JPH02236007A - 双安定型電子制御式流体駆動トランスジューサ - Google Patents

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】 （技術分野） 本発明は、−ｉには二位置直線移動アクチュエータに関
し、特に、二位置間での移動時間を短縮するためにピス
トンに抗する空気圧エネルギーを利用する連動型アグチ
ュエータに関する。

（発明の開示） 本発明においては、１対の制御弁によりピストンに対す
る高圧空気の流入を制御すると共に永久磁石により制御
弁を、コイルが励磁されて永久磁石による保持力を中立
化することによって一方の弁が開放されるまで、夫々の
閉鎖位置に保持する。

蓄積された高圧空気によりピストンを一方の位置から他
方の位置まで急速に加速する。一方の位置から他方の位
置までの移動により、加速空気圧が加わる作動面とは反
対側の作動ピストン面付近に若干の空気が溜まりピスト
ンに反力を加えて行程端近くでピストンを減速させる。

ピストン移動の追加的な制動、及びピストンの運動エネ
ルギーの一部を回復するために補助ピス１・ンを設け、
この補助ピストンを主作動ピストンと共に移動させて空
気を圧縮することによって制御弁の再閉鎖を補助させる
。

上述の構成を有するアクチュエータは、それ以外は通常
の形式の内燃機関におけるガス交換弁、即ち、吸入又は
排気弁の開閉手段として特に有用である。この場合に弁
は、その連動作動特性に由来して完全開放位置及び完全
閉鎖位置の間でほぼ瞬時に移動させることができ、その
瞬時移動は従来のカム作動弁の特徴であった漸次移動と
は相違する。

上述の構成を有するアクチュエータは、上記以外の多数
の用途にも適用できるものであり、例えば、コンプレッ
サ等の油圧もしくは空気圧装置における弁制御手段とし
て、または例えば、製造ライン等において物品を移動さ
せるために急速な制御作動が要求される流体アクチュエ
ータもしくは機械式アクチニエータにおける連動制御弁
として使用することができる。

内燃機関用の殆ど全ての吸排気弁は、閉鎖弁位１　〇一 置に向けてばね付勢され、かつ、カムによりそのばね付
勢力に抗して開放されるボペット弁であり、カムは機関
のクランク軸と同期作動する回転カム軸上に設けられて
機関作動サイクル中で一定の所要回数だけ開閉を行う構
成とされている。この一定のタイミングは、高い機関速
度に最適のタイミングと、低い機関速度又は機関のアイ
ドリング速度に最適のタイミングとの妥協の産物である
。

従来技術によれば、上述のカム作動装置の代わりに、そ
の開閉動作が機関速度、機関クランク軸の角度位置その
他の機関パラメータの関数として制御される別形式の弁
開閉機構を使用した場合に達成され得る多くの利点が認
識されている。

例えば、ウィリアム・イー・リッチソンを発明者とする
１９８８年７月２９日付けの米国特許出願第２２６．４
１８号（発明の名称″車両管理コンピュータ゛）には、
複数の機関作動センサからの信号が入力されて複数の機
関作動パラメータの制御、特に、点火タイミング及び各
サイクル中の吸排気弁の開閉回数の制御を行うコンピュ
ータ制御システムが開示されている。また、米国特許明
細書第４．００．６９５号には流体圧作動弁をスプール
弁により制御し、これらスプール弁をダッシュボードコ
ンピュータによりＩｌｌ卸し、このダッシュボードコン
ピュータにより多数の機関作動パラメータのモニタを行
うことが開示されている。この米国特許は、上述の個別
的な弁制御により達成し得るとして多くの利点に言及し
てはいるが、実際には作動が比較的緩慢な流体圧の使用
によりこれらの利点を達成することができない。上記米
国特許に係わる装置はリアルタイム基準での弁制御を意
図するものであり、従って、システム全体はフィードバ
ック回路を含むために振動的挙動を伴いがちである。

ウィリアム・イー・リッチソンの発明に係り、かつ本願
の出願人に継承された１９８７年３月３日付けの米国特
許出願第０２１，　１９５号（発明の名称“電磁型弁ア
クチュエータ″″）には、開放及び閉鎖位置における永
久磁石ラッチ機構を含む弁アクチュエータが開示されて
いる。このアクチュエータにおいて、弁を一方の位置か
ら他方の位置まで移動させるためには電磁的反発力を用
いることができる。この出願には、更に、制動及びエネ
ルギーの回復についての幾つかの提案も含まれている。

ウィリアム・イー・゛リッチソン及びフレドリック・エ
ル・エリクソンの発明に係り、かつ本願の出願人に承継
された１９８８年２月８日付けの米国特許出願第１５３
，２５７号（発明の名称゛電子空気圧式弁アクチュエー
タ゜゛）には若干類似した弁作動装置が開示されており
、この作動装置は上記米国特許出願第０２Ｌ１９５号に
おける反発手段の代わりにリリース型の反発手段を設け
たものである。この作動装置は空気圧及び電磁力の両者
により駆動される作動弁であり、高圧空気の供給系統と
、空気を制動用及び一種の移動力として兼用するための
制御弁とを有している。磁気的な移動力は開放された磁
気ラッチ装置と対抗させて配置した磁気ラッチ装置によ
り供給され、その磁力は第一のラッチ装置が減勢状態に
ある限り作動装置のアマチュアを吸引する。他方のラッ
チ装置のアマチュアが閉じられると、磁気吸引力が増加
し、第一のラッチ装置が減勢状態にあると付勢状態にあ
るとを問わず第一のラッチ装置の磁気吸引力を上回る。

この出願には、更に、吸気弁のディレー閉鎖及び６行程
作動ザイクルモードを含む種々の作動モードも開示され
ている。

ウィリアム・イー・リッチソン及びフレドリック・エル
・エリクソンの発明に係わり、かつ本願の出願人に承継
された１９８８年２月８日付けの米国特許出願第１５３
．１５５号（発明の名称“空気圧作動式弁アクチュエー
タ゛゜）には、全体作動において本発明と類似する弁作
動装置が開示されている。

この出願の１つの特徴は、制御弁及びラッチ板を主作動
ピストンから分離し、ラッチ力を低下させると共に質量
を減少させて作動速度を高める点にある。このような概
念に則して、本発明は、上記２種の作動態様における特
性を更に改善することを目的とするものである。

何れもウィリアム・イー・リッチソン及びフレドリック
・エル・エリクソンの発明に係わり、かつ本願の出願人
に承継された１９８８年６月２０日付けの米国特許出願
第２０９，２７３号及び同第２０９，　２７９号（発明
の名称″ソレノイド作動制御弁を有する空気圧式アクチ
ュエータ′″及び″制御弁ラッチ用の永久磁石装置を有
する空気圧式アクチュエータ゛）には、特に、空気源圧
力と同等又はそれ以下の空気圧力を使用して制御弁の閉
鎖移動及び閉鎖位置での保持を補助すると共に前述の既
知の作動装置と対比して作動効率を一層向上させること
が提案されている。

更に、ウィリアム・イー・リッチソンの発明に係わり、
かつ本願の出願人に承継された１９８８年２月８日付け
の米国特許出願としては下記の出願を挙げることができ
る。先ず、第０７／１５３，　２６２号（発明の名称“
′磁気ポテンシャルエネルギー駆動型弁機構”″）には
、弁の１回のからエネルギーを回収・蓄積することによ
り次ぎの弁移動の駆動力とし、更に前述の米国特許出願
第１５３，２５７号におけると同様に装置駆動力の一部
として現在中立状態にあるラッチ装置と対向させて配置
されているラッチ装置からの磁気吸引力を使用すること
が提案されている。また、米国特許出願第０７／１５３
，　１５４号（発明の名称゛反発力作動式磁気ポテンシ
ャル駆動型弁機構”゜）には、ばね又は均等な空気圧を
、制動手段としてのみならず、加速力の一部を供給して
一方の位置から他方の位置までの次ぎの移動を補助する
ことができるエネルギー蓄積手段としても機能させるこ
とが提案されている。

ウィリアム・イー・リッチソン及びフレドリック・エル
・エリクソンの発明に係わり、かつ本願の出願人に承継
された１９８９年１月６日付けの米国特許出願第０１／
２９４．１２８号（発明の名称゛′高効率型弁アクチュ
エータ゛）には、１対の空気弁と、これら空気弁を閉鎖
位置にラッチする永久磁石とを備える空気圧駆動弁アク
チュエータが開示されている。このアクチュエータは、
ラッチ用磁石のラッチ力（従って、その寸法／コスト）
を低減するために、従来は磁気吸引力により克服する必
要のあった制御弁に作用する空気圧を均圧化するもので
ある。主往復ピストンの制動の必要性は、主ピストンの
運動エネルギーを回収して制御弁の再閉鎖に使用するこ
とによって緩和される。主ピストン軸の各端には０−リ
ングによりシールされた゛′ハンバ”を設けて、何らか
の理由で閉じなかった空気制御弁を閉鎖位置まで駆動可
能とする。

ウィリアム・イー・リッチソン及びフレドリック・エル
・エリクソンの、発明に係わり、かつ本願の出願人に承
継された１９８９年１月６日付けの米国特許出願、発明
の名称゛′空気圧駆動弁アクチュエータ′”）には、空
気圧駆動弁アクチュエータの往復ピストンにその往復方
向に向けて延在する数個の通気孔を形成してピストンの
両端における空気圧を平衡させることが開示されている
。ピストンにはアンダカットも形成し、このアンダカッ
トにより適当な時点で高圧空気を空気制御弁の背後まで
導いて弁の主ピストンからのベント（排気）途上にある
空気により制御弁の閉鎖移動を補助する。

その結果、制御弁の閉鎖に用いられる空気圧は、制御弁
の開放に用いられる空気圧よりも高くなる。

ウィリアム・イー・リッチソン及びフレドリック・エル
・エリクソンの発明に係わり、かつ本願の出願人に承継
された１９８９年１月６日付けの米国特許出願第０７／
２９４　，　７２７号（発明の名称゛空気圧式アクチュ
エータ゜゜）には、前述した米国特許出願第２０９，　
２７９号におけるリリーフ弁と類似した一方向圧力リリ
ーフ弁をアクチュエータに設け、捕捉された空気をヘン
トして高圧側圧力源に戻すことが開示されている。この
アクチュエータも主ピストン軸に″窓゛、即ち、ベント
用の弁アンダカットを設けたものであるが、その窓を同
日付けの他の米国特許出願における窓よりも小さ目に形
成することにより圧縮比を高めている。この出願のアク
チュエータは、空気制御弁を閉じる際に加圧される面積
を増加させて所要の磁力を更に低下させるものである。

ウィリアム・イー・リッチソン及びフレドリック・エル
・エリクソンの発明に係わり、かつ本願の出願人に承継
された１９８９年１月６日付けの米国特許出願第０．７
／２９４　，　７２９号（発明の名称゛電気空気圧式ア
クチュエータ“）には、高圧側圧力源における空気消費
量を減少させるために、制動中に圧１　７一 縮される空気を可能な限り多量に回収することが開示さ
れている。主ピストンにより、空気制御弁を閉鎖位置に
保持する磁気回路の一部を構成する。

制御弁の開放時には、制御弁及び主ピストンの両者が移
動し、磁気回路のリラクタンスを顕著に増加させると共
に制御弁に作用する磁力を同時に顕著に低下させる。

ウィリアム・イー・リッチソン及びフレドリック・エル
・エリクソンの発明に係わり、かつ本願の出願人に承継
された１９８９年１月６日付けの米国特許出願第０７／
２９５，　１７８号（発明の名称゛コンパクト型弁アク
チュエータ゛）には、弁アクチュエータのカバーに低圧
空気の簡略化された戻り通路と各種の新鮮空気ベント通
路とを設けることによって、作動ピストンに近接させて
より大型の高圧空気アキュムレークを配置可能とするこ
とが開示されている。

上述の何れの同日付け米国特許出願に係わる発明も、加
圧空気により駆動されて機関弁を作動させる主ピストン
、即ち、作動ピストンを設けたものである。機関弁を開
放位置及び閉鎖位置の間で移動させる作動ピストンがラ
ッチ要素及び所定の弁構体から分離されるため、移動さ
せるべき質量を顕著に減少させて非常に急速な作動を達
成することができる。保持及び開放に必要とされる力も
同様に低下させることができる。主ピストンから分離さ
れた弁構体をピストンストロークの全長にわたって移動
させる必要がなくなるため、作動効率の向上も達成され
る。加圧空気を一対の制御弁により作動ピストンに供給
し、その加圧空気によりピストンを一方の位置から他方
の位置まで駆動すると共に、典型的には制御弁を再び作
動させるまでピストンを所定位置に保持する。何れの発
明も、主ピストンの軸における若干拡大された部分に沿
う深さを約０．２５ｍｍ程度としたカップ状領域又はア
ンダカット領域よりなる“窓゜”を設けて空気を一方の
領域又は室から他方の領域又は低圧空気出口ポートまで
通過可能とする。更に、何れの発明も、前述した米国特
許出願第１５３．１５５号におけるようにスロットをピ
ストンシリンダ内の中央に配置して中間ラッチ空気圧を
供給し、更に、前述した米国特許出願第２０９．２７９
号におけるようにピストンの制動の間に圧縮される空気
お高圧側空気源に戻すためのリード弁装置を設けること
もできる。

上述した全ての同時係属出願の全開示内容を補完するも
のとして特に援用する。

本発明の目的を列記すると、連動作動特性及び高い作動
効率を特徴とする双安定式流体駆動型作動装置を提案す
ること、より急速に応答する空気圧駆動型の作動装置を
提案すること、制御弁の制動及び再閉鎖を補助する補助
ピストンを有する電子制御式空気圧駆動型の作動装置を
提案すること、制御弁及び主ピストンに共通の永久磁石
ラッチ装置を有する電子制御式空気圧駆動型の作動装置
を提案すること、上述の目的を達成すべく構成され、か
つ、制御弁及びピストンの一方の移動により他方を保持
する磁力を低下させる電子制御式空気圧駆動型の作動装
置を提案すること、空気導入制御弁と、制御弁が開放位
置にあるときに空気を蓄えて加圧する空気室とを備え、
加圧空気を空気ばねとして作用させることにより空気制
御弁の再閉鎖を補助する弁作動装置を提案すること、並
びに、応答性に優れた空気制御弁を有する弁作動装置を
提案することである。

一般的に言えば、本発明においては、主ピストンの補助
ピストンセグメントを空気制御弁の開放に際して空気制
御弁の内孔に対して摺動掛合させる。主ピストンを加速
する高圧空気により補助ピストンが環状圧力室内の空気
を圧縮し、この加圧室内の圧力の上昇により空気制御弁
の再閉鎖を補助させる。高圧空気が制御弁を再閉鎖する
ので、駆動回路は２つ使用する必要はなく１つでよい。

本発明の他の一般的側面によれば、電子制御式流体圧駆
動型の双安定トランスジューサに第一と第二位置間で所
定の軸線に沿って往復動じ得る空気駆動ピストン、並び
に開放及び閉鎖位置間で同一の軸線に沿って往復動し得
る制御弁とを設ける。

空気圧ラッチ装置により制御弁を閉鎖位置に保持すると
共に電磁装置を励磁することによりラッチ装置の効果を
一時的に無効として制御弁を解放すると共に閉鎖位置か
ら解放位置まで移動させる。

電磁装置の励磁により制御弁の軸線に沿う１方向への移
動を生じさせることによって高圧源からの流体を閉鎖室
に導入し、ピストンを第一位置から第二位置まで軸線に
沿って逆方向に駆動する。ピストンの移動により別の室
内の空気を加圧し、その加圧空気により制御弁を駆動し
て閉鎖位置への復帰移動を生じさせる。

本発明の更に他の一般的側面によれば、空気圧駆動型の
弁アクチュエータにアクチュエータハウジングを設ける
と共にハウジング内に軸線に沿って往復動し得るピスト
ンを配置する。ピストンは相互に逆向きに配置される一
対の主作動面を設ける。一対の空気制御弁を同一の軸線
に沿ってハウジング及びピストンに対し開放及び閉鎖位
置間で往復動可能とする。コイルを電気的に励起して一
方の空気制御弁を選択的に開放し、加圧空気を一方の主
作動面に作用させてピストンの移動を生じさせる。空気
制御弁の閉鎖は、ピストン移動によって補助する。この
加圧を行うためにピストンの両端に補助ピストンを配置
し、補助ピストンにより空気を主ピストンの駆動空気圧
よりも高い圧力まで加圧する構成とすることができる。

一般に、空気圧駆動型弁アクチュエータは弁アクチュエ
ータハウジングと、ハウジング内を往復動じ得る１対の
主作動面をもつピストンと、加圧空気源と、低圧空気出
口と、開放位置と閉鎖位置間でハウジングとピストンの
両方に対して往復動し得る１対の空気制御弁を含む。電
磁装置は空気制御弁の１つを選択的に開放して空気源の
加圧空気を主作動面の１つに供給し、ピストンを移動さ
せる。空気制御弁は環状圧力室内の圧力が次第に増大し
て再閉鎖される。前記環状圧力室は空気制御弁が閉鎖位
置にあるときアクチュエーク内の第二の室と低圧空気出
口ポートの両方に連通ずる。

空気制御弁は開放位置に向って移動したとき環状圧力室
を前記第二の室と低圧出口ポートの両方に対して密封し
て密封室を形成し、空気制御弁を更に移動させて圧縮す
るようになす。環状圧力室は空気制御弁用の復帰空気ば
ねとして作用し、空気制御弁が閉鎖位置から離れると圧
力室寸法を比例的に減少させ、圧力室圧力を空気制御弁
の動きにほぼ比例して増大させ、制御弁に復元力を与え
る。

この復元力は制御弁が開くにつれて増大する。

本発明を図示の実施例につき説明する。

（好適実施例の説明） 弁アクチュエータはポペット弁又は他の部品（図示せず
）を閉鎖位置から開放位置へ移動させる際の種々の部品
の位置と機能を連続して図示した第１図〜第７図に示さ
れる。逆方向の運動は部品の対称性から明らかである。

一般には、図示の空気圧駆動式弁アクチュエータは弁ア
クチュエータハウジング１９、シャフト又はステム１１
の軸線に沿ってハウジング内を往復動するピストン１３
をもつ。ピストン１３は１対の反対向きの第一の作動面
３８、４０と、加圧空気源３９と、開放位置と閉鎖位置
間でハウジング１９とピストン１３の両方に対して軸線
に沿って往復動する１対の空気制御弁１５、１７をもつ
。磁気中立化コイル２４又は２６を付勢して永久磁石２
５又は２７のラッチ効果を無効にし、１つの空気制御弁
１５又は１７を選択的に開いて前記第一作動面の１つへ
空気源から加圧空気を供給し、ピストンを動かす。

アクチュエータがもつシャフト又はステム１１は内燃機
関ポペット弁の一部をなし又はこのボペット弁に連結す
る。アクチュエータは更に、往復動ピストン１３と、１
対の往復動又は摺動する制御弁部材１５、１７をもつ。

前記部材はハウジング１９内に納められる。制御弁部材
１５、１７は磁石２５、２７の吸引力の合力により閉鎖
位置にラッチされ、コイル２４、２６の付勢により夫々
のラッチ位置から外される。制御弁部材又はシャットル
弁１５、１７はピストンエ３及びハウジングｌ９の両方
と協働し、動作中種々のポート開閉機能を果たす。ハウ
ジング１９は高圧入口ポート３９と低圧出口ポート８７
をもつ。これらは前述の同時係属出願の入口ポート及び
出口ポートと同形である。低圧は略大気圧とし、高圧は
９０〜１００ｐｓｉ　　（約６０　〜７０ｋｇ／　Ｃｆ
ｌ）ゲージ圧程度とする。中一２６ 間又はラッチ圧力空気源は先行出願と同様に、例えば、
約９〜ｌＱｐｓｉ　（約６〜７　ｋｇ／　ｃシ）の空気
を環状スロット４３に供給する。

このアクチュエータは連動弁を備える。第１、１ａ図は
起動状態を示し、ピストン１３は左方端位置にあり、空
気制御弁１５は閉鎖状にラッチされている。この状態で
環状の衝接端面７７をハウジング１９の環状スロットに
挿入し、○−リング４７に当てて密封する。こうして空
所３９内の圧力を密封し、主ピストン１３への移動力の
印加を防止する。この位置で、主ピストン１３は作動面
４０に加わる圧力により左方へ付勢される（ラッチされ
る）。第１図に示すアクチュエータは駆動ピストン１３
が最左方位置にラッチされており、これは対応する機関
弁が閉じた時の状態である。

補助ピストンの環状圧力室９１は主ピストンが休止した
とき大気圧になる。補助ピストン２９又は３１は空気制
御弁１５の内側穴３３又は３５に摺動掛合する。補助ピ
ストン圧力室９１は単純空気弁ばねの補助圧力室３７と
共に作動し、ポート６３、補助圧力室８７及びポート７
５を経て大気にベントする。永久磁石２５は空気制御弁
１５を閉鎖状態に保つ。

第２図では、シャットル弁１５は左方へ例えば、０．０
６　　ｉｎ　（約１．５　ｍｍ）移動しているが、ピス
トン１３は未だ右方へ移動していない。第３図は空気弁
１５が約０．１１　　ｉｎ（約２．８　ｍｍ）開き、ピ
ストンが約０．１４０　ｉｎ（約３．５６ｍｍ）右方へ
移動した状態を示す。第２図では、高圧空気は空所３９
へかつピストン１３の作動面３８へ供給され、ピストン
を右方へ進める。第２図では、コイル２４を付勢し、空
気制御弁１５が自由に動くようになるまで永久磁石２５
の磁界を減少させる。空気弁１５は圧力室３９内の高圧
により加速され、制御弁作動面２１、２３に作用する。

このとき大気圧ポート７５は制御弁１５により閉ざされ
、補助圧力室３７は単純ばねとして作用する。補助圧力
室３７はこのとき圧縮され、ポート６３は閉じ、もはや
補助ピストン圧力室９１を補助圧力室８７へもまた大気
へもベントしない。補助ピストン圧力室９１は圧縮され
る複合空気ばねとして作用する。補助ピストン２９と空
気弁１５はお互に対して運動し、非線形的に容積を変化
させることにより複合空気ばねを形成する。空気弁１５
はその全行程の略半分の行程を移動している。差し込み
部７７が主ハウジング１９の零体４１の一部分を摺動し
て離れるにつれて、主ピストン１３は窓５９を通して圧
力室３９からの高圧により加速される。窓５９と後述す
る他の窓は主ピストンの円筒形部分に設けた２組の周囲
のアンダカット部とする。

第３図では、空気弁１５は全開放位置へ移動しており、
単純空気ばねの補助圧力室３７は完全に圧縮されている
。補助圧力室９１内の大気は圧縮され続け、少量のエネ
ルギーが、補助ピストン圧力室９１内の圧力が高まるこ
とによって、補助ピストン２９により主ピストン１３か
ら取り出される。空所３９を経てピストン作動面３８へ
供給される圧力空気は第３図においてピストン１３の窓
５９の縁により遮断され、ハウジング１９の環状衝接部
４１を通過する。然し乍ら、ピストン１３は、空所８１
内の高圧空気の膨張エネルギーによって、加速し続ける
。窓５９は空気源圧力から主ピストン１３を遮断する。

次いで、主ピストン１３は全行程の３０パーセント移動
し、主ピストンシリンダ８１内の高圧が膨張させられる
。

第４図では、空気弁１５は完全に開き、補助ピストン圧
力室９１内の大気はより高い圧力となるまで圧縮される
。より多くのエネルギーが補助ピストン２９により主ピ
ストン１３から取り出される。主シリンダ８１内の高圧
は完全に膨張して、主シリンダ８１の左側がスロット４
３を経てラッチ又は中間圧力ヘベントされる。主シリン
ダ８１の右側の空気は圧縮され始め、主ピストン１３の
制動が始まる。

第５図では、補助圧力室３７と補助ピストン圧力室９１
内の圧力が圧力室３９内の空気源圧力より上回り始めて
、空気弁１５を第１図に示すように加速して閉位置へ復
帰させようとしている。補助ピストン２９により主ピス
トン１３から更に多くのエネルギーが取り出される。主
ピストン３の左側の作動面３Ｂに加わる圧力はラッチ圧
力となり、主ピストン１３の右側の作動面４０に加わる
圧力は増大し続けてアクチュエータを制動する。

第６図では、補助圧力室３７と補助ピストン圧力室９ｌ
内の圧力は圧力室３９内の空気源圧力を上回り、空気弁
１５は第１図の位置へ戻る途中にある。差し込み部７７
は空気弁１５の作動面２ｌに加わる空気源圧力を遮断す
る。このため、より多くのエネルギーが補助ピストン２
９により主ピストン１３から取り出される。主ピストン
１３の左側の圧力は空気源３のラッチ又は中間圧力とな
り、主ピストン１３の右側４０の圧力は増大し続けてア
クチュエータを制動し続ける。

第７図では、空気弁１５は第１図と同様に、閉鎖位置に
戻っている。補助圧力室３７内の圧力はボー１・７５を
経て大気圧へヘン１・している。補助圧力室９１内の圧
力は未だ高いままであり、強磁性ディスク４５で空気弁
１５を確実にラッチする。

前記ディスクは永久磁石２５に関連する環状の磁極片の
広さに渡っている。補助ピストン圧力室９１内の圧力は
高いままであり、この状態は主ピストン１３が第１図の
位置に戻り、ポート６３、７５と補助圧力室８７を経て
補助ピストン圧力室９ｌをベントするまで続く。この確
実ラッチ力の１利点は両コイル２４、２６が同時に押さ
れるため、コイル駆動器は２個無くてもよいということ
になる。第二の利点は永久磁石２５が従来のアクチュエ
ータに使用した永久磁石より弱くすることができること
にある。力対距離の条件次第ではこの確実ラッチアクチ
ュエータの使用を必要としない。

第７図の主ピストン１３は行程移動を完了し、主ビス１
・ンの右側のピストン制動圧力を窓６１を経て補助ピス
トン圧力室９３内へポート６５を経てヘントし、補助圧
力室８９を経て大気へ出る。

この時アクチュエータの１動作が完了し、実質上、上記
と同じプロセスが復帰動作で行われる。

アクチュエータには種々の実施例が可能である。

１例として、空気弁１５、窓５９及び差し込み部７７が
高圧空気が直ちに補助圧力室９１を満たすように変更で
きる。補助圧力室３７の単純空気ばねと共に補助ピスト
ン圧力室９１内の高圧を使い、空気弁１５を一層象、速
に閉鎖させる。かかる構成をもつアクチュエータの他の
例は第８〜１４図に示す。

第８図は第１図とは同様であるが、窓６ｏの第二の組を
主ピストン１３に加えて一層急速に閉じる空気弁を構成
した点で異なる。第８図は例えば、対応する機関弁が閉
じたときにおいて最左方位置に動力ピストンをラッチし
たアクチュエータを示す。第８図の主ピストンの補助ピ
ストン圧力室９１は主ピストンが休止した時大気圧にあ
る。補助ピストン圧力室９１はポート６３と補助圧力室
８７を経て大気にベントされる。空気弁１５は高圧を圧
力室３９から作動面２１へ加える。永久磁石２５は空気
弁１５を閉鎖状態に保つ。

第９図では、コイル２４は付勢され、永久磁石２５の磁
界は、空気弁１５が自由に動くようになるまで減少する
。空気制御弁１５は圧力室３９内の高圧により加速され
て作動面２１に作用する。

大気圧ポート７５はこの時ポート６３と同様に、閉ざさ
れ、補助圧力室３７番店上述の如く、単純ばねとして作
用する。その時、補助圧力室３７は圧縮される。ポート
６３は閉ざされ、補助ピストン圧力室９１を補助圧力室
８７と大気へベントさせない。補助ピストン圧力室９１
は上述の如く、圧縮される複合空気ばねとして作用する
。空気弁１５はその全行程の略半分移動する。差し込み
部７７は零体４１を過ぎて摺動するとき、主ピストン窓
５９を経て圧力室３９の高圧により加速される。

第１０図では、空気制御弁１５は完全開放位置へ移動し
、単純空気ばね補助圧力室３７を完全に圧縮する。補助
ピストン圧力室９１内の空気は圧縮され続け、少量のエ
ネルギーが補助ピストン圧力室９１内での圧力の増大に
より補助ピストン２９により主ピストン１３から取り出
される。窓５９は主ピストン圧力室８１を空気源圧力か
ら遮断する。その時、主ピストン１３は全行程の３０パ
ーセント移動し、主ピストンシリンダ８１内の高圧が膨
張する。

第１１図では、主ピストン１３は十分な距離動いて、以
前補助ピストン圧力室９１にヘントした高圧空気を窓６
０が遮断している。窓６０は最小量の高圧空気を補助ピ
ストン圧力室９ｌ内にヘントし、空気弁１５の作動面２
１に加わる高圧空気の作用の一部を打ち消す。補助ピス
トン圧力室９１内の高圧空気の圧力は空気弁１５を前述
のアクチュエータよりもずっと速く閉鎖させる。一層高
い閉鎖力が補助ピストン圧力室９１内に速やかに生じる
。主シリンダ８１内の高圧は完全に膨張し、主シリンダ
８１の左側はピストンの縁がスロット４３を露出したと
きラッチ圧力ヘベントされる。

主シリンダ８１の右側（隣接面４０）に作用する圧力は
圧縮され始め、主ピストン１３の制動を始める。

第１２図では、補助圧力室３７と補助ピストン圧力室９
１内の圧力は圧力室３９内の空気源圧力を上回り、空気
弁１５を第８図の位置へ向って加速復帰させる。より多
くのエネルギーが補助ピストン２９により主ピストン１
３から取り出される。

主ピストン１３の左側の圧力はラッチ圧力にあり、主ピ
ストン１３の右側の圧力は増大し続け、アクチュエーク
を制動する。

第１３図では、補助圧力室３７と補助ピストン圧力室９
１内の圧力は圧力室３９内の空気源圧力を更に上回り、
空気弁１３を第８図の位置へ向かって更に加速復帰せし
める。その時、差し込み部７７は空気弁１５の作動面２
３を横切る空気源圧力を遮断する。一層多くのエネルギ
ーが補助ピストン２９により主ピストン１３から取り出
される。

主ピストン１３の左側の圧力はラッチ圧力にあり、主ピ
ストン１３の右側の圧力は増大し続け、アクチュエータ
を制動する。補助ピストン圧力室９１内の圧力は未だ高
いままであり、空気弁１３を確実にラッチする。補助ピ
ストン圧力室９１内の圧力は高いままであり、この状態
は主ピストン１３が第８図の位置へ復帰しかつポート６
３と補助圧力室８７を経て補助ピストン圧力室９１ヘベ
ントするまで続く。

第１４図では、空気弁１５は第８図の位置へ復帰してい
る。補助圧力室３７内の圧力はポート７＝３６ ５を経て大気ヘベントしている。主ピストン１３は作動
行程を完了し、主ピストンシリンダ８１の右側の制動圧
力は窓６１を経て補助ピストン圧力室９３内へポート６
５を通してベントし、補助圧力室８９を通して大気へ出
る。アクチュエータの１作動が完了する。

弁アクヂュエー夕は対称性を有するので、追加弁の再閉
鎖力用に主ピストンエネルギーを使用する際の空気制御
弁１５の動作は多くの他の構成と同様に、ピストン行程
の両端の各々近くでは実質上同じである。

本発明の多くの用途をもつ内燃機関に関しては殆ど説明
しなかったが、内燃機関については前述の同時係属出願
中に記載したものと殆ど同じであるので、前記引用文献
は電子制御装置及び空気圧力源の如き装置の細部に付い
て参考となるものである。内燃機関の好適例では、作動
ピストン及びこれに関連する機関弁の質量は従来装置に
比して大幅に減少する。機関弁とピストンは完全開放位
置と完全閉鎖位置間を約１２ｍｍ　（０．４５　　ｉｎ
　）移動するが、制御弁は約３ｍｍ　（０．１２５　ｉ
ｎ）移動するに過ぎないので、必要な作動エネルギーは
僅になる。

本発明の空気通路は一般に、絞り損失が僅かであるか又
は全くない大きな環状開口である。

以上から明らかなように、前記本発明の目的、利点を達
成できる新規な電子制御される空気圧駆動式アクチュエ
ータにつき説明したが、本発明は図示の実施例に限定さ
れるものではなく、発明の要旨を離脱しない範囲で多様
な変更が可能であるのは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の空気圧駆動式アクチュエータを示す断
面図で、対応する機関弁が閉鎖した時の正常状態で駆動
ピストンを最左方位置においた状態を示す図、 第２図は制御弁と補助ピストンの相互作用を示す拡大断
面図、 第２〜７図は第１図と同様の断面図で、ピストンが右方
端又は弁開放位置にある状態での、部品の運動と機能を
夫々示す図、 第８〜１４図は第１〜７図と同様の断面図で、他の実施
例のピストンが右方端又は弁開放位置へ進む状態での、
部品の運動と機能を夫々示す図である。 １３・・・ピストン １５．　１７・・・空気制御弁 １９・・・ハウジング ２４．　２６・・・磁気中立化コイル ２５．　２７・・・永久磁石 ２９・・・補助ピストン ３９・・・高圧入口ポート ３７・・・補助圧力室 ４３・・・環状スロッ１・ ４７・・・０リング ５７・・・大気圧ポート ５９．　６０・・・窓 ６３．　７５・・・ボー１・ ７７・・・差し込み部 ８１・・・主ピストンシリンダ ８７．　９１・・・補助ピストン圧力室８９・・・補助
圧力室

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第一位置と第二位置間で所定の軸線に沿って往復動
   し得るピストンと、開放位置と閉鎖位置間で前記軸線に
   沿って往復動し得る制御弁と、制御弁を閉鎖位置に保持
   するラッチ手段と、一時的にラッチ装置の作用力を上回
   る作用力を与えて制御弁を閉鎖位置から開放位置へ移動
   し得るように開放する電磁装置と、高圧流体源と、ピス
   トンの移動に応答して制御弁を閉鎖位置へ復帰させる手
   段を備え、電磁装置を励磁することにより制御弁を前記
   軸線に沿って１方向に移動させると共に、高圧流体をピ
   ストンの一部に作用させてピストンを第一位置から第二
   位置まで前記軸線に沿って逆方向に駆動させることを特
   徴とする双安定型電子制御式流体駆動トランスジューサ
   。 ２、ピストンの移動に応答する手段が、ピストンに固定
   された補助ピストンを有する環状シリンダを備え、補助
   ピストンをピストンと共に移動させて一端を閉鎖すると
   共に弁の一部により他端を閉じることを特徴とする、請
   求項１に記載の双安定型トランスジューサ。 ３、低圧空気出口ポートと環状シリンダに対して偏心配
   置した環状圧力室を含み、環状圧力室を環状シリンダと
   連通させると共に制御弁が閉鎖位置にあるとき低圧空気
   出口ポートと連通させ、制御弁が開放位置へ移動したと
   きこの制御弁により環状圧力室を環状シリンダと前記低
   圧出口ポートの両者に対して密封させて、制御弁を更に
   移動させることにより空気を圧縮する密封圧力室を形成
   することを特徴とする請求項２に記載の双安定型トラン
   スジューサ。 ４、弁アクチュエータハウジングと、所定の軸線に沿っ
   てハウジング内を往復動し得る主ピストンと、主ピスト
   ンに固定されかつこれと共に可動の１対の補助ピストン
   とを備え、主ピストンが１対の反対向きの主作動面をも
   ち、更に、加圧空気源と、開放位置と閉鎖位置間でハウ
   ジングと主ピストンの両者に対して前記軸線に沿って往
   復動し得る１対の空気制御弁と、空気源から前記主作動
   面の１つへ加圧空気を供給する主ピストンと補助ピスト
   ン対を移動させるよう前記空気制御弁を選択的に開放す
   る手段と、補助ピストンの１つの運動に応答して１つの
   空気制御弁を閉鎖位置へ押圧する手段を備えたことを特
   徴とする空気圧駆動型弁アクチュエータ。 ５、各ピストンは対応する空気制御弁の作動面と共に可
   変容積の環状圧力室を形成することを特徴とする請求項
   ４に記載の空気圧駆動型弁アクチュエータ。 ６、前記運動に応答する手段が可変容積の環状圧力室を
   含み、前記１つの空気制御弁に係わる可変容積の環状圧
   力室は最初に大気圧にあるが、主ピストンが動く時間中
   には増大していくことを特徴とする請求項５に記載の空
   気圧駆動型弁アクチュエータ。 ７、空気制御弁がピストンを開放するために高圧空気を
   供給する前に、空気制御弁の運動によって１つの前記主
   作動面を含む密封圧力室を作ることを特徴とする請求項
   ４に記載の空気圧駆動型弁アクチュエータ。 ８、空気制御弁は主ピストンの一部と協働して密封加圧
   室を作ることを特徴とする請求項７に記載の空気圧駆動
   型弁アクチュエータ。 ９、前記選択的に開放する手段が電磁中立化装置を含む
   ことを特徴とする請求項４に記載の空気圧駆動型弁アク
   チュエータ。 １０、弁アクチュエータハウジングと、所定の軸線に沿
   って前記ハウジング内を往復動し得るピストンを含み、
   前記ピストンは１対の反対向きの主作動面をもち、更に
   、加圧空気源と、開放位置と閉鎖位置間でハウジングと
   ピストンの両方に対して前記軸線に沿って往復動し得る
   １対の空気制御弁と、前記主作動面の１つへ空気源から
   加圧空気を供給してピストンを移動させるよう前記空気
   制御弁の１つを選択的に開放する手段と、前記１つの空
   気制御弁を再閉鎖するよう前記１つの空気制御弁へ空気
   源から空気を供給する手段と、ピストンの移動に応答し
   て前記１つの空気制御弁を再閉鎖させると共に閉鎖状に
   保つのを補助させるよう前記１つの空気制御弁に供給す
   る空気圧を増大させる手段を備えたことを特徴とする空
   気圧駆動型弁アクチュエータ。 １１、前記ピストンの移動に応答する手段が環状シリン
   ダを含み、この環状シリンダは補助ピストンもち、補助
   ピストンは主ピストンに固定されかつ主ピストンと共に
   動いて一端を閉鎖し、かつ空気制御弁の一部が他端を閉
   鎖することを特徴とする請求項１０に記載の空気圧駆動
   型弁アクチュエータ。 １２、低圧空気出口ポートと、環状シリンダに対して偏
   心した環状圧力室を含み、環状圧力室は環状シリンダに
   連通すると共に、空気制御弁が閉鎖位置にあるとき環状
   シリンダ及び低圧空気出口ポートと連通し、空気制御弁
   は開放位置へ移動したとき環状シリンダと低圧出口ポー
   トの両者から環状圧力室を密封して空気制御弁を更に移
   動させることによって空気を圧縮する密封圧力室を形成
   させることを特徴とする請求項１１に記載の空気圧駆動
   型弁アクチュエータ。 １３、弁アクチュエータハウジングと、所定の軸線に沿
   って前記ハウジング内を往復動し得るピストンを含み、
   前記ピストンは１対の反対向きの主作動面をもち、更に
   、加圧空気源と、開放位置と閉鎖位置間でハウジングと
   ピストンの両方に対して前記軸線に沿って往復動し得る
   １対の空気制御弁と、前記主作動面の１つへ空気源から
   加圧空気を供給してピストンを移動させるよう前記空気
   制御弁の１つを選択的に開放する手段と、ピストンをそ
   の往復動の両端近くで減速させと共に前記１つの空気制
   御弁の再閉鎖を補助させるために加圧源の圧力より上の
   圧力の空気を供給する空気圧手段を備えたことを特徴と
   する空気圧駆動型弁アクチュエータ。 １４、１対の空気制御弁と、空気制御弁を閉鎖位置に保
   持する圧縮空気手段を含むことを特徴とする請求項１３
   に記載の双安定型電子制御式の空気圧駆動型トランスジ
   ューサ。 １５、ピストンが１対の主作動面と、ピストンと共に移
   動して空気圧を増大させる１対の補助ピストンをもつこ
   とを特徴とする請求項１４に記載の双安定型電子制御式
   の空気圧駆動型トランスジューサ。 １６、弁アクチュエータハウジングと、所定の軸線に沿
   って前記ハウジング内を往復動し得るピストンを含み、
   前記ピストンは１対の反対向きの主作動面をもち、更に
   、加圧空気源と、低圧空気出口ポートと、開放位置と閉
   鎖位置間でハウジングとピストンの両方に対して前記軸
   線に沿って往復動し得る１対の空気制御弁と、前記主作
   動面の１つへ空気源から加圧空気を供給してピストンを
   移動させるよう前記空気制御弁の１つを選択的に開放す
   る手段と、前記１つの空気制御弁を再閉鎖する手段を備
   え、この再閉鎖する手段はアクチュエータ内の第二の圧
   力室と環状圧力室を含み、空気制御弁が閉鎖位置にある
   とき前記第二圧力室と低圧空気出口ポートの両者と連通
   し、空気制御弁は開放位置へ移動したとき第二圧力室と
   低圧出口ポートの両者から環状圧力室を密封して空気制
   御弁を更に移動させることによって空気を圧縮する密封
   圧力室を形成させることを特徴とする空気圧駆動型弁ア
   クチュエータ。 １７、環状圧力室は空気制御弁用の空気復帰ばねとして
   作用し、空気制御弁が閉鎖位置から離れる運動によって
   圧力室寸法を比例的に減少させると共に圧力室圧力をほ
   ぼ比例的に増大させ、空気制御弁を更に移動させてこの
   弁が開放するにつれて増大する復元力を前記制御弁に与
   えることを特徴とする請求項１６に記載の空気圧駆動型
   弁アクチュエータ。