JPH08277958A - スコッチヨーク式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来のものよりも、バルブを全閉位置から開
弁する時の出力が極めて大きく、コンパクトなスコッチ
ヨーク式アクチュエータを提供する。 【構成】 回動軸３に押圧部４ａ及び４ｂを有して半径
方向に伸びるレバー４を設け、この回動軸３から一定距
離離してこの回動軸３に直角に設けた往復動軸２にこれ
に直交する２組のピン５及び６を設け、往復動軸２が軸
線方向の一方へ移動する時にピンの一方５が押圧部の一
方４ａを押してレバー４を一方へ回動させ、往復動軸２
が軸線方向の他方へ移動する時にピンの他方６が押圧部
の他方４ｂを押してレバー４を他方へ回動させるように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主としてボールバル
ブ、バタフライバルブなどのほぼ９０度回転させて開閉
するバルブに用いられるスコッチヨーク式アクチュエー
タに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は主としてボールバルブなどのほ
ぼ９０度回転させて開閉させるバルブに用いられる従来
のスコッチヨーク式アクチュエータの一例を示す横断面
図であって、このアクチュエータ５１はシリンダ５２と
５３に空気圧又は油圧を適宜作用させ、往復動軸５４を
図において左右へ往復動させ、この往復動軸５４に固定
したピン５５が、挿入されておりヨーク５６の滑り溝５
６ａの中を滑走する滑りこま５７を介して、ヨーク５６
を回動させ、ヨーク５６が固定されている回動軸５８を
回動させるようになっている。

【０００３】シリンダ５２及び５３の外側に設けられた
調節ねじ５９及び６０は往復動軸５４のストロークを調
節するためのものであり、これによって回動軸５８の回
動角度がほぼ９０度に調節されて、このスコッチヨーク
式アクチュエータ５１を装着したボールバルブなどを全
開から全閉へ、また全閉から全開へ回動させる。

【０００４】図１４は図１３に示したスコッチヨーク式
アクチュエータ５１の出力の状態を解析するための部分
平面図であって、図１３の一部を拡大して示してある。

【数１】 ただし、ｎは、図１４に示したように、ピン５５の位置
によって異なるとすると、

【数２】 である。したがって、

【数３】 である。

【０００５】図１５は、図１３および図１４に示した従
来のスコッチヨーク式アクチュエータ５１の出力グラフ
であって、曲線Ｔ₂₂−Ｔ₂₃−Ｔ₂₄は、上述の解析に従っ
た出力を示す曲線である。なお、図１４に従った出力の
解析は、往復動軸５４がシリンダ５２及び５３の作用に
よって図のように左方へ移動するときについてである
が、図の右方へ移動するときはこれと全く対称であるの
で、図１５に示した曲線Ｔ₂₂−Ｔ₂₃−Ｔ₂₄は、全閉から
全開へと全開から全閉への両方向での出力を共に示して
いる。

【０００６】一方、ボールバルブなどのほぼ９０度回動
させて開閉させるバルブは、全閉位置において流体の上
流側圧力と下流側圧力との差圧がボールなどの弁体に働
くなどのために、全閉位置から弁体を回動させるのに必
要なトルクが、差圧などが作用しない全開位置から弁体
を回動させるのに必要なトルクよりも大きく、図１４に
示した曲線Ｒのように、非対称な必要トルク曲線にな
る。

【０００７】図１５から分かるように、スコッチヨーク
式アクチュエータの出力トルク曲線がボールバルブなど
のほぼ９０度回動させて開閉させるバルブの必要トルク
曲線に比較的近似していて、比較的小さいアクチュエー
タでよいという利点があるために、ボールバルブなどに
は、従来からスコッチヨーク式アクチュエータが多く用
いられてきた。

【０００８】しかし、上述のように、従来のスコッチヨ
ーク式アクチュエータの出力トルク曲線は左右対称であ
って、ボールバルブなどのバルブの必要トルクに対し
て、全開位置の近くでは大きな余裕があるが全閉位置の
近くでは余裕（安全率）が小さいので、全閉からの開弁
に必要なトルクをベースにして、どうしても全体として
は大きな出力を有するアクチュエータを選定することに
なった。

【０００９】このような問題を解決するために、ヨーク
の回動角度を、回動軸の中心から往復動軸への垂線の一
方の側を他方の側よりも大きくする方法が特公昭５８−
１０６２０号公報に開示されているが、この方法では、
バルブによっては全開から閉弁するためのトルクが小さ
くなり過ぎるという課題と、アクチュエータの本体ケー
スが大きくなるという課題を有している。

【００１０】なお、図１３に示したアクチュエータ５１
は、回動軸５８の回動角度をシリンダ５２及び５３の端
に設けた調節ねじ５９及び６０によって決めているが、
図１６の横断面図に示した他の従来のスコッチヨーク式
アクチュエータ６１では、本体ケース６２に設けられた
調節ねじ６３及び６４で決めている。また、図１７に示
したヨーク６５は、従来のスコッチヨーク式アクチュエ
ータに広く用いられているヨークの例を示した外観図で
ある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】スコッチヨーク式アク
チュエータは、上述のように、ボールバルブなどのほぼ
９０度回動させて開閉させるバルブに好適なものではあ
るが、回動角度が左右４５度ずつに振分けられたもので
は、どうしても全体として大きな出力のものになるこ
と、および、この問題を解決するために回動角度のいず
れか一方の側を大きくされたものでは、他方の側でトル
クが小さすぎるようになり、本体ケースが大きくなるこ
と、などの課題を有している。本発明のスコッチヨーク
式アクチュエータは、これらの課題を解決するためのも
のである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のスコッチヨーク
式アクチュエータを、上記の課題を解決するために、次
のように構成した。回動軸に半径方向へ伸びるレバーを
設け、このレバーの両側を押圧部とし、この回動軸から
一定距離離してこの回動軸に直角に設けた往復動軸にこ
れに直交する２組のピンを設け、往復動軸が軸線方向の
一方へ移動する時にピンの一方が押圧部の一方を押して
レバーを一方へ回転させ、往復動軸が軸線方向の他方へ
移動する時にピンの他方が押圧部の他方を押してレバー
を他方へ回動させるようにした。

【００１３】この場合、往復動軸にピンを設ける代り
に、往復動軸の２個所のピンの間に相当する部分を溝状
に切欠き、この溝にレバーを挿入するとよい。また、レ
バーを押圧部の中心線が回動軸の回動中心を通らないよ
うにいずれか一方に偏らせるのが好ましい。

【００１４】

【作用】本発明のスコッチヨーク式アクチュエータは、
上記のように構成したので、回動軸に設けたレバーは押
圧部を有し、この押圧部の一方又は他方を押すための２
組のピンは往復動軸に対して直交するように設けられて
いて、これらのピンのいずれかがレバーの押圧部を押し
てレバーを回動軸と共に回動軸の周りを回るように回動
させる時、その作用点はピンの中心の位置である。この
ことは、先に解析を行った、図１３および図１４に示し
たような構造においても同様である。

【００１５】このため、上述したような本発明のスコッ
チヨーク式アクチュエータにおいては、一般に、バルブ
の全閉の状態および全開の状態でのレバーの外方にある
ピンの中心位置すなわちこれらの状態での作用点は、こ
れらの作用点と回動軸の中心とを結ぶ直線と回動軸の中
心から往復動軸への垂線とがなす角度が４５度よりも大
きな角度をなす位置にあることになる。

【００１６】従って、これらの位置でのピンが往復動す
る力によって生じるレバーの回動トルクは、その回動方
向への分力も回動半径も図１３の場合よりも大きくなっ
て、その積であるトルクは、図１３の場合に比しはるか
に大きくなる。このため、回動軸に必要回動トルクを与
えるために往復動軸が軸線に働くための力を小さくする
ことができ、アクチュエータの出力源であるシリンダな
どを小さくしてアクチュエータを小型にすることができ
る。

【００１７】更に、レバーは、図１３や図１６に示した
従来のアクチュエータのヨークとは異なり、幅が図１３
や図１６におけるヨークの並列する脚部の一方の幅より
幾分広い程度でよく、このためにもアクチュエータの本
体ケースが小さくてよく、小型なアクチュエータにな
る。また、レバーの回動角度は、回動軸の中心から往復
動軸への垂線の両側に等しくほぼ４５度ずつにすればよ
い。このこともアクチュエータの本体ケースを小さくす
ることができる要因の一つである。

【００１８】往復動軸にピンを設ける代りに、往復動軸
の２個所のピンの間に相当する部分を溝状に切欠き、こ
の溝にレバーを挿入した場合の往復動軸のレバーの力学
的関係は、先に説明したピンを設けた場合と全く同じで
あり、レバーの上下方向（厚さ方向）の寸法が短くなっ
て、本体ケースの上下方向（厚さ方向）の大きさを小さ
くすることができる。

【００１９】次に、レバーの押圧部の中心線が回動軸の
回動中心を通らないようにいずれか一方に偏らせると、
偏らせた側でのピンの中心と回動軸の中心とを結ぶ直線
と回動軸の中心から往復動軸への垂線とがなす角度が更
に大きくなり、ピンの往復動する力によって生ずるレバ
ーの回動トルクは、その回動方向への分力も回動半径も
共に大きくなって、その積であるトルクも更に大きくな
る。

【００２０】反対の側ではこれに反して回動トルクが小
さくなるが、ピンの中心と回動軸の中心とを結ぶ直線と
回動軸の中心から往復動軸への垂線とがなす角度が４５
度以下には容易にはならないので、その側での回動トル
クも十分大きい。

【００２１】

【実施例】図１は、本発明のスコッチヨーク式アクチュ
エータの一実施例を示す横断面図であって、１はアクチ
ュエータ本体、２は往復動軸、３は回動軸、４はレバ
ー、５及び６はピンであって、レバー４は回動軸３に設
けられ、半径方向に伸びる押圧部４ａ及び４ｂを有して
おり、往復動軸２は回動軸３から一定距離離してこの回
動軸３に直角に設けられており、往復動軸２にこれに直
交する２組のピン５及び６が設けられている。

【００２２】このスコッチヨーク式アクチュエータ本体
１は、シリンダ７と８に空気圧又は油圧が適宜作用し
て、往復動軸２が、図において左右へ往復するようにな
っており、往復動軸２に設けられたピン５又は６が、往
復動軸２の往復動によってレバー４の押圧部４ａ又は４
ｂを押し、レバー４を回動軸３と共に回動させるように
なっている。この回動する回動軸３は、バルブのステム
であったりステムに接続されていたりする。

【００２３】シリンダ７及び８の外側に設けられた調節
ねじ９及び１０は往復動軸２のストロークを調節するた
めのものであり、これによってレバー４の回動角度がほ
ぼ９０度になるように調節されて、このスコッチヨーク
式アクチュエータが、これを装着されたボールバルブな
どを全開から全閉へ、また、全閉から全開へほぼ９０度
回動させる。

【００２４】図２は、回動軸３、レバー４、往復動軸
２、及びピン５、６の関係を示した部分切断縦断面図で
あって、レバー４と往復動軸２とが直角になった時の状
態を示したものであって、図１よりは拡大して示してあ
る。図２から分かるように、レバー４は往復動軸２を挾
んで対称に設けられた２本のレバー部４ｃ及び４ｄを有
しており、ピン５及び６は、往復動軸２に直角で両側に
突出るように設けられている。

【００２５】図１に示した状態は、シリンダ７及び８の
作用によって往復動軸２が図の最右方に移動している状
態で、例えばボールバルブ１を全閉にした状態であっ
て、この状態からシリンダ７及び８の作用によって往復
動軸２が図の左方へ移動を開始し、ピン５がレバー４の
押圧部の一方４ａを押し、レバー４及び回動軸３を反時
計回りに回動し始める。なお、往復動軸２が図の再左方
から右方へ移動する時には、ピン６がレバー４の押圧部
の他方４ｂを押して、レバー４及び回動軸３を時計回り
に回動させる。

【００２６】図３および図４は、図１に示したスコッチ
ヨーク式アクチュエータの本体１の出力の状態を解析す
るための部分平面図であって、図１よりも拡大して示し
てある。図３は、往復動軸２が左方へ移動する場合で、
作用しないピン６は示していない。

【数４】 ただし、ｎは、図３に示したようにピン５の位置によっ
て異なるとすると、

【数５】 である。したがって、

【数６】 である。なお、上記の計算式に投入したα_n の値は、図
３を実測して得たおよその値である。

【００２７】図４は、往復動軸２が右方へ移動する場合
で、作用しないピン５は示していない。

【数７】 ただし、ｎは、図４に示したようにピン６の位置によっ
て異なるとすると、

【数８】 である。したがって、

【数９】 である。なお、上記の計算式に投入したα_n の値は、図
４を実測して得たおよその値であって、上記の図３を実
測して得た値と同じ値を用いた。

【００２８】図５は、図１に示したスコッチヨーク式ア
クチュエータの本体１の出力グラフであって、曲線Ｔ₂
−Ｔ₃ −Ｔ₄ は、前述の図３についての解析に従った出
力を示す曲線であり、破線で示した曲線Ｔ₇ −Ｔ₈ −Ｔ
₉ は、前述の図４についての解析に従った出力を示す曲
線である。ただし、図１に示したアクチュエータにおい
てはＦ₁ ＝Ｆ₆ と見なしてもよいので、それを前提にし
たが、Ｆ₁ ≠Ｆ₆ の場合には、曲線Ｔ₂ −Ｔ₃ −Ｔ₄ と
曲線Ｔ₇ −Ｔ₈ −Ｔ₉ とは、図５のような対称にはなら
ない。

【００２９】なお、図５に示した曲線Ｒは、先に従来の
技術の説明において図１５に示した曲線Ｒと同じく、ボ
ールバルブなどのほぼ９０度回動して開閉するバルブの
一般的な必要トルク曲線（ただし、Ｔ₂ −Ｔ₃ −Ｔ₄ 曲
線に相当する方向での）であって、アクチュエータの出
力トルク曲線Ｔ₂ −Ｔ₃ −Ｔ₄ の曲線Ｒに対する余裕
は、図１５における出力トルク曲線Ｔ₂₂−Ｔ₂₃−Ｔ₂₄の
曲線Ｒに対する余裕とは異なり、全ストロークに渡って
大きく、このバルブに対してはもっと出力の小さい小型
のアクチュエータが使えることになり、又はこのアクチ
ュエータが必要トルクが更に大きいバルブに使うことが
できることになる。従って、アクチュエータをコンパク
トにすることができる。

【００３０】図１に示したスコッチヨーク式アクチュエ
ータの本体１は、回動軸３の回動角度をシリンダ７及び
８の外端に設けた調節ねじ９及び１０によって決めてい
るが、図６の横断面図に示した本発明のスコッチヨーク
式アクチュエータの他の実施例では、本体ケース１１に
設けられた調節ねじ１２及び１３によって決めるように
なっている。

【００３１】図１に示した実施例では、図７に拡大して
示したように往復動軸２にピン５及び６が所要の間隔を
持って設けられているが、これに代えて、図８に示した
ように図７における２個所のピン５及び６の間に相当す
る部分を溝状に切欠いて、この溝１４を形成した部分の
断面形状を図に２点鎖線を用いて示したようにし、図９
に示したようにレバー４のレバー部４ｃ及び４ｄを溝１
４に挿入して、これらレバー部によって往復動軸の溝１
４を形成した部分を挾むようにしてもよい。

【００３２】この場合の往復動軸２と回動軸３との間の
力学的関係は、図３、図４、および図５について説明し
たのと全く同じである。このような構造は、レバー４の
上下方向（図９では左右方向）の寸法が図２に示した構
造より短くなり、本体ケースの上下方向（厚さ方向）の
大きさを小さくすることができる。

【００３３】次に、図１乃至図４について説明したスコ
ッチヨーク式アクチュエータの本体１では、レバー４の
押圧部４ａ及び４ｂの中心線が回動軸３の回動中心（図
３および図４におけるＯ）を通っているが、回動中心Ｏ
を通らないようにいずれか一方に偏らせると一層大きな
効果が得られる。図１０および１１は、そのような場合
の出力の状態を解析するための部分平面図であって、レ
バー４の押圧部の一方４ｂの延長線が回動軸３の回動中
心Ｏを通るようにレバー４を偏らせた場合を示してい
る。

【００３４】図１０は、往復動軸２が左方へ移動する場
合で、作用しないピン６は示していない。

【数１０】 ただし、ｎは、図１０に示したようにピン５の位置によ
って異なるとすると、

【数１１】 である。したがって、

【数１２】 である。なお、上記の計算式に投入したα_n の値は、図
１０を実測して得たおよその値である。

【００３５】図１１は、往復動軸２が右方へ移動する場
合で、作用しないピン５は示していない。

【数１３】 ただし、ｎは、図１１に示したようにピン６の位置によ
って異なるとすると、

【数１４】 である。したがって、

【数１５】 である。なお、上記の計算式に投入したα_n の値は、図
１１を実測して得たおよその値である。

【００３６】図１２は、図１０および図１１について解
析した出力Ｔ₁₂−Ｔ₁₃−Ｔ₁₄およびＴ₁₇−Ｔ₁₈−Ｔ₁₉を
示した出力グラフである。ただし、Ｆ₁₁＝Ｆ₁₆として示
した。このグラフから明らかなように、図１０および図
１１に示したような形状のレバーを有するアクチュエー
タは、出力グラフが図５である図１に示したアクチュエ
ータよりも、全閉から開弁する時に一層大きな出力を出
し、全開から閉弁する時には必要以上の大きな出力を出
さない、ボールバルブなどのバルブに最適なスコッチヨ
ーク式アクチュエータである。なお、上記したレバーの
両側の押圧部は、平行２面の側を示したが、これに限る
ことなく、レバーの両側を凸状又は凹状の円弧面に形成
することによって、途中の変換速度を変えることも可能
である。

【００３７】

【発明の効果】本発明のスコッチヨーク式アクチュエー
タは、すでに詳細に説明したように、ボールバルブなど
のほぼ９０度回動して開閉するバルブの必要トルク曲線
に近似した出力トルク曲線を有し、回動軸の回動角度が
回動軸の中心から往復動軸への垂線に対して左右へほぼ
４５度であっても、バルブを全閉位置から開弁するため
の出力トルクが極めて大きく、また、全開位置から閉弁
するための出力トルクも十分に大きく、これらのために
従来のスコッチヨーク式アクチュエータよりもコンパク
トなアクチュエータにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスコッチヨーク式アクチュエータの一
実施例を示す横断面図である。

【図２】図１に示したスコッチヨーク式アクチュエータ
の回動軸、レバー、往復動軸、およびピンの関係を示す
部分切断縦断面図である。

【図３】図１に示したスコッチヨーク式アクチュエータ
の出力の状態を解析するための部分平面図である。

【図４】図１に示したスコッチヨーク式アクチュエータ
の出力の状態を解析するための部分平面図である。

【図５】図１に示したスコッチヨーク式アクチュエータ
の出力グラフである。

【図６】本発明のスコッチヨーク式アクチュエータの他
の実施例を示す横断面図である。

【図７】図１に示した実施例の往復動軸とピンを示した
部分平面図である。

【図８】図１に示した実施例において、ピンの代りに往
復動軸の一部を溝状に切り欠いた場合の往復動軸の部分
平面図である。

【図９】図８に示した往復動軸、この場合のレバー、お
よび回動軸の関係を示す部分外観図である。

【図１０】図１に示した実施例とはレバーの形状が異な
る実施例の場合の出力の状態を解説するための部分平面
図である。

【図１１】図１に示した実施例とはレバーの形状が異な
る実施例の場合の出力の状態を解説するための部分平面
図である。

【図１２】図１０および１１に基づく出力グラフであ
る。

【図１３】従来のスコッチヨーク式アクチュエータの一
例を示す横断面図である。

【図１４】図１３に示したスコッチヨーク式アクチュエ
ータの出力の状態を解析するための部分平面図である。

【図１５】図１３に示したスコッチヨーク式アクチュエ
ータの出力グラフである。

【図１６】従来のスコッチヨーク式アクチュエータの他
の例を示す横断面図である。

【図１７】従来のスコッチヨーク式アクチュエータに広
く用いられるヨークの一例を示す平面図である。

【符号の説明】

１ アクチュエータの本体 ２ 往復動軸 ３ 回動軸 ４ レバー ４ａ，４ｂ 押圧部 ５，６ ピン １４ 溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回動軸に半径方向へ伸びるレバーを設
   け、このレバーの両側を押圧部とし、この回動軸から一
   定距離離してこの回動軸に直角に設けた往復動軸にこれ
   に直交する２組のピンを設け、この往復動軸が軸線方向
   の一方へ移動する時にピンの一方が押圧部の一方を押し
   て前記レバーを一方へ回動させ、この往復動軸が軸線方
   向の他方へ移動する時にピンの他方が押圧部の他方を押
   してレバーを他方へ回動させるようにしたことを特徴と
   するスコッチヨーク式アクチュエータ。
2. 【請求項２】 上記した往復動軸にピンを設ける代り
   に、往復動軸の２個所のピンの間に相当する部分を溝状
   に切欠き、この溝にレバーを挿入したことを特徴とする
   請求項１記載のスコッチヨーク式アクチュエータ。
3. 【請求項３】 レバーを両側押圧部の中心線が回動軸の
   回転中心を通らないようにいずれか一方に偏芯させたこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載のスコッチヨーク式
   アクチュエータ。