JP2009243546A - 回転弁のロック構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 別途部材が不要であり、簡単な操作で、確実にハンドルのロックを行うことのできる回転弁のロック構造を提供する。
【解決手段】 バルブ本体１に内装される弁体８と、バルブ本体１の外部に設けられたストッパ１９と、ストッパ１９により回動量が規制され弁体８を開閉動作させるためのハンドル２０と、ハンドル２０に回動自在に取付けられ弁体８の全開時または全閉時にストッパ１９の外面に係合される係合凹部２９が形成されたロック部材２６と、ロック部材２６をストッパ１９への係合方向に付勢するばねとを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は回転弁のロック構造に係り、特に、配管内部の流体の流れを制御するために用いられる回転弁のロック構造に関する。

一般に、配管内部の流体の流れを制御するために、ボールバルブやバタフライバルブとなどの回転弁が多く用いられており、このような回転弁においては、回転弁のステムにハンドルを取り付け、ハンドルを手動で操作することにより弁体の開閉動作を行うものがある。

そして、このような回転弁を、例えば、鉄道車両のドア開閉用の空気圧配管に適用した場合、例えば、車内清掃時にハンドルを操作して弁体を全閉状態とし、配管二次側の空気タンク内の圧縮空気を外部に排気できるうよにした回転弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、空気タンク内の圧縮空気を排気することにより、ドアが無負荷状態となり、ドアを手動で開閉できるようになる。

しかし、このような場合に、回転弁のハンドルを不用意に操作できてしまうと極めて危険であるという問題があった。また、鉄道車両が走行中に、石や寒冷地における雪や氷などが飛散してハンドルに衝突してしまうと、やはり回転弁が動作して閉状態となってしまうことがあり、ドアが走行中に開いてしまうことや、ブレーキ制御ができなくなり、危険であった。

そのため、従来から、回転弁のハンドルをロックすることができるようにした技術が種々開発されている。このような技術としては、例えば、ハンドル部分にハンドルをロックするロックプレートを設けた技術（例えば、特許文献２参照）、ハンドルを南京錠でロックするようにした技術（例えば、特許文献３参照）などが開示されている。

実公平６−０２３８０２号公報 実公平１−０１５９７２号公報 実公平３−０３４５３５号公報

しかしながら、前記特許文献２および特許文献３に記載の発明においては、いずれもハンドルのロックは可能であるが、ハンドルをロックする際に、ハンドル固定用のナットによりロックプレートを固定する必要があり、ハンドルのロック作業が極めて面倒であるという問題を有している。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、別途部材が不要であり、簡単な操作で、確実にハンドルのロックを行うことのできる回転弁のロック構造を提供するを目的とするものである。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、流体の流入口および流出口を有するバルブ本体と、前記バルブ本体に内装される弁体と、前記バルブ本体の外部に設けられたストッパと、前記ストッパにより回動量が規制され前記弁体を開閉動作させるためのハンドルと、前記ハンドルに回動自在に取付けられ、前記弁体の全開時または全閉時に前記ストッパの外面に係合される係合凹部が形成されたロック部材と、前記ロック部材を前記ストッパへの係合方向に付勢するばねと、を備えていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記ストッパの側面は、先端の幅寸法が小さくなるようにテーパ状に形成され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または請求項２において、前記ロック部材には、前記ばねの付勢力に抗して前記ロック部材を回動させて前記ストッパへの係合を解除するための操作片が設けられていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項において、前記ロック部材は、前記係合凹部の内面が前記ストッパの外面に沿うように平面形状ほぼコ字状に形成されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項において、前記ロック部材は、前記弁体が全開時に前記ストッパに係合されるものであり、前記ロック部材の前記ストッパへの係合を解除するための回動方向は、前記ハンドルの閉方向への回動方向と同一であることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、弁体の全開時または全閉時に前記ストッパの外面にばねの付勢力によりロック部材の係合凹部を係合させることにより、弁体を全開または全閉状態に保持することができ、この状態から、弁体を閉方向または開方向に回転させる場合、ロック部材を回動させて係合凹部とストッパとの係合を解除することにより、ハンドルを容易に回転させることができる。そして、さらにこの状態から、弁体を開方向または閉方向に回転させる場合は、ハンドルを回転させるだけで、ロック部材がストッパを乗り越えてロック部材の係合凹部をストッパに係合させることができるので、従来のようにロックプレートなどの別部材が不要であり、簡単な操作で、確実にハンドルのロックを行うことができる。

請求項２に係る発明によれば、ストッパの側面を先端の幅寸法が小さくなるようにテーパ状に形成するようにしているので、ロック部材のストッパの乗り越え動作を円滑に行わせることができる。

請求項３に係る発明によれば、ロック部材にばねの付勢力に抗してロック部材を回動させてストッパへの係合を解除するための操作片を設けるようにしているので、ロック部材の解除操作を容易に行うことができる。

請求項４に係る発明によれば、ロック部材を係合凹部の内面がストッパの外面に沿うように平面形状ほぼコ字状に形成するようにしているので、ロック部材の係合凹部がストッパに係合した状態で、強固に係合状態を確保することができ、外部要因でハンドルに回転方向の力が加わった場合でも、確実に弁体を全開状態または全閉状態に保持することができる。

請求項５に係る発明によれば、ロック部材は、弁体が全開時にストッパに係合されるものであり、ロック部材のストッパへの係合を解除するための回動方向をハンドルの閉方向への回動方向と同一であるようにしているので、ロック部材の係合凹部のストッパへの係合解除操作と、ハンドルの回転操作とを操作性よく行うことができる。

以下、本発明に係る回転弁のロック構造の実施形態を図面を参照して説明する。

図１から図９は本発明に係る回転弁のロック構造をボールバルブに適用した場合の第１実施形態を示したものであり、図１および図３に示すように、バルブ本体１の両端部には、流体の流入口２および流出口３がそれぞれ設けられており、バルブ本体１の上面には、上方に延在するステム孔４が設けられている。例えば、このボールバルブを鉄道車両のドア開閉用の空気圧配管に適用した場合、流入口２には、例えば、圧縮機などが接続されるとともに、流出口３には、空気タンクが接続されるようになっている。

このバルブ本体１の内部の流出口３側には、流出口３より小径とされた開口５を備える弁支持壁６が形成されており、バルブ本体１の内部には、直径方向に貫通する流路７を有する球形状の弁体８が収容されている。弁支持壁６と弁体８との間には、ボールシート９が配設されており、弁体８の流入口２側には、ボールシート９を介して螺入されるインサート部材１０が配設されている。そして、このインサート部材１０により、弁体８をバルブ本体１の内部の適正位置に保持するように構成されている。バルブ本体１の下面には、パージ孔１１が形成されており、弁体８には、この弁体８が閉じた状態で流出口３とパージ孔１１とを連通させるパージ流路１２が形成されている。

バルブ本体１のステム孔４の内部には、ステム１３が収容されており、このステム１３の下端部には、弁体８の上面に形成された係合凹部１４に係合される係合突起１５が形成されている。そして、ステム１３の係合突起１５を弁体８の係合凹部１４に係合させた状態で、ステム１３の回転動作により弁体８を回転動作させることができるように構成されている。

また、ステム１３の周面には、例えば、Ｏリングなどの封止部材１６を受け入れる環状溝１７が形成されており、ステム１３の上端部には、バルブ本体１の上方に突出する雄ねじ部１８が形成されている。

バルブ本体１のステム孔４の外周面には、ストッパ１９が突出形成されている。ステム１３の上端部には、弁体８を開閉動作させるハンドル２０が取付けられており、ハンドル２０は、ステム１３の雄ねじ部１８に螺合されるナット２１により、ワッシャ２２および座金２３を介して締め付け固定されている。ハンドル２０の基部には、ストッパ１９に対して弁体８の全開状態で当接する全開用ストッパ部２４および全閉状態で当接する全閉用ストッパ部２５がそれぞれ形成されており、ハンドル２０を、各ストッパ部２４，２５がストッパ１９に当接するまで回動させることにより、ステム１３の回転量を０°〜９０°の範囲で規制するようになされている。

ハンドル２０の基端部分には、ロック部材２６が回動自在に取付けられており、このロック部材２６は、基部２７の上下端縁に一体に設けられ互いにほぼ平行に配置されたロック板２８，２８を備えている。これら各ロック板２８は、平面形状ほぼコ字状を有し、ロック板２８の内側は、ストッパ１９の外面に係合される係合凹部２９とされている。上方に位置するロック板２８の先端部には、上方に延在する操作片３０が立設されている。基部２７の外面には、ばね受け入れ部３１が形成されている。

また、ハンドル２０の全開用ストッパ部２４の近傍には、取付用孔３２が形成されており、ロック部材２６は、各ロック板２８，２８の基端部を取付用孔３２の上下に配置した状態で、各ロック板２８および取付用孔３２を貫通するピン３３により、回動自在に取付けられている。ピン３３の外周には、ばねとしてのねじりコイルばね３４が装着されており、このねじりコイルばね３４の一端部は、基部２７のばね受け入れ部３１に挿通されるとともに、ねじりコイルばね３４の他端部は、バルブ本体１の外面に当接されており、ロック部材２６は、ねじりコイルばね３４の付勢力により、ハンドル２０の回転中心方向に向けて付勢されるように構成されている。ロック部材２６の回動範囲は、少なくともストッパ１９の係合を解除できる範囲であればよく、本実施形態においては、図１に示す全開状態における位置から、図２に示すように、外方に約９０°回動可能としている。この回動範囲は、図５に示すように、ロック部材２６の基部２７の側面２７ａがハンドル２０の側面２０ａに当接することにより規制され、ロック部材２６の基部２７の側面２７ａがハンドル２０の側面２０ａに当接した位置が最大回動位置とされる。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態における回転弁を、例えば、鉄道車両に適用する場合は、例えば、回転弁を圧縮機および空気タンクを接続する所定の配管の中途部に設置するものであり、流入口２を圧縮機、流出口３を空気タンクに向けて設置するものである。

そして、このような鉄道車両に適用する場合、回転弁は、通常開状態に保持されるものであり、図１および図５に示すように、ハンドル２０は、その全開用ストッパ部２４がストッパ１９に当接した状態で、ハンドル２０が配管の設置方向に沿って位置するように保持される。この状態で、ロック部材２６の係合凹部２９は、バルブ本体１のストッパ１９の外側に係合され、ねじりコイルばね３４の付勢力により、この係合状態を保持するようになっている。すなわち、ロック部材２６がストッパ１９に係合することにより、ハンドル２０を全開状態に保持することができ、例えば、鉄道車両が走行中に跳ね上げた石や寒冷地における雪や氷などがハンドル２０に衝突した場合でも、ハンドル２０を全開位置に保持することができるようになっている。

そして、この状態から、弁体８を閉じる場合は、操作者がハンドル２０を握った状態で、操作片３０をねじりコイルばね３４の付勢力に抗してバルブ本体１の外側に回動させて係合凹部２９によるストッパ１９の係合を解除する。この状態で、ハンドル２０を閉方向に回動させて、全閉用ストッパ部２５がストッパ１９の側面に当接するまで回動させることにより、図８に示すように、弁体８を全閉状態に保持することができるようになっている。なお、弁体８が全閉状態で、パージ流路１２により、流出口３とパージ孔１１とを連通させるようにしているので、流出口３、すなわちタンク側から弁体８側に圧力が加わった場合に、その圧力をパージ流路１２を介して逃がすことができるようになっている。

また、再び、弁体８を開く場合は、ハンドル２０を開方向に回動させると、図９に示すように、ロック部材２６の先端部がストッパ１９の側面に当接する。このとき、ロック部材２６の回動中心とハンドル２０の回転中心とが、図９に示すように、距離ｅだけ偏心しているので、ロック部材２６とストッパ１９の側面との接触角αが所定量設けられることになる。そして、さらにハンドル２０を回動させると、ロック部材２６の先端部がストッパ１９の側面に沿って滑り、ロック部材２６は、ねじりコイルばね３４の付勢力に抗して回動される。

ここで、バルブ本体１は、通常、型を用いて鍛造あるいは鋳造により成形するものであり、ストッパ１９部分も一体に成形される。成形の際には、左右に分割された鍛造型などの成形型（図示せず）を、図９に示すｙ，ｙ’方向、すなわち、バルブ本体１の左右方向に取り外す。したがって、この成形型を円滑に取り外せるように、ストッパ１９部分には、先端１９ａの幅寸法が小さくなるようテーパとしての約１°〜５°の抜き勾配βが形成されている。また、鍛造あるいは鋳造によるバルブ本体１の表面粗さは一様ではないが、多少の凹凸が形成されており、ロック部材２６との接触抵抗が低減されることになる。

このようなロック部材２６とストッパ１９の側面との接触角α、ストッパ１９の抜き勾配βおよびストッパ１９の接触抵抗により、ロック部材２６の先端部がストッパ１９の側面に当接した場合に、ロック部材２６の動きが規制されてしまうことなく、ストッパ１９の側面に沿って円滑に滑らせることができるものである。

また、ロック部材２６は、ストッパ１９の側面と接触角αで当接後、さらにハンドル２０を開方向に回動させると、ハンドル２０から外方に離れる方向、具体的には、図９に示す角度γが大きくなる方向に回動する。ここで、角度γは、ハンドル２０の長手方向に平行な線とロック部材２６の操作片３０の面とのなす角度である。

これにより、ロック部材２６は、接触角αをほぼ一定に保ったまま、ストッパ１９の側面に沿って滑ることができるので、ストッパ１９の側面に引っかかることなく、ハンドル２０を回転させるだけで、ロック部材２６が半ば自力でストッパ１９を乗り越えて、ロック部材６の係合凹部２９をストッパ１９に係合させることができる。

本発明者の実験によれば、鍛造で形成したバルブ本体１を用いてハンドル２０の開閉動作を行ったところ、ロック部材２６はストッパ１９の側面に沿って円滑に滑り、ロック部材２６がストッパ１９を乗り越えることが確認された。さらに、ロック部材２６のストッパ１９の側面に当接する角部を鋭角に形成し、ロック部材２６とストッパ１９の側面との接触角αを４５°程度に形成したものについても同様に実験したが、やはり、ロック部材２６はストッパ１９の側面に沿って円滑に滑り、ロック部材２６がストッパ１９を乗り越えることが確認された。したがって、ロック部材２６とストッパ１９の側面との接触角αが４５°以下であれば、ロック部材２６の動作に影響はない。なお、本実施形態においては、接触角αを０°〜４５°の範囲で設定しており、より具体的には、バルブ呼び径３／８〜１インチでは、２０°から３０°に設定している。

なお、ロック部材２６がストッパ１９の側面をさらに円滑に滑らせることができるようにするためには、例えば、ストッパ１９の側面を摩擦係数の少ない鏡面状に形成したり、ロック部材２６のストッパ１９に当接する先端部を曲面状に形成することなどが考えられる。

そして、さらにハンドル２０を開方向に回動させることにより、ロック部材２６がストッパ１９を乗り越え、ハンドル２０の全開用ストッパ部２４がストッパ１９の側面に当接した状態で、ねじりコイルばね３４の付勢力により、ロック部材２６の係合凹部２９がストッパ１９の外側に係合され、ハンドル２０を全開状態に保持するようになっている。

したがって、本実施形態においては、弁体８を閉じる場合、ハンドル２０がロックされた状態から、操作片３０によりロック部材２６を回動させて係合凹部２９とストッパ１９との係合を解除することにより、ハンドル２０を容易に閉方向に回転させることができ、弁体８を開く場合は、ハンドル２０を開方向に回転させるだけで、ロック部材２６がストッパ１９を乗り越えてロック部材２６の係合凹部２９をストッパ１９に係合させて開状態を保持させることができるので、従来のようにロックプレートなどの別部材が不要であり、簡単な操作で、確実にハンドル２０のロックを行うことができる。

また、図１０および図１１は本発明の第２実施形態を示したものであり、本実施形態においては、ばねとして板ばね３５を用いるようにしたものである。

本実施形態においては、ロック部材２６の基部２７に板ばね３５を一体に形成し、この板ばね３５の先端部をハンドル２０の側面に当接させることにより、ロック部材２６に付勢力を付与するように構成されている。その他の構成は、前記第１実施形態と同様であるためその説明を省略する。

本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、弁体８の全開状態では、図１０に示すように、ロック部材２６の係合凹部２９がストッパ１９の外側に係合され、板ばね３５の付勢力により、この係合状態を保持するようになっている。

そして、この状態から、弁体８を閉じる場合は、操作片３０を板ばね３５の付勢力に抗してバルブ本体１の外側に回動させて係合凹部２９によるストッパ１９の係合を解除させて、ハンドル２０を閉方向に回動させるものである。

また、再び、弁体８を開く場合は、ハンドル２０を開方向に回動させることにより、ロック部材２６の先端部がストッパ１９の側面に沿って滑り、ロック部材２６は、板ばね３５の付勢力に抗して回動される。そして、さらにハンドル２０を開方向に回動させることにより、ロック部材２６がストッパ１９を乗り越え、板ばね３５の付勢力により、ロック部材２６の係合凹部２９がストッパ１９の外側に係合され、ハンドル２０を全開状態に保持するようになっている。

したがって、本実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、従来のようにロックプレートなどの別部材が不要であり、簡単な操作で、確実にハンドル２０のロックを行うことができる。

なお、板ばね３５の形状は、図１１に実線で示すように、ロック部材２６の側面に沿う形状の他、図１１の破線で示すように、板ばね３５ａを、ロック部材２６の側面からハンドル２０の長手方向に延伸させ、その先端部を湾曲させてハンドル２０の側面に当接させるように形成し、ロック部材２６の回動時における局部変形を防止するようにしてもよい。

さらに、図１２は本発明の第３実施形態を示したものであり、本実施形態においては、バルブ本体１のステム１３の回転軸を中心としてほぼ９０°ずらした位置にストッパ１９を設け、弁体８が全閉状態でロック部材２６の係合凹部２９がストッパ１９に係合され、弁体８の全閉状態を保持することができるようにしたものである。

本実施形態においても前記各実施形態と同様に、ロック部材２６の係合凹部２９をストッパ１９の外側に係合させることにより、弁体８の全閉状態を保持することができ、ロック部材２６を回動させて係合凹部２９によるストッパ１９の係合を解除させることにより、容易に全開方向にハンドル２０を回動させることができる。その結果、従来のようにロックプレートなどの別部材が不要であり、簡単な操作で、確実にハンドル２０のロックを行うことができる。

なお、前記各実施形態においては、回転弁としてボールバルブに適用した場合について説明したが、その他バタフライバルブなど弁体８を回転動作させて流体の開閉を行う形式の回転弁であれば、いずれのものにも適用することが可能である。さらに、本発明のロック構造は、ストッパ１９を有する既存の回転弁に対しても、ハンドル２０を交換するだけで適用することができる。

また、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。

本発明に係る回転弁のロック構造をボールバルブに適用した第１実施形態を示す斜視図である。 第１実施形態における動作概念を示す斜視図である。 第１実施形態の正面断面図である。 第１実施形態の側面図である。 第１実施形態の弁体の全開状態を示す平面図である。 第１実施形態の弁体の全開状態を示す正面図である。 図６のＡ−Ａ線におけるロック部材の取付部分の拡大断面図である。 第１実施形態の弁体の全閉状態を示す平面図である。 第１実施形態の弁体の全閉状態から開方向にハンドルを回転させた状態を示す平面図である。 本発明の第２実施形態における弁体の全開状態を示す平面図である。 第２実施形態における弁体の全開状態を示す正面図である。 本発明の第３実施形態における弁体の全閉状態を示す平面図である。

符号の説明

１ バルブ本体
２ 流入口
３ 流出口
４ ステム孔
８ 弁体
１１ パージ孔
１２ パージ流路
１３ ステム
１９ ストッパ
２０ ハンドル
２４ 全開用ストッパ部
２５ 全閉用ストッパ部
２６ ロック部材
２７ 基部
２８ ロック板
２９ 係合凹部
３０ 操作片
３１ ばね受け入れ部
３４ ねじりコイルばね
３５ 板ばね

Claims (5)

1. 流体の流入口および流出口を有するバルブ本体と、
   前記バルブ本体に内装される弁体と、
   前記バルブ本体の外部に設けられたストッパと、
   前記ストッパにより回動量が規制され前記弁体を開閉動作させるためのハンドルと、
   前記ハンドルに回動自在に取付けられ、前記弁体の全開時または全閉時に前記ストッパの外面に係合される係合凹部が形成されたロック部材と、
   前記ロック部材を前記ストッパへの係合方向に付勢するばねと、
   を備えていることを特徴とする回転弁のロック構造。
2. 前記ストッパの側面は、先端の幅寸法が小さくなるようにテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転弁のロック構造。
3. 前記ロック部材には、前記ばねの付勢力に抗して前記ロック部材を回動させて前記ストッパへの係合を解除するための操作片が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転弁のロック構造。
4. 前記ロック部材は、前記係合凹部の内面が前記ストッパの外面に沿うように平面形状ほぼコ字状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転弁のロック構造。
5. 前記ロック部材は、前記弁体が全開時に前記ストッパに係合されるものであり、
   前記ロック部材の前記ストッパへの係合を解除するための回動方向は、前記ハンドルの閉方向への回動方向と同一であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転弁のロック構造。

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