(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転レバーを有し、スプライン端部付き弁棒を有する流量制御バルブを制御するロータリーバルブアクチュエータにおける、回転レバーと弁棒のスプライン端部の間の改良されたロータリーアクチュエータ駆動接続構造であって：
上記回転レバーの中空ボア；
上記中空ボアに実質的に一致する外面を有し、上記ボア内に挿入され、上記弁棒のスプライン端部を保持する内面を有するスリーブ；
回転レバーにねじ込まれて上記スリーブ外面に押圧されて係合し、これにより、スリーブを上記弁棒のスプライン端部に固定し、回転レバーと弁棒とを駆動可能に接続する止めねじ；
とを備えてなるロータリーアクチュエータの駆動接続構造。
【請求項２】
上記スリーブの外面に、上記止めねじと係合する平面部を有する請求項１記載のロータリーアクチュエータ駆動接続構造。
【請求項３】
上記止めねじが、先端にスリーブの上記平面部と係合する先端平面部を有する請求項２記載のロータリーアクチュエータ駆動接続構造。
【請求項４】
上記回転レバーに、上記止めねじをねじ込む弁棒固定用突出部が突設されている請求項１記載のロータリーアクチュエータ駆動接続構造。
【請求項５】
上記止めねじをねじ込む弁棒固定用突出部と一致する上記スリーブの外面に平面部が設けられている請求項４記載のロータリーアクチュエータ駆動接続構造。
【請求項６】
上記止めねじが、上記スリーブの平面部と係合する先端平面部を有している請求項５記載のロータリーアクチュエータ駆動接続構造。
【請求項７】
上記中空ボアが回転レバーの中心軸に沿って形成されていることにより、回転レバーが実質的に円筒状を呈している請求項１記載のロータリーアクチュエータ駆動接続構造。
【請求項８】
上記スリーブの外面が縦割りされている請求項６または７記載のロータリーアクチュエータ駆動接続構造。
【請求項９】
ロータリーバルブアクチュエータをロータリーバルブに接続するための接続構造であって、
スプライン端部を有するロータリーバルブの弁棒と、
中空ボアを有するロータリーバルブアクチュエータの回転レバーと、
上記回転レバーの中空ボアに挿入可能なサイズの外形を有するスリーブであって、上記弁棒のスプライン端部が挿入されるように、この弁棒のスプライン端部と実質的に相補的な、スプラインが形成された内面を有するスリーブと、
このスリーブと上記弁棒とを上記回転レバー内で固定するために、回転レバーにねじ込まれて係合し且つ上記スリーブに係合する止めねじ
とを備えてなる接続構造。
【請求項１０】
上記回転レバーが、ねじ孔を有する弁棒固定用突出部を備えており、上記止めねじが上記ねじ孔を介して回転レバーに係合する請求項９記載の接続構造。
【請求項１１】
上記スリーブが平坦部分を有し、上記止めねじが、スリーブと上記弁棒とを上記回転レバー内で固定するために、スリーブの平坦部分に係合する請求項９記載の接続構造。
【請求項１２】
上記止めねじが先端平面部を有しており、スリーブと上記弁棒とを上記回転レバー内で固定するために、上記止めねじの先端平面部が上記スリーブの平坦部分に係合する請求項１１記載の接続構造。
【請求項１３】
上記スリーブが縦割り線を有している請求項９記載の接続構造。
【発明の詳細な説明】
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。
発明の背景
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の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。
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。
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として、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、リンクアームによって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。
このような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。
例えば、現在入手可能なロータリーバルブアクチュエータでは、サイズの異なるロータリーバルブにも適用できる汎用性のある基本形式のアクチュエータが望まれる。しかし、弁棒の直径やそれに設けられたスプラインがバルブごとに異なる。従って「基本形式」のロータリーバルブアクチュエータは、特に各弁棒に適合するリンクアームを必要とするため、「基本形式」のロータリーアクチュエータは互いに大きく異なるものとなる。従って、バルブごとに異なる高価なレバーアームを製造し、在庫しておく必要があり、サイズの異なるロータリーバルブに共用できる「基本形式」のロータリーアクチュエータの企画に反する。
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。
発明の概要
本発明の原理によると、１つのサイズのロータリー・アクチュエータにより、サイズの異なり、異なるサイズの弁棒を有する流量制御バルブのスプライン付き弁棒に接続できる共通接続部を有する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では、回転レバーに、スプライン付き弁棒を保持するレバーボアが設けられている。スプライン付きスリーブの外周面はレバー・ボアの内面形状に合致し、内面スプラインが弁棒のスプラインと合致する。スプライン付きスリーブは、先端スプライン付き弁棒に取付けでき、レバー・ボアに挿入可能な寸法である。止めねじがレバー内でスプライン付きスリーブをしっかりと固定し、弁棒を回転レバーにロックする。
スプライン付きスリーブが外周に平面部を有し、止めねじが先端平面部を有し、両平面部の当接により、スリーブをレバーにロックするのが望ましい。止めねじを挿入用ねじ孔を有するボスがレバーに設けられている。こうして、スプライン付き弁棒が挿入されたスプライン付きスリーブを、スリーブ外周平面部をボスの方向に向けてレバーボアに挿入し、ボスのねじ孔に止めねじを挿入して、スリーブの外周平面部に止めねじの先端平面部をしっかりと当接させて、レバーにスリーブをロックする。
従って、アクチュエータの回転レバーが１つのサイズであるが、異なるサイズのロータリーバルブに装着可能となる。各種サイズのロータリーバルブのスプライン付き弁棒に適合するスプライン付きスリーブを用意しておくだけでよい。
本発明のロータリーバルブアクチュエータの共通接続構造は、回転レバーと弁棒の間に遊びが存在しない。さらに、現在入手可能なロータリーアクチュエータに比べて次の利点が得られる。
１．バルブへの取付が簡単となる。
２．アクチュエータ全体の部品数が低減される。
３．異なるサイズのバルブに装着できる。
４．各種サイズのバルブに対して、完成したアクチュエータを１種類在庫しておくだけでよい。
５．多角形断面の連結、ピンによる連結、平面部を有する軸、その他の形状による結合が可能である。
６．遊びがないためバルブ制御が良好となる。
７．既設のバルブに装着可能。
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。
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なスプリング／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。
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させると、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抗する。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。
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。
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。
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の遊びがなくなる。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、中間に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。
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、軸受けの磨耗が低減される。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。
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の損傷が防止され、ユーザーがアクチュエータを組立する場合の安全性が確保される。
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。
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。
本発明の、「引−引」一定張力型の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一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」一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なものとなるため、特定の用途に推奨できる。圧力作動ブラダー、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は、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。
【図面の簡単な説明】
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、添付図面を参照しつつ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。
図１は、本発明の原理に基づいて製作された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、一端のキャニスターカバーの一部を破断し、他端の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２は、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は、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は、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は、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は、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は、図６の７−７線に沿った断面図である。
図８は、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は、図８の９−９線に沿った側断面図である。
図１０は、図５の回転レバーと回転弁棒との共通接続部の分解斜視図である。
図１１は、図１０のスプラインスリーブ接続部の端面図である。
発明の詳細な説明
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、引張力を与える双方の作動部材が直線配置された「引−引」構造のロータリーバルブアクチュエータを示す。図８及び図９は、引張力を与える双方の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１〜図７に示す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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、バイアスカット布をウレタン層で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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図４には、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が図示されており、このブラケット８２により、アクチュエータ１０を略示した流量制御バルブ８４に装着する。
図１０、図１１に、本発明のアクチュエータの、レバー１６と弁棒８６との共通接続部が図示されている。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８７が設けられている。弁棒の端部スプラインと、スプラインスリーブ８８内部のスプライン９０との係合によって実質的に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の内径より若干小さく、さらにその外周に平面部９４が形成されている。内ねじ９３を有する弁棒固定用突出部９５が、レバーの中央部２２から突出している。突出部９５が、図３に示すように、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にレバーを回転する。スプライン端部８７を保持したスリーブ８８が、スリーブの平面部９４が、ねじ孔９３の方向に向けてレバーボア９２に挿入され、ねじ孔９３を下部ハウジング２４のアクセス孔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９７を有している。
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がボアにねじ止めされる。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。
レバーボア９２は、円筒形に限らず、四角孔、三角孔その他、スリーブ８８の外形に合致するものであれば、共通接続部に使用できる。この共通接続構造により、１つのサイズの回転レバー１６を組み込んだロータリーバルブアクチュエータ１０が異なるサイズのロータリーバルブに装着可能となる。必要となるものは、特定のロータリーバルブの弁棒のスプライン８７に合致するスリーブ８８だけである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、スプリングカートリッジ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の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。
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。
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。
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。
図８及び図９には別の形態である直角配置の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。
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。
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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