JP3812648B2

JP3812648B2 - Swing actuator

Info

Publication number: JP3812648B2
Application number: JP2001315091A
Authority: JP
Inventors: 太山本
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: JP2003120608A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線的な往復運動をラックピニオンを介して揺動運動に変換するラックピニオン形揺動アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図９および図１０に示すように、ボディ５２に互いに平行な１対の摺動孔５３を形成し、この１対の摺動孔５３にそれぞれ外周の一部にラック５５を形成したラック部材５４を摺動自在に内挿し、ラック５５に噛み合うピニオン５７を一体成形した出力軸５６をボディ５２に配設したベアリング５８によって回動自在に支持し、ラック部材５４を圧縮空気の給排により往復動させることによって出力軸５６を回動させるようにしたラックピニオン形揺動アクチュエータ５１が知られている。
【０００３】
しかしながら、この従来の揺動アクチュエータ５１によると、外周の一部にラック５５を形成したラック部材５４の軸方向両端部にそれぞれ圧縮空気をシールするためのシール部材５９が装着されているために、ラック部材５４の軸方向長さをラック５５の必要歯数以上に長くしなければならず、よってアクチュエータ５１全体が軸方向に大型化する不都合がある。パッキン等のシール部材５９がピニオン室６０に干渉するとエア漏れを引き起こすことから、ラック部材５４の軸方向長さにはこの分の余裕も確保しなければならない。
【０００４】
また、ラック部材５４がそれぞれ中実の円柱状に形成されており、この円柱状のラック部材５４が所要の強度を得るために鋼などの高比重材料によって製作されているために、ラック部材５４の重量が重く、よってアクチュエータ５１全体の重量が重いという不都合がある。ラック部材５４が重いと、これを移動させるための作動圧力も大きくしなければならない。
【０００５】
この種の揺動アクチュエータをロボットのヘッド部に取り付ける場合等においては、ロボットの可搬質量やタクトタイム短縮の観点から特にアクチュエータの小型・軽量化が要求されており、ベーン形揺動アクチュエータと比較して重くて大きいラックピニオン形揺動アクチュエータは敬遠されがちである。一方、ベーン形揺動アクチュエータはエア漏れや動作の不安定さが指摘されており、よってラックピニオン形揺動アクチュエータを小型・軽量化することが望まれている。
【０００６】
また、この種の揺動アクチュエータにおいては、ラック部材５４が摺動孔５３内を摺動する際、発生する摺動摩耗粉（金属摩耗粉）が潤滑油を劣化させることがあり、上記従来の揺動アクチュエータ５１によると、シール部材５９の摺動面がラック部材５４の摺動面とオーバーラップしているために、劣化した潤滑油がシール部材５９の寿命に良くない影響を及ぼすこともある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑みて、上記従来技術と比較して小型・軽量化を実現することができるラックピニオン形の揺動アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００８】
また、シール部材の寿命を向上させることができるラックピニオン形の揺動アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１による揺動アクチュエータは、互いに平行な１対の摺動孔を設けたボディと、前記各摺動孔の一方の開口を閉塞するように前記ボディに固定され、前記各摺動孔の内方へ向けて突出するピストンを一体成形した端部材と、前記各摺動孔内に軸方向往復動自在に配置され、前記ピストンを差し込む有底円筒孔を設けたラック部材と、前記ピストンおよび有底円筒孔内面間をシールするシール部材と、前記端部材およびピストンに設けられ、前記有底円筒孔に圧縮空気を供給する配管ポートおよび流路と、前記ラック部材の外面に設けられたラックと、前記ボディに回転自在に組み付けられ、前記ラックと噛み合うピニオンを設けた出力軸と、を有し、前記ピストンと前記有底円筒孔内面との径方向間隙を前記ラック部材と前記摺動孔内面との径方向間隙よりも大きく形成したことを特徴とするものである。
【００１１】
上記構成を備えた本発明の請求項１による揺動アクチュエータにおいては、ラックを有するラック部材の一端に有底円筒孔が形成されて、この有底円筒孔に端部材に一体成形したピストンが相対変位可能に挿入されるとともに、端部材およびピストンに配管ポートおよび有底円筒孔を連通する流路が形成されているために、有底円筒孔内すなわちラック部材の内部に圧力室が形成され、配管ポートから流路を介して圧力室に供給する圧縮空気をシールすべく、同じくラック部材の内部にシール部材が配置される。したがって、ラックがラック部材の外面に形成される一方で、シール部材がラック部材の内部に配置されるために、ラックとシール部材とを軸方向に直列に並べる必要がなく、よってラック部材の軸方向長さを短縮することが可能となる。ラック部材の軸方向長さはラックの必要歯数を確保することができる長さがあれば良い。また併せて上記構成のアクチュエータによると、ラック部材に有底円筒孔が形成されてラック部材が中空状に形成されているために、この分、ラック部材の重量を軽減することが可能となる。
【００１２】
また、上記構成によりシール部材の摺動面がラック部材の摺動面とオーバーラップしなくなるために、シール部材がラック部材の摺動によって発生する摺動摩耗粉の影響を受けるのを未然に防止することが可能となる。
【００１３】
またこれに加えて、上記構成を備えた本発明の請求項１によるアクチュエータにおいては、ピストンと有底円筒孔内面との径方向間隙がラック部材と摺動孔内面との径方向間隙よりも大きく形成されているために、ピストンと有底円筒孔内面とが接触せず、摺動摩耗粉が発生せず、よって有底円筒孔内の潤滑油を良好な状態に維持することが可能となる。また、ラックがピニオンに力を伝達する際に発生する反力がピストンに作用するのを抑えることが可能となり、ラック部材が摺動孔内面とピストンとの間でかじるのを抑えることも可能となる。
【００１４】
上記請求項１によるアクチュエータにおいて、その構成要素の一つであるピストンは、端部材に設けられて端部材を介してボディに固定されるものであるために、これを凸部と称することができ、また、有底円筒孔は、これをラック部材の一端面に開口するように設けられた中空部と称することができる。
【００１７】
また、本件提案は、上記目的に照らして、ボディの摺動孔に摺動自在に挿入されて圧縮空気の供給により移動するとともに揺動部材のピニオンに歯合するラックを設けたラック部材と、前記摺動孔の開口部を閉塞する端部材とを有するラックピニオン形の揺動アクチュエータにおいて、前記ラック部材にその一端面に開口する中空部を設け、前記端部材に前記中空部に摺動自在に挿入される凸部を設け、前記凸部の外面および前記中空部の内面の何れか一方に他方に摺動自在に密接するシール部材を設け、前記凸部の先端に流路を開口して前記流路から前記中空部へ圧縮空気を供給することを特徴とする揺動アクチュエータを提供するものであり、更にまた、ボディに互いに平行な１対の摺動孔を形成し、前記１対の摺動孔にそれぞれ外周の一部にラックを有するラック部材を摺動可能に内挿し、前記ラックに噛み合うピニオンが一体的に形成された出力軸を前記ボディに配設されたベアリングによって回動自在に支持し、前記ラック部材を圧縮空気の給排により往復動させることによって前記出力軸を回動させるラックピニオン形揺動アクチュエータであって、前記ボディの端面に前記摺動孔の一方の開口を塞ぐ端部材を配設し、前記摺動孔内で前記端部材から軸方向に延びるピストンを前記ラック部材に設けられた有底円筒孔に軸方向に相対変位可能に挿入するとともに、一方が前記端部材に設けられた配管ポートに、他方が前記有底円筒孔に連通する流路を前記ピストンに設けたことを特徴とする揺動アクチュエータを提供するものでもある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施例に係るラックピニオン形揺動アクチュエータ１の正面図、図２は右側面図、図３は背面図、図４は一部切欠した平面図、図５は底面図をそれぞれ示している。また、図６は図１におけるＡ−Ａ線断面図、図７は図２におけるＢ−Ｂ線断面図、図８は斜視図をそれぞれ示している。
【００２０】
当該実施例に係るアクチュエータ１においては先ず、略箱形を呈するボディ２の内部に1対の摺動孔３が互いに平行に形成されており、この1対の摺動孔３にそれぞれラック部材４が軸方向に摺動可能に内挿されている。ラック部材４にはその外周面の一部にラック５が軸方向に沿って形成されるとともに、一方の端面から軸方向に延びる有底円筒孔（中空部）６が形成されている。
【００２１】
摺動孔３の一方の開口にはそれぞれ、端部材７がねじ込まれている。この端部材７には摺動孔３内で軸方向に突出するピストン（凸部）８が一体成形されており、このピストン８がラック部材４の有底円筒孔６に相対変位可能に挿入されており、ピストン８の先端部に装着されたリング状のシール部材９により気密が保持されることによって有底円筒孔６の内部に圧力室１０が形成されている。シール部材９はピストン８の外周に嵌着され、有底円筒孔６の内周面に対して摺動自在に密接している。端部材７の端面には配管ポート１１が形成されて、軸方向に貫通する流路１２に連通しており、この配管ポート１１および流路１２を介して圧力室１０に圧縮空気が給排される。
【００２２】
ピストン８と有底円筒孔６内面との径方向間隙は、ラック部材４と摺動孔３内面との径方向間隙よりも大きく形成されている。
【００２３】
ボディ２には、１対の摺動孔３間の壁部１３の中央において上下方向に貫通するベアリング１７のハウジング孔１４が摺動孔３に連通するように形成されており、このベアリング孔１４における上下位置にそれぞれ、ピニオン１６を一体成形した出力軸１５を回動自在に支持するボールベアリング１７の外輪１８が嵌着されている。
【００２４】
上下1対のベアリング１７はそれぞれ、その外輪１８から径方向外方へ向けて突出する係止部１９を有しており、この係止部１９によってボディ２の端面に係止している。また、ベアリング１７の内輪２０は、出力軸１５の上端に形成された拡径部２１と、出力軸１５の下端にねじ込まれた押しネジ２２によって挟み込まれている。したがって、押しネジ２２をねじ込むことによって軸方向の隙間を取り除くことができるために、出力軸１５が軸方向にガタつくことがない。この構成は、ベアリング１７の配列が背面取付けとなるために、荷重の作用点距離が大きく、よって比較的大きなモーメントを支えることができる。また、所要の予圧を加えることにより剛性を高くすることもできる。外輪１８に係止部１９を設けたベアリング１７は市販されており、この手のベアリング１７を用いることによってベアリング１７の配列を背面取付けにする際、ハウジング孔１４にベアリング１７を係止する座面を形成する必要がなくなるために、ハウジング孔１４をストレートに形成することができる。したがって、上下1対のベアリング１７の芯ずれがなく、ボディ２に対する出力軸１５の回転精度を向上させることができる。また、加工が容易なことから製作コストを低く抑えることができる。
【００２５】
出力軸１５の外周面に形成されたピニオン１６は、ラック部材４のラック５と噛み合っており、よってラック部材４の直線的な往復運動が出力軸１５の揺動運動に変換される。
【００２６】
出力軸１５には、その拡径部２１の上面にテーブル２３が設けられている。このテーブル２３の上面には複数の雌ネジ２４が形成されており、この雌ネジ２４を用いてワークやツール等をテーブル２３上に載置する。また、テーブル２３の上面には併せて、位置決めピンを嵌入するための丸孔２５や長孔２６が高精度に形成されており、これらによってワークやツール等の取付再現性が確保されている。尚、テーブル２３の代わりに拡径部２１をボディ２の外部まで延設し、割締め等によって他の部材と連結するようにしても良い。
【００２７】
ボディ２には、１対の調整ネジ２７が摺動孔３と平行に進退自在にねじ込まれており、それぞれナット部材２８によって固定されている。この調整ネジ２７は配管ポート１１とともにボディ２の同一面に設けられているために、作業性が頗る良い。
【００２８】
テーブル２３の側面には、その両揺動端において調整ネジ２７の先端部に当接するストッパ部材２９がネジ部材３０によって固定されている。ストッパ部材２９には凹部３１が形成されていて、この凹部３１がテーブル２３に形成した凸部３２に嵌め合わされているために、ストッパ部材２９に比較的大きな力が作用しても、ガタやズレ等が発生することはない。
【００２９】
上記したようにベアリング１７の配列を背面取付けとしたために、拡径部２１およびテーブル２３はこれを出力軸１５に一体成形することができる。したがって、テーブル２３と出力軸１５との偏心および傾きが加工精度だけで決まるために、ボディ２に対するテーブル２３の回転精度を向上させることができる。またテーブル２３と出力軸１５との間に連結部が存在しないため、その分、当該アクチュエータ１を小型・軽量化することができ、また製作コストを低く抑えることもできる。
【００３０】
ボディ２の外部正面には、複数のセンサ取付溝３３が摺動孔３と平行に形成されており、このセンサ取付溝３３にそれぞれ位置検出センサ３４が取り付けられている。位置検出センサ３４は固定具３５によってセンサ取付溝３３内で所望の位置に移動可能に固定されている。ラック部材４にはその外周の一部に縮径部３６が形成されており、この縮径部３６にリングの一部を切り欠いた形状の永久磁石３７が接着剤等によって固定されている。位置検出センサ３４は永久磁石３７の接近によって信号を出力し、この信号を所望の箇所へ伝達する。
【００３１】
ボディ２には、その上面から底面にかけて貫通する複数の取付孔３８が設けられており、底面には複数の雌ネジ３９が取付孔３８と同軸に形成されている。また、底面には位置決めピンを嵌入するための丸孔４０や長孔４１が高精度に形成されており、よってボディ２の取付再現性が確保されている。また、背面にも同様に複数の雌ネジ４２、丸孔４３および長孔４４が高精度に形成されており、ボディ２の取付再現性が確保されている。
【００３２】
ボディ２をロボットのヘッドや設備の架台等へ取り付ける手段としては、取付孔３８と雌ネジ３９，４２とを選択することができる。また、取付面としてボディ２の３面を選択することができるために、取付自由度が大きい。
【００３３】
つぎに上記構成のアクチュエータ1の作動は、以下のとおりである。
【００３４】
すなわち、図示しない圧縮空気供給源および切換弁から一方の配管ポート１１および流路１２を介して一方の圧力室１０に作動流体である圧縮空気を供給するとともに、他方の流路１２、配管ポート１１および切換弁を介して他方の圧力室１０を大気開放すると、一方のラック部材４が圧縮空気により押圧されて前進を開始し、この一方のラック部材４の移動によって出力軸１５が一回転方向に揺動する。また、他方のラック部材４は出力軸１５の回動によって後退する。出力軸１５の回動に伴ってテーブル２３が回動し、テーブル２３に設けられたストッパ部材２９が一方の調整ネジ２７の先端部に当接すると、揺動が終了する。調整ネジ２７の突出量を調整することによりテーブル２３の揺動角度を調整することができる。揺動端においてはボディ２に固定された一方の位置検出センサ３４が永久磁石３７の磁界を検出し、シーケンサ等に信号を送る。
【００３５】
つぎに、図示しない切換弁を切り換えて、他方の配管ポート１１および流路１２を介して他方の圧力室１０に作動流体である圧縮空気を供給するとともに、一方の流路１２、配管ポート１１および切換弁を介して一方の圧力室１０を大気開放すると、他方のラック部材４が圧縮空気により押圧されて前進を開始するとともに、テーブル２３が反対方向に回動し、ストッパ部材２９が他方の調整ネジ２７の先端部に当接すると、揺動が終了する。調整ネジ２７の突出量を調整することによりテーブル２３の揺動角度を調整することができる。揺動端においてはボディ２に固定された他方の位置検出センサ３４が磁石の磁界を検出し、シーケンサ等に信号を送る。
【００３６】
上記構成のアクチュエータ１によれば、以下の作用効果を奏することが可能である。
【００３７】
すなわち先ず、上記したように出力軸１５のピニオン１６と歯合するラック５がラック部材４の外周面に形成されるとともに、圧力室１０の圧縮空気をシールするシール部材９が有底円筒孔６に挿入されるピストン８の外周に嵌着されてラック部材４の内側に配置されているために、当該アクチュエータ１によれば、ラック５とシール部材９とを軸方向に直列に並べて配置する必要がなく、実際直列に並べて配置されておらず、よってラック部材４の軸方向長さを従来よりも短縮することができる。したがって、これに伴ってボディ２の軸方向長さを短縮することができ、アクチュエータ１全体を同方向について小型化することができる。また、ラック部材４に有底円筒孔６が形成されてラック部材４が中空状に形成されているために、この分、ラック部材４の重量を軽減することができる。ラック部材４は所要の強度を得るべく鋼等の高比重材料によって成形されるために、その重量の軽減分は比較的大きく、これに対してピストン８の追加による重量の増加分は、このピストン８が端部材７とともにアルミ合金等の低比重材量によって成形されるために、比較的小さなものである。したがって、トータルとしてアクチュエータ１全体を軽量化することができる。以上のことから、小型でかつ軽量の揺動アクチュエータ１を提供することができる。
【００３８】
また、上記構成によりシール部材９の摺動面がラック部材４の摺動面とオーバーラップしなくなるために、シール部材９がラック部材４の摺動によって発生する摺動摩耗粉の影響を受けるのを未然に防止することができ、よってシール部材９の寿命を向上させることができる。
【００３９】
また、ピストン８と有底円筒孔６内面との径方向間隙がラック部材４と摺動孔３内面との径方向間隙よりも大きく形成されているために、ピストン８と有底円筒孔６内面とが接触せず、摺動摩耗粉が発生せず、よって有底円筒孔６内の潤滑油を良好な状態に維持することができる。また、ラック５がピニオン１６に力を伝達する際に発生する反力がピストン８に作用するのを抑えることができ、更にラック部材４が摺動孔３内面とピストン８との間でかじるのを抑えることもできる。したがって、これらのことからもシール部材９の寿命を向上させることができ、揺動アクチュエータ１の動作を円滑にすることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００４１】
すなわち先ず、上記構成を備えた本発明の請求項１による揺動アクチュエータにおいては、出力軸のピニオンと歯合するラックがラック部材の外面に形成されるとともに、圧力室の圧縮空気をシールするシール部材がラック部材の内部に配置されるために、ラックとシール部材とを軸方向に直列に並べて配置する必要がなく、よってラック部材の軸方向長さを従来よりも短縮することができる。したがって、ボディの軸方向長さを短縮することができ、アクチュエータ全体を同方向について小型化することができる。また、ラック部材に有底円筒孔が形成されてラック部材が中空状に形成されているために、この分、ラック部材の重量を軽減することができる。したがって、以上のことから小型でかつ軽量の揺動アクチュエータを提供することができる。
【００４２】
また、上記構成によりシール部材の摺動面がラック部材の摺動面とオーバーラップしないために、シール部材がラック部材の摺動によって発生する摺動摩耗粉の影響を受けるのを未然に防止することができ、よってシール部材の寿命を向上させることができる。
【００４３】
またこれに加えて、上記構成を備えた本発明の請求項１による揺動アクチュエータにおいては、ピストンと有底円筒孔内面との径方向間隙がラック部材と摺動孔内面との径方向間隙よりも大きく形成されているために、ピストンと有底円筒孔内面とが接触せず、摺動摩耗粉が発生せず、よって有底円筒孔内の潤滑油を良好な状態に維持することができる。また、ラックがピニオンに力を伝達する際に発生する反力がピストンに作用するのを抑えることができ、更にラック部材が摺動孔内面とピストンとの間でかじるのを抑えることもできる。したがって、これらのことからもシール部材の寿命を向上させることができ、揺動アクチュエータの動作を円滑にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る揺動アクチュエータの正面図
【図２】同アクチュエータの右側面図
【図３】同アクチュエータの背面図
【図４】同アクチュエータの一部切欠した平面図
【図５】同アクチュエータの底面図
【図６】図１におけるＡ−Ａ線断面図
【図７】図２におけるＢ−Ｂ線断面図
【図８】同アクチュエータの斜視図
【図９】従来例に係る揺動アクチュエータの横断面図
【図１０】同アクチュエータの縦断面図
【符号の説明】
１揺動アクチュエータ
２ボディ
３摺動孔
４ラック部材
５ラック
６有底円筒孔
７端部材
８ピストン
９シール部材
１０圧力室
１１配管ポート
１２流路
１３壁部
１４ベアリングハウジング孔
１５出力軸
１６ピニオン
１７ベアリング
１８外輪
１９係止部
２０内輪
２１拡径部
２２押しネジ
２３テーブル
２４，３９，４２雌ネジ
２５，４０，４３丸孔
２６，４１，４４長孔
２７調整ネジ
２８ナット部材
２９ストッパ部材
３０ネジ部材
３１凹部
３２凸部
３３センサ取付溝
３４位置検出センサ
３５固定具
３６縮径部
３７永久磁石
３８取付孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rack and pinion type swing actuator that converts linear reciprocating motion into swing motion through a rack and pinion.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as shown in FIG. 9 and FIG. 10, a pair of sliding holes 53 parallel to each other is formed in the body 52, and a rack 55 is formed in a part of the outer periphery of each pair of the sliding holes 53. A rack member 54 is slidably inserted, and an output shaft 56 integrally formed with a pinion 57 that meshes with the rack 55 is rotatably supported by a bearing 58 disposed on the body 52, and the rack member 54 is supplied and discharged with compressed air. There is known a rack and pinion type swinging actuator 51 in which an output shaft 56 is rotated by reciprocating it.
[0003]
However, according to this conventional oscillating actuator 51, the seal members 59 for sealing the compressed air are attached to both ends in the axial direction of the rack member 54 in which the rack 55 is formed on a part of the outer periphery. The axial length of the rack member 54 must be longer than the required number of teeth of the rack 55, and there is a disadvantage that the entire actuator 51 is enlarged in the axial direction. When the seal member 59 such as packing interferes with the pinion chamber 60, air leakage is caused. Therefore, it is necessary to secure a margin for the axial length of the rack member 54.
[0004]
Further, each rack member 54 is formed in a solid columnar shape, and since this columnar rack member 54 is made of a high specific gravity material such as steel in order to obtain a required strength, the rack member 54 is formed. Therefore, there is a disadvantage that the weight of the actuator 51 is heavy. If the rack member 54 is heavy, the operating pressure for moving the rack member 54 must also be increased.
[0005]
When mounting this type of oscillating actuator to the robot head, etc., it is particularly required to reduce the size and weight of the actuator from the viewpoint of reducing the robot's payload and tact time. Thus, the heavy and large rack and pinion type oscillating actuator tends to be avoided. On the other hand, it has been pointed out that the vane-type swing actuator has air leakage and unstable operation. Therefore, it is desired to reduce the size and weight of the rack and pinion type swing actuator.
[0006]
In this type of swing actuator, the sliding wear powder (metal wear powder) generated when the rack member 54 slides in the slide hole 53 may deteriorate the lubricating oil. According to the swing actuator 51, the sliding surface of the seal member 59 overlaps the sliding surface of the rack member 54, so that the deteriorated lubricating oil may adversely affect the life of the seal member 59. .
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above points, the present invention has an object to provide a rack and pinion type swing actuator that can be reduced in size and weight as compared with the above-described prior art.
[0008]
It is another object of the present invention to provide a rack and pinion type swing actuator that can improve the life of a seal member.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a swing actuator according to a first aspect of the present invention includes a body provided with a pair of sliding holes parallel to each other, and the body so as to close one opening of each sliding hole. And a bottomed cylindrical hole into which the piston is inserted. The end member is integrally formed with a piston projecting inward of each sliding hole, and is axially reciprocated in each sliding hole. A seal member that seals between the piston and the inner surface of the bottomed cylindrical hole, a pipe port and a flow path that are provided on the end member and the piston and supply compressed air to the bottomed cylindrical hole, A rack provided on an outer surface of the rack member; and an output shaft provided with a pinion that is rotatably assembled to the body and meshes with the rack; and a radial direction of the piston and the inner surface of the bottomed cylindrical hole while The is characterized in that it has formed larger than the radial clearance between the rack member and the slide hole inner surface.
[0011]
In the swing actuator according to the first aspect of the present invention having the above-described configuration, a bottomed cylindrical hole is formed at one end of a rack member having a rack, and a piston integrally formed with the end member is relative to the bottomed cylindrical hole. Since the flow path is formed so that the pipe port and the bottomed cylindrical hole are communicated with the end member and the piston, the pressure chamber is formed in the bottomed cylindrical hole, that is, inside the rack member, In order to seal the compressed air supplied from the piping port to the pressure chamber via the flow path, a sealing member is also arranged inside the rack member. Accordingly, since the rack is formed on the outer surface of the rack member, the seal member is disposed inside the rack member, so that it is not necessary to arrange the rack and the seal member in series in the axial direction. It becomes possible to shorten the direction length. The length of the rack member in the axial direction only needs to be long enough to ensure the required number of teeth of the rack. In addition, according to the actuator configured as described above, since the bottomed cylindrical hole is formed in the rack member and the rack member is formed in a hollow shape, the weight of the rack member can be reduced accordingly.
[0012]
In addition, since the sliding surface of the sealing member does not overlap the sliding surface of the rack member with the above configuration, the sealing member is prevented from being affected by sliding wear powder generated by the sliding of the rack member. It becomes possible to do.
[0013]
In addition, in the actuator according to claim 1 of the present invention having the above-described configuration, the radial gap between the piston and the inner surface of the bottomed cylindrical hole is larger than the radial gap between the rack member and the inner surface of the sliding hole. Therefore, the piston and the inner surface of the bottomed cylindrical hole do not come into contact with each other, and no sliding wear powder is generated. Therefore, the lubricating oil in the bottomed cylindrical hole can be maintained in a good state. . In addition, it is possible to suppress the reaction force generated when the rack transmits force to the pinion from acting on the piston, and it is also possible to suppress the rack member from being gnawed between the inner surface of the sliding hole and the piston. Become.
[0014]
In the actuator according to the first aspect , the piston, which is one of the constituent elements, is provided on the end member and is fixed to the body via the end member. Moreover, the bottomed cylindrical hole can be referred to as a hollow portion provided so as to open to one end surface of the rack member .
[0017]
In addition, in light of the above object, the present proposal is provided with a rack member that is slidably inserted into the sliding hole of the body, moves by supplying compressed air, and has a rack that meshes with the pinion of the swinging member; In a rack and pinion type swing actuator having an end member that closes the opening of the sliding hole, the rack member is provided with a hollow portion that opens to one end surface thereof, and the end member is slidable in the hollow portion. A projecting portion to be inserted into the outer surface of the projecting portion and an inner surface of the projecting portion, and a seal member that is slidably in contact with the other. The present invention provides a swing actuator characterized in that compressed air is supplied from the flow path to the hollow portion, and further, a pair of sliding holes parallel to each other is formed in the body, Each slide hole has an outer A rack member having a rack at a portion is slidably inserted, and an output shaft integrally formed with a pinion meshing with the rack is rotatably supported by a bearing disposed on the body, and the rack member is A rack and pinion type swinging actuator that rotates the output shaft by reciprocating by supplying and discharging compressed air, and an end member that closes one opening of the sliding hole is disposed on an end surface of the body; A piston port extending in the axial direction from the end member in the sliding hole is inserted into a bottomed cylindrical hole provided in the rack member so as to be relatively displaceable in the axial direction, and one is a piping port provided in the end member Further, the present invention provides a swing actuator characterized in that the piston is provided with a flow path communicating with the bottomed cylindrical hole on the other side.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
1 is a front view of a rack and pinion type oscillating actuator 1 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a right side view, FIG. 3 is a rear view, FIG. 4 is a partially cutaway plan view, and FIG. Respectively. 6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2, and FIG. 8 is a perspective view.
[0020]
In the actuator 1 according to this embodiment, first, a pair of sliding holes 3 are formed in parallel with each other inside a body 2 having a substantially box shape, and a rack member 4 is formed in each of the pair of sliding holes 3. Is slidably inserted in the axial direction. A rack 5 is formed in the rack member 4 along a part of the outer peripheral surface along the axial direction, and a bottomed cylindrical hole (hollow part) 6 extending in the axial direction from one end surface is formed.
[0021]
An end member 7 is screwed into one opening of the sliding hole 3. The end member 7 is integrally formed with a piston (convex portion) 8 protruding in the axial direction within the sliding hole 3, and the piston 8 is inserted into the bottomed cylindrical hole 6 of the rack member 4 so as to be relatively displaceable. The pressure chamber 10 is formed inside the bottomed cylindrical hole 6 by being kept airtight by a ring-shaped seal member 9 attached to the tip of the piston 8. The seal member 9 is fitted on the outer periphery of the piston 8 and is slidably in close contact with the inner peripheral surface of the bottomed cylindrical hole 6. A pipe port 11 is formed on the end surface of the end member 7 and communicates with a flow path 12 penetrating in the axial direction. The compressed air is supplied to and discharged from the pressure chamber 10 through the pipe port 11 and the flow path 12. The
[0022]
The radial gap between the piston 8 and the inner surface of the bottomed cylindrical hole 6 is formed larger than the radial gap between the rack member 4 and the inner surface of the sliding hole 3.
[0023]
In the body 2, a housing hole 14 of a bearing 17 penetrating in the vertical direction at the center of the wall portion 13 between the pair of sliding holes 3 is formed so as to communicate with the sliding hole 3. An outer ring 18 of a ball bearing 17 that rotatably supports the output shaft 15 integrally formed with the pinion 16 is fitted in the upper and lower positions.
[0024]
Each of the pair of upper and lower bearings 17 has a locking portion 19 that protrudes radially outward from the outer ring 18, and is locked to the end surface of the body 2 by the locking portion 19. Further, the inner ring 20 of the bearing 17 is sandwiched between an enlarged diameter portion 21 formed at the upper end of the output shaft 15 and a push screw 22 screwed into the lower end of the output shaft 15. Therefore, since the gap in the axial direction can be removed by screwing the push screw 22, the output shaft 15 does not rattle in the axial direction. In this configuration, since the arrangement of the bearings 17 is mounted on the back surface, the distance between the application points of the load is large, and thus a relatively large moment can be supported. Further, the rigidity can be increased by applying a required preload. A bearing 17 provided with a locking portion 19 on the outer ring 18 is commercially available. When the arrangement of the bearing 17 is mounted on the back surface by using this type of bearing 17, a bearing surface for locking the bearing 17 in the housing hole 14 is provided. Therefore, the housing hole 14 can be formed straight. Accordingly, there is no misalignment between the pair of upper and lower bearings 17 and the rotation accuracy of the output shaft 15 relative to the body 2 can be improved. Moreover, since the processing is easy, the manufacturing cost can be kept low.
[0025]
The pinion 16 formed on the outer peripheral surface of the output shaft 15 meshes with the rack 5 of the rack member 4, and thus the linear reciprocating motion of the rack member 4 is converted into the swing motion of the output shaft 15.
[0026]
The output shaft 15 is provided with a table 23 on the upper surface of the enlarged diameter portion 21. A plurality of female screws 24 are formed on the upper surface of the table 23, and workpieces, tools, and the like are placed on the table 23 using the female screws 24. In addition, a round hole 25 and a long hole 26 for inserting a positioning pin are formed with high accuracy on the upper surface of the table 23, and the reproducibility of attachment of a workpiece, a tool or the like is ensured. Instead of the table 23, the enlarged diameter portion 21 may be extended to the outside of the body 2 and connected to other members by split fastening or the like.
[0027]
A pair of adjustment screws 27 are screwed into the body 2 so as to be able to advance and retreat in parallel with the sliding holes 3, and are respectively fixed by nut members 28. Since the adjustment screw 27 is provided on the same surface of the body 2 together with the piping port 11, workability is improved.
[0028]
On the side surface of the table 23, a stopper member 29 that is in contact with the tip of the adjustment screw 27 at both swing ends is fixed by a screw member 30. Since the recess 31 is formed in the stopper member 29 and this recess 31 is fitted to the protrusion 32 formed on the table 23, even if a relatively large force is applied to the stopper member 29, the stopper member 29 has a backlash or displacement. Etc. will not occur.
[0029]
As described above, since the arrangement of the bearings 17 is mounted on the back surface, the enlarged diameter portion 21 and the table 23 can be integrally formed on the output shaft 15. Therefore, since the eccentricity and inclination of the table 23 and the output shaft 15 are determined only by the machining accuracy, the rotation accuracy of the table 23 relative to the body 2 can be improved. Further, since there is no connecting portion between the table 23 and the output shaft 15, the actuator 1 can be reduced in size and weight, and the manufacturing cost can be reduced.
[0030]
A plurality of sensor mounting grooves 33 are formed in parallel with the sliding holes 3 on the front surface of the body 2, and position detection sensors 34 are respectively mounted in the sensor mounting grooves 33. The position detection sensor 34 is fixed by a fixture 35 so as to be movable to a desired position in the sensor mounting groove 33. The rack member 4 has a reduced diameter portion 36 formed on a part of the outer periphery thereof, and a permanent magnet 37 having a shape in which a part of the ring is cut off is fixed to the reduced diameter portion 36 by an adhesive or the like. The position detection sensor 34 outputs a signal when the permanent magnet 37 approaches, and transmits this signal to a desired location.
[0031]
The body 2 is provided with a plurality of mounting holes 38 penetrating from the top surface to the bottom surface, and a plurality of female screws 39 are formed coaxially with the mounting holes 38 on the bottom surface. In addition, a round hole 40 and a long hole 41 for inserting a positioning pin are formed on the bottom surface with high accuracy, and thus the mounting reproducibility of the body 2 is ensured. Similarly, a plurality of female screws 42, a round hole 43, and a long hole 44 are formed on the back surface with high accuracy, and the mounting reproducibility of the body 2 is ensured.
[0032]
As a means for attaching the body 2 to a robot head or equipment stand, an attachment hole 38 and female screws 39 and 42 can be selected. Further, since the three surfaces of the body 2 can be selected as the attachment surface, the degree of freedom of attachment is great.
[0033]
Next, the operation of the actuator 1 configured as described above is as follows.
[0034]
That is, compressed air, which is a working fluid, is supplied to one pressure chamber 10 through one piping port 11 and a flow path 12 from a compressed air supply source and a switching valve (not shown), and the other flow path 12 and the piping port 11. When the other pressure chamber 10 is opened to the atmosphere via the switching valve, one rack member 4 is pressed by the compressed air and starts moving forward, and the movement of the one rack member 4 moves the output shaft 15 in one rotation direction. Swing. The other rack member 4 is moved backward by the rotation of the output shaft 15. As the output shaft 15 rotates, the table 23 rotates, and when the stopper member 29 provided on the table 23 comes into contact with the tip of one adjustment screw 27, the swinging is finished. The swing angle of the table 23 can be adjusted by adjusting the protruding amount of the adjusting screw 27. At the swing end, one position detection sensor 34 fixed to the body 2 detects the magnetic field of the permanent magnet 37 and sends a signal to a sequencer or the like.
[0035]
Next, a switching valve (not shown) is switched to supply compressed air, which is a working fluid, to the other pressure chamber 10 via the other piping port 11 and the flow path 12, and the one flow path 12, the piping port 11 and When one pressure chamber 10 is opened to the atmosphere via the switching valve, the other rack member 4 is pressed by the compressed air to start moving forward, the table 23 rotates in the opposite direction, and the stopper member 29 is adjusted to the other. When it comes into contact with the tip of the screw 27, the swinging is finished. The swing angle of the table 23 can be adjusted by adjusting the protruding amount of the adjusting screw 27. At the swing end, the other position detection sensor 34 fixed to the body 2 detects the magnetic field of the magnet and sends a signal to a sequencer or the like.
[0036]
According to the actuator 1 having the above-described configuration, the following operational effects can be achieved.
[0037]
That is, first, as described above, the rack 5 that meshes with the pinion 16 of the output shaft 15 is formed on the outer peripheral surface of the rack member 4, and the seal member 9 that seals the compressed air in the pressure chamber 10 includes the bottomed cylindrical hole 6. Since it is fitted on the outer periphery of the piston 8 inserted into the rack and arranged inside the rack member 4, according to the actuator 1, the rack 5 and the seal member 9 need to be arranged in series in the axial direction. In other words, the rack members 4 are not arranged side by side in series, so that the axial length of the rack member 4 can be shortened as compared with the prior art. Accordingly, along with this, the axial length of the body 2 can be shortened, and the entire actuator 1 can be reduced in size in the same direction. Further, since the bottomed cylindrical hole 6 is formed in the rack member 4 and the rack member 4 is formed in a hollow shape, the weight of the rack member 4 can be reduced accordingly. Since the rack member 4 is formed of a high specific gravity material such as steel in order to obtain a required strength, the weight reduction is relatively large, whereas the weight increase due to the addition of the piston 8 is the piston. 8 is formed with a low specific gravity material such as an aluminum alloy together with the end member 7, so that it is relatively small. Therefore, the entire actuator 1 can be reduced in weight. From the above, a small and lightweight swing actuator 1 can be provided.
[0038]
Further, since the sliding surface of the seal member 9 does not overlap the sliding surface of the rack member 4 by the above configuration, the seal member 9 is affected by the sliding wear powder generated by the sliding of the rack member 4. Can be prevented, and the life of the seal member 9 can be improved.
[0039]
Further, since the radial gap between the piston 8 and the inner surface of the bottomed cylindrical hole 6 is larger than the radial gap between the rack member 4 and the inner surface of the sliding hole 3, the piston 8 and the inner surface of the bottomed cylindrical hole 6 Are not in contact with each other and no sliding wear powder is generated, so that the lubricating oil in the bottomed cylindrical hole 6 can be maintained in a good state. Further, reaction force generated when the rack 5 transmits a force to the pinion 16 can be prevented from acting on the piston 8, and the rack member 4 can be gnawed between the inner surface of the sliding hole 3 and the piston 8. Can also be suppressed. Therefore, also from these things, the lifetime of the sealing member 9 can be improved and operation | movement of the rocking | fluctuation actuator 1 can be made smooth.
[0040]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
[0041]
That is, first, in the swing actuator according to claim 1 of the present invention having the above-described configuration, a rack that meshes with the pinion of the output shaft is formed on the outer surface of the rack member, and the seal that seals the compressed air in the pressure chamber Since the member is arranged inside the rack member, it is not necessary to arrange the rack and the seal member side by side in series in the axial direction. Therefore, the axial length of the rack member can be shortened as compared with the prior art. Therefore, the axial length of the body can be shortened, and the entire actuator can be reduced in size in the same direction. Further, since the bottomed cylindrical hole is formed in the rack member and the rack member is formed in a hollow shape, the weight of the rack member can be reduced accordingly. Therefore, a small and lightweight swing actuator can be provided from the above.
[0042]
Further, since the sliding surface of the sealing member does not overlap with the sliding surface of the rack member by the above configuration, the sealing member is prevented from being affected by the sliding wear powder generated by the sliding of the rack member. Therefore, the life of the sealing member can be improved.
[0043]
In addition, in the swing actuator according to the first aspect of the present invention having the above-described configuration, the radial gap between the piston and the inner surface of the bottomed cylindrical hole is greater than the radial gap between the rack member and the inner surface of the sliding hole. Since the piston and the inner surface of the bottomed cylindrical hole are not in contact with each other, sliding wear powder is not generated, and therefore the lubricating oil in the bottomed cylindrical hole can be maintained in a good state. . Further, reaction force generated when the rack transmits force to the pinion can be prevented from acting on the piston, and further, the rack member can be prevented from being gnawed between the inner surface of the sliding hole and the piston. Therefore, it is possible to improve the life of the seal member also from these things, and the operation of the swing actuator can be made smooth.
[Brief description of the drawings]
1 is a front view of a swing actuator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a right side view of the actuator. FIG. 3 is a rear view of the actuator. 5 is a bottom view of the actuator. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. Fig. 10 is a cross-sectional view of the swing actuator. Fig. 10 is a vertical cross-section of the actuator.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oscillation actuator 2 Body 3 Sliding hole 4 Rack member 5 Rack 6 Bottomed cylindrical hole 7 End member 8 Piston 9 Seal member 10 Pressure chamber 11 Piping port 12 Channel 13 Wall 14 Bearing housing hole 15 Output shaft 16 Pinion 17 Bearing 18 Outer ring 19 Locking portion 20 Inner ring 21 Expanded portion 22 Push screw 23 Table 24, 39, 42 Female screw 25, 40, 43 Round hole 26, 41, 44 Long hole 27 Adjustment screw 28 Nut member 29 Stopper member 30 Screw Member 31 Concave portion 32 Convex portion 33 Sensor mounting groove 34 Position detection sensor 35 Fixing tool 36 Reduced diameter portion 37 Permanent magnet 38 Mounting hole

Claims

A body (2) provided with a pair of sliding holes (3) parallel to each other;
A piston (8) fixed to the body (2) so as to close one opening of each sliding hole (3) and projecting inward of each sliding hole (3) is integrally formed. An end member (7);
A rack member (4) provided with a bottomed cylindrical hole (6) into which the piston (8) is inserted, and is disposed in each sliding hole (3) so as to be reciprocally movable in the axial direction;
A seal member (9) for sealing between the inner surface of the piston (8) and the bottomed cylindrical hole (6);
A pipe port (11) and a flow path (12) which are provided on the end member (7) and the piston (8) and supply compressed air to the bottomed cylindrical hole (6);
A rack (5) provided on an outer surface of the rack member (4);
An output shaft (15) provided with a pinion (16) which is rotatably assembled to the body (2) and meshes with the rack (5);
The radial gap between the piston (8) and the inner surface of the bottomed cylindrical hole (6) is formed larger than the radial gap between the rack member (4) and the inner surface of the sliding hole (3). Swing actuator.