(57)【要約】【課題】出力軸の揺動範囲の調節だけでなく中間停止位置の調節も容易且つ精度良く行うことができるロータリアクチュエータを提供する。【解決手段】ピニオン１の両側に配置した一対のシリンダ２ａ，２ｂ内を摺動するピストン３ａ，３ｂが、それぞれピニオン１に噛合するラック５ａ，５ｂを装着しており、ラック５ａはピストン３ａに沿って移動可能に装着され、ラック５ｂはピストン３ｂに固定的に結合され、各シリンダ２ａ，２ｂの両端部にはそれぞれ独立した作動流体用ポート１１〜１４が設けられたロータリアクチュエータにおいて、各シリンダ２ａ，２ｂ毎にピストン３ａ，３ｂのストロークを独立して調節可能なストローク調節手段９，１０，４１，４２と、移動可能なラック５ａを一方のピストン３ａに沿って付勢する付勢手段３４ａ，３５ａとを備えることを特徴とする。【選択図】　　図１
2004011690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオンの両側に配置した一対のシリンダ内を摺動するピストンが、それぞれ前記ピニオンに噛合するラックを装着しており、
一方の前記ピストンに装着されたラックは、該ピストンに沿って移動可能に装着され、他方の前記ピストンに装着されたラックは、該ピストンに固定的に結合され、
前記各シリンダの両端部にはそれぞれ独立した作動流体用ポートが設けられたロータリアクチュエータにおいて、
前記各シリンダ毎に前記ピストンのストロークを独立して調節可能なストローク調節手段と、
移動可能な前記ラックを前記一方のピストンに沿って付勢する付勢手段とを備えることを特徴とするロータリアクチュエータ。
【請求項２】
前記付勢手段は、前記ラックが前記一方のピストンの中央部から端部に移動するにつれて、該ラックに大きな付勢力を作用させることを特徴とする請求項１に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項３】
前記付勢手段は、前記ラックの両側に配置されたコイルばねである請求項２に記載の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、ロータリアクチュエータに関し、より詳しくは、ラック・ピニオン型のロータリアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラック・ピニオン型のロータリアクチュエータは、出力軸であるピニオンの両側に配置されたシリンダ内で各々摺動する複動型ピストンが、前記ピニオンに噛合するラックを有しており、流体圧による該ピストンの往復直線運動を、ラックと噛合するピニオンの回転運動に変換するように構成されているのが一般的である。
【０００３】
このロータリアクチュエータを用いてワークの振り分けやバルブの開閉動作などを行う場合、多種多様な動作を可能にするために、ピニオンの回転停止位置を３カ所又は４カ所有していることが好ましい。このような多数の回転停止位置を有する従来のラック・ピニオン型のロータリアクチュエータとして、実公平８−２４８３号公報に開示されたものが知られており、この構成を図４に断面図で示す。
【０００４】
同図に示すように、このラック・ピニオン型ロータリアクチュエータは、本体６の中央に配置されたピニオン１の両側に、一対のシリンダ２ａ，２ｂが平行に配置されており、各シリンダ２ａ，２ｂの内部をピストン３ａ，３ｂが摺動する。
【０００５】
一対のピストン３ａ，３ｂは、それぞれシリンダ２ａ，２ｂの内壁を摺動するシーリングリング２１を備えている。一方のピストン３ａ（図の上側）には、スリーブ４が外嵌されている。このスリーブ４は、ピニオン１と噛合するラック５ａが長手方向に沿って形成されており、ピストン３ａの両端に形成された大径の抜止部３１ａ，３２ａの間で摺動可能となっている。また、他方のピストン３ｂ（図の下側）には、ラック５ｂが長手方向に沿って一体的に固着されており、ピニオン１と噛合している。
【０００６】
一対のシリンダ２ａ，２ｂは、一方のシリンダ２ａの直径が他方のシリンダ２ｂの直径よりも大きくなるように形成されており、それぞれピストン３ａ，３ｂを挟んだ両端部に圧力室１５，１６及び１７，１８が形成されている。これらの圧力室１５，１６及び１７，１８には、ポート１１，１２及び１３，１４を介して圧力流体を供給することができる。また、一方のシリンダ２ａの両端におけるシリンダヘッド７，８には調節ねじ９，１０が配設されており、これら調節ねじ９，１０を進退させることによって、ピストン３ａのストローク調整を可能にしている。尚、調節ねじ９，１０の先端が当接するピストン３ａの両端部には、クッション材１９が装着されている。また、ピストン３ａの抜止部３１ａ，３２ａにも、スリーブ４の端部が当接する箇所にクッション材２０が装着されている。
【０００７】
次に、このロータリアクチュエータの作動について、図５及び図６を参照しながら説明する。以下の手順において、各ポート１１〜１４に作用させる流体圧は等しくしている。
【０００８】
まず、一方のピストン３ａの左端が左側の調節ねじ９に当接した図５（ａ）に示す状態（第１の状態）において、ポート１２及び１４からシリンダ２ａ，２ｂに圧縮空気を供給する等して圧力室１６及び１８に流体圧を作用させる一方、ポート１１及び１３は大気に開放する等して流体の出入りが自由な状態におく。
【０００９】
これにより、一方のピストン３ａは図５（ａ）に示す状態に保たれる一方、他方のピストン３ｂは図５（ａ）に示す状態から左方へ摺動する。この他方のピストン３ｂの動きによって、ラック５ｂと噛合するピニオン１が右回り（時計周り）に回転する。これに伴って、一方のシリンダ２ａ内のスリーブ４は、ラック５ａとピニオン１との噛合により右方へ摺動し、スリーブ４の右端が抜止部３２ａに設けられたクッション材２０に当接する。ピストン３ａ，３ｂには、流体圧によりいずれも右方への押圧力が作用するが、一方のシリンダ２ａの直径が他方のシリンダ２ｂの直径よりも大きくなるように形成されているので、同じ流体圧の下では、一方のピストン３ａに他方のピストン３ｂよりも大きな押圧力が作用する。このため、スリーブ４が抜止部３２ａに当接した後は、他方のピストン３ｂが停止する。この状態を図５（ｂ）に示す（第２の状態）。尚、双方のシリンダ２ａ，２ｂの直径を同じにして、ポート１２の流体圧をポート１４の流体圧より高くすることによっても、第２の状態を得ることができる。
【００１０】
ついで、図５（ｂ）に示す第２の状態において、ポート１１及び１４を介して圧力室１５及び１８に流体圧を作用させる一方、ポート１２及び１３は流体の出入りが自由な状態におく。これにより、一方のピストン３ａは右方へ摺動し、他方のピストン３ｂは左方へ摺動する。そして、他方のピストン３ｂの摺動に伴って、ピニオン１が更に右回りに回転し、スリーブ４が右方へ摺動する。一方のピストン３ａは、シリンダ２ａに設けられた調節ねじ１０に右端が当接すると停止して、これに伴い、ピニオン１の回転及び他方のピストン３ｂの摺動も停止する。この状態を図６（ａ）に示す（第３の状態）。
【００１１】
次に、図６（ａ）に示す第３の状態において、ポート１１及び１３を介して圧力室１５及び１７に流体圧を作用させる一方、ポート１２及び１４は流体の出入りが自由な状態におく。これにより、他方のピストン３ｂは右方へ摺動する。この他方のピストン３ｂの動きによって、ピニオン１が左回り（反時計周り）に回転し、スリーブ４が左方に摺動して、スリーブ４の左端が抜止部３１ａに設けられたクッション材２０に当接する。この場合も、シリンダ２ａ，２ｂの直径の相違によって、スリーブ４が抜止部３１ａに当接した後は、他方のピストン３ｂが停止する。この状態を図６（ｂ）に示す（第４の状態）。
【００１２】
そして、図６（ｂ）に示す第４の状態において、ポート１２及び１３を介して圧力室１６及び１７に流体圧を作用させる一方、ポート１１及び１４は流体の出入りが自由な状態におく。これにより、一方のピストン３ａは左方へ摺動し、他方のピストン３ｂは右方へ摺動する。そして、他方のピストン３ｂの摺動に伴って、ピニオン１が更に左回りに回転し、スリーブ４が左方へ摺動する。一方のピストン３ａは、シリンダ２ａに設けられた調節ねじ９に端部が当接すると停止して、これに伴い、ピニオン１の回転及び他方のピストン３ｂの摺動も停止する。こうして、図５（ａ）に示す第１の状態に戻る。
【００１３】
このように、流体圧を作用させるポートを適宜変更することにより、ピニオン１の回転停止位置として、第１のピストン３ａのストローク両端に対応する位置だけでなく、ストロークの中間に対応する位置も選択可能となる。ここで、一方のピストン３ａがシリンダ２ａに対して移動可能な距離と、スリーブ４が一方のピストン３ａに対して移動可能な距離とを等しくすることにより、ピニオン１の回転停止位置が３カ所となる。即ち、図７（ａ）にピニオン１の回転停止位置をキーにより概念図で示すと、上述した第１の状態から第４の状態に対応するキーの位置がそれぞれａ〜ｄとなり、中間停止位置であるｂ及びｄが一致する。
【００１４】
これに対し、一方のピストン３ａの可動距離とスリーブ４の可動距離とを異ならせた場合、ピニオン１の回転停止位置が４カ所となる。例えば、一方のピストン３ａの可動距離がスリーブ４の可動距離より長い場合、図７（ｂ）に示すように、第１の状態から第４の状態に対応するキーの位置はｅ〜ｈとなり、中間停止位置であるｆ及びｈが異なる位置となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のロータリアクチュエータは、調節ねじ９，１０が一方のシリンダ２ａ内に突出する量を変えることにより、一方のピストン３ａのストロークを調節することができ、これによって、ピニオン１の揺動範囲を容易に調節することができる。例えば、図５（ａ）において、左側の調節ねじ９の突出量を多くすると、第１の状態に対応するキーの位置が、図７（ａ）に示すａから図７（ｃ）に示すａ’に変化するので、揺動範囲はａ’〜ｃの範囲に狭まる。
【００１６】
ところが、ピニオン１の中間停止位置は、一方のピストン３ａに対するスリーブ４の可動範囲によって定まるため、ピニオン１の揺動範囲を変更することにより中間停止位置の調節が必要となっても、この調節が困難であるという問題があった。即ち、第１の状態から第２の状態（第３の状態から第４の状態についても同様）へのピニオン１の回転角度は常に一定であるため、図７（ｃ）に示すように第１の状態に対応するキーの位置がａからａ’に変化すると、第２の状態に対応するキーの位置が必然的にｂからｂ’に変化する。
【００１７】
この問題を解決するためには、調節ねじ９，１０による一方のピストン３ａのストローク調節に対応させて、一方のピストン３ａに対するスリーブ４の可動範囲を調節できるようにすればよいが、従来の構成においては、このような調節を行うためにはロータリアクチュエータを分解して一方のピストン３ａを長さの異なるものに取り替えるなどしなければならず、作業が繁雑であった。
【００１８】
本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであって、出力軸の揺動範囲の調節だけでなく中間停止位置の調節も容易且つ精度良く行うことができるロータリアクチュエータを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の前記目的は、ピニオンの両側に配置した一対のシリンダ内を摺動するピストンが、それぞれ前記ピニオンに噛合するラックを装着しており、一方の前記ピストンに装着されたラックは、該ピストンに沿って移動可能に装着され、他方の前記ピストンに装着されたラックは、該ピストンに固定的に結合され、前記各シリンダの両端部にはそれぞれ独立した作動流体用ポートが設けられたロータリアクチュエータにおいて、前記各シリンダ毎に前記ピストンのストロークを独立して調節可能なストローク調節手段と、移動可能な前記ラックを前記一方のピストンに沿って付勢する付勢手段とを備えることを特徴とするロータリアクチュエータにより達成される。
【００２０】
このロータリアクチュエータにおいて、前記付勢手段は、前記ラックが前記一方のピストンの中央部から端部に移動するにつれて、該ラックに大きな付勢力を作用させることが好ましい。
【００２１】
より具体的には、前記付勢手段は、前記ラックの両側に配置されたコイルばねとすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例につき添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るロータリアクチュエータを示す断面図である。図１に示すロータリアクチュエータの構成は、図４に示す従来の構成をベースに改良したものであり、図４に示す構成要素と同様の構成要素については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態に係るロータリアクチュエータは、第１のピストン３ａの抜止部３１ａ，３２ａとスリーブ４の両端部との間に、それぞれコイルばね３４ａ，３５ａを介装している。２つのコイルばね３４ａ，３５ａの長さやばね定数などは略同じであり、スリーブ４が無負荷の状態においては、スリーブ４は一方のピストン３ａの中央部に支持される。また、一方のピストン３ａの抜止部３１ａ，３２ａには、スリーブ４の両端部と対向する側にそれぞれ筒状の突出部３１１ａ，３２１ａが形成されており、これら突出部３１１ａ，３２１ａの先端がスリーブ４の両端と当接する。即ち、スリーブ４は、ピニオン１の回転によってコイルばね３４ａ，３５ａの付勢力よりも大きな力が作用すると、突出部３１１ａ，３２１ａの先端間を摺動可能となるように構成されている。
【００２４】
更に、本実施形態に係るロータリアクチュエータは、他方のシリンダ２ｂの両端におけるシリンダヘッド７，８に、調節ねじ４１，４２が配設されている。この調節ねじ４１，４２は、他方のシリンダ２ｂの長手方向に沿って進退可能となっており、これによって他方のピストン３ｂのストローク調整を可能にしている。
【００２５】
このように構成されたロータリアクチュエータによれば、流体圧を作用させるポート１１〜１４を適宜選択することにより、上述した従来のロータリアクチュエータと同様に第１の状態から第４の状態（図５及び図６参照）とすることができ、ピニオン１の回転停止位置を３カ所又は４カ所にすることができる。
【００２６】
そして、一方のシリンダ２ａにおける調節ねじ９，１０及び他方のシリンダ２ｂにおける調節ねじ４１，４２を適宜進退させることにより、ピニオン１の揺動範囲の調節だけでなく、ピニオン１の中間停止位置の調節が可能になる。
【００２７】
例えば、第１の状態（図５（ａ）参照）から、図２に示すように、他方のシリンダ２ｂにおける右側の調節ねじ４２を進出させてシリンダ２ｂにおける突出量を多くすると、第２のピストン３ｂのストロークが短くなる結果、第２のピストン３ｂの右端が調節ねじ４２の先端に当接した状態においてもスリーブ４の左端は突出部３１１ａに当接せず、両者の間には隙間が形成される。即ち、第１のピストン３ａに対するスリーブ４のストロークが短くなる。このように、調節ねじ４２を進退させることにより、第１のピストン２ａに対するスリーブ４のストロークを調節することができるので、第１の状態から第２の状態までのピニオン１の回転角度を所望の角度に設定することができ、中間停止位置の調節を容易に行うことができる。尚、調節ねじ４２の進退によりピニオン１の揺動範囲も変化するので、必要に応じて第１のシリンダ２ａにおける調節ねじ９，１０を適宜進退させれば良い。
【００２８】
同様に、第３の状態（図６（ａ）参照）から、図３に示すように、他方のシリンダ２ｂにおける左側の調節ねじ４１を進出させてシリンダ２ｂにおける突出量を多くすると、第２のピストン３ｂの左端が調節ねじ４１の先端に当接した状態においてもスリーブ４の右端は突出部３２１ａに当接せず、両者の間には隙間が形成される。即ち、第１のピストン３ａに対するスリーブ４のストロークが短くなる。したがって、調節ねじ４１の進退量を調節することによって、第３の状態から第４の状態までのピニオン１の回転角度を所望の角度に設定することができ、中間停止位置の調節を容易に行うことができる。尚、この場合も調節ねじ４１の進退によりピニオン１の揺動範囲が変化するので、必要に応じて第１のシリンダ２ａにおける調節ねじ９，１０を適宜進退させれば良い。
【００２９】
図２及び図３に示すように、調節ねじ４１，４２を進出させることによって、スリーブ４の両端部がいずれも第１のピストン３ａの抜止部３１ａ，３２ａに当接していない状態になると、スリーブ４に形成されたラック５ａとピニオン２との噛合部に生じるバックラッシにより、ピニオン２の回転方向に遊びが生じて中間停止位置の位置精度を担保できないおそれがある。しかし、本実施形態においては、スリーブ４の両端と抜止部３１ａ，３２ａとの間に、それぞれコイルばね３４ａ，３５ａを介在させているので、これらコイルばね３４ａ，３５ａの付勢力がスリーブ４に作用し、ピニオン２の回転方向の遊びを無くすことができる。
【００３０】
本実施形態においては、２つのコイルばね３４ａ，３５ａをスリーブ４の両端にそれぞれ配置しているが、抜止部３１ａとスリーブ４との間、又は、抜止部３２ａとスリーブ４との間のいずれか一方にコイルばねを介在させた場合であっても本実施形態と同様の効果を得ることができる。この場合も、スリーブ４の位置は、コイルばねの付勢力が作用しない状態において一方のピストン２ａの中央部であることが好ましく、これによってピニオン１の中間停止位置を広範囲で調節することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、出力軸の揺動範囲の調節だけでなく、中間停止位置の調節も容易且つ精度良く行うことができるロータリアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るロータリアクチュエータを示す断面図である。
【図２】図１に示すロータリアクチュエータの作動状態の一例を示す断面図である。
【図３】図１に示すロータリアクチュエータの作動状態の一例を示す断面図である。
【図４】従来のロータリアクチュエータを示す断面図である。
【図５】図４に示すロータリアクチュエータの作動状態の一例を示す断面図である。
【図６】図４に示すロータリアクチュエータの作動状態の一例を示す断面図である。
【図７】図４に示すロータリアクチュエータの出力軸の作動状態を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１　ピニオン
２ａ，２ｂ　シリンダ
３ａ，３ｂ　ピストン
４　スリーブ
５ａ，５ｂ　ラック
６　本体
７，８　シリンダヘッド
９，１０　調節ねじ
１１，１２，１３，１４　ポート
３１ａ，３２ａ　抜止部
３４ａ，３５ａ　コイルばね
４１，４２　調節ねじ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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