JPH04506852A - 弁プレートに装着された作動器を備える蝶形弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 弁プレートに装着された作動器を備える螺形弁（技術分野） 本発明は螺形弁、特に空気力学的な力若しくは流体力学的勾を受ける蝶形プレー トを移動容易に、または保持する新規な装置を収容した螺形弁に関する。、 （背景技術） 添付図面の第１図には従来の螺形弁ＩＯ構成が簡略図に示されており、この場合 ダクト１４内に配置された螺形弁プレート１２がスピンドルあるいはシャフト１ ６の軸１５を中心に回転されて、ダクトを通る流体の流量が変化せしめられる。

通常、螺形弁プレート１２はシャフト１６を介し外部の作動器２０から与えらえ るトルクにより回転される。。

一群の矢印２２は螺形弁プレート１２に作用する空気力学的あるいは流体力学的 な力からの静１］二圧の態様を示している。静止圧の全体の作用は螺形弁プレー ト１２を閉鎖位置へ移動させるような圧力中心２４（点線で示す）として示され る。この力は螺形弁１２位置を保持するため、若しくは螺形弁１０を更に開放す るために作動器２０へ供給されるエネルギに抗しそれより大にする必要がある１ ３ 一般に、螺形弁プレート１２に作用する流体力学的な力と同等あるいはこれを越 えるに必要なエネルギを低下させるには、圧力中心２２を回転軸１５に対し好適 に変更する必要がある。即ち圧力中心２４をシャフト１６と整合またはその近傍 に移動するか、あるいはシャフトを圧力中心に整合またはその近傍に移動すべく 要がある９、 螺形弁を構成する従来の方法では、本発明の特定の実施例により克服され、好適 な実施例によっても克服される上述の各種の仮定（条件）が含まれるものと考え られる１、外部に配置される作動器を有した螺形弁に採用可能な第１の構成は作 動器２０がダクト１４に対し装着され、作動器２０の出力アームが螺形弁プレー ト１２に固定されて、ブツシュ・プルモードで弁プレートの位置が制御されるこ とである（例えば米国特許第３．７９４．２８８号参照）１．このように作動器 を配置する場合実際上の設計裕度が制限され、この結果作動器により流量が必要 以上に大きく抑制される。、従って本発明によれば、この第１の構成が全ての実 施例において克服され、従来の螺形弁の設計若しくは動作によってはこれまで得 られなかった利点が得られる。

第２の構成は螺形弁プレート１２に作用する流体力学的な力がシャフト１６にト ルクを与える、または弁プレートを押圧することにより与えられる力より小さく する必要がある。この一部の例外的構成はイリスグによる米国特許第３，９７１ ，４１４号に開示される。当該米国特許には螺形弁プレート１２のサーボ・タブ 部は必要に応じ他部に対し傾斜され、各回転位置において弁プレートに加わる過 度の流体力学的な力が補償される螺形弁が開示されている。サーボ・タブ部はシ ャフト１６に付設され、シャフトと螺形弁プレート１２に固定された機械的な連 結部材を介してサーボ・タブ部に伝達されるトルクに応じ、傾斜される。以下の 説明から明らかとなろうが、本発明はこの仮定構成を克服し上記米国特許と大幅 に異なる１゜第３の仮定構成は螺形弁プレート１２とシャツ）１６との間の相χ ・を移動が単純な回転移動で行われることである９、この構成では螺形弁構成Ｉ Ｏを閉鎖するような段付きダクトが具備される要があり、この構成を持たないと 螺形弁プレート１２の直径がダクト１４の内径と実質的に同一にする必要が生じ ることから理解され得よう。一方この仮定構成を完施すると、多くの利点を有す る設計の裕度が除去される。以下に更に説明するが、本発明によれば、その好適 な実施例ではこの仮定構成が克服される１、即ち当該好適な実施例では、弁プレ ートが旋回シャフトに装着されると共に弁プレートが旋回シャフトに対し回転可 能且つ変位可能にされる。この構成によれば弁が開放されているとき圧力中心２ ４が旋回シャフトと緊密に整合可能に設けられ、従って所定の流量を維持するに 必要な外部から供給されるエネルギが低減され得、更に流量調整時に流体力学的 な力がより有効に利用される。これにより一層小さな作動器を使用出来、また螺 形弁構造の総重量が減少される。

（発明の開示） 本発明の顕著な特徴は螺形弁の弁プレート部材に作動器を常に装着状態に償くこ とにある。

本発明によれば、上述の特徴の重要性を示す多くの付加構成的な特徴が明らかに される４、この構造的特徴はそれぞれ新規な利点を有している。

このような特徴の１は弁プレートに支承されるパイロット弁の構成にある。パイ ロット弁は作動器により開放されて螺形弁が開放状態にされ、またハイロット弁 を用いて螺形弁が可変に開放可能である１、この特徴により、流体力学的な力が 加わる弁プレート部材の面積が変更され得、これによりこの力に関連する圧力中 心の位１遺が変化することになる３、また別の特徴は旋回シャフトに対し回転可 能に且つ変位可能に弁プレート部材を装着することにある１、この特徴は最重要 であるものと考えられ、螺形弁を調整するに必要な外部から供給するエネルギを 大幅に低減可能になる。作動器を各種の方法で使用して旋回シャフトに対し弁プ レート部材を変位させ、圧力中心を位置させて弁プレート部材に加わる流体力学 的な力トルクを最小にする（所定の流量を維持することが望ましい場合）、ある いは旋回シャツ１へに対し弁プレート部材を回転移動（流量を変更することが望 ましい場合）可能である。

第２の特徴を含む実施例に適用可能な第３の特徴は旋回シャフトに対する弁プレ ート部材の機械的タイミングの動作構成にある。この特徴により、旋回シャフト と弁プレート部材との間が滑り自在に移動されて校正ずれが防止される。更に本 発明の特定の実施例において固定シャフトの周囲に弁プレート部材を容易にロー リング移動され得る構成がとられる。

他の特徴は以下の説明が進むに応じ明らかであろう。

（図面の簡単な説明） 第１図は従来の螺形弁構成の一部を簡略な断面で示す側面図、第２図は本発明の 第１の実施例による螺形弁の部分断面図、第３図は第２図の線３−３に沿って切 断した断面図、第４図は開放位置にある第３図の螺形弁の断面図、第５図、第６ 図及び第７図は本発明の第２の実施例の、実質的に第２図、第３図及び第４図に 相当する図、第８図、第９図及び第１０図は本発明の第３の実施例の、実質的に 第２図、第３図及び第４図に相当する図、第１１図は第８図の線１１−１１に沿 って切断した部分断面積、第１２図及び第１３図は本発明の他の実施例の簡略部 分断面図である。

（発明を実施するための最良の形態） 第２図及び第３図に本発明の一実施例による螺形弁３０が示されており、螺形弁 ３０には流体の長手の流路３４をなすダクト３２と、流路を横切る閉鎖位置と流 路に沿った最大流量を与える全開位置（第４図参照）との間において回転可能な プレート状の弁部材３６と、弁プレートに装着され気圧駆動されるピストン形作 動器３８とが包有される。ｇＣ形の２個のブラケット４０がその端部において弁 部材３６に溶接され、旋回シャフト４２が弁プレートとブラケットとの間に延び ている。特に第３図に良好に示されるように、弁部材３６は旋回シャフト４２に 装着されると共に、弁部材３６は旋回シャフトの長手軸４３に対し回転可能且つ 変位可能に設けられる。回転移動範囲は流体力学的な力により制限され、変位範 囲はブラケット４０により制限される１、旋回シャフト４２は流路３４を横断し てダクト３２に当接され回転が防止される。

作動器３８はハウジング４４及びピストン４６を有する。ピストン４６はハウジ ング４４内に摺動可能に配設されたヘット部４８とハウジングから外側へ延びる 出力シャフト５０とを有している。

旋回シャフト４２の中央に配置された凹み部を中心に回転可能な円筒スリーブ５ ２は出力シャフト５０に溶接され、これにより旋回シャフトに対し作動器３８が 回転可能に装着される。変位ハネ５４により出力シャフト５０が囲繞され、出力 シャフト５０がハウジング４４内に延び、第２図及び第３図に示す閉鎖位置に弁 部材３６を保持する、。

旋回シャフト４２は好適な装置を介し連結された軸方向に延びる２個の部分から なる。これは円筒スリーブ５２が旋回シャフト４２に固定され且つスリーブとシ ャフトとの間に軸方向の遊びが最小となるように構成される。別の一実施例とし て、円筒スリーブ５２が一旦旋回シャフトに配置されたとき円筒スリーブ５２の 一方の側の単一部に旋回シャフトを溶接することも可能である。旋回シャフト４ ２の２個のピニオンギア５６は弁部材３６上の２個のラックギア５８と噛み合う 。これらのギア５６．５８は夫々旋回シャフト４２及び弁部材３６に装着される か、あるいは一体に形成され得る。引っ掛かりが生ずることを最小限に押さえる ため、ビニオンギア５６．５８はギア間の接触点が通常、弁部材３６の面部６０ と面一となるように好適に寸法状めされる５、 旋回シャフト４２には長手方向に延びる通路６２と外部の圧縮空気供給源（図示 せず）及び作動器３８に形成される圧力チャンバ６６の間を連通ずる連結通路６ ４とが形成される。ピストン４６の軸方向に延びる軸通路６８は上述した流体連 通路と適合可能に設けられる。円筒スリーブ５２には内側の環形溝（図示せず） が形成され、作動器３８が旋回シャフト４２に対し回転するに応じ、この環形溝 を介して連結通路６４と軸通路６８との間が連続的に連通される。

上述の構成の動作を説明するに、弁部材３６は圧力チャンバ６６を圧縮すること により閉鎖位置から離れて回転される３、圧力チャンバ６６が圧縮されたとき、 弁部材３６が矢印７０により示される方向に回転する（弁部材３６及び旋回シャ フト４２の間の接触部と圧力チャンバ６６の中心との間にモーメントアームが形 成されることに留意）。実際上は、弁部材３６が固定された旋回シャフト４２の 周囲をローリング移動し、このローリング動作により弁プレート部材が回転軸に 対し変位される（回転軸は旋回シャフト４２の長手軸４３である）３圧力チヤン ハ６６は通路６２．６４．６８を介し２方向に連通させる従来の外部圧力調整器 （図示せず）、あるいはハウジング４４内のブリード穴（図示せず）によりチャ ンバから流路３４へ流体を移動させる。

第４図の矢印７２はダクト３２を通る流体（通常空気）の方向を示す。弁部材３ ６は旋回シャフト４２の周囲をローリング移動するに応じ回転軸に対し変位する ので、長手軸４３の７４で示す一方の側の弁プレート部材の面積が７６で示す他 方の側の面積より大になる。７これにより弁部材３６に作用する流体力学的な力 による圧力中心２４（第１図参照）が長手軸４３と緊密に整合される位置へ効果 的に移動され得る。

第５回文び第６図には本発明の第２の実施例が示される。

作動器３８は第２図及び第３図の実施例の場合のように弁部材３６及び旋回シャ フト４２に装着される。旋回シャフト４２はダクトホス８０．８２に形成された 偏位スロット７８内に延びている。７ベアリング（図示せず）が旋回シャフト４ ２の両端部に配設され、旋回シャフト４２は偏位スロット７８内に延びている１ 、第６図に示すような螺形弁３０が閉鎖位置にあるとき、旋回シャフト４２は流 路３４に対し中央で偏位スロット７８の頂部に配置される。、螺形弁３０を開放 するため、旋回シャフト４２が圧力チャンバ６６を圧縮することにより偏位スロ ット７８内（第６図の）において下方に変位される１、これにより旋回シャフト ４２が弁部材３６並びに加えられる流体力学的な力による圧力中心２４（第１図 参照）に対し変位移動される。７従って弁部材３６は第７図に示す開放位置へ向 かって回転移動する。弁部材３６が回転位置にあるとき、弁部材３６は圧力チャ ンバ６６内の圧力を好適に調整することによりいずれか−の方向に変位可能であ る。旋回シャフト４２と弁部材３６との間の摩擦により、弁部材３６の変位が阻 止されるが、旋回シャフト４２はベアリングを介し自在に回転するためこの摩擦 が最小限にされる。極めて小さな間隙がブラケット４０と旋回シャフト４２との 間に形成される。

第８図及び第９図には本発明の第３の実施例が示される。

作動器３８は上述の実施例の場合と同様に旋回シャフト４２に回転可能に装着さ れる。作動器３８のハウジング４４はフランジ８４（第１１図参照）を有する。

全体としてＵ字状のＵ形案内部８６が弁部材３６に固定され、Ｕ形案内部８６に はスロット８８が形成され、フランジ８４はスロット８８に沿い弁プレート部材 と平行で且つ反対方向に摺動可能にされる。フランジ８４及びＵ形案内部８６は フランジ８４の少なくとも長手方向に延びる部分が常にスロット８８内に存在し 作動器３８が弁部材３６に装着されるように寸法法めされる。７弁部材３６の開 口部９０はゲート部材９２と協働してパイロット弁９４が形成される。弁部材３ ６に固定された２個の、互いに離間された案内部材９６（第９図には１個のみを 図示）がゲート部材９２を案内移動させ且つゲート部材９２を弁プレート部材に 対し保持するよう機能する。ゲート部材９２の２個のポス９８はそれぞれ穴１０ ０を有する１、ゲート部材９２は穴１００及び連結部材を貫通するピン（図示せ ず）により機械的な連結部材１０２の一端部に固定される。ハウジング４４上の ２個のポス１０４の受容部（図示せず）には連結部材１０２の２個のピンツル部 １０６を受容されるため、連結部材１０２はハウジング４４に装着される。連結 部材１０２　Ｒび円筒スリーブ５２上の夫々のポス１０８．１１０には圧縮バネ １１２の端部を付設する好適な装置が具備される。第８図に示すように、２個の 延長バネ１１４．１１６がポス１１８間の張力により固定され、ポス１１８は弁 部材３６及び旋回シャフト４２の凹み部１２０に溶接される。２個の止め部１２ ２は弁部材３６に溶接されており、螺形弁３０が閉鎖されるとき旋回シャフト４ ２に対し弁プレート部材の基準位置となるように設けられている。連結部材１０ ２を介し作用する圧縮バネ１１２によりパイロット弁９４が変位され遮断される 。２個の延長バネ１１４．１１６によって弁部材３６が上述した基準位置へ向か って変位される。。

上述の構成の動作を説明するに、螺形弁３０は圧力チャンバ６６を圧縮すること により開放される。圧力チャンバ６６が十分に圧縮されて圧縮バネ１１２のバネ 力より大になると、ハウシング４４はＵ形案内部８６に形成された当接部材１２ ４へ向かって移動される３、当接部材１２４への移動中、ハウジング４４は連結 部材１０２と協働してゲート部材９２を上動させるので、パイロット弁９４が開 放される。パイロット弁９４が開放されると、旋回シャフト４２の片側の弁部材 ３６の面積が減少されるため、圧力中心２４（第１図参照）が旋回シャフト４２ の長手軸４３の上に再び位置することになる１、これにより弁部材３６が第１Ｏ 図に示す開放位置へ移動する。更に圧力チャンバ６６が圧縮されると、ハウジン グ４４が当接部材１２４に対し押圧され、長手軸４３に対し弁部材３６が変位さ れる。圧力チャンバ６６が減圧されると、延長バネ１１４．１１６は止め部１２ ２により制限されるまで反対方向に弁部材３６を移動せしめ、圧縮バネ１１２に よってパイロット弁９４が閉鎖され、ハウジング４４が上口位置へ戻される。

本発明の上述した実施例では、回転軸に対する弁部材３６の変位が第１図の従来 の構成に比べてより望ましいものと考えられる１、この変位による利点は上述の したように、弁プレート部材を回転したり、安定化する方法とは独立して弁部材 ３６に作動器３８を装着することによる新規な利点が得られる。即ち第１にこの ように装着された作動器により、パイロット弁を開放しパイロット弁を流れる流 体流を選択的に調整することが容易で、局部的な装置が構成される。第２にこの ように装着された作動器は、作動器がダクトに装着される場合よりより少量の流 れを抑制できる。３第３にこのように装着されダクトにより形成される旋回シャ フト４２の部分の実質的に中央に配置される作動器によって螺形弁が作動器を外 部に装着する構成に比べ振動に対する影響を低減できる。第４にこのように装着 された作動器を用いることにより、螺形弁を開放し調整する多くの構成が与えれ 得る１、この構成の２．３を以下に開示される。。

第１２図及び第１３図には本発明の別の実施例が示される。。

第１２図の場合旋回シャフト４２が従来の構成と同様に弁部材３６を貫通して延 び、ダクト３２に対し回転可能に装着される１１作動器３８の出力シャフト５０ がゲート部材９２に装着され、ゲート部材９２は開口部９０と協働してパイロッ ト弁９４が構成される。

空気はダクト３２を貫通して延びる導管１２６を介し圧力チャンバ（図示せず） へ供給される。螺形弁３０はゲート部材９２により開口部９０が開放される程度 に応じて種々の開度が採用される。

第１３図の場合段付きのダクト３２が採用され、初期の開口が旋回シャフト４２ に対し弁部材３６を変位することにより行われる１、、弁部材３６の環形部１２ ８は上述するようにで他部に対し平行にされていない。作動器３８はジャックス クリュウ形の出力シャフト１３２を有した両方向回転型モータであり、出力シャ フト１３２はハウジング４４に対し移動可能に設けられ、／Ｘウジングは流路３ ４の中央に配置される。作動器３８及び旋回シャフト４２は連結部材１３４及び 円筒スリーブ５２（第２図参照）を介して連結され、作動器はシャフトに対し回 転可能である。第２図の実施例の場合のように旋回シャフト４２がダクト３２に 装着され、ラックギア５８及びピニオンギア５６（第２図参照）が夫々弁部材３ ６及び制御シャフトに設けられる。一方ヘアリング（図示せず）がピニオンギア ５６と旋回シャフト４２との間に設けられ、ピニオンギアは制御シャフトの周囲 で回転容易にされる。出力シャフト１３２の端部は弁部材３６に溶接された耳部 １３６と当接する９、耳部１３６の当接面１３８及び出力シャフト１３２と係合 可能に好適に枢支された面部１４０を有する。作動器３８への電気的接続は旋回 シャフト４２に形成された溝（図示せず）及び連結部材１３４を介し行われる４ 、このため弁部材３６は作動器３８に送られた信号に応じて旋回シャフト４２に 対し横断方向に変位可能である。

試験によれば、弁部材３Ｇが旋回シャフト４２に対し回転可能且つ変位可能であ るこれら実施例においては、弁プレート部材と平行な方向に作用する流体力学的 な力が与えられる結果、安定化問題が生じる事を示した。安定化は弁部材３６が 流体力学的な力（その総合が矢印１４２で示される）により螺形弁３０を閉鎖す るように構成されることによって改良がなされる。

第１３図の実施例においてはこれは環形部１２８を設けることにより達成される 。

本明細書に使用する用語「作動器」は本発明に適用可能で外部供給源から構成さ れる装置への流圧的、気圧的あるいは電気的入力への機械的な応答を発生する装 置を含む。例えば、このような条件を満足する作動器として、電子的に作動され るステップモータ、流圧的気圧的に作動されるモータあるいは弁が挙げられよう 。

螺形弁３Ｇあるいは弁部材３６の位置での用語［全開」はある特定の設計で弁に 最大の流量通過を与える弁プレート部材の位置を意味する１、また設計にもよる が、この位置は弁プレート部材が流路３４に対し平行であっても、またなくても よい。

上述の説明及び添付図面に沿った特定の明細書に本発明の範囲を限定するもので はないことは理解されよう１、従って本発明は添付の特許請求の範囲に含まれる 広範の均等物を包有する１、 Ｆ’ｘｃ；、１３ 補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８） 平成４年１月４日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．流体の流路３４としてのダクト３２と、流路内に配置され流路を、最小の流 量を通過させる位置と最大の流量を通過させる位置との間で回転可能なプレート 状の弁部材３６と、前記の位置間で弁部材を移動させる作動器３８とを備え、作 動器３８は流路３４にダクト３２から離間してプレート状の弁部材３６に装着さ れ、作動器３８には移動する弁部材が支承されて前記の位置間の弁部材の回転移 動により弁を可変に開放動作させることを特徴とする蝶形弁装置。
2. ２．更に流路を横断して延び長手軸を有したシヤフト４２を備え、弁部材はシヤ フトに可動に装着され、更に作動器には弁部材に装着されるハウジング４４とハ ウジングから外側へ延びる出力シヤフト５０とが包有され、出力シヤフトは旋回 シヤフト４２に対し回転可能に装着されることを特徴とする特許請求の範囲第１ 項記載の蝶形弁装置。
3. ３．作動器が流圧的、気圧的に駆動されるモータである特許請求の範囲第２項記 載の蝶形弁装置。
4. ４．作動器が電気モータである特許請求の範囲第２項記載の蝶形弁装置。
5. ５．更に長手軸を有したシヤフト４２を備え、シヤフトは流路を横断して延びダ クトに支承され、弁部材はシヤフトに対し可動にまた弁部材に平行な方向に、且 つ長手軸に垂直な方向にシヤフトに対し変位可能に装着され、変位によって流路 内の流体により弁部材に加わるトルクが最小限にされてなる特許請求の範囲第１ 項記載の蝶形弁装置。
6. ６．作動器が流圧的、は気圧的に駆動されるモータでなる特許請求の範囲第５項 記載の蝶形弁装置。
7. ７．更に、ダクトに装着され流路を横断して延びるシヤフト４２を備え、弁部材 がシヤフトに装着されシヤフトに対し変位可能であり、作動器により変位されて 流路内の流体によって弁部材に加わるトルクが変化され、トルクの変化に応じて 回転移動が生じてなる特許請求の範囲第１項記載の蝶形弁装置。
8. ８．作動器が気圧により作動されるモータである特許請求の範囲第１項記載の蝶 形弁装置。
9. ９．作動器が電気モータである特許請求の範囲第１項記載の蝶形弁装置。
10. １０．作動器が流圧により駆動されるモータである特許請求の範囲第１項記載の 蝶形弁装置。