JP2019090500A - バルブ駆動装置およびダイヤフラムバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】より一層円滑な動きが得られ、製造コストも低減されたバルブ駆動装置を提供する。【解決手段】所定の軸線Ｃｔを中心に回転自在に保持され、カム溝４２を含む溝部４１を外周面に有するステム４０と、所定の軸線周りの回転が規制され、所定の軸線方向に進退可能に案内された可動部材５０と、可動部材に形成された保持凹部とステムの溝部とにより保持され、ステム４０の回転に伴って溝部４１を移動するボール６０とを有する。溝部４１は、カム溝４２の両端部に、当該カム溝４２に連続して形成され、かつ、ステム４０の回転位置を解除可能にロックするロック溝４３，４４を有する。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、バルブ駆動装置およびダイヤフラムバルブに関する。

従来のダイヤフラムバルブとして、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。このダイヤフラムバルブは、手動バルブであって、流路を画定するバルブボディ、バルブボディに形成されたバルブシートに対して移動可能に設けられて流路を開閉するダイヤフラム、ダイヤフラムを押圧するダイヤフラム押え、および、ダイヤフラム押えを開閉方向に駆動する駆動機構を有する。駆動機構は、バルブボディ上に設けられたケーシング内に収められ、当該ケーシングに回転自在に保持されたステムと、ケーシング内で回転を規制されつつバルブ開閉方向に移動自在に案内されカム溝が形成されるとともにダイヤフラム押えと連結されたカム筒とを有し、ステムに設けられたカムピンがカム筒のカム溝にローラを介して係合することにより、ハンドルを用いてステムを回転させることでステムの回転方向に応じてカム筒が開方向又は閉方向に移動し、ダイヤフラムが操作される。
また、開位置および閉位置でカム筒の回転位置を維持するために、ステムに形成したボール収容孔にボールとばねを設けボールが部分的に突出するようにボール収容孔の入口を加締める。そして、全開時にボールをカム溝の全閉域側の端部に当接させ、あるいは、全閉時にボールをカム溝の全開域側の端部に当接させることにより、ボールに作用するばねの付勢力によりステムの回転を規制し、ダイヤフラムバルブを全開位置あるいは全閉位置に安定的に保持する。

特許第３５７０６２０号

上記のダイヤフラムバルブでは、カム筒に貫通孔からなるカム溝の加工には、エンドミルが使用される。この際、エンドミルの側面切削でカム溝の壁面を加工するが、加工した形状はガイドローラとの接触が均一ではなく、均一に接触させるためには形状の制限や加工方法の変更から高価なものになる。現状の設計では溝形状とローラとの接触は線または不定形状で接触しており、カム溝を移動するローラの動きが円滑でなくなるという問題が存在した。また、ダイヤフラムバルブの全閉時はダイヤフラムを本体に一定の力で押しつけることが必要であり、保持力や押し付け力を維持する構造が求められる。
また、上記のダイヤフラムバルブでは、ステムにボール収容孔を形成し、この収容穴にばねとボールを収容し、さらに収容穴の入口を加締める必要があり、工数が相対的に多く、製造コストが高いという問題もある。

本発明は、上記点に鑑み鋭意なされたものであって、その目的の一つは、より一層円滑な動きが得られ、製造コストも低減されたバルブ駆動装置を提供することにある。

本発明のバルブ駆動装置は、ダイヤフラムバルブのダイヤフラムを操作する操作部材を開閉方向に駆動させるバルブ駆動装置であって、
所定の軸線を中心に回転自在に保持され、カム溝を含む溝部を外周面に有するステムと、
前記操作部材に連結され、前記所定の軸線周りの回転が規制され、前記所定の軸線方向に進退可能に案内された可動部材と、
前記可動部材に形成された保持凹部と前記ステムの溝部とにより保持され、前記ステムの回転に伴って前記溝部を移動するボールと、を有する。

好適には、前記溝部は、前記カム溝の両端部に、当該カム溝に連続して形成され、かつ、前記ステムの回転位置を解除可能にロックするロック溝を有する、構成を採用できる。さらに好適には、前記カム溝の深さと前記ロック溝の深さとは対応している、構成を採用できる。

本発明のダイヤフラムバルブは、上記構成のバルブ駆動装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、カム溝をステムに形成する構成を採用したことにより、形状精度が確保されたカム溝をより容易に加工することが可能になる。特に、ボールエンドミルを用いてカム溝をステムに加工することで、加工精度を確保しつつ加工時間を大幅に短縮できる。
また、本発明によれば、カム溝と一体的にロック溝を形成し、このロック溝にボールを係合させて全開位置又は全閉位置でステムの回転を解除可能にロックするので、構造を簡素化できる。
本発明によれば、ばね等の弾性部材を用いることなく、カム溝に連測して形成されたロック溝によりステムの回転を解除可能にロックできるので、構造を簡素化でき、装置のコストダウンが可能となる。
さらに、本発明によれば、ボールを介在させてステムの溝部から可動部材へカム作用およびロック作用を及ぼすため、ダイヤフラムバルブの開閉動作が非常に円滑となる。

本発明の一実施形態に係るダイヤフラムバルブの縦断面図であって、バルブ全開状態を示す図。 図１の駆動装置の分解斜視図。 ステム以外は点線で示した駆動装置の正面図であって、バルブ全開における状態を示す図。 図１の駆動装置の正面図であって、図２Ｂの状態からステムを９０度回転させてバルブ全閉における状態を示す図。 カム溝及びロック溝を含む溝部の展開図。 図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線におけるカム溝の断面図。 ボールと溝部の関係を示す上面図。 図１のダイヤフラムバルブの縦断面図であって、バルブ全閉状態を示す図。 溝部の変形例を示す上面図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に本発明の一実施形態に係るダイヤフラムバルブ１を示す。ダイヤフラムバルブ１は、流路２ａを画定するバルブボディ２、可撓性を有する金属、樹脂あるいはこれらの組み合わせから形成されたダイヤフラム５、ケーシング７、キャップ８、ダイヤフラム押え９、調整ネジ１０、ハンドル２０およびバルブ駆動装置３０を有する。
バルブボディ２は、上部に開口部３と、開口部３の近傍に形成されたバルブシート４を有する。
ダイヤフラム５は、開口部３を塞ぐようにバルブボディ２とケーシング７との間で固定されている。
ケーシング７は、バルブボディ２に固定され、ケーシング７の上端部の外周にはキャップ８が螺合固定されており、内部にダイヤフラム押え９およびこれと連結されたバルブ駆動装置３０を収容している。ケーシング７とキャップ８との間は、ＯリングＯＲでシールされている。ケーシング７の上端の開口部には、円筒状の調整ネジ１０が螺合しており、この調整ネジによりバルブ駆動装置３０の上下方向Ａ１，Ａ２の位置を調整可能となっている。すなわち、調整ネジ１０によりダイヤフラム押え９の可動範囲が調整される。
バルブ駆動装置３０のステム４０は、調整ネジ１０を貫通しており、ステム４０の調整ネジ１０の上側位置にはＣ形止め輪１１が装着され、Ｃ形止め輪１１はシートリング１２を介して調整ネジ１０の上端面により保持されている。これにより、ステム４０は、ケーシングにより中心軸線Ｃｔを中心に回転自在に保持されている。
ステム４０のＣ形止め輪１１より上方側には、ＯリングＯＲが装着され、このＯリングによりキャップ８とステム４０との間はシールされている。
ステム４０の上端部には、ハンドルが装着され、このハンドル２０を、中心軸線Ｃｔを中心に旋回させることで、ステム４０を回転させることができる。

図２Ａに駆動装置３０の分解斜視図を示す。
駆動装置３０は、ステム４０、可動部材５０、鋼球製のボール６０、円筒ピン７０、ガイドピン９０を有する。
ステム４０の外周面４０ａには、鋼球等からなるボール６０が係合可能な溝部４１が形成されている。溝部４１は、ステム４０の外周面４０aの回転対称な２カ所に形成されている。

図３Ａ〜図３Ｃに溝部４１の構造を示す。溝部４１は、カム溝４２と、カム溝４２の上端に連続して形成された上側ロック溝４３と、カム溝４２の下端に連続して形成された下側ロック溝４４とを含む。
図３Ｂに示すように、カム溝４２の断面は、半径Ｒ１の半円状となっている。なお、カム溝４２の断面は、図３Ｂよりも浅い円弧状にすることもできる。
上側ロック溝４３および下側ロック溝４４は、図３Ｃに示すように、カム溝４２と同じ深さで形成され、断面は半径Ｒ１の半円状となっている。図３Ａからわかるように、上側ロック溝４３は、水平方向に対して下向きに5度傾斜する向きに形成されており、下側ロック溝４４は水平方向に対して上向きに5度傾斜する向きに形成されている。
カム溝４２は、下側ロック溝４４から上側ロック溝４３に向けて上向きに傾斜しているが、上側ロック溝４３はこれとは逆の下向きに傾斜している。カム溝４２と上側ロック溝４３の形成方向を逆向きにすることで、下側ロック溝４４側から上側ロック溝４３側に向けてカム溝４２を移動するボール６０は、上側ロック溝４３に到達すると、上側ロック溝４３の5度の傾斜により解除可能にロックされるようになっている。同様に、カム溝４２と下側ロック溝４４の形成方向を逆向きにすることで、上側ロック溝４３側から下側ロック溝４４側に向けてカム溝４２を移動するボール６０は、下側ロック溝４４に到達すると、下側ロック溝４４の5度の傾斜により解除可能にロックされるようになっている。
図３Ａにおいて、上側ロック溝４３と下側ロック溝４４の上下方向Ａ１，Ａ２の距離ＳＴが後述する可動部材５０の上下方向Ａ１，Ａ２のストロークを規定し、上側ロック溝４３と下側ロック溝４４の水平方向の距離Ｒがステム４０の回転角度（本実施形態では９０度）を規定している。
カム溝４２、上側ロック溝４３および下側ロック溝４４の加工には、工具として、例えば、ボールエンドミルを使用できる。ボールエンドミルの先端のＲ部の半径を半径Ｒ１に合わせて加工すれば、エンドミルの側面切削の場合と比べて、加工精度および加工時間の両方を大幅に改善できる。

図２Ａに戻って、可動部材５０は、ステム４０の外周面４０ａが挿入される円筒部５１を有する。円筒部５１には、中心軸線Ｃｔに関して回転対称な２カ所の位置に半径方向に延びる貫通孔からなる収容孔５２が形成されている。
収容孔５２は、ボール６０の直径よりも若干大きな直径に形成され、収容孔５２はボール６０を転動自在に保持する。
円筒ピン７０は、金属製の円筒状部材で形成され、収容孔５２の直径より若干大きい外形を有し、ボール６０よりも軟らかい金属で形成されるのが好ましい。ボール６０の回転摩擦を少なくするためである。円筒ピン７０は、収容孔５２内に収容されたボール６０の背後から収容孔５２内に打ち込まれる（圧入される）、ボール６０の収容孔５２からの脱落を防ぐ。収容孔５２と円筒ピン７０とにより、ボール６０を溝部４１と協働して保持する保持凹部が構成されている。ボール６０は、保持凹部の底部（円筒ピン）および内周面と溝部４２により保持されている。円筒ピン７０を用いることにより、円筒ピン７０の一端部にボール６０の一部が摺動可能に嵌るようになっている。収容孔５２内の円筒ピン７０の位置は、ボール６０が溝部４１と保持凹部との間で円滑に移動でき、かつ、ガタツキができるだけ少なくなるように調整される。
可動部材５０の筒状部５１の底面より下方位置には、可動部材５０を直径方向に貫通するガイドピン孔５４が形成されている。このガイドピン孔５４にガイドピン９０が挿入され、ガイドピン９０の両端部は、可動部材５０の外周面から突出する。ガイドピン９０が上記したケーシング７に中心軸線Ｃｔの方向Ａ１，Ａ２に沿って形成された図示しないガイド溝に嵌ることにより、可動部材５０の中心軸線Ｃｔ周りの回転が規制されるとともに、中心軸線Ｃｔ方向Ａ１，Ａ２に進退可能にガイドされる。

図２Ｂにダイヤフラムバルブ１の全開状態の際のバルブ駆動装置３０を示し、図２Ｃにダイヤフラムバルブ１の全開状態の際のバルブ駆動装置３０を示す。
図２Ｂに示すように、ダイヤフラム１の全開状態では、各ボール６０は、対応する上側ロック溝４３に位置付けられている。すなわち、各ボール６０は、収容孔５２からステム４０側に一部が突出した状態で収容孔５２に収容されている。

図２Ｂに示す状態から、図示しないハンドル２０を操作して、中心軸線Ｃｔを中心にステム４０を回転させると、ボール６０は上側ロック溝４３から外れ、カム溝４２に移動する。上側ロック溝４３およびカム溝４２がボールに適合しており、かつ、ボール４２は拘束されることなく自由に転動又は摺動するため、ハンドル２０の操作は円滑に行われる。

ボール６０が上側ロック溝４３から外れ、カム溝４２に移動すると、ボール４０を介在させてステム４０のカム溝４２から可動部材５０へカム作用が及び、可動部材５０が下方向Ａ２に移動する。これにより、ダイヤフラム押え９がダイヤフラム５をバルブシート４に向けて押圧する。カム溝４２はボール６０が適合するように形成され、加えて、ボール６０は転動および摺動が自在であるため、カム溝４２から可動部材５０へ非常に円滑に力が作用する。

ステム４０が図２Ｂに示す状態から、９０度回転すると、ボール６０がカム溝４２から下側ロック溝４４に嵌り、図２Ｃに示す状態となる。この状態では、ダイヤフラム５がバルブシート４に押し付けられ、ダイヤフラムバルブ1が全閉状態となる。図４は、ダイヤフラムバルブ１の全閉状態を示している。
ダイヤフラム１の全閉状態では、各ボール６０は、対応する下側ロック溝４４に位置付けられ、各ボール６０は、収容孔５２からステム４０側に一部が突出した状態で収容孔５２に保持されている。

本実施形態によれば、カム溝４２および上側ロック溝４３，下側ロック溝４４をステム４０に形成する構成を採用したことにより、形状精度が確保されたカム溝４２をより容易に加工することが可能になる。特に、ボールエンドミルを用いてカム溝をステムに加工することで、加工精度を確保しつつ加工時間を大幅に短縮できる。
また、本実施形態によれば、カム溝４２と一体的に上側ロック溝４３および下側ロック溝４４を形成し、上側ロック溝４３および下側ロック溝４４に係合するボール６０によりダイヤフラムバルブ１の全開位置又は全閉位置でステム４０の回転を規制するので、構造を簡素化できる。
さらに、本実施形態よれば、ボール６０を介在させてステム４０のカム溝４２から可動部材５０へカム作用を及ぼすため、カム機構に非常に円滑な動きが得られる。

上記実施形態では、カム溝４２と上側ロック溝４３および下側ロック溝４４とをボール４０の半径Ｒ１に適合するように形成したが、これに限定されるわけではなく、例えば、カム溝４２ついては、Ｖ溝等の他の形状を採用してもよいし、上側ロック溝４３および下側ロック溝４４の構造も回転をロックする機能を発揮できれば、他の構造を採用することも可能である。

変形例
図５は、溝部の変形例である。ステム４０Ｂに形成されたカム溝４２は上記実施形態と同様であるが、上側ロック溝４３Ｂおよび下側ロック溝４４Ｂは、カム溝４２よりも深い位置に形成されている。この場合には、上側ロック溝４３Ｂおよび下側ロック溝４４Ｂとボール６０との間に隙間が形成されてしまうため、円筒ピン７０とボール６０との間にコイルばね等の弾性部材を介在させて、ボール６０を上側ロック溝４３Ｂおよび下側ロック溝４４Ｂに押し付ける構成を採用できる。また、上側ロック溝４３Ｂおよび下側ロック溝４４Ｂとカム溝４２との間の段差は滑らかな傾斜面とすることで、カム機構およびロック機構の円滑な作動を維持できる。なお、この場合にも、ロック機構はあくまでもロック溝の形状によりステムの回転位置をロックするのであって、ばね等の付勢力をステムの回転位置のロックに利用するわけではない。

上記実施形態では、ステム４０に２条の溝部４１を形成した場合について例示したが、これに限定されるわけではなく、例えば、回転対称な位置に４条を形成してもよく、１条のみ形成することも可能である。

上記実施形態では、円滑なカム動作が得られるため、手動バルブだけでなく、流体駆動、電動等の他の自動バルブに本発明のバルブ駆動装置を採用可能である。

１ ダイヤフラムバルブ
２ バルブボディ
２ａ 流路
３ 開口部
４ バルブシート
５ ダイヤフラム
７ ケーシング
８ キャップ
９ ダイヤフラム押え
１０ 調整ねじ
１１ Ｃ形止め輪
１２ シートリング
２０ ハンドル
３０ バルブ駆動装置
４０ ステム
４１ 溝部
４２ カム溝
４３ 上側ロック溝
４４ 下側ロック溝
５０ 可動部材
５１ 円筒部
５２ 収容孔
５４ ガイドピン孔
６０ ボール
７０ 円筒ピン
９０ ガイドピン
ＯＲ Ｏリング
Ｃｔ 中心軸線

Claims (4)

1. ダイヤフラムバルブのダイヤフラムを操作する操作部材を開閉方向に駆動させるバルブ駆動装置であって、
   所定の軸線を中心に回転自在に保持され、カム溝を含む溝部を外周面に有するステムと、
   前記操作部材に連結され、前記所定の軸線周りの回転が規制され、前記所定の軸線方向に進退可能に案内された可動部材と、
   前記可動部材に形成された保持凹部と前記ステムの溝部とにより保持され、前記ステムの回転に伴って前記溝部を移動するボールと、
   を有するバルブ駆動装置。
2. 前記溝部は、前記カム溝の両端部に、当該カム溝に連続して形成され、かつ、前記ステムの回転位置を解除可能にロックするロック溝を有する、ことを特徴とする請求項1に記載のバルブの駆動装置。
3. 前記カム溝の深さと前記ロック溝の深さとは対応している、請求項２に記載のバルブの駆動装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のバルブ駆動装置を備えたことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
   
   

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