(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性素材からなる小径の内側シリンダ部と大径の外側シリンダ部とを内外二重に備えたケーシング、
上記両シリンダ部の間に形成された円環状のピストン室、
上記ピストン室内に回転を防止された状態で軸線方向に摺動自在なるように配設され、エア圧力の作用により前後進する円環状のピストン、
上記内側シリンダ部の中心孔内に軸線方向の移動を防止された状態で回転自在かつケーシングと非摺動の状態に収容された出力軸、
上記ピストン室内において上記ピストンの両側に形成された圧力室、
上記各圧力室に圧力エアを供給するためのポート、
上記ピストンの内周面にＮ極及びＳ極の磁極帯を交互に且つ螺旋状に配置することにより形成された雌磁気ねじ、
上記出力軸の外周面にＮ極及びＳ極の磁極帯を交互に且つ螺旋状に配置することにより形成され、上記内側シリンダ部を介して上記ピストン内周面の雌磁気ねじと相互に磁気結合された雄磁気ねじ、を有し、
上記ケーシングが、上記内側シリンダ部とこの内側シリンダ部の一端から外周方向に張り出すフランジ状の本体部とを有する第１部材、及び、上記外側シリンダ部とこの外側シリンダ部の一端から内周方向に張り出すフランジ状の本体部とを有する第２部材を備えていて、上記第１部材の内側シリンダ部を第２部材の外側シリンダ部内に同軸状に嵌合して各シリンダ部の先端を相手側の部材の本体部に気密に結合することにより、一体に組み立てられていることを特徴とする磁気ねじ結合式ロータリーアクチュエーター。
【請求項２】
上記ピストンの回転を防止する手段が、上記ピストン室内に設けられたピンであって、該ピンが上記ピストンを軸線方向に貫通していることを特徴とする請求項１に記載のロータリーアクチュエーター。
【請求項３】
上記出力軸の両端部がそれぞれベアリングで回転自在に支持されていて、該出力軸の一端側を支持するベアリングが第１部材に取り付けられ、他端側を支持するベアリングが第２部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリーアクチュエーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンの直線往復運動を出力軸の回転揺動運動に変換して取り出すロータリーアクチュエーターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の電子機器や情報伝達機器等の発達に伴い、それらに使用される半導体デバイスの小形化及び高集積化が進み、その製造ラインにおいては多くの場合、そこで使用される各種機器類に対して非常に厳しいクリーン度が要求されるようになった。例えば、機器の駆動やウエハの搬送等に使用されるロータリーアクチュエーターなどのエア機器についても同様である。
【０００３】
現在、ベーン形のロータリーアクチュエーターを真空チャンバやクリーンルームのようなクリーンな環境で使用する場合、このアクチュエーターからの発塵が汚染源とならないように、図４あるいは図５に示すような対策が一般に講じられている。図４に示すものは、ベーン１が取り付けられた出力軸２の両端の軸受部３，３の両側にそれぞれシール部材４，４を二重に設け、内外のシール部材４，４の間に、発生したダストを逃がすためのダスト排出用ポート５，５を設けている。一方、図５に示すものは、上記二重構造のシール部材を設けることなく、上記ポート５，５を吸引ポンプに接続し、アクチュエーター内部で発生したダストを真空圧を利用して強制的に吸引するようにしている。
【０００４】
しかしながら、この種のベーン形のロータリーアクチュエーターは、上記出力軸２が、ベーン１が動作する圧力室６からケーシング７の外部にまで連続して延びているため、上述したような防塵対策を施したとしても、上記圧力６室の内部やケーシング７と出力軸２との摺動部分などからの発塵が完全に外部に漏れないようにするのは事実上困難である。また、シールを二重にしても、摺動部分からのエアのリークを完全に止めるのは困難であるため、アクチュエーターを真空チャンバ内で使用する際には、僅かなリークのために真空度が上がりにくいとか、そのリークと共にダストが漏出して環境を汚染するなどの問題が発生し易い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的課題は、このようなベーン形のロータリーアクチュエーターが有する構造上の問題点に鑑み、ベーン以外の手段で出力軸を回転揺動させるように構成することによって防塵性と気密性とを高めたロータリーアクチュエーター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、本発明によれば、非磁性素材からなる小径の内側シリンダ部と大径の外側シリンダ部とを内外二重に備えたケーシング、上記両シリンダ部の間に形成された円環状のピストン室、上記ピストン室内に回転を防止された状態で軸線方向に摺動自在なるように配設され、エア圧力の作用により前後進する円環状のピストン、上記内側シリンダ部の中心孔内に軸線方向の移動を防止された状態で回転自在かつケーシングと非摺動の状態に収容された出力軸、上記ピストン室内において上記ピストンの両側に形成された圧力室、上記各圧力室に圧力エアを供給するためのポート、上記ピストンの内周面にＮ極及びＳ極の磁極帯を交互に且つ螺旋状に配置することにより形成された雌磁気ねじ、上記出力軸の外周面にＮ極及びＳ極の磁極帯を交互に且つ螺旋状に配置することにより形成され、上記内側シリンダ部を介して上記ピストン内周面の雌磁気ねじと相互に磁気結合された雄磁気ねじを有し、上記ケーシングが、上記内側シリンダ部とこの内側シリンダ部の一端から外周方向に張り出すフランジ状の本体部とを有する第１部材、及び、上記外側シリンダ部とこの外側シリンダ部の一端から内周方向に張り出すフランジ状の本体部とを有する第２部材を備えていて、上記第１部材の内側シリンダ部を第２部材の外側シリンダ部内に同軸状に嵌合して各シリンダ部の先端を相手側の部材の本体部に気密に結合することにより、一体に組み立てられていることを特徴とする磁気ねじ結合式ロータリーアクチュエーターが提供される。
【０００７】
上記構成を有するロータリーアクチュエーターにおいて、上記圧力室に圧力エアを供給してピストンを前後進させると、該ピストンと磁気結合された出力軸が、磁気ねじの傾斜角度に応じて揺動回転し、この揺動回転が出力として取り出される。このとき、上記圧力室とピストンとが外部環境から遮断されると共に、これらの圧力室及びピストンと出力軸とが相互に隔絶されているため、圧力室内のエアが外部にリークしたり、ピストンの摺動に伴う発塵が外部に漏出するといった問題が生じない。
【０００８】
本発明の具体的な実施態様によれば、上記ピストンの回転を防止する手段が、上記ピストン室内に設けられたピンであって、該ピンが上記ピストンを軸線方向に貫通している。
【００１０】
本発明においては、上記出力軸の両端部がそれぞれベアリングで回転自在に支持されていて、該出力軸の一端側を支持するベアリングが第１部材に取り付けられ、他端側を支持するベアリングが第２部材に取り付けられている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は本発明に係る磁気ねじ結合式ロータリーアクチュエーターの好ましい代表的な一実施形態を示すもので、このアクチュエーターは、非磁性素材からなるケーシング１０を備えている。このケーシング１０は、同軸状に位置する小径の内側シリンダ部１１と大径の外側シリンダ部１２とを内外二重に備えていて、これら両シリンダ部１１，１２の間に外部環境と完全に隔絶された円環状のピストン室１３が形成され、このピストン室１３の内部に円環状のピストン１４が、回転防止手段１５でその軸線回りの回転を防止された状態で軸線方向には摺動自在なるように配設されている。また、このピストン１４の両側には、第１及び第２の圧力室１８ａ，１８ｂがそれぞれ形成され、これらの圧力室１８ａ，１８ｂが、ケーシング１０に形成された第１及び第２のポート１９ａ，１９ｂにそれぞれ接続されている。
【００１２】
上記内側シリンダ部１１における中心孔２１の内部には、円柱状をした出力軸１６が、その両端部をベアリング２２ａ，２２ｂでそれぞれ支持されることにより、軸線方向の移動を防止された状態で軸線回りには回転自在なるように収容されている。
【００１３】
そして、上記ピストン１４の内周面には、Ｎ極の磁極を帯状に着磁してなる磁極帯２３ａと、Ｓ極の磁極を帯状に着磁してなる磁極帯２３ｂとを、交互に且つ螺旋状に配置することにより雌磁気ねじ２３が形成され、これに対して上記出力軸１６の外周面には、同様にＮ極及びＳ極の磁極をそれぞれ帯状に着磁してなる磁極帯２４ａ，２４ｂを交互に且つ螺旋状に配置することにより、上記雌磁気ねじ２３と同じ傾斜方向及び同じ傾斜角度を持つ雄磁気ねじ２４が形成され、これらの雌磁気ねじ２３と雄磁気ねじ２４とによって上記ピストン１４と出力軸１６とが、相互に磁気結合されている。
【００１４】
上記ケーシング１０は、第１部材１０Ａと第２部材１０Ｂとを相互に結合することにより組み立てられている。このうち第１部材１０Ａは、小径円筒状をした上記内側シリンダ部１１と、この内側シリンダ部１１の一端から外側に向けて張り出す矩形フランジ状をした本体部２６とを有し、これらの内側シリンダ部１１と本体部２６との中央部を貫通するように上記中心孔２１が設けられている。一方の第２部材１０Ｂは、角柱状をした上記外側シリンダ部１２と、この外側シリンダ部１２の一端から内側に向けて張り出すフランジ状の本体部２８とを有していて、上記外側シリンダ部１２の内部に上記内側シリンダ部１１より大径の円形シリンダ孔が形成されると共に、上記本体部２８の中央部に上記内側シリンダ部１１が嵌合する中心孔２９が形成されており、この第２部材１０Ｂのシリンダ孔内に上記第１部材１０Ａの内側シリンダ部１１を同軸状に嵌合して、各シリンダ部１１，１２の先端を互いに相手側の部材１０Ｂ，１０Ａの本体部２８，２６にシール部材３１，３２を介して気密に結合することにより、一体に組み立てられている。そして、第１部材１０Ａの中心孔２１に上記出力軸１６の一端を支持する一方のベアリング２２ａが取り付けられ、第２部材１０Ｂの中心孔２９に出力軸１６の他端を支持する他方のベアリング２２ｂが取り付けられている。
【００１５】
図中３３は上記ベアリング２２ｂを固定するための部材、３４は出力軸１６に被駆動用の部材を連結するためのブラケットである。
【００１６】
また、上記ピストン１４の回転を防止する回転防止手段１５は、上記ピストン室１３内にその軸線方向に設けられたピン１５ａからなっていて、このピン１５ａが上記ピストン１４を軸線方向に摺動自在なるように貫通している。図中３５はピストン１４とピン１５ａとの間の摺動を案内するガイド、３６，３７はシール部材である。
【００１７】
上記構成を有するロータリーアクチュエーターにおいて、上記２つのポート１９ａ，１９ｂから第１圧力室１８ａと第２圧力室１８ｂとに圧力エアを交互に供給すると、ピストン１４が、ピン１５ａで軸線回りの回転を規制された状態で該ピン１５ａに沿ってピストン室１３内を軸線方向に前後進する。このとき、該ピストン１４と出力軸１６とが磁気ねじ２３，２４によって相互に磁気結合されているため、該出力軸１６が、磁気ねじ２３，２４の傾斜角度に応じて揺動回転し、この揺動回転が出力として取り出される。
【００１８】
かくして上記アクチュエーターにおいては、ピストン室１３内を軸線方向に摺動するピストン１４と、内側シリンダ部１１の中心孔２１内を軸線の回りに回転自在の出力軸１６とを、磁気ねじ２３，２４の磁力によって相互に結合したことにより、上記ピストン１４の直線往復運動を出力軸１６の回転揺動運動に変換して取り出すことができる。また、従来のベーン形アクチュエーターのような圧力室から摺動部を経て外部に延出する出力軸を持たず、上記圧力室１８ａ，１８ｂ及びピストン１４が外部環境から遮断されると共に、これらの圧力室１８ａ，１８ｂ及びピストン１４と出力軸１６とが相互に隔絶されているため、上記圧力室１８ａ，１８ｂ内のエアが出力軸１６とケーシング１０との摺動部などを通じてリークしたり、この圧力室１８ａ，１８ｂの内部で発生したダストがリークエアと一緒に外部に漏出したりすることがなく、防塵性に勝れる。
【００１９】
なお、上記第１部材１０Ａと第２部材１０Ｂとの間にはシール部材３１，３２が設けられ、これらのシール部材３１，３２によって圧力室１８ａ，１８ｂの気密が保たれているが、これらのシール部材３１，３２は、ベーン形アクチュエーターのシール部材のように回転する出力軸とケーシングとの摺動部分に介在してそれらの部材と擦れ合うものとは違い、固定的に結合された第１部材１０Ａと第２部材１０Ｂとの間に静止状態に設けられて両部材と擦れ合うことがないため、そのシール精度は高くかつ摺動による発塵も生じない。
【００２０】
また、上述したように磁気ねじ２３，２４によってピストン１４と出力軸１６とを相互に非接触の状態で結合し、ピストン１４の直線往復運動を出力軸１６の回転揺動運動に変換して取り出すようにしているため、出力軸１６とケーシング１０との間の回転に伴う摺動部をなくして摩擦によるダストの発生を確実に防止することができる。
図示の実施例では、第２部材１０Ｂの外側シリンダ部１２が断面矩形をしているが、円筒形であっても良いことは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
以上に詳述したように本発明のロータリーアクチュエーターは、圧力室内を軸線方向に摺動するピストンと軸線の回りに回転自在の出力軸とを、磁気ねじの磁力によって相互に結合したことにより、上記ピストンの直線往復運動を出力軸の回転揺動運動に変換して取り出すことができる。
また、本発明のロータリーアクチュエーターは、従来のベーン形アクチュエーターのような圧力室から摺動部を経て外部に延出する出力軸を持たず、上記圧力室及びピストンが外部環境から遮断されると共に、これらの圧力室及びピストンと出力軸とが相互に隔絶されているため、上記圧力室内のエアが外部にリークしたり、ピストンの摺動に伴う発塵が外部に漏出するといった問題が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るロータリーアクチュエーターの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線での断面図である。
【図３】図１において出力軸を取り外した状態の断面図である。
【図４】従来のベーン形ロータリーアクチュエーターの一例を示す断面図である。
【図５】従来のベーン形ロータリーアクチュエーターの他例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０            ケーシング
１０Ａ          第１部材
１０Ｂ          第２部材
１１            内側シリンダ部
１２            外側シリンダ部
１３            ピストン室
１４            ピストン
１５            回転防止手段
１５ａ          ピン
１６            出力軸
１８ａ，１８ｂ  圧力室
１９ａ，１９ｂ  ポート
２１            中心孔
２２ａ，２２ｂ  ベアリング
２３            雌側磁気ねじ
２３ａ，２３ｂ  磁極帯
２４            雄側磁気ねじ
２４ａ，２４ｂ  磁極帯
２６，２８      本体部
【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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