JP2012082875A

JP2012082875A - 流体圧式駆動装置

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Publication number: JP2012082875A
Application number: JP2010228020A
Authority: JP
Inventors: Sadayuki Nakanishi; 定之中西; Masahiro Yokomi; 正宏横見
Original assignee: TIX IKS Corp
Current assignee: TIX IKS Corp
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2012-04-26

Abstract

【課題】バルブの全閉あるいは全開における作動において、必要とする作動トルクを十分に得ることができる流体圧式駆動装置を提供する。
【解決手段】流体圧式駆動装置は、パイプライン等の流体圧力を動力源として、パイプラインのバルブステム９を回動する。回転回動機構は、回動軸１２を有して揺動するスコッチヨーク１と、スコッチヨークにスライド自在に係合して直線運動する往復動ロッド３２と、シリンダ４６内に供給される流体圧力で往復動ロッドを直線運動させ、スコッチヨークに揺動運動を与える往復動駆動装置とを有する。スコッチヨークは回動軸から延びて往復ロッドを挟む二股のアーム１４，１６と、両アームに対向した所定幅の軌条部１４２、１６２とを有し、往復動ロッドが二股のアームに挟まれる両側面の軸線方向に離隔してスコッチヨークの回転半径および揺動角度に対応して軌条部に当接させるように設けられた二つの押付部２４，２６を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルブを作動するための流体圧式駆動装置、特に、直線的な往復運動動力による操作を可能にした流体圧式駆動装置に関する。

バルブの開閉のための作動をする駆動装置には、手動式、電動式、エアーモータ式等の入力を回転駆動させることができ、それによって得られた回転によって伝達ブロックを移動させ、その移動によりスコッチヨークを揺動させて得られる回動作動させるようにして、バルブの開閉を行うようにしたものがある。

従来の駆動装置として、手動式のものには、図８に示すようなウォーム歯車を使用したものがあるが、入力にはウォーム軸５を、出力にはバルブのステム９に取り付けられたウォームホィール６と組合わせた歯車減速機からなるものがある。この駆動装置では、ウォームホィール６の歯数を増減することにより、減速比を変えて、出力トルクを発生させ、バルブのステム９を回動させることによりバルブを開閉することができる。

また、一般的なスコッチヨーク式の駆動装置としては、図９に示すように、図８の装置のウォーム軸に替えて、位置を同位置に固定して軸心回りに回動させることができる回転ねじ軸３を設け、ウォームホィールに替えてスコッチヨーク１を設け、回転ねじ軸３と、この回転ねじ軸３をねじ込むことができる雌ねじ穴２８を有する伝達ブロック２とが作動連結されていて、回転ねじ軸３の回転によりその軸心方向に移動する伝達ブロック２を組み込むことにより形成されたものがある。このような駆動装置では、回転ねじ軸３の回転により伝達ブロック２を移動させる。それにより、スコッチヨーク１を回動軸１２を中心にすることにより揺動させて、スコッチヨーク１をバルブのステム９に連結する回動軸１２を回動させてバルブの開閉を行うように揺動させることができる。伝達ブロック２には、回転ねじ軸３がねじ込まれる雌ねじ穴２８の軸線とは直角方向に両側面から突出する円筒部２４’、２６’を設けて、スコッチヨーク１のアームに形成した円筒部スライド溝１４３、１６３に嵌合させ、伝達ブロック２を回転ねじ軸３の軸線方向に移動させることによりスコッチヨーク1を揺動させて、バルブのステム９に連結された回動軸１２に出力トルクによる回動を生じさせるようにしたものである。

上記のような図８に示され、ウォームおよびウォームホィールを用いたウォーム歯車方式の駆動装置では、開閉されるバルブの開位置、閉位置、中間位置の各位置において、それらの位置で得られる出力トルクは同一であり、各操作位置でバルブの開閉に必要とする力が異なる場合、特に、パイプラインが大口径を有し、その内部を流れる流体圧が高圧なものに多く使用されるボールバルブにおいては、図７に示されるように、閉時にはトルクＴが高くなり、開放とともに、バルブの中間開放位置までは、必要なトルクが除々に減少し、その後は所定のトルクに達して一定のトルクになる。それ故、バルブの閉時には、少しでも高いトルクが得られることが望ましいが、図８に示されるウォーム歯車方式を使用した駆動装置では、バルブ開閉時の出力トルクが不変であり、駆動装置として回転操作に作動力を要することになる。

また、図９に示すような、スコッチヨーク方式を使用した駆動装置では、その出力トルクが、以下に詳述するように、また、図７に示すように、作動の中間位置では、図８に示すウォーム歯車を用いた駆動装置と同じであるが、バルブの開位置、閉位置では、出力トルクＴが中間位置の２倍のトルクＴａになり、伝達ブロック２を移動させるハンドル４の操作作動力が均一であることが望ましいので、出力トルクＴはそれに応じて高くなるような操作を可能にするようにしたほうがよい。

図９に示す駆動装置について、その構造と、出力トルクを発生させる機構を以下において説明する。
伝達ブロック２は、図１１に示すように、貫通するその雌ねじ部２８に回転ねじ軸３がねじ込み嵌合されて、両円筒部２４’、２６’が図１０に示すようなスコッチヨーク１の両アーム１４、１６に長手方向の穴として設けた円筒部スライド溝１４３、１６３に摺動するように嵌合され、さらに、両円筒部２４’、２６’がケーシング８および上蓋（図示せず）に設けた伝達ブロックガイド７にも回転ねじ軸３に沿って移動するように同時に係合して設けられている。

このような図９に示す駆動装置において、ハンドル４が操作されて回転ねじ軸３を回転して、伝達ブロック２を図９において左右方向に移動させる場合には、ハンドル４が回転操作されて回転ねじ軸３が回転しても、回転ねじ軸３自体は移動しないために、伝達ブロック２がハンドル４の回動方向に従って左右いずれかの方向に移動させることができる。これにより、伝達ブロック２の円筒部２４’、２６’がスコッチヨーク１のアーム１４、１６に設けた円筒部スライド溝１４３、１６３を摺動しながら押すために、スコッチヨーク１をいずれかの方向に揺動させることなり、スコッチヨーク１の回動軸１２の嵌合穴１８に嵌合されているバルブのステム９が回動軸１２とともに回動されて、バルブの開閉を行うことができる。

図１０および図１１に示されたスコッチヨーク１と伝達ブロック２とを組合わせた図９に示すような駆動装置においては、上記したように伝達ブロック２が回転ねじ軸３に沿った直線運動して、スコッチヨーク１が揺動されることにより、図７では回動角度が９０°の範囲で作動する場合を示している。このような回動軸１２を所定の角度だけ回動する場合には、図７に示すように、中間位置から４５°の回転角度範囲で揺動運動した両端部の位置においては、中間位置よりも出力トルクが２倍になることを図１２の作動説明図によって説明すると、以下のようになる。図１２に示された各部の寸法は記号で示されている。

即ち、ここで、Ｆ：ハンドル４の回転により生じた力、
Ｒｔ：トルクを生じさせる力、
ｌ：スコッチヨーク１の回動軸１２のバルブステム嵌合穴１８の中心２０と伝達ブロック２の円筒部中心との間の距離、
ｅ：スコッチヨーク１の回動軸１２のバルブステム嵌合穴１８の中心２０と回転ねじ軸３の中心軸線３０との間の距離、
η：作動効率、
とすると、出力トルクは、
Ｔ＝Ｒｔ・ｌ・η
となる。
この場合、Ｒｔ＝Ｆ／ｃｏｓθ、ｌ＝ｅ／ｃｏｓθ であるので、
Ｔ＝（Ｆ・ｅ／ｃｏｓ^２４５°）・η
となる。
バルブの開および閉の両端の位置が中間位置に対して対称であり、各々の位置をθ＝４５°とすると、両端の位置での出力トルクＴａは、
Ｔａ＝（Ｆ・ｅ／ｃｏｓ^２４５°）・η＝２・Ｆ・ｅ・η
となる。

この出力トルク特性を図示すると、図７において点線で示すようなＴとなる。即ち、中間位置であるθ＝０°のときには、出力トルクＴ_０は、Ｔ_０＝Ｆ・ｅ・ηであるので、Ｔａ＝２Ｔ_０となり、両端の開および閉では中間位置の２倍の出力トルクになる。
特に、ボールバルブの開閉に要するトルクは、一般に図７に示されるようなＴの特性を有しているので、バルブ開閉のための駆動装置にはスコッチヨーク式の減速機が適していることが理解される。

また、ボールバルブは、閉から開への時には、最もトルクを必要とするので、閉位置側をθ＝５０°、開位置側をθ＝９０°−５０°＝４０°にすると、閉から開への時の出力トルクＴｂは
Ｔｂ＝（Ｆ・ｌ／ｃｏｓ^２５０°）・η＝２．４２・Ｆ・ｅ・η
となり、出力トルクは２１％も増加することになる。
しかしながら、バルブの開から閉への時には、出力トルクＴｃは
Ｔｃ＝（Ｆ・ｅ／ｃｏｓ^２４０°）・η＝１．７０・Ｆ・ｅ・η
となり、出力トルクが１５％も減少することになる。これは、図７に示された太いダッシュ線で示されるような特性となる。
このような駆動装置が採用されると、バルブが設けられるパイプラインがより大口径化、そこを流れる流体が高圧化される今日では、よりコンパクトで高出力トルクを要求されることに対応できなくなっていた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、バルブステムの回転作動に必要とするトルクとしてバルブの閉状態に近い状態では高いトルクが得られるとともに、構成部材を減らして簡単な構造にすることができるようにした流体圧式駆動装置を提供することを目的とするものである。

本発明の目的を達成するための流体圧式駆動装置は、パイプライン等の流体圧力、蓄圧Ｎ_２のガス等得られる油圧、または空気、Ｎ_２ガス等の流体圧力を動力源として、パイプライン等に設けられたバルブのステムを回転回動する回転回動機構を備えた流体圧式駆動装置であって、
前記回転回動機構が、バルブのステムを回動するように固定して取付けられ回動軸を有して揺動するスコッチヨークと、該スコッチヨークにスライド自在に係合して直線運動する往復動ロッドと、該往復動ロッドを直線運動させるために前記往復動ロッドの端部をケーシングに取付けられたシリンダ内に収納し、前記往復動ロッドに前記シリンダ内に供給される前記流体圧力を作用させて前記スコッチヨークに揺動運動を与える往復動駆動装置とを有し、
前記スコッチヨークが前記回動軸から延びる前記往復ロッドを挟む二股のアームを有し、該アームの両内側に対向して設けられた所定幅の軌条部を有するとともに、前記往復動ロッドが前記二股のアームに挟まれる両側面の軸線方向に離隔して前記スコッチヨークの必要とする回転半径および揺動角度に対応して前記軌条部に当接させるように取付けられている二つの押付部を有し、
前記往復動ロッドが前記往復動駆動装置の駆動によって前記往復動ロッドの軸線方向に移動されることにより、前記スコッチヨークの軌条部を前記伝達ブロックの押付部に当接して、前記スコッチヨークを揺動させ、前記バルブのステムを回動させることを特徴とする。

また、上記流体圧式駆動装置において、前記スコッチヨークは、前記回動軸の中心軸線を通る前記軌条部における長手方向の作動軸線が所定角度範囲で搖動することができ、さらに前記往復動ロッドにおける前記押付部の作動中心が前記往復動ロッドの軸線に一致して位置されるように設けられて、前記軌条部に当接し、前記スコッチヨークの前記回動軸が前記バルブのステムに取付けられていることを特徴とする。

上記流体圧式駆動装置における前記スコッチヨークは、前記軌条部の前記回動軸の軸線を通る長手方向の作動軸線が前記軌条部の幅方向に対して一方の押付部側に偏って位置するように、前記アームが前記回動軸に取付けられて、前記スコッチヨークの搖動始端側における回転角度を大きくすることにより、前記往復動ロッドによって作用するトルクを増大させることができることを特徴とする。

上記流体圧式駆動装置における前記往復動ロッドの押付部は、前記回動軸の軸心から前記スコッチヨークの前記軌条部との当接位置を所定距離だけ遠隔に位置するように、前記当接位置が前記往復動ロッドの軸線よりも離隔して位置されていることを特徴とする。

上記流体圧式駆動装置における前記往復動ロッドが前記スコッチヨークのアームによって挟まれて揺動する部分を平面に形成されていて、前記二つの押付部が前記往復動ロッドにおける前記平面の部分に軸線方向に離隔して設けられ、前記押付部の少なくとも前記軌条部と接する部分が丸味を帯びた形状に形成されていることを特徴とする。

上記流体圧式駆動装置における前記往復運動駆動装置は、前記往復動ロッドの端部を直線運動させるように、前記流体圧式駆動装置のケーシングに設けられ、前記往復動ロッドを往復動自在に支持していることを特徴とする。

上記流体圧式駆動装置における前記往復動駆動装置は、前記往復動ロッドを往復動させるために前記流体圧式駆動装置のケーシングに設けられたシリンダと、該シリンダに配置された前記往復動ロッドの端部を収容して、該端部に前記シリンダ内に供給された流体圧を作用するようにしたラム式駆動装置とを有してなることを特徴とする。

上記流体圧式駆動装置における前記往復動駆動装置は、前記往復動ロッドの両端部に取付けたピストンを前記ケーシングに設けられた二つのシリンダに往復動可能に設置して、前記シリンダ内の前記ピストンのいずれかの側に供給される油圧、空気、Ｎ_２ガス等の流体圧によって往復動されるように設けられていることを特徴とする。

本発明による流体圧式駆動装置は、流体圧を動力源として、パイプライン等に設けられたバルブのステムを回転回動する回転回動機構を備え、この回転回動機構が、回動軸に固定して取付けられて揺動するスコッチヨークと、該スコッチヨークにスライド自在に係合して直線往復運動する往復動ロッドと、該往復動ロッドに直線往復運動をさせるための往復運動駆動装置とを有する流体圧式駆動装置であって、前記スコッチヨークが前記回動軸から伸びる前記往復動ロッドを挟む二股のアームを有し、該アームの両内側に対向して設けられた所定幅の軌条部を有するとともに、前記往復動ロッドが前記二股のアームに挟まれる両側面の長手方向の両端部に前記スコッチヨークの必要とする回転半径および揺動角度に対応して前記軌条部に当接させるように設けられた二つの押付部を有するので、
往復動駆動装置による往復運動の駆動により往復動ロッドを作動し、往復動ロッドはその軸線方向に移動し、往復動ロッドの軸線方向に離隔して設けられた押付部に当接する軌条部を有する二股のアームを備えたスコッチヨークが往復動ロッドの直接の移動により揺動され、二股のアームに固定されてその回転中心となる回動軸が回転し、そこに嵌合固定されたバルブのステムを回動し、バルブの開閉を行うことができ、その際、往復動駆動装置による往復動が一定しているのにも関わらず、スコッチヨークにより与えられる回動軸に与えられる出力トルクは、スコッチヨークの各々の始動側の揺動角度が大きくなるために、高いトルクとして得られ、往復動ロッドに押付部が一体に設けられ、製作コストを抑えることができ、その構造をシンプルにすることができ、アームと一体の軌条部は高い強度を得ることもでき、必要とする用途に幅広く対応することができる。

上記駆動装置において、前記スコッチヨークは、前記回動軸の中心軸線を通る前記軌条部における長手方向の作動軸線が所定角度範囲で搖動することができ、さらに前記往復動ロッドの両端部における前記押付部の作動中心が前記往復動ロッドの軸線に一致して位置されるように設けられて、前記軌条部に当接し、前記スコッチヨークの前記回動軸が前記バルブのステムに取付けられているので、スコッチヨークの二股アームの伝達ブロックに対向して設けられた軌条部が伝達ブロックを挿むように設けられ、スコッチヨークの軌条部に対応して設けられた往復動ロッドの押付部に確実に当接して伝達ブロックの軌条部を移動させることができ、揺動の各々の始端角度も大きくなるので、出力トルクも大きくなる。

また、上記流体圧式駆動装置における前記スコッチヨークは、前記軌条部の前記回軸の軸線を通る長手方向の作動軸線が前記軌条部の幅方向に対して一方の押付部側に偏って位置するように、前記アームが前記回動軸に取付けられているので、前記スコッチヨークの各々の始端角度、特に押付部側に偏って大きくなった側は、揺動角度がより大きくなるので、前記往復動ロッドの移動によって生じられるスコッチヨークの回動軸に作用するトルクをより増大させることができ、バルブの開閉時において必要するトルクを増大させることができる。

上記流体圧式駆動装置における前記往復動ロッドの押付部は、前記回動軸の軸心から前記スコッチヨークの前記軌条部との当接位置を所定距離だけ遠隔にするように、前記当接位置が前記往復動ロッドの軸線よりも離れて位置されているので、スコッチヨークの軌条部と往復ロッドの押付部への当接位置がスコッチヨークの始端側の角度が同じでも、回転半径をより長くするように位置されて、軌条部の押付部による移動が回動部のトルクをより大きく生じさせて、バルブ開閉時のより強力な回転トルクを必要とする場合にも対処することができる。

また、上記流体圧式駆動装置における前記往復動ロッドが前記スコッチヨークのアームによって挟まれて揺動する部分を平面に形成して、前記押付部が前記往復動ロッドにおける前記平面の部分に軸線方向に離隔して設けられ、前記押付部の少なくとも前記軌条部と接する部分が丸味を帯びた形状に形成されているので、押付部とスコッチヨークの軌条部との接触を確実に行うだけでなく、揺動端部における作動をスムーズに行うことができる。

また、上記流体圧式駆動装置における前記往復運動駆動装置は、前記往復動ロッドの端部を直線運動させるように、前記流体圧式駆動装置のケーシングに設けられ、前記往復動ロッドを往復動自在に支持しているので、余分な部材を必要とせずに往復動ロッドがケーシングに確実に軸支することができ、その構造をコンパクトにすることができる。

また、上記流体圧式駆動装置における前記往復動駆動装置は、前記往復動ロッドを往復動させるために前記流体圧式駆動装置のケーシングに設けられたシリンダと、該シリンダに配置された前記往復動ロッドの端部を収容して、該端部に前記シリンダ内に供給された流体圧が作用するラム式駆動装置とを有してなるので、前記往復動ロッドの両端部に設けた駆動装置の何れかの側のラムに流体圧を作用させることができ、それによって往復動ロッドの往復動を生じさせて、出力トルクが得られるので、バルブステムを容易に回動させることができる。また、ラム式駆動装置は、動力源として高圧の油圧を使用することができるので、そのような環境にある場合にも適したものとなる。

また、上記流体圧式駆動装置における前記往復動駆動装置は、前記往復動ロッドの両端部に取付けたピストンを前記ケーシングに設けられた二つのシリンダに往復動可能に配置して、前記シリンダ内の前記ピストンの何れかの側に動力源として供給される油圧、または空気、Ｎ_２ガス等の気体によって前記往復動ロッドを移動されるように設けられているので、電動あるいは手動の油圧ポンプによって得られる油圧、あるいは空気、Ｎ_２ガス等の気体圧によって往復動ロッドを移動されるように設けられているので、従来のウォームホイール式の手動ハンドルによる回転操作に対応できない規模のバルブにも対応することができる。

本発明の新規な特徴および構成、効果に関しては、以下の説明に関連する添付図面からさらに理解することができる。なお、図面において、同じ符号は同じ構成部材を示している。

本発明の一実施の形態による流体圧式（ラム式）駆動装置を示し、（Ａ）は部分破断平面図、（Ｂ）はその部分破段側面図である。図１に示す本発明によるラム式駆動装置に用いられる往復動ロッドを示し、（Ａ）はその側面図であり、（Ｂ）はその平面図である。図１に示される本発明の一実施の形態による流体圧式駆動装置に用いられるスコッチヨークの斜視図である。本発明の他の実施の形態による流体圧式（ピストン式）駆動装置を示し、（Ａ）は部分破断平面図、（Ｂ）はその部分破断側面図である。本発明の一実施の形態による流体圧式駆動装置の作動説明図である。本発明の他の実施の形態による流体圧式駆動装置の作動説明図である。ボールバルブの開閉とボールバルブ自体および流体圧式駆動装置に生じるトルクの関係を示す線図である。従来のウォーム歯車を使用した駆動装置を示す断面図である。従来のスコッチヨークを使用した駆動装置の断面図である。図９に示す駆動装置に用いられるスコッチヨークの斜視図である。図１０に示す流体圧式駆動装置のスコッチヨークに組合わせて使用される伝達ブロックの斜視図である。図９に示す駆動装置におけるスコッチヨークと伝達ブロックの作動説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
図１から図３を参照すると、本発明を実施するための形態による流体圧式駆動装置１００は、バルブステム９を嵌合してキー止め固定される嵌合穴１８を有するスコッチヨーク1、このスコッチヨーク１の二股のアーム１４、１６によって挟まれた往復動ロッド３２、この往復動ロッド３２の両方の端部を収納した往復動駆動装置、スコッチヨーク１、往復動ロッド３２等を収納するケーシング８等を備えている。

このような流体圧式駆動装置１００は、パイプライン等の流体圧力、蓄圧Ｎ_２のガス圧力等を使用して得られる油圧、または空気、Ｎ_２ガス等の流体圧力を動力源として、パイプライン等に設けられたボールバルブを作動するために回転回動機構を有して設けられている。このようなバルブには、回転回動機構としてそのためのバルブステム９に取付けられるスコッチヨーク１を備えているが、このスコッチヨーク１は、図３に示されるように、バルブステム９を嵌合してキー止めする嵌合穴１８を有した回動軸１２、この回動軸１２に往復動ロッド３２を挟むように軸線方向に間隔をおいて取付けられた二股のアーム１４、１６を有し、これらのアーム１４、１６の内側には対向してアーム１４、１６よりも狭い幅Ｗを有する軌条部１４２、１６２が自由端部を有しながら十分な強度を有するようにアーム１４、１６と一体に形成されて設けられている。

このようなスコッチヨーク１と組み合わされる往復動ロッド３２は、図２（Ａ）の側面図および図２（Ｂ）の平面図に示されるように、両端部が円筒状に形成されていて、中央部がスコッチヨーク１の二股のアーム１４、１６の内側に対向して設けられた軌条部１４２、１６２に挟まれて、スコッチヨーク１の揺動がスムーズに行われるような厚みを有した平面部３４として形成されている。このアーム１４、１６に挟まれた部分は、二つの側面が平面状に形成され、さらに、それらの両側面には、一対の押付部２４、２６が往復動ロッド３２の軸線に沿って離隔されて形成されている。これらの押付部２４、２６は、スコッチヨーク１の軌条部１４２、１６２に当接するために、スコッチヨーク１の揺動角度に応じて離隔されて設けられ、往復動ロッド３２の一方の側面に離隔して設けられた押付部２４、２４には、往復動ロッド３２の他方の側面にも同様に押付部２６、２６が長手方向に離隔して設けられている。上記のような押付部２４、２６は、往復動ロッド３２における平面部３４に軸線方向に離隔して設けられた押付部２４、２６の少なくとも軌条部１４２、１６２と接する部分が丸味を帯びた形状に形成されて、押付部２４、２６とスコッチヨーク１の軌条部１４２、１６２との接触を確実に行うだけでなく、揺動端部においても作動をスムーズに行うことができる。

上記スコッチヨーク１と往復動ロッド３２は、強度十分な鋼材からなり、図１および２に示されるように、位置決め組み合わされるが、ケーシング８内に組み込まれたスコッチヨーク１に対して、往復動ロッド３２の押付部２４、２６の間の平面状の側面部をスコッチヨーク１の二股のアーム１４、１６の間に挿入させることにより設置されるので、ケーシング８内への組み込みも容易に行うことができる。

このように設置される往復ロッド３に対して、スコッチヨーク１は、アーム１４、１６の軌条部１４２、１６２が往復動ロッド３２の両側面の押付部２４、２６の間に位置するように位置決めされて、鋳物や溶接構造からなるケーシング８内に設置され、ケーシング８に対しては回動軸１２がベアリングにより回動可能に支持されて設けられている。

スコッチヨーク１と往復動ロッド３２を組込むケーシング８は、底蓋および上蓋によって閉じられるが、底蓋には二つのセットボルト１１、１１が内部に調節可能に進入するように設けられ、スコッチヨーク１の揺動角度範囲を規定することができる。この実施の形態では、揺動角度が９０度となるように設定されているが、セットボルト１１のケーシング８内への進退によって用途に応じた揺動角度の調節をすることができる。

スコッチヨーク１を作動させるための往復動ロッド３２の両端部は、往復動を行うことができるように、ケーシング８の対向した部分に設けられたシリンダ４６を有し、このシリンダ４６内に往復動ロッド３２の端部が挿入されて、この端部に油圧を作用させることができるようにして構成されて、ラム式駆動装置をなしている。

上記のようなスコッチヨーク１と往復動ロッド３２との作動は、図１２のような位置関係の寸法に対応した図５に示される作動説明図において以下に説明される。
スコッチヨーク１の両アーム１４、１６の内側に対向して形成された軌条部１４２、１６２の幅を、図３および図５に示すようにＷとすると、出力トルクは、図５に基づいた計算によると以下のようになる。軌条部１４２、１６２の揺動中心をなす回動軸１２の中心２０を通る作動軸線１４２’、１６２’は、Ｗ／２の位置にあり、揺動角θ°を図１２に示された従来例と同様にとると、軌条部１４２、１６２に当接した場合の往復動ロッド３２の押付部２４、２６の作動中心と回動軸１２の中心２０を通る線との間の角度θ_１は、θ_１＞θとなり、その際の出力トルクＴ_Ｔは、以下のとおりである。
Ｔ_Ｔ＝（Ｆ・ｅ／ｃｏｓ^２θ_１）・η

ここで、Ｗ／２を角度として５°に相当するとした場合、
Ｔ_Ｔ＝（Ｆ・ｅ／ｃｏｓ^２θ_１）・η＝２．４２・Ｆ・ｅ・η
となる。即ち、このことは、往復動ロッド３２の押付部２４、２６の作動中心位置は、スコッチヨーク１のアーム１４、１６の作動中心位置が揺動中心の位置から従来の揺動角度の４５°ではなくて、５０°に相当することになる。また、これに対して、スコッチヨーク１の揺動始端とは反対側の揺動終端位置においては、出力トルクＴ_Ｘが上記の場合の出力トルクＴ_Ｔと同様になり、従来例では、揺動角度θは４０°であり、ＴＸ＝１．７・Ｆ・ｅ・ηとなる。しかしながら、スコッチヨーク１の作動両端位置での出力トルクＴ_Ｔ、Ｔ_Ｘの比は、Ｔ_Ｔ／Ｔ_Ｘ＝２．４２／１．７＝１．４２となり、図５に示された状態では、従来に比して出力トルクが４２％の増加をすることになる。これを線図で示すと、図７に太い点線または太いダッシュ線で示されるような出力トルクが得られる。このことは、バルブの閉時の場合のように、バルブを開く時よりも高い出力トルクを要する時には、有効である。

また、図６に示すように、往復動ロッド３２の押付部２４、２６に対するスコッチヨーク１の軌条部１４２、１６２の当接点をさらに遠隔にして、スコッチヨーク１の始動側の揺動角度は同じでも、揺動回転半径よりも長くするために、押付部２４、２６の作動中心位置は、往復動ロッド３２の中心軸線３０のスコッチヨーク１の揺動中心２０からの距離ｅを不変にして、さらに距離ｆだけ離れて位置されるように往復動ロッド３２に押付部２４、２６を設ければ、より高い出力トルクが得られる。

さらに、往復動ロッド３２における押付部２４、２６の作動中心の位置をスコッチヨーク１の揺動中心２０からの距離ｅをさらにｆだけ離れて位置させるとともに、スコッチヨーク１の揺動の両始端位置、バルブの開閉で言うならば、軌条部１４２、１６２における作動軸線１４２’が開側に０．６Ｗ、閉側に０．４Ｗになるように、押付部２４、２６に対して軌条部１４２、１６２が当接するようにすると、図１２に示す従来例の場合だけでなく、本発明による図５に示される実施の形態に対しても、揺動半径ｌ_２が長くなり、さらに高い出力トルクを得ることができる。

その実際の出力トルクは上記数式を用いて表すと、以下のようになる。
ここで、スコッチヨーク１の作動中心線１４２’は、図６に示す実施の形態では、揺動中間位置からの角度θが４５°に相当するが、押付部２４、２６に軌条部１４２、１６２が当接する状態での作動中心の揺動中間位置からの角度θ_２は、５３°、５２°になるように軌条部１４２、１６２の作動軸線１４２’が設定されると、
閉側の出力トルクＴ_Ｔ１は、（全閉→開方向）
Ｔ_Ｔ１＝（Ｆ・ｅ／ｃｏｓ^２５３°）・η＝２．７６・Ｆ・ｅ・ηとなり、
開側の出力トルクＴ_Ｘ１は、（全開→閉方向）
Ｔ_Ｘ１＝（Ｆ・ｅ／ｃｏｓ^２５２°）・η＝２．６４・Ｆ・ｅ・ηとなる。
これらを図７において、出力トルクＴをバルブの閉側を０°とした揺動角度θに対して線図で示すと、太い一点鎖線によって示され、また、開側は丸点鎖線で示されるようになる。これは、アーム１４、１６の中心を中間位置に対して各々４５°の場合でも、従来方式のスコッチヨーク１０に対し全閉→開においては、２．７６倍、全開→閉においては２．６４倍の出力トルクが得られることになる。
このように、図６に示された実施の形態による流体圧式駆動装置１００において、往復動ロッド３に作用する油圧、空気圧、Ｎ_２ガス圧等の流体圧の作用による往復動ロッド３２によって生じられる出力トルクＴは、従来例だけでなく図５に示される本発明による実施の形態において得られる出力トルクよりも高い出力トルクが得られる。

以上のように、スコッチヨーク１におけるアーム１４、１６の内側に設けた軌条部１４２、１６２は、その作動軸線１４２’が軌条部１４２、１６２の作動軸線１４２’を幅Ｗの方向のいずれかの側に、バルブで言えば開あるいは閉側に片寄らせて位置させることにより、設計要求にしたがって揺動方向に変位させて、軌条部１４２、１６２と押付部２４、２６との当接位置をスコッチヨーク１の回動軸１２の中心２０からより長くさせることができる。それにより、必要に応じて出力トルクＴの調節が可能になる。また、従来の流体圧式駆動装置と比較して、規模として変わらずに、高出力トルクを得ることができるので、設置されるバルブが大きくなっても、装置のコンパクト化が可能になる。

さらに、流体圧式駆動装置１００は、図４に示すように、往復動駆動装置が往復動ロッド３２の両端部にピストン４２を取付けて、ケーシング８に対向して設けられたシリンダ４４内に往復動するように設置して構成されるシリンダ式駆動装置として設けてもよい。このシリンダ式駆動装置は、シリンダ４４内のピストン４２のいずれかの側に油圧、空気、Ｎ_２ガス等の流体圧を必要に応じて供給することにより往復動ロッド３２を移動させて、往復動ロッド３２の押付部２４、２６に押し付けられるスコッチヨーク１のアーム１４、１６の軌条部１４２、１６２を介してスコッチヨーク１を揺動させ、回動軸１２を介してバルブステム９を回動させ、バルブの開閉を行うことができる。このようなシリンダ式駆動装置によって、比較的得やすい油圧、空気、Ｎ_２ガス等の流体圧によってスコッチヨーク１を作動させて、バルブステムへの高い出力トルクを得ることができる。

以上述べたように、本発明による流体圧式駆動装置は、上記実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術範囲において実施し得ることは明らかである。

１スコッチヨーク
２伝達ブロック
３回転ねじ軸
４ハンドル
５ウォーム
６ウォームホイール
７伝達ブロックガイド
８ケーシング
９バルブステム
１０ガイドバー
１１セットボルト
１２回動軸
１４アーム
１６アーム
１８バルブステム嵌合穴
２０回動軸中心軸線
２２伝達ブロック本体
２４押付部
２４’ 円筒部
２６押付部
２６’ 円筒部
２８雌ねじ嵌合穴
２９ガイド穴
３０回転ねじ軸軸線
３２往復動ロッド
３４平面部
４２ピストン
４４シリンダ
４６シリンダ
１００流体圧式駆動装置
１４２軌条部
１４２’ 軌条部作動軸線
１４３円筒部スライド溝
１６２軌条部
１６３円筒部スライド溝

Claims

パイプライン等の流体圧力、蓄圧Ｎ_２のガス等得られる油圧、または空気、Ｎ_２ガス等の流体圧力を動力源として、パイプライン等に設けられたバルブのステムを回転回動する回転回動機構を備えた流体圧式駆動装置であって、
前記回転回動機構が、バルブのステムを回動するように固定して取付けられ回動軸を有して揺動するスコッチヨークと、該スコッチヨークにスライド自在に係合して直線運動する往復動ロッドと、該往復動ロッドを直線運動させるために前記往復動ロッドの端部をケーシングに取付けられたシリンダ内に収納し、前記往復動ロッドに前記シリンダ内に供給される前記流体圧力を作用させて前記スコッチヨークに揺動運動を与える往復動駆動装置とを有し、
前記スコッチヨークが前記回動軸から延びる前記往復ロッドを挟む二股のアームを有し、該アームの両内側に対向して設けられた所定幅の軌条部を有するとともに、前記往復動ロッドが前記二股のアームに挟まれる両側面の軸線方向に離隔して前記スコッチヨークの必要とする回転半径および揺動角度に対応して前記軌条部に当接させるように設けられている二つの押付部を有し、
前記往復動ロッドが前記往復動駆動装置の駆動によって前記往復動ロッドの軸線方向に移動されることにより、前記スコッチヨークの軌条部を前記伝達ブロックの押付部に当接して、前記スコッチヨークを揺動させ、前記バルブのステムを回動させることを特徴とする流体圧式駆動装置。
前記スコッチヨークは、前記回動軸の中心軸線を通る前記軌条部における長手方向の作動軸線が所定角度範囲で搖動することができ、さらに前記往復動ロッドにおける前記押付部の作動中心が前記往復動ロッドの軸線に一致して位置されるように設けられて、前記軌条部に当接し、前記スコッチヨークの前記回動軸が前記バルブのステムに取付けられていることを特徴とする請求項１に記載された流体圧式駆動装置。
前記スコッチヨークは、前記軌条部の前記回動軸の軸線を通る長手方向の作動軸線が前記軌条部の幅方向に対して一方の押付部側に偏って位置するように、前記アームが前記回動軸に取付けられて、前記スコッチヨークの搖動始端側における回転角度を大きくすることにより、前記伝達ブロックによって作用するトルクを増大させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載された流体圧式駆動装置。
前記往復動ロッドの押付部は、前記回動軸の軸心から前記スコッチヨークの前記軌条部との当接位置を所定距離だけ遠隔に位置するように、前記当接位置が前記往復駆動軸の軸線よりも離隔して位置されていることを特徴とする請求項３に記載された流体圧式駆動装置。
前記往復動ロッドが前記スコッチヨークのアームによって挟まれて揺動する部分を平面に形成されていて、前記二つの押付部が前記往復動ロッドにおける前記平面の部分に軸線方向に離隔して設けられ、前記押付部の少なくとも前記軌条部と接する部分が丸味を帯びた形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載された流体圧式駆動装置。
前記往復運動駆動装置は、前記往復動ロッドの端部を直線運動させるように、前記流体圧式駆動装置のケーシングに設けられ、前記往復動ロッドを往復動自在に支持していることを特徴とする請求項１に記載された流体圧式駆動装置。
前記往復動駆動装置は、前記往復動ロッドを往復動させるために前記流体圧式駆動装置のケーシングに設けられたシリンダと、該シリンダに配置された前記往復動ロッドの端部を収容して、該端部に前記シリンダ内に供給された流体圧を作用させるラム式駆動装置とを有してなることを特徴とする請求項１に記載された流体圧式駆動装置。
前記往復動駆動装置は、前記往復動ロッドの両端部に取付けたピストンを前記ケーシングに設けられた二つのシリンダに往復動可能に設置して、前記シリンダ内の前記ピストンのいずれかの側に供給される油圧、空気、Ｎ_２ガス圧等の流体圧によって前記往復動ロッドを移動させることを特徴とする請求項１に記載された流体圧式駆動装置。