JPH082483Y2 - ラック・ピニオン型ロータリアクチュエータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、ラック・ピニオン型ロータリアクチュエー
タに関する。

従来技術及びその問題点 ラック・ピニオン型ロータリアクチュエータは、一般
に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、該ピニオンに噛合するラックを装
着しており、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。

従来のラック・ピニオン型ロータリアクチュエータ
は、第３図に縦断面を示すように、ピニオン（101）、
その両側へ平行に配置されたシリンダ（102a）、（102
b）、及び該シリンダ内で各々摺動するピストン（103
a）、（103b）を備えている。ピストン（103a）、（103
b）には、ピニオン（101）と噛合するラック（104a）、
（104b）が一体的に固着されている。各シリンダの両端
部は、シリンダヘッド（109）、（110）により閉鎖され
て往動用圧力室（105a）、（105b）及び復動用圧力室
（106a）、（106b）を形成している。各ピストン（103
a）、（103b）の両端に対向しているシリンダヘッドに
は、これらピストンのストローク調整のための調整ねじ
（114）が配設されている。圧力室（105a）、（106a）
に臨むシリンダヘッドには作動流体用のポート（11
2）、（113）が設けられている。シリンダヘッド及びシ
リンダ胴部（111）には、通路（107）、（108）が形成
されており、（112）は（105b）に、（113）は（106b）
に連通している。

ポート（112）、（113）は圧力流体供給源に各々接続
される。圧力流体がポート（112）から導入されると、
該流体圧力は、往動用圧力室（105a）に作用すると共
に、通路（107）を経て往動用圧力室（105b）に作用
し、ピストン（103a）、（103b）を互いに逆方向へ移動
させる。このとき、ポート（113）から各シリンダ内の
流体が外部へ排出される。両ピストンの移動に伴ってラ
ックと噛合しているピニオン（101）が回転させられ
る。次に、圧力流体がポート（113）から導入される
と、該圧力流体は、復動用圧力室（106a）に作用すると
共に、通路（108）を経て往動用圧力室（106b）に作用
し、各々のピストン（103b）、（103a）を互いに逆方向
へ移動させ、ピニオン（101）は、前と逆向きに回転し
て初期の状態に復帰する。このようにして、圧力流体の
給排がポート（112）、（113）で交互に行なわれること
により、ピニオンは、２箇所の位置の間での往復回転運
動を繰り返す。

このように、従来のラック・ピニオン型ロータリアク
チュエータは、２個のピストンが、各々ラックを伴って
互いに逆向きに等距離の移動を行なうだけであるので、
ピニオン及びその出力軸の回転停止位置は、両ピストン
の往復位置に対応した２箇所だけであった。

しかしながら、各種ロボット、自動化された機械や設
備等においては、ワークの振分け、バルブの全開、半開
及び閉鎖等の多様な動作のため、出力軸の回転停止位置
を３箇所乃至４箇所要求される。従来のラック・ピニオ
ン型ロータリアクチュエータは、前述のような出力軸の
回転停止位置が２箇所だけであったので、この要求に応
え得なかった。

本考案の目的は、前述のタイプのラック・ピニオン型
ロータリアクチュエータにおける前記要求に応えるべ
く、ピニオン及びその出力軸の回転停止位置を３箇所乃
至４箇所有したラック・ピニオン型ロータリアクチュエ
ータを提供することにある。

問題点を解決するための手段 本考案の前記目的は、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、該ピニオン
に噛合するラックを装着しているラック・ピニオン型ロ
ータリアクチュエータにおいて、一方のシリンダ内のラ
ックが該シリンダ内のピストンに固定的に結合され、他
方のシリンダ内のラックが該他方のシリンダ内のピスト
ン上を前記一方のシリンダ内のピストンの摺動長さより
短い範囲で移動し得るように該他方のピストン上に装着
されており、各シリンダの両端部には各々独立した作動
流体用ポートが設けられていることを特徴とするラック
・ピニオン型ロータリアクチュエータにより達成され
る。前記ピストンの作動流体としては、空気などの気
体、液体などを適宜使用することができる。

実施例 以下、本考案の実施例につき添付図面を参照しつつ説
明する。

第１図は、本考案に係るラック・ピニオン型ロータリ
アクチュエータの１実施例を概略的に示す縦断面図であ
る。

このラック・ピニオン型ロータリアクチュエータにお
いては、ピニオン（１）の両側にシリンダ（2a）、（2
b）が平行に配置され、ピストン（3a）、（3b）が各々
シリンダ（2a）、（2b）内を摺動する。図において下側
に示すピストン（3b）には、ラック（5b）が一体的に固
着され、該ピニオン（１）と噛合している。上側のピス
トン（3a）には、該ピストン側部に沿って一定の範囲で
摺動可能にスリーブ（４）が嵌められ、該スリーブの下
面にはラック（5a）が形成され、ピニオン（１）と噛合
している。

前記摺動範囲は、以下に詳述するピストン（3a）及び
スリーブ（４）の移動の際に、ピニオン（１）がラック
（5a）及び（5b）から外れないように、これらのラック
の有効長より短い範囲とされる。ピストン（3b）及びス
リーブ（４）は、各々のラックとピニオンとの噛合によ
り、シリンダ（2a）、（2b）に対し軸線回りの回転を阻
止される。この例では、シリンダ（2a）はシリンダ（2
b）より大きい直径を有している。各シリンダの端部に
は、圧力室（15）、（16）及び（17）、（18）が形成さ
れている。圧力室（15）、（16）に臨むシリンダヘッド
部にはポート（11）、（12）が設けられ、圧力室（1
7）、（18）に臨むシリンダヘッド部にはポート（1
3）、（14）が設けられている。又、シリンダ（2a）の
シリンダヘッドには、ピストン（3a）のストローク調整
のための調整ねじ（９）、（10）が、配設され、該調整
ねじ先端部と対向する該ピストン（3a）の各ヘッド部に
は緩衝用クッション材（19）が装着されている。又、ス
リーブ（４）の摺動時の緩衝のために、クッション材
（20）がピストン（3a）両端部内側に装着されている。
各ピストン（3a）、（3b）は両端部におけるシリンダ内
壁と接触する部分に、シーリングリング（21）を備えて
いる。この例では、ピストン（3a）は、長手方向中央で
２つに分離され得るようになっており、相互に向き合う
端面に形成された凹部及び凸部により結合されている。
尤も、両部分間には常に作動流体による加圧力が作用す
るので、結合は緩くてもよい。

第2a図から第2e図は、前記実施例の動作サイクルの各
段階を順を追って示す。各図の上側にはロータリーアク
チュエータの縦断面が示され、下側にはピニオン（１）
に結合された出力軸の回転位置がキーにより示されてい
る。まず、第2a図の状態において、ポート（12）及び
（14）から各々のシリンダに流体圧が加えられ、ポート
（11）、（13）は流体の出入りが自由な状態におかれ
る。この例では、各ポートに作用する流体圧は、等しく
されている。これにより、ピストン（3a）は図の位置に
保たれ、ピストン（3b）は図の左方へ摺動する。ピニオ
ン（１）は、ピストン（3b）に一体的に装着されている
ラック（5b）により、図において右方へ回転させられ
る。これに伴って、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、ピストン（3a）の端部に設けられている緩衝
用クッション（20）に当接する。この状態を第2b図に示
す。当接後は、ポート（14）からの流体圧が、ピストン
（3b）、ピニオン（１）及びスリーブ（４）を経てピス
トン（3a）に作用するが、ピストン（3a）はピストン
（3b）より直径が大きくされているので、同じ流体圧の
作用下では、ピストン（3a）の全圧がより大きく、した
がって、ピストン（3b）は移動せず、ピニオン（１）及
びピストン（3a）も前記当接時の位置で停止する。次
に、第2b図に示された状態において、ポート（11）、及
び（14）から各々のシリンダに流体圧が加えられ、他の
ポートは流体が出入り自由な状態とされる。これによ
り、ピストン（3a）は、スリーブ（４）を伴って右方へ
摺動し、ピストン（3b）は左方へ移動し、ピニオン
（１）は、これらに伴なわれて、さらに右へ回転する。
該ピストン（3a）は、シリンダ（2a）端部の調整ねじ
（10）と当接して停止し、これにより、ピニオン（１）
及びピストン（3b）も停止する（第2c図の状態）。続い
て、第2c図に示された状態において、ポート（11）及び
（13）から各々のシリンダに流体圧が加えられ、他のポ
ートは流体の出入りが自由な状態におかれる。これによ
り、ピストン（3b）が右方へ移動する。この移動によ
り、ピニオン（１）は前とは逆に左へ回転し、該回転は
ラック（5a）を経てスリーブ（４）に伝えられ、スリー
ブ（４）は移動してピストン（3a）の緩衝用クッション
（20）に当接する。このときも、ピストン（3a）とピス
トン（3b）との直径の差に基づく全圧の相違により、ピ
ストン（3a）は移動せず、スリーブ（４）、ピニオン
（１）及びピストン（3b）も、前記当接位置で停止し、
第2d図に示す位置となる。さらに、第2d図の状態におい
て、ポート（12）及び（13）から各々のシリンダに流体
圧が加えられ、他のポートは流体の出入りが自由な状態
とされる。これにより、ピストン（3a）は、スリーブ
（４）を伴って左方へ摺動し、ピストン（3b）は右方へ
移動し、ピニオン（１）は、これらに伴なわれて、更に
左へ回転する。ピストン（3a）は、シリンダ（2a）端部
の調整ねじ（９）と当接して停止し、これにより、ピニ
オン（１）及びピストン（3b）も停止する（第2e図の状
態）。これで、第2a図の状態に復帰したことになる。

以上の例では、第2a図から第2e図へと各段階と辿る場
合を示したが、ポートへの流体圧を作用させる順を逆に
すれば、逆の動作を行わせることができる。また、第2a
図の状態からポート（11）および（14）に流体圧を加
え、他のポートは流体の出入り自由な状態とすることに
より、直ちに第2c図の状態に移行することもでき、その
逆の動作も可能である。また、ポート（13）及び（14）
に流体の出入りを制止し得るバルブを設けた場合は、第
2b図の状態で両バルブを閉じ、ポート（12）を流体の出
入り自由な状態とした上でポート（11）に流体圧を加え
ると、直ちに第2d図の状態へ移行することができる。

可動ラックを設けた側のシリンダのポートの一方又は
双方は、以上の例のような圧力流体の供給源への接続に
代えて、開閉バルブを設けたものとすることができる。
前述の例でポート（12）を開閉バルブに置き代えた場合
について説明すると、先ず、第2a図において、ポート
（12）のバルブが閉鎖され、ポート（14）へ流体圧が加
えられ、その他のポートは流体の出入りが自由な状態と
される。これにより、ピストン（3b）が図中の左方へ移
動し、スリーブ（４）がピストン（3a）の右端に当接す
る。ポート（12）を閉鎖された圧力室（16）は、この状
態でピストン（3a）に作用する圧力に対抗するように作
用するため、ピストン（3a）は移動せず、第2b図の状態
となる。続いて、第2b図において、ポート（12）のバル
ブが開放され、ポート（14）に流体圧が加えられ、他の
ポートは流体の出入り自由な状態とされる。該バルブの
開放により、ピストン（3a）の移動を制止する圧力は消
失するため、ピストン（3b）は更に左方へ移動し、第2c
図の状態となる。第2c図において、ポート（12）のバル
ブが開放され、ポート（14）が流体の出入り自由な状態
とされ、ポート（11）及び（13）から流体圧が加えられ
ると、ピストン（3b）が図中の右方へ移動する。前述の
ピストンの直径差に基づく全圧の相違により、ピストン
（3a）は停止状態を維持し、スリーブ（４）は左方へ摺
動しピストン（3a）左端の緩衝用クッションに当接して
停止する（第2d図の状態）。なお、ポート（11）につい
ても開閉バルブへの置換えが行なわれる場合は、この動
作の際に該開閉バルブが閉じられる。第2d図において、
ポート（11）、（14）が流体の出入り自由な状態とさ
れ、ポート（12）のバルブが開放され、ポート（13）か
ら流体圧が加えられる。これにより、ピストン（3b）は
更に右方へ、ピストン（3a）は左方へ移動し（第2e図の
状態）、初期の状態に戻る。

なお、このような開閉バルブ使用の場合は、圧力室に
閉じこめられた流体が加圧力による体積変化を生じない
のが望ましく、従って、作動流体として液体を使用する
のが望ましい。

前述の例では、ラック（5a）をスリーブ（４）に上に
形成したが、これに代えて、ピストン（3a）に緩く嵌ま
るリング又は籠を板状のラックに結合して該ピストン上
を摺動させるようにするなどピストン（3a）上を摺動可
能とする適宜の構造とすることができる。

また、前述の例では、ピストン（3a）がピストン（3
b）より大きい直径を有するようにしたが、ポートから
の流体圧をピストン（3a）に対してより強く作用させ該
ピストンの全圧をピストン（3b）の全圧より大きくすれ
ば、前述と同じ効果を得ることができ、この場合は、両
ピストンの直径を同じとするか、或いは大小を逆にする
こともできる。ポート（11）、（12）に開閉バルブを設
けた場合も、同様に両ピストンの直径を自由に決めるこ
とができる。

また、前述の例では、ピストン（3a）がシリンダ（2
a）内において移動する距離と、スリーブ（４）が該ピ
ストン（3a）上を摺動する距離とが等しくされているの
で、第2b図と第2d図とでピニオン（１）の回転位置が同
じとなり、ピニオン（１）の回転停止位置は３箇所とな
る。しかしながら、ピストン（3a）がシリンダ（2a）内
で移動する距離と、スリーブ（４）が該ピストン（3a）
上を移動する距離とを異ならせた場合には、第2b図及び
第2d図の両状態で、ピニオン（１）の回転停止位置が異
なることとなり、ピニオン（１）の回転停止位置は４箇
所となる。

ピストン（3a）の移動距離は、調節ねじ（９）、（1
0）のシリンダ内への突出量を変えることにより調節す
ることができる。また、ピストン（3a）の両端部を中央
部に対して螺着し、螺合量を変えて軸線方向に移動し得
るようにすれば、ピストン（3a）上でのスリーブ（４）
の摺動距離を調整可能にすることができる。

なお、ピストン（3b）に磁石を取り付け、シリンダ
（2b）に磁石検出装置を設けることにより、ピストン
（3b）の位置の検出を行なうことができ、これに基づき
ピニオン（１）の検出を行なうことができる。

考案の効果 以上から明らかなように、本考案によれば、ピニオン
の両側のシリンダのうち、一方のシリンダ内のピストン
に摺動自在なラックを装着し、各シリンダへのポートを
独立して設けることにより、ピニオン及びその出力軸の
回転停止位置を３箇所乃至４箇所有したラック・ピニオ
ン型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】

第１図は本考案の１実施例に係るラック・ピニオン型ロ
ータリアクチュエータの縦断面図、第2a図、第2b図、第
2c図、第2d図及び第2e図は第１図の実施例の動作サイク
ルを示す縦断面図、第３図は従来のラック・ピニオン型
ロータリアクチュエータの縦断面図、である。 （１）、（101）……ピニオン （2a）、（2b）、（102a）、（102b）……シリンダ （3a）、（3b）、（103a）、（103b）……ピストン （４）……スリーブ （5a）、（5b）、（104a）、（104b）……ラック （６）……本体 （７）、（８）、（109）、（110）……シリンダヘッド （９）、（10）、（114）……調節ねじ （11）、（12）、（13）、（14）……ポート （15）、（16）、（17）、（18）……圧力室 （19）、（20）……緩衝用クッション材 （21）……シーリングリング

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】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、該ピニオンに噛合する
   ラックを装着しているラック・ピニオン型ロータリアク
   チュエータにおいて、一方のシリンダ内のラックが該シ
   リンダ内のピストンに固定的に結合され、他方のシリン
   ダ内のラックが該他方のシリンダ内のピストン上を前記
   一方のシリンダ内のピストンの摺動長さより短い範囲で
   移動し得るように該他方のピストン上に装着されてお
   り、各シリンダの両端部には各々独立した作動流体用ポ
   ートが設けられていることを特徴とするラック・ピニオ
   ン型ロータリアクチュエータ。
2. 【請求項２】前記他方のシリンダ内のピストン上での前
   記ラックの移動距離が、該他方のシリンダ内のピストン
   の摺動距離と等しくされていることを特徴とする請求項
   １に記載のラック・ピニオン型ロータリアクチュエー
   タ。
3. 【請求項３】前記他方のシリンダ内のピストン上での前
   記ラックの移動距離が、該他方のシリンダ内のピストン
   の摺動距離と異なっていることを特徴とする請求項１に
   記載のラック・ピニオン型ロータリアクチュエータ。
4. 【請求項４】前記一方のシリンダの内径が前記他方のシ
   リンダの内径より小さくされていることを特徴とする請
   求項１から３のいずれかに記載のラック・ピニオン型ロ
   ータリアクチュエータ。