JP3605348B2 - 極低温流体用制御弁のアクチュエータ - Google Patents
極低温流体用制御弁のアクチュエータ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低温流体の流量を制御する極低温流体用制御弁の弁体を駆動するアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体水素、液体酸素、液体窒素等の極低温流体の流量を制御するために極低温流体用制御弁が用いられている。従来技術として、ロケットエンジンに供給される液体水素や液体酸素の流量を制御するために用いられる極低温流体用制御弁を図３に示す。
【０００３】
図３において、極低温流体用制御弁１００は、バルブケーシング１１０と、ベアリング１２２、１２４によりバルブケーシング１１０内に回転自在に支持された弁体１２０と、弁体１２０に同軸に連結された弁棒１３０とを具備している。極低温流体用制御弁１００の上方にはアクチュエータ２００が配設されており、該アクチュエータ２００はリンク機構２１０を介して弁棒１３０に連結されている。また、弁体１２０の開度を記録・モニターするために、弁棒１３０の上端にはポテンシオメータ１５０が配設されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、アクチュエータ２００は、ロケットエンジンに供給される液体水素や液体酸素の圧力により駆動されており、そのために、アクチュエータ２００は極低温となる。従って、従来技術では、ポテンシオメータ１５０を正常に動作させるために、ポテンシオメータ１５０の周囲に電気ヒータ２２０を取り付けてポテンシオメータ１５０を保温することが不可欠となる。然しながら、電気ヒータは、アクチュエータ２００への装着時またはロケットエンジンの作動時の過大な振動および衝撃加速度のために断線する虞がある。
【０００５】
本発明は、こうした従来技術の問題点を解決することを技術課題としており、電気ヒータを用いることなく保温可能な極低温流体用制御弁用の新規なアクチュエータを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、バルブケーシング内で開位置と閉位置との間で回転自在に支持された弁体と、前記弁体に同軸に連結された弁棒とを具備する極低温流体用制御弁の前記弁体を開位置と閉位置との間で回転動作させるための油圧アクチュエータにおいて、
マニホールド・ボディ内に穿設された保温油通路とを具備し、前記油圧アクチュエータ駆動用の作動油を前記保温油通路内に保温油として流通させることにより、前記マニホールド・ボディを保温するようにした極低温流体用制御弁のアクチュエータを要旨とする。
【０００７】
本発明によれば、従来技術のようにロケットエンジンに供給される液体水素や液体酸素の圧力により駆動されるアクチュエータではなく、油圧アクチュエータを用いているために、その作動油を低圧戻り回路とマニホールド・ボディ間を巡回させることにより、油圧アクチュエータ自体の保温、また電気部品であるポテンシオメータの保温が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１、２を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
先ず、図２を参照すると、極低温流体用制御弁１００が図示されている。極低温流体用制御弁１００は、図３を参照して説明した従来の極低温流体用制御弁１００と同様の構成を有しており、バルブケーシング１１０と、ベアリング１２２、１２４によりバルブケーシング１１０内に回転自在に支持された弁体１２０と、弁体１２０に同軸に連結された弁棒１３０とを具備している。弁棒１３０の上端近傍はリンク機構１４０を介して本実施形態によるアクチュエータ１０が連結されている。リンク機構１４０は、弁棒１３０の上端近傍に固定される連結部材１４２、ピン１４４を介して連結部材１４２に回動自在に連結されるリンク部材１４４を具備しており、リンク部材１４４は、ピン１４２を介して後述ピストン棒１４の先端に連結される。また弁棒１３０の上端には、弁棒１３０および弁体１２０の回転角度位置を検知するためのポテンシオメータ１５０が取り付けられている。
【０００９】
次に、アクチュエータ１０の詳細断面図である図１を参照して、本実施形態によるアクチュエータ１０を説明する。アクチュエータ１０は油圧シリンダを具備しており、該油圧シリンダはマニホールド・ボディとしてのシリンダ本体部材１２と、該シリンダ本体部材１２に穿設されたシリンダボア１２ａ内に摺動自在に配設されたピストン１６、ピストン１６に連結され該ピストン１６と共に移動するピストン・ロッド１４とを具備している。ピストン・ロッド１４の先端（図１において右端）には、ピン１４２を受承するピン孔１４ｂを有する一対のクレビス部１４ａが設けられている。
【００１０】
ピストン１６は、ピストン・ロッド１４の長手方向の中央部に一体的に連結されており、シール部材１６ａによりシリンダボア１２ａの内周面に液密に接触して、シリンダボア１２ａを第１と第２の圧力室１２ｃ、１２ｄに区画する。第１と第２の圧力室１２ｃ、１２ｄは、シリンダ本体部材１２に穿設された作動油通路１８ａ、１８ｂを介してサーボ弁１８に接続されている。サーボ弁１８は、第１の作動油通路１８ａを介して第１の圧力室１２ｃに接続されるＡポート、第２の作動油通路１８ｂを介して第２の圧力室１２ｄに接続されるＢポート、後述する作動油供給通路２０が接続されるＰポート、作動油排出通路２８が接続されるＲポートを有する４ポートの電気−機械式のサーボ弁とすることができる。
【００１１】
シリンダ本体部材１２内には、また、作動油供給通路２０、作動油戻り通路２２、保温油通路２６、作動油排出通路２８が穿設されている。作動油供給通路２０は一端においてサーボ弁１８のＰポートに接続され、他端において入口ポート２０ａ、作動油供給管路２４ａを介して作動油源２４、例えば作動油加圧ポンプの出口側に接続されている。作動油戻り通路２２は、一端において保温油通路２６に連通し、他端において出口ポート２２ａ、作動油戻り管路２４ｂを介して作動油源２４の入口側に接続されている。保温油通路２６は、一端において作動油供給通路２０に接続され、他端において作動油戻り通路２２に連通すると共に、保温油通路２６において作動油供給通路２０への接続部または該接続部のやや下流側には、保温油通路２６に供給された保温油の圧力エネルギを熱エネルギに変換するための絞り（リストリクタ）２６ｂが配設されている。絞り２６ｂは、保温に必要な熱エネルギの大小を選定し調整する上で好ましくは可変オリフィスとすることができる。保温油通路２６は、一端においてサーボ弁１８のＲポートに接続され、サーボ弁１８から排出される作動油が、他端において作動油戻り通路２２へ導かれる間、保温油の供給を「可変オリフィス＋サーボ弁Ｒポートからの排出」油として使用される。
【００１２】
以下、本実施形態の作用を説明する。
作動油源２４は、作動油を例えば２０ＭＰａに圧力調整して作動油供給管路２４ａを介してサーボ弁１８に供給する。サーボ弁１８が第１と第２の圧力室１２ｃ、１２ｄへ供給する作動油の圧力を調整することにより、ピストン１６およびピストン・ロッド１４が、所望の位置に保持され、従って、極低温流体用制御弁１００の開度が調節される。図１は、アクチュエータ１０のピストン・ロッド１４が伸長した状態を示しており、このとき、極低温流体用制御弁１００の弁体１２０は完全閉位置にある。
【００１３】
図１に示す状態から、サーボ弁１８により、第２の圧力室１２ｄへ供給される作動油の圧力を高くすると、ピストン１６およびピストン・ロッド１４は収縮側、図１では左方へ移動し、第１の圧力室１２ｃ内の作動油が、第１の作動油通路１８ａを介してサーボ弁１８へ排出され、更に、サーボ弁１８から排出通路２８、保温油通路２６、作動油戻り通路２２、出口ポート２２ａ、作動油戻り管路２４ｂを介して作動油源２４の入口側に戻される。ポテンシオメータ１５０により弁体１２０の回転角度位置を検知し、それに基づいてサーボ弁１８を適切に制御することにより、ピストン１６およびピストン・ロッド１４を所望位置に保持し、極低温流体用制御弁１００の開度を制御することができる。
【００１４】
作動油源２４から作動油供給通路２０へ供給された作動油の一部は絞り（リストリクタ）２６ｂを通って保温油として保温油通路２６内に流入し、サーボ弁１８から排出される作動油と共に加熱油通路２６内を流通する間にシリンダ本体部材１２を保温し、作動油戻り通路２２内から作動油源２４へ帰還する。このとき、絞り２６ｂにおいて急激な圧力低下を生じ、作動油源２４からシリンダ本体部材１２内に流入した当初に有していた作動油の圧力エネルギが熱エネルギに変換され、保温油の温度が上昇し効果的にシリンダ本体部材１２を保温可能となる。
【００１５】
また、本実施形態によれば、従来技術のようにロケットエンジンに供給される液体水素や液体酸素の圧力により駆動されるアクチュエータではなく、油圧作動式のアクチュエータを用いているために、ポテンシオメータ１５０を保温する必要はなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるアクチュエータの断面図である。
【図２】図１のアクチュエータを備えた極低温流体用制御弁の一例を示す断面図である。
【図３】従来技術のアクチュエータを備えた極低温流体用制御弁の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…アクチュエータ
１２…シリンダ本体部材
１４…ピストン・ロッド
１６…ピストン
１８…サーボ弁
２６…保温流体通路
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低温流体の流量を制御する極低温流体用制御弁の弁体を駆動するアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体水素、液体酸素、液体窒素等の極低温流体の流量を制御するために極低温流体用制御弁が用いられている。従来技術として、ロケットエンジンに供給される液体水素や液体酸素の流量を制御するために用いられる極低温流体用制御弁を図３に示す。
【０００３】
図３において、極低温流体用制御弁１００は、バルブケーシング１１０と、ベアリング１２２、１２４によりバルブケーシング１１０内に回転自在に支持された弁体１２０と、弁体１２０に同軸に連結された弁棒１３０とを具備している。極低温流体用制御弁１００の上方にはアクチュエータ２００が配設されており、該アクチュエータ２００はリンク機構２１０を介して弁棒１３０に連結されている。また、弁体１２０の開度を記録・モニターするために、弁棒１３０の上端にはポテンシオメータ１５０が配設されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、アクチュエータ２００は、ロケットエンジンに供給される液体水素や液体酸素の圧力により駆動されており、そのために、アクチュエータ２００は極低温となる。従って、従来技術では、ポテンシオメータ１５０を正常に動作させるために、ポテンシオメータ１５０の周囲に電気ヒータ２２０を取り付けてポテンシオメータ１５０を保温することが不可欠となる。然しながら、電気ヒータは、アクチュエータ２００への装着時またはロケットエンジンの作動時の過大な振動および衝撃加速度のために断線する虞がある。
【０００５】
本発明は、こうした従来技術の問題点を解決することを技術課題としており、電気ヒータを用いることなく保温可能な極低温流体用制御弁用の新規なアクチュエータを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、バルブケーシング内で開位置と閉位置との間で回転自在に支持された弁体と、前記弁体に同軸に連結された弁棒とを具備する極低温流体用制御弁の前記弁体を開位置と閉位置との間で回転動作させるための油圧アクチュエータにおいて、
マニホールド・ボディ内に穿設された保温油通路とを具備し、前記油圧アクチュエータ駆動用の作動油を前記保温油通路内に保温油として流通させることにより、前記マニホールド・ボディを保温するようにした極低温流体用制御弁のアクチュエータを要旨とする。
【０００７】
本発明によれば、従来技術のようにロケットエンジンに供給される液体水素や液体酸素の圧力により駆動されるアクチュエータではなく、油圧アクチュエータを用いているために、その作動油を低圧戻り回路とマニホールド・ボディ間を巡回させることにより、油圧アクチュエータ自体の保温、また電気部品であるポテンシオメータの保温が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１、２を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
先ず、図２を参照すると、極低温流体用制御弁１００が図示されている。極低温流体用制御弁１００は、図３を参照して説明した従来の極低温流体用制御弁１００と同様の構成を有しており、バルブケーシング１１０と、ベアリング１２２、１２４によりバルブケーシング１１０内に回転自在に支持された弁体１２０と、弁体１２０に同軸に連結された弁棒１３０とを具備している。弁棒１３０の上端近傍はリンク機構１４０を介して本実施形態によるアクチュエータ１０が連結されている。リンク機構１４０は、弁棒１３０の上端近傍に固定される連結部材１４２、ピン１４４を介して連結部材１４２に回動自在に連結されるリンク部材１４４を具備しており、リンク部材１４４は、ピン１４２を介して後述ピストン棒１４の先端に連結される。また弁棒１３０の上端には、弁棒１３０および弁体１２０の回転角度位置を検知するためのポテンシオメータ１５０が取り付けられている。
【０００９】
次に、アクチュエータ１０の詳細断面図である図１を参照して、本実施形態によるアクチュエータ１０を説明する。アクチュエータ１０は油圧シリンダを具備しており、該油圧シリンダはマニホールド・ボディとしてのシリンダ本体部材１２と、該シリンダ本体部材１２に穿設されたシリンダボア１２ａ内に摺動自在に配設されたピストン１６、ピストン１６に連結され該ピストン１６と共に移動するピストン・ロッド１４とを具備している。ピストン・ロッド１４の先端（図１において右端）には、ピン１４２を受承するピン孔１４ｂを有する一対のクレビス部１４ａが設けられている。
【００１０】
ピストン１６は、ピストン・ロッド１４の長手方向の中央部に一体的に連結されており、シール部材１６ａによりシリンダボア１２ａの内周面に液密に接触して、シリンダボア１２ａを第１と第２の圧力室１２ｃ、１２ｄに区画する。第１と第２の圧力室１２ｃ、１２ｄは、シリンダ本体部材１２に穿設された作動油通路１８ａ、１８ｂを介してサーボ弁１８に接続されている。サーボ弁１８は、第１の作動油通路１８ａを介して第１の圧力室１２ｃに接続されるＡポート、第２の作動油通路１８ｂを介して第２の圧力室１２ｄに接続されるＢポート、後述する作動油供給通路２０が接続されるＰポート、作動油排出通路２８が接続されるＲポートを有する４ポートの電気−機械式のサーボ弁とすることができる。
【００１１】
シリンダ本体部材１２内には、また、作動油供給通路２０、作動油戻り通路２２、保温油通路２６、作動油排出通路２８が穿設されている。作動油供給通路２０は一端においてサーボ弁１８のＰポートに接続され、他端において入口ポート２０ａ、作動油供給管路２４ａを介して作動油源２４、例えば作動油加圧ポンプの出口側に接続されている。作動油戻り通路２２は、一端において保温油通路２６に連通し、他端において出口ポート２２ａ、作動油戻り管路２４ｂを介して作動油源２４の入口側に接続されている。保温油通路２６は、一端において作動油供給通路２０に接続され、他端において作動油戻り通路２２に連通すると共に、保温油通路２６において作動油供給通路２０への接続部または該接続部のやや下流側には、保温油通路２６に供給された保温油の圧力エネルギを熱エネルギに変換するための絞り（リストリクタ）２６ｂが配設されている。絞り２６ｂは、保温に必要な熱エネルギの大小を選定し調整する上で好ましくは可変オリフィスとすることができる。保温油通路２６は、一端においてサーボ弁１８のＲポートに接続され、サーボ弁１８から排出される作動油が、他端において作動油戻り通路２２へ導かれる間、保温油の供給を「可変オリフィス＋サーボ弁Ｒポートからの排出」油として使用される。
【００１２】
以下、本実施形態の作用を説明する。
作動油源２４は、作動油を例えば２０ＭＰａに圧力調整して作動油供給管路２４ａを介してサーボ弁１８に供給する。サーボ弁１８が第１と第２の圧力室１２ｃ、１２ｄへ供給する作動油の圧力を調整することにより、ピストン１６およびピストン・ロッド１４が、所望の位置に保持され、従って、極低温流体用制御弁１００の開度が調節される。図１は、アクチュエータ１０のピストン・ロッド１４が伸長した状態を示しており、このとき、極低温流体用制御弁１００の弁体１２０は完全閉位置にある。
【００１３】
図１に示す状態から、サーボ弁１８により、第２の圧力室１２ｄへ供給される作動油の圧力を高くすると、ピストン１６およびピストン・ロッド１４は収縮側、図１では左方へ移動し、第１の圧力室１２ｃ内の作動油が、第１の作動油通路１８ａを介してサーボ弁１８へ排出され、更に、サーボ弁１８から排出通路２８、保温油通路２６、作動油戻り通路２２、出口ポート２２ａ、作動油戻り管路２４ｂを介して作動油源２４の入口側に戻される。ポテンシオメータ１５０により弁体１２０の回転角度位置を検知し、それに基づいてサーボ弁１８を適切に制御することにより、ピストン１６およびピストン・ロッド１４を所望位置に保持し、極低温流体用制御弁１００の開度を制御することができる。
【００１４】
作動油源２４から作動油供給通路２０へ供給された作動油の一部は絞り（リストリクタ）２６ｂを通って保温油として保温油通路２６内に流入し、サーボ弁１８から排出される作動油と共に加熱油通路２６内を流通する間にシリンダ本体部材１２を保温し、作動油戻り通路２２内から作動油源２４へ帰還する。このとき、絞り２６ｂにおいて急激な圧力低下を生じ、作動油源２４からシリンダ本体部材１２内に流入した当初に有していた作動油の圧力エネルギが熱エネルギに変換され、保温油の温度が上昇し効果的にシリンダ本体部材１２を保温可能となる。
【００１５】
また、本実施形態によれば、従来技術のようにロケットエンジンに供給される液体水素や液体酸素の圧力により駆動されるアクチュエータではなく、油圧作動式のアクチュエータを用いているために、ポテンシオメータ１５０を保温する必要はなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるアクチュエータの断面図である。
【図２】図１のアクチュエータを備えた極低温流体用制御弁の一例を示す断面図である。
【図３】従来技術のアクチュエータを備えた極低温流体用制御弁の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…アクチュエータ
１２…シリンダ本体部材
１４…ピストン・ロッド
１６…ピストン
１８…サーボ弁
２６…保温流体通路
Claims (5)
- バルブケーシング内で開位置と閉位置との間で回転自在に支持された弁体と、前記弁体に同軸に連結された弁棒とを具備する極低温流体用制御弁の前記弁体を開位置と閉位置との間で回転動作させるための油圧アクチュエータにおいて、
前記弁棒に連結されたアクチュエータ・ピストンと、前記油圧アクチュエータのマニホールド・ボディ内に穿設された保温油通路とを具備し、前記油圧アクチュエータ駆動用の作動油を前記保温油通路内に保温油として流通させることにより、前記マニホールド・ボディを保温するようにした極低温流体用制御弁のアクチュエータ。 - 前記油圧アクチュエータは、シリンダボア内に摺動自在に配設され前記シリンダボアを第１と第２の圧力室に区画するピストンと、前記ピストンに連結され該ピストンと共に移動するピストン・ロッドとを有する油圧シリンダを具備しており、前記ピストン・ロッドが前記弁棒に連結されている請求項１に記載の極低温流体用制御弁のアクチュエータ。
- 更に、作動油源から前記油圧シリンダの第１と第２の圧力室に所望圧力の作動油を供給するサーボ弁を具備し、
前記マニホールド・ボディには、前記サーボ弁と前記第１と第２の圧力室との間に作動油の供給、排出のための第１と第２の作動油通路が穿設されている請求項２に記載の極低温流体用制御弁のアクチュエータ。 - 前記マニホールド・ボディには、前記第１と第２の圧力室から排出された作動油を前記サーボ弁から前記マニホールド・ボディの外部へ導出するための作動油戻り通路が更に穿設されており、前記保温油は、前記保温通路から前記作動油戻り通路を介してマニホールド・ボディの外部へ排出される請求項３に記載の極低温流体用制御弁のアクチュエータ。
- 前記保温油通路内に高圧供給油通路から低圧戻り通路へ接続する可変オリフィスが配設されている請求項１から４の何れか１項に記載の極低温流体用制御弁のアクチュエータ。
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|---|---|---|---|
| JP2000247696A JP3605348B2 (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 極低温流体用制御弁のアクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000247696A JP3605348B2 (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 極低温流体用制御弁のアクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002061769A JP2002061769A (ja) | 2002-02-28 |
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Family
ID=18737734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000247696A Expired - Lifetime JP3605348B2 (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 極低温流体用制御弁のアクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3605348B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190056875A (ko) * | 2017-11-17 | 2019-05-27 | 주식회사 노아 엑츄에이션 | 공압식 액추에이터, 이를 이용한 공압식 밸브 및 공압식 밸브 시스템 |
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|---|---|---|---|---|
| DE102013221082A1 (de) * | 2013-10-17 | 2015-04-23 | Robert Bosch Gmbh | Hydrozylinder |
| CN111550462B (zh) * | 2020-05-06 | 2022-06-10 | 大大科技(宁国)有限公司 | 一种用于液压缸的负载敏感制动阀结构 |
-
2000
- 2000-08-17 JP JP2000247696A patent/JP3605348B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190056875A (ko) * | 2017-11-17 | 2019-05-27 | 주식회사 노아 엑츄에이션 | 공압식 액추에이터, 이를 이용한 공압식 밸브 및 공압식 밸브 시스템 |
| KR101991500B1 (ko) * | 2017-11-17 | 2019-06-19 | 주식회사 노아 엑츄에이션 | 공압식 액추에이터, 이를 이용한 공압식 밸브 및 공압식 밸브 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002061769A (ja) | 2002-02-28 |
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