(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量制御バルブのロータリーバルブアクチュエータであって、
ハウジングと、
上記ハウジングに回転自在に設けられた回転レバーと、
上記ハウジング内で上記回転レバーの一方側に設けられた第１直線運動作動部材と、
上記第１直線運動作動部材と上記回転レバーの間に設けられ、上記第１直線運動作動部材の引張り直線運動を上記回転レバーの回転運動に変換する第１リンケージと、
上記ハウジング内で上記回転レバーの反対側に設けられた第２直線運動作動部材と、
上記第２直線運動作動部材と上記回転レバーの間に設けられ、上記第２直線運動作動部材の引張り直線運動を上記回転レバーの回転運動に変換する第２リンケージとを備えており、
上記第１リンケージと第２リンケージとが一定の張力を維持しており、
少なくとも上記第１直線運動作動部材が、ドーム部と、当該ドーム部に相対して直線運動するキャニスタとを有しており、
前記ドーム部と前記キャニスタとの間に密封された内部へ流体が流入することにより膨張可能なブラダが設けられており、このブラダは前記ドーム部の頂部および前記キャニスタの頂部のうち一方に密接する上面および他方に密接する底面と、前記ドーム部の側面と前記キャニスタの側面の間に位置する周縁部とを有し、前記ブラダが膨張するときに前記周縁部の材料が前記ドーム部の側面および前記キャニスタの側面を転動するように構成されているロータリーバルブアクチュエータ。
【請求項２】
上記摺動するキャニスタが一対の下方垂下部を有しており、上記第１リンケージが各下方垂下部に接続されたフレキシブルチェーンから構成されている請求項１記載のロータリーバルブアクチュエータ。
【請求項３】
上記回転レバーがフィードバックアームに連結されており、このフィードバックアームがフィードバックリンケージを介してバルブポジショナーのシャフトに連結されている請求項１記載のロータリーバルブアクチュエータ。
【請求項４】
上記回転レバーが一対のフランジ部を有しており、さらにこの回転レバーは一対の支持コラムの間に固定されている請求項１記載のロータリーバルブアクチュエータ。
【請求項５】
少なくとも上記ブラダが、中央開口を有する二重折り返しブラダとして構成されており、上記摺動可能なキャニスタが、上記第１リンケージに取り付けるためのコネクタに取り付けられた中央部を有している請求項１記載のロータリーバルブアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量制御装置に関し、特に流量制御バルブのアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の流量制御バルブと、そのバルブをオン／オフ制御又は絞り制御するバルブアクチュエータが、ガスや石油パイプラインその他のプロセス流体システムで使用されている。流量制御バルブは、その弁棒が往復制御又は回転制御されるバルブであり、バルブを正確に絞り制御するために、バルブポジショナー、即ちバルブ制御機器の出力に応じて作動する空気圧ピストン型、又はダイアフラム型バルブアクチュエータによって制御駆動される。
【０００３】
ロータリー（回転作動）型制御バルブは、ボール、ボールセグメント、バタフライ等の回転制御部材を有している。これらの制御部材の回転によりバルブゲート又はプラグが開閉される。
【０００４】
ロータリー型制御バルブを制御するバルブアクチュエータでは、中心にロッドを接続した可動ダイアフラムが使用される。ダイアフラムの動きによって中心ロッドが直線運動するため、これを回転運動に変換する必要がある。そのため、一端をバルブの回転弁棒に接続し、他端をダイアフラムロッドに接続した回転駆動用リンクアームが使用される。ダイアフラムロッドの直線運動によりリンクアームが駆動され、リンクアームにより弁棒が回転駆動され、最終的に流量制御バルブ内の回転制御部材が回転駆動される。
【０００５】
現在入手可能なロータリーバルブアクチュエータは多数の部材で構成され、そのいくつかは、製造過程で多くの時間と費用のかかる機械加工を必要とする。従って、ロータリーバルブアクチュエータのメーカーとユーザーは多数の在庫を必要とし、補修用又は交換用として、高価な機械加工された多くの部品を在庫しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、ロータリーバルブアクチュエータの部材の数を減らすと同時に、時間と費用のかかる機械加工を減らし、これによって製造費用を減らし、在庫を減らせることがメーカーにとってもユーザーにとっても望ましい。さらに、小型で軽量で、１つの形式で各種のロータリーバルブを制御できる汎用性のあるロータリーバルブアクチュエータが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の原理によると、常に双方から可動リンケージに引張り力が作用する「引−引」構造のロータリーバルブアクチュエータが提供される。本発明のロータリーバルブアクチュエータは、ブラダーの加圧によって駆動される摺動シリンダー、即ちキャニスターを有し、キャニスターの直線運動に応じてブラダーの縁部が転動する。円筒形レバーが設けられ、その一方側にフレキシブルキャニスター／レバー・リンケージを介して摺動キャニスターが接続されている。摺動キャニスターの直線運動が、それによって生じるキャニスター／レバー・リンケージの張力により、レバーの軸周りの回転運動に変換される。
【０００８】
本発明の、複動型ロータリーアクチュエータでは、第２摺動キャニスターが、回転レバーの反対側に設けられた加圧されたブラダーによって駆動され、それぞれフレキシブルリンケージによって回転レバーに連結されている。各ブラダーは、複動ポジショナーによって、適宜加圧され、２つのブラダーが制御されて膨張収縮する。従って各キャニスターが常に各リンケージの張力を維持する。回転レバーは、遊びなしの共通接続部により、流量制御バルブの弁棒に連結されている。
【０００９】
他方のブラダーに対して一方のブラダーを適切に加圧すると、各リンケージが引かれてレバーをある方向に回転させ、各リンケージに常に「引−引」張力が作用する。この望ましい「引−引」張力は他方のブラダーを加圧してレバーを反対方向に回転させるときにも得られる。
【００１０】
本発明の、単動型ロータリーアクチュエータの実施形態では、ただ１つの加圧ブラダーが使用される。レバーの片側のブラダー／キャニスターの１つの代わりに戻しスプリングを使用して一定の「引−引」張力を得るようにしている。アクチュエータに大きな作動力が要求される場合には、複動型の実施形態が望ましい。なぜなら、各ブラダー／キャニスターが戻しスプリングで引かれないため、複動型ロータリーバルブアクチュエータは、例えば、差圧の大きな流量制御バルブに対して大きな駆動力が得られるからである。
【００１１】
単動型ロータリー・アクチュエータの実施形態では、摺動キャニスターの回転レバーに対する反対側に戻しスプリングが設けられ、戻しスプリングがフレキシブルスプリング／レバー・リンケージを介してレバーに接続されている。スプリングは所定荷重で与圧され、スプリング／レバー・リンケージの張力がレバーをスプリングの方向に回転させようとし、同時に、非操作状態の摺動キャニスターを、キャニスター底部の動きを規制する調節可能なストッパーの方向に引き寄せようとする。
【００１２】
ブラダーに圧力空気が導入されると、空気圧によって摺動キャニスターがレバーから離れる方向に付勢され、レバーを摺動キャニスターの方向に回転させる。摺動キャニスター頂部の運動は、レバーから突出する爪と係合する調節可能なキャニスター頂部ストッパーにより規制される。レバーが回転すると爪が頂部ストッパーに当接する。摺動キャニスターがレバーを回転すると、スプリングが圧縮されて、摺動キャニスターの引張力に対向する。ブラダーが圧力解放されると、スプリングが摺動キャニスターをキャニスター底部ストッパーの方向に引き戻す。
【００１３】
レバーと摺動キャニスターとの間にある一方のリンケージ、及び、レバーとスプリングとの間にある他方のリンケージは、いずれも、フレキシブル（屈曲自在）なものであっても剛体であってもよい。フレキシブルリンケージは、例えばチェーン・ケーブル等で形成できる。剛体リンケージは、リンクバー、ラック・ピニオン部材等で形成できる。フレキシブルリンケージを使用すると、レバーアームが９０゜回転する間のレバーアームの長さを、常にアームの中心から一定距離に保つことができる。これに対して剛体リンケージでは、レバーアームの長さがレバーの回転角度（最終段階では３０゜）によって変化する。また、フレキシブルリンケージでは、レバーが９０゜回転する間のトルクが一定であるのに対し、剛体リンケージでは、レバーの回転過程でトルクが変動する。
【００１４】
回転レバーの一方側に摺動キャニスター、他方側に戻しスプリングを設けることにより、回転レバーに双方から常に引張り力が作用する「引−引」構造の顕著な利点が得られる。摺動キャニスターとスプリングとが別個に配置されているため、スプリングに対するレバーアームの長さを、摺動キャニスターに対するレバーアームの長さより短くすることができる。レバーアームが短くなると、スプリングの伸張距離が短くなってスプリング高さを低くできるため、アクチュエータを小型化軽量化して、その製造費用を削減することができる。
【００１５】
本発明の「引−引」構造の定張力バルブアクチュエータによると、摺動キャニスター、回転レバー、及び戻しスプリングを結ぶリンケージに遊びがなくなる。これに対して、通常のリンケージ構造のアクチュエータでは、アクチュエータの可動部材が繰り返しサイクルによって摩耗して遊びが増加して望ましくないがたつきが生じる。本発明によると、中間レバーを挟んで摺動キャニスターとレバーを配置した「引−引」一定張力の構成によると、全ての係合部材に常に張力が作用するため、従来のアクチュエータの遊びの問題が解決されるだけでなく、高精度の係合部材が不要となる。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態では、摺動キャニスターとスプリングとが１８０゜離れて直線配置され、接続リンケージを介して互いに引き合っている。リンケージを介して摺動キャニスターからレバーに伝達される張力と、レバーからスプリングリンケージに伝達される張力とが逆向きに作用するため、レバー軸受けに対する負荷が小さくなり、軸受けの摩耗が低減される。また、リンケージの張力によりアクチュエータのハウジングが常に圧縮状態にあり、ハウジング材料が圧縮状態にあることは引張り状態にあることより好ましい。また、ハウジングの組立状態を維持するためのハウジング構成部材の結合部材の数が少なくてすむ。
【００１７】
単動型アクチュエータでは、戻しスプリング、スプリング端板、及びスプリング・リンケージは、予めスプリングカートリッジとして組み立てられる。そしてスプリングリンケージをユニットとしてハウジングに装着することができる。これにより、レバーとの良好な接続状態を確保するために、スプリングを与圧するときのスプリングリンケージの損傷が防止され、ユーザーがアクチュエータを組立てする場合の安全性が確保される。
【００１８】
レバーと摺動キャニスターの間のリンケージは、摺動キャニスターの側壁に接続され、全体組立が簡略化される。この接続構成により、回転レバーに予め引張り荷重を加えるための部材の数を減らし、これによりアクチュエータの寸法、重量、及び価格を低減することができる。
【００１９】
バルブポジショナ、即ちバルブ制御機器は、アクチュエータに直接装着される。摺動キャニスターの使用により、ブラダーからバルブポジショナへの空気配管が容易となり、従来のポジショナとアクチュエータを結ぶ外部配管が不要となる。
【００２０】
本発明の「引−引」定張力型ロータリーバルブアクチュエータの変形例として、上記直線配置のものと同位置の回転レバーを使用して、戻しスプリングを摺動キャニスターの中心線に対して９０゜の角度で配置することができる。この９０゜配置した「引−引」定張力型アクチュエータの変形例では、直線配置のものに比べてよりコンパクトとなるため、特定の用途に推奨できる。ブラダー、摺動キャニスター、回転レバー、及びスプリングカートリッジも、直線配置の場合と同一のものが使用できる。また、スプリング・カートリッジが摺動キャニスターの中心線に対して９０゜に配置されているため、レバーに、直線配置では生じない横方向荷重が作用することを除き、直線配置のものと同等の利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の新規な特徴事項は請求の範囲に記載されている。本発明は、添付図面を参照してなされる以下の説明によって明らかとなる。いくつかの図面では類似の部材に同一の符号を使用している。
【００２２】
各図に流量制御バルブ用ロータリーバルブアクチュエータが図示されており、このアクチュエータは、対向する作動部材に連結され、作動部材の直線運動を回転運動に変換するリンケージに双方から引張力が作用して一定張力を維持する「引−引」構造となっている。特に図１〜図７は、各作動部材が直線配置された「引−引」構造の単動型ロータリーバルブアクチュエータを示す。図８及び図９は、各作動部材が直角配置された「引−引」構造のロータリーバルブアクチュエータを示す。図１０及び図１１は、複動型ロータリーバルブアクチュエータを示し、各作動部材が直線配置されている。
【００２３】
まず初めに図１〜図９の単動型（加圧作動部材が１つの）ロータリーバルブアクチュエータについて説明し、次に図１０〜図１４の複動型（加圧作動部材が２つの）ロータリーバルブアクチュエータについて説明する。
【００２４】
図１〜図７に示す単動型ロータリーバルブアクチュエータ１０には、摺動キャニスター１２、その反対側にあるスプリングカートリッジ１４、及び、リンケージ接続機構を介して間接的に結合された回転レバー１６が含まれ、リンケージ接続機構に常に双方から引張力が作用するようにしている。即ち、キャニスター１２がレバー１６から離れる方向に直線移動してリンケージに引張力が作用すると、反対側のスプリングカートリッジ１４が、キャニスターの引張力に対抗する引張力を各リンケージに作用させる。従って、各連結機構、即ち各リンケージに常に双方から引張り力が作用する特有の「引−引」構造のロータリーバルブアクチュエータ１０が提供される。
【００２５】
回転レバー１６は、鋼鉄等の中空硬質金属で形成され、中間部２２の両端にフランジ１８、２０を有する図５に図示した円筒状に形成されている。レバー１６は下部ハウジング２４内に回転可能に設けられ、中間部２２が、適当な軸受け２５（図１参照）を介して、フレーム２４内の支持コラム２６で回転支持されている。支持コラム２６と同様の一対の支持コラム２８が上部ハウジング３０内に設けられている。図３に示すように、下部ハウジング２４を上部ハウジング３０に取り付けるときに、対向する支持コラム２６、２８の間にレバー１６が挟まれ、ロータリー・バルブ・アクチュエータ１０内でレバー１６が回転可能に支持されている。上記支持コラム以外に、ハウジング壁と一体成形されたレバー支持構造を採用することもできる。
【００２６】
キャニスター１２（図１参照）に接続するチェーンリンケージ３６、３８を取り付けるために、レバーの各フランジ１８、２０に、キャニスターリンケージ取付部材３２、３４が突設されている。スプリングカートリッジ１４に接続するチェーンリンケージ４２を取り付けるためのボス４０がレバーの中央部分に突設されている。
【００２７】
キャニスター１２には、頂部４４に連続する側部４６が含まれている。キャニスターの各側部４６に、各キャニスター／チェーン接続部材４８の一端が取り付けられ、接続部材４８の他端が各チェーンリンケージ３６、３８に接続されている。
【００２８】
図３に示すように、チェーン４２の一端がレバーのボス４０に接続されている。チェーン４２の他端は、スプリングカートリッジ１４内のスプリングロッド５２から延びるスプリング接続部５０に接続されている。スプリングカートリッジ１４は両端に端板５４を有し、両端板５４の間にスプリング５６が保持されている。図３に示すように、上部端板５４の適切な開口からスプリングロッド５２が突出しており、下部端板５４内に溝付きロッド端部が２つ割り接続部５７に接続されている。スプリングカートリッジ１４の上端は、ハウジング２４内のスプリング取付け用凹部５８に保持されている。
【００２９】
密封された、膨張可能なブラダー・ユニット（袋状ダイアフラム）６０がキャニスター１２とフレーム３０の直立ドーム部６２との間に組み込まれている。ブラダー６０は、予備成形された２つの部分の接合部を熱シールして結合した密閉形状であり、接合部については米国特許出願番号０８／６３０，５２９号に開示され、この開示内容は参考技術として本願に取り込まれる。
【００３０】
図３及び図６に示すように、ブラダー６０は、最初の非加圧状態で、内側面６４がドーム部６２に密着する長円形である。図１及び図３に示すように、ブラダー６０は、その内側面６４がドーム部６２の側面に密接し、ブラダー６０の底面６６がドーム部６２の上面に密接する状態で、ドーム部６２に装着されている。ブラダーの上面６８はキャニスターの頂部４４に密接している。従って、膨張可能なブラダー６０は、静止したハウジングドーム６２と上下に摺動するキャニスター１２の間に組み込まれている。
【００３１】
ブラダーは、布張りしたポリウレタンで形成されている。低温用途では布張りは不要である。布張りする場合は、ブラダー全面を布で覆い高温運転時のブラダー材料を補強する。使用温度が極めて高い場合には、ブラダーの材料として、補強布張りの有無と関係なく、ライトフレックス(Riteflex)等の耐熱ポリエステル材料が使用できる。
【００３２】
ブラダーは、自然状態で、キャニスター１２とドーム部６２の頂部の間の最も狭くなる空間に一致させて予備成形することが望ましい。ブラダーの環状周縁部６３は、ブラダー底面６６を折り返して形成する。布製補強材は、ブラダーの射出成形過程で接着することができる。又は、射出成形後に布製補強材を適切な圧力と温度で接着することもできる。ブラダーを３３０゜Ｆ（１６６℃）、５０ｐｓｉ（３４５Ｋｐａ）で１／２〜１時間で熱接合する前に、バイアスカット布にウレタン層を被覆することができる。ブラダーの全面を布で被覆する代わりに、周縁部６３のみを布で被覆してもよい。
【００３３】
布で補強され、予備成形されたブラダーは、次に、炉内で材料の応力除去処理を行う。ブラダーは、炉内で２５０゜Ｆ（１２１℃）で２４時間保持することによって応力除去できる。
【００３４】
アクチュエータ操作中にブラダーが所定位置を保つよう、アクチュエータへの組み込み前に、ブラダーとキャニスター１２との接合部分の上下面に接着剤を塗布しておく。同様に、ドーム部６２の頂部にも適切な接着剤を塗布しておく。
【００３５】
ブラダーの膨張時に、周縁部６３が、望ましくない風船状の膨張でなく、転動ダイアフラム作用をする。つまり、ブラダーの内部に流体が導入されてバルブ・アクチュエータが作動するとき、周縁部６３が、単に、静止したドーム部の側面から離れて、移動するキャニスターの側面に密着していく。
【００３６】
こうして、ブラダーが、当初の非圧縮状態から圧縮状態に移行するに従い、周縁部６３の材料が転動して、ブラダーの内径部分から外径部分に移行する。この転動作用によりブラダーの摩耗が著しく減少し、長期の運転サイクル、及び広範囲の温度と圧力に対してブラダーの寿命が延長される。
【００３７】
ブラダーの入口管７０がハウジング３０の流路７２に挿入され、流路７２は、図２に示すように、フレーム３０の底部開口７６を有する流路７４に接続している。入口管７０には、流路７２とブラダーの間を封止するＯリング（図示省略）装着用の肩部７１が設けられている。
【００３８】
開口７６は、空気ポジショナ等の制御機器７８（図２参照）に連通しており、ブラダー６０内に送給する空気を公知の方法で制御して、ブラダー６０を膨張・収縮させる。図３では、ロータリーバルブアクチュエータ１０の別の部材を図示するために、ポジショナ７８の図示を省略してある。通常の運転時には、流路７２の端部がプラグ８０で閉鎖され、流路７２内にアクセスする必要があるときにプラグ８０が取り外される。
【００３９】
図４には、略示した流量制御バルブ８４に接続するための取付ブラケット８２を装着したロータリーバルブアクチュエータ１０が図示されている。弁棒８６には、回転レバー１６によって実質的に遊びなしで回転駆動されるスプライン端部が設けられている。弁棒８６の端部スプラインと係合する内部スプライン９０を有するスプラインスリーブ８８（図３参照）によって殆ど遊びなしの接続ができる。スプラインスリーブ８８は、その外径がレバーボア９２の内径と合致しており、さらに平面部９４を有している。内ねじを有する弁棒取付け用突出部９５が、レバーの中央部２２（図５参照）から突出している。突出部９５が下部ハウジング２４のアクセス孔９６との対向位置に来るようレバーを回転する。スリーブ８８をレバーボア９２に挿入して、平面部９２をアクセス孔９６の方向に向ける。「ドッグポイント止めねじ」として知られる止めねじ９８は、スリーブ８８の平面部９４と係合する先端平面部を有している。
【００４０】
レバー・ボア９２内に位置する弁棒とスリーブは、レバー１６のボア９２内に延びる弁棒固定用突出部９５のねじ孔の方向にスリーブの平面部９４を向けて、止めねじ９８でねじ止めされる。止めねじ９８は、先端の平面部がスリーブ８８の平面部に圧接するよう突出部９５にねじ込まれて、スプラインスリーブ８８が弁棒８６端部のスプライン部にしっかりと固定されている。これにより、レバー１６が回転するとき弁棒８６との間の遊びが殆どなくなる。スリーブ８８を縦割りして弁棒とレバーとの結合を強固にすることもできる。
【００４１】
スプリングと摺動キャニスターの動きをそれぞれ規制する調節可能なストッパーが設けられている。図３には、キャニスター頂部の動きを規制する調節可能なストッパー１００が図示されており、このストッパー１００には、ハウジング２４にねじ込まれ、ロックナット１０４で調節可能なねじ付きストッパー・ロッド１０２が含まれている。突出部９５に設けられた爪１０６がレバー１６と共に回転する。図３に示すように、ブラダー６０の膨張によりキャニスター１２が上昇すると、レバー１６が時計方向に回転し、その方向が矢印「Ｃ」で示されている。図３に示すように、レバー１６にスプリング５６の引張り力が作用すると、レバー１６が矢印「Ｓ」の方向に回転する。従って、ブラダーが膨張してキャニスターが上昇すると、爪１０６が時計方向に回転移動してストッパーロッド１０２に当接する。これにより、ストッパー１００はキャニスター１２の上限位置が規定される。キャニスターの上限位置は、もちろん、ロックナット１０４を緩めてロッド１０２をねじ調節することにより設定することができる。
【００４２】
図２に示すように、キャニスターの下限位置調節用ストッパー１０８が、キャニスターの対向する各側面に設けられ、それぞれハウジング３０にねじ込まれ、ロックナット１１２で調節可能なストップボルト１１０が含まれている。図２に示すように、キャニスター１２がスプリング５６に引かれると、レバー１６が矢印「Ｓ」で示す時計方向に回転し、キャニスターは下端１１４がストップボルト１１０に当接するまで下降する。従って、ストッパー１０８はキャニスター１２の下限位置を規定する。ストップボルト１１０の位置をねじ調節してストッパー１０８の位置を容易に変更することができる。
【００４３】
キャニスター４６、チェーン接続部材４８、及び調節可能なストッパー１０８を完全に覆うためのキャニスターカバー１１６が設けられている。カバー１１６はハウジング３０の上部に着脱自在に装着されている。同様に、スプリングカートリッジ１４を覆うスプリングカートリッジカバー１１８が下部ハウジング２４に着脱自在に装着されている。
【００４４】
図２に、ポジショナー７８を回転レバー１６に連結するフィードバックリンケージ１２０が図示されている。レバー１６と共に回転するフィードバックアーム１２２が、例えばフランジ２０にねじ止めされている。湾曲リンケージ１２４の一端がフィードバックアーム１２２に、他端がハウジング２４内のスロットを介して直線状リンクアーム１２６にそれぞれ回動自在に連結され、リンクアーム１２６が、ポジショナー７８の回転軸１２８に連結されている。バルブポジショナー７８は、マイクロプロセッサからの電流を空気作動計器に伝送するデジタル型バルブ制御器である。このデジタル型バルブ制御器は、入力信号を空気作動計器の圧力出力に変換する通常の機能以外に、通信プロトコールを使用して、プロセス操作に必要な情報を容易に入手することができる。従って、制御バルブ又は現場接続ボックスに適合する通信機器、又は、パソコン又はコントロールルーム内のオペレータ等を利用して、プロセスの基本要素、即ち流体制御バルブ８４からの情報を入手することができる。なお、制御器は、アナログ機器又は空気ポジショナーであってもよい。
【００４５】
図２に示すように、フィードバックリンケージ１２０の一端がポジショナ７８の回転軸に接続され、他端がフィードバックアーム１２２を介してアクチュエータの回転レバー１６に接続されている。レバー１６が、回転弁棒８６と相互接続されているために、弁棒の角度位置をフィードバックリンケージ１２０を介してポジショナー７８で検知することができる。
【００４６】
図１〜図７に示す「引−引」構造のロータリーバルブアクチュエータ１０は以下のように容易に組立できる。先ず、上部ハウジング３０のドーム部６２にブラダー６０を密着させて取り付ける。下部ハウジング２４のスプリング取付け用凹部５８にスプリングカートリッジ１４を差し込む。そこで、適切なボルト、ナットでチェーン４２の一端をスプリングコネクタ５０に接続し、他端をレバーボス４０に接続することにより、スプリングカートリッジ１４がレバーと連結される。次に、２つのキャニスターチェーンリンク３６、３８の一端が各レバーリンケージ取付部材３２、３４に接続され、他端が各チェーンコネクタ４８に接続される。
【００４７】
こうして、レバー１６は、適当な軸受けを介して支持ブロック２６上に設置される。次に、下部ハウジング２４に上部ハウジング３０を載せて両者を結合する。キャニスター・チェーン・リンク３６、３８が、キャニスターの各側面に、それぞおれキャニスター接続部材４８を用いて結合される。次に、ポジショナ７８をハウジング３０に取り付けて、レバー１６とポジショナーの間をフィードバックリンケージ１２０で接続する。その後、カバー１１６、１１８が取り付けられ、必要に応じてブラケット８２も取り付けられる。
【００４８】
各ストッパに対するキャニスターとスプリングの初期位置は次のようにして調節される。最初に、スプリング・ートリッジ１４内のスプリング５６に所定の荷重を与えた状態で、前記のとおり、スプリングカートリッジをハウジングに差し込み、レバーに接続する。そして、図３に示すように、スプリングロッド５２の上端のスプリングブロック５３が上部端板５４から離れて押し上げられるようスプリング５６をリンケージによって与圧する。次に、ブラダーを加圧してキャニスターが十分に押し上げられると、２つの調節可能なストッパ１０８をハウジング３０に取り付けることができる。そして、摺動キャニスター１２の各底部が下降して均等にストッパに接し、リンクに一定張力が維持される（図３参照）よう、各ストッパ１１０が調節される。これによってキャニスターの底部位置がセットされる。
【００４９】
図２、図３に示すように、スプリング５６の張力によりリンク４２がレバー１６を「Ｓ」方向に回転させると、摺動キャニスター１２がストッパー１１０に当接するまで下降する。また上昇するキャニスター１２によってリンケージ３６、３７が引かれて、レバー１６が図２、図３の矢印「Ｃ」の方向に回転すると、スプリングが圧縮される。
【００５０】
圧縮空気が開口７６、通路７４、７２を通ってブラダー入口７０に供給されると、空気圧によってブラダー６０が膨らみ、摺動キャニスター１２が直線的に上昇して、レバー１６が図３の矢印「Ｃ」の方向に回転する。ストッパ１００の調節により摺動キャニスター１２の上限位置を設定すると、制御バルブの所望位置が決定される。
【００５１】
図１〜図７に示す「引−引」構造のロータリーバルブアクチュエータ１０にはいくつかの利点が生じる。ブラダー６０の加圧膨張によりキャニスター１２の直線上昇運動によりレバー１６が回転すると、スプリング５６が圧縮されて摺動キャニスターの引張り力に対抗する。この「引−引」作用により、チェーンリンケージ３６、３８、４２に作用する張力が実質的に一定に保たれ、トルク変動を僅か３％以内に維持できる。ブラダー６０が圧力開放されると、スプリング５６が摺動キャニスター１２を調節可能ストッパー１００まで引き戻す。この「引−引」構造のアクチュエータでは、全ての部品の係合部分に常に張力が作用しているために、繰り返し使用による摩耗に起因して接続リンケージに遊びが生ずることなく、精密係合部品が不要となる。また、スプリング５６と摺動キャニスター１２とが別個に取り付けられているため、スプリングに対するレバーアームの長さ（図５では、レバー１６の中心線からボス４０の接続部までの半径方向距離）を、摺動キャニスターに対するレバーアームの長さ（図５では、レバー１６の中心線からリンケージ取付部３２、３４までの半径方向距離）より短くすることができる。レバーアームが短くなるとスプリングの伸縮長さが短くてよいため、スプリングの高さが減少し、アクチュエータがより小型で軽量で安価となる。さらに、スプリングとキャニスターが、レバーに対して実質的に１８０゜で対向する位置に設けられ、接続リンケージが付属するレバーに、常に「引−引」状態で双方から張力が作用するため、レバー１６が回転駆動されるとき、支持コラム２６、２８とその軸受けにかかる負荷が著しく低減される。フレキシブルリンケージチェーン３６、３８、４２によって、レバー１６が９０゜回転する間、レバーアーム（スプリング又はキャニスターのレバーアーム）のレバー中心からの距離が常に一定となる。従って、フレキシブルリンケージにより、レバーが９０゜回転する間、トルクが一定に保たれるため、レバーの回転位置によってトルクが変わる剛体リンケージに比べて優れている。
【００５２】
図８及び図９には別の形態である直角配置された単動型ロータリーバルブアクチュエータ１３０が図示され、作動部材である摺動キャニスター、ブラダー、スプリングカートリッジ、及びレバーは、先に述べた図１〜図７の直線配置のロータリーバルブアクチュエータ１０のものと同一である。図８に示すように、前記のロータリーバルブアクチュエータ１０の直線配置に比べて、ロータリーバルブアクチュエータ１３０では戻しスプリングカートリッジ１４が摺動キャニスター１２の中心線に対して９０゜に配置されている。これにより、アクチュエータの寸法、部品数及び費用を低減できる。しかし、スプリング・カートリッジ１４が摺動キャニスター１２の中心線に対して角度を持って配置されるため（直線配置のアクチュエータ１０に比べて）、アクチュエータ１３０では回転レバー１６の軸受けに対して横方向の荷重が働く。
【００５３】
しかし、ロータリーバルブアクチュエータ１３０においても、キャニスター１２、レバー１６、及びスプリングカートリッジ１４の間のリンケージ３６、３８、４２には、やはり「引−引」張力が作用し、リンケージの張力を一定に保つことができる。従って、直線配置のロータリーバルブアクチュエータ１０の「引−引」構造の利点は、９０゜配置のロータリーバルブアクチュエータ１３０においても得られる。
【００５４】
図１０〜図１４には、本発明の複動型ロータリーバルブアクチュエータ１３２を示し、このアクチュエータには、先に述べたロータリーバルブアクチュエータ１０及び１３０と多くの部材が共通している。先に図１〜図９で述べたロータリーアクチュエータでは、単一の加圧ブラダー／キャニスターと戻しスプリングとが、回転レバーの両側に配置されているのに対し、ロータリーアクチュエータ１３２では、回転レバーの両側にそれぞれ加圧ブラダー／キャニスターが設けられているため「複動型」と呼んでいる。
【００５５】
図１０〜図１２に示すように、複動型ロータリーバルブアクチュエータ１３２は、前述のロータリーバルブアクチュエータ１０のものと同様の、チェーンリンケージ３６、３８を有する下部摺動キャニスター１２と膨張可能なブラダー６０を有している。下部ブラダー／キャニスターは下部ハウジング１３４内に設けられている。
【００５６】
回転レバー１３６は、下部ハウジング１３４は上部ハウジング１３８の間に適当な軸受けを介して回転支持され、端部のフランジ１８、２０には下部キャニスターチェーンリンケージ３５、３８の接続部材３２、３４が設けられている。回転レバー１３６には、又、上部ハウジング１３８内の上部ブラダー／摺動キャニスターユニットを接続する中心ボスが設けられている。
【００５７】
上部ハウジング１３８には、長円ドーナツ形の壁１４０に、中心開口部１４２を有する直立ドーム部分が形成されている。図１３、図１４に示すように、壁１４０の頂部に、長円形の２重折り返しブラダー１４４が設けられている。ブラダー１４４は、その底面１５０に、第１環状縁部を形成する第１折り返し部１４６と、第２環状縁部を形成する第２折り返し部１４８を有する長円ドーナツ形である。ブラダーは、又、頂面１５２、それに対向する面１５０、及び折り返し部１４６、１４８を有し、中心に開口部１５４が設けられている。図１４に示すように、折り返し部１４６によって形成される環状縁部が中心開口部１５４を画成している。ブラダー１４４は、ブラダー６０と同様にして製作され、同様の転動ダイアフラム作用を有しているが、第２折り返し部１４８と開口部１５４を設けたことによって以下のような顕著な利点を備えている。
【００５８】
ブラダー入口１５６に、複動ポジショナー１５８で制御されて圧縮空気が供給され、ブラダー１４４を制御された状態で膨張させる。図１２は、ブラダー１４４を壁１４０に装着して、略示した複動ポジショナー１５８を連結した通路１６２に接続する通路１６０にブラダー入口１５６を挿入した状態を示す。図１２に示すように、ブラダー６０も同様の通路１６２で複動ポジショナーに連結されている。複動ポジショナー１５８は市販の制御機器であり、２つのブラダー入口へ供給する空気圧を制御する。この実施形態では、一方の供給ラインが加圧されているとき、他方の供給ラインが圧力開放されるように、ブラダー６０、１４４への空気圧を制御する。
【００５９】
キャニスター１６４は、２重折り返しブラダー１４４の上部に装着され、ブラダー１４４の膨張収縮によって、キャニスター１６４が直線運動して回転レバー１３６に接近離反する。キャニスター１６４は、その中央にチェーンリンケージ１７０の一端を接続する接続部１６８を有し、チェーンリンケージ１７０の他端はレバー１３６の中心ボス１７２に接続されている。
【００６０】
図１０〜図１４に示す複動形ロータリー・バルブ・アクチュエータ１３２では、複動ポジショナー１５８の制御によって、キャニスター１２、１６４が、それぞれのチェーンリンケージに引張力を与える。こうして、例えば、図１１、図１２に示すように、ブラダー１４４の加圧によってキャニスター１６４がチェーンリンケージ１７０を引き上げてレバー１３６をある方向に回転させ、同時に、複動ポジショナー１５８が、ブラダー６０の入口への圧力を解放してブラダー６０が収縮するが、チェーンリンケージ３６、３８の張力は維持される。逆にブラダー６０を膨張させるときには、同時に、複動ポジショナー１５８がブラダー１４４を圧力解放する。調節可能なストッパ１７１、１７３がキャニスター１２、１６４の直線運動の範囲を規制している。
【００６１】
安全用の戻しスプリング１７４が、その下端を上部ハウジング１３８に固定し、上端をキャニスター中央部１６６に移動可能に保持して設けられている。圧縮空気の供給に不具合が生じた際に、戻しスプリング１７４が、各キャニスターを元の位置に戻す。それ以外に戻しスプリング１７４は、ブラダーの膨張収縮に伴う各キャニスターの動きに何ら寄与しない。
【００６２】
先に述べた単動型に比べての、複動型ロータリーバルブアクチュエータ１３２の顕著な利点は、装着されたバルブを作動させるのに大きな駆動力が得られることである。ある状況においては駆動力が大きいことが望まれる。例えば、差圧の大きい流量制御バルブに対して、バルブアクチュエータに大きな駆動力が必要となる。キャニスター１２、１６４は、図１〜図９に示したアクチュエータと違って、戻しスプリングによって作動しないため、レバー１３６を回転させる大きな力が得られ、制御バルブ８４の弁棒８６に大きな力が作用する。
【００６３】
２重折り返しブラダー１４４の代わりに、ブラダー６０のような単一折り返しブラダーを使用することもできる。しかし、その場合は、ブラダーの中心に１個のリンケージを設ける代わりに、２つのチェーンリンケージが必要であり、レバー１６の端部にリンケージ接続部３２、３４が必要となるため、アクチュエータの構成が複雑となる。従って、回転レバーの両側に単一折り返しブラダーを設けることも本発明の範囲内ではあるが、２重折り返しブラダー１４４を使用することが望ましい。ブラダー１４４によると、図示のキャニスター中心部１６４と接続部材１６８を用いて、回転レバーとキャニスター１６４を連結するチェーンリンケージを、ブラダーの中心開口部に設けることができる。
【００６４】
以上の詳細な説明は、理解を容易にするためのものであり、これから理解できる不要な限定は、当業者にとって自明の改良である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の原理に基づいて製作された単動型ロータリーバルブアクチュエータの一部破断側面図であり、図示の都合で、キャニスターカバーの一部を破断し、スプリングカートリッジカバーを除去してある。
【図２】図１に図示したロータリーバルブアクチュエータの一部破断右側面図であり、バルブ・ポジショナーとスプリングカートリッジカバーを所定位置に装着した状態を示す。
【図３】図１に図示したロータリーバルブアクチュエータの一部破断左側面図であり、スプリングカートリッジカバーを除去して図示してある。
【図４】図３の４−４線に沿った断面図であり、ロータリーバルブアクチュエータが、流量制御バルブの回転弁棒を操作する状態を示す。
【図５】図１に図示したロータリーバルブアクチュエータに使用する円筒状回転レバーの斜視図である。
【図６】本発明のロータリーバルブアクチュエータに組み込まれるブラダーの平面図である。
【図７】図６の７−７線に沿った断面図である。
【図８】本発明の別の形態のロータリーバルブアクチュエータの一部破断側面図であり、摺動キャニスターとリターンスプリングとが直角配置されている。
【図９】図８の９−９線に沿った側断面図である。
【図１０】一部略示した本発明の複動型ロータリーバルブアクチュエータの正面図である。
【図１１】図１０の一部破断側面図であり、回転レバーに対して対称配置された各ブラダー／キャニスターを示す。
【図１２】図１０の一部破断背面図であり、対向するキャニスターの各リンケージを示す。
【図１３】図１０の複動型ロータリーバルブアクチュエータの回転レバーの一方側で使用する２重折り返しブラダーの平面図である。
【図１４】図１３の１４−１４線に沿った断面図である。
【図１】
0004772091.tif 000002
【図２】
0004772091.tif 000003
【図３】
0004772091.tif 000004
【図４】
0004772091.tif 000005
【図５】
0004772091.tif 000006
【図６】
0004772091.tif 000007
【図７】
0004772091.tif 000008
【図８】
0004772091.tif 000009
【図９】
0004772091.tif 000010
【図１０】
0004772091.tif 000011
【図１１】
0004772091.tif 000012
【図１２】
0004772091.tif 000013
【図１３】
0004772091.tif 000014
【図１４】
0004772091.tif 000015