JP6587233B1 - 仕切弁 - Google Patents

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Abstract

本発明の仕切弁は、中空部と、前記中空部を挟み互いに対向するように設けられて連通する流路となる第1開口部及び第2開口部とを有する弁箱と、前記弁箱の前記中空部内に配置され前記第1開口部を閉塞可能な中立弁体と、前記中立弁体を前記第1開口部に対して閉塞状態にする弁閉塞位置と、前記中立弁体を前記第1開口部から退避した開放状態とする弁開放位置との間で、前記中立弁体を回動させる回転軸と、前記回転軸を回転させるラックピニオン及び前記ラックピニオンを駆動する回転エアシリンダからなる回転装置と、前記中立弁体の閉塞を解除する動作を行う閉塞解除エアシリンダからなる閉塞解除駆動部と、前記中立弁体の閉塞を解除する動作と前記中立弁体の回転動作とを順次動作可能とするシーケンス回路と、を有する。

Description

本発明は、弁体(弁板)による流路を開閉する動作に加えて、弁体をスライド動作させる振り子型等に適した仕切弁に関する。特に、本発明は、真空装置等において、異なる圧力を有する2つの空間をつなげている流路及び異なるプロセスを行う2つの空間をつなげている流路を仕切り(閉鎖し)、この仕切り状態を開放する(2つの空間をつなぐ)仕切弁に関する。
本願は、2018年3月30日に日本に出願された特願2018−069863号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
真空装置等においては、チャンバーと配管との間、配管と配管との間、あるいは配管とポンプ等との間等、異なる真空度の2つの空間の間を仕切り、仕切られた2つの空間をつなげる仕切りバルブが設けられている。このような仕切りバルブとしては、様々な形態の弁が知られている。
例えば、弁板をスライドさせて流路の弁開閉位置に弁板を挿入し、更にこの弁板を作動させて流路を仕切り(閉弁動作)、あるいは上記弁板を作動させて流路をつなぎ(開弁動作)、更に弁板をスライドさせ、流路から弁箱内の退避位置に弁板を退避させる構造が知られている。このような構造を有する弁としては、振り子型,直動型,ドア型等が知られている。
振り子型スライド弁は、流路を構成する第1開口部及び第2開口部が形成されかつ中空部を有する弁箱と、中空部において回転軸に固設されて回転軸と垂直をなす面に平行な方向において広がっている支持体と、この支持体に固設された弁体(シールリング板が開口部に設けられている構造の場合には弁板)とが配置された構造を有する。このスライド弁(仕切弁)においては、上記回転軸を回転させて、上記弁体を回動させ、上記弁体を開口部(流路)の弁開閉位置に挿入し、または、上記弁体を開口部が形成されていない退避位置に退避させる。
本発明者らは、圧縮空気供給によって駆動されるスライド弁において閉塞する面積の大型化が可能な構成を備え、簡単な構成で高い信頼性の仕切り動作が可能な仕切弁を開発し、特許出願を行った(特許文献1)。
また、振り子型仕切弁としては、ハウジングの中空部内に、回転軸において回動可能な弁板と、ハウジングの開口部に配置された摺動可能なシールリング板と、ハウジングに一体形成されたフランジに上記シールリング板を摺動させるアクチュエータとが設けられた構造が知られている。この仕切弁においては、上記シールリング板を上記弁板に当接及び押圧して流路を閉鎖し、または、上記シールリング板を上記弁板から離間させて流路を開放する(例えば、特許文献2参照)。
この振り子型仕切弁のアクチュエータは、ボルトと環状室(シリンダ)とピストンとスプリングとが、シールリング板の摺動方向に直列に配置された構造を有する。従って、流路を閉鎖するときは、スプリングに生じる復元力が、ピストン,シリンダ,及びボルトを介してシールリング板に伝達される。
上述した仕切弁において、例えば、弁体の回動には、圧縮空気を用いることが知られている。
また、特許文献3に開示されたバルブは、バルブタイプの点で圧縮空気を用いる仕切弁とは異なるが、特許文献3に記載されるようなノーマルクローズ(ノーマリークローズド)、つまり、駆動電力供給あるいは圧縮空気供給などが消失した際に、自動的に流路を閉鎖可能として、バルブ閉位置となる安全性の高いバルブが求められている。
このノーマルクローズとは、弁仕切り動作をおこなう際に弁体等を駆動させる圧縮空気(圧空)が作用していない状態などでは、弁が開状態にある場合は自動的に閉状態となり、弁が閉状態にある場合は、流路を閉じる状態を維持することを意味している。
日本国特許第5727841号公報 日本国特許第3655715号公報 日本国特開2013−190028号公報
しかし、本発明者らの開発した特許文献1の記載されたスライド弁は、このようなノーマルクローズ構造を有していなかった。
また、特許文献2に記載される圧空駆動する仕切弁において、バネ部材を用いてノーマルクローズ構造を実現する場合には、ノーマルクローズ動作をするバネ部材の付勢力によって、動作が停止する際などに駆動部または弁体等の可動部が、他の部材に当接する場合がある。
最近、仕切弁の開閉動作の迅速化、および、仕切弁で閉塞する面積の大型化にともない、仕切弁の動作に起因する衝撃発生の防止が不十分であり、これが、パーティクル発生の原因となることがクローズアップされてきた。この問題を解決するために、ダンパー等の機械的手段を仕切弁に設けることも考えられる。
しかし、仕切弁が設置される装置・製造ライン等においては、仕切弁の設置姿勢は、仕切弁が使用される装置・ラインに応じて設定され、様々である。このため、仕切弁を製造する時には、仕切弁の設置姿勢を特定することは通常できない。従って、あらかじめ、仕切弁の全ての設置姿勢を考慮してダンパーを仕切弁に設置することは現実的でなかった。これは、仕切弁の設置姿勢に応じて、仕切弁を開閉動作する時の動作方向が変化するからである。さらに、ダンパー等の機械的手段を仕切弁に設置することで開閉動作による衝撃量が変動するが、機械的手段による衝撃吸収力に応じて機械的手段の構造、個数、性能等を設定する必要がある。装置・製造ラインにおける仕切弁の設置姿勢について、多くの設置構造が考えられるが、これに応じて多数種のダンパーを用意することは、現実的ではない。
また、本発明者らの開発した特許文献1に記載されたスライド弁では、駆動制御圧空として、3系統の圧縮空気を用いているが、1系統の駆動制御用圧縮空気の圧力を供給することのみで、つまり、1つの系統の圧空におけるon/offのみで、スライド弁の開閉動作を制御したいという要求が発生した。
同時に、大きな面積での仕切り動作を可能とするためには、仕切弁が大型化するが、仕切弁に供給される制御用流体(圧縮空気など)の圧力はそれほど増加しない。このため、重量が増加した弁体等の可動部を駆動するためには、可動部の出力を増大することが求められ、仕切弁を構成する部品の体積も大きく傾向にある。しかし、仕切弁が設置される装置・製造ライン等においては、常に省スペース化が求められており、仕切弁を構成する部品を省スペース化・小型化したいという要求があった。
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、仕切弁の動作に起因する衝撃によるパーティクル発生を防止し、部品の省スペース化が図れ、1系統の駆動用圧縮空気の供給のみで動作可能で、高い信頼性の仕切り動作が可能であり、可動弁部の軽量化が図れるノーマルクローズ構造を有する仕切弁を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第1態様に係る仕切弁は、中空部と、前記中空部を挟み互いに対向するように設けられて連通する流路となる第1開口部及び第2開口部とを有する弁箱と、前記弁箱の前記中空部内に配置され前記第1開口部を閉塞可能な中立弁体と、前記中立弁体を前記第1開口部に対して閉塞状態にする弁閉塞位置と、前記中立弁体を前記第1開口部から退避した開放状態とする弁開放位置との間で、前記中立弁体を回動させる回転軸と、前記回転軸を回転させるラックピニオン及び前記ラックピニオンを駆動する回転エアシリンダからなる回転装置と、前記中立弁体の閉塞を解除する動作を行う閉塞解除エアシリンダからなる閉塞解除駆動部と、前記中立弁体の閉塞を解除する動作と前記中立弁体の回転動作とを順次動作可能とするシーケンス回路と、を有する。前記回転エアシリンダは、前記中立弁体を閉動作させる付勢部と、開閉動作可能なピストンと、前記ピストンの動作方向に直列に配置されて前記ピストンを閉動作可能な第1圧力空間と開動作可能な第2圧力空間と、を有する。前記シーケンス回路は、エアオペレート式2チャンネルスプール弁と、チェック弁および流量調整弁が組み合わされたスピードコントロール弁と、を有する。前記シーケンス回路は、1系統の駆動圧縮空気供給による前記仕切弁のオープン時には、前記第1圧力空間に圧縮空気をダンパー用エアとして供給し、前記閉塞解除エアシリンダの駆動が終了した際に、前記第1圧力空間を非加圧状態とし、前記第2圧力空間を加圧状態として、前記回転エアシリンダの開動作を開始させ、前記弁開放位置に前記中立弁体が到達する直前に前記第1圧力空間のエアによって衝撃を緩和し、前記駆動圧縮空気供給を解除することによる前記仕切弁のクローズ時には、前記第1圧力空間および前記第2圧力空間を非加圧状態として、前記付勢部の付勢力によって前記回転エアシリンダの閉動作を開始させ、前記弁閉塞位置に前記中立弁体が到達する直前に前記第2圧力空間のダンパー用エアによって衝撃を緩和し、前記中立弁体の回転動作が終了する時に、前記閉塞解除エアシリンダによる前記中立弁体の閉塞動作を開始させる。
上記課題を解決するために、本発明の第2態様に係る仕切弁は、中空部と、前記中空部を挟み互いに対向するように設けられて連通する流路となる第1開口部及び第2開口部とを有する弁箱と、前記弁箱の前記中空部内に配置され前記第1開口部を閉塞可能な中立弁体と、前記中立弁体を前記第1開口部に対して閉塞状態にする弁閉塞位置と、前記中立弁体を前記第1開口部から退避した開放状態にする弁開放位置との間で、前記中立弁体を動作する位置切り替え部として機能し、流路方向に延在する軸線を有する回転軸と、前記回転軸を回転させるラックピニオン及び前記ラックピニオンを駆動する回転エアシリンダからなる回転装置と、前記中立弁体の閉塞を解除する動作を行う閉塞解除エアシリンダからなる閉塞解除駆動部と、前記中立弁体の閉塞を解除する動作と前記中立弁体の回転動作とを順次動作可能とするシーケンス回路と、を具備する。前記中立弁体は、前記位置切り替え部に接続される中立弁部と、前記中立弁部に対して前記流路方向における位置が変更可能に接続される可動弁部と、を有する。前記可動弁部は、前記可動弁部に周設され前記第1開口部の周囲の弁箱内面に密着されるシール部が設けられるとともに前記中立弁部に対して前記流路方向における位置が変更可能に接続される第1可動弁部と、前記第1可動弁部に対して前記流路方向に摺動可能とされる第2可動弁部と、を有する。前記仕切弁は、前記弁箱に内蔵されている複数の第1付勢部と、前記第1可動弁部と前記第2可動弁部との間に配されている第2付勢部と、第3付勢部とを備え、前記第3付勢部は、前記第1可動弁部を前記中立弁部に対して前記流路方向における位置が変更可能に接続するとともに、前記第1可動弁部を前記流路方向における中央位置に向けて付勢する。複数の前記第1付勢部は、前記閉塞解除エアシリンダにより駆動して前記第1可動弁部を前記流路方向において前記第1開口部に向けて付勢して前記シール部を前記第1開口部の周囲の弁箱内面に密着可能とする機能を有する。前記第2付勢部は、前記第1可動弁部と前記第2可動弁部との前記流路方向における厚み寸法を、調整が可能なように駆動する。前記回転エアシリンダは、前記中立弁体を閉動作させる付勢部と、開閉動作可能なピストンと、前記ピストンの動作方向に直列に配置されて前記ピストンを閉動作可能な第1圧力空間と開動作可能な第2圧力空間と、を有する。前記シーケンス回路は、エアオペレート式2チャンネルスプール弁と、チェック弁および流量調整弁が組み合わされたスピードコントロール弁と、を有する。前記シーケンス回路は、1系統の駆動圧縮空気供給による前記仕切弁のオープン時には、前記第1圧力空間に圧縮空気をダンパー用エアとして供給し、前記閉塞解除エアシリンダの駆動が終了した際に、前記第1圧力空間を非加圧状態とし、前記第2圧力空間を加圧状態として、前記回転エアシリンダの開動作を開始させ、前記弁開放位置に前記中立弁体が到達する直前に前記第1圧力空間のエアによって衝撃を緩和し、前記駆動圧縮空気供給を解除することによる前記仕切弁のクローズ時には、前記第1圧力空間および前記第2圧力空間を非加圧状態として、前記付勢部の付勢力によって前記回転エアシリンダの閉動作を開始させ、前記弁閉塞位置に前記中立弁体が到達する直前に前記第2圧力空間のダンパー用エアによって衝撃を緩和し、前記中立弁体の回転動作が終了する時に、前記閉塞解除エアシリンダによる前記中立弁体の閉塞動作を開始させる。
上記課題を解決するために、本発明の第3態様に係る仕切弁は、中空部と、前記中空部を挟み互いに対向するように設けられて連通する流路となる第1開口部及び第2開口部とを有する弁箱と、前記弁箱の前記中空部内に配置され前記第1開口部を閉塞可能な中立弁体と、前記中立弁体を前記第1開口部に対して閉塞状態にする弁閉塞位置と、前記中立弁体を前記第1開口部から退避した開放状態にする弁開放位置との間で、前記中立弁体を動作する位置切り替え部として機能し、流路方向に延在する軸線を有する回転軸と、前記回転軸を回転させるラックピニオン及び前記ラックピニオンを駆動する回転エアシリンダからなる回転装置と、前記流路方向に対して摺動可能に前記第1開口部の周囲に設けられ、前記弁閉塞位置となる前記中立弁体に当接して前記流路を閉塞する閉塞状態に可能であり、および、前記中立弁体が前記弁開放位置となる開放状態に可能でありかつ前記流路の開度の調整が可能なシールリングと、前記弁箱に内蔵されて前記シールリングの前記閉塞状態を解除する閉塞解除エアシリンダと、前記シールリングを前記中立弁体に当接する方向に付勢するシールリング付勢部と、前記中立弁体の閉塞を解除する動作と前記中立弁体の回転動作とを順次動作可能とするシーケンス回路と、を具備する。前記回転エアシリンダは、前記中立弁体を閉動作させる付勢部と、開閉動作可能なピストンと、前記ピストンの動作方向に直列に配置されて前記ピストンを閉動作可能な第1圧力空間と開動作可能な第2圧力空間と、を有する。前記シーケンス回路は、エアオペレート式2チャンネルスプール弁と、チェック弁および流量調整弁が組み合わされたスピードコントロール弁と、を有する。前記シーケンス回路は、1系統の駆動圧縮空気供給による前記仕切弁のオープン時には、前記第1圧力空間に圧縮空気をダンパー用エアとして供給し、前記閉塞解除エアシリンダの駆動が終了した際に、前記第1圧力空間をダンパー圧状態とし、前記第2圧力空間を加圧状態として、前記回転エアシリンダの開動作を開始させ、前記弁開放位置に前記中立弁体が到達する直前に前記第1圧力空間のエアによって衝撃を緩和し、前記駆動圧縮空気供給を解除することによる前記仕切弁のクローズ時には、前記第1圧力空間をダンパー圧状態とし、前記第2圧力空間を非加圧状態として、前記付勢部の付勢力によって前記回転エアシリンダの閉動作を開始させ、前記弁閉塞位置に前記中立弁体が到達する直前に前記第2圧力空間のダンパー用エアによって衝撃を緩和し、前記中立弁体の回転動作が終了する時に、前記閉塞解除エアシリンダによる前記中立弁体の閉塞動作を開始させる。
なお、本発明の態様に係る仕切弁においては、前記シーケンス回路が閉検出軸(回転動作終了検出スイッチ弁)を備えており、前記中立弁体を閉塞解除動作させてもよい。
本発明の態様に係る仕切弁においては、ノーマルクローズ構造を有し、シーケンス回路における1系統の駆動圧縮空気供給・解除によって前記中立弁体の閉塞を解除する動作と前記中立弁体の回転動作とを順次動作可能であり、前記第1圧力空間のダンパー用エアによって仕切弁の動作に起因する衝撃を緩和し、パーティクル発生を防止することができる。
本発明の態様に係る仕切弁によれば、仕切弁の動作に起因する衝撃によるパーティクル発生を防止し、部品の省スペース化が図れ、1系統の駆動用圧縮空気供給のみで動作可能で、高い信頼性の仕切り動作が可能であり、可動弁部の軽量化が図れるノーマルクローズ構造を有する仕切弁を提供することができるという効果が得られる。
本発明の第1実施形態に係る仕切弁の構成を示す横断面図である。 本発明の第1実施形態に係る仕切弁の構成を示す縦断面図であり、弁体が退避動作可能位置に配置されている場合を示す図である。 図2における円環状エアシリンダの付近に位置する部材の要部を示す拡大図である。 本発明の第1実施形態に係る仕切弁の構成を示す縦断面図であり、弁体が弁閉位置に配置されている場合を示す図である。 図4におけるメインバネの付近に位置する部材の要部を示す拡大図である。 本発明の第1実施形態に係る仕切弁の構成を示す縦断面図であり、弁体が退避位置に配置されている場合を示す図である。 本発明の第1実施形態に係る仕切弁における回転軸および流体経路リングの付近に位置する部材の要部を拡大して示す図であって、回転軸の径方向に沿う断面図である。 本発明の第1実施形態に係る仕切弁における回転軸および流体経路リングの付近に位置する部材の要部を拡大して示す図であって、回転軸の軸方向に沿う断面図である。 本発明の第1実施形態に係る回転軸駆動機構を示す断面図(伸位置)である。 本発明の第1実施形態に係る回転軸駆動機構を示す断面図(縮位置)である。 ラック部材、および滑り軸受を示す要部拡大断面図である。 ラック部材とピニオンとの噛合部分を示す要部拡大断面図である。 回転軸と中立弁体との係合部分の要部を示す拡大図であって、回転軸の径方向に沿う断面図である。 回転軸と中立弁体との係合部分の要部を示す拡大図であって、回転軸の軸方向に沿う断面図である。 接続ピンの付近に位置する部材の要部を示す拡大図である。 本発明の第1実施形態に係る駆動シーケンス機構を示す回路図である。 図14に示す駆動シーケンス機構での圧力状態を示す図である。 図14に示す駆動シーケンス機構での圧力状態を示す図である。 図14に示す駆動シーケンス機構での圧力状態を示す図である。 図14に示す駆動シーケンス機構での圧力状態を示す図である。 本発明の第1実施形態に係る締結部材の付近に位置する部材の要部を示す拡大図である。 本発明の第2実施形態に係る仕切弁の構成を示す横断面図である。 本発明の第2実施形態に係る仕切弁の構成を示す縦断面図であり、弁体が退避動作可能位置(FREE)に配置されている場合を示す図である。 図20における線分A−Oに沿う要部を示す拡大図であり、弁体が退避動作可能位置(FREE)に配置されている場合を示す図である。 図20における線分B−Oに沿う要部を示す拡大図であり、弁体が退避動作可能位置(FREE)に配置されている場合を示す図である。 図20における線分C−Oに沿う要部を示す拡大図であり、弁体が退避動作可能位置(FREE)に配置されている場合を示す図である。 図21における付勢部Cの要部を示す拡大図であり、弁体が退避動作可能位置(FREE)に配置されている場合を示す図である。 本発明の第2実施形態に係る仕切弁の構成を示す縦断面図であり、弁体が弁閉位置(正圧or差圧無)に配置されている場合を示す図である。 本発明の第3実施形態に係る仕切弁の構成を示す縦断面図である。
以下、本発明の第1実施形態に係る仕切弁を、図面に基づいて説明する。
また、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率が実際のものとは適宜に異ならせてある。
本発明の技術範囲は、以下に述べる実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る仕切弁の構成を示す平面図である。図2は、本発明の第1実施形態に係る仕切弁の構成を示す縦断面図であり、弁体が退避動作可能位置に配置されている場合を示す図である。図3は、図2に示す中立弁部と第1可動弁部の接続部分、および、第1付勢部と第2付勢部の付近の領域における要部を示す拡大図である。図4は、本実施形態に係る仕切弁の構成を示す縦断面図であって、中立弁体が弁閉塞位置に配置されている場合を示す図である。図5は、図4に示す中立弁部と第1可動弁部の接続部分、および、第1付勢部と第2付勢部の付近の領域における要部を示す拡大図である。図6は、本発明の第1実施形態に係る仕切弁の構成を示す縦断面図であり、弁体が退避位置に配置されている場合を示す図である。図7Aは、本発明の第1実施形態に係る仕切弁における回転軸および流体経路リングの付近に位置する部材の要部を拡大して示す図であって、回転軸の径方向に沿う断面図である。図7Bは、本発明の第1実施形態に係る仕切弁における回転軸および流体経路リングの付近に位置する部材の要部を拡大して示す図であって、回転軸の軸方向に沿う断面図である。
[振り子型仕切弁]
第1実施形態に係る仕切弁1は、図1〜図6に示すように、振り子型スライド弁である。
本実施形態に係る仕切弁1は、互いに対向した第1開口部12aと第2開口部12bとが設けられた弁箱10と、弁箱10を貫通した切り替え部としての回転軸20と、回転軸20に固着された接続部材91と、この接続部材91を介して回転軸20に接続された中立弁部30と、回転軸20の軸線方向に移動可能として中立弁部30に接続された可動弁部40と、可動弁部40の厚さ方向に沿って可動弁部40を付勢して可動弁部40の厚さを増加するメインバネ(第1付勢部)70と、メインバネ70の付勢方向と反対方向に伸張可能な駆動用の円環状エアシリンダ(閉塞解除エアシリンダ)80と、可動弁部40を弁箱10の中央位置に近い位置に配置させる位置規制用の補助バネ(第3付勢部)90と、を備えている。
中立弁部30及び可動弁部40は、中立弁体5を構成している。また、可動弁部40は、可動弁板部(第2可動弁部)50と可動弁枠部(第1可動弁部)60とによって構成されている。第1開口部12aから第2開口部12bに向かって流路Hが設定されている。なお、以下の説明において、この流路Hに沿った方向を流路方向Hと称することがある。
回転軸20が符号A1で示された方向(流路Hの方向に交差する方向)に回転すると、この回転に従って、接続部材91を介して回転軸20に固定されている中立弁部30も方向A1に沿って回動する。また、可動弁部40は中立弁部30に厚さ方向のみ摺動可能として接続されているため、可動弁部40は、中立弁部30と一体に回転する。
このように中立弁部30を回転することにより、流路Hが設けられていない中空部11とされる退避位置E1から第1開口部12aに対応する位置とされる流路Hの弁閉位置E2に可動弁部40が振り子運動で移動する。
そして、メインバネ70が伸張する方向に作用することで、流路H方向において可動弁部40の厚さ寸法が拡大する動作が行われると(閉弁動作)、後述するように、可動弁枠部60のシール部61と、可動弁板部50の反力伝達部59とが、それぞれ、弁箱10の内面15aと内面15bとを押圧することにより、可動弁部40は流路Hを閉鎖する。
逆に、円環状エアシリンダ(第2付勢部)80が作用することで、メインバネ70の付勢力よりも円環状エアシリンダ80の押圧力が大きくなり、流路H方向に可動弁部40の厚さ寸法が収縮する動作が行われる。これにより、可動弁部40の表面及び裏面が弁箱10の内面15aおよび内面15bから離間する(解除動作)。その後、回転軸20が符号A2で示された向きに回転する(退避動作)と、この回転に従って中立弁部30および可動弁部40も向きA2に回動する。
この解除動作と退避動作とにより、可動弁部40は上記弁開閉位置から上記退避位置に退避して、可動弁部40が弁開状態とする弁開動作がおこなわれる。
[弁箱10]
弁箱10は、中空部11を有するフレームによって構成されている。フレームの図示上面には第1開口部12aが設けられており、フレームの図示下面には第2開口部12bが設けられている。
仕切弁1は、第1開口部12aが露出されている空間(第1空間)と第2開口部12bが露出されている空間(第2空間)の間に挿入される。仕切弁1は、第1開口部12aと第2開口部12bとをつなげている流路H、即ち、第1空間と第2空間とをつなげている流路Hを仕切り(閉鎖し)、この仕切り状態を開放する(第1空間と第2空間をつなぐ)。
弁箱10の中空部11には、回転軸20、中立弁部30、可動弁部40、メインバネ(第1付勢部)70、円環状エアシリンダ(第2付勢部)80、及び補助バネ(第3付勢部)90が設けられている。
[回転軸20、流体経路リング17,18]
回転軸20は、流路Hとほぼ平行状態に延在して弁箱10を貫通するとともに回転可能に設けられている。
この回転軸20には、接続部材91が固着されている。この接続部材91は、例えば、略平板状の部材である。図7Bに示すように、回転軸20の一端20aに対してネジ92によって固着される。流路方向Hにおける接続部材91の一端側には、突起部93が形成されている。換言すると、突起部93は、流路方向Hに直交する方向に広がっており、接続部材91は、略T字状の断面形状を有する。
回転軸20は、図7A及び図7Bに示すように、弁箱10に固設されるケーシング14に、ベアリング等とされる軸受16A,16Bを介して、この弁箱10を貫通して回動可能に支持されている。軸受16A,16Bは、回転軸20の軸線LLに沿う方向に可能な限り離間して配置される。
ケーシング14は、弁箱10に対して密閉状態として貫通するように固定されている。ケーシング14は、回転軸20が密閉状態で回動自在に貫通するシールケーシング14Aと、このシールケーシング14Aに接続され、その内周側に設けられた軸受16A,16Bを介して回転軸20を回動自在に支持する円筒ケーシング14Bと、円筒ケーシング14Bの一端を閉塞する蓋体ケーシング14Cとを有する。シールケーシング14A、円筒ケーシング14B、及び蓋体ケーシング14Cは、互いに固定接続されている。蓋体ケーシング14Cには回転軸20を挿抜可能な開孔を閉塞する蓋体14Dが設けられる。
シールケーシング14Aには、弁箱10の内部をシールするために、シール部14Aa、14Ab,14Acおよび、大気圧の空間(空隙)である中間大気室14Adが設けられている。
円筒ケーシング14Bの内周面側には、軸線に沿うLL方向における軸受16A,16Bの間の位置に、回転軸20の外周面20bに摺動可能に接触するように、流体経路リング17,18が固定されている。
回転軸20の外周面20bの流体経路リング17,18の間の中心位置には、この回転軸20を駆動させる(回転させる)ための回転軸駆動機構100(図8参照)を構成するピニオン21が固着される。ピニオン21は外部から密閉可能なケーシング14Bの内部空間22hに収納されており、このピニオン21には、丸棒状のラック部材22が接続されている。図7Bにおいて紙面奥行方向にラック部材22が往復動作することで、ラック部材22は、ピニオン21を介して回転軸20を回動させる。
[回転軸駆動機構100]
図8は、回転軸駆動機構100を示す断面図(伸位置)である。図9は、回転軸駆動機構100を示す断面図(縮位置)である。図10は、ラック部材、および滑り軸受を示す要部拡大断面図である。図11は、ラック部材とピニオンとの噛合部分を示す要部拡大断面図である。
回転軸20を回転させるための回転軸駆動機構100は、回転軸20に固着されたピニオン21と、このピニオン21と噛合するラック歯22aを備えたラック部材22とを有している。
また、回転軸駆動機構100は、ラック部材22を往復運動させるための回転駆動エアシリンダ110(回転エアシリンダ)と付勢部120とを備えている。回転駆動エアシリンダ110と付勢部120とによって、ラック部材22は軸線(長手方向)Cに沿って直線的に往復運動が可能である。
ラック部材22は、図8,図9に示すように、回転軸20の軸線と直交方向の軸線を有し往復動作するピストン112に接続されている。ピストン112は筒状のシリンダ本体(ケーシング)111に格納されて回転駆動エアシリンダ(駆動手段、回転エアシリンダ、シリンダ)110を構成している。この回転駆動エアシリンダ110に接続されたラック部材22は、ラック部材22に対してピストン112の反対側となる伸圧力空間(第2圧力空間)113に圧縮空気(駆動用気体)を供給することで伸張する。同様に、ラック部材22は、付勢部120によって付勢されたピストン112が移動することで収縮する。
ラック部材22は、ケーシング14Bと一体とされたケーシング14Bbの内部に、回転軸20と直交する方向に延在するように設けられたラック収納空間(空間)22d、22g、22m内部に軸方向に移動可能として収納される。この空間22d、22g、22mは、ラック部材22の径寸法よりも大きな径寸法を有する。空間22d、22g、22mの内部では、ラック部材22が2箇所の外周を覆うように設けられた滑り軸受(軸受)115B,115Cによって往復移動可能に支承されている。
軸受115B,115Cは、ラック部材22の軸線方向においてピニオン21とラック部材22とが噛み合う位置の両側に配置されている。軸受115B,115Cは、いずれも、ケーシング14Bbと一体とされており、空間22gの径寸法よりも小さくなるように縮径された外周面を有し、この軸受115B,115Cは、ラック部材22の外周面に密着している。
ラック部材22の外周面の周方向の片側には、ピニオン21と噛合う複数のラック歯22aが軸方向に隣接して設けられる。ラック部材22の外周面には、周方向においてラック歯22aが設けられている箇所とは異なる位置に、連通溝116が設けられる。連通溝116は、ラック部材22の軸線方向に対して軸受115Bの両側に位置する空間22dおよび空間22gに連通する。
この連通溝116は、図10に示すように、軸線方向に対して軸受115Cの両側に位置する空間22gおよび空間22mに連通する。連通溝116の長さは、ラック部材22が往復動作した場合でも、軸受115Bの両側に位置する空間22dと空間22gにおける連通状態、および、軸受115Cの両側に位置する空間22gと空間22mにおける連通状態を維持するように設定されている。
伸圧力空間113は、後述するシーケンス回路SQを介して、伸通気口(供給路)114を通じて回転駆動エアシリンダ110の外部から伸張用の圧縮空気を供給する供給源に接続されている。
縮圧力空間(第1圧力空間)22cには、後述するシーケンス回路SQを介して、回転駆動エアシリンダ110の外部から圧縮空気を供給源から供給する供給路22jが接続されている。供給路22jから供給される圧縮空気は、収縮時にダンパー圧とするダンパー用エアとして機能する。
縮圧力空間22cから圧縮空気供給源までの経路に関し、供給路(縮通気口)22jは、ラック部材22が収納された空間22d、縮径した軸受115Bに対応する位置に配置された連通溝116およびラック歯22aに対応する部分空間、軸受115Bと軸受け115Cとの間で拡径した空間22g、ピニオン21が収納されるケーシング14Bの内部空間22h、内部空間22hを経て、ケーシング14Bの外部と接続されている。
軸受16A,16Bによってケーシング14に対して支持された回転軸20は、回転駆動エアシリンダ(回転駆動装置)によって往復運動するラック部材22により駆動され、このラック部材22に噛み合うピニオン21とともに回転動作する。
また、回転駆動エアシリンダ(駆動手段、回転エアシリンダ)110の収縮動作時、および、ラック部材22の縮位置Pbを維持する間は、縮圧力空間22c、収納空間22d、ラック部材22が収納された空間22g、縮径した軸受115Bに対応するように位置する連通溝116およびラック歯22aの噛み合わせ位置に対応する空間22g、軸受115Bと軸受け115Cとの位置にかかわらず拡径している空間22d、22g、22m、ピニオン21の収納されるケーシング14Bの内部空間22h、この内部空間22hとケーシング14Bの外部とに接続された供給路22j、のいずれにおいても加圧状態が維持されてもよい。
回転駆動エアシリンダ110は、伸縮駆動することでラック部材22を往復運動させる。回転駆動エアシリンダ110は、回転軸20を収納するケーシング14Bと一体とされている。回転駆動エアシリンダ110は、円筒状のシリンダ本体111と、このシリンダ本体111の内部の内部空間111bと、内部空間111に摺動可能に収容されたピストン112と、を備えている。
回転駆動エアシリンダ110には、シリンダ本体111のラック部材22と反対側の位置に、付勢部120が軸方向において直列に設けられている。付勢部120は、シリンダ本体111と一体とされ、一端側111aが閉塞された円筒状のシリンダ本体111の外部に配置されたバネ部材120sを備えている。バネ部材120sは、ピストン112とシャフト122sに接続されて伸縮方向への付勢力をピストン112に伝達可能とされている。
回転駆動エアシリンダ110の内部空間111bには、シリンダ本体111の一端側111aとピストン112の一面側112aとで区画されて、ピストン112の移動によって容量が可変する伸圧力空間113が形成される。また、シリンダ本体111には、この伸圧力空間113に連通し、後述するシーケンス回路SQを介して伸圧力空間113に伸長駆動用の圧縮空気を供給する伸通気口(通気口)114が形成されている。通気口114には、仕切弁1の外部に設けられた駆動用圧力空気供給源として、例えば、ポンプが接続されていればよい。
ピストン112は、シリンダ本体111の内部空間111bにおいて、軸線(長手方向)Cに沿って直線的に往復運動可能に収容されている。このような構成を有するピストン112は、伸位置Pa(図8)と縮位置Pb(図9)との間で摺動可能である。伸位置Pa(図8)においては、伸圧力空間113が最大に拡張され、シリンダ本体111の内部空間111bにおいて最も一端側111aから遠ざかった位置にピストン112がある。縮位置Pb(図9)においては、ピストン112のラック部材22側の縮圧力空間22cが最大に拡張され、伸圧力空間113が最小に縮小され、最も一端側111aに接近した位置にピストン112がある。
なお、図9においては、ラック部材22の図示を省略している。
また、ピストン112の一面側112a(第1面)には、突起部112cが形成されている。シリンダ本体111の一端側111aには、ピストン112が縮位置Pbにある時に突起部112cが入り込む凹部111cが形成されている。突起部112cの外径と凹部111cの内径とは略等しく、突起部112cの外面と凹部111cの内面とが摺動する際には凹部111cの内部と伸圧力空間113とが気密状態に近くなるように、突起部112cの外径及び凹部111cの内径が設定されている。通気口114の一端側は、この凹部111cで露呈する位置に形成されている。
ピストン112の一面側112aには、突起部112cの中心位置にシャフト122sが固着される。
また、ピストン112の他面側112b(第2面)には、突起部112cと同様に形成された突起部(接続部)112dを介してラック部材22が固着される。接続部112dの外径とラック収納空間22dの内径とは略等しく、接続部112dの外面とラック収納空間22dの内面とが摺動している際には、ラック収納空間22dの内部と縮圧力空間22cとが気密状態に近くなるように、接続部112dの外径及びラック収納空間22dの内径が設定されている。供給路(縮通気口)22jの一端側は、ラック収納空間22dで露呈する位置に形成されていてもよい。
ピストン112の突起部112cには、ピストン112の往復運動方向、即ち、軸線(長手方向)Cに沿って断面積が連続的に変化し、伸圧力空間113内の空気を通気口114に向けて徐々に通気させる緩衝溝(縮緩衝溝)118が形成されている。
具体的には、緩衝溝118は、ピストン112の突起部112cに形成されており、ピストン112の一面側112aからシリンダ本体111の一端側111aに向かって断面積が広がるように、軸線(長手方向)Cに対して傾斜した溝からなる。
ピストン112の突起部112dには、ピストン112の往復運動方向、即ち、軸線(長手方向)Cに沿って断面積が連続的に変化し、縮圧力空間22c内の空気を空間22gに向けて徐々に通気させる緩衝溝(伸緩衝溝)119が形成されている。
緩衝溝(伸緩衝溝)119は、緩衝溝118と同様に、ピストン112の突起部112dに形成され、ピストン112の他面側112bからラック部材22側の空間22dに向かって断面積が広がるように、軸線(長手方向)Cに対して傾斜した溝からなる。
回転駆動エアシリンダ110において、シリンダ本体111の内部空間111bは、ピストン112の伸縮軸方向で径方向における中央位置に貫通したシャフト孔111sを通じてシリンダ本体111の一端側111aの外側と連通している。シャフト孔111sの内部において、シャフト122sが往復動作可能である。これにより、シリンダ110と付勢部120とは連動する。
ピストン112と内部空間111bの筒状側面、シャフト122sとシャフト孔111sの内面は、いずれもOリング等のシール部材により密閉状態を維持しながら、互いに摺動可能として全周でシールされている。
ピストン112と反対側となるシャフト122sの端部には、拡径した固定部122が設けられている。シリンダ本体111の一端側111aの外側と固定部122の他面122bとの間には、伸縮して付勢力を作用可能であるバネ部材120sが取り付けられている。
ラック部材22は、図8,図9,図10に示すように、軸線(長手方向)Cに垂直な断面において円形を成す丸棒状に形成されている。そして、この丸棒状のラック部材22の周面の一部には、ラック歯22aが軸線(長手方向)Cに沿って所定のピッチで配列形成されている。
回転軸20に固着されたピニオン21とラック歯22aとの噛合部分Sの両側にはそれぞれ、ラック部材22を摺動可能に支持する滑り軸受115B,115Cが配されている。この滑り軸受115B,115Cには、図10に示すように、ラック部材22の断面よりも僅かに大きい断面円形の内周面115aが形成されている。その内周面115aにはラック部材22の外周が接触し、内周面115aは、丸棒状のラック部材22を軸線(長手方向)Cに沿って円滑に摺動可能に支持する。
また、図8,図10に示すように、ラック部材22の表面(周面)には、上述したように連通溝(溝)116が、軸線C方向において、滑り軸受115Bと滑り軸受115Cとの両外位置側まで延在するように形成されている。また、ラック部材22を収納するケーシング14Bには、この連通溝116に入り込むボス(図示略)が形成されている。連通溝116とボスとの係合によって、ラック部材22が軸線C周りに回動することを防止することもできる。これによって、ラック部材22が往復運動する際に軸線C周りに捩れることがない。
図11は、滑り軸受115B,115Cの配置位置を示す説明図である。
滑り軸受115B,115Cは、ピニオン21とラック歯22aとの噛合部分Sに生じるラック部材22の作用線(の延長線)L1,L2と、ラック部材22の軸心(軸中心線)Cとの交点P1,P2よりも、噛合部分Sから遠ざかる方向に配されるのが好ましい。
即ち、2つの噛合歯であるピニオン21とラック歯22aとの接触点の移動方向である作用線L1,L2が、それぞれラック部材22の軸心(軸中心線)Cと交差する点を交点P1,P2としたときに、滑り軸受115B,115Cの中心線Qがこの交点P1,P2よりも外側になるように、滑り軸受115B,115Cをそれぞれ配置する。
滑り軸受115B,115Cの配置位置を上述したように設定することによって、滑り軸受115B,115Cは、ピニオン21の回転によって生じる外力、即ち、ピニオン21から遠ざかる方向に向かう力を受けることがなくなる。これによって、滑り軸受115B,115Cは、滑り軸受115B,115Cとラック部材22との接触部分に軸心(軸中心線)Cに直角な方向の応力が加わることを防止して、滑り軸受115B,115Cとラック部材22との摩擦力を低減して円滑に摺動可能にラック部材22を保持することが可能になる。
シリンダ本体111の一端側111aには、縮位置Pbにピストン112がある場合に動作する接触式のリミッタスイッチ弁(回転動作終了検出スイッチ弁)cdSが設けられてもよい。リミッタスイッチ弁cdSは、例えば、出力ポイントFRへのシーケンス回路SQにおける閉塞解除エアシリンダ80への圧空供給をピストン112の終端位置で可となるように依存させて動作させることもできる。
なお、図9においては、後述の緩衝溝118等によるエアクッション動作を説明するために、縮位置Pbに到達する直前の状態を示している。このため、リミッタスイッチ弁cdSは動作状態として示されていない。
以上のような構成の回転軸駆動機構100によれば、例えば、図9に示す縮位置Pbにピストン112がある場合には、このピストン112に固着されたラック部材22からピニオン21を介して連動(回転)される回転軸20が、回転軸20の回動範囲において、図8中の反時計回り方向いっぱいに回転した状態とされる。この回転軸20の位置においては、回転軸20に固定された中立弁部30を介して可動弁部40が流路Hの弁閉位置E2(図1)に置かれる。
一方、この縮位置Pbから、図8に示す伸位置Paにピストン112を移動させる際には、シリンダ本体111の内面とピストン112の一面側112aとで区画された伸圧力空間113の内部に、通気口114から駆動用圧縮空気を送り込む。
すると伸圧力空間113の内圧が高まることによって、内圧によって生じる力がバネ部材120sの付勢力よりも大きくなり、ピストン112は軸線(長手方向)Cに沿って、シリンダ本体111の一端側111aから遠ざかる方向に移動(摺動)し、伸圧力空間113が広がる。
この際、縮圧力空間22cの内部の余分な空気は、縮圧力空間22cから、ラック22収納用の空間22d、軸受115Bに対応する位置に配置された連通溝116およびラック歯22aに対応する部分空間、ケーシング14Bbの内部空間22g、ケーシング14Bの内部空間22h、通気口22jを介して、ダンパー用エアを除いて外部へ排出される。さらに、可動弁部40が退避位置E1に近づくと、縮圧力空間22c内の空気は緩衝溝(伸緩衝溝)119および制御緩衝流路119aを介して空間22gに向けて徐々に排出され、エアダンパー効果(エアクッション効果)を得ることができる。
また、このとき、付勢部120においては、バネ部材120sによって、図8に示す伸位置Paから、図9に示す縮位置Pbに向かう方向にシャフト122sに接続されたピストン112が付勢されていることで、可動弁部40が弁閉位置E2(図1)となるノーマルクローズを実現できる。
ピストン112がシリンダ本体111の一端側111aから遠ざかる方向に伸位置Paまで移動すると、ピストン112に固着されたラック部材22は、ラック歯22aと噛合するピニオン21を図8中の時計回り方向に回転させる。これによって、回転軸20も時計回り方向に回転され、この回転軸20に固定された中立弁部30を介して可動弁部40が流路Hの退避位置E1(図1)に振り子運動で移動する。
さらに、図8に示す伸位置Paにピストン112があり、可動弁部40が流路Hの退避位置E1(図1)とされた場合に、この伸位置Pa(図8)から、縮位置Pb(図9)にピストン112を移動させる際には、伸圧力空間113内における残留圧力によって、エアクッション作用を生じる。
バネ部材120sの付勢力によって、シャフト122sに接続されたピストン112は軸線(長手方向)Cに沿って、シリンダ本体111の一端側111aに近づく方向に移動(摺動)し、圧力空間113が縮まる。
この際、伸圧力空間113の内部の余分な空気は、通気口114を介して、伸圧力空間113から外部へ排出されるが、ピストン112が弁閉位置E2に近づくと、伸圧力空間113の内部の空気は緩衝溝118を介して外部へ排出される。これによって、ピストン112の縮位置Pbへの移動を滑らかに変化させる。
これにより、付勢部120においては、後述するように、図8に示す伸位置Paから、図9に示す縮位置Pbに向かう方向にシャフト122sに接続されたピストン112が移動する際に、弁閉位置E2(図1)となる閉動作時に、シリンダ本体111の内面とピストン112とが勢いよく当接・衝突することを防止できる。
縮圧力空間22cには、通気口22jからピニオン21が収納された内部空間22h、ラック22が収納された内部空間22g、軸受115Bに対応する位置に配置された連通溝116およびラック歯22aの噛み合わせ位置に対応する空間22g、収納空間22dを介して、圧縮空気が供給される。この際、制御緩衝流路119aの制御ピン119cによって、圧縮空気は、閉塞に近い状態で封じ込められるため、軸受け115Cに対応した連通溝116の内部、空間22dが、縮圧力空間22cの圧力よりも低い加圧状態となっている。
ピストン112がシリンダ本体111の一端側111aに近づく方向に縮位置Pbまで移動すると、ピストン112に固着されたラック部材22は、ラック歯22aと噛合するピニオン21を図8中の反時計回り方向に回転させる。これによって、回転軸20も反時計回り方向に回転され、この回転軸20に固定された中立弁部30を介して可動弁部40が流路Hの弁閉位置E2(図1)に振り子運動で移動する。
このように、回転軸駆動機構100を構成するシリンダ本体111内の伸圧力空間113および縮圧力空間22cの内圧を可変させるとともに、バネ部材120sの付勢力によって、ピストン112を伸位置Pa(図8)と縮位置Pb(図9)との間で直線運動させる。これによって、ラック部材22、ピニオン21を介して回転軸20を回動させ、可動弁部40を流路Hに対して退避位置E1と弁閉位置E2(図1)との間で移動させることができる。
また、付勢部120によって、弁閉位置E2(図1)となるノーマルクローズを実現できる。
さらに、以上のようなピストン112の伸位置Paと縮位置Pbとの間の移動においては、緩衝溝118によって、ピストン112の縮位置Pbへの移動を滑らかに変化させる。同様に、緩衝溝119によって、ピストン112の伸位置Paへの移動を滑らかに変化させることもできる。
緩衝溝118について説明する。
ピストン112を伸位置Paから縮位置Pbに移動させる際には、伸圧力空間113の急激な縮小によるピストン112の急停止、即ち、ラック部材22とピニオン21との噛合部分Sに急激に大きな応力が加わらないように、ピストン112の突起部112c形成された緩衝溝118によって、ピストン112の縮位置Pbへの移動を滑らかに変化させる。
例えば、縮圧力空間22cに駆動用圧縮空気を供給し、縮圧力空間22cの内圧をダンパー圧状態とし、かつ、バネ部材120sの付勢力によって、ピストン112を縮位置Pbに向けて移動させる場合について説明する。この場合においては、突起部112cがシリンダ本体111の凹部111cに入り込む位置まで移動してくると、突起部112c周囲の伸圧力空間113から凹部111cに流入して通気口114から排出されていた空気の流れが遮断される。これにより、突起部112cの周縁に広がる伸圧力空間113の内圧が急に高まり(伸圧力空間113が圧縮され)、ピストン112の移動速度が急激に減少する方向に力が働く。
しかしながら、突起部112cに形成された緩衝溝118によって、伸圧力空間113内の空気はこの緩衝溝118を介して通気口114に誘導される。即ち、伸圧力空間113は緩衝溝118を介して通気口114に連通される。
しかも、この緩衝溝118は、ピストン112の一面側112aからシリンダ本体111の一端側111aに向かって断面積が広がるように形成されているので、ピストン112が縮位置Pb(図9)に近づくほど、緩衝溝118の断面積、即ち、開口面積が減少する。これによって、ピストン112が縮位置Pbに至る直前では、伸圧力空間113から通気口114に至る空気の流量が徐々に絞られる(減少する)ため、伸圧力空間113の内圧減少が徐々に低下する。これによって、ピストン112を緩やかに縮位置Pbで停止させることができる。よって、伸圧力空間113の急激な縮小によるピストン112の急停止を防止し、ラック部材22とピニオン21との噛合部分S(図11)に急激に大きな応力を加えずに滑らかに停止させることが可能になる。
同様に、ダンパー用エアとしてあらかじめ駆動用圧縮空気を送り込んでダンパー圧状態としておくことで、緩衝溝119によって、ピストン112の伸位置Paへの移動を滑らかに変化させる。 次に、伸圧力空間113に駆動用圧縮空気を供給し、伸圧力空間113の内圧を増大させてピストン112の伸位置Paに向けて移動させる場合について説明する。この場合においては、突起部112dがケーシング14Bbの空間22dに入り込む位置まで移動してくると、突起部112d周囲の縮圧力空間22cから空間22dに流入して空間22h側に移動して通気口22jから排出されていた空気の流れが遮断される。これにより、突起部112dの周縁に広がる縮圧力空間22cの内圧が急に高まり(縮圧力空間22cが圧縮され)、ピストン112の移動速度が急激に減少する方向に力が働く。
しかしながら、突起部112dに形成された緩衝溝119によって、縮圧力空間22c内の空気はこの緩衝溝119を介して通気口22jに連通する空間22dに誘導される。
即ち、縮圧力空間22cは緩衝溝119を介して空間22dに連通される。
しかも、この緩衝溝119は、ピストン112の一面側112bからケーシング14Bbの他端側14Baに向かって断面積が広がるように形成されているので、ピストン112が伸位置Pa(図8)に近づくほど、緩衝溝119の断面積、即ち、開口面積が減少する。これによって、ピストン112が伸位置Paに至る直前では、縮圧力空間22cから空間22dに至る空気の流量が徐々に絞られる(減少する)ため、ダンパー圧状態とされた縮圧力空間22cの内圧減少が徐々に低下する。これによって、ピストン112を緩やかに伸位置Paで停止させることができる。よって、縮圧力空間22cの急激な縮小によるピストン112の急停止を防止し、ラック部材22とピニオン21との噛合部分S(図11)に急激に大きな応力を加えずに滑らかに停止させることが可能になる。
回転駆動エアシリンダ110には、上記の緩衝溝118,119に加えて、ピストン112が伸位置Paに至る直前、または、ピストン112が伸位置Paから移動し始めた直後におけるピストン112の移動速度を調節するための制御緩衝流路119aが設けられる。
制御緩衝流路119aの一端は、ピストン112が伸位置Pa(図8)とされた際に、突起部112dによって閉塞される位置にある空間22dに開口する。制御緩衝流路119aの他端は、ケーシング14Bbの他面側14Baに開口する流路119aとされる。
この流路119aには、制御用孔119bが設けられている。制御用孔119bは、流路119aに交わる方向に延在し、流路119aに連通し、ケーシング14Bbの外部に開口する。この制御用孔119bの内部には、流路119aを閉塞可能な制御ピン119cが制御用孔119bの延在する方向に摺動可能に設けられている。
この制御緩衝流路119aは、緩衝溝119と同様、縮圧力空間22cと空間22dとの間で移動する空気の流量を制御するために用いられる。
具体的には、制御緩衝流路119aでは、制御ピン119cが制御用孔119bの内部を移動すると、その位置によって、流路119aの断面積が変化する。これにより、縮圧力空間22cと空間22dとの間で移動する空気の流量が変化する。したがって、制御緩衝流路119aが、空間22dに開口した状態で、かつ、突起部112dがケーシング14Bbの空間22dに入り込んだ状態である場合においては、制御ピン119cの位置によって、流路119aの開度を調節し、ピストン112の移動速度を制御することができる。
制御ピン119cを抜いて流路119aの断面積を増やすと、ラック22の移動速度、つまり、可動弁体40(可動弁部)の振り子運動の移動速度が増大する。制御ピン119cを挿入して流路119aの断面積を減少させると、ラック22の移動速度、つまり、可動弁体40のり子運動の移動速度が減少する。
特に、ピストン112が伸位置Paに到着する直前のみならず、ピストン112が伸位置Paから縮位置Pbに動き始める場合、つまり、可動弁部40が流路Hの退避位置E1(図1)に振り子運動で移動し始める場合にもこのようなエアダンパー効果を奏する。これにより、ラック部材22とピニオン21との噛合部分S(図11)に急激に大きな応力を加えずに滑らかに動作開始、および、停止させることが可能となる。
このようなシリンダ110であると、圧縮空気の供給を伸通気口114と縮通気口22jとで切り替えるだけでシリンダ110の伸縮をおこなって中立弁体5の揺動動作をさせることが可能である。
流体経路リング17と流体経路リング18とは、回転軸20とほぼ等しい内径を有する。ピニオン21よりも弁箱10の近くに位置する流体経路リング17の外径がベアリング16Aの外径より大きくかつピニオン21の外径寸法よりも小さく設定されている。ピニオン21よりも蓋体14Dの近くに位置する流体経路リング18の外径がピニオン21の径寸法よりも大きく設定されている。ベアリング16A,16Bで支持された回転軸20が回動すると、流体経路リング17と流体経路リング18とに対して、接触位置が周方向に変化することになる。
流体経路リング17には、径方向リング経路17cが設けられている。径方向リング経路17cは、第2周囲領域40aにおいて可動弁板部50と可動弁枠部60との間に形成された円環状エアシリンダ80に駆動用気体を供給する供給路41の一部とされる流体経路である。径方向リング経路17cは、流体経路リング17の径方向に延在し、流体経路リング17の外周面17a及び内周面17bに開口する。この径方向リング経路17cは、流体経路リング17の外周面17aにおいて、円筒ケーシング14Bの径方向に貫通する経路14Bcに連通している。
流体経路リング18には、径方向リング経路18cが設けられている。径方向リング経路18cは、中間大気室55に接続されている(図5参照)。中間大気室55は、第2周囲領域40aにおいて可動弁板部50と可動弁枠部60との間に形成された円環状エアシリンダ80に設けられた2重シール部において2重目のシール部51a,52aより気体供給側に設けられている。径方向リング経路18cは、1重目のシール部51b,52bが破れた際に、駆動用気体を仕切弁1の外部に向けて逃がす連絡路42の一部とされる流体経路である。径方向リング経路18cは、流体経路リング18の径方向に延在し、流体経路リング18の外周面18a及び内周面18bに開口する。この径方向リング経路18cは、流体経路リング18の外周面18aにおいて、円筒ケーシング14Bの径方向に貫通する経路14Ccに連通している。
流体経路リング17には、内周面17bに溝17dが周設されており、溝17dは、回転軸20の外周面20bで囲まれており、周方向経路を形成している。
溝17dに対向する位置とされる回転軸20の外周面20bには、径方向軸内経路27が開口し、径方向軸内経路27は、回転軸20の軸線に沿うLL方向に延在して回転軸20の一端面20aに開口する軸方向軸内経路25に連通している。
流体経路リング18には、内周面18bに溝18dが周設されており、溝18dは、回転軸20の外周面20bで囲まれており、周方向経路を形成している。
溝18dに対向する位置とされる回転軸20の外周面20bには、径方向軸内経路28が開口し、径方向軸内経路28は、回転軸20の軸線に沿うLL方向に延在して回転軸20の一端面20aに開口する軸方向軸内経路26に連通している。
これら軸方向軸内経路25と軸方向軸内経路26とは、互いに平行状態でかつ軸線LLに平行である。回転軸20の蓋体14Dに面している他端20cは閉塞されている。
軸方向軸内経路25と軸方向軸内経路26とは、いずれも、中立弁部30の内部の供給路41及び連絡路42に接続されている。
流体経路リング17には、内周面17bと回転軸20の外周面20bとの間において径方向軸内経路27の開口部分および溝17dを摺動可能にシールするOリング等のシール部材17h,17j,17kが周設されている。
流体経路リング17には、外周面17aと円筒ケーシング14Bの内面との間において径方向リング経路17cの開口部分および経路14BcをシールするOリング等のシール部材17e,17f,17gが周設されている。
流体経路リング18には、内周面18bと回転軸20の外周面20bとの間において径方向軸内経路27の開口部分および溝18dを摺動可能にシールするOリング等のシール部材18h,18j,18kが周設されている。
流体経路リング18には、外周面18aと円筒ケーシング14Bの内面との間において径方向リング経路18cの開口部分および経路14CcをシールするOリング等のシール部材18e,18f,18gが周設されている。
このような構成を有する流体経路リング17と流体経路リング18によって、回転軸20がどのような回動位置になっても、径方向軸内経路27と径方向軸内経路28が連通した状態を維持できるため、後述するように密閉度よく、駆動用流体の供給等を行うことができる。しかも、供給路41と連絡路42とを、独立してそれぞれ接続しているので、回転軸20の回動位置にかかわらず、異なる圧力状態あるいは、異なる状態にあるガスの2系統を弁体10の内部に影響を与えずに、制御することが可能となる。
同時に、流体経路リング17及び流体経路リング18には周方向経路となる溝17d,18dが周設されているため、溝17d、18d内の流体による圧力が回転軸20の外周面20bに一周するように作用する。このため、径方向に作用する圧力を全周で均等にすることができるため、これらの流路における圧力状態にかかわらず、軸受16Aと軸受16Bにおける回転軸20の支持状態に対して影響を及ぼすことを防止できる。
同時に、軸受16Aと軸受16Bとの間に、上記の流体経路リング17と流体経路リング18を位置して、回転軸を支持する軸受16Aと軸受16Bとの間の距離をできるだけ長く確保することができる。これにより、回転軸20が傾く方向に回転軸へ作用するモーメントを軸受16Aと軸受16Bで保持する場合、これらの軸受16Aと軸受16Bが受けるラジアル荷重を最小にすることができ、それによりこれら軸受16Aと軸受16Bの耐久性を向上させることができる。または、必要な回転軸20の傾斜方向における変形防止能を維持した状態で回転軸20の軸線方向長さを確保することができ、回転軸20を含む回転駆動エアシリンダ110を小型化し、バルブの小型化を図ることができる。
また、軸受16Aと軸受16B、流体経路リング17、ピニオン21および流体経路リング18の外径寸法として、上記の構成を採用することにより、部品の構成を変えずに、部品の組立方向を変えることのみによって、回転機構部の弁箱に対する取付面を反転させて、これらをケーシング14に対して組み付けることが可能である。
本実施形態においてエアシリンダ80の駆動用とされる圧縮空気を、弁箱10の内部の中空部11に露出(暴露)することなく、回転軸20の内部を経由して中立弁体5へ供給するとともに、後述する中間大気室55,56への連絡路42を回転軸20の内部を経由して弁箱10の外部に連通させることが可能となる。
回転軸20には、供給路41と連絡路42となる軸方向軸内経路25,26がそれぞれ平行に設けられている。また、供給路41と連絡路42とに対応する流体経路リング17と流体経路リング18とが回転軸20の軸線LLに沿う方向において異なる位置に設けられている。これにより、一本の回転軸20の内部を介して複数の経路25,26を同時にそれぞれ別個に連通状態とすることができる。このため、エアシリンダ80の駆動用流体の供給路41とセーフティー用の中間大気用の連絡路42とを一つの回転軸20のみで形成することができ、他の構成を用いずに、供給路41及び連絡路42を回転軸20に配置することが可能となる。
流体経路リング17の内周面17bにおいて、シール部材17hとシール部材17jとの間には、径方向リング経路17cに連通する溝17dが設けられ、シール部材17jとシール部材17kとの間には、溝17pが周設されている。
この溝17pと対向する回転軸20の外周面20bとは、大気圧の空間(空隙)である第2中間大気室を形成するとともに第2連通路42Aによって、ケーシングの外部に接続されている。
これらシール部材17jとシール部材17kとは、駆動用気体の存在する供給路41となる溝17dに対する2重シール部として機能している。この構造において、エアシリンダ80の加圧中に、回転軸20における1重目のシールであるシール部材17jが破れた場合でも、圧縮空気(駆動用気体)を溝17pおよび第2連通路42Aを介してケーシング14の外部に逃がす。このため、ケーシング14B内において流体経路リング17の溝17dからピニオン21の内部空間22hに圧縮空気が放出されてしまう等、溝17dと内部空間22hとの間で圧力状態が変化してしまうという不具合を防止する構成が得られている。
同時に、シール部材17kとシール部材17jとは、回転軸20の回転駆動エアシリンダ(駆動手段、回転エアシリンダ)において加圧空間となる内部空間22hに対する2重シール部として機能している。この構造において、回転駆動エアシリンダの収縮中に、回転軸20における1重目のシールであるシール部材17kが破れた場合でも、圧縮空気(駆動用気体)を溝17pおよび第2連通路42Aを介してケーシング14の外部に逃がす。このため、ケーシング14B内において内部空間22hから供給路41となる溝17dに圧縮空気が放出されてしまう等、溝17dと内部空間22hとの間で圧力状態が変化してしまうという不具合を防止する構成が得られている。
これらの溝17d、内部空間22hは、いずれも加圧空間であるが、所定の動作に対応する圧力状態が、シール部の破れによって変化した場合、中立弁体5の厚さがいきなり膨張する、中立弁体5が回動動作するといった予期せぬ動作を起こしてしまうことを防止する。
つまり、シール部材17k、シール部材17j、溝17pおよび第2連通路42Aにより、仕切弁1がシール破れによって破損する等を防止することができる。
流体経路リング18の内周面18bにおいて、シール部材18kとシール部材18jとの間には、径方向リング経路18cに連通する溝18dが設けられ、シール部材18jとシール部材18hとの間には、溝18pが周設されている。
この溝18pと対向する回転軸20の外周面20bとは、大気圧の空間(空隙)である第2中間大気室を形成するとともに第2連通路42Aによって、ケーシングの外部に接続されている。
これらシール部材18jとシール部材18hとは、回転軸20の回転駆動エアシリンダ(駆動手段、回転エアシリンダ)において加圧空間となる内部空間22hに対する2重シール部として機能している。この構造において、回転駆動エアシリンダの収縮中に、回転軸20における1重目のシールであるシール部材18hが破れた場合でも、圧縮空気(駆動用気体)を溝18pおよび第2連通路42Aを介してケーシング14の外部に逃がす。このため、ケーシング14B内において内部空間22hから連通路42となる溝18dに圧縮空気が放出されてしまう等、溝18dと内部空間22hとの間で圧力状態が変化してしまうという不具合を防止する構成が得られている。
これにより、内部空間22hは加圧空間であり、所定の動作に対応する圧力状態が、シール部の破れによって変化した場合、中立弁体5が回動動作するといった予期せぬ動作を起こしてしまうことを防止する。
つまり、シール部材18h、シール部材18j、溝18pおよび第2連通路42Aにより、仕切弁1がシール破れによって破損する等を防止することができる。
円筒ケーシング14Bにおいてシールケーシング14Aの近くの位置には、径方向に延在するリーク流路14Heが設けられる。このリーク流路14Heは、図7Bに示すように、リーク空間22Heに連通している。リーク空間22Heは、軸受16Aよりもシールケーシング14Aに近い位置に形成されており、回転軸20の表面20bと接する。
リーク空間22Heと接する回転軸20の内部には、軸方向リーク流路27Heが設けられている。この軸方向リーク流路27Heの一端が、リーク空間22Heに開口する。軸方向リーク流路27Heの他端は、後述するように、回転軸20の中心に軸線方向に貫通し、接続部材91を介して回転軸20と中立弁部30とを締結するための雄ネジ(締結具)21dを貫通させる貫通穴21Aに向けて開口している。
図12A及び図12Bに示すように、貫通穴21Aは、接続部材91の開口98および中立弁部30に設けられ、雄ネジ21dを螺合する雌ネジ(締結具)31のある空間31Heに連通している。
後述するように雄ネジ21dは、締結されている雌ネジ31のある空間31Heまでネジ溝のない開口98を貫通している。この空間31Heの溝95Bに近い位置は、図示しない閉塞部材によって閉塞されている。
中立弁部30の空気溜まり空間31Heにおいては、空間31Heの先に位置する溝95Bの近くの部位において、図示しないOリング等による封止が破れているかを調べるヘリウムリークテストをおこなうことが必要である。このため、空気溜まり空間31Heは、開口98、貫通穴21A、軸方向リーク流路27He、リーク空間22He、リーク流路14Heを介してリーク空間22Heに連通されている。この部分を通じて、空気溜まり空間31He、開口98、貫通穴21Aに対する密閉状態を検査するヘリウムリークテストのためにヘリウムの供給が可能となっている。
このように、軸方向リーク流路27Heおよびリーク流路14Heを設けることで、空気溜まり空間31He、開口98、貫通穴21Aに対するヘリウムリークテストが可能となる。
同時に、リーク流路14Heから、回転軸20の表面20bに沿ったシール手段としてのシール部14Aa、14Ab,14Acおよび、大気圧の空間(空隙)である中間大気室14Adに対して、中空部11へのシールテストをおこなうことが可能となる。つまり、リーク流路14Heから、リーク空間22Heにヘリウムを供給し中空部11に対するリークを調べることで、ヘリウムリークテストをおこなうことが可能となる。
さらに、リーク流路14Heは、シール部材17h,17j,17k、シール部材17e,17f,17gなどによる封止が破綻して、加圧空間である内部空間22hおよび径方向リング経路17c、溝17dなどから、圧縮空気がリーク空間22Heに漏れだした場合に、この圧縮空気を外部に逃がすことができる。これにより、シール部14Aa、14Ab,14Acに圧力が加わることを防止して、漏れた圧縮空気が中空部11へ流入してしまうことが防止できる。
[中立弁部30、接続部材91]
図12Aは、回転軸と中立弁体との係合部分の要部を示す拡大図であって、回転軸の径方向に沿う断面図である。図12Bは、回転軸と中立弁体との係合部分の要部を示す拡大図であって、回転軸の軸方向に沿う断面図である。
中立弁部30は、回転軸20の軸線に対して直交する方向に延在し、この直交方向に平行な面を有している。図1に示すように、中立弁部30は、可動弁部40に重なる円形部30aと、回転軸20の回転に伴って円形部を回転させる回転部30bとを有する。回転部30bは、回転軸20と円形部30aとの間に位置しており、回転部30bの幅は回転軸20から円形部30aに向けて徐々に増加している。これら回転軸20、中立弁部30は、弁箱10に対して回動はするが、流路H方向には位置変動しないように設けられている。
中立弁部30の一端には、図12Bに示すように、接続部材91の突起部93と嵌合する凹部95が形成されている。この凹部95の断面形状は、接続部材91の断面形状と合致する略T字状を成す。こうした凹部95としては、中立弁部30の流路方向Hにおける一面側30Aと他面側30Bの両側に、それぞれ凹部95A,95Bが形成されている。
これによって、回転軸20は、中立弁部30に対して流路方向Hに沿った上側と下側のいずれにも選択的に接続することができる。
あるいは、回転軸20に対して、中立弁体5全体を両面どちらにも取り付けることができる。即ち、接続部材91の凹部95Aに中立弁体5を取り付ければ、仕切弁1の閉弁時において、可動弁部40が第1開口部12aを塞ぐ。逆に、接続部材91の凹部95Bに中立弁体5を取り付ければ、可動弁部40が第2開口部12bを塞ぐ。
図12A及び図12Bに示すように、接続部材91に形成された突起部93と、中立弁部30に形成された凹部95とは互いに嵌合される。図12Aに示すように、接続部材91と中立弁部30とは、係合状態において、流路方向Hに沿って互いに平行に広がり第1間隔t1で離間した一組の第1平行面96a,96bと、流路方向Hに沿って互いに平行に広がり第1間隔t1よりも広い第2間隔t2で離間した一組の第2平行面97a,97bとで互いに接触している。
こうした一組の第1平行面96a,96b、および一組の第2平行面97a,97bは、それぞれ、流路方向Hに直角に延びる一軸Lを挟んで対称に配される。また、第1平行面96a,96bと第2平行面97a,97bとは、この一軸Lに沿って互いに重ならない位置に配される。
接続部材91の突起部93には、図12A及び図12Bに示すように、この一組の第1平行面96a,96bを構成する第1接触面93a,93bと、第2平行面97a,97bを構成する第2接触面93c,93dと、が形成されている。そして、これら第1接触面93a,93bと第2接触面93c,93dのそれぞれは、第1傾斜面93e,93fで繋っている。突起部93は、全体として2段階の幅を持つ突起形状を成している。
中立弁部30の一端に形成された凹部95は、図12A及び図12Bに示すように、一組の第1平行面96a,96bを構成する第3接触面95a,95bと、第2平行面97a,97bを構成する第4接触面95c,95dと、が形成されている。そして、これら第3接触面95a,95bと第4接触面95c,95dのそれぞれは、第2傾斜面95e,95fで繋っている。凹部95は全体として2段階の幅を持つ溝形状を成している。
回転軸20の中心には、図12A及び図12Bに示すように、接続部材91を介して回転軸20と中立弁部30とを締結するための雄ネジ(締結具)21を貫通させる貫通穴21Aが形成されている。また、中立弁部30の一端に形成された凹部95には、雄ネジ(締結具)21と螺合する雌ネジ31が形成されている。更に、接続部材91には、雄ネジ(締結具)21を貫通させるネジ溝のない開口98が形成されている。
以上の構成によって、接続部材91に形成された突起部93と、中立弁部30に形成された凹部95とが嵌合し、更に、回転軸20の上端側から、雄ネジ21が貫通穴21Aおよび開口98に貫通し、雄ネジ21の先端部分が中立弁部30の雌ネジ31にネジ止めされている。これにより、回転軸20と中立弁部30とは、接続部材91を介して締結(固定)される。
中立弁部30のメンテナンス、例えば、繰り返し開閉による中立弁部30の交換等で、中立弁部30を回転軸20に固着された接続部材91に取り付ける際には、中立弁部30の一端に形成された凹部95を接続部材91に形成された突起部93に対向させる。
次に、中立弁部30の凹部95を突起部93に差し込むと、凹部95の第3接触面95a,95bが、それぞれ突起部93の第1接触面93a,93bに接触する。また、凹部95の第4接触面95c,95dが、それぞれ突起部93の第2接触面93c,93dに接触する。
こうした挿入工程での凹部95と突起部93との接触面は、第1平行面96a,96b、および第2平行面97a,97bに限られ、突起部93の第1傾斜面93e,93fと、凹部95の第2傾斜面95e,95fとは接触しない。つまり、矢印B1で示す方向である接続方向において、回転軸20の軸線を挟んだ両側位置となる部分で周方向の取り付け位置を規制することができる。このため、取り付け位置、特に、回転軸20の軸線周りの中立弁部30の取り付け方向の正確性を容易に向上することができる。
同時に、例えば、凹部95と突起部93との接触面(第1平行面96a,96b、第2平行面97a,97b)のクリアランス(隙間)を極めて小さく設定しても、凹部95を突起部93に押し込む際の摩擦力が軽減され、スムーズに凹部95と突起部93とを嵌合させることができる。
また、互いに幅の異なる第1平行面96a,96b、および第2平行面97a,97bで凹部95と突起部93とを接触させることによって、凹部95を突起部93に押し込む際の取付精度を向上させることができる。また、取付時に摩擦力の軽減によって、容易にその取付位置、即ち、突起部93に対する凹部95の押し込み量を調整することができる。即ち、凹部95と突起部93との係合時には、凹部95に形成された雌ネジ31のネジ穴位置を、接続部材91の突起部93に形成された開口98と合致させる必要がある。
本実施形態のように、第1平行面96a,96b、および第2平行面97a,97bだけで凹部95と突起部93とを接触させることで、雌ネジ31のネジ穴位置と突起部93に形成された開口98とを容易に微調整しつつ合致させることができる。これによって、回転軸20の貫通穴21Aから開口98を介して雄ネジ(締結具)21dを容易に雌ネジ31に締結することができる。また、端面93mと端面95mとを接触させることで、図12において矢印B1で示す方向である接続方向における互いの位置決めをおこなうことも可能である。
なお、この実施形態においては、接続部材91に突起部93を、また中立弁部30の一端に凹部95を設けているが、凹凸が逆の構造とすることもできる。つまり、回転軸20に固着される接続部材に凹部を形成して、この凹部と嵌合する突起部を中立弁部の一端に形成する構造である。
[可動弁部40、可動弁板部(第2可動弁部)50、可動弁枠部(第1可動弁部)60]
可動弁部40は略円板状とされ、円形部30aと略同心円状に形成された可動弁板部50と、この可動弁板部50の周囲を囲むように配置された略円環状の可動弁枠部60とを有する。可動弁枠部60は、中立弁部30に流路H方向に摺動可能として接続されている。
また、可動弁板部50は、可動弁枠部60に摺動可能として嵌合されている。可動弁板部50と可動弁枠部60とは、メインバネ70及び円環状エアシリンダ80によって符号B1,B2で示された方向(往復方向)に摺動しながら移動可能である。ここで、符号B1,B2で示された方向とは、可動弁板部50および可動弁枠部60の面に垂直な方向であり、回転軸20の軸方向に平行な流路H方向である。
また、可動弁板部50の外周付近における全領域には、内周クランク部50cが形成されている。また、可動弁枠部60の内周付近における全領域には、外周クランク部60cが形成されている。
本実施形態においては、外周クランク部60cと内周クランク部50cとが、流路H方向と平行な摺動面50b、60bどうしで摺動可能に嵌合している。
弁箱10の内面に対向(当接)する可動弁枠部60の表面には、第1開口部12aの形状に対応して円環状に形成された、例えば、Oリング等からなる第1シール部61(主シール部)が設けられている。
この第1シール部61は、閉弁時に可動弁部40が第1開口部12aを覆っている状態で、第1開口部12aの周縁となる弁箱10の内面15aに接触し、可動弁枠部60及び弁箱10の内面によって押圧される。これによって、第1空間は第2空間から確実に隔離される(仕切り状態が確保される)。
[メインバネ(第1付勢部)70]
メインバネ(第1付勢部)70は、可動弁部40の最外周となる第1周囲領域40aに隣接した第1周囲領域40bに配置されている。メインバネ70においては、可動弁枠部60を第1開口部12aに向けて(方向B1)に押圧するように、同時に、可動弁板部50を第2開口部12bに向けて(方向B2)に押圧するように復元力が生じている。
これにより可動弁部40による弁閉状態において、メインバネ70は、可動弁板部50に力を加え(付勢し)、第2開口部12bの周囲に位置する弁箱10の内面15bに向けて可動弁板部50を押圧して内面15bと可動弁板部50の反力伝達部59とを当接させていると。同時に、メインバネ70は、可動弁枠部60に力を加え(付勢し)、第1開口部12aの周囲に位置する弁箱10の内面15aに向けて可動弁枠部60を押圧して内面15aと可動弁枠部60の第1シール部61とを当接させている。
本実施形態においては、メインバネ70は、弾性部材(例えば、スプリング、ゴム、密閉されたエアダンパーなど)である。メインバネ70は、可動弁板部50に第2開口部12bを向いて開口するよう設けられた凹部50aと、この凹部50aの対向位置に可動弁枠部60に第1開口部12aを向いて開口するよう設けられた凹部60aとに嵌め込まれて設けられている。
メインバネ70は、第1端と第2端とを有する。第1端は、可動弁板部50の凹部50aの底面に当接している。第2端は、可動弁枠部60の凹部60aの天井面に当接している。また、図1に示すように、円環状の可動弁枠部60において、複数の第1付勢部70が周方向に沿って等間隔に設けられている。
メインバネ70を構成する弾性部材の自然長は、可動弁枠部60のシール部61と、可動弁板部50の反力伝達部59とが、それぞれ、弁箱10の内面15aと内面15bとを押圧する可動弁部40の最大厚さ寸法となった状態における、可動弁板部50の凹部50aの底面と可動弁枠部60の凹部60aの天井面との間の距離よりも大きい。このため、可動弁板部50の凹部50aの底面と可動弁枠部60の凹部60aの天井面とによって圧縮されつつ凹部50aおよび凹部60aの内部に配置されているメインバネ70においては、弾性復元力(延伸力,付勢力)が生じている。この弾性復元力が作用することにより、可動弁枠部60が方向B1に、同時に、可動弁板部50が方向B2に摺動しながら、第1シール部61および反力伝達部59が弁箱10の内面に当接して押圧され、閉弁動作が行われる。
また、メインバネ70は、第1シール部61に対する押圧力を効率よく伝達して仕切弁1の閉塞を確実にするために、第1シール部61に近接した第2周囲領域40bに配置される。具体的には、第1シール部61直下のすぐ外周位置には、後述する反力伝達部59となる突条が位置する。これに対し、可動弁板部50の径方向における位置として、この第1シール部61に対して突条(反力伝達部)59の反対側の位置にメインバネ70は位置される。これにより、メインバネ70の付勢力は効率よく可動弁枠部60のシール部61と可動弁板部50の反力伝達部59とに伝達され、第1シール部61の変形による弁の密閉の確実性を向上することができる。
また、メインバネ70は、第1シール部61を直接押圧できるようにするために、第1シール部61の直下付近とされる第2周囲領域40bに配置されることもできる。この場合、仕切弁においては、第1付勢部70を可動弁枠部60に設けられているので、第1付勢部70を第1シール部61の直下に位置させることが可能である。
このように、仕切弁1においては、閉弁動作及び開弁動作を行うアクチュエータとして、閉弁動作を行うメインバネ70と、開弁動作を行う第2付勢部80(後述)とが近接して設けられている。この構成において、メインバネ70及び第2付勢部80は、第1シール部61に近い可動弁部40の周囲領域(第1周囲領域40a及び第2周囲領域40b)において、互いに近接するように径方向に隣接して配置されている。また、メインバネ70は、第1シール部61の直下付近に位置している。つまり、仕切弁1の構造は、第1シール部61、反力伝達部59、メインバネ70の位置関係が、作用点及び支点が存在するモーメント荷重を加える構造として効率よくシールをおこなうことができるように構成される。
さらに、メインバネ70の付勢力が可動弁板部50と可動弁枠部60とを拡げる方向、つまり、可動弁部40の厚さを増大して、可動弁枠部60のシール部61と可動弁板部50の反力伝達部59とを弁箱10の内面15a,15bに押圧する方向に設定されている。このため、停電等によってユーティリティ設備から仕切弁1を備える装置への電力供給(エネルギー供給)が停止した場合であっても、メインバネ70において生じる機械的な力のみで確実に仕切弁1を閉じることができる。このため、フェイルセーフな仕切弁を確実に実現できる。
一方、可動弁部40の厚さを減じる付勢がおこなわれている構造を有する仕切弁、あるいは、ユーティリティ設備から供給される電力等のエネルギーによって閉弁動作が行われている構造を有する仕切弁においては、ユーティリティ設備から装置へのエネルギー供給が停止した場合に閉弁動作を行うことができない場合がある。このため、このような構造においては、フェイルセーフな仕切弁を実現できない。
[円環状エアシリンダ(第2付勢部)80]
円環状エアシリンダ80は、可動弁部40の最外周となる第1周囲領域40aに配置されている。円環状エアシリンダ80においては、円環状エアシリンダ80に駆動流体として圧縮空気が供給された際に、可動弁枠部60を第2開口部12bに向けて(方向B2)移動させる力(付勢力、圧縮空気に起因する力)が生じる。同時に、可動弁板部50を第1開口部12aに向けて(方向B1)に移動させる力(付勢力、圧縮空気に起因する力)が生じる。これによって、圧縮空気による力がメインバネ70の付勢力よりも大きくなり、第1開口部12aの周囲に位置する弁箱10の内面15aから可動弁枠部60を離間させるのと同時に、第2開口部12bの周囲に位置する弁箱10の内面15bから可動弁板部50を離間させる。
これにより、後述する補助バネ(第3付勢部)90の付勢力により、可動弁体40は流路H方向において弁箱10の厚さ方向における中央に位置し、弁箱10内で回動可能な状態となる。
なお、可動弁部40において、第1周囲領域40aは、円環状である可動弁枠部60のシール部61と可動弁板部50の反力伝達部59との内側に位置する。同時に、可動弁部40において、第2周囲領域40bは、第1周囲領域40aの内側に位置する。即ち、可動弁部40の径方向において、メインバネ70は、円環状エアシリンダ80の内側に配置されている。言い換えれば、円環状エアシリンダ80は、可動弁板部50と可動弁枠部60とが摺動する方向(流路H方向)に交差する方向においてメインバネ70に隣接している。つまり、円環状エアシリンダ80は、可動弁部40の径方向において、シール部61、反力伝達部59、及びメインバネ70の間に位置する。
本実施形態においては、円環状エアシリンダ80は、可動弁板部50と可動弁枠部60との間に設けられた1つのエアシリンダ(空隙)である。
具体的に、この円環状エアシリンダ80は、可動弁枠部60の第1開口部12aに向けて開口した凹部60dと可動弁板部50の第2開口部12bに向けて突出した凸部50dとが勘合した状態で形成され、これら環状の凹部60dと環状の凸部50dとが摺動するように形成されている。また、この円環状エアシリンダ80は、可動弁枠部60の周縁部に形成された円環状の空間、および、可動弁板部50の最外周に形成された突条(環状凸部)からなり、1つの円環シリンダ(円環空隙)として機能する。また、言い換えると、円環シリンダは、流路Hを囲むように形成されている。
円環状エアシリンダ80に駆動用流体である圧縮空気が供給されると、第2付勢部80の体積を膨張させる膨張力(付勢力)が方向B1、B2に生じる。膨張力の大きさがメインバネ70に生じる復元力よりも大きい場合、この膨張力がメインバネ70の付勢力によりも大きくなる。これにより、メインバネ70が圧縮され、可動弁板部50が方向B1に可動弁枠部60が方向B2に摺動して可動弁体40の厚さ方向における寸法が縮小して、第1シール部61が弁箱10の内面15aから離間し、同時に、反力伝達部59が弁箱10の内面15bから離間して、開弁動作が行われる。この際、円環状の凹部60dと凸部50dとが摺動することで、可動弁板部50と可動弁枠部60との移動する方向が流路方向のみに規制されるとともに、可動弁板部50と可動弁枠部60とが、シール部61および反力伝達部59が弁箱10内面15a、15bに当接した状態から平行移動するように位置規制される。つまり、この円環状エアシリンダ80は、可動弁板部50と可動弁枠部60との相対移動方向とその姿勢を規制することができる。
[補助バネ(第3付勢部)90]
補助バネ90は、中立弁部30と可動弁枠部60との間に設けられている。補助バネ90は、弁箱10の流路方向のほぼ中央に位置する中立弁部30に対して、可動弁体40の厚さ寸法が縮小した際に、可動弁体40を弁箱10の中央よりに付勢する。
補助バネ90は、中立弁部30の外周位置(図2,図4では右側位置)に設けられた開口30aを貫通して可動弁枠部60に接続された棒状の位置規制部65に設けられている。補助バネ90もメインバネ70と同様に弾性部材(例えば、スプリング、ゴム、密閉されたエアダンパーなど)である。
補助バネ90は、中立弁部30開口30aの第1開口部12aの近くに設けられたフランジ部30bと、位置規制部65の先端65aとに係止されており、可動弁枠部60を第2開口部12b側に移動するB2に向かう向きに付勢している。
補助バネ90は、この中立弁部30よりも第1開口部12aの近くに位置する可動弁枠部60を第2開口部12bに向けて付勢する。第1開口部12aの周囲に位置する弁箱10の内面15aに可動弁枠部60のシール部61が当接している場合であって、円環状エアシリンダ80に駆動用流体である圧縮空気が供給された際に、補助バネ90は、可動弁枠部60が第1開口部12aの周囲に位置する弁箱10の内面15aから離間するように付勢している。
これにより、円環状エアシリンダ80に圧縮空気が供給された際に、可動弁体40が弁箱10の流路方向のほぼ中央に向かって移動し、最終的に、可動弁体40が弁箱10の流路方向のほぼ中央に位置するように可動弁体40の姿勢が制御される。また、補助バネ90の付勢力は、メインバネ70の付勢力と円環状エアシリンダ80の付勢力の差よりも遙かに小さい。つまり、弁閉状態を実現するための能動的バネあるいは、アクチュエータとしてのメインバネ70や円環状エアシリンダ80に比べて、補助バネ90は、弁体の厚さ寸法を変化させるだけでよいため、補助バネ90は、極めて小さなバネでよい。
このように、仕切弁1においては、閉弁動作及び開弁動作を行うアクチュエータとして、可動弁体40厚さを増大する動作を行うメインバネ70と、可動弁体40厚さを縮小する動作を行う円環状エアシリンダ80と、可動弁体40を流路方向において弁箱10中央位置側にする姿勢制御をおこなう補助バネ90と、が設けられている。
この構成において、メインバネ70及び円環状エアシリンダ80は、第1シール部61に近い可動弁部40の周囲領域において、互いに近接するように並列に配置されている。
円環状エアシリンダ80は、可動弁板部50と可動弁枠部60との間に設けられた1つの円環シリンダを構成している。この構成によれば、一方向に圧縮空気第2付勢部80に供給する供給路41が1つ設けられていれば、圧縮空気を円環状エアシリンダ80に沿ってこの円環シリンダの内部に供給することができる。また、可動弁体40の厚さ寸法の伸縮(開弁動作及び閉弁動作)を行うことができる。さらに、この動作中において補助バネ90により可動弁体40の伸縮に伴う可動弁体40の流路方向における位置を弁箱10中央付近に容易に維持することができる。このため、簡易かつコンパクトな構成を有するアクチュエータを実現することができる。
また、円環状エアシリンダ80は、開弁動作を行うために用いられるので、第2付勢部80において発生する力の大きさ(出力)として、第1付勢部70を圧縮することができる大きさ(出力)があれば十分である。
本実施形態においては、可動弁板部50と可動弁枠部60とによって1つの厚さ方向における寸法を可変な可動弁部40が構成されているので、2枚の可動弁部を設ける必要がなく、簡単かつコンパクトな構造を有する可動弁部を実現することができる。
また、中立弁部30にはアクチュエータの力、特に弁閉状態を維持するように可動弁体40を密閉する際にかかる力が作用しない。このため、中立弁部30には振り子弁として弁体を揺動するに足る強度があれば充分である。また、回転軸20にもアクチュエータの力、特に弁閉状態を維持するように可動弁体40を密閉する際にかかる力が作用しない。このため、回転軸20振り子弁として弁体を揺動するに足る強度があれば充分である。同時に、回転軸20に弁密閉するためのモーメントが必要なものに比べて、可動弁体40の揺動機構の出力を抑えることができるので、この回転軸20の回動機構を小型化することができる。
この構造においては、剛性として、上記中立弁部30の強度に加えて、退避位置と弁開閉位置の間で可動弁部40を回動させる際にその自重を支える強度があれば十分である。
図2には、可動弁板部50と可動弁枠部60とが互いに嵌合されている部分および中立弁部30と可動弁板部50とが互いに嵌合されている部分、第1付勢部70及びガイドピン62が設けられた部位を示している。
[第2シール部(2重シール部)51a,51b及び第3シール部(2重シール部)52a,52b]
可動弁板部50の環状凸部(突条)50dの外周面には、可動弁枠部60の環状凹部60dの内周面に当接し、可動弁板部50と可動弁枠部60との間をシールする2重シール部として、Oリング等の円環状の第2シール部51a,51b及び第3シール部52a,52bが設けられている。
具体的には、可動弁板部50の環状凸部(突条)50dの径方向外側に位置する第1外周面50fに第2シール部51a,51bが設けられている。また、径方向において第1外周面50fの内側である第2内周面50gに、第3シール部52a,52bが設けられている。第2シール部51a,51bは、可動弁枠部60の第1内周面60fに当接し、第3シール部52a,52bは、可動弁枠部60の第2外周面60gに当接する。
第2シール部51a,51bは、圧力が高い空間である円環状エアシリンダ80と、圧力が低い空間等であって第1開口部12aに近い中空部11とを仕切り、仕切り状態を確保する。同様に、第3シール部52a,52bは、圧力が高い空間である円環状エアシリンダ80と、圧力が低い空間等であって第2開口部12bに中空部11とを仕切り、仕切り状態を確保する。
第2シール部51a,51bは、駆動用の圧縮空気が供給されて圧力が高い空間である円環状エアシリンダ80と、例えば、圧力が低い空間である第1開口部12aに連通する第1空間側とを遮断するものであり、この仕切り状態を確保することができる。同様に、第3シール部52a,52bは、圧力が高い空間である円環状エアシリンダ80と、圧力が低い空間であって第2開口部12bに近い第2空間側とを仕切り、仕切り状態を確保することができる。
[ガイドピン62]
ガイドピン62は、可動弁枠部60に固設されて流路方向に立設されており、太さ寸法が均一の棒状体で構成されている。ガイドピン62は、円環状エアシリンダ80内を貫通し、可動弁板部50の環状凸部(突条)50dに形成された孔部50hに嵌合している。
このガイドピン62は、可動弁板部50と可動弁枠部60とが摺動する方向が符号B1,B2に示された方向からずれないように、かつ、可動弁板部50と可動弁枠部60とが摺動した際にも、可動弁板部50及び可動弁枠部60の姿勢が変化せずに平行移動をおこなうように、可動弁板部50と可動弁枠部60の位置規制を確実に誘導する。
これによって、可動弁板部50と可動弁枠部60とが、符号B1,B2に対して斜め方向に移動することを防止している。同時に、可動弁枠部60は、弁閉状態に対して、即ち、シール部61と反力伝達部59とがそれぞれ弁箱10の内面15a,15bに当接した状態に対して、可動弁板部50と可動弁枠部60との流路方向における位置が変化した場合でも、これらが平行状態を維持して平行移動し、可動弁板部50と可動弁枠部60とが傾いてしまうことを防止している。
この構造においては、可動弁板部50と可動弁枠部60とが互いに位置決めされつつ、符号B1及びB2で示された方向に平行状態を維持したまま相対的に移動し、閉弁動作及び開弁動作を行うことができる。これによって、開弁動作においては、可動弁枠部60に設けられた第1シール部61に均一に押圧力を生じさせ、リークが抑制されたシール構造を実現できる。
また、このようにガイドピン62を備えた構造においては、仕切弁1が真空装置に取り付けられる姿勢が決められていない場合、即ち、仕切弁1の取り付け方向が自由である場合に、可動弁体40の重量の負荷が第2シール部51a,51b及び第3シール部52a,52bに局所的に加わることを防止することができる。例えば、可動弁板部50と可動弁枠部60とが摺動する方向に対して直角に重力が作用するように仕切弁1が取り付けられている場合、摺動する部材である可動弁板部50と可動弁枠部60との重量がガイドピン62に加わる。このため、第2シール部51a,51b及び第3シール部52a,52b(O−ring)に可動弁板部50と可動弁枠部60との重量が直接的に加わることを防止される。これにより、仕切弁1が取り付けられる姿勢がいかなる姿勢であっても、シール部の寿命が短くならず、リークを防止する効果を確保・維持することができる。
ガイドピン62と孔部50hとの摺動面の面積を低減するため、また、仕切弁1の外部である第1空間及び第2空間からガイドピン62を隔離するために、ガイドピン62は、円環状エアシリンダ80内を貫通するように配置されている。
また、このように、円環状エアシリンダ80内にガイドピン62を配置することにより、可動弁板部50と可動弁枠部60とを互いに滑らかに摺動させることができる。
なお、ガイドピンの強度が十分に得られていれば、大口径を有する仕切弁においても、可動弁枠部60が摺動する方向がずれることが防止される。また、ガイドピン62は、特殊な形状を有する可動弁部40においても流路と直交する面内配置を設定して荷重を適宜分散することでより一層開閉動作の良好な仕切弁として適用可能である。
[ワイパー53,54]
可動弁板部50の環状凸部(突条)50dの径方向外側に位置する第1外周面50fには、可動弁枠部60の内周面に当接する円環状のワイパー53が設けられている。同様に、可動弁板部50の環状凸部(突条)50dの径方向において第1外周面50fの内側である第2内周面50gには、可動弁枠部60の外周面に当接する円環状のワイパー54が設けられている。
ワイパー53,54は、開弁動作及び閉弁動作によって可動弁枠部60の凹部60dの内周面を潤滑あるいは清掃する機能を有する。
[中間大気室55,56]
第2シール部51a,51bによって仕切られた円環状エアシリンダ80の表面には、大気圧の空間(空隙)である中間大気室55が設けられている。同様に、第3シール部52a,52bによって仕切られた円環状エアシリンダ80の表面には、大気圧の空間(空隙)である中間大気室56が設けられて、円環状エアシリンダ80の加圧中に1重目のシールが破れた場合でも、圧縮空気(駆動用気体)を仕切弁外部に向けて逃がして、圧縮空気が弁箱10の内部に放出されてしまうことを防止する構成が得られている。
同時にまた、これらの中間大気室55,56の圧力は、連絡路によりモニタ可能である。即ち、圧力計が中間大気室55,56の圧力を測定するように仕切弁1の外部に設けられるとともに連絡路によって接続されており、ユーザによってその圧力が監視される。
[接続ピン部69、供給路41]
図13は、接続ピンの付近に位置する部材の要部を示す拡大図である。
仕切弁1には、図に二点鎖線で示すように、円環状エアシリンダ80に駆動用気体を供給する供給路41が形成されている。この供給路41は、可動弁枠部60の躯体内部、および、中立弁部30の躯体内部、回転軸10の内部を経由して、仕切弁1の外部に設けられた図示しない駆動用気体供給装置に連通するよう設けられている。
この供給路41には、可動弁枠部60と中立弁部30との流路方向における位置が変化した際にも、可動弁枠部60と中立弁部30との間で駆動用気体を供給可能に摺動接続する接続ピン部69が設けられる。
接続ピン部69は、中立弁部30に流路方向と平行に穿孔された円形断面の孔部38と、この孔部38に回動可能に勘合された棒状の接続ピン68とからなっている。孔部38の内面38aは、開口側の内面38aに比べて底部側の内面38bが縮径され、これに対応して、接続ピン68の径寸法も基部68aに対して先端68bが縮径している。そして、この径寸法が変化する部分にそれぞれ段差38c、段差68cが形成されている。
接続ピン部69は、図に二点鎖線で示すように、その中心軸線付近に供給路41が形成されて管状となっており、可動弁枠部60の内部の供給路41が連通されている。また、接続ピン68の先端面68dには供給路41が開口しており、この先端面68dと孔部38の底部38dの付近の空間とで形成される加圧空間69aには、中立弁部30躯体内に形成された供給路41が連通されている。
駆動用気体供給装置から供給された圧縮空気は、中立弁部30の内部の供給路41を介して空間69aに噴出し、接続ピン部69の内部の供給路41および可動弁枠部60の内部の供給路41を介して円環状エアシリンダ80に供給される。
接続ピン部69においては、接続ピン68の外周面68aには孔部38の内周面38aが当接するとともに、接続ピン68の外周面68bには孔部38の内周面38bが当接している。
接続ピン68には、2重シール部が設けられている。
孔部38内で接続ピン68が軸線方向(流路方向)に移動した場合でも、加圧面となる先端面68dと底面38dとの間ではなく、摺動方向となる面に、2重シール部が設けられている。2重シール部は、駆動用の圧縮空気が供給されて圧力が高い空間である加圧空間69aと、例えば、圧力が低い空間である第2開口部12bに連通する第2空間側とを遮断する。
シール部は、加圧空間69aと中空部11との仕切り状態を確保できる。
具体的には、接続ピン68には、接続ピン68と孔部38との間をシールする2重シール部が形成されている。2重シール部の構造においては、Oリング等と、このOリング等を埋設する周設溝とされる円環状の太シール部68fが外周面68aに設けられ、Oリング等とこのOリング等を埋設する周設溝とされる円環状の小シール部68gが外周面68bに設けられている。
同時に、段差68cおよび段差38cで形成された円環状の中間大気室69cが、2重シールの間に設けられており、図示しない連絡路42に連通されている。これにより、圧縮空気が弁箱10の内部に噴出して、仕切弁1の内部、および、第1空間、第2空間、に悪影響を及ぼすことを防止できる。
特に、上記構造においては、加圧面となるとともにその距離が変化する先端面68dと底面38dとの間でシールするのではなく、直接的に加圧面とはならずかつ摺動面であり距離が変化しない外周面68aと内周面38aおよび外周面68bと内周面38bとの間でシールをおこなう。これにより、より確実な密閉状態を維持することが可能となる。
このようなシール部68f、68gの構成によれば、上述した円環状エアシリンダ80における第2シール部(2重シール部)51a,51b及び第3シール部(2重シール部)52a,52bおよびガイドピン62の構成と同様の作用効果が得られる。
孔部38内で接続ピン68が軸線方向(流路方向)に移動中あるいは移動して流路方向の相対位置が変化した場合でも、駆動用気体供給装置から供給された圧縮空気は、中立弁部30の内部の供給路41を介して空間69aに噴出される。圧縮空気は、この体積の変化した空間69aを介して、接続ピン部69の内部の供給路41および可動弁枠部60の内部の供給路41を介して円環状エアシリンダ80に安定的に供給される。
また、接続ピン68の図13において上側に位置する接続ピン部69としては、可動弁枠部60に接続されたフローティングピン68A(接続ピン)が貫通孔67に勘合されている。
接続ピン部69は、可動弁枠部60に流路方向と平行に穿孔された円形断面の貫通孔67を有し、この貫通孔67にフランジ部68Aaを有する棒状のフローティングピン68Aが回動可能かつ半径方向に微動可能で、かつ傾斜は最小限になる様に勘合されている。
貫通孔67のフランジ内面67aは、フランジ部68Aaの径寸法に対応しており、可動弁枠部60に対向した孔部38の径よりも大きい径を有する。この開口側のフランジ内面67aの径に比べて、ガス接続位置内面38bの径が小さい。このガス接続位置内面67bに比べて、図13において上側に位置する貫通側の支持位置内面67cの径が小さい。この支持位置内面67cの径に比べて図13において上側に位置する貫通側の外側内面67dの径が大きい。
フローティングピン68Aの径寸法は、貫通孔67の径寸法に対応している。フランジ部68Aaの径よりもガス接続部68Abの径が小さい。ガス接続部68Abの径よりも固定端68Acの径が小さい。
固定端68Acには、固定溝68Adが周設されている。この固定溝68Adに勘合されたワッシャ等の固定部材68Aeが、貫通孔67の外側面67eに当接することでフローティングピン68Aの軸方向(流路方向)における内側方向(図示下方向)の移動を規制し、位置を固定している。
フランジ部68Aaの上側となるシール面68Afと、ガス接続部68Abの上側となるシール面68Agは、対向する段差面67fおよび段差面67gとの間に、Oリング等とされるシール部材67h、67jが設けられている。
フローティングピン68Aは、固定端68Acの固定部材68Aeと、シール面68Afおよびシール面68Agのシール部材67h、67jで対向する方向に可動弁枠部60を挟持するように固定されている。これにより、フローティングピン68Aは、図13において上側に押圧された状態で、軸線方向(貫通孔67の長さ方向)には移動しないように可動弁枠部60に固定されている。
同時に、フローティングピン68Aは、シール部材67hがシール面68Afと段差面67fとに押圧されて変形するとともに、シール部材67jがシール面68Agと段差面67gとに押圧されて変形するようになっている。
このように、フローティングピン68AのOリング等とされるシール部材67h、67jが段差面67fおよび段差面67gに押圧されて変形することで、ガス接続部68Ab、および、接続位置内面67b部分がシールされる。
[シーケンス回路SQ]
図14は、駆動シーケンス機構を示す回路図である。
本実施形態において仕切弁1は、図14に示すように、OP−INポートから供給された圧縮空気を、出力ポイントFR、出力ポイントmain−OP、出力ポイントmain−CLに供給して、可動弁部40の厚さ伸縮(LOCK−FREE)動作、回転駆動エアシリンダ110の伸縮(OPEN−CLOSE)動作およびダンパー用エアの供給をおこなうシーケンス回路SQを有する。
シーケンス回路SQにおいては、出力ポイントFRが供給路41に接続され、出力ポイントmain−OPが伸圧力空間113に接続され、出力ポイントmain−CLが縮圧力空間22cに接続されている。
出力ポイントFRは、弁の閉塞状態が解除された時に、供給路41から円環状エアシリンダ(第2付勢部)80とメインバネ70とからなる単動エアシリンダに可動弁部40の厚さ収縮用の圧縮空気を供給可能に接続される。
出力ポイントmain−CLは、弁開動作前に、可動弁部40の厚さ収縮前に、供給路(縮通気口)22jを介して縮圧力空間22cにダンパー用エアとしての圧縮空気を供給し、回転駆動エアシリンダ110に対するダンパー圧状態を可能に接続される。
ここで、弁が閉塞された時に可動弁部40の収縮前にCLOSE回転状態を維持しないと、可動弁部40の収縮によって、弁体回転位置が不定状態となり、可動弁部40が自重によって動いてしまうため好ましくない。
出力ポイントmain−OPは、回転駆動エアシリンダ110に接続されている。出力ポイントmain−OPは、弁の閉塞状態が解除された時に、可動弁部40の厚さ収縮前に、OP−INポートから伸通気口(供給路)114を介して伸圧力空間113に伸張用の圧縮空気を供給し、付勢部120の付勢力よりも圧縮空気による力が大きくなり、回転駆動エアシリンダ110を伸張動作可能とする。
シーケンス回路SQは、OP−INポートに接続されたスプール弁(エアオペレート式2チャンネルスプール弁)sp1Vと、チェック弁と流量調整弁とが組み合わされたスピードコントロール弁NC1V,NC2V,NC3Vと、を有する。
スプール弁sp1Vは、OP−INポートから駆動用圧縮空気がエアオペレートsp1V0側に供給されることでON/OFF切り替え可能にオペレートされる。
スプール弁sp1Vは、OP−INポートからの信号がOFFである時に、OP−INポートとmain−CLとを接続するとともに、出力ポイントmain−OPを、大気(外部)へと連通するとともに、OP−INポートからの信号がONである時に、OP−INポートとmain−OPとを接続するとともに、出力ポイントmain−CLを、大気解放するように構成されている。
このため、スプール弁sp1Vは、OP−INポートからの2流路および外部に連通する連通孔と、出力ポイントmain−OPおよび出力ポイントmain−CLに接続される2つの流路とがそれぞれ貫通するように形成されたシリンダ状のケースに、摺動可能なスプール(弁体)が挿入されて、バネ等の付勢部により、エアオペレートsp1V0側に向けて付勢された構成とすることができる。
スプール弁sp1Vにおいて、スプール(弁体)には、その表面に対応する流路溝が形成されている。スプール(弁体)の軸線に沿った摺動位置において、OP−INポートからの2流路および外部に連通する連通孔と出力ポイントmain−OPおよび出力ポイントmain−CLに接続される2つの流路とを接続・切断可能とされる。
また、ケース(スリーブ)のエアオペレートsp1V0側と逆側には、バネ等の付勢力を受けるとともに、スリーブ軸線方向における位置を調整可能に設定できる調整部材が設けられる。
この調整部材をケースに固定する軸線方向における位置を調節することで、バネの付勢力が変化し、エアオペレートsp1V0側から供給する圧力において、チャンネル接続・切断の閾値を調節させることができる。
これにより、スプール弁sp1Vにおいて、OP−INポートからのエアオペレートsp1V0側への供給圧力をあらかじめ所定値に設定して、その所定値以下の圧力変動が有った場合でも、弁動作しないように設定することができる。
なお、スプール弁sp1VへOP−INポートからのエアオペレートsp1V0への圧力印加を、スプールのスライド弁動作開始信号とすることができる。つまり、1段のOP−INポートからの信号のみで、弁動作をおこなうことが可能となる。
スピードコントロール弁NC1Vは、OP−INポートから出力ポイントmain−OPおよび出力ポイントmain−CLに向かう流路(スプール弁sp1Vに接続されている流路)とは分岐した流路に接続されている。また、スプール弁sp1Vから出力ポイントmain−OPまでの流路は、スプール弁sp1Vから出力ポイントmain−CLまでの流路と並列である。スピードコントロール弁NC1Vからスプール弁sp1Vのエアオペレートsp1V0へ向かう流路は分岐しており、分岐した流路は、出力ポイントFRと接続される。
スピードコントロール弁NC1Vにおいては、流量調整弁とチェック弁とが組み合わされており、OP−INポートからスプール弁sp1Vのエアオペレートsp1V0側および出力ポイントFRに向かう方向において圧縮空気の流動を止める(チェック弁における逆止機能が働く、逆方向)ように、流量調整弁とチェック弁とが並列接続される。
スピードコントロール弁NC2Vは、スプール弁sp1Vから出力ポイントmain−OPへ向かう流路と接続される。
スピードコントロール弁NC2Vにおいては、流量調整弁とチェック弁とが組み合わされており、スプール弁sp1Vから出力ポイントmail−OPに向かう方向において圧縮空気の流動を許可する(チェック弁における逆止機能が働かない、順方向)ように、流量調整弁とチェック弁とが並列接続される。
スピードコントロール弁NC3Vは、スプール弁sp1Vから出力ポイントmain−CLへ向かう流路と接続される。
スピードコントロール弁NC3Vにおいては、流量調整弁とチェック弁とが組み合わされた、スプール弁sp1Vから出力ポイントmail−CLに向かう方向において圧縮空気の流動を許可する(チェック弁における逆止機能が働かない、順方向)ように、流量調整弁とチェック弁とが並列接続される。
スプール弁sp1Vは、OP−INポートからの信号がONである時に、スピードコントロール弁NC1Vによって、OP−INポートからの信号ONよりも、遅延するようにオペレートされる。
同時に、OP−INポートからの信号がONである時に、スピードコントロール弁NC1Vによって、OP−INポートから出力ポイントmain−OPまたは出力ポイントmain−CLの流れよりも、エアオペレートsp1V0側および出力ポイントFRへの供給が遅延するようにオペレートされる。
また、スプール弁sp1Vのオペレート時に、スピードコントロール弁NC2Vによって、出力ポイントmain−OPから流出する流れは、このスプール弁sp1Vのオペレートによる切り替えよりも遅延する。
同様に、スプール弁sp1Vのオペレート時に、スピードコントロール弁NC3Vによって、出力ポイントmain−CLから流出する流れは、このスプール弁sp1Vのオペレートによる切り替えよりも遅延する。
次に、シーケンス回路SQにおける圧力状態、および、エアオペレート状態を説明する。
図14〜図18は、シーケンス回路SQにおける圧力状態を示しており、太線が高圧PHi状態を示し、細線が低圧PLo状態、太破線がダンパー圧Pdを示している。
なお、図14〜図18では、説明のため、実際には同時に起こる状態が別々の図面に示されている場合がある。
まず、仕切弁1が閉塞密閉しているLOCK−CLOSE状態を始状態とする。
このとき、可動弁部40は弁閉位置E2(図1)であるCLOSE状態にあり、かつ可動弁部40の厚さが最大となるLOCK状態(閉塞状態)となっている。同時に、ピストン112が縮位置Pbにある。
LOCK−CLOSE状態において、シーケンス回路SQの圧力状態としては、図14に示すように、入力側では、圧縮空気を供給する1系統の入力において、弁動作をおこなうためのOP−INポートに圧縮空気は供給されずほぼ大気圧と同じ低圧PLo状態(細線で図示)とされる。
したがって、図14に示すように、スプール弁sp1Vのエアオペレートsp1V0側も大気圧と同じ低圧PLo状態(細線で図示)であるため、バネによる付勢力により信号OFF状態となって、OP−INポートからの流路と出力ポイントmain−CL側の流路とが連通されている。同時に、出力ポイントmain−OP側の流路が大気(外部)へと連通されている。
これにより、出力ポイントFR、出力ポイントmain−OPおよび出力ポイントmain−CLが、いずれもほぼ大気圧と同じ低圧PLo状態(細線で図示)とされる。このため、回転駆動エアシリンダ110の縮圧力空間22cおよび伸圧力空間113は加圧されていないが、付勢部120によって付勢されることにより、ピストン112が縮位置Pbにある。したがって、ノーマルクローズを実現できる。
次に、開動作として弁開のコマンドがONになったタイミングで、圧力状態としては、図15に示すように、入力側では、OP−INポートには圧縮空気が供給されて動作する閾値を越えた高圧PHi状態(太線で図示)となるように切り替えられる。
これに伴って、図15に示すように、OP−INポートが加圧状態となり、出力ポイントmain−CLには、圧縮空気が流入する。このとき、スピードコントロール弁NC3Vは、OP−INポート側から出力ポイントmain−CLへと向かう方向が順方向であるのでスムーズに加圧される。
これにより、出力ポイントmain−CLは、大気圧とほぼ同じ低圧PLo状態(細線で図示)よりも高圧であるが、回転駆動エアシリンダ110動作閾値に設定された高圧PHi状態(太線で図示)よりも低い、ダンパー圧Pd状態(太破線で図示)となる。同様に、回転駆動エアシリンダ110の縮圧力空間22cが、ダンパー圧Pd状態となる。
このとき、縮圧力空間22cにおけるダンパー圧Pd状態は、高圧PHi状態よりも低圧であり、回転駆動エアシリンダ110動作閾値まで達していないので付勢部120によって付勢されたピストン112は動かない。
このとき、OP−INポートに接続されたスピードコントロール弁NC1Vによって、スプール弁sp1Vのエアオペレートsp1V0側は圧力上昇が遅延されている状態となり、スプール弁sp1Vは動かない状態を維持する。
さらに、出力ポイントFRも、OP−INポートに対して遅延しているが圧力が上昇する状態となっている。これに伴って、この出力ポイントFRに接続された円環状エアシリンダ80の圧力も上昇する。
続いて、出力ポイントFRも圧力が上昇して、図16に示すように、OP−INポートと同じ高圧PHi状態(太線で図示)となると、出力ポイントFRも、高圧PHi状態(太線で図示)の加圧状態となる。
この際、円環状エアシリンダ80の圧力上昇に伴って、メインバネ70の付勢力よりもエアシリンダによる力が大きくなり、可動弁板部50が方向B1に可動弁枠部60が方向B2に摺動することで、可動弁部40の厚さ方向における寸法が縮小して、閉塞解除状態へと動作し、FREE−CLOSE状態とする。
このとき、付勢部120によって付勢されているため、可動弁部40の回動動作は開始しないで、弁閉位置(解除位置)E2を維持する。
出力ポイントFRの圧力が上昇して、OP−INポートと同じ高圧PHi状態(太線で図示)となった際には、スプール弁sp1Vのエアオペレートsp1V0側が加圧状態となり、閾値を越えるとスプール弁sp1Vによってバネの付勢力よりも圧縮空気による力が大きくなり、図16において右方向に移動し、信号ON状態に切り替わる。
このスプール弁sp1Vにおける信号ON状態への切り替わり動作においては、縮圧力空間22cがダンパー圧Pd状態となるまで圧縮空気が流入した後に、エアオペレートsp1V0側の圧力が所定値まで上昇するように、スピードコントロール弁NC1Vによってその閾値が制御されている。
すると、図17に示すように、スプール弁sp1Vが信号ON状態に切り替わった際には、OP−INポートからの流路と出力ポイントmain−OP側の流路とが連通される。同時に、出力ポイントmain−CL側の流路がスプール弁sp1Vによって大気側へ連通される。
これにより、OP−INポートに接続された出力ポイントmain−OPが、加圧されてOP−INポートと同じ高圧PHi状態(太線で図示)となる。このとき、スピードコントロール弁NC2Vは、OP−INポート側から出力ポイントmain−OPへと向かう方向が順方向であるのでスムーズに加圧される。
すると、出力ポイントmain−OPに連通した回転駆動エアシリンダ110の伸圧力空間113では、瞬時に高圧PHi状態(太線で図示)となり、出力ポイントmain−CLに連通した回転駆動エアシリンダ110の縮圧力空間22cが、それより低いダンパー圧Pd状態(太破線で図示)であるため、縮圧力空間22cと伸圧力空間113とで圧力差を生じる。
その結果、同時に、付勢部120のバネ部材120sの付勢力よりも圧縮空気による力が大きくなり、回転駆動エアシリンダ110では、ピストン112が縮位置Pbから伸位置Pa側に向けて移動開始する。
このとき、出力ポイントFR、円環状エアシリンダ80は高圧PHi状態(太線で図示)を維持し、可動弁部40の厚さ方向における寸法が縮小した状態を維持している。
この際、伸圧力空間113の加圧によるピストン112の移動に従って、回転軸20および中立弁体5が回動して、可動弁部40は弁閉位置(閉塞解除位置)E2(図1)から、退避位置E1(図1)に向けて回転動作し、FREE−OPEN状態とする。
ここで、スピードコントロール弁NC1Vによってスプール弁sp1Vにおける信号ON状態への切り替わりがOP−INポートの信号ONに対して遅延しているため、可動弁部40の回転動作、つまり、ピストン112の縮位置Pbからの移動は、円環状エアシリンダ80の加圧に対してその開始が遅延する。このため、可動弁部40の厚さ方向における寸法が縮小動作後、つまり、可動弁体40の厚さ縮小動作終了後に回転軸20の回転動作をおこなうという動作順を維持可能とされる。
このとき、スピードコントロール弁NC3Vは、出力ポイントmain−CLから大気側へと向かう方向が逆方向であるので、出力ポイントmain−CLの減圧が緩和される。これにより、ダンパー用エアとしてあらかじめ送り込まれたエアが縮圧力空間22cには残っている。したがって、弁開動作の終了近辺では、このエアが、緩衝溝119、制御緩衝流路119aによって、連通溝116の内部、空間22d等を経て大気側へと排出される際に、エアダンパー効果・エアクッション効果が得られ、ピストン112の伸位置Paへの移動を滑らかに変化させることができる。
最終的に、出力ポイントmain−CLは、大気圧とおなじ低圧PLo状態まで減圧される。
このように、スライド弁1の開動作が終了した際には、図17に示すように、弁開のFREE−OPEN状態を維持する。
最終的に、出力ポイントmain−CLは、大気圧とおなじ低圧PLo状態まで減圧される。
なお、スライド弁1の開動作における回転速度は、回転駆動エアシリンダ110におけるピストン112の縮位置Pbから伸位置Pa側に向かう移動速度によって規定される。
ここで、ピストン112が弁閉位置E2(図1)となる閉動作の終端時においては、伸圧力空間113内における残留圧力によって、エアクッション作用を生じ、ダンパー圧状態としておくことで、シリンダ本体111の内面とピストン112とが勢いよく当接・衝突することを防止して、衝撃によるパーティクル発生を防止することができる。
さらに、ピストン112の移動の終端時においては、接続部112dと対応する空間22dのエアクッションパッキンの効果によるエアクッション作用によって、緩衝溝119として説明したエアダンパーのように作用して伸位置Paに到達する際の速度が緩和され、衝撃によるパーティクル発生を防止することができる。
次に、開状態からの閉動作を説明する。
閉動作のとして弁閉のコマンドがON、つまり、OP−INポートにおける加圧状態がなくなり圧縮空気が供給されずほぼ大気圧と同じ低圧PLo状態となったタイミングで、圧力状態としては、図18に示すように、OP−INポートに接続された出力ポイントFR、および、スプール弁sp1Vのエアオペレートsp1V0側が低圧PLo状態となる。
このとき、出力ポイントFRが大気圧と等しいOP−INポートへと連通されるが、スピードコントロール弁NC1Vは、出力ポイントFRからOP−INポートへと向かう方向が順方向であるので、出力ポイントFRから流出する流れは、遅滞なくスムーズに減圧される。
同時に、スプール弁sp1Vがバネの付勢力により図18において左方向に移動し、遅滞なく信号OFF状態に切り替えられる。
同時に、出力ポイントmain−OP側の流路が大気圧と等しいOP−INポートへと連通されるが、スピードコントロール弁NC2Vは、出力ポイントmain−OPからOP−INポート側からへと向かう方向が逆方向であるので、出力ポイントmain−OPから流出する流れは、この弁閉コマンドON切り替えよりも遅延する。
これにより、出力ポイントmain−OP側の流路が大気(外部)へと連通され、出力ポイントmain−OPに接続された回転駆動エアシリンダ110の伸圧力空間113は減圧される。すると、付勢部120におけるバネ部材120sの付勢力によって、ピストン112が伸位置Paから縮位置Pb側に向かって移動し始める。
エアオペレートsp1V0側が低圧PLo状態となると、同時に、出力ポイントFRも低圧PLo状態となる。
ここで、スピードコントロール弁NC1Vは、スピードコントロール用のニードル弁と逆止弁が並列接続されているため、OP−INポートにおける圧力低下は、遅延なく、エアオペレートsp1V0側および出力ポイントFRの圧力低下の圧力低下に繋がる。つまり、FREE動作時は遅延させる必要があるが、CLOSE状態では遅延させないため、遅延作用は持っていない構成とされている。
同時に、流出力ポイントmain−OP側の流路が減圧されて低圧PLo状態となり、減圧が進行する。
ピストン112が伸位置Paから縮位置Pb側に向かう移動に従って、回転軸20および可動弁部40が回動して、可動弁部40は退避位置E1(図1)から、弁閉位置(閉塞解除位置)E2(図1)に向けて回転動作し、FREE−CLOSE状態となる。
円環状エアシリンダ80は低圧PLo状態に減圧される。これにより、メインバネ70の付勢力により可動弁部40の厚さが増大し、弁閉位置E2(図1)において閉塞状態へと動作し、LOCK−CLOSE状態となる。
このように、スライド弁1の閉動作が終了した際には、図14に示すように、付勢部120におけるバネ部材120sの付勢力によって、弁閉位置で閉塞状態を維持することができる。
ここで、OP−INポートが減圧状態であれば、この可動弁部40の厚さ方向における寸法は減少されない状態を維持できるため、スライド弁1が開動作することがなく、駆動用圧力空気の供給がない状態でも、ノーマルクローズを実現することができる。
上記のシーケンス回路SQにおける状態をまとめる。
<弁開状態>
lmain−OP:高圧導通状態
lmain−CL:大気導通状態
lFR:高圧導通状態
<弁閉回転動作中>
lMain−OP:大気解放
lMain−CL:高圧導通状態
lFR:高圧保持状態
<弁閉回転完了、弁昇降動作開始>
lMain−OP:大気解放
lMain−CL:高圧導通状態
lFR:大気解放
以上のように、OP−INポートの1系統とされた入力に対し、FR,main−OP,main−CLの出力ポイントにおいて、圧力状態を電気的な機構を用いずに、弁の開閉動作を制御することが可能である。さらに、これらの圧力状態が変化する順番を設定して、閉塞位置、閉塞解除位置、退避位置の状態を順番に実現することにより、スライド弁1の動作を迅速、かつ、安全におこなうとともに、ノーマルクローズ動作をおこなうことが可能となる。
以上のように、本実施形態においては、流路方向に互いに離間接近可能な可動弁板部50と可動弁枠部60とによって構成された可動弁部40が設けられ、可動弁部40には、可動弁板部50と可動弁枠部60とを流路方向外側に向けて付勢するメインバネ70が設けられ、可動弁部40には、可動弁板部50と可動弁枠部60とを中空部11の流路方向における中央位置に向けて移動させる円環状エアシリンダ80が設けられ、可動弁枠部60を中立弁部30に接近する方向に付勢する補助バネ90が設けられている。これによって、可動弁板部50と可動弁枠部60とを弁箱の内面15a、15bに押圧して、シール部61及び反力伝達部59とで確実に弁閉塞をおこなうことができる。
また、可動弁板部50と可動弁枠部60とを中空部11の流路方向における中央位置に向けて移動させることで、弁箱10に可動弁体40が接触しないようにして回動させ、回動以外の動作が必要な機構に比べて小型で出力の小さい駆動機構によって退避位置まで可動弁体40を移動することができる。
この構成においては、1つの可動弁部40と3つの付勢部70,80,90とによって弁体を形成することができる。また、可動弁部40の周囲領域に配置されたメインバネ70の復元力によって可動弁板部50と可動弁枠部60とを弁箱10の内面に直接押し付けて、確実に閉弁できる。同様に、可動弁部40の周囲領域に配置された円環状エアシリンダ80に供給された圧縮空気の作用によって可動弁板部50と可動弁枠部60とを弁箱10の内面から離間させて、確実に回動可能状態として開弁できる。従って、第1実施形態においては、簡単な構造を有し、高い信頼性で仕切り動作を行うことができるスライド弁を実現することができる。
[締結ボルト(締結部材)43]
図19は、本実施形態における締結部材の付近に位置する部材の要部を示す拡大図である。
締結ボルト(締結部材)43は、図19に示すように、外周面に雄ネジの設けられた先端部分43aを有する。先端部分43aは、可動弁枠部60に設けられた締結螺着部63に設けられたネジ穴63aに螺接されている。締結ボルト43は、可動弁体40の厚さ方向、つまり、可動弁板部50と可動弁枠部60との移動方向である方向B1または方向B2と平行な方向に、締結ボルト43の軸線が向くように設けられている。
締結ボルト43の中央部分43bは、先端部分43aと略同じ径を有し、可動弁板部50に設けられた締結螺着部63に設けられた貫通孔57bに軸方向移動可能として貫通されている。中央部分43bの径寸法は、貫通孔57bの径寸法よりも小さく設定され、これらが軸方向に相対移動した場合でも互いに接触しないようになっている。
締結ボルト43の基端部分43cは、ボルトヘッドであり、先端部分43aおよび中央部分43bよりも大きな径を有する。先端部分43aの当接面43dは、先端部分43aが対向する締結部57における貫通孔57bの外側の当接面57dと当接することで、締結ボルト43と可動弁板部50との流路方向における変動位置を規制可能になっている。
締結ボルト43には、先端部分43aの雄ネジが螺設された部分より先端位置に、係止用溝43eが周設されている。この係止用溝43eには、ワッシャ等の止め輪(係止部材)43fが勘合されている。止め輪43fがネジ穴63aの外側面63fに当接することで、締結ボルト43の軸方向(流路方向)における内側方向(図示下方向)の移動が規制される。締結ボルト43が回転しても可動弁枠部60から締結ボルト43が離脱しないように、止め輪43fは、締結ボルト43を係止している。
止め輪(係止部材)43fは、締結ボルト(締結部材)43が単純に外れないだけではなく、可動弁板部50と可動弁枠部60との締結が解除した状態で、締結ボルト43が、長期的に緩みなく、かつ、位置を保持していることを可能とする。つまり、止め輪(係止部材)43fが締付軸力を安定的に負担する必要があるため、止め輪43fとして、E形止め輪、あるいは、C型止め輪を適用することが好ましい。なお、止め輪のタイプによって係止用溝43eの形状に対応した形状を有する止め輪が採用されてもよい。また、係止部材としては、ピン型の係止部材も適応可能である。この場合は、係止用溝43eに代えて締結ボルト43の径方向に設けられた係止孔に固定されることができる。
締結ボルト43の長さは、止め輪43fが外側面63fに当接した状態で、可動弁部40が最大厚さとなっても、先端部分43a側の当接面43dが、当接面43dが対向する締結部57における貫通孔57bの外側の当接面57dと当接しない程度に長く設定されている。また、可動弁部40が最小厚さとなった場合には、締結螺着部63と締結螺着部63との対向する当接面63gと、当接面57gとが当接することで、可動弁板部50と可動弁枠部60との位置規制がおこなわれる。つまり、螺接された締結ボルト43に対して、可動弁板部50は、方向B1には当接面57gが当接面63gに当接する位置まで、また、方向B2には当接面57dが当接面43dに当接する位置まで移動可能となる。
したがって、締結ボルト43をネジ穴63aに対して回転し、締結長さを変化することで、可動弁板部50の移動範囲、つまり、可動弁板部50と可動弁枠部60との流路方向における位置を規制することができる。特に、エアシリンダ80によって、メインバネ70の付勢力よりも大きな力が発生して、可動弁部40の厚さが縮小した状態で、当接面57dが当接面43dに当接するように、締結ボルトが回動する。これにより、エアシリンダ80の駆動を停止した状態でも、可動弁部40の厚さが縮小した状態を維持することが可能となる。これにより、メンテナンス時などに、中立弁体を弁箱10と接触しないように自由な状態で回動可能とすることができる。
また、締結ボルト43は、複数設けられたメインバネ70の付勢力よりもエアシリンダによる力が大きくなって安定的に可動弁部40の厚さが縮小した状態を維持するために、平面視において可動弁部40を流路方向に、複数のメインバネ70が配置された中心位置に対して、この締結ボルト43が対称に配置される。
具体的には、可動弁部40の形状が流路方向における平面視において略円形であり、可動弁部40の最外周である第1周囲領域40aに複数のメインバネ70が同心状に位置するように配置されている。この場合、複数の締結ボルト43が複数のメインバネ70の配置に対して同心状となるように配置され、かつ、複数のメインバネ70の間隔と複数の締結ボルト43の間隔とが等しくなるように、締結ボルト43の個数は、メインバネ70の個数と同じに設定される。
上記の構成においては、一例として、メインバネ70の付勢力が全て等しい場合が挙げられる。その一方、複数のメインバネの付勢力が不均等である場合には、不均等な付勢力を効率よく受けて、可動弁部40の厚み寸法の縮小幅が中立弁体の面方向の全体で等しくなるように、締結ボルトを設けることが好ましい。
これにより、常にメインバネ70の付勢力が働いている可動弁部40に対して、可動弁部40の厚さを縮小する冶具を別途用意することなく、中立弁部30と可動弁部40とからなる中立弁体の取り外しを可能とすることができる。
さらに、止め輪43fを設けることで、メンテナンス時に、締結ボルト43を取り外した上で紛失してしまうリスクを排除することができる。
以下、本発明の第2実施形態に係る仕切弁を、図面に基づいて説明する。
図20は、本実施形態に係る仕切弁の構成を示す平面図である。図21は、本実施形態に係る仕切弁の構成を示す縦断面図であり、弁体が退避動作可能位置(FREE)に配置されている場合を示す図である。図21は、図20における線分B−O−Cに相当する。
図22〜図25は、図21と同様に、弁体が退避動作可能位置(FREE)に配置されている場合を示す図である。図22は、図20における線分A−Oに沿う要部を示す拡大図であり、弁箱に内蔵された付勢部Aの付近に位置する部材の構造を示す図である。図23は、図20における線分B−Oに沿う要部を示す拡大図であり、可動弁部Aと可動弁部Bとの間に配された付勢部Bの付近に位置する部材の構造を示す図である。図24は、図20における線分C−Oに沿う要部を示す拡大図であり、付勢部Aと付勢部Bが存在しない位置における可動弁部Aと可動弁部Bを示す図である。図25は、図20における付勢部Cの要部を示す拡大図である。図21において付勢部Cを紙面奥行き方向に見た図である。図26は、本実施形態に係る仕切弁の構成を示す縦断面図であり、弁体が弁閉位置(正圧or差圧無)に配置されている場合を示す図である。図26は、図20における線分B−O−Cに相当する。
[振り子型仕切弁]
本実施形態に係る仕切弁300は、図20〜図25に示すように、振り子型スライド弁である。
仕切弁300は、中空部311と、中空部311を挟み互いに対向するように設けられて連通する流路となる第1開口部312a及び第2開口部312bとを有する弁箱310と、弁箱310の中空部311内に配置され第1開口部312aを閉塞可能な中立弁体305を備える。
第1開口部312aから第2開口部312bに向かって流路Hが設定されている。なお、以下の説明において、この流路Hに沿った方向を流路方向Hと称することがある。
仕切弁300は、中立弁体305を第1開口部312aに対して閉塞状態にする弁閉塞位置(図26)と、中立弁体305を第1開口部312aから退避した開放状態(図21)にする弁開放位置との間で動作する、位置切り替え部として機能する。また、仕切弁300は、流路方向Hに延在する軸線を有する回転軸320を有する。
中立弁体305は、前記位置切り替え部(中立弁体305)に接続される中立弁部330、及び、中立弁部330に対して流路方向Hの位置が変更可能に接続される可動弁部340、から構成されている。
可動弁部340は、可動弁部A360(可動弁枠部)と可動弁部B350(可動弁板部)を備える。可動弁部A360(可動弁枠部)は、可動弁部Aに周設され第1開口部312aの周囲に位置する弁箱310の内面に密着される第1シール部361が設けられる。
可動弁部B350(可動弁板部)は、可動弁部A360(可動弁枠部)に対して流路方向Hに摺動可能とされる。
弁箱310には、複数の付勢部A370(ピストン:旧メインバネに相当)が内蔵されている。弁箱310の内部に配置された付勢部A370は、可動弁部A360をシール面に向く方向に押圧する、伸縮が可能な昇降機構を構成している。付勢部A370は、第1実施形態におけるシーケンス回路SQの出力ポイントmail−FRに接続されて駆動される。
これにより、付勢部A370は、可動弁部A360を流路方向Hにおける第1開口部312aに向けて付勢して第1シール部361を第1開口部312aの周囲に位置する弁箱310の内面に密着可能とする機能を有する。
また、本実施形態に係る仕切弁は、可動弁部Aを中立弁部に対して流路方向における位置が変更可能に接続するとともに、可動弁部Aを前記流路方向における中央位置に向けて付勢する付勢部Cを備える。
さらに、本実施形態に係る仕切弁は、弁箱の内部に、可動弁部Aを弁箱内面310Aのシール面に向く方向に押圧する、伸縮が可能な昇降機構を構成する付勢部Aを有する。
この構成によれば、2つの可動弁部A、Bと1つの付勢部Bとによって弁体を構成し、もう1つの付勢部Aは弁箱に内蔵した構成が得られるので、付勢部Aの重量分だけ弁体構造の軽量化が図れる。本発明の実施形態に係る仕切弁においては、開弁状態(図21)から閉弁状態(図26)とする場合には付勢部Aが機能し、逆に閉弁状態(図26)から開弁状態(図21)とする場合には付勢部Cが機能する。
可動弁部A360(可動弁枠部)と可動弁部B350(可動弁板部)との間には、付勢部B(バネ:旧エアシリンダに相当)が配されている(可動弁部に内蔵されている)。付勢部Bは、可動弁部A360(可動弁枠部)と可動弁部B(可動弁板部)との流路方向Hにおける厚み寸法を、調整が可能なように駆動する。
回転軸320が符号R1で示された方向(流路Hの方向に交差する方向)に回転すると、この回転に従って、接続部材(不図示)を介して回転軸320に固定されている中立弁部330も方向R1に沿って回動する。また、可動弁部340は中立弁部330に厚さ方向のみ摺動可能として接続されているため、可動弁部340は、中立弁部330と一体に回転する。
このように中立弁部330を回転することにより、流路Hが設けられていない中空部311とされる退避位置から第1開口部312aに対応する位置とされる流路Hの弁閉位置に可動弁部40が振り子運動で移動する。
そして、弁箱310に内蔵された付勢部A370は、弁箱310の内部に配置され第1実施形態におけるシーケンス回路SQの出力ポイントmail−FRから供給された圧縮空気によって作動する。付勢部A370は、駆動可能な固定部(シリンダ)371と、この固定部371によって、前記固定部371から可動弁部A360に向く方向へ伸縮が可能な可動部(ピストン)372と、固定部371に配置されピストン372を弁閉側に向けて付勢するスプリング等の付勢部材と、から構成されている。
また、可動部372の周囲には、可動部372の先端側の位置にリング状のシール部材(Oリング)375が設けられている。固定部371側と可動弁部A360側となる真空側とをシールした状態で可動部372が伸縮自在とされている。
これにより、付勢部A370は、圧縮空気によって付勢部A370の先端部を可動弁部A360に当接させて、可動弁部A360を第1開口部312に向けて移動させる機能を備えている。付勢部A370は、第1実施形態のエアシリンダ80、メインバネ70と同様に、スプリング力でシール、圧空でFREE(非シール)とすることができる。
付勢部A370は、可動弁部A360を第1開口部312aに向けて移動させる機能により、可動弁部A360を弁箱310の内面に接しさせ、可動弁部A360を前記弁箱310の内面に押圧し、流路Hを閉鎖する(閉弁動作)。
逆に、付勢部C390は、可動弁部A360を第1開口部312aから離間可能とする機能を有している。付勢部C390は、この機能により、可動弁部A360を弁箱310の内面から引き離した後、可動弁部A360を退避させることにより、前記流路Hを開放する(解除動作)。
弁箱310の内面に対して可動弁部A360を当接させる付勢部A370による機械的な当接動作と、弁箱310の内面から可動弁部A360を引き離す付勢部C390による機械的な分離動作によって、閉弁動作と解除動作が可能となる。
この解除動作の後に、回転軸320が符号R2で示された向きに回転する(退避動作)と、この回転に従って中立弁部330および可動弁部340(すなわち、可動弁部A360と可動弁部B350)も向きR2に回動する。
さらに、可動弁部A360と可動弁部B350との流路方向Hにおける厚み寸法を、調整可能なように駆動する付勢部Bは、前記可動弁部Aと前記可動弁部Bとの間に配されている。すなわち付勢部Bは、可動弁部に内蔵されている。この付勢部Bの存在により、可動弁部Aと前記可動弁部Bは、一連の動作(閉弁動作、解除動作、退避動作)において連動する。
この解除動作と退避動作とにより、可動弁部340は上記弁開閉位置から上記退避位置に退避して弁開状態とする弁開動作が行われる。
このように、本実施形態に係る仕切弁においては、2つの可動弁部A360及び可動弁部B350と2つの付勢部B380及び付勢部C390とによって弁体を構成し、もう1つの付勢部Aは弁箱に内蔵した構成が得られる。すなわち、本実施形態では、もう1つの付勢部Aが弁箱に内蔵された分だけ、弁体の軽量化が可能となる。
したがって、本実施形態によれば、高い信頼性の仕切り動作が可能であり、可動弁部の軽量化が図れるとともに、100%の逆圧キャンセル率が実現できる、仕切弁を提供することができる。
[弁箱310]
弁箱310は、中空部311を有するフレームによって構成されている。図21にいて、フレームの上面には第1開口部312aが設けられており、フレームの下面には第2開口部312bが設けられている。
仕切弁300は、第1開口部312aが露出されている空間(第1空間)と第2開口部312bが露出されている空間(第2空間)の間に挿入される。仕切弁300は、第1開口部312aと第2開口部312bとをつなげている流路H、即ち、第1空間と第2空間とをつなげている流路Hを仕切り(閉鎖し)、この仕切り状態を開放する(第1空間と第2空間をつなぐ)。
弁箱310の中空部311には、回転軸320、中立弁部330、可動弁部340を構成する2つの可動弁部A360(スライド弁板)と可動弁部B350(カウンター板)、及び、2つの付勢部B380(保持バネ)と付勢部C90(補助バネ)が設けられている。弁箱310を構成するフレームの内部には、付勢部A(昇降機構)が設けられている。
[回転軸320]
回転軸320は、第1実施形態における回転軸20に対応し、流路Hとほぼ平行状態に延在して弁箱10を貫通するとともに回転可能に設けられている。回転軸320は、第1実施形態における回転軸駆動機構100およびこれに接続されたシーケンス回路SQにより回転可能である。
回転軸320には、接続部材(不図示)が固着されている。この接続部材は、例えば、略平板状の部材であり、回転軸320の一端に対してネジ等によって固着される。
[中立弁部330]
中立弁部330は、回転軸320の軸線に対して直交する方向に延在し、この直交方向に平行な面に含まれるように配置される。中立弁部330は、接続部材(不図示)を介して、あるいは接続部材(不図示)を介さずに直接、回転軸320に固定される。
図20に示すように、中立弁部330は、可動弁部340に重なる円形部330aと、回転軸320の回転に伴って円形部330aを回転させる回転部330bとを有する。回転部330bは、回転軸320と円形部330aとの間に位置しており、回転軸320から円形部330aに向けて、2本の腕が延びたアーム形状で形成されている。これにより、円形部330aは、アーム部と呼称される場合もある。
これら回転軸20、中立弁部330は、弁箱310に対して回動はするが、流路H方向には位置変動しないように設けられている。
回転軸320は、中立弁部330に対して流路方向Hに沿った上側と下側のいずれにも選択的に接続することができる。あるいは、回転軸320に対して、中立弁体305の全体、即ち、中立弁体305の両面に取り付けることができる。
本実施形態においては、仕切弁の閉弁時において、可動弁部340が第1開口部312aを塞ぐように中立弁体305が移動する仕切弁の配置に基づき、仕切弁の開閉動作が行われる場合について説明する。
[可動弁部340、可動弁部B350(可動弁板部:カウンター板)、可動弁部A360(可動弁枠部:スライド弁板)]
可動弁部340は略円板状とされ、円形部330aと略同心円状に形成された可動弁部B350と、この可動弁部B350の周囲を囲むように配置された略円環状の可動弁部A360とを有する。可動弁部A360は、中立弁部330に流路H方向に摺動可能として接続されている。また、可動弁部B350は、可動弁部A360に摺動可能として嵌合されている。
可動弁部B350と可動弁部A360とは、付勢部B380(保持バネ)によって符号B1,B2(図21)で示された方向(往復方向)に摺動しながら移動可能である。ここで、符号B1,B2で示された方向とは、可動弁部B350および可動弁部A360の面に垂直な方向であり、回転軸320の軸方向に平行な流路H方向である。
また、可動弁部B350の外周付近における全領域には、内周クランク部350cが形成されている。また、可動弁部A360の内周付近における全領域には、外周クランク部360cが形成されている。
本実施形態においては、外周クランク部360cは、流路H方向と平行な摺動面360bを有する。内周クランク部350cは、流路H方向と平行な摺動面350bを有する。
外周クランク部360c及び内周クランク部350cは、摺動面350b、360bどうしが摺動可能となるように嵌合している。この摺動を可能にするため、Oリング等からなる第3シール部352(摺動シールパッキン)が外周クランク部360cと内周クランク部350cとの間に配されている。
弁箱310の内面に対向(当接)する可動弁部A360の表面には、第1開口部312aの形状に対応して円環状に形成された、例えば、Oリング等からなる第1シール部361(弁板シールパッキン)が設けられている。
この第1シール部361は、閉弁時に可動弁部340が第1開口部312aを覆っている状態で、第1開口部312aの周縁となる弁箱310の弁箱内面310Aに接触し、可動弁部A360及び弁箱310の弁箱内面310Aによって押圧される。これによって、第1空間は第2空間から確実に隔離される(仕切り状態が確保される)。
弁箱310の弁箱内面310Aに対向(当接)する可動弁部B350の表面には、第2開口部312bの形状に対応して円環状に形成された、例えば、Oリング等からなる第2シール部351(カウンタークッション)が設けられている。
[付勢部B380(保持バネ)]
付勢部B380(保持バネ)は、可動弁部Aと可動弁部Bとの間に位置しており、可動弁部A360と可動弁部B350とが重なる領域に、局所的に配置される。すなわち、付勢部B380は、可動弁部340(可動弁部A360と可動弁部B350との間)に内蔵されている。付勢部B380を設ける箇所は、3箇所以上が好ましく、互いに離間して設けられる。互いに離間する付勢部B380の配置としては、等間隔の配置に限定されず、複数の付勢部B380が非等間隔で配置されている構造が採用されても構わない。図20は、弁体の中心Oから見て、3個の付勢部B380が同じ角度位置(120度)に配された構成例を示している。
付勢部B380は、可動弁部A360(可動弁枠部:スライド弁板)に固定されたボルト状のガイドピン381の長軸部によって、可動弁部Bの動きを誘導(規制)するように構成されている。付勢部B380を構成する保持バネは、弾性部材(例えば、スプリング、ゴム等)で形成されている。
付勢部B380(保持バネ)は、可動弁部A360と可動弁部B350との流路方向Hにおける厚み寸法を、調整が可能なように駆動する。これにより、可動弁部B350は、可動弁部A360の動く方向(符号B1の方向,あるいは符号B2の方向)へ連動する。
その際、可動弁部B50は、流路方向Hにおける厚み寸法を調整が可能なように駆動するので、上述した閉弁時には、可動弁部A360の第1シール部361が弁箱310の弁箱内面310Aに接触する際に仕切弁に生じる衝撃を緩和する。
また、開弁時や逆圧時には、可動弁部B350の第2シール部351が弁箱310の弁箱内面310Bに接触する際に仕切弁に生じる衝撃を緩和する。この衝撃を受けた際に、可動弁部B350と弁箱内面310Bと第2シール部351によって密閉空間が形成される。この密閉空間に圧力を与えている気体を除去するために、可動弁部B350には気抜き穴353が設けられる。
[ガイドピン381]
ガイドピン381は、可動弁部A360に固設されて流路方向Hに立設されており、太さ寸法が均一の棒状体で構成されている。ガイドピン381は、付勢部B380内を貫通し、可動弁部B350に形成された孔部50hに嵌合している。
このガイドピン381は、可動弁部B350と可動弁部A360とが摺動する方向(符号Qで示す軸)が符号B1,B2に示された方向からずれないように、可動弁部B350と可動弁部A360の位置規制を確実に誘導する。さらに、このガイドピン381は、可動弁部B350と可動弁部A360とが摺動した際にも、可動弁部B350及び可動弁部A360の姿勢が変化せずに平行移動を行うように、可動弁部B350と可動弁部A360の位置規制を確実に誘導する。
[付勢部C390(補助バネ)]
付勢部C390(補助バネ)は、中立弁部330と可動弁部A360との間に設けられている。付勢部C390は、弁箱310の流路方向Hにおいて、可動弁部A360を中立弁部330に対して流路方向における位置が変更可能に接続するとともに、可動弁部Aを前記流路方向における中央位置に向けて付勢する。これにより、本実施形態において、仕切弁が閉弁状態(図26)から開弁状態(図21)に変わる場合に、付勢部C390が機能する。すなわち、付勢部C390は、閉弁状態(図26)から、弁箱310の内面から可動弁部A360を引き離す機械的な分離動作を促す構造を有する。
付勢部C390は、中立弁部330の外周位置に位置する円形部330aを有し、可動弁部A360の外周位置に位置し、円形部330aと重なる部位(位置規制部365)に設けられている。
付勢部C390は、弁体の中心Oから見て、付勢部B380と同じ角度位置に配されている。図20は、3個の付勢部C390が配置された構成例を示している。
付勢部C390も付勢部B380と同様に弾性部材(例えば、スプリング、ゴム、板バネ等)である。
中でも、付勢部C390として板バネ(図21)を用いた場合は、可動弁部A360を中立弁部330(アーム)に向けて引き込み保持する機能α[閉弁状態(図26)から機械的な分離動作を促す機能]に加えて、中立弁部330(アーム)に対する可動弁部A360の半径方向の位置を保持する機能βも備えることができるので、より好ましい。
図25は、仕切弁が開弁状態(図21)にある場合の付勢部C390を示す模式的な断面図である。
図21に示すように、板バネ(付勢部C390)の両端部に近い部分が、固定ピン392,393によってリング状部材392a、392bを挟んで、中立弁部330の円形部330aの周方向に沿って係止されている。また、板バネの中央部に近い部分が、印圧ピン391によって可動弁部A360の位置規制部365に係止されている。
仕切弁が開弁状態(図21)にある板バネは、曲部390Aを有することにより、高さ方向の距離が縮まった状態、すなわち、中立弁部330(アーム)に対する可動弁部A360の離間距離が狭くなった状態にある(図25)。
これに対して、仕切弁が閉弁状態(図26)にある場合の板バネは、図25に示す曲部390Aを解消することにより、高さ方向の距離が伸びた状態、すなわち、中立弁部330(アーム)に対する可動弁部A360の離間距離が広がった状態にある。
このように、付勢部C390として、極めて簡素な構造からなる板バネを採用することで、本発明の実施形態に係る仕切弁における付勢部C390は、上述した2つの機能(機能αと機能β)が安定して得られる。
[付勢部A370(昇降機構)]
付勢部A370(昇降機構)は、弁箱に内蔵されており、上述した2つの可動弁部A、可動弁部B及び2つの付勢部B、付勢部Cを含む弁体、とは別体をなしている。
付勢部A70は、第1実施形態におけるシーケンス回路SQの出力ポイントmail−FRから供給されることで固定部371に作用した圧力により、可動部372の先端部を可動弁部A360に向けて伸張する。この動作によって、可動弁部A360を流路方向Hに沿って第1開口部312aに向けて付勢する。付勢部A370は、この可動部372の伸長動作により、第1シール部361を第1開口部312aの周囲の弁箱内面310Aに密着可能とする機能を有している。
この可動部372の伸長動作は、弁箱310に内蔵された複数の付勢部A370においていずれもほぼ同時に動作可能とされている。
付勢部A370は、逆に第1シール部361を第1開口部312aの周囲の弁箱内面310Aから離間可能とする機能は有していないが、自ら(後述する可動部372)が初動する位置(後述する固定部371内の位置)に戻る機能は備えている。ゆえに、付勢部A370は、付勢部A370から可動弁部A360へ向かう方向へ伸縮可能な昇降機構である。
このような構成を有する複数の付勢部A370は各々、弁箱310において、可動弁部A360に対して作用する位置に配され、かつ、可動弁部A360に沿って設けられる。
図20に示す構成例においては、付勢部A370を設ける箇所は、3箇所以上が好ましく、互いに離間して設けられる。
互いに離間する付勢部A370の配置としては、等間隔の配置に限定されず、複数の付勢部A370が非等間隔で配置されている構造が採用されても構わない。図20では、弁体の中心Oから見て、4個の付勢部A370が同じ角度位置(90度)に配された構成例を示している。
この構成例における付勢部A370は、付勢部A370の角度位置が前述した付勢部B80と付勢部Cが配置された角度位置と重ならないように構成されている。
この構成により、付勢部A370は、可動部372の先端部372aを可動弁部A360の下面360sbに当接させて、可動弁部A360を第1開口部312に向けて移動させる機能と、自ら(可動部372)が初動する位置(固定部371内の位置)に戻る機能の2つの機能を有しており、弁体の昇降機構の役割を担う。
図21〜図24は、可動弁部340(可動弁部A360、可動弁部B350)が、弁箱310の何れの弁箱内面310A、310Bとも接していない状態を表わしている。この状態を、弁体がFREEな状態と呼称する。図6は、FREEな状態(図21)における付勢部Cの要部を示す拡大図である。図21において付勢部Cを紙面奥行き方向に見た図である。
この弁体がFREEな状態において、上述した付勢部A370の機能、すなわち、可動弁部A360を第1開口部312aに向けて移動させる機能により、可動弁部A360を弁箱310の弁箱内面310Aに接するまで移動させ、可動弁部A360を前記弁箱内面310Aに押圧することによって、流路Hを閉鎖する(閉弁動作)。
図26は、上記の閉弁動作により流路Hが閉鎖された状態を表している。この状態を、正圧/差圧無の状態と呼称する。
この弁体が正圧/差圧無の状態において、上述した付勢部C390の機能、すなわち、可動弁部A360を中立弁部330に対して流路方向における位置が変更可能に接続するとともに、可動弁部Aを前記流路方向における中央位置に向けて付勢する機能により、可動弁部A360を弁箱310の内面から引き離し、可動弁部A360を退避させることによって、前記流路Hを開放する(解除動作)。
また、本実施形態に係る仕切弁における付勢部A370は、弁箱310に内蔵されており、2つの可動弁部A360、可動弁部B350と2つの付勢部B380、付勢部C390とを含む中立弁体305とは別体をなしており、これらは第1実施形態における回転軸駆動機構100およびこれに接続されたシーケンス回路SQによって駆動される。これにより、本実施形態に係る仕切弁300は、付勢部A370の重量分だけ弁体構造の軽量化が図れる。
本実施形態においては、上述した第1実施形態と同等の効果が得られる。
以下、本発明に係る仕切弁の第3実施形態を、図面に基づいて説明する。
図27は、本実施形態に係る仕切弁を示す断面図である。
本実施形態において上述した第1および第2実施形態と異なるのはシールリングに関する点およびこれに付随した点である。
本実施形態に係る仕切弁500は、振り子型スライド弁である。
仕切弁500は、図27に示すように、中空部511と、中空部511を挟み互いに対向するように設けられて連通する流路となる第1開口部512a及び第2開口部512bとを有する弁箱510と、弁箱510の中空部511内に配置され第1開口部512aを閉塞可能な中立弁体(弁体)505と、弁体505を第1開口部512aに対して閉塞状態にする弁閉塞位置と第1開口部512aから退避した開放状態にする弁開放位置との間で、弁体505を動作する位置切り替え部として機能し、流路方向に延在する軸線を有する回転軸520と、回転軸520を回転させるラック部材522およびピニオン521及びこれを駆動する回転エアシリンダ610からなる回転軸駆動機構(回転装置)600と、流路方向Hに対して摺動可能に第1開口部512a周囲に設けられて弁閉塞位置となる弁体505に当接して流路を閉塞する閉塞状態および弁体505が弁開放位置へ開度可能な開放状態が可能なシールリング540と、弁箱510に内蔵されてシールリング540の閉塞状態を解除する閉塞解除エアシリンダ570と、シールリング540を弁体505に当接する方向に付勢するシールリング付勢部590と、弁体505の閉塞解除動作と弁体505の回転動作とを順次動作可能とするシーケンス回路SQと、を具備する。
本実施形態においては、中空部511が、上述した第1実施形態の中空部11に対応し、第1開口部512aが、上述した第1実施形態の第1開口部12aに対応し、第2開口部512bが、上述した第1実施形態の第2開口部12bに対応し、弁箱510が、上述した第1実施形態の弁箱10に対応し、回転軸520が、上述した第1実施形態の回転軸20に対応し、ラック部材522が、上述した第1実施形態のラック部材22に対応し、ピニオン521が、上述した第1実施形態のピニオン21に対応し、回転軸駆動機構(回転装置)600が、上述した第1実施形態の回転軸駆動機構(回転装置)110に対応し、回転エアシリンダ610が、上述した第1実施形態の回転エアシリンダ610に対応している。これらに関しては、符号の百番台を読み替えるものとし、その説明を省略する。
本実施形態の弁体505は、回転軸520まわりの回転動作をおこなうが、その厚み寸法は変化せず流路を閉塞する板体とされる。
本実施形態のシールリング540は、弁閉塞位置となる弁体505に当接して流路を閉塞する閉塞状態および弁体505が弁開放位置へ開度可能である開放状態となることが可能である。シールリング540は、第1開口部512aの周縁部に流路方向Hに摺動可能として弁箱510に設けられた筒状部541と、筒状部541の外方に周設されているフランジ部542とを有する。
フランジ部542は、弁体505に対向(当接)する位置となる周縁外側に設けられている。弁体505に対向(当接)するフランジ部542の表面には、第1開口部512aの形状に対応して円環状に形成された、例えば、Oリング等からなる第1シール部542a(カウンタークッション)が設けられている。
同様に、筒状部541の外周部には、弁箱510の第1開口部512aと、摺動時に円環状に形成された、例えば、Oリング等からなるシール部541a(カウンタークッション)が設けられている。
閉塞解除エアシリンダ570は、弁箱510に内蔵されて、フランジ部542の第1シール部542aに対する裏面位置に、シールリング540の周縁位置に複数設けられる。
閉塞解除エアシリンダ570は、弁箱510に内蔵された内部空間571と、内部空間571に摺動可能に設けられたピストン573と、ピストン573に接続されて先端部をシールリング540に向けて伸張する可動部572と、内部空間571内に設けられるバネ部材としてのシールリング付勢部590とを有する。
閉塞解除エアシリンダ570は、上述した第2実施形態の付勢部A70(昇降機構)に対応した動作をおこなう。可動部572は、可動部72に対応した動作をおこなう。内部空間571は、上述した第1実施形態のシーケンス回路SQにおける出力ポイントFRに接続されている。
シールリング付勢部590は、出力ポイントFRからの加圧がない状態では、可動部572の先端部をシールリング540に向けて伸張するように付勢されている。
また、出力ポイントFRから加圧された状態では、内部空間571の圧力が上昇し、可動部572の先端部がシールリング540から離間するように縮退するように構成されている。
なお、ピストン573と内部空間571、および、可動部572の周囲と閉塞解除エアシリンダ570とは、シール部材によって互いに密閉状態を維持するようにシールされている。
本実施形態における回転軸駆動機構(回転装置)600は、第1実施形態における回転軸駆動機構100に対応している。回転エアシリンダ610は、弁体505を閉動作させる付勢部620と、シリンダ本体(ケーシング)611の内部空間611b内で摺動し開閉動作可能なピストン612と、ピストン612の動作方向に直列に配置されてピストン612を閉動作可能な第1圧力空間522cと開動作可能な第2圧力空間613と、を有する。
第1圧力空間522cは、第1実施形態におけるシーケンス回路SQにおける出力ポイントmain−CLに接続されており、第2圧力空間613は、第1実施形態におけるシーケンス回路SQにおける出力ポイントmain−OPに接続されている。
付勢部620としてのバネ部材620sは、シリンダ本体(ケーシング)611の内部空間611b内において、ピストン612のラック部材522の近くの位置に設けられ、回転エアシリンダ610を縮退する方向、つまり、弁体505を閉動作させる方向に付勢している。
本実施形態におけるシーケンス回路SQの構成は、第1実施形態におけるシーケンス回路SQと同じである。シーケンス回路SQは、エアオペレート式2チャンネルスプール弁sp1Vと、チェック弁および流量調整弁が組み合わされたスピードコントロール弁NC1V,NC2V,NC3Vと、を有する。
本実施形態に係る仕切弁500においては、出力ポイントFRに接続された閉塞解除エアシリンダ570の内部空間571と、出力ポイントmain−CLに接続された第1圧力空間522cと、出力ポイントmain−OPに接続された第2圧力空間613と、に対して、第1実施形態におけるシーケンス回路SQと同等のシーケンス動作をおこなうことで、オープンクローズ動作をおこなうことができる。
これにより、弁閉動作時に、シリンダ本体611の内面とピストン612とが勢いよく当接・衝突することを防止できる。
本発明は、真空装置等において、真空度や温度あるいはガス雰囲気等性質の異なる2つの空間を連結している流路を仕切る状態と、この仕切り状態を開放した状態を切り替える用途および、仕切り状態が開放されている場合において、開度をコントロールする用途の仕切弁に広く適用できる。
1…仕切弁
5…中立弁体
10,10a,10b…弁箱
11…中空部
12a…第1開口部
12b…第2開口部
17,18…流体経路リング
20…回転軸
21…ピニオン
22…ラック
26…弁軸
30…中立弁部
40…可動弁部
41…供給路
42…連絡路
50…可動弁板部(第2可動弁部)
51a,51b…第2シール部
52a,52b…第3シール部
53,54…ワイパー
55,56…中間大気室
60…可動弁枠部(第1可動弁部)
61…第1シール部
62…ガイドピン
68…接続ピン
68A…フローティングピン
69…接続ピン部
70…メインバネ(第1付勢部)
80…円環状エアシリンダ(第2付勢部)
90…補助バネ(第3付勢部)
91…接続部材
100…回転軸駆動機構
110…回転駆動エアシリンダ(シリンダ)
120…付勢部
120s…バネ部材
111…シリンダ本体
111b…内部空間
112…ピストン
122s…シャフト
113…伸圧力空間(第2圧力空間)
22c…縮圧力空間(第1圧力空間)
114…通気口
118…緩衝溝
SQ…シーケンス回路
FR,main−OP,main−CL…出力ポイント
sp1V…スプール弁
NC1V,NC2V,NC3V…スピードコントロール弁
cdS…リミッタスイッチ弁
Pa…伸位置
E1…退避位置
Pb…縮位置
E2…弁閉位置

Claims (3)

  1. 仕切弁であって、
    中空部と、前記中空部を挟み互いに対向するように設けられて連通する流路となる第1開口部及び第2開口部とを有する弁箱と、
    前記弁箱の前記中空部内に配置され前記第1開口部を閉塞可能な中立弁体と、
    前記中立弁体を前記第1開口部に対して閉塞状態にする弁閉塞位置と、前記中立弁体を前記第1開口部から退避した開放状態とする弁開放位置との間で、前記中立弁体を回動させる回転軸と、
    前記回転軸を回転させるラックピニオン及び前記ラックピニオンを駆動する回転エアシリンダからなる回転装置と、
    前記中立弁体の閉塞を解除する動作を行う閉塞解除エアシリンダからなる閉塞解除駆動部と、
    前記中立弁体の閉塞を解除する動作と前記中立弁体の回転動作とを順次動作可能とするシーケンス回路と、
    を有し、
    前記回転エアシリンダは、
    前記中立弁体を閉動作させる付勢部と、
    開閉動作可能なピストンと、
    前記ピストンの動作方向に直列に配置されて前記ピストンを閉動作可能な第1圧力空間と開動作可能な第2圧力空間と、
    を有し、
    前記シーケンス回路は、
    エアオペレート式2チャンネルスプール弁と、
    チェック弁および流量調整弁が組み合わされたスピードコントロール弁と、
    を有し、
    前記シーケンス回路は、
    1系統の駆動圧縮空気供給による前記仕切弁のオープン時には、前記第1圧力空間に圧縮空気をダンパー用エアとして供給し、
    前記閉塞解除エアシリンダの駆動が終了した際に、前記第1圧力空間を非加圧状態とし、前記第2圧力空間を加圧状態として、前記回転エアシリンダの開動作を開始させ、前記弁開放位置に前記中立弁体が到達する直前に前記第1圧力空間のエアによって衝撃を緩和し、
    前記駆動圧縮空気供給を解除することによる前記仕切弁のクローズ時には、前記第1圧力空間および前記第2圧力空間を非加圧状態として、前記付勢部の付勢力によって前記回転エアシリンダの閉動作を開始させ、前記弁閉塞位置に前記中立弁体が到達する直前に前記第2圧力空間のダンパー用エアによって衝撃を緩和し、
    前記中立弁体の回転動作が終了する時に、前記閉塞解除エアシリンダによる前記中立弁体の閉塞動作を開始させる、
    仕切弁。
  2. 仕切弁であって、
    中空部と、前記中空部を挟み互いに対向するように設けられて連通する流路となる第1開口部及び第2開口部とを有する弁箱と、
    前記弁箱の前記中空部内に配置され前記第1開口部を閉塞可能な中立弁体と、
    前記中立弁体を前記第1開口部に対して閉塞状態にする弁閉塞位置と、前記中立弁体を前記第1開口部から退避した開放状態にする弁開放位置との間で、前記中立弁体を動作する位置切り替え部として機能し、流路方向に延在する軸線を有する回転軸と、
    前記回転軸を回転させるラックピニオン及び前記ラックピニオンを駆動する回転エアシリンダからなる回転装置と、
    前記中立弁体の閉塞を解除する動作を行う閉塞解除エアシリンダからなる閉塞解除駆動部と、
    前記中立弁体の閉塞を解除する動作と前記中立弁体の回転動作とを順次動作可能とするシーケンス回路と、
    を具備し、
    前記中立弁体は、前記位置切り替え部に接続される中立弁部と、前記中立弁部に対して前記流路方向における位置が変更可能に接続される可動弁部と、を有し、
    前記可動弁部は、前記可動弁部に周設され前記第1開口部の周囲の弁箱内面に密着されるシール部が設けられるとともに前記中立弁部に対して前記流路方向における位置が変更可能に接続される第1可動弁部と、前記第1可動弁部に対して前記流路方向に摺動可能とされる第2可動弁部と、を有し、
    前記仕切弁は、前記弁箱に内蔵されている複数の第1付勢部と、前記第1可動弁部と前記第2可動弁部との間に配されている第2付勢部と、第3付勢部とを備え、
    前記第3付勢部は、前記第1可動弁部を前記中立弁部に対して前記流路方向における位置が変更可能に接続するとともに、前記第1可動弁部を前記流路方向における中央位置に向けて付勢し、
    複数の前記第1付勢部は、前記閉塞解除エアシリンダにより駆動して前記第1可動弁部を前記流路方向において前記第1開口部に向けて付勢して前記シール部を前記第1開口部の周囲の弁箱内面に密着可能とする機能を有し、
    前記第2付勢部は、前記第1可動弁部と前記第2可動弁部との前記流路方向における厚み寸法を、調整が可能なように駆動し、
    前記回転エアシリンダは、
    前記中立弁体を閉動作させる付勢部と、
    開閉動作可能なピストンと、
    前記ピストンの動作方向に直列に配置されて前記ピストンを閉動作可能な第1圧力空間と開動作可能な第2圧力空間と、
    を有し、
    前記シーケンス回路は、
    エアオペレート式2チャンネルスプール弁と、
    チェック弁および流量調整弁が組み合わされたスピードコントロール弁と、
    を有し、
    前記シーケンス回路は、
    1系統の駆動圧縮空気供給による前記仕切弁のオープン時には、前記第1圧力空間に圧縮空気をダンパー用エアとして供給し、
    前記閉塞解除エアシリンダの駆動が終了した際に、前記第1圧力空間を非加圧状態とし、前記第2圧力空間を加圧状態として、前記回転エアシリンダの開動作を開始させ、前記弁開放位置に前記中立弁体が到達する直前に前記第1圧力空間のエアによって衝撃を緩和し、
    前記駆動圧縮空気供給を解除することによる前記仕切弁のクローズ時には、前記第1圧力空間および前記第2圧力空間を非加圧状態として、前記付勢部の付勢力によって前記回転エアシリンダの閉動作を開始させ、前記弁閉塞位置に前記中立弁体が到達する直前に前記第2圧力空間のダンパー用エアによって衝撃を緩和し、
    前記中立弁体の回転動作が終了する時に、前記閉塞解除エアシリンダによる前記中立弁体の閉塞動作を開始させる、
    仕切弁。
  3. 仕切弁であって、
    中空部と、前記中空部を挟み互いに対向するように設けられて連通する流路となる第1開口部及び第2開口部とを有する弁箱と、
    前記弁箱の前記中空部内に配置され前記第1開口部を閉塞可能な中立弁体と、
    前記中立弁体を前記第1開口部に対して閉塞状態にする弁閉塞位置と、前記中立弁体を前記第1開口部から退避した開放状態にする弁開放位置との間で、前記中立弁体を動作する位置切り替え部として機能し、流路方向に延在する軸線を有する回転軸と、
    前記回転軸を回転させるラックピニオン及び前記ラックピニオンを駆動する回転エアシリンダからなる回転装置と、
    前記流路方向に対して摺動可能に前記第1開口部の周囲に設けられ、前記弁閉塞位置となる前記中立弁体に当接して前記流路を閉塞する閉塞状態に可能であり、および、前記中立弁体が前記弁開放位置となる開放状態に可能でありかつ前記流路の開度の調整が可能なシールリングと、
    前記弁箱に内蔵されて前記シールリングの前記閉塞状態を解除する閉塞解除エアシリンダと、
    前記シールリングを前記中立弁体に当接する方向に付勢するシールリング付勢部と、
    前記中立弁体の閉塞を解除する動作と前記中立弁体の回転動作とを順次動作可能とするシーケンス回路と、
    を具備し、
    前記回転エアシリンダは、
    前記中立弁体を閉動作させる付勢部と、
    開閉動作可能なピストンと、
    前記ピストンの動作方向に直列に配置されて前記ピストンを閉動作可能な第1圧力空間と開動作可能な第2圧力空間と、
    を有し、
    前記シーケンス回路は、
    エアオペレート式2チャンネルスプール弁と、
    チェック弁および流量調整弁が組み合わされたスピードコントロール弁と、
    を有し、
    前記シーケンス回路は、
    1系統の駆動圧縮空気供給による前記仕切弁のオープン時には、前記第1圧力空間に圧縮空気をダンパー用エアとして供給し、
    前記閉塞解除エアシリンダの駆動が終了した際に、前記第1圧力空間をダンパー圧状態とし、前記第2圧力空間を加圧状態として、前記回転エアシリンダの開動作を開始させ、前記弁開放位置に前記中立弁体が到達する直前に前記第1圧力空間のエアによって衝撃を緩和し、
    前記駆動圧縮空気供給を解除することによる前記仕切弁のクローズ時には、前記第1圧力空間をダンパー圧状態とし、前記第2圧力空間を非加圧状態として、前記付勢部の付勢力によって前記回転エアシリンダの閉動作を開始させ、前記弁閉塞位置に前記中立弁体が到達する直前に前記第2圧力空間のダンパー用エアによって衝撃を緩和し、
    前記中立弁体の回転動作が終了する時に、前記閉塞解除エアシリンダによる前記中立弁体の閉塞動作を開始させる、
    仕切弁。
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