JP2810834B2 - 移動ダイヤフラム式アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体圧による所定
の作動を行わせる流体圧装置に関し、詳しくはエアクラ
ッチ、エアブレーキ等、ドライブ機構をコントロールす
る操作機構、いわゆるアクチュエータの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般にクラッチ、ブレーキ等は、
回転を伝えるドライブ機構と、ドライブ機構をコントロ
ールするアクチュエータとからなっており、そのアクチ
ュエータの操作力は、人力、流体圧力（空圧、油圧）、
電磁力、機械力（カム、遠心力等）が利用され、中でも
空圧、油圧等を利用してクラッチ等のドライブ機構をコ
ントロールする方式としては、次のようなものがある。

【０００３】（１）ピストン・シリンダ方式図５（ａ）は、 ピストンｅをリング状にしてリング状溝
のシリンダｆ内に装填し、流体圧供給口ｇからの流体圧
により作動するピストン・シリンダ方式である。これは
コンパクトな構成でありながら、作動量（ピストンの動
き）を大きくでき、またエアインレット（圧縮空気供給
口）を、シリンダの外周、側面等任意の位置に設けるこ
とができ、また、比較的安価である等の長所を有する。
反面、摺動面が金属同士であるのでＯリングや潤滑油が
必要であり、また、シリンダ内への異物混入による作動
不良が生じ易い。さらに、微圧、微作動に対する応答性
が悪く（スティック現象）、徐々にクラッチを作動した
い場合等に不向きである等の難点がある。

【０００４】（２）チューブ方式図５（ｂ）は、リ ング状溝内にリング状のチューブｈを
介してリング状板ｉを嵌装したチューブ方式であるが、
潤滑油を必要とせず、また、チューブ内への異物混入に
よる作動不良が生じないので、微圧、微作動に対する応
答性も極めてよい。反面、チューブの膨張量に限界があ
るため、クラッチの摩耗量（総仕事量）が大きくなった
場合、これに対応できない。また、チューブの変形の多
い部分、例えば、チューブの外周部や内周部にエアイン
レットを設けると、その部分に応力が集中し破壊するお
それがある。チューブの耐久性を向上させるには、前後
面の変形の少ない部分にエアインレットを設けなければ
ならない等、エアインレットの位置に制約がある。さら
に、口金の取り付け、プレス成形による製造等、エアチ
ューブの製造価格が高くなるといった欠点がある。

【０００５】（３）ダイヤフラム方式図５（ｃ）は、 リング状溝にダイヤフラムｊを介してリ
ング状板ｋを嵌装したダイヤフラム方式のものである。
これは潤滑油を必要としないこと、シリンダ内への異物
の混入による作動不良が生じないこと、微圧、微作動に
対する応答性が極めてよい等の長所がある。

【０００６】反面、ダイヤフラムの基端部がシリンダｆ
の側壁に固定されているので、ダイヤフラムｊの膨張量
を考慮すれば、その作動量が小さく、クラッチの摩耗に
対する許容量が小さい。従って、総仕事量が少ないとい
った難点がある。また、クラッチのトルクを上げるた
め、高い圧力をかけて応答しようとすると、ダイヤフラ
ムの基端取付部に無理な力が加わり、これに対応しきれ
ないといった難点がある。さらに、ダイヤフラムの基端
部の固定時に取り付け位置に傷が付き、また、これを防
ぐためダイヤフラムを緩く取り付けると、ダイヤフラム
の離脱や、エア洩れが起きる等の難点がある。従って、
ダイヤフラムの取り替えには細心の注意を要する。

【０００７】（４）ベロフラム方式図５（ｄ）は、 前記ダイヤフラムに代えてジャバラのベ
ロフラムｍを装入したベロフラム方式のものである。こ
れは潤滑油を必要とせず、微圧、微作動に対する応答性
もよい。また、ヒダを多くつくることにより、作動量を
大きくできる等の長所を有する。

【０００８】反面、高い圧力に対応するのが難しい。す
なわち、高い圧力に対しても元の形状を保つようにする
には、ベロフラムを頑丈なものにする必要があり、この
要求を満足させると、ベロフラムの特徴である微圧応答
性が損なわれることになる。また、高い圧力と流体圧の
開放の繰り返しによって、ヒダの折り曲げ部分と取り付
け部位に集中応力がかかり、この部分の疲労破損が生じ
易くなる。また、ベロフラムの基端部はシリンダの側面
に取り付け固定するため、シリンダの外周等から圧縮空
気を供給することができず、エアインレットの位置に制
約がある。さらに、ベロフラム自体、ヒダを多く形成す
るため、価格が高い等の欠点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記４種の
方式の欠点を補うことのできる画期的な特徴と特性を持
った流体圧作動方式のアクチュエータを提供することを
目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るアクチュエータは、シリンダ内を滑動
する移動式アクチュエータとしたものである。すなわ
ち、ダイヤフラムホルダの断面コ字形に開放したシリン
ダ内に滑動自在に内嵌された圧力板を滑動させるアクチ
ュエータにおいて、シリンダ内に、側面に流体穴を備え
たリテーナを遊嵌し、該リテーナの前面から周囲嵌合す
ることにより、移動ダイヤフラムをリテーナと一体とな
し、移動ダイヤフラムのリテーナ周囲に嵌合する部分を
シリンダの内壁に接触させ、ダイヤフラムホルダに穿っ
た流体供給口から送り込まれる流体圧により、移動ダイ
ヤフラムの単独膨張、或いはリテーナと一体の滑動と膨
張を行うようにしたことを特徴とするものである。

【００１１】この圧力板は、駆動側の本体に装備される
駆動系との摩擦結合と、戻しばね及び流体圧開放による
復帰で駆動系の遮断とを行うドライブ機構制御用とする
構成も採用可能である。

【００１２】駆動軸側の本体に装備される摩擦伝動体は
リング状であるから、これに対向するダイヤフラムホル
ダは、周囲にコ字形断面のシリンダを備えたリング状に
構成するのが一般的である。また、駆動軸と従動軸とが
対向する機構では、円盤形の摩擦伝動体に合わせて、ダ
イヤフラムホルダは、円筒形のダイヤフラムホルダとす
ればよい。そして、摩擦伝動体に対向して開口したシリ
ンダの形状に応じて、前面から内外縁にわたり合成ゴム
等の弾性材からなるＣ形断面の移動ダイヤフラムをリン
グ形のリテーナ（保持具）に取り付け、これらをシリン
ダ内に装填する構成とすればよい。

【００１３】リテーナとＣ形断面の移動ダイヤフラムと
は、リテーナの前面からその内外周に形成された溝に、
Ｃ形断面の移動ダイヤフラムの基端部の突起を嵌め合う
ようにして一体的に組み付けるようにし、圧力流体供給
口（例えばエア供給口）は、ダイヤフラムホルダの側面
又は側面壁を通じて外周の任意に設け、シリンダ内のリ
テーナの流体穴を通じて移動ダイヤフラム内に圧力流体
（圧縮空気）を供給するようにすればよい。

【００１４】

【作用】上記の構成からなる本発明では、移動ダイヤフ
ラムがリテーナと共にシリンダ内を滑動可能に設けられ
ているので、シリンダの円周方向又は側面に設けられた
圧力流体供給口（例えばエアインレット）から送り込ま
れる流体は、リテーナに設けられた穴を通過して移動ダ
イヤフラムを単独膨張させ、ダイヤフラムが圧力板に接
触して圧力を伝え、或いはリテーナと共に軸方向への滑
動と膨張の共働により圧力板を押動して、駆動系の本体
の外周に装備された摩擦伝達系、例えば、クラッチ等で
は外板と内板等の摩擦板を押圧して結合させる。また、
戻しばね、レリーズピンで圧力板を介し移動ダイヤフラ
ムを原位置に滑動復帰させ、伝達を遮断することができ
る。

【００１５】移動ダイヤフラムの膨張量が少ない時は、
移動ダイヤフラムのリテーナ嵌合部分とシリンダの内壁
との間のスライド面の摩擦のためにリテーナは移動しな
いで移動ダイヤフラムのみ膨張する。移動ダイヤフラム
の膨張量が大きくなると、移動ダイヤフラムはリテーナ
と共に移動するので、ダイヤフラム自体が過大に膨張す
ることなく圧力板を大きく移動させることができる。ま
た、圧力流体の圧縮空気はリテーナの穴を通過するだけ
で、リテーナ自体に移動圧力がかからず、ダイヤフラム
の膨張力のみ圧力板に作用するので、その作動が極めて
ソフトであり、かつ空気圧の微細な変化を速やかに圧力
板に伝えることができる。

【００１６】摩擦板が摩耗していない状態で作動間隙
（作動量Ｇ）が小さい状態にある時、空気圧をかけてい
ない状態、すなわち作動前の状態は、図３（Ａ）に示す
ように圧力板と移動ダイヤフラムとは密着した状態でシ
リンダ内にある。

【００１７】摩擦板が摩耗していない状態で、矢印方向
から給送される空気圧が低い状態では、図３（Ｂ）に示
すように、移動ダイヤフラムの一部が圧力板に接触して
摩擦板に微弱な面圧を与え、クラッチやブレーキをソフ
トに作動させる。

【００１８】さらに、摩擦板が摩耗していない状態（作
動量Ｇ）で、矢印方向から給送される空気圧を高くした
状態では、図３（Ｃ）に示す如く移動ダイヤフラムのほ
ぼ全面が圧力板に接触し、摩擦板に高い面圧を与え、ク
ラッチやブレーキを強く作動させる。この場合、作動量
Ｇが小さいので移動ダイヤフラムとリテーナは移動しな
い。

【００１９】摩擦板が摩耗した状態で、作動間隙が大き
い状態では、図３（Ｄ）に示すように、作動量Ｇ´が大
きい状態となり、この場合、矢印方向から給送される空
気圧が低い状態では、移動ダイヤフラムがリテーナと共
に移動し、かつ移動ダイヤフラムの一部が圧力板に接触
して摩擦板に微弱な面圧を与え、クラッチやブレーキを
ソフトに作動させることができる。

【００２０】また、摩擦板が摩耗した状態で、空気圧を
高くした状態では、図３（Ｅ）に示すように、移動ダイ
ヤフラムがリテーナと共に移動し、かつ移動ダイヤフラ
ムのほぼ全面が圧力板に接触して摩擦板に高い面圧を与
えてクラッチやブレーキを強く作動させることができ
る。

【００２１】かくして、排気をした直後の状態、すなわ
ち、図３（Ｆ）に示す如く、空気圧をゼロにしたとき、
移動ダイヤフラムは速やかに収縮して、摩擦板は短時間
に開放される。

【００２２】その後、リテーナは原位置に復して待機状
態になる。尚、作動空気を極めて短時間に給気、排気を
繰り返した時、ダイヤフラムとリテーナは移動しない
で、ダイヤフラムのみ膨張、収縮をするので、クラッチ
又はブレーキを高頻度に作動させることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を適用したクラッチの一実施例
について説明する。図４において、１はクラッチを取り
付ける機械、２はその軸、３は軸２に取り付けた本体
で、その一側端にリング溝状にシリンダ４を有するダイ
ヤフラムホルダ５が螺合され、回り止めネジ２８により
位置不動に締め付けられている。

【００２４】ダイヤフラムホルダ５のシリンダ４内に
は、内外周の中央に溝７、８を有し、側面周囲に適当数
の穴９を設けたリング状をなすリテーナ（保持具）１０
と、該リテーナ１０の前面から内、外周の溝７、８に嵌
合する突起１１、１２を設けた、ゴム、合成ゴム又は合
成樹脂の弾性材からなる断面Ｃ形の膨張自在な移動ダイ
ヤフラム１３とを備え、移動ダイヤフラム１３の突起１
１、１２をリテーナ１０の溝７、８に嵌め合せてリテー
ナ１０と一体として、これを軸方向に滑動可能にシリン
ダ４内に嵌入する。

【００２５】また、ダイヤフラムホルダ５には、リテー
ナ１０の穴９に対応して圧縮空気供給口６を設け、この
供給口６にエアインレットのインレット金具１４を取り
付け、該金具１４に連結したジョイントチューブ１５を
軸２に取り付けたユニオンジョイント１６を介して、軸
２に穿設した圧縮空気通路１７に連結する。この圧縮空
気通路１７は、軸受１８を介して軸架された軸２の端部
において、軸２の回転に関係なく圧縮空気を供給し得る
ロータリジョイント１９（回転している軸にエアを供給
するための回転継手）と接続している。

【００２６】前記移動ダイヤフラム１３には、全面が接
するように圧力板２０を本体３の周囲に嵌装し、シリン
ダ４内の空気を排気した時、本体内に装填した戻しばね
２１とレリースピン２２とにより、圧力板２０と移動ダ
イヤフラム１３とリテーナ１０が原位置に復帰するよう
にしてある。

【００２７】前記圧縮空気供給口６は、ダイヤフラムホ
ルダ５の側面に設けてあるが、ダイヤフラムホルダ５の
圧縮空気供給口の後面を塞いだリング状の円周溝とし、
この円周溝に側壁を通じて半径方向に給気路を設けて、
該給気路の外端にエアインレットを介して圧縮空気供給
源に接続することもできる。

【００２８】図４において、３ａは本体３の周囲に交互
に嵌装されたクラッチ機構の外板２４と内板２５を支持
するバックアッププレート、２３はクラッチドラムで、
クラッチドラムの歯は外板２４の歯と噛み合い、また、
内板２５の歯は本体３の周囲に設けた歯と噛み合うよう
にしてある。さらにクラッチドラム２３は、軸２にベア
リングを介して回転自在に設けると共に、ドラム取付ネ
ジ２６で軸２上に回転自在に取付けられたプーリ、ギヤ
又はスプロケット等の駆動体２７と一体に取付けたもの
である。

【００２９】クラッチ操作用の圧縮空気（以下エアとい
う）は、ロータリジョイント１９によって、軸心から圧
縮空気供給口（エアインレット）６を経て移動ダイヤフ
ラム１３の内部に供給されると、エア圧で移動ダイヤフ
ラム１３が膨張し、外板２４と内板２５を圧接する。

【００３０】外板２４は、クラッチドラム２３と、内板
２５は本体３とそれぞれ結合していてエアを供給してい
ないときは、外板２４と内板２５の間に隙間が生じて、
両者はフリーの状態になっているが、エア圧によってこ
の面が圧接されると、両者は接合して回転力を伝達す
る。

【００３１】軸２を原動にする場合は、この逆に本体
３、内板２５、外板２４、クラッチドラム２３から駆動
体２７へと伝達され、クラッチの作動によって駆動体２
７を回転、停止をすることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明は上記のような構成により、移動
ダイヤフラムの単独膨張、又はリテーナの移動と膨張の
共働により、作動が極めてソフトで、従って、ドライブ
機構の駆動系との連結、遮断の操作、並びにトルクを微
細にコントロールできる。また、ダイヤフラムがリテー
ナと共に移動する移動ダイヤフラム方式であるため、ア
クチュエータの作動量を無制限に大きくできる。よっ
て、クラッチなどに使用した場合、クラッチ板の摩耗に
無調整で対応でき、かつクラッチの総仕事量を大幅にア
ップできる。さらに作動速度が極めて速い。

【００３３】また、無潤滑で使用可能で、長寿命でかつ
アクチュエータが安価なため、保守に手数がかからず、
ローコストである等の数々の優れた特徴を持つ画期的な
アクチュエータを提供することができる。また、これを
組み込んだクラッチ、ブレーキは、摩擦板の摩耗による
作動間隙（作動量）の増大に対しても応答性がよく、き
わめて性能がよい。さらにダイヤフラムにしたことによ
り、エアがリテーナの中を通って回り込み、ダイヤフラ
ムが広がってシール効果が上がり、エア洩れがない等の
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアクチュエータをドライブ機構に使用
した例を示す断面図である。

【図２】本発明の要部の断面説明図である。

【図３】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ），
（Ｆ）の各図は本発明のアクチュエータの作動状態を示
す説明図である。

【図４】本発明をクラッチに適用した一実施例を示す縦
断面図である。

【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各図は、従
来のクラッチ、ブレーキなどに使用されているアクチュ
エータの各方式を示す説明図である。

【符号の説明】

１ クラッチを取付ける機械 ２ 軸 ３ 本体 ４ シリンダ ５ ダイヤフラムホルダ ６ 圧力流体供給口（圧縮空気） ７、８ 周りの溝 ９ 穴 １０ リテーナ １１、１２ 突起 １３ 移動ダイヤフラム １４ エアインレット金具 １５ ジョイントチューブ １６ ユニオンジョイント １７ 圧縮空気供給通路 １８ 軸受 １９ ロータリジョイント ２０ 圧力板 ２１ 戻しばね ２２ レリーズピン ２３ クラッチドラム ２４ 外板 ２５ 内板 ２６ ドラム取付けねじ ２７ プーリ、ギヤ、スプロケット等の駆動体

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダイヤフラムホルダの断面コ字形に開放し
   たシリンダ内に滑動自在に内嵌された圧力板を滑動させ
   るアクチュエータにおいて、前記シリンダ内に、側面に
   流体穴を備えたリテーナを遊嵌し、該リテーナの前面か
   ら周囲縁にわたり弾性材からなるＣ形断面の移動ダイヤ
   フラムを被嵌し、該移動ダイヤフラムの基端側に形成さ
   れた突起を、前記リテーナの周囲縁に形成された溝に嵌
   合することにより、前記移動ダイヤフラムを前記リテー
   ナと一体となし、前記移動ダイヤフラムのリテーナ周囲
   に嵌合する部分を前記シリンダの内壁に接触させ、前記
   ダイヤフラムホルダに穿った流体供給口から送り込まれ
   る流体圧により、移動ダイヤフラムの単独膨張、或いは
   リテーナと一体の滑動と膨張を行うようにした移動ダイ
   ヤフラム式アクチュエータ。
2. 【請求項２】前記圧力板が、駆動側の本体に装備される
   駆動系との摩擦結合と、戻しばね及び流体圧開放による
   復帰で駆動系の遮断とを行うドライブ機構制御用である
   請求項１記載の移動ダイヤフラム式アクチュエータ。