JP2008157289A - ロータリアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリアクチュエータの薄型化を達成する。
【解決手段】アクチュエータ本体１３を構成するハウジング１０のシリンダ室１４，１５には、両端部にピストン１７ａ，１８ａがそれぞれ設けられたラック１７，１８が往復動自在に組み込まれ、ハウジング１０に回転自在に装着される回転軸２４にはラック１７，１８と噛み合うピニオン２５が設けられている。ハウジング１０に固定される外輪４１の内側には内輪３２が組み込まれ、内輪３２は回転軸２４に取り付けられて被揺動部材を回転駆動する。外輪４１の内周面と内輪３２の外周面との間には転動体としてのローラ４３が組み込まれており、ローラ４３を介して回転軸２４と内輪３２が外輪４１に回転自在に支持される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ピストンの往復動によってテーブルを回転往復揺動させるラックピニオン型のロータリアクチュエータに関する。

空気などの作動流体によって駆動されるロータリアクチュエータには、円筒形のハウジング内に収められた回転軸にベーンを組み付け、ハウジングに作動流体を供給して回転軸を回転させるようにしたベーン型のロータリアクチュエータや、シリンダ室に対する作動流体の供給によって作動するピストンの直線運動を、変換機構によって回転運動に変換するようにしたピストン型のロータリアクチュエータなどがある。

ピストン型のロータリアクチュエータには、直線運動を回転運動に変換する機構として、ラックおよびピニオンを組み込むようにしたラックピニオン型のロータリアクチュエータがある(たとえば、特許文献１参照)。このラックピニオン型のロータリアクチュエータは、作動流体の漏れ箇所が少なく、耐久性が高いことなどから、様々な用途に幅広く用いられている。

ラックピニオン型のロータリアクチュエータは、並列となった２つのシリンダ室を有しており、それぞれのシリンダ室に対してピストンが往復動自在に収容されている。それぞれのピストンにはラックが設けられており、対面するラック間には双方のラックに噛み合うピニオンがテーブルと一体となった軸部に設けられている。そして、双方のシリンダ室に対して交互に作動流体を供給し、それぞれのラックを逆方向に往復させることにより、テーブルを所定角度の範囲で往復揺動させることが可能となる。

特許文献１に記載されるように、ピニオンの軸部には、ハウジングに嵌合する軸受が組み付けられるとともに、ワークや治具などが装着されてこれを駆動するためのテーブルが連結されている。このテーブルに対して治具などを取り付けた上で、双方のシリンダ室に交互に作動流体を供給することにより、ワークや治具などを回動させて所定の作業を実行させることが可能となる。
特開２００２−１３０２０８号公報

このようなラックピニオン型のロータリアクチュエータは、様々な生産装置等に取り付けて使用されており、生産装置に対する取付性を向上させるためにもロータリアクチュエータを薄型化してその高さ寸法を小さくすることが望まれている。しかしながら、従来はテーブルと一体となった軸部の両端をそれぞれ支持するために、２つの軸受がハウジングと軸部との間に設けられているので、軸部の軸方向におけるロータリアクチュエータの厚み寸法つまり高さ寸法を小さくすることに限度があった。

軸部をテーブル側に対して反対側の先端側で支持する軸受を取り除いて、軸部をテーブル側でのみ支持するようにできれば、その分だけロータリアクチュエータの薄型化を達成することができるが、軸部およびテーブルの回転精度が低下するとともに、ロータリアクチュエータの耐久性を損なうことになる。

本発明の目的は、ロータリアクチュエータの薄型化を達成することにある。

本発明のロータリアクチュエータは、ピストン部が両端に設けられたラックを軸方向に往復動自在に収容するシリンダ室が形成されたハウジングと、前記ハウジングに回転自在に装着され、前記ラックと噛み合うピニオンが設けられた回転軸と、前記ハウジングの外面に固定される外輪と、前記外輪の内側に組み込まれるとともに前記回転軸に取り付けられ、被揺動部材を回転駆動する内輪と、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間に装着される転動体とを有し、前記転動体を介して前記回転軸と前記内輪とを前記外輪により回転自在に支持することを特徴とする。

本発明のロータリアクチュエータは、前記回転軸に軸方向に貫通する貫通孔を形成することを特徴とする。

本発明のロータリアクチュエータは、それぞれピストン部が両端に設けられたラックをそれぞれ軸方向に往復動自在に収容する２つのシリンダ室を前記ハウジングに形成し、前記シリンダ室にそれぞれ収容された２つの前記ラックをそれぞれ前記ピニオンに噛み合わせることを特徴とする。

本発明のロータリアクチュエータは、前記被揺動部材が装着される前記内輪の外側端面を前記外輪の外側端面とほぼ同一面とすることを特徴とする。

本発明のロータリアクチュエータは、前記駆動軸に径方向外方に延出して設けられたフランジを前記内輪の内側端面に突き当てるとともに、前記フランジに締結されるねじ部材により前記内輪と前記回転軸とを取り付けることを特徴とする。

本発明のロータリアクチュエータは、前記転動体がクロスローラであることを特徴とする。

本発明によれば、両端部にピストン部が設けられハウジングのシリンダ室内に往復動自在に設けられたラックに噛み合うピニオンを回転軸に設け、被揺動部材を揺動するための内輪を回転軸に取り付けて内輪をハウジングに固定された外輪の内側に配置し、内輪と外輪との間に転動体を配置したので、回転軸も転動体を介して外輪に支持されることになり、回転軸をハウジングに取り付けられる軸受により支持する場合に較べて、ロータリアクチュエータの回転軸の方向の寸法を小さくすることができ、ロータリアクチュエータの薄型を達成することができる。

しかも、内輪と回転軸とを転動体を介して外輪に直接支持するので、ハウジングに対する内輪の取付精度や取付剛性を向上させることができる。ピニオンに噛み合うラックをハウジング内に１つまたは２つ設けるようにしても良い。

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。図１は本発明の一実施の形態であるロータリアクチュエータを示す平面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図であり、図３は図２におけるＢ−Ｂ線拡大断面図である。

ロータリアクチュエータは、ほぼ直方体形状の金属製のブロックにより形成されるハウジング１０を有している。このハウジング１０内には、図３に示すように、長手方向に２つの貫通孔が相互にほぼ平行となって形成され、ハウジング１０の両端には貫通孔を閉塞するようにエンドプレート１１，１２が取り付けられ、ハウジング１０とエンドプレート１１，１２とによりアクチュエータ本体１３が形成されている。ハウジング１０に形成されたそれぞれの貫通孔によりハウジング１０の内部には２つのシリンダ室１４，１５が形成されている。

ハウジング１０の端面とそれぞれのエンドプレート１１，１２との間をシールするために、それぞれのエンドプレート１１，１２にはＯリング１６が装着されている。それぞれのシリンダ室１４，１５内にはラック１７，１８が軸方向に往復動自在に組み込まれており、それぞれのラック１７，１８の両端部にはラック１７，１８と一体にピストン部１７ａ，１８ａが設けられている。それぞれのピストン部１７ａ，１８ａにはシリンダ室１４，１５の内周面とピストン部１７ａ，１８ａとの間をシールするためのシール材１９が装着されている。

ラック１７の長手方向中央部には複数の歯２１が形成され、ラック１８の長手方向中央部には歯２１に対向させて複数の歯２２が形成されている。ハウジング１０の中央部には、図２に示すように、ハウジング１０の厚み方向つまり高さ方向に貫通して収容孔２３が形成されており、収容孔２３はそれぞれのシリンダ室１４，１５にそれぞれの長手方向中央部分で開口している。収容孔２３内には回転軸２４が回転自在に組み込まれており、回転軸２４には２つのラック１７，１８のそれぞれに形成された歯２１，２２に噛み合う歯を有するピニオン２５が回転軸２４と一体に設けられている。

シリンダ室１４はラック１７の両端部に設けられるピストン部１７ａによりその軸方向両側の空気室１４ａ，１４ｂに区画され、シリンダ室１５はラック１８の両端部に設けられるピストン部１８ａによりその軸方向両側の空気室１５ａ，１５ｂに区画されている。エンドプレート１２には空気室１４ｂに連通するとともにハウジング１０に形成された図示しない流路を介して空気室１５ａに連通する給排ポート２６が形成され、空気室１５ｂに連通するとともにハウジング１０に形成された図示しない流路を介して空気室１４ａに連通する給排ポート２７が形成されている。したがって、給排ポート２７から空気室１５ｂ，１４ａに作動流体を供給すると、ラック１８は矢印ｂ方向に駆動されラック１７は矢印ａ方向に駆動されてピニオン２５は矢印Ｒ１方向に回転駆動される。一方、給排ポート２６に作動流体を供給すると、ラック１７は矢印ｂ方向に駆動されラック１８は矢印ａ方向に駆動されてピニオン２５は矢印Ｒ２方向に回転駆動される。

このように、両方のラック１７，１８の歯２１，２２を相互に対向させるとともに、それぞれのラック１７，１８を回転軸２４に設けられたピニオン２５に噛み合わせたので、一方の給排ポート２６から作動流体である圧縮空気を供給すると、ピニオン２５により回転軸２４が所定の角度の範囲で一方向に回転し、他方の給排ポート２７から圧縮空気を供給すると、ピニオン２５により回転軸２４が所定の角度の範囲で他方向に回転する。

図示するロータリアクチュエータにおいては、２つのラック１７，１８の軸方向の推力をピニオン２５を介して回転軸２４の回転力に変換するようにしているが、給排ポート２６を空気室１４ｂのみに連通させ、給排ポート２７を空気室１５ｂのみに連通させると、ラック１８の駆動により回転軸２４を矢印Ｒ１方向に回転し、ラック１７により回転軸２４を矢印Ｒ２方向に回転するようにしても良い。

回転軸２４の揺動往復動角度はラック１７，１８の軸方向の往復動ストロークによって設定されることになり、ラック１７，１８が往復動ストローク端の位置まで駆動されて回転軸２４が揺動往復動端まで揺動したときにラック１７，１８からハウジング１０に加わる衝撃力を緩和するために、エンドプレート１２にはそれぞれのラック１７，１８の両端部のピストン１７ａ，１８ａ端面に対応させてショックアブソーバ２８が取り付けられており、それぞれのショックアブソーバ２８のロッド２８ａは空気室１４ａ，１５ａに突出している。図３においては、空気室１５ｂに供給された圧縮空気によりラック１８が駆動方向のストローク端にまで駆動された状態を示しており、このときにはラック１８のピストン端面はショックアブソーバ２８のロッド２８ａにより当接して減速されラック１８からハウジング１０に加わる衝撃が緩和される。同様に、空気室１４ｂに圧縮空気を供給してラック１７を駆動方向のストローク端にまで駆動すると、ショックアブソーバ２８によりラック１７の衝撃が緩和される。

エンドプレート１１には、ロッド２８ａの移動をオイル抵抗により減速してラック１７，１８からハウジング１０に加わる衝撃を吸収させるようにショックアブソーバ２８が取り付けられているが、ショックアブソーバ２８に代えてゴム等の衝撃吸収部材をエンドプレート１１の内面に取り付けるようにしても良い。

それぞれのラック１７，１８には、位置検出用のマグネット２９が取り付けられており、それぞれのマグネット２９に対応させてハウジング１０の両側面には図２に示すようにセンサ取付溝３０が２つずつ形成されている。これらセンサ取付溝３０に対して磁気センサを装着することにより、ラック１７，１８の移動位置により回転軸２４の回動角度を検出することができ、給排ポート２６，２７に対する作動流体の供給制御を的確に実行することが可能となる。

アクチュエータ本体１３を構成するハウジング１０は上述のようにほぼ直方体形状となっており、ハウジング１０の図２において下面がアクチュエータ本体１３を生産装置等の支持部材に据え付けるための据え付け面１０ａとなっている。ハウジング１０の上面は支持面となっており、この支持面から据え付け面１０ａに厚み方向つまり高さ方向に貫通するボルト挿入孔３１が図１および図３に示すように形成されており、このボルト挿入孔３１に取り付けられるボルトによりアクチュエータ本体１３は支持部材に固定される。

回転軸２４の一方の端部はハウジング１０の据え付け面１０ａよりも内側に引っ込んでおり、他方の端部はハウジング１０の支持面よりも外部に突出している。この突出端部には内輪３２が嵌合しており、回転軸２４に径方向外方に延出して設けられたフランジ３３が内輪３２の下側端面に突き当てられ、内輪３２を軸方向に貫通してフランジ３３にねじ結合される４本のねじ部材３４により内輪３２はフランジ３３つまり回転軸２４に締結されている。

内輪３２はワークや治具等の被揺動部材を揺動回転駆動するためのテーブルとしての機能を有しており、内輪３２の外面に被揺動部材を取り付けるためのねじ孔３５が図１に示すように４つ形成されている。それぞれのねじ孔３５と同軸状となって内輪３２にはねじ孔３５よりも大径の嵌合孔が形成され、嵌合孔には係合ピン３６が取り付けられ、係合ピン３６は内輪３２の内側端面から突出し、フランジ３３に形成された係合孔３７に係合している。

ハウジング１０の支持面には外輪４１が図１に示すように６本の六角穴付きボルト４２により固定されており、それぞれのボルト４２の頭部は外輪４１の表面よりも引っ込んでいる。外輪４１はそれぞれ円形の外周面と内周面とを有する環状の部材により形成されており、外輪４１の内部に内輪３２が組み込まれており、外輪４１の外側端面は内輪３２の外側端面とほぼ同一面となっている。なお、外輪４１の外周面は円形となっているが、外周面形状を正方形や長方形としても良い。

外輪４１の内周面と内輪３２の外周面にはそれぞれ環状の溝が形成されており、両方の溝により形成される断面ほぼ正方向の環状のスペースには、転動体としての多数のローラ４３が装着されている。それぞれのローラ４３は図２において符号Ｌで示す回転中心軸を中心に回転しながら、回転軸２４と一体に回転する内輪３２を支持するとともに、内輪３２および回転軸２４に軸方向に加わるスラスト方向の荷重を支持する。環状のスペースに装着されるローラ４３の回転中心軸Ｌは回転軸２４の回転中心軸に対して４５度傾斜するとともに、円周方向に隣り合うローラ４３の回転中心軸Ｌが直角に交差しており、ローラ４３はクロスローラとなっている。これにより、内輪３２に作用する一方向のスラスト荷重は１つ置きに配置される半数のローラによって支持され、逆方向のスラスト荷重は残りのローラによって支持されるので、被揺動部材を支持するテーブルとしての内輪３２は、高い取付剛性でハウジング１０に支持されることになり、回転軸２４の下端部側には軸受を設けることが不要となる。しかも、取付剛性が高められるので、回転軸２４と内輪３２の回転精度を高めることができ、内輪の揺動回転時における中心軸のずれをなくすことができる。

このように、内輪３２の外周面と外輪４１の内周面との間に転動体としてのローラ４３を装着してローラ４３を介して内輪３２のみならず回転軸２４も支持するようにしたので、ロータリアクチュエータの図２における上下方向の高さ寸法つまり厚み寸法を抑制することかでき、ロータリアクチュエータの薄型化を達成することができる。転動体としては、内輪３２を回転自在に支持しつつ外輪４１にスラスト荷重を伝達するタイプであれば、ボール等の他の転動体を使用することができる。

回転軸２４は貫通孔２４ａを有しており、内輪３２に取り付けられているので、内輪３２に取り付けられる治具等の被揺動部材に接続される配管や配線を、回転軸２４および内輪３２の内部に組み込むことができる。これにより、ロータリアクチュエータの周囲に配線や配管を這い回すことが不要となり、ロータリアクチュエータの周囲の簡素化を図ることができる。例えば、真空吸着パッドを備えた吸着ユニットを内輪３２に取り付ける場合には、真空供給用の配管を回転軸２４の内部に組み込むことができる。

このロータリアクチュエータにおいては、ハウジング１０に固定される外輪４１によって、その内側に組み込まれる内輪３２を転動体であるローラ４３を介して回動自在に支持するようにしたので、回転軸２４とハウジング１０との間に軸受けを設ける必要がなく、ロータリアクチュエータの回転軸２４の軸方向の寸法を小さくしてロータリアクチュエータの薄型化を図ることが可能となる。つまり、本発明のロータリアクチュエータにあっては、従来のようにテーブルに取り付けられた軸部の両端部とハウジングとの間に軸受を設ける場合に較べて、ロータリアクチュエータの厚さが小さくなる。

また、ハウジング１０に固定される外輪４１によって内輪３２を直接支持するようにしたので、ハウジング１０に対する内輪３２の取付精度や取付剛性を向上させることが可能となる。つまり、回転軸２４を軸受により支持することなく、回転軸２４よりも大径の内輪３２を転動体を介して外輪４１により支持するので、内輪３２の取付精度や取付剛性を高めることが可能となる。特に、スラスト加重に対する剛性の高いクロスローラを用いているので、内輪３２の取付精度や取付剛性を一層向上させることができる。これにより、ラック１７，１８とピニオン２５との噛み合い精度を高めることができるだけでなく、内輪３２に対して幅方向から外力が作用した場合であっても内輪３２の振れなどを防止することができる。

さらに、内輪３２に回転軸２４に取り付けるようにしてこれらを別個に構成してあるので、加工コストが安価で済む。また、回転軸２４に対しては回転軸２４に設けられたフランジ３３の部分で内輪３２を取り付けるようにしたので、回転軸２４の内部の貫通孔の内径を大きくできる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記実施の形態では、ハウジング１０に逆向きに駆動する一対のラック１７，１８の両端部に設けられたピストン１７ａ，１８ａをそれぞれ圧縮空気により駆動するようにしているが、それぞれのラック１７，１８の一端部側のピストン部のみに推力を加えるようにしても良い。また、ラック１７，１８の両端部にはそれぞれピストン１７ａ，１８ａが一体に設けられているが、ラック１７，１８とピストン部１７ａ，１８とを別部材としてそれぞれを連結するようにしても良い。

本発明の一実施の形態であるロータリアクチュエータを示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線拡大断面図である。

符号の説明

１０ ハウジング
１１，１２ エンドプレート
１３ アクチュエータ本体
１４，１５ シリンダ室
１７，１８ ラック
１７ａ，１８ａ ピストン部
２３ 収容孔
２４ 回転軸
２５ ピニオン
２６，２７ 給排ポート
２８ ショックアブソーバ
３２ 内輪
３３ フランジ
３４ ねじ部材
４１ 外輪
４３ ローラ（転動体）

Claims (6)

1. ピストン部が両端に設けられたラックを軸方向に往復動自在に収容するシリンダ室が形成されたハウジングと、
   前記ハウジングに回転自在に装着され、前記ラックと噛み合うピニオンが設けられた回転軸と、
   前記ハウジングの外面に固定される外輪と、
   前記外輪の内側に組み込まれるとともに前記回転軸に取り付けられ、被揺動部材を回転駆動する内輪と、
   前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間に装着される転動体とを有し、
   前記転動体を介して前記回転軸と前記内輪とを前記外輪により回転自在に支持することを特徴とするロータリアクチュエータ。
2. 請求項１記載のロータリアクチュエータにおいて、前記回転軸に軸方向に貫通する貫通孔を形成することを特徴とするロータリアクチュエータ。
3. 請求項１または２記載のロータリアクチュエータにおいて、それぞれピストン部が両端に設けられたラックをそれぞれ軸方向に往復動自在に収容する２つのシリンダ室を前記ハウジングに形成し、前記シリンダ室にそれぞれ収容された２つの前記ラックをそれぞれ前記ピニオンに噛み合わせることを特徴とするロータリアクチュエータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータリアクチュエータにおいて、前記被揺動部材が装着される前記内輪の外側端面を前記外輪の外側端面とほぼ同一面とすることを特徴とするロータリアクチュエータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータリアクチュエータにおいて、前記駆動軸に径方向外方に延出して設けられたフランジを前記内輪の内側端面に突き当てるとともに、前記フランジに締結されるねじ部材により前記内輪と前記回転軸とを取り付けることを特徴とするロータリアクチュエータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータリアクチュエータにおいて、前記転動体はクロスローラであることを特徴とするロータリアクチュエータ。

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