JP2005133747A5 - - Google Patents
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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。
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。
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。
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5,6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。
次に、開時の速度を2段に切り換えたい時には空気通路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で通過が遮断されるように組み込み、シリンダ室6には流量調整弁17によって流路が絞られた通路16を通って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を速度切換え室12からシリンダ室6へのエアの通過を遮断し、シリンダ室6から速度切換え室12へのエアの通過が許容される使用方法とすれば、ピストン4は予め空気通路14を介して排出されるエアの流量制御を行うところのスピードコントローラで制御された速度に対してシール部材の方向性を変えることにより、エア供給時にも2段に速度変更させることができる。
このように構成されたロータリアクチュエータは、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、シール部材13の方向性を変えることにより所望の位置までエア供給時の速度切換えができる。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や、初期減速切換効果を供することができる。
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。
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。
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
2,3 エンドフランジ
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