JPH0949506A - ロータリーアクチュエータ - Google Patents

ロータリーアクチュエータ

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Publication number
JPH0949506A
JPH0949506A JP28245895A JP28245895A JPH0949506A JP H0949506 A JPH0949506 A JP H0949506A JP 28245895 A JP28245895 A JP 28245895A JP 28245895 A JP28245895 A JP 28245895A JP H0949506 A JPH0949506 A JP H0949506A
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JP
Japan
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magnetic screw
piston
screw
rotary actuator
female
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Application number
JP28245895A
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English (en)
Inventor
Terumasa Takeuchi
輝正 竹内
Keiichi Inaba
啓一 稲葉
Katayuki Endou
方志 遠藤
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CKD Corp
Original Assignee
CKD Corp
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  • Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きなトルクで、かつトルク変動の少ない安
定した回転の可能な、磁気ネジを利用したロータリーア
クチュエータを提供すること。 【構成】 ロータリーアクチュエータ11は、(a)ピ
ストン22に連結され一端がシリンダチューブ本体20
の外に突出したロッド17と、(b)ロッド17と連結
し、ピストン22の摺動方向と平行に形成された螺旋状
の着磁帯16を有する雌磁気ネジ15と、(c)雌磁気
ネジ15に回転可能に装着されると共に、螺旋状の着磁
帯13を有する雄磁気ネジ14を備える回転軸12とを
有し、(d)ピストン22の摺動により、雄磁気ネジ1
4が雌磁気ネジ15から磁力を受け、回転軸12が回転
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ロータリーアクチュエ
ータに関し、さらに詳細には、ピストンとロッドとの各
々に磁気ネジを形成し、ピストンの移動により、ロッド
を回転させるロータリーアクチュエータに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、圧縮空気等の流体を駆動源として
利用するロータリーアクチュエータが色々と使用されて
いる。しかし、従来のベーン型ロータリーアクチュエー
タ及びラックピニオン式ロータリーアクチュエータに
は、ロッドと直交する方向にボディが延びてしまい、ロ
ータリーアクチュエータが大型化する問題があった。ま
た、ベーン型ロータリーアクチュエータでは、シールと
ベーンとの間で流体の漏れが発生する問題があった。そ
れらの問題を解決するために、本出願人は、ネジを用い
たロータリーアクチュエータを提案している。
【0003】図5に従来例として、ボールネジ式ロータ
リーアクチュエータを示す。これは、本出願人が特開昭
60−44607号で提案したものである。シリンダボ
ディ129を貫通してロッド122が2つの回転軸受1
28により回転可能に支持されている。ロッド122の
中央部には、段付部123が形成され、段付部123の
周囲には、螺旋状にボール溝124が形成されている。
シリンダボディ129の内部には、ピストン121が、
ロッド122に対して軸方向に摺動可能に嵌合されてい
る。ピストン121には、複数のボール125を保持す
るボール保持部材126が一体的に固設されている。ボ
ール125は、段付部123のボール溝124に係合し
ている。また、ピストン121に形成されたガイド孔
が、シリンダボディ129に付設されたガイド棒127
と嵌合している。従って、ピストン121がロッド12
2に対して摺動することにより、ボール125の作用
で、ロッド122が回転する。シリンダボディ129の
内側は、ピストン121により右室と左室に分割されて
いる。
【0004】次に、上記構成を有するボールネジ式ロー
タリーアクチュエータの作用を説明する。ピストン12
1の右室に圧縮空気が流入されると、ピストン121
は、摺動して図5の位置に来る。このとき、ロッド12
2は、ボール125の作用により、左側から見て時計回
りに回転する。また、ピストン121の左室に圧縮空気
が流入されると、ピストン121は、摺動してシリンダ
ボディ129の右側壁に当接する位置に来る。このと
き、ロッド122は、ボール125の作用により、左側
から見て反時計回りに回転する。
【0005】次に、第二従来例としてネジ式ロータリー
アクチュエータの構造を図6に示す。これは、本出願人
が実開昭62−162401号で提案したものである。
シリンダボディ139を貫通してロッド132が2つの
回転軸受138により回転可能に支持されている。ロッ
ド132の中央部には、段付状の雄ネジ部133が形成
されている。シリンダボディ139の内部には、ピスト
ン131が、ロッド132に対して軸方向に摺動可能に
嵌合されている。雄ネジ部133に係合して雌ネジ部材
136が、ピストン131に一体的に固設されている。
また、ピストン131は、(b)に示すように、断面が
楕円形状であり、回転しない構造となっている。従っ
て、ピストン131がロッド132に対して摺動するこ
とにより、雄ネジ部133と雌ネジ部材136の作用
で、ロッド132が回転する。シリンダボディ139の
内側は、ピストン131により右室と左室に分割されて
いる。
【0006】次に、上記構成を有するネジ式ロータリー
アクチュエータの作用を説明する。ピストン131の左
室に圧縮空気が流入されると、ピストン131は、摺動
して図6の位置に来る。このとき、ロッド132は、雄
ネジ部133と雌ネジ部材136の作用により、左側か
ら見て反時計回りに回転する。また、ピストン131の
右室に圧縮空気が流入されると、ピストン131は、摺
動してシリンダボディ139の左側壁に当接する位置に
来る。このとき、ロッド132は、雄ネジ部133と雌
ネジ部材136の作用により、左側から見て時計回りに
回転する。
【0007】しかし、従来のボールネジ式ロータリーア
クチュエータ及びネジ式ロータリーアクチュエータに
は、次のような問題があった。すなわち、ネジのトルク
伝達効率が低いため、必要とする回転出力トルクに比較
して、ロータリーアクチュエータ全体が大型化する問題
があった。また、ボールネジでは、局部的な当り面でト
ルクが伝達されるため、面圧が高くなり、寿命が短いと
いう問題があった。
【0008】従来のボールネジ式ロータリーアクチュエ
ータ及びネジ式ロータリーアクチュエータの問題点を解
決するために、本出願人は、特開昭62−46005号
において、ネジやボールネジの代わりに、磁気ネジを採
用することを提案した。図7にその構成を示す。シリン
ダ146を貫通するロッド141の中央に段付部があ
り、その表面に螺旋状の着磁帯142が形成されてい
る。一方、ピストン143の溝144には、2つの永久
磁石である案内磁石145が埋設され固着されている。
2つの案内磁石145は、ピストン143と共にシリン
ダ146内を摺動する。また、同公開公報の第3頁左下
欄第12〜16行目に、「本実施例の変形例として、ピ
ストンの中心孔の内周には螺旋形をなす案内磁石を設
け、ローターの外周にはブロック形をなす従動磁石を設
けるようにしてもよく、この場合にも、ピストンの上下
動とともに、ローターが回転する。」と記載されてい
る。
【0009】上記構成を有することにより、ピストン1
43が摺動すると、ロッド141が回転する。この発明
の効果は、「本発明のロータリーアクチュエータは、駆
動時に相対的に動き合う部分のシールをOリングによっ
て確実に行うようにしたから、高度なシール技術が不要
となり、また、互いに吸引し合う永久磁石の一方を螺旋
形にすることによって、出力軸に回転を生じさせるよう
にしたから、螺旋のリードを小さくするか、シリンダの
軸方向に長くすることにより出力軸の最大回転角度を3
60度以上にすることができる。」(同公開公報の第4
頁右上欄第3〜11行目)と記載されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の特開昭
62−46005号の磁気ネジ式ロータリーアクチュエ
ータには、次のような問題があった。 (1)ピストン131と回転するロッド132との間の
空気漏れを防止するために、シール材としてOリング1
40を設けているが、磁気ネジ式ロータリーアクチュエ
ータの場合、磁気ネジ同士のカップリングのため、カッ
プリング力があまり大きくないため、回転ロッド132
に対してOリング140等の弾性体を直接当接させてシ
ールすると、Oリング140の摩擦力が影響して、回転
ロッド132の実効トルクが低下する問題があった。
【0011】(2)また、Oリング140等の弾性体シ
ールを使用する場合、使用流体である圧縮空気等の圧力
変化、または回転ロッド132の回転速度変化等によ
り、摩擦力が変化するため、出力トルクが変動する問題
があり、出力トルクを一定に保ちたい場合に不都合であ
った。
【0012】本発明は、上記問題点を解決して、大きな
トルクで、かつトルク変動の少ない安定した回転の可能
な、磁気ネジを利用したロータリーアクチュエータを提
供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、 (1)本発明のロータリーアクチュエータは、密閉中空
シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンと、該ピ
ストンの摺動に応じて回転する回転軸とを有するロータ
リーアクチュエータであって、(a)ピストンに連結さ
れ一端がシリンダの外に突出したロッドと、(b)ロッ
ドと連結し、ピストンの摺動方向と平行に形成された螺
旋状の第一着磁帯を有する第一磁気ネジと、(c)第一
磁気ネジに回転可能に装着されると共に、螺旋状の第二
着磁帯を有する第二磁気ネジを備える回転軸とを有し、
(d)ピストンの摺動により、第二磁気ネジが第一磁気
ネジから磁力を受け、回転軸が回転される。
【0014】(2)また、本発明のロータリーアクチュ
エータは、(1)に記載するものおいて、前記第一磁気
ネジが内周に螺旋状の着磁帯が形成された雌磁気ネジで
あり、前記第二磁気ネジが外周に螺旋状の着磁帯が形成
された雄磁気ネジであることを特徴とする。 (3)また、本発明のロータリーアクチュエータは、
(1)に記載するものにおいて、前記第一磁気ネジが外
周に螺旋状の着磁帯が形成された雄磁気ネジであり、前
記第二磁気ネジが内周に螺旋状の着磁帯が形成された雌
磁気ネジであることを特徴とする。 (4)また、本発明のロータリーアクチュエータは、
(3)に記載するものにおいて、前記雄磁気ネジと前記
雌磁気ネジとが同一軸線上に位置することを特徴とす
る。
【0015】
【作用】上記構成を有するロータリーアクチュエータの
ピストンは、シリンダに供給される流体により駆動力を
与えられ、シリンダ内を摺動する。このとき、ピストン
のロッドに連結された第一磁気ネジが磁力により、回転
軸に形成された第二磁気ネジに作用して、回転軸を回転
させる。ここで、第一磁気ネジがシリンダの外部に突き
出したロッドに連結されているので、ピストンを駆動す
るための流体の漏れを防止するためのシール方法とし
て、通常の流体シリンダと同じ構成を採ることができる
ため、流体の漏れを防止することができる。
【0016】そして、請求項2によれば、第一磁気ネジ
が、内周に螺旋状の着磁帯を有する雌磁気ネジであり、
また、第二磁気ネジが、外周に螺旋状の着磁帯を有して
いる雄磁気ネジなので、ピストンの摺動により、雄磁気
ネジが雌磁気ネジから磁力を受け、回転軸が回転される
ときに、回転軸の回転がスムーズであり、回転ムラが発
生することがない。また、請求項3によれば、第一磁気
ネジが、外周に螺旋状の着磁帯を有する雄磁気ネジであ
り、また、第二磁気ネジが、内周に螺旋状の着磁帯を有
している雌磁気ネジなので、ピストンの摺動により、雌
磁気ネジが雄磁気ネジから磁力を受け、回転軸が回転さ
れるときに、回転軸の回転がスムーズであり、回転ムラ
が発生することがない。
【0017】
【実施例】以下、本発明を具体化した第一の実施例であ
るロータリーアクチュエータを図面に基づいて詳細に説
明する。図1にロータリーアクチュエータ11の構成を
断面図で示す。密閉中空シリンダは、中空円筒状のシリ
ンダチューブ本体20とその左端を塞ぐエンドカバー2
1より構成されている。シリンダチューブ本体20の中
空部20aには、ピストン22が摺動可能に嵌合されて
いる。ピストン22の右端面の中心には、ロッド17が
固設されている。ロッド17の右端はシリンダチューブ
本体20の中空部20aの中心に形成された20bから
シリンダの外に突き出ている。また、シリンダチューブ
本体20には、圧縮空気を供給するための空気ポート2
5、26が形成されている。
【0018】シリンダチューブ本体20の右側には、回
転軸ブラケット23が支持棒24及びガイド棒27によ
り固設されている。シリンダチューブ本体20に固設さ
れたベアリング28及び回転軸ブラケット23に固設さ
れたベアリング29により、回転軸12が回転可能に保
持されている。回転軸12の右端には、回転軸部30が
形成され、回転軸部30は回転軸ブラケット23より外
側に突き出している。回転軸12の中央部には、大径の
雄磁気ネジ14が形成されている。雄磁気ネジ14を周
回する雌磁気ネジ16が内周に形成された雌磁気ネジホ
ルダ32が取り付けられている。雌磁気ネジホルダ32
の上部は、ロッド17の先端に形成された取付ネジ部1
7aと緩み止めボルト31により締結されている。ま
た、雌磁気ネジホルダ32の下部は、ガイド棒27と摺
動可能に嵌合している。
【0019】次に、磁気ネジの構成を詳細に説明する。
回転軸12は、図3に示すように、回転軸部30、及び
回転軸部30の中央外周に嵌合され接着された雄スパイ
ラル円筒磁石である雄磁気ネジ14とから構成されてい
る。回転軸部30は、高透磁性の材料(例えば鉄、酸化
鉄、ニッケル、コバルト若しくはこれらを主成分とする
合金その他の化合物等)より成形されている。雄磁気ネ
ジ14は円筒形状の磁石であって、螺旋状に形成された
複数本の着磁帯13を有している。隣接する着磁帯13
同士は着磁の極性が逆向きとなっている。すなわち、あ
る着磁帯13において外面にN極が着磁されていれば、
その隣の着磁帯13においては外面にS極が着磁されて
いる。そして、図3に示すように、雄磁気ネジ14の表
面には、螺旋状にN極とS極とが交互に着磁された着磁
帯13が整然と形成されている。
【0020】雌磁気ネジホルダ32の内側には、雄磁気
ネジ14に対応する位置に雌磁気ネジ15が固設されて
いる。雌磁気ネジ15は、図3に示すように、中空円筒
状の雌スパイラル円筒磁石であり、高透磁性材料(例え
ば鉄、酸化鉄、ニッケル、コバルト若しくはこれらを主
成分とする合金その他化合物等)から成形されるジャケ
ット部材である雌磁気ネジホルダ32の内周に固定され
ている。雌磁気ネジ15の内周には、図3に示すよう
に、螺旋状にN極とS極とが交互に着磁された着磁帯1
6が形成されている。
【0021】上記構成を有する雄磁気ネジ14及び雌磁
気ネジ15は、以下の特徴を有している。すなわち、機
械的強度に優れる。中空部分に強度部材を挿入するか、
又は周囲を強度部材で覆うことができるからである。図
3の磁気ネジでは、回転軸部30及び雌磁気ネジホルダ
32が、かかる強度部材に相当する。この強度部材によ
り機械的強度が確保されるので、雄磁気ネジ14及び雌
磁気ネジ15として、磁石材料としては優れるが材質的
に脆いフェライト系や希土類系の材料で形成しても問題
はない。そして、強度部材を高透磁性の材料で構成すれ
ば、雄磁気ネジ14及び雌磁気ネジ15の強い磁力を更
に有効に利用することができる。
【0022】次に、上記構成を有するロータリーアクチ
ュエータ11の作用を説明する。図1は、空気ポート2
6に圧縮空気が供給され、ピストン22が左側に押し付
けられている状態を示している。次に、図示しない電磁
弁により、圧縮空気の供給が、空気ポート26から空気
ポート25へ切り替えられた場合を説明する。ピストン
22は、圧縮空気に押されて右方向に移動する。ピスト
ン22が右方向に移動すると、ロッド17の先端に固設
された雌磁気ネジホルダ32も共に移動する。ここで、
雌磁気ネジホルダ32は、ガイド棒27と嵌合されてい
るので、雌磁気ネジホルダ32は回転することなく平行
に移動する。ここで、本実施例では、ピストン断面が丸
形状のシリンダを使用しているので、回転止めとしてガ
イド棒27を必要としたが、ピストン断面が長円形等の
シリンダを使用すれば、ガイド棒27を使用しないで済
み、全体の構成がコンパクト化できる。
【0023】雌磁気ネジホルダ32が右方向に移動する
と、雌磁気ネジ15も共に移動するため、雄磁気ネジ1
4が雌磁気ネジ15により磁力を受け、回転軸12は、
図中矢印Aで示すように、右から見て時計回りに回転す
る。ここで、ピストン22に設けられた一体的な雌磁気
ネジ15が、内周全周に螺旋状の着磁帯16を有してお
り、また、回転軸12に設けられた一体的な雄磁気ネジ
14が、外周全周に螺旋状の着磁帯13を有しているの
で、ピストン22の摺動により、雄磁気ネジ14が雌磁
気ネジ15から磁力を受け、回転軸12が回転されると
きに、回転軸12の回転がスムーズであり、回転ムラが
発生することがない。
【0024】以上詳細に説明したように、本実施例のロ
ータリーアクチュエータ11によれば、(a)ピストン
22に連結され一端がシリンダチューブ本体20の外に
突出したロッド17と、(b)ロッド17と連結し、ピ
ストン22の摺動方向と平行に形成された螺旋状の着磁
帯16を有する雌磁気ネジ15と、(c)雌磁気ネジ1
5に回転可能に装着されると共に、螺旋状の着磁帯13
を有する雄磁気ネジ14を備える回転軸12とを有し、
(d)ピストン22の摺動により、雄磁気ネジ14が雌
磁気ネジ15から磁力を受け、回転軸12が回転される
ので、シリンダ部と回転軸部とが分離されているため、
回転軸12がピストン22の摺動抵抗の変化や空気圧の
変動等のシリンダ部の影響を受けることが少なく、回転
軸12の回転をムラなく行うことができ、また回転軸1
2の回転トルクを一定に保持することができる。
【0025】次に、本発明の第二の実施例を説明する。
図2に第二実施例のロータリーアクチュエータ11の構
成を断面図で示す。第二実施例が第一実施例と大きく異
なるのは、ロッド17の先端に雄磁気ネジ14を取り付
け、回転軸12側に雌磁気ネジ15を取り付けている点
である。第一実施例と同じ機能を有する要素は同じ符号
を付けて説明する。また異なる点を重点的に説明する。
図4に第二実施例のロータリーアクチュエータ11の磁
気ネジ部の構成を示す。ロッド17の先端に雄磁気ネジ
14が固設されている。雄磁気ネジ14の右端面には、
ガイド軸14aが形成されている。回転軸12は、ベア
リング28とベアリング29とで回転可能に保持されて
いる。回転軸12は中空状であり、中空部に雌磁気ネジ
15が固設されている。また、回転軸12には、ガイド
孔30aが穿設されている。ガイド孔30aには、ガイ
ド軸14aが摺動可能に嵌合されており、雄磁気ネジ1
4は、ガイド軸14aにより雌磁気ネジ15と一定距離
を保持しながら摺動することができる。ここで、第二実
施例のシリンダは断面形状が長円形を使用しているので
外部に回り止めを必要としない。
【0026】以上詳細に説明したように、第二実施例の
ロータリーアクチュエータ11によれば、(a)ピスト
ン22に連結され一端がシリンダチューブ本体20の外
に突出したロッド17と、(b)ロッド17と連結し、
ピストン22の摺動方向と平行に形成された螺旋状の着
磁帯13を有する雄磁気ネジ14と、(c)雄磁気ネジ
14に回転可能に装着されると共に、螺旋状の着磁帯1
6を有する雌磁気ネジ15を備える回転軸12とを有
し、(d)ピストン22の摺動により、雌磁気ネジ15
が雄磁気ネジ14から磁力を受け、回転軸12が回転さ
れるので、シリンダ部と回転軸部とが分離されているた
め、回転軸12がピストン22の摺動抵抗の変化や空気
圧の変動等のシリンダ部の影響を受けることが少なく、
回転軸12の回転をムラなく行うことができ、また回転
軸12の回転トルクを一定に保持することができる。ま
た、雄磁気ネジ14と雌磁気ネジ15とを同軸上に配設
しているので、ロータリーアクチュエータ11全体の断
面積を小さくすることができ、取り付けスペースが減少
できる。
【0027】以上本発明のロータリーアクチュエータ1
1について実施例に基づいて詳細に説明したが、本発明
は上記実施例に限定されることなく、色々な変形が可能
である。本実施例では、シリンダとして汎用品ではなく
特別に製作したものを使用しているが、市販されている
汎用品を用いても同様である。また、本実施例では、雄
磁気ネジ14と回転軸部30とを別体として後で固着し
ているが、強度的に問題がない場合等においては、完全
に一体として構成してもよい。
【0028】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明のロータリーアクチュエータによれば、以上詳細に説
明したように、本実施例のロータリーアクチュエータに
よれば、(a)ピストンに連結され一端がシリンダの外
に突出したロッドと、(b)ロッドと連結し、ピストン
の摺動方向と平行に形成された螺旋状の第一着磁帯を有
する第一磁気ネジと、(c)第一磁気ネジに回転可能に
装着されると共に、螺旋状の第二着磁帯を有する第二磁
気ネジを備える回転軸とを有し、(d)ピストンの摺動
により、第二磁気ネジが第一磁気ネジから磁力を受け、
回転軸が回転されるので、シリンダ部と回転軸部とが分
離されているため、回転軸がピストンの摺動抵抗の変化
や空気圧の変動等のシリンダ部の影響を受けることが少
なく、回転軸の回転をムラなく行うことができ、また回
転軸の回転トルクを一定に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例のロータリーアクチュエー
タ11の構成を示す断面図である。
【図2】本発明の第二実施例のロータリーアクチュエー
タ11の構成を示す断面図である。
【図3】第一実施例の雄磁気ネジ14と雌磁気ネジ15
の構成を示す説明図である。
【図4】第二実施例の雄磁気ネジ14と雌磁気ネジ15
の構成を示す説明図である。
【図5】従来のボールネジ式ロータリーアクチュエータ
の構成を示す断面図である。
【図6】従来のネジ式ロータリーアクチュエータの構成
を示す断面図である。
【図7】従来の磁気ネジ式ロータリーアクチュエータの
構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
11 ロータリーアクチュエータ 12 回転軸 13 着磁帯 14 雄磁気ネジ 15 雌磁気ネジ 17 ロッド 22 ピストン 32 雌磁気ネジホルダ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 密閉中空シリンダと、該シリンダ内を摺
    動するピストンと、該ピストンの摺動に応じて回転する
    回転軸とを有するロータリーアクチュエータにおいて、 前記ピストンに連結され一端が前記シリンダの外に突出
    したロッドと、 前記ロッドと連結し、前記ピストンの摺動方向と平行に
    形成された螺旋状の第一着磁帯を有する第一磁気ネジ
    と、 前記第一磁気ネジに回転可能に装着されると共に、螺旋
    状の第二着磁帯を有する第二磁気ネジを備える前記回転
    軸とを有し、 前記ピストンの摺動により、前記第二磁気ネジが前記第
    一磁気ネジから磁力を受け、前記回転軸が回転されるこ
    とを特徴とするロータリーアクチュエータ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載するロータリーアクチュ
    エータにおいて、 前記第一磁気ネジが内周に螺旋状の着磁帯が形成された
    雌磁気ネジであり、 前記第二磁気ネジが外周に螺旋状の着磁帯が形成された
    雄磁気ネジであることを特徴とするロータリーアクチュ
    エータ。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載するロータリーアクチュ
    エータにおいて、 前記第一磁気ネジが外周に螺旋状の着磁帯が形成された
    雄磁気ネジであり、 前記第二磁気ネジが内周に螺旋状の着磁帯が形成された
    雌磁気ネジであることを特徴とするロータリーアクチュ
    エータ。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載するロータリーアクチュ
    エータにおいて、 前記雄磁気ネジと前記雌磁気ネジとが同一軸線上に位置
    することを特徴とするロータリーアクチュエータ。
JP28245895A 1995-05-30 1995-10-03 ロータリーアクチュエータ Pending JPH0949506A (ja)

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