JP4723819B2 - アクチュエータ、ラックピニオンアクチュエータ、ラックピニオンアクチュエータのサイクル寿命を延ばすための方法 - Google Patents

Description

本発明は一般に、アクチュエータに関し、より詳細には、アクチュエータの修理または交換の前に延長実行時間を要する、アクチュエータで制御された装置に関する。

直線運動を回転運動に変換するラックピニオンアクチュエータの概念は、当技術分野で周知のものである。従来のアクチュエータに関する問題の１つは、繰り返し使用するために、しばしばアクチュエータを交換または修理する必要があることである。適用分野によっては、アクチュエータの修理または交換のためにシステム全体の運転を停止する必要があるため、アクチュエータの修理または交換を最小限に抑える必要がある。ラックピニオンアクチュエータに加えられる力は不均衡に配分されるため、ラックピニオンアクチュエータの耐用年数を延長させることは難しい場合が多い。

本発明は、アクチュエータを頻繁に修理および交換する必要がない、耐用年数が長いアクチュエータを提供する。

簡単に述べると、本発明は、摺動領域を含む１組の摺動可能なピストンを有するアクチュエータを備えており、摺動領域は、弾性部材によって支持された少なくとも１つの磨耗部材を含む。第２の磨耗部材は、第１の磨耗部材から横方向に間隔を置いて配置され、第１と第２の磨耗部材の間で潤滑剤を搬送して、磨耗部材をハウジングの円筒形の壁と潤滑にした滑り係合状態に維持し、アクチュエータの交換または修理の必要を制限することができる。アクチュエータ内の室から流体を迅速に流入および流出させるため、溝通気路が各ピストンの延長部の後側に沿って延びて、流体を迅速に放出できるようになされている。

図１は、本発明の長期耐用ラックピニオンアクチュエータ１０を示す部分切断図である。アクチュエータ１０は、一端にある端面キャップ１５および反対側の端部にある端面キャップ１５ａを有するハウジング１１を備える。回転可能な軸１６は、上部および下部の１組の軸上の周囲の歯１６ａを有しており、ハウジング１１内の中心に配置され、回転可能に取り付けられている。ピストン延長部ラック１２ａは、ピストン１２の面から外側に延びており、歯１６ａとかみ合い係合するように配置されている。１組のばね１４ａおよび１４は、ピストンを引き込めたときに、ピストン１２に停止部を提供する。停止端部２２を有するボルト２１ａ、およびボルト２１ａ上のナット２１は、ピストン１２の後側と係合する停止端部２２の調節を提供する。図１ではピストンを１つだけ示してあるが、このアクチュエータは対称的であり、アクチュエータ１０の反対側に第２のピストンを備える。

図２は、ピストン１２の分離した頂部の側面斜視図を示しており、ピストン１２は、ピストン１２の面１２ａから延びる円筒形のスカート３０およびオフセット延長部１３を有する。歯１３ａのラックは、延長部１３上に配置されて、回転可能な軸１６上の歯１６ａと係合する。溝通気路２０は、延長部１３の下側に位置して、流体がそれを通って出入りできるようになされている。オフセット延長部上の歯１３ａもピストン１２の中心からオフセットされ、回転可能な軸１６ａを駆動するために使用されるため、ピストンの面上には特有の不均衡な力が加えられ、密封部材を担持するピストンのスカート上に不等な力が加えられ、そのためピストンのスカートの部分上により高い磨耗性領域がもたらされることになる。

図３は、ピストン１２の分離した底部側面斜視図を示し、延長部１３の下側に沿って長手方向に延びる溝通気路２０、ならびに延長部１３用の一体式の細長い補強リブ１３ｂを示す。

図４は、図１の線４−４に沿って切り取った断面図を示し、ピストン１２およびピストン３２が、回転可能な軸１６上の歯１６ａと係合しているところを示す。ピストン３２およびピストン１２は、互いに同一のものである。

アクチュエータ１０の運転の際、ピストン端室４０およびピストン端室４１内の圧力が中央室３５内の圧力よりも高い場合は、ピストン１２および３２は、互いに向かって駆動され、それによって、それぞれピストン１２および３２の延長部上の歯が軸上の歯１６ａと係合し、軸１６を回転させるときに、軸１６を反時計回りに回転させる。同様に、中央室３５内の圧力がピストン端室４０および４１内の圧力よりも高い場合は、ピストンは互いから離れるように駆動され、軸１６上の歯１６ａとの係合によって軸１６を時計回りに回転させる。したがって、ピストン端室４０および４１ならびに中央室３５内の圧力を制御することによって、ピストン１２および３２を円筒形の側壁１１ａ内で前後に駆動することができる。

図５は、図１の線５−５に沿って切り取った断面図であり、ハウジング１１内に回転可能に取り付けられた軸１６に関連するピストン１２および３２を示す。ピストン１２は、周囲密封部および潤滑領域４３を備え、ピストン３２は同様に、周囲密封部および潤滑領域４２を備える。

図５ａは、ピストン３２の摺動領域４２をさらに詳細に示す。ハウジング１１は、円筒形のピストンの壁面１１ａを有して、ピストン３２がその壁面に沿って摺動するようになされている。３つの周囲の凹部３２ａ、３２ｂ、および３２ｃが、ピストン３２のスカート上に配置されている。凹部３２ａは、環状の磨耗部材５１を担持して、壁面１１ａと滑り係合できるようになされている。同様に、凹部３２ｃは、磨耗部材５２を担持して、壁面１１ａと滑り係合できるようになされている。さらに、凹部３２ｃは、エラストマーなど弾性密封部材５３を担持して、その周りの流れを阻止し、壁１１ａに対する弾性保持磨耗部材５２を担持して、ピストン３２が円筒形の密封壁１１ａに沿って横方向に摺動できるようにする。図で示した実施形態では、磨耗部材５１および５２は、ナイロンなど剛性の磨耗材料から作成される。この剛性磨耗材料は、円筒形密封壁１１ａよりも柔軟であるが、なお十分な耐久性があり、交換の必要がなく、滑り係合の繰り返しに耐えることができるものである。またピストン上の弾性密封部材５３も交換する必要なく、ピストンが繰り返し変位できるようになる。

潤滑剤を搬送するための環状の潤滑凹部３２ｂは、凹部３２ａと３２ｃの間に配置されている。固体または粘性の潤滑剤を潤滑凹部３２ｂ内に入れて、ピストン３２が前後に摺動するときに、潤滑剤をピストンスカート上に搬送できるようにし、それによって、潤滑剤を磨耗部材５１および５２の付近に連続して供給することができるようにする。したがって、凹部３２ｂ内で保持することができる潤滑剤７０は、表面１１ａを連続して潤滑するために使用可能であり、ピストン３２が前後に摺動するときに磨耗を最小限に抑え、磨耗部材５１および５２は円筒形の壁の表面１１ａと滑り係合状態にある。

図６は、アクチュエータ１０の断面図を示し、溝通気路２０がハウジングの壁１１内の通路１１ｂと流体連通して、ピストン１２および３２が前後に移動するときに流体が中央室３５から逃げることができるようになされたところを示す。

本発明のアクチュエータ１０は、多様なシステムで有用である。図７は、輸送システムで見られる円板弁６３など回転可能な弁に取り付けた、本発明のアクチュエータ１０を示す。図で示した実施形態では、第１の導管６１は、通路内に配置された円板弁６３で導管６０に連結されている。軸６２は、円板弁６３を担持し、アクチュエータ１０の回転可能な軸１６と係合する上端６２ａを有する。

下端６２ｂは、軸１６の下端の回転可能な支持を提供する。アクチュエータ１０には、流体ポート１０ｃおよび１０ｄが設けられており、流体ポート１０ｃおよび１０ｄはアクチュエータ１０内の室に連結されて、ピストン１２および３２が前後に駆動され、それによって軸１６ａを回転させ、軸１６ａは軸６２を回転させて、導管６１から導管６２への通路を開閉することができるようになされている。図７で見ることができるように、円板弁６３は、開位置に位置して、流体の流れが円板弁６３の両側を通過できるようになされたところが示してある。通路を閉鎖するには、円板弁６３を９０度回転して、円板弁６３が導管６０および６１に対して垂直になるようにする。

図８は、１組のアクチュエータ１０および１０’を円板弁に連結して、システム内で材料の方向をそらすことができるようにするシステムを示す。図８で示したシステムでは、材料は導管７２を通ってホッパ７１に向けられている。次いで、材料は管７３内に流れ、分岐管７４および７５内に流れる。アクチュエータ１０に対する弁が開いた状態の場合は、材料はビン７６内に流れるが、この弁が閉じた状態の場合は、材料はビン７６内に流れるのが阻止される。同様に、アクチュエータ１０’に取り付けた弁が開いた状態の場合は、材料はビン７７内に流れ、この弁が閉じた状態の場合は、材料はビン７７内に流れるのが阻止される。

本発明の磨耗部材と潤滑剤だめの組合せによって、アクチュエータを交換または修理する必要なく、１００万を超えるピストンサイクルを得ることができる。
したがって、本発明は、ピストンのスカート上で担持されて、シリンダの壁との摺動係合部を形成する少なくとも２つの間隔を置いて配置された磨耗部材を形成するステップと、エラストマー部材を間隔を置いて配置された磨耗部材の少なくとも１つに近接して配置して、流体がそこを通過して流れるのを阻止すると共に、間隔を置いて配置された磨耗部材の少なくとも１つがシリンダの壁と弾性接触状態になるように弾性的に維持するステップとを含む、ラックピニオンアクチュエータのサイクル寿命を延ばすための方法を含む。さらに、粘性または固体潤滑剤など流れない潤滑剤を、間隔を置いて配置した部材の間に入れるステップによって、磨耗部材の絶えず存在する潤滑を提供することができる。

したがって、本発明は、回転可能な軸、およびシリンダ内で摺動可能な１組のピストンを有するアクチュエータを備えた輸送システムを含んでおり、各ピストンは、回転可能な軸上の１組の歯と係合するための１組の歯を有して、ピストンの互いに接近し遠ざかる変位によって、回転可能な軸を少なくとも部分的に回転させる。各ピストンは、スカート上に配置された第１の磨耗部材、潤滑剤、および第２の磨耗部材を担持するスカートを有する。内部の弾性またはエラストマー密封部材は、磨耗部材に近接して配置されて、流体がそこを通過して流れるのを阻止し、その中で搬送される潤滑剤がシリンダと磨耗部材の間の潤滑な状態を維持して、磨耗部材を交換または密封する必要なく、ピストンが繰り返し変位できるようにする。

各ピストンのスカートの周囲領域の周りに延びる潤滑凹部で、磨耗部材の３６０度の潤滑のために潤滑剤を搬送することができる。

本発明の長期耐用ラックピニオンアクチュエータを示す部分切断図である。 図１のアクチュエータ内のピストンの分離した頂部側面斜視図である。 図１のアクチュエータ内のピストンの分離した底部側面斜視図である。 図１の線４−４に沿って切り取った断面図である。 図１の線５−５に沿って切り取った断面図である。 アクチュエータ内のピストン上の摺動領域の一部を示す拡大図である。 図１の線６−６に沿って切り取った断面図である。 円板弁を制御する、本発明のアクチュエータを有する輸送システムを示す図である。 材料の１組のビンへの送出を制御する１対の円板弁を有する１対のアクチュエータを使用する輸送システムを示す図である。

１０ アクチュエータ
１１ ハウジング
１２ ピストン
１３ａ 歯
１４ ばね
１４ａ ばね
１５ 端面キャップ
１５ａ 端面キャップ
１６ 軸
１６ａ 歯
２１ａ ボルト
２１ ナット
２２ 停止端部

Claims (19)

1. 回転可能な軸、およびシリンダ内で摺動可能な１組のピストンを有し、各前記ピストンが、１組の歯を有して前記回転可能な軸上の１組の歯と係合し、互いに接近しまたは遠ざかる前記ピストンの変位によって前記回転可能な軸を少なくとも部分的に回転させ、
   各前記１組のピストンがスカートを有し、各前記スカートが外側摩耗部材（５２）、潤滑剤、および弾性密封部材（５３）を担持し、前記弾性密封部材（５３）は、流体が前記弾性密封部材（５３）の周囲を通過して流れるのを阻止し、外側磨耗部材（５２）を前記シリンダと接触状態に維持し、
   前記弾性密封部材（５３）を同じ凹部（３２ｃ）の中で前記外側摩耗部材（５２）と近接して配置し、
   前記スカート上にそれぞれ別の凹部を備え、各前記別の凹部がその中でさらなる磨耗部材（５１）を保持し、
   前記潤滑剤が、前記シリンダと前記外側磨耗部材（５２）との間、および前記シリンダと前記さらなる磨耗部材（５１）との間に絶えず存在する潤滑な状態を維持して、前記ピストン上の前記弾性密封部材（５３）を交換する必要なく、前記ピストンが繰り返し変位できるようにする、アクチュエータ。
2. 前記アクチュエータは導管に接続され、該導管内に弁を備え、前記弁は、前記アクチュエータの作用により弁を一方向に回転させたときに、前記導管を開け、弁を反対方向に回転させたときに、前記導管を閉鎖する、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記アクチュエータの前記回転可能な軸を前記弁に連結して、前記ピストンの直線の変位によって前記弁を開閉できるようになされた、請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記さらなる磨耗部材（５１）と前記外側摩耗部材（５２）との間に位置する、各前記スカート上の潤滑凹部を備える、請求項１に記載のアクチュエータ。
5. 前記さらなる磨耗部材（５１）と前記外側摩耗部材（５２）が、ポリマープラスチック部材を含む、請求項１に記載のアクチュエータ。
6. 前記スカート上で担持される前記さらなる磨耗部材（５１）と前記外側摩耗部材（５２）および前記潤滑部が十分な量の潤滑剤であって、前記さらなる磨耗部材（５１）と前記外側摩耗部材（５２）を再潤滑または交換せずに、前記ピストンの少なくとも１００万変位サイクルを可能にする、請求項１に記載のアクチュエータ。
7. 各ピストンが、ピストン上に歯のラックを有する延長部を備える、請求項１に記載のアクチュエータ。
8. 各ピストンが、前記延長部内にある１組のリブを備える、請求項１に記載のアクチュエータ。
9. 各前記延長部に沿って延びる細長い溝通気路を備えて、前記１組のピストンの間に位置する中央室からの通気を可能にする、請求項８に記載のアクチュエータ。
10. 前記潤滑剤が粘性潤滑剤を含む、請求項１に記載のアクチュエータ。
11. それぞれ回転可能な軸と係合する歯のラックを有する１対の摺動可能なピストンを有し、各ピストンのスカート上に改良された摺動領域を備え、前記改良された摺動領域が、弾性密封部材（５３）によってシリンダの壁に隣接した圧力接触状態で支持される外側摩耗部材（５２）を有し、前記弾性密封部材（５３）を同じ凹部（３２ｃ）の中で前記外側摩耗部材（５２）と近接して配置し、
    各前記ピストンの前記スカート上に配置されたさらなる磨耗部材（５１）を備えて、各前記ピストンに摺動支持を提供し、
    前記外側磨耗部材（５２）と前記さらなる磨耗部材（５１）との間に配置され、前記スカートの周囲領域の周りに延び、前記外側磨耗部材（５２）と前記さらなる磨耗部材（５１）との３６０度の潤滑のために潤滑剤を搬送する潤滑凹部を備える、ラックピニオンアクチュエータ。
12. 前記外側磨耗部材（５２）と前記さらなる磨耗部材（５１）とが、各前記ピストンの前記スカートの周囲に延びる凹部内に固定されている、請求項１１に記載のラックピニオンアクチュエータ。
13. 前記弾性密封部材がエラストマーリングを備える、請求項１２に記載のラックピニオンアクチュエータ。
14. 各前記ピストンが、前記ピストンの後側に沿って配置された溝通気路を有する延長部を備えて、流体を前記ラックピニオンアクチュエータ内の中央室から排出する、請求項１３に記載のラックピニオンアクチュエータ。
15. 回転可能な円板弁を前記ラックピニオンアクチュエータ内の回転可能な軸に連結して、前記円板弁が輸送システムに設置された場合に、前記円板弁を開閉できるようにする、請求項１４に記載のラックピニオンアクチュエータ。
16. シリンダの壁との摺動係合部を形成するための、ピストン（３２）のスカート（３０）上で担持可能な外側磨耗部材（５２）を形成するステップと、
    弾性密封部材（５３）を前記外側磨耗部材（５２）に近接して配置して、流体がそこを通過して流れるのを阻止すると共に、前記外側磨耗部材（５２）を前記シリンダの壁と弾性接触状態に弾性的に維持するステップと、
    さらなる磨耗部材（５１）を、前記スカート上の前記外側磨耗部材（５２）から間隔を置いて各前記ピストンの前記スカート上に配置するステップと、
    前記潤滑剤を前記さらなる磨耗部材（５１）と前記外側磨耗部材（５２）との間に入れるステップとを含む、ラックピニオンアクチュエータのサイクル寿命を延ばすための方法。
17. 流れない潤滑剤を前記間隔を置いて配置された前記さらなる磨耗部材（５１）と前記外側磨耗部材（５２）の間に入れて、これらの磨耗部材の絶えず存在する潤滑を提供するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記潤滑剤を各前記ピストンの前記スカート内の環状凹部内に入れる、請求項１６に記載の方法。
19. 前記潤滑剤を、各前記ピストンの前記スカートの周囲にめぐらせる、請求項１８に記載の方法。

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