WO2014126087A1 - ３位置動作型アクチュエータ及び永久磁石式の渦電流式減速装置 - Google Patents

３位置動作型アクチュエータ及び永久磁石式の渦電流式減速装置 Download PDF

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WO2014126087A1
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piston
cylinder
partition plate
rod
actuator
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山口　博行
洋三 奥田
浩見 柳堂
今西　憲治
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新日鐵住金株式会社
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    • F16D2121/18—Electric or magnetic
    • F16D2121/20—Electric or magnetic using electromagnets

Definitions

  • the present invention relates to a three-position operation type actuator capable of stopping control at three positions, and a permanent magnet type eddy current type speed reducer equipped with this actuator.
  • an engine brake and an exhaust brake are employed as auxiliary brakes.
  • the capacity of engine brakes and exhaust brakes has been reduced along with the reduction in engine displacement mounted on vehicles, and therefore, an eddy current type speed reducer has been introduced and auxiliary brakes are often strengthened.
  • the permanent magnet type eddy current type speed reducer has a single row turning method and a two row turning method.
  • the single row turning method has a configuration shown in FIG. 6, for example.
  • reference numeral 2 denotes a support made of a nonmagnetic material such as aluminum, which is fixedly supported on the bearing case 1, and supports the magnet support ring 4 via a bearing 3 so as to be rotatable.
  • a plurality of pole pieces 7 made of a ferromagnetic material are arranged at equal intervals on the same circumference via nonmagnetic support members 8 so as to face the outer surface of each group of permanent magnets 6.
  • the rotor 9 is fitted to the rotating shaft 5 so that the cylindrical portion 9a faces the pole piece 7 with a predetermined gap, and an actuator for rotating the magnet support ring 4 is provided on the support 2. It is installed at a position on the circumference.
  • the two-row turning method has a configuration shown in FIG. 7, for example.
  • the following description demonstrates only a different point from a single row turning system, and abbreviate
  • fixed support ring On the outer peripheral surfaces of the fixed-side magnet support ring (hereinafter referred to as fixed support ring) 4a and the rotation-side magnet support ring (hereinafter referred to as rotation support ring) 4b, a plurality of permanent magnets as described above. 6a and 6b are installed in parallel at equal intervals.
  • a plurality of pole pieces 7 are arranged on the support member 8 in the same manner as described above so as to face the outer surfaces of the groups of permanent magnets 6a and 6b installed on the fixed support ring 4a and the rotation support ring 4b. It arrange
  • FIG. 6B and 7B show the relative positions of the permanent magnets 6, 6a, 6b and the pole piece 7 in the braking state
  • FIG. 6C shows the permanent magnets 6, 6a, 6b in the non-braking state. It is a figure which shows the relative position of the pole piece 7.
  • the rotation of the magnet support ring 4 and the rotation support ring 4b is performed by an actuator such as an air cylinder through the yoke link 10 protruding from the side surface of the magnet support ring 4 or the rotation support ring 4b. .
  • This actuator uses a three-position operation type actuator that can switch the braking force in two stages by controlling the position of the permanent magnet to three positions.
  • a three-position operation type actuator will be described.
  • a stepped piston having a cylinder that opens toward a small diameter end face is inserted into the large diameter hole of a stepped cylinder having a large diameter hole and a small diameter hole formed therein. Then, a rod that protrudes to the outside through the large-diameter side end wall of the stepped piston and the large-diameter hole side end wall of the stepped cylinder is coupled to the piston fitted into the cylinder, A spring is arranged between the end wall of the attached piston and the piston.
  • Patent Document 3 the applicant proposed a three-position operation type actuator using two cylinders in Patent Document 3.
  • the actuator proposed in Patent Document 3 can perform three-position control without using complicated shaped parts and without increasing the diameter of the actuator more than necessary, unlike the actuator proposed in Patent Document 2. it can.
  • the problem to be solved by the present invention is that, in the case of a three-position operation type actuator using a spring, the piston diameter becomes large and the apparatus becomes large, which hinders mounting on a vehicle.
  • the piston diameter becomes large and the apparatus becomes large, which hinders mounting on a vehicle.
  • the three-position operation type actuator of the present invention employs the following configuration in order to realize a three-position operation with one cylinder without using a spring.
  • the three-position motion actuator of the present invention is A cylinder closed at both ends with holding lids; A partition plate and an intermediate stopper plate fixed inside the cylinder at an appropriate interval in the axial direction; A first piston inserted between the one holding lid inside the cylinder and the intermediate stopper plate so as to be movable in the axial direction of the cylinder; A second piston inserted between the intermediate stopper plate and the partition plate inside the cylinder so as to be movable in the axial direction of the cylinder; A third piston inserted between the partition plate inside the cylinder and the other pressing lid so as to be movable in the axial direction of the cylinder; The third piston is attached to the base end, and the tip protrudes outside the cylinder through the partition plate, the second piston, the intermediate stopper plate, the first piston, and the one holding lid.
  • the main feature is that it has
  • the fluid is supplied to or discharged from the actuator, and the tip of the rod is moved to the braking OFF position, the partial braking position (braking force weak), the braking ON position (controlling). Power).
  • the present invention since a three-position operation can be realized with one cylinder without using a spring, a large-diameter cylinder is not required, and the size of the apparatus is increased due to the use of two cylinders. This makes it possible to prevent the device from becoming lighter and more compact, thereby improving the mountability on the vehicle. Further, when the solenoid valve is directly connected to the actuator, piping is not necessary, and the apparatus can be further reduced in size and weight.
  • the present invention is fixed to the first and second pistons and the rod which are movable along the rod inside the cylinder for the purpose of realizing a three-position operation with one cylinder without using a spring.
  • Three-position operation was realized by moving the third piston inside the cylinder.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a three-position operation type actuator according to the present invention.
  • the tip of the rod 12 is moved. It is configured to be positioned at three positions of braking OFF, partial braking, and braking ON.
  • the cylinder 11 has a configuration in which the other end of the first cylinder 11a and one end of the second cylinder 11b are connected in series. Then, one end of the first cylinder 11a is closed with one pressing lid 16, and the other end of the second cylinder 11b is closed with the other pressing lid 17, thereby forming a sealed space 11c inside.
  • Reference numerals 16a and 17a denote, for example, ring-shaped cushion pads installed on the side of the closed space 11c of the pressing lids 16 and 17.
  • Reference numeral 18 denotes an intermediate stopper plate fixed by being sandwiched between the cylinders 11a and 11b in the sealed space 11c of the connecting portion between the first cylinder 11a and the second cylinder 11b.
  • An opening 18a having a size to accommodate is provided.
  • ring-shaped cushion pads 18b are also provided on the outer and front surfaces of the opening 18a.
  • Reference numeral 19 denotes a partition plate fixed to an axially intermediate portion of the second cylinder 11b of the sealed space 11c, and a through hole 19a of the rod 12 is provided in the central portion.
  • the partition plate 19 is fixed to the second cylinder 11 b by providing a retaining ring 20 inside the second cylinder 11 b at the front and back surface positions of the partition plate 19.
  • the first piston 13 is inserted between the one pressing lid 16 and the intermediate stopper plate 18 inside the cylinder 11 so as to be movable in the axial direction of the cylinder 11.
  • the first piston 13 is provided with a through-hole 13a of the rod 12 in the center so that the first piston 13 can move with respect to the rod 12.
  • the second piston 14 is inserted between the intermediate stopper plate 18 and the partition plate 19 inside the cylinder 11 so as to be movable in the axial direction of the cylinder 11.
  • the second piston 14 is provided with a through-hole 14a of the rod 12 at the center so that the second piston 14 can move with respect to the rod 12.
  • the third piston 15 is inserted between the partition plate 19 inside the cylinder 11 and the other pressing lid 17 so as to be movable in the axial direction of the cylinder 11, and the base of the rod 12 is inserted. It is fixed to the end with a set screw 21.
  • Reference numeral 22 denotes a stopper fixed to an intermediate portion of the rod 12 in order to move the first or second piston 13 or 14 when the rod 12 moves, and an intermediate stopper plate provided with cushion pads 18b on the front and back surfaces. 18 has substantially the same thickness.
  • the rod 12 has a configuration in which a first rod 12a and a second rod 12b are connected in series, and the stopper 22 is sandwiched between the first rod 12a and the second rod 12b. It is fixed.
  • the three-position operation type actuator of the present invention having the above-described configuration supplies, for example, compressed air to the passage shown in FIG. 1 or exhausts it through the passage, thereby enabling braking OFF, partial braking (braking force weak), braking ON (braking).
  • the tip of the rod 12 is moved to the 3rd position of (strong power).
  • the 23 is a first passage for supplying or discharging compressed air between the other pressing lid 17 and the third piston 15 and is formed by penetrating the other pressing lid 17.
  • 24 passes through the other holding lid 17 and passes through the outer peripheral wall of the second cylinder 11b, so that compressed air is supplied or discharged between the third piston 15 and the partition plate 19. It is the formed 2nd channel
  • 25 branches from the first passage 23 and passes through the outer peripheral wall of the second cylinder 11b, so that compressed air is supplied or discharged between the partition plate 19 and the second piston 14. It is the 3rd channel
  • 26 branches from the second passage 24 and passes through the outer peripheral walls of the second cylinder 11 b and the first cylinder 11 a, and is compressed between the one pressing lid 16 and the first piston 13. It is the 4th channel formed so that air may be supplied or exhausted.
  • a nozzle 27 opens the air in the space formed by the intermediate stopper plate 18 and the second piston 14 to the atmosphere, and is installed in a through hole 11ba that penetrates the outer peripheral wall of the second cylinder 11b. ing.
  • the tip of the rod is moved to three positions of braking OFF, partial braking (braking force weak), and braking ON (braking force strong). The case of moving to will be described.
  • the third piston 15 is pressed against the other holding lid 17 and the rod 12 from the cylinder 11 is pressed.
  • the amount of protrusion is the smallest.
  • the movement of the rod 12 causes the second piston 14 to be pushed by the stopper 22 to discharge air from the third passage 25 and move to the position closest to the partition plate 19.
  • the first piston 13 is pressed against the intermediate stopper plate 18 by supplying compressed air through the fourth passage 26 and discharging air from the nozzle 27.
  • the stopper 22 is also moved by the movement of the second piston 14.
  • the stopper 22 is sandwiched between the first piston 13 and the second piston 14. In this state, the stopper 22 stops at the opening 18a portion of the intermediate stopper plate 18, and the protruding amount of the rod 12 is intermediate between braking OFF and braking ON to reach the partial braking position.
  • the third piston 15 is moved in the direction of the partition plate 19 and the first piston 13 is pushed by the stopper 22 and moved in the direction of the one holding lid 16. Then, when the first piston 13 comes into contact with one holding lid 16, the movement of the rod 12 is stopped, and the protruding amount of the rod 12 is maximized.
  • the space defined by the one pressing lid 16 and the partition plate 19 is a working chamber for controlling the partial braking position. Further, a space defined by the partition plate 19 and the other pressing lid 17 is a control working chamber at both ends of braking OFF and braking ON.
  • the three-position operation type actuator of the present invention adopts the above-described configuration, so that a three-position operation can be realized with one cylinder without using a spring. Therefore, it is not necessary to increase the diameter of the cylinder, and it is possible to prevent an increase in the size of the apparatus due to the use of two cylinders, making the apparatus lightweight and compact, and improving the mountability to the vehicle.
  • the three-position operation type actuator of the present invention has electromagnetic valves 28 and 29 in the first and third passages 23 and 25 and the second and fourth passages 24 and 26, respectively.
  • piping between the solenoid valves 28 and 29 and the actuator can be made unnecessary. Therefore, the apparatus can be further reduced in size and weight.
  • the solenoid valve 28 connected to the first and third passages 23 and 25 is a single-acting normally closed solenoid valve having two ports.
  • the solenoid valve 29 connected to the second and fourth passages 24, 26 is a single-acting normally open solenoid valve having two ports (see FIG. 3B).
  • the permanent magnet type eddy current speed reducer of the present invention is an actuator for a braking ON-OFF switching device in the eddy current speed reducer of the single-row swing type or the double-row swing type described with reference to FIGS.
  • the three-position operation type actuator of the present invention having the above-described configuration is used.
  • the rod 12 of the three-position operation type actuator of the present invention and the rotating portion of the magnet support ring 4 are not directly connected, but may be connected via a lever mechanism.
  • FIG. 4 is a view showing an example in which the three-position operation type actuator of the present invention and the rotating portion of the magnet support ring 4 are directly connected.
  • FIG. 4 shows an example in which a stand 31 with a cam follower 30 protruding is attached to the magnet support ring 4 and a connecting fitting 32 having a U groove 32a fitted to the cam follower 30 is installed and connected to the tip end of the rod 12. It is.
  • FIG. 5 is a view showing an example in which the three-position operation type actuator of the present invention and the rotating portion of the magnet support ring 4 are connected via a lever mechanism.
  • the pins 33 protrude from the stand 31, while the pins 34 and 35 are installed at the tip of the rod 12 and the housing of the eddy current reduction device, and these pins 33 to 35 can be rotated by the lever 36.
  • This is an example of installation and connection.
  • the distance L2 from the pin 35 to the pin 34 installed at the tip of the rod 12 is larger than the distance L1 from the pin 35 installed in the housing to the pin 33 projected from the stand 31.
  • the same turning power can be obtained with a cylinder having a smaller diameter than in the case of the direct connection shown in FIG.
  • the positions of the control chamber at the partial braking position and the control chamber at both ends in the above example may be interchanged.
  • the actuator of the present invention can be applied not only to an eddy current type reduction device but also as a drive device for controlling the position of an exhaust valve of an exhaust brake as long as it requires a three-position operation.
  • the permanent magnet type eddy current type speed reducer of the present invention is not limited to the single row swivel type and the double row swivel type, and can be applied to, for example, a disk type disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-234044. .
  • the actuator of the present invention is operated by compressed air.
  • a gas other than compressed air or a liquid such as oil is used.
  • the actuator of the present invention may be operated.
  • one presser lid 16 and the other presser lid 17 do not need to be separate from the cylinder 11 as in the above example, and the cylinder 11 is formed by forming the end of the cylinder 12 into a wall shape (end wall). It may be one.
  • the case where the protruding amount of the rod 12 is the smallest is the braking OFF position of the permanent magnet type eddy current reduction device, and the case where the protruding output of the rod 12 is the largest is the braking ON position.
  • the rod 12 may be connected such that the protrusion amount is the largest, and the position where the rod 12 protrusion amount is the smallest is the brake ON position.
  • the partial braking position does not have to be an intermediate position of the stroke of the rod 12 (the amount of movement from the braking OFF position to the braking ON position), and is a braking OFF position at which a necessary braking force (weak) can be exerted. It is an arbitrary position between the braking ON position.

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Abstract

　ばねを使用せず、かつ、１つのシリンダで３位置動作を実現する。　両端を押さえ蓋１６，１７で閉じたシリンダ１１の、軸方向に適宜の間隔を有して仕切り板１９と中間止め板１８を固定する。押さえ蓋１６と中間止め板１８の間に第１のピストン１３を、中間止め板１８と仕切り板１９の間に第２のピストン１４を、仕切り板１９と押さえ蓋１７の間に第３のピストン１５を、シリンダの軸方向の移動自在に挿入する。仕切り板１９、第２のピストン１４、中間止め板１８、第１のピストン１３、及び押さえ蓋１６を貫通してシリンダ１１の外部に先端が突出するロッド１２を、シリンダの軸方向に移動自在に設置し、ロッド１２の基端に第３のピストン１５を設置する。ロッド１２の中間部に第１又は第２のピストン１３又は１４を移動させるストッパ２２を固定する。

Description

３位置動作型アクチュエータ及び永久磁石式の渦電流式減速装置
　本発明は、３位置での停止制御を可能とする３位置動作型のアクチュエータ、及びこのアクチュエータを備えた永久磁石式の渦電流式減速装置に関するものである。
　例えばバスやトラック等の大型車両では、主ブレーキであるフットブレーキ（摩擦ブレーキ）の他に、補助ブレーキとしてエンジンブレーキや排気ブレーキが採用されている。近年、車両に搭載するエンジンの小排気量化に伴い、エンジンブレーキや排気ブレーキの能力が低下するため、渦電流式減速装置を導入して補助ブレーキを強化する場合が多くなってきている。
　最近では、前記渦電流式減速装置は、磁極として永久磁石を使用することによって、制動時に通電を必要としないものが多くなってきている（例えば特許文献１）。現在、この永久磁石式の渦電流式減速装置は、単列旋回方式と二列旋回方式が多い。
　このうち、単列旋回方式は、例えば図６に示す構成である。
　図６において、２は軸受けケース１に固定支持されたアルミニウム等の非磁性体からなる支持体であり、軸受３を介して磁石支持リング４を回動自在に支持している。この磁石支持リング４の外周面には、上下の磁極面が回転軸５の軸心に対して直角方向の断面において同一半径の円弧面をなす複数個の永久磁石６を、同一円周上に等間隔で固定している。加えて、前記各永久磁石６群の外表面に対面するように、強磁性体からなる複数枚のポールピース７を非磁性体の支持部材８を介して同一円周上に等間隔で配置して支持体２に一体に固定している。そして、ロータ９を回転軸５にはめて、その円筒部９ａを所定の隙間を有するようにしてポールピース７に対面させると共に、支持体２には磁石支持リング４を回動させるためのアクチュエータを円周上の位置に設置している。
　また、二列旋回方式は、例えば図７に示す構成である。なお、以下の説明は、単列旋回方式と異なる点のみを説明し、同じ構成箇所については説明を省略する。
　すなわち、二列旋回方式は、前記支持体２に２つの磁石支持リング４ａ，４ｂを並列に配置し、一方の磁石支持リング４ａを前記支持体２に固定支持する一方、他方の磁石支持リング４ｂは軸受３を介して回転が自在なように支持している。前記固定側の磁石支持リング（以下、固定支持リングという）４ａ及び前記回動側の磁石支持リング（以下、回動支持リングという）４ｂの外周面に、前記と同様に、複数個の永久磁石６ａ，６ｂを等間隔に並列に設置している。加えて、これら固定支持リング４ａ及び回動支持リング４ｂに設置した各永久磁石６ａ，６ｂ群の外表面に対面するように、前記と同様に、複数のポールピース７を前記支持部材８に等間隔で同一円周上に配置して支持体２に一体に設置している。
　なお、図６及び図７の（ｂ）図は制動状態時の永久磁石６，６ａ，６ｂとポールピース７の相対位置を、（ｃ）図は非制動状態時の永久磁石６，６ａ，６ｂとポールピース７の相対位置を示す図である。
　ところで、トラックやバスなどの大型車両は、既設の圧縮エアー源を保有している。従って、前記磁石支持リング４や前記回動支持リング４ｂの回動は、磁石支持リング４や回動支持リング４ｂの側面から突出させたヨークリンク１０を介して、エアーシリンダ等のアクチュエータによって行われる。
　このアクチュエータは、永久磁石の位置を３位置に制御することで、制動力を２段階に切り換えることができる３位置動作型アクチュエータが使用されている。以下、３位置動作型アクチュエータの一例を説明する。
　例えば特許文献２では、内部に大径孔と小径孔を形成した段付きシリンダの前記大径孔に、小径端面に向けて開口するシリンダを内部に形成した段付きピストンを嵌挿している。そして、前記シリンダに嵌挿したピストンに、前記段付きピストンの大径側の端壁と前記段付きシリンダの大径孔側の端壁を貫通して外部に突出するロッドを結合し、前記段付きピストンの前記端壁と前記ピストンとの間にばねを配置した構成である。
　しかしながら、ばねを使用して３位置制御を行う特許文献２で開示されたアクチュエータの場合、永久磁石の位置変更に必要な力に加えて、ばねを縮めるのに必要な力が必要になる。従って、大きな力が必要になってピストン径が大きくなり、装置が大型化して車両への搭載に支障をきたす。また、シリンダやピストンを段付きにするため部品形状が複雑でコスト高になる。
　そこで、出願人は特許文献２の問題を解決するために、２つのシリンダを用いた３位置動作型アクチュエータを、特許文献３で提案した。
　特許文献３で提案したアクチュエータは、特許文献２で提案されたアクチュエータのように、複雑な形状の部品を使用せず、アクチュエータの径も必要以上に大きくすることなく、３位置制御をすることができる。
　しかしながら、２つのシリンダを必要とするため、装置全体としては大きくなり、また重量が重くなって、車両によっては搭載することが難しくなる。また、２つのシリンダを接続する配管が余分に必要になる等の問題を有していた。
特開平１－２９８９４８号公報 特開平５－３３２３２８公報 特開２００２－１０１６３９号公報
　本発明が解決しようとする問題点は、ばねを使用する３位置動作型アクチュエータの場合、ピストン径が大きくなって装置が大型化し、車両への搭載に支障をきたすという点である。また、２つのシリンダを使用する３位置動作型アクチュエータの場合、車両によっては搭載が難しく、また、２つのシリンダを接続する配管が余分に必要になるという点である。
　本発明の３位置動作型アクチュエータは、ばねを使用せず、かつ、１つのシリンダで３位置動作を実現するために、以下のような構成を採用している。
　すなわち、本発明の３位置動作型アクチュエータは、
　両端を押さえ蓋で閉じたシリンダと、
　このシリンダの内部に、軸方向に適宜の間隔を有して固定された仕切り板及び中間止め板と、
　前記シリンダの内部の前記一方の押さえ蓋と前記中間止め板の間を、シリンダの軸方向の移動自在に挿入した第１のピストンと、
　前記シリンダの内部の前記中間止め板と前記仕切り板の間を、シリンダの軸方向の移動自在に挿入した第２のピストンと、
　前記シリンダの内部の前記仕切り板と前記他方の押さえ蓋の間をシリンダの軸方向の移動自在に挿入した第３のピストンと、
　基端に前記第３のピストンを取り付け、先端が前記仕切り板、前記第２のピストン、前記中間止め板、前記第１のピストン、及び前記一方の押さえ蓋を貫通して前記シリンダの外部に突出した、シリンダの軸方向に移動自在なロッドと、
　前記ロッドの中間部に固定され、ロッドの前記移動時に前記第１又は第２のピストンを移動させるストッパと、
を備えたことを最も主要な特徴としている。
　上記本発明は、以下に説明するように、アクチュエータに流体を供給、又はアクチュエータから流体を排出して、ロッドの先端を、制動OFF位置、部分制動位置（制動力弱）、制動ON位置（制動力強）とする。
（制動OFF位置）
　第３のピストンと仕切り板の間、及び一方の押さえ蓋と第１のピストンの間に流体を供給する一方、仕切り板と第２のピストンの間、及び第３のピストンと他方の押さえ蓋の間への流体の供給通路は大気に開放する。このうち、第３のピストンと仕切り板の間への流体の供給によって、第３のピストンは他方の押さえ蓋に押し付けられてシリンダからのロッドの突出量が一番小さくなる。前記ロッドの移動により、第２のピストンはストッパに押されて最も仕切り板に接近した位置に移動する。一方、一方の押さえ蓋と第１のピストンの間への流体の供給によって、第１のピストンは、中間止め板に押し付けられる。
（部分制動位置）
　前記制動OFFの状態から、さらに他方の押さえ蓋と第３のピストンの間、及び仕切り板と第２のピストンの間にも流体を供給して、第２のピストンが中間止め板に当接するまで移動させる。ストッパは、第１のピストンと第２のピストンに挟まれているため、前記第１のピストンと第２のピストンが中間止め板に当接すると、中間止め板の開孔部で静止して、ロッドは部分制動位置になる。第３のピストンは、ロッドに固定されているため、第１のピストンと第２のピストンが中間止め板に当接して停止すると、他方の押え蓋と仕切り板との間の軸方向の中間位置で停止する。
（制動ON位置）
　前記部分制動位置から、第３のピストンと仕切り板の間、及び一方の押さえ蓋と第１のピストンの間への流体の供給を停止し、大気に開放する。この操作によって、第３のピストンは仕切り板方向に移動し、この移動に伴って第１のピストンはストッパに押されて一方の押さえ蓋方向に移動する。そして、第１のピストンが一方の押さえ蓋に当接して停止した状態で、ロッドの突出量が最大になる。
　本発明では、ばねを使用せず、かつ、１つのシリンダで３位置動作を実現できるので、大径のシリンダを必要とせず、また、２つのシリンダを使用することに伴う装置寸法の大型化を防止でき、装置が軽量でコンパクトになって車両への搭載性が向上する。また、アクチュエータに電磁弁を直接接続する場合は、配管が不要になって、より一層、装置の小型化・軽量化が可能になる。
本発明の３位置動作型アクチュエータの概略構成を示す縦断面図である。 （ａ）は本発明の３位置動作型アクチュエータにおける制動OFFの状態を示した図、（ｂ）は同じく部分制動状態を示した図、（ｃ）は制動ONの状態を示した図である。 電磁弁を直接接続した本発明の３位置動作型アクチュエータの説明図で、（ａ）は電磁弁の設置位置の説明図、（ｂ）は設置する電磁弁の構造を示した図である。 本発明の３位置動作型アクチュエータを備えた永久磁石式の渦電流式減速装置の、アクチュエータと磁石回動機構を直接接続する場合の接続部を示した図である。 本発明の３位置動作型アクチュエータを備えた永久磁石式の渦電流式減速装置の、アクチュエータと磁石回動機構を、レバーを介して接続する場合の接続部を示した図で、（ａ）は制動OFF時、（ｂ）は制動ON時である。 単列旋回方式の永久磁石式渦電流式制動装置を説明する図で、（ａ）は回転軸方向の断面図、（ｂ）は制動時の磁気回路構成の説明図、（ｃ）は非制動時の磁気回路構成の説明図である。 二列旋回方式の永久磁石式渦電流式制動装置を説明する図６と同様の図である。
　ばねを使用する３位置動作型アクチュエータの場合、ピストン径が大きくなって装置が大型化し、車両への搭載に支障をきたす。また、２つのシリンダを使用する３位置動作型アクチュエータの場合、車両によっては搭載が難しく、また、２つのシリンダを接続する配管が余分に必要である。
　そこで、本発明は、ばねを使用せず、かつ、１つのシリンダで３位置動作を実現するという目的を、シリンダの内部をロッドに沿って移動自在な第１，２ピストンとロッドに固定された第３ピストンの、シリンダ内部での移動により３位置動作を実現した。
　以下、本発明の３位置動作型アクチュエータを図１～図３を用いて説明する。その後、この３位置動作型アクチュエータを、制動のON－OFF切換装置のアクチュエータとして使用した本発明の永久磁石式の渦電流式減速装置の一例を、図４及び図５を用いて説明する。
　図１は本発明の３位置動作型アクチュエータを示す縦断面図であり、シリンダ１１の内部をロッド１２に設けた第１～第３のピストン１３～１５が移動することで、ロッド１２の先端が制動OFF、部分制動、制動ONの３位置に位置決めされる構成である。
　図１に示す実施例では、前記シリンダ１１は、第１のシリンダ１１ａの他方端と第２のシリンダ１１ｂの一方端を直列に接続した構成である。そして、第１のシリンダ１１ａの一方端を一方の押さえ蓋１６で、第２のシリンダ１１ｂの他方端を他方の押さえ蓋１７で閉じて、内部に密閉空間１１ｃを形成している。なお、１６ａ，１７ａは前記押さえ蓋１６，１７の密閉空間１１ｃ側に設置した例えばリング状のクッションパッドである。
　１８は第１のシリンダ１１ａと第２のシリンダ１１ｂの接続部の前記密閉空間１１ｃに、これら両シリンダ１１ａ，１１ｂに挟み込まれることで固定された中間止め板であり、中心部に後述するストッパ２２が入る大きさの開孔１８ａを設けている。図１に示す実施例では、前記開孔１８ａの外周側表裏面にもリング状のクッションパッド１８ｂを設置している。
　１９は前記密閉空間１１ｃの第２のシリンダ１１ｂの軸方向中間部に固定された仕切り板であり、中心部に前記ロッド１２の貫通孔１９ａを設けている。図１では、前記仕切り板１９の表裏面位置における前記第２のシリンダ１１ｂの内部に止め輪２０を設けることによって仕切り板１９を第２のシリンダ１１ｂに固定している。
　前記第１のピストン１３は、前記シリンダ１１の内部の一方の押さえ蓋１６と中間止め板１８の間をシリンダ１１の軸方向への移動が自在なように挿入されている。そして、前記第１のピストン１３は、中心部に前記ロッド１２の貫通孔１３ａを設けて前記ロッド１２に対しても移動が自在なように設けられている。
　また、前記第２のピストン１４は、前記シリンダ１１の内部の前記中間止め板１８と前記仕切り板１９の間をシリンダ１１の軸方向への移動が自在なように挿入されている。そして、前記第２のピストン１４は、中心部に前記ロッド１２の貫通孔１４ａを設けて前記ロッド１２に対しても移動が自在なように設けられている。
　また、前記第３のピストン１５は、前記シリンダ１１の内部の前記仕切り板１９と他方の押さえ蓋１７の間をシリンダ１１の軸方向への移動が自在なように挿入され、前記ロッド１２の基端に止めねじ２１で固定されている。
　２２はロッド１２の移動時に前記第１又は第２のピストン１３又は１４を移動させるために、前記ロッド１２の中間部に固定されるストッパであり、表裏面にクッションパッド１８ｂを設けた中間止め板１８と略同じ厚さを有している。図１に示す実施例では、ロッド１２は、第１のロッド１２ａと第２のロッド１２ｂを直列に接続した構成とし、これら第１のロッド１２ａと第２のロッド１２ｂで挟むことでストッパ２２を固定している。
　上記構成の本発明の３位置動作型アクチュエータは、例えば図１に示す通路に圧縮空気を供給し又は通路を通って排気することで、制動OFF、部分制動（制動力弱）、制動ON（制動力強）の３位置にロッド１２の先端を移動させる。
　２３は前記他方の押さえ蓋１７と前記第３のピストン１５の間に圧縮空気を供給又は排出するための第１の通路であり、前記他方の押さえ蓋１７を貫通することで形成している。
　また、２４は前記他方の押さえ蓋１７を貫通して第２のシリンダ１１ｂの外周壁内を通過し、前記第３のピストン１５と前記仕切り板１９の間に圧縮空気を供給又は排出するように形成した第２の通路である。
　また、２５は前記第１の通路２３から分岐して第２のシリンダ１１ｂの外周壁内を通過し、前記仕切り板１９と前記第２のピストン１４の間に圧縮空気を供給又は排出するように形成された第３の通路である。
　また、２６は前記第２の通路２４から分岐して第２のシリンダ１１ｂ及び第１のシリンダ１１ａの外周壁内を通過し、前記一方の押さえ蓋１６と前記第１のピストン１３の間に圧縮空気を供給又は排出するように形成された第４の通路である。
　また、２７は前記中間止め板１８と前記第２のピストン１４で形成される空間内の空気を大気に開放するノズルであり、第２のシリンダ１１ｂの外周壁を貫通する貫通孔１１ｂａに設置されている。
　なお、一方の押さえ蓋１６の貫通孔１６ｂ部、第１及び第２のピストン１３，１４及び仕切り板１９の貫通孔１３ａ，１４ａ，１９ａには、ロッド１２との隙間からの空気の漏れを防ぐロッドパッキン１６ｃ，１３ｂ，１４ｂ，１９ｂが設けられている。また、前記第１～第３のピストン１３～１５の外周面には、シリンダ１１との隙間からの空気の漏れを防ぐピストンパッキン１３ｃ，１４ｃ，１５ａが設けられている。また、一方の押さえ蓋１６、他方の押さえ蓋１７、及び仕切り板１９とシリンダ１２との接合面、第１と第２のシリンダ１１ａと１１ｂの接合面にもこれらの隙間からの空気の漏れを防ぐＯリング１６ｄ，１７ｂ，１９ｃ，１１ｄが設けられている。
　次に、上記構成の本発明の３位置動作型アクチュエータへの圧縮空気の供給・排出によって、ロッドの先端を、制動OFF、部分制動（制動力弱）、制動ON（制動力強）の３位置に移動させる場合について説明する。
（制動OFF位置：図２（ａ）参照）
　第２の通路２４を通じて第３のピストン１５と仕切り板１９の間に、及び第４の通路２６を通じて一方の押さえ蓋１６と第１のピストン１３の間に、それぞれ圧縮空気を供給する。一方、第１及び第３の通路２３，２５は大気に開放する。これら圧縮空気の供給及び排出によって第１～第３のピストン１３～１５は密閉空間１ｃの内部を中間止め板１８、仕切り板１９及び他方の押さえ蓋１７方向に移動する。
　すなわち、前記第２の通路２４を通じた圧縮空気の供給と、前記第１の通路２３からの空気の排出によって、第３のピストン１５は他方の押さえ蓋１７に押し付けられてシリンダ１１からのロッド１２の突出量が一番小さくなる。
　前記ロッド１２の移動により、第２のピストン１４はストッパ２２に押されて第３の通路２５から空気を排出して最も仕切り板１９に接近した位置に移動する。また、第４の通路２６を通じた圧縮空気の供給と、ノズル２７からの空気の排出によって、第１のピストン１３は、中間止め板１８に押し付けられる。
（部分制動位置：図２（ｂ）参照）
　前記制動OFFの状態から、さらに第１及び第３の通路２３，２５を通じて他方の押さえ蓋１７と第３のピストン１５の間、及び仕切り板１９と第２のピストン１４の間にも圧縮空気を供給する。
　この第３の通路２５を通じた仕切り板１９と第２のピストン１４の間への圧縮空気の供給によって、第２のピストン１４を中間止め板１８に当接するまで移動させる。
　この第２のピストン１４の移動によりストッパ２２も移動する。そして、第２のピストン１４が中間止め板１８に当接した際には、ストッパ２２は第１のピストン１３と第２のピストン１４に挟まれる。この状態では、ストッパ２２は中間止め板１８の開孔１８ａ部で静止し、ロッド１２の突出量が制動OFFと制動ONの中間になって部分制動位置になる。
　第１のピストン１３と第２のピストン１４が中間止め板１８に当接して停止すると、ロッド１２に固定された第３のピストン１５は、他方の押え蓋１７と仕切り板１９との間の軸方向中間位置で停止する。
（制動ON位置）
　前記部分制動の状態から、第２の通路２４を通じた第３のピストン１５と仕切り板１９の間、及び第４の通路２６を通じた一方の押さえ蓋１６と第１のピストン１３の間への圧縮空気の供給を停止し、大気に開放する。
　これによって、第３のピストン１５は仕切り板１９の方向に、第１のピストン１３はストッパ２２に押されて一方の押さえ蓋１６の方向に移動する。そして、第１のピストン１３が一方の押さえ蓋１６に当接することでロッド１２の移動は停止し、ロッド１２の突出量が最大になる。
　すなわち、上記構成の本発明の３位置動作型アクチュエータでは、一方の押さえ蓋１６と仕切り板１９で区画される空間が部分制動位置の制御用作動室になる。また、仕切り板１９と他方の押さえ蓋１７で区画される空間が制動OFFと制動ONの両端位置の制御用作動室になる。
　本発明の３位置動作型アクチュエータは上記構成を採用することで、ばねを使用せず、かつ、１つのシリンダで３位置動作を実現することができる。従って、シリンダを大径とする必要がなく、また、２つのシリンダを使用することに伴う装置寸法の大型化を防止できて、装置が軽量でコンパクトになり、車両への搭載性が向上する。
　上記本発明の３位置動作型アクチュエータは、図３（ａ）に示すように、第１及び第３の通路２３，２５と、第２及び第４の通路２４，２６に電磁弁２８，２９を直接接続することで、電磁弁２８，２９とアクチュエータ間の配管を不要にすることができる。従って、より一層、装置の小型化・軽量化が可能になる。
　前記電磁弁２８，２９のうち、第１及び第３の通路２３，２５に接続する電磁弁２８は２ポートを有する単動の常時は閉じた状態の電磁弁とする。また、第２及び第４の通路２４，２６に接続する電磁弁２９は２ポートを有する単動の常時は開いた状態の電磁弁とする（図３（ｂ）参照）。
　本発明の永久磁石式の渦電流式減速装置は、図６や図７を用いて説明した、単列旋回方式や二列旋回方式の渦電流減速装置における制動のON－OFF切換装置のアクチュエータとして上記構成の本発明の３位置動作型アクチュエータを使用したものである。
　この場合、本発明の３位置動作型アクチュエータのロッド１２と、磁石支持リング４の回動部を直接に連結したものに限らず、レバー機構を介して接続したものでも良い。
　図４は、本発明の３位置動作型アクチュエータと磁石支持リング４の回動部を直接に連結した一例を示した図である。図４は、磁石支持リング４にカムフォロア３０を突出させたスタンド３１を取り付ける一方、ロッド１２の先端部に前記カムフォロア３０と嵌合するＵ溝３２ａを形成した接続金具３２を設置して連結した例である。
　図５は、本発明の３位置動作型アクチュエータと磁石支持リング４の回動部を、レバー機構を介して連結した一例を示した図である。図５は、スタンド３１にピン３３を突出させる一方、ロッド１２の先端部と渦電流式減速装置のハウジングにはピン３４，３５を設置し、これらのピン３３～３５をレバー３６に回転自在に設置して連結した例である。この例では、ハウジングに設置したピン３５からスタンド３１に突出させたピン３３までの距離Ｌ1よりも前記ピン３５からロッド１２の先端部に設置したピン３４までの距離Ｌ2の方が大きいので、図４に示した直接連結の場合よりも小径のシリンダで同じ回動力を得ることができる。
　本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
　例えば、上記の例における部分制動位置の制御用作動室と両端位置の制御用作動室の位置を入れ替えてもよい。
　また、本発明のアクチュエータは、３位置動作を必要とするものであれば、渦電流式減速装置に限らず、排気ブレーキの排気弁の位置制御を行う駆動装置としても適用できる。
　また、本発明の永久磁石式の渦電流式減速装置は、単列旋回式、二列旋回式に限らず、例えば特開平１－２３４０４４号公報で開示されたディスク式にも適用することができる。
　また、上記の例では、本発明のアクチュエータの作動を圧縮空気によって行うものを示したが、既設の圧縮エアー源を保有していない車両の場合は、圧縮空気以外の気体或いは油等の液体で本発明のアクチュエータを作動しても良い。
　また、一方の押え蓋１６と他方の押え蓋１７は、上記の例のようにシリンダ１１と別体である必要はなく、シリンダ１２の端部を壁状に成形（端壁）したシリンダ１１と一体のものでも良い。
　また、上記の説明では、ロッド１２の突出量が一番小さい場合を永久磁石式の渦電流式減速装置の制動OFF位置とし、ロッド１２の突出力が一番大きい場合を制動ON位置としたが、ロッド１２の突出量が一番大きい場合を制動OFF位置、ロッド１２の突出量が一番小さい位置を制動ON位置となるように接続しても良い。
　また、部分制動位置は、ロッド１２のストローク（制動OFF位置から制動ON位置迄の移動量）の中間位置である必要はなく、必要な制動力（弱）を発揮することのできる制動OFF位置と制動ON位置とに挟まれた任意の位置である。
　４　　磁石支持リング
　６　　永久磁石
　１１　　シリンダ
　１２　　ロッド
　１３　　第１のピストン
　１４　　第２のピストン
　１５　　第３のピストン
　１６　　一方の押さえ蓋
　１７　　他方の押さえ蓋
　１８　　中間止め板
　１９　　仕切り板
　２２　　ストッパ
　２３　　第１の通路
　２４　　第２の通路
　２５　　第３の通路
　２６　　第４の通路
　２７　　ノズル
　２８，２９　　電磁弁
　３６　　レバー

Claims (6)

  1. 　両端を一体又は別体からなる押さえ蓋で閉じたシリンダと、
    　このシリンダの内部に、軸方向に適宜の間隔を有して固定された仕切り板及び中間止め板と、
    　前記シリンダの内部の前記一方の押さえ蓋と前記中間止め板の間を、シリンダの軸方向の移動自在に挿入した第１のピストンと、
    　前記シリンダの内部の前記中間止め板と前記仕切り板の間を、シリンダの軸方向の移動自在に挿入した第２のピストンと、
    　前記シリンダの内部の前記仕切り板と前記他方の押さえ蓋の間をシリンダの軸方向の移動自在に挿入した第３のピストンと、
    　基端に前記第３のピストンを取り付け、先端が前記仕切り板、前記第２のピストン、前記中間止め板、前記第１のピストン、及び前記一方の押さえ蓋を貫通して前記シリンダの外部に突出した、シリンダの軸方向に移動自在なロッドと、
    　前記ロッドの中間部に固定され、ロッドの前記移動時に前記第１又は第２のピストンを移動させるストッパと、
    を備えたことを特徴とする３位置動作型アクチュエータ。
  2. 　前記他方の押さえ蓋には、他方の押さえ蓋と第３のピストンの間に流体を供給又は排出する第１の通路を形成する一方、
    　前記シリンダの外周壁には、第３のピストンと仕切り板の間、仕切り板と第２のピストンの間、及び一方の押さえ蓋と第１のピストンの間に流体を供給又は排出する第２～第４の通路を形成すると共に、
    　中間止め板と第２のピストンで形成される空間内の流体を大気に開放するノズルを前記シリンダに設置したことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の３位置動作型アクチュエータ。
  3. 　請求の範囲第２項に記載の３位置動作型アクチュエータに電磁弁を前記他方の押さえ蓋に直接接続したことを特徴とする３位置動作型アクチュエータ。
  4. 　前記電磁弁は２ポートを有する単動の常時は閉じた状態の電磁弁と、２ポートを有する単動の常時は開いた状態の電磁弁であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の３位置動作型アクチュエータ。
  5. 　請求の範囲第１～４項の何れかに記載の３位置動作型アクチュエータを、制動のON－OFF切換装置のアクチュエータとして使用したことを特徴とする永久磁石式の渦電流式減速装置。
  6. 　前記アクチュエータと磁石回動機構とを、レバーを介して接続したことを特徴とする請求項５に記載の永久磁石式の渦電流式減速装置。
PCT/JP2014/053152 2013-02-12 2014-02-12 ３位置動作型アクチュエータ及び永久磁石式の渦電流式減速装置 WO2014126087A1 (ja)

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