JP2005207489A - 切替弁のアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】弁体の変位を三位置にして緊急時又は異常時の場合に切替弁の流れを止め得る切替弁のアクチュエータを提供する。
【解決手段】切替弁の流路を切替える弁体の駆動軸２５を備えたシリンダ本体２２と、駆動軸２５を回転させるピストンロッド３７を備えてシリンダ本体２２内で移動する第一ピストン２３と、第一ピストン２３を押し得るピストンロッド４０を備えてシリンダ本体２２内で移動する第二ピストン２４とを備え、
第一ピストン２３もしくは第二ピストン２４の移動に伴って弁体の変位を三位置にするよう構成する。これにより、流体を流し得る切替可能な二つの位置と、流体の流れを止める一つの位置とを備えるので、緊急時又は異常時の場合には切替弁の流れを止めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、弁体を駆動して複数の流路を切替える切替弁のアクチュエータに関するものである。

図１０〜図１６は従来の切替弁１のアクチュエータ２の一例を示すものであり、アクチュエータ２は、切替弁１における二方向の流路を切替えるよう、シリンダ本体３とピストン４とを備えて構成されている。

シリンダ本体３は、切替弁１の駆動軸５を配する中央室６と、中央室６の一側に位置して空気導入路７から空気が流入するシリンダ室８と、中央室６の他側に位置して内部に弾性体のスプリング９を配置するスプリング室１０とを備え、シリンダ室８とスプリング室１０には、中央室６を同軸上に貫通する貫通孔１１を形成している。ここで、シリンダ室８に接続される空気導入路７には電磁弁１２を備えており、電磁弁１２は所望の場合にシリンダ室８に空気を導入するようになっている。

ピストン４は、シリンダ本体３の貫通孔１１によりシリンダ室８から中央室６を介してスプリング室１０まで延在して形成されるピストンロッド１３と、ピストンロッド１３の一側端に形成されてシリンダ室８内で摺動するピストンヘッド１４と、ピストンロッド１３の他側端に形成されてスプリング室１０内でスプリング９に余勢されるピストン受部１５とを備えており、ピストンロッド１３には、駆動軸５の歯車１６に噛合するよう、歯状の凹凸１７を備えている。

一方、アクチュエータ２により駆動する切替弁１は、二方弁であって、駆動軸５に同軸に接続され且つ内部にＴ字型もしくはＬ字型の流路を形成した弁体１８と、弁体１８を内嵌して入口側の流路から二つの流路へ切替可能にする弁ケース１９とを備えている。

切替弁１の流路をアクチュエータ２により切替える際には、空気導入路７の電磁弁１２を開くことによりシリンダ室８に空気を導入し、スプリング９を圧縮する方向へピストン４を移動させ、ピストンロッド１３と駆動軸５の噛合により駆動軸５を駆動して弁体１８を９０゜回転させ、切替弁１の流路を切替える。又、切替弁１の流路を逆方向に切替える際には、空気導入路７の電磁弁１２を大気開放側に開くことによりシリンダ室８内の空気を排出し、スプリング９の反発力によりピストン４を反対方向に移動させ、ピストンロッド１３と駆動軸５の噛合により駆動軸５を逆方向へ駆動して弁体１８を９０゜逆転させ、切替弁１の流路を逆方向に切替える。

ここで、弁体１８の流路がＴ字型の場合には、流路の方向が図１３、図１４に示す如く駆動軸５の回転に伴って流路Ａから流路Ｂの流れ、もしくは流路Ａから流路Ｃの流れの何れかになり、又、弁体１８の流路がＬ字型の場合には、流路の方向が、図１５、図１６に示す如く駆動軸５の回転に伴って流路Ｃから流路Ａの流れ、もしくは流路Ｃから流路Ｂの流れの何れかになっている。

ここで、切替弁１のアクチュエータ２に関連する先行技術文献としては、下記の特許文献１〜３等が既に存在している。
特開平５−２３１１６５号公報 特開平９−２９６８７７号公報 特開２００２−１６１９０１号公報

しかしながら、前述の切替弁１のアクチュエータ２は、ピストン４の動作が二位置動作のみであるため、弁体１８の変位を二位置（図１３〜図１６では角度方向で９０゜）しか変更できず、緊急時又は異常時の場合であっても、切替弁１の流路の流れを止めることができず、いずれかの流路へ流体を流し続けるという問題があった。又、ピストン４は、シリンダ本体３及びピストンロッド１３を長くすることにより三位置の変位を得ることは可能となるが、空気の導入によってピストン４が移動するため、弁体１８を中間の第二位置で確実に停止することができず、切替弁１を三方弁にすることができないという問題があった。更に、流路に設ける二方弁を二台にした場合には流路の流れを閉止し得るが、二台分の二方弁の費用及びその工事（配線・空気源・据付）費用が余分に発生するという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、弁体の変位を三位置にして緊急時又は異常時の場合に切替弁の流れを止め得る切替弁のアクチュエータを提供することを目的としている。

本発明の請求項１は、切替弁の流路を切替える弁体の駆動軸を備えたシリンダ本体と、前記駆動軸を回転させるピストンロッドを備えてシリンダ本体内で移動する第一ピストンと、該第一ピストンを押し得るピストンロッドを備えてシリンダ本体内で移動する第二ピストンとを備え、
前記第一ピストンもしくは第二ピストンの移動に伴って弁体の変位を三位置にするよう構成したことを特徴とする切替弁のアクチュエータ、に係るものである。

本発明の請求項２は、切替弁の流路を切替える弁体の駆動軸を備えたシリンダ本体と、前記駆動軸を回転させるピストンロッドを備えてシリンダ本体内で移動する第一ピストンと、該第一ピストンを押し得るピストンロッドを備えてシリンダ本体内で移動する第二ピストンとを備え、
前記第二ピストンを移動させて第一ピストンを介し弁体を第一位置から第二位置に切替え、更に第一ピストンのみを移動させて弁体を第二位置から第三位置に切替え、弁体の変位を三位置にするよう構成したことを特徴とする切替弁のアクチュエータ、に係るものである。

本発明の請求項３は、シリンダ本体に、第一ピストンの移動範囲を制限する第一シリンダ室を構成すると共に、第二ピストンの移動範囲を制限する第二シリンダ室を構成した請求項１又は２記載の切替弁のアクチュエータ、に係るものである。

本発明の請求項４は、切替弁が三方弁であると共に弁体により入口側の流路を閉止し得るよう構成した請求項１〜３のいずれかに記載の切替弁のアクチュエータ、に係るものである。

本発明の請求項５は、第一ピストンを反対方向に余勢する弾性体を備えた請求項１〜４のいずれかに記載の切替弁のアクチュエータ、に係るものである。

本発明の請求項６は、第一ピストンもしくは第二ピストンの少くとも一方を流体により移動させるよう流出入手段を備えた請求項１〜５のいずれかに記載の切替弁のアクチュエータ、に係るものである。

このように、本発明によれば、第一ピストン及び第二ピストンを備えることにより、弁体の変位を三位置にして、流体を流し得る切替可能な二つの位置と、流体の流れを止める一つの位置とを備えるので、緊急時又は異常時の場合には切替弁の流れを止めることができる。又、第一ピストン及び第二ピストンが空気の導入によって移動する場合であっても、第一ピストン及び第二ピストンにより弁体の変位を三位置にするので、弁体を中間の第二位置で確実に停止させ、切替弁を三方弁にすることができる。更に、二方弁を二台備えることを不要にするので、二台分の費用及びその工事（配線・空気源・据付）費用を低減することができる。

シリンダ本体に、第一ピストンの移動範囲を制限する第一シリンダ室を構成すると共に、第二ピストンの移動範囲を制限する第二シリンダ室を構成すると、第一ピストン及び第二ピストンの移動範囲が夫々制限されるので、弁体を中間の第二位置に一層確実に停止させ、切替弁を容易に三方弁にすることができる。

切替弁が三方弁であると共に弁体により入口側の流路を閉止し得るよう構成すると、流体を流し得る切替可能な二つの位置と、流体の流れを止める一つの位置とを備えるので、緊急時又は異常時の場合には切替弁の入口側の流路を好適に閉止することができる。

第一ピストンを反対方向に余勢する弾性体を備えると、第一ピストン及び第二ピストンが移動した後には弾性体の反発力により第一ピストン及び第二ピストンを元の位置に容易に戻すことができる。

第一ピストンもしくは第二ピストンの少くとも一方を流体により移動させるよう流出入手段を備えると、第一ピストンもしくは第二ピストンを好適に移動させ、緊急時又は異常時の場合には切替弁の流れを一層好適に止めることができる。

上記した本発明の切替弁のアクチュエータによれば、第一ピストン及び第二ピストンによりピストンの変位を三位置にして、流体を流し得る切替可能な二つの位置と、流体の流れを止める一つの位置とを備えるので、緊急時又は異常時の場合には切替弁の流れを止めることができるという優れた効果を奏し得る。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態例のアクチュエータを示す断面図、図２は第二ピストンを移動させて第一ピストンを移動した状態を示す断面図、図３は第一ピストンのみを移動した状態を示す断面図、図４は弁体がＴ字型であって入口からの流れを閉止した状態を示す弁動作の概要図、図５は弁体がＴ字型であって入口から一方の流路へ流す状態を示す弁動作の概要図、図６は弁体がＴ字型であって入口から他方の流路へ流す状態を示す弁動作の概要図、図７は弁体がＬ字型であって入口からの流れを閉止した状態を示す弁動作の概要図、図８は弁体がＬ字型であって入口から一方の流路へ流す状態を示す弁動作の概要図、図９は弁体がＬ字型であって入口から他方の流路へ流す状態を示す弁動作の概要図である。

形態例の切替弁２０のアクチュエータ２１は、シリンダ本体２２と、第一ピストン２３及び第二ピストン２４とを備えて構成されている。

シリンダ本体２２は、切替弁２０の駆動軸２５を配する中央室２６と、中央室２６の一側に位置して第一空気導入路２７から空気が流入する第一シリンダ室２８と、第一シリンダ室２８の外側に位置して第二空気導入路２９から空気が流入する第二シリンダ室３０と、中央室２６の他側に位置して内部に弾性体のスプリング３１を配置するスプリング室３２とを備え、第一シリンダ室２８とスプリング室３２には、中央室２６を同軸上に貫通する第一貫通孔３３を形成し、第二シリンダ室３０には、第一貫通孔３３と略同軸上の第二貫通孔３４を形成している。ここで、第一シリンダ室２８に接続される第一空気導入路２７には流出入手段の第一電磁弁３５を備えると共に、第二シリンダ室３０に接続される第二空気導入路２９には流出入手段の第二電磁弁３６を備えており、第一電磁弁３５及び第二電磁弁３６は所望の場合に第一シリンダ室２８及び第二シリンダ室３０に空気を導入するようになっている。又、第一シリンダ室２８と第二シリンダ室３０は、図１〜図３に示す如く大容積の室内を仕切壁２８ａにより区切って形成してもよい。

第一ピストン２３は、シリンダ本体２２の第一貫通孔３３により第一シリンダ室２８から中央室２６を介してスプリング室３２まで延在して形成されるピストンロッド３７と、ピストンロッド３７の一側端に形成されて第一シリンダ室２８内で摺動するピストンヘッド３８と、ピストンロッド３７の他側端に形成されてスプリング室３２内でスプリング３１に余勢されるピストン受部３９とを備えており、ピストンロッド３７には、駆動軸２５の歯車１６（図１２参照）に噛合するよう、歯状の凹凸１７（図１２参照）を備えている。

第二ピストン２４は、シリンダ本体２２の第二貫通孔３４により第二シリンダ室３０内で延在し且つ第一シリンダ室２８へ突出するピストンロッド４０と、ピストンロッド４０の一側端に形成されて第二シリンダ室３０内で摺動するピストンヘッド４１とを備えており、ピストンロッド４０の先端は、第一ピストン２３のピストンヘッド３８を押し得るようになっている。

一方、アクチュエータ２１により駆動する切替弁２０は、三方弁であって、駆動軸２５に同軸に接続され且つ内部にＴ字型もしくはＬ字型の流路を形成した弁体４２と、弁体４２を内嵌して三つの流路を切替可能にする弁ケース４３とを備えている。ここで、三つの流路は、流体を流し得る二つの流路と、入口側の流路とを備えている。

以下、本発明を実施する形態例の作用を説明する。

切替弁２０の流路を、入口側の流路を閉止した状態から一方の流路へ接続するよう、アクチュエータ２１を切替える際には、第二空気導入路２９の第二電磁弁３６を開くことにより第二シリンダ室３０に空気を導入し、第二ピストン２４を移動させることにより、第一ピストン２３を、スプリング３１を圧縮する方向へ移動させ（図１から図２へ移行する状態）、第一ピストン２３のピストンロッド３７と駆動軸２５の噛合により駆動軸２５を駆動して弁体４２を９０゜回転させ、切替弁２０の流路を切替える。ここで、弁体４２は変位の第一位置から中間の第二位置に移行しており、第二ピストン２４は第二シリンダ室３０内を限界まで移動している。又、第一空気導入路２７の第一電磁弁３５は常に閉じている。

次に、切替弁２０の流路を、入口側の流路を一方の流路から他方の流路へ切替えるよう、アクチュエータ２１を切替える際には、第一空気導入路２７の第一電磁弁３５を開くことにより第一シリンダ室２８に空気を導入し、第一ピストン２３のみを移動させることにより、第一ピストン２３を、スプリング３１を圧縮する方向へ移動させ（図２から図３へ移行する状態）、第一ピストン２３のピストンロッド３７と駆動軸２５の噛合により駆動軸２５を駆動して弁体４２を更に９０゜回転（合計１８０゜回転）させ、切替弁２０の流路を切替える。ここで、弁体４２は中間の第二位置から第三位置に移行しており、第一ピストン２３はスプリング３１を圧縮する方向へ第一シリンダ室２８内を限界まで移動している。又、第二空気導入路２９の第二電磁弁３６は開いておくことが好ましい。

続いて、切替弁２０の流路を、入口側の流路を他方の流路から一方の流路へ切替えるよう、アクチュエータ２１を切替える際には、第一空気導入路２７の第一電磁弁３５を大気開放側に開くことにより第一シリンダ室２８内の空気を排出し、スプリング３１の反発力により第一ピストン２３を反対方向に移動させ（図３から図２へ移行する状態）、ピストンロッド３７と駆動軸２５の噛合により駆動軸２５を逆方向へ駆動して弁体４２を９０゜逆転させ（合計９０゜回転）、切替弁２０の流路を逆方向に切替える。ここで、弁体４２は変位の第三位置から中間の第二位置に移行しており、第一ピストン２３はスプリング３１が反発する方向で第二ピストン２４に当接するまで移動している。又、第二空気導入路２９の第二電磁弁３６は開いており、第二ピストン２４は、第一ピストン２３の当接の際には第一ピストン２３を支持し得る状態になっている。

一方、何らかの原因で流体の流れを止める必要があるような緊急時又は異常時の場合には、第一電磁弁３５及び第二電磁弁３６を大気開放側に開くことにより第一シリンダ室２８内の空気及び第二シリンダ室３０内の空気を排出し、スプリング３１の反発力により第一ピストン２３及び第二ピストン２４を反対方向に移動させ（図３もしくは図２から図１へ移行する状態）、ピストンロッド３７と駆動軸２５の噛合により駆動軸２５を逆方向へ駆動して弁体４２を９０゜もしくは１８０゜逆転させて最初の段階に戻し、切替弁２０の入口側の流路を閉止する。ここで、弁体４２は変位の第三位置もしくは中間の第二位置から第一位置に移行しており、第一ピストン２３及び第二ピストン２４はスプリング３１が反発する方向へ第一シリンダ室２８内もしくは第二シリンダ室３０内を限界まで移動している。

なお、弁体４２の流路がＴ字型の場合には、流路の方向が、図４〜図６に示す如く駆動軸２５の９０゜回転に伴って流路Ａの閉止状態より、流路Ａから流路Ｂの流れに移行し（図４から図５へ移行）、更に、駆動軸２５の９０゜回転（合計１８０゜回転）に伴って流路Ａから流路Ｂの流れより、流路Ａから流路Ｃの流れに移行し（図５から図６へ移行）、緊急時又は異常時の場合には、駆動軸２５の９０゜逆転もしくは１８０゜逆転に伴って流路Ａから流路Ｂの流れもしくは流路Ａから流路Ｃの流れから、流路Ａを閉止した状態に移行する（図５もしくは図６から図４へ移行）。

又、弁体４２の流路がＬ字型の場合には、流路の方向が、図７〜図９に示す如く駆動軸２５の９０゜回転に伴って流路Ｃの閉止状態より、流路Ｃから流路Ａの流れに移行し（図７から図８へ移行）、更に、駆動軸２５の９０゜回転（合計１８０゜回転）に伴って流路Ｃから流路Ａの流れより、流路Ｃから流路Ｂの流れに移行し（図８から図９へ移行）、緊急時又は異常時の場合には、駆動軸２５の９０゜逆転もしくは１８０゜逆転に伴って流路Ｃから流路Ａの流れ、もしくは流路Ｃから流路Ｂの流れから、流路Ｃを閉止した状態に移行する（図８もしくは図９から図７へ移行）。

このように、形態例によれば、第一ピストン２３及び第二ピストン２４を備えることにより、弁体４２の変位を三位置にして、流体を流し得る切替可能な二つの位置と、流体の流れを止める一つの位置とを備えるので、緊急時又は異常時の場合には切替弁２０の流れを止めることができる。又、第一ピストン２３及び第二ピストン２４が空気の導入によって移動する場合であっても、第一ピストン２３及び第二ピストン２４により弁体４２の変位を三位置にするので、弁体４２を中間の第二位置で確実に停止させ、切替弁２０を三方弁にすることができる。更に、二方弁を二台備えることを不要にするので、二台分の費用及びその工事（配線・空気源・据付）費用を低減することができる。

シリンダ本体２２に、第一ピストン２３の移動範囲を制限する第一シリンダ室２８を構成すると共に、第二ピストン２４の移動範囲を制限する第二シリンダ室３０を構成すると、第一ピストン２３及び第二ピストン２４の移動範囲が夫々制限されるので、弁体４２を中間の第二位置で一層確実に停止させ、切替弁２０を容易に三方弁にすることができる。

切替弁２０が三方弁であると共に弁体４２により入口側の流路を閉止し得るよう構成すると、流体を流し得る切替可能な二つの位置と、流体の流れを止める一つの位置とを備えるので、緊急時又は異常時の場合には切替弁２０の入口側の流路を好適に閉止することができる。

第一ピストン２３を反対方向に余勢する弾性体のスプリング３１を備えると、第一ピストン２３及び第二ピストン２４が移動した後には弾性体の反発力により第一ピストン２３及び第二ピストン２４を元の位置に容易に戻すことができる。

第一ピストン２３もしくは第二ピストン２４の少くとも一方を流体により移動させるよう流出入手段の第一電磁弁３５又は第二電磁弁３６を備えると、第一ピストン２３もしくは第二ピストン２４を好適に移動させ、緊急時又は異常時の場合には切替弁２０の流れを一層好適に止めることができる。

尚、本発明の切替弁のアクチュエータは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態例のアクチュエータを示す断面図である。 第二ピストンを移動させて第一ピストンを移動した状態を示す断面図である。 第一ピストンのみを移動した状態を示す断面図である。 弁体がＴ字型であって入口からの流れを閉止した状態を示す弁動作の概要図である。 弁体がＴ字型であって入口から一方の流路へ流す状態を示す弁動作の概要図である。 弁体がＴ字型であって入口から他方の流路へ流す状態を示す弁動作の概要図である。 弁体がＬ字型であって入口からの流れを閉止した状態を示す弁動作の概要図である。 弁体がＬ字型であって入口から一方の流路へ流す状態を示す弁動作の概要図である。 弁体がＬ字型であって入口から他方の流路へ流す状態を示す弁動作の概要図である。 従来のアクチュエータを示す断面図である。 ピストンを移動した状態を示す断面図である。 ピストンと駆動軸の噛合状態を示す概略図である。 弁体がＴ字型であって入口から一方の流路へ流す状態を示す弁動作の概要図である。 弁体がＴ字型であって入口から他方の流路へ流す状態を示す弁動作の概要図である。 弁体がＬ字型であって入口から一方の流路へ流す状態を示す弁動作の概要図である。 弁体がＬ字型であって入口から他方の流路へ流す状態を示す弁動作の概要図である。

符号の説明

２０ 切替弁
２２ シリンダ本体
２３ 第一ピストン
２４ 第二ピストン
２５ 駆動軸
２８ 第一シリンダ室
３０ 第二シリンダ室
３１ スプリング（弾性体）
３５ 第一電磁弁（流出入手段）
３６ 第二電磁弁（流出入手段）
３７ ピストンロッド
４０ ピストンロッド
４２ 弁体

Claims (6)

1. 切替弁の流路を切替える弁体の駆動軸を備えたシリンダ本体と、前記駆動軸を回転させるピストンロッドを備えてシリンダ本体内で移動する第一ピストンと、該第一ピストンを押し得るピストンロッドを備えてシリンダ本体内で移動する第二ピストンとを備え、
   前記第一ピストンもしくは第二ピストンの移動に伴って弁体の変位を三位置にするよう構成したことを特徴とする切替弁のアクチュエータ。
2. 切替弁の流路を切替える弁体の駆動軸を備えたシリンダ本体と、前記駆動軸を回転させるピストンロッドを備えてシリンダ本体内で移動する第一ピストンと、該第一ピストンを押し得るピストンロッドを備えてシリンダ本体内で移動する第二ピストンとを備え、
   前記第二ピストンを移動させて第一ピストンを介し弁体を第一位置から第二位置に切替え、更に第一ピストンのみを移動させて弁体を第二位置から第三位置に切替え、弁体の変位を三位置にするよう構成したことを特徴とする切替弁のアクチュエータ。
3. シリンダ本体に、第一ピストンの移動範囲を制限する第一シリンダ室を構成すると共に、第二ピストンの移動範囲を制限する第二シリンダ室を構成した請求項１又は２記載の切替弁のアクチュエータ。
4. 切替弁が三方弁であると共に弁体により入口側の流路を閉止し得るよう構成した請求項１〜３のいずれかに記載の切替弁のアクチュエータ。
5. 第一ピストンを反対方向に余勢する弾性体を備えた請求項１〜４のいずれかに記載の切替弁のアクチュエータ。
6. 第一ピストンもしくは第二ピストンの少くとも一方を流体により移動させるよう流出入手段を備えた請求項１〜５のいずれかに記載の切替弁のアクチュエータ。

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