JP3862121B2 - 副弁付バタフライ弁用操作装置 - Google Patents
副弁付バタフライ弁用操作装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主弁に副弁を内蔵する副弁付バタフライ弁と共に用いられ、特に一つの駆動源からの駆動力により主弁と副弁の両方を適切な開度調整の下に開閉させられる副弁付バタフライ弁用操作装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大容量の流体を給送する大径管の管路に配設されるバタフライ弁においては、弁の急激な閉鎖が行われると、弁上流では圧力が急上昇して、管路中の急激な圧力伝播、いわゆる水撃（ウォータハンマ）現象が、一方、弁下流では圧力が急降下し、管路に気体による空洞部が生じる、いわゆる液柱分離現象がそれぞれ生じることが知られており、いずれの場合も管路中に高い衝撃圧を発生して破損事故等のトラブルの原因になる。これらの現象を防ぐために、管路全体を閉鎖する弁体（主弁）に小型の別のバタフライ弁（副弁）を配設し、閉鎖の際にはこの副弁を開いた状態にして流体の流れを維持しながら主弁を閉じ、この主弁を閉鎖した後に副弁を閉じることによって、管路の急激な閉鎖に伴う弁上下流での圧力の急変を防ぐ副弁付バタフライ弁が従来から使用されている。
【０００３】
こうした従来の副弁付バタフライ弁の例としては実開昭６３−９６３８１号公報に開示されるものがあり、これを図８及び図９に示す。この図８は従来の副弁付バタフライ弁の概略構成断面図、図９は従来の副弁付バタフライ弁の要部概略構成図を示す。
【０００４】
前記各図において従来の副弁付バタフライ弁１００は、弁胴１０３内に配設され、主弁軸１０６が固着されるバタフライ型の主弁１０１と、この主弁１０１の中心部に配設され、副弁軸１０７が固着されるバタフライ型の副弁１０２と、前記弁胴１０３の頂部に配設される固定ケース１０４と、この固定ケース１０４上部に回動自在に配設され、前記主弁軸１０６の頂部を固定される回動ケース１０５と、主弁軸１０６内を貫通して回動ケース１０５内まで延びる副弁軸１０７の先端に固着されるギヤ部材１０７ａと、前記回動ケース１０５の頂部内側の副弁軸１０７と同軸心位置に形成される固定ギヤ１０５ａと、前記回動ケース１０５の頂部から固定ギヤ１０５ａを貫通させて垂直方向に挿通され、先端にアーム１０８ａを固定されるハンドル軸１０８と、前記アーム１０８ａに軸支させて配設される上下一組の遊星歯車１０９とを備え、前記固定ギヤ１０５ａには上部遊星歯車１０９ａを噛合させ、前記ギヤ部材１０７ａには下部遊星歯車１０９ｂを噛合させる構成である。
【０００５】
この従来の副弁付バタフライ弁１００においては、副弁１０２が流体力によって回動されようとしても減速比の大きい遊星歯車１０９によってロックされた状態となり、誤動作することはない。また、副弁１０２の操作力として遊星歯車１０９を介して行うので、従来の一般的ギヤに比べてスムーズな開閉動作が可能になる上、減速歯車を取付けるための軸を不要にし、ハンドル軸１０８を回動ケース１０５に支持するのみでよく、シンプルな構造となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の副弁付バタフライ弁１００は以上のように構成されていたことから、主弁１０１と副弁１０２の駆動部分がそれぞれ独立しており、自動開閉とする場合には、駆動源及び制御系が二つ必要となってその分コストがかかる上、手動で開閉する場合には、副弁１０２の開閉では副弁操作ハンドル１０８ｂを、主弁１０１の開閉では主弁操作ハンドル１１０をそれぞれ別々に駆動しなければならない上、それぞれの弁の開度を確認しながらの操作となり、作業性が悪く、誤動作が生じやすいという課題を有した。
【０００７】
また、操作方法によっては、主弁１０１を開状態としたときに副弁１０２が主弁１０１に対し開いた状態となる場合があり、この時は流体が主弁１０１中央の副弁１０２を設けた孔に流れ込んで主弁１０１付近での流体の流れが大きく乱れ、管路内で大きな抵抗として作用し、流れのスムーズさを損うという課題を有した。
【０００８】
本発明は前記課題を解消するためになされたもので、主弁と副弁を同じ駆動源で開閉させられ、水撃等のトラブルを防ぎながら操作機構を単純且つコンパクト化して製造コストを下げられると共に、各弁を最適な開度に調整でき、流体に対する抵抗を小さくできる副弁付バタフライ弁用操作装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る副弁付バタフライ弁用操作装置は、バタフライ型の主弁の所定位置にバタフライ型の副弁が配設され、且つ副弁軸が主弁軸中心を貫通して配設されてなる副弁付バタフライ弁に対し、前記各弁軸を回動させて前記各弁の開閉操作を行う副弁付バタフライ弁用操作装置において、前記主弁を取囲む弁胴の外部に配設される装置枠と、当該装置枠に回動自在に軸支される駆動軸部を有し、当該駆動軸部から半径方向に所定径離れた位置に駆動軸部に平行な円筒体のピンが配設され、前記駆動軸部の一端部に歯車部が配設されてなり、駆動軸部に駆動力を入力されて回動する駆動車と、前記駆動車の駆動軸部に平行で且つ駆動車の回動範囲から外れた位置で装置枠に回動自在に軸支される被動軸部を有し、当該被動軸部と一体に軸方向に略垂直な略板状の基盤部が形成され、当該基盤部に前記駆動車のピンが係脱自在に嵌まり込む案内溝が被動軸部の半径方向に形成されると共に、当該案内溝近傍の駆動車の回動範囲から外れた所定位置に突片が形成されてなり、前記被動軸部に前記主弁軸が軸心を同じくして一体に固定される被動車と、前記被動車の被動軸部を貫通して回動自在に配設され、一端部に前記駆動車の歯車部と噛合して駆動力を得る歯車部を形成され、他端部に前記副弁軸が軸心を同じくして一体に固定されてなる歯車軸と、前記装置枠内で前記駆動車と回動中心を同じくして回動自在に配設される所定長さの部材で形成され、前記駆動車に対し近付こうとする回動方向に付勢されてなり、駆動車のピンが被動車の案内溝から外れている状態では被動車における前記突片に回動中心から離れた一端部を接触させて駆動車から離れ、且つ駆動車と被動車が接触する状態では回動する駆動車に接触して一体に回動すると共に一端部を突片から離すストッパアームとを備え、前記駆動車及び被動車が、前記主弁及び副弁の全閉状態においては駆動車のピンを被動車の案内溝から外している状態となると共に、前記全閉状態から副弁を回動させる途中で駆動車のピンを被動車の案内溝に係合させた状態となり、当該係合させた状態で少なくとも主弁を全開とするよう主弁及び副弁への連動を調整されてなるものである。
【００１０】
このように本発明によれば、ピンを有してなる駆動車、案内溝及び突片を有してなる被動車、及びストッパアームをそれぞれ配設し、ピンと案内溝、並びにストッパアームと突片の各係合関係で適切な間欠回動機構を構成し、主弁及び副弁と適切に連動させることにより、主弁と副弁の全閉状態から駆動車を弁開き側に回転させると、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合しない所定期間は駆動車のみ回動して副弁のみを閉から開まで回転させ、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合すると被動車が駆動車と共に回転して副弁と共に主弁を回転させて開状態とし、逆に全開状態から駆動車を弁閉じ側に回転させると、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合している所定期間は被動車が駆動車と共に回動し、副弁と共に主弁を回動させてまず主弁を閉状態とし、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合しなくなってからは駆動車のみ回動して残った副弁を開状態から閉状態として全閉状態とすることとなり、副弁を開いた状態での主弁の開閉を一つの駆動源で実現でき、開閉時の圧力急変がなく水撃等が発生しない性質を確保しつつ、簡略な構造にして部品点数を減らせ、且つ制御系も一系統のみの配設で事足りるなど、大幅にコストダウンが図れると共に、手動で開閉する場合も操作が一箇所で済み、作業性が大きく向上する。
【００１１】
また、本発明に係る副弁付バタフライ弁用操作装置は必要に応じて、前記駆動車及び被動車が、前記主弁の全開状態において副弁を主弁に対し閉止状態とするように各弁を連動させるものである。このように本発明によれば、駆動車及び被動車で全開状態の主弁に対して副弁を閉止状態とするように連動させることにより、全開状態で副弁を閉じた主弁に流体が通り抜けるような孔は生じず、副弁付近での流れの乱れを防いで流体に対する弁の抵抗を小さく抑えられる。
【００１２】
また、本発明に係る副弁付バタフライ弁用操作装置は必要に応じて、前記駆動車及び被動車が、前記主弁及び副弁の全閉状態から副弁を９０°回動させた状態で駆動車のピンを被動車の案内溝に係合させた状態となり、当該係合させた状態で副弁をさらに１８０°、主弁を９０°回動させて主弁を全開させると共に副弁を主弁と同じ向きとするよう各弁への連動を調整されてなるものである。このように本発明によれば、前記主弁及び副弁の全閉状態から駆動車のピンが被動車の案内溝に係合するまでの駆動車の回動を副弁の９０°の回動と対応させ、且つさらなる副弁の１８０°の回動と主弁の９０°の回動を同期させて行い、全閉状態から駆動車を弁開き側に回転させると、まず副弁のみが９０°回転して閉から開となり、次に主弁が９０°回動して閉から開となると共に副弁もさらに１８０°回動させて主弁に対し閉止状態となることにより、副弁を主弁に対し開いて流体の弁通過を可能とした状態で主弁の開閉を行え、主弁開閉時の圧力の急変を確実に防いで、水撃等を発生させないと共に、主弁が全開状態の場合に副弁は主弁に対して確実に閉止されて流体の通り抜けるような孔が生じない状態となり、副弁付近での流れの乱れを防いで流体に対する弁の抵抗を小さく抑えられる。
【００１３】
また、本発明に係る副弁付バタフライ弁用操作装置は必要に応じて、最終減速段にウォームギヤを有し、前記駆動車の駆動軸部に駆動力を入力するアクチュエータを備えるものである。このように本発明によれば、駆動車の前段にウォームギヤを有するアクチュエータを配設し、アクチュエータで駆動軸部を駆動して各弁を操作することにより、出力側のウォームホイールから入力側のウォームへの逆転がほとんど不可能な性質で被動車及び駆動車側に外部の力が加わってもアクチュエータが影響を受けないこととなり、流体から弁を動かそうとする圧力が加わっても、アクチュエータで被動車及び駆動車を動かす駆動力は変化せず、各弁は制御された状態を維持でき、流れによる弁の異常動作が防げる。
【００１４】
また、本発明に係る副弁付バタフライ弁用操作装置は必要に応じて、前記駆動車のピンとして、円筒状のローラが回動自在に軸支されるものである。このように本発明によれば、駆動車に回動自在なローラを配設し、ピンとして案内溝との係合を行わせることにより、ピンと案内溝との接触が転がり接触となって摩擦等の抵抗が減り、被動車及び主弁をよりスムーズに動かせると共に、摺動による摩耗が減少して耐久性が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置を図１〜図６に基づいて説明する。この図１は本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の概略構成断面図、図２は本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部平面図、図３は本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の駆動車単独回動状態説明図、図４は本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の駆動車・被動車連動状態説明図、図５は本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置による副弁回動状態説明図、図６は本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置による主弁・副弁回動状態説明図を示す。
【００１６】
前記各図に示すように、本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置１は、管路中に配設される弁胴１０３内に回動自在に軸支され、主弁軸１０６を上部に固着される主弁１０１、及び、この主弁１０１中央に設けられた孔１０１ａ内に回動自在に配設され、主弁軸１０６の中心を貫通して配設される副弁軸１０７を上部に固着される副弁１０２を有してなる副弁付バタフライ弁１００（図８、図９参照）と組合わせて用いられる装置であり、前記弁胴１０３の上部に配設される装置枠２と、この装置枠２に回動自在に配設され、駆動力を入力されて回動する駆動車３と、駆動車３に回動自在に配設され、駆動車３にねじりばね４ａを介して連結するストッパアーム４と、前記装置枠２に前記主弁軸１０６と一体に連結して回動自在に配設され、駆動車３の回動に対し所定期間はストッパアーム４先端の接触で動かないよう拘束され、それ以外は駆動車３の一部に係合して連動して回動する被動車５と、前記被動車５の回転中心を貫通して前記副弁軸１０７と一体に連結して回動自在に配設され、前記駆動車３から駆動力を得て回動する歯車軸６と、前記駆動車３を位置制御しながら駆動するアクチュエータ７とを備えてなる構成である。
【００１７】
前記駆動車３は、前記装置枠２に回動自在に軸支され、上端側をアクチュエータ７の最終段のウォームホイール７ｂに固定される駆動軸部３ａと、駆動軸部３ａから半径方向に所定長さ延出させて形成されるクランクアーム３ｂと、このクランクアーム３ｂの先端下側に駆動軸部３ａと平行なローラ軸３ｃを中心に回動自在に配設されるローラ３ｄと、駆動軸部３ａの下端部に一体に配設される歯車部３ｅとを有してなる構成である。駆動車３のローラ３ｄは摺動するため、材質として砲金が用いられる。
【００１８】
前記ストッパアーム４は、前記駆動車３のクランクアーム３ｂ下側における駆動軸部３ａに回動自在に取付けられ、駆動軸部３ａ半径方向に突出する板状体である。ストッパアーム４とクランクアーム３ｂとの間には、両端部をそれぞれストッパアーム４とクランクアーム３ｂに固定されるねじりばね４ａが配設され、ストッパアーム４をクランクアーム３ｂに近接させる回転方向（図３における反時計回り方向）に付勢する。これにより、ストッパアーム４は他から拘束力を受けない限りクランクアーム３ｂ先端部分に接触して駆動車３と共に回動する。
【００１９】
前記被動車５は、前記駆動車３の駆動軸部３ａに平行で且つ駆動車３に接触しない位置で、すなわち図１に実線及び二点鎖線で示される駆動車３の回動範囲から外れた位置で装置枠２に回動自在に軸支され、下端内側に主弁軸１０６端部を挿入固定される被動軸部５ａと、この被動軸部５ａの上部に略板状に形成される基盤部５ｂと、基盤部５ｂの上面に軸心に対して半径方向に形成され、前記駆動車３のローラ３ｄが係脱自在に嵌まり込む案内溝５ｃと、基盤部５ｂの上面の案内溝５ｃ近傍の駆動車３と干渉しない所定位置、すなわち図３及び図４で示される駆動車３の回動範囲から外れた所定位置に案内溝５ｃより上側へ突出して形成され、前記ストッパアーム４先端が必要に応じて接触する突片としてのストッパ接触部５ｄとを備える構成である。被動車５の案内溝５ｃは摺接するローラ３ｄから力を受けるため、表面を焼き入れ等で硬化させて十分な強度に形成される。なお、駆動車３と被動車５の収納される装置枠２内は潤滑剤が封入されて双方の摺動部分は十分に潤滑される状態となっている。
【００２０】
前記歯車軸６は、一端部に駆動車３の歯車部３ｅと１：１のギヤ比で噛合して駆動力を得る歯車部６ａを形成され、被動車５の回転中心を貫通する他端部内側に副弁軸１０７端部を挿入固定される構成である。
【００２１】
前記アクチュエータ７は、最終の減速段にウォームギヤを配した公知の電動式の弁開閉用装置で、ウォーム７ａの軸端に緊急時等における手動開閉用のハンドル（図示を省略）を備える構成である。流体から弁を勝手に動かそうとする力が加わっても、出力側のウォームホイール７ｂから入力側のウォーム７ａへの逆転がほとんど不可能な性質によるセルフロック機能で、ウォームギヤより先の機構部分は制御された状態を維持でき、弁の異常動作が起りにくくなっている。
【００２２】
前記駆動車３と被動車５で構成される回動伝達機構は、駆動車３の一回転に対し、被動車５が所定角度回転すると共に所定期間休止する間欠機構であり、駆動車３と被動車５の軸間距離を小さくして機構を小型にできること、また、被動車５の回転角を駆動車３の回転角に比べて小さく減速側に設定できると共に、駆動車３の一回転における被動車５の休止期間を回動期間に比べて短くして、駆動車３から被動車５への駆動力の伝達がスムーズ且つ強力に行われることを特徴とする内接ゼネバ機構を応用したものとなっている。駆動車３は、装置枠２による規制で２７０°の範囲で回動させ、これと一体に副弁１０２が弁胴１０３に対して２７０°回動するようにしている。被動車５は、駆動車３の２７０°の回動のうち９０°の回動期間は休止し、残りの１８０°の回動期間に駆動車３による駆動で９０°だけ回転し、主弁１０１を弁胴１０３に対し９０°回動させるようにしている。
【００２３】
ここで、被動車５の休止期間を、主弁１０１及び副弁１０２の全閉状態からの開き初めの段階に設定することで、主弁１０１を閉止させた状態で副弁１０２を９０°、すなわち閉から開まで回転させ、次に副弁１０２を回転させつつ主弁１０１を閉止状態から開まで９０°回転させる構成となり、逆に弁を閉じる際においても、副弁１０２が回転しながらまず主弁１０１が閉じ、その後に副弁１０２が開から閉となる仕組みが実現する。こうして、主弁１０１を閉じる際に流体のわずかな流れを確保して管路を急閉鎖しないようにし、管路内圧力の急変を防いでいる。
【００２４】
また、一般の内接ゼネバ機構では、駆動側のみが回動して被動側に駆動力が伝わらない場合、駆動側が被動側に接触、摺動しながら被動側の運動を拘束する仕組みであるが、本発明の装置では、内接ゼネバ機構の駆動側となる駆動車３とストッパアーム４を分離構造としていることから、駆動車３のみを回動させて被動車５は回動させない場合に、ストッパアーム４を駆動車３と一緒には動かさずに被動車５に接触させた状態で静止させられ、ストッパアーム４及び被動車５に摺動による摩耗が生じにくくなっている。
【００２５】
次に、前記構成に基づく副弁付バタフライ弁用操作装置の弁開閉動作について説明する。主弁１０１、副弁１０２共に閉止した全閉状態（図３（Ａ）、図５（Ａ）参照）から、アクチュエータ７を作動させると、アクチュエータ７の最終段のウォームホイール７ｂが、ウォーム７ａに対し所定の減速比で回転し、ウォームホイール７ｂに一体に取付けられた駆動車３の駆動軸部３ａに駆動力を与える。駆動車３は駆動力を受けて回転し、図３（Ａ）に示す主弁及び副弁の全閉状態で駆動車３のローラ３ｄが被動車５の案内溝５ｃから外れて案内溝５ｃに係合していないために駆動車３のみで回転し、歯車部３ｅ、６ａを介して副弁軸１０７を駆動し、副弁１０２を回転させる（図５（Ｂ）参照）。図３に示すように、この駆動車３の前記ピンとしてのローラ３ｄが被動車５の案内溝５ｃから外れて案内溝５ｃに係合していない期間は、駆動車３と被動車５が接触していない状態であり、ストッパアーム４の回動中心から離れた先端部が被動車５の前記突片としてのストッパ接触部５ｄ側面に接触して駆動車３とは離れつつも被動車５を回転しないよう拘束していることから、主弁１０１に流体からの圧力が加わっても、主弁１０１をはじめ主弁軸１０６、被動車５及び駆動車３にがたつき等の発生もなく確実に主弁１０１の閉止状態を保つ。
【００２６】
駆動車３が回転を続け、駆動車３のローラ３ｄが被動車５の案内溝５ｃに係合する直前に、駆動車３のクランクアーム３ｂがストッパアーム４に接触し（図３（Ｂ）参照）、ストッパアーム４が駆動車３のクランクアーム３ｂに押されて回転を開始する。回転でストッパアーム４の先端がストッパ接触部５ｄから離れると（図４（Ａ）参照）、ストッパアーム４とストッパ接触部５ｄの接触による運動の拘束がなくなるため、被動車５は駆動車３の駆動に伴って回動できるようになる。さらに駆動車３が回転を続け、副弁１０２が閉止位置から９０°回転して開になると（図６（Ａ）参照）、駆動車３のローラ３ｄが被動車５の案内溝５ｃに係合し、回転する駆動車３のローラ３ｄが案内溝５ｃの側壁を転がりつつ押すことにより、被動車５も回転し、主弁軸１０６を介して主弁１０１を回動させる（図４（Ｂ）、図６（Ｂ）参照）。
【００２７】
主弁１０１の任意の開度位置において、流体から主弁１０１を勝手に動かそうとする圧力が加わっても、ローラ３ｄと案内溝５ｃがガタなく係合していることに加え、被動車５と一体に回転する駆動車３の前段には入力側と出力側の逆転が困難なウォームギヤが配設されているため、被動車５並びに駆動車３が出力側からの力、すなわち流体から弁に加わる力で動くことはなく、主弁１０１は常に正しく開度制御された状態を保つ。
【００２８】
アクチュエータ７による駆動車３の回転を続けると、最終的に主弁１０１が閉止状態から９０°回転して開となると共に、副弁１０２が開位置から１８０°、すなわち初めの全閉状態から２７０°回動し、主弁１０１に対し開−閉−開の各状態を経て閉状態（弁胴１０３に対しては開）となる（図４（Ｃ）、図６（Ｃ）参照）。この位置で、駆動車３は装置枠２による規制でそれ以上回動できないので、アクチュエータ７を停止制御して、各弁を全開状態に保持する。
【００２９】
一方、閉止動作においては、主弁１０１、副弁１０２共に全開の状態（図４（Ｃ）、図６（Ｃ）参照）から、アクチュエータ７を前記と逆向きに作動させると、ウォームホイール７ｂと共に駆動車３が逆向きに回転し、歯車部３ｅ、６ａを介して副弁軸１０７を駆動し、副弁１０２を回転させると共に、駆動車３のローラ３ｄが被動車５の案内溝５ｃの側壁を転がりつつ押すことにより被動車５を回転させ、主弁軸１０６を介して主弁１０１を回転させる。前記同様、流体から弁を勝手に動かそうとする圧力が加わっても、主弁１０１は常に正しく開度制御された状態を保つ。また、駆動車３の回転と共に、ストッパアーム４もねじりばね４ａの付勢によってクランクアーム３ｂに近接した状態のままで駆動車３に追随して逆向きに回転する。
【００３０】
駆動車３が回転を続け、主弁１０１が９０°回転して閉状態になると共に副弁が１８０°回転して再び開状態になる（図４（Ａ）、図６（Ａ）参照）と、ローラ３ｄの案内溝５ｃへの係合が外れ、さらにクランクアーム３ｂと共に回転してきたストッパアーム４の先端部と被動車５のストッパ接触部５ｄが接触し（図３（Ｂ）参照）、被動車５の運動を拘束するため、被動車５は開方向に回転できなくなり、主弁１０１は確実に閉状態に保たれる。
【００３１】
さらに駆動車３を回転させると、図３に示すように駆動車３のローラ３ｄが被動車５の案内溝５ｃから外れて案内溝５ｃに係合していないために駆動車３のみで回転して、副弁１０２を開位置からさらに回転させる。副弁１０２は、この開位置から９０°、すなわち当初の全開位置から２７０°回転して閉状態となり、駆動車３は装置枠２による規制でそれ以上回動しないので、アクチュエータ７を停止制御し、各弁を全閉状態に保持する（図３（Ａ）、図５（Ａ）参照）。
【００３２】
このように、本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置では、駆動車３、被動車５、及びストッパアーム４を組合わせて間欠回動機構を構成し、主弁１０１及び副弁１０２と適切に連動させて開閉させられることから、副弁１０２を開いた状態で主弁１０１の開閉を行い、弁開閉時の管路中の圧力急変を防いで水撃等を発生させない機能を有しながら、主弁１０１と副弁１０２の駆動力を駆動車３からそれぞれ適切に分配してアクチュエータ７を一つにすることができ、制御系も一系統で済み、シンプルな機構として部品点数を減らせ、コストダウンが図れると共に、手動開閉の場合には一箇所の操作ですみ、作業性が大きく向上する。また、主弁１０１が開状態の場合に副弁１０２は主弁１０１に対して閉となり、流体が副弁１０２付近で乱れることがなく、流体に対する抵抗が小さくなって流れの効率を高められる。
【００３３】
なお、前記実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置においては、駆動車３と被動車５による回転伝達機構が、内接ゼネバ機構を応用した間欠機構となっている構成であるが、この他に、外接ゼネバ機構や間欠ピン歯車機構などの間欠機構を用いる構成とすることもできる。
【００３４】
また、前記実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置においては、ストッパアーム４の運動拘束をねじりばね４ａを用いて行う構成としているが、この他、図７に示すように、ストッパアーム４と駆動車３、及び被動車５にマグネット８を取付ける構成とすることもでき、駆動車３のローラ３ｄが案内溝５ｃに接触していない間はストッパアーム４と被動車５を吸着させて被動車５の拘束を確実に維持し（図７（Ａ）参照）、駆動車３のクランクアーム３ｂがストッパアーム４を押して回転させる際にはこれらを互いに吸着させ（図７（Ｂ）参照）、逆回転の際にクランクアーム３ｂに吸着させたストッパアーム４をそのまま駆動車３と一体に回転させられることとなり、ストッパアーム４の適切な回動が簡略な機構で実現でき、装置製作におけるコストダウンが図れる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、ピンを有してなる駆動車、案内溝及び突片を有してなる被動車、及びストッパアームをそれぞれ配設し、ピンと案内溝、並びにストッパアームと突片の各係合関係で適切な間欠回動機構を構成し、主弁及び副弁と適切に連動させることにより、主弁と副弁の全閉状態から駆動車を弁開き側に回転させると、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合しない所定期間は駆動車のみ回動して副弁のみを閉から開まで回転させ、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合すると被動車が駆動車と共に回転して副弁と共に主弁を回転させて開状態とし、逆に全開状態から駆動車を弁閉じ側に回転させると、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合している所定期間は被動車が駆動車と共に回動し、副弁と共に主弁を回動させてまず主弁を閉状態とし、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合しなくなってからは駆動車のみ回動して残った副弁を開状態から閉状態として全閉状態とすることとなり、副弁を開いた状態での主弁の開閉を一つの駆動源で実現でき、開閉時の圧力急変がなく水撃等が発生しない性質を確保しつつ、簡略な構造にして部品点数を減らせ、且つ制御系も一系統のみの配設で事足りるなど、大幅にコストダウンが図れると共に、手動で開閉する場合も操作が一箇所で済み、作業性が大きく向上するという効果を奏する。
また、本発明においては、駆動車及び被動車で全開状態の主弁に対して副弁を閉止状態とするように連動させることにより、全開状態で副弁を閉じた主弁に流体が通り抜けるような孔は生じず、副弁付近での流れの乱れを防いで流体に対する弁の抵抗を小さく抑えられるという効果を有する。
また、本発明においては、前記主弁及び副弁の全閉状態から駆動車のピンが被動車の案内溝に係合するまでの駆動車の回動を副弁の９０°の回動と対応させ、且つさらなる副弁の１８０°の回動と主弁の９０°の回動を同期させて行い、全閉状態から駆動車を弁開き側に回転させると、まず副弁のみが９０°回転して閉から開となり、次に主弁が９０°回動して閉から開となると共に副弁もさらに１８０°回動させて主弁に対し閉止状態となることにより、副弁を主弁に対し開いて流体の弁通過を可能とした状態で主弁の開閉を行え、主弁開閉時の圧力の急変を確実に防いで、水撃等を発生させないと共に、主弁が全開状態の場合に副弁は主弁に対して確実に閉止されて流体の通り抜けるような孔が生じない状態となり、副弁付近での流れの乱れを防いで流体に対する弁の抵抗を小さく抑えられるという効果を有する。
また、本発明においては、駆動車の前段にウォームギヤを有するアクチュエータを配設し、アクチュエータで駆動軸部を駆動して各弁を操作することにより、出力側のウォームホイールから入力側のウォームへの逆転がほとんど不可能な性質で被動車及び駆動車側に外部の力が加わってもアクチュエータが影響を受けないこととなり、流体から弁を動かそうとする圧力が加わっても、アクチュエータで被動車及び駆動車を動かす駆動力は変化せず、各弁は制御された状態を維持でき、流れによる弁の異常動作が防げるという効果を有する。
また、本発明においては、駆動車に回動自在なローラを配設し、ピンとして案内溝との係合を行わせることにより、ピンと案内溝との接触が転がり接触となって摩擦等の抵抗が減り、被動車及び主弁をよりスムーズに動かせると共に、摺動による摩耗が減少して耐久性が向上するという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の概略構成断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部平面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の主弁及び副弁全閉時状態説明図である。
（Ｂ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の駆動車とストッパアームの接触開始状態説明図である。
【図４】（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の駆動車と被動車の係合開始状態説明図である。
（Ｂ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の主弁４５°開時状態説明図である。
（Ｃ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の主弁及び副弁全開時状態説明図である。
【図５】（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置による主弁及び副弁全閉状態説明図である。
（Ｂ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置による副弁開状態説明図である。
【図６】（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置による副弁全開状態説明図である。
（Ｂ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置による主弁４５°開状態説明図である。
（Ｃ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置による主弁及び副弁全開状態説明図である。
【図７】（Ａ）は本発明の他の実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の主弁及び副弁全閉時状態説明図である。
（Ｂ）は本発明の他の実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の駆動車と被動車の係合開始状態説明図である。
【図８】従来の副弁付バタフライ弁の概略構成断面図である。
【図９】従来の副弁付バタフライ弁の要部概略構成図である。
【符号の説明】
１ 副弁付バタフライ弁用操作装置
２ 装置枠
３ 駆動車
３ａ 駆動軸部
３ｂ クランクアーム
３ｃ ローラ軸
３ｄ ローラ
３ｅ 歯車部
４ ストッパアーム
４ａ ねじりばね
５ 被動車
５ａ 被動軸部
５ｂ 基盤部
５ｃ 案内溝
５ｄ ストッパ接触部
６ 歯車軸
６ａ 歯車部
７ アクチュエータ
７ａ、１１１ ウォーム
７ｂ、１１２ ウォームホイール
８ マグネット
１００ 副弁付バタフライ弁
１０１ 主弁
１０１ａ 孔
１０２ 副弁
１０３ 弁胴
１０４ 固定ケース
１０５ 回動ケース
１０５ａ 固定ギヤ
１０６ 主弁軸
１０７ 副弁軸
１０７ａ ギヤ部材
１０８ ハンドル軸
１０８ａ アーム
１０８ｂ 副弁操作ハンドル
１０９ 遊星歯車
１０９ａ 上部遊星歯車
１０９ｂ 下部遊星歯車
１１０ 主弁操作ハンドル
【発明の属する技術分野】
本発明は、主弁に副弁を内蔵する副弁付バタフライ弁と共に用いられ、特に一つの駆動源からの駆動力により主弁と副弁の両方を適切な開度調整の下に開閉させられる副弁付バタフライ弁用操作装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大容量の流体を給送する大径管の管路に配設されるバタフライ弁においては、弁の急激な閉鎖が行われると、弁上流では圧力が急上昇して、管路中の急激な圧力伝播、いわゆる水撃（ウォータハンマ）現象が、一方、弁下流では圧力が急降下し、管路に気体による空洞部が生じる、いわゆる液柱分離現象がそれぞれ生じることが知られており、いずれの場合も管路中に高い衝撃圧を発生して破損事故等のトラブルの原因になる。これらの現象を防ぐために、管路全体を閉鎖する弁体（主弁）に小型の別のバタフライ弁（副弁）を配設し、閉鎖の際にはこの副弁を開いた状態にして流体の流れを維持しながら主弁を閉じ、この主弁を閉鎖した後に副弁を閉じることによって、管路の急激な閉鎖に伴う弁上下流での圧力の急変を防ぐ副弁付バタフライ弁が従来から使用されている。
【０００３】
こうした従来の副弁付バタフライ弁の例としては実開昭６３−９６３８１号公報に開示されるものがあり、これを図８及び図９に示す。この図８は従来の副弁付バタフライ弁の概略構成断面図、図９は従来の副弁付バタフライ弁の要部概略構成図を示す。
【０００４】
前記各図において従来の副弁付バタフライ弁１００は、弁胴１０３内に配設され、主弁軸１０６が固着されるバタフライ型の主弁１０１と、この主弁１０１の中心部に配設され、副弁軸１０７が固着されるバタフライ型の副弁１０２と、前記弁胴１０３の頂部に配設される固定ケース１０４と、この固定ケース１０４上部に回動自在に配設され、前記主弁軸１０６の頂部を固定される回動ケース１０５と、主弁軸１０６内を貫通して回動ケース１０５内まで延びる副弁軸１０７の先端に固着されるギヤ部材１０７ａと、前記回動ケース１０５の頂部内側の副弁軸１０７と同軸心位置に形成される固定ギヤ１０５ａと、前記回動ケース１０５の頂部から固定ギヤ１０５ａを貫通させて垂直方向に挿通され、先端にアーム１０８ａを固定されるハンドル軸１０８と、前記アーム１０８ａに軸支させて配設される上下一組の遊星歯車１０９とを備え、前記固定ギヤ１０５ａには上部遊星歯車１０９ａを噛合させ、前記ギヤ部材１０７ａには下部遊星歯車１０９ｂを噛合させる構成である。
【０００５】
この従来の副弁付バタフライ弁１００においては、副弁１０２が流体力によって回動されようとしても減速比の大きい遊星歯車１０９によってロックされた状態となり、誤動作することはない。また、副弁１０２の操作力として遊星歯車１０９を介して行うので、従来の一般的ギヤに比べてスムーズな開閉動作が可能になる上、減速歯車を取付けるための軸を不要にし、ハンドル軸１０８を回動ケース１０５に支持するのみでよく、シンプルな構造となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の副弁付バタフライ弁１００は以上のように構成されていたことから、主弁１０１と副弁１０２の駆動部分がそれぞれ独立しており、自動開閉とする場合には、駆動源及び制御系が二つ必要となってその分コストがかかる上、手動で開閉する場合には、副弁１０２の開閉では副弁操作ハンドル１０８ｂを、主弁１０１の開閉では主弁操作ハンドル１１０をそれぞれ別々に駆動しなければならない上、それぞれの弁の開度を確認しながらの操作となり、作業性が悪く、誤動作が生じやすいという課題を有した。
【０００７】
また、操作方法によっては、主弁１０１を開状態としたときに副弁１０２が主弁１０１に対し開いた状態となる場合があり、この時は流体が主弁１０１中央の副弁１０２を設けた孔に流れ込んで主弁１０１付近での流体の流れが大きく乱れ、管路内で大きな抵抗として作用し、流れのスムーズさを損うという課題を有した。
【０００８】
本発明は前記課題を解消するためになされたもので、主弁と副弁を同じ駆動源で開閉させられ、水撃等のトラブルを防ぎながら操作機構を単純且つコンパクト化して製造コストを下げられると共に、各弁を最適な開度に調整でき、流体に対する抵抗を小さくできる副弁付バタフライ弁用操作装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る副弁付バタフライ弁用操作装置は、バタフライ型の主弁の所定位置にバタフライ型の副弁が配設され、且つ副弁軸が主弁軸中心を貫通して配設されてなる副弁付バタフライ弁に対し、前記各弁軸を回動させて前記各弁の開閉操作を行う副弁付バタフライ弁用操作装置において、前記主弁を取囲む弁胴の外部に配設される装置枠と、当該装置枠に回動自在に軸支される駆動軸部を有し、当該駆動軸部から半径方向に所定径離れた位置に駆動軸部に平行な円筒体のピンが配設され、前記駆動軸部の一端部に歯車部が配設されてなり、駆動軸部に駆動力を入力されて回動する駆動車と、前記駆動車の駆動軸部に平行で且つ駆動車の回動範囲から外れた位置で装置枠に回動自在に軸支される被動軸部を有し、当該被動軸部と一体に軸方向に略垂直な略板状の基盤部が形成され、当該基盤部に前記駆動車のピンが係脱自在に嵌まり込む案内溝が被動軸部の半径方向に形成されると共に、当該案内溝近傍の駆動車の回動範囲から外れた所定位置に突片が形成されてなり、前記被動軸部に前記主弁軸が軸心を同じくして一体に固定される被動車と、前記被動車の被動軸部を貫通して回動自在に配設され、一端部に前記駆動車の歯車部と噛合して駆動力を得る歯車部を形成され、他端部に前記副弁軸が軸心を同じくして一体に固定されてなる歯車軸と、前記装置枠内で前記駆動車と回動中心を同じくして回動自在に配設される所定長さの部材で形成され、前記駆動車に対し近付こうとする回動方向に付勢されてなり、駆動車のピンが被動車の案内溝から外れている状態では被動車における前記突片に回動中心から離れた一端部を接触させて駆動車から離れ、且つ駆動車と被動車が接触する状態では回動する駆動車に接触して一体に回動すると共に一端部を突片から離すストッパアームとを備え、前記駆動車及び被動車が、前記主弁及び副弁の全閉状態においては駆動車のピンを被動車の案内溝から外している状態となると共に、前記全閉状態から副弁を回動させる途中で駆動車のピンを被動車の案内溝に係合させた状態となり、当該係合させた状態で少なくとも主弁を全開とするよう主弁及び副弁への連動を調整されてなるものである。
【００１０】
このように本発明によれば、ピンを有してなる駆動車、案内溝及び突片を有してなる被動車、及びストッパアームをそれぞれ配設し、ピンと案内溝、並びにストッパアームと突片の各係合関係で適切な間欠回動機構を構成し、主弁及び副弁と適切に連動させることにより、主弁と副弁の全閉状態から駆動車を弁開き側に回転させると、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合しない所定期間は駆動車のみ回動して副弁のみを閉から開まで回転させ、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合すると被動車が駆動車と共に回転して副弁と共に主弁を回転させて開状態とし、逆に全開状態から駆動車を弁閉じ側に回転させると、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合している所定期間は被動車が駆動車と共に回動し、副弁と共に主弁を回動させてまず主弁を閉状態とし、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合しなくなってからは駆動車のみ回動して残った副弁を開状態から閉状態として全閉状態とすることとなり、副弁を開いた状態での主弁の開閉を一つの駆動源で実現でき、開閉時の圧力急変がなく水撃等が発生しない性質を確保しつつ、簡略な構造にして部品点数を減らせ、且つ制御系も一系統のみの配設で事足りるなど、大幅にコストダウンが図れると共に、手動で開閉する場合も操作が一箇所で済み、作業性が大きく向上する。
【００１１】
また、本発明に係る副弁付バタフライ弁用操作装置は必要に応じて、前記駆動車及び被動車が、前記主弁の全開状態において副弁を主弁に対し閉止状態とするように各弁を連動させるものである。このように本発明によれば、駆動車及び被動車で全開状態の主弁に対して副弁を閉止状態とするように連動させることにより、全開状態で副弁を閉じた主弁に流体が通り抜けるような孔は生じず、副弁付近での流れの乱れを防いで流体に対する弁の抵抗を小さく抑えられる。
【００１２】
また、本発明に係る副弁付バタフライ弁用操作装置は必要に応じて、前記駆動車及び被動車が、前記主弁及び副弁の全閉状態から副弁を９０°回動させた状態で駆動車のピンを被動車の案内溝に係合させた状態となり、当該係合させた状態で副弁をさらに１８０°、主弁を９０°回動させて主弁を全開させると共に副弁を主弁と同じ向きとするよう各弁への連動を調整されてなるものである。このように本発明によれば、前記主弁及び副弁の全閉状態から駆動車のピンが被動車の案内溝に係合するまでの駆動車の回動を副弁の９０°の回動と対応させ、且つさらなる副弁の１８０°の回動と主弁の９０°の回動を同期させて行い、全閉状態から駆動車を弁開き側に回転させると、まず副弁のみが９０°回転して閉から開となり、次に主弁が９０°回動して閉から開となると共に副弁もさらに１８０°回動させて主弁に対し閉止状態となることにより、副弁を主弁に対し開いて流体の弁通過を可能とした状態で主弁の開閉を行え、主弁開閉時の圧力の急変を確実に防いで、水撃等を発生させないと共に、主弁が全開状態の場合に副弁は主弁に対して確実に閉止されて流体の通り抜けるような孔が生じない状態となり、副弁付近での流れの乱れを防いで流体に対する弁の抵抗を小さく抑えられる。
【００１３】
また、本発明に係る副弁付バタフライ弁用操作装置は必要に応じて、最終減速段にウォームギヤを有し、前記駆動車の駆動軸部に駆動力を入力するアクチュエータを備えるものである。このように本発明によれば、駆動車の前段にウォームギヤを有するアクチュエータを配設し、アクチュエータで駆動軸部を駆動して各弁を操作することにより、出力側のウォームホイールから入力側のウォームへの逆転がほとんど不可能な性質で被動車及び駆動車側に外部の力が加わってもアクチュエータが影響を受けないこととなり、流体から弁を動かそうとする圧力が加わっても、アクチュエータで被動車及び駆動車を動かす駆動力は変化せず、各弁は制御された状態を維持でき、流れによる弁の異常動作が防げる。
【００１４】
また、本発明に係る副弁付バタフライ弁用操作装置は必要に応じて、前記駆動車のピンとして、円筒状のローラが回動自在に軸支されるものである。このように本発明によれば、駆動車に回動自在なローラを配設し、ピンとして案内溝との係合を行わせることにより、ピンと案内溝との接触が転がり接触となって摩擦等の抵抗が減り、被動車及び主弁をよりスムーズに動かせると共に、摺動による摩耗が減少して耐久性が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置を図１〜図６に基づいて説明する。この図１は本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の概略構成断面図、図２は本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部平面図、図３は本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の駆動車単独回動状態説明図、図４は本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の駆動車・被動車連動状態説明図、図５は本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置による副弁回動状態説明図、図６は本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置による主弁・副弁回動状態説明図を示す。
【００１６】
前記各図に示すように、本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置１は、管路中に配設される弁胴１０３内に回動自在に軸支され、主弁軸１０６を上部に固着される主弁１０１、及び、この主弁１０１中央に設けられた孔１０１ａ内に回動自在に配設され、主弁軸１０６の中心を貫通して配設される副弁軸１０７を上部に固着される副弁１０２を有してなる副弁付バタフライ弁１００（図８、図９参照）と組合わせて用いられる装置であり、前記弁胴１０３の上部に配設される装置枠２と、この装置枠２に回動自在に配設され、駆動力を入力されて回動する駆動車３と、駆動車３に回動自在に配設され、駆動車３にねじりばね４ａを介して連結するストッパアーム４と、前記装置枠２に前記主弁軸１０６と一体に連結して回動自在に配設され、駆動車３の回動に対し所定期間はストッパアーム４先端の接触で動かないよう拘束され、それ以外は駆動車３の一部に係合して連動して回動する被動車５と、前記被動車５の回転中心を貫通して前記副弁軸１０７と一体に連結して回動自在に配設され、前記駆動車３から駆動力を得て回動する歯車軸６と、前記駆動車３を位置制御しながら駆動するアクチュエータ７とを備えてなる構成である。
【００１７】
前記駆動車３は、前記装置枠２に回動自在に軸支され、上端側をアクチュエータ７の最終段のウォームホイール７ｂに固定される駆動軸部３ａと、駆動軸部３ａから半径方向に所定長さ延出させて形成されるクランクアーム３ｂと、このクランクアーム３ｂの先端下側に駆動軸部３ａと平行なローラ軸３ｃを中心に回動自在に配設されるローラ３ｄと、駆動軸部３ａの下端部に一体に配設される歯車部３ｅとを有してなる構成である。駆動車３のローラ３ｄは摺動するため、材質として砲金が用いられる。
【００１８】
前記ストッパアーム４は、前記駆動車３のクランクアーム３ｂ下側における駆動軸部３ａに回動自在に取付けられ、駆動軸部３ａ半径方向に突出する板状体である。ストッパアーム４とクランクアーム３ｂとの間には、両端部をそれぞれストッパアーム４とクランクアーム３ｂに固定されるねじりばね４ａが配設され、ストッパアーム４をクランクアーム３ｂに近接させる回転方向（図３における反時計回り方向）に付勢する。これにより、ストッパアーム４は他から拘束力を受けない限りクランクアーム３ｂ先端部分に接触して駆動車３と共に回動する。
【００１９】
前記被動車５は、前記駆動車３の駆動軸部３ａに平行で且つ駆動車３に接触しない位置で、すなわち図１に実線及び二点鎖線で示される駆動車３の回動範囲から外れた位置で装置枠２に回動自在に軸支され、下端内側に主弁軸１０６端部を挿入固定される被動軸部５ａと、この被動軸部５ａの上部に略板状に形成される基盤部５ｂと、基盤部５ｂの上面に軸心に対して半径方向に形成され、前記駆動車３のローラ３ｄが係脱自在に嵌まり込む案内溝５ｃと、基盤部５ｂの上面の案内溝５ｃ近傍の駆動車３と干渉しない所定位置、すなわち図３及び図４で示される駆動車３の回動範囲から外れた所定位置に案内溝５ｃより上側へ突出して形成され、前記ストッパアーム４先端が必要に応じて接触する突片としてのストッパ接触部５ｄとを備える構成である。被動車５の案内溝５ｃは摺接するローラ３ｄから力を受けるため、表面を焼き入れ等で硬化させて十分な強度に形成される。なお、駆動車３と被動車５の収納される装置枠２内は潤滑剤が封入されて双方の摺動部分は十分に潤滑される状態となっている。
【００２０】
前記歯車軸６は、一端部に駆動車３の歯車部３ｅと１：１のギヤ比で噛合して駆動力を得る歯車部６ａを形成され、被動車５の回転中心を貫通する他端部内側に副弁軸１０７端部を挿入固定される構成である。
【００２１】
前記アクチュエータ７は、最終の減速段にウォームギヤを配した公知の電動式の弁開閉用装置で、ウォーム７ａの軸端に緊急時等における手動開閉用のハンドル（図示を省略）を備える構成である。流体から弁を勝手に動かそうとする力が加わっても、出力側のウォームホイール７ｂから入力側のウォーム７ａへの逆転がほとんど不可能な性質によるセルフロック機能で、ウォームギヤより先の機構部分は制御された状態を維持でき、弁の異常動作が起りにくくなっている。
【００２２】
前記駆動車３と被動車５で構成される回動伝達機構は、駆動車３の一回転に対し、被動車５が所定角度回転すると共に所定期間休止する間欠機構であり、駆動車３と被動車５の軸間距離を小さくして機構を小型にできること、また、被動車５の回転角を駆動車３の回転角に比べて小さく減速側に設定できると共に、駆動車３の一回転における被動車５の休止期間を回動期間に比べて短くして、駆動車３から被動車５への駆動力の伝達がスムーズ且つ強力に行われることを特徴とする内接ゼネバ機構を応用したものとなっている。駆動車３は、装置枠２による規制で２７０°の範囲で回動させ、これと一体に副弁１０２が弁胴１０３に対して２７０°回動するようにしている。被動車５は、駆動車３の２７０°の回動のうち９０°の回動期間は休止し、残りの１８０°の回動期間に駆動車３による駆動で９０°だけ回転し、主弁１０１を弁胴１０３に対し９０°回動させるようにしている。
【００２３】
ここで、被動車５の休止期間を、主弁１０１及び副弁１０２の全閉状態からの開き初めの段階に設定することで、主弁１０１を閉止させた状態で副弁１０２を９０°、すなわち閉から開まで回転させ、次に副弁１０２を回転させつつ主弁１０１を閉止状態から開まで９０°回転させる構成となり、逆に弁を閉じる際においても、副弁１０２が回転しながらまず主弁１０１が閉じ、その後に副弁１０２が開から閉となる仕組みが実現する。こうして、主弁１０１を閉じる際に流体のわずかな流れを確保して管路を急閉鎖しないようにし、管路内圧力の急変を防いでいる。
【００２４】
また、一般の内接ゼネバ機構では、駆動側のみが回動して被動側に駆動力が伝わらない場合、駆動側が被動側に接触、摺動しながら被動側の運動を拘束する仕組みであるが、本発明の装置では、内接ゼネバ機構の駆動側となる駆動車３とストッパアーム４を分離構造としていることから、駆動車３のみを回動させて被動車５は回動させない場合に、ストッパアーム４を駆動車３と一緒には動かさずに被動車５に接触させた状態で静止させられ、ストッパアーム４及び被動車５に摺動による摩耗が生じにくくなっている。
【００２５】
次に、前記構成に基づく副弁付バタフライ弁用操作装置の弁開閉動作について説明する。主弁１０１、副弁１０２共に閉止した全閉状態（図３（Ａ）、図５（Ａ）参照）から、アクチュエータ７を作動させると、アクチュエータ７の最終段のウォームホイール７ｂが、ウォーム７ａに対し所定の減速比で回転し、ウォームホイール７ｂに一体に取付けられた駆動車３の駆動軸部３ａに駆動力を与える。駆動車３は駆動力を受けて回転し、図３（Ａ）に示す主弁及び副弁の全閉状態で駆動車３のローラ３ｄが被動車５の案内溝５ｃから外れて案内溝５ｃに係合していないために駆動車３のみで回転し、歯車部３ｅ、６ａを介して副弁軸１０７を駆動し、副弁１０２を回転させる（図５（Ｂ）参照）。図３に示すように、この駆動車３の前記ピンとしてのローラ３ｄが被動車５の案内溝５ｃから外れて案内溝５ｃに係合していない期間は、駆動車３と被動車５が接触していない状態であり、ストッパアーム４の回動中心から離れた先端部が被動車５の前記突片としてのストッパ接触部５ｄ側面に接触して駆動車３とは離れつつも被動車５を回転しないよう拘束していることから、主弁１０１に流体からの圧力が加わっても、主弁１０１をはじめ主弁軸１０６、被動車５及び駆動車３にがたつき等の発生もなく確実に主弁１０１の閉止状態を保つ。
【００２６】
駆動車３が回転を続け、駆動車３のローラ３ｄが被動車５の案内溝５ｃに係合する直前に、駆動車３のクランクアーム３ｂがストッパアーム４に接触し（図３（Ｂ）参照）、ストッパアーム４が駆動車３のクランクアーム３ｂに押されて回転を開始する。回転でストッパアーム４の先端がストッパ接触部５ｄから離れると（図４（Ａ）参照）、ストッパアーム４とストッパ接触部５ｄの接触による運動の拘束がなくなるため、被動車５は駆動車３の駆動に伴って回動できるようになる。さらに駆動車３が回転を続け、副弁１０２が閉止位置から９０°回転して開になると（図６（Ａ）参照）、駆動車３のローラ３ｄが被動車５の案内溝５ｃに係合し、回転する駆動車３のローラ３ｄが案内溝５ｃの側壁を転がりつつ押すことにより、被動車５も回転し、主弁軸１０６を介して主弁１０１を回動させる（図４（Ｂ）、図６（Ｂ）参照）。
【００２７】
主弁１０１の任意の開度位置において、流体から主弁１０１を勝手に動かそうとする圧力が加わっても、ローラ３ｄと案内溝５ｃがガタなく係合していることに加え、被動車５と一体に回転する駆動車３の前段には入力側と出力側の逆転が困難なウォームギヤが配設されているため、被動車５並びに駆動車３が出力側からの力、すなわち流体から弁に加わる力で動くことはなく、主弁１０１は常に正しく開度制御された状態を保つ。
【００２８】
アクチュエータ７による駆動車３の回転を続けると、最終的に主弁１０１が閉止状態から９０°回転して開となると共に、副弁１０２が開位置から１８０°、すなわち初めの全閉状態から２７０°回動し、主弁１０１に対し開−閉−開の各状態を経て閉状態（弁胴１０３に対しては開）となる（図４（Ｃ）、図６（Ｃ）参照）。この位置で、駆動車３は装置枠２による規制でそれ以上回動できないので、アクチュエータ７を停止制御して、各弁を全開状態に保持する。
【００２９】
一方、閉止動作においては、主弁１０１、副弁１０２共に全開の状態（図４（Ｃ）、図６（Ｃ）参照）から、アクチュエータ７を前記と逆向きに作動させると、ウォームホイール７ｂと共に駆動車３が逆向きに回転し、歯車部３ｅ、６ａを介して副弁軸１０７を駆動し、副弁１０２を回転させると共に、駆動車３のローラ３ｄが被動車５の案内溝５ｃの側壁を転がりつつ押すことにより被動車５を回転させ、主弁軸１０６を介して主弁１０１を回転させる。前記同様、流体から弁を勝手に動かそうとする圧力が加わっても、主弁１０１は常に正しく開度制御された状態を保つ。また、駆動車３の回転と共に、ストッパアーム４もねじりばね４ａの付勢によってクランクアーム３ｂに近接した状態のままで駆動車３に追随して逆向きに回転する。
【００３０】
駆動車３が回転を続け、主弁１０１が９０°回転して閉状態になると共に副弁が１８０°回転して再び開状態になる（図４（Ａ）、図６（Ａ）参照）と、ローラ３ｄの案内溝５ｃへの係合が外れ、さらにクランクアーム３ｂと共に回転してきたストッパアーム４の先端部と被動車５のストッパ接触部５ｄが接触し（図３（Ｂ）参照）、被動車５の運動を拘束するため、被動車５は開方向に回転できなくなり、主弁１０１は確実に閉状態に保たれる。
【００３１】
さらに駆動車３を回転させると、図３に示すように駆動車３のローラ３ｄが被動車５の案内溝５ｃから外れて案内溝５ｃに係合していないために駆動車３のみで回転して、副弁１０２を開位置からさらに回転させる。副弁１０２は、この開位置から９０°、すなわち当初の全開位置から２７０°回転して閉状態となり、駆動車３は装置枠２による規制でそれ以上回動しないので、アクチュエータ７を停止制御し、各弁を全閉状態に保持する（図３（Ａ）、図５（Ａ）参照）。
【００３２】
このように、本実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置では、駆動車３、被動車５、及びストッパアーム４を組合わせて間欠回動機構を構成し、主弁１０１及び副弁１０２と適切に連動させて開閉させられることから、副弁１０２を開いた状態で主弁１０１の開閉を行い、弁開閉時の管路中の圧力急変を防いで水撃等を発生させない機能を有しながら、主弁１０１と副弁１０２の駆動力を駆動車３からそれぞれ適切に分配してアクチュエータ７を一つにすることができ、制御系も一系統で済み、シンプルな機構として部品点数を減らせ、コストダウンが図れると共に、手動開閉の場合には一箇所の操作ですみ、作業性が大きく向上する。また、主弁１０１が開状態の場合に副弁１０２は主弁１０１に対して閉となり、流体が副弁１０２付近で乱れることがなく、流体に対する抵抗が小さくなって流れの効率を高められる。
【００３３】
なお、前記実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置においては、駆動車３と被動車５による回転伝達機構が、内接ゼネバ機構を応用した間欠機構となっている構成であるが、この他に、外接ゼネバ機構や間欠ピン歯車機構などの間欠機構を用いる構成とすることもできる。
【００３４】
また、前記実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置においては、ストッパアーム４の運動拘束をねじりばね４ａを用いて行う構成としているが、この他、図７に示すように、ストッパアーム４と駆動車３、及び被動車５にマグネット８を取付ける構成とすることもでき、駆動車３のローラ３ｄが案内溝５ｃに接触していない間はストッパアーム４と被動車５を吸着させて被動車５の拘束を確実に維持し（図７（Ａ）参照）、駆動車３のクランクアーム３ｂがストッパアーム４を押して回転させる際にはこれらを互いに吸着させ（図７（Ｂ）参照）、逆回転の際にクランクアーム３ｂに吸着させたストッパアーム４をそのまま駆動車３と一体に回転させられることとなり、ストッパアーム４の適切な回動が簡略な機構で実現でき、装置製作におけるコストダウンが図れる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、ピンを有してなる駆動車、案内溝及び突片を有してなる被動車、及びストッパアームをそれぞれ配設し、ピンと案内溝、並びにストッパアームと突片の各係合関係で適切な間欠回動機構を構成し、主弁及び副弁と適切に連動させることにより、主弁と副弁の全閉状態から駆動車を弁開き側に回転させると、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合しない所定期間は駆動車のみ回動して副弁のみを閉から開まで回転させ、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合すると被動車が駆動車と共に回転して副弁と共に主弁を回転させて開状態とし、逆に全開状態から駆動車を弁閉じ側に回転させると、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合している所定期間は被動車が駆動車と共に回動し、副弁と共に主弁を回動させてまず主弁を閉状態とし、駆動車のピンが被動車の案内溝に係合しなくなってからは駆動車のみ回動して残った副弁を開状態から閉状態として全閉状態とすることとなり、副弁を開いた状態での主弁の開閉を一つの駆動源で実現でき、開閉時の圧力急変がなく水撃等が発生しない性質を確保しつつ、簡略な構造にして部品点数を減らせ、且つ制御系も一系統のみの配設で事足りるなど、大幅にコストダウンが図れると共に、手動で開閉する場合も操作が一箇所で済み、作業性が大きく向上するという効果を奏する。
また、本発明においては、駆動車及び被動車で全開状態の主弁に対して副弁を閉止状態とするように連動させることにより、全開状態で副弁を閉じた主弁に流体が通り抜けるような孔は生じず、副弁付近での流れの乱れを防いで流体に対する弁の抵抗を小さく抑えられるという効果を有する。
また、本発明においては、前記主弁及び副弁の全閉状態から駆動車のピンが被動車の案内溝に係合するまでの駆動車の回動を副弁の９０°の回動と対応させ、且つさらなる副弁の１８０°の回動と主弁の９０°の回動を同期させて行い、全閉状態から駆動車を弁開き側に回転させると、まず副弁のみが９０°回転して閉から開となり、次に主弁が９０°回動して閉から開となると共に副弁もさらに１８０°回動させて主弁に対し閉止状態となることにより、副弁を主弁に対し開いて流体の弁通過を可能とした状態で主弁の開閉を行え、主弁開閉時の圧力の急変を確実に防いで、水撃等を発生させないと共に、主弁が全開状態の場合に副弁は主弁に対して確実に閉止されて流体の通り抜けるような孔が生じない状態となり、副弁付近での流れの乱れを防いで流体に対する弁の抵抗を小さく抑えられるという効果を有する。
また、本発明においては、駆動車の前段にウォームギヤを有するアクチュエータを配設し、アクチュエータで駆動軸部を駆動して各弁を操作することにより、出力側のウォームホイールから入力側のウォームへの逆転がほとんど不可能な性質で被動車及び駆動車側に外部の力が加わってもアクチュエータが影響を受けないこととなり、流体から弁を動かそうとする圧力が加わっても、アクチュエータで被動車及び駆動車を動かす駆動力は変化せず、各弁は制御された状態を維持でき、流れによる弁の異常動作が防げるという効果を有する。
また、本発明においては、駆動車に回動自在なローラを配設し、ピンとして案内溝との係合を行わせることにより、ピンと案内溝との接触が転がり接触となって摩擦等の抵抗が減り、被動車及び主弁をよりスムーズに動かせると共に、摺動による摩耗が減少して耐久性が向上するという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の概略構成断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部平面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の主弁及び副弁全閉時状態説明図である。
（Ｂ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の駆動車とストッパアームの接触開始状態説明図である。
【図４】（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の駆動車と被動車の係合開始状態説明図である。
（Ｂ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の主弁４５°開時状態説明図である。
（Ｃ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の主弁及び副弁全開時状態説明図である。
【図５】（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置による主弁及び副弁全閉状態説明図である。
（Ｂ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置による副弁開状態説明図である。
【図６】（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置による副弁全開状態説明図である。
（Ｂ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置による主弁４５°開状態説明図である。
（Ｃ）は本発明の一実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置による主弁及び副弁全開状態説明図である。
【図７】（Ａ）は本発明の他の実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の主弁及び副弁全閉時状態説明図である。
（Ｂ）は本発明の他の実施の形態に係る副弁付バタフライ弁用操作装置の要部の駆動車と被動車の係合開始状態説明図である。
【図８】従来の副弁付バタフライ弁の概略構成断面図である。
【図９】従来の副弁付バタフライ弁の要部概略構成図である。
【符号の説明】
１ 副弁付バタフライ弁用操作装置
２ 装置枠
３ 駆動車
３ａ 駆動軸部
３ｂ クランクアーム
３ｃ ローラ軸
３ｄ ローラ
３ｅ 歯車部
４ ストッパアーム
４ａ ねじりばね
５ 被動車
５ａ 被動軸部
５ｂ 基盤部
５ｃ 案内溝
５ｄ ストッパ接触部
６ 歯車軸
６ａ 歯車部
７ アクチュエータ
７ａ、１１１ ウォーム
７ｂ、１１２ ウォームホイール
８ マグネット
１００ 副弁付バタフライ弁
１０１ 主弁
１０１ａ 孔
１０２ 副弁
１０３ 弁胴
１０４ 固定ケース
１０５ 回動ケース
１０５ａ 固定ギヤ
１０６ 主弁軸
１０７ 副弁軸
１０７ａ ギヤ部材
１０８ ハンドル軸
１０８ａ アーム
１０８ｂ 副弁操作ハンドル
１０９ 遊星歯車
１０９ａ 上部遊星歯車
１０９ｂ 下部遊星歯車
１１０ 主弁操作ハンドル
Claims (5)
- バタフライ型の主弁の所定位置にバタフライ型の副弁が配設され、且つ副弁軸が主弁軸中心を貫通して配設されてなる副弁付バタフライ弁に対し、前記各弁軸を回動させて前記各弁の開閉操作を行う副弁付バタフライ弁用操作装置において、
前記主弁を取囲む弁胴の外部に配設される装置枠と、
当該装置枠に回動自在に軸支される駆動軸部を有し、当該駆動軸部から半径方向に所定径離れた位置に駆動軸部に平行な円筒体のピンが配設され、前記駆動軸部の一端部に歯車部が配設されてなり、駆動軸部に駆動力を入力されて回動する駆動車と、
前記駆動車の駆動軸部に平行で且つ駆動車の回動範囲から外れた位置で装置枠に回動自在に軸支される被動軸部を有し、当該被動軸部と一体に軸方向に略垂直な略板状の基盤部が形成され、当該基盤部に前記駆動車のピンが係脱自在に嵌まり込む案内溝が被動軸部の半径方向に形成されると共に、当該案内溝近傍の駆動車の回動範囲から外れた所定位置に突片が形成されてなり、前記被動軸部に前記主弁軸が軸心を同じくして一体に固定される被動車と、
前記被動車の被動軸部を貫通して回動自在に配設され、一端部に前記駆動車の歯車部と噛合して駆動力を得る歯車部を形成され、他端部に前記副弁軸が軸心を同じくして一体に固定されてなる歯車軸と、
前記装置枠内で前記駆動車と回動中心を同じくして回動自在に配設される所定長さの部材で形成され、前記駆動車に対し近付こうとする回動方向に付勢されてなり、駆動車のピンが被動車の案内溝から外れている状態では被動車における前記突片に回動中心から離れた一端部を接触させて駆動車から離れ、且つ駆動車と被動車が接触する状態では回動する駆動車に接触して一体に回動すると共に一端部を突片から離すストッパアームとを備え、
前記駆動車及び被動車が、前記主弁及び副弁の全閉状態においては駆動車のピンを被動車の案内溝から外している状態となると共に、前記全閉状態から副弁を回動させる途中で駆動車のピンを被動車の案内溝に係合させた状態となり、当該係合させた状態で少なくとも主弁を全開とするよう主弁及び副弁への連動を調整されてなることを特徴とする副弁付バタフライ弁用操作装置。 - 前記請求項１に記載の副弁付バタフライ弁用操作装置において、
前記駆動車及び被動車が、前記主弁の全開状態において副弁を主弁に対し閉止状態とするように各弁を連動させることを
特徴とする副弁付バタフライ弁用操作装置。 - 前記請求項１又は２に記載の副弁付バタフライ弁用操作装置において、
前記駆動車及び被動車が、前記主弁及び副弁の全閉状態から副弁を９０°回動させた状態で駆動車のピンを被動車の案内溝に係合させた状態となり、当該係合させた状態で副弁をさらに１８０°、主弁を９０°回動させて主弁を全開させると共に副弁を主弁と同じ向きとするよう各弁への連動を調整されてなることを
特徴とする副弁付バタフライ弁用操作装置。 - 前記請求項１ないし３のいずれかに記載の副弁付バタフライ弁用操作装置において、
最終減速段にウォームギヤを有し、前記駆動車の駆動軸部に駆動力を入力するアクチュエータを備えることを
特徴とする副弁付バタフライ弁用操作装置。 - 前記請求項１ないし４のいずれかに記載の副弁付バタフライ弁用操作装置において、
前記駆動車のピンとして、円筒状のローラが回動自在に軸支されることを
特徴とする副弁付バタフライ弁用操作装置。
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