(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプライン等に設けられたバルブのステムを回転作動させることによりバルブを開閉するスコッチヨーク式作動装置であって、
該作動装置の主要部を収容するケーシング、
前記バルブステムに端部が固定されて前記バルブの開閉を行うように、前記バルブステムを中心に揺動するスコッチヨーク、
該スコッチヨークを揺動するために摺動自在に支持され、前記スコッチヨークの他端部近傍に当接する対向して設けられた押付部を有する伝達ブロック、
前記ケーシングに両端部が固定されて、前記伝達ブロックを摺動自在に支持するためのガイドロッド
前記伝達ブロックに固定されて、前記伝達ブロックを前記ガイドロッドに沿って摺動自在に移動させるためのロッド、および
前記ケーシングの少なくとも一方の側壁に設けられ、かつ前記ロッドの端部が固定されかつ流体圧によって作動するシリンダ内のピストン、ラム式ロッド等からなるアクチュエータ、
を含むスコッチヨーク式作動装置。
【請求項２】
前記伝達ブロックを案内するガイドロッドは、前記スコッチヨークの揺動半径の遠隔側に配置されて前記ケーシングに位置決め固定され、前記ロッドは、前記伝達ブロックが嵌合固定されると共に、前記ケーシングの側壁に摺動自在に支持されていることを特徴とする請求項１に記載されたスコッチヨーク式作動装置。
【請求項３】
前記アクチュエータが前記ケーシングの両側壁に設けられ、前記アクチュエータの一方が前記バルブの開放用のアクチュエータとして作用することができ、前記アクチュエータの他方が前記バルブの閉塞用に用いることができることを特徴とする請求項１に記載されたスコッチヨーク式作動装置。
【請求項４】
上記スコッチヨーク式作動装置のアクチュエータは、一方の側壁に設けられ、前記アクチュエータのピストンの両側に流体圧を切り替えて給排気することにより作動することを特徴とする請求項１に記載されたスコッチヨーク式作動装置。
【請求項５】
前記ケーシングの側壁内側に突出してセットボルトが設けられ、該セットボルトにより前記伝達ブロックの前記側壁との衝突を回避して位置を設定するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載されたスコッチヨーク式作動装置。
【請求項６】
前記スコッチヨークは、前記伝達ブロックの押付部間に挟み込むように設けられ、その強度の補強のために前記押付部の挟み込まれる部分の幅より幅広の補強部が前記スコッチヨークに一体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載されたスコッチヨーク式作動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプライン等に設けたバルブを作動するための作動装置として、出力トルクを従来の作動装置よりも向上させることができるスコッチヨーク式作動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スコッチヨーク式作動装置は、従来方式として、図８に示すようなケーシング９内に収納され、パイプライン等のバルブを開閉するためのバルブステム１の端部にスコッチヨーク２が取付けられている。スコッチヨーク２のバルブステム１中心を通る長手方向軸線に沿った長孔２２内に、ロッド５に固定して取付けられたガイドブロック４に設けた伝達ピン３が摺動可能に係合していて、ガイドブロック４がケーシング９の両側に設けられた空気圧アクチュエータ７、８のシリンダ７２、８２内を流体圧によって移動するピストン７１、８１に両端部を取り付けられかつケーシング９に摺動可能に支持されたロッド５によって軸線方向に移動するようになっている。さらに、ガイドブロック４は、両端部がケーシング９に固定されたガイド棒６に摺動可能に支持されるように設けられている。
【０００３】
このような従来のスコッチヨーク式作動装置においては、ロッド５により伝達ピン３を介してスコッチヨーク２を揺動することによりバルブステム１に回転力を与えて、バルブの開閉を行い、ガイド棒６がロッド５と平行に配置され、一体となってロッド６の曲げ防止を行っている。このために、ピストン７１、８１と一体となって作動するロッド５に伝達ブロック４を強度に応じた伝達ピン３を用いて連動するように接続されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなスコッチヨーク式作動装置は、ピストンロッド５およびこれらと一体となった伝達ブロック４は、スコッチヨーク３を直接揺動させるものではない。スコッチヨーク３の揺動は、ロッド５にピン３で直接固定した伝達ブロック４を介して行われるので、その回転半径は十分に取れず、出力トルクにも制限があり装置自体の規模も大きくなってしまうという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、ガイドブロックの摺動によりスコッチヨークを揺動させて回動して得られる出力トルクを従来の作動装置よりもより高出力トルクが得られるようにしたスコッチヨーク式作動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるスコッチヨーク式作動装置は、パイプライン等に設けられたバルブのステムを回転作動させることによりバルブを開閉するスコッチヨーク式作動装置であって、
該作動装置の主要部を収容するケーシング、
前記バルブステムに端部が固定されて前記バルブの開閉を行うように、前記バルブステムを中心に揺動するスコッチヨーク、
該スコッチヨークを揺動するために摺動自在に支持され、前記スコッチヨークの他端部近傍に当接する対向して設けられた押付部を有する伝達ブロック、
前記ケーシングに両端部が固定されて、前記伝達ブロックを摺動自在に支持するためのガイドロッド
前記伝達ブロックに固定されて、前記伝達ブロックを前記ガイドロッドに沿って摺動自在に移動させるためのロッド、および
前記ケーシングの少なくとも一方の側壁に設けられ、かつ前記ロッドの端部が固定されかつ流体圧によって作動するシリンダ内のピストン、ラム式ロッド等からなるアクチュエータ、
を含むものである。
【０００７】
上記スコッチヨーク式作動装置は、前記伝達ブロックを案内するガイドロッドが、前記スコッチヨークの揺動半径の遠隔側に配置されて前記ケーシングに位置決め固定され、前記ロッドは、前記伝達ブロックが嵌合固定されると共に、前記ケーシングの側壁に摺動自在に支持されていることを特徴とする。
【０００８】
また、上記スコッチヨーク式作動装置は、前記ロッドを摺動するアクチュエータが前記ケーシングの両側壁に設けられ、前記アクチュエータの一方が前記バルブの開放用のアクチュエータとして作用することができ、前記アクチュエータの他方が前記バルブの閉塞用に用いることができることを特徴とする。
【０００９】
上記スコッチヨーク式作動装置のアクチュエータは、一方の側壁に設けられ、前記アクチュエータのピストンの両側に流体圧を切り替えて給排気することにより作動することを特徴とする。
【００１０】
また、上記スコッチヨーク式作動装置は、前記ケーシングの側壁内側に突出してセットボルトが設けられ、該セットボルトにより前記伝達ブロックの前記側壁との衝突を回避して位置を設定するように設けられていることを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記スコッチヨーク式作動装置は、前記スコッチヨークが、前記伝達ブロックの押付部間に挟み込むように設けられ、その強度の補強のために前記押付部の挟み込まれる部分の幅より幅広の補強部が前記スコッチヨークに一体に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるスコッチヨーク式作動装置は、パイプライン等に設けられたバルブのステムを回転作動させることによりバルブを開閉するスコッチヨーク式作動装置であって、該作動装置の主要部を収容するケーシング、前記バルブステムに端部が固定されて前記バルブの開閉を行うように、前記バルブステムを中心に揺動するスコッチヨーク、該スコッチヨークを揺動するために摺動自在に支持され、前記スコッチヨークの他端部近傍に当接する対向して設けられた押付部を有する伝達ブロック、前記ケーシングに両端部が固定されて、前記伝達ブロックを摺動自在に支持するためのガイドロッド、前記伝達ブロックに固定されて、前記伝達ブロックを前記ガイドロッドに沿って摺動自在に移動させるためのロッド、および、前記ケーシングの少なくとも一方の側壁に設けられ、かつ前記ロッドの端部が固定されかつ流体圧によって作動するシリンダ内のピストン、ラム式ロッド等からなるアクチュエータ、を含むので、ロッドと一体にピン結合された伝達ブロックの押付部によってスコッチヨークを揺動することにより、バルブステムを回動させる出力トルクが得られ、スコッチヨークとロッドとのピン係合による従来の装置よりも強度的にも優れたものが得られる。
【００１３】
上記スコッチヨーク式作動装置においては、前記伝達ブロックを案内するガイドロッドが、前記スコッチヨークの揺動半径の遠隔側に配置されて前記ケーシングに位置決め固定され、前記ロッドは、前記伝達ブロックが嵌合固定されると共に、前記ケーシングの側壁に摺動自在に支持されているので、伝達ブロックのロッドによる摺動運動を安定させ、スコッチヨークの揺動運動をバルブステムを中心にした揺動半径を長く取ることができ、回転半径による高い出力トルクをその可能な範囲で得ることかできる。
【００１４】
また、上記スコッチヨーク式作動装置は、前記ロッドを摺動するアクチュエータが前記ケーシングの両側壁に設けられ、前記アクチュエータの一方が前記バルブの開放用のアクチュエータとして作用することができ、前記アクチュエータの他方が前記バルブの閉塞用に用いることができるので、ロッドの摺動運動をバルブの開または閉のためにそれぞれのアクチュエータによって生じさせることができ、確実なバルブの開閉作動を提供することができる。
【００１５】
上記スコッチヨーク式作動装置のアクチュエータは、一方の側壁に設けられ、前記アクチュエータのピストンの両側に流体圧を切り替えて給排気をすることにより作動させることができるので、用途に応じて必要最小限の設備で装置の作動をすることができる。
【００１６】
また、上記スコッチヨーク式作動装置は、前記ケーシングの側壁内側に突出してセットボルトが設けられ、該セットボルトにより前記伝達ブロックの前記側壁との衝突を回避して位置を設定するように設けられているので、安全装置であることに加えて、ケーシング内部でのスコッチヨークの揺動運動を与えるロッドの摺動運動を必要な所定の範囲に規制することができる。
【００１７】
さらに、上記スコッチヨーク式作動装置は、前記スコッチヨークが、前記伝達ブロックの押付部間に挟み込むように設けられ、その強度の補強のために前記押付部の挟み込まれる部分の幅より幅広の補強部が前記スコッチヨークに一体に設けられているので、スコッチヨーク自体の強度を上げることができ、バルブ回動の負荷に対応してスコッチヨークの強度の調節が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施するための形態によるスコッチヨーク式作動装置の部分断面説明図である。
【図２】本発明によるスコッチヨーク式作動装置に用いるスコッチヨークの斜視図である。
【図３】図２に示すスコッチヨークと組み合わされて作動する伝達ブロックの斜視図である。
【図４】図２に示すスコッチヨークの補強されたものの端部の斜視図である。
【図５】図２に示すスコッチヨークの補強されたものの断面図である。
【図６】本発明によるスコッチヨークと伝達ブロックとの間に作用する力関係を示す力線図である。
【図７】本発明によるスコッチヨーク式作動装置のアクチュエータとしてラム式ピストンを用いた他の実施形態の部分断面説明図である。
【図８】従来の実施形態によるスコッチヨーク式作動装置の部分断面説明図である。
【図９】本発明による実施の形態におけるスコッチヨーク式作動装置のスコッチヨークと伝達ブロックの作動から出力トルクを得るための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図１ないし図７および図９を参照して説明する。なお、図８と参照番号を同じくするものは、実質的に同じ構成部材を示すものとして説明する。
【００２０】
本発明の一実施の形態を図１を参照して説明すると、スコッチヨーク式バルブ操作装置は、パイプライン等のバルブのバルブステム１が内部に位置するように設けられたケーシング９の内部に、バルブステム１を回動させるためのスコッチヨーク２がバルブステム１の軸心を中心に揺動可能に取付けられて設けられている。スコッチヨーク２は、バルブ開側の一方のアクチュエータ７と、バルブの閉側の他方のアクチュエータ８のアクチュエータ８を構成するシリンダ７２、８２、ピストン７１、８１等のピストン７１、８１にナットによって端部を固定されたロッド５に、嵌合してピン５２によって固定された伝達ブロック４が取付けられて設けられている。伝達ブロック４は、図３に示すように、バルブステム１から遠隔側のロッド５に平行して、両端部をケーシング９に両端部を固定して取付けられたガイド棒６が伝達ブロック４を摺動可能に支持するように嵌合する嵌合穴４４が形成されていて、伝達ブロック４の作動を安定させ、構造上の、特に、ガイド棒６によるロッド５の曲げ強度対策のための補強がされている。
【００２１】
スコッチヨーク２は、図２に示すように、バルブステムがキー１４によって一体回転されるように一体にされるスコッチヨークボス２４、この所定の必要な長さを有するスコッチヨークボス２４のバルブステム嵌合軸穴１２が空けられていて、その外周部から同じ半径方向に突出する所定の長さのアーム２５を伝達ブロック４の反対側にも挟むように設けられている。図３に示す伝達ブロック４は、スコッチーク２の両アーム２５、２５をこれらのアーム２５、２５に面した両側にロッド５から遠隔の両隅部に略半円形断面を有する一対の押付部４１、４１が設けられていて、スコッチヨーク２のアーム２５が揺動しても、その接触がスムーズに得られるような形状にされている。この押付部４１、４１は、図３の裏面側においても他方側のアーム２５を受け入れるように設けられている。
【００２２】
上記構成のスコッチヨーク式作動装置は、パイプライン等に設けられたバルブの開閉の際に以下のように作用する。以下の説明では、一方のアクチュエータ７によりバルブの開放時に作動し、他方のアクチュエータ８によりバルブの閉塞時の作動するものとする。
バルブの開時には、一方のアクチュエータ７の空気出入口７３１からシリンダ７１内のピストン７１とシリンダ７１を閉じる蓋７３との間に圧力空気が供給されて、ピストン７１を押して、ロッド５と共に点線で示されるピストンの位置まで移動されると、スコッチヨーク２は、図１において、実線で示される位置から二点鎖線で示される位置まで揺動されることになる。その際、伝達ブロック４は、ロッド５とピン５２によって一体にされているので、ロッド５の移動と共にガイド棒６上を摺動して、伝達ブロック４の押付部４１、４１間の図１の右側の押付部４１と接触したスコッチヨーク２のアーム２５が押付部４１によって左方向に移動しながら押し付けて、ロッド５の左方向移動によりバルブステムの中心を軸心として左方向に揺動を始め、スコッチヨーク２の二点鎖線の位置まで揺動させ、バルブステムを回動させて、バルブの開放を行うことができる。
【００２３】
また、他方のアクチュエータ８が作動するときには、一方のアクチュエータ７と同様に、シリンダ８２の端部を閉じる蓋８３に設けられた空気出入口８２３から蓋８３とピストン８１との間に供給される圧力空気によってピストン８１を右方向に移動させ、ピストン８１と一体に固定されたロッド５が右方向に移動されて、伝達ブロック４を二点鎖線の位置から実線の位置まで移動させるので、伝達ブロック４の押付部４１に接触して押されるスコッチヨーク２のアーム２５が揺動して、バルブステム１を回動させて、バルブの閉鎖を行うことができる。
【００２４】
上記のスコッチヨーク式作動装置の有利な点を説明すると以下のようになる。その前に、従来型のスコッチヨーク式作動装置について、図６の力線図を参照して説明する。その前提として、バルブステム軸心からロッド５の中心までをＨとし、ロッド中心からガイド棒６までをまたＨとすると、バルブステム中心からガイド棒６まてば２Ｈとなる。ピストン７１、８１から発生してロッド５に伝えられた力Ｆは、ロッド５のみに伝えられ、このロッド５の力Ｆのみでスコッチヨーク２を揺動させる。それにより、ステム軸に与えるトルクは、図６に示されるように、Ｔ＝Ｒ・Ｗ、ここで、Ｒ１＝Ｆ／ｃｏｓθ、Ｈ＝Ｗ／ｃｏｓθのため、Ｔ＝ＦＨ／ｃｏｓ２４５°、θ＝４５°とすると、Ｔ＝２ＦＨη（η＝効率）となり、伝達ブロック４、ロッド５と平行なガイド棒６は、ロッド５の曲げ等強度上のサポートのみで、トルクの増大になっていない。本発明では、伝達ブロック４が強固なために、ガイド棒６とほぼ同一位置にある伝達ブロック４の押付部４１、４１にも同じＦなる力が伝わっているために、ガイド棒６で補強している図６と変わらぬ大きさで、図６より高出力を発生することができる。また、全開または全閉の位置のセットを従来の回転から直線で受けることができ、セットボルト９２、９３等に曲げなどの無理な力を働かせない利点がある。
【００２５】
また、本発明によるスコッチヨーク式作動装置におけるスコッチヨーク２の出力トルクを算出すると、図９に示す作用図によって説明することができる。上記ロッド５の中心のＦなる力は、中央部の長方形交差線で示す伝達ブロック４の全体に伝わる。そこで、バルブステムと、ロッド５と、ガイド棒６の中心との間の距離をそれぞれＨとし、その際のスコッチヨーク２の傾きをθとすると、各位置の関係は、図９の説明図に示すような関係になる。それから得られる出力トルクＴは、以下の式で得られる。
【００２６】
即ち、Ｔ＝２ｌ・Ｌ  ここで、２ｌ＝Ｆ／ｃｏｓθ、  Ｌ＝２Ｈ／ｃｏｓθ  である。
Ｔ＝Ｆ・２Ｈ／ｃｏｓ２４５  ここで、θ＝４５°とすると、
Ｔ＝Ｆ・２Ｈ／ｃｏｓ２４５＝２・Ｆ・２Ｈ＝４ＦＨ。
なお、従来の装置で得られる出力トルクは、Ｔ＝２ＦＨである。
【００２７】
本発明によるスコッチヨーク式作動装置においては、さらに伝達ブロック４には、バルブステム中心から遠隔の位置まで延びるスコッチヨーク２のアーム２５を有しているので、このアーム２５は、押付部４１、４１の構造上ガイド棒６よりも遠くなる外側まで延びることなる。この長さは、図１ではＰで示されていて、また、アーム２５の幅も利用すると、スコッチヨーク２のアーム２５の中心がアーム２５の幅の方向の側面になるために、スコッチヨーク２の角度は、同じであっても、スコッチヨーク２アーム２５と押付部４１、４１の当り面は大きくなるので、より高い出力トルク得られることになる。
【００２８】
この場合に、スコッチヨーク２のアーム２５が５°傾いた場所での出力トルクＴは以下のようになる。
即ち、Ｔ＝ＷＬ  ここで、ＷＬ＝（２ｌ＋Ｐ）Ｌ＝Ｆ／ｃｏｓθ、Ｌ＝２Ｈ／ｃｏｓθである。
Ｔ＝Ｆ２Ｈ／ｃｏｓ２θ  ここで、θ２＝５０°＝２．４２とすると、
Ｔ＝４．８４ＦＨ
となる。
【００２９】
ここで、従来のスコッチヨーク式作動装置と本発明の装置のバルブステムの回動に必要とする空気消費量を比較すると、以下に説明するように、同じである。というのは、ピストンとロッドの寸法を同一して、出力トルク多く出すにしても、ピストンとロッドの作動量は、同じであるからである。
消費空気量＝（π／４）Ｄ２＋π／４（Ｄ２−ｄ２）ＸＬ
ここで、Ｄ＝シリンダの直径、ｄ＝ロッドの直径、Ｌ＝バルブステムが９０°回転する長さである。
しかし、本発明によると、トルクに係る力は、伝達ブロック４を介して伝達ブロック４とガイド棒６が嵌合棒、嵌合穴４４とほぼ同一径の伝達ブロック４の両面側に設けた押付部４１、４２によってスコッチヨーク２のアーム２５を回転させる。しかしながら、流体圧の作用するロッド５のストロークは、従来のものと同一なので、空気消費量は変わらないという大きな特徴となっている。
【００３０】
上記実施の形態では、シリンダ７２、８２に受けた圧力空気（Ｎ２ガス等であってもよい）によりロッド５に伝わった力は、スコッチヨーク２には伝わらず、ピン５２ににより連結された伝達ブロック４に伝わり、伝達ブロック４の押付部４１、４１の間に設けられたスコッチヨーク２のアーム２５の両側部をバルブ開時およびバルブ閉時の各々押すので、この力でスコッチヨーク２を揺動させることになり、スコッチヨーク２の断面係数が不足する場合には、スコッチヨーク２の端部の斜視図である図４およびアーム２５、２５の中間部の断面図である図５に示すように、伝達ブロック４の押付部４１、４１に当接しない一体の補強部を設けてもよい。
【００３１】
また、上記実施の形態によるピストン、ロッドを使用するアクチュエータを用いたスコッチヨーク式作動装置だけでなく、アクチュエータとして、図７に示すようなラム式ピストン１００を使用してロッド５の運動をさせるようにしてもよい。
【００３２】
上記実施の形態では、詳細は説明、図示されていないが、ロッドの回転支持のためのベアリング、シールのためのＯリング等は、適宜必要な箇所に用いられているのは当然である。
【００３３】
さらに、図９に示したような出力トルクの説明図における、バルブステムと、ロッドと、ガイド棒との間の間隔は、自由に変更可能であり、これらの間隔を変えることによって、出力トルクを変えることも可能である。アクチュエータ７、８について、図１における右側のアクチュエータ７をバルブ開放側とし、左側のアクチュエータ８をバルブ閉塞側として説明しているが、逆に左側のアクチュエータをバルブ開側とし、右側のアクチュエータをバルブ閉側として用いてもよい。
【００３４】
また、アクチュエータは、ケーシングの一方側のみに設けて、ピストンの両側において圧力空気の供給、排気を行うことにより、伝達ブロックを作動するロッドの摺動を行うようにしてもよい。
【００３５】
以上述べたように、本発明によるスコッチヨーク式バルブ作動装置は、上記実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術範囲において実施し得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００３６】
１  バルブステム
２  スコッチヨーク
３  伝達ピン
４  伝達ブロック
５  ロッド
６  ガイド棒
７  一方のアクチュエータ
８  他方のアクチュエータ
９  ケーシング
１０  連絡管
１２  バルブステム嵌合軸穴
１４  バルブステムキー
２２  長孔
２４  スコッチヨークボス
２５  アーム
２６  補強部
４１  押付部
４２  ストッパ
４４  ガイド棒嵌合穴
４６  ピン穴
４８  ストッパ
５２  固定ピン
７１  開側ピストン
７２  開側シリンダ
７４  タイセットボルトナット
８１  閉側ピストン
８２  閉側シリンダ
９４  ボルト
９５  上蓋
１００  ラム式ピストン
７１２  Ｏリング
７３１  開側空気出入口
８２３  閉側空気出入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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