ロータリーアクチュエータとは
ロータリーアクチュエータとは、圧縮空気圧や油圧を回転運動に変換するアクチュエータの1種です。
直線で駆動するアクチュエータに比べて、小さいスペースで使用できることが特徴であり、特に油圧を使用した場合は、高トルクでの駆動が可能です。ロータリーアクチュエータの種類には、直線歯車と円形歯車を用いたラックピニオン型、シャフトとばね、回転シャフトを用いたスコッチヨーク型、円形のチャンバーの中にあるシャフトとベーンを用いたベーン型などがあります。
エアシリンダなどと同様に、圧縮空気によって回転力を生み出すもので、生産現場で活躍しています。
ロータリーアクチュエータの使用用途
ロータリーアクチュエータは、鉄鋼や建機、生産工場などであらゆる機械類を駆動するために使われています。それらの現場における実際の活用方法として、撹拌や位置決め、引張、持ち上げ、開閉などの動作が挙げられます。
ロータリーアクチュエータの使用実例は、次の通りです。
- 自動走行リフトにおける、持ち上げと回転動作
- 潜水艦内のハッチの開閉やバルブの操作
- 鉱山で使用する機械におけるドリルの位置決め
- クレーンの旋回部、ドア・ハッチの作動
用途に応じて、トルクや回転数、振動や熱などの耐久性、サイズなどを、選定の際には考慮する必要があります。
ロータリーアクチュエータの原理
ロータリーアクチュエータは、動力源として一般に空気圧や、油圧、および電動力が用いられています。その種類に応じ、圧縮空気 (エア) や配管からの油圧、および電動力を機械的な回転運動に変換するために、さまざまな機構を活用しています。
例えば空気圧の場合、ベーン型はチャンバーと呼ばれるアクチュエータ本体の内部の空間に圧縮された空気を送り込み、ベーンと呼ばれる空間の間仕切りが圧縮空気で押されることで、接続されている出力回転軸を回すトルクを活用しています。ラックピニオン型は、圧縮空気で動作するシリンダピストンが直線歯車を回しその力で円形歯車につながる出力回転軸が動作する仕組みです。
油圧の場合は、スコッチヨーク型と呼ばれるピストンと回転シャフトからなる機構がよく利用され、電動の場合はブラシレスモーター他、各種モーターがロータリーアクチュエータの出力回転力を得るために用いられています。
一般には、空気圧、電動、油圧の順に回転トルク力は得やすくなります。ただし、特に油圧の場合は配管設備やポンプ、油に関する各種メンテナンスなどが必要であり、エネルギー効率も低いために、最近は電動化への流れが主流になっている状況です。環境問題への配慮もあり、油圧と電動力の良い箇所を兼ねたハイブリッド型のロータリーアクチュエータを扱うメーカーも存在しています。
ロータリーアクチュエータの種類
1. ラックピニオン型
ラックピニオン型は、ラックと呼ばれる直線歯車とピニオンと呼ばれる円形歯車、圧縮空気で動作するピストン、ピストンの両サイドにあるチャンバーで構成されています。チャンバーに圧縮空気が満たされ、ピストンを押し、ピストンと連動して直線歯車が動作し、円形歯車が回転します。
その回転によって、回転運動を行うアクチュエータとして機能する仕組みです。構造的にシール性が高く、比較的エア漏れは少なくなりますが、構造が複雑で高価な点がデメリットとして挙げられます。
2. スコッチヨーク型
主に油圧で用いられる、スコッチヨーク型は、ピストンとばね、回転シャフトがその構成要素です。油圧によってピストンが上下に運動し、その運動を回転シャフトによって回転運動に変換して、ロータリーアクチュエータとして機能します。
3. ベーン型
ベーン型は、円形のシャフト内にチャンバーがあり、そのチャンバーにベーンが接続されている構造です。チャンバーには、ベーンによって2つの空間があり、片側に圧縮空気を充填することでシャフトが回転方向に動作し、回転運動に変換されます。
ベーンが1つで構成さるものをシングルベーンと呼び、ベーンが2つあるものをダブルベーンと呼びます。ダブルベーンは、揺動角度に制限ができますが、シングルベーンの2倍の回転トルクを得ることが可能です。
参考文献
https://www.technology.org/2019/03/31/pneumatic-rotary-actuator/
https://www.hydraulicspneumatics.com/