(57)【要約】  本発明はシリンダ軸を画定するシリンダを有するリニアアクチュエータを提供する。ピストンはシリンダ内をシリンダ軸に沿って運動可能であり、ピストンロッドは使用時にピストンの運動によって作動する機構へ接続するために、ピストンから軸方向に延伸する。回転出力機構が、シリンダからほぼ横方向に延伸しかつシリンダ軸にほぼ垂直な出力軸を中心として回転するように支持された回転出力要素を含む。回転出力機構はピストンの運動に応答し、回転出力要素はシリンダに取り付けられた計器と連動するように適合され、ピストンの軸方向運動が回転出力要素の対応する回転変位をもたらし、それによって使用時に計器がシリンダ内のピストン位置を示す出力信号を提供する。
2018534504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ軸を画定するシリンダと、
前記シリンダ内を前記シリンダ軸に沿って移動可能なピストンと、
使用時に前記ピストンの運動で作動する機構への接続のために、前記ピストンから軸方向に延伸するピストンロッドと、
前記シリンダからほぼ横方向に延伸し、かつ前記シリンダ軸にほぼ垂直な出力軸を中心に回転するように支持された回転出力要素を含む回転出力機構と、
を含み、
前記回転出力機構は前記ピストンの運動に応答し、かつ前記回転出力要素は前記シリンダに取り付けられた計器に連動するようになっており、
前記ピストンの軸方向運動が前記回転出力要素の対応する回転変位を与え、使用時に前記計器が前記シリンダ内の前記ピストンの位置を示す出力信号を提供する、リニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記回転出力要素は、前記計器の相補的回転入力要素に連動するように適合された回転駆動スピンドルを含む、請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記回転出力要素の回転変位の動作範囲は、前記計器の回転入力要素の回転変位の動作範囲に一致するように較正されている、請求項２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記回転出力機構は、前記回転出力要素の回転変位の前記動作範囲と、前記計器の関連する前記回転入力要素の回転変位の前記動作範囲とが、バルブ内の流れ制御要素の完全開放位置と完全閉鎖位置の間の全動作範囲に対応するように較正されている、バルブ機構に接続された請求項３に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記動作範囲は約９０°である、請求項３又は請求項４に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記動作範囲は約５５°である、請求項３又は請求項４に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項７】
前記回転出力機構はアクチュエータと一体的に製造されている、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項８】
前記回転出力機構はアクチュエータに後付けできるようになっている、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項９】
前記回転出力機構は、前記シリンダ内で十文字状に旋回可能に相互連結された複数の細長のリンク要素を含み、各端部にピボット軸を有するシザー型のリンク機構を含む、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１０】
前記リンク機構の可動端はピストンクラウンに接続され、かつ前記リンク機構の反対側の固定端は、前記シリンダ内でシリンダヘッドに隣接して支持される、請求項９に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１１】
固定端における前記リンク要素の１つは、前記固定端における前記リンク機構の前記ピボット軸が前記回転出力要素と同軸となる状態で前記回転出力要素と動作可能に接続され、これによって前記ピストンの軸方向変位が前記回転出力要素の対応する回転変位をもたらす、請求項９又は請求項１０に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１２】
前記回転出力機構は、前記シリンダ内に収容された相補的な歯付きピニオンギヤに係合可能な、比較的剛性の高い歯付き駆動ベルトを含む、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１３】
前記駆動ベルトは一端がピストンクラウンに接続され、前記ピニオンギヤは、前記シリンダ内でシリンダヘッドに隣接して支持される、請求項１２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１４】
ピニオンホイールは前記回転出力要素と同軸に接続され、ガイド手段が前記駆動ベルトのピニオンとの連動を保持して、前記ピストンの軸方向変位が前記駆動ベルトの対応する変位をもたらし、それが前記ピニオンを回転させて前記回転出力要素の対応する回転変位を生じさせる、請求項１２又は請求項１３に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１５】
前記回転出力機構は、ピストンクラウンの下のピストンロッド上に歯形を含み、前記シリンダ内に収容された相補的な歯付きピニオンギヤに係合可能である、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１６】
前記ピニオンギヤは前記回転出力要素に接続されて、前記ピストンの軸方向変位が前記回転出力要素の対応する回転変位をもたらす、請求項１５に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１７】
前記回転出力要素は、ピストンロッド内にピストンクラウンを通って圧力室内へ摺動可能に延伸する圧力管と、前記圧力管内の圧力変化に応答して前記回転出力要素の回転運動を誘起するように適合された変換機構とを含み、前記ピストンの軸方向変位が前記圧力管内の対応する圧力変化を誘起し、前記回転出力要素の対応する回転変位をもたらすようになっている、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１８】
前記変換機構はブルドン管を含む、請求項１７に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１９】
前記回転出力機構は、前記シリンダ軸に対して傾いた傾斜面を画定する、ピストンロッド上の円錐台構造と、前記シリンダ軸にほぼ直交し、かつ前記傾斜面に対して転動又は摺動係合するように適合された傾斜係合構造とを含み、前記ピストンの軸方向変位が前記傾斜係合構造の対応する横方向すなわち径方向の変位を誘起するようになっている、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２０】
前記回転出力機構は変換機構を含み、これにより前記傾斜係合構造の横変位が前記回転出力要素の対応する回転運動に変換され、前記ピストンの軸方向変位が前記回転出力要素の対応する回転変位をもたらすようになっている、請求項１９に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２１】
前記変換機構はギヤ列又はギヤボックスを含む、請求項２０に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２２】
前記回転出力機構は、横方向軸を中心として回転するように前記シリンダ内に支持されたばね付勢の駆動スプールと、ピストンクラウンから前記駆動スプールまで延びる可撓性ケーブルとを含む、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２３】
前記駆動スプールは駆動軸に連結され、前記回転出力要素に接続されて、前記ピストンの軸方向変位が前記駆動スプール及び駆動軸の回転変位を生じさせて前記回転出力要素の対応する回転変位をもたらす、請求項２２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２４】
前記ピストン又はピストンロッドは、１自由度のみの軸方向運動に拘束されている、請求項１〜請求項２３のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２５】
前記回転出力機構は、前記シリンダ内の前記ピストン又はピストンロッドのいかなる回転変位にも独立して動作するように構成された、請求項１〜請求項２３のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２６】
前記計器は、中間取付けブラケットアセンブリによって前記シリンダの側壁に取り付けられるように適合された、請求項１〜請求項２５のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２７】
アクチュエータの前記シリンダ内の前記ピストンの軸方向運動が、出力機構の前記回転出力要素の対応する回転変位をもたらし、それによって前記シリンダ又は前記回転出力機構に取り付けられた回転計器が使用時に前記シリンダ内の前記ピストンの位置を示す出力信号を提供するようになっている、請求項１〜請求項２６のいずれか一項によるリニアアクチュエータへの接続に適合された回転出力機構。
【請求項２８】
リニアアクチュエータのシリンダ内のピストン位置を示す方法であって、
前記リニアアクチュエータは、
シリンダ軸を画定するシリンダと、
前記シリンダ内を前記シリンダ軸に沿って移動可能なピストンと、
機構へ接続して、使用時に前記ピストンの運動が前記機構を作動させるための、前記ピストンから軸方向に延伸するピストンロッドと、
を含み、
前記方法は、
前記シリンダからほぼ横方向に延伸し、かつ前記シリンダ軸にほぼ直交する出力軸を中心として回転するように支えられた回転出力要素を含む回転出力機構を提供し、前記回転出力機構が前記ピストンの運動に応答するステップと、
前記回転出力要素を前記シリンダに取り付けられた計器と連動させるために接続し、それによって前記ピストンの軸方向運動が、前記回転出力要素の対応する回転変位をもたらすステップと、
を含み、
前記計器は前記シリンダ内の前記ピストンの位置を示す出力信号を提供する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にアクチュエータに関し、より具体的にはリニアアクチュエータに関する。本発明は、多様な工業プロセスにおいて関連するパイプライン、導管、流路、又はダクトを通る流体の流れを制御するために、バルブ動作を容易にすることを主眼として開発されたものであり、主としてこの文脈で説明する。ただし、本発明はこの特定の用途に限定されるものでないことは理解されたい。また、主として油圧及び空気圧のアクチュエータに関して説明するが、本発明は機械及び電気機械のアクチュエータを含む任意の形式のリニアアクチュエータに適用可能であり得ることも理解されたい。
【背景技術】
【０００２】
先行技術に関する以下の議論は、本発明を適切な技術内容に位置づけし、その利点をより完全に理解できるようにすることを意図している。ただし、本明細書における先行技術のいかなる参照も、そのような技術が関連分野において周知又は共通の一般的知識であることを明示的又は暗示的に認めるものとして解釈されるべきではない。
【０００３】
化学、石油化学、鉱業、鉱物加工、食品加工と包装、配水、汚水処理及び他の工業を含む広範な工業分野において、パイプライン内の流体の流れを制御するための多様なバルブが知られている。そのような環境において種々の目的のために使用されるバルブの例としては、バタフライバルブ、ゲートバルブ、ナイフバルブ、ボールバルブ、ポペットバルブ、プラグバルブ、ダートバルブ、ピンチバルブ、ダイアフラムバルブなどがある。工業及び商業規模の操業において流量制御目的で使用される大多数のバルブは、バタフライバルブやボールバルブなどの回転型のバルブであり、所望の流れ制御は、バルブ本体内の流れ制御要素の開位置と閉位置の間の回転運動により行われる。
【０００４】
自動または半自動のプロセス制御システムにおいてこれらのバルブの正確な制御を達成するためには、バルブ内の流れ制御要素の実際の位置を正確に示す出力信号を生成することが一般に必要であるか又は非常に望ましい。最低限でも目視による迅速かつ高信頼な検証を可能とするために、バルブ位置の視覚表示をすることが望ましいことが多い。
【０００５】
この目的のために、バルブが完全に開放または閉鎖されたときに制御信号を発生するようになったリミットスイッチ、プロセス制御信号に応答してバルブを正確に位置づけるようになったポジショナ、バルブ位置の直接の視覚表示を提供するようになった位置表示器などの広範な計器が開発されてきた。ただし、大部分の工業用制御バルブが回転設計であるために、バルブ位置を示す回転入力を直接受け取れるようになっているという点で、位置表示及び制御に入手可能な大多数の計器及びセンサは同様に回転型の設計である。
【０００６】
例えば、本文脈におけるバタフライバルブ及びボールバルブは一般的にはバルブ本体から突き出た出力スピンドルを備え、本体内の流れ制御要素に直接または間接的に接続されている。そうして流れ制御要素の開放位置と閉鎖位置の間の回転が出力スピンドルの対応する回転を作り出すようになっている。所要のリミットスイッチ、ポジショナ、表示または検出計器が出力スピンドルに直接係合するようにバルブ本体に取り付けられて、バルブ内の流れ制御要素の位置に従って、所望の応答をするように較正される。ほとんどの場合、完全開放位置と完全閉鎖位置との間の移動は、回転流れ制御要素の９０°までの回転運動に対応する。これにより、同じ９０°以内の出力スピンドルの対応する回転運動が生成され、それに応じて関連するポジショナ又はセンサが較正される。
【０００７】
ほとんどの工業規模のバルブは回転タイプであるが、ゲートバルブ、ナイフバルブ、スライドバルブ、ピンチバルブ、プラグバルブ、ダートバルブなどのいくつかのバルブは、流れ制御が流れ制御要素の開位置と閉位置の間の直線変位又は並進変位に基づくという意味で、リニアタイプである。このタイプのバルブは、リニアアクチュエータによって最も効率的かつ効果的に制御される。ただし、そのような場合、バルブと対応するアクチュエータのいずれも動作上の動きは本質的に直線的であるので、前述した最も容易に入手できる、ナムール（Ｎａｍｕｒ）型計器などのセンサ、ポジショナ及び指示器は、回転入力に依存するので直接使用することはできない。このことが、自動、半自動、又は手動を問わず関連するプロセス制御をより不正確とし、信頼性を下げ、及び／又はより複雑で高価なものにする。
【０００８】
この問題を改善する試みとして、リニアアクチュエータ内で直線から回転への変換機構を提供することが提案されてきた。ただし、この種の既知の機構は本質的には、シリンダの頂部に外部回転出力部品を提供するものである。多くの設備において、特にガードレール、安全スクリーンなどの背後に位置する大容量のアクチュエータを含む大規模設備において、周囲空間の制約及びアクセス条件によってはこの配置が従来型の計器又は表示器へのアクセスおよび視覚検査を困難とし、危険性の高いものとする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、先行技術の一つ又は複数の欠点を克服ないしは改善し、あるいは少なくとも有益な代替技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
したがって第１の態様において本発明は、シリンダ軸を画定するシリンダと、シリンダ内をシリンダ軸に沿って移動可能なピストンと、使用時にピストンの運動で作動する機構への接続のためにピストンから軸方向に延伸するピストンロッドと、シリンダからほぼ横方向に延伸しかつシリンダ軸にほぼ垂直な出力軸を中心に回転するように支持された回転出力要素を含む回転出力機構と、を含むリニアアクチュエータを提供する。回転出力機構はピストンの運動に応答し、かつ回転出力要素はシリンダに取り付けられた計器に連動するようになっており、ピストンの軸方向運動が回転出力要素の対応する回転変位を与え、使用時に計器がシリンダ内のピストンの位置を示す出力信号を提供する。
【００１１】
好ましくは、リニアアクチュエータは油圧アクチュエータ又は空気圧アクチュエータである。好ましくは、計器はポジショナ又は位置表示器である。一実施形態において、アクチュエータが接続される機構はバルブ機構であり、かつ好ましくは、ゲートバルブ、ナイフバルブ、ダートバルブ、プラグバルブ又はピンチバルブなどのリニア型のバルブである。
【００１２】
好ましくは回転出力要素には、計器の相補的回転入力要素に連動するように適合された回転駆動スピンドルが含まれる。
【００１３】
一実施形態において、計器は中間取付けブラケットアセンブリによってシリンダの側壁に取り付けられるようになっている。いくつかの実施形態において、計器はナムール型計器である。
【００１４】
いくつかの実施形態において、出力信号はシリンダ内のピストン位置を視覚表示するようになった目視型ゲージである。いくつかの実施形態において出力信号は、電気制御信号、好ましくはナムール互換の制御信号である。いくつかの実施形態において計器は、視覚出力表示と電気出力制御信号の両方を提供する。
【００１５】
好ましくは、回転出力要素の回転変位の動作範囲は、計器の回転入力要素の回転変位の動作範囲に一致するように較正される。これは例えば、回転出力機構、補助ギヤボックス、又は中間運動変換機構の固有の設計によって達成され得る。いくつかの好適な実施形態において、通常のナムール型計器との直接の互換性のために動作範囲は約９０°である。他の実施形態では、他の標準的な構成の計器との互換性のために動作範囲は約５５°である。
【００１６】
アクチュエータがバルブ機構に接続された実施形態において、回転出力機構は、回転出力要素の回転変位の動作範囲と計器の関連する回転入力要素の回転変位の動作範囲とが、バルブ内の流れ制御要素の完全開放位置と完全閉鎖位置の間の全動作範囲に対応するように構成されていることが好ましい。こうして、計器は好ましくはバルブそのものの動作位置を直接的に示す（視覚的及び／又は電気的）出力信号を提供する。
【００１７】
いくつかの実施形態において、回転出力機構はアクチュエータと一体的に製造され、他の実施形態では、回転出力機構が従来型アクチュエータに後付けできるようになっている。
【００１８】
一実施形態において回転出力機構は、シリンダ内で十文字状すなわち「Ｘ」状に旋回可能に相互連結された複数の細長のリンク要素を備え、各端部にピボット軸を有するシザー型又はパンタグラフ型リンク機構を含む。好ましくは、リンク機構の可動端はピストンクラウンに接続され、かつリンク機構の反対側の固定端はシリンダ内でシリンダヘッドに隣接して支持される。固定端におけるリンク要素の１つは好ましくは、固定端におけるリンク機構のピボット軸を回転出力要素と同軸にした状態で回転出力要素と動作可能に接続され、それによってピストンの軸方向変位が回転出力要素の対応する回転変位をもたらす。
【００１９】
一実施形態において、回転出力機構は、シリンダ内に収容された相補的な歯付きピニオンギヤに係合可能な、比較的剛性の高い歯付き駆動ベルトを含む。駆動ベルトは好ましくは一端が前記ピストンクラウンに接続され、ピニオンギヤはシリンダ内でシリンダヘッドに隣接して支持される。ピニオンホイールが好ましくは回転出力要素と同軸に接続され、ガイド手段が好ましくは駆動ベルトとピニオンの連動を保持して、ピストンの軸方向変位が駆動ベルトの対応する変位をもたらし、それがピニオンを回転させて回転出力要素の対応する回転変位を生じさせる。一実施形態において、ガイド手段はシリンダヘッドの隣接する内面の形をとる。好ましくは駆動ベルトが十分に剛性が高くて、実質的にピストン変位に比例して駆動力をピニオンに伝達可能であり、その一方で十分に可撓性があって通常範囲の動作上の動きではその自由端がシリンダ内に保持され得る。
【００２０】
一実施形態において、回転出力機構はピストンクラウンの下のピストンロッド上に歯形又は歯付きのラックを含み、シリンダ内に収容された相補的な歯付きピニオンギヤに係合可能である。好ましくはピニオンギヤが回転出力要素に接続され、それによってピストンの軸方向変位が回転出力要素の対応する回転変位をもたらす。
【００２１】
一実施形態において、回転出力要素は、ピストンロッド内にピストンクラウンを通って圧力室内へ摺動可能に延伸する圧力管と、圧力管内の圧力変化に応答して回転出力要素の回転運動を誘起するように適合された変換機構とを含み、ピストンの軸方向変位が圧力管内の対応する圧力変化を誘起し、回転出力要素の対応する回転変位をもたらすようになっている。一実施形態において、変換機構にはブルドン管が含まれる。
【００２２】
一実施形態において、回転出力機構は、シリンダ軸に対して傾いた傾斜面を画定する、ピストンロッド上の円錐台構造と、シリンダ軸にほぼ直交しかつ傾斜面に対して転動又は摺動係合するように適合された傾斜係合構造とを含み、ピストンの軸方向変位が係合構造の対応する横方向すなわち径方向の変位を誘起するようになっている。この実施形態において、回転出力機構は変換機構を含み、これにより係合構造の横変位が回転出力要素の対応する回転運動に変換され、ピストンの軸方向変位が回転出力要素の対応する回転変位をもたらすようになっている。好適な一形態において、変換機構はギヤ列又はギヤボックスを含む。
【００２３】
一実施形態において、回転出力機構は、横方向軸を中心として回転するようにシリンダ内に支持されたばね付勢の駆動スプールと、ピストンクラウンから駆動スプールまで延びる可撓性ケーブルとを含む。駆動スプールは好ましくは駆動軸に連結され、それが好ましくは回転出力要素に接続されて、ピストンの軸方向変位が駆動スプール及び駆動軸の回転変位を生じさせて回転出力要素の対応する回転変位をもたらす。
【００２４】
いくつかの実施形態において回転出力機構は、ピストン又はピストンロッドが１自由度（すなわち軸方向変位）のみの移動に拘束され、かつ特にシリンダ内での相対的回転変位が防止されることを必要とし得る。そのような場合、本発明のいくつかの形態において回転防止機構が導入される。この機構はシリンダ内部または外部であってもよく、あるいはピストン又はシリンダの設計に固有であってもよい。別の形態では、回転出力機構がシリンダ内のピストン又はピストンロッドの回転変位とは独立して動作するように取り付けられるかそのように構成されている。
【００２５】
いくつかの実施形態において、ピストンとシリンダは対応する非円形断面形状を有し、それによってピストンとシリンダの間の相対回転を防ぎつつ相対的な軸方向変位を可能とする。
【００２６】
好適な一実施形態において、ピストンとシリンダは対応する正方形又は矩形の断面形状を有する。好適な一実施形態において、ピストンとシリンダは対応する卵形又は楕円形の断面形状を有する。他の実施形態では、断面形状は三角形、五角形、六角形、八角形、又は他の多角形をしている。一実施形態において、ピストンとシリンダは主として対応する円形断面形状を有する。ただし、相対的な回転を防止するために、軸方向に延伸する相補的な鍵と鍵溝構造を組み込んでいる。
【００２７】
好ましくは、シリンダ内壁と摺動可能に密封係合するために、対応する形状のシールがピストンの周囲側壁又は側部スカート内に固定的に保持される。
【００２８】
本発明は更なる態様において、アクチュエータのシリンダ内のピストンの軸方向運動が、出力機構の回転出力要素の対応する回転変位をもたらし、それによって使用時にシリンダ又は回転出力機構に取り付けられた回転計器がシリンダ内のピストン位置を示す出力信号を提供するようになった、前述のリニアアクチュエータへの接続に適合した回転出力機構を提供する。
【００２９】
別の態様において本発明は、リニアアクチュエータのシリンダ内のピストン位置を示す方法を提供する。このリニアアクチュエータは、シリンダ軸を画定するシリンダと、シリンダ内をシリンダ軸に沿って移動可能なピストンと、使用時にピストンの運動で作動する機構への接続のための、ピストンから軸方向に延伸するピストンロッドとを含む。
この方法は、シリンダからほぼ横方向に延伸し、かつシリンダ軸にほぼ直交する出力軸を中心として回転するように支持された回転出力要素を含む回転出力機構を提供して、回転出力機構がピストンの運動に応答するようにするステップと、回転出力要素をシリンダに取り付けられた計器と連動させるために接続し、それによってピストンの軸方向運動が、回転出力要素の対応する回転変位をもたらすステップとを含み、この計器は前シリンダ内のピストン位置を示す出力信号を提供するようになっている。
【００３０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を例示としてのみ説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明によるアクチュエータの斜視図である。
【図２】図１に示すアクチュエータの側面断面図である。
【図３】回転出力機構及び関連する位置決め計器をより詳細に示した、図１及び図２のアクチュエータの拡大展開斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による、アクチュエータのシリンダ内のピストンに接続された回転出力機構の正面断面図である。
【図５】図４のアクチュエータの側面断面図であり、回転出力機構をより詳細に示す。
【図６】本発明の第２の実施形態による回転出力機構を組み込んだアクチュエータを示す正面断面図である。
【図７】図６に示すアクチュエータの側面断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態による回転出力機構を組み込んだアクチュエータを示す正面断面図である。
【図９】図８に示すアクチュエータの側面断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態による回転出力機構を組み込んだアクチュエータを示す側面断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態による回転出力機構を組み込んだアクチュエータの側面断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態による回転出力機構を組み込んだアクチュエータの正面断面図である。
【図１３】図１２に示すアクチュエータの側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
最初に図１〜図３を参照すると、本発明は第１の態様において、シリンダ軸（３）を画定するシリンダ（２）と、シリンダ（２）内をシリンダ軸に沿って摺動可能に移動可能なピストン（４）とを含む、リニアアクチュエータ（１）を提供する。ピストンロッド（１０）は、ロッド末端の継手を介してバルブアセンブリ（図示せず）などの外部機構へ接続するために、ピストンから軸方向に延伸している。したがって使用時には、アクチュエータが動作可能に接続されている外部バルブ又は他の機構が、ピストンの運動によって作動されるか制御される。図示した実施形態においては、アクチュエータは油圧または空気圧のアクチュエータであり、流体の入出ポート（１２）を介して油圧または空気圧の回路からの流体圧力を受けるようになっている。ただし本発明は、電気、電磁気、電気機械、及び機械によるアクチュエータを含む、他の形態のリニアアクチュエータとの使用に適合させ得ることを理解されたい。さらに、本発明は単動式又は複動式の油圧または空気圧アクチュエータとの使用に適合させることができる。
【００３３】
回転出力機構（１５）は、回転出力要素を含む。これは好ましくは出力駆動スピンドル（１８）の形態であって、ハブ又はボス（２０）を介してシリンダ（２）からほぼ横方向すなわち半径方向に延伸して、シリンダ軸に対してほぼ直角な出力軸を中心に回転する。回転出力機構（１５）は以下で詳細を述べる様々な手段によってピストンの運動に応答し、回転出力駆動スピンドル（１８）は、シリンダに直接または間接的に取り付けられた計器（２２）に連動するように適合されている。このようにして、ピストン（４）の軸方向運動が駆動スピンドル（１８）の対応する回転変位をもたらし、それによって計器がシリンダ内のピストン位置を示す出力信号を提供する。
【００３４】
いくつかの好適な実施形態において、計器はポジショナ又は位置表示器であり、好ましくは回転出力機構の駆動スピンドルと連動するように適合された回転入力要素を組み込んでいる。図３から最もよくわかるようにいくつかの実施形態における計器は、取付けブラケットアセンブリ（２６）によってシリンダの側壁（２５）に取り付けられるようになっている。
【００３５】
好適な実施形態において、アクチュエータと関連する回転出力機構は「ナムール」型計器と共に使用されるようになっており、ナムール基準に従うように構成されている。図に示す特定の計器は、アクチュエータのシリンダ内のピストン位置の視覚表示を、回転ダイアル又はその他の好適な表示又はディスプレイの形態で表示するように適合された目視型ゲージ（２８）を含んでいる。図に示す実施形態において計器は、アクチュエータ位置をモニタ又は制御するための制御システムの一部として使用するために、電気制御信号、好ましくはナムール適合制御信号を生成するようにも適合されている。このために計器には、当業者にはよく知られている種類の相補的なナムールセンサ又はプローブを受けるように適合された、ねじ溝の切られた接続ポート（３０）が含まれている。
【００３６】
有利なことには、駆動スピンドル（１８）などの回転出力要素の回転変位の動作範囲は、その計器の関連する回転入力要素を介して計器の回転変位の動作範囲に一致するように較正されている。これは例えば所望の回転変位範囲を生成するための回転出力機構の固有の設計により、またはそれに替わって別の補助的なギヤボックス、中間変換モジュール又はそれに類似の機構によって達成し得る。いくつかの好適な実施形態において、通常のナムール型計器との直接の互換性を有するために動作範囲は約９０°である。他の実施形態では、いくつかのナムール型計器を含む他の標準的な計器構成との互換性のために動作範囲は約５５°である。
【００３７】
アクチュエータがバルブアセンブリに接続される本発明の適用形態において、回転出力機構（１５）は、駆動スピンドル（１８）の回転変位の動作範囲と、モニタ計器又は位置決め計器（２２）の関連する回転入力要素の回転変位の動作範囲とが、バルブ内の流れ制御要素の完全開放位置と完全閉鎖位置の間の全動作範囲の運動に応答するように理想的に較正される。こうして計器は好ましくは、バルブそのものの動作位置を直接的に示す（モニタ又は制御のための視覚的及び／又は電気的な）出力信号を提供することが理解されるであろう。
【００３８】
次に図４を参照すると、同様の特徴は対応する参照番号が付けられているが、第１の実施形態において回転出力機構（１５）には、シリンダ内で十文字形状すなわち「Ｘ」形状に旋回可能に相互連結された複数の細長のリンク要素（３３）を備え、各端部にピボット軸を有するシザー型又はパンタグラフ型のリンク機構（３２）が含まれている。より具体的には、リンク機構の可動端がピストンクラウン（３６）に接続され、リンク機構の反対側の固定端がシリンダヘッド（３８）の内面に隣接して支持されている。固定端でのリンク機構のピボット軸が駆動スピンドルと同軸であって、上側固定端においてリンク要素（３３）の１つは駆動スピンドル（１８）に動作可能に接続されている。これにより、シリンダ内でのピストンの軸方向変位が、駆動スピンドルの対応する回転変位をもたらし、これが次に計器（２２）、典型的にはポジショナ又は位置表示器に接続されている。この実施形態において、リンク機構は通常ピストンを拘束してシリンダ内で相対的な回転変位をさせないようにすることが必要である。この拘束をするために回転防止機構が導入されてもよい。それは例えばシリンダ内壁に沿って軸方向に延伸する鍵溝と、ピストンから半径方向外向きに突出して鍵溝に摺動係合する相補的な鍵である。他の形態では、ピストンとシリンダは対応する非円形断面輪郭を有し、それによってピストンとシリンダの間の相対回転を防ぎつつ相対的な軸方向変位を可能とする。
【００３９】
ただし、いかなる形態であれそのような回転防止機構は通常複雑さが増して経費がかさむ。この必要性を回避するために、リンク機構（３２）とピストンクラウン（３６）の間に回り継手アセンブリ（３９）を介在させる。回り継手アセンブリはリンク機構とピストンの間に相対的な回転変位を可能とし、それによってピストンとシリンダの間の相対回転を防止する必要性をなくす。
【００４０】
図６と図７は更なる実施形態を示す。ここでは回転出力機構（１５）が、相補的なピニオンギヤ（４２）と係合可能な比較的剛性の高い歯付き駆動ベルト（４０）を含む。駆動ベルト（４０）は一端がピストンクラウン（３６）に接続される。その一方でピニオンギヤ（４２）がシリンダ内でシリンダヘッド（３８）に隣接して回転可能に支持される。ピニオンギヤ（４２）は回転出力要素すなわち駆動スピンドル（１８）と同軸に接続され、かつ必要があれば駆動ベルトのピニオンとの連動を保持するためにガイド手段が使用される。こうして、シリンダ内のピストンの軸方向変位が駆動ベルト（４０）の対応する変位をもたらし、それが次にピニオンを回転させて出力駆動スピンドル（１８）の対応する回転変位をもたらす。図示した実施形態では、シリンダヘッドの隣接する内面が実効的にガイド手段となる。ただし他の実施形態において、補助的なガイドトラック、ガイド面、ガイド溝、又はガイド車輪を使用して駆動ベルトをシリンダ内に支持し、かつ正確に位置決めしてもよい。この構成における駆動ベルトはピストン変位に実質的に比例して駆動力をピニオンに伝達できるように十分な剛性を持ち、その一方で、通常の動作上の動きの範囲を通してその自由端が巻き取られてシリンダ内に保持され得るように十分な可撓性が必要なことは理解されるであろう。この実施形態では、駆動ベルトとピストンの間に介在する回り継手機構（３９）が回転出力機構とピストンとの間の相対的回転変位を可能とし、それによってピストンとシリンダの間の相対回転防止の必要性をなくしている。
【００４１】
更なる実施形態を図８と図９に示す。ここでも類似の特徴は対応する参照番号で記す。この場合、回転出力機構（１５）は、ピストンロッド（１０）に直接形成された歯形（４６）、又はピストンロッドのピストンクラウンの下に取り付けられた歯付きラックを含む。ピストンロッド上の歯（４６）はシリンダ内に収容された相補的なピニオンギヤ（４８）と係合可能である。ピニオンギヤ（４８）は回転出力駆動スピンドル（１８）に接続され、それによってピストンの軸方向変位が駆動スピンドルに対応する回転変位をもたらし、そこに接続された計器（２２）と相互作用する。
【００４２】
図１０に示すように更なる実施形態において、回転出力機構（１５）が、シリンダ内で軸方向に配向し、かつピストンクラウン（３６）を貫通してピストンロッド（１０）内に画定された圧力室（５２）の中に摺動可能に延伸する圧力管（５０）を含む。圧力管（５０）の上端は、シリンダを通って半径方向の外側へ延伸し、圧力管内の圧力変化に応答して出力駆動スピンドル（１８）の回転運動を誘起するように適合された変換機構（５４）に至る。好適な一実施形態では変換機構（５４）は、図１０の拡大詳細図に最もよく表されているブルドン管装置（５６）を含む。変換機構は、シリンダの外側壁に取り付けられるようになったハウジング（５８）内に配置される。ポジショナあるいはその他の計器（２２）は、中間取付けブラケットアセンブリ（５９）によって、駆動スピンドルとの係合のためにハウジング（５８）に動作可能に接続される。こうしてピストンの軸方向変位が圧力管内の対応する圧力変化を誘起し、それが出力駆動スピンドル（１８）の対応する回転変位をもたらして、それによって計器への回転制御入力が提供される。有利にはこの実施形態は、回転出力機構の動作に影響を及ぼさずに、シリンダ内でのピストンの回転変位を本質的に許容可能である。
【００４３】
本発明の更なる実施形態を図１１に示す。この場合回転出力機構（１５）は、シリンダ軸に対して傾斜した傾斜面（６２）を画定する、ピストンロッド（１０）上の円錐台構造（６０）を含む。遠位端部にローラ（６５）が組み込まれた傾斜係合アセンブリ（６４）が傾斜面（６２）と係合するために支持されて、それによってピストンの軸方向変位が傾斜係合アセンブリ（６４）の対応する横方向すなわち径方向の変位を誘起する。この実施形態では、回転出力機構（１５）はさらに変換機構（６６）を含み、それによって傾斜係合アセンブリ（６４）の横変位が出力駆動スピンドル（１８）の対応する回転運動に変換される。この実施形態もまた、回転出力機構の動作に影響を及ぼさずにピストンのシリンダ内での回転変位を本質的に許容可能である。
【００４４】
より具体的にはこの実施形態においては傾斜係合アセンブリが、シリンダ壁を通して横方向すなわち半径方向外向きに延伸する作動ロッド（６７）を含んでいる。作動ロッドの遠位端部にはピニオンギヤ（７０）と係合するようになった歯形（６８）が含まれている。ピニオンギヤ（７０）は第１の傘歯車（７２）に接続され、これは第１の傘歯車に対して９０°傾いた第２の傘歯車（７３）に係合する。次に第２の傘歯車（７３）は出力駆動スピンドル（１８）に接続されている。このギヤ列はシリンダの側壁へ取り付けられたハウジング（７４）内に支持され、駆動スピンドル（１８）がそこから外へ延伸している。計器（２２）はハウジング（７４）に取り付けられた中間ブラケットアセンブリ（５９）によって変換機構（６６）に連動するように取り付けられている。そうしてピストンの軸方向変位が出力駆動スピンドルの対応する回転変位をもたらし、それによって対応する回転入力を計器に提供する。
【００４５】
更なる実施形態を図１２と図１３に示す。ここでも類似の特徴は対応する参照番号で記す。この実施形態において回転出力機構（１５）は、シリンダ内で横軸を中心に回転するように支持された、ばねで付勢された駆動スプール（８０）を含んでいる。可撓性のケーブルまたはコード（８２）がピストンクラウン（６６）から駆動スプールへ延伸している。ばね機構が、ピストンの上昇につれてケーブルを連続的にスプール上に巻上げ、そしてピストンの下降と共にケーブルを巻き戻させる。このときピストンのストローク中はケーブルの張力を維持する。駆動スプールは駆動軸（８４）に連結され、これが出力駆動スピンドル（１８）に直接接続されている。これにより、ピストンの軸方向変位が駆動スプール及び駆動軸の回転変位を生じさせて出力駆動スピンドルの回転をもたらし、それによりポジショナ又は他の計器（２２）への対応する回転入力を提供する。
【００４６】
これらの例示した実施例のそれぞれにおいて、回転出力機構に接続された計器は、それがセンサ、表示器、ポジショナ、あるいは他の計器の形態であっても、アクチュエータの側部に直接または間接的に取り付け可能であることがわかる。これにより計器は検査のために簡単に目視可能であり、取替え、メンテナンス又は修理のためにアクチュエータのすぐ側の位置から容易にアクセス可能である。安全上の理由で典型的にガードレール又はスクリーンの後ろに配置されてシリンダヘッドが典型的に高い位置にある、大容量のアクチュエータを含む大規模な設備において、これは顕著な利点である。そのような設備においてはアクチュエータの上部は特に見えにくく、メンテナンス、検査、又はモニタのためのアクセスがしにくいので、上部取り付け型又は上向き型計器は特にアクセスと読取りが困難である。いくつかの構成において、これはシステムオペレータ及び監視員又は保守員に対する安全上のリスクとなり得る。
【００４７】
さらに、システムに回転入力用に設計された従来のナムール型又は類似の設備との互換性をもたせる回転出力機構は、リニアアクチュエータとの使用が通常は実現不能であるか、または（かなりの複雑さと出費を伴わない限り）容易に使用できるようにはならない。
【００４８】
また回転出力機構は有利には、基本設計と構成上の制約によって、アクチュエータと一体的に製造するか、又は既存のアクチュエータに後付けで適用できるようにするかのいずれも可能であることを理解されたい。さらに、様々な好適な実施形態における回転出力機構は、シリンダ内のアクチュエータピストンの回転変位による影響を本質的に受けないか、あるいはそのような変位から容易に分離可能であって、複雑かつ高価になり得る回転防止機構の必要性が排除される。いくつかのバルブ設計が、通常の使用においてピストンの相対的回転を防止するためのピストンロッドの拘束を本質的にはしないことから、このことは重要である。これら及びその他の観点から、本発明が先行技術に対して現実的かつ商業的に重要な改善を提示することが理解されるであろう。
【００４９】
本発明を特定の実施例を参照して説明したが、当業者であれば本発明は他の多くの形態で実現され得ることが理解されるであろう。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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