JP4547658B2 - Magnetic screw coupling type rotary actuator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンの直線往復運動を出力軸の回転揺動運動に変換して取り出すロータリーアクチュエーターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、各種の電子機器や情報伝達機器等の発達に伴い、それらに使用される半導体デバイスの小形化及び高集積化が進み、その製造ラインにおいては多くの場合、そこで使用される各種機器類に対して非常に厳しいクリーン度が要求されるようになった。例えば、機器の駆動やウエハの搬送等に使用されるロータリーアクチュエーターなどのエア機器についても同様である。
【0003】
現在、ベーン形のロータリーアクチュエーターを真空チャンバやクリーンルームのようなクリーンな環境で使用する場合、このアクチュエーターからの発塵が汚染源とならないように、図4あるいは図5に示すような対策が一般に講じられている。図4に示すものは、ベーン1が取り付けられた出力軸2の両端の軸受部3,3の両側にそれぞれシール部材4,4を二重に設け、内外のシール部材4,4の間に、発生したダストを逃がすためのダスト排出用ポート5,5を設けている。一方、図5に示すものは、上記二重構造のシール部材を設けることなく、上記ポート5,5を吸引ポンプに接続し、アクチュエーター内部で発生したダストを真空圧を利用して強制的に吸引するようにしている。
【0004】
しかしながら、この種のベーン形のロータリーアクチュエーターは、上記出力軸2が、ベーン1が動作する圧力室6からケーシング7の外部にまで連続して延びているため、上述したような防塵対策を施したとしても、上記圧力6室の内部やケーシング7と出力軸2との摺動部分などからの発塵が完全に外部に漏れないようにするのは事実上困難である。また、シールを二重にしても、摺動部分からのエアのリークを完全に止めるのは困難であるため、アクチュエーターを真空チャンバ内で使用する際には、僅かなリークのために真空度が上がりにくいとか、そのリークと共にダストが漏出して環境を汚染するなどの問題が発生し易い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的課題は、このようなベーン形のロータリーアクチュエーターが有する構造上の問題点に鑑み、ベーン以外の手段で出力軸を回転揺動させるように構成することによって防塵性と気密性とを高めたロータリーアクチュエーター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、本発明によれば、非磁性素材からなる小径の内側シリンダ部と大径の外側シリンダ部とを内外二重に備えたケーシング、上記両シリンダ部の間に形成された円環状のピストン室、上記ピストン室内に回転を防止された状態で軸線方向に摺動自在なるように配設され、エア圧力の作用により前後進する円環状のピストン、上記内側シリンダ部の中心孔内に軸線方向の移動を防止された状態で回転自在かつケーシングと非摺動の状態に収容された出力軸、上記ピストン室内において上記ピストンの両側に形成された圧力室、上記各圧力室に圧力エアを供給するためのポート、上記ピストンの内周面にN極及びS極の磁極帯を交互に且つ螺旋状に配置することにより形成された雌磁気ねじ、上記出力軸の外周面にN極及びS極の磁極帯を交互に且つ螺旋状に配置することにより形成され、上記内側シリンダ部を介して上記ピストン内周面の雌磁気ねじと相互に磁気結合された雄磁気ねじを有し、上記ケーシングが、上記内側シリンダ部とこの内側シリンダ部の一端から外周方向に張り出すフランジ状の本体部とを有する第1部材、及び、上記外側シリンダ部とこの外側シリンダ部の一端から内周方向に張り出すフランジ状の本体部とを有する第2部材を備えていて、上記第1部材の内側シリンダ部を第2部材の外側シリンダ部内に同軸状に嵌合して各シリンダ部の先端を相手側の部材の本体部に気密に結合することにより、一体に組み立てられていることを特徴とする磁気ねじ結合式ロータリーアクチュエーターが提供される。
【0007】
上記構成を有するロータリーアクチュエーターにおいて、上記圧力室に圧力エアを供給してピストンを前後進させると、該ピストンと磁気結合された出力軸が、磁気ねじの傾斜角度に応じて揺動回転し、この揺動回転が出力として取り出される。このとき、上記圧力室とピストンとが外部環境から遮断されると共に、これらの圧力室及びピストンと出力軸とが相互に隔絶されているため、圧力室内のエアが外部にリークしたり、ピストンの摺動に伴う発塵が外部に漏出するといった問題が生じない。
【0008】
本発明の具体的な実施態様によれば、上記ピストンの回転を防止する手段が、上記ピストン室内に設けられたピンであって、該ピンが上記ピストンを軸線方向に貫通している。
【0010】
本発明においては、上記出力軸の両端部がそれぞれベアリングで回転自在に支持されていて、該出力軸の一端側を支持するベアリングが第1部材に取り付けられ、他端側を支持するベアリングが第2部材に取り付けられている。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1〜図3は本発明に係る磁気ねじ結合式ロータリーアクチュエーターの好ましい代表的な一実施形態を示すもので、このアクチュエーターは、非磁性素材からなるケーシング10を備えている。このケーシング10は、同軸状に位置する小径の内側シリンダ部11と大径の外側シリンダ部12とを内外二重に備えていて、これら両シリンダ部11,12の間に外部環境と完全に隔絶された円環状のピストン室13が形成され、このピストン室13の内部に円環状のピストン14が、回転防止手段15でその軸線回りの回転を防止された状態で軸線方向には摺動自在なるように配設されている。また、このピストン14の両側には、第1及び第2の圧力室18a,18bがそれぞれ形成され、これらの圧力室18a,18bが、ケーシング10に形成された第1及び第2のポート19a,19bにそれぞれ接続されている。
【0012】
上記内側シリンダ部11における中心孔21の内部には、円柱状をした出力軸16が、その両端部をベアリング22a,22bでそれぞれ支持されることにより、軸線方向の移動を防止された状態で軸線回りには回転自在なるように収容されている。
【0013】
そして、上記ピストン14の内周面には、N極の磁極を帯状に着磁してなる磁極帯23aと、S極の磁極を帯状に着磁してなる磁極帯23bとを、交互に且つ螺旋状に配置することにより雌磁気ねじ23が形成され、これに対して上記出力軸16の外周面には、同様にN極及びS極の磁極をそれぞれ帯状に着磁してなる磁極帯24a,24bを交互に且つ螺旋状に配置することにより、上記雌磁気ねじ23と同じ傾斜方向及び同じ傾斜角度を持つ雄磁気ねじ24が形成され、これらの雌磁気ねじ23と雄磁気ねじ24とによって上記ピストン14と出力軸16とが、相互に磁気結合されている。
【0014】
上記ケーシング10は、第1部材10Aと第2部材10Bとを相互に結合することにより組み立てられている。このうち第1部材10Aは、小径円筒状をした上記内側シリンダ部11と、この内側シリンダ部11の一端から外側に向けて張り出す矩形フランジ状をした本体部26とを有し、これらの内側シリンダ部11と本体部26との中央部を貫通するように上記中心孔21が設けられている。一方の第2部材10Bは、角柱状をした上記外側シリンダ部12と、この外側シリンダ部12の一端から内側に向けて張り出すフランジ状の本体部28とを有していて、上記外側シリンダ部12の内部に上記内側シリンダ部11より大径の円形シリンダ孔が形成されると共に、上記本体部28の中央部に上記内側シリンダ部11が嵌合する中心孔29が形成されており、この第2部材10Bのシリンダ孔内に上記第1部材10Aの内側シリンダ部11を同軸状に嵌合して、各シリンダ部11,12の先端を互いに相手側の部材10B,10Aの本体部28,26にシール部材31,32を介して気密に結合することにより、一体に組み立てられている。そして、第1部材10Aの中心孔21に上記出力軸16の一端を支持する一方のベアリング22aが取り付けられ、第2部材10Bの中心孔29に出力軸16の他端を支持する他方のベアリング22bが取り付けられている。
【0015】
図中33は上記ベアリング22bを固定するための部材、34は出力軸16に被駆動用の部材を連結するためのブラケットである。
【0016】
また、上記ピストン14の回転を防止する回転防止手段15は、上記ピストン室13内にその軸線方向に設けられたピン15aからなっていて、このピン15aが上記ピストン14を軸線方向に摺動自在なるように貫通している。図中35はピストン14とピン15aとの間の摺動を案内するガイド、36,37はシール部材である。
【0017】
上記構成を有するロータリーアクチュエーターにおいて、上記2つのポート19a,19bから第1圧力室18aと第2圧力室18bとに圧力エアを交互に供給すると、ピストン14が、ピン15aで軸線回りの回転を規制された状態で該ピン15aに沿ってピストン室13内を軸線方向に前後進する。このとき、該ピストン14と出力軸16とが磁気ねじ23,24によって相互に磁気結合されているため、該出力軸16が、磁気ねじ23,24の傾斜角度に応じて揺動回転し、この揺動回転が出力として取り出される。
【0018】
かくして上記アクチュエーターにおいては、ピストン室13内を軸線方向に摺動するピストン14と、内側シリンダ部11の中心孔21内を軸線の回りに回転自在の出力軸16とを、磁気ねじ23,24の磁力によって相互に結合したことにより、上記ピストン14の直線往復運動を出力軸16の回転揺動運動に変換して取り出すことができる。また、従来のベーン形アクチュエーターのような圧力室から摺動部を経て外部に延出する出力軸を持たず、上記圧力室18a,18b及びピストン14が外部環境から遮断されると共に、これらの圧力室18a,18b及びピストン14と出力軸16とが相互に隔絶されているため、上記圧力室18a,18b内のエアが出力軸16とケーシング10との摺動部などを通じてリークしたり、この圧力室18a,18bの内部で発生したダストがリークエアと一緒に外部に漏出したりすることがなく、防塵性に勝れる。
【0019】
なお、上記第1部材10Aと第2部材10Bとの間にはシール部材31,32が設けられ、これらのシール部材31,32によって圧力室18a,18bの気密が保たれているが、これらのシール部材31,32は、ベーン形アクチュエーターのシール部材のように回転する出力軸とケーシングとの摺動部分に介在してそれらの部材と擦れ合うものとは違い、固定的に結合された第1部材10Aと第2部材10Bとの間に静止状態に設けられて両部材と擦れ合うことがないため、そのシール精度は高くかつ摺動による発塵も生じない。
【0020】
また、上述したように磁気ねじ23,24によってピストン14と出力軸16とを相互に非接触の状態で結合し、ピストン14の直線往復運動を出力軸16の回転揺動運動に変換して取り出すようにしているため、出力軸16とケーシング10との間の回転に伴う摺動部をなくして摩擦によるダストの発生を確実に防止することができる。
図示の実施例では、第2部材10Bの外側シリンダ部12が断面矩形をしているが、円筒形であっても良いことは言うまでもない。
【0021】
【発明の効果】
以上に詳述したように本発明のロータリーアクチュエーターは、圧力室内を軸線方向に摺動するピストンと軸線の回りに回転自在の出力軸とを、磁気ねじの磁力によって相互に結合したことにより、上記ピストンの直線往復運動を出力軸の回転揺動運動に変換して取り出すことができる。
また、本発明のロータリーアクチュエーターは、従来のベーン形アクチュエーターのような圧力室から摺動部を経て外部に延出する出力軸を持たず、上記圧力室及びピストンが外部環境から遮断されると共に、これらの圧力室及びピストンと出力軸とが相互に隔絶されているため、上記圧力室内のエアが外部にリークしたり、ピストンの摺動に伴う発塵が外部に漏出するといった問題が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るロータリーアクチュエーターの一実施形態を示す断面図である。
【図2】図1のA−A線での断面図である。
【図3】図1において出力軸を取り外した状態の断面図である。
【図4】従来のベーン形ロータリーアクチュエーターの一例を示す断面図である。
【図5】従来のベーン形ロータリーアクチュエーターの他例を示す断面図である。
【符号の説明】
10 ケーシング
10A 第1部材
10B 第2部材
11 内側シリンダ部
12 外側シリンダ部
13 ピストン室
14 ピストン
15 回転防止手段
15a ピン
16 出力軸
18a,18b 圧力室
19a,19b ポート
21 中心孔
22a,22b ベアリング
23 雌側磁気ねじ
23a,23b 磁極帯
24 雄側磁気ねじ
24a,24b 磁極帯
26,28 本体部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotary actuator that converts a linear reciprocating motion of a piston into a rotational swing motion of an output shaft and takes it out.
[0002]
[Prior art]
In recent years, along with the development of various electronic devices and information transmission devices, semiconductor devices used for them have been miniaturized and highly integrated. In many cases, the production lines include various devices used there. On the other hand, very strict cleanliness is required. For example, the same applies to pneumatic equipment such as a rotary actuator used for driving the equipment and transporting the wafer.
[0003]
Currently, when a vane-type rotary actuator is used in a clean environment such as a vacuum chamber or a clean room, the measures shown in Fig. 4 or Fig. 5 are generally taken so that the dust generated from this actuator does not become a source of contamination. ing. 4 is provided with
[0004]
However, in this type of vane type rotary actuator, since the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the structural problems of the vane-type rotary actuator, the technical problem of the present invention is that the output shaft is rotated and oscillated by means other than the vane. The purpose is to provide a rotary actuator with improved performance.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, according to the present invention, a casing having a small-diameter inner cylinder portion and a large-diameter outer cylinder portion made of a non-magnetic material are provided between an inner and an outer double portion, and formed between the two cylinder portions. An annular piston chamber, an annular piston which is disposed in the piston chamber so as to be slidable in the axial direction in a state where rotation is prevented, and moves forward and backward by the action of air pressure, a central hole of the inner cylinder portion An output shaft that is rotatable while being prevented from moving in the axial direction and is housed in a non-sliding manner with respect to the casing, pressure chambers formed on both sides of the piston in the piston chamber, and pressure in each pressure chamber A port for supplying air, a female magnetic screw formed by alternately and spirally arranging magnetic pole bands of N and S poles on the inner peripheral surface of the piston, and N poles on the outer peripheral surface of the output shaft as well as Is formed by placing and spirally alternately poles of the magnetic pole zone, it has a magnetic coupling males magnetic screw to and from the female magnetic thread of the piston within the peripheral surface through the inner cylinder portion, the casing A first member having the inner cylinder part and a flange-shaped main body part projecting from one end of the inner cylinder part in the outer circumferential direction; and the outer member extending from the one end of the outer cylinder part and the outer cylinder part in the inner circumferential direction. And a second member having a flange-shaped main body portion, and the inner cylinder portion of the first member is coaxially fitted into the outer cylinder portion of the second member, and the tip of each cylinder portion is connected to the other side. A magnetic screw-coupled rotary actuator is provided that is assembled integrally by hermetically coupling to the main body of the member .
[0007]
In the rotary actuator having the above configuration, when pressure air is supplied to the pressure chamber and the piston is moved forward and backward, the output shaft magnetically coupled to the piston is oscillated and rotated according to the inclination angle of the magnetic screw. Oscillating rotation is taken out as output. At this time, the pressure chamber and the piston are shut off from the external environment, and the pressure chamber and the piston and the output shaft are isolated from each other. There is no problem that dust generated by sliding leaks to the outside.
[0008]
According to a specific embodiment of the present invention, the means for preventing rotation of the piston is a pin provided in the piston chamber, and the pin penetrates the piston in the axial direction.
[0010]
In the present invention, both ends of the output shaft are rotatably supported by bearings, a bearing that supports one end of the output shaft is attached to the first member, and a bearing that supports the other end is the first. It is attached to two members.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 3 show a preferred typical embodiment of a magnetic screw-coupled rotary actuator according to the present invention. This actuator includes a
[0012]
A
[0013]
Further, on the inner peripheral surface of the
[0014]
The
[0015]
In the figure, 33 is a member for fixing the
[0016]
The rotation preventing means 15 for preventing the rotation of the
[0017]
In the rotary actuator having the above-described configuration, when pressure air is alternately supplied from the two ports 19a and 19b to the first pressure chamber 18a and the second pressure chamber 18b, the
[0018]
Thus, in the actuator, the
[0019]
[0020]
Further, as described above, the
In the illustrated embodiment, the
[0021]
【The invention's effect】
As described in detail above, the rotary actuator according to the present invention has a piston that slides in the axial direction in the pressure chamber and an output shaft that is rotatable around the axis, and is coupled to each other by the magnetic force of the magnetic screw. The linear reciprocating motion of the piston can be converted into the rotational swing motion of the output shaft and taken out.
Further, the rotary actuator of the present invention does not have an output shaft that extends to the outside through a sliding portion from a pressure chamber like a conventional vane actuator, and the pressure chamber and the piston are shut off from the external environment, Since the pressure chamber, the piston, and the output shaft are isolated from each other, there is no problem that air in the pressure chamber leaks to the outside, and dust generated by sliding of the piston leaks to the outside.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a rotary actuator according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
3 is a cross-sectional view showing a state where an output shaft is removed from FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a conventional vane type rotary actuator.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of a conventional vane type rotary actuator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記両シリンダ部の間に形成された円環状のピストン室、
上記ピストン室内に回転を防止された状態で軸線方向に摺動自在なるように配設され、エア圧力の作用により前後進する円環状のピストン、
上記内側シリンダ部の中心孔内に軸線方向の移動を防止された状態で回転自在かつケーシングと非摺動の状態に収容された出力軸、
上記ピストン室内において上記ピストンの両側に形成された圧力室、
上記各圧力室に圧力エアを供給するためのポート、
上記ピストンの内周面にN極及びS極の磁極帯を交互に且つ螺旋状に配置することにより形成された雌磁気ねじ、
上記出力軸の外周面にN極及びS極の磁極帯を交互に且つ螺旋状に配置することにより形成され、上記内側シリンダ部を介して上記ピストン内周面の雌磁気ねじと相互に磁気結合された雄磁気ねじ、を有し、
上記ケーシングが、上記内側シリンダ部とこの内側シリンダ部の一端から外周方向に張り出すフランジ状の本体部とを有する第1部材、及び、上記外側シリンダ部とこの外側シリンダ部の一端から内周方向に張り出すフランジ状の本体部とを有する第2部材を備えていて、上記第1部材の内側シリンダ部を第2部材の外側シリンダ部内に同軸状に嵌合して各シリンダ部の先端を相手側の部材の本体部に気密に結合することにより、一体に組み立てられていることを特徴とする磁気ねじ結合式ロータリーアクチュエーター。A casing having a small-diameter inner cylinder portion and a large-diameter outer cylinder portion made of a non-magnetic material, both inside and outside,
An annular piston chamber formed between the cylinder portions,
An annular piston disposed in the piston chamber so as to be slidable in the axial direction in a state in which rotation is prevented;
An output shaft which is rotatable in a state where movement in the axial direction is prevented in the center hole of the inner cylinder part and is housed in a non-sliding state with the casing;
Pressure chambers formed on both sides of the piston in the piston chamber;
A port for supplying pressure air to each pressure chamber;
A female magnetic screw formed by alternately and spirally arranging N-pole and S-pole magnetic pole bands on the inner peripheral surface of the piston;
Formed by alternately and spirally arranging N-pole and S-pole magnetic pole bands on the outer peripheral surface of the output shaft, and magnetically coupled to the female magnetic screw on the inner peripheral surface of the piston via the inner cylinder portion A male magnetic screw ,
The casing has a first member having the inner cylinder part and a flange-shaped main body part projecting from one end of the inner cylinder part in the outer circumferential direction, and an inner circumferential direction from the outer cylinder part and one end of the outer cylinder part. And a second member having a flange-shaped main body portion projecting from the inner member. The inner cylinder portion of the first member is coaxially fitted into the outer cylinder portion of the second member, and the tip of each cylinder portion is opposed to the other member. A magnetic screw-coupled rotary actuator, wherein the magnetic screw-coupled rotary actuator is integrally assembled by airtightly coupling to a main body of a side member .
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- 2001-04-10 JP JP2001111675A patent/JP4547658B2/en not_active Expired - Lifetime
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