(57)【要約】ピストンの往復運動時に、ピストン自体が軸方向や回転方向に傾く現象を防止し、ピストンの安定した往復運動を長期に亘り維持することができ、さらに、シリンダーとピストンとのシール性の確認検査を簡易に、しかも短時間で確実に検査を行なうことができると共に、作動検査、外部リーク検査を同時に行なうことができる空気圧アクチュエータを提供すること。シリンダー２と、該シリンダー２内に回動可能に配設された出力軸５と、該出力軸５に設けたピニオン４と、該ピニオン４と噛合するラック歯７を設けたピストンロッド８と、該ピストンロッド８の両端に設けたピストン６，６とから成る空気圧アクチュエータ１において、前記シリンダー２と前記ピストン６により囲繞された圧力検査室１３と、該圧力検査室１３と外部とを連通する圧力検出孔１４を設けた空気圧アクチュエータである。
2003106846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダーと、該シリンダー内に回動可能に配設された出力軸と、該出力軸に設けたピニオンと、該ピニオンと噛合するラック歯を設けたピストンロッドと、該ピストンロッドの両端に設けたピストンとから成る空気圧アクチュエータにおいて、前記シリンダーと前記ピストンにより囲繞された圧力検査室と、該圧力検査室と外部とを連通する圧力検出孔を設けたことを特徴とする空気圧アクチュエータ。
【請求項２】
前記圧力検査室の内圧を検出するための圧力センサーを圧力検査室又は圧力検出孔に設けた請求の範囲第１項に記載の空気圧アクチュエータ。
【請求項３】
シリンダーと、該シリンダー内に回動可能に配設された出力軸と、該出力軸に設けたピニオンと、該ピニオンと噛合するラック歯を設けたピストンロッドと、該ピストンロッドの両端に設けたピストンとから成る空気圧アクチュエータにおいて、前記シリンダーの内径をＤとし、前記ピストンの中心線と前記ピニオンの中心線との離間距離をｅとした場合、０．２Ｄ＜ｅ＜０．３５Ｄとすることにより、ピストンの中心線とラック歯のピッチ線とを一致させたことを特徴とする空気圧アクチュエータ。
【請求項４】
シリンダーと、該シリンダー内に回動可能に配設された出力軸と、該出力軸に設けたピニオンと、該ピニオンと噛合するラック歯を設けたピストンロッドと、該ピストンロッドの両端に設けたピストンとから成る空気圧アクチュエータにおいて、ピストンロッドのラック歯の上下にリブを設け、このリブの端部を、出力軸の外周に当接したことを特徴とする空気圧アクチュエータ。
【請求項５】
上部のリブに、ラック歯が視認可能な開口部を設けた請求の範囲第４項に記載の空気圧アクチュエータ。
【請求項６】
シリンダーと、該シリンダー内に回動可能に配設された出力軸と、該出力軸に設けたピニオンと、該ピニオンと噛合するラック歯を設けたピストンロッドと、該ピストンロッドの両端に設けたピストンとから成り、スプリングを有する単作動型の空気圧アクチュエータにおいて、スプリングを圧縮するスプリングリテーナにリテーナガイドを設け、このリテーナガイドによってスプリングリテーナを案内自在に設け、リテーナガイドにストッパボルトを装入したことを特徴とする空気圧アクチュエータ。
【請求項７】
前記リテーナガイドを円筒状とした請求の範囲第６項に記載の空気圧アクチュエータ。
【請求項８】
シリンダーと、該シリンダー内に回動可能に配設された出力軸と、該出力軸に設けたピニオンと、該ピニオンと噛合するラック歯を設けたピストンロッドと、該ピストンロッドの両端に設けたピストンとから成り、スプリングを有する単作動型の空気圧アクチュエータにおいて、スプリングを収納する円筒状スプリングケースの外周面に通気孔を設けたことを特徴とする空気圧アクチュエータ。
【請求項９】
前記請求項８におけるスプリングケースにフランジ部側面を設け、この側面にアクチュエータ本体の圧力給排口と圧力給排室を連通する連通孔の端部を閉塞する閉塞部を突設し、この閉塞部に隣接して前記連通孔を配置した空気圧アクチュエータ。
【請求項１０】
前記通気孔に、アクチュエータ下方方向に開口部を有するエルボを取付けた請求の範囲第８項又は第９項に記載の空気圧アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、圧縮空気によって発生した直線運動（往復運動）を回転運動に変換して出力軸を回動させる空気圧アクチュエータに関し、特に、略９０°の回転によりボールやジスク等の弁体を開閉するためのボールバルブ、バタフライバルブその他の回転弁に適用される空気圧アクチュエータに関する。
背景技術
従来より、バルブ用空気圧アクチュエータは、直線運動（往復運動）を回転運動に変換するための運動変換機構を内蔵し、この運動変換機構によって変換された出力軸の回転力を、この出力軸と連結したステムに伝達して、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁の弁体を開閉駆動する構造を採用しており、このアクチュエータに内蔵される運動変換機構には、スコッチヨーク式、ラックピニオン式等が知られているが、特に、小型のアクチュエータには、ラックピニオン式が多く採用されている。
ところで、このラックピニオン式の構造は、通常、シリンダー内にピニオンを設けた出力軸を回動可能に配設し、シリンダー内に一対のピストンを往復運動可能に設け、このピストンにそれぞれラックを設け、このラックとピニオンとを噛合わせてピストンの往復運動を回転運動に変換させるようにしている。
ところが、前記ラックピニオン式の空気圧アクチュエータにおいては、ピストンの作動時の傾きをピニオン及びピストンのラックの有効径を基準にして、ピストンの外径とシリンダーの内径の摺動面で規制しているのが通常であり、特に、ピストンの往復運動時にピストン自体が軸方向や回転方向に傾く現象が生じるため、ピストンが破損したり、ピストンの摺動面がカジリ等の原因により、出力効率を低下させる等の問題を有していた。
これらの問題点に対応した従来技術として次のものが提案されている。特開昭５３−１０３９１５号公報（以下、特許文献１という）には、ピストンの往復運動時の傾き現象を防止する構造として、ピニオンと噛合するラック歯を設けたピストンロッドの両端にピストンを設け、ラック歯の支持部分に取り付けた走行路に対して、シャフトにキーを用いて固着した環体を転がり接触させて課題点に対応したものがある。
また、実用新案登録第２５６１３６２号公報（以下、特許文献２という）には、ラック面の長手方向に沿ってガイドレールを設け、このガイドレールを出力軸の外周面に案内自在に配置したアクチュエータが知られている。
上記の何れの公報も、圧縮空気と圧縮ばねを動力源としバルブを開閉させるようにしたアクチュエータにおいて、ピストン自体が軸方向や回転方向に傾く現象を軽減することを可能にした技術であるが、特許文献１に記載の技術ではラックと接触するための環体部品が必要であることに加え、出力軸がシリンダ中心に対して偏心している構造のアクチュエータの場合、上記環体はアクチュエータのシリンダ内径に干渉してしまい、これを避けるために上記環体に替えて特殊形状の接触部材を用いなければならない。
また、特許文献２に記載の技術ではラックを支持するガイドレールをアクチュエータボディに固定する必要であるなど、部品点数が増え、アクチュエータの構造が複雑なものとなっていた。
更に、高出力のスプリングリターン型アクチュエータの場合には、圧縮ばねは寸法が大きくその弾発力も大きいものとなるが、圧縮ばねは螺旋状に形成されているから、その伸縮に伴って圧縮ばねの端部がばね径の円周方向に後退する作用が顕著になる。その上、圧縮ばねの端部はピストンに押圧されているから、圧縮ばね端部の後退作用に伴ってピストンが回転し、ピストンに一体に設けられたラックが傾いて、出力軸に一体に設けられたピニオンに片当たりし、アクチュエータの寿命を短くする恐れがあった。
特許文献２には、圧縮ばねを収納しているシリンダの端部に一体に設けられた閉塞板に、圧縮ばねの伸縮に伴って、上記シリンダ内に空気を取り入れたり、シリンダから空気を外部に放出したりする通気孔を設けている。
この通気孔は、圧縮ばねの端部を避けた位置に設けられているが、アクチュエータを小型化する場合には、圧縮ばねの端部が通気孔を塞ぐ恐れがあるばかりでなく、アクチュエータが屋外で用いられるような場合にはこの通気口から雨水等が浸入する恐れがあった。
本発明は、従来の課題点に鑑みて開発したものであり、その目的とするところは、ピストンの往復運動時に、ピストン自体が軸方向や回転方向に傾く現象を防止し、ピストンの安定した往復運動を長期に亘り維持することができ、さらに、シリンダーとピストンとのシール性の確認検査を簡易に、しかも短時間で確実に検査を行なうことができると共に、作動検査、外部リーク検査を同時に行なうことができる空気圧アクチュエータを提供することにある。
更に、複作動型のアクチュエータにおいても、アクチュエータの分解時に圧縮ばねが飛び出すことのない構造で、圧縮ばね収容側でもアクチュエータの開度調整が可能であり、圧縮ばねを収容したシリンダ内に雨水等が浸入することなく通気孔を設けることができ、且つアクチュエータ外形からの突出部が少ない空気圧アクチュエータを提供することにある。
発明の開示
上記の目的を達成するため、本発明は、シリンダーと、該シリンダー内に回動可能に配設された出力軸と、該出力軸に設けたピニオンと、該ピニオンと噛合するラック歯を設けたピストンロッドと、該ピストンロッドの両端に設けたピストンとから成る空気圧アクチュエータにおいて、前記シリンダーと前記ピストンにより囲繞された圧力検査室と、該圧力検査室と外部とを連通する圧力検出孔を設けた空気圧アクチュエータである。また、本発明は、前記圧力検査室の内圧を検出するための圧力センサーを圧力検査室又は圧力検出孔に設けたものである。
また、他の発明は、シリンダーと、該シリンダー内に回動可能に配設された出力軸と、該出力軸に設けたピニオンと、該ピニオンと噛合するラック歯を設けたピストンロッドと、該ピストンロッドの両端に設けたピストンとから成る空気圧アクチュエータにおいて、前記シリンダーの内径をＤとし、前記ピストンの中心線と前記ピニオンの中心線との離間距離をｅとした場合、０．２Ｄ＜ｅ＜０．３５Ｄとすることにより、ピストンの中心線とラック歯のピッチ線とを一致させた空気圧アクチュエータである。
更に他の発明は、シリンダーと、該シリンダー内に回動可能に配設された出力軸と、該出力軸に設けたピニオンと、該ピニオンと噛合するラック歯を設けたピストンロッドと、該ピストンロッドの両端に設けたピストンとから成る空気圧アクチュエータにおいて、ピストンロッドのラック歯の上下にリブを設け、このリブの端部を、出力軸の外周に当接した空気圧アクチュエータであり、上部のリブに、ラック歯が視認可能な開口部を設けたものである。
更に他の発明は、シリンダーと、該シリンダー内に回動可能に配設された出力軸と、該出力軸に設けたピニオンと、該ピニオンと噛合するラック歯を設けたピストンロッドと、該ピストンロッドの両端に設けたピストンとから成り、スプリングを有する単作動型の空気圧アクチュエータにおいて、スプリングを圧縮するスプリングリテーナにリテーナガイドを設け、このリテーナガイドによってスプリングリテーナを案内自在に設け、リテーナガイドにストッパボルトを装入した空気圧アクチュエータであり、前記リテーナガイドを円筒状としている。
更に他の発明は、シリンダーと、該シリンダー内に回動可能に配設された出力軸と、該出力軸に設けたピニオンと、該ピニオンと噛合するラック歯を設けたピストンロッドと、該ピストンロッドの両端に設けたピストンとから成り、スプリングを有する単作動型の空気圧アクチュエータにおいて、スプリングを収納する円筒状スプリングケースの外周面に通気孔を設けた空気圧アクチュエータである。また、前記スプリングケースにフランジ部側面を設け、この側面にアクチュエータ本体の圧力給排口と圧力給排室を連通する連通孔の端部を閉塞する閉塞部を突設し、この閉塞部に隣接して前記連通孔を配置したものであり、また、前記通気孔に、アクチュエータ下方方向に開口部を有するエルボを取付けた空気圧アクチュエータである。
本発明によると、ピストンの中心線とラック歯のピッチ線とを一致させた状態で、ラック歯とピニオンとを噛合させることができるので、ピストンの安定した往復運動を長期に亘り維持することができる。
更に、シリンダー内に圧力検査室を設け、検査時には、この圧力検査室の内圧を圧力検出孔を介して検出することで、多くの手間、時間を要していたシリンダーとピストンとのシール性の確認検査を簡易にし、しかも短時間で確実な検査を行なうことができると共に、作動検査、外部リーク検査を同時に行なうことができ、検査作業を行う作業者の負担を軽減することができる。
更に、圧力センサーの取付設置により、シリンダーとピストンとのシール性に異常を検知したとき、遠隔地に知らせることが可能となった。
更に、自動操作運転中においても、シリンダーとピストンとのシール性の検査を行なうことができる。
更に他の発明によると、ラック歯を設けたピストンロッドは、出力軸あるいは出力軸外周に装着された円筒状スラスト軸受にガイドされて回転しようとするのが防がれ、ピストンロッドとピニオンとの偏当たり現象を防いでピストンの往復運動を一層安定させることができる。また、製品の組込時において、ラック歯とピニオンとの噛合を目視により容易に確認でき確実に噛合させることができ、組立作業を容易かつ確実に行うことができる。
また、単作動型の空気圧アクチュエータであっても、複作動型の空気圧アクチュエータの場合と同様にピストンの往復運動を安定させることができ、この場合、複作動型のシリンダーをそのまま共用できる。更に、円筒状のリテーナガイドを用いた場合には、作動が安定化し、組立が容易となる。また、高出力のアクチュエータとしても使用できる。
更に、スプリングケースの外周面に通気孔を設けていることにより、この通気孔が塞がれるおそれがなく、更には、雨水等の浸入を防いでこの通気孔の通気性を維持することができる。また、連通孔の端部を閉塞する閉塞部を突設し、この閉塞部に隣接して通気用エルボを配設するようにすれば、このエルボの損傷を防ぐことができる。
さらに、シリンダー、ピストン、ピストンロッド等をアルミダイカスト製にすることにより、大幅な軽量化が可能となる。
発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に設述するために、添付の図面によってこれを説明する。
本発明における実施例を第１図及び第２図に示す。本発明における空気圧アクチュエータ１は、アルミダイカスト製であり、単一部品であるシリンダー２と、該シリンダー２の両端をＯリング１５ａ、１５ａでシールしながらそれぞれ被蓋するエンドカバー３，３と、ピニオン４を一体又は別体に設けた出力軸５と、該出力軸５を挟んだ対向位置に設けた一対のアルミダイカスト製のピストン６，６と、該一対のピストン６，６を両端に設けると共に、前記ピニオン４と噛合するラック歯７を形成したアルミダイカスト製のピストンロッド８と、前記ピストン６の外方向側面６ａを内壁とする圧力給排室９，１０と、該圧力給排室９，１０と連通孔９ａ，１０ａを介してそれぞれ連通した圧力給排口１１，１２と、前記シリンダー２の内周面２ａと前記一対のピストン６，６の内方向側面６ｂ，６ｂにより、囲繞された圧力検査室１３と、該圧力検査室１３と外部とを連通する圧力検出孔１４とから構成されている。
前記一対のピストン６には、装着溝６ｃおよび６ｄが形成されており、装着溝６ｃにＯリング１５ｂを装着し、装着溝６ｄにはピストンベアリング１６を装着して、シリンダー２の内周面２ａに摺動可能に設けている。
該一対のピストン６，６は、シリンダー２内に回動可能に配設された出力軸５を挟んだ対向位置に設け、このピストン６，６はピストンロッド８の両端に一体又は別体に設けている。
本実施例においては、ピストン６は、ボルト１９によりＯリング１５ｃを介してピストンロッド８に固定しており、この固定面は、第２図においてボルト１９の中心軸を中心に上下対称としているので、ピストン６に偏荷重がかかることなく、摺動時のピストン６の傾き現象を防止することができる。
該ピストンロッド８には、ラック歯７を形成して設けており、該ラック歯７と前記出力軸５に一体又は別体に設けたピニオン４とを噛合させている。
このとき、第２図に示すように、前記シリンダー２の内径をＤとし、前記ピストン６の中心線６ｆと前記ピニオン４の中心線４ａとの離間距離をｅとした場合、０．２Ｄ＜ｅ＜０．３５Ｄとすることにより、ピストン６の中心線６ｆとラック歯７のピッチ線７ａとを一致させた状態で、前記ラック歯７と前記ピニオン４とを噛合させている。
アクチュエータの出力が大きく、ピストン６の動作、あるいはスプリングの後退作用が顕著になる場合には、第６図の他の発明に示すように、ラック上下の長手方向に、板状のリブ２８を延設したピストンロッド２６とする。ピストンロッド２６において、上部のリブ２８には、アクチュエータ組立ての際、ラック歯２７とピニオンとの噛合を目視により確認可能な開口部２９を設けている。
このピストンロッド２６はアルミダイキャスト製としており、上記リブ２８や開口部２９を容易に形成可能である。
前記シリンダー２の内周面２ａと、前記ピストン６のそれぞれの外方向側面６ａと、エンドカバー３とで囲繞された圧力給排室９，１０を設けており、該圧力給排室９，１０は、第３図に示すように、上下に平行配置された連通孔９ａ，１０ａを介して圧力給排口１１，１２とそれぞれ連通しており、該圧力給排口１１，１２の内面には、螺子部１１ａ，１２ａを形成している。
また、前記エンドカバー３は、ボルト孔縁部位を座面状３ａに形成しており、該座面状３ａを介して、六角ボルト１７を用いて前記シリンダー２に取付固定し、該エンドカバー３の中心には、ストッパボルト１８を設け、ピストン６とピストンロッド８を固定する固定ボルト１９に当接して、作動端の開度の微調整を行なう。
また、本実施例では、電磁弁の出力ポート（図示せず）は、前記圧力給排口１１，１２に図示しないＯリングを介して直接取付け、取付けネジ（図示せず）でシリンダー２の突設部（ポート部）２ｂに形成したネジ部２ｃに螺合して、電磁弁（図示せず）をシリンダー２に直接固定する構造となっている。
前記シリンダー２内には、該シリンダー２の内周面２ａと前記一対のピストン６，６の内方向側面６ｂ，６ｂにより、囲繞された圧力検査室１３を設けており、該圧力検査室１３は、圧力検出孔１４を介して圧力検出口２０と連通し、該圧力検出口２０は、シリンダー２の突設部２ｂに直接取り付ける前記電磁弁（図示せず）との干渉を避けるため、第３図に示すように、前記突設部２ｂより下方位置に設けている。
また、前記圧力検出孔１４に圧力センサー（図示せず）を取付けて、シリンダー２内の内圧を常時管理し、圧力漏洩を検知した際には、異常を知らせる信号を発信させるようにすることができる。
次に、実施例の作用を説明する。
第２図に示すように、矢印の実線で示すように、圧力給排口１１より連通孔９ａを介して圧力給排室９内に圧縮空気を供給することで、ピストン６とピストンロッド８がＡ方向へ摺動し、圧力給排室１０内の空気を圧力給排口１２より排出する。
この移動に伴って、前記ピストンロッド８に形成したラック歯７と噛合したピニオン４を時計方向に回動させるため、出力軸５に連結したボールバルブ等の弁体（図示せず）を略９０°回転させて弁体の開閉動作が行なわれる。
次いで、前記の状態から前記圧力給排室９内を排気に切り換えると同時に、矢印の鎖線で示すように、圧力給排口１２より連通孔１０ａを介して圧力給排室１０内に空気を供給することで、ピストン６とピストンロッド８がＢ方向へ摺動し、圧力給排室９内の空気を圧力給排口１１より排出する。
この移動に伴って、前記ピストンロッド８に形成したラック歯７と噛合したピニオン４を反時計方向に回動させるため、出力軸５に連結したボールバルブ等の弁体（図示せず）を略９０°回転させて弁体の開閉動作が行なわれる。
このとき、前記シリンダー２の内径をＤとし、前記ピストン６の中心線６ｆと前記ピニオン４の中心線４ａとの離間距離をｅとした場合、０．２Ｄ＜ｅ＜０．３５Ｄとした。
このように、０．２Ｄ＜ｅ＜０．３５Ｄとした限定理由は次のとおりである。
０．２Ｄを下回ると、ピニオン４に内挿される出力軸５の軸径が細くなってしまったり、出力軸５の略９０°回転に必要なラック歯７の歯数を確保することが難しくなってしまったりするなど、空気圧アクチュエータ１の駆動力の伝達に影響を及ぼしてしまうことが判明した。
一方、０．３５Ｄを上回ると、ピストンロッド８がシリンダー２内に組み込まれる際に、シリンダー２の内壁や、シリンダー２に挿入された出力軸５と一体となったピニオン４に干渉してしまい、これを回避するためには、シリンダー２の径を大きくしたり、ピニオン４の配置部のみを別部品として大きな空間を確保する必要があるなど、空気圧アクチュエータ１の大きさや部品点数に影響を及ぼしてしまうことが判明した。
そこで、ｅの値を前記範囲とすることにより、駆動力の伝達や組立て容易性にも配慮しつつ、シリンダー２の径を大きくしたり、シリンダー２の部品点数を増やすことなく、ピストン６の中心線６ｆとラック歯７のピッチ線７ａとを一致させた状態で、前記ラック歯７と前記ピニオン４とを噛合させたことで、摺動時のピストンの傾き現象を防止することを可能にしており、出力効率の低下を防止している。
前記したように、圧力給排室９，１０は、連通孔９ａ，１０ａを介して圧力給排口１１，１２とそれぞれ連通しており、該連通孔９ａ，１０ａを上下に平行配置することで、前記圧力給排口１１，１２から圧力給排室９，１０への空気供給路の長さを短くすることを可能にしている。
また、前記エンドカバー３のボルト孔縁部位を、エンドカバー３と一体に座面状３ａに形成することにより、固定ボルトとして、六角ボルト１７の使用が可能となり、また、座面状３ａの外径がボルトの六角対辺以内としているため、ボルト締め込み時に生じる座面の塗装の傷部分が露出することなく、且つ、座金を使用しなくても、座面と六角ボルト１７との接触面圧が高く維持されるため、ボルトの締め付け伝達トルクが低下することなく、締め付け状態を確実に維持している。
また、シリンダー２の両端に取付設置されたエンドカバー３，３は、同一形状であるため、共用することが可能であり、また、ストッパボルト１８を取り換えるだけで、開側・閉側のどちらも任意の開度での作動制限ができる。
即ち、中間開度調整が可能である。
また、前記シリンダー２の内周面２ａと前記一対のピストン６，６の内方向側面６ｂ，６ｂにより、囲繞された圧力検査室１３を設けており、検査時には、該圧力検査室１３の内圧を圧力検出孔１４を介して検出することで、圧力給排室９を構成するシリンダー２とピストン６、及び圧力給排室１０を構成するシリンダー２とピストン６のシール性を同時に検査することを可能にしている。
勿論、一方側のシリンダー２とピストン６のシール性を確認することもできる。
また、前記圧力検出孔１４に圧力センサー（図示せず）を取り付けることで、シリンダー２内の内圧を常時管理し、圧力漏洩を検知した際には、異常を知らせる信号を発信し、遠隔地へ知らせることができる。
本実施例においては、空気圧アクチュエータ１の組立後の作動検査、シリンダー２とピストン６とのシール性検査、及び外部リーク検査をする一例として、第４図に示すように、圧力流体（圧縮空気）のシリンダー２内への供給は、圧力給排口１１，１２から交互に行うことができ、また、同時供給もできると共に、圧力検出孔１４（圧力検出口２０）をシールすることができる構造から成る検査治具２１を用意して水没検査を行なう。
圧力流体（圧縮空気）の交互供給による作動検査、即ち、圧力給排口１１（又は１２）から連通孔９ａ（又は１０ａ）を介して圧力給排室９（又は１０）内に圧力流体を供給し、該圧力流体をピストン６に作用させ、シリンダー２内を正常に摺動可能であるかを確認した後、前記圧力供排口１１，１２から同時に圧力流体を供給し、圧力検査室１３の内圧を圧力検出孔１４を介して検出し、その測定値から前記圧力給排室９，１０を形成するシリンダー２とピストン６とのシール性を確認すると共に、同時に、シリンダー２、エンドカバー３、或いはその他部材の繋ぎめからの外部リークを確認する。
即ち、作動検査、シリンダー２とピストン６とのシール性検査、及び外部リーク検査を同時に行なうことを可能にしている。
アクチュエータ使用時には、第５図に示すように、圧力検出孔１４を、シールワッシャ３１を介してボルト３２により塞ぎ、圧力検査室１３を密閉空間とする。アクチュエータの分解時には、まずこのボルト３２を緩めることにより、仮に圧力検査室１３に圧力が内封された場合でも、これを除圧することができ、圧力検査室を大気圧とした状態で安全にアクチュエータの分解作業を行うことができる。
常時圧力検査を行なう場合は、前記圧力検出孔１４に圧力センサー（図示せず）を取付けて、シリンダー２内の内圧を常時管理し、圧力漏洩を検知した際には、異常を知らせる信号を発信して、遠隔地からの管理を可能にしている。
板状のリブ２８を延設したピストンロッド２６を用いる場合には、上記リブ２８の端面２８ａは、出力軸の外周、より好ましくは出力軸５の外周とシリンダ２との間に装着された円筒状の上部スラスト軸受３０ａ、下部スラスト軸受３０ｂからなるスラスト軸受３０（本実施例では金属製）の外周に当接させることができる。このスラスト軸受３０は、出力軸５の回転を円滑にするために出力軸５とシリンダ２との間に配置され、その形状も軸方向に長い円筒状であることから、本発明のアクチュエータのように、ピストン６の中心線とラック歯２７のピッチ線とが一致していることにより、シリンダ２の中心に対して出力軸５が偏心している構造であっても、ピストンロッド２６のガイド部品がシリンダ２の内径に接触することなく、ピストンロッド２６は円筒状スラスト軸受３０にガイドされ、その回転を防ぐことができ、ラックとピニオン機構による偏当たり現象を防ぐことができる。なお、リブ２８をピストンロッド２６の上下に設けることにより、後述する単作動型の空気圧アクチュエータにおいて、スプリングユニットをシリンダー２の左右どちらに配置しても、別途のピストンロッドを用いることなく、スプリングの圧縮に伴うピストンロッドの回転を防ぐことができる。
更に他の発明における空気圧アクチュエータの実施例を第８図に示す。図のように、スプリング２３を有する単作動型の空気圧アクチュエータ１Ａであってもよく、この場合、前記複作動型の空気圧アクチュエータ１の両端に取付設置された何れか一方のエンドカバー３を取り外し、カセット式スプリングユニット２２Ａを取付設置することで容易に変換することができる。
該単作動型の空気圧アクチュエータ１Ａにおいて、圧力給排口１２より連通孔１０ａを介して圧力給排室１０内に空気を供給することで、ピストン６とピストンロッド８がＢ方向へ摺動し、それに伴って、スプリング２３を圧縮しながら、圧力給排室９内の空気を圧力給排口１１より排出する。
この移動に伴って、前記ピストンロッド８に形成したラック歯７と噛合したピニオン４を反時計方向に回動させるため、出力軸５に連結したボールバルブ等の弁体（図示せず）を略９０°回転させて弁体の開閉動作が行なわれる。
前記圧力給排室１０内に充填された空気を電磁弁（図示せず）を介して外部に排出すると、圧縮された前記スプリング２３の反力でピストン６とピストンロッド８がＡ方向に押し戻され、ピニオン４を時計方向に回動させるため、出力軸５に連結したボールバルブ等の弁体（図示せず）を略９０°回転させて弁体の開閉動作が行なわれる。
このとき、前記した複作動型の空気圧アクチュエータ１と同様に、ピストン６の中心線６ｆとラック歯７のピッチ線７ａとを一致させた状態で、前記ラック歯７と前記ピニオン４とを噛合させているので、摺動時のピストン６の傾き現象を防止することが可能となり、出力効率の低下を防止している。
スプリング２３を収納する有底円筒状のスプリングケース３３には、スプリングケース３３の中心軸と同軸に、アクチュエータの開度調整用のストッパボルト１８を取り付けていると共に、このストッパボルト１８と同心円周上に位置するように複数本のリテーナボルト（六角穴付きボルト）３４を取り付け、このリテーナガイドであるリテーナボルト３４によってスプリングリテーナ３５を案内自在に設けている。
スプリングユニット部２２Ａの組立て時には、有底円筒状のスプリングケース３３の底面内面と複数段を有する筒状スプリングリテーナ３５の外端部位との間にスプリング２３を配置し、次いで、スプリングリテーナ３５を押してスプリング２３を圧縮した状態で、リテーナボルト３４をその頭の部分がピストン６側となる向きでスプリングリテーナ３５の内端部に設けられた挿入孔３５ａに挿入し、スプリングケース３３の底部内面に固定し、これをスプリングユニット部２２Ａとする。スプリング２３は、このスプリングユニット部２２Ａ内に若干圧縮された状態で保持されることから、このスプリング２３が飛び出すことはない。
スプリングユニット部２２Ａをシリンダ２に固定した場合には、スプリングリテーナ３５の外端部は、ピストン６の外方向周縁部内径に設けられた段部６ｅに当接する。なお、スプリング２３は更にやや圧縮された状態となる。
スプリングリテーナ３５の保持部材となる複数本のリテーナボルト３４群の内方に設けたストッパボルト１８は、アクチュエータの開度調整用であり、シリンダー２内に配置されたストッパボルト１８の端部を、リテーナボルト３４の頭部よりもシリンダー２の内方に突出させて、ピストン６に当接させることにより、リテーナボルトが干渉することなくアクチュエータの開度調整ができるようにしている。このストッパボルト１８は、所定の開度となるように位置を調節した後に、シールワッシャ３６を介してナット３７によりスプリングケース３３に固定する。
このように、スプリングユニット部２２Ａによりスプリング２３の飛び出しを防止しつつ、ストッパボルト１８によりアクチュエータの開度を調整可能としている。
２４は通気用エルボであり、この通気用エルボ２４は、その内部に略Ｌ形状の流路２４ａを有すると共に、有底円筒状のスプリングケース３３の円筒部外周面で且つ、フランジ部３ｂ´側面に突設され、アクチュエータ１Ａの圧力給排口１１、１２と圧力給排室９、１０を連通する連通孔９ａ、１０ａの端部を閉塞する閉塞部３ｃ´に隣接して配置するように取付けている。これにより、連通孔閉塞部３ｃ´は、連通孔９ａ（１０ａ）の端部を閉塞する機能を有することに加え、スプリングケース３３の外周に突出形成されることとなる通気用エルボ２４の損傷を防ぐ保護機能も有することとなる。この保護機能は、通気用エルボの垂直方向の断面積が、通気孔閉塞部３ｃ´面積以内とすることにより、より確実になる。
このように、スプリング２３の伸縮に伴って、上記シリンダ２内に空気を取り入れたり、シリンダ２から空気を外部に放出したりする通気孔部位を、有底円筒状のスプリングケース３３の円筒部外周面に設けることにより、アクチュエータをコンパクト化した場合でも、この通気孔部位がスプリング２３によって塞がれる恐れがない。
この通気用エルボ２４の開口部２４ｂは、アクチュエータ１Ａの下方に開口しているので、アクチュエータ１Ａを屋外で用いる場合であっても、開口部から雨水等が浸入するおそれがない。
なお、複作動型空気圧アクチュエータの場合には、図示しない４方もしくは５方電磁弁を介してアクチュエータに空気圧を供給し、この電磁弁に設けられているポートは、電磁弁への空気圧供給ポート１箇所、アクチュエータへの空気圧供給ポート２箇所、電磁弁からの排気ポート１箇所又は２箇所からなっている。
一方、本実施例のように単作動型の場合には、電磁弁には電磁弁への空気圧供給ポート１箇所、アクチュエータへの空気圧供給ポート１箇所、電磁弁からの排気ポート１箇所の３つのポートがあればよく、従って、この場合には単作動型のアクチュエータとの間に、アクチュエータへの空気圧供給ポート１箇所を塞ぐためのアダプタを介在させるか、別途３方電磁弁を用意する必要しなければならなかった。
本例においては、第８図に示すように、スプリングケース３３側への通気孔部位となる圧力給排気口１１をプラグ３９によって塞ぐことにより、アクチュエータと電磁弁との間にアダプタを設けたり、別途３方電磁弁を用意することなく、単作動型と複作動型で共通の４方もしくは５方電磁弁を用いることができる。
更に他の発明における空気圧アクチュエータの他の実施例を第１０図に示す。この場合、六角穴付きボルトからなるリテーナボルト３４の替わりに、一端にスプリング２３を圧縮するためのスプリングリテーナ３５を係止するための鍔部３８ａを有し、他端にスプリングケース３３に設けためねじ３３ａに螺合固定するためのおねじ部３８ｂを有する円筒状の軸となるボルト３８をリテーナガイドとしてスプリングリテーナ３５の軸芯位置に設け、このボルト３８にはストッパボルト１８を装入している。スプリングユニット部２２Ｂの組立てにはリテーナガイドとなるこのボルト３８を１個用いればよいことから、複数本のリテーナボルトを用いた図８の構造に比べて、スプリングユニット部２２Ｂの組立作業性が容易になることに加え、スプリング２３の伸縮に伴ってスプリングリテーナ３５が回転しても、この回転がボルト３８には伝わらない構造であることから、高出力のアクチュエータとして好適な構造である。
上記の単作動型の空気圧アクチュエータ１Ａ、１Ｂの出荷時における作動検査、シリンダー２とピストン６とのシール性検査、及び外部リーク検査は、前記した複作動型の空気圧アクチュエータ１と同様に行なわれるので説明を省略する。
また、定期的な検査についても、前記した複作動型の空気圧アクチュエータ１と同様に行なわれるので説明を省略する。
さらに、本発明の空気圧アクチュエータ１を構成する圧力検査室１３、圧力検出孔１４をスコッチヨーク式の空気圧アクチュエータ（図示せず）に設けることで、作動検査、シリンダーとピストンとのシール性検査、外部リーク検査を同様に行なうことができる。
産業上の利用可能性
本発明は、圧縮空気によって発生した直線運動（往復運動）を回転運動に変換して出力軸を回動させる空気圧アクチュエータに利用可能で、特に、略９０°の回転によりボールやジスク等の弁体を開閉するためのボールバルブ、バタフライバルブその他の回転弁に適用される空気圧アクチュエータに用いると、顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明における空気圧アクチュエータの一実施例を示した斜視図である。
第２図は、第１図の断面図である。
第３図は、圧力給排口と圧力検出孔（圧力検出口）の位置関係を示した正面図である。
第４図は、本発明における空気圧アクチュエータのポート部位と検査治具のポート部位の一部切欠き断面図である。
第５図は、第１図の空気圧アクチュエータの分解斜視図である。
第６図は、他の発明におけるピストンロッドの斜視図である。
第７図は、第２図におけるＡ−Ａ線断面図である。
第８図は、更に他の発明における空気圧アクチュエータの実施例を示した断面図である。
第９図は、第８図におけるスプリングケースの斜視図である。
第１０図は、更に他の発明における空気圧アクチュエータの他の実施例を示した断面図である。
第１１図は、第１０図におけるスプリングユニット部の分解斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年4月5日(2004.4.5)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】シリンダー内に一対のピストンを摺動可能に設け、前記一対のピストンが対向する内方向側面と前記シリンダーの内周面とを囲繞して圧力検査室を構成し、この圧力検査室内に配設した出力軸にピニオンを設け、このピニオンに噛合するラック歯をピストンロッドに設け、このピストンロッドの両端を前記一対のピストンの内方向側面に連結させて両者のピストン移動を出力軸の回転駆動に変換させると共に、前記圧力検査室と外部とを連通させる圧力検出孔を前記シリンダーに形成したことを特徴とする空気圧アクチュエータ。
【請求項２】前記圧力検査室の内圧を検出するための圧力センサーを圧力検査室又は圧力検出孔に設けた請求の範囲第１項に記載の空気圧アクチュエータ。
【請求項３】（削除）
【請求項４】（削除）
【請求項５】（削除）
【請求項６】（削除）
【請求項７】（削除）
【請求項８】（削除）
【請求項９】（削除）
【請求項１０】（削除）
【請求項１１】前記一対のピストンの中心線と前記ラック歯のピッチ線を一致させた請求の範囲第１項に記載の空気圧アクチュエータ。
【請求項１２】前記一対のピストンの外方向側面とシリンダーの内周面とこのシリンダーの両端に設けたエンドカバーとで囲繞された圧力給排室を設けた複作動型のアクチュエータである請求の範囲第１項に記載の空気圧アクチュエータ。
【請求項１３】前記一対のピストンのうち一方のピストンの外方向側面とシリンダーの内周面とシリンダーの端部に設けたエンドカバーとで囲繞して圧力給排室を設け、他方のピストンの外方向側面に装着したスプリングをシリンダーの他端部に設けたスプリングケース内に収納した単作動型のアクチュエータである請求の範囲第１項に記載の空気圧アクチュエータ。
【請求項１４】前記スプリングケースの外周面にスプリングケースの内外を連通させる連通孔を設けた請求の範囲第１３項に記載の空気圧アクチュエータ。




【国際調査報告】
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