(57)【要約】【課題】本体内に水分やゴミ等の異物が浸入するのを防いで円滑かつ正常に作動させることができ、本体内の圧力変化を抑制して、所定のトルクによってスムーズに作動することができるコンパクトなスプリングリターン式空圧アクチュエータを提供すること。【解決手段】ケーシング１１内には、一次側の給排気口２３からの給排気により往復動するピストン１３と、このピストン１３に連結したピストンロッド１２と、このピストンロッド１２の往復運動を回転運動に変換する変換機構６０と、ピストンロッド１２の往復運動により弾発するスプリング４３と、ピストン１３の二次側からスプリング４３の収納室４０までの空間が所定容積を有し、かつ、この所定容積で連通部を介して連通空間室１８を構成したスプリングリターン式空圧アクチュエータである。【選択図】      図１
2008057773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内には、一次側の給排気口からの給排気により往復動するピストンと、このピストンに連結したピストンロッドと、このピストンロッドの往復運動を回転運動に変換する変換機構と、前記ピストンロッドの往復運動により弾発するスプリングと、前記ピストンの二次側から前記スプリングの収納室までの空間が所定容積を有し、かつ、この所定容積で連通部を介して連通空間室を構成したことを特徴とするスプリングリターン式空圧アクチュエータ。
【請求項２】
前記ケーシングは、前記ピストンとピストンロッドを内蔵するシリンダ室と、前記変換機構を内蔵するハウジング室と、前記スプリングを内蔵するスプリング室とから成る請求項１記載のスプリングリターン式空圧アクチュエータ。
【請求項３】
前記連通部は、前記シリンダ室のピストンの二次側とハウジング室、及び、前記ハウジング室とスプリング室の間を連通する貫通孔である請求項２記載のスプリングリターン式空圧アクチュエータ。
【請求項４】
前記ハウジング室を形成するハウジングケースの外形は、前記シリンダ室を形成するシリンダケースの外形、及び、前記スプリング室を形成するスプリングケースの外形と略同じ外形とした請求項２又は３に記載のスプリングリターン式空圧アクチュエータ。
【請求項５】
前記ピストンの二次側から前記スプリングの収納室までの空間内の圧力を、大気圧以下に設定した請求項１乃至４の何れか１項に記載のスプリングリターン式空圧アクチュエータ。
【請求項６】
前記ピストンの二次側から前記スプリングの収納室までの空間と連通し、この空間内の圧縮空気を外部に排気可能な逆止弁を設けた請求項１乃至５の何れか１項に記載のスプリングリターン式空圧アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線運動を回転運動に変換して、ボールバルブやバタフライバルブ等の回転弁等を操作できるようにしたアクチュエータに関し、特に、外気の浸入を防ぐようにしたスプリングリターン式空圧アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、シリンダ内に圧縮空気を供給してピストンを往運動させ、この往運動をピストンロッドを有する変換機構で回転軸の回転運動に変換し、また、スプリングの弾発力でピストンロッドを復運動して回転軸を逆回転するようにしたスプリングリターン式のアクチュエータがある。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このアクチュエータは、シリンダ室と、スプリング室を有し、この両室をハウジングからなる変換部で繋いで一体化した構造になっている。シリンダ室内には、ピストンとこのピストンに接合されたピストンロッドを有し、また、このシリンダ室におけるピストンの一次側の室（便宜上、シリンダ右室という）と二次側の室（便宜上、シリンダ左室という）には、シリンダ内部に空気を導入するための給排気口がそれぞれ形成されている。
【０００４】
シリンダ右室の給排気口には、コンプレッサ等の圧縮空気供給源が接続され、この圧縮空気供給源からシリンダ右室内に圧縮空気を供給することでピストンが動作するようになっている。
一方、シリンダ左室の吸排気口は、シリンダ右室に圧縮空気が供給されたときに、この左室内の空気を排気し、また、スプリング室のスプリングが弾発したときに左室内に外気を吸気するようになっている。
【０００５】
アクチュエータの動作時において、シリンダ右室内に圧縮空気が供給されると、ピストンとピストンロッドの移動に伴って、ハウジング内の出力軸が回転する。このとき、シリンダ左室内の空気は、給排気口から外部に排出されるため、シリンダ内の圧力は正圧に上昇するのが防がれ、ピストンロッドが作動できるようになっている。その際、スプリングは、ピストンロッドの移動に伴ってスプリングリテーナに押されて圧縮される。
【０００６】
次に、シリンダ右室への圧縮空気の供給が遮断され、スプリングがその弾発力によって伸長すると、ピストンロッドが圧縮空気供給時と逆方向に作動する。これにより、出力軸は、変換部を介して操作時とは反対方向に回転する。このとき、シリンダ右室内の圧縮空気は排出され、一方、シリンダ左室内に外部雰囲気が吸気されて負圧になるのが防がれ、ピストンロッドが作動できるようになっている。
【０００７】
このように、特許文献１のアクチュエータは、シリンダ内への積極的な給排気によりこのシリンダ内の圧力変化を防いで出力軸のトルクを略一定に保つようにし、特に、スプリングの弾発時において、給排気口より外部雰囲気を流入させることでシリンダ内が真空状態になるのを防ごうとしている。
また、このアクチュエータは、スプリングが圧縮・伸長する際にスプリング室内の容積が大きく変化するため、この容積変化によりスプリング室内の圧力が変動しないように、スプリング室に連通させてエア抜きポートを設け、このエア抜きポートからスプリング室内の空気を積極的に給排気できるようにしている。
【０００８】
シリンダに設けた空気送入排気口にシリンダの外部に配置した環流管を連結し、この環流管に、加圧空気源と逆止弁を設けたバルブアクチュエータである。このアクチュエータは、外気をシリンダ内へ吸引されないようにしたものである（特許文献２参照。）。
【０００９】
【特許文献１】特許第３７３８４３１号公報
【特許文献２】特開２００７−１６２８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１のアクチュエータは、シリンダ左室の給排気口が外部雰囲気と連通し、復運動の際にこの給排気口からシリンダ左室内に外気を積極的に取り入れる構造であるため、外気に混じって海水・雨水等の水分や、粉塵等のゴミがシリンダ内部に浸入するおそれがある。
【００１１】
このため、このアクチュエータを屋外で使用すると、水分やゴミ等によってピストンが円滑に動作できなくなる場合があった。特に、これらをプラント用として沿岸付近などで用いると、海水や塩分を多く含んだ外気を吸い込むおそれがあり、シリンダ内が錆びやすくなったり、消耗が激しくなることがあった。
また、スプリング室にエア抜きポートを設けた場合にも、シリンダの場合と同様に、海水等の水分やゴミなどが浸入して消耗が激しくなる。更に、これに加えて、ポートを形成することによりアクチュエータの外観が大きくなってコンパクト化が難しくなったり、製造工数や部品点数が増加するという問題もある。
【００１２】
アクチュエータ本体内に水分やゴミが浸入すると、ピストンがスムーズに往復動できなくなり、延いては、緊急遮断弁としての役割を果たせなくなることがある。特に、給排気口が上方側に開口している場合には水分や粉塵等が浸入しやすくなるが、これを防ぐために給排気口の向きを変えると、アクチュエータ本体の取付け方向性が限られ、設置場所が限定されるという問題が生じる。
【００１３】
また、水分や粉塵等の浸入を防ぐため、例えば、アクチュエータの内側に塗装を施したり、アクチュエータ本体を防錆性材料で形成することが考えられるが、この場合、コストが増加するという問題が生じる。
一方、給排気口の入口側にフィルター等を設けたとしても、細かい粉塵がフィルターを通過して本体内部まで到達して作動に支障をきたしたり、或は、長期に渡ってフィルターを使用することにより粉塵の蓄積によって目詰まりすることがあった。
【００１４】
そこで、アクチュエータを、外気が浸入しない密封状の構造にすることが考えられるが、この場合、ピストンが復運動する際にシリンダ右室内が負圧になってピストンが引き戻されるため、出力軸を正常に作動させることができなくなる。これを解消するために、シリンダ径を通常よりも大きくしてシリンダ右室の内容積を増やし、ピストン動作時に生じる負圧を抑制する構造が考えられる。しかし、この構造によると、変換部内に流入する圧縮空気の消費量が増大するという問題が生じる。
【００１５】
しかしながら、特許文献２は、シリンダの外部に環流管を配置しなければならないため、コンパクト化の要請に対応できない。
【００１６】
また、シリンダの内容積を増加させるための他の手段として、軸方向の長さを延長してシリンダ右室の内容積を増大する構造が考えられるが、この構造によると、シリンダが長さ方向に過大に伸長するためアクチュエータ本体のコンパクト性が失われ、取付けスペースが増大するという問題が生じる。
【００１７】
本発明は、従来の課題点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、本体内に水分やゴミ等の異物が浸入するのを防いで円滑かつ正常に作動させることができ、本体内の圧力変化を抑制して、所定のトルクによってスムーズに作動することができるコンパクトなスプリングリターン式空圧アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ケーシング内には、一次側の給排気口からの給排気により往復動するピストンと、このピストンに連結したピストンロッドと、このピストンロッドの往復運動を回転運動に変換する変換機構と、ピストンロッドの往復運動により弾発するスプリングと、ピストンの二次側からスプリングの収納室までの空間が所定容積を有し、かつ、この所定容積で連通部を介して連通空間室を構成したスプリングリターン式空圧アクチュエータである。
【００１９】
請求項２に係る発明は、ケーシングは、ピストン及びピストンロッドを内蔵するシリンダ室と、変換機構を内蔵するハウジング室と、スプリングを内蔵するスプリング室とからなるスプリングリターン式空圧アクチュエータである。
【００２０】
請求項３に係る発明は、連通部は、シリンダ室のピストンの二次側とハウジング室、及び、ハウジング室とスプリング室の間を連通する貫通孔であるスプリングリターン式空圧アクチュエータである。
【００２１】
請求項４に係る発明は、ハウジング室を形成するハウジングケースの外形は、シリンダ室を形成するシリンダケースの外形、及び、スプリング室を形成するスプリングケースの外形と略同じ外形としたスプリングリターン式空圧アクチュエータである。
【００２２】
請求項５に係る発明は、ピストンの二次側から前記スプリングの収納室までの空間内の圧力を、大気圧以下に設定したスプリングリターン式空圧アクチュエータである。
【００２３】
請求項６に係る発明は、ピストンの二次側からスプリングの収納室までの空間と連通し、この空間内の圧縮空気を外部に排気可能な逆止弁を設けたスプリングリターン式空圧アクチュエータである。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１に係る発明によると、連通空間室内に海水等の水やゴミ等の異物が浸入するのを防いで、内部が塩害等によって錆びたり劣化したりするのを防ぎ、ピストンやピストンロッドのスムーズな往復運動を維持して円滑かつ正常に作動させることができるスプリングリターン式空圧アクチュエータである。しかも、連通空間室内内の圧力変化を抑制することができ、所定の操作トルクによって作動することができるコンパクトなスプリングリターン式空圧アクチュエータを提供することができる。
更に、耐久性が向上することからメンテナンスも容易となり、ランニングコストも安価になる。
【００２５】
請求項２に係る発明によると、アクチュエータ本体を特殊な構造に設けることなく従来と同等の部品構成によって形成でき、内部が複雑化したり全体が大型化することがなく、分解や組立ても容易なスプリングリターン式空圧アクチュエータである。
【００２６】
請求項３に係る発明によると、簡単な加工によって本体内を連通状態に設けることができ、内部の略密封状態を保ちつつ連通空間室内の圧力変化を抑制して所定のストロークによって安定して作動させることができるスプリングリターン式空圧アクチュエータである。
【００２７】
請求項４に係る発明によると、ケーシング全体を略円筒状の外形に設けることができ、大きく突出した部分を設けることなくコンパクト化できるスプリングリターン式空圧アクチュエータである。
【００２８】
請求項５に係る発明によると、ピストンストローク時の圧力変化を最小限に抑えることができ、これにより出力軸の出力トルクに与える影響を小さくして出力トルクの低下を抑制することができるスプリングリターン式空圧アクチュエータである。
【００２９】
請求項６に係る発明によると、圧縮空気の給排気時の円滑な駆動を維持することができるスプリングリターン式空圧アクチュエータである。
また、ピストン動作時におけるシリンダ内部の負圧が維持できず、シリンダの二次側が大気圧に上昇したとしても、この二次側容積の最小時に逆止弁から排気することにより、二次側容積が拡大したときにこの容積内を負圧にすることができるスプリングリターン式空圧アクチュエータである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明におけるスプリングリターン式空圧アクチュエータの一実施形態並びに作用を図面に基づいて詳細に説明する。本発明のスプリングリターン式空圧アクチュエータは、例えば、ボールバルブ、バタフライバルブ等の図示しない回転弁に装着して空気圧、或はスプリングの弾発力によってこの回転弁を回転操作するものである。
図１ないし図３において、アクチュエータ本体１０は、ケーシング１１を有し、このケーシング１１は、シリンダ室２０と、ハウジング室３０と、スプリング室４０とから成りっている。シリンダ室２０は、ハウジング室３０の一方の側に設け、スプリング室４０は、ハウジング室３０の他方の側に設けてこれらを一体化している。後述するように、ケーシング１１におけるシリンダ室２０、ハウジング室３０、スプリング室４０の幅Ｈ、及び高さＴは、各部品共に略同じ寸法に設定しており、これにより、アクチュエータ全体をコンパクトな構造に設けている。
【００３１】
ピストン１３とピストンロッド１２はシリンダ室２０内に内蔵されている。ピストン１３は、ナット１４によってピストンロッド１２に固着され、その外周側には装着溝１３ａが形成されている。シールリング１５は、この装着溝１３ａに装着し、ピストンロッド１２がシリンダ室２０内を往復動する際には、ピストン１３の外周側とシリンダ室２０内との間をシールする。これにより、シリンダ室２０内には、ピストン１３を挟んで一次側と二次側の２つの空間２０ａ、２０ｂが形成され、この空間２０ａ、２０ｂは、漏れの無い状態で塞がれており、この中をピストン１３が摺動可能に設けている。ここで、前記の「一次側」とは、ピストンロッド１２の往作動に必要な力を供給する、後述の給排気口２３の側であり、「二次側」とは、ピストンロッド１２の復作動に必要な力を供給する、スプリング室４０の側をいう。
【００３２】
シリンダ室２０は、シリンダケース２１及びシリンダカバー２２と、ハウジング室３０のロッドガイド３２によって囲まれた空間であり、このシリンダ室２０のシリンダケース２１の端部側には、シリンダカバー２２が被蓋用として取付けられている。
【００３３】
シリンダ室２０の一次側空間２０ａには給排気口２３を設けており、この給排気口２３に、図示しないコンプレッサ等の圧縮空気供給源を接続している。圧縮空気供給源から給排気口２３を介して一次側空間２０ａに圧縮空気が供給されると、ピストン１３、及びピストンロッド１２が二次側に押圧される往作動が行われる。また、後述するスプリング４３が伸長したときには、ピストンロッド１２とピストン１３は復運動し、このとき、シリンダ室２０内に蓄積された圧縮空気は給排気口２３より排気される。
【００３４】
シリンダカバー２２は中央に雌ネジ２２ｂを有し、この雌ネジ２２ｂにストッパボルト２４の雄ネジ２４ａを螺着している。更に、雄ネジ２４ａは、他端側にナット２５を螺着し、このナット２５によってストッパボルト２４を位置決め固定している。ナット２５の締付位置を変えることにより、ストッパボルト２４先端側の当接部２４ｂを位置調節することができる。ピストンロッド１２の復作動時には、このピストンロッド１２の後端部位が当接部２４ｂに当接し、復作動時におけるストロークの限界位置を調節可能に設けている。
【００３５】
ハウジング室３０は、ハウジングケース３１と両側のロッドガイド３２、３３によって囲んだ空間によって構成している。このハウジング室３０内には、変換機構６０を内蔵し、Ｏリング５１、５２によりハウジングケース３１とロッドガイド３２、３３をシールしている。
【００３６】
ロッドガイド３２、３３は、ピストンロッド１２を案内可能に設けており、このピストンロッド１２が摺動するための摺動孔３５、３６を有している。ロッドガイド３２、３３には、適宜の数の貫通孔３４を設けており、この貫通孔３４によりハウジング室３０とシリンダ室２０の二次側の空間２０ｂ、及び、ハウジング室３０とスプリング室４０を連通し、この貫通孔３４を連通部としている。貫通孔３４は、圧縮空気の流路となるため、孔径が大きいほど圧縮空気が通り易くなり、圧力変化が抑制されることから、アクチュエータとしての作動速度を速め、緊急遮断弁として能力を高めることができる。このため、アクチュエータの強度等を考慮した上で貫通孔３４の孔径をできるだけ大きくし、また、孔数を増やすようにするのがよい。また、貫通孔３４は、ハウジング室３０内の変換機構６０や、スプリング室４０内のスプリング４３に塗布される油によって目詰まりしないよう、孔の形状を大きくしたり、孔数を増やすようにするのがよい。
【００３７】
変換機構６０は、ピストンロッド１２の往復運動を回転運動に変換し、この回転運動を出力軸１７まで出力可能に設けている。変換機構６０は、ピストンロッド１２に固定されたピン６１と、出力軸１７に固定されたスコッチヨーク６２から成り、ピストンロッド１２の往復運動の際にピン６１がスコッチヨーク６２を押すことで、スコッチヨーク６２が回転し、この回転により出力軸１７を回転させて、出力軸１７に接続された図示しないボールバルブやバタフライバルブの弁軸を弁開又は弁閉まで回転させることが可能になっている。
【００３８】
また、変換機構６０は、本実施形態のようなピン６１とスコッチヨーク６２による機構以外にも、例えば、図示しないラックとピニオンによる機構や、ギヤ機構などの他の変換機構を用いるようにしてもよく、アクチュエータ本体がスプリングリターン式の空圧アクチュエータであれば、この変換機構の形態に特に拘ることはない。
【００３９】
スプリング室４０は、スプリング４３の収納室であり、パイプ状に形成されたスプリングケース４１と、スプリングカバー４２、及びハウジング室３０のロッドガイド３３に囲まれた空間である。スプリングカバー４２は、スプリングケース４１の端部側に取付けている。
【００４０】
アクチュエータ本体１０の組立て時には、ピン６１にスコッチヨーク６２を係合させた状態にしながらピストンロッド１２をハウジングケース１１内に入れ、ピストンロッド１２にシリンダ室２０側からロッドガイド３２を取付ける。このとき、ピストンロッド１２の後端側は、ロッドガイド３２の摺動孔３５に挿着される。
続いて、ピストンロッド１２後端の縮径部位にシールリング１５を装着したピストン１３を嵌め込み、この上からナット１２をピストンロッド１２の縮径部位に螺着してピストン１３とピストンロッド１２を一体化する。
【００４１】
次に、シリンダケース２１をロッドガイド３２に嵌め込むように仮着する。このとき、ピストン１３は、シールリング１５がシリンダケース２１の内周側に密着した状態でこのシリンダケース２１内を摺動自在となる。シリンダケース２１の他端側にはシリンダカバー２２を嵌め込み、この状態で、ハウジングケース３１に形成した雌ねじ３１ａにロッド５０の雄ねじ５０ａを螺着し、このロッド５０の他端側をシリンダカバー２２の貫通穴２２ａに挿通させ、この上からナット５３を螺着して、これらを一体化する。ロッド５０は、複数箇所で固定するようにし、例えば、４箇所程度で固定するとよい。
【００４２】
一方、スプリング室４０側は、予め、以下のようにユニット化しておく。タイロッド４５は、オネジ部４５ａをスプリングカバー４２のメネジ部４２ａに螺着して複数箇所に取付け、このタイロッド４５の外周側の所定の装着位置に圧縮コイルばねからなるスプリング４３を配置した状態で、タイロッド４５の他端側からスプリングリテーナ４４を、挿着穴４４ａを通すように取付ける。スプリングリテーナ４４の中央部には、ピストンロッド１２の先端側を挿着可能な挿着孔４４ｂを設けている。
【００４３】
次に、ロッドガイド３３の貫通穴３３ｂにタイロッド４５を挿通させ、このタイロッド４５をスプリングケース４１内の所定位置に配置した状態で他端側に設けたオネジ部４５ａにロッドガイド３３の上からナット４６を螺着してこれらを一体化し、内部にスプリング室４０を有するユニットを形成する。これにより、スプリング４３は、スプリングリテーナ４４とスプリングカバー４２の間に弾発状態で装着され、図２のように、スプリングリテーナ４４を介してピストンロッド１２を右方向に押圧して、復作動を行うことができるようにしている。
【００４４】
最後に、ピストンロッド１２の先端側を挿着孔４４ｂに挿着させながらシリンダ室２０とハウジング室３０の一体化部位とスプリング室４０を有するユニットを仮着する。このとき、ロッドガイド３３の貫通穴３３ａとハウジングケース３１の図における左側の雌ねじ３１ａの位置を合わせ、貫通穴３３ａ側からボルト５３を雌ねじ３１ａに螺着することによりアクチュエータ本体１０を一体化できる。
【００４５】
スプリングケース４１の閉鎖端側であるスプリングカバー４２の中心部には雌ネジ４２ｂが形成され、この雌ネジ４２ｂに調整ロッド４７の雄ネジ４７ａを螺着している。更に、この雄ネジ４７ａにナット４８を螺着し、このナット４８によって調整ロッド４７を位置決め固定している。これにより、調整ロッド２５の当接部４７ｂを位置調節することができ、ピストンロッド１２の往作動時に、このピストンロッド１２の先端側が当接部４７ｂに当接して往作動時におけるストロークを調整可能になっている。従って、ピストンロッド１２は、前記のストッパボルト２４と、調整ロッド４７によってストロークの範囲が規制されながら往復作動する。
【００４６】
前述したように、本発明のスプリングリターン式空圧アクチュエータは、ケーシング１１内には、ピストン１３と、ピストンロッド１２と、変換機構６０と、スプリング４３を有しており、更に、シリンダ室２０におけるピストン１３の二次側空間２０ｂから、ハウジング室３０を介してスプリング室４０までの空間が所定容積を有するようにし、かつ、この所定容積で貫通孔（連通部）３４、３４を介して連通空間室１８を構成している。
【００４７】
このように、貫通孔３４によって積極的にケーシング１１内を連通させることにより、ケーシング１１におけるピストン１３から二次側の容積を大きくでき、このピストン１３の移動に伴ってシリンダ室２０におけるピストン１３の二次側の空間２０ｂ内の圧力をハウジング室３０やスプリング室４０側に円滑に逃がすことができたり、ハウジング室３０やスプリング室４０の圧力をシリンダ室２０の二次側空間２０ｂ内に円滑に取り込むことができ、圧力変化をケーシング１１内の広い連通空間室１８内で行うことによってシリンダ室２０の径や軸方向長さを増大する必要なく、この連通空間室１８内の圧力変化を抑制することができる。これにより、ピストン１３の往・復作動時における内部容積の圧縮率を可能な限り小さくすることができ、出力軸１７の出力トルクへの影響を少なくできる。
この場合、出力軸１７の出力トルクへの影響を少なくするためには、連通空間室１８の容積をできるだけ大きくするのがよいが、アクチュエータのコンパクト性を考慮しつつ内容積を最大にする必要がある。
【００４８】
本実施形態においては、連通空間室１８とは、シリンダ室２０におけるピストン１３の二次側空間２０ｂと、ハウジング室３０内の空間と、スプリング室４０内の空間を合わせた空間とする。この連通空間１８は、図１におけるピストン１３が往運動したときの狭い状態にある二次側空間２０ｂと、ハウジング室３０内の空間と、スプリング室４０の空間の和であり、また、図２におけるピストン１３が復運動したときの広い状態にある二次側空間２０ｂと、ハウジング室３０内の空間と、スプリング室４０の空間の和である。
また、連通空間室は、本実施形態以外の態様であってもよく、ケーシング１１内において圧縮空気が供給される一次側空間２０ａ以外の、ピストン１３より二次側の変換機構６０やスプリング４３が配設された空間に設けるようにすれば、ケーシング１１の構造や形状を変更することもできる。これにより、例えば、シリンダ室２０、ハウジング室３０、スプリング室４０の隣接する室を一体に設けたり、この隣接する室を構成する部材を共通化したりして、適宜の内部構造のアクチュエータに設けることもできる。この場合にも、連通空間室を設けるために、必要に応じて、二次側空間２０ｂとハウジング室３０、スプリング室４０の間に連通部３４を設けるようにする。
【００４９】
以上のように設けられた連通空間室１８は、少なくとも外気が浸入することのない、略密封状態を保っている。
特に、シリンダ室２０を構成するロッドガイド３２には、図１に示すように従来技術と同様の呼吸穴２７が設けられているが、本実施例においては、この呼吸穴２７をプラグ２８で閉塞している。
【００５０】
また、ハウジングケース３１に設けられた排気口３７をキャップ３８で被蓋している。ここで、ハウジングケース３１とロッドガイド３２、３３とは、それぞれ図示しないガスケットによりシールされており、また、ハウジングケース３１と出力軸１７とは、出力軸１７の上部に設けたシール用のパッキン１９と、出力軸１８の下部に設けた図示しないパッキンによりシールされている。更に、スプリングケース４１とスプリングカバー４２、ロッドガイド３３とは、それぞれ図示しないガスケットによりシールされており、また、スプリングカバー４２と調整ロッド４７とは、図示しないパッキンやガスケットによりシールされている。
【００５１】
本例におけるアクチュエータ本体１０は、ハウジング室３０を形成するハウジングケース３１の外形を、シリンダ室２０を形成するシリンダケース２１の外形、及びスプリング室４０を形成するスプリングケース４１の外径と略同じ外形に設定している（図１に示す幅Ｈ、図３に示す高さＴを参照）。これにより、ハウジングケース３１の外形が大径になって連通空間室１８を広くでき、しかも、アクチュエータ本体１０を略円筒状の外形に形成できることでコンパクト化を維持できる。
【００５２】
ここで、従来技術におけるハウジング室３０は、変換機構６０の収納機能に留まっていたことから、軽量化を重視し、特許文献１の変換部８に示すように、シリンダ室１やスプリング室５に比して、凹部の多い、細い外径とすることにより、アクチュエータの軽量化を図っていた。
これに対し、本例におけるアクチュエータ１０においては、ハウジングケース３１をシリンダケース２１やスプリングケース４１の外形に比して大きく突出させることなく、最大の大きさに設定することで、ハウジング室３０の内容積を最大としている。
【００５３】
本例におけるアクチュエータ本体１０の連通空間室１８内の容積は、ピストン１３がシリンダ室２０内をストロークする前後において、圧力上昇が０．０２ＭＰａ以下になるような容積に形成している。このように、圧力上昇を微小な圧力である０．０２ＭＰａ以下に抑えることで、出力軸１７の出力トルクへの悪影響をほぼ抑えることができる。
圧力上昇を０．０２ＭＰａ以下に抑えるためには、ハウジング室３０と、スプリング室４０をこの要求を満たすように設計する必要がある。圧力上昇の限界の数値は、アクチュエータの形状や仕様、大きさなどによって異なり、形成するアクチュエータに応じて定めた所定の圧力上昇値以下に抑えるよう、連通空間室１８の容積を設定する。
【００５４】
また、連通空間室１８の圧力は、大気圧以下になるように設定しているが、アクチュエータ本体１０の組立ての際に、このような連通空間室１８を大気圧以下の圧力状態である負圧状態か、又は、大気圧以上の正圧状態を適宜選択して組み立てることができる。
【００５５】
連通空間室１８を負圧の仕様にする場合は、スプリング４３の圧縮動作時（圧縮空気供給時）に、この連通空間室１８の圧力をアクチュエータ本体１０の外部に放出し、スプリング４３が所定の圧縮状態（出力軸１７が回転して、例えば、図１に示すように、弁体が全開になった状態）になった際に、連通空間室１８を外気と遮断してこの空間１８を密閉するように形成する。これにより、図２におけるスプリング４３の弾発動作時において、連通空間室１８の容積が増大するので、この連通空間室１８をピストン１３のスライド時において常時負圧状態にすることができる。
【００５６】
一方、連通空間室１８を正圧の仕様にする場合は、スプリング４３の弾発動作時（駆動時）に、連通空間室１８に外気（大気圧）を取り込むようにし、スプリング４３が所定の弾発状態（出力軸１７が回転して、例えば、図２に示すように、弁体が全閉になった状態）になった際に連通空間室１８を外気と遮断してこの空間１８を密閉する。これにより、図１のようなスプリング４３の圧縮動作時（圧縮空気による駆動時）には、連通空間室１８内部の容積が減少するので、この連通空間室１８をピストン１３のスライド時において常時正圧状態にすることができる。
なお、本実施形態においては、スプリング４３の圧縮動作時に弁開状態、弾発動作時に弁閉状態になるように設定しているが、逆の設定にしてもよい。
【００５７】
アクチュエータ本体１０は、前記の負圧仕様にするのが望ましいが、ここで、その理由について説明する。
ボイル・シャルルの法則（Ｐ（圧力）×Ｖ（体積）／Ｔ（絶対温度）＝一定）において、絶対温度Ｔを一定とした場合、体積Ｖと圧力Ｐは、図１３のように反比例の関係を呈する。これを式であらわすと、
ＰＶ＝Ｐ´Ｖ´となる（ここに、ＰＶ：初期圧力・体積、Ｐ´Ｖ´：作動後の圧力・体積である）。
ここで、アクチュエータ本体１０の連通空間室１８内の容積として、バルブ全開状態（図１）時における連通空間室１８の容積をＶａ、バルブ全閉状態（図２）時における連通空間室１８の容積をＶｂとすると、アクチュエータ本体１０の全開から全閉までの容積変化量ΔＶは、
ΔＶ＝Ｖｂ−Ｖａで表わすことができる。
【００５８】
また、負圧仕様において、図１のバルブ全開状態の連通空間室１８の容積Ｖａにおける圧力を大気圧Ｐｎとし、図２のバルブ全閉状態の連通空間室１８の容積Ｖｂにおける圧力（負圧）Ｐ１との圧力変化量をΔＰ１とする。
一方、正圧仕様において、図２のバルブ全閉状態の連通空間室１８の容積Ｖｂにおける圧力を大気圧Ｐｎとし、図１のバルブ全開状態の連通空間室１８の容積Ｖａにおける圧力（正圧）Ｐ２との圧力変化量をΔＰ２とする。
【００５９】
バルブ全開から全閉状態までの連通空間室１８の体積変化量ΔＶに対する圧力変化量を比較すると、図１３より、負圧仕様、正圧仕様における容積変化量ΔＶが同じであっても、各容積変化量ΔＶに対する負圧仕様、正圧仕様の圧力変化量ΔＰは異なり、同じ容積変化量ΔＰに対して、負圧仕様の圧力変化量ΔＰ１＜正圧仕様の圧力変化量ΔＰ２になっていることが分かる。
よって、負圧仕様と正圧仕様とを比較すると、容積変化量ΔＶが共に同じではあるものの、この容積変化量ΔＶに対する圧力変化量ΔＰが正圧仕様よりも負圧仕様のほうが小さく、内部圧力は小さいほうが出力軸１７の出力トルクに与える影響を小さくできることから、負圧仕様が最適な構造となる。
【００６０】
以上のように、本発明のスプリングリターン式空圧アクチュエータは、シリンダ室２０のピストン１３の二次側空間２０ｂとハウジング室３０とスプリング室４０を連通させて連通空間室１８を設け、この連通空間室１８を略密封状態としているので、アクチュエータ本体１０が外部雰囲気を吸い込むことがなく、アクチュエータ本体１０をいわゆる無呼吸で作動させることができる。これにより、アクチュエータ本体１０を屋外に設置したとしても、水分や粉塵などの異物を吸い込むことがなく、これらによって動作に支障をきたすことがない。特に、プラント用などとして沿岸付近で用いた場合でも、内面の完全防錆機能を発揮して錆の発生を防ぐことができる。
更に、本発明のアクチュエータは、外部雰囲気の吸気口を設けていないため、取付け方向性によって水やゴミを吸い込み易くなることもなく、取付け方向性が自由であるため様々な設置場所に取付けることもできる。また、内側に塗装を施したり、全体を防錆性材料で形成する必要もないためコスト増を抑えることができ、フィルターを取付けることなく水やゴミの浸入を防ぐことができる。
【００６１】
アクチュエータ本体１０は、連通空間室１８を、ピストン往復時の圧力上昇を０．０２ＭＰａ以下に抑える所定容積の空間としているので、密閉構造にしているにもかかわらず、ケーシング１１内の内部圧力の変化が殆ど生じることがなく、変換機構６０や出力軸１７が内蔵されているハウジング室３０内の圧力変化も少ないため、ピストン１３が引き戻されたり出力軸１７が回転不能になり難く、所定のトルクで安定したバルブの開閉動作を行うことができる。
また、シリンダケース２１や、その他の構成部位が大型化することがないため、アクチュエータ本体１０のコンパクト性を維持することができ、狭小の設置スペースに取付けることもできる。更に、部品点数が増加したり、複雑な加工を施すことなく容易に製作することができる。
【００６２】
ところで、アクチュエータ本体１０は、図４に示すように、シリンダ室２０にピストン１３の二次側空間２０ｂ内と連通して、この空間の圧縮空気を外部に排気のみを可能にし、吸気を防ぐようにした逆止弁２６を設けるようにしてもよい。逆止弁２６は、ゴム製のチューブ状弁体２６ａを有しており、通常時には、図４のように、この弁体２６ａが閉じて弁閉状態を維持し、空気の排気時には、図５のように弁体２６ａが開くことによりシリンダ室２０内のピストン１３より二次側空間２０ｂ内の圧力を排気できるように設けている。
【００６３】
これにより、アクチュエータ本体１０は、逆止弁２６を設けた場合、この逆止弁２６によって浸入した空気を排気することによりピストン１３の前後の圧力差を確保でき、シールリング１５の劣化等によりシリンダ室２０とのシール性が低下してピストン１３の一次側空間２０ａから二次側空間２０ｂに圧縮空気が浸入したとしても、ピストン１３の一次側と二次側の圧力差を保って円滑な駆動を維持できる。さらに、このアクチュエータ本体１０は、シールリング１５が破損した場合でも、逆止弁２６から空気を排気して圧力上昇を防ぐことができるため、安全性においても優れている。
【００６４】
さらに、負圧仕様のアクチュエータ本体１０において、図２のように圧縮空気が排出された状態で、連通空間室１８が負圧状態から大気圧まで上昇したとしても、アクチュエータ本体１０を図１の圧縮空気供給時の状態まで作動させ、この状態で逆止弁２６から排気することによって連通空間室１８を大気圧にすることができ、続いて、図２の状態までピストン１３を動作して圧縮空気を排気することで、連通空間室１８内を負圧の状態まで回復することができる。
【００６５】
逆止弁２６は、例えば、図１において、ハウジング室３０のハウジングケース３１に予め排気口３７を形成することで装着が可能になる。この排気口３７には、常時においてはキャップ３８を被蓋し、逆止弁２６を設けるときにこのキャップ３８を取り外すことで排気口３７への取付けが可能になる。逆止弁２６は、金属、或は樹脂製などによって本体を形成することができ、図のようにガスケット２９を介してハウジング室３０に螺着等によって取付けでき、ハウジング室３０への外気の流入を防ぎながら逆止機能を発揮できる。
【００６６】
図６の逆止弁は、断面Ｕ字のシール部材を用いた他の実施例である。このシール部材は、Ｕ字の開口部をアクチュエータの外部側に向けて配置することにより、アクチュエータ内の圧力を速やかに排気する一方、アクチュエータの外部からの気体浸入を確実に防ぐ部品である。
図６に記載の逆止弁１００は、上記シール部材１１１と、外ボルト部材１０１と、この外ボルト部材１０１に内挿された内ボルト部材１０２から構成されている。そしてシール部材１１１は、外ボルト部材１０１の内周と内ボルト部材１０２の外周との間に密着保持している。なお、外ボルト部材１０１の下部外周には、アクチュエータのシリンダケース２１に螺合固定するための雄ねじ１０３を形成している。
【００６７】
逆止弁１００は、内ボルト部材１０２を外ボルト部材１０１に内挿することにより、その高さを抑制するようにしている。これにより、逆止弁１００と、アクチュエータのシリンダケース２１の側面に固定される付属品取付板（図示せず）との干渉を防ぐようにしている。
【００６８】
内ボルト部材１０２は、上から順に、鍔部１０４、シール部材保持部１０５、筒部１０６から構成されている。筒部１０６の外周には、内ボルト部材１０２を外ボルト部材１０１の内周に螺合固定するための、雄ねじ１０７を形成している。
また、内ボルト部材１０２の内部には、外ボルト部材１０１の内部と、内ボルト部材１０２のシール部材保持部１０５の外周とを連通する貫通孔１０８を形成している。この貫通孔１０８が開口するシール保持部１０５の外周と外ボルト１０１の内周との間には、環状の隙間１０９が形成されている。シール部材１１１は、前記隙間１０９の上部に位置しており、外ボルト部材１０１の内周上段部１１２に載置されている。なお、内ボルト部材１０２のシール部材保持部１０５の底部は、外ボルト部材１０１の内周下段部１１３に密接している。
更に、内ボルト部材１０２の鍔部１０４の外周と、外ボルト部材１０１の内周との間にも、環状の隙間１１０が形成されている。
【００６９】
上記の構造により、アクチュエータ本体内の連通空間室１８内の圧力は、逆止弁１００の貫通孔１０８及び環状の隙間１０９を経由して、シール部材１１１に速やかに到達する。すると、シール部材１１１と内ボルト部材１０２・外ボルト部材１０１とのシールが解除され、上記圧力は、環状の隙間１１０を経由して、アクチュエータの外部に速やかに排気される。
排気が完了した後には、シール部材１１１と内ボルト部材１０２・外ボルト部材１０１とのシールが復活し、アクチュエータ本体内への外気の浸入を確実に防ぐことができる。
以上、逆止弁の他の実施例を説明したが、逆止弁は、上記以外にも、例えば、図示しないボールからなる弁体をスプリングで弾発して逆止機能を発揮するようにした構造や、或は、その他の各種の構造によっても形成できる。
【００７０】
また、図３において、出力軸１７の上部に設けたシール用のパッキン１９として、例えば、図示しない断面Ｕ字状に形成したＵパッキンやダストシール構造のパッキンを用いることにより、連通空間室１８内の空気の排気のみを可能にし、外部雰囲気の吸気を防いで逆止弁２６を設けた場合と同様の機能を発揮させることもできる。
【００７１】
更に、図示しないが、スプリング室４０に対しても、シリンダ室２０の場合と同様に排気口を形成してもよく、この場合には、シリンダ室２０への通常の圧縮空気の給排気に加えてこの排気口から排気することで、スプリング４３の弾発力の強弱に応じて動力を補助しながらピストンロッド１２を動作させることが可能になる。
また、アクチュエータ本体１０に図示しない検出弁を設置し、この検出弁によってアクチュエータ本体１０からの圧力漏れの発生を検出して本体内の圧力を常時確認することもできる。
【００７２】
また、シリンダ室のピストンの背圧側に、中間開度用のストッパを設け、全閉、全開のみならず中間開度に設定できる二段開閉式のバルブ用アクチュエータ（例えば、特開平７−２６９５１１参照）にも適用可能である。
【００７３】
更には、図１において、二次側空間２０ｂとスプリング室４０ｃを連通するバイパス配管（図示しない）を設ければ、上記の連通部としての機能を発揮する。このバイパス配管は、コンパクト化に寄与するように設計する必要がある。
【実施例】
【００７４】
アクチュエータの圧力・トルク測定試験を行い、この測定試験の結果と、理論上の圧力・トルクの値を比較することによって、アクチュエータの実際の作動時における特性をつかんで、最適な仕様を検討した。
【００７５】
先ず、アクチュエータの圧力変化・出力トルクの理論値を計算によって導く。
図７において、ボイル・シャルルの法則であるＰＶ／Ｔ＝一定より、
Ｐ０×Ｖ０＝Ｐ１×Ｖ１であり、
ここに、Ｖ０：作動前のスプリング側の内部容積（連通空間室１８の容積）、Ｐ０：作動前のスプリング側の内部圧力（連通空間室１８の圧力）、Ｖ１：作動後のスプリング側の内部容積、Ｐ１：作動後のスプリング側の内部圧力である。
また、出力軸１７が４５度の位置におけるトルクΔＴは、シリンダ室内の容積と増量分の内部圧力とピンから出力軸までの距離の積で表わされ、
ΔＴ＝π×Ｄ２／４×ΔＰ×ｅの一般式で表わされる。
ここに、Ｄ：シリンダの直径、π×Ｄ２／４：シリンダ内の断面積、ΔＰ：増量分の内部圧力、ｅ：偏芯量（ｍ）である。
【００７６】
図のアクチュエータの場合、内部容積の増量ΔＶは、シリンダ室２０内に形成される二次側空間２０ｂの長さをＬとすると、Ｄ×Ｌ０−Ｌ１であるから、
ΔＶ＝π×Ｄ２／４×（Ｌ０−Ｌ１）で表わされ、本測定試験の供試品では、
ΔＶ＝２．２１×１０５（ｍｍ３）
とする。
また、Ｖ０＝Ｖ１＋ΔＶ、ｅ＝０．０２２（ｍ）、大気圧Ｐｎ＝１（ａｔｍ）≒０．１０１３とする。
【００７７】
アクチュエータが正圧仕様の場合には、連通空間室内部の初期の圧力、すなわち、スプリング４３が弾発状態となる、スプリングバックによる復運動後の圧力が大気圧であるから、Ｐ０＝Ｐｎとなり、上記のボイル・シャルルの法則とアクチュエータの寸法により、
Ｐ１＝Ｖ０／Ｖ１×Ｐ０
＝（９．２５×１０５＋２．２１×１０５）／（９．２５×１０５）×０．１０１３
＝０．１２５５（ＭＰａ）
となる。
この場合、圧力の増量ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ０であるから、これに上記の数値を代入すると、
ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ０＝０．１２５５−０．１０１３≒０．０２４（ＭＰａ）となる。
従って、上記のトルクの増量ΔＴ＝π×Ｄ２／４×ΔＰ×ｅより、４５°位置におけるΔＴは、
ΔＴ＝π×（０．０８）２／４×０．０２４／２×０．０２２×１０６
＝１．３３（Ｎ・ｍ）
となる。
【００７８】
一方、アクチュエータが負圧仕様の場合には、連通空間室内部の作動後の圧力、すなわち、スプリング４３が圧縮状態となる、圧縮空気による往運動後の圧力が大気圧であるから、Ｐ１＝Ｐｎとなる。
上記のボイル・シャルルの法則とアクチュエータの寸法により、
Ｐ０＝Ｖ１／Ｖ０×Ｐ１
＝（９．２５×１０５）／（９．２５×１０５＋２．２１×１０５）×０．１０１３
＝０．０８１８（ＭＰａ）
となる。
この場合、圧力の増量ΔＰ＝Ｐ０−Ｐ１であるから、これに上記の数値を代入すると、
ΔＰ＝Ｐ０−Ｐ１＝０．０８１８−０．１０１３≒−０．０２０（ＭＰａ）となる。
従って、上記のトルク増量ΔＴ＝π×Ｄ２／４×ΔＰ×ｅより、
ΔＴ＝π×０．０８２／４×（−０．０２０）／２×０．０２２×１０６
＝−１．１１（Ｎ・ｍ）
となる。なお、出力軸の回転角度が４５°であるから、圧力の増加分ΔＰは、９０°開閉時の半分になっている。
【００７９】
ここで、この種のスプリングリターン式空圧アクチュエータは、出力軸の開度を横軸、出力特性を縦軸としてこの関係を「開度−出力特性」としてグラフに表したときに、その出力特性は、開度４５°を頂点とした放物線によって描かれる。これにより、このアクチュエータは、開度４５°付近で最も出力が安定した状態であると共に、駆動対象のバルブに適するアクチュエータの選定基準となる最も小さい出力を示す開度であることから、今回の圧力・トルク測定試験における試験時の開度として採用した。
【００８０】
このように、呼吸穴（ピストン二次側の給排気口）を塞ぎ、圧縮空気で作動させるアクチュエータの場合、理論上、連通空間室１８内の圧力は、０．０２４ＭＰａ上昇する。出力軸が４５°回転するときの作動時のトルクは、１．３３Ｎ・ｍ低下する。また、スプリングバック作動時のトルクは、１．３３Ｎ・ｍ上昇する。
一方、スプリングを縮めた状態で呼吸穴を塞ぎ、スプリングで作動させると、連通空間室１８内の圧力は、０．０２０ＭＰａ降下し、出力軸が４５°回転するときの作動時のトルクは、１．１１Ｎ・ｍ上昇する。また、スプリングバック作動時のトルクは、１．１１Ｎ・ｍ低下する。
以上のように、理論上、正圧仕様と負圧仕様のアクチュエータを比較した場合、トルクの増減量は、負圧時の方が小さくなっている。
【００８１】
次に、アクチュエータの圧力とトルクを実測によって測定する。
試験に用いるアクチュエータは、上記実施形態に基づき、一般のアクチュエータの２つの給排気口のうちのシリンダのピストンより二次側の給排気口（呼吸穴）２７を塞いだものを用いた。このアクチュエータは、呼吸穴が塞がれシリンダから排気が行われないため、いわゆる呼吸（給排気）をしない構造となっている。このアクチュエータを以降、便宜上、無呼吸アクチュエータと呼ぶことにする。また、このアクチュエータには、貫通孔３４を設けないものとする。
【００８２】
圧力変化の測定は、ピストン１３より二次側の吸排気口（呼吸穴）２７にゲージ（圧力計、負圧計）をつないで行った。一方、トルク変化の測定は、トルク測定機にて、出力軸１７が４５°回転した状態でのトルクを測定した。特に、正圧仕様のアクチュエータに関しては、呼吸穴２７を塞いだ状態でバルブを全開まで作動させ、この状態からシリンダ室２０内の圧縮空気を徐々に抜いていき、出力軸１７が４５°の状態になったときにこの位置で固定する。また、負圧仕様のアクチュエータに関しては、バルブ全開状態で呼吸穴２７を塞ぎ、この状態からシリンダ室２０内の圧縮空気を徐々に抜いていき、出力軸１７が４５°の状態になったときにこの位置で固定する。
【００８３】
正圧仕様のアクチュエータにおいて、呼吸穴２７を塞いだ状態でアクチュエータを空気圧にて作動させ、経過時間ごとの連通空間室１８の圧力変化を測定した。この測定結果を図８のグラフに示す。
グラフの結果より、作動直後には０．１ＭＰａの正圧になり、約１分で上記の理論値ΔＰ（＝０．０２４ＭＰａ）に近い値になった。
【００８４】
また、負圧仕様のアクチュエータにおいて、バルブ全開状態で呼吸穴２７を塞ぎ、アクチュエータをスプリングバックにて作動させ、経過時間ごとの連通空間室１８の圧力変化を測定した。この測定結果を図９のグラフに示す。
グラフの結果より、作動直後には−０．０５ＭＰａの負圧になり、約１分で上記の理論値ΔＰ（＝−０．０２０ＭＰａ）付近まで回復した。
【００８５】
測定試験の結果より、正圧、負圧のアクチュエータは、共に約１分程度で上述の理論値に近い値になる。これは、ピストン１３の作動直後においては、シリンダ室２０内の圧力が急激に変化し、この圧力をハウジング室３０とスプリング室４０まで流入させてアクチュエータ内部全体を均圧にするためには時間の経過が必要であるためである。このとき、正圧仕様は、理論値より大きくなり、負圧仕様は、理論値より小さくなっている。
【００８６】
所定時間が経過すると、ピストンロッド１２が装着された、図示しないベアリングの隙間より、シリンダ室２０内の空気がハウジング室３０、スプリング室４０まで移動し、理論値まで回復する。なお、シリンダ室２０と、ハウジング室３０と、スプリング室４０を貫通孔３４によってつなぎ、空気移動がストレスなくできるようにすれば、作動直後において作動トルクを理論値に近づけることができる。
【００８７】
次に、本発明に係る無呼吸アクチュエータ（正圧仕様、負圧仕様）、従来技術である呼吸ありアクチュエータ（連通空間室側の給排気口を外部雰囲気に連通させたアクチュエータ）について、出力軸が４５°の状態におけるスプリングバック（復運動）時、圧縮空気作動（往運動）時におけるトルクをそれぞれ測定した。この測定結果を図１０に示す。図中、「トルク変化」とは、従来技術に対する本発明のトルク実測値の増減を示す。
【００８８】
グラフの結果より、無呼吸アクチュエータの正圧仕様の場合、呼吸ありアクチュエータに比べて、スプリングバック時においてはトルクが約１５％増加し、また、圧縮空気作動時においてトルクが約８％減少した。
一方、無呼吸アクチュエータの負圧仕様の場合、呼吸ありアクチュエータに比べてスプリングバック時においてはトルクが約３％減少し、また、圧縮空気作動時においてトルクが約２％増加した。これにより、負圧仕様のほうが正圧仕様に比べて出力トルクへの影響が小さく、より好適であることが確認された。
【００８９】
以上のように、アクチュエータを無呼吸アクチュエータとした場合、呼吸ありアクチュエータと比較して、正圧仕様、負圧仕様の双方共に、トルクや圧力の変化を極小さく抑えることができた。
しかも、これらのトルクや圧力の変化は、特に、連通空間室内を負圧にした方が理論値、実測値共により小さくなり、しかも、従来技術の値と略同じであることが確認され、これにより、アクチュエータを負圧仕様とするのが望ましいということが証明された。
【００９０】
また、本発明のスプリングリターン式空圧アクチュエータは、アクチュエータ本体の大小にかかわらず実施が可能であり、何れの場合でも安定した出力軸の出力トルクを得ることができる。具体的には、連通空間室１８内の容積が、最大で、スプリングバック時において１５．０×１０７ｍｍ３、圧縮空気作動時において１２．０×１０７ｍｍ３を有するアクチュエータまで対象としている。
【００９１】
一例として、連通空間室１８の容積が、スプリングバック時において、７０．０×１０５ｍｍ３、圧縮空気作動時において、５９．０×１０５ｍｍ３を有するアクチュエータについて、スプリングバック時、圧縮空気作動時における圧力を、前述の方法と同様に測定した。この測定結果を、図１１、図１２に示す。なお、このアクチュエータでは、図４、図５に示す逆止弁２６を配置すると共に、貫通孔３４を設けている。また、各作動の所要時間は、約１秒である。
図１１、図１２のグラフの結果より、このアクチュエータは、作動後約１０秒で、理論値に近い、安定した内圧を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明におけるスプリングリターン式空圧アクチュエータのバルブ全開状態を示した断面図である。
【図２】図１のスプリング式アクチュエータのバルブ全閉状態を示した断面図である。
【図３】図２の一部切欠き横断面図である。
【図４】逆止弁を装着した状態を示す拡大断面図である。
【図５】図４の逆止弁の弁開状態を示す拡大断面図である。
【図６】逆止弁の他の実施例を示した説明図である。（ａ）は逆止弁の他例を示した平面図である。（ｂ）は、逆止弁の他例を示した断面図である。
【図７】圧力・トルク測定試験におけるアクチュエータの模式図である。
【図８】正圧仕様のアクチュエータ内の圧力変化を示す説明図である。（ａ）は圧力変化を表わす表である。（ｂ）は圧力変化を表わすグラフである。
【図９】負圧仕様のアクチュエータ内の圧力変化を示す説明図である。（ａ）は圧力変化を表わす表である。（ｂ）は圧力変化を表わすグラフである。
【図１０】アクチュエータのトルク測定結果を示す説明図である。（ａ）はトルク測定結果を示す表である。（ｂ）はトルク測定結果を示すグラフである。
【図１１】容積の異なる正圧仕様のアクチュエータ内の圧力変化を示す説明図である。（ａ）は圧力変化を表わす表である。（ｂ）は圧力変化を表わすグラフである。
【図１２】容積の異なる負圧仕様のアクチュエータ内の圧力変化を示す説明図である。（ａ）は圧力変化を表わす表である。（ｂ）は圧力変化を表わすグラフである。
【図１３】体積変化量に対する圧力変化量を示したグラフである。
【符号の説明】
【００９３】
１０  アクチュエータ本体
１１  ケーシング
１２  ピストンロッド
１３  ピストン
１７  出力軸
１８  連通空間室
２０  シリンダ室
２３  給排気口
２６  逆止弁
３０  ハウジング室
３４  貫通孔（連通部）
４０  スプリング室
４３  スプリング
６０  変換機構
【図１】
2008057773.tif 000003
【図２】
2008057773.tif 000004
【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】
2008057773.tif 000010
【図９】
2008057773.tif 000011
【図１０】
2008057773.tif 000012
【図１１】
2008057773.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2008057773.tif 000015