JP6638525B2 - 弁開度表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、弁開度表示装置に関し、より詳しくは、玉形弁、仕切弁又はダイヤフラム弁等に適宜付設される弁開度表示装置に関する。

玉形弁（グローブバルブ）や仕切弁（ゲートバルブ）の弁開度については、弁棒やハンドルの位置の変位量によって、外部からある程度確認できるが、定量的かつ正確なものではない。そこで、弁棒の昇降に追随した指示部材を昇降させることにより弁開度を表示するようにした指示器付きの弁が市販されている。

特許文献１には、弁開度指示器が無くとも弁開度の読み取りが可能な流体制御器が開示されている。この流体制御器は、適宜に弁開度指示器の付設も可能である。すなわち、この流体制御器におけるステム（弁体等）には、グランドナットとハンドルとの間に、弁体の開度を表示する弁開度指示器又は弁体の開度を固定するロックナットのいずれかからなる付属部品を後付け可能である。

例えば、特許文献１に開示された流体制御器において、弁の設置角度について、弁棒が鉛直に立設された縦向きの場合、弁開度の視認は遠方からでも容易である。逆に弁棒が水平に設置された横向きの場合、ハンドルの中心軸である弁棒を正面方向に延長した位置を視点とする作業者や監視員（以下、単に「作業者」という）からは、弁開度指示器がハンドルの背後に位置して隠されるため、直接視認することは困難である。

つまり、ハンドルに正対して行う弁開度調整作業において、この弁開度指示器付きの弁により弁開度を視認するには、ステム（弁体等）から露出した弁棒の長さを目測する必要がある。したがって、作業者は、弁棒を直角方向から視認するため、ハンドルの横から覗き込むことが必要となる。

その結果、作業者は、日常的な弁の操作や弁開度確認作業の都度に不自然な姿勢を余儀なくされ、体の位置や向きを変える等の余分な労力と時間を費やすという問題があった。また、工場等で配管やバルブが密集した狭隘な箇所に、作業者が頭部や顔面を不用意に差し挟む行為は、労力と時間の無駄ばかりでない別の問題もあった。これらの問題について、より具体的には以下のとおりである。

第一に危険であり怪我の原因になる。例えば、単なる打撲のほか、グランドシール部に顔を近付けることによって、漏れ液が目に入る被害も考えられる。第二に、設備破損の危険性もある。例えば、作業員の頭部が配管等に打撃を与えることも考えられる。

また、特許文献２には、弁開度指示器付開閉バルブが開示されている。この弁についても、ハンドルに正対する向きからでは、弁開度指示器がハンドルの陰に隠れてしまうため、弁開度を直接視認することが困難である点について、特許文献１と同様の問題がある。

また、特許文献３には、回転弁の弁開度指示装置が開示されている。すなわち、回転弁の駆動装置において、回転弁の弁軸とともに９０度の角度範囲内で回動する回転体に磁石を固定し、回転体と平行に延びる平面上で磁石の通る通路に近接して１個又は２個以上のスイッチを付設し、スイッチを磁石に感応して回路を開閉するというものである。特許文献３に開示された回転弁の弁開度指示装置についても、ハンドルに正対する向きから弁開度を直接に視認できるようにした構成ではない。

特開２０１４−１０９３４０号公報 実公昭４８−３７３０４号公報 特開２００３−２４０１５６号公報

従来の弁開度指示器等において、ハンドルに正対する方向から弁開度を直接視認することは困難であるという問題があった。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、既設の弁に対して外付けユニットを取り付けることにより、弁棒を正対方向に延長した位置による視点からでも弁開度の視認を確実容易にするとともに、取り付けと取り外しが容易な弁開度表示装置を提供するものである。

本発明の一態様に係る弁開度表示装置は、弁体と、該弁体が一端に係合されて外周に雄ネジが切られた弁棒と、該弁棒の前記雄ネジに螺合する雌ネジが切られた支持体と、前記弁棒の他端に固設され該弁棒を手動により軸回転可能にするハンドルと、を備えて構成された弁に付設されることにより、該弁の弁開度を表示する弁開度表示装置であって、前記弁棒の前記雄ネジに直接ウォーム歯合するとともに回動自在に軸支されたウォームホイールと、該ウォームホイールの回転角度に基づいて前記弁開度を表示するため前記ウォームホイールに表示手段を機能的に結合させたユニットを含む表示部と、前記ウォームホイールおよび前記表示部を前記弁に着脱可能に付設するクランプと、を備え、前記表示部は、前記弁棒の前記他端を正対方向に延長した位置による視点から直視可能であるように、前記ハンドルより外側の位置に配設された構成である。

また、本発明の一態様に係る弁開度表示装置において、前記ユニットは、複数の組み合わせ歯車を有しても良い。

また、本発明の一態様に係る弁開度表示装置において、前記表示部は、前記ウォームホイールの回転角度を指示部材の直線移動距離に変換する変換機構を備えても良い。

また、本発明の一態様に係る弁開度表示装置において、前記変換機構は、ラックギアとピニオンギアとを備え、前記ウォームホイールの回転角度は、前記ピニオンギアを介し、該ピニオンギアに歯合する前記ラックギアに伝達されるものとし、該ラックギアに前記指示部材を付設しても良い。

また、本発明の一態様に係る弁開度表示装置において、前記表示部は、前記ウォームホイールの回転角度に連動して指示角度が変化する指示部材を備えても良い。

また、本発明の一態様に係る弁開度表示装置において、前記表示部は、前記ウォームホイールの回転角度を電気信号に変換するエンコーダと、該電気信号から前記弁開度を表示する表示手段と、を備えても良い。

また、本発明の一態様に係る弁開度表示装置において、前記弁は玉形弁又は仕切弁であることが好ましい。

本発明によれば、既設の弁に対して外付けユニットを取り付けることにより、弁棒を正対方向に延長した位置による視点からでも弁開度の視認を確実容易にするとともに、取り付けと取り外しが容易な弁開度表示装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る弁開度表示装置を一部透視した正面図である。 本発明の一実施形態に係る弁開度表示装置の平面図である。 本発明の一実施形態に係る弁開度表示装置の適用対象となる玉形弁の縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る弁開度表示装置の概略平面図であり、（Ａ）直線移動指針型、（Ｂ）回動指針型である。 本発明の一実施形態に係る弁開度表示装置の表示部において、エンコーダの出力する電気信号に基づいて動作する弁開度の表示部を説明する模式説明図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

図１は、本発明の一実施形態に係る弁開度表示装置（以下、「本装置」ともいう）を一部透視した正面図であり、図２は、本装置の平面図である。図１、図２に示す本装置１００は、既設の玉形弁（以下、単に「弁」ともいう）５０に、適宜付設して弁開度Ｘを表示するように機能する。また、本装置１００の弁開度表示機能が不要になれば、弁５０から撤去して同型の弁に転用することも可能である。なお、各図面にわたって、同一効果の部位には同一符号を付して説明の重複を避ける。

一般的に、この種の弁５０は、支持体３０が不図示の配管に介挿されるように固定されている。本装置１００は、その主要構成部であるユニット８０を、弁５０の支持体３０に、例えば、ブラケット（クランプ）９０を用いてボルト止めされている。ユニット８０は、筐体８２内部で複数の歯車（以下、「変換機構６０」ともいう）６１〜６５を歯合させて変換機構６０を形成し、表示手段７０に所望の表示をさせるように構成されている。

なお、図１および後に説明する図３においては、説明の便宜上、確実強固に固定できるブラケット９０を例示したが、より簡素なクランプで固定することも考えられる。これらの固定手段によれば、完成品として市販されている設置前の弁５０のほか、既に設置済みの弁５０であっても適用できる。したがって、弁５０のメンテナンス等の都合により、弁５０から本装置１００を一次的に取外した後に再度付け直したり、あるいは、適宜に本装置１００を交換したりすることも容易である。

図３は、本装置の適用対象となる玉形弁の縦断面図である。図３に示すように、玉形弁５０は、不図示の配管に流体の流通を自在にするように固定された支持体３０と、その支持体３０に支持された可動部とにより構成されている。支持体３０は、弁箱３３と、弁蓋３２と、により主要構成されている。可動部は、弁体１０と、弁棒２０と、ハンドル４０と、により主要構成されている。

弁棒２０は、その外周に雄ネジ２１を切られたボルト状であり、下方の一端２２に弁体１０が回り継ぎ手（Ｓｗｉｖｅｌ）の機能を介して係合され、上方の他端２３にハンドル４０が固定されている。弁蓋３２は、弁箱３３に被さるように固定されて弁箱３３を密閉する。弁蓋３２は、弁棒２０の雄ネジ２１に螺合する雌ネジ３１により、弁棒２０を螺合範囲で回転自在に軸支するナット状の機能を有する。つまり、玉形弁５０は、弁蓋３２に弁棒２０が回転可能に支持され、その弁棒２０につながって弁箱３３に収容された弁体１０を、外部からハンドル４０により弁操作できるように構成されている。

上述のように、ユニット８０は、付設対象である弁５０の弁開度Ｘを、筐体８２内部に配設された変換機構６０により所望の表示形態に変換し、表示手段７０に表示させる。変換機構６０はウォームホイール６１と、それに歯合された中継ギア６２，６３と、それに歯合されたピニオンギア６４と、それに歯合されたラックギア６５により構成されている。

表示手段７０は、弁棒２０の他端２３を延長した位置による視点Ｖから直視可能であるように、ハンドル４０より外側の位置Ｗに配設されている（図３参照）。また、ラックギア６５には、指示部材（以下、「指針」ともいう）７４が固定されている。指針７４の背後には、「閉」と「開」あるいはそれらに該当する意味の文言や彩色等が明示された文字盤７６が配設されている。指針７４は文字盤７６上で、「閉」から「開」までの何れかの変位量を指示して表示することが可能である。

ウォームホイール６１は筐体８２に回動自在に軸支され、その筐体８２は、弁５０の支持体３０に、ブラケット（クランプ）９０を用いて着脱可能にボルト止めされている。また、ウォームホイール６１は、弁棒２０の雄ネジ２１にウォーム歯合するような位置関係に設定されている。また、ユニット８０は、筐体８２にウォームホイール６１および表示手段７０を機能的に結合するように構成される。

なお、ここで機能的に結合するとは、表示手段７０が、ウォームホイール６１の回転角度θ１に基づいて弁開度Ｘを表示する機能が実現される構成をいう。すなわち、作業員の手動により回されたハンドル４０とともに弁棒２０が軸回転し、弁棒２０の外周に切られた雄ネジ２１が山谷を上下動する。その結果、雄ネジ２１に歯合するウォームホイール６１は、雄ネジ２１が上下動した変位量に応じて回転角度θ１だけ回転する。

図２に基づいてユニット８０の説明をすると、ウォームホイール６１と同軸回転する中継ギア６２、さらにその中継ギア６２に歯合されたつぎの中継ギア６３を介してピニオンギア６４から、それに歯合されたラックギア６５へと変位量が伝達される。その結果、ラックギア６５に固定された指針７４が、その背後に固定された文字盤７６上で、「閉」から「開」までの何れかの変位量を指示する。上述したように、ハンドル４０の正面からは、ハンドル４０の陰に隠れた部分を視認することが困難である。したがって、表示手段７０は、弁棒２０の他端２３を延長した位置による視点Ｖから直視可能であるように、ハンドル４０より外側の位置Ｗに配設されている（図１、図３、図４参照）。

図４は、本装置の概略平面図であり、（Ａ）直線移動指針型、（Ｂ）回動指針型である。図４（Ａ）に示す直線移動指針型の本装置１００は、弁棒２０を正面に延長した位置（ハンドル４０の正面）による視点Ｖ（図１、図３参照）からでも弁開度Ｘを容易に視認できる。同様に、図４（Ｂ）に示す回動指針型の本装置２００も、弁棒２０を正面に延長した位置による視点Ｖからでも弁開度Ｘを容易に視認できる。

図４（Ｂ）に示す回動指針型の本装置２００は、ウォームホイール６１の回転角度θ１に基づいて弁開度Ｘを、回動指針により指示角度θ２として表示するユニット８１を備えて構成されている。ユニット８１は、筐体８２にウォームホイール６１および表示手段７１を機能的に結合するように構成される。表示手段７１は、弁開度Ｘに応じたウォームホイール６１の回転角度θ１に比例するように指示角度θ２が変化する指示部材（以下、「指針」ともいう）７５が配設されている。

回動指針型の本装置２００（図４（Ｂ））は、指針７５が円盤状のハンドル４０を含む平面上で指示角度θ２に変化する動作について、以下のようにして実現できる。すなわち、本装置１００のウォームホイール６１（図１、図２）以外の歯車について、図示は省略するが、ギア比や回転方向を変えられる傘歯車等を含む複数の歯車を組合せた構成により実現できる。

また、指針７５の背後には、「閉」と「開」あるいはそれらに該当する意味の文言や彩色等が明示された文字盤７７が配設されている。指針７５は文字盤７７上で、「閉」から「開」までの何れか変位量を指示して表示することが可能である。

図５は、本装置の表示部において、エンコーダの出力する電気信号に基づいて動作する弁開度Ｘの表示部を説明する模式説明図である。図５に示すように、本装置３００の表示部７２は、ウォームホイール６１の回転角度θ１を電気信号Ｐに変換するエンコーダ７８と、その電気信号Ｐから弁開度Ｘを表示する表示手段（ディスプレイ）７９と、を備え、ウォームホイール６１に表示手段７９を機能的に結合させたユニット（不図示）を含む構成である。

表示手段７９は、電気信号Ｐに含まれる弁開度Ｘに応じた信号の変化に基づいて、「閉」から「開」までの何れかの変位量を、所望のままに表現することが可能である。具体的には、「閉」、「中」、「開」等でなる表意文字の変化、弁開度Ｘを０〜１００％の数値表示するほか、単純に色分けランプの点滅等でも良い。例えば、液晶やＬＥＤを用いたデジタル式の表示手段７９を、視認性が最良とされる任意の位置を選んで設置することが可能である。つまり、表示手段７９の設置場所についての制約は無く、弁棒２０やハンドル４０等に近接した位置である必要も無い。

つぎに、エンコーダ７８について、詳細な図解は避けて簡略に例示する。回転体であるウォームホイール６１の外周近傍にＮ，Ｓの磁極を交互かつ連続的に着磁又は埋設し、それらの磁極を感知できる磁気センサ（ホール素子等）を固定側に配設した構成が考えられる。そのようなエンコーダ７８によって、例えば、弁開度Ｘが全閉又は全開の場合を基準点とし、その基準点からウォームホイール６１の変位した回転角度（位相）θ１を電気信号Ｐに変換して出力することが可能である。

また、電気信号Ｐは、弁開度Ｘに応じた変化量を電圧や周波数の変化として表示手段（ディスプレイ）７９のほか、集中制御部９９へ伝達しても良い。そうすると、集中制御部９９は、完全自動制御でない手動の弁操作でシステム構成されていても、その弁操作履歴を管理記録として残すこともできる。その結果、プラント等のシステム管理を充実させることも可能である。つまり、手動操作式の弁でありながら、その弁開度Ｘをプロセスコンピューター等の監視機器によって遠隔監視することができる。弁開度情報をプロセスコンピューターに取り込んだ場合には、データ処理やデータ解析も行うことができる。

以下、補足説明をする。なお、以下の説明には符号を省略している。
本装置は、完成品として市販されている設置前の弁のほか、既に設置済みの弁であっても適用できる。すなわち、弁棒の外周に切られた雄ネジに外部からウォームホイールを歯合させることが可能な開閉構造を有する弁であれば、ほとんどの弁に対して取付けることができる。そうすると、弁棒のネジ山に歯合するウォームホイールにより、弁棒の回転を検出し、その変位量に基づいて弁開度を表示することができる。

つまり、本装置は、弁棒をハンドルによって回転させることで弁体を昇降させながら開度を調整する弁に対して適用することができる旨を開示している。より具体的には、弁体を昇降させるためにその外周に雄ネジが切られた弁棒を有する弁、すなわち玉形弁、仕切弁等であって、弁棒のネジ山に外部からウォームホイールを歯合させることが可能な構造を有する弁に対して適用することができる。

また、ダイヤフラム弁も、上述の玉形弁や仕切弁に類似した構造であり、弁棒とハンドルによりダイヤフラムを昇降させて開度を調整する構造である点で共通している。したがって、ダイヤフラム弁にも玉形弁や仕切弁と同様に本装置を適用できる。なお、ダイヤフラム弁は、弁棒の外周に切られた雄ネジが露出しない構造である場合も多いが、そのことで本装置の適用を除外するものでは無い。

これらの弁開度表示装置の表示手段は、例えば、ハンドルを含む平面上で、しかもハンドルよりも外側の部分に設置する。これは、弁のハンドルに正対する方向から、表示手段がハンドルの陰に隠れないように良好な視認性を確保するためである。ハンドルに正対する方向とは、日常的な弁の操作や弁開度確認作業において、作業員が最も高い頻度で対向する方向をいう。

また、本装置の適用対象として、日立バルブ（株）製で、口径６５Ａの玉形弁（型式：Ｕ１０ＦＧ）を用いて所望の効果が得られた。これに限らず、適用可能な弁について、汎用的かつ容易に装着可能である。つまり、開閉のストローク（弁棒の移動距離）が同じで、弁棒の外周に切られた雄ネジの形状やピッチが同じ弁棒を用いた弁であれば、同じ開閉指示器を使うこともできる。

本発明による弁開度表示装置は、流体の流量、圧力、流れ方向を手動で制御するための弁に対して適宜に付設し、弁開度を表示できるようにするために採用される可能性がある。特に、玉形弁、仕切弁又はダイヤフラム弁において、好適に採用される可能性がある。

なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、弁開度表示装置の構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０ 弁体、２０ 弁棒、２１ 雄ネジ、３０ 支持体、２２ （弁棒２０の）一端、２３ （弁棒２０の）他端、３０ 支持体、３１ 雌ネジ、３２ 弁蓋、３３ 弁箱、４０ ハンドル、５０ （玉形）弁、６０ 変換機構（複数の組み合わせ歯車６１〜６５）、６１ ウォームホイール、６２，６３ 中継ギア、６４ ピニオンギア、６５ ラックギア、７０，７１，７９ 表示手段、７２ 表示部、７４ （ラックギア６５に付設された指針）指示部材、７５ （指示角度θ２が変化する指針）指示部材、７６，７７ 文字盤、７８ エンコーダ、８０，８１ ユニット、８２ 筐体、９０ ブラケット（クランプ）、９９ 集中制御部、１００，２００，３００ 弁開度表示装置、Ｐ 電気信号、Ｖ 視点、Ｗ （ハンドル４０より外側の）位置、Ｘ 弁開度、Ｙ 指示部材７４の直線移動距離、θ１ （ウォームホイール６１の）回転角度、θ２ （指示部材７５の）指示角度

Claims (7)

1. 弁体と、該弁体が一端に係合されて外周に雄ネジが切られた弁棒と、該弁棒の前記雄ネジに螺合する雌ネジが切られた支持体と、前記弁棒の他端に固設され該弁棒を手動により軸回転可能にするハンドルと、を備えて構成された弁に付設されることにより、該弁の弁開度を表示する弁開度表示装置であって、
   前記弁棒の前記雄ネジに直接ウォーム歯合するとともに回動自在に軸支されたウォームホイールと、
   該ウォームホイールの回転角度に基づいて前記弁開度を表示するため前記ウォームホイールに表示手段を機能的に結合させたユニットを含む表示部と、
   前記ウォームホイールおよび前記表示部を前記弁に着脱可能に付設するクランプと、を備え、
   前記表示部は、前記弁棒の前記他端を正対方向に延長した位置による視点から直視可能であるように、前記ハンドルより外側の位置に配設された弁開度表示装置。
2. 前記ユニットは、複数の組み合わせ歯車を有して構成された請求項１に記載の弁開度表示装置。
3. 前記表示部は、前記ウォームホイールの回転角度を指示部材の直線移動距離に変換する変換機構を備えた請求項１又は２に記載の弁開度表示装置。
4. 前記変換機構は、ラックギアとピニオンギアとを備え、前記ウォームホイールの回転角度は、前記ピニオンギアを介し、該ピニオンギアに歯合する前記ラックギアに伝達され、該ラックギアに前記指示部材を付設した請求項３に記載の弁開度表示装置。
5. 前記表示部は、前記ウォームホイールの回転角度に連動して指示角度が変化する指示部材を備えた請求項１又は２に記載の弁開度表示装置。
6. 前記表示部は、前記ウォームホイールの回転角度を電気信号に変換するエンコーダと、該電気信号から前記弁開度を表示する表示手段と、を備えた請求項１又は２に記載の弁開度表示装置。
7. 前記弁は玉形弁又は仕切弁である請求項１〜６の何れか１項に記載の弁開度表示装置。

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