JP2006308069A

JP2006308069A - 弁装置

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Publication number: JP2006308069A
Application number: JP2005160419A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiko Ota; 光彦太田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2025-04-28
Also published as: EP1878956A4; US7543797B2; EP1878956A1; US20090072178A1; WO2006117978A1; EP1878956B1; JP3793974B1

Abstract

【課題】弁閉開運動時に自由度をもつ弁板は、対向する２箇所の弁座のシート面に容易に追随して密着することができるので、弁の閉止機能を大幅に向上するとともに、調整加工を削減することで、経済的に製作できる。
【解決手段】遊星歯車４ａをリング状とし、その穴部４ｂにその一部がそれぞれが対向して設置された２枚の弁板３を構成することにより、急速開閉を実現し、かつ設置占有空間を小さく実現する遊星歯車機構を構成した。さらには従来の仕切弁の操作力の軽減や弁閉止機能確保のための調整（加工）を不要とする、弁機能とその生産性に著しい向上を実現できる弁装置を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、遊星部材により弁板を閉開するようにした弁装置に関する。

相対向する弁座間に弁板を嵌入する型式の弁装置として仕切弁が知られているが（特許文献１、図１参照）、弁の開閉にはハンドル３０を回すため長い時間を要し、また弁の高さや弁の開閉に必要な推力が大きく、さらに弁板３１の閉止を確実にするためには弁板３１と弁座３２のシール面の追随性確保のための調整（加工）が必要となる。
これらの開閉時間が長くなることや弁装置の高さが大きくなることに対しては、遊星歯車を弁板とする構成により解決する手段が考えられている。（特許文献２、３）
実開昭５６−７６７７３号、仕切弁の従来公報特公昭６１−５９４３５号公報特公昭６３−４６３０９号公報

しかし、この遊星歯車を弁板とする構成においては、弁板がそのガイド部分とすべり接触することや、遊星歯車と太陽歯車および内歯歯車の歯同士の公差や相互の摩擦により弁板の自由度が制限されることにより、弁板と弁座の締切りによる弁機能としての閉止能力は完全なものとならない。

また、弁座のシール面そのものが移動する弁板とすべり接触することにより、その面が損傷し弁の閉止機能に悪影響を及ぼすなどの改良すべき点があった。

一方、前記遊星歯車を弁板とする構成では、従来の仕切弁における操作力の軽減や弁閉止機能確保のための調整（加工）が不可欠であるなどの課題を解決できてはいなかった。

以上の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、流体管路の途中に配設される互いに対向した一対の弁座間に弁板を挿脱して流体管路を閉開する弁装置において、弁装置の筐体内に形成された円弧状の内歯歯車と、前記内歯歯車の円弧中心に配設された太陽歯車と、前記太陽歯車に締結された回転自在の駆動軸と、前記内歯歯車と太陽歯車の双方に噛合する遊星部材と、前記遊星部材の表裏両側側面に配設され中央部が遊星部材に回転自在に嵌合した一対の弁板とを備え、前記駆動軸の正逆回転により前記一対の弁板を前記弁座間に挿脱して流体管路を閉開させるようにした構成において、一対の弁板はそのシール面の裏側の中心に突起部を設け、一方前記遊星部材の内径側を前記弁板の前述突起部に転がり接触させることにより、前記遊星部材の回転駆動力が前記一対の弁板の前記一対の弁座への移動と前記弁座が前記弁板の移動方向に対して傾斜した相対位置関係を設定した前記一対の弁座へ前記弁板の締め付け力として伝達させることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の前記遊星部材の内径側と対向する前記弁板突起部と前記遊星部材の内周縁をテーパないしは曲面とすることで、弁板が遊星部材の穴部に揺動自在び嵌合していることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１〜請求項２までのいずれか記載の一対の弁板の太陽歯車側が互いに離間するのを阻止するように、弁板の外側を支持するコマを回転自在に前記駆動軸に設けることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項４までのいずれか記載の、弁板の外周縁に対する前記コマおよび筐体内面の接触部をテーパ面または曲面にするとともに、弁板外周縁を曲面またはテーパ面とすることにより前記接触部を弁板外周縁と点接触させたことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項４までのいずれか記載の弁座の内周縁に、弁板を流路閉塞方向に移動させる際に弁板外周縁をガイドする断面円弧状のガイド部を形成したことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１〜請求項５までのいずれか記載の弁板外周縁と弁座内径端面の接触部分を保護し、双方がすべり接触することを促進するために、これら弁板外周縁および弁座内径端面を低摩擦部材で構成したことを特徴とする。

弁閉開運動時に自由度をもつ弁板は、回転ころがりによる運動により自由度を効果的に発現できることで、弁板のシート面は対向する２箇所の弁座のシート面に容易に追随して密着することができるので、弁の閉止機能を大幅に向上するとともに、自由度の大きいことより調整加工を削減することで、経済的に製作できる一方、この弁板に必要な推力は前記駆動歯車から遊星部材を介して伝達されるので、てこの効果により駆動軸に与えられる駆動力を前記弁開閉時に必要な推力の１／２とすることができるとともに、弁板が転がり運動することより駆動伝達力の摩擦損失を低減することで、弁の閉開操作力を小さくでき、また開閉速度が速いことで急速開閉を実現した上、かつ設置占有空間を小さく実現した弁装置を提供する。

以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
図２は本発明に係る弁装置２０の実施例を示す外観図であり弁の閉止状態を表しており、図３は図２におけるＡ−Ａ線での断面を、図４は図２におけるＢ−Ｂ線での断面を、図５は図２に関して弁の開閉途中を、図６は図２に関しての弁の全開状態を表している。弁の構造は図３にて説明する。

１は筐体であり、その内部に遊星機構２１と弁板３、３を収納している。遊星機構２１は、太陽歯車５と遊星部材４で構成される。筐体１の内部は、遊星部材４の開閉運動軌跡領域と太陽歯車５ほか弁の開閉作動を駆動する部材を内部に構成できうる空洞を形成する。本弁装置２０は、その左右に管部材と締結する２箇所の管端部としての開口部を形成している。

この筐体１の内部には、遊星歯車機構の一部をなす内歯歯車６が形成され、この内歯歯車６は遊星部材４の公転運動軌跡領域を規定する。

筐体１内部に相対向するガイド９、９を２箇所形成している。このガイド９は、テーパ面であって、遊星部材４の両側の弁板３が公転運動して開閉する際の案内面を構成する。

本弁装置２０の筐体１に接続する管部材と連なる位置に左右一対の段部１３が穿設され、この段部１３にリング状の弁座２が穿合されている。図４のようにこの弁座２の閉止面１１はある角度θで傾斜し、かつ弁板３の公転運動方向に沿って形成される。

２枚の弁板３は、そのシール面の裏側の中心に曲面突起部３ａを設けている。さらに、弁板３の外縁部３ｂも曲面形状としている。

４は遊星部材であり、外周に遊星歯車４ａを形成し、この遊星部材４の穴部４ｂはその内径面が曲面形状としている。

５は太陽歯車であり、駆動軸７に締結ないし一体化されている。

駆動軸７は弁の外部操作として図示しないハンドルや回転駆動装置に接続され、ハンドルや回転駆動装置の回転運動を太陽歯車５に伝達する。

８は駆動軸７の同軸上２箇所に自由に回転するように設けた２つのガイドコマであり、弁開閉時に公転運動する遊星部材４の自転運動とほぼ同期回転する２枚の独立した弁板３をガイドする。このガイドコマ８は弁板３の外縁部との接触面をテーパ面としている。

９はガイドであり、弁板３が弁開閉時に公転運動する遊星部材４に連動して弁座２に移動する際の案内として、筐体１内部の遊星部材４の公転運動軌跡領域近傍に２箇所形成し、このガイド９はその案内面をテーパー面としている。

弁板３の外縁部３ｂは弁開閉時にガイド９とガイドコマ８の両方に転がり接触し、弁開閉時に弁板３がスムーズに移動するようになっている。

さらにこの弁板外周縁部３ｂは、弁板３が回転運動する間、前記弁座２内径内に弁座内径端面１０とすべり接触しながら入り込む。弁板外周縁部３ｂは弁座２内径部位に押し付けられることにより前記弁板３の開閉作動を阻害しないよう、曲面を形成し、望ましくは、摩擦を少なくするための表面処理等を施した表面層を持たせる。これによって、弁板３の開閉作動がスムーズになるようにしている。

弁板外周縁部３ｂは、弁板３が回転運動する間、前記弁座２内径内に弁座内径端面１０とすべり接触しながら入り込む。この時に、弁板外周縁部３ｂが弁座２内径部位に押し付けられることにより前記弁板３の開閉作動を阻害しないよう、弁座内径端面１０は、流路中心に対し曲面を形成し、望ましくは、摩擦を少なくするための表面処理等を施した表面層を持たせる。これによって、弁板３の開閉作動がスムーズになるようにしている。

以下本発明に係る弁装置の作動を図３に従って説明する。

前記太陽歯車５と遊星部材４および内歯歯車６とは遊星歯車機構を形成しており、駆動軸７に連結されたハンドルないし外部駆動装置が駆動されると駆動軸７が回転し、これによって太陽歯車５を回転させ、太陽歯車５に噛合している遊星部材４が回転させられ自転を開始する。更に遊星部材４は内歯歯車６にも噛合っているので内歯歯車６に沿って円弧状に公転することとなる。

弁板３はその突起部３ａが遊星部材４の穴内径内に設置され、ガイド９やガイドコマ８および遊星部材４の穴部４ｂの内径面にその運動が制限されるので、遊星部材４の公転運動とともに弁座２の方向に移動していく。

弁板３はガイド９ならびにガイドコマ８に転がり接触しながら遊星部材４の公転運動とともに弁座２の方向に移動していくが、遊星部材４の自転運動に連動して弁板３も自転運動する傾向をもち、弁板３のガイド９との接触ならびに駆動軸７に設置され自在に回転するガイドコマ８との接触も転がり接触となるので、弁板３の移動を阻害するガイド９ならびにガイドコマ８との弁板３との摩擦は大幅に低減される。

弁板３は弁座２に近づくにつれ流体の流れによる動圧で弁座２の出口側に押されていく。このときには、弁板外周縁３ｂがその公転運動中に弁座２内径内に入り込んで前記の弁座内径端面１０に接触するが、図５に示すように、弁座内径端面１０に対する２箇所の接触部分Ｐ１、Ｐ２のうち、外側の接触部分Ｐ１は弁板３の自転運動傾向により転がり接触となる。

もうひとつの接触部分Ｐ２は、すべり接触となるが、弁板外周縁３ｂと弁座内径端面１０の双方とも曲面であるため、すべり接触が滑らかであり、前記弁板３が小さな駆動力でも円滑に開閉作動する。

さらに、流路中心に対し曲面を形成した弁座２の弁座内径端面１０に対向してこの弁板外周縁３ｂも曲面を形成し、さらにこの接触部分を保護するために、摩擦の少ない表面層を持たせていることより、前記弁板外周縁３ｂと弁座２の弁座内径端面１０の曲面とがすべり接触することを促進するものである。

遊星部材４の公転運動の進展とともに弁板３は弁座２を閉止する方向に移動するが、下流側弁板３が出口側の弁座２の内径側全体を塞ぐ位置に到達すると、前記弁板外周縁３ｂのうち、弁板３の移動方向部分は、弁座内径端面１０を外れ、弁板３のシート面が弁座２のシート面に一致することとなる。この時、下流側の弁板３は傾斜した弁座２のシート面に沿って自転運動傾向をもちながら摺動していく。そして遊星部材４と２枚の弁板３は、弁座２のシート面に到達し、その直後にこれら２枚の弁座２と遊星部材４の組み合わせが２枚の弁座２に挟み込まれる位置まで移動して、弁の閉作動が完了する。この状態では、２枚の弁板３は遊星部材４を通じて付与される弁としての閉止力をそれぞれ対向する弁座２のシート面に発生させ、流体の流れを完全に止める。

前記に弁の閉止動作を説明したが、弁の閉止状態から開弁にいたる動作はこの前記の弁閉止動作の逆の動作を行うこととなるので、その説明は省略する。

変形例

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されることなく、様々の変形が可能であり、例えば、遊星部材４はリング状とは限らず、その中央部が裏表の２箇所において凹部とすることにおいても、その機能を発揮するものである。

従来の仕切弁の構造図を示している。この発明の一実施形態を示す外観図であり弁の閉止状態を表している。上記図２におけるＡ−Ａ線での断面を表している。上記図２におけるＢ−Ｂ線での断面を表している。上記図２に関して弁の開閉途中を表している。上記図２に関しての弁の全開状態を表している。

符号の説明

１筐体、２弁座、３弁板、３ａ突起部、３ｂ弁板外周縁部、
４遊星部材、４ａ遊星歯車、４ｂ穴部、５太陽歯車、
６内歯歯車、７駆動軸、８コマ、９ガイド、
１０弁座内径端面、１１弁座の閉止面

Claims

流体管路の途中に配設される互いに対向した一対の弁座間に弁板を挿脱して流体管路を閉開する弁装置において、弁装置の筐体内に形成された円弧状の内歯歯車と、前記内歯歯車の円弧中心に配設された太陽歯車と、前記太陽歯車に締結された回転自在の駆動軸と、前記内歯歯車と太陽歯車の双方に噛合する遊星部材と、前記遊星部材の両側に配設され中央部が遊星部材に回転自在に嵌合した一対の弁板とを備え、前記駆動軸の正逆回転により前記一対の弁板を前記弁座間に挿脱して流体管路を閉開させるようにしたことを特徴とする弁装置。
一対の弁板はそのシール面の裏側の中心に突起部を設け、一方前記遊星部材の内径側を前記弁板の前述突起部に転がり接触させることにより、前記遊星部材の回転駆動力が前記２枚の弁板の前記弁座への移動と前記弁座が前記弁板の移動方向に対して傾斜した相対位置関係を設定した前記２箇所の弁座へ前記弁板の締め付け力として伝達させることを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
前記遊星部材の内径側と対向する前記弁板突起部と前記遊星部材の内周縁をテーパないしは曲面とすることで、弁板が遊星部材の穴部に揺動自在に嵌合していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の弁装置。
一対の弁板の太陽歯車側が互いに離間するのを阻止するように、弁板の外側を支持するコマを回転自在に前記駆動軸に設けることを特徴とする請求項１〜請求項３までのいずれか記載の弁装置。
弁板に対する前記コマ、前記筐体内面との接触部を点接触として、弁板外周縁と前記筐体内面とコマの形状をテーパ面や曲面、またそれらの組み合わせとしたことを特徴とする請求項１〜請求項４までのいずれか記載の弁装置。
弁座の内周縁に、弁板を流路閉塞方向に移動させる際に弁板外周縁をガイドする断面円弧状のガイド部を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項５までのいずれか記載の弁装置。
弁座の内周縁に設けた断面円弧状のガイド部および弁板外周縁を低摩擦部材で構成したことを特徴とする請求項１〜請求項６までのいずれか記載の弁装置。