特許 6087811 アクチュエーターとともに使用するためのバネ座

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6087811

(24)【登録日】2017年2月10日

(45)【発行日】2017年3月1日

(54)【発明の名称】アクチュエーターとともに使用するためのバネ座

(51)【国際特許分類】

   F15B 15/20 20060101AFI20170220BHJP

   F16F 1/12 20060101ALI20170220BHJP

   F15B 15/10 20060101ALN20170220BHJP

   F16K 7/17 20060101ALN20170220BHJP

【ＦＩ】

   F15B15/20

   F16F1/12 N

   !F15B15/10 Z

   !F16K7/17 Z

【請求項の数】19

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-512660(P2013-512660)

(86)(22)【出願日】2011年5月17日

(65)【公表番号】特表2013-528270(P2013-528270A)

(43)【公表日】2013年7月8日

(86)【国際出願番号】US2011036851

(87)【国際公開番号】WO2011149718

(87)【国際公開日】20111201

【審査請求日】2014年4月11日

(31)【優先権主張番号】12/786,078

(32)【優先日】2010年5月24日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】510279033

【氏名又は名称】エマーソン プロセス マネージメント レギュレーター テクノロジーズ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100098914

【弁理士】

【氏名又は名称】岡島 伸行

(72)【発明者】

【氏名】ヴァスケス， アーネスト

(72)【発明者】

【氏名】デーク， シェリル， ライネ

【審査官】 北村 一

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００１−５０４９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２９１６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７７３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−０１００３８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−０８４７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭３０−００７４８９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開平１０−１４３２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３０２００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２８８２７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ １５／１０

Ｆ１５Ｂ １５／２０

Ｆ１６Ｋ ７／１２； ７／１７

Ｆ１６Ｆ １／１２

Ｆ１６Ｂ ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気圧式アクチュエーターとともに使用するためのバネ座であって、
円筒形状の本体と、
コイルバネの終端部を受け止めるための肩部と、
前記肩部から離れるように、前記本体の第一表面に向かって突出される突起であって、前記本体上で中心に配置され、前記コイルバネの内径内に嵌合するように寸法設定される、突起と、
前記第一表面とは反対側の前記本体の第二表面内の開口部であって、空気圧アクチュエーターの調整ねじの終端部を受け入れるように構成されていて、前記調整ねじの縦軸および前記バネの縦軸に対して前記本体の縦軸を実質的に固定するように前記開口部の壁が調整ねじに係合する、開口部と、
を備え、
前記開口部の前記壁の一部が面取りされて、前記開口部内への前記調整ねじの挿入を容易にする導入表面を形成し、
１つ以上の凸部を更に備え、該凸部が前記バネ座の動きを案内するため、前記空圧アクチュエーターにおけるバネケーシングのガイドチャンネルに係合するように構成されているか、又は、１つ以上のスロットを更に備え、該スロットが前記バネ座の動きを案内するため、前記空圧アクチュエーターにおけるバネケーシングの内側に延びる凸部に係合するように構成されている、
バネ座。

【請求項2】

前記開口部の前記壁が、前記空気圧式アクチュエーターの縦軸に対して、前記コイルバネの前記終端部の配向を実質的に固定するように、前記調整ねじに係合する、請求項１に記載のバネ座。

【請求項3】

前記本体の傾斜または前記コイルバネの座屈を実質的に減少させるために、前記開口部の前記壁が、前記調整ねじに係合する、請求項１又は２に記載のバネ座。

【請求項4】

前記開口部が、前記調整ねじのねじ付きの終端部を受け入れるように寸法設定された、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバネ座。

【請求項5】

前記開口部が、ねじを持たない前記調整ねじの終端部を受け入れるように寸法設定された、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバネ座。

【請求項6】

前記バネ座が、上部バネ座である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のバネ座。

【請求項7】

空圧アクチュエーターとともに使用するためのバネ座であって、
本体と、
アクチュエーターバネの終端部を受け止めるための肩部と、
前記肩部から離れるように、前記本体の第一表面に向かって突出されるガイドであって、前記肩部に係合したコイルばねの終端部を保持する為に、前記コイルバネの内径内に嵌合するように構成される、ガイドと、
前記ガイドとは反対側の前記本体の表面内の開口部であって、前記空気圧アクチュエーターの調節器の終端部を受け入れるように構成されていて、前記本体の傾斜と前記バネの座屈を実質的に減少させるために前記調節器に係合する、開口部と、
を備え、
前記開口部の壁の一部が面取りされ、前記開口部への前記調節器の挿入を容易にする導入面に形成され、
１つ以上の凸部を更に備え、該凸部が前記バネ座の動きを案内するため、前記空圧アクチュエーターにおけるバネケーシングのガイドチャンネルに係合するように構成されているか、又は、１つ以上のスロットを更に備え、該スロットが前記バネ座の動きを案内するため、前記空圧アクチュエーターにおけるバネケーシングの内側に延びる凸部に係合するように構成されている、
バネ座。

【請求項8】

前記ガイドが、本質的に単一である、請求項７に記載のバネ座。

【請求項9】

前記ガイドが、前記本体の中心に配置される、請求項７又は８に記載のバネ座。

【請求項10】

前記本体が、円筒形状である、請求項７〜９のいずれか一項に記載のバネ座。

【請求項11】

前記開口部が前記調節器の前記終端部をスライド可能に受容するように構成される、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のバネ座。

【請求項12】

前記開口部が、前記調節器の前記終端部の螺刻部位をスライド可能に受け入れるように構成される、請求項７〜１１のいずれか一項に記載のバネ座。

【請求項13】

前記本体が単一であり、金属性材料からなる、請求項７〜１２のいずれか一項に記載のバネ座。

【請求項14】

前記金属性材料が鋼を含む、請求項１３に記載のバネ座。

【請求項15】

アクチュエーターとともに使用するためのバネ座であって、
前記アクチュエーターのコイルバネの終端部に係合するための係合手段と、
前記アクチュエーターの調節器を受け入れ、前記係合手段の傾斜、および前記コイルバネの座屈を実質的に防止するための受け入れ手段と、
備え、
前記受け入れ手段は、該受け入れ手段内への前記調節器の挿入を容易にする導入面を含み、
１つ以上の凸部を更に備え、該凸部が前記バネ座の動きを案内するため、前記アクチュエーターにおけるバネケーシングのガイドチャンネルに係合するように構成されているか、又は、１つ以上のスロットを更に備え、該スロットが前記バネ座の動きを案内するため、前記アクチュエーターにおけるバネケーシングの内側に延びる凸部に係合するように構成されている、
バネ座。

【請求項16】

前記受け入れ手段が、前記アクチュエーターの縦軸に対して前記受け入れ手段の縦軸を実質的に固定するために、前記調節器に係合するための手段を備える、請求項１５に記載のバネ座。

【請求項17】

前記コイルバネの前記終端部に係合するための前記係合手段が、肩部を備える、請求項１５又は１６に記載のバネ座。

【請求項18】

前記調節器を受け入れるための前記受け入れ手段が、開口部を含む、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載のバネ座。

【請求項19】

前記係合手段および前記受け入れ手段が一体にして形成される、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載のバネ座。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は概して、アクチュエーターに関し、より具体的には、アクチュエーターとともに使用するためのバネ座に関する。

【背景技術】

【0002】

プロセス制御システムは一般的には、流体弁または調節器を制御する、または配置するために、アクチュエーターを採用する。これらのアクチュエーターの多くは、所望される動作特性を達成するために、戻りバネ、予負荷バネ、付勢バネなどを含む。例えば、圧力減少流体調節器とともに使用されるいくつかの空気圧式アクチュエーターは、調節器の出力圧力を設定するために、調整ねじを介して予負荷されたバネが含まれる。

【0003】

概して、プロセス制御アクチュエーターにて使用されるバネは、バネ座間に取り込まれる。コイルバネの場合、バネの各終端部が、それぞれのバネ座と係合する。コイルバネに対するバネ座は一般的には、バネがそれらの縦軸に対して側面に沿ってスライドすることを防止するために機能する。さらに、いくつかの公知のアクチュエーターでは、コイルバネを取り込んでいる一方または両方のバネ座は、バネコイルの方向および／または変形（例えば横方向の歪み）にかかわらず、バネ座（複数可）を、バネ上の終端部コイルと完全に係合したままにするために、バネの縦軸に対して傾斜したガイド付き座であってもよい。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

１つの実施例において、空気圧式アクチュエーターとともに使用するためのバネ座は、円筒形状の本体を含む。円筒形状の本体は、コイルバネの終端部を受け止めるための肩部と、肩部から離れるように本体の第一表面に向かって突出する突起であって、本体上で中心に配置され、コイルバネの内径内に嵌合するように寸法設定された、突起と、第一表面とは反対側の本体の第二表面内の開口部であって、空気圧アクチュエーターの調整ねじの終端部を受け入れるように構成されていて、調整ねじの縦軸およびバネの縦軸に対して、本体の縦軸を実質的に固定するように開口部の壁が調整ねじに係合する、開口部と、を含み、前記開口部の前期壁の一部が面取りされて、前記開口部内への前記調整ねじの挿入を容易にする導入表面を形成し、そして、前記本体は１つ以上の凸部を更に備え、該凸部が前記バネ座の動きを案内するため、前記空圧アクチュエーターにおけるバネケーシングのガイドチャンネルに係合するように構成されているか、又は、１つ以上のスロットを更に備え、該スロットが前記バネ座の動きを案内するため、前記空圧アクチュエーターにおけるバネケーシングの内側に延びる凸部に係合するように構成されている。

【0005】

別の実施例において、空圧アクチュエーターとともに使用するためのバネ座は、本体と、アクチュエーターバネの終端部を受け止めるための肩部と、肩部から離れるように本体の第一表面へ向かって突出するガイドであって、肩部に係合したコイルバネの終端部を保持するために、コイルバネの内径内で嵌合するように構成されたガイドと、ガイドとは反対側の本体の表面内の開口部であって、空気圧アクチュエーターの調節器の終端部を受け入れるように構成されていて、本体の傾斜およびバネの座屈を実質的に減少させるために、調節器に係合する、開口部と、を含み、前記開口部の壁の一部が面取りされ、前記開口部への前記調節器の挿入を容易にする導入面に形成され、そして、前記本体は、１つ以上の凸部を更に備え、該凸部が前記バネ座の動きを案内するため、前記空圧アクチュエーターにおけるバネケーシングのガイドチャンネルに係合するように構成されているか、又は、１つ以上のスロットを更に備え、該スロットが前記バネ座の動きを案内するため、前記空圧アクチュエーターにおけるバネケーシングの内側に延びる凸部に係合するように構成されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本明細書で記述された例示的なバネ座を実装している例示的なアクチュエーターを図示する。

【図2】図１の例示的なバネ座のより詳細な切断図を示す。

【図3A】本明細書で記述された例示的なバネ座とともに利用されてもよい、例示的な調整ねじを示す。

【図3B】本明細書で記述された例示的なバネ座とともに利用されてもよい、例示的な調整ねじを示す。

【図4A】本明細書で記述された例示的なバネ座とともに利用されてもよい、代替的な調整ねじを図示している。

【図4B】本明細書で記述された例示的なバネ座とともに利用されてもよい、代替的な調整ねじを図示している。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本明細書で記述した例示的なバネ座は、バネ戻り機能性、ダイヤフラム付勢などのためにコイルバネを有するアクチュエーター（例えばプロセス制御アクチュエーター）とともに使用してもよい。公知のプロセス制御アクチュエーターは一般的に、コイルバネを取り込むために、上部例示的なおよび下部バネ座を含む。バネ座のうちの１つ（例えば下部バネ座）はダイヤフラムまたは他の動作器に固定されてもよく、一方でもう一方のバネ座（例えば上部バネ座）は、圧縮高、ひいてはバネ上の負荷を調整するために、バネ座をバネの縦軸に沿って動かすことを可能にする、調整デバイスに連結されてもよい。操作の間、ダイヤフラムに固定されたバネ座に連結したバネの終端部が、調整器に連結したバネ座に向かって、および／またはこれから離れるようにダイヤフラムとともに移動してもよく、それによってさらにバネが圧縮され、またはバネが伸長されることが可能となる。

【0008】

調整デバイスに連結したバネ座が、ガイド付き型バネ座である場合、このバネ座は、バネの縦軸に対して傾くことができる。したがって、このバネ座の縦軸は、同軸でなくてもよく、またはバネの縦軸、またはバネの圧縮／伸長の間の、バネの移動の方向に平行でさえなくてもよい。そのようなバネ座の傾斜によって、バネが座屈を引き起こす可能性があり（すなわちそのコイルの中心軸が曲がる）、結果として、アクチュエーターに対する過剰な摩耗または損傷をもたらす可能性がある。例えば、コイルバネが、バネケーシングによって取り囲まれる実施形態において、そのような座屈はバネのケーシティングの内壁への接触を引き起こす場合がある。コイルバネとバネケーシティング内壁間の接触が、結果として摩耗、ひいてはケーシング壁の薄化、アクチュエーターおよび／またはアクチュエーターに連結した弁の他の構成要素の整合のずれ、設定圧の変化、および／または概して制御性能の劣化をもたらす場合がある。

【0009】

上記の公知のバネ座構成とは対照的に、本明細書に記述した例示的なバネ座構成は、例示的なバネ座の縦軸を、バネケーシングとバネの縦軸に対して、実質的に固定したまま（例えば平行または同軸）にするように、アクチュエーターコイルバネの終端部を固定する。したがって、本明細書で記述した例示的なバネ座では、コイルバネの終端部の配向は、バネケーシングの縦軸、バネ、および調節ねじなどの移動（例えば圧縮／伸長）の方向に対して、実質的に固定されてもよい。言い換えれば、本明細書で記述した例示的なバネ座は、バネ、調節ねじなどの移動の方向に対する、バネ座の傾斜を実質的に防止するか、または減少させる。そのようなバネ座の傾斜の本質的な減少または防止は、コイルバネの座屈を実質的に防止するか、または減少させ、それによって過剰なコイルバネ座屈に関連した上述の問題を取り除く。

【0010】

より具体的には、さらに詳細に以下で記述するように、本明細書で記述した例示的なバネ座は、調節ねじのような調節器の終端部を受け入れるような大きさである開口部を提供する。開口部は、調節ねじの縦軸に対するバネ座の斜め移動を実質的に防止するために、十分に深く、また許容差が小さい。例えば、わずかな締まり嵌めまたは最小間隙を、バネ座の開口部と調節器の終端部間で使用してもよい。

【0011】

図１は、本明細書で記述した例示的なバネ座１０２を実装している例示的なアクチュエーター１００を図示している。例示的なアクチュエーター１００は、ファスナー１１０および１１２を介して、第二ケーシング部分１０８に連結した第一ケーシング部分１０６を有する、ダイヤフラムケーシング１０４を含む。ケーシング部分１０６および１０８は、アクチュエーターロッド１１６に動作可能に連結したダイヤフラム１１４を取り込む。例示的なアクチュエーター１００はまた、コイルバネ１２０を収納するバネケーシング１１８も含み、これは例示的なバネ座１０２とダイヤフラム１１４に連結された別のバネ座１２２との間に取り込まれる。調整器または調節ねじ１２４は、調節ねじ１２４の回転が、望む量だけ、バネ１２０を圧縮するかまたは拡張するために、もう一方のバネ座１２２に向かって、またはそれから離れるように、例示的なバネ座１０２を移動させるように、バネケーシング１１８の螺刻された開口部１２６と、螺合する。

【0012】

操作において、アクチュエーターロッド１１６は、流体弁（例えば流体調節器弁）（示していない）に動作可能に連結され、調節ねじ１２４が、所望される出力圧力を設定するために回転する。操作の間、アクチュエーターロッド１１６は、所望される出力圧力を維持するために、上方および下方（図１で示した方向）に移動してよい。アクチュエーター１１６のそのような移動は、さらにバネ１２０を圧縮してもよく、かつ／またはバネ１２０を伸長させてもよい。上記の公知のバネ座構成とは対照的に、かつ以下でより詳細に記述するように、例示的なバネ座１０２は、調節ねじ１２４、バネケーシング１１８、およびバネ１２０の縦軸に対した、バネ座１０２のあらゆる傾斜を実質的に防止するか、または減少させる様式で、調節ねじ１２４と係合する。結果として、例示的なバネ座１０２は、バネ１２０のあらゆる座屈（すなわちバネ１２０のコイルの中心軸の湾曲）を実質的に防止するか、または減少させ、それによって、アクチュエーター１００の操作の間、バネケーシング１１８の内壁１２８の接触から、バネ１２０を防止する。

【0013】

図２は、図１の例示的なバネ座１０２のより詳細な断面図を描写している。例示的なバネ座１０２は円筒形状本体２００を有し、これは、機械加工、鋳造、鍛造または任意のそれらの組み合わせのなどのような、任意の所望の工程（複数可）を介して、金属材料（例えば鋼、、炭素鋼、ステンレス鋼など）から形成されてもよい。本体２００は、図２で描写したように、実質的に単一（すなわち一片）であってよく、または、代替的に、任意の所望の様式で、ともに連結されたまたは留め付けられた複数の部分からなってもよい。本体２００は、図１にて描写したように、コイルバネ１２０（図１）の終端部を受け入れるように寸法設定され、かつ構成された肩部２０２を含む。本体２００は、本体２００の表面２０６にむかって、肩部２０２から離れるように突出するガイドまたは突起２０４も含む。突起２０４は、本体２００上で中央に配置され、図１にて描写したように、コイルバネ１２０の内半径内に嵌合するように寸法設定される。したがって、突起またはガイド２０４は、少なくとも部分的に、調節ねじ１２４およびバネケーシング１１８に対する、コイルバネ１２０の終端部の横方向の移動を制限するか、または防止するように機能し、したがって、肩部２０２と係合して、コイルバネ１２０（図１）の終端部を保持するように機能する。

【0014】

例示的なバネ座１０２の本体２００はまた、表面２０６と対向する本体２００の表面２１０内に、開口部２０８も含む。開口部２０８は、調節ねじ１２４の縦軸と、バネ１２０の縦軸に対して、本体２００の縦軸２１４を実質的に固定し、それによって縦軸２１４についての本体２００のあらゆる傾斜、および／またはバネ１２０（図１）のあらゆる座屈を実質的に防止するか、または減少させるために、開口部２０８の壁２１２が、調節ねじ１２４を係合するように、調節ねじ１２４（図１）の終端部を受け入れるような寸法にされる。開口部２０８はさらに、調節ねじ１２４終端部の開口部２０８内への通過を容易にするために、面取りまたは導入表面２１６も含んでもよい。本実施例において、開口部２０８は螺刻されてはいない（例えば壁２１２は比較的なめらかである）。しかしながら、他の実施例において、開口部２０８は、所望する場合、特定の表面の模様または仕上がりを含むことができる可能性がある。

【0015】

図３Ａおよび図３Ｂは、本明細書で記述した例示的なバネ座１０２とともに使用されてよい、例示的な調節ねじ１２４を描写している。例示的な調節ねじ１２４は、ねじ込みシャフト３００およびヘッド３０２を含み、このヘッドは、本実施例では六角形状の頭部として描写されているが、代替的に任意の他の形状とできる可能性がある。したがって、図３Ａおよび図３Ｂにて描写したような例示的な調節ねじ１２４とともに、調節ねじ１２４の螺刻された終端部３０４が、例示的なバネ座１０２（図２）の開口部２０８（図２）によってスライド可能に受け入れられてもよい。

【0016】

図４Ａおよび図４Ｂは、本明細書で記述された例示的なバネ座１０２（図２）とともに使用してよい他の調節ねじ４００を描写している。代替的な調節ねじ４００は螺刻されたシャフト部分４０２、小径部分４０４および頭部４０６を含む。小径部分４０４は螺刻されておらず、したがって、比較的なめらかな外部表面を提供してもよい。したがって、調節ねじ４００の螺刻されていない終端部４０８は、例示的なバネ座１０２（図２）の開口部２０８によって、スライド自在に受け入れられてよい。螺刻されていない、小径部分４０４は、開口部２０８（図２）の壁２１２に強制的に接触し、変形されるようになる場合があるねじ山（例えば終端部３０４（図３）に近い調節ねじ１２４のねじ部分）に対する損傷を防止するために使用されてもよい。ねじ山のそのような変形は、バネケーシング１１８からの調節ねじ１２４の除去を難しくしうる。例示的な調節ねじ１２４および４００は、例えば鋼、炭素鋼、ステンレス鋼などを含む、任意の適切な金属材料から作成されてもよい。

【0017】

例示的な調節ねじ１２４か、または代替の例示的な調節ねじ４００かのいずれを使用するかにかかわらず、開口部２０８は、調節ねじ２１４または４００の縦軸に対する、ねじ座１０２の縦軸２１４（図２）の移動が、本質的に防止されるか、減少されるように、寸法設定される。言い換えれば、例示的なバネ座１０２および例示的な調節ねじ１２４および４００により、縦軸２１４が実質的に、調節ねじ１２４および４００の縦軸に対して、同軸、または少なくとも平行の関係で、実質的に固定される。より具体的には、開口部２０８は、調節ねじ１２４および４００それぞれの終端部３０４および４０８との締り嵌め、または代替的に最小限の隙間嵌めを提供するために寸法設定されてもよい。

【0018】

例示的なバネ座１０２が、圧力減少調整器アセンブリとの利用のための空気圧式アクチュエーターに関連して記述される一方で、提供された実施例の教示は、より一般に、他の型のアクチュエーターおよび／または流体弁との利用に対して適用されてもよい。また、例示的なバネ座１０２が、上部バネ座として図１の配向で描写される一方で、例示的なバネ座１０２は、アクチュエーター内の他の場所、配向などで使用される可能性がある。さらに、例示的なバネ座１０２が、概して円筒形状本体を有するように記述される一方で、任意の他の型（類）または形状（例えば多角形）を代わりに使用してもよい。またさらに、例示的なバネ座１０２が、調整ねじを受け入れるために、螺刻されない開口部を有すると記述される一方で、代替的に、開口部は、調整ねじを螺合するための適切なねじ山を含む可能性がある。

【0019】

本実施例のバネ座１０２は、バネ座の傾斜移動とバネの座屈を防止するために、調整ねじに係合する単一の開口部を含む一方で、バネ座の傾斜を防止するように、バネ座の動きをガイドする他の様式が開口部に加えて使用されている。例えば、バネケーシングは、バネ座１０２側のスロットに係合するために、内向きに延在している１つまたはそれ以上の凸部、またはバネ座を実質的にバネケーシングの縦軸に沿ってのみ強制的に移動させるため（すなわちバネ座の傾斜を防止するため）の他の特徴、すなわち、凸部（複数可）がバネ座の一部であって、バネケーシングの内壁に実質的にバネケーシングの縦軸に沿ってのみバネ座の移動をガイドするために、凸部を受け入れるか、または係合するための１つまたはそれ以上のガイドチャネル（レールなど）を含んでいる。

【0020】

特定の例示的な装置が本明細書で記述されてきたが、本特許の包含の範囲はそれに制限はされない。反対に、本特許は、文字通り、または均等論の下のいずれかで、付随する特許請求の範囲の範囲内に適正に収まるすべての装置および製品を包含する。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】