JP2016526130A - レバーを有する加圧流体シリンダ - Google Patents

Abstract

遮断弁を有し、直線移動可能である弁軸上の弁要素（６）を含む加圧流体シリンダ（１）。付勢部材（１５）は、弁要素に付勢力を付与し、クランクは弁軸を動かす。クランクは、一端で弁軸に回動可能に取り付けられた第１の連結部（３７）と、一端で第１の連結部の第２の端に回動可能に取り付けられて位置的に固定されるが、反対端を中心として回転可能である第２の連結部（５０）とを含む。第１の連結部（３７）の第１の回転方向への回転が、まず付勢部材の付勢を生じさせ、第２の連結部のさらなる回転が、連結部に上死点または下死点位置を通過させ、この点において、付勢中に付勢部材に蓄えられたエネルギの一部によって、第１の連結部が、上死点または下死点位置の後に第１の回転方向にさらに付勢される。【選択図】図５

Description

本発明は、遮断弁を有する加圧流体シリンダに関する。本発明は特に、たとえば医療用ガス、溶接ガス等で用いるための加圧気体シリンダに関する。

従来、そのようなシリンダは、ガードによって保護されたシリンダの上端に、遮断弁が設けられる。弁は、ねじ機構の回転によって基底部に向かい、またそこから離れるように移動する弁要素を有する。これは、弁体内で雌ねじと嵌合する雄ねじを有するハンドホイールで構成される。これにより、使用者は、ハンドホイールを回転させて弁要素を上下させることによって、遮断弁を開閉することができる。

そのような機構は広く用いられているが、これらは多くの問題を来している。ハンドホイーを回転させるために何度も回転させることが必要であるが、このことは多大な時間を要し、またガードが所定位置にあるときには特に接触できない。さらに、全開位置または全閉位置で動かなくなる可能性がある。通常、ホイール上には矢印があり、使用者に対して開閉方向を示すが、使用者が、たとえばすでに全開された弁を開けようと試み、弁が動かなくなっていると誤認してしまうように、ホイールの現在位置を目で確認することは困難である。

位置の明確な表示がないことによるさらなる問題は、弁が全閉位置に達していることの明確な表示がないために、使用者が弁を完全に閉めず、このために容器からの不用意な漏れを招くおそれがあることである。

これらの多くの問題は、ハンドホイールに代えてレバーを用いることによって克服される。

レバーは良好な機械的利点を提供し、その位置は弁の位置の明確な表示を提供することができる。レバーは、容器と並んで一箇所に配置されて、破損からかなり良く保護されるようにすることができる。しかし、第１の位置とは直径方向にほぼ正反対の第２の位置に移動させることが必要とされ、そのような位置では、一般的には破損に対して脆弱であるが、それはそのような容器が多くの場合過酷な環境で用いられ、かつぶつけられたり、落とされたり、叩かれたりすることに対して脆弱であるためである。

そのような装置の例が、ＣＡ２２８２１２９に開示されている。これには、弱化された部分を有するレバーが開示され、これは、レバーが何らかの形で叩かれた場合、弱化された部分が壊れて、これによって弁機構の破損を防止し、弁が引き続き動作できる適所にレバーの十分な部分が残るように設計されている。レバーは、弁要素を動かすためのカム機構を有する。弁要素を開放するにはかなり強い力を必要とするが、これは部品間の相対的な摺動運動に依拠するためである。

また、全開／または全閉位置と、ほぼ開／または閉位置との間の明確な区別を提供するための「スナップ」機能を提供するために、付加的な機構を必要とし、これによりさらに複雑さが付加される。

本発明により、遮断弁を有する加圧流体シリンダであって、遮断弁が、弁を閉じるために、主軸に沿って弁基底部に向かいかつそこから離れる方に可動である弁要素と、弁要素を動作させるために主軸に沿って軸方向に動くように規制された弁軸と、弁要素及び前記弁軸を移動させるクランクに付勢力を与えるように配置された付勢部材であって、当該クランクが、一端で弁軸に回動可能に取り付けられた第１の連結部と、一端で第１の連結部の第２の端に回動可能に取り付けられて位置的に固定されるが、反対端を中心として回転可能である第２の連結部とを含む付勢部材とを備え、クランクが、第１の連結部の第１の回転方向への回転が、まず付勢部材の付勢を生じさせ、さらに、第２の連結部の回転が、連結部を上死点または下死点位置を通過させ、この点において、付勢中に付勢部材に蓄えられたエネルギの一部によって、第１の連結部が、上死点または下死点位置の後に第１の回転方向にさらに付勢されるように配置した加圧流体シリンダが提供される。

クランク機構を付勢部材とともに組み合わせることが意味することは、いったん上死点または下死点位置を通過させると、使用者は、付勢部材を圧縮するための作業を行うことがなくなるが、代わりに付勢部材の圧縮エネルギが戻る利点があり、使用者はこれを「スナップ」として効果的に感じ、これによって弁要素は全開あるいは全閉位置であり得る位置に推し進めるということである。

このことは、レバーが確実に全開または全閉位置にあることを保証するのみならず、使用者に、弁要素が完全に復帰していることを明示する「スナップ」のような感触を提供する。これは、簡易な機構で、かつ摺動カム構成に依拠しないものによって達成することができ、これによって、動作させるために必要とされる力が低減される。

クランク及び付勢部材は、さまざまな態様で構成されてもよい。一例では、付勢部材は、付勢部材に抗して作用する加圧流体とともに、弁軸から離れる方に弁要素を付勢するように作用し、これによって弁要素の開位置からの第１の連結部の回転が付勢部材を圧縮させて、流体圧の作用に抗して弁要素を閉じさせ、このとき下死点を通過することによって、付勢部材が弁要素を弁軸から離れるように付勢し、それによって第１の連結部材が第１の方向へさらに回転して、弁要素を全閉位置に推し進める。弁要素を開放させるためには、第１の連結部材をまず反対方向に回転させて、連結部が下死点を通過するまで付勢部材を圧縮し、またはこのとき付勢部材の付勢力及び押圧力が、弁要素を全開位置に推し進めるように作用する。したがって、この設計は、閉位置にスナップして、そこで付勢部材の弾力性によって保持される。そして、使用者は第１の連結部材を押して下死点位置通過させるだけでよいため、開放が比較的容易であり、この場合付勢部材及び流体圧の両方が弁の開放を支援する。

代替の構成では、付勢部材は、弁要素に抗して作用する流体圧を用いて、基底部に向かって弁要素を付勢し、それによって弁を開放させるように作用し、第１の連結部材が、第１の方向に回転し、付勢部材を圧縮させて流体圧が弁を開放させるようにし、それによって、第１の連結部材の、上死点位置を通過する第１の回転方向への移動によって、付勢部材が第１の連結部材をさらに第１の方向へ付勢して、第１の連結部材を全開位置に押し込む。弁を閉じるために、使用者は、付勢部材の作用に抗して第１の連結部材を押して上死点位置を通過させる必要があり、上死点位置を越えると、付勢部材は、流体圧に抗して弁要素を閉じさせるように作用する。

上述の例は両方ともに、付勢部材及び弁要素が加圧気体空間外にあり、かつ加圧気体空間に向かって閉じられる。しかし、弁要素及び付勢部材が加圧気体空間内にあって、弁を加圧気体空間の外側に向けて付勢することによって閉じることも可能である。この場合、付勢部材は、弁要素を閉じさせるように付勢し、第１の連結部材が、下死点位置に向かって移動するにつれ付勢部材を圧縮しながら、弁要素が開かれた状況から第１の方向に回転して下死点位置を通過し、下死点位置を通過すると、付勢部材及び流体圧が、第１の連結部機構をさらに第１の方向に推し進めて、第１の連結部材を全閉位置に押し込む。

弁軸、弁要素、及び弁ハウジングの間の関係は、クランクの回転を軸方向に制限するようなものであって、それによって一定の設計制限を越えて回転することができないようにしてもよい。これに代えて、所望しない回転を防止するために、クランクに抗して作用する少なくとも１つのストッパがあってもよい。

ここで、添付の図面を参照して、本発明によるシリンダの例を説明する。
シリンダの上部及び弁体を通した断面図である。 図１の線ＩＩ〜ＩＩに沿って取られた断面図である。 弁体の斜視図である。 図１の上端部をより詳細に示す図である。 弁を開けるための第２のクランク配置の概略図である。 弁を開けるための第３のクランク配置の概略図である。 弁を開けるための第４のクランク配置の概略図である。

流体シリンダは、加圧流体のためのシリンダ本体１及び弁体２で構成される。シリンダ１には、弁体２の下部の外面上で、おねじ４と嵌合するめねじ３が設けられている。

弁体は、弁体２を通って中央で上に延伸する、軸方向気体流出路５を有する。気体流出路５を通る流れは、気体出口ポート７への流れを選択的に遮る弁要素６によって制御される。弁要素６の圧力側の側方ポート８は、当技術分野で周知の圧力計Ｇに通じる。

加圧気体通路は、内部及び外部高圧Ｏリングシール９及び１０によって、弁要素６の上で封止される。

弁要素６を基底部１１から上げることによって、シリンダ外への気体流路を選択的に開閉する。

ここで、弁要素６を上げるための本機構を説明する。

弁要素６は、ばね１５によって付勢して閉じられ、ばねの上端は、弁体内の肩１６に当接し、ばねの底部は、弁軸１８の一部を形成する環状フランジ１７に当接する。図に示されるように、弁軸１８は、主幹１９、弁要素保持部材２０、及び弁要素結合部材２１を含み、これらはすべて、ともに堅固に固定される。

上述したように、加圧気体通路は、内側及び外側高圧Ｏリングシール９及び１０によって封止される。内側シール９は、ケースワーク内の下側環状部品２２を取り囲み、弁軸保持部材２０と下側環状部品２２との間の境界面を封止する。外側高圧Ｏリングシール１０は、下側環状部品と、取り囲んでいる弁体との間の境界面を封止する。

これらのシールには、各々を通る潜在的な漏れ通路がある。内側高圧Ｏリングシール９については、この漏れ通路が弁軸８の周囲で漏れを起こさせる可能性があるが、この漏れ通路は、上側低圧Ｏリングシール２３内に封止される。これに代えて、下側環状部品２２と、近接する上側環状部品２４との間に、通気路が設けられる。同様に、外側高圧Ｏリングシール１０の周囲には潜在的な漏れ流路があり、そしてこれを再度上側及び下側環状部品２２及び２４間の通気路に通させる。上側環状部品２４と外囲ケースワークとの間の境界面は、低圧シール２５によって封止される。その結果、内側高圧Ｏリングシール９及び外側高圧Ｏリングシール１０を通したすべての漏れは、気体漏れ出口オリフィス２６に通じる。

漏れ試験を行うために、使用者は、気体漏れ出口オリフィス２６の出口付近で検出流体を噴霧することができ、これによって加圧シリンダの漏れが簡易な表示で提供される。

ばね１５の作用に抗して弁要素６を開けるために、レバー機構が設けられる。これはレバー２７を含み、レバーは、一対のボス２８及びシャーピン２９を介して、固定レバー軸Ｌを中心としてシャフト３１とともに回転可能に接続される。シャーピンは、レバー軸Ｌの周りの不測の力から弁機構を保護する。図４に最もよく示されるように、シャフトは、弁体の上端の、個々のボス３３の軸受３２内に取り付けられる。偏心ピン３５は、シャフト３１の中心部を形成し、及びレバー軸Ｌからオフセットし、かつレバー２７が駆動されるにつれ動く偏心軸Ｅを中心として回転するように取り付けられる。連結部材３７は、ピン軸受３６を介して偏心ピン３５に回転可能に取り付けられ、その下端において、弁要素結合部材２１のオリフィス３９を通して延伸し、それに結合される接続ピン３８まで延伸する。

これによってクランク配置が提供され、そこで、図１及び４に示される停止位置から持ち上げレバー２７を持ち上げることによって、最初に接続ピン３８を、そして弁要素を下向きに動かし、それによってばね１５を圧縮する。これにより、弁を開くことが可能になる前にばね力を克服しなければならないので、弁が閉位置にロックされることを効果的に確実にする。いったんレバー２７がオーバーセンター位置に達すると、レバーによって接続ピン３８に付与された力の方向が逆になり、このことは、最初の圧縮によってばねに蓄えられたエネルギ及びシリンダ内の気体圧とともに、弁要素６をスナップさせて開放させる。

ここで、図５〜７を参照して、弁要素６を開くためのさらなるクランク機構を説明する。これらは、先に説明された構成要素と関連している一定の構成要素を描写する概略的な図である。異なる構成要素が用いられる場合、その違いは文中で強調される。

図５に示された第２の実施例は、先に説明された実施例に類似している。このケースでは、第１のレバー連結部５０は、偏心軸Ｅを中心として回転可能な偏心ピン３５と、固定レバー軸Ｌを中心として回転可能な回転可能シャフト３１との間のオフセットの概略的な表現である。このレバー連結部材５０は、レバー２７に堅固に固定されている。レバー連結部５０は、一端でレバー軸Ｌを中心として回転するために効果的に固定され、反対端で連結部材３７に対して回転可能である。連結部材３７は、先に説明されたとおりであり、及び弁軸１８Ａに接続され、ここでピン３８Ａが連結部材３７と弁軸１８Ａとの間を回転可能に接続する。先述の実施例は、オリフィス３９が非円形形状を有し、ピン３８と弁軸１８との間の相対的な軸方向移動を可能にするとして示されているが、クランクの第１及び第２の部材と弁軸との間の継手のいずれか１つに対して、相対的な軸方向移動を可能にさせることができる。この実施例におけるさらなる相違は、ここではばね１５Ａが、先述の実施例のように弁軸１８と弁体２上の肩１６との間ではなく、弁軸１８Ａと弁要素６Ａとの間で作用していることである。

図５の右手側に図示されるように、弁軸１８Ａがその移動範囲の下端に向かい、ばね１５Ａが圧縮されてそれによって弁要素６Ａに付勢力を与えると、弁要素６Ａは、シリンダ内の流体圧の作用に抗して閉じられて保持される。連結部は、レバー連結部材５０の矢印５１の方向への移動によって、この閉位置に動かされている。この閉位置から開位置に動かすためには、レバー２７、そしてレバー連結部材５０を、矢印５２の方向に時計回りに回転させる。最初にこの方向に動かすことによって、まず弁軸１８Ａが下向きに移動し、ばね１５Ａをさらに圧縮する。クランク機構が下死点を通過すると、気体圧及びばねの両方によって、連結部材５０に時計回りのモーメントを生じさせ、これによって弁要素が急速に開き、使用者はこれを「スナップ」として感じる。このように、弁が開く前にクランク機構を押圧して下死点を通過させるために、使用者がばね１５Ａの力に抗して作用させる必要があることによって、弁が閉位置に効果的にロックされる。

弁を閉じるために、クランク機構は、図５の左手側に図示された位置から、矢印５１の方向に動かされる。これによって、ばね１５Ａが圧縮されて、クランクが下死点に達するまで弁要素６Ａを流体圧の作用に抗して下方に押し下げ、このとき、ばね上の圧縮力が取り除かれ、ばねが伸長してクランク機構を図５の右手側に示される閉位置に押し込み、このエネルギがばねから戻されて上述のロッキング力を提供する。図５に５３として概略的に示された移動止めは、クランクが閉位置を越えてさらに回転することを防止する。

第３の実施例が図６に示される。これは、図５と同じように構成されるが、ばね１５Ｂが弁要素６Ｂと弁体２との間で作用することを除く。

図６の右手側に示された閉位置で、ばね１５Ｂは、弁６Ｂを流体圧の作用に抗して閉じさせるように付勢する。開位置に動かすために、まずレバー連結部材５０を矢印５４の方向に時計回りに動かして、弁要素上の肩５５が、弁要素６Ｂを引き上げる弁要素６Ｂ上の対応する肩５６と係合するまで弁軸１８Ｂを引き上げ、クランク機構が上死点に達するまでばね１８Ｂを圧縮する。いったん上死点を超えると、完全に圧縮されたばねによって、レバー連結部材５０に時計回りのモーメントを生じさせて、図６の左手側に示された開位置へと急速に推し進められ、そこからストッパ５３Ｂによってさらなる移動が呈される。上死点と開位置との間で生じるばねの伸長によって、ロッキング力がもたらされ、これは弁を閉じるために使用者によって克服される必要がある。このことを行うために、使用者は、まずレバーを、そしてレバー連結部材５０を、矢印５７によって示される反時計回り方向に回転させて、連結部が上死点を通過するまでばね１５Ｂを圧縮し、この上死点において、ばねがレバー連結部材５０に反時計回りのモーメントを生じさせ、それによって本機構が閉位置にスナッピングされる。

第４の実施例が図７に示される。このケースでは、弁要素６Ｃ及びばね１５Ｃは、ここでは加圧気体空間内にあり、弁要素は、先述の実施例とは反対方向に動かされて開かれる。ばね１５Ｃは、弁要素６Ｃ上で力を生成するために支承する支持部（図示せず）を有する。閉位置では、弁要素６Ｃは、ばね１５Ｃ及び気体圧によって適所に推し進められる。弁を開くために、レバー連結部材５０を、矢印５８によって示されるように時計回りに回転させる。最初の移動により、クランク機構をばね及び流体圧の作用に抗して下死点に向かわせ、そこを通過させる。いったんクランクが下死点を通過すると、ばね力によってレバー連結部材５０に時計回りのモーメントが生じ、これによって弁を閉じさせようとする．しかし、さらなる移動は、ストッパ５３Ｃによって止められて、図７の左手側に示された開位置に弁をとどめる。使用者が、ばね力に打ち勝ち、クランクを下死点を通過するように押圧するために、レバー連結部材５０を矢印５７の方向へ動かすことによってばねを圧縮する作業を行うことが必要なので、弁は開いた構成において効果的に「ロック」される。いったんこの位置を通過すると、ばね力及び流体圧が作用し、弁を押して閉じさせる。

Claims (4)

1. 遮断弁を有する加圧流体シリンダであって、前記遮断弁が、弁を閉じるために、主軸に沿って弁基底部に向かいかつそこから離れる方に可動である弁要素と、前記弁要素を動作させるために前記主軸に沿って軸方向に動くように規制された弁軸と、前記弁要素及び前記弁軸を移動させるクランクに付勢力を与えるように配置された付勢部材であって、前記クランクが、一端で前記弁軸に回動可能に取り付けられた第１の連結部と、一端で前記第１の連結部の第２の端に回動可能に取り付けられて位置的に固定されるが、反対端を中心として回転可能である第２の連結部とを含む前記付勢部材とを備え、前記クランクが、前記第１の連結部の第１の回転方向への回転が、まず前記付勢部材の付勢を生じさせ、さらに、前記第２の連結部の回転が、前記連結部を上死点または下死点位置を通過させ、この点において、付勢中に前記付勢部材に蓄えられたエネルギの一部によって、前記第１の連結部が、前記上死点または下死点位置の後に前記第１の回転方向にさらに付勢されるよう配置した加圧流体シリンダ。
2. 前記付勢部材が、付勢部材に抗して作用する加圧流体とともに、前記弁軸から離れる方に前記弁要素を付勢するように作用し、これによって前記弁要素の開位置からの前記第１の連結部の回転がばねを圧縮させて、流体圧の作用に抗して前記弁要素を閉じさせ、このとき下死点を通過することによって、前記付勢部材が前記弁要素を前記弁軸から離れるように付勢し、それによって前記第１の連結部材の第１の方向へのさらなる回転が当該弁要素を全閉位置に推し進め、前記弁要素を開放させるために、前記第１の連結部材をまず反対方向に回転させて、前記連結部が下死点を通過するまで前記付勢部材を圧縮し、またはこのとき前記付勢部材の付勢力及び押圧力が、前記弁要素を全開位置に推し進めるように作用する、請求項１記載の加圧流体シリンダ。
3. 前記付勢部材が、前記弁要素に抗して作用する流体圧とともに、前記基底部に向かって前記弁要素に付勢するように作用し、それによって前記弁を開放させるために、前記第１の連結部材が第１の方向に回転し、前記付勢部材を圧縮させて流体圧が前記弁を開放させるようにし、さらに、前記第１の連結部材の、上死点位置を通過する前記第１の回転方向への移動によって、前記付勢部材が前記第１の連結部材をさらに前記第１の方向へ付勢して、前記第１の連結部材を全開位置に押し込む、請求項１記載の加圧流体シリンダ。
4. 前記弁要素及び付勢部材が、加圧気体空間内にあり、前記弁が、加圧気体空間から外側に付勢されることによって閉じられ、前記付勢部材が、前記弁要素を閉じるように付勢し、前記第１の連結部材が、前記弁要素が開かれた位置から第１の方向に回転して下死点位置を通過し、下死点位置に向かって移動するように前記付勢部材を圧縮し、このとき、下死点位置を通過すると、前記付勢部材及び流体圧が、前記第１の連結部機構をさらに第１の方向に推し進めて、前記第１の連結部材を全閉位置に押し込む、請求項１記載の加圧流体シリンダ。

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