JPS6028802Y2 - 単動型操作器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はコイル巻きスプリングの反撥力を利用し圧力室
にかかる空気圧力に応じて所定の駆動ストロークが得ら
れるように軸を作動させるようにした単動型操作器の改
良に関する。

従来この種装置としては第１図に示されるような構成の
ものがあり、これを図において説明すると、符号１は本
体ケースを示し、上側ケース２と下側ケース３及びヨー
ク４とからなり、それぞれ上側ケース２を下側ケース３
にボルト５で結合させ、また下側ケース３をヨーク４に
ねじ止めすることにより一体に結合されている。

前記上側ケース２と下側ケース３とによって形成される
室は、ゴムなどからなる屈曲性ダイヤフラム６によって
圧力室７とスプリング室８とに画成されている。

前記圧力室７は気密に保たれており、圧縮空気などの圧
力流体が供給される空気人口２１を有し、前記スプリン
グ室８は大気通孔２２によって大気に連通している。

前記ダイヤフラム６の下側には、軸９がナツト１０によ
って垂設され、この軸９は隔壁１４の透孔１５を貫通し
て下方に伸び、その下端部はコネクタ１１を介して例え
ばバルブ等の被制御体１２と連結されている。

なお、１６は前記軸９を支承する軸受、１３はダイヤフ
ラム板で、前記軸９と螺合しており、前記ナツト１０に
より前記ダイヤフラム６の下面に接合されている。

１７．１８は前記ダイヤプラム板１３と可動部材１９間
に配設された同心組合せ圧縮コイルばねで、前記可動部
材１９と螺合している荷重調整用ねじ２０を回転するこ
とにより前記可動部材１９を上下動させ、もって前記ダ
イヤフラム６の上面に受ける空気圧力との平衡状態を保
つべく前記圧縮コイルばね１７，１８のたわみ力を調整
している。

このような構成において、圧力室７に付与される操作用
空気圧Ｆによりダイヤフラム６及びダイヤフラム板１３
は圧縮コイルばね１７，１Ｂの弾撥力に抗して変位し、
もって軸９を押し下げることによりこの軸９と連結され
た被制御体１２を制御する。

そして前記圧縮コイルばね１７，１８は同心状に組合わ
せて配置することにより限られたスペースの中で総合ば
ね定数を大きくすることができ、かつまた、各コイルば
ねの座屈をキャンセルするという効果があるとも言われ
ている。

しかしながら、この後者の効果については、その程度な
いし存在すら疑問視されており、実際の取付は時におい
ても、必ずしも各ばねの座屈方向とその程度を調べあげ
てばね相互の座屈がキャンセルされるような組合せを選
ぶという、めんどうな作業を行ってはいない。

むしろ、コイルばねは圧縮荷重を繰返し受けることによ
り、わずかずつながら巻上げ方向の軸回転力を受け、自
転することにより絶えず座屈を変えているというのが実
情である。

したがって、不可避的に生ずるこの座屈によって軸９は
軸受１６の軸承面に対しある方向に強く押し付けられて
摩擦力が大きくなるので、次に軸９が空気圧の変化によ
って上下動しようとしても迅速な動作が妨げられる結果
となる。

このため第２図に示すように、押圧力とばねのたわみ量
との間にｈなるヒステリシス、すなわち圧力を加えてい
く過程と、ゆるめていく過程とでは同じ圧力のときにお
けるばねのたわみ状態に一定のギャップが生ずる。

このヒステリシスは、ある空気圧力点に圧力を上昇させ
ながら設定した場合と、降下させながら設定させた場合
とでは、軸９の位置が異るということを意味する。

したがって流体の圧力変化に追随させて被制御体を正確
な位置に駆動制御しようとする操作器にあっては、前記
ヒステリシスの発生は非常に悪い影響を与えることにな
って好ましくない。

このようなヒステリシスは、コイルばねの両端面がばね
軸に直角でないような場合、あるいは座りが悪い場合に
も発生し、対策としての追加工を入念に行わなければな
らずめんどうであった。

さらにまた、このよぬな構成による装置は図からも明ら
かなように圧縮コイルばねの重さがいまだ過剰であって
、装置全体が大型化し、狭小な場所での取付けを困難に
するなどの欠点があった。

上記したような座屈の原因は、ばねのコイル巻き方向に
沿った各点での反撥力が所によって異っているところに
あるとすることができ、これが荷重を受けたときに顕在
化するのである。

この現象は、コイルの巻径が小さいほど極端にあられれ
る。

したがって、座屈の不利を少なくするために、コイルば
ねの巻径を大きくして座屈が生じにくくすることが行わ
れるが、この場合、同じ反撥力を得るためにばねの線径
や巻数なども再検討しなければならず、設計を複雑にす
るばかりでなく、ばね用線材の太さの変更には材料面な
いしコスト面での限界が伴ない、不可能な場合もある。

本考案はこのような従来の欠点を解消するためになされ
たものであり、簡単な構成で、圧縮コイルばねのヒステ
リシスを少なくシ、併わせで背丈の高くなりがちな操作
器の高さを可及的低くおさえることのできる単動型操作
器を提供することにある。

以下図面に示された実施例にしたがって本考案を説明す
る。

第３図は本考案に係る単動型操作器の断面図で、同図に
おいて第１図と同一符号をもって示されるものは同一ま
たは類似の部品を示しその説明を省略する。

本実施例では、スプリング室８に同心状にコイル直径の
異なる２つの圧縮コイルばね２５，２６を組合せた圧縮
コイルばね２７ａを多数組軸９を囲む円周軌道上に各組
等間隔をおいて配置させである。

このような構成にすることによって、ダイヤフラム６に
かかる圧力室７の空気圧は軸９の周囲に配置された多数
組の圧縮コイルばね２７ａ・・・・・・２７ｎにはＳ゛
同一条件で同時に作用する。

ここで、圧縮コイルばね２７ａ・・・・・・２７ｎの数
は３組以上であることを要する。

すなわち、２組であると双方のばね軸を結ぶ線に直交す
る方向に座屈による応力が生じた場合、これを補償する
ことができないからである。

このため、各組の個々のコイルばねにはなお前述の好ま
しくない座屈し易い性質を保有したいたり、いくつかの
ばねの両端面の直角度が悪かったりしている場合におい
ても、各組のコイルばねはそれぞれの配設位置で独立し
てほぼ等しい反撥力を全荷重領域にわたって持続するこ
とができる。

よって従来１組だけのコイルばねを用いた場合のように
、荷重が加わる程にさらに座屈が極大化するということ
がない。

したがって、軸９と軸受１６との間に摩擦力は殆んど生
じないため、従来のような摩擦力によるヒステリシスの
発生はない。

そして各ばねの組を軸から離して設けることにより、ば
ね両端の座面に対する当りはさらに安定し、傾きを減少
することができる。

このとき総合の反撥力は不変であって、ばねの線径など
を再検討する必要がない。

また、このようなコイルばねの構成によれば、第１図の
従来装置と同じ軸９のストロークを得ようとする場合、
コイルばねの自由長さは１′＜１とすることができるた
め、装置全体を小型化することができる。

例えば従来、高さ１５２７ｒｒＩｎで線径１３ｍｍと８
ｒＩｒ！ＩＫの２本１組の組合せコイルばねを用い３８
Ｔｒｒ！ｎのストロークを得ていたものに対し、本考案
によれば同一材料、同一荷重のもとて同じストロークを
得ようとする場合、高さ１０５．５ｍｍで線径７姻と４
．５ｍｍの２本組計４組の組合せコイルばねを用いれば
よく、その高さは従来比で３分の２に低められると同時
に、ばね線径の減少はその成形方法として最も安易で量
産向きの方法、例えば冷間形成と呼ばれる温度制御のむ
ずかしい加熱工程を要することのない巻線方法を選ぶこ
とができる。

以上の説明から明らかなように本考案による操作器によ
れば、同心状に２つの圧縮コイルばねを組合せた１組の
圧縮ばねを３組以上軸を囲む中周軌道上に互いに等間隔
おいて配設することにより、圧縮コイルばねの座屈を軽
減させヒステリシスの発生を防止することができるから
常に圧力の変化に軸の変位を追随させることができ、ま
た装置を小型化することができる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の一例を示す断面図、第２図は同装置
の供給空気圧とばねのたわみ量との関係を示す図、第３
図は本考案による実施例装置の断面図である。 ６・・・・・・ダイヤフラム、７・・・・・・圧力室、
８・・・・・・スプリング室、９・・・・・・軸、１６
・・・・・・軸受、１７，１８．２５，２６・・・・・
・圧縮コイルばね。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ダイヤプラムによって圧力室とスプリング室とに仕切り
   、前記圧力室には圧力流体を供給して前記ダイヤプラム
   に圧力変位を与えるようになし、前記スプリング室の中
   央に軸受に支えられ前記ダイヤプラムの圧力変位により
   作動する軸を貫通させると共に、同心状に組合せた２個
   １組の圧縮コイルばねを３組以上前記軸を中心とした放
   射方向に、互いに円周方向に等間隔おいて配置したこと
   を特徴とする単動型操作器。