WO2023234331A1

WO2023234331A1 - エア駆動式アクチュエータ及びエア駆動式アクチュエータの製造方法

Info

Publication number: WO2023234331A1
Application number: PCT/JP2023/020219
Authority: WO
Inventors: 洋司山下
Original assignee: 株式会社キッツ
Priority date: 2022-05-31
Filing date: 2023-05-31
Publication date: 2023-12-07

Abstract

加工が容易であり、所望のシリンダ速度を得やすく、さらには、コンパクト化、特に複動式にあっては２つのエアポートの間隔を広げつつコンパクト化することができるエア駆動式アクチュエータ及びエア駆動式アクチュエータの製造方法を提供すること。　エア駆動式アクチュエータ１は、少なくとも一つのエアポート１５をピストンロッドガイド５０を設けたロッド側の端部１０ａに設け、ピストン２０が往復動するピストン往復動空間１３を内部に形成されたシリンダ１０を有し、シリンダ１０が、ピストン２０の往復動方向でピストンロッドガイド５０に隣接した領域に内径を拡大して設けた拡大径部１４を有し、エアポート１５が、ピストン２０の往復動方向で径方向の一部を重ねて拡大径部１４に連通することによってシリンダ１０内に貫通する貫通部１５ａａと、シリンダ１０内に貫通しない未貫通部１５ａｂとを含む下穴１５ａを有する。

Description

エア駆動式アクチュエータ及びエア駆動式アクチュエータの製造方法

　本発明は、エア駆動式アクチュエータ及びエア駆動式アクチュエータの製造方法に関し、特に、エアポートを通してエアを吸排気することによってピストンが往復動するエア駆動式アクチュエータ及びエア駆動式アクチュエータの製造方法に関する。

　従来、バルブを開閉するための駆動源の一つとして空気圧で作動するエア駆動式アクチュエータが用いられる。
　そして、空気圧で作動するエア駆動式アクチュエータとしては、バルブの開閉動作の両方について空気圧を利用した複動式、又は、バルブの開閉動作のいずれか一方の動作にスプリングのバネ力を利用した単動式の２種類が多用されている。

　例えば、特許文献１には、シリンダ部３に設けられた外部と連通した２つの連通口４３が吸排気口（エアポート）になり、これら連通口４３を通して内部のピストン４２の両面側に空気圧が交互に供給されてピストン４２が往復動する。このピストン４２の往復動により、ピストンロッド３０、係止ピン３１を介してスコッチヨーク３３が回転し、このスコッチヨーク３３と一体のシャフト３２が回転することで、空気圧による開動作及び閉動作の両方の動作が行われる複動式のバルブ用アクチュエータが記載されている。
　この特許文献１に記載の複動式のバルブ用アクチュエータは、特許文献１の図８に示されるように、ピストンロッド３０側の連通口４３をシリンダ部３内に直線的に貫通させずに横孔（ピストン４２の往復動方向の孔）を設けた屈曲形状にしてシリンダ部３内に連通している。

　このような特許文献１に記載のバルブ用アクチュエータは、ピストンロッド３０が引き出される側のシリンダ部３の端部、いわゆるロッド側の端部に設けた連通口４３（エアポート）がシリンダ部３の壁内に設けた横孔を介してシリンダ部３内に連通している。

特許第６４３０１７３号公報

　しかしながら、特許文献１に記載のバルブ用アクチュエータは、シリンダ部３のロッド側の端部に設けた連通口４３（エアポート）がピストンの往復動方向の横孔を設けた屈曲形状であるため、２方向から孔加工を施すため加工が煩雑であると共に、横孔の加工を行うためのスペースを確保する必要があるのでピストンの往復動方向の寸法が増加するという問題があった。
　また、横孔の孔径寸法がシリンダの肉厚に制限されるため、シリンダの肉厚に収まる孔径寸法にしなければならず、シリンダの肉厚によっては、十分なエアの吸排気量を確保することが難しくなり、結果として、所望のシリンダの応答速度を得ることが難しくなるおそれがあった。
　さらに、複動式の場合、シリンダ部３のロッド側の端部、及びヘッド側の端部に設けた２つの連通口４３に対するスピードコントローラ等の外部接続機器の組付け性を考慮すると、ロッド側の連通口４３は最大限ロッド側に寄せるなどして、２つの連通口４３の間隔を広げることが望ましい。
　しかしながら、このような外部接続機器の組付け性向上の要求は、装置のコンパクト化とは相反するものであり、外部接続機器の組付け性向上及び装置のコンパクト化の両方の要求を満たすことは困難であった。

　本発明は、従来の課題を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、加工が容易であり、所望のシリンダの応答速度を得やすく、さらには、コンパクト化、特に複動式にあっては２つのエアポートの間隔を広げつつコンパクト化することができるエア駆動式アクチュエータ及びエア駆動式アクチュエータの製造方法を提供することにある。

　上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、少なくとも一つのエアポートをピストンロッドガイドを設けてピストンロッドが引き出されるロッド側の端部に設け、エアポートを通してエアを吸排気することによってピストンが往復動するピストン往復動空間を内部に形成されたシリンダを有し、シリンダが、ピストンの往復動方向でピストンロッドガイドに隣接した領域に内径を拡大して設けた拡大径部を有し、ロッド側の端部に設けたエアポートが、ピストンの往復動方向で径方向のロッド側の一部を重ねて拡大径部に連通することによってシリンダ内に貫通する貫通部と、拡大径部に径方向の一部を重ねないことによってシリンダ内に貫通しない未貫通部とを含む下穴を有するエア駆動式アクチュエータである。

　請求項２に係る発明は、拡大径部が、内径をピストンの往復動方向でピストンロッドの引出し側から引込み側に向けて漸次拡大して設けられたエア駆動式アクチュエータである。

　請求項３に係る発明は、ピストンの往復動を回転動に変換して出力軸に伝える回転変換機構が設けられた駆動空間を有しており、ロッド側の端部からシリンダに連結するハウジングを有し、出力軸とバルブ用ステムとを連結した状態でバルブに搭載して用いるエア駆動式アクチュエータである。

　請求項４に係る発明は、少なくとも一つのエアポートをピストンロッドガイドを設けてピストンロッドが引き出されるロッド側の端部に設け、エアポートを通してエアを吸排気することによってピストンが往復動するピストン往復動空間を内部に形成されたシリンダを有するエア駆動式アクチュエータのピストンの往復動方向でピストンロッドガイドに隣接した領域に内径を拡大した拡大径部を有するシリンダを設けるステップと、拡大径部にピストンの往復動方向で径方向のロッド側の一部を重ねて拡大径部に連通することによってシリンダ内に貫通する貫通部と、拡大径部に径方向の一部を重ねないことによってシリンダ内に貫通しない未貫通部とを含む穴をロッド引出し側の端部のエアポートの下穴として形成するステップとを含むエア駆動式アクチュエータの製造方法である。

　請求項１に係る発明によると、少なくとも一つのエアポートをピストンロッドガイドを設けてピストンロッドが引き出されるロッド側の端部に設け、このエアポートを通してエアを吸排気することによってピストンが往復動するピストン往復動空間を内部に形成されたシリンダを有し、シリンダが、ピストンの往復動方向でピストンロッドガイドに隣接した領域に内径を拡大して設けた拡大径部を有し、ロッド側の端部に設けたエアポートが、ピストンの往復動方向で径方向のロッド側の一部を重ねて拡大径部に連通することによってシリンダ内に貫通する貫通部と、拡大径部に径方向の一部を重ねないことによってシリンダ内に貫通しない未貫通部とを含む下穴を有する。
　このように、エアポートを直接シリンダ内に貫通させるのでなく、下穴の径方向の一部を拡大径部に連通させつつ、それ以外の部分は未貫通部分とすることで、エアポートをシリンダ内に貫通させるための孔を別途設ける必要がない。
　シリンダの内壁面に沿って往復動するピストンが、シリンダ壁面に設けたエアポートの貫通孔を通過すると、ピストンやピストン用シール部材が損傷する可能性があるため、ピストンのストローク範囲外に貫通孔を設ける必要があるが、その距離の分だけシリンダが大きくなってしまう。
　請求項１に係る発明は、上記の通り、シリンダ内と直接連通するような貫通孔を別途設けずにエアポートをシリンダと連通させることができるので、ピストンやピストン用シール部材の損傷を避けつつ、シリンダの大型化も避けることができる。
　また、請求項１に係る発明は、エアポートが横孔を介することなく拡大径部を通してシリンダ内に連通しているため、横孔の煩雑な加工がなくなりエアポートの加工が容易になる。
　また、拡大径部と下穴との重なり具合を調整することによってエアの吸排気量を十分に確保することができる。
　また、横孔を設けない分、さらには、エアポートが拡大径部に径方向で重なる部分以外はピストンのストローク領域とすることができるので、全体としてシリンダの寸法を縮小することができると共に、複動式の場合、シリンダのロッド側の端部に設けたエアポートをシリンダのヘッド側の端部に設けたエアポートから離して設けることができる。
　したがって、加工が容易であり、所望のシリンダ速度を得やすく、さらには、コンパクト化、特に複動式にあっては２つのエアポートの間隔を広げつつコンパクト化することができる。

　請求項２に係る発明によると、拡大径部が、内径をピストンの往復動方向でピストンロッドの引出し側から引込み側に向けて漸次拡大して設けられたことにより、型を用いてシリンダを成形する場合、一定深さの溝として設けた拡大径部に比して容易に成形することができる。
　また、請求項２に係る発明は、拡大径部が、当該拡大径部の縁部側から内径側に向かって漸次拡大することにもなるので、下穴を設ける深さを調整することで、連通部分の径を容易に調整することができ、エアの吸排気量の設定も容易に行うことができる。

　請求項３に係る発明によると、ピストンの往復動を回転動に変換して出力軸に伝える回転変換機構を設ける駆動空間を形成してロッド側の端部からシリンダに連結するハウジングを有し、回転変換機構に設けた出力軸とバルブ用ステムとを連結した状態でバルブに搭載して用いることにより、コンパクト化したシリンダ内におけるピストンの往復動が回転変換機構を介してバルブ用ステムの回転動作に変換されてバルブが開閉されるため、バルブに対してコンパクトに組付け可能なバルブのアクチュエータとして用いることができる。

　請求項４に係る発明によると、少なくとも一つのエアポートをピストンロッドガイドを設けてピストンロッドが引き出されるロッド側の端部に設け、エアポートを通してエアを吸排気することによってピストンが往復動するピストン往復動空間を内部に形成されたシリンダを有するエア駆動式アクチュエータの製造方法において、ピストンの往復動方向でピストンロッドガイドに隣接した領域に内径を拡大した拡大径部をシリンダに設けるステップと、拡大径部にピストンの往復動方向で径方向の一部を重ねて拡大径部に連通することによってシリンダ内に貫通する貫通部と、拡大径部に径方向の一部を重ねないことによってシリンダ内に貫通しない未貫通部とを含む穴をロッド側の端部のエアポートの下穴として形成するステップとを含む。
　これにより、例えば、シリンダを鋳造等の型を用いて成形する手法を適用する場合、予め拡大径部が形成されるようにシリンダを形成しておき、その後に拡大径部と一部連通するように所定の下穴を形成するだけで良いので、簡易且つ低コストでエアポートを形成できる。特に、エアポートが横孔を介することなく拡大径部を通してシリンダ内に連通されるため、横孔の煩雑な加工がなくなりエアポートの加工が容易になる。
　また、拡大径部と下穴との重なり具合を調整することによってエアの吸排気量を十分に確保することができる。
　また、横孔を設けない分、さらには、エアポートが拡大径部に径方向で重なる部分以外はピストンのストローク領域とすることができるので、全体としてシリンダの寸法を縮小することができると共に、複動式の場合、シリンダのロッド側の端部に設けたエアポートをシリンダのヘッド側の端部に設けたエアポートから離して設けることができる。
　したがって、加工が容易であり、所望のシリンダ速度を得やすく、さらには、コンパクト化、特に複動式にあっては２つのエアポートの間隔を広げつつコンパクト化することができる。

本発明の実施形態に係るエア駆動式アクチュエータの斜視図である。ピストンヘッドがシリンダ内ヘッド側のストローク終端位置にあるエア駆動式アクチュエータの断面図である。ピストンヘッドがシリンダ内ロッド側のストローク終端位置にあるエア駆動式アクチュエータの断面図である。図３に示したエア駆動式アクチュエータの拡大径部周辺の拡大斜視図である。ロッド側の端部に設けたエアポートの下穴が拡大径部に連通する部分となる開口をシリンダの内壁面側から臨んだ図である。２つのエアポートにスピードコントローラが取り付けられ、かつ、バルブに組付けた状態の駆動式アクチュエータの一部切欠いた状態の斜視図である。

　本発明に係るエア駆動式アクチュエータ及びエア駆動式アクチュエータの製造方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係るエア駆動式アクチュエータ１の斜視図である。図２は、ピストンヘッド２２がシリンダ１０内ヘッド側のストローク終端位置にあるエア駆動式アクチュエータの断面図である。図３は、ピストンヘッド２２がシリンダ１０内ロッド側のストローク終端位置にあるエア駆動式アクチュエータ１の断面図である。図４は、図３に示したエア駆動式アクチュエータ１の拡大径部１４周辺の拡大斜視図である。図５は、ロッド側の端部１０ａに設けたエアポート１５の下穴１５ａが拡大径部１４に連通する部分となる開口１５ａｃをシリンダ１０の内壁面１２ａ側から臨んだ図である。図６は、２つのエアポート１５、１６にスピードコントローラ２００が取り付けられ、かつ、バルブ１００に組付けた状態の駆動式アクチュエータ１の一部を切欠いた状態の斜視図である。
　本発明の実施形態に係るエア駆動式アクチュエータ１は、不図示のバルブを開閉するための駆動源の一つであり、バルブの開動作及び閉動作の両方について空気圧を利用した複動式を採用している。

　エア駆動式アクチュエータ１は、シリンダ１０と、空気圧によって往復動するピストン２０と、ピストン２０の往復動を回転動に変換する回転変換機構６０を設けてシリンダ１０に連結したハウジング３０と、ハウジング３０の一端開口を閉塞するハウジングキャップ４０と、ピストン２０のピストンロッド２１をガイドするピストンロッドガイド５０とを有する。
　シリンダ１０、ハウジング３０、及びハウジングキャップ４０は、ピストンロッド２１の軸心と同心となるように軸方向に互いに連結することによって、ピストンロッド２１の軸方向を長手とするエア駆動式アクチュエータ１の外郭を構成している。
　本実施形態では、シリンダ１０、ハウジング３０、及びハウジングキャップ４０は、鋳造によって製造しているが、その他の製造方法を用いてもよいし、各種製造方法を組み合わせてもよい。例えば、鋳造後のシリンダ１０の内部に切削加工を施してもよい。

（シリンダ１０について）
　シリンダ１０は、ピストン２０の往復動方向で、ピストンロッド２１が引き出される側の端部をロッド側の端部１０ａとし、ピストンロッド２１が引き込まれて向かう側の端部をヘッド側の端部１０ｂとした場合、それぞれの端部１０ａ、１０ｂに設けた２つのエアポート１５、１６を通してエアを吸排気してピストン２０が往復動するピストン往復動空間１３を内部に形成している。
　このシリンダ１０は、周側壁１２と、ヘッド側の端部１０ｂに設けた閉塞壁１１とを有して、閉塞壁１１に対向するロッド側の端部１０ａが開口した略筒状をなしている。

　そして、シリンダ１０は、ロッド側の端部１０ａに一方のエアポート１５（以下、「ロッド側エアポート」という。）を設け、ヘッド側の端部１０ｂに他方のエアポート１６（以下、「ヘッド側エアポート」という。）を設けている。
　これら２つのエアポート１５、１６は、周側壁１２に下穴１５ａ、１６ａを加工し、次いでタップ穴１５ｂ、１６ｂを加工することによって形成する。
　なお、本実施形態では、図１に示すように、ロッド側エアポート１５が、シリンダ１０のフランジ部１０ａａに一部を重ねるようにして設けられている。
　そして、本実施形態では、２つのエアポート１５、１６に、不図示のスピードコントローラ等の外部接続機器がタップ穴１５ｂ、１６ｂに螺合して取付けられる。２つのエアポート１５、１６は、スピードコントローラに接続したエア配管を介して方向切変弁に接続している。

　２つのエアポート１５、１６には、外部機器、例えば図６のようなスピードコントローラ２００が取り付けられる。外部機器の取り付けスペースは、エアポート１５、１６間の距離に依存する。例えば、スピードコントローラをエアポート１５、１６に設けたタップ穴に対しねじ込みにて取り付ける場合、図示のような直方体状のスピードコントローラを回転させてねじ込むことになる。
　そのため、それぞれのエアポート１５、１６にねじ込む際に、スピードコントローラを掴んで回転させる必要があるなど、当該領域は、単純に機器が収まるだけのスペースがあればよいのではなく、それ以上に余裕が必要となる。
　そうすると、２つのエアポート１５、１６同士の間隔は、可能な限り、離間させることができる方が好ましい。
　本実施形態では、エアポート１５の下穴１５ａをシリンダ１０内に設けた拡大径部１４に連通させることでエアポート１５からシリンダ１０内へのエア供給が可能となるが、この拡大径部１４は、ピストンロッドガイド５０に隣接した領域に設けられるので、これと連通させるエアポート１５は、最大限、ピストンロッド２１側の（例えばフランジ部１０ａａに一部または全部が重なる）位置に寄せて設けることができる。
　これにより、エアポート１５は、通常では、シリンダ１０内との連通のためにシリンダ１０の壁面の中途位置に設けざるを得ず、２つのエアポート１５、１６間の距離を十分に離すことが難しかった。
　これに対し、本実施形態では、可能な限りエアポート１５、１６間の距離を離間させることができ、スピードコントローラ２００等の外部機器の取り付けに有利となる。

　また、シリンダ１０は、ピストン２０の往復動方向でピストンロッドガイド５０に隣接した領域に内径を拡大して設けた拡大径部１４を有している。
　この拡大径部１４は、周側壁１２の内壁面１２ａに内周方向に沿って設けた溝になっており、内径をピストン２０の往復動方向でピストンロッド２１の引出し側から引込み側に向けて漸次拡大して設けている。
　なお、本実施形態では、シリンダ１０とハウジング３０とが互いの端部１０ａ、３０ａに設けたフランジ部１０ａａ、３０ａａを介して連結している。このため、シリンダ１０のロッド側の端部１０ａの周側壁１２の肉厚は、フランジ部１０ａａの肉厚が合わさって周辺に比べて厚くなっている。

　つまり、シリンダ１０の周側壁１２のロッド側の端部１０ａには、端部１０ａ以外の周側壁１２の部分よりも外径側に張り出したフランジ部１０ａａが設けられている。
　拡大径部１４は、この肉厚部分となるフランジ部１０ａａに設けられており、その最外径位置が、フランジ部１０ａａ以外のシリンダ１０の周側壁１２の外壁面１２ｂよりも外径側に位置するように設けられている。
　つまり、拡大径部１４は、シリンダ１０のフランジ部１０ａａによって肉厚が厚くなった部分を有効に利用してシリンダ１０の周側壁１２に設けられている。
　そして、後述するように、この拡大径部１４と連通する下穴１５ａを有するようにロッド側エアポート１５を設けることで、シリンダ１０の周側壁１２で、フランジ部１０ａａ以外の部分に、シリンダ１０内にエアを供給するための貫通孔を別途設ける必要がない。

　このようにして、本実施形態では、拡大径部１４が、シリンダ１０のフランジ部１０ａａの部分に設けられることで、このフランジ部１０ａａを除くシリンダ１０の周側壁１２、すなわち、ピストンヘッド２２の通常の往復動（ストローク）範囲には干渉しないようになっており、その結果、拡大径部１４を設けることによるシリンダ１０のサイズ増大が防がれている。
　なお、拡大径部１４は、ピストン２０の往復動方向でピストンロッドガイド５０に隣接した領域に内径を拡大して設ければよく、例えば、周側壁１２の内壁面１２ａに設けた深さ一定の溝であってもよい。

　そして、ロッド側エアポート１５は、拡大径部１４に連通する下穴１５ａを有する。
　この下穴１５ａは、ピストン２０の往復動方向で径方向の一部を重ねて拡大径部１４に連通することによってシリンダ１０内に貫通する貫通部１５ａａと、拡大径部１４に径方向の一部を重ねないことによってシリンダ１０内に貫通しない未貫通部１５ａｂとを含む。
　下穴１５ａの未貫通部１５ａｂは、シリンダ１０の周側壁１２を貫通しないため、図２－図４に示すように、下穴１５ａの奥側は、ピストンヘッド２２が摺動可能な内壁面１２ａの領域Ａになっている。

　また、未貫通部１５ａｂは、その深さがフランジ部１０ａａ以外のシリンダ１０の周側壁１２の外壁面１２ｂと同じかそれよりも浅い位置までの深さになっている。ここで、「未貫通部１５ａｂの深さがシリンダ１０の周側壁１２の外壁面１２ｂと同じかそれよりも浅い」とは、例えば、下穴１５ａの均一部分、例えば、下穴をドリルで加工した場合に形成される、先端に向かって縮径する部分を除く部分がシリンダ１０の周側壁１２の外壁面１２ｂと同じかそれよりも浅ければよい。未貫通部１５ａｂをこのように形成することで、下穴１５ａを設けてもシリンダ１０の周側壁１２の強度を十分保ち、ピストン２０の動作に支障が出ないようにすることができる。

　また、下穴１５ａは、拡大径部１４にピストン２０の往復動方向で径方向の一部を重ねることによって、ロッド側エアポート１５をシリンダ１０のロッド側の端部１０ａに最大限寄せた位置、すなわち、ピストンロッドガイド５０に寄せた位置に設けることができる。
　また、本実施形態では、拡大径部１４が、フランジ部１０ａａ、すなわち、もともとピストン２０の往復動の範囲外となる部分に設けられているので、ピストン２０の往復動方向の寸法を増加することなくヘッド側エアポート１６との距離を広げることが可能になっている。

　そして、ロッド側エアポート１５の貫通部１５ａａは、図４及び図５に示すように、拡大径部１４の傾斜した面１４ａを含むシリンダ１０の内壁面１２ａに対して貫通して開口を形成している。
　換言すれば、下穴１５ａが拡大径部１４を形成する向きの異なる面１４ａ、１４ｂを含むシリンダ１０の内壁面１２ａを貫通して開口１５ａｃを形成している。
　このため、開口１５ａｃの開口面積は、拡大径部１４と下穴１５ａの重なり具合によって調整することができる。
　また、開口１５ａｃは、異なる方向の複数の面に渡って形成されるため、一面に形成される場合に比べて開口面積を大きくすることができるようになっている。
　なお、開口１５ａｃの開口面積は、例えば、拡大径部１４と下穴１５ａとの径方向、及び、深さ方向の重なり具合に加えて、拡大径部１４の形状、あるいは、下穴１５ａの形状を変化させることによって多種多様な仕様に対応することができる。
　このため、開口１５ａｃの開口面積は、シリンダ１０の周側壁１２の肉厚によって寸法が決まる従来の横孔による開口面積に比して大きくすることができ、しかも、各種の開口形状に対応することができる。

　そして、開口１５ａｃの開口面積は、所望のシリンダの応答速度が得られるように調整する。
　より具体的には、開口１５ａｃの開口面積が、ロッド側エアポート１５に接続されるエア配管の孔断面積に比して同じかそれよりも大きくなるように調整する。
　このように、ロッド側エアポート１５は、シリンダ１０内に設けた拡大径部１４と下穴１５ａを連通させることで形成されるため、横孔を設ける場合よりも直線的にエア等をシリンダ１０に吸排気でき、また、その開口１５ａｃも所望のシリンダの応答速度が得られる開口面積に調整されるため、バルブの開閉のための応答性も優れたものとなる。

　例えば、拡大径部１４を利用してシリンダ１０内と外部とを連通させるだけであれば、拡大径部１４と連通する貫通部１５ａａのみを有する小さいエアポートを設ければ良いが、それではシリンダ１０内へのエアの供給量が不十分となるおそれがある。
　これに対し、本実施形態によれば、貫通部１５ａａと未貫通部１５ａｂを含む大きな径のロッド側エアポート１５を設けることで、十分な量のエアを供給できるエア配管を接続可能となる。
　また、開口１５ａｃを適宜の開口面積に設けることによって、エア配管から供給されたエアを十分にシリンダ１０内に供給することも可能となる。
　そして、ロッド側エアポート１５は、十分に大きな口径を有しつつ、貫通部１５ａａをロッド側に、未貫通部１５ａｂを貫通部１５ａａよりもロッド側から離れたヘッド側に有することで、ピストン２０のストローク領域に干渉するような貫通孔を有さずに済む。
　その結果、エア駆動式アクチュエータ１は、全体のサイズのコンパクト化がなされるとともに、本来的にはコンパクト化とは相反する性能となる応答速度も十分に高く維持することができる。

（ピストン２０について）
　ピストン２０は、ピストンロッド２１と、ピストンロッド２１の一端部に設けたピストンヘッド２２とを有する。
　ピストンヘッド２２は、２つのエアポート１５、１６を通したエアの吸排気によってピストンロッド２１と一体的に往復動する。
　このピストンヘッド２２は、ピストンヘッド２２の周面とシリンダ１０の内壁面１２ａとの間でエアが移動することを防止するため、周面に弾性材からなるシール用Ｏリング２２ａを取り付けている。
　このため、ピストンヘッド２２は、シリンダ１０内を２つのエア室に区画しつつ、シール用Ｏリング２２ａをシリンダ１０の内壁面１２ａに摺接させながら軸方向に往復動する。
　そして、ピストンヘッド２２のシリンダ１０内ロッド側のストローク終端位置は、拡大径部１４の近傍位置になるように調整している。
　つまり、ピストンヘッド２２は、ロッド側エアポート１５の下穴１５ａの未貫通部１５ａｂとなる内壁面１２ａの領域Ａ（図２、３参照）をピストンヘッド２２の往復動範囲に含めて往復動できるようになっている。
　なお、ピストン２０のストローク範囲は、ピストンロッド２１の各端部に突き当て可能にシリンダ１０の閉塞壁１１及びハウジングキャップ４０にそれぞれ設けたストッパ１７、４１によって制限されている。

（ハウジング３０について）
　ハウジング３０は、ピストン２０の往復動を回転動に変換して出力軸に伝える回転変換機構６０を設ける駆動空間３１を有しており、ロッド側の端部１０ａからシリンダ１０に連結する。
　このハウジング３０内に設ける回転変換機構６０は、いわゆるスコッチヨーク式機構を採用しており、ピストンロッド２１の径外方向に突設したピン６１に係合するスコッチヨーク６２と、このスコッチヨーク６２にキー６４によって連結して出力軸として回転駆動するシャフト６３を有する。
　つまり、回転変換機構６０は、ピストン２０の往復動をスコッチヨーク６２を介してシャフト６３の回転動に変換している。
　そして、シャフト６３は、ピストンロッド２１に直交する軸方向に延びて不図示のバルブ用ステムに連結し、このバルブ用ステムの回転動によってバタフライバルブ又はボールバルブ等の弁体が開閉するようになっている。
　なお、本実施形態では、回転変換機構６０として、スコッチヨーク式を採用いているが、これに限らず、例えば、ラックアンドピニオン式機構を採用してもよい。

（ハウジングキャップ４０について）
　ハウジングキャップ４０は、ハウジング３０に対して出没自在に往復動するピストンロッド２１を軸方向にガイドするガイド部分を有してハウジング３０の端部開口側からハウジング３０に取り付けられる。

（ピストンロッドガイド５０について）
　ピストンロッドガイド５０は、ピストン往復動空間１３と駆動空間３１とを区画してピストンロッド２１をガイドする。
　このピストンロッドガイド５０の周縁部は、シール部材５２と重ねた状態でシリンダ１０とハウジング３０の間、より具体的には、シリンダ１０のロッド側の端部１０ａに設けたフランジ部１０ａａと、ハウジング３０の端部３０ａに設けたフランジ部３０ａａとの間で挟持固定される。
　そして、ピストンロッドガイド５０は、ピストンロッド２１が往復動自在に挿通する貫通孔５１を有し、ピストンロッド２１を軸方向にガイドする。

　次に、エア駆動式アクチュエータ１の動作について説明する。
　ここでは、ピストン２０の一連の往復動作について説明する。すなわち、ピストン２０が、ピストンロッド２１をシリンダ１０内に引込んだ状態から、ピストンロッド２１をシリンダ１０から引き出した状態となり、再びピストンロッド２１をシリンダ１０内に引込んだ状態に戻る一連の動作について説明する。

　まず、図２に示すように、ピストンロッド２１をシリンダ１０内に引込んだ状態、すなわち、ピストンヘッド２２がシリンダ１０内ヘッド側のストローク終端位置にある状態で、ヘッド側エアポート１６を通してシリンダ１０内にエアが供給されると、ピストンヘッド２２がエアによる推力を受けてシリンダ１０のロッド側の端部１０ａに向けて移動開始する。
　なお、ピストンヘッド２２がシリンダ１０内ヘッド側のストローク終端位置にある状態では、ピストンロッド２１がシリンダ１０の閉塞壁１１に設けたストッパ１７に突き当たることによって、ピストンヘッド２２がシリンダ１０の閉塞壁１１から離間した位置で停止している。
　このためピストンヘッド２２がシリンダ１０内ヘッド側のストローク終端位置にある状態では、エアがヘッド側エアポート１６を通して閉塞壁１１とピストンヘッド２２の間のエア室に流入することによって、ピストンヘッド２２をシリンダ１０内ロッド側のストローク終端位置に向けて移動する推力が発生する。

　その後、図３に示すように、ピストンヘッド２２は、ピストンロッド２１をシリンダ１０から引き出した状態、すなわち、シリンダ１０内ロッド側のストローク終端位置まで移動する。
　このとき、シリンダ１０内のエアがロッド側エアポート１５を通して外部に排気される。より具体的には、シリンダ１０内のエアが拡大径部１４からロッド側エアポート１５を通って外部に排気される。
　また、ピストンヘッド２２は、周面に取り付けたシール用Ｏリング２２ａをシリンダ１０の内壁面１２ａに摺接させながら拡大径部１４の近傍位置まで移動する。このとき、ピストンヘッド２２は、下穴１５ａが未貫通となる内壁面１２ａの領域Ａ（図２、３参照）を通過する。
　なお、ピストンヘッド２２がロッド側のストローク終端位置にある状態では、ピストンロッド２１がハウジングキャップ４０に設けたストッパ４１に突き当たることによって、ピストンヘッド２２がシリンダ１０の拡大径部１４から離間した位置で停止している。

　その後、エアがロッド側エアポート１５を通してシリンダ１０内に流入することによって、ピストンヘッド２２をヘッド側のストローク終端位置に向けて移動する推力が発生し、ピストンヘッド２２がヘッド側のストローク終端位置に向けて移動開始する。
　ここでロッド側エアポート１５を通して供給されたエアは、拡大径部１４を介してピストンロッドガイド５０とピストンヘッド２２の間のエア室に流入する。
　このとき、シリンダ１０内のエアがヘッド側エアポート１６を通して外部に排気される。

　その後、エア駆動式アクチュエータ１が、図２に示すように、ピストンロッド２１をシリンダ１０内に引込んだ状態となり、すなわち、ピストンヘッド２２がヘッド側のストローク終端位置に移動してエア駆動式アクチュエータ１の一連の往復動作を完了する。

　次に、エア駆動式アクチュエータ１の製造方法について説明する。
　なお、ここではシリンダ１０の製造方法について説明する。
　まず、シリンダ１０に対してロッド側の端部１０ａ周辺領域に内径を拡大した拡大径部１４を設ける。
　このシリンダ１０に対して拡大径部１４を設ける工程は、鋳造によってシリンダ１０を成形する工程に含まれる。すなわち、この工程では、鋳造によって拡大径部１４を有するシリンダ１０を成形する。
　なお、シリンダ１０鋳造用の砂型に拡大径部１４に対応する部分を設けて、一般的な砂型鋳造の手順によって、拡大径部１４を有したシリンダ１０を成形することができる。つまり、シリンダ１０に拡大径部１４を設けることによる作業負荷は殆どない。
　ここで、本実施形態では、拡大径部１４が内径をピストン２０の往復動方向でピストンロッド２１の引出し側から引込み側に向けて漸次拡大して設けられたものであるため、砂型鋳造の場合、注湯の際に溶湯が砂型の拡大径部１４に対応した傾斜面上を流れるため乱流になりにくく、注湯が砂型内にスムーズに流れ込むため、砂が剥離することを防ぐことができ、結果として、砂かみ等の品質不良が発生し難く、加工し易いようになっている。
　また、金型を用いた鋳造の場合についても、注湯の際に溶湯が金型の拡大径部１４に対応した傾斜面上を流れるため乱流になりにくく、注湯が金型内にスムーズに流れ込むため、品質不良が発生し難く、加工し易いようになっている。
　なお、拡大径部１４は、鋳造したシリンダ１０の内部に切削加工を施して形成するようにしてもよい。このように鋳造及び切削加工を組み合わせることによってエアの吸排気量に応じた多種多様な形状の拡大径部１４を形成することが可能になる。

　次に、ロッド側エアポート１５及びヘッド側エアポート１６を加工する。
　この工程では、ロッド側エアポート１５及びヘッド側エアポート１６のそれぞれを、下穴１５ａ、１６ａの加工、次いでタップ穴１５ｂ、１６ｂの加工を施すことによって形成する。
　ロッド側エアポート１５は、下穴１５ａとして、拡大径部１４にピストン２０の往復動方向で径方向のロッド側の一部を重ねて拡大径部１４に連通することによってシリンダ１０内に貫通する貫通部１５ａａと、拡大径部１４に径方向の一部を重ねないことによってシリンダ１０内に貫通しない未貫通部１５ａｂとを含む穴を加工し、次いで、タップ穴１５ｂを加工することによって形成する。
　このようにロッド側エアポート１５は、下穴１５ａを径方向で拡大径部１４に一部が重なる位置で形成することによって、シリンダ１０内に貫通しない未貫通部１５ａｂを残しつつ、拡大径部１４を通してシリンダ１０内に貫通するエアの流路が形成される。
　一方、ヘッド側エアポート１６は、シリンダ１０内に貫通する下穴１６ａを加工し、次いで、タップ穴１６ｂを加工して形成する。

　本発明の実施形態に係るエア駆動式アクチュエータ１よると、シリンダ１０が、ピストン２０の往復動方向でピストンロッドガイド５０に隣接した領域に内径を拡大して設けた拡大径部１４を有し、ロッド側の端部１０ａに設けたロッド側エアポート１５が、拡大径部１４にピストン２０の往復動方向で径方向の一部を重ねて拡大径部１４に連通することによってシリンダ１０内に貫通する貫通部１５ａａと、拡大径部１４に径方向の一部を重ねないことによってシリンダ１０内に貫通しない未貫通部１５ａｂとを含む下穴１５ａを有する。
　このように、ロッド側エアポート１５を直接シリンダ１０内に貫通させるのでなく、下穴１５ａの径方向の一部を拡大径部１４に連通させつつ、それ以外の部分は未貫通部分とすることで、ロッド側エアポート１５をシリンダ１０内に貫通させるための孔を別途設ける必要がない。
　シリンダ１０の内壁面１２ａに沿って往復動するピストン２０が、シリンダ１０の壁面に設けたロッド側エアポート１５の貫通孔を通過すると、ピストン２０やピストン用シール部材としてのシール用Ｏリング２２ａが損傷する可能性があるため、ピストン２０のストローク範囲外に貫通孔を設ける必要があるが、その距離の分だけシリンダ１０が大きくなってしまう。
　本発明の実施形態に係るエア駆動式アクチュエータ１は、上記の通り、シリンダ１０内と直接連通するような貫通孔を別途設けずにロッド側エアポート１５をシリンダ１０と連通させることができるので、ピストン２０やシール用Ｏリング２２ａの損傷を避けつつ、シリンダ１０の大型化も避けることができる。
　また、ロッド側エアポート１５が横孔を介することなく拡大径部１４を通してシリンダ１０内に連通しているため、横孔の煩雑な加工がなくなりロッド側エアポート１５の加工が容易になる。
　また、拡大径部１４と下穴１５ａとの重なり具合を調整することによってエアの吸排気量を十分に確保することができる。
　さらに、横孔を設けない分、さらには、ロッド側エアポート１５が拡大径部１４に径方向で重なる部分以外はピストン２０のストローク領域とすることができるので、全体としてシリンダ１０の寸法を縮小することができると共に、複動式の場合、シリンダ１０のロッド側エアポート１５をシリンダ１０のヘッド側エアポート１６から離して設けることができる。
　したがって、加工が容易であり、所望のシリンダ速度を得やすく、さらには、コンパクト化、特に複動式にあっては２つのエアポートの間隔を広げつつコンパクト化することができる。

　そして、本発明の実施形態に係るエア駆動式アクチュエータ１よると、２つのエアポート１５、１６の間隔を広げることにより、各エアポート１５、１６に対してスピードコントローラ等の外部接続機器をタップ穴１５ｂ、１６ｂにねじ込んで取付ける際、外部接続機器同士が互いに干渉して邪魔になることがないため、各エアポート１５、１６に対して外部接続機器を容易に組み付けることができる。

　また、本発明の実施形態に係るエア駆動式アクチュエータ１よると、拡大径部１４が、内径をピストンロッド２１の引出し側から引込み側に向けて漸次拡大して設けられたことにより、例えば、砂型鋳造の場合、注湯の際に溶湯が砂型の拡大径部１４に対応した傾斜面上を流れるため乱流になりにくく、砂が剥離することを防ぐことができ、結果として、砂かみ等の品質不良が発生し難くなり、一定深さの溝として設けた拡大径部に比して容易に成形することができる。
　さらに、本発明の実施形態に係るエア駆動式アクチュエータ１よると、拡大径部１４が、拡大径部１４の縁部側から内径側に向かって漸次拡大することにもなるので、下穴１５ａを設ける深さを調整することで、連通部分の径を容易に調整することができ、エアの吸排気量の設定も容易に行うことができる。

　また、本発明の実施形態に係るエア駆動式アクチュエータ１よると、ピストン２０の往復動を回転動に変換してシャフト６３に伝える回転変換機構６０が設けられた駆動空間３１を有しており、ロッド側の端部１０ａからシリンダ１０に連結するハウジング３０を有し、シャフト６３とバルブ用ステムとを連結した状態でバルブに搭載して用いることにより、コンパクト化したシリンダ１０内におけるピストン２０の往復動が回転変換機構６０を介してバルブ用ステムの回転動作に変換されてバルブが開閉されるため、バルブに対してコンパクトに組付け可能なバルブのアクチュエータとして用いることができる。

　本発明の実施形態に係るエア駆動式アクチュエータの製造方法よると、ピストン２０の往復動方向でピストンロッドガイド５０に隣接した領域に内径を拡大した拡大径部１４を有するシリンダ１０を設けるステップと、ピストン２０の往復動方向で径方向のロッド側の一部を重ねて拡大径部１４に連通することによってシリンダ１０内に貫通する貫通部１５ａａと、拡大径部１４に径方向の一部を重ねないことによってシリンダ１０内に貫通しない未貫通部１５ａｂとを含む下穴１５ａをロッド側エアポート１５の下穴１５ａとして形成するステップとを含む。
　これにより、例えば、シリンダ１０を鋳造等の型を用いて成形する手法を適用する場合、予め拡大径部１４が形成されるようにシリンダ１０を形成しておき、その後に拡大径部１４と一部連通するように所定の下穴１５ａを形成するだけで良いので、簡易且つ低コストでロッド側エアポート１５を形成できる。特に、ロッド側エアポート１５が横孔を介することなく拡大径部１４を通してシリンダ１０内に連通するため、横孔の煩雑な加工がなくなりロッド側エアポート１５の加工が容易になる。
　また、拡大径部１４と下穴１５ａとの重なり具合を調整することによってエアの吸排気量を十分に確保することができる。
　また、横孔を設けない分、さらには、ロッド側エアポート１５が拡大径部１４に径方向で重なる部分以外はピストン２０のストローク領域とすることができるので、全体としてシリンダ１０の寸法を縮小することができると共に、複動式の場合、シリンダ１０のロッド側エアポート１５をシリンダのヘッド側エアポート１６から離して設けることができる。
　したがって、加工が容易であり、所望のシリンダ速度を得やすく、さらには、コンパクト化、特に複動式にあっては２つのエアポートの間隔を広げつつコンパクト化することができる。

　以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。

　上記の実施の形態では、エア駆動式アクチュエータ１として複動式を採用しているが、ロッド側の一つのエアポート１５を通してエアを吸排気してピストン２０が往復動するシリンダ１０を有していれば、ピストン２０の往復動のいずれか一方の動作にスプリングのバネ力を利用した単動式を採用してもよい。
　例えば、単動式のエア駆動式アクチュエータ１の引込み型に採用してもよい。なお、引込み型とは、ロッド側の一つのエアポート１５からエアを供給するとピストンロッド２１がシリンダ内に引き込まれ、その一つのエアポート１５からエアを排気するとバネ力でピストンロッド２１がシリンダから押し出されるものである。

　また、上記の実施の形態では、エア駆動式アクチュエータ１がバルブを開閉するための駆動源であるものを例示したが、エア駆動式アクチュエータ１は、バルブ以外の駆動源に用いても構わない。例えば、産業用ロボットの駆動源としても用いてもよい。

　１　　　　　　　エア駆動式アクチュエータ
　１０　　　　　　シリンダ
　１０ａ　　　　　ロッド側の端部
　１０ａａ　　　　フランジ部
　１０ｂ　　　　　ヘッド側の端部
　１１　　　　　　閉塞壁
　１２　　　　　　周側壁
　１２ａ　　　　　内壁面
　１２ｂ　　　　　外壁面
　１３　　　　　　ピストン往復動空間
　１４　　　　　　拡大径部
　１４ａ、１４ｂ　面
　１５　　　　　　ロッド側エアポート（エアポート）
　１５ａ　　　　　下穴
　１５ａａ　　　　貫通部
　１５ａｂ　　　　未貫通部
　１５ａｃ　　　　開口
　１５ｂ　　　　　タップ穴
　１６　　　　　　ヘッド側エアポート（エアポート）
　１６ａ　　　　　下穴
　１６ｂ　　　　　タップ穴
　１７　　　　　　ストッパ
　２０　　　　　　ピストン
　２１　　　　　　ピストンロッド
　２２　　　　　　ピストンヘッド
　２２ａ　　　　　シール用Ｏリング
　３０　　　　　　ハウジング
　３０ａ　　　　　端部
　３０ａａ　　　　フランジ部
　３１　　　　　　駆動空間
　４０　　　　　　ハウジングキャップ
　４１　　　　　　ストッパ
　５０　　　　　　ピストンロッドガイド
　５１　　　　　　貫通孔
　５２　　　　　　シール部材
　６０　　　　　　回転変換機構
　６１　　　　　　ピン
　６２　　　　　　スコッチヨーク
　６３　　　　　　シャフト（出力軸）
　１００　　　　　バルブ
　２００　　　　　スピードコントローラ

Claims

　少なくとも一つのエアポートをピストンロッドガイドを設けてピストンロッドが引き出されるロッド側の端部に設け、前記エアポートを通してエアを吸排気することによってピストンが往復動するピストン往復動空間を内部に形成されたシリンダを有するエア駆動式アクチュエータにおいて、
　前記シリンダが、前記ピストンの往復動方向で前記ピストンロッドガイドに隣接した領域に内径を拡大して設けた拡大径部を有し、
　前記ロッド側の端部に設けたエアポートが、前記ピストンの往復動方向で径方向のロッド側の一部を重ねて前記拡大径部に連通することによって前記シリンダ内に貫通する貫通部と、前記拡大径部に前記径方向の一部を重ねないことによって前記シリンダ内に貫通しない未貫通部とを含む下穴を有することを特徴とするエア駆動式アクチュエータ。
　前記拡大径部が、内径を前記ピストンの往復動方向で前記ピストンロッドの引出し側から引込み側に向けて漸次拡大して設けられた請求項１に記載のエア駆動式アクチュエータ。
　前記ピストンの往復動を回転動に変換して出力軸に伝える回転変換機構が設けられた駆動空間を有しており、前記ロッド側の端部から前記シリンダに連結するハウジングを有し、
　前記出力軸とバルブ用ステムとを連結した状態でバルブに搭載して用いる請求項１又は請求項２に記載のエア駆動式アクチュエータ。
　少なくとも一つのエアポートをピストンロッドガイドを設けてピストンロッドが引き出されるロッド側の端部に設け、前記エアポートを通してエアを吸排気することによってピストンが往復動するピストン往復動空間を内部に形成されたシリンダを有するエア駆動式アクチュエータの製造方法において、
　前記ピストンの往復動方向で前記ピストンロッドガイドに隣接した領域に内径を拡大した拡大径部を有する前記シリンダを設けるステップと、
　前記ピストンの往復動方向で径方向のロッド側の一部を重ねて前記拡大径部に連通することによって前記シリンダ内に貫通する貫通部と、前記拡大径部に前記径方向の一部を重ねないことによって前記シリンダ内に貫通しない未貫通部とを含む穴を前記ロッド側の端部のエアポートの下穴として形成するステップとを含むことを特徴とするエア駆動式アクチュエータの製造方法。
　前記シリンダの周側壁の前記ロッド側の端部には、該端部以外の前記周側壁の部分よりも外径側に張り出したフランジ部が設けられ、
　前記拡大径部は、当該フランジ部に設けられるとともに、この拡大径部の最外径位置が前記フランジ部以外の前記周側壁の外壁面よりも外径側に位置するように設けられ、
　前記エアポートの前記下穴の前記未貫通部は、前記フランジ部以外の前記周側壁の外壁面と略同じかそれよりも浅い位置までの深さである請求項１に記載のエア駆動式アクチュエータ。
　前記貫通部が前記ロッド側に設けられ、
前記未貫通部が前記貫通部よりも前記ロッド側から離れた側に設けられている請求項１に記載のエア駆動式アクチュエータ。
　少なくとも一つのエアポートをピストンロッドガイドを設けてピストンロッドが引き出されるロッド側の端部に設け、前記エアポートを通してエアを吸排気することによってピストンが往復動するピストン往復動空間を内部に形成されたシリンダを有するエア駆動式アクチュエータにおいて、
　前記シリンダが、前記ロッド側の端部を該端部以外の部分よりも外径側に張り出したフランジ部と、該フランジ部に内径を拡大して設けた拡大径部とを有し、
　前記シリンダが、
　前記ロッド側の端部に設けたエアポートが、前記フランジ部にその少なくとも一部を重ねるように設けられるとともに、前記拡大径部と連通する貫通孔を有していることを特徴とするエア駆動式アクチュエータ。