JPH09100940A - バルブアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボールバルブやバタフライバルブを全閉状態
から開弁する時の出力を大きくするようにして、このバ
ルブアクチュエータを小形にし、経済的なものにする。 【解決手段】 動力用の複数個のスプリング７及び８を
有するスプリングリターン型バルブアクチュエータ１に
おいて、この複数個のスプリング７及び８の中の任意の
個数のスプリング８を、バルブアクチュエータ１の全ス
トロークの中の任意の部分だけで圧縮と伸長を行うよう
にした。この場合、上記の任意の個数のスプリング８を
予め所要の長さにまで圧縮し、その状態で圧縮は可能で
伸長は不可能に拘束して、又は、任意の個数のスプリン
グ８を自然長が短いものにして、このバルブアクチュエ
ータ１の上記の全ストロークの中の任意の部分だけで圧
縮と伸長を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、往作動を空気圧や
油圧の流体圧によって行い、復作動を往作動の間に圧縮
されたスプリングの弾発力によって行うように構成し、
この往復作動をそのまま、又は回転作動に交換してバル
ブの開閉に用いられるスプリングリターン型のバルブア
クチュエータに関し、特にその始動出力の大きいバルブ
アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３は、動力用の複数個のスプリング
を有し、往復作動を回転作動に変換するスコッチヨーク
式の運動変換機構を有するスプリングリターン型バルブ
アクチュエータの従来の一例を示す横断面図であって、
このバルブアクチュエータ５１のシリンダ５２に給排口
５２ａから送入される空気圧又は油圧の流体圧によって
ピストン５３が左方へ押され、このピストン５３に直結
されたピストンロッド５４が左方へ移動する。

【０００３】ピストンロッド５４に固定されたピン５５
がスコッチヨーク５６を押し、スコッチヨーク５６が固
定されている出力軸５７を回転させ、この出力軸５７に
接続されたボールバルブやバタフライバルブのステムを
反時計回りに回転させて、これらのバルブを開弁又は閉
弁させる。この時、ピストンロッド５４は、その左端に
固定されたばね受け５８を左方へ押してスプリング５９
及び６０を圧縮する。

【０００４】次に、給排口５２ａからシリンダ５２に送
入していた空気圧又は油圧の流体圧を止め、この流体を
大気中又は油タンクに放出させると、スプリング５９及
び６０が弾発力によって伸長し、ばね受け５８を介して
ピストンロッド５４を右方へ移動させる。このためピン
５５がスコッチヨーク５６を押し、出力軸５７を時計回
りに回転させて、バルブを閉弁又は開弁する。

【０００５】図１４は、このバルブアクチュエータ５１
の出力軸５７がバルブに伝える出力を示す出力曲線図で
あり、実線で示したのがシリンダ５２に空気圧又は油圧
の流体圧が送入される場合、破線で示したのがシリンダ
５２への空気圧又は油圧の流体圧の送入が止められて大
気中又は油タンクに放出される場合を示しており、通常
は、ボールバルブやバタフライバルブの全閉状態が右
端、全開状態が左端になるようにされる。なお、出力の
単位及び数値は一例に過ぎない。

【０００６】図１５は、動力用の複数個のスプリングを
有し、往復作動を回転作動に変換するラックエンドピニ
オン式の運動変換機構を有するスプリングリターン型バ
ルブアクチュエータの従来の一例を示す横断面図であっ
て、このバルブアクチュエータ６１のシリンダ室６２に
給排口６３から送入される空気圧又は油圧の流体圧によ
ってピストン６４が右方へ、ピストン６５が左方に移動
する。

【０００７】そして、ピストン６４、６５のそれぞれに
設けられているラック６４ａ及び６５ａがかみ合ってい
るピニオン６６を反時計回りに回転させ、このピニオン
６６が固定されている出力軸６７を同様に回転させ、こ
の出力軸６７に接続されているボールバルブやバタフラ
イバルブのステムを回転して、これらのバルブの開弁又
は閉弁を行う。この時、ピストン６４及び６５は、スプ
リングユニット６８のスプリング６８ａを圧縮する。な
お、スプリングユニット６８は、ピストン６４及び６５
のそれぞれの背後に、すなわち図の右方と左方に数個ず
つ装着されている。図の左方のスプリングユニット６８
は、右方のように断面で示すのを省略して２点鎖線のハ
ッチングを施した長方形で示されている。

【０００８】図７は、本発明の実施例に使用されるスプ
リングユニットの拡大断面図であるが、上記のスプリン
グユニット６８は同じものであり、図７のスプリング２
８ａは、予め図の長さまで圧縮されていて、ばね受け２
８ｂ、２８ｃの間でピン２８ｄによって、この状態で圧
縮可能で伸長不可能に拘束されている。そして、この状
態から圧縮し得る最大長さｌ₄は、図１５のバルブアク
チュエータ６１において、上述のように空気圧又は油圧
の流体圧を送入して出力軸６７が略９０度回転するまで
ピストン６４及び６５が移動してスプリング６８ａ、図
７の２８ａを圧縮することができる長さ以上でなければ
ならない。

【０００９】図１６は、このバルブアクチュエータ６１
の出力軸６７がバルブに伝える出力を示す出力曲線図で
あって、図１４と同様に作られたものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明した図１３
及び図１５に示した従来のバルブアクチュエータ５１及
び６１において、スプリング５９と６０及び６８ａは、
図１４及び図１６における破線の左端部Ｌの出力、これ
は通常は開弁状態から閉弁する時のバルブアクチュエー
タ５１及び６１の出力であるが、これを得るために必要
な圧縮がなされていなければならず、この結果、この破
線の右端部Ｍにおける出力が、これは通常閉弁するため
のスプリング５９と６０又は６８ａによる出力である
が、比較的大きな出力になる。

【００１１】このため、これらのバルブアクチュエータ
５１及び６１は、図１４及び図１６における実線の右端
部Ｎの出力、通常は閉弁状態から開弁するための出力で
あって最も大きな出力を必要とするが、この出力を生ず
るためにはシリンダ５２及びシリンダ室６２に流体圧が
加わって生ずる出力が、この開弁するための出力の他に
上述の予め圧縮されているスプリング５９と６０又は６
８（複数）のＭにおける出力に相当する弾発力に打ち勝
ち、更に、これらのスプリング５９と６０及び６８を一
層圧縮するための出力が加わった出力でなければならな
い。

【００１２】このため、このＮにおける大きな出力を得
るためにバルブアクチュエータ５１及び６１は大型にな
り、コスト高になって、経済的でないという課題を有し
ている。本発明のバルブアクチュエータは、これらの課
題を解決しようとするためのものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明は、動力用の複数個のスプリングを有するスプ
リングリターン型バルブアクチュエータにおいて、この
複数個のスプリングの中の任意の個数のスプリングを、
バルブアクチュエータの全ストロークの中の任意の部分
だけで圧縮と伸長を行うようにした。

【００１４】この場合、上記の全数でない任意の個数の
スプリングを予め所要の長さにまで圧縮し、その状態で
圧縮は可能で伸長は不可能に拘束して、このバルブアク
チュエータの上記の全ストロークの中の任意の部分だけ
で圧縮と伸長を行うようにするとよい。

【００１５】或は、上記の全数でない任意の個数のスプ
リングを自然長が短いものにして、このバルブアクチュ
エータの上記の全ストロークの中の任意の部分だけで圧
縮と伸長を行うようにするとよい。

【００１６】

【作用】本発明のバルブアクチュエータは、上記のよう
に構成したスプリングリターン型バルブアクチュエータ
であるから、このバルブアクチュエータに空気圧又は油
圧の流体圧を送入して始動させてボールバルブやバタフ
ライバルブなどのバルブを操作する場合に、同時に圧縮
するリターン用のスプリングは全数でない任意の個数を
除いた残りのスプリングであるので、リターン用のスプ
リングを圧縮するために必要とする力が小さく、その分
バルブを操作することができる出力が大きくなる。

【００１７】この時の出力軸の出力が、通常、ボールバ
ルブやバタフライバルブで最も大きな力を必要とする全
閉状態から開弁する時に使われ、この必要とする出力の
大きさによってバルブアクチュエータの大きさが決ま
る。従って、この出力が大きい本発明のバルブアクチュ
エータは、従来のバルブアクチュエータより小形にする
ことができ、極めて経済的なものである。

【００１８】本発明のバルブアクチュエータの上記以外
の作用については、次に記す実施例において具体的に説
明する。また、本発明のバルブアクチュエータを運動変
換装置なしでゲートバルブなどに用いるものにし、全閉
状態から開弁するための出力をこのバルブアクチュエー
タに空気圧や油圧の流体圧を送入した時に得られるよう
にすれば、上に説明した場合と同様に小形で経済的なも
のにすることができる。

【００１９】

【実施例】以下に本発明のバルブアクチュエータの実施
例を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明のバル
ブアクチュエータの一実施例であるスプリングリターン
型スコッチヨーク式バルブアクチュエータの横断面図で
あって、同図において、１はバルブアクチュエータ、２
はシリンダ装置、３はばね装置、４は運動変換装置、５
はピストン、６はピストンロッド、７及び８はスプリン
グ、９は出力軸である。

【００２０】図１に示した状態は、このバルブアクチュ
エータ１がボールバルブやバタフライバルブに装着され
た場合に、通常、これらのバルブが全閉である状態であ
る。この状態でシリンダ装置２に給排口２ａから空気圧
や油圧の流体圧を送入するとピストン５が左方へ押さ
れ、ピストン５に固定されたピストンロッド６が左方へ
移動し、このピストンロッド６に固定されたピン１０が
スコッチヨーク１１を押して、スコッチヨーク１１が固
定されている出力軸９を反時計回りに回転させる。出力
軸９は、バルブのステムに接続されていて、出力軸９の
回転によってバルブが全閉状態から開弁する。

【００２１】この時、ピストンロッド６は、その左端に
固定されたばね受け１２を左方へ押して、既に一定量圧
縮されて図のようにばね装置３に組み込まれているスプ
リングを更に圧縮する。スプリング８は、既に一定量圧
縮されて図に示したようにばね受け１２と他方のばね受
け１３との間でピン１４によって圧縮可能で伸長不可能
に拘束されており、ばね受け１２と共に左方へ移動し、
ばね受け１３がばね装置３のふた３ａに当接した以後、
更に圧縮される。こうして、ピストン５、ピストンロッ
ド６が左方へ移動してバルブを全開状態にすると共に、
スプリング７及び８を圧縮する。図２は、この状態を示
した横断面図である。

【００２２】次に、給排口２ａからシリンダ装置２に送
入していた空気圧又は油圧の流体圧を止め、この流体を
大気中又は油タンクに放出させると、スプリング７及び
８が弾発力によって伸長し、ばね受け１２を介してピス
トンロッド６を右方へ移動させる。ただし、スプリング
８は、ばね受け１３とピン１４とで拘束された状態にな
るまでばね受け１３を押すが、それ以後はばね受け１２
を押すのはスプリング７だけになる。こうして、ピスト
ンロッド６が右方へ移動して図１の状態になり、バルブ
は全閉状態になる。

【００２３】図３は、このバルブアクチュエータ１の出
力軸９がバルブに伝える出力を示す出力曲線図であり、
実線で示したのがシリンダ装置２に空気圧又は油圧の流
体圧が送入されている場合、破線で示したのがシリンダ
装置２への空気圧又は油圧の送入が止められて大気中又
は油タンクに放出されている場合を示しており、図の右
端がバルブの全閉状態、左端が全開状態に相当する。な
お、図中２点鎖線で示した曲線は、図１４に示された従
来のバルブアクチュエータ５１の出力曲線に相当するも
のである。なお、出力の単位及び数値は一例に過ぎな
い。

【００２４】図３において、開度Ｘ°より右方はスプリ
ング８が圧縮又は伸長を行っておらず、スプリング７だ
けが圧縮又は伸長を行っている範囲であり、開度Ｘ°よ
り左方はスプリング７及び８が共に圧縮又は伸長を行っ
ている。図３の出力曲線図及び図１及び図２の横断面図
からわかるように、このバルブアクチュエータ１は、空
気圧又は油圧の流体圧によって動き始める時の図３にお
けるＡ点の出力がスプリング８を圧縮しなくてもよいた
めに、従来のバルブアクチュエータの図３におけるＢ点
（図１４のＮ点に相当する）の出力よりも大きく、通
常、この出力がバルブを閉弁状態から開弁するための出
力であって最も大きな出力を必要とし、この出力が上に
説明したように大きい本発明のバルブアクチュエータ１
では、この分小形にすることができて、甚だ経済的であ
る。

【００２５】なお、図３の出力曲線図に示したように、
バルブを閉弁するＣ点の出力がスプリング７によって生
ずる力だけであって、スプリング８の弾発力が働かない
ので、従来のバルブアクチュエータの図３におけるＤ点
（図１４のＭ点に相当する）の出力よりも小さい。しか
し、ボールバルブやバタフライバルブが閉弁する時に
は、内部流体の流れがバルブを閉弁する方向に作用する
ので、Ｃ点での出力が小さいことは問題にならない。

【００２６】図４は、本発明のバルブアクチュエータの
他の実施例であるスプリングリターン型スコッチヨーク
式バルブアクチュエータの横断面図であって、このバル
ブアクチュエータ１５は、図１に示したバルブアクチュ
エータ１におけるスプリング８に代えて自然長ｌ₂が短
いスプリング１６が用いられていて、ピストンロッド６
が左方へｌ₃だけ移動して始めてスプリング１６の圧縮
が始まるようになっている。

【００２７】図５は、このバルブアクチュエータ１５の
出力曲線図であって、図３と同様に作成されたものであ
り、このバルブアクチュエータ１５が空気圧又は油圧の
流体圧によって動き始める時の図５におけるＡ点の出力
が、スプリング１６を圧縮しなくてもよいために、従来
のバルブアクチュエータの図５におけるＢ点（図１４の
Ｎ点に相当する）の出力よりも大きく、通常、この出力
がバルブを閉弁状態から開弁するための出力であって最
も大きな出力を必要とし、この出力が上に説明したよう
に大きい本発明のバルブアクチュエータ１５では、この
分小形にすることができて、甚だ経済的である。なお、
図５において、バルブを閉弁するＣ点の出力が従来のバ
ルブアクチュエータの図５におけるＤ点（図１４のＭ点
に相当する）の出力より小さいことについては、先に図
３について説明したのと同じである。

【００２８】図６は、本発明のバルブアクチュエータの
他の実施例であるスプリングリターン型ラックエンドピ
ニオン形バルブアクチュエータの横断面図であって、こ
のバルブアクチュエータ２１では、シリンダ室２２に給
排口２３から空気圧又は油圧の流体圧が送入されると、
ピストン２４が右方へ、ピストン２５が左方へ移動す
る。

【００２９】そして、ピストン２４、２５のそれぞれに
設けられているラック２４ａ及び２５ａがかみ合ってい
るピニオン２６を反時計回りに回転させ、このピニオン
２６が固定されている出力軸２７を同様に回転させ、こ
の出力軸２７に接続されているボールバルブやバタフラ
イバルブのステムを回転して、これらのバルブを通常
は、全閉状態から開弁させる。

【００３０】この時、ピストン２４及び２５は、スプリ
ングユニット２８のスプリング２８ａを圧縮する。な
お、ピストン２４及び２５の背後、すなわち図の右方と
左方のそれぞれに複数個（実施例では６個）のスプリン
グユニットが装着されており、その中の全数でない任意
の個数（実施例では３個）は、図のスプリングユニット
２９であって、このスプリングユニット２９のスプリン
グ２９ａは、ピストン２４及び２５が移動する全ストロ
ークの中の任意の部分、すなわち図においてピストン２
４又は２５がスプリングユニット２９に当って圧縮を始
める以後の部分だけで圧縮と伸長が行われるようになっ
ている。なお、図の左方のスプリングユニット２８と２
９は、右方のように断面を示すのを省略して、２点鎖線
のハッチングを施した長方形で示されている。

【００３１】図７はスプリングユニット２８の、図８は
スプリングユニット２９の拡大断面図であり、スプリン
グ２８ａ及び２９ａは予め図の長さまで圧縮されてい
て、ばね受け２８ｂと２８ｃ又は２９ｂと２９ｃの間で
ピン２８ｄ又は２９ｄによって、図の状態で圧縮可能で
伸長不可能に拘束されている。これらのスプリングユニ
ット２８及び２９の圧縮し得る最大長さは、両側のばね
受け２８ｂと２８ｃ又は２９ｂと２９ｃの間の距離
ｌ₄、ｌ₅であって、この長さは図６のバルブアクチュエ
ータ２１において空気圧又は油圧の流体圧が送入されて
出力軸２７が略９０度回転するまでピストン２４及び２
５が移動して、スプリングユニット２８及び２９を、従
ってスプリング２８ａ及び２９ａを圧縮することができ
る長さ以上でなければならない。

【００３２】上記のようにこのバルブアクチュエータ２
１に空気圧又は油圧の流体圧が送入されてピストン２４
及び２５が移動し、まず、スプリングユニット２８を圧
縮し、途中からスプリングユニット２９も圧縮して、バ
ルブを全開状態にする。図９は、バルブアクチュエータ
２１のこの時の状態を示した断面図である。次いで、こ
のバルブアクチュエータ２１に送入していた空気圧又は
油圧の流体圧を止めて、この流体圧を大気中又は油タン
クに放出させると、スプリング２８ａ及び２９ａが弾発
力によって伸長し、ピストン２４及び２５をそれぞれ左
方及び右方へ押して移動させる。ただし、途中からはス
プリング２８ａの弾発力だけによる。

【００３３】図１０は、このバルブアクチュエータ２１
の出力曲線図であって、図３の出力曲線図と同様に作ら
れたものであり、このバルブアクチュエータ２１が空気
圧又は油圧の流体圧によって動き始める時の図１０にお
けるＡ点の出力がスプリングユニット２９を圧縮しなく
てもよいために、従来のバルブアクチュエータの図１０
におけるＢ点（図１６のＮ点に相当する）の出力よりも
大きく、通常、この出力がバルブを閉弁状態から開弁す
るための出力であって最も大きな出力を必要とし、この
出力が上に説明したように大きい本発明のバルブアクチ
ュエータ２１では、この分小形にすることができて、甚
だ経済的である。なお、図１０においてバルブを閉弁す
るＣ点の出力が従来のバルブアクチュエータの図１０に
おけるＤ点（図１６のＭ点に相当する）の出力より小さ
いことについては、先に図３について説明したのと同じ
である。

【００３４】図１１は、本発明のバルブアクチュエータ
の他の実施例であるスプリングリターン型ラックエンド
ピニオン形バルブアクチュエータの横断面図であって、
このバルブアクチュエータ３０は、図６に示したバルブ
アクチュエータ２１におけるスプリングユニット２９に
代えて自然長ｌ₆が短いスプリング３１が用いられてい
て、ピストン２４が右方へ及びピストン２５が左方へｌ
₇だけ移動して始めてスプリング３１の圧縮が始まるよ
うになっている。

【００３５】図１２は、このバルブアクチュエータ３０
の出力曲線図であって、図３と同様に作成されたもので
あり、このバルブアクチュエータ３０が空気圧又は油圧
の流体圧によって動き始める時の図１２におけるＡ点の
出力がスプリング３１を圧縮しなくてもよいために、従
来のバルブアクチュエータの図１２におけるＢ点（図１
６のＮ点に相当する）の出力よりも大きく、通常、この
出力がバルブを閉弁状態から開弁するための出力であっ
て最も大きな出力を必要とし、この出力が上に説明した
ように大きい本発明のバルブアクチュエータ３０では、
この分小形にすることができ、甚だ経済的である。な
お、図１２においてバルブを閉弁するＣ点の出力が従来
のバルブアクチュエータの図１２におけるＤ点（図１４
のＭ点に相当する）の出力よりも小さいことについて
は、先に図３について説明したのと同じである。

【００３６】以上に説明した実施例はボールバルブなど
に用いられるものであるが、運動変換装置のないゲート
バルブなどに用いられるものであり、上に説明した実施
例と同様に作用して、小形で経済的なものにすることが
できる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のバルブア
クチュエータは、ボールバルブやバタフライバルブに装
着した場合に、これらのバルブが最も大きな回転力を必
要とする閉弁状態から開弁する時の出力が、従来のバル
ブアクチュエータよりも大きく、そのため小形にするこ
とができて、極めて経済的である。更に、ゲートバルブ
などに広く適用して、同様の効果を得ることも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバルブ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に示したバルブアクチュエータの動力用の
流体圧が送入されて作動し終った状態を示す横断面図で
ある。

【図３】図１及び図２に示したバルブアクチュエータの
出力曲線図である。

【図４】本発明のバルブアクチュエータの他の実施例を
示す横断面図である。

【図５】図４に示したバルブアクチュエータの出力曲線
図である。

【図６】本発明のバルブ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６におけるスプリングユニットを示す拡大断
面図である。

【図８】図６におけるスプリングユニットを示す拡大断
面図である。

【図９】図６に示したバルブアクチュエータの動力用の
流体圧が送入されて作動し終った状態を示す横断面図で
ある。

【図１０】図６及び図１０に示したバルブアクチュエー
タの出力曲線図である。

【図１１】本発明のバルブアクチュエータの他の実施例
を示す横断面図である。

【図１２】図１１に示したバルブアクチュエータの出力
曲線図である。

【図１３】従来のバルブアクチュエータの一例を示す横
断面図である。

【図１４】図１３に示したバルブアクチュエータの出力
曲線図である。

【図１５】従来のバルブアクチュエータの他の例を示す
横断面図である。

【図１６】図１５に示したバルブアクチュエータの出力
曲線図である。

【符号の説明】

１ バルブアクチュエータ ２ シリンダ装置 ３ ばね装置 ４ 運動変換装置 ５ ピストン ７、８ スプリング ９ 出力軸 １５ バルブアクチュエータ １６ スプリング ２１ バルブアクチュエータ ２２ シリンダ室 ２４、２５ ピストン ２７ 出力軸 ２８ スプリングユニット ２８ａ スプリング ２９ スプリングユニット ２９ａ スプリング ３０ バルブアクチュエータ ３１ スプリング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動力用の複数個のスプリングを有するス
   プリングリターン型バルブアクチュエータにおいて、こ
   の複数個のスプリングの中の任意の個数のスプリング
   を、バルブアクチュエータの全ストロークの中の任意の
   部分だけで圧縮と伸長を行うようにしたことを特徴とす
   るバルブアクチュエータ。
2. 【請求項２】 上記の任意の個数のスプリングを予め所
   要の長さにまで圧縮し、その状態で圧縮は可能で伸長は
   不可能に拘束して、このバルブアクチュエータの上記の
   全ストロークの中の任意の部分だけで圧縮と伸長を行う
   ようにした請求項１記載のバルブアクチュエータ。
3. 【請求項３】 上記の任意の個数のスプリングを自然長
   が短いものにして、このバルブアクチュエータの上記の
   全ストロークの中の任意の部分だけで圧縮と伸長を行う
   ようにした請求項１記載のバルブアクチュエータ。