特開 2024-97282 空圧式アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024097282

(43)【公開日】2024-07-18

(54)【発明の名称】空圧式アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   F15B 15/06 20060101AFI20240710BHJP

【ＦＩ】

F15B15/06 C

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023015550

(22)【出願日】2023-02-03

(31)【優先権主張番号】112100334

(32)【優先日】2023-01-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(31)【優先権主張番号】112200087

(32)【優先日】2023-01-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】523040222

【氏名又は名称】陳 高松

(74)【代理人】

【識別番号】110001151

【氏名又は名称】あいわ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】陳 高松

【テーマコード（参考）】

3H081

【Ｆターム（参考）】

3H081AA01

3H081AA02

3H081AA27

3H081BB03

3H081CC20

3H081GG11

(57)【要約】

【課題】空圧式アクチュエータを提供する。
【解決手段】空圧式アクチュエータに接続された信号トランスミッタに組み込まれ、個々の軸芯が１つに併合される。空気圧ドライバーの本体上部は、軸芯の軸にあり、本体と一体成形されたアセンブリスロットを隔てており、この組立溝に信号トランスミッタが配置される。この組立溝の溝底に対応する軸芯の位置には軸穴が設けられ、軸芯は軸穴を介して空圧式アクチュエータの本体と組立溝の内部を貫通する。組立溝はカバープレートで覆われる。これらの配置により、もともと個別に分離される信号トランスミッタと空圧式アクチュエータは、両者の軸芯の垂直度と同心度の一致性を確保するために一体に統合される。また、信号トランスミッタと空圧式アクチュエータの組み合わせにより、部品が少なく、より組み合わせの手間がかからない。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

空圧式アクチュエータであり、
接続されている信号トランスミッタと、その間の軸芯と一体成形され、本体上部は、対応する軸芯の軸線上に位置し、本体と一体成形された組立溝を介して、信号トランスミッタが取り付けられる組立溝に配置され、組立溝の溝底には、本体と組立溝の内部に穿設可能な軸穴が軸芯の位置に設けられ、組立溝はカバープレートで覆われることを特徴とする、空圧式アクチュエータ。

【請求項2】

前記軸芯の下端には、流体の流れを制御する管路内のバルブ回転軸に接続するための嵌合穴が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の空圧式アクチュエータ。

【請求項3】

前記空圧式アクチュエータは、前記本体内の前記軸芯の中央セグメントにおいて、カムと穿通して固定される単動型空圧式アクチュエータであり、前記カムを前記軸芯と一体に連動することができ、また、前記カムの左右両端にはそれぞれ１つの嵌入溝が設けられ、前記軸芯の左右両側には、それぞれ１つのピストンと、前記ピストンの裏側にそれぞれ位置する２つのバネセットがあり、２つの前記ピストンは前記カム端に面し、それぞれ連結棒でカムリングを貫通し、前記カムリングは、前記嵌入溝に嵌入して、位置決め、回動することができ、前記バネセットの一端は前記本体の外側にロックされたサイドカバーに接触し、もう一端は前記ピストンに接触し、２つの前記ピストンの間に位置する前記本体の内部には、気密空間が設けられ、前記気密空間は管継手で前記本体の外側に連通し、圧縮空気が前記空圧式アクチュエータに出入りする通路となることを特徴とする、請求項１に記載の空圧式アクチュエータ。

【請求項4】

前記空圧式アクチュエータは、二動型空圧式アクチュエータであり、前記本体内の前記軸芯の中段にカムに穿通固定され、前記カムと前記軸芯とを一体的に連動し、そして、前記カムの左右両端には、それぞれ１つの嵌入溝が設けられ、前記軸芯の左右にそれぞれピストンが設けられ、２つの前記ピストンは前記カム端に面し、それぞれ連結棒でカムリングを貫通し、前記カムリングは、前記嵌入溝に嵌入して位置決め、回動することができ、２つの前記ピストン間に位置する前記本体内部には、気密空間が設けられ、前記気密空間は前記本体の外面に２つの管継手で連通し、前記空圧式アクチュエータに圧縮空気が出入りする通路とし、また、２つの前記管継手は、圧縮空気を個別に入力することができ、２つの前記ピストンを互いに近接または離反させる線形変位を行うように駆動することができることを特徴とする請求項１に記載の空圧式アクチュエータ。

【請求項5】

前記信号発信器は、前記軸芯の左右に位置する２つの磁気センサーと、前記軸芯に固着された磁石を備えた近接センサであり、前記磁石は、前記軸芯と垂直に交差し、２つの前記磁気センサーと同じ水平面上にあり、前記磁石は２つの前記磁気センサーの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の空圧式アクチュエータ。

【請求項6】

前記組立溝と前記本体は、ステンレス鋼で作られ、鋳造で一体成形されることを特徴とする請求項１に記載の空圧式アクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、改良された空圧式アクチュエータに関し、特に、信号トランスミッタと空圧式アクチュエータとを別個に分離することなく、一体化にして、空圧式アクチュエータと信号トランスミッタの動作の同心度と垂直度を確保し、部品が少なくなり、組み立て作業の負担が軽減できる。

【背景技術】

【0002】

製造工場は、液体またはガス原料を輸送するために様々な管路を設置し、管路は、各輸送地点において、関連する産業用バルブが配置され、制御バルブの開閉によって管路の輸送指示を実行する。製造工場は広大で、流体制御システムは、生産効率を維持し、労働安全事故を防ぐために、完全かつ効果的な中央制御システムを必要とし、コマンドを厳格かつ効果的に制御する必要がある。

【0003】

空圧式アクチュエータ（pneumatic actuator）は流体制御システムの重要なコンポーネントの１つであり、外部電源を受け入れ、軸トルクに変換し、管路の開閉を目的としてアクチュエータに連動するバルブを回す。信号トランスミッタは、信号トランスミッタ内蔵のセンサーを介してアクチュエータの位置を検出し、リアルタイムで信号を上層制御回路にフィードバックする。
これにより、流体システムのリアルタイム状態を制御できる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図１、２に示すように、周知の空圧式アクチュエータ１と信号トランスミッタ２は２つの別々のコンポーネントであり、両者は常に鋼板のブラケット３とネジ３０、ワッシャー３１、ナットで空圧式アクチュエータ１と信号トランスミッタ２を組み立ててリンクされる。実践的な経験から、この組み立てるパターンは、以下の項目で明らかに欠点を有する。
１．空圧式アクチュエータ１(空気圧や電気に関係なく)と信号トランスミッタ２は、それぞれ異なる産業分野に属しており、ユーザーは、組立指示に従って組み立て、多くのネジ３０、ワッシャー３１などの係止部材を組み立てる必要があり、組み立てに時間がかかり、手間がかかる。また、空圧式アクチュエータ１と信号トランスミッタ２のそれぞれが属する２つの軸芯１０、２０間の同心度と垂直度を維持するために特別な注意を払って組み立てないと、作業中に２つの軸芯１０、２０が偏心回転する潜在的なリスクが発生する可能性がある。
２．管路４内の流体が大きな圧力によって押されると、管路４は、ある程度の振動を引き起こし、振動が長時間続くと、ネジ３０、ナットが緩んで脱落し、固定機能を失う。
３．空圧式アクチュエータ１と信号トランスミッタ２の間には、それぞれ１つの軸芯１０、２０が噛み合って連動し、振動による緩みにより、２つの軸芯１０、２０が必然的に損傷して、歪み、信号トランスミッタ２内に内蔵されたセンサーによるが空圧式アクチュエータ１の位置の検出ずれが発生する。
本発明者は、空圧式アクチュエータと信号トランスミッタとの結合において、適用上に上記の欠点が存在することを鑑みて、設計の改良を行い、ついに本発明を発明した。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は主に、別々に分離してる信号トランスミッタと空圧式アクチュエータとを統合して一体にすることを目的とする。また、信号トランスミッタと空気圧ドライバーの両方の軸芯を1つに統合し、軸芯の垂直度と同心度の一致性を確保する。また、信号トランスミッタが空圧式アクチュエータに組み立てられた結合部品と、組み立てる時間を削減できる。

【0006】

本発明の主な特徴は、信号トランスミッタと空圧式アクチュエータのそれぞれの軸芯を一体成形して１つにすることである。空圧式アクチュエータの本体上部と対応する軸芯の軸線に位置する部位には、信号トランスミッタの取り付けのために一体成形された組立溝が介在されている。組立溝の溝底が軸芯に対応する位置には、組立溝が本体内部に連通する軸穴が設けられており、軸芯の先端は軸穴を介して本体と組立溝の内部を貫通する。組立溝はカバープレートで覆われている。これらの配置により、もともと個別に分離されている、信号トランスミッタと空圧式アクチュエータは一体化され、空圧式アクチュエータと信号トランスミッタの軸芯の垂直度と同心度の一致性を確保する。管路に流体の流れによる振動の影響を受けず、振動による部品の緩みによる潜在的なリスクを低減し、また、組み立ての部品が少なくなり、組み立て作業の負担が軽減され、組み立てエラーによる潜在的なリスクが排除される。

【0007】

本発明が上記目的を達成するために採用した技術的手段、すなわち構造について、実施例を図式に合わせて以下に説明する。

【発明の効果】

【0008】

本発明は、以下の利点および有効性を有する。
１.信号発信器６と空圧式アクチュエータ５は、もともと個別に分離され、一体に統合され、空圧式アクチュエータ５と信号発信器６の軸の垂直度と同心度の一致性を確保し、同心度と垂直度の懸念がなく、管路の流れに流体の振動の影響を受けず、管路振動によるネジ、ナット、ブラケットなどの緩みによる潜在的なリスクを低減する。
２．信号トランスミッタ６と空圧式アクチュエータ５の組み合わせにより、部品が少なくなり、組み立て作業の負担が軽減され、組み立てエラーによる潜在的なリスクが排除される。
３．信号トランスミッタ６と空圧式アクチュエータ５は、個別に購入することなく、費用を削減し、一度に配置することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】周知の空圧式アクチュエータと信号トランスミッタが管路に取り付けられた斜視参考図である。

【図2】周知の空圧式アクチュエータと信号トランスミッタの分解図である。

【図3】本発明の実施形態に係る単動型空圧式アクチュエータと信号トランスミッタとの結合斜視図である。

【図4】本発明の実施形態に係る単動型空圧式アクチュエータと信号トランスミッタの分解図である。

【図5】本発明の実施形態に係る単動型空圧式アクチュエータと信号トランスミッタの正常状態における断面正面図である。

【図6】本発明の実施形態に係る単動型空圧式アクチュエータの正常状態における断面平面図である。

【図7】本発明の実施形態に係る信号トランスミッタの正常状態における断面平面図である。

【図8】本発明の実施形態に係る単動型空圧式アクチュエータと信号トランスミッタとの逆動作状態における断面正面図である。

【図9】本発明の実施形態に係る単動型空圧式アクチュエータの逆動作状態における断面平面図である。

【図10】本発明の実施形態に係る信号トランスミッタの逆動作状態における断面平面図である。

【図11】本発明の実施形態に係る単動空圧式アクチュエータと信号トランスミッタが管路に取り付けられた斜視図である。

【図12】本発明の実施例に係る二動型空圧式アクチュエータが、それぞれ順方向および逆方向の空気ポートから圧縮空気を入力する動作平面図である。

【図13】本発明の実施例に係る二動型空圧式アクチュエータが、それぞれ順方向および逆方向の空気ポートから圧縮空気を入力する動作平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図３～図７に示すように、本発明の実施形態における空圧式アクチュエータ５は、単動型空圧式アクチュエータを例に挙げて説明する。単動型空圧式アクチュエータは、内部中空状の本体５０を有し、本体５０の内部中間には垂直に設けられ、その場でのみ回動可能に制限された一つの軸芯５１が配置されている。軸芯５１中央部は、カム５２の中間穴５２０に穿着固定され、カム５２と軸芯５１とが一体的に連動し、カム５２の左右両端にそれぞれ嵌入溝５２１が設けられている。軸芯５１の左右両側には、それぞれ１つのピストン５３と、２つのピストン５３の裏側にそれぞれ位置する２つのバネセット５４とが設けられている。バネセット５４の一端は本体５０の外側に係止するサイドカバー５０１に当接し、他端はピストン５３に当接する。２つのバネセット５４は２つのピストン５３を軸芯５１端に押し上げて変位する力を有する。一方、２つのピストン５３は、軸芯５１を牽引して同時に偏向角度変位を有している（図６、図９）。軸芯５１下端には、図５のように嵌合穴５１０が設けられており、図１１のように流体の流通を制御する管路４a内のバルブ回転軸に接続されている。軸芯５１を１つの角度回転させると、バルブ回転軸も従動回転角度で、バルブを開閉し、管路４a内の流体の流れ状態を制御する。２つのピストン５３間に介在する本体５０の内部には気密空間５５がある(図５、６、８、９参照)。気密空間５５は、本体５０の外側に、外部圧縮ガスが気密空間５５内に入るか、気密空間５５内の圧縮空気を放出する管継手５８が設けられている。

【0011】

本体５０の上部には、図３～５に示すように一体成形された組立溝５７が介在しており、この組立溝５７と本体５０とはステンレス製で鋳造(investment casting)で一体成形され、信号トランスミッタ６の取付に用いられる。
この組立溝５７の溝底が軸芯５１に対応する位置には、軸芯５１が本体５０と組立溝５７の内部を貫通可能な軸穴５７０(図４、５)が設けられている(図５参照)。組立溝５７の切欠きは、カバープレート５７１によって覆われ、ネジ５７２でロックされている。本実施例の信号トランスミッタ６は近接センサであり、組立溝５７内で且つ軸芯５１の上端の左右両側に位置する、磁気センサ６０がそれぞれ固定されている。軸芯５１には、軸芯４１と垂直に交差して配置された磁石６１(図３、４参照)が接続され、２つの磁性センサ６０と同一水平面上に位置している。磁石６１は、２つの磁気センサ６０の間に配置される。適用する時には、磁石６１が軸芯５１に追従して偏向角度(図７、１０)に連動し、磁石６１が２つの磁性センサ６０の一方に近接すると、近接する磁気センサ６０0が電磁誘導により信号を発し、上層制御回路に出力される。これにより、磁石６１と２つの磁性センサ６０の１つと近接して、異なる電気信号のフィードバックにより、遠隔監視員は、管路４a内のバルブが実際に開閉されたか否かを知ることができる。

【0012】

開始状態(図５～７参照)では、空圧式アクチュエータ５の気密空間５５内に空気圧がなく、両ピストン５３がバネセット５４の付勢力によって本体５０の中心方向に移動し、両ピストン５３がカム５２を反時計方向に四分の一回転(９０度)に回動させる。このリニアスラスト力によりカム５２は軸性トルクに変換され、軸芯５１が回転し、軸芯５１が下方管路４a内のバルブを同期して回転させる。同時に、信号トランスミッタ６の磁石６１も軸芯５１に連動して角度を偏向する。磁石６１が２つの磁性センサ６０の一方に近接すると、磁気センサ６０は誘導により電磁信号を発し、上層制御回路に出力される。管継手５６から圧縮空気が入ると、図８～９のように、空気の圧力が２つのピストン５３を個別に圧縮して対応するバネセット５４を押し上げて後退する。ピストン５３がカム５２を引っ張るように直線的に移動して軸方向のねじり力に転じ、軸芯５１を駆動して時計方向に約９０度回転し、軸芯５１が下方の管路４a内のバルブを同期して回転させ、管路４４aを開放又は閉じさせる。

【0013】

また、図１２、１３に示すように、この空圧式アクチュエータ５aは二動型空圧式アクチュエータであり、単動型空圧式アクチュエータに示すバネセットがない。すなわち、適用時には、本体５０aの順方向および逆管継手５６a、５６bから圧縮空気を個別に入力することで、圧縮空気を２つのピストン５３aを直線的に変位させ、続いてカム５２aを制御して軸性トルクに回し、軸芯５１aを回転駆動することができる。その動作原理、動作フローは、単動型空圧式アクチュエータ５と同様であり、信号トランスミッタ６間の連動と同様である。この空圧式アクチュエータ５aは、主として本体５０a内の軸芯５１aの中央部にカム５２aに挿通固定され、カム５２aと軸芯５１aとが一体的に連動可能である。そして、カム５２aの左右両端には、それぞれ1つの嵌入溝５２１aが設けられ、軸芯５１aの左右両側には、それぞれピストン５３aが設けられている。２つのピストン５３aは、カム５２aの端部に対向して、それぞれ1つの連結棒５３０aにカムリング５３１aが挿通され、カムリング５３１aは、嵌入溝５２１aに嵌め込まれ、位置決めされ、回動可能である。２つのピストン５３aの間に位置する本体５０aの内部には、気密空間５５aが設けられ、気密空間５５aは、正管継手５６a及び逆管継手５６bによって本体５０aの外面に連通され、圧縮空気が空圧式アクチュエータ５aを出入りする通路とする。そして、この正管継手５６aおよび逆管継手５６bは、圧縮空気を個別に入力し、互いに近接または互いに離反する逆線形変位を行うように２つのピストン５３aを駆動することができる。

【0014】

空圧式アクチュエータ５の本体５０上部に、一体成形の組立溝５７を設け、および本体５０と組立溝５７との間に軸穴５７０を設けることにより、空圧式アクチュエータ５と信号発送器６の軸芯５１とを一体成形することができ、両者の間に別途周知のブラケット３を設けることなく接続することができる。この信号発送器６と空圧式アクチュエータ５とを一体化することで、空圧式アクチュエータ５と信号発送器６の軸の垂直度と同心度の一致性が確保され、管路４aの流れる液体振動の影響を受けず、また、組立の部品が少なく、より省力化が図れる。

【0015】

本発明の好ましい実施形態の上記説明は例示的なものであり、本発明を限定するものではない。実施形態は、本発明の原理を説明し、当業者が様々な実施形態において本発明を使用できるようにすることを意図している。
本発明の技術的思想は、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって決定されることができる。

【0016】

要約すると、本発明は新規性及び実用的な進歩性を有し、したがって法律による特許出願に適用される。

【符号の説明】

【0017】

１ 空圧式アクチュエータ
１０ 軸芯
２ 信号トランスミッタ
２０ 軸芯
３ ブラケット
３０ スクリュー
３１ ワッシャー
４ 管路
４a 管路
５ 空圧式アクチュエータ
５a 空圧式アクチュエータ
５０ 本体
５０a 本体
５０１ サイドカバー
５１ 軸芯
５１a 軸芯
５１０ 嵌合穴
５２ カム
５２a カム
５２０ 中央穴
５２１ 嵌入溝
５２１a 嵌入溝
５３ ピストン
５３a ピストン
５３０ 連結棒
５３０a 連結棒
５３１ カムリング
５３１a カムリング
５４ バネセット
５５ 気密空間
５５a 気密空間
５６ 管継手
５６a 正管継手
５６b 逆管継手
５７ 組立溝
５７０ 軸穴
５７１ カバープレート
５７２ ネジ
６ 信号トランスミッタ
６０ 磁気センサ
６１ 磁石

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】