JP4289068B2 - バルブ - Google Patents

Description

本発明は、流体の流路を開閉するバルブに関するものである。

流体の流量を制御するバルブとして、流体入口部と流体出口部を有する弁箱内の流路が弁座で仕切られ、前記弁座の弁孔が弁軸に支持された弁体で開閉されるようになっており、前記弁軸はその軸線方向に前後に開閉駆動手段で駆動され、前進して前記支持している弁体で弁孔を閉じ後退して開くようになっているバルブがある。

従来、この種のバルブにあって、前記駆動手段としてパルスモータが使用され、パルスモータの回転力を直線運動に変換して弁軸を前進・後退させて弁孔を開閉するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第２６０８５７９号公報

しかしながら、上記のバルブによれば、弁体の開閉操作は、いずれもパルスモータを駆動して行わなければならず、そのため、例えば、緊急にバルブを閉じる必要が生じた場合、瞬時にバルブを閉じることは困難であり、また、バルブが開いた状態にあるとき停電が生じたような場合、バルブを閉じることができず、流体を使用する機器に障害を発生させてしまう場合もあるといった問題があった。

本発明の目的は、緊急にバルブを閉じる必要が生じた場合や停電時に、瞬時に閉じることのできるバルブを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載のバルブは、弁箱内の流体入口部と流体出口部の間に流路が形成され、前記流路内が弁座で流体入口部側と流体出口部側に仕切られ、前記弁座の弁孔が弁軸に支持された弁体で開閉されるようになっており、前記弁軸はその軸線方向へ前後に開閉駆動手段で駆動され、前進して前記支持している弁体で弁孔を閉じ、後退して開くようになっているバルブであって、前記開閉駆動手段は、モータと、通電により回転するモータの出力軸の回転を受けて蓄勢され、モータへの通電が切れたとき蓄勢された弾発力によりモータの出力軸を反対方向へ回転させるバネと、前記モータの出力軸の回転運動を直線運動に変換し、モータの通電時の出力軸の回転で前記弁軸を後退させ、モータへの通電が切れて前記バネの弾発力で反対方向へ回転する出力軸の回転で前記弁軸を前進させる運動変換機構とを備えて構成され、前記開閉駆動手段を構成するモータは、その出力軸とこの出力軸に回転力を与える部分との間が隔壁でシールされたキャンドモータで構成されており、また、前記弁箱と前記弁体との間には、前記弁体を弁座方向へ付勢するコイルバネが介装され、前記バネの弾発力に加え、当該コイルバネの弾発力により、前記弁軸の前進をより速やかに行わせる構成とされており、さらに、前記弁体は、金属等で形成される円盤状の剛性弁体部と、この剛性弁体部の上に重ねられたゴム等で形成される円盤状の弾性弁体部と、この弾性弁体部の上に重ねられ弾性弁体部の変形を防止し、前記コイルバネの受け面となる金属板等で形成された円盤状の弁保持体部とで構成されていることを特徴とする。

かかる構成から、通電してモータを駆動し出力軸を回転させると、前記バネが蓄勢されるとともに、前記運動変換機構により前記モータの出力軸の回転運動が直線運動に変換され、前記出力軸の回転で前記弁軸が後退し弁体が弁座から離反して弁孔を開く。

このとき、前記モータの回転速度及び回転量を制御することにより、弁体の弁座からの離反速度や離反量（流量）を制御できる。

そして、前記モータの通電を切ると、前記通電により回転するモータの出力軸の回転を受けて蓄勢されたバネが、その弾発力により、通電の切れたモータの出力軸を反対方向に回転させ、この出力軸の回転運動が前記運動変換機構により直線運動に変換され、前記出力軸の回転で前記弁軸が前進し弁体が弁座に当接して弁孔を瞬時に閉じる。

また、モータが、その出力軸とこの出力軸に回転力を与える部分との間を隔壁でシールしたキャンドモータで構成されているので、モータの出力軸に回転力を与える部分からの流体漏れといった事態を確実に防止できる。
また、前記弁箱と前記弁体との間に、前記弁体を弁座方向に付勢するコイルバネが介装されているので、前記バネの弾発力に加え、前記コイルバネの弾発力により、弁軸の前進をより速やかに行わせ、より確実な閉弁状態を得ることができる。

以上のように本発明に係るバルブによれば、開弁時には、弁孔をゆっくりと設定流量まで開くことができ、そして、緊急にバルブを閉じる必要が生じた場合や停電時には、前記弁孔を瞬時に閉じることができるので、流体を使用する機器における障害等の発生を防止することができるとともに、安全性を図ることができる。

図１乃至図３は本発明に係るバルブを実施するための最良の形態例を示したもので、図１は本例のバルブで弁孔が開いた状態の縦断面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図、図３は本例のバルブで弁孔を閉じた状態の縦断面図である。

本例のバルブは、弁箱１に、供給側配管に接続される流体入口部２と排出側配管に接続される流体出口部３が設けられ、内部に流体入口部２と流体出口部３を結ぶ流路４が設けられている。

前記流路４は、仕切り壁５と仕切り壁５に設けられた弁座６で、流体入口部２と流体出口部３との間が仕切られている。前記弁座６には流体入口部２側と流体出口部３側とを連通する弁孔７が開口しており、該弁孔７は流体入口部２側に配置された弁体８で開閉されるようになっている。

この弁体８は、金属等で形成される円盤状の剛性弁体部９と、この剛性弁体部９の上に重ねられたゴム等で形成される円盤状の弾性弁体部１０と、この弾性弁体部１０の上に重ねられ弾性弁体部１０の変形を防止する金属板等で形成された円盤状の弁保持体部１１とで構成されている。前記弾性弁体部１０の外径は、剛性弁体部９の外径より大きく形成されており、そして剛性弁体部９の外径より外に張り出した弾性弁体部１０の下面はテーパ面となっている。

また、このように構成された弁体８が当接する弁座６にあっては、前記剛性弁体部９が当接する小径弁座面６ａと弾性弁体部１０のテーパ面が当接する大径弁座面６ｂが形成されており、前記弁体８の弁座６への当接時に、先ず弾性弁体部１０のテーパ面が大径弁座面６ｂに当接し、弾性弁体部１０のテーパ面の変形を経て剛性弁体部９が小径弁座面６ａに当接するように位置設定されている。

前記弁体８は弁軸１２の先端に連結支持されており、この弁軸１２は、その軸線方向に前後に開閉駆動手段１３で駆動され、前進して前記支持している弁体８を弁座６に当接させて弁孔７を閉じ、後退して開くようになっている。

前記開閉駆動手段１３は、モータ１４と、通電により回転するモータ１４の出力軸１５の回転を受けて蓄勢され、モータ１４への通電が切れたとき蓄勢された弾発力によりモータ１４の出力軸１５を反対方向に回転させるバネ１６と、前記モータ１４の出力軸１５の回転運動を直線運動に変換し、モータ１４の通電時の出力軸１５の回転で前記弁軸１２を後退させ、モータ１４への通電が切れて前記バネ１６の弾発力で反対方向に回転する出力軸１５の回転で前記弁軸１２を前進させる運動変換機構１７とを備えて構成されている。

前記モータ１４としては、回転方向、回転速度、回転量の制御が容易なパルスモータが使用されている。また、モータ１４は、出力軸１５とこの出力軸１５に回転力を与える部分との間が、非磁性材よりなる隔壁１８でシールされたキャンドモータ１４Ａで構成されている。前記隔壁１８は前記弁箱１と一体となっている。前記出力軸１５の軸線は前記弁軸１２の軸線と一致するように配置されている。

本例では、前記キャンドモータ１４Ａは、有底の筒状に形成された隔壁１８の外周囲に配置されたステータ１９と、前記筒状に形成された隔壁１８内に回転自在に配置され、前記ステータ１９の励磁で回転するロータ２０と、ロータ２０の回転軸心に固定されている出力軸１５とで構成されている。前記出力軸１５は、弁箱１に取り付けられて弁箱１との間に前記バネ１６を収容するバネ収容空間部２１を形成する支持部材２２を貫通し、その先端がバネ収容空間部２１内に挿入された状態で、該支持部材２２に軸受２３を介して回転自在に支持されている。そして、前記ステータ１９に通電し励磁することにより、ロータ２０が回転し、ロータ２０の回転により出力軸１５が回転するようになっている。この出力軸１５にはその軸心に、後に詳細に説明する前記運動変換機構１７の一部を構成するネジ孔２４が設けられている。

前記バネ１６は、図２に示すように、渦巻きバネ１６ａが用いられ、弁箱１と支持部材２２との間に形成された前記バネ収容空間部２１内に収容されて、その遠心側端部が前記支持部材２２の内壁に固定ピン２５で固定され、求心側端部が支持部材２２を貫通してバネ収容空間部２１内に挿入された前記出力軸１５の先端部外周に固定ピン２６で固定されている。そして、前記のように、モータ１４への通電により回転する出力軸１５の回転を受け、巻き締められて蓄勢され、モータ１４への通電が切れたとき蓄勢された弾発力により出力軸１５を反対方向に回転させるようになっている。

前記運動変換機構１７は、前記のように、出力軸１５の回転運動を直線運動に変換し、出力軸１５の回転方向を変えることにより、前記弁軸１２を前進後退させるものであって、前記出力軸１５に設けられたネジ孔２４と、前記弁軸１２に形成され前記ネジ孔２４に螺合する雄ネジ部２７と、前記弁軸１２を回り止めして出力軸１５の回転で弁軸１２を直線運動させる回り止め手段２８とで構成されている。

前記回り止め手段２８は、弁軸１２にその軸線方向に形成された長孔２９と、弁箱１に設けられて前記長孔２９内に摺動自在に挿入された回り止めピン３０とで構成されている。

更に、本例では、弁箱１と弁体８との間に、弁体８を弁座６方向に付勢するコイルバネ３１が介装されており、前記渦巻きバネ１６ａの弾発力に加え、コイルバネ３１の弾発力により、弁軸１２の前進をより速やかに行わせ、より確実な閉弁状態を得られるようにしている。

このように構成されたバルブでは、弁体８を弁座６に当接させ、弁孔７を閉じた閉弁状態を原点とし（図３）、先ずバルブを開く場合、ステータ１９に通電し励磁することにより、ロータ２０が回転しモータ１４を駆動すると、ロータ２０の回転により出力軸１５が回転し、この出力軸１５の回転運動が運動変換機構１７を介して弁軸１２に直線運動に変換されて伝達され、弁軸１２が後退し、弁体８が弁座６から離反して弁孔７を開く（図１）。このとき、前記モータ１４の回転速度及び回転量を制御することにより、弁体８の弁座６からの離反速度や離反量（流量）を制御できる。同時に、モータ１４への通電により回転する出力軸１５の回転を受け、前記渦巻きバネ１６ａが巻き締められて蓄勢される。

この状態で、バルブを閉じる必要が生じた場合に、前記モータ１４の通電を切ると、前記通電により回転するモータ１４の出力軸１５の回転を受けて蓄勢された渦巻きバネ１６ａがその弾発力により、通電の切れたモータ１４の出力軸１５を反対方向に回転させ、この出力軸１５の回転運動が前記運動変換機構１７を介して弁軸１２に直線運動に変換されて弁軸１２に伝達され、弁軸１２が前進し、弁体８が弁座６に当接して弁孔７を瞬時に閉じる。

また、停電時にも同様にして、通電により回転するモータ１４の出力軸１５の回転を受けて蓄勢された渦巻きバネ１６ａがその弾発力により出力軸１５を反対方向に回転させ、この出力軸１５の回転運動が前記運動変換機構１７を介して弁軸１２に直線運動に変換されて弁軸１２に伝達され、弁軸１２が前進し、弁体８が弁座６に当接して弁孔７を瞬時に閉じる（図３）。

本発明に係るバルブの最良の実施の形態例で弁体が開いた状態を示す縦断面図。 図１のＸ−Ｘ線断面図。 本例のバルブで弁体が閉じた状態を示す縦断面図。

符号の説明

１ 弁箱
２ 流体入口部
３ 流体出口部
４ 流路
５ 仕切り壁
６ 弁座
６ａ 小径弁座面
６ｂ 大径弁座面
７ 弁孔
８ 弁体
９ 剛性弁体部
１０ 弾性弁体部
１１ 弁保持体部
１２ 弁軸
１３ 開閉駆動手段
１４ モータ
１４Ａ キャンドモータ
１５ 出力軸
１６ バネ
１６ａ 渦巻きバネ
１７ 運動変換機構
１８ 隔壁
１９ ステータ
２０ ロータ
２１ バネ収容空間部
２２ 支持部材
２３ 軸受
２４ ネジ孔
２５，２６ 固定ピン
２７ 雄ネジ部
２８ 回り止め手段
２９ 長孔
３０ 回り止めピン
３１ コイルバネ

Claims (1)

1. 弁箱内の流体入口部と流体出口部の間に流路が形成され、前記流路内が弁座で流体入口部側と流体出口部側に仕切られ、前記弁座の弁孔が弁軸に支持された弁体で開閉されるようになっており、前記弁軸はその軸線方向へ前後に開閉駆動手段で駆動され、前進して前記支持している弁体で弁孔を閉じ、後退して開くようになっているバルブであって、
   前記開閉駆動手段は、モータと、通電により回転するモータの出力軸の回転を受けて蓄勢され、モータへの通電が切れたとき蓄勢された弾発力によりモータの出力軸を反対方向へ回転させるバネと、前記モータの出力軸の回転運動を直線運動に変換し、モータの通電時の出力軸の回転で前記弁軸を後退させ、モータへの通電が切れて前記バネの弾発力で反対方向へ回転する出力軸の回転で前記弁軸を前進させる運動変換機構とを備えて構成され、前記開閉駆動手段を構成するモータは、その出力軸とこの出力軸に回転力を与える部分との間が隔壁でシールされたキャンドモータで構成されており、
   また、前記弁箱と前記弁体との間には、前記弁体を弁座方向へ付勢するコイルバネが介装され、前記バネの弾発力に加え、当該コイルバネの弾発力により、前記弁軸の前進をより速やかに行わせる構成とされており、
   さらに、前記弁体は、金属等で形成される円盤状の剛性弁体部と、この剛性弁体部の上に重ねられたゴム等で形成される円盤状の弾性弁体部と、この弾性弁体部の上に重ねられ弾性弁体部の変形を防止し、前記コイルバネの受け面となる金属板等で形成された円盤状の弁保持体部とで構成されていることを特徴とするバルブ。

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