JPH11153103A - ベーン形揺動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転ストロークの所望の位置におけるトルク
が大きく、しかも圧力流体の消費量が少ないベーン形揺
動アクチュエータを提供する。 【解決手段】 半径方向及び軸方向長さが小さくて回転
ストロークが大きい第１のベーン７を有するベーン形揺
動アクチュエータ２と、半径方向及び軸方向長さが第１
のベーンより大きくて回転ストロークが小さい第２のベ
ーン１３を有するベーン形揺動アクチュエータ３とを同
軸に配設するとともに、第２のベーン１３に、第１のベ
ーン７のシャフト８をクランプするクランプ手段を設け
る。シャフト８の回転ストローク中にベーン形揺動アク
チュエータ３に圧力流体を給排すると、クランプ手段に
よってシャフト８が第２のベーン１３にクランプされる
ので、２個のベーンに作用する流体圧によってシャフト
のトルクが大きくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベーン形揺動アク
チュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧力流体の給排によってベーンとシャフ
トが所定の角度回転するベーン形揺動アクチュエータ
は、特に例示するまでもなく周知であり、このベーン形
揺動アクチュエータにおける圧力流体の消費量は、ベー
ンの半径方向及び軸方向長さ、並びにベーンの回転角度
（回転ストローク）に関係があり、これらが大きいほど
圧力流体の消費量が多くなる。一方、上記ベーン形揺動
アクチュエータのトルクは、ベーンの半径方向及び軸方
向長さに関係があり、これらが大きいほどトルクが大き
くなる。

【０００３】したがって、ベーン形揺動アクチュエータ
における圧力流体の消費量は、トルクが大きいほど、ま
たベーンの回転ストロークが大きいほど多くなる。この
ため、ベーン形揺動アクチュエータにおいて、トルクを
一定にして圧力流体の消費量を少なくするためには、ベ
ーンの回転ストロークを小さくすればよいが、ベーンの
回転ストロークは、該揺動アクチュエータの使用態様に
よって所定のストロークが必要であるために、圧力流体
の消費量を少なくするためにベーンの回転ストロークを
小さくすることはできない。

【０００４】一方、ベーン形揺動アクチュエータの使用
態様によっては、ベーンの回転ストローク全体において
大きなトルクを必要としないことがある。即ち、例えば
ワークのクランプ作業に使用する場合のように、ベーン
の回転ストロークの終端近くまでは大きなトルクを必要
とせず、回転ストロークの終端近くにおいて、ワークの
クランプのために大きなトルクが必要なものがある。ま
た使用態様によっては、ベーンの回転ストロークの当初
や回転ストロークの途中において大きなトルクが必要な
ものもある。しかしながら、周知のベーン形揺動アクチ
ュエータは、回転ストローク全体において大きなトルク
を必要としない場合であっても、そのストロークの全体
において大きなトルクを発生させているために、圧力流
体の消費量が多いという問題がある。

【０００５】

【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、ベーンの回転ストロークの所望の位置にお
けるトルクが大きく、しかも圧力流体の消費量が少ない
ベーン形揺動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、本発明のベーン形揺動アクチュエータは、半径方向
及び軸方向の長さが小さくて回転ストロークが大きい第
１のベーン、及びそのシャフトを有する第１のベーン形
揺動アクチュエータと；半径方向及び軸方向の長さが大
きくて回転ストロークが小さい第２のベーンを有する第
２のベーン形揺動アクチュエータと；該第２のベーン形
揺動アクチュエータへの圧力流体の給排により作動して
第２のベーンと上記シャフトとをクランプするクランプ
手段とを備えていることを特徴としている。

【０００７】また、同様の課題を解決するため、上記ベ
ーン形揺動アクチュエータにおける第２のベーン形揺動
アクチュエータが、第２のベーンを回転ストロークの中
央位置に復帰させる復帰手段を備えていることを特徴と
している。

【０００８】さらに、同様の課題を解決するため、これ
らのベーン形揺動アクチュエータにおけるクランプ手段
を、第２のベーンに設けたこと；及び第２のベーンが、
圧力流体の給排によって相互に近接する方向に回転する
２個のベーン部材を備え、クランプ手段が、これらの一
方のベーン部材に設けたクランプシリンダと、他方のベ
ーン部材に設けた上記クランプシリンダを気密に摺動す
るクランプピストンと、一方のベーン部材に設けた、ク
ランプピストンで区画されたクランプ室に圧力流体を給
排する給排手段とを備えていることを特徴としている。

【０００９】

【作用】第１のベーンで区画された第１のベーン形揺動
アクチュエータの圧力室に圧力流体を給排すると、第１
のベーンとシャフトが所定の方向に回転する。この場
合、第１のベーンは半径方向長さ及び軸方向長さが共に
小さいので、その回転ストロークが大きくても空気の消
費量は少ない。

【００１０】第１のベーンの回転ストロークの所望の位
置において、第２のベーンで区画された第２のベーン形
揺動アクチュエータの圧力室に圧力流体を給排すると、
第２のベーンが第１のベーンと同方向に回転するととも
に、クランプ手段によって第２のベーンとシャフトがク
ランプされるので、シャフトのトルクはこれらのベーン
のトルクの和になる。したがって、シャフトの回転スト
ロークの所望の位置におけるトルクを大きくすることが
できる。この場合、第２のベーンは半径方向及び軸方向
の長さが第１のベーンより大きいので、第１のベーンに
比べて大きなトルクを発生することができるが、回転ス
トロークが小さいために圧力流体の消費量はそれほど多
くない。

【００１１】第２のベーンの回転ストローク終端位置に
おいて、第２のベーン形揺動アクチュエータの圧力室の
圧力流体を排出すると、クランプ手段による第２のベー
ンとシャフトとのクランプが解除されるので、シャフト
は第２のベーンと関係なく回転することができる。この
ため、シャフトの回転当初、回転途中または回転終端近
く等の、第２のベーン形揺動アクチュエータへの圧力流
体の給排の時期に応じて、シャフトのトルクを大きくす
ることができる。したがって、半径方向及び軸方向の長
さが大きいベーンを、大きなストローク回転させるもの
に比べて、回転ストロークの所望の位置において必要な
トルクを発生することができるものでありながら、圧力
流体の消費量を大幅に少なくすることができる。

【００１２】請求項２に記載したベーン形揺動アクチュ
エータは、復帰手段によって第２のベーンを回転ストロ
ークの中央位置に復帰させているので、第１のベーンの
回転方向に関係なくトルクを大きくすることができる。
また、請求項３及び請求項４に記載したベーン形揺動ア
クチュエータは、クランプ手段を第２のベーンに設けた
ので、ベーン形揺動アクチュエータを小形にすることが
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１ないし図３は本発明の実施例
を示し、このベーン形揺動アクチュエータ１は、第１の
ベーン形揺動アクチュエータ２と、第２のベーン形揺動
アクチュエータ３と、第１の揺動アクチュエータ２のシ
ャフト８と第２のベーン形揺動アクチュエータ２の後記
する第２のベーン１３とをクランプするクランプ手段４
とを備え、上記揺動アクチュエータ２と３は同軸に配設
されている。

【００１４】第１のベーン形揺動アクチュエータ２は、
円筒状の第１のボディ６と、該ボディ６内を回転揺動す
る第１のベーン７及びそのシャフト８とを備えている。
上記第１のボディ６内は、ベーン７、シャフト８及びシ
ール部材９，９によって一対の圧力室１０ａ，１０ｂに
区画され、これらの圧力室にそれぞれ圧縮空気等の圧力
流体を給排するポート１１ａ，１１ｂが開設されてい
る。上記第１のベーン７は、半径方向長さ及び軸方向長
さが共に小さく、したがってその受圧面積が小さいが、
回転ストロークはベーン形揺動アクチュエータ１に必要
な回転ストロークを有している。

【００１５】図２に詳細を示す第２のベーン形揺動アク
チュエータ３は、第２のボディ１２を備え、該ボディ１
２は、平面視欠円形の基部１２ａと、基部１２ａから半
径方向外方に伸びる平面視扇形の延長部１２ｂとを有し
ている。また、上記シャフト８は、一端が第１のボディ
６を、他端が第２のボディ１２の基部１２ａの中心部分
をそれぞれ貫通して、図１に示すようにこれらのボディ
外に突出している。第２のベーン形揺動アクチュエータ
３における第２のベーン１３は、基端がピン１４によっ
て相対回転可能に枢支された第１のベーン部材１５と第
２のベーン部材１６とを備え、これらのベーン部材１５
と１６は、いずれもシャフト８の外周面を取り囲む断面
半円形の基部１５ａ，１６ａと、これらの基部から延長
部１２ｂに向いて伸びる受圧部１５ｂ，１６ｂとを備え
ている。

【００１６】上記ベーン部材１５，１６の受圧部１５
ｂ，１６ｂは、半径方向及び軸方向長さが第１のベーン
７のそれよりも大きく、したがって受圧面積が第１のベ
ーン７の受圧面積より大きいが、その回転ストロークは
第１のベーン７のそれよりも小さくされている。また、
上記基部１５ａ，１６ａの内周面とこれらが取り囲むシ
ャフト８の外周面とに、基部１５ａ，１６ａがシャフト
８の外周面に圧接したときに、ベーン部材１５と１６を
シャフト８と一体に回転させるための動力伝達機構１７
（図示の例はローッレット）が形成されている。さら
に、第１のベーン部材１５には、第２のベーン１３によ
って区画された一対の圧力室１８ａ，１８ｂをシールす
るシール部材１９，１９が取付けられており、第２のボ
ディ１２の延長部１２ｂに、圧力室１８ａ，１８ｂに圧
縮空気等の圧力流体を給排するポート２０ａ，２０ｂが
開設されている。

【００１７】上記第２のベーン１３は、ベーン部材１
５，１６とシャフト８とを一体回転可能にクランプする
クランプ手段４を備えている。図示の実施例におけるク
ランプ手段４は、第１のベーン部材１５に設けたクラン
プシリンダ２２と、第２のベーン部材１６に設けた、ク
ランプシリンダ２２を気密に摺動するクランプピストン
２３と、クランプピストン２３によって気密に区画され
た一対のクランプ室２４ａ，２４ｂに圧縮空気を供給す
るためのオア回路を構成する高圧優先シャトル弁２５
と、クランプ室２４ａ，２４ｂに供給された圧縮空気を
排出するためのアンド回路を構成する低圧優先シャトル
弁２６とを備え、これらの弁２５と２６はいずれも第１
のベーン部材１５の受圧部１５ｂに組み込まれている。

【００１８】上記弁２５と２６の軸方向両端は、それぞ
れ圧力室１８ａと１８ｂに開口し、高圧優先シャトル弁
２５の軸方向中間部は流路２７ａによってクランプ室２
４ａに、低圧優先シャトル弁２６の軸方向中間部は流路
２７ｂによってクランプ室２４ｂにそれぞれ連通してい
る。なお、図示を省略しているが、クランプシリンダ２
２と高圧優先シャトル弁２５及び低圧優先シャトル弁２
６を第２のベーン部材１６に、クランプピストン２３を
第１のベーン部材１５に、それぞれ設けることもでき
る。

【００１９】上記ベーン部材１５と１６の受圧部１５ｂ
と１６ｂの間には、これらのベーン部材１５，１６とシ
ャフト８とのクランプを解除するためのクランプ解除ば
ね２８（図示の例はコイルばね）が縮設されている。ま
た、第１のベーン部材１５と第２のボディ１２の延長部
１２ｂとの間には、同一の付勢力が付与された一対の復
帰ばね２９，２９（図示の例はコイルばね）が縮設され
ており、第１のベーン部材１５は、これらの復帰ばね２
９，２９によって回転ストロークの中央位置に保持され
ている。

【００２０】上記第１のベーン形揺動アクチュエータ２
のポート１１ａ，１１ｂには切換弁３１の出力ポートＡ
とＢが、第２のベーン形揺動アクチュエータ３のポート
２０ａ，２０ｂには切換弁３２の出力ポートＡとＢが、
それぞれ接続されており、切換弁３２は、中立位置にお
いて出力ポートＡとＢがいずれも排出ポートＲに接続す
る、ＡＢＲ接続の３位置弁とされている。

【００２１】上記実施例は、切換弁３１から第１のアク
チュエータ２の圧力室１０ａ，１０ｂに圧縮空気を給排
すると、第１のベーン７とシャフト８が図３において時
計方向に回転する。しかしながら、切換弁３２が中間位
置にあって、第２のアクチュエータ３の圧力室２０ａ，
２０ｂがいずれも外部に連通しているために、クランプ
手段４によるシャフト８と第２のベーン１３のクランプ
が解除されているので、第２のベーン１３は復帰ばね２
９，２９の付勢力によって回転ストロークの中央位置に
保持されている。この場合、第１のベーン７は受圧面積
が小さいために、回転ストロークが大きくても、第１の
ベーン７は少ない空気量で回転する。

【００２２】第１のベーン７とシャフト８が回転ストロ
ークの所定の位置まで回転したことを位置検出センサ
（図示省略）が検出すると、該位置検出センサが出力す
る信号により切換弁３２が作動して、第２の揺動アクチ
ュエータ３の圧力室１８ａ，１８ｂに圧縮空気が給排さ
れる。また、圧力室１８ａに供給された圧縮空気が高圧
優先シャトル弁２５によってクランプ手段４を構成する
クランプ室２４ａに供給されるとともに、クランプ室２
４ｂの空気が、低圧優先シャトル弁２６及び圧力室１８
ｂを介してポート２０ｂから外部に排出される。したが
って、第１のベーン部材１５がクランプ解除ばね２８の
付勢力に抗して図における時計方向に僅かに回転して、
ベーン部材１５と１６の基部１５ａと１６ａがシャフト
８の外周面に圧接するので、これらに設けた動力伝達機
構１７によってシャフト８が第２のベーン１３と一体と
なって時計方向に回転する。

【００２３】この場合、シャフト８のトルクは、第１の
ベーン７のトルクと第２のベーン１３のトルクとの和に
なり、しかも第２のベーン１３のトルクは第１のベーン
７に比べて大きいので、シャフト８は回転ストロークの
所望の位置において大きなトルクを発生する。しかしな
がら、第２のベーン１３は回転ストロークが小さいため
に、その回転に必要な空気量は比較的少量である。した
がって、上記ベーン形揺動アクチュエータ１は、シャフ
ト８の回転ストロークの任意の位置において大きいトル
クを発生するものでありながら、回転ストロークの全部
を大きなトルクでベーンを回転させる周知のベーン形揺
動アクチュエータに比べて、必要なトルクが得られるも
のでありながら消費空気量を少なくすることができる。

【００２４】切換弁３２を中立位置に切り換えると、圧
力室２０ａとクランプ室２４ａの圧縮空気が外部に排出
されるので、第１のベーン部材１５がクランプ解除ばね
２８の付勢力により僅かに反時計方向に回転して、クラ
ンプ手段４によるシャフト８のクランプが解除されると
ともに、第２のベーン１３が復帰ばね２９，２９の付勢
力によって回転ストロークの中央位置に復帰する。

【００２５】切換弁３１による圧縮空気の給排を逆転す
ると、圧力室１０ｂ，１０ａに給排される圧縮空気によ
って第１のベーン７とシャフト８が反時計方向に回転す
る。この場合も、シャフト８の回転ストロークの任意の
位置において、切換弁３２から圧力室１８ｂ，１８ａに
圧縮空気を給排すると、クランプ手段４によって第２の
ベーン１３がシャフト８をクランプして反時計方向に回
転するので、シャフト８の反時計方向の回転ストローク
の任意の位置において大きなトルクを発生させることが
でき、しかも圧縮空気の消費量を少ないものとすること
ができる。したがって、上記ベーン形揺動アクチュエー
タ１は、シャフト８の回転方向に関係なく、空気の消費
量が少なくかつその回転ストロークの任意の位置におけ
るトルクを大きくすることができる。

【００２６】この場合、ベーン形揺動アクチュエータ２
と３の圧力室１０ａ，１０ｂと１８ａ，１８ｂに同時に
圧縮空気を給排すると、シャフト８の回転ストローク当
初におけるトルクを大きくすることができ、シャフト８
の回転ストロークの途中において第２のベーン形揺動ア
クチュエータ３の圧力室１８ａ，１８ｂに圧縮空気を給
排すると、シャフト８の回転途中におけるトルクを大き
くすることができ、シャフト８の回転ストロークの終端
近くにおいて第２のベーン形揺動アクチュエータ３の圧
力室１８ａ，１８ｂに圧縮空気を給排すると、シャフト
８の回転終端位置におけるトルクを大きくすることがで
きる。これらのいずれの場合も、図示を省略している位
置検出センサが、第１のベーン７が所定の角度回転した
ことを検出して出力する信号で、切換弁３２が作動して
圧力室１８ａ，１８ｂに圧縮空気が給排され、第２のベ
ーン１３がそのストローク終端まで回転すると、その位
置を検出した位置検出センサ（図示省略）の出力信号で
切換弁３２が中立位置に復帰し、これによって圧力室１
８ａ，１８ｂの空気が共に排出されるので、クランプ手
段４によるシャフト８のクランプが解除される。

【００２７】図４は、上記ベーン形揺動アクチュエータ
の使用の一例を示し、このベーン形揺動アクチュエータ
１は、適宜のワーク３４を搬送する無端ベルト３５の側
方に設置され、シャフト８の一端に、ワーク３４をクラ
ンプするためのクランプ部材３６が、適宜の手段によっ
て一体回転可能に取付けられている。上記使用例は、ワ
ーク３４が無端ベルト３５によってアクチュエータ１の
設置位置の側方近くに搬送されると、ワーク３４の位置
を検出した位置検出手段（図示省略）の出力信号によっ
て無端ベルト３５の移動が停止されるとともに、第１の
ベーン形揺動アクチュエータ２の圧力室に圧縮空気が供
給されるので、シャフト８とクランプ部材３６が所定の
方向に回転し、その回転ストロークの終端近くにおいて
第２のベーン形揺動アクチュエータ３の圧力室に圧縮空
気が供給されるので、シャフト８が大きなトルクで回転
する。したがって、クランプ部材３６が大きな力によっ
てワーク３４を保持するために、ワーク２４に必要な加
工や必要な部材の組み付け等の作業を行うことができ
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明のベーン形揺動アクチュエータ
は、シャフトの回転ストロークの任意の位置において大
きなトルクを発生することができるものでありながら、
圧力流体の消費量が少なく、しかも第１のベーン形揺動
アクチュエータを小さくできるので、ベーン形揺動アク
チュエータ全体を小形にすることができる。また、第２
のベーンとシャフトとをクランプするクランプ手段を、
第２のベーンに設けたので、これによってもベーン形揺
動アクチュエータ全体を一層小形にすることができる。

【００２９】さらに、第２のベーンを復帰手段によって
回転ストロークの中央位置に復帰させるので、第１、第
２のベーンの回転方向に関係なく、これらの回転ストロ
ークの任意の位置におけるトルクを大きくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】同じくＢ−Ｂ断面図である。

【図４】使用の一例の斜視図である。

【符号の説明】

１ ベーン形揺動アクチュエータ ２ 第１のベーン形揺動アクチュエータ ３ 第２のベーン形揺動アクチュエータ ４ クランプ手段 ７，１３ ベーン ８ シャフト ２２ クランプシリンダ ２３ クランプピストン ２５，２６ シャトル弁 ２９ 復帰ばね

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半径方向及び軸方向の長さが小さくて回転
   ストロークが大きい第１のベーン、及びそのシャフトを
   有する第１のベーン形揺動アクチュエータと；半径方向
   及び軸方向の長さが大きくて回転ストロークが小さい第
   ２のベーンを有する第２のベーン形揺動アクチュエータ
   と；該第２のベーン形揺動アクチュエータへの圧力流体
   の給排により作動して第２のベーンと上記シャフトとを
   クランプするクランプ手段とを備えている、ことを特徴
   とするベーン形揺動アクチュエータ。
2. 【請求項２】第２のベーン形揺動アクチュエータが、第
   ２のベーンを回転ストロークの中央位置に復帰させる復
   帰手段を備えている、ことを特徴とする請求項１に記載
   したベーン形揺動アクチュエータ。
3. 【請求項３】クランプ手段を、第２のベーンに設けた、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載したベ
   ーン形揺動アクチュエータ。
4. 【請求項４】第２のベーンが、圧力流体の給排によって
   相互に近接する方向に回転する２個のベーン部材を備
   え、クランプ手段が、これらの一方のベーン部材に設け
   たクランプシリンダと、他方のベーン部材に設けた上記
   クランプシリンダを気密に摺動するクランプピストン
   と、一方のベーン部材に設けた、クランプピストンで区
   画されたクランプ室に圧力流体を給排する給排手段とを
   備えている、ことを特徴とする請求項３に記載したベー
   ン形揺動アクチュエータ。