(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁棒(2) の往復上下動に伴って弁体(5) と弁座(4) との間の流体通路(11a) が開閉される弁本体(1) と、弁本体(1) 上部に固定されたケーシング(61)と、ケーシング(61)内上方に上下動自在に設けられた作動軸(21)と、作動軸(21)を上下動させる駆動手段(20)と、ケーシング(61)内下方に設けられて作動軸(21)にかかる力を弁棒(2) に伝達する動力伝達手段(41)とを備え、動力伝達手段(41)は、作動軸(21)の下端に設けられかつ作動軸(21)と同心で下方に開口した下広がり円錐台状凹所(26)を有する第１ローラ受け部材(24)と、弁棒(2) 上端に設けられた第２ローラ受け部材(19)と、両ローラ受け部材(24)(19)の間に作動軸(21)の軸線(77)に対して対称に配置された一対のローラ支持体(43)と、各ローラ支持体(43)上部に固定された水平な軸(49)に回転自在に嵌められかつ円錐台状凹所(26)のテーパ面(26a) に当接する一対の転動ローラ(46)と、各ローラ支持体(43)下部に固定された水平な軸(50)に回転自在に嵌められかつ第２ローラ受け部材(19)の上向きローラ受け面(19a) に当接する一対の押えローラ(45)とを備え、各ローラ支持体(43)が、押えローラ(45)の軸線(76)に対して作動軸(21)の軸線(77)から離れる方へ偏心した軸(74)を中心として揺動しうるようにケーシング(61)に支持されている制御器。
【請求項２】
駆動手段（２０）として圧縮空気等の作動流体が使用され、第１ローラ受け部材（２４）によりケーシング（６１）内が上下２室（６５）（６３）に分けられて、上室（６５）に作動軸（２１）を下方に付勢するばね（２２）が設けられており、下室（６３）内に導入される作動流体により作動軸（２１）が上方に付勢されるようになされている請求項１記載の制御器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、制御器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、制御器としては、弁棒をばねにより下向きに付勢して弁を閉じ、空気圧やソレノイド等によりばね力より大きい力で弁棒を上向きに駆動して弁を開くものや、弁棒をばねにより上向きに付勢して弁を開き、空気圧やソレノイド等によりばね力より大きい力で弁棒を下向きに付勢して弁を閉じるものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の制御器を高圧流体用として使用する場合、流体の洩れを防止するために弁を閉じる力を大きくする必要があるが、弁棒をばねにより下向きに付勢して弁を閉じ、空気圧やソレノイド等により弁棒を上向きに駆動して弁を開くものでは、ばねの弾性力を大きくすると、これに伴って弁棒を動かすための空気圧等の駆動力を上げなければならず、駆動力を上げるには限界があるため、弁を閉じる力を必要に応じた分だけ大きくすることができないという問題があった。弁棒をばねにより上向きに付勢して弁を開き、空気圧やソレノイド等によりばね力より大きい力で弁棒を下向きに付勢して弁を閉じるものでも、弁を閉じる力を大きくするためには、空気圧等の下向き付勢力を上げなければならず、同様の問題がある。
【０００４】
この発明の目的は、空気圧、ばねの弾性力、ソレノイド等の駆動力を上げることなく弁を閉じる力を必要に応じて大きくすることができ、したがって高圧流体を使用する場合でも流体の洩れが確実に防止できる制御器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明による制御器は、弁棒の往復上下動に伴って弁体と弁座との間の流体通路が開閉される弁本体と、弁本体上部に固定されたケーシングと、ケーシング内上方に上下動自在に設けられた作動軸と、作動軸を上下動させる駆動手段と、ケーシング内下方に設けられて作動軸にかかる力を弁棒に伝達する動力伝達手段とを備え、動力伝達手段は、作動軸の下端に設けられかつ作動軸と同心で下方に開口した下広がり円錐台状凹所を有する第１ローラ受け部材と、弁棒上端に設けられた第２ローラ受け部材と、両ローラ受け部材の間に作動軸の軸線に対して対称に配置された一対のローラ支持体と、各ローラ支持体上部に固定された水平な軸(49)に回転自在に嵌められかつ円錐台状凹所のテーパ面に当接する一対の転動ローラと、各ローラ支持体下部に固定された水平な軸(50)に回転自在に嵌められかつ第２ローラ受け部材の上向きローラ受け面に当接する一対の押えローラとを備え、各ローラ支持体が、押えローラの軸線に対して作動軸の軸線から離れる方へ偏心した軸を中心として揺動しうるようにケーシングに支持されているものである。
【０００６】
作動軸を上下させるには、作動軸をばねにより下方に付勢して下方に位置させておき、ソレノイドまたは圧縮空気等の作動流体により作動軸を上方に移動させてもよいし、作動軸をばねにより下方に付勢するとともに、ソレノイドまたは圧縮空気等の作動流体により作動軸を上方に付勢して上方に位置させておき、ソレノイドまたは圧縮空気等の作動流体による力を取り除くことにより作動軸を下方に移動させてもよい。
【０００７】
駆動手段として圧縮空気等の作動流体が使用される場合には、第１ローラ受け部材によりケーシング内が上下２室に分けられて、上室に作動軸を下方に付勢するばねが設けられており、下室内に導入される作動流体により作動軸が上方に付勢されるようになされていることが好ましい。
【０００８】
この明細書において、上下は、図１に示す使用状態についていうものとする。
【０００９】
【作用】
図４を参照すると、作動軸（２１）にかかる力をＦ、第１ローラ受け部材（２４）の円錐台状凹所（２６）のテーパ面（２６ａ）  が垂直面となす角をαとすると、転動ローラ（４６）にはテーパ面（２６ａ）  に対して直角方向に力が働き、一方の転動ローラ（４６）に働くこの力Ｇは、Ｇ＝Ｆ÷２Ｓｉｎ  αとなる。
【００１０】
転動ローラ（４６）に働く力Ｇは、ローラ支持体（４３）および押えローラ（４５）を介して第２ローラ受け部材（１９）に伝達される。
【００１１】
ローラ支持体（４３）の揺動中心軸（７４）と転動ローラ（４６）の軸線（７５）との間の距離をＣ、ローラ支持体（４３）の揺動中心軸（７４）と転動ローラ（４６）の軸線（７５）とを結ぶ線が凹所（２６）のテーパ面（２６ａ）  となす角をγ、ローラ支持体（４３）の揺動中心軸（７４）と押えローラ（４５）の軸線（７６）との水平距離をδ、一方の押えローラ（４５）が第２ローラ受け部材（１９）を押す下向きの力をＮとすると、
Ｎ×δ＝Ｇ×Ｃｏｓ  γ×Ｃが成り立つ。したがって、両方の押えローラ（４５）が第２ローラ受け部材（１９）を押す下向きの力、すなわち弁棒（２）  を押す下向きの力は、２Ｎ＝Ｆ×Ｃｏｓ  γ×Ｃ÷Ｓｉｎ  α÷δとなり、α、γ、δおよびＣを適当な値とすることにより、任意の増幅率により作動軸（２１）にかかる力を弁棒（２）  に増幅して伝達することができる。
【００１２】
【実施例】
この発明の実施例を、以下図面を参照して説明する。なお以下の説明においては、前とは図の左、後とは図の右をいい、左右は前方に向かっていうものとする。
【００１３】
図１から図３までは、この発明の制御器を示しており、制御器は、弁本体（１）  と、弁本体（１）  上部に固定されたケーシング（６１）と、ケーシング（６１）内上方に上下動自在に設けられた作動軸（２１）と、作動軸（２１）を上下動させる駆動装置（２０）と、ケーシング（６１）内下方に設けられて作動軸（２１）にかかる力を弁棒（２）  に伝達する動力伝達装置（４１）とを備えている。
【００１４】
弁本体（１）  は、上方に向かって開口した凹所（１０）、一端が前方に向かって開口しかつ他端が凹所（１０）の底面中央部に開口した流体流入通路（１１）および一端が後方に向かって開口しかつ他端が凹所（１０）の底面後部に開口した流体流出通路（１２）を有する弁箱（３）  と、流入通路（１１）の他端開口（１１ａ）  の周縁に設けられた環状の弁座（４）  と、ダイヤフラム（弁体）（５）  と、ダイヤフラム押え（６）  と、下端にダイヤフラム押え（６）  が取り付けられたディスク（７）  と、ディスク（７）  を上下動させる弁棒（２）  と、弁棒案内孔（１４）を有しナット（９）  によって弁箱（３）  に取り付けられているボンネット（８）  とよりなり、弁棒（２）  の往復上下動に伴って弁体（５）  と弁座（４）  との間の流体通路（１１ａ）  が開閉される。弁棒（２）  外周と弁棒案内孔（１４）孔壁との間にはＯリング（１６）が介在されている。
【００１５】
ケーシング(61)は、上向きに開口した下部ケーシング(62)と下向きに開口した上部ケーシング(64)とよりなる。上部ケーシング(64)内に水平断面円形のシリンダ室(65)が、下部ケーシング(62)内に水平断面方形の動力伝達装置収納室(63)がそれぞれ形成されている。上部ケーシング(64)の頂壁(64a) の中央には、圧縮空気導入兼作動軸案内用の貫通孔(69)があけられている。下部ケーシング(62)の底壁(62a) の中央には、ボンネット挿通孔(67)があけられており、これにボンネット(8) の上端部が挿通されている。そして、ボンネット(8) の上端部に設けられたおねじ部(8a)にロックナット(13)がねじ嵌められることにより、下部ケーシング(62)に弁本体(1) が固定されている。下部ケーシング(62)とボンネット(8) との間および下部ケーシング(62)と上部ケーシング(64)との間には、それぞれＯリング(71)(72)が介在されている。
【００１６】
作動軸（２１）の上端部は、上部ケーシング（６４）の貫通孔（６９）内に挿入された小径部（２３）と、これの下方に連なりシリンダ室（６５）内に挿入された大径部（第１ローラ受け部材）（２４）とよりなる。大径部（２４）外周と上部ケーシング（６４）内周との間にはＯリング（７３）が介在されている。
【００１７】
作動軸（２１）の大径部（２４）の上面および上部ケーシング（６４）の頂壁（６４ａ）  の下面にはそれぞれ環状のばね受け凹所（２８）（７０）が設けられており、作動軸（２１）を下向きに付勢するばね（２２）が、これらのばね受け凹所（２８）（７０）に嵌め入れられて受け止められている。作動軸（２１）には、一端が上部ケーシング（６４）の貫通孔（６９）に連通し他端が動力伝達装置収納室（６３）に連通した圧縮空気流入通路（２７）が設けられている。上部ケーシング（６４）の周壁には、作動軸（２１）が上昇したさいにシリンダ室（６５）内の空気を逃がす空気流出通路（２９）が設けられている。
【００１８】
動力伝達手段（４１）は、作動軸（２１）の大径部（第１ローラ受け部材）（２４）下面に設けられかつ作動軸（２１）と同心で下方に開口した下広がり円錐台状ローラ受け用凹所（２６）と、弁棒（２）  上端に設けられた第２ローラ受け部材（１９）と、ローラ受け用凹所（２６）と第２ローラ受け部材（１９）との間に作動軸（２１）の軸線（７７）に対して対称に配置された一対のローラ支持体（４３）と、各ローラ支持体（４３）上部に回転自在に支持された一対の転動ローラ（４６）と、各ローラ支持体（４３）下部に回転自在に支持された一対の押えローラ（４５）とを備えている。
【００１９】
ローラ受け部材（１９）は円板状であり、ケーシング（６１）内のボンネット（８）  上方に位置させられている。
【００２０】
前後ローラ支持体（４３）は、それぞれ各転動ローラ（４６）および各押えローラ（４５）を左右から挟む左右一対の垂直板（４４）よりなり、各垂直板（４４）には、上端部に円形の転動ローラ軸嵌入孔（４７）、下端部に押えローラ軸嵌入孔（４８）がそれぞれ設けられている。
【００２１】
前後転動ローラ（４６）は左右にのびる水平な軸（４９）に回転自在に嵌められ、この軸（４９）の左右両端部は転動ローラ軸嵌入孔（４７）にそれぞれ嵌め入れられて固定されている。これにより、前後転動ローラ（４６）が前後ローラ支持体（４３）にそれぞれ左右にのびる水平軸回りに回転自在に支持されている。前後転動ローラ（４６）の外周面は、図３に示すように、中央が凸となされており、この中央の凸部分がローラ受け用凹所（２６）のテーパ面（２６ａ）  に当接させられている。
【００２２】
前後押えローラ（４５）は左右にのびる水平な軸（５０）に回転自在に嵌められている。前後押えローラ（４５）の軸（５０）の左右両端部には、その上下両側が削り取られた嵌入部（５３）が形成されており、この嵌入部（５３）がこれに合致した形状となされた押えローラ軸嵌入孔（４８）に嵌め入れられることにより、前後押えローラ（４５）が前後ローラ支持体（４３）にそれぞれ左右にのびる水平軸回りに回転自在に支持されている。前後押えローラ（４５）は、第２ローラ受け部材（１９）の上向きのローラ受け面（１９ａ）  に当接させられている。
【００２３】
前後押えローラ（４５）の軸（５０）には、さらに、前後ローラ支持体（４３）の揺動中心となる前後偏心軸（５１）がその左右両端面に一体に設けられている。前後偏心軸（５１）の軸線（７４）、すなわち揺動中心軸は、前後押えローラ（４５）の軸線（７６）より作動軸（２１）の軸線（７７）から離れる方へ若干偏心して設けられている（図４参照）。
【００２４】
前後ローラ支持体（４３）を左右から挟むように垂直方形板状の左右リテーナ（４２）が配置されており、左右リテーナ（４２）は下部ケーシング（６２）内の左右両側に固定されている。
【００２５】
前後偏心軸（５１）の外側端部が左右リテーナ（４２）に設けられた軸受（５２）にそれぞれ回転可能なように嵌め入れられている。これによって、前後偏心軸（５１）が下部ケーシング（６２）に回転自在にかつ前後・上下・左右移動はできないように支持され、前後ローラ支持体（４３）が前後偏心軸（５１）の軸線（７４）を中心として揺動する。
【００２６】
前後ローラ支持体（４３）が揺動させられると、偏心軸（５１）の軸線（７４）を中心として押えローラ（４５）の軸線（７６）が回転し、これにより押えローラ（４５）軸線（７６）から押えローラ（４５）と第２ローラ受け部材（１９）との接点（７８）までの距離が変化して、押えローラ（４５）が第２ローラ受け部材（１９）を押える力が変化する。
【００２７】
作動軸（２１）を上下動させる駆動装置（２０）は、作動軸（２１）を常時下向きに付勢するばね（２２）と、作動軸（２１）を上方に付勢する圧縮空気を導入する機構とよりなり、圧縮空気は、圧縮空気流入通路（２７）より動力伝達手段収納室（６３）内に導入されこの圧縮空気により、作動軸（２１）が上向きに駆動される。
【００２８】
図１は流路が閉じられた状態を示すもので、作動軸（２１）はばね（２２）力によって下向きに付勢されて下方に位置させられており、これに伴って、前後転動ローラ（４６）は互いに近づく方向に位置させられ、前後押えローラ（４５）は互いに遠ざかる方向に位置させられている。ばね（２２）の弾性力は、転動ローラ（４６）、前後ローラ支持体（４３）および前後押えローラ（４５）を介して第２ローラ受け部材（１９）に伝えられ、弁棒（２）  は下向きに押されている。この力がダイヤフラム（５）  に伝えられて、流入通路（１１）の他端開口（１１ａ）  が閉じられている。
【００２９】
第２ローラ受け部材（１９）にかかる力は、ローラ受け用凹所（２６）のテーパ面（２６ａ）  のテーパ角度、偏心軸（５１）の軸線（７４）と転動ローラ軸（４９）の軸線（７５）との距離、および押えローラ軸（５０）の軸線（７６）と偏心軸（５１）の軸線（７４）との水平距離を適当な値にすることにより、ばね（２２）の弾性力よりも大きくすることができる。この原理を図４を参照して説明する。
【００３０】
作動軸（２１）にかかるばね（２２）の弾性力をＦ、ローラ受け用凹所（２６）のテーパ面（２６ａ）  が垂直面となす角をαとすると、転動ローラ（４６）にはテーパ面（２６ａ）  に対して直角方向に力が働き、前後いずれか一方の転動ローラ（４６）に働くこの力Ｇは、Ｇ＝Ｆ÷２Ｓｉｎ  αとなる。
【００３１】
転動ローラ（４６）に働く力Ｇは、ローラ支持体（４３）および押えローラ（４５）を介して第２ローラ受け部材（１９）に伝達される。
【００３２】
偏心軸（５１）の軸線（７４）と転動ローラ軸（４９）との距離をＣ、転動ローラ軸（４９）の軸線（７５）と偏心軸（５１）の軸線（７４）を結ぶ線とローラ受け用凹所（２６）のテーパ面（２６ａ）  とのなす角をγ、押えローラ軸（５０）の軸線（７６）と偏心軸（５１）の軸線（７４）との水平距離をδ、前後いずれか一方の押えローラ（４５）が第２ローラ受け部材（１９）を押す下向きの力をＮとすると、
Ｎ×δ＝Ｇ×Ｃｏｓ  γ×Ｃが成り立つ。したがって、前後両方の押えローラ（４５）がローラ受け部材（１９）を押す下向きの力、すなわち弁棒（２）  を押す下向きの力は、２Ｎ＝Ｆ×Ｃｏｓ  γ×Ｃ÷Ｓｉｎ  α÷δとなり、α、γ、δおよびＣを適当な値とすることにより、任意の増幅率により作動軸（２１）にかかる力を弁棒（２）  に増幅して伝達することができる。
【００３３】
この実施例では、α＝４０°、γ＝２５°、Ｃ＝１２．５、δ＝１．５とされ、増幅率は約１２倍となされている。
【００３４】
図１に示した状態において、圧縮空気が導入されて作動軸（２１）が上向きに駆動されると、前後転動ローラ（４６）が互いに遠ざかる方向に移動させられ、前後ローラ支持体（４３）が揺動させられ、前後押えローラ（４５）が互いに近づく方向に移動させられる。したがって、押えローラ（４５）の軸線から押えローラ（４５）とローラ受け部材（１９）との接点までの距離が小さくなり、押えローラ（４５）が弁棒（２）  を下向きに押す力がなくなる。すると、ダイヤフラム（５）  が流体圧により押し上げられ、弁が開かれる（図２参照）。
【００３５】
上記の弁を開けるために必要な空気圧は、ばね（２２）の弾性力よりもわずかに大きければ十分であり、ばね（２２）の弾性力は図４に示した増幅原理に基づいて、小さくできるものであるから、弁を開けるために必要な空気圧は小さくてよい。
【００３６】
上記実施例において、弁を開ける時に、作動軸（２１）は空気圧により駆動されているが、空気圧の代わりに例えばソレノイドによって駆動することもできる。
【００３７】
また、作動軸（２１）をばね（２２）により下方に付勢するとともに、ソレノイドまたは圧縮空気等の作動流体により作動軸（２１）を上方に付勢して上方に位置させておき、ソレノイドまたは圧縮空気等の作動流体による力を取り除くことにより作動軸（２１）を下方に移動させてもよい。
【００３８】
なお、図示省略したが、シリンダ室（６５）と動力伝達装置収納室（６３）との間に仕切りプレートを設けて圧縮空気が動力伝達装置収納室（６３）内に導入されないようにし、作動軸の小径部を仕切りプレートに貫通させて、小径部の仕切りプレートより下の部分に下広がりの円錐台状ローラ受け用凹所を有する第１ローラ受け部材を、小径部の仕切りプレートより上の部分に大径部をそれぞれ設け、大径部と仕切りプレートとの間に、大径部を上向きに付勢する圧縮空気を導入するようにしてもよい。図示した実施例のように、作動軸の大径部（２４）が第１ローラ受け部材を兼ね、動力伝達装置収納室（６３）に圧縮空気を導入する構成とすると、仕切りプレートが不要となり、制御器の上下長を短くすることができる。
【００３９】
【発明の効果】
この発明の制御器によると、作動軸にかかる力を任意の増幅率により弁棒に増幅して伝達することができるので、弁を開閉させる空気圧、ばねの弾性力、ソレノイド等の力を上げることなく弁を閉じる力を必要に応じて大きくすることができ、したがって高圧流体を使用する場合でも流体の洩れが確実に防止できる。
【００４０】
駆動手段として圧縮空気等の作動流体が使用され、第１ローラ受け部材によりケーシング内が上下２室に分けられて、上室に作動軸を下方に付勢するばねが設けられており、下室内に導入される作動流体により作動軸が上方に付勢されるようになされているものでは、作動流体が導入される室とこの室の下方にある動力伝達装置を納めた室とを仕切る仕切りプレートが不要となり、その分だけ制御器の長さを短くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による制御器の閉の状態を示す縦断面図である。
【図２】同開の状態を示す縦断面図である。
【図３】この発明による制御器の動力伝達装置を示す分解斜視図である。
【図４】動力伝達装置により作動軸にかかる力が増幅されて弁棒に伝達される原理を示す要部の拡大図である。
【符号の説明】
（１）          弁本体
（２）          弁棒
（４）          弁座
（５）          弁体
（１１）        流体通路
（１９）        第２ローラ受け部材
（１９ａ）        ローラ受け面
（２１）        作動軸
（２４）        作動軸大径部（第１ローラ受け部材）
（２６）        ローラ受け用凹所
（２６ａ）        テーパ面
（４１）        動力伝達装置（手段）
（４３）        ローラ支持体
（４５）        押えローラ
（４６）        転動ローラ
（５０）        押えローラ軸
（５１）        偏心軸
（６１）        ケーシング
【図１】
0003616855.tif 000002
【図２】
0003616855.tif 000003
【図３】
0003616855.tif 000004
【図４】
0003616855.tif 000005