JP5613254B2 - 小型の倍力空気圧式作動装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２００９年１１月５日に出願された米国特許仮出願第６１２５８,３８１号の出願日の利益を主張するものであり、その開示の全体を参照により本明細書に組み込む。

[0002]本発明は、空気圧式作動装置に関する。より詳細には、本発明は、小型の倍力空気圧式作動装置に関する。さらにより詳細には、本発明は、ばねが、出力部材を第１の位置へと偏倚させて弁を閉め、また空気圧が、ばねの偏倚に抗して出力部材を第２の位置へと移動させて弁を開放できるようにする作動装置に関する。

[0003]空気圧式作動装置は、動作を生成しかつ制御するために使用される動作制御装置である。このような作動装置は、一般に、空気圧が選択的に接続され、かつ外に通気される空気室と、空気圧により作用され、かつ動かされる室内のピストンヘッドとを含む。ピストンヘッドの動作は、動かすべき出力部材に伝達される。

[0004]空気圧式作動装置の一タイプは、出力部材を、第１の位置すなわち通常の位置、つまり休止位置へと偏倚させるばねを含む。空気圧が、ピストンに作用し、それを動かすように空気室に接続されたとき、ピストンのこの動きは、出力部材をばねの偏倚に抗して第２の位置すなわち作動位置へと動かす。

[0005]このタイプの空気圧式作動装置のいくつかの用途の場合、高いばね偏倚力を提供し、出力部材の高出力が得られることが望ましい。この高出力は、大きな荷重を第１の位置へと移動し、空気圧入力なしで、不確定な時間の長さの間、これらの荷重をその位置に保持することができる。このタイプの空気圧式作動装置が、低い、容易に利用可能な空気圧（一般に、工場空気圧と呼ばれる）を用いて、高いばね力の偏倚に打ち勝ち、また出力部材を第２の位置へと動かし、かつ制御することがさらに望ましい。さらに、限られたスペースで使用するようにサイズが小型であるような空気圧式作動装置を提供することが望ましい。

[0006]上記で述べた一般的なタイプの空気圧式作動装置の一用途は、高圧流体の流れを制御する高圧弁を操作することである。この用途では、空気圧式作動装置は、高圧弁の標準の取付け機構に固定され、また出力部材は、弁の操作を制御することができる。出力部材のばねで偏倚された第１の位置は弁を１つの位置に保持するが、ピストンヘッドに対する空気圧の動作によって出力部材を第２の位置へと移動させることにより、弁を別の位置に移動させることができる。

[0007]本発明は、小型の倍力空気圧式作動装置を提供する。作動装置は、入力部材組立体、荷重ビーム組立体、出力部材組立体、および偏倚部材組立体を含むことができる。弁部材組立体をさらに設けることができる。

[0008]入力部材組立体、荷重ビーム組立体、出力部材組立体、および偏倚部材組立体はすべて、同軸に位置合せされて、共通のハウジング内に配置することができる。入力部材は、ハウジングの１つの端部領域に配置された１つまたは複数のピストンヘッドを含むことができ、また荷重ビーム組立体は、ハウジングの反対側の端部領域に配置された１つまたは複数の倍力荷重ビームを含むことができる。１つまたは複数の偏倚部材、および出力部材は、ピストンヘッド（複数可）と荷重ビーム（複数可）の間に配置することができる。

[0009]入力部材組立体はまた、ピストンヘッドの１つから、偏倚部材（複数可）および出力部材を過ぎて、荷重ビーム（複数可）と動作可能に接続されるように軸方向に延びる入力伝達部材を含むことができる。入力伝達部材は、偏倚部材（複数可）と出力部材の間で半径方向に配置することができ、したがって、偏倚部材（複数可）および出力部材は、入力伝達部材内で半径方向に入れ子になる。

[0010]入力部材組立体はまた、ハウジングおよびピストンヘッド（複数可）により画定される１つまたは複数の可変容積の流体圧力室を含むことができる。流体圧力は、流体圧力室に供給され、またはそこから外に通気されてピストンヘッド（複数可）を動かすことができ、さらにピストンヘッド（複数可）の動作は、入力伝達部材により荷重ビームに伝達されうる。

[0011]荷重ビーム（複数可）は、軸に対して実質的に直角な平面中に配置することができ、また長い荷重ビームアーム、および短い荷重ビームアームを提供する枢動軸周りで、枢動運動させるように取り付けることができる。入力伝達部材は、長い荷重ビームアーム（複数可）に動作可能に接続することができ、また短い荷重ビームアーム（複数可）は、動作可能に接続されて、偏倚部材（複数可）の偏倚に抗して出力部材を移動させることができる。

[0012]弁部材組立体は、出力部材の動きに応じて、流体の流れを開閉するように動作可能に接続された弁部材を含むことができる。
[0013]入力部材組立体、荷重ビーム組立体、出力部材組立体、偏倚部材組立体、および弁部材組立体はすべて、第１の位置すなわち通常の位置、つまりばねで偏倚された位置を有することができ、その位置で、流体圧力が可変容積の流体圧力室から外に通気されたとき、偏倚部材（複数可）は、このような組立体をこのような位置に保持する。流体圧力が、室内に供給されたとき、ピストンヘッド（複数可）は、軸方向に移動することができ、また入力伝達部材が、長いアーム（複数可）に作用して長い荷重ビーム部材（複数可）を枢動させ、かつ荷重ビーム部材の短いアーム（複数可）を、荷重ビーム（複数可）の機械的倍率により倍力された力を用いて出力部材に作用させることができる。出力部材の動作は、荷重ビーム組立体を過ぎて弁部材組立体に向けて延びる出力シャフトにより弁部材組立体に伝達される。こうすることは、入力部材組立体、荷重ビーム組立体、出力部材組立体、偏倚部材組立体、および弁部材組立体をすべて、第２の位置すなわち作動位置へと移動させ、かつそこで保持されるようにする。

[0014]本発明はまた、以下で述べる特許請求の範囲に記載された特徴および構造の様々なものを単独で、また組み合わせて提供するものであり、その特許請求の範囲は、本発明のこの要約中に参照により組み込まれる。

[0015]次に本発明の諸実施形態が、添付の図面を参照してさらに詳細に延べられる。

[0016]本発明のいくつかの原理を組み込んだ好ましい実施形態による空気圧式作動装置の斜視図である。 [0017]第１の位置にある空気圧式作動装置を示しており、かつ高圧流れ制御弁が作動装置に接続された、図１の基準の視線２−２に沿った横断側面図である。 [0018]図１および２で示された空気圧式作動装置で使用される荷重ビーム組立体の拡大された斜視図である。 [0019]図２と同様の図であるが、第２の位置にある空気圧式作動装置を示しており、また高圧制御弁を除外した図である。

[0020]本発明の原理、実施形態、および動作は、添付の図面で示され、かつ本明細書で詳細に述べられる。これらの図面およびこの記述は、開示された本発明の特定の例示的な形態に限定されるものと解釈されるべきではない。したがって、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、本明細書の諸実施形態の様々な変更を行うことが可能であることが、当業者には明らかとなろう。

[0021]図１は、小型の倍力空気圧式作動装置１０を示す。作動装置１０は、入力として流体圧力を受け取り、機械的な動作を生じ、かつ制御する動作制御装置である。作動装置１０は、第１の軸方向端部領域１２、および第２の軸方向端部領域１３を有する全体的に円筒形で、軸方向に延びるカップ形状のハウジング１１を含む。端部領域１２、１３は、それぞれ、第１および第２の端部キャップ１４、１５により閉じられており、また端部領域１２、１３は、そのそれぞれの端部キャップから互いの方向に軸方向に延び、かつハウジング１１の実質的に軸方向の中間点で一致する。

[0022]第１の端部キャップ１４は、選択的に供給源をポート１６に接続し、かつポート１６から供給源を通気させる圧力制御弁を介して、流体圧力供給源に外部で接続される流体圧力ポート１６を含む。好ましい実施形態では、第１の端部キャップ１４は、上部、または第１の端部領域１２から、作動装置１０の様々な構成要素を組み立てることを容易にするために、ハウジング１１へとねじ込まれる別個の部分である。代替的には、端部キャップ１４は、例えば、作動装置１０の様々な構成要素が、底部、または第２の端部領域１３から組み立てられる場合、ハウジング１１と一体に形成することもできる。ハウジング１１、端部キャップ１４、１５、およびポート１６はすべて、長手方向軸１８に沿って配置される。

[0023]空気圧供給源、圧力制御弁、およびポート１６への接続はよく知られており、図１では示されていない。好ましい実施形態では、流体圧力の供給源は、約４５００ｈＰａ（４．５ｂａｒ）から約８５００ｈＰａ（８．５ｂａｒ）（１平方インチ当たり約６５から約１２５ポンド）の範囲の圧力でポート１６に空気圧を供給する。この圧力範囲は、「工場空気（ｓｈｏｐ ａｉｒ）」圧と呼ばれるが、それは、多くの工場域で空気圧貯蔵室から利用可能な空気圧であるからである。図面で示す好ましい実施形態の場合、この圧力範囲の低いレベルは、以下でさらに述べるように作動装置を動かすための最小設計圧力であり、またこの圧力範囲の高いレベルは最大設計圧力である。作動装置１０の用途に応じて、他の代替の設計圧力を使用することもできる。

[0024]第２の端部キャップ１５は、作動装置１０を、作動装置１０により動作される任意の装置に取外し可能に接続できるようにするねじ式のコネクタ、および作動装置１０から出力される力をこのような装置に伝達することを可能にする機械的な出力ポート１７を含む。ボルト締めフランジ継手、またはスナップリング継手、あるいは他の知られたコネクタ機構など、このような装置に、作動装置１０を取外し可能に、または恒久的に接続するための代替の機構を使用することもできる。好ましい実施形態における第２の端部キャップ１５は、製作を容易にするために、ハウジング１１と一体に形成される。代替的には、端部キャップ１５を別個の部材とすることもできる。動作させる装置は、電気的スイッチ、クラッチ、または装置を特定の位置へと移動させるために、かつ装置を特定の位置に保持するために動作制御を必要とする任意の他の装置とすることができる。本発明の好ましい実施形態では、動作させる装置は、高圧流体制御弁２０である。

[0025]図２を次に参照すると、作動装置１０が、これも横断面で示されているその関連する弁２０と組み合わせて横断面で示されている。作動装置１０および弁２０は、入力部材組立体２４、荷重ビーム組立体２５、出力部材組立体２６、偏倚部材組立体２７、および弁部材組立体２８を含む。図面または以下の記述でその他の形で指示されない限り、作動装置１０および弁２０の大部分の構成要素部品は、ステンレス鋼、好ましくは、米国鉄鋼協会（ＡＩＳＩ）の仕様４４０−Ｃ条件Ａ、または米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）の仕様Ａ２７６による高炭素クロムステンレス鋼から作られる。

[0026]入力部材組立体２４は、第１の、概して平坦なピストンヘッド３１、および第２の、概して平坦なピストンヘッド３２を含み、そのそれぞれがハウジング１１の第１の端部領域１２内で軸方向に摺動可能である。ピストンヘッド３１、３２はそれぞれ、概して円筒形の外周を有し、各ピストンヘッド３１、３２の外周上の適切なＯリングシールは、ハウジング１１の内周表面と摺動可能な密封係合を提供する。第１のピストンヘッド３１、ハウジング１１、および端部キャップ１４は、第１の可変容積の流体圧力室３３を協動して画定し、また第２のピストンヘッド３２、ハウジング１１、および概して平坦な分離ディスク３４は、協動して、第２の可変容積の流体圧力室３５を画定する。分離ディスク３４は、概して円筒形の内周表面、および外周表面を含み、これらの各表面は、そのそれぞれに隣接する表面と摺動可能な密封係合を提供するための適切なＯリングシールを担持する円周溝を含む。スナップリング３６が、ハウジング１１内で一方の軸方向に分離ディスクが移動するのを阻止するように、ハウジング１１の第１の領域１２の内周表面における円周溝中に受け入れられ、また第２の可変容積の圧力室３５中の流体圧力、および第２のピストンヘッド３２が、分離ディスクをスナップリング３６に対して押し付ける。ハウジング１１の第１の端部領域１２にある１つまたは複数の穴（図示せず）が、ハウジング１１を完全に半径方向に貫通して延び、周囲の大気圧を、ハウジング１１の外側からスナップリング３６が配置される溝へと伝達する。これらの穴は、分離ディスク３４、ハウジング１１の第１の領域の内周表面、および第１のピストンヘッド１２により画定される通気室３７を、周囲の大気圧へと連続的に通気する。ハウジング１１の第２の端部領域１３にある他の穴（図示せず）は、ハウジング１１を完全に半径方向に貫通して延び、周囲の大気圧を、ハウジング１１の外側から、圧力室３５とはピストンヘッド３２の反対側にある他の通気室３８へと伝達する。

[0027]端部キャップ１２は、端部キャップ１２から出力部材組立体２６の方向に軸方向に延びる中央にある円筒形の案内／停止部材４１を含む。好ましい実施形態では、案内／停止部材４１は、端部キャップ１２と一体に形成されるが、代替的には、部材４１は、ねじ込み接続、または任意の他の適切な接続装置により端部キャップ１２に取り付けることのできる別個の部品とすることができる。端部キャップ１２、および案内／停止部材４１は、流体圧力ポート１６と、可変容積の流体圧力室３３、３５との間で、それぞれ、開放された流体圧力連通を確立する中央通路４２、４３を含む。第１の概して円筒形の入力伝達部材４４は、第１のピストンヘッド３１から軸方向に延び、また部材４４の内周表面が、案内／停止部材４１の外周表面に対して摺動して、ピストンヘッド３１の軸方向の動きを案内し、ハウジング１１内でピストンヘッド３１の適正な位置合せを維持し、かつ以下でさらに十分に述べるような方法で、力をピストンヘッド３１からピストンヘッド３２に伝達する。好ましい実施形態では、入力伝達部材４４は、ピストンヘッド３１と一体に形成される。

[0028]第２の概して円筒形の入力伝達部材４５は、第２のピストンヘッド３２から、出力部材組立体２６および偏倚部材組立体２７を過ぎて、荷重ビーム組立体２５の方向に軸方向に延びる。好ましい実施形態では、入力伝達部材４５は、ピストンヘッド３２と一体に形成される。部材４５は、ピストンヘッド３２の軸方向動作を案内し、ハウジング１１内でピストンヘッド３２の適正な位置合せを維持し、かつ以下でさらに十分に述べる方法で、力をピストンヘッド３２から荷重ビーム組立体２５へと伝達する。力伝達部材４５は、ハウジング１１と、出力部材組立体２６および偏倚部材組立体２７のそれぞれとの間に半径方向に配置され、したがって、以下でさらに十分に述べるように、部材がハウジング１１内を軸方向に移動して荷重ビーム組立体２５を動作させるとき、出力部材組立体２６と偏倚部材組立体２７は、部材４５内で入れ子になる。

[0029]次に図２および３を共に参照すると、荷重ビーム組立体２５は、荷重ビーム取付けプレート５１、荷重ビーム５２、５３、荷重ビーム取付けブロック５４、５５、および５６、ならびに枢動ピン５７、５８を含む。荷重ビーム取付けプレート５１は、作動装置１０の動作中、端部キャップ１５に載置される概して平坦で丸いプレートである。中央取付けブロック５４、およびブロック５５、５６は、取付けプレート５１と一体に形成される。代替的には、取付けブロックのうちのいくつか、またはすべては、適切なねじ込み式締結具、または他の適切な手段により、取付けプレート５１に固定される別個の部品とすることもできる。さらに、荷重ビーム取付けプレート５１は、特に、作動装置１０の構成要素が、ハウジング１１の端部領域１３または底部からハウジング１１中へと組み立てられる場合、図面で示された一体の端部キャップ１５に代えて、ハウジング１１の端部領域１３または底部に対して取り外しできる端部キャップを提供することもできる。

[0030]枢動ピン５７は、取付けブロック５５、５４中の適切な穴を貫通して延びて、枢動ピン５７により画定される枢動軸周りで荷重ビーム５３を枢動可能に配置する。同様に、枢動ピン５８は、取付けブロック５６、５４中の適切な穴を貫通して延びて、枢動ピン５８により画定される枢動軸周りで荷重ビーム５２を枢動可能に配置する。望ましい場合は、荷重ビームが、そのそれぞれの枢動軸周りで動くとき、摩擦および摩耗を減らすように、適切な軸受（図示せず）を枢動ピン５７，５８上に配置することもできる。荷重ビーム５２は、枢動軸から第１および第２の端部６０，５９へと横方向外側に延びる第１および第２のアームを含み、第１のアームの長さは、第２のアームの長さよりも実質的に大きい。同様に、荷重ビーム５３は、枢動軸から第１および第２の端部６２，６１へと横方向外側に延びる第１および第２のアームを含み、第１のアームの長さは、第２のアームの長さよりも実質的に大きい。第１のアームのそれぞれの長さは、短いアームの長さよりも、２倍を超える大きさであり、好ましくは３倍を超える大きさである。さらに、好ましい実施形態における各荷重ビーム５２、５３の長さは、ハウジング１１の内側の直径の少なくとも約８０パーセントであり、以下でさらに述べるように、動作中に、最大の機械的倍率および移動長さを提供し、かつ短いアームによる出力部材２６に対する作動力の対称的な配分を行う。代替的には、荷重ビームの他の長さ、荷重ビームの数、および機械的倍率は、作動装置の望ましいサイズ、利用可能な空気圧、および作動装置１０に対する出力および移動要件に応じて提供することができる。例えば、荷重ビームは、特に、小型サイズおよび高出力が重要ではない場合、より短い荷重ビーム、および多数の荷重ビームを備えて、より全体的に半径方向に構成することも可能である。

[0031]図２および３の荷重ビーム５２、５３は、以下でさらに十分に述べるように、通常の、またはばねで偏倚された、または休止位置に配置される。この位置では、荷重ビーム５２、その端部５９、６０、および枢動ピン５７周りのその枢動軸は、ハウジング１１の長手方向軸１８に対して実質的に直角な長手方向軸６３に沿って配置される。実質的に直角であるという用語は、約９０度プラスまたはマイナス約２０度であることを意味する。同様に、荷重ビーム５３はまた、以下でさらに十分に述べるように、図２および３で見て、通常の、またはばねで偏倚された、あるいは休止位置に配置される。この位置では、荷重ビーム５３、その端部６１、６２、および枢動ピン５８周りのその枢動軸は、ハウジング１１の長手方向軸１８に対して実質的に直角な軸６４に沿って配置される。

[0032]取付けプレート５４に中央案内開口部６６、およびリミットスイッチ取付けブロック６５がまた、荷重ビーム組立体２５に設けられる。中央案内開口部６６は、以下でさらに述べるように、作動装置１０の他の構成要素の位置合せを維持する。リミットスイッチ取付けブロックは、荷重ビームプレート５１における対応する開口部と位置合せされ、ねじが切られた開口部を含む。リミットスイッチ（図示せず）は、荷重ビームプレート５１における開口部と、取付けブロック６５における開口部中にねじ込まれて、荷重ビーム５３の位置を示す信号を送り、それにより、出力部材組立体２６の位置を示す信号が送られる。リミットスイッチが使用されない場合、適切なプラグが、荷重ビームプレート５１の開口部、および取付けブロック６５の開口部にねじ込まれて、ハウジング１１の内部に汚染物質が侵入するのを防止する。

[0033]図２を再度参照すると、出力部材組立体２６は、出力部材プレート７１を含む。出力部材プレート７１は、以下でさらに十分に述べるように、偏倚部材組立体２７により図２で示す第１の位置すなわち通常の位置、つまり休止位置でブロック５４に対して保持される。出力部材作動装置７２は、出力部材プレート７１と共に移動するように固定され、図２でさらに、その第１の位置すなわち通常の位置、つまり休止位置で示されている。出力部材作動装置７２は、出力部材プレート７１から、案内開口部６６を通り、コネクタおよび機械的な出力ポート１７へと軸方向に延びて、弁２０、または作動すべき他の装置を動作させ、かつ動作を制御する。出力部材７１は、入力部材組立体２４と荷重ビーム組立体２５の間で軸方向に、かつ入力伝達部材４５の半径方向内側に、ハウジング１１内で配置される。

[0034]偏倚部材組立体２７は、静的な偏倚プレート７９、およびばね８１，８２を含む。偏倚プレート７９は、すべての動作条件下で案内／停止部材４１に対して保持されて、ばね８１、８２がそれに対して作用する静的なプレートを提供する。ばね８１、８２は、任意の適切なばね装置とすることができ、好ましい実施形態では、ばね８１、８２は、直列構成で配置された皿ばねであり、図２で示す第１の位置すなわち通常の位置から、図４で示す第２の位置すなわち作動位置へと高いばね力、および高い軸方向移動を提供し、以下でさらに十分に述べるものとする。移動可能なばね８１、８２の端部は、すべての条件下で、出力部材プレート７１に対して作用する。偏倚部材組立体２７、およびその偏倚部材８１、８２は、入力部材組立体２４と荷重ビーム組立体２５との間で軸方向に、出力部材プレート７１と入力部材組立体２４との間で軸方向に、かつ入力伝達部材４５の半径方向内側に、ハウジング１１内で配置される。偏倚部材組立体２７が、図２で示すその第１の位置すなわち通常の位置にあるとき、偏倚部材８１、８２は、部分的に圧縮された位置にあり、ブロック５４に対して出力部材プレート７１をしっかりと偏倚させる高い力を加え、かつ出力部材プレート７１を何らかの対向する力に抗して、この第１の位置すなわち休止位置、つまりばねで偏倚させた位置に保持する。好ましい実施形態では、その第１の位置にある出力部材７１に対して偏倚部材８１、８２により加えられる力は、約１７５から約２７５キログラム（約４００から６００ポンド）の範囲である。

[0035]弁２および弁部材組立体２８は、よく知られており、弁ハウジング８５と、流体の流れを制御するために、流体システム（図示せず）における流体流れストリーム中に弁部材組立体２８を配置するように接続される流体ポート８６、８７と、可撓性のある弁部材８８と、弁部材作動装置８９とを含む。第１のコネクタ９１は、作動装置１０の出力ポート１７とねじ込み式で解放可能に係合しており、第２のコネクタ９２は、弁ハウジング８５とねじ込み式に係合されて、第１のコネクタ９１を弁ハウジング８５に接続する。弁部材作動装置８９および弁部材８８が図２で示されており、ポート８６と８７の間で弁ハウジング８５を通る流体の流れを閉じ、かつ阻止する第１の位置すなわち閉じた位置にある。この位置（その位置は、作動装置１０およびその構成要素の第１の位置すなわちばねで偏倚させた位置、または作動位置である）にある作動装置１０は、出力部材７１から、出力部材作動装置７２を介して、弁部材作動装置８９に対して一定の高い力を加えて、弁部材８８をこの閉じた位置に保持する。この一定の高い力は、弁部材８８を開くようにする方向に弁部材８８に対して作用する弁２０における流体圧力により生成される対抗力に打ち勝つだけの十分な大きさがある。この動作モード中、可変容積室３３、３５における空気圧は、大気圧へと通気されている。ピストンヘッド３１、３２は、図２で示すその第１の位置すなわち休止位置のままであり、また第１および第２の入力伝達部材４４、４５は、荷重ビーム組立体２５に対して大幅な力を加えることはない。

[0036]弁２０を開くことが望ましい場合、作動装置１０は、図２で示すその第１の位置すなわち休止位置から、図４で示すその第２の位置すなわち作動位置へと移動する。これを達成するために、工場空気圧により供給される範囲の空気圧が、ポート１６、および通路４２、４３を通って作動装置１０の可変容積室３３、３５へと供給される。すべての状態の間、通気室３７、３８は、周囲の大気圧のままであるため、第１のピストンヘッド３１および第２のピストンヘッド３２は、第２の入力伝達部材４５が、荷重ビーム５２、５３のそれぞれの長いアームと係合するまで、そのそれぞれの第１の位置すなわち休止位置から離れて、荷重ビーム組立体２５の方向への移動を開始する。これが生ずると、第１のピストンヘッド３１に作用する、第１の室３３における空気圧により生成された第１の入力が、第１の入力伝達部材４４により第２のピストンヘッド３２へと伝達される。この第１の入力に加えて、第２のピストンヘッド３２に対して作用する、第２の室３５における空気圧により生成される大きさと実質的に等しい第２の入力は、力伝達部材４５により、荷重ビーム５２、５３の長いアームの端部６０、６２へとそれぞれ伝達される合計入力を提供する。

[0037]室３３、３５における空気圧が十分に高いレベルに達したとき、荷重ビーム５２、５３の長いアームに対して作用する合計入力は、長いアームの端部６０、６２を、偏倚部材８１、８２から離れる方向に軸方向へと移動を開始させる。荷重ビーム５２、５３は、次いで、枢動ピン５６、５７によりそれぞれ画定されたその各枢動軸周りで枢動を開始する。こうすることは、荷重ビーム５２、５３の短いアームの端部５９、６０の出力部材７１に対する偏倚部材８１、８２の方向への移動を開始させ、出力部材７１を弁作動装置部材８９上の通常の、または休止力を低減する方向に移動させて、ばね８１、８２をさらに圧縮させる。長いアームは、短いアームの長さの倍数であるので、機械的倍率が荷重ビーム５２、５３により得られる。出力プレート７１を、図２で示すその第１の位置すなわち通常の位置、つまり休止位置から離れるように移動させる、荷重ビーム５２、５３の短いアームにより出力プレート７１に作用する力は、入力部材組立体２４により供給された上記で述べた合計入力の倍数である。出力プレート７１のこの動作は、出力作動装置７２を、弁作動装置８９および弁部材８８から離れるように移動させ、弁部材８８に作用する弁２０における流体圧力が、弁部材８８をその弁座から離れるように移動させて、弁２０を通る流体流れの開放を開始する。

[0038]この動作は、入力部材組立体２４、荷重ビーム組立体２５、出力部材組立体２６、および偏倚部材組立体２７がすべて、図４で示された作動位置になり、かつ弁部材組立体２８が完全に開くまで続けられる。図４を参照すると、室３３、３５における空気圧は、ピストンヘッド３２及び３３を図４で示す第２の位置すなわち作動位置へと移動し、かつそこで保持する。この動作位置では、入力伝達部材４５は、このような圧力を受けるピストンヘッド３１、３２の横方向横断面積に対して作用する、室３３、３５の空気圧により生成される組み合わされた力を、荷重ビーム５２、５３の端部６０、６２にそれぞれ伝達する。荷重ビーム５２、５３の長いアームに加えられたこの力は、荷重ビーム５２、５３の機械的倍率により倍力化され、出力プレート７１を、図４で示すその作動位置へと移動させ、かつそこに保持する。弁部材２０が開いたこの位置における偏倚部材８１、８２はさらに圧縮され、偏倚部材８１、８２のばね偏倚力は最大になる。偏倚部材組立体２７の最大力は、望ましい場合には、作動装置１０をその第１の位置すなわち休止位置へと戻して弁２０を閉じるために利用できる。好ましい実施形態では、出力部材７１に対して、偏倚部材８１、８２により供給される軸方向力は、約４５０から５５０キログラム（約１０００から１２００ポンド）の範囲であり、出力部材７１のその第１の位置からその第２の位置への移動量は、約０．７ミリメートルから約１．５ミリメートル（０．０３０インチから約０．０６０インチ）の範囲である。代替的に、他の偏倚力および移動距離を、作動装置１０により動作される装置の要件に応じて提供することもできる。

[0039]荷重ビーム５２が、図４で示すこの第２の位置すなわち作動位置へと移動して弁２０を開くことができる場合、軸６３は、図２で示すその第１の位置から図４で示す位置へと回転する。さらに、これが生ずると、荷重ビーム５２の長いアームが、偏倚部材組立体２７から軸方向に離れる方向に移動し、荷重ビーム５２の短いアームは、偏倚部材２７の方向へと軸方向に移動する。同様に、荷重ビーム５３が、図４で示すその第２の位置すなわち作動位置へと移動した場合、軸６４はまた、図２で示すその第１の位置から図４で示す位置へと回転する。さらに、これが生ずると、荷重ビーム５３の長いアームが、偏倚部材組立体２７から軸方向に離れる方向に移動し、荷重ビーム５３の短いアームは、偏倚部材２７の方向へと軸方向に移動する。入力伝達部材４５が、ハウジング１１、出力部材７１、および偏倚部材８１、８２の間に半径方向に配置されるので、荷重ビーム５２、５３の短いアームのこの枢動回転、および偏倚部材８１、８２の圧縮は、力伝達部材４５の半径方向に内側で行われ、作動装置１０の軸方向長さを低減する。さらに、荷重ビーム５２、５３の長いアームの枢動運動は、ハウジング１１に隣接した位置で力伝達部材４５により生じており、作動装置１０の軸方向長さを増加させずに、荷重ビーム５２、５３の最大長がさらに提供される。

[0040]弁２０は、室３３、３５中の空気圧が解放され、かつ室３３、３５が大気に通気されるまでその開放位置にある。これは、荷重ビーム５２、５３の長いアームに作用する力伝達部材４５の力を低下させ、かつ解放して、出力プレート７１に作用する荷重ビーム５２、５３の小さいアームの力を低下させ、かつ解放する。こうすることは、荷重ビーム５２、５３がその各枢動軸周りで枢動して、図２および図３で示された第１の位置すなわち休止位置へと戻ることを可能にし、弁２０が閉じられる。この動作を開始する力は、その作動位置にある偏倚部材８１、８２の上記で述べた力である。

[0041]本発明の現在好ましい実施形態が図で示され、かつ上記で詳細に述べられている。しかし、本発明は、これらの特有の諸実施形態に限定されるものではない。本発明に対して、その教示から逸脱することなく様々な変更および修正を加えることができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲で規定される。

Claims (24)

1. 通常位置と作動位置の間で軸方向に移動可能な入力部材と、
   第１の端部および第２の端部を夫々有する二つの荷重ビームであり、通常位置と作動位置の間で枢動運動をするように、前記第１の端部と前記第２の端部の間の枢動位置で枢動可能に取り付けられた二つの荷重ビームと、
   前記入力部材と前記荷重ビームの間で軸方向に配置された出力部材であって、通常位置と作動位置の間で軸方向に移動可能な出力部材と、
   通常位置および作動位置を有する偏倚部材とを備え、
   前記偏倚部材が前記出力部材と動作可能に係合し、かつ前記偏倚部材がその前記通常位置にあるとき、前記出力部材を、その前記通常位置へと偏倚させ、かつ
   前記荷重ビームが、実質的に前記第１の端部で前記入力部材により動作可能に係合され、また前記入力部材が、その前記作動位置にあるとき、前記荷重ビームをその前記作動位置に保持し、
   前記二つの荷重ビームは、互いに実質的に平行な枢軸回りに枢動し、且つ
   前記二つの荷重ビームは、前記枢軸の軸に対して実質的に平行な方向に互いに横にずれている、作動装置。
2. 前記荷重ビームが、実質的にその第２の端部で、前記出力部材に動作可能に接続され、かつ前記荷重ビームがその前記作動位置にあるとき、前記出力部材をその前記作動位置に保持する、請求項１に記載の作動装置。
3. 前記枢動位置と前記第１の端部の間の距離が、前記枢動位置と前記第２の端部の間の距離よりも大きい、請求項２に記載の作動装置。
4. ハウジングをさらに含み、
   前記入力部材、前記出力部材、前記荷重ビーム、および前記偏倚部材がすべて、前記ハウジング内に配置され、かつ
   前記偏倚部材が、前記入力部材と前記荷重ビームの間で軸方向に配置される、請求項１から３のいずれかに記載の作動装置。
5. 前記ハウジングは全体的に円筒形であり、かつ第１の軸方向端部領域、および第２の軸方向端部領域を有し、
   前記入力部材が前記第１の軸方向端部領域内に位置し、
   前記荷重ビームが、前記第２の軸方向端部領域内に位置し、かつ
   前記荷重ビームが前記通常位置にあるとき、前記荷重ビームは、前記ハウジングの前記軸に対して実質的に直角をなす長手方向軸を含む、請求項４に記載の作動装置。
6. 前記第１の軸方向端部領域内に配置された流体圧力室を含み、
   前記流体圧力室が、通常の容積と、前記通常容積よりも実質的に大きい作動容積とを有し、かつ
   前記入力部材が、前記流体圧力室内の前記流体圧力を受け、かつ前記流体圧力により作用される軸方向横断面積を有するピストンヘッドを含む、請求項５に記載の作動装置。
7. 前記作動装置が、入力伝達部材をさらに含み、また前記入力部材が前記作動位置にあるとき、前記入力伝達部材が、前記ピストンヘッドから、前記偏倚部材および前記出力部材を過ぎて、前記荷重ビームへと軸方向に延びる、請求項６に記載の作動装置。
8. 前記入力伝達部材が、前記偏倚部材の半径方向外側に、かつ前記出力部材の半径方向外側に、前記ハウジング内に配置され、それにより、前記出力部材および前記偏倚部材が、前記荷重ビーム部材と前記入力部材の間で軸方向のそのそれぞれの位置において、前記入力伝達部材内で半径方向に入れ子になる、請求項７に記載の作動装置。
9. 出力シャフトをさらに含み、前記出力シャフトが、前記出力部材に動作可能に接続され、かつ前記出力部材から前記荷重ビームを過ぎて軸方向に延びる、請求項４または８のいずれかに記載の作動装置。
10. 前記出力部材が、前記荷重ビームと前記偏倚部材の間で軸方向に配置される、請求項９に記載の作動装置。
11. 前記ピストンヘッドと前記荷重ビームの間で軸方向に位置する静的な部材を含み、また前記偏倚部材が、前記静的な部材と前記出力部材の間で作用する、請求項１０に記載の作動装置。
12. 前記偏倚部材が皿ばねを含み、前記ハウジングが内側直径を有し、前記荷重ビームが長さを有し、かつ前記荷重ビームの前記長さが、前記ハウジングの前記内側直径の少なくとも約８０パーセントである、請求項５または１１のいずれかに記載の作動装置。
13. 前記ハウジング内に配置された他の流体圧力室を含み、
    前記他の流体圧力室が、通常の容積と、前記通常の容積よりも実質的に大きい作動容積とを有し、
    前記入力部材が、前記他の流体圧力室内の前記流体圧力を受け、かつ前記流体圧力により作用される軸方向横断面積を有する他のピストンヘッドを含み、かつ
    前記他のピストンヘッドが、軸方向動作を共に行うために、前記最初に述べたピストンヘッドに動作可能に接続される、請求項６ないし８のいずれかに記載の作動装置。
14. 前記第２の端部領域で前記ハウジングに接続された弁であり、前記弁との流体圧力連通を制御する弁要素を含む弁をさらに含み、
    前記出力部材が、前記弁要素に動作可能に接続され、前記出力部材がその前記通常位置にあるとき、前記弁要素を、所定の位置へと移動し、かつ前記所定の位置で保持する、請求項１、９、１２、または１３のいずれかに記載の作動装置。
15. 軸方向に延びる全体的に円筒形のハウジングと、
    第１の位置と第２の位置の間で前記ハウジングに対して移動可能な出力部材と、
    前記出力部材を前記第１の位置へと偏倚させる偏倚部材と、
    流体圧力に応じて、第１の位置から第２の位置へと前記ハウジングに対して移動可能なピストンヘッドと、
    前記ピストンヘッドの前記動作の少なくとも一部を前記出力部材に伝達して、前記出力部材を、その前記第１の位置からその前記第２の位置へと移動させる荷重ビーム組立体とを備え、
    前記荷重ビーム組立体が、前記ハウジングに枢動可能に取り付けられた荷重ビームを含み、前記荷重ビームが、第１のアームおよび第２のアームを有し、前記第１のアームが、前記第２のアームよりも実質的に長く、前記荷重ビームが、前記ハウジングの前記軸に対して実質的に直角をなす長手方向軸を有する、流体圧力で動作する作動装置。
16. 前記ハウジングに動作可能に接続された弁であって、前記弁との流体圧力連通を制御する弁要素を含む弁をさらに含み、
    前記出力部材が、前記弁要素に動作可能に接続され、かつ前記出力部材がその前記通常位置にあるとき、前記弁要素を、所定の位置へと移動し、かつ前記所定の位置で保持する、請求項１５に記載の流体圧力で動作する作動装置。
17. 前記ハウジングが、第１の軸方向端部領域、および第２の軸方向端部領域を有し、
    前記入力部材が前記第１の軸方向端部領域内に位置し、
    前記荷重ビームが、前記第２の軸方向端部領域内に位置し、かつ
    前記偏倚部材および前記出力部材が、前記荷重ビーム組立体と前記ピストンヘッドの間で軸方向に配置される、請求項１５または１６のいずれかに記載の流体圧力で動作する作動装置。
18. 前記第１の軸方向端部領域内に配置され、第１の容積、および前記第１の容積よりも実質的に大きい第２の容積を有する流体圧力室であって、前記ピストンヘッドが、前記流体圧力室内の前記流体圧力を受け、かつ前記流体圧力により作用される軸方向横断面積を有する、流体圧力室と、
    前記ピストンヘッドが前記第２の位置にあるとき、前記ピストンヘッドから、前記偏倚部材および前記出力部材を過ぎて、前記荷重ビームへと軸方向に延び、かつ前記偏倚部材の半径方向外側に、かつ前記出力部材の半径方向外側に、前記ハウジング内に配置される力伝達部材であって、それにより前記出力部材および前記偏倚部材が、前記荷重ビーム部材と前記ピストンヘッドの間で軸方向のそのそれぞれの位置において、前記力伝達部材内で半径方向に入れ子になる、力伝達部材とをさらに含む、請求項１６に記載の流体圧力で動作する作動装置。
19. 前記出力部材に動作可能に接続された出力シャフトであって、前記出力部材から前記荷重ビームを過ぎて軸方向に延びる出力シャフトをさらに含む、請求項１８に記載の流体圧力で動作する作動装置。
20. 前記ハウジングの第２の端部領域において、前記第１の荷重ビームの半径方向反対側に配置された他の荷重ビームであって、前記ピストンヘッドの前記動作の少なくとも一部を前記出力部材へと伝達して、前記出力部材を、その前記第１の位置からその前記第２の位置へと移動させる、他の荷重ビームをさらに含み、
    前記他の荷重ビームが、前記ハウジングに枢動可能に取り付けられ、かつ第１のアームおよび第２のアームを有しており、前記第１のアームが、前記第２のアームよりも実質的に長く、前記アームが、前記ハウジングの前記軸に対して実質的に直角をなす長手方向軸を有しており、かつ
    前記偏倚部材および前記出力部材が、前記他の荷重ビーム組立体と前記ピストンヘッドの間で軸方向に配置される、請求項１７から１９のいずれかに記載の流体圧力で動作する作動装置。
21. 前記出力シャフトが、前記他の荷重ビームを過ぎ、かつ前記最初に述べた荷重ビームと前記他の荷重ビームの間を軸方向に延びる、請求項２０に記載の流体圧力で動作する作動装置。
22. 前記ハウジングの前記第２の端部領域に配置された枢動取付けブロックをさらに含み、
    前記荷重ビームのそれぞれが、前記枢動取付けブロック内に固定された枢動シャフトを含み、
    前記枢動取付けブロックが、前記荷重ビーム間に軸方向開口部を含み、かつ
    前記出力シャフトが、前記軸方向開口部内に摺動可能に受け入れられる、請求項２１に記載の流体圧力で動作する作動装置。
23. 前記ハウジングが内側直径を有し、前記荷重ビームのそれぞれが長さを有し、かつ前記荷重ビームのそれぞれの前記長さが、前記ハウジングの前記内側直径の少なくとも約８０パーセントである、請求項１９に記載の流体圧力で動作する作動装置。
24. 通常位置と作動位置の間で軸方向に移動可能な入力部材と、
    第１の端部および第２の端部を有する荷重ビームであり、通常位置と作動位置の間で枢動運動をするように、前記第１の端部と前記第２の端部の間の枢動位置で枢動可能に取り付けられた二つの荷重ビームと、
    前記入力部材と前記荷重ビームの間で軸方向に配置された出力部材であって、通常位置と作動位置の間で軸方向に移動可能な出力部材と、
    通常位置および作動位置を有する偏倚部材と、
    ハウジングと、を備え、
    前記偏倚部材が前記出力部材と動作可能に係合し、かつ前記偏倚部材がその前記通常位置にあるとき、前記出力部材を、その前記通常位置へと偏倚させ、
    前記荷重ビームが、実質的に前記第１の端部で前記入力部材により動作可能に係合され、また前記入力部材が、その前記作動位置にあるとき、前記荷重ビームをその前記作動位置に保持し、
    前記入力部材、前記出力部材、前記荷重ビーム、および前記偏倚部材がすべて、前記ハウジング内に配置され、且つ
    前記偏倚部材が、前記入力部材と前記荷重ビームの間で軸方向に配置される、作動装置。
    

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