多级活塞式致动器

摘要

本发明涉及一种多级活塞式致动器，使抵抗弹簧压力的空气压力施加至嵌入气缸体的多个活塞体的压力室，从推杆将其输出取出，活塞级数的变更变得容易，能够实现小型化以及轴向长度的缩短。在本发明的多级活塞式致动器中，多个活塞体分别与嵌入气缸体的隔离件组合，在两者之间形成压力室，活塞体具有受压板部、从该受压板部沿内外的相反方向延伸的轴棒和滑动导向筒状部，所述轴棒具有与压力室连通的轴空气通路，隔离件具有底板部、从该底板部沿内外的同一方向延伸的大径最外筒状部和滑动导向筒状部，所述底板部具有接收邻接的活塞体的轴棒的贯通孔，所述大径最外筒状部嵌入气缸体，所述滑动导向筒状部与活塞体的滑动导向筒状部滑动自如地嵌合，多个活塞体的轴棒彼此机械地抵接，从而使输出施加至推杆。

权利要求

1.一种多级活塞式致动器，使抵抗弹簧压力的空气压力施加至嵌入气缸体的多个活塞体的压力室，使推杆动作，所述多级活塞式致动器的特征在于，所述多个活塞体分别与嵌入所述气缸体的隔离件组合，在该活塞体和隔离件之间形成所述压力室；

所述活塞体具有受压板部、从该受压板部的内外沿相反方向与轴线同心延伸的轴棒和滑动导向筒状部，所述轴棒具有与所述压力室连通的轴空气通路；

所述隔离件具有底板部、从该底板部的内外的一方与轴线同心延伸的大径最外筒状部和滑动导向筒状部，所述底板部具有接收邻接的活塞体的所述轴棒的贯通孔，所述大径最外筒状部嵌入所述气缸体，所述隔离件的所述滑动导向筒状部与所述活塞体的所述滑动导向筒状部滑动自如地嵌合；

在所述隔离件的所述大径最外筒状部的内周面和所述底板部、以及所述活塞体的所述受压板部和所述滑动导向筒状部的外周面之间插入大径O型环；

在所述隔离件的所述滑动导向筒状部的内周面和所述底板部、以及活塞体的所述轴棒的外周面之间插入小径O型环；

所述活塞体的所述滑动导向筒状部为单纯圆筒形状，未形成用于将所述大径O型环嵌入的U字状槽；以及多个所述活塞体的所述轴棒彼此机械地抵接，从而使所述推杆动作。

2.根据权利要求1所述的多级活塞式致动器，其特征在于，

所述大径O型环和小径O型环至少在所述活塞体和隔离件的接近位置，轴向位置产生重叠。

3.根据权利要求1或2所述的多级活塞式致动器，其特征在于，

所述隔离件的滑动导向筒状部为单纯圆筒形状，未形成用于将所述小径O型环嵌入的U字状槽。

4.根据权利要求3所述的多级活塞式致动器，其特征在于，

所述活塞体的轴棒为单纯棒状，未形成用于将所述小径O型环嵌入的U字状槽。

5.一种多级活塞式致动器，使抵抗弹簧压力的空气压力施加至嵌入气缸体的多个活塞体的压力室，使推杆动作，所述多级活塞式致动器的特征在于，所述多个活塞体分别与嵌入所述气缸体的隔离件组合，在该活塞体和隔离件之间形成所述压力室；

所述活塞体具有与轴线正交的平板状的受压板部、从该受压板部的内外沿相反方向与轴线同心延伸的轴棒和滑动导向筒状部，所述轴棒具有与所述压力室连通的轴空气通路并且形成单纯棒状形状，所述滑动导向筒状部形成单纯圆筒形状；

所述隔离件具有与轴线正交的平板状的底板部、从该底板部的内外的一方与轴线同心延伸的大径最外筒状部和滑动导向筒状部，所述底板部具有接收邻接的活塞体的所述轴棒的贯通孔，所述大径最外筒状部嵌入所述气缸体，所述隔离件的所述滑动导向筒状部与所述活塞体的滑动导向筒状部滑动自如地嵌合并且形成单纯圆筒形状；

在所述隔离件的大径最外筒状部的内周面和平板状底板部以及所述活塞体的平板状受压板部和单纯圆筒形状的滑动导向筒状部的外周面之间形成的环状空间，插入大径O型环；

在所述隔离件的单纯圆筒形状的滑动导向筒状部的内周面和平板状底板部以及活塞体的受压板部和邻接的活塞体的所述单纯棒状轴棒的外周面之间形成的环状空间，插入小径O型环；

所述大径O型环和小径O型环至少在所述活塞体和隔离件的接近位置，轴向位置产生重叠；以及所述多个活塞体的轴棒彼此机械地抵接，从而使所述推杆动作。

6.一种开闭阀机构，其特征在于，具有权利要求1～5中任一项所述的多级活塞式致动器以及开闭阀，所述开闭阀具有经由该多级活塞式致动器的所述推杆而被开闭的阀体。

说明书

多级活塞式致动器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种多级活塞式致动器，通过增减级数能够得到不同的驱动力。

背景技术

[0002] 例如，在对流路进行开闭的开闭阀中，存在有使开阀方向的弹力作用于阀体的常开阀和使闭阀方向的弹力作用于阀体的常闭阀。通过使抵抗弹力的方向的空气压力作用于与阀体连接的活塞来进行闭阀或者开阀，这种动作原理是相同的。

[0003] 作为这样的开闭阀的活塞式致动器，提案有一种多级活塞式致动器，其重叠有多级能够滑动自如地收纳活塞体的气缸(专利文献1至3)。

[0004] 现有技术文献

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1：日本特开2000-283328号公报

[0007] 专利文献2：日本专利第3300686号公报

[0008] 专利文献3：日本特开2009-2524号公报

发明内容

[0009] (发明要解决的技术问题)

[0010] 但是，上述专利文献的多级活塞式致动器构造复杂，活塞级数的变更不容易，并且难以实现小型化或者轴向长度的缩短。

[0011] 因此，本发明的目的在于得到一种多级活塞式致动器，其构造简单、活塞级数的变更容易，而且，能够实现小型化以及轴向长度的缩短，并且，在所规定的外径中能够确保更大的有效受压面积。

[0012] (解决技术问题的技术方案)

[0013] 本发明的多级活塞式致动器，使抵抗弹簧压力的空气压力施加至嵌入气缸体的多个活塞体的压力室，使推杆动作，所述多级活塞式致动器的特征在于，所述多个活塞体分别与嵌入所述气缸体的隔离件组合，在该活塞体和隔离件之间形成所述压力室；所述活塞体具有受压板部、从该受压板部的内外沿相反方向与轴线同心延伸的轴棒和滑动导向筒状部，所述轴棒具有与所述压力室连通的轴空气通路；所述隔离件具有底板部、从该底板部的内外的一方与轴线同心延伸的大径最外筒状部和滑动导向筒状部，所述底板部具有接收邻接的活塞体的所述轴棒的贯通孔，所述大径最外筒状部嵌入所述气缸体，所述隔离件的所述滑动导向筒状部与所述活塞体的所述滑动导向筒状部滑动自如地嵌合；在所述隔离件的所述大径最外筒状部的内周面和所述底板部、以及所述活塞体的所述受压板部和所述滑动导向筒状部的外周面之间插入大径O型环；在所述隔离件的所述滑动导向筒状部的内周面和所述底板部、以及活塞体的所述轴棒的外周面之间插入小径O型环；所述活塞体的所述滑动导向筒状部为单纯圆筒形状，未形成用于将所述大径O型环嵌入的U字状槽；以及多个所述活塞体的所述轴棒彼此机械地抵接，从而使所述推杆动作。

[0014] 优选的是，所述大径O型环和小径O型环至少在所述活塞体和隔离件的接近位置，轴向位置产生重叠。

[0015] 优选的是，同样地，所述隔离件的滑动导向筒状部为单纯圆筒形状，未形成用于将所述小径O型环嵌入的U字状槽。

[0016] 优选的是，同样地，所述活塞体的轴棒为单纯棒状，未形成用于将所述小径O型环嵌入的U字状槽。

[0017] (发明的效果)

[0018] 根据本发明，能够得到一种多级活塞式致动器，构造简单并且活塞级数的变更容易，而且，能够实现小型化以及轴向长度的缩短，并且，在所规定的外径中能够确保更大的有效受压面积。

附图说明

[0019] 图1是示出本发明的多级活塞式致动器的一实施方式的主视图。

[0020] 图2是示出将图1的多级活塞式致动器与流路块连接并用于开阀驱动用的状态的沿着图1的II-II线的截面图。

[0021] 图3是示出将本发明的多级活塞式致动器与流路块连接并用于常开型开闭阀的闭阀驱动用的一实施方式的与图2对应的截面图。

[0022] 图4是从图2中的多级活塞式致动器取出三个层叠活塞组件进行描绘的纵向截面图。在图3的多级活塞式致动器中，图4的层叠活塞组件的上下颠倒。

[0023] 图5(A)和(B)是层叠活塞组件的活塞主体单体的纵向截面图和仰视图。

[0024] 图6(A)和(B)是层叠活塞组件的隔离件单体的俯视图和纵向截面图。

[0025] 符号说明

[0026] 100、100X 多级活塞式致动器

[0027] 10、10X 气缸主体

[0028] 12 小径定径部

[0029] 13 大径定径部

[0030] 14 外螺纹筒

[0031] 15 六角部

[0032] 16 排气孔

[0033] 17 中径台阶部

[0034] 18 下降端限制台阶部

[0035] 20、20X 推杆

[0036] 21 O型环

[0037] 22 着力端部

[0038] 23 空气导入槽

[0039] 30 层叠活塞组件

[0040] 30’ 异形活塞组件

[0041] 30” 异形活塞组件

[0042] 31 活塞体

[0043] 31’、31” 异形活塞体

[0044] 31a、31a’、31a” 受压板部

[0045] 31b、31b’ 轴棒

[0046] 31c 滑动导向筒状部

[0047] 31d 轴空气通路

[0048] 31e 空气导入槽

[0049] 31g 空气导入槽

[0050] 32 隔离件

[0051] 32a 底板部

[0052] 32b 大径最外筒状部

[0053] 32c 滑动导向筒状部

[0054] 32d 贯通孔

[0055] 32e O型环保持缘

[0056] 32f D型切面

[0057] 32g 空气排气槽

[0058] 33 大径O型环

[0059] 34 小径O型环

[0060] 50 闭阀弹簧

[0061] 50X 开阀弹簧

[0062] 60、60X 盖体

[0063] 61 轴空气通路

[0064] 62 导向筒

[0065] 63 导向轴

[0066] 64 空气排出孔

[0067] 65 O型环

[0068] 70 流路块

[0069] 71 入口流路

[0070] 72 出口流路

[0071] 73 连通路

[0072] 74 阀座

[0073] 75 隔板

[0074] 76 推动件

[0075] 77 致动器螺合筒

[0076] 81 压缩空气源

[0077] 82 调节器

[0078] 83 开闭阀

[0079] P 压力室。

具体实施方式

[0080] 图1以及图2示出使用本发明的多级活塞式致动器构成常闭型开闭阀的实施方式，图3示出构成了常开型开闭阀的实施例。

[0081] 图1、图2的作为常闭型开闭阀的驱动源的多级活塞式致动器100包括金属(例如铝合金)制的气缸主体10、依次插入该气缸主体10内的金属制的推杆20、多级(在图示例中为五级)层叠活塞组件30、异形活塞组件30’、闭阀弹簧50、盖体(罩)60。气缸主体10的端部在插入了以上部件之后被铆接，与盖体60结合。

[0082] 在气缸主体10内形成有使推杆20滑动自如地嵌合的小径定径部12和使层叠活塞组件30以及异形活塞组件30’嵌合的大径定径部13，在小径定径部12的外周侧形成有外螺纹筒14和六角部15。在小径定径部12上形成有径向的排气孔16。推杆20在外周面具有与小径定径部12内面滑接而保持气密的O型环21。

[0083] 气缸主体10所结合的流路块70具有入口流路71、出口流路72、接近/远离在两流路间的连通路73上设置的阀座74的隔板75以及位于隔板75上的推动件76，并且形成有在阀座74以及隔板75的轴线上延伸的致动器螺合筒77。气缸主体10的外螺纹筒14螺合固定于该致动器螺合筒77。就推杆20而言，其一端部构成与推动件76对向(接近/远离)的着力端部22，并且在另一端部形成有径向的空气导入槽23。

[0084] 插入气缸主体10的大径定径部13内的层叠活塞组件30和异形活塞组件30’在最下方的层叠活塞组件30抵接于下降端限制台阶部18的位置被闭阀弹簧50限制移动端，此时，隔板75经由推杆20以及推动件76被按压于阀座74。即，构成常闭型开闭阀。

[0085] 与之相对，如图3所示，作为常开型开闭阀的驱动源的多级活塞式致动器100X包括金属(例如铝合金)制的气缸主体10X、依次插入该气缸主体10X内的金属制的推杆20X、开阀弹簧50X、异形活塞组件30”、多级(在图示例中为五级)层叠活塞组件30、盖体(罩)60X。气缸主体10X的端部在插入了以上的部件之后被铆接，与盖体60X结合。

[0086] 在气缸主体10X内形成有使推杆20X滑动自如地嵌合的小径定径部12、形成开阀弹簧50X的支座的中径台阶部17、和使异形活塞组件30”以及层叠活塞组件30滑动自如地嵌合的大径定径部13。在小径定径部12的外周形成有外螺纹筒14和六角部15，在六角部15上形成有排气孔16。

[0087] 插入气缸主体10X的大径定径部13内的层叠活塞组件30和异形活塞组件30”在最上方的层叠活塞组件30抵接于盖体60X的位置被闭阀弹簧50X限制移动端，此时，不向隔板75施加向阀座74侧的按压力。即，构成常开型开闭阀。

[0088] 在图4至图6中说明以上的共通用于多级活塞式致动器100和100X的层叠活塞组件30的详情。层叠活塞组件30由基本形状为以轴线CL为中心的旋转对称形状的活塞体31和隔离件32以及大小两个O型环33、34构成。活塞体31由例如金属(例如铝合金)构成，如图5中示出的单体形状，具有与轴线CL正交的受压板部31a、从受压板部31a的内外沿相反方向与轴线CL同心延伸的轴棒31b和滑动导向筒状部31c，轴空气通路31d贯通轴棒31b(以及受压板部31a)。在轴棒31b的与受压板部31a相反侧的端部形成有使轴空气通路31d与径向外侧连通的空气导入槽31e。

[0089] 隔离件32由例如合成树脂材料的成形品构成，如图6所示的单体形状，与活塞体31同样地，基本形状呈以轴线CL为中心的旋转对称形状。隔离件32具有与轴线CL正交的底板部32a、从底板部32a的内外的一方与轴线CL同心延伸的大径最外筒状部32b和小径的滑动导向筒状部32c。在底板部32a的中心形成有接收活塞体31的轴棒31b的贯通孔32d，在贯通孔32d的周围形成O型环保持缘32e(O型环保持缘32e为底板部32a的一部分)。隔离件32的大径最外筒状部32b以最小的间隔嵌入气缸主体10(10X)的大径定径部13，在其周面局部形成有D型切面32f，在该D型切面32f的端部形成有空气排气槽32g。

[0090] 通过活塞体31的滑动导向筒状部31c和隔离件32的滑动导向筒状部32c彼此嵌合地滑动，产生防止相互的倾倒、保证同轴性的作用。在活塞体31上形成空气导入槽31g，所述空气导入槽31g在该活塞体31的滑动导向筒状部31c和隔离件32的滑动导向筒状部32c的滑动部分形成空气通路。

[0091] 在以上的构成部件中，活塞体31的空气导入槽31e和空气导入槽31g以及隔离件32的D型切面32f和空气排气槽32g不是以活塞体31和隔离件32的轴线为中心的旋转对称形状的部件。

[0092] 以上的活塞体31和隔离件32在于隔离件32的大径最外筒状部32b的内周面和底板部32a以及活塞体31的受压板部31a和滑动导向筒状部31c的外周面之间插入了大径O型环33，并且于隔离件32的滑动导向筒状部32c的内周面和O型环保持缘32e以及活塞体31的轴棒31b的外周面之间插入了小径O型环34的状态下被组装，形成层叠活塞组件30。活塞体31和隔离件32的最大接近位置在隔离件32的滑动导向筒状部32c的端部抵接于活塞体31的受压板部31a的状态下被限制(图4、图2左截面、图3右截面)。就大径O型环33而言，以其轴线为中心的外径、截面中的截面径双方均比小径O型环34大。

[0093] 并且，在该最大接近状态下，大径O型环33和小径O型环34的轴向位置重叠，实现了层叠活塞组件30的轴向长度的缩短。另外，大径O型环33插入隔离件32的大径最外筒状部32b的内周面和活塞体31的滑动导向筒状部31c的外周面以及与底板部32a之间，从而在活塞体31上未形成用于保持大径O型环33的截面U字槽。也就是说，活塞体31的滑动导向筒状部31c为单纯圆筒形状，并未形成截面U字状槽。同样地，小径O型环34插入隔离件32的滑动导向筒状部32c的内周面和O型环保持缘32e以及与活塞体31的轴棒31b的外周面之间，从而在隔离件32上未形成用于保持小径O型环34的截面U字槽。也就是说，隔离件32的滑动导向筒状部32c为单纯圆筒形状，并未形成截面U字状槽，并且，活塞体31的轴棒31b也为单纯棒状，并未形成截面U字状槽。因此，实现了层叠活塞组件30的轴向长度的缩短。另外，由于未嵌入截面U字槽，因此，安装时无需对大径O型环33和小径O型环34进行扩径(拉伸)，组装性优异。进一步，根据以上的层叠活塞组件30，不仅能够实现小型化以及轴向长度的缩短，而且在所规定的外径之中能够确保更大的有效受压面积。

[0094] 就以上的层叠活塞组件30而言，在图2的常闭型开闭阀中，朝向活塞体31位于上方并且隔离件32位于下方的方向(图4的状态)，在图3的常开型开闭阀中，朝向隔离件32位于上方并且活塞体31位于下方的方向(与图4上下颠倒的状态)。

[0095] 构成图2的常闭型开闭阀的多级活塞式致动器100的异形活塞组件30’的异形活塞体31’具有比活塞体31的轴棒31b长的轴棒31b’，该轴棒31b’滑动自如地嵌合于盖体60上形成的导向筒62。在轴棒31b’上嵌入用于保持与导向筒62之间的气密的O型环65。此外，在盖体60上形成空气排出孔64。另外，在异形活塞体31’上也形成与活塞体31同样的空气导入槽31g。与异形活塞体31’组合的隔离件32与层叠活塞组件30的隔离件32相同。

[0096] 另外，图3的多级活塞式致动器100X的异形活塞组件30”的异形活塞体31”既不具备轴棒31b也不具备轴空气通路31d。受压板部31a”直接抵接于推杆20X。另外，盖体60X具有被插入层叠活塞组件30的隔离件32的贯通孔32d以及小径O型环34的导向轴63。在推杆20X上未形成(无需形成)在常闭型开闭阀用的多级活塞式致动器100的推杆20上形成的空气导入槽23。

[0097] 如上所述，在图2的多级活塞式致动器100中，位于异形活塞组件30’和盖体60之间的闭阀弹簧50经由异形活塞组件30’、五级的层叠活塞组件30、推杆20以及推动件76将隔板75向阀座74方向施力，通常，关闭入口流路71和出口流路72之间的连通路73。

[0098] 如上所述，在图3的多级活塞式致动器100X中，位于异形活塞组件30”和气缸主体10X的中径台阶部17之间的开阀弹簧50X将异形活塞组件30”以及五级的层叠活塞组件30向从隔板75离开的方向施力，并且闭阀力未施加至隔板75(通常，入口流路71和出口流路72连通)。

[0099] 在任意的致动器中，在插入气缸主体10(10X)的大径定径部13内的邻接的层叠活塞组件30彼此之间，活塞体31的轴棒31b贯通隔离件32的贯通孔32d和小径O型环34，邻接的轴棒31b彼此之间机械地抵接。另外，邻接的层叠活塞组件30的隔离件32彼此之间(以及异形活塞组件30’的隔离件32或者异形活塞组件30”的隔离件32和与之邻接的层叠活塞组件30的隔离件32彼此之间)，在嵌入气缸主体10(10X)的大径定径部13的状态下相互地抵接而确定轴向的位置。被活塞体31的受压板部31a和轴棒31b、隔离件32的滑动导向筒状部32c以及小径O型环34包围的内侧空间、以及经由空气导入槽31g与该内侧空间连通的、被滑动导向筒状部31c、底板部32a、大径最外筒状部32b以及大径O型环33包围的内侧空间构成压力室P。就插入大径定径部13内的多个层叠活塞组件30而言，其邻接的层叠活塞组件30的活塞体31的轴棒31b彼此之间(轴棒31b和受压板部31a)相互地抵接，并且所有的活塞体31以及异形活塞体31’(31”)同时沿轴向移动。

[0100] 就图2的常闭型多级活塞式致动器100而言，如果在隔板75通过闭阀弹簧50的力关闭流路的状态下，经由压缩空气源81、调节器82以及开闭阀83，从盖体60的轴通路61供给压缩空气的话，则动作压力经由层叠的各活塞体31以及异形活塞体31’的轴空气通路31d、空气导入槽31e(以及推杆20的空气导入槽23)以及空气导入槽31g施加至压力室P，活塞体31以及异形活塞体31’抵抗闭阀弹簧50的力而移动，其结果是，隔板75从阀座74离开，入口流路71和出口流路72连通(常闭型开闭阀打开，图2右截面)。

[0101] 反之，如果通过开闭阀83断绝压缩空气的供给的话，则各活塞体31(异形活塞体31’)通过闭阀弹簧50的力而恢复到原位置，隔板75就位于阀座74，断绝入口流路71和出口流路72的连通(图2左截面)。将气缸主体10内的空气从隔离件32的空气排气槽32g、D型切面
32f和气缸主体10的空隙以及排气孔16排放到大气中。

[0102] 就图3的多级活塞式致动器100X而言，如果在隔板75通过开阀弹簧50X的力打开流路的状态下，经由压缩空气源81、调节器82以及开闭阀83，从盖体60X的轴空气通路61施加压缩空气的话，则动作压力经由各层叠活塞体31以及异形活塞体31”的轴空气通路31d、空气导入槽31e以及空气导入槽31g施加至压力室P，活塞体31以及异形活塞体31”抵抗开阀弹簧50X的力而移动，其结果是，推杆20X将推动件76以及隔板75按压于阀座74，隔板75遮断入口流路71和出口流路72间的连通路73(常开型开闭阀关闭，图3左截面)。

[0103] 反之，如果通过开闭阀83断绝压缩空气的供给的话，则各活塞体31(异形活塞体31”)通过开阀弹簧50X的力而恢复到原位置，隔板75从阀座74离开，使入口流路71和出口流路72的连通(图3右截面)。将气缸主体10内的空气从隔离件32的空气排气槽32g、D型切面
32f和气缸主体10的空隙以及排气孔16排放到大气中。

[0104] 就大径O型环33和小径O型环34而言，在活塞体31和隔离件32离开最远的状态(图2的右截面、图3的左截面)下，其轴向位置产生部分重叠(或者接触)，即使在动作状态下也能够实现轴向长度的缩短。

[0105] 如果使供给(压缩)空气压力相同的话，则能够使推杆20(20X)的输出根据插入气缸主体10(10X)的层叠活塞组件30的级数产生变化。当然，能够准备并且选择使用不同的长度的气缸主体10(10X)。

[0106] (产业上的可利用性)

[0107] 本发明的多级活塞式致动器例如能够广泛应用于通过空气压力进行动作的常开型开闭阀以及常闭型开闭阀。