JP2715258B2 - 弁駆動用アクチュエータ - Google Patents
弁駆動用アクチュエータInfo
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- JP2715258B2 JP2715258B2 JP6120805A JP12080594A JP2715258B2 JP 2715258 B2 JP2715258 B2 JP 2715258B2 JP 6120805 A JP6120805 A JP 6120805A JP 12080594 A JP12080594 A JP 12080594A JP 2715258 B2 JP2715258 B2 JP 2715258B2
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- gear
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプロセス制御用高温高圧
調節弁等を駆動するための空気式アクチュエータ等に関
する。
調節弁等を駆動するための空気式アクチュエータ等に関
する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、事業用火力発電プラント等にお
ける高温高圧調節弁等の空気式アクチュエータは、弁本
体内の制御流体圧力が広範囲に変動するため、(1) ポジ
ション制御の安定性、(2) リニアリティ精度の確保、
(3) エネルギー効率の向上が望まれる。
ける高温高圧調節弁等の空気式アクチュエータは、弁本
体内の制御流体圧力が広範囲に変動するため、(1) ポジ
ション制御の安定性、(2) リニアリティ精度の確保、
(3) エネルギー効率の向上が望まれる。
【０００３】尚、ポジション制御の安定は、(a) 負荷側
の圧力変動に対しアクチュエータのスラストが十分であ
ること、(b) ポジションの変位に対しアクチュエータの
スラストが一定であって、各ポジションでの出力速度が
一定であること、(c) アクチュエータ出力軸の単位スト
ロークに対し必要とされるパワーシリンダのストローク
が比較的大きいこと等によって確保される。
の圧力変動に対しアクチュエータのスラストが十分であ
ること、(b) ポジションの変位に対しアクチュエータの
スラストが一定であって、各ポジションでの出力速度が
一定であること、(c) アクチュエータ出力軸の単位スト
ロークに対し必要とされるパワーシリンダのストローク
が比較的大きいこと等によって確保される。
【０００４】また、リニアリティ精度の確保とは、弁開
度指令の変化に対しアクチュエータ出力軸の変化がリニ
アであることを意味する。このリニアリティ精度が確保
されると、弁流量特性がアクチュエータ出力軸の変位に
対して定められている弁において、弁キャリブレーショ
ン時に流量変化に対する指令変化率を直ちに、補正する
ことなく定めることができる。
度指令の変化に対しアクチュエータ出力軸の変化がリニ
アであることを意味する。このリニアリティ精度が確保
されると、弁流量特性がアクチュエータ出力軸の変位に
対して定められている弁において、弁キャリブレーショ
ン時に流量変化に対する指令変化率を直ちに、補正する
ことなく定めることができる。
【０００５】然るに従来、弁駆動用アクチュエータとし
て、特開平4-312274号公報、或いは、実開昭63-37879号
公報に記載の如くのものがある。
て、特開平4-312274号公報、或いは、実開昭63-37879号
公報に記載の如くのものがある。
【０００６】特開平4-312274号公報に記載のものは、パ
ワーシリンダのスラストにより出力軸を直線駆動する弁
駆動用アクチュエータにおいて、弁を空気圧で開き、圧
縮ばねで閉じるとともに、弁全閉時にテコにより駆動力
を増大する機構を備えたものである。
ワーシリンダのスラストにより出力軸を直線駆動する弁
駆動用アクチュエータにおいて、弁を空気圧で開き、圧
縮ばねで閉じるとともに、弁全閉時にテコにより駆動力
を増大する機構を備えたものである。
【０００７】実開昭63-37879号公報に記載のものは、流
体圧力を受けるダイヤフラムの変位により弁棒を直接駆
動する弁駆動用アクチュエータにおいて、弁棒の途中
に、ダイヤフラムの変位より弁体の移動を大きくする行
程増加機構を設けたものである。
体圧力を受けるダイヤフラムの変位により弁棒を直接駆
動する弁駆動用アクチュエータにおいて、弁棒の途中
に、ダイヤフラムの変位より弁体の移動を大きくする行
程増加機構を設けたものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、特開平4-
312274号公報に記載の従来技術には、下記、の問題
点がある。
312274号公報に記載の従来技術には、下記、の問題
点がある。
【０００９】圧縮ばねを用いるスプリングバランス式
であるため、アクチュエータは負荷側のスラストに各ポ
ジションにおけるスプリング圧力が加わり、結果とし
て、負荷側へ出力する実質的な有効スラストがポジショ
ン位置により大きく変化し、一定の出力が得られず、ポ
ジション制御の安定に欠ける。また、ポジションによっ
ては、アクチュエータの駆動力がほとんどスプリングを
圧縮するために費やされ、エネルギー効率が非常に悪
い。
であるため、アクチュエータは負荷側のスラストに各ポ
ジションにおけるスプリング圧力が加わり、結果とし
て、負荷側へ出力する実質的な有効スラストがポジショ
ン位置により大きく変化し、一定の出力が得られず、ポ
ジション制御の安定に欠ける。また、ポジションによっ
ては、アクチュエータの駆動力がほとんどスプリングを
圧縮するために費やされ、エネルギー効率が非常に悪
い。
【００１０】テコが回転運動するため、ポジション位
置により出力スラストが一定でなく、またポジション制
御上のリニアリティ精度の確保が難しい。
置により出力スラストが一定でなく、またポジション制
御上のリニアリティ精度の確保が難しい。
【００１１】また、実開昭63-37879号公報に記載の従来
技術は、弁体のストロークを増加させるものであるか
ら、当然スラストが減少し、またアクチュエータ出力軸
の単位ストロークに対し必要とされるパワーシリンダの
ストロークは小さくなり、ポジション制御の安定性が悪
い。
技術は、弁体のストロークを増加させるものであるか
ら、当然スラストが減少し、またアクチュエータ出力軸
の単位ストロークに対し必要とされるパワーシリンダの
ストロークは小さくなり、ポジション制御の安定性が悪
い。
【００１２】本発明は、弁駆動用アクチュエータにおい
て、ポジション制御の安定性を確保し、リニアリティ精
度を確保し、エネルギー効率を向上することを目的とす
る。
て、ポジション制御の安定性を確保し、リニアリティ精
度を確保し、エネルギー効率を向上することを目的とす
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、パワーシリンダのスラストにより出力軸を直線駆動
する弁駆動用アクチュエータにおいて、パワーシリンダ
の作動軸と出力軸との間に歯車減速装置を配設したもの
であり、歯車減速装置が、パワーシリンダの作動軸に取
付けられる可動ラックと、アクチュエータのハウジング
に固定される固定ラックと、可動ラックと固定ラックと
に挟まれてそれらの可動ラックと固定ラックとに噛合う
ギヤと、ギヤの回転中心軸を枢支するとともに出力軸が
連結される可動子とを有してなるようにしたものであ
る。
は、パワーシリンダのスラストにより出力軸を直線駆動
する弁駆動用アクチュエータにおいて、パワーシリンダ
の作動軸と出力軸との間に歯車減速装置を配設したもの
であり、歯車減速装置が、パワーシリンダの作動軸に取
付けられる可動ラックと、アクチュエータのハウジング
に固定される固定ラックと、可動ラックと固定ラックと
に挟まれてそれらの可動ラックと固定ラックとに噛合う
ギヤと、ギヤの回転中心軸を枢支するとともに出力軸が
連結される可動子とを有してなるようにしたものであ
る。
【００１４】請求項２に記載の本発明は、請求項１に記
載の本発明において更に、前記歯車減速装置を構成する
ギヤが、可動ラックと噛合う第１段ギヤと、該第１段ギ
ヤと同軸一体で固定ラックと噛合う第２段ギヤとからな
るようにしたものである。
載の本発明において更に、前記歯車減速装置を構成する
ギヤが、可動ラックと噛合う第１段ギヤと、該第１段ギ
ヤと同軸一体で固定ラックと噛合う第２段ギヤとからな
るようにしたものである。
【００１５】請求項３に記載の本発明は、請求項１又は
２に記載の本発明において更に、前記可動ラックをパワ
ーシリンダの動力源喪失時に手動ハンドル操作によりパ
ワーシリンダ軸方向に可動とし、ポジション制御可能と
してなるようにしたものである。
２に記載の本発明において更に、前記可動ラックをパワ
ーシリンダの動力源喪失時に手動ハンドル操作によりパ
ワーシリンダ軸方向に可動とし、ポジション制御可能と
してなるようにしたものである。
【００１６】請求項４に記載の本発明は、請求項１又は
２に記載の本発明において更に、前記固定ラックをパワ
ーシリンダの動力源喪失時に手動ハンドル操作によりパ
ワーシリンダ軸方向に可動とし、ポジション制御可能と
してなるようにしたものである。
２に記載の本発明において更に、前記固定ラックをパワ
ーシリンダの動力源喪失時に手動ハンドル操作によりパ
ワーシリンダ軸方向に可動とし、ポジション制御可能と
してなるようにしたものである。
【００１７】
【作用】請求項１に記載の本発明によれば、下記〜
の作用がある。 パワーシリンダのストロークが減速装置により減速さ
れてアクチュエータの出力ストロークとなる。従って、
アクチュエータの出力スラストは負荷側の圧力変動に対
し十分に大となる。
の作用がある。 パワーシリンダのストロークが減速装置により減速さ
れてアクチュエータの出力ストロークとなる。従って、
アクチュエータの出力スラストは負荷側の圧力変動に対
し十分に大となる。
【００１８】減速装置の減速比は一定であり、ポジシ
ョンの変位に対するアクチュエータの出力スラストは一
定であり、各ポジションでの出力速度は一定となる。
ョンの変位に対するアクチュエータの出力スラストは一
定であり、各ポジションでの出力速度は一定となる。
【００１９】パワーシリンダのストロークが減速装置
により減速されてアクチュエータの出力ストロークとな
る。従って、アクチュエータ出力軸の単位ストロークに
対し必要とされるパワーシリンダのストロークを比較的
大きくとることができるものとなる。
により減速されてアクチュエータの出力ストロークとな
る。従って、アクチュエータ出力軸の単位ストロークに
対し必要とされるパワーシリンダのストロークを比較的
大きくとることができるものとなる。
【００２０】上記〜により、ポジション制御の安定
性を確保できる。 減速装置の減速比は一定であり、弁開度指令の変化に
対するアクチュエータ出力軸の変化をリニアとし、リニ
アリティ精度を確保できる。
性を確保できる。 減速装置の減速比は一定であり、弁開度指令の変化に
対するアクチュエータ出力軸の変化をリニアとし、リニ
アリティ精度を確保できる。
【００２１】パワーシリンダのスラストをＴｓとし、
アクチュエータの出力スラストをＴａとするとき、Ｔａ
＝Ｔｓ×１／Ｒ×η（Ｒ：減速比、η：伝達効率）であ
り、ηは単純なラックとギヤとの組み合わせであるた
め、0.9 以上の高効率であり、エネルギー効率は良い。
アクチュエータの出力スラストをＴａとするとき、Ｔａ
＝Ｔｓ×１／Ｒ×η（Ｒ：減速比、η：伝達効率）であ
り、ηは単純なラックとギヤとの組み合わせであるた
め、0.9 以上の高効率であり、エネルギー効率は良い。
【００２２】請求項２に記載の本発明によれば下記の
作用がある。 歯車減速装置の可動ラックと固定ラックとがギヤを介
して連結されているために1/2 の基準減速比を確保でき
る。更に、可動ラックと固定ラックとの間に介装される
ギヤを２段として更に減速することにより、小スペース
で大きな減速比が得られる。
作用がある。 歯車減速装置の可動ラックと固定ラックとがギヤを介
して連結されているために1/2 の基準減速比を確保でき
る。更に、可動ラックと固定ラックとの間に介装される
ギヤを２段として更に減速することにより、小スペース
で大きな減速比が得られる。
【００２３】尚、本発明の実施においては、可動ラッ
ク、固定ラック及び可動ラックと固定ラックとの間に介
装されるギヤからなる減速装置にて第１段減速装置、第
２段減速装置の如くを構成し、第１段減速装置の出力軸
を第２段減速装置の可動ラックに導く如く複数段とし
て、更なる減速比を確保するように構成しても良い。
ク、固定ラック及び可動ラックと固定ラックとの間に介
装されるギヤからなる減速装置にて第１段減速装置、第
２段減速装置の如くを構成し、第１段減速装置の出力軸
を第２段減速装置の可動ラックに導く如く複数段とし
て、更なる減速比を確保するように構成しても良い。
【００２４】請求項３に記載の本発明によれば下記の
作用がある。 可動ラックを手動ハンドル操作により可動としたか
ら、パワーシリンダの動力源喪失時に直ちに復旧でき
る。
作用がある。 可動ラックを手動ハンドル操作により可動としたか
ら、パワーシリンダの動力源喪失時に直ちに復旧でき
る。
【００２５】請求項４に記載の本発明によれば下記の
作用がある。 固定ラックを手動ハンドル操作により可動としたか
ら、パワーシリンダの動力源喪失時に直ちに復旧でき
る。このとき、パワーシリンダ側はむしろロック状態の
ままとし、パワーシリンダの上下室を導通する均圧弁を
設けること、及びその開操作が不要となる。
作用がある。 固定ラックを手動ハンドル操作により可動としたか
ら、パワーシリンダの動力源喪失時に直ちに復旧でき
る。このとき、パワーシリンダ側はむしろロック状態の
ままとし、パワーシリンダの上下室を導通する均圧弁を
設けること、及びその開操作が不要となる。
【００２６】
【実施例】図１は本発明に係る弁駆動用アクチュエータ
の一実施例を示す縦断面図、図２は図１のII-II 線に沿
う断面図、図３は図１のIII-III 線に沿う断面図、図４
は図１のIV-IV 線に沿う矢視図、図５は調節弁の一例を
示す模式図、図６はポジショナを示す模式図である。
の一実施例を示す縦断面図、図２は図１のII-II 線に沿
う断面図、図３は図１のIII-III 線に沿う断面図、図４
は図１のIV-IV 線に沿う矢視図、図５は調節弁の一例を
示す模式図、図６はポジショナを示す模式図である。
【００２７】図１のアクチュエータ１０は、例えば調節
弁１１を駆動する。調節弁１１は、図５に示す如く、入
口流路１２及び出口流路１３並びに弁室１４を備えるケ
ーシング１５と、ケーシング１５の弁室１４に形成され
る弁座１６と、ケーシング１５に移動可能に支持されて
弁体１７を備える弁棒１８とを有している。
弁１１を駆動する。調節弁１１は、図５に示す如く、入
口流路１２及び出口流路１３並びに弁室１４を備えるケ
ーシング１５と、ケーシング１５の弁室１４に形成され
る弁座１６と、ケーシング１５に移動可能に支持されて
弁体１７を備える弁棒１８とを有している。
【００２８】そして、アクチュエータ１０は、調節弁１
１のケーシング１５上に取付けられるハウジング２１を
備え、このハウジング２１の上部に空気式パワーシリン
ダ２２を備えている。シリンダ２２は、ピストン２３と
作動軸２４とを有し、後述するポジショナ５０がピスト
ン２３の上室２５と下室２６のそれぞれに加える制御空
気圧Ｃ1 、Ｃ2 に起因するスラストによって作動軸２４
を上下動する。Ｓは供給空気圧である。
１のケーシング１５上に取付けられるハウジング２１を
備え、このハウジング２１の上部に空気式パワーシリン
ダ２２を備えている。シリンダ２２は、ピストン２３と
作動軸２４とを有し、後述するポジショナ５０がピスト
ン２３の上室２５と下室２６のそれぞれに加える制御空
気圧Ｃ1 、Ｃ2 に起因するスラストによって作動軸２４
を上下動する。Ｓは供給空気圧である。
【００２９】アクチュエータ１０は、調節弁１１の弁棒
１８が接続される出力軸２７を備え、パワーシリンダ２
２の作動軸２４と出力軸２７との間に歯車減速装置３０
を配設し、シリンダ２２のスラストにより出力軸２７を
上下に直線駆動するものとしている。
１８が接続される出力軸２７を備え、パワーシリンダ２
２の作動軸２４と出力軸２７との間に歯車減速装置３０
を配設し、シリンダ２２のスラストにより出力軸２７を
上下に直線駆動するものとしている。
【００３０】歯車減速装置３０は、図１〜図４に示す如
く、パワーシリンダ２２の作動軸２４に取付けられる可
動ラック３１と、アクチュエータ１０のハウジング２１
に固定される固定ラック３２と、可動ラック３１と固定
ラック３２とに挟まれてそれらの可動ラック３１と固定
ラック３２とに噛合うギヤ３３、３４と、ギヤ３３、３
４の回転中心軸を枢支するとともに出力軸２７が連結さ
れる可動子３５とを有している。ここで、ギヤ３３とギ
ヤ３４は同軸一体であり、ギヤ３３は可動ラック３１と
噛合う第１段ギヤ、ギヤ３４は固定ラック３２と噛合う
第２段ギヤを構成する。
く、パワーシリンダ２２の作動軸２４に取付けられる可
動ラック３１と、アクチュエータ１０のハウジング２１
に固定される固定ラック３２と、可動ラック３１と固定
ラック３２とに挟まれてそれらの可動ラック３１と固定
ラック３２とに噛合うギヤ３３、３４と、ギヤ３３、３
４の回転中心軸を枢支するとともに出力軸２７が連結さ
れる可動子３５とを有している。ここで、ギヤ３３とギ
ヤ３４は同軸一体であり、ギヤ３３は可動ラック３１と
噛合う第１段ギヤ、ギヤ３４は固定ラック３２と噛合う
第２段ギヤを構成する。
【００３１】尚、本実施例の歯車減速装置３０では、可
動ラック３１が左右両面にラック歯を有し、可動ラック
３１回りで180 度間隔をなす２位置に固定ラック３２、
３２を設け、可動ラック３１と各固定ラック３２の間に
ギヤ３３、３４を設けた。即ち、この減速装置３０は、
可動ラック３１を太陽（中心ラック）、ギヤ３３、３４
を遊星ギヤとみれば、あたかも直線動遊星歯車減速装置
という如くのものである。
動ラック３１が左右両面にラック歯を有し、可動ラック
３１回りで180 度間隔をなす２位置に固定ラック３２、
３２を設け、可動ラック３１と各固定ラック３２の間に
ギヤ３３、３４を設けた。即ち、この減速装置３０は、
可動ラック３１を太陽（中心ラック）、ギヤ３３、３４
を遊星ギヤとみれば、あたかも直線動遊星歯車減速装置
という如くのものである。
【００３２】また、アクチュエータ１０は、可動ラック
３１と噛合うピニオン４１をハウジング２１に枢支し、
ハウジング２１外に突出するピニオン軸４１Ａに手動ハ
ンドル４２を固定している。パワーシリンダ２２の動力
源喪失時に、手動ハンドル４２に加える回転操作によ
り、可動ラック３１をパワーシリンダ軸方向に可動とし
てポジション制御可能とし、調節弁１１を復旧可能とす
るものである。この手動ハンドル４２の回転操作に先立
ち、パワーシリンダ２２の上室２５と下室２６とが均圧
弁４３により導通される。
３１と噛合うピニオン４１をハウジング２１に枢支し、
ハウジング２１外に突出するピニオン軸４１Ａに手動ハ
ンドル４２を固定している。パワーシリンダ２２の動力
源喪失時に、手動ハンドル４２に加える回転操作によ
り、可動ラック３１をパワーシリンダ軸方向に可動とし
てポジション制御可能とし、調節弁１１を復旧可能とす
るものである。この手動ハンドル４２の回転操作に先立
ち、パワーシリンダ２２の上室２５と下室２６とが均圧
弁４３により導通される。
【００３３】アクチュエータ１０のポジション制御（パ
ワーシリンダ２２のピストン２３の位置制御）は、図６
のポジショナ５０によって行なわれる。即ち、ポジショ
ナ５０は２つの相反する力がバランスする原理でできて
いる。アクチュエータ１０の位置は、これらの力の大き
さで決まり、その位置が維持される。ローディングベロ
ーズ５１による上方へ働く力のモーメントが、ポジショ
ニングスプリング５２によって下方に働く力のモーメン
トに等しくなったときにポジショナ５０はバランスす
る。ローディングベローズ５１の力は、システムから送
られてくる制御信号圧力Ｐによって決まる。ポジショニ
ングスプリング５２の力はピストン２３の位置（弁棒１
８、出力軸２７の位置と同じ）とポジショニングカム５
３の形で決まる。ポジショナドライブアーム５４はポジ
ショナドライブロッド５５に接続され、ピストン２３の
各位置に対応する位置をとる。ドライブアーム５４はポ
ジショニングカム５３と歯車５６で連結されている。カ
ム５３はスプリングビーム５７とカムフォロア５８のア
センンブリを動かし、ポジショニングスプリング５２に
強弱の張力を与える。従って、スプリング５２の張力は
ピストン２３の位置によって決まる。カム５３はピスト
ン位置とスプリング張力の関係を決め、制御信号圧力Ｐ
とピストン位置の関係が希望する特性にあるように選択
される。ローディングベローズ５１とポジショニングス
プリング５２の力とがバランスしているときは、バラン
スビーム５９はパイロットバルブステム６１をバランス
位置に保ち、それぞれのポートに負荷側と釣り合うに必
要な圧力差を発生させ、ピストン２３の位置を一定に保
つ。パイロットバルブステム６１が中立位置にあるとき
は、ステムの球部がパイロットポートの中央に位置して
いるから、それぞれのポートに等しい圧力を発生させ、
ピストン２３の両側に等しい圧力を与える。制御システ
ムが制御信号圧力Ｐを変化させ、アクチュエータ１０を
操作することを指示したときには、ローディングベロー
ズ５１によってバランスビーム５９に働く力が増減す
る。これによってバランスビーム５９とパイロットバル
ブステム６１が上下し、ピストン２３の一方の側の制御
圧力を増加させ、他の側の圧力を減少させる。ピストン
２３がこの圧力差で動くと、ポジショニングスプリング
５２の張力は、ベローズ５１によるモーメントに等しく
なり、パイロットバルブステム６１が再びバランス位置
に戻り、ピストン２３が指示された新しい位置に止まる
ことになる。
ワーシリンダ２２のピストン２３の位置制御）は、図６
のポジショナ５０によって行なわれる。即ち、ポジショ
ナ５０は２つの相反する力がバランスする原理でできて
いる。アクチュエータ１０の位置は、これらの力の大き
さで決まり、その位置が維持される。ローディングベロ
ーズ５１による上方へ働く力のモーメントが、ポジショ
ニングスプリング５２によって下方に働く力のモーメン
トに等しくなったときにポジショナ５０はバランスす
る。ローディングベローズ５１の力は、システムから送
られてくる制御信号圧力Ｐによって決まる。ポジショニ
ングスプリング５２の力はピストン２３の位置（弁棒１
８、出力軸２７の位置と同じ）とポジショニングカム５
３の形で決まる。ポジショナドライブアーム５４はポジ
ショナドライブロッド５５に接続され、ピストン２３の
各位置に対応する位置をとる。ドライブアーム５４はポ
ジショニングカム５３と歯車５６で連結されている。カ
ム５３はスプリングビーム５７とカムフォロア５８のア
センンブリを動かし、ポジショニングスプリング５２に
強弱の張力を与える。従って、スプリング５２の張力は
ピストン２３の位置によって決まる。カム５３はピスト
ン位置とスプリング張力の関係を決め、制御信号圧力Ｐ
とピストン位置の関係が希望する特性にあるように選択
される。ローディングベローズ５１とポジショニングス
プリング５２の力とがバランスしているときは、バラン
スビーム５９はパイロットバルブステム６１をバランス
位置に保ち、それぞれのポートに負荷側と釣り合うに必
要な圧力差を発生させ、ピストン２３の位置を一定に保
つ。パイロットバルブステム６１が中立位置にあるとき
は、ステムの球部がパイロットポートの中央に位置して
いるから、それぞれのポートに等しい圧力を発生させ、
ピストン２３の両側に等しい圧力を与える。制御システ
ムが制御信号圧力Ｐを変化させ、アクチュエータ１０を
操作することを指示したときには、ローディングベロー
ズ５１によってバランスビーム５９に働く力が増減す
る。これによってバランスビーム５９とパイロットバル
ブステム６１が上下し、ピストン２３の一方の側の制御
圧力を増加させ、他の側の圧力を減少させる。ピストン
２３がこの圧力差で動くと、ポジショニングスプリング
５２の張力は、ベローズ５１によるモーメントに等しく
なり、パイロットバルブステム６１が再びバランス位置
に戻り、ピストン２３が指示された新しい位置に止まる
ことになる。
【００３４】アクチュエータ１０は以下の如くに動作す
る。 ポジショナ５０は上位システムからの弁開度指令と、
アクチュエータ出力軸２７からの開度フィードバック信
号を受け、現状開度が指令開度となるように、シリンダ
２２の上下両室２５、２６の圧力を調整する。
る。 ポジショナ５０は上位システムからの弁開度指令と、
アクチュエータ出力軸２７からの開度フィードバック信
号を受け、現状開度が指令開度となるように、シリンダ
２２の上下両室２５、２６の圧力を調整する。
【００３５】図１は、ピストン２３の上限位置（弁開
度にて100 ％）を示すが、上位システムからの閉方向動
作指令（例えば開度指令50％等）に基づきピストン上部
の圧力を上昇するとともに下部の圧力を下降させ、結果
として作動軸２４に下方の推力が発生する。
度にて100 ％）を示すが、上位システムからの閉方向動
作指令（例えば開度指令50％等）に基づきピストン上部
の圧力を上昇するとともに下部の圧力を下降させ、結果
として作動軸２４に下方の推力が発生する。
【００３６】作動軸２４の下方へのスラストは、可動
ラック３１と固定ラック３２とが同軸一体のギヤ３３、
３４を介して連結されていることにより、その速度を1/
2 に減速されるとともに、ギヤ３３とギヤ３４の歯数比
（本実施例では1.6 とする）により更に1/1.6 に減速さ
れる。従って、ギヤ３３、３４のキャリアである可動子
３５に連結されている出力軸２７上では、合計1/3.2 の
減速比となり、アクチュエータ１０の出力スラストをＴ
ａ、パワーシリンダ２２のスラストをＴｓとすると、Ｔ
ａ＝Ｔｓ×3.2 ×η（伝達効率）が得られる。ここで、
伝達効率はηは単純なラック３１、３２とギヤ３３、３
４との組み合わせであるため、0.9 以上の高効率とな
る。
ラック３１と固定ラック３２とが同軸一体のギヤ３３、
３４を介して連結されていることにより、その速度を1/
2 に減速されるとともに、ギヤ３３とギヤ３４の歯数比
（本実施例では1.6 とする）により更に1/1.6 に減速さ
れる。従って、ギヤ３３、３４のキャリアである可動子
３５に連結されている出力軸２７上では、合計1/3.2 の
減速比となり、アクチュエータ１０の出力スラストをＴ
ａ、パワーシリンダ２２のスラストをＴｓとすると、Ｔ
ａ＝Ｔｓ×3.2 ×η（伝達効率）が得られる。ここで、
伝達効率はηは単純なラック３１、３２とギヤ３３、３
４との組み合わせであるため、0.9 以上の高効率とな
る。
【００３７】出力軸２７の開度フィードバックが開度
指令に一致するとアクチュエータ１０はバランス状態と
なり、負荷側のスラストと遊星減速装置３０を介した駆
動側のスラストが釣り合うようポジショナ５０によりシ
リンダ２２の上下両室２５、２６の圧力が調節される。
指令に一致するとアクチュエータ１０はバランス状態と
なり、負荷側のスラストと遊星減速装置３０を介した駆
動側のスラストが釣り合うようポジショナ５０によりシ
リンダ２２の上下両室２５、２６の圧力が調節される。
【００３８】上位システムからの開度指令が 0％とな
り、弁全閉指令となると、更に出力軸２７が降下し、弁
１１側のシート位置にて下降動作が拘束されると、ポジ
ショナ５０内の信号ヒステリシスによりシリンダ２２の
上室２５の圧力を供給圧力とほぼ同圧まで上昇させると
ともに、下室２６の圧力を大気解放とし、最大スラスト
が出力軸２７に発生することになる。この最大スラスト
により弁１１の締め切りが確保される。
り、弁全閉指令となると、更に出力軸２７が降下し、弁
１１側のシート位置にて下降動作が拘束されると、ポジ
ショナ５０内の信号ヒステリシスによりシリンダ２２の
上室２５の圧力を供給圧力とほぼ同圧まで上昇させると
ともに、下室２６の圧力を大気解放とし、最大スラスト
が出力軸２７に発生することになる。この最大スラスト
により弁１１の締め切りが確保される。
【００３９】パワーシリンダ２２の駆動源の供給圧力
が喪失した場合には、均圧弁４３を開き、シリンダ２２
の上室２５と下室２６をバイパスし、手動ハンドル４２
を操作することによって手動ハンドル軸（ピニオン軸４
１Ａ）に一体のピニオン４１を介し、シリンダ２２の可
動軸２４を駆動し出力軸２７を所要の位置まで移動する
ことが可能となる。
が喪失した場合には、均圧弁４３を開き、シリンダ２２
の上室２５と下室２６をバイパスし、手動ハンドル４２
を操作することによって手動ハンドル軸（ピニオン軸４
１Ａ）に一体のピニオン４１を介し、シリンダ２２の可
動軸２４を駆動し出力軸２７を所要の位置まで移動する
ことが可能となる。
【００４０】尚、本発明の実施においては、パワーシリ
ンダ２２の動力源喪失対策として、固定ラック３２を手
動ハンドル操作によりパワーシリンダ軸方向に可動とし
てポジション制御を可能としても良い。固定ラック３２
をアクチュエータハウジングに設けたスライド溝内に保
持するとともに、手動ハンドル軸に固定のピニオンを固
定ラック３２の背面に設けたラック歯に噛合わせて該固
定ラック３２を上記スライド溝内にて可動とする如くの
構造となる。
ンダ２２の動力源喪失対策として、固定ラック３２を手
動ハンドル操作によりパワーシリンダ軸方向に可動とし
てポジション制御を可能としても良い。固定ラック３２
をアクチュエータハウジングに設けたスライド溝内に保
持するとともに、手動ハンドル軸に固定のピニオンを固
定ラック３２の背面に設けたラック歯に噛合わせて該固
定ラック３２を上記スライド溝内にて可動とする如くの
構造となる。
【００４１】以下、本実施例の作用について説明する。 パワーシリンダ２２のストロークが減速装置３０によ
り減速されてアクチュエータ１０の出力ストロークとな
る。従って、アクチュエータ１０の出力スラストは負荷
側の圧力変動に対し十分に大となる。
り減速されてアクチュエータ１０の出力ストロークとな
る。従って、アクチュエータ１０の出力スラストは負荷
側の圧力変動に対し十分に大となる。
【００４２】減速装置３０の減速比は一定であり、ポ
ジションの変位に対するアクチュエータ１０の出力スラ
ストは一定であり、各ポジションでの出力速度は一定と
なる。
ジションの変位に対するアクチュエータ１０の出力スラ
ストは一定であり、各ポジションでの出力速度は一定と
なる。
【００４３】パワーシリンダ２２のストロークが減速
装置３０により減速されてアクチュエータ１０の出力ス
トロークとなる。従って、アクチュエータ出力軸２７の
単位ストロークに対し必要とされるパワーシリンダ２２
のストロークを比較的大きくとることができるものとな
る。
装置３０により減速されてアクチュエータ１０の出力ス
トロークとなる。従って、アクチュエータ出力軸２７の
単位ストロークに対し必要とされるパワーシリンダ２２
のストロークを比較的大きくとることができるものとな
る。
【００４４】上記〜により、ポジション制御の安定
性を確保できる。 減速装置３０の減速比は一定であり、弁開度指令の変
化に対するアクチュエータ出力軸２７の変化をリニアと
し、リニアリティ精度を確保できる。
性を確保できる。 減速装置３０の減速比は一定であり、弁開度指令の変
化に対するアクチュエータ出力軸２７の変化をリニアと
し、リニアリティ精度を確保できる。
【００４５】パワーシリンダ２２のスラストをＴｓと
し、アクチュエータ１０の出力スラストをＴａとすると
き、Ｔａ＝Ｔｓ×１／Ｒ×η（Ｒ：減速比、η：伝達効
率）であり、ηは単純なラック３１、３２とギヤ３３、
３４との組み合わせであるため、0.9 以上の高効率であ
り、エネルギー効率は良い。
し、アクチュエータ１０の出力スラストをＴａとすると
き、Ｔａ＝Ｔｓ×１／Ｒ×η（Ｒ：減速比、η：伝達効
率）であり、ηは単純なラック３１、３２とギヤ３３、
３４との組み合わせであるため、0.9 以上の高効率であ
り、エネルギー効率は良い。
【００４６】歯車減速装置３０の可動ラック３１と固
定ラック３２とがギヤ３３、３４を介して連結されてい
るために1/2 の基準減速比を確保できる。更に、可動ラ
ック３１と固定ラック３２との間に介装されるギヤ３
３、３４を２段として更に減速することにより、小スペ
ースで大きな減速比が得られる。
定ラック３２とがギヤ３３、３４を介して連結されてい
るために1/2 の基準減速比を確保できる。更に、可動ラ
ック３１と固定ラック３２との間に介装されるギヤ３
３、３４を２段として更に減速することにより、小スペ
ースで大きな減速比が得られる。
【００４７】また、本実施例においては、同軸一体のギ
ヤ３３、３４を中心ラック（可動ラック３１）回りで18
0 度間隔をなす２位置に２分して配置したから、各ギヤ
３３、３４を小型化できる。尚、可動ラック３１と固定
ラック３２との間のギヤは、中心ラック（可動ラック３
１）回りで90度間隔をなす４位置に４分して配置されて
も良く、60度間隔をなす６位置に６分して配置されても
良い。
ヤ３３、３４を中心ラック（可動ラック３１）回りで18
0 度間隔をなす２位置に２分して配置したから、各ギヤ
３３、３４を小型化できる。尚、可動ラック３１と固定
ラック３２との間のギヤは、中心ラック（可動ラック３
１）回りで90度間隔をなす４位置に４分して配置されて
も良く、60度間隔をなす６位置に６分して配置されても
良い。
【００４８】また、本実施例においては、可動ラック３
１を中心に位置し、可動ラック３１回りの両側２位置
（もしくは上述した４位置、６位置等）にギヤ３３、３
４、固定ラック３２を左右対称の如くに設けたから、ア
クチュエータ１０の中心軸回りに作用する力が静的にバ
ランスし、曲げ応力が働くことがない。
１を中心に位置し、可動ラック３１回りの両側２位置
（もしくは上述した４位置、６位置等）にギヤ３３、３
４、固定ラック３２を左右対称の如くに設けたから、ア
クチュエータ１０の中心軸回りに作用する力が静的にバ
ランスし、曲げ応力が働くことがない。
【００４９】可動ラック３１を手動ハンドル４２操作
により可動としたから、パワーシリンダ２２の動力源喪
失時に直ちに復旧できる。
により可動としたから、パワーシリンダ２２の動力源喪
失時に直ちに復旧できる。
【００５０】固定ラック３２を手動ハンドル操作によ
り可動としたから、パワーシリンダ２２の動力源喪失時
に直ちに復旧できる。このとき、パワーシリンダ２２側
はむしろロック状態のままとし、パワーシリンダ２２の
上下室２５、２６を導通する均圧弁４３を設けること、
及びその開操作が不要となる。
り可動としたから、パワーシリンダ２２の動力源喪失時
に直ちに復旧できる。このとき、パワーシリンダ２２側
はむしろロック状態のままとし、パワーシリンダ２２の
上下室２５、２６を導通する均圧弁４３を設けること、
及びその開操作が不要となる。
【００５１】以上、本発明の実施例を図面により詳述し
たが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があっても本発明に含まれる。例えば、可動ラック
とギヤと固定ラックは中心ラック（可動ラックを中心ラ
ックとするばかりでなく、固定ラックを中心ラックとし
ても良い）の両側に線対称をなす如くに配置されて直線
動遊星歯車減速装置の如くを構成することに限らず、中
心ラックの片側にのみ配置されるものであっても良い。
たが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があっても本発明に含まれる。例えば、可動ラック
とギヤと固定ラックは中心ラック（可動ラックを中心ラ
ックとするばかりでなく、固定ラックを中心ラックとし
ても良い）の両側に線対称をなす如くに配置されて直線
動遊星歯車減速装置の如くを構成することに限らず、中
心ラックの片側にのみ配置されるものであっても良い。
【００５２】また、可動ラックと固定ラックとの間に配
設されるギヤはただ１個であっても良い。
設されるギヤはただ１個であっても良い。
【００５３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、弁駆動用
アクチュエータにおいて、ポジション制御の安定性を確
保し、リニアリティ精度を確保し、エネルギー効率を向
上することができる。
アクチュエータにおいて、ポジション制御の安定性を確
保し、リニアリティ精度を確保し、エネルギー効率を向
上することができる。
【図１】図１は本発明に係る弁駆動用アクチュエータの
一実施例を示す縦断面図である。
一実施例を示す縦断面図である。
【図２】図２は図１のII-II 線に沿う断面図である。
【図３】図３は図１のIII-III 線に沿う断面図である。
【図４】図４は図１のIV-IV 線に沿う矢視図である。
【図５】図５は調節弁の一例を示す模式図である。
【図６】図６はポジショナを示す模式図である。
１０ アクチュエータ １１ 調節弁 ２２ パワーシリンダ ２４ 作動軸 ２７ 出力軸 ３０ 歯車減速装置 ３１ 可動ラック ３２ 固定ラック ３３、３４ ギヤ ３５ 可動子 ４２ 手動ハンドル
Claims (4)
- 【請求項１】 パワーシリンダのスラストにより出力軸
を直線駆動する弁駆動用アクチュエータにおいて、 パワーシリンダの作動軸と出力軸との間に歯車減速装置
を配設したものであり、 歯車減速装置が、パワーシリンダの作動軸に取付けられ
る可動ラックと、アクチュエータのハウジングに固定さ
れる固定ラックと、可動ラックと固定ラックとに挟まれ
てそれらの可動ラックと固定ラックとに噛合うギヤと、
ギヤの回転中心軸を枢支するとともに出力軸が連結され
る可動子とを有してなることを特徴とする弁駆動用アク
チュエータ。 - 【請求項２】 前記歯車減速装置を構成するギヤが、可
動ラックと噛合う第１段ギヤと、該第１段ギヤと同軸一
体で固定ラックと噛合う第２段ギヤとからなる請求項１
記載の弁駆動用アクチュエータ。 - 【請求項３】 前記可動ラックをパワーシリンダの動力
源喪失時に手動ハンドル操作によりパワーシリンダ軸方
向に可動とし、ポジション制御可能としてなる請求項１
又は２記載の弁駆動用アクチュエータ。 - 【請求項４】 前記固定ラックをパワーシリンダの動力
源喪失時に手動ハンドル操作によりパワーシリンダ軸方
向に可動とし、ポジション制御可能としてなる請求項１
又は２記載の弁駆動用アクチュエータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6120805A JP2715258B2 (ja) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | 弁駆動用アクチュエータ |
| CN95100670A CN1042763C (zh) | 1994-05-11 | 1995-03-11 | 阀驱动用促动器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6120805A JP2715258B2 (ja) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | 弁駆動用アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07305786A JPH07305786A (ja) | 1995-11-21 |
| JP2715258B2 true JP2715258B2 (ja) | 1998-02-18 |
Family
ID=14795422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6120805A Expired - Lifetime JP2715258B2 (ja) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | 弁駆動用アクチュエータ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2715258B2 (ja) |
| CN (1) | CN1042763C (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103791143A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-05-14 | 江苏远望仪器有限公司 | 设有故障反馈结构的阀门液压执行器 |
| CN104048093A (zh) * | 2013-03-15 | 2014-09-17 | 湖南鸿远高压阀门有限公司 | 一种复合阀驱动机构和硬密封复合阀 |
| CN104358915B (zh) * | 2014-10-14 | 2016-11-23 | 许环繁 | 一种双动气控开关 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100390449C (zh) * | 2002-05-10 | 2008-05-28 | 株式会社泰可诺高槻 | 多方向性切换阀 |
| US7100493B2 (en) * | 2002-06-14 | 2006-09-05 | Kitz Corporation | Pneumatic actuator |
| CN104180049B (zh) * | 2014-09-05 | 2016-06-08 | 上海诺特飞博燃烧设备有限公司 | 一种慢开快关安全阀的驱动装置及其驱动方法 |
| CN104564887B (zh) * | 2015-01-13 | 2016-08-17 | 沈传良 | 液压升降机用下行流量自控调节阀 |
| KR101658170B1 (ko) * | 2015-04-14 | 2016-09-22 | 주식회사 오토마인터내셔널 | 공기압을 이용한 적층 실린더형 구동장치 |
| CN107420619B (zh) * | 2017-09-14 | 2023-01-17 | 东莞力嘉塑料制品有限公司 | 一种无源机械循环式压力释放执行装置 |
| CN110410561B (zh) * | 2019-07-24 | 2020-12-29 | 武汉理工大学 | 一种变速开阀装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1813960C (ru) * | 1991-02-19 | 1993-05-07 | Центральное конструкторское бюро арматуростроения Ленинградского научно-производственного объединения арматуростроения "Знамя труда" им.И.И.Лепсе | Клапан |
| JP3143250B2 (ja) * | 1993-02-16 | 2001-03-07 | バット ホールディング アーゲー | アクチュエータ |
-
1994
- 1994-05-11 JP JP6120805A patent/JP2715258B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-03-11 CN CN95100670A patent/CN1042763C/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104048093A (zh) * | 2013-03-15 | 2014-09-17 | 湖南鸿远高压阀门有限公司 | 一种复合阀驱动机构和硬密封复合阀 |
| CN104048093B (zh) * | 2013-03-15 | 2016-03-23 | 湖南鸿远高压阀门有限公司 | 一种复合阀驱动机构和硬密封复合阀 |
| CN103791143A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-05-14 | 江苏远望仪器有限公司 | 设有故障反馈结构的阀门液压执行器 |
| CN103791143B (zh) * | 2013-11-25 | 2016-05-25 | 江苏远望仪器有限公司 | 设有故障反馈结构的阀门液压执行器 |
| CN104358915B (zh) * | 2014-10-14 | 2016-11-23 | 许环繁 | 一种双动气控开关 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07305786A (ja) | 1995-11-21 |
| CN1042763C (zh) | 1999-03-31 |
| CN1113302A (zh) | 1995-12-13 |
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