JP2005133747A - 空気圧操作式ロータリアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で速度切換えができ、しかも切換え位置の設定も容易な空気圧操作式ロータリアクチュエータを提供することである。
【解決手段】ピストン４の一端に着脱可能に取り付けられる速度切換えリング１１と、該速度切換えリング１１と対向するエンドフランジ３に形成され、速度切換えリング１１が嵌合可能な速度切換え室１２と、該速度切換え室１２の入口付近に設けられ速度切換えリング１１が掛かることにより減速側のシリンダ室６と速度切換え室１２を遮断するシール部材１３と、速度切換え室１２とシリンダ室６を連通する通路１６と、該通路１６に設けられ、ピストン４の移動速度を減速制御する流量制御弁とを有し、速度切換えリング１１のピストン４移動方向の長さを替えることにより減速開始位置を決定している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ボールバルブやバタフライバルブ等の開閉駆動装置として用いるロータリアクチュエータで特に空気圧操作式ロータリアクチュエータに関するものである。

従来、流体の開閉を行うバルブとしてボールバルブやバタフライバルブが一般的である。このボールバルブやバタフライバルブを開閉するため、直線運動を回転動に変換するロータリアクチュエータが多々用いられている。

ところで、ボールバルブやバタフライバルブは液体、気体、粉体等の流体の開閉に用いられるが、これら対象となる流体の性質やユーザの要求等によりバルブの開閉速度を開時と閉時で２段階に変更する場合が多い。例えば、流体が水の場合、「開」は速く開けるが、「閉」はウォータハンマー現象が起らないように遅く閉めることが要求される。また、流体が粉体の場合、「開」が速いと巻き上がり現象が発生するためゆっくり開け、「閉」時は粉体の注入量が調節できなくなるので少なくとも遅く閉めることはない。

このように、ボールバルブやバタフライバルブは開時と閉時が同じ速度でなく、その使用の状況等に応じて適宜、速度設定することが要望され、さらにバルブの開閉速度をその特性やユーザの要求により所望の位置から２段階に減速させることができるロータリアクチュエータが要望されている。

図３および図４は、従来行われているロータリアクチュエータがバルブを「開」または「閉」の作動中その途中から減速する方法を示す説明図である。
図３において、ハイドロチェッカー機構により、流路のスピードコントローラ１１０を調節し、回転速度を制御する。この流量を調節する流路を２系統設け、ロータリアクチュエータ１００の回転途中に設置した位置検出スイッチ等にてこの流路を切換えることにより、回転途中で速度を変更することができる。さらに、ハイドロチェッカー機構は油圧を用いるため、微妙な速度コントロールが得られる。

また、図４に示す方法は、ロータリアクチュエータ１００のエア供給部にスピードコントローラ（流量制御弁）１１０を２系統設け、上記図３のものと同様にロータリアクチュエータ１００の回転途中に設置した位置検出スイッチ等にて流路を切換えることにより、回転途中で速度を変更するものである。但し、本例はエアで制御するので、図３の装置のような微妙なコントロールができない。

このように、従来の速度切換え技術はロータリアクチュエータと別に通常用と減速用の２系統の流路、流路切換え用バルブおよび位置検出スイッチ等を用いなければならない。さらに、回路を構成するにはかなりの作業時間と手間を要す。このように使用する機器が多く、時間や手間もかかるため高価なものになるという問題があった。

本発明は、上記した従来の問題を解消し、簡単な構成で速度切換えができ、しかも切換え位置の設定も容易なロータリアクチュエータを提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、本発明は、シリンダと、該シリンダの両端を閉塞するように設けられたエンドフランジと、前記シリンダ内に往復動可能に嵌装されるピストンと、前記シリンダに回動可能に支持される出力軸と、前記ピストンの直線往復動を出力軸の回転動に変換伝達するための変換機構とを有し、前記ピストンで仕切られた左右のシリンダ室への圧縮空気の給排により前記ピストンを直線往復動させ、前記変換機構を介して前記出力軸を回動する空気圧操作式ロータリアクチュエータにおいて、前記ピストンの一端に着脱可能に取り付けられる速度切換えリングと、該速度切換えリングと対向するエンドフランジに形成され、速度切換えリングが嵌合可能な速度切換え室と、該速度切換え室の入口付近に設けられ前記速度切換えリングが掛かることにより減速側のシリンダ室と速度切換え室を遮断するシール部材と、前記速度切換え室と前記減速側のシリンダ室を連通する通路と、該通路に設けられ、前記ピストンの移動速度を減速制御する流量調節弁とを有していることを特徴としている。

なお、本発明は、前記速度切換えリングがピストン移動方向の長さを替えることにより減速開始位置を変えると、効果的である。
さらに、本発明は、前記シール部材が一方向に対してエアの通過を阻止する一方向シール部材であると、効果的である。

請求項１、４の構成によれば、ピストンの一端に着脱可能に取り付けられる速度切換えリングと、該速度切換えリングを取り付ける減速側のエンドフランジに形成された速度切換え室と、該速度切換え室の入口付近に設けられ速度切換えリングが掛かることにより減速側のシリンダ室と速度切換え室を遮断するシール部材と、速度切換え室と減速側のシリンダ室を連通する通路と、該通路に設けられ、ピストンの移動速度を減速制御する流量調節弁あるいは流量制御弁とを有しているので、回動速度を複雑な回路構成を用いずに減速することができる安価な空気圧操作式ロータリアクチュエータを提供することができる。

請求項２、５の構成によれば、速度切換えリングがピストン移動方向の長さを替えることにより減速開始位置を変えるので、ユーザの要求に合わせて減速開始位置を容易に設定することができる。

請求項３によれば、シール部材が一方向に対してエアの通過を阻止する一方向シール部材であるので、出力軸の一方向のみの回転に対して減速させ、他方向の回転には通常速度で移動することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るロータリアクチュエータの一例を示す縦断面図である。
図１において、符号１はシリンダであり、該シリンダ１の両端にはエンドフランジ２，３が設けられている。シリンダ１の内部には、ピストン４が嵌装されており、シリンダ１内には該ピストン４の左右にシリンダ室５、６が形成される。また、シリンダ１にはその略中央にボールバルブやバタフライバルブ等を開閉する出力軸７が回転可能に装着されている。出力軸７には、変換機構としてのフォーク状アーム８が固定され、そのアーム８の先端側に形成した溝９がピストン４に突設したピン１０に嵌合されている。このピン１０に嵌合されるアーム８によってピストン４が右行すると出力軸７が時計方向に回転し、ピストン４が左行すれば出力軸７は反時計方向に回転する。このとき、出力軸７の回転角度は９０度である。

ピストン４の一端側には速度切換えリング１１が取り付けられている。この場合、速度切換えリング１１の一端にネジ部１１ａ、ピストン４にネジ穴４ａがそれぞれ形成され、速度切換えリング１１のネジ部１１ａをピストン４のネジ穴４ａに螺合することにより、速度切換えリング１１がピストン４に着脱可能に取り付けられている。また、ピストン４の速度切換えリング１１が取り付ける側に対向するエンドフランジ３には、速度切換えリング１１が嵌合される速度切換え室１２が設けられている。この速度切換え室１２の入口、すなわち、ピストン４と対向する側の端部付近には速度切換えリング１１の外周と係合するシール部材１３が設けられ、速度切換えリング１１がシール部材１３に掛かるとシリンダ室６と速度切換え室１２が遮断される。なお、シール部材１３にはシリンダ室６から速度切換え室１２へのエアの通過を阻止し、速度切換え室１２からシリンダ室６へのエアの通過を許容する一方向シール部材を用いている。

このロータリアクチュエータは、空気通路１４，１５がそれぞれのシリンダ室４，５に連通され、この空気通路１４，１５を介して例えばスピードコントローラによって流量が予め制御された圧縮空気がシリンダ室５，６に給排され、ピストン４は例えば５０ｍｍ／秒で移動される。また、シリンダ室６と速度切換え室１２は通路１６によって連通されており、該通路１６には流路の絞りを調整可能な流量調節弁１７が設けられている。なお、「絞り」とは流路の断面積を減少させる機構を意味する。

このように構成されたロータリアクチュエータは、空気通路１４を介してシリンダ室５に圧縮空気が供給されると、ピストン４が右方へ移動し、シリンダ室６のエアが空気通路１５を介して排出される。このとき、アーム８を介して出力軸７は時計方向に回転する。ピストン４が右へ作動する途中で速度切換えリング１１が速度切換え室１２に入り、シール部材１３に掛かるとシリンダ室６と速度切換え室１２が遮断され、シリンダ室６のエアが圧縮される。これによって、ピストン４の作動速度に減速作用が作用し、移動速度が５０ｍｍ／秒からさらに２段階減速される。このとき、シリンダ室６のエアは流量調節弁１７によって流路が絞られた通路１６を通って速度切換え室１２へ抜け、ピストン４は減速されたまま図１に示す終端まで作動する。よって、ピストン４の移動速度である出力軸７が２段階に減速する回転速度は流量調節弁１７によって制御することができる。

逆に、空気通路１５を介して速度切換え室１２に圧縮空気が供給されると、エアはシール部材１３を通ってシリンダ室６に供給されてピストン４が左方へ移動し、シリンダ室５のエアが空気通路１４を介して排出される。このように、シール部材１３には速度切換え室１２からシリンダ室６へのエアの通過を許容し、シリンダ室６から速度切換え室１２へのエアの通過が遮断される。よって、ピストン４は予めスピードコントローラで制御された速度で終端まで移動し、よって出力軸７は２段階に減速しない一定速度で反時計方向に回転する。

このように構成されたロータリアクチュエータは、速度切換えリング１１が速度切換え室１２のシール部材１３に掛かると減速され、減速時の速度を流量調整弁（ニードル弁１７）によって制御することができる。したがって、従来のような複雑な回路構成を用いずともユーザの要求に応じてピストン移動方向の長さを設定した速度切換えリング１１をピストン４に取り付けることにより、所望の位置から減速を開始することができる。しかも、速度切換えリング１１はピストン４への取り付け取り外しが容易なので、速度切換えリング１１を交換するだけで様々なユーザの要求に対応できる減速開始位置を供することができる。
なお、本発明は上記流量調節弁（ニードル弁１７）の代わりに、図１の一部を拡大して示した流量制御弁（スピードコントローラ１８）を用いることができる。流量制御弁は、それ自体公知のニードル弁とチェック弁を組み合わせたものである。

図２は、本発明の別の実施形態を示すロータリアクチュエータの縦断面図であり、図１と同一部材には同一符号を付している。
図２において、図１のロータリアクチュエータとはシリンダ室６への圧縮空気の給排をシリンダ室６から行っている点が相違する。このため、シール部材１３には速度切換え室１２からシリンダ室６へのエアの通過を阻止し、シリンダ室６から速度切換え室１２へのエアの通過を許容する一方向シール部材を用いているが、他の部材は図１のものと実質上同一であり、よってその詳しい説明は省略する。なお、エンドフランジ３は、シリンダ室６を形成するフランジ３ａと速度切換え室１２を形成するフランジ３ｂとで構成されている。

このロータリアクチュエータは、空気通路１４を介してシリンダ室５にエアが供給されると、ピストン４が右方へ移動し、シリンダ室６のエアが空気通路１５を介して排出される。このとき、アーム８を介して出力軸７は時計方向に回転する。ピストン４が右へ作動する途中で速度切換えリング１１が速度切換え室１２に入り、シール部材１３に掛かるとシリンダ室６と速度切換え室１２が遮断され、速度切換え室１２のエアが圧縮される。これによって、ピストン４の作動にブレーキがかかり、移動速度が減速される。このとき、速度切換え室１２のエアは流量調節弁１７によって流路が絞られた通路１６を通ってシリンダ室６へ抜け、ピストン４は減速されたまま図１に示す終端まで作動する。よって、ピストン４の移動速度である出力軸７の減速する回転速度は流量調節弁１７によって制御することができる。

逆に、空気通路１５を介して速度切換え室１２にエアが供給されると、エアはシール部材１３を通ってシリンダ室６に供給されてピストン４が左方へ移動し、シリンダ室５のエアが空気通路１４を介して排出される。よって、ピストン４は予め制御された速度で終端まで移動し、よって出力軸７は減速しない一定速度で反時計方向に回転する。

このロータリアクチュエータは、空気通路１４を介してシリンダ室５にエアが供給されると、ピストン４が右方へ移動し、シリンダ室６および速度切換え室１２のエアが空気通路１５を介して排出される。このとき、アーム８を介して出力軸７は時計方向に回転する。ピストン４が右へ作動する途中で速度切換えリング１１が速度切換え室１２に入り、シール部材１３に掛かるとシリンダ室６と速度切換え室１２が遮断され、速度切換え室１２のエアが圧縮される。これによって、ピストン４の作動にブレーキがかかり、移動速度が減速される。このとき、速度切換え室１２のエアは流量調節弁１７によって流路が絞られた通路１６を通ってシリンダ室６へ抜け、ピストン４は減速されたまま図２に示す終端まで作動する。よって、ピストン４の移動速度である出力軸７が２段階に減速する回転速度は流量調節弁１７によって制御することができる。

逆に、空気通路１５を介してシリンダ室６にエアが供給されると、エアはシール部材１３を通って速度切換え室１２に供給されてピストン４が左方へ移動し、シリンダ室５のエアが空気通路１４を介して排出される。よって、ピストン４は予め制御された速度で終端まで移動し、よって出力軸７は減速しない一定速度で反時計方向に回転する。

このロータリアクチュエータは、空気通路１４，１５がそれぞれのシリンダ室４，５に連通され、この空気通路１４，１５を介して例えばスピードコントローラによって流量が予め制御されたエアがシリンダ室５，６に給排され、ピストン４は例えば５０ｍｍ／秒で移動される。また、シリンダ室６と速度切換え室１２は通路１６によって連通されており、該通路１６には流路の絞りを調整可能な流量調節弁１７が設けられている。

このように構成されたロータリアクチュエータは、空気通路１４を介してシリンダ室５にエアが供給されると、ピストン４が右方へ移動し、シリンダ室６のエアが空気通路１５を介して排出される。このとき、アーム８を介して出力軸７は時計方向に回転する。ピストン４が右へ作動する途中で速度切換えリング１１が速度切換え室１２に入り、シール部材１３に掛かるとシリンダ室６と速度切換え室１２が遮断され、速度切換え室１２のエアが圧縮される。これによって、ピストン４の作動にブレーキがかかり、移動速度が５０ｍｍ／秒からさらに減速される。このとき、速度切換え室１２のエアは流量調節弁１７によって流路が絞られた通路１６を通ってシリンダ室６へ抜け、ピストン４は減速されたまま図２に示す終端まで作動する。よって、ピストン４の移動速度である出力軸７を２段階に減速する回転速度は流量調節弁（ニードル弁１７）によって制御することができる。

逆に、空気通路１５を介してシリンダ室６に圧縮空気が供給されると、ピストン４が左方へ移動し、シリンダ室５のエアが空気通路１４を介して排出される。よって、ピストン４は予め制御された速度で終端まで移動し、よって出力軸７は減速しない一定速度で反時計方向に回転する。また、このときシリンダ室６のエアはシール部材１３を介して速度切換え室１２へ供給されるため、速度切換え室１２が真空状態になることはない。シール部材１３が一方向に対してエアの通過を阻止する一方向性シール部材となっている。

このように、本実施形態においても速度切換えリング１１が速度切換え室１２のシール部材１３に掛かると減速することができ、上記実施形態と同様の効果が得られる。

本発明に係るロータリアクチュエータの一例を示す縦断面図である。 本発明に係るロータリアクチュエータの他の一例を示す縦断面図である。 従来のロータリアクチュエータの減速機構を示す説明図である。 従来のロータリアクチュエータの他の減速機構を示す説明図である。

符号の説明

１ シリンダ
２，３ エンドフランジ
４ ピストン
５，６ シリンダ室
７ 出力軸
８ アーム
１１ 速度切換えリング
１２ 速度切換え室
１３ シール部材
１７ ニードル弁

Claims (5)

1. シリンダと、該シリンダの両端を閉塞するように設けられたエンドフランジと、前記シリンダ内に往復動可能に嵌装されるピストンと、前記シリンダに回動可能に支持される出力軸と、前記ピストンの直線往復動を出力軸の回転動に変換伝達するための変換機構とを有し、前記ピストンで仕切られた左右のシリンダ室への圧縮空気の給排により前記ピストンを直線往復動させ、前記変換機構を介して前記出力軸を回動する空気圧操作式ロータリアクチュエータにおいて、
   前記ピストンの一端に着脱可能に取り付けられる速度切換えリングと、該速度切換えリングと対向するエンドフランジに形成され、速度切換えリングが嵌合可能な速度切換え室と、該速度切換え室の入口付近に設けられ前記速度切換えリングが掛かることにより減速側のシリンダ室と速度切換え室を遮断するシール部材と、前記速度切換え室と前記減速側のシリンダ室を連通する通路と、該通路に設けられ、前記ピストンの移動速度を減速制御する流量調節弁とを有していることを特徴とするロータリアクチュエータ。
2. 前記速度切換えリングがピストン移動方向の長さを替えることにより減速開始位置を変えることを特徴とする請求項１に記載のロータリアクチュエータ。
3. 前記シール部材が一方向に対してエアの通過を阻止する一方向シール部材であることを特徴とする請求項１に記載のロータリアクチュエータ。
4. シリンダと、該シリンダの両端を閉塞するように設けられたエンドフランジと、前記シリンダ内に往復動可能に嵌装されるピストンと、前記シリンダに回動可能に支持される出力軸と、前記ピストンの直線往復動を出力軸の回転動に変換伝達するための変換機構とを有し、前記ピストンで仕切られた左右のシリンダ室へのエアの給排により前記ピストンを直線往復動させ、前記変換機構を介して前記出力軸を回動する空気圧操作式ロータリアクチュエータにおいて、
   前記ピストンの一端に着脱可能に取り付けられる速度切換えリングと、該速度切換えリングと対向するエンドフランジに形成され、速度切換えリングが嵌合可能な速度切換え室と、該速度切換え室の入口付近に設けられ前記速度切換えリングが掛かることにより減速側のシリンダ室と速度切換え室を遮断するシール部材と、前記速度切換え室と前記減速側のシリンダ室を連通する通路と、該通路に設けられ、前記ピストンの移動速度を減速制御する流量制御弁とを有していることを特徴とするロータリアクチュエータ。
5. 前記速度切換えリングがピストン移動方向の長さを替えることにより減速開始位置を変えることを特徴とする請求項４に記載のロータリアクチュエータ。

Images