JP4233655B2 - コンポーネントのため適度な強さの操作トルクを得る機構および方法 - Google Patents
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- Mechanically-Actuated Valves (AREA)
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- Lift Valve (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、１つの軌道に沿って動く部材から開始される伝達を経由して、１／４回転にわたってコンポーネントまたはパーツを自転操作するためのトルクを得るための機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特に、大径の蝶形止め弁アクチュエータ用のこの種の機構としては、スコッチヨーク、クランク連結ロッド支持システム、ラックアンドピニオンおよびホイールタンジェントスクリュー（wheel-tangent screw ）が既に知られている。
【０００３】
これらのシステムは全て、ある運転段階で過剰に大きなトルクを供給しており、その結果、操作のために要求されるトルクを全ての位置に供給するためのアクチュエータの制御の大型化を必要とするという非有利性を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、回転角（図１のｘ軸に示される）の関数であって、呼びトルクに対する操作トルクの比である減速係数（図１のｙ軸上に示される）を表す曲線が、上方へ面して凸状の凸面となるような伝達を行う機構によってこの非有利性を克服する。
【０００５】
このために、供給されるトルクは要求されるトルクの関数として適合させることができ、それによりエネルギーが節約され、大型化が必要とされることはない。
【０００６】
好ましくは、最大減速係数は２０°から４０°までの角度で得られ、より好ましくは、２８°から３７°までで得られる。
【０００７】
仏国特許第１４６０５６１号は、伝達トルクが一方の端部位置から他方の端部位置まで連続的に増加する状態で、回転軸を１／４回転にわたり駆動する機構に関することを明確に言及している。
【０００８】
米国特許第５００００７２号は、図８に示される軸７８または１７８がローラ８２に取り付けられているレバーアーム７４によって駆動されることを提案している。この特許では、トルクの変動に関して全く言及していない。９０°分の回転によって一方の端部位置から他方の端部位置までに対称に変動することは、例えば図８から明らかであり、この結果、この従来技術では、２０°から４０°の間に１つの最大値をもつ本発明による曲線は達成されない。
【０００９】
最後に、米国特許第３４５２９６１号は、トルクを変動させてアクチュエータを制御する装置を示しているが、しかしこの特許は、また連続的なトルクの変動を提案しており、一方の端部位置では大きなトルクと低速が要求され、他方の端部位置では小さなトルクと高速が要求されることを指摘している。そのトルクは最大値をとることなく連続的に変化する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にしたがって１つの曲線を与える様々な伝達において、特に好ましい１つは、１つの軌道にそって動く部材がスライドであり、この部材に、固定的に取り付けられるが回転可能なコンポーネントに堅固に装着されているシューが、前記軌道と平行でない方向に案内されて取り付けられている。
【００１１】
この明細書内での「シュー」という用語は、レールに沿って転動するホイールまたはローラ、一般的には、前記軌道に平行でない方向に沿って動く全ての部材を意味している。この解決手段は、任意のエネルギー源、すなわち、手動的、電気的、空気圧的、流体圧的、またはエネルギー蓄積カートリッジ内に備蓄された反動エネルギー、を用いることを可能としている。その機構は手動および電気的な解決手段に対しては不可逆である。その他の制御の不可逆性はジャッキ内の圧力の保守によって保証される。その配置は非常に簡単で、非常に少ないコンポーネントを使う。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１のグラフはｘ軸上に開口角（回転角度）を示し、ｙ軸上に減速係数を示している。減速係数は呼びトルクに対する操作トルクの比率である。減速係数はこれら供給されるトルクの相対的な値である。
【００１３】
図１に破線で示された曲線Ｉは止め弁に必要なトルク（止め弁を実際に駆動するに必要なトルク）を示し、曲線ＩＩはアクチュエータによって提供される、従ってこの発明による機構によって与えられるトルクを表している。
【００１４】
呼びトルクとは、例えば、止め弁を駆動するのに必要なトルクの回転角度０〜９０°に亘っての平均的なトルクをいう。
【００１５】
操作トルクとは、各回転角度０〜９０°において、止め弁を実際に駆動するのに必要なトルクをいう。
【００１６】
このトルクは、曲線ＩＩに示されるように、開口角が０°から略３０°に移動するときに減速係数が増加し、開口角が３０°から９０°に移動するときに減速係数が減少することが分かる。曲線Ｉのピークは曲線ＩＩのピークに一致させることができ、そして特に、３０°と９０°の間の開口角に対応する曲線部分では、２つの曲線の間隔は、ラックアンドピニオンまたはホイールタンジェントスクリュー機構で得られるような、曲線ＩＩがｘ軸に平行な直線の場合に比較して減少しており、またその凸面を下方に向かって回転させる曲線となるスコッチヨーク機構と比べても更に減少している。
【００１７】
この発明に従った機構は、また、約２°の値で非常に高く、約１５°までにかなり減少し、その後実質的に一定値をもつ減速係数を有するクランク連結ロッド支持システムに比べても有利な面を有している。
【００１８】
曲線Ｉは、大径の蝶形止め弁のアクチュエータを実際に駆動するのに必要なトルクを示し、曲線ＩＩはこの発明に従った機構によって与えられるアクチュエータによって提供されるトルクを表しているので、止め弁をできるだけ少ないエネルギーで駆動するためには、曲線ＩＩで示されるトルクは曲線Ｉで示されるトルクより大きな値であることは必要であるが、曲線ＩＩは曲線Ｉにできるだけ一致しているほうが望ましい。すなわち、曲線ＩＩと曲線Ｉで囲まれた部分の面積はむだに使われるエネルギーに比例するので、この部分の面積はできるだけ小さいほうがエネルギー節減の為には有利である。
【００１９】
そこで、この発明では、以下に示すような機構によって、曲線ＩＩで示すようなトルクを実現するようにしている。
【００２０】
図２において、水平ロッド１は例えば空気圧手段によって右から左およびその逆に移動する。このロッド１はスライド２を支持し、スライド２の内部にはシュー３を案内して垂直方向に移動させるための溝が形成されている。アーム４は、シュー３に関節結合され、かつ止め弁の閉塞体のアクチュエータ用の出力スピンドル５に固定されている。出力スピンドル５は固定的に装着され、かつ自転することができる。
【００２１】
図３の位置は開側の端部位置であり、アーム４はスライド２の軌道を定めるロッド1 に対し３０°の角度を形成している。図２は閉側の端部位置を示し、アーム４は垂直に対し３０°の角度を形成している。この図２の角度３０°は図１に示される開口角に対応する。
【００２２】
すなわち、この図２および図３に示す機構によれば、図２に示す閉側の端部位置においてアーム４が垂直に対し３０°の角度をとるように機構を設定しているので（または図３の開位置においてアーム４がロッド１に対し３０°の角度をとるように機構を設定しているので）、図２および図３の機構によって出力スピンドル５に対して与えられるトルクは図１の曲線ＩＩに示すような特性をもつことになる。すなわち、アーム４が図２に示す閉位置から３０°回転した位置において、出力スピンドル５を回転させるトルクがピークをとることになる。
【００２３】
前述したように、大径の蝶形止め弁のこの種のアクチュエータ用機構においては、図１の曲線Ｉで示したような、回転角度１８°近辺で最小値をとり、回転角度２８°近辺で最大値をとる駆動トルク特性をもつのが一般的である。これは、大径の蝶形止め弁のような、閉塞体の１／４回転によって開閉動作を行う任意のバルブに関していえる経験的な事実である。
【００２４】
そこで、上記実施形態によれば、図２、図３に示す機構を用いることによって、図１の曲線ＩＩに示すようなトルクをもって出力スピンドル５を回転駆動するようにしており、これにより上記実施形態では、より少ないエネルギーをもって出力スピンドルを駆動することができる。特に、曲線ＩＩのピークを曲線Ｉのそれと一致させているので、回転角度２０°〜４０°の範囲でのエネルギーロスが特に少なくなる。
【００２５】
図４および図５において、連結ロッド７の端部は右から左へそしてその逆に水平方向に移動可能なロッド６に連結され、連結ロッド７の他方の端部はコンポーネント９と一体のアーム８に関節結合されている。
【００２６】
この連結ロッド／クランクによる解決法において、コンポーネント９の回転は、連結ロッド７を回転かつ移動駆動するロッド６の移動によって達成される。
【００２７】
図６および図７において、止め弁のアクチュエータの出力スピンドル１２が固定されているアーム１１が関節結合されているスライド１０は、ボール継ぎ手１４によって回転するスクリュー１３に沿って移動することができる。スクリュー１３が回転するとき、スライド１０はスクリューにそって移動するが、スクリュー１３はボール継ぎ手１４に関して回転し、その結果スピンドル１２を軸にしてのアーム１１のてこ長（スピンドル１２とスライド１０との距離）は、先の実施形態と同様に、最初増加し、その後減少する。
【００２８】
最後に、図８〜図１０に従った実施形態においては、ボール継ぎ手１６によって旋回可能なスイベルスクリュー１５は、止め弁の作動スピンドル１８と一体のカム形状のピニオン１７と協動する。ボール継ぎ手２０を備えたスプリング１９はスクリュー１５とピニオン１７との接触を維持し、スクリュー１５がボール継ぎ手１６回りに旋回するのを許容する。
【００２９】
図４〜図１０の各変形例においては、各アーム（８，１１，１７）すなわち図２および図３のアーム４の等価体は、端部位置において、図２および図３のスライドの軌道を定めているものの等価体に対し、角度３０°を形成している。
【００３０】
したがって、図４〜図１０に示す実施形態においても、先の図２および図３の実施形態と同様、図１の曲線ＩＩで示されるようなトルクを各スピンドル９，１２，１８に供給することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、供給するトルクを必要とするトルクに適合させるようにしているので、エネルギーロスが少なくなり、大型化を阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を示しているグラフである。
【図２】止め弁アクチュエータを示すこの発明の好ましい実施形態を示す図であり、その閉位置を示す。
【図３】止め弁アクチュエータを示すこの発明の好ましい実施形態を示す図であり、その開位置を示す。
【図４】この発明の他の実施形態による止め弁アクチュエータの閉位置を示す図である。
【図５】この発明の他の実施形態による止め弁アクチュエータの開位置を示す図である。
【図６】この発明の１つの代替の実施形態を示す図である。
【図７】この発明の１つの代替の実施形態を示す図である。
【図８】閉位置の閉塞体を有するこの発明の他の代替の実施形態を示す図である。
【図９】開位置の閉塞体を有するこの発明の他の代替の実施形態を示す図である。
【図１０】中間位置の閉塞体を有するこの発明の他の代替の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１ ロッド
２ スライド
３ シュー
４ アーム
５ 出力スピンドル
６ ロッド
７ 連結ロッド
８ アーム
９ コンポーネント
１１ アーム
１２ 出力スピンドル
１３ スクリュー
１４ ボール継ぎ手
１５ スイベルスクリュー
１６ ボール継ぎ手
１７ ピニオン
１８ スピンドル
１９ スプリング
２０ ボール継ぎ手
【発明の属する技術分野】
この発明は、１つの軌道に沿って動く部材から開始される伝達を経由して、１／４回転にわたってコンポーネントまたはパーツを自転操作するためのトルクを得るための機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特に、大径の蝶形止め弁アクチュエータ用のこの種の機構としては、スコッチヨーク、クランク連結ロッド支持システム、ラックアンドピニオンおよびホイールタンジェントスクリュー（wheel-tangent screw ）が既に知られている。
【０００３】
これらのシステムは全て、ある運転段階で過剰に大きなトルクを供給しており、その結果、操作のために要求されるトルクを全ての位置に供給するためのアクチュエータの制御の大型化を必要とするという非有利性を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、回転角（図１のｘ軸に示される）の関数であって、呼びトルクに対する操作トルクの比である減速係数（図１のｙ軸上に示される）を表す曲線が、上方へ面して凸状の凸面となるような伝達を行う機構によってこの非有利性を克服する。
【０００５】
このために、供給されるトルクは要求されるトルクの関数として適合させることができ、それによりエネルギーが節約され、大型化が必要とされることはない。
【０００６】
好ましくは、最大減速係数は２０°から４０°までの角度で得られ、より好ましくは、２８°から３７°までで得られる。
【０００７】
仏国特許第１４６０５６１号は、伝達トルクが一方の端部位置から他方の端部位置まで連続的に増加する状態で、回転軸を１／４回転にわたり駆動する機構に関することを明確に言及している。
【０００８】
米国特許第５００００７２号は、図８に示される軸７８または１７８がローラ８２に取り付けられているレバーアーム７４によって駆動されることを提案している。この特許では、トルクの変動に関して全く言及していない。９０°分の回転によって一方の端部位置から他方の端部位置までに対称に変動することは、例えば図８から明らかであり、この結果、この従来技術では、２０°から４０°の間に１つの最大値をもつ本発明による曲線は達成されない。
【０００９】
最後に、米国特許第３４５２９６１号は、トルクを変動させてアクチュエータを制御する装置を示しているが、しかしこの特許は、また連続的なトルクの変動を提案しており、一方の端部位置では大きなトルクと低速が要求され、他方の端部位置では小さなトルクと高速が要求されることを指摘している。そのトルクは最大値をとることなく連続的に変化する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にしたがって１つの曲線を与える様々な伝達において、特に好ましい１つは、１つの軌道にそって動く部材がスライドであり、この部材に、固定的に取り付けられるが回転可能なコンポーネントに堅固に装着されているシューが、前記軌道と平行でない方向に案内されて取り付けられている。
【００１１】
この明細書内での「シュー」という用語は、レールに沿って転動するホイールまたはローラ、一般的には、前記軌道に平行でない方向に沿って動く全ての部材を意味している。この解決手段は、任意のエネルギー源、すなわち、手動的、電気的、空気圧的、流体圧的、またはエネルギー蓄積カートリッジ内に備蓄された反動エネルギー、を用いることを可能としている。その機構は手動および電気的な解決手段に対しては不可逆である。その他の制御の不可逆性はジャッキ内の圧力の保守によって保証される。その配置は非常に簡単で、非常に少ないコンポーネントを使う。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１のグラフはｘ軸上に開口角（回転角度）を示し、ｙ軸上に減速係数を示している。減速係数は呼びトルクに対する操作トルクの比率である。減速係数はこれら供給されるトルクの相対的な値である。
【００１３】
図１に破線で示された曲線Ｉは止め弁に必要なトルク（止め弁を実際に駆動するに必要なトルク）を示し、曲線ＩＩはアクチュエータによって提供される、従ってこの発明による機構によって与えられるトルクを表している。
【００１４】
呼びトルクとは、例えば、止め弁を駆動するのに必要なトルクの回転角度０〜９０°に亘っての平均的なトルクをいう。
【００１５】
操作トルクとは、各回転角度０〜９０°において、止め弁を実際に駆動するのに必要なトルクをいう。
【００１６】
このトルクは、曲線ＩＩに示されるように、開口角が０°から略３０°に移動するときに減速係数が増加し、開口角が３０°から９０°に移動するときに減速係数が減少することが分かる。曲線Ｉのピークは曲線ＩＩのピークに一致させることができ、そして特に、３０°と９０°の間の開口角に対応する曲線部分では、２つの曲線の間隔は、ラックアンドピニオンまたはホイールタンジェントスクリュー機構で得られるような、曲線ＩＩがｘ軸に平行な直線の場合に比較して減少しており、またその凸面を下方に向かって回転させる曲線となるスコッチヨーク機構と比べても更に減少している。
【００１７】
この発明に従った機構は、また、約２°の値で非常に高く、約１５°までにかなり減少し、その後実質的に一定値をもつ減速係数を有するクランク連結ロッド支持システムに比べても有利な面を有している。
【００１８】
曲線Ｉは、大径の蝶形止め弁のアクチュエータを実際に駆動するのに必要なトルクを示し、曲線ＩＩはこの発明に従った機構によって与えられるアクチュエータによって提供されるトルクを表しているので、止め弁をできるだけ少ないエネルギーで駆動するためには、曲線ＩＩで示されるトルクは曲線Ｉで示されるトルクより大きな値であることは必要であるが、曲線ＩＩは曲線Ｉにできるだけ一致しているほうが望ましい。すなわち、曲線ＩＩと曲線Ｉで囲まれた部分の面積はむだに使われるエネルギーに比例するので、この部分の面積はできるだけ小さいほうがエネルギー節減の為には有利である。
【００１９】
そこで、この発明では、以下に示すような機構によって、曲線ＩＩで示すようなトルクを実現するようにしている。
【００２０】
図２において、水平ロッド１は例えば空気圧手段によって右から左およびその逆に移動する。このロッド１はスライド２を支持し、スライド２の内部にはシュー３を案内して垂直方向に移動させるための溝が形成されている。アーム４は、シュー３に関節結合され、かつ止め弁の閉塞体のアクチュエータ用の出力スピンドル５に固定されている。出力スピンドル５は固定的に装着され、かつ自転することができる。
【００２１】
図３の位置は開側の端部位置であり、アーム４はスライド２の軌道を定めるロッド1 に対し３０°の角度を形成している。図２は閉側の端部位置を示し、アーム４は垂直に対し３０°の角度を形成している。この図２の角度３０°は図１に示される開口角に対応する。
【００２２】
すなわち、この図２および図３に示す機構によれば、図２に示す閉側の端部位置においてアーム４が垂直に対し３０°の角度をとるように機構を設定しているので（または図３の開位置においてアーム４がロッド１に対し３０°の角度をとるように機構を設定しているので）、図２および図３の機構によって出力スピンドル５に対して与えられるトルクは図１の曲線ＩＩに示すような特性をもつことになる。すなわち、アーム４が図２に示す閉位置から３０°回転した位置において、出力スピンドル５を回転させるトルクがピークをとることになる。
【００２３】
前述したように、大径の蝶形止め弁のこの種のアクチュエータ用機構においては、図１の曲線Ｉで示したような、回転角度１８°近辺で最小値をとり、回転角度２８°近辺で最大値をとる駆動トルク特性をもつのが一般的である。これは、大径の蝶形止め弁のような、閉塞体の１／４回転によって開閉動作を行う任意のバルブに関していえる経験的な事実である。
【００２４】
そこで、上記実施形態によれば、図２、図３に示す機構を用いることによって、図１の曲線ＩＩに示すようなトルクをもって出力スピンドル５を回転駆動するようにしており、これにより上記実施形態では、より少ないエネルギーをもって出力スピンドルを駆動することができる。特に、曲線ＩＩのピークを曲線Ｉのそれと一致させているので、回転角度２０°〜４０°の範囲でのエネルギーロスが特に少なくなる。
【００２５】
図４および図５において、連結ロッド７の端部は右から左へそしてその逆に水平方向に移動可能なロッド６に連結され、連結ロッド７の他方の端部はコンポーネント９と一体のアーム８に関節結合されている。
【００２６】
この連結ロッド／クランクによる解決法において、コンポーネント９の回転は、連結ロッド７を回転かつ移動駆動するロッド６の移動によって達成される。
【００２７】
図６および図７において、止め弁のアクチュエータの出力スピンドル１２が固定されているアーム１１が関節結合されているスライド１０は、ボール継ぎ手１４によって回転するスクリュー１３に沿って移動することができる。スクリュー１３が回転するとき、スライド１０はスクリューにそって移動するが、スクリュー１３はボール継ぎ手１４に関して回転し、その結果スピンドル１２を軸にしてのアーム１１のてこ長（スピンドル１２とスライド１０との距離）は、先の実施形態と同様に、最初増加し、その後減少する。
【００２８】
最後に、図８〜図１０に従った実施形態においては、ボール継ぎ手１６によって旋回可能なスイベルスクリュー１５は、止め弁の作動スピンドル１８と一体のカム形状のピニオン１７と協動する。ボール継ぎ手２０を備えたスプリング１９はスクリュー１５とピニオン１７との接触を維持し、スクリュー１５がボール継ぎ手１６回りに旋回するのを許容する。
【００２９】
図４〜図１０の各変形例においては、各アーム（８，１１，１７）すなわち図２および図３のアーム４の等価体は、端部位置において、図２および図３のスライドの軌道を定めているものの等価体に対し、角度３０°を形成している。
【００３０】
したがって、図４〜図１０に示す実施形態においても、先の図２および図３の実施形態と同様、図１の曲線ＩＩで示されるようなトルクを各スピンドル９，１２，１８に供給することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、供給するトルクを必要とするトルクに適合させるようにしているので、エネルギーロスが少なくなり、大型化を阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を示しているグラフである。
【図２】止め弁アクチュエータを示すこの発明の好ましい実施形態を示す図であり、その閉位置を示す。
【図３】止め弁アクチュエータを示すこの発明の好ましい実施形態を示す図であり、その開位置を示す。
【図４】この発明の他の実施形態による止め弁アクチュエータの閉位置を示す図である。
【図５】この発明の他の実施形態による止め弁アクチュエータの開位置を示す図である。
【図６】この発明の１つの代替の実施形態を示す図である。
【図７】この発明の１つの代替の実施形態を示す図である。
【図８】閉位置の閉塞体を有するこの発明の他の代替の実施形態を示す図である。
【図９】開位置の閉塞体を有するこの発明の他の代替の実施形態を示す図である。
【図１０】中間位置の閉塞体を有するこの発明の他の代替の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１ ロッド
２ スライド
３ シュー
４ アーム
５ 出力スピンドル
６ ロッド
７ 連結ロッド
８ アーム
９ コンポーネント
１１ アーム
１２ 出力スピンドル
１３ スクリュー
１４ ボール継ぎ手
１５ スイベルスクリュー
１６ ボール継ぎ手
１７ ピニオン
１８ スピンドル
１９ スプリング
２０ ボール継ぎ手
Claims (7)
- １つの軌道に沿って移動する部材からの伝達を経由することで、１／４回転にわたって自転するパーツを操作するためのトルクを得る機構であって、
前記トルクが、
呼びトルクに対する操作トルクの比である減速係数であって回転角度の関数としての減速係数を表し、上方への凸面を有する凸形状であり、かつ前記減速係数のピーク値が約２０°〜４０°の回転角度間で得られる曲線となるようにし、
前記１つの軌道に沿って移動する部材はスライドであり、
この 1 つの軌道に沿って移動する部材には、シューが、前記軌道と平行でない方向に案内されて取り付けられており、前記シューは、固定的に取り付けられるが回転可能な前記パーツに一体的にされており、
前記シューは、前記パーツに固定されてかつ前記シューに関節結合されたアームによって、前記パーツに取り付けられていることを特徴とする機構。 - 前記軌道と前記方向は垂直であることを特徴とする請求項１記載の機構。
- 前記アームはその回転可能範囲の端部位置において前記軌道と２０°〜４０°の角度を形成することを特徴とする請求項２記載の機構。
- 前記パーツは止め弁の閉塞体の出力スピンドルであることを特徴とする請求項１記載の機構。
- 前記減速係数のピークが得られる回転角度は２８°と３７°の間の角度であることを特徴とする請求項１記載の機構。
- 出力スピンドルを持つ止め弁の閉塞体を操作するために供給される必要エネルギーを減少させる方法であって、呼びトルクに対する操作トルクの比である減速係数であって回転角度の関数としての減速係数を表し、上方への凸面を有する凸形状であり、かつ前記回転角度が約２０°〜４０°のところでピークをもつ曲線となるようなトルクを前記出力スピンドルに加えるようにし、
前記１つの軌道に沿って移動する部材はスライドであり、
この 1 つの軌道に沿って移動する部材には、シューが、前記軌道と平行でない方向に案内されて取り付けられており、前記シューは、固定的に取り付けられるが回転可能な前記パーツに一体的にされており、
前記シューは、前記パーツに固定されてかつ前記シューに関節結合されたアームによって、前記パーツに取り付けられていることを特徴とする方法。 - 前記減速係数のピークが得られる回転角度は２８°と３７°の間の角度であることを特徴とする請求項６記載の方法。
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