WO2023243452A1

WO2023243452A1 - アクチュエータ、開閉弁機構および流体制御装置

Info

Publication number: WO2023243452A1
Application number: PCT/JP2023/020735
Authority: WO
Inventors: 奨之落部; 昭一永嶋; 知宏中田; 伸夫中村
Original assignee: 藤倉コンポジット株式会社; 株式会社フジキン
Priority date: 2022-06-16
Filing date: 2023-06-05
Publication date: 2023-12-21
Also published as: TW202403189A

Abstract

本発明は、ケーシングの内部に配置される複数の組立体がこれらの組立体のみで軸方向に重ねられて並べられているアクチュエータに比べて、応答性に優れるアクチュエータおよび開閉弁機構の提供を目的とする。　本発明のアクチュエータ１０は、ケーシング２０と、その内部に配置され、長穴ＬＨおよび複数の排気孔ＥＨが形成されている軸体３０と、複数の排気孔ＥＨに対応してそれぞれ並べられている複数の組立体４０であって、それぞれはパーティション体４２とピストン体４４とを有し、各パーティション体４２は軸体３０を貫通させつつその全周に亘ってケーシング２０の内周面に当接し、各ピストン体４４は軸体３０を貫通させて、各パーティション体４２とともに閉空間を形成する複数の組立体４０と、ピストン体４４Ｈを上端側から下端側に付勢する付勢体５０と、軸体３０の開口部と反対側に連結されているプッシュロッド６０と、を備え、開閉弁機構１１０は、アクチュエータ１０と、弁体７０とボディ８０を有し、流体の連通および遮断を制御する機能を有する。

Description

アクチュエータ、開閉弁機構および流体制御装置

　本出願は、出願日を２０２２年６月１６日とする日本国出願である、特願２０２２－０９７６７８号に基づく優先権を主張する。当該日本国出願は、その全体が参照によって本出願に取り込まれる。

　本発明は、アクチュエータ、開閉弁機構および流体制御装置に関する。

　特許文献１には、その図２、図４等に示されるように、シリンダ体と、複数のピストン体と、複数のパーティションと、コイルばねと、プッシュロッドとを備える多段ピストンアクチュエータおよびこの多段ピストンアクチュエータを有する開閉弁機構が開示されている。

　複数のピストン体のそれぞれは、シリンダ体に嵌まる各パーティションと組み合わされていて、両者の間に圧力室を形成している。各ピストン体は、受圧板部と、この受圧板部から厚み方向の一方に延び、圧力室に連通する軸エア通路を有する軸棒と、厚み方向の他方に延びる摺動案内筒状部とを有している。各パーティションは、隣接するピストン体の軸棒を受け入れる貫通孔が形成された底板部と、この底板部から厚み方向の一方に延びシリンダ体に嵌まる大径最外筒状部と、厚み方向の一方に延びピストン体の摺動案内筒状部に摺動自在に嵌合する摺動案内筒状部とを有しており、各ピストンとで、シリンダ体の軸方向に沿って重なるように並ぶ各ユニットを構成している。コイルばねは、複数のユニットとシリンダ体の一端壁との間に圧縮されて配置されている。プッシュロッドは、複数のユニットの軸方向の他端側に配置されている。

　この多段ピストンアクチュエータは、以上のような構成を有することにより、シリンダ体の内部に外部からの圧縮空気が供給されると、コイルばねからのばね圧力に抗する圧力が各圧力室に及ぼされ、各ピストン体の軸棒が互いに機械的に接触してプッシュロッドに出力を及ぼす。

特許第６１７０６３５号公報

　特許文献１に開示されている多段ピストンアクチュエータでは、それぞれ各ピストン体と各パーティションとで構成される複数のユニットがこれらのユニットのみでその軸方向に重ねられ、上端側でコイルばねに付勢されて、ケーシングの内部に配設されている。この多段ピストンアクチュエータは、外部からケーシングに供給された駆動流体が一のユニットの圧力室に送り込まれた直後に、当該一のユニットに駆動流体の流路方向下流側で隣接する他のユニットのピストン体が、一のユニットのピストン体から軸方向に離れる虞がある。この動きに伴い、ピストン体は最上端に位置するものから順々に駆動流体の流路方向上流側に移動することとなる。これによって、ピストン体が一体で動く場合と比較して、最下端に位置するピストン体が上昇し、弁が開状態となるまでに時間を要してしまう。以上の結果、特許文献１に開示されている多段ピストンアクチュエータは、開指示を受けてから、実際に弁開するまでのタイムラグが長くなり、応答性に悪影響を及ぼす。

　本発明は、ケーシングの内部に配置される複数の組立体がこれらの組立体のみで軸方向に重ねられて並べられているアクチュエータに比べて、応答性に優れるアクチュエータおよびこのアクチュエータを含む開閉弁機構の提供を目的の1つとする。

　第１態様のアクチュエータは、
　外部から駆動流体が導入される導入孔が一端側に形成されているケーシングと、
　該ケーシングの内部に該ケーシングの軸方向に沿って配置され、前記導入孔と同方向で開口し前記軸方向に沿う長穴および該長穴に連通し前記軸方向に沿って定められた間隔で並ぶ複数の排気孔が形成され、前記導入孔から導入される駆動流体を該長穴の開口から導入し前記複数の排気孔から排出する軸体と、
　中央に第１の貫通孔が形成された円盤体および該円盤体の周縁から立設し、前記ケーシングの内周面に当接する外側円筒体を形成したパーティション体と、
　前記第１の貫通孔に挿通される、中央に第２の貫通孔が形成されている棒状筒体を有するピストン体とからなり、前記ケーシング内部で前記複数の排気孔に対応する複数の位置に、それぞれ並べられる複数の組立体と、
　前記ケーシングの内部に配置される付勢体と、
　を備え、
　前記複数の組立体における各パーティション体は隣接する他のパーティション体と前記軸方向で前記外側円筒体端面と円盤体とが当接し、各ピストン体は隣接する他のピストン体と前記軸方向で前記棒状筒体同士が当接し、
　各ピストン体は前記第２の貫通孔に前記軸体を当接可能に貫通させて、各パーティション体とともに前記複数の排気孔の各位置で各排気孔に連通する閉空間を形成するとともに、
　最一端側または最他端側に配置されているピストン体のいずれか一方は前記軸体と連結し、
　前記付勢体は前記軸体と連結しているピストン体を駆動流体の圧力に抗する向きに付勢する。

　第２態様のアクチュエータは、
　第１態様のアクチュエータであって、
　前記最一端側のピストン体における前記第２の貫通孔の他端側内周面には、めねじが形成されており、
　前記軸体の一端側の外周面には、おねじが形成されており、
　前記最一端側ピストン体は、前記めねじと前記おねじとがねじ締めされることで、前記軸体に連結されている。

　第３態様のアクチュエータは、
　第１態様または第２態様のアクチュエータであって、
　前記軸体における前記軸方向の他端側の部分は、前記軸方向の一端側に向く環状平面および前記棒状筒体と同じ外径の外周面を有する円柱体を有し、
　前記円柱体は、前記複数の組立体を構成するすべてのピストン体のうち前記軸方向の最他端側のピストン体を前記環状平面で支持しつつ、前記複数の組立体のうち前記軸方向の最他端側の組立体とともに前記閉空間を形成する。

　第４態様のアクチュエータは、
　第３態様のアクチュエータであって、
　前記軸方向の他端側の部分は、連結部を有する。

　第１態様の開閉弁機構は、
　第１～第５態様のいずれか一態様のアクチュエータを有する。

　第２態様の開閉弁機構は、
　第１態様の開閉弁機構であって、
　前記連結部に連結されるベローズ構造を有する。

　一態様の流体制御装置は、
　第１態様または第２態様の開閉弁機構を含む。

　第１態様～第４態様のアクチュエータ、当該アクチュエータを有する開閉弁機構および当該開閉弁機構を含む流体制御装置は、上記構成のアクチュエータを有するため、ケーシングの内部に配置される複数の組立体がこれらの組立体のみで軸方向に重ねられて並べられているアクチュエータに比べて、応答性に優れるアクチュエータ、開閉弁機構および流体制御装置となる。

本発明の実施の形態（以下、本実施形態という。）の常閉弁の開弁駆動用のアクチュエータの図であって、ケーシングの内部に駆動流体が導入されていない状態（ゼロストローク時）の縦断面図である。図１の破線Ａで囲まれた部分の拡大図である。本実施形態のアクチュエータの複数の組立体のそれぞれが有するパーティション体の上面図である。図３Ａのパーティション体をその軸を含む切断線(IIIＢ)で切断した縦断面図である。本実施形態のアクチュエータの複数の組立体のそれぞれが有するピストン体の底面図である。図４Ａのピストン体をその軸を含む切断線(IVＢ)で切断した縦断面図である。本実施形態のアクチュエータの図であって、ケーシングの内部に外部から駆動流体が導入された状態（フルストローク時）の縦断面図である。図５の破線Ｂで囲まれた部分の拡大図である。本実施形態のアクチュエータを含む開閉弁機構の縦断面図である。本実施形態の開閉弁機構を含む流体制御装置の外観斜視図である。比較形態のアクチュエータの隣接する２つの組立体の図であって、ケーシングの内部への駆動流体の導入の前後における当該２つのピストン体の縦断面図である。

≪概要≫
　以下、本実施形態およびその複数の変形例について説明する。まず、本実施形態について説明する。次いで、複数の変形例について説明する。本明細書では、異なる実施形態等で参照する各図面において、同等の機能を有する構成要素に対して同じ符号を付する点に留意されたい。また、便宜上、図面の上方向を上端側、下方向を下端側として説明する。

≪本実施形態≫
　以下、本実施形態の機能および構成、動作並びに効果について、図面を参照しつつこれらの記載順で説明する。

＜本実施形態のアクチュエータの機能および構成＞
　図１は、本実施形態のアクチュエータ１０の図であって、ケーシング２０の内部に駆動流体が導入されていない状態（ゼロストローク時）の縦断面図である。図２は、図１の破線Ａで囲まれた部分の拡大図である。図３Ａはアクチュエータ１０の複数の組立体４０のそれぞれが有するパーティション体４２の上面図であり、図３Ｂは図３Ａのパーティション体４２をその軸を含む切断線(IIIＢ)で切断した縦断面図である。図４Ａは複数の組立体４０のうちケーシング２０の軸方向の最も上端側の組立体４０Ａ以外の組立体４０Ｂ～Ｆが有するピストン体４４の底面図であり、図４Ｂは図４Ａのピストン体４４をその軸を含む切断線(IVＢ)で切断した縦断面図である。図５は、アクチュエータ１０の図であって、ケーシング２０の内部に外部から駆動流体が導入されている状態（フルストローク時）の縦断面図である。図６は、図５の破線Ｂで囲まれた部分の拡大図である。

　本実施形態のアクチュエータ１０は、図１、図５等に示されるように、ケーシング２０と、軸体３０と、複数の組立体４０と、コイルばね５０（付勢体の一例）と、プッシュロッド６０とを備えている。そして、本実施形態のアクチュエータ１０は、外部から駆動流体が導入されることにより、軸体３０をゼロストローク時の位置（図１参照）からフルストローク時の位置（図５参照）に移動させることに伴いプッシュロッド６０を移動させる機能を有する。
　以下、アクチュエータ１０について、前述の構成要素ごとに分けて説明する。

〔ケーシング〕
　本実施形態のケーシング２０は、図１および図５に示されるように、一例として筒状の部品である。

　ケーシング２０は、一例として、自身の軸（図中において符号Ｏを付して表記）に対してほぼ対象な形状である。ケーシング２０は、その上端（図中において符号＋は軸方向上端側の意味）から下端（図中において符号－は軸方向下端側の意味）に亘って貫通している貫通孔が形成されている。また、貫通孔が形成されるケーシング２０は、ケーシングの内部に、軸体３０、複数の組立体４０、コイルばね５０およびプッシュロッド６０を定められた位置関係で配置させるために、後述する構造となるような形状を有する。

　ここで、ケーシング２０を便宜的に、ケーシング上部２２、ケーシング下部２４、および、ケーシング上部２２とケーシング下部２４とを繋ぐケーシング中間部２６に分けると、ケーシング上部２２、ケーシング中間部２６、ケーシング下部２４は、それぞれ以下の機能を発揮するための構造を有する。

　ケーシング上部２２の上端側には、図１および図５に示されるように、ケーシング２０の内部に駆動流体を導入する導入孔２２Ａが形成されている。また、ケーシング上部２２の下端側には、後述するコイルばね５０を収容する凹部が形成されている。

　ケーシング下部２４は、軸体３０の一部が摺動(滑動)可能に挿通されるように、プッシュロッド６０が配置されるように、また、複数の組立体４０のうち最も軸方向下端側に配置されている組立体４０Ｆが有するパーティション体４２Ｆに軸方向で当接するように構成されている。ここで、パーティション体４２Ｆに当接する部分は、環状の平面２４Ａである。また、後述するボディ８０と螺合するためのおねじが貫通孔２４Ｂよりも下端側の外周面に形成されている。

　ケーシング中間部２６は、軸体３０の一部および複数の組立体４０が配置されるように構成されている。

〔軸体〕
　本実施形態の軸体３０は、図１および図５に示されるように、ケーシング２０の軸方向に沿って、ケーシング２０の内部に配置されている。軸体３０は、中心に上端から下端側に軸方向に延びる長穴ＬＨが形成されている。また、軸体３０の周壁には、長穴ＬＨに連通し軸方向に沿って定められた間隔で並ぶ複数の排気孔ＥＨが形成されている。ここで、本実施形態では、複数の排気孔ＥＨの数は、一例として、後述する組立体４０の数と同じ６個である。
　軸体３０は、外部からケーシング２０の内部に導入された駆動流体を後述する各閉空間ＥＲに排気する機能と、他の構成要素の動作に伴い軸方向に移動してプッシュロッド６０を移動させる機能とを有する。

　軸体３０は、軸体上部３２、軸体下部３４、および、軸体上部３２と軸体下部３４とを繋ぐ軸体中間部３６とで一体的に構成されている。

　軸体上部３２は、軸方向に貫通孔を有し、外周面におねじ３２Ａが形成された円筒体である。軸体上部３２の貫通孔は、長穴ＬＨの一部に相当する。

　軸体下部３４は、軸方向上端側で開口する穴と、複数の排気孔ＥＨのうち最下端側排気孔ＥＨとが形成された円柱体である。ここで、軸方向上端側で開口している穴は、長穴ＬＨの最下端に相当し、長穴ＬＨはその底面の位置で、最下端側排気孔ＥＨに連通する。軸体下部３４の上端部の外径は、各パーティション体４２の貫通孔４２ｄ（第１の貫通孔の一例）に嵌合するように設計されている。また、軸体下部３４の上端部の外径は、各ピストン体４４の棒状筒体４４ｂの外径と同等に設計されている。なお、軸体下部３４は、後述する軸体中間部３６との境界において段差を形成している。ここで、軸体下部３４における軸体中間部３６との境界部分を環状平面３４Ａとし、外周面を外周面３４Ｂとする。また、軸体下部３４の下端部は、上端部よりも外径の小さい円柱体であり、プッシュロッド６０を軸体３０に連結させるためおねじが形成された連結部３４Ｃが形成されている。

　軸体中間部３６は、軸方向に貫通孔を有し、その軸方向の上端で軸体上部３２、下端で軸体下部３４に繋がっている円筒体である。軸体中間部３６には、複数の排気孔ＥＨのうちの軸体下部３４に形成された１つの排気孔ＥＨ以外の残りすべての排気孔ＥＨ（本実施形態の場合は５つの排気孔ＥＨ）が形成されている。軸体中間部３６は、各ピストン体４４と隙間を設けて、各ピストン体４４の貫通孔４４ｄ（第２の貫通孔の一例）を貫通するように設計されている。

〔複数の組立体〕
　本実施形態の複数の組立体４０のそれぞれ（後述する、組立体４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ、４０Ｆ）は、図１および図５に示されるように、ケーシング２０の内部において、互いに軸方向に沿って重なるように並べられている。

　ここで、図１および図５に示されるように、軸方上端側から下端側に亘って並ぶ複数（合計６個）の組立体４０のそれぞれを、便宜上、組立体４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ、４０Ｆとする。組立体４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ、４０Ｆは、それぞれ、同形状である、パーティション体４２およびピストン体４４を有する。これに対して、組立体４０Ａは、他の組立体４０同形状のパーティション体４２と異形状のピストン体４４Ｈを有する。
　まず、互いに同形状かつ同構成である、組立体４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ、４０Ｆについて説明し、次いで、組立体４０Ａについて説明する。

〈互いに同形状かつ同構成である、組立体４０Ｂ～Ｆ〉
　本実施形態の組立体４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ、４０Ｆは、図１～図６に示されるように、それぞれ、パーティション体４２と、ピストン体４４と、小径Ｏリング４６と、大径Ｏリング４８とを有し、互いに嵌め合わされて組立体を構成している。

（パーティション体）
　各パーティション体４２は、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、円盤体４２ａと、外側円筒体４２ｂと、内側円筒体４２ｃとを有する。
　円盤体４２ａの中央には、貫通孔４２ｄが形成されている。円盤体４２ａの外径は、ケーシング２０のケーシング中間部２６の内径とほぼ同径に設計されている。
　外側円筒体４２ｂは、円盤体４２ａの全外周縁から円盤体４２ａの厚み方向の一方（本実施形態の場合は軸方向上端側）に突出し、ケーシング２０のケーシング中間部２６の内周面にほぼ当接している。また、外側円筒体４２ｂには、その壁を貫通する切り欠き４２ｅが形成されている。切り欠き４２ｅは、ピストン体４４が上昇する際に、ピストン体４４の上面にある空気を排気する機能を有する。
　内側円筒体４２ｃは、貫通孔４２ｄと外側円筒体４２ｂとの間に配置され、円盤体４２ａから外側円筒体４２ｂと同方向に突出している。内側円筒体４２ｃの突出高さは、外側円筒体４２ｂの突出高さよりも低く設計されている。

　複数のパーティション体４２は、図１に示されるように、ケーシング２０の軸方向の下端側の平面２４Ａに当接され、かつ、軸方向の上端側からピストン体４４Ｈを介してコイルばね５０により付勢された状態で、一のパーティション体４２が有する円盤体４２ａの厚み方向の他方側の面の全外周縁部分に、隣接する他のパーティション体４２の外側円筒体４２ｂの先端部を当接させて、ケーシング２０の軸方向に沿って配設されている。

（ピストン体）
　各ピストン体４４は、図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、対向体４４ａと、棒状筒体４４ｂと、嵌り筒体４４ｃとを有する。
　対向体４４ａは、円盤状で、中央に貫通孔４４ｄが形成され、ケーシング２０の軸方向において円盤体４２ａおよび内側円筒体４２ｃに対向し、外側円筒体４２ｂに嵌合するように設計されている（図１、図２、図５および図６参照）。
　棒状筒体４４ｂは、対向体４４ａの貫通孔４４ｄから対向体４４ａの厚み方向における円盤体４２ａ側と反対側（本実施形態の場合はケーシング２０の軸方向の上端側）に突出し、その内径は、軸体３０の外周面とは当接しないように設計されている。また、棒状筒体４４ｂの周壁の一部には、対応する軸体３０の排気孔ＥＨから排気される駆動流体を閉空間ＥＲに送り込むための貫通孔４４ｆが形成されている。図４Ａおよび図４Ｂでは、貫通孔４４ｆを２方向に示したが、３方向、４方向等に形成されているとしてもよい。
　嵌り筒体４４ｃは、貫通孔４４ｄと対向体４４ａの全外周縁との間に配置され、対向体４４ａから対向体４４ａの厚み方向における円盤体４２ａ側に突出し、内側円筒体４２ｃに摺動自在に嵌合するように設計されている。嵌り筒体４４ｃの突出高さは、一例として、内側円筒体４２ｃの突出高さと同等に設計されている。
　なお、図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、嵌り筒体４４ｃには、軸体３０の各排気孔ＥＨから排気される駆動流体を通過させる通過溝４４ｅが形成されている。

　各ピストン体４４は、図１に示されるように、一のピストン体４４が有する対向体４４ａの厚み方向の他方側の面の全内周縁部分に、隣接する他のピストン体４４の棒状筒体４４ｂの先端部を当接させて、ケーシング２０の軸方向に沿って並べられている。また、各ピストン体４４は、図１および図２に示されるように、各パーティション体４２にケーシング２０の軸方向の上端側から嵌め込まれている。そして、一の組立体４０が有するピストン体４４は、当該一の組立体４０（一例として組立体４０Ｃ）におけるケーシング２０の軸方向の上端側に隣接する他の組立体４０（一例として組立体４０Ｂ）に、ケーシング２０の径方向でオーバーラップしている。

　なお、複数の組立体４０Ｂ～Ｆのうちケーシング２０の軸方向の最下端側に配置されている組立体４０Ｆのピストン体４２Ｆは、図１および図５に示されるように、軸体３０の軸体下部３４の環状平面３４Ａで支持されつつ、組立体４０Ｆは、軸体下部３４とともに閉空間ＥＲを形成している。

（小径Ｏリングおよび大径Ｏリング）
　小径Ｏリング４６は、図１、図２等に示されるように、一の組立体４０（一例として組立体４０Ｂ）が有するパーティション体４２の内側円筒体４２ｃと、当該一の組立体４０（組立体４０Ｂ）におけるケーシング２０の軸方向の下端側に隣接する他の組立体４０（一例として組立体４０Ｃ）が有するピストン体４４の棒状筒体４４ｂとの間に嵌め込まれ、内側円筒体４２ｃと棒状筒体４４ｂとを封止している。
　大径Ｏリング４８は、図１、図２等に示されるように、一の組立体４０（一例として組立体４０Ｂ）が有するパーティション体４２の外側円筒体４２ｂと、当該一の組立体４０（組立体４０Ｂ）が有するピストン体４４の嵌り筒体４４ｃとの間に嵌め込まれ、外側円筒体４２ｂと嵌り筒体４４ｃとを封止している。
　小径Ｏリング４６と大径Ｏリング４８とは、それらの組立体４０（一例として組立体４０Ｂ）が有するパーティション体４２およびピストン体４４と、当該一の組立体４０（組立体４０Ｂ）に隣接する他の組立体４０（一例として組立体４０Ｃ）が有するピストン体４４とで、閉空間ＥＲを形成している。

〈組立体４０Ａ〉
　次に、本実施形態の組立体４０Ａについて、主に図１を参照しながら説明する。組立体４０Ａは、パーティション体４２と、ピストン体４４Ｈ（最上端側ピストン体の一例）と、小径Ｏリング４６と、大径Ｏリング４８とを有し、互いに嵌め合わされて組立体を構成している。ここで、パーティション体４２、小径Ｏリング４６および大径Ｏリング４８は、組立体４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ、４０Ｆのそれぞれと同形状である。

（異形状のピストン体）
　本実施形態のピストン体４４Ｈは、図１および図５に示されるように、組立体４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ、４０Ｆのピストン体４４と形状が異なる。より具体的には、ピストン体４４Ｈは、対向体４４ａと、棒状筒体４４Ｌと、嵌り筒体４４ｃとを有する。ピストン体４４Ｈにおける、ピストン体４４と異なる部分は、ピストン体４４の棒状筒体４４ｂが棒状筒体４４Ｌに変更されている点である。

　棒状筒体４４Ｌは、棒状筒体４４ｂよりも長く、棒状筒体４４ｂよりも周壁の厚みが厚く外径も大きい。
　棒状筒体４４Ｌには、その軸に沿って上端から下端に亘って貫通孔ＨＸが形成されており、上端側で導入孔２２Ａ、下端で軸体３０の長穴ＬＨに連通しつつ、下端側で軸体３０に連結されている。

　棒状筒体４４Ｌの貫通孔ＨＸにおける下端側（軸体３０側）の内周面には、めねじＨＹが形成されている。そして、ピストン体４４は、めねじＨＹと、軸体３０の軸体上部３２の外周面に形成されているおねじ３２Ａとがねじ締めされることで、軸体３０に連結されている。

　このように、最上端のピストン体４４Ｈが軸体３０と螺合により連結され、最下端のピストン体４４が軸体３０の軸体下部３４の環状平面３４Ａで支持され、一のピストン体４４が有する対向体４４ａの厚み方向の他方側の面の全内周縁部分に、隣接する他のピストン体４４の棒状筒体４４ｂの先端部を当接させている構成を採用することで、軸体３０から駆動流体が圧力室に導入され弁開方向に移動する際、複数のピストン体４４は離れることなく軸体３０と一体で動く。

〔コイルばね〕
　本実施形態のコイルばね５０は、図１および図５に示されるように、ケーシング２０のケーシング上部２２に形成されている凹部とピストン体４４Ｈの対向体４４ａ間に自然長よりも圧縮された状態で配設され、ピストン体４４Ｈを上端側から下端側に付勢する機能を有する。具体的に、コイルばね５０は、ピストン体４４Ｈが有する対向体４４ａに当接してピストン体４４Ｈを付勢している。

〔プッシュロッド〕
　本実施形態のプッシュロッド６０は、軸体３０におけるケーシング２０の軸方向の下端に配置され、軸体３０の軸方向の移動に伴い移動可能に構成されている。本実施形態では、プッシュロッド６０は、一例として軸体３０の軸体下部３４の連結部３４Ｃにねじ締めにより連結されている。

＜本実施形態のアクチュエータを含む開閉弁機構の機能および構成＞
　図７は、本実施形態のアクチュエータを含む開閉弁機構１１０の縦断面図である。本実施形態のアクチュエータを含む開閉弁機構１１０ (以下、開閉弁機構１１０と記載する)は、前述したアクチュエータ１０と、弁体７０と、ボディ８０とを有する。

〔弁体７０〕　弁体７０は、図７に示されるようなベローズ構造を有し、弁体７０は、溶接ベローズ７１、ディスクパッキン７２を備える。

　溶接ベローズ７１は、ステム７１Ａと、ベローズフランジ７１Ｂと、ベローズ７１Ｃとを図７に示すように溶接したものであり、ステム７１Ａの上端部には、プッシュロッド６０の下端部とネジ締めして連結されるおねじが形成されており、ステム７１Ａの下端部には、ディスクパッキン７２の上端部を収容するための凹部が形成されている。

　ディスクパッキン７２は、その上端部がステム７１Ａの下端の凹部にカシメ等の手段によって固定され、下端部は、後述するボディ８０に形成されている流路の開口部と全周に亘って当接または離間し、流路内を通過する流体を連通または遮断させる機能を有する。

〔ボディ８０〕
　ボディ８０は、図７に示されるように、複数の流路が形成されたブロック状の部材であり、流体が流入する流入路、および、流出する流出路を画定している。各流路の一方側は、ボディ８０の下端側で開口し、他方は、後述する収容凹部で開口し互いに連通している。当該収容凹部の内周面には、ケーシング下部２４のおねじと螺合するめねじが形成され、アクチュエータ１０をベローズフランジ７１Ｂを介して締め付けることによりボディ８０に固定される。また、ボディ８０の長手方向の両端部には、締結ボルトを挿通するための貫通孔が形成されている。

　つまり、開閉弁機構１１０は、アクチュエータ１０中のプッシュロッド６０下端部が弁体７０の上端部と螺合により連結され、また、ボディ８０に形成されている収容凹部とアクチュエータ１０が螺合し連結されて、後述するアクチュエータ１０の動作に伴って、弁体７０が昇降することで、ボディ８０に形成されている流体流路を連通、閉止し、流体の供給、遮断の制御を行う。

　本実施形態では、弁体がベローズ構造のものを示したが、これに限定されず、例えばダイヤフラム等を用いてもよい。また、弁体７０はプッシュロッド６０にねじ締めにより連結される構成としたが、プッシュロッド６０を配設せず、軸体下部３４の連結部３４Ｃにめねじを形成し、そこにステム７１Ａの上端部のおねじが連結する構成としてもよい。

＜本実施形態のアクチュエータおよび開閉弁機構動作＞
　次に、本実施形態のアクチュエータ１０および開閉弁機構１１０の動作について、図１、図５および図７を参照しながら説明する。ここで、アクチュエータ１０のケーシング２０に形成されている導入孔２２Ａには、制御装置（図示省略）により制御されて駆動流体を供給する外部装置が取り付けられている。また、制御装置は、定められた周期で、オン信号－オフ信号の矩形状のパルス信号を出力し、オン信号が出力されている期間に外部装置に駆動流体を供給させ、オフ信号が出力されている期間に外部装置から駆動流体を供給させないようになっている。

　初期状態（ゼロストローク状態）のアクチュエータ１０は、図１に示されるとおりである。この状態では、組立体４０Ａのピストン体４４Ｈおよび組立体４０Ｂ～Ｆの各ピストン体４４のそれぞれは、各移動可能位置のうち軸方向の最も下端側に位置している。

　まず、制御装置が外部装置にパルス信号を出力し、外部装置にオン信号が入力されると、ケーシング２０の導入孔２２Ａには外部装置から駆動流体が導入される。導入孔２２Ａに導入された駆動流体は、ピストン体４４Ｈの貫通孔ＨＸを流れて、更に、軸体３０の長穴ＬＨに導入される。長穴ＬＨに供給された駆動流体は、長穴ＬＨに連通している複数の排気孔ＥＨから複数の組立体４０に形成されている各閉空間ＥＲに排気される。各閉空間ＥＲに排気された駆動流体は、通過溝４４ｅを通過して各閉空間ＥＲの全体に供給される。

　各排気孔ＥＨから駆動流体が排気される時間が長くなるにつれて各閉空間ＥＲ内の圧力が上昇する。その結果、組立体４０Ａのピストン体４４Ｈおよび組立体４０Ｂ～Ｆの各ピストン体４４のそれぞれは、それぞれの閉空間ＥＲからケーシング２０の軸方向の下端側から上端側に向く力を受ける。そして、その力がピストン体４４Ｈを軸方向の上端側から付勢するコイルばね５０の付勢力およびすべての小径Ｏリング４６および大径Ｏリング４８から受ける摩擦力を超えると、ピストン体４４Ｈおよび組立体４０Ｂ～Ｆの各ピストン体４４は、軸方向の下端側から上端側に移動する。これに伴い、ピストン体４４Ｈに連結されている軸体３０もピストン体４４Ｈとともに移動する。その結果、軸体３０に連結されているプッシュロッド６０もピストン体４４Ｈとともに移動する。図５は、各閉空間ＥＲに定められた量の駆動流体が導入された結果、ピストン体４４Ｈおよび組立体４０Ｂ～Ｆの各ピストン体４４、軸体３０並びにプッシュロッド６０が、各移動可能位置のうち軸方向の最も上端側に位置している状態（フルストローク状態）でのアクチュエータ１０を示している。

　プッシュロッド６０の移動に伴って、溶接ベローズ７１およびディスクパッキン７２が軸方向の下端側から上端側に移動する。この動きにより、ボディ８０の収容凹部に形成されている流体流路が連通し、流体が流通する。

　次に、制御装置が外部装置に出力するパルス信号をオフ信号に切り替えると、ケーシング２０の導入孔２２Ａには外部装置から駆動流体の供給が停止される。これに伴い、各閉空間ＥＲには、各排気孔ＥＨから駆動流体が供給されなくなる。各閉空間ＥＲの内部の駆動流体は、外部装置から駆動流体が導入される際と同じ流路を通って、外部に排出される。そして、各閉空間ＥＲの圧力の減少と、コイルばね５０の付勢力によって、アクチュエータ１０は、図５のフルストローク状態からゼロストローク状態となる。

　この動作に伴って、溶接ベローズ７１およびディスクパッキン７２が軸方向の上端側から下端側に移動し、ボディ８０の収容凹部に形成されている流体流路を閉止する。よって、流体が遮断される。

＜開閉弁機構を含む流体制御装置＞
　図８は、開閉弁機構１１０を含む流体制御装置２００の外観斜視図である。図８に示すように、流体制御装置２００には、金属上のベースプレートと、幅方向に沿って配列され、長手方向に延びるレール部材が設けられている。このレール部材には、複数の継手ブロックを介して本発明の開閉弁機構１１０を含む流体制御機器が設置され、複数の継手ブロックによって、上流側から下流側に向かって流体が流通する流路がそれぞれ形成されている。
　ここで、流体制御機器とは、流体の流れを制御する流体制御装置に使用される機器であって、流体流路を画定するボディ８０を備える、具体的には、開閉弁機構１１０、レギュレータ１１０Ｂ、プレッシャーゲージ１１０Ｃ、開閉弁(３方弁)１１０Ｄ、マスフローコントローラ１１０Ｅ等が含まれるが、これらに限定されるわけではない。

＜本実施形態のアクチュエータおよび開閉弁機構の効果＞
　次に、本実施形態のアクチュエータ１０および開閉弁機構１１０の効果について図面を参照しながら説明する。

〔第１の効果〕
　本効果は、複数のピストン体４４が軸体３０に当接することなく軸体３０と一体的に配置され、ケーシング２０の軸方向に並べられている構成による効果である。

　例えば、前述の先行技術文献の構成の場合、複数の組立体（パーティションとピストン体とを含む組み合わせ）は、各ピストン体を構成する筒状の軸棒を軸方向に並べて配置することで、各組立体に駆動流体が導入される圧力室（本実施形態における閉空間に相当）を形成する構成（以下、比較形態という。）を採用している（図９参照）。すなわち、この比較形態のアクチュエータは、それぞれ各ピストン体と各パーティションとで構成される複数の組立体がこれらの組立体のみでその軸方向に重ねられ、上端側でコイルばねに付勢されて、ケーシング体の内部に配置されている。

　前述したように、比較形態のアクチュエータの場合、外部からケーシング体に導入された駆動流体が一の組立体の圧力室に送り込まれた直後に、当該一の組立体のピストン体が他の組立体のピストン体から離れて、各ピストン体がこれらの並び順に持ち上がる、つまり、複数のピストン体が一体で持ち上がらない虞がある（図９参照）。その結果、ケーシングに駆動流体を導入してからプッシュロッドがフルストローク状態になるまでにタイムラグが生じる。

　これに対して、本実施形態の場合、複数のピストン体４４の最上端側ピストン体４４Ｈが軸体３０に螺合により固定され、最下端側ピストン体４４が軸体下部３４の上端面に当接し、各ピストン体も軸方向で当接し、軸体３０と複数のピストン体は一体的にケーシング２０の軸方向に並べられている（図１、図２、図５および図６参照）。そのため、本実施形態の場合、一のピストン体４４が離れて動くことがない。
　したがって、本実施形態のアクチュエータ１０によれば、比較形態に比べて、応答性に優れる（ケーシング２０に駆動流体を動入してからプッシュロッド６０がフルストローク状態になるまでの時間が短い）。

　また、前述のとおり、比較形態のアクチュエータは、各ピストン体の筒状の軸棒が軸方向に並べて配置されて駆動流体のエア流路を構成することで、各組立体に駆動流体が導入される圧力室を形成する構成を採用している（図９参照）。各ピストン体は、各軸棒の加工精度、寸法ばらつき等の機械的公差に起因して、各軸エア通路同士の軸が機械的公差分ずれる虞がある。そして、このようなずれが駆動流体の流路抵抗となると、その分、各圧力室に駆動流体が到達するまでの時間が遅くなる。
　これに対して、本実施形態の場合、そもそも、各閉空間ＥＲに駆動流体を通過させるための流路において、比較形態のような流路抵抗の増加が生じることがない。
　したがって、本実施形態のアクチュエータ１０によれば、比較形態に比べて、応答性の個体ばらつきが少ない。

　また、前述のとおり、比較形態のアクチュエータは、各ピストン体を構成する筒状の軸棒を軸方向に並べて配置することで、各組立体に駆動流体が導入される圧力室を形成する構成を採用している。すなわち、比較形態の各軸棒には、軸方向の流路としての機能と、軸方向に移動する軸体としての機能とが課せられている。ここで、アクチュエータに要求される応答性を向上させるためには、例えば、各軸棒のエア通路の断面（流路面積）を大きくすることが好ましい。しかしながら、各軸棒のエア通路の断面を大きくするほど、換言すれば各軸棒の周壁が薄くするほど、小径Ｏリング４６に反力を及ぼしつつ自身の形状を保ち難くなる。その結果、各軸棒は、軸方向に沿って安定して移動することが難しくなる。
　これに対して、本実施形態のアクチュエータ１０では、軸方向における流路としての機能を各ピストン体４４ではなく軸体３０に持たせている（図２、図６等参照）。つまり、本実施形態の場合、各圧力室に導入される駆動流体のエア通路としての機能を各ピストン体４４ではなく別部材の軸体３０に持たせていることから、比較形態の場合に生じ得る上記の課題が起こらない。
　したがって、本実施形態のアクチュエータ１０によれば、比較形態に比べて、各ピストン体４４、４４Ｈが軸方向への移動が安定し易い。これに伴い、本実施形態のアクチュエータ１０によれば、比較形態に比べて、各組立体４０の耐久性が高い。

〔第２の効果〕
　本効果は、ピストン体４４Ｈを軸体３０に連結させたことによる効果である。
　図１および図５に示されるように、棒状筒体４４Ｌの貫通孔ＨＸにおける下端側（軸体３０側）の内周面には、めねじＨＹが形成されている。そして、棒状筒体４４Ｌは、めねじＨＹと、軸体３０の軸体上部３２の外周面に形成されているおねじ３２Ａとがねじ締めされることで、軸体３０に連結されている。
　したがって、本実施形態のアクチュエータ１０によれば、ピストン体４４Ｈを軸体３０に連結させるための部品等（例えば、ねじ、ねじ穴等）を用いることなくかつ流路抵抗を上昇させることなく、ピストン体４４Ｈを軸体３０に連結することができる。

〔第３の効果〕
　本効果は、プッシュロッド６０が軸体３０に連結されていることによる効果である。
　前述の先行技術文献の構成の場合、プッシュロッドは複数の組立体の一部に固定されていない。そのため、プッシュロッドは、この構成のアクチュエータの動作に起因して軸方向の定められた位置から他の定められた位置には移動できるが、その逆はできない。
　これに対して、本実施形態のアクチュエータ１０では、図１および図５に示されるように、プッシュロッド６０が軸体３０の連結部３４Ｃに連結されている。
　したがって、本実施形態のアクチュエータ１０によれば、プッシュロッド６０を軸体３０の両軸方向の移動に伴い移動させることができる。

〔第４の効果〕
　本効果は、複数の組立体４０がそれぞれ軸体３０を貫通して一体的に並べられていることの効果である。
　前述のとおり、比較形態のアクチュエータは、各ピストン体を構成する軸棒を軸方向に連結させる構成を採用している（図９参照）。そのため、各軸棒の加工精度、寸法ばらつき等の機械的公差に起因して、一のピストン体が自身に隣接し自身の先端が嵌め込まれるパーティションの軸からずれながら軸方向に移動する虞がある。その結果、一のピストン体と当該パーティションとに挟まれている小径Ｏリングは、このずれに起因して周方向の偏った部分のみが変形し形状に癖がついてしまう。
　これに対して、本実施形態の場合、複数の組立体４０がそれぞれ軸体３０を貫通して一体的に並べられている構成を採用しているため（図１及び図５参照）、そもそも、比較形態の場合に生じ得る上記のずれの問題が発生しない又はし難い。
　したがって、本実施形態のアクチュエータ１０によれば、比較形態に比べて、小径Ｏリング４６及び大径Ｏリング４８が偏って変形し難い。これに伴い、本実施形態のアクチュエータ１０は、比較形態に比べて、各組立体４０が壊れ難い（高耐久性を有する）。

〔その他の効果〕
　また、本実施形態のアクチュエータ１０を用いた開閉弁機構１１０において、プッシュロッド６０に、弁体７０を連結させているため、プッシュロッド６０と同様に軸体３０の両軸方向の移動に伴い弁体７０を移動させることができる効果を有する。
　また、アクチュエータ１０を用いた開閉弁機構１１０として、プッシュロッド６０を配設しない構成も実施可能であり、この場合、軸体下部３４に弁体７０が連結可能な連結部３４Ｃを設計し、アクチュエータ１０の動作に伴って弁体が動作する構成としておけば、第３の効果と同様の効果を得ることができる。

≪複数の変形例≫
　以上のとおり、本発明について前述の実施形態を一例として説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲には、例えば、後述する複数の変形例も含まれる。

　例えば、本実施形態では、複数の組立体４０の個数は例として６個であるとして説明した。しかしながら、複数の組立体４０の個数は６個でなくてもよい。例えば、２個～５個、７個以上であってもよい。

　また、例えば、本実施形態では、プッシュロッド６０はケーシング２０の内部に収容されているとして説明した。しかしながら、プッシュロッド６０は、ケーシング２０の外部に配置されていてもよい。また、そもそも、プッシュロッド６０は、アクチュエータ１０の構成要素でなくても、弁体７０がアクチュエータ１０の動作に伴って流路を連通もしくは遮断することができればよい。

　また、例えば、本実施形態では、ケーシング２０の軸方向の上端側にコイルばね５０が配置されているとした。しかしながら、コイルばね５０をケーシング２０の軸方向の下端側に配置し、複数の組立体４０を軸方向に逆向きの姿勢で配置するようにして変形してもよい。これにより、本実施形態のアクチュエータ１０とは、ゼロストローク位置とフルストローク位置とが逆になるアクチュエータ（図示省略）に変形することができる。

　また、例えば、本実施形態では、各組立体４０は、小径Ｏリング４６および大径Ｏリング４８を備えているとして説明した。しかしながら、ケーシング２０の内部に、パーティション体４２Ｆとピストン体４４とを利用して複数の閉空間ＥＲを形成することができれば、小径Ｏリング４６および大径Ｏリング４８の一方または両方はなくてもよい。例えば、小径Ｏリング４６および大径Ｏリング４８の一方または両方を断面が矩形のゴムリングにしてもよい。

　また、例えば、本実施形態では、軸体３０の外径とピストン体４４の棒状筒体４４ｂの内径は当接しないように設計し、複数の組立体４０は軸体３０に当接することなく軸体３０と一体的に配置されているとした。しかしながら、対応する軸体３０の排気孔ＥＨと棒状筒体４４ｂに形成されている貫通孔４４ｆが径方向で重なり、駆動流体が各閉空間ＥＲに導入されさえすれば、軸体３０とピストン体４４は嵌合していてもよく、嵌合していることにより、軸体３０とピストン体４４が一体的に動きやすくなるので、より応答性に優れたアクチュエータとなる。

１０          アクチュエータ
２０          ケーシング
２２          ケーシング上部
２２Ａ        導入孔
２４          ケーシング下部
２４Ａ        平面（当接面の一例）
２４Ｂ        貫通孔
２６          ケーシング中間部
３０          軸体
３２          軸体上部
３２Ａ        おねじ
３４          軸体下部（円筒体の一例）
３４Ａ        環状平面
３４Ｂ        外周面
３６          軸体中間部
４０          組立体
４０Ａ        組立体
４０Ｂ        組立体
４０Ｃ        組立体
４０Ｆ        組立体
４２          パーティション体
４２Ｆ        パーティション体（最下端側パーティション体の一例）
４２ａ        円盤体
４２ｂ        外側円筒体
４２ｃ        内側円筒体
４２ｄ        貫通孔（第１の貫通孔の一例）
４２ｅ        切り欠き
４４          ピストン体
４４Ｈ        ピストン体（最上端側ピストン体の一例）
４４Ｌ        棒状筒体
４４ａ        対向体
４４ｂ        棒状筒体
４４ｃ        嵌り筒体
４４ｄ        貫通孔（第２の貫通孔の一例）
４４ｅ        通過溝
４４ｆ        貫通孔
４６          小径Ｏリング
４８          大径Оリング
５０          コイルばね（付勢体の一例）
６０          プッシュロッド
１１０        開閉弁機構
７０          弁体
７１          溶接ベローズ
７１Ａ        ステム
７１Ｂ        ベローズフランジ
７１Ｃ        ベローズ
７２          ディスクパッキン
８０          ボディ
２００        流体制御装置
２１０        ガスライン
２２０        ブロック状継手
１１０Ｂ      レギュレータ
１１０Ｃ      プレッシャーゲージ
１１０Ｄ      開閉弁（３方弁）
１１０Ｅ      マスフローコントローラ
ＥＨ          排気孔
ＥＲ          閉空間
ＨＸ          貫通孔（第３の貫通孔の一例）
ＨＹ          めねじ
ＬＨ          長穴

Claims

　外部から駆動流体が導入される導入孔が一端側に形成されているケーシングと、
　該ケーシングの内部に該ケーシングの軸方向に沿って配置され、前記導入孔と同方向で開口し前記軸方向に沿う長穴および該長穴に連通し前記軸方向に沿って定められた間隔で並ぶ複数の排気孔が形成され、前記導入孔から導入される駆動流体を該長穴の開口から導入し前記複数の排気孔から排出する軸体と、
　中央に第１の貫通孔が形成された円盤体および該円盤体の周縁から立設し、前記ケーシングの内周面に当接する外側円筒体を形成したパーティション体と、
　前記第１の貫通孔に挿通される、中央に第２の貫通孔が形成されている棒状筒体を有するピストン体とからなり、前記ケーシング内部で前記複数の排気孔に対応する複数の位置に、それぞれ並べられる複数の組立体と、
　前記ケーシングの内部に配置される付勢体と、
　を備え、
　前記複数の組立体における各パーティション体は隣接する他のパーティション体と前記軸方向で前記外側円筒体端面と円盤体とが当接し、各ピストン体は隣接する他のピストン体と前記軸方向で前記棒状筒体同士が当接し、
　各ピストン体は前記第２の貫通孔に前記軸体を当接可能に貫通させて、各パーティション体とともに前記複数の排気孔の各位置で各排気孔に連通する閉空間を形成するとともに、
　最一端側または最他端側に配置されているピストン体のいずれか一方は前記軸体と連結し、
　前記付勢体は前記軸体と連結しているピストン体を駆動流体の圧力に抗する向きに付勢する、
　アクチュエータ。
　前記最一端側のピストン体における前記第２の貫通孔の他端側内周面には、めねじが形成されており、
　前記軸体の一端側の外周面には、おねじが形成されており、
　前記最一端側ピストン体は、前記めねじと前記おねじとがねじ締めされることで、前記軸体に連結されている、
　請求項１に記載のアクチュエータ。
　前記軸体における前記軸方向の他端側の部分は、前記軸方向の一端側に向く環状平面および前記棒状筒体と同じ外径の外周面を有する円柱体を有し、
　前記円柱体は、前記複数の組立体を構成するすべてのピストン体のうち前記軸方向の最他端側のピストン体を前記環状平面で支持しつつ、前記複数の組立体のうち前記軸方向の最他端側の組立体とともに前記閉空間を形成する、
　請求項１に記載のアクチュエータ。
　前記軸方向の他端側の部分は、連結部を有する、請求項３に記載のアクチュエータ。
　請求項１～４のいずれか一項に記載のアクチュエータを有する開閉弁機構。
　前記連結部に連結されるベローズ構造を有する、請求項５に記載の開閉弁機構。
　請求項６に記載の開閉弁機構を含む、流体制御装置。