JPH01112091A - 空気アクチュエータ並びに弁及び弁アクチュエータの組合せ構造 - Google Patents

空気アクチュエータ並びに弁及び弁アクチュエータの組合せ構造

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JPH01112091A
JPH01112091A JP63189530A JP18953088A JPH01112091A JP H01112091 A JPH01112091 A JP H01112091A JP 63189530 A JP63189530 A JP 63189530A JP 18953088 A JP18953088 A JP 18953088A JP H01112091 A JPH01112091 A JP H01112091A
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chamber
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David E Hughes
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高圧気体の流れのコントロールに用いられる空
気圧弁に関し、より具体的には1100psi以下の実
用的な空気圧によって作動できる弁に関する。この弁は
圧縮気体シリンダー弁として使用するのに特に適してい
る。
(発明の背景) 本発明者等は1986年12月8日付にて出願した米国
特許出願第938,824号に、圧縮気体シリンダーと
共に使用するのに特に適した空気作動式弁を開示してい
る。この弁の空気アクチュエータは古くから使用されて
いる一般的な手動アクチュエータと互換性のある構造に
している。この空気アクチュエータはハウジングがカッ
プ型に形成され、従来の弁体に螺合される。弁棒の伸長
部(extension)はハウジングの中に突き出さ
れ、ピストンに押し当たる、ピストンは積み重ねた円板
ばねの力によって弁棒を付勢している9円板ばねの力は
ピストンを通じて弁棒の伸長部に加えられ、弁は閉位置
に保持される。圧縮空気がアクチュエータの中に導入さ
れると、この空気圧によってピストンに力が加わり、円
板ばねを圧縮する。このスプリング作用によって弁棒は
開位置に移動する。
このような空気圧で作動する弁を用いた気体シリンダー
は約2 、OOOpsigもの高い圧力が加えられる。
このような高圧の気体シリンダーにを洩れを生じさせな
いためには、円板ばねに相当大きな力を発生させなけれ
ばならない0例えば、半導体産業において用いられる毒
性の強い気体を保存するのにこの気体シリンダーを用い
る場合、洩れを生じないようにすることは特に重要であ
る。更に又アクチュエータは、気体シリンダーの輸送及
び保存に使用される輸送キャップ(transport
 cap)に嵌まる大きさにすることが望ましい、この
ような制約を考慮すると、空気アクチュエータを作動さ
せるには約160PSIの空気圧を使用する必要がある
。産業上利用されている空気圧の代表的な圧力は約90
PS Iであるから、この空気圧式シリンダー弁を作動
させるには空気圧装置又は増圧器を別個に必要となる。
(発明が解決しようとする課題) 本発明の第1の目的は、一般的に利用又は使用可能な圧
力で作動できる空気圧シリンダー弁及びアクチュエータ
を提供することにある。
本発明のもうひとつの目的は、気体が充満したシリンダ
ーの弁を確実に密封できる弁及びアクチュエータを提供
することにある。
本発明の更にもうひとつの目的は、一般的に使用されて
いる手動アクチュエータと互換性があり、輸送キャップ
に嵌めることができる弁及びアクチュエータを提供する
ことにある。
本発明の更にもうひとつの目的は、寿命が長く、信頼性
が高く、製造及び組立が容易かつ経済的な弁及びアクチ
ュエータを提供することにある。
(発明の要約) 本発明のこれら及びその他の目的は、デュアルタンデム
(dual Lande簡)ピストン付きの空気アクチ
ュエータによって達成できる。ピストンとピストンの間
に圧力板を設けているから、下ピストンの上面に圧力を
加えることなく上ピストンに圧力を加えることができる
。圧力板は取付時は作業を容易にするために浮いている
が、力がかかると、ストッパーに当たって据わるように
するのが望ましい。
より具体的には、本発明は空気アクチュエータを分離し
て設け、シリンダー弁と組み合わせたものである。
アクチュエータのバウンシングはカップ型即ち中空円筒
状に形成し、端部壁がシリンダーの弁体に固定されてい
る。シリンダー弁の弁棒部材は弁の開きばねの力によっ
て開位置に保持されており、端部壁の孔を通ってアクチ
ュエータのハウジングの中に侵入する。第1の下ピスト
ンはハウジング内に摺動可能に設けられ、弁棒部材に当
接し、端部壁と共に第1の分離した圧力アクチュエータ
チャンバーを形成している。第2の上ピストンはハウジ
ングの中に摺動可能に設けられ、ピストン間に配備した
圧力板と共に第2の分離した圧力アクチュエータチャン
バーを形成している0例えば、円板ばねのような付勢手
段がら上ピストンに加えられた付勢力は、ピストンロッ
ドの如き、ピストン間を伸びる継手手段によって下ピス
トンに伝達される。この付勢力は下ピストンを通じて弁
棒部材に加えられ、弁を開位置に保持する。ピストン間
を伸びる部材は通路を含んでおり、該通路を通じて第1
アクチュエータチヤンバーと第2アクチュエータチヤン
バーが連通ずる。従って、圧力流体がチャンバーの一方
に導入されると、流体はこの通路を通じて他方のチャン
バーに流れていく、このようにして、付勢手段の付勢力
以上の力が両ピストンに加えられるから、ピストンは弁
棒部材から遠ざかる方向に移動し、弁開きばねによって
弁は開くことができる。
アクチュエータのハウジングは、カップ型に形勢し、端
部壁と一体にするのが望ましい、更にまた、圧力板はハ
ウジングの中を遊動可能に設けられるが、第1ピストン
への方向は円筒形ハウジングの内肩部の如き、ストッパ
ー手段によって規制される。ピストンとハウジングの間
、圧力板とハウジングの間、圧力板とピストン間を繋ぐ
ロッドとの間にはシールが設けられる。圧力板と下ピス
トンはブリードチャンバー(bleed chambe
r)を形成し、該チャンバーは連通して、チャンバー内
に閉じ込められた一切の圧力を排除できるようにしてい
る。
本発明の望ましい実施例では、ピストンロッドは下ピス
トンと一体に形成され上ピストンに当接している。ピス
トンロッドの端部の横溝は、ピストンロッドと上ピスト
ンとの間の流通路を形成し、該通路を通じて流体はピス
トンロッドの通路がら上アクチュエータチャンバーの中
に流入することができる。ピストンロッドの寸法は、下
ピストンが端部壁を押し付けてから上ピストンが圧力板
を押し付けるようにしており、このため圧力板には直接
機械的な力が加わることは決してない。
このように二重ピストンの構造にしたことによって弁は
工場等で通常入手しうる空気圧にて作動させることがで
きる。それにもかかわらず、アクチュエータを含む弁全
体は通常のシリンダー弁の輸送キャップの中に嵌めるこ
とができる。更に、前述の構造の場合、アクチュエータ
の組立ては、ハウジングの開口端から部品を連続的に挿
入し、ネジ付きキャップを用いて適当な位置で固定する
だけで良く、極めて容易である。
(望ましい実施例の説明) 本発明は高圧気体シリンダーの弁として特に適しており
、該弁について以下に説明する。しかし、本発明の特徴
はその他種類の弁に適用できることは勿論である9図面
を参照すると、本発明の弁(1)は弁体(3)の一端に
高圧気体シリンダー(7)のインレットに弁を取り付け
るための外ねじ(5)を設けている。弁体(3)は軸芯
に孔を設けて入口通路(9)を形成しており、該通路は
弁体の反対側端部から内向き形成した座ぐり孔と連通し
、弁チャンバー(11)を形成している。弁体(3)に
横向きのフレアー孔を設け、外側にネジを付けたボス(
I3)によって出口通路(15)を形成し、該通路を弁
チャンバー(11)に連通している。出口通路(15)
は更に内ネジ(17)を設け、必要に応じて流量絞り弁
を収容できるようにしている。ネジ付きボス(13)は
、圧縮ガスの供給先である圧縮ガスアソシエーション(
CGA)のコネクターとして使用しうる大きさに仕上げ
る。標準の接続構造にするのは接続ミスによる危険状態
が発生するのを防ぐためである。
円筒形の内側弁棒(inner valve stem
)(19)は弁チャンt<−(11)に摺動可能に設け
られ、弁座インサート(21)を収容できるようにする
ため下部を凹ませている。弁座インサートは、入口通路
(9)の境界部を弁チャンバー(11)と共に取り囲む
隆起弁座(23)に接触してシールする。圧縮コイルば
ね(25)を弁棒(19)の外周フランジ(27)と弁
チャンバー (11)の底部の肩部(29)に押し当て
、内側弁棒(I9)を第2図に示す開位置にて保持して
いる。ネジ(=fきの座ぐり部(31)は、弁チャンバ
ー(11)と軸芯を同じにして弁体(3)の肩部(33
)を形成してぃる、ダイアフラム部材は一組のダイアフ
ラム(35)から構成され、この肩部(33)の上に載
せられる。
ダイアフラムの数は、弁の大きさ、材質、設計圧力など
によって変えることができる。ダイアフラム(35)に
よって弁チャンバー(11)を密封し、内側弁棒(19
)の丸味のついた上端部(39)に当接する。
前述した弁(1)の部分は、はずみ車(handmbe
el)に古くから利用されており、この点については前
述した本発明者等による米国特許出願の中で論じている
。このはずみ車を取り外して本発明の空気アクチュエー
タ(41)と取り替えることが出来る。
空気アクチュエータ(41)は一端部を壁体(45)に
した中空円筒状のハウジング(43)を有している。端
部壁(45)は円筒形の側壁と一体に形成し、カップ状
のハウジングにすることが望ましい、端部壁(45)か
ら軸方向にネジ付きニップル(47)を突設し、アクチ
ュエータ(41)を弁体(3)に取り付けるための接続
手段を形成している。更に、ネジ付きニップル(47)
を弁体(3)のネジ付き座ぐり部(31)の中にねじ込
むことによってダイアフラム(35)は肩部(33)に
押し当てられ、弁チャンバー(11)は緊密にシールさ
れる。
外側弁棒(outer valve stem)(49
)は内側弁棒(19)と共に弁を開閉する弁棒部材を構
成し、ニップル(47)及び端部壁(45)の孔(51
)を突き抜けて中空の円筒ハウジング(43)の中に延
びている。外側弁棒の内端部の凸面(53)がダイアフ
ラム(35)を押圧する。0リング(50)によって外
側弁棒(49)の周囲がシールされる。
第1の下ピストン(55)はハウジング(43)の中に
摺動可能に設けられ、ハウジングの側壁及び端部壁(4
5)と共に第1の下部アクチュエータチャンバー (5
7)を形成している。第2の上ピストン(59)は圧力
板(61)と共にハウジング(43)の内部に第2のア
クチュエータチャンバー(63)を形成している。
圧力板(61)はハウジング内に遊嵌され、ストッパー
手段に当たって載置される。ストッパー手段はハウジン
グ(43)の内壁の環状肩部(65)の形が望ましい、
ストッパー手段は圧力板(B1)と下ピストンとの間に
間隔をあける役割を果たし、上部アクチュエータチャン
バー(63)の境界部を端部壁から最小の距離にて固定
する。この圧力板によって、空気圧が下ピストン(55
)の背部に作用しないようにしていることは理解される
であろう。
短いピストンロッド(6))はピストン(55)と(6
1)の問を伸びており、該ロッドは圧力板(61)の孔
(69)の中を摺動する。ピストンロッド(67)は第
1ピストン(55)と一体に形成し、第2ピストン(6
1)を単に押し当てるようにするのが望ましい、ピスト
ン(55)及びピストンロッド(67)を貫通する中央
部の軸孔(71)は(73)の位置で座ぐり加工してお
り。
第1アクチュエータチヤンバー(57)と第2アクチュ
エータチヤンバー(63)を連結する通路を形成してい
る。ピストンロッド(6))の端部には横溝()5)を
設けて流通路を形成し、該通路を通じて、圧縮空気又は
窒素は、ピストンロッドを第2ピストン(59)に押し
当てた状態でアクチュエータチャンバー間を流れること
ができる。外側弁棒(49)の端部にも同じような横溝
(74)を設け、第1アクチュエータチヤンバー(5)
)と孔(71)との間に通路を形成している。
Oリング(7))によってピストン(55)とハウジン
グ(43)を密封し、0リング(79)によってピスト
ン(59)とハウジング(43)を密封する。さらに、
0リング(81)によって圧力板(61)とハウジング
(43)を密封し、0リング(83)によって圧力板(
61)とピストンロッド(67)を密封している。圧力
板(61)を通り、該圧力板と第1ピストン(55)と
の間のブリードチャンバー(85)の中に洩れ出る圧縮
空気又は窒素は、ブリードボード(87)を通じて大気
に排出され、ピストン(55)の背部に圧力が高まるの
を防いでいる。
幾つかの円板ばね(89)がボス(91)の上に、第2
ピストン(59)の軸方向にて端部壁(45)から遠ざ
かる方向に積み重ねられている0円板ばねはピストンの
凹部(93)の中に嵌まり、ハウジングカバー(95)
に当接している。カバーは円筒ハウジング(43)の自
由端部にねじ留めするのが望ましい。
円板ばね(89)はハウジングカバー(95)によって
予め負荷を掛けておき、第2ピストン(59)を押圧す
る、この力はピストンロッド(67)、第1ピストン(
55)、外側弁棒(49)及びダイヤフラム(35)を
通じて内側弁棒(19)に伝達される0円板ばね(89
)から内側弁棒(19)に対して弁を閏じようとする力
が加えられる。この力は、ばね(25)と気体シリンダ
ー内の圧縮ガスとによるの弁を開けようとする力の和よ
りも遥かに大きいから、弁は第1図に示す閉位置に保持
される0円板ばね(89)の数と大きさを適当に選定す
ることによって、気体シリンダー内を所望の圧力に維持
しながら弁を確実に密封することが出来る。尚、気体シ
リンダーの中には過度の圧力を除くための退部を設けて
いる。このように、ばねの数と強さを変えることにより
様々な用途に適合させることが出来る。
弁を開くには、圧縮空気又は窒素を取付具(9))を通
じて下アクチュエータチャンバーの中に入れればよい、
チャンバー(57)内の空気圧は、円板ばね(89)か
らの付勢力と反対向きの力としてピストン(55)に作
用する。圧縮空気又は窒素は、溝()4)穴(71)、
座ぐり部(73)及び渭(75)を通じて上アクチュエ
ータチャンバー(63)の中に流れる。ここで又、ばね
の付勢力とは向きが反対の力が上ピストン(59)に加
えられる。圧力板(61)によって第2ピストン(59
)への圧力が下ピストン(55)の背部に作用しないよ
うになっているから、2つのピストンに加えられた力が
一緒になると、円板ばね(89)によって閏じようとす
る力よりも大きくなる。このようにして、第1ビストン
ク55)から外側弁棒(49)に加えられる力は取り除
かれ、ばね(25)によって下部弁棒は持ち上げられて
弁座(23)から離れ、弁を開くことが出来る。
2つのピストンに作用させる空気圧は、工場用として一
般的に使用される約90PSIの空気圧を用いればよく
、この空気圧は、円板ばねによる閉じようとする力に打
ち勝つだけの十分な大きさである。これは、本発明者等
による前述のアメリカ特許出願に開示した単一ピストン
アクチュエータよりも直径の小さいアクチュエータを用
いても達成出来る。アクチュエータの直径を小さくすれ
ば、ハウジングと輸送キャップ(99)との間に更にク
リアランスが形成される。尚、輸送キャップは弁の上の
気体シリンダーにねじ込むもので、輸送及び保存中、弁
を保護するためのものである。
本発明者等による前述したアメリカ特許出願の中に開示
したアクチュエータは同じように、本発明のアクチュエ
ータはハウジングカバー(95)の中心部のボス(10
3)にねじ穴(lot)を設けている。この穴の中に固
定用プラグ(105)をねじ込み、上ピストン(59)
のボス(91)に押しあてることにより、気体シリンダ
ーの輸送及び保存のために、弁を閉位置の状態で機械的
にクランプすることが出来る。
前述のアメリカ特許出願に開示したアクチュエータの場
合と同じように、ジヤツキ工具(jackingtoo
l)(図示せず)をボス(91)のねじ穴(107)で
受けられるようにしている。この工具をハウジングカバ
ー(95)の上部に押し当てることにより、ピストン(
59)を円板ばね(89)の力に抗して弁を持ち上げる
ことが出来るから、弁の開きばね(25)によって弁を
開くことが出来る。このようにして、弁は空気圧を用い
なくとも手動で開けることが出来る。
本発明の空気アクチュエータは従来の手動アクチュエー
タと互喚性があるから、同じタイプの気体シリンダー弁
に用いることが出来る。更に本発明のアクチュエータを
組み立てるには、下ピストン(55)、圧力板(61)
、上ピストン(59)及び円板ばね(89)をカップ状
ハウジングの開口端から挿入し、ハウジングカバー(9
5)で適当な位置に固定するだけで、簡単に行なうこと
が出来る。圧力板(61)は固定しなくともよい。ピス
トンロッド(67)の上に単に落とすだけで肩部(65
)の上に載る。ピストンロッド(67)の長さは、アク
チュエータを組み立ててからシリンダー弁の上に載せた
とき、第1ピストン<55)が端部壁(45)に当たっ
てから第2ピストン(59)が圧力板に接触し圧力板に
直接機械的な力が作用しないような寸法にする。
本発明の具体的な実施例について詳細に説明したが、当
該分野の専門家であれば、開示内容に基づいてこれ等の
細部について様々な変形及び変更を行なうことは出来る
であろう、具体的な実施例は単なる例示であって、本発
明の範囲を限定するものとして解されるべきではない6
本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等の範囲に及
ぶべきである。
【図面の簡単な説明】
第1図は弁を備えた本発明の気体シリンダーであって、
弁が閉位置にあり輸送キャップを配備したときの状態を
示すシリンダー弁の縦断面図、第2図は第1図のシリン
ダー弁が開位置にあるときの縦断面図である。 (3)・・・弁 体     (19)・・・弁 棒(
25)・・・圧縮コイルばね (41)・・・空気アクチュエータ (43)・・・円筒形ハウジング (55)・・・第1の下ピストン (57)・・・下アクチュエータチャンバー(59)・
・・第2の上ピストン(61)・・・圧力板(63)・
・・上アクチュエータチャンバー(89)・・・円板ば
ね FIG、 /

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)弁棒部材に第1のばねによって弁座から離れる方
    向に力が加えられて弁が開くようになっているシリンダ
    ー弁の空気アクチュエータであって、 一端部が壁体であるた中空の円筒形ハウジングと、 アクチュエータをシリンダー弁に取り付けるために設け
    られ、該ハウジングの端部壁に固定され、弁棒部材が通
    る貫通孔を形成した接続手段と、 アクチュエータのハウジング内に摺動可能に設けられ、
    端部壁と共に第1のアクチュエータチャンバーを形成す
    る第1ピストンと、 アクチュエータハウジング内の第2ピストンと端部壁と
    の間を第1ピストンと共に摺動可能な第2ピストンと、 円筒形ハウジング内の第1ピストンと第2ピストンとの
    間に設けられ、第2ピストンと共に第2アクチュエータ
    チャンバーを形成し、端部壁に関して第2アクチュエー
    タチャンバーの境界部を形勢する圧力板と、 第2ピストンを端部壁の方向に力を加える付勢手段と、 第2ピストンに加えられた付勢力を第1ピストンに伝達
    して該第1ピストンを弁棒部材に付勢し、第1のばねか
    らの弁を開けようとする力に抗して弁棒を閉じるために
    圧力板を貫通して伸びる手段と、 圧力流体をアクチュエータチャンバーの一方に導入する
    手段を備えており、 圧力板を貫通して伸びる手段には第1アクチュエータチ
    ャンバーと第2アクチュエータチャンバーを連通する通
    路を含み、圧力流体が両アクチュエータに入って両ピス
    トンに力が作用したとき、その力の和は付勢手段の付勢
    力よりも大きくなるようにしており、これによつて、第
    1ばねが作用して弁が開くようにしていることを特徴と
    する空気アクチュエータ。
  2. (2)圧力板は、円筒形ハウジングの内部に遊動可能に
    設けられ、圧力板と端部壁との間を最小寸法に固定する
    ストッパー手段を有している特許請求の範囲第1項に記
    載の空気アクチュエータ。
  3. (3)ストッパー手段は円筒形ハウジング内の内肩部で
    あって、該内肩部に圧力板が着座する特許請求の範囲第
    2項に記載の空気アクチュエータ。
  4. (4)円筒形ハウジング内の第1ピストンと圧力板との
    間にブリードチャンバーを形成し、円筒形ハウジングが
    ブリードチャンバーを大気に連通するブリードボードを
    形成し、アクチュエータは各ピストンと円筒形ハウジン
    グの間、圧力板と円筒形ハウジングの間及び圧力板と該
    圧力板を貫通して伸びる手段との間に夫々シールを設け
    ている特許請求の範囲第3項に記載の空気アクチュエー
    タ。
  5. (5)圧力板を貫通して伸びる手段は、下ピストンに固
    定されたピストンロッドと上ピストンの受け部である特
    許請求の範囲第1項に記載の空気アクチュエータ。
  6. (6)通路はピストンロッドを軸方向に貫通し、該ロッ
    ドの一方端部にはロッド端部と第2ピストンを繋ぐ流通
    路を形成しており、該流通路を通じて流体がピストンロ
    ッドの通路と第2アクチュエータチャンバーの間を流れ
    るようにしている特許請求の範囲第5項に記載の空気ア
    クチュエータ。
  7. (7)ピストンロッドの長さは、第1ピストンが端部壁
    に着座した後、第2ピストンが圧力板に着座する寸法に
    形成している特許請求の範囲第6項に記載の空気アクチ
    ュエータ。
  8. (8)圧力板は円筒形ハウジング内を遊動可能に設けら
    れ、圧力流体が第2アクチュエータチャンバーに入り込
    んだとき、圧力板が円筒形ハウジングの内肩部に着座す
    る特許請求の範囲第6項に記載の空気アクチュエータ。
  9. (9)付勢手段は円板型圧縮ばねとキャップであって、
    キャップは円筒形ハウジングの端部壁とは反対側の端部
    に固定され、圧縮ばねを通じて第2ピストンを圧縮する
    特許請求の範囲第8項に記載の空気アクチュエータ。
  10. (10)入口通路と弁チャンバーによって弁座を形成し
    、出口通路が弁チャンバーと連通し、弁棒部材が前記弁
    チャンバー内の弁座に接触する閉位置と弁座から離れた
    開位置との間を摺動可能に設けられ、第1ばね手段によ
    つて弁棒部材を開位置に保持する弁と、 端部量に孔を設けたカップ型ハウジングと、前記孔を貫
    通する弁棒部材と共に弁体に該ハウジングの端部壁を固
    定する手段と、カップ型のハウジング内に摺動可能に設
    けられ端部壁と共に第1アクチュエータチャンバーを形
    成する第1ピストンと、ハウジング内に摺動可能に設け
    られ第1ピストンと共にブリードチャンバーを形成する
    浮動性の圧力板と、圧力板を端部壁の方に着座させるス
    トッパー手段と、ハウジング内に摺動可能に設けられ圧
    力板と共に第2アクチュエータチャンバーを形成する第
    2ピストンと、第1ピストンと第2ピストンとの間にま
    たがる長さであって圧力板の中を摺動し、第1アクチュ
    エータチャンバーと第2アクチュエータチャンバー間を
    繋ぐ通路を有するピストンロッドと、第2ピストンを付
    勢しピストンロッドを通じて第1ピストンを弁棒部材に
    押し当て弁棒部材を閉位置に保持する付勢手段と、チャ
    ンバーの一方に圧力流体を導入する手段を備えた弁アク
    チュエータとから構成され、 ピストンロッドが前記通路を通って他方のチャンバーに
    移動したとき、各ピストンに加えられる力の和は付勢手
    段から第2ピストンへの付勢力よりも大きくなり、第1
    のばねによって弁棒部材は開位置に移動できるようにし
    ていることを特徴とする弁と弁アクチュエータの組合せ
    構造。
  11. (11)ストッパー手段は円筒形ハウジング内の内肩部
    である特許請求の範囲第10項に記載の構造。
  12. (12)気体シリンダーに弁が取り付けられ、該弁及び
    アクチュエータの上にはまる輸送キャップが気体シリン
    ダーに取り付けられている特許請求の範囲第11項に記
    載の機構。
JP63189530A 1987-07-28 1988-07-27 空気アクチュエータ並びに弁及び弁アクチュエータの組合せ構造 Granted JPH01112091A (ja)

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