JPS6332961Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 考案の利用分野 本考案は、油圧等で作動するロータリアクチユ
エータの改良に係り、特に特殊な構造を採用する
ことにより、ピストンロツドを省略し、高トルク
を維持しつつ小型、軽量化及び強度の向上を図つ
たバタフライ弁駆動用に適したロータリアクチユ
エータに関する。

従来技術 従来のバタフライ弁駆動用のロータリアクチユ
エータは、第１図に示す如く、ポンプ等の圧力源
１、タンク２と、ロータリアクチユエータ３との
間に４ポート切換弁４を介在させている。図の状
態で圧力源から吐出された圧油、圧空の如き作動
流体は、流量調節弁５を通つてシリンダ室６に入
り、一部はパイプ７を通つてシリンダ室８に流入
し、シリンダ９，１０内に嵌入されたピストン１
１，１２を矢印ｘの方向へ押す。このピストン１
１，１２の摺動によりシリンダ室１３，１４から
排出された流体は、流量調節弁１５を通つて４ポ
ート切換弁４からタンク２内へ放出される。

ピストンを逆方向に動かす場合には、４ポート
切換弁４を矢印Ｙの方向へ切り換える。このよう
な流体系路の切り換えによつてピストン１１，１
２及び両ピストンを連結するピストンロツド１６
が一体として往復運動する。一方ピストンロツド
１６に嵌着固定されたトラニオン１７に植設した
トラニオンピン１８は、シリンダボデイー１９に
回転自在に装着した駆動軸２０に固着されたヨー
ク２１のヨーク溝２２内に挿入されており、ピス
トン１１，１２が左右に往復運動すると、トラニ
オンピン１８が、ヨーク溝２２の側壁を押しつつ
溝２２内を摺動する。これによりヨーク２１が揺
動し、駆動軸２０に連結されたバタフライ弁が回
動する。このようなヨークを用いて往復運動を回
転運動に変換する機構をスコツチヨーク機構とい
う。

従来のロータリアクチユエータでは、図に示す
ようにピストン１１，１２を連結するピストンロ
ツド１６を必要としていたため、下記のような
種々の欠点を有していた。

アクチユエータのトルクは、ピストンの受圧
面積とストロークによつて決まるが、ピストン
ロツドがピストンに設けられていると、その分
だけ受圧面積が減少するので、出力トルク当り
のアクチユエータ外形が大きくなる。

シリンダ室６とヨーク室２３とを別個に並設
せざるを得ないため長手方向に大型となり、第
１図示のような両側ピストン型の場合、特に大
型化する。

駆動軸２０に大きいトルクを与えるために
は、駆動軸２０とトラニオンピン１８との距
離、即ちヨーク２１の長さを大きくする必要が
あるが、トラニオンピン１３はピストンロツド
１６の軸上に設けねばならないから、駆動軸２
０がピストンロツドの軸芯から大きく偏心さぜ
るを得ない。そのためアクチユエータが横方向
にも大型化する。又同じ理由からピストンのス
トーロークが大きくなり、リターン用にコイル
スプリングを用いた場合、バネ常数を小さくす
るため大径で且つ長いスプリングが必要にな
る。

ヨーク２１を設けたヨーク室２３をピストン
ロツド１６が貫通するため、シリンダボデイー
１９にグランドパツキン２４が必要で、そのた
め機械的損失が大きく、パツキン寿命も問題と
なり、又部品点数が多くコスト高である。

軽量化を図るには、ピストンの肉厚を薄くす
る必要があるが、ピストンの肉厚は一定以下に
はできないので、ピストン１１，１２の側壁に
凹陥部２５を設けることになる。しかしこれに
よりシリンダ室６，１４内の体積が増大し、空
圧を用いた場合、作動流体の消費量が増え不経
済である。

上記したようなピストンロツドを有するスコツ
チヨーク型のロータリアクチユエータが有する多
くの欠点は、特開昭51−87680号公報に記載され
た「往復運動装置に於けるピストン機構」や、実
開昭49−64687号公報に記載された「シリンダー
式の駆動機」において解決された。これらのロー
タリアクチユエータは単一のシリンダ内にピスト
ンを収容しているから、以下、単シリンダ型ロー
タリアクチユエータと仮称する。

例えば前者の「往復運動装置に於けるピストン
機構」は、ピストンを２個の摺接部（ピストン
体）と、中空部を挟んで両摺接部を一体的に連結
する中間リブ（中央体）とによつて構成し、駆動
軸（被動回転軸）を上記ピストンの中空部内に貫
通させてシリンダに取付け、駆動軸に固着したヨ
ーク（トルクアーム）のヨーク溝（Ｕ字状凹部）
にトラニオンピン（ピン）を係合させて、ピスト
ンの往復運動により駆動軸を回転させる如くな
し、シリンダの内壁に摺接して往復運動するピス
トンの直線運動を、ヨーク及びこのヨークを取付
た駆動軸の回転運動に変換するロータリアクチユ
エータであり、これによりピストンロツドが不要
となるため、(1)受圧面の面積が増大すること、(2)
シリンダ室が１つになること、(3)グランドパツキ
ンが不要になること等の理由により、前記〜
の欠点がほぼ解消された。

しかしながら、上記いずれの従来装置において
もトラニオンピンを中間リブに設けているが、上
記中間リブはヨークを回動させるための力がもつ
とも大きく作用する部材で、特にシリンダ半径方
向の断面高さを十分大きく確保しなければならな
いにもかかわらず、上記トラニオンピンの植設に
より中間リブの断面高さを大きくすることができ
ず、したがつて中間リブの強度が十分でないとい
う欠点があつた。

また上記ピストン機構では駆動軸の軸芯をシリ
ンダ中心線上に設けているので、後者（実開昭49
−64687号公報）のように駆動軸の軸芯とトラニ
オンピンの軸芯とを共にシリンダの中心線より反
対の方向へ偏心させた場合と比べてヨークの長さ
が短くならざるを得ない。しかし駆動軸に伝えら
れるトルクはヨークの長さ（厳密には駆動軸の軸
芯からトラニオンピンの軸芯までのシリンダ半径
方向の長さ）に比例するので、トラニオンピンを
できるだけシリンダ壁面に近づけて取り付ける必
要がある。こうしてヨークを長くしてトルクの増
大を図ろうとすると、特開昭51−87680号公報の
第１図に明らかなように、ヨークが駆動軸を中心
として揺動した時にヨーク先端がシリンダ壁面と
接触するので、これを防止するためシリンダ中心
部に半径方向へ突出する膨出部を設ける必要が生
ずる。

一方、後者の「シリンダー式駆動機」（実開昭
49−64687号公報記載）の場合には、駆動軸の軸
芯とトラニオンピンの軸芯とがシリンダ中心線を
挟んでそれぞれ反対方向へ幾分偏心しているの
で、駆動軸回りのトルクの発生という点では比較
的有利であるが、ピストンの支持構造が不安定で
あるためピストンにあまり大きい推進力を与える
ことができない。

即ち、この「シリンダー式駆動機」の場合、ピ
ストンの一方端はＯリングを介してシリンダ内壁
に摺接しているので問題はないが、他方端につい
てはこのような確実な摺動機構がなく、わずかに
一方向に対して、荷重を受けるローラを上記他方
端に転接させたのみである。しかしながらトラニ
オンピンにかかる負荷に抗してピストンを移動さ
せるためには、ピストンにこじれようとする大き
い力が作用することは当然である。このような事
は弁体を閉める時、及び全閉状態の弁体を開けよ
うとする時、非常に大きい力が作用するバタフラ
イ弁の駆動装置において特に顕著である。それに
もかかわらずこの従来装置のピストンは、一方端
にしかシリンダ内壁に対する摺接部を有しない、
所謂片持ち状となつており、シリンダに対するピ
ストンの傾き（こじれ）が極めて生じやすい。そ
のためピストンに与える空気圧をあまり大きくで
きず、ヨークの長さを長くすることによつてその
分を補うしか方法がない。

このような理由からこの「シリンダー式駆動
機」の場合のヨークの長さが長くなり前者（特開
昭51−87680号公報参照）の「ピストン機構」と
同様、ヨークの揺動運動を許容する断面略円弧状
の膨出部をシリンダの中央部に形成せざるをえな
い。

従来技術の問題点 以上述べたように、従来公知の単シリンダ型ロ
ータリアクチユエータは、いずれも最も大きな力
のかかる中間リブの強度が低いという欠点を具備
していると共に、これらの従来装置に内在する上
記の理由によつてシリンダ壁中央部に外方向へ突
出する断面円弧状の膨出部を有している。

しかしこのような中間リブの強度を向上させる
ためにその肉厚を増大させることは単シリンダ型
ロータリアクチユエータの「小型である」という
最大の長所を減殺するものであり、また上記のよ
うな膨出部をシリンダ壁部に設けることは、次の
点で単シリンダ型ロータリアクチユエータの長所
を減殺するものである。

(a) シリンダ壁に設けた膨出部の部分はピストン
の荷重を受ける摺接部が摺動出来ない。従つて
ピストンはこの膨出部を避けてシリンダに摺接
しなければならない。これは換言すればこの膨
出部の長さの分だけシリンダが長手方向に余分
に長くなることを意味し、「軸方向に短いため
に小型である」という単シリンダ型ロータリア
クチユエータの最大の長所が減殺されることと
なる。

(b) 膨出部があるとシリンダをダイカストによつ
て製造することができない。これは膨出部に対
応して型が突出するので、型抜きができなくな
るためである。そのため、この膨出部が製造単
価を大幅に引き上げることになつていると共
に、シリンダを鋳物で製造しているための摺動
面が粗く、又膨出部のバリが取れない等の問題
が生じる。

(c) 通常シリンダとピストンの摺動部にはグリー
スを介在させて円滑な摺動状態を得ている。上
記のようなグリースはピストンの往復動により
摺接部によつて掻き取られる。掻き取られたグ
リースはシリンダが直筒状の場合には再度摺動
部に流れ込むため問題はないが、上記のように
シリンダの中央部に膨出部があると、掻き取ら
れたグリースがここに流れ込んでグリース溜り
ができ、グリースの流れが悪くなつて早期に摩
耗を生じるという問題がある。

考案の目的 本考案は、以上述べたような従来の単シリンダ
型ロータリアクチユエータが有する欠点の除去を
目的とするもので、中間リブの強度を増大させる
と共に、特殊な構造により従来必要であつたシリ
ンダ壁部の膨出部を省略して小型化、潤滑の適正
化、低価格化、製造工程の簡略化等を図るもので
ある。

考案の構成 上記目的を達成するために本考案が採用する主
たる手段は、その要旨とするところが、シリンダ
内壁に摺接して往復運動するピストンの直線運動
を、ヨーク及びこのヨークを取り付けた駆動軸の
回転運動に変換するピストンロツド不要のロータ
リアクチユエータにおいて、ピストンを２個の摺
動部と、中空部を挟んで両摺接部を一体的に連結
する中間リブとによつて構成し、該中間リブの中
央部に上記中空部の中心方向へ突出するクレビス
を形成し、これにトラニオンピンを取り付け、こ
のトラニオンピンとバタフライ弁に連結した駆動
軸とをそれぞれシリンダの軸芯の反対側へ偏心さ
せると共に、駆動軸を上記ピストンの中空部内に
貫通させてシリンダに取り付け、駆動軸に固着し
たヨークのヨーク溝にトラニオンピンを係合させ
て、ピストンの往復運動により駆動軸を回転させ
る如くなし、更に上記ヨークの長さをヨークが揺
動した時にヨーク先端がシリンダと干渉しない程
度の長さとし、シリンダを直筒状となした点にか
かるバタフライ弁駆動用ロータリアクチユエータ
である。

実施例 続いて、第２図以下の添付図面を参照して本考
案を具体化した実施例について詳しく説明する。

ここに第２図は、本考案の一実施例であるロー
タリアクチユエータの正面図、第３図は同側断面
図（ヨークが最も右側へストロークした状態を示
す）、第４図は第３図におけるＡ−Ａ矢視断面図、
第５図は同実施例に用いることのできるピストン
の斜視図である。

これらの図において、２６は途中に膨出部を有
しない直筒状のシリンダで、その左右側蓋２７，
２７によつて閉塞され、内部にシリンダ室２８が
形成されている。シリンダ室２８内には、該シリ
ンダ２６の内壁２９にシール部材３０を介して接
触しつつ、シリンダの軸方向に摺動自在のピスト
ン３１が内設されている。従つてシリンダ室２８
は、ピストン３１によつて右シリンダ室２８ａと
左シリンダ室２８ｂとに密封状に仕切られてい
る。３２及び３３は、上記右シリンダ室２８ａ及
び左シリンダ室２８ｂに圧縮空気等の作動流体を
導入するための各側蓋２７に設けた流体導入孔で
ある。

ピストン３１は、円板状でシリンダ２６の内壁
に接触しつつ摺動する２個の摺動部３４，３５を
中間リブ３６，３７によつて一体に連結し、中間
に中空部ｗを有する中空構造をなし、シリンダ２
６に同軸に装着される。一方の上記中間リブ３７
の中央部には、図示のように上記中空部ｗの中心
方向へ突出する二股状のクレビス３８が形成さ
れ、このクレビス３８に穿設された貫通孔３９に
は、トラニオンピン４０が回転可能に嵌着されて
いる。このトラニオンピン４０の取付位置は、ピ
ストン３１の中間部で、ピストン３１の軸芯Ｊか
らはL₁だけ偏心した位置である。

又シリンダ２６の軸芯Ｊより距離L₂だけトラ
ニオンピン４０とは反対側へ偏心した位置で、シ
リンダ２６の軸方向中間部には、回動自在の駆動
軸４１がピストン３１の中空部ｗを貫通してシリ
ンダ２６に装着されている。４２，４３は駆動軸
４１を支承する軸受であり、駆動軸４１にキー４
４によつて固定されたヨーク４５の先端には、前
記トラニオンピン４０を溝方向に摺動自在に把持
したヨーク溝４６が刻設されている。

該ヨーク溝４６は、ヨーク４５の中心線ｋに対
して角度αの傾きを持つて刻設されている。この
角度αの傾きは、ピストン３１が最も右側へ来た
時と、最も左側へ来た時の出力トルクに差を設け
るためのもので、例えばこのようなアクチユエー
タをバタフライ弁の駆動用に用いた場合、弁全閉
位置で最大トルクが得られる方向に傾けられてい
る。かかるヨーク溝４６の傾きはバタフライ弁駆
動用のトルクアクチユエータの機能にとつて極め
て重要である。

本考案の場合、前記したように駆動軸４１及び
トラニオンピン４０がシリンダ２６の軸芯（中心
線）Ｊを挟んで反対側へ偏心しているため両者間
の偏心距離が長いこと、及びピストン３１が両端
の２個の摺動部３４によつて両持状に安定的に支
持されていることによつてヨーク４５の長さをヨ
ーク４５が摺動した時にもその先端がシリンダ４
０の内面と干渉しない程度の長さとして十分なト
ルクを得ることができ、これによりシリンダ２６
を膨出部のない直筒状となすことができる。

ピストン３１内には、予め潤滑用のグリース等
を注入しておく。又駆動軸４１の先端部４７は、
手動ハンドル、インジケータその他の制御装置を
取付けるために角軸状に加工し、他端４８には被
駆動体であるバタフライ弁等の軸と連結するため
に軸穴４９を設ける。５０及び５１は、オイルシ
ール及び止め輪であり、５２は、ピストン３１が
最も右側へ摺動した位置で、ピストンの動きを止
めてストロークを加減し、回転角度を調節するた
めの当り用のボルトである。ピストン３１の左右
の摺接部３４，３５の内側には、ピストンの重量
を軽減するための凹陥部５３，５３が形成されて
いる。

続いて本考案の上記実施例の作動について更に
説明する。

第３図示の状態は、ピストン３１が最も右側へ
移動した状態で、従つてヨーク４５及びこれと駆
動軸４１によつて連結したバタフライ弁等の被駆
動体が、時計方向に最大限回転した状態である。
この状態は、例えばバタフライ弁等では、弁が完
全に閉じた状態を示し、駆動軸４１がこれにより
約90゜反時計方向に回動した位置が全開位置であ
る。

続いて流体導入孔３２から右シリンダ室２８ａ
へ圧縮空気等を供給し、流体導入孔３３から圧縮
空気等を自由に排出させると、ピストン３１は、
圧縮空気等におされて左方向へ移動する。すると
ピストン３１に植設されたトラニオンピン４０に
押されてヨーク４５及びこれと一体的に連結した
駆動軸４１が反時計方向に回動する。この時の駆
動軸４１に作用する理論トルク出力Ｔは、 Ｔ＝偏心量（L₁＋L₂） ×ピストンの推進力Ｆ×Ｃ ここにＣは駆動軸４１の回転角度によつて定ま
る係数、 Ｆ＝作動流体圧力Ｐ×受圧面積Ｓ であり、受圧面積Ｓはピストン３１の摺接部３
４，３５の有効断面積で与えられる。

本考案では、単シリンダ型でピストンロツドを
省略した構造であるから、その分受圧面積Ｓが広
く、大きなトルク出力を得ることができる。

このようにして左右のシリンダ室２８ｂ，２８
ａの空気等を給気、排気することにより、ピスト
ン３１を往復運動させて駆動軸に往復回動を与え
ることができる。

上記ピストン３１の往復動時にシリンダ室２８
ａ，２８ｂの内面からシール部材３０によつて掻
き取られたグリースは、シリンダ室２８ａ，２８
ｂが前記の如く直筒状に形成され、途中にグリー
ス溜りとなる膨出部がないので、シリンダ内壁面
のシリンダ長手方向へ流れ出し、往復運動するピ
ストン３１との摺動部へ再度供給されるという循
環を繰り返すため、良好な潤滑が得られる。

ピストン３１の最も右より位置における位置決
めは、調節ねじ５２の出入量によつて行う。この
位置決めは、バタフライ弁の場合、全閉位置での
バルブ角度を決めるものであるが、この角度は弁
座、パツキン等の摩耗量やバルブ閉時の漏れ量を
決めるものであるから重要である。

考案の効果 本考案は以上述べた如く、シリンダ内壁に摺接
して往復運動するピストンの直線運動を、ヨーク
及びこのヨークを取り付けた駆動軸の回転運動に
変換するピストンロツド不要のロータリアクチユ
エータにおいて、ピストンを２個の摺動部と、中
空部を挟んで両摺接部を一体的に連結する中間リ
ブとによつて構成し、該中間リブの中央部に上記
中空部の中心方向へ突出するクレビスを形成し、
これにトラニオンピンを取り付け、このトラニオ
ンピンとバタフライ弁に連結した駆動軸とをそれ
ぞれシリンダの軸芯の反対側へ偏心させると共
に、駆動軸を上記ピストンの中空部内に貫通させ
てシリンダに取り付け、駆動軸に固着したヨーク
のヨーク溝にトラニオンピンを係合させて、ピス
トンの往復運動により駆動軸を回転させる如くな
し、更に上記ヨークの長さをヨークが揺動した時
にヨーク先端がシリンダと干渉しない程度の長さ
とし、シリンダを直筒状となしたことを特徴とす
るバタフライ弁駆動用ロータリアクチユエータで
あるから、最も大きな力が作用する中間リブの強
度が、トラニオンピンの嵌入により低下すること
なく、逆にクレビスの形成によつて中間リブが補
強されるという副次的効果も奏する。また本考案
では、シリンダ中間部に膨出部を設けることなく
十分に大きいトルクを得ることができる。

また本考案に係るロータリアクチユエータは単
シリンダ型として構成されているので、以下述べ
る(1)〜(8)の長所を併せもつものである。

(1) ピストンロツド部に用いるグランドパツキン
とグランドブツシユが不要で機械的損失が減少
しトルク出力が増大する。

(2) ピストンロツドグランドパツキン、グランド
ブツシユ、トラニオン等多くの部品が不要とな
り低コスト化すると共に軽量となる。

(3) ピストン内にヨーク室を併設してあるから全
体的に小型化すると共に、左右２個のシール部
材でピストン内が密封されているので、ピスト
ン内のヨーク室をオイルバスとして潤滑効果を
有効に利用でき、且つ小型化できる。

(4) しかもシリンダ内周によるピストンの支持状
態は、第１図に示した両側ピストン型と同様で
あるから、許容接触面圧についても十分高い値
が得られる。

(5) 又、従来の両側ピストン型の場合、第１図に
示すような複雑な配管が必要であるが、本考案
の場合はこのような配管が不要である。

(6) 更に本考案では、トラニオンピンと駆動軸と
をそれぞれシリンダ軸芯の反対側に偏心させて
ピストン内で許せるかぎり偏心させてあるの
で、大きなトルクが得られると共に、アクチユ
エータが横方向に大型化する弊害もない。

(7) 更に又、前記したようにピストンロツドを省
略した分だけ受圧面積が増大し、小径で大きい
トルクを得ることができ、逆に同じトルクの場
合にはピストンのストロークを小さくできるの
で単作動のリターン用コイルスプリングの長さ
が短くて済む。

(8) 又ピストンは内側の凹陥部によつて十分に肉
厚を薄くでき、これによつて軽量化を達成でき
ると共に、このような凹陥部の体積は、シリン
ダ室の体積に影響を与えないので、作動流体の
消費量が減少し、経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のロータリアクチユエータの断
面図を含む油圧回路図、第２図は本考案の一実施
例であるロータリアクチユエータの正面図、第３
図は同側断面図（ヨークが最も右側へストローク
した状態を示す）、第４図は第３図におけるＡ−
Ａ矢視断面図、第５図は同実施例に用いることの
できるピストンの斜視図である。 符号の説明、２６……シリンダ、２９……内
壁、３０……シール部材、３１……ピストン、４
０……トラニオンピン、４１……駆動軸、４５…
…ヨーク、４６……ヨーク溝、Ｊ……シリンダ
（及びピストン）の軸芯、３６，３７……中間リ
ブ、ｗ……中間部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. シリンダ内壁に摺接して往復運動するピストン
   の直線運動を、ヨーク及びこのヨークを取り付け
   た駆動軸の回転運動に変換するピストンロツド不
   要のロータリアクチユエータにおいて、ピストン
   を２個の摺動部と、中間部を挟んで両摺接部に一
   体的に連結する中間リブとによつて構成し、該中
   間リブの中央部に上記中空部の中心方向へ突出す
   るクレビスを形成し、これにトラニオンピンを取
   り付け、このトラニオンピンとバタフライ弁に連
   結した駆動軸とをそれぞれシリンダの軸芯の反対
   側へ偏心させると共に、駆動軸を上記ピストンの
   中空部内に貫通させてシリンダに取り付け、駆動
   軸に固着したヨークのヨーク溝にトラニオンピン
   を係合させて、ピストンの往復運動により駆動軸
   を回転させる如くなし、更に上記ヨークの長さを
   ヨークが揺動した時にヨーク先端がシリンダと干
   渉しない程度の長さとし、シリンダを直筒状とな
   したことを特徴とするバタフライ弁駆動用ロータ
   リアクチユエータ。