JP7158727B2 - 偏心回動部材を備える駆動機構及びそれを用いた開閉弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、偏心軸を中心に回動する偏心回動部材を備える駆動機構及びそれを用いた開閉弁装置に関する。

従来、開閉弁機構を動力装置によって自動的に開閉する開閉弁装置に用いられる駆動機構としては、開閉弁機構と動力装置とを直結する構成が考えられる。しかしながら、厳しい条件の振動が作用しやすいドレン用の開閉弁装置にあって、開閉弁機構と動力装置（電磁ソレノイドなど駆動力を発生する装置）とを直結する構成では、その振動の伝達によって電磁ソレノイドなどの動力装置にダメージを与え、開閉弁装置の耐久性を低下させるという課題がある。なお、ここで、直結とは、例えば、開閉弁装置の弁体と、電磁ソレノイドの可動鉄心とが、一体化するように固定されて動作されるように連結されていることである。また、開閉弁機構と動力装置とを直結する構成では、電磁ソレノイドなどの動力装置が、大型になりやすいという課題もある。

これに対して、従来の開閉弁機構と動力装置とを直結しない開閉弁装置としては、中心にバルブ軸に嵌める孔及び両側の側板にレバーを嵌める孔のある溝形バルブアームと、両側の側板の外側にバルブ軸中心より等距離の位置にある２個の固定軸と、これらの固定軸を中心として回転出来る２個のレバーと、側板の内側にバルブ軸中心より等距離の位置にあり、２個のレバーをそれぞれ嵌める孔のある可動鉄芯を有するソレノイド及びベースよりなり、溝形バルブアームの中心孔はバルブ軸に嵌めてナットにより固定し、２個のレバーはそれぞれ側板と可動鉄芯の孔に嵌めた後に、固定軸を嵌め、その固定軸はナットによりベースに固定し、可動鉄芯のストロークがＳになる位置にソレノイドをボルトによりベースに固定することにより本装置は構成され、ソレノイドが作動する時バルブ軸の両側に相等しいレバーを作用させて、バルブ軸軸心方向のドレーン排出弁開放力を（ソレノイド吸引力×レバー比）に拡大すると共に、バルブ軸の横方向に働くレバー作用の分力は釣り合せて、これによる害を除去するようにしたことを特徴とするドレーン排出弁開放装置（特許文献１参照）が提案されている。このドレーン排出弁開放装置では、梃子の原理で小さい力でバルブを作動させることができるが、レバーを介して駆動力を伝達する構造であるため、振動も伝達しやすい。また、２個のレバーに係る２個の回転軸を備える回動機構であるため、動作のバランスを取ることが必ずしも容易ではなく、よりスムースな動作が難しい。

なお、開閉弁装置の実施例であるドレン自動排出弁装置が用いられる装置としては、例えば、一次側の圧縮空気について熱交換によって除湿を行い、除湿された二次側の圧縮空気を排出するように、熱交換器が第１の熱交換器部と第２の熱交換器部の二段階に設けられ、第２の熱交換器部が第１の熱交換器部の下側に配設され、第２の熱交換器部の空気出口が開口すると共に再熱用の流路の入口が開口する第１の小室と、再熱用の流路の出口が開口すると共に二次側の圧縮空気を排出するための排出口が開口する第２の小室とを備え、第２の小室の内部であって再熱流路の出口と排出口との間に、圧縮空気の流れを屈曲させて水分を分離させる水分離手段が設けられている圧縮空気除湿装置（特許文献２参照）が、本出願人によって開示されている。

実開昭６２－５９３９６号公報（実用新案登録請求の範囲、第１図） 特開２０１２－１３０８９７号公報（第１頁）

偏心回動部材を備える駆動機構及びそれを用いた開閉弁装置に関して解決しようとする問題点は、従来の駆動機構では、開閉弁装置などに用いることができるものとして、より振動に対する耐久性を高め、電磁ソレノイドなどの動力装置をより適切に小型化することが難しいという課題がある。

そこで本発明の目的は、開閉弁装置などに用いることができるものとして、より振動に対する耐久性を高め、電磁ソレノイドなどの動力装置をより適切に小型化することができる偏心回動部材を備える駆動機構及びそれを用いた開閉弁装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係る偏心回動部材を備える駆動機構及の一形態によれば、偏心軸を中心に回動する偏心回動部材と、該偏心回動部材の外縁の一部であって、前記偏心軸から短い距離側に設けられた短偏心側外縁に、繰り出し・巻き取り可能に掛け回される状態に配された一方の掛け回し材部と、前記偏心回動部材の外縁の一部であって、前記短偏心側外縁とは反対側の部位で、偏心軸から長い距離側に設けられた長偏心側外縁に、巻き取り・繰り出し可能に掛け回される状態に配された他方の掛け回し材部とを備える。

また、本発明に係る偏心回動部材を備える駆動機構の一形態によれば、前記短偏心側外縁が、前記偏心軸を中心とした円弧からなる短偏心側の周縁として形成され、前記長偏心側外縁が、前記偏心軸を中心とした円弧からなる長偏心側の周縁として形成されていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る偏心回動部材を備える駆動機構の一形態によれば、前記一方の掛け回し材部と前記他方の掛け回し材部とが連続する一つの連続掛け回し材によって構成されていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る偏心回動部材を備える駆動機構の一形態によれば、前記連続掛け回し材が、ワイヤによって構成され、該連続掛け回し材における繰り出し形態とならない部位で、前記偏心回動部材に固定されていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る偏心回動部材を備える駆動機構の一形態によれば、前記一方の掛け回し材部の繰り出し端の側が、被駆動装置の側に連結され、前記他方の掛け回し材部の繰り出し端の側が、動力装置の側に連結されることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る開閉弁装置の一形態によれば、前記偏心回動部材を備える駆動機構を用いた開閉弁装置であって、前記被駆動装置が、バネの力によって常時は閉じる方向に付勢された弁体を備える開閉弁機構によって構成され、前記動力装置が、前記バネの力に抗して作動するように連結される電磁ソレノイドによって構成されていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る開閉弁装置の一形態によれば、前記一方の掛け回し材部の繰り出し端の側と前記被駆動装置の側との間の連結部、及び／又は前記他方の掛け回し材部の繰り出し端の側と前記動力装置の側との間の連結部に、長さ調整機構が設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る偏心回動部材を備える駆動機構を用いた開閉弁装置の一形態によれば、前記電磁ソレノイドによるストロークが短くなるように、可動鉄心の引き込み初期側の移動範囲を規制するストッパが配置されていることを特徴とすることができる。

本発明に係る偏心回動部材を備える駆動機構及びそれを用いた開閉弁装置によれば、開閉弁装置などに用いることができるものとして、より振動に対する耐久性を高め、電磁ソレノイドなどの動力装置をより適切に小型化することができるという特別有利な効果を奏する。

本発明に係る偏心回動部材を備える駆動機構の駆動原理の形態例を示す模式図であり、（ａ）は一方の掛け回し材部の側が引っ張られて繰り出された状態を示し、（ｂ）は他方の掛け回し材部の側が引っ張られて繰り出された状態を示している。 本発明に係る偏心回動部材を備える駆動機構を用いた開閉弁装置の形態例を示す模式図である。 本発明に係る偏心回動部材を備える駆動機構を用いた開閉弁装置の形態例の弁を開くように作動させた状態を示す模式図である。

以下、本発明に係る偏心回動部材を備える駆動機構及びそれを用いた開閉弁装置の形態例を添付図面（図１～３）に基づいて詳細に説明する。

本発明に係る偏心回動部材を備える駆動機構は、図１などに示すように、偏心軸１１を中心に回動する偏心回動部材１０と、その偏心回動部材１０の外縁の一部であって、偏心軸１１から短い距離側（偏心軸１１から近い位置の側）に設けられた短偏心側外縁１２に、繰り出し・巻き取り可能に掛け回される状態に配された一方の掛け回し材部２１と、偏心回動部材１０の外縁の一部であって、短偏心側外縁１２とは反対側の部位で、偏心軸１１から長い距離側（偏心軸１１から遠い位置の側）に設けられた長偏心側外縁１３に、巻き取り・繰り出し可能に掛け回される状態に配された他方の掛け回し材部２２とを備えることを特徴とする。すなわち、偏心軸１１から短偏心側外縁１２までの距離の方が、偏心軸１１から長偏心側外縁１３までの距離よりも短く、短偏心側外縁１２に一方の掛け回し材部２１が掛け回され、長偏心側外縁１３に他方の掛け回し材部２２が掛け回された形態になっている。

これによれば、偏心回動部材１０は、偏心軸１１を中心に回動するため、梃子の原理を利用でき、一方の掛け回し材部２１の側が被駆動側とし、他方の掛け回し材部２２の側が駆動側（動力装置側）とすれば、より小さな力で駆動することができる。従って、動力装置を小型化でき、消費エネルギーを低減できる。また、反対に、一方の掛け回し材部２１の側が駆動側（動力装置側）とし、他方の掛け回し材部２２の側が被駆動側とすれば、被駆動側の動作ストロークを増幅できる。

さらに、各掛け回し材部２１、２２が、掛け回すことのできる柔軟性を備える部材であるため、振動を吸収することができ、前述の駆動機構と後述する開閉弁機構３０や電磁ソレノイド４０などを含む各機構にかかる負荷を低減し、それらの耐久性を向上できる。
なお、この各掛け回し材部２１、２２とは、各外縁１２、１３に接して巻き取られる状態となることができる部分に加えて、その繰り出し方向に延長されている長さの部分を含む部位のことである。

また、本形態例では、短偏心側外縁１２が、偏心軸１１を中心とした円弧からなる短偏心側の周縁として形成され、長偏心側外縁１３が、偏心軸１１を中心とした円弧からなる長偏心側の周縁として形成されている。

これによれば、各掛け回し材部２１、２２は、対応するそれぞれの周縁（短偏心側外縁１２、長偏心側外縁１３）に沿って接し、円弧状に巻き取られることになる。そして、各周縁を形成する各円弧は、偏心軸１１を中心にして等距離に描かれる曲線であり、各掛け回し材部２１、２２が図に示すように繰り出される際は、円弧の実質的に接線方向に繰り出されることになり、横振れすることなく、各掛け回し材部２１、２２の延長方向とその繰り出し方向とが実質的に一致することになる。すなわち、この機構によれば、一方の往復直線運動を、偏心回動部材１０の回動往復運動を介して梃子の原理を用い、他方の力と向きの異なる直線往復運動へ適切に変換できる。

従って、各掛け回し材部２１、２２に作用する引っ張り方向が、各掛け回し材部２１、２２の延長方向と一致し、振れや揺れのない直線的な引っ張り力を確実に伝達することができる。このため、無駄な力が各機構に作用することを防止でき、各機構の動作を安定化できると共に、各構成に係る耐久性を向上できる。
なお、本形態例では、一方の掛け回し材部２１と他方の掛け回し材部２２との繰り出し方向が、平行で、正反対方向（１８０度反対方向）となるように、設定されている。従って、各機構を、仕様に適合させた適正な位置関係で、コンパクトに配置することができる。

但し、本発明はこれに限定されるものではなく、梃子の原理を適切に利用できるように作動する形態であれば、一方の掛け回し材部２１と他方の掛け回し材部２２との繰り出し方向が、平行でない場合であっても、上述のようなコンパクト化は難しくなるが、駆動機構として、同等の動作を得ることができる。すなわち、一方の掛け回し材部２１と他方の掛け回し材部２２とが、同時に、それぞれの繰り出し方向へ直線的に引っ張られるように設定できるものであれば、そのそれぞれの繰り出し方向は、適宜選択的に設定することができる。
なお、図２及び図３に示す形態例では、一方の掛け回し材部２１と他方の掛け回し材部２２のそれぞれの繰り出し方向が、水平方向になっている。このように繰り出し方向を水平方向とすることによれば、装置を適切に小型化し易いと共に、動作方向について、重力の影響を受けにくくなるため、作動性を向上できる。

また、本形態例では、一方の掛け回し材部２１と他方の掛け回し材部２２とが連続する一つの連続掛け回し材２０によって構成されている。これによれば、部品点数を減らすことができ、組み立ての作業性を向上させることができる。

さらに、本形態例では、連続掛け回し材２０が、ワイヤによって構成され、その連続掛け回し材２０における繰り出し形態とならない部位２３で、偏心回動部材１０に固定具２５によって固定されている。なお、本発明に係る掛け回し材としては、ワイヤに限らず、タイミングベルトやチェーンなどの部材を用いることも可能である。

連続掛け回し材２０が、偏心回動部材１０に固定されることで、連続掛け回し材２０が、偏心回動部材１０の外縁に沿って滑ることを防止し、安定的な作動を実現できる。
なお、連続掛け回し材２０が、タイミングベルトやチェーンの場合を含めて、偏心回動部材１０の外縁に沿って滑ることを実質的に防止できる状態のものであれば、その連続掛け回し材２０を偏心回動部材１０に固定することを要しない。

また、ワイヤ（連続掛け回し材２０）を、掛け回した状態で位置調整した後の適切な位置で、そのワイヤを固定すれば良く、組み立ての作業性を向上させることができる。
さらに、図２及び図３の形態例では、偏心回動部材１０が角を丸めて形成された三角形状の形態であって、カムに似た形状である異形のプーリ状の形態となっており、ワイヤなどの連続掛け回し材２０を無理なくスムースに掛け回すことができる。
なお、本形態例では、偏心回動部材１０の三角形の一つの角部近傍に偏心軸１１が設けられ、その偏心軸１１によって、偏心回動部材１０が、バランス良く重力を受ける吊り下げ状態で回動可能に取り付けられて支持されており、重心が偏心軸１１の下方に位置する形状であって自重の影響を受けにくい形態になっているため、その作動性を向上させることができる。

さらに、本形態例では、偏心回動部材１０に組立用の孔１４が設けられていると共に、その偏心回動部材１０を回動自在に支持するベース部１５にも組立用の固定孔１６が設けられている。これによれば、ワイヤ（連続掛け回し材２０）を、掛け回した状態で位置調整する際に、ピン（図示せず）を、組立用の孔１４と組立用の固定孔１６との両方に突き通し、偏心回動部材１０の回動を阻止することができる。そして、このピンによって、偏心回動部材１０が回動不能になった状態で、ワイヤ（連続掛け回し材２０）の位置調整を容易且つ適切に行うことができる。

また、本発明に係る偏心回動部材を備える駆動機構は、一方の掛け回し材部の繰り出し端２１ａの側が、被駆動装置の側に連結され、他方の掛け回し材部の繰り出し端２２ａの側が、動力装置の側に連結されることができる機構になっている。
これによれば、この偏心回動部材１０を備える駆動機構を、図２及び図３に示すような開閉弁装置に利用することができる。

そして、図２及び図３に示す形態例の装置は、偏心回動部材１０を備える駆動機構を用いた開閉弁装置であって、前記被駆動装置が、バネ３５の力によって常時は閉じる方向に付勢された弁体３１を備える開閉弁機構３０によって構成され、前記動力装置が、バネ３５の力に抗して作動するように連結される電磁ソレノイド４０によって構成されている。図２は、弁体３１が閉じた状態の開閉弁装置を示しており、図３は電磁ソレノイド４０が通電されて可動鉄心４１が吸引作動されることで、他方の掛け回し材部２２を介して偏心回動部材１０が回動され、さらに一方の掛け回し材部２１を介して開閉弁機構３０の弁体３１が変位して弁が開いた状態を示してある。これによって、開閉弁機構３０の弁体３１が図３に示すように開いた状態で、矢印に示すように、例えば圧縮空気除湿装置から流出する流体（ドレン）の流れが許容され、本形態例ではドレンが排出されることになる。

これによれば、図２及び図３に示すドレン自動排出弁装置のような開閉弁装置を好適に構成できる。また、本形態例によれば、梃子の原理によって、力を増幅することで弁体３１を作動させる構造となっているため、小型の電磁ソレノイド４０を採用することができる。従って、消費電力の低減と、製造コストの低減を図ることができる。また、より信頼性の高い適切なサイズの電磁ソレノイド４０を選定し易くなる。なお、図１、図２及び図３に示す形態例では、梃子の原理によって、電磁ソレノイド４０の力を３倍に増幅できる取り合い寸法に設定されているため、その電磁ソレノイド４０のサイズを、直結させる構造の場合と比較して３分の１の力を発生させる小型のものとすることができる。なお、開閉弁機構３０の弁体３１の移動ストロークＺ１（図１参照）は、電磁ソレノイド４０のストロークＺ３（図１参照）の３分の１に短くなるが、弁体３１の開閉には十分なストロークを確保できるように設定でき、支障がない。

そして、図２及び図３の形態例では、軸ロッド３２の動作軸とワイヤ（一方の掛け回し材部２１）の動作軸とが同一軸となるように直線的に接続されており、電磁ソレノイド４０の可動鉄心４１の動作軸とワイヤ（他方の掛け回し材部２２）の動作軸とが同一軸となるように直線的に接続されている。
これによれば、無駄な力が各機構に作用することを防止でき、動作ロスがなく、各軸受への負担がない動作を実現でき、各機構の動作を安定化できると共に、各機構に係る耐久性を向上できる。
また、本形態例では、軸ロッド３２及び一方の掛け回し材部２１の動作軸と、電磁ソレノイド４０の可動鉄心４１及び他方の掛け回し材部２２の動作軸とが、その作動方向と共に反対に折り返された形態となっているため、装置のコンパクト化に寄与することができる。

また、本発明の形態例によれば、一方の掛け回し材部の繰り出し端２１ａの側と開閉弁機構３０の側との間の連結部３９、及び／又は他方の掛け回し材部の繰り出し端２２ａの側と電磁ソレノイド４０の側との間の連結部４９に、長さ調整機構５０が設けられているように構成することができる。なお、本形態例では、一方の掛け回し材部２１と開閉弁機構３０との間の連結部３９のみに長さ調整機構５０が設けられており、他方の掛け回し材部の繰り出し端２２ａの側と電磁ソレノイド４０の側との間の連結部４９では、他方の掛け回し材部の繰り出し端２２ａが、電磁ソレノイド４０の可動鉄心４１の被装着部に単純に抜け止めされた状態に係止されて連結された形態になっている。

本形態例の長さ調整機構５０は、矩形の枠状体を備え、その一方の端に形成された貫通孔５１に、一方の掛け回し材部（ワイヤ）の繰り出し端２１ａが遊嵌状態に挿通され、その繰り出し端２１ａの先端に固定された抜け止め材５２によって引抜き不能に係止された状態に連結されている。また、長さ調整機構５０を構成する矩形の枠状体の他方の端には雌ネジ部５３が設けられており、その雌ネジ部５３に、軸ロッド３２の先端に設けられた雄ネジ部３３が螺合している。なお、軸ロッド３２は、弁体３１と一体化してその弁体３１の裏側（図の右方向）へ棒状に延長された形態に設けられ、その弁体３１の軸方向への直線往復動作が可能となるように保持・案内されている。これによれば、長さ調整機構５０を構成する矩形の枠状体を回動することで、長さを適宜に調整することができる。

すなわち、ワイヤなどによって構成される掛け回し材２０について、装着の際の長さ調整（バネ３５によってワイヤを張るために予め作用する作用圧の調整を含む。）をする場合や、使用によって伸びるためにメンテナンスとして長さ調整を行う場合に、長さ調整機構５０を構成する矩形の枠状体を回動することによって、長さの調整を容易に行うことができる。なお、開閉弁機構３０の弁体３１を閉じるためのバネ３５の圧力は、ネジ状に形成されたバネ圧調整部３６のネジ込み量によって調整することができる。

また、本形態例では、電磁ソレノイド４０によるストロークが短くなるように、可動鉄心４１の引き込み初期側の移動範囲を規制するストッパ４２が配置されている。
このように、可動鉄心４１の可動範囲の引き込み初期側をカットし、その可動範囲を短く規制することで、可動鉄心４１が電磁ソレノイド４０の本体に予め所定の長さを入り込んだ状態（位置）で引き込み動作（吸引動作）を開始するため、安定的な動作を得ることができる。すなわち、電磁ソレノイド４０においては、可動鉄心４１の引き込みにおける初期の可動範囲では、磁力が弱く作用して他の可動範囲と比較して引き込み力が弱くなり易いが、前述によるように可動範囲を短く制限することで、その力の弱い初期の可動範囲をカットすることができ、安定的でスムースな動作を得ることができる。

本発明に係る駆動機構は、前述したようにドレンの自動排出弁装置などの開閉弁装置に、好適に利用できることに限定されず、切換弁などの他の弁装置や、スイッチ装置、電磁開閉器やポイント切替え装置などの駆動機構として広く応用できる。

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

１０ 偏心回動部材
１１ 偏心軸
１２ 短偏心側外縁
１３ 長偏心側外縁
１４ 組立用の孔
１５ ベース部
１６ 組立用の固定孔
２０ 連続掛け回し材
２１ 一方の掛け回し材部
２１ａ 一方の掛け回し材部の繰り出し端
２２ 他方の掛け回し材部
２２ａ 他方の掛け回し材部の繰り出し端
２３ 繰り出し形態とならない部位
２５ 固定具
３０ 開閉弁機構
３１ 弁体
３２ 軸ロッド
３３ 雄ネジ部
３５ バネ
３６ バネ圧調整部
３９ 連結部
４０ 電磁ソレノイド
４１ 可動鉄心
４２ ストッパ
４９ 連結部
５０ 長さ調整機構
５１ 貫通孔
５２ 抜け止め材
５３ 雌ネジ部
Ｚ１ 弁体の移動ストローク
Ｚ３ 電磁ソレノイドのストローク

Claims (8)

1. 偏心軸を中心に回動する偏心回動部材と、
   該偏心回動部材の外縁の一部であって、前記偏心軸から短い距離側に設けられた短偏心側外縁に、繰り出し・巻き取り可能に掛け回される状態に配された一方の掛け回し材部と、
   前記偏心回動部材の外縁の一部であって、前記短偏心側外縁とは反対側の部位で、偏心軸から長い距離側に設けられた長偏心側外縁に、巻き取り・繰り出し可能に掛け回される状態に配された他方の掛け回し材部とを備えることを特徴とする偏心回動部材を備える駆動機構。
2. 前記短偏心側外縁が、前記偏心軸を中心とした円弧からなる短偏心側の周縁として形成され、
   前記長偏心側外縁が、前記偏心軸を中心とした円弧からなる長偏心側の周縁として形成されていることを特徴とする請求項１記載の偏心回動部材を備える駆動機構。
3. 前記一方の掛け回し材部と前記他方の掛け回し材部とが連続する一つの連続掛け回し材によって構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の偏心回動部材を備える駆動機構。
4. 前記連続掛け回し材が、ワイヤによって構成され、該連続掛け回し材における繰り出し形態とならない部位で、前記偏心回動部材に固定されていることを特徴とする請求項３記載の偏心回動部材を備える駆動機構。
5. 前記一方の掛け回し材部の繰り出し端の側が、被駆動装置の側に連結され、
   前記他方の掛け回し材部の繰り出し端の側が、動力装置の側に連結されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の偏心回動部材を備える駆動機構。
6. 前記請求項５に記載された偏心回動部材を備える駆動機構を用いた開閉弁装置であって、
   前記被駆動装置が、バネの力によって常時は閉じる方向に付勢された弁体を備える開閉弁機構によって構成され、
   前記動力装置が、前記バネの力に抗して作動するように連結される電磁ソレノイドによって構成されていることを特徴とする偏心回動部材を備える駆動機構を用いた開閉弁装置。
7. 前記一方の掛け回し材部の繰り出し端の側と前記開閉弁機構の側との間の連結部、及び／又は前記他方の掛け回し材部の繰り出し端の側と前記電磁ソレノイドの側との間の連結部に、長さ調整機構が設けられていることを特徴とする請求項６記載の偏心回動部材を備える駆動機構を用いた開閉弁装置。
8. 前記電磁ソレノイドによるストロークが短くなるように、可動鉄心の引き込み初期側の移動範囲を規制するストッパが配置されていることを特徴とする請求項６又は７記載の偏心回動部材を備える駆動機構を用いた開閉弁装置。

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