JP6103930B2 - パワーヘッド組立 - Google Patents

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本願発明は、高粘度のインキを供給するポンプ等の使用されるアクチュエータにおいて、該アクチュエータの作動ロッドを往復動させるためにアクチュエータのピストンの両側に位置する空間に作動流体を給排制御するパワーヘッド組立に関する。
特許文献1(特開2001−82407号公報)は、人力による操作や外部装置を利用することなく、且つ、電気、空気圧を用いることなくアクチュエータを連続的に切り換える自動切換装置を提供するものである。この自動切換装置は、アクチュエータのピストンの位置と機械的に連動して、該ピストン位置が反対側となるように、レバーで、切換弁の作動位置を切り換えることにより、アクチュエータに供給される作動流体の供給先を切り換えるもので、制御対象の動作を自動的且つ連続的に切り換えるための自動切換装置において、制御対象の動作を切り換えるための往復動するピストンを備えたアクチュエータと、該アクチュエータのピストン位置を両端のいずれかの方向に付勢するための付勢手段と、前記アクチュエータに供給される作動流体の供給先を切り換えるための切換弁と、前記アクチュエータのピストン位置と機械的に連動して、該ピストン位置が反対側となるよう、前記切換弁の作動位置を切り換えることにより、前記アクチュエータに供給される作動流体の供給先を切り換える連係手段とを備えたことを特徴とするものである。
特許文献2(特開2003−3966号公報)は、ピストンの往復動により流体が供給され加圧される加圧室をピストンの内部に備え、上記加圧室を複数連結してなる高圧発生装置を提供するものである。この高圧発生装置において、複数の加圧室は、逆流防止手段を介して連結され、第1室では、ハウジングの吸入口を介して流体が供給され、また、流体の加圧及び吐出が行われる。第2室では、ハウジングの外部へ流体の吐出と、第1室からの流体の供給がなされる。第3室では第2室からの流体の供給とハウジングの外部への流体の吐出が行われる。この高圧発生装置において、ピストンは、第1ピストンと、第2ピストンと円筒形の連結部とによって一体に構成され、方向制御弁によって供給される流体の方向が切換られて前後に往復動を行うものである。
特許文献3(特開2001−234904号公報)は、シリンダ内にピストンを摺動自在に嵌合し、このピストンの片側に一体化した作動ロッドを、シリンダの一端部よりロッドシールパッキンを介して突出させ、シリンダ内でピストンより作動ロッド側に区画形成したロッド側室に対し、作動流体圧力を常時導入する通路を設け、シリンダ内でロッド側室とはピストンを介し反対側に区画形成したヘッド側室に対し、前記作動流体を給排制御する三方切換弁を設け、この三方切換弁はピストン及び作動ロッドの往復動作と連動して切換作動する流体圧アクチュエータを提供するものである。
特開2001−82407号公報 特開2003−3966号公報 特開2001−234904号公報
従来、例えば特許文献2に開示されるように、アクチュエータにおいてピストンを往復動させるために、ピストンの両側に交互に流体を供給する必要があるため、方向制御弁が設けられるものである。この方向制御弁を制御するためには、通常ピストンの位置を検出して流体の供給方向を切り換える必要が生じる。特許文献1では、ピストンの位置と切換弁とを機械的に連動させることによって、ピストン位置に対応して切換弁の作動位置を切り換えて、自動的にピストンが往復動を繰り返すことを可能にしたものである。
また、特許文献3に記載された流体圧アクチュエータでは、三方切換弁が、ピストン及び作動ロッドとの間に設けられた切換機構により、ピストン及び作動ロッドの往復動作と連動して切換作動され、ヘッド側室に対し所定圧力の作動流体を給排制御するようになっている。
このようにピストンの位置を正確に把握し、作動流体の給排制御を行うために、特許文献3は、ピストンと直結する作動ロッドによって弁の切換機構を作動させるようにしたものである。しかしながら、この場合、ピストンの両側に位置するそれぞれの作動空間への、ピストンに付勢力を与える作動空間への作動流体の給排を迅速に且つ確実に行うためには、吸入バルブと排出バルブとの開閉動作(タイミング)を安定化させる必要がある。
このため、本願発明は、ピストン位置を正確に反映すると共に吸入バルブと排出バルブの開閉動作を安定化させることのできるパワーヘッド組立を提供することにある。
したがって、本願発明に係るパワーヘッド組立は、シリンダと、該シリンダ内に往復自在に配置されるピストンと、前記シリンダ内であって前記ピストンの一方の側に画成されるピストン押出空間と、前記シリンダ内であって前記ピストンの他方の側に画成されるピストン引込空間と、前記ピストンの他方の側に接続され、前記シリンダから外部に延出するプランジャとによって少なくとも構成されるアクチュエータ部と、該アクチュエータ部を作動させるための弁機構部とを有するパワーヘッド組立において、前記弁機構部が、前記ピストンの一方の側に設けられ、前記ピストン若しくはプランジャに対して所定の範囲で移動可能に設けられる作動ロッドと、該作動ロッドによって作動され、前記ピストン押出空間に対して作動流体を給排制御する第1の弁機構と、前記作動ロッドによって作動され、前記ピストン引込空間に対して作動流体を給排制御する第2の弁機構と、前記第1の弁機構の動作と、前記第2の弁機構の動作とを同期させる同期機構を具備することにある。
また、前記第1の弁機構が、前記ピストン押出空間に作動流体を導入するための少なくとも1つの第1の吸入バルブと、前記ピストン押出空間から作動流体を排出するための少なくとも1つの第1の排出バルブと、前記第1の吸入バルブと前記第1の排出バルブが着座する第1の弁座部とによって構成されること、 前記第2の弁機構が、前記ピストン引込空間に作動流体を導入するための少なくとも1つの第2の吸入バルブと、前記ピストン引込空間から作動流体を排出するための少なくとも1つの第2の排出バルブと、前記第2の吸入バルブと前記第2の排出バルブが着座する第2の弁座部とによって構成されること、前記第1の吸入バルブと前記第1の排出バルブが、第1の連結機構によって連結されて第1の弁組立を構成すると共に、前記第2の吸入バルブと前記第2の排出バルブが、前記第2の連結機構によって連結されて第2の弁組立を構成することが望ましい。
前記第1の連結機構が、前記第1の弁座部の一方の側に配置される複数の第1の吸入バルブを連結する第1の吸入バルブ側ジョイントプレートと、前記第1の弁座部の他方側に配置される複数の第1の排出バルブを連結する第1の排出側ジョイントプレートと、前記第1の弁座部を摺動自在に貫通し、前記第1の吸入バルブ側ジョイントプレートと前記第1の排出側ジョイントプレートを連結する複数の第1の連結ロッドとによって構成され、前記第2の連結機構が、前記第2の弁座部の他方の側に配置される複数の第2の吸入バルブを連結する第2の吸入バルブ側ジョイントプレートと、前記第2の弁座部の一方の側に配置される複数の第2の排出バルブを連結する第2の排出側ジョイントプレートと、前記第2の弁座部を摺動自在に貫通し、前記第2の吸入バルブ側ジョイントプレートと前記第2の排出側ジョイントプレートを連結する複数の第2の連結ロッドとによって構成されることが望ましい。
さらにまた、前記同期機構は、前記第1の弁組立と前記第2の弁組立を、連結することが望ましい。尚、前記同期機構は、前記第1及び第2の弁座部を貫通して前記第1の弁組立と前記第2の弁組立を連結するジョイントロッドであることが望ましい。
また、前記第1の弁座部の一方の側には吸入口と連通する第1の吸入空間が画成され、前記第1の弁座部の他方の側には、前記ピストン押出空間と連通する第1の連通空間が画成され、さらに第1の弁座部には前記第1の連通空間と排出口とを連通する第1の連通路が形成されること、前記第1の吸入バルブが、前記第1の弁座部の一方の側で、前記第1の吸入空間と前記第1の連通空間の間を開閉すること、且つ、 前記第1の排出バルブが、前記第1の弁座部の他方の側で、前記第1の連通空間と前記第1の連通路の間を開閉すること、且つ、前記第2の弁座部の他方の側には吸入口と連通する第2の吸入空間が画成され、前記第2の弁座部の一方の側には、前記ピストン引込空間と連通する第2の連通空間が画成され、さらに第2の弁座部には前記第2の連通空間と排出口とを連通する第2の連通路が形成されること、前記第2の吸入バルブが、前記第2の弁座部の他方の側で、前記第2の吸入空間と前記第2の連通空間の間を開閉すること、且つ、 前記第2の排出バルブが、前記第2の弁座部の他方の側で、前記第2の連通空間と前記第2の連通路の間を開閉することが望ましい。
さらに、前記第1の弁機構と前記第2の弁機構の作動を確実にするために、スナップアクション機構が設けられることが望ましい。このスナップアクション機構が、作動ロッドに摺動自在に配置されるハンマー部と、該ハンマー部に対して垂直方向に移動可能であり、内部にコイルバネが配置されるスプリングケースと、前記ハンマー部と前記スプリングケースの間の連結するスナップとによって構成されることが望ましい。
したがって、本願発明によれば、シリンダ内のピストンの両側に画成されるピストン押出空間及びピストン引込空間への作動流体の給排制御を行う第1の弁機構と第2の弁機構を前記ピストンから延出する作動ロッドに設けると共に、これら第1の弁機構と第2の弁機構を、同期機構を介して連動させるため、ピストンを正確に作動させることができるものである。
また、作動ロッドを通じて吸入口と連通する吸入空間に相対して一対の吸入バルブを設けると同時に、吸気バルブと同時に作動する排出バルブを設けることによってバルブの作動の安定化を図ることができるものである。
さらに、バルブ作動の中立を防ぐためにスナップアクション機構を設けて、バルブの作動の安定化をさらに図ることができるものである。
図1は、本願発明に係るパワーヘッド組立の断面図(図2で示すA−A断面図)である。 図2は、パワーヘッド組立の正面図である。 図3は、アクチュエータのピストンが最も引き込まれた状態を示したパワーヘッド組立のB−B断面図である。 図4は、アクチュエータのピストンが最も引き込まれた状態を示したパワーヘッド組立のC−C断面図である。 図5は、アクチュエータのピストンが最も押し出された状態を示したパワーヘッド組立のA−A断面図である。 図6は、アクチュエータのピストンが最も押し出された状態を示したパワーヘッド組立のC−C断面図である。
以下、本願発明の実施例について図面により説明する。
本願発明に係るパワーヘッド組立1は、図1及び図3に示すように、アクチュエータ部2と弁機構部3とによって構成される。アクチュエータ2は、シリンダ4と、このシリンダ4内に往復自在に配置されるピストン5と、ピストン5に固定されると共にピストン5からシリンダ4の外に延出するプランジャ6とによって構成される。
さらに前記シリンダ4内には、前記ピストン5の一方の側に画成されるピストン押出空間7と、前記ピストン5の他方の側に画成されるピストン引込空間8が設けられ、前記ピストン押出空間7に作動流体(この実施例において空気)が導入され、前記ピストン引込空間8の作動流体が排出されることによって前記ピストン5が図面右方向に移動してプランジャ6が押し出され、また前記ピストン引込空間8に作動流体(この実施例において空気)が導入され、前記ピストン押出空間7の作動流体が排出されることによって前記ピストン5が図面左方向に移動してプランジャ6が引き込まれるものである。
また、前記ピストン5及び前記プランジャ6の一端部にわたって、作動ロッド9の一端が摺動自在に挿通される挿通孔10が形成される。前記作動ロッド9は他端側には、弁機構部3を構成する第1及び第2の弁機構11,12が設けられる。尚、第1及び第2の弁機構11,12は、前記パワーヘッド組立1の本体部13に装着される。この本体部13には、図2に示されるように、作動流体を吸入するための1つの吸入口14と、4つの排出口15a〜15dが設けられ、さらにスナップアクション機構16が設けられるものである。
また、前記第1の弁機構11は、前記ピストン押出空間7に作動流体を導入するための一対の第1の吸入バルブ17と、前記ピストン押出空間7から作動流体を排出するための一対の第1の排出バルブ18と、前記第1の吸入バルブ17と前記第1の排出バルブ18が着座する第1の弁座部19とによって構成される。
前記第2の弁機構12が、前記ピストン引込空間8に作動流体を導入するための一対の第2の吸入バルブ20と、前記ピストン引込空間8から作動流体を排出するための一対の第2の排出バルブ21と、前記第2の吸入バルブ20と前記第2の排出バルブ21が着座する第2の弁座部22とによって構成される。
前記第1の吸入バルブ17と前記第1の排出バルブ18は、第1の連結機構23によって連結されて第1の弁組立24を構成すると共に、前記第2の吸入バルブ20と前記第2の排出バルブ21が、前記第2の連結機構25によって連結されて第2の弁組立26を構成するものである。
前記第1の連結機構23は、前記第1の弁座部19の一方の側に配置される複数の第1の吸入バルブ17を連結する第1の吸入バルブ側ジョイントプレート27と、前記第1の弁座部19の他方側に配置される複数の第1の排出バルブ18を連結する第1の排出側ジョイントプレート28と、前記第1の弁座部19を摺動自在に貫通し、前記第1の吸入バルブ側ジョイントプレート27と前記第1の排出側ジョイントプレート28を連結する複数の第1の連結ロッド29とによって構成され、前記第2の連結機構25が、前記第2の弁座部22の他方の側に配置される複数の第2の吸入バルブ20を連結する第2の吸入バルブ側ジョイントプレート30と、前記第2の弁座部22の一方の側に配置される複数の第2の排出バルブ21を連結する第2の排出側ジョイントプレート31と、前記第2の弁座部22を摺動自在に貫通し、前記第2の吸入バルブ側ジョイントプレート30と前記第2の排出側ジョイントプレート31を連結する複数の第2の連結ロッド32とによって構成される。
第1の連結ロッド29は、第1の吸入バルブ17が設けられる一対の第1の吸入バルブ連結ロッド29aと、第1の排出バルブ18が設けられる一対の第1の排出バルブ連結ロッド29bによって構成される。同様に、第2の連結ロッド32は、第2の吸入バルブ20が設けられる一対の第2の吸入バルブ連結ロッド32aと、第2の排出バルブ21が設けられる一対の第2の排出バルブ連結ロッド32bによって構成される。
さらにまた、前記同期機構は、前記第1の弁組立24と前記第2の弁組立26を、前記第1及び第2の弁座部19,21を摺動自在に貫通して連結するジョイントロッド33である。このジョイントロッド33を設けることによって第1の弁組立24と第2の弁組立26とを同時に動作させることができるものである。
また、前記第1の弁座部19の一方の側には吸入口14と連通する第1の吸入空間34が画成され、前記第1の弁座部19の他方の側には、前記ピストン押出空間7と連通する第1の連通空間35が画成され、さらに第1の弁座部19には前記第1の連通空間35と排出口15a,15bとを連通する第1の連通路36が形成されるものである。また前記第1の吸入バルブ17は、前記第1の弁座部19の一方の側で、前記第1の吸入空間34と前記第1の連通空間35の間を開閉し、前記第1の排出バルブ18が、前記第1の弁座部19の他方の側で、前記第1の連通空間35と前記第1の連通路36の間を開閉するものである。
前記第2の弁座部22の他方の側には吸入口14と連通する第2の吸入空間37が画成され、前記第2の弁座部22の一方の側には、前記ピストン引込空間8と連通する第2の連通空間38が画成され、さらに第2の弁座部22には前記第2の連通空間38と排出口15c、15dとを連通する第2の連通路39が形成されるものである。また前記第2の吸入バルブ20が、前記第2の弁座部22の他方の側で、前記第2の吸入空間37と前記第2の連通空間38の間を開閉し、前記第2の排出バルブ21が、前記第2の弁座部22の他方の側で、前記第2の連通空間38と前記第2の連通路39の間を開閉するものである。
また、前記第2の連通空間38と前記ピストン引込空間8とは、第1のチューブ継手50及び第2のチューブ継手51とをパイプ等によって接続することによって連通される。
さらに、前記第1の弁機構11と前記第2の弁機構12の間に位置する作動ロッド9には、スナップアクション機構16が設けられる。このスナップアクション機構16が、作動ロッド9に摺動自在に配置されるハンマー部40と、該ハンマー部40に対して垂直方向に移動可能であり、内部にコイルバネ41が配置されるスプリングケース42と、前記ハンマー部40と前記コイルバネ41の間を連結するスナップ43とによって構成されるものである。
以上の構成のパワーヘッド組立1において、図1、図3及び図4で示されるように、ピストン5がシリンダ4の最も引き込まれた状態となった場合、プランジャ6によって図面左方向に押し込まれる作動ロッド9に固定された第1の弁機構11及び第2の弁機構12が押し込まれて、図3で示すように、第1の弁機構11の第1の吸入バルブ17が第1の弁座部19から離れると同時に、図1で示すように第1の排出バルブ18が、第1の連通空間35と第1の連通路36との間を遮断することから、吸入口4から第1の吸入空間34に流れ込む作動流体(空気)が、第1の弁座部19を貫通する第1の連結ロッド29と第1の弁座部19の間の隙間を介して、第1の吸入空間34から第1の連通空間35を介してピストン押出空間7に流れ込むと同時に、図3で示すように、第2の弁機構12の第2の吸入バルブ20が第2の弁座部22に着座して第2に吸入空間37と第2の連通空間38との間を遮断すると共に第2の排出バルブ21が第2の連通空間38と第2の連通路39との間を開放するため、縮小するピストン引込空間8からの作動流体を排出口15c、15dから排気することができるため、ピストン押出空間7が膨張してピストン5を図面右方向に移動させるものである。
ピストン5が図面右方向に移動した場合、図5及び図6で示すように、作動ロッド9がプランジャ6によって引っ張られることから、第1及び第2の弁機構11,12が右方向に移動する。これによって、第1の弁機構11においては、第1の吸入バルブ17が第1の弁座部19に着座すると同時に第1の排出バルブ18が第1の弁座部19から離れることによって、第1の吸入空間34と第1の連通空間35を遮断し且つ第1の連通空間35と第1の連通路36が連通して前記ピストン押出空間7と排気口15a,15bが連通する。これと同時に、第2の弁機構12においては、第2の排出バルブ21が第2の弁座部22に着座すると同時に第2の吸入バルブ20が第2の弁座部22から離れることによって、前記吸入口14と前記第2の連通空間38が連通すると同時に第2の連通空間38と排出口15c、15dが遮断され、吸入口14と前記ピストン引込空間8が連通するものである。これによって、ピストン引込空間8が膨張すると同時にピストン押出空間7が縮小するので、ピストン5が図面左方向に移動するものである。
この動作が繰り返されることによって、ピストン5と共にプランジャ6が往復運動を行うことができるものである。尚、この往復運動における両側の死点(上死点及び下死点)における動作を円滑に行うために、作動ロッド9にスナップアクション機構16を設け、ピストン5の死点位置において、コイルバネ41の付勢力によってハンマー部40を次の移動方向に打ち出すことによって死点での停止を防止し、円滑な往復動が達成されるものである。
本願発明に係るパワーヘッド組立は、ポンプ機器を連結することにより、空気駆動ポンプとして活用することが可能となるものである。
1 パワーヘッド組立
2 アクチュエータ部
3 弁機構
4 シリンダ
5 ピストン
6 プランジャ
7 ピストン押出空間
8 ピストン引込空間
9 作動ロッド
10 挿通孔
11 第1の弁機構
12 第2の弁機構
13 本体部
14 吸入口
15a〜15d 排出口
16 スナップアクション機構
17 第1の吸入バルブ
18 第1の排出バルブ
19 第1の弁座部
20 第2の吸入バルブ
21 第2の排出バルブ
22 第2の弁座部
23 第1の連結機構
24 第1の弁組立
25 第2の連結機構
26 第2の弁組立
27 第1の吸入側ジョイントプレート
28 第1の排出側ジョイントプレート
29 第1の連結ロッド
30 第2の吸入側ジョイントプレート
31 第2の排出側ジョイントプレート
32 第2の連結ロッド
33 ジョイントロッド
34 第1の吸入空間
35 第1の連通空間
36 第1の連通路
37 第2の吸入空間
38 第2の連通空間
39 第2の連通路
40 ハンマー部
41 コイルバネ
42 スプリングケース
43 スナップ

Claims (5)

  1. シリンダと、該シリンダ内に往復自在に配置されるピストンと、前記シリンダ内であって前記ピストンの一方の側に画成されるピストン押出空間と、前記シリンダ内であって前記ピストンの他方の側に画成されるピストン引込空間と、前記ピストンの他方の側に接続され、前記シリンダから外部に延出するプランジャとによって少なくとも構成されるアクチュエータ部と、該アクチュエータ部を作動させるための弁機構部とを有するパワーヘッド組立において、
    前記弁機構部が、
    前記ピストンの一方の側に設けられ、前記ピストン若しくはプランジャに対して所定の範囲で移動可能に設けられる作動ロッドと、
    該作動ロッドによって作動され、前記ピストン押出空間に対して作動流体を給排制御する第1の弁機構であって、該第1の弁機構が、前記ピストン押出空間に作動流体を導入するための少なくとも1つの第1の吸入バルブと、前記ピストン押出空間から作動流体を排出するための少なくとも1つの第1の排出バルブと、前記第1の吸入バルブと前記第1の排出バルブが着座する第1の弁座部とによって構成されるもの、
    前記作動ロッドによって作動され、前記ピストン引込空間に対して作動流体を給排制御する第2の弁機構であって、該第2の弁機構が、前記ピストン引込空間に作動流体を導入するための少なくとも1つの第2の吸入バルブと、前記ピストン引込空間から作動流体を排出するための少なくとも1つの第2の排出バルブと、前記第2の吸入バルブと前記第2の排出バルブが着座する第2の弁座部とによって構成されるもの、及び、
    前記第1の弁機構の動作と、前記第2の弁機構の動作とを同期させる同期機構とを具備し、
    前記第1の吸入バルブと前記第1の排出バルブが、第1の連結機構によって連結されて第1の弁組立を構成すると共に、前記第2の吸入バルブと前記第2の排出バルブが、第2の連結機構によって連結されて第2の弁組立を構成することを特徴とするパワーヘッド組立。
  2. 前記同期機構は、前記第1の弁組立と前記第2の弁組立を連結することを特徴とする請求項記載のパワーヘッド組立。
  3. 前記第1の弁座部の一方の側には吸入口と連通する第1の吸入空間が画成され、前記第1の弁座部の他方の側には、前記ピストン押出空間と連通する第1の連通空間が画成され、さらに第1の弁座部には前記第1の連通空間と排出口とを連通する第1の連通路が形成されること、前記第1の吸入バルブが、前記第1の弁座部の一方の側で、前記第1の吸入空間と前記第1の連通空間の間を開閉すること、前記第1の排出バルブが、前記第1の弁座部の他方の側で、前記第1の連通空間と前記第1の連通路の間を開閉すること、且つ、
    前記第2の弁座部の他方の側には吸入口と連通する第2の吸入空間が画成され、前記第2の弁座部の一方の側には、前記ピストン引込空間と連通する第2の連通空間が画成され、さらに第2の弁座部には前記第2の連通空間と排出口とを連通する第2の連通路が形成されること、前記第2の吸入バルブが、前記第2の弁座部の他方の側で、前記第2の吸入空間と前記第2の連通空間の間を開閉すること、且つ、前記第2の排出バルブが、前記第2の弁座部の他方の側で、前記第2の連通空間と前記第2の連通路の間を開閉することを特徴とする請求項又は記載のパワーヘッド組立。
  4. 前記第1の弁機構と前記第2の弁機構の作動を確実にするために、スナップアクション機構が設けられることを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載のパワーヘッド組立。
  5. 前記スナップアクション機構が、作動ロッドに摺動自在に配置されるハンマー部と、該ハンマー部に対して垂直方向に移動可能であり、内部にコイルバネが配置されるスプリングケースと、前記ハンマー部と前記スプリングケースの間の連結するスナップとによって構成されることを特徴とする請求項4記載のパワーヘッド組立。
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