(57)【要約】【課題】構造が簡単であり半径方向寸法を小さくでき、高速回転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】内部に円筒形の摺動面が形成されたボス部材２と、円筒形であって外面に摺動面が形成された回転ヘッド３と、回転ヘッド３の天面に取付けられたエアー駆動型のアクチュエータ４と、ボス部材２から回転ヘッド３へエアーを供給し、さらに回転ヘッド３からアクチュエータ４へエアーを供給するアクチュエータ用エアー供給路と、ボス部材２からボス部材２の摺動面２Ａと回転ヘッド３の摺動面３Ａとの間の隙間にエアーを供給する浮上用エアー供給路とを備えている。エアー供給路から一部のエアーを供給させてボス部材の摺動面と回転ヘッドの摺動面との間に導くことから、回転ヘッド３がエアー浮上した状態で回転する。このため、高速回転が可能となる。【選択図】図１
2018123927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に円筒形の摺動面が形成されたボス部材と、
回転部材であり、円筒形であって外面に摺動面が形成された回転ヘッドと、
該回転ヘッドの天面に取付けられたエアー駆動型のアクチュエータと、
前記ボス部材から前記回転ヘッドへエアーを供給し、さらに該回転ヘッドから前記アクチュエータへエアーを供給するアクチュエータ用エアー供給路と、
前記ボス部材から前記ボス部材の摺動面と前記回転ヘッドの摺動面との間の隙間にエアーを供給する浮上用エアー供給路とを備えている
ことを特徴とするロータリーアクチュエータ。
【請求項２】
前記ボス部材内に形成された浮上用エアー供給路の出側であって、前記回転ヘッドの摺動面に対面する場所に、多孔質材料製の環状のリングが嵌められている
ことを特徴とする請求項１記載のロータリーアクチュエータ。
【請求項３】
前記ボス部材の摺動面と前記回転ヘッドの摺動面との間の隙間が、５〜１５μｍである
ことを特徴とする請求項２記載のロータリーアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーアクチュエータに関する。さらに詳しくは、エアー駆動されるロータリーアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリーアクチュエータは、ロータリージョイントを介して作動媒体をアクチュエータに送り込んでアクチュエータを作動させる装置である。
ロータリージョイント自体は、作動油やエアー等の作動媒体を固定部材側から回転部材側へ送る機構部材であり、特許文献１に示すように公知である。
【０００３】
ロータリーアクチュエータの一種として、刃物を回転させる加工工具を示す特許文献２の技術がある。この従来技術では、外側の静止部材から内側の回転部材へ作動媒体であるエアーを取り込む経路が形成されている。しかし、回転部材の静止部材に対する支軸は軸受で負担させている。
このように軸受を用いる従来技術では構造が複雑になり半径方向寸法の大きな装置になるという欠点がある。
【０００４】
そこで、滑り性の高い材料を用いたブッシュ等で回転軸を支える技術も開発されている。この技術によると構造が簡単になり寸法も小さくなるが、ブッシュによる支持には摩擦に基づく制約があって、回転数を高く上げることができない。一般的には数百ｒｐｍが限度であった。仮に最高回転数を上げようとすれば、負荷を相当軽いものにせざるをえなかったし、寿命回転数も長いものではなかった。
【０００５】
したがって、通常の負荷で長期間運転でき、高速回転を可能とするロータリーアクチュエータはこれまで存在しなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２４９００８号公報
【特許文献２】特開平９−２９５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑み、構造が簡単であり半径方向寸法も小さくでき、しかも通常の負荷でも長期間にわたって高速回転が可能なロータリーアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明のロータリーアクチュエータは、内部に円筒形の摺動面が形成されたボス部材と、回転部材であり、円筒形であって外面に摺動面が形成された回転ヘッドと、該回転ヘッドの天面に取付けられたエアー駆動型のアクチュエータと、前記ボス部材から前記回転ヘッドへエアーを供給し、さらに該回転ヘッドから前記アクチュエータへエアーを供給するアクチュエータ用エアー供給路と、前記ボス部材から前記ボス部材の摺動面と前記回転ヘッドの摺動面との間の隙間にエアーを供給する浮上用エアー供給路とを備えていることを特徴とする。
第２発明のロータリーアクチュエータは、第１発明において、前記ボス部材内に形成された浮上用エアー供給路の出側であって、前記回転ヘッドの摺動面に対面する場所に、多孔質材料製の環状のリングが嵌められていることを特徴とする。
第３発明のロータリーアクチュエータは、第２発明において、前記ボス部材の摺動面と前記回転ヘッドの摺動面との間の隙間が、５〜１５μｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明によれば、浮上用エアー供給路からのエアーをボス部材の摺動面と回転ヘッドの摺動面との間に導くことから、回転ヘッドがエアー浮上した状態で回転する。このため、摩擦がない状態で回転ヘッドを回転させられるため、高速回転が可能となり長寿命も達成できる。しかも、回転ヘッドとボス部材との間にブッシュや軸受等の機械部品を入れる必要がないので、半径方向寸法を小さくし、かつ簡単な構成にすることができる。
第２発明によれば、浮上用エアー供給路が送られたエアーがリングの多数の孔から噴出すると回転ヘッドの摺動面とボス部材の摺動面との間にまんべんなくエアーが充満するので、回転ヘッドのエアー浮上回転が安定的に行える。
第３発明によれば、ボス部材の摺動面と回転ヘッドの摺動面との間の隙間が５〜２０μｍと非常に小さいので、エアーの洩出が生じにくく、回転ヘッドのエアー浮上回転が安定する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るロータリーアクチュエータの縦断面図である。
【図２】図１に示すボス部材と回転ヘッドの上面図である。
【図３】浮上用エアー供給路の説明図である。
【図４】アクチュエータ用エアー供給路の説明図である。
【図５】回転ヘッドの回転時におけるエアー供給要領の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、図１および図２に基づき、本発明の一実施形態に係るロータリーアクチュエータＡの基本構造を説明する。
このロータリーアクチュエータＡは、ボス部材２とボス部材２内で回転する回転ヘッド３と、回転ヘッド３に取付けられたアクチュエータ４とからなる。
【００１２】
１は固定板であり、下部固定板１ａと上部固定板１ｂとからなる。この固定板１に円筒状のボス部材２が固定されている。ただし、全く不動に固定されているわけではなく若干の変位を許容するように固定されている。具体的には、上部固定板１ｂに固定されたピン３１がボス部材２に形成された孔３２内に挿入されており、孔３２はピン３１より若干大きい直径を有しているので、ボス部材２の若干の変位が許容されている。なお、ボス部材２は大きくは動かないという意味では静止部材である。
このボス部材２の内部には後述するように円筒形の摺動面が形成されている。
【００１３】
回転ヘッド３は円筒形の部材であって、その外面に摺動面３Ａが形成されている。
回転ヘッド３は一体形成のシャフト５を有する。なお、シャフト５は別体のものを回転ヘッド３に結合してもよい。
シャフト５は外部から回転動力を受け、回転ヘッド３を回転させる。そしてシャフト５は軸受で支持されているので、回転ヘッド３は固定位置で回転する。
【００１４】
後述するように、この回転ヘッド３はボス部材２内でエアー浮上状態で回転するが、回転ヘッド３はシャフト５の軸受支持により位置固定されているので、エアー浮上に必要な摺動面全周にわたる均一な隙間はボス部材２が若干変位することで確保される。前記したピン３１と孔３２による若干ルーズなボス部材２の取付けは、この均一な隙間確保を実現する手段である。
【００１５】
回転ヘッド３の天面（図１では上面）には、取付板６を介してアクチュエータ４が取付けられている。
アクチュエータ４はエアー駆動型のアクチュエータであれば、どのようなものでも用いることができる。図示のアクチュエータはエアシリンダであるが、これに限らずエアー式揺動モータなどを用いてもよい。
【００１６】
アクチュエータ４は１個でもよく複数個でもよい。図示の実施形態では６個のエアシリンダを回転ヘッド３の中心から放射状に向くように配置している。
このエアシリンダの伸長動作と縮小動作を共にエアー給排で動作させてもよく、伸長動作または縮小動作のいずれか一方をエアー給排で動作させてもよい。
【００１７】
図２および図４に示すように、ボス部材２の摺動面２Ａと回転ヘッド３の摺動面３Ａは、互いに向き合っており、回転ヘッド３の回転中は摺接する。この摺接面２Ａ，３Ａ間の隙間ｇが本発明における重要な要素であって、その隙間ｇは、５〜２０μｍの範囲であり、好ましくは８〜１５μｍであり、最も好ましくは１０μｍである。
【００１８】
上記の隙間ｇの数値範囲は、後述するように隙間ｇ内に送気したエアーで回転ヘッド３をエアー浮上させる意味をもつものである。上記隙間が５μｍを下廻るとエアー浮上ができずに接触抵抗が増え回転ヘッド３が回転しにくくなる。また、２０μｍを超えるとエアーが抜けてやはり接触抵抗が増えて回転ヘッド３が回転しにくくなる。
【００１９】
隙間ｇが５〜２０μｍの範囲であると、回転ヘッド３の摺動面３Ａとボス部材２の摺動面２Ａとの間に供給したエアーが若干の洩れを生じさせつつ、摺動面２Ａ、３Ａ間に充満する。このため、摺動面２Ａ，３Ａが物理的接触を生ずることなく、回転ヘッド３をエアー浮上させた状態で回転させることができる。
上記した回転ヘッド３のエアー浮上回転は、隙間が８〜１５μｍの範囲であるとより安定的であり、隙間が１０μｍであると最も安定的である。
【００２０】
上記の隙間ｇの好適範囲が適用される回転ヘッド３の外径およびボス部材２の内径には、とくに制限がないが、５０〜１００ｍｍの範囲のものに好適である。
【００２１】
つぎに、浮上用エアー供給路を図２および図３に基づき説明する。
ボス部材２にはエルボ管１４が取付けられており、ボス部材２の断面内には内部通路１５が形成されている。内部通路１５は、エルボ管１４に通ずると共に内部で上下に分かれ、かつボス部材２の内側の摺動面２Ａに通じるように形成されている。
【００２２】
ボス部材２の内側の摺動面２Ａにおいて、内部通路１５の上下２カ所の開口部分には円環状の段差が形成され、この段差に環状のリング２５が嵌められている。このリング２５は、多孔質の形質をもつ焼結金属で作成されている。
【００２３】
前記リング２５は上下２本とも回転ヘッド３の摺動面３Ａに摺接している。リング２５の背面には、内部通路１５からエアーが供給され、そのエアーがリング２５の多数の孔を通して分散されて、摺動面２Ａと摺動面３Ａとの間の隙間ｇに充満する。このため、まんべんなくエアーが充満するので、回転ヘッドのエアー浮上回転が安定的に行える。
【００２４】
つぎに、アクチュエータ４に作動用エアーを供給するアクチュエータ用エアー供給路を、図２および図４に基づき、説明する。
ボス部材２には半径方向に延びる孔１１が任意本数（図示は６本）形成されており、その外端にはエアー供給源から延びている外部配管に接続するエルボ管１２，１６が取付けられている。これらの６個のエルボ管のうち、４個はエアー供給用で、２個は圧力計測用である。なお、エア供給用のエルボ管１２の数は４個に限らず、３個以下の任意の個数も５個以上の任意の個数も選択可能である。
【００２５】
一方、回転ヘッド３の外周には環状の溝２１が形成されており、かつ回転ヘッド３の内部には、前記溝２１に通ずる内部通孔２２が形成されている。さらに、回転ヘッド３の天面にはポート２３が形成されており、前記内部通孔２２はこのポート２３に連通している。
【００２６】
図４および図５には明示したが、回転ヘッド３の外周に形成された溝２１は上段の溝２１ａと下段の溝２１ｂとからなる。これに合わせてボス部材２に形成された孔１１も上段の孔１１ａと下段の孔１１ｂとからなる。
回転ヘッド３内に形成された内部通孔２２も上段の溝２１ａに連通した通孔２２ａと下段の溝２１ｂに連通した通孔２２ｂに分けられている。
【００２７】
したがって、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、回転ヘッド３は回転している間中、複数のアクチュエータ４のうち何台かには、上段の孔１１ａおよび上段の溝２１ａを通じてエアー供給され、残りの何台かには下段の孔１１ｂおよび下段の溝２１ｂを通じてエアー供給される。
【００２８】
本実施形態によれば、浮上用エアー供給路からエアーをボス部材２の摺動面２Ａと回転ヘッド３の摺動面３Ａとの間に導くことから、回転ヘッド３がボス部材２内でエアー浮上した状態で回転する。回転ヘッド３に取付けたアクチュエータはアクチュエータ用エアー供給路から供給されたエアーで作動するので、このアクチュエータは回転ヘッド３の回転に伴って自転しながら、伸縮動作を行うことができる。
【００２９】
本実施形態のアクチュエータ４は、回転ヘッド３の回転と共に動作するが、そのような用途には工作機械におけるワークの掴み替えチャックがあるが、これに限定されるものではない。
【００３０】
回転ヘッド３の回転数の上限はとくに制限はないが、本発明によれば３０００ｒｐｍ位なら充分実現できる。また、摩耗が生じないので、長寿命も達成できる。
【００３１】
本発明の実施形態によれば、回転ヘッド３とボス部材２との間に軸受等の機械部品を入れる必要がないので、半径方向寸法を小さくし、かつ簡単な構成にすることができる。
【符号の説明】
【００３２】
２    ボス部材
３    回転ヘッド
４    アクチュエータ
６    取付板
１１（１１ａ，１１ｂ）    孔
１５    内部通路
２１（２１ａ，２１ｂ）    溝
２５    リング
３１    ピン
３２    孔
【図１】
2018123927.tif 000003
【図２】
2018123927.tif 000004
【図３】
2018123927.tif 000005
【図４】
2018123927.tif 000006
【図５】
2018123927.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月26日(2018.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に円筒形の摺動面が形成されたボス部材と、
回転部材であり、円筒形であって外面に摺動面が形成された回転ヘッドと、
該回転ヘッドの天面に取付けられたエアー駆動型のアクチュエータと、
前記ボス部材から前記回転ヘッドへエアーを供給し、さらに該回転ヘッドから前記アクチュエータへエアーを供給するアクチュエータ用エアー供給路と、
前記ボス部材から前記ボス部材の摺動面と前記回転ヘッドの摺動面との間の隙間にエアーを供給する浮上用エアー供給路とを備えており、
前記ボス部材はその摺動面が前記回転ヘッドの摺動面との間に均一な隙間を保つためのルーズな取付手段を介して、固定板に取付けられている
ことを特徴とするロータリーアクチュエータ。
【請求項２】
前記ボス部材内に形成された浮上用エアー供給路の出側であって、前記回転ヘッドの摺動面に対面する場所に、多孔質材料製の環状のリングが嵌められている
ことを特徴とする請求項１記載のロータリーアクチュエータ。
【請求項３】
前記ボス部材の摺動面と前記回転ヘッドの摺動面との間の隙間が、５〜１５μｍである
ことを特徴とする請求項２記載のロータリーアクチュエータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
第１発明のロータリーアクチュエータは、内部に円筒形の摺動面が形成されたボス部材と、回転部材であり、円筒形であって外面に摺動面が形成された回転ヘッドと、該回転ヘッドの天面に取付けられたエアー駆動型のアクチュエータと、前記ボス部材から前記回転ヘッドへエアーを供給し、さらに該回転ヘッドから前記アクチュエータへエアーを供給するアクチュエータ用エアー供給路と、前記ボス部材から前記ボス部材の摺動面と前記回転ヘッドの摺動面との間の隙間にエアーを供給する浮上用エアー供給路とを備えており、前記ボス部材はその摺動面が前記回転ヘッドの摺動面との間に均一な隙間を保つためのルーズな取付手段を介して、固定板に取付けられていることを特徴とする。
第２発明のロータリーアクチュエータは、第１発明において、前記ボス部材内に形成された浮上用エアー供給路の出側であって、前記回転ヘッドの摺動面に対面する場所に、多孔質材料製の環状のリングが嵌められていることを特徴とする。
第３発明のロータリーアクチュエータは、第２発明において、前記ボス部材の摺動面と前記回転ヘッドの摺動面との間の隙間が、５〜１５μｍであることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
第１発明によれば、つぎの効果を奏する。
ａ）浮上用エアー供給路からのエアーをボス部材の摺動面と回転ヘッドの摺動面との間に導くことから、回転ヘッドがエアー浮上した状態で回転する。このため、摩擦がない状態で回転ヘッドを回転させられるため、高速回転が可能となり長寿命も達成できる。
ｂ）前記ボス部材はルーズな取付手段を介して固定板に取付けられているので、ボス部材の摺動面と回転ヘッドの摺動面との間の隙間が均一に保たれ、回転ヘッドの回転が安定的に行える。
第２発明によれば、浮上用エアー供給路が送られたエアーがリングの多数の孔から噴出すると回転ヘッドの摺動面とボス部材の摺動面との間にまんべんなくエアーが充満するので、回転ヘッドのエアー浮上回転が安定的に行える。
第３発明によれば、ボス部材の摺動面と回転ヘッドの摺動面との間の隙間が５〜１５μｍと非常に小さいので、エアーの洩出が生じにくく、回転ヘッドのエアー浮上回転が安定する。