JP5712053B2 - Valve actuator - Google Patents

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岩渕 俊昭
俊昭 岩渕
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本発明は、高圧流体が流れる管路に使用されるバルブに適したバルブ用アクチュエータに関し、特に、半導体製造装置等の配管系に使用されるメタルダイヤフラム弁用のアクチュエータに適したバルブ用アクチュエータに関する。   The present invention relates to a valve actuator suitable for a valve used in a pipe line through which a high-pressure fluid flows, and more particularly, to a valve actuator suitable for a metal diaphragm valve actuator used in a piping system of a semiconductor manufacturing apparatus or the like.

通常、半導体製造装置等で用いられるメタルダイヤフラム弁は、金属製ダイヤフラムと、樹脂製シートパッキンとを有し、このバルブの上部側にアクチュエータが搭載されている。このアクチュエータは、ダイヤフラムの上部に配設されたダイヤフラム押圧体を直接押圧して上下動させるステムを有し、このステムによりダイヤフラム押圧体を介してダイヤフラムを押圧又は押圧解除することで、ダイヤフラムとパッキンとの間の流路を開閉させる構造になっている。
更に、ダイヤフラム弁を高圧流体用として用いる場合には、弁体による密閉性を高めるためにアクチュエータによるダイヤフラム動作時の推力を高める必要が生じる。この場合、一般的に、高圧流体用のアクチュエータは、ピストンとシリンダとを有する機構を備え、このピストン・シリンダ機構により押圧体の推力を高めるようになっている。更に、ピストンの推力をより高めるために、シリンダ構造を二段や三段などの複数段に設ける場合もある。
Usually, a metal diaphragm valve used in a semiconductor manufacturing apparatus or the like has a metal diaphragm and a resin sheet packing, and an actuator is mounted on the upper side of the valve. This actuator has a stem that directly presses and moves the diaphragm pressing body disposed on the upper portion of the diaphragm, and presses or releases the diaphragm through the diaphragm pressing body by this stem, so that the diaphragm and the packing can be moved. It is the structure which opens and closes the flow path between.
Further, when the diaphragm valve is used for high-pressure fluid, it is necessary to increase the thrust during the diaphragm operation by the actuator in order to improve the sealing performance by the valve body. In this case, in general, an actuator for high pressure fluid includes a mechanism having a piston and a cylinder, and the thrust of the pressing body is increased by the piston / cylinder mechanism. Furthermore, in order to further increase the thrust of the piston, the cylinder structure may be provided in a plurality of stages such as two stages or three stages.

一方、アクチュエータ内にエアシリンダの推力を増大するための機構が内部に設けられたメタルダイヤフラム弁が知られている。この種のダイヤフラム弁として、例えば、特許文献1のメタルダイヤフラム弁が知られている。このダイヤフラム弁は、硬球とテーパ付押圧部材とを有し、押圧部材をくさびとして硬球に作用させてダイヤフラムを押圧する力を増大させるようにしたものである。   On the other hand, a metal diaphragm valve is known in which a mechanism for increasing the thrust of an air cylinder is provided inside the actuator. As this type of diaphragm valve, for example, a metal diaphragm valve of Patent Document 1 is known. This diaphragm valve has a hard ball and a tapered pressing member, and acts on the hard ball using the pressing member as a wedge to increase the force for pressing the diaphragm.

図14、図15においては、同文献1のダイヤフラム弁と同様の内部構造を有する従来のバルブ用アクチュエータを示している。このアクチュエータ装置1は、ボール体2、略円錐状の傾斜面3を有する小径のニードル4、すり鉢状の傾斜面部5を有する筒状部材6、ダイヤフラム押え7を押圧する押圧部材8を有している。このアクチュエータ装置1は、通常時にボデー部9内部に設けられたスプリング部材10の弾発力によってダイヤフラム弁11内のダイヤフラム弁体12の閉状態を維持しようとする、いわゆるノーマリークローズ(NC)タイプになっている。アクチュエータ装置1のボデー部9内に圧縮エアが流入すると、図15(b)の状態からボデー部9内に設けられたピストン部13が上昇し、このピストン部13とともにニードル4も図15(a)の状態まで上昇する。ニードル4が上昇すると、このニードル外周の傾斜面3に沿ってボール体2が縮径方向に移動し、このボール体2が筒状部材6の傾斜面部5にガイドされるように上方向にも移動して押圧部材8による押圧が解除され、ダイヤフラム弁体12が上昇して弁開状態になる。このとき、ニードル4が上下移動するときの図示しないストロークは、押圧部材が上下動するときのストロークの5〜6倍程度になっている。   14 and 15 show a conventional valve actuator having an internal structure similar to that of the diaphragm valve disclosed in the literature 1. FIG. The actuator device 1 includes a ball body 2, a small-diameter needle 4 having a substantially conical inclined surface 3, a cylindrical member 6 having a mortar-shaped inclined surface portion 5, and a pressing member 8 that presses a diaphragm presser 7. Yes. The actuator device 1 is a so-called normally closed (NC) type in which the diaphragm valve body 12 in the diaphragm valve 11 is maintained in the closed state by the elastic force of the spring member 10 provided in the body portion 9 at normal times. It has become. When compressed air flows into the body portion 9 of the actuator device 1, the piston portion 13 provided in the body portion 9 rises from the state shown in FIG. ) To the state. When the needle 4 is raised, the ball body 2 moves in the direction of diameter reduction along the inclined surface 3 on the outer periphery of the needle, and the ball body 2 is also moved upward so as to be guided by the inclined surface portion 5 of the cylindrical member 6. It moves and the pressing by the pressing member 8 is released, and the diaphragm valve body 12 rises and enters the valve open state. At this time, the stroke (not shown) when the needle 4 moves up and down is about 5 to 6 times the stroke when the pressing member moves up and down.

このアクチュエータ装置1とダイヤフラム弁11とを一体に組み込む場合には、筒状部材6、ニードル4が組み込まれたアクチュエータ装置1とダイヤフラム弁11との間にボール体2を装着した状態で、このアクチュエータ装置1とダイヤフラム弁11とを螺着によって固着する。この螺着位置を調節することでニードル4、ボール体2、押圧部材8の位置関係を決定する。そして、アクチュエータ装置1とダイヤフラム弁11との螺着を調整して位置関係を合わせ、ダイヤフラム弁体12を弁閉位置に合わせた状態で、固定用に設けた調節ネジ14により一体化して弁閉状態に設定するようになっている。   When the actuator device 1 and the diaphragm valve 11 are integrated together, the actuator is mounted with the ball member 2 between the actuator device 1 in which the tubular member 6 and the needle 4 are incorporated and the diaphragm valve 11. The device 1 and the diaphragm valve 11 are fixed by screwing. The positional relationship among the needle 4, the ball body 2, and the pressing member 8 is determined by adjusting the screwing position. Then, the screw connection between the actuator device 1 and the diaphragm valve 11 is adjusted to match the positional relationship, and the diaphragm valve body 12 is adjusted to the valve closing position, and the valve is integrated by the adjusting screw 14 provided for fixing. It is set to the state.

ところで、半導体製造用の高圧用メタルダイヤフラム弁は、高圧流体への対応に加えて小型化やコストダウンも望まれている。この場合、アクチュエータのシリンダ形状を従来の四角から丸形に形成することで、小型化と材料の削減によるコストダウンに対応させることがある。   Incidentally, high-pressure metal diaphragm valves for semiconductor manufacturing are desired to be reduced in size and cost in addition to being compatible with high-pressure fluids. In this case, by forming the cylinder shape of the actuator from a conventional square to a round shape, the cost may be reduced due to downsizing and material reduction.

特公平8−6828号公報Japanese Patent Publication No. 8-6828

しかしながら、ステムでダイヤフラム押圧体を直接押圧して上下動させる構造のアクチュエータは、高圧流体用を流す場合にダイヤフラム押圧体による推力を高めることが必要になり、この場合、シリンダを複数段の構造に設けると、高さ方向の寸法の増加により小型化が難しくなるとともに、部品点数が増加して内部構造も複雑化していた。   However, an actuator that directly moves the diaphragm pressing body with the stem and moves it up and down needs to increase the thrust by the diaphragm pressing body when flowing high pressure fluid. In this case, the cylinder has a multi-stage structure. When it is provided, it is difficult to reduce the size due to an increase in the dimension in the height direction, and the number of parts increases and the internal structure becomes complicated.

一方、特許文献1のメタルダイヤフラム弁や図14、15のアクチュエータに関しては、図14に示すように、押圧部材8の上面側にボール体2をガイドするニードル4が設けられている。このため、ニードル4の移動方向において押圧部材8が邪魔になり、ニードル4の上下動時のストロークが限られることで傾斜面3の長さも限られる。そして、ニードル4のストロークを大きく確保することが難しくなり、傾斜面3によるボール体2の作動範囲が狭くなっていた。これにより、ニードル4の上下移動時のストロークは、押圧部材8の上下動時のストロークの5〜6倍程度に限られ、ピストン部13による推力の拡大も5〜6倍程度が限界になっていた。
この推力を上げるためにはシリンダを複数段に設ける必要が生じるが、この場合、全体が大型化すると共に、部品点数も増加してコストアップにつながっていた。
On the other hand, regarding the metal diaphragm valve of Patent Document 1 and the actuators of FIGS. 14 and 15, as shown in FIG. 14, a needle 4 that guides the ball body 2 is provided on the upper surface side of the pressing member 8. For this reason, the pressing member 8 becomes obstructive in the moving direction of the needle 4, and the length of the inclined surface 3 is limited by limiting the stroke when the needle 4 moves up and down. And it became difficult to ensure a large stroke of the needle 4, and the operating range of the ball body 2 by the inclined surface 3 was narrowed. Thereby, the stroke when the needle 4 moves up and down is limited to about 5 to 6 times the stroke when the pressing member 8 moves up and down, and the expansion of thrust by the piston portion 13 is limited to about 5 to 6 times. It was.
In order to increase the thrust, it is necessary to provide a plurality of cylinders. In this case, the entire size is increased and the number of parts is increased, leading to an increase in cost.

上記のようにテーパ付きの小径ニードル4の傾斜面3の外周側にボール体2を配置した構造であるため、配置可能なボール体2の数が限られ、例えば、3〜4個程度の少数個しか配置することができない。ボールが少数個であると、可動時に1個当たりのボール体2にかかる荷重が大きくなる。この場合には、摩擦が増加してボール体2がより激しく消耗したり、このボール体2からの強い押圧力で筒状部材6や押圧部材8が陥没することなどにより耐久性が乏しくなっていた。   Since the ball body 2 is arranged on the outer peripheral side of the inclined surface 3 of the tapered small-diameter needle 4 as described above, the number of ball bodies 2 that can be arranged is limited, for example, a small number of about 3 to 4 Only one can be placed. When the number of balls is small, the load applied to each ball body 2 when moving is large. In this case, the durability is poor due to increased friction and wear of the ball body 2 more vigorously, or depression of the cylindrical member 6 or the pressing member 8 due to a strong pressing force from the ball body 2. It was.

アクチュエータ装置1とダイヤフラム弁11とを組み込む場合、アクチュエータ装置1とダイヤフラム弁11とを螺着により一体化し、この螺着位置によってニードル4、ボール体2、押圧部材8の位置関係を調節してダイヤフラム弁体12の弁閉位置を合わせることになる。そのため調整が面倒になり、所定の調整位置に固定するための調整ネジ14が必要になって部品点数も増加していた。   When the actuator device 1 and the diaphragm valve 11 are assembled, the actuator device 1 and the diaphragm valve 11 are integrated by screwing, and the positional relationship among the needle 4, the ball body 2, and the pressing member 8 is adjusted by this screwing position. The valve closing position of the valve body 12 is adjusted. For this reason, the adjustment becomes troublesome, and an adjustment screw 14 for fixing to a predetermined adjustment position is required, and the number of parts is increased.

本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、全体の小型化と部品点数の削減とを図りつつ、バルブを作動させる推力を高めることによりシール性を向上させて高圧流体用のバルブに適用でき、しかも、可動時にかかる荷重を分散させて耐久性を向上させ、内部構造を単純化して部品点数を削減し、バルブへの組付けや調整も容易なバルブ用アクチュエータを提供することにある。   The present invention has been developed in order to solve the above-mentioned problems. The object of the present invention is to increase the thrust force for operating the valve while reducing the overall size and reducing the number of parts. It can be applied to valves for high-pressure fluid with improved performance, and the load applied when moving is distributed to improve durability, the internal structure is simplified to reduce the number of parts, and assembly and adjustment to the valve is also possible An object of the present invention is to provide an easy valve actuator.

上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、ピストンで作動するエアー駆動のアクチュエータでピストンの推力を拡大して弁を締め切る推力拡大機構を内蔵するバルブ用アクチュエータにおいて、推力拡大機構は、弁駆動用出力軸部の上部に設けたディスク面上に移動部材である複数個のボールを配置し、これらのボールをアクチュエータ本体に固定したシャフト下端の固定ディスク面とピストンの内側をくり抜いてピストンの内周開口側に沿って広がった円錐形状のテーパ面状部を形成したテーパ面状部面との間に挟持して構成されており、ピストンの作動によりディスク面に載置されたボールがディスク面と固定ディスク面との間を移動することによって、ピストンの推力を出力軸部に拡大して出力と共に、前記シャフトを前記アクチュエータ本体の上部に螺着して固定し、この螺着構造によって前記シャフトを上下に調整可能に設けて前記固定ディスクの位置を調整可能に設けたバルブ用アクチュエータである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is an actuator for a valve that incorporates a thrust expansion mechanism that enlarges the thrust of the piston and closes the valve by an air-driven actuator that operates with the piston. A plurality of balls, which are moving members, are arranged on a disk surface provided on the upper part of the valve drive output shaft, and a piston is formed by hollowing out the fixed disk surface at the lower end of the shaft, which fixes these balls to the actuator body, and the inside of the piston. And a tapered surface portion that forms a conical tapered surface portion that spreads along the inner peripheral opening side of the disk, and a ball placed on the disk surface by the operation of the piston by moving between the disk surface and the fixed disk surface, the output to expand the thrust of the piston to the output shaft part, the a said shaft And screwed and fixed to the top of Chueta body is adjustably arranged actuator valve to adjustably disposed position of the fixed disk up and down the shaft by the screwing structure.

請求項2に係る発明は、ピストンで作動するエアー駆動のアクチュエータでピストンの推力を拡大して弁を締め切る推力拡大機構を内蔵するバルブ用アクチュエータにおいて、推力拡大機構は、アクチュエータ本体に固定したシャフト下端の固定部材に移動部材であるローラカムを軸着し、このローラカムの上端に設けた第1ローラ部材を、ピストンの内側をくり抜いてピストンの内周開口側に沿って広がった円錐形状のテーパ面状部を形成したテーパ面状部面に移動自在に当接し、ローラカムの下端に設けた第2ローラ部材を弁軸駆動用出力軸部のディスク面に押圧してピストンの推力を出力軸部に拡大して出力すると共に、前記シャフトを前記アクチュエータ本体の上部に螺着して固定し、この螺着構造によって前記シャフトを上下に調整可能に設けて前記ローラカムの位置を調整可能に設けたバルブ用アクチュエータである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a valve actuator including a thrust expansion mechanism for enlarging the thrust of the piston and closing the valve by an air-driven actuator operated by the piston, wherein the thrust expansion mechanism is a lower end of the shaft fixed to the actuator body. A roller cam, which is a moving member, is pivotally attached to the fixed member, and the first roller member provided at the upper end of the roller cam is hollowed out from the inside of the piston so as to expand along the inner peripheral opening side of the piston. The second roller member provided at the lower end of the roller cam is pressed against the disk surface of the valve shaft drive output shaft to expand the piston thrust to the output shaft. and while it outputs, to the shaft and fixed screwed to the top of the actuator body, adjusting the shaft up and down by the screwing structure Capable provided is adjustably disposed actuator valve position of the roller cam.

請求項3に係る発明は、弁を駆動する推力拡大機構の出力推力を弁開から弁閉に向かって全ストロークで増加させるようにしたバルブ用アクチュエータである。   The invention according to claim 3 is the valve actuator in which the output thrust of the thrust expanding mechanism for driving the valve is increased over the entire stroke from the valve opening to the valve closing.

請求項4に係る発明は、テーパ面状部面、固定ディスク面及びディスク面の何れかを、二段のテーパ又は円弧部或は曲面部に形成したバルブ用アクチュエータである。   The invention according to claim 4 is the valve actuator in which any one of the tapered surface portion, the fixed disk surface and the disk surface is formed in a two-stage taper, arc portion or curved surface portion.

請求項1に係る発明によると、出力軸部上部のディスク面上に複数個のボールを配置し、これらのボールをシャフト下端の固定ディスク面と、ピストン内周開口側の円錐形状のテーパ面状部面との間に挟持する推力拡大機構を有しているため、例えば、ダイヤフラムバルブにおいては弁開から弁閉に移動するとダイヤフラムの受圧面積と共に締め切り推力が増加するが、この締め切りに必要な推力に合わせた効率的な出力推力を得ることができ、弁締切りのための高推力と大流量のための高ストローク化ができる。
このとき、テーパ面状部を直線とした場合にはこの直線部でのボールによる拡大率が一定になり、二段テーパとした場合には二段の拡大率に変化するだけであるため、スプリング荷重の減少とともに出力推力も減少するおそれがあるが、テーパ面状部面、固定ディスク面、或はディスク面の何れか一つを曲面に形成することで、スプリング荷重が減少した場合でも弁開から弁閉まで連続的に出力推力を増加させることが可能になる。
複数段のシリンダを必要とすることなく全体の小型化と内部構造を単純化し、部品点数の削減を図りつつバルブ作動用の推力を高めてバルブのシール性を向上できる。このため、高圧流体用のバルブに好適であり、テーパ面状部により荷重を分散させているため、ボールやピストン、固定ディスク面の消耗を抑えて耐久性を向上できる。ピストン、出力軸部、ボール、シャフト下端の固定ディスク面を本体内に一体に組み込んでユニット化できるため、バルブへの取付けや取付け後の調整等も容易になる。さらに、シャフトを螺着構造に設けていることにより、このシャフトを回転させることで上下動させて固定ディスクを位置調整できるため、個々のバルブのシール位置のバラツキに応じて弁閉位置を調整できる。この場合、アクチュエータの上部にシャフトを取付けていることで、所定トルクでシャフトを回転させて簡単にシール位置を調整しながら固定ディスクを推力の拡大開始位置まで締め付けすることができる。
According to the first aspect of the present invention, a plurality of balls are arranged on the disk surface at the top of the output shaft portion, and these balls are formed into a fixed disk surface at the lower end of the shaft and a conical tapered surface on the inner peripheral opening side of the piston. For example, in a diaphragm valve, if it moves from valve opening to valve closing, the deadline thrust increases with the pressure receiving area of the diaphragm, but the thrust required for this deadline Therefore, it is possible to obtain an efficient output thrust matched to the high pressure, high thrust for valve closing and high stroke for large flow rate.
At this time, if the taper surface portion is a straight line, the enlargement ratio due to the ball at this straight portion is constant, and if it is a two-stage taper, it only changes to a two-stage enlargement ratio. Although the output thrust may decrease as the load decreases, the valve opens even when the spring load decreases by forming one of the tapered surface, fixed disk surface, or disk surface as a curved surface. It is possible to continuously increase the output thrust from the valve to the valve closing.
Without requiring a multi-stage cylinder, the overall size and internal structure can be simplified, the number of parts can be reduced, and the thrust for valve operation can be increased to improve the sealing performance of the valve. For this reason, it is suitable for a valve for high-pressure fluid, and the load is distributed by the tapered surface portion, so that the wear of the ball, piston, and fixed disk surface can be suppressed, and the durability can be improved. Since the piston, the output shaft, the ball, and the fixed disk surface at the lower end of the shaft can be integrated into the main body to be integrated into a unit, it is easy to attach to the valve and adjust it after installation. Furthermore, since the shaft is provided in a screwed structure, the position of the fixed disk can be adjusted by rotating the shaft up and down, so that the valve closing position can be adjusted according to variations in the sealing position of individual valves. . In this case, by attaching the shaft to the upper part of the actuator, the fixed disk can be tightened to the thrust expansion start position while rotating the shaft with a predetermined torque and easily adjusting the seal position.

請求項2に係る発明によると、固定部材に軸着したローラカムの第1ローラ部材がテーパ面状部面に移動自在に当接し、第2ローラ部材が出力軸部のディスク面を押圧してピストンの推力を出力軸部に拡大して出力する推力拡大機構を有しているため、ローラカムが円弧運動することでピストン内面のテーパ面状部面が直線、或は曲面の何れの場合でも、弁開から弁閉まで連続的に出力推力を増加できる。この場合、効率的な出力推力を得ることで弁締切りのための高推力と大流量のための高ストローク化ができる。
複数段のシリンダを要することなく全体の小型化と内部構造を単純化し、部品点数の削減を図りつつバルブ作動用の推力を高めてバルブのシール性を向上できる。このため、高圧流体用のバルブに好適であり、テーパ面状部により荷重を分散させて耐久性を向上でき、バルブへの組付けや調整も容易になる。さらに、シャフトを螺着構造に設けていることにより、このシャフトを回転させることで上下動させてローラカムを位置調整できるため、個々のバルブのシール位置のバラツキに応じて弁閉位置を調整できる。この場合、アクチュエータの上部にシャフトを取付けていることで、所定トルクでシャフトを回転させて簡単にシール位置を調整しながらローラカムを推力の拡大開始位置まで締め付けすることができる。
According to the second aspect of the present invention, the first roller member of the roller cam pivotally attached to the fixed member abuts the taper surface portion movably, and the second roller member presses the disk surface of the output shaft portion to piston. Because it has a thrust expansion mechanism that expands the output thrust to the output shaft, the roller cam moves in a circular arc so that the taper surface of the piston inner surface is either straight or curved. The output thrust can be increased continuously from opening to closing. In this case, by obtaining an efficient output thrust, a high thrust for valve closing and a high stroke for a large flow rate can be achieved.
Without requiring multiple stages of cylinders, the overall size can be reduced, the internal structure can be simplified, the number of parts can be reduced, and the thrust for valve operation can be increased to improve the sealing performance of the valve. For this reason, it is suitable for a valve for high-pressure fluid, the load can be distributed by the tapered surface portion, durability can be improved, and assembly and adjustment to the valve can be facilitated. Furthermore, since the shaft is provided in a screwed structure, the roller cam can be adjusted by rotating the shaft up and down, so that the valve closing position can be adjusted according to variations in the sealing position of the individual valves. In this case, by attaching the shaft to the upper portion of the actuator, the roller cam can be tightened to the thrust expansion start position while the seal position is easily adjusted by rotating the shaft with a predetermined torque.

請求項3に係る発明によると、推力拡大機構の出力推力を弁開から弁閉に向かって全スロトークで増加させることにより、複数段のシリンダを要することなく全体をコンパクト化しながら弁開から弁閉時への締め切りに要する出力推力を確実に発揮でき、高圧流体の場合でも高シール性を発揮できる。ローラカムを有する推力拡大機構とした場合には、ローラカムが円弧運動することで弁閉側に作動するほど拡大率が大きくなり、かつ、テーパ面状部の曲面等と併用して弁開から弁閉側に作動すると、更に出力推力が拡大しながら作動する。ピストン、出力軸部、ローラカム、出力軸部のディスク面を本体内に一体に組み込んでユニット化できるため、バルブへの取付けや取付け後の調整等も容易になる。   According to the third aspect of the present invention, the output thrust of the thrust expansion mechanism is increased by the total stroke from the valve opening to the valve closing, so that the entire valve can be made compact without requiring a plurality of stages of cylinders. The output thrust required for the deadline can be reliably exhibited, and high sealing performance can be exhibited even in the case of high-pressure fluid. In the case of a thrust expansion mechanism with a roller cam, the expansion rate increases as the roller cam moves in a circular arc, and the valve cam moves toward the valve closing side. When operated to the side, the output thrust is further increased. Since the piston, the output shaft portion, the roller cam, and the disk surface of the output shaft portion can be integrated into the main body as a unit, it is easy to attach to the valve and adjust after the attachment.

請求項4に係る発明によると、テーパ面状部面、固定ディスク及びディスク面の何れかを二段のテーパ又は円弧部或は曲面部に設け、そのテーパ角度を変えることでピストン作動時の推力の増加割合を変えることができる。この場合、開口側を奥側よりも緩やかなテーパ角度とすることで弁開側では出力推力が小さく弁閉側の近傍では出力推力を大きくして同じスプリングを使用した場合でも高推力と高ストロークが得られる。   According to the fourth aspect of the present invention, any one of the tapered surface portion, the fixed disk, and the disk surface is provided on the two-stage taper, arc, or curved surface, and the thrust during piston operation is changed by changing the taper angle. The rate of increase of can be changed. In this case, by setting the opening side to a gentler taper angle than the back side, the output thrust is small on the valve opening side and the output thrust is increased near the valve closing side, so even if the same spring is used, high thrust and high stroke are achieved. Is obtained.

本発明のバルブ用アクチュエータの第1実施形態を示した断面図である。It is sectional drawing which showed 1st Embodiment of the actuator for valves of this invention. 図1のバルブ用アクチュエータの弁開状態を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the valve open state of the actuator for valves of FIG. 図1の要部を示した拡大断面図である。(a)は、弁閉状態を示した要部拡大断面図である。(b)は、弁開状態を示した要部拡大断面図である。It is the expanded sectional view which showed the principal part of FIG. (A) is a principal part expanded sectional view which showed the valve closed state. (B) is the principal part expanded sectional view which showed the valve open state. バルブ用アクチュエータの特性を示したグラフである。It is the graph which showed the characteristic of the actuator for valves. 本発明のバルブ用アクチュエータの第2実施形態を示した断面図である。It is sectional drawing which showed 2nd Embodiment of the actuator for valves of this invention. 図5のバルブ用アクチュエータの弁開状態を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the valve open state of the actuator for valves of FIG. バルブ用アクチュエータの要部を示した拡大断面図である。(a)は、弁閉状態を示した要部拡大断面図である。(b)は、弁開状態を示した要部拡大断面図である。It is the expanded sectional view which showed the principal part of the actuator for valves. (A) is a principal part expanded sectional view which showed the valve closed state. (B) is the principal part expanded sectional view which showed the valve open state. 弁体付近を示した拡大断面図である。(a)は、弁閉状態を示した拡大断面図である。(b)は、弁開状態を示した拡大断面図である。It is the expanded sectional view which showed the valve body vicinity. (A) is the expanded sectional view which showed the valve closed state. (B) is the expanded sectional view which showed the valve open state. 本発明のバルブ用アクチュエータの第3実施形態を示した断面図である。It is sectional drawing which showed 3rd Embodiment of the actuator for valves of this invention. 図9のバルブ用アクチュエータの弁閉状態を示した断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a valve closed state of the valve actuator of FIG. 9. 本発明のバルブ用アクチュエータの第4実施形態を示した断面図である。It is sectional drawing which showed 4th Embodiment of the actuator for valves of this invention. 図11のバルブ用アクチュエータの弁開状態を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the valve open state of the actuator for valves of FIG. 本発明のバルブ用アクチュエータの第5実施形態を示した断面図である。It is sectional drawing which showed 5th Embodiment of the actuator for valves of this invention. 従来のバルブ用アクチュエータを示した断面図である。It is sectional drawing which showed the conventional valve actuator. (a)は、図14の要部拡大断面図である。(b)は、(a)が弁閉動作した状態を示す要部拡大断面図である。(A) is a principal part expanded sectional view of FIG. (B) is a principal part expanded sectional view which shows the state which valve closing operation | movement of (a) was.

以下に、本発明におけるバルブ用アクチュエータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1、2においては、本発明のバルブ用アクチュエータの第1実施形態を示しており、図1に弁閉状態、図2に弁開状態をそれぞれ示している。図3においては、弁の開閉状態における要部拡大断面図を示している。   Embodiments of a valve actuator according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1 and 2 show a first embodiment of a valve actuator according to the present invention. FIG. 1 shows a valve closed state, and FIG. 2 shows a valve open state. In FIG. 3, the principal part expanded sectional view in the open / close state of a valve is shown.

図において、バルブ用アクチュエータ本体(以下、アクチュエータ本体という)20は、シリンダ21とこのシリンダ21を被蓋するためのベース体22とを有するボデー23を備え、このボデー23内に、テーパ面状部31を形成したテーパ面状部面48、固定ディスク27に形成されたテーパ面からなる固定ディスク面50、移動部材であるボール28を有する推力拡大機構30を備えている。さらに、アクチュエータ本体20には、弁駆動用出力軸部26、ディスク29が設けられ、このアクチュエータ本体20により、外部のバルブ(弁)35を駆動可能になっている。   In the figure, a valve actuator body (hereinafter referred to as actuator body) 20 includes a body 23 having a cylinder 21 and a base body 22 for covering the cylinder 21, and a tapered surface portion is provided in the body 23. And a thrust expanding mechanism 30 having a tapered disk-like surface 48 formed with 31, a fixed disk surface 50 formed of a tapered surface formed on the fixed disk 27, and a ball 28 as a moving member. Further, the actuator main body 20 is provided with a valve drive output shaft portion 26 and a disk 29, and the actuator main body 20 can drive an external valve (valve) 35.

テーパ面状部31は、アクチュエータ本体20内に設けたピストン25に形成されている。このテーパ面状部31は、ピストン25の内側のピストン内周面25aをくり抜いてピストン25の内周開口側に沿って広がった円錐形状に形成され、ピストン内周面25aにはこのテーパ面状部31を含んだ前記テーパ面状部面48が形成されている。本実施形態において、テーパ面状部31は、開口部側の第1テーパ面状部31aと、この第1テーパ面状部31aに続く第2テーパ面状部31bとからなるテーパ角度の異なる二段に設けられている。図示しないが、第1テーパ面状部31aのテーパ角度は、第2テーパ面状部31bのテーパ角度よりも緩やかになっている。   The tapered surface portion 31 is formed on the piston 25 provided in the actuator body 20. The tapered surface portion 31 is formed in a conical shape which is formed by hollowing out the piston inner peripheral surface 25a inside the piston 25 and extends along the inner peripheral opening side of the piston 25, and the piston inner peripheral surface 25a has this tapered surface shape. The tapered surface portion 48 including the portion 31 is formed. In the present embodiment, the tapered surface portion 31 has two different taper angles, which are a first tapered surface portion 31a on the opening side and a second tapered surface portion 31b following the first tapered surface portion 31a. It is provided on the stage. Although not shown, the taper angle of the first tapered surface portion 31a is gentler than the taper angle of the second tapered surface portion 31b.

テーパ面状部面48はテーパに限ることなく、これを二段のテーパ又は円弧部或は曲面部に形成するようにしてもよい。さらには、テーパ面状部面48に限らず、固定ディスク面50或は後述するディスク面であるボール載置部38を二段のテーパ又は円弧部或は曲面部に形成することもできる。何れの場合にも、テーパ角度を適宜の角度に設けることができる。この場合、上記したように作動方向に向けてより緩やかな傾斜となるようなテーパ角度とすることが望ましい。   The tapered surface portion surface 48 is not limited to a taper, but may be formed in a two-stage taper, arc portion or curved surface portion. Furthermore, not only the tapered surface portion surface 48 but also the fixed disk surface 50 or a ball mounting portion 38 which is a disk surface described later can be formed in a two-stage taper or arc portion or curved surface portion. In any case, the taper angle can be set to an appropriate angle. In this case, as described above, it is desirable that the taper angle be such that the slope becomes gentler toward the operation direction.

ピストン25は略円筒状に形成され、この1個のピストンがシリンダ21内に往復移動可能に収納されている。ピストン25の内外周側には、Oリング32、33が装着されている。ピストン25の先端側には当接部34が形成され、この当接部34は、作動時にベース体22に当接可能になっている。   The piston 25 is formed in a substantially cylindrical shape, and this one piston is accommodated in the cylinder 21 so as to be reciprocally movable. O-rings 32 and 33 are attached to the inner and outer peripheral sides of the piston 25. A contact portion 34 is formed on the tip side of the piston 25, and this contact portion 34 can contact the base body 22 during operation.

弁駆動用出力軸部26は、押え部材37の上部に配設され、この押え部材37はアクチュエータ本体20に取付けたバルブ35の弁体36に直接接触して駆動させるために設けられている。出力軸部26の固定ディスク27との対向側にはディスク29が設けられ、このディスク29面上にはボール載置部38が形成されている。出力軸部26の下部には軸部39が形成され、この軸部39は、ベース体22に形成された取付穴40に挿入されており、これにより出力軸部26全体がベース体22に対して上下動自在になっている。出力軸部26とベース体22との間にはコイルスプリング41が装着されている。出力軸部26は、コイルスプリング41により、図1において上方向に弾発付勢されている。軸部39の外周にはOリング42が装着され、このOリング42により軸部39とベース体22との間がシールされる。   The valve drive output shaft portion 26 is disposed on an upper portion of the presser member 37, and the presser member 37 is provided to directly contact and drive the valve body 36 of the valve 35 attached to the actuator body 20. A disk 29 is provided on the opposite side of the output shaft portion 26 to the fixed disk 27, and a ball mounting portion 38 is formed on the surface of the disk 29. A shaft portion 39 is formed in the lower portion of the output shaft portion 26, and this shaft portion 39 is inserted into a mounting hole 40 formed in the base body 22, so that the entire output shaft portion 26 is connected to the base body 22. And can be moved up and down. A coil spring 41 is mounted between the output shaft portion 26 and the base body 22. The output shaft portion 26 is elastically biased upward in FIG. 1 by a coil spring 41. An O-ring 42 is attached to the outer periphery of the shaft portion 39, and the space between the shaft portion 39 and the base body 22 is sealed by the O-ring 42.

固定ディスク27は、シャフト43を介してアクチュエータ本体20の上部に固定される。その際、固定ディスク27は、シャフト43に形成された雄ねじ部44とシリンダ21に形成された雌ねじ部45との螺着により出力軸部26と対向するように配置される。この螺着構造によりシャフト43を上下に移動してその位置を調整でき、固定ディスク27の位置を調整可能になっている。この固定ディスク27の位置調節により後述するように弁閉位置調整が可能になり、アクチュエータ本体全体を回転して位置合わせをおこなう必要もない。
The fixed disk 27 is fixed to the upper portion of the actuator body 20 via the shaft 43. At that time, the fixed disk 27 is disposed so as to face the output shaft portion 26 by screwing a male screw portion 44 formed on the shaft 43 and a female screw portion 45 formed on the cylinder 21. With this screwing structure, the shaft 43 can be moved up and down to adjust its position, and the position of the fixed disk 27 can be adjusted. The valve closed position adjustment as described below by adjustment of the position of the fixed disk 27 becomes possible, there is no need to align by rotating the entire actuators body.

シャフト43の内部には、アクチュエータ本体20の外部と、ピストン25とベース体22との間を連通する流入口46が形成されている。この流入口46を介してアクチュエータ本体20の外部よりピストン25とベース体22との間のシリンダ21内に圧縮エアが供給可能になっている
Inside the shaft 43, an inflow port 46 communicating with the outside of the actuator body 20 and between the piston 25 and the base body 22 is formed. Compressed air can be supplied into the cylinder 21 between the piston 25 and the base body 22 from the outside of the actuator body 20 through the inflow port 46 .

アクチュエータ本体20に固定されたシャフト43下端の固定ディスク27には、ディスク29と対向して外径方向に傾斜した前述の固定ディスク面50が形成されている。固定ディスク面50は、例えば、図1において水平方向に対して30°の角度に形成されている。   The fixed disk 27 at the lower end of the shaft 43 fixed to the actuator body 20 is formed with the fixed disk surface 50 which faces the disk 29 and is inclined in the outer diameter direction. For example, the fixed disk surface 50 is formed at an angle of 30 ° with respect to the horizontal direction in FIG.

ボール28は、例えば、鋼球よりなり、推力拡大機構30の内部に複数個配置される。ボール28は適宜数であればよいが、少なくとも3個以上設けることが好ましく、例えば、8〜12個程度とするとよい。この場合、出力軸部26と固定ディスク27とが安定した状態になる。   The balls 28 are made of, for example, steel balls, and a plurality of balls 28 are arranged inside the thrust expanding mechanism 30. The number of balls 28 may be an appropriate number, but it is preferable to provide at least 3 balls, for example, about 8 to 12 balls. In this case, the output shaft portion 26 and the fixed disk 27 are in a stable state.

ベース体22には、前述したように出力軸部26の軸部39が挿入可能な取付穴40が形成され、この取付穴40により、出力軸部26を作動方向に案内可能となる。ベース体22のシリンダ側外周にはオネジ部51が形成され、このオネジ部51は、シリンダ21に形成されたメネジ部52とシール部材51aを介して密封シール可能に螺着接合されている。ベース体22のバルブ装着側には雄螺子53が形成され、この雄螺子53を介してアクチュエータ本体20がバルブ35に着脱される。   As described above, the base body 22 is formed with the mounting hole 40 into which the shaft portion 39 of the output shaft portion 26 can be inserted. The mounting hole 40 can guide the output shaft portion 26 in the operation direction. A male screw portion 51 is formed on the cylinder side outer periphery of the base body 22, and this male screw portion 51 is screwed and joined to a female screw portion 52 formed in the cylinder 21 through a seal member 51 a so as to be hermetically sealed. A male screw 53 is formed on the valve mounting side of the base body 22, and the actuator body 20 is attached to and detached from the valve 35 via the male screw 53.

アクチュエータ本体20は、ピストン25で作動するエアー駆動のアクチュエータでピストン25の推力を拡大して弁35を締め切る推力拡大機構30が内蔵されている。推力拡大機構30内には、ピストン25のストローク中にテーパ面状部面48に当接して移動する前記ボール28が配置される。   The actuator body 20 is an air-driven actuator that operates with the piston 25 and has a built-in thrust expansion mechanism 30 that expands the thrust of the piston 25 and closes the valve 35. In the thrust expanding mechanism 30, the ball 28 that moves in contact with the tapered surface 48 during the stroke of the piston 25 is disposed.

推力拡大機構30は、テーパ面状部面48の内側に設けられている。この推力拡大機構30は、出力軸部26の上部に設けたディスク29面上のボール載置部38に複数個のボール28が配置され、これらのボール28が固定ディスク面50とテーパ面状部面48との間に挟持されることで構成されている。シリンダ21とベース体22とは、密封状態で螺着されてアクチュエータ本体20として一体化される。ピストン25は、上下動自在に取付けられ、このピストン25とシリンダ21との間にスプリング55が配設されている。このスプリング55により押え部材37を押圧する方向にピストン25が弾発されている。   The thrust expansion mechanism 30 is provided inside the tapered surface portion surface 48. In this thrust expanding mechanism 30, a plurality of balls 28 are arranged on a ball mounting portion 38 on the surface of a disk 29 provided on the output shaft portion 26, and these balls 28 are fixed to a fixed disk surface 50 and a tapered surface portion. It is configured by being sandwiched between the surface 48. The cylinder 21 and the base body 22 are screwed in a sealed state and integrated as an actuator body 20. The piston 25 is attached so as to be movable up and down, and a spring 55 is disposed between the piston 25 and the cylinder 21. The piston 25 is ejected in a direction in which the pressing member 37 is pressed by the spring 55.

アクチュエータ本体20のピストン25を作動させた場合には、この作動によりディスク29面上のボール載置部38に載置されたボール28がディスク面であるボール載置部38と固定ディスク面50との間を移動する。この移動により、ピストン25の推力が出力軸部26に拡大して出力可能になっている。このアクチュエータ本体20の推力拡大機構30による弁の駆動時には、推力拡大機構30の出力推力を弁開から弁閉に向かって全ストロークで増加させるようにしてもよい。   When the piston 25 of the actuator body 20 is actuated, the ball 28 placed on the ball placing portion 38 on the surface of the disk 29 by this operation causes the ball placing portion 38, which is the disc surface, and the fixed disc surface 50 to Move between. By this movement, the thrust of the piston 25 can be output to the output shaft portion 26 by expanding. When the valve is driven by the thrust expanding mechanism 30 of the actuator body 20, the output thrust of the thrust expanding mechanism 30 may be increased over the entire stroke from the valve opening to the valve closing.

アクチュエータ本体20は、1個で構成したピストン25の背面に取付けたスプリング55により弁35を閉止する構造であって、スプリング55の推力を推力拡大機構30により出力軸部26に拡大して出力する構造のノーマリークローズタイプの空気圧作動アクチュエータとして構成されている。ピストンは1個に限られることがなく、後述するようにピストンを複数段重ねて構成することもできる。   The actuator body 20 has a structure in which the valve 35 is closed by a spring 55 attached to the back surface of a single piston 25, and the thrust of the spring 55 is expanded and output to the output shaft portion 26 by the thrust expansion mechanism 30. It is constructed as a normally closed type pneumatic actuator with a structure. The number of pistons is not limited to one, and a plurality of pistons can be stacked as will be described later.

バルブ35は、一般的な構造のダイヤフラム弁であり、例えば、図1に示した構造になっている。このバルブ35は、一次側流路60、二次側流路61を有する弁箱62、弁体36、弁座64、押え部材37、ボンネット65を有している。弁体36は、弁箱62の所定位置に配設され、その上部に押圧用の押え部材37が上下動自在にボンネット65により取り付けられている。バルブ35のアクチュエータ本体20との接続側には、雄螺子53と螺合可能な雌螺子66が形成され、この雌螺子66と雄螺子53とを螺合させることにより、内部に推力拡大機構30を組み込んだアクチュエータ本体20とバルブ35とをワンタッチで着脱できる。   The valve 35 is a diaphragm valve having a general structure, and has, for example, the structure shown in FIG. The valve 35 includes a valve box 62 having a primary channel 60, a secondary channel 61, a valve body 36, a valve seat 64, a pressing member 37, and a bonnet 65. The valve body 36 is disposed at a predetermined position of the valve box 62, and a pressing member 37 for pressing is attached to the upper portion of the valve body 62 by a bonnet 65 so as to be movable up and down. A female screw 66 that can be screwed with the male screw 53 is formed on the connection side of the valve 35 with the actuator main body 20, and the female screw 66 and the male screw 53 are screwed to each other so that the thrust expanding mechanism 30 is provided inside. The actuator body 20 incorporating the valve and the valve 35 can be attached and detached with one touch.

押え部材37は、アクチュエータ本体20の出力軸部26の軸方向への出力により上下動する。この押え部材37の上下動によって弁体36が弁座64に接離し、一次側流路60と二次側流路61とが開閉可能になる。   The presser member 37 moves up and down by the output in the axial direction of the output shaft portion 26 of the actuator body 20. Due to the vertical movement of the pressing member 37, the valve element 36 comes into contact with and separates from the valve seat 64, and the primary flow path 60 and the secondary flow path 61 can be opened and closed.

上記実施形態においては、固定ディスク27側に固定ディスク面50を形成しているが、出力軸部26のボール載置部38に中心から放射状に図示しないテーパ面を形成することも可能である。このように固定ディスク27或はディスク29の何れか又は双方にテーパ面を形成し、このテーパ面とテーパ面状部面48との間にボール28を挟持してピストン25の推力を出力軸部26に拡大して出力することが可能である。これは、後述する第2、第3実施形態についても同様である。   In the above embodiment, the fixed disk surface 50 is formed on the fixed disk 27 side, but it is also possible to form a tapered surface (not shown) radially on the ball mounting portion 38 of the output shaft portion 26 from the center. In this way, a taper surface is formed on either or both of the fixed disk 27 and the disk 29, and the ball 28 is sandwiched between the taper surface and the taper surface portion surface 48 so that the thrust of the piston 25 is output. The output can be enlarged to 26. The same applies to second and third embodiments described later.

図1、図3(a)において、前述したようにアクチュエータ本体20は、常時においてはピストン25とシリンダ21との間に配置されたスプリング55の弾発力によりピストン25が軸方向の図における下方向に付勢されている。このとき当接部34がベース体22に当接してピストン25の下方向への移動量が規制され、推力拡大機構30に過大な力が加わることが防がれている。   1 and FIG. 3A, as described above, the actuator main body 20 is normally moved downward in the axial direction by the elastic force of the spring 55 disposed between the piston 25 and the cylinder 21. Is biased in the direction. At this time, the abutting portion 34 abuts on the base body 22 and the downward movement amount of the piston 25 is restricted, and an excessive force is prevented from being applied to the thrust expansion mechanism 30.

ピストン25が下降すると、複数個配置されたボール28がピストン内周面25aに形成されたテーパ面状部31に沿って内側(内径方向)に押し込まれ、固定ディスク27の固定ディスク面50に沿って移動する。このとき、固定ディスク27がシャフト43を介してアクチュエータ本体20内の所定位置に固定されているため、ボール28がディスク29のボール載置部38を半径方向の内径側に移動しながらこの出力軸部26を押し下げる。   When the piston 25 descends, a plurality of balls 28 are pushed inward (inner diameter direction) along the tapered surface portion 31 formed on the piston inner peripheral surface 25a, and along the fixed disk surface 50 of the fixed disk 27. Move. At this time, since the fixed disk 27 is fixed at a predetermined position in the actuator body 20 via the shaft 43, the ball 28 moves along the ball mounting portion 38 of the disk 29 toward the inner diameter side in the radial direction. The part 26 is pushed down.

ボール28の軸方向の移動成分は、ディスク29を介して推力が拡大されて出力軸部26から出力される。推力拡大機構30の固定ディスク面50とボール28とは、ピストン25のテーパ面状部面48の内側に配設されているため、ピストン25と出力軸部26とが接触することなくピストン25のストロークやテーパ面状部31を長く確保できる。この機構によってピストン25のストロークを長くでき、例えばスプリング55の弾発力を10〜20倍程度の推力に拡大しながら押え部材37に伝達し、この押え部材37により弁体36を弁座64方向に強く押圧して弁閉状態を維持できる。そのため、高圧流体に適した高いシール性を確保できる。   The axial movement component of the ball 28 is output from the output shaft portion 26 with the thrust increased through the disk 29. Since the fixed disk surface 50 and the ball 28 of the thrust expanding mechanism 30 are disposed inside the tapered surface portion 48 of the piston 25, the piston 25 and the output shaft portion 26 do not come into contact with each other. A long stroke and tapered surface portion 31 can be secured. By this mechanism, the stroke of the piston 25 can be lengthened. For example, the elastic force of the spring 55 is transmitted to the presser member 37 while expanding the thrust to about 10 to 20 times, and the presser member 37 moves the valve body 36 in the direction of the valve seat 64. The valve closed state can be maintained by pressing strongly. Therefore, high sealing performance suitable for high pressure fluid can be ensured.

図3(a)において、弁開動作時においてピストン25からの下向きの力F1yがピストン25とボール28との接点Cに伝達されるときには、テーパ面状部31の作用により力の方向と大きさが分力の法則で分力となって、水平方向の力F1xとなってボール28に働く。この力F1xは接点Cでボール28から固定ディスク27に伝達されるため、この力F1xと相反する力が固定ディスク27から反力F´1xとして働く。反力F´1xは、分力の法則により接点Cにおいて下向きの力F´1yとなり、この力F´1yは、テーパ面状部31、固定ディスク面50のテーパの作用により、図3の矢印の方向に弁開から弁閉に向かって全ストロークで増加しながら10〜20倍の推力に拡大されて出力推力として出力される。 In FIG. 3A, when the downward force F 1y from the piston 25 is transmitted to the contact C 1 between the piston 25 and the ball 28 during the valve opening operation, the direction of the force is determined by the action of the tapered surface portion 31. The magnitude becomes a component force according to the law of component force, and acts on the ball 28 as a horizontal force F 1x . This force F 1x is to be transferred from the ball 28 to the fixed disk 27 in contact C 2, the force F 1x and opposite force is exerted from the fixed disk 27 as a reaction force F'1x. The reaction force F ′ 1x becomes a downward force F ′ 1y at the contact C 2 according to the law of component force, and this force F ′ 1y is caused by the taper action of the tapered surface portion 31 and the fixed disk surface 50 in FIG. While increasing in the entire stroke from the valve opening to the valve closing in the direction of the arrow, the thrust is expanded to 10 to 20 times and output as an output thrust.

一方、外部からシャフト43の流入口46を介してピストン25とベース体22との間に圧縮空気を供給すると、ピストン25がスプリング55を圧縮する方向(図1における上方向)に移動する。このため、固定ディスク面50により外径方向に移動する力が働いているボール28がテーパ面状部面48に沿って外径方向に移動し、出力軸部26がコイルスプリング41の弾発力で上方に移動し、弁体36と押え部材37とは流路内を流れる高圧流体の圧力で上方に移動して図2、図3(b)の弁開状態になる
On the other hand, when compressed air is supplied between the piston 25 and the base body 22 through the inlet 46 of the shaft 43 from the outside, the piston 25 moves in the direction in which the spring 55 is compressed (upward in FIG. 1). For this reason, the ball 28 exerting a force that moves in the outer diameter direction by the fixed disk surface 50 moves in the outer diameter direction along the tapered surface portion surface 48, and the output shaft portion 26 has the elasticity of the coil spring 41. The valve body 36 and the pressing member 37 are moved upward by the pressure of the high-pressure fluid flowing in the flow path, and the valve is opened as shown in FIGS .

ここで、アクチュエータ本体20でバルブ35を開閉操作する前には、出力軸部26の弁閉位置(図1における最下位の状態)と、弁体36の弁閉位置を合わせておく必要がある。位置合わせ時には、ピストン25を最下位にした状態でアクチュエータ本体20とバルブ35とを固定する。次いで、シャフト43を回転させ、このシャフト43先端に設けられた固定ディスク27を上下動させてこの固定ディスク27と出力軸部26との間隔を調整しつつ、出力軸部26で弁体36を閉状態に押圧させる。このときスプリング55の弾発力で弁閉状態を維持する強さにするように所定のトルクでシャフト43を締め付ける。これによってアクチュエータ本体20の出力軸部26と弁体36との位置を合わせできる。   Here, before the valve body 35 is opened and closed by the actuator body 20, it is necessary to match the valve closing position of the output shaft portion 26 (the lowest state in FIG. 1) with the valve closing position of the valve body 36. . At the time of alignment, the actuator body 20 and the valve 35 are fixed with the piston 25 in the lowest position. Next, the shaft 43 is rotated, and the fixed disc 27 provided at the tip of the shaft 43 is moved up and down to adjust the distance between the fixed disc 27 and the output shaft portion 26, and the valve body 36 is moved by the output shaft portion 26. Press in the closed state. At this time, the shaft 43 is tightened with a predetermined torque so that the spring 55 is resilient enough to maintain the valve closed state. Thereby, the positions of the output shaft portion 26 of the actuator body 20 and the valve body 36 can be matched.

このように、シリンダ21に螺合したシャフト43を回転させることで出力軸部26と固定ディスク27との間隔を簡単に調整して弁体36のシール位置を正確に調整できる。この場合、上記したようにスプリング55の弾発力を10〜20倍程度の推力に拡大して出力軸部26から出力できる。例えば、推力を10倍に拡大する場合、出力軸部26の移動量が0.1mmで推力拡大機構30の摩擦抵抗を50%とすると、ピストン25の移動量が2mmになる。このように、推力の拡大率からシャフト43の移動量に対して弁体36の移動量を把握できるため、シャフト43の所定量の移動より容易に出力軸部26を微調整してこの出力軸部26と弁体36との位置を合わせできる。   Thus, by rotating the shaft 43 screwed into the cylinder 21, the distance between the output shaft portion 26 and the fixed disk 27 can be easily adjusted, and the seal position of the valve body 36 can be adjusted accurately. In this case, as described above, the elastic force of the spring 55 can be expanded to a thrust of about 10 to 20 times and output from the output shaft portion 26. For example, when the thrust is increased 10 times, if the movement amount of the output shaft portion 26 is 0.1 mm and the frictional resistance of the thrust expansion mechanism 30 is 50%, the movement amount of the piston 25 is 2 mm. As described above, the amount of movement of the valve element 36 can be grasped with respect to the amount of movement of the shaft 43 from the enlargement ratio of the thrust. The position of the part 26 and the valve body 36 can be matched.

アクチュエータ本体20による推力を、例えば10倍に拡大している場合には、弁座締め切りの移動量が0.1mmに対してピストン25の移動量は1mmとなり、弁座のシール位置に合わせて弁閉位置調整を実施する必要がある。その際には、上記のようにピストン25を最下位にした状態でシャフト43を回転調節し、固定ディスクをピストン推力程度が発生するトルクで締付けることで簡単にシール位置を調整できる。   For example, when the thrust by the actuator body 20 is increased 10 times, the moving amount of the valve seat deadline is 0.1 mm, and the moving amount of the piston 25 is 1 mm, and the valve is adjusted in accordance with the seal position of the valve seat. It is necessary to adjust the closing position. In that case, the seal position can be easily adjusted by adjusting the rotation of the shaft 43 with the piston 25 in the lowest position as described above, and tightening the fixed disk with a torque that generates about the piston thrust.

図4においては、図1のアクチュエータ本体20の弁開から弁閉動作時のピストン25の移動時のストローク(シリンダストローク)SLに対する、ダイヤフラム反力DF、スプリング荷重SF、アクチュエータ出力推力AFの変化を示している。弁の全開状態では、ダイヤフラム反力DF1と、図3(b)に示したスプリング荷重SF1が加わりつつアクチュエータ出力推力AF1が得られる。弁の全閉状態では、ダイヤフラム反力DF2と、図3(a)に示したスプリング荷重SF2が加わりつつアクチュエータ出力推力AF2が得られる。   4, changes in the diaphragm reaction force DF, the spring load SF, and the actuator output thrust AF with respect to the stroke (cylinder stroke) SL during the movement of the piston 25 during the valve closing operation of the actuator body 20 in FIG. Show. In the fully opened state of the valve, the actuator output thrust AF1 is obtained while the diaphragm reaction force DF1 and the spring load SF1 shown in FIG. In the fully closed state of the valve, the actuator output thrust AF2 is obtained while the diaphragm reaction force DF2 and the spring load SF2 shown in FIG.

ダイヤフラム反力DFについて、ダイヤフラム弁体36はいわゆるドーム形状に形成され、このドーム部位で圧力を受圧して推力を伝達するため、図3(b)の弁開時におけるダイヤフラム反力DF1はゼロになる。弁開状態から弁閉状態に動作させると、弁体36の変形に伴って流体からの受圧面積が徐々に増加する。そして、図3(a)の弁閉時においては流体から弁体36が受ける受圧面積が最大となり、この弁体36を閉止するために要するダイヤフラム反力DF2が最大になる。   With respect to the diaphragm reaction force DF, the diaphragm valve body 36 is formed in a so-called dome shape, and receives the pressure at this dome portion to transmit the thrust, so that the diaphragm reaction force DF1 when the valve of FIG. Become. When operated from the valve open state to the valve closed state, the pressure receiving area from the fluid gradually increases with the deformation of the valve body 36. When the valve shown in FIG. 3 (a) is closed, the pressure receiving area received by the valve body 36 from the fluid is maximized, and the diaphragm reaction force DF2 required to close the valve body 36 is maximized.

スプリング荷重SFについては、弁開状態ではピストン25でスプリング55が圧縮されて大きくなり、全開時においてスプリング荷重SF1が最大となる。弁開状態から弁閉状態に動作させるとスプリング荷重SFは減少し、これによって伝達効率が悪くなり、弁体36を弁閉方向に作動させる力が弱くなる。図8における全閉時においては、シリンダストロークSLにおけるスプリング荷重SF2が最小となる。   As for the spring load SF, the spring 55 is compressed by the piston 25 in the valve open state and becomes large, and the spring load SF1 becomes maximum when the valve is fully opened. When the valve is operated from the valve open state to the valve closed state, the spring load SF is reduced, thereby reducing transmission efficiency and weakening the force for operating the valve body 36 in the valve closing direction. When fully closed in FIG. 8, the spring load SF2 in the cylinder stroke SL is minimum.

本発明のバルブ用アクチュエータの推力拡大機構30は、弁体36が全開から全閉まで動作するときの弁ストロークLにおいて、弁閉方向の出力推力AFを全ストロークで増加させるようにしているため、スプリング荷重SF1が最大の全開側では弁ストロークLを増加し、全閉側では最大の出力推力AF2を出力することが可能になる。
このように効率よく推力を拡大して伝達できることで、アクチュエータ本体20を小型化した場合でも高圧弁の高推力や大流量のための高ストローク化に対応できる。この場合、例えば、アクチュエータ本体を一般的なアクチュエータ径の70%程度の大きさに設けた場合であっても、一般的なアクチュエータと同等の圧力・流量に対応可能になる。
Since the thrust expansion mechanism 30 of the valve actuator of the present invention increases the output thrust AF in the valve closing direction in the full stroke during the valve stroke L when the valve element 36 operates from full open to full close. The valve stroke L is increased on the fully open side where the spring load SF1 is maximum, and the maximum output thrust AF2 can be output on the fully closed side.
Thus, by efficiently expanding and transmitting the thrust, even when the actuator body 20 is downsized, it is possible to cope with a high thrust of the high-pressure valve and a high stroke for a large flow rate. In this case, for example, even when the actuator body is provided with a size of about 70% of a general actuator diameter, it is possible to cope with a pressure / flow rate equivalent to that of a general actuator.

上記したように、本発明のバルブ用アクチュエータは、本体20内に設けたピストン25の内周開口側に沿って広がる円錐形状のテーパ面状部31を形成したテーパ面状部面48を形成し、ピストン25のストローク中にテーパ面状部31に当接して移動する移動部材28を配置し、この移動部材28を有する推力拡大機構30を介して弁35を閉止するための出力推力を弁開から弁閉に向かって全ストロークで増加させているので、複数段のシリンダ構造を設けることなく高さ寸法を抑えて小型化しつつ高圧流体に対応できる。   As described above, the valve actuator of the present invention forms the tapered surface portion surface 48 formed with the conical tapered surface portion 31 that extends along the inner peripheral opening side of the piston 25 provided in the main body 20. The moving member 28 that moves in contact with the tapered surface portion 31 during the stroke of the piston 25 is disposed, and the output thrust for closing the valve 35 is opened via the thrust expanding mechanism 30 having the moving member 28. Therefore, it is possible to cope with high-pressure fluid while reducing the size and reducing the size without providing a multi-stage cylinder structure.

この場合、推力拡大機構30が、ピストン25の作動によりボール28がテーパ面状部面48と固定ディスク面50との間を移動してピストン25の推力を出力軸部26に拡大して出力する機構であるので、ピストン25のストロークやテーパ面状部面48を長くできる。そのため、例えば、ピストン25がニードル状である場合と比較して出力軸部26からの出力推力を大きくでき、10〜20倍の推力に拡大してより高圧の流体にも対応できる。更に、このようなシリンダ構造の単純化により、部品点数も削減できる。しかも、テーパ面状部面48、固定ディスク面50の角度を調整することで、出力推力の拡大倍率を任意に設定することも可能になる。   In this case, the thrust expanding mechanism 30 causes the ball 28 to move between the tapered surface portion surface 48 and the fixed disk surface 50 by the operation of the piston 25 and expands the thrust of the piston 25 to the output shaft portion 26 and outputs it. Since it is a mechanism, the stroke of the piston 25 and the tapered surface portion surface 48 can be lengthened. For this reason, for example, the output thrust from the output shaft portion 26 can be increased as compared with the case where the piston 25 is needle-shaped, and the thrust can be increased to 10 to 20 times that of a higher pressure fluid. Furthermore, the number of parts can be reduced by simplifying the cylinder structure. In addition, by adjusting the angles of the tapered surface portion surface 48 and the fixed disk surface 50, it becomes possible to arbitrarily set the magnification of the output thrust.

テーパ面状部面48を二段のテーパに設けていることにより、このテーパ面状部面48の角度を変えてピストン作動時の推力の増加割合を調節できる。この調節により、例えば、バルブの弁閉状態の近傍では出力軸部の移動量を少なくして微流量を調整でき、バルブが弁開状態になるときには出力軸部の移動量を大きくして弁開速度を速めて弁閉から弁開への切換えを迅速に実施できる。   By providing the taper surface portion surface 48 in a two-stage taper, the angle of the taper surface portion surface 48 can be changed to adjust the rate of increase in thrust during piston operation. By this adjustment, for example, the amount of movement of the output shaft can be reduced in the vicinity of the valve closed state to adjust the fine flow rate, and when the valve is in the valve open state, the amount of movement of the output shaft can be increased to open the valve. The speed can be increased to quickly switch from valve closing to valve opening.

テーパ面状部面48の内側に固定ディスク面50とボール28とが配設されているので、ボール28の個数を増やすことができ、ボール28の個数を増やすことでピストン25からの力を分散して出力軸部26に伝達できる。そのため、ボール28の消耗を抑えて出力軸部26の陥没や傷付きを防ぎ、耐久性を向上できる。   Since the fixed disk surface 50 and the balls 28 are disposed inside the tapered surface portion surface 48, the number of the balls 28 can be increased, and the force from the piston 25 is dispersed by increasing the number of the balls 28. Thus, it can be transmitted to the output shaft portion 26. Therefore, the consumption of the ball 28 can be suppressed, the output shaft portion 26 can be prevented from being depressed or damaged, and the durability can be improved.

アクチュエータ本体20を構成する場合には、ピストン25、出力軸部26、固定ディスク27、ボール28を有する推力拡大機構30をシリンダ21とベース体22内に組み込んだ状態で一体化できる。このため、予めアクチュエータ本体20をバルブ35と別体に設け、このバルブ35との組み込みや弁体36の調整を容易に実施可能となる。   When configuring the actuator body 20, the thrust expanding mechanism 30 having the piston 25, the output shaft portion 26, the fixed disk 27, and the ball 28 can be integrated with the cylinder 21 and the base body 22. For this reason, the actuator main body 20 is provided separately from the valve 35 in advance, and the incorporation with the valve 35 and the adjustment of the valve body 36 can be easily performed.

図5、図6においては、本発明のバルブ用アクチュエータの第2実施形態を示している。なお、以降の実施形態において、上述した実施形態と同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。   5 and 6 show a second embodiment of the valve actuator of the present invention. In the following embodiments, the same parts as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

この実施形態におけるアクチュエータは、前述の実施形態のアクチュエータ本体20と同様に、ダイヤフラム弁体36をボール28を有する推力拡大機構30で推力拡大しながらスプリング55の荷重で図8(a)の弁閉状態に作動し、密封された本体90内においてエア圧力で図8(b)の弁開状態に作動させるノーマリークローズタイプの機構を有する空気圧作動のバルブ用アクチュエータである。   The actuator in this embodiment is similar to the actuator body 20 of the above-described embodiment, and the diaphragm valve body 36 is closed by the load of the spring 55 while the thrust is expanded by the thrust expansion mechanism 30 having the ball 28 as shown in FIG. This is a pneumatically operated valve actuator having a normally closed type mechanism that is operated in a state and is operated in the sealed main body 90 to the valve open state of FIG.

図7(a)、図7(b)に示すように、このアクチュエータ本体90では、ピストン93のテーパ面状部面48のテーパ面状部91が円弧部により形成されている。この円弧部91にボール28が当接することにより、ピストン93をスムーズに動作させることができる。さらに、ボール28とこの円弧部91との接触領域が長くなることで、ピストン93を緩やかに動作させて弁開度の微調整が可能になる。   As shown in FIGS. 7A and 7B, in the actuator main body 90, the tapered surface portion 91 of the tapered surface portion 48 of the piston 93 is formed by an arc portion. When the ball 28 comes into contact with the arc portion 91, the piston 93 can be operated smoothly. Further, since the contact area between the ball 28 and the arc portion 91 becomes long, the piston 93 can be operated gently to finely adjust the valve opening.

さらに、円弧部91は、開口部側の第1円弧部91aと、この第1円弧部91aに続く第2円弧部91bとからなる二段の異なるテーパ角度になっている。このテーパ角度は側が開口側よりも緩やかになっており、すなわち、図7(a)において、第円弧部91のテーパ角度θ<第円弧部91のテーパ角度θの関係になっている。これによって、第1実施形態の場合と同様に、円弧部91の角度を変えてピストン93作動時の推力の増加割合を調節できる。
Furthermore, the circular arc portion 91 has two different taper angles including a first circular arc portion 91a on the opening side and a second circular arc portion 91b following the first circular arc portion 91a. The taper angle is gentler on the back side than on the opening side. That is, in FIG. 7A, the taper angle θ 1 of the second arc portion 91 b <the taper angle θ 2 of the first arc portion 91 a. It has become. Thus, as in the case of the first embodiment, the angle of the arc portion 91 can be changed to adjust the rate of increase in thrust when the piston 93 is actuated.

また、この実施形態におけるアクチュエータ本体90は、ピストン93の上方側に別の形状のピストン96とシリンダ部94とが設けられて3段のピストン構造に設けられている。シャフト43の内部には流入口46から分岐する分岐口95が形成されており、この分岐口95を介してピストン93とシリンダ部94との間に圧縮エアが供給される。   Further, the actuator main body 90 in this embodiment is provided in a three-stage piston structure in which a piston 96 and a cylinder portion 94 having different shapes are provided above the piston 93. A branch port 95 branched from the inlet 46 is formed inside the shaft 43, and compressed air is supplied between the piston 93 and the cylinder portion 94 via the branch port 95.

ピストンを複数段に構成した場合、ピストンから1個の場合よりも推力を高めつつシリンダ外径を小さくして幅方向のサイズをコンパクト化できる。この省スペース化により、狭い場所に対してもフットプリントを小さくして集積化が可能になる。ピストンを3段以上に設ける場合には、同じ形状のピストン96とシリンダ部94とを兼用でき、これらを上下に重ねることで部品の種類の増加を防ぎつつ簡単に組立てできる。   When the piston is configured in a plurality of stages, it is possible to make the size in the width direction compact by reducing the cylinder outer diameter while increasing the thrust as compared with the case of one piston. This space saving enables integration with a small footprint even in a narrow space. In the case where the pistons are provided in three or more stages, the piston 96 and the cylinder part 94 having the same shape can be used together and can be easily assembled while preventing them from increasing in number of parts by stacking them up and down.

図9、図10においては、本発明のバルブ用アクチュエータの第3実施形態を示している。
このアクチュエータ本体70は、1個のピストン71と固定ディスク27との間にスプリング55を配置してピストン71の背面からのエア圧力を供給して弁35を閉止する構造になっている。これにより、このアクチュエータ本体70は、ピストン71の推力を推力拡大機構30により出力軸部26に拡大して出力する構造のノーマリーオープンタイプになっている。図示しないが、このノーマリーオープンタイプの場合にも、ノーマリークローズの場合と同様に複数段のピストンを重ねて構成できる。
9 and 10 show a third embodiment of the valve actuator of the present invention.
The actuator body 70 has a structure in which a spring 55 is disposed between one piston 71 and the fixed disk 27 to supply air pressure from the back surface of the piston 71 to close the valve 35. As a result, the actuator body 70 is a normally open type in which the thrust of the piston 71 is expanded and output to the output shaft portion 26 by the thrust expanding mechanism 30. Although not shown, even in the normally open type, a plurality of stages of pistons can be overlapped as in the case of normally closed.

シャフト21の内部には、アクチュエータ本体70の外部と、ピストン25と、ボデー23を構成するシリンダ21との間を連通するエア流路72が形成され、このエア流路72を介して外部からピストン71とシリンダ21との間に圧縮空気を供給することが可能になっている。   Inside the shaft 21, an air flow path 72 is formed to communicate between the outside of the actuator body 70, the piston 25, and the cylinder 21 constituting the body 23, and the piston is externally connected via the air flow path 72. It is possible to supply compressed air between 71 and the cylinder 21.

ピストン71とシリンダ21との間に外部より圧縮エアを供給すると、ピストン71がスプリング55の弾発力に抗してこのスプリング55を圧縮する方向(図9における下方向)に作動し、ボール28がテーパ面状部31を有するテーパ面状部面48に沿うように内径方向に移動して、出力軸部26がコイルスプリング41の弾発力に抗して下方に移動することで出力軸部26が下方に移動し、この出力軸部26が押え部材37を下方に押圧して図10の弁閉状態になる
When compressed air is supplied from the outside between the piston 71 and the cylinder 21, the piston 71 operates in a direction (downward direction in FIG. 9) to compress the spring 55 against the elastic force of the spring 55. Is moved in the inner diameter direction along the tapered surface portion 48 having the tapered surface portion 31, and the output shaft portion 26 moves downward against the elastic force of the coil spring 41 so that the output shaft portion is moved. 26 moves downward, and the output shaft portion 26 presses the pressing member 37 downward, and the valve is closed as shown in FIG .

図11、図12においては、本発明のバルブ用アクチュエータの第4実施形態を示している。この実施形態のアクチュエータ本体100は、推力を拡大するための2つのローラカム102を有する推力拡大機構101を備えている。各ローラカム102、102は、本体100に固定したシャフト43の下端のシリンダ21内に固定された固定部材105に軸着されている。固定部材105は、シャフト43の先端側にナット107で取付けられ、取付後には固定部材105がシリンダ21内の所定位置に配設される。   11 and 12 show a fourth embodiment of the valve actuator of the present invention. The actuator main body 100 of this embodiment includes a thrust expanding mechanism 101 having two roller cams 102 for expanding the thrust. Each of the roller cams 102 and 102 is pivotally attached to a fixing member 105 fixed in the cylinder 21 at the lower end of the shaft 43 fixed to the main body 100. The fixing member 105 is attached to the distal end side of the shaft 43 with a nut 107, and after the attachment, the fixing member 105 is disposed at a predetermined position in the cylinder 21.

シャフト43は、アクチュエータ本体100の上部に前記実施形態と同様に螺着して固定されている。この螺着構造により、シャフト43が上下に調整可能に設けられ、ローラカム102の上下位置を調整可能になっている。   The shaft 43 is fixed to the upper part of the actuator body 100 by screwing in the same manner as in the above embodiment. With this screwing structure, the shaft 43 is provided so as to be adjustable up and down, and the vertical position of the roller cam 102 can be adjusted.

ローラカム102の上端には第1ローラ部材103が設けられ、この第1ローラ部材103は、テーパ面状部91を形成したテーパ面状部面97に移動自在に当接した状態に配設されている。テーパ面状部91は、ピストン108の内側のピストン内周面108aをくり抜いてピストン108の内周開口側に沿って広がった円錐形状に形成され、ピストン内周面108aには、このテーパ面状部91を有するテーパ面状部面97が形成されている。   A first roller member 103 is provided at the upper end of the roller cam 102, and the first roller member 103 is disposed in a state in which the first roller member 103 is movably in contact with the tapered surface portion 97 that forms the tapered surface portion 91. Yes. The tapered surface portion 91 is formed in a conical shape that is hollowed out along the inner peripheral opening side of the piston 108 by hollowing out the piston inner peripheral surface 108a inside the piston 108. The tapered inner surface 108a has a tapered surface shape. A tapered surface portion surface 97 having a portion 91 is formed.

一方、ローラカム10の下端には第2ローラ部材104が設けられている。ピストン108から推力が伝達された場合には、テーパ面状部面97に当接した第1ローラ103によりローラカム102が軸着部106を中心に回転し、このローラカム102の回転によって第2ローラ部材104が出力軸部26のディスク29に押圧され、ピストン108の推力が出力軸部26に拡大して出力される。
On the other hand, the second roller member 104 is provided at the lower end of the roller cam 10 2. When thrust is transmitted from the piston 108, the roller cam 102 is rotated about the shaft-attached portion 106 by the first roller 103 in contact with the tapered surface portion surface 97, and the rotation of the roller cam 102 causes the second roller member 102 to rotate. 104 is pressed against the disk 29 of the output shaft portion 26, and the thrust of the piston 108 is enlarged and output to the output shaft portion 26.

ピストン108とシリンダ21との間には2本のスプリング109、110が設けられており、これらのスプリング109、110のバネ定数は、例えば、第2実施形態のスプリング55のバネ定数よりも小さく設けられている。この場合、弁開から弁閉になるときのスプリングの荷重の減少が抑えられる。   Two springs 109 and 110 are provided between the piston 108 and the cylinder 21, and the spring constants of these springs 109 and 110 are set smaller than the spring constant of the spring 55 of the second embodiment, for example. It has been. In this case, a decrease in the load of the spring when the valve is opened to closed can be suppressed.

アクチュエータ本体100は、前述の推力拡大装置30と同様にバルブ35に取付け可能になっている。バルブ35への取付け時には、雄螺子53と雌螺子66とを螺合することで、内部に推力拡大機構101を組み込んだアクチュエータ本体100と、バルブ35とをワンタッチで着脱できる。   The actuator main body 100 can be attached to the valve 35 in the same manner as the thrust expansion device 30 described above. At the time of attachment to the valve 35, the male screw 53 and the female screw 66 are screwed together so that the actuator body 100 incorporating the thrust expansion mechanism 101 and the valve 35 can be attached and detached with one touch.

図11のアクチュエータ本体100において、常時においてはスプリング55の弾発力によりピストン108が下方向に付勢される。このピストン108の下降により上部側のローラ103がテーパ面状部面97に沿って回転しながら、ローラカム102が軸着部106を中心に回転する。このときローラカム102は、軸着部106を中心として立設する方向に回転するため、下部側のローラ104が回転しながらディスク29を下方に押すことでこのローラ104により出力軸部26が押し下げられる。その際、ピストン108からの推力が拡大しながら伝達される。ローラカム102を用いた推力拡大機構101の場合には動力変換効率を高めることが可能になり、図に示した1個のピストンによって十分な推力を得ることができる。さらに、このときにもボールを移動部材とした場合と同様に、ピストンを複数段重ねて構成することでさらに推力を高めつつコンパクト化することができる。   In the actuator main body 100 of FIG. 11, the piston 108 is normally biased downward by the elastic force of the spring 55. As the piston 108 descends, the roller 103 on the upper side rotates along the tapered surface portion 97, and the roller cam 102 rotates around the shaft attachment portion 106. At this time, since the roller cam 102 rotates in a direction to stand up around the shaft attachment portion 106, the output shaft portion 26 is pushed down by the roller 104 by pushing the disk 29 downward while the lower roller 104 rotates. . At that time, the thrust from the piston 108 is transmitted while expanding. In the case of the thrust expansion mechanism 101 using the roller cam 102, the power conversion efficiency can be increased, and sufficient thrust can be obtained by one piston shown in the figure. Further, at this time, as in the case where the ball is a moving member, the piston can be made more compact by further increasing the thrust by configuring the pistons in a plurality of stages.

図12において、流入口46からピストン108とベース体22との間に圧縮エアを供給したときにはピストン108がスプリング109、110を圧縮しながら上昇し、これに伴って上部側のローラ103がテーパ面状部面97に対して回転しながらローラカム102が軸着部106を中心に左右に傾倒する方向に回転する。これにより下部側のローラ104の位置が図11の場合よりも上方側に移動し、この移動に伴って出力軸部26がコイルスプリング41の弾発力で上方に移動して弁開状態になる。
このように、ボール28の代わりにローラカム102を用いて推力拡大機構101を設けることができ、さらには、推力拡大機構をこれら以外の構造に設けることもできる。このアクチュエータ本体100の場合にも、前述したアクチュエータ本体20の場合と同様に、弁を駆動する推力拡大機構101の出力推力を弁開から弁閉に向かって全ストロークで増加させることができる。
In FIG. 12, when compressed air is supplied between the piston 108 and the base body 22 from the inlet 46, the piston 108 rises while compressing the springs 109 and 110, and accordingly, the upper roller 103 is tapered. The roller cam 102 rotates in a direction tilting to the left and right around the shaft attachment portion 106 while rotating with respect to the surface 97. As a result, the position of the lower roller 104 moves upward as compared with the case of FIG. 11, and along with this movement, the output shaft portion 26 moves upward due to the elastic force of the coil spring 41 to be in the valve open state. .
As described above, the thrust enlarging mechanism 101 can be provided using the roller cam 102 instead of the ball 28, and the thrust enlarging mechanism can be provided in a structure other than these. In the case of this actuator body 100 as well, as in the case of the actuator body 20 described above, the output thrust of the thrust expanding mechanism 101 that drives the valve can be increased over the entire stroke from valve opening to valve closing.

また、アクチュエータ本体100はノーマリークローズタイプであるが、ボール28を利用した推力拡大機構の場合と同様にノーマリーオープンタイプに構成することもできる。何れの場合にも、全開から全閉までの弁体36の弁閉方向の出力推力を流体圧による反力よりも常に大きい状態で増加させることができる。   Further, although the actuator body 100 is a normally closed type, it can be configured as a normally open type as in the case of a thrust expansion mechanism using the ball 28. In any case, the output thrust in the valve closing direction of the valve element 36 from the fully open position to the fully closed position can be increased in a state that is always larger than the reaction force due to the fluid pressure.

図13においては、本発明のバルブ用アクチュエータの第5実施形態を示している。
このアクチュエータ本体80は、内部に推力拡大機構を有しない一段のシリンダ構造を有するアクチュエータ構造になっており、前述したアクチュエータ本体20、70と同一のベース体22を共通化して利用したものである。
このように、ベース体22を共通化して、内部構造の異なるアクチュエータ本体20、70、80を構成することができるため、バルブの用途や使用箇所などに応じて内部構造や大きさの異なるアクチュエータとして製品の付加価値を高めることができる。更には、例えば、メタルダイヤフラムバルブ以外の上下動により作動する構造のバルブを取付けることも可能であり、何れの場合においても、ベース体の雄螺子とバルブの雌螺子とを螺合することにより簡単に着脱可能な構成に設けることができる。
FIG. 13 shows a fifth embodiment of the valve actuator of the present invention.
This actuator body 80 has an actuator structure having a single-stage cylinder structure that does not have a thrust expanding mechanism inside, and uses the same base body 22 as the actuator bodies 20 and 70 described above in common.
As described above, since the actuator body 20, 70, 80 having different internal structures can be configured by using the base body 22 in common, the actuators having different internal structures and sizes can be used depending on the application and use location of the valve. The added value of the product can be increased. Furthermore, for example, it is possible to attach a valve having a structure that operates by vertical movement other than a metal diaphragm valve, and in any case, it is simple by screwing the male screw of the base body and the female screw of the valve. It can provide in the structure which can be attached or detached to.

20 アクチュエータ本体
25 ピストン
26 出力軸部
27 固定ディスク
28 ボール(移動部材)
29 ディスク
30 推力拡大機構
31 テーパ面状部
35 バルブ(弁)
43 シャフト
48、97 テーパ面状部面
50 テーパ面
55 スプリング
102 ローラカム
103 第1ローラ部材
104 第2ローラ部材
105 固定部材
20 Actuator body 25 Piston 26 Output shaft 27 Fixed disk 28 Ball (moving member)
29 Disc 30 Thrust expansion mechanism 31 Tapered surface portion 35 Valve (valve)
43 Shaft 48, 97 Tapered surface portion surface 50 Tapered surface 55 Spring 102 Roller cam 103 First roller member 104 Second roller member 105 Fixing member

Claims (4)

ピストンで作動するエアー駆動のアクチュエータでピストンの推力を拡大して弁を締め切る推力拡大機構を内蔵するバルブ用アクチュエータにおいて、前記推力拡大機構は、弁駆動用出力軸部の上部に設けたディスク面上に移動部材である複数個のボールを配置し、これらのボールをアクチュエータ本体に固定したシャフト下端の固定ディスク面とピストンの内側をくり抜いてピストンの内周開口側に沿って広がった円錐形状のテーパ面状部を形成したテーパ面状部面との間に挟持して構成されており、前記ピストンの作動により前記ディスク面に載置された前記ボールが前記ディスク面と固定ディスク面との間を移動することによって、前記ピストンの推力を前記出力軸部に拡大して出力すると共に、前記シャフトを前記アクチュエータ本体の上部に螺着して固定し、この螺着構造によって前記シャフトを上下に調整可能に設けて前記固定ディスクの位置を調整可能に設けたことを特徴とするバルブ用アクチュエータ。 In a valve actuator having a built-in thrust expansion mechanism that closes the valve by enlarging the thrust of the piston with an air-driven actuator that operates with the piston, the thrust expansion mechanism is located on the disk surface provided above the output shaft for valve drive. A plurality of balls, which are moving members, are arranged on the actuator body, and a conical taper that extends along the inner peripheral opening side of the piston by hollowing out the fixed disk surface at the lower end of the shaft that fixes these balls to the actuator body and the inside of the piston The ball is placed between the disk surface and the fixed disk surface by the operation of the piston. by moving, and outputs the enlarged thrust of the piston to the output shaft part, the actuator the said shaft Of screwed and fixed to the upper, valve actuator, characterized in that provided in adjustable position of the fixed disc is provided adjustably for said shaft up and down by the screwing structure. ピストンで作動するエアー駆動のアクチュエータでピストンの推力を拡大して弁を締め切る推力拡大機構を内蔵するバルブ用アクチュエータにおいて、前記推力拡大機構は、アクチュエータ本体に固定したシャフト下端の固定部材に移動部材であるローラカムを軸着し、このローラカムの上端に設けた第1ローラ部材を、ピストンの内側をくり抜いてピストンの内周開口側に沿って広がった円錐形状のテーパ面状部を形成したテーパ面状部面に移動自在に当接し、ローラカムの下端に設けた第2ローラ部材を弁軸駆動用出力軸部のディスク面に押圧して前記ピストンの推力を前記出力軸部に拡大して出力すると共に、前記シャフトを前記アクチュエータ本体の上部に螺着して固定し、この螺着構造によって前記シャフトを上下に調整可能に設けて前記ローラカムの位置を調整可能に設けたことを特徴とするバルブ用アクチュエータ。 In a valve actuator that incorporates a thrust expansion mechanism that closes the valve by enlarging the thrust of the piston with an air driven actuator that operates with the piston, the thrust expansion mechanism is a moving member on a fixed member at the lower end of the shaft fixed to the actuator body. Tapered surface formed by attaching a roller cam to the shaft and forming a conical tapered surface portion that is formed by hollowing out the inside of the piston and extending along the inner peripheral opening side of the piston. movably contact with the stepped surface, and outputs the enlarged thrust of the piston is pressed against the disk surface of the second roller member the valve shaft driving output shaft portion which is provided at the lower end of the roller cam to the output shaft part The shaft is screwed and fixed to the upper portion of the actuator body, and the shaft can be adjusted up and down by this screwing structure. Valve actuator, characterized in that provided in adjustable position of the roller cam Te. 弁を駆動する前記推力拡大機構の出力推力を弁開から弁閉に向かって全ストロークで増加させるようにした請求項1又は2に記載のバルブ用アクチュエータ。   3. The valve actuator according to claim 1, wherein an output thrust of the thrust expanding mechanism that drives the valve is increased over the entire stroke from the valve opening toward the valve closing. 4. 前記テーパ面状部面、固定ディスク面及びディスク面の何れかを、二段のテーパ又は円弧部或は曲面部に形成した請求項1乃至3の何れか1項に記載のバルブ用アクチュエータ。   4. The valve actuator according to claim 1, wherein any one of the tapered surface portion surface, the fixed disk surface, and the disk surface is formed in a two-stage taper, arc portion, or curved surface portion. 5.
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