JPH07133880A - 電気式の弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小さな動力源で、大きな閉鎖力を得る。 【構成】 電気作動式の流体弁は、弁座、弁座を覆いか
つ下面に流体圧力を均等に受ける柔軟なダイアフラム、
及び柔軟なダイアフラムの上方に旋回可能に取り付けら
れかつ第１の位置と第２の位置との間をその旋回中心軸
周りで回転可能な閉鎖用部材を備える。スイッチング回
路で制御される電気モーターが閉鎖用部材を第１の方向
で回転させ、閉鎖用部材の第１の端部がダイアフラムを
弁座上に押し付け、ダイアフラムの一方の面の圧力を弁
座面積内のみに減らす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動式スプリン
クラー及び同等品に使用されるような電気式の弁に関す
る。

【０００２】

【従来技術及びその課題】庭園用スプリンクラーの給水
管に連結されるような電気式の弁は電磁作動型が普通で
ある。かかる弁は電磁石によりそれ自体が作動される線
状のアマチュアにより開かれる封鎖用手段を備える。か
かる弁は常時閉鎖の形で供給され、閉鎖それ自体はばね
機構の手段により行われる。従って、実際上、弁を開く
ための電磁石の力は、ばねの強制力より大きい。

【０００３】公知のように、かかる弁の欠点は、弁を開
放状態に維持するために電磁石を作動させる電気エネル
ギーを常に供給しなければならないことである。

【０００４】また、電磁石が通常の電気モーターに置換
された電気式の弁も知られている。電磁石の使用に勝る
電気モーター使用時の主要な利点は、弁の開閉のために
のみモーターに電力を供給する必要のあることである。
即ち、弁が平衡状態に達するとモーターに電力を供給す
る必要はない。電磁石作動式の弁に勝るモーター作動式
の弁の明らかな利点にもかかわらず、現存の設備にかか
るモーター作動式の弁を整合させることには困難があ
る。特に、電磁石作動式の弁を想定した設備は、弁を開
くため及び開放状態の維持のためにだけエネルギーが供
給され、電力供給の中断の際は、ばねの強制力で弁を閉
鎖位置に戻すように構成される。

【０００５】作動機構が電磁石式であるか或いはモータ
ー作動式であるかにかかわらず、通常、かかる弁には空
洞部内に伸びている流体入口通路が設けられ、この空洞
部内にはＯリングが設けられ、ロッド状の閉鎖用部材が
Ｏリング内に挿入されたとき流体入口通路は封鎖され、
これにより弁を閉じる。かかる配列は通常のピストン型
の弁を意味し、これは、ピストンヘッドに作動している
力がピストン面積とこれに作用している流体圧力との積
に正確に等しいことを特徴とする。このことは、ダイア
フラム型の弁では、開くときは流体圧力の加わる面積の
増加のために閉鎖力よりも大きな力を受ける点と異な
る。面積増加はダイアフラムを曲げるための避けられな
い結果であり、このため、閉鎖すべき流体入口通路の面
積より大きく広がったダイアフラム面積が必要である。

【０００６】ピストン弁と組み合った欠点があることが
論じられている。第１に、閉鎖力はピストンロッドとＯ
リングとの間の摩擦力を考慮しなければならず、従って
これは上述の理論的な最小値よりも常に幾分か大きい。
第２に、摩耗と裂けとのために、ピストンロッドがＯリ
ングの内面を摩耗させたとき、これによる漏れの危険を
生ずる。

【０００７】いうまでもなく、このような漏れはダイア
フラム弁では避けられ、また摩擦力も避けられる。しか
し、一方では、閉鎖力の増加を要するダイアフラム面積
の増加は、ピストン型の弁の欠点にもかかわらずダイア
フラム弁の使用に影響するピストン型の弁以上の大きな
欠点である。

【０００８】どうにかしてダイアフラム弁に伴う唯一の
欠点を克服し、これにより最大閉鎖力を流体圧力と流体
入口面積との積に等しくし、一方ではピストン型のもの
に勝るダイアフラム弁に伴うその他の利点の総てを享受
することが望ましいことは明らかである。

【０００９】ダイアフラム弁においては、ダイアフラム
自体は閉鎖すべき流体入口と流体入口の面積より大きな
表面積を有する閉鎖用部材との間に配置される。弁は、
ダイアフラムが流体入口上に歪んで弁を閉鎖するように
ダイアフラムに対して閉鎖用部材を押し付けることによ
り閉鎖される。閉鎖用部材が電気モーターで作動される
場合は、閉鎖用部材に十分な力を加える一方法は対応し
た強力なモーターを使用することであろう。しかし、通
常、弁の大きさを減らしかつその価格を下げるためにモ
ーターをできるだけ最小にすることが要求される。大き
な閉鎖力を与えるためには、通常は、ミニチュアモータ
ーは要求に対して不適当である。従って、モーターの有
効な力を増加させるために変速機構を使わねばならな
い。しかし、これは機構の速度比の増加を犠牲としての
み行えるものであり、このため弁の作動を遅くする。弁
の閉鎖に要する時間中に流体の漏れが生じ、これが不満
である。

【００１０】これまで提案された弁に伴う欠点を実質的
に減らし又は無くすダイアフラム弁を提供することが目
的である。

【００１１】モーター作動式であって、かつ弁のために
作られた設備において現存の電磁石作動式の弁と代わり
得る弁を提供することが別の目的である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明により、少なくも
１個の弁座、前記少なくも１個の弁座を覆いかつ下面に
流体圧力を均等に受ける柔軟なダイアフラム、柔軟なダ
イアフラムの上方に旋回可能に取り付けられかつ第１の
位置と第２の位置との間をその旋回中心軸周りで回転可
能な閉鎖用部材、及び閉鎖用部材と組み合わせられ閉鎖
用部材を第１の方向で回転させて閉鎖用部材の第１の端
部がダイアフラムを弁座上に押し付け、これによりダイ
アフラムの一方の面上の圧力を弁座面積内のみに減ら
し、ダイアフラムの反対側の面と閉鎖用部材の反対側の
端部がなお前記流体圧力を受ける作動用手段であって、
更にダイアフラムを弁座から持ち上げるために第１の方
向とは反対の第２の方向で閉鎖用部材を回転させる作動
用手段を具備することを特徴とする弁が提供される。

【００１３】作動用手段は１対の歯車を備えた変速シス
テムを介して閉鎖用部材と組み合わせられた電気モータ
ーを備えることが好ましく、従って閉鎖用手段を作動さ
せるためには電気モーターの数回転が必要である。弁の
作動速度は、弁の状態を開から閉に、又はその逆に変更
したいときはいつでも閉鎖用部材に衝撃力を与えるよう
に変速システムを配列することにより増加させられる。

【００１４】好ましくは、モーターは直流電源で作動さ
れかつ閉鎖用部材と組み合わせられ、そして閉鎖用部材
を第１の位置に強制するために第１の極性の電圧パルス
に応答し、また閉鎖用部材を第２の位置に強制するため
に第２の極性の電圧パルスに応答する。閉鎖用部材を第
２の位置から第１の位置に強制したいときだけ、直流電
気モーターが直流電源からの接続が断たれるようにモー
ターにスイッチング回路が接続される。

【００１５】

【実施例】本発明の理解のためと実際にこれがいかに実
施されるかとを知るために、付属図面を参照し非限定的
な方法により好ましい実施例が説明されるであろう。

【００１６】図１及び２を参照すれば、流体が矢印Ａで
示された第１の方向（図１）又は矢印Ｂで示された第２
の方向（図２）で流入する流体入口１２の従属する弁座
１１を有する弁が全体として１０で図式的に示される。
柔軟なゴムのダイアフラム１３が弁座１１の上方に配置
され、閉鎖用部材１５の第１の端部１４により流体入口
１２の領域内で作動させられ、この閉鎖用部材はその旋
回中心軸１６の周りで自由に回転できる。

【００１７】閉鎖用部材１５の第１の端部１４は第１の
アクチュエーター１７を介してダイアフラム１３と接触
し、一方、閉鎖用部材１５の第１の端部１４とは反対側
のその第２の端部１８は第２のアクチュエーター１９を
介してダイアフラム１３と接触する。閉鎖用部材１５
は、旋回軸１６がそれぞれ第１の端部１４と第２の端部
１８から等距離であるように平衡が取られる。

【００１８】図１及び２に示された２方向のいずれにお
いても、第１のアクチュエーター１７が流体入口１２を
閉鎖するに十分な力でダイアフラム１３上に作用すると
きの最大の閉鎖力は流体圧力Ｐと流体入口１２の断面積
Ａとの積に近い。特に図１に示された状況においては、
弁が閉鎖されたとき、流体は矢印Ａの方向で上向きに作
用し、従ってダイアフラム１３の下側に作用する力はＰ
・Ａに等しい。これが、弁を閉じるために閉鎖用部材１
５により加えねばならない閉鎖力である。

【００１９】これに反して、図２に示された状況におい
ては、弁が閉じられたとき、流体は流体入口１２を通過
せず、従って流体入口１２の面積Ａ内でダイアフラム１
３の下側に作動する圧力はゼロである。しかし、圧力Ｐ
はダイアフラム１３のその他の部分の面積上になお作用
し、弁座１１の付近内のその歪んだ領域を押し、これに
よりダイアフラム１３を弁座１１から持ち上げようとす
る。同時に、閉鎖用部材１５の第２の端部１８に対して
力を加える第２のアクチュエーター１９に圧力Ｐが加え
られる。これは、圧力Ｐの加えられる第２のアクチュエ
ーター１９の面積がダイアフラムの歪んだ領域の面積よ
り大きいために、閉鎖用部材１５を弁座１１から持ち上
げようとする傾向を十二分に消す。従って、弁１０を開
くために閉鎖用部材１５に加えねばならない開放力はＰ
・Ａに極めて近い。

【００２０】従って、ダイアフラムを使用している従来
提案された弁の場合におけるようなダイアフラムの面積
の増加とは異なり、閉鎖力が（ピストン弁の場合と同様
に）入口通路の断面積に比例するダイアフラム弁の使用
について図１及び２に示された配列が提供される。一方
では、ダイアフラムが使用されるので、通常はピストン
弁に伴う摩擦力及びシリンダーの摩耗が避けられる。

【００２１】図３及び４は、弁座２２及び２３に従属し
た対応する第１及び第２の流体入口２４及び２１を有す
る本発明による切替え弁２０の断面図及び斜視図を示
す。

【００２２】流体入口２４及び２１の領域内でそれぞれ
の対応アクチュエーター２６及び２７により作動させら
れる柔軟なダイアフラム２５が弁座２２及び２３の上方
に配置され、これらのアクチュエーターは旋回軸２９の
周りで自由に限定回転できる平衡の取られた閉鎖用部材
２８により互い違いに押される。

【００２３】図３に示された状況においては、閉鎖用部
材２８の第１の端部３０はダイアフラム２５に対してア
クチュエーター２６を押し付け、ダイアフラムが弁座２
２を覆って流体入口２４を閉鎖するようにダイアフラム
２５を歪ませる。この状態である間は、ダイアフラム２
５は弁座２３から離れ、入口通路２１を経て弁内への流
体の流入（又はその逆）を許す。

【００２４】他方、閉鎖用部材２８がその旋回軸２９周
りで時計方向に回されると、ダイアフラム２５の下側従
ってアクチュエーター２６に作用している流体入口２４
内の流体圧力により、ダイアフラム２５は弁座２２から
離れて上がることができ、これにより流体は流体入口通
路２４を通ってもう一度流れることができる。閉鎖用部
材２８が更に回されると、その第２の端部３１が弁座２
３の付近でアクチュエーター２７をダイアフラム２５に
押し付け、第２の入口通路２１を閉鎖する。

【００２５】図面の図４を参照すれば、閉鎖用部材２８
をその旋回軸２９の周りで回転させるように電気モータ
ー２８を閉鎖用部材２８と組み合わせるための一般に３
５で示された変速システムの詳細が示される。変速シス
テム３５はモーター３６の軸３８に取り付けられた小直
径の歯車３７を備え、この小歯車は、端部軸受４１（そ
の一方のみが図面に示される）の間に支持された中央旋
回軸４０の周りを回転するようにされた比較的大きな歯
車３９と噛み合う。

【００２６】歯車３９には、両端４３と４４とを有する
弧状のスロット４２がその周囲に設けられる。閉鎖用部
材２８には、実質的にＵ字形の凹み部４７を中間に定め
ている上向きの従属アマチュア４５及び４６が旋回軸２
９の両側に設けられ、この凹み部にはクランク５０の第
１の端部４９上に偏心して取り付けられた円柱状のボス
４８が配置され、更にこのクランクは弧状のスロット４
２内に配置された第２の端部５１を持つ。

【００２７】従って、歯車３９が回転すると、（歯車３
９の回転方向に依存して）弧状のスロット４２の端部４
３又は４４の一方がクランク５０の第２の端部５１に当
たり、これによりクランクを円柱状ボス４８と共に回転
させる。後者の偏心回転４８のため、アマチュア４５又
は４６の一方の内側の面に横向きの力が加わり、これに
より閉鎖用部材２８をその旋回軸２９の周りで回転させ
る。

【００２８】閉鎖作動又は開口作動が完了したとき、弧
状スロット４２の対応端部４３又は４４はクランク５０
の第２の端部５１と接触したままに留まる。次に、弁の
状態をモーター軸３８の反対方向の回転により変えるこ
とができる。モーター軸３８の最初の回転中、歯車３９
は、２個の歯車３７と３９との間の歯車比のため、（モ
ーター軸３８の回転と比べて）比較的低速であるが高ト
ルクで回転を開始するであろう。弧状スロット４２の遠
い方の端部がクランク５０の第２の端部５１とその反対
側で接触するまではクランク５０の第２の端部５１には
力は作用しない。これが生ずるまでにモーター３６は全
速に達し、大きな動エネルギーが歯車３９に加えられる
であろう。従って、クランク５０には衝撃力が加えら
れ、これを非常に素早く回転させ、閉鎖用部材２８の状
態を殆ど瞬間的に変えさせる。

【００２９】図５ａ、５ｂ及び５ｃは、図３及び４に示
された弁２０がそれぞれ中間位置、開口位置及び閉鎖位
置にあるときの閉鎖用部材２８の詳細を図式的に示す。
図５ａに示された中間位置においては、円柱状ボス４８
の中心とクランク５０の第１の端部４９とを結ぶ線は、
閉鎖用部材２８の旋回軸２９を通過する。この状況にお
いては、クランクの第１の端部４９に相当する閉鎖用部
材２８の回転中心軸は、閉鎖用部材２８のアマチュア４
５及び４６の接触点からずらされので、閉鎖用部材２８
をどちらかの方向に回転させようとするいかなる自然的
傾向も閉鎖用部材２８に回転モーメントを与える。

【００３０】図５ｂに示された開口位置においては、ア
マチュア４６は、円柱状ボス４８にクランク５０の第１
の端部４９を通過する力を加える。同様に、図５ｃに示
された位置においては、アマチュア４５が円柱状ボス４
８にクランク５０の第１の端部４９を通過する力を加え
る。これらいずれの場合においても、円柱状ボス４８に
作用する力は円柱状ボスの回転中心であるクランクの第
１の端部４９を通って作用するだけであるので、弁１０
を閉じ又は開くように閉鎖用部材２８をそれぞれ逆回転
させようとするいかなる傾向も防止される。

【００３１】さて、図６を参照すれば、閉鎖用部材２８
は、モーターの最初の回転が円柱状ボス４８をリーフば
ね部材５５の一方に押し付けて閉鎖用部材２８を第１又
は第２の位置に回転させるように、Ｕ字形の凹み部４７
内に１対の弾性強制式のリーフばね部材５５を更に備え
ることが見られる。モーターが回転し続けると円柱状ボ
ス４８はリーフばね部材５５を押すが、閉鎖用部材２８
を更に回転させることはいささかもない。かかる配列に
おいては、閉鎖用部材２８は少なくも部分的に成型プラ
スチックで形成され、またリーフばね５５もプラスチッ
クで作られそれぞれアマチュア４５及び４６の内側の面
にリベット留めされる。

【００３２】図７は、流体入口１２が従属している１個
の弁座１１を有する弁１０の別の実施例を図式的に示
す。第１の端部５７と第２の端部５８とを有する不平衡
な閉鎖用部材５６が設けられ、これらの端部は、対応す
る第１のアクチュエーター５９及び第２のアクチュエー
ター６０を介して、それぞれゴムダイアフラム１３に力
を加え、又はこれに加えられた力を受ける。閉鎖用部材
５６の旋回軸６１はその部材の中心にはなく、第１の端
部５７から中心６１までの距離は第２の端部５８から中
心までの距離の２倍である。流体は常時開かれた流体入
口６２を経て連続的に圧力Ｐを加え、ダイアフラム１３
に圧力Ｐを加えてこれによりアクチュエーター６０に力
を加える。

【００３３】弁が開かれると、両アクチュエーター５９
及び６０の下面に圧力Ｐが加わる。（図１及び２に示さ
れたように）閉鎖用部材５６が釣り合っているとすれ
ば、Ｐ・Ａに比例した等しいトルクが閉鎖用部材にかけ
られ、この場合の比例定数は旋回軸６１とアクチュエー
ター５９、６０との間のレバーアームの長さＬの１／２
である。弁を閉じるに要するトルクはこれを無視でき、
一方、弁を開くには、１／２ Ｐ・Ａ・Ｌに等しいトル
クが要求される。ここに、Ｐは流体の圧力、Ａはアクチ
ュエーターの断面積、そしてＬは閉鎖用部材５６の第１
の端部５７と第２の端部５８との間の２個のレバーアー
ムを組み合わせた全長である。

【００３４】しかし、図７に示された不平衡式の閉鎖用
部材５６では、２個のアーム間の相互関係のため、弁が
開かれたときには、アクチュエーター５９により閉鎖用
部材５６に与えられるトルクは、アクチュエーター６０
により与えられるトルクの２倍である。実際上、弁を閉
じるために克服しなければならない1/3 Ｐ・Ａ・Ｌに等
しい一定の正味開口トルクが加えられる。弁を閉じるに
は、閉鎖用部材５６に加えられなばならない正味閉鎖ト
ルク 1/3 Ｐ・Ａ・Ｌが必要とされる。しかし、いった
ん弁が閉じられると、流体圧力Ｐはもはやアクチュエー
ター５９にはかからず、従って閉鎖用部材５６に作用し
ているトルクは閉鎖トルク1/3 Ｐ・Ａ・Ｌだけであり、
これは閉鎖用部材５６に等しい大きさの逆のトルクをか
けることにより完全に克服されるに違いない。

【００３５】同じ長さＬを有する平衡型及び不平衡型の
閉鎖用部材５６の二つの状況の比較から、不平衡型閉鎖
用部材では、開口トルク及び閉鎖トルクが両者とも平衡
型閉鎖用部材に必要な開口トルクより小さいことが分か
るであろう。平衡型閉鎖用部材に要する閉鎖トルクは無
視できることはもちろん真であるが、閉鎖用部材を回転
させるに要するモーターの大きさは所要の最大トルクに
依存するので、これは不平衡型閉鎖用部材用としてより
小型で出力の小さなモーターを使用できること図面の図
１から７を参照し上述された弁の特徴は一般応用のもの
であるが、庭園用スプリンクラーの給水口に普通に連結
されるような弁にこれらの特徴を組み入れることが特に
望ましく、これにおいては開閉を行うために電気モータ
ーが設けられた更なる改良が提供される。

【００３６】図８及び９を参照すれば、全体として７０
で示されたモーター作動型の電気式の弁が示され、これ
は流体入口７２と流体出口７３とを有するハウジング７
１を備え、ハウジング７１内の空洞部７６において交差
する入口通路７４及び出口通路７５がこれらの口からそ
れぞれ伸びている。

【００３７】空洞部７６内に入口通路７４を囲んでＯリ
ング７７が設けられ、このＯリング７７は、ロッド７８
が少なくも部分的にＯリング７７内に入った図９に示さ
れた位置に押し込まれたときに入口通路７４が出口通路
７５から完全に流体的に隔離されように、ロッド７８の
直径よりも少し小さな内径を持つ。これと比べて、図８
に示された状況は、入口通路７４が出口通路７５と完全
に連結されるようにＯリング７７から完全に引き抜かれ
たロッド７８を示す。

【００３８】さて、ロッド７８は閉鎖用手段を構成し、
この手段により弁７０を開閉することができる。ロッド
７８をＯリング内に押し込み又はここから引き抜く方法
が説明されるであろう。軸８３に取り付けられた歯車８
２を有する直流電気モーター８１が作動室８０内に配置
される。１対の電線８６を経てモーター８１に直流電力
を供給するために作動室８０内にスイッチング回路８５
が取り付けられる。スイッチング回路８５自体は、作動
室８０の外側に置かれかつ１対の電線８７を経てスイッ
チング回路８５に接続された交流電源（図示せず）から
電力を受ける。作動室８０には、弁のハウジング７１に
ねじ連結されかつＯリング９１によりそれ自体が流体の
流入に対して完全に密閉された端部キャップ９０が設け
られる。電線８７の対を入れるために端部キャップ９０
には穴９２が設けられる。

【００３９】作動室８０内には、１対のＯリング９７及
び９８の手段によりハウジング７１から完全に流体封鎖
されたベース部分９６を有し全体として９５で示された
作動機構も設けられる。往復プランジャー１０１が取り
付けられた１対の支持部材１００がベース部材９６から
上方に突き出し、このプランジャーはロッド７８と組み
合わせられる。支持部材１００は、プランジャー１０１
が傾くことなしに垂直方向で拘束なしに摺動できるよう
にプランジャー１０１を受け入れるような形状にされ
る。

【００４０】プランジャー１０１内に長方形の切取り部
１０２が設けられ、モーター軸８３上の歯車８２と噛み
合って駆動される歯車１０５の軸に偏心して組み合わせ
られたボス１０３がこの切取り部を通して突き出す。従
って、モーター軸８３が回転すると歯車８２もまた回転
し、これにより歯車１０５をその軸１０４の周りで駆動
する。これがボス１０３を偏心回転させ、支持部材１０
０内でプランジャー１０１を昇降させる。

【００４１】歯車１０５の周囲に停止具１０８が固定さ
れ、作動室８０内に固定された板１０９も（破線で）示
され、これは停止具１０８が歯車１０５の回転方向のど
ちらかの極限において板１０９の上端に当たったときに
歯車１０５のそれ以上の回転を防ぐように作用する。

【００４２】モーター８１にある方向の直流電流を供給
すると、歯車１０５は、（図８に示されるように）停止
具１０８が板１０９に当たるまで、（図８及び９の方向
で見て）時計方向に回転させられロッド７８をＯリング
７７から引き抜く。一方、モーター８１に反対方向の直
流電流を供給すると、図９に示されるように他方の極限
において停止具１０８が板１０９に当たるまで、歯車１
０５は反時計方向に回転する。

【００４３】さて、図１０を参照すれば、図面の図１な
いし９を参照して以上詳細に説明された電気式の弁のど
れとも使用できるスイッチング回路８５の第１の実施例
が示される。

【００４４】正の給電用レール１１１と負の給電用レー
ル１１２との間に整流された直流出力を作るように交流
電源（図示せず）に通常の形式で接続された全波ブリッ
ジ整流器１１０が設けられる。ブリッジ整流器１１０の
整流された直流出力に含まれるいかなる交流リップルも
これを低減させるため、正の給電用レール１１１と負の
給電用レール１１２とを結んで平滑用コンデンサー１１
３が接続される。

【００４５】また、ダーリントンペアとして接続されベ
ース端子１１６、エミッター端子１１７及びコレクター
端子１１８を有するＰＮＰバイポーラ接合トランジスタ
ー１１５が正の給電用レール１１１と負の給電用レール
１１２とに跨がって接続される。トランジスター１１５
は、そのコレクター１１８が負の給電用レール１１２に
接続されかつそのエミッター端子がダイオード１２０を
経て正の給電用レール１１１に接続されるような共通コ
レクター構成に接続され、従って電流は正の給電用レー
ル１１１からダイオード１２０を通ってトランジスター
１１５のコレクター１１８内に流れることができ、一方
では逆方向にダイオード１２０を通る電流は阻止され
る。

【００４６】更に、一般に１２１で示されかつ共通接続
点がトランジスター１１５のベース１１６に接続された
１対の抵抗器１２２及び１２３を備えた電圧分割器もま
た正の給電用レール１１１と負の給電用レール１１２と
に跨がって接続される。抵抗器１２２及び１２３の抵抗
値は、ＰＮＰトランジスター１１５をターンオフさせこ
れによりエミッター１１７からコレクター１１８への電
流を実質的に無くすに十分な電流がトランジスター１１
５のベース１１６内に流入できるにもかかわらず、電圧
分割器１２１を通って流れる電流が最小になるように選
定される。

【００４７】モーター８１はコンデンサー１２５と直列
に接続され、この組み合わせられたモーターとコンデン
サーの組は正及び負の給電用レール１１１と１１２とに
跨って接続される。

【００４８】スイッチング回路８５の作動は以下の通り
である。ブリッジ整流器１１０が交流電源に接続される
と、正の給電用レール１１１と負の給電用レール１１２
との間に現れた得られた整流済みの直流電圧がＰＮＰト
ランジスター１１５を開放させ、これにより電流はコン
デンサー１２５を充電するようにダイオード１２０とモ
ーター８１とを通って流れることができる。同時に、上
述のように抵抗器１２２と１２３との抵抗値は漏洩電流
がごく僅かであるように選定されてはいるが、小電流が
電圧分割器１２１を通って流れる。

【００４９】歯車８２と歯車１０５との間の歯車比のた
め、モーター８１は、歯車１０５上の停止具１０８が板
１１０に当たるより前に数回転し、このモーター８１が
回転している時間は、コンデンサー１２５を実質的に完
全に充電するに十分な長さである。コンデンサー１２５
が完全に充電されると、これが直流の流れを阻止し、モ
ーター端子間には電圧が残るが、電流が実際にモーター
８１を通って流れることはない。

【００５０】整流器１１０と交流電源との接続を断つ
と、電流はトランジスター１１５のベース１１６に流入
せず、従ってこれがターンオンされ、直列に接続された
モーター８１とコンデンサー１２５とを横切る実際上の
短絡回路として作用する。この配列において、電流はコ
ンデンサー１２５から反対方向でモーター８１を通過し
本来の充電回路に流れ、これにより歯車１０５上の停止
具１０８が反対側の極限において板１１０に当たるま
で、モーター８１を反対方向に駆動する。

【００５１】モーター８１を通るコンデンサー１２５の
かかる放電中、ダイオード１２０は放電電流が電圧分割
器１２１を通って流れることを防ぎ、これによりコンデ
ンサー１２５の放電速度は、確実にトランジスター１１
５のコレクター・エミッター間インピーダンス及びコン
デンサー１２５の容量値によってのみ決定される。

【００５２】かかる配列において、トランジスター１１
５は、ブリッジ整流器１１０が交流電源に接続されと直
ちに開き、そしてベースのバイアス電圧がゼロにされる
と直ちに閉じる常時閉のスイッチング要素として機能す
る。

【００５３】弁が開かれ又は部分的に開かれたときはい
つでもコンデンサー１２５が実質的に完全に充電され、
従って何らかの理由で次に停電した場合にロッド７８を
図面の図９に示されたような閉鎖位置に強制するよう
に、モーター８１を駆動するに十分な充電量が常にコン
デンサー１２５内にあることが望ましい。そうではなく
て、コンデンサー１２５が完全に充電され以前に、弁が
完全に又は部分的に開かれかつ停電が生じたならば、弁
を完全に閉鎖するに十分な回転数だけモーター８１を回
転させるには不十分な残留充電量であることが発生する
可能性がある。

【００５４】図１１は、かかる事象の発生を防止するた
めの別の構成要素を備えたスイッチング回路８５の第２
の実施例を示す。図１１に示されたスイッチング回路
は、モーター８１を横切って接続された第２の充電経路
１２６の設置及びダイオード１２８と直列に抵抗器１２
７を備えた点だけを除いて図１０を参照して上述された
ものと実質的に同じである。

【００５５】ブリッジ整流器１１０が交流電源に接続さ
れたとき、正の給電用レール１１１と負の給電用レール
１１２との間に現れた得られた整流済みの直流電圧がト
ランジスター１１５を開放させ、電流はダイオード１２
０及びコンデンサー１２５と直列のモーター８１、並び
に第２の充電経路１２６とコンデンサー１２５を通って
流れることができる。従って、第２の充電経路１２６は
モーター８１よりもコンデンサー１２５に確実により多
くの電流を流すバイパスとして作動する。かかる手段に
より、コンデンサー１２５はモーター８１を回転させ得
る電流より大きな電流で充電されるようにされる。これ
により、弁１０を開いているときに停電があった場合で
も、少なくも弁を図９に示された閉鎖状態に戻すに十分
にモーター８１を回転させるに十分な残留充電量が常に
コンデンサー１２５内にあることを確実化することがで
きる。ダイオード１２８により、確実に、コンデンサー
１２５からの放電電流はモーター８１のみを通って流
れ、第２の充電経路１２６を通ることはない。

【００５６】図１２を参照すれば、図面の図１１を参照
して上述された第２の実施例と原理が同様なスイッチン
グ回路８５の第３の実施例が示され、従ってこの両実施
例で共通な回路要素につては同じ番号が使用されるであ
ろう。図１２に見られるように、正の給電用レール１１
１と負の給電用レール１１２との間には平滑用コンデン
サーが接続されず、従ってブリッジ整流器１１０からの
出力は整流される交流電圧入力に対応した半サイン波の
連続である。かかる電圧がＰＮＰトランジスター１１５
のベース１１６を横切って出現すると、そのベース１１
６を横切る電圧がベース閾値Ｖ_T以下に下がったときの
交流サイクル期間中はトランジスターは電流を伝えない
であろう。これは、ＰＮＰトランジスター１１５が導電
を中止し（即ち回路を開き）コンデンサー１２５がダイ
オード１２８と直列の抵抗器１２７により構成された２
次経路１２６を経てモーターを通る電流を流し始め、こ
れによりモーター８１を回転させ弁の状態を変えるの
で、その発生を許すべきではない。これを避けるため
に、ＰＮＰトランジスター１１５のベース１１６に現れ
る電圧を少なくもベースの閾電圧Ｖ_Tに維持すべきであ
る。

【００５７】図１２及び１３に示された第３及び第４の
実施例は、これを達成する別の方法を示す。図１２にお
いては、一方の端子が負の給電用レール１１２を接続さ
れ第２の端子が抵抗器１３５を経てＰＮＰトランジスタ
ー１１５のベース１１６に接続されたコンデンサー１３
４を備え一般に１３０で示された小さな濾波器が設けら
れる。コンデンサー１３４と抵抗器１３５との接続点は
整流器ダイオード１３６を経て正の給電用レール１１１
に接続され、このダイオードは正の給電用レール１１１
からコンデンサー１３０を通って負の給電用レール１１
２への電流の通過を許すが逆方向にコンデンサー１３０
を通る電流の流れはこれを許さない。

【００５８】回路は以下のように作動する。ブリッジ整
流器１１０に交流電源が接続されると、コンデンサー１
３４は、整流ダイオード１３６と直列のコンデンサー１
３４により構成されたコンデンサー・ダイオードの組合
わせの小さな時定数のために、実質的に直ちに完全充電
状態に達する。コンデンサー１３４の両側の電圧に現れ
るいかなるリップルも濾波器１３０により相当に小さく
され，リップルのない許容し得る電圧がＰＮＰトランジ
スター１１５のベース１１６を跨いでＰＮＰトランジス
ター１１５を飽和させるに十分な大きさで現れる。同時
に、コンデンサー１３４は、整流ダイオード１３６によ
り正の給電用レール１１１に放電することが防止され
る。

【００５９】図１３においては、濾波器の使用の代わり
にブリッジ整流器１１０の正負の出力間に接続された小
さな平滑用コンデンサーが設けられることを除いて同様
な配列が使用される。これは、比較的大きな平滑用コン
デンサーを使用した第１及び第２の実施例のどちらでも
達成されたよりもなお非常に大きなリップルを残してい
るが、整流された直流電圧に生ずるリップルを少し減ら
しことができる。ブリッジ整流器１１０の正の出力は電
圧調整器１３８を経由して正の給電用レール１１１に接
続され、この電圧調整器は直流電圧値を減らすと同時に
正の給電用レール１１１と負の給電用レール１１２との
間に現れる電圧が実質的に一定であるように電圧を調整
する。

【００６０】大きな平滑用コンデンサーを使用するか或
いは濾波器又は電圧調整器を使用するかは、技術的考慮
ではなくて費用により大きく決定される問題であること
が理解されよう。典型的にはわずか１μFの容量値しか
ない第３の実施例（図１２）の濾波器コンデンサー１３
４の大きさと比べて、図１０及び１１に示された第１及
び第２の実施例においては、平滑用コンデンサー１１３
は、典型的には１０００μFの容量値を持つ。一方で
は、第３の実施例は別の整流ダイオード１３６と抵抗器
１３５とを必要とする。第３の実施例は典型的には容量
値４.７μFを有する中間の大きさのコンデンサー１３７
を使用するが、言うまでもなく比較的費用のかかる調整
器１３８も必要である。

【００６１】図１４は本発明による切替え弁の断面図で
あり、これは、事実上、背中合わせに配置されかつ２個
の流体入口７２ａと７２ｂ及び共通の流体出口１３を備
えた図８及び９を参照し上述された２個の弁である。図
面の図８及び９を参照し上述されたように、モーター８
１はその軸８３に取り付けられた歯車８２を介して歯車
１０５を駆動する。歯車１０５はロッド７８及び７８が
偏心して組み合わせられたカム軸１４０と結合され、従
って歯車１０５が回転するとカム軸１４０も回転し、こ
れによりロッド７８及び７８を位相のずれた関係で昇降
往復させる。

【００６２】共通の流体出口７３は１対の空洞部１４１
及び１４２において交差するそれぞれの流路を経て流体
入口７２ａ及び７２ｂと組み合わせられ、前記空洞部内
には対応したＯリング７７ａ及び７７ｂが設けられ、ロ
ッド７８ａ又は７８ｂのいずれかがその最低位置にある
ときには、このロッドは対応したＯリング７７ａ又は７
７ｂ内に押し込められ、共通の流体出口７３を、対応し
た流体入口７２ａ又は７２ｂから流体的に隔離する。

【００６３】かかる配列においては、ロッド７８ａ及び
７８ｂは位相のずれた状態で上下に往復するので、共通
の流体出口７３からの２個の流体入口７２ａ又は７２ｂ
の一方の流体的隔離により、他方の流体入口の流体出口
７３への連通が生ずる。

【００６４】従って、図面の図１０ないし１３について
上述されたようないかなるスイッチング回路の作動の下
においても、スイッチング回路に電力が供給されるとモ
ーター８１はカム軸１４０を図１４に示された位置に駆
動し、これにより第１の流体入口７２ａは共通の流体出
口７３と組み合わせられ、一方、第２の流体入口７２ｂ
はこれから流体的に隔離される。スイッチング回路への
給電が断たれると、モーターは反対方向に回転し、ロッ
ド７８ａを下げると同時にロッド７８ｂを持ち上げ、こ
れにより第１の流体入口７２ａを共通の流体出口７３か
ら流体的に切り離し、かつ第２の流体入口７２ｂを流体
出口と流体的に結合させる。

【００６５】本発明は、特に２個の弁座を有する切替え
弁に関して図１ないし７において説明されたが、本発明
は１個の弁座のみを有する単純な弁にも一般に応用でき
ることは容易に認められるであろう。

【００６６】更に、便利さは減るが、閉鎖用部材の状況
を変えたいときにこれに衝撃を与えないように、より単
純な作動機構を使えることが認められるであろう。２個
の歯車間の歯車比は変速システムの速度比により決定さ
れモーターの大きさを小さくすることができる。しか
し、大きさが優先しない場合は、希望するならばより大
きなモーターを軸４０に直結することができ、この場合
は第２の歯車１３９は周囲に弧状のスロットを有するプ
ーリーで置換することができる。

【００６７】リーフばね部材５５は、これを例えば金属
のような適宜の適切な弾性材料で形成し、要求されるよ
うに、閉鎖用部材のアマチュアにリベット止め又はその
他で固定できることも理解されるであろう。

【００６８】弁を電気モーターで駆動しかつそれにもか
かわらず現存の設備と完全に交換可能であるような改良
が更に提供される。これは、弁を開くためには、その端
子間の電圧の存在に応答し、一方、かかる電圧のないと
きは弁をその常時閉の状態に確実に戻すスイッチング回
路の手段により達成される。

【００６９】しかし、スイッチング回路の給電用レール
間に電圧がないときに閉じられる常時開の弁を使用でき
るように、スイッチング回路を容易に変更し得ることが
理解されるであろう。

【００７０】スイッチング回路の諸要求は熟練技術者に
慣れた同等の回路設計により達成し得ることも等しく理
解されるであろう。

【００７１】本発明の実施態様は次の通りである。

【００７２】１．少なくも１個の弁座（１１、２２、２
３）、前記少なくも１個の弁座を覆いかつその下面に流
体圧力を均等に受ける柔軟なダイアフラム（１３）、柔
軟なダイアフラムの上方に旋回可能に取り付けられかつ
第１の位置と第２の位置との間をその旋回中心軸（１
６、２９、６１）周りで回転可能な閉鎖用部材（１５、
２８、５６）、閉鎖用部材と組み合わせられ閉鎖用部材
を第１の方向で回転させて閉鎖用部材の第１の端部（１
４、３０、５７）がダイアフラムを弁座上に押し付け、
これによりダイアフラムの一方の面上の圧力を弁座の面
積内のみに減らし、ダイアフラムの反対側の面と閉鎖用
部材の反対側の端部（１８、３１、５８）はなお前記流
体圧力を受ける作動用手段であって、更にダイアフラム
を弁座から持ち上げるために第１の方向とは反対の第２
の方向で閉鎖用部材を回転させる作動用手段（３６）を
備えた弁。

【００７３】２．閉鎖用部材（２８）の両端（３０、３
１）に１対の弁座（２２、２３）を備えた実施態様１に
よる弁。

【００７４】３．少なくも一方の弁座が開かれたときに
閉鎖用部材の両側の端部（１４、１８；３０、３１）に
等しいトルクがかかるように閉鎖用部材（２８）が平衡
を取られた実施態様１による弁。

【００７５】４．少なくも一方の弁座（１１）が開かれ
たときに閉鎖用部材の両側の端部（５７、５８）に不等
のトルクがかかるように閉鎖用部材（５６）が不平衡に
された実施態様１による弁。

【００７６】５．作動用手段（３６）が閉鎖用部材の両
端とダイアフラムとの間に１対のアクチュエーター（１
７、１９；２６、２７；５９、６０）を備え、前記アク
チュエーターは閉鎖用部材の旋回軸から異なった関係距
離に配置される実施態様４による弁。

【００７７】６．作動用手段が電気モーター（３６）を
有する実施態様１による弁。

【００７８】７．電気モーター（３６）が、閉鎖用部材
（２８）をその旋回軸（２９）の周りで回転させこれに
より閉鎖用部材を第１の位置から第２の位置に、又はそ
の逆に動かすように閉鎖用部材に衝撃力を加えるような
形状にされる実施態様６による弁。

【００７９】８．電気モーター（３６）が大きな速度比
を有する変速機構（３５）を経て閉鎖用部材（２８）に
組み合わせられる実施態様６による弁。

【００８０】９．変速機構（３５）が、電気モーター
（３６）の軸（３８）に連結された第１の歯車（３
７）、及び第１の歯車より多い歯数を有しかつ閉鎖用部
材（２８）の旋回軸（２９）に組み合わせられた第２の
歯車（３９）を備える実施態様８による弁。

【００８１】１０．変速システム（３５）は、第１の端
部（４９）において閉鎖用部材（２８）の旋回軸（２
９）に組み合わせられかつ第２の歯車（３９）の周囲の
弧状スロット（４２）内に配置された第２の端部（５
１）を有するクランク（５０）を更に備え、第２の歯車
の回転がスロットの両端（４３、４４）の一方とクラン
クの第２の端部とを当てさせかつこれにクランクを回転
させるに十分な大きさの衝撃力を与えこれにより閉鎖用
部材を前記第１又は第２の位置に動かす実施態様９によ
る弁。

【００８２】１１．閉鎖用部材（２８）は、中間に実質
的にＵ字形の凹み部（４７）を定めている上向きの従属
アマチュア（４５、４６）を旋回軸（２９）の両側に有
し、そして円柱状ボス（４８）がクランク（５０）の第
１の端部（４９）上に偏心して取り付けられ、前記円柱
状ボスは閉鎖用部材のアマチュア間に配置されかつクラ
ンクの回転が閉鎖用部材をその旋回軸周りに回転させる
ように一方のアマチュアの内面に横方向の力を加える実
施態様１０による弁。

【００８３】１２．電気モーター（３６）は、閉鎖用部
材（２８）が第１又は第２の位置のいずれかにあるとき
に前記横方向の力が円柱状ボス（４８）の回転中心軸を
通り、かつモーターへの電力が中断されたときでも円柱
状ボスを逆回転させようとする傾向のないような形状に
される実施態様１１による弁。

【００８４】１３．モーターの最初の回転が円柱状ボス
をリーフばね部材の一方に押し付けて閉鎖用部材を第１
又は第２の位置に回転させ、一方、モーターの連続回転
により円柱状ボスがリーフばね部材を圧迫するようにさ
せられるように、前記Ｕ字形の凹み部（４７）内に１対
の弾性的に強制されたリーフばね部材（５５）を更に備
えた実施態様１１による弁。

【００８５】１４．閉鎖用部材（２８）が少なくも部分
的に成型プラスチックで形成された実施態様１３による
弁。

【００８６】１５．作動用手段が閉鎖用部材の両方の端
部とダイアフラムとの間に１対のアマチュア（１７、１
９）を有する実施態様１による弁。

【００８７】１６．作動用手段が、直流電源に接続され
かつ柔軟なダイアフラム（１３）に連絡され更に柔軟な
ダイアフラムが弁座（１１）を封鎖する第１の位置に柔
軟なダイアフラムを強制するための第１の極性の電圧パ
ルスに応答し、また柔軟なダイアフラムが弁座から持ち
上げられた第２の位置に柔軟なダイアフラムを強制する
ための第２の極性の電圧パルスに応答する直流電気モー
ター（８１）、及び柔軟なダイアフラムを第２の位置か
ら第１の位置に強制することが要求されたときだけ直流
電気モーターを直流電源から切り離すスイッチング回路
（８５）を備えた実施態様１による弁。

【００８８】１７．スイッチング回路（８５）が、それ
ぞれ第１及び第２の極性を有する第１及び第２の給電用
レール（１１１、１１２）、第１の給電用レールに接続
された第１の端子を有しかつモーター（８１）の第１の
端子に接続された第２の端子を有する蓄電要素（１２
５）であって、モーターの第２の端子が第２の給電用レ
ールに接続された蓄電要素、第１の給電用レールと第２
の給電用レールとの間に接続された常時閉のスイッチン
グ要素（１１５）であって、開くための前記給電用レー
ル間の電圧に応答して柔軟なダイアフラム（１３）を第
２の位置に強制するように電流がモーターを通って流れ
ることを許し、この間に蓄電要素（１２５）を実質的完
全に充電し、前記電圧が給電用レールより断たれたとき
はスイッチング要素を閉じさせこれにより蓄電要素が放
電するためにモーターを通る放電経路を提供しこれによ
り柔軟なダイアフラムを第１の位置に強制するスイッチ
ング要素を備えた実施態様１６による弁。

【００８９】１８．スイッチング要素（１２５）が共通
コレクターモードで接続されたＰＮＰバイポーラトラン
ジスターである実施態様１７による弁。

【００９０】１９．ＰＮＰバイポーラトランジスターが
ダーリントンペアである実施態様１８による弁。

【００９１】２０．スイッチング回路（８５）は、電流
がモーターを通る代わりに第２の充電経路を通って流れ
るようにモーターを横切って接続された第２の充電経路
（１２７、１２８）を更に備え、これにより停電の場合
に蓄電要素がモーターを通して放電し柔軟なダイアフラ
ムを第１の位置に戻すに十分に充電されるように、柔軟
なダイアフラム（１３）が第２の位置に強制されるより
以前に蓄電要素（１２５）が実質的に完全充電に達する
実施態様１８による弁。

【００９２】２１．放電電流が２次充電経路とスイッチ
ング要素（１１５）とを通って戻ることを防ぐために、
２次充電経路がダイオード（１２８）と直列接続された
抵抗器（１２７）を備えた実施態様２０による電気式の
弁。

【００９３】２２．蓄電要素がコンデンサー（１２５）
である実施態様１７による電気式の弁。

【００９４】２３．直流電源が整流された交流電力から
得られた実施態様１７による電気式の弁。

【図面の簡単な説明】

【図１】流体が第１の方向に流れる本発明による弁の詳
細を図式的に示す。

【図２】流体が第２の方向に流れる本発明による弁の詳
細を図式的に示す。

【図３】モーター作動式の閉鎖用部材を有する本発明に
よる弁の部分断面図を示す。

【図４】図３に示された配列の斜視図である。

【図５】図３に示された閉鎖用部材の詳細を示す。

【図６】図３に示された閉鎖用部材の別の詳細を示す。

【図７】不平衡型閉鎖用部材を使用した本発明の別の実
施例を図式的に示す。

【図８】開口位置にある本発明による弁の断面図であ
る。

【図９】閉鎖位置にある本発明による弁の断面図であ
る。

【図１０】図８及び９に示された弁と共に使用する第１
の実施例によるスイッチング回路の図式的な線図であ
る。

【図１１】図８及び９に示された弁と共に使用する第２
の実施例によるスイッチング回路の図式的な線図であ
る。

【図１２】図８及び９に示された弁と共に使用する第３
の実施例によるスイッチング回路の図式的な線図であ
る。

【図１３】図８及び９に示された弁と共に使用する第４
の実施例によるスイッチング回路の図式的な線図であ
る。

【図１４】本発明による切替え弁の断面図である。

【符号の説明】

１０ 弁 １１ 弁座 １３ ダイヤフラム １４ 閉鎖用部材 １５ 閉鎖用部材 ２２ 弁座 ２３ 弁座 ２８ 閉鎖用部材 ３０ 閉鎖用部材 ３６ 電気モーター ５７ 閉鎖用部材 １１５ スイッチング要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アビ・ザカイ イスラエル・リシヨン−レジオン75246・ ナチヤルソレクストリート10 (72)発明者 ヨウバル・カツマン イスラエル・ジクロンヤーコブ30900・ハ マダストリート28

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくも１個の弁座、 前記少なくも１個の弁座を覆いかつその下面に流体圧力
   を均等に受ける柔軟なダイアフラム、 柔軟なダイアフラムの上方に旋回可能に取り付けられか
   つ第１の位置と第２の位置との間をその旋回中心軸周り
   で回転可能な閉鎖用部材、及び閉鎖用部材と組み合わせ
   られ閉鎖用部材を第１の方向で回転させて閉鎖用部材の
   第１の端部がダイアフラムを弁座上に押し付け、これに
   よりダイアフラムの一方の面上の圧力を弁座の面積内の
   みに減らし、ダイアフラムの反対側の面と閉鎖用部材の
   反対側の端部はなお前記流体圧力を受ける作動用手段で
   あって、更にダイアフラムを弁座から持ち上げるために
   第１の方向とは反対の第２の方向で閉鎖用部材を回転さ
   せる作動用手段を具備することを特徴とする弁。