JP2003535295A - 複式ピストン表面を有するアクチュエータ - Google Patents
複式ピストン表面を有するアクチュエータInfo
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Abstract
Description
出力力を提供するために単一のシリンダ内に複数のピストン表面を有する加圧流
体で作動するピストン/シリンダ形式のリニアアクチュエータに関する。特に、
本発明は小型寸法で、増大した作動力のための及び第1の方向へのピストンの運
動のための2つの軸方向で離間した圧力表面と、第1の方向とは反対の第2の方
向へピストンを移動させるための付加的な単一の圧力表面とを有する単一の可動
ピストンを含む加圧流体で作動するアクチュエータに関する。
チュエータは当業界で周知であり、装置を作動させ又は素子の組み合わせの1又
はそれ以上の部材を移動させるのに十分な力を提供することを含む多くの異なる
目的に使用される。一般に、このようなアクチュエータにより提供される出力力
はアクチュエータを作動させるために利用される流体の圧力を増大させるか又は
ピストンの表面積を増大させることにより増大させることができるが、これはま
た、ピストンを収容するシリンダの直径の増大を必要とする。しかし、たまに、
アクチュエータを位置させねばならない利用できる空間は極めて限られ、しばし
ば、利用できる空間はシリンダの直径の増大を許容するには十分でない。更に、
またある時には、加圧流体の利用できる圧力は一定の直径を有するアクチュエー
タから所望の出力力を提供するのに不十分なことがある。それ故、小さなアクチ
ュエータが一層大きな直径のアクチュエータの出力力を提供できるようなアクチ
ュエータ構造を提供できるようにすること又は一層低い圧力での加圧流体を供給
したときに同じ又は一層大きな出力力を提供できるようにすることが望ましい。
ば、1974年4月29日に発行された「補助出力を含む空気装置」という名称
の米国特許第3,880,051号明細書には、各々の室内に別個で独立のピス
トンが摺動自在に設けられている二重室シリンダが開示されている。一方のピス
トンのピストンロッドは隣接する室内へ延び、一方のピストンのヘッド端部での
流体圧力が第2のピストンのヘッド端部に連通できるようにするために、ピスト
ン及びピストンロッドを通る軸方向の通路を含み、一方、第1のピストンのピス
トンロッドが第2のピストンのヘッドに接触する。その結果、第2のピストンの
ピストンロッドの出力力は、シリンダの直径又は作動流体の圧力のいずれかを増
大させることなく、倍増される。
流体作動工具のための多重ピストンパワーパックユニット」という名称の米国特
許第3,752,040号明細書に開示されている。この参考文献は、物理的に
相互接続された2つの軸方向で離間したピストンが単一のシリンダ内のそれぞれ
の室内に摺動自在に担持されているような力倍増アクチュエータ構造を示してい
る。アクチュエータのシリンダは固定の内部分割壁により2つの室に分割され、
一方の室のヘッド端部からの加圧流体はそれぞれのピストンを組み込んだ接続部
材を貫通する軸方向に延びる通路により隣接する室のヘッド端部に連通する。
た「低衝撃空気シリンダ」という名称の米国特許第5,191,825号明細書
及び1996年1月16日に発行された「流体シリンダ」という名称の米国特許
第5,483,796号明細書に開示されている。これらの特許の各々において
は、3つの同軸のピストンが単一の外側シリンダ内に設けられて、増大した出力
力を提供する。上記米国特許第5,191,825号においては、ピストンのう
ちの2つが相互接続され、各ピストンが別個に室内に担持される。2つの相互接
続されたピストンの一方は第3のピストン内に摺動自在に収容される。上記米国
特許第5,483,796号明細書に開示された構造においては、3つのピスト
ンが固定の内側分割壁を含まないシリンダ内で同心的に位置する。
た「射出成形のための多重ピン閉鎖ノズル組立体」という名称の米国特許第5,
368,470号明細書、1994年12月27日に発行された「ピストン駆動
ピン閉鎖ノズル組立体」という名称の米国特許第5,375,994号明細書、
及び、1992年11月11日に公開された「射出成形のためのモールド装置」
という名称の特許公開第4−320820号公報に示されている。これらの参考
文献においては、加圧流体シリンダが2つの圧力室(米国特許第5,375,9
94号明細書では3つの室)に分割され、各室内には、個々のピストンにより提
供される出力力を組み合わせることによりアクチュエータの出力力を倍増させる
それぞれの駆動ピストンが位置する。
るための種々の構造を開示するが、上述の参考文献の各々に示された構造はアク
チュエータの軸方向の長さの顕著な増大又はアクチュエータシリンダの直径の顕
著な増大を必要とするか、または、多くの内部部品を有する複雑な構造を包含す
る。その結果、開示された構造は狭い空間内での限られた応用性しか有しない。
このアクチュエータは内側の円筒状表面を画定し、長手方向の軸線を有する管状
の外側シリンダを含む。ピストンは一緒に運動するように外側シリンダ内で摺動
自在に担持され、それに取り付けたロッドを有し、ロッドは外側シリンダに関し
て軸方向へピストンから延びる。ピストンは外側シリンダをヘッド端室と、ヘッ
ド端室から軸方向に離れたロッド端室とに分割する。ピストンはまた内側円筒空
間を有する。
横切って横断方向に延び、内側円筒状空間を第1の内側室と第2の内側室とに分
割する。第1の流体導管は外側シリンダのヘッド端室及び第1の内側室に流体連
通し、外側シリンダに関して第1の軸方向へピストン及びロッドを移動させて、
加圧流体が第1の流体導管へ導入されたときにロッドの伸長行程を提供するよう
に外側シリンダに関して外方向へロッドを移動させる。
方向とは反対の第2の軸方向へピストン及びロッドを移動させて、外側シリンダ
に関して内方向へロッドを移動させ、加圧流体が第2の流体導管へ導入されたと
きにロッドの引き戻し行程を提供する。
ータ10が示されている。アクチュエータ10と作動的に関連する流れノズル1
2は、第1のモールド部材18及び共働する第2のモールド部材20内に形成さ
れたそれぞれの対向する適当な形状のくぼみにより画定されるモールド空洞16
へのノズル12内のモールド材料通路14を通しての射出ユニット(図示せず)
からの溶融プラスチック材料の流れを運搬し、制御するためのものである。当業
者なら認識できるように、第1のモールド部材18は静止の状態に維持される。
第2のモールド部材20は、モールド部材18、20が接触関係にあるときに、
閉じたモールド空洞16を画定するために第1のモールド部材18の方へ運動す
るように支持され、成形品の取り出しを許容するためにモールド空洞16を開く
ように第1のモールド部材18から離れる方向へ移動できる。
ズル12内へ流入させられ、ノズルはモールド材料をモールド空洞16内へ運搬
する排出出口即ちゲート22を有する。ノズル12を通る溶融プラスチック材料
の流れはモールドサイクルの適当な時期に出口22をそれぞれ閉開するようにゲ
ート22の方へ又はゲートから離れる方向に移動できる弁ピン26により制御さ
れる。図1に表すように、弁ピン26はノズル12を通してのモールド空洞16
内への溶融プラスチック材料の流れを許容するように引き戻し位置即ち開位置に
ある。
ンダ32内に摺動自在に収容された可動ピストン30に接続される。第1の端壁
34はピストン30と協同してヘッド端室36を画定するように外側シリンダ3
2の一端を閉じる。第2の端壁38はピストン30と協同してロッド端室40を
画定するように外側シリンダ32の他端を閉じる。第2の端壁38はアクチュエ
ータ10を閉じ込めるための多重板組立体の一部を形成する板42により形成す
ることができる。図示のように、アクチュエータ10は板42に取り付けられた
中間板44内の適当な寸法のボア内に嵌合され、上方の板45はアクチュエータ
10を完全に収容するように中間板44に取り付けられる。第2の端壁38を画
定する板42はモールド部材18内のノズル12に関して適当に固定されて、ロ
ッド28及び弁ピン26がノズル12内の弁座46に関して適当に方位決めされ
るようにする。図示のように、弁座46はゲート22から通路14と交差する円
筒状ボア48へ開拡する先細り通路を含む。
は加圧ガス又は加圧液圧流体の如き加圧流体の源(図示せず)及び一層低圧の流
体リザーバ(図示せず)に交互に連通するようになっている。ポート50、52
とそれぞれの加圧流体源及び低圧流体リザーバとの間の接続は当業者にとって周
知の形式の適当な可逆流れ制御弁(図示せず)を介して行うことができる。
壁54内で端壁34の方へ軸方向に延びるチャンネル56で終端する。チャンネ
ル56は開口37でヘッド端室36内へ開き、ヘッド端室36と第1のポート5
0との間の流体連通を許容する。第1の環状室118が開口37とは反対側のチ
ャンネル56の端部に設けられ、後述する目的のためにチャンネル56とピスト
ン30の内部との間の流体連通を可能にする。また、シリンダの側壁54を貫通
する通路即ち通気開口41はロッド端室40を周囲大気へ通気する。
の内部と加圧流体源(図示せず)及び低圧流体リザーバ(図示せず)の各々との
間の交互の連通を提供する。第2のポート52はシリンダ32に沿って第1のポ
ート50から軸方向に離れ、第1のポート50と第1の端壁34との間に位置す
る。
って延び、板42に剛直に接続される。支持スリーブ60はボア62を画定し、
その中で、ロッド28が軸方向に摺動自在に担持され、外側シリンダ32の内部
内へ延び、横断方向に延びる内側分割壁64で終端する。分割壁64はシリンダ
の側壁54の内表面の内方へ離間した周辺縁66を有するディスク状の部材であ
る。周辺縁66は周辺シールリング70を受け入れるための環状のくぼみ68を
含む。分割壁64はまたロッド28の外表面にシール接触するようになった内側
シールリング74を収容するための内側の環状くぼみ72を含む。
2内に受け入れられた中空でほぼ円筒状の構造体である。ピストン30はシリン
ダの側壁54の内表面と支持スリーブ60との間において外側シリンダ32の内
部で横断方向に延びる環状のピストン端壁76を含む。ピストン端壁76は支持
スリーブ60の外表面に沿って摺動でき、その表面にシール係合する環状のシー
ルリング80を受け入れるための内側の環状くぼみ78と、シリンダの側壁54
の内表面に沿って摺動でき、その表面にシール係合する第1の外側のシールリン
グ84を受け入れるための外側の周辺くぼみ82とを有する。ピストン端壁76
は分割壁64とシリンダの第2の端壁38との間に位置する。
トン端壁76の周辺からシリンダの第1の端壁34の方へ延びる。第2の外側シ
ールリング88及び第3の外側シールリング90は各々、第1の外側シールリン
グ84に対して軸方向に離間した関係で及び互いに軸方向に離間した関係でピス
トン壁86の外周辺上のそれぞれの環状のくぼみ92、94内に担持される。第
2及び第3のシールリング88、90の各々はシリンダの側壁54の内表面に沿
って摺動でき、その表面にシール係合する。
76とは反対の分割壁64の側に位置するピストンヘッド96はピストン壁86
の内部を横切って延びる横断方向の壁により画定される。弁ピン26とは反対側
のロッド28の端部98はピストンヘッド96内に固定的に受け入れられ、その
ため、ピストンヘッド96及び弁ピン26の双方は一緒に移動する。所望なら、
ロッド28の端部98はノズル12内へ延びるロッド28の長さの調整を可能に
するようにピストンヘッド96内に螺合収容できる。図1bに明示するように、
ピストン壁86の内表面はピストンヘッド96を載置させる半径方向の段部10
0を有し、環状の保持リング102はピストン壁86に関してピストンヘッド9
6を適所に保持するためにピストン壁86の内表面に形成された内側の周辺溝1
04内に受け入れられる。更に、ピストンヘッド96はまた環状シールリング1
08を受け入れるための外側の周辺くぼみ106を有することができる。
ピストン30内に第1の内側室110を画定し、ピストンヘッド96と分割壁6
4との間の環状の容積はピストン30内に第2の内側室112を画定する。ピス
トン壁86はその外側周辺から第2の内側室112へ延びる半径方向に延びた開
口114を有する。ピストンヘッド96が実質的な軸方向の厚さを有する場合、
図1に示すように、ピストンヘッド96は第2の内側室112と半径方向の開口
114との間の流体連通を提供するようにL字状の通路116を有することがで
きる。
リンダの側壁54の内径と共働するように形状づけられる。第1の外側シールリ
ング84と第2の外側シールリング88との間の環状空間は第1の環状室118
を画定し、第2の外側シールリング88と第3の外側シールリング90との間の
環状空間は第2の環状室120を画定する。これに関し、第1の環状室118は
チャンネル56従って第1のポート50と連続的に流体連通する。同様に、第2
の環状室120は第2のポート52、ピストン壁86内の半径方向の開口114
及びL字状の通路116と連続的に流体連通する。更に、ピストン壁86は第1
の内側室110と第1の環状室118との間に流体連通を提供するようにピスト
ン端壁76に隣接する半径方向の溝穴122を有する。
46に関してそれらの引き戻し位置にある状態でのアクチュエータ10を図1に
示す。作動において、弁ピン26及びピストン30をそれらの引き戻し位置から
移動させるために、加圧流体が第1のポート50を通して導入され、その間、第
2のポート52が低圧流体リザーバ等に流体連通している。第1のポート50で
の加圧流体の導入により、加圧流体は軸方向のチャンネル56及び開口37内へ
入って、そこを通ってヘッド端室36内へ流れる。同時に、加圧流体の一部はチ
ャンネル56の他端を通って流れ、第1の環状室118内へ入る。加圧流体は第
1の環状室118から、半径方向の溝穴122を通り、ピストン30内の第1の
内側室110内へ流れる。その結果、ヘッド端室36及び第1の内側室110の
各々は、通気開口41を介して大気へ通気されたロッド端室40に関して、並び
に、L字状の通路116、半径方向の開口114、第2の環状室120及び第2
のポート52を介して低圧流体リザーバに流体連通する第2の内側室112に関
して上昇した圧力となる。
ストン30をシリンダ32の第2の端壁38の方へ移動させ、これが、弁ピン2
6を図1に示すようなそれらの相対位置から図4に示すようなそれらの相対位置
へ外側シリンダ32に関して外方へ移動させる。その時間期間中、ロッド端室4
0及び第2の内側室112の各々の容積は減少し、一方、第1の内側室110及
びヘッド端室36の各々の容積は増大する。同時に、第2の内側室112内のい
かなる流体もがピストンヘッド96のL字状の通路116を通り、半径方向の開
口114を通って第2の環状室120内へ入り、第1のポート50よりも低圧と
なっている第2のポート52から出る。第1のポート50での一層高い流体圧力
の連続的な適用により、ピストン30は図5に示すようにその伸長行程の端部へ
進み、その位置で、ピストン端壁76がシリンダの第2の端壁38に当接し、弁
ピン26の最外端が弁座46に当接して、ゲート22を通る流れを遮断する。ロ
ッド端室40内のピストン端壁76に対して作用するであろう抵抗を回避するた
め、室40内に含まれる空気は弁開口41を介して排出される。
め、第1のポート50が加圧流体源から切り離され、低圧流体リザーバ等に連通
される。次いで、第2のポート52が加圧流体源に接続され、加圧流体は第2の
ポート52を通って第2の環状室120へ入る。第2の環状室120から、加圧
流体はピストン壁86の半径方向の開口114を通ってピストン30内の第2の
内側室112内へ流れ、ピストンヘッド96の内表面124に対して一層大きな
圧力を与え、ピストン30及び弁ピン26を外側シリンダ32内へ引き戻させる
。その結果、弁ピン26はノズル12内へ引き戻り、ゲート22から離れ、ノズ
ル12を通るモールド材料の流れを許容する。さもなければロッド端室40内に
発生するであろう減少した空気圧力は、周囲空気が通気開口41を通ってロッド
橋室40へ入るのを許容することにより、解放される。
力力を提供し、一層大きな作動力が必要な場合に、一層大きな直径のシリンダを
排除するような狭い空間内でのこのようなアクチュエータの利用を可能にする。
同様な空間制限が存在するが、比較的低い流体圧力源しか利用できない状態で、
単一のピストンを使用して利用できる一層大きな作動力が必要な場合は、本発明
に係るアクチュエータはその一層低い流体圧力で増大した作動力を提供する。
の溶融プラスチック材料の流れを制御するために射出成形機内でのアクチュエー
タの使用の関係とした。特に、アクチュエータは、アクチュエータのシリンダの
寸法の顕著な増大を伴わずに所望の増大した力出力を提供できる加圧流体で作動
するシリンダを有し、射出モールド組立体の弁ゲート内で弁ピンを作動させるた
めのコンパクトなリニアアクチュエータを提供する。
いことを認識されたい。事実、本発明のアクチュエータは、空間が限られる場合
又は利用できる流体圧力が低く、更に増大した作動力が必要な場合のような空気
式又は液圧式に作動する工具の如き他の応用に利用することができる。当業者に
とっては、本発明の概念から逸脱することなく種々の変更及び修正が可能である
こと明らかであろう。それ故、本発明の範囲内にあるすべてのこのような変更及
び修正は特許請求の範囲に包含されることを意図する。
るようにピストンが引き戻し位置にある状態での、モールド空洞への可塑化材料
の流れを制御するための弁ゲートに作動的に関連する本発明に係る加圧流体で作
動するアクチュエータを示す、射出成形機におけるモールド組立体の一部の部分
破断側断面立図である。図1Bは図1の要部の拡大図である。
位置との間の中間位置にあるアクチュエータのピストンを示す図である。
ータのピストンを示す図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 内側の円筒状表面を画定し、長手方向の軸線を有する管状の
外側シリンダ(32)と;軸方向に運動するように上記外側シリンダ(32)内
で摺動自在に担持され、ヘッド端室(36)及び同ヘッド端室(36)から軸方
向に離れたロッド端室(40)に当該外側シリンダ(32)を分割しかつ内側シ
リンダを有するピストン(30)と;を備えた加圧流体で作動するアクチュエー
タ(10)において、 a)上記ピストン(30)に固定され、上記外側シリンダ(32)に関して軸
方向に当該ピストン(30)の端部から延びるロッド(28)と; b)上記内側シリンダを第1の内側室(110)及び第2の内側室(112)
に分割するように、当該内側シリンダ内で上記外側シリンダ(32)に関して固
定の軸方向位置で横断方向に延びる分割壁(64)と; c)上記ヘッド端室(36)及び上記第1の内側室(110)と流体連通する
第1の流体導管(50、56)であって、加圧流体が上記第1の流体導管(50
、56)に導入されたときにロッドの伸長行程を提供するように上記ロッド(2
8)を上記外側シリンダ(32)に関して外方向へ移動させるために、同外側シ
リンダ(32)に関して第1の軸方向に上記ピストン(30)及び当該ロッド(
28)を移動させるための第1の流体導管と; d)上記第2の内側室(112)と流体連通する第2の流体導管(52、11
6)であって、加圧流体が上記第2の流体導管(52、116)に導入されたと
きにロッドの引き戻し行程を提供するように上記ロッド(28)を上記外側シリ
ンダ(32)に関して内方向へ移動させるために、同外側シリンダ(32)に関
して上記第1の軸方向とは反対の第2の軸方向へ上記ピストン(30)及び当該
ロッド(28)を移動させるための第2の流体導管と; を有することを特徴とするアクチュエータ。 - 【請求項2】 内側の円筒状空間が上記外側シリンダ(32)と実質上同軸
であることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ(10)。 - 【請求項3】 上記外側シリンダ(32)の各軸方向への同外側シリンダ(
32)内での上記ピストン(30)の運動が上記分割壁(64)により制限され
ることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ(10)。 - 【請求項4】 上記分割壁(64)がディスク状の部材であり、上記外側シ
リンダ(32)の上記内側の円筒状表面から内側に離れた周辺表面(66)を有
することを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ(10)。 - 【請求項5】 上記分割壁(64)が上記外側シリンダ(32)に関して固
定の位置にある軸方向に延びる支持部材(60)から支持されることを特徴とす
る請求項1に記載のアクチュエータ(10)。 - 【請求項6】 上記支持部材(60)が上記ロッド(28)を摺動自在に受
け入れ、支持するための軸方向に延びる内側通路(62)を有することを特徴と
する請求項5に記載のアクチュエータ(10)。 - 【請求項7】 上記ピストン(30)が上記外側シリンダ(32)内に形成
された第1のポート(50)に流体連通する第1の環状室(118)を間に提供
するように当該外側シリンダ(32)の上記内側の円筒状表面から離れた外側の
表面を備えた軸方向に延びるスカート部(86)を有し、上記第1の環状室(1
18)の軸方向の長さが上記ピストン(30)の外側表面に担持された一対の軸
方向で離間したシール部材(84、88)により画定されることを特徴とする請
求項1に記載のアクチュエータ(10)。 - 【請求項8】 上記ピストン(30)が上記第2の内側室(112)を取り
巻く軸方向に延びるスカート部(86)を有し、同スカート部(86)が上記第
2の流体導管(52、116)の一部を画定するように上記スカート部(86)
の外側表面から当該第2の内側室(112)へ延びる流体通路(114)を有す
ることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ(10)。 - 【請求項9】 上記スカート部(86)の上記外側表面が第2の環状室(1
20)を画定するように上記外側シリンダ(32)の上記内側の円筒状壁表面か
ら離れており、上記第2の環状室(120)が上記第2の流体導管(52、11
6)の第2の部分を画定するように当該外側シリンダ(32)内に形成された第
2のポート(52)に流体連通することを特徴とする請求項8に記載のアクチュ
エータ(10)。 - 【請求項10】 上記ピストン(30)が上記第2の内側室(112)を取
り巻く軸方向に延びるスカート部(86)を有し、同スカート部(86)が上記
第2の流体導管(52、116)の一部を画定するように上記スカート部(86
)の外側表面から当該第2の内側室(112)へ延びる流体通路(114)を有
し、当該スカート部(86)の上記外側表面が第2の環状室(120)を画定す
るように上記外側シリンダ(32)の上記内側の円筒状壁表面から離れており、
上記第2の環状室(120)が当該第2の流体導管(52、116)の第2の部
分を画定するように当該外側シリンダ(32)内に形成された第2のポート(5
2)に流体連通することを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ(10)
。 - 【請求項11】 上記ピストン(30)が弁部材(26)に作動的に接続さ
れたロッド(28)を有することを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ
(10)。 - 【請求項12】 上記弁部材(26)がモールド空洞(16)に接続された
モールドゲート(22)への溶融プラスチック材料の流れを制御するためのゲー
ト弁であることを特徴とする請求項11に記載のアクチュエータ(10)。 - 【請求項13】 プラスチック溶融物の流れをモールド空洞(16)内へ間
欠的に供給するために弁ゲートを作動させるアクチュエータ(10)において、 a)上記モールド空洞(16)内でゲート(22)に隣接する第1の円筒状室
(36、40)と; b)上記第1の室(36、40)内に受け入れられた可動ピストン(30)で
あって、同可動ピストン(30)の内側に第2の円筒状室(110、112)を
画定するようにほぼ円筒状の外壁(86)と、ほぼ平坦な上方及び下方の端壁(
96、76)とを有する可動ピストンと; c)上記第2の室(110、112)内に受け入れられた静止のピストン(6
4)と; d)上記静止のピストン(64)をモールドの素子に接続するロッド(60)
と; e)上記可動ピストン(30)の上記上方の端壁(96)に取り付けられ、上
記静止のピストン(64)及び上記ロッド(60)の整合した軸方向のボア(6
2)を通って上記モールド空洞(16)への上記ゲート(22)の近くの地点ま
で延びる弁ピン(26)と; f)上記第1の室(36、40)及び上記第2の室(110、112)の双方
に連通する第1のポート(50、56)と; g)第2のポート(52、116)であって、上記第1のポート(50、56
)を通しての加圧流体の導入が上記可動ピストン(30)の上記両方の端壁(9
6、76)上に作用する力を発生させて、上記ゲート(22)への流れを遮断す
るように上記弁ピン(26)を移動させ、かつ、上記第2の室(110、112
)を通しての加圧流体の導入が当該可動ピストン(30)の一方の端壁(96)
上に作用する力を発生させて、当該弁ピン(26)を開位置へ移動させ、当該ゲ
ート(22)を通しての上記モールド空洞(16)内への流れを許容するように
、当該第2の室(110、112)のみに連通する第2のポートと; を有することを特徴とするアクチュエータ。
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