JP2008281100A - Fluid pressure type driving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボールバルブのように回転作動するバルブの流体圧式駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a hydraulic drive device for a valve that rotates like a ball valve.
従来において、流体圧駆動装置として、ラック・ピニオン式駆動装置やスコッチヨーク式駆動装置が一般的に知られている。ラック・ピニオン式駆動装置は、出力トルクが小さいため、小口径バルブに使用されている。一方、スコッチヨーク式駆動装置は、ラック・ピニオン式駆動装置に比べて出力トルクが大きいため、大口径バルブに使用されている(例えば、特許文献1参照。)。
図5には、上記特許文献1に記載されたスコッチヨーク式駆動装置を示している。図5において、符号100は本体、符号102は往復動軸、符号103はステム(回転軸)、符号104はスコッチヨークレバー、符号105、106はピンを示す。スコッチヨークレバー104は、ステム103に設けられており、半径方向に伸びる押圧部104a及び104bを有している。往復動軸102はステム103の軸線方向に対して直角に配置されており、この軸線方向に伸びるピン105,106を有している。
FIG. 5 shows the Scotch yoke type driving device described in
この駆動装置は、シリンダ107とシリンダ108とに流体圧が適宜作用し、往復動軸102が図において左右方向に往復するようになっており、往復動軸102に設けられたピン105又は106が、往復動軸102の往復動によってスコッチヨークレバー104の押圧部104a又は104bを押し、スコッチヨークレバー104を回動軸103と共に回動させるようになっている。なお、シリンダ107及び108の外側に設けられた調節ねじ109及び110は、往復動軸102のストロークを調節するためのものであり、この調節によって、スコッチヨークレバー104の回動角度が90度になるように調節され、駆動装置がボールバルブなどのバルブを全開から全閉へ、また、全閉から全開へ90度回動させるようになっている。
In this drive device, fluid pressure is appropriately applied to the
しかしながら、上記従来のスコッチヨーク式駆動装置の構造は、回転軸(ステム)から該回転軸の半径方向に伸びた一つのスコッチヨークレバーだけで回転軸を回動させているため、出力トルクの大きさに限界がある。 However, the structure of the above-described conventional Scotch yoke type drive device has a large output torque because the rotation shaft is rotated by only one Scotch yoke lever extending from the rotation shaft (stem) in the radial direction of the rotation shaft. There is a limit.
本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、従来におけるスコッチヨーク式駆動装置の出力トルクよりもさらに大きな出力トルクを得るようにし、もって、更に大きな大口径バルブの駆動用として使用することができると共に、装置を小型化しても従来の駆動装置と同様の大きな出力トルクを得ることができる流体圧駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and can obtain an output torque larger than the output torque of the conventional Scotch yoke type drive device, and thus a larger large-diameter valve. It is an object of the present invention to provide a fluid pressure drive device that can be used for driving a motor and can obtain a large output torque similar to that of a conventional drive device even if the device is downsized.
本発明は、流体圧力を動力源としてバルブを作動する流体圧駆動装置において、一対のシリンダを有する本体部と、前記本体部内に回動可能に設けられたバルブステムと、前記各シリンダ内に摺動可能にそれぞれ設けられた、ピストンロッドを有するピストンと、前記バルブステムと一体に可動可能に設けられたスコッチヨークとを備え、前記各ピストンの前記ピストンロッドには、貫通穴がそれぞれ形成されており、前記スコッチヨークは、左右対称となる一対のスコッチヨークレバーを有し、各スコッチヨークレバーは、前記各ピストンのピストンロッドの貫通穴をそれぞれ貫通しており、前記各シリンダ内に摺動可能にそれぞれ設けられたピストンは、前記流体圧力の作用により互いに反対方向に往復動するようになっており、この往復動の際に、前記各スコッチヨークレバーが前記ピストンロッドの貫通穴とそれぞれ接触し、この二つの接触による、各スコッチヨークレバーに伝達される前記ピストンの駆動力の偶力によって、前記スコッチヨークが前記ステムと共に回動することを特徴とする流体圧駆動装置を提供する。 The present invention relates to a fluid pressure driving device that operates a valve using fluid pressure as a power source, a main body having a pair of cylinders, a valve stem rotatably provided in the main body, and a slide in each cylinder. A piston having a piston rod provided movably, and a scotch yoke movably provided integrally with the valve stem, each having a through hole formed in the piston rod of each piston; The scotch yoke has a pair of symmetrical scotch yoke levers, and each scotch yoke lever passes through a through hole of a piston rod of each piston, and can slide in each cylinder. The pistons respectively provided in the reciprocating direction reciprocate in opposite directions due to the action of the fluid pressure. During the movement, each of the Scotch yoke levers comes into contact with the through hole of the piston rod, and due to the couple of the driving force of the piston transmitted to each Scotch yoke lever due to these two contacts, the Scotch yoke is Provided is a fluid pressure driving device characterized by rotating together with the stem.
また、前記貫通穴は、平らな上面と、平らな下面と、該貫通穴内に突出した左右一対の湾曲側面とで構成されており、前記各スコッチヨークレバーは前記貫通穴の該湾曲側面と接触している。また、前記貫通穴の前記湾曲側面の形状は、前記スコッチヨークの回転軌道に対応するような湾曲形状となっている。また、前記湾曲側面の形状は、前記スコッチヨークレバーと接する頂点部が、前記ピストンロッドの軸方向に対して直交する方向でできるだけ外方になるように形成されている方が好ましい。また、前記バルブステムには、該バルブステムの軸方向に離間配置された一対のスライドベッドがベアリングを介して嵌合されており、このスライドベッドの外周面は、前記ピストンロッドの内面と接面するようになっている。さらに、前記ピストンロッドの軸方向の長さは、前期ピストンが前記シリンダ内で最も外方に位置したときに、前記ピストンロッドの先端が前記ステムの中心を越える長さに設定されている。 In addition, the through hole is configured by a flat upper surface, a flat lower surface, and a pair of left and right curved side surfaces protruding into the through hole, and each Scotch yoke lever contacts the curved side surface of the through hole. is doing. In addition, the shape of the curved side surface of the through hole is a curved shape corresponding to the rotational trajectory of the scotch yoke. Further, it is preferable that the curved side surface is formed such that the apex portion in contact with the scotch yoke lever is as outward as possible in a direction orthogonal to the axial direction of the piston rod. The valve stem is fitted with a pair of slide beds spaced in the axial direction of the valve stem via bearings, and the outer peripheral surface of the slide bed is in contact with the inner surface of the piston rod. It is supposed to be. Further, the length of the piston rod in the axial direction is set such that the tip of the piston rod exceeds the center of the stem when the piston is positioned most outward in the cylinder.
本発明によれば、従来におけるスコッチヨーク式駆動装置の出力トルクをさらに大きな出力トルクを得るようにし、もって、更に大きな大口径バルブの駆動用として使用することができると共に、装置を小型化しても従来の駆動装置と同様の大きな出力トルクを得ることができる。 According to the present invention, the output torque of the conventional scotch yoke type driving device can be obtained to obtain a larger output torque, so that it can be used for driving a larger large-diameter valve, and the device can be downsized. A large output torque similar to that of a conventional drive device can be obtained.
以下、本発明にかかる流体圧駆動装置を実施するための最良の形態について図面を参照しながら述べる。図1には、本発明にかかる流体圧駆動装置の横断面図を示し、図2には、その縦断面図を示す。図1及び図2に示すように、流体圧駆動装置1は、ボールバルブ等のバルブ(図示せず)を作動するために用いられるものである。流体圧駆動装置1は、本体部30の両側に一対のシリンダ2、3を有している。図1において右側に位置するシリンダ2内には、ピストン4が摺動可能に設けられており、このピストン4には、ピストンロッド5が取り付けられている。同様に、図1において左側に位置するシリンダ3内には、ピストン6が摺動可能に設けられており、このピストン6には、ピストンロッド7が取り付けられている。図示のように、ピストン4とピストン6は、互いに向き合う状態で各シリンダ内に摺動可能に設けられている。なお、図1には、左側のシリンダ3部分は部分的に省略してある。
Hereinafter, the best mode for carrying out a fluid pressure driving apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a fluid pressure drive device according to the present invention, and FIG. 2 shows a longitudinal cross-sectional view thereof. As shown in FIGS. 1 and 2, the fluid
図3には、ピストン4,6の斜視図を示している。図示のように、ピストン4,6は、その各底部にピストンロッド5,7が取り付けられており、このピストンロッド5,7には、その先端側に、ピストンロッド5,7の軸方向に長い貫通穴8がそれぞれ形成されている。この貫通穴8は、平らな上面8aと、平らな下面8bと、貫通穴9内に突出した左右一対の湾曲側面8c、8dとで構成されている。この湾曲側面8c、8dの形状は、後述するスコッチヨーク20の回転軌道に対応するような湾曲形状となっている。
FIG. 3 shows a perspective view of the pistons 4 and 6. As shown in the figure, pistons 4 and 6 have
また、ピストンロッド5,7の軸方向の長さは、ピストン4,6がシリンダ2,3内で最も外方に位置したときの、ピストンロッド5,7の基端と先端との距離が、ピストンロッド5,7の基端と後述するステム9の中心との距離よりも長くなるように設定されている。換言すれば、ピストンロッド5,7の軸方向の長さは、ピストン4,6がシリンダ2,3内で最も外方に位置したときに、ピストンロッド5,7の先端が後述するステム9の中心を越える長さに設定されている。
Also, the axial length of the
図1及び図2に示すように、装置1の本体部30内の中心部には、装置1の上下方向に伸びるバルブステム9が回動可能に設けられており、ステム9の下端は、図示しないバルブ本体と嵌合するステム穴部31に挿通されている。そして、ステム穴部31の上部に位置するステム9の外周には、バルブの開・閉位置を決めるストッパ32が設けられている。このステム9のほぼ中心位置には、上下方向(軸方向)に離間配置された一対の矩形状のスライドベッド10,11がベアリング21を介して嵌合されている。このスライドベッド10,11の外周面は、ピストンロッド5,7の内面と接面するようになっている。また、ピストンロッド5,7の外面は、シリンダ2,3の内周面に接面するようになっている。従って、ピストンロッド5,7は、その内面がスライドベッド10,11の外周面と接面し、その外面がシリンダ2,3の内周面に接面した状態でスライド移動することができるようになっている。なお、ステム9の外周面と接する各部品には、スラストベアリングやシム、スペーサ等が設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a valve stem 9 extending in the vertical direction of the
ステム9には、スライドベッド10とスライドベッド11との間に、スコッチヨーク20がステム9と一体に回動可能なように設けられている。このスコッチヨーク20は、図1、2及び4に示すように、その中心部を中心とした左右対称となる一対のスコッチヨークレバー20a、20bを有している。そして、スコッチヨークレバー20aは、ピストンロッド5の貫通穴8を貫通し、スコッチヨークレバー20bは、ピストンロッド7の貫通穴8を貫通した状態で、スコッチヨーク20はステム9に該ステム9と一体に回動可能なように設けられている。
The stem 9 is provided between the
本発明の駆動装置1は、シリンダ2及びシリンダ3内に流体圧が適宜作用し、ピストン4がシリンダ2内において外方(図1において右方向)に動くと、ピストン6はシリンダ3内において外方(図1において左方向)に動き、一方、ピストン4がシリンダ2内において内方(図1において左方向)に動くと、ピストン6はシリンダ3内において内方(図1において右方向)に動くように、ピストン4,6が往復動するようになっている。
In the
すなわち、ピストン4とピストン6は互いに反対方向に往復動するようになっている。そして、ピストン4がシリンダ2内において外方(図1において右方向)に動くと共に、ピストン6がシリンダ3内において外方(図1において左方向)に動くとき、スコッチヨークレバー20aがピストンロッド5の貫通穴8の湾曲側面8dと接触すると共に、スコッチヨークレバー20bがピストンロッド7の貫通穴8の湾曲側面8dと接触し、この二つの接触によって、スコッチヨーク20がステム9と共に時計方向に回動する。一方、ピストン4がシリンダ2内において内方(図1において左方向)に動くと共に、ピストン6がシリンダ3内において内方(図1において右方向)に動くとき、スコッチヨークレバー20aがピストンロッド5の貫通穴8の湾曲側面8cと接触すると共に、スコッチヨークレバー20bがピストンロッド7の貫通穴8の湾曲側面8cと接触し、この二つの接触によって、スコッチヨーク20がステム9と共に反時計方向に回動する。すなわち、スコッチヨーク20は、スコッチヨークレバー20aとピストンロッド5の貫通穴8との接触によってスコッチヨークレバー20aに伝達されるピストン4の駆動力と、スコッチヨークレバー20bとピストンロッド7の貫通穴8との接触によってスコッチヨークレバー20bに伝達されるピストン6の駆動力との偶力によって、回動されるようになっており、このスコッチヨーク20の回動によってステム9がスコッチヨーク20と一体に回動駆動し、バルブ(図示せず)の開閉作動が行われる。
That is, the piston 4 and the piston 6 reciprocate in opposite directions. When the piston 4 moves outward (rightward in FIG. 1) in the cylinder 2 and the piston 6 moves outward (leftward in FIG. 1) in the cylinder 3, the
従来のスコッチヨーク式駆動装置では、図5に示すように、一つのスコッチヨークレバーだけで回転軸を回動させていたが、本発明にかかる駆動装置は、スコッチヨーク20がその中心部を中心とした左右対称となる一対のスコッチヨークレバー20a、20bを有し、各スコッチヨークレバー20a、20bに伝達されるピストン4、6の二つの駆動力による偶力でスコッチヨーク20を回動するようにしているため、従来のスコッチヨーク式駆動装置に比べて非常に大きなトルクを得ることができる。
In the conventional scotch yoke type drive device, as shown in FIG. 5, the rotation shaft is rotated by only one scotch yoke lever. However, in the drive device according to the present invention, the
また、図示の湾曲側面8c、8dの形状は、スコッチヨークレバーと接する頂点部が、ピストンロッド5,7の肉厚の中心部になるように形成されているが、その頂点部を、ピストンロッド5,7の軸方向に対して直交する方向でできるだけ外方になるように形成すれば、さらに大きなトルクを得るようにすることができる。さらには、図示のスコッチヨークレバーは、その軸方向に同径状で伸びているが、先端方向になるにつれて径が大きくなるように、すなわち、スコッチヨークレバーの形状を先太になるようにすれば、さらに大きなトルクを得ることができる。
Also, the shape of the
また、従来の流体圧式駆動装置では、バルブを全閉から全開にするためステムを90度回動させており、従って、スコッチヨークレバーの開位置及び閉位置は中間位置に対して対称で各々の位置をθ=45°とすると、両端での出力トルクTaは、
Ta=Fe/cos245°・η=2Feηとなる。
Fはハンドルの回転力により発生(又は流体圧力によりピストンに作用)した力、eはピストンと共に作動するロッドとステムとの偏心距離、ηは効率を示す。
Further, in the conventional fluid pressure type driving device, the stem is rotated 90 degrees in order to change the valve from the fully closed position to the fully opened position. Therefore, the open position and the closed position of the Scotch yoke lever are symmetrical with respect to the intermediate position. If the position is θ = 45 °, the output torque Ta at both ends is
Ta = Fe / cos 2 45 ° · η = 2Feη.
F is the force generated by the rotational force of the handle (or acting on the piston by the fluid pressure), e is the eccentric distance between the rod and the stem operating with the piston, and η is the efficiency.
これに対し、本発明の駆動装置は、スコッチヨークレバー20a、20bの幅方向の中心位置を、開位置及び閉位置において中間位置に対してθ=45°にすれば、スコッチヨークレバー20a、20bの開位置及び閉位置は中間位置に対して対称で各々の位置はθ=45°+スコッチヨークレバーの幅/2とすることができる。 On the other hand, in the driving device of the present invention, the scotch yoke levers 20a and 20b can be obtained by setting the center position in the width direction of the scotch yoke levers 20a and 20b to θ = 45 ° with respect to the intermediate position at the open position and the closed position. The open and closed positions are symmetrical with respect to the intermediate position, and each position can be θ = 45 ° + the width of the scotch yoke lever / 2.
ここで、例えば、スコッチヨークレバーの幅/2を5°とした場合、スコッチヨークレバー20a、20bの開位置及び閉位置は中間位置に対して対称で各々の位置はθ=50°となり、この場合の出力トルクTbは、
Tb=Fe/cos250°・η=2.42Feηとなり、従来の出力トルクTaに対して、21%増加した高出力トルクとすることができる。
Here, for example, when the width / 2 of the scotch yoke lever is 5 °, the open position and the closed position of the scotch yoke levers 20a and 20b are symmetrical with respect to the intermediate position, and each position is θ = 50 °. The output torque Tb in this case is
Tb = Fe / cos 2 50 ° · η = 2.42Feη, and the high output torque can be increased by 21% with respect to the conventional output torque Ta.
また、上記識別段落「0021」には、スコッチヨークレバーの幅/2が5°の出力トルクが記載されているが、いまスコッチヨークの幅/2をスコッチヨークレバーの幅の中心として7°と3°にすると、出力トルクTcは、
Tc=Fe/cos252°・η=2.64Feηとなり、より高出力が得られる。これは、ボールバルブの場合は、閉から開時の方が開から閉時よりも所要トルクが大きいのでバルブの特性に合わせればより効果が出る。これは、上記識別段落「0018」に記載されたスコッチヨークレバーの形状を先太にしたのと同じ効果である。
In the identification paragraph “0021”, the output torque with a scotch yoke lever width / 2 of 5 ° is described, but now the scotch yoke width / 2 is 7 ° with the width of the scotch yoke lever as the center. When it is 3 °, the output torque Tc is
Tc = Fe / cos 2 52 ° · η = 2.64Feη, and higher output can be obtained. In the case of a ball valve, since the required torque is larger in the case of opening from the closed state than in the case of opening from the closed state, it is more effective if it matches the characteristics of the valve. This is the same effect as the shape of the scotch yoke lever described in the identification paragraph “0018” is made thicker.
また、前記スコッチヨークレバーと接するピストンロッドの湾曲側面8c、8dの頂点部を図1の如くロッド中心からf分だけ外側に移動させ、FをF1にすれば、
Td=F1e/cos252°・η=F1/F・Tbとなり、上記出力トルクTbよりもF1/F増加した高出力トルクを得ることができる。
Further, if the apex portions of the
Td = F1e / cos 2 52 ° · η = F1 / F · Tb, and high output torque increased by F1 / F from the output torque Tb can be obtained.
また、本発明の駆動装置は、ピストンロッド5,7の軸方向の長さが、ピストン4,6がシリンダ2,3内で最も外方に位置したときに、ピストンロッド5,7の先端がステム9の中心を越える長さに設定されているため、スコッチヨークレバー20a、20bの回転によりピストンロッド5,7がステム9側に力を受けるがピストン4,6は支障なく作動することができる。
Further, in the driving device of the present invention, when the
また、スライドベッド10,11は、ベアリング21を介してステム9に取り付けてあり、一対のピストン4,6から同じ荷重を受けるので、ステム9は偶力のみの荷重を受けることとなり、スムーズな作動を行うことができる。また、ピストンロッド5,7は、その内面がスライドベッド10,11の外周面と接面し、その外面がシリンダ2,3の内周面に接面した状態でスライド移動することができるようになっているため、スムーズな作動を行うことができる。
The
1 流体圧駆動装置
2 シリンダ
3 シリンダ
4 ピストン
5 ピストンロッド
6 ピストン
7 ピストンロッド
8 貫通穴
8a 上面
8b 下面
8c 湾曲側面
8d 湾曲側面
9 ステム
10 スライドベッド
11 スライドベッド
20 スコッチヨーク
20a スコッチヨークレバー
20b スコッチヨークレバー
30 本体部
31 ステム穴部
32 ストッパ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
一対のシリンダを有する本体部と、
前記本体部内に回動可能に設けられたバルブステムと、
前記各シリンダ内に摺動可能にそれぞれ設けられた、ピストンロッドを有するピストンと、
前記バルブステムと一体に可動可能に設けられたスコッチヨークとを備え、
前記各ピストンの前記ピストンロッドには、貫通穴がそれぞれ形成されており、
前記スコッチヨークは、左右対称となる一対のスコッチヨークレバーを有し、各スコッチヨークレバーは、前記各ピストンのピストンロッドの貫通穴をそれぞれ貫通しており、
前記各シリンダ内に摺動可能にそれぞれ設けられたピストンは、前記流体圧力の作用により互いに反対方向に往復動するようになっており、この往復動の際に、前記各スコッチヨークレバーが前記ピストンロッドの貫通穴とそれぞれ接触し、この二つの接触による、各スコッチヨークレバーに伝達される前記ピストンの駆動力の偶力によって、前記スコッチヨークが前記ステムと共に回動することを特徴とする流体圧駆動装置。 In a fluid pressure drive device that operates a valve using fluid pressure as a power source,
A main body having a pair of cylinders;
A valve stem rotatably provided in the main body,
A piston having a piston rod, slidably provided in each cylinder;
A scotch yoke provided movably integrally with the valve stem;
A through hole is formed in each piston rod of each piston,
The scotch yoke has a pair of symmetrical scotch yoke levers, and each scotch yoke lever passes through a through hole of a piston rod of each piston,
The pistons slidably provided in the cylinders reciprocate in opposite directions due to the action of the fluid pressure. During the reciprocation, the scotch yoke levers are moved to the pistons. The fluid pressure is characterized in that the scotch yoke rotates together with the stem by a couple of driving forces of the piston transmitted to the respective scotch yoke levers due to contact with the through holes of the rod, respectively. Drive device.
のいずれか一つに記載の流体圧駆動装置。 A pair of slide beds spaced apart in the axial direction of the valve stem are fitted to the valve stem via bearings, and the outer peripheral surface of the slide bed is in contact with the inner surface of the piston rod. 5. The method according to claim 1, wherein:
The fluid pressure drive device according to any one of the above.
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