JP4362301B2 - 回転式アクチュエータ、及びバルブ制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はアクチュエータに関する。特に、設定された筐体の重量及び寸法において最適なトルクを出力でき、そして、動作ロス及びバックラッシュを抑制して前記トルクを回転軸へ伝達することができるアクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、回転プラグ弁又はバタフライ弁等の回動バルブを使用する場合は、直動アクチュエータの動作を回転モーメントに変換することのできるアクチュエータを用いる。この回転力は、弁ゲート又は弁プラグを開/閉するのに活用される。ロータリーバルブの一例が、米国特許公報にて開示されている(特許文献1参照。以下、該特許文献1を「バウマン'799」という)。
【0003】
このバウマン'799の場合、ロータリーバルブシャフトの端部にリンケージが設けられている。該リンケージは、直動装置に中間接続されている。このようなアクチュエータは、多くの場合、空気を受け入れる比較的大きな機械的なハウジングを備え、加えられた圧力に応じて動作するローリングダイヤフラムとの相互作用により、直動アクチュエータの構成要素が駆動する。前記ハウジングは、内部で動作するリンケージ用の空間を形成する巨大なフレームワークにより、バルブケーシングと併せて支持されている。
【0004】
【特許文献1】
米国特許第6,076,799号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したアクチュエータの場合、アクチュエータ機構用に、実際のバルブケーシング回りに比較的大きな空間を必要とする。また、より小さなアクチュエータ機構、更には、より簡単であり、比較的軽量で効率的であり、危険無く容易に分解可能であり、分解作業及び追加部品無しに回転方向を反転することができるアクチュエータが望まれることもある。
【0006】
また、直線的な処理を回転動作へ変換するアクチュエータリンケージは、頻繁にバックラッシュを生じやすく、この他、またはこれに加えて、シャフト上に組み立て難いということが知られている。一般的な手法では、回転動作の変換時にアクチュエータが掴むべく、回転バルブシャフトを矩形断面にしてエッジを設ける。
【0007】
しかしながら、回転バルブシャフトが矩形断面を有する場合、該回転バルブシャフトとリンケージとの寸法が正確でなければ、バックラッシュが生じやすい傾向がある。仮に、前記回転バルブシャフトとリンケージとの矩形断面の寸法が比較的に異なっている場合、前記回転バルブシャフトが前記リンケージ内で空転し、バックラッシュ及び過度の摩擦の原因となる可能性がある。
【0008】
また、前記リンケージ及びシャフト間の連結強度を高めるため、ネジ又は多数の止め金を活用する解決策が多く用いられている。しかしながら、このような構成の場合、各構成要素間の接続が複雑化するため、そのようなアクチュエータを使用するバルブは、コスト及び組み立て時間が増加してしまう。
【0009】
空気回転式アクチュエータとして、動作ロス及びバックラッシュなしに、直線的な動作を回転動作へ変換することのできるものが要望されている。また、比較的に軽量で構造及び使用方法が簡単であり、トルクを効率的に伝達することができ、更に、分解作業及び追加部品無しに回転方向を反転することができるアクチュエータが要望されている。
【0010】
そこで、本発明は、これらの要望に対処すべく、更なる解決手段を提示するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る実施の形態によれば、回転式アクチュエータは、第1端から第2端へ至る中央孔を有するハウジングを備えている。該ハウジング内にはピストンが設けられ、該ピストンは前記中央孔の軸に沿って直線的に移動可能である。前記ハウジング内にはローリングダイヤフラムが設けられ、該ローリングダイヤフラムは前記ピストンと接続されている。
【0012】
端部フランジを有する二股リンケージを備え、該二股リンケージは、前記ピストン及びローリングダイヤフラムに接続されている。前記二股リンケージ及び回転リンケージは、更に関節継手によって連結されている。
【0013】
ハウジング内には錐状を成すスプリングボタンが設けられている。前記二股リンケージの前記端部フランジと前記スプリングボタンとの間、例えば、ネジ状ロッド及びナットによって、圧縮スプリングが保持されている。
【0014】
このアクチュエータは、ローリングダイヤフラムへ力が加えられたときに、二股リンケージが直線的に移動し、その結果、回転リンケージが旋回点の回りに旋回するように配置されている。前記旋回点では、バルブステムが連結されている。
【0015】
前記回転式アクチュエータは、前記中央孔の第1端に配置されたストリップフランジを備えていてもよく、該ストリップフランジは、錐状スプリングボタンを保持していてもよい。加えて、前記中央孔の第2端には、前記ローリングダイヤフラムに係合する鋳造カップが設けられていてもよい。また、前記中央孔に対してオフセットすると共に交差する孔を有する下部ハウジングが設けられていてもよい。
【0016】
本発明の更なる特徴によれば、バルブシャフトを受け入れ得る溝付きのスリーブが設けられていてもよい。前記スリーブは、前記回転リンケージにおける関節継手からの先端の旋回点に設けられている。前記スリーブは、内部が開口されていてもよい。
【0017】
本発明の更なる他の特徴によれば、前記回転リンケージは二股に分けられ、前記二股リンケージから延設されたアームを跨ぐアームを有していてもよい。
【0018】
本発明の更なる他の特徴によれば、関節継手は、孔内に嵌め込まれたブッシュを成し、リベットピンによって所定位置に保持されていてもよい。一形態として、前記二股リンケージから延設された複数のアームは、弾力的に互いの方向へ変形することが可能であり、リベットピンを前記ブッシュに嵌め込むことが可能である。
【0019】
本発明の更なる他の特徴によれば、前記アクチュエータは、中央孔の第1端にフラットフランジを更に備えていてもよい。該フラットフランジは、孔を有していてもよい。前記フラットフランジを貫通する中空ハブを有するハンドホイールを更に備えていてもよい。
【0020】
前記中空ハブは、一つの特徴として、ネジ状ロッドがねじ込まれたナットとスラストベアリングとに滑動可能に係合している。前記スラストベアリングは、前記ストリップフランジ上に設けられている。
【0021】
前記ハンドホイールを回転させることにより、前記ネジ状ロッドに設けられたナットを回転させることができる。これにより、ネジ状ロッドへ張力を付与することができ、その結果、二股リンケージと共にネジ状ロッドは引っ張られ、前記旋回点の回りに回転リンケージを旋回させるべく前記圧縮スプリングは圧縮される。
【0022】
本発明の一つの特徴によれば、前記中空ハブは、前記ネジ状ロッドの位置を確認することができるように透明性の素材によって形成されている。
【0023】
本発明の更なる特徴によれば、前記アクチュエータは、ハンドホイールの回転に抗って該ハンドホイールをロックし得るロックナットを備えていてもよい。加えて、ハウジング内の二股リンケージの位置を示し得るポジション・フィードバック・メカニズムを備えていてもよい。
【0024】
ローリングダイヤフラムに対して気密的に係合された鋳造カップによって、膨張空間が形成されていてもよい。前記膨張空間と位置決め装置との間には、前記ハウジング内部に形成された空気流路が設けられていてもよく、この場合は、外付けのパイプ又はチューブを使用しなければならないという従来の煩わしさから解放される。
【0025】
本発明の更なる特徴によれば、空圧駆動リンケージのバルブ制御方法において、端部キャップとハウジング内の中央孔に設けられたローリングダイヤフラムとの近傍に形成された膨張空間へ空気圧を供給する。前記膨張空間は、ピストンとハウジング内に設けられた二股リンケージとを、中央孔の中心軸に沿って直線的に移動させるべく膨張し、この間に、圧縮スプリングは圧縮される。
【0026】
前記二股リンケージは、回転リンケージに対して関節駆動可能にして連結されている。前記回転リンケージは、バルブ開/閉時のバルブシャフトの回転を制御し得るように連結されたバルブシャフトを支持する旋回点の回りを、第1方向へ旋回される。
【0027】
本発明の一つの特徴によれば、前記方法において、更に、膨張空間を収縮することにより、圧縮スプリングに蓄積されたスプリング力のエネルギーを復元し、また、バルブ開/閉のために旋回点の回りを、回転リンケージを第2方向へ旋回させる。
【0028】
本発明の更なる他の特徴によれば、バルブを制御するためにリンケージを駆動させる。この方法では、ネジ状ロッドにねじ込まれたナットを回転させるべく、初めにハンドホイールを第1の方向へ回転させ、その結果、前記ネジ状ロッドには張力が付与される。
【0029】
前記ネジ状ロッドは、二股リンケージと共に引っ張られ、該二股リンケージを直線的に移動させると共に、圧縮スプリングを圧縮する。前記二股リンケージが直線的に移動することにより、前記回転リンケージは、弁の開/閉時に回転を制御し得るように連結されたバルブシャフトを支持する旋回点の回りに旋回される。
【0030】
本発明の更に他の特徴によれば、回転アクチュエータが提供されている。該アクチュエータは、第1端から第2端へ至る中央孔を有するハウジングを備える。回転リンケージに対して関節駆動可能に連結される二股リンケージを有する。前記ハウジング内にはローリングダイヤフラムが設けられ、該ローリングダイヤフラムは、前記二股リンケージに連結されている。前記二股リンケージによって圧縮される圧縮スプリングを有する。
【0031】
上述した構成の場合、ローリングダイヤフラムへ力が加えられたとき、二股リンケージは直線的に移動され、回転リンケージを旋回点の回りに旋回させる如くに作用する。
【0032】
前記回転リンケージにはスリーブが備えられ、該スリーブはバルブステムを受け入れ可能である。前記スリーブは、バルブステムを確実に把持すべく更に弾力的に形成されており、その結果、バックラッシュを防止する。
【0033】
【発明の実施の形態】
本発明についての説明に用いる実施の形態は、空気回転式アクチュエータに関するものであり、該空気回転式アクチュエータは、ローリングダイヤフラム,カップ形状を成すピストン,二股動力伝達機構,及び圧縮スプリングの夫々を収容する中央孔を有する鋳造ハウジングを備えている。これらの構成要素は、二股動力伝達機構の端部フランジと錘状スプリングボタンとの間にて、ネジ状ロッド及びナットにより適切に保持されている。
【0034】
前記二股動力伝達機構は、回転リンケージと連結する関節継手を介し、直線動作を、弁を開/閉する際のバルブステムの回転に適した回転動作へ変換する。前記二股動力伝達機構と最終的にはバルブステムとの間において、動作ロス又はバックラッシュが生じることなく、トルクの伝達が行われる。前記空気回転式アクチュエータは、容易に、且つ、メンテナンス作業員を危険に晒すことなく、分解可能である。
【0035】
加えて、前記空気回転式アクチュエータは、分解作業も追加部品も必要とせずに、バルブステムの回転方向に影響するバルブの様々の配置に対応して搭載可能である。
【0036】
図1乃至図7は、本発明に係る空気回転式アクチュエータの一つの実施の形態を示しており、同様の構成に対しては同様の参照符号が付してある。本発明は、前記図面により説明された前記実施の形態を参照して説明するが、様々の代替可能な形態によって具体化することができるものである。
【0037】
加えて、当業者にとっては、本発明の趣旨及び範囲を逸脱しない手法によって、寸法,形状,要素又は素材のタイプなどについて、開示された実施の形態のパラメータを種々変更できることは理解されるであろう。
【0038】
図1は、アクチュエータ10の断面図を示し、図2は、前記アクチュエータ10を上方から見たときの断面図を示しており、夫々、本発明の特徴に基づいて描写されている。
【0039】
前記アクチュエータ10の内部の構造は、ハウジング12により保護されており、該ハウジング12は、前記アクチュエータ10内の様々の構成要素を支持している。該ハウジング12は、金属,合成樹脂,複合材のほか、特にアクチュエータに応用するに適当な他の素材を用いて成型することができる。前記ハウジング12は、一般にはアルミニウム製である。
【0040】
前記ハウジング12は、該ハウジング12の第1端から第2端に至る中央孔14を有している。該中央孔14は、図示するように、中心軸A−Aに沿って延設されている。
【0041】
前記中央孔14の一端には、ローリングダイヤフラム16が設けられている。該ローリングダイヤフラム16は、ピストン18を内包するものであり、一般には合成樹脂によって形成されている。該ローリングダイヤフラム16により、前記ピストン18は、前記中心軸A−Aに沿って直線状にスライド動作することができる。
【0042】
また、前記アクチュエータ10のハウジング12内には、前記中央孔14に沿って二股動力伝達機構20が設けられている。該二股動力伝達機構20が有する端部フランジ24は、該端部フランジ24と錐状スプリングボタン26との間の所定位置にて圧縮スプリング22を保持している。
【0043】
前記中心軸A−Aに沿って、前記端部フランジ24から前記中央孔14の他端へは、ネジ状ロッド28が延設されている。該ネジ状ロッド28には、ナット30が設けられている。該ナット30は、前記圧縮スプリング22が実質的に伸張状態にあるときに、該圧縮スプリング22の圧縮状態を決めるのに適している。
【0044】
また、前記錐状スプリングボタン26は、ストリップフランジ32によっても保持されている。該ストリップフランジ32は、中央孔14の一方の終端を締め付けている。前記中央孔14の他方端には鋳造カップ34が設けられており、該鋳造カップ34は、前記ローリングダイヤフラム16を保持すると共に内封している。
【0045】
前記ハウジング12の下部にはバルブステム孔36が備えられ、該バルブステム孔36は、前記中央孔14に対してオフセットされ、且つ、直交している。該バルブステム孔36は、溝付きのスリーブ38を保持し、該スリーブ38は、バルブステム又はバルブシャフト84(図6参照)を受け入れるべく内部が開口している(図7参照)。前記スリーブ38はまた、前記ハウジング12内に設けられた回転リンケージ42のクランプ40を貫通して設けられている。
【0046】
前記回転リンケージ42から延設された2つのアームは、二股動力伝達機構20から夫々延設されたアームを挟んでおり、前記回転リンケージ42と前記二股動力伝達機構20とは、関節駆動可能にして連結されている。前記回転リンケージ42と前記二股動力伝達機構20との間の関節駆動可能な連結の態様の更なる詳細については後述する。
【0047】
前記中央孔14における前記鋳造カップ34の反対側の端部は、フラットフランジ52によって覆われている。該フラットフランジ52は前記ハウジング12に対してボルト締結されており、アクチュエータ10の作動中に取り外すことができる。
【0048】
このような特徴を有する故、メンテナンス作業員は動作中のアクチュエータ10の内部にアクセス可能であり、該アクチュエータ10は、数々のメンテナンス処置、及び/又は、診断上の処置を施すことが可能となる。
【0049】
前記フラットフランジ52はフラットフランジ孔54を有している。該フラットフランジ孔54には、ハンドホイール58が有する矩形断面の中空ハブ56が貫通して設けられている。前記ハンドホイール58の中空ハブ56には、矩形ナット60が摺動可能に嵌め込まれており、他方で該矩形ナット60には、ネジ状ロッド28が嵌め込まれている。また、前記中空ハブ56は、前記ストリップフランジ32の窪みに配置されたスラストベアリング62と噛み合わされている。
【0050】
前記ハンドホイール58を回転させた場合、前記矩形ナット60は回転し、ネジ状ロッド28には引っ張り力が加わる。この動作によって、二股動力伝達機構20と共に前記ネジ状ロッド28は引っ張られ、この間、圧縮スプリング22は圧縮され、最終的には、回転リンケージ42が回転する。そして、該回転リンケージ42が回転することにより、連結されたバルブステム又はバルブシャフト84が回転する。
【0051】
前記中空ハブ56は透明の合成樹脂によって成型することができる。該中空ハブ56を透明にした場合には、前記ネジ状ロッド28の端部に設けられ、アクチュエータ10内に設けられたネジ状ロッド28及び回転リンケージ42の移動位置を示す着脱ネジ64の位置を監視することができるという利点がある。前記ハンドホイール58は、特に、圧縮空気などの作動流体に支障が生じたときに使用される。
【0052】
二分されたワッシャ66が溝68に嵌め込まれることにより、前記ハンドホイール58は、前記ハウジング12にて確実に支持されている。不使用時に前記ハンドホイール58を所望の位置に固定すべく、ロックナット70が設けられている。
【0053】
前記ロックナット70は、前記ハンドホイール58のハブネジ部72に嵌め込まれている。ロックナット70を締め付けることにより、ハンドホイール58が意図せずに回転するのを防止することができる。
【0054】
ドリル孔78を通じてローリングダイヤフラム16へ空気圧を供給するために位置決め装置74が設けられており、該位置決め装置74により空気圧を供給することによって、二股動力伝達機構20を機械駆動させることができる。前記ドリル孔78は、前記鋳造カップ34にドリルで孔を設けて形成してもよく、また、鋳造してもよい。該ドリル孔78を有するため、外部にはエアチューブを必要としない。
【0055】
前記回転リンケージ42からの帰還動作を受けるべく、機械式のフィードバックリンク76が備えられている。該回転リンケージ42が時計回りに回転した場合、前記フィードバックリンク76は上方へ移動する。これに対し、前記回転リンケージ42が反時計回りに回転した場合、前記フィードバックリンク76は下方へ移動する。
【0056】
このようなフィードバックリンク76の上下動は、回転リンケージ42がどのような位置に存在する場合であっても、適度な動作に変換される。そして、前記回転リンケージ42の位置は、バルブステム84の位置に関連付けられており、従って、アクチュエータ10が取り付けられた弁の相対的な開/閉位置に関連付けられている。
【0057】
また、前記ハンドホイール58の中空ハブ56が嵌め込まれたフラットフランジ52は、人員を危険に晒すことなく取り外すことが可能であり、これは、例えアクチュエータ10が作動中であっても同様であることを言及しておかなければならない。従って、機構部品の観察が可能であり、また望むならば、ハウジング12からアクチュエータ10の内部の機構部品を取り外すことも可能である。
【0058】
アクチュエータ10を逆にすることにより、バルブステムの回転方向を逆にすることもまた可能である。これは、前記アクチュエータ10を180℃反対に向け、前記バルブステム84を反対側から前記バルブステム孔36へ再び挿入することによって達成される。この際、前記回転リンケージ42の二分された部品でスリーブ38を締めつけるのに用いられるボルト80を、一度だけ緩めればよい。
【0059】
更に、様々のバルブ及びシャフト寸法に適応すべく、前記回転リンケージ42は、数多くの異なるサイズのスリーブ38に対して適応可能であることについても言及しておかなければならない。また、付加的なロック動作を付与すべく、回転リンケージ42の溝部とスリーブ38との間には、平坦スタンプキー82が追加挿入されている。
【0060】
図3及び図4は、回転リンケージ42にリンクされた二股動力伝達機構20を示す透視図である。前記二股動力伝達機構20と前記回転リンケージ42との間には、関節継手を成すリベットピン50が設けられている。前記ネジ状ロッド28は、前記二股動力伝達機構20の端部フランジ24から延設されている。一方、アクチュエータ10のハウジング内に収納された場合に、前記バルブステム孔36が、中心軸A−Aに沿って向けられたネジ状ロッド28に対して、略直交すると共にオフセットされていることが明確に図示されている。
【0061】
図5及び図6は、図1及び図2にて示したアクチュエータ10の更なる細部を示す側面断面図である。前記回転リンケージ42が、二股に分けられた2つのアームを有し、該アームが、前記二股動力伝達機構20との関節継手へ向けて上方へ延設されていることが図示されている。
【0062】
2つの回転リンケージアーム44の夫々は、細孔が形成されたガイドブッシュ48と共に球形孔46を有し、前記ガイドブッシュ48は、縮径された場合にその外周部が前記球形孔46と一致され、前記回転リンケージアーム44内の所定位置に夫々の前記ガイドブッシュ48はスナップインされる。前記二股動力伝達機構20が有する2つの延設アーム部20Aは、互いの方向へ弾力的に変形可能であり、夫々の延設アーム部20Aの端部に設けられたリベットピン50は、前記ガイドブッシュ48の夫々に嵌め込むことができる。
【0063】
前記球形孔46と、細孔が形成されたガイドブッシュ48と、そして前記リベットピン50とによって、前記関節継手は構成されている。当業者にとっては、他のタイプ及び形状のハードウェアを組み合わせ、本発明に係るものと同様の特徴を有する関節継手を構成できることは分かるであろう。そして、そのような関節継手の他の形態は、本発明の趣旨及び範囲に含まれるものである。
【0064】
図6はまた、回転リンケージ42に関連して、バルブステム孔36と、内部のスリーブ38とを図示している。バルブ86から延設されたバルブステム84は、前記バルブステム孔36を貫通し、前記スリーブ38に嵌め込まれている。
【0065】
図7は、前記バルブステム孔36の内部における前記スリーブ38の断面図である。前記バルブステム84は、前記スリーブ38の内面に形成された尾根部に対応する尾根部を有しており、互いの尾根部が噛み合うことによって、前記バルブステム孔36のスリーブ38とバルブ86のバルブステム84との間はちょうど一致する。
【0066】
前記尾根部は、前記スリーブ38のボルト80を締め付けることにより付加的に変形され、前記バルブ86を開/閉すべくアクチュエータ10が制御される際に、動作ロス及びバックラッシュを防止できる。
【0067】
当業者によれば、上述した構成に基づき、バルブステム84をバルブステム孔86へ接続する際に利用できる内部スリーブの他の構成を想到し得るが、それら他の構成は、本発明の趣旨及び範囲内において意図するものである。
【0068】
アクチュエータ10の動作は以下のように説明することができる。バルブステム孔36及びスリーブ38は、制御されるバルブ86のバルブステム84を受け入れる。仮に、バルブステム84が、内孔を有するスリーブ38の内部へ第1の方向から滑り入れられた場合、アクチュエータ10は、回転リンケージ42と共に、バルブステム84を第1の方向(例えば、時計回り)に回転させる。
【0069】
前記第1の回転方向とは反対向きの回転方向が求められる場合もある。それ故に、アクチュエータ10は180度反転することができ、そして、前記バルブステム孔36のスリーブ38内に第2の方向から挿入されたバルブステム84は、アクチュエータ10が動作中に、第2の方向(例えば、反時計回り)に回転する。
【0070】
位置決め装置74からはドリル孔78を通じて空気圧が加えられ、ハウジング12の鋳造カップ34内のローリングダイヤフラム16によって形成される空間が膨張される。空気圧が高くなるにつれて、ローリングダイヤフラム16は、アクチュエータ10のハウジング12内の中央孔14の中心軸A−Aに沿って、ピストン18を押圧する。
【0071】
該ピストン18が中心軸A−Aに沿って移動するに従い、二股動力伝達機構20の端部フランジ24は、錐状スプリングボタン26に抗って圧縮スプリング22を圧縮する。ネジ状ロッド28は、前記圧縮スプリング22が錐状スプリングボタン26の方向へ圧縮されるようにガイドする。
【0072】
二股動力伝達機構20が、中央孔14の中心軸A−Aに沿って直線的に移動した場合、回転リンケージ42との関節継手は、前記二股動力伝達機構20の直線動作を、前記回転リンケージ42を回転させる動作へと変換する。例えば、前記二股動力伝達機構20が、図1において左方向へ移動した場合、回転リンケージ42は反時計回りに回転する。
【0073】
該回転リンケージ42が反時計回りに回転することにより、バルブステム36と、スリーブ38と、これらに対応してバルブ86のバルブステム84との夫々が、反時計回りに回転する。バルブステム84が回転することにより、個々のバルブ86に応じて該バルブ86は開/閉される。
【0074】
二股動力伝達機構20が圧縮スプリング22を圧縮するように駆動した場合、機械式フィードバックリンク76は、アクチュエータ10内の回転リンケージ42の位置を機械的に表示する。結果として、前記機械式フィードバックリンク76は、いちど相関関係が設定されたアクチュエータ10に取り付けられたバルブ86のバルブ位置の概算を表す。
【0075】
圧縮スプリング22が圧縮された場合、該圧縮スプリング22には、スプリング力に基づくエネルギーが蓄積される。従って、位置決め装置74がローリングダイヤフラム16へ加える空気圧を減じた場合、前記圧縮スプリング22は、ピストン18を中心軸A−Aに沿って反対の方向へ移動させる。ピストン18の移動方向は、二股動力伝達機構20の移動方向を決定する。
【0076】
従って、二股動力伝達機構20が反対方向(例えば、図1の右手方向)へ移動した場合、回転リンケージ42は、同じく反対方向(例えば、時計回りの方向)へ回転する。この結果、バルブステム孔36内のスリーブ38及び連結されたバルブステム84は反対方向へ回転し、バルブ86は、それまでの反時計回りとは反対の、開放又は閉塞の動作を実行する。
【0077】
また、望むならば、位置決め装置74は、伸張しているスプリング22を圧縮させるスプリング力を補助すべく、ローリングダイヤフラム16へ負圧を加えることも可能である。
【0078】
前記位置決め装置74及びその関連する構成要素は必ずしも有効でなくともよく、ハンドホイール58によって手動でバルブ86をコントロールすることも可能である。ハンドホイール58を一方向へ回転させた場合、中空ハブ56は矩形ナット60を回転させ、該矩形ナット60は、ネジ状ロッド28を前記ハンドホイール58側へ引っ張る。
【0079】
これにより、圧縮スプリング22は圧縮され、二股動力伝達機構20及び回転リンケージ42は前述したようにして互いに関連して動作される。バルブステム84の回転方向を反対にするためには、ハンドホイール58を他方向へ回転させればよく、この場合、圧縮スプリング22は、ネジ状ロッド28が中心軸A−Aに沿って反対方向へ移動するように伸張する。
【0080】
圧縮スプリング22は、二股動力伝達機構20の端部フランジ24を押し、回転リンケージ42の回転方向が反転される。同様にして、バルブステム84は、バルブ86をコントロールすべく反対方向へ駆動する。
【0081】
このように、本発明に係る回転式空気アクチュエータは、動作ロス及びバックラッシュを防いだ上で、直線動作を回転動作に変換することが可能である。二股動力伝達機構20と回転リンケージ42との間に設けられた関節継手は、直線動作から回転動作への変換を効率的に実現する。
【0082】
アクチュエータは、要求される機能を果たす上で、複雑に配置されたネジ、並びに複数のリンケージ及びピンなどが不要であり、簡易な構成となって相対的に軽量である。更に、バルブに適用されるトルクの方向は、バルブと組んで設置されたときのアクチュエータの配置に基づいて反転可能である。その結果、分解及び部品の追加なしに回転方向を容易に反転可能なアクチュエータとなる。
【0083】
本発明に関する数々の変更及び選択可能な実施形態は、上述した内容を考慮した当業者にとっては想到し得るものである。それ故、この記載は、単に実施例を説明したものであり、また、本発明を実現するための最良の形態を当業者に教示する目的のものであると解釈される。
【0084】
構成の細部に関しては、本発明の趣旨から逸脱することなく実質的に変更されてもよく、特許請求の範囲に記載された範囲内での全ての変更に係る独占的な使用が意図されている。また、本発明は、付加されたクレーム及び適用される法規則により要求される範囲以外には制限されることがないことを意図している。
【0085】
【発明の効果】
本発明によれば、空気回転式アクチュエータとして、動作ロス及びバックラッシュなしに、直線的な動作を回転動作へ変換することのできるアクチュエータ、また、比較的に軽量で構造及び使用方法が簡単であり、トルクを効率的に伝達することができ、更に、分解作業及び追加部品無しに回転方向を反転することができるアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
上述した機能,有利な点,及び本発明に係る他の機能及び特徴は、後述する説明及び付随の図面に関してはよりよく理解できる。
【図1】本発明に係る特徴が表された空気回転式アクチュエータの示す断面図である。
【図2】本発明に係る特徴が表された図1に示す空気回転式アクチュエータを、上方から見たときの断面図である。
【図3】本発明に係る特徴が表された空気回転式アクチュエータが備えるリンケージを示す透視図である。
【図4】本発明に係る特徴が表された空気回転式アクチュエータが備えるリンケージを、図3とは異なる方向から見たときの透視図である。
【図5】本発明に係る特徴が表された図1に示す空気回転式アクチュエータの端部断面図である。
【図6】本発明に係る特徴が表されたバルブに連結された空気回転式アクチュエータの更なる端部断面図である。
【図7】本発明に係る特徴が表され、バルブステムを受け入れ得るように細孔を有するスリーブが設けられたバルブステム孔の断面図である。
【符号の説明】
10 アクチュエータ
12 ハウジング
14 中央孔
16 ローリングダイヤフラム
18 ピストン
20 二股動力伝達機構
20A 延設アーム
22 圧縮スプリング
24 端部フランジ
26 錐状スプリングボタン
28 ネジ状ロッド
30 ナット
32 ストリップフランジ
34 鋳造カップ
36 バルブステム孔
38 スリーブ
40 クランプ
42 回転リンケージ
46 球形孔
48 ガイドブッシュ
50 リベットピン
52 フラットフランジ
54 フラットフランジ孔
56 中空ハブ
58 ハンドホイール
60 矩形ナット
62 スラストベアリング
64 着脱ネジ
66 ワッシャ
68 溝
70 ロックナット
72 ハブネジ部
74 位置決め装置
76 フィードバックリンク
78 ドリル孔
80 ボルト
82 平坦スタンプキー
84 バルブシャフト
86 バルブ
Claims (25)
- 回転式アクチュエータであって、
第1端から第2端へ至る中央孔を有するハウジング、
前記ハウジング内に設けられ、前記中央孔の軸に沿って直線移動可能であるピストン、
前記ハウジング内に設けられ、前記ピストンがスライド可能なようにして該ピストンに接続されたローリングダイヤフラム、
動作を伝達すべく前記ピストン及びローリングダイヤフラムに接続された端部フランジと、回転リンケージに連結するための関節継手とを有する二股リンケージ、
前記ハウジング内に設けられたスプリングボタン、
前記二股リンケージの前記端部フランジと前記スプリングボタンとの間に保持された圧縮スプリング、及び
前記ピストン及び前記二股リンケージを前記軸に沿って案内するロッドを備え、
前記回転リンケージは2本のアームを有する二股形状を成し、前記二股リンケージは間隔を空けて延設された2本のアームを有し、前記回転リンケージの2本のアームと前記二股リンケージの2本のアームとが、前記関節継手を介して連結され、前記ロッドは、前記二股リンケージの2本のアーム間を延設されており、
前記ピストン及びローリングダイヤフラムへ加えられた力は、前記二股リンケージを直線的に移動させ、前記回転リンケージは、旋回点の回りに旋回されるべく成してあることを特徴とする回転式アクチュエータ。 - 前記中央孔の第1端に接続され、前記スプリングボタンを保持すべく配置されたストリップフランジを更に備えることを特徴とする請求項1に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記中央孔の第2端に配置され、前記ローリングダイヤフラムに対して気密的に係合した鋳造カップを更に備えることを特徴とする請求項1に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記中央孔に対してオフセットされ、且つ、交差する孔を、前記ハウジングの下部に有していることを特徴とする請求項1に記載の回転式アクチュエータ。
- バルブシャフトを受け入れることができ、前記関節継手とは反対側の端部にある前記回転リンケージ上の旋回点に設けられた溝付きのスリーブを更に備えることを特徴とする請求項4に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記スリーブは、内部が開口していることを特徴とする請求項5に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記回転リンケージが有する2本の前記アームは、前記二股リンケージから延設された2本の前記アームを跨いでいることを特徴とする請求項1に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記関節継手は、孔の中にスナップインされてリベットピンと共に保持されたブッシュを有することを特徴とする請求項1に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記二股リンケージから延設された2本のアームは、前記リベットピンを前記ブッシュに嵌め込むことができるように、互いの方向へ弾力的に変形可能であることを特徴とする請求項8に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記中央孔の第1端に設けられたフラットフランジを更に備えることを特徴とする請求項2に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記フラットフランジは孔を有することを特徴とする請求項10に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記フラットフランジの前記孔を貫通する中空ハブを有するハンドホイールを更に備えることを特徴とする請求項11に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記ロッドはネジ状ロッドを成し、前記中空ハブは、前記ネジ状ロッドがねじ込まれたナットとスラストベアリングとに対して摺動可能に係合しており、該スラストベアリングはストリップフランジに設けられていることを特徴とする請求項12に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記ハンドホイールが回転することにより、前記ネジ状ロッドの回りに前記ナットが回転して該ネジ状ロッドに張力を付与し、その結果、二股リンケージと共にネジ状ロッドが引っ張られ、前記旋回点の回りに前記回転リンケージを旋回させるための前記圧縮スプリングが圧縮されるべく成してあることを特徴とする請求項13に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記ロッドはネジ状ロッドを成し、前記中空ハブは、ネジ状ロッドの位置を確認可能なように透明性の素材によって形成されていることを特徴とする請求項12に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記ハンドホイールが回転するのを防止すべく、該ハンドホイールをロックし得るロッキングナットを更に備えることを特徴とする請求項12に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記ハウジング内の二股リンケージの位置を示し得るポジション・フィードバック・メカニズムを更に備えることを特徴とする請求項1に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記ローリングダイヤフラムに対して気密性を有して係合された鋳造カップにより形成された膨張空間を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記ハウジング内に設けられ、前記膨張空間と位置決め装置との間を連通する空気流路を更に備えることを特徴とする請求項18に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記スプリングボタンは錐状スプリングボタンから成ることを特徴とする請求項1に記載の回転式アクチュエータ。
- 前記ロッドはネジ状ロッドを成し、前記圧縮スプリングは、前記ネジ状ロッド及びナットによって、前記二股リンケージの前記端部フランジと前記スプリングボタンとの間に保持されていることを特徴とする請求項1に記載の回転式アクチュエータ。
- 空気を用いてリンケージを駆動させ、バルブを制御する方法であって、
ハウジング内の中央孔の端部キャップとローリングダイヤフラムとによって形成された膨張空間へ空気圧を加え、
該膨張空間を膨張させ、前記ハウジング内のピストンと、該ハウジング内に設けられて回転リンケージに関節駆動可能に連結された二股リンケージとを、前記中央孔の軸に沿って直線的に移動させ、これにより、圧縮スプリングを圧縮し、
バルブの開/閉時に回転を制御し得るべく連結されたバルブシャフトを支持する旋回点の回りにて、前記回転リンケージを第1の方向へ旋回させることを特徴とする方法。 - 更に、前記膨張空間を収縮させることにより、圧縮スプリングに蓄積されたスプリング力のエネルギーを元に戻し、前記バルブを開/閉すべく旋回点の回りにて前記回転リンケージを第2の方向へ旋回させることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- リンケージを駆動してバルブを制御する方法であって、
ハンドホイールを第1の方向へ回転させ、ネジ状ロッドにねじ込まれたナットを回転させることにより、前記ネジ状ロッドに張力を付与する工程と、
二股リンケージと共にネジ状ロッドを引っ張って前記二股リンケージを直線的に移動させつつ、該二股リンケージを元の位置に復帰可能なように該二股リンケージの端部フランジとスプリングボタンとの間で圧縮スプリングを圧縮させる工程とを備え、
前記二股リンケージを直線的に移動させることにより、回転リンケージを、バルブの開/閉時にバルブシャフトの回転を制御し得るべく連結された該バルブシャフトを支持する旋回点の回りに旋回させることを特徴とする方法。 - 回転式アクチュエータであって、
第1端から第2端へ至る中央孔を有するハウジング、回転リンケージに対して関節駆動可能に連結された二股リンケージ、
前記ハウジング内に設けられ、前記二股リンケージに連結されたローリングダイヤフラム、
前記二股リンケージによって圧縮可能な圧縮スプリング、及び
前記二股リンケージを前記中央孔の軸に沿って案内するロッドを備え、
前記二股リンケージは、前記回転リンケージが有する2本のアームの夫々に連結されると共に間隔を空けて延設された2本の延設アームを有し、
前記ロッドは、前記二股リンケージの2本のアーム間を延設されており、
前記ローリングダイヤフラムへ加えられた力は前記二股リンケージを直線的に移動させ、前記回転リンケージを旋回点の回りに旋回させるべく成してあることを特徴とする回転式アクチュエータ。
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