JPH07111202B2 - ダブルピストン形トルクアクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バタフライ弁などの駆
動手段として使用されるダブルピストン形トルクアクチ
ュエータ、特にスカッチョーク形トクルアクチュエータ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】スカッチョーク形と呼称
されるダブルピストン形トルクアクチュエータは、図７
及び図８に示すように、被動回転軸１の両側に各別に運
動可能なピストン２，３が配設され、これら両ピストン
２，３から前記被動回転軸１を挟むように互いに平行な
ピストンアーム２ａ，３ａが連設されると共に、前記被
動回転軸１に中央部が固定されて直径方向両側に延出す
る被動アーム４の両端に、前記各ピストンアーム２ａ，
３ａに突設された駆動用ピン５，６が嵌合する被動用長
孔７，８が設けられたものである。９はシリンダ、１０
はピストン進出限用ストッパーボルト、１１はピストン
退入限用ストッパーボルト、１２はピストン内側シリン
ダ室１３に連通する給排気通路、１４は一対のピストン
外側シリンダ室１５Ａ，１５Ｂに連通する給排気通路で
ある。

【０００３】このトルクアクチュエータでは、図７に示
すように両ピストン２，３が退入限位置にある状態から
ピストン内側シリンダ室１３に圧力空気を供給して両ピ
ストン２，３を互いに離間する方向に進出移動させる
と、各ピストンアーム２ａ，３ａの駆動用ピン５，６が
被動用長孔７，８を介して被動アーム４の両端を互いに
逆方向に引っ張り、被動回転軸１を時計方向に回転駆動
させることになる。被動回転軸１が略９０度回転したと
ころで、図８に示すようにピストン２，３が進出限位置
に到達し、一方のピストン３がピストン進出限用ストッ
パーボルト１０に当接して停止する。係る状態から、ピ
ストン外側シリンダ室１５Ａ，１５Ｂに圧力空気を供給
して両ピストン２，３を互いに接近する方向に退入移動
させると、各ピストンアーム２ａ，３ａの駆動用ピン
５，６が被動用長孔７，８を介して被動アーム４の両端
を互いに逆方向に押圧して、被動回転軸１を反時計方向
に回転駆動させることになる。被動回転軸１が略９０度
回転したところで、図７に示すようにピストン２，３が
退入限位置に到達し、一方のピストン２がピストン退入
限用ストッパーボルト１１に当接して停止する。

【０００４】上記のようにピストン２，３の往復移動に
より被動回転軸１を略９０度の範囲で正逆回転させるダ
ブルピストン形トルクアクチュエータに於いては、図７
に示すように退入限位置にある両ピストン２，３が互い
に離間する方向に進出移動するとき、或いは図８に示す
ように進出限位置にある両ピストン２，３が互いに接近
する方向に退入移動するとき、前記被動アーム４がシリ
ンダ軸心に対し垂直姿勢になるまでの移動行程の前半で
は、負荷の掛かっている被動アーム４の被動用長孔７，
８に於ける斜めの側面に対する駆動用ピン５，６の押圧
作用により、各ピストンアーム２ａ，３ａの駆動用ピン
５，６位置に、被動回転軸１のある側への分力Ｆが作用
する。勿論、被動アーム４の回動に伴って前記分力Ｆは
小さくなり、被動アーム４がシリンダ軸心に対し垂直な
向きになったときには前記分力Ｆはゼロとなり、更に前
記被動アーム４がシリンダ軸心方向に対し垂直な姿勢か
ら反対方向に傾動する移動行程の後半では、前記分力Ｆ
の作用方向が逆向き（外向き）になる。

【０００５】従来のこの種のトルクアクチュエータで
は、前記ピストンアーム２ａ，３ａの内側面を被動回転
軸１の周面に当接させ、図示する内向きの前記分力Ｆを
被動回転軸１で受けるようにすると共に、前記ピストン
アーム２ａ，３ａの遊端部外側面をシリンダ９の内側面
に当接させて、外向きの分力をシリンダ９で受けるよう
にして、ピストン２，３（ピストンアーム２ａ，３ａ）
の傾動を防止するように構成していたので、例えば図示
のように内向きに分力Ｆが作用する状況を例にとって説
明すると、ピストンアーム２ａ，３ａと被動回転軸１と
の当接箇所Ｐと前記分力Ｆの作用位置である駆動用ピン
５，６の位置とがシリンダ軸心方向に離れているとき、
即ち、前記分力Ｆが最大となる退入限位置または進出限
位置からピストン２，３が移動し始めるとき、当該分力
Ｆにより、被動回転軸１との当接箇所Ｐを支点とする大
きなモーメントがピストンアーム２ａ，３ａに作用し、
このモーメントが、ピストン２，３とシリンダ１０との
間に横向きの極めて大きな押圧力ｆを発生させることに
なり、この非常に大きな横向きの押圧力ｆがピストン
２，３の摺動摩擦を著しく大きくし、このトルクアクチ
ュエータの機械効率を大幅に低下させることになってい
た。

【０００６】また、図８に示すように、進出限位置にあ
るピストン２，３が退入移動し始めるときにもピストン
アーム２ａ，３ａに作用する前記分力Ｆを被動回転軸１
で受けさせるために、ピストン２，３が進出限位置にあ
るときもピストンアーム２ａ，３ａの内側面が被動回転
軸１に当接しているように構成しなければならない。従
って、図示の如くピストンアーム２ａ，３ａを、駆動用
ピン５，６の取付け位置よりも後方へ長く延出させてお
く必要があり、本来は駆動ピン５，６を取付けることが
できるだけの長さで足りるところが、図示のように長さ
Ｌだけピストンアーム２ａ，３ａを長く構成しなければ
ならないのである。このため、図７に示すように退入限
位置にあるときの両ピストン２，３間の間隔が長くな
り、必要なピストンストロークを得るためのシリンダ長
さが長くなって、アクチュエータ全体の小型化を図るこ
とが困難であった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記のような従
来の問題点を解決するために成されたものであって、そ
の特徴を後述する実施例の参照符号を付して示すと、本
発明のダブルピストン形トルクアクチュエータは、被動
回転軸２１の両側に各別に運動可能なピストン２８，２
９を配設し、これら両ピストンから前記被動回転軸２１
を挟むように互いに平行なピストンアームを連設すると
共に、前記被動回転軸２１から直径方向両側に延出する
被動アーム（２６ａ，２６ｂ）の両端に、前記各ピスト
ンアームに突設された駆動用ピン３０，３１が嵌合する
被動用長孔３２，３３を設けて成るダブルピストン形ト
ルクアクチュエータに於いて、前記各ピストンアームを
左右一対（２８ａ，２８ｂ）（２９ａ，２９ｂ）並設す
るとともに、前記各駆動用ピン３０，３１は各左右一対
のピストンアーム（２８ａ，２８ｂ）（２９ａ，２９
ｂ）間に架設し、前記両ピストン２８，２９間のシリン
ダ２０内には、一方の左右一対のピストンアーム（２８
ａ，２８ｂ）間から他方の左右一対のピストンアーム
（２９ａ，２９ｂ）間にわたって連続し且つ中央部を前
記被動回転軸２１が貫通する１枚の板体から成るガイド
部材２２を、シリンダ２０の中心位置に内嵌固定し、こ
のガイド部材２２に、前記各駆動用ピン３０，３１の中
央部が夫々嵌合する案内用長孔２４，２５をシリンダ軸
心方向と平行に設け点に特徴を有する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付の例示図に基
づいて説明するが、この実施例では、図７に於いて説明
したストッパーボルト１０，１１に相当するものを省略
している。図１〜図３に於いて、２０はシリンダであっ
て、その中央部を横断貫通する状態で被動回転軸２１が
支承せしめられている。この被動回転軸２１の一端角孔
部２１ａにバタフライ弁の駆動軸などが接続される。

【０００９】２２は１枚の板体から成るガイド部材であ
って、前記シリンダ２０の中央部で直径方向に内嵌固定
され、図３Ａ，Ｂに示すように、中央部に被動回転軸２
１が貫通する孔２３を備えると共に、上下両側にシリン
ダ軸心方向と平行な案内用長孔２４，２５が設けられて
いる。前記被動回転軸２１には、前記ガイド部材２２を
挟み且つ直径方向両側に延出する被動アーム２６ａ，２
６ｂがキー２７を介して取付けられている。

【００１０】２８，２９は一対のピストンであって、前
記被動回転軸２１（ガイド部材２２）の両側で各別に移
動可能にシリンダ２０に内嵌され、一方のピストン２８
からは、前記被動アーム２６ａ，２６ｂの一端部を左右
両側から挟む左右一対のピストンアーム２８ａ，２８ｂ
が連設され、他方のピストン２９からは、前記被動アー
ム２６ａ，２６ｂの他端部を左右両側から挟む左右一対
のピストンアーム２９ａ，２９ｂが連設されている。こ
れらピストンアーム２８ａ，２８ｂとピストンアーム２
９ａ，２９ｂとは、被動回転軸２１を上下から挟むよう
に、当該被動回転軸２１とシリンダ２０との間でシリン
ダ軸心方向に延出されているが、これらピストンアーム
２８ａ〜２９ｂは、被動回転軸２１やシリンダ２０に対
しては勿論、図１Ｂにも示すように被動アーム２６ａ，
２６ｂの左右に張り出すボス部に対しても接触しないよ
うに構成されている。

【００１１】３０は前記ピストンアーム２８ａ，２８ｂ
の先端部間に架設された駆動用ピンであり、３１は前記
ピストンアーム２９ａ，２９ｂの先端部間に架設された
駆動用ピンである。前記被動アーム２６ａ，２６ｂの両
端部には、被動回転軸２１の直径方向に沿って被動用長
孔３２，３３が両端から切り欠き形成されており、前記
ピストンアーム２８ａ，２８ｂ側の駆動用ピン３０は、
一方の被動用長孔３２とガイド部材２２の案内用長孔２
５とを貫通し、前記ピストンアーム２９ａ，２９ｂ側の
駆動用ピン３１は、他方の被動用長孔３３とガイド部材
２２の案内用長孔２４とを貫通している。尚、各駆動用
ピン３０，３１の案内用長孔２４，２５を貫通する部分
には、これら長孔２４，２５の巾よりも僅かに外径の小
さなローラ（ニードルベアリングなどが利用できる）３
４，３５が支承されている。

【００１２】３６は両ピストン２８，２９間のシリンダ
室３７に連通する給排気通路であり、３８は各ピストン
２８，２９の外側シリンダ室３９Ａ，３９Ｂに連通する
給排気通路であって、前記シリンダ２０の周壁及び端面
板に穿設されている。

【００１３】以上のように構成されたトルクアクチュエ
ータは、従来のものと同様に、図１Ａに示すように両ピ
ストン２８，２９が退入限位置にある状態で、シリンダ
室３７に圧力空気を供給して両ピストン２８，２９を互
いに離間する方向に進出移動させると、各々のピストン
アーム２８ａ，２８ｂ及び２９ａ，２９ｂの駆動用ピン
３０，３１が、被動用長孔３２，３３を介して被動アー
ム２６ａ，２６ｂの両端を互いに逆方向に引っ張って、
図２に示すように、当該被動アーム２６ａ，２６ｂを時
計方向に略９０度回動させることになる。反対に、図２
に示すように両ピストン２８，２９が進出限位置にある
状態で、両シリンダ室３９Ａ，３９Ｂに圧力空気を供給
して両ピストン２８，２９を互いに接近する方向に退入
移動させると、各々のピストンアーム２８ａ，２８ｂ及
び２９ａ，２９ｂの駆動用ピン３０，３１が、被動用長
孔３２，３３を介して被動アーム２６ａ，２６ｂの両端
を互いに逆方向に押圧して、図１Ａに示すように、当該
被動アーム２６ａ，２６ｂを反時計方向に略９０度回動
させることになる。この被動アーム２６ａ，２６ｂの正
逆回転が被動回転軸２１に伝達され、この被動回転軸２
１に連動連結されているバタフライ弁などが開閉駆動さ
れる。

【００１４】上記のトルクアクチュエータの作動時に於
いても、シリンダ軸心方向に対して傾斜している被動ア
ーム２６ａ，２６ｂの被動用長孔３２，３３に於ける側
面に対し駆動用ピン３０，３１がシリンダ軸心方向に移
動押圧する結果、ピストンアーム２８ａ，２８ｂ及び２
９ａ，２９ｂの駆動用ピン３０，３１の位置には、被動
回転軸２１のある側への横向き分力が作用する。しかし
ながらこの横向き分力は、その発生位置である前記駆動
用ピン３０，３１の位置に於いて、ローラ３４，３５を
介してガイド部材２２の案内用長孔２４，２５の側面で
受けられるので、これらピストンアーム２８ａ，２８ｂ
及び２９ａ，２９ｂにモーメントを生じさせることはな
い。勿論、両ピストン２８，２９は、シリンダ軸心方向
と平行な案内用長孔２４，２５に前記駆動用ピン３０，
３１がローラ３４，３５を介して嵌合しているので、シ
リンダ軸心方向の直線運動のみ可能であって、傾動する
恐れはない。

【００１５】尚、図１Ｂに示すように、前記駆動用ピン
３０，３１は、その両端に加工した周溝にストップリン
グ３６を嵌合させて、ピストンアーム２８ａ，２８ｂ及
び２９ａ，２９ｂからの抜け止めとすることができる
が、この方法では、ピストンアーム２８ａ，２８ｂ及び
２９ａ，２９ｂから突出する駆動用ピン３０，３１の両
端やストップリング３６などがシリンダ２０に接触しな
いように、駆動用ピン３０，３１の位置をシリンダ軸心
に近づけたり、ピストンアーム２８ａ〜２９ｂ、ガイド
部材２２、被動アーム２６ａ，２６ｂなどの厚さを薄く
する、というような好ましからざる制約を受けることに
なる。

【００１６】このような問題点を解消するためには、例
えば図４及び図５に示すように、駆動用ピン３０，３１
の全長を左右一対のピストンアーム２８ａ，２８ｂ及び
２９ａ，２９ｂの外側面間距離と等しくすると共に、当
該駆動用ピン３０，３１の両端に、前記ピストンアーム
２８ａ〜２９ｂの厚さと略等しい長さの小径軸部４０を
形成しておき、前記ピストンアーム２８ａ，２８ｂ及び
２９ａ，２９ｂには、前記駆動用ピン３０，３１を挿通
させ得る内径のピン孔４１を加工し、このピン孔４１に
圧入固定し得る外径で且つ前記小径軸部４０に外嵌させ
得る内径のブッシュ４２を、駆動用ピン３０，３１の小
径軸部４０に外嵌させるように前記ピン孔４１に圧入固
定させることにより、ピストンアーム２８ａ，２８ｂ及
び２９ａ，２９ｂから全く突出しない長さの駆動用ピン
３０，３１を、前記両ブッシュ４２によりピストンアー
ム２８ａ，２８ｂ及び２９ａ，２９ｂに対し抜け止め固
定させることができる。

【００１７】図６に示す実施例では、両ピストン２８，
２９をスプリングにより退入方向に付勢するように構成
している。即ち、ピストン２８側のシリンダ２０の端部
に端面板に代えてスプリングケース４６を取付け、この
スプリングケース４６と前記ピストン２８との間に、例
えば内外二重の圧縮コイルスプリング４７ａ，４７ｂを
介装して、被動アーム２６ａ，２６ｂを介して互いに逆
方向に移動するように連動している両ピストン２８，２
９を前記スプリング４７ａ，４７ｂにより退入方向に付
勢している。この場合、両シリンダ室３９Ａ，３９Ｂ
は、通路３８を介して常時大気に開放され、両ピストン
２８，２９間のシリンダ室３７に圧力空気を供給するこ
とにより、両ピストン２８，２９をスプリング４７ａ，
４７ｂの付勢力に抗して進出移動させ、当該シリンダ室
３７を大気に開放させることにより、両ピストン２８，
２９をスプリング４７ａ，４７ｂの付勢力で退入移動さ
せることができる。勿論、両方のピストン２８，２９を
夫々スプリングで退入方向に付勢することもできる。

【００１８】

【発明の作用及び効果】以上のように本発明のダブルピ
ストン形トルクアクチュエータでは、シリンダ軸心方向
に対して傾斜している被動アームの被動用長孔に於ける
側面に対しピストン側の駆動用ピンがシリンダ軸心方向
に移動押圧する結果、ピストンアームの駆動用ピン位置
に作用する横向きの非常に大きな分力は、その発生位置
である前記駆動用ピンの位置に於いて、シリンダに固定
のガイド部材に於ける案内用長孔の側面で受けられるの
で、その反力を前記駆動用ピンを備えたピストンアーム
に作用させることがなく、従って当該ピストンアームに
モーメントを生じさせることはない。勿論、両ピストン
は、シリンダ軸心方向と平行な前記案内用長孔と前記駆
動用ピンとの嵌合によりシリンダ軸心方向の直線運動の
み可能であって、傾動する恐れはない。

【００１９】しかも本発明の構成によれば、前記ガイド
部材がシリンダとは別体の部品から成るので、ガイド部
材単体で精度良く加工することができ、従って、駆動用
ピンを案内する２本の案内用長孔の平行度や寸法精度の
確保も容易であり、当然、表面硬化処理も容易であっ
て、ガイド部材を安価に製造することができ、磨耗によ
るガイド部材の取り替えも簡単に行えるのであるが、特
に前記ガイド部材を、各ピストンアームを左右一対並設
して、その間に遊嵌するようにシリンダの中心位置に内
嵌固定された１枚の板体から構成したので、図示のよう
に、単に板状ガイド部材のシリンダ軸心方向と平行な両
側面をシリンダの内周面に当接する円弧面に加工してお
くだけで、シリンダに内嵌されたガイド部材は自動的に
シリンダの中心位置に精度良く位置決めされることにな
り、シリンダに対するガイド部材の組み込み精度を容易
に高めることができる。

【００２０】そして、各左右一対のピストンアームは、
前記のようにシリンダ中心位置に精度良く位置決めされ
る板状ガイド部材を挟んで往復移動するのであるから、
ピストンから片持ち状に突出しているピストンアームが
板状ガイド部材の板厚方向に振れることも前記板状ガイ
ド部材によって防止することができる。従って、ピスト
ンアームの振れによってピストンの円滑な滑動が阻害さ
れるようなこともなくなる。さらに、１枚の板状ガイド
部材によって両ピストンのアームをガイドすることにな
るので、両ピストン間にシリンダ周方向の相対的ねじれ
が生じることもなくなる。

【００２１】以上の理由から本発明のトルクアクチュエ
ータによれば、駆動時のピストンのこぜが解消して当該
ピストンの摺動抵抗が著しく小さくなり、従来構成のト
ルクアクチュエータよりはるかに機械的効率の優れたト
ルクアクチュエータを、極めて簡単容易且つ安価に得る
ことができるに至った。特に、ピストンのこぜが発生し
易いタイプのアクチュエータ、即ち、図８で示したよう
にピストンがスプリングによって退入方向に付勢される
タイプのダブルピストン形トルクアクチュエータには、
本発明の構成は極めて効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 Ａ図は両ピストンが退入限位置にあるときの
縦断側面図であり、Ｂは縦断正面図である。

【図２】 両ピストンが進出限位置にあるときの縦断側
面図である。

【図３】 Ａ図はガイド部材の正面図であり、Ｂ図は同
縦断側面図である。

【図４】 駆動用ピンの抜け止め構造に関する他の実施
例を説明する要部の一部縦断正面図である。

【図５】 図４の駆動用ピンと片側に嵌合させたブッシ
ュとを示す斜視図である。

【図６】 スプリング併用形のトルクアクチュエータに
適用した実施例を説明する縦断側面図である。

【図７】 従来構成のトルクアクチュエータを、両ピス
トンが退入限位置にある状態で示す縦断側面図である。

【図８】従来構成のトルクアクチュエータを、両ピスト
ンが進出限位置にある状態で示す縦断側面図である。

【符号の説明】

２０ シリンダ ２１ 被動回転軸 ２２ 板状のガイド部材 ２４ 案内用長孔 ２５ 案内用長孔 ２６ａ 被動アーム ２６ｂ 被動アーム ２８ａ ピストンアーム ２８ｂ ピストンアーム ２９ａ ピストンアーム ２９ｂ ピストンアーム ３０ 駆動用ピン ３１ 駆動用ピン ３２ 被動用長孔 ３３ 被動用長孔 ３４ ローラ（ニードルベアリング） ３５ ローラ（ニードルベアリング） ４０ 駆動用ピン両端の小径軸部 ４２ ブッシュ ４７ａ ピストン付勢用スプリング ４７ｂ ピストン付勢用スプリング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被動回転軸の両側に各別に運動可能なピス
   トンを配設し、これら両ピストンから前記被動回転軸を
   挟むように互いに平行なピストンアームを連設すると共
   に、前記被動回転軸から直径方向両側に延出する被動ア
   ームの両端に、前記各ピストンアームに突設された駆動
   用ピンが嵌合する被動用長孔を設けて成るダブルピスト
   ン形トルクアクチュエータに於いて、前記各ピストンア
   ームを左右一対並設するとともに、前記各駆動用ピンは
   各左右一対のピストンアーム間に架設し、前記両ピスト
   ン間のシリンダ内には、一方の左右一対のピストンアー
   ム間から他方の左右一対のピストンアーム間にわたって
   連続し且つ中央部を前記被動回転軸が貫通する１枚の板
   体から成るガイド部材を、シリンダ中心位置に内嵌固定
   し、このガイド部材に、前記各駆動用ピンの中央部が夫
   々嵌合する案内用長孔をシリンダ軸心方向と平行に設け
   て成るダブルピストン形トルクアクチュエータ。