(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディと、
該ボディに形成された互いに平行な第１シリンダ及び第２シリンダと、
前記第１シリンダ内に軸線方向に沿って往復動可能に収容され、外周面において第２シリンダと対向する部位に軸線方向に沿った第１帯状歯列を有する第１ラックと、
前記第２シリンダ内に軸線方向に沿って往復動可能に収容され、外周面において第１シリンダと対向する部位に軸線方向に沿った第２帯状歯列を有する第２ラックと、
前記第１ラックの両端面に配設される第１、第２ピストンと、
前記第２ラックの両端面に配設される第３、第４ピストンと、
軸部と該軸部の中間部に設けられ前記第１ラックの前記第１帯状歯列及び前記第２ラックの前記第２帯状歯列に噛合するピニオンとを有し、前記軸部の先端部が前記ボディから突出しかつ前記ピニオンが前記ボディ内に位置するよう前記ボディに配されるシャフトと、
前記ボディ内に配設され前記シャフト軸部の末端部を回動自在に支持する軸受と、
を備え、前記ピストンの往復運動を前記第１ラック、前記第２ラック及び前記ピニオンを介して前記シャフトの揺動運動に変換する小型回転アクチュエータにおいて、
前記シャフト軸部の前記ピニオンよりも先端側の部位に配設され前記ボディ内に位置するストッパーと、前記ボディに配設され、前記シャフトの揺動時前記ストッパーと当接し前記シャフトの揺動角度を規制するストッパーボルトとを備え、
前記第１ラックは、前記シャフト軸部に対しほぼ直交する第１平坦面を前記ストッパー側に有するとともに前記シャフト軸部に対しほぼ直交する第２平坦面を前記軸受側に有し、
前記第２ラックは、前記シャフト軸部に対しほぼ直交する第３平坦面を前記ストッパー側に有するとともに前記シャフト軸部に対しほぼ直交する第４平坦面を前記軸受側に有し、
前記ストッパーは、前記第１シリンダの内周面と前記第１平坦面との間に形成される空間、及び、前記第２シリンダの内周面と前記第３平坦面との間に形成される空間に、部分的に侵入した状態で配置され、
前記軸受は、前記第１シリンダの内周面と前記第２平坦面との間に形成される空間、及び、前記第２シリンダの内周面と前記第４平坦面との間に形成される空間に、部分的に侵入した状態で配置される
ことを特徴とする小型回転アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型回転アクチュエータ、詳しくは、ロボットハンド又はターンテーブル等が装着されるシャフトを備え、このシャフトに対し流体圧を動力源としラック及びピニオンを介して揺動運動をさせる小型回転アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型回転アクチュエータとして、シリンダが形成されたボディと、シリンダ内に往復動可能に収容され、外周面の一部に軸線方向に沿った帯状歯列を有するラックと、ラックの両端面に配設されるピストンと、軸部と該軸部の中間部に設けられラックの帯状歯列に噛合するピニオンとを有し、軸部の先端部がボディから突出しかつピニオンがボディ内に位置するようボディに配されるシャフトと、ボディ内に配設されシャフト軸部の末端部を回動自在に支持する軸受と、を備え、ピストンの往復運動をラック及びピニオンを介してシャフトの揺動運動に変換する小型回転アクチュエータが知られている。
【０００３】
さらに、この種の小型回転アクチュエータには、シャフトの揺動角度を規制するために角度調整機構が組み込まれており、この角度調整機構は、例えば実公平４−３９４５０号公報に記載されるように、シリンダの端面側に配設されピストンと当接することでピストンの移動距離を規制し間接的にシャフトの揺動角度を規制するストッパーボルトによって構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の小型回転アクチュエータは比較的大型であり、例えば実公平４−３９４５０号公報に記載のアクチュエータにあっては、ストッパーボルトをシリンダ端面側に配設していることからシリンダの軸線方向と一致する方向の寸法が大きく、小型化に限界があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点にかんがみなされたものであり、その主目的とするところは装置の小型化を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の小型回転アクチュエータは、ボディと、該ボディに形成された互いに平行な第１シリンダ及び第２シリンダと、前記第１シリンダ内に軸線方向に沿って往復動可能に収容され、外周面において第２シリンダと対向する部位に軸線方向に沿った第１帯状歯列を有する第１ラックと、前記第２シリンダ内に軸線方向に沿って往復動可能に収容され、外周面において第１シリンダと対向する部位に軸線方向に沿った第２帯状歯列を有する第２ラックと、前記第１ラックの両端面に配設される第１、第２ピストンと、前記第２ラックの両端面に配設される第３、第４ピストンと、軸部と該軸部の中間部に設けられ前記第１ラックの前記第１帯状歯列及び前記第２ラックの前記第２帯状歯列に噛合するピニオンとを有し、前記軸部の先端部が前記ボディから突出しかつ前記ピニオンが前記ボディ内に位置するよう前記ボディに配されるシャフトと、前記ボディ内に配設され前記シャフト軸部の末端部を回動自在に支持する軸受と、を備え、前記ピストンの往復運動を前記第１ラック、前記第２ラック及び前記ピニオンを介して前記シャフトの揺動運動に変換する小型回転アクチュエータにおいて、前記シャフト軸部の前記ピニオンよりも先端側の部位に配設され前記ボディ内に位置するストッパーと、前記ボディに配設され、前記シャフトの揺動時前記ストッパーと当接し前記シャフトの揺動角度を規制するストッパーボルトとを備え、前記第１ラックは、前記シャフト軸部に対しほぼ直交する第１平坦面を前記ストッパー側に有するとともに前記シャフト軸部に対しほぼ直交する第２平坦面を前記軸受側に有し、前記第２ラックは、前記シャフト軸部に対しほぼ直交する第３平坦面を前記ストッパー側に有するとともに前記シャフト軸部に対しほぼ直交する第４平坦面を前記軸受側に有し、前記ストッパーは、前記第１シリンダの内周面と前記第１平坦面との間に形成される空間、及び、前記第２シリンダの内周面と前記第３平坦面との間に形成される空間に、部分的に侵入した状態で配置され、前記軸受は、前記第１シリンダの内周面と前記第２平坦面との間に形成される空間、及び、前記第２シリンダの内周面と前記第４平坦面との間に形成される空間に、部分的に侵入した状態で配置されることを特徴とする。
【０００７】
【発明の作用効果】
本発明によると、シャフト軸部のピニオンよりも先端側の部位にストッパーを配設しこのストッパーをボディ内に位置させるとともに、シャフトの揺動角度を規制するためのストッパーボルトをシャフトの揺動時ストッパーと当接するようボディに配設したため、従来技術のようにストッパーボルトをシリンダ端面側に配設しピストンをストッパーボルトに当接させることでシャフトの揺動角度を規制する小型回転アクチュエータと比べ、シリンダの軸線方向と一致する方向の寸法を小さく設定することができる。
【０００８】
また、本発明によると、ラックの帯状歯列に隣接する二つの部位のうち少なくとも一方の部位にシャフト軸部に対しほぼ直交する平坦面を形成したため、ラックの幅すなわちシャフト軸部の軸線方向と一致する方向の寸法が小さくなり、さらに、この平坦面に近接してストッパー又は軸受を配置させたことにより小型回転アクチュエータのシャフトの軸線方向と一致する方向の寸法を小さく設定することができる。
【０００９】
このように、本発明によると、小型回転アクチュエータのシリンダの軸線方向と一致する方向の寸法、及び、シャフトの軸線方向と一致する方向の寸法、のいずれの寸法をも小さく設定できるようになり、小型回転アクチュエータの小型化及び軽量化を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、一実施例による小型回転アクチュエータの斜視図、図２は、同アクチュエータの水平断面図、図３は、同アクチュエータの横断面図、図４は、同アクチュエータの部分切欠平面図をそれぞれ示している。
【００１２】
図１〜図４に示すように、本実施例のアクチュエータはボディ１を備える。ボディ１には、二つの水平貫通孔（第１シリンダ２ａ及び第２シリンダ２ｂ）が互いに平行に形成され、第１シリンダ２ａには、両端面に第１、第２ピストン３ａ、３ｂが固定された第１ラック４ａが往復動可能に収容され、第２シリンダ２ｂには、両端面に第３、第４ピストン３ｃ、３ｄが固定された第２ラック４ｂが往復動可能に収容されている。
【００１３】
第１ラック４ａは、図２に示すように、その外周面において第２シリンダ２ｂと対向する部位に、軸線方向に沿った第１帯状歯列４１ａを有している。また、第１ラック４ａは、図３に示すように、その外周面において第１帯状歯列４１ａに隣接する二つの部位に、水平な第１平坦面４２ａ及び第２平坦面４２ｂを有している。同様に、第２ラック４ｂには第２帯状歯列４１ｂ、第３平坦面４２ｃ及び第４平坦面４２ｄが形成されている。
【００１４】
ボディ１の左右側面には、第１、第２圧力ポート５１ａ、５１ｂを有する第１シリンダカバー５ａと圧力ポートを有していない第２シリンダカバー５ｂが取り付けられ、第１シリンダ２ａ内に第１圧力室６ａと第２圧力室６ｂが、第２シリンダ２ｂ内に第３圧力室６ｃと第４圧力室６ｄがそれぞれ形成されている。そして、第１シリンダ２ａの第１圧力室６ａと第２シリンダ２ｂの第４圧力室６ｄ、第２シリンダ２ｂの第３圧力室６ｃと第１シリンダ２ａの第２圧力室６ｂは、それぞれ第１流体通路７ａ及び第２流体通路７ｂによって連通し、第１シリンダ２ａの第１圧力室６ａに加えられた流体圧が同時に第２シリンダ２ｂの第４圧力室６ｄにも加えられ、また、第２シリンダ２ｂの第３圧力室６ｃに加えられた流体圧が同時に第１シリンダ２ａの第２圧力室６ｂにも加えられるよう構成されている。これらの圧力室６ａ〜６ｄは、第１、第２ピストン３ａ、３ｂに配設されたピストンシール３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄによって気密性が保たれている。
【００１５】
ボディ１には、第１、第２シリンダ２ａ、２ｂの間の壁部中央に、垂直貫通孔１１が第１、第２シリンダ２ａ、２ｂと連通して形成されている。この垂直貫通孔１１には、シャフト８の一部が配設されている。シャフト８は、先端部８１ａに図示しないロボットハンド又はターンテーブル等が装着される軸部８１と、この軸部８１の中間部に設けられ第１、第２ラック４ａ、４ｂの第１、第２帯状歯列４１ａ、４１ｂと噛合するピニオン８２とから構成されている。軸部８１には、その末端部に第１軸受８３が、ピニオン８２より先端側にストッパー８４が、ストッパー８４より先端側に第２軸受８５がそれぞれ配設されている。シャフト８は、ベアリング押え９がボディ１の上面に固定されることによってボディ１に対し回動可能に固定されている。
【００１６】
ボディ１には、第１、第２ストッパーボルト１０ａ、１０ｂがその各先端部が垂直貫通孔１１に突出するよう水平に配設されている。第１、第２ストッパーボルト１０ａ、１０ｂは、図４に示すように、ストッパー８４と当接可能に配置され、シャフト８の揺動角度を１８０°に規制するものである。
【００１７】
ストッパー８４は、図３及び図５（Ａ）に示すように、第１、第２ラック４ａ、４ｂの上側の第１、第３平坦面４２ａ、４２ｃに近接して配置され、また、第１軸受８３は、同じく図３及び図５（Ａ）に示すように、第１、第２ラック４ａ、４ｂの下側の第２、第４平坦面４２ｂ、４２ｄに近接して配置されている。
【００１８】
次に、上記のように構成された小型回転アクチュエータの動作を説明する。
【００１９】
図２に示す状態から第１シリンダカバー５ａの第１圧力ポート５１ａに流体圧が加えられると、第１ラック４ａが図面右方向へ移動を開始し、同時に、流体圧は第１流体通路７ａを経て第２シリンダ２ｂの第４圧力室６ｄに加えられ、第２ラック４ｂが図面左方向へ移動を開始する。この第１、第２ラック４ａ、４ｂの移動により、ピニオン８２は時計方向へ回動しシャフト８が回動する。そして、シャフト８が１８０°回動すると、ストッパー８４が第１ストッパーボルト１０ａに当接し、シャフト８は回動を終了する。
【００２０】
その後、今度は第１シリンダカバー５ａの第２圧力ポート５１ｂに流体圧が加えられると、第２ラック４ｂが図面右方向へ移動を開始し、同時に、流体圧は第２流体通路７ｂを経て第１シリンダ２ａの第２圧力室６ｂに加えられ、第１ラック４ａが図面左方向へ移動を開始する。この第１、第２ラック４ａ、４ｂの移動により、ピニオン８２は反時計方向へ回動しシャフト８が回動する。そして、シャフト８が１８０°回動すると、ストッパー８４が第２ストッパーボルト１０ｂに当接し、シャフト８は回動を終了する。
【００２１】
以上説明したように、本実施例の小型回転アクチュエータによると、シャフト軸部８１のピニオン８２よりも先端側の部位にストッパー８４を配設しこのストッパー８４をボディ１内に位置させるとともに、シャフト８の揺動角度を規制するためのストッパーボルト１０ａ、１０ｂをシャフト８の揺動時ストッパー８４と当接するようボディ１に配設したため、従来技術のようにストッパーボルトをシリンダ端面側に配設しピストンをストッパーボルトに当接させることでシャフトの揺動角度を規制する小型回転アクチュエータと比べ、シリンダ２ａ、２ｂの軸線方向と一致する方向の寸法を小さく設定することができる。
【００２２】
また、本実施例によると、ラック４ａ、４ｂの帯状歯列４１ａ、４１ｂに隣接する二つの部位にシャフト軸部８１に対しほぼ直交する平坦面４２ａ〜４２ｄを形成したため、ラック４ａ、４ｂの幅すなわちシャフト軸部８１の軸線方向と一致する方向の寸法が小さくなり、さらに、図５（Ａ）に示すように、この平坦面４２ａ〜４２ｄに近接してストッパー８４及び軸受８３を配置させたことにより小型回転アクチュエータのシャフト８の軸線方向と一致する方向の寸法を小さく設定することができる。すなわち、ラック４ａ、４ｂが平坦面を有していない場合には、図５（Ｂ）に示すように、ストッパー８４及び軸受８３はいずれもラック４ａ、４ｂから離れた位置に配置しなければならず、このことによってアクチュエータの高さ方向の寸法が大きくならざるを得ないが、本実施例によると、図５（Ａ）に示すように、この高さ方向の寸法を小さく設定できる。
【００２３】
このように、本実施例によると、小型回転アクチュエータのシリンダ２ａ、２ｂの軸線方向と一致する方向の寸法、及び、シャフト８の軸線方向と一致する方向の寸法、のいずれの寸法をも小さく設定できるようになり、小型回転アクチュエータの小型化及び軽量化を図ることができる。
【００２４】
なお、上述した実施例では、二つのシリンダにそれぞれラックを収容したタイプの小型回転アクチュエータを示したが、本発明はこのタイプのアクチュエータのみに限定されるものではなく、シリンダを一つしか有していないタイプのアクチュエータに対しても適用できる。また、ラックの平坦面は、シャフトの軸線方向において一つのみ形成されていてもよく、この場合にあってもシャフトの軸線方向と一致する方向の寸法を小さく設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例による小型回転アクチュエータの斜視図である。
【図２】同アクチュエータの水平断面図である。
【図３】同アクチュエータの横断面図である。
【図４】同アクチュエータの部分切欠平面図である。
【図５】本実施例の効果を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１    ボディ
２a 第１シリンダ
２b 第２シリンダ
３a 第１ピストン
３b 第２ピストン
３c 第３ピストン
３d 第４ピストン
４a 第１ラック
４b 第２ラック
４１a 第１帯状歯列
４１b 第２帯状歯列
４２a 第１平坦面
４２b 第２平坦面
４２c 第３平坦面
４２d 第４平坦面
８    シャフト
８１    軸部
８２    ピニオン
８３    軸受
８４    ストッパー
１０a、１０b    ストッパーボルト
【図１】
0003755072.tif 000002
【図２】
0003755072.tif 000003
【図３】
0003755072.tif 000004
【図４】
0003755072.tif 000005
【図５】
0003755072.tif 000006