JP2015503069A - 内蔵ウォーム歯車を有する漏洩しないロータリーバルブ - Google Patents

Abstract

ウォーム歯車およびピニオン歯車を含む漏洩しないエンクロージャーと、ロータリーバルブ本体と前記エンクロージャーとの間に配置され、ロータリーバルブ本体をエンクロージャーに固定するアダプタープレートと、磁気アクチュエーターアセンブリーとを有するロータリーバルブアセンブリー。ウォーム歯車が回転するとピニオン歯車も回転するように、ウォーム歯車はピニオン歯車に噛合している。エンクロージャーは磁気アクチュエーターアセンブリーとロータリーバルブ本体との間に配置されている。ピニオン歯車の中央を通ってシャフトが延びて、ロータリーバルブ本体の中のバルブを、当該シャフトの回転に基づき開閉させる。代替実施形態において、本発明は、上述のロータリーバルブに一体型アダプタープレートを備えてなる。

Description

［関連出願の相互参照］
この出願は、２０１２年１１月１８日に出願された米国特許出願第１３／６８０，０７８号、２０１２年１月２３日に出願された米国特許出願第１３／３５６，６２８号、および２０１１年１２月３日に出願された米国特許出願第１３／３１０，７３３号に対する優先権を主張する。これらの出願の内容は、これにより、本開示中に参照により引用されるものとする。

［発明の背景］
１．発明の分野
本発明は、一般に、バルブの分野に関し、より具体的には、磁気アクチュエーターとバルブ本体との間に配置されたウォーム歯車を有する漏洩しないロータリーバルブに関する。

２．関連技術の説明
クォーターターンバルブは効果的に作動するためには相当なトルクが必要である。このことは、プラグバルブやバタフライバルブでは特にあてはまる。これらのバルブの開閉に必要な最小始動トルク（breakaway torque）は非常に大きくなる可能性がある。歯車による減速を介さず手回しハンドルまたは駆動モーターに単純に機械的に接続するのは、ほとんどのバルブサイズで、現実的ではない。たとえば、歯車での減速なしの４インチプラグバルブを手動で開閉することができるなどということはほとんどの人にとって不可能であろう。同様の理由で、歯車による減速のない自動アクチュエーターにおいて同じ量のトルクを発生させるために必要なモーターは、バルブそれ自体よりも大きくなってしまうだろう。組立品に磁気的連結器を追加する場合には、歯車による減速なしで大きなトルクを発生させることはなおさら現実的ではない。また、連結器もバルブそれ自体よりも大きくなってしまい、生産コストがかさむ。

これらのバルブを開閉するアクチュエーターに歯車による減速を提供する必要性を回避することはできない。歯車による減速によれば、ほとんど最大のバルブでも手動で開閉可能となる。また、歯車による減速によれば、すべてのクォーターターンバルブのための実用になる自動制御アクチュエーターを設計することが可能となる。最も重要なのは、歯車による減速によって、サイズの上でもコストの上でも実用的なすべてのクォーターターンバルブのための磁気的連結器を設計することができることである。

クォーターターンバルブの実用的な作動のために必要な減速を提供することができる歯車装置の３つの基本的なタイプとして、平（または、はすば）歯車、遊星歯車、およびウォーム歯車がある。平歯車は３タイプのうち最も効率の良いものであるが、所与の歯車比を実現するのに、他のタイプの歯車よりも多くのスペースを必要とする。また、平歯車はギヤセットへの入力軸がギヤセットの出力軸からオフセットしている必要があり、そのせいで、アクチュエーターの装着が複雑化してしまう。遊星歯車も、ウォーム歯車より効率的である。入力軸と出力軸との間にオフセットがないので、平歯車よりスペースを取らず、バルブステムに直接装着することができる。

外付けのバルブアクチュエーターに歯車を用いる場合、効率とは別に考慮すべき他の要素がある。以下に列挙するのは、ウォーム歯車を用いた設計により提供される利点である。

（１）ウォーム駆動装置は、組込み型制動システムを提供する。すなわち、下流（減速）側から駆動システムに力が加わっても動かない。このことは、バタフライバルブが部分的に開弁した位置にあるときに、特に重要である。アクチュエーターにしっかりと保持されていないと、バルブの内側の高い流体速度によって、バルブの位置がずれてしまうおそれがある。このことは、ボールバルブにも当てはまる（もっとも、この場合の力はそれほど強くはない）。遊星（または、平）歯車を用いた設計では、歯車が制動作用を提供するものではないので、駆動システムに、別途、制動システムを実装しなければならない。

（２）ウォーム駆動装置は、クォーターターンバルブアクチュエーション産業において支配的な地位を占めている。ウォーム駆動装置は、バルブに対する減速とトルク増加を行う最も普及している方法である。換言すれば、産業界に受け入れられている。

（３）ウォーム駆動装置は、所与の減速比に対して内蔵される歯車装置が少ない。例えば、２０：１の歯車比を実現するために、少なくとも３つの遊星ギヤセットのスタックが必要である。対照的に、一つのウォーム駆動装置で同じ比を実現できる。そのため、ウォーム駆動装置は製造コストがずっと低い。

（４）ウォーム駆動装置ギヤボックスは、特に２０：１以上の減速比を実現する場合には、平歯車や遊星歯車による設計よりもコンパクトである。ギヤセットには歯車が２つだけしかないので、ギヤボックスは容積を大幅に小さくすることができる。このことは、ギヤボックスの大きさが所与の圧力を保持するのに必要な壁の厚さを決定する高圧アプリケーションにおいて重要となる。ギヤボックスが大きいほど、小さなギヤボックスが薄い壁厚で保持できるのと同じ圧力を保持するのに必要な壁の厚みは厚くなる。これも、製造コストの低減につながる。

他の歯車列と異なり、ウォーム歯車の伝達方向（出力軸に対する入力軸）は、大きな減速比を使う場合、ウォームとウォームホイール（歯車）の間に発生する摩擦が大きいため、可逆的ではない。出力軸にトルクを加えることでは、歯車を回すことはできない。この場合、ウォーム歯車は自動ロックであると考えられる。技術的に言えば、ウォームの進み角の正接がウォームと歯車との間の摩擦係数よりも小さい場合にこのようになる。減速比の高いウォーム駆動装置は非常に浅い進み角を必要とするので、多くの場合、進み角は、歯車の歯の間の摩擦係数よりも実際に小さくなり、すなわち、ウォーム歯車は自動ロックとなる。

バルブを作動させると、ウォーム歯車の自動ロック機能は、特に有利である。たとえば、バタフライバルブは、バルブのパドルがバルブ内の流体により押されているので、所与の位置から移動しようとする傾向がある。とりわけ、これは、バルブが流体の流量を調整するために用いられる場合、すなわち、流体がバルブを通過するとき大きな圧力低下がある場合に、一般的である。この場合、通常の歯車列では、パドルを静止状態に保持することはできない。その代わりに、流体によりパドルに加わる力を、歯車列の出力軸を回すトルクに変換する。制動機構が駆動モーター（手回しハンドル）とバルブとの間のどこかに配置されていなければ、バルブは、ふらついて配置がずれ、モーターないし手回しハンドルをその意図した位置から離れる方向に回動させる。高減速比の自動ロック式ウォーム歯車によれば、歯車列に備わっている自動ロック機能のおかげで、このような状況は発生しない。

［発明の簡単な概要］
本発明は、第１の端部と第２の端部とを有するウォーム歯車および第１の側面と第２の側面とを有するピニオン歯車を含み、前記ウォーム歯車が回転すると前記ピニオン歯車も回転するように前記ウォーム歯車が前記ピニオン歯車に噛合している、漏洩しないエンクロージャーと、ロータリーバルブ本体と前記エンクロージャーとの間に配置され、前記ロータリーバルブ本体を前記エンクロージャーに固定するアダプタープレートと、磁気アクチュエーターアセンブリーとを有するロータリーバルブアセンブリーであって、前記エンクロージャーは前記磁気アクチュエーターアセンブリーと前記ロータリーバルブ本体との間に配置され、前記ピニオン歯車の中央を通ってシャフトが延びて、前記ロータリーバルブ本体の中のバルブを、当該シャフトの回転に基づき開閉させることを特徴とする。

好ましい実施形態において、前記磁気アクチュエーターアセンブリーは、複数の外側磁石を含む駆動部支持手段と、前記駆動部支持手段を保持する駆動部ベースと、複数の内側磁石を含む従動部支持手段とを有し、前記エンクロージャーは、前記複数の内側磁石と前記複数の外側磁石との間における前記駆動部支持手段の内側に配置された、前記エンクロージャーの部分を有し、前記駆動部ベースは、アクチュエーターホイールに、当該アクチュエーターホイールが回転すると前記駆動部ベースが回転するように固定的に取り付けられ、前記駆動部支持手段は、前記駆動部ベースに、前記駆動部ベースが回転すると前記駆動部支持手段が回転するように固定的に取り付けられ、前記駆動部支持手段が回転すると、前記複数の内側磁石および前記複数の外側磁石の間の磁気結合が前記従動部支持手段を回転させる。好ましくは、本発明は、前記エンクロージャーに固定され、前記駆動部ベースが前記エンクロージャーから外れないようにする磁石保持手段をさらに有する。

好ましい実施形態において、本発明は、前記ウォーム歯車の前記第１の端部周りに配置された第１のベアリングと、前記ウォーム歯車の前記第２の端部周りに配置された第２のベアリングをさらに有する。好ましくは、前記ウォーム歯車の前記第１の端部が前記従動支持手段を通過して前記第１のベアリングの中に入り、前記ウォーム歯車の前記第２の端部が前記第２のベアリングを通過して前記エンクロージャーに固定されているキャップの中に挿入されている。前記ウォーム歯車は、好ましくは、前記従動支持手段内で回転するよう構成されている。

好ましい実施形態において、本発明は、前記ピニオン歯車の前記第１の側面に隣接配置された第１のベアリングと、前記ピニオン歯車の前記第２の側面に隣接配置された第２のベアリングとをさらに有する。好ましくは、前記エンクロージャーは、前記ピニオン歯車が回転しすぎないようにする第１の確動止め具および第２の確動止め具を有する。前記シャフトは、好ましくは、上端部を有し、前記エンクロージャーは、好ましくは、前記シャフトの前記上端部がオペレーターから見えるようにする位置表示窓を有する。

代替実施形態において、前記磁気アクチュエーターアセンブリーは、放射状エンクロージャーと、複数の放射状駆動部磁石を含む放射状駆動部支持手段と、複数の放射状従動部磁石を含む放射状従動部支持手段と、前記放射状エンクロージャーに取り付けられ、前記放射状駆動部支持手段と前記放射状従動部支持手段との間に配置された放射状キャップとを有し、前記ウォーム歯車は、前記放射状従動部支持手段とともに回転するよう構成され、前記アクチュエーターホイールは、前記放射状駆動部支持手段に固定的に取り付けられた放射状駆動部キャップに固定的に取り付けられている。好ましくは、本発明は、前記放射状キャップに固定され、前記放射状駆動部キャップが前記放射状キャップから外れないようにする磁石保持手段をさらに有する。

さらに他の好ましい実施形態において、前記シャフトは上端部を有し、本発明は、前記シャフトの当該上端部に配置された輪形磁石と、前記エンクロージャーの外側でかつ前記輪形磁石に近接して配置された近接センサーとをさらに有する。

代替実施形態において、本発明は、一体型アダプタープレートを有するロータリーバルブ本体と、第１の端部と第２の端部とを有するウォーム歯車および第１の側面と第２の側面とを有するピニオン歯車を含み、前記ウォーム歯車が回転すると前記ピニオン歯車も回転するように前記ウォーム歯車が前記ピニオン歯車に噛合している、漏洩しないエンクロージャーと、磁気アクチュエーターアセンブリーとを有するロータリーバルブであって、前記一体型アダプタープレートが、前記ロータリーバルブ本体と前記エンクロージャーとの間に配置され、前記エンクロージャーに固定され、前記エンクロージャーは前記磁気アクチュエーターアセンブリーと前記ロータリーバルブ本体との間に配置され、前記ピニオン歯車の中央を通ってシャフトが延びて、前記ロータリーバルブ本体の中のバルブを、当該シャフトの回転に基づき開閉させることを特徴とする。

好ましい実施形態において、前記磁気アクチュエーターアセンブリーは、複数の外側磁石を含む駆動部支持手段と、前記駆動部支持手段を保持する駆動部ベースと、複数の内側磁石を含む従動部支持手段とを有し、前記エンクロージャーは、前記複数の内側磁石と前記複数の外側磁石との間における前記駆動部支持手段の内側に配置された、前記エンクロージャーの部分を有し、前記駆動部ベースは、アクチュエーターホイールに、当該アクチュエーターホイールが回転すると前記駆動部ベースが回転するように固定的に取り付けられ、前記駆動部支持手段は、前記駆動部ベースに、前記駆動部ベースが回転すると前記駆動部支持手段が回転するように固定的に取り付けられ、前記駆動部支持手段が回転すると、前記複数の内側磁石および前記複数の外側磁石の間の磁気結合が前記従動部支持手段を回転させる。好ましくは、本発明は、前記エンクロージャーに固定され、前記駆動部ベースが前記エンクロージャーから外れないようにする磁石保持手段をさらに有する。

好ましい実施形態において、本発明は、前記ウォーム歯車の前記第１の端部周りに配置された第１のベアリングと、前記ウォーム歯車の前記第２の端部周りに配置された第２のベアリングをさらに有する。好ましくは、前記ウォーム歯車の前記第１の端部が前記従動支持手段を通過して前記第１のベアリングの中に入り、前記ウォーム歯車の前記第２の端部が前記第２のベアリングを通過して前記エンクロージャーに固定されているキャップの中に挿入されている。前記ウォーム歯車は、好ましくは、前記従動支持手段内で回転するよう構成されている。

好ましい実施形態において、本発明は、前記ピニオン歯車の前記第１の側面に隣接配置された第１のベアリングと、前記ピニオン歯車の前記第２の側面に隣接配置された第２のベアリングとをさらに有する。好ましくは、前記エンクロージャーは、前記ピニオン歯車が回転しすぎないようにする第１の確動止め具および第２の確動止め具を有する。前記シャフトは、好ましくは、上端部を有し、前記エンクロージャーは、好ましくは、前記シャフトの前記上端部がオペレーターから見えるようにする位置表示窓を有する。

代替実施形態において、前記磁気アクチュエーターアセンブリーは、放射状エンクロージャーと、複数の放射状駆動部磁石を含む放射状駆動部支持手段と、複数の放射状従動部磁石を含む放射状従動部支持手段と、前記放射状エンクロージャーに取り付けられ、前記放射状駆動部支持手段と前記放射状従動部支持手段との間に配置された放射状キャップとを有し、前記ウォーム歯車は、前記放射状従動部支持手段とともに回転するよう構成され、前記アクチュエーターホイールは、前記放射状駆動部支持手段に固定的に取り付けられた放射状駆動部キャップに固定的に取り付けられている。好ましくは、本発明は、前記放射状キャップに固定され、前記放射状駆動部キャップが前記放射状キャップから外れないようにする磁石保持手段をさらに有する。

さらに他の好ましい実施形態において、前記シャフトは上端部を有し、本発明は、前記シャフトの当該上端部に配置された輪形磁石と、前記エンクロージャーの外側でかつ前記輪形磁石に近接して配置された近接センサーとをさらに有する。

本発明の前面斜視図である。 本発明の側面斜視図である。 本発明の上面斜視図である。 本発明の上面破断斜視図である。 アクチュエーターアセンブリーとウォーム歯車アセンブリーの分解図である。 磁気アクチュエーターアセンブリーの断面図である。 バルブ本体の斜視図とピニオン歯車アセンブリーの分解図である。 ボールが開位置にあるときの本発明の破断図である。 ボールが閉位置にあるときの本発明の破断図である。 バルブが開位置にあるときのウォームアンドピニオン歯車アセンブリーの断面図である。 バルブが閉位置にあるときのウォームアンドピニオン歯車アセンブリーの断面図である。 ウォーム歯車シャフトに代えて、ベアリングと接続して協調動作する従動部支持手段とともに示すウォームアンドピニオン歯車アセンブリーの断面図である。 磁石保持手段および位置表示窓とともに示す本発明の斜視図である。 磁石保持手段および位置表示窓とともに示す本発明の上面図である。 放射状磁石アレイとともに示す本発明の斜視図である。 放射状磁石アレイとともに示す本発明の破断上面斜視図である。 放射状磁石アレイとともに示す本発明の分解図である。 放射状磁石アレイおよび磁石保持手段とともに示す本発明の斜視図である。 放射状磁石アレイおよび磁石保持手段とともに示す本発明の分解図である。 モーターアクチュエーターとともに示す本発明の斜視図である。 プラグバルブとともに示す本発明の破断斜視図である。 バタフライバルブとともに示す本発明の破断斜視図である。 位置検知用輪形磁石とともに示す本発明の破断図である。 ボールベアリングの破断図である。 本発明のトップエントリーボールバルブの実施形態の分解図である。 本発明のトップエントリーボールバルブの実施形態の斜視図である。 ボールおよびトラニオンの詳細図である。 ジャーナルベアリングおよびガスケットを示す放射状磁石の実施形態の断面図である。

［符号］
１ ボールバルブ本体
１ａ （ボールバルブ本体の）左本体
１ｂ （ボールバルブ本体の）右本体
１ｃ （ボールバルブ本体の）中央本体
１ｄ （バルブ本体の上部の）凹部
２ アダプタープレート
２ａ シール溝
２ｂ ベアリングホルダー
３ エンクロージャー
３ａ （エンクロージャーの）確動止め具
３ｂ 放射状エンクロージャー
３ｃ 位置ゲージ
３ｄ 窓
３ｅ （エンクロージャーの）部分
３ｆ （放射状エンクロージャーの）フランジ
４ キャップ
５ シャフト
５ａ 位置表示器
６ シャフトキー
７ シール
８ Ｏリング
９ アクチュエーターホイール
１０ アクチュエータースポーク
１１ 駆動部支持手段
１２ 駆動部ベース
１２ａ （駆動部ベース）のフランジ
１３ 外側磁石
１４ 従動部支持手段
１４ａ （従動部支持手段の）キースロット
１５ 内側磁石
１６ ウォーム歯車
１６ａ ベアリングインターフェース
１６ｂ キー
１７ ピニオン歯車
１７ａ （ピニオン歯車の）確動止め具
１８ ボールベアリング
１８ａ （ボールベアリングの）外輪
１８ｂ （ボールベアリングの）内輪
１８ｃ （ボールベアリングの）ボール
１８ｄ （ボールベアリングの）ケージ
１９ 台座
２０ ねじ
２１ ガスケット
２２ ナット
２３ （円筒状磁石の）磁石保持手段
２３ａ （放射状磁石の）磁石保持手段
２４ モーター
２５ モーター駆動歯車
２６ モーター輪歯車
２７ 輪形磁石
２８ ボール
２９ 位置センサー
３０ 放射状磁石
３１ 放射状駆動部キャップ
３２ 放射状キャップ
３３ 放射状駆動部支持手段
３４ 放射状従動部支持手段
３４ａ （放射状従動部支持手段の）キースロット
３５ プラグバルブ本体
３６ ラバースプリングガスケット
３７ スタッド
３８ トラニオン
３９ プラグ
４０ バタフライ
４１ バタフライバルブ本体
４２ （スタンドアローンバルブの）アダプタープレート／ボンネット
４２ａ （アダプタープレート／ボンネットの）ベアリングホルダー
４３ トップエントリーバルブ本体
４４ ジャーナルベアリング

［発明の詳細な説明］
図１は、本発明の前面斜視図である。この図は、ボールバルブ本体１（左本体１ａ、右本体１ｂおよび中央本体１ｃを含む）と、アダプタープレート２と、エンクロージャー３と、キャップ４とを有する。左右本体１ａ，１ｂは、好ましくは、スタッド３７（図８〜９、１３および１５参照）およびナット２２で中央本体１ｃに固定されている。アダプタープレート２がエンクロージャー３をバルブ本体１に固定している。２つのキャップ４が図１に示されている。キャップ４のうちの一方は、中央本体１ｃに固定されており、トラニオン３８を位置決め保持している（図８参照）、他方のキャップ４は、エンクロージャー３に固定されており、ボールベアリング１８をウォーム歯車１６の一端部に位置決め保持している（図４参照）。（ボール２８とトラニオン３８の詳細図は図２７も参照のこと。ボール２８はトラニオン３８上で回転する。）

図１にも示されているアクチュエーターホイール９は、複数のアクチュエータースポーク１０を含む。駆動部ベース１２が駆動部支持手段１１を保持しており、また、アクチュエータースポーク１０または輪歯車２６を取り付けるためのフランジ１２ａを有している（図２０参照）。この実施形態において、アクチュエータースポーク１０は、駆動部ベース２６にねじ１２で固定されているが、本発明はアクチュエーターホイール９を駆動部ベース１２に固定する特定の方法に限定されない。

図２は、本発明の側面斜視図である。この図は、ボール２８も示されていることを除けば、図１と同じ部品をすべて示している。図１〜１６はボールバルブの実施形態を描画するものであるが、本発明は、ロータリーバルブの特定の種類に限定されないことに留意されたい。後に続く図面に示されているように、本発明は、プラグバルブやバタフライバルブなど他の種類のロータリーバルブでも利用することができる。

図３は、本発明の上面斜視図である。この図は、外側磁石１３を収容する駆動部支持手段１１（すなわち、外側磁石１３は駆動部支持手段１１の内部に収容されている）を図示している。エンクロージャー３が、外側１３および内側１５（図示省略）の磁石の間に漏洩防止のバリアを提供している。この図に示されているように、（ウォーム歯車１６を収容している）エンクロージャー３は、（アクチュエーターホイール９と外側磁石１３とからなる）アクチュエーターアセンブリーとバルブ本体１との間に配置されている。これは、本発明の重要な側面である。

図１〜３に示す実施形態において、駆動部ベース１２は、エンクロージャー３に物理的に固着されてわけではなく、外側１３および内側１５の磁石の間の磁力が、駆動部ベース１２を位置決め保持している。理論上、充分な力が与えられれば、駆動部ベース１２はエンクロージャー３（詳しくは、エンクロージャー３の突起３ａ）から外れ得ることになる。このことから、後述の実施形態は、磁石保持手段２３を含んでいる（たとえば、図１０〜１３参照）。

図４は、本発明の上面破断斜視図である。この図においては、エンクロージャー３の上部を切り取ってウォーム歯車１６およびピニオン歯車１７がエンクロージャー３の内部に配置されていることを見せている。ウォーム歯車１６はピニオン歯車１７と接続していて、ウォーム歯車１６が回転するとピニオン歯車１７も回転するように協調動作する。これは、本発明の歯車による減速に係る特徴であり、ここで―ウォーム歯車およびピニオン歯車の間のインターフェースで―、トルクを増加させるということでもある。この文脈で、「歯車による減速」という用語は、ウォーム歯車のまるまる１回転によるピニオン歯車の回転が１回転分に満たないものになることを意味する。

ボールベアリング１８は、好ましくは、ウォーム歯車１６の両端部に配置されている（図５参照）。ボールベアリング１８によって、ウォーム歯車１６のシャフトがその内部で自由に回転可能である。ボールベアリング１８は、図示されているが、本発明は、特定のベアリングのタイプに限定されない。他のベアリング（ローラーベアリングやジャーナルベアリングなど）を使用することもできる。ウォーム歯車１６の一端部は、図５により明確に示されているように、従動部支持手段１４を通過して第１のボールベアリング１８の中に入る。ウォーム歯車１６の他端部は、第２のボールベアリング１８を通過してキャップ４の中に挿入されている。従動部支持手段は、好ましくは、ウォーム歯車シャフト上のキー１６ｂ（図８および９参照）が嵌合するキースロット１４ａを有するため、ウォーム歯車１６のシャフトは、従動部支持手段１４とともに回転する。ガスケット２１はキャップ４およびエンクロージャー３の間に静的シールを提供する。

図５は、アクチュエーターアセンブリーとウォーム歯車アセンブリーの分解図である。この実施形態において、外側磁石１３は駆動部支持手段１１の中に配置されており、駆動部支持手段は駆動部ベース１２の中に配置されている。内側磁石１５は、従動部支持手段１４の中に配置されている。本発明が完全に組み立てられると、従動部支持手段１４は、エンクロージャー３の、駆動部支持手段１１の内側に載置された部分３ｅの内側に配置される。換言すれば、エンクロージャー３の一部が内側および外側の磁石１５，１３の間に配置されているということである。エンクロージャー３のこの部分３ｅは、内側および外側の磁石１５，１３の間の物理的バリアとして作用する。バルブを作動させるために、アクチュエーターホイール９を（手動またはモーターで）回すことによって、駆動部ベース１２も同様に回転する。駆動部支持手段１１は、たとえば、接着剤や溶接で（図６も参照。図中、駆動部支持手段１１および駆動部ベース１２は互いに接触していることが示されている）駆動部ベース１２に固定的に取り付けられているが、固定方法は限定されない。駆動部支持手段１１が回転すると、内側および外側の磁石１５，１３の間の磁気結合が、従動部支持手段１４を同様に回転させる。

図６は、磁気アクチュエーターアセンブリーの断面図である。この図は、内側および外側の磁石１５，１３、ならびに駆動部および従動部の支持手段１１，１４を互いに関連づけて示している。また、この図には、エンクロージャー３の部分３ｅが駆動部支持手段１１と従動部支持手段１４との間に配置されていることも示されている。

図７は、バルブ本体の斜視図であり、ピニオン歯車アセンブリーの分解図である。この図に示されているように、ボールベアリング１８が、好ましくは、ピニオン歯車１７の両側に配置されている。シャフト５がピニオン歯車１７の中央に挿入されて貫通し、さらにボールベアリング１８を通過する。シャフト５は、シャフトキー６を有し、このシャフトキー６は、シャフト４およびピニオン歯車１７の両方にある（図１０に符号を省略して示されている）キースロットの中に嵌合する。シャフトキー６のおかげで、シャフト５はピニオン歯車１７が回転すると回転する（そのとき、歯車による減速があるので、アクチュエーターホイールよりも大幅に大きなトルクとなる）。エンクロージャー３とアダプタープレート２との間を封止するために、アダプタープレート２のシール溝２ａに、好ましくは、Ｏリング８が嵌合している（図９参照）。バルブ本体１とアダプタープレート２との間を封止するために、バルブ本体１の上面の凹部１ｄに、好ましくは、シール７が嵌合している。アダプタープレート２は、好ましくは、２つのボールベアリング１８のうちの一方が嵌合するベアリングホルダー２ｂを有するものであることに留意されたい。上記のように、本発明は、ベアリングの特定のタイプに限定されないのであって、任意の適当なベアリングを用いることができる。

図８は、ボールが開位置にあるときの本発明の破断図である。この図には、ピニオン歯車１７の両側にあるボールベアリング１８の外輪１８ａ、内輪１８ｂおよびボール１８ｃが示されている。ボールベアリング１８は、図２４に、より詳細に示されている。ウォーム歯車１６の両端部のボールベアリング１８は、この図では見えない。また、従動部支持手段１４のキースロット１４ａに嵌合するウォーム歯車１６上のキー１６ｂも示されている。また、図８および２５には、シャフト５がどのようにボール２８の中に嵌合しているかが示されているが、ここで、シャフト４は、ボール５に挿入されている状態で、シャフト５が回転するとボール２８も回転するように成形されていることに留意されたい。ボール台座１９の目的は、ボール２８とバルブ本体１ａ，１ｂとの間を液密に封止することである。ラバースプリングガスケット３６が各台座１９を囲繞しており（ボールの上部に一つ、ボールの底部にひとつ）、バルブ本体１ａ，１ｂと台座１９との間を封止している。ラバースプリングガスケット３６は、台座１９とボール２８との間に正圧を加えてもいる。

図９は、ボールが閉位置にあるときの本発明の破断図である。この図には、図８と同じ構成部品がすべて示されている。

図１０は、バルブが開位置にあるときのウォームアンドピニオン歯車アセンブリーの断面図である。この図に示されているように、エンクロージャー３は、好ましくは、ピニオン歯車１７が回転しすぎないようにする２つの確動止め具３ａを有するものである。ピニオン歯車１７の最も外側の歯は、エンクロージャー３の確動止め具３ａにぶつかると、ピニオン歯車１７が回転を続けるのを防止するので、確動止め具１７ａとして機能する。

図１１は、バルブが閉位置にあるときのウォームアンドピニオン歯車アセンブリーの断面図である。この図には、図１０と同じ構成部品がすべて示されている。

図１２は、ベアリング１８と接続して協調動作する（ウォーム歯車シャフト１６ではなく）従動部支持手段１４とともに示すウォームアンドピニオン歯車アセンブリーの断面図である。この代替実施形態において、ウォーム歯車１６のシャフトが従動部支持手段１４の反対側の第１のボールベアリング１８の中に完全に延びる（図５参照）のではなく、ウォーム歯車シャフト１６が従動部支持手段１４の内側で終端となり、従動部支持手段１４がボールベアリング１８の中に延びている。どちらの場合（図１１に示されている実施形態または図１２に示されている実施形態）も、ウォーム歯車シャフト１６は従動部支持手段１４とともに回転する。

図１３は、磁石保持手段および位置表示窓とともに示す本発明の斜視図である。この代替実施形態において、追加された磁石保持手段２３（図１１〜１２にも図示されている）は、エンクロージャー３ｅの端部を（ハット状をなすように）覆って配置され、ボルト止めされている。磁石保持手段２３の機能は、駆動部ベース１２がエンクロージャー３ｅから外れないようにすること（すなわち、内側および外側の磁石１５，１３の結合が切り離されないようにすること）である。磁石保持手段２３は外径が、好ましくは、エンクロージャー３ｅが貫通して突出する駆動部ベース１２の穴の内径よりもわずかに大きいことに留意されたい。位置表示窓３ｄについては、図１４と関連して、以下に、より充分に検討を加える。

図１４は、磁石保持手段および位置表示窓とともに示す本発明の上面図である。この実施形態において、エンクロージャー３の上面は、窓３ｄおよび位置ゲージ３ｃを有する。窓３ｄは、好ましくは、エンクロージャー３と同じ圧力に格付けされる透明なガラスからなる。シャフト５の上部は、窓３ｄからはっきりと視認可能である。シャフト５の上部は、位置ゲージ３ｃに対するシャフト５の回転位置を表示するマーカー５ａを有する。本発明は、特定のタイプのマーカーに限定されない。たとえば、マーカーは、シャフトの上部に切った溝であってもよく、ステッカーであってもよく、シャフトの上部に塗装してなるものであってもよい。

図１５〜１９は、内側および外側の磁石が、図６に示されているような円筒状アレイではなく、放射状アレイとなる配置とした本発明の代替実施形態を示している。図１５は、放射状磁石アレイとともに示す本発明の斜視図である。この実施形態と、ここまでに図示し説明した円筒状磁石アレイの実施形態との間の相違点は、（１）エンクロージャー３に代えて放射状エンクロージャー３ｂとしたこと、（２）駆動部支持手段１１および従動部支持手段１４に代えて放射状駆動部支持手段３３および放射状従動部支持手段３４としたこと、（３）エンクロージャー３ｅを駆動部支持手段１１および従動部支持手段１４の間に配置するのではなく、（放射状エンクロージャー３ｂに取り付ける）放射状キャップ３２を放射状駆動部支持手段３３および放射状従動部支持手段３４の間に配置することである。さらにまた、ベアリング１８が、キャップ４およびエンクロージャー３ｅではなく、エンクロージャー３ｂおよび放射状キャップ３２により保持されていることである。

図１６は、放射状磁石アレイとともに示す本発明の破断上面斜視図である。この実施形態において、放射状磁石３０の第１のセットが、放射状駆動部支持手段３３の中に配置されている（図１７も参照）。放射状駆動部支持手段３３内の放射状磁石３０の第１のセットと、放射状従動部支持手段３４の中に配置された放射状磁石３０の第２のセットとの間に、放射状キャップ３２が配置されていて、放射状磁石の第１のセットと第２のセットとの間の物理的バリアとして作用する。ウォーム歯車１６のシャフトは、ウォーム歯車１６が放射状磁石３０の第２のセットとともに回転するように、放射状従動部支持手段３４のキースロット３４ａの中に嵌合するキー１６ｂを有する。アクチュエータースポーク１０は放射状駆動部キャップ３１に螺合され（図示省略）、放射状キャップ３１は放射状駆動部支持手段３３に（たとえば、接着剤または溶接で）固定的に取り付けられ、放射状駆動部支持手段３３は放射状磁石３０を保持している。このように、アクチュエーターホイール１０が回転すると、放射状磁石３０も回転する。

図１７は、放射状磁石アレイとともに示す本発明の分解図である。本発明は、２セットの磁石があって、その間に物理的なバリアが備わっていれば、磁石の特定の構成に限定されない。（図１５〜１９に示されている）放射状磁石アレイの実施形態においては、放射状キャップ３２が放射状駆動部支持手段３３と放射状従動部支持手段３４との間の物理的バリアとして機能する。放射状従動部支持手段３４は、放射状エンクロージャー３ｂの内側に嵌合し、放射状キャップ３２が、放射状エンクロージャー３ｂにボルト止めされている。（放射状エンクロージャーフランジ３ｆは、円筒状磁石の実施形態には存在しないことに留意されたい。その代り、円筒状磁石の実施形態には、駆動部支持手段１１を通過して延びるエンクロージャー部分３ｅがある（図５参照）。）このように、放射状従動部支持手段３４および放射状キャップ３２の間に漏洩しないシールが提供されている（換言すれば、放射状キャップ３２が放射状エンクロージャー３ｂの一部となっている）。

図１７には、放射状磁石３０と放射状エンクロージャーのフランジ３ｆとの間、および、放射状磁石３０と放射状キャップ３２との間のジャーナルベアリング４４も図示されている。放射状エンクロージャーのフランジ３ｆと放射状キャップ３２の間には、好ましくは、ガスケット２１が配置されている。図２８は、ジャーナルベアリング４４およびガスケット２１の放射状エンクロージャーのフランジ３ｆ、放射状磁石３０、放射状駆動部キャップ３１、放射状キャップ３２および放射状駆動部支持手段３３に対する向きを示す、（図１５〜１９に示されている）放射状磁石の実施形態の断面図である。

図１８は、放射状磁石アレイおよび磁石保持手段とともに示す本発明の斜視図である。図１９は、放射状磁石アレイおよび磁石保持手段とともに示す本発明の分解図である。これらの図面に示されているように、磁石保持手段２３ａは、本実施形態では、図１０〜１３に示されている磁石保持手段のハット形状の構成ではなく、（放射状キャップ３２に固着される）プレートの形をとる。これは、前記した実施形態における駆動部ベース１２を通過して突出するエンクロージャー部分３ｅがないからである。磁石保持手段２３ａは、磁石保持手段２３との関連で前述した目的と同様の目的、すなわち、放射状駆動部キャップ３１が放射状キャップ３２から外れてしまわないようにする（すなわち、放射状駆動部支持手段３３内の磁石の、放射状従動部支持手段３４内の磁石３０との結合が切り離されることを防ぐ）ことに寄与する。磁石保持手段２３ａがない場合には、放射状駆動部キャップ３１は、放射状駆動部支持手段３３内の磁石３０と放射状従動部支持手段３４内の磁石３０との間の磁力によって、放射状キャップ３２に保持される。

図２０は、モーターアクチュエーターとともに示す本発明の斜視図である。上述のように、アクチュエーターホイール９は、手動で、または、モーターで回転させることができる。この実施形態においては、空気圧モーター２４がモーター駆動歯車２５を駆動し、モーター駆動歯車２５がモーター輪歯車２６を駆動する。この図面では、空気圧モーターを示しているが、電動モーターも利用可能である。（この図面で示されている実施形態は、円筒状磁石アレイであり、放射状磁石アレイではないことに留意されたい。）

図２１は、プラグバルブとともに示す本発明の破断斜視図である。上述のように、本発明は、ロータリーバルブの特定の種類に限定されない。この実施形態においては、ピニオン歯車１７の中央を貫通して延び、ピニオン歯車１７とともに回転するシャフト５が、前記図面に示したボール２８に代えて、プラグ３９を回す。この実施形態では、プラグバルブ本体３５が、前記実施形態で説明したボールバルブ本体１の代わりに用いられている。

図２２は、バタフライバルブとともに示す本発明の破断斜視図である。この実施形態においては、ピニオン歯車１７の中央を貫通して延び、ピニオン歯車１７とともに回転するシャフト５は、前記図面に示したボール２８またはプラグ３９に代えて、バタフライ４０を回す。この実施形態では、バタフライバルブ本体４１が前記実施形態で説明したボールバルブ本体１の代わりに用いられている。

図２３は、位置検知用輪形磁石とともに示す本発明の破断図である。輪形磁石２７は追加的特徴であって、ここでは輪形磁石２７はシャフト５の上部に固定的に取り付けられている。輪形磁石２７は、交番する磁極（Ｎ極とＳ極）を有するパイ形状の磁石を含む。輪形磁石２７に近接するエンクロージャー３の外側に、センサー２９が配置されている。センサー２９は、輪形磁石２７を含む磁石の位置に基づいて、バルブの位置（すなわち、開閉および開閉の度合い）を測定する。

図２４は、ボールベアリングの破断図である。上述のように、本発明は、（ピニオン歯車１７の両側に、そしてウォーム歯車１６の両側にも配置されている）ベアリングの特定のタイプに限定されない。この図面は、前記図面に示したボールベアリング１８の詳細図を提供するものである。

前記図面すべてにおいて、本発明は、既存のロータリーバルブ本体とともに使用することができる後付け部品として示されている。しかし、代替実施形態において、本発明は、本発明の特徴を含むスタンドアローン型バルブである。この実施形態は図２５および２６に示されている。これらの図面において、前記実施形態のアダプタープレート２は、一体型アダプタープレートまたはボンネット４２に置き換わっており、ベアリングホルダー２ｂは、ベアリングホルダー４２ａに置き換わっている。それ以外は、すべての部品は前記同様である。

本発明の好ましい実施形態について図示し説明してきたが、より広い側面における本発明から逸脱することなく、多くの変更および改造をなしうることは、当該技術分野の熟練技術者であれば明らかであろう。添付の特許請求の範囲は、したがって、本発明の真の要旨と範囲に属するすべてのそのような変更および改造をカバーするものであることを意図されている。

Claims (24)

1. （ａ）第１の端部と第２の端部とを有するウォーム歯車および第１の側面と第２の側面とを有するピニオン歯車を含み、前記ウォーム歯車が回転すると前記ピニオン歯車も回転するように前記ウォーム歯車が前記ピニオン歯車に噛合している、漏洩しないエンクロージャーと、
   （ｂ）ロータリーバルブ本体と前記エンクロージャーとの間に配置され、前記ロータリーバルブ本体を前記エンクロージャーに固定するアダプタープレートと、
   （ｃ）磁気アクチュエーターアセンブリーと
   を有するロータリーバルブアセンブリーであって、
   前記エンクロージャーは前記磁気アクチュエーターアセンブリーと前記ロータリーバルブ本体との間に配置され、
   前記ピニオン歯車の中央を通ってシャフトが延びて、前記ロータリーバルブ本体の中のバルブを、当該シャフトの回転に基づき開閉させる
   ことを特徴とするロータリーバルブアセンブリー。
2. 前記磁気アクチュエーターアセンブリーは、
   （ａ）複数の外側磁石を含む駆動部支持手段と、
   （ｂ）前記駆動部支持手段を保持する駆動部ベースと、
   （ｃ）複数の内側磁石を含む従動部支持手段と
   を有し、
   前記エンクロージャーは、前記複数の内側磁石と前記複数の外側磁石との間における前記駆動部支持手段の内側に配置された、前記エンクロージャーの部分を有し、
   前記駆動部ベースは、アクチュエーターホイールに、当該アクチュエーターホイールが回転すると前記駆動部ベースが回転するように固定的に取り付けられ、
   前記駆動部支持手段は、前記駆動部ベースに、前記駆動部ベースが回転すると前記駆動部支持手段が回転するように固定的に取り付けられ、
   前記駆動部支持手段が回転すると、前記複数の内側磁石および前記複数の外側磁石の間の磁気結合が前記従動部支持手段を回転させる
   ことを特徴とする請求項１のロータリーバルブアセンブリー。
3. 前記エンクロージャーに固定され、前記駆動部ベースが前記エンクロージャーから外れないようにする磁石保持手段をさらに有する請求項１のロータリーバルブアセンブリー。
4. 前記ウォーム歯車の前記第１の端部周りに配置された第１のベアリングと、前記ウォーム歯車の前記第２の端部周りに配置された第２のベアリングをさらに有する請求項１のロータリーバルブアセンブリー。
5. 前記ウォーム歯車の前記第１の端部が前記従動支持手段を通過して前記第１のベアリングの中に入り、前記ウォーム歯車の前記第２の端部が前記第２のベアリングを通過して前記エンクロージャーに固定されているキャップの中に挿入されていることを特徴とする請求項４のロータリーバルブアセンブリー。
6. 前記ウォーム歯車が前記従動支持手段内で回転するよう構成されていることを特徴とする請求項２のロータリーバルブアセンブリー。
7. 前記ピニオン歯車の前記第１の側面に隣接配置された第１のベアリングと、前記ピニオン歯車の前記第２の側面に隣接配置された第２のベアリングとをさらに有する請求項１のロータリーバルブアセンブリー。
8. 前記エンクロージャーが、前記ピニオン歯車が回転しすぎないようにする第１の確動止め具および第２の確動止め具を有することを特徴とする請求項１のロータリーバルブアセンブリー。
9. 前記シャフトが上端部を有し、前記エンクロージャーが、前記シャフトの前記上端部がオペレーターから見えるようにする位置表示窓を有することを特徴とする請求項１のロータリーバルブアセンブリー。
10. 前記磁気アクチュエーターアセンブリーが、
    （ａ）放射状エンクロージャーと、
    （ｂ）複数の放射状駆動部磁石を含む放射状駆動部支持手段と、
    （ｃ）複数の放射状従動部磁石を含む放射状従動部支持手段と、
    （ｄ）前記放射状エンクロージャーに取り付けられ、前記放射状駆動部支持手段と前記放射状従動部支持手段との間に配置された放射状キャップと
    を有し、
    前記ウォーム歯車が前記放射状従動部支持手段とともに回転するよう構成され、
    前記アクチュエーターホイールが、前記放射状駆動部支持手段に固定的に取り付けられた放射状駆動部キャップに固定的に取り付けられている
    ことを特徴とする請求項１のロータリーバルブアセンブリー。
11. 前記放射状キャップに固定され、前記放射状駆動部キャップが前記放射状キャップから外れないようにする磁石保持手段をさらに有する請求項１０のロータリーバルブアセンブリー。
12. 前記シャフトが上端部を有し、前記シャフトの当該上端部に配置された輪形磁石と、前記エンクロージャーの外側でかつ前記輪形磁石に近接して配置された近接センサーとをさらに有する請求項１のロータリーバルブアセンブリー。
13. （ａ）一体型アダプタープレートを有するロータリーバルブ本体と、
    （ｂ）第１の端部と第２の端部とを有するウォーム歯車および第１の側面と第２の側面とを有するピニオン歯車を含み、前記ウォーム歯車が回転すると前記ピニオン歯車も回転するように前記ウォーム歯車が前記ピニオン歯車に噛合している、漏洩しないエンクロージャーと、
    （ｃ）磁気アクチュエーターアセンブリーと
    を有するロータリーバルブであって、
    前記一体型アダプタープレートが、前記ロータリーバルブ本体と前記エンクロージャーとの間に配置され、前記エンクロージャーに固定され、
    前記エンクロージャーは前記磁気アクチュエーターアセンブリーと前記ロータリーバルブ本体との間に配置され、
    前記ピニオン歯車の中央を通ってシャフトが延びて、前記ロータリーバルブ本体の中のバルブを、当該シャフトの回転に基づき開閉させる
    ことを特徴とするロータリーバルブ。
14. 前記磁気アクチュエーターアセンブリーは、
    （ａ）複数の外側磁石を含む駆動部支持手段と、
    （ｂ）前記駆動部支持手段を保持する駆動部ベースと、
    （ｃ）複数の内側磁石を含む従動部支持手段と
    を有し、
    前記エンクロージャーは、前記複数の内側磁石と前記複数の外側磁石との間における前記駆動部支持手段の内側に配置された、前記エンクロージャーの部分を有し、
    前記駆動部ベースは、アクチュエーターホイールに、当該アクチュエーターホイールが回転すると前記駆動部ベースが回転するように固定的に取り付けられ、
    前記駆動部支持手段は、前記駆動部ベースに、前記駆動部ベースが回転すると前記駆動部支持手段が回転するように固定的に取り付けられ、
    前記駆動部支持手段が回転すると、前記複数の内側磁石および前記複数の外側磁石の間の磁気結合が前記従動部支持手段を回転させる
    ことを特徴とする請求項１３のロータリーバルブ。
15. 前記エンクロージャーに固定され、前記駆動部ベースが前記エンクロージャーから外れないようにする磁石保持手段をさらに有する請求項１３のロータリーバルブ。
16. 前記ウォーム歯車の前記第１の端部周りに配置された第１のベアリングと、前記ウォーム歯車の前記第２の端部周りに配置された第２のベアリングをさらに有する請求項１３のロータリーバルブ。
17. 前記ウォーム歯車の前記第１の端部が前記従動支持手段を通過して前記第１のベアリングの中に入り、前記ウォーム歯車の前記第２の端部が前記第２のベアリングを通過して前記エンクロージャーに固定されているキャップの中に挿入されていることを特徴とする請求項１６のロータリーバルブ。
18. 前記ウォーム歯車が前記従動支持手段内で回転するよう構成されていることを特徴とする請求項１４のロータリーバルブ。
19. 前記ピニオン歯車の前記第１の側面に隣接配置された第１のベアリングと、前記ピニオン歯車の前記第２の側面に隣接配置された第２のベアリングとをさらに有する請求項１３のロータリーバルブ。
20. 前記エンクロージャーが、前記ピニオン歯車が回転しすぎないようにする第１の確動止め具および第２の確動止め具を有することを特徴とする請求項１３のロータリーバルブ。
21. 前記シャフトが上端部を有し、前記エンクロージャーが、前記シャフトの前記上端部がオペレーターから見えるようにする位置表示窓を有することを特徴とする請求項１３のロータリーバルブ。
22. 前記磁気アクチュエーターアセンブリーが、
    （ａ）放射状エンクロージャーと、
    （ｂ）複数の放射状駆動部磁石を含む放射状駆動部支持手段と、
    （ｃ）複数の放射状従動部磁石を含む放射状従動部支持手段と、
    （ｄ）前記放射状エンクロージャーに取り付けられ、前記放射状駆動部支持手段と前記放射状従動部支持手段との間に配置された放射状キャップと
    を有し、
    前記ウォーム歯車が前記放射状従動部支持手段とともに回転するよう構成され、
    前記アクチュエーターホイールが、前記放射状駆動部支持手段に固定的に取り付けられた放射状駆動部キャップに固定的に取り付けられている
    ことを特徴とする請求項１３のロータリーバルブ。
23. 前記放射状キャップに固定され、前記放射状駆動部キャップが前記放射状キャップから外れないようにする磁石保持手段をさらに有する請求項２２のロータリーバルブ。
24. 前記シャフトが上端部を有し、前記シャフトの当該上端部に配置された輪形磁石と、前記エンクロージャーの外側でかつ前記輪形磁石に近接して配置された近接センサーとをさらに有する請求項１３のロータリーバルブ。
    

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