JP3380712B2 - 開閉弁のロック装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、開閉弁を機械的に閉位置にロッ
クする機能を有する開閉弁のロック装置に関する。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】開閉弁、特に常閉型の開
閉弁は、ばね力によって弁体が閉方向に付勢されてお
り、アクチュエータに作動圧力が供給されない状態で
は、弁は閉じている。このため従来、弁が不用意に開く
おそれはないと考えられていた。ところが、例えば高圧
ガスボンベに常閉型の開閉弁をつけたまま、車両で運搬
する場合などには、振動によって弁体がばね力に抗して
弁座から瞬間的に離れ、その結果、内部のガスが漏れる
ことがあることが判明した。内部ガスが有毒ガス等の周
囲に悪影響を与えるガスの場合には、僅かな漏れでも重
大な事故につながる可能性がある。

【０００３】

【発明の目的】本発明は、瞬間的にせよ、不用意に弁が
開くことのないロック機構を有する開閉弁を得ることを
目的とする。

【０００４】

【発明の概要】本発明による開閉弁のロック装置は、ハ
ウジングと；このハウジングに摺動自在に支持され、弁
座に接離する方向に弁体を移動させる弁軸と；この弁軸
に対して作動力を与えるアクチュエータと；を有する開
閉弁において、アクチュエータの動作とは独立して、弁
軸を、弁体が弁座に着座した状態でハウジングにロック
する機械ロック機構；を有するもので、この機械ロック
機構は、弁軸と一体の部材に形成したロック溝と；この
ロック溝位置に対応させて、ハウジングに穿設した複数
のロックボール孔と；この複数のロックボール孔にそれ
ぞれ嵌めたロックボールと；ハウジングに螺合させたロ
ックリングと；このロックリング内面に形成した、ロッ
クボールに係合するテーパ面と；を備え、このロックリ
ングが、その螺合位置に応じ、テーパ面でロックボール
をロックボール孔からロック溝に押し込むロック位置
と、ロック溝からのロックボールの移動を自由とするア
ンロック位置との間を移動することを特徴としている。

【０００５】本発明は、アクチュエータが、弁軸を弁座
に接近する方向に移動付勢するばね手段を含むもの（常
閉型）、及び弁軸を弁座から離れる方向に移動付勢する
ばね手段を含むもの（常開型）のいずれにも適用可能で
あるが、常開型よりも常閉型に、より利用価値が高い。

【０００６】

【０００７】

【発明の実施形態】図示実施形態は、常閉型の倍力開閉
弁に本発明を適用したものである。先ずこの倍力開閉弁
の全体構造を説明する。流路ブロック１１には、同一軸
線上の一対の流路接続口１２、１３と、この一対の流路
接続口の軸線に対して直交する開閉弁接続口１４が備え
られている。流路接続口１２と１３内の流路１２ａ、１
３ａは、開閉弁接続口１４側に向けて開口し、流路１２
ａの開口端に環状弁座１５が設けられている。開閉弁接
続口１４には、環状弁座１５と流路１３ａの開口端とを
覆う円板状の金属ダイアフラム１６と、その周縁を押え
るリテイナー１７と、このリテイナー１７内に移動自在
に支持された開閉弁体１８とが備えられている。この例
では、流路１２ａが高圧流体の供給側であり、環状弁座
１５は、金属ダイアフラム１６の中心に位置している。
開閉弁体１８は、金属ダイアフラム１６の中心部に接離
し、流路１２ａ内の流体の圧力に打ち勝つ力で環状弁座
１５側に押し付けられると、金属ダイアフラム１６が流
路１２ａと１３ａの連通を断つ。

【０００８】開閉弁接続口１４には、倍力開閉弁２０の
ロワハウジング２１ａが螺合結合されている。ハウジン
グ２１は、このロワハウジング２１ａと、ロワハウジン
グ２１ａにロックリング２１ｃで結合されたアッパハウ
ジング２１ｂとからなっている。

【０００９】ハウジング２１内には、可動部材として、
図１、図２の下方から順に、弁軸アッセンブリ２４、一
対の遊動ローラ部材２５、及び作動部材２６が挿入支持
されている。弁軸アッセンブリ２４は、環状弁座１５に
接離する方向に開閉弁体１８を移動させる弁軸２２と、
一対の弁軸ローラ部材２３とを有する。一対の弁軸ロー
ラ部材２３はそれぞれ、外周ローラ２３ａと軸部材２３
ｂとからなり、軸部材２３ｂは、弁軸２２を一体に有す
る支持ブロック２２ａに支持されている。一対の弁軸ロ
ーラ部材２３（軸部材２３ｂ）は、弁軸２２の軸線に関
する回転対称位置に、弁軸２２の軸線とは交わらずに直
交する位置関係で互いに平行に配置されている。

【００１０】作動部材２６は、弁軸２２と同軸の作動軸
２７と、この作動軸２７の中間部に一体に結合した作動
ピストン部材２９とを一体に有している。作動ピストン
部材２９は、ハウジング２１（ロアハウジング２１ａの
上半部のシリンダ）に気密に摺動自在に嵌まっていて、
固定隔壁３０との間に開弁圧力室３１を構成する。この
作動ピストン部材２９の図１における上昇位置は、アッ
パハウジング２１ｂの下端ストッパ面３２によって規制
される。開弁圧力室３１には、作動軸２７に穿設した軸
方向通路３３ａと径方向通路３３ｂ、アッパハウジング
２１ｂのパイロット圧導入ポート３４、及び開閉制御弁
３５を介して、パイロット圧力源３６のパイロット圧Ｐ
が及ぼされる。

【００１１】作動ピストン部材２９とアッパハウジング
２１ｂの間には、圧縮ばね３７が挿入されていて、作動
部材２６を常時弁軸アッセンブリ２４側に移動付勢して
いる。作動部材２６の作動軸２７の先端部には、テーパ
面部２７ａが形成されており、このテーパ面部２７ａと
弁軸アッセンブリ２４の弁軸ローラ部材２３との間に、
上記一対の遊動ローラ部材２５が挿入されている。テー
パ面部２７ａは、図３に示すような円錐状のテーパ軸部
２７ａ１から構成することも、図４に示すような平面か
らなる楔面２７ａ２から構成することもできる。

【００１２】各遊動ローラ部材２５は、外周ローラ２５
ａと軸部材２５ｂとを有し、外周ローラ２５ａは、固定
隔壁３０の下面の凹部３０ａに軸方向移動が生じないよ
うに収納され、軸部材２５ｂは、固定隔壁３０の下面案
内壁３０ｂに移動自在に案内されている。この一対の遊
動ローラ部材２５は、弁軸ローラ部材２３と平行をな
し、かつ作動軸２７のテーパ面部２７ａと、一対の弁軸
ローラ部材２３の間に位置している。作動部材２６に作
用する閉弁圧力は、テーパ面部２７ａ、遊動ローラ部材
２５、及び弁軸ローラ部材２３を介して弁軸２２に伝達
される。

【００１３】作動軸２７のテーパ面部２７ａのテーパ、
遊動ローラ部材２５と弁軸ローラ部材２３の外径及び初
期位置（開閉弁体１８が環状弁座１５から離れていると
きの位置）は、次のように定められている。すなわち、
作動部材２６が弁軸アッセンブリ２４側に移動し、テー
パ面部２７ａ、遊動ローラ部材２５、及び弁軸ローラ部
材２３を介して弁軸２２が環状弁座１５側に移動すると
き、作動部材２６の単位移動量に対し、弁軸２２が該単
位移動量より小さい移動量だけ移動するように、これら
が設定されている。例えば、作動部材２６の移動量：弁
軸２２の移動量＝１：０．２あるいは１：０．１のよう
に定める。また、どの作動状態でも、テーパ面部２７
ａ、遊動ローラ部材２５、及び弁軸ローラ部材２３は接
触状態を維持し、かつ作動部材２６が最大に弁軸アッセ
ンブリ２４側に移動したときでも、遊動ローラ部材２５
の軸位置は、弁軸ローラ部材２３の軸位置より外側に移
動することがない。２４ａは、弁軸アッセンブリ２４を
開弁側に付勢する弱い圧縮ばねである。

【００１４】ハウジング２１のハウジング２１ａと弁軸
アッセンブリ２４の支持ブロック２２ａ（弁軸２２と一
体の部材）との間には、弁軸アッセンブリ２４を機械的
に閉弁位置にロックする機械ロック機構が設けられてい
る。この機械ロック機構は、弁軸アッセンブリ２４の支
持ブロック２２ａの外周面に、弁軸２２の軸線と直交す
る平面内に位置させてロック溝５１を設ける一方、ハウ
ジング２１ａには、このロック溝５１の位置に対応させ
て、複数のロックボール孔５２を穿設し、このロックボ
ール孔５２に、ロック溝５１に対して進退自在なロック
ボール５３を移動自在に嵌めている。ロックボール５３
の径及びロックボール孔５２長さ（ロワハウジング２１
ａの肉厚）は、ロックボール５３がロック溝５１内に進
入しているか否かに拘らず、常時その一部がハウジング
２１ａの外部に露出するように設定されている。

【００１５】ハウジング２１ａの外周には、ロックリン
グ５４がねじ５５で螺合されており、このロックリング
５４の内面には、ロックボール５３のハウジング２１ａ
からの突出部に係合するテーパ面５６が形成されてい
る。このロックリング５４は、その螺合位置に応じ、テ
ーパ面５６によって、ロックボール５３をロックボール
孔５２から、閉弁位置にある弁軸ローラ部材２３のロッ
ク溝５１に押し込むロック位置（図１）と、ロックボー
ル５３をロック溝５１に対して進退自由とする（つま
り、ロックボール５３がロックボール孔５２内で移動で
きる）アンロック位置（図２）との間で移動できる。

【００１６】上記構成の本倍力開閉弁は従って、開弁圧
力室３１に圧縮空気を導入しない状態では、圧縮ばね３
７の力により、作動部材２６が弁軸アッセンブリ２４側
に移動する。この移動力（閉弁力）は、作動軸２７のテ
ーパ面部２７ａ、遊動ローラ部材２５、及び弁軸ローラ
部材２３を介して弁軸２２に伝達され、弁軸２２が開閉
弁体１８を環状弁座１５側に移動させて、図１のよう
に、金属ダイアフラム１６を介して流路１２ａと１３ａ
の連通を断つ。しかしこの閉弁力は、圧縮ばね３７の力
のみによっているため、例えば、本倍力開閉弁を高圧ボ
ンベに接続したまま運搬輸送する際に、加わる振動等の
予期しない原因によって瞬間的に圧縮ばね３７の力が消
失し、開閉弁体１８が環状弁座１５から離座して開弁
し、ボンベ内部のガスが外部に漏れるおそれがある。

【００１７】このようなおそれのあるときには、図１の
ように、ロックリング５４を正逆いずれかに回動させる
ことにより、ねじ５５に従って図において下降させ、そ
のテーパ面５６によりロックボール５３をロック溝５１
内に押し込んでおく。この状態では、弁軸アッセンブリ
２４の支持ブロック２２ａは、そのロック溝５１に入り
込んでいるロックボール５３と、ロックボール５３をロ
ック溝５１内に押し込んでいるロックリング５４のテー
パ面５６とによって機械的に閉弁位置にロックされ、仮
に圧縮ばね３７の力が消失したとしても、瞬間的にせ
よ、弁軸ローラ部材２３が閉弁位置から開弁位置に移動
することはない。よって、以上のような事故の発生を防
止することができる。

【００１８】運搬輸送が終了して、通常のパイロット圧
による開弁動作を行なうときには、ロックリング５４を
回動させて図において上昇させ、そのテーパ面５６によ
るロックボール５３の押圧力を開放する。すると、ロッ
クボール５３は、支持ブロック２２ａのロック溝５１へ
の出入り、及びロックボール５３内での移動が自由とな
り、支持ブロック２２ａを閉弁位置に機械的にロックし
ていた力がなくなる。よって、開閉制御弁３５を開き、
パイロット圧力源３６のパイロット圧を作動軸２７の軸
方向通路３３ａと径方向通路３３ｂを介して開弁圧力室
３１に導けば、開弁することができる。すなわち、パイ
ロット圧が圧縮ばね３７の力に打ち勝つと、作動部材２
６が上昇して開閉弁体１８を閉弁位置に保持する力が消
失し、その結果、流路１２ａ内の圧力で金属ダイアフラ
ム１６が変形して流路１２ａと１３ａが連通する（図
２）。

【００１９】逆にパイロット圧の供給を止めれば、圧縮
ばね３７の力により、弁軸２２が開閉弁体１８を環状弁
座１５に押し付け、閉弁する。このときの力の伝達経路
を見ると、テーパ面部２７ａ、遊動ローラ部材２５、及
び弁軸ローラ部材２３を介して、作動部材２６の閉弁力
が弁軸２２に伝達されるとき、作動部材２６の単位移動
量より小さい移動量だけ弁軸２２が移動するため、小さ
い圧縮ばね３７の力で大きい閉弁力を得ることができ
る。上の例では、圧縮ばね３７の力の５倍、１０倍の閉
弁力が得られることとなる。

【００２０】以上の実施形態は、実際に流路を開閉する
弁軸２２（弁軸アッセンブリ２４）の動き量に比して、
作動ピストン２９の動き量が遥かに大きい倍力開閉弁に
本発明を適用したものであるが、弁軸２２と作動ピスト
ン２９とが一体に結合されている直結タイプにも勿論本
発明は適用できる。

【００２１】また、図示実施形態のように、ばね圧力に
よって閉弁圧力を得る常閉型の開閉弁だけでなく、パイ
ロット圧力によって閉弁圧力を得る常開型の開閉弁にも
本発明は適用できる。この場合には、パイロット圧が存
在しない環境下で開閉弁を閉じることができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、弁軸を、弁体が弁座に
着座した状態でハウジングにロックする機械ロック機構
を設けたので、振動等が加わっても、不用意に弁が開く
ことがない。よって、ガスボンベに接続した状態で運搬
する場合には、この機械ロック機構で弁軸をロックする
ことにより、接続されているガスボンベの中身が僅かで
も外部に漏れることがなく、安全である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による開閉弁のロック装置の一実施形態
を示す、閉弁ロック状態の縦断面図である。

【図２】同アンロック状態における開弁状態の縦断面図
である。

【図３】図１、図２の開閉弁のテーパ面部、遊動ローラ
部材、及び弁軸遊動部材の関係を示す斜視図である。

【図４】図１、図２の倍力開閉弁のテーパ面部の他の形
状例を示す、図３と同様の斜視図である。

【符号の説明】

１１ 流路ブロック １５ 環状弁座 １６ 金属ダイアフラム １８ 開閉弁体 ２０ 倍力開閉弁 ２１ ハウジング ２２ 弁軸 ２３ 弁軸ローラ部材 ２４ 弁軸アッセンブリ ２５ 遊動ローラ部材 ２６ 作動部材 ２７ 作動軸 ２７ａ２ 楔面 ２９ 作動ピストン部材 ３０ 固定隔壁 ３１ 開弁圧力室 ３２ ストッパ面 ３３ａ 軸方向通路 ３３ｂ 径方向通路 ３４ パイロット圧導入ポート ３５ 開閉制御弁 ３６ パイロット圧力源 ３７ 圧縮ばね（付勢手段） ５１ ロック溝 ５２ ロックボール孔 ５３ ロックボール ５４ ロックリング ５５ ねじ ５６ テーパ面

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 35/00 - 35/16 F16K 31/12 - 31/165 F17C 13/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと； このハウジングに摺動自在に支持され、弁座に接離する
   方向に弁体を移動させる弁軸と； この弁軸に対して作動力を与えるアクチュエータと； このアクチュエータの動作とは独立して、上記弁軸を、
   弁体が弁座に着座した状態でハウジングにロックする機
   械ロック機構と； を有し、上記機械ロック機構は、弁軸と一体の部材に形成したロ
   ック溝と；このロック溝位置に対応させて、ハウジング
   に穿設した複数のロックボール孔と；この複数のロック
   ボール孔にそれぞれ嵌めたロックボールと；ハウジング
   に螺合させたロックリングと；このロックリング内面に
   形成した、上記ロックボールに係合するテーパ面と；を
   備え、 上記ロックリングは、その螺合位置に応じ、テーパ面で
   ロックボールをロックボール孔からロック溝に押し込む
   ロック位置と、ロック溝からのロックボールの移動を自
   由とするアンロック位置との間を移動する ことを特徴と
   する開閉弁のロック装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のロック装置において、ア
   クチュエータは、弁軸を弁座側に移動付勢するばね手段
   を含んでいる開閉弁のロック装置。