JP5500616B2 - バネ式のアンチバックオフ機械装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンチバックオフ機械装置に関し、詳しくは、一方の限界位置から他方の限界位置への動作が可能な、弁をより安全に制御できるようにする手動制御又は電動制御機構付きの、例えば弁、スライド式のロックパドルまたはタップのような機構に適合された、バネ式のアンチバックオフ機械装置に関する。

逆止用、トルクリミット用、アンチバックオフ用の各機械置装は様々な技術分野で使われており、取り分け、シャフトの回転を防止又は制限して、例えば、手動制御機構とサーボモーターとを備える弁の手動制御ハンドルの回転を防止する、又は、ドアあるいは窓のワインダ制御時のトラップ事故を防止する安全性を確保するために使用される。特に石油会社又は水、蒸気、ガスの処理会社では、弁、タップ及びスライドロックパドルを使用してパイプを開閉しているが、これらの弁、タップ及びスライドロックパドルは屋外又は屋内であり得る各環境内で操作する手動又は電動式の制御機構により作動される。弁は通常はサーボモーターで制御されるが、サーボモーターへの送電停止時又は制御不良時には手動制御ハンドル手段を介して手動制御することで開放及び閉鎖の各限界位置間で弁位置を制御することができる。

同じ１つの弁に手動及び電動による２つの両制御機構があると、例えば、手動制御ハンドルが誤作動して電動制御機構の動作を妨害しないようにするための安全装置を設ける必要があり、更には、総合的な安全性の観点上、手動制御を常に使用できることが保証される必要もある。

従って、弁シャフト又はトルク制限機構、機械的な逆止又はアンチバックオフ機械装置、特には、ラチェット又はロールを具備するそれら機械装置の手動ドライブを釈放するための装置が知られている。例えば、フランス国特許第２．８１６．０１６号には、回転方向検知式のロールブラインド用のバネ式トルクリミッタ機械装置が記載される。既知の装置は比較的複雑であり、しかも、通常は高精度での取り付けを要する多数の機械部品を含むが故にメンテナンスの複雑化や信頼性が低下しているものもある。

フランス国特許第２．８１６．０１６号

解決しようとする課題は、運転上の高い安全性を提供する、高信頼性のアンチバックオフ機械装置を提供することである。

本発明によれば、特には、電動及び手動の各制御機構を含む弁への取り付けが容易であり且つ弁の操作性に対する高い信頼性を提供する、低コストのアンチバックオフ機械装置が提供される。
本発明によれば、電動弁の手動制御機構を釈放するバネ式のアンチバックオフ機械装置が提供される。
本発明によれば、手動制御機構の回転方向に拘わらず同一トルクを伝達可能なバネ式のアンチバックオフ機械装置が提供される。

本発明によれば、本発明に従うアンチバックオフ機械装置を含む手動制御機構を備える電動システムであって、特に、アンチバックオフ機械装置の回転シャフトが弁を開閉動作させる電動システムが提供される。

本発明のバネ式アンチバックオフ機械装置は、手動制御ハンドルと、同じ１つの回転シャフトに作用するモーターとを固定状態で不動化又は釈放可能であり、シリンダの内部又は上部には、好ましくはその各巻部が接触する円筒状バネを含み、前記シリンダがモーターの回転シャフト上で回転するように取り付けられ、前記バネがシリンダと共に回転可能であり、バネの各巻部がシリンダの内面又は外面と接触し且つバネの各端部が前記ハンドルと接触する状態となり得、特筆すべきは、前記円筒状バネの各端部が内側又は外側に湾曲され、例えば、弁の手動制御ハンドルである前記ハンドルが、操作フィンガー部によって又は駆動シリンダによってバネの各端部の一方又は他方の湾曲部に作用し得、前記バネの回転が、バネの各端部の一方又は他方に抗して作用するストッパによって制限される。
前記の如き機械装置において、バネが、図面を参照しての以下の説明によって明らかなように、モーターと手動制御ハンドルとの間を移動する。

好ましい実施例において、バネの２つの端部は内側に湾曲され、バネの直径位置の平面の何れかの側部に実質的に対称配置される。バネの２つの端部は、これら２つの端部の各湾曲部分に接する、前記バネの直径位置の各平面が、操作フィンガーをそこに配置するところの９０°〜１８０°の角度範囲部分を創出し、前記操作フィンガーが、円筒状バネの各端部の一方又は他方に作用し得るよう、操作フィンガーの全高さ部分に渡り円筒状バネ内に入り込み、他方、手動制御ハンドルの支承体上にクランプされた釈放プレートが、シャフトに関して実質的に対称配置される。

本発明の他の実施例では、円筒状バネの２つの端部が外側に湾曲され、シリンダ内に位置付けた円筒状の支持体上にはバネを取り付け、前記シリンダが、バネの湾曲された各端部の外側部分と相互作用してバネを前記円筒状の支持体に関して相対回転させる２つのストッパを有し、円筒状の支持体に関するバネの相対回転運動が、バネの各端部の一方又は他方に、バネの巻部の巻付き方向とは反対方向のトルクを生じさせ、かくして前記巻部の直径が増大せしめられる。

本発明の２つの実施例では、円筒状バネの各端部が閉じたループを形成するように湾曲され、各端部の嶺部がバネの巻部と接触状態に持ち来され、かくして運転中の変形又は破損の恐れが制限される。
本発明で使用する円筒状バネは、好ましくは接触する巻部を有し、断面が丸形又四角形、好ましくは四角形であり、適宜の剛性材料、例えばスチール、より好ましくはＣ６０スチール製である。

無負荷状態でのバネ直径は、本発明のアンチバックオフ機械装置の他の実施例では、バネの各巻部とシリンダの相当表面との間の良好な接触を保証するために、バネを格納するシリンダの内径よりも約２％大きいことが、又はバネを取り付けるシリンダの外径よりも２％小さいことが好ましい。同じ理由から各巻部は十分な長さ、例えば、本発明の想定用途に従えば、１００〜１０００ｍｍの間であり得、また弁用のアンチバックオフ機械装置の場合では例えば５００ｍｍのオーダーであり得る長さを有する必要がある。

機械装置はその構成上、毎分約７５〜１５０回転の間の高い回転速度をサポートし得、また、本発明の追加的利益として、手動制御ハンドルとモーターの回転シャフトとの間の回転速度差の大部分をサポートし得る。

本発明のアンチバックオフ機械装置は、開位置から閉位置へと又はその逆に通過し得る、手動又は電動制御式の回転シャフトを含む任意の機構において使用可能であり、そうした機構には、例えば、弁制御、ドア制御又は自動車のドアウィンドウ用ワインダーがあるが、本発明の装置は特に、オイル、水、蒸気又は種々のガスのような流体用パイプを含む設備で使用する、例えば、クォーターターン弁又はマルチターン弁等の弁制御用途に最も適合する。

本発明のアンチバックオフ機械装置は、手動で且つサーボモーターにより回転する弁制御用シャフトを含み、減速ギヤ及び又はギヤ/ウォームアセンブリを介して運動学的に連結した機構内に弁ステムを挿通させ得る。

従って、弁制御の場合は、円筒状バネの各湾曲端部の一方又は他方に、バネが弁ステムに連結したシリンダ内にある場合は各巻部の巻付き方向とは逆方向のトルクを掛け、又はその逆に、同シリンダの外側にある場合は各巻部の巻付き方向にトルクを掛けてバネを拡開させるように手動で制御できるのが有益である。何れの場合でも、手動による制御によって円筒状バネと、弁ステムに運動学的に連結したシリンダとが不動化される。逆に、モーターを回転すると、その回転方向に拘わらず、円筒状バネをシリンダから釈放させ、従って手動制御ハンドルを釈放させることができる。

本発明のバネ式アンチバックオフ機械装置は、電動及び手動制御式の各弁用途において、ロール式の従来システムでは避けがたい閉じ込め事故のリスク無しで、手動制御による釈放を有効裡に保証する上で特に有益である。加えて、本発明のバネ式アンチバックオフ機械装置では、従来システムでは１５〜２０点であった構成部品数が３又は４点に制限され、従って取り付け時間は相当に短縮される。

本発明のバネ式アンチバックオフ機械装置は、弁の、手動制御ハンドルの回転方向に拘わらず、弁ステムに連結したウォームギアに同じトルクを伝達し得、駆動モーターの作動下に手動制御ハンドルを回転させることなくウォームギヤを回転させ得、かくしてオペレーターの安全が確保され得るようになる。

運転上の高い安全性を提供する信頼できるアンチバックオフ機械装置が提供される。

図１には本発明に従うアンチバックオフ機械装置のアセンブリが示され、既知の技法に従って弁ステムに固定状態に取り付けたウォームギヤと歯合するギヤホイールを介して弁ステムを駆動する、サーボモーターと、減速用ギヤ（図示せず）とを包囲するケース１を含んでいる。

必要であれば、アンチバックオフ機械装置３を環境から保護する、支承体支持用のカバー２を、図示しないシリンダによってケース１に取り付ける。操作フィンガー部６を支持する可動部品のシャフトの端部５には手動制御ハンドル４を取り付ける。カバー２が支持する支承体は、ハンドルを、例えばシャフトに形成した溝と相互作用するキーを使用する等の従来様式下に取り付けたシャフトを保持する。

操作フィンガー部６を支持する可動部品は、接触する巻部を有し２つの各端部７ａ及び７ｂが内側方向に湾曲した円筒状バネ７の内側でピボット廻動し得る。円筒状バネ７は円筒状のベル状ハウジング９のリング部８の内側に配置される。リング部８の内径は無負荷状態での円筒状バネ７の外径よりも僅かに小さく、かくして、円筒状バネの接触する各巻部はリング部８の内壁に押し付けられる。円筒状バネ７はリング部８内に配置されるべく予め圧縮されており、かくしてリング部の内壁に負荷を一様に分配する。

ベル状ハウジング９は円筒状の中央スリーブ１０を含み、このスリーブ１０に、シャフト１１のヘッド部に形成した溝と相互作用する、図２に示すキー１３を介して、ウォームギヤ１２支持用のシャフト１１を取り付ける。
円筒状バネ７は、その各巻部とリング部８の内壁との間の、無負荷状態の円筒状バネの直径、剛性、断面の関数であるところの滑りトルクが、通常作動状況下に手動制御ハンドル４から伝達されるトルクよりも大きく、かくして操作フィンガー部６を回転させると、ベル状ハウジング９がリング部８の内壁に対して接触状態で錠止され且つリング部に固定取り付けした円筒状バネ７によって回転せしめられるようなものを選択する。

従って、ハンドル４を作動して弁を手動制御する場合は、操作フィンガー部６を円筒状バネ（以下、バネ）７の端部７ａ及び７ｂの一方又は他方が外側の湾曲部に押し付けられるまでピボット廻動させる。ハンドル４の動作によりハンドルに加わるトルクが円筒状バネ７を巻戻すように作用し、その結果バネの直径を広げ、バネとリング部８との間の滑りトルクを更に増大させ、かくしてバネとリング部との取り付け状態が強化される。これにより、ハンドルを回転させるとバネとベル状ハウジングとが回転され、結局、弁ステムに作用するウォームギヤが駆動される。

弁をサーボモーター制御する場合は、サーボモーターがそのシャフト１４を介してウォームギヤ１２を駆動し、バネとリング部との間に生じる滑りトルクを介してリング部８がベルハウジング９とバネ７とを駆動する。バネは、回転方向に依存してその端部７ａ及び７ｂの何れかの先端が、従来形式の１つ以上のシールでカバー２の支承体上にクランプさせた釈放プレート１５に当たるまで、自軸を中心として回転する。前記シール又はシムは、支承体２と釈放プレート１５との間に滑りトルクＣ₁を発生させることができる。

引きつづく回転運動によりバネ７の端部の先端曲げ部にトルクが加わり、先端曲げ部が巻締められて減径し、かくしてバネ７はリング部８から釈放される。その後、バネは不動状態となるが、その間、リング部とウォームギヤ１２とはモーターにより回転され続ける。
従って、操作フィンガー部６はバネ７によっては駆動されずに不動状態に維持され、この操作フィンガー部を固定取り付けたハンドル４も同様に不動状態に維持される。

釈放プレート１５と支承体２との間の滑りトルクＣ₁は、バネ７とベル状ハウジング９との間の滑りトルクＣ₂よりも常に大きくなるように調節され、かくして、モーターがウォームギヤを駆動すると釈放プレートは支承体に固定状態に取り付けられる。
逆に、手動制御の場合は滑りトルク値がＣ₁に達すると操作フィンガー部６がバネの端部７ａ及び７ｂを直ちに回転させるのでシステムの閉塞が防止され得る。

手動制御では釈放プレート１５は、操作フィンガー部６により、バネの各端部の移動範囲の外側位置（バネの各端部は、バネの各端部が釈放プレート１５のみに対して正確に作用し得るように前記移動範囲を移動する）で釈放プレートに配置した支承面１５ａ及び１５ｂを介して回転され得る。
図２には、図１に示すバネ式アンチバックオフ機械装置の１セクションが示され、各部品がベル状ハウジング９の底部位置に取り付けられている。

図示される位置ではアンチバックオフ機械装置は作動しておらず、操作フィンガー部６はバネ７の各端部７ａ及び７ｂの丸形曲げ部から実質的に等距離の位置にある。釈放プレート１５のストッパはバネの各端部から実質等距離離間され、シャフトに関して操作フィンガー部とは反対側の位置にある。
図３には、図１のバネ式アンチバックオフ機械装置の他の実施例が示され、バネの各端部が外側に湾曲されている。従って、この実施例では動作モードは異なるが適用される原理は同じである。

この実施例では、接触する巻部を有する円筒状バネ１６が外側に湾曲した２つの端部１６ａ、１６ｂを含み、バネ１６は、各巻部が円筒状支持体１７の外面と接触するように円筒状支持体１７上に取り付けられ、かくして、バネ及びシリンダの一方が他方に関して回転すると摩擦トルクが発生する。
円筒状支持体１７は、ウォームギヤ１２を支持するシャフト１１上に取り付けられる。ウォームギヤ１２は、シャフト１１のヘッド部と、円筒状支持体１７の内面上とに図１に示すように夫々設けた２つの溝と相互作用するキー１３によって支持され、従って、円筒状支持体１７はサーボモーターによって回転される。

円筒状支持体１７とバネ１６とはシールホルダシリンダ１８内に配置される。シールホルダシリンダ１８は、Ｏ−リング１９によりサーボモーター（図示せず）のケース上にクランプされ、部分的に開放したシリンダ形状を有する。円筒状バネ１６の各端部１６ａ、１６ｂは、バネと共に回転方向に僅かに移動し得るが、その移動距離は、シールホルダシリンダ１８の２本の母線に沿って夫々形成した各縁部１８ａ、１８ｂによって制限される。

アンチバックオフ機械装置の他の回転部品は、弁の手動制御ハンドルに固定状態で取り付けた駆動シリンダ２０である。駆動シリンダは、その各縁部２１ａ、２１ｂがバネ１６の各湾曲端部１６ａ、１６ｂと相互作用するようになっているストリップ２１を含み、図１のそれと同一の、図示しない手動制御ハンドルに固定状態で取り付けられる。

円筒状ストリップ２１の幅寸法は、この円筒状ストリップ２１を配置するところの、バネ１６の２つの端部１６ａ、１６ｂ間の間隔寸法よりも僅かに小さく、かくして、駆動シリンダ２０が回転すると円筒状ストリップ２１の各縁部の一方又は他方がバネの各端部１６ａ、１６ｂの内側湾曲部分に押し当てられる。

制御機構を電動動作させる場合、モーターがウォームギヤ１２と円筒状支持体１７とを回転させる。バネ１６は円筒状支持体１７によって駆動され、その各端部１６ａ、１６ｂの一方又は他方がその回転方向において、固定されたシールホルダシリンダ１８の各縁部１８ａ、１８ｂに押し付けられる。これにより、バネの各曲げ部の巻付き方向に抗するトルクが発生してバネが巻戻されて直径が増大し、かくしてバネは円筒状支持体から釈放される。その後、ウォームギヤ１２はバネを駆動することなく自由回転し、手動制御ハンドルを回転させることはない。

逆に、制御機構を手動動作させる場合は、駆動シリンダ２０のストリップ２１の各縁部の一方又は他方がその回転方向に依存して作動され、バネの湾曲端部１６ａ、１６ｂの内側湾曲部に巻付き方向で作用して円筒状支持体に対する各巻部の圧力を強め、かくしてウォームギヤ１２が駆動され得るようになる。この実施例では、シールホルダシリンダ１８は図１に示すアンチバックオフ機械装置の釈放プレート１５と同じ作用を奏する。

本発明に従うアンチバックオフ装置の、モーターと、弁制御用の手動制御ハンドルとの間に取り付けた状態を示す分解斜視図である。 図１のアンチバックオフ機械装置の軸方向の断面図である。 本発明のアンチバックオフ機械装置の他の実施例の分解斜視図である。

符号の説明

１ ケーシング
２ カバー
３ アンチバックオフ機械装置
４ 手動制御ハンドル
５ シャフトの端部
６ 操作フィンガー部
７ 円筒状バネ
８ リング部
９ ベル状ハウジング
１０ 中央スリーブ
１１ シャフト
１２ ウォームギヤ
１３ キー
１４ シャフト
１５ 釈放プレート
１６ 円筒状バネ
１７ 円筒状支持体
１８ シールホルダシリンダ
１９ Ｏ−リング
２０ 駆動シリンダ

Claims (10)

1. 手動制御式の電動システムであって、
   手動制御ハンドル（４）と、同じ１つのシャフトに作用するモーターとを固定状態に不動化又は釈放し得るバネ式のアンチバックオフ機械装置を含み、
   該バネ式のアンチバックオフ機械装置が、モーターの回転シャフト上で前記モーターによって回転するように取り付けたシリンダー（９、１７）の内部又は上部に取り付けた円筒状バネ（７、１６）、を含み、
   前記円筒状バネがシリンダーと共回転可能であり、円筒状バネの各巻部が、シリンダーの内面又は外面と接触し、該円筒状バネの各端部が前記手動制御ハンドル（４）との接触状態となり得、
   前記円筒状バネ（７、１６）の各端部（７ａ、７ｂ、１６ａ、１６ｂ）が該円筒状バネの軸方向に直交する方向において内側又は外側に湾曲され、前記手動制御ハンドル（４）が、操作フィンガー部（６）又は駆動シリンダー（２０）を介して、円筒状バネ（７、１６）の前記円筒状バネの軸方向に直交する方向において内側又は外側に湾曲された各端部の一方又は他方に作用し得、円筒状バネ（７、１６）の回転が、円筒状バネの前記各端部（７ａ、７ｂ、１６ａ、１６ｂ）の一方又は他方に抗して作用するストッパによって制限されるバネ式のアンチバックオフ機械装置を含む手動制御式の電動システム。
2. 円筒状バネ（７、１６）が、接触する各巻部を有する円筒状バネである請求項１の手動制御式の電動システム。
3. 円筒状バネ（７、１６）が、実質的に四角形断面の各巻部を含む請求項２の手動制御式の電動システム。
4. 円筒状バネ（７）の２つの端部が内側に湾曲された請求項１〜３の何れかの手動制御式の電動システム。
5. 円筒状バネ（７）の湾曲された２つの端部（７ａ、７ｂ）が、円筒状バネの直径位置の
   平面の何れかの各側部に実質的に対称配置される請求項４の手動制御式の電動システム。
6. 円筒状バネ（７）の２つの端部の各湾曲部分に接する直径位置の各平面間の間の角度が、操作フィンガー部（６）を配置するところの９０°〜１８０°の角度範囲部分を形成し、他方、固定された釈放プレート（１５）が、シャフトに関して実質的に対称配置される請求項５の手動制御式の電動システム。
7. 操作フィンガー部（６）が円筒状バネ（７）の内側に、当該円筒状バネの全高さに渡り入り込む請求項１〜６の何れかの手動制御式の電動システム。
8. 円筒状バネ（１６）の２つの端部が外側に湾曲される請求項１〜３の何れかの手動制御式の電動システム。
9. 円筒状バネ（１６）が、２つのストッパを有するシリンダー（１８）内に配置した円筒状支持体（１７）上に取り付けられ、前記２つのストッパの各々が、円筒状バネの湾曲された各端部の湾曲部の外側部分と相互作用する請求項８の手動制御式の電動システム。
10. 回転シャフトが弁の開閉に関して作用する請求項１の手動制御式の電動システム。

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