WO2013141212A1

WO2013141212A1 - ピストン式作動流体圧アクチュエータ、および制御弁

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Publication number: WO2013141212A1
Application number: PCT/JP2013/057682
Authority: WO
Inventors: 徳光甲斐; 博士末永
Original assignee: 旭有機材工業株式会社
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2013-09-26
Also published as: JP2013199975A; US20150053874A1; JP5973197B2; EP2840263A1; EP2840263A4; CN104220765A

Abstract

【課題】逆作動式または正作動式のピストン式作動流体圧アクチュエータとして用いる場合において構成部品の共用化を図ることができ、かつ、出力軸が進退移動する方向に沿う長さ寸法の小型化を図り得るピストン式作動流体圧アクチュエータ、およびそのピストン式作動流体圧アクチュエータと弁部材とを用いた制御弁を提供する。【解決手段】ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０は、カバー部３１および本体部３２を備えシリンダ室３３が形成されたケーシング３０と、ケーシングに進退移動自在に支持された出力軸４０と、出力軸に取り付けられシリンダ室内を区画するピストン５０と、出力軸を移動させる弾発力をピストンに付勢するバネ部材６０と、作動流体を供給する作動流体供給口７０と、を有する。ピストンは、バネ部材が収納される収納凹部５１を備え、収納凹部の開口５２をカバー部または本体部に選択的に向けて出力軸に取り付け自在である。

Description

ピストン式作動流体圧アクチュエータ、および制御弁

　本発明は、ピストン式作動流体圧アクチュエータ、およびこのピストン式作動流体圧アクチュエータと弁部材とを用いた制御弁に関する。

　ガスや液体などが流れる配管の途中には、圧力や流量などを調整するために種々の制御弁が配置されている。制御弁は、空気や油などの作動流体の流体圧によって作動するピストン式作動流体圧アクチュエータと、流路を連通または遮断する弁体を備える弁部材とを含んでいる。ピストン式作動流体圧アクチュエータの出力軸が弁部材の弁体に接続されている。ピストン式作動流体圧アクチュエータの作動方式には、作動流体圧のみを利用する復作動式、バネの弾発力をも利用する逆作動式や正作動式がある。「逆作動式」は、作動流体圧の供給によって出力軸を上昇させて弁体を開く方式であり、「正作動式」は、作動流体圧の供給によって出力軸を下降させて弁体を閉じる方式である。

　ピストン式作動流体圧アクチュエータは、カバー部と本体部とを備えシリンダ室が形成されたケーシングと、ケーシングに進退移動自在に支持された出力軸とを有している。出力軸には、シリンダ室内を２つの部屋に区画するピストンが取り付けられている。逆作動式や正作動式のピストン式作動流体圧アクチュエータにあっては、出力軸を移動させる弾発力をピストンに付勢するため、圧縮コイルバネなどのバネ部材がピストンとケーシングとの間に配置されている。また、バネ部材が付勢する弾発力に抗して出力軸を移動させる力をピストンに付勢するため、作動流体をシリンダ室内に供給する作動流体供給口がケーシングに設けられている。

　ピストン式作動流体圧アクチュエータの作動方式が異なってもケーシングの共用化を図るため、ケーシングのカバー部および本体部のそれぞれに、バネ部材を収納する穴形状または溝形状を有する凹部が形成されている。そして、本体部の上部にカバー部が設けられるケーシングの場合、正作動式とするときには本体部の凹部にバネ部材を収納し、逆作動式とするときにはカバー部の凹部にバネ部材を収納している（特許文献１を参照）。

特開２００６－３２９３３３

　しかしながら、カバー部および本体部のそれぞれにバネ部材を収納する凹部を形成しているため、ピストン式作動流体圧アクチュエータは、出力軸が進退移動する方向に沿う長さ寸法（以下、「高さ寸法」ともいう）が大きくなってしまう。たとえば、ピストン式作動流体圧アクチュエータの作動方式を逆作動式とするためにカバー部の凹部にバネ部材を収納したときには、本体部の凹部の深さ寸法分だけ、ピストン式作動流体圧アクチュエータの高さ寸法が大きくなってしまう。

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、逆作動式または正作動式のピストン式作動流体圧アクチュエータとして用いる場合において構成部品の共用化を図ることができ、かつ、出力軸が進退移動する方向に沿う長さ寸法の小型化を図り得るピストン式作動流体圧アクチュエータ、およびそのピストン式作動流体圧アクチュエータと弁部材とを用いた制御弁を提供することを目的とする。

　上記目的は下記の手段によって達成される。

　（１）第１と第２のケース体を備えシリンダ室が形成されたケーシングと、前記ケーシングに進退移動自在に支持された出力軸と、前記出力軸に取り付けられ前記シリンダ室内を区画するピストンと、前記出力軸を移動させる弾発力を前記ピストンに付勢するバネ部材と、前記バネ部材が付勢する弾発力に抗して前記出力軸を移動させる力を前記ピストンに付勢する作動流体を供給する作動流体供給口と、作動流体の漏れをシールする少なくとも１つ以上のシール部材と、を有し、前記ピストンは、前記バネ部材が収納される収納凹部を備え、前記収納凹部の開口を前記第１のケース体または前記第２のケース体に選択的に向けて前記出力軸に取り付け自在であり、前記出力軸は、前記第１のケース体または前記第２のケース体のうちの一方のケース体を貫通して伸びて被作動部材に接続され、
　前記ピストンは、逆作動式のときに前記出力軸に連結する座面と前記一方のケース体に当接する当接面との距離Ｌ１、および正作動式のときに前記出力軸に連結する座面と前記一方のケース体に当接する当接面との距離Ｌ２の関係が、Ｌ１＝Ｌ２となることを特徴とするピストン式作動流体圧アクチュエータ。

　（２）上記（１）のピストン式作動流体圧アクチュエータと、流路を連通または遮断する弁体を備える弁部材とを含む制御弁であって、前記ピストン式作動流体圧アクチュエータの前記出力軸が、前記弁部材の前記弁体に接続され、前記収納凹部の開口を前記第１のケース体または前記第２のケース体に選択的に向けて前記出力軸に取り付けることによって、前記弁部材を、前記作動流体供給口から作動流体を供給することによって前記弁体が開く逆作動弁、または前記作動流体供給口から作動流体を供給することによって前記弁体が閉じる正作動弁として作動させてなる、制御弁。

　本発明によれば、ピストンは、バネ部材が収納される収納凹部を備え、収納凹部の開口をカバー部または本体部に選択的に向けて出力軸に取り付け自在に構成してあるため、逆作動式または正作動式のピストン式作動流体圧アクチュエータとして用いる場合において構成部品（少なくとも、ケーシング、出力軸およびピストン）の共用化を図ることができる。また、逆作動式とするときに配置するバネ部材の収納スペースと、正作動式とするときに配置するバネ部材の収納スペースとを共用することができるため、カバー部および本体部のそれぞれにバネ部材を収納する凹部を形成する場合に比較して、出力軸が進退移動する方向に沿うピストン式作動流体圧アクチュエータの長さ寸法（高さ寸法）の小型化を図ることが可能となる。したがって、逆作動式または正作動式のピストン式作動流体圧アクチュエータとして用いる場合において構成部品の共用化を図ることができ、かつ、出力軸が進退移動する方向に沿う長さ寸法（高さ寸法）の小型化を図り得るピストン式作動流体圧アクチュエータを提供することができる。距離Ｌ１＝距離Ｌ２となるように配置することによって、出力軸を逆作動式と正作動式とで兼用することが可能となる。

　また、ピストン式作動流体圧アクチュエータの出力軸を、弁部材の弁体に接続して制御弁を構成している。収納凹部の開口をカバー部または本体部に選択的に向けて出力軸に取り付けることによって、弁部材を、作動流体供給口からエアーを供給することによって弁体が開く逆作動弁、または作動流体供給口からエアーを供給することによって弁体が閉じる正作動弁として作動させることができる。ピストン式作動流体圧アクチュエータの小型化を通して、小型化を図った制御弁を提供することができる。

　さらに、作動流体の供給口からエアーを供給することで開閉する復作動弁は逆作動または正作動弁からバネ部材を除いた形で提供することができる。

実施形態に係る、ピストン式作動流体圧アクチュエータと弁部材とを含む制御弁の構成を示す断面図であり、弁部材を逆作動弁として作動させる場合であって、ピストン式作動流体圧アクチュエータに作動流体を供給しているときの状態（弁体が開状態）を示す図である。実施形態に係る、ピストン式作動流体圧アクチュエータと弁部材とを含む制御弁の構成を示す断面図であり、弁部材を逆作動弁として作動させる場合であって、ピストン式作動流体圧アクチュエータに作動流体を供給していないときの状態（弁体が閉状態）を示す図である。実施形態に係る、ピストン式作動流体圧アクチュエータと弁部材とを含む制御弁の構成を示す断面図であり、弁部材を正作動弁として作動させる場合であって、ピストン式作動流体圧アクチュエータに作動流体を供給しているときの状態（弁体が閉状態）を示す図である。実施形態に係る、ピストン式作動流体圧アクチュエータと弁部材とを含む制御弁の構成を示す断面図であり、弁部材を正作動弁として作動させる場合であって、ピストン式作動流体圧アクチュエータに作動流体を供給していないときの状態（弁体が開状態）を示す図である。ピストンを示す平面図である。実施形態に係る、ピストン式作動流体圧アクチュエータと弁部材とを含む制御弁の構成を示す断面図であり、ピストンに複数のシール部材を配置し弁部材を逆作動弁として作動させる場合であって、ピストン式作動流体圧アクチュエータに作動流体を供給しているときの状態（弁体が開状態）を示す図である。その他の変形例に係る、ピストン式作動流体圧アクチュエータと弁部材とを含む制御弁の構成を示す断面図であり、弁部材を復作動弁として作動させる場合であって、ピストン式作動流体圧アクチュエータに作動流体を供給し弁体が開状態を示す図である。その他の変形例に係る、ピストン式作動流体圧アクチュエータと弁部材とを含む制御弁の構成を示す断面図であり、弁部材を復作動弁として作動させる場合であって、ピストン式作動流体圧アクチュエータに作動流体を供給し弁体が閉状態を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。

　（実施形態）
　図１および図２は、実施形態に係る、ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０と弁部材２０とを含む制御弁１００の構成を示す断面図であり、弁部材２０を逆作動弁として作動させる場合を示す図である。図１には、ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０に作動流体を供給しているときの状態（弁体２２が開状態）が示され、図２には、ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０に作動流体を供給していないときの状態（弁体２２が閉状態）が示されている。また、図３および図４は、弁部材２０を正作動弁として作動させる場合を示す図である。図３には、ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０に作動流体を供給しているときの状態（弁体２２が閉状態）が示され、図４には、ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０に作動流体を供給していないときの状態（弁体２２が開状態）が示されている。図５は、ピストン５０を示す平面図である。

　図１～図４を参照して、制御弁１００は、空気や油などの作動流体の作動流体圧によって作動するピストン式作動流体圧アクチュエータ１０と、流路２１を連通または遮断する弁体２２を備える弁部材２０とを含んでいる。ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０の出力軸４０が弁部材２０の弁体２２に接続されている。

　ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０は、概説すると、カバー部３１（第１のケース体に相当する）および本体部３２（第２のケース体に相当する）を備えシリンダ室３３が形成されたケーシング３０と、ケーシング３０に進退移動自在に支持された出力軸４０と、出力軸４０に取り付けられシリンダ室３３内を２つの部屋に区画するピストン５０と、出力軸４０を移動させる弾発力をピストン５０に付勢するバネ部材６０と、バネ部材６０が付勢する弾発力に抗して出力軸４０を移動させる力をピストン５０に付勢する作動流体を供給する作動流体供給口７０と、作動流体の漏れをシールするシール部材３７、３８、４５、４６、５７と、を有している。ピストン５０は、バネ部材６０が収納される収納凹部５１を備え、収納凹部５１の開口５２をカバー部３１または本体部３２に選択的に向けて出力軸４０に取り付け自在に構成されている。この制御弁１００においては、収納凹部５１の開口５２をカバー部３１または本体部３２に選択的に向けて出力軸４０に取り付けることによって、弁部材２０を、作動流体供給口７０の第２のポート７２から作動流体を供給することによって弁体２２が開く逆作動弁、または作動流体供給口７０の第１のポート７１から作動流体を供給することによって弁体２２が閉じる正作動弁として作動させている。本実施形態では、作動流体として圧縮されたエアーを用いている。以下、詳述する。

　ケーシング３０は、凹所が形成された本体部３２と、本体部３２の上部に設けられるカバー部３１とを備えている。本体部３２の上部開口をカバー部３１によって覆うことによってシリンダ室３３が形成される。ケーシング３０の外形形状は、略円筒形状を有している。ケーシング３０の中心部には、中心穴３４、３９が貫通して形成されている。カバー部３１と接する部分にシリンダ室３３からのエアーの漏れをシールするＯリングなどのシール部材３７が設けられている。

　出力軸４０は、ケーシング３０の中心穴３４、３９の中に進退移動自在に支持されている。出力軸４０と本体部３２との間には、シリンダ室３３からのエアーの漏れをシールするＯリングなどのシール部材４５が設けられている。出力軸４０とカバー部３１との間には、シリンダ室３３からのエアーの漏れをシールするＯリングなどのシール部材３８が設けられている。本実施形態では本体部３２、カバー部３１側にＯ－リング溝があるが出力軸４０側に設けても良い。出力軸４０は、小径部４１と大径部４２とを有し、小径部４１と大径部４２との間に段差部４３が形成されている。この段差部４３にピストン５０が支持される。小径部４１の外周面には、雄ネジが形成され、ナット４４がねじ込まれる。

　ピストン５０は、その中心部に取付穴５３が貫通して形成されている。ピストン５０は、取付穴５３に出力軸４０を挿通することによって、出力軸４０の段差部４３に支持される。小径部４１の雄ネジにナット４４をねじ込むことによって、ピストン５０と出力軸４０とが連結される。ナット４４が、ピストン５０と出力軸４０とを連結する連結部材に相当する。シリンダ室３３は、ピストン５０よりも図中上側に示される第１室３５と、ピストン５０よりも図中下側に示される第２室３６との２つに区画されている。出力軸４０とピストン５０との間には、第１室３５と第２室３６との間のエアーの漏れをシールするＯリングなどのシール部材４６が設けられている。本実施形態では出力軸４０側にＯ－リング溝があるがピストン５０側に設けても良い。

　ピストン５０の外形形状は、略円筒形状を有している。ピストン５０は、バネ部材６０が収納される複数の収納凹部５１を備えている。収納凹部５１は、有底の円形穴形状を有している。図５を参照して、図示するピストン５０にあっては、６個の収納凹部５１が円周方向に等間隔に位置して形成されている。ピストン５０の表裏を反転して取付穴５３に出力軸４０を挿通することによって、収納凹部５１の開口５２をカバー部３１または本体部３２に選択的に向けて出力軸４０に取り付けることができる。図１および図２には、収納凹部５１の開口５２をカバー部３１に向けて出力軸４０に取り付けた状態が示され、図３および図４には、収納凹部５１の開口５２を本体部３２に向けて出力軸４０に取り付けた状態が示されている。

　図２を参照して、収納凹部５１の深さＨ１はピストン式作動流体圧アクチュエータ１０として組み立てられてエアーの供給がないときのバネの高さＨ２に対して５０％以上、７０％以下の深さとなっている。５０％以上とすれば、ピストン５０の収納凹部５１に圧縮コイルバネ６１を入れることで圧縮コイルバネ６１の座屈や胴曲りを防ぐことができ、安定した推力を得ることができ、また、隣り合う圧縮コイルバネ６１同士の干渉も防ぐことができ異音の発生も抑えられ、コンパクトなアクチュエータを供給できる。さらに、７０％以下とすれば、弁の開閉に必要な稼動長さを得ることも容易になる。

　取付穴５３が形成され出力軸４０が連結される中心プレート部５４は、ピストン５０の高さ方向の略中間位置に配置されている。出力軸４０を中心プレート部５４に対して連結するための手段つまり連結手段としてのナット４４がピストン５０の高さ方向の片側に偏って突出することがなく、ピストン５０の高さ方向をコンパクトにできる。

　出力軸４０は、第１のケース体または第２のケース体のうちの一方のケース体つまり本体部３２を貫通して伸びて被作動部材つまり弁体２２に接続されている。ピストン５０は、逆作動式のときのピストン５０を出力軸４０にナット４４により連結する窪み部５５の座面５５１と本体部３２に当接するピストン５０の当接面５０１との距離Ｌ１（図１を参照）、および正作動式のときのピストン５０を出力軸４０にナット４４により連結する座面５５２と本体部３２に当接するピストン５０の当接面５０２との距離Ｌ２（図４を参照）がＬ１＝Ｌ２となるように配置されている。これによって、出力軸４０を逆作動式と正作動式とで兼用することが可能となる。

　中心プレート部５４がピストン５０の高さ方向の略中間位置に配置され、かつ、Ｌ１＝Ｌ２となるように配置されていることによって、高さ方向をよりコンパクトに設計することが可能となる。

　中心プレート部５４の直径は、ナット４４の直径よりも大きい。収納凹部５１の高さ方向の端部から中心プレート部５４までの深さは、ナット４４の高さよも大きい。これによって、ピストン５０には、連結部材としてのナット４４が収納される窪み部５５が形成されている。

　本実施形態では連結部材としてナット４４を使用しているが、連結部材としてはＣ型止め輪、Ｅ型止め輪、平行ピン、テーパピン、溝付スプリングピン、割りピン等、ピストン５０と出力軸４０を固定できるものであれば、必要な推力、作動回数などにより適宜設計される。

　バネ部材６０は、たとえば、圧縮コイルバネから構成されている。図１および図２を参照して、第１室３５に配置されたバネ部材６０は、出力軸４０を図中下向きに移動させる弾発力をピストン５０に付勢する。また、図３および図４を参照して、第２室３６に配置されたバネ部材６０は、出力軸４０を図中上向きに移動させる弾発力をピストン５０に付勢する。

　作動流体供給口７０は、第１室３５に連通する第１のポート７１と、第２室３６に連通する第２のポート７２とを有している。第２のポート７２と作動流体供給源とを接続して第２室３６にエアーを供給すると、バネ部材６０が付勢する弾発力に抗して、出力軸４０を図中上向きに移動させる力をピストン５０に付勢する（図１を参照）。第１のポート７１と作動流体供給源とを接続して第１室３５にエアーを供給すると、バネ部材６０が付勢する弾発力に抗して、出力軸４０を図中下向きに移動させる力をピストン５０に付勢する（図３を参照）。

　ピストン５０の外周面には、リング溝５６が形成されている。このリング溝５６に、エアーの漏れをシールするシール部材が取り付けられている。シール部材は、たとえば、Ｏリング５７である。なお、シリンダ室３３の内面にリング溝を形成し、このリング溝にシール部材を取り付けても良い。シール部材は必要に応じて複数配置しても良い。

　ピストン５０は、リブ部５９を有している。リブ部５９は、対をなして設けられ、高さ方向の両端側に離間した２か所に設けられている。対をなすリブ部５９の間に、エアーの漏れをシールするシール部材としてのＯリング５７が取り付けられている。ピストン５０の外周面からリブ部５９が突出する寸法は、Ｏリング５７が潰されたときの寸法よりも小さい寸法に設定されている。リブ部５９を高さ方向の両端側に離間して設けることによって、ピストン５０がシリンダ室３３の内面に対して摺動するとき、シリンダ室３３の内面に片当たりすることを抑えることができる。リブ部の形状としてはシリンダ方向へ突出した半円、台形、三角等が挙げられる。

　ピストン５０の外周面の離間した２か所にシール部材を配置することによっても、ピストン５０の片当たりを抑えることができる。片当たりの防止に複数のシール部材、リブ部５９のどちらかまたは両方を設置する選択は必要な仕様などによって適宜選択して採用できる（図６を参照）。

　ピストン５０は、カバー部３１または本体部３２の内面に当接して出力軸４０の移動を制限するストッパとしての機能を有している。弁部材２０を逆作動弁として作動させる場合には、収納凹部５１の開口５２側の面（ピストン５０の表面とする）がカバー部３１に当接することによって出力軸４０の図中上向きの移動が制限され（図１を参照）、収納凹部５１の底側の面（ピストン５０の裏面とする）が本体部３２に当接することによって出力軸４０の図中下向きの移動が制限される（図２を参照）。弁部材２０を正作動弁として作動させる場合には、ピストン５０の表面が本体部３２に当接することによって出力軸４０の図中下向きの移動が制限され（図３を参照）、ピストン５０の裏面がカバー部３１に当接することによって出力軸４０の図中上向きの移動が制限される（図４を参照）。上向きまたは下向きの移動を制限することによって、弁体２２に過剰な力が加わることなく弁体２２の寿命を延ばすことができる。そして、ピストン５０の端面である当接面５０１、５０２がカバー部３１または本体部３２に広範囲に面接触する為、応力集中を抑え、材料の薄肉化や合成樹脂などを使用することが可能となる。さらに、カバー部３１や本体部３２に無駄な空間が無く、コンパクトなアクチュエータを供給することができる。

　ピストン５０は、カバー部３１または本体部３２に当接する部位がアール形状を有するアール部５８に形成されている。本実施形態ではピストン５０の、カバー部３１または本体部３２に当接する部位がアール形状となっているがＣ面取りでも良い。ストッパとして機能するときにピストン５０に作用する応力がエッジ部に集中することを緩和して、ピストン５０の耐久性を高めるためである。

　収納凹部５１の開口５２をカバー部３１に向けたときにバネ部材６０がピストン５０に付勢する弾発力は、収納凹部５１の開口５２を本体部３２に向けたときにバネ部材６０がピストン５０に付勢する弾発力と異なっている。ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０の作動方式に適した弾発力を付勢するためである。弁部材２０を逆作動弁として作動させるときには、バネ部材６０の弾発力によって弁体２２を閉じている（図２を参照）。弁部材２０を正作動弁として作動させるときに比べて、ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０のバネ部材６０は大きな弾発力が必要となる。

　バネ部材６０がピストン５０に付勢する弾発力は、バネ部材の種類（材質、径などが異なる）を増やすことによって、適宜調整することができる。しかしながら、本実施形態にあっては、バネ部材６０の共用化を図るために次のようにしてある。

　バネ部材６０は、同じ種類の圧縮コイルバネ６１を複数本含んでいる。そして、収納凹部５１の開口５２をカバー部３１に向けたときに配置する圧縮コイルバネ６１の本数と、収納凹部５１の開口５２を本体部３２に向けたときに配置する圧縮コイルバネ６１の本数とを異ならせている。具体的には、弁部材２０を逆作動弁として作動させるときには、配置する圧縮コイルバネ６１の本数をたとえば６本とし、弁部材２０を正作動弁として作動させるときには、配置する圧縮コイルバネ６１の本数をたとえば３本としてある。配置するバネ部材６０の本数をピストン式作動流体圧アクチュエータ１０の作動方式に適した本数とすることによって、バネ部材６０の共用化を図ることができ、コストの低減を図ることができる。本実施形態ではバネの本数を規定しているが、必要な推力、コストなどによりバネの材料の直径、コイル平均径、自由高さおよびバネ材質やそれらのバネ要因の種々組み合わせは適宜設計される。

　次に、作用を説明する。

　図１および図２を参照して、弁部材２０を逆作動弁として作動させるときには、収納凹部５１の開口５２をカバー部３１に向けてピストン５０を出力軸４０に取り付ける。ピストン５０は出力軸４０の段差部４３に支持される。小径部４１の雄ネジにナット４４をねじ込み、ピストン５０と出力軸４０とを連結する。６個の収納凹部５１のそれぞれに、圧縮コイルバネ６１を配置する。配置する圧縮コイルバネ６１の本数は６本である。本体部３２の凹所内にピストン５０を配置し、本体部３２の上部にカバー部３１を取り付ける。第１室３５に配置されたバネ部材６０は、出力軸４０を図中下向きに移動させる弾発力をピストン５０に付勢する。作動流体供給口７０の第２のポート７２と作動流体供給源とが接続する。

　図１および図２を参照して、エアーを第２室３６に供給するまで、バネ部材６０（６本の圧縮コイルバネ６１）の弾発力が付勢されたピストン５０は、当接面５０１となる裏面が本体部３２に当接する。これによって出力軸４０の図中下向きの移動が制限される。弁部材２０の弁体２２は、バネ部材６０の弾発力が付勢されて流路２１を閉じている。

　図１を参照して、第２のポート７２からエアーを第２室３６に供給すると、バネ部材６０が付勢する弾発力に抗して、出力軸４０を図中上向きに移動させる力がピストン５０に付勢される。ピストン５０は、表面がカバー部３１に当接する。これによって出力軸４０の図中上向きの移動が制限される。弁部材２０の弁体２２は、流路２１を開いている。

　図３および図４を参照して、弁部材２０を正作動弁として作動させるときには、収納凹部５１の開口５２を本体部３２に向けてピストン５０を出力軸４０に取り付ける。ピストン５０は出力軸４０の段差部４３に支持される。小径部４１の雄ネジにナット４４をねじ込み、ピストン５０と出力軸４０とを連結する。６個の収納凹部５１のうち１個おきに、圧縮コイルバネ６１を配置する。配置する圧縮コイルバネ６１の本数は３本である。本体部３２の凹所内にピストン５０を配置し、本体部３２の上部にカバー部３１を取り付ける。第２室３６に配置されたバネ部材６０は、出力軸４０を図中上向きに移動させる弾発力をピストン５０に付勢する。作動流体供給口７０の第１のポート７１と作動流体供給源とを接続する。

　図４を参照して、エアーを第１室３５に供給するまで、バネ部材６０（３本の圧縮コイルバネ６１）の弾発力が付勢されたピストン５０は、裏面がカバー部３１に当接する。これによって出力軸４０の図中上向きの移動が制限される。弁部材２０の弁体２２は、バネ部材６０の弾発力が付勢されて流路２１を開いている。

　図３を参照して、第１のポート７１からエアーを第１室３５に供給すると、バネ部材６０が付勢する弾発力に抗して、出力軸４０を図中下向きに移動させる力がピストン５０に付勢される。ピストン５０は、当接面５０２となる表面が本体部３２に当接する。これによって出力軸４０の図中下向きの移動が制限される。弁部材２０の弁体２２は、流路２１を閉じている。

　以上説明したように、本実施形態のピストン式作動流体圧アクチュエータ１０にあっては、ピストン５０は、バネ部材６０が収納される収納凹部５１を備え、収納凹部５１の開口５２をカバー部３１または本体部３２に選択的に向けて出力軸４０に取り付け自在に構成してある。このため、逆作動式または正作動式のピストン式作動流体圧アクチュエータ１０として用いる場合において構成部品（少なくとも、ケーシング３０、出力軸４０およびピストン５０）の共用化を図ることができる。また、逆作動式とするときに配置するバネ部材６０の収納スペースと、正作動式とするときに配置するバネ部材６０の収納スペースとを共用することができる。このため、本体部３２およびカバー部３１のそれぞれにバネ部材を収納する凹部を形成する場合に比較して、ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０の高さ寸法の小型化を図ることが可能となる。したがって、逆作動式または正作動式のピストン式作動流体圧アクチュエータ１０として用いる場合において構成部品の共用化を図ることができ、かつ、高さ寸法の小型化を図り得るピストン式作動流体圧アクチュエータ１０を提供することができる。シール部材としてのＯリング３７、３８、４５、４６、５７を設けて、エアーの漏れをシールしているので、エアーを供給してピストン５０を確実に作動させることができる。

　また、ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０はピストン５０と出力軸４０とを連結する連結部材としてのナット４４をさらに有し、ピストン５０は、ナット４４が収納される窪み部５５を有している。ナット４４がピストン５０から突出しないので、カバー部３１または本体部３２にナット４４との当接を避ける窪みを形成する必要がなく、ケーシング３０の加工が容易なものとなる。

　また、収納凹部５１の開口５２をカバー部３１に向けたときにバネ部材６０がピストン５０に付勢する弾発力と、収納凹部５１の開口５２を本体部３２に向けたときにバネ部材６０がピストン５０に付勢する弾発力とを異ならせている。このため、ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０の作動方式に適した弾発力を付勢することができる。

　ここで、バネ部材６０は、同じ種類の圧縮コイルバネ６１を複数本含んでおり、収納凹部５１の開口５２をカバー部３１に向けたときに配置する圧縮コイルバネ６１の本数と、収納凹部５１の開口５２を本体部３２に向けたときに配置する圧縮コイルバネ６１の本数とを異ならせている。これにより、バネ部材６０の共用化を図ることができ、コストのさらなる低減を図ることができる。さらに、必要な推力やコストなどによりバネの材料の直径、コイル平均径、自由高さおよびバネ材質などの仕様は随時変更すれば良く、また、これらのバネ要因のバランスをとるために種々組み合わせても良い。

　ピストン５０は、シリンダ室３３の内面への片当たりを抑えるリブ部５９を有している。ピストン５０がシリンダ室３３の内面に対して摺動するとき、シリンダ室３３の内面に片当たりすることを抑えて、ピストン５０の円滑な摺動を確保することができる。

　ピストン５０の外周面の離間した２か所にシール部材を配置することによっても、ピストン５０がシリンダ室３３の内面に対して摺動するとき、シリンダ室３３の内面に片当たりすることを抑えて、ピストン５０の円滑な摺動を確保することができる。

　ここで、シリンダ室３３の内面に対するピストン５０の片当たりを抑えるために、ピストン５０の外周面の離間した２か所にシール部材を配置し、ピストンが、シリンダ室３３の内面への片当たりを抑えるリブ部５９を有していても良い。

　ピストン５０には、カバー部３１または本体部３２に当接して出力軸４０の移動を制限するストッパとしての機能を持たせている。専用のストッパを設ける必要がなく、部品点数あるいは加工工数の削減を図ることができる。専用のストッパを設けても良いことは言うまでもない。

　ここで、ピストン５０の端面である当接面５０１、５０２がカバー部３１または本体部３２に面接触するようにしている。ピストン５０の端面である当接面５０１、５０２がカバー部３１または本体部３２に広範囲に面接触する為、応力集中を抑え、材料の薄肉化や合成樹脂などを使用することが可能となる。さらに、カバー部３１や本体部３２に無駄な空間が無く、コンパクトなアクチュエータを供給することができる。

　なお、ピストン５０は、カバー部３１または本体部３２に当接する部位をアール形状に形成してある。本実施形態ではピストン５０の、カバー部３１または本体部３２に当接する部位がアール形状となっているがＣ面取りでも良い。ストッパとして機能するときにピストン５０に作用する応力がエッジ部に集中することを緩和して、ピストン５０の耐久性を高めることができる。

　ピストン５０に設けられ出力軸４０が連結される中心プレート部５４がピストン５０の高さ方向の中間位置に配置されている。出力軸４０を中心プレート部５４に対して連結するための手段たとえばナット４４がピストン５０の高さ方向の片側に偏って突出することがなく、ピストン５０の高さ方向をコンパクトにできる。

　出力軸４０は、第１のケース体または第２のケース体のうちの一方のケース体つまり本体部３２を貫通して伸びて被作動部材つまり弁体２２に接続されている。ピストン５０は、逆作動式のときに出力軸４０に連結する座面５５１と本体部３２に当接する当接面５０１との距離Ｌ１、および正作動式のときに出力軸４０に連結する座面５５２と本体部３２に当接する当接面５０２との距離Ｌ２の関係が、Ｌ１＝Ｌ２としてある。このように距離Ｌ１＝距離Ｌ２となるように配置することによって、出力軸４０を逆作動式と正作動式とで兼用することが可能となる。

　収納凹部５１の深さＨ１は、ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０として組み立てられてエアーなどの作動流体の供給がないときのバネの高さＨ２に対して、５０％以上、かつ、７０％以下の深さとしてある。５０％以上とすれば、ピストン５０の収納凹部５１に圧縮コイルバネ６１を入れることによって圧縮コイルバネ６１の座屈や胴曲りを防ぐことができ、安定した推力を得ることができ、また、隣り合う圧縮コイルバネ６１同士の干渉も防ぐことができ異音の発生も抑えられ、コンパクトなアクチュエータを供給できる。さらに、７０％以下とすれば、弁の開閉に必要な稼動長さを得ることも容易になる。

　ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０の出力軸４０を、弁部材２０の弁体２２に接続して制御弁１００を構成している。収納凹部５１の開口５２をカバー部３１または本体部３２に選択的に向けて出力軸４０に取り付けることによって、弁部材２０を、作動流体供給口７２からエアーを供給することによって弁体２２が開く逆作動弁、または作動流体供給口７１からエアーを供給することによって弁体２２が閉じる正作動弁として作動させることができる。ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０の小型化を通して、小型化を図った制御弁１００を提供することができる。

　（その他の変形例）
　ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０を逆作動式または正作動式として用いる場合について説明したが、バネ部材６０、９０を使用せずに、復作動式として使用することもできる。図７および図８は、その他の変形例に係る、ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０と弁部材２０とを含む制御弁１０２の構成を示す断面図であり、弁部材２０を復作動弁として作動させる場合を示している。その他の変形例は、バネ部材６０を使用せずにピストン式作動流体圧アクチュエータ１０を復作動式として使用している点で実施形態と相違する。実施形態と共通する部材、部位には同じ符号を付し、その説明は省略する。図７を参照して、作動流体供給口７０の第２のポート７２からエアーを第２室３６に供給すると、出力軸４０を図中上向きに移動させる力がピストン５０に付勢される。ピストン５０は、表面がカバー部３１に当接する。これによって出力軸４０の図中上向きの移動が制限される。弁部材２０の弁体２２は、流路２１を開いている。図８を参照して、作動流体供給口７０の第１のポート７１からエアーを第１室３５に供給すると、出力軸４０を図中下向きに移動させる力がピストン５０に付勢される。ピストン５０は、裏面が本体部３２に当接する。これによって出力軸４０の図中下向きの移動が制限される。弁部材２０の弁体２２は、流路２１を閉じている。本実施形態ではピストン５０が逆作動式と同じであるが、正作動式と同じ向きでも良い。このように、逆作動式、正作動式、または復作動式のいずれのピストン式作動流体圧アクチュエータとして用いる場合においても、構成部品（少なくとも、ケーシング３０、出力軸４０およびピストン５０）の共用化を図ることができ、コストのより一層の低減を図ることができる。

　また、弁部材２０は図示例のものに限定されない。たとえば、ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０との間にラック・アンド・ピニオン機構を介在させることによって、ボールバルブやバタフライバルブなどの弁体を回転させることによって流路を連通または遮断する弁部材を適用することができる。

　さらに、ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０によって駆動される部材として弁部材２０を例に挙げたが、本発明はこの場合に限定されるものではない。ピストン式作動流体圧アクチュエータ１０は、弁部材の以外の他の部材を駆動するために用いることができる。

　本発明のカバー部３１、本体部３２およびピストン５０の材質としては、ガラス強化ポリプロピレン（以下、ＰＰＧ）やアルミニウムが使用可能であるが、アクチュエータして要求される強度や特性を満たしていれば、ポリビニリデンフルオライド（以下、ＰＶＤＦと記す）、ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）、パーフルオロアルコキシルアルカン（以下、ＰＦＡと記す）、ポリジシクロペンタジエン（以下、ＰＤＣＰＤと記す）、ポリアミド（以下、ＰＡと記す）これら合成樹脂（ＰＶＤＦ、ＰＰＳ、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＤＣＰＤ、ＰＡ）をガラス強化した合成樹脂、またはステンレス、銅、鋳鉄、鋳鋼などの金属などでも良い。

　本発明の出力軸４０および連結部材４４の材質は、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレス、チタンなど強度上問題のないものであれば特に限定されない。

　本発明のシール部材３７、３８、４５、４６、５７の材質はゴム状の弾性体であれば良く、エチレンプロピレンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、塩素化ポリエチレン、フッ素ゴムなどが好適なものとして挙げられ、特に限定されるものではない。

　本発明のバネ部材６０、９０は必要な推力を得られるものであればバネ用鋼材として知られているものであればどのようなものでも良い。さらに、必要に応じて塗装や樹脂による被覆を施しても良い。

　本出願は、２０１２年３月２３日に出願された日本特許出願番号２０１２－６８１０６号に基づいており、その開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。

１０　　ピストン式作動流体圧アクチュエータ、
２０　　弁部材、
２１　　流路、
２２　　弁体（被作動部材）、
３０　　ケーシング、
３１　　カバー部（第１のケース体）、
３２　　本体部（第２のケース体、一方のケース体）、
３３　　シリンダ室、
３４　　中心穴、
３５　　第１室、
３６　　第２室、
３７　　Ｏリング（シール部材）、
３８　　Ｏリング（シール部材）、
３９　　中心穴、
４０　　出力軸、
４３　　段差部、
４４　　ナット（連結部材）、
４５　　Ｏリング（シール部材）、
４６　　Ｏリング（シール部材）、
５０　　ピストン、
５０１　当接面、
５０２　当接面、
５１　　収納凹部、
５２　　収納凹部の開口、
５３　　取付穴、
５４　　中心プレート部、
５５　　窪み部、
５５１　座面、
５５２　座面、
５６　　リング溝、
５７　　Ｏリング（シール部材）、
５８　　アール部、
５９　　リブ部、
６０　　バネ部材、
６１　　圧縮コイルバネ、
７０　　作動流体供給口、
７１　　第１のポート、
７２　　第２のポート、
１００、１０１、１０２　制御弁。

Claims

　第１と第２のケース体を備えシリンダ室が形成されたケーシングと、
　前記ケーシングに進退移動自在に支持された出力軸と、
　前記出力軸に取り付けられ前記シリンダ室内を区画するピストンと、
　前記出力軸を移動させる弾発力を前記ピストンに付勢するバネ部材と、
　前記バネ部材が付勢する弾発力に抗して前記出力軸を移動させる力を前記ピストンに付勢する作動流体を供給する作動流体供給口と、
　作動流体の漏れをシールする少なくとも１つ以上のシール部材と、を有し、
　前記ピストンは、前記バネ部材が収納される収納凹部を備え、前記収納凹部の開口を前記第１のケース体または前記第２のケース体に選択的に向けて前記出力軸に取り付け自在であり、
　前記出力軸は、前記第１のケース体または前記第２のケース体のうちの一方のケース体を貫通して伸びて被作動部材に接続され、
　前記ピストンは、逆作動式のときに前記出力軸に連結する座面と前記一方のケース体に当接する当接面との距離Ｌ１、および正作動式のときに前記出力軸に連結する座面と前記一方のケース体に当接する当接面との距離Ｌ２の関係が、Ｌ１＝Ｌ２となることを特徴とするピストン式作動流体圧アクチュエータ。
　前記ピストンと前記出力軸とを連結する連結部材をさらに有し、
　前記ピストンは、前記連結部材を収納する窪み部を有する、請求項１に記載のピストン式作動流体圧アクチュエータ。
　前記収納凹部の開口を前記第１のケース体に向けたときに前記バネ部材が前記ピストンに付勢する弾発力は、前記収納凹部の開口を前記第２のケース体に向けたときに前記バネ部材が前記ピストンに付勢する弾発力と異なっている、請求項１または請求項２に記載のピストン式作動流体圧アクチュエータ。
　前記ピストンは、前記シリンダ室の内面への片当たりを抑えるリブ部を有する、請求項１～請求項３のいずれか１つ記載のピストン式作動流体圧アクチュエータ。
　前記ピストンの外周面の離間した２か所に前記シール部材を配置する請求項１～請求項３のいずれか１つ記載のピストン式作動流体圧アクチュエータ。
　ピストンの外周面の離間した２か所に前記シール部材を配置し、前記ピストンは、前記シリンダ室の内面への片当たりを抑えるリブ部を有する、請求項１～請求項３のいずれか１つ記載のピストン式作動流体圧アクチュエータ。
　前記ピストンは、第１のケース体または第２のケース体に当接して前記出力軸の移動を制限するストッパとしての機能を有する、請求項１～請求項６のいずれか１つ記載のピストン式作動流体圧アクチュエータ。
　前記ピストンの端面である当接面が前記第１のケース体または前記第２のケース体に面接触する、請求項１～請求項７のいずれか１つに記載のピストン式作動流体圧アクチュエータ。
　前記ピストンに設けられ前記出力軸が連結される中心プレート部がピストンの高さ方向の中間位置に配置されている、請求項１～請求項８のいずれか１つ記載のピストン式作動流体圧アクチュエータ。
　前記収納凹部の深さＨ１は、ピストン式作動流体圧アクチュエータとして組み立てられてエアーの供給がないときのバネの高さＨ２に対して、５０％以上、かつ、７０％以下の深さとなる、請求項１～請求項９のいずれか１つ記載のピストン式作動流体圧アクチュエータ。
　請求項１～１０のいずれか１つに記載されるピストン式作動流体圧アクチュエータと、流路を連通または遮断する弁体を備える弁部材とを含む制御弁であって、
　前記ピストン式作動流体圧アクチュエータの前記出力軸が、前記弁部材の前記弁体に接続され、
　前記収納凹部の開口を前記第１のケース体または前記第２のケース体に選択的に向けて前記出力軸に取り付けることによって、前記弁部材を、前記作動流体供給口から作動流体を供給することによって前記弁体が開く逆作動弁、または前記作動流体供給口から作動流体を供給することによって前記弁体が閉じる正作動弁として作動させてなる、制御弁。