JP5490642B2 - 円板状部材の反転機構 - Google Patents

Description

本発明は、バタフライバルブの弁体や流動層装置の気体分散板等の円板状部材の反転操作を行う反転機構に関する。

例えばバタフライバルブは、周知のように、円板状の弁体を支持する支持軸を回転させることにより、流通路の開閉や流量の調整を行なうものである。

一般的なバタフライバルブでは、バルブの閉鎖時の密封性を高めるために、通常、弁座としてゴム製のバルブシートが設けられている。しかし、バルブの開閉時に、弁体がバルブシートに摺動するため、バルブシートが摩耗し、摩耗粉が異物として流通物に混入する可能性があった。また、大径のバルブの場合には、弁体とバルブシートとの摺動による負荷が大きく、バルブの開閉動作が不安定になる可能性があった。

このような問題に対して有効なバタフライバルブとしては、弁体を支持する弁軸を傾斜させることによって弁座に対して弁体を離座させ、この状態の弁体を弁軸により回転させるものが考えられる（特許文献１〜３参照）。この構成であれば弁体と弁座との摺動を抑制することが可能である。

また、流動層容器内で粉粒体を浮遊流動させて流動層を形成しつつ、造粒、コーティング、乾燥等の処理を行う流動層装置では、流動層容器の底部に多孔板からなる円板状の気体分散板（目皿板とも呼ばれる）を配置し、気体分散板を介して流動層容器内に流動化気体を導入している。流動層容器内を洗浄する際の利便性や洗浄性を考慮して、気体分散板を反転させる機構を設けることがある（特許文献４参照）。

実開平６−４７７７５号公報 実開平６−４９８４６号公報 特開平７−１６７３０８号公報 特開２００７−３２６０１２号公報

しかしながら、上記構成のバタフライバルブでは、弁軸におけるシール部周辺において、弁軸の傾斜度や回転位置によって、バルブ内部空間に露出する弁軸の外周面の領域が異なる。このため、バルブの洗浄をある状態で行なった場合に、弁軸の外周面のシール部周辺において、他の状態ではバルブ内部空間に露出しているのに関わらず、この状態では露出せずにシール部内に隠れてしまって洗浄されない領域が発生する。換言すれば、上記構成のバタフライ弁は洗浄性が良好でない。また、弁体の反転時に、弁体と弁座との摺動を十分に抑制することができない。

上記の問題は、バタフライバルブにおける弁体の反転機構に限らず、流動層装置における気体分散板の反転機構でも生じる。

本発明は、上記事情に鑑み、バタフライバルブの弁体や流動層装置の気体分散板等の円板状部材とこれらの円板状部材が着座する着座部との摺動を抑制すると共に洗浄性を向上させることを課題とする。

前記課題を解決するための本発明は、内部に着座部が設けられた筒体と、筒体の着座部に着座する円板状部材と、円板状部材の両側で該円板状部材を支持する一対の支持軸と、一対の支持軸のうち少なくとも一方を回転駆動する駆動部とを備え、駆動部による支持軸の回転に伴い、円板状部材を筒体の軸線方向に対して所定角度をなすように反転させる円板状部材の反転機構において、支持軸が偏心状態で挿通され、ケーシングに回転自在に支持された偏心軸を備え、偏心軸に偏心状態で挿入された各支持軸を筒体の軸線方向に移動させる支持軸移動手段を設け、円板状部材を着座部に対して着座及び離座させる際、円板状部材を筒体の軸線方向と直交する姿勢で、支持軸移動手段による各支持軸の移動に伴い、筒体の軸線方向に移動させる構成を提供する。

上記構成において、支持軸移動手段は、支持軸に筒体の軸線方向に力を加えるアクチュエータを備えたものとすることができる。

本発明の反転機構は、バタフライバルブにおいて弁体の反転操作を行う機構として好適である。

また、本発明の反転機構は、流動層装置において気体分散板の反転操作を行う機構としても好適である。

本発明によれば、円板状部材と着座部との摺動を抑制すると共に洗浄性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る反転機構を備えたバタフライバルブの中立状態の縦断面図である。 バタフライバルブの動作を説明する模式図であって図１におけるＸ−Ｘ線矢視断面図であり、（Ａ）がバタフライバルブの閉状態を示す図、（Ｂ）がバタフライバルブの中立状態を示す図、（Ｃ）がバタフライバルブの開状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る反転機構を備えた流動層装置の縦断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面に基づき説明する。

図１に、本発明の実施形態に係る反転機構を備えたバタフライバルブの中立状態の縦断面図を示す。また、図１のＸ−Ｘ線矢視断面図を、図２（Ｂ）に示す。このバタフライバルブは、本実施形態では、粉体又は流体（この実施形態では粉体）を収容するコンテナの開閉バルブとして使用される。

このバタフライバルブは、ケーシング１、弁体２、一対の支持軸３，４、一対の支持軸移動手段を構成する偏心軸５，６及びアクチュエータ、例えばエアーシリンダ７，８、カップリング部９、駆動軸１０、駆動源１１を主要な構成要素とする。

ケーシング１は、主ケーシング１ａと副ケーシング１ｂとから構成される。主ケーシング１ａは、円筒状で、その内部空間が粉体の流通路になる。主ケーシング１ａの両開口端には、他部材を取り付けるためのフランジが設けられている。主ケーシング１ａは、大径部１２と小径部１３とこれらの間に設けられた弁座１４から構成される。主ケーシング１ａの中心軸は、鉛直方向であり、小径部１３側が上側であり、その反対側の大径部１２側が下側である。主ケーシング１ａにおける小径部１３側の開口端が、粉体を収容するコンテナに接続される。従って、粉体の流通方向は、主ケーシング１ａにおける小径部１３側から大径部１２側に向かう方向である。副ケーシング１ｂは、主ケーシング１ａの両側に取り付けられて、支持軸３，４、エアーシリンダ７，８、カップリング部９、駆動軸１０をカバーする。

弁座１４の着座面１４ａは、鉛直方向の中心軸を有すると共に下側に向かって漸次拡径し、本実施形態ではテーパ面である。弁体２は、着座面１４ａに下側から着座及び離座し、本実施形態では、円板状であり、その中心軸は図１の状態で鉛直方向である。また、弁体２の上面の周縁部には、図１で下側に向かって漸次拡径する面２ａが形成されており、本実施形態ではこの面２ａはテーパ面である。弁体２の面２ａには、環状溝が形成されており、この環状溝にはＯリング２ｂが嵌合されている。図１において二点差線で示すように、弁体２は、Ｏリング２ｂを介して、面２ａで着座面１４ａに着座する（図２（Ａ）も参照）。また、Ｏリング２ｂにより、弁体２の着座状態でのシール性が向上する。なお、Ｏリング２ｂを廃し、弁体２の面２ａを着座面１４ａに直接接触させてシールすることも可能である。

一対の支持軸３，４は、弁体２の直径方向の両側で、それぞれが取付アーム２ｃ，２ｄを介して弁体２を支持する。支持軸３，４の中心軸は相互に同軸である。支持軸３は、カップリング部９と駆動軸１０を介して、駆動源１１により回転および回転規制される。

一対の偏心軸５，６は、主ケーシング１ａの直径方向の両側に、相互に同軸となるように配設される。偏心軸５，６は、主ケーシング１ａの大径部１２に設けられた貫通孔１５，１６に、ラジアル軸受１７，１８を介して回転自在に配設される。偏心軸５には、偏心軸５の軸心に対して中心軸が平行に偏心した貫通孔５ａが設けられ、偏心軸６には、偏心軸６の軸心に対して中心軸が平行に偏心した貫通孔６ａが設けられている。偏心軸５の軸心と貫通孔５ａの中心軸との距離と、偏心軸６の軸心と貫通孔６ａの中心軸との距離とは同一である。貫通孔５ａ，６ａに、ラジアル軸受１９，２０を介して支持軸３，４が回転自在に挿通されている。

バルブ内部空間をシールするために、本実施形態では、貫通孔１５と偏心軸５との間に回転軸用の回転式シールリップ２１が設けられ、貫通孔１６と偏心軸６との間に、回転軸用の回転式シールリップ２２が設けられている。また、偏心軸５の貫通孔５ａと支持軸３との間に回転軸用の回転式シールリップ２３が設けられ、偏心軸６の貫通孔６ａと支持軸４との間に回転軸用の回転式シールリップ２４が設けられている。

主ケーシング１ａの両側に、支持軸３，４に対してラジアル軸受２５，２６を介して一対のエアーシリンダ７，８が配設される。エアーシリンダ７は、支持軸３を鉛直方向上向き及び下向きに力を付与して移動させ、エアーシリンダ８は、支持軸４を鉛直方向上向き及び下向きに力を付与して移動させる。この力の付与の際に、支持軸３が水平方向へ平行移動することが許容されるように支持軸移動手段は構成され、支持軸４が水平方向へ平行移動することが許容されるように支持軸移動手段は構成される。一対の支持軸移動手段は、支持軸３，４に付与する力の向きや大きさが相互に同一となるように構成されている。

図１の図示例では、一対の支持軸移動手段を構成するアクチュエータは、ラジアル軸受２５，２６の上側と下側に配設された一対のエアーシリンダ７,８である。上下一対のエアーシリンダ７,８の基端は、主ケーシング１ａに固定されている。上下一対のエアーシリンダ７,８におけるピストンロッドの先端は、ラジアル軸受２５，２６に対して水平方向に摺動自在に当接しており、この構成によって上述の支持軸３，４の水平方向への平行移動の許容が可能になる。また、上下一対のエアーシリンダ７,８は連動している。例えば、下側のエアーシリンダの伸長に従って上側のエアーシリンダは縮退し、上側のエアーシリンダの伸長に従って下側のエアーシリンダは縮退する。

駆動軸１０は、図１の状態では、カップリング部９を介して、支持軸３を回転及び回転規制可能であり、支持軸３と駆動軸１０とは相互に同軸である。駆動軸１０は、駆動源１１により回転及び回転規制される。駆動源１１は、例えば揺動モータ（ロータリアクチュエータ）であり、副ケーシング１ｂに固定されている。

以上の構成のバタフライバルブについての動作を、図２を参照して以下説明する。

図２は、バタフライバルブの動作を説明する模式図であって図１におけるＸ−Ｘ線矢視断面図であり、（Ａ）はバタフライバルブの閉状態を示す図、（Ｂ）はバタフライバルブの中立状態を示す図、（Ｃ）はバタフライバルブの開状態を示す図である。

図２（Ｂ）では、弁体２の中心軸は、主ケーシング１ａの中心軸と同軸の状態、即ち鉛直方向である。換言すれば、弁体２の上面と下面は、水平であり、弁体２は水平姿勢である。駆動軸１０は駆動源１１によって回転規制された状態である。なお、以下、支持軸３の側について説明するが、支持軸４の側についても支持軸４、偏心軸６、エアーシリンダ８はそれぞれ、支持軸３、偏心軸５、エアーシリンダ７と同様の動作を行なうので、説明を省略する。

図２（Ｂ）の状態で、エアーシリンダ７により、支持軸３に鉛直方向上向きの力を付与する。すると、支持軸３によって偏心軸５が反時計回りに回転すると共に、弁体２が水平姿勢を維持したまま移動する。そして、図２（Ａ）に示すように、弁座１４に対して弁体２が着座する。この状態が、バタフライバルブの閉状態である。

詳述すれば、この際に、支持軸３は、偏心軸５の貫通孔１５に案内される。従って、支持軸３の軸心は偏心軸５の周方向に沿って移動する。この際に、支持軸３の駆動軸１０に対する移動は、カップリング部９によって許容される。なお、図１の図示例では、この際のエアーシリンダ７に対する支持軸３の水平方向の移動は、ラジアル軸受２５がピストンロッドの先端に対して摺動することによって許容される。

図２（Ａ）に示す状態で、エアーシリンダ７により、支持軸３に鉛直方向下向きの力を付与する。すると、支持軸３によって偏心軸５が時計回りに回転すると共に、弁体２が水平姿勢を維持したまま移動する。そして、図２（Ｂ）の状態となる。この際の詳細な動作は上記と同様なので説明を省略する。

図２（Ｂ）の状態で、駆動源１１により駆動軸１０を時計回りに回転駆動する。そして、図２（Ｃ）に示すように、支持軸３が所定角度、例えば９０°回転した位置で駆動源１１が停止する。この状態が、バタフライバルブの開状態である。

図２（Ｃ）に示す状態で、駆動源１１により駆動軸１０を反時計回りに回転駆動する。すると、支持軸３が弁体２と共に反時計回りに回転し、図２（Ｂ）の状態となる。この状態で、駆動源１１が停止する。そして、エアーシリンダ７により、支持軸３に鉛直方向上向きの力を付与すると、弁体２が水平姿勢を維持したまま移動して弁座１４に着座する。

以上の構成と動作により、本実施形態のバタフライバルブでは、以下の効果が得られる。

駆動軸１０による支持軸３の回転に従って離座した状態の弁体２を回転する。また、中心軸が鉛直方向で下側に向かって漸次拡径する着座面１４ａに対して弁体２が着座及び離座する時に、弁体２が水平姿勢を維持する。これらの理由により、バタフライバルブの開閉状態の移行に伴う弁体２と弁座１４との摺動を抑制できる。

また、貫通孔１５，１６と偏心軸５，６との間に回転軸用の回転式シールリップ２１，２２が設けられている。また、偏心軸５，６の貫通孔５ａ，６ａと支持軸３，４との間に回転軸用の回転式シールリップ２３，２４が設けられている。このため、偏心軸５，６と支持軸３，４の外周面におけるバルブ内部空間に露出する領域はバルブの状態に関わらず一定となる。従って、偏心軸５，６と支持軸３，４の外周面における回転式シールリップ２１，２２や回転式シールリップ２３，２４の周辺領域の洗浄性を向上させることができる。

上記実施形態では、支持軸３と駆動軸１０との間に、カップリング部９が設けられているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、支持軸３と駆動軸１０とを直接固定し、弁体２の着座及び離座時に、駆動軸１０と駆動源１１を、支持軸３と共に移動させるように構成してもよい。

図３は、本発明を流動層装置に適用した実施形態を示している。流動層装置の流動層容器３１は、粉粒体Ｍの処理、例えば粉粒体Ｍの造粒又はコーティングを行う処理室３２と、処理室３２の上方に位置し、固気分離用のフィルター部３３が配されるフィルター室３４と、フィルター室３４の上方に位置する上部室３５と、フィルター室３４と上部室３５とを仕切る上部壁３６と、フィルター部３３の上部に設けられた排気室３７とを備えている。

処理室３２の底部には、パンチングメタル等の多孔板（又は金網）で構成された円板状の気体分散板３２ａが配設されている。給気ダクトから給気チャンバ３９に供給された熱風等の気体Ａは、気体分散板３２ａを介して流動層容器３１内に導入される。また、処理室３２の上部にはスプレー液（膜剤液、結合剤液等）を噴霧するスプレーノズル４０が設置されている。

流動層容器３１の処理室３２に収容された粉粒体Ｍは、気体分散板３２ａを介して流動層容器３１内に導入される気体Ａによって浮遊流動される。そして、この粉粒体Ｍの流動層に向けてスプレーノズル４０からスプレー液（膜剤液、結合剤液等）が噴霧される。スプレーノズル４０から噴霧されるスプレー液、例えば膜剤液のミストによって粉粒体粒子Ｍが湿潤を受けると同時に、膜剤液中に含まれる固形成分が粉粒体粒子Ｍの表面に付着し、乾燥固化されて、粉粒体粒子Ｍの表面に被覆層が形成される（コーティング）。あるいは、スプレーノズル４０から噴霧されるスプレー液、例えば結合剤液のミストによって粉粒体粒子Ｍが湿潤を受けて付着凝集し、乾燥されて、所定径の粒子に成長する（造粒）。

粉粒体Ｍを浮遊流動させた気体Ａは、処理室３２を上昇してフィルター室３４に入り、フィルター部３３によって固気分離されて排気室３７に流入する。そして、排気室３７に接続された排気ダクト４３を通って流動層容器３１の外部に排気される。

この実施形態において、円板状の気体分散板３２ａを反転させるための反転機構５０が流動層容器３１の側部に設けられている。反転機構５０の基本構成は、上述した実施形態と同様であり、この実施形態では、反転させる対象物が気体分散板３２ａとなる。気体分散板３２ａは、流動層容器３１の内部やフィルター部３３の洗浄時等に、反転機構５０によって反転させられる。

なお、本発明は以上の実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内であれば、様々な変形が可能である。

１ ケーシング
２ 弁体
３，４ 支持軸
５，６ 偏心軸
１０ 駆動軸
１１ 駆動源
１４ 弁座
１４ａ 着座面
３１ 流動層容器
３２ａ 気体分散板

Claims (4)

1. 内部に着座部が設けられた筒体と、該筒体の着座部に着座する円板状部材と、該円板状部材の両側で該円板状部材を支持する一対の支持軸と、該一対の支持軸のうち少なくとも一方を回転駆動する駆動部とを備え、該駆動部による支持軸の回転に伴い、前記円板状部材を前記筒体の軸線方向に対して所定角度をなすように反転させる円板状部材の反転機構において、
   前記支持軸が偏心状態で挿通され、ケーシングに回転自在に支持された偏心軸を備え、該偏心軸に偏心状態で挿入された前記各支持軸を前記筒体の軸線方向に移動させる支持軸移動手段を設け、前記円板状部材を前記着座部に対して着座及び離座させる際、前記円板状部材を前記筒体の軸線方向と直交する姿勢で、前記支持軸移動手段による前記各支持軸の移動に伴い、前記筒体の軸線方向に移動させることを特徴とする円板状部材の反転機構。
2. 前記支持軸移動手段は、前記支持軸に前記筒体の軸線方向に力を加えるアクチュエータを備えていることを特徴とする請求項１に記載の円板状部材の反転機構。
3. バタフライバルブに装備され、バタフライバルブの弁体の反転操作を行う請求項１又は２に記載の円板状部材の反転機構。
4. 流動層装置に装備され、流動層装置の気体分散板の反転操作を行う請求項１又は２に記載の円板状部材の反転機構。

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