JPH028161B2

JPH028161B2 -

Info

Publication number: JPH028161B2
Application number: JP55045942A
Authority: JP
Inventors: Yukio Okuyama
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-04-08
Filing date: 1980-04-08
Publication date: 1990-02-22
Also published as: JPS56141406A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は例えばバルブを開閉するために用いる
小型シリンダー装置に関する。

更に詳しくは、シリンダーに２個のピストン
と、該ピストンが連結される回動ステムとを内装
し、ピストンの直線運動をステムの回動運動に変
換することによりピストンの移動ストロークを短
くできて装置を小型化でき、且つステムとピスト
ンとの連結部をステムの径方向へ移動自在とする
ことにより、バルブを開閉するに適合するステム
回動トルクを得られ、併せてピストンの円滑な移
動を保障できるようにした小型シリンダー装置に
関する。

例えばビール等を容器に充填するさいバルブの
開閉を行うため、該バルブ開閉用の駆動装置が必
要である。駆動装置の一例としてラツク式を挙げ
ることができるが、これによるとラツク軸ストロ
ークが長くなり、食品設備機械に付設されるバル
ブ開閉用駆動装置として好しくなく、付属機器で
あることを考慮すれば小型、コンパクト化するこ
とが要請される。

小型、コンパクト化の要請に応えるものとして
第７図の如き構造のものが考えられる。シリンダ
ー４０に２個のピストン４１，４２と、バルブに
結合される回動ステム４３とを内装し、ピストン
４１，４２によりシリンダー４０の内室を三室
Ａ，Ｂ，Ｃに区画するとともに、ピストン４１，
４２間に介入したステム４３にリンク４４，４５
及び枢着ピン４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂに
よつてピストン４１，４２を連結する。中央室Ａ
に圧力エアーを供給するとピストン４１，４２が
拡脹方向に移動してステム４３が反時計方向に回
動し、左右室Ｂ，Ｃにエアーを供給した場合には
ピストン４１，４２の逆移動によりステム４３が
時計方向に回動する。

以上の如くピストン４１，４２の直線運動をス
テム４３の回動運動に変換してバルブを開閉さ
せ、ピストン４１，４２の移動ストロークは短い
ため駆動装置の小型化を達成できるのであるが、
次の如き問題が残されている。即ち、ピストンが
往復動するさいピン４４ａ，４５ａは軌跡４４ａ
〜４４a′，４５ａ〜４５a′を描くのであるが、ス
テム４３の回動トルクはピン４４ａ，４５ａがシ
リンダー４０の径方向に直列に並んでステム４３
の回動角が45゜になつた時に最大となり、その前
後ではトルクは小となり、両端位置４４ａ，４５
ａ及び４４a′，４５a′では最小となる。一方、バ
ルブを開閉するに必要なトルクは第６図点線ｂに
示す通りで、0゜角における最大値からトルクは減
少し、45゜角周辺で最小となつた後、90゜角に向け
て漸進的に増大する。このようにステム４３から
得られるトルクとバルブ開閉に必要なトルクとで
は正反対の曲線特性となつており、0゜角近傍、
90゜角近傍ではステム４３のトルクは不足し、こ
れに対処するためにはシリンダー１径を大きくす
るなどの対策を構じなければならず、45゜角近傍
ではステム４３のトルクに余分が生じ、無駆なト
ルク出力となつてしまう。

又、第７図で示した如く二分割したピストン４
１，４２によつてステム４３を回動させる装置に
おいて要望される点は、シリンダー４０内をピス
トン４１，４２が往復摺動する場合においてピス
トン４１，４２が円滑に摺動し、ガタついたりす
るのをなくすことであり、このことはステム４３
の所定のトルクを得る上で重要である。

本発明者は以上の如き従来の要望される点、及
び残された問題点に鑑み本発明を成したものであ
る。

本発明の目的は、シリンダーに２個のピストン
と、該ピストンが連結される回動ステムとを内装
し、ピストンの直線運動をステムの回動運動に変
換するようにした装置の利点、即ち小型化、コン
パクト化がそのまま活かされ、例えばバルブ開閉
用の付属機器として付設されるに適合する小型シ
リンダー装置を提供する処にある。

これに加えて本発明の目的は、回動ステムのト
ルク特性が45゜角近傍で最小となり、0゜角、90゜角
に向けてトルクが増大し、バルブを開閉駆動する
必要なトルク曲線と合致させることができるよう
にした小型シリンダー装置を提供する処にある。

又、本発明の目的は、シリンダー内におけるピ
ストンの円滑な摺動を保障し、ピストンを正常に
往復移動させることにより回動ステムの所定のト
ルク出力を得られるようにした小型シリンダー装
置を提供する処にある。

以下に本発明の好適一実施例を添付図面に基づ
いて詳述する。

第１図は本発明に係る装置の分解図を示し、シ
リンダー１、該シリンダー１に内装される２個の
ピストン２，３、及び回動ステム４はアルミ合金
で成形される。シリンダー１の上下面には第３図
の通り小径孔５、大径孔６が貫通穿設され、シリ
ンダー１に縦嵌挿入した円柱状のステム４の下部
４ａを大径孔６に嵌合し、上部４ｂを小径孔５に
嵌合し、上部４ｂの頂部４ｃをシリンダー１から
突出させることにより、角形状の該頂部４ｃをス
テム４からトルクが伝達される被駆動部材に、具
体的には本実施例に係る小型シリンダー装置はバ
ルブ開閉用に用いられるためバルブの弁軸に結合
する。ピストン２，３は同じ形状に形成され、圧
力流体の圧力を受ける受圧部２ａ，３ａと、該受
圧部２ａ，３ａの側部から対称的に後方へ延びる
摺動部２ｂ，３ｂとからなる平面Ｌ字状となつて
おり、摺動部２ｂ，３ｂの外面がシリンダー１の
内周に摺接してピストン２，３の往復移動が成さ
れる。

円盤状の受圧部２ａ，３ａの外周面にＯリング
によるシールリング７，７を嵌装して圧力流体の
リークを防止するとともに、シリンダー１の内面
と同じ曲率に形成される摺動部２ｂ，３ｂの外面
にテフロン製等による板状の摩擦軽減部材８，８
を同一面として埋め込み固定する。ステム４の上
記下部４ａ及び上部４ｂにも圧力流体リーク防止
用のシールリング９，９が嵌装される。

シリンダー１の表面に圧力流体出入ポートP₁，
P₂を形成し、ポートP₁は第４図の如く通路１０
を介してシリンダー１内部に直接開口し、該開口
部の位置はシリンダー１の軸方向中央部である。
ポートP₂は第５図の如くシリンダー１の壁部内
に縦貫形成した通路１１と連通し、該通路１１の
両端部は折曲し、シリンダー１の内部両端に臨む
開口部１１ａ，１１ｂとなつている。シリンダー
１にピストン２，３を組み込んだ状態において、
両端面がパツキン１２ａ，１３ａ及び端蓋１２，
１３で閉塞されて密封されるシリンダー１の内室
はピストン２，３によつて三室Ａ，Ｂ，Ｃに区画
され、中央室Ａは通路１０を介してポートP₁と
接続され、左右室Ｂ，Ｃは開口部１１ａ，１１
ｂ、通路１１を介してポートP₂と接続される。

第１図の斜視図で示す通りステム４の大径円柱
部４ｄの軸方向中央部分を上下二段に内径方向へ
切削することにより空間S₁，S₂を設け、該空間
S₁，S₂の間に盤状部１４を残す。該盤状部１４に
外側から内側へ溝１５を切り込み、外面が開口し
た溝１５によつて盤状部１４をフオーク状とする
とともに、溝１５の深さ方向をステム４の径方向
とする。以上の空間S₁，S₂、及び溝１５を形成し
たフオーク状盤状部１４を大径円柱部４ｄに円周
方向反対側に二組設ける。ピストン２，３には前
記摺動部２ｂ，３ｂの内面から一対の軸支ブラケ
ツト１６，１６，１７，１７を一体に突設し、該
ブラケツトに割りピンで抜けを阻止して軸１８，
１９を架け渡し、且つ軸１８，１９にベアリング
機能を発揮するローラ２０，２１を自由回転可能
に遊嵌する。

以上のシリンダー１、ステム４、ピストン２，
３を組み立てる場合には、シリンダー１にステム
４を前記孔５，６からピストン２，３摺動方向と
直角方向に縦挿内装し、次いでシリンダー１の開
口両端面から摺動部２ｂ，３ｂを先にしてピスト
ン２，３を挿入し、ブラケツト１６，１７を空間
S₁，S₂に嵌め込み、第５図の如くローラ２０，２
１を含んで軸１８，１９を溝１５，１５に挿入
し、ピストン２，３をシリンダー１に内装する。

次いで作用について述べる。

ピストン２，３で区画形成される前記三室Ａ，
Ｂ，Ｃのうちの中央室ＡにポートP₁から圧力流
体、本実施例では圧力エアーを供給すると、受圧
部２ａ，３ａの内面へのエアー圧力の作用により
ピストン２，３は拡脹方向へ直接運動し、ステム
４はピストン２，３側の軸１８，１９から溝１
５，１５を介してフオーク状盤状部１４，１４に
伝達される上記拡脹荷重により第５図中時計方向
へ回動する。左右室Ｂ，ＣにポートP₂からエア
ーが供給された場合には受圧部２ａ，３ａの外面
へのエアー圧力の作用によりピストン２，３は相
寄る方向へ直線運動し、該直線運動がステム４の
反時計方向への回動に変換される。このように圧
力流体を２個のポートP₁，P₂に切り換え供給す
ることによりステム４は往復回動して既述のバル
ブを開閉せしめることとなり、ステム４は90゜角
回動する。

該回動時、軸１８，１９はローラ２０，２１を
含んで溝１５内を相対移動し、ステム４の径方向
へ深さをもつた溝１５内を軸１８，１９が滑動す
ることによりピストン２，３の直線運動が保障さ
れる。ステム４が第５図状態から45゜角回動して
２個の溝１５，１５がシリンダー１の径方向と一
致した時、軸１８，１９は溝１５に対して最深部
に達し、0゜角及び90゜角回動位置では最浅部に戻
る。

このようにステム４の回動角に応じてステム４
軸芯部から軸１８，１９までの距離が変わるた
め、該距離と、軸１８，１９に集中して作用する
ピストン流体圧力のステム接線方向成分との積で
決定されるステム４の回動トルクは第６図の実線
ａで示す如く変化し、ステム軸芯部から軸１８，
１９までの距離が短い45゜角で最小となり、該距
離が次第に増大する0゜角、90゜角に向けてトルク
は漸進的に増大する。従つてトルク曲線ａはバル
ブを開閉動するに必要な曲線ｂと略々適合し、好
しいトルク特性が得られる。

以上のようなトルク特性を得るためにはピスト
ン２，３とステム４との連結部をステム４の径方
向へ移動自在とすればよいのであり、本実施例の
ようにステム４の径方向へ深さをもつた溝１５，
１５にピストン２，３側の軸１８，１９を移動自
在に遊合することにより上記連結部を構成するこ
とはその一例である。

本実施例では軸１８，１９にローラ２０，２１
を自由回転可能に取り付け、且つ該ローラ２０，
２１を溝１５，１５に滑動自在に挿入しているた
め、ピストン２，３が直線運動しステム４が回動
運動するさい、軸１８，１９が溝１５，１５内を
滑らかに移動することとなり、従つてピストン
２，３の直線運動をステム４のスムーズな回動に
変換できる。

第４図に示す如くステム４の前記フオーク状盤
状部１４の外面と対面するピストン２の摺動部２
ｂの内面２５には窪み部２６が形成され、該窪み
部２６はピストン２の移動方向、換言すれば摺動
部２ｂの長手方向に連続しているとともに、同様
の窪み部はピストン３の摺動部３ｂの内面２７に
も形成されている。従つてピストン２，３とステ
ム４とのこの部分での干渉はなく、前記大径円柱
部４ｄの上部４ｅ及び下部４ｆの外周面が平面状
に形成された摺動部２ｂ，３ｂの内面２５，２７
と接触Ｄ，Ｅするようになつている。該上下二箇
所の接触点Ｄ，Ｅを維持してピストン２，３の直
線運動とステム４の回動運動が成される。

ピストン２，３が拡脹移動する場合、受圧部２
ａ，３ａと摺動部２ｂ，３ｂとで平面Ｌ字状とな
つているピストン２，３は中央室Ａの流体圧力に
より第５図中反時計方向へ回動しようとするが、
接触点Ｄ，Ｅによつてこれが阻止され、ステム４
の外周面と摺動部２ｂ，３ｂとの接触ガイド作用
によつてピストン２，３の円滑な拡脹移動が保障
され、ピストン２，３のガタつきを防止すること
ができる。一方、左右室Ｂ，Ｃの流体圧力により
ピストン２，３が相寄る方向へ戻り移動する場
合、流体圧力変動等によつてピストン２，３が第
５図中時計方向、反時計方向へ回動しようとして
も、時計方向への回動は摺動部２ｂ，３ｂによつ
て阻止され、反時計方向への回動は接触点Ｄ，Ｅ
によつて阻止され、上記同様にピストン２，３の
ガタつきは防止され、円滑な移動が保障される。

特に、ピストン２，３の移動時、摺動部２ｂ，
３ｂがシリンダー１の内面に押し付けられて摺動
する場合、シリンダー１内面と接触する摺動部２
ｂ，３ｂの外面には既述の通り摩擦軽減部材８，
８が取り付けられているため、摺動時の摩擦は減
少し、ピストン２，３の一層円滑な移動を達成で
きる。

以上の実施例では本発明に係る小型シリンダー
装置をバルブ開閉用駆動装置として説明したが、
本装置は他の任意な駆動装置等としても適用でき
るものである。

以上の説明で明らかな通り本発明によれば、２
個のピストンの直線運動をステムの回動運動に変
換するため、装置の小型、コンパクト化を達成で
きる他、バルブ等を駆動するに適合するステム回
動トルクが得られ、トルクの有効な利用を達成で
きるとともに、ピストンの円滑な移動を保障でき
るようになり、実用化する上で要請される点を満
足し、実用に供することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図
は装置の分解斜視図、第２図は組み立て状態の側
面図、第３図は同縦断面図、第４図は第２図の４
―４線断面図、第５図は第４図の５―５線断面
図、第６図はステム回動トルク等を示すグラフ、
第７図は従来例装置を示す第５図と同様の図であ
る。尚図面中、１はシリンダー、２，３はピスト
ン、２ａ，３ａは受圧部、２ｂ，３ｂは摺動部、
４はステム、８は摩擦軽減部材、１５は溝、１
８，１９は軸、Ａ，Ｂ，Ｃはピストンで区画され
る室、Ｄ，Ｅはステムと摺動部との接触部であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

１シリンダーに回動ステムをピストン移動方向
と直角に縦挿内装し、且つシリンダーに該ステム
と連結される２個のピストンを内装し、該２個の
ピストンによつてシリンダー内室を中央室、左右
室に区画して中央室、左右室への圧力流体の切り
換え供給によりピストンの直線運動を上記ステム
の回動運動に変換するようにした小型シリンダー
装置において、前記ステムには径方向へ深さをも
つた溝を一体に形成するとともに、前記ピストン
は流体圧力を受ける受圧部と、該受圧部の側部か
ら延び、シリンダ内面と摺接する摺動部とでＬ字
状に形成し、シリンダー内面と接触する上記摺動
部の外面には摩擦軽減部材を設け、ステム外周面
と接触する摺動部の内面にはステムに連結する軸
を設け、該軸をステムに形成した溝内に移動自在
に遊合したことを特徴とする小型シリンダー装
置。