WO2009142034A1 - 倍力開閉弁 - Google Patents
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- F16K31/52—Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam
- F16K31/524—Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam with a cam
- F16K31/52408—Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam with a cam comprising a lift valve
Definitions
- the present invention relates to a power on-off valve (high pressure valve) that boosts an operating force and transmits it to a valve stem that operates a valve body.
- a power on-off valve high pressure valve
- Patent Document 1 As a power on-off valve capable of performing a stable power boosting operation with a simple structure.
- An object of the present invention is to obtain a booster on-off valve which has a simpler structure and can perform a large boost operation than the booster on-off valve of Patent Document 1.
- the present invention comprises a valve stem for opening and closing a flow path; an actuating member located on the axis of the valve stem and movable relative to the valve stem; and interposed between the valve stem and the actuating member
- a boosting valve having a boosting mechanism for reducing the speed of movement of the actuation member to boost and transmitting the same to the valve stem
- the boosting mechanism is located on the shaft of the actuation member and is contracted toward the valve stem
- a transmission rod having a diameter-reduced portion
- a pressing member linked to the valve stem a pair of movements formed opposite to the pressing member and the housing for movably supporting the pressing member, the distance being narrowed as going to the outer periphery A transmission surface; and a plurality of radial direction moving bodies brought into contact and interposed between the pair of motion transmission surfaces and the reduced diameter portion of the transmission rod.
- the pair of motion transmitting surfaces, the reduced diameter portion of the transmission rod, and the plurality of radial moving bodies have an axial moving amount of the actuating member as D and an axial moving amount of the valve stem as d, 2 ⁇ D It can be set to / d ⁇ 50.
- the actuating member comprises a piston body slidably fitted in the housing, and the spring body moves the piston body in a valve closing direction approaching the valve stem, and the air pressure separates from the valve stem Can be moved in the opening direction.
- the motion transmission surface on the housing side may be, for example, a surface orthogonal to the axis of the pressing member, and the motion transmission surface on the pressing member side may be a conical surface.
- the motion transmission surface on the housing side is a bottom wall of three or more radial grooves formed in the housing in the radial direction, and a radial moving body is fitted to the radial grooves, thereby reducing the radial direction.
- the booster can be configured by the moving body.
- the movement transmitting surface on the pressing member side is constituted by a hard ring body formed of a separate member from the pressing member, so that the durability can be improved, and replacement becomes possible.
- the diameter reducing portion of the transmission rod may be a conical surface or may be a part of a spherical surface or an aspheric surface.
- the diameter reducing portion formed on the transmission rod integral with the actuating member, the opposing motion transmitting surfaces of the pressing member and the housing, and the radial direction moving body interposed therebetween Since the boosting mechanism is configured, it is possible to obtain a boost switching valve which is inexpensive as a whole with a simple structure and which is excellent in reliability and durability.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG.
- It is an expanded sectional view which shows the motion transmission surface of the housing of the double acting on-off valve of FIG. 1, FIG. 2, the motion transmission surface of a press member, the diameter reduction part of a transmission rod, and the detail of a radial direction movable body (steel ball) part.
- the illustrated embodiment is an application of the present invention to a normally closed on-off valve.
- the on-off valve 10 includes a cylinder head 20 and a housing (cylinder) 30 which are attached to and detached from a high pressure tank (cylinder).
- the cylinder head 20 is provided with a screw-in connection projection 21 to a high pressure tank and a take-out screw projection 22.
- An annular valve seat 23 is formed centering on the axial center of the flow passage 21a.
- An annular valve seat 25 that is softer and has a higher sealing property than the annular valve seat 23 is embedded and fixed to the annular valve seat 23.
- the valve seat 25 is made of, for example, PCTFE.
- a retainer 27 is screwed and fixed to the cylinder head 20 on the same axial line as the flow path 21a with the metal diaphragm 28 interposed therebetween.
- the annular valve seat 23 (valve seat with the metal diaphragm 28 interposed therebetween) 25) is slidably fitted in a state in which the on-off valve body 24 that moves close to and moves away is prevented.
- the metal diaphragm 28 makes the on-off valve body 24 movable and blocks the communication between the flow paths 21a and 22a when the on-off valve body 24 is pressed against the annular valve seat 23 (valve seat 25) (closes the valve ).
- the upper end (the end opposite to the annular valve seat 23) of FIG. 1 of the on-off valve body 24 constitutes an external force input end 24A.
- the housing 30 includes an upper housing (upper cylinder) 32 and a lower housing (lower cylinder) 33 coupled by a lock ring 31.
- the lower housing 33 is screwed and fixed to the retainer 27.
- the lower housing 33 (housing 30) is removable with respect to the retainer 27 (cylinder head 20).
- a piston body (operating member) 34 is slidably and airtightly fitted to the housing 30 (lower housing 33) via an O-ring 34A, and the piston body 34 includes the piston body 34 and the upper housing 32. And is urged toward the on-off valve body 24 by a compression spring 35 inserted therebetween.
- a transmission rod 36 is fixed to the shaft portion of the piston body 34, and the transmission rod 36 is slidable and airtight on the housing 30 (lower housing 33) via a slide bearing 37 and an O-ring 38. It is supported by A pressure chamber 39 is defined between the piston body 34 and the lower housing 33. In the pressure chamber 39, compressed air having a desired pressure is supplied via the compressed air source 40A, the regulator 40B and the switching valve 40C. Supplied.
- a pressing member 42 which is retained by the retaining ring 41, is slidably fitted to the lower end (the end on the on-off valve body 24) of FIG.
- the lower end portion of the pressing member 42 constitutes an output end 42A that contacts the external force input end 24A of the on-off valve body 24.
- a reduced diameter portion 36A which is reduced in diameter toward the on-off valve body 24 is formed at the lower end portion (end portion on the pressing member 42 side) of the transmission rod 36, and the pressing member 42 and the lower housing 33
- a motion transmitting surface 42B and a motion transmitting surface 33A which are separated from each other are formed around the reduced diameter portion 36A.
- the motion transmission surface 33A on the lower housing 33 side is fixed, and the motion transmission surface 42B on the pressing member 42 side is movable.
- the reduced diameter portion 36A of the transmission rod 36 is a part of a spherical surface (or an aspheric surface) in this embodiment.
- the movable motion transmission surface 42B is a surface orthogonal to the axis of the pressing member 42 (transmission rod 36), and the fixed motion transmission surface 33A is a coaxial line that narrows the distance from the motion transmission surface 42B toward the outer periphery It consists of a part of conical surface centering on.
- the motion transmitting surface 42B is formed as a bottom surface of three radial grooves 42C formed at equal angular intervals in the pressing member 42, as shown in FIGS.
- a radially moving body (steel ball) 43 is rotatably fitted.
- the radial groove 42C may have any shape such as a V-shaped cross section groove 42C (V) (FIG. 4A) or an arc cross-sectional groove 42C (R) (FIG. 4B).
- the steel ball 43 simultaneously contacts all of the reduced diameter portion 36A of the transmission rod 36 and the pair of motion transmission surfaces 33A and 42B.
- the movement transmitting surface 33A is formed on a hard ring body 33B excellent in wear resistance, which is formed of a separate member from the lower housing 33, and the hard ring body 33B is fixed to the lower housing 33.
- the transmission rod 36, the pressing member 42 and the hard ring body 33B are made of, for example, hardenable SUJ2, SUS440C or the like.
- a relief recess 42D is formed in the shaft portion of the pressing member 42.
- the reduced diameter portion 36A of the transmission rod 36 advances and retracts.
- the on-off valve of the above configuration operates as follows.
- the right end of FIG. 2 shows the state in which the housing 30 is removed from the cylinder head 20, and the piston body 34 is in the lowered end position by the force of the compression spring 35.
- the piston body 34 is at the lowering end, the reduced diameter portion 36A of the transmission rod 36 pushes the steel ball 43 radially outward, and the distance between the motion transmission surface 33A and the motion transmission surface 42B narrows as going outward. Therefore, the pressing member 42 is pressed downward by the steel ball 43 and similarly located at the lowering end.
- FIG. 1 shows this closed state.
- the left shows the valve closed state by the new valve seat 25 and the right shows the valve closed state when the valve seat 25 reaches the wear limit.
- the wear limit (the limit amount capable of maintaining the closed state even when the valve seat 25 is worn) is set to an appropriate amount.
- the valve closing force of the compression spring 35 can be boosted and transmitted to the pressing member 42 (the on-off valve body 24). That is, as shown in FIG. 5, the moving amount d of the pressing member 42 is smaller than the moving amount D with respect to the moving amount D of the transmission rod 36 by the actions of the diameter reducing portion 36A, the motion transmitting surface 33A and the motion transmitting surface 42B. Since it can be moved (D> d), the valve seat 25 of the on-off valve body 24 can be pressed against the annular valve seat 23 with a strong force to close the valve.
- the boost ratio D / d can be freely set by the angle of the motion transfer surface 33A and the motion transfer surface 42B and the angle of the reduced diameter portion 36A.
- the value of the boosting ratio D / d can be set to about 2 to 50.
- the motion transmitting surfaces 33A and 42B may have a relationship in which the distance smoothly decreases as the distance goes to the outer periphery.
- the motion transmitting surface 33A may be a surface orthogonal to the axis, unlike the illustrated example.
- 42B may be a conical surface, and both may be conical surfaces.
- the movement amount from the valve fully open state (the left end of FIG. 2) of the piston body 36 to the valve closing point (the second figure from the left in FIG. 2) is A
- the valve seat wear limit from the valve closing point (FIG. 2) 2) Let B be the amount of movement to the second figure from the right, and C be the amount of movement from the wear limit to the free state (figure at the right end of FIG. 2) It is expressed as a, b, c, and A> a, B> b, C> c.
- FIG. 6 is a graph showing an example of the stroke (mm) and the output (kN) of the pressing member 42 (the on-off valve body 24).
- mm the stroke
- KN the output
- FIG. 6 by forming the reduced diameter portion 36A of the transmission rod 36 from a part of a spherical surface (or an aspheric surface), a substantially constant valve closing force is obtained from the valve closing point to the valve seat wear limit.
- the shape of the reduced diameter portion 36A of the transmission rod 36 is Fs; spring reaction force at that position, Sp; movement amount of the transmission rod 36, Fo; output of the pressing member 42, So; pressing member 42
- the amount of movement of is determined based on the following equation.
- Fs ⁇ Sp Fo ⁇ So That is, when the piston body 34 (transmission rod 36) is lowered by a unit amount from the uppermost end, the spring reaction force at that position is obtained. Then, if the desired output is determined, the amount of movement of the pressing member 42 can be obtained from the above equation, so the amount of movement of the steel ball 43 in the radial direction is obtained from the angle of the motion transmitting surfaces 33A and 42B.
- the tangent line of 43 and the steel ball 43 is connected to determine the shape of the reduced diameter portion 36A.
- the diameter reducing portion 36A of the transmission rod 36 can obtain a sufficient boosting action even with a simple conical surface.
- the pressure-regulated compressed air may be introduced to the pressure chamber 39 through the compressed air source 40A, the regulator 40B and the switching valve 40C.
- the on-off valve body 24 opens in the valve opening direction by the pressure of high pressure gas in the cylinder.
- the on-off valve body 24 metal diaphragm 28
- the annular valve seat 23 valve seat 25
- the boost on-off valve of the present invention can be widely used, for example, as an on-off valve of a high pressure tank (cylinder).
Abstract
流路を開閉する弁ステム；この弁ステムの軸上に位置し、該弁ステムに対して相対移動可能な作動部材；及び弁ステムと作動部材との間に介在させた、該作動部材の移動速度を減速し倍力して弁ステムに伝達する倍力機構；を有する倍力開閉弁において、簡易な構造で安定した倍力動作ができる倍力機構を有する開閉弁を得る。 倍力機構が、作動部材の軸部に位置し、弁ステム側に向けて縮径する縮径部を有する伝達ロッド；弁ステムに連係する押圧部材；この押圧部材と、該押圧部材を可動に支持するハウジングとに対向させて形成した、外周に行くに従い間隔を狭める一対の運動伝達面；及びこの一対の運動伝達面及び伝達ロッドの縮径部の間に接触させて介在させた複数の径方向移動体；を備えている倍力開閉弁。
Description
本発明は、作動力を倍力して、弁体を動作させる弁ステムに伝達する倍力開閉弁（高圧弁）に関する。
このような倍力開閉弁は、従来各種が知られ、実用化されている。しかし、従来品は、大型であったり、極めて高い部品の加工精度を要求され、また、長期の使用に安定した性能を得ることが困難であった。
特許第３３９２３０１号公報
本出願人は既に、簡易な構造で安定した倍力動作ができる倍力開閉弁として特許文献１を提案し、特許を得ている。
本発明は、この特許文献１の倍力開閉弁よりさらに構造が簡易で大きな倍力作動ができる倍力開閉弁を得ることを目的とする。
本発明は、流路を開閉する弁ステム；この弁ステムの軸上に位置し、該弁ステムに対して相対移動可能な作動部材；及び弁ステムと作動部材との間に介在させた、該作動部材の移動速度を減速し倍力して弁ステムに伝達する倍力機構；を有する倍力開閉弁において、倍力機構は、作動部材の軸部に位置し、弁ステム側に向けて縮径する縮径部を有する伝達ロッド；弁ステムに連係する押圧部材；この押圧部材と、該押圧部材を可動に支持するハウジングとに対向させて形成した、外周に行くに従い間隔を狭める一対の運動伝達面；及びこの一対の運動伝達面及び伝達ロッドの縮径部の間に接触させて介在させた複数の径方向移動体；を備えたことを特徴としている。
一対の運動伝達面、伝達ロッドの縮径部及び複数の径方向移動体は、作動部材の軸方向の移動量をＤとし、弁ステムの軸方向の移動量をｄとしたとき、２＜Ｄ／ｄ＜５０に設定することができる。
作動部材は、好ましい実施形態では、ハウジングに摺動自在に嵌めたピストン体から構成し、該ピストン体を、ばね圧力により弁ステムに接近する閉弁方向に移動させ、空気圧力で弁ステムから離間する開弁方向に移動させることができる。
ハウジング側の運動伝達面は、例えば押圧部材の軸線に対して直交する面とし、押圧部材側の運動伝達面は、円錐面とすることができる。
また、ハウジング側の運動伝達面は、該ハウジングに放射方向に向けて形成した３本以上の放射方向溝の底壁とし、この放射方向溝に、径方向移動体を嵌めることで、少ない径方向移動体で倍力機構を構成することができる。
押圧部材側の運動伝達面は、該押圧部材とは別部材からなる硬質リング体によって構成することで、耐久性を向上させることができ、交換も可能になる。
径方向移動体は鋼球を用いるのが実際的である。
伝達ロッドの縮径部は、円錐面とする他、球面の一部または非球面から構成することができる。
本発明の倍力開閉弁によれば、作動部材と一体の伝達ロッドに形成した縮径部、押圧部材とハウジングの対向する運動伝達面及びこれらの間に接触して介在する径方向移動体によって倍力機構が構成されるから、簡易な構造で全体として安価で信頼性、耐久性に優れた倍力開閉弁が得られる。
１０ 開閉弁
２０ ボンベヘッド
２１ ねじ込み接続突起
２２ 取出ねじ突起
２１ａ ２２ａ 流路
２３ 環状弁座
２４ 開閉弁体
２４Ａ 外力入力端
２５ バルブシート
２７ リテーナ
２８ 金属ダイヤフラム
３０ ハウジング
３２ アッパハウジング
３３ ロアハウジング
３３Ａ 運動伝達面
３３Ｂ 硬質リング体
３４ ピストン体（作動部材）
３４Ａ Ｏリング
３５ 圧縮ばね
３６ 伝達ロッド
３６Ａ 縮径部
３７ すべり軸受
３８ Ｏリング
３９ 圧力室
４０Ａ 圧縮空気源
４０Ｂ レギュレータ
４０Ｃ 切替弁
４１ 抜止リング
４２ 押圧部材
４２Ａ 出力端
４２Ｂ 運動伝達面
４２Ｃ 放射方向溝
４３ 鋼球（径方向移動体）
２０ ボンベヘッド
２１ ねじ込み接続突起
２２ 取出ねじ突起
２１ａ ２２ａ 流路
２３ 環状弁座
２４ 開閉弁体
２４Ａ 外力入力端
２５ バルブシート
２７ リテーナ
２８ 金属ダイヤフラム
３０ ハウジング
３２ アッパハウジング
３３ ロアハウジング
３３Ａ 運動伝達面
３３Ｂ 硬質リング体
３４ ピストン体（作動部材）
３４Ａ Ｏリング
３５ 圧縮ばね
３６ 伝達ロッド
３６Ａ 縮径部
３７ すべり軸受
３８ Ｏリング
３９ 圧力室
４０Ａ 圧縮空気源
４０Ｂ レギュレータ
４０Ｃ 切替弁
４１ 抜止リング
４２ 押圧部材
４２Ａ 出力端
４２Ｂ 運動伝達面
４２Ｃ 放射方向溝
４３ 鋼球（径方向移動体）
図示実施形態は、常閉型の開閉弁に本発明を適用したものである。図１に示すように、本開閉弁１０は、高圧タンク（ボンベ）に着脱されるボンベヘッド２０とハウジング（シリンダ）３０を備えている。
ボンベヘッド２０には、高圧タンクへのねじ込み接続突起２１と、取出ねじ突起２２が設けられており、このねじ込み接続突起２１内の流路２１ａと取出ねじ突起２２内の流路２２ａとの連通部分に位置させて、流路２１ａの軸心を中心とする環状弁座２３が形成されている。この環状弁座２３には、該環状弁座２３より軟質でシール性の高い環状のバルブシート２５が埋込固定されている。バルブシート２５は、例えばＰＣＴＦＥから構成される。
ボンベヘッド２０には、流路２１ａと同一の軸線上に、金属ダイヤフラム２８を挟んでリテーナ２７が螺合固定されており、このリテーナ２７に、金属ダイヤフラム２８を挟んで環状弁座２３（バルブシート２５）に対して接離移動する開閉弁体２４が抜け止められた状態で摺動自在に嵌められている。金属ダイヤフラム２８は、開閉弁体２４を移動可能としつつ、該開閉弁体２４が環状弁座２３（バルブシート２５）に押し付けられたときには、流路２１ａ、２２ａの連通を遮断する（バルブを閉じる）。この開閉弁体２４の図１の上端（環状弁座２３とは反対側の端部）は外力入力端２４Ａを構成している。
ハウジング３０は、ロックリング３１によって結合されるアッパハウジング（アッパシリンダ）３２とロアハウジング（ロアシリンダ）３３からなっており、ロアハウジング３３は、リテーナ２７に螺合固定されている。ロアハウジング３３（ハウジング３０）は、リテーナ２７（ボンベヘッド２０）に対して着脱可能である。
ハウジング３０（ロアハウジング３３）には、Ｏリング３４Ａを介してピストン体（作動部材）３４が摺動自在にかつ気密に嵌められており、このピストン体３４は、該ピストン体３４とアッパハウジング３２との間に挿入した圧縮ばね３５によって開閉弁体２４方向に移動付勢されている。ピストン体３４には、その軸部に、伝達ロッド３６が固定されており、この伝達ロッド３６は、すべり軸受３７及びＯリング３８を介してハウジング３０（ロアハウジング３３）に摺動自在にかつ気密に支持されている。ピストン体３４とロアハウジング３３の間には、圧力室３９が画成されており、この圧力室３９には、圧縮空気源４０Ａ、レギュレータ４０Ｂ及び切替弁４０Ｃを介して、所望圧力の圧縮空気が供給される。
ハウジング３０（ロアハウジング３３）には、図１の下端部（開閉弁体２４側の端部）に、抜止リング４１によって抜け止められた押圧部材４２が摺動自在に嵌められている。この押圧部材４２の下端部は、開閉弁体２４の外力入力端２４Ａに当接する出力端４２Ａを構成する。
伝達ロッド３６の下端部（押圧部材４２側の端部）には、開閉弁体２４側に向けて縮径する縮径部３６Ａが形成されており、押圧部材４２とロアハウジング３３には、この縮径部３６Ａの周囲に位置させて、互いに離隔する運動伝達面４２Ｂと運動伝達面３３Ａが形成されている。ロアハウジング３３側の運動伝達面３３Ａは固定であり、押圧部材４２側の運動伝達面４２Ｂは可動である。
伝達ロッド３６の縮径部３６Ａは、この実施形態では球面の一部（または非球面）からなっている。可動の運動伝達面４２Ｂは、押圧部材４２（伝達ロッド３６）の軸線に直交する面であり、固定の運動伝達面３３Ａは、運動伝達面４２Ｂとの間隔を外周に行くに従って狭くする、同軸線を中心とする円錐面の一部からなっている。運動伝達面４２Ｂは、図３、図４に示すように、押圧部材４２に等角度間隔で３本形成した放射方向溝４２Ｃの底面として形成されており、各放射方向溝４２Ｃに、鋼球（径方向移動体、スチールボール）４３が転動自在に嵌まっている。放射方向溝４２Ｃは、Ｖ字断面溝４２Ｃ（Ｖ）（図４（Ａ））、円弧断面溝４２Ｃ（Ｒ）（図４（Ｂ））等の任意形状を用いることができる。鋼球４３は、伝達ロッド３６の縮径部３６Ａ、一対の運動伝達面３３Ａ、４２Ｂの全てに同時に接触する。また、運動伝達面３３Ａは、ロアハウジング３３とは別部材から構成した耐摩耗性に優れた硬質リング体３３Ｂに形成されていて、この硬質リング体３３Ｂがロアハウジング３３に固定されている。伝達ロッド３６、押圧部材４２及び硬質リング体３３Ｂは、例えば、焼入可能なＳＵＪ２、ＳＵＳ４４０Ｃ等から構成されている。押圧部材４２の軸部には、伝達ロッド３６の縮径部３６Ａが進退する逃げ凹部４２Ｄが形成されている。
上記構成の本開閉弁は次のように動作する。図２の右端は、ハウジング３０をボンベヘッド２０から外した状態を示しており、ピストン体３４は、圧縮ばね３５の力により、下降端位置にある。ピストン体３４が下降端にあると、伝達ロッド３６の縮径部３６Ａが鋼球４３を径方向外方に押し出し、運動伝達面３３Ａと運動伝達面４２Ｂの間隔は外方に行くに従い狭まっているので、鋼球４３により押圧部材４２が下方に押されて同様に下降端に位置している。
このハウジング３０（ロアハウジング３３）をボンベヘッド２０のリテーナ２７に螺合して装着すると、圧縮ばね３５の力により、押圧部材４２の出力端４２Ａが外力入力端２４Ａを介して開閉弁体２４を下方に押す。すると、金属ダイヤフラム２８が環状弁座２３（バルブシート２５）に着座して流路２１ａと流路２２ａ間の流路を閉じる（ボンベを閉じる）。図１はこの閉弁状態を示している。なお、図２の中央部の２つの図のうち、左方は新品のバルブシート２５による閉弁状態、右方は、バルブシート２５が摩耗限界に達したときの閉弁状態を示している。摩耗限界（バルブシート２５が摩耗しても閉弁状態を維持することができる限界量）は、適宜量に設定する。
本実施形態では、この圧縮ばね３５による閉弁力を倍力して押圧部材４２（開閉弁体２４）に伝達することができる。つまり、図５に示すように、縮径部３６Ａ、運動伝達面３３Ａ及び運動伝達面４２Ｂの作用により、伝達ロッド３６の移動量Ｄに対し、押圧部材４２を移動量Ｄより小さい移動量ｄだけ移動させることができるため（Ｄ＞ｄ）、開閉弁体２４のバルブシート２５を強い力で環状弁座２３に押し付け、閉弁することができる。倍力比Ｄ／ｄは、運動伝達面３３Ａと運動伝達面４２Ｂの角度、及び縮径部３６Ａの角度によって自由に設定することができる。具体的には、この倍力比Ｄ／ｄの値を２から５０程度に設定することができる。図示例では、Ｄ／ｄの値は各ストローク点で変化しており、Ｄ／ｄ＝６～１１に設定している。運動伝達面３３Ａと４２Ｂは、その間隔が外周に行くに従い滑らかに減少する関係であればよく、例えば、図示例とは異ならせて、運動伝達面３３Ａを軸線と直交する面とし、運動伝達面４２Ｂを円錐面とすることができ、両者を円錐面としてもよい。
図２では、ピストン体３６のバルブ全開状態（図２左端の図）からバルブ閉止点（図２左から２番目の図）までの移動量をＡ、同バルブ閉止点からバルブシート摩耗限界（図２右から２番目の図）までの移動量をＢ、同摩耗限界から自由状態（図２右端の図）までの移動量をＣとしたとき、それぞれの区間での押圧部材４２の移動量をａ、ｂ、ｃと表しており、Ａ＞ａ、Ｂ＞ｂ、Ｃ＞ｃである。
図６は、押圧部材４２（開閉弁体２４）のストローク（ｍｍ）と出力（ｋＮ）の一例を示すグラフである。この例では、伝達ロッド３６の縮径部３６Ａを球面の一部（または非球面）から構成することにより、バルブ閉止点からバルブシート摩耗限界まで、ほぼ一定の閉弁力を得ている。
より具体的には、伝達ロッド３６の縮径部３６Ａの形状は、Ｆｓ；その位置でのばね反力、Ｓｐ；伝達ロッド３６の移動量、Ｆｏ；押圧部材４２の出力、Ｓｏ；押圧部材４２の移動量として、次式に基づいて定める。
Ｆｓ×Ｓｐ＝Ｆｏ×Ｓｏ
すなわち、ピストン体３４（伝達ロッド３６）を最上端から単位量ずつ下降させるとその位置でのばね反力が求められる。そして、希望出力を定めれば、上記の式から押圧部材４２の移動量が求められるから、運動伝達面３３Ａと４２Ｂの角度から鋼球４３の径方向の移動量を求め、各点の鋼球４３と鋼球４３の接線をつないで縮径部３６Ａの形状を定める。なお、伝達ロッド３６の縮径部３６Ａは、単純な円錐面でも、十分倍力作用を得ることができる。
Ｆｓ×Ｓｐ＝Ｆｏ×Ｓｏ
すなわち、ピストン体３４（伝達ロッド３６）を最上端から単位量ずつ下降させるとその位置でのばね反力が求められる。そして、希望出力を定めれば、上記の式から押圧部材４２の移動量が求められるから、運動伝達面３３Ａと４２Ｂの角度から鋼球４３の径方向の移動量を求め、各点の鋼球４３と鋼球４３の接線をつないで縮径部３６Ａの形状を定める。なお、伝達ロッド３６の縮径部３６Ａは、単純な円錐面でも、十分倍力作用を得ることができる。
開弁するには、圧縮空気源４０Ａ、レギュレータ４０Ｂ及び切替弁４０Ｃを介して、調圧された圧縮空気を圧力室３９に導けばよい。圧縮空気圧による力が圧縮ばね３５の力に打ち勝つと、ピストン体３４と伝達ロッド３６が上昇し、閉弁力が消失するため、ボンベ内の高圧気体の圧力で開閉弁体２４が開弁方向に移動し、開閉弁体２４（金属ダイヤフラム２８）が環状弁座２３（バルブシート２５）から離れる結果、開弁し、ボンベ内の圧縮気体を流路２１ａから流路２２ａ（取出ねじ突起２２に螺合された高圧気体使用機器）に取り出すことができる。
本発明の倍力開閉弁は、例えば高圧タンク（ボンベ）の開閉弁として広く用いることができる。
Claims (8)
- 流路を開閉する弁ステム；
この弁ステムの軸上に位置し、該弁ステムに対して相対移動可能な作動部材；及び
上記弁ステムと作動部材との間に介在させた、該作動部材の移動速度を減速し倍力して弁ステムに伝達する倍力機構；
を有する倍力開閉弁において、
上記倍力機構は、
上記作動部材の軸部に位置し、弁ステム側に向けて縮径する縮径部を有する伝達ロッド；
上記弁ステムに連係する押圧部材；
この押圧部材と、該押圧部材を可動に支持するハウジングとに対向させて形成した、外周に行くに従い間隔を狭める一対の運動伝達面；及び
この一対の運動伝達面及び伝達ロッドの縮径部の間に接触させて介在させた複数の径方向移動体；
を備えたことを特徴とする倍力開閉弁。 - 請求の範囲１記載の倍力開閉弁において、上記一対の運動伝達面、伝達ロッドの縮径部及び複数の径方向移動体は、作動部材の軸方向の移動量をＤとし、弁ステムの軸方向の移動量をｄとしたとき、２＜Ｄ／ｄ＜５０に設定されている倍力開閉弁。
- 請求の範囲１または２記載の倍力開閉弁において、上記作動部材は、ハウジングに摺動自在に嵌めたピストン体であり、該ピストン体は、ばね圧力により弁ステムに接近する閉弁方向に移動し、空気圧力で弁ステムから離間する開弁方向に移動する倍力開閉弁。
- 請求の範囲１ないし３のいずれかに記載の倍力開閉弁において、上記ハウジング側の運動伝達面は、押圧部材の軸線に対して直交する面であり、上記押圧部材側の運動伝達面は、円錐面である倍力開閉弁。
- 請求の範囲４記載の倍力開閉弁において、上記ハウジング側の運動伝達面は、該ハウジングに放射方向に向けて形成した３本以上の放射方向溝の底壁からなっており、この放射方向溝に、径方向移動体が嵌まっている倍力開閉弁。
- 請求の範囲４または５記載の倍力開閉弁において、上記押圧部材側の運動伝達面は、該押圧部材とは別部材からなる硬質リング体によって構成されている倍力開閉弁。
- 請求の範囲１ないし６のいずれかに記載の倍力開閉弁において、上記径方向移動体は鋼球である倍力開閉弁。
- 請求の範囲１ないし７のいずれかに記載の倍力開閉弁において、上記伝達ロッドの縮径部は、球面の一部または非球面からなっている倍力開閉弁。
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