JPH0953606A - ロータリーアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価でありながら、駆動軸に衝撃負荷を与え
ることなく正確な角度制御が可能なロータリーアクチュ
エータを提供する。 【解決手段】 ロータリーアクチュエータ１の駆動軸２
に、４個の係合片を備え軸方向断面がこれらの係合片に
より十字形状に形成された係合部６を設ける。また、こ
の係合部６と嵌合する略四角形の嵌合穴を有し、係合部
６の外側に嵌装されると共に被駆動装置に接続される従
動カラー７を設ける。そして、弾性材料により形成され
た伝動ゴム８を、嵌合穴と係合片との間に形成された間
隙に挿入する。この伝動ゴム８を介して駆動軸２の回転
運動は、従動カラー７に伝達される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮空気等の流体
が持つエネルギーを回転運動として出力するロータリー
アクチュエータに関し、特に、ロータリーアクチュエー
タの駆動軸と被駆動装置との接続部に適用して有効な技
術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロータリーアクチュエータ１と被
駆動装置（図示せず）との間は、図６に示すように、駆
動軸２にキー３１やＤカット面３２を設け、これらによ
り強固に結合されていた。すなわち、被駆動装置側に設
けたキー溝付の穴やＤ形穴に駆動軸２を挿入したり、キ
ー溝３３やＤカット面３２をネジ止めすること等により
両者を固着し回転力を伝達していた。

【０００３】一方、被駆動装置を所定角度だけ回転させ
ようとする場合には、ストッパを設けて回転角度を規制
する方法や、停止位置にセンサを設けてロータリーアク
チュエータ１への圧縮空気等の供給を制御する方法等が
用いられている。

【０００４】ここで、ストッパを用いて回転を規制する
ものでは、回転角度は正確に制御されるものの、駆動軸
２と被駆動装置とが強固に結合されているため、ストッ
パと被駆動装置等との当接により駆動軸２に衝撃負荷が
加わり、駆動軸２と被駆動装置との結合部分がゆるんだ
り、損傷したりするという問題がある。さらに、かかる
衝撃負荷は、ロータリーアクチュエータ１自体にも悪影
響を及ぼすおそれがある。そのため、ストッパを用いる
場合には、ロータリーアクチュエータ１の回転角度を正
確に設定することにより軸負荷の軽減を図っている。

【０００５】また、センサを用いた方法の場合には、流
体圧制御による若干のタイムラグを考慮してセンサ位置
を調整したり、センサ感度を上げて応答性を高めたりす
ることにより回転角度の精度を確保している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の方法においては、ロータリーアクチュエータ１
の回転角度をいかに正確に設定しても、駆動軸２や被駆
動装置の寸法のバラツキによる回転角度誤差は避けられ
ない。また、ロータリーアクチュエータ１の回転角度を
正確に設定するのにも限度があり、製造コストとの兼ね
合いも考慮する必要がある。すなわち、寸法や回転角度
のバラツキはロータリーアクチュエータ１にとって不可
避の現象である。また、ストッパによる停止では、部材
を当接させて回転角度を規制するというその性格上、マ
イナス側への角度のバラツキは避けなくてはならない。
従って、寸法や回転角度のバラツキは、駆動軸２への衝
撃負荷を増加させる方向にのみ働く。このため、従来の
システムでは、結合部分のゆるみや損傷という問題は対
症療法的に対処せざるを得ず、これらの問題を根本的に
解消することはできなかった。

【０００７】さらに、ストッパを用いたものでは、スト
ッパと被駆動装置等とが当接する際に、それらの衝突に
起因する振動が発生し、ロータリーアクチュエータ自身
のみならずシステム全体に悪影響を及ぼす場合もあっ
た。

【０００８】この場合、駆動軸２への衝撃負荷や振動の
問題は、寸法誤差によって生じるとの見地から、衝撃負
荷や振動を許容できる値以下に抑えるような公差設定も
可能である。しかしながら、このような公差設定は、製
造現場に対し非常に精密な加工と製品管理を要求するこ
ととなり、不良率や工数の面から採算上問題がある。次
に、センサを用いて回転角度を制御する場合、正確な角
度制御を行うためには、個々のロータリーアクチュエー
タ１の応答性を考慮しつつセンサを設定しなければなら
ない。また、ストッパ使用並みの停止精度を得るために
は、センサの感度を相当に高めなければならない。従っ
て、センサを使用した場合には、駆動軸２への衝撃負荷
は発生しないものの、センサ位置合わせや高感度センサ
の使用によりシステムコストが増大してしまうという問
題があった。

【０００９】なお、この場合ストッパとセンサを併用す
ることにより、両者の欠点を補い、駆動軸２への衝撃負
荷が少なく且つ正確な角度制御が可能なシステムを構築
することも可能である。しかしながら、この場合もセン
サ使用に伴うコストアップは避けられず、コストダウン
の要求と機能向上の要求とを両立させることができなか
った。

【００１０】本発明の目的は、安価でありながら、駆動
軸に衝撃負荷を与えることなく正確な角度制御が可能な
ロータリーアクチュエータを提供することにある。

【００１１】本発明の前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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１３】すなわち、本発明のロータリーアクチュエ
ータは、流体の持つエネルギーを回転運動に変換して被
駆動装置に出力するロータリーアクチュエータであっ
て、その駆動軸に、径方向に延出した係合片を凸設形成
した係合部を設ける。また、この係合部と嵌合する嵌合
穴を有し、係合部の外側に嵌装されると共に被駆動装置
に接続される従動体を設ける。そして、弾性材料により
形成された伝動部材を、嵌合穴と係合片との間に形成さ
れた間隙に挿入する。この伝動部材は、駆動軸の回転に
伴い駆動軸の係合部と従動体の嵌合穴との間に挟まれる
と共に圧縮される。これにより、駆動軸の回転運動が伝
動部材を介して従動体に伝達される。

【００１４】また、本発明のロータリーアクチュエータ
では、駆動軸の係合部を、４個の係合片を備え、その軸
方向断面がこれらの係合片により十字形状となるように
形成しても良い。

【００１５】さらに、本発明のロータリーアクチュエー
タでは、係合片の先端部を曲面状に形成すると共に、嵌
合穴の側壁の略中央部に係合片の先端部と対向して係合
片の先端部と略同曲率半径の曲面を有する溝部を設ける
こともできる。

【００１６】

【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。図１は本発明の一実施の形
態であるロータリーアクチュエータ１の構成を、その一
部を断面して示した説明図である。また、図２は図１の
Ａ−Ａ線に沿った断面図である。

【００１７】本実施の形態にあっては、ロータリーアク
チュエータ１は、大略すると、駆動軸２と、本体部３
と、接続部４とから構成され、接続部４において被駆動
装置たるアーム５と接続される。本発明は、この接続部
４において駆動軸２とアーム５との間に弾性部材を介在
させ、駆動軸２に衝撃負荷を与えることなくストッパ使
用による正確な角度制御を可能にしたものである。

【００１８】ここで、本体部３には圧縮空気（流体）が
供給され、そのエネルギーが回転運動に変換されて駆動
軸２に出力される。なお、この本体部３には、ベーン型
やラックピニオン型等の公知の空気圧揺動形アクチュエ
ータが適用される。一方、接続部４には、種々のワーク
（被駆動装置）が接続され、例えばコンベアラインの方
向転換やロボットの駆動部等に利用される。

【００１９】ところで、本発明のロータリーアクチュエ
ータ１の接続部４は、図１，２に示すように、駆動軸２
の先端部側に形成された係合部６と、この係合部６に嵌
合する従動カラー７（従動体）と、係合部６と従動カラ
ー７との間に挿入された伝動ゴム８（伝動部材）と、従
動カラー７とネジ止めにより固着された被駆動装置とし
てのアーム５と、スラストワッシャー９および抜け止め
１０とから構成されている。

【００２０】ここで係合部６には、図２からわかるよう
に、径方向に延出した４個の係合片１１が互いに略直角
となるような位置関係で凸設形成されており、その断面
は十字形状となっている。また、係合片１１の先端部１
２は曲面に形成されている。このように係合部６を十字
形状断面としたのは、係合部６から従動カラー７への動
力伝達効率を高くするためである。この場合、例えば係
合片１１を２個とし断面を−（マイナス）形状にするこ
とも可能であるが、このようにすると、回転力が伝動ゴ
ム８内で逃げてしまい伝達ロスが大きくなってしまうか
らである。すなわち、本発明のロータリーアクチュエー
タ１では、弾性部材を用いることから若干の伝達ロスは
避けられず、これを極力少なくすべく係合部６の形状と
して十字形状を採用している。

【００２１】次に、従動カラー７は、円筒状の金属製部
材であり、その中央に略正方形の嵌合穴１３が設けられ
ており駆動軸２の係合部６が嵌合している。また、その
外側にはアーム５がネジ止めされている。なお、嵌合穴
１３の形状は正方形には限られず、回転力が伝達できる
形状であれば何れの形状でも良い。従って、長方形等の
四角形のみならず、角の部分を曲面に形成したものや、
係合片を１２０゜間隔に３個形成して三角形の穴を用い
ることもできる。この場合、角を曲面としたものは伝動
ゴム８の変形を規制することによりさらに伝達効率を上
げる効果がある。

【００２２】一方、嵌合穴１３の側壁１８の中央部に
は、係合片１１の先端部１２に対向して溝部１４が設け
られている。この溝部１４は、係合部６の回転に伴う係
合片１１の移動に対する逃げ溝であり、係合片１１の先
端部１２の厚みより若干広い幅を有すると共に、先端部
１２の曲率半径と略同一の曲率半径若しくは若干大きい
曲率半径を持つ曲面に形成されている。従って、係合部
６は、その先端部１２が嵌合穴１３の側壁１８と衝突す
ることなく嵌合穴１３内において回転できるようになっ
ている。なお、この従動カラー７は、軽負荷の場合には
合成樹脂によって形成することもできる。

【００２３】伝動ゴム８は、係合部６と従動カラー７と
の間にあって、駆動軸２の回転力を伝達するものであ
り、ＮＢＲ（ブタジエンアクリルニトリルゴム）やＳＢ
Ｒ（ブタジエンスチレンゴム）、シリコンゴム等の弾性
材料から形成されている。図３は、この伝動ゴム８の一
例を示した斜視図である。図３からわかるように、伝動
ゴム８は、４本の円柱状の脚部１５と、十字形状の穴部
１６と、フランジ部１７とから構成されている。この場
合、この脚部１５は、係合部６の係合片１１によって嵌
合穴１３の中に形成された間隙より若干小さめに作られ
ており、ちょうどその隙間に収まる寸法となっている。
また、穴部１６は係合片１１が通る大きさとなってい
る。すなわち、穴部１６に係合部６を挿入し、さらにそ
の外側から従動カラー７を嵌装することにより、脚部１
５は、係合部６の係合片１１によって田の字形に仕切ら
れた空間の中に収まり、図２に示したような状態とな
る。なお、図１，２に使用されている伝動ゴム８には、
図３に示したもののフランジ部１７の裏側にさらに円形
のザグリ（図示せず）が形成されている。

【００２４】次に、本実施の態様の作用について説明す
る。

【００２５】図４は、本実施の形態においてアーム５が
回転中の時の接続部４の様子を示す断面図である。図４
では、係合部６、すなわち駆動軸２が図上右回りに回転
するのに伴い、アーム５もストッパ１９に向かって矢印
方向に回転する。この場合、係合部６の回転に伴い係合
片１１は、その回転方向側にある伝動ゴム８の脚部１５
を押圧する。すると、脚部１５はその回転方向側に位置
する嵌合穴１３の側壁１８に当接し、係合片１１と側壁
１８との間で圧縮される。ここで、脚部１５は、弾性部
材により形成されていることから、その圧縮量の増加に
伴って弾性反発力が増加する。そして、その弾性反発力
がアーム５による回転負荷を上回ったとき、その力によ
り従動カラー７およびアーム５を回転させる。すなわ
ち、これによりロータリーアクチュエータ１の回転力が
伝動ゴム８を介して駆動軸２からアーム５に伝達される
ことになる。

【００２６】なお、図４においては、脚部１５の断面は
円形に描かれているが、実際にはアーム５を回転させる
ための負荷により僅かに変形を生じている。また、係合
部６が十字形状に形成されていることから、脚部１５に
より嵌合穴１３の四辺にそれぞれ回転力が加わり、係合
部６の回転力は効率良く従動カラー７に伝達される。

【００２７】このようにアーム５は回転し、ついにはス
トッパ１９に当接する。このときの接続部４の様子を示
したものが図５である。ここで、寸法誤差等により、駆
動軸２の停止位置がストッパ１９による停止位置よりθ
だけ行き過ぎた位置にあると想定する。この場合、従来
のように強固にアーム５を固定した場合には、この停止
位置誤差の分だけ結合部分に負荷がかかり、それにより
結合部分のゆるみや損傷が生じる。これに対し、本発明
のロータリーアクチュエータ１にあっては、伝動ゴム８
の脚部１５が撓むことによりそのずれが吸収される。す
なわち、アーム５がストッパ１９により強制的に停止さ
れると、アーム５と固着された従動カラー７も停止さ
れ、その嵌合穴１３も停止する。しかしながら、駆動軸
２は依然回転しており、係合部６も嵌合穴１３内にて回
転しようとする。このとき、係合片１１は脚部１５を押
圧するが側壁１８は停止状態にあるため、脚部１５は係
合片１１と側壁１８とにより挟まれ圧縮される。そし
て、脚部１５は、駆動軸２が停止状態となるまで圧縮さ
れ、図５に示したように卵形に撓むことにより駆動軸２
の作動誤差分を吸収する。

【００２８】なお、この場合、先述のように係合片１１
の先端部１２は曲面状に形成されており、且つ、側壁１
８のそれと対向する位置には同様の曲面を有する溝部１
４が形成されているため、係合部６の回転により先端部
１２と側壁１８が当接してこれらを損傷してしまう心配
はない。

【００２９】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。

【００３０】たとえば、本実施の形態では伝動ゴム８を
図３に示したような形状のものとしたが、伝動ゴム８の
形状はこれには限られず、例えば４本の円柱状のゴムを
隙間に挿入する形式でも良い。また、脚部１５の形状も
円柱形には限られず、角柱形状であっても良い。さら
に、脚部１５の寸法も、隙間とちょうど同じ寸法や、若
干大きめの寸法でも良いが、若干小さめの方が組み立て
が容易である。

【００３１】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその利用分野である圧縮空気を用いたロ
ータリーアクチュエータに適用した場合について説明し
たが、これに限定されるものではなく、たとえば、油圧
や水圧による種々の流体圧アクチュエータや、電動の回
転機器にも適用できる。

【００３２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００３３】（１）駆動軸と被駆動装置との間に弾性部
材を介在させて接続したことにより、駆動軸や被駆動装
置およびこれらの結合部分を衝撃負荷から保護すること
ができる。

【００３４】（２）寸法のバラツキによる作動誤差を吸
収することができる。従って、ストッパを使用した正確
な位置決めを簡単に行うことができる。また、センサを
使用した場合には、センサ位置精度やセンサ感度を低く
することができシステムコストを低減することができ
る。

【００３５】（３）ストッパとの当接により発生する振
動の減衰性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるロータリーアクチ
ュエータの構成を、その一部を断面することにより示し
た説明図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】本発明の一実施の形態であるロータリーアクチ
ュエータの伝動ゴムの一例を示す斜視図である。

【図４】アーム回転時における接続部の様子を示す断面
図である。

【図５】アームがストッパに当接した時の接続部の様子
を示す断面図である。

【図６】従来のロータリーアクチュエータの構成を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ ロータリーアクチュエータ ２ 駆動軸 ３ 本体部 ４ 接続部 ５ アーム（被駆動装置） ６ 係合部 ７ 従動カラー（従動体） ８ 伝動ゴム（伝動部材） ９ スラストワッシャー １０ 抜け止め １１ 係合片 １２ 先端部 １３ 嵌合穴 １４ 溝部 １５ 脚部 １６ 穴部 １７ フランジ部 １８ 側壁 １９ ストッパ ３１ キー ３２ Ｄカット面 ３３ キー溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の持つエネルギーを回転運動に変換
   して被駆動装置に出力するロータリーアクチュエータで
   あって、 径方向に延出した係合片を凸設形成した係合部を有する
   駆動軸と、 該係合部と嵌合する嵌合穴を有し、前記係合部の外側に
   嵌装されると共に前記被駆動装置に接続される従動体
   と、 前記嵌合穴と前記係合片との間に形成された間隙に挿入
   され、前記駆動軸の回転運動を前記従動体に伝達する、
   弾性材料により形成された伝動部材とを有することを特
   徴とするロータリーアクチュエータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のロータリーアクチュエー
   タであって、前記係合部は、４個の係合片を備え、その
   軸方向断面が該係合片により十字形状に形成されてなる
   ことを特徴とするロータリーアクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１記載のロータリーアクチュエー
   タであって、前記係合片の先端部を曲面状に形成すると
   共に、前記嵌合穴の側壁の略中央部に前記係合片の先端
   部と対向して前記係合片の先端部と略同曲率半径の曲面
   を有する溝部を設けたことを特徴とするロータリーアク
   チュエータ。