(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボデーに内蔵した弁体をステムを介して回転させ、前記ボデーに設けたアクチュエータで前記ステムを回動させるようにしたアクチュエータ付き回転弁であって、前記ボデーのステム軸装側の外周頂部と同等又は同等以下の前記ボデーの両側位置に一対のフランジ部を互い違いに突設形成すると共に、前記外周頂部を跨いで前記フランジ部に前記アクチュエータを位置させ、かつこのアクチュエータの底面側に設けた固着部と前記フランジ部にボルトを螺合した状態で前記フランジ部に前記アクチュエータを取付けたことを特徴とするアクチュエータ付き回転弁。
【請求項２】
前記ボデー内に貫通孔を有するボールを前記ステムを介して回転自在に設け、このステムの上端を前記アクチュエータの出力軸と連結させた請求項１に記載のアクチュエータ付き回転弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ付き回転弁に関し、詳しくは機器などに組み込むことができ、しかもコンパクト性に優れた小型電動弁の装着構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アクチュエータをバルブに搭載したアクチュエータ付きの回転弁として、例えば、特許文献１の電動ボール弁が知られている。同文献１においては、電動アクチュエータの下部に２本の脚部が延設され、この脚部に穿設されたボルト穴と、ボール弁のボンネット上の突設部位に形成されたねじに止めねじを螺着することでボール弁と電動アクチュエータとを固定したボール弁が記載されている。
特許文献２においては、バルブとアクチュエータとがヨークを介して連結されており、バルブのボンネットにヨーク下部側の円筒部を嵌合した状態でボルトを螺入し、アクチュエータの底面側基板にヨーク上部側のフランジをボルト止めすることにより、バルブとアクチュエータとを固定した連結構造が開示されている。
このようにアクチュエータをバルブに搭載する場合には、アクチュエータの底部側やバルブの上面側に取付け用のフランジ、タップ座を設けたり、取付け用の枠状のヨークを別途設け、これらをボルトで締結することにより一体化する場合が一般的である。
【０００３】
ところで、例えば、各種機器の内部の配管ラインなどにおいては、流体の集中制御や装置のシステム化を図るためにこの種のアクチュエータ付き回転弁が設けられることが多く、この回転弁には小型化される機器内の限られた設置スペースに配設するためにコンパクト化が要求されている。この場合、アクチュエータ付き回転弁の設置高さを低くすることが重要になり、更に、これに加えて機器内の狭い設置スペースにも容易に装着できる構造であり、狭い作業スペースにおいても装着作業性を確保する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１３４２２３号公報
【特許文献２】実公平６−２７９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、アクチュエータに脚部、ボンネットにねじを有する突設部位を設け、これらを止めねじで螺着してアクチュエータとボール弁とを固定しているため、この脚部、突設部位の分だけ全体が高さ方向に延長することになる。
特許文献２においては、バルブとアクチュエータ連結用のヨークを設けているため、このヨークの分だけ高さ方向に高くなる。このようにアクチュエータの底部側やバルブの上面側に取付け用フランジ、タップ座を設けたり、取付け用ヨークを別途設けてバルブとアクチュエータとを装着する構造の場合、設置高さが高くなって全体が大きくなると同時にボルトを締結するための作業スペースも大きくなるため全体のコンパクト化が難しくなる。このことから、これらのアクチュエータ付きバルブを小型化が必要な機器内の設置スペースに設けることができず、その結果、機器全体の大型化にも繋がる。
【０００６】
接続用フランジの形状は、一般的にバルブのサイズに比例せず共用の寸法構成になっているため、バルブのサイズが大きくなると下側からみて接続用フランジのボルト貫通穴がバルブ本体に隠れ、接続時のボルトの締付けが困難になる。
これらのことを考慮した場合、十字穴やマイナス穴、六角穴付きボルトなどの垂直方向から締付けるボルトの使用は困難になる。一方、六角ボルトなどの横方向から締付けるボルトの使用は可能であるが、電動工具などを使用して締付けることが困難であり接続時の作業性が悪い。
【０００７】
本発明は、従来の課題点に鑑みて開発したものであり、その目的とするところは、極力コンパクト化を図り、例えば機器などにコンパクトに組み込むことを可能とし、小型でありながら省スペース化を図って狭い設置場所にも配設可能にしたアクチュエータ付き回転弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ボデーに内蔵した弁体をステムを介して回転させ、前記ボデーに設けたアクチュエータで前記ステムを回動させるようにしたアクチュエータ付き回転弁であって、前記ボデーのステム軸装側の外周頂部と同等又は同等以下の前記ボデーの両側位置に一対のフランジ部を互い違いに突設形成すると共に、前記外周頂部を跨いで前記フランジ部に前記アクチュエータを位置させ、かつこのアクチュエータの底面側に設けた固着部と前記フランジ部にボルトを螺合した状態で前記フランジ部に前記アクチュエータを取付けたアクチュエータ付き回転弁である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、ボデー内に貫通孔を有するボールをステムを介して回転自在に設け、このステムの上端をアクチュエータの出力軸と連結させたアクチュエータ付き回転弁である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によると、設置高さを最小限に抑えて極力コンパクト化を図ることができ、例えば機器などにコンパクト化を維持しながら組み込むことが可能になり、小型でありながら省スペース化を図って狭い設置場所にも配設可能になり、加工精度や流路の調整作業を必要とすることなくバルブとアクチュエータとを所定の位置関係で高精度かつ容易に着脱することが可能になる。これにより、一般的な水処理機器、食品消毒用の水の供給機器などの薬品機器、農業肥料混合機器などの各種の機器内の狭い設置スペースに搭載してこれらを自動化により開閉制御して各種の混合装置等の装置システムを構築することも可能になる。また、バルブとアクチュエータとの余計な干渉を回避しながらこれらを位置決め固着してコンパクト化でき、フランジ部の投影面積を最小にして配置スペースをより少なくできる。ボルトの締結間隔を長く確保して締付け後の強度を向上でき、回転弁を繰り返し回転操作したり振動が発生した場合にも、ボルトを緩みにくくしてバルブとアクチュエータとの接続を強固にできる。フランジ部とアクチュエータの固着部とをボルトで簡単にバルブの下方側から固着でき、メンテナンスのためのスペースも少なく抑えることが可能となる。
【００１７】
請求項２に係る発明によると、組立後の全体の高さを低く抑えながらステム上端とアクチュエータ出力軸とを連結でき、このステムと出力軸とを位置決め状態で連結できるためアクチュエータにより高精度にバルブを回転制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のアクチュエータ付き回転弁の第１実施形態を示した分離斜視図である。
【図２】図１のバルブとアクチュエータとの接続状態を示した正面図である。
【図３】図２の側面図である。
【図４】図３の概略中央縦断面図である。
【図５】本発明のアクチュエータ付き回転弁の第２実施形態を示す概略縦断面図である。
【図６】本発明のアクチュエータ付き回転弁の第３実施形態を示した平面図である。
【図７】（ａ）は、本発明のアクチュエータ付き回転弁の第４実施形態を示した分離斜視図である。（ｂ）は、本発明のアクチュエータ付き回転弁の第４実施形態を示した一部切欠き縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明におけるアクチュエータ付き回転弁の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１においては、本発明のアクチュエータ付き回転弁の第１実施形態を示す分離斜視図、図２においては図１のバルブとアクチュエータとの接続状態を示す正面図、図３には図２の側面図を示している。
【００２０】
図１〜３において、本発明におけるアクチュエータ付き回転弁は、着脱可能なバルブ１とアクチュエータ２とを有し、例えば、図示しない各種機器の内部やプラントの一部などに自動操作用バルブとして配設される。
【００２１】
図４に示すように、バルブ１は、例えば、ボールバルブからなる回転弁構造を呈し、バルブ１のボデー４内部に貫通孔５ａを有するボールからなる弁体５が内蔵され、ボデー４のステム軸装側に形成された短筒部６を介してこの弁体５にステム７が接続されている。ステム７の上端７ａはアクチュエータ２の出力軸２０と連結されており、弁体５は、ボデー４に接続されたアクチュエータ２の回転操作によりステム７を介して回動される。ボデー４内には流路４ａが設けられており、弁体５の回転によりこの流路４ａが開閉される。
【００２２】
ステム７軸装側の短筒部６には外周面６ａと内周面６ｂとが設けられ、この短筒部６のアクチュエータ２搭載側には上面６ｃが形成されている。後述するようにバルブ１とアクチュエータ２とを一体化する際には、これらの外周面６ａ、内周面６ｂ、上面６ｃを介してバルブ１とアクチュエータ２とが位置決め可能になる。
図１において、ボデー４のステム７軸装側の周囲には外周頂部８が形成され、この外周頂部８と同等又は同等以下のボデー４の両側面位置に、一対のフランジ部９、９が横方向に突出形成されている。フランジ部９は、流路４ａの軸芯Ｐを中心に線対称の位置に設けられている。フランジ部９には、固定手段であるボルト１０を挿入可能な連通穴１１が形成されている。ステム７の上端７ａには平行二面部１２が形成され、この平行二面部１２は短筒部６の上面６ｃよりもやや突設して形成される。
【００２３】
ここで上記の外周頂部８とは、ボデー４の短筒部６側の頂部位置をいい、本例のようにボデー４が断面６角形であればボデー４の短筒部６側の頂部をいい、この頂部に図１に示すようなフラット面を形成すればこのフラット面の頂部面をいい、また、ボデー４が断面円形であればボデー４の短筒部６側の円形頂部をいう。
【００２４】
フランジ部９は、図１、図２に示すように、ボデー４の外周頂部８と同等又は同等以下で且つボデー４の流路軸芯よりも上方に配置される。フランジ部９を、ボデー４の外周頂部と同等または同等以上に配置するのは、フランジ部９とアクチュエータの固着部とを接続するボルト１０を短く設定するためである。また、フランジ部９をボデー４の流路軸芯Ｐよりも上方に配置するのは、バルブが機器に組み込まれ、バルブのボデー底面が機器の壁面などに固定された状態であっても、六角穴付ボルトなどの締結用工具をフランジ部の下方から容易に締付するためである。このフランジ部９の連通穴１１に対して、ボルト１０が下側のみから螺合され、このボルト１０によりフランジ部９とアクチュエータ２に設けた固着部２１とが固着される。これにより、アクチュエータ２とバルブ１との接続距離を短くして全体の高さを低く抑えながらこれらを一体化できる。
【００２５】
アクチュエータ２は電動式からなっており、このアクチュエータ２の内部には図示しない電動モータ、このモータからの回転を減速して伝達する減速ギア群、リミットスイッチ、インジケータ部、コンデンサ等の制御部、図に示した出力軸２０などの内部部品が設けられる。各内部部品はアクチュエータ２内の所定位置に収納される。図においては、内部部品のうちの出力軸２０のみを示しており、その他の内部部品を省略している。
【００２６】
出力軸２０は、上部側が減速ギア群の図示しない最終段歯車に圧入されてこの最終段歯車と同軸に保たれながらステム７に接続可能になっている。出力軸２０の中間位置付近には図示しない軸受やＯリングが取付けられ、これを介して出力軸２０が回動可能に設けられている。出力軸２０の先端には、ステム７の平行二面部１２と嵌合可能な凹状溝２２が形成されている。
【００２７】
アクチュエータ２において、モータが回転するとこの回転は内部部品を介して減速されて出力軸２０に出力される。出力軸２０の回転は凹状溝２２、平行二面部１２を介してステム７に伝達され、弁体５が所定の開度に回転制御される。アクチュエータ２は、いわゆるクォーターターン式の回転弁の回転操作用になっている。図示しないが、減速歯車列に噛合させたカム部とこのカム部にインジケータを設けるようにしてもよく、この場合には出力軸の回転状態をカム部とインジケータとを介して外部に表示し、動作状態を外部から確認可能となる。
【００２８】
アクチュエータ２の底面部２５には嵌入凹部２６が形成されており、この嵌入凹部２６は短筒部６と嵌合可能な形状に設けられている。アクチュエータ２をボデー４に接続するに際して、嵌入凹部２６に短筒部６の外周面６ａを嵌合したときには、アクチュエータ２をボデー４のステム軸装側に径方向の位置決めがされる。嵌入凹部２６は、短筒部６を嵌合して径方向の位置決めをできる形状、例えば、円筒形状であればよい。また、アクチュエータ２のボデー４軸装側への径方向へのその他の位置決めとしては、図５に示すように、出力軸２０を短筒部６の内周面６ｂに嵌合可能に設けたり、或は嵌入凹部２６に短筒部６の外周面６ａを嵌合可能に設けたり、或は出力軸２０を短筒部６の内周面６ｂに嵌合可能に設けることも可能である。
【００２９】
さらに、アクチュエータ２をボデー４に接続するに際して、アクチュエータ２の底面側に設けた嵌入凹部２６を短筒部６の上面６ｃに当接可能、又はアクチュエータ２の底面部２５を外周頂部８に当接可能、或はアクチュエータ底面部２５の両側に設けた突起状の固着部２１をフランジ部９に当接可能に設けられている。これらの各部分同士を当接させることにより、アクチュエータ２をボデー４に対して高さ方向の位置決めをすることが可能になっている。
本実施形態では、図４に示すようにアクチュエータ底面部２５の嵌入凹部２６の底面側に短筒部上面６ｃを当接させているが、アクチュエータ底面部２５の態様としては、このような凹状形状に設ける以外にも、図示しないフラット面やボス部の形状に設けることもできる。
【００３０】
上記構成により、ボデー４の外周頂部８を跨いでフランジ部９にアクチュエータ２を位置させて、このアクチュエータ２の両側の固着部２１、２１とボデー４のフランジ部９、９とをボルト１０により取付けることで、アクチュエータ２がバルブ１に取付けられる。その際、固着部２１には雌ネジ２７が設けられ、ボルト１０の雄ネジ２８はこの雌ネジ２７に螺着する。
【００３１】
このときボデー４とアクチュエータ２とを、短筒部６と嵌入凹部２６との嵌合、又は短筒部６と出力軸２０との嵌合により、これらを接続する向きに対して径方向の位置決めをしながら固着するようにした。
【００３２】
さらに、ボデー４とアクチュエータ２とを、短筒部６の上面６ｃと嵌入凹部２６との当接、又は外周頂部８と底面部２５との当接、或はフランジ部９と固着部２１との当接により、接続向きに対して高さ方向の位置決めをしながら固着するようにした。
【００３３】
なお、上記実施形態においては、バルブ１をボールバルブとしているが、アクチュエータ２で駆動可能なバルブであれば、ボールバルブ以外のバルブであってもよく、例えばバルブ１としてバタフライバルブを用いるようにしてもよい。この場合にも、ボールバルブの場合と同様に、アクチュエータ２を着脱可能に設けることができる。また、アクチュエータ２を電動式としているが、空圧駆動のアクチュエータとしてもよい。バルブ１のステム７の上端７ａに平行二面部１２、アクチュエータ２の出力軸２０の先端側に凹状溝２２を設けているが、これらを逆にした組み合わせとしてもよい。
【００３４】
バルブ１とアクチュエータ２とを一体に組み立てる場合には、図１において、弁体５の貫通孔５ａを流路４ａと平行になる向きに全開状態にし、一方、アクチュエータ２も全開状態にした状態で、凹状溝２２に平行二面部１２を嵌合させながら嵌入凹部２６に短筒部６を嵌入させる。これにより、ボデー４とアクチュエータ２との径方向の位置決めが完了する。また短筒部６の上面６ｃと嵌入凹部２６との当接により、ボデー４とアクチュエータ２との高さ方向の位置決めが完了し、フランジ部９に固着部２１が対向された状態でバルブ１にアクチュエータ２が仮着される。
【００３５】
続いて、フランジ部９の連通穴１１の下側から固着部２１の雌ネジ２７にボルト１０の雄ネジ２８を螺合させてこのボルト１０によりフランジ部９と固着部２１とを固着する。ボルト１０の締結時には、フランジ部９がボデー４の両側位置に張り出すように形成されていることで、このボルト１０や図示しない締結用工具がバルブ１に干渉することなくフランジ部９の下方側から容易に締付けでき、サイズの大きいバルブ１を接続する際にも、ボルト１０を下方側から簡単に締付けて一体化できる。この場合、アクチュエータ２と貫通孔５ａとの全開時の位置関係を確保しながら接続できる。
【００３６】
このように、ボデー４のステム７軸装側の外周頂部８と同等又は同等以下のボデー４の両側位置にフランジ部９を設けると共に、外周頂部８を跨いでフランジ部９にアクチュエータ２を位置させて、固着部２１とフランジ部９とをボルト１０を介して取付けているため、バルブ１とアクチュエータ２との接続に要する高さ寸法を最小にして製品の全体高さ寸法を低く抑えてコンパクト化を図ることが可能になる。このコンパクト化により、狭い設置スペースにも設置できる。
【００３７】
しかも、ボデー４とアクチュエータ２とを、短筒部６と嵌入凹部２６との嵌合、又は短筒部６と出力軸２０との嵌合により径方向の位置決めをしているので、ステム７と出力軸２９とを軸芯方向に調整することなくボデー４とアクチュエータ２とを嵌合するだけで出力軸２０とステム７とを同軸状態に接続でき、接続後には出力軸２０からの回転を効率的にステム７に伝達できる。
【００３８】
さらに、ボデー４とアクチュエータ２とを、短筒部６の上面６ｃと嵌入凹部２６との当接、又は外周頂部８とアクチュエータ底面部２５との当接、或はフランジ部９と固着部２１との当接により高さ方向の位置決めをしているので、短筒部６と嵌合凹部２６とを嵌合させたときにバルブ１とアクチュエータ２との高さを合わせることができ、これらを高さ方向に調整することなく所定の位置決め状態に接続できる。このとき、短筒部上面６ｃと嵌入凹部２６、外周頂部８と底面部２５、フランジ部９と固着部２１とは、何れもフラット面同士により当接するため、バルブ１とアクチュエータ２とを安定した状態で固定可能になる。
なお、バルブ１からアクチュエータ２を取り外す際には、ボルト１０を緩めることで簡単に取り外しできる。
【００３９】
図５においては、本発明のアクチュエータ付き回転弁の第２実施形態を示している。なお、この実施形態以降において、前記実施形態と同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。このアクチュエータ付き回転弁では、短筒部３０と出力軸２０とを嵌合させながらバルブ１とアクチュエータ２とを接続したものである。この場合、短筒部３０の内周面３０ａに出力軸２０の外周面２０ａを挿入することで短筒部３０に出力軸２０を嵌入してバルブ１とアクチュエータ２とを径方向の位置決めをできる。さらに、この実施形態において、前記実施形態と同様に嵌入凹部２６と短筒部６とを嵌合可能に設けるようにすれば、２箇所の径方向の位置決めがなされる。
【００４０】
図６においては、本発明のアクチュエータ付き回転弁の第３実施形態を示している。このアクチュエータ付き回転弁では、バルブ１のボデー４の両側位置に外周頂部８と同等又は同等以下の一対のフランジ部３１、３１を互い違いに突設形成し、このフランジ部３１と一点鎖線に示したアクチュエータ２の固着部２１とを、図１のボルト１０で固着可能に設けたものである。この場合、フランジ部３１の投影面積を最小にしつつ、ボルト１０の締結間隔を長く確保できる。そのため、締付け後の強度が向上し、繰り返しの回転動作や振動等の発生に対してもボルト１０が緩みにくくなり、バルブ１とアクチュエータ２との接続を強固に維持できる。
【００４１】
図６において、比較のために、第１実施形態のフランジ部（流路の軸芯Ｐを中心とする線対称位置）を点線で示す。前記した互い違いとは、２つのフランジ部をステムの軸芯を中心に相反する位置に離すことをいい、具体的には、本実施形態において、ステム７の軸芯Ｑを中心とする点対称位置に配置している。このとき、同じ長さＴの外周頂部８を有する第１実施形態のフランジ部９、９及び本実施形態のフランジ部３１、３１について、フランジ部の幅Ｗの寸法は同じである。しかし、本実施形態では、フランジ部３１、３１を互い違いに配置することで、本実施形態におけるボルトの締結間隔Ｌ２を第１実施形態のボルトの締結間隔Ｌ１よりも長く設定することができる。具体的には、Ｌ２＝Ｌ１ｃｏｓθとなり（本実施形態ではθ≒３０°）、Ｌ２＞Ｌ１の関係となっている。
従って、フランジ部の幅Ｗ、すなわち投影面積を最小にしつつ、ボルトの締結間隔を長く確保することができ、アクチュエータの固定に必要なモーメント力を得ることができる。
【００４２】
図７（ａ）、図７（ｂ）においては、本発明のアクチュエータ付き回転弁の第４実施形態を示している。このアクチュエータ付き回転弁では、上述したバルブ１に対して、上記とは異なる構造のアクチュエータ５０を取付けたものである。アクチュエータ５０は、ケース本体５１とこのケース本体５１に着脱可能な被覆用のカバー体５２とを有し、これらのケース本体５１、カバー体５２の内部に図示しない内部部品が収納されて全体が小型化されて高さも低く抑えられている。図７（ｂ）に示すように、アクチュエータ５０の底面部５３の両側には、円筒状の固着部５４、５４が垂下形成され、この固着部５４を介してボルト１０によりバルブ１とアクチュエータ５０とが固着される。
このように、ケース本体５１の底面部５３からボルト１０固着用の固着部５４を形成することにより、アクチュエータ５０のコンパクト性を維持しつつバルブ１とアクチュエータ２との一体化が可能になる。
なお、上述の各実施形態においては、アクチュエータの固着部をアクチュエータの両側に垂下形成しているが、この垂下形成しているが、この垂下形成部位を設けることなくアクチュエータ本体の底面に直接、固着部を設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  バルブ
２  アクチュエータ
４  ボデー
５  ボール（弁体）
５ａ  貫通孔
６  短筒部
６ａ  外周面
６ｂ  内周面
６ｃ  上面
７  ステム
７ａ  上端
８  外周頂部
９  フランジ部
１０  ボルト（固定手段）
２０  出力軸
２１  固着部
２５  底面部
２６  嵌入凹部
【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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