JP2018035865A - 弁開閉用クランクハンドル - Google Patents

Abstract

【課題】安全に操作することが可能な弁開閉用クランクハンドルを提供する。【解決手段】フレキシブルシャフトを回転させる回転シャフト４１と、回転シャフトを回転自在に支持する支持板４２と、支持板に対して第１と第２の位置を取るアーム４３とを備える。アームが第１の位置にある場合には、アームが回転シャフトと結合され、第２の位置にある場合には、その結合が外れ、回転シャフトが自在回転する。弁の開閉を終了した場合、アームを第２の位置に移動することにより、回転シャフトを自在回転させる。これによりフレキシブルシャフトの逆回転トルクが解消し、アームが逆回転して操作者に危害が発生するのを防止できる。【選択図】図４

Description

本発明は、弁の開閉を遠隔の場所から行う弁開閉用クランクハンドルに関する。

従来、手動であるいは駆動源によりフレキシブルシャフトを回転させ、化学プラント、電源施設、資源施設、水道施設などに設置されている各種弁を遠隔から操作することが行われている。例えば、特許文献１に記載されている原子炉内の弁を開閉する装置では、交流電源が失われモーターにより弁開閉ができなくなった場合に、原子炉建屋外から直流ドライバーによりフレキシブルシャフトを回転させ、原子炉内の弁を遠隔より開閉することが行われている。この特許文献１の構成では、直流ドライバーで行う代わりに、ハンドルやクランクを用いて人力でフレキシブルシャフトを回転させることもできる。

また、原子力あるいは火力発電所の大型手動弁、化学工場の防爆地域の大型弁をフレキシブルシャフトを介してクランクハンドルを用いて回転させ、遠隔から弁を開閉することが行われている。このようなクランクハンドルは、種々の弁開閉装置で利用されている。

特開２０１４−１１８９９５号公報

フレキシブルシャフトは、中心の芯材のまわりに細径のピアノ線を複数層に互いに反対方向に螺旋状に巻き付けたインナーシャフトと、ねじられようとしながら回転するインナーシャフトを外部から支えるアウターチューブからなっており、高効率で動力を伝達することができる。

しかしながら、フレキシブルシャフトをクランクハンドルで手動で回転させ遠隔操作により弁を開閉操作する場合、開閉操作の途中であるいは開閉操作が終了したとき、クランクハンドルを手放すと、フレキシブルシャフトには、ねじれによる逆方向回転トルクが発生しているために、クランクハンドルが高速で逆回転して作業者に危害を与える恐れがあり、遠隔操作の障害になっている、という問題があった。

従って、本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、安全に操作することが可能な弁開閉用クランクハンドルを提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明は、
弁を開閉する機構に動力を伝達するフレキシブルシャフトを回転させて弁を開閉する弁開閉用クランクハンドルであって、
フレキシブルシャフトを回転させる回転シャフトと、
前記回転シャフトを回転自在に支持する支持板と、
前記支持板に対して第１と第２の位置を取るアームと、を備え、
前記アームが第１の位置にある場合には、アームと回転シャフトが結合されてアームの回転操作により回転シャフトが回転し、
前記アームが第２の位置にある場合には、アームと回転シャフトとの結合が外れ、回転シャフトが自在回転することを特徴とする。

本発明のクランクハンドルでは、アームを第２の位置に移動させることにより、アームと回転シャフトとの結合が外れ、回転シャフトが自在回転する。従って、操作者が弁本体の開閉を終了し、あるいは弁の開閉途中でアームの回転操作をやめた場合、アームを第２の位置に移動すれば、フレキシブルシャフトからの逆回転トルクにより回転シャフトが自在回転して逆回転トルクが解消する。従って、アームが逆回転することはないので、操作者が危険にさらされるのを防止することができ、安全な弁開閉を行うことができる。

弁開閉装置の構成を示す全体図である。 （ａ）は本発明のクランクハンドルの構造を示す正面図、（ｂ）はその側面図である。 クランクハンドルの縦断面図である。 アームを支持板に対して回動させたときのクランクハンドルの縦断面図である。 クランクハンドルの回転シャフトの正面図である。 （ａ）はアームの正面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った断面図である。 アームを支持板に対して回動させたときのアームと回転シャフトとの嵌合状態を示す説明図である。

以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の一実施例である弁開閉用クランクハンドルを詳細に説明する。本実施例では、クランクハンドルを原子力発電所の原子炉内の弁を遠隔から開閉するために使用する例に基づいて説明する。しかし、本発明のクランクハンドルは、原子炉内の弁だけでなく、化学プラント、電源施設、資源施設、水処理施設などに設置されている各種弁を遠隔から操作するために使用できるものである。

図１は、本発明のクランクハンドルが使用される弁開閉装置の全体図を示す。弁開閉装置３０は、原子炉建屋内に設置されている弁本体（例えば仕切り弁）１を開閉するアクチュエータ２、フレキシブルシャフト４、アクチュエータ２にトルクを入力するモーター２０、原子炉建屋壁１４を貫通する貫通シャフト１２、弁本体を手動で開閉するためのクランクハンドル４０を備えている。

アクチュエータ２は、弁開閉機構の一部を構成し、通常は交流電源により駆動されるモーター２０からトルクを入力される。トルクはドライブスリーブ２１を介して弁本体１に伝達され弁の開閉を行う。また、アクチュエータ２のもう一つの入力端にはカップリング３、減速機５、サポート８により固定されたフレキシブルシャフト４、貫通シャフト１２を介してクランクハンドル４０からの回転トルクが伝達可能になっている。アクチュエータ２は、上記の二つのトルク入力手段、つまりモーター２０からのトルクとクランクハンドル４０からの回転トルクを自動的に切り替えるオートデクラッチ機構を備えている。

原子炉建屋壁１４には貫通孔１６が形成され、この貫通孔１６を貫通して貫通シャフト１２が配置される。貫通シャフト１２の両端は、それぞれ内側軸受部９と外側軸受部１０より軸受け支持されている。フレキシブルシャフト４の一端はジョイント７を介して減速機５と接続され、他端はジョイント１１を介して貫通シャフト１２と接続されている。また、貫通シャフト１２の他端は、後述するように、クランクハンドル４０と結合される。

なお、弁本体１が化学プラント、電源施設、資源施設、水処理施設などに設置される大型弁である場合には、クランクハンドル４０はフレキシブルシャフト４の他端と接続され、原子炉建屋壁１４内で弁本体１を駆動する場合には、クランクハンドル４０は、同様にフレキシブルシャフト４の他端に接続される。また、フレキシブルシャフト４の回転に基づいて弁本体１の開度を示す開度計を設ける場合には、開度計はクランクハンドル４０と貫通シャフト１２あるいはフレキシブルシャフト４間に接続される。

フレキシブルシャフト４は、中心の芯材のまわりに細径のピアノ線を複数層に互いに反対方向に螺旋状に巻き付けたインナーシャフトと、ねじられようとしながら回転するインナーシャフトを外部から支えるアウターチューブからなる公知のもので、高効率で回転トルクを弁開閉機構に伝達することができる。

オートデクラッチ機構は、交流電源が機能し、モーター２０が作動している場合には、その回転がウォーム２２に伝達され、それと噛み合うウォームホイール（不図示）が回転して弁棒（不図示）並びに弁体２３が上下動する。一方交流電源が失われた場合には、クランクハンドル４０が貫通シャフト１２あるいはフレキシブルシャフト４に接続され、クランクハンドル４０の回転が減速機５を介してウォーム２２に伝達され、弁棒並びに弁体２３が上下動される。

クランクハンドル４０は、図２〜図４に示すように、フレキシブルシャフト４を回転させる回転シャフト４１と、回転シャフト４１を回転自在に支持する支持板４２と、支持板４２に対して回動可能なアーム４３と、アーム４３の他端に固定されたグリップ４４を備えている。

回転シャフト４１は、図５に示したように、複数の径の異なる部分からなる円柱状のシャフトで、一方端部の小径円柱部４１ａが、支持板４２に取り付けられたボールベアリング４５により軸受けされ、他端の円柱部４１ｂが、ベアリング受金具４７に取り付けられた２連のボールベアリング４６、４６’により軸受けされる（図３）。これにより、回転シャフト４１は、その両端部が支持板４２とベアリング受金具４７で回転自在に軸受け支持される。なお、ボールベアリング４５はベアリング押さえ４９により、またボールベアリング４６、４６’はベアリング受金具４７により軸方向移動がそれぞれ規制され、回転シャフト４１の先端にはナット５０がねじ込まれているので、回転シャフト４１の軸方向移動はこれらの部材により規制される。

また、回転シャフト４１は、小径円柱部４１ａに隣接する部分が断面矩形で矩形部４１ｃを構成している。回転シャフト４１の矩形部４１ｃはアーム４３に形成された嵌合穴４３ａに嵌合し、グリップ４４を握ってアーム４３を回転すると、回転シャフト４１はアーム４３の回転に連動して回転する。この回転シャフト４１の回転トルクは、ベアリング受金具４７に固定された差込継手４８がフレキシブルシャフト４の他端に差し込まれ、回転シャフト４１の端部４１ｄがフレキシブルシャフト４の対応する部分に結合されると、フレキシブルシャフト４に伝達され、フレキシブルシャフト４が回転する。

また、回転シャフト４１の中央部４１ｅには、ナット５１が取り付けられ、ナット５１と矩形部４１ｃ間には、スプリング５２が巻装される。スプリング５２はアーム４３を支持板４２の方向に付勢し、図２、図３に示したように、アーム４３を支持板４２に押し付け、両部材４２、４３がほぼ平行になる状態に維持する。

スプリング５２は、上部に切り欠き部５３ａが形成されたスプリングカバー５３により覆われ、スプリングカバー５３は、その両側部がボルト５４、５４’によりアーム４３に取り付けられる（図２（ｂ））。後述するように、アーム４３が支持板４２に対して回動したときには、スプリングカバー５３は、アーム４３に押されて軸方向に移動する。

支持板４２の下方には、アーム４３と接触して回転するローラー５５、５５’が取り付けられ、グリップ４４を手で握りグリップ４４を手前に引くと、ローラー５５、５５’がアーム４３に回転接触し、アーム４３は、図４に示したように、支持板４２に対して回動し傾斜する。アーム４３が支持板４２に対して回動しない、図２、図３に図示した位置（第１の位置）では、アーム４３と支持板４２は平行になっており、回転シャフト４１の矩形部４１ｃがアーム４３の嵌合穴４３ａと嵌合するので、アーム４３は回転シャフト４１と結合されて、アーム４３を回転すると、回転シャフト４１はそれに連動して回転する。

一方、図４に示したように、アーム４３をスプリング５２の付勢力に抗して支持板４２に対して回動させ、アーム４３が支持板４２に対して傾斜する位置（第２の位置）に移動すると、回転シャフト４１の矩形部４１ｃはアーム４３の嵌合穴４３ａに嵌合しなくなり、アーム４３と回転シャフト４１の結合が外れて、回転シャフト４１は自在回転する。支持板４２には長穴４２ａが形成され、この長穴４２ａに、アーム４３に固定されたボルト５６を挿通することにより、アーム４３の回動ないし傾斜を制限することができる。

アーム４３の嵌合穴４３ａは、図６、図７に示すように、アーム４３の支持板４２に対する傾斜度に応じて、スプリング５２側面の上辺４３ｂ並びに下辺４３ｃはそれと反対側面に向かって下方に傾斜し、該反対側面で上辺４３ｂ’並びに下辺４３ｃ’となっている。アーム４３が第１の位置にある場合には、上辺４３ｂ’が矩形部４１ｃの右端に接触し、下辺４３ｃが矩形部４１ｃの左端に接触する。このように、嵌合穴４３ａを上辺と下辺が軸方向に傾斜した矩形穴にすることにより、回転シャフト４１の矩形部４１ｃがアーム４３の嵌合穴４３ａに円滑に嵌合し、また嵌合しなくなるようにすることができる。

また、支持板４２の上部にはボルト５７が取り付けられ、アーム４３が第１の位置にあるときは、その先端がアーム４３の穴４３ｄに嵌合してアーム４３と支持板４２間にガタが発生しないようになっている。なお、図６に示した他のねじ穴４３ｅ、４３ｅ’、４３ｆは、それぞれボルト５４、５４’、５６のねじ穴であり、ねじ穴４３ｇはグリップ４４を取り付けるためのねじ穴である。

次に、このように構成されたクランクハンドルを用いて弁を開閉する動作を説明する。

交流電源が機能し、モーター２０が作動している場合には、その回転トルクにより、弁本体１の開閉が行われる。一方交流電源が失われた場合には、クランクハンドル４０を用いて弁本体１が開閉される。クランクハンドル４０は、上述したように、フレキシブルシャフト４の他端と直接、あるいは開度計を介して接続され、あるいは原子炉の弁本体１を建屋外で遠隔操作する場合は、貫通シャフト１２を介してフレキシブルシャフト４と接続される。

通常、クランクハンドル４０のアーム４３は、その嵌合穴４３ａに回転シャフト４１の矩形部４１ｃが嵌合してアーム４３と回転シャフト４１が結合される第１の位置にあるので、アーム４３を回転させると、その回転トルクはフレキシブルシャフト４に伝達され、フレキシブルシャフト４が回転して、弁本体１が開閉する。

一方、弁本体１の開閉が終了した場合、あるいは弁の開閉途中でアーム４３の回転操作を中断した場合、操作者はグリップ４４から手を離す。しかし、フレキシブルシャフト４は、インナーシャフトがねじられようとしながら回転しているので、ねじれによる逆回転トルクによりアーム４３が高速に逆回転し、操作者が危険にさらされる。

そこで、操作者は、図３に示した状態で、スプリング５２の付勢力に抗してグリップ４４を手前に引くと、アーム４３は、ローラー５５、５５’に接触しながら、図４に示すように、支持板４２に対して回動して傾斜し第２の位置に移動する。この第２の位置では、回転シャフト４１の矩形部４１ｃはアーム４３の嵌合穴４３ａに嵌合しなくなり、アーム４３と回転シャフト４１の結合が外れて、回転シャフト４１は自在回転し、逆回転トルクが解消する。これにより、長いアーム４３が逆回転して操作者に危害が生じるのを防止でき、安全に弁本体の開閉を行うことができる。

なお、図７に詳細に示すように、アーム４３の嵌合穴４３ａは、スプリング５２側面の上辺４３ｂ並びに下辺４３ｃがそれと反対側面に向かって下方に傾斜し、上辺４３ｂ’並びに下辺４３ｃ’となっている。しかし、アーム４３の嵌合穴が、回転シャフト４１の矩形部４１ｃと緊密に嵌合する、図７で仮想線で示したような矩形穴４３ａ’である場合には、嵌合が外れる時、あるいは嵌合するとき、矩形穴４３ａ’が回転シャフト４１の他の部分に当たって円滑な嵌合ができなくなる。しかし、本実施例では、嵌合穴４３ａを上辺と下辺が軸方向に傾斜した矩形穴にすることにより、回転シャフト４１の矩形部４１ｃとアーム４３の嵌合穴４３ａの嵌合、あるいは脱嵌合を円滑に行うことができる。

１ 弁本体
２ アクチュエータ
３ カップリング
４ フレキシブルシャフト
５ 減速機
７ ジョイント
９ 内側軸受部
１０ 外側軸受部
１１ ジョイント
１２ 貫通シャフト
１４ 原子炉建屋壁
２０ モーター
２１ ドライブスリーブ
２２ ウォーム
２３ 弁体
３０ 弁開閉装置
４０ クランクハンドル
４１ 回転シャフト
４２ 支持板
４３ アーム
４４ グリップ
４５、４６、４６’ ボールベアリング
４７ ベアリング受金具
４８ 差込継手
４９ ベアリング押さえ
５２ スプリング
５３ スプリングカバー
５５、５５’ ローラー

Claims (6)

1. 弁を開閉する機構に動力を伝達するフレキシブルシャフトを回転させて弁を開閉する弁開閉用クランクハンドルであって、
   フレキシブルシャフトを回転させる回転シャフトと、
   前記回転シャフトを回転自在に支持する支持板と、
   前記支持板に対して第１と第２の位置を取るアームと、を備え、
   前記アームが第１の位置にある場合には、アームと回転シャフトが結合されてアームの回転操作により回転シャフトが回転し、
   前記アームが第２の位置にある場合には、アームと回転シャフトとの結合が外れ、回転シャフトが自在回転することを特徴とする弁開閉用クランクハンドル。
2. 前記アームは支持板に対して回動可能になっており、アームが第１の位置にある場合には、アームと支持板が平行になり、第２の位置にある場合には、支持板に対して傾斜することを特徴とする請求項１に記載の弁開閉用クランクハンドル。
3. 前記アームには、回転シャフトと嵌合する嵌合穴が形成されており、アームが第１の位置にある場合には、アームの嵌合穴に回転シャフトが嵌合してアームが回転シャフトと結合され、第２の位置にある場合には、回転シャフトがアームの嵌合穴から外れ回転シャフトとの結合が外れることを特徴とする請求項１又は２に記載の弁開閉用クランクハンドル。
4. 前記アームの嵌合穴は、上辺と下辺が軸方向に傾斜した矩形穴であることを特徴とする請求項２又は３に記載の弁開閉用クランクハンドル。
5. 前記アームは、支持板と平行になるように、スプリングによりばね付勢されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の弁開閉用クランクハンドル。
6. アームの他端には、グリップが取り付けられ、スプリングの付勢力に抗してグリップを手前に引くことにより、前記アームが第２の位置に移動することを特徴とする請求項５に記載の弁開閉用クランクハンドル。

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