JP4864521B2

JP4864521B2 - スプリング式アクチュエータ

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Publication number: JP4864521B2
Application number: JP2006113179A
Authority: JP
Inventors: 省一鍛治
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-04-17
Also published as: JP2007285404A

Description

本発明は、例えば、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁を操作し、スプリングの弾発力によって動作できるようにしたスプリング式アクチュエータに関する。

従来より、この種のスプリング式アクチュエータは、本体内に圧縮スプリング（圧縮コイルばね）が収納されており、このスプリングの弾発力によりピストンを復帰して出力軸を操作できるようにしている。圧縮スプリングは、その自由長がコイル平均径の５．４倍を超えると座屈が起こりやすくなるため、この自由長とコイル平均径の比（以下、縦横比という）を極力５．４以下に抑えるように設計するのが通常である。

縦横比が５．４を超えて設計すると座屈が生じるが、このように設計上縦横比が５．４を超えるスプリング式アクチュエータは、座屈したスプリングを収納用ケースの内壁に摺動させるようにしてそのまま使用している。この場合には、スプリングと内壁との間に接触抵抗が生じるためスプリングの円滑な動作の妨げとなって好ましくなかった。また、この摺動によって異音や騒音発生の原因にもなっていた。

このようなスプリングを用いたタイプのアクチュエータとして、例えば、特許文献１や特許文献２のアクチュエータがある。これらのアクチュエータは、ピストンの往復運動を回転運動に変換して出力軸を操作し、また、ピストンの運動時にスプリングを圧縮し、このスプリングの弾発力を動力源としてピストンを動作させて出力軸を操作できるようにしている。
特公平４−５７８８２号公報特開平９−１００９４０号公報

この種のスプリング式アクチュエータを小型化しながら弾発力を維持する手段として、圧縮スプリングを２重或は３重以上に設けるようにしたものがある。
しかし、圧縮スプリングを２重以上に設けた場合には、内径側の圧縮スプリングのコイル平均径が外周側の圧縮スプリングのコイル平均径よりも小さくなり、縦横比が５．４を超えやすくなって座屈を生じることがあった。
内径側の圧縮スプリングが座屈すると、この座屈により、外径側の圧縮スプリングが内径側から押されてケースの内壁に摺動することがあるため、アクチュエータの円滑な動作の妨げになっていた。

特許文献１や特許文献２のアクチュエータは、スプリングを２重に設けたタイプであるが、これらのアクチュエータは、圧縮スプリングの縦横比や圧縮スプリングによる座屈の発生の問題が全く考慮されていない。

本発明は、従来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、コンパクト性を維持しつつスプリングの弾発力によって動作できるようにしたスプリング式アクチュエータであって、スプリングが単数、複数の何れの場合でもこのスプリングの座屈を確実に防いでスムーズに動作させることができるスプリング式アクチュエータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、シリンダ装置に設けたピストンロッドを一方側に移動し、ばね装置により他方側へ移動させてピストンロッドを往復運動させるスプリング式アクチュエータにおいて、前記ばね装置内に略同一の長さを有する一対のスプリングの中央位置にスプリングガイドを介在させて一対のスプリングを直列に配設し、このスプリングガイドをばね装置に設けた固定部又は可動部に摺動自在に設けると共に、前記一対のスプリングの外径側に第２スプリングを配設し、この第２スプリングの略中央位置を前記スプリングガイドで保持させたスプリング式アクチュエータである。

請求項２に係る発明は、固定部は、ばね装置に固定した固定スプリングリテーナであり、可動部は、スプリングを保持するスプリングリテーナであるスプリング式アクチュエータである。

請求項３に係る発明は、固定スプリングリテーナと可動部であるスプリングリテーナに係止部を設けて組み合わせることによりスプリングの飛び出し防止用安全機構としたスプリング式アクチュエータである。

請求項４に係る発明は、第２スプリングの外径側に第３スプリングを配設し、この第３スプリングの略中央位置を第２スプリングの略中央位置に対向して配置したスプリング式アクチュエータである。

請求項５に係る発明は、第２スプリングと第３スプリングとは、それぞれの略中央位置が交差位置近傍にて接触可能に、並行配置したスプリング式アクチュエータである。

請求項６に係る発明は、スプリングは圧縮コイルばねであり、その自由長は、コイル平均径の５．４倍以下としたスプリング式アクチュエータである。

請求項１に係る発明によると、コンパクト性を維持しつつスプリングの弾発力によって動作可能なスプリング式アクチュエータであって、スプリングが単数である場合は勿論、複数になった場合でもスプリングの折れ曲り等の座屈を確実に防ぎ、スプリングケースの内壁やスプリング同士の接触も防いでスムーズに動作させることができる。
しかも、スプリングを複数設ける場合には、このスプリング同士の間隔を狭くしたとしても、このスプリングが湾曲したりして撓んで隣接するスプリングに接触しても、スプリング相互の摺動を確実に防ぐことができ、これにより一層コンパクト化することができると共に、第２スプリングを加えることによって２重のスプリング構造にして弾発力を高めることができ、これにより、アクチュエータ全体のコンパクト化を図ることができ、スプリングの伸縮時には、この第２スプリングについても、中心位置を支えることによって確実に折れ曲り等の座屈を防ぐことができると共に、第２スプリングの伸縮に対応してスプリングが移動し、常に第２スプリングの中央位置を保持してスプリング相互の摺動を防ぐことができる。

請求項２に係る発明によると、専用の固定部又は可動部をあらたに設けることなくスプリングガイドを装着することができ、このスプリングガイドを利用してスプリングを適切な位置に取付けて、スプリングを座屈させることなく動作させ、スムーズに操作することができるスプリング式アクチュエータである。

請求項３に係る発明によると、内部機構を利用してスプリングの飛び出し防止用の安全機構を設けることができ、この安全機構により、例えば、スプリングケースを固定しているタイロッドを外して本体を分解する際に、スプリングの飛び出しを確実に防いで安全に分解・組立て作業を行うことができるスプリング式アクチュエータである。

請求項４に係る発明によると、スプリング構造を３重に設けることで更にコンパクト化することができ、第３スプリングの略中央位置を第２スプリングの座屈を防いでいる中央位置に配設することで、第２スプリングと第３スプリングの接触や相互の摺動を防いでスプリングの劣化を防ぐことができるスプリング式アクチュエータである。

請求項５に係る発明によると、それぞれのスプリングの略中央位置を接触させることで、スプリングの伸縮時の相対的なずれを防ぐことができ、スプリング同士が摺動するのを確実に防ぐことができる。

請求項６に係る発明によると、確実に座屈を防止することができるスプリング式アクチュエータであり、スプリングが、他のスプリングやケース内壁などに接触するのを防いで異音の発生を防止することができるスプリング式アクチュエータである。

以下、本発明におけるスプリング式アクチュエータの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明のスプリング式アクチュエータは、例えば、ボールバルブ、バタフライバルブ等の図示しない回転弁に装着してこの回転弁を操作するものである。
アクチュエータ本体１は、シリンダ装置１０とばね装置２０に分けられ、これらをタイロッド３７により一体化している。

図１ないし図４において、シリンダ装置１０は、ケース本体１１とシリンダ部１２より成る。
シリンダ装置１０内にはピストンロッド１３が設けられ、このピストンロッド１３にＯリング３８が外周側に装着されたピストン部材１４がナット１３ｄにより固着されている。シリンダ部１２には給排口１２ａ、１２ｂが形成され、この給排口１２ａ、１２ｂより空気・油などが供給されると、ピストン部材１４が押され、これによりピストンロッド１３が本体１内を往運動できるようにしている。給排口１２ｂからは、ピストン部材１４に押された空気が排出される。

シリンダ装置１０のケース本体１１内にはスコッチヨーク１６を有する変換機構１５が備えられており、この変換機構１５によりピストンロッド１３の往復運動を回転運動に変換して図３における出力軸２に出力できるようにしている。
変換機構１５は、スコッチヨーク１６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他の変換機構を用いるようにしてもよく、スプリング式のアクチュエータであれば、各種の変換機構を用いることができる。

シリンダ部１２の端部側には被蓋用のシリンダカバー１７が取付けられ、このシリンダカバー１７の中央にはめねじ１７ａを設けている。このめねじ１７ａには、おねじ１８ａを介してストッパボルト１８が螺着し、さらにおねじ１８ａにはナット１９を螺着することでこのナット１９によりストッパボルト１８を位置決め固定している。ストッパボルト１８のピストンロッド１３側の先端部１８ｂは、ピストンロッド１３の複動作時にこのピストンロッド１３の後端部１３ｃに当接できるようにしている。

一方、ばね装置２０は、一方側に移動したピストンロッド１３を他方側へ移動させて復運動できるようにし、このピストンロッド１３を移動させることができるようにしたものである。
ばね装置２０において、スプリングケース２１はパイプ状に形成し、このスプリングケース２１内に略同一の長さを有する一対のスプリング３１、３１を収納している。このスプリング３１、３１は、圧縮コイルばねからなり、後述のスプリングガイド３５を中央に介在した状態で直列に配設され、ピストンロッド１３に一体に固着したばね装置２０側のピストン２２を介してピストンロッド１３と一体的に設けたスプリングリテーナ２３と、スプリングケース２１を塞ぐように取付けたスプリングカバー２４との間に弾発力を有した状態で装着されている。スプリングカバー２４は、ケース本体１１に対し、スプリングケース２１及びロッドガイド２８を挟持した状態で、両端におねじが形成されたロッドガイド３７により固定されており、これにより、ばね装置２０をシリンダ装置１０に固定している。

図１における右側のスプリング３１は、スプリングガイド３５の当接面３５ｄとスプリングリテーナ２３に形成した取付部２３ｂの間に弾発した状態で装着され、左側のスプリング３１は、当接面３５ｆとスプリングカバー２４に形成した取付部２４ｃの間に弾発した状態で装着される。これにより、各スプリング３１、３１は、スプリングリテーナ２３によって保持され、スプリング３１が弾発したときに、ピストン２２を介してスプリングリテーナ２３と一体的に設けたピストンロッド１３が弾発方向に摺動してこのピストンロッド１３が復運動するようにしている。

スプリングケース２１の閉鎖端側であるスプリングカバー２４の中心部にはめねじ部２４ａを設け、このめねじ部２４ａに調整ロッド２５のおねじ部２５ａを螺着してこの調整ロッド２５をばね装置２０に固定している。調整ロッド２５は、スプリングカバー２４に対して進退自在に設けており、この調整ロッド２５を位置決めした状態でおねじ部２５ａにナット２６を螺着することにより固定している。
ピストンロッド１３の往動作時には、調整ロッド２５の後端部２５ｂがピストンロッド１３の先端部１３ｂに当接し、この調整ロッド２５と、前記のストッパボルト１８によりピストンロッド１３の往復運動の範囲が規制される。

固定スプリングリテーナ２７は、スプリング３１と同芯の長尺円筒状に形成し、この固定スプリングリテーナ２７に形成した雄ネジ２７ａをスプリングカバー２４に形成した雌ネジ２４ｂに螺着してその内周に調整ロッド２５を収容している。本実施形態においては、固定スプリングリテーナ２７が固定部となり、スプリングリテーナ２３が可動部となっており、固定スプリングリテーナ２７には、軸芯を合わせるように可動スプリングリテーナ２３を摺動自在に取付けており、図１においてスプリングリテーナ２３が左方に移動したときに固定スプリングリテーナ２７に対してスライドするように動作できるようにしている。

固定スプリングリテーナ２７のスプリングリテーナ２３への取付け側には係止部２７ｂを形成しており、この係止部２７ｂをスプリングリテーナ２３に形成した係止部２３ａに組み合わせることにより、スプリング３１の飛び出し防止安全機構２９としている。このように形成することでスプリング３１が弾発する際に係止部２７ｂと係止部２３ａが係止して、スプリングリテーナ２３が固定スプリングリテーナ２７から外れることがない。これにより、スプリング３１の弾発状態において、このスプリング３１が常にスプリングカバー２４とスプリングリテーナ２３の間に装着された状態に維持され、タイロッド３７を取り外してシリンダ装置１０とばね装置２０を分解した際にも、スプリング３１や他の部品が飛び出したりすることがなく安全性を高めている。

スプリングガイド３５は、中央部位に固定スプリングリテーナ２７の外径よりも大きい穴部３５ａを設け、この穴部３５ａにベアリング３６を取付け、このベアリング３６を介してばね装置２０に設けた固定部２７に摺動自在に設けた環状部材である。

スプリングガイド３５の内側には凹状の逃げ部３５ｂを形成しており、図２のようにスプリングリテーナ２３が固定スプリングリテーナ２７に対して左側にスライドして移動したときには、スプリングリテーナ２３がこの逃げ部３５ｂ内に収納されてスプリングガイド３５に接触するのを防いでいる。

スプリングガイド３５の外周側にはスプリング３１の端部を弾発方向に係止する係止部３５ｃを設けており、この係止部３５ｃは環状に突設するように形成している。そして、係止部３５ｃのスプリングリテーナ２３側に前記当接面３５ｄを、スプリングカバー２４側に前記当接面３５ｆを形成している。
本例においては、このスプリングガイド３５を固定部である固定スプリングリテーナ２７に設けているが、可動部であるスプリングリテーナ２３の外周に摺動可能に設けるようにしてもよい。

一対のスプリング３１、３１の外径側には、第２スプリング３２を配設しており、更に、第２スプリング３２の外径側に第３スプリング３３を配設している。本実施形態においては、このようにスプリング３１、第２スプリング３２、第３スプリング３３からなる３重のスプリングを装着している。

第２スプリング３２は、長さ方向における略中央位置Ａがスプリングガイド３５の係止部３５ｃ外周に設けた保持部３５ｅによって保持されている。また、第３スプリング３３は、長さ方向における略中央位置Ｂが、スプリングガイド３５で保持された第２スプリング３２の略中央位置Ａに対向するように配置し、第２スプリング３２と第３スプリング３３とを、それぞれの略中央位置Ａ、Ｂが交差位置近傍にて接触可能に、並行配置している。なお、各スプリングにおける中央位置Ａ、Ｂのずれの許容量は、各スプリングピッチの約５０％である。

これにより、それぞれのスプリング３２、３３の略中央位置Ａ、Ｂが、互いの交差位置近傍にて接触することにより、この中央位置Ａ、Ｂのずれを最小限として、スプリングの伸縮を行うことができる。この中央位置Ａ、Ｂの調整は、アクチュエータの組立時にスプリングを周方向に回転して行うことができ、交差位置の軸方向のずれの許容量は各スプリングピッチの約５０％である。

図４において、各スプリング３１、３２、３３の自由長Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３は、コイル平均径Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３の５．４倍以下になるようにしている。また、各スプリングのピッチＰ_１、Ｐ_２、Ｐ_３は、各スプリングの全長に渡ってそれぞれ均等である。
スプリング３２、３３は、それぞれスプリングリテーナ２３の取付部２３ｂとスプリングカバー２４の取付部２４ｃの間に弾発した状態で装着されている。
スプリングを複数重ねて設ける場合には、巻き方向が異なるスプリングを交互に配設するのが望ましく、このようにすると、スプリングが伸縮したときに絡み難くなるというメリットがある。なお、図４では、ストッパボルト１８や調整ロッド２５等の一部の部品を省略して図示しており、タイロッド３７は、８本のうちの１本のみを図示している。

ここで、スプリング３１の外周側とスプリング３２の内周側の間の距離をα、スプリング３２の外周側とスプリング３３の内周側の間の距離をβ、スプリング３３の外周側とスプリングケース２１の内壁２１ａとの間の距離をγとすると、これらの関係は、α＋β＜γの式で表わされ、スプリング３１、３２及び３３が圧縮時に接触しながら外周方向に傾いたときにも距離γによってこの傾きを吸収することができ、最外径側のスプリング３３がスプリングケース２１の内壁２１ａに接触するのを確実に防止している。各距離α、β、γの大きさは、スプリングガイド３５を設けない通常のスプリング式アクチュエータと比べて大きくなることはなく、この省スペースの空間内にスプリング３１、３２、３３と、スプリングガイド３５を取付けてアクチュエータ全体をコンパクト化している。また、スプリングケース２１の径が大きくなることが無いため、シリンダ部１２の径の変更などを行う必要もない。

なお、図１のように、ばね装置２０のスプリングカバー２４、及びロッドガイド２８に対しても、シリンダ部１２と同様の給排口２４ｄ、２８ａを形成するようにしてもよく、これにより、シリンダ部１２側の給排口１２ａ、１２ｂからの空気・油の供給に加えてこの給排口２４ｄ、２８ａから供給することでスプリングの弾発力が強い、或は弱い場合などにシリンダ部１２から動力を補助しながらピストンロッド１３を動作して出力軸２への出力を行ったり、又は、後述の手動操作機構４０の手動操作時においてこの給排口２４ｄ、２８ａより空気・油を供給することで手動操作を補助することもできる。

次に、上記実施形態におけるスプリング式アクチュエータの動作及び作用を説明する。
図１に示した状態は、バルブが全閉の状態を示しており、この状態から図２に示したバルブが全開の状態になるまでの動作を述べる。
図１の状態から、シリンダ装置１０の一方の給排口１２ａから空気や油を供給すると、ピストン部材１４が図において左方に押され、このピストン部材１４に固定されたピストンロッド１３が左方に移動する。ピストンロッド１３の移動に伴って、このピストンロッド１３に固定されたピン１３ａがスコッチヨーク１６を押し、このスコッチヨーク１６が反時計回りに回転する。スコッチヨーク１６には一体に出力軸２が接続されているため、出力軸２も反時計回りに回転し、出力軸２に接続されたバルブのステムが回転して全閉状態から開弁を開始する。

ピストンロッド１３が左側に移動すると、このピストンロッド１３に一体に固着したばね装置２０の側のピストン２２が移動し、このピストン２２に一体的に設けられたスプリングリテーナ２３を左方に押圧する。
このとき、固定部である固定スプリングリテーナ２７の端部側をスプリングケース２１に固定し、スプリングリテーナ２３は、この固定スプリングリテーナ２７に対して軸芯の合った状態で摺動自在に設けているため、固定スプリングリテーナ２７に沿って左方にスライドしてスプリング３１、３２、３３を押圧することができる。このようにスプリングリテーナ２３は、固定スプリングリテーナ２７によってガイドされながら軸芯が振れることなくスプリング３１、３２、３３を押圧する。

ピストンロッド１３が左側に移動し、この移動によってスプリングリテーナ２３によりスプリングガイド３５の内径側の右側のスプリング３１が押圧されると、この押圧力によりスプリング３１が圧縮し、このとき、スプリングガイド３５を固定スプリングリテーナ２７に対して移動自在に設けているため、このスプリング３１より伝達される押圧力によりスプリングガイド３５が左側に移動する。

スプリングガイド３５が左側に移動すると、この移動によってスプリングガイド３５の左側のスプリング３１が圧縮される。このように、スプリングガイド３５を摺動可能に設けているため、スプリングリテーナ２３からの押圧力を一対のスプリング３１、３１の双方に伝達でき、スプリングガイド３５によって支えられたこの２つのスプリング３１、３１により、１本のスプリングを装着した場合と同様の弾発力を得ることができる。スプリング３１、３１は、スプリングカバー２４からスプリングリテーナ２３までの弾発力の作用する距離を２つに分割することができ、各スプリング３１、３１の自由長Ｌ_１をスプリングが１本である場合の約半分にすることができるため、各スプリング３１、３１の自由長Ｌとコイル平均径Ｄの比が５．４を超えることがなく、コイル平均径の小さくなる傾向にある内径側のスプリング３１の座屈を確実に防ぐことができる。

スプリングガイド３５は、ばね装置２０に設けた固定スプリングリテーナ２７により、各スプリング３１、３１と軸芯の合った状態でガイドされながら移動するため、この２つのスプリング３１、３１の中心がずれることなく押圧でき、このスプリング３１、３１が偏荷重により円周方向に曲がるのを防ぎ、スプリング３２に接触するのを防ぐことができる。
このスプリングガイド３５により、スプリング３１を最小限の２つに分割してこのスプリングの傾倒を防止することができ、組立て作業の容易化やコストダウンも可能である。

また、スプリングガイド３５を介していることにより、押圧力を右側のスプリング３１から左側のスプリング３１に伝達することができ、左右のスプリング３１、３１に均等に撓みを分散することができる。

スプリングガイド３５の外周側には、第２スプリング３２の内周側に当接して位置を保持する保持部３５ｅを設けているため、この保持部３５ｅによりスプリング３２を内周側から支えることができる。これにより、スプリングガイド３５によって、スプリング３２において最も座屈の生じやすい中央位置を保持し、確実に座屈を防ぐことができる。
このとき、保持部３５ｅは、スプリング３２の伸縮方向におけるほぼ中央位置で内周側に当接すると共に、スプリング３１、３１及び第２スプリング３２は、それぞれ均一に伸縮することから、スプリング３１の伸縮によってスプリングガイド３５がスライドした場合でも、この保持部３５ｅがスプリング３２の中央位置に当接するように追従して動くことができる。これにより、保持部３５ｅはスプリング３２に対してほとんど摺動することがなく、スプリング３２のほぼ定位置を支えてスプリングガイド３５とこの長尺状のスプリング３２の摺動を低減している。

以上のように、スプリングガイド３５は、スプリング３１とスプリング３２の双方の座屈防止用として兼用することができ、スプリングケース２１の内径寄りに配設されてコイル平均径の小さくなるスプリング３１、３２の座屈を防止することができる。
スプリングガイド３５は、固定スプリングリテーナ２７を利用して取付けることができるため、このスプリングガイド３５専用の部材を用いることなく容易に取付けでき部品の共用化を図ることができる。

更に、第２スプリング３２の最も座屈の起こりやすい中央位置Ａをスプリングガイド３５によって安定的に保持し、この第２スプリング３２の中央位置Ａに対向する位置に第３スプリング３３の略中央位置Ｂを配置していると共に、第２スプリング３２及び第３スプリング３３は、それぞれ均一に伸縮することから、各スプリングの中央位置Ａ、Ｂが接触しても、その接触位置はスプリングの伸縮によっても相対的にずれることがなく、第２スプリング３２と第３スプリング３３の摺動を確実に防ぐことができる。

アクチュエータ本体１は、通常は、空気圧、油圧などの動力源によってピストンロッド１３を往運動させ、空気圧、油圧等の動力源からの供給が無くなると、スプリング３１、３２、３３の弾発力によってスプリングリテーナ２３が押圧され、このスプリングリテーナ２３によってピストンロッド１３を押圧して復運動させる、いわゆるスプリングリターン作動を行うことができる。ピストンロッド１３の復運動は、ケース本体１１内に内蔵された変換機構１５によって出力軸２の回転運動に変換されてステムを回転操作して、バルブを全閉にする。

ピストンロッド１３の動作時においては、バルブ全開時においてこのピストンロッド１３の先端部１３ｂが調整ロッド２５の後端部２５ｂに当接し、一方、バルブ全閉時においてピストンロッド１３の後端部１３ｃがストッパボルト１８の先端部１８ｂに当接するため、調整ロッド２５、ストッパボルト１８の装入量をそれぞれ調節することによりピストンロッド１３の往復移動量を調節して出力軸２の回転量を制限し、正確なバルブの開閉制御を行なうことができる。

図５、図６においては、本発明のスプリング式アクチュエータにおける、シリンダ装置１０に手動操作機構４０を取付けた例を示したものである。
筒型部材４１は外周にオネジ４１ａを有し、このオネジ４１ａをシリンダカバー１７に形成しためねじ１７ａに螺着している。また、被覆部材４２は内周にメネジ４２ａを有し、このメネジ４２ａをオネジ４１ａを螺着するようにして取付けている。このように、被覆部材４２によって筒型部材４１を保護した状態にしながらこの筒型部材４１と被覆部材４２をシリンダカバー１７に一体に取付けている。被覆部材４２のシリンダカバー１７との当接部位付近、及び、被覆部材４２と筒型部材４１の当接部位にはともにＯリングからなるシールリング４３、４４を装着しており、このシールリング４３、４４によりシリンダ部１２内の空気圧力が外部へ漏れることを防止し、また、シリンダ部１２内部と筒型部材４１の内側に水などが浸入するのを防いでいる。

筒型部材４１は、シリンダカバー１７及び被覆部材４２に対して進退自在であり、この筒型部材４１の先端部４１ｂの位置を任意に変更可能に設けている。筒型部材４１のシリンダカバー１７取付け側の内周側には外側スピンドル５１が嵌入可能な嵌入部４１ｃを縮径して設け、この嵌入部４１ｃに図７に示すようにキー溝４１ｄを形成している。

筒型部材４１の他端側の内側には、スラストベアリング４５、Ｏリング４６、４７を介して内側スピンドル４８が装着され、筒型部材４１に形成した溝部４１ｅに止め輪４９を嵌着することでこの内側スピンドル４８を筒型部材４１に対して抜け止めした状態で回動可能に設けている。
内側スピンドル４８の端部には平行二面部４８ａを形成しており、この平行二面部４８ａにハンドホイール５０に形成した嵌合穴５０ａを嵌合して内側スピンドル４８をこのハンドホイール５０で手動操作可能に設けている。また、内側スピンドル４８の外周側には雄ねじ部４８ｂを形成している。

外側スピンドル５１は、内周側に内側スピンドル４８の雄ねじ部４８ｂと螺合可能な雌ねじ部５１ａを有し、この雌ねじ部５１ａを雄ねじ部４８ｂに螺合した状態で筒型部材４１と内側スピンドル４８の間に装着している。外側スピンドル５１の外周側には図７に示すようなキー溝５１ｂを設けており、このキー溝５１ｂと筒型部材４１のキー溝４１ｄの間にキー部材５２を嵌合させ、外側スピンドル５１を筒型部材４１に対して回転不能な状態で進退可能に設けている。また、外側スピンドル５１の先端側には面取り部５１ｃを設けており、外側スピンドル５１がピストンロッド１３の後端部１３ｃに接触したときにこの後端部１３ｃを案内し、ピストンロッド１３を軸芯に沿って押圧することができる。

手動操作時においては、ピストンロッド１３の後端部１３ｃが外側スピンドル５１の面取り部５１ｃに当接した状態からハンドホイール５０を所定の方向に回転すると、このハンドホイール５０に固定された内側スピンドル４８がスラストベアリング４５によって滑らかに回転する。内側スピンドル４８は、筒型部材４１に対して回動可能に取付けられているだけであるため、この回転によって進退することはない。

内側スピンドル４８が回転すると、この回転に伴って外周側の雄ねじ部４８ｂが回転し、この雄ねじ部４８ｂに対して雌ねじ部５１ｂが螺着された状態である外側スピンドル５１は、キー部材５２によって筒型部材４１に対して回動できない状態で取付けられているため、内側スピンドル４８と筒型部材４１に対して前進し、この外側スピンドル５１がナット１３ｄを介してピストンロッド１３を押圧してこのピストンロッド１３を前進させることができる。外側スピンドル５１は長尺状に形成しているため、ピストンロッド１３の押圧時にスプリング３１、３２、３３を図２の圧縮状態まで押し込むことができる。

筒型部材４１は、前述のように先端部４１ｂの位置を任意に変更できるため、この筒型部材４１の位置を変更して外側スピンドル５１の先端部位の位置を調節することによりピストンロッド１３の復動作時における位置を規制してスコッチヨーク１６の回転位置を調節することが可能になっている。これにより、出力軸２の回転角度精度を高めることができる。

以上のような手動操作機構４０を設けることによって、例えば、手動操作時などにおいて、ハンドホイール５０が回転したときには、アクチュエータの内外に内側・外側スピンドル４８、５１が移動して外部に露出することがないため、グリース等の潤滑剤を塗布した場合でもこの潤滑剤が外部にさらされるのを防ぐことができ、砂塵や雨水によって汚れたり錆びたりするのを防いでアクチュエータ本体１を長寿命化することができる。

更に、内側・外側スピンドル４８、５１の摺動部位を内部に装着した状態でＯリング４６、４７でシールしているので、ハンドホイール５０側を上側に向けてアクチュエータ本体１を設置した場合でも雨水が本体内に浸入することがなく、これによりあらゆる設置場所に対応して設置することができる。また、このＯリング４６、４７により上記の筒型部材４１、内側スピンドル４８、外側スピンドル５１からなる摺動機構部位を完全にシールできるため、この摺動機構部位をシリンダ装置１０側に取付けることができる。

また、上記のように外側・内側スピンドル４８、５１や、ハンドホイール５０が回転によってスライドしない構造であることによりこれらが外部に突出することがなく、省スペースの取付け箇所に設置することも可能なアクチュエータである。

本発明におけるスプリング式アクチュエータ（バルブ全閉状態）を示した断面図である。図１のスプリング式アクチュエータが動作し、バルブ全開状態を示した断面図である。図１の横断面図である。本発明のスプリング式アクチュエータの分解斜視図である。本発明のスプリング式アクチュエータに手動操作機構を取付けた例を示した要部拡大断面図である。図５における外側スピンドルが前進した状態を示す要部拡大断面図である。図５におけるＡ−Ａ線拡大断面図である。

符号の説明

１アクチュエータ本体
１０シリンダ装置
１３ピストンロッド
２０ばね装置
２３スプリングリテーナ（可動部）
２３ａ係止部
２５調整ロッド
２７固定スプリングリテーナ（固定部）
２７ｂ係止部
２９安全機構
３１、３１スプリング
３２第２スプリング
３３第３スプリング
３５スプリングガイド
Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３自由長
Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３コイル平均径

Claims

シリンダ装置に設けたピストンロッドを一方側に移動し、ばね装置により他方側へ移動させてピストンロッドを往復運動させるスプリング式アクチュエータにおいて、前記ばね装置内に略同一の長さを有する一対のスプリングの中央位置にスプリングガイドを介在させて一対のスプリングを直列に配設し、このスプリングガイドをばね装置に設けた固定部又は可動部に摺動自在に設けると共に、前記一対のスプリングの外径側に第２スプリングを配設し、この第２スプリングの略中央位置を前記スプリングガイドで保持させたことを特徴とするスプリング式アクチュエータ。
前記固定部は、ばね装置に固定した固定スプリングリテーナであり、前記可動部は、スプリングを保持するスプリングリテーナである請求項１に記載のスプリング式アクチュエータ。
前記固定スプリングリテーナと前記可動部であるスプリングリテーナに係止部を設けて組み合わせることによりスプリングの飛び出し防止用安全機構とした請求項２記載のスプリング式アクチュエータ。
前記第２スプリングの外径側に第３スプリングを配設し、この第３スプリングの略中央位置を前記第２スプリングの略中央位置に対向して配置した請求項１に記載のスプリング式アクチュエータ。
前記第２スプリングと第３スプリングとは、それぞれの略中央位置が交差位置近傍にて接触可能に、並行配置した請求項４に記載のスプリング式アクチュエータ。
前記スプリングは圧縮コイルばねであり、その自由長は、コイル平均径の５．４倍以下とした請求項１乃至５の何れかに記載のスプリング式アクチュエータ。