JP2007333130A - シリンダ駆動型ロータリアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】ピニオン側とラック側との組み合わせ形態を、任意に変更することが可能であるのに加え、ラックとピニオンとをバックラッシュの小さい適正な噛み合い関係にすることができるシリンダ駆動型ロータリアクチュエータを提供する。
【解決手段】ピニオン３を本体ブロック２に軸受けしたピニオンユニットＡと、シリンダ装置６のピストンと一体移動するラック９をシリンダ装置６の一端の端部ブロック７にて案内するようにしたラックユニットＢとからなる。本体ブロック２と端部ブロック７とを接合することにより、ピニオン３とラック９とが本体ブロック２の凹部５内で噛み合い、これらピニオン３とラック９とが、本体ブロック２と端部ブロック７とをカバーとしてこれらに覆われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダ装置を駆動源としてラック・ピニオンによる動力伝達機構を介してロータを回転させるシリンダ駆動型ロータリアクチュエータに関する。

この種のロータリアクチュエータとして、例えば、特許文献１（実公昭４８−２３０３４号公報）、特許文献２（特開昭６２−１３７４０２号公報）、特許文献３（特開平１０−２９２８０２号公報）に開示されたものがある。

特許文献１に記載のものは、機台内に、ピニオンとこれに噛み合う平行な２個のラックとを収容するとともに、それぞれのラックについて機台の両側に一対ずつ、従って、合計４個のシリンダを設け、その内部にラックの両端に接触するフリーピストンを嵌装し、フリーピストンにてラックを押動することにより、ピニオンを回転させる構造になっている。

特許文献２に記載のものは、ラックを有する駆動軸を摺動自在に嵌装した駆動シリンダと、ラックを有するストップ軸を摺動自在に嵌装したストップシリンダとを、ピニオンを軸支した隔壁部を介して平行に組み合わせ、両シリンダのラックをピニオンに噛み合わせたものである。

特許文献３に記載のものは、ピニオンを備えた揺動軸を筒形のポスト内に軸受けするとともに、この揺動軸を回転させる揺動軸駆動用エアシリンダと、速度を調整する揺動軸速度調整用液圧シリンダとをポスト内に設置し、また、揺動軸駆動用エアシリンダのピストンロッドに連結されたラックと、揺動軸速度調整用液圧シリンダのピストンロッドに連結されたラックとを、ポストの内面に平行に設けられたそれぞれのガイドで案内して、これらラックを揺動軸のピニオンに噛み合わせたものである。

しかし、これらのいずれも、ピニオン側とラック側とが上記のような一つの一体化構造に特定され、駆動能力や速度等を用途や仕様などに応じて任意に変更することは不可能である。

また、一般にラック加工は、素材の片面の加工度合が極端に大きいため、ラックの歯切り面とその反対面の応力状況が大きく異なる場合が多く、曲がりを発生する可能性が高い。ラックの曲がりはピニオンとの噛み合いに影響を及ぼすため、ピニオン側とラック側とを一体化すると、各々の支持部の位置関係を適正に保つことが困難であり、必然的に、ラックとピニオンの噛み合いガタによるバックラッシが大きくなってしまい、滑らかな作動を阻害する要因となっていた。
実公昭４８−２３０３４号公報 特開昭６２−１３７４０２号公報 特開平１０−２９２８０２号公報

そこで、本発明の課題は、ピニオン側とラック側との組み合わせ形態を、駆動能力や速度等を用途や仕様などに応じて任意に変更することが可能であるのに加え、ラックに高い加工精度を必要とすることなく、ラックとピニオンとをバックラッシの小さい適正な噛み合い関係にすることができるシリンダ駆動型ロータリアクチュエータを提供することにある。

本発明によるシリンダ駆動型ロータリアクチュエータは、ピニオンを本体ブロックに軸受けしたピニオンユニットと、シリンダ装置のピストンと一体移動するラックをシリンダ装置の一端の端部ブロックにて案内するようにしたラックユニットとからなり、本体ブロックと端部ブロックとを接合することにより、ピニオンとラックとが噛み合い、これらピニオンとラックとが、本体ブロックと端部ブロックとをカバーとしてこれらに覆われるようになっている。

これを基本構成として、請求項２に係る発明は、ピニオンユニットの本体ブロックに、ピニオンの一部が臨む凹部が形成され、シリンダ装置の端部ブロックは本体ブロックと嵌合するコ字形で、これにラックが貫通しており、本体ブロックと端部ブロックとを嵌合させて接合することにより、ピニオンとラックとが本体ブロックの凹部内で噛み合う構造となっている。

その具体的形態である請求項３に係る発明では、本体ブロック内で軸受けして本体ブロック上に露呈するロータを備え、ピニオンは、その一部が本体ブロックの凹部に臨むように本体ブロック内でロータの軸に固定されている。

請求項４に係る発明では、シリンダ装置の端部ブロックに、これを貫通したラックを収容するラックカバーが付設されている。

その具体的形態である請求項５に係る発明では、ラックカバー内にショックアブソーバが内蔵されている。

請求項６に係る発明は、端部ブロックにラックを貫通させた第１のシリンダ装置に、端部ブロックとは反対側において第２のシリンダ装置が連設され、そのピストンロッドが第１のシリンダ装置のピストンと連結されて複動シリンダ構造となっている。

請求項７に係る発明は、端部ブロック及びラックを共通にして端部ブロックの両側に２つのシリンダ装置が対向連設されている。

その実施形態である請求項８に係る発明では、端部ブロックに、その両側の２つのシリンダ装置間で圧力流体を流通させて速度調整を行う速度調整部が設けられている。

請求項９に係る発明は、ピニオンユニットの本体ブロックの両側面に、ピニオンが一部分ずつ臨む凹部が形成され、２つのラックユニットの端部ブロックを本体ブロックに嵌合させて接合することにより、２つのラックユニットのラックが各凹部内でピニオンと噛み合い、各端部ブロックと本体ブロックとでピニオンと共に覆われる構造となっている。

本発明によれば、シリンダ装置でラックを駆動するラックユニットと、ピニオンを軸受けしたピニオンユニットとに分離され、前者のシリンダ装置の端部ブロックと、後者の本体ブロックとを接合することにより、ラックとピニオンとが噛み合い、これらが本体ブロックと端部ブロックとをカバーとして覆われる構造になっているので、ピニオンユニット側は共通として、ラックユニット側のシリンダ装置のストロークを変えたり、それを単動型としたり複動型としたり、２つのシリンダ装置による対向連設型又は並設型とすることにより、要求される駆動能力や回転速度や減速比等に応じて様々な組み合わせ形態に簡単に変更できる。

また、ラックユニット側の端部ブロックとピニオンユニット側の本体ブロックとを接合してラックとピニオンとを噛み合わせるので、シム等で簡便に噛み合いの調整が可能となり、ラックに高い加工精度を必要とすることなく、また、他の部品の加工精度を高度に上げる必要もなく、ラック・ピニオンに高い噛み合い精度を実現することができ、バックラッシの小さいシリンダ駆動型ロータリアクチュエータを廉価に提供することができる。

さらに、ラックユニット側の端部ブロックとピニオンユニット側の本体ブロックとが、噛み合ったラックとピニオンとを覆うカバーを兼ねているので、全体的に単純な構造となり、組み立てやメンテナンスも容易になる。

請求項２に係る発明によれば、シリンダ装置の端部ブロックがコ字形で、これにラックが貫通し、本体ブロックと端部ブロックとを嵌合させて接合することにより、ピニオンとラックとが本体ブロックの凹部内で噛み合う構造となっているので、ピニオンとラックとを覆った状態で組み合わせる両ユニットの接合構造を簡素にできる。

請求項３に係る発明によれば、ピニオンユニットにおいて、ロータが、その軸を本体ブロック内で軸受けされて本体ブロック上に露呈し、ピニオンは、その一部が本体ブロックの凹部に臨むように本体ブロック内でロータ軸に固定されているので、ロータ及びピニオンの軸受部分を本体ブロック及びロータ自体で保護できる。

請求項４に係る発明によれば、シリンダ装置の端部ブロックに、これを貫通したラックを収容するラックカバーが付設されているので、ピニオンばかりでなくラックカバーの全体も外部に露呈しない構造となり、ラックとピニオンとの噛み合いが外部要因により阻害されることがない。

請求項５に係る発明によれば、ラックカバー内にショックアブソーバが内蔵されているので、ショックアブソーバ付きロータリアクチュエータを簡単に実現できる。

請求項６に係る発明によれば、ラックユニットのシリンダ装置を複動シリンダ構造として多段階の回転動力を出力することができる。

請求項７に係る発明によれば、端部ブロック及びラックを共通にして端部ブロックの両側に２つのシリンダ装置が対向連設されているので、ロータトルクの増大を図ることができ、また、請求項８に係る発明によれば、その場合の速度調整を行うハイドロチェッカを端部ブロックに簡単に付加できる。

請求項９に係る発明によれば、ピニオンユニットを共通にしたラックユニット平行２連構造となるので、シリンダ装置を端部ブロックの両側に対向連設する請求項７の発明の場合に比べて、全体長を短くしてロータトルクの増大が図れる。

本発明によるシリンダ駆動型ロータリアクチュエータは、基本的には、図１に示すように、分離したピニオンユニットＡとラックユニットＢとを組み立てて構成されるが、ピニオンユニットＡは共通として、ラックユニットＢ側の態様を変えることにより、要求される駆動能力や回転速度等に応じて様々な組み合わせ形態を採れるようになっている。

先ず、共通に使用できるピニオンユニットＡ側の構造から説明する。
図１及び図２に示すように、ピニオンユニットＡは、円形のロータ１の一体に突出した軸部１ａ（ロータ軸）を、本体ブロック２内において上下の軸受４ａ・４ｂにて軸受けし、この軸部１ａに本体ブロック２内においてピニオン３を固定することにより、ロータ１が本体ブロック２の上面上で回転自在となっているとともに、ピニオン３がロータ１と一体に本体ブロック２内で回転自在となっている。本体ブロック２の両側面には、その両端縁に渡る溝状の凹部５が形成されていることから、ピニオン３はその一部分がこれら凹部５へ臨んでいる。

一方、ラックユニットＢの基本構成は、図１、図３〜図６に示すように、空気圧や油圧によって作動するシリンダ装置６のロッド側カバーを兼ねる端部ブロック７をコ字形とし、ピストンロッド８の一部に歯切り加工をしてピストンロッド８と一体なラック９を形成し、このラック９をコ字形の端部ブロック７の両端壁部７ａ・７ｂに摺動自在に貫通させ、その摺動を、端部ブロック７の片壁である側壁部７ｃ上で案内筒１０により案内するようになっている。案内筒１０は、ラック９の露出長さを確保するため、シリンダ装置６側が部分的に欠如されている。

ラック９は、端部ブロック７の片側（シリンダ装置６とは反対側）の端壁部７ｂから突出することになるが、その突出側にシリンダ装置６を設けない場合には、ラック９の突出部分を収容することができる有底円筒形のラックカバー１１を端壁部７ｂに付設する。その際、ラックカバー１１のフランジ１１ａを端壁部７ｂの外面にネジ止めする。ラックカバー１１内には、必要に応じてショックアブソーバを設けることができ、更に、外部から調整できるストローク調整部材を付加することもできる。

ラックユニットＢの端部ブロック７のコ字形の大きさは、ピニオンユニットＡの本体ブロック２のほぼ半部を外側から覆ってそのほぼ半部にぴったりと嵌合するサイズとなっており、ピニオンユニットＡとラックユニットＢとを組み合わせるには、端部ブロック７と本体ブロック２とを嵌合させて両者をネジ止めして接合する。これにより、ラック９とピニオン３が凹部５内で噛み合い、これらラック９とピニオン３が、端部ブロック７と本体ブロック２とをカバーとしてこれらに覆われる。

次に、上記のような構成を基本として、共通使用できるピニオンユニットＡ側に対して、ラックユニットＢ側の態様を様々に変えた実施例について説明する。

図７及び図８に示す実施例１は、上述したようなラックカバー１１を付設した２つのラックユニットＢを用い、それらの端部ブロック７を、ピニオンユニットＡの本体ブロック２の両側のほぼ半部にそれぞれ嵌合させて接合し、２つのラックユニットＢのラック９をピニオンユニットＡのピニオン３に噛み合わせ、２つのラックユニットＢをピニオンユニットＡの両側に並設して、２つのラックユニットＢにてピニオン３（ロータ１）を回転させるようにしたものである。

図９及び図１０に示す実施例２は、ラックユニット側のシリンダ装置を２つのシリンダ装置による対向連設型としたものである。すなわち、実施例２のラックユニットＢ−２は、コ字形の端部ブロック７の両側に、ラック９を共通にする２つのシリンダ装置６を設けたものである。この場合、図１０に示すように、端部ブロック７の側壁部７ｃの外面に、両シリンダ装置６間を連通させる連通部１２を設け、この連通部１２に速度調整部材１３を装着することにより、２つのシリンダ装置６間で圧力流体を流通させて速度調整を行うハイドロチェッカユニット（速度調整部）１４が付設されている。
なお、シリンダ装置６の外端に、必要に応じてストローク調整部材１５を付設してもよい。

図１１に示す実施例３は、ラックユニット側のシリンダ装置を２つのシリンダ装置を直結した複動型としたものである。すなわち、実施例３のラックユニットＢ−３は、図１、図３〜図６に示した上述のような基本構成に加え、端部ブロック７とは反対側において、筒状のスペーサ１６を介して複動シリンダ装置６を設けたものである。スペーサ１６は、複動シリンダ装置６のロッド側パッキン部の保護とラック９の歯との干渉を避けるためのものである。

図９及び図１０に示した実施例２（シリンダ装置対向連設型）のラックユニットＢ−２、又は、図１１に示した実施例３（復動シリンダ装置型）のラックユニットＢ−３と、ピニオンユニットＡとの組み合わせには、次のような形態がある。

図１２に示す実施例４は、図９及び図１０に示した実施例２のラックユニットＢ−２を一つだけ用い、これをピニオンユニットＡの本体ブロック２の片側にだけ接合し、反対側は、コ字形板である付属カバーＣで本体ブロック２の凹部５を覆ったものである。

図１３に示す実施例５は、図９及び図１０に示した実施例２のラックユニットＢ−２を２つ用い、これらをピニオンユニットＡの本体ブロック２の両側に接合したものである。

図１４に示す実施例６は、図９及び図１０に示した実施例２のラックユニットＢ−２であって、ハイドロチェッカユニット１４を具備したものと、具備しないものとの２つを用い、これらをピニオンユニットＡの本体ブロック２の両側に接合したものである。

図１５に示す実施例７は、図１１に示した実施例３のラックユニットＢ−３を２つ用い、これらをピニオンユニットＡの本体ブロック２の両側に接合したもので、ラックカバー１１にショックアブソーバ及びストローク調整部材１５を具備したものを示している。

本発明のロータリアクチュエータを構成するピニオンユニットの一例と、ラックユニットの一例の分解斜視図である。 ピニオンユニットの断面図である。 図１に示したラックユニットの正面図である。 同じく平面図である。 同じく背面図である。 同じく断面図である。 このラックユニットピニオンユニットと図１及び図２に示したピニオンユニットとを組み合わせた実施例１の斜視図である。 その平面図である。 ラックユニット側のシリンダ装置を２つのシリンダ装置による対向連設型とした実施例２の正面側の斜視図である。 その背面側の斜視図である。 ラックユニット側のシリンダ装置を２つのシリンダ装置を直結した複動型とした実施例３の正面側の斜視図である。 実施例４の組み合わせを示す平面図である。 実施例５の組み合わせを示す平面図である。 実施例６の組み合わせを示す平面図である。 実施例７の組み合わせを示す平面図である。

符号の説明

Ａ ピニオンユニット
Ｂ ラックユニット
Ｂ−２ ラックユニット
Ｂ−３ ラックユニット
Ｃ 付属カバー
１ ロータ
１ａ 軸部（ロータ軸）
２ 本体ブロック
３ ピニオン
４ａ・４ｂ 上下の軸受
５ 凹部
６ シリンダ装置
７ 端部ブロック
７ａ・７ｂ 両端壁部
７ｃ 側壁部
８ ピストンロッド
９ ラック
１０ 案内筒
１１ ラックカバー
１１ａ フランジ
１２ 連通部
１３ 速度調整部材
１４ ハイドロチェッカユニット（速度調整部）
１５ ストローク調整部材
１６ スペーサ

Claims (9)

1. ピニオンを本体ブロックに軸受けしたピニオンユニットと、シリンダ装置のピストンと一体移動するラックをシリンダ装置の一端の端部ブロックにて案内するようにしたラックユニットとからなり、前記本体ブロックと前記端部ブロックとを接合することにより、前記ピニオンと前記ラックとが噛み合い、これらピニオンとラックとが、本体ブロックと端部ブロックとをカバーとしてこれらに覆われることを特徴とするシリンダ駆動型ロータリアクチュエータ。
2. ピニオンユニットの本体ブロックに、ピニオンの一部が臨む凹部が形成され、シリンダ装置の端部ブロックは前記本体ブロックと嵌合するコ字形で、これにラックが貫通しており、本体ブロックと端部ブロックとを嵌合させて接合することにより、ピニオンとラックとが前記凹部内で噛み合うことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ駆動型ロータリアクチュエータ。
3. 本体ブロック内で軸受けして本体ブロック上に露呈するロータを備え、ピニオンは、その一部が本体ブロックの凹部に臨むように本体ブロック内で前記ロータの軸に固定されていることを特徴とする請求項２に記載のシリンダ駆動型ロータリアクチュエータ。
4. シリンダ装置の端部ブロックに、これを貫通したラックを収容するラックカバーが付設されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のシリンダ駆動型ロータリアクチュエータ。
5. ラックカバー内にショックアブソーバが内蔵されていることを特徴とする請求項４に記載のシリンダ駆動型ロータリアクチュエータ。
6. 端部ブロックにラックを貫通させた第１のシリンダ装置に、端部ブロックとは反対側において第２のシリンダ装置が連設され、そのピストンロッドが第１のシリンダ装置のピストンと連結されて複動シリンダ構造となっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のシリンダ駆動型ロータリアクチュエータ。
7. 端部ブロック及びラックを共通にして端部ブロックの両側に２つのシリンダ装置が対向連設されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のシリンダ駆動型ロータリアクチュエータ。
8. 端部ブロックに、その両側の２つのシリンダ装置間で圧力流体を流通させて速度調整を行う速度調整部が設けられていることを特徴とする請求項７に記載のシリンダ駆動型ロータリアクチュエータ。
9. ピニオンユニットの本体ブロックの両側面に、ピニオンが一部分ずつ臨む凹部が形成され、２つのラックユニットの端部ブロックを本体ブロックに嵌合させて接合することにより、２つのラックユニットのラックが各凹部内でピニオンと噛み合い、各端部ブロックと本体ブロックとでピニオンと共に覆われることを特徴とする請求項２ないし８のいずれかに記載のシリンダ駆動型ロータリアクチュエータ。

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