(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転弁の弁駆動用手動アクチュエータのハンドル軸に回転方向を一体にして連結された従動側クラッチ部材と、ハンドル車を一体に有し従動側クラッチ部材に回転自在に遊挿される原動側クラッチ部材とでクラッチ機構を構成し、両クラッチ部材を実質的に円板形状に形成し、両クラッチ部材の当接面に互いに噛合する突起を突設し、該突起は円の中心(Ｏ)から放射状に延び上面(Ａ)を平坦とし両側面を傾斜面(Ｅ)とした中心円(ＤＣ)において断面台形を有しており、両クラッチ部材をバネで当接方向に弾発し、バネの弾発力と突起の傾斜角(α)による離脱力とのバランスによって、所定値以上の入力がハンドル車を介して付加されるときクラッチ機構の連結が解除され、逆に入力値が所定値以下のときバネの弾発力でクラッチ機構を連結状態に保持し、前記突起はその放射方向の長さの半分の位置を通る円を突起の中心円(ＤＣ)とし、突起の底面(Ｃ)から突起の高さと隙間(ε)の合計の少なくとも半分の位置と前記中心円(ＤＣ)との交点を通り底面(Ｃ)と平行な平面を中心平面(Ｂ)とし、該中心平面(Ｂ)を起点として上下に傾斜角(α)の傾斜面(Ｅ)を形成すると共に、中心円(ＤＣ)と中心平面(Ｂ)の交点から突起の外径(ＯＤ)側、内径(ＩＤ)側（長さ方向）に傾斜面(Ｅ)を突起の稜線角度(β)と平行に延長し、原動側及び従動側の突起の両傾斜面間及び上面間に隙間(ε)を設けたことを特徴とする回転弁の駆動装置。
【請求項２】
バネ固定板を、Ｌ字状のスリットに係脱自在な角棒状連結部により従動側クラッチ部材に抜止状態で連結したことを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転弁の駆動装置に関し、更に詳しくは駆動力の伝達を断続するクラッチ機構を備え、一定値以上の駆動力が入力されたとき、駆動力の伝達を遮断して過大な入力による装置の損傷を防止するようにした駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バタフライ弁、ボール弁等の回転弁の駆動装置として、手動で回転されるハンドル車と弁棒との間にウォームとウォーム歯車からなる歯車伝導機構を介在させて、手動駆動力で弁棒を回動し、弁の開閉を行うようにした回転弁の駆動装置は公知であり、例えば特許第３０８１８２０号公報等に開示されている。
【０００３】
かかる公知の駆動装置にあっては、手動でもたらされる歯車伝導機構の出力トルクと歯車伝導機構から弁体駆動のために出力される弁駆動トルクがマッチングした状態で使用されるのが好ましいが、実際には歯車伝導機構への入力トルクが必要とされる弁駆動トルクよりも大きくなっているのが通常である。しかも、入力源が人力である手動装置では、入力トルクの大きさは、非常に大きな個人差を持っており、過大な力が付加されることがあった。このため、ハンドル車、歯車伝導機構、ケーシング等を含む駆動装置に損傷を与えるおそれがあった。
【０００４】
特に、近年は省資源化、低コスト化等の要請に伴って、駆動装置の小型化や材料の不必要な強度の削減が図られ、駆動装置の出力限界値を出来る限り弁駆動トルクに近づけて使用するために、入力制限値を表記しているが、弁使用の現場では必ずしも入力制限値が遵守されるとは言い得ず、しばしば入力制限値を越えた駆動力が付加され、装置を破損する事故が発生している。
【０００５】
【特許文献１】特許第３０８１８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、入力制限値を越える入力が付加されるとき、入力の伝達を遮断するクラッチ機構を手動駆動源と歯車伝導機構との間に介挿して、入力制限値を越える力の伝達を阻止して、過大な力の付加による装置の損傷を防止する共に、入力が前記制限値以下の場合には力の伝達が自動的に復元し、弁の駆動を行い得るようにした動力伝達手段を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、回転弁の弁駆動用手動アクチュエータのハンドル軸に回転方向を一体にして連結された従動側クラッチ部材と、ハンドル車を一体に有し従動側クラッチ部材に回転自在に遊挿される原動側クラッチ部材とでクラッチ機構を構成し、両クラッチ部材を実質的に円板形状に形成し、両クラッチ部材の当接面に互いに噛合する突起を突設し、該突起は円の中心(Ｏ)から放射状に延び上面(Ａ)を平坦とし両側面を傾斜面(Ｅ)とした中心円(ＤＣ)において断面台形を有しており、両クラッチ部材をバネで当接方向に弾発し、バネの弾発力と突起の傾斜角(α)による離脱力とのバランスによって、所定値以上の入力がハンドル車を介して付加されるときクラッチ機構の連結が解除され、逆に入力値が所定値以下のときバネの弾発力でクラッチ機構を連結状態に保持し、前記突起はその放射方向の長さの半分の位置を通る円を突起の中心円(ＤＣ)とし、突起の底面(Ｃ)から突起の高さと隙間(ε)の合計の少なくとも半分の位置と前記中心円(ＤＣ)との交点を通り底面(Ｃ)と平行な平面を中心平面(Ｂ)とし、該中心平面(Ｂ)を起点として上下に傾斜角(α)の傾斜面(Ｅ)を形成すると共に、中心円(ＤＣ)と中心平面(Ｂ)の交点から突起の外径(ＯＤ)側、内径(ＩＤ)側（長さ方向）に傾斜面(Ｅ)を突起の稜線角度(β)と平行に延長し、原動側及び従動側の突起の両傾斜面間及び上面間に隙間(ε)を設けたことを特徴とする。
【０００８】
バネ固定板を、Ｌ字状のスリットに係脱自在な角棒状連結部により従動側クラッチ部材に抜止状態で連結したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の回転弁の駆動装置によれば、手動ハンドル車と歯車伝導機構との間にクラッチ機構を介挿して、所定値以上の入力トルクを遮断し過大なトルクの伝導を防止してあるので、過大なトルクの付加による装置の損傷を防止することが出来ると共に、入力トルクが所定値以下に低下した場合には直ちにクラッチ機構を連結状態に自動的に復帰させて、駆動力の伝達を行うことが出来、クラッチ機構の作動に手間を必要とせず、しかも安全機構として利用することが出来る。更に、既設のハンドル車に代ってハンドル軸にこの発明のクラッチ機構を取付けるのみで、この発明を既設の回動弁に適用することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明の好ましい実施の形態を、以下に詳細に説明する。この発明は、バタフライ弁、ボール弁等の回転する弁体を備えた回転弁のための手動の駆動装置に関するものであり、手動の入力を発生するハンドル車の如き手動回動手段と、該回動手段の駆動力を弁開閉用の弁棒に伝達するための歯車伝導機構等の動力伝導手段との間に、動力伝達を断続するクラッチ機構を配し、所定値以上の過大な駆動力が伝達されたとき、その伝達を遮断し、歯車伝導機構、ギアケース、ハンドル軸とハンドル車との連結部、弁棒と歯車伝導機構との連結部等の駆動力伝達機構部分の損傷を防止するようにしたことを特徴とする。又、該クラッチ機構は、入力が所定値以下に低下した場合、自動的に復元して駆動力の再接続が行われるようになっていることを特徴とする。更に、この発明の駆動装置は、既設のハンドル車に代ってハンドル軸に取付けることのみの簡単な変更で実現することが出来、特別な部品や器具、或いは工具を必要としないため、既に配管に取付けられている回動弁にも簡単に適用することが可能である。
【００１１】
クラッチ機構は、原動側と従動側のクラッチ部材に回転軌跡に沿って配列され互いに噛合する少なくとも一つの突起を備えている。両クラッチ板は、常時当接する方向に弾発されると共に、前記突起の回転方向に面する面は所定の傾斜角αの斜面に形成されており、原動側クラッチ部材からの入力値が、所定値を越えるとき、傾斜角αによる離脱力がクラッチ部材への弾力的な押付け力よりも大きくなるため、突起の噛合いが解除され、駆動力伝達が遮断されるようになっている。又、入力がゼロ若しくは一定値以下に戻れば、弾発力でクラッチ部材が押付けられるため、突起の噛合が復元し、駆動力の伝達が復活する。すなわち、原動側に付加される入力が、一定値以上若しくは一定値以下において、クラッチが自動的に断続し、駆動力の伝達若しくはその遮断を行うことが出来る。前記傾斜角は、突起の回転方向の一側面だけに設けても良いが、両側面に形成することにより、正逆いずれの回転方向に対しても、前記クラッチの断続を行うことが可能となる。
【００１２】
原動側のクラッチ部材は、ハンドル車と一体的になった略円盤状の部材からなり、歯車伝導機構の入力軸であるハンドル軸に回転自在に遊挿される。又、従動側のクラッチ部材は、ハンドル軸と一体的に回転するように結合される円盤状の部材であり、両クラッチ部材の対向する当接面に互いに噛合する突起が形成され、該突起の噛合若しくは離脱により両クラッチ部材の連結又は非連結が達成される。原動側と従動側のクラッチ部材は、両部材の間に張設されたバネの弾発力を受けて、常時は互いに当接する方向に付勢されており、これにより前記突起は噛合状態に偏位される。入力値が一定値を越えるとき、傾斜角αによる離脱力が発生し突起が傾斜に沿って滑り移動し、バネの弾発力に抗して噛合が解除され、両クラッチ部材は非連結状態に移行する。
【００１３】
図６〜８に示すように、突起は、ハンドル軸を中心とする円軌跡に沿って少なくとも一つ、好ましくは所定の角度θの間隔を置いて複数配列され、直径方向に一定の長さＬを有し、外周側は幅広く、内周側を狭くした台円錐形をなしている。図８を参照して、突起の側面、好ましくは両側面が、傾斜角αの斜面に形成される。突起の両側面に傾斜角を設ける場合、一方の傾斜角を他方のそれと異ならせることにより、回転方向に応じて入力値を異ならせることが可能なる。傾斜角αは、５〜４０゜とするのが好ましい。傾斜角が５゜よりも小さいと、離脱力が過小となって実質的に突起の離脱を達成することが不可能となり、クラッチ作用を得ることが出来ない。又、４０゜より大きいと、過大となって僅かな入力でも突起の離脱が行われてしまう不都合がある。突起の数Ｎは、１〜３０程度とし、突起の間隔角度θは、θ＝３６０／Ｎで与えられる。
【００１４】
原動側、従動側それぞれの突起の間隔Ｐは、突起の長さＬの中心を通る中心円の直径をＤＣとした場合、次式で与えられる。
Ｐ＝πＤＣ／２Ｎ
【００１５】
図９，１０に示すように、原動側、従動側共に、等間隔で突起を配置し、突起の噛合、離脱を容易にするために、図８に図示する突起には隙間εを設ける。突起の幅をｂとするとき、該隙間εは、0.05〜0.3ｂ程度が好ましい。隙間εは、突起の傾斜面と上面に設ける。かくして、前記突起の間隔Ｐは、次式の値となる。
Ｐ＝２×（ｂ＋ε）
【００１６】
前記した突起の噛合い及び離脱を成立させるために、突起両側面の傾斜角αは、突起下端の円板上面から立ち上がるのではなく、突起の高さの１／２より上方の位置にある中心平面(図８参照)からそれぞれ上下に形成する。すなわち、このクラッチ機構は、隙間εを含む突起の高さの半分の中心平面上で噛み合う構成とする。従って、突起の両側面に形成する角度αの斜面は、中心平面上から上方(ｈ−ε)、下方(ｈ)(円盤の基板方向)に形成される。又、傾斜による側面の形状は、円板中心からの放射状ではなく、中心平面上の突起の稜線角度(β)と幅ｂで平行となる。
【００１７】
すなわち、突起を間隔Ｐで配置し、突起の稜線の角度をβとする。突起は、厚み(高さ)を必要とするため、基準面が必要であり、ここでは突起の稜線を基準平面上に置き、この平面を前述した中心平面と称している。突起には、傾斜面が必要であるため、中心平面は、円板Ｃ上の高さ（＋ｈ）の位置に仮想する。従って、円板Ｃ面上は突起の麓に相当する。又、突起の上面を中心平面から（ｈ−ε）の位置とし、円板Ｃ上からは（２ｈ−ε）の位置となる。突起を形成する際、突起稜線角度βをどこにおくかで突起の幅（上面幅、麓幅）が異なってくる。例えば、上面にβを置くと、突起の麓は上面幅よりｂだけ広くなり、麓にβを置くと上面はｂだけ狭くなる。突起単独では、どこに基準を置いても可能であるが、円板Ｃ上に突起間隔角度θを維持しつつ配置するには、上面又は麓基準では不可能であるため、突起稜線の形成基準を中心平面とした。
【００１８】
突起の傾斜角をα、入力制限値をＦ、必要とされるバネ押さえ力をＱとしたとき、クラッチの嵌合は次の関係となる。従って、押付けバネ力は、Ｑと同等に設定すればよいこととなる。そこで、入力値Ｆが大きくＦ１になると、式(１)より離脱方向力はＱ１となり、Ｆ１はＦより大きく、Ｑ１はＱより大きくなるため、クラッチは離脱する。又、逆に入力を止めるか(Ｆ＝０)、入力をＦより小さなＦ２にすれば、離脱方向力がＱより小さいＱ２となるため、クラッチはバネの弾発力で噛合状態に復元する。
Ｑ＝Ｆ・sin（α＋φ）・cos(α＋φ)  −−−−（１）
Ｆ：制限入力値
Ｑ：離脱方向力
α：突起の傾斜角
φ：突起斜面の摩擦角
【実施例１】
【００１９】
図面はこの発明の駆動装置をバタフライ弁に適用した例を示すが、これに限られるものではなく、ボール弁等その他の回転弁、更にはその他の一般の弁の駆動装置の回転部にも同様に適用することが出来る。図において(１)は、バタフライ弁を示し、その弁棒(２)の外端に歯車伝導機構からなる手動のアクチュエータ(３)が連結される。該手動のアクチュエータ(３)は、弁棒(２)の外端に連結されたウォームホイール(４)と該ウォームホイール(４)に噛合するウォーム(５)とを含み、ウォーム(５)にハンドル軸(６)が結合される。アクチュエータ(３)のケーシングから外方に延び出したハンドル軸(６)にこの発明のクラッチ機構(８)を介してハンドル車（７）が取付けられる。
【００２０】
クラッチ機構(８)は、原動側のクラッチ部材(９)と従動側のクラッチ部材(10)から構成され、両クラッチ部材(9)(10)は、実質的に円板状の部材からなり、当接自在である。両部材の当接面に、突起(11)が所定の間隔を置いて複数円軌跡に沿って配列されている。そして、突起(11)の噛合若しくは離脱によりクラッチ部材(９)(10)の連結若しくは非連結が達成され、クラッチ機構が断続する。
【００２１】
原動側クラッチ部材(９)には、ハンドル車(７)が一体に設けられており、カップ形状をなしていると共に、前後に貫通した案内筒(12)が中心に立設されている。従動側クラッチ部材は、その中心にハンドル軸(６)を挿入する軸挿入筒(13)が一体に立設されている。軸挿入筒(13)の外端部内面は、ハンドル軸(６)の角状部(14)が係入する角部に形成されており、角状部の係合により、従動側クラッチ部材(10)は、ハンドル軸(６)に回り止め状態で連結されることになる。又、軸挿入筒の外端部には、後述するバネ固定板(15)を抜止状態に連結するためのＬ字状のスリット(17)が形成されている。案内筒(12)は、軸挿入筒(13)の外周に回転自在に遊挿可能である。
【００２２】
バネ固定板(15)は、実質的に円板形状をなし、中心にボルト挿入孔(16)が穿孔されると共に、内面中心から先端に角棒状の連結部(18)を横方向に延び出させた筒体が立設され、ボルト挿入孔(16)はこの連結部(18)を貫通している。(19)は、所定の弾発力を有すバネであり、コイルスプリングからなるが、これに限られない。バネ(19)は、両端に配される座金(20)を介して案内筒(12)に外挿され、カップ状の原動側クラッチ部材(９)の内奥で一端を受け止められ、他端をバネ固定板(15)で固定される。
【００２３】
クラッチ機構(８)をハンドル軸(６)に取付けるには、先ず、原動側クラッチ部材(９)を、従動側クラッチ部材(10)の軸挿入筒(13)の外周に回動自在に遊挿して、両部材を組み合わせる。次いで、バネ(19)を前述したように、バネ固定板(15)でバネ(19)を圧縮しつつ、連結部(18)を従動側クラッチ部材(10)のＬ字状スリット(17)に係入して従動側クラッチ部材の軸挿入筒(13)に抜止状態で連結し、更にボルト挿入孔(16)から挿入した連結ボルト(21)をハンドル軸(６)の先端に螺合して締結する。かくして、ハンドル車(７)を含むクラッチ機構(８)はハンドル軸(６)に取付けられる。
【００２４】
ハンドル車(７)を所定の入力値以下の力で手動回転する場合、バネ(19)の弾発力が、原動側クラッチ部材(９)を従動側クラッチ部材(10)に向って押付け、互いに当接する方向に付勢されているため、両部材に形成された突起(11)は互いに噛合しており、ハンドル車の回転力は円滑にハンドル軸(６)を介してアクチュエータ(３)に伝達され、弁棒(２)が回転される。
【００２５】
所定の入力値以上の力でハンドル車(７)が回転されるとき、突起(11)の傾斜面による離脱力がバネの弾発力より大きくなるため、両クラッチ部材の突起(11)が離脱した状態となり、クラッチ部材(９)(10)は相対的に滑り動き、入力の伝達が遮断される。その後、入力が除かれ、或いは低下するとバネの弾発力を受けて突起が自動的に噛合状態に復帰し、入力の伝導が復元する。
【００２６】
図示の実施例において、突起の傾斜角αは２０゜、突起の高さ１.２ｍｍ、中心平面の高さは底面より０.７５ｍｍ、突起の幅ｂは３.４８２mm、突起の数は１５であり、隙間εは０.３mmとした。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】バタフライ弁とアクチュエータの斜視図
【図２】アクチュエータのケーシングを開いた状態の平面図
【図３】この発明にかかるクラッチ機構の断面図
【図４】同分解斜視図
【図５】図４と異なる方向から見た分解斜視図
【図６】突起の平面図
【図７】同斜視図
【図８】突起の側面図
【図９】原動側と従動側の突起の噛合を示す図
【図１０】図９において原動側が回転した状態を示す図
【符号の説明】
【００２８】
(１)バタフライ弁
(２)弁棒
(３)アクチュエータ
(４)ウォームホイール
(５)ウォーム
(６)ハンドル軸
(７)ハンドル車
(８)クラッチ機構
(９)原動側クラッチ部材
(10)従動側クラッチ部材
(11)突起
(12)案内筒
(13)軸挿入筒
(14)角部
(15)バネ固定板
(16)ボルト挿入孔
(17)Ｌ字状スリット
(18)角棒状連結部
(19)バネ
(20)座金
(21)ボルト
【要約】
【課題】  入力制限値を越える入力が付加されるとき、入力の伝達を遮断するクラッチ機構を手動駆動源と歯車伝導機構との間に介挿して、入力制限値を越える力の伝達を阻止して、過大な力の付加による装置の損傷を防止する共に、入力が前記制限値以下の場合には力の伝達が自動的に復元し、弁の駆動を行い得るようにした動力伝達手段を提供せんとするものである。
【解決手段】  回転弁の弁駆動用手動アクチュエータのハンドル軸にクラッチ機構を介してハンドル車を取付け、所定値以上の入力がハンドル車を介して付加されるとき、クラッチ機構の連結が解除されて、入力がハンドル軸に伝達されないようにすると共に、入力値が所定値以下のとき、クラッチ機構は連結状態にあるようにしたことを特徴とし、クラッチ機構の断続は、バネの弾発力と両クラッチ部材の当接面に突設された突起の傾斜面による離脱力とのバランスによって行うようにする。
【選択図】  図１
【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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