JP3923037B2 - 回転弁の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、回転弁の制御装置に関するものである。

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開閉できるものとされる。このため、回転弁には回転弁の開度制限装置が付設されている。この制限装置は、弁体が全閉位置を越えてさらに閉じる方向に動かないようにするとともに、９０度を越えてさらに弁体が開く方向に動かないようにしている。

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とともに、７０度に開いた状態で維持することが必要とされることがある。従って、回転弁の開度制限装置は弁体を全開まで開かないで、中間の特定位置まで開き、その位置で停止させることが必要とされる。

回転弁には弁体を回動させるために、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形式のものがある。例えば、レバー式、ギヤ式、シリンダ式、電動式などがある。何れの形式のものであっても、アクチュエータは、その中に弁体の開度制限装置を含んでいた。

その開度制限装置は、何れも回転弁の弁本体に固定される外殻と、外殻内にあって回転弁の弁体とともに回動する回動軸とを必要とするものであった。また、回動軸にはウォームホイール又はカムが付設され、外殻にはボルトが付設され、ボルトがウォームホイール又はカムの外周に当接して弁体の回動を制止するようにされた。

手動のギヤ式アクチュエータを例に採ると、アクチュエータは図１に示すように、外殻内で回動する回動軸にウォームホイールを固定して回動するものとされた。すなわち、アクチュエータは外殻Ａと外殻Ａ内で回動する回動軸Ｂとからなり、外殻Ａは回転弁の弁本体がわに固定されるものであり、回動軸Ｂはその中心孔Ｃ内に回転弁の弁軸を通して、回転弁の弁体とともに回動するものとされた。回動軸ＢはウォームホイールＤを備え、ウォームホイールＤはウォームＥと噛み合い、ハンドルＦによって回動するものとされた。

図１のアクチュエータは、弁体の開度を制限するために、次のような機構を備えている。すなわち、ウォームホイールＤの外周には、外方へ互いに垂直方向に延びる平面部分ＰとＱとが形成されていた。他方、外殻Ａには、ボルトＳとＴとが付設され、これらのボルトはウォームホイールＤの外周に向かうものとされた。

図１において、ウォームホイールＤを矢印Ｘ方向に回動させると、ウォームホイールＤは平面部分ＱがボルトＴに衝突するに至るので、ウォームホイールＤはそれ以上矢印Ｘ方向に回動できなくなる。このとき、ウォームホイールＤは逆に矢印Ｙ方向には回動することができる。そこで、ウォームホイールＤを矢印Ｙ方向に回動させて、約９０度回動すると、ウォームホイールＤは平面部分ＰをボルトＳに衝突させて、これ以上回動できなくなる。このため、ウォームホイールＤは約９０度の角度範囲内だけ回動できることとなる。これに伴ない、回動軸Ｂは約９０度の範囲内だけ回動するものとなる。

回転弁では、前述のように、弁体を全開にしないで例えば約７０度の半開状態まで開くだけとしたい、という要求が起きることがある。図１に示したアクチュエータでは、上記の要求を満たすために、これまで次のような手段が採られて来た。すなわち、図１に示した状態が弁体を全閉にしたときを示すものとすると、この要求を満たすために、ボルトＳを深く推進させて、アクチュエータを図２に示したような状態にして来た。

図２では、ボルトＴはそのままにされて、ボルトＳだけが外殻Ａ上で深く挿入されている。この状態でウォームホイールＤが矢印Ｙの方向に回動されると、ボルトＳの先端がウォームホイールの外周と、図１に示した位置よりも平面部分Ｑに近いところで当接して、ウォームホイールＤの回動が止められる。このため回動軸Ｂは弁体を全開するに至らないで回動が停止され、従って弁体は半開の状態まで開くことができるだけとなる。

図２に示した状態のとき、ウォームホイールＤとボルトＳとは、図３に示したような当接状態となっている。すなわち、図３ではボルトＳの先端が水平に延びる円形の平面となっているのに、ウォームホイールＤの外周は平面部分Ｐが水平に対して傾いた平面となっているため、その接触面は殆ど点に近い小さな面となる。

このため、ボルトＳとウォームホイールＤとが接触を繰り返すと、接触点が次第に潰れて変形するに至る。このため、ボルトＳとウォームホイールＤとは接触を繰り返す間に、相互の位置関係が狂うこととなる。その結果、相互の位置関係を調整する必要が生じ、この調整を怠ると、弁体を正確に所望の開度に維持することができなくなる。ところが、この位置関係の調整は容易でない。なぜならば、位置関係の調整のためには、アクチュエータを配管から外した上で、ウォームホイールとボルトとを取り換える必要があり、アクチュエータの配管からの取り外しも、また、ウォームホイールとボルトとの取り換えも煩瑣な作業である上に、アクチュエータを配管に取り付けたあとでの弁体開度の調整がまた厄介だからである。

以上は弁体開度の上限を低下させる場合を例に取って説明したが、弁体開度の下限を上昇させる場合にも、全く同じことが起こる。

この発明は、ボルトとウォームホイールとの接触状態を改良して、上述のような接触部分の変形を防止し、これによってアクチュエータにおけるボルトとウォームホイールとの位置関係を調整する必要をなくし、回転弁の使用を容易にしようとするものである。

この発明者はウォームホイールの外周に、回転弁の全閉時又は全開時にボルトが接触する平面部分と同様な平面部分を新たに異なった角度に傾斜させて設け、ボルトの先端面を新たに設けた平面部分に平面的に接触させることによって、上記の課題が解決できることを見出した。

また、ウォームホイールの外周に新たに上記の平面部分を設ける代わりに、新たにカムを設けてカムに上記のような平面部分を設けることによっても、上記の課題が解決できることを見出した。この発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。

この発明は、回転弁に固定される外殻内に、回転弁の弁体とともに回動する回動軸を付設し、回動軸にウォームホイール又はカムを固定し、外殻にボルトを付設してボルトをウォームホイール又はカムの外周に当接して弁体の回動する範囲を規制する回転弁の制御装置において、上記ウォームホイール又はカムの外周に互いに垂直に外方へ延びる平面部分を形成し、平面部分の間に回動中心を基準にして平面部分よりも半径方向に突出していない中間部分を形成し、中間部分に上記平面部分と鈍角をなして斜めに延びる第２の平面部分を新たに付設し、上記ボルトをウォームホイール又はカムに向けてさらに推進し、ボルトの先端を第２の平面部分に平面的に当接させるようにしたことを特徴とする、回転弁の制御装置を提供するものである。

この発明によれば、回転弁に固定される外殻内に、回転弁の弁体とともに回動する回動軸を付設し、回動軸にウォームホイール又はカムを固定し、外殻にボルトを付設してボルトをウォームホイール又はカムの外周に当接して弁体の回動する範囲を規制することとした回転弁の制御装置において、上記ウォームホイール又はカムの外周に互いに垂直に外方へ延びる平面部分を形成し、平面部分の間に回動中心を基準にして平面部分よりも半径方向に突出していない中間部分を形成したので、ウォームホイール又はカムは中間部分をボルトに衝突させないで、互いに垂直に延びる平面部分間を全く自由に回動させることができる。この点は従来の回転弁の制御装置と同じである。

この発明では、上記の中間部分に、互いに垂直に外方へ延びる平面部分と鈍角をなして斜めに延びる第２の平面部分を付設したから、ボルトを外殻上でさらに深く進入させると、ウォームホイール又はカムは回動中に垂直に延びる平面部分に到達する前に、ボルトの先が第２の平面部分に当接することとなる。このためウォームホイール又はカムは９０度の角度まで回動する前に回動が停止される。このとき、第２の平面部分の傾きを適度にすることにより、ボルトの先端に位置する平面を第２の平面部分と平面的に当接させることができる。このため、ボルトの先がウォームホイール又はカムに頻繁に当接しても、当接面は変形し難いこととなる。その結果、ボルトとウォームホイール又はカムとの位置関係を常に同じように保持することができ、従ってこれらの位置関係を調整する必要がなくなる。また、前述のようなウォームホイール又はカムを取り換える必要がなくなり、制御装置の寿命を延ばすことができる。この発明はこのような利益をもたらすものである。

この発明を実施の一例について図面に基づき説明すると、次のとおりである。図４は、この発明に係る回転弁の制御装置に用いることのできる回動軸の拡大断面図である。図５は、図４に示した回動軸を付設して作られた、この発明に係る制御装置の断面図である。図６は、図５に示した制御装置において、回動軸が回動された状態を示す断面図である。図７は、ボルトがさらにウォームホイールに向かって推進されて、回動軸が約７０度回転した位置で停止された状態を示す、この発明に係る制御装置の断面図である。図８は、図７に示した制御装置の一部の拡大断面図である。

この発明で用いることのできる回動軸は、図４に拡大して示したような構造のものである。図４の回動軸１は中心孔Ｃを備え、その外周にウォームホイールＤを備えている。ウォームホイールＤは、その外周に互いに垂直方向に延びる平面部分ＰとＱとを備えており、その間に中間部分が形成されている。中間部分は、中心孔を基準にして、平面部分より半径方向に突出していないものとされる。これらの点では、この発明で用いる回動軸は、図２に示した従来の回動軸と変りがない。

図４に示した回動軸１が従来の回動軸と異なるのは、中間部分に平面部分Ｐ又はＱと鈍角をなして斜めに延びる第２の平面部分Ｌが設けられている、という点である。平面部分Ｐと第２の平面部分Ｌとが形成する頂角αは、鈍角であって、その大きさは１７０度ないし１５０度の大きな角度とされる。同様に平面部分Ｑに対しても第２の平面部分Ｍが設けられ、その間の頂角も１７０度ないし１５０度の大きな角度とされる。第２の平面部分ＬとＭとの間には中間部分が形成されているが、その中間部分は回動中心を基準として半径方向に第２の平面部分Ｌ及びＭよりも突出していない状態とされる。

図４に示した回動軸１は、従来の外殻と同様な外殻Ａ内に収容されて、図５に示したようなこの発明に係る制御装置を構成する。こうして構成された制御装置は、約９０度の角度範囲内で作動するときには、従来の制御装置と全く変りがない。すなわち、ハンドルＦを回転させて、回動軸１を矢印Ｙ方向に回動させると、ボルトＳの先が平面部分Ｐに当接して、回動軸１の回動が停止し、制御装置は図６に示したような状態となる。図６に示した状態から、ハンドルＦを前とは逆に回転させて、回動軸１を矢印Ｘ方向に回動させると、ボルトＴの先が平面部分Ｑに当接して、回動軸１の回動が停止して、図５に示したような状態に戻る。このように、回動軸１を約９０度の角度範囲内で回動させるときは、この発明に係る制御装置は従来の制御装置と変るところがない。

図５に示したこの発明に係る制御装置が従来のものと異なるのは、回動軸の回動する角度範囲が９０度より狭められる場合である。この場合には、ボルトＳ及びＴのうち少なくとも一方を外殻Ａ上で推進させて、ボルトの先を外殻Ａ内で一層突出させることが必要である。

図５において、ボルトＳを推進して外殻Ａ内に突出させたとし、回動軸１を矢印Ｙ方向に回動させると、ボルトＳの先が第２の平面部分Ｌに当接して回動軸１の回動を阻止するために、図７に示したような状態となって、回動軸１の回動は停止する。このため、回動軸１は、平面部分Ｐに到達する前に回動を停止して、約７０度の開き角度以上に開き得ないこととなる。

図７に示した状態では、第２の平面部分Ｌが、平面部分Ｐから鈍角を形成して斜めに延びているから、第２の平面部分ＬはボルトＳの先端に形成された平面と全面にわたって平面的な接触をすることができ、図８に示したような状態となる。このために、ボルトＳの先端が潰れたり、第２の平面部分Ｌが窪んだりして、変形の起きることが防止できる。その結果、回動軸１とボルトＳとの接触関係を永く同じ状態に保つことができる。

以上は、図５に示したボルトＳを推進させた場合について説明したが、ボルトＴを推進させて、ボルトＴの先を第２の平面部分Ｍに当接した場合も同様である。また、ウォームホイールを用いた場合を説明したが、ウォームホイールの代わりにカムを用いて全く同じように作動させることができる。

こうして、この発明によれば、従来の制御装置と同じ操作により、回転弁を９０度の角度範囲内に限定して開閉でき、またボルトを推進させるだけで、回転弁を中間角度に開いた状態に維持することができ、しかもボルトとウォームホイール又はカムとの接触による変形を少なくすることができるので、これらを取り換えることなく、また調整する必要もなく、永く使用することができる。

なお、ボルトの先端にある平面と、ウォームホイール又はカムに形成された第２の平面部分とを確実に平面的に接触させるためには、次のようにすることが望ましい。例えば、図７において回動軸１が全閉から７０度の角度だけ回動したとき、ボルトＳが第２の平面部分Ｌと平面的に接触するようにするには、平面部分Ｐと第２の平面部分Ｌとの間の頂角が９０度＋７０度＝１６０度とすることが望ましい。

従来のアクチュエータの断面図である。 図１に示したアクチュエータにおいて、回動軸の回動範囲を狭める機構を示した断面図である。 図２に示したアクチュエータの一部の拡大断面図である。 この発明で用いる回動軸の拡大断面図である。 この発明に係る回転弁の制御装置の断面図である。 図５に示した制御装置の他の状態を示した断面図である。 図５に示した制御装置のさらに別の状態を示した断面図である。 図７に示した制御装置の一部の拡大断面図である。

符号の説明

Ａ 外殻
Ｂ 従来の回動軸
Ｃ 中心孔
Ｄ ウォームホイール
Ｅ ウォーム
Ｆ ハンドル
Ｐ、Ｑ 平面部分
Ｌ、Ｍ 第２の平面部分
Ｓ、Ｔ ボルト
１ この発明で用いる回動軸

Claims (1)

1. 回転弁に固定される外殻内に、回転弁の弁体とともに回動する回動軸を付設し、回動軸にウォームホイール又はカムを固定し、外殻にボルトを付設してボルトをウォームホイール又はカムの外周に当接して弁体の回動する範囲を規制する回転弁の制御装置において、上記ウォームホイール又はカムの外周に互いに垂直に外方へ延びる平面部分を形成し、平面部分の間に回動中心を基準にして平面部分よりも半径方向に突出していない中間部分を形成し、中間部分に上記平面部分と鈍角をなして斜めに延びる第２の平面部分を新たに付設し、上記ボルトをウォームホイール又はカムに向けてさらに推進し、ボルトの先端を第２の平面部分に平面的に当接させるようにしたことを特徴とする、回転弁の制御装置。
   

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