JP5666814B2 - ロータリーバルブのローター構成 - Google Patents

Description

関連出願への相互参照

本出願は、２００９年３月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／１６１，４０１号の優先権を主張するもので、この出願の内容を援用するものである。

本発明は、全体としては、空気圧式コンベヤー装置に特定の材料を入力するために使用するロータリーバルブに関する。具体的には、本発明は、個々のローター羽根全体にわたって生じる空気漏れを抑制して、ローターから漏れる空気を原因とする空気消費量の低下を抑えるだけでなく、容量の増加によって運転効率を改善するローター構成に関する。

ロータリーバルブは、粒状材料の流れを加圧された空気圧コンベヤー装置に導入する機構として知られている。この空気圧コンベヤー装置は、パイプまたは管状導管に流れる加圧空気を利用して、導管に供給される粒状材料の流動流れを設定し、粒状材料を一つの場所から別な場所に搬送するものである。ロータリーバルブは、粒状材料を導入する開口を上部に形成し、およびロータリーバルブを介して流れる粒状材料を空気圧コンベヤー装置導管に排出する開口を底部に形成したハウジングを備えている。このハウジングが、内部ローターを回転自在に支持し、回転横軸を中心にしてこれを回転する。ローターには、複数の半径方向羽根を延設し、これらの間にチャンバーを形成する。

それぞれのチャンバーが、回転して上部開口に対して開いたときに、所定量の粒状材料を受け取り、次に、チャンバーが回転軸を中心にして回転し、導管に対して開くと、粒状材料を導管に排出する。このため、ハウジングの内部を全体的に円筒形に構成し、半径方向羽根の外部先端がハウジングの円筒内面に近接し、ローター周囲の導管から加圧空気が漏れ出ることを制限する。

ロータリーバルブの従来の製造方法の場合、溶接技術を利用して、ローターの回転軸に対応する中心シャフトに個々の羽根を固定する。これら溶接ローターを次に機械加工し、研磨してロータリーバルブハウジングに利用できる適正なトレランスを確保するが、溶接技術の場合、中心シャフトに溶接できる羽根の個数に制限がある。このように、実際上の理由により、ローターの羽根の個数は、中心シャフトで溶接に必要とされる空間に制限される。羽根の個数が制限されると、ローター周囲の粒状材料を供給ホッパーから空気圧導管に輸送する羽根間のポケットの個数が制限されることになる。ローター構造中のポケット個数を増やすためには、ポケットの、羽根の外側先端からの深さを浅くし、十分な余裕を確保して、溶接を行う必要がある。ポケットの深さを浅くすると、ポケットの容量が小さくなる結果、ロータリーバルブの容量が小さくなる。

ロータリーバルブに共通する問題は、空気漏出である。ロータリーバルブの空気漏出問題が深刻になると、ローター周囲の空気が供給ホッパー内に漏出するため、ローターのポケットへの粒状材料の搬送が制限されることになる。粒状材料が軽量の場合、ローターポケットへの搬送に対するこの制限がより深刻な問題になる傾向がある。従って、空気漏出問題は、ローターのポケットを完全に充填できなくなるため、運転効率の低下を招く。さらに、空気漏出が減ることは、空気圧コンベヤー装置に加圧空気を供給するエアコンプレッサーが、十分な空気量を空気圧導管に供給し、ロータリーバルブで生じる空気損失を補償できることを意味する。空気漏出を実質的に抑制することによって、コンプレッサーを小型化でき、より少ないエネルギーを利用でき、運転コストを節約できる。

空気漏出問題は、羽根を厚くすれば、抑制できる。先端の対応する幅が大きくなるため、羽根周囲の空気の通過を制限するために役立つからである。また、羽根の個数を増やすことによっても空気漏出問題を抑制できるが、これは空気漏出問題の従来からある解決策である。空気漏出問題を抑制するために、羽根の個数を増やすだけでは、ポケットの深さが浅くなり、ロータリーバルブの被溶接性が低下するだけである。ローターを製造するために溶接を利用する場合、羽根を厚くすると、空気漏出問題を抑制できるが、羽根が厚くなると、半径方向羽根の間のチャンバーが小さくなり、粒状材料の導管への供給時にロータリーバルブの運転能力が低くなる。

従って、バルブの運転能力を阻害せずに、また電力消費を増すことなく、空気漏出を抑制するロータリーバルブを実現することが望まれている。また、溶接以外の製造技術にも対応できるロータリーバルブ構成を実現することも望まれている。

本発明の第１目的は、運転時、ロータリーバルブから発生する空気漏出を抑制するローター構成をもつロータリーバルブを実現することによって従来技術の上記問題を解決することである。

本発明の第２目的は、ローターの羽根の末端においてフレア式先端をもつローター構成を備えたロータリーバルブを提供することである。

本発明は、バルブハウジングの円筒面にそって移動するフレア形先端をもつローターを構成したことを特徴とする。

本発明の第１の作用効果は、フレア形先端をもつローターにより、粒状材料を空気圧コンベヤー装置に計量搬送するロータリーバルブの動作時に、耐空気漏出性が強くなることである。

本発明は、また、フレア形先端の厚み寸法が、フレア形先端と中心ハブとの間に設けた羽根の厚み寸法のほぼ２倍であることを特徴とする。

本発明の第２の作用効果は、ローターが精密鋳造法によって形成できることである。

さらに、本発明は、羽根のトレイル側がフレア形先端の終端に対して線形になるように、各羽根のフレア形先端が、バルブハウジング内においてローターの回転方向に延長することを特徴とする。

本発明の第３の作用効果は、精密鋳造法が採用できるため、製造過程で溶接技術を使用して構成する場合に比較して、より多くの個数の半径方向羽根を用いて、ローターを構成できることである。

本発明の第４の作用効果は、バルブハウジングの内面に隣接するフレア形先端の広い表面積によって、空気圧コンベヤー装置からのフレア形先端周囲への加圧空気の通過が制限されることである。

本発明は、さらに、バルブハウジングに、隣接ローター羽根間に形成されたポケットの実質的に全長にわたって延設され、ポケット内に捕獲された加圧空気を放出するとともに、ポケットから粒状材料を空気圧コンベヤー装置に排出する放出口を組み込んだことを特徴とする。

本発明の第５の作用効果は、細長い放出口により、従来技術の、独立して設けた単なる円形放出口に比較して、ポケット内の空気圧力をより完全に放出できることである。

本発明の第６の作用効果は、細長い放出口により、ロータリーバルブの動作効率が高くなったことである。

本発明の第３の目的は、耐久性の高い構成をもち、製造コストが低く、保守点検の必要もなく、組み立てが容易な上に、使用が簡単かつ効果的である、粒状材料流れの空気圧コンベヤー装置への計量供給を行えるロータリーバルブを提供することである。

本発明によれば、上記目的、特徴および作用効果、そしてこれら以外の目的、特徴および作用効果は、精密鋳造法によって製造された中心ローターを有する空気圧コンベヤー装置の空気流れに供給源からの粒状材料の流れを計量供給するロータリーバルブを実現することによって達成できる。ローターは、複数の半径方向羽根を有し、これらの先端周囲を羽根のリード側（前側）に向けてフレア形に構成して、羽根自体の厚みの好ましくは少なくとも２倍の厚みをもつフレア形羽根先端を構成する。バルブハウジングには、細長い放出口を形成し、これの全長を、隣接羽根間の形成されるポケットの長さにほぼ等しく構成したので、粒状材料が空気圧コンベヤー装置に供給した後、加圧空気をポケットからより完全に放出できる。フレア形先端のリード縁部に角度をつけたため、粒状材料との強い接触が少なくなり、損傷を抑えることができる。

本発明の作用効果については、特に添付図面を参照して、以下の発明の詳細な説明を読めば、明らかになるはずである。

本発明の原理に基づくロータリーバルブを示す正面図である。なお、想像線で示すように、供給ホッパーおよび空気圧装置の導管は、ロータリーバルブに接続する。 図１に示したロータリーバルブの展開斜視図である。 ロータリーバルブ内に設けたローターを示す展開斜視図である。 半径方向羽根の先端の形状を明示する、図３の４−４線断面について見た、ローターの拡大断面図である。 ロータリーバルブハウジング内でローターを回転運動させるために、ローターを回転自在に支持するバルブカバーを示す拡大正面図である。 図４の横断面図に相当するローターの横断面図であり、ローター構成の正面図を示す。 ローターの代表的な羽根を示す拡大詳細図である。

図１および図２は、本発明の原理に基づいて構成したロータリーバルブを示す図である。ロータリーバルブ１０は、空気圧コンベヤー装置の導管１５に供給されるプラスチックペレットなどの粒状材料を供給する供給ホッパー１２間に配設され、空気圧コンベヤー装置によって粒状材料を離れた場所に移送するものである。ロータリーバルブの１０の目的は、空気圧コンベヤー装置内の加圧空気が導管内に保持され、粒状材料の流動流れを離れた場所に移送するように、粒状材料の流れを導管１５に計量供給することである。ロータリーバルブ１０のこの機能を達成するために、半径方向羽根２５間に形成され、供給ホッパー１２から粒状材料を受け取り、これを導管１５に移送するチャンバーまたはポケット２７を構成する半径方向羽根２５を配設した内部ローター装置２０を設け、これを動作させる。羽根２５の先端２６をハウジング１６の係合内面に近接配置し、その上羽根２５に対して先端２６の幅を広げているため、加圧空気が導管１５からローター装置２０を通って逃げ出ることを抑制している。

ハウジング１６については、以下に詳しく説明するように、内部ローター装置２０の回転運動を支持する、全体的に円筒形に構成する。円筒形ハウジング１６には、その上部において取り付けフランジ１７を形成し、これに供給ホッパー１２を連結しているため、粒状材料がロータリーバルブ１０に効率よく供給されることになる。また、円筒形ハウジング１６には、その底部において取り付けフランジ１８を形成し、導管１５の上部に流れ連絡する供給開口１５ａにこれを連結しているため、粒状材料が充填されたポケット２７から重力の作用によって空気圧コンベヤー装置の加圧された導管１５に流れ込むことになる。さらに、円筒形ハウジング１６の両側にも、ローター装置２０の中心シャフト２１を回転自在に支持するそれぞれのベアリング（図示省略）を支持するベアリングキャップ１９を連結する取り付けフランジ１９ａを形成する。

図２〜７に明示するローター装置は、以下に詳しく説明するように、ローター２２を中心シャフト２１に取り付けて構成する。ローター２２および中心シャフト２１を従来の溶接技術によって一体的な単独部材として構成するのではなく、本発明では、中心シャフト２１を挿入する中心開口２３を有する精密鋳造体としてローター２２を構成する。加圧下での偏向を最小限に抑えるために、中心シャフト２１を高張力鋼で構成することが好ましい。ローター２２を中心シャフトにプレスし、適当なキー（図示省略）を用いてこれに回転自在に設けているため、ローター装置２０が一体のユニットとして回転する。

ローター２２には、中心ハブ２４を鋳造し、このハブが、羽根２５が半径方向に延設されるシャフト２１を挿入する中心開口２３を形成する。羽根２５は均一の長さをもち、かつ先端２６まで延長し、図７に明示するように、この先端２６を半径方向羽根２５に対してフレア形に構成する。ローター２２を精密鋳造体として構成しているため、羽根２５の厚みを最小限に抑えることができ、また任意の個数の羽根２５を設けることができ、しかも、ローター２２の回転時、あるいはポケット２７内部の圧縮空気の圧力の作用を受けても偏向しない程度の剛性を確保できる。なお、先端２６の外表面については、鋳造法により構成した対応する羽根２５の公称厚みよりもかなり広く取ることができる。先端２６の厚みを、羽根２５の厚みの少なくとも２倍に設定することが好ましい。この幅広の先端２６をハウジング１６の内面に対して近接配置しているため、加圧空気の羽根先端２６周囲への流出を抑制でき、少なくとも、実質的に羽根２５の公称厚みと同じ幅である羽根先端２６でみられる以上に抑制できる。ローター２２のこの構成のため、より厚く、また羽根２５の個数も多い従来構成のローター装置２０によって得られる耐空気漏出性を確保することができる。

半径方向羽根２５をさらに支持するために、ローター鋳造体にエンドプレート２８を取り付け、これをそれぞれローター鋳造体の対向端部に溶接して、羽根を取り付けるか、精密鋳造体に一体化する。羽根２５のそれぞれの対向端部をエンドプレート２８で支持するため、羽根２５を安定化でき、またローター装置２０の剛性を強くすることができる。フレア形先端２６については、対応する羽根２５の厚みの割には先端２６の広い幅が、図６および図７に明示するように、羽根２５の一方の側からのみはみ出るように構成するのが好ましい。この結果、羽根先端２６の対向側部が、羽根２５本体から直線状に突出する。ローター装置２０については、羽根先端２６の直線状側部が、図６および図７においてローター２２の回転方向を示す矢印２９の方向に反射されるように、羽根の回転にトレイルするとともに、先端２６のフレア形側がリードするように、中心シャフト２１が形成する横回転軸を中心にして回転するように構成する。羽根先端２６が材料供給ホッパー１２と流れ連絡するハウジング１６の開口縁部に接近している間、フレア形羽根先端２６の傾斜リード縁部２６ａの攻撃性が矩形状羽根先端よりも弱いため、ロータリーバルブ１０によって計量供給されている粒状材料の損傷が小さくなる。

ローター装置２０が回転し、ポケット２７が供給ホッパー１２から粒状材料を受け取るトップ位置に回転すると、供給ホッパー１２から受け取られた粒状材料を搬送する。次に、ポケット２７が空気圧導管１５に対して開くまで、中心軸２１の周りを回転し、粒状材料が重力作用によって導管１５内に落下する。ポケット２７が導管１５に対して開くと、空気圧導管１５に存在するより高い空気圧力によって、空のポケット２７に空気が充填する。トップ位置に向けてポケットをさらに逆回転し、供給ホッパー１２から新たな粒状材料を受け取ると、ローターの内面に逆らって空のポケットに所定量の高圧空気を捕獲する。

ボトム位置からトップ位置に回転している間ポケット２７に流れ連絡する放出口３０をハウジングに形成する。この放出口３０については、放出口３０をロータリーバルブ１０の上方で供給ホッパー１２に接続し、ポケット２７に捕獲されている空気圧を供給ホッパー１２に放出し、トップ位置において粒状材料を開放しているポケット２７に落下させる導管（図示省略）に連結するのが好ましい。放出口３０がない場合、ポケット２７の高圧空気がこの周囲においてトップ位置に連続し、供給ホッパー１２に流れ込み、粒状材料をポケットから運びさり、空気圧導管１５に搬送されるべき粒状材料のポケット２７への流れを制限することになる。本発明の原理を利用したロータリーバルブ１０の場合、ハウジング１６中央部の単なる円形口に過ぎない従来の放出口とは逆に、実質的にポケット２７の全幅にわたって放出口３０を延設するのが好ましい。この結果、放出口３０によって、トップ位置に向かって回転するポケット２７内の空気圧をより完全に放出でき、従って、運転効率および運転容量を改善できる。

なお、本発明の本質を説明するために、以上記載しかつ図面を参照して記述してきた細部、材料、工程、および各部の構成については、本発明範囲の原理に従って本開示を読めば、当業者ならば各種の変更改変などを行うことできるはずである。以上の説明は、本発明の好適な実施態様を示すものであり、本開示に基づく考え方は、本発明の範囲を逸脱しなくても、他の実施態様にも応用することができる。従って、特許請求の範囲は、以上の具体的な形態だけでなく、発明を全体として保護するものである。

Claims (9)

1. 粒状材料を受け取り、これをハウジング内に送り込む入口と、
   前記粒状材料を前記ハウジングから排出する排出口と、
   前記入口と前記排出口との間に概ね円筒状の内部チャンバーを形成する前記ハウジングと、
   前記内部チャンバーの中で回転可能に支持されたローター装置と、
   を備え、
   前記ローター装置が、複数の羽根を一体にして構成し且つ半径方向に延設した中心ハブを有し、
   それぞれの羽根が本体部およびフレア形先端の端部を有し、そして、前記フレア形先端を、前記本体部と一体にして且つ前記内部チャンバーの内部壁に近接位置で形成することで、前記フレア形先端で通過する空気の通路を前記フレア形先端が制限し、
   前記本体部が均一厚さであり、前記フレア形先端が前記羽根の回転先行側に突き出るように前記本体部と一体に形成した非対称の形状であり、そして、
   前記フレア形先端部分の羽根で、前記回転先行側に対して裏側になる第２面が前記本体部から直線状に伸延されており、
   それぞれの羽根が厚み寸法を持ち、各々の前記フレア形先端の前記厚み寸法が、前記中心ハブと前記フレア形先端との間に延設された前記羽根のそれぞれの本体部の厚み寸法よりも大きく、
   前記ローター装置が、それぞれの前記羽根毎に両端部で係合し且つ支持するために前記中心ハブから前記フレア形先端に伸びたエンドプレートを設け、前記エンドプレートが前記ローター装置の一部を形成する円形平板を構成し、前記ハウジングと相対的に回転可能な羽根及び中心ハブに取り付けられることを特徴とするローターバルブ。
   
2. 前記フレア形先端の厚み寸法を、前記中心ハブと前記フレア形先端との間に延設された対応する羽根の厚み寸法の２倍に設定した請求項１に記載のロータリーバルブ。
   
3. 前記フレア形先端で突出たフレア側に対しその裏側が直線的に伸延した形状であり、その裏面に対して前記フレア側が先行回転するように回転軸を中心にして前記ローター装置が回転する請求項１に記載のロータリーバルブ。
   
4. 前記フレア形先端のフレア側に傾斜リード縁部を有する請求項３に記載のロータリーバルブ。
   
5. 前記ハウジングに細長い放出口を形成し、隣接羽根間に形成された各ポケットから加圧空気を放出できるように構成した請求項３に記載のロータリーバルブ。
   
6. 前記細長い放出口の全長寸法は、横方向軸を中心として回転する前記ポケットの横方向の長さ寸法に等しく設定した請求項５に記載のロータリーバルブ。
   
7. 材料を受け取り、これをハウジング内に送り込む入口と、
   前記材料を前記ハウジングから排出する排出口と、
   前記入口と前記排出口との間に概ね円筒状の内部チャンバーを形成する前記ハウジングと、
   前記内部チャンバーの中で回転可能に支持されたローター装置と、
   を備え、
   前記ローター装置がローター部材およびこのローター装置の回転運動の回転軸となる中心シャフトを有し、
   このローター部材が中心ハブから半径方向に延設した複数の羽根を一体にして鋳造で形成され、
   前記中心シャフトを挿通するために、前記ローター部材を貫通する中心開口をこの中心ハブに設け、
   前記ローター部材および前記中心シャフトを一体的に回転させるように前記ローター部材をキー結合して、
   それぞれの羽根が本体を設け且つ前記本体に一体にしたフレア形先端をその端部として設け、前記フレア形先端を前記内部チャンバーの内部壁に近接位置で形成することで、前記フレア形先端で通過する空気の通路を前記フレア形先端が制限し、
   前記羽根が回転する先行側に羽根毎に外側に突き出るように、且つ、前記フレア形先端の部分での前記先行側の反対側が、羽根それぞれの本体と同じく直線状に伸延するように、前記フレア形先端は前記羽根の前記本体に対して非対称であり、
   それぞれの羽根が厚み寸法を持ち、各々の前記フレア形先端の前記厚み寸法が、前記中心ハブと前記フレア形先端との間に延設された前記羽根のそれぞれの本体の厚み寸法よりも大きく、
   前記ローター装置が、前記フレア形先端で前記反対側の直線状に伸延した面に対して前記フレア形先端でのフレア形を形成した側を先行側にして、前記回転軸を中心に回転し、
   前記ローター装置が、さらに、それぞれの対向する両端部に平面円盤状のエンドプレートを有し、それぞれの前記羽根毎に前記両端部で係合し且つ支持するために前記中心ハブに取り付けた部分から前記羽根を伸ばしてあり、前記エンドプレートが前記羽根と前記中心ハブと一体にして、前記ハウジングと相対的に回転することを特徴とするロータリーバルブ。
   
8. 前記ハウジングに細長い放出口を形成し、隣接羽根間に形成された各ポケットから加圧空気を放出できるように構成し、
   前記細長い放出口の全長寸法は、横方向軸を中心として回転する前記ポケットの横方向の長さ寸法に等しく設定した請求項７に記載のロータリーバルブ。
   
9. 前記フレア形先端の厚み寸法を、前記中心ハブと前記フレア形先端との間に延設された対応する羽根の厚み寸法の２倍に設定した請求項８に記載のロータリーバルブ。

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