JPH0861307A - ボールバルブアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリンダからの運動の伝達手段として複数の
ボールを一列に並べて配置し、シリンダと回転バルブの
可動アームの円軌道との間に屈曲部が存在してもシリン
ダの動きを精確に伝達できるボールバルブアクチュエー
タを提供する。 【構成】 シリンダで回転バルブを開閉させるバルブア
クチュエータであって、複数のボールをシリンダと回転
バルブの可動アームとの間の屈曲したシリンダ壁に連続
的に一列並びに配列した構造である。また、シリンダの
往復運動に対応した２本のプランジャと応動する可動ア
ームとを連結させ、複数のボール列を間隙なく連続的に
配列した構造、又は回転バルブの周縁に回転式内蔵シリ
ンダを付設し、内蔵シリンダのピストンと回転開閉する
可動アームとを結ぶ円形のシリンダ壁に沿った円軌道上
に複数のボールを間隙なく配置した構造である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバルブのアクチュエータ
に関し、特に駆動源であるシリンダとバルブの可動アー
ムとの間に、複数のボールを間隙なく配置して、シリン
ダの直線運動を回転バルブの可動アームの円軌道に変更
することにより、連続して配置されているボールを介し
てスムーズにバルブアクチュエータが作動する構造のボ
ールバルブアクチュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】バルブを作動させる為のアクチュエータ
は、動力源であるシリンダの動きを伝達する為にシリン
ダの可動部であるプランジャに直結されており、プラン
ジャの動きに応動して連結されているバルブを回転開閉
するものである。通常の伝達構造としては、シリンダの
ヘッドにはロッドのような棒状体が用いられておりシリ
ンダの直線的な往復運動を伝達する構造であった。シリ
ンダとバルブが直線的な位置関係にある場合にはこれで
足りたが、シリンダとバルブとが直線的な位置の関係に
ない場合は、バルブの回転運動の曲線部分に沿って如何
に運動を伝達させるかが問題となっていた。シリンダの
直線運動で、回転バルブの開閉をする場合、シリンダの
先端に回転体に連動した棒状体を直結してバルブを回転
させる構造を取っている。この場合、直線運動で許容で
きる範囲の略回転運動をさせることになる。回転の軌跡
は直線ではないので、長孔を介して係合させ、円軌道上
を直線運動で進行するように多少の移動が許容できる機
械的構造になっている。しかし、動きに無駄が出る上
に、シリンダの押圧力が回転するバルブの中心との距離
の変化によって異なる欠点があり、緊急バルブ閉鎖の際
に、押圧力が低下してバルブの閉鎖運動が途中で停止し
て完全な閉鎖が実現できない事態も発生していた。

【０００３】他の解決方法としては、屈曲部の屈折の度
合に応じてロッドを短く切って短いロッドを物理的に繋
ぎ合わせてシリンダの動きに充分連動する曲線部分の動
力伝達方式が採用されていた。しかし、短いロッドを繋
ぎ合わせている構造のものにあっても、ロッドの係合部
分に遊びが生ずるので、往復運動をすると、シリンダの
動きが直接伝達し難いので、直結した動きではなく、無
駄な動きが介在する上に構造的に複雑となる欠点があっ
た。この種の伝達手段では、複数の短いロッドのような
パーツを接合することになる為に、部品の価格が上がる
のみならず、組み立ても煩雑となる。各パーツを接合す
る係合部の構造は往復運動を正確に伝達する必要がある
ので複雑とならざるを得ない。しかしながら、この種の
装置では、現在までの所、全く無駄無く、かつ効率的に
正確に運動を伝達することができなかったので有効にバ
ルブの開閉が行われないばかりでなく、伝達機構が複雑
である為にシリンダの動きに対する反応が鈍くなり応動
の速度も精度も期待できなかった。応動反応が精確でな
い上に、部品の価格が高くなる欠点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の欠点を除去し、駆動源であるシリンダからバルブ
への運動の伝達手段として複数のボールを一列に並べて
配置することにより、シリンダと回転バルブの可動アー
ムの円軌道との間に屈曲部が存在する場合でも、シリン
ダの動きをロスのない精確な速度で伝達できる構造のボ
ールバルブアクチュエータを提供することにある。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】上記の目的を達成する
ために、この発明に係るボールバルブアクチュエータ
は、シリンダの動きを伝達する事によってバルブを開閉
させるバルブアクチュエータにおいて、複数のボールを
シリンダの端部と回転バルブの可動アームの軌道との間
に連続的に一列並びに配列した構造である。また、複数
のボールの列が、シリンダのプランジャと、回転バルブ
の円軌道に沿って移動する可動アームとを結ぶシリンダ
壁内に間隙なく連続的に当接配列されている構造であ
る。また、シリンダの端部を往復運動に対応した往運動
と復運動とに分離した２本のプランジャに形成し、応動
する可動アームも回転バルブの開閉作動に対応した開作
動用の可動アームと閉作動用の可動アームとに形成して
それぞれのシリンダと可動アームを連結させるととも
に、複数のボール列をプランジャと回転バルブの可動ア
ームとを結ぶ２本の曲線に沿ったシリンダ壁内に間隙な
く連続的に配列した構造としている。さらに、回転バル
ブの周縁に回転式内蔵シリンダを付設し、内蔵シリンダ
のピストンと回転開閉する可動アームとを結ぶ円形のシ
リンダ壁に沿った円軌道上に複数のボールを間隙なく配
置した構造である。

【０００６】

【作 用】本発明にかかるボールバルブアクチュエータ
は、シリンダとバルブの可動アームである弁開閉部との
間に複数のボールが屈曲したシリンダ壁に沿って一列並
びに介在している。従って、屈曲したシリンダ壁によっ
て直線的なプランジャの往復方向を複数のボールの連続
的な位置の移動で自由に方向を変更させて応動伝達させ
る事が出来る。実施例では、シリンダのプランジャと回
転バルブの可動アームの軌道とを連結した構成で、シリ
ンダ壁は回転バルブの軌道に沿って９０度屈曲し、その
壁の中にボールが連続して配置設置されている。シリン
ダの動きに応じてプランジャが延びるとプランジャが先
に配置されているボールを押圧移動することになり、連
続して配置されている複数のボールは端部のボールの移
動に従って順次かつ同時に移動を開始し全部のボールが
応動回転するとともに位置も移動する。屈曲部に配置さ
れたボールはシリンダ壁に沿って回転移動することにな
り、押圧の方向は次第に変更され、図１に示す実施例で
は９０度方向が転換される。このように、屈曲している
シリンダ壁に連続して配置されているすべてのボールは
端部が押圧されると同時に全部のボールが回転および位
置の移動して、他端部にあるバルブに接合しているボー
ルも押圧移動する事になり、これによりバルブの弁を開
閉する動きを達成することができる。

【０００７】同様に、図２で示す実施例では、シリンダ
の往復運動に対応させて往路と復路とを別の屈曲したシ
リンダ壁に形成してそれぞれ複数のボール列を間隙なく
配置して回動する可動アームを開閉させている。また、
図３の実施例では、回転バルブの周縁に回転式の内蔵シ
リンダを付設しており、内蔵シリンダのピストンと回転
開閉する可動アームとを結ぶ円形のシリンダ壁に沿った
円軌道上に複数のボールを間隙なく配置して、内蔵シリ
ンダの作動により回転バルブを開閉させるものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明に係るボールバルブアクチュエ
ータの構造を図に示す一実施例に基づいて詳細に説明す
る。図１はこの発明にかかるボールバルブアクチュエー
タを示す断面図であり、図２と図３はこの発明にかかる
ボールバルブアクチュエータの別の実施例を示す断面図
である。ボールバルブアクチュエータ１は、シリンダ１
０と、バルブ２０と、ボール３０と、棒状体４０とから
成り、動力源としてのシリンダの端部と、受動部である
バルブの端部との間にはボール列が動力伝達手段として
介在している構造である。

【０００９】シリンダ１０は、バルブを開閉する為の駆
動源であり、往復運動を繰り返すプランジャ１２とその
先端に連結設置された棒状体４０とからなる。プランジ
ャは単に往復移動するものであり、シリンダ壁が直線で
ある場合は、直線の棒状体で足りるが、シリンダ壁が回
転バルブの外周に沿って屈曲している場合は、屈曲面に
沿って運動を伝達する手段を講ずる必要がある。図１に
示す実施例では、シリンダと回転バルブ２０の軌道上に
ある可動アーム２２との位置が直線でない為に、シリン
ダ壁が回転バルブの円周に接合して屈曲しており、往復
運動を回転屈曲した位置に伝達する手段として、屈折を
許容する複数の小片や長孔による係合に代えて、複数の
球状体（ボール）３０を動力伝達要素として配置してい
る。

【００１０】バルブ２０は回転する弁体であり、可動ア
ーム２２が一体的に設けられていて可動アームの回転に
よりバルブが開閉する構造である。シリンダ１０を駆動
することによりプランジャ１２が伸延してボール３０を
押圧移動し、この押圧移動に応動して可動アームを押圧
回転させることにより、バルブが回転して開閉する（こ
の実施例では緊急閉止用であって自動的に閉鎖させる）
構造である。バルブには回転する可動アーム２２が一体
的に設けられており、可動アームの端面には、後述する
複数の連続ボール３０の列の他端に配されたボール３０
ｈが当接配置されており、ボール列の一端で加えられた
押圧でボールの位置が移動すると他端のボールも応動し
て押圧移動される。これにより、回転バルブは回転開閉
される構成である。図１に示された実施例では、バルブ
を元の位置（開状態）に戻す場合は手動によりバルブを
元の位置に回転移動させる構造である。

【００１１】ボール３０は、シリンダ１０とバルブの可
動アーム２２との間に連続的に一列並びに複数個配置さ
れる球状体であり、この実施例では、鉄製の球状体（ボ
ール）が配置されている。ボールの材質は鉄製である事
を要するものではない。図１で示す実施例では８個のボ
ールが、シリンダ１０と回転開閉するバルブの可動アー
ム２２との間に配置されている。シリンダ壁１８はバル
ブの回転円の円周であり、ボールは屈曲部１８ａにも連
続的にその筒壁に沿って間隙なく配置されている。配置
された球状体（ボール）は相互に隙間なく密接に隣接接
合した状態であり、一端のボール３０ａが押圧移動する
と列を成して連続して間隙なく移動するもので、他端に
あるボール３０ｈまで無駄時間なく同時に移動する。シ
リンダ壁が屈曲しているので各ボールの移動方向は異な
り、押圧された方向と運動を伝達する移動方向とは多少
異なるので、ボールは多少回転しながら移動することに
なる。

【００１２】この実施例で使用したボール３０は、従来
の長孔接合部分や屈曲部に使用されていた短いロッド部
材等に該当するが、ボールの直径は略ロッドの直径と同
一の程度で大変短く、且つシリンダ筒壁内を移動方向に
向かって自由に回転移動することが可能であるので直線
だけでなく屈曲部も相当の圧力をもって押圧移動するこ
とが可能となる。従来の手段に比べて、ボールを利用し
ているので、部材としての強度が充分期待できるので、
高圧のバルブにも使用することのできる耐圧構造であ
る。

【００１３】図１に示す実施例では、シリンダ壁は回転
バルブの円軌道に沿って９０度の屈曲部分を構成してい
るが、屈曲の部位及び角度は自由であり、１８０度の角
度を付けることも、２７０の角度を設定することも可能
である。更に、スパイラルにすることにより３６０度ま
たはそれ以上の回転も可能であり、往復運動に対応して
それぞれ２本のシリンダ壁を構成することも考えられ
る。また、屈曲部分の半径の大きさは従来例より小さく
ても、ボールが介在しているので、比較的急カーブを許
容して押圧移動可能である。この点、従来の部材のよう
に屈曲部分の半径を大きくして、円軌道の外周軌道を直
線と略同一にすることもできる。屈曲角度が緩やかであ
れば作動精度を上げることができる。如何にボールを介
在させた画期的構造とは言っても、許容限度以上の小さ
い半径を想定するものではない。

【００１４】棒状体４０は、円柱形の部材であり、シリ
ンダ１０のプランジャ１２に直結した部分に配置されて
おり、シリンダの直線的往復運動を直線的に伝達する手
段である。従来のこの種のバルブアクチュエータでは棒
状体が往復運動の伝達部の大部分を占めていた。これは
直線運動には適合したが、屈曲部には不都合であり、各
種の工夫が成されていた。しかしながら、高価であった
り、作動の精度に問題があった。

【００１５】この発明に係るボールバルブアクチュエー
タは、選択弁に使用されており、多数存在するバルブア
クチュエータをコントロールする形式の装置に使用され
るものである。

【００１６】図２はこの発明に係るボールバルブアクチ
ュエータの別の実施例を示す断面図である。この実施例
では、シリンダの端部を往復運動に対応した往運動と復
運動とに分離した２本のプランジャ１２ａ、１２ｂに形
成している。回転バルブ２０の可動アームも回転バルブ
の開閉作動に対応した開作動用の可動アーム２２ａと、
閉作動用の可動アーム２２ｂとに別個に形成されてい
る。２本のシリンダの端部プランジャと開閉用の２箇所
の可動アームを開作動用のシリンダ壁１８Ａと閉鎖作動
用のシリンダ壁１８Ｂとでそれぞれの曲線に沿って連結
させている。両方のシリンダ壁内には、複数のボール３
０が間隙なく連続的に列を成して配列されている。

【００１７】シリンダに開作動用のを圧力（油圧、ガス
圧を問わない）が加わると、プランジャ１２ａが伸延し
て、連続的に配置されているボールの一端を押圧移動す
る。これにより、同時に他端のボールも応動して回転移
動する。シリンダ壁は屈曲しているが、その中に連続的
に配列しているボールは間隙なく隣接するボールと当接
しているので、一端のボール３０ａが押圧されると中間
の屈曲部になるボールを順次押圧して駆動力は他端のボ
ール３０ｈまで到達して回転バルブの可動アーム２２ａ
を押圧回転移動させて回転バルブ２０を開放状態にす
る。同様に、閉鎖するときも、閉鎖作動用のシリンダに
圧力を掛けることにより、プランジャ１２が伸延して屈
曲したシリンダ壁に連続的に配置されているボールの一
端を押圧移動し、順次伝達して他端のボールが当接して
いる閉鎖回転用の可動アーム２２ｂを押圧回転移動させ
る。これにより回転バルブ２０は回転閉鎖する。

【００１８】次に、図３に示す実施例は、この発明に係
るボールバルブアクチュエータの別の実施例であり、こ
の実施例では、回転バルブ２０の周縁に回転式の内蔵シ
リンダ５０を併設した構造である。内蔵シリンダ５０の
ピストン５２は回転バルブの周縁をその半円軌道に沿っ
て往復する構造である。回転バルブの周縁にはその円軌
道に沿って円形のシリンダ壁が設けられており、その中
には、連続的に配置された複数のボール３０の列が配置
されている。ピストン５２の端面にはボール３０が当接
している。緊急時に回転バルブを閉鎖させる場合には、
内蔵シリンダ５０に一定の圧力（油圧、ガス圧）を加え
てピストン５２を始動伸延させる。これにより、ピスト
ン５２と当接していたボールに回転移動の力が加わり移
動を開始する。駆動は順次ボールを伝達して可動アーム
に当接している他端のボール３０ｈに到達して、可動ア
ームを閉鎖状態に回転移動させる。

【００１９】

【発明の効果】この発明に係るボールバルブアクチュエ
ータは、上記詳述したような構成であるので、以下のよ
うな効果を有する。 シリンダとバルブの可動アームとの間に複数のボー
ルを介在させる構成であるので、動きを伝達する棒状体
の長さに限定されない。即ち、どんな長さや位置関係で
も中間には任意の数のボールを配置することができる構
造である。 シリンダと回転バルブの可動アームとの、位置関係
と回転軌道と直線運動に動きのギャップがあっても、シ
リンダとバルブの可動アームとを結ぶシリンダ筒壁の曲
線上にボールを複数個配置することにより、自由にシリ
ンダの動きをバルブに伝達することが可能となる。 複数のボール列が間隙なくシリンダ筒壁に装填され
ているので、シリンダの動きをロスのない精確な速度で
伝達できる。 中間にボールを介在させるので、シリンダのロッド
の長さを特定する必要がない。従来ロッドとプランジャ
とを係合していた長孔や溝が必要でなく。 従来のギア式のバルブアクチュエータや、シリンダ
アームとロッドを長孔で嵌合していた構造に比較して、
ボールを利用しているので、構造がシンプルで壊れ難く
かつ、小型化が実現可能である。従って、小型で便利で
あるばかりでなく、安価に供給することができる実用的
な利点がある。 動力伝達部材として、ボールを利用しているので、
部材としての強度があり高圧の場合でも使用することの
できる利点である。 回転内蔵シリンダを回転バルブの周縁に併設するこ
とにより、自動閉塞装置を装備した極めてコンパクトで
安価な回転バルブを提供する事が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るボールバルブアクチュエータを示
す断面図

【符号の説明】

１ ボールバルブアクチュエータ １０ シリンダ １２、１２ａ プランジャ １８、１８Ａ：１８Ｂ シリンダ壁 １８ａ 屈曲部 ２０ バルブ ２２、２２ａ、２２ｂ 可動アーム ３０ ボール ３０ａ、３０ｈ 端部ボール ４０ 棒状体 ５０ 内蔵シリンダ ５２ ピストン

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１２月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るボールバルブアクチュエータを示
す断面図

【図２】本発明に係るボールバルブアクチュエータの別
の実施例を示す断面図

【図３】本発明に係るボールバルブアクチュエータの別
の実施例を示す断面図

【符号の説明】 １ ボールバルブアクチュエータ １０ シリンダ １２、１２ａ プランジャ １８、１８Ａ：１８Ｂ シリンダ壁 １８ａ 屈曲部 ２０ バルブ ２２、２２ａ、２２ｂ 可動アーム ３０ ボール ３０ａ、３０ｈ 端部ボール ４０ 棒状体 ５０ 内蔵シリンダ ５２ ピストン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダの動きを伝達する事によってバ
   ルブを開閉させるバルブアクチュエータにおいて、複数
   のボールをシリンダの端部とバルブの可動アームとの間
   に連続的に一列並びに配列したことを特徴とするボール
   バルブアクチュエータ
2. 【請求項２】 請求項１に記載の複数のボールの列が、
   シリンダのプランジャと、回転バルブの円軌道に沿って
   移動する可動アームとを結ぶシリンダ壁内に間隙なく連
   続的に当接配列されていることを特徴とするボールバル
   ブアクチュエータ
3. 【請求項３】 複数のボールをシリンダの端部とバルブ
   の可動アームとの間に連続的に配置してシリンダの動き
   によってバルブを回転開閉させるバルブアクチュエータ
   において、シリンダの端部を往復運動に対応した往運動
   と復運動とに分離した２本のプランジャに形成し、応動
   する可動アームも回転バルブの開閉作動に対応した開作
   動用の可動アームと閉作動用の可動アームとに形成して
   それぞれのシリンダと可動アームを連結させるととも
   に、複数のボール列をプランジャと回転バルブの可動ア
   ームとを結ぶ２本の曲線に沿ったシリンダ壁内に間隙な
   く連続的に配列したことを特徴とするボールバルブアク
   チュエータ
4. 【請求項４】 複数のボールをシリンダの端部とバルブ
   の可動アームとの間に連続的に配置してシリンダの動き
   によってバルブを回転開閉させるバルブアクチュエータ
   において、回転バルブの周縁に設けられた回転式内蔵シ
   リンダのピストンと回転開閉する可動アームとを結ぶ円
   形のシリンダ壁に沿った円軌道上に複数のボールを間隙
   なく配置したことを特徴とするボールバルブアクチュエ
   ータ