JPH11166507A - 往復動形アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 往復動形アクチュエータにおける往復動作の
高速化を達成する。 【解決手段】 シリンダ本体11内に片ロッド形のピスト
ン12を摺動自在に嵌合し、ピストン12のロッド13側に復
帰動作用のリターンスプリング19を設ける。シリンダ本
体11内にてピストン12のロッド13のない側に作動流体室
21を設け、流体制御部22により作動流体室21に対し作動
流体を給排制御する。流体制御部22は、作動流体の供給
口35および排出口36を有する弁本体24に可動弁体31を軸
方向移動自在に嵌合し、供給口35および排出口36のいず
れか一方を作動流体室21に連通する。可動弁体31は、上
昇移動したピストン12の押圧を受けて作動流体室21から
後退する凸部44と、反対側の受圧面部45とを有する。受
圧面部45は、下降移動したピストン12のストローク端位
置にて作動流体室21から連通管51およびスプリング受け
体54などを経て作動流体の供給を受け、可動弁体31を下
方へ作動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、往復動形ポンプな
どを駆動するための往復動形アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】特公平７−８１５５０号公報に示される
ように、シリンダ本体内に摺動自在に嵌合された片ロッ
ド形のピストンにより、シリンダ本体内にピストン一側
の作動流体室とピストン他側の作動流体室とが区画形成
され、これらの両側の作動流体室に対し、シリンダ本体
と隣接して設けられた流体制御部で方向制御された作動
流体が給排制御される往復動形アクチュエータがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この従来の往復動形ア
クチュエータは、ピストン一側の作動流体室とピストン
他側の作動流体室とに作動流体を交互に供給するため、
その往動作および復動作で力を発揮できるが、流体供給
に要する時間が往復の両動作分かかる。

【０００４】一方、この往復動形アクチュエータにより
往復動形ポンプなどを駆動する場合、必ずしも往復の両
動作で大きな力を必要としないとともに、むしろ往復動
作回数を上げて流量を増やしたいポンプが多い。

【０００５】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、往復動形アクチュエータにおける往復動作の高速
化を達成することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、シリンダ本体と、このシリンダ本体内に摺動自在
に嵌合された片ロッド形のピストンと、このピストンの
ロッド側に設けられた復帰動作用のリターンスプリング
と、シリンダ本体内にてピストンのロッドのない側に設
けられた作動流体室と、この作動流体室に対し作動流体
を給排制御する流体制御部とを備え、この流体制御部
は、作動流体の供給口および排出口を有する弁本体と、
この弁本体の軸方向に移動自在に嵌合され作動流体の供
給口および排出口のいずれか一方を作動流体室に連通す
る可動弁体とを備え、この可動弁体は、作動流体室に突
出しリターンスプリングの復元力にて移動したピストン
により押圧されて可動弁体を作動流体室から後退させる
方向へ作動する凸部と、リターンスプリングに抗して作
動流体により移動したピストンのストローク端位置にて
作動流体室から可動弁体の凸部とは反対側に導かれた作
動流体の流体圧を受けて可動弁体を作動流体室方向へ作
動する受圧面部とを備えた往復動形アクチュエータであ
る。

【０００７】そして、可動弁体の凸部が作動流体室に突
出した状態で、作動流体室は作動流体の排出口に連通し
ているから、ピストンはリターンスプリングにより復帰
動作しながら作動流体室より作動流体を押出す。このピ
ストンが可動弁体の凸部に当接して可動弁体を押動する
と、可動弁体は、作動流体の供給口を作動流体室と連通
させる状態に切換わる。これにより、供給口から作動流
体室に供給された作動流体によりピストンがリターンス
プリングに抗して作動する。そして、ピストンがストロ
ーク端位置まで移動すると、作動流体室の作動流体が可
動弁体の受圧面部に導かれ、可動弁体は作動流体の流体
圧を受けて作動流体室方向へ切換作動し、可動弁体の凸
部が作動流体室に突出する最初の状態に戻る。

【０００８】請求項２に記載された発明は、請求項１記
載の往復動形アクチュエータにおける可動弁体が、中立
位置で停止することを避けるための中立停止防止機構を
備え、この中立停止防止機構は、弁本体に一体的に設け
られた一方のスプリング受け体と、可動弁体に嵌合され
た他方のスプリング受け体と、線材の中央部に形成され
た中央軸部に対し線材の両端部に形成された端軸部を相
互に対向する方向に彎曲させることによってほぼＣ形に
成形され、中央軸部が一方のスプリング受け体に両端部
の端軸部が他方のスプリング受け体にそれぞれ回動自在
に嵌合されたワイヤスプリングとを具備したものであ
る。

【０００９】そして、ほぼＣ形のワイヤスプリングによ
り、作動流体室に作動流体を供給する位置、または作動
流体室から作動流体を排出する位置のいずれか一方へ可
動弁体を付勢することにより、可動弁体がそのいずれで
もない中立位置で停止することを防止する。ワイヤスプ
リングは、中央軸部が弁本体側のスプリング受け体に対
する回動支軸として機能し、また相互に対向する方向に
彎曲された両端部の端軸部が可動弁体側のスプリング受
け体に対する回動支軸として機能する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示された実
施の一形態を参照しながら説明する。

【００１１】図１乃至図３に示されるように、シリンダ
本体11の内部に片ロッド形のピストン12が摺動自在に嵌
合されている。このピストン12のロッド13は、シリンダ
本体11の下部開口に螺合されたスプリング受け板14を通
して下方へ引出され、図示されない往復動形ポンプのポ
ンプ軸などに接続されている。

【００１２】ピストン12は、一対の押え板15の間に耐摩
耗性を有するシール材16が挟持され、ロッド13の端部に
ねじ込まれたボルト17により一体化されている。

【００１３】前記スプリング受け板14の上面側にはスプ
リング嵌着溝18が設けられ、このスプリング嵌着溝18に
は復帰動作用のリターンスプリング19の下端部が嵌着さ
れ、このリターンスプリング19の上端はピストン12の下
面に係合されている。

【００１４】シリンダ本体11内にてピストン12のロッド
13のない側には作動流体室21が設けられ、この作動流体
室21に対し作動流体を給排制御する流体制御部22が設け
られている。

【００１５】この流体制御部22は、シリンダ本体11の上
部穴23に弁本体24の下端凸部25が、Ｏリングなどのシー
ル部材26を介して嵌着され、この弁本体24の軸方向の穴
27に円筒形のスリーブ28が、Ｏリングなどのシール部材
29を介して嵌着され、このスリーブ28の内穴にスプール
状の可動弁体31が、Ｏリングなどのシール部材32，33，
34を介して軸方向摺動自在に嵌合されている。

【００１６】弁本体24は、その一側面および他側面に作
動流体の供給口35および排出口36を有し、可動弁体31
は、その供給口35および排出口36のいずれか一方を作動
流体室21に連通する周溝37、径方向孔38および軸方向孔
39を有している。スリーブ28は、弁本体24の供給口35お
よび排出口36と、可動弁体31の周溝37とを連通する周溝
41および径方向孔42を有している。

【００１７】可動弁体31の下部には、弁本体24の下端凸
部25に嵌着されたＯリングなどのシール部材43を経て作
動流体室21に突出する凸部44が一体形成され、この凸部
44は、リターンスプリング19の復元力にて上昇移動した
ピストン12により押圧されて、可動弁体31を作動流体室
21から後退させる方向へ作動する。この凸部44に前記軸
方向孔39が穿設され、この軸方向孔39は作動流体室21に
開口している。

【００１８】可動弁体31の比較的上部には、受圧面部45
が設けられている。この受圧面部45は、リターンスプリ
ング19に抗して作動流体により下降移動したピストン12
のストローク端位置（図３に２点鎖線で示す位置）にて
作動流体室21から可動弁体31の凸部44とは反対側に導か
れた作動流体の流体圧を受けて、可動弁体31を作動流体
室21の方向すなわち下方へ作動する。

【００１９】すなわち、下降移動したピストン12のスト
ローク端位置よりやや上側にてシリンダ本体11に一方の
作動流体口46が設けられ、一方、弁本体24の上部側面に
は他方の作動流体口47が設けられ、これらの作動流体口
46，47の間が、エルボ管継手48および締付ねじ管49によ
り接続された連通管51を介して連通され、さらに、上側
の作動流体口47は、弁本体24の上端部に設けられた上部
穴52の内周溝53、上部穴52に嵌着されたスプリング受け
体54の横孔55、スプリング受け体54の中心部に穿設され
た可動弁体嵌合軸穴56を経て、前記受圧面部45に連通さ
れている。

【００２０】弁本体24の上端面にＯリングなどのシール
部材57を介して密着された蓋板58は、この蓋板58および
弁本体24を通してシリンダ本体11に螺合されたボルト59
により固着され、前記スリーブ28およびスプリング受け
体54などを弁本体24内に固定している。

【００２１】可動弁体31の上部には、この可動弁体31が
中立位置で停止することを避けるための中立停止防止機
構61が設けられている。

【００２２】この中立停止防止機構61は、図４にも示さ
れるように、既に述べたように弁本体24の上部穴52に一
体的に嵌着された一方のスプリング受け体54と、可動弁
体31の上端軸部62に摺動自在に嵌合されこの上端軸部62
に螺着されたナット63により係止される他方のスプリン
グ受け体64と、これらのスプリング受け体54，64の間に
設けられた一対のワイヤスプリング65とを具備したもの
である。

【００２３】各ワイヤスプリング65は、線材の中央部に
直線状に形成された中央軸部71に対し、線材の両端部を
相互に対向する方向に彎曲させて中央軸部71と平行で直
線状の端軸部72を形成することによって、ほぼＣ形に成
形され、その中央軸部71が一方のスプリング受け体54の
直線状溝73に、また両端部の端軸部72が他方のスプリン
グ受け体64の直線状溝74に、それぞれ回動自在に嵌合さ
れている。

【００２４】次に、この図示された実施形態の作用を説
明する。

【００２５】図１に示されたように、可動弁体31の凸部
44が作動流体室21に突出した状態で、作動流体室21は、
可動弁体31の軸方向孔39、径方向孔38およびスリーブ28
の径方向孔42などを経て排出口36に連通しているから、
ピストン12はリターンスプリング19により復帰動作しな
がら、作動流体室21より空気などの作動流体を押出す。

【００２６】この復帰動作時は、例えばピストン12のロ
ッド13に接続されたポンプ（図示せず）が比較的軽負荷
の吸込作用を行う。

【００２７】図２に示されるように、このピストン12が
可動弁体31の凸部44に当接して可動弁体31を押上げる
と、図３に示されるように、可動弁体31は、作動流体の
供給口35を作動流体室21と連通させる状態に切換わる。

【００２８】すなわち、作動流体の供給口35は、スリー
ブ28の径方向孔42、可動弁体31のシール部材33，34間の
周溝37、径方向孔38および軸方向孔39などを経て、作動
流体室21と連通する。

【００２９】これにより、供給口35から作動流体室21に
供給された圧搾空気などの作動流体によりピストン12が
リターンスプリング19に抗して下方へ作動する。

【００３０】このピストン作動時は、供給口35より作動
流体室21に供給された作動流体圧が大径のピストン12の
上面に作用するので、ピストン12は、その作動流体圧に
より押下げられて、ロッド13に接続された往復動形ポン
プ（図示せず）を強力に駆動でき、そのポンプにとって
大負荷となる吐出作用を行うことができる。

【００３１】そして、図３に２点鎖線で示されたように
ピストン12がストローク端位置12aまで移動すると、作
動流体室21の作動流体が、作動流体口46より連通管51、
作動流体口47、上部穴52の内周溝53、スプリング受け体
54の横孔55を経て、可動弁体31の上端軸部62上に導か
れ、さらに、可動弁体嵌合軸穴56を経て可動弁体31の受
圧面部45に導かれ、この作動流体は、可動弁体31の上端
軸部62および受圧面部45を下向きに押圧する。

【００３２】一方、可動弁体31を上向きに押圧する作動
流体圧の受圧面積は、シール部材43にて囲まれた凸部44
の横断面積にすぎず、上端軸部62および受圧面部45を下
向き押圧する受圧面積より小さいので、可動弁体31を下
向きに押圧する力が勝る。

【００３３】このため、可動弁体31は、この作動流体圧
のアンバランスにより作動流体室21の方向へ切換作動
し、可動弁体31の凸部44が作動流体室21に突出する最初
の状態（図１に示された状態）に戻る。

【００３４】このような往復動作において、中立停止防
止機構61は、ほぼＣ形のワイヤスプリング65により、作
動流体室21に作動流体を供給する位置、または作動流体
室21から作動流体を排出する位置のいずれか一方へ可動
弁体31を付勢することにより、可動弁体31がそのいずれ
でもない中立位置で停止することを防止する。

【００３５】このとき、ワイヤスプリング65は、その中
央軸部71が弁本体24側のスプリング受け体54に対する回
動支軸として機能し、また相互に対向する方向に彎曲さ
れた両端部の端軸部72が可動弁体31側のスプリング受け
体64に対する回動支軸として機能する。

【００３６】以上のように、流体制御部22により作動流
体を給排制御される作動流体室21をピストン12の片側の
みに設け、ピストン12の復帰動作はリターンスプリング
19により高速で行わせるとともに、流体制御部22は、凸
部44と受圧面部45とによりピストン12の動作と連動して
瞬時に切換動作する可動弁体31を有するから、往復動形
アクチュエータにおける往復動作の高速化を達成でき
る。

【００３７】さらに、ピストン12の片側のみに作動流体
を供給すればよいから、作動流体の消費量を従来のアク
チュエータのほぼ半分にすることができ、例えばエアコ
ンプレッサなどの作動流体供給源を小型にでき、また、
従来と同一の作動流体消費量の場合は、従来のアクチュ
エータと比べほぼ２倍の往復動作速度が得られる。

【００３８】例えば、従来の、ピストン両側に形成され
た作動流体室に作動流体を交互に供給する往復動形アク
チュエータでは、約２００回／分の往復動作が限界であ
るが、図示された実施形態の往復動形アクチュエータで
は、約５００回／分もの発振状態に近い高速の往復動作
が可能となる。

【００３９】その際、リターンスプリング19が強いほ
ど、すなわちリターンスプリング19のバネ定数が大きい
ものほど、往復動作の高速化が図れる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、流体制御
部により作動流体を給排制御される作動流体室をピスト
ンの片側のみに設け、ピストンの復帰動作はリターンス
プリングにより高速で行わせるとともに、流体制御部
は、凸部と受圧面部とによりピストンの動作と連動して
瞬時に切換動作する可動弁体を有するから、往復動形ア
クチュエータにおける往復動作の高速化を達成できる。

【００４１】さらに、ピストンの片側のみに作動流体を
供給すればよいから、作動流体の消費量を従来のアクチ
ュエータの消費量より大幅に削減でき、また、従来と同
一の作動流体消費量の場合は、従来のアクチュエータよ
り往復動作速度を大幅に向上できる。

【００４２】請求項２記載の発明によれば、中央軸部お
よび両端部の端軸部がそれぞれ回動支軸として機能する
ほぼＣ形のワイヤスプリングにより、可動弁体が中立位
置で停止することを避けるための中立停止防止機構を極
めて簡単に形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る往復動形アクチュエータの実施の
一形態を示すピストン復帰動作時の断面図である。

【図２】同上アクチュエータのピストン復帰動作終了直
前の断面図である。

【図３】同上アクチュエータのピストンを作動流体で作
動する状態に切換えたときの断面図である。

【図４】同上アクチュエータの中立停止防止機構を示す
断面図である。

【符号の説明】

11 シリンダ本体 12 ピストン 13 ロッド 19 リターンスプリング 21 作動流体室 22 流体制御部 24 弁本体 31 可動弁体 35 供給口 36 排出口 44 凸部 45 受圧面部 54 一方のスプリング受け体 61 中立停止防止機構 64 他方のスプリング受け体 65 ワイヤスプリング 71 中央軸部 72 端軸部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ本体と、 このシリンダ本体内に摺動自在に嵌合された片ロッド形
   のピストンと、 このピストンのロッド側に設けられた復帰動作用のリタ
   ーンスプリングと、 シリンダ本体内にてピストンのロッドのない側に設けら
   れた作動流体室と、 この作動流体室に対し作動流体を給排制御する流体制御
   部とを備え、 この流体制御部は、 作動流体の供給口および排出口を有する弁本体と、 この弁本体の軸方向に移動自在に嵌合され作動流体の供
   給口および排出口のいずれか一方を作動流体室に連通す
   る可動弁体とを備え、 この可動弁体は、 作動流体室に突出しリターンスプリングの復元力にて移
   動したピストンにより押圧されて可動弁体を作動流体室
   から後退させる方向へ作動する凸部と、 リターンスプリングに抗して作動流体により移動したピ
   ストンのストローク端位置にて作動流体室から可動弁体
   の凸部とは反対側に導かれた作動流体の流体圧を受けて
   可動弁体を作動流体室方向へ作動する受圧面部とを備え
   たことを特徴とする往復動形アクチュエータ。
2. 【請求項２】 可動弁体は、中立位置で停止することを
   避けるための中立停止防止機構を備え、 この中立停止防止機構は、 弁本体に一体的に設けられた一方のスプリング受け体
   と、 可動弁体に嵌合された他方のスプリング受け体と、 線材の中央部に形成された中央軸部に対し線材の両端部
   に形成された端軸部を相互に対向する方向に彎曲させる
   ことによってほぼＣ形に成形され、中央軸部が一方のス
   プリング受け体に両端部の端軸部が他方のスプリング受
   け体にそれぞれ回動自在に嵌合されたワイヤスプリング
   とを具備したことを特徴とする請求項１記載の往復動形
   アクチュエータ。