JP2003515708A - メンブレンアクチュエータ - Google Patents

メンブレンアクチュエータ

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JP2003515708A
JP2003515708A JP2001542696A JP2001542696A JP2003515708A JP 2003515708 A JP2003515708 A JP 2003515708A JP 2001542696 A JP2001542696 A JP 2001542696A JP 2001542696 A JP2001542696 A JP 2001542696A JP 2003515708 A JP2003515708 A JP 2003515708A
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gear
diaphragm
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ヤルモ ヘラスオ、
エスコ ヤリ−コスキー、
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メッソ フィールド システムズ オイ
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    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
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    • F16H55/02—Toothed members; Worms
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、制御弁用のダイアフラムアクチュエータに関し、ラックギア／ホイールギア装置の接触点が運動を生じる圧力空間の移動可能な壁面の中心を結ぶ直線上に位置するように、ラックギアが配置されている。これにより、ダイアフラム受板またはダイアフラムにねじり力が作用せず、往復運動部材の動きを生じさせる力が運動経路に平行でかつ対称となる。更に、ラックギアとホイールギアの間のクリアランスが軸受を有する支持ロールによってほぼ取り除かれる。本発明によれば、僅かに移動可能なアクチュエータを設けたことにより、クリアランスまたはシリンダピストン装置の壁面における摩擦によって生じる運動の遅れを取り除く。このアクチュエータは、複動式または単動式のいずれにおいても実行できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
（発明の分野） 本発明は、アクチュエータによって制御される回転弁に関する。特に、本発明
は、制御弁用に設計されたアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
(発明の背景) 一般的に産業界で利用される1／4回転弁は、大抵、空気圧アクチュエータによ
って作動する。このアクチュエータは、単動または複動のいずれにおいても作動
でき、単動式装置の場合、反対方向への動きは、スプリング、このスプリングに
作用する圧縮空気によって生じる。
【０００３】 複動式の空気圧アクチュエータにおいて、両方向の作動は、圧縮空気によって
行われる。この場合、２つの空気圧ピストン、またはピストン及びピストンロッ
ドのためにシーリングが必要であり、これらはかなりの摩擦を生じる。シャント
オフ動作において、摩擦は大きな欠点にはならないが、この弁を制御用として使
用するとき、装置の構成部材における静摩擦と動摩擦との間の差をできるだけ少
なくする必要があり、かつこの摩擦はできるだけ低く抑えなければならない。
【０００４】 運動時の初期段階における高い摩擦力は、出力サージを生じ、この場合、ガス
が圧縮媒体として使用されるとき、シャフトのオーバーアクションが起こる。静
摩擦と動摩擦との差が大きいと、圧力差によって生じるモーメントが、静摩擦力
および負荷によって生じる対向モーメントを越えるまで、動きは開始されない。
部材の動きが開始されると、圧力差による力と負荷を加えた動摩擦（静摩擦より
も低い）による力が等しくなるまで、この動きは続く。
【０００５】 サージ状態において、わずかな位置の変化により、容易に位置のオーバーシュ
ートおよび正しい動きが生じる。このような状況において、制御ゲインによって
は、必要とされる位置の付近において発振が起こることもあり得る。
【０００６】 米国特許第4,610,411号明細書では、往復直線運動を回転運動に変えるための
複動式のアクチュエータが開示され、このアクチュエータは、ホイールギアに噛
み合うラックギアを含み、ギア間の接触ラインは、ピストンの中心を通っている
。この装置は、飛行機の着陸用の方向ホイールギアとして設計されたアクチュエ
ータであり、弾性リングでシールされたピストン装置を用い、より長い行程が必
要とされる特別の装置を備えている。この構造は、剛性があり、かつかなりの摩
擦を生じるものである。
【０００７】 ダイアフラム構造のためのピストンシリンダ装置によって生じる摩擦の問題を
解決するために、多くの試行がなされてきた。米国特許第5,477,642号明細書で
は、自動車用に設計された複動式ダイアフラムアクチュエータが開示されている
。このアクチュエータのピストンの直径は、シリンダおよびピストンの直径より
も小さく、シリンダの壁はダイアフラムに適合し、このダイアフラムは、シーリ
ングと、ピストンの行程長さに対する伸縮性を与える。また、ピストン同士の間
には、シリンダとの空間に配置されたギア付きシャフト端を作動させるラックギ
アがある。このアクチュエータに横方向の動きを生じさせると、この動きがシャ
フトに伝達されて、回転運動に変換される。
【０００８】 ロシア特許第2097608号では、同様の複動式ダイアフラムアクチュエータが開
示されている。これらに共通する特徴は、ピストンに連結されるギア付きシャフ
ト端とラックギアとの接触点が、ピストンの軸線を結ぶライン側に配置されてい
ることである。その結果、ピストンのいずれかの方向からラックギア上に作用す
る押圧力は、側部スラスト力を生じさせて、ピストンを移動経路上の対称位置か
ら離れる方向に移動させる。さらに、ラックのギアがない裏面は、シャフト端部
から離れた側にあってアクチュエータのハウジングに支持され、このハウジング
上を摺動するため、かなりの摩擦を生じる。
【０００９】 米国特許第4,794,847号明細書では、単動式ダイアフラムアクチュエータが開
示され、ここでは、ピストンに連結されたラックギアが、ギア付きシャフト端に
作用する。ラックギア用の支持ホイールがラックの滑り面側に設けられる。この
ホイールは、単動式ダイアフラムアクチュエータのスプリングがラックギアに非
対称的に作用する場合に特に必要とされる。ラックギアの芯出しは、支持ホイー
ルによって達成されなければならないので、この構造は、摩擦を発生し、正確な
制御のために利用する場合には適していない。
【００１０】 米国特許第5,560,282号、ドイツ特許出願第2920236号、ヨーロッパ特許出願第
47613号では、摺動ピストンを備えるアクチュエータを開示している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、クリアランスまたはシリンダピストン装置の壁面摩擦によって生じ
る動きの遅れを取り除くようにした、制御弁用のダイアフラムアクチュエータを
提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（発明の開示） 請求項１に記載のダイアフラムアクチュエータがここに提供され、このアクチ
ュエータは、ラックギアとホイールギアとの間の接触点が、動きを生じさせる圧
力空間の移動可能な壁の中心を結ぶ直線上にほぼ位置するようにラックギアが配
置される。それゆえ、ダイアフラムの受板またはダイアフラム自体にねじり力が
作用しないで、往復移動部材の動きを生じさせる力は、移動経路にほぼ平行でか
つ対称である。
【００１３】 さらに、ラックギアとホイールギアとの間のクリアランスは、軸受を有する支
持ロールによってほぼ取り除かれ、この支持ロールは、ギアの接触点でラックギ
アの背面上に配置されている。
【００１４】 本発明によれば、軽い動きをするアクチュエータが提供され、シリンダピスト
ン装置内の壁摩擦またはクリアランスによる遅れの影響が解消される。このアク
チュエータは、複動式または単動式で実行することができ、複動式では、加圧空
間が反対方向に作用し、単動式では、ラックギアの両端にある加圧空間が同一方
向に作用し、戻り力はスプリングによって生じる。単動式装置の場合、ラックギ
アの一端は、シールされた貫通孔を有し、ラックギアを動かす力は、複動ピスト
ン面積により強力であり、この移動する力に対してブッシングの摩擦力は僅かな
ものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（発明の詳細な説明） 本発明は、添付の図面を参照して以下で詳細に説明される。図１は、制御され
るシャフトに垂直な面に沿って見たアクチュエータの断面を示す。このアクチュ
エータは、加圧できる空間（後述する圧力空間）２，３と、圧力が加わらない中
央空間４を有するハウジング１を含んでいる。駆動シャフトの一端に結合される
ホイールギア５が中央空間４内に適合している。このホイールギアは、ラックギ
ア６とインボリュート歯で噛み合っている。ラックギア６は、両端部がカップ形
状のダイアフラム受板７，８に取り付けられている。これらの受板は、内側プレ
ート３１，３２とともににダイアフラム９，１０を支持しており、圧力空間２，
３の壁を形成する。
【００１６】 例えば、空間２が圧力下にあるとき、この圧力がダイアフラム９上に均一に作
用し、ダイアフラムは、ハウジング１とダイアフラム受板７との間のギャップ内
に折り畳まれるとき、ラックギアと平行な移動経路に対して受板７を芯出しする
。ラックギア６とホイールギア５の間の接触ラインは、ダイアフラム受板７、８
の中心を結ぶ直線と一致する。これにより、ダイアフラム受板上にねじれ力が作
用しない。本発明の主たる要素は、支持ロール１１であり、このロールは、ラッ
クギアとホイールギアとの接触点において、ラックギアの背面に対して作用させ
る。支持ロール１１は、ギア接触によって生じるかみ合い力における横方向成分
の負荷を与える。ラックギアに対してロール１１を押し当てるための調整機構１
２を用いることにより、ラックギアとホイールギアとの間のクリアランスをほぼ
取り除くことができる。
【００１７】 この結果、本発明のアクチュエータを用いることは、特に、処理工程での不動
作時間を与える全てのクリアランスを制御するために有益である。好ましくは、
ローラーベアリングが支持ロールとして用いられ、さらに、好ましくは、支持ロ
ールは、ロールの周囲に沿ってラックギアに設けられた溝１３内を走行する。こ
のロールは、圧力空間２，３が加圧されない時、圧力空間２，３の中心線に関し
て、ラックギア６、ダイアフラム受板７、８、及びダイアフラム９，１０が同軸
配置されるように位置決める。
【００１８】 ダイアフラム配置によるアクチュエータは、空気圧シリンダピストン装置の静
摩擦特性を有していないので、ホイールギア５の動きは、圧力空間２，３の間の
非常に小さな圧力差によって達成することができる。この行程は、ネジ１４，１
５を用いる従来の方法で調整することができる。
【００１９】 図２は、本発明に従う単動式アクチュエータを示している。このアクチュエー
タは、ハウジング１６、圧力空間１７、圧力のない中央空間１８、および圧力の
ないスプリング空間１９を含んでいる。別の圧力空間２０がスプリング空間１９
と分離壁によって仕切られた中央空間との間に設けられている。この圧力空間に
は、移動可能なカップ形状のダイアフラム受板２２，２３を有し、複動式アクチ
ュエータを用いる場合では、ダイアフラムは、内側プレート等を備えている。図
２において、圧力空間は、いずれも加圧されておらず、装置の移動可能部材は、
スプリング２６によって定められる位置にある。ラックギア２７の一端には、シ
ールされたリードスルー（軸受）２８を有する分離壁を貫通して、ダイアフラム
受板２３に連結されている。アクチュエータは、さらに、複動式の場合、ホイー
ルギア３０と、調整可能な支持ロール２９等を含んでいる。
【００２０】 圧力空間１７，２０が同時に加圧されると、均一な力が達成され、かつこの力
は、スプリング力に対してギアの接触ラインにほぼ平行に作用する。ラックギア
の円筒端部の小さなリードスルー２８によって生じる摩擦力は、ダイアフラム受
板の両方に作用する圧力によって生じたラックギアを動かす力に比較して小さい
。
【００２１】 圧力空間１７、２０の並列配置されたダイアフラム２４，２５によって生じる
力は、スプリング２６による力よりも小さく、複動式の場合と同様な大きさの力
を生じ、単動式および複動式のアクチュエータのモジュール化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に従う複動式アクチュエータを示す図である。
【図２】 本発明に従うリターンスプリングを備えた単動式アクチュエータを示す図であ
る。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シャフトを回転移動するためのアクチュエータであって、 ホイールギアと噛み合うように配置されたラックギアを含み、このラックギア
    の両端にダイアフラムの受板を連結し、この受板は、２つの空間に圧力を加圧で
    きる移動可能な壁を形成する柔軟なダイアフラムと一体となり、 前記ギアの接触ラインが、前記移動可能な壁の中心を通る直線にほぼ一致し、
    前記ラックギアは、ベアリングを有する支持ロールによって前記ホイールギアを
    調整可能に押圧できるようにしたことを特徴とするアクチュエータ。
  2. 【請求項２】 加圧されるべき空間の移動可能な壁は、ラックギアの移動に対して反対方向に
    作動するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ
    。
  3. 【請求項３】 加圧されるべき空間の移動可能な壁は、ラックギアの移動に対して同一方向に
    作動し、さらに前記ラックギアの移動に対して反対方向に作動するスプリングを
    含むことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
  4. 【請求項４】 支持ロールは、ローラーベアリングを備えていることを特徴とする請求項１記
    載のアクチュエータ。
  5. 【請求項５】 支持ロールは、ラックギアに設けた溝内を前記ロールの周囲が転がるように走
    行することを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
JP2001542696A 1999-12-03 2000-11-29 メンブレンアクチュエータ Pending JP2003515708A (ja)

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