JP2001248606A - クッション機構付空気圧ロータリアクチュエータ - Google Patents

クッション機構付空気圧ロータリアクチュエータ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で、しかも構造が簡単で安価なクッショ
ン機構付空気圧ロータリアクチュエータを提供する。 【解決手段】 シリンダチューブ６０のポート６３，６
４の開口６７，６８よりもストローク端寄りにクッショ
ン用エアを排気する排気口７９，８０を設け、排気口７
９，８０とポート６３，６４との間に逆止弁８１，８５
と速度調整手段６５，６６とを並列設置し、ピストン６
１ａの外周面には、ピストン６１ａがストローク終端に
達したときに、ポート６３，６４の開口６７，６８を越
えない位置と、開口６７，６８を越えるが排気口７９，
８０を越えない位置にピストンパッキン７５，７６を設
けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気圧を加えるこ
とによって回転力を発生するアクチュエータを緩衝的に
停止させるクッション機構付空気圧ロータリアクチュエ
ータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、空気圧によって回転力を発生する
ラックピニオン型空気圧ロータリアクチュエータは、シ
リンダチューブ内のピストンがストローク端で停止する
ときの慣性エネルギーによる衝撃を吸収するために、ダ
ンパー等を備えたクッション機構付空気圧シリンダが用
いられ、シリンダチューブ内にはラックを設けたピスト
ンが摺動自在に挿入され、このラックにピニオンが噛み
合わされ、ピストンによって区画形成される圧力室に選
択的に空気圧を加えることによってラックを往復駆動
し、ピニオンおよびこれに固定された主軸を往復回転さ
せるものである。
【０００３】一方、空気圧シリンダにおけるクッション
機構としては、シリンダチューブ内を摺動するピストン
の動作時に、排気側の圧力室内にクッション用エアーを
一時的に封じ込めて昇圧させ、この排気圧でピストンを
減速させてストローク端に緩衝的に停止させるものが知
られている。その構成は、ピストン側に設けたクッショ
ンリングを、ストローク端の手前でシリンダチューブ内
のクッションパッキンに嵌入させることよってエアの排
出通路を塞ぎ、この封じ込めたエアを絞り弁に導き、そ
の絞り調節量に応じて、ピストン背圧がピストンの持つ
運動エネルギーを空気の圧縮エネルギーに変換して減速
力を発揮するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の如き
ピストン背圧を利用したクッション機構では、その構造
上、ピストンの少なくとも一側に所要の長さのクッショ
ンリングを設けると共に、シリンダチューブにクッショ
ンリングが嵌入する長い空室を設ける必要があるため、
必然的にシリンダの軸線方向の長さが長くなるという問
題点が指摘されている。そのため、このクッション機構
を、ラックピニオン型の空気圧ロータリアクチュエータ
におけるストローク端での緩衝的な停止に用いると、構
造上回転主軸と直交する方向に長くなりがちな空気圧ロ
ータリアクチュエータを、上記ピストンの軸線方向に一
層長くすることになる。また、上記従来のクッション機
構は、その構造上、ベーン型のロータリアクチュエータ
に利用するのは困難である。
【０００５】本発明は、上記のような問題点に鑑みてな
されたものであって、その目的とするところは、ピスト
ンおよびクッション機構の存在により、その構造上回転
主軸と直交する方向に長くなりがちなラックピニオン型
のクッション機構付空気圧ロータリアクチュエータを、
上記ピストンの方向にできるだけ短く形成可能なものと
して提供することにある。本発明の他の目的は、上記ク
ッション機構をベーン型の空気圧ロータリアクチュエー
タに対して適用可能になものとして構成することにあ
る。本発明の他の目的は、長いクッションリング及びそ
れが嵌入する長い空室をなくし、実質的にピストンパッ
キンがクッションパッキンを兼ねる構造とすることによ
り、小型で、しかも構造が簡単で安価なクッション機構
付空気圧ロータリアクチュエータを提供することにあ
る。本発明の他の目的は、シリンダチューブ側に排気流
量を制限するための手段を設けると共に、ピストン側に
ピストンパッキンとクッションパッキンとを兼ねる複数
のパッキンを設けただけの、簡単かつ合理的な設計構造
を備えたクッション機構付空気圧ロータリアクチュエー
タを提供することにある。本発明の上記ならびにその他
の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面
から明らかになるであろう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明のラックピニオン型ロータリアクチュエータは、
シリンダチューブと、シリンダチューブ内を摺動するピ
ストンと、ピストンで隔てられた２つの圧力室に圧縮空
気を給排するための２つのポートと、ピストンに結合さ
れ往復駆動するラックと、ラックに噛合されラックの往
復駆動によって往復回転するピニオンとを具備し、上記
ピニオンの回転出力を主軸を通じて取り出すようにした
クッション機構付空気圧ロータリアクチュエータにおい
て、シリンダチューブにおける少なくとも一方のポート
と対応する位置に、ポートよりもチューブ端寄りに位置
するように排気口を設け、排気口に排気流量を制限する
ことによってピストンを減速的に停止させる速度調整手
段を接続し、これに対してピストンの外周面には、ピス
トンの両側に２つの圧力室を区画する複数のピストンパ
ッキンを設け、少なくとも一部のピストンパッキンに、
ピストンがストローク端に到達する直前に排気側のポー
トを乗り越えて圧力室内の圧縮空気を排気口のみから排
出させるように動作するクッションパッキンとしての機
能を兼備させたことを特徴とするものである。
【０００７】上記構成を有するクッション機構付空気圧
ロータリアクチュエータにおいて、２つのポートを通じ
て圧縮空気を交互に供給及び排出することにより、ピス
トンは正逆に駆動され、ストローク端でのクッション機
構による減速停止は次のようにして行われる。即ち、ピ
ストンの摺動時に、排気側の圧力室内の圧縮空気は初め
はポートを通じて排出されているが、ピストンがストロ
ーク端に近づいて、クッションパッキンを兼ねるピスト
ンパッキンが排気側のポートを乗り越えると、ポートと
圧力室とが遮断され、圧力室内の圧縮空気は排気口のみ
から速度調整手段を通じて制限的に排出されるようにな
る。このため、速度調整手段による流量制御によって圧
力室内の圧力が上昇し、それがピストン背圧となってピ
ストンを減速させながら、ストローク終端に到達させ
る。
【０００８】上記クッション機構付空気圧ロータリアク
チュエータは、長いクッションリング及びそれが嵌入す
る長い空室を設ける必要がないので、シリンダの軸線方
向の長さをそれだけ短くすることができ、延いては空気
圧シリンダを小型化することができるものである。しか
も、シリンダチューブ側に排気流量を制限するための速
度調整手段を設けると共に、ピストン側に実質的にピス
トンパッキンとクッションパッキンとを兼ねる複数のパ
ッキンを設けた構造としたことにより、クッション機構
付空気圧ロータリアクチュエータを部品数が少ない簡単
かつ合理的な設計構造とすることができ、それによりこ
のアクチュエータを安価に製造することができる。
【０００９】また、本発明のベーン型ロータリアクチュ
エータは、内周円筒状のシリンダと、上記シリンダ内に
回転自在に軸支されたローターと、上記ローターの外周
部に突設されたベーンと、上記ベーンによって隔てられ
た２つの圧力室に圧縮空気を給排するための複数のポー
トとを具備し、上記ローターの回転出力を主軸を通じて
取り出すようにしたたクッション機構付空気圧ロータリ
アクチュエータにおいて、上記シリンダにおけるベーン
の少なくとも一方の回転終端寄りに位置させて上記圧力
室に通じる排気口を設け、上記排気口に上記圧力室から
排出される排気の流量を制限することによって上記ロー
ターを緩衝的に停止させる速度調整手段を接続し、上記
ベーンの周辺に設けた上記シリンダの内周面に摺接する
ベーンパッキンに、上記ベーンが回転終端に到達する前
に排気用のポートを乗り越えて上記圧力室内の圧縮空気
を上記排気口のみから排出させるように動作するクッシ
ョンパッキンとしての機能を兼備させたことを特徴とす
るものである。
【００１０】上記本発明の空気圧ロータリアクチュエー
タにおいては、排気口が、対応するポートに速度調整手
段を介して接続することができる。本発明の具体的な実
施形態によれば、速度調整手段が、排気口からポート側
に向かう排気の流量を制限する絞り機構と、排気口から
ポート側に向かう排気の流れは規制して逆向きの圧縮空
気の流れは許容する逆止弁とにより構成されている。
【００１１】本発明の好ましい一つの構成例によれば、
シリンダチューブに排気口とポートとに通じる弁室が形
成され、この弁室内に、絞り機構を有する弁部材を、逆
止弁を形成するリップシールを介在させて収容すること
により、弁室内に速度調整手段が組み込まれる。
【００１２】本発明の他の構成例によれば、速度調整手
段が、排気口側からポート側に向かう排気の流量を制限
する絞り機構により形成され、クッションパッキンとし
ての機能を兼備するピストンパッキンが、ストローク端
においてポートと排気口との間に位置しているときにポ
ートから排気口側に向かう圧縮空気の流れは許容するが
逆向きの流れは規制する逆止弁としての機能をも兼備さ
れる。
【００１３】本発明において好ましくは、ピストンを正
逆両ストローク端で減速的に停止させるために、排気口
と、速度調整手段と、クッションパッキンの機能を兼備
するピストンパッキンとが、２つのポートに対応して２
組設けられる。
【００１４】また、本発明は、内周円筒状のシリンダ
と、シリンダ内に回転自在に軸支されたローターと、ロ
ーターの外周部に突設されたベーンと、ベーンによって
隔てられた２つの圧力室に圧縮空気を給排するための複
数のポートとを備えたクッション機構付空気圧ロータリ
アクチュエータにおいて、シリンダにおける少なくとも
１つのポートと対応する位置に、ポートよりもローター
の回転終端寄りに位置させて圧力室に通じる排気口を設
け、排気口に圧力室から排出される排気の流量を制限す
ることによってローターを緩衝的に停止させる速度調整
手段を接続したことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。実施の形態を説明するに当
たって、同一機能を奏するものは同じ符号を付して説明
する。図１、２は、シングルラックピニオン型クッショ
ン機構付空気圧ロータリアクチュエータの部分横断面図
および縦断面図、図３は、ダブルラックピニオン型クッ
ション機構付空気圧ロータリアクチュエータの部分横断
面図、図４、５は、ベーン型クッション機構付空気圧ロ
ータリアクチュエータの断面図、図６、７は、クッショ
ン機構におけるピストンの駆動開始前およびクッション
行程の詳細を示す半断面図、図８〜１１は、他のクッシ
ョン機構におけるピストンの駆動開始前の状態を示す半
断面図である。
【００１６】図１、２に示すシングルラックピニオン型
クッション機構付空気圧ロータリアクチュエータは、ク
ッション機構付空気圧シリンダを有するものであり、両
端がサイドブロック７１，７２でそれぞれ閉塞されたシ
リンダチューブ６０と、このシリンダチューブ６０内を
往復摺動するピストン６１ａを両側に結合したラック６
１と、ピストン６１ａによって区画形成された２つの圧
力室７３，７４に圧縮空気を給排するための２つのポー
ト６３，６４と、ラック６１に噛合されラック６１の往
復駆動によって往復回転するピニオン８４と、ピニオン
８４に固定され軸受８５によって回転可能に支持された
主軸８３とを備え、圧力室７３，７４に選択的に空気圧
を加えることによってピストン６１ａと共にラック６１
を往復駆動し、ピニオン８４およびこれに固定された主
軸８３を往復回転させるものである。
【００１７】ポート６３（６４）はシリンダチューブ６
０におけるサイドブロック７２（７１）に近い位置に設
けられ、ポート６３（６４）は圧力室７３（７４）に開
口６７（６８）を通じて連通しており、ポート６３（６
４）から開口６７（６８）を通して圧力室７３（７４）
に圧縮空気を給排することにより、シリンダチューブ６
０内においてピストン６１ａおよびラック６１が往復駆
動される。
【００１８】また、上記開口６７（６８）よりもピスト
ン６１ａのストローク終端側に寄った実質的にシリンダ
チューブ６０の両端部の位置には、圧力室７３（７４）
からクッション用エアを排出するための排気口８０（７
９）が開設され、これらの排気口８０（７９）とポート
６３（６４）との間に排気の流量を制限することによっ
てピストン６１ａを減速的に停止させるための速度調整
手段６５（６６）が接続されている。この速度調整手段
は、後述するように、ニードル弁からなる絞り機構によ
って構成されたものである。
【００１９】シリンダチューブ６０における排気口８０
（７９）と対応する位置には、排気口８０（７９）に通
じると共に、ポート６３（６４）に流路６９（７０）を
介して通じる弁室８２が形成され、この弁室８２と排気
口８０（７９）との間にはピストン６１ａのストローク
終端側のクッション行程において圧力室７３（７４）か
らポート６３（６４）側への圧縮空気の流出を抑止し、
ピストン６１ａの駆動開始時においてポート６３（６
４）から圧力室７３（７４）への圧縮空気の流入のみを
許容する逆止弁８１（８５）が介在されている。
【００２０】上記ピストン６１ａの外周面には、シリン
ダチューブ６０の内周面に摺接して圧力室７３（７４）
を区画すると共に、排気流路の切換機能、すなわち、ピ
ストン６１ａがストローク端に到達する直前に排気側の
ポート６３（６４）を乗り越えることによって圧力室７
３（７４）内の圧縮空気を排気口８０（７９）のみから
排出させるように動作するクッションパッキンとしての
機能を有するピストンパッキン７５（７６）が装着され
ている。
【００２１】また、ピストンパッキン７５（７６）は、
ポート６３（６４）及び排気口８０（７９）に対して次
のような位置関係を有している。すなわち、ピストン６
１ａがサイドブロック７２（７１）側に摺動してそれぞ
れのストローク終端に達したとき、移動方向前方側のピ
ストンパッキン７５（７６）が、排気側のポート６３
（６４）の開口６７（６８）は乗り越えるが排気口８０
（７９）は越えない位置に停止し、移動方向後方側のピ
ストンパッキン７６（７５）が、給気側のポート６４
（６３）の開口６８（６７）を越えないでその手前に停
止するような位置関係に設けられている。図中、７７、
７８はピストンパッキン７５，７６が開口６７，６８を
越えた後にシール機能を発揮する第２のピストンパッキ
ンである。
【００２２】上記構成を有するクッション機構付空気圧
ロータリアクチュエータの空気圧シリンダの動作につい
て詳細に説明する。ピストン６１ａが一方のストローク
端にある図示の状態でポート６３に圧縮空気を供給する
と、この圧縮空気が流路６９から弁室８２内に流入し、
逆止弁８１を押し開いて排気口８０から圧力室７３に流
入するため、ピストン６１ａが図１の右側へ向けて移動
を開始する。
【００２３】そして、ピストン６１ａの移動方向後方側
のピストンパッキン７５がポート６３の開口６７を越え
ると、圧縮空気は主として開口６７を通じて圧力室７３
に直接的に供給されるようになり、ピストン６１ａの移
動はそのまま継続される。その移動に伴って、圧力室７
４内の圧縮空気は、主として開口６８からポート６４を
通じて直接的に排出される。
【００２４】そして、ピストン６１ａが他方のストロー
ク端に近づいて、移動方向前方側のピストンパッキン７
６が開口６８（従ってポート６４）を通り越すと、排気
側の圧力室７４とポート６４とが遮断され、圧力室７４
内の圧縮空気は、排気口７９から速度調整手段６６を経
由して排出されることになる。換言すれば、このピスト
ンパッキン７６がクッションパッキンとして機能し、排
気の経路を、開口６８びポート６４を通じて直接排出す
る状態から、排気口７９及び速度調整手段６６を経由し
て制限的に排出する状態に切換える。このため、速度調
整手段６６による流量制御によって圧力室７４内の圧力
が上昇し、それがピストン背圧となってピストン６１ａ
を減速させながらストローク終端に到達させる。このと
き、移動方向前方側のピストンパッキン７６は排気口７
９の手前で停止し、後方側のピストンパッキン７５はポ
ート６３の開口６７の手前で停止する。
【００２５】ピストン６１ａを上記とは逆に、一方のス
トローク端に向けてストロークさせる場合は、ポート６
４に圧縮空気を供給する。そして、この場合は、ピスト
ン６１ａがストローク端に近づいた時、ピストン６１ａ
の移動方向前方側にあるピストンパッキン７５がクッシ
ョンパッキンとして機能し、圧力室７３からの圧縮空気
の排出経路を、ポート６３を通じて直接排出される状態
から、排気口８０及び速度調整手段６５を経由して制限
的に排出される状態に切換えるため、ピストン６１ａは
ストローク端に減速しながら緩衝的に停止することにな
る。
【００２６】上記構成を有する空気圧ロータリアクチュ
エータは、従来品のようにピストンに長いクッションリ
ングを設けたり、シリンダ内にそれが嵌入する長い空室
を設ける必要がないので、シリンダチューブ６１ａの軸
線方向の長さをそれだけ短くすることができ、延いては
空気圧ロータリアクチュエータを小型化することができ
るものである。しかも、実質的にピストンパッキン７
５，７６がクッションパッキンを兼ねる構造としている
ので、部品数を少なくして構造を簡単化することがで
き、それにより安価に製造することができる。
【００２７】図３は、他のクッション機構付空気圧ロー
タリアクチュエータの例を示すもので、両側にピストン
６１ａが結合された１対のラック６１間にピニオン８４
が噛合された、いわゆるダブルラックピニオン型クッシ
ョン機構付空気圧ロータリアクチュエータであり、開口
６７，６８、排気口７９，８０、速度調整手段６５，６
６及びピストンパッキン７５，７６がシリンダチューブ
６０およびピストン６１ａの一端側にそれぞれ設けられ
ている点で図１に示すシングルラックピニオン型クッシ
ョン機構付空気圧ロータリアクチュエータと相違してい
る。上記以外の構成及び作用は実質的に図１に示すもの
と同じであるから、同一または相当部分に同一の符号を
付してその説明を省略する。
【００２８】図４、５は、ベーン型空気圧ロータリアク
チュエータに図１に示すクッション機構を適用したベー
ン型クッション機構付空気圧ロータリアクチュエータの
例を示している。図４に示すベーン型クッション機構付
空気圧ロータリアクチュエータでは、内周円筒状のシリ
ンダ１２０内にローター９０が回転自在に軸支され、こ
のローター９０の外周部のベーン１２１には、その両側
部に先端がシリンダ１２０の内壁側に摺接する１対のベ
ーンパッキン９１が設けられている。シリンダ１２０に
は、ベーンパッキン９１によって区画形成された圧力室
１０５，１０６に圧縮空気を給排するためのポート９
２，９３および開口９６，９８が開設され、圧力室１０
５，１０６に選択的に空気圧を加えることによってロー
ター９０を往復回転させ、ベーン９１がストッパ１０３
に当接する回転終端１０４ａ，１０４ｂで停止するとき
の慣性エネルギーによる衝撃が吸収されるようになって
いる。
【００２９】ポート９２（９３）はシリンダ１２０にお
ける回転終端１０４ａ，１０４ｂに近い位置に設けら
れ、ポート９２（９３）は圧力室１０５（１０６）に開
口９６（９８）を通じて連通しており、ポート９２（９
３）から開口９６（９８）を通して圧力室１０５（１０
６）に圧縮空気を給排することにより、シリンダ１２０
内においてローター９０が往復回転される。
【００３０】シリンダ１２０における開口９６（９８）
よりも回転終端１０４ａ，１０４ｂ側に寄ったストッパ
１０３に近接する位置には、圧力室１０５（１０６）か
らクッション用エアを排出するための排気口９７（９
９）が開設され、これらの排気口９７（９９）とポート
９２（９３）との間に排気の流量を制限することによっ
てローター９０を減速的に停止させるための速度調整手
段９４（９５）が配設されている。
【００３１】シリンダ１２０における排気口９７（９
９）と対応する位置には、排気口９７（９９）に通じる
と共に、ポート９２（９３）に流路１１０を介して通じ
る弁室１０２が形成され、この弁室１０２にはローター
９０の回転終端１０４ａ，１０４ｂ側のクッション行程
において圧力室１０５（１０６）からポート９２（９
３）側への圧縮空気の流出を抑止し、ローター９０の駆
動開始時においてポート９２（９３）から圧力室１０５
（１０６）への圧縮空気の流入のみを許容する逆止弁１
００（１０１）が介在されている。
【００３２】次に、上記構成を有するクッション機構付
空気圧ロータリアクチュエータのクッション機構の動作
について詳細に説明する。ローター９０が回転終端１０
４ａにある図示の状態でポート９２に圧縮空気を供給す
ると、この圧縮空気が流路１１０から弁室１０２内に流
入し、逆止弁１００を押し開いて排気口９７から圧力室
１０５に流入するため、ローター９０が時計回りに移動
を開始する。そして、ローター９０の移動方向後方側の
ベーンパッキン９１がポート９２の開口９６を越える
と、圧縮空気は主として開口９６を通じて圧力室１０５
に直接的に供給されるようになり、ローター９０の移動
はそのまま継続される。その移動に伴って、圧力室１０
６内の圧縮空気は、主として開口９８からポート９３を
通じて直接的に排出される。
【００３３】さらに、ローター９０が回転し、移動方向
前方側のベーンパッキン９１が開口９８を通り越すと、
排気側の圧力室１０６とポート９３とが遮断され、圧力
室１０６内の圧縮空気は、排気口９９から速度調整手段
９５を経由して排出されることになる。つまり、ベーン
パッキン９１は、排気の経路を、開口９８びポート９３
を通じて直接排出する状態から、排気口９９及び速度調
整手段９５を経由して制限的に排出する状態に切換えら
れる。
【００３４】このため、速度調整手段９５による流量制
御によって圧力室１０６内の圧力が上昇し、それがロー
ター背圧となってローター９０を減速させながら回転終
端１０４ｂに到達させる。このとき、移動方向前方側の
ベーンパッキン９１は排気口９９の手前で停止し、後方
側のベーンパッキン９１はポート９３の開口９８の手前
で停止する。
【００３５】ローター９０を上記とは逆に、回転終端１
０４ａに向けて反時計回りに回転させる場合は、ポート
９３に圧縮空気を供給する。そして、この場合は、ロー
ター９０が回転終端１０４ａに近づいた時、ローター９
０の移動方向前方側にあるベーンパッキン９１が圧力室
１０５からの圧縮空気の排出経路を、ポート９２を通じ
て直接排出される状態から、排気口９７及び速度調整手
段９４を経由して制限的に排出される状態に切換えるた
め、ローター９０は回転終端１０４ａに減速しながら緩
衝的に停止することになる。
【００３６】図５に示すベーン型クッション機構付空気
圧ロータリアクチュエータは、内周円筒状のシリンダ１
２０内に回転自在に軸支されたローター９０の外周部の
１８０°対向位置に、先端にシリンダ１２０の内壁側に
摺接するベーンパッキン９１が突設されたベーン１２１
が設けられ、ベーン１２１、ストッパ１０３における回
転終端１０４ａ，１０４ｂによって圧力室１０５ａ，１
０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂが区画されており、ベーン
パッキン９１が回転終端１０４ａ，１０４ｂで停止する
ときの慣性エネルギーによる衝撃が吸収されるものであ
る。
【００３７】シリンダ１２０には、圧力室１０６ｂ（１
０６ａ）に圧縮空気を給排するためのポート９２（９
３）および開口９６（９８）が形成され、ポート９２
（９３）は圧力室１０６ｂ（１０６ａ）に開口９６（９
８）を通じて連通するようにローター９０の回転終端１
０４ｂ，１０４ａに近い位置に設けられ、ポート９２
（９３）から開口９６（９８）を通して圧力室１０６ｂ
（１０６ａ）に圧縮空気を供給することにより、シリン
ダ１２０内においてローター９０が往復回転される。
【００３８】シリンダ１２０の圧力室１０５ａ（１０５
ｂ）における両回転終端に近い位置には、圧力室１０５
ａ（１０５ｂ）からクッション用エアを排出するための
排気口９７（９９）が開設され、排気口９７および９９
の中間にクッション用エアを供排するための呼吸ポート
１０９が開設されている。１０９ａはその呼吸ポートに
設けたフィルターである。また、排気口９７（９９）と
ポート１０９との間には、排気の流量を制限することに
よってローター９０を減速的に停止させるための速度調
整手段９４（９５）が設けられている。
【００３９】シリンダ１２０における排気口９７（９
９）と対応する位置には、排気口９７（９９）に通じる
と共に、ポート１０９に流路１１０を介して通じる弁室
１０２が形成され、この弁室１０２には、ローター９０
の回転終端１０４ａ（１０４ｂ）側のクッション行程に
おいて圧力室１０５ａ（１０５ｂ）からポート１０９側
への圧縮空気の流出を抑止する逆止弁１００（１０１）
が介在されている。
【００４０】次に、上記構成を有するクッション機構付
空気圧ロータリアクチュエータのクッション機構の動作
について詳細に説明する。ローター９０が回転終端１０
４ａにある図示の状態でポート９３に圧縮空気を供給す
ると、この圧縮空気が開口９８から圧力室１０６ａに流
入するため、ローター９０が時計回りに移動を開始し、
圧力室１０６ｂ内のエアがポート９２より排出される。
そして、ベーンパッキン９１がポート１０９を通り越す
と、圧力室１０５ｂとポート１０９との連通が遮断さ
れ、圧力室１０５ｂ内の圧縮空気は、排気口９９から速
度調整手段９５を経由して制限的に排出される。このた
め、速度調整手段９５による流量制御によって圧力室１
０５ｂ内の圧力が上昇し、それがローター背圧となって
ローター９０を減速させながら回転終端１０４ｂに到達
させ、圧力室１０５ａ内にはポート１０９よりクッショ
ン用エアが導入される。
【００４１】ローター９０を上記とは逆に、回転終端１
０４ａに向けて反時計回りに回転させる場合は、ポート
９２に圧縮空気を供給する。そして、この場合は、ロー
ター９０が回転終端１０４ａに近づいた時、ベーンパッ
キン９１が圧力室１０５ａからの圧縮空気の排出経路
を、ポート１０９を通じて直接排出される状態から、排
気口９７及び速度調整手段９４を経由して制限的に排出
される状態に切換えるため、ローター９０は回転終端１
０４ａに減速しながら緩衝的に停止することになる。
【００４２】図６〜１１は、上述した図１〜３のクッシ
ョン機構付空気圧ロータリアクチュエータに適用可能な
クッション機構の例を具体的に示すものであり、これに
ついて以下に説明する。すなわち、図６、７に示す空気
圧シリンダ１Ａは、両端がそれぞれエンドカバー６，８
で閉塞されたシリンダチューブ４と、シリンダチューブ
４内を気密に往復摺動するピストン１０とを有してい
る。このピストン１０には、図示していないが前記ラッ
クが設けられる。
【００４３】シリンダチューブ４における両端側端部に
近い位置には、圧縮空気を給排するための２つのポート
１２，１４が設けられている。これらのポート１２，１
４は、ピストン１０の両側に区画された一対の圧力室２
０，２２にそれぞれ開口１６，１８を通じて連通してお
り、これらのポート１２，１４から開口を通して上記圧
力室２０，２２に圧縮空気を給排することにより、シリ
ンダチューブ４内においてピストン１０が往復駆動され
る。
【００４４】また、開口１６，１８よりもピストン１０
のストローク終端側に寄った実質的にシリンダチューブ
４の両端部の位置には、各圧力室２０，２２からクッシ
ョン用エアを排出するための排気口２４，２６が開設さ
れ、これらの排気口２４，２６とポート１２，１４との
間にそれぞれ、排気の流量を制限することによってピス
トンを減速的に停止させるための速度調整手段２８，３
０が接続されている。
【００４５】この速度調整手段２８（３０）は、逆止弁
３２（３４）と流量制限用の絞り機構３６（３８）とを
並列配置することにより構成したもので、シリンダチュ
ーブ４に形成した弁室３１内に収容されている。すなわ
ち、シリンダチューブ４における排気口２４（２６）と
対応する位置には、排気口２４（２６）とポート１２
（１４）の両方に通じる弁室３１が形成され、弁室３１
内に円柱状の弁部材３３が収容されていて、弁部材３３
に絞り機構３６（３８）が設けられると共に、弁部材３
３の外周面と弁室３１の内周面との間に、逆止弁３２
（３４）を形成するリップシールが介在されている。図
中、３５（３７）は、弁室３１とポート１２（１４）と
を結ぶバイパス流路である。
【００４６】絞り機構３６（３８）は、排気口２４（２
６）とポート１２（１４）とをバイパス流路３５（３
７）を通じて結ぶ通孔４５と、この通孔４５の開口面積
を調整するニードル４７とからなるもので、可変絞り弁
として構成されたものである。一方、逆止弁３２（３
４）は、ピストン１０のストローク終端側のクッション
行程において、圧力室２０（２２）からポート１２（１
４）側への圧縮空気の流出を抑止し、ピストン１０の駆
動開始時にポート１２（１４）から圧力室２０（２２）
への圧縮空気の流入のみを許容するように設けられてい
る。
【００４７】ピストン１０の外周面には、シリンダチュ
ーブ４の内周面に摺接して２つの圧力室２０，２２を区
画する２つのピストンパッキン４０，４２が設けられて
いる。これらのピストンパッキン４０，４２は、圧力室
２０，２２を区画する機能だけでなく、排気流路の切換
機能、すなわち、ピストン１０がストローク端に到達す
る直前に排気側のポートを乗り越えることによって圧力
室２０，２２内の圧縮空気を排気口２４，２６のみから
排出させるように動作するクッションパッキンとしての
機能も兼備するもので、各ポート１２，１４及び排気口
２４，２６に対して次のような位置関係を有している。
【００４８】すなわち、ピストン１０が摺動してストロ
ーク終端に達したとき、移動方向前方側のピストンパッ
キン４０又は４２が、排気側のポート１２又は１４の開
口１６又は１８は乗り越えるが排気口２４又は２６は越
えない位置に停止し、移動方向後方側のピストンパッキ
ン４２又は４０が、排気側のポート１２又は１４の開口
１６又は１８を越えないでその手前に停止するような位
置関係に設けられている。なお、図中、４１はウエアリ
ングを示している。
【００４９】上記構成を有する空気圧シリンダ１Ａの動
作について詳細に説明する。図６において、ピストン１
０がストローク端にある図示の状態で一方のポート１２
に圧縮空気を供給すると、この圧縮空気がバイパス流路
３５から弁室３１内に流入し、逆止弁３２を押し開いて
排気口２４から圧力室２０に流入するため、ピストン１
０が移動を開始する。そして、ピストン１０の移動方向
後方側のピストンパッキン４０がポート１２の開口１６
を越えると、圧縮空気は主として開口１６を通じて圧力
室２０に直接的に供給されるようになり、ピストン１０
の移動はそのまま継続される。その移動に伴って、圧力
室２２内の圧縮空気は、主として開口１８からポート１
４を通じて直接的に排出される。
【００５０】そして、図７に示すように、ピストン１０
がストローク端に近づいて、移動方向前方側のピストン
パッキン４２が開口１８を通り越すと、排気側の圧力室
２２とポート１４とが遮断され、圧力室２２内の圧縮空
気は、排気口２６から速度調整手段３０における絞り機
構３８を経由して排出されることになる。換言すれば、
このピストンパッキン４２がクッションパッキンとして
機能し、排気の経路を、開口１８及びポート１４を通じ
て直接排出する状態から、排気口２６及び絞り機構３８
を経由して制限的に排出する状態に切換える。このた
め、絞り機構３８による流量制御によって圧力室２２内
の圧力が上昇し、それがピストン背圧となってピストン
１０を減速させながらストローク終端に到達させる。こ
のとき、移動方向前方側のピストンパッキン４２は排気
口２６の手前で停止し、後方側のピストンパッキン４０
はポート１４の開口１８の手前で停止する。
【００５１】ピストン１０を上記とは逆にストロークさ
せる場合は、ポート１４に圧縮空気を供給する。この場
合は、ピストン１０がストローク端に近づいた時、ピス
トン１０の移動方向前方側にあるピストンパッキン４０
がクッションパッキンとして機能し、圧力室２０からの
圧縮空気の排出経路を、ポート１２を通じて直接排出さ
れる状態から、排気口２４及び速度調整手段２８の絞り
機構３６を経由して制限的に排出される状態に切換える
ため、ピストン１０はストローク端に減速しながら緩衝
的に停止することになる。
【００５２】図８に示す空気圧シリンダ１Ｂは、速度調
整手段２８，３０における絞り機構３６ａ，３８ａを、
通孔４５ａの開口面積を調整できない固定絞りとして形
成している点が上記空気圧シリンダ１Ａと相違してい
る。上記以外の構成及び作用は実質的に空気圧シリンダ
１Ａと同じであるから、主要な同一構成部分に空気圧シ
リンダ１Ａと同じ符号を付してその説明は省略する。
【００５３】図９に示す空気圧シリンダ１Ｃが上記空気
圧シリンダ１Ａ，１Ｂと相違する点は、空気圧シリンダ
１Ａ，１Ｂにおいては、シリンダチューブ４に弁室３１
を設けてその中に速度調整手段２８，３０を直接組み込
んでいるのに対し、この空気圧シリンダ１Ｃでは、シリ
ンダチューブ４の外部に速度調整手段２８，３０を設
け、この速度調整手段２８，３０を排気口２４，２６と
ポート１２，１４とに接続している点である。
【００５４】この場合、速度調整手段２８，３０を組み
付けたブロックをシリンダチューブ４に取付けるように
しても、上記ブロックをシリンダチューブ４から離れた
場所に設置し、配管で相互に接続するようにしても良
い。また、この場合の絞り機構３６，３８は、空気圧シ
リンダ１Ａのような可変絞りタイプであっても、空気圧
シリンダ１Ｂのような固定絞りタイプであっても構わな
い。上記以外の構成及び作用は実質的に空気圧シリンダ
１Ａ，１Ｂと同じである。
【００５５】図１０に示す空気圧シリンダ１Ｄが上記空
気圧シリンダ１Ａ，１Ｂと相違する点は、排気口２４，
２６とポート１２，１４との間の弁室３１内に速度調整
手段２８，３０として絞り機構３６，３８のみを収容
し、ピストン１０に取付けた３つのピストンパッキン５
０，５２，５４の一部に逆止弁としての機能を兼備させ
た点である。
【００５６】すなわち、上記ピストン１０の外周に上述
した３つのピストンパッキン５０，５２，５４を取付け
て、中央のパッキン５２には２つの圧力室２０，２２を
区画する本来のピストンパッキンとしての機能だけを持
たせ、その両側の２つのパッキン５０，５４には、ピス
トンパッキンとしての機能の他に、クッションパッキン
としての機能と逆止弁としての機能とを兼備させてい
る。
【００５７】このため、これら２つのパッキン５０，５
４は、シールに方向性のあるリップシール形に形成され
ていて、ピストン１０の外周に、中央のパッキン５２側
からピストン１０の端面方向に向かう圧縮空気の流れは
許容するが逆方向の流れは抑止する向きに取付けられて
いる。また、上記３つのパッキン５０，５２，５４の位
置関係は、ピストン１０がストローク端に達したとき前
方側のパッキン５０又は５４が排気口２４又は２６の手
前で停止し、中間のパッキン５２がポート１２又は１４
の開口１６又は１８の手前で停止するように関係づけら
れている。
【００５８】この空気圧シリンダ１Ｄにおいて、図１０
の状態からポート１２に圧縮空気が供給されると、この
圧縮空気は、絞り機構３６からも少量ずつ圧力室２０に
流入するが、主として開口１６からピストン外周の隙間
に流れ込み、パッキン５０を押し開いて圧力室２０に流
入するため、ピストン１０は所期の速度で起動すること
ができる。
【００５９】ピストン１０がある程度移動してパッキン
５０がポート１２の開口１６を通り過ぎたあとは、ポー
ト１２からの圧縮空気は開口１６から直接圧力室２０に
流入するようになり、このあとパッキン５０は、圧力室
２０の気密性を保ってピストンパッキンとして機能す
る。
【００６０】ピストン１０がストローク端に近づくと、
移動方向前方側のパッキン５４がクッションパッキンと
して機能し、空気圧シリンダ１Ａの場合と同様に、排気
の経路をポート１４の開口１８を経由する状態から絞り
機構３８を経由する状態に切換えて、ピストン１０をス
トローク端に緩衝的に停止させる。この空気圧シリンダ
１Ｄにおいても、絞り機構３６は可変絞りタイプであっ
ても固定絞りタイプであっても構わない。
【００６１】図１１に示す空気圧シリンダ１Ｅは、シリ
ンダチューブ４の何れか一端側だけに速度調整手段２８
を設けることにより、ピストン１０を一方のストローク
端だけに緩衝的に停止させるようにしたもので、この点
で、正逆両方のストローク端に速度調整手段２８，３０
を設けた空気圧シリンダ１Ａ〜１Ｄと相違している。な
お、図１１には、ヘッド側のストローク端に速度調整手
段２８を設けた場合について代表的に示されている。
【００６２】この空気圧シリンダ１Ｅにおいては、ピス
トン１０に設けられた２つのパッキン４０，４２のう
ち、速度調整手段２８が設けられている側にあるパッキ
ン４０がピストンパッキンとクッションパッキンの両方
の機能を兼備し、反対側のパッキン４２はピストンパッ
キンとしての機能だけを有することになる。
【００６３】なお、図１１には、速度調整手段２８とし
て空気圧シリンダ１Ａに対応する構成を備えたものが示
されているが、空気圧シリンダ１Ｂ〜１Ｄに対応する構
成とすることもできる。ただし、速度調整手段２８を空
気圧シリンダ１Ｄに対応する構成とする場合、図１０に
示されている３つのパッキン５０，５２，５４のうち、
速度調整手段が設けられていない側の端部にあるパッキ
ン５４は省略される。また、ここで図６から１１によっ
て説明したクッション機構付空気圧シリンダの技術は、
図４および５のベーン型ロータリアクチュエータにも適
用できるのはもちろんである。
【００６４】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明のクッション機構付空気圧ロータリアクチュエータ
は、長いクッションリング及びそれが嵌入する空室を設
ける必要がないので、シリンダの軸線方向の長さをそれ
だけ短くすることができ、小型化することができると共
に、許容運動エネルギーの拡大および省エネを行なうこ
とができ、駆動系の衝突音を低減することができる。し
かも、そのクッション機構をベーン型の空気圧ロータリ
アクチュエータにも適用することができる。また、実質
的にピストンパッキンがクッションパッキンを兼ねる構
造としているので、部品数を少なくして構造を簡単化す
ることができ、それにより製造コストを低減することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシングルラックピニオン型クッション
機構付空気圧ロータリアクチュエータの部分横断面図。
【図２】本発明のシングルラックピニオン型クッション
機構付空気圧ロータリアクチュエータの縦断面図。
【図３】本発明のダブルラックピニオン型クッション機
構付空気圧ロータリアクチュエータの部分横断面図。
【図４】本発明のベーン型クッション機構付空気圧ロー
タリアクチュエータの断面図。
【図５】本発明の他のベーン型クッション機構付空気圧
ロータリアクチュエータの断面図。
【図６】本発明のクッション機構付空気圧シリンダのピ
ストンの駆動開始前の状態を示す半断面図。
【図７】本発明のクッション機構付空気圧シリンダのピ
ストンのクッション行程の状態を示す半断面図。
【図８】本発明の他のクッション機構付空気圧シリンダ
のピストンの駆動開始前の状態を示す半断面図。
【図９】本発明の他のクッション機構付空気圧シリンダ
のピストンの駆動開始前の状態を示す半断面図。
【図１０】本発明の他のクッション機構付空気圧シリン
ダのピストンの駆動開始前の状態を示す半断面図。
【図１１】本発明の他のクッション機構付空気圧シリン
ダのピストンの駆動開始前の状態を示す半断面図。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 空気圧シリンダ ４，６０ シリンダチューブ １０，６１ａ ピストン １２，１４，６３，６４，９２，９３，１０９ ポート ２０，２２，７３，７４ 圧力室 ２４，２６，７９，８０，９７，９９ 排気口 ２８，３０，６５，６６，９４，９５ 速度調整手段 ３１，８２，１０２ 弁室 ３２，３４，８１，８５，１００，１０１ 逆止弁 ３３ 弁部材 ３６，３６ａ，３８，３８ａ 絞り機構 ４０，４２，５０，５２，５４，７５，７６ ピストン
パッキン ６１ ラック ６７，６８，９６，９８ 開口 ６９，７０，１１０ 流路 ７１，７２ サイドブロック ８３ 主軸 ８４ ピニオン ８５ 軸受 ９０ ローター ９１ ベーン １０４ａ，１０４ｂ 回転終端 １２０ シリンダ １２１ ベーン
フロントページの続き (72)発明者 竹 内 清 茨城県筑波郡谷和原村絹の台４−２−２ エスエムシー株式会社筑波技術センター内 Ｆターム(参考） 3H081 AA23 AA28 BB03 CC15 CC23 DD28 FF19

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シリンダチューブと、上記シリンダチュー
    ブ内を摺動するピストンと、上記ピストンで隔てられた
    ２つの圧力室に圧縮空気を給排するための２つのポート
    と、上記ピストンに結合され往復駆動するラックと、上
    記ラックに噛合され上記ラックの往復駆動によって往復
    回転するピニオンとを具備し、上記ピニオンの回転出力
    を主軸を通じて取り出すようにしたクッション機構付空
    気圧ロータリアクチュエータにおいて、 上記シリンダチューブにおける少なくとも一方の上記ポ
    ートと対応する位置に、上記ポートよりも上記シリンダ
    チューブ端寄りに位置させて上記圧力室に通じる排気口
    を設け、上記排気口に上記圧力室から排出される排気の
    流量を制限することによって上記ピストンを緩衝的に停
    止させる速度調整手段を接続し、 上記ピストンの外周面には上記シリンダチューブの内周
    面に摺接して２つの上記圧力室を区画する複数のピスト
    ンパッキンを設け、少なくとも一部の上記ピストンパッ
    キンに、上記ピストンがストローク端に到達する直前に
    排気側の上記ポートを乗り越えて上記圧力室内の圧縮空
    気を上記排気口のみから排出させるように動作するクッ
    ションパッキンとしての機能を兼備させた、ことを特徴
    とするクッション機構付空気圧ロータリアクチュエー
    タ。
  2. 【請求項２】内周円筒状のシリンダと、上記シリンダ内
    に回転自在に軸支されたローターと、上記ローターの外
    周部に突設されたベーンと、上記ベーンによって隔てら
    れた２つの圧力室に圧縮空気を給排するための複数のポ
    ートとを具備し、上記ローターの回転出力を主軸を通じ
    て取り出すようにしたクッション機構付空気圧ロータリ
    アクチュエータにおいて、 上記シリンダにおけるベーンの少なくとも一方の回転終
    端寄りに位置させて上記圧力室に通じる排気口を設け、
    上記排気口に上記圧力室から排出される排気の流量を制
    限することによって上記ローターを緩衝的に停止させる
    速度調整手段を接続し、 上記ベーンの周辺に設けた上記シリンダの内周面に摺接
    するベーンパッキンに、上記ベーンが回転終端に到達す
    る前に排気用のポートを乗り越えて上記圧力室内の圧縮
    空気を上記排気口のみから排出させるように動作するク
    ッションパッキンとしての機能を兼備させた、ことを特
    徴とするクッション機構付空気圧ロータリアクチュエー
    タ。
  3. 【請求項３】上記排気口が、対応する上記ポートに上記
    速度調整手段を介して接続されていることを特徴とする
    請求項１又は２に記載のクッション機構付空気圧ロータ
    リアクチュエータ。
  4. 【請求項４】上記速度調整手段が、上記排気口から上記
    ポート側に向かう排気の流量を制限する絞り機構と、上
    記排気口から上記ポート側に向かう排気の流れは規制し
    て逆向きの圧縮空気の流れは許容する逆止弁とから構成
    されていることを特徴とする請求項３記載のクッション
    機構付空気圧ロータリアクチュエータ。
  5. 【請求項５】上記シリンダチューブに上記排気口と上記
    ポートとに通じる弁室が形成され、上記弁室内に、上記
    絞り機構を有する弁部材を、上記逆止弁を形成するリッ
    プシールを介在させて収容することにより上記弁室内に
    上記速度調整手段が組み込まれていることを特徴とする
    請求項４記載のクッション機構付空気圧ロータリアクチ
    ュエータ。
  6. 【請求項６】上記速度調整手段が、上記排気口から上記
    ポート側に向かう排気の流量を制限する絞り機構により
    形成され、クッションパッキンとしての機能を兼備する
    上記ピストンパッキンが、ストローク端において上記ポ
    ートと上記排気口との間に位置しているときに上記ポー
    ト側から上記排気口側に向かう圧縮空気の流れは許容す
    るが逆向きの流れは規制する逆止弁としての機能をも兼
    備していることを特徴とする請求項３記載のクッション
    機構付空気圧ロータリアクチュエータ。
  7. 【請求項７】上記ピストンを正逆両ストローク端で減速
    的に停止させるために、上記排気口と、上記速度調整手
    段と、クッションパッキンの機能を兼備する上記ピスト
    ンパッキンとが、２つの上記ポートに対応して２組設け
    られていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに
    記載のクッション機構付空気圧ロータリアクチュエー
    タ。
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