特許 6292803 バルブ駆動組立体及びこれに使用するバルブ

(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】6292803

(24)【登録日】2018年2月23日

(45)【発行日】2018年3月14日

(54)【発明の名称】バルブ駆動組立体及びこれに使用するバルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 41/00 20060101AFI20180305BHJP

   F16K 27/08 20060101ALI20180305BHJP

【ＦＩ】

   F16K41/00

   F16K27/08

【請求項の数】11

【外国語出願】

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-185052(P2013-185052)

(22)【出願日】2013年9月6日

(65)【公開番号】特開2014-59057(P2014-59057A)

(43)【公開日】2014年4月3日

【審査請求日】2016年8月19日

(31)【優先権主張番号】10 2012 108 379.7

(32)【優先日】2012年9月7日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】502458039

【氏名又は名称】ジョンソン エレクトリック ソシエテ アノニム

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(72)【発明者】

【氏名】イェルク ガスマン

(72)【発明者】

【氏名】トーマス ミュラー

(72)【発明者】

【氏名】セバスチャン フラウロブ

【審査官】 加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１２１１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５０４９４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ４１／００−４１／１２

Ｆ１６Ｋ ２７／００−２７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体の流れを調整するためのバルブ駆動組立体であって、
所定の厚さのフランジと、
前記フランジを貫通して配置される作動ロッドであって、前記フランジとの間のスペースが漏洩率を定義する作動ロッドと、
前記フランジ（４）と前記作動ロッド（３）との間に配置された環状要素と、
を備え、
前記環状要素及び前記作動ロッドは、その間に環状ギャップ（１２）を有し、前記環状ギャップの有効長さは、流体の流量が前記漏洩率よりも小さくなる体積を定義するように、前記フランジの厚さよりも大きいことを特徴とするバルブ駆動組立体。

【請求項2】

前記環状要素は、ブッシュ（８）を備える、請求項１に記載のバルブ駆動組立体。

【請求項3】

前記作動ロッドと前記ブッシュ（８）との間に配置されるスリーブ（９）を更に備え、前記環状ギャップ（１２）は、前記作動ロッドと前記スリーブとの間、又は前記スリーブと前記ブッシュ（８）との間のいずれかに形成される、請求項２に記載のバルブ駆動組立体。

【請求項4】

前記環状要素は、フランジカラー（１０）を含む、請求項１に記載のバルブ駆動組立体。

【請求項5】

前記作動ロッドと前記フランジカラー（１０）との間に配置されるスリーブ（９）を更に備え、前記環状ギャップは、前記作動ロッドと前記スリーブとの間、又は前記スリーブと前記フランジカラー（１０）との間のいずれかに形成される、請求項４に記載のバルブ駆動組立体。

【請求項6】

前記環状要素は、密封材を含む、請求項１に記載のバルブ駆動組立体。

【請求項7】

前記環状要素は、前記密封材を密封するための環状補助部材を更に備える、請求項６に記載のバルブ駆動組立体。

【請求項8】

前記環状要素は、溶接材料で作られたブロッキング妨害物を含む、請求項１に記載のバルブ駆動組立体。

【請求項9】

前記ブロッキング妨害物は、半田付け又はろう付け材料である、請求項８に記載のバルブ駆動組立体。

【請求項10】

バルブ本体と、
前記バルブ本体上に配置されたアクチュエータと、
バルブ駆動組立体と、
を備えるバルブであって、前記バルブ駆動組立体は、
前記バルブ本体と前記アクチュエータとの間に配置され、所定の厚さを有し、作動ロッドとの間のスペースが漏洩率を定義するフランジと、
前記アクチュエータで駆動され、前記フランジを貫通して配置される前記作動ロッドと、
前記フランジ（４）と前記作動ロッド（３）との間に配置された環状要素と、
を含み、
前記環状要素及び前記作動ロッドは、その間に環状ギャップ（１２）を有し、前記環状ギャップの有効長さは、流体の流量が前記漏洩率よりも小さくなる体積を定義するように、前記フランジの厚さよりも大きいことを特徴とするバルブ。

【請求項11】

前記アクチュエータは、前記フランジ上に配置されるアクチュエータ基部を更に備え、前記アクチュエータは、前記アクチュエータ基部上に取り付けられる、請求項１０に記載のバルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、調節バルブからの流体の流れを調整するバルブユニットのためのアクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

原則として、流体の流れを調整するためのバルブユニットは、調節密封システムによって内部を通って流れる流体を制限及び制御するバルブ本体を備える。従って、流体は、バルブ本体の一方側の入口から流入して、反対側の出口から流出する。当該バルブ本体を作動させるために、アクチュエータは、アクチュエータとバルブ本体との間に配置された、バルブに対向する中間チャンバを形成するフランジに結合される。フランジの貫通部を利用して、バルブはアクチュエータの作動ロッドによって作動される。バルブの状態は、選択的に作動ロッドの位置によって決まり、作動ロッドの回転又は直線運動によって、バルブが閉じる、完全に開く、又は所定の流量に調整されることが保証される。通常の作動状態において、流体はバルブに対向する中間チャンバに到達しない。しかしながら、例えば故障時に、密封ダイアフラムが損傷すると（ダイアフラムが裂けると）、バルブに対向する中間チャンバは、流体で満たされ、流体の作動圧がチャンバ内に維持される。

【0003】

作動ロッドとフランジプレートとの間の環状ギャップを利用して、流体流れは、安全対策のため確実かつ恒久的に所定の許容される最大値に制限される。このことは、作動ロッドとフランジプレートとの間の嵌合をできるだけ狭くするように、フランジを貫通する作動ロッドに関する貫通部をデザインすることで実現される。環状ギャップを通る流体流れの実施可能な最大値は、環状ギャップに関するこの狭いギャップ嵌合によって調整することができる。従って、結果的に形成されるギャップサイズは、非常に狭く選択されることになるので、フランジプレートと作動ロッドとの間の狭い嵌合が要求される。構成部品の機械生産並びに作動ロッド及びフランジの組み立ての両方において費用がかかる状况なので当該嵌合はコストがかかる。

【0004】

独国特許公開番号６００２８５０８Ｔ２には、可燃性ガスを制御するためのバルブユニットが開示されており、アクチュエータの電磁気装置への電力供給の可能性のある遮断に対する高い安全性を必要としている。従って、このバルブユニットは、安全対策のために２つのアクチュエータを使用するように構成される。特定の場合には、２つのアクチュエータを備える当該バルブシステムは絶対的に必要である。それにも関わらず、このことは、作動ロッドの貫通点において、両アクチュエータの間の狭い嵌合を２回デザインする必要があるという問題を引き起こす。従って、この解決策は、非常に高価で製造コストがかかる。独国特許公開番号６００２８５０８において、貫通部は存在しない。この場合、アクチュエータ自体が密封される。

【0005】

さらに、独国特許公開番号６０２００５００１６５０Ｔ２には、他の所謂二重バルブユニットを著しく簡略化したバルブユニットのハウジング構成が開示されており、前述の二重バルブユニットの代わりに、単一のバルブフラップのみが使用されるバルブ本体が要求される。これは、バルブユニットの単純かつ安価な構成のほかに、非常に維持コストが安くなるという利点を有する。この解決策において、作動ロッドがフランジを貫通する方法、及びブッシュを利用してシールを提供する方法も開示されている。このことは、内部ブッシュがフランジと作動ロッドとの間に配置されることを提案する。しかしながら、好ましくはブッシュが省略され、ここに狭い嵌合が存在する必要がありシリンダ及び作動ロッドに関して低摩擦の材料の選択が推奨されるので、フランジと作動ロッドとの間の潤滑は不要である。独国特許公開番号６０２００５００１６５０の目的は、バルブユニットの軽量構造及び簡単な保守管理を実現すること、及び摩擦軸受ブッシュの有無に関わらず最良に実現可能な摺動特性を有するフランジを貫通する作動ロッドの貫通部を実現することである。この構成は、単に単一の軸受の位置及びその長さが軸受の機能を果たすか又は軸受は所定の最小長さをもつ必要があるようなものである。

【0006】

問題点を解決する他の技術的な解決策は、独国特許公開番号６０２２１０３２Ｔ２に開示されている。追加の予荷重バネユニットが設けられており、結果として復元力がバルブユニット内部の閉鎖要素を閉鎖状態に維持する。バルブが配置された直流モータによって開放される場合、換言すると、アクチュエータを作動させる場合、バネユニットは、更に予荷重を受ける。電源供給が遮断された後に又は電源供給が不意に遮断された後に、内部のバルブフラップはバネユニットの復元力によって再度閉鎖される。同様に、ここではブッシュはフランジとアクチュエータの作動ロッドとの間に配置され、これらの２つの構成部品の間の狭い嵌合という同様の問題がある。この場合、同様に、ブッシュは単に作動ロッドを案内するように機能する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】独国特許公開番号６００２８５０８Ｔ２公報

【特許文献2】独国特許公開番号６０２００５００１６５０Ｔ２公報

【特許文献3】独国特許公開番号６０２２１０３２Ｔ２公報

【発明の概要】

【0008】

一般に、以下の技術的解決策は前述の全ての文献に適用できる。
本発明の目的は、流体流れを調整するバルブ駆動組立体のためのアクチュエータを改良することであり、補助部品の製造及びアクチュエータに対してバルブを取り付けることがより安価になり、製造上の大きな許容誤差が可能になり、特にバルブの作動ユニットが単純化される。所要の流れ抵抗は、全体的に安定して安全かつ正確に与えることができる。

【0009】

バルブ用のバルブ駆動組立体は、バルブ本体に配置されたダイアフラムによって密封され、バルブ本体２と、フランジ４の貫通部を貫通する作動ロッド３とを備える。特に、所定の流体流れを調整するためのフランジ４に対する作動ロッド３の配置である。

【0010】

バルブユニットは、調節バルブからの流体流れを調整するようになっており、アクチュエータのバルブチャンバは、バルブ本体２上に配置されたダイアフラムによって密封され、バルブは作動ロッド３で作動される。フランジ４は、バルブ本体２から直立し、作動ロッド３のための貫通部が形成されている。アクチュエータ１は、作動要素としてフランジ式アクチュエータ基部１３によってフランジ４に固定され、作動ロッド３を駆動する。本発明によれば、フランジ４と作動ロッド３との間には、更に環状要素（追加の構成部品又は追加の材料として知られる）が配置される。環状要素は、追加のブッシュ８及び／又は他のスリーブ９又は追加のフランジカラー１０を有するフランジ４、又は別体の密封材１１、又はフランジ４と作動ロッド３との間に配置される特定の溶接材料１６とすることができる。この場合、作動ロッド３と環状要素との間の環状ギャップ１２の有効長さＬは、フランジ４の材料厚さＨを上回る。驚くことに、環状ギャップ１２の長さＬがフランジ４の厚さを上回る場合、体積流量Ｑが更に低減することが分かっている。換言すると、この長さＬ上で体積流量Ｑを以下の数的関係に従って正確に制限して調整することができる。このことは、ギャップ寸法ｈが実際に僅かに変わると体積流量Ｑに大きく影響を及ぼす可能性があることを意味する。また、環状ギャップ１２を通る体積流量Ｑは、ギャップの長さＬに大きく依存し（Ｑ〜１／Ｌ）、同様に、環状ギャップのギャップ寸法ｈと関係がある（Ｑ〜ｈ³）。個々の部品を相応に寸法決めすることで、従来のフランジ４と作動ロッド３との間の嵌合が備わっている狭い貫通部を、環状要素を利用して置き換えることができる。所要の作動ロッド３の高精度の貫通部は嵌合部を構成する製造コストを抑える他に、このことは、構成部品を取り付ける際に顕著な利点をもたらす。換言すると、単純な装置を用いて従来よりも迅速に製造することができる。各構成部品は広い嵌合状態で設けることができるので、適切な構成部品は相互に嵌合することになる、つまり、フランジ４、環状要素、及び作動ロッド３は、大きな許容誤差でもって、現行の大量生産での、例えば深絞り又は打ち抜き等の単純かつ安価な製造プロセスを用いて製造することができる。

【0011】

調節バルブからの流体流れを調整するバルブユニットのための新規なアクチュエータ１は、ダイアフラムによってバルブ本体２に対して密封され、このアクチュエータ１により作動され、バルブ本体２の中まで達する作動ロッド３が配置されている。公知のように、この作動ロッド３は、フランジ４によって案内され、貫通部は所定の最大流体流れを実現する。フランジ４を貫通する作動ロッド３の貫通部において、新規な方法で、作動ロッド３と環状要素との間の環状ギャップ１２の有効長さＬは、実質的にできるだけ広範なフランジ４の材料厚さＨを上回る。このデザインの利点は、構成部品の寸法決めのための単純な数学的計算によって、不具合のあるバルブ本体（ダイアフラムの裂け）による内部からの流体の最大許容体積流量Ｑを制限して、アクチュエータチャンバ６内に正確に収めることができる。許容誤差は、大量生産の技術でもって簡単に制御することができ、これにより装置が安価になる。

【0012】

環状要素が、構造的にアクチュエータ１と一体である場合、例えば、フランジカラー１０に直接成形される場合には相当好都合である。

【0013】

一般に、バルブユニットのためのアクチュエータ１の有効な環状ギャップ１２は、環状要素とフランジ４との間に形成される。これにより構成部品の相互の良好かつ単純な嵌合が可能になる。しかしながら、フランジ４は、例えば、フランジカラー１０、又は追加のブッシュ８を備えることになり、又はフランジは、所要の環状ギャップ長さを実現できるようにこの領域では従来よりも厚くデザインされる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の例示的な実施形態による、バルブ本体に適用されたバルブ駆動組立体を示す概略図であり、環状要素としてブッシュ８が組み込まれている。

【図2】本発明の例示的な実施形態による、バルブ本体に適用された別のバルブ駆動組立体を示す概略図であり、環状要素としてフランジカラー１０が組み込まれている。

【図3】本発明の例示的な実施形態による、バルブ本体に適用された別のバルブ駆動組立体を示す概略図であり、スリーブ９は、作動ロッドとブッシュとの間に配置されている。

【図4】発明の例示的な実施形態による、バルブ本体に適用された別のバルブ駆動組立体を示す概略図であり、フランジと作動ロッドとの間にスリーブ９及びフランジカラー１０が配置されている。

【図5】発明の例示的な実施形態による、バルブ本体に適用されたバルブ駆動組立体としての別の密封材を示す概略図である。

【図6】発明の例示的な実施形態による、バルブ本体に適用されたバルブ駆動組立体としての別のブロッキング妨害物を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に図面を参照して例示的に本発明の種々の実施形態を説明するが、各図面を通して同一の又は関連する構造、要素、又は部品には同じ参照番号が付与される。図示の構成要素の寸法及び特徴は、便宜的に表示を明確にするために選択されており、必ずしも縮尺通りに示されていない。

【0016】

図１は、本発明の１つの実施形態による、バルブ本体２に適用されるバルブ駆動組立体を示す。バルブ駆動組立体は、フランジ４、作動ロッド３、及び環状要素を含む。作動ロッド３は、フランジを貫通して配置される。流体は、供給口１４からバルブ本体２に流入し、排出口１５から流出する。

【0017】

作動ロッド３上に設けられるバルブフラップ（図示せず）は、例えば、単なる回転運動又は直線運動による、若しくはその両方の動きを組み合わせた駆動手段として、バルブ本体２の内部に配置される。フランジ４は、バルブ本体２のハウジング上に密封支持され、ハウジングに適切な方法で結合される。フランジ４は、フランジチャンバ５をハウジングと一緒に取り囲む。通常、バルブ本体２の内部はダイアフラムによってフランジチャンバ５に対して密封されるので、流体は、バルブフラップが開放した場合にバルブを通って流れることはできない。しかしながら、ダイアフラムが密封されていない場合、流体はフランジチャンバ５に漏出することができる。従って、所定量の流体は、環状ギャップｈの厚さで条件付けされる作動ロッド３の貫通部に沿って、フランジ式アクチュエータ基部１３によって形成され、外部に開放された中間チャンバ６に漏洩する。本実施形態において、環状要素（本実施形態ではブッシュ８）は、フランジ４と作動ロッド３との間に配置され、環状要素と作動ロッド３との間に環状ギャップ１２を規定する。環状ギャップ１２の有効長さＬは、フランジ４の材料厚さＨを上回る。

【0018】

図２は、同じ材料で環状要素として機能する、新規なフランジカラー１０を備える実施形態の詳細を示す。このデザインは、大量生産における深絞りプロセスに特に適する。

【0019】

図３において、ブッシュ８は、作動ロッド３を案内して取り付けるために及び流体を規定値に制限するために、フランジ４と作動ロッド３との間に嵌合される。作動ロッド３とブッシュ８との間の嵌合寸法は、結果的に従来のデザインに対して非常に大きくすることができ、これにより、大量生産のための単純かつ安価な製造プロセスによってブッシュ８を製造すること、及び製造時の作動ロッド３の大きな許容誤差が可能になる。従って、作動ロッド３の相応に高精度の表面の後処理は必要ない。

【0020】

図３及び４は、他の２つの好ましい実施形態を示す。この場合、ブッシュ８又はフランジカラー１０はフランジ４上に配置され、スリーブ９は作動ロッド３の周りに設けられる。ブッシュ８とスリーブ９との間（図３に示す）、フランジカラー１０とスリーブ９との間（図４に示す）、又はスリーブ９と作動ロッド３との間（図３及び図４）に所定の環状ギャップ１２を形成することができ、これは嵌合をより容易にする。一般的に、スリーブ９は、ブッシュ８又はフランジカラー１０に対向して、作動ロッド３に沿って移動可能に配置される。環状要素として任意の長さとすることができる追加のスリーブ９を使用することで、適切な体積流量が可能になる。スリーブ９は、フランジチャンバ５内の大きな圧力でもって押し出されることはなく、これはスリーブ９がアクチュエータ１上に載るような長さにデザインされるか、又は突出する環状アタッチメントの内部に設けられるようにデザインされ、若しくはスリーブ９が、内部にのみ又は外部にのみ取り付けられる場合にだけ、これは構成部品に対して強固に結合される。

【0021】

図４には類似の解決策が示されている。この場合、新規のスリーブ９は単純に例示できるフランジカラー１０と一緒に前述と同じ作用を示す。しかしながら、これらの両方のデザインを用いて、有効な環状ギャップ１２を内側、つまり作動ロッド３とスリーブ９との間に形成することもできる（図示のような）。

【0022】

図５は、本実施形態では適切な密封材である環状要素が導入されて配置された実施形態を示す。使用する密封材の粘性に応じて、更に追加の環状補助部材１７の使用を必要とする場合がある。密封材１１は硬化操作の後で膨張することが好ましく、これによりフランジギャップが確実に充填され、同様に環状要素はフランジ内部を取り囲み、結果的にアクチュエータ駆動部に向かって出て行く液体は確実に排除される。

【0023】

図６は、更に別の実施形態を示し、密封材１１の代わりに、追加の適切な溶接材料（例えば、適切な半田付け又はろう付け材料）で作られたブロッキング障害物１６が環状要素として導入される。この作用は前述の密封材と同じである。ここでは作動ロッド３のどの動きが生じるかは重要ではない。この場合、回転又は並進運動を行うことができる。この前述の技術的な解決策は、主として最も変化する流体流れを調整するためのバルブユニットのためのアクチュエータ作動式作動ロッドの開口部のために利用することができる。

【0024】

本出願の説明及び請求項において、動詞「備える」、「含む」、及び「有する」、並びにその変形形態は、説明する要素の存在を規定するために包括的な意味で使用され、追加の要素の存在を排除するものではない。

【符号の説明】

【0025】

１ アクチュエータ
２ バルブ本体
３ 作動ロッド
４ フランジ
５ フランジチャンバ
６ 中間チャンバ
１３ アクチュエータ基部
１４ 供給口
１５ 排出口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】