JP2999417B2 - 流体制御機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体を制御するた
めの手動弁を有する流体制御機器に関し、特に簡素化さ
れた構成の流体制御機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、手動によって弁の開閉を制御
する流体制御機器が種々開発されてきている。その一例
として特公平７−９２１６４号公報に流体制御機器が開
示されている。以下、この流体制御機器を従来例として
挙げて説明する。図７は、当該公報に開示された流体制
御機器を示した断面図である。流体制御機器５１の流路
を構成するボディ５２には、入力流路５３と出力流路５
９の途中に弁座５４が形成され、その上方には雄ネジの
切られた筒状部５２ａが形成されている。そして、その
ボディ５２上方には、頂壁５５ａを有する円筒形状のふ
た５５が連結ナット５６によって筒状部５２ａに対して
同軸上に取り付けられている。また、このようなボディ
５２の筒状部５２ａ及びふた５５からなる中空の筒内部
には、上部スピンドル５７ａと下部スピンドル５７ｂの
２つの部材からなる１本のスピンドル５７が係合されて
嵌挿されている。

【０００３】この上部スピンドル５７ａは、ふた５５の
頂壁５５ａから突出するようにして嵌挿され、頂壁５５
ａからの突出部には、垂直に配設された一対のラジアル
ベアリング５８，５８が水平ピン６０によって回転可能
に支持されている。一方、上部スピンドル５７ａ下端に
連結された下部スピンドル５７ｂには、弁座５４に対す
る弁体６１が固設され、上方へ流体が漏れないように下
部スピンドル５７ｂを包むようにベローズ６６が配設さ
れている。

【０００４】また、上部スピンドル５７ａ下端にはスプ
リング受６２が設けられ、頂壁５５ａとの間でコイルス
プリング６３が配設されている。このスプリング受６２
下面側には、凹部６２ａが形成されている。一方、下部
スピンドル５７ｂの上端には環状凹溝６４が形成されて
いる。そして、下部スピンドル５７ｂ上端が前記スプリ
ング受６２の凹部６２ａに嵌挿され、両端部がスプリン
グ受６２内に水平に渡し止められた連結ピン６５が環状
凹不６４に嵌め入れられている。そのため、上部スピン
ドル５７ａと下部スピンドル５７ｂとが互いに回転自在
に連結されている。

【０００５】ところで、一対のラジアルベアリング５
８，５８が載せられたふた５５の頂壁５５ａ上面には、
一対のＵ字溝が９０゜の角度ずれるようにして２組形成
されている。ここで、図８に、ふた５５の頂壁５５ａ部
分の展開図を示す。この頂壁５５ａ上面部分は、図に示
すように２個のラジアルベアリング５８，５８が回転す
る案内面が形成されている。具体的には、低い位置に形
成された下位Ｕ字溝６７，６７と、それらから９０゜の
角度の間隔を空けて下位Ｕ字溝６７，６７より高い位置
に傾斜面６９，６９を介して形成された上位Ｕ字溝６
８，６８とが設けられている。一方、上部スピンドル５
７ａ上端部にはスプリング・ピン７０によって有底円筒
形のハウジング７１がかぶさるように固定され、さら
に、そのハウジング７１には、ハンドル７２がボルト７
３で固定されている。

【０００６】そこで、このような構成からなる本従来例
の流体制御機器５１では、次のような作用によって流体
の流れの制御が行なわれる。閉弁時、即ち弁体６１が弁
座５４に当接した状態にある場合には、ハンドル７２が
図７に示すような方向を向き、一対のラジアルベアリン
グ５８，５８がふた５５の頂壁５５ａに形成された一対
の下位Ｕ字溝６７，６７にはまり込むことによって位置
決めされている。その時、入力流路５３へ流入した流体
は弁体６１によって遮られて出力流路５９へ流れること
はない。

【０００７】一方、図７の状態からハンドル７２を９０
゜回転させると、それに固定された上部スピンドル５７
ａも回転するため、ラジアルベアリング５８，５８が頂
壁５５ａ上面を９０゜回転することとなる。この時、下
位Ｕ字溝６７，６７から９０゜回転した位置には上位Ｕ
字溝６８，６８が形成されており、また、その上位Ｕ字
溝６８，６８は傾斜面６９，６９を介して高い位置にあ
るため、ハンドル７２を回転させた場合には、ラジアル
ベアリング５８，５８が傾斜面６９，６９を登るように
回転し、それに従って上部スピンドル５７ａもコイルス
プリング６３の弾拡力に反し回転しながら上方へ持ち上
げられることとなる。

【０００８】その際、上部スピンドル５７ａ下端のスプ
リング受６２も同様に９０゜回転するが、下部スピンド
ル５７ｂへは連結ピン６５によって回転可能に連結され
ているため、下部スピンドル５７ｂ自体は回転しないで
上昇することとなる。従って、弁体６１が弁座５４から
離間するため、入力流路５３及び出力流路５９が連通し
て流体が流れることとなる。逆に閉弁させる場合にはハ
ンドル７２を逆方向に９０゜回転させれば、ラジアルベ
アリング５８，５８が傾斜面６９，６９を下るように回
転し、再び下位Ｕ字溝６７，６７にはまり込むことによ
ってスピンドル５７が下降して弁体６１と弁座５４とが
当接する。

【０００９】従って、このような構成による本従来例で
は、スピンドル５７が、上部スピンドル５７ａと下部ス
ピンドル５７ｂとが連結ピン６５によって回転自在に連
結されているので、ハンドル７２の回転に伴う上部スピ
ンドル５７ａの回転が下部スピンドル５７ｂに伝わるこ
とがない。そのため、弁体６１が弁座５４と当接するシ
ール面のコスレによる摩耗が回避でき、そのシール面の
摩損が非常に少ないものとなるといった効果を有する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成の流体制御機器５１では、上述したように弁体６１の
回転を制限することによってシール面の摩損を防止する
という効果を発揮させるべく、スピンドル５７を上部ス
ピンドル５７ａと下部スピンドル５７ｂとの２部品から
構成し、それぞれを連結ピン６５によって回転可能なフ
リージョイント機構にて連結するようにしたものである
ため、部品点数が多くなるとともに組立工程が増えると
いった不都合を生じるものであった。

【００１１】また、弁体６１を弁座５４に当接するため
に作用するコイルスプリング６３の弾拡力は、上部スピ
ンドル５７ａのスプリング受６２に直接加わり、下部ス
ピンドル５７ｂ下端の弁体６１には、下部スピンドル５
７ｂとのジョイント部を介して間接的にか加わるため、
シールが不安定になるおそれがある。また、上部スピン
ドル５７ａと下部スピンドル５７ｂとを、１本のスピン
ドル５７に連結するものでは、流体制御機器５１自体も
大型化するといった問題もあった。また、流体制御機器
５１は、閉弁時においてコイルスプリング６３のスプリ
ング荷重によって弁体６１を弁座５４へ確実に押圧させ
るには、ラジアルベアリング５８，５８と頂壁５５ａと
の間に多少の隙間が必要である。そのために、ハンドル
７２の回転方向に遊びが生じ、操作の際にハンドル７２
にかかる負荷が急に大きくなる等使い勝手がよくなかっ
た。また、ラジアルベアリング５８，５８は固定されな
いため、水平ピン６０から外れやすいという問題もあっ
た。

【００１２】そこで、本発明は、上記問題点を解決すべ
く、部品点数を減少させることによってコストダウンを
図り、また、シールの安定性を高めた流体制御機器を提
供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の流体制御機器
は、入力ポート及び出力ポート間を連通する弁孔が形成
された弁座を備えた弁本体と、前記弁座方向に付勢され
た当該弁座に対して接離可能な弁体と、前記弁体と一体
に形成された弁ロッドと、前記弁ロッドを軸方向に案内
支持する前記弁本体に一体に係設された弁カバーと、手
動によって前記弁ロッドを軸方向に移動させる操作手段
とを有する流体制御機器において、前記操作手段が、前
記弁ロッドを挟み前記弁ロッドに対して直交方向に固定
されたピンに回転可能に保持された一対のベアリング
と、前記ベアリングに下方から当接し、当該ベアリング
を上下方向に案内する傾斜面が形成され、前記弁ロッド
の周りを回転可能に設けられたカムとを有することを特
徴とする。

【００１４】また、本発明の流体制御機器は、前記カム
下に配設され、当該カムを前記ベアリングに対して付勢
するよう作用するウェーブワッシャを有することを特徴
とする。

【００１５】本発明の流体制御機器は、操作手段のカム
を弁ロッドの周りを一方向へ回転させると、弁ロッドは
そのままでカムだけが回転し、そのカムに当接したベア
リングがカムの回転に伴って回転するが、その際、ベア
リングが回転しながらカムの形状にならって弁ロッドの
軸方向に移動するため、弁ロッドも同じように軸方向へ
移動することとなる。このように、カムの回転によって
弁ロッドが弁カバーに案内されて上方に移動すれば、そ
の弁ロッドに一体に形成された弁体が下方への付勢力に
反して弁座から離間して弁孔が連通するため、入力ポー
トから弁体内に流入した流体が出力ポートから流出する
こととなる。一方、カムを他方向に回転させると、弁ロ
ッドが下方に移動することによって再び弁体が弁座に当
接し入力ポート及び出力ポート間が遮断されることとな
る。従って、本発明では、弁ロッドを回転させることな
く軸方向に移動できるようにしたため、当該弁ロッドを
１部材で構成すればよく、部品点数の減少によって流体
制御機器自体のコストダウンが可能となり、また、弁体
が弁ロッドに一体に形成されているため、弁体自身が軸
方向に安定した移動を行なうことでシールの安定性が高
められた。

【００１６】また、本発明の流体制御機器は、カム下面
と軸受部材との間に嵌装されたウェーブワッシャが、カ
ム上面を回転するベアリングに対して当該カムを付勢す
るよう作用するため、カムがベアリングに押し付けられ
回転方向の遊びがなくなり、回転操作時の操作荷重が一
定になった。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の流体制御機器の一
実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。図１及
び図２は、本実施例の流体制御機器を示した断面図であ
り、図１は閉弁時、図２は開弁時の状態を示したもので
ある。流体制御機器１のボディ２には、入力ポート３及
び出力ポート４に連通する入力側流路５及び出力側流路
６が形成され、垂直上方に開口した入力側流路５に連通
する弁孔を有する弁座７が、ボディ２の中央上部に形成
されている。そして、そのボディ２上面には、雌ネジの
切られた突出部が弁座７を囲むようにして同軸上に形成
されており、そこへ頂壁８ａを有し下方に開口した円筒
形状のホルダ８が螺設され、更にホルダナット１０によ
って固定されている。ところで、ホルダ８の開口端部と
ボディ２との間にはダイアフラム１４が嵌合され、弁座
７を上方から覆うようにして気密な弁室９が形成されて
いる。従って、開弁時に入力ポート３から弁室９内に流
入した流体は、ホルダ８側へ流出することなく出力側流
路６へ流れて出力ポート４へ達するよう構成されてい
る。

【００１８】ボディ２に固設されたホルダ８の中空部に
は、頂壁８ａを貫くようにしてセンターロッド１１が嵌
挿されている。また、そのセンターロッド１１下端に
は、弁体１２が一体に形成されている。弁体１２は、ホ
ルダ８内を摺動するようにそのホルダ８の内径とほぼ同
一の寸法で形成されている。これは、弁体１２が、水平
状態を保ち安定した状態で上下に移動できるようにする
ためである。そして、この弁体１２は、その上面とホル
ダ８の頂壁８ａ下面との間に嵌装されたコイルスプリン
グ１３の弾拡力によって、弁座７のある下方側へ常に付
勢されている。

【００１９】そして、ホルダ８を突き抜けたセンターロ
ッド１１には、そのセンターロッド１１を垂直に貫いた
回転防止の平行ピン１５が固定され、上端部には、やは
りそのセンターロッド１１の軸方向に垂直に貫いた平行
ピン１６に対し、一対のラジアルベアリング１７，１７
が係設されている。そして、このラジアルベアリング１
７，１７に下方から当接するカム１８がセンターロッド
１１に貫通され、その下方にはカム１８を回転支持する
ためのスラストベアリング１９が配設されている。ま
た、カム１８には、平面が楕円形状のハンドル２０が、
その長手方向側からボルト２１によって固定されてい
る。更に、ハンドル２０の回転位置が弁の開閉のいずれ
かを示すポジションインジケータ２２が、センターロッ
ド１１を上方から覆うように配設されている。また、ホ
ルダ８の外周面にはネジが切られ、そこにはこの流体制
御機器１を不図示のパネルに取り付けるためのロックナ
ット２３が螺設されている。

【００２０】次に、本実施の形態の特徴的な構成をなす
カム１８について詳細に説明する。ここで、図３は、カ
ム１８を示した平面図であり、図４は、図３に示したカ
ム１８のＡ−Ａ断面図であり、図５は、カム１８を示し
た展開図である。カム１８は、図３に示すようにセンタ
ーロッド１１が貫通する貫通孔３１が軸芯部に形成さ
れ、図４に示すように中心部が高くなった段差が形成さ
れている。そして、下段側面には、貫通孔３１にまで達
するようなネジ穴３２が形成され、上段上面には、ラジ
アルベアリング１７，１７がはまり込んで位置決するた
めの一対の上位Ｕ字溝３３，３３と下位Ｕ字溝３４，３
４が形成されている。また、 図５に示すように、高い
位置に形成された上位Ｕ字溝３３，３３から９０゜の角
度をおいて、その上位Ｕ字溝３３，３３より低い位置に
下位Ｕ字溝３４，３４が形成され、その上位Ｕ字溝３
３，３３から下位Ｕ字溝３４，３４にかけて下方に傾斜
した傾斜面３５，３５が形成されている。

【００２１】ところで、本実施の形態の流体制御機器１
では、図６に詳細に示すようにカム１８とスラストベア
リング１９との間にウェーブワッシャ４１が嵌装されて
いる。このウェーブワッシャ４１は、カム１８とスラス
トベアリング１９との間で圧縮されてたわむため、カム
１８には常に上方に付勢力が働きラジアルベアリング１
７に押圧されることとなる。従って、カム１８とラジア
ルベアリング１７との間の隙間がなくなり、そのラジア
ルベアリング１７がカム１８に形成された上位Ｕ字溝３
３又は下位Ｕ字溝３４に位置決め固定される。

【００２２】次に、以上のような構成からなる本実施の
形態の流体制御機器の作用について説明する。本実施の
形態の流体制御機器１では、図１に示すような閉弁状態
にある場合には、弁体１２がコイルスプリング１３によ
って下方へ付勢され、ダイアフラム１４を弁座７へ押し
付けるようにして弁孔を遮断する。従って入力ポート３
から入力側流路５へ流入した流体は、ダイアフラム１４
によって流れが制限されることとなる。

【００２３】そこで、ハンドル２０を反時計方向へ９０
゜回転させると、そのハンドル２０と一体に固定された
カム１８も同じように９０゜回転する。その際、ラジア
ルベアリング１７，１７は、閉弁時にはまり込んでいた
下位Ｕ字溝３４，３４から外れ、カム１８の傾斜面３
５，３５と接触して回転することとなる。その時、ラジ
アルベアリング１７，１７は、相対的にカム１８の傾斜
面３５，３５を昇るように回転し、そして上位Ｕ字溝３
３，３３にはまり込む。従って、カム１８の傾斜面３
５，３５を転がったラジアルベアリング１７，１７は、
下位Ｕ字溝３４，３４から上位Ｕ字溝３３，３３の高さ
にまで上昇することとなる。ラジアルベアリング１７，
１７が上昇すると、平行ピン１６によって連結されたセ
ンターロッド１１も同じ様に軸方向に上昇する。この
時、センターロッド１１は、平行ピン１５によって回転
が制限されているため、軸方向にのみ移動するが回転す
ることはない。

【００２４】このようにして、センターロッド１１が、
カム１８の回転によって上方へ案内されると、弁体１２
はコイルスプリング１３の付勢力に反して図２に示す位
置まで上昇する。従って、それまで弁体１２によって弁
座７に押さえつけられていたダイアフラム１４に対して
入力側流路５からの流体の圧力が上方にかかるため、入
力ポート３から流入した流体が弁座７の弁孔から弁室９
へ流入し、更に出力側流路６を通って出力ポート４から
流出することとなる。

【００２５】次に、ハンドル２０を逆に時計方向へ９０
゜回転させることによってカム１８を回転させると、ラ
ジアルベアリング１７，１７は、開弁時にはまり込んで
いた上位Ｕ字溝３３，３３から外れ、再びカム１８の傾
斜面３５，３５と接触して回転することとなる。この
時、ラジアルベアリング１７，１７は、弁体１２にかか
るコイルスプリング１３の下方への付勢力により、相対
的にカム１８の傾斜面３５，３５を下るように回転し、
そして下位Ｕ字溝３４，３４へはまり込む。従って、カ
ム１８の傾斜面３５，３５を転がったラジアルベアリン
グ１７，１７は、上位Ｕ字溝３３，３３から下位Ｕ字溝
３４，３４の高さにまで下降することとなる。この時
も、ラジアルベアリング１７，１７が下降することによ
って、センターロッド１１も同じ様に軸方向を下降する
が、軸方向にのみ移動するほか回転することはない。

【００２６】従って、再び図１に示すように、弁体１２
がコイルスプリング１３によって下方へ付勢され、ダイ
アフラム１４を弁座７へ押し付けるようにして弁孔が遮
断される。そのため、入力ポート３から入力側流路５へ
流入した流体は、ダイアフラム１４によって流れが制限
されることとなる。

【００２７】ところで、ラジアルベアリング１７，１７
がカム１８の下位Ｕ字溝３４，３４から外れて傾斜面３
５，３５を回転する場合、即ちハンドル２０を反時計方
向に回転させて開弁する場合には、先ず、カム１８がラ
ジアルベアリングの抵抗を受けるためにウェーブワッシ
ャ４１が圧縮され、続いて、上昇するセンターロッド１
１によってコイルスプリング１３が圧縮される。従っ
て、カム１８を回転させるハンドル２０には、ウェーブ
ワッシャ４１からコイルスプリング１３による負荷が連
続してかかることとなる。一方、ハンドル２０を時計方
向に回転させて閉弁する場合には、逆にコイルスプリン
グ１３からウェーブワッシャ４１の順にその負荷が解除
される。なお、カム１８はウェーブワッシャ４１によっ
て常にラジアルベアリング１７，１７側へ付勢されてい
るため、弁を開閉させるハンドル２０の一連の回転操作
時には、そのハンドル２０に対して所定の操作荷重がか
かっている。

【００２８】よって、上述した本実施の形態に示すよう
な構成の流体制御機器１によれば、カム１８の回転をセ
ンターロッド１１を回転させないまま軸方向への移動に
変えるようにしたため、従来のもののように上部及び下
部スピンドル５７ａ、５７ｂを連結するといったことは
なく、１本のセンターロッド１１のみで構成され、部品
点数の減少によて流体制御機器１自体のコストダウンが
可能となった。また、弁体１２も１本のセンターロッド
１１に一体に形成し、コイルスプリング１３の付勢力が
直接弁体１２に加わるようにしたため、弁体１２自身が
軸方向に安定した移動を行なうことでシールの安定性が
高められた。

【００２９】また、ラジアルベアリング１７は、カム１
８から常に上方に荷重を受けて平行ピン１６に対して押
し付けられているため、平行ピン１６からの脱落が防止
された。また、流体制御機器１を閉弁から開弁への操作
時のハンドル２０の負荷が、ウェーブワッシャ４１の荷
重からコイルスプリング１３の荷重に移行するため、な
めらかな操作性が得られるようになった。また、ウェー
ブワッシャ４１によってカム１８とラジアルベアリング
１７とは隙間がなく位置決め固定されるため、ハンドル
２０の回転に遊びがなくなったことによってもなめらか
な操作性が得られるようになった。。

【００３０】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な
変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、弁室
９の気密性を保つためにダイアフラム１４を使用した
が、弁体１２の円周部に気密性の高いシールリングを嵌
合させ、ホルダ８の内周面を気密に摺動するようにして
もよい。また、例えば、上記実施の形態では、ウェーブ
ワッシャ４１をカム１８とスラストベアリング１９との
間に嵌装させたが、スラストベアリング１９とホルダ８
の頂壁８ａとの間に嵌装させるようにしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、操作手段を弁ロッドを挟み当
該弁ロッドに対して直交方向に固定されたピンに回転可
能に保持された一対のベアリングと、そのベアリングに
下方から当接し、当該ベアリングを上下方向に案内する
傾斜面が形成され、弁ロッドの周りを回転可能に設けら
れたカムとを有する構成としたので、部品点数を減少さ
せることによってコストダウンを図り、また、シールの
安定性を高めた流体制御機器を提供することが可能とな
った。また、本発明は、カム下に配設され、そのカムを
ベアリングに対して付勢するよう作用するウェーブワッ
シャを有するので、そのウェーブワッシャによってベア
リングがカムから常に上方に荷重を受けるためベアリン
グの回転軸からの脱落が防止されたり、操作時の負荷が
継続してかかり操作性がなめらかになる等の効果があっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる流体制御機器の一実施の形態を
示した閉弁時の断面図である。

【図２】本発明にかかる流体制御機器の一実施の形態を
示した開弁時の断面図である。

【図３】本発明の特徴的な構成をなすカムを示した平面
図である。

【図４】本発明の特徴的な構成をなすカムを示した断面
図である。

【図５】本発明の特徴的な構成をなすカムを示した展開
図である。

【図６】本発明にかかる流体制御機器の一実施の形態の
一部を示した側面図である。

【図７】従来の流体制御機器を示した断面図である。

【図８】従来の流体制御機器の構成の一部を示した展開
図である。

【符号の説明】

１ 流体制御機器 ７ 弁座 １１ センターロッド １２ 弁体 １４ ダイアフラム １５ 平行ピン １７ ラジアルベアリング １８ カム ３３ 上位Ｕ字溝 ３４ 下位Ｕ字溝 ３５ 傾斜面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平５−59072（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−123865（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 31/524

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力ポート及び出力ポート間を連通する
   弁孔が形成された弁座を備えた弁本体と、 前記弁座方向に付勢された当該弁座に対して接離可能な
   弁体と、 前記弁体と一体に形成された弁ロッドと、 前記弁ロッドを軸方向に案内支持する前記弁本体に一体
   に係設された弁カバーと、 手動によって前記弁ロッドを軸方向に移動させる操作手
   段とを有する流体制御機器において、 前記操作手段が、前記弁ロッドを挟み前記弁ロッドに対
   して直交方向に固定されたピンに回転可能に保持された
   一対のベアリングと、前記ベアリングに下方から当接し、当該ベアリングを上
   下方向に案内する傾斜面が形成され、前記弁ロッドの周
   りを回転可能に設けられた カムとを有することを特徴と
   する流体制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の流体制御機器におい
   て、 前記カム下に配設され、当該カムを前記ベアリングに対
   して付勢するよう作用するウェーブワッシャを有するこ
   とを特徴とする流体制御機器。