JP4195376B2 - ブースターアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、低エネルギ入力によって作動されるようになっており、作動されるべき装置に高いエネルギを出力する装置に関する。更に詳細には、本発明は、機械的に蓄えられたエネルギを使用し、様々な種類の装置を作動するのに十分な力及びストロークでアクチュエータシャフトを移動するブースターアクチュエータに関する。

装置を作動するためにブーストを提供し、即ちエネルギレベルを増大する装置をシステムに設けることが長いこと必要とされてきた。ソレノイドへの電気エネルギの入力は、出力される力と正比例する。これにより、実際には、従来の低電力電気システムでソレノイドを使用することが制限される。比較的小型で安価な電気ソレノイドは、ソレノイドのプランジャーを往復動する信号を送出するが、プランジャーの力及び／又は往復動は、多くの場合、装置を所期の通りに作動するには不十分である。従って、ソレノイド等の低エネルギ製品と、所期の装置を作動するための所望のエネルギレベルを提供するために作動されるべき装置との間でブースターが使用されてきた。

火災防止産業では、装置が手動で又は自動で作動されたときに加圧ガスを放出できる様々な装置が考案されてきた。幾つかの用途では、ブースター又はブースターアクチュエータをソレノイドとバルブとの間に位置決めし、前記バルブを作動し、ＣＯ _２ 、又は窒素、アルゴン、及び二酸化炭素の混合物といった薬剤を危険な領域内に放出する。

従来技術のブースターアクチュエータは、アクチュエータを設定位置即ち作動準備位置に保持するために磁気構成要素を使用してきた。これらのアクチュエータの多くは、所望の出力と比例した入力を必要とするか或いはアクチュエータを設定位置に戻すための追加の電気回路を必要とする。

従来技術のアクチュエータは、更に、加圧ガスカートリッジを含む。これらのカートリッジに穴を開けることによる加圧ガスの放出を使用して空気圧装置を作動し、薬剤ガスを危険な領域に放出できる。他の種類のアクチュエータは、バルブを作動させること等により薬剤ガスを危険な領域に放出するために大きなエネルギを発生するため、爆薬構成要素を使用する。

多くの従来技術のブースト装置には、その使用を制限する大きな欠点がある。従来技術のブースト装置は比較的複雑であり及び／又は信頼性が高くなく、他の装置のリセットを容易に行うことができない。更に別のブースター装置では、ブースト装置を作動する力を変化させ及び／又はブースト装置からの出力を変化させるのが困難である。従来技術の欠点は本発明によって解決され、改良ブースターアクチュエータを以下に開示する。

代表的な用途では、本発明のブースターアクチュエータは、ソレノイドとバルブとの間に配置される。アクチュエータ本体は、コイルばねで初期入力位置に押圧されたカムシャフト即ち力入力部材を収容する。本体は、更に、複数のディスクばねによって作動出力位置に押圧されたアクチュエータシャフト即ち力出力部材を収容する。周方向に間隔が隔てられた複数のリンクが、力入力部材と一端で係合し、力出力部材と他端で係合し、カムシャフトの移動に応じてディスクばねから出力部材に解放された力を制御する。別の実施例では、電気コイルがカムシャフトの周囲に設けられており、そのためソレノイド及びブースターの組み合わせが提供される。

本発明の一つの目的は、アクチュエータ本体に対して各々が移動自在の力入力部材及び力出力部材、この力出力部材を作動出力位置に押圧するための押圧部材、及び力入力部材と力出力部材との間に設けられた少なくとも一つのリンク部材を含むブースター装置を提供することである。リンク部材は、本体に関し、係合位置から、押圧部材に応答して力出力部材を作動出力位置に解放する係合解除位置まで枢動自在である。リンク部材は、所望の機能を果たすため、力入力部材及び力出力部材の両方と係合し、入力部材及び出力部材の凹所と協働する。

本発明の別の特徴は、力入力部材、この入力部材に押圧力を及ぼすための低力押圧部材、力出力部材、高い押圧力を力出力部材に及ぼすための別の押圧部材、及び力入力部材と力出力部材との間のリンク部材を含むブースターアクチュエータを提供することである。アクチュエータの制御は、各々が他方の押圧部材とは別個に入力部材又は出力部材に力を及ぼす二つの押圧部材を提供することによって確実に行うことができる。

本発明の特徴は、アクチュエータの残りを再設計することなく、アクチュエータからの出力を容易に変化できる、ブースターアクチュエータを提供することである。更に、出力の変化は、ブースターの作動をトリガーするのに必要なエネルギとは別個であり、アクチュエータのトリガーに必要な入力エネルギは、アクチュエータからの出力の必要に関して別個に選択してもよい。

本発明の別の特徴は、ブースターアクチュエータの信頼性が高く、電気装置を使用しないで機械的にリセットできるということである。リセットは、迅速に且つ容易に行うことができ、交換部品を必要としない。

本発明の別の特徴は、アクチュエータ本体に対する力入力部材の移動を制御するため、ソレノイドコイルが設けられたブースターアクチュエータを提供することである
本発明の利点は、ブースター装置が非常に信頼性が高く、経済的に製造できるということである。ブースター本体は、好ましくは、内部構成要素を環境から保護する。

本発明のこれらの及び他の目的、特徴、及び利点は、添付図面を参照してなされた以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

図１を参照すると、ブースターアクチュエータ１０は、ソレノイド１２又は他の電気的に作動する装置の本体に一端が螺着されており、同様に、危険状態の検出に応じてガスを所定領域に放出するようになったバルブ１４に他端が連結されている。かくして、ブースター装置は、周囲環境を監視し、検出された状態に応じて電気信号を出力し、ソレノイド１２を作動し、選択されたガス、例えば火災消火用のガスを放出する、比較的低エネルギの電気システムと関連して使用できる。図１に示すように、ソレノイド１２は、ブースターアクチュエータ１０の本体２０に対して移動自在のプランジャー１３を含む。アクチュエータ１０は、この低エネルギ入力を受け取ってバルブ１４の制御プランジャー１５に高いエネルギを出力し、これによってバルブ１４を作動し、圧縮ガスを環境に放出する。

アクチュエータ１０は、図２に示すように、力受け取り入力端２２及び力送出出力端２４を持つ本体２０を含む。外スリーブ２５は、従来のシール２６と係合して本体の内部を密封するために設けられている。カムシャフト即ち力入力部材２８は、ソレノイドのプランジャーの移動に応じ、本体に対し、図２に示す初期入力位置から作動出力位置まで移動できる。力出力部材３０は、同様に、本体に対し、図２に示す初期出力位置から作動出力位置まで移動できる。４つのリンク３２が力入力部材及び力出力部材の両方を中心として９０°間隔で等間隔に間隔が隔てられている。これらのリンクの各々は、本体２０に支持されたピン３４を中心として枢動自在である。コイルばね４６が力入力部材を初期入力位置に押圧し、ディスクばね４８等の複数のディスクばねが出力部材３０を作動出力位置に押圧する。

力入力部材２８は、従来のＯ−リング５０によって本体に関して密封されており、初期入力位置では、コイルばね４６によって押圧され、本体の肩部５２と係合する。入力部材２８は、係合解除位置にあるときにリンク部材３２の各々の上端を受け入れるための環状凹所５４を含み、これによって、通常は各リンク部材の下端によって初期位置に保持された力出力部材３０を解放できる。図２に示すように、各リンク３２の上端に上ローラー５６が設けられ、各リンクの下端に同様のローラー５８が設けられている。アクチュエータが初期位置にあるとき、上ローラーの各々は、かくして、入力部材２８の円筒形の外面６４と係合しているのに対し、各下ローラー５８は力出力部材３０の環状凹所６６内に少なくとも部分的に嵌まる。各ローラーは、リンクに固定された夫々のピン６０でリンクに回転自在に取り付けられており、各リンク自体は、アクチュエータ本体２０に支持されたピン３４を中心として枢動自在である。かくして、入力部材２８の位置により、四つのリンクの各々が図２に示す位置に保持される。これにより、力出力部材３０がディスクばね４８の作用で下方に移動しないようにする。

ストッププレート６２には、力出力装置３０のプランジャー６８を受け入れる大きさの中央穴が設けられており、このストッププレートは本体にねじ７０で相互連結されている。ストッププレートには、このストッププレートを所定位置にねじ込むのに適した工具を受け入れるため、従来のポート７２が設けられており、ストッププレートは、その最終位置では、スナップリング７４に載止する。Ｏ−リング７６がストッププレート内の所定位置にバックアップリング及び保持リング７８の組み合わせによって保持され、プランジャー６８とストッププレート６２との間を密封係合させる。

本発明の特定的特徴は、コイルばね４６の選択を変えることによって、入力部材２８の移動に必要な力を容易に調節できるということである。コイルばねの大きさは、ブースターシステムに一般的に伝達される振動、揺さぶり、及び他の力に応じてアクチュエータが誤って作動されることがないように定められている。しかしながら、ばね４６についてのコイルの数の選択及びコイルの材料の選択は、好ましくは複数のディスクばねである押圧部材４８の選択とは別個に行われる。ディスクばねの数及びこれらのばねの互いに関する配向が、力出力部材を作動位置に移動する力及びストロークに影響する。これによって、プランジャーをストッププレートから延長し、例示の用途では、図１に示すバルブを作動する。この例示の実施例では、力出力部材が図２に示す初期位置から表面８１がスナップリング７４と係合する位置まで移動できるということは理解されるべきである。かくして、ローラー５８の各々が移動して凹所６６と係合した状態から外れたとき、力出力部材３０を作動出力位置へ移動する。その結果、凹所から転がって出たローラー５８の各々が力出力部材３０の円筒形表面６７と係合する。これと同時に、上ローラー５６が力入力部材の円筒形表面６４と係合した状態から転がって出て、これらのローラーを受け入れる大きさの環状凹所５４内に少なくとも部分的に転がって入る。かくして、この作用によりリンク３２を枢動させ、力出力部材を作動位置に解放する。

図３は、適当なアクチュエータ本体２０の構造、特にディスクばね４８を受け入れるためのキャビティ８０を詳細に示す。かくして、図２に示す最も上のディスクばねは、図３に示す表面８２に当たる。図３及び図４もまた、周方向に間隔が隔てられた４対の案内プレート８６及び８８を示す。これによって、適当なリンク３２を受け入れるためのスロット９０をその間に形成する。図４は、更に、適当なリンクピン３４を受け入れるための各案内プレート対の整合した通孔９２を示す。本体２０の下フランジ９４は、本体２０をソレノイドに容易に螺着するために従来の工具と係合する、六角形形体等の適当な外部形体を備えていてもよい。

本発明の一つの特徴は、本体２０の内部及びかくして本体内の可動構成要素の各々が周囲環境からシールされているということである。この目的は、スリーブ２５と本体との間を密封する従来のシール２６によって、及び力入力部材及び力出力部材の夫々を密封するシール５０及び７６によって達成される。ねじの作用により、本体２０とストッププレート６２との間に十分な密封が形成されるが、所望であれば、ストッププレートと本体との間を密封するため、別のＯ−リングシールを設けてもよい。

好ましい実施例では、少なくとも三リンク部材が、力入力部材及び力出力部材を中心として周方向に配置されている。加わった力を入力部材及び出力部材を中心として等しく分配することによって１２０°間隔の三つのリンク部材が高い信頼性をもたらす。添付図面に示す好ましい実施例は９０°間隔の四つのリンク部材を使用する。リンク部材の端部に設けられたローラー５６及び５８は、力出力部材３０を初期出力位置に保持する図２に示す係合位置から、力出力部材を作動出力位置に解放する係合解除位置までリンク部材を移動するときの摩擦力を減少する。変形例では、ローラーをなくしてもよく、又は力入力部材及び力出力部材との摩擦を減少するための他の従来の部材と交換してもよい。

コイルばね４６は、力出力部材３０と力入力部材２８との間で作用する。このばねの力は、ブースター１０の作動に必要な力を変化させるためにブースターアクチュエータの他の構成要素を変更することなく、容易に変化させることができる。同様に、ディスクばね４８の大きさ、配向、及び数を変化させ、ストローク長及び／又は作動出力位置に移動したときにプランジャー６８が出力する力に影響を及ぼすことができる。別の種類のばね又は他の押圧部材を使用してもよい。

本発明のブースターアクチュエータは、入力部材と出力部材とを機械的に離間する。コイルばね４６は入力部材を初期位置に押圧するが、これにより、出力部材に加わる力はばね４８の押圧力と比べて小さい。入力部材と出力部材との間を機械的に直接連結しないことにより、バルブに作用し、ブースターの作動中に力出力部材に戻される反作用力が力入力部材に、及び次いでソレノイドに伝達しないようにする。かくして、コイルばねは、出力部材に作用する反作用力を入力部材に加えられる力から分離し、ラッチソレノイド機構を使用してブースターをこれらの反作用力による損傷の恐れなしに作動できる。

ブースターを作動した後、ブースターは、電子的装置を使用せずに、及び部品交換なしに容易にリセットできる。バルブ１４をブースター本体から取り外し、図５に示すリセット装置９４を本体に設けられたねじ７０に連結できる。リセット外本体９６をストッププレート６２に当たるまでねじ込んだ後、ボルト９８を外本体９６に対して回転し、ピン９７をストッププレート６２に向かって突出させることができる。チップ９７は、これによってプランジャー６８の端部と強制的に係合され、これによって力出力部材３０を図２に示す初期位置に押し戻す。力出力部材を初期位置に戻すことによって、コイルばねに作用する力を増大し、力入力部材を初期位置に戻す。

図６は、ソレノイド及びブースターアクチュエータの組み合わせを提供する本発明の別の実施例を示す。力入力部材１２８の右側までのブースター１０の部分は上文中に説明した通りである。しかしながら、この実施例では、長さを延長した力入力部材１２８がソレノイドコイル１１４内に位置決めされるように、力入力部材を延長する。ソレノイドコイルは、磁気ラッチサブアッセンブリとも呼ばれ、電力を受け取って入力部材１２８を選択的に移動する。図示の長さを延長した力入力部材を使用でき、又はソレノイドプランジャーと力入力部材との間に二部品又は多部品の機械的相互連結部を形成できるということは当業者には理解されよう。かくして、コイル１１４を賦勢することにより、この場合に力入力部材１２８であるソレノイドプランジャーの移動を開始する。力入力部材１２８は、力入力部材の移動を制限するために表面１３２と係合するためのストップ１３０を含む。図６は、ソレノイド１１４を包囲するスリーブ１３４、スリーブ１３４をスリーブ２５に連結する本体１３６を示す。

本発明の好ましい実施例を詳細に示したが、当業者は、ここに提案した実施例の変形及び変更を思いつくであろうということは明らかである。しかしながら、このような変形及び変更は、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲内にあるということは理解されよう。

電気作動式ソレノイドと加圧ガスシステムに連結されたバルブとの間に位置決めされた本発明によるブースターアクチュエータの概略断面図である。 構成要素を明瞭に示すために本体の内部部分がなくしてある、図１に示すブースターアクチュエータの断面図である。 図２に示す本体の断面図である。 四つのリンク部材の各々を受け入れるための間隔が隔てられたガイドを示す、本体の断面図である。 適当なブースターリセット装置の側面図である。 電気コイルがカムシャフトを取り囲む、変形例の一部の側面図である。

符号の説明

１０ ブースターアクチュエータ
１２ ソレノイド
１３ プランジャー
１４ バルブ
１５ 制御プランジャー
２０ 本体
２２ 力受け取り入力端
２４ 力送出出力端
２５ 外スリーブ
２６ シール
２８ 力入力部材
３０ 力出力部材
３２ リンク
３４ ピン
４６ コイルばね
４８ ディスクばね
５０ Ｏ−リング
５２ 肩部
５４ 環状凹所
５６ 上ローラー
５８ 下ローラー
６０ ピン
６２ ストッププレート
６４ 外面
６６ 環状凹所
６８ プランジャー
７０ ねじ
７２ ポート
７４ スナップリング
７６ Ｏ−リング
７８ 保持リング

Claims (15)

1. 低エネルギ入力を受け取って高エネルギ出力を出力するブースターアクチュエータにおいて、
   力受け取り入力端及び力送出出力端を持つ本体と、
   低エネルギ入力に応じて、初期入力位置から作動入力位置まで、前記本体の中で直線的に移動可能の力入力部材と、
   前記力入力部材の移動に応じて初期出力位置から作動出力位置まで、前記本体の中で移動可能の力出力部材であって、前記高エネルギ出力は、前記低エネルギ入力に対して別個である、力出力部材と、
   前記力入力部材を前記初期入力位置に押圧するための、前記本体の中にある入力押圧部材と、
   前記力出力部材を押圧するための出力押圧部材と、
   前記力入力部材と前記力出力部材との間に延びるリンク部材であって、当該リンク部材は、前記本体に対し、前記力出力部材を前記初期出力位置に保持するための係合位置から、前記力出力部材を前記作動出力位置に解放するための係合解除位置まで、移動可能であり、前記リンク部材は、前記力入力部材と係合する入力端及び前記力出力部材と係合する出力端を含み、前記リンク部材は、前記入力端と前記出力端との間の前記リンク部材の枢動位置で、前記本体に回転可能に連結される、リンク部材とを有する、ブースターアクチュエータ。
2. 請求項１に記載のブースターアクチュエータにおいて、
   前記力出力部材は、前記係合位置にある場合に、前記リンク部材の出力端を受け入れるための出力部材凹所を含む、ブースターアクチュエータ。
3. 請求項２に記載のブースターアクチュエータにおいて、
   前記力入力部材は、前記係合解除位置にあるときに、前記リンク部材の入力端を受け入れるための入力部材凹所を含み、これによって前記リンク部材の前記出力端を前記出力部材凹所と係合した状態から外すことができる、ブースターアクチュエータ。
4. 請求項１に記載のブースターアクチュエータにおいて、
   前記本体に対して各々が枢動可能の少なくとも三つのリンク部材が、前記力入力部材及び力出力部材を中心として周方向に配置されている、ブースターアクチュエータ。
5. 請求項４に記載のブースターアクチュエータにおいて、
   四つのリンク部材が、前記力入力部材及び力出力部材を中心として周方向に約９０°間隔で間隔が隔てられている、ブースターアクチュエータ。
6. 請求項１に記載のブースターアクチュエータにおいて、
   複数のディスクばねを含む前記出力押圧部材を更に含む、ブースターアクチュエータ。
7. 請求項１に記載のブースターアクチュエータにおいて、
   加えられた電気エネルギの変化により前記力入力部材を前記作動入力位置に移動するように、前記力入力部材を取り囲む電気コイルを更に含む、ブースターアクチュエータ。
8. 請求項１に記載のブースターアクチュエータにおいて、
   前記力入力部材及び前記力出力部材の夫々と係合するためのローラーが、前記リンク部材の前記入力端及び前記出力端の各々に設けられている、ブースターアクチュエータ。
9. 請求項１に記載のブースターアクチュエータにおいて、
   前記本体の前記力送出出力端にはねじ山が設けられており、前記送出出力端にねじ込んだリセット部材を、前記本体に対して回転させて前記力出力部材と強制的に係合させて、前記力出力部材を前記作動位置から前記初期位置まで移動する、ブースターアクチュエータ。
10. 請求項２に記載のブースターアクチュエータにおいて、
    前記リンク部材は、前記力出力部材を前記初期出力位置に保持するための係合位置から、前記力出力部材を前記作動出力位置に解放するための係合解除位置まで移動可能である、ブースターアクチュエータ。
11. 請求項１に記載のブースターアクチュエータにおいて、
    前記本体と前記力入力部材との間のシールを更に含む、ブースターアクチュエータ。
12. 請求項１に記載のブースターアクチュエータにおいて、
    前記入力押圧部材はコイルばねであり、前記出力押圧部材は複数のディスクばねを含む、ブースターアクチュエータ。
13. 請求項１に記載のブースターアクチュエータにおいて、
    前記低エネルギ入力を電気作動装置から受け取り、前記高エネルギ出力は、危険な領域への加圧ガスの放出を賦勢する、ブースターアクチュエータ。
14. 請求項１３に記載のブースターアクチュエータにおいて、前記力入力部材は、前記係合解除位置にある場合に、前記リンク部材の上端を受け入れるための入力部材凹所を含み、これによって前記リンク部材の前記下端を前記出力部材凹所と係合した状態から外すことができる、ブースターアクチュエータ。
15. 請求項１３に記載のブースターアクチュエータにおいて、前記力入力部材の中央軸線は、前記力出力部材の中央軸線と実質的に整合している、ブースターアクチュエータ。

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