JPWO2017212903A1 - 手動開閉弁 - Google Patents

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    • G05G1/10Details, e.g. of discs, knobs, wheels or handles
    • G05G1/12Means for securing the members on rotatable spindles or the like

Abstract

【課題】トルクリミッタを分解することなく第1の回転部材が固着状態から迅速に脱出できるにすること。
【解決手段】第1の回転部材56に直結用凹部92を形成し、第2の回転部材58には外部からの操作によって直結用凹部92に係合する直結用ピン96を設け、直結用凹部92と直結用ピン96との係合によって第1の回転部材56第2の回転部材58との相対回転を選択的に阻止する。
【選択図】図1

Description

本発明は、トルクリミッタに関し、更に詳細には、機器の手動操作部に用いられるトルクリミッタに関する。
同一の中心軸線上に回転可能に配置された第1の回転部材と第2の回転部材との間に、制限された値のトルク伝達を行うトルクリミッタとしては、第1の回転部材に係合凹部が形成され、第2の回転部材には係合凹部に係脱可能に係合するローラと当該ローラを係合凹部に係合する方向に付勢するばねとが取り付けられ、ばねがローラに与えるばね力によって第1の回転部材と第2の回転部材との間に伝達するトルクの最大値(トルク制限値)を設定するばね式のものが知られている(例えば、特許文献1〜3)。
特開2001−263364号公報 特開2009−90451号公報 実開昭61−87229号公報
トルクリミッタは、過大なトルクが入力された場合に、第1の回転部材と第2の回転部材とが相対回転して第1の回転部材と第2の回転部材との間のトルク伝達を遮断し、過大なトルクが伝達されることを回避するが、第1の回転部材がトルク伝達される機器に接続され、第2の回転部材からトルクを入力されるような場合において、何らかの原因によって第1の回転部材が機器側に固着し、回転不能の状態に陥ると、それを解除する方向に第2の回転部材が回転されても、固着状態の第1の回転部材に対して第2の回転部材が空回りするだけで、第1の回転部材を固着状態から脱出されることができない。
従来、このような場合には、トルクリミッタを分解して工具を用いて第1の回転部材を直接回転させなくてはならず、面倒であると共に分解作業を要するために緊急の事態に対応することが難しい。
本発明が解決しようとする課題は、トルクリミッタを分解することなく第1の回転部材が固着状態から迅速に脱出できるように改善することである。
本発明の一つの実施形態によるトルクリミッタは、第1の回転部材(56)と当該第1の回転部材(56)の外側に当該第1の回転部材(56)の中心軸線周りに回転可能に配置された第2の回転部材(58)との間に、制限された値のトルク伝達を行うトルクリミッタであって、前記第1の回転部材(56)に形成された直結用係合部(92)と、前記第2の回転部材(58)に設けられ、外部からの操作によって前記直結用係合部(92)に係合し、前記第1の回転部材(56)と前記第2の回転部材(58)との相対回転を阻止する直結用被係合部材(96)とを有する。
この構成によれば、直結用被係合部材(96)が直結用係合部(92)に係合することにより、第1の回転部材(56)と第2の回転部材(58)との相対回転が阻止され、第1の回転部材(56)と第2の回転部材(58)との間にトルクリミッタ(50)の規定値を超えたトルク伝達が行われ得るようになるから、トルクリミッタ(50)を分解することなく第1の回転部材(56)を固着状態から迅速に脱出させることがきる。
上記トルクリミッタは、好ましくは、直結用被係合部材(96)を前記直結用係合部(92)との係合から離脱する方向に付勢する直結解除用ばね(108)を更に有する。
この構成によれば、トルクリミッタ(50)が有効に作用する状態がデフォルト状態になり、安全性が向上する。
上記トルクリミッタにおいて、好ましくは、前記直結用係合部(92)は前記第1の回転部材(56)の円周方向に複数形成され、前記直結用被係合部材(96)は前記第2の回転部材(58)に少なくとも一つ設けられている。
この構成によれば、第2の回転部材(58)の少しの空回しによって前記直結用被係合部材(96)が直結用係合部(92)に迅速に係合する。
上記トルクリミッタにおいて、好ましくは、前記直結用係合部(92)は前記第1の回転部材(56)の外周に形成された凹部であり、前記直結用被係合部材(96)は前記第2の回転部材(58)に移動可能に設けられた棒状部材である。
この構成によれば、簡単な構成によって第1の回転部材(56)と第2の回転部材(58)との相対回転が確実に阻止される。
上記トルクリミッタにおいて、好ましくは、前記第2の回転部材(58)には手廻し用のハンドル(48)が取り付けられており、前記直結用被係合部材(96)は前記ハンドルの外郭より内方の位置に配置されている。
この構成によれば、直結用被係合部材(96)が誤操作され難くなる。
本発明によるトルクリミッタによれば、直結用被係合部材が直結用係合部に係合することにより、第1の回転部材と第2の回転部材との間にトルクリミッタの規定値を超えたトルク伝達が行われ得るようになるから、トルクリミッタを分解することなく第1の回転部材を固着状態から迅速に脱出させることがきる。
本発明によるトルクリミッタを手動開閉弁の操作部に適用した一つの実施形態の非直結状態を示す縦断面図 本実施形態の直結状態を示す縦断面図 図1の線III−IIIに沿った断面図 図1の線IV−IVに沿った断面図 本実施形態の斜視図
以下に、本発明によるトルクリミッタを手動開閉弁の操作部に適用した一つの実施形態を、図1〜図5を参照して説明する。
図1、図2に示されているように、手動開閉弁10は弁ハウジング12を有する。弁ハウジング12は、2個の接続ポート14及び16と、接続ポート14と16との間に形成された円錘面による円環状の弁座部18とを有する。
弁ハウジング12には棒状の弁体20が取り付けられている。弁体20は弁ハウジング12の弁室22内にあって弁座部18に着座することにより接続ポート14と16との連通を遮断する円錐形状の先端部24を有するニードル弁部26と、弁ハウジング12に形成された雄ねじ孔28にねじ係合した雄ねじ部30と、弁ハウジング12の孔32及び弁ハウジング12にねじ止めされたキャップ34の孔36を貫通して弁ハウジング12の上方に延出したステム部38とを軸線方向に順に一体に有する。ステム部38には周溝40が形成されている。周溝40には孔32の内周面に摺接してシールを行うOリング42が取り付けられている。
弁体20は、中心軸線周りに回転されることにより、雄ねじ孔28と雄ねじ部30とのねじ係合のもとに、先端部24が弁座部18に着座する全閉位置と、ステム部38の中間部に形成されている円環状肩面によるストッパ面44がキャップ34の円環状下底面によるストッパ面46に当接する全開位置との間を上下方向(弁軸方向)に移動する。
ステム部38と手動開閉弁10の手動操作部である手廻し用のハンドル48との間にトルクリミッタ50が設けられている。トルクリミッタ50は、ねじ部52によって中心軸部材54と共に弁体20に固定された円筒形状の第1の回転部材56と、第1の回転部材56の外側に同心に配置された第2の回転部材58とを有する。
第1の回転部材56の外周面には、図1〜図3に示されているように、横断面形状が略半円形状の2個のトルク伝達用係合凹部60が中心軸線周りに180度の回転角をもって離れた2箇所に形成されている。
第2の回転部材58は、図1〜図3、図5に示されているように、略8角形の外郭形状をしたハンドル48の内側に配置される部分を含む平面形状が略矩形の本体62と、本体62の上部にボルト64によって固定された蓋板66とを含む。本体62及び蓋板66はハンドル48と干渉することなくハンドル48の内側にコンパクトに配置されるべく、図で見て左右方向に長い略矩形の各角部を大きく面取りされた平面形状をしている。
蓋板66の中央部には第1の回転部材56と同心にスペーサ68が固定されている。スペーサ68は段部69において2面取り等によってハンドル48の中心部とトルク伝達関係で連結されている。これにより、ハンドル48の回転はスペーサ68を介して第2の回転部材58に伝達される。ハンドル48の抜け止めとして、ねじキャップ71が中心軸部材54にねじ止めされている。なお、ハンドル48はねじキャップ71に対して回転変位可能である。かくして、第2の回転部材58がトルクリミッタ50のトルク入力部材になり、第1の回転部材56が弁体20に対するトルク出力部材になる。
本体62は、下部に平面形状が略矩形のボス部70を一体に有し、ボス部70を含んで軸線方向に貫通する中心孔72が形成されている。本体62は、中心孔72を第1の回転部材56が軸線方向に貫通していることにより、第1の回転部材56に対して第1の回転部材56の中心軸線周りに回転可能である。
本体62には上方開口の収納凹部74が中心孔72の中心軸線周りに180度の回転角をもって離れた2箇所に形成されている。各収納凹部74は、本体62の長手方向と同方向に長く、平面形状が略矩形をしていて、内側において第1の回転部材56の外周面に向けて開口し、上方開口を蓋板66によって閉じられた直方体形状の空間をなす。
各収納凹部74には直方体形状の可動子76が中心孔72の半径方向(収納凹部74が設けられている部分の半径方向)に摺動可能に設けられている。各可動子76は第1の回転部材56の外周面に向かい合う内端に形成された保持凹部78に円形横断面のトルク伝達用係合ピン80を保持している。各トルク伝達用係合ピン80は、各々対応するトルク伝達用係合凹部60に係脱可能に係合し、トルク伝達用係合凹部60に係合することにより、第1の回転部材56と第2の回転部材58とをトルク伝達で接続する。
トルク伝達用係合凹部60及びトルク伝達用係合ピン80が比較的長い軸長を有しているから、係合子がトルク伝達用係合ピン80に代えて鋼球のような部材である場合よりも、第1の回転部材56と第2の回転部材58との間のトルク伝達が安定して行われると共に、伝達トルクを大きい値に安定して設定することができる。
各収納凹部74には面圧板82が中心孔72の半径方向(収納凹部74が設けられている部分の半径方向)に摺動可能に設けられている。各可動子76には外端開口の4個の有底孔84が形成されている。各有底孔84の底面と対応する側の面圧板82の表面との間には、各々圧縮コイルばね86が設けられている。各圧縮コイルばね86は、対応する可動子76を、トルク伝達用係合ピン80がトルク伝達用係合凹部60に係合する方向に付勢している。
各圧縮コイルばね86のばね力は、可動子76及びトルク伝達用係合ピン80を介して第1の回転部材56に径方向の荷重として作用するが、各可動子76の4個の圧縮コイルばね86は、第1の回転部材56の中心軸線周りの可動子76の配置、つまり、第1の回転部材56の両側にあることにより、圧縮コイルばね86のばね力が第1の回転部材56に偏荷重として作用することが少ない。
本体62の長手方向の両端部には調節ねじ88がねじ係合している。各調節ねじ88は、本体62の端部を貫通して収納凹部74に進入し、先端にて対応する面圧板82の裏面に当接し、螺進することにより、面圧板82を進退移動させる。各調節ねじ88が本体62の外方に突出した部分にはロックナット90がねじ係合している。なお、調節ねじ88の先端は、図3に示されているように、円環状に尖った「尖り先」になっていて、面圧板82に喰い込んでいることにより、喰い込み分だけ面圧板82を外側(圧縮コイルばね86の軸長が長くなる側)に位置させることができる。
各面圧板82の進退移動位置は対応する調節ねじ88のねじ込み量によって決まり、各面圧板82の進退移動位置によって対応する圧縮コイルばね86の初期荷重が決まる。圧縮コイルばね86の初期荷重は、トルクリミッタ50が第1の回転部材56と第2の回転部材58との間に伝達すべきトルクを制限する規定値を設定する。つまり、トルクリミッタ50は、第1の回転部材56と第2の回転部材58との間に、圧縮コイルばね86の初期荷重によって決まる制限された値のトルク伝達を行う。
第1の回転部材56が軸線方向で見てボス部70に対応する部分の外周面には、図1、図2、図4に示されているように、直結用係合部として直結用凹部92が第1の回転部材56の中心軸線周りに(円周方向に)180度の間隔をおいて2個形成されている。
トルクリミッタ50は、基本的な動作として、第2の回転部材58に入力された回転トルクが所定値(規定値)未満である場合には、圧縮コイルばね86のばね力によって可動子76と共にトルク伝達用係合ピン80がトルク伝達用係合凹部60に嵌り込んでいることにより、第2の回転部材58が第1の回転部材56に対して回転変位することなく、第2の回転部材58から第1の回転部材56にトルク伝達が行われる。
ボス部70には直結用凹部92に対応する上下位置に第1の回転部材56の径方向に延在して中心孔72に開口する取付孔94が形成されている。取付孔94には直結用被係合部材である直結用ピン96が第1の回転部材56の径方向に移動可能に挿入されている。直結用ピン96は、図2に示されているように、第1の回転部材56の径方向内側(図で見て右側)に移動することにより、内端が一つの取付孔94に係合し、第1の回転部材56と第2の回転部材58との相対回転を阻止、換言すると、第1の回転部材56と第2の回転部材58とを相対回転不能に連結する(直結状態)。この直結状態では、第1の回転部材56と第2の回転部材58との間に、トルクリミッタ50の規定値を超えたトルク伝達が行われ得るようになる。
この構造によれば、簡単な構成によって第1の回転部材56と第2の回転部材58との相対回転が確実に阻止される。
ボス部70の外壁にはスペーサ98を挟んでねじ102(図5参照)によって外部部材100が固定されている。直結用ピン96は軸線方向の中間部にスナップリング104が固定されている。ボス部70には取付孔94と同心にねじ配置孔106が形成されている。スナップリング104とねじ配置孔106の端壁との間には圧縮コイルばねによる直結解除用ばね108が設けられている。直結解除用ばね108は直結用ピン96が直結用凹部92との係合から離脱する方向(図で見て左側)に付勢している。これにより、トルクリミッタ50が有効に作用する状態がデフォルト状態になり、安全性が向上する。
直結用ピン96の外端は外部部材100の貫通孔110を貫通して外部部材100より外方に突出している。これにより、直結用ピン96は、外部から操作、つまり指先で押すことができ、押されることにより、直結解除用ばね108のばね力に抗して、内端が一つの取付孔94に係合する。直結用ピン96の外端は、ハンドル48の外郭より内方に位置しており、ハンドル48の通常の手廻し操作時には手(指)が触れない位置に配置されている。これにより、直結用ピン96が誤操作され難くなる。
なお、第1の回転部材56とボス部70との間及び直結用ピン96と外部部材100との間には各々Oリング112、114が設けられている。第1の回転部材56の下端近傍には第2の回転部材58を回転可能に支持する滑りワッシャ116及びスナップリング118が設けられている。また、本体62と第1の回転部材56の中間肩部との間及び第1の回転部材56の上端とスペーサ68との間には各々滑りワッシャ120が挟まれている。また、ハンドル48と蓋板66との間及びハンドル48とねじキャップ71との間にも各々Oリング122、124が設けられている。
次に、手動開閉弁10の開閉及びトルクリミッタ50の作用について説明する。
図1に示されている全閉状態から手動開閉弁10の開弁を行う場合には、直結用ピン96に触れることなく、ハンドル48を手操作によって時計廻り方向に回転させる。ハンドル48の回転は、スペーサ68を介して第2の回転部材58に伝わり、第2の回転部材58に入力された回転トルクがトルクリミッタ50の規定値未満であれば、トルク伝達用係合ピン80が圧縮コイルばね86のばね力によってトルク伝達用係合凹部60に係合した状態が保たれ、第1の回転部材56に伝わる。これにより、弁体20が時計廻り方向に回転し、弁体20が上昇移動して先端部24が弁座部18から離間する。
ストッパ面44がストッパ面46に当接するまで弁体20が上昇移動した後も、引き続きハンドル48が時計廻り方向に回転されると、それ以上は弁体20が上昇移動できないことから、第2の回転部材58に入力される回転トルクはトルクリミッタ50の規定値を超えることなる。この時にはトルク伝達用係合ピン80が圧縮コイルばね86のばね力に抗してトルク伝達用係合凹部60との係合より離脱し、第2の回転部材58が第1の回転部材56に対して空回りすることにより、過剰な回転トルクが弁体20に伝わることが回避される。
手動開閉弁10を開弁した状態から閉じる場合には、直結用ピン96に触れることなく、ハンドル48を手操作によって反時計廻り方向に回転させる。ハンドル48の回転は、スペーサ68を介して第2の回転部材58に伝わり、第2の回転部材58に入力された回転トルクがトルクリミッタ50の規定値未満であれば、更に可動子76、トルク伝達用係合ピン80を介して第1の回転部材56に伝わる。これにより、弁体20が反時計廻り方向に回転し、弁体20が降下移動して先端部24が弁座部18に接近する。
直結用ピン96の外端は、ハンドル48の下側内方に位置にあって、ハンドル48の通常の手廻し操作時には指が触れないから、上述の通常の状態下では、図1に示されているように、直結解除用ばね108のばね力によって直結用ピン96の内端が直結用凹部92から抜け出した非直結状態が維持され、ここでトルク伝達が行われることはない。
先端部24が弁座部18に着座するまで弁体20が降下移動した後も、引き続きハンドル48が反時計廻り方向に回転されると、それ以上は弁体20が降下移動できないことから、第2の回転部材58に入力される回転トルクはトルクリミッタ50の規定値を超えることなる。この時にはトルク伝達用係合ピン80が圧縮コイルばね86のばね力に抗してトルク伝達用係合凹部60との係合より離脱し、第2の回転部材58が第1の回転部材56に対して空回りすることにより、過剰な回転トルクが弁体20に伝わることが回避される。
ストッパ面44がストッパ面46に当接した後も、ハンドル48が活きよい良く反時計廻り方向に回転されると、或いは先端部24が弁座部18に着座した後もハンドル48が活きよい良く時計廻り方向に回転されると、雄ねじ孔28と雄ねじ部30とのねじ係合部に噛み込みが生じたり、先端部24が弁座部18に喰い込む等として弁体20が弁ハウジング12に固着する状態に陥ることがある。この場合には、ハンドル48が回されても第2の回転部材58が第1の回転部材56に対して空回りするだけで、トルクリミッタ50の通常動作のもとに固着状態より脱出することができなくなる。
また、異物混入や発錆等によって、雄ねじ孔28と雄ねじ部30とのねじ係合部が固着した場合も、ハンドル48が回されても第2の回転部材58が第1の回転部材56に対して空回りするだけで、固着状態から脱出することができなくなる。
このような場合には、指先によって直結用ピン96の外端を押し、図2に示されているように、直結解除用ばね108のばね力に抗して直結用ピン96の内端を直結用凹部92に係合させる。この場合、第2の回転部材58の少しの空回し(最大90度の空回し)によって直結用ピン96が直結用凹部92に迅速に係合する。
上述の係合により、第1の回転部材56と第2の回転部材58とが相対回転不能に連結され、第1の回転部材56と第2の回転部材58との相対回転が強制的に阻止される直結状態になる。これにより、トルクリミッタ50が通常動作できなくなり、ハンドル48からトルクリミッタ50が規定値を超えた大きい回転トルクが第2の回転部材58に入力されても、直結用ピン96によって第2の回転部材58から第1の回転部材56に回転トルクが伝わり、固着状態から脱出することができるようになる。これにより、トルクリミッタ50を分解することなく固着状態から迅速に脱出することができる。
固着状態から脱出できれば、直結用ピン96を押すことを解除するだけで、直結解除用ばね108のばね力によって、直結用ピン96の内端が直結用凹部92から抜け出すから、トルクリミッタ50が通常に動作する状態に戻る。
直結用ピン96の内端を直結用凹部92に係合させて第1の回転部材56と第2の回転部材58とを相対回転不能に連結することは、使用過程で生じる先端部24や弁座部18の摩損や変形等により、トルクリミッタ50の規定値を超えた大きい回転トルクで弁体20の締め込みを行う場合も有用である。
以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。図示の型式のトルクリミッタに対する適用に限られることなく、トルク伝達用係合凹部60とトルク伝達用係合ピン80とが第1の回転部材56と第2の回転部材58とに逆に設けられているものも含めて種々の型式のトルクリミッタに対して適用することができる。直結部の構造は、直結用凹部92と直結用ピン96との組み合わせに限られることなく、第1の回転部材56の外周面に形成された突部と第2の回転部材58に移動可能に設けられて突部を捕捉する形状部を含む部材との組み合わせであっても、回転方向に互いに衝当する壁部によるものであってもよい。
直結用凹部92の個数は2個に限られることはなく、それ以下の個数或いはそれ以上の個数であってもよい。また、直結用ピン96が複数設けられてもよい。トルク伝達用係合ピン80は直結解除用ばね108によらずに、直結用凹部92との係合から離脱する方向に付勢された構造であってもよい。
また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
10 :手動開閉弁
12 :弁ハウジング
14 :接続ポート
18 :弁座部
20 :弁体
22 :弁室
24 :先端部
26 :ニードル弁部
28 :雄ねじ孔
30 :雄ねじ部
32 :孔
34 :キャップ
36 :孔
38 :ステム部
40 :周溝
42 :Oリング
44 :ストッパ面
46 :ストッパ面
48 :ハンドル
50 :トルクリミッタ
52 :ねじ部
54 :中心軸部材
56 :第1の回転部材
58 :第2の回転部材
60 :トルク伝達用係合凹部
62 :本体
64 :ボルト
66 :蓋板
68 :スペーサ
69 :段部
70 :ボス部
71 :ねじキャップ
72 :中心孔
74 :収納凹部
76 :可動子
78 :保持凹部
80 :トルク伝達用係合ピン
82 :面圧板
84 :有底孔
86 :圧縮コイルばね
88 :調節ねじ
90 :ロックナット
92 :直結用凹部(直結用係合部)
94 :取付孔
96 :直結用ピン(直結用被係合部材)
98 :スペーサ
100 :外部部材
102 :ねじ
104 :スナップリング
106 :ねじ配置孔
108 :直結解除用ばね
110 :貫通孔
112 :Oリング
114 :Oリング
116 :滑りワッシャ
118 :スナップリング
120 :滑りワッシャ
122 :Oリング
124 :Oリング

Claims (5)

  1. 第1の回転部材と当該第1の回転部材の外側に当該第1の回転部材の中心軸線周りに回転可能に配置された第2の回転部材との間に、制限された値のトルク伝達を行うトルクリミッタであって、
    前記第1の回転部材に形成された直結用係合部と、
    前記第2の回転部材に設けられ、外部からの操作によって前記直結用係合部に係合し、前記第1の回転部材と前記第2の回転部材との相対回転を阻止する直結用被係合部材とを有するトルクリミッタ。
  2. 直結用被係合部材を前記直結用係合部との係合から離脱する方向に付勢する直結解除用ばねを有する請求項1に記載のトルクリミッタ。
  3. 前記直結用係合部は前記第1の回転部材に複数形成され、前記直結用被係合部材は前記第2の回転部材に少なくとも一つ設けられている請求項1又は2に記載のトルクリミッタ。
  4. 前記直結用係合部は前記第1の回転部材の外周に形成された凹部であり、前記直結用被係合部材は前記第2の回転部材に移動可能に設けられた棒状部材である請求項1〜3の何れか一項に記載のトルクリミッタ。
  5. 前記第2の回転部材には手廻し用のハンドルが取り付けられており、前記直結用被係合部材は前記ハンドルの手廻し時に手が触れない位置に配置されている請求項1〜4の何れか一項に記載のトルクリミッタ。
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