JPH0571607A - Actuator - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To reduce a space for housing a fluid pressure cylinder by inserting a shaft into a piston of a liquid pressure cylinder so that the shaft can be rotated relatively to the axis along the moving direction of the piston and can be moved relatively to the moving direction of it. CONSTITUTION:When a high-pressure air is supplied to an air cylinder 10 to move a piston 12 vertically, a key 18 provided on a piston 12 is moved along a spiral groove 17 provided on the outer periphery of a hinge shaft 3. Also a key 20 provided on the outer periphery of an upper piston rod 12b is moved along a straight groove 19 provided on the inner periphery of a housing 14. When the key 20 and the straight groove 19 are made in contact with each other, the rotation of the piston 12 relative to its fixed side is stopped and, accordingly, the hinge shaft 3 is rotated relative to the fixed side due to contact of the key 18 with the spiral groove 17. By this a door is opened and closed, and a holding force of the door at its fully opened and fully closed positions is produced. Thus a space for housing the air cylinder 10 can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば鉄道用車両やバ
ス等に設けられる扉の開閉に用いることができるアクチ
ュエータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator that can be used to open and close a door provided in, for example, a railway vehicle or a bus.

【０００２】[0002]

【従来の技術】例えば図４に示すように、回転軸１０１
を回転させて扉１０２を開閉するアクチュエータとし
て、その回転軸１０１から径方向に突出するアーム１０
３に流体圧シリンダ１０４の伸縮軸１０５を直結し、そ
の伸縮軸１０５を伸縮させることで回転軸１０１に回転
トルクを付与するものがある。また、車両の外表面に設
けられる扉等にあっては、走行中の風圧によって動かな
いように全開状態あるいは全閉状態において保持する必
要がある。そのため、開閉用アクチュエータとは別にロ
ック機構が設けられている。2. Description of the Related Art For example, as shown in FIG.
As an actuator for rotating the door 102 to open and close the door 102, the arm 10 protruding radially from the rotation shaft 101
There is one in which the expansion / contraction shaft 105 of the fluid pressure cylinder 104 is directly connected to 3 and the expansion / contraction shaft 105 is expanded / contracted to impart a rotational torque to the rotation shaft 101. Further, a door or the like provided on the outer surface of the vehicle needs to be held in a fully open state or a fully closed state so as not to move due to wind pressure during traveling. Therefore, a lock mechanism is provided separately from the opening / closing actuator.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成では、
流体圧シリンダ１０４は回転軸１０１に対し直角に配置
されるため、流体圧シリンダ１０４の収納空間が大きく
なる。SUMMARY OF THE INVENTION In the above conventional configuration,
Since the fluid pressure cylinder 104 is arranged at right angles to the rotating shaft 101, the storage space for the fluid pressure cylinder 104 becomes large.

【０００４】また、扉の全開状態や全閉状態を保持する
ためのロック機構は構造を複雑化し、ロックの掛け忘れ
が生じるという問題がある。そこで、アクチュエータに
より付与される回転トルクを大きくすることで、ロック
機構を用いることなく扉を全開状態や全閉状態に保持す
ることが考えられる。しかし、図４に示す従来の流体圧
シリンダ１０４により回転軸１０１にトルクを付与する
アクチュエータでは、トルクを大きくするためには流体
圧シリンダ１０４の径を大きくして回転軸１０１に作用
する接線力を大きくするか、もしくは、アーム１０３の
長さを大きくすることで対応しなければならない。しか
し、前者ではシリンダ径が、後者ではストローク長およ
びシリンダ長が大きくなり、その結果流体圧シリンダ１
０４を収納する空間がさらに大きくなるという問題が生
じる。Further, there is a problem that the lock mechanism for holding the door in the fully open state or the fully closed state has a complicated structure and forgets to apply the lock. Therefore, it is conceivable to increase the rotational torque applied by the actuator to hold the door in the fully open state or the fully closed state without using the lock mechanism. However, in the actuator that applies torque to the rotary shaft 101 by the conventional fluid pressure cylinder 104 shown in FIG. 4, in order to increase the torque, the diameter of the fluid pressure cylinder 104 is increased and the tangential force acting on the rotary shaft 101 is increased. It must be dealt with by increasing the length or by increasing the length of the arm 103. However, in the former case, the cylinder diameter becomes large, and in the latter case, the stroke length and the cylinder length become large. As a result, the fluid pressure cylinder 1
There is a problem that the space for storing 04 is further increased.

【０００５】本発明は上記従来技術の問題を解決するこ
とのできるアクチュエータを提供することを目的とす
る。It is an object of the present invention to provide an actuator which can solve the above-mentioned problems of the prior art.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、流体圧シリンダのピストンにシャフトが、そのピ
ストンの移動方向に沿う軸中心に相対回転可能かつピス
トンの移動方向に相対移動可能に挿入され、そのピスト
ンのシャフトに対する相対移動によりピストンとシャフ
トとが相対回転するように、ピストンとシャフトの一方
に螺旋状の案内部が設けられると共に、その案内部に沿
って相対移動可能な被案内部がピストンとシャフトの他
方に設けられている点にある。A feature of the present invention is that a shaft of a piston of a fluid pressure cylinder is relatively rotatable about an axial center along the moving direction of the piston and relatively movable in the moving direction of the piston. One of the piston and the shaft is provided with a spiral guide part so that the piston and the shaft are relatively rotated by the relative movement of the inserted piston with respect to the shaft, and the guided object is relatively movable along the guide part. The part is provided on the other side of the piston and the shaft.

【０００７】[0007]

【作用】本発明の構成によれば、流体圧シリンダのピス
トンがシャフトに対して相対移動すると、このピストン
の動きは螺旋状の案内部と、この案内部に沿って相対移
動する被案内部を介してシャフトに伝達され、シャフト
はピストンに対し、ピストンの移動方向に沿う軸中心に
相対回転する。According to the structure of the present invention, when the piston of the fluid pressure cylinder moves relative to the shaft, the movement of the piston causes the spiral guide portion and the guided portion which relatively moves along the guide portion. Is transmitted to the shaft via the shaft, and the shaft rotates relative to the piston about an axial center in the moving direction of the piston.

【０００８】[0008]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の本実施例を説
明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【０００９】図２に示す鉄道用車両の前部に設けられる
扉１は、車両の固定側に上下方向軸心のヒンジ軸（シャ
フト）３と補助ヒンジ軸３′を介し取り付けられてい
る。すなわち、ヒンジ軸３の上端は車両の壁２に取り付
けられたプレート１６にベアリングを介し回転可能に支
持され、下端は車両の床４にベアリングを介し回転可能
に連結されている。そのヒンジ軸３に上下一対のＬ字型
アーム６ａ、６ｂの一端が取り付けられ、各アーム６
ａ、６ｂの他端が扉１に相対回転可能に取り付けられて
いる。また、補助ヒンジ軸３′はヒンジ軸３に対し平行
に偏心して配置され、上端は車両の固定側に取り付けら
れ、下端にＬ字型アーム６ｃの一端が取り付けられてい
る。そのアーム６ｃの他端は扉１に相対回転可能に連結
されている。そして、ヒンジ軸３にアクチュエータ５が
取り付けられている。このアクチュエータ５によってヒ
ンジ軸３を回転駆動することで、扉１は開閉されると共
に、図中実線で示す全閉位置と図中破線で示す全開位置
とに保持される。なお、ヒンジ軸３の下端を図中仮想線
で示すように、壁２に取り付けられるプレート１６′に
より支持するようにしてもよい。The door 1 provided at the front of the railway vehicle shown in FIG. 2 is mounted on the fixed side of the vehicle via a hinge shaft (shaft) 3 having a vertical axis and an auxiliary hinge shaft 3 '. That is, the upper end of the hinge shaft 3 is rotatably supported by the plate 16 attached to the vehicle wall 2 via a bearing, and the lower end is rotatably connected to the floor 4 of the vehicle via a bearing. One end of a pair of upper and lower L-shaped arms 6a and 6b is attached to the hinge shaft 3, and each arm 6
The other ends of a and 6b are attached to the door 1 so as to be relatively rotatable. The auxiliary hinge shaft 3'is eccentrically arranged parallel to the hinge shaft 3, the upper end is attached to the fixed side of the vehicle, and the lower end is attached to one end of the L-shaped arm 6c. The other end of the arm 6c is connected to the door 1 so as to be relatively rotatable. The actuator 5 is attached to the hinge shaft 3. When the hinge shaft 3 is rotationally driven by the actuator 5, the door 1 is opened and closed, and is held at the fully closed position shown by the solid line in the figure and the fully opened position shown by the broken line in the figure. The lower end of the hinge shaft 3 may be supported by a plate 16 'attached to the wall 2 as shown by an imaginary line in the figure.

【００１０】そのアクチュエータ５は図１に示すように
エアシリンダ１０により主構成されている。このエアシ
リンダ１０はシリンダチューブ１１と、このシリンダチ
ューブ１１に上下動可能に挿入されたピストン１２とを
備えている。そのピストン１２はピストン本体１２ａ
と、このピストン本体１２ａから上方に向かう上部ピス
トンロッド１２ｂと下方に向かう下部ピストンロッド１
２ｃを有する。そのシリンダチューブ１１の上部に筒状
のハウジング１４が取り付けられ、この筒状のハウジン
グ１４に上部ピストンロッド１２ｂが挿入されている。
この筒状のハウジング１４は、前記ヒンジ軸３をベアリ
ング１５を介して支持するプレート１６の下面に取り付
けられている。なお、ハウジング１４の内部の空洞２１
に、エアシリンダ１０の制御用ソレノイドバルブ（図示
省略）が内蔵される。The actuator 5 is mainly composed of an air cylinder 10 as shown in FIG. The air cylinder 10 includes a cylinder tube 11 and a piston 12 which is vertically movably inserted into the cylinder tube 11. The piston 12 is a piston body 12a
And an upper piston rod 12b directed upward from the piston body 12a and a lower piston rod 1 directed downward.
2c. A cylindrical housing 14 is attached to the upper portion of the cylinder tube 11, and the upper piston rod 12b is inserted into the cylindrical housing 14.
The tubular housing 14 is attached to the lower surface of a plate 16 that supports the hinge shaft 3 via a bearing 15. The cavity 21 inside the housing 14
In addition, a solenoid valve (not shown) for controlling the air cylinder 10 is built in.

【００１１】そして、ヒンジ軸３はピストン１２に、ピ
ストン１２の移動方向（本実施例では上下方向）に沿う
軸中心に相対回転可能かつピストン１２の移動方向に相
対移動可能に挿入されている。このピストン１２に挿入
されたヒンジ軸３の外周に、複数の螺旋状の溝（案内
部）１７が設けられ、各螺旋状の溝１７に挿入されるキ
ー（被案内部）１８がピストン１２の内周に設けられて
いる。また、前記ハウジング１４の内周に上下方向に沿
う複数の真直な溝１９が設けられ、各溝１９に挿入され
るキー２０が上部ピストンロッド１２ｂの外周に設けら
れている。The hinge shaft 3 is inserted into the piston 12 so as to be relatively rotatable about the shaft center along the moving direction of the piston 12 (vertical direction in this embodiment) and relatively movable in the moving direction of the piston 12. A plurality of spiral grooves (guide portions) 17 are provided on the outer periphery of the hinge shaft 3 inserted in the piston 12, and a key (guided portion) 18 inserted in each spiral groove 17 is provided in the piston 12. It is provided on the inner circumference. Further, a plurality of straight grooves 19 extending in the vertical direction are provided on the inner circumference of the housing 14, and a key 20 to be inserted into each groove 19 is provided on the outer circumference of the upper piston rod 12b.

【００１２】上記構成によれば、エアシリンダ１０に高
圧空気を供給してピストン１２を上下方向に移動させる
と、ピストン１２に設けられたキー１８がヒンジ軸３の
外周に設けられた螺旋状の溝１７に沿って移動すると共
に、上部ピストンロッド１２ｂの外周に設けられたキー
２０がハウジング１４の内周に設けられた真直な溝１９
に沿って移動する。そのキー２０と真直な溝１９との当
接により、ピストン１２の固定側に対する回転が阻止さ
れるので、キー１８と螺旋状の溝１７との当接によりヒ
ンジ軸３が固定側に対し回転する。これにより、扉１が
開閉されると共に、全開位置と全閉位置との保持力が生
じるものとされている。そして、エアシリンダ１０の収
納空間を小さくすることができるため、上記実施例では
ヒンジ軸３の取り付け用プレート１６の下方空間を有効
利用できる。According to the above structure, when the high pressure air is supplied to the air cylinder 10 to move the piston 12 in the vertical direction, the key 18 provided on the piston 12 has a spiral shape provided on the outer periphery of the hinge shaft 3. A key 20 provided on the outer circumference of the upper piston rod 12b is moved along the groove 17 and a straight groove 19 provided on the inner circumference of the housing 14.
Move along. The abutment between the key 20 and the straight groove 19 prevents rotation of the piston 12 with respect to the fixed side, so that the abutment between the key 18 and the spiral groove 17 causes the hinge shaft 3 to rotate relative to the fixed side. .. As a result, the door 1 is opened and closed, and the holding force between the fully open position and the fully closed position is generated. Since the storage space of the air cylinder 10 can be reduced, the space below the plate 16 for mounting the hinge shaft 3 can be effectively used in the above-described embodiment.

【００１３】上記アクチュエータ５の具体例を以下に示
す。A specific example of the actuator 5 is shown below.

【００１４】いま、図３に示すようにヒンジ軸３の軸方
向（図３において左右方向）に対する螺旋状の溝１７の
傾斜角をβ、キー１８と溝１７との摩擦係数をμ、摩擦
角ｔａｎ^-1μをρ、エアシリンダ１０の押圧力をＰ、ヒ
ンジ軸３に作用する接線方向力をＱとすると、以下の式
が成立する。Now, as shown in FIG. 3, the inclination angle of the spiral groove 17 with respect to the axial direction of the hinge shaft 3 (the horizontal direction in FIG. 3) is β, the friction coefficient between the key 18 and the groove 17 is μ, and the friction angle is When tan ⁻¹ μ is ρ, the pressing force of the air cylinder 10 is P, and the tangential force acting on the hinge shaft 3 is Q, the following formula is established.

【００１５】Ｐ＝Ｑｔａｎ（β＋ρ）P = Qtan (β + ρ)

【００１６】μ＝０．１とし、エアシリンダ１０の内径
を１００ｍｍ、ピストンロッド１３の直径を５０ｍｍ、
エアシリンダ１０に供給される高圧空気の圧力を５ｋｇ
ｆ／ｃｍ² とすると、Ｐは以下の値となる。With μ = 0.1, the inner diameter of the air cylinder 10 is 100 mm, the diameter of the piston rod 13 is 50 mm,
The pressure of the high pressure air supplied to the air cylinder 10 is 5 kg.
Assuming f / cm ² , P has the following value.

【００１７】Ｐ＝π／｛４（１０² −５² ）×５｝＝２
９４．５ｋｇｆP = π / {4 (10 ² −5 ² ) × 5} = 2
94.5 kgf

【００１８】ピストン１２の全ストロークを２００ｍ
ｍ、このピストン１２の全ストロークに対するヒンジ軸
３の相対回転角度を１３０°、ヒンジ軸３の径を３０ｍ
ｍとすると、βは以下の値となる。The total stroke of the piston 12 is 200 m
m, the relative rotation angle of the hinge shaft 3 with respect to the total stroke of the piston 12 is 130 °, and the diameter of the hinge shaft 3 is 30 m.
If m, β has the following value.

【００１９】β＝ｔａｎ^-1｛（３０π×１３０／３６
０）／２００｝＝９．６６°Β = tan ⁻¹ {(30π × 130/36
0) / 200} = 9.66 °

【００２０】よってＱは以下の値となる。Therefore, Q has the following value.

【００２１】Ｑ＝２９４．５／ｔａｎ（９．６６°＋
５．７１°）＝１０７１．４ｋｇｆQ = 294.5 / tan (9.66 ° +
5.71 °) = 1071.4 kgf

【００２２】これにより、ヒンジ軸３に生じるトルクＴ
は以下の値となる。As a result, the torque T generated on the hinge shaft 3
Is the following value.

【００２３】Ｔ＝１０７１．４×０．０１６５＝１６．
０７ｋｇｆ・ｍT = 1071.4 × 0.0165 = 16.
07 kgf ・ m

【００２４】一方、扉１に作用する風圧等の外力により
ヒンジ軸３にトルクが作用し、このトルクに基づきヒン
ジ軸３に作用する接線方向力をＱ′、このＱ′によりエ
アシリンダ１０のピストン１２を押し戻そうとする力を
Ｐ′とすると、キー１８と溝１７との間の摩擦力が上記
とは逆方向に作用することから以下の式が成立する。On the other hand, a torque acts on the hinge shaft 3 by an external force such as wind pressure acting on the door 1, and a tangential force acting on the hinge shaft 3 is Q'based on this torque, and Q'is a piston of the air cylinder 10. Assuming that the force for pushing back 12 is P ′, the following formula is established because the frictional force between the key 18 and the groove 17 acts in the opposite direction to the above.

【００２５】Ｐ′＝Ｑ′ｔａｎ（β−ρ）P '= Q'tan (β-ρ)

【００２６】ヒンジ軸３に作用する力によるトルクの最
大値を４０ｋｇｆ・ｍとすると、Ｑ′は以下の値とな
る。When the maximum value of the torque due to the force acting on the hinge shaft 3 is 40 kgf · m, Q ′ has the following value.

【００２７】 Ｑ′＝４０／０．０１５＝２６６７ｋｇｆQ ′ = 40 / 0.015 = 2667 kgf

【００２８】よってＰ′は以下の値となる。Therefore, P'has the following value.

【００２９】Ｐ′＝２６６７×ｔａｎ（９．６６°−
５．７１°）＝１８４．２ｋｇｆP '= 2667 × tan (9.66 °-
5.71 °) = 184.2 kgf

【００３０】すなわちＰ′（＝１８４．２ｋｇｆ）＜Ｐ
（＝２９４．５ｋｇｆ）となり、エアシリンダ１０のピ
ストン１２が外力により押し戻されることはなく、扉１
を全閉位置あるいは全開位置に保持することができる。That is, P '(= 184.2 kgf) <P
(= 294.5 kgf), the piston 12 of the air cylinder 10 is not pushed back by an external force, and the door 1
Can be held in the fully closed position or the fully open position.

【００３１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。The present invention is not limited to the above embodiment.

【００３２】例えば、上記実施例ではエアシリンダ１０
を固定してヒンジ軸３を回転させたが、ヒンジ軸３を固
定してエアシリンダ１０を回転させるようにし、エアシ
リンダ１０にアーム６ａ、６ｂを連結するようにしても
よい。また、上記実施例ではヒンジ軸３に螺旋溝１７を
設け、ピストン１２にキー１８を設けたが、ピストン１
２の内周に螺旋溝を形成し、ヒンジ軸３の外周にキーを
設けるようにしてもよい。また、案内部と被案内部とは
螺旋溝とキーに限定されるものではなく、例えばシャフ
トに案内部としてスパイラル状のスプラインを設け、ピ
ストンに被案内部として内周にスプライン孔が形成され
たリングを設けるようにしたり、案内部として螺旋状の
溝にかえて螺旋状の凸部を形成し、その凸部に嵌合する
凹部を被案内部としてもよい。また、エアシリンダ１０
にかえて油圧シリンダを用いてもよい。さらに、上記実
施例ではアクチュエータをドアの開閉用に用いたが、そ
の用途は特に限定されるものではない。For example, in the above embodiment, the air cylinder 10
Although the hinge shaft 3 is fixed and the hinge shaft 3 is rotated, the hinge shaft 3 may be fixed and the air cylinder 10 may be rotated, and the arms 6a and 6b may be connected to the air cylinder 10. Further, in the above embodiment, the spiral groove 17 is provided on the hinge shaft 3 and the key 18 is provided on the piston 12.
It is also possible to form a spiral groove on the inner circumference of 2 and provide a key on the outer circumference of the hinge shaft 3. Further, the guide part and the guided part are not limited to the spiral groove and the key. For example, the shaft is provided with a spiral spline as the guiding part, and the piston is provided with the spline hole as the guided part in the inner periphery. A ring may be provided, or a spiral convex portion may be formed as a guide portion instead of the spiral groove, and a concave portion that fits into the convex portion may be used as the guided portion. In addition, the air cylinder 10
Instead of this, a hydraulic cylinder may be used. Furthermore, although the actuator is used for opening and closing the door in the above-mentioned embodiment, its use is not particularly limited.

【００３３】[0033]

【発明の効果】本発明によるアクチュエータによれば、
流体圧シリンダのピストンにシャフトが、そのピストン
の移動方向に沿って挿入されるものであるため、流体圧
シリンダの収納空間を小さくすることができる。According to the actuator of the present invention,
Since the shaft is inserted into the piston of the fluid pressure cylinder along the moving direction of the piston, the storage space of the fluid pressure cylinder can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の実施例に係るアクチュエータの断面図FIG. 1 is a sectional view of an actuator according to an embodiment of the present invention.

【図２】本発明の実施例に係るアクチュエータの使用状
態を示す図FIG. 2 is a diagram showing a usage state of an actuator according to an embodiment of the present invention.

【図３】本発明の実施例の作用説明図FIG. 3 is an explanatory view of the operation of the embodiment of the present invention.

【図４】従来例に係るアクチュエータの構成説明図FIG. 4 is a structural explanatory view of an actuator according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

３ ヒンジ軸（シャフト） １０ エアシリンダ（流体圧シリンダ） １２ ピストン １７ 螺旋溝（案内部） １８ キー（被案内部） 3 Hinge shaft (shaft) 10 Air cylinder (fluid pressure cylinder) 12 Piston 17 Spiral groove (guide part) 18 Key (guided part)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 流体圧シリンダのピストンにシャフト
が、そのピストンの移動方向に沿う軸中心に相対回転可
能かつピストンの移動方向に相対移動可能に挿入され、
そのピストンのシャフトに対する相対移動によりピスト
ンとシャフトとが相対回転するように、ピストンとシャ
フトの一方に螺旋状の案内部が設けられると共に、その
案内部に沿って相対移動可能な被案内部がピストンとシ
ャフトの他方に設けられていることを特徴とするアクチ
ュエータ。1. A shaft of a fluid pressure cylinder is inserted into a piston so as to be relatively rotatable about an axial center along the moving direction of the piston and relatively movable in the moving direction of the piston.
A spiral guide portion is provided on one of the piston and the shaft so that the piston and the shaft rotate relative to each other by the relative movement of the piston with respect to the shaft. And an actuator provided on the other side of the shaft.