JP7473154B2 - バタフライバルブ - Google Patents

Description

本発明は、粉体収容容器から粉体を排出するためのバタフライバルブに関する。

下記特許文献１には、粉体収容容器から粉体を排出するための振動バタフライバルブが記載されている。この振動バタフライバルブは、円筒状のケーシングと、ケーシングに回転自在に装着されケーシングの径方向内側に規定される粉体通路を開閉するための円板状の弁体と、閉位置と任意の開位置とに弁体を位置づけるアクチュエータと、弁体を振動させるバイブレータとを備える。

そして、この振動バタフライバルブによれば、アクチュエータによって弁体を任意の開度（たとえば１０～１５度）に位置づけると共に、任意の開度に位置づけた弁体をバイブレータで振動させることにより、粉体収容容器から粉体を排出することができる。すなわち、振動バタフライバルブにおいては、開度が比較的小さくても、バイブレータで弁体を振動させることにより粉体収容容器内の粉体を刺激して粉体の排出を促進し、弁体とケーシングとの僅かな隙間から粉体を定量的に排出することができる。

特開２００８－５０００７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されている振動バタフライバルブにおいては、粉体の性状によっては弁体の振動に起因して粉体の凝集や圧密等が発生し粉体収容容器からの粉体の排出が困難となる場合がある。

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、幅広い種類の粉体の排出を可能とするバタフライバルブを提供することである。

本発明は上記課題を解決するために以下のバタフライバルブを提供する。すなわち、粉体収容容器から粉体を排出するためのバタフライバルブであって、内周面には周方向に延びる弧状凹所が形成されていると共に、通気性を有し且つ粉体の通過を阻止する多孔質部材によって前記弧状凹所が覆われている円筒状のケーシングと、前記ケーシングの前記弧状凹所に接続された吸引源と、前記ケーシングに回転自在に装着され前記ケーシングの径方向内側に規定される粉体通路を開閉するための円板状の弁体と、前記粉体通路を閉塞する閉塞位置から第１の開度だけ前記弁体を回転させて前記粉体通路を開放すると共に、前記第１の開度よりも小さい第２の開度または前記第１の開度よりも大きい第３の開度と前記第１の開度との間で前記弁体を往復揺動させるアクチュエータとを備え、前記多孔質部材の内周面と前記弁体の周縁との間には隙間が存在しており、前記弁体が前記閉塞位置に位置づけられた際に前記吸引源を作動して前記多孔質部材の内周面に粉体を吸着させ、前記弁体は前記アクチュエータによって往復揺動された際に弾性変形する材質から形成されているバタフライバルブを本発明は提供する。
また、本発明は上記課題を解決するために以下のバタフライバルブを提供する。すなわち、粉体収容容器から粉体を排出するためのバタフライバルブであって、内周面には周方向に延びる弧状凹所が形成されていると共に、通気性を有し且つ粉体の通過を阻止する多孔質部材によって前記弧状凹所が覆われている円筒状のケーシングと、前記ケーシングの前記弧状凹所に接続された吸引源と、前記ケーシングに回転自在に装着され前記ケーシングの径方向内側に規定される粉体通路を開閉するための円板状の弁体と、前記粉体通路を閉塞する閉塞位置から第１の開度だけ前記弁体を回転させて前記粉体通路を開放すると共に、前記第１の開度よりも小さい第２の開度または前記第１の開度よりも大きい第３の開度と前記第１の開度との間で前記弁体を往復揺動させるアクチュエータとを備え、前記多孔質部材の内周面と前記弁体の周縁との間には隙間が存在しており、前記弁体が前記閉塞位置に位置づけられた際に前記吸引源を作動して前記多孔質部材の内周面に粉体を吸着させ、前記弁体の上面には上方に延びる１個以上の排出促進片が付設されているバタフライバルブを本発明は提供する。

本発明のバタフライバルブは、前記ケーシングの前記弧状凹所に接続された圧空源を備え、前記弁体が往復揺動する際に前記圧空源を作動して前記多孔質部材から前記ケーシングの内部に空気を送り入れるのが好ましい。本発明のバタフライバルブは、前記弁体を振動させるバイブレータを備えるのが好ましい。

本発明のバタフライバルブにおいては、第１の開度と第１の開度よりも小さい第２の開度との間で弁体を往復揺動させ、あるいは第１の開度と第１の開度よりも大きい第３の開度との間で弁体を往復揺動させることによって、粉体収容容器内の粉体に弁体から衝撃を加え、粉体の凝集や圧密等の発生を抑制しつつ粉体収容容器からの粉体の排出を促進するので、幅広い種類の粉体の排出が可能となる。

また、本発明のバタフライバルブにおいては、ケーシングの多孔質部材の内周面と弁体の周縁との間には隙間が存在するので、弁体が往復揺動する際にケーシングの内周面と弁体の周縁とが擦れることによる（直接接触による）ケーシングおよび弁体の摩耗を防止することができる。

さらに、本発明のバタフライバルブにおいては、弁体を閉塞位置に位置づけた際に吸引源を作動して多孔質部材の内周面に粉体を吸着させると共にケーシング内の粉体を圧密させることにより、多孔質部材の内周面と弁体の周縁との隙間からの粉体漏れを防止することができる。

本発明に従って構成されたバタフライバルブの平面図。 図１のＡ－Ａ線断面図。 図１に示すバタフライバルブが粉体収容容器の排出口に接続された状態を示す正面図。 （ａ）第１の開度と第２の開度との間で弁体が往復揺動している状態における断面図、（ｂ）第１の開度と第３の開度との間で弁体が往復揺動している状態における断面図。 図１に示すバタフライバルブに排出促進片が付設された場合の平面図。 （ａ）図５のＣ－Ｃ線断面図、（ｂ）図５のＤ－Ｄ線断面図。 （ａ）図１に示すバタフライバルブに他の排出促進片が付設された場合の図６（ａ）に相当する断面図、（ｂ）図１に示すバタフライバルブに他の排出促進片が付設された場合の図６（ｂ）に相当する断面図。 図１に示すバタフライバルブにバイブレータが付設された場合の平面図。 （ａ）上下２段の弧状凹所が設けられているバタフライバルブの断面図、（ｂ）３段の弧状凹所が設けられているバタフライバルブの断面図。

以下、本発明に従って構成されたバタフライバルブの好適実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１および図２を参照して説明すると、全体を符号２で示すバタフライバルブは、円筒状のケーシング４と、ケーシング４に接続された吸引源６と、ケーシング４に回転自在に装着され、ケーシング４の径方向内側に規定される粉体通路を開閉するための円板状の弁体８と、弁体８を回転および往復揺動させるアクチュエータ１０（図１参照。）とを備える。

ケーシング４は、鋼材等の適宜の金属材料から形成され得る。図２に示すとおり、ケーシング４の内周面の上下方向中間部には、径方向外側に没入して周方向に延びる一対の弧状凹所１２が形成されている。図示の実施形態の各弧状凹所１２は、後述する一方の回転軸２２の近傍から他方の回転軸２２の近傍まで延びる半環状（半周状）に形成されている。各弧状凹所１２は、通気性を有し且つ粉体の通過を阻止する多孔質部材１４によって覆われている。多孔質部材１４はシート状であり、ケーシング４の内周面に沿って弧状に配置されている。多孔質部材１４は、鋼材等の適宜の金属材料、合成樹脂、不織布または織布から形成され得る。付言すると、多孔質部材１４を形成する金属材料には、積層された複数の合金製金網が焼結一体化された表面ろ過タイプの焼結金属特殊メッシュが含まれる。なお、図示の実施形態のバタフライバルブ２においては、ケーシング４の内周面および多孔質部材１４の内周面によって粉体通路１６（図２参照。）が規定されている

吸引源６は各弧状凹所１２に流路１８を介して接続されている。吸引源６は、各弧状凹所１２に負圧を生成して、多孔質部材１４の内周面に粉体を吸着させる。また、図示の実施形態のバタフライバルブ２においては、流路１８を介して圧空源２０も各弧状凹所１２に接続されている。圧空源２０は、多孔質部材１４からケーシング４の内部に空気を送り入れるようになっている。

円板状の弁体８は、鋼材等の適宜の金属材料またはウレタンゴム等の適宜の合成ゴム材料から形成され得る。図１に示すとおり、弁体８の周縁には、互いに対向する位置から径方向外側に延びる一対の金属製の回転軸２２が付設されており、弁体８は各回転軸２２を介してケーシング４に回転自在に装着されている。粉体通路１６を閉塞する閉塞位置（図２に示す位置）に弁体８が位置づけられた際、ケーシング４の多孔質部材１４の内周面と弁体８の周縁との間には隙間ｓが存在する。

図１に示すとおり、図示の実施形態のアクチュエータ１０は、弁体８の一方の回転軸２２に接続された電動モータから構成されている。アクチュエータ１０を構成する電動モータとしては、公知のサーボモータや、減速機構を介することなく被回転体（図示の実施形態では弁体８の一方の回転軸２２）に回転を直接的に伝達するダイレクトドライブモータを用いることができる。

アクチュエータ１０は、粉体通路１６を閉塞する閉塞位置（図２に示す位置）から第１の開度（たとえば１０度）だけ弁体８を回転させて粉体通路１６を開放する。また、アクチュエータ１０は、第１の開度と、第１の開度よりも小さい第２の開度（たとえば５度）との間で弁体８を往復揺動させ、あるいは、第１の開度と、第１の開度よりも大きい第３の開度（たとえば１５度）との間で弁体８を往復揺動させる。なお、第１の開度、第２の開度および第３の開度は任意の角度であり、第２の開度は０度（粉体通路１６を閉塞する閉塞位置）を含む。

次に、上述したとおりのバタフライバルブ２を用いて、粉体収容容器から粉体を排出する方法について説明する。

図３には、粉体Ｐが収容されている粉体収容容器２４が示されている。粉体収容容器２４は、上下方向に延びる円筒状の胴部２６と、胴部２６の下端から下方に向かって次第に縮径するコーン部２８とを有する。コーン部２８の下端には円筒状の排出口３０が形成されている。排出口３０には、弁体８が閉塞位置に位置づけられた上述のバタフライバルブ２が装着されている。また、吸引源６により各弧状凹所１２に負圧が生成されており、多孔質部材１４の内周面に粉体Ｐが吸着している。これによって、多孔質部材１４の内周面と弁体８の周縁との隙間ｓからの粉体漏れが防止されている。なお、排出口３０とバタフライバルブ２との接続には、ボルトを用いてもよく、あるいはヘルールクランプを用いてもよい。

粉体収容容器２４から粉体Ｐを排出する際は、まず、吸引源６の作動を停止すると共に、粉体収容容器２４の排出口３０を閉塞する閉塞位置から第１の開度だけ弁体８をアクチュエータ１０によって回転させ、排出口３０を開放する。排出口３０を開放する際には、所定時間だけ圧空源２０を作動し、多孔質部材１４の内周面に付着している粉体Ｐを除去してもよい。これによって粉体Ｐが円滑に排出され得る。

排出口３０を開放した後、図４に示すとおり、第１の開度よりも小さい第２の開度または第１の開度よりも大きい第３の開度と第１の開度との間で弁体８をアクチュエータ１０によって往復揺動させる。弁体８を往復揺動させる際は、図４（ａ）に示すとおり、一点鎖線で示されている閉塞位置から第１の開度θ１まで弁体８を回転させた後、第１の開度θ１と第２の開度θ２（θ２＜θ１）との間で弁体８を往復揺動させる。あるいは、図４（ｂ）に示すとおり、閉塞位置から第１の開度θ１まで弁体８を回転させた後、第１の開度θ１と第３の開度θ３（θ３＞θ１）との間で弁体８を往復揺動させてもよい。

弁体８を往復揺動させることにより、粉体収容容器２４の排出口３０付近の粉体Ｐに弁体８から衝撃を加え、粉体Ｐの凝集や圧密等の発生を抑制しつつ粉体収容容器２４からの粉体Ｐの排出を促進することができると共にフラッシングを抑制することができる。したがって、図示の実施形態のバタフライバルブ２においては、幅広い粉体の排出が可能となると共に、粉体の排出が停滞することなく定量的な粉体の排出が可能となる。

弁体８を往復揺動させる際は、弁体８の揺動範囲を段階的に変更してもよい。たとえば、最初に１０度と１５度との間で弁体８を往復揺動させ、次いで５度と１０度との間で弁体８を往復揺動させた後、０度と５度との間で弁体８を往復揺動させ、弁体８の揺動範囲を３段階で変更するようにしてもよい。これによって、バタフライバルブ２から所定重量の粉体Ｐを計量容器（図示していない。）等の適宜の容器に排出する場合に、排出時間を短縮しつつ排出重量精度の向上を図ることができる。弁体８の揺動範囲の段階的変更は、上記のような３段階でなくてもよく２段階あるいは４段階以上にしてもよく、揺動範囲も５度でなくてもよく任意に設定され得る。

弁体８を往復揺動させる際は、圧空源２０を作動して多孔質部材１４からケーシング４の内部に空気を送り入れてもよい。これによって、多孔質部材１４の内周面に吸着されていた粉体Ｐが多孔質部材１４の内周面に残留するのが防止されると共に、粉体Ｐの流動化を促進して粉体収容容器２４に粉体Ｐが滞留するのを抑制することができる。

弁体８がアクチュエータ１０によって往復揺動された際に弾性変形する材質（たとえばウレタンゴム）から形成されている場合には、弁体８の往復揺動のほか、弁体８の弾性変形（回転軸２２を中心とした弁体８のしなり）によっても粉体Ｐに衝撃を加えることができ、粉体Ｐの排出を一層促進することができる。

図示の実施形態のバタフライバルブ２においては、ケーシング４の多孔質部材１４の内周面と弁体８の周縁との間には隙間ｓが存在するので、弁体８が往復揺動する際にケーシング４の内周面と弁体８の周縁とが擦れることによる（直接接触による）ケーシング４および弁体８の摩耗を防止することができ、ケーシング４ないし弁体８の摩耗により生じた屑が粉体Ｐに混入するのが抑制される。

粉体収容容器２４に収容される粉体の性状は様々であり、長時間の収容により粉体収容容器２４の内部で固化し、粉体収容容器２４からの排出が困難になる粉体が存在する。粉体収容容器２４の内部で粉体が固化した場合には、粉体収容容器２４の内部に圧縮空気を噴射することにより、粉体収容容器２４内の粉体をほぐすと共に粉体の流動性を向上させる場合がある。しかしながら、一部の粉体においては、圧縮空気を供給することによりフラッシングが生じ、弁体８の開度および揺動範囲が比較的小さくても、ケーシング４と弁体８との隙間を通過する粉体量が多くなりすぎてしまい排出量を精密に制御することが困難になってしまうときがある。このようなときには、小さい開度および小さい揺動範囲（たとえば０度と３度との間）で弁体８を往復揺動させながら、吸引源６を作動して各弧状凹所１２に負圧を生成し、粉体中に含まれる空気の量を低減する。これによって、粉体の排出を促進しつつ、ケーシング４と弁体８との隙間を通過する際に粉体の流動性を低下させフラッシングを抑制することができるので、粉体の排出を停滞させることなく粉体の排出量を精密に制御可能な程度に低減させることができる。

所定重量の粉体Ｐを排出した後、アクチュエータ１０によって弁体８を回転させて閉塞位置に位置づけ、粉体通路１６を閉塞する。また、圧空源２０を作動させていた場合には、圧空源２０の作動を停止させる。次いで、吸引源６を作動して各弧状凹所１２に負圧を生成し、多孔質部材１４の内周面に粉体を吸着させる。これによって、多孔質部材１４の内周面と弁体８の周縁との隙間ｓからの粉体漏れが防止される。また、各弧状凹所１２に負圧を生成すると、ケーシング４内の粉体（特に多孔質部材１４の付近に存在する粉体）が圧密するので、多孔質部材１４の内周面と弁体８の周縁との隙間ｓからの粉体漏れが一層抑制される。

なお、上述のバタフライバルブ２の弁体８の上面には上方に延びる１個以上の排出促進片が付設されていてもよく、排出促進片が付設された場合のバタフライバルブ２について図５ないし図７を参照して説明する。

図５および図６に示すバタフライバルブ２の弁体８の上面には、回転軸２２同士の間において径方向に間隔をおいて弁体８の上方に延びる３個の排出促進片３２ａ、３２ｂ、３２ｃが付設されている。両側の排出促進片３２ａ、３２ｃの長さは中央の排出促進片３２ｂの長さよりも短く、各排出促進片３２ａ、３２ｂ、３２ｃの先端が弁体８周縁の軌跡から突出しないようになっている。また、図７に示すバタフライバルブ２の弁体８の上面には、弁体８の径方向中心から上方に向かって径方向外側（回転軸２２側）に傾斜して延びる一対の排出促進片３４が付設されている。

図５ないし図７に示すバタフライバルブ２においては、弁体８が回転または往復揺動した際に弁体８の上方に位置する粉体を排出促進片３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３４で撹拌することができるので、粉体の排出を一層促進することができる。なお、排出促進片３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３４の形状については、円柱状や角柱状、板状等の任意の形状を採用することができる。

さらに、上述のバタフライバルブ２は、弁体８を振動させるバイブレータを備えていてもよく、バイブレータが付設された場合のバタフライバルブ２について図８を参照して説明する。

図８に示すバタフライバルブ２のアクチュエータ１０が接続されていない方の回転軸２２には、回転軸２２を介して弁体８を振動させるエア駆動式のバイブレータ３６が付設されている。そして、図８に示すバタフライバルブ２においては、アクチュエータ１０で弁体８を往復揺動させて粉体に衝撃を加えると共に、バイブレータ３６で弁体８を振動させて粉体を刺激することによって、粉体の排出を一層促進することができ、比較的付着性の高い粉体に対して有効である。

また、図９に示すとおり、バタフライバルブ２のケーシング４の内周面には、上下方向に間隔をおいて複数の弧状凹所１２が形成されていてもよい。図９（ａ）に示す例では、上下方向に間隔をおいて２段の弧状凹所１２ａ、１２ｂが設けられており、上段の弧状凹所１２ａには流路１８を介して吸引源６および圧空源２０が接続され、下段の弧状凹所１２ｂには流路１８介して圧空源２０が接続されている。

上段の弧状凹所１２ａに接続されている圧空源２０と、下段の弧状凹所１２ｂに接続されている圧空源２０とは、単一の共用圧空源から構成されていてもよく、あるいは別々の圧空源から構成されていてもよい。上段の弧状凹所１２ａを覆う多孔質部材１４ａと、下段の弧状凹所１２ｂを覆う多孔質部材１４ｂとは同一の材質から形成されていてもよく、あるいは異なる材質から形成されていてもよい。上段の多孔質部材１４ａの空隙率と下段の多孔質部材１４ｂの空隙率とは同一でもよく異なっていてもよい。

図９（ｂ）に示す例では、上下方向に間隔をおいて３段の弧状凹所１２ｃ、１２ｄ、１２ｅが設けられており、上段および中段の弧状凹所１２ｃ、１２ｄには流路１８を介して吸引源６および圧空源２０が接続され、下段の弧状凹所１２ｅには流路１８介して圧空源２０が接続されている。

上段の弧状凹所１２ｃに接続されている吸引源６と、中段の弧状凹所１２ｄに接続されている吸引源６とは、単一の共用吸引源から構成されていてもよく、あるいは、別々の吸引源から構成され、かつ、上段の弧状凹所１２ｃに作用する負圧の大きさと、中段の弧状凹所１２ｄに作用する負圧の大きさとが異なっていてもよい。上段の弧状凹所１２ｃの負圧と中段の弧状凹所１２ｄ負圧とを異ならせることにより、弁体８を閉じた際に上段の多孔質部材１４ｃ付近の粉体の圧密度と中段の多孔質部材１４ｄ付近の粉体の圧密度とを異ならせることができ、粉体の性状に応じた排出停止制御を行うことができる。

上段・中段・下段の弧状凹所１２ｃ、１２ｄ、１２ｅに接続されている圧空源２０は、単一の共用圧空源から構成されていてもよく、あるいは、それぞれ別々の圧空源から構成され、かつ、上段・中段・下段の弧状凹所１２ｃ、１２ｄ、１２ｅには、それぞれ異なる圧力の空気が送り込まれるようになっていてもよい。上段・中段・下段の弧状凹所１２ｃ、１２ｄ、１２ｅを覆う多孔質部材１４ｃ、１４ｄ、１４ｅはすべて同一の材質から形成されていてもよく、あるいはそれぞれ異なる材質から形成されていてもよい。また、上段・中段・下段の多孔質部材１４ｃ、１４ｄ、１４ｅの空隙率はすべて同一でもよくそれぞれ異なっていてもよい。

２：バタフライバルブ
４：ケーシング
６：吸引源
８：弁体
１０：アクチュエータ
１２：弧状凹所
１４：多孔質部材
１６：粉体通路
２０：圧空源
２４：粉体収容容器
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３４：排出促進片
３６：バイブレータ
Ｐ：粉体
ｓ：隙間
θ１：第１の開度
θ２：第２の開度
θ３：第３の開度

Claims (4)

1. 粉体収容容器から粉体を排出するためのバタフライバルブであって、
   内周面には周方向に延びる弧状凹所が形成されていると共に、通気性を有し且つ粉体の通過を阻止する多孔質部材によって前記弧状凹所が覆われている円筒状のケーシングと、
   前記ケーシングの前記弧状凹所に接続された吸引源と、
   前記ケーシングに回転自在に装着され前記ケーシングの径方向内側に規定される粉体通路を開閉するための円板状の弁体と、
   前記粉体通路を閉塞する閉塞位置から第１の開度だけ前記弁体を回転させて前記粉体通路を開放すると共に、前記第１の開度よりも小さい第２の開度または前記第１の開度よりも大きい第３の開度と前記第１の開度との間で前記弁体を往復揺動させるアクチュエータとを備え、
   前記多孔質部材の内周面と前記弁体の周縁との間には隙間が存在しており、前記弁体が前記閉塞位置に位置づけられた際に前記吸引源を作動して前記多孔質部材の内周面に粉体を吸着させ、
   前記弁体は前記アクチュエータによって往復揺動された際に弾性変形する材質から形成されているバタフライバルブ。
2. 粉体収容容器から粉体を排出するためのバタフライバルブであって、
   内周面には周方向に延びる弧状凹所が形成されていると共に、通気性を有し且つ粉体の通過を阻止する多孔質部材によって前記弧状凹所が覆われている円筒状のケーシングと、
   前記ケーシングの前記弧状凹所に接続された吸引源と、
   前記ケーシングに回転自在に装着され前記ケーシングの径方向内側に規定される粉体通路を開閉するための円板状の弁体と、
   前記粉体通路を閉塞する閉塞位置から第１の開度だけ前記弁体を回転させて前記粉体通路を開放すると共に、前記第１の開度よりも小さい第２の開度または前記第１の開度よりも大きい第３の開度と前記第１の開度との間で前記弁体を往復揺動させるアクチュエータとを備え、
   前記多孔質部材の内周面と前記弁体の周縁との間には隙間が存在しており、前記弁体が前記閉塞位置に位置づけられた際に前記吸引源を作動して前記多孔質部材の内周面に粉体を吸着させ、
   前記弁体の上面には上方に延びる１個以上の排出促進片が付設されているバタフライバルブ。
3. 前記ケーシングの前記弧状凹所に接続された圧空源を備え、前記弁体が往復揺動する際に前記圧空源を作動して前記多孔質部材から前記ケーシングの内部に空気を送り入れる、請求項１または２に記載のバタフライバルブ。
4. 前記弁体を振動させるバイブレータを備える、請求項１から３までのいずれかに記載のバタフライバルブ。