(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体ボディ内に一対のシリンダを平行配置し、それらのシリンダ内を摺動する一対の主ピストンにそれぞれラックを設けて、それらのラックを一対のシリンダ間に配設したピニオンに噛合させ、上記主ピストンを圧力流体の給排により駆動して、上記ピニオンの出力軸から揺動回転を出力させるようにしたロータリアクチュエータにおいて、
外端を給排ポートとし、上記一対のシリンダのそれぞれの一端から主ピストン内を貫通して伸びる通気管の内端を、上記シリンダにおける主ピストンを貫通した側の圧力室に開口させ、
上記一対のシリンダの少なくとも一方における上記通気管の圧力室への開口端を、中間停止位置を設定するためのストッパ部として、該圧力室に副ピストンを摺動自在に嵌挿し、該副ピストンにより主ピストンとは反対の側に区画される副圧力室に中間停止用の給排ポートを開設した、
ことを特徴とする中間停止機構付きロータリアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の中間停止機構付きロータリアクチュエータにおいて、
一対の主ピストンにおける逆方向端に圧力流体を同期して給排する流路を設け、
副ピストンに、副圧力室への圧力流体の送給によって該副ピストンに作用する駆動力を増強するための増強手段を付設した、
ことを特徴とする中間停止機構付きロータリアクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載の中間停止機構付きロータリアクチュエータにおいて、
副ピストンに付設する増強手段を、該副ピストンに補助ピストンを機械的に連結して、該補助ピストンに流体圧を作用させる補助圧力室を上記副圧力室と連通状態に形成した、
ことを特徴とする中間停止機構付きロータリアクチュエータ。
【請求項４】
一対のシリンダにおける通気管の圧力室への開口端の位置を変え、それらの開口端のそれぞれを、中間停止位置を設定するためのストッパ部として、それぞれの圧力室に副ピストンを摺動自在に嵌挿し、
両副ピストンにより主ピストンとは反対の側に区画される両副圧力室にそれぞれ中間停止用の給排ポートを開設した、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の中間停止機構付きロータリアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、簡単な構成で出力軸の揺動を中間停止できるようにし、それによって３点または４点停止を可能とした流体圧駆動の中間停止機構付きロータリアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体圧駆動のロータリアクチュエータを中間停止させることの要求は多々存在するが、流体圧でピストン等を駆動することから、何らかの手段でピストンを中間停止させることが必要になって、その構造及び駆動制御が複雑化する。このような問題に対処し、本発明者は、先に特願２０００−１０６４６８号として、中間停止機構付きのロータリアクチュエータを提案しているが、より一層簡単で安価に製造でき、しかも単一の圧力で駆動できる構造が要求されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような要求を満たすためになされたもので、その技術的課題は、基本的には、簡単且つコンパクトな構成で出力軸の揺動を中間停止できるようにし、それによって３点または４点停止を可能とした流体圧駆動の中間停止機構付きロータリアクチュエータを提供することにある。
本発明の他の技術的課題は、単一の圧力の流体の給排によって出力軸の揺動及び中間停止を実現できるようにした流体圧駆動の中間停止機構付きロータリアクチュエータを提供することにある。
【０００４】
【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中間停止機構付きロータリアクチュエータは、本体ボディ内に一対のシリンダを平行配置し、それらのシリンダ内を摺動する一対の主ピストンにそれぞれラックを設けて、それらのラックを一対のシリンダ間に配設したピニオンに噛合させ、上記主ピストンを圧力流体の給排により駆動して、上記ピニオンの出力軸から揺動回転を出力させるようにしたロータリアクチュエータにおいて、外端を給排ポートとし、上記一対のシリンダのそれぞれの一端から主ピストン内を貫通して伸びる通気管の内端を、上記シリンダにおける主ピストンを貫通した側の圧力室に開口させ、上記一対のシリンダの少なくとも一方における上記通気管の圧力室への開口端を、中間停止位置を設定するためのストッパ部として、該圧力室に副ピストンを摺動自在に嵌挿し、該副ピストンにより主ピストンとは反対の側に区画される副圧力室に中間停止用の給排ポートを開設したことを特徴とするものである。
【０００５】
上記構成を有するロータリアクチュエータにおいては、副圧力室に圧力流体を供給しない状態において、給排ポートから通気管を通して一対の主ピストンの一方の圧力室に圧力流体を供給し、他方の主ピストンの圧力室を大気に開放すると、主ピストンが相互に反対方向に駆動され、一対の主ピストンに設けたラックと噛合するピニオンが回転駆動され、その回転が出力軸から取り出される。上記とは逆に、大気に開放していた圧力室に圧力流体を供給すると共に、圧力流体を供給していた圧力室を大気に開放すると、一対の主ピストンは反対方向に駆動され、ピニオンは逆回転することになる。これらの場合の両回転位置は、それぞれの主ピストンのストローク端に対応するものである。
【０００６】
また、一方のシリンダにおける副圧力室に圧力流体を供給した状態で、他方のシリンダにおける圧力室に圧力流体を供給すると、上記副圧力室の流体圧により副ピストンが通気管の先端のストッパ部に当接し、一方、圧力室に供給した流体の圧力により主ピストンが駆動されるが、圧力室における主ピストンの流体圧作用面積が通気管の断面積分だけ副ピストンに対する流体圧作用面積よりも小さいので、主ピストンが上記副ピストンに当接する位置まで移動し、その結果、上記ストッパ部の位置によって決まる中間位置において両主ピストンが停止し、従ってピニオンの出力軸を中間停止させることができる。
【０００７】
上記ロータリアクチュエータにおいては、一対の主ピストンにおける逆方向端に圧力流体を同期して給排する流路を設け、副ピストンに、副圧力室への圧力流体の送給によって該副ピストンに作用する駆動力を増強するための増強手段を付設することができ、これによって、一対の主ピストンに駆動のための流体圧を作用させることができ、その駆動力を高めることができる。上記増強手段としては、該副ピストンに補助ピストンを機械的に連結して、該補助ピストンに流体圧を作用させる補助圧力室を上記副圧力室と連通状態に形成するのが望ましく、この場合には上記増強手段として主ピストンの圧力室に供給する圧力流体をそのまま副圧力室及び補助圧力室に供給することができる。
【０００８】
また、上記ロータリアクチュエータにおいては、一対のシリンダにおける通気管の圧力室への開口端の位置を変え、それらの開口端のそれぞれを、中間停止位置を設定するためのストッパ部として、それぞれの圧力室に副ピストンを摺動自在に嵌挿し、両副ピストンにより主ピストンとは反対の側に区画される両副圧力室にそれぞれ中間停止用の給排ポートを開設することにより、出力軸の揺動を、上記一対の通気管における各ストッパ部で決まる二つの中間停止位置及び主ピストンのストローク端で決まる両端の４点で停止させることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１ないし図４は、本発明に係る中間停止機構付きロータリアクチュエータの第１実施例の異なる動作状態を示している。
この第１実施例のロータリアクチュエータは、本体ボディ１内に平行配置した一対のシリンダ２Ａ，２Ｂを備え、それらのシリンダ２Ａ，２Ｂの両端は本体ボディ１に固定したエンドカバー３，４により閉鎖され、上記シリンダ２Ａ，２Ｂ内には、それぞれ、主ピストン６Ａ，６Ｂがそれらの両端部に設けたシール部材により気密に且つ摺動自在に嵌挿されていて、それらの一対の主ピストン６Ａ，６Ｂにおける対向面側には、それぞれラック７Ａ，７Ｂが設けられている。
【００１０】
一方、上記本体ボディ１内には、一対のシリンダ２Ａ，２Ｂ間の壁を除去した開口部１１を設け、この開口部１１内に、上記一対の主ピストン６Ａ，６Ｂにおけるラック７Ａ，７Ｂと噛合するピニオン１２を回転自在に支持させている。図示を省略しているが、このピニオン１２の出力軸が本体ボディ１から外部に突出していて、主ピストン６Ａ，６Ｂをシリンダ内への後述する流体圧力の給排により駆動したとき、必要な揺動回転運動が外部に出力される。
【００１１】
上記本体ボディ１の一端におけるエンドカバー３には、外端を圧力流体の給排ポート１６Ａ，１６Ｂとしてそれぞれのシリンダ２Ａ，２Ｂ内に伸びる通気管１５Ａ，１５Ｂを設け、それらの通気管１５Ａ，１５Ｂは主ピストン６Ａ，６Ｂ内を貫通させて、その内端を該主ピストンを貫通した側の圧力室１７Ａ，１７Ｂに開口させている。
【００１２】
そして、上記一対のシリンダ２Ａ，２Ｂにおける主ピストン６Ａ，６Ｂのエンドカバー４側には、上記通気管１５Ａ，１５Ｂの圧力室１７Ａ，１７Ｂへの開口端を主ピストン６Ａ，６Ｂの中間停止位置を設定するためのストッパ部１８Ａ，１８Ｂとして、中間停止機構の要部を構成する副ピストン１９Ａ，１９Ｂを、上記圧力室１７Ａ，１７Ｂに摺動自在に嵌挿し、該副ピストン１９Ａ，１９Ｂにより主ピストン６Ａ，６Ｂとは反対の側（エンドカバー４側）に区画される副圧力室２０Ａ，２０Ｂにも別途圧力流体を給排するため、該エンドカバー４に中間停止用の給排ポート２１Ａ，２１Ｂを開設している。上記副ピストン１９Ａ，１９Ｂは、主ピストン６Ａ，６Ｂと同様に、シリンダ２Ａ，２Ｂ内をシール部材を介して気密に摺動するものである。
【００１３】
上記第１実施例では、一対のシリンダ２Ａ，２Ｂの双方に副ピストン１９Ａ，１９Ｂを嵌挿しているが、それらのシリンダ２Ａ，２Ｂの一方のみに副ピストンを嵌挿することもできる。
なお、図中、２４Ａ，２４Ｂは、主ピストン６Ａ，６Ｂのエンドカバー３側に形成した呼吸室、２５Ａ，２５Ｂは、副ピストン１９Ａ，１９Ｂのエンドカバー４側のストローク端を設定するための位置調整可能なストッパ、２６Ａ，２６Ｂは、副ピストン１９Ａ，１９Ｂが通気管１５Ａ，１５Ｂの先端に当接している場合にも該通気管内と圧力室１７，１７Ｂとを連通させる小孔を示している。
【００１４】
上記構成を有するロータリアクチュエータにおいては、図１に示すように、副圧力室２０Ａ，２０Ｂに圧力流体を供給しない状態において、給排ポート１６Ｂから通気管１５Ｂを通して圧力室１７Ｂに圧力流体（圧縮空気）を供給し、他方の圧力室１７Ａを給排ポート１６Ａを通して大気に開放すると、主ピストン６Ｂが圧力室１７Ｂに対面する円環状の受圧面に作用する流体圧によって駆動され、該主ピストン６Ｂにおけるラック７Ｂからピニオン１２及び他方の主ピストン６Ａのラック７Ａを介して、該主ピストン６Ａが反対方向に駆動され、該主ピストン６Ａが副ピストン１９Ａに当接する位置まで移動して停止し、それに伴うピニオン１２の回転が出力軸から取り出される。
【００１５】
上記とは逆に、大気に開放していた圧力室１７Ａに給排ポート１６Ａを通して圧力流体を供給すると共に、圧力流体を供給していた圧力室１７Ｂを給排ポート１６Ｂを通して大気に開放すると、図４に示すように、一対の主ピストン６Ａ，６Ｂが上記図１の場合とは反対の方向に駆動され、ピニオン１２は逆回転することになる。
上記図１及び図４の場合の両回転位置は、それぞれの主ピストン６Ａ，６Ｂのストローク端に対応するものである。
【００１６】
また、図２に示すように、一方のシリンダ２Ａにおける副圧力室２０Ａに中間停止用の給排ポート２１Ａから圧力流体を供給した状態で、他方のシリンダ２Ｂにおける圧力室１７Ｂに圧力流体を供給すると、上記副圧力室２０Ａの流体圧により副ピストン１９Ａが通気管１５Ａの先端のストッパ部１８Ａに当接し、一方、圧力室１７Ｂに供給した流体の圧力により主ピストン６Ｂが駆動されるが、圧力室１７Ｂにおける主ピストン６Ｂの流体圧作用面積が、通気管１５Ｂの断面積分だけ、副ピストン２０Ａに対する副圧力室２０Ａ内の流体圧作用面積よりも小さいので、上記主ピストン６Ｂの駆動によりピニオン１２を介して主ピストン６Ａが上記副ピストン２０Ａに当接する位置まで移動し、その結果、上記ストッパ部１８Ａの位置によって決まる図２の中間位置において両主ピストン６Ａ，６Ｂが停止し、従って、その位置でピニオン１２の出力軸を中間停止させることができる。
【００１７】
図３は、上記図２の場合とは逆に、一方のシリンダ２Ｂにおける副圧力室２０Ｂに給排ポート２１Ｂから圧力流体を供給した状態で、他方のシリンダ２Ａにおける圧力室１７Ａに圧力流体を供給した場合を示しているが、両主ピストン６Ａ，６Ｂの位置は、図２の場合と実質的に同一であり、そのためピニオン１２の出力軸の回転位置も同一である。従って、一対のシリンダ２Ａ，２Ｂの一方のみに副ピストンを嵌挿しておいても、中間停止位置を図２または図３のいずれかの動作状態によって確保することができる。
上述したように、上記第１実施例のロータリアクチュエータによれば、一つの中間停止位置を含む３位置で出力軸を停止させることができる。
【００１８】
図５に示す第２実施例は、上記第１実施例における図２及び図３の中間停止位置を異ならしめ、結果的に、出力軸を中間の２位置及び主ピストン６Ａ，６Ｂのストローク端の２位置の合計４位置で停止できるようにしたものである。そのような４位置停止のため、この第２実施例においては、第１実施例の通気管１５Ａ，１５Ｂに対応する通気管２７Ａ，２７Ｂの長さを変え、それに伴って、通気管先端のストッパ部２８Ａ及び２８Ｂの位置が異なるようにしている。なお、この第２実施例においては、ねじ２９Ａ，２９Ｂ等による上記通気管２７Ａ，２７Ｂのエンドカバー３に対する取付け位置を変更するだけで、中間停止位置を変更可能にすることができる。
【００１９】
この第２実施例のロータリアクチュエータにおける他の構成及び動作は、図２及び図３に対応する出力軸の停止位置が異なる点を除いて、第１実施例の場合と変わるところがないので、主要な部分に第１実施例と同様の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００２０】
上述した第１及び第２実施例のロータリアクチュエータにおいては、出力軸の回転駆動力を、主ピストン６Ａ，６Ｂの一方のみに作用する流体圧に依存している。これに対し、図６乃至図９に示す第３実施例は、一対の主ピストンの双方に作用する流体圧で出力軸の回転駆動力が得られるようにしている。また、その主ピストンによる駆動力の増強に伴い、副ピストンをストッパに対して押し付ける力を増強する必要が生じ、そのため、該副ピストンに作用する駆動力を増強するための増強手段を付設している。
【００２１】
上記第３実施例のロータリアクチュエータの構成及び作用を、第１実施例と相違するところを重点的に説明すると、まず、本体ボディ３１内に平行配置した一対のシリンダ３２Ａ，３２Ｂの一端は、第１実施例と同様のエンドカバー３３により閉鎖しているが、該エンドカバー３３内において、外端を圧力流体の給排ポート４６Ａ，４６Ｂとする通気管４５Ａ，４５Ｂ内の流路を分岐させ、具体的には、図６、図８及び図９からわかるように、一方のシリンダ３２Ａ内に挿通した通気管４５Ａは、第１実施例と同様に、主ピストン３６Ａ内を貫通して先端を圧力室４７Ａに開口させる流路を有すると同時に、エンドカバー３３内において、通気管４５Ａから周囲に流出させる流路６１Ａを形成し、更に該エンドカバー３３内に形成した流路６２Ａ，６３Ａを通じて、他方のシリンダ３２Ｂにおける主ピストン３６Ｂとエンドカバー３３との間の圧力室５４Ｂに連通させている。
【００２２】
従って、給排ポート４６Ａから圧力流体を供給すると、主ピストン３６Ａ内を貫通する通気管４５Ａを通して圧力室４７Ａにその圧力流体が導入されると同時に、エンドカバー３３内において分岐した流路６１Ａ，６２Ａ，６３Ａを通じて他方のシリンダ３２Ｂにおける圧力室５４Ｂに導入され、それにより圧力流体が両ピストン３６Ａ，３６Ｂの逆方向端の両圧力室４７Ａ，５４Ｂに同期して供給されるので、それぞれの主ピストン３６Ａ，３６Ｂに作用する流体圧により、ピニオン４２に連結した出力軸６５に第１実施例の場合よりも大きい回転駆動力が与えられる。
【００２３】
一方、シリンダ３２Ｂ内に挿通した通気管４５Ｂは、主ピストン３６Ｂ内を貫通して先端を圧力室４７Ｂに開口させる流路を有すると同時に、エンドカバー３３内において、通気管４５Ｂから周囲に流出させる流路６１Ｂを形成し、更に該エンドカバー３３内に形成した流路６２Ｂ，６３Ｂを通じて、他方のシリンダ３２Ａにおける主ピストン３６Ａとエンドカバー３３との間の圧力室５４Ａに連通させている。
従って、給排ポート４６Ａからの圧力流体を排出した状態で、給排ポート４６Ｂから圧力流体を供給すると、通気管４５Ｂを通して圧力室４７Ｂにその圧力流体が導入されると同時に、分岐した流路６１Ｂ，６２Ｂ，６３Ｂを通じてシリンダ３２Ａにおける圧力室５４Ａにも導入され、それらの両圧力室４７Ｂ，５４Ａにおいてそれぞれの主ピストン３６Ｂ，３６Ａに作用する流体圧により出力軸６５に大きい回転駆動力が与えられる。
【００２４】
また、上記本体ボディ３１内には、第１実施例の場合と同様に、一対のシリンダ３２Ａ，３２Ｂ間の開口部内に、一対の主ピストン３６Ａ，３６Ｂにおけるラック３７Ａ，３７Ｂと噛合する前記ピニオン４２を回転自在に支持させ、このピニオン４２の出力軸６５を本体ボディ３１から外部に突出させ、図７に示すように、本体ボディ３１上に回転自在に支持させたテーブル６６に連結して、必要な揺動回転運動を伝達できるようにしている。
なお、第１実施例及び第２実施例については、テーブルの構造を図示していないが、上記図７に示すものと実質的に同一である。
【００２５】
上記一対のシリンダ３２Ａ，３２Ｂにおける主ピストン３６Ａ，３６Ｂのエンドカバー３４側には、上記通気管４５Ａ，４５Ｂの圧力室４７Ａ，４７Ｂへの開口端を、主ピストン３６Ａ，３６Ｂの中間停止位置を設定するストッパ部４８Ａ，４８Ｂとし、副ピストン４９Ａ，４９Ｂを上記圧力室４７Ａ，４７Ｂに摺動自在に嵌挿して、副圧力室５０Ａ，５０Ｂを区画形成し、該副ピストン４９Ａ，４９Ｂに設けた軸７０Ａ，７０Ｂを、副圧力室５０Ａ，５０Ｂから、シリンダ３２Ａ，３２Ｂの端部でエンドカバー３４との間に設けた軸受壁７１Ａ，７１Ｂを気密に貫通させて、エンドカバー３４内に区画形成した補助圧力室７２Ａ，７２Ｂ内に導入し、該軸７０Ａ，７０Ｂの先端に補助ピストン７３Ａ，７３Ｂを取付けることにより、副ピストン４９Ａ，４９Ｂと補助ピストン７３Ａ，７３Ｂを機械的に連結している。
【００２６】
また、上記副ピストン４９Ａ，４９Ｂと補助ピストン７３Ａ，７３Ｂに流体圧を作用させて、副ピストン４９Ａ，４９Ｂを通気管４５Ａ，４５Ｂの端部のストッパ部４８Ａ，４８Ｂに圧接させるため、エンドカバー３４には補助圧力室７２Ａ，７２Ｂに開口する中間停止用圧力流体の給排ポート７４Ａ，７４Ｂを開設している。上記補助圧力室７２Ａ，７２Ｂは、副ピストン４９Ａ，４９Ｂの軸７０Ａ，７０Ｂの内部に設けた連通路７５Ａ，７５Ｂによって、上記副圧力室５０Ａ，５０Ｂと連通状態にしたものであり、そのため、給排ポート７４Ａまたは７４Ｂから圧力流体を供給すると、上記補助圧力室７２Ａ，７２Ｂ及び副圧力室５０Ａ，５０Ｂの両者に圧力流体が供給されて、上記補助ピストン７３Ａ，７３Ｂと副ピストン４９Ａ，４９Ｂにそれらの流体圧が作用し、増強された駆動力で副ピストン４９Ａ，４９Ｂがストッパ部４８Ａ，４８Ｂに圧接される。
【００２７】
この第３実施例においては、前述したように一対の主ピストン３６Ａ，３６Ｂの双方に作用する流体圧で出力軸６５の回転駆動力が得られるように、出力軸の駆動力を増強しているが、このような増強を行うと、第１実施例に比し、副ピストン４９Ａ，４９Ｂをストッパ部４８Ａ，４８Ｂに対して押し付ける力を増強する必要が生じることになる。
しかしながら、この第３実施例においては、副ピストン４９Ａ，４９Ｂに補助ピストン７３Ａ，７３Ｂを機械的に連結して、両ピストンに流体圧を同時に作用させる増強手段を該副ピストンに付設しているので、出力軸を安定的に中間停止させることができる。
なお、この第３実施例においても、第２実施例のように通気管４５Ａ，４５Ｂの長さに差を持たせ、出力軸を中間２位置で停止させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明の中間停止機構付きロータリアクチュエータによれば、簡単且つコンパクトな構成で出力軸の揺動を中間停止させ、それによって３点または４点の停止を可能にすることができ、また、単一の圧力の流体の給排によって出力軸の揺動及び中間停止を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る中間停止機構付きロータリアクチュエータの第１実施例を示す平断面図である。
【図２】上記第１実施例の他の動作状態を示す平断面図である。
【図３】上記第１実施例の更に他の動作状態を示す平断面図である。
【図４】上記第１実施例の更に他の動作状態を示す平断面図である。
【図５】本発明に係る中間停止機構付きロータリアクチュエータの第２実施例を示す平断面図である。
【図６】本発明に係る中間停止機構付きロータリアクチュエータの第３実施例を示す平断面図（副ピストン及び補助ピストンは半断面）である。
【図７】図６の第３実施例におけるＡ−Ａ線での断面図である。
【図８】上記第３実施例の側面図である。
【図９】上記第３実施例の要部断面図である。
【符号の説明】
１，３１    本体ボディ
２Ａ，２Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ    シリンダ
３，４，３３，３４    エンドカバー
６Ａ，６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ    主ピストン
７Ａ，７Ｂ，３７Ａ，３７Ｂ    ラック
１２，４２    ピニオン
１５Ａ，１５Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ，４５Ａ，４５Ｂ    通気管
１７Ａ，１７Ｂ，４７Ａ，４７Ｂ    圧力室
１８Ａ，１８Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ，４８Ａ，４８Ｂ    ストッパ部
１９Ａ，１９Ｂ，４９Ａ，４９Ｂ    副ピストン
２０Ａ，２０Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ    副圧力室
２１Ａ，２１Ｂ，７４Ａ，７４Ｂ    給排ポート
６１Ａ〜６３Ａ，６１Ｂ〜６３Ｂ    流路
７２Ａ，７２Ｂ  補助圧力室
７３Ａ，７３Ｂ  補助ピストン
【図１】
0003548738.tif 000002
【図２】
0003548738.tif 000003
【図３】
0003548738.tif 000004
【図４】
0003548738.tif 000005
【図５】
0003548738.tif 000006
【図６】
0003548738.tif 000007
【図７】
0003548738.tif 000008
【図８】
0003548738.tif 000009
【図９】
0003548738.tif 000010