JP3034725B2 - ロータリバルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高圧容器の圧力を実
質的に維持した状態で、高圧容器に対する原料の連続的
な供給や排出に使用されるロータリバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のロータリバルブは、入口及び出
口を有したハウジング内にロータを回転可能に収容した
もので、ロータの外周面には周方向に間隔を存して複数
のポケットが設けられ、これらポケットはロータの回転
に伴い、前記入口及び出口に順次接続可能となってい
る。また、ハウジングの外側には複数の均圧管が配置さ
れており、ロータの回転中、これら均圧管は入口から出
口に向かうポケットを、出口から入口に向かうポケット
に順次接続させることができる。

【０００３】ここで、ハウジングの入口が大気側に開放
され、その出口が高圧容器に接続されている場合、ロー
タの回転に伴い、各ポケットが入口に接続されると、大
気側の原料を入口を通じて受け取ることができ、そし
て、各ポケット内の原料は出口に向けて昇圧されながら
移送される。この移送中、原料を受け取ったポケット、
つまり、入口から出口に向かうポケットは、均圧管を通
じて出口から入口に向かうポケットに順次連通してい
き、その相互の連通の度に、両ポケット内の圧力は均一
となる。即ち、入口から原料を受け取った時点では、ポ
ケットの内圧は大気圧に一致するが、この後、前記移送
過程において、そのポケットの内圧は均圧作用を受ける
毎に段階的に昇圧されて出口に接続され、この接続時点
で高圧容器の圧力と一致しており、そのポケットの原料
は出口を通じて高圧容器へ投入される。一方、出口から
入口に向かうポケットに関しては、その内圧が均圧作用
を受ける度に段階的に減圧して入口に接続され、この接
続時点で前述したように入口から原料を受け取ることが
できる。

【０００４】従って、出口つまり高圧容器に各ポケット
が接続される度に、高圧容器内の圧力がそのポケットに
供給されるとしても、この圧力を前述した均圧作用によ
り、高圧容器側に回収できる。この結果、ポケット内の
圧力は原料を投入する入口部よりも高くすることがで
き、しかも、高圧容器内の圧力低下が軽減され、高圧容
器の圧力を維持するために必要なガス供給量は軽減され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のロ
ータリバルブにおいて、前述した均圧作用を良好に確保
するには、ロータの各ポケットは気密に保持、つまり、
シールされていなければならない。それ故、ロータの外
周面にはシール部材が設けられており、このシール部材
は個々のポケットを囲む一方、ハウジングの内周面に摺
接されるものとなっている。

【０００６】しかしながら、上述したシール構造では、
ロータの回転中、シール部材がハウジングの内周面に常
時摺接しているので、シール部材の摩耗は避けることが
できない。このため、シール部材の摩耗が許容限度以上
になり、ロータとハウジングとの間に隙間が生じると、
隙間を通じてのガスリークにより通過ガス量が増加し、
高圧容器内の圧力を維持するのに必要なガス供給量の増
加、また、更には高圧容器の圧力維持が困難となる。こ
のため、従来のロータリバルブにあっては、シール部材
の摩耗が許容限度に達すると、シール部材を新たなもの
に交換しているが、この交換には、ロータリバルブの分
解や、再組立を必要とし、多大な手間と時間がかかるこ
とになる。

【０００７】また、シール部材の交換作業を行う場合、
例えロータリバルブ自体を新たなものに交換するとして
も、このときには、高圧容器内での原料の処理を停止し
なければならず、原料の処理効率を低下させてしまう。
なお、従来から存在するロータリバルブの中にはモータ
及びギヤ等の組み合わせによりロータリバルブのロータ
を移動できる形式のものもあるが、そのロータは固定し
た状態で設置されるため、その設置位置が適切でない
と、シール性能の低下や異常発熱等の問題が生じてしま
う。

【０００８】この発明は上述した事情に基づいてなされ
たもので、その目的とするところは、高圧容器内での原
料の処理を継続しつつ、シール部材の保守作業を可能と
したロータリバルブを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明のロータリバル
ブ（請求項１）は、前述した基本的な構造に加え、ロー
タにその軸方向の往復動を許容する一方、ハウジングの
内周面及びロータの外周面のそれぞれを雌形及び雄形の
テーパ状とし、そして、ハウジングの内周面と前記シー
ル部材の接触面圧を一定に維持する軸方向にロータを移
動させる移動手段とを更に備えたものとなっている。好
ましくは、移動手段は、流体圧源と、この流体圧源から
制御された流体圧の供給を受け、ロータに駆動力を付与
する流体圧アクチュエータとを含む（請求項２）。具体
的には、流体アクチュエータは、ハウジング内にロータ
の大径端面及び小径端面をそれぞれ受圧面として、ロー
タの両側に確保された一対のサイド室により実現される
か、または、ロータのロータ軸に連結された油圧シリン
ダにより実現される。

【００１０】

【作用】この発明のロータリバルブ（請求項１，２）に
よれば、ハウジングの内周面及びロータの外周面がそれ
ぞれテーパ状をなしていることから、ロータの外周面の
シール部材もまたそのシール面は雄形の仮想テーパ面上
に位置付けられている。従って、ロータリバルブの使用
に伴い、シール部材の摩耗や温度変化により、例えばハ
ウジングの内周面とシール部材との間に隙間が変化する
ような事態が生じても、移動手段により、ハウジングの
内周面とシール部材の間の接触面圧（シール面圧）を一
定に維持する軸方向にロータが移動される結果、テーパ
状のシール部材はハウジングの内周面に一定の接触面圧
にて密着する。

【００１１】

【実施例】図１を参照すると、この発明の一実施例に係
わるロータリバルブが概略的に示されている。このロー
タリバルブはハウジング２を備え、ハウジング２は上下
に位置した入口４及び出口を有している。なお、図１
に、出口は図示されていない。

【００１２】ハウジング２にはロータ８が回転自在に収
容されており、このロータ８のロータ軸１０は、その両
端がハウジング２に支持されている。この点に関して
は、図２に詳図されている。即ち、ハウジング２はロー
タ８を囲むハウジング本体３と、このハウジング本体３
の両側を挟む一対の端壁１２を有しており、前記ロータ
軸１０の両端は、対応する端壁１２との間に軸受１４を
介して回転自在に支持されている。

【００１３】また、各端壁１２とロータ軸１０との間に
は、軸受１４よりもロータ８側に位置してシール１６が
配置されており、従って、ハウジング２内において、各
端壁１２とロータ８の端面との間に区画して形成される
サイド室１８，２０は各シール１６により気密に保持さ
れている。ここで、前述した軸受１４及びシール１６
は、ロータ軸１０の軸方向の移動を許容しており、これ
により、ロータ８はハウジング２内でその軸方向に移動
可能となっている。

【００１４】図示されていないけれども、ロータ軸１０
は駆動系を介して駆動源に接続されており、この駆動源
により、ロータ８は一定の速度で一方向に回転すること
ができる。図１及び図２から明らかなように、ロータ８
はテーパ形状をなしており、また、これに伴い、ハウジ
ング２の内周面もまた、ロータ８と相似形をなした雌形
のテーパ形状をなしている。

【００１５】ロータ８の雄テーパ状をなした外周面に
は、多数のポケット２２が形成されており、これらポケ
ット２２はロータ８の周方向に等間隔を存して配置され
ている。ハウジング２内において、個々の各ポケット２
２は、シール部材により気密が保持されており、以下
に、このシール部材の構成を説明する。

【００１６】シール部材は、ロータ８の外周面に取り付
けられた多数のベーンシール２４と、一対のサイドシー
ル２８とからなっている。ベーンシール２４は、ロータ
８の軸方向に延び、各ポケット２２間を仕切っている。
一方、一対のサイドシール２８は、ロータ８の小径端及
び大径端のそれぞれに位置付けられており、これらサイ
ドシール２８は各ベーンシール２４の両端に気密に接続
されている。従って、各ポケット２２はロータ８の周方
向に隣接する２個のベーンシール２４と一対のサイドシ
ール２８とにより囲まれた状態にある。

【００１７】ロータ８の径方向でみて、各ベーンシール
２４の外面や一対のサイドシール２８の外周面は、ハウ
ジング２の内周面、つまり、この内周面に取り付けられ
たライナ２６に対し気密を保持して摺接されている。従
って、ベーンシール２４の外面及びサイドシール２８の
外周面は、ライナ２６の内周面が形作る雌形テーパ面に
合致する仮想テーパ面の一部を規定している。

【００１８】この実施例の場合、前述したサイド室１
８，２０は、ハウジング２内に形成した空圧通路１７，
１９にそれぞれ接続されており、これら空圧通路１７，
１９は制御弁ユニット２１を介して空圧源２３に接続さ
れている。制御弁ユニット２１は、スプール型の電磁弁
を２個内蔵したもので、これら電磁弁はコントローラ２
５に電気的に接続されている。このコントローラ２５か
らの制御信号を受けると、電磁弁は空圧源２３から前記
空圧通路１７，１９の一方を通じて、対応するサイド室
に空圧を供給し、これにより、サイド室内の圧力が制御
される。具体的には、ロータ８の大径側サイド室２０か
ら常時所定予圧を与えることにより、ハウジング内周面
とシール部材間の接触面圧を一定とするように制御され
る。

【００１９】なお、サイド室１８，２０内は、通常、ポ
ケット２２に供給される最大圧力より高圧に設定される
のが好ましく、サイド室１８，２０の所定差圧により、
ロータ８はその接触面圧を一定に維持する方向に向けて
所定の力で押圧付勢される。このようなロータ８の押圧
付勢は、ハウジング２のライナ２６に対して前述したシ
ール部材即ちベーンシール２４やサイドシール２８を所
定の力で押し付けることになり、これにより、そのシー
ル能を高めることができる。

【００２０】図３を参照すれば明らかなように、ポケッ
ト２２は合計１２個備えられており、従って、各ポケッ
ト２２はロータ８の外周面に３０゜ずつの間隔を存して
位置付けられている。なお、図３に示したハウジング２
は図１に示したものと、その形状が異なっているが、こ
れは単に作図上の都合による。つまり、ハウジング２の
外観形状は任意に設定することができ、ハウジング２は
その内部にロータ８を回転自在に収容するテーパ孔を有
していればよい。

【００２１】図３において、ハウジング２の出口は参照
符号６で示されており、この出口６と入口４とはロータ
８の直径方向に離間している。ここでは、入口４は大気
に開放されており、一方、出口６は図示しないけれども
高圧容器に接続されているとする。また、ロータ８は図
３でみて、矢印で示すように時計方向に回転されるもの
とする。

【００２２】ハウジング２には、ロータ８の回転方向で
みて入口４から出口６までの間に、２個の連通ポート３
０，３２と１個の調圧ポート３４が順次形成されてお
り、また、出口６から入口４までの間にも、２個の連通
ポート３６，３８と１個の調圧ポート４０が順次形成さ
れている。これらポートは、その一端がライナ２６を貫
通してハウジング２内に開口し、その開口端は図示しな
いけもどもメッシュ構造のスクリーンが取り付けられて
いる。このスクリーンのメッシュは処理されるべき粉体
状の原料よりも十分に小さく設定されている。

【００２３】図３でみて、ハウジング２の右半分側に位
置する連通ポート３０，３２及び調圧ポート３４に関
し、これらポートの開口間は、前記ベーンシール２４間
の間隔に等しい間隔に設定されており、また、ハウジン
グ２の左半分側に位置するポート３６，３８，４０の開
口間にも同一の間隔に設定されている。従って、ポート
はロータ８の周方向に３０゜ずつの間隔を存して配置さ
れており、ロータ８の回転中、各ポケット２２は隣接す
るポートに対し同時に接続されるようなことはない。

【００２４】ハウジング２の右半分側にあるポート３
０，３２，３４と、ハウジング２の左半分側にあるポー
ト４０，３８，３６とは、入口４と出口６とを結ぶ垂直
面に対して対称に配置されている。即ち、図３から明ら
かなように、連通ポート３２，３８は、前記水平面から
所定の角度α（例えば５゜）だけ入口４側に偏位して位
置付けられている。従って、ハウジング２の右半分側に
ある連通ポート３０，３２及び調圧ポート３４がロータ
８のベーンシール２４によりそれぞれ閉塞された状態に
あっても、ハウジング２の左半分側にある連通ポート３
６，３８及び調圧ポート４０は対応するポケット２２に
接続されていることになる。このことは、ハウジング２
の右半分側にあるポート３０，３２，３４のそれぞれが
ポケット２２と接続状態になるロータ８の回転角と、ハ
ウジング２の左半分側にあるポート３６，４０，４０の
それぞれとポケット２２と接続状態になるロータ８の回
転角とが一致しておらず、これらの回転角に位相のずれ
が存在することを意味している。

【００２５】図３中、１点鎖線で示されているように、
連通ポート３０と連通ポート３８との間は均圧管４２に
より相互に接続されており、また、連通ポート３２と連
通ポート３６との間は均圧管４４により相互に接続され
ている。そして、入口４側に位置する調圧ポート４０
は、必要に応じて入口４の圧力と同一の圧力を有する回
収タンク（図示しない）に接続管４６を介して接続され
ており、一方、出口６側に位置する調圧ポート３４は前
記高圧容器に接続管４８を介して接続されている。

【００２６】なお、前記回収タンクは、ブースタを介し
て高圧容器に接続されるのが好ましい。また、前述した
各ポート３０，３２，３４，３６，３８，４０のそれぞ
れは図１及び図２から明らかなように一対ずつ備えられ
ており、従って、各均圧管４２，４４及び接続管４６，
４８のそれぞれもまた一対ずつ備えられている。更に、
ハウジング本体３内には、図２中破線で示されているよ
うに冷却通路５が形成されている。

【００２７】上述したロータリバルブによれば、その出
口６には高圧容器内の圧力と同一の圧力が常時供給され
ており、一方、入口４には常時大気圧が供給されてい
る。このような状態で、ロータ８が図３でみて時計方向
に回転されると、入口４を通過したポケット２２は、出
口６を通過した後のポケット２２に均圧管４２，４４を
介して順次連通し、この連通の度に均圧作用を受けるこ
とになる。従って、入口４から出口６に向かうポケット
２２内の圧力は段階的に昇圧され、そして、接続管４８
に接続された時点で高圧容器内の圧力まで加圧された
後、出口６に接続される。

【００２８】一方、出口６から入口４に向かうポケット
２２に関しては、逆に、その内圧が前記均圧作用を受け
る度に段階的に減圧され、そして、接続管４６に接続さ
れた時点で大気圧まで減圧された後、入口４に接続され
る。従って、入口４に順次接続されるポケット２２の内
圧は既に大気圧となっているので、入口４に投入された
原料はポケット２２に確実に受け取られ、そして、ロー
タ８の回転に伴い、出口６に向けて移送される。また、
そのポケット２２が出口６に達する前に、その内圧は高
圧容器内の圧力と同一になっていることから、ポケット
２２内の原料はそのポケット２２が出口６と接続された
とき、この出口６を通じて高圧容器に供給されることに
なる。

【００２９】それ故、上述のロータリバルブを使用すれ
ば、高圧容器内の圧力損失を抑えた状態で、高圧容器に
原料を連続的に供給することができる。また、この実施
例の場合、昇圧側の連通ポート３０，３２及び調圧ポー
ト３４と、減圧側の連通ポート３６，３８及び調圧ポー
ト４０は、ポケット２２との接続関係において、前述し
たようにロータ８の回転角でみて位相にずれが存在して
いることから、ロータ８の回転に伴い、入口４から出口
６に向かうポケット２２は、出口６から入口４に向かう
隣接した２個のポケット２２に対し、各均圧管を通じて
２回ずつの均圧作用を受けることになり、この結果、入
口４から出口６に向かうポケット２２に関しては、その
内圧を緩やかに昇圧していくことができ、逆に、出口６
から入口４に向かうポケット２２に関しては、その内圧
を緩やかに減圧していくことができる。

【００３０】このことは、高圧容器に対しポケット２２
が接続管４８及び調圧ポート３４を通じて接続されると
き、そのポケット２２の内圧と高圧容器の圧力との間の
差圧、また、回収タンクに対しポケット２２が接続管４
６及び調圧ポート４０を通じて接続されるとき、そのポ
ケット２２の内圧と回収タンクの圧力との間の差圧がそ
れぞれ小さくなることを意味し、この結果、高圧容器か
らロータリバルブを通じて回収タンクに逃げるガス流
量、即ち、高圧容器の圧力損失を更に低減可能となる。

【００３１】この発明のロータリバルブによれば、使用
中、ロータ８の回転に伴い、シール部材即ちベーンシー
ル２４やサイドシール２８に摩耗が発生し、その摩耗が
許容限度に達したり、温度変化等によりシール面に隙間
が生じてくる場合は、コントローラ２５から制御弁ユニ
ット２１の一方の電磁弁に向けて制御信号が出力され
る。この制御信号を受けた電磁弁は、空圧源２３から空
圧通路１７または１９を通じてサイド室１８または２０
に所定の空圧を供給し、この両サイド室間の圧力を調整
する。この結果、ロータ８に軸方向の移動力が加わり、
ロータ８はその接触面圧を一定に維持する方向に向けて
軸方向に移動する。

【００３２】従って、シール部材の摩耗や温度変化等に
より、このシール部材とハウジング２のライナ２６との
間に隙間が生じても、ロータ８の軸方向の移動は、ライ
ナ２６に対しシール部材を再度密着させることになり、
シール部材のシール能を確保することができる。なお、
上述の実施例では、ロータ８を移動させるのに空圧を利
用したが、他の実施例として、空圧の代わりに油圧を利
用することもできる。即ち、図４を参照すれば、ロータ
８のロータ軸１０には油圧シリンダ２７が連結されてお
り、この油圧シリンダ２７は電磁弁２９を介して油圧源
３１に接続されている。電磁弁２９は前記コントローラ
２５に電気的に接続されており、この場合、コントロー
ラ２５は電磁弁２９に向けて制御信号を出力する。電磁
弁２９は制御信号を受け取ると、油圧源から油圧シリン
ダ２７に向けて油圧を供給し、これより、油圧シリンダ
２７はそのピストンロッドを伸張させて、ロータ８を軸
方向に移動させる。更に他の実施例として定トルクモー
タ及びギヤ装置を組み合わせてロータ８を軸方向に移動
させる手段を構成することも可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のロータ
リバルブによれば（請求項１，２）、ハウジングの内周
面及びロータの外周面のそれぞれを、雌形及び雄形のテ
ーパ状としてあるので、ロータのシール部材とハウジン
グ内周面との間の接触面圧が例えばシール部材の摩耗や
温度変化に起因して隙間が増減しても、ロータはその接
触面圧を維持する軸方向に移動されるので、シール部材
はハウジングの内周面に一定の接触面圧にて再度良好に
密着し、シール部材のシール能を維持することが可能と
なる。このようなシール部材の保守作業には、ロータリ
バルブの分解や再組立を必要としないから、その作業は
非常に容易となる。また、その保守作業はロータリバル
ブの運転を停止することなく実施可能であるから、ロー
タリバルブを含むシステム全体の稼働効率をも低下させ
ることがない。

【００３４】さらに、予めロータ軸の押圧力を適切な値
に設定することにより一定の接触面圧を維持できるの
で、ロータ軸の制御が容易で操作性が向上すると共に、
常に適切な接触面圧を維持でき、シール部材の寿命が向
上する。また、シール面に異常な噛み込みがあったよう
な場合にはロータ軸が大径側へと逃げるのでシール面の
保護も図れる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例のロータリバルブの一部を示した斜視
図である。

【図２】図１のロータリバルブの一部を示した縦断面図
である。

【図３】図１のロータリバルブの横断面図である。

【図４】他の実施例のロータリバルブの一部を示した縦
断面図である。

【符号の説明】

２ ハウジング ４ 入口 ６ 出口 ８ ロータ ２２ ポケット ２４ ベーンシール（シール部材） ２６ ライナ ２８ サイドシール（シール部材） ３０，３２，３６，３８ 連通ポート ３４，４０ 調圧ポート ４２，４４ 均圧管 ４６，４８ 接続管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 高志 神奈川県平塚市黒部丘１−31 日本たば こ産業株式会社 生産技術開発センター 内 (72)発明者 内山 研輔 茨城県西茨城郡友部町南友部1966の６ 日本たばこ産業株式会社 友部工場内 (72)発明者 伊部 治重 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重 工業株式会社 横浜製作所内 (72)発明者 荒井 良晴 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重 工業株式会社 横浜製作所内 (72)発明者 白石 武利 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重 工業株式会社 横浜製作所内 (72)発明者 後藤 善則 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重 工業株式会社 横浜製作所内 (56)参考文献 特開 昭57−2491（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−108023（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−121731（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭48−6627（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入口及び出口を有するハウジングと、こ
   のハウジング内に回転可能に収容されかつ軸方向の往復
   動が許容されたロータと、このロータの外周面に周方向
   に間隔を存して設けられ、ロータの回転に伴い、前記入
   口及び出口に順次接続される複数のポケットと、ロータ
   の外周面に個々のポケットを囲む一方、前記ハウジング
   の内周面に摺接して設けられ、各ポケットを気密に保持
   するシール部材と、前記ロータの回転中、前記入口から
   出口に向かうポケットを前記出口から入口に向かうポケ
   ットに順次連通させる複数の均圧管とを備えたロータリ
   バルブにおいて、 前記ハウジングの内周面及び前記ロータの外周面のそれ
   ぞれは、雌形及び雄形のテーパ状をなしており、前記ハ
   ウジングの内周面と前記シール部材との間の接触面圧を
   一定に維持する軸方向に前記ロータを移動させる移動手
   段を備えたことを特徴とするロータリバルブ。
2. 【請求項２】 前記移動手段は、流体圧源と、この流体
   圧源から制御された流体圧の供給を受け、前記ロータに
   駆動力を付与する流体圧アクチュエータとを含むことを
   特徴とする請求項１に記載のロータリバルブ。