(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ装置の直進推力を回転力に変換するトルクアクチュエータであって、
ケーシング内に出力歯車と該出力歯車にＵ字状に巻装したチェーンとを収容すると共に、該ケーシングに一対の並設するシリンダ装置を配置し、
上記チェーンの両端に上記各シリンダ装置のピストンロッドをそれぞれ接続させて各シリンダ装置のピストンを交互に加圧押動してチェーンを牽引することで上記出力歯車を正逆回転させるように構成し、
上記一対のシリンダ装置をケーシングに対して出力歯車のチェーンを巻装した側に配置し、各ピストンロッドを出力歯車から巻き出るチェーンと重なるように配置して各ピストンロッドの先端にチェーンの両端を接続し、
上記出力歯車及び上記チェーンが２列に設けられて上記出力歯車から巻き出る上記チェーンが上記ピストンロッドを挟んで両側に配置されており、
各ピストンロッドの先端と２列の各チェーンの端部とが接続部材によって接続され、
上記接続部材は、ピストンロッドの先端を接続する筒部と、筒部の外側面の対向する位置に形成されて２列の各チェーンの端部をそれぞれ取り付ける一対の舌片とを有するトルクアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載のトルクアクチュエータにおいて、
上記接続部材は、姿勢が一定に保たれてケーシング内のガイド溝に配置され、
上記舌片は、チェーンよりも外側に張り出され、且つ対向する一対の舌片間の外径幅がガイド溝の幅より僅かに短くなる大きさに設定されているトルクアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のトルクアクチュエータにおいて、
上記ケーシング内には上記チェーンをガイドするガイド機構を設けるトルクアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のトルクアクチュエータにおいて、
上記シリンダ装置内のピストンを加圧押動するに際し、上記シリンダ装置内のピストンに隔てられた両側の空間のシリンダ室が交互に加圧されるトルクアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のトルクアクチュエータにおいて、
動力伝達手段としてチェーンの代わりにタイミングベルトを使用したトルクアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクアクチュエータ、特に、エアーシリンダ装置や油圧シリンダ装置の直進推力を回転力に変換するトルクアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のトルクアクチュエータとしては、図６に示すように、出力歯車１０３を収容するケーシング１０１から一対のシリンダ装置１１０を反対方向に突出させ、各シリンダ装置１１０のピストン１１２相互を対向させてこれらピストン１１２間にギヤ溝１２１を形成したラック１０２を連結させ、このラック１０２と出力歯車１０３とを噛み合わせたものがある。
【０００３】
このトルクアクチュエータは、各シリンダ装置１１０のシリンダ室１１１に空気圧源又は油圧源を接続して、シリンダ室１１１への供給圧力を制御すると、これに応じてピストン１１２及びラック１０２が直線方向に往復駆動され、この駆動量に応じて出力歯車１０３が正逆回転される。従って、この出力歯車１０３の出力軸１３１に従動軸部を連結すると、この従動軸部が往復回転される。
【特許文献１】実用新案登録第２５７１６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のトルクアクチュエータは、ラック１０２と出力歯車１０３とを噛み合わせたラック・ピニオン式に構成するので、ラック１０２と出力歯車１０３との噛み合わせ部分が少ないため、大きなトルクを出すのが困難である。しかも、ラック１０２に大きな負荷が作用するため摩擦による力の損失が大きく、またラック１０２が損傷しやすいという問題がある。さらに、ラック１０２とこれに連結する一対のシリンダ装置１１０とを一直線に配置するため、装置の全長が長く大型になる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型で大きなトルクが安定して得られるトルクアクチュエータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るトルクアクチュエータは、
シリンダ装置の直進推力を回転力に変換するトルクアクチュエータであって、
ケーシング内に出力歯車と該出力歯車にＵ字状に巻装したチェーンとを収容すると共に、該ケーシングに一対の並設するシリンダ装置を配置し、
上記チェーンの両端に上記各シリンダ装置のピストンロッドをそれぞれ接続させて各シリンダ装置のピストンを交互に加圧押動してチェーンを牽引することで上記出力歯車を正逆回転させるように構成し、
上記一対のシリンダ装置をケーシングに対して出力歯車のチェーンを巻装した側に配置し、各ピストンロッドを出力歯車から巻き出るチェーンと重なるように配置して各ピストンロッドの先端にチェーンの両端を接続し、
上記出力歯車及び上記チェーンが２列に設けられて上記出力歯車から巻き出る上記チェーンが上記ピストンロッドを挟んで両側に配置されており、
各ピストンロッドの先端と２列の各チェーンの端部とが接続部材によって接続され、
上記接続部材は、ピストンロッドの先端を接続する筒部と、筒部の外側面の対向する位置に形成されて２列の各チェーンの端部をそれぞれ取り付ける一対の舌片とを有するものである。
上記構成より、チェーンをＵ字状に巻装して出力歯車を正逆回転させるので、チェーンと出力歯車との噛み合い部分が約１８０度と多く、大きなトルクを発現することができる。しかも、出力歯車にはチェーンを巻装するので、出力歯車やチェーンに局部的な負荷がかかることもない。また、一対のシリンダ装置を並設してケーシングに連結するので、装置の全長を短くすることができる。さらに、ピストンロッドの動く方向とチェーンが引っ張られる方向が一致しているので、構造的に無理がない。
【０００７】
また、一対のシリンダ装置間の間隔を狭くすることができ、その結果、装置の横幅を小さくコンパクトにすることができる。
【０００８】
上記出力歯車及び上記チェーンは、２列に設けるので、より大きなトルクを発現することができる。
【０００９】
上記出力歯車及び上記チェーンが２列に設けられており、上記出力歯車から巻き出る上記チェーンが上記ピストンロッドを挟んで両側に配置されている。
これにより、チェーンを牽引する際、ピストンロッドには一方側から力が加わるのではなく、ピストンロッドの両側に設けられた２本のチェーンから均等に力が加わる。従って、ピストンロッドが一方側に歪んだり変形することがなく、長期間にわたって安定した操作が可能となる。
さらに、上記接続部材によって、各ピストンロッドの先端と２列の各チェーンの端部との接続部において２列のチェーン間にピストンロッドが配置され、１つのピストンロッドの牽引力が２列のチェーンに均等に作用することとなる。
そして、上記接続部材は、姿勢が一定に保たれてケーシング内のガイド溝に配置され、上記舌片は、チェーンよりも外側に張り出され、且つ対向する一対の舌片間の外径幅がガイド溝の幅より僅かに短くなる大きさに設定することにより、チェーンは、接続部材の舌片よりも内側に配置されてガイド溝には接触されないようになるので、チェーンの損傷も抑えることができる。そして、ピストンロッドの進出状態のときに倒れ方向に負荷が加わっても、接続部材がケーシング内のガイド溝に配置されて姿勢が保持されるので、この接続部材を取り付けたピストンロッドは、倒れが防止されてまっすぐに進退される。従って、チェーンは、姿勢が傾くこともなく、まっすぐに牽引されるので、出力歯車は、安定してトルクを発現することができる。しかも、シリンダロッドの姿勢が保たれてまっすぐ進退されるので、シリンダ装置におけるピストンロッドの支承部に設けるパッキン等の損傷が抑えられ、シリンダ装置の耐久性を向上することができる。
【００１０】
上記ケーシング内には上記チェーンをガイドするガイド機構を設けるようにしてもよい。
これにより、ガイド機構によってチェーンの屈曲方向のたるみが防げるので、出力歯車に対して正確なタイミングで出力伝達することができる。
【００１１】
上記シリンダ装置内のピストンを加圧押動するに際し、上記シリンダ装置内のピストンに隔てられた両側の空間のシリンダ室が交互に加圧されることでもよい。
これにより、一対の各シリンダ装置のピストンを交互に加圧押動するに際し、一方のシリンダ装置の加圧力だけでなく双方のシリンダ装置の加圧力によりチェーンを牽引することができ、より一層トルクを大きくすることができる。
なお、動力伝達手段としてチェーンの代わりにタイミングベルトを使用することもできる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、出力歯車にチェーンを巻装してこのチェーンを一対の並設するシリンダ装置によって牽引して出力歯車を正逆回転させるようにしたので、小型で大きなトルクが安定して得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。
図１、図２、図３に示すように、本実施の形態によるトルクアクチュエータＡは、出力歯車１にチェーン２をＵ字状に巻装してこのチェーン２を一対のシリンダ装置３によって交互に牽引して出力歯車１を正逆回転させるように構成する。出力歯車１とチェーン２は、ケーシング４内に収容され、一対のシリンダ装置３は、このケーシング４に並設して配置されている。
【００１４】
ケーシング４は、表ケース４１と裏ケース４２とに２分割されてボルト止めして一体に組み立てられる（図３参照）。これによって、ケーシング４内に出力歯車１とチェーン２とが組み込み可能にされている。そして、このケーシング４の下部には、一対のシリンダ装置３が並設して取り付けられ、また、ケーシング４の上部には、フタ部材４３がボルト止めして取り付けられる。
【００１５】
出力歯車１は、出力軸１０に設けられ、この出力軸１０は、中空軸であって両側に軸受５を取り付けてケーシング４の孔部４４に支承されている。そして、出力歯車１は、同一のものがこの出力軸１０に２列に設けられている（図２、図３参照）。チェーン２は、これら２列の出力歯車１にそれぞれ巻装されて出力歯車１と同じく２列に配置されている。なお、チェーン２は、２列の出力歯車１のうち一方にだけ巻装させて１列に配列するようにしてもよい。
【００１６】
各シリンダ装置３は、シリンダ３１内がこれに収容されるピストン３２によって区画されたシリンダ室３３を有し、このシリンダ室３３の内圧を空気圧又は油圧によって制御することでピストン３２に連結したピストンロッド３４が伸縮されて直進推力が出力される。なお、シリンダ３１にはシリンダ室３３に油圧源又は空圧源を供給する連通口３５ａが設けられると共に、ピストンロッド３４が延びる側のシリンダ３１内の空室に連通する連通口３５ｂが設けられている。上記一対のシリンダ装置３は、ケーシング４に対して出力歯車１のチェーン２を巻装した側（Ｕ字状に配置したチェーン２の両端の反対側）に配置される。各シリンダ装置３は、ピストンロッド３４をケーシング４内に進入させて、このピストンロッド３４が出力歯車１から巻き出るチェーン２と並設される。そして、各ピストンロッド３４の先端とチェーン２の両端とが接続部材６によって接続されている。
【００１７】
接続部材６は、ピストンロッド３４の先端を挿通させてボルト止めする筒部６１と、この筒部６１の外側面に形成されてチェーン２の端部をピン止めする舌片６２とを有する（図２、図３参照）。このチェーン２の端部を取り付ける舌片６２は、筒部６１の外側面に対向する１８０度位置に形成され、２列に配列された各チェーン２の端部が各舌片６２にそれぞれ取り付けられる。従って、２列のチェーン２間にピストンロッド３４が配置され、これにより、１つのピストンロッド３４の牽引力が２列のチェーン２に均等に作用することとなる。なお、接続部材６の筒部６１と各舌片６２とは、これらに取り付けるピストンロッド３４とチェーン２とが接触しないように配置されている。
【００１８】
また、出力歯車１から巻き出る上記の２本のチェーン２がピストンロッド３４を挟んで両側に配置されるので、チェーン２を牽引する際、ピストンロッド３４には一方側から力が加わるのではなく、ピストンロッド３４の両側に設けられた２本のチェーン２から均等に力が加わる。従って、ピストンロッド３４が一方側に歪んだり変形することがなく、長期間にわたって安定した操作が可能となる。
【００１９】
また、ケーシング４内には、上記チェーン２をガイドするガイド機構（ガイド溝４５、ガイド部４６）が設けられている。すなわち、ケーシング４内には出力歯車１から巻き出るチェーン２を配置するガイド溝４５が設けられている。このガイド溝４５の幅は、略チェーン２幅に沿った大きさに設定されており、これにより、チェーン２は、その屈曲方向に対してはガイド溝４５に規制されてたるみが防止される。さらに、ケーシング４内には出力歯車１にチェーン２を巻装した側に半円状のガイド部４６が設けられている。このガイド部４６は、出力歯車１に巻装されたチェーン２の外周に沿って設けられているので、これによっても、チェーン２は、屈曲方向に対するたるみが防止される。
【００２０】
接続部材６は、ピストンロッド３４に接続されてその姿勢が一定に保たれて両側のガイド溝４５間に配置されている。一方、接続部材６の舌片６２は、チェーン２よりも外側に張り出され、且つ接続部材６は、対向する舌片６２間の外径幅がケーシング４内の両側のガイド溝４５底部間の距離より僅かに短くなる大きさに形成されている。これによって、チェーン２は、接続部材６の舌片６２よりも内側に配置されてガイド溝４５の底部には接触されないようになっているので、チェーン２の損傷も抑えることができる。
そして、ピストンロッド３４の進出状態のときに倒れ方向に負荷が加わっても、接続部材６がケーシング４内の両側のガイド溝４５間に配置されて姿勢が保持されるので、この接続部材６を取り付けたピストンロッド３４は、倒れが防止されてまっすぐに進退される。従って、チェーン２は、姿勢が傾くこともなく、まっすぐに牽引されるので、出力歯車１は、安定してトルクを発現することができる。しかも、シリンダロッド３４の姿勢が保たれてまっすぐ進退されるので、シリンダ装置３におけるピストンロッド３４の支承部に設けるパッキン等の損傷が抑えられ、シリンダ装置３の耐久性を向上することができる。
【００２１】
以上の構成を有する本実施形態のトルクアクチュエータＡは、例えば、図１の左のシリンダ装置３のシリンダ室３３の内圧を高圧にすると、そのピストンロッド３４が伸ばされてチェーン２が一方側に牽引され、出力歯車１が時計方向に回転される。このとき、右のシリンダ装置３のピストンロッド３４はチェーン２に牽引されて縮められるため、チェーン２はたるむことなくその張りが維持される。逆に、右のシリンダ装置３のシリンダ室３３の内圧を高圧にすると、上述とは逆の動作により出力歯車１が反時計方向に回転される。このようにして、各シリンダ装置３のピストン３２を交互に加圧押動させてチェーン２を一方側と他方側とに交互に牽引することで、上記出力歯車１が正逆回転され、これによって、シリンダ装置３の直進推力が回転力に変換される。従って、この出力歯車１を設ける出力軸１０に従動軸部７（図２参照）を連結すると、この従動軸部７が往復回転されることとなる。
【００２２】
特に、このトルクアクチュエータＡでは、チェーン２を巻装して出力歯車１を正逆回転させるので、チェーン２と出力歯車１との噛み合い部分が約１８０度と多く、大きなトルクを発現することができる。しかも、出力歯車１にはチェーン２を巻装するので、出力歯車１やチェーン２に局部的な負荷がかかることもない。また、一対のシリンダ装置３を並設してケーシング４に連結するので、装置の全長を短くすることができる。さらに、シリンダ装置３がケーシング４に取り付けられて交換しやすい構造になっているので、シリンダ装置３の交換やメンテナンス等が容易である。さらにまた、ピストンロッド３４の動く方向とチェーン２が引っ張られる方向が一致しているので、構造的に無理な負荷がかかることもない。
【００２３】
このように、本実施の形態によるトルクアクチュエータＡによれば、出力歯車１にチェーン２をＵ字状に巻装してこのチェーン２の両端を一対の並設するシリンダ装置３によって交互に牽引して出力歯車１を正逆回転させるようにするので、小型で大きなトルクが安定して得られる。
【００２４】
また、上記一対のシリンダ装置３を出力歯車１のチェーン２を巻装した側に配置し、各ピストンロッド３４を出力歯車１から巻き出るチェーン２と重なるように配置して各ピストンロッド３４の先端にチェーン２の両端を接続する。これにより、一対のシリンダ装置３間の間隔を狭くすることができ、その結果、装置の横幅を小さくコンパクトにすることができる。さらには、一対のシリンダ装置３は、互いが距離的に近い場所に存在するので、油圧源や空圧源からのシリンダ装置３への配管を簡単にすることができる。なお、チェーン２が２本あるので、１本のチェーンが破断しても直ちに本トルクアクチュエータＡが稼動停止されないからチェーン２の破断による被害を最小に止めることができる。
【００２５】
また、上記出力歯車１及び上記チェーン２を２列に設けるので、より大きなトルクを発現することができる。
さらには、上記ケーシング４内には出力歯車１から巻き出るチェーン２を配置するガイド溝４５を設け、このガイド溝４５の幅が略チェーン２幅に沿った大きさに設定されているので、出力歯車１から巻き出るチェーン２は、その屈曲方向においてガイド溝４５に規制されてたるまないようにされている。また、出力歯車１のチェーン２を巻装した側には、このチェーン２の外周に沿って半円状のガイド部４６が設けられているので、出力歯車１に巻装されているチェーン２もこのガイド部材４６によってたるみが生じないように規制されている。従って、出力歯車１に対して正確なタイミングで出力伝達することができる。
【００２６】
なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されず、本発明の要旨の範囲内で適宜に変更することが可能である。
例えば、図４に示すように、各ガイド溝４５にはその対向する側壁のそれぞれに、チェーン２のローラ部分に両側から対向してあてがうように一対の凸部４７を形成してもよい。このガイド溝４５内における一対の凸部４７間の間隔は、チェーン２のローラ部分のローラ径よりも若干大きくなるように形成されている。これにより、この一対の凸部４７によって、チェーン２がその屈曲方向においてたるむことをより確実に防止することができる。従って、出力歯車１に対して正確なタイミングで出力伝達することができる。なお、上記凸部４７は、ケーシング４と一体形成されてもよいし、摩耗等したときには交換できるようにケーシング４と別体に形成されてもよい。
【００２７】
また、図５に示すように、一対のシリンダ装置３’は、ケーシング４に対してチェーン２の両端が配置される側に取り付けるようにしてもよい。この場合、シリンダ装置３’を加圧押動するに際し、左右のシリンダ装置３’内のピストンロッド３４’が配置される側のシリンダ室３３ｂが連通口３５ｂを通して油圧源又は空圧源によって交互に加圧される。
このものでは、図１のものに比べて、出力歯車１の外径に相当する長さ分程度、ピストンロッド３４’を短くすることができるので、トルクアクチュエータＡ’の駆動時におけるピストンロッド３４’の歪みや変形を起こし難く、長期間にわたって安定した操作が可能となる。
【００２８】
また、上記シリンダ装置内のピストンを加圧押動するに際し、上記ピストンに隔てられた両側の空室をシリンダ室として交互に加圧されることでもよい。例えば、図５では、シリンダ装置３’内のピストンロッド３４’を配置する側の空室をシリンダ室３３ｂとするが、ピストンロッド３４’を配置しない側の空室をも連通口３５ａを通して油圧源又は空圧源が供給されるシリンダ室３３ａとしてもよい。この場合、シリンダ装置３’のピストン３２を加圧押動するに際し、一方のシリンダ装置３’ではピストンロッド３４’を配置する側のシリンダ室３３ｂを高圧にすると共に、他方のシリンダ装置３’ではピストンロッド３４’を配置しない側のシリンダ室３３ａを高圧にし、この動作を一対のシリンダ装置３’間で交互に行うようにする。すると、図５において、例えば、右側のシリンダ装置３’のピストンロッド３４’を配置する側のシリンダ室３３ｂを高圧にすることでチェーン２が出力歯車１から繰り出するように引っ張られ、一方、左側のシリンダ装置３’のピストンロッド３４’を配置しない側のシリンダ室３３ａを高圧にすることでチェーン２が出力歯車１に巻き込むように押し込まれる。なお、左側のシリンダ装置３’でチェーン２を出力歯車１に押し込むに際し、チェーン２は、ガイド機構（ガイド溝４５、ガイド部４６）によって案内されているので、たるんでつかえることなく、出力歯車１に対して回転力を伝達させることができる。
これにより、一対の各シリンダ装置３’のピストン３２を交互に加圧押動するに際し、一方のシリンダ装置３’の加圧力だけでなく双方のシリンダ装置３’の加圧力によりチェーン２を牽引することができ、より一層大きなトルクを発現させることができる。
なお、図１のものでも、上述同様に、シリンダ装置３内のピストン３２に隔てられた両側の空室をシリンダ室として交互に加圧してもよい。
【００２９】
その他、出力歯車１及びチェーン２を２列に設けるが、１列でもよいし、２列以外の複数列に設けてもよい。
また、シリンダ装置３は、油圧源、空気圧源のいずれのタイプを用いてもよい。
また、動力伝達手段としてチェーンの代わりにタイミングベルトを使用してもよい。この場合、上記出力歯車１は、タイミングベルトに適合するプーリが使用される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施の形態によるトルクアクチュエータの構成を正面から見て示した一部断面図である。
【図２】本実施の形態によるトルクアクチュエータの構成を側面から見て示した一部断面図である。
【図３】本実施の形態によるトルクアクチュエータの各構成部品を示す分解斜視図である。
【図４】実施の形態において、ケーシングのガイド溝にチェーンのたるみを確実に防止するための凸部を設けた変更例を示す分解斜視図である。
【図５】他の実施の形態によるトルクアクチュエータの構成を正面から見て示した一部断面図である。
【図６】従来のトルクアクチュエータの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  出力歯車
２  チェーン
３，３’  シリンダ装置
４  ケーシング
５  軸受
６  接続部材
７  従動軸部
１０  出力軸
３４，３４’  ピストンロッド
４５  ガイド溝
４６  ガイド部
４７  凸部
６１  筒部
６２  舌片
【図１】
0005092097.tif 000002
【図２】
0005092097.tif 000003
【図３】
0005092097.tif 000004
【図４】
0005092097.tif 000005
【図５】
0005092097.tif 000006
【図６】
0005092097.tif 000007