(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御弁であって、
第１のアクチュエータケーシングと第２のアクチュエータケーシング間に保持されるダイヤフラムを有する、ハウジング内に配置される、アクチュエータと、
第１の端部と、第２の端部とを備えた、アクチュエータ・ステムであって、少なくとも第２の端部が、内部にねじ山が形成された第１の穴を有し、該アクチュエータ・ステムの前記第１の端部が前記ダイヤフラムに動作可能に連結する、アクチュエータ・ステムと、
軸受固定具と、該軸受固定具から延在するシャフト部分とを有する、ロッドエンド・ベアリングであって、該シャフト部分が、内部にねじ山が形成された第２の穴を有する、ロッドエンド・ベアリングと、
前記シャフト部分の前記第２の穴と前記アクチュエータ・ステムの前記第２の端部の前記第１の穴にねじ込み式に嵌合して、前記ロッドエンド・ベアリングと前記アクチュエータ・ステムとを連結するように配置された、外部にねじ山が形成されたスタッドと、を備え、
前記第１の穴は、先細の陥凹を有し、前記シャフトが先細の端部を有し、
前記先細の端部は、前記先細の陥凹に嵌合して前記アクチュエータ・ステムと前記シャフトとを自己係止接続させるように配置されている、制御弁。
【請求項２】
前記先細の端部は、前記先細の陥凹に対して略相補的な角度を付けられている、請求項１記載の制御弁。
【請求項３】
前記ダイヤフラムが、ダイヤフラムプレートと締結具とを介して、前記アクチュエータ・ステムの前記第１の端部に連結されている、請求項１又は２に記載の制御弁。
【請求項４】
前記ハウジング内に配置され、該ハウジングと前記ダイヤフラムプレートとの間に保持される、付勢用要素をさらに備えている、請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の制御                                                                             
弁。
【請求項５】
前記制御弁が、ロータリ制御弁を備え、前記ロッドエンド・ベアリングが、前記アクチュエータ・ステムをレバーアームに回転可能に連結している、請求項１記載の制御弁。
【請求項６】
前記スタッドが、合金鋼で構成される、請求項１記載の制御弁。
【請求項７】
制御弁と共に使用するための接続アセンブリであって、
本体と該本体から延在するシャフトとを有する、ロッドエンド・ベアリングであって、
該延在するシャフトが、内部にねじ山が形成された第１の穴を有する、ロッドエンド・ベアリングと、
内部にねじ山が形成された第２の穴を有する第１の端部を備えた、アクチュエータ・ステムと、
該ロッドエンド・ベアリングの前記第１の穴と前記アクチュエータ・ステムの前記第２の穴にねじ込み式に嵌合して、前記ロッドエンド・ベアリングと前記アクチュエータ・ステムを連結する、外部にねじ山が形成されているスタッドと、を備え、
前記第２の穴が先細の陥凹を有し、前記シャフトが先細の端部を有し、
前記先細の端部が、前記先細の陥凹に嵌合して前記シャフトを前記アクチュエータ・ステムに係合するように配置されている、接続アセンブリ。
【請求項８】
前記先細の端部が、前記先細の陥凹に対して略相補的な角度を付けられている、請求項７記載の接続アセンブリ。
【請求項９】
ロッドエンド・ベアリングとアクチュエータ・ステムを連結する方法であって、
内部にねじ山が形成された第１の穴のあるシャフト部分を有するロッドエンド・ベアリングと、第１の端部に内部にねじ山が形成された第２の穴を有するアクチュエータ・ステムとを具備する工程と、
外部にねじ山が形成されたスタッドを介して、前記ロッドエンド・ベアリングを前記アクチュエータ・ステムに連結する連結工程と、を有し、
前記シャフト部分が先細の端部を有し、前記第２の穴が先細の陥凹を有し、前記先細の端部が先細の陥凹に合わさり、
前記連結工程は更に、前記先細の端部を前記先細の陥凹に連結させて、前記アクチュエータ・ステムと前記シャフト部分とを自己係止接続させる工程を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、制御弁に関し、より具体的には、アクチュエータ・ステムとロッドエンド・ベアリングとを連結するための装置並びに方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ロータリ制御弁等の自動制御弁は、多くの場合、プロセス流体の流れを制御するために、プロセス制御プラント又はシステムに使用される。典型的には、ロータリ制御弁は、レバーを介して、回転弁から延在するシャフトに動作可能に連結される、アクチュエータ（例えば、空圧式アクチュエータ、電気式アクチュエータ、油圧式アクチュエータ等）を有する。前記レバーは、アクチュエータ・ステムの直線移動を弁軸の回転移動に変換する。したがって、レバーの回転は、弁を通る流体の流れを増加又は制限するように、弁軸、および弁軸に連結される流れ制御部材（例えば、ディスク、ボール等）を回転させる。
【０００３】
前記レバーをアクチュエータ・ステムに連結するために、典型的には、ロッドエンド・ベアリングが採用される。このロッドエンド・ベアリングは、アクチュエータ・ステムの外部にねじ山が形成された端部（すなわち、雄型接続）をねじ込み式に受容する、内部にねじ山が形成された穴（すなわち、雌型接続）を有しいてもよい。これに代えて、ロッドエンド・ベアリングは、アクチュエータ・ステムの内部にねじ山が形成された穴にねじ込み式に連結する、外部にねじ山が形成された端部を、有するものであってもよい。いずれの場合でも、ロッドエンド・ベアリングおよび／又はアクチュエータ・ステムの外部にねじ山が形成された部分は、典型的に、棒状の素材を機械加工することによって形成される。しかしながら、典型的な棒状の素材では、冷間加工された、高強度の材料が、棒状の素材の外側部分の付近に集結され、これは、通常、外部にねじ山が形成された端部（例えば、ロッドエンド・ベアリングの外部にねじ山が形成された端部、又は、代替として、アクチュエータ・ステムの外部にねじ山が形成された端部）の形成中に、機械加工によって取り除かれる。結果として、外部にねじ山が形成された端部は、典型的には、棒状の素材のコア付近のより軟性で、より脆弱な材料から形成される。
【発明の概要】
【０００４】
一実施例では、制御弁は、第１のアクチュエータケーシングと第２のアクチュエータケーシング間に保持されるダイヤフラムを有する、ハウジング内に配置される、アクチュエータを具備している。かかるアクチュエータ・ステムは、それぞれが内部にねじ山が形成された穴を有する、第１の端部と第２の端部とを備え、アクチュエータ・ステムの第１の端部は、ダイヤフラムに動作可能に連結される。制御弁は、軸受固定具と該軸受固定具から延在するシャフト部分とを備えた、ロッドエンド・ベアリングをさらに有し、前記シャフト部分は、内部にねじ山が形成された穴を含む。外部にねじ山が形成されたスタッドは、ロッドエンド・ベアリングとアクチュエータ・ステムとを連結するために、前記シャフト部分の穴とアクチュエータ・ステムの第２の端部の穴とをねじ込み式に嵌合する。
【０００５】
別の実施例では、制御弁と一緒に使用するためのアセンブリは、本体と該本体から延在する部分とを有する軸受であって、その一部分が、内部にねじ山が形成された穴を有する軸受と、内部にねじ山が形成された穴を備えた第１の端部を有する、アクチュエータ・ステムとを有する。外部にねじ山が形成されたスタッドは、ロッドエンド・ベアリングとアクチュエータ・ステムとを連結するために、ロッドエンド・ベアリングの穴およびアクチュエータ・ステムの穴とをねじ込み式に嵌合する。
【０００６】
さらに別の実施例では、ロッドエンド・ベアリングとアクチュエータ・ステムとを連結する方法は、内部にねじ山が形成された穴のある部分を有するロッドエンド・ベアリングと、第１の端部に内部にねじ山が形成された穴を有するアクチュエータ・ステムとを備えて、外部にねじ山が形成されたスタッドを介して、ロッドエンド・ベアリングをアクチュエータ・ステムに連結することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】アクチュエータ・ステムの内部にねじ山が形成された穴に連結される、外部にねじ山が形成されたロッドエンド・ベアリングを有する、既知の例示的なロータリ制御弁を示す図である。
【図２】本明細書に記載される、１つの例示的なロッドエンド・ベアリングとアクチュエータ・ステム接続を示す図である。
【図３】図２に図示される例示的なロッドエンド・ベアリングとアクチュエータ・ステム接続を用いて実装された、例示的なロータリ制御弁を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一般に、本明細書に記載される例示的な方法および装置は、制御弁のロッドエンド・ベアリングとアクチュエータ・ステム間の接続強度の増加を提供する。具体的には、例示的な方法および装置は、ロッドエンド・ベアリングをアクチュエータ・ステムに連結する、外部にねじ山が形成されたスタッドを有している。ロッドエンド・ベアリングおよびアクチュエータ・ステムのそれぞれは、外部にねじ山が形成されたスタッドを受容する、内部にねじ山が形成された穴を備えた、端部を有する。
【０００９】
本明細書に記載される例示的な方法および装置は、上述のとおり、典型的に、棒状の素材の外側表面の付近に集結された、より高い強度の材料を機械加工によって取り除くことによって形成される、外部にねじ山が形成されたロッドエンド・ベアリング端部、又は、代替として、アクチュエータ・ステムの外部にねじ山が形成された端部を使用する連結機構を有利に置き換える。結果として、本明細書に記載される例示的なロッドエンド・ベアリングとアクチュエータ・ステム接続は、制御弁の組み立ておよび／又は分解中に、ロッドエンド・ベアリングとアクチュエータ・ステムとの連結で伝達される負荷（例えば、ねじり負荷）に耐えるために、より優れた強度を提供する。例えば、本明細書に記載されるロッドエンド・ベアリングとアクチュエータ・ステムの連結は、ダイヤフラムプレートを、アクチュエータ・ステムのロッドエンド・ベアリングに連結される端部と反対の端部に連結する際、および／又はそれから取り外す際の、締結具の不慮の過度のトルク付与もしくは締結によるねじ切り又は破砕の発生を、大幅に低減する。
【００１０】
図１は、既知のロータリ制御弁アセンブリ１００の断面図である。図１を詳細に参照すると、例示的なロータリ制御弁アセンブリ１００は、ロータリ制御弁１００のハウジング１０４に連結される、アクチュエータ１０２を含む。このアクチュエータ１０２は、上部ケーシング部分１１０と下部ケーシング部分１１２間にダイヤフラム１０８を保持する、ケーシング１０６を有する。  前記ケーシング部分１１０および１１２は、前記ケーシング１０６の外側縁部に沿って離間した、複数のねじ山が形成された締結具１１４を用いて共に連結される。前記ダイヤフラム１０８は、前記ケーシング１０６内の空間の一部を、制御圧力チャンバ１１６として分離し、該ダイヤフラム１０８を移動させるために、制御圧力チャンバ１１６によって、流入ポート１１８を介して制御された圧力が供給される。ダイヤフラムプレート１２０は、前記ダイヤフラム１０８をアクチュエータ・ステム即ちダイヤフラムロッド１２２に連結し、該ダイヤフラム１０８に剛的裏当て補強を提供する。かかるアクチュエータ・ステム１２２は、前記ダイヤフラムプレート１２０を該アクチュエータ・ステム１２２に連結するために、締結具１２８（例えば、押さえねじ）を受容する、内部にねじ山が形成された穴１２６を有する、第１の端部１２４を含む。
【００１１】
バネ１３０、１３２、および１３４は、前記アクチュエータ・ステム１２２を囲み、前記ダイヤフラムプレート１２０と、下部ケーシング１１２上に段部として形成されるそれぞれのバネシート１３６、１３８、および１４０との間に配置されている。前記バネ１３０、１３２、および１３４のそれぞれは、前記ダイヤフラム１０８に付加される制御圧力の不在下で、アクチュエータ・ステム１２２、および該アクチュエータ・ステム１２２に連結される任意の好適な操作部（例えば、回転弁の流れ制御部材）を既知の位置に戻すために、ダイヤフラムプレート１２０に対して付勢力を付与する。前記アクチュエータ・ステム１２２は、ロッドエンド・ベアリング１４４を介して、レバー１４２に回転可能に連結されている。
【００１２】
前記ロッドエンド・ベアリング１４４は、それから延在するシャフト即ちシャンク１４８を備えた、軸受固定具即ち本体１４６を有する。この固定具本体１４６は、レバー１４２に回転可能に連結され、前記シャフト１４８は、前記アクチュエータ・ステム１２２に連結されている。このシャフト１４８の少なくとも一部分は、前記アクチュエータ・ステム１２２の第２の端部１５４で、内部にねじ山が形成された穴１５２にねじ込み式に連結される、外部ねじ山１５０を有する。しかしながら、他の実施例では、前記ロッドエンド・ベアリング１４４のシャフト１４８は、アクチュエータ・ステム１２２の外部にねじ山が形成された部分を受容する、内部にねじ山が形成された穴を有するように構成してもよい。
【００１３】
上述のとおり、前記ロッドエンド・ベアリング１４４の外部ねじ山１５０は、典型的に、該ロッドエンド・ベアリング１４４とアクチュエータ・ステム１２２との間に接続１５６を形成するのに十分な直径を有する、棒状の素材を機械加工することによって形成される。しかしながら、典型的な棒状の素材は、該棒状の素材の外側部分の付近に集結される高強度材料を提供し、これは、外部ねじ山１５０の形成中に機械加工によって取り去られる。
【００１４】
かかる制御弁１００の組み立て中、前記ロッドエンド・ベアリング１４４は、前記アクチュエータ・ステム１２２に連結され、ハウジング１０４内に配置される。次いで、バネ１３０、１３２、および１３４が、アクチュエータ・ステム１２２を囲むように、アクチュエータケーシング１０６内に配置される。次いで、ダイヤフラムプレート１２０が、締結具１２８を介して、アクチュエータ・ステム１２２に連結される。この締結具１２８が締結される際、ダイヤフラムプレート１２０は、バネ１３０、１３２、および１３４を圧縮し、これは、予（プレ）負荷状態をもたらす。
【００１５】
前記締結具１２８を締結するために付加されるトルクは、アクチュエータ・ステム１２２を角偏位（ねじり変形）させ、それによってロッドエンド・ベアリングおよびアクチュエータ・ステム接続１５６にねじり負荷が伝達される。しかしながら、機械加工された外部ねじ山１５０が形成される方法によって、締結具１２８を締結する、および／又は緩めるために締結具１２８に付加することができるトルクの量が制限される。具体的に、オペレータの過失によって組み立て中に、締結具１２８に過度に多大なトルクが加えられた場合、前記アクチュエータ・ステム接続１５６に付与される、より大きなねじり負荷は、より小さな直径の、ロッドエンド・ベアリング１４４の外部にねじ山が形成された端部１４８のねじ切り又は破砕をもたらし、それによってアクチュエータ・ステム接続１５６をダメにし得る。さらに、ロッドエンド・ベアリングおよびアクチュエータ・ステム接続１５６の不全は、圧縮負荷下の間、バネ１３０、１３２、および１３４を排出し得る。
【００１６】
加えて、場合によっては、保守、構成要素の交換、および／又は任意の他の目的のための制御弁１００の分解中、前記締結具１２８を緩めるために、該締結具１２８を締結するために付加されたトルクより大きな値のトルクが必要とされ得る。これは、例えば、弁構成要素（例えば、締結具１２８）の腐食、および／又は他の要因に起因し得る。結果として、かかる締結具１２８を緩めるために必要とされる、より大きなトルクは、外部にねじ山が形成された端部１４８のねじ切り又は破砕をもたらし、それによって接続１５６をダメにし得る。角偏位に耐えるために、アクチュエータ・ステム１２２は、平面、又は例えば、六角レンチ等のツールを使用して嵌合される、六角形の形状の突出（図示せず）を含んでもよい。しかしながら、平面は、アクチュエータ・ステム１２２がハウジング１０４内に配置される際、容易にアクセスすることができない。さらに、外部ねじ山１５０を機械加工するために、アクチュエータ・ステム１２２および／又はロッドエンド・ベアリング１４４のシャフト１４８の直径を単に増加することは、アクチュエータケーシング１０６内の空間制約および／又は製造費用の増加のため、現実的ではない場合がある。
【００１７】
図１の制御弁１００は、空圧式アクチュエータ１０２を図示しているが、例示的な制御弁１００としては、例えば、電気式アクチュエータ、油圧式アクチュエータ等の任意の他の種類のアクチュエータを使用してもよい。
【００１８】
図２は、本明細書に記載される、１つの例示的なロッドエンド・ベアリングとアクチュエータ・ステム接続２００を図示する。図示される実施例では、前記アクチュエータ・ステム２０２は、任意の好適な長さ（例えば、ねじ山が締結によって摩耗するのを防止するのに好適な長さ）であってもよい、内部にねじ山が形成された穴２０６を備えた、第２の端部２０４を有する。前記ロッドエンド・ベアリング即ち球形状の軸受２０８は、それから延在するシャフト即ちシャンク２１２を備えた、軸受固定具即ち本体２１０を有する。前記シャフト２１２は、任意の好適な長さであってもよい、内部にねじ山が形成された穴２１４を有する。外部にねじ山が形成されたスタッド２１６は、アクチュエータ・ステム２０２とロッドエンド・ベアリング２０８を連結するために、それらの穴２０６および２１４にねじ込み式に嵌合する。外部ねじ山を機械加工する必要性を排除した結果として、ロッドエンド・ベアリングおよびアクチュエータ・ステム接続２００は、図１に描写されるロッドエンド・ベアリングおよびアクチュエータ・ステム接続１５６より優れた強度を有することになる。さらに、スタッド２１６は、高強度の合金鋼で作られており、したがって、図１のロッドエンド・ベアリング１４４の外部ねじ山１５０（又は、代替として、アクチュエータ・ステムの外部にねじ山が形成された部分）より大幅に強い。
【００１９】
加えて、又は代替として、前記穴２０６の少なくとも一部分に、先細の陥凹２１８を備えていてもよく、前記シャフト２１２の少なくとも一部分に、先細の端部又は縁部２２０を備えていてもよい。共に連結される際、先細の縁部２２０は、アクチュエータ・ステム２０２とロッドエンド・ベアリング２０８との間に自己係止の接続を提供するために、先細の陥凹２１８に嵌合する。結果として、ロッドエンド・ベアリングとアクチュエータ・ステム接続２００は、図３に関連して以下に示され、図示されているもの等の、例えば、制御弁３００等の制御弁を組み立てる、および／又は分解する際、締結具（例えば、図１の締結具１２６）を締結する、又は緩めることによってもたらされ得る、アクチュエータ・ステム２０２の角偏位およびねじり負荷にさらに耐え得る。図示される実施例では、前記シャフト２１２の先細の縁部２２０は、先細の縁部２２０が、アクチュエータ・ステム２０２の先細の陥凹２１８に一致するように嵌合するように、先細の陥凹２１８の角度と実質的に同じに、即ちそれに対して補完的な角度を付けられてもよい。しかしながら、他の実施例では、先細の縁部２２０は、先細の陥凹２１８とは異なる角度を有してもよい。
【００２０】
図３は、図２の例示的なロッドエンド・ベアリング２０８およびアクチュエータ・ステム２０２と共に実装された、１つの例示的な制御弁３００を図示する。図１の制御弁１００に関連して記載されるものと類似する、又は同一の制御弁３００の構成要素の説明は繰り返しおこなわれていないが、関心をもって読む人は、これらの構成要素に関する詳細について、図１に関連する説明を参照することができる。
【００２１】
図３を参照すると、前記ロッドエンド・ベアリング２０８は、外部にねじ山が形成されたスタッド２１６を介して、アクチュエータ・ステム２０２に動作可能に連結される。このアクチュエータ・ステム２０２は、締結具１２８を受容する、内部にねじ山が形成された穴３０４を備えた、第１の端部３０２を有する。前記締結具１２８は、ダイヤフラムプレート１２０とダイヤフラム１０８とをアクチュエータ・ステム２０２に連結する。前記ダイヤフラムプレート１２０がアクチュエータ・ステム２０２に締結される際、バネ１３０、１３２、および１３４は、圧縮し、予負荷状態をもたらす。加えて、制御弁３００の組み立て中、ダイヤフラムプレート１２０をアクチュエータ・ステム２０２に連結するために、締結具１２８に付加されるトルクは、アクチュエータ・ステム２０２にねじり負荷を伝達し、アクチュエータ・ステム２０２を角偏位させる。
【００２２】
ロッドエンド・ベアリングとアクチュエータ・ステム接続２００は、制御弁３００の組み立ておよび／又は分解中に締結具１２８によって伝達されるねじり負荷に耐えるために、ロッドエンド・ベアリング２０８とアクチュエータ・ステム２０２との間により強い接続をもたらす。さらに、シャフト２１２の先細の縁部２２０は、ロッドエンド・ベアリング２０８とアクチュエータ・ステム２０２との間に係止状態をもたらすために、アクチュエータ・ステム２０２の先細の陥凹２１８に嵌合し、それによって、締結具１２８を回転させる際にアクチュエータ・ステム２０２に付加されるねじり負荷および角偏位にさらに耐える。このように、より強い接続２００は、オペレータの過失による、過度のトルク付与又は締結の結果として生じ得る、ロッドエンド・ベアリングとアクチュエータ・ステム接続２００のねじ切り又は破砕の発生を大幅に低減する。
【００２３】
例示的なロッドエンド・ベアリング２０８とアクチュエータ・ステム２０２は、工場で取り付けられてもよく、および／又は既存の弁に後から取り付けられてもよい。例えば図１の制御弁１００等の既存の弁に後から取り付けるために、例えば、ロッドエンド・ベアリング１４４およびアクチュエータ・ステム１２２が取り外され、例示的なアクチュエータ・ステム２０２およびロッドエンド・ベアリング２０８で置き換えられる。アクチュエータ・ステム２０２およびロッドエンド・ベアリング２０８を連結するために、外部にねじ山が形成されたスタッド２１６が得られる、又はもたらされてもよい。外部にねじ山が形成されたスタッド２１６は、高強度の合金鋼で作られ、機械加工又は任意の他の好適なプロセス（単数又は複数）によって作製されてもよい。それぞれ、内部にねじ山が形成された穴２０６および２１８を有する、アクチュエータ・ステム２０２とロッドエンド・ベアリング２０８は、例えば、機械加工又は任意の他の好適なプロセス（単数又は複数）によって得られる、又はもたらされる。加えて、又は代替として、先細の縁部２２０および／又は先細の陥凹２１８が、機械加工および／又は任意の他の好適なプロセス（単数又は複数）によって形成されてもよい。
【００２４】
特定の方法および装置を本明細書で説明してきたが、本特許によって保護されるべき範囲は、これに限定されるものではない。それとは反対に、本特許は、逐語的に、又は均等論の理論下において適正に、添付の特許請求の範囲の範囲内にあるすべての装置を対象とする。
【図１】
0005559150.tif 000002
【図２】
0005559150.tif 000003
【図３】
0005559150.tif 000004