JP4362301B2 - 回転式アクチュエータ、及びバルブ制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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。
19. 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。
20. 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。
21. 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。
22. 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。
23. 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。
24. 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。
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、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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