(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
別系統の駆動装置を使用せずに流路切替え時に作動流体の圧力によりダンパーハネを動かす簡易的な構造の流路切替えダンパー装置において、前記ダンパーハネには該ダンパーハネの変形を抑制する為の補強リブが設けられており、補強リブの延び出し部の先端部には、応力緩和部を備えており、
前記ダンパーハネ上に設けられた補強リブに発生する応力集中を緩和するための応力緩和部は、補強リブの幅よりも大きい直径を有する円柱形状を呈していることを特徴とする流路切替えダンパー装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流路切替えダンパー装置において、前記ダンパーハネの変形を抑制する為の補強リブが、Ｘ型、Ｙ型、Ｗ型或いはＺ型の何れか一つの型であることを特徴とする流路切替えダンパー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体装置の流路を切替える流路切替えダンパー装置に関し、切替え時に掛かる衝撃力に対し亀裂が発生しないダンパーハネを備えた流路切替えダンパー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、送風機やポンプ等の流体機械を２台設置し、この２台の交互運転により信頼性の向上を図ったり、異なる性能の２台の流体機械の場合は性能を変えたりする等の方式が一般的に採られている。
【０００３】
その際に、この２台の流体機械からの流体の流路を切替えるダンパーの方式は様々あるが、一番簡素な構造は、図４に示すような構成が採用されている。図４は、２系統の流体機械６及び７を備えた流体装置であり、図示の状態では、流体機械６が運転状態で、流体機械７が停止状態である。そこで、運転状態の流体機械６が動作流体の流路１１を形成するように、回動するダンパーハネ２が図示の状態で右に倒されている。つまり、図３に示すような片側に回転軸５を設けた平板状のダンパーハネ２を回転軸５廻りに回転させ、片方の流路（図４では、流体機械７からの流路）を塞ぐ構造である。その際にダンパーハネ２に必要な機能としては、切替えた流路の固定部４とダンパーハネ２との間の密閉性であり、塞がれた流路側へのダンパーハネ２の密着性を高めるために、ダンパーハネ２と接して塞がれる流路側の固定部４にパッキン１０を付けている（図４）。
【０００４】
更に、ダンパーハネ２の変形を防ぎ、かつダンパーハネ２の軽量化の為に、図２に示すようなダンパーハネ２の変形（曲がり）を抑制する補強リブ３が付けられる。この変形は、流路を塞いでいるダンパーハネ２が、運転している流体機械６から圧力を片側の全面に受けるため、図４に示すように曲げにより発生するもので、ダンパーハネ２の密閉性を損なう可能性があった。これに対して、ダンパーハネの厚みを厚くすることにより、ダンパーハネの変形を抑制できるが、厚みを厚くすればそれに比例して、ダンパーハネの質量は増大し、ダンパーハネを回転させる力も大きくなり、装置の大型化や製品価格の上昇に繋がるので、ダンパーハネの軽量化を図ることは重要な課題であった。
【０００５】
また、流路を切替える際に、ダンパーハネ２を回転させる駆動源としては、モータ等の外部駆動装置を利用する方法と、切替える流体機械からの作動流体の運転制御によるものがあるが、前者の外部駆動方式では、別装置や電力が必要となり部品点数の増加、消費電力の増加となる。これに対して、後者の流体機械の運転制御による方式であれば、前者のように別駆動装置の必要がなく、比較的安価なため多用されている。つまり、後者の流体機械の運転制御による切替方式では、最初は図４により実線で示すように、運転側の流体機械６からの流体１１が流れている（ダンパーハネ２が右に倒れている）が、切替えを行う際には、閉じている流路の流体機械７を運転させ、運転側の流体機械６を停止させる。このように、今までダンパーハネ２が開いていた流路１１側の流体機械６を停止させることにより、切り替わった運転流体１１ａの圧力でダンパーハネ２を動かして回転させる。
【０００６】
しかし、この方法では、ダンパーハネ２全面に掛かる作動流体の圧力がそのままダンパーハネ２の回転力となるので、回転するダンパーハネ２が切替えた先の固定部４に当った際に大きな衝撃力が発生する。特に、切替えを行わない定常時における流体圧力による変形を抑えるための補強リブ３を設けている場合には、その補強リブ３の回転軸５から遠い端部近傍に、図５に示すような分布１３（ハッチング部分）で応力集中が発生し、亀裂等の疲労破壊に至る場合があることが試験により分かった。更に、ダンパーハネ２回動時の衝撃力も大きく、ダンパーハネ２と固定部４の間に隙間があると、固定部４に当った時の衝撃力を受ける面積に差異が生じ、衝撃力により発生する応力が数倍〜数十倍変わることも分かった。
【０００７】
これを解決するために、パッキン１０の厚みを厚くしてダンパーハネ２と固定部４の隙間を埋める方法もあるが、パッキン１０が経年変化した際には、隙間は大きくなり、上記衝撃力による応力の差異や密閉性に問題が表れる。また、ダンパーハネ２と固定部４の隙間を無くす為に、ダンパーハネの製作段階から隙間を最小にしようとすると、大変な費用と手間が掛かっていた。
【０００８】
非特許文献１には、製品として切替ダンパ装置が示されている。大型の装置になるとダンパーハネには大きな力が作用することが容易に分かる。また、上記従来技術に関連するものとして、特許文献１（特開平１０−３３７４４１号公報）には、流路切替え手段１３を構成するスウイング型ダンパ４８が開示されている。また、特許文献２（特開２０１０−１５１０１０号公報）には、排気系の排ガス流路を切り替える流路切り替え機構が開示されている。しかしながら、これらの従来技術には、何れも応力緩和手段についての開示はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−３３７４４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５１０１０号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】http://www.ns-tec.co.jp/Japanese/ProductJ/DamperJ.htm
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の解決しようとする課題は、流体機械以外には別系統の駆動装置を使用せずに、流路切替え時に作動流体の圧力によりダンパーハネを動かす簡易的な構造の流路切替えダンパー装置において、塞がれる流路側の固定部にダンパーハネが当った時の衝撃力により、ダンパーハネの変形を抑制する為に設けられた補強リブに応力集中が発生し亀裂等疲労破壊が発生する点を解決しようとするものである。
【００１２】
これは、ダンパーハネ２全体に掛かる作動流体からの圧力により、ダンパーハネ２が図４に示すような変形を抑制するための補強リブ３を設けたとしても、この補強リブ３の端部には、固定部４とダンパーハネ２との間に不均等な隙間が生じるため、応力集中が発生し易かった（図５）。そこで、ダンパーハネ２に作用する力は同じなので、補強リブ端部の応力を分散させる為に補強リブ３の数を図３に対して倍に増やしてみると（図６）端部に発生する応力は低減した。これは、補強リブ３の数を増やしたことにより、ダンパーハネ２の変形量が相違し、固定部４との位置関係が変わったためと考えられる。
【００１３】
また、補強リブ端部の応力集中を緩和するため、端部に補強リブの幅よりも大きい直径を有する丸部を構成すると、丸部の直径を大きくする程、その直径に比例して応力は低減した。
【００１４】
さらに、ダンパーハネ２の変形量を抑えることを考え、ダンパーハネ中心部にも補強リブ３が来るよう、図９に示すようなクロス構造（Ｘ字型）とした。この場合、応力集中は従来と同様、補強リブ３の先端部分に発生したが、その応力は低減した。
【００１５】
また、ある位置における応力σはモーメントＭとその位置の断面係数Ｚにより、下記（式１）により求められる。
σ＝Ｍ／Ｚ                                      （式１）
これによっても、応力はダンパーハネ２の回動軸５から遠い方で強くなることは理解できる。
【００１６】
また、断面係数を大きくし、かつ質量の増加を抑えるため、補強リブ３の構造を３次元的かつ中空にした場合も応力は低減した（図１１）。
【００１７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体機械とは別系統の駆動装置を使用せずに、流路切替え時に作動流体の圧力によりダンパーハネを動かす簡易的な構造の流路切替えダンパー装置において、塞がれる流路側の固定部にダンパーハネが当ったとき、その衝撃力により、変形を抑制する為に設けられた補強リブの先端部分に応力集中が発生し、亀裂等疲労破壊が発生しないようにした流路切替えダンパー装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の流路切替えダンパー装置は、別系統の駆動装置を使用せずに流路切替え時に作動流体の圧力によりダンパーハネを動かす簡易的な構造の流路切替えダンパー装置において、前記ダンパーハネには該ダンパーハネの変形を抑制する為の補強リブが設けられており、補強リブの延び出し部の先端部には、応力緩和部を備えていることを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明の流路切替えダンパー装置は、前記ダンパーハネの変形を抑制する為の補強リブが、Ｘ型、Ｙ型、Ｗ型或いはＺ型の何れか一つの型であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の流路切替えダンパー装置は、ダンパーハネ上に設けられた補強リブに発生する応力集中を緩和するための応力緩和部は、補強リブの幅よりも大きい直径を有する円柱形状を呈していることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の流路切替えダンパー装置は、ダンパーハネ上に設けられた補強リブに発生する応力集中を緩和するための応力緩和部は、その補強リブ先端部に連続してＴ字型を呈していることを特徴とする。
【００２２】
さらに、本発明の流路切替えダンパー装置は、別系統の駆動装置を使用せずに流路切替え時に作動流体の圧力によりダンパーハネを動かす簡易的な構造の流路切替えダンパー装置において、ダンパーハネ上に設けられた前記補強リブの断面係数を大きくするため、補強リブが中空になるように３次元的に薄板を組合わせて構成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、流体機械の流路が固定部にダンパーハネが当たって切替えられた時、その衝撃によりダンパーハネに強度的問題が発生せず、流路切替えダンパーの信頼性は向上するという効果がある。
【００２４】
本発明によると、応力緩和部の形状を丸形から円筒形に変えることにより、応力緩和部を中空状態にしつつ、ダンパーハネとの接触長さの必要長さは確保できるものである。
【００２５】
本発明によれば、補強リブを中空の３次元形状物として構成することにより、軽量で、かつダンパーハネとの接触長さを長くすることが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は流路切替えダンパーに構成されるダンパーハネの補強リブを中央部で所定形状に配置し、その伸び出し部の先端部に補強リブの幅よりも大きい直径を有する応力緩和部を備えた実施例の説明図である。
【図２】流路切替えダンパー装置の概略構造を示した説明図である。
【図３】従来のダンパーハネ構造の説明図である。
【図４】従来の流路切替えダンパー装置において、ダンパーハネに流体機械から圧力が掛かり変形した場合を示す説明図である。
【図５】上記図３に示す従来のダンパーハネに衝撃力が掛かった場合の応力集中の状態を示す説明図である。
【図６】ダンパーハネの補強リブを４本にした実施例を示した説明図である。
【図７】ダンパーハネの補強リブの先端部に丸形の応力緩和部を設けた実施例を示した説明図である。
【図８】ダンパーハネの補強リブの先端部の応力緩和部をＴ字形にした実施例を示した説明図である。
【図９】流路切替えダンパーに構成されるダンパーハネの補強リブを中央部でクロスさせてＸ字型にした実施例を示した説明図である。
【図１０】ダンパーハネの補強リブを４本にした上で、補強リブの先端部分に応力緩和部を設けた実施例を示した説明図である。
【図１１】図１１の（ａ）、（ｂ）はダンパーハネの補強リブを３次元形状にした実施例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の課題を解決するため、発明を実施するための形態としては、下記の具体的手段を用いた。
（１）  別系統の駆動装置を使用せずに流路切替え時に作動流体の圧力によりダンパーハネを動かす簡易的な構造の流路切替えダンパーにおいて、該流路切替えダンパーに構成された前記ダンパーハネには該ダンパーハネの変形を抑制する為に設けられた補強リブがダンパーハネの中心をクロスしてＸ型をしており、固定部と隙間ができる位置まで伸び、補強リブの先端は補強リブの幅よりも大きい直径を有する丸を構成した。
（２）  上記（１）の流路切替えダンパーにおいて、ダンパーハネ上に設けられた補強リブに発生する応力集中を緩和するため、その先端に補強リブの幅よりも大きい直径を有する丸を構成した。
（３）  上記（１）の流路切替えダンパーにおいて、ダンパーハネ上に設けられた補強リブに発生する応力集中を緩和するため、その先端に補強リブと同じかそれ以上幅の部材でＴ字型を構成した。
（４）  流路切替えダンパーにおいて、ダンパーハネ上に設けられた補強リブの断面係数を大きくするため、補強リブが中空になるように３次元的に薄板を組合わせて構成した。
【００２８】
本発明の実施例を以下に説明する。図１は、ダンパーハネ２の変形を抑制する為に設けられた補強リブ３がダンパーハネ２の中心でクロスしてＸ字型をして、固定部４（図２）の近傍の位置まで伸びており、補強リブ３の先端に補強リブ３の幅よりも大きい直径を有する丸型３ａ（応力緩和部）を構成した第一の実施例である。Ｘ字型にすることでダンパーハネ２の変形を抑制して応力集中を低減し、先端に丸型（応力緩和部）３ａを構成することにより、応力集中する補強リブ先端部の周長を長くして応力集中係数を緩和させている。これにより両者の相乗効果が得られる。
【００２９】
本発明の流路切替えダンパー装置１は、図２に示すように、選択的に運転される２台の流体機械６，７を備えている。図においては、一方の流体機械６が運転状態であり、他方の流体機械７は停止状態である。流体機械（運転）６と流体機械（停止）７との間には、内部に空間部を有するダクト部１ａが設けられている。
【００３０】
ダクト部１ａの内部にはダンパーハネ２が設けられている。このダンパーハネ２は回転部５において回動自在に支承されているが、特に別系統の駆動装置を備えてはいない。流路の切替えを行う時には、作動流体の圧力（図２に示す斜線矢印）によりダンパーハネ２が回転動作されるようになっている。つまり、ダンパーハネ２の一端部に設けられた円柱状の回転部５が、ダクト部１ａの下端の中心部で回転自在に軸支されている。ダンパーハネ２は、選択された流体機械６又は７からの作動流体の圧力によって、回転部５を中心として左右どちらかの方向に回転され、ダクト部１ａ内に固定された固定部４（より詳しくは固定部４に装着されたパッキン１０）に対しその表面の一部位が当接され、停止されるように構成されている。これにより、停止された状態においては、図２に示すように、片方の流路を塞ぐようになっている。なお、固定部４に装着されたパッキン１０は、流路を塞いだときのダンパーハネ２と固定部４との密着性を高めるために設けたものである。
【００３１】
図１（ａ）は、ダンパーハネ２の変形を抑制する為に設けられた補強リブ３は、ダンパーハネ２の中心部近傍でクロスしてＸ型をしており、各々のＸ型の延び出し部は、ダクト部１ａの内部に設けられた固定部４の近傍位置まで伸びるように形成されている。補強リブ３の延び出し部の先端には、該補強リブ３の幅よりも大きい直径を有する丸型（より詳しくは円筒型）の応力緩和部３ａを構成した第一の実施例である。このように、補強リブ３をＸ型にすることで、ダンパーハネ２がパッキン１０を介して固定部４に当接されたときの、ダンパーハネ２の変形を抑制して応力集中を低減することができる。また、先端に丸型の応力緩和部３ａを構成することにより、補強リブ３の延び出し部端部での応力集中する補強リブ３の延び出し先端部のダンパーハネ２との接触部の周長を長くして応力集中係数を緩和させることができる。第一の実施例では、これにより両者の相乗効果が得られている。
【００３２】
第一の実施例において、Ｘ型の補強リブ３をダンパーハネ２の両面に形成すれば、ダンパーハネ２の変形はより抑制される。また、補強リブ３の伸びだし分の形状は、Ｘ型に限るものではない。図１（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示すように、Ｘ型以外に、例えば、Ｙ型、Ｗ型或いはＺ型に構成することも可能である。これらの伸び出し部或いは角部には、同じく、補強リブ３の幅よりも大きい寸法の応力緩和部３ａを備えるのが好ましい。しかしながら、この応力緩和部３ａの形状も、丸型に限るものではなく、楕円形、正方形、長方形、三角形、多角形等が可能であり、いずれの場合においても、ダンパーハネ２の面に対して応力緩和部３ａの接触長が長くなるような構成であれば、如何なる形状であっても良い。図１（ｄ）及び（ｅ）においては、ダンパーハネ２の回動軸方向にも、応力緩和部３ａ間に補強リブ３ｂを設けている。この回動軸方向の補強リブ３ｂは、応力緩和の作用効果も奏している。
【００３３】
図６は、図３に示す従来のダンパーハネ２の補強リブ３の本数を倍の４本にした第二の実施例であり、４本設けられた凸角柱状の補強リブ３はダンパーハネ２の両面に形成されている。そして、実施例２によれば、補強リブ３を増加させていくと応力低減効果は得られるが、質量が増加すると、ダンパーハネ２を回転させる圧力が多く必要となるため、流体機械の仕様圧力内で本数を決定したものである。
【００３４】
図７は、図３に示す従来のダンパーハネ２の補強リブ３の先端部に該補強リブ３の幅よりも大きい直径を有する丸型（より詳しくは円筒型）の応力緩和部３ａを構成した第三の実施例である。そして、この実施例によれば、上記図１（ａ）の第一の実施例と同様に補強リブ３の伸び出し部の先端に丸型を構成することにより、応力集中する補強リブ先端部の周長を長くして応力集中係数を緩和させることができる。図７では、片側先端部のみ丸型を構成しているが、これはより応力集中が大きいのは回転部５とは離間した反対側の先端（図７に示す上部）であるためで、回転部側の応力集中の度合により、反対の回転軸５側にも丸型を構成してもよい。この実施例でも、２本設けられた補強リブ３と丸型の応力緩和部３ａはダンパーハネ２の両面に形成しても良い。勿論、応力緩和部３ａは丸型に限定されるものではない。
【００３５】
図８は、図３に示す従来のダンパーハネ２の先端に補強リブ３と、これと同じかそれ以上幅の部材でＴ字型部を構成した第四の実施例であり、２本設けられた補強リブ３とこれとは直交するＴ字型を呈した応力緩和部３ａから構成されている。そして、この実施例によれば、応力が集中する補強リブ先端部の周長を長くして応力集中係数を緩和させ、また図５に示すように、応力分布１３がダンパーハネ２の内側に向いているため、この実施例では図８に示された応力の方向に対抗する形でＴ字型の応力緩和部３ａを補強リブ３の内側に伸びる部分を外側に伸びる部分より長くしている。図８では片側先端部のみＴ字型を構成しているが、上記図７の第三の実施例の場合と同様に、回転部側の応力集中の度合により、反対側（回転部側）にもＴ字型を構成してもよい。また、補強リブ３とＴ字型を為した応力緩和部３ａをダンパーハネ２の両面に形成しても良い。
【００３６】
図９は、上記図１（ａ）に示す第一の実施例に対し、補強リブ３の先端に丸型の応力緩和部を構成せず、補強リブ３がＸ型をしている場合の第五の実施例である。この実施例の場合は、図１（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示したと同様に、Ｙ型、Ｗ型、Ｚ型、変形Ｚ型の補強リブ３の構成とすることができる。この補強リブ３もダンパーハネ２の両面に形成しても良い。また、表側の補強リブ３の型と裏側の補強リブの型を相違させることも可能である。
【００３７】
図１０は、上記図６に示す第二の実施例に対し、上記図７に示す第三の実施例を組み合わせ、４本設けられた補強リブ３の先端に該補強リブ３の幅よりも大きい直径を有する丸型（より詳しくは円筒型）の補強リブ３ａを構成している第六の実施例である。そして、これにより、上記図６の第二の実施例よりさらに応力集中の低減が可能となる。この実施例にこいても、補強リブ３と丸型の応力緩和部３ａはダンパーハネ２の両面に形成しても良い。この場合も、応力緩和部３ａは丸型に限定されるものではない。
【００３８】
図１１（ａ）は、ダンパーハネ２の補強リブ３の断面係数を大きくする事を目的に、補強リブ３が３次元形状をした場合の第七の実施例である。この実施例によれば、補強リブ３の形状を、図１１（ｂ）の断面図から分かるように、３次元形状の補強リブ３は、薄板で構成し中を中空にすることにより、軽量化が図れる。この実施例においては、３次元形状を三角柱形状としたが、断面を半円形状や楕円形状とすることも可能である。また、図１１（ｂ）では、３次元形状の補強リブ３を、ダンパーハネ２の両面に形成したが、片面に形成することも可能であるし、表裏で互い違いに配置することも可能である。また、３次元形状の補強リブ３の全体形状をＴ字形にすることも可能である。その場合は、Ｔ字の横線部分を、ダンパーハネ２の回動軸５から遠い側に配置するのが好ましい。
【符号の説明】
【００３９】
１    流路切替えダンパー装置
１ａ  ダクト部
２    ダンパーハネ
３    補強リブ
３ａ  応力緩和部
４    固定部
５    回転部
６    流体機械（運転）
７    流体機械（停止）
８    ダンパー吸込口
９    ダンパー吐出口
１０  パッキン
１１  流体の流れ
１２  流体からの圧力
１３  応力が大きい領域（応力集中領域）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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