JP2012067800A - スプリングリターン式空圧アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】全体の複雑化や部品点数の増加を抑えつつ、大型の回転弁に搭載した場合でも安定した出力を得ることができ、スプリングの弾性力によってピストンロッドが動作するときの横荷重を抑えてこのピストンロッドの直進往復運動を回転運動にスムーズに変換できるスプリングリターン式空圧アクチュエータを提供する。
【解決手段】変換機構６を内蔵したハウジング部１と、ピストン２６を内蔵するシリンダ部２と、スプリング１８を内蔵したカートリッジ部３とより成るアクチュエータであり、スプリング１８の外端面を略円板状のスプリングリテーナ３８で保持し、このスプリングリテーナ３８をピストンロッド７の端部に固着し、カートリッジ部３内にピストンロッド７と平行に少なくとも２本のセンターバー４３を配置し、このセンターバー４３でスプリングリテーナ３８を支持してピストンロッド７の横荷重を保持させたスプリングリターン式空圧アクチュエータである。
【選択図】図１

Description

本発明は、スプリングリターン式空圧アクチュエータに関し、特に、ガスプラント等のガス供給ラインで使用される大型のボールバルブやバラフライバルブ等の回転弁を操作するためのスプリングリターン式空圧アクチュエータに関する。

従来より、ガスプラント等のガス供給ラインで使用される回転弁に搭載されるアクチュエータは、緊急時に流路を遮断できる構造になっており、火災や電気信号の断裂などに応じて急速に回転弁の弁体を閉止可能になっている。この種のアクチュエータは、通常、スプリングを内蔵したスプリングカートリッジ部と、ピストンを内蔵したシリンダ部と、スコッチヨーク等の変換装置を内蔵したハウジング部とを有している。同アクチュエータは、シリンダ部で内部に供給された圧縮空気によりピストンロッドを往運動させ、スプリングカートリッジ部でスプリングの弾性力によりピストンロッドを復運動させ、このピストンロッドの往復動をハウジング部で変換装置により出力軸の回転運動に変換させて弁体を回転動作させるようになっている。そして、緊急時等には、スプリングにより弁体を閉回転させることが可能になっている。

このようなスプリングリターン式空圧アクチュエータとしては、例えば、特許文献１のスプリングリターン式ロータリアクチュエータが知られている。同文献１のアクチュエータは、スプリングがピストンロッドの端部側に固定されたスプリングリテーナの外側とスプリングカートリッジのハウジング部との遠隔側端面との間に装着されている。スプリングリテーナは、スプリングカートリッジ部の内部のタイロッドとの間に隙間を有する状態でこのタイロッドに対して往復動方向に設けられている。このアクチュエータでは、スプリングをアクチュエータ本体の外方側に押し縮めることにより、ピストンロッドを復運動させるためのスプリングの弾性力を蓄勢させる構造になっている。

一方、特許文献２のアクチュエータにおいては、スプリングがピストンロッドの端部側に固定されたスプリングリテーナの内側とスプリングカートリッジのハウジング部との近接側端面との間に装着され、このスプリングをアクチュエータ本体の内方向に引き縮めることにより、スプリングの弾性力を蓄勢させる構造になっている。このアクチュエータでは、スプリングカートリッジ部内を往復動するロッドと、シリンダ部内を往復動するロッドとがハウジング部内でガイド部材にピンで取付けられ、このガイド部材がヨークに接続されている。ガイド部材は、バー状のガイドロッドにスライド可能に取付けられ、往復運動を回転運動に変換するときに、このガイド部材が横方向に案内されることでスコッチヨークに発生しようとする横荷重が抑えられる。

これらのアクチュエータをガスプラント等のガス供給ラインで使用する場合、回転弁の大型化に伴ってこの回転弁を回転させる出力を得るためにアクチュエータ全体も大型化する。その際、シリンダ部による往動作の出力と同時に、スプリングによる復動作の出力も向上させる必要があるため、このアクチュエータでは、スプリングを大型化することでその弾性力が高められている。

特開２００７−７８１３８号公報 米国特許第５６２６０５４号公報

しかしながら、特許文献１のアクチュエータにおいては、スプリングを押し縮めて弾性力を蓄勢させる構造であるため、蓄勢時にスプリングカートリッジ部のケース自体でスプリング荷重を支えることになる。そのため、押し縮められたスプリングの増大した弾発力がケースに加わることになり、この力に耐えるようにするために出力が大型のアクチュエータ、例えば、５０００Ｎ−ｍ以上のアクチュエータでは、肉厚を増したり補強用の部品を設ける必要が生じてコストが嵩むことがあった。更に、スプリングリテーナの外側とハウジング部遠隔側端面との間にスプリングが装着され、アクチュエータ本体の外方側にスプリングを押し縮める構造であるため、ピストンロッドとスプリングカートリッジ部との軸支部分からスプリングリテーナによる軸支部分までの２点の支点間距離が短くなり、この場合、出力が大型のアクチュエータでは往復動時にピストンロッドに発生する横荷重によって起こる軸振れを抑えることが難しくなる。しかも、スプリングリテーナとタイロッドとの間に隙間が設けられているため、シートリテーナ側のピストンロッドの軸振れが激しくなりやすい。

一方、同文献２のアクチュエータは、スプリングを引き縮めて弾性力を蓄勢させる構造であるため、スプリングによる荷重をスプリングカートリッジ部のケース自体で支える必要はない。しかし、このアクチュエータは、スプリングカートリッジから突出するロッドとシリンダ部から突出するロッドをハウジング内部で接続する構造であるため、偏心構造のスコッチヨークの往復動により横荷重が発生したときに、この横荷重によってピストンロッドやスプリングリテーナが軸振れを起こしやすくなり、これによりピストンロッドが撓んでスプリングリテーナがケース内側に接触する可能性があった。この場合、ピストンロッドの直進往復運動が妨げられて作動不良を招くおそれがある。このようなピストンロッドの撓みをおさえるためにハウジング内にバーが設置され、このバーによりそれぞれのロッドを接続するコネクタをおさえて横荷重を防止しようとしているが、このバーなどの部品により部品点数が増加すると同時にハウジングが大型化して重量も増加し、延いては、アクチュエータ全体が大型化してコストの増加にも繋がることになる。
しかも、このアクチュエータは、スプリングカートリッジ部から延設されたロッドとシリング部から延接されたロッドとをハウジング内部でガイド部材を用いて接続しているため、ハウジング部内に接続スペースが必要になりハウジング部の面間が広くなることでアクチュエータの全長が大きくなる。この場合、スプリングを引き縮める構造であることからガイド部材を用いた接続構造も複雑化し、横荷重抑制用の部品も多くなる。

本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、全体の複雑化や部品点数の増加を抑えつつ、大型の回転弁に搭載した場合でも安定した出力を得ることができ、スプリングの弾性力によってピストンロッドが動作するときの横荷重を抑えてこのピストンロッドの直進往復運動を回転運動にスムーズに変換できるスプリングリターン式空圧アクチュエータを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ピストンロッドの往復動を回動に変換させる変換機構を内蔵したハウジング部と、ピストンロッドの一側に設けたピストンを内蔵するシリンダ部と、ピストンロッドの他側にこのピストンロッドの往復動により拡縮するスプリングを内蔵したカートリッジ部とより成るアクチュエータであって、スプリングの外端面を略円板状のスプリングリテーナで保持し、このスプリングリテーナをピストンロッドの端部に固着すると共に、カートリッジ部内にピストンロッドと平行に少なくとも２本のセンターバーを配置し、このセンターバーでスプリングリテーナを支持してピストンロッドの横荷重を保持させたスプリングリターン式空圧アクチュエータである。

請求項２に係る発明は、ピストンロッドの外端部にスプリングリテーナを固着し、かつ、このスプリングリテーナにスプリングの外端面を当接させたスプリングリターン式空圧アクチュエータである。

請求項３に係る発明は、ピストンをピストンロッドと平行に配置した少なくとも２本のセンターバーで支持したスプリングリターン式空圧アクチュエータである。

請求項４に係る発明は、スプリングリテーナとピストンとをベアリングを介してセンターバーで保持したスプリングリターン式空圧アクチュエータである。

請求項５に係る発明は、スプリングを分割して直列に配置し、この分割スプリングの間にスプリングリテーナを設けたスプリングリターン式空圧アクチュエータである。

請求項６に係る発明は、ピストンロッドを分割構造とし、このピストンロッドをハウジング部の外方で接続可能に設けたスプリングリターン式空圧アクチュエータである。

請求項１に係る発明によると、スプリングの荷重をスプリングリテーナで受ける構造により全体の複雑化や部品点数の増加を抑えつつ、大型の回転弁に搭載する場合でも安定した出力を得ることができ、ピストンロッドの端部にスプリングリテーナを固着し、カートリッジ部内にピストンロッドと平行に配置した少なくとも２本のセンターバーでスプリングリテーナを支持しているので、ピストンロッドが往復動するときのスプリングの弾性力による横荷重を抑えることが可能になり、ピストンロッドの直進往復運動を回転運動にスムーズに変換して効率的に動作させることができる。

請求項２に係る発明によると、スプリングを引き縮めたときに弾性力を蓄勢させる構造としていることにより、スプリングによる荷重がケースに加わることを防いで全体の大きさや肉厚を必要最小限に抑えつつ強度を確保できる。このため、全体をコンパクトに形成して狭いスペースへの設置も可能になり、回転弁の向きに応じて取付け方向を変更することも容易になる。

請求項３に係る発明によると、ピストンが往復動するときの横荷重を抑えることができ、しかも、このピストン側におけるセンターバーによる横荷重の保持と、スプリング内蔵側におけるセンターバーによる横荷重の保持とにより変換機構の両側を支持することが可能になるため、変換機構によって生じる横荷重によるピストンロッドの軸振れを抑えてこのピストンロッドの直進往復運動を回転運動に高効率で変換してアクチュエータに接続する回転弁を正確に制御することが可能になる。

請求項４に係る発明によると、スプリングリテーナ、ピストンの横荷重による軸振れをベアリングで抑えることで安定したピストンロッドの往復動作を得ることができ、変換機構による変換時のロスを少なくできる。

請求項５に係る発明によると、長さが短いスプリングを使用でき、スプリングの製造が容易になり、スプリングの組込みも簡単になることでアクチュエータの組立て作業を簡略化できる。更には、このコンパクト化したスプリングの保管・運搬も簡単になる。

請求項６に係る発明によると、ハウジング部内にピストンロッドの接続スペースを必要とすることが無いため、ハウジング部の面間を小さく抑えて全体をコンパクト化できる。外部の空間でピストンロッドを接続する構成により、このピストンロッドの接続構造も単純化でき、部品点数を抑えることも可能になる。

本発明のスプリングリターン式空圧アクチュエータの復動終了状態を示す縦断面図である。 図１のアクチュエータが作動した状態を示す縦断面図である。 本発明のスプリングリターン式空圧アクチュエータの往動終了状態を示す縦断面図である。 アクチュエータと回転弁との取付け状態を示す一部省略縦断面図である。 アクチュエータの一部省略分離断面図である。 ハウジング部の一部省略縦断面図である。 図５におけるシリンダ部とハウジング部との接続状態を示す一部省略断面図である。 ピストンロッドを接続した状態を示す一部省略断面図である。 図８のハウジング部にカートリッジ部を接続した状態を示す一部省略拡大断面図である。 蓋部の取付け状態を示した一部省略拡大断面図である。

以下に、本発明におけるスプリングリターン式空圧アクチュエータの好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１においては、本発明のスプリングリターン式空圧アクチュエータの復動終了状態を示しており、図２においては、図１のアクチュエータが作動した状態を示しており、図３においては、スプリングリターン式空圧アクチュエータの往動終了状態を示している。

図１〜図３において、本発明におけるスプリングリターン式空圧アクチュエータ（以下、アクチュエータ）は、ハウジング部１と、シリンダ部２と、カートリッジ部３とを有し、これらを一体化することにより構成される。
ハウジング部１はハウジングケース５を有しており、このハウジングケース５内部には変換機構６が内蔵されている。変換機構６は、ピストンロッド７に固定されたピン８、スコッチヨーク９、出力軸１０を有し、また、ハウジングケース５にはストッパボルト１１、ブラケット１２が設けられている。

ピストンロッド７は、ハウジング部１のハウジングケース５に対して往復動可能に取付けられ、このピストンロッド７の所定位置にはその往復動の方向と直交する向きにピン８が突出して装着されている。このピストンロッド７は、単一部材に構成されていてもよいが、モジュール化や組立容易性の観点から分割構造とすることが望ましい。本実施形態では、ピストンロッド７は、雌ねじ１３を有する第１ロッド１４と、この雌ねじ１３に螺合する雄ねじ１５を有する第２ロッド１６とからなっており、雌ねじ１３と雄ねじ１５との螺合により、第１ロッド１４と第２ロッド１６とがハウジング部１の外方で接続可能になっている。なお、本実施形態において、ピストンロッド７が後述するスプリング１８の弾性力に抗する向きに作動する場合を往動、スプリング１８の弾性力の向きに作動する場合を復動とする。

図４において、出力軸１０は、ピストンロッド７と直交する方向に回動自在に設けられており、ボールバルブやバタフライバルブ等の回転弁１９の回転軸２０を接続可能な挿着穴１０ａが形成されている。挿着穴１０ａは、回転軸２０の径に応じて予め加工することが可能になっており、この挿着穴１０ａに図示しないキーを介して回転軸２０を固着可能になっている。出力軸１０は、スコッチヨーク９に挿着により固着され、このスコッチヨーク９と一体に回転可能になっている。スコッチヨーク９には凹状の係合部９ａが形成されている。この係合部９ａはピン８に係合可能であり、このピン８と係合部９ａとの係合によってピストンロッド７が往復動したときにスコッチヨーク９がピン８に押されて回転し、この回転によりスコッチヨーク９と一体に出力軸１０が回動する。このようにして、ピストンロッド７の往復動が変換機構６により出力軸１０の回動に変換される。

ストッパボルト１１は、回転時のスコッチヨーク９が当接可能な位置に螺合によりハウジングケース５に取付けられ、スコッチヨーク９の回転時には、このスコッチヨーク９がストッパボルト１１に当接して出力軸１０の回転範囲が規制される。ストッパボルト１１は、ハウジングケース５に対して螺入量が調節可能であり、これによって、スコッチヨーク９の回転範囲を細かく調節できる。

図４におけるブラケット１２は、回転弁１９への取付け用としてハウジング部１のハウジングケース５下部に設けられている。このブラケット１２は、ハウジング部１と一体に形成され、このブラケット１２により取付開口部２１が形成されている。図示しないが、この取付開口部２１からスパナ等の工具でボルトによりアクチュエータと回転弁１９とを固定できる。このように、ブラケット１２をハウジングケース５に一体化することで、スプリング１８が強い弾性力を有している場合でも、その弾性力に対してハウジング部１と回転弁１９とを強固に固定でき、アクチェータが大型である場合でも安定した作動が可能になる。しかも、回転弁１９の仕様に合わせた大きさにブラケット１２を予め加工できることにより、アクチュエータ全体の高さが低くなってコンパクト化が可能になり、部品点数も少なくなる。アクチュエータの取付時には、作業工数が少なくなって取付けが容易になり、回転弁１９を取付ける際には、取付開口部２１よりボルトで簡単に着脱可能であり、グランドボルトの増し締めも容易である。しかも、回転弁１９に対してアクチュエータの向きを９０度回転させて取付けできるため、回転弁１９の開閉方向を変更することも容易である。

シリンダ部２は、筒状のシリンダケース２５、円板状のピストン２６、エンドカバー２７、シリンダロッドガイド２８を有し、シリンダケース２５の開口両端にエンドカバー２７、シリンダロッドガイド２８がそれぞれ取付けられ、これらの間にピストン２６が内蔵されている。

ピストン２６には、ナット部材２９によりピストンロッド７の一側となる第１ロッド１４が固定され、この第１ロッド１４は、シリンダロッドガイド２８に形成された貫通穴２８ａに装着されたベアリング３０、Ｏリング３１を介してシリンダ部２内に装着される。ピストン２６には２つの連通穴２６ａ、２６ａが形成され、この連通穴２６ａにもベアリング３０、Ｏリング３１が装着されている。シリンダケース２５内のピストン２６とシリンダロッドガイド２８との間には図示しない給排気口が設けられ、この給排気口より圧縮エアを給排気することによってピストン２６がシリンダケース２５内を往復動し、この往復動によりピストン２６に一体に固定されたピストンロッド７が往復動可能になっている。

シリンダ部２の内部には少なくとも２本のセンターバー３３、３３が設けられ、このセンターバー３３は、ピストンロッド７と平行に、エンドカバー２７側のセンターバー３３に形成された雄螺子３３ａとエンドカバー２７に形成された雌螺子２７ａとの螺着と、シリンダロッドガイド２８側の固着ナット３４の螺着により固着されている。前記ピストン２６は、このセンターバー３３に装着され、支持された状態でシリンダケース２５内を往復動する。

カートリッジ部３は、ハウジング部１におけるシリンダ部２との他側に設けられ、筒状のスプリングケース３５と、円板状のスプリングロッドガイド３６、スプリングカバー３７を有し、スプリングケース３５の開口両端にスプリングロッドガイド３６、スプリングカバー３７がそれぞれ取付けられている。このカートリッジ部３内にはスプリングロッドガイド３６に形成された貫通穴３６ａに装着されたベアリング３０、Ｏリング３１を介してピストンロッド７が装入され、また、２つの略円板状のスプリングリテーナ３８である第１リテーナ３９、第２リテーナ４０を介してスプリング１８が内蔵されている。

第１リテーナ３９、第２リテーナ４０にはピストン２６と同様に２つの貫通穴３９ａ、４０ａがそれぞれ形成され、この貫通穴３９ａ、４０ａにベアリング３０が装着されている。さらに、第１リテーナ３９の中央には取付穴３９ｂ、第２リテーナ４０の中央には第２ロッド１６の外径よりもやや大きい内径の穴部４０ｂが設けられ、第１リテーナ３９は、取付穴３９ｂより突出させた第２ロッド１６端部に固定ナット４１により固定され、第２リテーナ４０は、第１リテーナ３９とスプリングロッドガイド３６との間に穴部４０ｂを介して第２ロッド１６に摺動自在に装着されている。この装着構造により、第１リテーナ３９は、ピストンロッド７と一体にカートリッジ部３内を往復動自在になり、第２リテーナ４０は、第１リテーナ３９の往復動に応じてスプリング１８を拡縮しながらピストンロッド７を摺動する。何れのリテーナ３９、４０も、ベアリング３０を介して後述のセンターバー４３に装着され、このセンターバー４３に対して摺動自在になっている。

スプリング１８は、大径スプリング４４、小径スプリング４５からなり、各スプリング４４、４５は２分割に分割されている。これによってスプリング１８（大径スプリング４４、小径スプリング４５）は、ピストンロッド７の往復動方向に直列に２組配置される。分割スプリング１８は、第１リテーナ３９と第２リテーナ４０との間、第２リテーナ４０とスプリングロッドガイド３６との間にそれぞれ装着され、この分割スプリング１８の間に第２リテーナ４０が配設される。この場合、４本のスプリング１８は、スプリングリテーナ３８で芯出しされながら保持されて倒れが防止された状態で設置され、ピストンロッド７のスムーズな作動が可能になっている。

これにより、スプリング１８は、スプリングリテーナ３８に外端面が当接した状態でこのスプリングリテーナ３８とハウジング部１取付け側との間に弾発した状態で保持されている。
シリンダ部２のシリンダ室に圧縮エアが給気された場合には、この圧縮エアによりピストン２６が往動し、ピストン２６と一体のピストンロッド７の往動によってスプリング１８が引き縮められてその弾性力が蓄勢される。このように、スプリング１８は、ピストンロッド７のシリンダ部２との他側にピストンロッド７の往復動により拡縮可能な状態で内蔵されている。

図６において、センターバー４３は、カートリッジ部３の内部にピストンロッド７と平行に少なくとも２本配置され、このセンターバー４３、４３は、このセンターバー４３に形成された雄螺子４３ａとスプリングカバー３７に形成された雌螺子３７ａとの螺着と、スプリングロッドガイド３６側の固着ナット３４の螺着により固着されている。ここで、「ピストンロッド７と平行」とは、（１）図６のセンターバー４３、４３に示すように、出力軸１０と直交方向となる平行配置、（２）図６のセンターバー４３ｘ、４３ｘに示すように、出力軸１０と平行方向となる平行配置が対象となる。

ピストンロッド７には、往復運動の際に、スコッチヨーク９の凹部９ａとピン８とが接触していることで、このピン８と凹部９ａとの接点Ｐ、Ｐ´において荷重が加わる。この荷重は、例えばピストンロッド７の往運動の際において、図１から図２の状態に移行する過程では接点Ｐで荷重Ｆ１となって図の方向に働くため、この荷重Ｆ１を、ピストンロッド７の往動方向の成分である縦成分荷重Ｆ１ｘと、この縦成分荷重Ｆ１ｘと直交する方向の成分である横成分荷重Ｆ１ｙとに分けることができ、この横成分荷重Ｆ１ｙがピストンロッド７に対する横荷重になる。

図２から図３の状態に移行する過程では接点Ｐで荷重Ｆ２となって図の方向に働くため、この荷重Ｆ２を、ピストンロッド７の往動方向の成分である縦成分荷重Ｆ２ｘと、この縦成分荷重Ｆ２ｘと直交する方向の成分である横成分荷重Ｆ２ｙとに分けることができ、この横成分荷重Ｆ２ｙがピストンロッド７に対する横荷重になり、このとき、この横成分荷重Ｆ２ｙは、出力軸１０を介して横成分荷重Ｆ１ｙの反対側に生じる。

また、ピストンロッド７の復運動の際には、図３から図２の状態に移行する過程では接点Ｐ´で荷重Ｆ３となって図の方向に働くため、この荷重Ｆ３を、ピストンロッド７の復動方向の成分である縦成分荷重Ｆ３ｘと、この縦成分荷重Ｆ３ｘと直交する方向の成分である横成分荷重Ｆ３ｙとに分けることができ、この横成分荷重Ｆ３ｙがピストンロッド７に対する横荷重になる。

図２から図１の状態に移行する過程では接点Ｐ´で荷重Ｆ４となって図の方向に働くため、この荷重Ｆ４を、ピストンロッド７の復動方向の成分である縦成分荷重Ｆ４ｘと、この縦成分荷重Ｆ４ｘと直交する方向の成分である横成分荷重Ｆ４ｙとに分けることができ、この横成分荷重Ｆ４ｙがピストンロッド７に対する横荷重になり、このとき、この横成分荷重Ｆ４ｙは、出力軸１０を介して横成分荷重Ｆ３ｙの反対側に生じる。これらの横成分荷重Ｆ３ｙ、横成分荷重Ｆ４ｙは、ピストンロッド７の動作方向において、横成分荷重Ｆ１ｙ、横成分荷重Ｆ２ｙとは反対方向に生じる。

このように、ピストンロッド７に加わる横荷重は、出力軸１０の直交方向で且つ交互に反対方向に生じることから、センターバー４３、４３は、図６に示すように、出力軸１０と直交方向で且つ、ピストンロッド７に対して等間隔Ｕに平行配置するのが好ましい。特に、図６に示す実施形態では、センターバー４３、４３の中心軸を、出力軸１０と直交方向において、ピストンロッド７の中心軸と同一平面Ｌ上に配置しており、等間隔Ｕに基づくモーメントを利用しつつ、横荷重を効率的に抑制している。

また、このセンターバー４３、４３は、上下のスコッチヨーク９、９の間に配置されていることから、各センターバー４３をスプリングロッドガイド３６に固定する固定ナット３４がスコッチヨーク９、９に干渉することが無く、スコッチヨーク９、９を収容するハウジングケース５をコンパクトに形成することができる。

次に、センターバーを出力軸１０と直交方向に平行配置する、上記（１）の第２例として、図６に示すように、４本のセンターバー４３ｙを上下のスコッチヨーク９、９と略同一平面上に配置してもよい。この配置の場合には、センターバー４３ｙをスプリングロッド３６に固定する固定ナット３４が、スコッチコーク９、９に干渉することの無いよう、ハウジングケース５をピストンロッド７の軸心方向にやや長く形成する必要がある。

更に、上記（２）の例のように、センターバー４３ｘ、４３ｘを、出力軸１０と平行方向となる平行配置としてもよい。この配置の場合には、上記（１）の例のように、等間隔Ｕに基づくモーメントを利用しないことから、センターバーの径をやや太く形成する必要があり、また、ハウジングケース５の高さをやや高く形成する必要がある。
なお、上述のセンターバー４３、４３ｘ、４３ｙの配置は、センターバー３３についても同様に適用可能である。

前記したように、スプリングリテーナ３８がセンターバー４３により芯出しされた状態で支持されながらカートリッジ部３内を往復動することにより、アクチュエータは、ピストンロッド７往復動時の横荷重を保持することが可能になっている。

スプリングカバー３７には開口部４６が形成され、この開口部４６を介してピストンロッド７に固定ナット４１を螺着可能になっている。この開口部４６には固着ボルト４７により略円板状の蓋体４８を着脱可能になっており、この蓋体４８を装着することで開口部４６が閉塞される。

本発明のアクチュエータは、上述した構成によりピストンロッド７がスコッチヨーク９の両端側でピストン２６、第１リテーナ３９により支持され、シリンダ部２への給気によりピストン２６を往動させ、カートリッジ部３に設けたスプリング１８によりピストン２６を復動させ、このピストン２６の往復動をピストンロッド７を介してハウジング部１の変換機構６に伝達し、この変換機構６によって出力軸１０の回動に変換させることが可能になっている。このため、緊急時等において、強制的にピストンロッド７を復動させて回転弁１９を動作させることが可能になっている。

なお、本実施形態においては、変換機構６としてスコッチヨーク９・ピン８によってピストンロッド７の往復動を回動に変換させるスコッチヨーク機構を用いた場合を説明したが、この変換機構６はスコッチヨーク機構以外の機構であってもよく、例えば、図示しないラック・ピニオンによる機構や、ギア機構などの各種の変換機構を用いることも可能である。また、ピストン２６・エンドカバー２７・シリンダロッドガイド２８、スプリングロッドガイド３６・スプリングカバー３７は、それぞれ鋳物から形成可能であり、これらの鋳物部品の完成状態が同一になるように予めその形状を設定することにより、鋳物素材の共用化を図り、鋳造型の種類を低減して型費用を削減することも可能である。

続いて、上記のアクチュエータを組立てる場合を説明する。図５及び図７〜図１０においては、アクチュエータの組立て手順を示している。
図５の分離断面図に示すように、シリンダ部２、カートリッジ部３は、それぞれ前述した状態に予め組み込まれている。ハウジング部１においては、ピストンロッド７がスコッチヨーク９から外れた状態になっており、第１ロッド１４と第２ロッド１６とが分離した状態になっている。このため、シリンダ部２のピストン２６には、第１ロッド１４のみが取付けられている。

先ず、図７に示すように、ハウジング部１のハウジングケース５内に第１ロッド１４を装入しながらハウジング部１とシリンダ部２とを組合わせる。このとき、スコッチヨークの係合部９ａに第１ロッド１４に取付けられているピン８を係合させる。ハウジング部１とシリンダ部２との組合わせ後には、第１ロッド１４の端部は、ハウジング部１のカートリッジ部３取付け側より突出した状態になっている。
この状態で、図８において、第１ロッド１４の雌ねじ１３に第２ロッド１６の雄ねじ１５を螺合させてこの第１ロッド１４と第２ロッド１６とを一体化させる。その後、ピストンロッド７の復動状態まで出力軸１０を回転させる。

図９に示すように、スプリングロッドガイドの貫通穴３６ａにピストンロッド７を挿入させながら、カートリッジ部３とハウジング部１とを組合わせる。組合わせ後には、ピストンロッド７（第２ロッド１６）の先端側が第１リテーナ３９の取付穴３９ｂより突出した状態になる。この第２ロッド１６先端側に固定ナット４１を螺着することで、第２ロッド１６に第１リテーナ３９を固定する。このとき、ハウジング部１に、カートリッジ部３・シリンダ部２が強固に固定される。なお、ピストンロッド７の往復動時には、このピストンロッド７の動作に伴ってスプリング１８がスプリングリテーナ３８を介して拡縮動作する。
最後に、図１０において、固着ボルト４７により蓋体４８を開口部４６に取付け、この開口部４６を被蓋してアクチュエータの組立てを完了する。

上述したように、アクチュエータの組立て時において、ハウジング部１に対して予めユニット化したシリンダ部２と、カートリッジ部３とを組合わせ、この状態でピストンロッド７に固着ボルト４７を螺着することで簡単に一体化できる。このため、組込み用の内部部品を取付けたり、シリンダ部２、カートリッジ部３からシリンダケース２５、スプリングケース３５を着脱する必要がなく、部品点数の削減を図りつつ組立て性の向上を図ることができる。

次に、本発明の上記実施形態におけるアクチュエータの動作を述べる。
図１においては、シリンダ部２から圧縮エアが排気された状態を示している。この場合、スプリング１８がその弾性力により伸長した状態になり、この伸長により第１リテーナ３９がスプリングカバー３７側に移動する。この第１リテーナ３９の移動によってピストンロッド７が復動し、この復動がピン８、スコッチヨーク９を介して出力軸１０に伝達され、出力軸１０が復動方向に回転する。スコッチヨーク９の回転はストッパボルト１１により制限されるため、出力軸１０は所定の位置まで回転する。この出力軸１０の回転により、回転弁１９の回転軸２０が所定方向に回転する。

図２において、給排気口からシリンダ部２に圧縮エアが供給されると、この供給された圧縮エアが蓄積され、この圧縮エアの蓄積に伴ってピストン２６がエンドカバー２７の方向に移動する。このとき、図３に示すように、ピストン２６の移動に伴ってピストンロッド７がスプリング１８を引き縮めながら往動し、この往動がピン８、スコッチヨーク９を介して出力軸１０に伝達され、出力軸１０が往動方向に回転する。スコッチヨーク９の往動は、復動時と同様にストッパボルト１１により制限されるため、スコッチヨーク９はその制限位置まで回転した状態で停止する。このスコッチヨーク９の回転により、出力軸１０が所定の位置まで回転し、この出力軸１０の回転により、回転弁１９の回転軸２０が復動時の回転方向と逆方向に回転する。

図２の状態において、例えば、火災や電気信号の断裂などの緊急時や、或は、任意に回転弁１９を操作する際には、給排気口への圧縮エアの供給が停止したときにシリンダ部２から圧縮エアが抜けることによりスプリング１８が伸長し、このスプリング１８の伸長に伴ってピストンロッド７が復動し、スコッチヨーク９、出力軸１０が復動方向に回転して回転弁１９の回転軸２０が所定方向に回転する。

本発明のスプリングリターン式空圧アクチュエータは、スプリング１８の外端面をスプリングリテーナ３８で保持し、このスプリングリテーナ３８をピストンロッド７の端部に固着すると共に、図６に示すように、カートリッジ部３内にピストンロッド７と平行に少なくとも２本のセンターバー４３、４３を配置し、このセンターバー４３、４３でスプリングリテーナ３８を支持してピストンロッド７の横荷重を保持させているので、上記した動作時においてスコッチヨーク９の偏心動作を備えた変換機構６の往復動による横荷重を、２本のセンターバー４３、４３で支えて軸振れを防ぎながら保持できる。

これにより、全体の複雑化や部品点数の増加を抑えつつ、ピストンロッド７の撓み、スプリングリテーナ３８のスプリングケース３５内部への接触、スプリング１８の倒れを防いで、ピストンロッド７の直進往復運動をスムーズにおこない、確実かつ高精度に出力軸１０を回転させて作動不良を回避できる。

しかも、ピストン２６に関しても、ピストンロッド７と平行に配置した少なくとも２本のセンターバー３３、３３で支持しているので、ピストン２６往復時の横荷重を抑えることができ、この結果、スコッチヨーク９の動作により発生する横荷重を、カートリッジ部３側の２本のセンターバー４３、４３、シリンダ部２側の２本のセンターバー３３、３３により支持しているため、ピストンロッド７の両端に位置するスプリングリテーナ３８とピストン２６が各センターバー４３、３３に沿って作動し、ピストンロッド７は、軸振れが抑えられた状態でスムーズに往復動作する。

ピストンロッド７の外端部（第２ロッド１６）にスプリングリテーナ３８（第１リテーナ３９）を固着し、かつ、このスプリングリテーナ３８にスプリング１８の外端面１８ａを当接させているので、スプリング１８を引き縮めたときの弾性力（反発力）がスプリングリテーナ３８とスプリングロッドガイド３６との間に蓄勢され、このスプリング荷重がセンターバー４３やスプリングケース３５に伝達することが防止されている。そのため、スプリングケース３５の肉厚を薄くしたりアクチュエータの内部構造を簡略化でき、アクチュエータ全体の重量を軽くすることもできる。更に、第１リテーナ３９を固着する固定ナット４１を外すことのない限りスプリング１８を取外すことができず、この固定ナット４１は、通常時には蓋体４８により隠れた状態にあるため、誤操作等によりスプリング１８が飛び出すことのない安全構造になっている。

更に、スプリングの外端部１８ａ付近でピストンロッド７を支えた構造としているので、モーメントを大きく確保しつつ支える荷重を小さくすることができ、ピストンロッド７の径も小さく抑えることが可能になる。このとき、ピストンロッド７とスプリングロッドガイド３６とによる軸支部分と、第１リテーナ３９とセンターバー４３とによる軸支部分とによる２点の支点間距離をカートリッジ部３内において最大寸法に設けることができる。これにより、変換機構６の横荷重による軸振れを確実に抑えることができる。

ピストンロッド７を第１ロッド１４と第２ロッド１６とからなる分割構造に設けているので、モジュール化が容易であり、かつ、組立も容易になる。ピストンロッド７をハウジング部１の外方で接続可能であるので、このハウジング部１内にピストンロッド７接続用のスペースを設ける必要がなく、ハウジング部１の面間を小さくしてアクチュエータ全体をコンパクト化できる。

１ ハウジング部
２ シリンダ部
３ カートリッジ部
６ 変換機構
７ ピストンロッド
１４ 第１ロッド
１６ 第２ロッド
１８ スプリング
１８ａ 外端面
２６ ピストン
３０ ベアリング
３３、４３ センターバー
３８ スプリングリテーナ
３９ 第１リテーナ
４０ 第２リテーナ

Claims (6)

1. ピストンロッドの往復動を回動に変換させる変換機構を内蔵したハウジング部と、ピストンロッドの一側に設けたピストンを内蔵するシリンダ部と、ピストンロッドの他側にこのピストンロッドの往復動により拡縮するスプリングを内蔵したカートリッジ部とより成るアクチュエータであって、前記スプリングの外端面を略円板状のスプリングリテーナで保持し、このスプリングリテーナを前記ピストンロッドの端部に固着すると共に、前記カートリッジ部内に前記ピストンロッドと平行に少なくとも２本のセンターバーを配置し、このセンターバーで前記スプリングリテーナを支持してピストンロッドの横荷重を保持させたことを特徴とするスプリングリターン式空圧アクチュエータ。
2. 前記ピストンロッドの外端部に前記スプリングリテーナを固着し、かつ、このスプリングリテーナに前記スプリングの外端面を当接させた請求項１に記載のスプリングリターン式空圧アクチュエータ。
3. 前記ピストンを前記ピストンロッドと平行に配置した少なくとも２本のセンターバーで支持した請求項１又は２に記載のスプリングリターン式空圧アクチュエータ。
4. 前記スプリングリテーナと前記ピストンとをベアリングを介して前記センターバーで保持した請求項３に記載のスプリングリターン式空圧アクチュエータ。
5. 前記スプリングを分割して直列に配置し、この分割スプリングの間に前記スプリングリテーナを設けた請求項１乃至４の何れか１項に記載のスプリングリターン式空圧アクチュエータ。
6. 前記ピストンロッドを分割構造とし、このピストンロッドをハウジング部の外方で接続可能に設けた請求項１乃至５の何れか１項に記載のスプリングリターン式空圧アクチュエータ。

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