JP2013185661A - トグル弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】優れた弁開閉状態の視認性、操作時における迅速性、弁閉状態のシール面圧の均一性を発揮しつつ、弁開度を段階的に調整でき、その開度を強固に保持できるトグル弁を提供する。
【解決手段】レバー本体14の外周囲に形成した外周制御面40をバルブ本体14のステム12の突出部30近傍位置に設けた平面当接部28に接触させ、外周制御面40は、弁体11の全開・全閉用の直線状の平面部と中間開度用の直線状の中間平面部とをそれぞれ有し、かつ、各平面部と中間平面部との間を曲面部でそれぞれ接続して構成すると共に、軸着部32から平面部又は中間平面部までの垂線とステム12の軸線とを一致させ、平面部と平面当接部28又は中間平面部と平面当接部28との当接時に、ばね13の弾発力を介してレバー本体14をそれぞれの位置で停止状態に保持させた。
【選択図】図1

Description

本発明は、レバーの回転により弁体を手動操作するトグル弁に関し、特に、レバーを途中で停止したときに停止状態を確実に保持して弁体の中間開度を維持できるトグル弁に関する。
手動操作のトグル弁は、ハンドルの回転操作でねじ作用の推力により開閉するハンドルノブタイプの手動弁に比較して、弁開閉状態の視認性が良く、操作時おける迅速性に優れており、弁閉状態のシール面圧の均一性の点でも優れている。そのため、トグル弁は様々な場所で使用されている。
この種のトグル弁として、例えば、特許文献1のトグルバルブが知られている。このトグルバルブでは、操作レバーにフラット状の平行部とこの平行部から傾斜したフラット状の傾斜部とが設けられ、操作レバーの操作でこれらの平行部と傾斜部とをトグルバルブのカバーの平行面に接触させることでステムを上下動作させて、ダイヤフラムを全閉又は全開状態にするようになっている。
この場合、図7の模式図に示すように、レバー本体1はトグルレバー2に一体にもしくは別体に設けられ、レバー本体1は、回転中心の軸部3を有し、この軸部3から離れた位置に、中心を有する円弧か或は複数の円弧からなる円弧部4の連続により形成された摺動面5を有している形状になっている場合が一般的である。この場合、トグルレバー2を有するトグルバルブでは、図7(a)の弁閉状態から、図7(b)に示すようにケース摺動面5を介してレバー本体1を回転させ、図7(c)の全開状態に切換える構成になっている場合が一般的である。
一方、特許文献2の手動作動装置では、操作レバーを成すプレートの上辺の一端から下辺の下端にかけて曲線部が設けられ、操作レバーの揺動中心となる切り欠き部から曲線部までの距離が漸増するようになっている。この操作レバー形状により、流路の開放の度合いを調節しながら、その開放の度合いを長時間にわたって維持しようとしている。
特開2008−39156号公報 特許第4089842号公報
しかしながら、上述した手動のトグルバルブは、ハンドルノブタイプのバルブのように弁開度を中間開度にし、この弁開度を保持することが難しい。
例えば、特許文献1のトグルバルブは、平行部とフラット部とをそれぞれカバーの平行面に接触させることで操作が全閉又は全開状態に限られており、中間開度に操作することはできない。図7に示したように、トグルレバー2が円弧や複数の円弧が連続する円弧部4を有する形状である場合には、図8のグラフに示すように、レバー開度と図示しないステムのストロークとの関係は、全閉から全開まで略正比例の関係になることから、レバーの開度がわずかでも変わったときにはこの開度に応じてステムが上下動するため、ステムを一定の状態に保持することが難しい。このため、弁の開閉途中でレバー本体1を保持して弁体を中間開度に維持することが困難になっている。
一方、特許文献2においては、操作レバーの曲線部が、切り欠き部からの距離が漸増する曲線形状であるため、この連続する曲線部が平面状のプレートに対して常時線接触に近い状態で開放の度合いを維持することになる。そのため、曲線部とプレートとの接触が常に不安定になり、所定の開度状態を強く保持することが難しくなっている。
この操作レバーの曲線部において、弁開から弁閉状態に作動する向きでは、切り欠き部からの距離が漸減することになる。これにより、操作レバーのこの回転方向では、ステムに作用するスプリングの弾性力が減少し、ステムを保持しようとする力が弱くなる。そのため、操作レバーが弁閉方向に戻る危険性がある。このように特許文献2では、中間開度における弁開及び弁閉の双方向への弁体の保持停止機能が十分ではない。
この手動作動装置では、操作レバーを連続的に操作して中間開度で位置保持する構造であるため、手動時に所定の開度で停止させることが難しくなり、操作を過度におこなったり、所定の開度に細かく調節することも困難である。
本発明は、従来の課題点に鑑みて開発したものであり、その目的とするところは、優れた弁開閉状態の視認性、操作時における迅速性、弁閉状態のシール面圧の均一性を発揮しつつ、弁開度を段階的に調整でき、その開度を強固に保持できるトグル弁を提供することにある。
上記の目的を達成するため、請求項1に係る発明は、バルブ本体内に設けた弁体を、ステムを介して昇降動自在に設け、この弁体は、バルブ本体内に設けたばねの弾発力とステムの突出部に軸着部を介して回転自在に設けたレバー本体を有するトグル弁であって、レバー本体の外周囲に形成した外周制御面をバルブ本体のステムの突出部近傍位置に設けた平面当接部に接触させ、外周制御面は、弁体の全開・全閉用の直線状の平面部と中間開度用の直線状の中間平面部とをそれぞれ有し、かつ、各平面部と中間平面部との間を曲面部でそれぞれ接続して構成すると共に、軸着部から平面部又は中間平面部までの垂線とステムの軸線とを一致させ、平面部と平面当接部又は中間平面部と平面当接部との当接時に、ばねの弾発力を介してレバー本体をそれぞれの位置で停止状態に保持させたトグル弁である。
請求項2に係る発明は、全閉接触時の垂線a、中間開度停止時の垂線b、全開接触時の垂線cとの関係をa<b<cとしたトグル弁である。
請求項3に係る発明は、中間平面部を外周制御面の途中に少なくとも1個設け、それぞれの中間平面部を曲面部で接続したトグル弁である。
請求項4に係る発明は、レバー本体を二又状に分岐形成して略コ字形状に形成し、かつレバー本体の分岐した双方に外周制御面を形成すると共に、レバー本体に操作部を一体に又は別体に設け、このレバー本体をステムの軸着部に回動自在に結合したトグル弁である。
請求項5に係る発明は、突出部に形成した連通穴とレバー本体に設けた取付穴とがレバー本体の全閉状態のときに同軸に位置するように設け、この連通穴と取付穴とに鍵を取付けるようにしたトグル弁である。
請求項1に係る発明によると、優れた弁開閉状態の視認性、操作時における迅速性、弁閉状態のシール面圧の均一性を発揮しつつ、平面部、中間平面部が平面当接部に平面接触することで、弁開度を段階的に調整できるようになり、しかも、この全開・全閉及び中間開度状態を強固に保持することが可能になる。
請求項2に係る発明によると、全閉接触時の垂線よりも中間開度停止時の垂線を大きくし、この中間開度停止時の垂線よりも全開接触時の垂線を大きくすることで、この方向にばねの張力が増加することで確実に保持停止機能を発揮できると共に、節度感を得ることができる。
請求項3に係る発明によると、曲面部を介してステム移動時のストロークを連続的に増やして流量を増加しつつ、1箇所以上の中間開度に設定しながら各中間開度時で弁体を強固に保持でき、しかも、各中間開度までスムーズに操作できる。
請求項4に係る発明によると、ステムを中心にしてレバー本体をステムの軸着部に対して自在に回転させることができ、外周制御面の平面部と中間平面部とを平面当接部に対して適度な押圧力により接触させながら、任意の位置まで簡単かつ確実に操作部を回転操作できる。
請求項5に係る発明によると、バルブの閉状態で突出の連通穴とレバー本体の取付穴とを同軸に位置させ、これらの連通穴と取付穴とを鍵でロックすることで誤操作を防止し、安全性を確保できる。
本発明のトグル弁の一実施形態を示す縦断面図である。 (a)は、図1のトグル弁の弁閉状態を示す斜視図である。(b)は、図1のトグル弁の弁開状態を示す斜視図である。 レバー本体の外周制御面付近を示した拡大模式図である。 (a)は、弁閉状態のレバー本体の要部を示した模式図である。(b)は、(a)の中間開度状態を示した模式図である。(c)は、(a)の弁開状態を示した模式図である。 本発明のトグル弁におけるレバー本体の他例を示した模式図である。 図5におけるレバー本体のレバー開度とステムストロークとの関係を示したグラフである。 従来のトグルバルブのトグルレバーを示した模式図である。 図7におけるトグルレバーのレバー開度とステムストロークとの関係を示したグラフである。
以下に、本発明におけるトグル弁を図面に基づいて詳細に説明する。図1においては本発明のトグル弁の一実施形態を示す断面図、図2においては図1のトグル弁の斜視図、図3においてはレバー本体の外周制御面付近を示している。
図において、本発明のトグル弁のバルブ本体10には、弁体11、ステム12、ばね13、レバー本体14が設けられている。バルブ本体10は、ケース15と、ボデー16とを有し、このボデー16の内部には一次側流路17と二次側流路18とが設けられ、これらの流路17、18の間に弁座19が形成されている。ボデー16の弁座19外周側には環状凹部20が形成され、この環状凹部20には弁体11の外径側に形成された環状突起21が嵌合可能になっている。ケース15はボデー16の上部に螺着により一体に取付けられ、このケース15の底面部22が弁体11の上面周縁部23を抑えつけるようになっている。ケース15とボデー16とは、固定ねじ24によりボデー16の外側から位置決め状態で固定され、これによって、ボデー16とケース15との間に、取付け位置が調節された状態で弁体11が固定される。
ケース15の上部外周側には、略円筒状のカバー25が螺着により取付けられ、このカバー25の中央側にはステム12挿入用の挿入穴26が設けられている。カバー25の上面側にはフラット状のプレート27が嵌め込まれ、このプレート27の上面側に設けられた平面当接部28にレバー本体14を当接できるようになっている。
ステム12は、ケース15に設けられた摺動穴29とカバーの挿入穴26とを介して、上下付近が支えられながらバルブ本体10の軸方向に上下動自在に取付けられている。ステム12の先端側にはダイヤフラムからなる弁体11が取付部11aの係合を介して取付けられ、環状突起21がボデー16の環状凹部20に嵌合されている。図1において、ステム12のレバー本体14装着側にはプレート27から突出する突出部30が形成され、この突出部30には、ピン32挿入用の貫通穴31と連通穴33とが形成されている。なお、この突出部30の近傍位置に上記の平面当接部28が形成されている。
弁体11は、上記のように外径側が固定された状態でバルブ本体10内に設けられてステム12を介して昇降動自在に設けられ、この昇降動によって弁座19に接離して一次側流路17と二次側流路18とを流量制御可能になっている。
ばね13は、ステム12に形成された環状鍔部34とカバー25との間に弾発状態で装着され、このばね13によりステム12が弁閉方向に付勢される。ばね13の付勢力でステム12が図1において下方側に移動し、弁体11を弁座19に押圧して一次側流路17と二次側流路18とを遮断する。
レバー本体14は、バルブ本体10内に設けたばね13の弾発力とステム12の突出部30に軸着部となるピン32を介して回転自在に設けられている。このレバー本体14の外周囲には外周制御面40が形成され、この外周制御面40をバルブ本体10の平面当接部28に接触させている。
図3において、外周制御面40は、平面部41、42、中間平面部43、曲面部44、45をそれぞれ有している。平面部41、42は直線状に形成され、それぞれ弁体11の全開・全閉用として設けられる。中間開度用の中間平面部43も平面部41、42と同様に直線状態に形成され、この平面部41、42の間に設けられる。各平面部41、42と中間平面部43との間に曲面部44、45がそれぞれ接続されている。
このうち、中間平面部43は、外周制御面40の途中に2個以上設けられていてもよい。その場合、それぞれの中間平面部が前記と同様に曲面部を介して平面部或は他の中間平面部に接続される。このように中間平面部を外周制御面の途中に少なくとも2個以上設けるようにすれば、2箇所以上の中間開度に弁開することもできる。
上記の平面部41、42、中間平面部43に対して軸着部32からそれぞれ垂線a、b、cを引いたとき、軸着部32から平面部41、42又は中間平面部43までのこれらの垂線a、b、cと、ステム12の軸線Sとを一致させ、平面部41、42と平面当接部28、又は中間平面部43と平面当接部28との当接時に、ばね13の弾発力を介してレバー本体14をそれぞれの位置で停止状態に保持させるようにした。
その際、前記全閉接触時の垂線a、中間開度停止時の垂線b、全開接触時の垂線cとしたときに、これらの関係を垂線a<垂線b<垂線cとし、中間平面部43の長さL1<平面部42の長さL2になっている。また、曲面部44の長さT1<曲面部45の長さT2になっている。
図2に示すように、レバー本体14は、二又状に分岐形成されて略コ字形状に形成され、このレバー本体14の双方に対して前述した外周制御面40が形成されている。このレバー本体14には手動操作用の操作部46が一体に又は別体に設けられている。上記のように、レバー本体14は、ステム12に軸着部32で取付けられ、この軸着部32に回動自在に結合されている。レバー本体14の突出部30の連通穴33と対応する位置に取付穴47が設けられ、この取付穴47と連通穴33とが、レバー本体14の全閉状態のときに同軸に位置するようになっている。
図1において、バルブ本体10には鍵48を設けることが可能になっており、この鍵48は、例えば南京錠からなっている。この鍵48は、全閉状態で同軸状態になっている連通穴3と取付穴47とに取付け可能になっている。
なお、図示しないが、本発明のトグル弁にエアの流出入口を設け、この流出入口からバルブ本体内部にエアを流出入してステムを上下動させることで、弁体で流路を開閉することも可能であり、この場合にも上述したレバーを併用することで弁体を中間開度に位置保持できる。
続いて、本発明のトグル弁の上記実施形態における動作並びに作用を説明する。
図1、図4(a)においては、トグル弁の弁閉状態におけるレバー本体14の要部を示している。この場合、外周制御面40のうち、図3の平面部41が平面当接部であるプレート上面28に当接しており、ばね13の付勢力によってステム12が下方向に移動して、弁体11が均一の面圧シール状態で弁座19方向に押圧される。その際、軸着部32から平面部41までの垂線aとステムの軸線Sとが一致し、平面部41と平面当接部28とが当接した状態になり、ばね13の弾発力を介してレバー本体14が位置で停止状態に保持される。このときの軸着部32から平面部41までの垂線aは、レバー本体14の回転動作範囲内で最も短くなる。平面部41と平面当接部28とは平面接触で当接していることで、このときの弁閉状態が安定する。
この弁閉状態からレバー本体14を矢印の方向に回転させると、平面部41に接続された曲面部44が平面当接部28に当接しながらレバー本体14が回転する。このように曲面部44を介していることでレバー本体14をスムーズに回転操作でき、しかも、レバー本体14を弁閉側から弁開側に回転するときに、曲面部44の形状が軸着部32からの距離が次第に増加することから、ステム12のストロークを確実に増加させて図1においてステム12が上方向に移動する。
図4(b)においては、曲面部44に接続された中間平面部43が平面当接部28に当接して弁体11が中間開度になり、この中間開度を位置保持したレバー本体14の状態を示している。この場合、軸着部32から中間平面部43までの垂線bがステムの軸線Sと一致しながら中間平面部43と平面当接部28とが当接し、この当接時にばね13の弾発力によりレバー本体14が所定位置で停止状態に保持される。前記の軸着部32から中間平面部43までの垂線bは垂線aよりも大きくなることから、ステム12は確実に上方向に移動する。
この際、中間平面部43と平面当接部28とは平面接触で当接し、ステム12を介してばね13による弁閉しようとする力の作用点P1が中間平面部43内にあることにより、この当接状態が安定して中間開度を強固に位置保持できる。
しかも、図3において、レバー本体14に誤って回転方向の力が働こうとした場合にも、ばね13の張力が弁開および弁閉の何れの回転方向にも増加することで回転しにくくなっており、復元力により中間開度の保持状態が安定するようになっている。更に、中間平面部43の弁閉側端部43aから軸着部32までの高さHaと、中間平面部43の弁開側端部43bから軸着部32までの高さHbとが、それぞれ垂線bよりも長くなっていることにより、レバー本体14に外部からの力が加わった場合にも抵抗力を発揮して適度な節度感を得ることができ、レバー本体14を適切な中間開度位置に合わせたり、細かく開度調節する必要もない。
上記の中間開度の状態から更にレバー本体14を回転させると、前記と同様に曲面部45が平面当接部28に当接することでスムーズにレバー本体14を回転操作できる。この曲面部45を介してステム12のストロークが増加し、ステム12は上方向に移動する。
続いて、曲面部45に接続した平面部42が平面当接部28に当接することで弁開状態となり、操作を完了した状態となる。
図4(c)においては、弁開状態のレバー本体14の状態を示している。この場合、軸着部32から中間平面部43までの垂線cがステム12の軸線Sと一致しながら平面部42と平面当接部28とが当接し、ばね13の弾発力でレバー本体14がこの状態に停止保持される。この場合の全開接触時の垂線cは中間開度停止時の垂線bよりも大きいことから、ステム12が上方向に移動した状態となる。平面部42と平面当接部28とは平面接触で接触し、力の作用点P2が平面部内にあることでこの当接状態が安定して弁開状態で強固に位置保持される。
この場合にも、上記の当接時と同様に、ばね13の張力と、弁閉側端部42aから軸着部32までの高さHcと、弁開側端部42bから軸着部32までの高さHdとが、それぞれ垂線cよりも長くなっていることにより、レバー本体14に外部からの力が加わった場合にも抵抗力を発揮して適度な節度感を得ることができ、レバー本体14を適切な中間開度位置に合わせたり、細かく開度調節する必要もない。
上記のようにして、平面部41、曲面部44、中間平面部43、曲面部45、平面部42を平面当接部28に交互に摺動させながらレバー本体14を回転し、弁閉から中間開度、又は弁開状態まで操作できる。弁開から弁閉状態まで操作する場合には、レバー本体14を上記とは逆方向に回転させることで同様に操作できる。
本発明のトグル弁は、前述したとおり外周制御面40を平面当接部28に接触させ、外周制御面40は、弁体11の全開・全閉用の直線状の平面部41、42と中間開度用の直線状の中間平面部43とをそれぞれ有し、かつ、各平面部41、42と中間平面部43との間を曲面部44、45でそれぞれ接続して構成し、軸着部32から平面部41、42又は中間平面部43までの垂線a、b、cとステム12の軸線Sとを一致させ、平面部41、42と平面当接部28又は中間平面部43と平面当接部28との当接時に、ばね13の弾発力を介してレバー本体14をそれぞれの位置で停止状態に保持させているので、トグルタイプのバルブでありながら弁開・弁閉以外の中間開度に設定でき、しかも、この中間開度を強固に保持できる。
全閉接触時の垂線a、中間開度停止時の垂線b、全開接触時の垂線cとしたときに、これらの関係を垂線a<垂線b<垂線cとしているので、ステム12を確実に移動させて弁体11を所定の状態までレバー本体14により操作しつつ、増加するばね13の張力により保持停止機能が発揮されることで、全閉、中間開度、全開の各状態における弁の状態を確実に保持できる。
図示しないが、中間平面部を外周制御面の途中に少なくとも2個以上設け、それぞれの中間平面部を曲面部で接続した構成に設けた場合には、弁体を強く位置保持しながら2箇所以上の中間開度で所定の流量に設定でき、レバー本体の回転操作でより細かく流量調整することも可能になる。
レバー本体14を二又状に分岐形成した双方の分岐部分に外周制御面40を形成し、レバー本体14に操作部46を一体に又は別体に設け、このレバー本体14をステム12の軸着部32に回動自在に結合しているので、外周制御面40を平面当接部28に当接させながらレバー本体14をステム12の軸着部32に対してスムーズかつ自在に回転させることができる。
レバー本体14の全閉状態のときに、突出部30の連通穴33とレバー本体14の取付穴47とが同軸になり、この連通穴33と取付穴47とに鍵48を取付けることで、レバー本体14をステム12の突出部30に固定することができ、このレバー本体14を回転不能にできる。このため、レバー本体14の誤操作を防止し、安全性の向上を図ることもできる。
更に、上記実施形態のトグル弁の場合、ハンドルノブタイプの手動弁に比較して、レバー本体14の開閉及び中間開度の視認性が良く、図2に示すようにレバー本体14を横から縦に起こすように回転するだけで極めて簡単に手動操作できるため、開閉操作の迅速性にも優れている。ばね13の推力で弁閉時のシール面圧を均一にできるため、シール部分への過剰な力の作用によるシール部分の損傷を防止することもできる。
図5においては、本発明のトグル弁におけるレバーの他例を示している。
この例では、レバー本体50の外周制御面51が、全開・全閉用の平面部52、53、中間開度用の中間平面部54、55、平面部52、53、中間平面部54、54を接続する曲面部56、57、58を有している。このように複数の中間平面部54、55を設けることで、複数の中間開度でレバー本体50を停止させて保持可能に設けたものである。
図5(a)では第1段階の中間開度を示しており、中間平面部54が平面当接部28に当接した状態である。一方、図5(b)では第2段階の中間開度を示しており、中間平面部55が平面当接部28に当接した状態である。このとき、第1段階の弁開度<第2段階の弁開度になっており、複数の中間開度で弁体を保持停止させたときに段階的な弁開度の状態を確保しながら各中間開度を強固に維持できるようになる。
この場合、図6のグラフに示したレバー開度とステムストロークの関係になる。図に示すように、中間開度のレバー停止位置から開方向にレバー本体50を回転するときには大きなストロークの変化が必要になるため、図示しないステムを一定の移動状態にしてこの状態を維持できる。そのため、中間開度の状態を確実に保持可能となる。
10 バルブ本体
11 弁体
12 ステム
13 ばね
14 レバー本体
28 平面当接部
30 突出部
32 軸着部
33 連通穴
40 外周制御面
41、42 平面部
43 中間平面部
44、45 曲面部
46 操作部
47 取付穴
48 南京錠(鍵)
a、b、c 垂線
S ステム軸線

Claims (5)

  1. バルブ本体内に設けた弁体をステムを介して昇降動自在に設け、この弁体は、バルブ本体内に設けたばねの弾発力と前記ステムの突出部に軸着部を介して回転自在に設けたレバー本体を有するトグル弁であって、前記レバー本体の外周囲に形成した外周制御面を前記バルブ本体の前記ステムの突出部近傍位置に設けた平面当接部に接触させ、前記外周制御面は、前記弁体の全開・全閉用の直線状の平面部と中間開度用の直線状の中間平面部とをそれぞれ有し、かつ、前記各平面部と前記中間平面部との間を曲面部でそれぞれ接続して構成すると共に、前記軸着部から前記平面部又は前記中間平面部までの垂線と前記ステムの軸線とを一致させ、前記平面部と前記平面当接部又は前記中間平面部と前記平面当接部との当接時に、前記ばねの弾発力を介して前記レバー本体をそれぞれの位置で停止状態に保持させたことを特徴とするトグル弁。
  2. 前記全閉接触時の垂線a、中間開度停止時の垂線b、全開接触時の垂線cとの関係をa<b<cとした請求項1に記載のトグル弁。
  3. 前記中間平面部を前記外周制御面の途中に少なくとも1個設け、それぞれの中間平面部を曲面部で接続した請求項1又は2に記載のトグル弁。
  4. 前記レバー本体を二又状に分岐形成して略コ字形状に形成し、かつ前記レバー本体の分岐した双方に前記外周制御面を形成すると共に、前記レバー本体に操作部を一体に又は別体に設け、このレバー本体を前記ステムの軸着部に回動自在に結合した請求項1乃至3の何れか1項に記載のトグル弁。
  5. 前記突出部に形成した連通穴と前記レバー本体に設けた取付穴とがレバー本体の全閉状態のときに同軸に位置するように設け、この連通穴と取付穴とに鍵を取付けるようにした請求項1乃至4の何れか1項に記載のトグル弁。
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