JPH06207605A - トルクアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 弁などを駆動するトルクアクチュエータ、特
にピストンの行程長さの長い長尺のアクチュエータ、の
ボディーをダイキャスト鋳物で製造しても、空気漏れや
耐久性低下などの不具合を伴わないようにすること。 【構成】 一対のピストン１６，１７から連設されたピ
ストンアーム１８，１９の往復運動を、両ピストン１
６，１７の中間に配設された出力回転軸５の正逆回転に
変換するようにしたダブルピストン形のトルクアクチュ
エータに於いて、ボディーＢが、出力回転軸５が横断状
態で支承される両端開放の筒状本体１と、この筒状本体
１の両端に連結され且つ前記各ピストン１６，１７が各
々内嵌される２つのシリンダチューブ用有底円筒体２，
３とに三分割されると共に、これら筒状本体１と有底円
筒体２，３はダイキャスト鋳物から構成されている点に
特徴を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バタフライ弁などの駆
動手段として使用されるトルクアクチュエータ、即ち、
ピストンから連設されたピストンアームの往復運動を出
力回転軸の正逆回転に変換するようにしたトルクアクチ
ュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】この種のトルクアクチュ
エータとしては、ピストンアームの往復運動を、当該ピ
ストンアーム側の駆動ピンとこの駆動ピンに係合する出
力回転軸側の扇動アームとで出力回転軸の正逆回転に変
換するようにしたスカッチョーク形トルクアクチュエー
タや、ピストンアームの往復運動を、当該ピストンアー
ム側のラックギヤと出力回転軸側のピニオンギヤとで出
力回転軸の正逆回転に変換するようにしたラックピニオ
ン形トルクアクチュエータなどが知られ、何れの形式の
トルクアクチュエータに於いても、互いに逆方向に運動
する２つのピストンで両ピストンの中間に配設された１
つの出力回転軸を駆動するダブルピストン形と、１つの
ピストンで１つの出力回転軸を駆動するシングルピスト
ン形とが知られている。

【０００３】而して、形式の如何を問わずこの種のトル
クアクチュエータに於いて高トルクを得るには、ピスト
ンの径を一定とするとき、ピストンの行程長さ（ストロ
ーク）を長くする必要がある。一方、アクチュエータの
ボディーは、圧力流体の流路や軸受部などを高精度に同
時一体成形することが出来て、後機械加工が少なくて済
むダイキャスト鋳物で構成するのが望ましいが、前記の
ようなピストンの行程長さが長いアクチュエータのボデ
ィー、特にダブルピストン形の長尺ボディーをダイキャ
スト鋳物で構成しようとすると、ダイキャスト鋳物に必
要なスライドコア（内型）の抜き勾配の関係からシリン
ダチューブ部分の両端間の内径差が大きくなり、この内
径差を無くすための機械加工での取り代が大きくなる。

【０００４】ダイキャスト鋳物の場合、型に接する面は
緻密で平滑であるが、この面を機械加工すると、特にそ
のときの取り代が大きい程、内部のピンホールが露出す
ることになる。従ってシリンダチューブの内面の場合、
ピンホールが露出して空気漏れやピストンのシール部を
損傷させるなどの不具合が多く発生することになり、現
実には、前記のようなピストンの行程長さが長いアクチ
ュエータの長尺ボディーをダイキャスト鋳物で構成する
ことが出来なかった。

【０００５】更に、スカッチョーク形のトルクアクチュ
エータの場合、高トルクを得るためにピストンの行程長
さを長くすることは、出力回転軸の中心からピストンア
ーム側の駆動ピンまでの距離、即ち出力回転軸側の扇動
アームの有効長さを長くすることになるが、鋼管などか
ら構成されるシリンダチューブの中に扇動アーム付き出
力回転軸を横断支承させる場合には、前記扇動アームの
長さはシリンダチューブの内径により制限され、この点
からも、ピストンの行程長さが長い高トルクの長尺アク
チュエータを実用化することが出来なかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記のような従
来の問題点を解決するために成されたものであって、そ
の特徴を後述する実施例の参照符号を付して示すと、本
発明のトルクアクチュエータは、一対のピストン１６，
１７から連設されたピストンアーム１８，１９の往復運
動を、両ピストン１６，１７の中間に配設された出力回
転軸５の正逆回転に変換するようにしたダブルピストン
形のトルクアクチュエータに於いて、ボディーＢが、出
力回転軸５が横断状態で支承される両端開放の筒状本体
１と、この筒状本体１の両端に連結され且つ前記各ピス
トン１６，１７が各々内嵌される２つのシリンダチュー
ブ用有底円筒体２，３とに三分割されると共に、これら
筒状本体１と有底円筒体２，３はダイキャスト鋳物から
構成されている点に特徴を有する。

【０００７】また、１つのピストン１６から連設された
ピストンアーム１８の往復運動を出力回転軸５の正逆回
転に変換するようにしたシングルピストン形のトルクア
クチュエータに於いては、ボディーＢが、出力回転軸５
が横断状態で支承される両端開放の筒状本体１と、この
筒状本体１の一端に連結され且つピストン１６が内嵌さ
れるシリンダチューブ用有底円筒体２、及び前記筒状本
体１の他端に結合されたカバープレート４３とに三分割
されると共に、少なくとも前記筒状本体１と有底円筒体
２はダイキャスト鋳物から構成される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付の例示図に基
づいて説明すると、図１〜図３に於いて、１は両端開放
の筒状本体であり、２，３はシリンダチューブ用有底円
筒体である。これら筒状本体１と２つの有底円筒体２，
３は何れもダイキャスト鋳物から構成されており、筒状
本体１の両端に有底円筒体２，３の開口端をＯリングな
どのシール材４を介して気密に結合一体化して、アクチ
ュエータのボディーＢが形成されている。

【０００９】５は筒状本体１の中央部を横断貫通する出
力回転軸であって、図２に詳細が示されるように、一端
には小径軸部５ａが形成され、この小径軸部５ａと軸本
体５ｂとの間の段部５ｃに当接する小径部６ａを備えた
軸受部材６が小径軸部５ａ側から嵌合され、前記小径部
６ａの外側に当接するストップリング７を前記小径軸部
５ａに嵌合係止することにより、軸受部材６を出力回転
軸５の一端近傍部に相対回転のみ可能に装着している。

【００１０】一方、筒状本体１の中央部両側には、前記
軸受部材６が内嵌する軸受部８ａと、出力回転軸５の軸
本体５ａ遊端部を回転可能に支承する軸受部８ｂとが一
体成形されており、出力回転軸５の軸本体５ａ遊端部を
軸受部８ｂに挿通させると共に、軸受部材６を軸受部８
ａに内嵌させてボルト９で固定することにより、出力回
転軸５を筒状本体１に回転のみ可能に支承している。１
０，１１はＯリングなどの気密保持用シール材であり、
１２は、ストップリング７を外界から保護するシール材
である。この出力回転軸５の支承構造によれば、出力回
転軸５の両端部に各々抜け止め手段を併設する必要がな
く、構造も簡単であるばかりでなく、筒状本体１への組
み込みも簡単に行える。

【００１１】図１に於いて、１３は扇動アームであっ
て、そのボス部１３ａに於いて出力回転軸５にキー１４
で固定され、当該ボス部１３ａから直径方向両側に延出
するフォーク部１３ｂ，１３ｃを備えている。このフォ
ーク部１３ｂ，１３ｃは、図２に示されるように出力回
転軸５の軸方向に一対並設されており、出力回転軸５の
軸心から各フォーク部１３ｂ，１３ｃの先端までの距離
は、図１に示されるように両有底円筒体２，３の内周面
半径よりも大きく、従って前記筒状本体１の内周面に
は、図２及び図４に示されるように、前記各フォーク部
１３ｂ，１３ｃが出力回転軸５と共に回動するときに当
該フォーク部１３ｂ，１３ｃの先端が嵌合遊動する軸方
向凹溝部１５が、両有底円筒体２，３の内周面より外側
に突出するように形成されている。

【００１２】図１に示されるように、両有底円筒体２，
３にはピストン１６，１７が夫々軸方向摺動可能に内嵌
されており、一方のピストン１６からは、前記扇動アー
ム１３の一対の並設フォーク部１３ｂ間で、ボス部１３
ａと筒状本体１の内周面１ａとの間に軸方向摺動可能に
挟まれるピストンアーム１８が連設され、他方のピスト
ン１７からは、前記扇動アーム１３の一対の並設フォー
ク部１３ｃ間で、ボス部１３ａと筒状本体１の内周面１
ａとの間に軸方向摺動可能に挟まれるピストンアーム１
９が連設されている。そしてこれら各ピストンアーム１
８，１９には、前記フォーク部１３ｂ，１３ｃの半径方
向切り欠き溝２０に両端部が遊嵌する駆動ピン２１，２
２が貫通装着されている。図１に於いて、２３は各ピス
トン１６，１７に装着されたＯリングなどの気密用シー
ル材であり、図２に於いて、２４は各駆動ピン２１，２
２の両端に装着された座金と抜け止めリングである。

【００１３】前記扇動アーム１３には、図１及び図４に
示されるように、一方のフォーク部１３ｂに於ける出力
回転軸５の軸方向一側部で且つ揺動方向の両側に於い
て、被当接部２５，２６が一体に突設されており、両ピ
ストン１６，１７が図１に示されるように離間限位置ま
で移動したときに一方の被当接部２５が当接するストッ
パーボルト２７と、両ピストン１６，１７が接近限位置
まで移動したときに他方の被当接部２６が当接するスト
ッパーボルト２８とが、筒状本体１の軸方向に対し直交
する向きで当該軸方向に並列する状態で、図３に示され
るように筒状本体１に一体成形されたストッパーボルト
支承部２９，３０に螺合貫通せしめられている。なお、
これらストッパーボルト２７，２８は、被当接部２５，
２６を受け止める内端の位置を各別に出退調整した状態
で、図２及び図３に示されるロックナット３１，３２で
固定されるものである。３３は気密用シール材である。

【００１４】筒状本体１には、図２及び図３に示される
ようにポート形成用張出部１ｂに於いて２つの圧力流体
給排用ポート３４，３５が並設されている。一方のポー
ト３４は直接筒状本体１の内部に流路３６を介して連通
し、他方のポート３５は、図１に示されるように、筒状
本体１の厚肉壁部１ｃに形成された軸方向貫通流路３７
と、この流路３７の両端に接続するように両有底円筒体
２，３の厚肉壁部２ａ，３ａに形成された流路３８，３
９とを介して、両有底円筒体２，３内の奥端部に連通し
ている。４０は流路３７，３８及び３７，３９の接続部
に介在されたＯリング等の気密用シール材である。

【００１５】なお、図３に於いて４１は、筒状本体１の
両端に有底円筒体２，３を結合するボルトであって、各
有底円筒体２，３側に一体に成形されたナット部４２に
螺合する。

【００１６】以上のように構成されたスカッチョーク形
のダブルピストン形トルクアクチュエータに於いて、図
１に示されるように両ピストン１６，１７が離間限位置
にあって、扇動アーム１３の被当接部２５がストッパー
ボルト２７に当接している状態で、ポート３５より流路
３７〜３９を介して両有底円筒体２，３内の奥端側へ圧
力流体を供給し、両ピストン１６，１７を互いに接近す
る方向に移動させると、各ピストンアーム１８，１９の
駆動ピン２１，２２が扇動アーム１３のフォーク部１３
ｂ，１３ｃを介して当該扇動アーム１３を、被当接部２
６がストッパーボルト２８に当接するまで、図に於いて
反時計方向に略９０度だけ回動させる。

【００１７】両ピストン１６，１７が接近限位置にあっ
て、扇動アーム１３の被当接部２６がストッパーボルト
２８に当接している状態で、ポート３４より流路３６を
介して筒状本体１内へ圧力流体を供給し、両ピストン１
６，１７を互いに離間する方向に移動させると、各ピス
トンアーム１８，１９の駆動ピン２１，２２が扇動アー
ム１３のフォーク部１３ｂ，１３ｃを介して当該扇動ア
ーム１３を、被当接部２５がストッパーボルト２７に当
接するまで、図に於いて時計方向に略９０度だけ回動さ
せる。

【００１８】上記のようにして扇動アーム１３を略９０
度の範囲で往復揺動させることが出来、この扇動アーム
１３の回転がキー１４を介して出力回転軸５に伝達され
るので、当該出力回転軸５に連結される弁などを正逆開
閉駆動することが出来る。勿論、扇動アーム１３の往復
揺動範囲（出力回転軸５の正逆回転角度）とその行程限
の位置は、両ストッパーボルト２７，２８の出退調整に
より、微調整することが出来る。また、ピストンアーム
１８，１９が、扇動アーム１３の一対の並設フォーク部
１３ｂ間及び１３ｃ間で、ボス部１３ａと筒状本体１の
内周面１ａとの間に軸方向摺動可能に挟まれてガイドさ
れているので、ピストン１６，１７は、その軸方向長さ
が短くとも、こじれることなく円滑に摺動する。

【００１９】図５は、上記のように構成された筒状本体
１と、この筒状本体１の一端に連結され且つピストン１
６が内嵌されたシリンダチューブ用有底円筒体２、及び
筒状本体１の他端を閉塞するカバープレート４３とを使
用して、シングルピストン形トルクアクチュエータのボ
ディーＢを構成した実施例を示している。このアクチュ
エータをスカッチョーク形とする場合には、ピストンア
ーム１８の駆動ピン２１にのみ係合するフォーク部４４
ａを備えた扇動アーム４４が使用される。また、筒状本
体１に形成されている流路３７の一端は、前記カバープ
レート４３により閉塞することが出来る。

【００２０】また、図６に示されるように、筒状本体１
の内径より十分に大きな内径のシリンダチューブ用有底
円筒体２，３を使用して、大径のピストン１６，１７を
組み込み、出力トルクの増大を図ることも出来る。この
場合、筒状本体１の両端に各有底円筒体２，３を直接結
合することが出来ない程に直径差があるときは、両者間
にリング状スペーサープレート４５，４６を介在させる
ことが出来る。またこの場合、当該スペーサープレート
４５，４６に、筒状本体１内の流路３７と有底円筒体
２，３内の流路３８，３９とを接続する中継流路４７，
４８を設けておくことが出来る。

【００２１】本発明は、スカッチョーク形ではなく、ラ
ックピニオン形のトルクアクチュエータとしても実施す
ることが出来る。図７はその実施例を示し、出力回転軸
５にはピニオンギヤ４９が取付けられ、各ピストンアー
ム１８，１９には、前記ピニオンギヤ４９に咬合するラ
ックギヤ部５０，５１が一体成形されるかまたは別のラ
ックギヤが取付けられる。勿論、図５に示されるような
シングルピストン形のトルクアクチュエータに於いて
も、ラックピニオン形とすることが出来る。

【００２２】スカッチョーク形トルクアクチュエータと
して実施する場合、図８に示されるように、その扇動ア
ーム１３または４３のフォーク部１３ｂ，１３ｃまたは
４３ａを１本とし、ピストンアーム１８，１９の方を、
前記フォーク部１３ｂ，１３ｃまたは４３ａを左右両側
から挟む二股状に構成することも出来る。また、先の実
施例のように扇動アーム１３または４３のフォーク部１
３ｂ，１３ｃまたは４３ａを２本並列形にした場合に
は、これら各フォーク部の先端が嵌合遊動する筒状本体
１側の軸方向凹溝部１５も２本並列状に設けられるの
で、図９に示されるように、両軸方向凹溝部１５の中間
部を利用して、筒状本体１に設けられる流路３７を出来
る限り内側に寄せ、以て、筒状本体１の小型化を図るこ
とが出来る。

【００２３】なお本発明は、ピストンの往復運動の一方
をスプリングの付勢力で行わせる、所謂スプリングリタ
ーン形のアクチュエータとしても実施可能である。

【００２４】

【発明の作用及び効果】以上のように実施し得る本発明
のトルクアクチュエータによれば、ボディーが、出力回
転軸が横断状態で支承される両端開放の筒状本体と、こ
の筒状本体の両端に連結され且つ前記各ピストンが各々
内嵌される２つのシリンダチューブ用有底円筒体とに三
分割されるのであるから、各ボディー構成部品の軸方向
長さがボディー全長の略１／３程度に短くなる。

【００２５】従って、これら各ボディー構成部品をダイ
キャスト鋳物で構成する場合のスライドコアー（中型）
に所定の抜き勾配をもたせても、各ボディー構成部品の
両端間の内径差が非常に小さくなり、その内径差を無く
すための機械加工が施されても内周面の取り代が僅かで
あるから、内部のピンホールが内周面に露出してくる可
能性が無くなるかまたは非常に少なくなる。即ち、ボデ
ィー内周面にピンホールが露出することに起因する空気
漏れやピストンシール部の損傷などの不具合が実質的に
解消するのである。換言すれば、本発明の構成によれ
ば、ピストン行程長さの長い、出力トルクの大きな長尺
アクチュエータであって、空気漏れもなく耐久性にも問
題のない高品質のトルクアクチュエータを、ダイキャス
ト鋳物製のボディーを使用して構成することが可能とな
る。

【００２６】また、ボディーが分割されて個々の構成部
品が小型になるので、これらを製造するためのダイキャ
スト用金型も小型になる。従って、従来は製造困難であ
った長尺のトルクアクチュエータも、小型のダイキャス
トマシンを使用して安価に製造することが出来る。

【００２７】更に、ボディーが前記のように分割されて
いるために、図５〜図７に基づいて説明したように、主
要部品であるボディー構成部品や出力回転軸などを共通
に使用しながら各種の部品を組み合わせることにより、
形式などの異なる豊富な商品群を容易且つ安価に構成す
ることが出来、多様な顧客の市場要求に応えることが出
来る。

【００２８】更にまた、筒状本体に対し、ピストンが摺
動するその両側または一方側の有底円筒体の内径を、必
要とするトルクに合わせて大径なものから小径なものに
設計することが可能となり、トルクの選定範囲を広く取
ることができ、設計製作上極めて有利である。

【００２９】また、ボディーが、出力回転軸を支承する
筒状本体と、ピストンが内嵌されるシリンダチューブ用
有底円筒体とに分割されているので、本発明をスカッチ
ョーク形トルクアクチュエータとして実施する場合、請
求項３に記載したように、前記筒状本体の内周面に、前
記有底円筒体の内周面より外側に突出する軸方向凹溝部
を形成し、この凹溝部内を扇動アームの先端が遊動する
ように構成することが可能になる。このような構成を採
り入れることにより、ピストンの直径、即ちシリンダチ
ューブ用有底円筒体の内径に制限されないで、前記扇動
アームの長さを長くして、出力トルクの増大を図ること
が出来る。

【００３０】更に、本発明をスカッチョーク形トルクア
クチュエータとして実施する場合、請求項４に記載のよ
うに、出力回転軸に取付けられる扇動アームの揺動方向
両側に被当接部を設け、ピストンの行程両端で前記各被
当接部と択一的に当接する一対のストッパーボルトを前
記筒状本体に、その軸方向とは直交する方向に螺合貫通
せしめることが出来る。このような構成によれば、図１
に示されるようなダブルピストン形として実施する場合
と、図５に示されるようなシングルピストン形として実
施する場合とに関係なく、ピストン行程両端を共通のス
トッパーボルトで規制することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す縦断正面図である。

【図２】 同要部の中央縦断側面図である。

【図３】 同底面図である。

【図４】 同要部の縦断背面図であって、扇動アームが
起立位置まで揺動した状態を示す。

【図５】 第二実施例を示す概略縦断正面図である。

【図６】 第三実施例を示す概略縦断正面図である。

【図７】 第四実施例を示す概略縦断正面図である。

【図８】 図１に示す実施例の変形例を示す要部の縦断
側面図である。

【図９】 図１に示す実施例の更に他の変形例を示す要
部の縦断側面図である。

【符号の説明】

１ 筒状本体 ２ シリンダチューブ用有底円筒体 ３ シリンダチューブ用有底円筒体 ５ 出力回転軸 ６ 軸受部材 １３ 扇動アーム １３ａ 扇動アームボス部 １３ｂ 扇動アームフォーク部 １３ｃ 扇動アームフォーク部 １５ 軸方向凹溝部 １６ ピストン １７ ピストン １８ ピストンアーム １９ ピストンアーム ２１ 駆動ピン ２２ 駆動ピン ２５ 被当接部 ２６ 被当接部 ２７ ストッパーボルト ２８ ストッパーボルト ３４ 圧力流体給排用ポート ３５ 圧力流体給排用ポート ３６ 流路 ３７ 流路 ３８ 流路 ３９ 流路 ４３ カバープレート ４４ 扇動アーム ４３ａ 扇動アームフォーク部 ４５ リング状スペーサープレート ４６ リング状スペーサープレート ４９ ピニオンギヤ ５０ ラックギヤ部 ５１ ラックギヤ部 Ｂ ボディー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対のピストンから連設されたピストンア
   ームの往復運動を、両ピストンの中間に配設された出力
   回転軸の正逆回転に変換するようにしたダブルピストン
   形のトルクアクチュエータに於いて、ボディーが、出力
   回転軸が横断状態で支承される両端開放の筒状本体と、
   この筒状本体の両端に連結され且つ前記各ピストンが各
   々内嵌される２つのシリンダチューブ用有底円筒体とに
   三分割されると共に、これら筒状本体と有底円筒体はダ
   イキャスト鋳物から構成されて成るトルクアクチュエー
   タ。
2. 【請求項２】１つのピストンから連設されたピストンア
   ームの往復運動を出力回転軸の正逆回転に変換するよう
   にしたシングルピストン形のトルクアクチュエータに於
   いて、ボディーが、出力回転軸が横断状態で支承される
   両端開放の筒状本体と、この筒状本体の一端に連結され
   且つピストンが内嵌されるシリンダチューブ用有底円筒
   体、及び前記筒状本体の他端に結合されたカバープレー
   トとに三分割されると共に、少なくとも前記筒状本体と
   有底円筒体はダイキャスト鋳物から構成されて成るトル
   クアクチュエータ。
3. 【請求項３】ピストンアームの往復運動を、当該ピスト
   ンアーム側の駆動ピンとこの駆動ピンに係合する出力回
   転軸側の扇動アームとで出力回転軸の正逆回転に変換す
   るようにしたスカッチョーク形トルクアクチュエータで
   あって、前記筒状本体の内周面に、前記有底円筒体の内
   周面より外側に突出する軸方向凹溝部が形成され、この
   凹溝部内を前記扇動アームの先端が遊動するようにした
   請求項１または２に記載のトルクアクチュエータ。
4. 【請求項４】ピストンアームの往復運動を、当該ピスト
   ンアーム側の駆動ピンとこの駆動ピンに係合する出力回
   転軸側の扇動アームとで出力回転軸の正逆回転に変換す
   るようにしたスカッチョーク形トルクアクチュエータで
   あって、前記扇動アームの揺動方向両側に被当接部が設
   けられ、ピストンの行程両端で前記各被当接部と択一的
   に当接する一対のストッパーボルトが前記筒状本体に、
   その軸方向とは直交する方向に螺合貫通せしめられて成
   る請求項１〜３の何れかに記載のトルクアクチュエー
   タ。