JP4749811B2 - Spring return type rotary actuator - Google Patents
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Description
本発明は、スプリングリターン式ロータリアクチュエータに関し、特に、ボールバルブやバタフライバルブ等の回転弁に用いるアクチュエータの改良に関する。 The present invention relates to a spring return type rotary actuator, and more particularly to improvement of an actuator used for a rotary valve such as a ball valve or a butterfly valve.
従来、この種のスプリングリターン式ロータリアクチュエータは、シリンダとばね装置とを直列に配設し、一方向にはシリンダ内への空気、油等の流体圧力によって作動させ、他方向にはばね装置のばねの弾性反発力によって作動できるようにしている。ばね装置内のばねは、弾発力に抗して収縮させた状態で収納されている。
このようなロータリアクチュエータとして、例えば、特許文献1における図8〜図10の従来例のように、ばねを圧縮した状態でケーシング内に収納し、このケーシングの両側の被蓋部位をタイロッドと呼ばれるロッドをケーシングの外側に設けた状態でナット等により締付け固定したものがある。この場合、タイロッドは、ばねの最大伸長の長さよりも短く形成しており、このタイロッドを締付け固定することによりばねの弾性反発力を維持した状態でばね装置内に収納している。
Conventionally, this type of spring return type rotary actuator has a cylinder and a spring device arranged in series, and is actuated by fluid pressure of air, oil, etc. into the cylinder in one direction, and the spring device in the other direction. It can be operated by the elastic repulsive force of the spring. The spring in the spring device is housed in a contracted state against the elastic force.
As such a rotary actuator, for example, as in the conventional examples of FIGS. 8 to 10 in Patent Document 1, a spring is stored in a casing in a compressed state, and the covered portions on both sides of the casing are rods called tie rods. Is fixed by tightening with a nut or the like in a state of being provided outside the casing. In this case, the tie rod is formed shorter than the maximum extension length of the spring, and the tie rod is housed in the spring device while the elastic repulsion force of the spring is maintained by tightening and fixing the tie rod.
このため、メンテナンス等においてこのアクチュエータを分解する場合、タイロッドを取り外したときにばねの弾性反発力によってばねを抑えつけている蓋部分が飛ばされたり、ばねが飛び出したりして作業者が怪我をしたり器物を破損したりする危険性がある。
これを防ぐため、特許文献1のシリンダ式アクチュエータは、ロッドを長いねじ込み長さを有するようにおねじとめねじを螺合させてなり、この螺合が外れるまで弛めたときにばねが既に自由長にまで伸長されるように構成している。これにより、ばね装置の分解時などにロッドを弛めたときにばねの弾性反発力が残存するのを防いで、ばねの飛び出し等を防止している。
For this reason, when disassembling this actuator for maintenance, etc., when the tie rod is removed, the cover part holding the spring by the elastic repulsive force of the spring is blown or the spring pops out and the operator is injured. There is a risk of damage to the instrument.
In order to prevent this, the cylinder type actuator disclosed in Patent Document 1 is formed by screwing a screw and a female screw so that the rod has a long screw-in length, and the spring is already free when the screw is loosened until the screw is released. It is configured to be extended to a long length. This prevents the spring's elastic repulsion from remaining when the rod is loosened when the spring device is disassembled, thereby preventing the spring from jumping out.
また、特許文献2のロータリアクチュエータは、図示されていないが、スプリング部とシリンダ部はスプリング部の外部に設けられたタイロッドで固定され、スプリング部をカートリッジ式とすることでこのスプリング部をシリンダ部から取付け・取外し可能に設けている。これにより、スプリング部をシリンダ部から取り外したときに、スプリング部からスプリングが跳ね出すのを防止している。
しかしながら、特許文献1および特許文献2のアクチュエータは、何れもタイロッドがアクチュエータの外部側に装着されているため簡単にタイロッドを緩めたり締めたりすることができ、このためアクチュエータを分解する際に誤って外されたり、外部からの接触などによって螺着部分が自然に緩んだり、或は、悪戯などによって故意に取り外されたりするおそれがあるため、安全性に問題があった。スプリング部がシリンダ部から取り外されると、スプリング部によるスプリングリターン機能が働かなくなるため、これを防ぐ必要がある。 However, since the actuators of Patent Document 1 and Patent Document 2 are both attached to the outside of the actuator, the tie rod can be easily loosened or tightened. There is a problem in safety because the screwed part may be loosened naturally due to removal, contact from the outside, or intentional removal due to mischief or the like. If the spring part is removed from the cylinder part, the spring return function by the spring part does not work, so this must be prevented.
更に、特許文献1のシリンダ式アクチュエータにおいては、シリンダとばね装置が一体化した構造であるため、組立てや分解が複雑であり、メンテナンスが面倒であるという問題もあった。
一方、特許文献2のロータリアクチュエータは、スプリング部をカートリッジ式にすることでスプリング部とシリンダ部との分解が可能になり、メンテナンス等を行いやすくしているが、タイロッドがスプリングカートリッジの外側に取り付けられているという前述の問題が残っていた。
Furthermore, since the cylinder type actuator of Patent Document 1 has a structure in which the cylinder and the spring device are integrated, there is a problem that assembly and disassembly are complicated and maintenance is troublesome.
On the other hand, the rotary actuator of Patent Document 2 makes it possible to disassemble the spring part and the cylinder part by making the spring part a cartridge type, which makes maintenance easier, but the tie rod is attached to the outside of the spring cartridge. The above-mentioned problem of being left was left.
本発明は、従来の課題点に鑑みて開発したものであり、その目的とするところは、分解時にばねや部品が飛び出したりするのを防いで容易にメンテナンス等を行うことができるアクチュエータであって、外部からのタイロッドの取り外しを防いで高い安全性を発揮することができ、分解や組立ても容易なスプリングリターン式ロータリアクチュエータを提供することにある。 The present invention has been developed in view of the conventional problems, and an object of the present invention is an actuator that can easily perform maintenance and the like by preventing springs and parts from popping out during disassembly. It is an object of the present invention to provide a spring return type rotary actuator that can exhibit high safety by preventing the tie rod from being removed from the outside, and can be easily disassembled and assembled.
上記の目的を達成するため、請求項1に係る発明は、ピストンロッドを収納したシリンダ装置にスプリングを内蔵したスプリングカートリッジ部を設けて、前記ピストンロッドの運動を前記シリンダ装置内に内装した変換機構で回転運動に変換するようにしたスプリングリターン式ロータリアクチュエータにおいて、前記スプリングカートリッジ部の内部に配設したタイロッドでスプリングカートリッジ部を構成し、前記タイロッドのシリンダ装置側の接続部位を前記シリンダ装置の内部に配設し、前記スプリングの前記シリンダ装置側の一端部を前記スプリングカートリッジ部に収納したリテーナに装着すると共に、前記リテーナに前記ピストンロッドの端部を装入し、このリテーナに前記タイロッドを挿通させるガイド穴を形成し、このガイド穴を前記スプリングの巻き方向に沿って略円弧状に形成して前記リテーナと前記タイロッドが干渉しないようにしたスプリングリターン式ロータリアクチュエータである。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a conversion mechanism in which a spring cartridge is provided in a cylinder device that houses a piston rod, and the movement of the piston rod is housed in the cylinder device. In the spring return type rotary actuator that is converted into a rotational motion by the tie rod disposed inside the spring cartridge portion, the spring cartridge portion is configured, and the connecting portion of the tie rod on the cylinder device side is the inside of the cylinder device. The one end of the spring on the cylinder device side is attached to a retainer housed in the spring cartridge part, and the end of the piston rod is inserted into the retainer, and the tie rod is inserted into the retainer. Let this guide hole form The tie rod and the retainer are formed in a substantially arcuate shape along the wellbore in the winding direction of the spring is a spring return rotary actuator so as not to interfere.
請求項2に係る発明は、スプリングカートリッジ部は、スプリングを収納したスプリングケースと両端に設けたスプリングカバーと固定フランジで組付けられ、スプリングケース内に設けたタイロッドの両端をスプリングカバーと固定フランジに止着してスプリングカートリッジ部を構成したスプリングリターン式ロータリアクチュエータである。 In the invention according to claim 2, the spring cartridge portion is assembled by a spring case housing the spring, a spring cover provided at both ends and a fixing flange, and both ends of the tie rod provided in the spring case are connected to the spring cover and the fixing flange. This is a spring return type rotary actuator which is fixed and constitutes a spring cartridge part.
請求項3に係る発明は、シリンダ装置は、変換機構を収納したケース本体とシリンダ部より成り、ケース本体には、スプリングカートリッジ部の固定フランジに取付ける取付フランジを設けたスプリングリターン式ロータリアクチュエータである。 According to a third aspect of the present invention, the cylinder device is a spring return type rotary actuator comprising a case body housing the conversion mechanism and a cylinder portion, and the case body is provided with a mounting flange to be attached to a fixed flange of the spring cartridge portion. .
請求項1に係る発明によると、分解時にばねや部品が飛び出したりするのを防いで作業者が怪我をしたり器物を破損したりすることなく容易にメンテナンス等を行うことができるアクチュエータであって、外部からのタイロッドの取り外しを防いで高い安全性を発揮することができるスプリングリターン式ロータリアクチュエータである。
メンテナンス時には、カートリッジ式のスプリングカートリッジをシリンダ装置から自由に取外したり組立てることができ、これらを分離したときには、タイロッドの接続部位を外部に表出させて容易にメンテナンスなどを行うことができる。また、スプリングの圧縮や伸長に伴ってリテーナに回転力が加わろうとしたときの回転力を逃がすことができ、リテーナとタイロッドが干渉することがないため、スプリングの弾発力を偏心させることなくリテーナに働かせることができ、スプリングによる復動力を分散させることなく確実に伝達することができる。
According to the first aspect of the invention, the actuator can prevent the springs and parts from popping out at the time of disassembly, and can easily perform maintenance and the like without causing the operator to get injured or damage the instrument. This is a spring return type rotary actuator that prevents the tie rod from being removed from the outside and can exhibit high safety.
At the time of maintenance, the cartridge-type spring cartridge can be freely detached from the cylinder device or assembled, and when these are separated, the connection portion of the tie rod can be exposed to the outside for easy maintenance . In addition, the rotational force when the rotational force is applied to the retainer as the spring is compressed or extended can be released, and the retainer and the tie rod do not interfere with each other. The return force by the spring can be reliably transmitted without being dispersed.
請求項2に係る発明によると、タイロッドをスプリングカートリッジ内に設けることによって通常時にはスプリングカートリッジの分解を防ぐことができ、一方、メンテナンス時などにおいては、このスプリングカートリッジを容易に取外して簡単に内部部品の点検や交換を行うことができる。 According to the invention of claim 2, by disposing the tie rod in the spring cartridge, it is possible to prevent the spring cartridge from being disassembled at normal times. On the other hand, at the time of maintenance, etc., the spring cartridge can be easily removed and the internal parts can be easily removed. Can be inspected and replaced .
請求項3に係る発明によると、シリンダ装置とスプリングカートリッジを簡単に組み立てることができ、また、分解時には、工具等を用いてばねや部品が飛び出したりするのを防ぎながら容易に分解してメンテナンス等を行うことができる。 According to the invention of claim 3, the cylinder device and the spring cartridge can be easily assembled, and when disassembling, the tool can be easily disassembled while preventing the springs and parts from popping out, and maintenance can be performed. Can be done .
本発明におけるスプリングリターン式ロータリアクチュエータの一実施形態とその作用を図面に基づいて説明する。
図1ないし図3において、ロータリアクチュエータ本体1は、シリンダ装置10にスプリングカートリッジ部30を設けて構成している。
シリンダ装置10は、ケース本体11とシリンダ部12より成っている。
ケース本体11には取付フランジ11aを設けており、この取付フランジ11aは、スプリングカートリッジ部30に形成した固定フランジ35に取付け可能に設けている。ケース本体11内には、スコッチヨーク14を有する変換機構15が収納され、この変換機構15でピストンロッド13の往復運動を出力軸16の回転運動に変換するようにしている。ピストンロッド13は、シリンダ部12内に形成した図示しない供給口から空気・油などが供給されたときに往運動が開始される。
One embodiment of the spring return type rotary actuator in the present invention and its operation will be described with reference to the drawings.
1 to 3, the rotary actuator main body 1 is configured by providing a
The
The case
変換機構15は、スコッチヨーク14を用いた機構以外にも、図示しないラックとピニオンによる機構や、或はギヤ機構などのその他の変換機構を用いるようにしてもよく、スプリングリターン式のロータリアクチュエータであれば、各種の変換機構15のシリンダ装置10とすることができる。
In addition to the mechanism using the
図において、シリンダ部12のハウジング部位は、シリンダ筒12a、蓋体12b、シリンダカバー17を有しており、このハウジング部位とケース本体11とを接続してシリンダ装置10のハウジング部位を構成している。
In the figure, the housing part of the
シリンダカバー17は、シリンダ筒12aの端部側にOリング40を介して装着され、このシリンダカバー17に設けためねじ17aにはおねじ18aを介してストッパボルト18が螺着している。おねじ18aにはナット19が螺着されており、これによりストッパボルト18が位置決め固定されている。ピストンロッド13の往復動作時には、このピストンロッド13の先端部13aにストッパボルト18が当接可能に設けている。
このシリンダカバー17は、シリンダ筒12aを挟んだ状態で取付ボルト20、取付ナット21によってケース本体11のめねじである固着部11bと固着している。Oリング41は、シリンダ筒12a内を摺動するピストン部材13bの外周縁側に装着され、ピストン部材13bとシリンダ筒11aとの間をシールしている。また、Oリング42、43は、蓋体12bに装着され、この蓋体12bとシリンダ筒12a、及びケース本体11とをシールしている。
The
The
スプリングカートリッジ部30は、パイプ状に形成したスプリングケース31内にコイル状のスプリング32を収納し、このスプリング32は、一端側をピストンロッド13を押圧する部位であるリテーナ34に当接した状態にし、他端側をスプリングケース31を塞ぐように接続されたスプリングカバー33の内端部に当接しながら収納している。リテーナ34は、スプリング32の一端側を受け、スプリング32の弾発力によりスプリングカバー33の取付け側と他端側に設けられた固定フランジ35側の間に弾発された状態でピストンロッド13に結合している。このように、スプリングカートリッジ部30は、両側に設けたスプリングカバー33と固定フランジ35で組み付けられ、このスプリングカバー33と固定フランジ35は、スプリングケース31との間にOリング44、45をそれぞれ装着した状態で装着されている。
The
スプリングカバー33の内側の複数箇所にはめねじ部33aを設けており、このめねじ部33aに棒状に形成したタイロッド36のおねじ部36aを螺着している。また、タイロッド36の他端側にはオネジ部36bを設けており、このオネジ部36bを締結部である固定用ナット37のメネジ部37aを螺着している。固定用ナット37は、図示しない特殊工具によって締結可能な特殊な形状とし、通常の工具では自由に緩めることが難しい状態に形成している。この固定用ナット37は、スポット溶接等の溶着手段で固着するようにしてもよい。
また、スプリングカバー33の中心部には、メネジ部33bを設け、このメネジ部33bにストッパボルト46のおねじ部46aを螺着した状態でナット47によって締付け固定している。
Female threaded
A
タイロッド36は、リテーナ34に貫通して設けたガイド穴34aに挿入するようにし、更に、固定フランジ35に形成した貫通穴35aに挿入した状態でこの固定フランジ35の外側から前記固定用ナット37を螺着して、固定フランジ35、スプリングケース31、スプリングカバー33を一体に接続している。このように、スプリングケース31内に設けたタイロッド36の両端をスプリングカバー33と固定フランジ35に止着してスプリングカートリッジ部30を構成し、スプリング32の弾発力を維持した状態で内装し、このスプリング32によってシリンダ装置10のピストンロッド13を複運動可能に設けている。
上記のように、スプリングカートリッジ部30は、内部に配設したタイロッド36で構成され、タイロッド36のシリンダ装置10側の接続部位である固定用ナット37をシリンダ装置10の内部に配設しているため、この固定用ナット37は、スプリングカートリッジ部30をシリンダ装置10から分離したときのみに緩めたり締付けたりすることが可能になっている。
The
As described above, the
従って、スプリングカートリッジ部30は、接続部位である固定ナット37をシリンダ装置10の内部に配置していることにより、アクチュエータ本体1を分解する際に誤って外されたり、外部からの接触や振動によって螺着部分が自然に緩んだり、悪戯などによって外されたりするのを防ぐことができる。
更に、タイロッド36をスプリングケース31の内部に設けているため、このタイロッド36の破損や汚れを防止することもでき、アクチュエータ本体1の塗装も容易に行うことができる。また、タイロッド36は腐食し難いためSUS等の高価な材料を使用する必要がなく、低コストの材料を用いて設けることができる。
また、アクチュエータ本体1の分解時には、タイロッド36が邪魔になることがないため分解作業を容易化できる。更に、全体を小型化できるため狭いスペースにアクチュエータ本体1を設置できる。
Therefore, the
Furthermore, since the
Further, when the actuator body 1 is disassembled, the
スプリング32には、両端側のうちの少なくとも何れか一方側に摩擦抵抗の小さい、例えば、図示しないPTFE製からなる環状のスラスト軸受板を装着してもよく、スプリング32の圧縮・伸長時に生じる両端面間の相対的な回転運動を無理なくスムーズに行わせることができる。
The
リテーナ34にはテーパ状の調芯部38を設けており、一方、固定フランジ35には、調芯部38が嵌合可能なテーパ案内部39を形成している。
調芯部38、テーパ案内部39のテーパ角度θは、図4に示したように約45°に形成しており、テーパ案内部39に対して調芯部38をスムーズに案内可能に設けている。
スプリングカートリッジ部30が取り外された状態では、リテーナ34がスプリング32の弾発力によって固定フランジ35側に移動するが、このとき図5に示すように調芯部38がテーパ案内部39に案内されながら嵌合し、リテーナ34が調芯可能になるようにこれらを配置している。
このように、リテーナ34は弾発状態において常に調芯された状態に調節され、スプリングカートリッジ部30とシリンダ装置10の組み付け時においては、スプリングカートリッジ部30の固定フランジ35とシリンダ装置10の取付フランジ11aを組立て位置で重ね合わせるだけで、調芯されたリテーナ34に形成したピストンロッド13装入用の装入穴34bに対して確実にピストンロッド13の先端側を装入させながら組み付けることができる。また、スプリング32が有する回転力によってリテーナ34が位置ずれをおこした場合でも、この位置ずれを修正させながら正確な位置に復帰させることができる。
The
The taper angle θ of the aligning
In a state where the
In this way, the
スプリングカートリッジ部30とシリンダ装置10は、固定フランジ35と取付フランジ11aを合わせた状態で、固着部材である固着ボルト25を固定フランジ部35に形成した図示しない貫通穴に挿入し、この固着ボルト25を取付フランジ11aに形成した図示しない取付孔に螺着することで両者を固着している。このようにシリンダ装置10とスプリングカートリッジ部30は、固着ボルト25により固着しており、これによって、シリンダ装置10とスプリングカートリッジ部30は、固着部材25を取外す以外に分離する手段がなく、これらを分離した時にタイロッド36の接続部位37が表出するようにしている。
In the
スプリングカートリッジ部30は、カートリッジとして独立した状態でシリンダ装置10に取り付けられており、固着部材25の取外し時においてはスプリング32が飛び出すことがなく、作業者が怪我をしたり器物を破損したりすることなくシリンダ装置10から分離することができる。本実施形態においては、スプリングカートリッジ部30とシリンダ装置10を固着ボルト25によって固着するようにしているが、固着ボルト25以外の固着手段を用いて固着するようにしてもよい。
The
図6に示すように、リテーナ34のガイド穴34aは、スプリング32の巻き方向に沿って略円弧状に形成しており、これにより、スプリング32の圧縮・伸長に伴ってリテーナ34に回転力が加わろうとしたときの回転力を逃がすことができ、リテーナ34とタイロッド36が干渉することがない。よって、スプリング32の弾発力を偏心させることなくリテーナ34に働かせることができ、スプリング32による復動力を分散させることなく確実に伝達することができる。
As shown in FIG. 6, the
スプリングカートリッジ部30を組立てる際には、スプリングカバー33が下に位置する状態にしながら、スプリング32、リテーナ34、固定フランジ35の順序でスプリングカバー33内に装着し、固定フランジ35の外側から図示しない適宜のプレス機で押圧することで固定フランジ35に形成した挿入部35bをスプリングケース31の内側に嵌挿し、この状態で前述のようにタイロッド36をスプリングカバー33のめねじ部33aに螺着し、さらにこのタイロッド36のオネジ部36bに固定用ナット37を螺着することで組み付けられる。
このとき、スプリングケース31と、スプリングカバー33、及び、固定フランジ35は強固にシールされ、Oリング44、Oリング45が切断したりすることはない。
When assembling the
At this time, the
一方、スプリングカートリッジ部30を分解する際には、ストッパボルト46からナット47を外し、このストッパボルト46をスプリングカバー33から抜き取り、次いで、ストッパボルト46の取付け位置からスプリングカートリッジ部30の全長の長さより長い図示しないロングボルトを挿入し、固定フランジ35の貫通穴35aを通した状態でこのロングボルトの先端側に図示しないナットを螺着してスプリングカートリッジ部30を長さ方向に状態を維持しながら固定する。次いで、タイロッド36を取外した後に、ロングボルトのナットを徐々に緩めることによってスプリングカートリッジ部30の分解が可能になる。以上のように、アクチュエータ設置箇所における現場での組立てや分解が可能になる。
スプリングカートリッジ部30は、カートリッジ式としていることにより、シリンダ装置10からの取外しが簡単であり、また、組立て・分解も容易である。しかも、部品点数が少ないため安価であり、配管工事も容易となり、また、操作もし易いスプリングリターン式ロータリアクチュエータを提供することができる。
On the other hand, when decomposing the
Since the
アクチュエータの動作時には、通常は、空気圧、油圧などの動力源がシリンダ部12内に供給され、ピストン部材13bが押圧される方向に動いてピストンロッド13が往運動させられる。空気圧、油圧等の動力源の供給が無くなると、スプリングカートリッジ部30のスプリング32の弾発力によってリテーナ34が押圧され、このリテーナ34によってピストンロッド13が押されて復運動させられる。このようなピストンロッド13の往復運動が、ケース本体11内に内蔵された往復運動を回転運動に変換する変換機構15によって出力軸16の回転運動に変換され、図示しないボールバルブ等の回転弁のステムを回転操作可能に設けている。
During the operation of the actuator, normally, a power source such as air pressure or hydraulic pressure is supplied into the
この動作時には、ピストンロッド13の先端部13aがストッパボルト18に当接し、一方、ピストンロッド13の後端側がストッパボルト46に当接するため、各ストッパボルト18、46の装入する量を調節しながら位置決め固定することによりピストンロッド13の往復時の移動量を調節し、バルブ開閉位置の出力軸16の回転量を制限することができ、バルブを正確に開閉動作させることができる。
During this operation, the
なお、本実施形態においては、タイロッド36を4本装着するようにしているが、この数は適宜変更可能である。また、スプリングケース31と、固定フランジ35及びスプリングカバー33は、それぞれ溶接してもよい。
調芯部38とテーパ案内部39のテーパ角度θは、45°としているが、リテーナ34がスプリング32の弾発力で固定フランジ35側に移動したときに調芯部38をテーパ案内部39に自然に案内して嵌合できる角度であればこれに限ることはなく、例えば、45°以上の任意の角度に設けることもできる。また、凸状の調芯部をリテーナ34側、凹状のテーパ案内部を固定フランジ35側に設けているが、逆に設けるようにしてもよい。
In the present embodiment, four
The taper angle θ between the aligning
1 アクチュエータ本体
10 シリンダ装置
11 ケース本体
11a 取付フランジ
12 シリンダ部
13 ピストンロッド
15 変換機構
30 スプリングカートリッジ部
31 スプリングケース
32 スプリング
33 スプリングカバー
34 リテーナ
35 固定フランジ
36 タイロッド
38 調芯部
39 テーパ案内部
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