JP2004218767A - 流体制御用ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】大型の弁板を備えても強力な力で開閉作動させ、弁板の姿勢を確実に保持し得る流体制御用ダンパーを合理的に構成する。
【解決手段】弁ケース１の内部に軸体２と一体揺動する弁板３を備え、この弁板３の姿勢の設定により流体の制御を行えるよう構成し、モータＭからの駆動力を減速機構Ａを介して第１アーム２１に伝え、この第１アーム２１からの揺動作動力を軸体２に連結する第２アーム２２に伝えるよう、第１、第２アーム２１、２２の端部同士をコイルバネ２３と連結体Ｒとで連結し、減速機構Ａを第１ウオームギヤ、第１ギヤ、第２ウオームギヤ、第２ギヤ夫々で構成した。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弁ケースの内部に軸体と一体揺動するよう配置した弁板と、モータの回転駆動力が伝えられる減速機構と、この減速機構の出力軸から前記軸体に操作力を伝える操作機構とを備えると共に、この操作機構からの操作力により前記弁板を開放姿勢と閉じ姿勢とに切り換え自在に構成してある流体制御用ダンパーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記のように弁ケースの内部に軸体と一体揺動する弁板を配置した流体制御用ダンパーとして、円筒状のケーシング（本発明の弁ケース）の内部に羽根軸（本発明の軸体）と一体回動自在に円盤状の羽根（本発明の弁板）を備え、この羽根の外周に対してエラストマー材料で成る密封体を形成し、羽根軸を操作レバーを介して人為的に操作することにより羽根の開閉を実現するものが存在する（例えば、特許文献１参照）。
又、弁板をモータの駆動力で開閉作動させる流体制御用ダンパーとして、筒状の弁本体（本発明の弁ケース）の内部に弁軸（本発明の軸体）と一体回転する弁体（本発明の弁板）を備え、電動機（本発明のモータ）からの駆動力を減速機（本発明の減速機構）で減速して弁軸に伝える操作機構を備えることにより弁体の開閉を実現するものが存在する（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２‐２２８２５０号公報 （段落番号〔００１６〕〜〔００２７〕、図１〜図３）
【特許文献２】
特開平１０‐２５２９２３号公報 （段落番号〔０００９〕〜〔００１６〕、図４、図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
モータからの駆動力で弁板を開閉作動させる流体制御用ダンパーを考えるに、確実な開閉作動を行う場合には、強力な駆動力を必要とするものであり、又、弁板が開放状態と閉じ状態との何れの姿勢にある場合でも、その姿勢を維持することも重要である。そこで、弁板を強力な駆動力で操作するために、大容量の電動型のモータを用いることや、大きい減速比のギヤの組み合わせを用いることが容易に想像できる。しかしながら、大容量の電動型のモータを用いることはダンパーの大型化を招くばかりか作動時に大電力を必要とする点で改善の余地がある。そこで、大きい減速比の減速機構を用いることも考えられるが、特許文献２に記載されている減速機のように平歯車を単純に組み合わせて大きい減速比を得るものでは歯車の数が増大し過ぎ、部品点数が増大する点で好ましくない。特に、平歯車で減速機構を構成した場合には、弁板に対して流体から強い力が作用した場合には、減速機構において逆転を許すこともあり改善の余地がある。尚、弁板の姿勢を維持する目的から特許文献２に示されるように電磁ブレーキを用いることも考えられるが、大型の弁板の姿勢を維持するためには大容量の電磁ブレーキを必要とするものとなり装置の大型化やコストの上昇、制御の複雑化を招く点において採用し難いものであった。
【０００５】
本発明の目的は、大型の弁板を備えているものであっても、強力な力で弁板を開閉作動させ、しかも、弁板の姿勢を確実に保持し得る流体制御用ダンパーを合理的に構成する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る流体制御用ダンパーの特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
弁ケースの内部に軸体と一体揺動するよう配置した弁板と、モータの回転駆動力が伝えられる減速機構と、この減速機構の出力軸から前記軸体に操作力を伝える操作機構とを備えると共に、この操作機構からの操作力により前記弁板を開放姿勢と閉じ姿勢とに切り換え自在に構成してある流体制御用ダンパーにおいて、前記減速機構が、前記モータの回転駆動力で回転作動する第１ウオームギヤと、この第１ウオームギヤに咬合する第１ギヤと、この第１ギヤの回転力が伝えられる第２ウオームギヤと、この第２ウオームギヤと咬合する第２ギヤとを備えている点にある。
【０００７】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、２組のウオームギヤ減速系を備えているので、比較的少ないギヤ数でありながら、大きな減速比を得るものとなる。しかも、弁板に対して流体から強い力が作用した場合でもウオームギヤ減速系が軸体の回転を阻止するので、軸体の回転を阻止する電磁ブレーキ等の特別の機器を備えずに済む。その結果、大型の弁板を備えているものであっても、強力な力で弁板を開閉作動させ、しかも、弁板の姿勢を確実に保持し得る流体制御用ダンパーが合理的に構成されたのである。
【０００８】
本発明の請求項２に係る流体制御用ダンパーの特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
請求項１記載の流体制御用ダンパーにおいて、前記操作機構が、前記減速機構の出力軸に備えた天秤状の第１アームと、前記軸体に備えた天秤状の第２アームと、第１アームと第２アームとの少なくとも一方の端部同士の間に介在させたコイルバネとを有している点にある。
【０００９】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、弁板を開閉作動させる際には、モータを駆動することにより減速機構の出力軸に備えた第１アームが揺動作動し、この揺動作動による操作力が、夫々のアームの間に介在させたコイルバネから第２アームに伝えることが可能となるので、この第２アームの揺動姿勢の変化に伴い軸体に強い力を作用させて回転させ、弁板の姿勢を変更できる。又、第１アームと第２アームとの間にコイルバネを介在させているので、第１アームと第２アームとを精度高く連係させずとも減速機構からの操作力を第２アームに伝える得るものとなる。その結果、大型の弁板を備えたものでも、アーム端部から強力な力を作用させて開閉作動を実現し、高い精度で連係を形成する必要もないものとなった。特に、弁板を閉じ姿勢に保持する方向に向けてコイルバネからの付勢力を作用させることも可能となり、弁板を確実に閉じ姿勢に維持することも可能となる。
【００１０】
本発明の請求項３に係る流体制御用ダンパーの特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
請求項２記載の流体制御用ダンパーにおいて、前記第１アームの揺動作動で前記弁板を閉じ姿勢に設定する際には、前記コイルバネからの付勢力を前記第２アームに対して閉じ側に作用させるよう第１アームの閉じ側の停止位置を設定すると共に、この停止位置に前記第１アームが達したことを検出する閉センサを備えている点にある。
【００１１】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、弁板を閉じ姿勢作動させた際には、第１アームに対してコイルバネからの付勢力を閉じ側の作用させた状態で、この第１アームが閉じ側の停止位置に達し、この停止位置に達したことを閉じセンサが検出するので、弁板を閉じ姿勢に設定する際には、モータを閉じ方向に駆動した後、閉じセンサが検出したタイミングでモータを停止させるものとなり、コイルバネからの付勢力を弁板を閉じ方向に作用させた状態を維持できる。その結果、弁板を一層確実に閉じ姿勢の維持するものとなった。
【００１２】
本発明の請求項４に係る流体制御用ダンパーの特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体制御用ダンパーにおいて、前記弁板の揺動端縁が前記軸体の軸芯と平行する姿勢に成形され、前記弁板の前記揺動端縁に接触して閉じ状態を現出するシール体が前記弁ケースの内部に配置されると共に、弁板が閉じ姿勢の側に作動した際には、前記揺動端縁のうち、前記操作機構が配置された側と反対側の端縁が、他の端縁より先に前記シール体に接触するよう弁板の揺動端縁とシール体との相対位置関係を設定してある点にある。
【００１３】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、例えば、矩形の弁板を閉じ姿勢に操作した際には、弁板の揺動端縁のうち、軸体の軸芯に沿う方向で前記操作機構が配置された側と反対側の揺動端縁が先にシール体に接触し、この後、弁板が弾性変形すること、及び、軸体が捻れ方向に弾性変形することにより、前記操作機構が配置された側に向けて接触部位が変位する形態で接触状態に達する。つまり、大型の弁板を使用するもので、弁板の弾性変形と軸体の捻れ変形とを考慮せず、弁板の揺動端縁の全ての領域（軸体の軸芯の軸芯に沿う方向での領域）とシール体とが同時に接触するよう設計した場合には、組み立て時の精度のバラツキにより、軸体の軸芯方向で操作機構が配置された側が先に接触することがあり、このような状況が発生すると、軸体に対して閉じ方向に向けて強力な力を作用させても、軸体の軸芯方向で操作機構が配置された側と反対側の揺動端縁をシール体に強く接触させることができず、流体を漏出させる等の不都合に繋がるものであるが、本発明によると、シール体と接触不良が発生した場合に対処が困難な側に位置する揺動端縁から順次シール体に接触させるので、揺動端縁の全ての領域をシール体に確実に密接させることが可能となる。その結果、大型の弁板を用いたものでも、弁板と軸体との弾性変形を有効に利用して確実な閉じ状態を現出するものとなった。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１〜図４に示すように、円筒状の弁ケース１を貫通する軸体２を備え、この軸体２と一体揺動する円板状の弁板３を弁ケース１の内部に配置し、弁ケース１の外部に配置した電動モータＭの出力軸４からの回転駆動力を減速機構Ａで減速し、その出力軸５から操作機構Ｂを介して前記軸体２に伝えて弁板３を開放姿勢と閉じ姿勢とに切り換える流体制御用ダンパーが構成されている。
【００１５】
この流体制御用ダンパーは、燃焼排ガスや空調用の空気等を制御するよう比較的大型（弁ケース１の内径が数十センチメートル以上）に形成されたものであり、弁ケース１の内周部には弁板３を閉じ姿勢に設定した際に弁板３の外周部に接触して弁板３の姿勢を決めると同時に、流体の流動を阻止するシール体６を備えている。前記弁ケース１、軸体２、弁板３は夫々とも鋼材で成り、又、前記シール体６は、弁ケース１の内面に沿うよう円弧状に成型された鋼材を用いており、弁板３を閉じ姿勢に設定した際には、この弁板３が強い力で接当することから溶接の技術やビスを用いて弁ケース１の内面に対して強固に固定されている。尚、このシール体６に対して耐熱性が高い樹脂等を被覆形成することでシール性を高めても良い。
【００１６】
前記弁ケース１は両端部にフランジ部１Ｆを形成してあり、このフランジ部１Ｆに対して燃焼ガスや空調用の空気を送るダクト７のフランジ部７Ｆを連結接続するよう構成されている。この弁ケース１の外部には前記フランジ部１Ｆに両端位置にボルト等を介して連結する一対の軸支プレート１０を、該弁ケース１を挟んで対向する位置に配置してある。そして、この軸支プレート１０に設けた軸受１１と、弁ケース１に設けた軸受１２とに両端部位が回転自在に支持される状態で、かつ、弁ケース１に貫通する状態で前記軸体２を備えている。この弁ケース１の内部位置には軸体２と一体揺動する前記弁板３を備えている。
【００１７】
前記弁ケース１の外部位置に、該弁ケース１のフランジ部１Ｆにボルト等を介して連結する支持フレーム１７を備え、この支持フレーム１７に対して前記電動モータＭと前記減速機構Ａとを支持している。この減速機構Ａは、図５に示すように、電動モータＭの出力軸４からの回転駆動力で回転作動する第１ウオームギヤ１３と、この第１ウオームギヤ１３に咬合するホイール状の第１ギヤ１４と、この第１ギヤ１４の回転力が伝えられる第２ウオームギヤ１５と、この第２ウオームギヤ１５と咬合するセクタ状の第２ギヤ１６とで構成され、この第２ギヤ１６の回転力を前記出力軸５に取り出すよう構成されている。尚、本発明では、ウオームギヤ系を３組以上備えて減速機構Ａを構成して良く、平歯ギヤと組み合わせる形態で実施することも可能である。
【００１８】
前記軸体２の軸芯Ｘと、前記減速機構Ａの出力軸５の軸芯とを互いに平行する姿勢に配置してあり、出力軸５に対して天秤状の第１アーム２１を設け、前記軸体２の端部に天秤状の第２アーム２２を設け、この第１アーム２１と第２アーム２２との一方の端部同士をコイルバネ２３で連結し、他方の端部同士をロッド状の連結体Ｒで連結することで第１アーム２１の揺動作動力を、第２アーム２２に伝えて揺動させるよう構成している。そして、軸体２と出力軸５との間に形成される第１アーム２１、第２アーム２２、コイルバネ２３、連結体Ｒ夫々で前記操作機構Ｂが構成されている。尚、本実施の形態では第１アーム２１と第２アーム２２との一方の端部同士の間にコイルバネ２３を配置し、他方の端部同士の間に連結体Ｒを配置していたが、両端部同士の間にコイルバネ２３を備えることも可能であり、連結体Ｒと並列する位置にコイルバネ２３を備えても良い。
【００１９】
前記連結体Ｒは、図１及び図６に示すように、弁板３を開放操作する際に引き操作力を作用させる側に配置させるものであり、この連結体Ｒは、第１、第２アーム２１、２２の両端部に対してピン３０を介して連結するブラケット３１と、一方のブラケット３１に連結し、かつ、他方のブラケット３１に対してスライド移動自在に挿通するロッド３２と、このロッド３２の端部に形成したストッパー３３とで成り、ストッパー３３がブラケット３１に接当して第１アーム２１からの揺動作動力を第２アーム２２に伝えるようストッパー３３の位置を設定している。
【００２０】
前記支持フレーム１７に対してリミットスイッチで成る閉じセンサ２４と、開放センサ２５とを備えており、第１アーム２１には、閉じセンサ２４に接当する接当片２６と、開放センサ２５に接当する接当片２６とを備えている。そして、電動モータＭからの回転駆動力によって第１アーム２１が閉じ側の揺動端に達した際には、図２（イ）に示すように、第１アーム２１に設けた接当片２６との接当により閉じセンサ２４が検出状態に達し、電動モータＭからの駆動力によって第１アーム２１が開放側の揺動端に達した際には、図１（イ）に示すように、第１アーム２１に設けた接当片２６との接当により開放センサ２５が検出状態に達する。図面には示さないが、この閉じセンサ２４と開放センサ２５とは制御回路を構成し、電動モータＭの駆動力で弁板３が閉じ姿勢に達した時点、及び、電動モータＭの駆動力で弁板３が開放姿勢（最大の開度となる姿勢）で電動モータＭを停止させるよう制御回路が機能する。
【００２１】
このように構成されたので、該流体制御用ダンパーを開放姿勢から閉じ姿勢に切り換える際には、電動モータＭを正転方向に駆動することで、この電動モータＭからの駆動力が減速機構Ａで減速されるので高トルクで第１アーム２１を揺動させる。そして、この揺動作動力がコイルバネ２３を介して第２アーム２２に伝えられる結果、第２アーム２２と連結する軸体２と一体的に弁板３が閉じ姿勢に達し、この弁板３の外周部がシール体６に接触して流体の流動を阻止する。又、このように弁板３が閉じ姿勢に達した際には、引っ張り力が作用する側のバネ２３からの付勢力を支軸２に作用させる状態において第１アーム２１の接当片２６との接当により閉じセンサ２４が検出状態に達して電動モータＭを停止させる。これとは逆に該流体制御用ダンパーを閉じ姿勢から開放姿勢に切り換える際には、電動モータＭを逆転方向に駆動することで、この電動モータＭからの駆動力が減速機構Ａで減速されるので高トルクで第１アーム２１を揺動させる。そして、この揺動作動力が連結体Ｒを介して第２アーム２２に伝えられる結果、第２アーム２２と連結する軸体２と一体的に弁板３が開放姿勢（最大の開度となる姿勢）に達する。尚、このように連結体Ｒを介して弁板３を開放側に揺動させる際には、ストッパー３３がブラケット３１に接当して引き操作力を第２アーム２２に伝えるものとなる。
【００２２】
つまり、本発明によると、２段に減速するウオームギヤ系によって電動モータＭからの回転駆動力を大きく減速して高トルクの力を第１アーム２１から第２アーム２２に伝えるので、弁板３が大型で流体からの圧力が強く作用するものであっても強い力で確実に弁板３の開閉作動を行わせ、しかも、弁板３を閉じ姿勢に設定した場合には、コイルバネ２３からの付勢力を作用させる姿勢で第１アーム２１の揺動を停止させるので、このバネ２３からの付勢力の作用を継続させて確実な閉じ状態を現出し、しかも、減速機構Ａがウオームギヤ系で構成されているので、減速機構Ａの出力軸５の逆転方向への確実に阻止して閉じ状態を確実に維持するものにしている。
【００２３】
〔第２の実施の形態〕
この第２に実施の形態は、弁ケース１が角パイプ状に形成され、弁板３が矩形に形成され、これに関連して弁板３の揺動端縁３Ａとシール体６との相対位置関係を以下のように設定している点に特徴を有するものである（第１の実施の形態と基本的に変わるところは無く、この第２の形態では前記実施の形態と同じ機能を有するものには、第１の実施の形態と共通の番号、符号を付している）。
【００２４】
つまり、図７〜図１０に示すように、弁板３は、その揺動端縁３Ａが軸体２の軸芯Ｘと平行する姿勢となるよう略正方形に成形され、弁板３が閉じ姿勢の側に作動した際には、前記揺動端縁３Ａのうち、第２アーム２２（操作機構Ｂ）が配置された側と反対側の端縁が、他の端縁より先に前記シール体６に接触するよう弁板３の揺動端縁３Ａとシール体６との相対位置関係を設定した点に特徴を有している。具体的には、シール体６は軸体２の軸芯Ｘと並行する直線姿勢の部位と、軸体２の軸芯Ｘと直交する直線姿勢の部位とで成り、弁板３を閉じ姿勢の側に操作した際に、弁板３の揺動端縁３Ａのうち、反第２アームの側ほどシール体６に接近するよう該揺動端円３Ａを捻り姿勢に形成している。尚、この相対位置関係とは逆に、弁板３の揺動端縁３Ａを軸体２の軸芯Ｘと並行する姿勢に形成し、シール体６を傾斜姿勢で形成することによって、弁板３を閉じ姿勢の側に操作した際に、弁板３の揺動端縁３Ａのうち、反第２アームの側ほどシール体６に接近するよう構成しても良い。
【００２５】
又、電動モータＭの駆動力によって弁板３を閉じ姿勢に設定する際において、弁板３の揺動端縁３Ａの全域（軸体２の軸芯Ｘに沿う方向での全域）がシール体６に接触する状態に達するに充分な量だけ軸体２に回転力を作用させるよう第１アーム２１の停止位置を設定してあり、この停止位置に達したことを閉じセンサ２４で検出するよう閉じセンサ２４と接当片２６との相対位置関係を設定してある。
【００２６】
このように構成したことにより、弁板３を閉じ姿勢に設定する際、及び、弁板３を開放姿勢に設定する際の作動形態は前記第１の実施の形態と同様であるが、前述したようにシール体６と弁板３の揺動端縁３Ａとの相対位置関係を設定しているので、弁体３を閉じ姿勢に設定する際においては、図１０に示すように弁板３の揺動端縁のうち、反第２アームの側が先にシール体６に接触し、この後、弁板３が弾性変形すること、及び、軸体２が捻れ方向に弾性変形することにより、前記第２アーム２２が配置された側に向けて接触部位が変位する形態で接触状態に達するのである。
【００２７】
つまり、大型の弁板３を使用するものにおいて、弁板３の弾性変形と軸体２の捻れ変形とを考慮せず、弁板３の揺動端縁３Ａの全ての領域（軸体２の軸芯の軸芯に沿う方向での領域）とシール体６とが同時に接触するよう設計した場合には、組み立て時の精度のバラツキにより、軸体２の軸芯方向で第２アーム２２が配置された側が先に接触することがあり、このような状況が発生すると、軸体２に対して閉じ方向に向けて強力な力を作用させても、軸体２の軸芯方向で第２アーム２２が配置された側と反対側の揺動端縁３Ａをシール体６に強く接触させることができず、流体を漏出させる等の不都合に繋がるものであるが、本発明によると、シール体６と接触不良が発生した場合に対処が困難な側に位置する揺動端縁３Ａから順次シール体６に接触させるので、弁板３の弾性変形と軸体２捻れ方向へのとの弾性変形とを利用して揺動端縁３Ａの全ての領域をシール体６に確実に密接させることが可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の流体制御用ダンパーの開状態における全体側面図及び縦断面図
【図２】第１の実施の形態の流体制御用ダンパーの閉じ状態における全体側面図及び縦断面図
【図３】第１の実施の形態の流体制御用ダンパーの開状態における横断平面図
【図４】第１の実施の形態の流体制御用ダンパーの閉じ状態における縦断面図
【図５】第１の実施の形態の減速機構の斜視図
【図６】第１の実施の形態の連結体のストッパー部位の構造を示す断面図
【図７】第２の実施の形態の流体制御用ダンパーの閉じ状態における縦断面図
【図８】第２の実施の形態の流体制御用ダンパーの閉じ操作時における位置関係を示す縦断側面図
【図９】第２の実施の形態の流体制御用ダンパーの閉じ操作時における位置関係を示す斜視図
【図１０】第２の実施の形態の流体制御用ダンパーの閉じ操作時において弁板とシール体との相対的な位置関係を連続的に示す断面図
【符号の説明】
１ 弁ケース
２ 軸体
３ 弁板
５ 出力軸
１３ 第１ウオームギヤ
１４ 第１ギヤ
１５ 第２ウオームギヤ
１６ 第２ギヤ
２１ 第１アーム
２２ 第２アーム
２３ コイルバネ
２４ 閉じセンサ
Ａ 減速機構
Ｂ 操作機構
Ｍ モータ

Claims (4)

1. 弁ケースの内部に軸体と一体揺動するよう配置した弁板と、モータの回転駆動力が伝えられる減速機構と、この減速機構の出力軸から前記軸体に操作力を伝える操作機構とを備えると共に、この操作機構からの操作力により前記弁板を開放姿勢と閉じ姿勢とに切り換え自在に構成してある流体制御用ダンパーであって、
   前記減速機構が、前記モータの回転駆動力で回転作動する第１ウオームギヤと、この第１ウオームギヤに咬合する第１ギヤと、この第１ギヤの回転力が伝えられる第２ウオームギヤと、この第２ウオームギヤと咬合する第２ギヤとを備えている流体制御用ダンパー。
2. 前記操作機構が、前記減速機構の出力軸に備えた天秤状の第１アームと、前記軸体に備えた天秤状の第２アームと、第１アームと第２アームとの少なくとも一方の端部同士の間に介在させたコイルバネとを有している請求項１記載の流体制御用ダンパー。
3. 前記第１アームの揺動作動で前記弁板を閉じ姿勢に設定する際には、前記コイルバネからの付勢力を前記第２アームに対して閉じ側に作用させるよう第１アームの閉じ側の停止位置を設定すると共に、この停止位置に前記第１アームが達したことを検出する閉センサを備えている請求項２記載の流体制御用ダンパー。
4. 前記弁板の揺動端縁が前記軸体の軸芯と平行する姿勢に成形され、前記弁板の前記揺動端縁に接触して閉じ状態を現出するシール体が前記弁ケースの内部に配置されると共に、弁板が閉じ姿勢の側に作動した際には、前記揺動端縁のうち、前記操作機構が配置された側と反対側の端縁が、他の端縁より先に前記シール体に接触するよう弁板の揺動端縁とシール体との相対位置関係を設定してある請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体制御用ダンパー。

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