(57)【要約】【課題】全体が大型化することなく、エアポートを一箇所にまとめて規格に対応した電磁弁等を取付けることができ、また、異なるエアポート口径の電磁弁にも対応することができるバルブ用空圧式アクチュエータを提供すること。【解決手段】シリンダ２１内のピストン２３に設けたピストンロッド１７の往復運動を回転変換機構１２を介して回転駆動させる空圧式アクチュエータであって、ピストン２３の前後に位置する第１、第２シリンダ室５０、５１に設けた第１、第２エアポート５３、５４の一方のエアポートに連通アダプタ３７を着脱自在に設け、かつ、他方のエアポートに電磁弁４０等を装着する取付アダプタ３２を着脱自在に設けると共に、この両者のアダプタ３２、３７を連通パイプ３９で連通させたバルブ用空圧式アクチュエータである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内のピストンに設けたピストンロッドの往復運動を回転変換機構を介して回転駆動させる空圧式アクチュエータであって、前記ピストンの前後に位置する第１、第２シリンダ室に設けた第１、第２エアポートの一方のエアポートに連通アダプタを着脱自在に設け、かつ、他方のエアポートに電磁弁等を装着する取付アダプタを着脱自在に設けると共に、この両者のアダプタを連通パイプで連通させたことを特徴とするバルブ用空圧式アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１、第２エアポートの何れか一方の取付座にボルトを介して前記取付アダプタを固着し、前記他方のエアポートの取付座にボルトを介して前記連通アダプタを固着すると共に、前記取付アダプタの取付面に給排気孔を集約させた請求項１に記載のバルブ用空圧式アクチュエータ。
【請求項３】
前記取付アダプタの取付面の給排気孔をナムール規格に対応させ、この取付面にナムール規格の電磁弁を装着した請求項１又は２に記載のバルブ用空圧式アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ内に圧縮エアを供給してピストンロッドの往復運動を回転運動に変換伝達してトルクを得る空圧式アクチュエータに関し、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁を駆動操作するために好適なバルブ用空圧式アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のアクチュエータとして、ピストンの前後のシリンダ室に空気の出入口を設け、この出入口より空気圧を出入させることによってピストンを往復運動させ、この往復運動を回転運動に変換してバルブに接続された出力軸を回転させるようにしたアクチュエータが一般に提供されている。このアクチュエータは、エア出入口がピストンの作動ストロークを含めた間隔になるようにシリンダ両側に形成され、この出入口には、例えば、テーパめねじが形成され、このめねじに継手状のおねじがねじ込まれて連結され、この連結部分に配管がシリンダ外側に配管されてエア流路が設けられている。
【０００３】
また、その他のアクチュエータとしては、シリンダをアルミダイカスト成形等の加工手段によって一体成形し、このシリンダ内部にエア流路を一体に形成するようにした空圧式アクチュエータが知られている。
【０００４】
さらに、エアポートを介して空気を入出させることによってバルブの開閉操作を行う空圧式アクチュエータであり、このエアポートに空気の供給を制御する電磁弁を取り付けた空気式バルブ操作装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
この空気式バルブ操作装置は、エアポートに連結される連結エアポートを有し、空圧式アクチュエータに着脱可能なユニットと、連結エアポートから一部が突出した状態で螺着されるプラグと、プラグの突出部分と嵌合して連結エアポートに電磁弁を連結する連結ポートを備えた電磁弁取付用部材を具備し、電磁弁取付部材の連結ポートにプラグの突出部分を嵌合させ、連結ポートを備えた面とエアポートを備えた面とを密着させることによって、ユニット及び電磁弁取付用部材を介して電磁弁を空気式アクチュエータに取り付けるようにしたものであり、これにより、電磁弁を位置合わせしながら空圧式アクチュエータに取り付けできるようにしたものである。
【特許文献１】特許第３４９４９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、鋼管をシリンダ外側に配管して外部にエア流路を設けたアクチュエータにおいては、シリンダ両側のエア出入口からエア流路を配管しなければならないため、外部エア流路が長くなりアクチュエータ全体が大型化していた。このため、設置スペースが広くなり、持ち運びや設置も困難になっていた。
また、アクチュエータの出力軸の回転速度を変えようとする場合にはエア流路の口径を変える必要が生じるが、この場合、あらたな口径のエア流路をシリンダ外部に形成する必要があった。
【０００６】
ところで、これらのアクチュエータに対して電磁弁を取りつける場合に、例えば、ナムール（ＮＡＭＵＲ）規格などの規格によって形成された電磁弁を取付けるために、それに対応する規格構成を必要としていた。そして、アクチュエータの被取付部を同じ規格によって形成し、この被取付部にエア出入口を一箇所にまとめて配置して電磁弁とアクチュエータを接続できるようにしなければならない。
【０００７】
配管によってシリンダ外部にエア流路を形成するアクチュエータは、ナムール規格による被取付部を設ける場合、エア出入口から被取付部までの長いエア流路を形成する必要があり、流路が複雑になってアクチュエータ全体が大型化する問題があった。
【０００８】
一方、一体成形のシリンダを有するアクチュエータにナムール規格などによる被取付部を設ける場合、シリンダ全体をこの規格に応じた被取付部を有する形状に製作する必要があった。このため、アクチュエータの駆動速度等の仕様に応じてシリンダを個別に成形加工しなければならず、製作に手間を要していた。
【０００９】
特許文献１の空気式バルブ操作装置は、ユニットと電磁弁取付用部材を介して電磁弁とアクチュエータを一体化し、アクチュエータに対して電磁弁の位置あわせを正確に行いながら取付けできるようにしたものであるが、ユニットに電磁弁を取付できるようにするために、このユニットのエアポートを予め電磁弁が取付可能な間隔や穴径に形成し、操作装置全体を取付形状に応じて形成する必要があった。
【００１０】
また、上記アクチュエータの何れの場合においても、一旦規格に対応させてエアポートを形成するとこのエアポート口径を変更することはできず、仮に、出力軸の回転速度を変えたい場合であっても、出力軸の出力の仕様の変更に対応させてエアポートの口径を変えることはできなかった。
【００１１】
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、全体が大型化することなく、エアポートを一箇所にまとめて規格に対応した電磁弁等を取付けることができ、また、異なるエアポート口径の電磁弁にも対応することができるバルブ用空圧式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】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、シリンダ内のピストンに設けたピストンロッドの往復運動を回転変換機構を介して回転駆動させる空圧式アクチュエータであって、ピストンの前後に位置する第１、第２シリンダ室に設けた第１、第２エアポートの一方のエアポートに連通アダプタを着脱自在に設け、かつ、他方のエアポートに電磁弁等を装着する取付アダプタを着脱自在に設けると共に、この両者のアダプタを連通パイプで連通させたバルブ用空圧式アクチュエータである。
【００１３】
請求項２に係る発明は、第１、第２エアポートの何れか一方の取付座にボルトを介して取付アダプタを固着し、他方のエアポートの取付座にボルトを介して連通アダプタを固着すると共に、取付アダプタの取付面に給排気孔を集約させたバルブ用空圧式アクチュエータである。
【００１４】
請求項３に係る発明は、取付アダプタの取付面の給排気孔をナムール規格に対応させ、この取付面にナムール規格の電磁弁を装着したバルブ用空圧式アクチュエータである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によると、エア流路を単純な構成によってコンパクトにできるため全体が大型化することがなく、取付アダプタによって各種の規格に応じて電磁弁を簡単に取付けることができ、エア流路を１箇所にまとめて、容易に電磁弁を取付けることができる空圧式アクチュエータを提供できる。また、外部に大きく流路が突設することがないため、輸送や梱包時などにおいて配管を損傷したりするおそれがなく、バルブを接続する際にも着脱が容易となる。
更に、出力軸の回転速度をアップさせたい場合には、連通アダプタと取付アダプタを連通パイプと共に取り外して、第１、第２エアポート口径をそれぞれ大きく形成し、これらのエアポート口径に対応する電磁弁を接続した空気圧式アクチュエータを提供できる。
【００１６】
更に、請求項２に係る発明によると、取付アダプタと連通アダプタを簡単に着脱でき、給排気孔を一箇所にまとめて、所定の規格に対応した電磁弁にも対応できる空圧式アクチュエータを提供できる。また、アクチュエータ全体を小型化することもできる空圧式アクチュエータである。
【００１７】
請求項３に係る発明によると、エアポートを含むアクチュエータ全体を汎用的な構成としつつ、ナムール規格に対応した電磁弁を装着したアクチュエータの設計や製作が容易となり、また、この取付用の規格に即したアクチュエータ本体を設けることにより、用途を拡大しながら利用することができる空圧式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】
【００１８】
以下、本発明におけるバルブ用空圧式アクチュエータの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１、図４、図５に示したアクチュエータ本体１０の内部には、往復運動を回転運動に変換する回転変換機構１２を設けており、この回転変換機構１２の回転を介して出力軸１９を回転駆動させている。
回転変換機構１２は、シャフト１３、１４に伝達するスコッチヨーク１５と、このスコッチヨーク１５を係合する一対のピンローラ１６をピストンロッド１７に設けたものから成っており、これらはハウジング１１内に内蔵されている。ハウジング１１の一方の側、図１において右方の側にはシリンダ２１が固定され、このシリンダ２１のシリンダケース２２内にピストンロッド１７に一体化されたピストン２３が収納されている。
【００１９】
シリンダケース２２は、例えば、一般的なパイプの内周側を切削加工した後に、図示しないコーティング材によってコーティングを施すようにしている。コーティング材の材料としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＥＮＰ（無電解ニッケルメッキ）、又はＨＣｒ（ハードクロムメッキ）などが望ましい。
本例においては、シリンダケース２２とエンドカバー２４を別体に設け、このシリンダケース２２とエンドカバー２４及びロッドガイド２５をタイロッド２６で一体に固定するような構造としている。このため、シリンダケース２２及びエンドカバー２４からなるシリンダ２１は、図７に示すように、ロッドガイド２５に対して９０°ごとに向きをずらすように変えて装着することもできる。タイロッド２６は、両端におねじが形成されており、一方のおねじはハウジング１１に螺合し、他方のおねじはナット２６ａに螺合しており、本実施例においては、４本のタイロッド２６を、図７に示すように、四方に均等に配置している。なお、シリンダ２１は、全体を一体成形によって形成するようにしてもよい。
【００２０】
図４、図５に示すように、ピストン２３の前後には第１シリンダ室５０、第２シリンダ室５１が位置し、この第１シリンダ室５０、第２シリンダ室５１には、図６のようにエンドカバー２４において第１エアポート５３、ロッドガイド２５において第２エアポート５４が離間された状態で設けられている。この第１エアポート５３、第２エアポート５４は、シリンダケース２２に直接設けるようにしてもよい。
第１、第２エアポート５３、５４からピストン２３の両側に圧縮がエア交互に供給されると、この圧縮エアにより図４、図５のピストン２３が押されてピストンロッド１７が往復運動する。このように、本例におけるアクチュエータ本体１０は複作動式とし、ピストンロッド１７の往復運動は、ピンローラ１６を介してスコッチヨーク１５に伝達され、このスコッチヨーク１５の回転運動に変換される。
スコッチヨーク１５にはシャフト１３、１４を介して出力軸１９が連結され、この出力軸１９は、バルブ３０の図示しないステムに連結されている。これにより、ピストン２３の往復運動が回転運動に変換されて出力軸１９に伝達され、バルブ３０の弁体を開閉可能に設けている。
【００２１】
図２、図３に示した連通アダプタ３７は、直方体状の本体内部に断面略Ｌ字形状の連通孔３７ａを有しており、アクチュエータ本体１０の一方のエアポート、例えば、第２エアポート５４に着脱自在に設けている。
連通アダプタ３７は、図４、図５に示すように、第２エアポート５４に形成したフラット状の取付座５６に連通アダプタ３７のフラット面３７ｂを面接触させた状態でボルト６０によって固着される。ボルト６０のおねじ６０ａをロッドガイド２５に形成したボルト孔２５ａに螺着すると、ボルト６０の頭部６０ｂが連通アダプタ３７に形成した座ぐり部３７ｃに収納され、連通アダプタ３７から頭部６０ｂが突出することなく取付座５６のフラット面が維持される。
連通アダプタ３７には環状溝部３７ｄを形成しており、この環状溝部３７ｄにＯリング４１を装着することで連通アダプタ３７と取付座５６をシールしている。
【００２２】
取付アダプタ３２は直方体状の本体からなり、アクチュエータ本体１０の他方のエアポートである第１エアポート５３に着脱自在に設けている。
取付アダプタ３２は、連通アダプタ３７の場合と同様に、第１エアポート５３のフラット状の取付座５５にフラット面３２ａを面接触させた状態でボルト６０によって固着される。ボルト６０のおねじ６０ａをエンドカバー２４に形成したボルト孔２４ａに螺着すると、ボルト６０の頭部６０ｂが取付アダプタ３２の座ぐり部３２ｂに収納され、取付座５５のフラット面が維持される。
取付アダプタ３２には環状溝部３２ｃを形成しており、この環状溝部３２ｃにＯリング４１を装着することで取付アダプタ３２と取付座５５をシールしている。
【００２３】
取付アダプタ３２は、電磁弁４０等が取付可能な取付面３３を有しており、この取付面３３に第１、第２エアポート５３、５４と連通する給排気孔３４、３５を集約して設けている。この給排気孔３４、３５は、孔径、孔の間隔などにおいてナムール規格に対応させており、取付面３３にナムール規格の電磁弁４０を装着可能にしている。電磁弁４０の装着時には、電磁弁４０は、取付アダプタ３２に形成した取付めねじ部３２ｄにおいて図示しない取付ボルトによって取付けられる。
【００２４】
第１、第２エアポート５３、５４の端部側にはめねじ５３ａ、５４ａを設けており、このめねじ５３ａ、５４ａは、例えば、呼び径１／８、１／４、３／８、１／２、３／４インチなどとすることができ、例えば、給排気孔３４、３５をナムール規格に対応させて１／４インチとした場合、これと異なる径としておくことで、給排気孔に接続する呼び径以外の電磁弁４０を接続できるようにしている。
【００２５】
連通パイプ３９は、通常用いられるパイプを切断して形成したものであり、内部に貫通孔３９ａが形成されている。
この連通パイプ３９の一端側は連通アダプタ３７の連通孔３７ａと接続され、他端側は取付アダプタ３２の給排気孔３５とそれぞれＯリング４２を介してシールされながら接続されている。これにより、両者のアダプタ３２、３７は、連通パイプ３９で連通し、第１エアポート５３と離間した状態の第２エアポート５４を連通パイプ３９を介して給排気孔３４と近接した給排気孔３５の位置になるようにして、この２つの給排気孔３４、３５を取付アダプタ３２の取付面３３に集約させている。なお、連通パイプ３９の外径は、図３に示すように連通アダプタ３７や取付アダプタ３２の厚さ（取付面間寸法）の範囲内に設定している。
本例においては、取付アダプタ３２と連通アダプタ３７を連通パイプ３９によって接続してユニット化しているが、これらを一体に成形するようにしてもよい。この場合には、例えば、本実施形態のアクチュエータ本体１０は、シリンダ２１のストロークが一定で、２つのエアポート５３、５４の間の距離が変わらないため、取付アダプタ３２、連通アダプタ３７及び連通パイプ３９を一体化することでＯリング４２、４２を省略でき、安価に形成できる。
【００２６】
なお、図４、図５は、それぞれ図１のＢ−Ｂ線断面図、Ａ−Ａ線断面図として記載しているが、実施例説明の便宜のため、取付アダプタ３２と連通アダプタ３７、及び連通パイプ３９をアクチュエータ本体１０の上部に接続した場合として図示している。
また、本実施形態においては、第１エアポート５３に取付アダプタ３２、第２エアポート５４に連通アダプタ３７を取付けているが、これらは逆であってもよく、第１、第２エアポート５３、５４の一方の取付座に取付アダプタ３２を固着し、他方の取付座に連通アダプタ３７を取付けるようにしてもよい。
【００２７】
取付アダプタ３２の取付面３３には、電磁弁４０以外にも、レギュレータ、スピードコントローラ等の規格に応じた外部機器４０を取付けることが可能であり、外部機器４０の取付時には、２つの給排気孔３４、３５に外部機器４０の図示しないポートを合わせるように当接し、この状態で図示しない取付ボルトで外部機器４０を固定する。このとき、外部機器４０がナムール規格に対応していれば、この外部機器４０のポートを入れ替えて給排気孔３４、３５に接続することもでき、外部機器４０の取付方向の自由度を広げている。更に、通電時のアクチュエータ本体１０の動作を通常とは逆にする必要が生じることがあるが、これに対しても外部機器４０のポートを入れ替える（外部機器を逆向きに取付ける）ことで対応できる。
【００２８】
次に、本発明のバルブ用空圧式アクチュエータの上記実施形態における動作および作用を説明する。
本発明のバルブ用空圧式アクチュエータは、ピストン２３の前後に位置する第１、第２シリンダ室５０、５１に設けた第１、第２エアポート５３、５４の一方のエアポートに連通アダプタ３７を着脱自在に設け、かつ、他方のエアポートに電磁弁４０等を装着する取付アダプタ３２を着脱自在に設けると共に、この両者のアダプタ３２、３７を連通パイプ３９で連通させているので、これらがピストン２３の可動方向と平行に取付けられ、これによって軸の円周方向に大きく突出することがなく、エアポート５３、５４の接続部位を最短の長さで形成できる。
【００２９】
このように、離間した状態のエアポート５３、５４を有する空圧式アクチュエータに関して、取付アダプタ３２と連通アダプタ３７を取付座５５、５６に取付けるようにすればよいため、簡単かつ正確に取付けることができる。アクチュエータ本体１０は、小型に維持したまま簡単に吸排気孔３４、３５を近接させてエア流路を構成でき、これにより、流路が複雑化することなく、簡単な部品である取付アダプタ３２、連通アダプタ３７、連通パイプ３９の追加によってナムール規格等の規格に対応した取付面３３を容易に形成することができる。
【００３０】
取付面３３には吸排気孔３４、３５がまとまった状態となっているため、この取付面３３に電磁弁４０を取付けるようにすれば簡単にエア流路を構成できことができ、電磁弁４０を用いて各エアポート５３、５４への圧縮エアの供給を制御することにより、エアポート５３、５４から第１、第２シリンダ室５０、５１への圧縮エアの供給を一括的に制御して出力軸１９に接続されたバルブ弁体を動作させることができる。
【００３１】
また、取付アダプタ３２には、図示しないレギュレータやスピードコントローラを搭載することもでき、これにより、過負荷等の原因によるアクチュエータ本体１０の破損を防止することもできる。
【００３２】
図４に示すように、給排気孔３５より圧縮エアが供給されると、この圧縮エアは、取付アダプタ３２から連通パイプ３９を介して連通アダプタ３７の連通孔３７ａから第２エアポート孔５４を介して第２シリンダ室５１へ吸気され、ピストンロッド１７とピストン２３は図において右方向に移動する。このピストンロッド１７の運動はピンローラ１６を介してスコッチヨーク１５に伝達され、スコッチヨーク１５の回転運動に変換されてスコッチヨーク１５に接続された出力軸１９が回転する。
【００３３】
一方、図５に示すように、給排気孔３４より圧縮エアが供給されると、この圧縮エアは、取付アダプタ３２の第１エアポート５３から直接第１シリンダ室５０に吸気され、ピストンロッド１７とピストン２３は図において左方向に移動する。このピストンロッド１７の運動はピンローラ１６を介してスコッチヨーク１５に伝達され、スコッチヨーク１５の回転運動に変換されて、出力軸１９は、給排気孔３５から圧縮エアが供給された場合と反対方向に回転する。
【００３４】
エアポート５３、５４は、ナムール規格以外の仕様によって形成できるため、このエアポート５３、５４にナムール規格以外の、例えば、一般的なねじ込みポートを設けておくようにすれば、取付アダプタ３２、連通アダプタ３７、及び連通パイプ３９を取り外して図示しない一般的な銅配管を接続することもできる。例えば、めねじ５３ａ、５４ａの呼び径を１／２インチとした第１エアポート５３、第２エアポート５４と、アクチュエータ本体１０に取付板（図示せず）を介して取り付けた１／２インチ対応の電磁弁とを、１／２インチの銅管で接続することにより、ナムール規格対応時（１／４インチ）よりも、第１シリンダ室５０、第２シリンダ５１への給排気量を多くすることができ、アクチュエータの出力軸の回転速度を速めることができる。
取付アダプタ３２、連通アダプタ３７を用いた場合には、この銅配管は、取付板と共に廃止できる。
【００３５】
上記実施形態の空圧式アクチュエータは、一例としてピストン２３とシリンダ２１を用いた空圧による複作動で作動させるようにしたものであるが、スプリングリターン式の単作動による作動方式でもよく、この場合、圧縮エアは、電磁弁４０を用いて、第１エアポート５３に連通する取付アダプタ３２の給排気孔３４を介して、第１シリンダ室５０のみに給排気される一方、第２シリンダ室５１内の空気は、第２エアポート５４に連通する連通アダプタ３７の連通孔３７ａを介して大気開放する。この場合、連通アダプタ３７の連通孔３７ａを直接、大気開放孔とし、連通パイプ３９を取り外しても良い。
また、電磁弁への通電時における、弁体の作動方向（弁閉又は弁開）を変更する場合には、取付アダプタ５３の給排気孔３４、３５と、電磁弁の給排気孔（図示せず）とを、それぞれ本体の位置と互い違いに接続することで対応できる。
更に、回転変換機構１２においても、スコッチヨーク１５による変換機構以外にも、例えば、ギヤ機構や、ラックとピニオンなどの変換機構を用いるようにしてもよく、更には、これらの場合にも前述のようにスプリングを設けたスプリングリターン形式のアクチュエータとすることもでき、各種のアクチュエータにも応用できる。
【００３６】
また、タイロッド２６は、取り外すことでエンドカバー２４とシリンダケース２２をアクチュエータ本体１０から取り外すことができ、シリンダケース２２をハウジング１１に対して９０°ごとに向きを変えた状態にして再度タイロッド２６で固定することで、シリンダ２１の向きを変えることができる。これにより、電磁弁やレギュレータ、スピードコントローラ等の外部機器４０のアクチュエータ本体１０に対する取付位置を変えることができ、とりわけ、取付アダプタ３２と連通アダプタ３７、及び連通パイプ３９を用いて電磁弁等を接続したアクチュエータでは、これらの部品が接続されたまま、各部品間の配管を着脱する必要なく、シリンダ２１の向きを変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明におけるバルブ用空圧式アクチュエータの一実施形態を示した正面図である。
【図２】図１の要部を示した正面図である。
【図３】図２の一部切欠き斜視図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図１のバルブ用空圧式アクチュエータからエア流路部位を取り外した状態を示す正面図である。
【図７】図１の状態からシリンダの向きを９０°ごとに変えた状態を示した側面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  アクチュエータ本体
１２  回転変換機構
１７  ピストンロッド
２１  シリンダ
２３  ピストン
３２  取付アダプタ
３３  取付面
３４、３５  給排気孔
３７  連通アダプタ
３９  連通パイプ
４０  電磁弁
５０  第１シリンダ室
５１  第２シリンダ室
５３  第１エアポート
５４  第２エアポート
５５、５６  取付座
６０  ボルト
【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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