JP2005048922A - バルブ - Google Patents

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Abstract

【課題】 緊急にバルブを閉じる必要が生じた場合や停電時に、瞬時に閉じることのできるバルブを提供する。
【解決手段】 弁箱１内の流路４に、流路４を開閉する第１弁部５と第２弁部６を直列に配置し、第１弁部５には、第１弁座８と、第１弁軸９に支持され軸線方向に往復移動して第１弁座８に当接離反する第１弁体１０と、モータ１１と回転運動を直線運動に変換する運動変換機構１２からなり第１弁軸９を往復移動させる流量制御及び流路のスロー開弁可能な開閉駆動手段１３を備え、第２弁部６には、第２弁座１５と、第２弁座１５に当接離反する第２弁体１６と、第２弁体１６を第２弁座１５に当接させる方向に付勢する圧縮バネ１７と、電磁力により第２弁体１６を第２弁座１５から離反させる方向に移動させる流路４のクイック閉弁可能な電磁開弁手段１８を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体の流路を開閉するバルブに関するものである。
流体の流量を制御するバルブとして、流体入口部と流体出口部を有する弁箱内の流路が弁座で仕切られ、前記弁座の弁孔が弁軸に支持された弁体で開閉されるようになっており、前記弁軸はその軸線方向に前後に開閉駆動手段で駆動され、前進して前記支持している弁体で弁孔を閉じ後退して開くようになっているバルブがある。
従来、この種のバルブにあって、前記駆動手段としてパルスモータが使用され、パルスモータの回転力を直線運動に変換して弁軸を前進・後退させて弁孔を開閉するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第２６０８５７９号公報
しかしながら、上記のバルブによれば、弁体の開閉操作は、いずれもパルスモータを駆動して行わなければならず、そのため、例えば、緊急にバルブを閉じる必要が生じた場合、瞬時にバルブを閉じることは困難であり、また、バルブが開いた状態にあるとき停電が生じたような場合、バルブを閉じることができず、流体を使用する機器に障害を発生させてしまう場合もあるといった問題があった。
本発明の目的は、緊急にバルブを閉じる必要が生じた場合や停電時に、瞬時に閉じることのできるバルブを提供することにある。
上記の目的を達成するために、請求項１に記載のバルブは、流体入口部と流体出口部を有する弁箱内の流路に、該流路を開閉する弁部を有するバルブであって、前記弁部に流路を流れる流体の流量制御手段、流路のスロー開弁手段及び流路のクイック閉弁手段を備えたことを特徴とする。
かかる構成から、前記弁部に備えた流路を流れる流体の流量制御手段により希望する流量の流体を流すことができ、また流路のスロー開弁手段により希望するスローの速度で流路を開くことができ、また緊急にバルブを閉じる必要が生じた場合に、流路のクイック閉３弁手段により流路を瞬時に閉じることができる。
請求項２に記載のバルブは、流体入口部と流体出口部を有する弁箱内の流路に、該流路を開閉する第１弁部と第２弁部が直列に配置されており、前記第１弁部は、第１弁孔を開口しており前記流路を仕切る第１弁座と、第１弁軸に支持され軸線方向に往復移動して前記第１弁座に当接離反し第１弁孔を開閉する第１弁体と、モータと回転運動を直線運動に変換する運動変換機構からなり前記第１弁軸を往復移動させる流量制御及び流路のスロー開弁可能な開閉駆動手段を備え、前記第２弁部は、第２弁孔を開口しており前記流路を仕切る第２弁座と、前記第２弁座に当接離反し第２弁孔を開閉する第２弁体と、前記第２弁体を前記第２弁座に当接させる方向に付勢する圧縮バネと、電磁力により前記第２弁体を第２弁座から離反させる方向に移動させる流路のクイック閉弁可能な電磁開弁手段を備えていることを特徴とする。
かかる構成から、モータの回転方向、回転速度及び回転量を制御することにより、第１弁体を第１弁座に当接或いは離反させるとともに、離反速度、離反量（流量）を制御でき、また、電磁開弁手段を励磁することにより前記第２弁体を圧縮バネの弾発力に抗して第２弁座から離反させ、電磁開弁手段の励磁を解くことにより前記第２弁体を圧縮バネの弾発力により第２弁座に当接させることができるものとなる。
これにより、先ず、第１弁部の第１弁体と第２弁部の第２弁体をそれぞれ第１弁座及び第２弁座に当接させ、第１弁孔及び第２弁孔を閉じた閉弁状態を原点とし、開弁時に、電磁開弁手段を励磁して前記第２弁体を第２弁座から離反させることにより第２弁孔を開き、同時に、モータを駆動して第１弁体を第１弁座から設定離反量（設定流量）を離反させる。このとき、前記第２弁体は電磁力により瞬時に第２弁座から離反して第２弁孔を開き、また、第１弁体はモータの回転により、設定された離反速度で開方向に移動し第１弁座から離反して第１弁孔を開き、設定離反量（設定流量）まで移動して停止する。これにより、第１弁部と第２弁部はそれぞれ開き、設定された流量の流体が流れる。
この状態で、緊急にバルブを閉じる必要が生じた場合に、電磁開弁手段の励磁を解くと、前記第２弁体が圧縮バネの弾発力により第２弁座に当接し、第２弁部を瞬時に閉じることができる。その後、モータを駆動して第１弁体を第１弁座に当接させて第１弁孔を閉じ原点復帰させる。また、停電時に、電磁開弁手段の励磁が解け、前記第２弁体が圧縮バネの弾発力により第２弁座に当接し、第２弁孔を瞬時に閉じることができる。そして、停電解除後、モータを駆動して第１弁体を第１弁座に当接させて第１弁孔を閉じ原点復帰させる。これらの動作は、制御手段により自動制御することができる。
更には、弁箱内の流路には、第１弁部と第２弁部が直列に配置されており、流路はこの第１弁部と第２弁部で閉じられるので、閉弁時には、漏れのない優れた遮断効果が得られる。
請求項３に記載のバルブは、請求項２に記載の、前記第１弁部と第２弁部の第１弁座と第２弁座は、前記流路を仕切る仕切り壁に設けられており、仕切り壁に形成された開口部が第１弁孔及び第２弁孔となり、仕切り壁の一面側に前記第１弁座が形成され、他面側に第２弁座が形成されていることを特徴とする。
かかる構成から、流路に第１弁部と第２弁部が配置された構造でありながら、仕切り壁に形成された開口部を第１弁孔及び第２弁孔とし、仕切り壁の一面側に前記第１弁座を形成し、他面側に第２弁座を形成したので、全体のコンパクト化が図れる。
請求項４に記載のバルブは、請求項２又は３に記載の、前記開閉駆動手段を構成するモータは、その出力軸とこの出力軸に回転力を与える部分との間が隔壁でシールされたキャンドモータで構成されていることを特徴とする。
かかる構成から、モータが、その出力軸とこの出力軸に回転力を与える部分との間を隔壁でシールしたキャンドモータで構成されているので、モータの出力軸に回転力を与える部分からの流体漏れといった事態を確実に防止できる。
以上のように本発明に係るバルブによれば、開弁時には、弁部をゆっくりと設定流量まで開くことができ、そして、緊急にバルブを閉じる必要が生じた場合や停電時には、前記弁部を瞬時に閉じることができるので、流体を使用する機器における障害等の発生を防止することができるとともに、安全性を図ることができる。
図１乃至図４は本発明に係るバルブを実施するための最良の形態例を示したもので、図１は本例のバルブで第１弁部及び第２弁部が閉じた状態の縦断面図、図２は本例のバルブで第２弁部が開いた状態の縦断面図、図３は本例のバルブで第１弁部及び第２弁部が開いた状態の縦断面図、図４は本例のバルブで第２弁部が閉じた状態の縦断面図である。
本例のバルブは、弁箱１に、供給側配管に接続される流体入口部２と排出側配管に接続される流体出口部３が設けられ、内部に流体入口部２と流体出口部３を結ぶ流路４が設けられている。
前記流路４には、該流路４を開閉する第１弁部５と第２弁部６が直列に配置されている。前記第１弁部５は、第１弁孔７を開口しており前記流路４を仕切る第１弁座８と、第１弁軸９に支持され軸線方向に前後に移動して前記第１弁座８に当接離反し第１弁孔７を開閉する第１弁体１０と、モータ１１と回転運動を直線運動に変換する運動変換機構１２からなり前記第１弁軸９を往復移動（本例では図の上下方向への移動）させる流量制御及び流路のスロー開弁可能な開閉駆動手段１３を備えている。前記モータ１１としては、回転方向、回転速度、回転量の制御が容易なパルスモータが使用されている。
また、前記第２弁部６は、第２弁孔１４を開口しており前記流路４を仕切る第２弁座１５と、前記第２弁座１５に当接離反し第２弁孔１４を開閉する第２弁体１６と、前記第２弁体１６を前記第２弁座１５に当接させる方向に付勢する圧縮バネ１７と、電磁力により前記第２弁体１６を第２弁座１５から離反させる方向に移動させる流路のクイック閉弁可能な電磁開弁手段１８を備えている
前記第１弁部５の第１弁座８及び第２弁部６の第２弁座１５は、本例では、前記流路４に、該流路４を仕切る仕切り壁１９に設けられている。詳細には、流路４には、流路４を仕切る仕切り壁１９が設けられており、この仕切り壁１９には、前記流体入口部２側と流体出口部３側を直線に結んだ流路４と直交する方向に開口し流体入口部２側と流体出口部３側を連通させる開口部２０が設けられている。この開口部２０は、前記第１弁孔７と第２弁孔１４を構成し、仕切り壁１９の流体出口部３側の面に前記第１弁座８が形成され、流体入口部２側の面に前記第２弁座１５が形成されている。
そして、前記第１弁部５にあっては、第１弁体１０を支持する第１弁軸９が、仕切り壁１９の流体出口部３側に、その軸心が第１弁孔７となる開口部２０の中心と一致し、且つその軸線方向が前記流体入口部２側と流体出口部３側を直線に結んだ流路４と直交する方向となるように配置され、該第１弁軸９の軸線方向への往復移動により、第１弁体１０が前記第１弁座８に当接離反し第１弁孔７を開閉するようになっている。
前記第１弁軸９を移動させる開閉駆動手段１３を構成するモータ１１は、その出力軸２１の軸線が前記第１弁軸９の軸線と一致するように配置されている。そして、出力軸２１とこの出力軸２１に回転力を与える部分との間が、非磁性材よりなる隔壁２２でシールされたキャンドモータ１１Ａで構成されている。前記隔壁２２は前記弁箱１と一体となっている。
本例では、前記キャンドモータ１１Ａは、パルスモータ部２３と、このパルスモータ部２３のロータの回転軸２４にホルダー２５を介して取り付けられて回転駆動される駆動マグネット２６で構成され、前記弁箱１上に取り付けられている。
前記隔壁２２は、有底筒状に形成されており、該有底筒状の隔壁２２の外周に、前記弁箱１上に取り付けられたキャンドモータ１１Ａの駆動マグネット２６が配置されていて、パルスモータ部２３の駆動により駆動マグネット２６が有底筒状の隔壁２２の外周を回転するようになっている。
前記有底筒状の隔壁２２内には、前記出力軸２１が前記ロータの回転軸２４と同心上に軸受２７を介して回転自在に嵌合している。この出力軸２１には隔壁２２を挟んで前記駆動マグネット２６と対向するように配置された従動マグネット２８が設けられており、前記駆動マグネット２６の電磁力の引力により、駆動マグネット２６の回転に従動して従動マグネット２８が回転し前記出力軸２１を回転させるようになっている。前記キャンドモータ１１Ａは前記駆動マグネット２６を内部に収容する筒状の取り付け部材２９により前記弁箱１に取り付けられている。
また、前記モータ１１とともに開閉駆動手段１３を構成する運動変換機構１２は、前記出力軸２１の回転と一体となって回転するナット部材３０と、前記第１弁軸９に形成され前記ナット部材３０に螺合するネジ部９ａと、前記第１弁軸９を回り止めしてナット部材３０の回転で第１弁軸９を直線運動させる回り止め手段３１とで構成されている。前記ナット部材３０にあっては、前記出力軸２１を筒状に形成し、その内部にネジを形成してナット部材３０としている。
また、前記回り止め手段３１は、第１弁軸９にその軸線方向に形成された長孔３２と、弁箱１に設けられて前記長孔３２内に摺動自在に挿入された回り止めピン３３とで構成されている。
他方、前記第２弁部６にあっては、第２弁体１６を先端部に支持する第２弁軸３４が、仕切り壁１９の流体入口部２側に、その軸心が第２弁孔１４となる開口部２０の中心と一致し、且つその軸線方向が前記流体入口部２側と流体出口部３側を直線に結んだ流路４と直交する方向となるように配置され、該第２弁軸３４の軸線方向への往復移動により、第２弁体１６が前記第２弁座１５に当接離反し第２弁孔１４を開閉するようになっている。
前記第２弁体１６にあっては、金属等で形成される円盤状の剛性弁体部３５と、この剛性弁体部３５の上に重ねられたゴム等で形成される円盤状の弾性弁体部３６と、この弾性弁体部３６の上に重ねられ弾性弁体部３６の変形を防止する金属板等で形成された円盤状の弁保持体部３７とで構成されている。前記弾性弁体部３６の外径は、剛性弁体部３５の外径より大きく形成されており、そして剛弁体部３５の外径より外に張り出した弾性弁体部３６の下面はテーパ面となっている。
また、このように構成された第２弁体１６が当接する第２弁座１５にあっては、前記剛性弁体部３５が当接する小径弁座面１５ａと弾性弁体部３６のテーパ面が当接する大径弁座面１５ｂが形成されており、前記第２弁体１６の第２弁座１５への当接時に、先ず弾性弁体部３６のテーパ面が大径弁座面１５ｂに当接し、弾性弁体部３６のテーパ面の変形を経て剛性弁体部３５が小径弁座面１５ａに当接するように位置設定されている。
このように構成された第２弁体１６は、第２弁体１６の弁保持体部３７と弁箱１との間に介装された前記圧縮バネ１７の弾発力により付勢されて、前記第２弁座１５に当接するようになっている。また、前記第２弁軸３４の他端部は電磁力により前記第２弁体１６を第２弁座１５から離反させる方向に移動させる前記電磁開弁手段１８に連結されている。前記電磁開弁手段１８は電磁コイル３８を作用させるソレノイド３９と、前記第２弁軸３４と同一直線上に配置され電磁コイル３８への通電による電磁作用により吸引されて同一直線上を移動する鉄心４０とからなり、前記鉄心４０と前記第２弁軸３４とを連結した構成となっている。前記ソレノイド３９は、弁箱１の外側に設けられ、カバー（図示せず）で覆われている。
このように構成されたバルブでは、第１弁部５の第１弁体１０と第２弁部６の第２弁体１６をそれぞれ第１弁座８及び第２弁座１５に当接させ、第１弁孔７及び第２弁孔１４を閉じた閉弁状態を原点とし（図１）、先ず、バルブを開く場合、電磁開弁手段１８を構成する電磁コイル３８に通電して励磁させると、電磁力により鉄心４０が吸引され第２弁軸３４が圧縮バネ１７の弾発力に抗して第２弁座１５から離反する方向に移動し、これにより第２弁体１６が第２弁座１５から離反し第２弁孔１４を瞬時に開く（図２）。
同時にパルスモータ部２３を駆動すると、パルスモータ部２３のロータの回転軸２４の回転で駆動マグネット２６が回転し、隔壁２２を挟んで前記駆動マグネット２６と対向するように配置された従動マグネット２８が、前記駆動マグネット２６の電磁力の引力により駆動マグネット２６の回転に従動して回転し、出力軸２１を回転させる。この出力軸２１は運動変換機構１２のナット部材３０を兼ねており、この出力軸２１、即ちナット部材３０には、回り止めピン３３で回り止めされた第１弁軸９のネジ部９ａが螺合しており、前記出力軸２１、即ちナット部材３０の回転により、前記第１弁軸９が第１弁座８から離反する方向に移動し、これにより第１弁体１０が第１弁座８から設定された離反速度をもって離反し第１弁孔７を開き、設定された移動量をもって停止する（図３）。このときの第１弁体１０の設定された移動量、即ち開度は前記パルスモータ部２３の回転量（回転角度）を調整することにより、また離反速度、即ち開弁速度はパルスモータ部２３の回転速度を調整することにより自由に設定することができる。これにより、第１弁部５と第２弁部６はそれぞれ開き、設定された流量の流体が流れる。
この状態で、緊急にバルブを閉じる必要が生じた場合に、電磁開弁手段１８を構成する電磁コイル３８への通電を停止し励磁を解くと、圧縮バネ１７の弾発力により鉄心４０、第２弁軸３４及び第２弁体１６が第２弁座１５方向に付勢されて移動し、第２弁体１６が第２弁座１５に当接し、第２弁孔１４を瞬時に閉じることができる（図４）。その後、パルスモータ部２３を駆動して第１弁体１０を第１弁座８に当接させて第１弁孔７を閉じ原点復帰させる。
また、停電時には、電磁開弁手段１８を構成する電磁コイル３８への通電が切れるので励磁が解け、前記のようにして第２弁体１６が圧縮バネ１７の弾発力により第２弁座１５に当接し、第２弁孔１４を瞬時に閉じることができる（図４）。そして、停電解除後、パルスモータ部２３を駆動して第１弁体１０を第１弁座８に当接させて第１弁孔７を閉じ原点復帰させる。前記緊急時における閉弁にあって、本例では前記第２弁部６は流路４を仕切る仕切り壁１９の流体入口部２側に配置されているので、前記第２弁体１６は前記圧縮バネ１７の弾発力に加え、供給側の流体の圧力を受けて、一層瞬時に第２弁座１５に当接し確実に第２弁孔１４を閉じることができるものとなる。
これら、第１弁部５、第２弁部６の開弁、閉弁動作、緊急時における第１弁部５、第２弁部６の閉弁動作は、制御手段により自動制御することができる。 また、本例のバルブは、弁箱１内の流路４に、第１弁部５と第２弁部６が直列に配置されており、流路４はこの第１弁部５と第２弁部６で閉じられるので、閉弁時には、漏れのない優れた遮断効果が得られる。
また、流路４に第１弁部５と第２弁部６が配置された構造でありながら、仕切り壁１９に形成された開口部２０を第１弁孔７及び第２弁孔１４とし、仕切り壁１９の一面側に前記第１弁座８を形成し、他面側に第２弁座１５を形成したので、全体のコンパクト化が図れる。
更には、前記開閉駆動手段１３を構成するモータ１１が、その出力軸２１とこの出力軸２１に回転力を与える部分との間が隔壁２２でシールされたキャンドモータ１１Ａで構成されているので、モータ１１の出力軸２１に回転力を与える部分からの流体漏れといった事態を確実に防止できる。
本発明に係るバルブの最良の実施の形態例で第１弁部及び第２弁部が閉じた状態を示す縦断面図。 本例のバルブで第２弁部が開いた状態を示す縦断面図。 本例のバルブで第１弁部及び第２弁部が開いた状態を示す縦断面図。 本例のバルブで第２弁部が閉じた状態を示す縦断面図。
符号の説明
１ 弁箱
２ 流体入口部
３ 流体出口部
４ 流路
５ 第１弁部
６ 第２弁部
７ 第１弁孔
８ 第１弁座
９ 第１弁軸
９ａ ネジ部
１０ 第１弁体
１１ モータ
１１Ａ キャンドモータ
１２ 運動変換機構
１３ 開閉駆動手段
１４ 第２弁孔
１５ 第２弁座
１５ａ 小径弁座面
１５ｂ 大径弁座面
１６ 第２弁体
１７ 圧縮バネ
１８ 電磁開弁手段
１９ 仕切り壁
２０ 開口部
２１ 出力軸
２２ 隔壁
２３ パルスモータ部
２４ 回転軸
２５ ホルダー
２６ 駆動マグネット
２７ 軸受
２８ 従動マグネット
２９ 取り付け部材
３０ ナット部材
３１ 回り止め手段
３２ 長孔
３３ 回り止めピン
３４ 第２弁軸
３５ 剛性弁体部
３６ 弾性弁体部
３７ 弁保持体部
３８ 電磁コイル
３９ ソレノイド
４０ 鉄心

Claims (4)

  1. 流体入口部と流体出口部を有する弁箱内の流路に、該流路を開閉する弁部を有するバルブであって、前記弁部に流路を流れる流体の流量制御手段、流路のスロー開弁手段及び流路のクイック閉弁手段を備えたことを特徴とするバルブ。
  2. 流体入口部と流体出口部を有する弁箱内の流路に、該流路を開閉する第１弁部と第２弁部が直列に配置されており、前記第１弁部は、第１弁孔を開口しており前記流路を仕切る第１弁座と、第１弁軸に支持され軸線方向に往復移動して前記第１弁座に当接離反し第１弁孔を開閉する第１弁体と、モータと回転運動を直線運動に変換する運動変換機構からなり前記第１弁軸を往復移動させる流量制御及び流路のスロー開弁可能な開閉駆動手段を備え、前記第２弁部は、第２弁孔を開口しており前記流路を仕切る第２弁座と、前記第２弁座に当接離反し第２弁孔を開閉する第２弁体と、前記第２弁体を前記第２弁座に当接させる方向に付勢する圧縮バネと、電磁力により前記第２弁体を第２弁座から離反させる方向に移動させる流路のクイック閉弁可能な電磁開弁手段を備えていることを特徴とするバルブ。
  3. 前記第１弁部と第２弁部の第１弁座と第２弁座は、前記流路を仕切る仕切り壁に設けられており、仕切り壁に形成された開口部が第１弁孔及び第２弁孔となり、仕切り壁の一面側に前記第１弁座が形成され、他面側に第２弁座が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のバルブ。
  4. 前記開閉駆動手段を構成するモータは、その出力軸とこの出力軸に回転力を与える部分との間が隔壁でシールされたキャンドモータで構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のバルブ。
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