JP6484479B2 - バルブ用アクチュエータ - Google Patents
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- Fluid-Driven Valves (AREA)
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Description
これらの場合、略水平方向に配置されたカムが、その中間付近でピンにより回動可能に支持され、このカムの外側端部がピストンの下面側に当接され、内側端部がステムの上部側に係合されている。ベローズに接続されたピストンが上下方向に往復動すると、この昇降動は、略水平方向に配置されたカムにより、てこの原理で増幅されてステムに伝達される。
また、ピストンを小径化しつつ推力を補強するものとして、多段ピストン構造があるが、ベローズを設けるとその内径が狭くなるために、複雑な構造の多段ピストン構造をベローズ構造の内部に設けることは難しい。
上部ケーシング15は、略円筒状に形成され、上部側に円板状のキャップ17、ベローズ4、ピストン3が収納され、この上部ケーシング15の下部側と下部ケーシング16との間に、作動体11、カム12が挟み込まれるように収納される。上部ケーシング15の内周中央付近には環状縮径部18が形成され、この環状縮径部18に作動体11の上面が当接することで、作動体11の上昇が所定の位置に規制される。上部ケーシング15の内周下部付近には環状係止部19が形成されている。
リテーナ部材24は、皿ばね23と割リング32との間に設けられる。リテーナ部材24を介して、皿ばね23の弾発力が割リング32によりステム5に伝達されてステム5が駆動される。
図1において、ガイド穴45の上部の上面中央位置には円形凹状の嵌合部50が形成され、この嵌合部50に前述した突条ガイド部30が嵌合されて、作動体11の移動が推力方向にガイドされる。
この場合、固定溝60は、軸部53が嵌め込まれ、カム12が回転動作するときに上方向や横方向から強い荷重を受けるため、十分な強度を発揮するように設けられる。
補助スプリング14は、カムフランジ13と作動体11との間に装着される以外にも、ベローズ4の内部に設けられていてもよい。
先ず、エアの排気時に、皿ばね23によってベローズ4が復帰するかを確認する。ベローズ4を常に押し上げようとする復帰力をFrとすると、この復帰力Frは、皿ばね23の余剰能力がカム12と作動体11とに伝達して影響を及ぼす力に関係し、次式で表される。
復帰力Fr=(皿ばねの荷重−合成反力)×カム倍率×作動体の傾斜率
この復帰力Frは、弁閉状態であっても常にベローズ4に対して発生している荷重であり、補助スプリング14が必要か否かの判断材料となる。
復帰力Frup=(1010−824)×(1/5.77)×(1.37×1.2)=53Nとなる。
一方、図1のベローズ4の下限位置0mm、すなわち弁開状態では、復帰力Frdownが最大となり、すなわち、
復帰力Frdown=(1260−824)×(1/4.79)×(0.6×1.2)=65.5Nとなる。
必要最低荷重F3={(ベローズ上昇位置の反力)−(皿ばねの最小の復帰力Frup)+作動体他の重量}÷設置スプリングの本数={(ばね定数8.2×7mm+初期荷重8.1)−53+2}÷3=4.8Nとなり、1本当たり4.8Nの力を発揮する補助スプリング14を3本使用すれば、この補助スプリング14によりエアの排気時にベローズ4を所定位置まで上昇させることができる。
供給エア圧力を0.4MPaとすると、弁開動作直後のステム上昇最小荷重Fminは、次の式により求められる。
ステム上昇最小荷重Fmin=(ベローズ推力−抗力(補助スプリングのセット荷重))×弁閉時のカムの倍率×弁閉時の作動体の傾斜率
この式に、例えば、エア供給圧力0.4MPa時のベローズ推力202.8N、抗力5.0N×3、弁閉時のカムの倍率5.77、弁閉時の作動体の傾斜率0.72×0.83を代入すると、
ステム上昇最小荷重Fmin=(202.8−5.0×3)×5.77×(0.72×0.83)≒650.7Nとなる。
ステム上昇最大荷重Fmax=(ベローズ推力−抗力(補助スプリングの合成たわみ荷重))×弁開時のカムの倍率×弁開時の作動体の傾斜率
この式に、例えば、エア供給圧力0.4MPa時のベローズ推力202.8N、抗力9.8N×3、弁閉時のカムの倍率4.79、弁閉時の作動体の傾斜率1.66×0.83を代入すると、
ステム上昇最大荷重Fmax=(202.8−9.8×3)×4.79×(1.66×0.83)≒1144.4Nとなる。なお、何れの式の場合にも、作動体の傾斜率を、1/tanθr×0.83とした。
図2のバルブの弁閉状態において、給排気孔22よりエアを供給すると、ピストン3、ベローズ4、キャップ17により構成された密閉空間S内にエアが導入され、このエアの圧力によりベローズ4が図において下方に伸長し、ピストン3が下降する。このとき、ベローズ4の外径がケーシング内径よりも小さいことからケーシング2への接触を防止し、ピストン3がスムーズに動作するため、ベローズ4が傷付いたり破損したりするおそれもない。
2 ケーシング
3 ピストン
4 ベローズ
5 ステム
6 ばね機構
10 バルブ
11 作動体
12 カム
13 カムフランジ
14 補助スプリング
26 当接部
30 突条ガイド部
31 弁体
36 転動溝
40 傾斜面
41 転動部
50 嵌合部
51 カム部片
52 作動部
53 軸部
60 固定溝
S 密閉空間
U 下面領域
Claims (7)
- ケーシング内に設けたピストンと耐熱性のベローズで構成した密閉空間内にエアを導入してピストンの移動に伴って弁体開閉用のステムをばね機構に抗して移動させるバルブ用アクチュエータであって、前記ピストンの下部にピストンと連動する作動体を設け、この作動体の下面には中心に向かって傾斜する傾斜面を形成すると共に、前記作動体の下面領域にカムを略均等に配置し、このカムは、一端には前記傾斜面に転動する転動部と、他端には前記ステムを移動させる作動部と、前記カムを回動させる支点となる軸部とからなり、前記カムの転動部と軸部との間のカム部片を前記ピストンの移動方向に沿って略縦方向に向けて配置して、前記ピストンが拡径するのを極力抑制するようにしたことを特徴とするバルブ用アクチュエータ。
- 前記傾斜面は、前記作動体の下面に均等に形成した転動溝の傾斜面とした請求項1に記載のバルブ用アクチュエータ。
- 前記作動体の上面中央位置に形成した嵌合部に、前記ピストンに設けた突条ガイド部を嵌合して推力方向をガイドした請求項1又は2に記載のバルブ用アクチュエータ。
- 前記ケーシングの前記カムの下部に前記軸部支承用のカムフランジを設け、このカムフランジの前記傾斜面との対向位置に前記軸部を嵌め込んで抜け出しを防止する固定溝を設けた請求項1乃至3の何れか1項に記載のバルブ用アクチュエータ。
- 前記カムの軸部を前記カムフランジに回動自在に軸装し、このカムフランジを前記ケーシング内に固定した請求項4に記載のバルブ用アクチュエータ。
- 前記カムフランジと前記作動体との間に補助スプリングを介在させ、又は前記ベローズの内部に補助スプリングを設けた請求項5に記載のバルブ用アクチュエータ。
- 前記ステムの上部に前記ピストンの底面に当接可能な当接部を設け、この当接部を前記ピストンの下死点側でこのピストンに当接させて前記カムの前記ケーシング側への回転動作を規制した請求項1乃至6の何れか1項に記載のバルブ用アクチュエータ。
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