JP3776017B2 - 複合アクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリアクチュエータによる揺動と、ピストンシリンダ装置による直動とを、出力軸において複合して出力するようにした複合アクチュエータの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロータリアクチュエータによる揺動と、ピストンシリンダ装置による直動とを、出力軸において複合して出力するようにした複合アクチュエータは、従来から知られている。
しかしながら、上記複合アクチュエータにおいては、ピストンシリンダ装置におけるピストン自体に、ロータリアクチュエータによる回動を与えるようにしているので、ピストンあるいはそのピストンロッドをシールするシール材の摩擦力に抗してロータリアクチュエータを駆動することになり、回動出力がそれによって浪費されるばかりでなく、シール材の摩耗も必要以上に進行することになる。
【０００３】
半導体製造等における特殊環境下では、設備機器の専有スペースが大きくなると設備費が著しく増大し、製造コストが高くなるため、機器の小型化及び高出力化が要求されており、そのため、複合アクチュエータにおいては、上記シール材による摩擦抵抗をなくし、あるいは軽減させることが必須条件となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、上述した複合アクチュエータにおけるロータリアクチュエータの揺動出力を、ピストンシリンダ装置におけるピストンあるいはピストンロッドをシールするシール材の摩擦とは無関係に出力軸に伝達できるようにし、それによって上記揺動出力を効率的に出力できるようにした複合アクチュエータを提供することにある。
【０００５】
また、本発明の更に具体的な課題は、出力軸をその周囲全体に流体圧が作用しない大気圧中に配設して、ロータリアクチュエータの揺動出力をピストンシリンダ装置とは無関係に出力軸に伝達できるようにし、結果的に、ロータリアクチュエータの揺動出力を有効に利用できるようにした複合アクチュエータを提供することにある。
本発明の他の課題は、出力軸の揺動方向のバックラッシュを無くすことができると共に、出力軸の揺動方向の停止位置を調節することができる複合アクチュエータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の複合アクチュエータは、ロータリアクチュエータの揺動軸と、ピストンシリンダ装置におけるピストンと、直進往復動自在かつ揺動自在の出力軸とを同軸に配設し、上記ロータリアクチュエータによる揺動と上記ピストンシリンダ装置による直動とを上記出力軸から複合して出力する圧力流体駆動の複合アクチュエータであって、端部が互いに嵌り合う該揺動軸と該出力軸との一方に設けた揺動伝達ピンを他方に設けた軸方向の長溝に沿って移動自在に嵌入し、上記ピストンシリンダ装置は、中心部が中空円筒状であって該出力軸が直動および遥動自在に収容され、該中心部の周囲の円環状のシリンダ室に、円環状のピストンをその軸線方向に駆動可能に嵌挿することにより形成され、該ピストンと該出力軸との一方に設けた直動伝達ピンを他方に設けた周方向溝に嵌入したことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態においては、ロータリアクチュエータの揺動軸に設けた揺動伝達ピンを、出力軸に設けた軸方向の長溝に嵌入し、ピストンシリンダ装置におけるピストンに設けた直動伝達ピンを、上記出力軸に設けた周方向溝に嵌入するように構成される
。
【０００８】
また、本発明の別の好ましい実施形態においては、上記出力軸の一端に停止ピンを固着し、該停止ピンの回転揺動を規制するストッパ機構を回り止めの機能が付与されている上記ピストンの一端に設けるのが適しており、上記ストッパ機構が上記停止ピンが回転揺動により当接する一対のアジャストボルトを有し、該一対のアジャストボルトが上記ストッパ機構に進退可能に取り付けられ、上記出力軸の回転揺動の停止及び停止位置の調節を行うのが好ましい。
また、本発明の別の好ましい実施形態においては、上記ストッパ機構が回り止めのためのガイドピンを有し、該ガイドピンが上記ピストンシリンダ装置の外側シリンダチューブに設けた軸方向のガイドピン穴に摺動自在に挿入されているのが適している。
【０００９】
上記構成を有する複合アクチュエータにおいては、出力軸をその周囲全体に流体圧が作用しない大気圧中に配設して、ロータリアクチュエータの揺動出力をピストンシリンダ装置とは無関係に出力軸に伝達できるため、ロータリアクチュエータの揺動出力がピストンシリンダ装置におけるピストンあるいはピストンロッドをシールするシール材の摩擦に影響を与えることがないから、上記揺動出力を効率的に出力することが可能になる。
また、複合アクチュエータは、出力軸の一端に停止ピンを固着し、該停止ピンの回転揺動を規制するストッパ機構をピストンの一端に設けると、出力軸の揺動方向のバックラッシュを無くすことができると共に、出力軸の揺動方向の停止位置を調節することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は、本発明の複合アクチュエータの一実施例を示すものであり、図１は該複合アクチュエータ１の要部縦断正面図、図２はその平面図、図３はその部分拡大図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図である。
該複合アクチュエータ１は、図１に示すように、ロータリアクチュエータ２による揺動とピストンシリンダ装置３による直動とを出力軸４から複合して出力する複合アクチュエータであって、上記ロータリアクチュエータ２の揺動軸１１は上記出力軸４と同軸に配設されると共に、上記出力軸４の下方部分に設けた軸方向の長孔１３に摺動自在に挿入されており、図４に示すように、該揺動軸１１の先端に設けた小孔１１ａには揺動伝達ピン１２がその両端が径方向に突出するように圧入されており、該揺動伝達ピン１２の両端は出力軸４の長孔１３の周壁に設けた２つの軸方向の長溝１５にそれぞれ嵌入している。
【００１１】
上記ロータリアクチュエータ２は、図面には明示していないが、そのボディ内に平行配置した一対のシリンダ内を摺動する一対のピストンにそれぞれラックを設け、該ラックにピニオンを噛合させてダブルラック・ピニオン機構を構成し、該ピニオンに上記揺動軸１１が連結され、該揺動軸１１はロータリアクチュエータ２のボディの上面から突出していると共に、該ボディに軸封手段及び軸受け手段を介して回転揺動自在に支持されている。
そして、上記一対のピストンにおける逆方向端に圧力流体を同期して供給・排出することにより、上記一対のピストンを同期して互いに逆方向に駆動し、該一対のピストンの直線運動を上記ラックを介して上記ピニオンの回転揺動運動に変換することにより、上記揺動軸１１を回転揺動させている。
【００１２】
上記ピストンシリンダ装置３は、図１に示すように、上記出力軸４の周囲に位置する円環状のシリンダ室２５に、円環状のピストン２１をその軸線方向に駆動可能に嵌挿することにより形成している。
更に詳述すると、上記ピストンシリンダ装置３は、出力軸４の周囲に位置する円筒状の内側シリンダチューブ２３と該内側シリンダチューブ２３の周囲に位置する円筒状の外側シリンダチューブ２４とを有し、該内側シリンダチューブ２３の外周面と外側シリンダチューブ２４の内周面との間に上記円環状のシリンダ室２５が形成され、上記ピストン２１はピストン自身がロッドを兼用しシリンダ室２５の上壁を貫通してその軸線方向に上下動できるピストンであり、ピストン２１の一部はシリンダ室２５内に摺動自在に嵌挿され、残りはシリンダ室２５の上壁を貫通して突出している。
【００１３】
また、上記ピストン２１はピストンパッキン２７が装着された拡径部分を有し、上記シリンダ室２５は該拡径部分によって２つの室に仕切られ、該２つの室に圧力流体をそれぞれ供給・排出することにより、上記ピストン２１を上下動させている。
また、上記内側シリンダチューブ２３及び外側シリンダチューブ２４は、その外周面及び内周面に設けた環状溝に環状のシール材２８，２９がそれぞれ装着されており、該環状のシール材２８，２９により上記ピストン２１を大気圧に対して軸封している。
【００１４】
上記ピストン２１は上記出力軸４と同軸に配設され、上記出力軸４は周方向溝１４を有し、該周方向溝１４にはピストン２１の上端部に設けた直動伝達ピン２２が嵌入され、該直動伝達ピン２２を介して出力軸４は上記ピストン２１に回動自在に支持されている。
また、上記出力軸４は上記内側シリンダチューブ２３内に上下動自在に収納されると共に、その下方部分に設けた軸方向の長孔１３に上記ロータリアクチュエータ２のボディの上面から突出した揺動軸１１が摺動自在に挿入されている。
そして、上記ピストンシリンダ装置３は、上記ロータリアクチュエータ２のボディの上面にタイロッドにより着脱自在に固着されている。
したがって、上記出力軸４はピストン２１を駆動する流体圧やロータリアクチュエータ２を駆動する流体圧が作用しない構造となっており、出力軸４の周囲全体は大気圧中に配設されている。
【００１５】
上記複合アクチュエータ１は、ロータリアクチュエータ２の揺動軸１１が回転揺動すると、揺動軸１１の先端の揺動伝達ピン１２が出力軸４の長溝１５に嵌入しているために出力軸４も回転揺動する。
また、上記ピストンシリンダ装置３のピストン２１が上下動すると、該ピストン２１に設けた直動伝達ピン２２が上記出力軸４に設けた周方向溝１４に嵌入されているため、上記出力軸４も上下動する。
【００１６】
したがって、上記複合アクチュエータ１は、ロータリアクチュエータ２による揺動とピストンシリンダ装置３による直動とを出力軸４において複合して出力することができる複合アクチュエータであるにもかかわらず、揺動軸１１の先端の揺動伝達ピン１２が出力軸４の長溝１５に嵌入して出力軸４に回転揺動を伝達し、ピストン２１に設けた直動伝達ピン２２が上記出力軸４に設けた周方向溝１４に嵌入して出力軸４に直動を伝達しているため、出力軸４をその周囲全体に流体圧が作用しない大気圧中に配設することができ、ロータリアクチュエータ２の揺動出力をピストンシリンダ装置３とは無関係に出力軸４に伝達できる。
したがって、ロータリアクチュエータ２の揺動出力が、ピストンシリンダ装置３におけるピストン２１をシールするシール材２８，２９やピストンパッキン２７の摩擦に影響を与えることはないから、上記揺動出力を効率的に出力することが可能になる。
【００１７】
図５〜図９は、本発明の複合アクチュエータの別の実施例を示すものであり、図５は該複合アクチュエータ１の正面図、図６はその平面図、図７はその要部縦断正面図、図８はその一部破断側面図、図９は図７のＢ−Ｂ線断面図である。
図５〜図９に示す実施例の複合アクチュエータ１は、後述する点を除き、図１〜図４に示す実施例の複合アクチュエータ１と基本的に同じ構成をしているので、相違する点だけを説明し共通する点は説明を省略する。
【００１８】
図５〜図９に示す実施例の複合アクチュエータ１は、図１〜図４に示す実施例の複合アクチュエータ１に、出力軸４の揺動方向のバックラッシュを無くすことができる手段や出力軸４の揺動方向の停止位置を調節することができる手段を付加している。
すなわち、図８に示すように、上記出力軸４の長溝１５と反対側の一端に停止ピン４１を固着し、該停止ピン４１の回転揺動を規制するストッパ機構３０を上記ピストン２１の大気側の一端に固着している。
図８、図９に示すように、上記停止ピン４１は扇形板状をしており、上記出力軸４の一端に設けた拡径部分１６の下面に出力軸４と同心になるようにボルト４２により固着されており、半径方向の２つの側面がアジャストボルト３３が当接する停止面４１ａ，４１ｂとなる。
【００１９】
上記ストッパ機構３０は、図８、図９に示すように、段付き矩形板状のストッパ本体３１と、該ストッパ本体３１に固着した２つのガイドピン３２と、該ストッパ本体３１に螺合され該ストッパ本体３１の側面から進退可能に突出する一対のアジャストボルト３３とを有している。
上記ガイドピン３２は上記ピストンシリンダ装置３の外側シリンダチューブ２４に設けた軸方向のガイドピン穴２６に摺動自在に挿入されており、したがって該ガイドピン３２は回り止めとして機能する。
上記出力軸４は上記ピストン２１と一緒に上下動し、上記停止ピン４１及び上記ストッパ機構３０は上記出力軸４及び上記ピストン２１にそれぞれ固着されているから、上記出力軸４が直線方向のどの位置に上下動していても、上記停止ピン４１の停止面４１ａ，４１ｂは上記ストッパ機構３０に設けた一対のアジャストボルト３３と同じ平面上にある。
【００２０】
そして、上記出力軸４の回転揺動により停止ピン４１が回転揺動すると、該停止ピン４１の停止面４１ａ，４１ｂが上記一対のアジャストボルト３３にそれぞれ当接するから、上記出力軸４の回転揺動は強制的に停止させられる。
したがって、図５〜図９に示す実施例の複合アクチュエータ１は、出力軸４の揺動方向のバックラッシュ（すなわち、長溝１５と該長溝１５に嵌入された揺動伝達ピン１２との僅かなクリアランスにより発生するバックラッシュ）を無くすことができる。また、上記出力軸の揺動方向の停止位置は、ストッパ本体３１の側面から突出する一対のアジャストボルト３３の突出量を変えることにより調整することができる。
【００２１】
なお、図１に示す実施例では、内側シリンダチューブ２３及び外側シリンダチューブ２４に設けた環状のシール材２８，２９により上記ピストン２１を大気圧に対して軸封しているが、図７に示す実施例では、内側シリンダチューブ２３に環状のシール材２８を設ける代わりにピストン２１の内周面にピストンパッキン４５を設け、該ピストンパッキン４５と外側シリンダチューブ２４の内周面に設けた環状のシール材２９によりピストン２１を大気圧に対して軸封している。
【００２２】
上記実施例では、上記ロータリアクチュエータ２の揺動軸１１の先端に揺動伝達ピン１２が設けられ、該揺動伝達ピン１２が出力軸４の長溝１５に嵌入しているが、本発明の複合アクチュエータは必ずしもこの実施例に限定されるものではなく、揺動軸１１に長溝を設けて該長溝に嵌入される揺動伝達ピンを出力軸４に設けることもできる。
また、上記実施例では、ピストン２１に設けた直動伝達ピン２２を出力軸４に設けた周方向溝１４に嵌入しているが、出力軸４に設けた直動伝達ピン２２をピストン２１に設けた周方向溝に嵌入してもよい。
また、上記実施例では、ピストン２１がピストンロッドも兼ねているが、ピストンと別にピストンロッドを設けてピストンロッドに直動伝達ピン２２を設けてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明の複合アクチュエータは、ロータリアクチュエータの揺動出力を、ピストンシリンダ装置におけるピストンあるいはピストンロッドをシールするシール材の摩擦とは無関係に出力軸に伝達できるため、上記揺動出力を効率的に出力できる複合アクチュエータを提供することが可能になる。
また、本発明の複合アクチュエータは、出力軸の一端に停止ピンを固着し、該停止ピンの回転揺動を規制するストッパ機構をピストンの一端に設けているため、出力軸の揺動方向のバックラッシュを無くすことができると共に、出力軸の揺動方向の停止位置を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合アクチュエータの一実施例を示す要部縦断正面図である。
【図２】同、平面図である。
【図３】同、部分拡大図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本発明の複合アクチュエータの別の実施例を示す正面図である。
【図６】同、平面図である。
【図７】同、要部縦断正面図である。
【図８】同、一部破断側面図である。
【図９】図７のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１ 複合アクチュエータ
２ ロータリアクチュエータ
３ ピストンシリンダ装置
４ 出力軸
１１ 揺動軸
１２ 揺動伝達ピン
１３ 長溝
１４ 周方向溝
２２ 直動伝達ピン

Claims (5)

1. ロータリアクチュエータの揺動軸と、ピストンシリンダ装置におけるピストンと、直進往復動自在かつ揺動自在の出力軸とを同軸に配設し、上記ロータリアクチュエータによる揺動と上記ピストンシリンダ装置による直動とを上記出力軸から複合して出力する圧力流体駆動の複合アクチュエータであって、
   端部が互いに嵌り合う該揺動軸と該出力軸との一方に設けた揺動伝達ピンを他方に設けた軸方向の長溝に沿って移動自在に嵌入し、
   上記ピストンシリンダ装置は、中心部が中空円筒状であって該出力軸が直動および遥動自在に収容され、該中心部の周囲の円環状のシリンダ室に、円環状のピストンをその軸線方向に駆動可能に嵌挿することにより形成され、
   該ピストンと該出力軸との一方に設けた直動伝達ピンを他方に設けた周方向溝に嵌入した、
   ことを特徴とする複合アクチュエータ。
2. ロータリアクチュエータの揺動軸に設けた揺動伝達ピンを、出力軸に設けた軸方向の長溝に嵌入し、ピストンシリンダ装置におけるピストンに設けた直動伝達ピンを、上記出力軸に設けた周方向溝に嵌入した、
   ことを特徴とする請求項１に記載の複合アクチュエータ。
3. 上記出力軸の一端に停止ピンを固着し、該停止ピンの回転揺動を規制するストッパ機構を回り止めの機能が付与されている上記ピストンの一端に設けた、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合アクチュエータ。
4. 上記ストッパ機構は上記停止ピンが回転揺動により当接する一対のアジャストボルトを有し、
   該一対のアジャストボルトは上記ストッパ機構に進退可能に取り付けられ、上記出力軸の回転揺動の停止及び停止位置の調節を行う、
   ことを特徴とする請求項３に記載の複合アクチュエータ。
5. 上記ストッパ機構は回り止めのためのガイドピンを有し、該ガイドピンは上記ピストンシリンダ装置の外側シリンダチューブに設けた軸方向のガイドピン穴に摺動自在に挿入されている、
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の複合アクチュエータ。

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