TWI649507B - 多段活塞致動器 - Google Patents

Abstract

本發明之多段活塞致動器係在嵌入汽缸體之複數個活塞體的壓力室中送達抵抗彈簧壓力之空氣壓力，並從推桿取出其輸出，其活塞段數變更容易，可達到小型化及縮短軸向長度。該多段活塞致動器之複數個活塞體與嵌入汽缸體之隔板組合，在兩者之間形成壓力室，活塞體具有：平板狀之受壓板部；從該受壓板部延伸於表裡之相反方向，具有連通於壓力室之軸空氣通路的軸棒；及滑動引導筒狀部；隔板具有：具有放入鄰接之活塞體軸棒的貫穿孔之平板狀底板部；從該底板部延伸於表裡同一方向而嵌入汽缸體之大直徑最外筒狀部；及與活塞體之滑動引導筒狀部滑動自如地嵌合的滑動引導筒狀部；在上述隔板之大直徑最外筒狀部的內周面與底板部、及上述活塞體之受壓板部與滑動引導筒狀部的外周面之間插入大直徑O形環，在上述隔板之滑動引導筒狀部的內周面與底板部、及活塞體之軸棒外周面之間，插入上述大直徑O形環與軸方向位置重疊之小直徑O形環，複數個活塞體之軸棒彼此機械性抵接，將輸出送達推桿。

Description

多段活塞致動器

本發明係關於一種增減段數可獲得不同驅動力之多段活塞致動器。

例如開關流路之開關閥門有：使開閥方向之彈簧力作用於閥體的常開閥；及使關閥方向之彈簧力作用於閥體的常關閥。藉由使抵抗彈簧力方向之空氣壓力作用於連接於閥體的活塞，而關閥或開閥的動作原理相同。

此種開關閥門之活塞致動器，曾提出有複數段重疊滑動自如地收納活塞體之汽缸的多段活塞致動器(專利文獻1至3)。

【先前技術文獻】

【專利文獻】

[專利文獻1]日本特開2000-283328號公報

[專利文獻2]日本專利第3300686號公報

[專利文獻3]日本特開2009-2524號公報

但是，此等專利文獻之多段活塞致動器的構造複雜，且活塞段數變更不容易，小型化或軸向長度縮短困難。

因此，本發明之目的為獲得構造簡單且活塞段數變更容易，並且可小型化及縮短軸向長度，而且在規定之外徑中可確保更大有效受壓面積的多段活塞致動器。

本發明之多段活塞致動器，係在嵌入汽缸體之複數個活塞體的壓力室中送達抵抗彈簧壓力之空氣壓力，並使推桿動作，其特徵為： 上述複數個活塞體分別與嵌入上述汽缸體之隔板組合，在該活塞體與隔板之間形成上述壓力室； 上述活塞體具有：受壓板部；軸棒，其係從該受壓板部的表裡於相反方向與軸線同心地延伸，具有連通於上述壓力室之軸空氣通路及滑動引導筒狀部； 上述隔板具有：底板部，其係與具有供放入鄰接之活塞體的上述軸棒之貫穿孔；大直徑最外筒狀部，其係從該底板表裡的一方與軸線同心地延伸而嵌入上述汽缸體；及滑動引導筒狀部，其係與上述活塞體之上述滑動引導筒狀部滑動自如地嵌合； 在上述隔板之大直徑最外筒狀部的內周面與上述底板部、及上述活塞體之上述受壓板部與上述滑動引導筒狀部的外周面之間插入大直徑O形環； 在上述隔板之上述滑動引導筒狀部之內周面與上述底板部、及與活塞體之上述軸棒的外周面之間插入小直徑O形環； 上述活塞體之上述滑動引導筒狀部係單純圓筒形狀，且不形成供上述大直徑O形環嵌入的U字狀溝；及 上述活塞體之上述軸棒彼此機械性抵接，使上述推桿動作。

較佳地，上述大直徑O形環與小直徑O形環至少在與上述活塞體及隔板接近之位置，軸方向位置重疊。

較佳地，上述活塞體的滑動引導筒狀部係做成不形成供上述大直徑O形環嵌入的U字狀溝之單純圓筒形狀。

同樣較佳地，上述活塞體的軸棒係做成不形成供上述小直徑O形環嵌入的U字狀溝之單純棒狀。

採用本發明時，可獲得構造簡單且活塞段數變更容易，並且可小型化及縮短軸向長度，而且在規定之外徑中可確保更大有效受壓面積的多段活塞致動器。

100、100X‧‧‧多段活塞致動器

10、10X‧‧‧汽缸本體

12‧‧‧小直徑定徑部

13‧‧‧大直徑定徑部

14‧‧‧公螺紋筒

15‧‧‧六角部

16‧‧‧排氣孔

17‧‧‧中直徑段部

18‧‧‧下降端管制段部

20、20X‧‧‧推桿

21‧‧‧O形環

22‧‧‧著力端部

23‧‧‧空氣導入溝

30‧‧‧疊層活塞壓頭

30'‧‧‧異形活塞壓頭

30"‧‧‧異形活塞壓頭

31‧‧‧活塞體

31'、31"‧‧‧異形活塞體

31a、31a'、31a"‧‧‧受壓板部

31b、31b'‧‧‧軸棒

31c‧‧‧滑動引導筒狀部

31d‧‧‧軸空氣通路

31e‧‧‧空氣導入溝

31g‧‧‧空氣導入溝

32‧‧‧隔板

32a‧‧‧底板部

32b‧‧‧大直徑最外筒狀部

32c‧‧‧滑動引導筒狀部

32d‧‧‧貫穿孔

32e‧‧‧O形環保持邊緣

32f‧‧‧D切割面

32g‧‧‧空氣排氣溝

33‧‧‧大直徑O形環

34‧‧‧小直徑O形環

50‧‧‧關閥彈簧

50X‧‧‧開閥彈簧

60、60X‧‧‧蓋體

61‧‧‧軸空氣通路

62‧‧‧引導筒

63‧‧‧引導軸

64‧‧‧排氣孔

65‧‧‧O形環

70‧‧‧流路區塊

71‧‧‧入口流路

72‧‧‧出口流路

73‧‧‧連通路

74‧‧‧閥座

75‧‧‧隔膜

76‧‧‧推進器

77‧‧‧致動器螺合筒

81‧‧‧壓縮空氣源

82‧‧‧調壓閥

83‧‧‧開關閥門

P‧‧‧壓力室

第一圖係顯示將本發明之多段活塞致動器的一種實施形態前視圖。

第二圖係第一圖所示的多段活塞致動器連接於流路區塊用在常關閥之開閥驅動用的狀態下沿著第一圖之II-II線的剖面圖。

第三圖係顯示將本發明之多段活塞致動器用連接於流路區塊在常開型開關閥門之關閥驅動用的一種實施形態之對應於第二圖的剖面圖。

第四圖係從第二圖中之多段活塞致動器取出3個疊層活塞壓頭而描繪的縱剖面圖。第三圖之多段活塞致動器在第四圖其疊層活塞壓頭的上下顛倒。

第五(A)圖與第五(B)圖係疊層活塞壓頭之活塞本體單體的縱剖面圖與底視圖。

第六(A)圖與第六(B)圖係疊層活塞壓頭之隔板單體的俯視圖與縱剖面圖。

第一圖及第二圖顯示使用本發明之多段活塞致動器構成常關型開關閥門的實施形態，第三圖顯示構成常開型開關閥門的實施形態。

第一圖、第二圖之常關型開關閥門的驅動源之多段活塞致動器100具備：金屬(例如鋁合金)製之汽缸本體10、依序插入該汽缸本體10內之金屬製的推桿20、複數段(圖示之例係5段)之疊層活塞壓頭30、異形活塞壓頭30'、關閥彈簧50、蓋體(護蓋)60。汽缸本體10之端部在插入以上元件後，斂縫而結合於蓋體60。

汽缸本體10中形成有使推桿20滑動自如地嵌合之小直徑定徑部12、以及使疊層活塞壓頭30及異形活塞壓頭30'嵌合之大直徑定徑部13，在小直徑定徑部12之外周側形成有公螺紋筒14與六角部15。小直徑定徑部12中形成有徑方向之排氣孔16。推桿20具有外周面與小直徑定徑部12內面滑動接觸而保持氣密之O形環21。

結合汽缸本體10之流路區塊70具有：入口流路71、出口流路72、與設於兩流路間之連通路73的閥座74接觸分離之隔膜75、及位於隔膜75上之推進器76，且形成有在閥座74及隔膜75之軸線上延伸的致動器螺合筒77。汽缸本體10之公螺紋筒14螺合固定於該致動器螺合筒77。推桿20之一端部構成與推進器76相對(接觸分離)的著力端部22，另一端部形成有徑方向之空氣導入溝23。

插入汽缸本體10之大直徑定徑部13內的疊層活塞壓頭30與異形活塞壓頭30'，藉由關閥彈簧50在最下方之疊層活塞壓頭30抵接於下降端管制段部18的位置管制移動端，此時，隔膜75經由推桿20及推進器76按壓於閥座74。換言之，構成常閉型開關閥門。

另外，如第三圖所示，常開型開關閥門之驅動源的多段活塞致動器100X具備：金屬(例如鋁合金)製之汽缸本體10X、依序插入該汽缸本體10X內之金屬製的推桿20X、開閥彈簧50X、異形活塞壓頭30"、複數段(圖示之例係5段)之疊層活塞壓頭30、蓋體(護蓋)60X。汽缸本體10X之端部在插入以上元件後，斂縫而結合於蓋體60X。

汽缸本體10X中形成有使推桿20X滑動自如地嵌合之小直徑定徑部12、形成開閥彈簧50X之支座的中直徑段部17、以及使異形活塞壓頭30"及疊層活塞壓頭30滑動自如地嵌合之大直徑定徑部13。在小直徑定徑部12之外周形成有公螺紋筒14與六角部15，六角部15中形成有排氣孔16。

插入汽缸本體10X之大直徑定徑部13內的疊層活塞壓頭30與異形活塞壓頭30"，藉由開閥彈簧50X在最上方之疊層活塞壓頭30抵接於蓋體60X的位置管制移動端，此時，不對隔膜75施加朝向閥座74側之按壓力。換言之，構成常開型開關閥門。

利用第四圖至第六圖詳細說明以上之多段活塞致動器100與100X共用的疊層活塞壓頭30。疊層活塞壓頭30由基本形狀係以軸線CL為中心之旋轉對稱形狀的活塞體31與隔板32及大小2個大直徑O形環33、小直徑O形環34構成。活塞體31例如為由金屬(例如鋁合金)構成者，且如第五圖顯示單體形狀具有：與軸線CL正交之受壓板部31a、於受壓板部31a從表裡 相反的方向上與軸線CL同心延伸的軸棒31b與滑動引導筒狀部31c，軸棒31b(及受壓板部31a)中貫穿有軸空氣通路31d。在軸棒31b與受壓板部31a相反側之端部形成有使軸空氣通路31d連通於徑向外方的空氣導入溝31e。

隔板32例如係由合成樹脂材料之成形品構成者，如第六圖顯示單體形狀，與活塞體31同樣地，基本形狀形成以軸線為中心之旋轉對稱CL形狀。隔板32具有：與軸線CL正交之底板部32a、從底板部32a表裏的一方與軸線CL同心延伸之大直徑最外筒狀部32b、及小直徑滑動引導筒狀部32c。在底板部32a之中心形成放入活塞體31之軸棒31b的貫穿孔32d，在貫穿孔32d之周圍形成有O形環保持邊緣32e(O形環保持邊緣32e係底板部32a之一部分)。隔板32之大直徑最外筒狀部32b係以最小之餘隙嵌入汽缸本體10(10X)的大直徑定徑部13者，且其周面一部分形成D切割面32f，並在該D切割面32f之端部形成有空氣排氣溝32g。

藉由活塞體31之滑動引導筒狀部31c與隔板32的滑動引導筒狀部32c彼此嵌合滑動，發揮防止相互歪斜及保證同軸性之作用。活塞體31中形成有空氣導入溝31g，其係在該活塞體31之滑動引導筒狀部31c與隔板32之滑動引導筒狀部32c的滑動部分形成空氣通路。

以上之構成元件中，活塞體31之空氣導入溝31e與空氣導入溝31g、及隔板32之D切割面32f與空氣排氣溝32g並非將活塞體31與隔板32之軸線作為中心的旋轉對稱形狀之元件。

以上之活塞體31與隔板32係在隔板32之大直徑最外筒狀部32b的內周面與底板部32a、及活塞體31之受壓板部31a與滑動引導筒狀部31c的外周面之間插入大直徑O形環33，並在隔板32之滑動引導筒狀部32c的內 周面與O形環保持邊緣32e、及活塞體31之軸棒31b的外周面之間插入小直徑O形環34的狀態下組合，作為疊層活塞壓頭30。活塞體31與隔板32之最大接近位置係在隔板32之滑動引導筒狀部32c的端部抵接於活塞體31之受壓板部31a的狀態下被管制(第四圖、第二圖左剖面、第三圖右剖面)。大直徑O形環33之以其軸線為中心的外徑、以及在剖面之剖面直徑(線徑)兩者皆比小直徑O形環34大。

而後，在該最大接近狀態下，大直徑O形環33與小直徑O形環34將其軸方向位置重疊，謀求縮短疊層活塞壓頭30之軸向長度。又，大直徑O形環33插入隔板32之大直徑最外筒狀部32b的內周面與活塞體31之滑動引導筒狀部31c的外周面及底板部32a之間，活塞體31中並未形成用於保持大直徑O形環33之剖面U字溝。亦即，活塞體31之滑動引導筒狀部31c係單純圓筒形狀，並未形成剖面U字溝狀。同樣地，小直徑O形環34插入隔板32之滑動引導筒狀部32c的內周面與O形環保持邊緣32e、及活塞體31之軸棒31b的外周面之間，隔板32中並未形成用於保持小直徑O形環34之剖面U字溝。 亦即，隔板32之滑動引導筒狀部32c係單純圓筒形狀，未形成剖面U字狀溝，活塞體31之軸棒31b亦係單純棒狀，並未形成剖面U字狀溝。因而，謀求縮短疊層活塞壓頭30之軸向長度。又，由於不嵌入剖面U字溝，因此裝設時無須擴大(拉伸)大直徑O形環33與小直徑O形環34之直徑，安裝性優異。再者，採用以上之疊層活塞壓頭30時，除了可小型化及縮短軸向長度之外，還可在指定之外徑中確保更大的有效受壓面積。

以上之疊層活塞壓頭30在第二圖之常關型開關閥門時朝向活塞體31位於上方而隔板32位於下方的方向(第四圖之狀態)，在第三圖之 常開型開關閥門時朝向隔板32位於上方而活塞體31位於下方的方向(與第四圖上下顛倒之狀態)。

構成第二圖之常關型開關閥門的多段活塞致動器100之異形活塞壓頭30'的異形活塞體31'，具有比活塞體31之軸棒31b長的軸棒31b'，該軸棒31b'滑動自如地嵌合於形成於蓋體60的引導筒62中。軸棒31b'中嵌合保持與引導筒62間之氣密的O形環65。另外，蓋體60中形成有排氣孔64。又，異形活塞體31'中亦形成與活塞體31同樣之空氣導入溝31g。組合於異形活塞體31'之隔板32與疊層活塞壓頭30的隔板32相同。

又，第三圖之多段活塞致動器100X的異形活塞壓頭30"之異形活塞體31"不具軸棒31b，亦不具軸空氣通路31d。受壓板部31a"直接抵接於推桿20X。又，蓋體60X具有插入疊層活塞壓頭30之隔板32的貫穿孔32d及小直徑O形環34的引導軸63。推桿20X中並未形成(不需要形成)原形成於常閉型開關閥門用的多段活塞致動器之推桿20上的空氣導入溝23。

第二圖之多段活塞致動器100如上述，位於異形活塞壓頭30'與蓋體60之間的關閥彈簧50係經由異形活塞壓頭30'、5段之疊層活塞壓頭30、推桿20及推進器76將隔膜75在閥座74方向施力，隨時關閉入口流路71與出口流路72間之連通路73。

第三圖之多段活塞致動器100X如上述，位於異形活塞壓頭30"與汽缸本體10X的中直徑段部17之間的開閥彈簧50X將異形活塞壓頭30"及5段疊層活塞壓頭30施力於從隔膜75離開之方向，其關閥力不送達隔膜75(入口流路71與出口流路72隨時連通)。

任何一個致動器，插入汽缸本體10(10X)之大直徑定徑部 13內的鄰接之各疊層活塞壓頭30，皆係活塞體31之軸棒31b通過隔板32的貫穿孔32d與小直徑O形環34，鄰接之各軸棒31b機械性抵接。又，鄰接之疊層活塞壓頭30的各隔板32(及異形活塞壓頭30'之隔板32或異形活塞壓頭30"之隔板32與鄰接於此之疊層活塞壓頭30的各隔板32)係在嵌入汽缸本體10(10X)之大直徑定徑部13的狀態下相互抵接決定軸方向位置。被活塞體31之受壓板部31a與軸棒31b、隔板32之滑動引導筒狀部32c及小直徑O形環34包圍的內側空間；及經由空氣導入溝31g連通於該內側空間，且被滑動引導筒狀部31c、底板部32a、大直徑最外筒狀部32b及大直徑O形環33包圍的內側空間構成壓力室P。插入大直徑定徑部13內之複數個疊層活塞壓頭30，其鄰接之疊層活塞壓頭30的活塞體31之各軸棒31b(軸棒31b與受壓板部31a)彼此抵接，全部活塞體31及異形活塞體31'(31")同時移動於軸方向。

第二圖之常關型多段活塞致動器100在隔膜75藉由關閥彈簧50之力關閉流路的狀態下，經由壓縮空氣源81、調壓閥82及開關閥門83，從蓋體60之軸通路61供給壓縮空氣時，動作壓力經由疊層的各活塞體31及異形活塞體31'之軸空氣通路31d、空氣導入溝31e(及推桿20之空氣導入溝23)及空氣導入溝31g送達壓力室P，活塞體31及異形活塞體31'抵抗關閥彈簧50之力而移動，結果隔膜75從閥座74離開，入口流路71與出口流路72連通(常關型開關閥門打開，第二圖右剖面)。

反之，藉由開關閥門83杜絕壓縮空氣之供給時，各活塞體31(異形活塞體31')藉由關閥彈簧50之力返回原來位置，隔膜75在閥座74上就位而杜絕入口流路71與出口流路72之連通(第二圖左剖面)。汽缸本體10內之空氣從隔板32之空氣排氣溝32g、D切割面32f與汽缸本體10的間隙及排 氣孔16排放至外部。

第三圖之多段活塞致動器100X在隔膜75藉由開閥彈簧50X之力打開流路狀態下，經由壓縮空氣源81、調壓閥82及開關閥門83從蓋體60X之軸空氣通路61送達壓縮空氣時，動作壓力經由各疊層活塞體31及異形活塞體31"之軸空氣通路31d、空氣導入溝31e及空氣導入溝31g送達壓力室P，活塞體31及異形活塞體31"抵抗開閥彈簧50X之力而移動，結果推桿20X將推進器76及隔膜75按壓於閥座74，隔膜75遮斷入口流路71與出口流路72間的連通路73(常開型開關閥門關閉，第三圖左剖面)。

反之，藉由開關閥門83杜絕壓縮空氣之供給時，各活塞體31(異形活塞體31")藉由開閥彈簧50X之力返回原來位置，隔膜75從閥座74離開使入口流路71與出口流路72連通(第三圖右剖面)。壓力室P以外的汽缸本體10內之空氣X從隔板32之空氣排氣溝32g、D切割面32f與汽缸本體10的間隙及排氣孔16排放至外部。

大直徑O形環33與小直徑O形環34即使在活塞體31與隔板32分離最遠的狀態(第二圖之右剖面、第三圖之左剖面)下，其軸向位置仍有一部分重疊(或是接觸)，即使在動作狀態下仍可謀求縮短軸向長度。

推桿20(20X)之輸出於供給(壓縮)空氣壓力相同時，可依插入汽缸本體10(10X)之疊層活塞壓頭30的段數而變化。當然汽缸本體10(10X)備有不同長度者供選擇使用。

【產業上之可利用性】

本發明之多段活塞致動器，例如可廣泛適用於以空氣壓力工作之常開型開關閥門及常關型開關閥門。

Claims (6)

1. 一種多段活塞致動器，係在嵌入汽缸體之複數個活塞體的壓力室中送達抵抗彈簧壓力之空氣壓力，並使推桿動作，其特徵為：上述複數個活塞體分別與嵌入上述汽缸體之隔板組合，在該活塞體與隔板之間形成上述壓力室；上述活塞體具有：受壓板部；軸棒，其係從該受壓板部的表裡於相反方向與軸線同心地延伸，具有連通於上述壓力室之軸空氣通路；及滑動引導筒狀部；上述隔板具有：底板部，其係具有供放入鄰接活塞體的上述軸棒之貫穿孔；大直徑最外筒狀部，其係從該底板部表裡的一方與軸線同心地延伸而嵌入上述汽缸體；及滑動引導筒狀部，其係與上述活塞體之上述滑動引導筒狀部滑動自如地嵌合；於上述隔板之上述大直徑最外筒狀部的內周面與上述底板部、及上述活塞體之上述受壓板部與上述滑動引導筒狀部的外周面之間插入大直徑O形環；於上述隔板之上述滑動引導筒狀部之內周面與上述底板部、及與活塞體之上述軸棒的外周面之間插入小直徑O形環；上述活塞體之上述滑動引導筒狀部係單純圓筒形狀，且不形成供上述大直徑O形環嵌入的U字狀溝；及複數個上述活塞體之上述軸棒彼此機械性抵接，使上述推桿動作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多段活塞致動器，上述大直徑O形環與小直徑O形環至少在與上述活塞體及隔板接近之位置，軸方向位置重 疊。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之多段活塞致動器，上述隔板的滑動引導筒狀部係單純圓筒形狀，且不形成供上述小直徑O形環嵌入的U字狀溝。
4. 如申請專利範圍第3項所述之多段活塞致動器，上述活塞體的軸棒係單純棒狀，且不形成供上述小直徑O形環嵌入的U字狀溝。
5. 一種多段活塞致動器，係在嵌入汽缸體之複數個活塞體的壓力室中送達抵抗彈簧壓力之空氣壓力，並使推桿動作，其特徵為：上述複數個活塞體分別與嵌入上述汽缸體之隔板組合，在該活塞體與隔板之間形成上述壓力室；上述活塞體具有：平板狀之受壓板部，其係與軸線正交；軸棒，其係從該受壓板部的表裡於相反方向與軸線同心地延伸，形成具有連通於上述壓力室之軸空氣通路的單純棒狀形狀；及滑動引導筒狀部，其係形成單純圓筒形狀；上述隔板具有：平板狀之底板部，其係與具有供放入鄰接之活塞體的上述軸棒之貫穿孔的軸線正交；大直徑最外筒狀部，其係從該底板部表裡的一方與軸線同心地延伸而嵌入上述汽缸體；及滑動引導筒狀部，其係形成與上述活塞體之滑動引導筒狀部滑動自如地嵌合的單純圓筒形狀；在形成於上述隔板之大直徑最外筒狀部的內周面與平板狀底板部、及上述活塞體之平板狀受壓板部與單純圓筒形狀之滑動引導筒狀部的外周面之間的環狀空間插入大直徑O形環； 在形成於上述隔板之單純圓筒形狀的滑動引導筒狀部之內周面與平板狀底板部、及與活塞體之受壓板部鄰接的活塞體之上述單純棒狀軸棒的外周面之間的環狀空間插入小直徑O形環；上述大直徑O形環與小直徑O形環至少在與上述活塞體及隔板接近之位置，軸方向位置重疊；及上述複數個活塞體之軸棒彼此機械性抵接，使上述推桿動作。
6. 一種開閉閥門機構，係具有：如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之多段活塞致動器；及開關閥門，其具有經由上述多段活塞致動器的推桿而被開關之閥體。