JP6837290B2

JP6837290B2 - エアアクチュエータ

Info

Publication number: JP6837290B2
Application number: JP2016091169A
Authority: JP
Inventors: 康博米田
Original assignee: 1/1ASAHI YUKIZAI CORPORATION
Current assignee: 1/1ASAHI YUKIZAI CORPORATION
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2021-03-03
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: JP2017198309A

Description

本発明は、シリンダ本体のシリンダ室内に対する給排気によりシリンダ室内に配置されたピストンを移動させるエアアクチュエータに関する。

従来、化学工場、半導体分野、食品分野、医薬分野などの各種産業分野の配管ラインでは、シリンダ本体のシリンダ室内に対する給排気によりシリンダ室内に配置されたピストンを移動させ、ピストンの運動をそのまま往復運動として又は回転運動に変換して外部へ伝達するエア式リニアアクチュエータやエア式ロータリアクチュエータなどのエアアクチュエータがバルブの開閉などの駆動源として使用されている（特許文献１及び特許文献２を参照）。

エアアクチュエータでは、シリンダ本体のシリンダ室内にピストンによって仕切られて第１の気室と第２の気室が形成されており、第１の気室及び第２の気室にそれぞれ連通する第１のポート及び第２のポートがシリンダ本体に設けられている。これら第１のポート及び第２のポートを通じて第１の気室及び第２の気室に対する給排気を行うことによりシリンダ室内でピストンを往復動させる。また、一方の気室に付勢バネを設けて他方の気室のみに給排気を行う場合もある。

実公平４−３９４５０号公報実公平２−４７３２６号公報

上述のようなエアアクチュエータでは、シリンダ室におけるピストンの摺動を円滑にするためにシリンダ室の周壁にグリスなどの潤滑剤が塗布されている。この潤滑剤はシリンダ室の周壁に対するピストンの摺動により周壁の内周面に沿って各気室に連通するポート近傍に掻き寄せられてきてしまうため、排気時にエアと共にポートから吸い出され、給排気のための配管の詰まりや気体供給源の故障などの原因となることがある。特に、縦型に配置されたエアアクチュエータでは、潤滑剤が周壁に沿って流れ落ちやすいため、下側に配置されたポートで、このような問題が発生しやすくなる。

よって、本発明の目的は、従来技術に存する問題を解決して、シリンダ室の周壁に塗布された潤滑剤が排気時にポートに吸い込まれることを抑制することができるエアアクチュエータを提供することにある。

上記目的に鑑み、本発明は、上端部と下端部との間に上下方向に延びるシリンダ軸線に沿って延びるシリンダ室を内部に有したシリンダ本体と、前記シリンダ室内を前記シリンダ軸線に沿って摺動するピストンとを備え、前記シリンダ室内において前記ピストンの前記上端部側及び前記下端部側にそれぞれ第１の気室及び第２の気室が形成されており、該第１の気室及び該第２の気室にそれぞれ連通する第１のポート及び第２のポートが前記シリンダ本体に設けられているエアアクチュエータであって、前記シリンダ室に、前記シリンダ軸線に沿った移動範囲の前記第２の気室側の下側極端位置で前記ピストンを停止させる段部を設け、前記シリンダ軸線に沿って前記第２の気室側の下側極端位置まで前記ピストンが移動して前記段部によって停止させられたときに残存する前記第２の気室の前記段部の周壁に前記第２のポートが形成され、前記第２の気室内へ突出するリード管が前記第２のポートに接続されているエアアクチュエータを提供する。

上記エアアクチュエータでは、リード管がシリンダ室の周壁に設けられた第２のポートに接続され、第２のポートへのエアの吸込み口がシリンダ室の周壁から突出しているため、シリンダ室内の周壁の内周面に塗布されている潤滑剤が第２のポートに吸い込まれにくくなる。また、第２のポートは、ピストンが第２の気室側の極端位置まで移動したときに残存する第２の気室の部分の周壁に設けられているので、リード管が第２の気室側の極端位置まで移動したピストンと干渉しないようにリード管を第２のポートに接続することが可能となる。

潤滑剤はシリンダ室の周壁に沿って垂下しやすく、下端側のポートには潤滑剤が吸い込まれやすいので、リード管を第２のポートに接続することが特に有効となる。

また、前記リード管は、一方の端部が残余の部分よりも細く形成されていることが好ましい。この場合、第２のポートからシリンダ室内に延びる連通孔などに外側からリード管を圧入することによって第２のポートにリード管を接続する場合に、連通孔などへのリード管の挿入が容易となる。

上記エアアクチュエータでは、前記シリンダ軸線に沿って前記第１の気室側の極端位置まで前記ピストンが移動したときに残存する前記第１の気室の部分の周壁に前記第１のポートが形成され、前記第１の気室へ突出するリード管が前記第１のポートに接続されているようにしてもよい。

また、前記シリンダ室の前記第２の気室側に前記上端部へ向かって前記ピストンを付勢する付勢バネが配置され、前記リード管が前記付勢バネに干渉しないように配置されるようにしてもよい。

本発明のエアアクチュエータによれば、ポートへの吸込み口がポートに接続されたリード管によりシリンダ室の内壁から突出した状態となり、リード管が堰として機能するので、シリンダ室の内壁に付着している潤滑剤が排気時にポートに吸い込まれて排出されることが抑制される。したがって、ポートから排出される潤滑剤による配管の詰まりや気体供給源の故障などを低減させることができる。

本発明の一実施形態のエアアクチュエータの全体構成を示す断面図であり、ピストンが上極端位置に移動した状態となっている。図１に示されているエアクチュエータにおいてピストンが下極端位置に移動した状態を示す断面図である。図１に示されているエアアクチュエータのポートの近傍を示す部分拡大断面図である。図１に示されているエアアクチュエータのリード管の拡大断面図である。図１に示されているエアアクチュエータの変形形態を示す断面図である。図１に示されているエアアクチュエータの他の変形形態を示す断面図である。従来のエアアクチュエータのポートの近傍を示す部分拡大断面図である。

以下、図面を参照して、本発明によるエアアクチュエータの実施の形態を説明する。
最初に、図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態のエアアクチュエータの全体構成を説明する。

エアアクチュエータ１は、シリンダ本体２と、ピストン３とを備える。本実施形態のエアアクチュエータ１は、バルブの上に取り付けられる空気圧式の駆動装置である。

シリンダ本体２は、二つの端部の間にシリンダ軸線に沿って延びるシリンダ室４を内部に有している。本実施形態では、シリンダ本体２は、シリンダ軸線が鉛直方向に延びるように立設された有底円筒形状のシリンダ部材５と、シリンダ部材５の上端の開口部に取り付けられるシリンダ蓋６とによって構成されている。シリンダ本体２は、鉛直方向に対して傾けて配置されたり、水平に配置されてもよい。

ピストン３は、シリンダ本体２のシリンダ室４内に配置されており、シリンダ本体２の周壁の内周面に対して摺動してシリンダ軸線に沿って往復動できるようになっている。本実施形態では、図１及び図２に示されているように、ピストン３は中心軸線に沿った断面が概略Ｗ字形状の有底円筒形状を有しており、外側に延びる円筒状部分の外周面がシリンダ本体２の周壁の内周面に接触するようになっている。また、ピストン３には、ピストン３の上部中央から上方に延びる案内軸７とピストン３の底部中央から下方に延びる出力軸８とが連結されている。案内軸７は、シリンダ蓋６の中央部に設けられた貫通孔６ａを貫通して延び、シリンダ軸線に沿ったピストン３の移動を案内する。また、出力軸８は、シリンダ本体２のシリンダ部材５の底板中央部に設けられた貫通孔５ａを貫通して延び、弁体などの被駆動体（図示せず）に接続され、ピストン３の移動に伴って被駆動体を駆動させることができるようになっている。なお、シリンダ部材５の底板及びシリンダ蓋６に設けられた貫通孔５ａ，６ａには、シール部材９，１０が配置されており、シリンダ室４内の気体が貫通孔を通してシリンダ室４内から外部に漏出しないようになっている。案内軸７はピストン３の位置を外部へ知らせるインジケータの役割も果たす。

ピストン３は、ピストン３を境界としてシリンダ室４を第１の気室４ａと第２の気室４ｂとに仕切っている。シリンダ室４の周壁の内周面と接触するピストン３の外周面には、Ｏリングなどの環状のシール部材１１が装着されており、第１の気室４ａと第２の気室４ｂとの間で気体の漏出が起こらないようになっている。

なお、シリンダ本体２の周壁の内周面には、ピストン３の摺動を円滑にするために、潤滑剤１８（図３参照）が塗布されている。

シリンダ室４におけるシリンダ軸線に沿ったピストン３の移動は、移動範囲の両極端位置でピストン３を停止させる移動規制手段によって規制されている。本実施形態では、シリンダ室４の周壁の上端部及び下端部にそれぞれ設けられた段部１２，１３が移動規制手段として機能し、この段部１２，１３にピストン３の円筒状部分が当接することによってピストン３が両極端位置で移動を停止するようになっている。しかしながら、移動規制手段は、実施形態のような段部１２，１３に限定されるものではなく、例えば、ピストン３の中央上部及び底部に突出部を移動規制手段として設け、突出部をシリンダ蓋６及びシリンダ部材５の底板部に当接させることによってピストン３を停止させるようにしてもよい。

シリンダ本体２の周壁には、第１の気室４ａ及び第２の気室４ｂに連通する第１のポート１４及び第２のポート１５が設けられている。詳細には、第１のポート１４は、ピストン３がシリンダ軸線に沿って第１の気室４ａ側の極端位置まで移動したときに残存する第１の気室４ａの部分の周壁に形成され、第２のポート１５は、ピストン３がシリンダ軸線に沿って第２の気室４ｂ側の極端位置まで移動したときに残存する第２の気室４ｂの部分の周壁に形成される。このような第１のポート１４及び第２のポート１５を通して第１の気室４ａ及び第２の気室４ｂに対する給排気を行うことにより、シリンダ軸線に沿ってピストン３を移動させることができる。

図１に示されているエアアクチュエータ１では、図３に詳細に示されているように、シリンダ室４（詳細には、第２の気室４ｂ）内に突出するリード管１６が第２のポート１５に接続されている。シリンダ室４の周壁からのリード管１６の突出長は、第２の気室４ｂ側の極端位置に移動したピストン３やピストン３の移動を補助するための付勢バネ（図示せず）などに干渉しないように定められる。第２のポート１５は、ピストン３が第２の気室４ｂ側の極端位置に移動したときに残存する第２の気室４ｂの部分の周壁に設けられているので、第２の気室４ｂ側の極端位置に移動したピストン３と干渉しないようにリード管１６を配置することが可能となる。

図示されている実施形態では、シリンダ本体２と別体で設けられたリード管１６が第２のポート１５に接続されている。また、図示されている実施形態のリード管１６は、図４に示されているように、相対的に大径の圧入部１６ａと、圧入部１６ａよりも小径のガイド部１６ｂとを含み、圧入部１６ａとガイド部１６ｂとの外周面がテーパ状の傾斜面１６ｃによって接続されており、その内部に貫通孔１６ｄが形成されている。リード管１６は、作業スペースの観点から、シリンダ本体２の外部からガイド部１６ｂ側をシリンダ本体２へ向けて、第２のポート１５から第２の気室４ｂに連通する連通孔１７（図３参照）にリード管１６を挿入し、連通孔１７に圧入部１６ａを圧入することによって第２のポートに接続されている。この場合、リード管１６はシリンダ本体２（詳細には、シリンダ部材５）と同系統の材料から形成し、焼きつかせてシリンダ本体２と一体化させることが好ましい。例えば、シリンダ本体２のシリンダ部材５が鋳造用アルミから形成されている場合には、リード管１６はジェラルミンから形成することが好ましい。

リード管１６の形状は、上述のような形状に限定されるものではない。例えば、リード管１６は、均一な外径の円筒形状、外周面一端側へ向かってテーパ状に縮径する形状とすることも可能である。また、傾斜するリード管１６がシリンダ本体２と別体で形成されている場合に、リード管１６をシリンダ本体２の第２のポート１５に接続する方法は、上述のような圧入に限定されるものではなく、例えば、螺着、接着、溶着、焼嵌めなど他の方法でリード管１６を第２のポート１５に接続することも可能である。

なお、図示されている実施形態では、第２のポート１５のみにリード管１６が接続されているが、第１のポート１４にもリード管１６を接続することが可能であることはもちろんである。

図７は、従来のエアアクチュエータ５０の第２のポート１５の近傍を断面で示す説明図である。図７中では、図１に示されているエアアクチュエータ１と共通の構成部分に同じ参照符号を付している。エアアクチュエータ１，５０では、シリンダ本体２の周壁の内周面にピストン３の摺動を円滑にするために塗布されている潤滑剤１８が、ピストン３の往復動により、ピストン３の両極端位置の近傍に掻き集められ、集まった潤滑剤１８が周壁の内周面に沿って下側へ流れやすくなる。このため、従来のエアアクチュエータ５０のように、シリンダ本体２に設けられた第１のポート１４や第２のポート１５から直接給排気を行うと、第１のポート１４や第２のポート１５付近に掻き集められた潤滑剤１８が排気時にエアと共に第１のポート１４や第２のポート１５に吸い込まれることがあり、特に、図７に示されているように、第２のポート１５付近に掻き集められた潤滑剤１８が周壁沿いに流下して第２のポート１５に吸い込まれやすくなる。このようにポート１４，１５に吸い込まれた潤滑剤１８は、給排気のための配管の詰まりやエア供給源の故障の原因になることがあった。しかしながら、本発明のエアアクチュエータ１では、リード管１６を第２のポート１５に接続することにより、リード管１６が堰として機能し、第２のポート１５への吸込み口がシリンダ本体２の周壁から突出した形態となるため、周壁の内周面に付着した潤滑剤１８が吸い込まれにくくなり、第２のポート１５への潤滑剤１８の吸込みが抑制される。

シリンダ本体２の底部には、リード管１６よりも下方に、シリンダ本体２の周壁の内周面に沿って流下した潤滑剤１８を貯留するための潤滑剤溜まり部１９が設けられていることが好ましい。このような潤滑剤溜まり部１９が設けられていることにより、潤滑剤１８がシリンダ本体２の底部に溜まってリード管１６の先端から吸い込まれることを抑制することができる。

次に、エアアクチュエータ１の動作について説明する。エアアクチュエータ１を作動させる際には、第１のポート１４及び第２のポート１５を通して第１の気室４ａ及び第２の気室４ｂに対してエアの給排気を行う。詳細には、第１のポート１４を通して第１の気室４ａへエアを供給すると共に第２のポート１５を通して第２の気室４ｂからエアを排出することにより、第２の気室４ｂ側の極端位置までピストン３を移動させ、また、第２のポート１５を通して第２の気室４ｂへエアを供給すると共に第１のポート１４を通して第１の気室４ａからエアを排出することにより、第１の気室４ａ側の極端位置までピストン３を移動させることができる。このような第１のポート１４及び第２のポート１５を通した第１の気室４ａ及び第２の気室４ｂに対するエアの給排気を繰り返すことにより、シリンダ室４内でシリンダ軸線に沿って両極端位置の間でピストン３を往復動させることができる。さらに、このようなピストン３の往復動を出力軸８などを通して外部に伝達させることにより、駆動装置として動作させることができる。

シリンダ室４内でシリンダ軸線に沿ってピストン３を往復動させると、シリンダ室４の周壁の内周面に塗布された潤滑剤１８が周壁の内周面に対するピストン３の摺動によって両極端位置の近傍に掻き集められ、掻き集められた潤滑剤１８がシリンダ室４の周壁の内周面に沿って流下しやすくなる。図１に示されているエアアクチュエータ１では、シリンダ本体２の下部に位置する第２のポート１５にシリンダ室４内に突出して延びるリード管１６が接続されているので、第２のポート１５を通じた排気時でも、シリンダ室４の周壁の内周面に沿って流下する潤滑剤１８がリード管１６の先端開口部から入り込まれにくくなり、第２のポート１５への潤滑剤１８の吸込みが抑制される。したがって、第２のポート１５へ吸い込まれた潤滑剤１８による給排気用の配管の詰まりやエア供給源の故障などの発生も抑制される。また、シリンダ室４の周壁の内周面に沿って流下した潤滑剤１８は、リード管１６よりも下方に形成された潤滑剤溜まり部１９に貯留されるので、シリンダ本体２の底部に溜まった潤滑剤１８がリード管１６に吸い込まれることを抑制することができる。

図５は、図１に示されているエアアクチュエータ１の変形形態を示している。図５では、図１に示されている実施形態と共通する部分に同じ参照符号を付している。

図５に示されている変形形態のエアアクチュエータ１’は、ピストン３が図１に示されている実施形態と天地逆向きに配置されている（すなわち、中心軸線に沿った断面が概略Ｍ字形状の有天円筒形状を有している）と共に、第２の気室４ｂに、第１の端部であるシリンダ蓋６側（すなわち第１の気室４ａ側）へ向かってピストン３を付勢する付勢バネ２０が配置されている点において、図１に示されている実施形態のエアアクチュエータ１と異なっている。付勢バネ２０としては、例えばコイルバネを使用することができる。その他の構造は、図１に示されている実施形態と同じであり、ここでは説明を省略する。

図１に示されている実施形態では、第１のポート１４又は第２のポート１５を通して、第１の気室４ａ及び第２の気室４ｂの一方に選択的にエアの供給を行い且つ第１の気室４ａ及び第２の気室４ｂの他方からエアの排出を行うことにより、シリンダ室４においてピストン３を移動させている。これに対して、変形形態では、上述のような付勢バネ２０を設けることにより、ピストン３の上方への移動は付勢バネ２０の付勢力によって行う一方、第１のポート１４を通して第１の気室４ａにエアを供給することにより、第２のポート１５を通して第２の気室４ｂ内のエアを排出させながら付勢バネ２０の付勢力に抗してピストン３を下方へ移動させることができるようになっている。例えば、このような構成のエアアクチュエータ１’は、第１の気室４ａ側へのピストン３の移動により弁が開くように配置することで、エアの供給系が故障したときに弁が開くようにする仕様を満たすことが可能となる。逆が望ましい場合などには、図６に示されている他の変形形態のエアアクチュエータ１”のように、第１の気室４ａに、第２の端部であるシリンダ部材５の底板側（すなわち第２の気室４ｂ側）へ向かってピストン３を付勢する付勢バネ２０を配置し、エアが供給されなくなったときに弁が閉じるようにしてもよい。このように、第２のポート１５にエアを供給する必要がない場合でも、第２のポート１５を通じた排気時に潤滑剤が第２のポート１５に吸い込まれる可能性があるが、本変形形態のように、シリンダ室４内に突出するリード管１６が第２のポート１５に接続されていれば、シリンダ室４の周壁の内周面を流下する潤滑剤１８が第２の気室４ｂからの排気時に第２のポート１５に吸い込まれることが抑制される。

以上、図示されている実施形態を参照して、本発明のエアアクチュエータ１、１’を説明したが、本発明は図示されている実施形態に限定されるものではない。例えば、図示されている実施形態では、第２のポート１５にのみリード管１６が接続されているが、第１のポート１４及び第２のポート１５の両方にリード管が接続されているようにしてもよい。また、図示されている実施形態では、ピストン３の往復動がそのまま出力されるリニアアクチュエータ１，１’に本発明が適用されているが、他のタイプのエアアクチュエータに本発明を適用することも可能である。例えば、ピストンの往復動を回転に変換して出力するロータリアクチュエータに本発明を適用することも可能である。

１エアアクチュエータ
１’ エアアクチュエータ
２シリンダ本体
３ピストン
４シリンダ室
４ａ第１の気室
４ｂ第２の気室
５シリンダ部材
６シリンダ蓋
１４第１のポート
１５第２のポート
１６リード管
１８潤滑剤
２０付勢バネ

Claims

上端部と下端部との間に上下方向に延びるシリンダ軸線に沿って延びるシリンダ室を内部に有したシリンダ本体と、前記シリンダ室内を前記シリンダ軸線に沿って摺動するピストンとを備え、前記シリンダ室内において前記ピストンの前記上端部側及び前記下端部側にそれぞれ第１の気室及び第２の気室が形成されており、該第１の気室及び該第２の気室にそれぞれ連通する第１のポート及び第２のポートが前記シリンダ本体に設けられているエアアクチュエータであって、
前記シリンダ室に、前記シリンダ軸線に沿った移動範囲の前記第２の気室側の下側極端位置で前記ピストンを停止させる段部を設け、前記シリンダ軸線に沿って前記第２の気室側の下側極端位置まで前記ピストンが移動して前記段部によって停止させられたときに残存する前記第２の気室の前記段部部分の周壁に前記第２のポートが形成され、前記第２の気室内へ突出するリード管が前記第２のポートに接続されていることを特徴とするエアアクチュエータ。
前記リード管は、一方の端部が残余の部分よりも細く形成されている、請求項１に記載のエアアクチュエータ。
前記シリンダ軸線に沿って前記第１の気室側の極端位置まで前記ピストンが移動したときに残存する前記第１の気室の部分の周壁に前記第１のポートが形成され、前記第１の気室へ突出するリード管が前記第１のポートに接続されている、請求項１又は請求項２に記載のエアアクチュエータ。
前記シリンダ室の前記第２の気室側に前記上端部へ向かって前記ピストンを付勢する付勢バネが配置され、前記リード管が前記付勢バネに干渉しないように配置される、請求項１から請求項３の何れか一項に記載のエアアクチュエータ。