JP3656059B2 - 回転弁の回転角度制限機構及びそれを備えたアクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転弁の回転角度制限機構に関するものである。また、この発明は、上記機構を備えたアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ボール弁やバタフライ弁のような回転弁は、弁体が全閉位置から約９０度の全開位置までの範囲内だけで、開閉できるようになっている。このために、回転弁には回転弁の回転角度制限機構が付設される。この回転角度制限機構は、弁体を全閉位置を越えて閉じる方向に動かすことができないようにすると共に、９０度を越えて弁体を開くことができないようにしている。
【０００３】
しかし、回転弁は、場合によっては、弁体を全開位置まで開かないで、例えば全閉位置から７０度の角度だけ開いて、それ以上は開かないようにすることが必要とされることがある。従って、弁体の開度制限機構は、場合に応じて弁体の開き角度の上限と下限とを変更できることが必要となる。
【０００４】
回転弁には弁体を回動させるために、弁軸にアクチュエータが付設される。アクチュエータには種々の機構のものがある。例えば、レバー式、ギヤ式、シリンダ式、電動式などの機構がある。何れの機構を使用するものであっても、これまでのアクチュエータは、その中に弁体の回転角度制限機構を含んでいたが、その回転角度制限機構は、アクチュエータの内部に組み込まれ、アクチュエータと一体不可分とされて来た。
【０００５】
例えば、手動式のアクチュエータでは、図１に示したように、回転弁の弁軸の先端を収容して弁軸と嵌合する嵌合部Ａを一端に持った回動軸Ｂと、回動軸Ｂを回動させるための回転機構とが設けられている。その回転機構は、図１では、回動軸Ｂに固定されたウォームホイールＣと、ウォームホイールＣと噛み合うウォームＤと、ウォームＤを回転させるためのハンドル車Ｅとからなるものである。
【０００６】
図１に示したアクチュエータでは、回転弁の回転角度制限機構は、ウォームホイールＣと一体にされている。その回転角度制限機構はウォームホイールＣと、アクチュエータのケーシングＦを貫通するストッパーボルトＧとで構成されていて、アクチュエータから分離して取り出すことができないものとされている。そのほか、回転角度制限機構としては、回動軸にカムをボルト等により締め付けて固定したものもあったが、そのカムは回動軸の中間に位置しているために、ボルトを緩めることすら容易でなく、従ってカムをアクチュエータから取り外すことはできなかった。
【０００７】
図１に示したアクチュエータのおいては、回転角度の制限は、図２に示したような機構によってなされる。図２において、嵌合部Ａを持った回動軸Ｂが矢印Ｐ方向に回転されると、ウォームホイールＣの一辺を形成する平面Ｃ２がストッパーボルトＧ２に衝突するので、回動軸Ｂはそれ以上矢印Ｐ方向へ回転できなくなる。このとき、回動軸Ｂは逆に矢印Ｑ方向には回転可能である。そこで、回動軸Ｂが矢印Ｑ方向に回転すると、ウォームホイールＣの他辺を形成する平面Ｃ１がストッパーボルトＧ１に衝突し、これ以上回動軸Ｂは回転できなくなる。この場合、平面Ｃ１と平面Ｃ２とが互いに垂直に延びているので、回動軸Ｂは９０度の角度範囲内だけで回転でき、それ以上は回転できないものとなる。こうして、ウォームホイールＣとストッパーボルトＧ１、Ｇ２とが、回動軸Ｂの回転角度を制限することになる。
【０００８】
電動によるアクチュエータの場合も同じような原理に基づいている。電動アクチュエータは、例えば特許第２９７７５０５号公報に記載されている。このアクチュエータは、図３に示したように、複雑な構造とされている。それは、このアクチュエータが電動機のほかに、弁体の位置決め部材や、回転角度を検出する手段や、第１の実装部材を備えているからである。しかし、その中の回転角度制限機構は、回動軸Ｂに固定されたストッパープレートＨと、ケーシングＦに付設されたストッパーボルトＧとから成る簡単なものである。すなわち、ストッパープレートＨの一面と他面（何れも図示していない）が、それぞれストッパーボルトＧに衝突することによって回転が制限される。従って、この場合の角度制限機構は、図１と図２に示したものと同じような構造のものである。
【０００９】
このように、従来のアクチュエータにおける回転弁の回転角度制限機構は、アクチュエータの内部に一体に組み込まれていて、外部からこれに接近することが困難であった。従って、この回転角度制限機構は、これを取り外すことができなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上述のように回転弁では弁体の開き角度の上限と下限とを変更することが必要であることに気付き、弁体の開き角度の上限又は下限を必要に応じて変更できる機構を提供しようとするものである。また、そのために、開き角度の上限又は下限を容易に変更できるように、改良されたアクチュエータを提供しようとするものである。
【００１１】
【課題解決のための手段】
この発明者は、上述の課題が、アクチュエータにおける回動軸の下端に、新たに回動軸とともに回転するカムを着脱自在に付設し、カムの周縁をアクチュエータに付設したストッパーボルトに衝突させて回転を制限することとし、且つカムをアクチュエータの下面側から着脱自在とすることによって、解決できることを見出した。
【００１２】
この発明は、回転弁の弁軸上端への嵌合部を一端に持って回転可能とされた回動軸と、この回動軸を回転させるための回転機構とを備えたアクチュエータにおいて、アクチュエータの下面に設けられた開放口から、回動軸の下端にカムを着脱自在に付設し、付設したカムを回動軸とともに回転させることとし、アクチュエータにはカムの周縁の特定部分に衝突してカムの回転を抑止するストッパーボルトを付設し、カムの着脱により回動軸の回転角度の上限及び／又は下限を変更可能としたことを特徴とする、回転弁の回転角度制限機構を提供するものである。
【００１３】
また、この発明は、回転弁の回転角度の上限及び／又は下限を変更可能とした、改良されたアクチュエータを提供するものである。その改良されたアクチュエータは、回転弁の弁軸上端への嵌合部を下端に持って回転可能とされた回動軸と、この回動軸を回転させるための回転機構を備えたアクチュエータであって、アクチュエータの下面に設けられた開放口から、回動軸の下端にカムを着脱自在に付設し、付設されたカムを回動軸とともに回転させることとし、アクチュエータにはカムの周縁の特定部分に衝突してカムの回転を抑止するストッパーボルトを付設し、カムの着脱により回動軸の回転角度の上限及び／又は下限を変更可能としたことを特徴とするものである。
【００１４】
この発明を実施の一例につき図面に基づき説明すると、次のとおりである。図４は、この発明に係るアクチュエータの模型的な底面図である。図５は、図４に示したアクチュエータのＡ−Ａ線断面図である。図６は、この発明に係る他のアクチュエータの底面図である。図７は、図６に示したアクチュエータの回動軸がさらに回転したときの状態を示した底面図である。図８は、図６に示したアクチュエータの回動軸に別のカムを付設したときの状態を示した底面図である。図９は、この発明で用いることのできるカムの平面図である。図１０は、図９に示したカムを回動軸に付設したときのＢ−Ｂ線断面図である。図１１は、図９に示したカムを用いて回転角度の上限を９０度としたときのアクチュエータの底面図である。図１２は、図９に示したカムを裏返し且つ方向を変えて付設して、回転角度の上限を７０度としたときのアクチュエータの底面図である。
【００１５】
図４及び図５において、１はこの発明に係る電動式のギヤ減速式のアクチュエータである。アクチュエータ１は、回転弁の弁軸上端への嵌合部２を一端に持って回転可能とされた回動軸３と、回動軸３を回転させるための回転機構とを持っている。回転機構は電動機４と、平歯車の組み合わせからなる減速機５と、軸６に付設されたウォーム７と、ウォームホイール８とで構成されている。
【００１６】
アクチュエータ１は、下面に回転弁の弁軸を回動軸３に接続するための開放口９を必ず備えている。そこで、アクチュエータ１は開放口９からカム１０を着脱自在に回動軸３の下端に付設できるようにされている。カム１０は内部に回動軸３を貫通させるための孔を備えており、回動軸３に付設されると、回動軸３とともに回転できるものとなる。アクチュエータ１には外殻に２本のストッパーボルト１１と１２とが付設されている。ストッパーボルト１１と１２とは、何れも外殻に固定されたナットにより進退可能とされ、それぞれカム１０の周縁の特定部分と衝突して、カム１０の回転を抑止できるものとされている。カム１０の回動軸３への着脱によって、回動軸の回転角度の上限及び／又は下限を変更可能としたのが、この発明に係る回転角度制限機構である。
【００１７】
図４及び図５に示したアクチュエータでは、回動軸３の回転角度の上限及び下限は、次のようにして規制される。すなわち、カム１０が図４に示したような位置にくると、カム１０の周縁の一面１０１がストッパーボルト１１に衝突しているため、カム１０はこれ以上矢印Ｐ方向へ回転できない。従って、回動軸３はこの状態で矢印Ｐ方向への回転が規制され、回動軸３の回転角度の下限値が定められる。
【００１８】
カム１０が図４に示したような位置にあるときは、カム１０は矢印Ｑ方向には回転できる。カム１０が矢印Ｑ方向へ回転すると、一面１０１から他面１０２までには突出する部分が存在しないので、他面１０２がストッパーボルト１２に衝突するまで、カム１０は回転することができる。こうして、カム１０は他面１０２がストッパーボルト１２に衝突して回転を止められる。従って、回動軸３は他面１０２がストッパーボルト１２に衝突して回転が規制され、回転角度の上限値が定められる。
【００１９】
図４に示したカム１０は、一面１０１と他面１０２とが互いに垂直方向に延びているので、図４における回動軸３は９０度の角度範囲内だけで回転できることとなる。他方、カム１０として他面１０２が一点鎖線で示した平面１０６のところまで広げられたものを用いると、カムは平面１０６がボルト１２に衝突するまで回転できるだけとなり、回転角度の上限は小さな値となる。従って、アクチュエータは、カム１０の取り替えにより、回転角度の上限と下限とを変更できるものとなる。カム１０はアクチュエータの下面に設けた開放口９から着脱自在にされているから、カムの取り替えは容易であり、従って、回転角度の上限と下限との変更は容易である。
【００２０】
図６は、この発明に係る電動式の他のアクチュエータの底面を示している。図６のアクチュエータでは、下面に設けられた開放口９から、回動軸３の下端にカム１０を着脱自在に付設でき、付設されたカム１０は回動軸３とともに回転できるものとされている。カム１０は、その一辺にある平面１０１にストッパーボルト１１が衝突して矢印Ｑ方向の回転が抑止され、他辺にある平面１０２にストッパーボルト１２が衝突して矢印Ｐ方向の回転が抑止される。これらの点は、図４及び図５に示したアクチュエータと同様である。
【００２１】
図６に示したアクチュエータでは、平面１０１と平面１０２とが互いに直角を形成する方向に延びているから、回動軸３が回転できる角度範囲は矢張り９０度である。しかし、図６に示したアクチュエータでも、図７に示したように、ストッパーボルト１１を回転させて、その先端をアクチュエータ内へ大きく突出させると、カム１０の周縁にある平面１０２がストッパーボルト１２に衝突した位置から僅かに矢印Ｑ方向に回転しただけで、平面１０１がストッパーボルト１１に衝突するに至るから、回転角度を一時的に小さくすることができる。
【００２２】
しかし、図７に示した状態では、ストッパーボルト１１の先端のごく一部が平面１０１に衝突することによって、カム１０は回転が抑止されているに過ぎないから、先端のごく一部がすぐに摩滅し、従って常に一定の角度のところで回転を止めることができない。従って、矢張りカム１０又はボルト１１の取り替えが必要となる。回動軸の中間にカムを付設した従来のアクチュエータでは、これらの取り替えは容易でなかったが、回動軸の下端にカムを付設したこの発明のアクチュエータでは取り替えが容易である。
【００２３】
図６に示したアクチュエータにおいて、回動軸３の回転角度の上限を例えば７０度にしようとすれば、図８に示したようなカム１０を使用しなければならない。図８に示したカム１０は、平面１０１と平面１０２とが７０度の角度αを形成している。図６に示したアクチュエータは、カム１０を図８に示したカム１０と取り替えることによって、容易に回転角度の上限を９０度から７０度に変更することができる。
【００２４】
図９は、１つの同じカム１０を用いて、回動軸の回転角度の上限を９０度にも７０度にもすることができるような例を示している。図９に示したカム１０は、カム１０の周縁に位置する平面１０１と平面１０２とが、９０度の角度を形成する方向に延びており、また平面１０３と平面１０４とが互いに７０度の角度を形成する方向に延びている。
【００２５】
図９に示したカム１０を平面１０１が水平に延びて平面１０２が垂直に延びるように、すなわち図１１に示したように回動軸３に付設すると、得られたアクチュエータは、回転角度の上限を９０度としたものになる。他方、同じカム１０を裏返しにし、平面１０４が下方にあって水平方向に延びており、平面１０３が右側に来て、右から左へ降下するように位置させて、図１２に示したように回動軸３に付設すると、得られたアクチュエータは回転角度の上限を７０度としたものになる。従って、１つのカムを用いて、その付設方向を変えることにより、回転角度の上限を９０度にも７０度にもすることができる。
【００２６】
また、図９のカム１０は、回動軸へ容易に付設できるように改良されている。もともと、カム１０はアクチュエータの下側から回動軸３の下端に付設されるべきものであるから、付設時に回動軸３から落下し易い。そこで、カムの付設時にカムが回動軸３から落下しないように、回動軸３に一時的に簡単に係止させることが必要である。そのために、図９のカム１０は、回動軸３を貫通させるための孔１０５を備えるとともに、孔１０５に工夫が加えられている。
【００２７】
図９に示したカム１０は、回動軸３を貫通させてこれと嵌合するために、回動軸３の断面形状に合致した角欠き正方形の孔１０５を備えている。孔１０５の壁面は、その奥に図９に点線で示したように、円環状に延びる溝を備えている。壁面が角欠き正方形のような非円形を呈し、溝が円環状に延びているので、溝は、部分Ｍでは深く穿設されており、他方、部分Ｎでは浅く穿設されることとなる。但し、溝幅は全体を通じて等しくされている。この溝は環状のパッキン材を挿入するためのものである。
【００２８】
上記の溝に弾性を持った環状のパッキン材を挿入すると、パッキン材は、溝の深い部分Ｍでは溝の奥底に沈むことになるが、溝の浅い部分Ｎでは溝から食み出している。こうしてパッキン材を付設した孔１０５内に回動軸３の下端を臨ませ、無理にカム１０を回動軸３に沿って押し込むと、部分Ｎから食み出したパッキン材が押し込みの抵抗となるだけであるから、カム１０の付設は容易である。
【００２９】
こうして、カム１０を回動軸３に付設すると、部分Ｎにおいて溝から食み出したパッキン材が、カム１０と回動軸３との間を充填することとなる。このため、カム１０は、食み出したパッキン材と回動軸との間の表面摩擦によって、回動軸３に係止されることになる。従って、カム１０は、回動軸３の下端に回転弁の弁軸が付設されるまでの間、一時的にアクチュエータに係止されることとなり、アクチュエータを回転弁へ接続することが容易となる。
【００３０】
図９に示したカム１０の溝にパッキン材を挿入し、カム１０を回動軸３に付設したときの、図９におけるＢ−Ｂ線断面図が図１０に示されている。図１０では、パッキン材１３が溝の深い部分Ｍに挿入されているために、溝の奥に位置している。
【００３１】
カム１０の取り替えのためにアクチュエータを回転弁から外すと、上述のように部分Ｎにおいてパッキン材１３がカム１０と回動軸との間を充填しているので、パッキン材の表面摩擦によりカム１０はアクチュエータからすぐには落下しない。しかし、上述の表面摩擦以上の力を加えてカム１０を強く引けば、カム１０をアクチュエータから取り外すことができる。こうしてカム１０の取り替えを容易に行うことができる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によれば、アクチュエータの下面に設けられた開放口から、回動軸の下端にカムを着脱自在に付設し、付設したカムを回動軸とともに回転させることとしたので、回動軸とともに回転するカムを容易に回動軸に付設したり、回動軸から外したりすることができる。また、アクチュエータにはカムの周縁の特定部分に衝突するストパーボルトを付設したので、ストッパーボルトによりカムの回転を抑止することができる。従って、カムの着脱とくにカムの取り替えにより、例に示した０〜７０度又は０〜９０度の範囲内だけでなく、例えば０〜５０度というような回動軸の回転角度の上限及び／又は下限に任意に容易に変えることができる。
【００３３】
また、この発明によれば、ストッパーボルトが突出する長さの調節によっても、回動軸の回転角度の上限及び／又は下限を容易に変更でき、この場合カムの摩滅により回転角度の上限及び／又は下限が確実に得られなくなったときには、カムの取り替えにより確実な回転角度に戻すことができる。また、このような回動軸の回転角度制限機構は、レバー式、ギヤ式、シリンダ式、電動式等の何れのものにも取り付けることができるので、広く使用することができる。
【００３４】
とくにカムの内部に回動軸を貫通させるための孔を設け、カムに接触する回動軸の部分の横断面形状を非円形とすると、回動軸をカムの孔内に挿通するだけで、回動軸とともに回転するようにカムを付設することができ、また逆に容易に外すことができる。
【００３５】
また、カムに設けた回動軸挿通用の孔の壁面に、孔の周囲方向に延びる円環状の溝を形成し、溝内に円環状のパッキン材を挿入し、溝から食み出したパッキン材の少なくとも一部が回動軸の突出部に接触するようにすると、回動軸とパッキン材との間の接触摩擦により回動軸からカムが落下するのを防ぐことができるので、カムをアクチュエータへ取り付けることが容易となり、またカムをアクチュエータから取り外すことも容易となり、従ってカムの取り替えが容易となる。
【００３６】
また、カムの周縁に少なくとも一組の離れた平面部分を形成し、その平面部分に回転弁の回転角度の上限値又は下限値を規制する角度を形成し、平面部分の間には平面部分より突出しない面を形成しておくと、そのカムを回動軸の下端に付設することにより、容易に所望の回転角度の範囲内で回転するアクチュエータを得ることができる。
【００３７】
とくに、１つのカムの周縁に回転弁の回転角度の第１の上限値と第２の上限値とを規定する二組の平面部分を形成しておくと、この１つのカムの取付方向を変えるだけで、容易に所望の二様の回転角度の範囲内で回転するアクチュエータを得ることができる。この発明は、このような利益をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の手動式アクチュエータの断面図。
【図２】従来の手動式アクチュエータの回転角度制限機構を示す説明図。
【図３】従来の電動式アクチュエータの断面図。
【図４】この発明に係るアクチュエータの模型的な底面図。
【図５】図４に示したアクチェータのＡ−Ａ線断面図。
【図６】この発明に係る他のアクチュエータの底面図。
【図７】図６に示したアクチュエータの回動軸がさらに回転したときの底面図。
【図８】図６に示したアクチュエータにおいてカムを取り替えたときの底面図。
【図９】この発明で用いることのできるカムの平面図。
【図１０】図９に示したカムを回動軸に付設したときのＢ−Ｂ線断面図。
【図１１】図９に示したカムを用いたこの発明に係るアクチュエータの底面図。
【図１２】図９に示したカムを用いたこの発明に係るアクチュエータの底面図。
【符号の説明】
１ この発明に係るアクチュエータ
２ 回動軸の嵌合部
３ 回動軸
４ 電動機
５ 減速機
６ 軸
７ ウォーム
８ ウォームホイール
９ 開放口
１０ カム
１１、１２ ストッパーボルト
１３ パッキン材
１０１、１０２、１０３、１０４、１０６ カム１０の周縁にある平面
１０５ カム１０の孔

Claims (5)

1. 回転弁の弁軸上端への嵌合部を一端に持って回転可能とされた回動軸と、この回動軸を回転させるための回転機構とを備えたアクチュエータにおいて、アクチュエータの下面に設けられた開放口から回動軸の下端にカムを着脱自在にし、１つのカムの周縁に回転弁の回転角度の第１の上限値と第１の下限値とを規制する一組の平面部分と、回転角度の第２の上限値と第２の下限値とを規制する別組の平面部分とを設けておき、アクチュエータにはカムの一組又は別組の平面部分に衝突してカムの回転を抑止するストッパーボルトを付設しておき、上記カムを裏返し方向を変えて付設することにより回動軸の回転角度の上限及び／又は下限を変更可能としたことを特徴とする、回転弁の回転角度制限機構。
2. カムの内部に回動軸を貫通させるための孔を設け、カムと接触する部分の回動軸の横断面形状を角欠き正方形とし、回動軸をカムの上記孔内に挿通することによりカムを回動軸とともに回転可能に着脱自在としたことを特徴とする、請求項１に記載の回転弁の回転角度制限機構。
3. カムの孔の壁面には、孔の周囲方向に延びる円環状の溝を形成し、溝内に円環状のパッキン材を挿入し、溝から食み出したパッキン材の少なくとも一部を回動軸の突出部に接触させ、回動軸とパッキン材との間の接触摩擦により、カムが回動軸から落下するのを防ぐことを特徴とする、請求項２に記載の回転弁の回転角度制限機構。
4. 一組の平面部分及び別組の平面部分の間には何れも平面部分より突出しない面を形成しておくことを特徴とする、請求項１−３の何れか１つの項に記載の回転弁の回転角度制限機構。
5. 回転弁の弁軸上端への嵌合部を下端に持って回転可能とされた回動軸と、この回動軸を回転させるための回転機構とを備えたアクチュエータにおいて、アクチュエータの下面に設けられた開放口から回動軸の下端にカムを着脱自在とし、１つのカムの周縁に回転弁の回転角度の第１の上限値と第１の下限値とを規制する一組の平面部分と、回転角度の第２の上限値と第２の下限値とを規制する別組の平面部分とを設けておき、アクチュエータにはカムの一組又は別組の平面部分に衝突してカムの回転を抑止するストッパーボルトを付設しておき、１つのカムを取り外し、同じカムを裏返し方向を変えて付設することにより回動軸の回転角度の上限及び／又は下限を変更可能としたことを特徴とするアクチュエータ。

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