JP4942340B2 - ロータリバルブ - Google Patents

Description

本発明は、粉粒体を移送するロータリバルブに関する。

サニタリ製品や食品製造など多くの工業分野で粉粒体原料を用いた加工が行われている。このような粉粒体原料を加工機に移送する工程等でロータリバルブが多く用いられる。
一般的に粉粒体の移送は、粉粒体を気体の流れに乗せて、気体と粉粒体を混合させた状態で移送する。このような気体を用いて粉粒体を移送させることは、粉粒体移送工程を構成する機械を少なくし、移送工程を密閉系とすることによって、粉塵の飛散を防止できるという利点を有する。

このようにロータリバルブは多様な工業製品製造現場等で用いられるとともに、粉粒体移送過程において気体を用いるので、使用された現場に適した形状を有する必要があるとともに部品間の継ぎ目を最小限にし、供給される気体流に対する密閉性を備える必要性があり、ロータリバルブのケーシングは鋳造によって形成されることが一般的である。したがって、ロータリバルブのケーシングは主に鋳鉄で形成されるものとなる。

図５に、一般的なロータリバルブの縦断面図を示す。
ロータリバルブ（Ｖ）は、ロータリバルブ（Ｖ）外面を構成するケーシング（Ｃ）を備える。ケーシング（Ｃ）は、その内部に断面円形の粉粒体移送室（Ｒ）が形成されている。粉粒体移送室（Ｒ）内部には、ロータ（Ｆ）が配設され、ロータ（Ｆ）は粉粒体移送室（Ｒ）内で回転する。その回転軸は、粉粒体移送室（Ｒ）の軸と一致している。ロータ（Ｆ）は、回転シャフト（Ｓ）と回転シャフト（Ｓ）から放射線状に延設する複数の移送羽根（Ｐ）からなる。移送羽根（Ｐ）先端と粉粒体移送室（Ｒ）壁面との間には僅かなクリアランス（ＣＬ）が形成されている。

クリアランス（ＣＬ）は、粉粒体移送の面から考えれば、形成されないことが望ましい。しかしながら、クリアランス（ＣＬ）が形成されない場合、移送羽根（Ｐ）先端と粉粒体移送室（Ｒ）との間で磨耗が生ずることとなり、耐久性が著しく低減することとなる。このため、ロータリバルブ（Ｖ）は若干のクリアランスを備えているが、クリアランス（ＣＬ）が粉粒体移送工程上流と下流との間の差圧に比して大きいと、該クリアランス（ＣＬ）を通じて、移送中の粉粒体を吹き上げてしまうこととなり、粉粒体移送の安定性を阻害するものとなる。

従来のロータリバルブは、クリアランス（ＣＬ）の精度を高めるために、ケーシング（Ｃ）鋳造後、粉粒体移送室（Ｒ）を切削加工し、粉粒体移送室（Ｒ）の真円度及び壁面粗さを調えていた。また、耐磨耗性を高めるために、クロム鍍金等の鍍金処理で粉粒体移送室（Ｒ）の壁面硬度を高めていた。
しかしながら、このような方法では、粉粒体移送室（Ｒ）上面に追加の硬化層（即ち、鍍金層）を付加することとなり、硬化層の厚さのばらつきが粉粒体移送室（Ｒ）周面のうねりを更に増加させることとなる。
追加の硬化層を設けることなしに、粉粒体移送室（Ｒ）周壁の硬度を増加させる手法として、焼き入れにて硬化させる手段も考えられるが、普通鋳鉄（ねずみ鋳鉄）で鋳造された鋳造品に焼き入れ処理を施すと、熱応力によって大きな歪みを生ずるものとなり、粉粒体移送室（Ｒ）周壁の表面うねりを増大させるものとなる。

したがって、従来のロータリバルブにおいては、切削加工後の粉粒体移送室（Ｒ）周壁に鍍金等の追加の硬化層を設けることにより、ロータリバルブ（Ｖ）の耐久性を向上させていた。この手法で耐久性をさらに向上させようとすれば、硬化層の厚さを増大させる必要を生ずる。
硬化層の厚さの増大は、硬化層の厚さのばらつきに繋がり、厚い硬化層が設けられた粉粒体移送室（Ｒ）周壁のうねりも増大することとなる。

図６は硬化層が塗布された粉粒体移送室（Ｒ）と移送羽根（Ｐ）との間に形成されるクリアランス（ＣＬ）の拡大図である。
硬化層の厚さにばらつきがある場合、硬化層（Ｈ）の厚い部分ではクリアランス（ＣＬ）が狭く、硬化層（Ｈ）の薄い部分ではクリアランス（ＣＬ）が広く形成される。粉粒体を移送する粉粒体移送システム内を流れる気体は、広いクリアランスの方向へ流れる傾向がある。結果として、薄く形成された硬化層（Ｈ）の部分に気体は多く流れ、それとともにより多くの粉粒体が薄く形成された硬化層（Ｈ）に衝突するものとなる。したがって、薄く形成された硬化層の部分はより早く磨耗することとなり、十分な耐久性を発揮することができない。

このようなロータリバルブ（Ｖ）のクリアランスに関して、特許文献１にて示される手段も考えられる。特許文献１に開示されるロータリバルブは、移送羽根（Ｐ）先端に粉粒体移送室（Ｒ）を摺動する追加のシール部材を設けた形態である。シール部材は弾性体によって支持され、粉粒体移送室（Ｒ）周壁のうねりに関わらず、該周壁上を摺動可能とされている。
このようなシール部材を用いた場合、良好なシール性を発揮し、それにともない良好な粉粒体の移送を実現可能であるが、可動部材を用いるため、該可動部材の可動機構に粉粒体が入り込んだ場合には、その可動性が失われ、ロータリバルブ（Ｖ）を容易に損傷させる可能性がある。更には、シール部材が粉粒体移送室（Ｒ）周壁上を接触して移動するため、シール部材と粉粒体移送室（Ｒ）周壁との間に粉粒体が侵入した場合には、粉粒体が粉粒体移送室（Ｒ）周面を傷つけることとなり、或いは粉粒体移送室（Ｒ）を磨耗させ、ロータリバルブ（Ｖ）の耐久性を損なうものとなる。
したがって、従来において、良好なシール性と耐久性を共に備えるロータリバルブは存在しなかった。

特開平１１−６３２４４号公報

本発明は上記実情を鑑みてなされたものであって、ロータの移送羽根先端と粉粒体移送室との間のクリアランスを精度よく形成することで、高圧気流を用いる粉粒体移送工程においても粉粒体の吹き上げを生じず、また耐磨耗性に優れたロータリバルブを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、粉粒体が供給される粉粒体供給口と粉粒体が排出される粉粒体排出口を備えるケーシングと、
該ケーシング内に形成されるとともに前記粉粒体供給口及び前記粉粒体排出口と接続する断面略円形の粉粒体移送室内で回転可能に配設されるロータからなり、
前記ロータは前記粉粒体移送室と同軸に配設される回転シャフトと、該回転シャフトから放射状に延設する移送羽根からなり、
前記ケーシングが球状黒鉛鋳鉄により鋳造され、
前記粉粒体移送室周壁が焼き入れ処理を施され、
前記焼き入れ処理の焼き入れ深さが１３ｍｍ以上１７ｍｍ以下であり、
前記移送羽根先端と前記粉粒体移送室周壁との間に形成されるクリアランスが、０．１μm以下であることを特徴とするロータリバルブである。
請求項２記載の発明は、前記ロータが球状黒鉛鋳鉄により鋳造されることを特徴とする請求項１記載のロータリバルブである。

請求項１記載の発明によれば、ケーシングが球状黒鉛鋳鉄からなるので、追加の硬化層を付加することなしに、焼き入れ処理にて粉粒体移送室周壁を硬化処理することができる。したがって、移送羽根と粉粒体移送室周壁との間に形成されるクリアランスを０．１μm以下にすることが可能であり、高圧気流を用いる粉粒体移送システムに本発明のロータリバルブが組み込まれても、ケーシング内部の粉粒体を、例えその粉粒体が低比重のものであっても、吹き上げることなしに良好な粉粒体の移送を実現できる。また、焼き入れ深さが１７ｍｍ以下であるので、粉粒体移送室周壁面の熱応力による歪みを最小限に留めることができる。また、焼き入れ深さが１３ｍｍ以上であるので、十分な耐久性を発揮できる。
請求項２記載の発明によれば、ロータが球状黒鉛鋳鉄により鋳造されるので、複雑な形状の移送羽根を有するロータであっても、耐久性の高いロータを形成することができる。

以下、本発明に係るロータリバルブの実施形態について、図を参照しつつ説明する。図１は本発明に係るロータリバルブの外観正面図である。
本発明のロータリバルブ（１）は球状黒鉛鋳鉄で鋳造により成形されたケーシング（２）を備える。ケーシング（２）上下面の何れかの面が粉粒体上流側とされ、他の一方の面が粉粒体下流側とされ、上下面ともに開口部を有している。尚、本明細書において、以下上面を上流工程側の面とし、下面を下流工程側の面とするが、その逆とされても差し支えない。
後述するように、ケーシング（２）内部左右方向にロータが貫通している。ケーシング（２）左右にはロータ支持部材（２１）が配設され、ロータの左右端部を回転可能に支持する。
ケーシング（２）左右何れかの側には、駆動機構（３）が配設され、駆動機構（３）はロータの一端と接続し、ロータをケーシング（２）内部で回転させる。図１に示す例では、駆動機構（３）にモータが用いられ、ロータ左端とカップリング（３１）を介して接続しているが、本発明はこれに限られるものではなく、カップリング（３１）の代わりにスプロケットを用い、チェーンでモータからロータに回転駆動を与える手段を用いてもよい。或いは、ロータを回転駆動させる他の手段が用いられてもよい。

図２は、ケーシング（２）を示す図である。尚、図２において、ロータ支持部材（２１）は図面の明確化のために取り除かれている。図２（ａ）は、ケーシング（２）の正面図であり、図２（ｂ）はケーシング（２）の側面図である。尚、図２（ｂ）において、左半面は図２（ａ）で示すＡ−Ａ線断面図である。図２（ｃ）は背面図であり、一部破断させて断面を示している。
ケーシング（２）上面及び下面は平坦に形成され、該上面には、ロータリバルブ（１）が据付けられる搬送システムの上流工程を担う機器、即ち、サイロ、バンカ、タンク或いはホッパ等の機器が据付けられる。下面は、例えば粉粒体を加工する加工機等に接続し、ロータリバルブ（１）は、一定流量の粉粒体を加工機へ送出する。尚、上面及び下面に形成される開口部の形状は上流及び下流側に配設される機器によって適宜定められる。これらの機器に固定されるために、ケーシング（２）上面及び下面には複数の取付用貫通穴が形成されている。
ケーシング（２）左右面もそれぞれ平坦に形成され、該平坦な面に上述のロータ支持部材（２１）が取付けられる。ケーシング（２）は、その内部を左右に貫通する断面円形の穴が形成され、その開口部がケーシング（２）左右面に現れている。この穴の中間位置はロータが配設される粉粒体移送室（２２）とされる。ケーシング（２）左右面には、ロータ支持部材（２１）取付用のねじ穴が複数形成され、ケーシング（２）を左右に貫通する穴周囲に等間隔に形成されている。

粉粒体移送室（２２）上面は、ケーシング（２）上面に形成された開口部、即ち粉粒体供給口（２３）と連通する。また、粉粒体移送室（２２）下面は、ケーシング（２）下面に形成された開口部、即ち粉粒体排出口（２４）と連通する。粉粒体は粉粒体供給口（２３）から供給され、粉粒体移送室（２２）内で回転するロータの回転に伴って、粉粒体移送室（２２）内を移動し、粉粒体排出口（２４）から排出される。粉粒体供給口（２３）は、下方に向かって狭まるテーパ形状とされる。また粉粒体排出口（２４）は下方に向かって広がるテーパ形状とされる。

図２（ａ）に示される如く、ケーシング（２）正面側壁面には差圧調整口（２５）が形成されている。差圧調整口（２５）は粉粒体移送室（２２）と連通している。また差圧調整口（２５）先端には、差圧調整口（２５）の開口面積を調整可能な蓋部が取付けられる（図示せず）。蓋部で差圧調整口（２５）の開口面積を調整することにより、上流から下流へ流れる粉粒体の流れの上流と下流間の差圧を調整できる。即ち、差圧調整口（２５）の開口面積を大きくすれば、差圧は低減し、差圧調整口（２５）の開口面積を小さくすれば、差圧は増大する。

図３は、本発明に係るロータリバルブ（１）のロータを示す図である。ロータ（４）は、回転シャフト（４１）と回転シャフト（４１）から半径方向に延設する複数の移送羽根（４２）からなる。移送羽根（４２）は回転シャフト（４１）から放射状に等間隔に配設されている。移送羽根（４２）左右端部には一対の円板状の側板（４３）が配設される。
上述の如く、ロータ（４）はケーシング（２）左右に貫通する貫通穴に挿通され、一対の側板（４３）並びに移送羽根（４２）はケーシング（２）中間位置の粉粒体移送室（２２）に配設される。上述の如く、ロータ（４）は駆動機構によって、ケーシング（２）内部を回転する。
該回転に伴って、粉粒体移送室（２２）の周壁面、側板及び一対の移送羽根（４２）で形成される移送空間はケーシング（２）内部を回転移動し、粉粒体供給口（２３）からもたらされる粉粒体を受け、ケーシング（２）下面に形成される粉粒体排出口へ粉粒体を移送する。

図３に示される移送羽根（４２）は、ダブルヘリカル型であり、略「く」の字状に折れ曲がっているが、他の形態も採用可能である。例えば、真っ直ぐな形状の移送羽根（４２）を一対の側板（４３）に対して直角に配設してもよいし、或いは真っ直ぐな形状の移送羽根（４２）を側板（４３）に対して斜めに傾斜させた角度で配設してもよい。或いは、一対の側板（４３）の間に円板状の中間板を配設し、側板（４３）と中間板との間に、移送羽根（４２）を配設してもよい。その他多様な変更例を採用することが可能である。
尚、ロータ（４）の移送羽根（４２）が複雑な形状である場合には鋳造にて形成されることとなるが、鋳造で形成する場合には、球状黒鉛鋳鉄で形成することが好ましい。また、鋳造後に焼き入れ処理にて、移送羽根（４２）先端部に焼き入れ処理を施すことが好ましい。

上述の如く、本発明に係るロータリバルブ（１）のケーシング（２）は球状黒鉛鋳鉄で鋳造される。球状黒鉛鋳鉄は、鋳鉄中に分散する炭素組織の形状が球状である点で、炭素組織が三日月形状である普通鋳鉄（ねずみ鋳鉄）とは区別される。球状黒鉛鋳鉄の特性として、普通鋳鉄と比して、塑性変形に対する許容量が大きいことが知られている。
本発明に係るロータリバルブ（１）のケーシング（２）は、鋳造により成形された後、粉粒体移送室（２２）の周壁は精密切削加工され、粉粒体移送室（２２）の真円度並びに表面粗さが調節される。この後、粉粒体移送室（２２）周面の耐磨耗性を向上させるため、粉粒体移送室（２２）周面に高周波焼入れを施した。

本発明のケーシング（２）の比較対象として、本発明のケーシング（２）と同形に模られた普通鋳鉄からなるケーシングを作成した。ケーシング鋳造後、ケーシングの粉粒体移送室の周壁に対して、精密切削加工を施し、粉粒体移送室の真円度並びに表面粗さを調整した。その後、粉粒体移送室周面の耐磨耗性を向上させるために、粉粒体移送室周面に鍍金処理を施した。焼き入れに代えて鍍金処理を施したのは、従来の普通鋳鉄からなるケーシングに焼き入れ処理を施すと、粉粒体移送室が焼き入れ処理によって生ずる熱応力によって歪み変形を生じ、粉粒体移送室の好適な真円度を得ることができないためである。
このようにして得られた２つのケーシングについて、真円度、表面のうねり及び硬度について、下記の表１にまとめ、両者を比較する。

表１に示すように、本発明のケーシング（２）内に加工した粉粒体移送室（２２）の真円度は、従来のケーシングと比して、５倍程度真円度が高かった。更には、表面硬度は従来のケーシングと比して２倍以上向上していた。ケーシング（２）内壁の磨耗は、背壁面の表面硬度が高くなるにつれて比例的に低減すると考えられるから、本発明のケーシング（２）は、従来のものよりも２倍以上の耐久性を備えると考えられる。
本発明のケーシング（２）は、球状黒鉛鋳鉄を用いているので、表面硬化処理に焼き入れを採用しても、粉粒体移送室（２２）周壁に生ずるうねりは非常に小さく、従来の追加の硬化層を用いるものよりも小さくなる。尚、焼き入れ深さは１３ｍｍ以上１７ｍｍ以下であることが好ましい。焼き入れ深さが１７ｍｍを超えると、粉粒体移送室（２２）周壁に生ずる歪みが顕著となり、粉粒体移送室（２２）周壁の表面のうねりが大きくなり、好適な粉粒体の移送を実現できなくなる。一方で、焼き入れ深さが１３ｍｍを下回ると、硬化層が薄くなりすぎるため、十分な耐久性を得ることができないものとなる。

図４は、ロータリバルブ（１）内部を示す概略図である。上述の如く、ケーシング（２）の粉粒体移送室（２２）周面のうねりは従来のロータリバルブと比して、非常に小さくなるので、移送羽根（４２）先端と粉粒体移送室（２２）周壁との間のクリアランスを非常に小さく設計しても、移送羽根（４２）先端と粉粒体移送室（２２）周壁との干渉を生じない。したがって、本発明において、移送羽根（４２）先端と粉粒体移送室（２２）周面との間のクリアランスを、０．１μｍ以下となることを保障でき、移送羽根（４２）と粉粒体移送室（２２）間のシール性が向上することとなる。従来のロータリバルブのケーシング製造方法では、移送羽根（４２）と粉粒体移送室（２２）周面との間のクリアランスの保障可能な大きさは、０．３μｍ以下であり、本発明に係るロータリバルブ（１）は従来のものと較べて、３倍以上のシール性を備えるものとなる。

このように、本発明においては、移送羽根（４２）先端と粉粒体移送室（２２）周壁との間の微小なクリアランスのため、本発明のロータリバルブ（１）が上流側と下流側とで高い差圧を生ずるような粉粒体移送システム内に用いられたとしても、該クリアランスを通じての気体の上流から下流への流れをほとんど生じず、移送羽根（４２）、側板（４３）及び粉粒体移送室（２２）周壁で形成される移送空間（４５）内にある粉粒体を吹き上げることがない。したがって、安定した粉粒体の移送を実現できる。表２に本発明のロータリバルブと従来のロータリバルブの粉粒体移送量の安定性の比較データを示す。尚、表２に示すデータ採取に用いられた従来のロータリバルブは、表１のデータ採取に用いられたケーシングを備えるロータリバルブであり、ケーシングが普通鋳鉄から鋳造されたものが用いられた。その他の条件は全て同一である。

表２に示す如く、本発明のロータリバルブの粉粒体排出量のばらつきは、従来のロータリバルブの粉粒体排出量のばらつきと比較して、４０％程度低減される。したがって、従来のロータリバルブと比して、より安定して一定量の粉粒体を移送することが可能であるといえる。

表３に示す如く、本発明のロータリバルブ（１）は従来のロータリバルブと比して、 倍以上の耐久時間を有する。したがって、粉粒体移送室（２２）が従来のロータリバルブと比して高い耐磨耗性を備えるといえる。

上述の如く、本発明のロータリバルブ（１）のケーシング（２）は、従来のロータリバルブのケーシングと比して、表面のうねりが小さいものとなる。粉粒体移送室（２２）の直径が小さい場合（例えば、直径が１００ｍｍ以下の場合）、粉粒体移送室周面の曲率が小さいため、うねりの影響が大きくなり、移送羽根先端と粉粒体移送室との間に形成されるクリアランスを大きくとらざるを得なくなる。したがって、小さな直径の粉粒体移送室を備えるロータリバルブは、従来においては、移送空間内にある粉粒体の吹き上げを生じ、安定した粉粒体の移送を達成できなかった。本発明においては、粉粒体移送室（２２）周壁表面のうねりが小さいので、小さな径の粉粒体移送室（２２）を備えるロータリバルブ（１）においても安定した粉粒体の移送が可能となる。

本発明は、粉粒体を定量で移送するロータリバルブに好適に適用される。

本発明に係るロータリバルブの外観図である。 本発明に係るロータリバルブのケーシングを示す図である。（ａ）はケーシングの正面図であり、（ｂ）はケーシングの側面図であり、（ｃ）はケーシングの背面図である。 本発明に係るロータリバルブのロータを示す図である。 本発明に係るロータリバルブの内部を示す概略図である。 従来のロータリバルブの内部を示す図である。 硬化層が付加された粉粒体移送室と移送羽根との間に形成されるクリアランスの拡大図である。

符号の説明

１・・・・・ロータリバルブ
２・・・・・ケーシング
２２・・・・粉粒体移送室
４・・・・・ロータ
４１・・・・回転シャフト
４２・・・・移送羽根

Claims (2)

1. 粉粒体が供給される粉粒体供給口と粉粒体が排出される粉粒体排出口を備えるケーシングと、
   該ケーシング内に形成されるとともに前記粉粒体供給口及び前記粉粒体排出口と接続する断面略円形の粉粒体移送室内で回転可能に配設されるロータからなり、
   前記ロータは前記粉粒体移送室と同軸に配設される回転シャフトと、該回転シャフトから放射状に延設する移送羽根からなり、
   前記ケーシングが球状黒鉛鋳鉄により鋳造され、
   前記粉粒体移送室周壁が焼き入れ処理を施され、
   前記焼き入れ処理の焼き入れ深さが１３ｍｍ以上１７ｍｍ以下であり、
   前記移送羽根先端と前記粉粒体移送室周壁との間に形成されるクリアランスが、０．１μm以下であることを特徴とするロータリバルブ。
2. 前記ロータが球状黒鉛鋳鉄により鋳造されることを特徴とする請求項１記載のロータリバルブ。

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