JP2008138716A - 試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】プロセスラインの動作中においてバルブを部分作動させてこのバルブの機能試験を行うことができ、この機能試験を高い精度で行ってバルブの誤作動を防ぎ、緊急時等において流路を確実に遮断して安定して作動できる耐久性の高い部分作動検査機構を設けたスプリングリターン式アクチュエータを提供すること。
【解決手段】第１シリンダ室１３を有する第１ピストン１２と連結部材１４を介して所定間隙位置に第２シリンダ室１７を有する第２ピストン１６を設け、第２ピストン１６を開度調整部材１８で所定の位置で係合させ、ロッド１１の途中に回転変換機構３０、先端にスプリング装置４０を設け、第１、第２シリンダ室１３、１７に圧縮流体供給源５０より第１、第２電磁弁６０、７０を介して圧縮流体を給排気させて稼動状態でロッド１１を所定開度まで試験移動させ、緊急時に緊急遮断できるようにした試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、プラントなどのガス供給ライン（プロセスライン）等の流路に設けられて、緊急時に流路を遮断するための緊急遮断用アクチュエータに関し、特に、所定の開度状態で作動させて機能試験等を行う試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータに関する。

従来より、プラントなどのガス供給ライン等には、緊急時に流路を遮断するための緊急遮断弁が設けられている。緊急遮断弁は、火災や電気及び空気信号の断裂等の供給ラインの異常に応じて急速に弁体を閉止動作させるようにしたものである。
この緊急遮断弁は、通常運転中には動作することがなく、全開状態で固定されていることが多いため、弁体が固着したり異物が噛み込みやすくなる傾向にある。そのため、弁体が固着したり異物を噛み込んだりすると緊急時にバルブの作動不良を生じる可能性があり、この場合、信頼性の低下に繋がることになる。

この状態を防止するため、プロセスラインには、運転中に緊急遮断弁の状態をチェックするためのパーシャルストロークテスト（以下、ＰＳＴという）と呼ばれるテストが一般的に行われている。ＰＳＴは、運転中において、供給プロセスに影響を与えないためにバルブを部分的に作動させて、緊急遮断弁の機能試験を行うようにしたものであり、運転中のプロセスラインを閉止させることなくバルブを全開状態から中間開度まで開度制御しながら緊急遮断弁の作動試験を行い、確実に作動できることを確認できるようにしたものである。

ところで、プロセスラインの安全性の基準は、例えば、国際安全規格や高圧ガス保安協会等で定められており、この基準を満たすためにＰＳＴは定期的に行われるのが通常である。これにより、プロセスラインにおける緊急遮断弁の信頼性を高め、緊急時において確実に作動できるようにしている。

このようなバルブの動作確認をできるようにしたプロセスライン用の緊急遮断弁として、特許文献１の緊急遮断弁がある。この緊急遮断弁は、弁軸側に係合部、弁軸側の外部にストッパ部材を設け、この係合部とストッパ部材を係合させて弁軸の回転を規制することにより、弁作動時のバルブ開度を所定の値以下にならないように制限したものであり、弁体の回転をメカニカルストッパで機械的に規制した上で、作動確認を行うことができるようにしたものである。

また、前記ＰＳＴ機能付きの緊急遮断弁として、空気式スプリングリターン機構を有する駆動部と、電磁弁や空気作動弁などを回路的に組み合わせることで、プロセスラインの開状態を維持しながらバルブを作動させて動作確認を行えるようにしたものが提案されつつある。この緊急遮断弁は、駆動部のシリンダに対して、全閉用と中間開度用の圧縮空気給排気路を設け、回路で接続された電磁弁等を制御して各給排気口からシリンダ内に圧縮空気を送ったり排気したりすることでバルブの回転を制御している。バルブを中間開度にする際には、中間開度用の給排気口より圧縮空気を排気することで、この給排気口までピストンを動作させるようにし、このように、この緊急遮断弁における中間開度は、中間開度用給排気口の位置によって決定し、この位置までピストンが動作してバルブが中間開度となる。

一方、バルブを全閉、中間及び全開の位置に開閉できるようにした緊急遮断用のスプリング型二段開閉式アクチュエータが特許文献２に開示されている。このアクチュエータは、バルブの全閉時から圧力流体を供給したときに、ばねを圧縮させながらピストンを移動させて中間開度及び全開状態にできるようにしたものである。シリンダ装置内には、主ピストンと中間開度用ピストンを設け、各ピストンに圧力流体を作用させており、バルブを中間開度にする際には、中間開度用ピストンに圧力流体を作用させ、この中間開度用ピストンが移動距離調節用の調節用ボルトによって決められた移動距離まで移動することで所定の中間開度となるようにしている。

以上のように、ＰＳＴ等の機能試験時においては、緊急遮断弁によって流路の開状態を維持させながら、この緊急遮断弁を全開から中間開度まで作動させて機能試験を行っているが、確実にＰＳＴ等の機能試験を行うためには、緊急遮断弁が全開から所定の中間開度まで繰り返し作動できるような機構を有している必要がある。

特開２００５−１６３９６２号公報 特開平７−２６９５１１号公報

しかしながら、特許文献１の緊急遮断弁は、弁作動時におけるバルブ本体の開度を、所定の値以下にならないように中間開度まで作動させ、この状態で停止させて作動確認を行うようにしたものに過ぎない。

また、前述の緊急遮断弁は、駆動部のピストンのストロークの途中に給排気口を設け、この給排気口の位置によって中間開度を決めているため、ピストンのストロークが一定の位置に固定され、一定のストロークのみでしかＰＳＴを行うことができなかった。また、この給排気口はピストンのストローク途中に設けられているためエアポート径が小さくなっており、給排気口にゴミや潤滑用のグリスが詰まって給排気に悪影響を及ぼす可能性があった。更に、給排気口をピストンが通過する際に、ピストン外周に設けたシール用のＯリングが損傷するおそれもあった。
また、この緊急遮断弁は、給排気口の位置までピストンを移動することで中間開度にしているため、ピストンの移動時にこのピストンが慣性力によって所定のストロークをオーバーすることがあり、この場合、ストロークが固定できず、ＰＳＴを正確に行えない可能性があった。

一方、特許文献２は、バルブの全閉状態で圧縮流体を供給して中間開度まで作動させ、この中間開度の状態を維持して流量制御を行えるようにした中間開度設定用のアクチュエータである。このため、このアクチュエータのピストンのメカニカルストロークの調整範囲は、（ばねの弾発状態における）全閉状態から中間開度までの範囲となっている。ところが、ＰＳＴ機能付きの緊急遮断弁は、前述のように全開状態から中間開度までの所定のストローク（回転角度）を作動する構造になっており、この特許文献２にアクチュエータは、ＰＳＴ機能付きの緊急遮断弁としてそのまま応用することは不可能であった。

この特許文献２における、このアクチュエータの圧縮空気の給排気制御用の回路は、緊急電磁弁等を制御してバルブを流れる流量を調整したり、バルブ開の状態から緊急遮断することはできるものの、全開から中間開度までの繰り返し動作を行い得るようにしたものではない。
これらにより、このアクチュエータは、全開から所定の中間開度までの作動範囲において、繰り返し作動させ、バルブが問題無く動作することを確認することを主な目的としたＰＳＴ用として利用することは考慮されていない。

本発明は、上記の実情に鑑みて鋭意研究の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、プロセスラインの動作中においてバルブを部分作動させてこのバルブの機能試験を行うことができ、この機能試験を高い精度で行ってバルブの誤作動を防ぎ、緊急時等において流路を確実に遮断して安定して作動できる耐久性の高い部分作動検査機構を設けたスプリングリターン式アクチュエータを提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、シリンダ内に第１シリンダ室を有する第１ピストンと、この第１ピストンと連結部材を介して所定間隙位置に第２シリンダ室を有する第２シリンダ室を有する第２ピストンを設け、この第２ピストンを開度調整部材で所定の位置で係合させ、第１ピストンに設けたロッドの途中に回転変換機構を設け、ロッドの先端にスプリング装置を設けると共に、第１、第２シリンダ室に、圧縮流体供給源よりそれぞれ第１、第２電磁弁を介して圧縮流体を給排気させて、稼動状態でロッドを回転変換機構の所定開度まで試験移動させると共に、緊急時に緊急遮断できるようにした試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータである。

請求項２に係る発明は、ロッドを試験移動させるときの回転変換機構の開度は、全開から略７０°開度までの所定の角度に設定した試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータである。

請求項３に係る発明は、第１、第２シリンダ室と第１、第２電磁弁とを結ぶ回路を圧縮流体回路とし、この圧縮流体回路に、第１シリンダ室と第１電磁弁との間に空気作動弁を配設し、第１電磁弁を試験移動用切換電磁弁とし、空気作動弁を前記第２電磁弁と連動させ、この第２電磁弁を緊急遮断時の動作指示用電磁弁とした試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータである。

請求項４に係る発明は、第１、第２シリンダ室と前記第１、第２電磁弁との間に３方ロックアップ弁をそれぞれ設け、空気圧の低下等により前記３方ロックアップ弁を作動させ、この作動に伴って第１、第２シリンダ室から圧縮空気を排気できるようにした試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータである。

請求項５に係る発明は、第１シリンダ室と第１電磁弁との間に空気作動弁を設け、第２シリンダ室と第２電磁弁との間に３方ロックアップ弁を設け、空気作動弁と３方ロックアップ弁を連動させ、空気圧の低下により３方ロックアップ弁を作動させ、この作動に伴って空気作動弁を連動させて、第１、第２シリンダ室から圧縮空気を排気させた試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータである。

請求項６に係る発明は、第１、第２シリンダ室と第１、第２電磁弁とを結ぶ回路を圧縮流体回路とし、この圧縮流体回路に自励発信回路を付設した試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータである。

請求項１に係る発明によると、プロセスラインの動作中においてバルブを部分作動させてＰＳＴ等の機能試験を確実に行うことができ、しかも、部分作動させる際の開度を調整できることで機能試験を行うことができると共に、ＰＳＴ中であっても緊急時等において流路を確実に遮断し、安定して作動できる部分作動検査機構を設けたスプリングリターン式アクチュエータを提供することができる。また、本発明のアクチュエータは、回路内の電磁弁を減らすことで安価に設けたり、この回路を各種の仕様に対応して変更することもでき、例えば、回路を変更することで、バルブを閉状態から開状態まで作動させる際に中間開度に保持可能な２段開閉式のアクチュエータとしても利用できる試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータである。また、提案されているアクチュエータと比較して、給排気口やＯリングの損傷を防いで、耐久性を向上することもできる緊急遮断用アクチュエータとして提案できる。

請求項２に係る発明によると、回転変換機構によるバルブの作動開度を広い調整範囲によって設定することができ、この実施に応じて適量の作動開度によって機能試験を行って、緊急時の遮断動作の信頼性を向上することができる試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータを提案できる。

請求項３に係る発明によると、機能試験時等において、第１電磁弁を切換えることによりバルブの繰り返し作動を所定のストローク内において正確に行うことができ、一方、緊急遮断が必要な際には、第２電磁弁のみを動作することで確実に緊急遮断を行うことができる試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータを提供できる。これにより、機能試験時、緊急遮断時の動作をそれぞれ的確に行うことができる。

請求項４及び５に係る発明によると、空気圧が低下したときに、試験作動時であっても第１、第２シリンダ室から圧縮空気を排気させることにより、緊急時の遮断を確実に行うことができる試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータを得ることが可能となる。

請求項６に係る発明によると、自励発信回路を利用した圧縮流体回路を設けることができ、この自励発信回路を切換えることで中間開度から全開まで作動させることができ、しかも、繰り返し切換えることで所定開度範囲内におけるバルブの繰り返し開閉を容易に行って、ＰＳＴ等の機能試験を行うことのできる試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータを提供できる。

以下に、本発明における試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータの実施形態及び作用を図面に基づいて詳細に説明する。
図１ないし図３においては、本発明の緊急遮断用アクチュエータの第１実施形態を示している。図において、アクチュエータ本体１は、シリンダ装置１０と回転変換機構３０、スプリング装置４０を有している。シリンダ装置１０は、内部に圧縮流体を給排気して、ピストンとこのピストンに接続されたピストンロッド（ロッド）１１を往復作動させ、回転変換機構３０は、ロッド１１の往復運動を出力軸３１の回転運動に変換させ、スプリング装置４０は、スプリング４１の弾発力によってロッド１１を復作動させることができるようにしている。アクチュエータ本体１において、回転変換機構３０の一方の側にシリンダ装置１０が接続され、他方の側にスプリング装置４０が接続されて一体に構成されている。以下に、シリンダ装置１０、回転変換機構３０、スプリング装置４０をそれぞれ詳しく説明する。なお、実施形態において、ロッド１２がスプリング４１の弾発力に抗する向きに作動する場合を往作動、スプリング４１の弾発力の向きに作動する場合を復作動という。

シリンダ装置１０内には、第１シリンダ室１３を有する第１ピストン１２と、この第１ピストン１２とピンからなる連結部材１４を介した所定間隙位置に、第２シリンダ室１７を有する第２ピストン１６を設けている。更に、第１ピストン１２には前記ロッド１１が取付けられ、このロッド１１の途中に回転変換機構３０が設けられ、また、ロッド１１の先端にスプリング装置４０が設けられている。

第１ピストン１２は、ロッド１１に対してナット１５で固定され、ロッド１１の往復作動に従って第１シリンダ室１３内を摺動して往復できるように設けている。一方、第２ピストン１６は、ロッド１１に固定されておらず、第１ピストン１２に（例えば、３本以上の本数によって）固定された連結部材１４を介して第１ピストン１２を押圧し、そして、ロッド１１を押圧できるように設けている。これにより、フィルター付レギュレータ等からなる圧縮流体供給源５０から電磁弁を経て給排気口に送られた圧力流体が第２ピストン１６に作用し、この第２ピストン１６が連結部材１４を介して第１ピストン１２を押圧し、その結果、ロッド１１が図示しない所定距離のストロークを移動できるようになっている。

第２ピストン１６は、ロッド状の開度調整部材１８によってその中心が案内されて第２シリンダ室１７内を摺動自在に設けられている。開度調整部材１８は、シリンダ装置１０のエンドキャップ１０ａにナット２１を介して取付けた調節用ブッシュ２０の内側に螺合されている。調節用ブッシュ２０は、ナット２１を緩めてエンドキャップ１０ａに対して進退させることで位置を調節することができる。すなわち、調節用ブッシュ２０は、第２ピストン１６の復作動時における後端位置を調節するストッパ装置であり、この調節用ブッシュ２０によって、全閉状態における第２ピストン１６の位置を微調整可能に設けている。これにより、出力軸３１に接続された図示しないジスクの全閉状態を微調整でき、この微調整により本発明のアクチュエータをボール弁やバラフライ弁等の９０°開閉用の全てのバルブに適用することができるようになっている。

第２ピストン１６は、往作動時において、調節用ブッシュ２０に取付けられた開度調整部材１８のナット１９に当接することで作動が停止する。開度調整部材１８は、ナット２３を緩めて進退させることでその位置を調節することができる。すなわち、開度調整部材１８は、第２ピストン１６の往作動時に所定の位置で係合させ、この第２ピストン１６の移動距離を調節可能に設けている。

アクチュエータ本体１は、上記の構造により、圧縮流体供給源５０からの圧力流体の給気により第２ピストン１６を作動させてロッド１１を所定距離だけ移動させ、この状態で圧縮流体供給源５０から電磁弁を経て給排気口１３ａに圧力流体を給気して第１ピストン１２に作用させることでロッド１１を往方向に残余のストロークによって移動させることが可能になっている。また、電磁弁を切替えて第１ピストン１２に作用していた圧力流体を排気して、ロッド１１をスプリング４１の弾発力によって残余のストロークによって復方向に戻らせることが可能になっている。

また、圧縮流体供給源５０から電磁弁への給気を遮断し、給排気口１７ａへの接続を開放する状態にし、第２ピストン１６に圧力流体が作用しない状態にして、給排気口１３ａからの第１ピストン１２に作用する圧力流体を解除して、スプリング４１の弾発力によってロッド１１を複方向へ全ストローク移動させることが可能になっている。

回転変換機構３０は、ロッド１１に固定されたピン３２と、出力軸３１に固定されたスコッチヨーク３４から成り、この回転変換機構３０は、ロッド１１が往復運動したときにピン３２がスコッチヨーク３４を押すことでこのスコッチヨーク３４が回転し、この回転によって出力軸３１を回転させてボールバルブやバタフライバルブのジスクを開又は閉状態まで回転させることができる。回転変換機構３０は、本実施形態のようなピン３２とスコッチヨーク３４による機構以外であってもよく、例えば、図示しないラックとピニオンによる機構や、ギヤ機構などの他の変換機構を用いるようにしてもよい。
回転変換機構３０は、略筒状のボデー３５内に内装され、このボデー３５のシリンダ装置１０側にボデー３５の側部を覆うことができるカバー状のロッドガイド３６、スプリング装置４０側にボデーの他の側部を覆うことができるロッドガイド３７を設けている。ロッドガイド３６には、前記のシリンダ装置１０がボルト２２によって接続されている。

スプリング装置４０は、パイプ状に形成したスプリングケース４２と、スプリングカバー４３と、調節用ねじ４４を有し、内部にスプリング４１を弾発した状態に設けている。スプリングカバー４３は、スプリングケース４２の端部側に取付けられ、このスプリングカバー４３に調節用ねじ４４が取付けられている。調節用ねじ４４の端部側にはロッド１１の先端側が当接でき、ロッド１１の往運動時における位置を決定することが可能になっている。調節用ねじ４４は、ナット４５を緩めてねじ込んだりねじ戻したりしてその端部位置を調節することができる。すなわち、調節用ねじ４４は、ロッド１１の往運動の先端側の位置を調節するストッパ装置となる。

スプリング装置４０の構成時には、予めロッド１１の先端側にスプリングリテーナ４６をナット４７で固定した状態にしておき、このスプリングリテーナ４６とスプリングカバー４３の間にスプリング４１を弾発させながらスプリングケース４２とスプリングカバー４３を回転変換機構３０のロッドガイド３７に仮着し、このロッドガイド３７とスプリングカバー４３とをタイロッド４８で接続することで一体化する。これにより、スプリング装置４０とロッドガイド３７（回転変換機構３０）の一体化後に、スプリング４１によってロッド１１が復作動方向に弾発するようになっている。なお、図示しないが、スプリング装置４０内には複数のスプリングを設けることもでき、この場合、弾発力を強くすることができる。

次に、アクチュエータ本体に接続された回路について説明する。アクチュエータ本体１には、圧縮流体供給源５０と、第１、第２電磁弁６０、７０の２つの電磁弁が接続されている。シリンダ装置１０の第１、第２シリンダ室１３、１７は、第１、第２電磁弁６０、７０とそれぞれ結ばれて回路を構成し、この回路を圧縮流体回路５１としている。圧縮流体回路５１には、第１シリンダ室１３と第１電磁弁６０との間に空気作動弁５２を配設し、第１電磁弁６０を試験移動用の切換電磁弁とし、空気作動弁５２を第２電磁弁７０と連動させて、この第２電磁弁７０を緊急遮断時の動作指示用電磁弁としている。なお、図中のスピードコントローラ５３は、動作時における圧縮流体の給気速度を制御することができ、このスピードコントローラ５３を取付けることで給排気口１３ａ、１７ａを大きく加工でき、任意の給気速度に調整することができる。スピードコントローラ５３の取付けは任意であり、図２や図３に示したように省略することもできる。これは、以降の実施形態においても同様である。

本発明における緊急遮断用アクチュエータは、第２シリンダ室１７に圧縮流体供給源５０より第２電磁弁７０を介して圧縮流体を給気して弁開状態とし、この状態で第１シリンダ室１３に圧縮流体供給源５０より第１電磁弁６０を介して圧縮流体を給排気して、稼動状態（図示しないガス供給ラインの運転中）でロッド１１を回転変換機構３０の所定開度まで試験移動させて、この所定開度においてＰＳＴ等の機能試験を行えるようにしたものである。
また、圧縮流体回路５１内において、機能試験用の電磁弁６０、７０と、エアオペレート切換え式の空気作動弁５２を設けることにより、機能試験中であっても、緊急時において第１、第２シリンダ室１３、１７から排気して緊急遮断できるようにし、稼動を停止できるようにした試験移動機構付きの緊急遮断用アクチュエータである。

稼動中においては、ロッド１１を試験移動させるときの回転変換機構３０の開度は、図３の全開の状態から、図２の７０°開度までの所定の開度にできるように設定しており、この全開から中間開度の稼動範囲内において繰り返し往復作動させて機能試験を行うことができるようにしている。このため、本実施形態におけるアクチュエータ本体１は、開度調整部材１８とシリンダ装置１０の全長を長くして、回転変換機構３０の開度調整範囲を全開状態から略７０°開度までの広い範囲にとれるようにしている。この開度の調整は、開度調整部材１８を調節用ブッシュ２０に対して進退させることで行うことができ、全開の状態から略７０°開度までの任意の角度に調整することができる。

続いて、図１の緊急遮断用アクチュエータの圧縮流体回路における動作を説明する。図１においては、本発明の緊急遮断用アクチュエータの圧縮流体回路５１をオフにし、ジスクが全閉位置になった状態を示している。
この場合、第１、第２電磁弁６０、７０は双方とも消磁（オフ）しているため、圧縮流体供給源５０からの圧力流体はこの第１、第２電磁弁６０、７０によって遮断され、給排気口１３ａ、１７ａは、何れも第１、第２電磁弁６０、７０によって開放されており、圧力流体は、第１、第２ピストン１２、１６の何れにも作用していない。このため、第１ピストン１２に接続されたロッド１１は、スプリング４１の弾発力によって復作動状態になっており、ジスクは全閉状態になっている。

図２において、第１電磁弁６０を消磁（消磁を維持）、第２電磁弁７０を励磁（オン）にすると、圧縮流体は、第２シリンダ室１７のみに供給され、第２ピストン１６が圧縮流体に押される方向に移動する。この場合、第２ピストン１６がその移動に伴って連結部材１４を押すことにより、第１ピストン１２を押圧する。第２ピストン１６は、開度調整部材１８のナット１９に当接するまで移動し、このナット１９によって第２ピストン１６が停止したときに第１ピストン１２も同時に停止する。この動作によってロッド１１が所定距離を移動し、このロッド１１の移動が回転変換機構３０によって出力軸３１の回転に変換され、出力軸３１が図において半時計方向に回転し、ジスクが中間開度まで開弁した状態で停止する。このときの回転変換機構３０（ジスク）の開度が全開から略７０°開度までの予め設定した角度となる。また、ロッド１１の往作動により、スプリング装置４０のスプリング４１が圧縮される。

次に、この第２シリンダ室１７への圧縮流体の給気状態を維持しながら（第２電磁弁７０の励磁を維持したまま）、図３において、第１電磁弁６０を励磁すると、圧縮流体が給排気口１３ａより第１シリンダ室１３に供給され、第１ピストン１２が圧縮流体に押されて移動する。この第１ピストン１２の移動によりロッド１１が作動し、このロッド１１の作動が回転変換機構３０によって変換され、出力軸３１は更に半時計方向に回転してジスクを全開状態まで作動させる。

機能試験（例えば、ＰＳＴ）を行う場合には、この状態で第１電磁弁６０の励磁・消磁を切換えることにより行うようにする。第１電磁弁６０を消磁側に切換えると、第１シリンダ室１３内の圧縮流体は、空気作動弁５２を介してこの第１電磁弁６０から排気される。第１シリンダ室１３内から圧縮流体が排気されると、第１ピストン１２がスプリング４１の弾発力によって圧縮流体供給時と反対の方向に移動し、この第１ピストン１２の連結部材１４の先端が第２ピストン１６に当接する。このとき、第２シリンダ室１７には圧縮流体の供給が続けられて移動した状態を維持しているため、第１ピストン１２がこの位置で停止する。この第１ピストン１２の移動に伴ってロッド１１が移動し、図２のように、アクチュエータの出力軸３１が回転変換機構３０を介して時計方向に回転し、ジスクが所定の中間開度まで作動する。

続いて、第１電磁弁６０を励磁側に切換えると、空気作動弁５２を介して再度第１シリンダ室１３に圧縮流体が供給され、回転変換機構３０は図３の状態まで復帰する。この第１電磁弁６０への消磁・励磁を繰り返し行うことで、アクチュエータの稼動状態を維持したままで第１シリンダ室１３への圧縮流体の給排気を切換えて、回転変換機構３０の全開状態から略７０°までの所定の開度における試験移動を繰り返し行って機能試験を行うことができる。なお、第１シリンダ室１３への圧縮流体の供給は、スピードコントローラ５３で制御することにより、機能試験時における作動スピードを調整でき、幅広い機能試験を実施できる。

上記のアクチュエータの稼動中に緊急遮断を行う場合、図１に示すように第２電磁弁７０を消磁すると第２シリンダ室１７から圧縮流体が排気され、このとき、第２電磁弁７０と回路で接続された空気作動弁５２から第１シリンダ室１３の圧縮流体も排気される。このように、空気作動弁５２は、第２電磁弁７０と連動して第１シリンダ室１３内の圧縮空気を排気することで、第２電磁弁７０は、緊急遮断時における動作指示用電磁弁としても機能し、このように１つのステップで第１、第２シリンダ室１３、１７の双方から同時に圧縮流体を排気することができる。

第１、第２シリンダ室１３、１７から圧縮流体が排気されると、スプリング４１の弾発力によって第１ピストン１２が圧縮流体供給時と反対の復方向に作動し、この作動と同時に連結部材１４を介して第２ピストン１６が押圧されて、この２つのピストン１２、１６が図１の状態まで復帰する。
第１ピストン１２が作動すると、この作動に伴ってロッド１１も作動し、このロッド１１の作動が回転変換機構３０によって回転動作に変換され、出力軸３１は閉方向に回転される。この動作により、スプリング４１の弾発力でジスクを急速に閉状態まで作動させることができ、緊急時の動作に対応させることができる。

本発明の試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータは、上記のような回路構成とし、第１電磁弁６０のみを励磁・消磁することでＰＳＴ等の機能試験を行うことが可能となり、１つの電磁弁の作動のみで済むことから、故障の確率が少なくなっている。
また、第２電磁弁７０と空気作動弁５２は、中間開度に固定するために利用しているため、緊急遮断時以外は殆ど作動させる必要はなくなっている。
以上のことにより、アクチュエータの回路における、電磁弁等からなるエア機器を最少の数によって構成することができ、また、機能試験中、及び緊急遮断時の何れにおいても、作動するエア機器が最少数で済むことにより、故障の確率を少なくすることができる。このため、例えば、高圧ガス保安協会の安全度水準（ＳＩＬ）などでも厳しく規制されている故障の確率を小さくすることができる。

また、試験移動時における回転変換機構３０の角度は、開度調整部材１８により全開から７０°開度までの任意の角度に調整でき、この角度を開度調整部材１８のメカニカルストッパ機能によって調整していることにより、機能試験時の開度を正確に設定することができ、ジスクが開閉動作したときに、このジスクの慣性力の影響などによってロッド１１のストロークが変わることがない。従って、ジスクが作動範囲をオーバーランしてバルブの流量が変化したりするのを防ぐことができる。

第１、第２ピストン１２、１６の作動時には、このピストン１２、１６が給排気口１３ａ、１７ａを通過することが無いため、口径を大きく設けることができ、ゴミや潤滑用のグリスが詰まったりするのを防いで円滑な給排気作動を維持することができる。また、各ピストン１２、１６の外周側に装着したＯリング１２ａ、１６ａも給排気口１３ａ、１７ａを通過することが無いため、このＯリング１２ａ、１６ａが損傷したりすることがない。

図４、図５においては、本発明の緊急遮断用アクチュエータの第２実施形態を示している。図において、アクチュエータ本体１は、前記第１実施形態と同じであるため、その説明を省略する。また、回路についても、前記実施形態と同一箇所は同一符号によってあらわし、その説明を省略する。これは、以降の実施形態についても同様である。

第２実施形態におけるアクチュエータは、アクチュエータ本体１の第１、第２シリンダ室１３、１７と第１、第２電磁弁６０、７０とを結ぶ回路を圧縮流体回路５５とし、第１電磁弁６０を試験移動用切換電磁弁並びに緊急遮断弁、第２電磁弁７０を中間開度固定用並びに緊急遮断弁として機能させるようにしたものである。

この実施形態における圧縮流体回路５５は、前記のように電磁弁２個を使用した回路であって、この回路をシーケンス制御することで作動するようにしている。
図示しないが、第１、第２電磁弁６０、７０を双方とも消磁状態にし、圧縮流体回路５５をオフにすると、アクチュエータ本体１のロッド１１は、前記実施形態と同様にスプリング４１の弾発力によって復作動し、これによりジスクが全閉状態となる。

図４において、第１電磁弁６０を消磁、第２電磁弁７０を励磁にすると、圧縮流体は、第２シリンダ室１７のみに供給され、第２ピストン１６が圧縮流体に押される方向に移動し、前記と同様にこの第２ピストン１６が連結部材１４を押すことにより、第１ピストン１２を同方向に押している。第２ピストン１６は、開度調整部材１８のナット１９に当接するまで移動し、このナット１９によって第２ピストン１６と第１ピストン１２が停止する。これにより、ロッド１１が所定距離を移動し、このロッド１１の移動が回転変換機構３０により変換されてジスクが中間開度となる。中間開度における回転変換機構３０（ジスク）の開度は、全開から略７０°開度までの任意の角度に設定しておく。このとき、ロッド１１に移動によって、スプリング４１は圧縮されている。

次いで、この第２シリンダ室１７への圧縮流体の供給状態を維持しつつ、図５において、第１電磁弁６０を励磁すると、圧縮流体が第１シリンダ室１３内にも供給され、第１ピストン１２が圧縮流体に押されて作動し、この第１ピストン１２の作動によってロッド１１が作動して、回転変換機構３０の変換により出力軸３１が回転してジスクが全開状態となる。

ＰＳＴ等の機能試験時には、この状態から第１電磁弁６０の励磁・消磁を切換えることにより行うことができる。第１電磁弁６０を消磁側に切換えると、第１シリンダ室１３内の圧縮流体がこの第１電磁弁６０から排気される。この排気により、図４に示すように第１ピストン１２がスプリング４１の弾発力によって圧縮流体供給時と反対の復作動方向に移動し、連結部材１４の先端が第２ピストン１６に当接して第１ピストン１２がこの位置で停止する。この第１ピストン１２の移動によってロッド１１が移動し、このロッド１１の移動によって出力軸３１が回転変換機構３０を介して時計方向に回転してジスクが所定の中間開度まで作動する。

続いて、第１電磁弁６０を励磁側に切換えると、第１シリンダ室１３に圧縮流体が供給されて図５の状態まで再度復帰する。この第１電磁弁６０への消磁・励磁を繰り返し行うことで、アクチュエータの稼動状態を維持しながら、回転変換機構３０の全開状態から略７０°までの所定の開度における試験移動を繰り返し行って機能試験を行うことができる。

アクチュエータの稼動中に緊急遮断を行う場合には、図示しないが、第１、第２電磁弁６０、７０への信号を消磁することにより行う。第１、第２電磁弁６０、７０を消磁すると、第１、第２シリンダ室１３、１７から圧縮流体が排気される。この圧縮流体の排気によりスプリング４１が弾発して、第１ピストン１２が圧縮流体供給時と反対の復作動方向に作動し、この作動と同時に連結部材１４を介して第２ピストン１６が押されて、第１、第２の２つのピストン１２、１６が復方向に作動する。
第１ピストン１２が作動すると、この作動に伴ってロッド１１も作動し、このロッド１１の作動が回転変換機構３０によって回転動作に変換され、出力軸３１が閉方向に回転される。

図６ないし図８においては、本発明の緊急遮断用アクチュエータの第３実施形態を示している。図において、このアクチュエータは、圧縮流体回路５６中の第１、第２シリンダ室１３、１７と第１、第２電磁弁６０、７０との間に３方ロックアップ弁５７、５８をそれぞれ設けたものである。この回路により、圧縮流体回路５６中に空気圧の低下等が生じた場合、この３方ロックアップ弁５７、５８を作動させ、この作動に伴って第１、第２シリンダ室１３、１７から圧縮空気を排気させて緊急遮断を行うことができるようにしたものである。

図６においては、３方ロックアップ弁５７、５８を作動させて排気した状態を示しており、この排気によってアクチュエータ本体１を遮断状態に設けている。図７においては、第１電磁弁６０を消磁、第２電磁弁７０を励磁して、前記実施形態と同様に、回転変換機構３０を中間開度まで作動させた状態を示している。また、図８においては、第１、第２電磁弁６０、７０の双方を励磁して、回転変換機構３０を全開にした状態を示している。図７の中間開度の状態から、第１電磁弁６０の励磁と消磁を繰り返すことで、回転変換機構３０の試験移動を行うことができ、これにより、アクチュエータの機能試験を行うことができる。

また、このアクチュエータの稼動中に緊急遮断を行う場合には、第２実施形態の場合と同様に、第１、第２電磁弁６０、７０を消磁とすることで第１、第２シリンダ室１３、１７から圧縮流体が排気され、スプリング４１の弾発力によるピストン１２、１６の復作動に伴って出力軸３１を閉方向に回転させて、ジスクを閉状態に回転させることができる。

図９ないし図１１においては、本発明の緊急遮断用アクチュエータの第４実施形態を示している。この実施形態は、第１シリンダ室１３と第１電磁弁６０との間に空気作動弁５２を設け、また、第２シリンダ室１７と第２電磁弁７０との間に３方ロックアップ弁５７を設け、空気作動弁５２と３方ロックアップ弁５７を連動させることができるようにしたものである。これにより、図示しないコンプレッサの停止、配管の損傷などにより空気配管内の空気圧が低下して、指定したある圧力に達したときに、３方ロックアップ弁５７を作動し、この作動に伴って空気作動弁５２を連動させて第１、第２シリンダ室１３、１７から圧縮空気を排気させて、緊急遮断を行うようにしたものである。指定圧力（設定圧力）は、一般的なスプリングリターン式アクチュエータのスプリングの弾発力が４ｋｇ／ｃｍ^２であるため、３ｋｇ／ｃｍ^２前後にするとよい。

図９は、上記アクチュエータの緊急遮断時における回路状態を示したものである。また、図１０においては、第１電磁弁６０を消磁、第２電磁弁７０を励磁して回転変換機構３０の開度を中間開度まで作動させた状態を示し、図１１においては、第１、第２電磁弁６０、７０の双方を励磁して、回転変換機構３０の開度を全開にした状態を示したものである。
なお、中間開度（機能試験）時、及び全開（緊急遮断）時におけるアクチュエータ本体１並びに第１、第２電磁弁６０、７０の動作は、前述の実施形態と同様に機能するため省略する。

図１２ないし図１５においては、本発明の緊急遮断用アクチュエータの第５実施形態を示している。この実施形態は、第１、第２シリンダ室１３、１７と第１、第２電磁弁６０、７０とを結ぶ回路を圧縮流体回路７１とし、この圧縮流体回路７１に自励発信回路７２を付設したものである。

この圧縮流体回路７１において、第１シリンダ室１３と圧縮流体供給源５０との間には、第１空気作動弁７４と、第２電磁弁７０と連動する第２空気作動弁７５を配設している。
また、試験移動用切換電磁弁としての第１電磁弁６０と、第１空気作動弁７４との間には、中間リミットバルブ７６、全開リミットバルブ７７を配設している。これにより、圧縮流体供給源５０から、第１電磁弁６０、中間リミットバルブ７６、全開リミットバルブ７７、第１空気作動弁７４までの自励発信回路７２を構成している。
なお、リミットバルブ７６、７７は、このリミットバルブの図示しないローラが、出力軸３１に固定した図示しないカムにより押されることにより、空気流路を切換えられるように動作する。

図１２において、第１電磁弁６０の消磁状態で第２電磁弁７０を励磁して圧力流体を第２シリンダ室１７に供給すると、第２ピストン１６、第１ピストン１２が移動して回転変換機構３０が中間開度まで作動する。このとき、第２空気作動弁７５は給気状態となっているが、第１空気作動弁７４は排気状態となっていることから、第１シリンダ室１３には給気されず、中間開度が維持される。
なお、自励発信回路７２の入切を行う第１電磁弁６０は消磁の状態になっている。

次に、第２シリンダ室１７への圧縮流体の給気状態を維持しながら、図１３のように第１電磁弁６０を励磁し、圧縮空気を、中間リミットバルブ７６を介して第１空気作動弁７４に供給する。これにより、第１空気作動弁７４が切換わって給気状態となり、圧縮空気が第１、第２空気作動弁７４、７５を介して第１シリンダ室１３に供給される。そして、第１ピストン１２が移動し、回転変換機構３０を全開状態まで作動する。

回転変換機構３０を中間開度から全開状態まで作動する際には、中間リミットバルブ７６が第１電磁弁６０との回路を閉塞して全開リミットバルブ７７に連通するように切換わる。そして、回転変化機構３０が全開状態となると、図１４に示すように、全開リミットバルブ７７が排気状態に切換わる。これにより、第１空気作動弁７４が切換わって排気状態となり、圧縮空気が第１シリンダ室１３から、第１、第２空気作動弁７４、７５を介して排出される。そして、第１ピストン１２がスプリング４１の弾発力によって圧縮流体供給時と反対の方向に移動し、回転変換機構３０を中間開度まで作動する。

回転変換機構３０を全開状態から中間開度まで作動する際には、全開リミットバルブ７７が、中間リミットバルブ７６との開度を閉塞するよう切換わる。そして、回転変換機構３０が中間開度状態となると、図１３に示すように、中間リミットバルブ７６は全開リミットバルブ７７との接続を断って第１電磁弁６０に連通するよう切換わる。これにより、第１空気作動弁７４が切換わって給気状態となり、圧縮空気が第１、第２空気作動弁７４、７５を介して第１シリンダ室１３に供給される。これにより、第１ピストン１２が移動し、回転変換機構３０を全開状態まで作動する。
以上のようにして、回転変換機構３０は、全開状態と中間開度との間を第１、第２電磁弁６０、７０の操作を行うことなく、自動的に往復作動することができる。

図１５に示すように、第２電磁弁７０を消磁すると、第２シリンダ室１７から圧縮空気が排気されると共に、第２電磁弁７０に連動して第２空気作動弁７５が切換わり、第１シリンダ室１３の圧縮空気も排気される。これにより、前記実施形態と同様に、スプリング４１が弾発して出力軸３１が閉方向に回転される。
なお、図１５では、自励発信回路７２の入切を行う第１電磁弁６０は、消磁状態となっているが、励磁状態でも、上記の緊急遮断動作を行うことができる。

本発明の試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータは、上記の実施形態以外の回路構成に設けることもでき、スプリングリターン装置を有するアクチュエータ本体と組合わせることで各種の回路構成に設けることができる。

本発明における試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータの第１実施形態を示した回路図である。 図１における回転変換機構の中間開度状態を示した回路図である。 図１における回転変換機構の全開状態を示した回路図である。 本発明における試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータの第２実施形態を示した回路図である。 図４における回転変換機構の全開状態を示した回路図である。 本発明における試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータの第３実施形態を示した回路図である。 図６における回転変換機構の中間開度状態を示した回路図である。 図６における回転変換機構の全開状態を示した回路図である。 本発明における試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータの第４実施形態を示した回路図である。 図９における回転変換機構の中間開度状態を示した回路図である。 図９における回転変換機構の全開状態を示した回路図である。 本発明における試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータの第５実施形態を示した回路図である。 図１２における第１電磁弁を励磁した状態を示す回路図である。 図１２における回転変換機構の全開状態を示した回路図である。 図１２における回転変換機構の全閉状態を示した回路図である。

符号の説明

１ アクチュエータ本体
１０ シリンダ装置
１１ ロッド
１２ 第１ピストン
１３ 第１シリンダ室
１４ 連結部材
１６ 第２ピストン
１７ 第２シリンダ室
１８ 開度調整部材
３０ 回転変換機構
４０ スプリング装置
５０ 圧縮流体供給源
５１ 圧縮流体回路
５２ 空気作動弁
５７、５８ ３方ロックアップ弁
６０ 第１電磁弁
７０ 第２電磁弁
７２ 自励発信回路

Claims (6)

1. シリンダ内に第１シリンダ室を有する第１ピストンと、この第１ピストンと連結部材を介して所定間隙位置に第２シリンダ室を有する第２ピストンを設け、この第２ピストンを開度調整部材で所定の位置で係合させ、前記第１ピストンに設けたロッドの途中に回転変換機構を設け、前記ロッドの先端にスプリング装置を設けると共に、前記第１、第２シリンダ室に、圧縮流体供給源よりそれぞれ第１、第２電磁弁を介して圧縮流体を給排気させて、稼動状態で前記ロッドを前記回転変換機構の所定開度まで試験移動させると共に、緊急時に緊急遮断できるようにしたことを特徴とする試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータ。
2. 前記ロッドを試験移動させるときの前記回転変換機構の開度は、全開から略７０°開度までの所定の角度に設定した請求項１に記載の試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータ。
3. 前記第１、第２シリンダ室と第１、第２電磁弁とを結ぶ回路を圧縮流体回路とし、この圧縮流体回路に、前記第１シリンダ室と第１電磁弁との間に空気作動弁を配設し、前記第１電磁弁を試験移動用切換電磁弁とし、前記空気作動弁を前記第２電磁弁と連動させ、この第２電磁弁を緊急遮断時の動作指示用電磁弁とした請求項１又は２に記載の試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータ。
4. 前記第１、第２シリンダ室と前記第１、第２電磁弁との間に３方ロックアップ弁をそれぞれ設け、空気圧の低下等により前記３方ロックアップ弁を作動させ、この作動に伴って前記第１、第２シリンダ室から圧縮空気を排気できるようにした請求項１又は２に記載の試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータ。
5. 前記第１シリンダ室と第１電磁弁との間に空気作動弁を設け、前記第２シリンダ室と第２電磁弁との間に３方ロックアップ弁を設け、前記空気作動弁と３方ロックアップ弁を連動させ、空気圧の低下により前記３方ロックアップ弁を作動させ、この作動に伴って空気作動弁を連動させて、前記第１、第２シリンダ室から圧縮空気を排気させた請求項１又は２に記載の試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータ。
6. 前記第１、第２シリンダ室と第１、第２電磁弁とを結ぶ回路を圧縮流体回路とし、この圧縮流体回路に自励発信回路を付設した請求項１又は２に記載の試験移動機構付き緊急遮断用アクチュエータ。

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