド２８から別の中間シリンダヘッド３３へと延在する作業用圧力チャンバ３２内に収容されている。この作業用ピストンは、ランプ部を備えた位置決めロッド３５を介して予備ストローク用ロッド２９内にスライド可能に配置された作業用ロッド３４に接続されている。作業用ロッド３４の外側端部は位置決めロッド３５から突出しており、工具の可動部分を動かして、工具が、溶接作業に必要なクランプ力を非溶接シート上に与えるように作用する。
【００５５】
２つの倍力ピストン３６，３７は、それぞれ、中間シリンダヘッド３３から別の中間シリンダヘッド３９へと延在する倍力チャンバ３８内、及び中間シリンダヘッド３９から後部シリンダヘッド２３へと延在する倍力チャンバ４０内に収容されている。これら２つのピストン３６，３７（さらに数を増やしてもよい）はそれぞれロッド４１，４２に接続されている。ロッド４１，４２を介して、ピストン３６，３７は、作業用ロッド３４に補助推進運動を与えることができる。
【００５６】
空気式アクチュエータの本体２１は、固定された予備ストローク用ロッド２９に対して軸線方向に移動可能でり、かつロック可能とされている。そのために、アクチュエータは、１セットのロック用ベアリング４３を備えている。ロック用ベアリング４３は、予備ストローク用ロッド２９に設けられた凹部４４内に収容され、上記ランプ部を備えた位置決めロッド３５に作用によって、シリンダヘッド２２のポケット４５と係合するように構成されている。位置決めロッド３５は、ランプ部の終端に拡径部４６を備え、作業用ロッド３４と予備ストローク用ロッド２９との間で軸線方向にスライド可能であるように取付けられている。
【００５７】
位置決めロッド３５は、軸線に沿って２方向に操作可能とされている。すなわち、一方では、作業用ロッド３４のショルダー部４８とロッド３４，３５間に挿入されたリング４９との間で圧縮されているスプリング４７の作用によって、他方では、作業用ロッド３４の外側端部付近に設けられかつランプ部を備えた位置決めロッド３５の自由端部に当接するように構成されたストッパ５０の作用によって操作される。
【００５８】
以上のような構成の空気式アクチュエータは次のように作動する。図６Ａに示す位置では、チャンバ２７，３２，３８，４０内、すなわち、予備ストローク用ピストン２６の後面、作業用ピストン３１、倍力ピストン３６，３７の前面は加圧されている。チャンバ２７内の圧力は、中間シリンダヘッド２８を（工具及び固定された予備ストローク用ロッド２９に対して）引き戻し、こうして、アクチュエータの本体２１を引き戻し、その一方で、チャンバ３２，３８，４０（またはそのうちのいずれか１つ）内の圧力は、作業用ロッド３４を工具から最も遠い位置に保持する。
【００５９】
この位置から、ピストン３１，３６，３７の前面側の圧力を保持し、予備ストローク用ピストン２６の前面側を加圧し、これまで加圧状態にあったチャンバ２７の他側部分（図６Ｂにおけるピストン２６の右側）を排出状態にすることによって、クランプがわずかに開いた位置へともって行くことが可能である。ピストン２６は予備ストローク用ロッド２９と共に工具に対して固定されているので、前部シリンダヘッド２２に付与された圧力は、アクチュエータ本体２１を、作業用ロッド３４と共に、工具側に移動させる。こうして、アクチュエータは溶接クランプをわずかに開口させる位置をとる。
【００６０】
図６Ｂに示す狭開口位置から、予備ストローク用ピストン２６の後面に圧力を復帰させることによって、広開口位置へと戻すこと、あるいは、シート１２，１３をクランプし溶接作業を行うために閉鎖位置へと移行するようにコマンドを発することもできる。
【００６１】
閉鎖位置に移行させるためには、予備ストローク用ピストン２６の前面側の圧力を維持してアクチュエータ本体２１を図６Ｂ，６Ｃに示す位置に保持し、かつ、チャンバ３２，３８，４０内において作業用ピストン３１及び倍力ピストン３６，３７の後面側を加圧する（もちろん、これらチャンバの反対側の区画部分、すなわち、これらピストンの前面側は排出状態に切換える）。
【００６２】
その結果、作業用ロッド３４は、図６Ｃに示すように、アクチュエータ本体２１に対して相対的に左方向へ変位し、この変位によって予備ストローク用ロッド２９がアクチュエータ本体２１に対してロックされる。このロック作用は、位置決めロッド３５の拡径部４６が、作業用ロッドのショルダー部４８に支持されたスプリング４７に押され、ベアリング４３を外方に向けて付勢し、それらを前部シリンダヘッド２２内に設けられたポケット４５の底部でロックすることによって行われる。このようなロック作用の結果、作業用チャンバ３２及び倍力チャンバ３８，４０内（対応するピストンの後面側）の圧力によってアクチュエータ本体２１が右方向へ戻されることはない。本体は、図６Ｃに示す位置にロックされ、加圧による移動は作業用ロッド３４のみに生じ、こうして作業用ロッド３４は図６Ｃに示す作動位置へ、すなわち、溶接クランプを閉鎖する位置へと移動する。
【００６３】
溶接段階では、ベアリング４３は位置決めロッド３５を強く押圧し、こうしてロック状態を実現する。このロック作用によって作業用ロッドの軸線方向突出側への変位の継続性が妨げられることはない。なぜなら、スプリング４７を圧縮することにより、このロッドはなおも位置決めロッド３５内でスライド可能だからである。従って、電極２′，３′（または他の工具）のクランプ方向への変位は、電極が力を発生させている間、妨げられることはない。
【００６４】
図６Ｃに示す作動位置から、図６Ｂに示す狭開口位置への復帰は、作業用チャンバ３２、及び倍力チャンバ３８，４０内の圧力を反転させて、作業用ロッド３４を本体２１内に引き込むことによって行うことができる。この引き込み工程において、ロッド３４のストッパ５０は位置決めロッド３５の端部に当接し、本体２１を予備ストローク用ロッド２９から解放し、その結果、図６Ａに示す完全開放状態が前述の形態で再び実現される。
【００６５】
図７Ａ〜７Ｃに示す実施形態は、図６Ａ〜６Ｃの実施形態と同タイプであるが、簡略化した形態である。位置決めロッド３５はなく、ロック用ベアリング４３に作用するランプ部６０は、作業用ロッド３４上に直接配置されている。
【００６６】
図７Ａに示す広開口位置から、アクチュエータ本体２１が左方向へ変位すると、前部シリンダヘッド２２のポケット４５が、予備ストローク用ロッド２９に設けられたベアリング４３に対面するように配置される。作業用ロッド３４の同等の変位（作業用ピストン３１がシリンダヘッド３３に突当たっているので）によって、図７Ｂに示す狭開口状態へ移行する。次いで、作業用圧力チャンバ３２を加圧して、作業用ロッド３４を図７Ｃに示す位置にまで左方向に変位させる。この変位の過程で、ロッド３４のランプ部６０（または円錐部）はベアリング４３をシリンダヘッド２２のポケット４５内へと押しやり、従って、予備ストローク用ピストン２６がアクチュエータ本体２１に対してロックされることを指摘しておく。予備ストローク用ピストン２６は固定されているので、クランプ圧が高くても、アクチュエータの本体２１はもはや右方向へ“後退”することはない。
【００６７】
言い換えれば、本発明の結果、高いクランプ力を維持しながら、予備ストローク力を低減することができる。このようにして、加圧流体の節減と応答時間の短縮を図ることができる。第２に、アクチュエータの長さまたは体積を法外に大きくすることなく、倍力ステージの数を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来の溶接ステーションにおいて作業者がＸ形溶接クランプを用いてスポット溶接を行っている様子を示す正面図、図１Ａ〜１Ｃは、従来の二重ストロークアクチュエータの第１例を示す断面図である。
【図２】 図２Ａ〜２Ｃは、従来の二重ストロークアクチュエータの第２例を示す断面図である。
【図３】 図３Ａ〜３Ｃは、本発明による二重ストロークアクチュエータの第１実施形態を示す断面図である。
【図４】 図４Ａ〜４Ｃは、本発明による二重ストロークアクチュエータの第２実施形態を示す断面図であり、図４は、図４Ａ〜４Ｃに示す実施形態に用いられているロック手段の正面図である。
【図５】 図５Ａ〜５Ｃは、本発明による二重ストロークアクチュエータの第３実施形態を示す断面図である。
【図６】 図６Ａ〜６Ｃは、本発明による二重ストロークアクチュエータの第４実施形態を示す断面図である。
【図７】 図７Ａ〜７Ｃは、本発明による二重ストロークアクチュエータの第５実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
２１ アクチュエータ本体
２６ 予備ストローク用ピストン
２９ 予備ストローク用ロッド
３１ 作業用ピストン
３４ 作業用ロッド
３５ 位置決めロッド
３６，３７ 倍力ピストン
３８，４０ 倍力チャンバ
４３，５５ ロック用ベアリング（ロック部材）
４３′ ロック部材
４５，４５′ ポケット
４７ スプリング（弾性部材）
４８ ショルダー部
５０ ストッパ（外側ストッパ）
５１ 回転クラウン（クラウン）
５２ スプリング
５３ 穴部
５６ 円錐突起
５７ 捕捉部材
５９ ランプ部
６０ 位置決めランプ部

Claims (10)

1. アクチュエータ本体を備え、接近予備ストロークと工具を作動させるための作業用ストロークとを実現するためのアクチュエータであって、
   前記アクチュエータ本体の内部に、該アクチュエータ本体に対して移動する際には互いに同方向または反対方向にスライド可能とされた少なくとも２つのピストン、すなわち予備ストローク用ピストン（２６）と前記工具を作動させる少なくとも１つの作業用ピストン（３１）とを備え、前記予備ストローク用ピストン（２６）と前記アクチュエータ本体（２１）との間には、少なくとも前記アクチュエータ本体の引き込み方向の移動をロックするロック手段が設けられ、該ロック手段は、前記アクチュエータ本体（２１）と、前記予備ストローク用ピストン（２６）に接続された予備ストローク用ロッド（２９）との間で作用する、アクチュエータにおいて、
   作業用ロッド（３４）及び前記予備ストローク用ロッド（２９）は、前記アクチュエータ本体の軸線方向端部から同一方向に突出するように配置され、かつ、前記作業用ロッド（３４）は、前記予備ストローク用ロッド（２９）の軸方向に形成された中空区画内にスライド可能状態で収容されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記ロック手段は、前記アクチュエータ本体（２１）の前部シリンダヘッド内で前記予備ストローク用ロッドの軸方向に直交した方向に沿ってスライドするように構成された少なくとも１つのロック部材（４３′）を備え、該ロック部材は小ピストンの形態で構成され、かつ外部圧力により付勢されて非ロック位置への復帰用スプリングを圧縮しながら前記予備ストローク用ロッド（２９）に設けられたポケット（４５′）内に侵入してロック作用を行うことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記ロック手段は、該アクチュエータの本体（２１）の後部シリンダヘッド内に、前記予備ストローク用ロッド（２９）と同軸配置されかつ外周部に作用するスプリング（５２）によって非ロック位置へと復帰するように構成されたクラウン（５１）を備え、復元力に抗した前記クラウン（５１）の回転動作は、前記予備ストローク用ピストン（２６）が自身の接近予備ストローク終端に到達した際に外的エネルギを付加することによって、あるいは自動的に実現され、この回転動作によって、１つまたは複数のロック部材（５５）が前記予備ストローク用ロッド（２９）内の区画室内に係合することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
4. 前記予備ストローク用ピストン（２６）は、前記後部シリンダヘッド側の面上に、前記クラウン（５１）に設けられた穴部（５３）に対応して配置されかつ前記クラウンをロック位置へと回動させるように構成された円錐突起（５６）を備え、該円錐突起（５６）は、前記クラウン（５１）が非ロック位置にある際には前記穴部（５３）からわずかにオフセットして配置されていることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記予備ストローク用ピストン（２６）の外周面から突出して前記アクチュエータ本体に形成されたノッチ部（５８）に係合し前記予備ストローク用ピストン（２６）を前記アクチュエータ本体に対し少なくとも前記ピストンの引き込み方向においてロックするようにスプリング付勢された１つまたは複数の捕捉部材（５７）を備え、前記作業用ピストン（３１）は、該作業用ピストンを完全引き込み位置に戻した際に前記補足部材（５７）の尾部に作用して該捕捉部材を非ロック位置へと復帰させるランプ部（５９）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
6. 前記ロック手段は、前記予備ストローク用ロッド（２９）に形成された凹所内で半径方向に変位可能とされた１つまたは複数のロック部材（４３）を備え、該ロック部材は、該アクチュエータの本体（２１）の前部シリンダヘッド（２２）に形成されたポケット（４５）内に配置されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
7. 前記１つまたは複数のロック部材（４３）は、前記作業用ロッド（３４）に形成された位置決めランプ部（６０）の作用によって前記ポケット（４５）に係合することを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ。
8. 前記１つまたは複数のロック部材（４３）は、前記予備ストローク用ロッド（２９）内で前記作業用ロッド（３４）上にスライド可能状態で取付けられかつランプ部を有する位置決めロッド（３５）の作用によって前記ポケット（４５）に係合することを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ。
9. 前記位置決めロッド（３５）は、前記ロック部材（４３）が解放される位置と前記ロック部材（４３）が前記ポケット（４５）に係合する位置との間で前記作業用ロッド（３４）によって操作され、該作業用ロッド（３４）はそのために、第１に、弾性部材（４７）を介して前記位置決めロッド（３５）を軸線方向に、前記位置決めロッドが前記１つまたは複数のロック部材（４３）を係合させる位置にまで押すように構成されたショルダー部（４８）を、第２に、該作業用ロッド（３４）を引き込んだ際に前記位置決めロッド（３５）を前記１つまたは複数のロック部材（４３）が解放される位置にまで戻すように構成された外側ストッパ（５０）を備えていることを特徴とする請求項８に記載のアクチュエータ。
10. 前記作業用ピストン（３１）には、１つまたは複数の倍力ピストン（３６，３７）が接続され、該倍力ピストンはそれぞれ、前記加圧流体が供給される倍力チャンバ（３８，４０）内で変位可能とされていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。

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