(57)【要約】【課題】固定側部材と回転側部材の摺接面（シール面）に異物が入り込んだ場合でも固定側部材と回転側部材のいずれもが摩耗してしまうことを防止し、両部材が消耗部品になってしまうことを避けることができるロータリ弁を提供する。【解決手段】固定側部材３３と、回転側部材３６とを備え、固定側部材３３と回転側部材３６とが互いに摺接しながら相対回転することにより、固定側部材３３に形成された円弧状溝４０と回転側部材３６に形成された連通孔５２とが断続的に連通するように構成されたロータリ弁において、回転側部材３６をベアリングによって支持し、固定側部材３３をアルミナセラミックスにより形成し、回転側部材３６をカーボンセラミックスにより形成したロータリ弁である。【選択図】図２
2008051146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側部材と、回転側部材とを備え、前記固定側部材と前記回転側部材とが互いに摺接しながら相対回転することにより、前記固定側部材に形成された円弧状溝と前記回転側部材に形成された連通孔とが断続的に連通するように構成されたロータリ弁において、
前記回転側部材をベアリングによって支持し、
前記固定側部材をアルミナセラミックスにより形成し、前記回転側部材をカーボンセラミックスにより形成したことを特徴とするロータリ弁。
【請求項２】
前記ベアリングはスラストベアリングであることを特徴とする請求項１記載のロータリ弁。
【請求項３】
固定側部材と、回転側部材とを備え、前記固定側部材と前記回転側部材とが互いに摺接しながら相対回転することにより、前記固定側部材に形成された円弧状溝と前記回転側部材に形成された連通孔とが断続的に連通するように構成されたロータリ弁において、
前記固定側部材に、前記固定側部材と前記回転側部材の摺接面に液体を供給するための給液孔を形成したことを特徴とするロータリ弁。
【請求項４】
前記給液孔は、前記摺接面に水頭差で液体を供給できるように、前記給液孔より上方に配置された給液タンクに接続されていることを特徴とする請求項３記載のロータリ弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリ弁に係り、特に、真空吸着部により吸着した容器を高速で搬送する容器搬送装置等に好適に用いることができるロータリ弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ロータリ弁は、互いに摺接しながら相対回転する固定側部材と回転側部材とを備えており、例えば、固定側部材側に接続された真空源からの負圧を、回転側部材側に供給する場合などに用いられている。このロータリ弁の一構成例について説明すると、固定側部材には連通孔が形成され、連通孔の一端は、固定側部材の摺接面に形成された円弧状溝に接続される。回転側部材には複数の連通孔が形成され、これら連通孔の一端は、上述した円弧状溝に対向できるように、回転側部材の摺接面で開口している。
【０００３】
このような構成のもとで、回転側部材と固定側部材とが摺接しながら相対回転すると、回転側部材の連通孔が固定側部材の円弧状溝に対向する間だけロータリ弁が開となり、固定側部材に接続された真空源や圧縮空気源と、回転側部材に接続された吸着部等の作動部との間で流体の授受が可能になる。一方、回転側部材の連通孔が固定側部材の円弧状溝からずれると、ロータリ弁が閉となり、回転側部材と固定側部材との間での流体の授受が遮断される。
【０００４】
このように構成されるロータリ弁は、容器を高速で搬送して容器の検査などを行う容器搬送装置等に広く採用されている。一般的な容器搬送装置は、吸着部を有するスターホイールを備え、真空ポンプ等の真空源からの負圧により容器を吸着部に吸着しつつ、スターホイールを高速で回転させて容器を搬送するように構成される。通常、真空ポンプ等の真空源は固定して設置されるため、真空源の配置される固定側から、回転するスターホイール側へ真空源からの負圧を供給するために、上述したロータリ弁が用いられている。
【０００５】
このようなロータリ弁においては、固定側部材と回転側部材とは負圧によって相互に引きつけられながら摺接するために摺接面の摩耗が進みやすい。このため、従来より、固定側部材及び回転側部材を形成する材料として、アルミナセラミックス同士の組み合わせが用いられている。しかしながら、上述したアルミナセラミックス同士の組み合わせの場合には、摺動抵抗が大きく、固定側部材および回転側部材が同時に摩耗するという問題がある。
【０００６】
上述の摩耗問題を解決するため、本件出願人は、特許文献１（特開２００３−９７７４６号）において、固定側部材と回転側部材の両方又はいずれか一方の材料にカーボンセラミックスを用い、回転側部材をスラストベアリングで支持したロータリ弁を提案している。特許文献１に開示されたロータリ弁には、固定側部材と回転側部材のいずれか一方にカーボンセラミックスを用いることの記載はあるものの、具体的な構成としては固定側部材と回転側部材のいずれもカーボンセラミックスを用いた例のみが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−９７７４６号
【０００７】
特許文献１に開示されたロータリ弁においては、組立直後には固定側部材と回転側部材とを直接に摺接させ、摺接面のみで回転側部材を支持させる。この状態で回転側部材を回転すると、固定側部材と回転側部材とが摺動して摺接面が徐々に摩耗していく。この摩耗により、まず、カーボンセラミックスにより形成された回転側部材および固定側部材の摺接面の面精度を出すことができる。固定側部材および回転側部材の摺接面の摩耗がさらに進むと、回転側部材はスラストベアリングにより支持され、摺接面では単に馴染んで接触している程度になるので、それ以上は摺接面の摩耗が進行することがない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のロータリ弁においては、回転側部材をスラストベアリングで支持する状態になったあとで、摺接面（シール面）にガラスや金属の微粉などの異物が入り込んだ場合に、固定側部材および回転側部材のいずれもが摩耗してしまうという問題がある。そして、このように固定側部材および回転側部材のいずれもが摩耗した場合には、真空漏れが起こるという問題があり、また、これら両部材が消耗部品になってしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、固定側部材と回転側部材の摺接面（シール面）に異物が入り込んだ場合でも固定側部材と回転側部材のいずれもが摩耗してしまうことを防止し、両部材が消耗部品になってしまうことを避けることができるとともに、摩耗に起因する真空漏れを防止することができるロータリ弁を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、固定側部材と回転側部材の摺接面に潤滑剤としての機能を有する水等の液体を供給することにより、固定側部材と回転側部材の摺接面において生じていた摩耗を減少させることができるとともに異音の発生を防止することができるロータリ弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、固定側部材と、回転側部材とを備え、前記固定側部材と前記回転側部材とが互いに摺接しながら相対回転することにより、前記固定側部材に形成された円弧状溝と前記回転側部材に形成された連通孔とが断続的に連通するように構成されたロータリ弁において、前記回転側部材をベアリングによって支持し、前記固定側部材をアルミナセラミックスにより形成し、前記回転側部材をカーボンセラミックスにより形成している。
本発明の好ましい態様によれば、前記ベアリングはスラストベアリングである。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、固定側部材と、回転側部材とを備え、前記固定側部材と前記回転側部材とが互いに摺接しながら相対回転することにより、前記固定側部材に形成された円弧状溝と前記回転側部材に形成された連通孔とが断続的に連通するように構成されたロータリ弁において、前記固定側部材に、前記固定側部材と前記回転側部材の摺接面に液体を供給するための給液孔を形成している。
本発明の好ましい態様によれば、前記給液孔は、前記摺接面に水頭差で液体を供給できるように、前記給液孔より上方に配置された給液タンクに接続されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、固定側部材をアルミナセラミックスにより形成し、回転側部材をカーボンセラミックスにより形成したため、硬いアルミナセラミックスは摩耗せずに柔らかいカーボンセラミックスのみが摩耗する。従って、固定側部材と回転側部材の摺接面に異物が入り込んだ場合でも回転側部材のみが摩耗または損傷し、回転側部材のみが消耗部品になりメンテナンスコスト的に非常に有利である。
【００１４】
また、本発明によれば、固定側部材と回転側部材の摺接面に潤滑剤としての機能を有する液体を供給することにより、固定側部材と回転側部材の摺接面において生じていた摩耗を著しく減少させることができるとともに異音の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るロータリ弁の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係るロータリ弁を備えた容器検査装置の平面図である。
図１に示すように、本実施形態に係るロータリ弁を備える容器検査装置は、検査対象となる容器１を容器検査装置に搬入する搬入コンベア２と、搬入コンベア２から容器１を受け取って容器検査部４に搬入する搬入スターホイール３と、搬入スターホイール３から受け取った容器１の検査を行う容器検査部４と、検査を終了した容器１を搬出する搬出スターホイール５と、容器１を装置外に搬出する第１搬出コンベア６ａ及び第２搬出コンベア６ｂとを備えている。
【００１６】
搬入コンベア２は搬入スターホイール３に隣接して配置され、第１搬出コンベア６ａ及び第２搬出コンベア６ｂは搬出スターホイール５に隣接して配置されている。また、搬入スターホイール３に隣接するとともに搬入コンベア２に平行して、インフィードスクリュー７が設けられている。検査対象となる容器１は、搬入コンベア２により矢印Ａ方向から容器検査装置に搬入され、インフィードスクリュー７により一定の間隔が形成されて搬入スターホイール３に順次受け渡される。その後、容器１は、ガイドレール８に案内されつつ搬入スターホイール３により容器検査部４に搬送され、容器検査部４にてＣＣＤカメラを備えた撮像装置９により順次容器１の検査が行われる。そして、検査を終了した容器１は搬出スターホイール５に受け渡され、容器検査部４により不良品と判定された容器１は第１搬出コンベア６ａにより搬送され、良品と判定された容器１は第２搬出コンベア６ｂにより次工程に搬送される。
【００１７】
次に、本実施形態に係るロータリ弁を備えた容器検査部について説明する。
図２は本実施形態に係るロータリ弁を備えた容器検査部の断面図である。図３（ａ）は図２のＢ部拡大断面図であり、図３（ｂ）は本実施形態に係るロータリ弁の組み立て直後を示す拡大断面図である。
【００１８】
図２に示すように、容器検査部４は、検査対象となる容器１を保持しつつ回転するメインロータ２１を備えている。メインロータ２１は主軸２３に固着されており、この主軸２３は軸受２２によって回転自在に支持されている。主軸２３の一端には図示しないモータが接続されており、このモータにより主軸２３が回転駆動されてメインロータ２１が高速で回転するようになっている。
【００１９】
メインロータ２１の外周には、容器１を載置するための複数の支持台２４が配設されており、各支持台２４には容器１を吸着して保持するための吸着パット２５が設けられている。各支持台２４の下部にはプーリ２６が設けられており、プーリ２６のＶ字型溝に当接しながら走行するスピンベルト（図示せず）が、メインロータ２１の外周近傍に設置されている。支持台２４とプーリ２６とは軸２７により接続されていて一体的に回転するように構成されており、プーリ２６のＶ字型溝にスピンベルトが当接することによって支持台２４及び支持台２４に保持された容器１が回転するようになっている。軸２７は、メインロータ２１に固定されるとともに軸受を内蔵した軸受装置２８により回転可能に支持されている。
【００２０】
容器１を吸着するための真空源として、本実施形態では真空ポンプ（図示せず）が使用されている。この真空ポンプは固定して設置されているため、固定側（真空ポンプ側）から回転側（メインロータ側）に負圧を供給するために本実施形態に係るロータリ弁３１が用いられている。ロータリ弁３１は、図３乃至図５に示すように、固定基台３２に固定された円板状の固定側部材３３と、円筒体３５に固定された円板状の回転側部材３６とを備えている。円筒体３５と主軸２３とは、主軸２３に設けられたキー３８を介して連結され、円筒体３５及び回転側部材３６と主軸２３とが一体的に回転するように構成されている。
【００２１】
固定側部材３３と回転側部材３６とは、互いに摺接しながら回転する摺接面（シール面）３９を有している。図４（ａ）および図４（ｂ）は固定側部材を示す図であり、図４（ａ）は固定側部材の摺接面側を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、固定側部材３３の摺接面３９には、略１８０度の角度で伸びている真空用の円弧状溝４０と、略３０度の角度で伸びている圧空用の円弧状溝４１と、給水用の給水孔４２とが形成されている。固定側部材３３には真空用の円弧状溝４０に連通する第１連通孔４３が形成されており、第１連通孔４３は配管４４を介して真空ポンプからなる真空源４５に接続されている。また固定側部材３３には圧空用の円弧状溝４１に連通する第２連通孔４６が形成されており、第２連通孔４６は配管４７を介してコンプレッサ等の圧空源４８に接続されている。さらに、固定側部材３３の給水孔４２は配管５０を介して小容量タンク５５に接続されている。
【００２２】
図５は回転側部材を示す図であり、図５（ａ）は回転側部材３６の摺接面側を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、回転側部材３６の摺接面３９には、円弧状溝４０又は円弧状溝４１又は給水孔４２に対向する位置で開口する複数の連通孔５２が同一円周上に形成されている。そして、回転側部材３６の各連通孔５２は配管５３を介して各吸着パッド２５に接続されている（図２参照）。
【００２３】
固定側部材３３はアルミナセラミックスにより形成されており、このアルミナセラミックスは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする焼結体で、高緻密で高硬質なアルミナ質を活かし、耐熱性、絶縁抵抗特性が他のセラミックスより良好である。一方、回転側部材３６はカーボンセラミックスにより形成されており、このカーボンセラミックスは、原料のベースとなる半成コークスに、極めて微細化したＳｉＣ、Ｂ４Ｃなどのセラミックスを複合化して生成されたものであり、次のようなさまざまな優れた性質を備えている。
【００２４】
例えば、カーボンセラミックスでは、黒鉛マトリックス中に微細なＳｉＣやＢ４Ｃ等のセラミックスが粒成長して均一に分散しており、これらのセラミックスが大気中の酸素と反応してカーボンセラミックスの表面上に約７０μｍ程度のガラス層（ＳｉＯ２・Ｂ２Ｏ３）を形成している。そして、このガラス層により、カーボンセラミックスの表面上では良好な潤滑性を得ることができる。なお、ガラス層が形成される反応式は次の式で表される。
ＳｉＣ＋Ｂ４Ｃ＋Ｏ２  →  ＳｉＯ２・Ｂ２Ｏ３＋ＣＯ２
また、カーボンセラミックスは、機械加工性に優れているため、低コストで所望の形状に容易に加工することができる。その他にも、高強度、耐熱衝撃性、低吸水性などの優れた性質を有している。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、本実施形態に係るロータリ弁３１は、回転側部材３６を支持するためのスラストベアリング５１を備えている。スラストベアリング５１は、固定側部材３３が固定される固定基台３２に設置され、回転側部材３６が固着される円筒体３５を支持している。即ち、回転側部材３６は、上述した摺接面３９で支持されるとともに、円筒体３５を介してスラストベアリング５１によっても支持されている。
【００２６】
次に、固定側部材３３と回転側部材３６の摺接面（シール面）３９に給水するための給水系統について図２を参照して説明する。
図２に示すように、固定側部材３３の給水孔４２は、配管５０を介して小容量タンク５５に接続されている。小容量タンク５５は配管５６によって大容量タンク５７に接続されている。配管５０には、開閉バルブＶ１、ニードルバルブＶ２、第１電磁弁ＥＶ１が設置されている。配管５６には、開閉バルブＶ４、第２電磁弁ＥＶ２が設置されている。また小容量タンク５５には第１水位センサＳ１、第２水位センサＳ２が設置されている。なお、小容量タンク５５には空気抜き用の配管５８が設けられている。
【００２７】
上述のように構成された給水系統によれば、装置の運転中には、第１電磁弁ＥＶ１がＯＮし、小容量タンク５５から配管５０を介して固定側部材３３の給水孔４２に給水され、その結果、固定側部材３３と回転側部材３６の摺接面（シール面）３９に給水される。
大容量タンク５７から小容量タンク５５への水の補給は次のようにして行われる。すなわち、第１水位センサＳ１および第２水位センサＳ２がＯＦＦ状態にあるときには、小容量タンク５５の水位が第２水位センサＳ２よりも下方にある。従って、第１水位センサＳ１および第２水位センサＳ２がＯＦＦのときには、第２電磁弁ＥＶ２がＯＮし、大容量タンク５７から小容量タンク５５に水が補給される。そして、第２水位センサＳ２および第１水位センサＳ１がＯＮになると、小容量タンク５５の水位が第２水位センサＳ２の位置まで回復したことになり、第２電磁弁ＥＶ２がＯＦＦし、大容量タンク５７から小容量タンク５５への水の補給が停止される。なお、第２電磁弁ＥＶ２がＯＮしてから一定時間経っても第１水位センサＳ１がＯＮしない場合にはアラームが発せられる。また、運転を開始してから一定時間経っても第２水位センサＳ２がＯＦＦしない場合には、給水不良のアラームが発せられる。
【００２８】
図２乃至図５に示すように構成されたロータリ弁３１によれば、回転側部材３６が固定側部材３３に摺接しながら回転すると、回転側部材３６に形成された連通孔５２が固定側部材３３に形成された円弧状溝４０に対向した位置にある間は真空源４５からの負圧が円弧状溝４０および回転側部材３６の連通孔５２を介して吸着パット２５に供給され、容器１が吸着パット２５により吸着保持される。また、回転側部材３６の連通孔５２が円弧状溝４０からずれると、真空源４５からの負圧が遮断されて吸着パット２５による容器１の吸着保持が解除される。その直後に、回転側部材３６の連通孔５２が固定側部材３３に形成された圧空用の円弧状溝４１に対向し、コンプレッサ等の圧空源４８からの圧縮空気が円弧状溝４１および回転側部材３６の連通孔５２を介して吸着パット２５に供給され、圧縮空気が吸着パット２５より噴出され、容器１は吸着パット２５より完全に離脱する。
【００２９】
ここで、ロータリ弁においては、固定側部材３３と回転側部材３６とを常に摺接させて気密性を確保する必要がある。このため、回転側部材３６がスラストベアリング５１により支持された場合でも、固定側部材３３と回転側部材３６との間に隙間が生じないようにしなければならない。そこで、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、組み立て直後の構成として、スラストベアリング５１と円筒体３５との間に３０μｍ程度の隙間ｄを設けて、摺接面３９のみで回転側部材３６を支持させる。この状態で回転側部材３６が回転すると、固定側部材３３と回転側部材３６とが摺動して、カーボンセラミックスからなる回転側部材３６の摺接面３９が徐々に摩耗していく。この摩耗により、まず、カーボンセラミックスにより形成された回転側部材３６の摺接面３９の面精度を出すことができる。
【００３０】
摺接面３９の摩耗がさらに進むと、やがて円筒体３５がスラストベアリング５１に接触し、徐々にスラストベアリング５１にかかる荷重が増大する。そして、最終的には、回転側部材３６及び円筒体３５はほとんどスラストベアリング５１によって支持され、摺接面３９では、単に馴染んで当接している程度になるので、それ以上は摺接面３９の摩耗は進行することがない。なお、使用するスラストベアリングとしては、特にニードルローラベアリングが好適である。
【００３１】
本実施形態のロータリ弁によれば、ロータリ弁の稼働中に常時、小容量タンク５５から固定側部材３３と回転側部材３６の摺接面３９に給水することができる。摺接面３９への給水は小容量タンク５５と摺接面３９との水頭差によって行われ、給水量は２０〜３０ｍｌ／ｈと極めて少量である。この給水により摺接面３９の潤滑が行われ、摺接面３９の摩耗を著しく減らすことができるとともに、異音の発生を防止することができる。なお、回転側部材３６の各連通孔５２は、円弧状溝４０、円弧状溝４１、給水孔４２の順序で連通される方向に回転するように設定されているため、回転側部材３６の各連通孔５２が、給水孔４２に対向するときには、既に吸着パット２５と配管５３は大気圧になっている。したがって、吸着パット２５や配管５３に水が吸い込まれることはない。また、摺接面３９への給水量は２０〜３０ｍｌ／ｈと極めて少量であるため、摺接面３９から水が溢れることはなく、また、摺接面３９を伝わって真空源４５に水が吸い込まれるおそれもない。
【００３２】
次に、上述のように構成された容器検査部の動作について説明する。
メインロータ２１が回転して搬入スターホイール３から容器１が受け渡される位置に近づくと、メインロータ２１と一体的に回転する回転側部材３６の連通孔５２が固定側部材３３の円弧状溝４０に近づく。そして、容器１の受け渡し位置の直前に、回転側部材３６の連通孔５２と固定側部材３３の円弧状溝４０とが対向し、これにより、回転側部材３６の連通孔５２と第１連通孔４３とが連通する。即ち、真空源４５からの負圧が吸着パット２５に供給され、吸着パット２５が吸着可能な状態になる。この状態で、容器１が搬入スターホイール３からメインロータ２１に受け渡され、同時に、容器１の底面が吸着パット２５により吸着保持される。
【００３３】
吸着パット２５によって保持された容器１はメインロータ２１により搬送され、搬送中に撮像装置９により容器１の検査が行われる。検査を終了した容器１が搬出スターホイールへ５の受け渡し位置にさしかかると、回転側部材３６の連通孔５２は円弧状溝４０からずれ、吸着パット２５の吸着状態が解除される。その直後に、回転側部材３６の連通孔５２が固定側部材３３の円弧状溝４１に対向し、その結果、圧縮空気が吸着パット２５に供給され、容器１は吸着パット２５より完全に離脱する。そして、メインロータ２１を離れた容器１は搬出スターホイール５へ受け渡される。
【００３４】
上述した実施形態においては、固定側部材３３と回転側部材３６の摺接面３９に、固定側部材３３に形成された給水孔４２から潤滑剤としての水を供給する例を説明したが、潤滑作用を有する液体であれば、水に限らずに他の液体であってもよい。給水孔４２は液状の潤滑剤を摺接面３９に供給するための給液孔として機能する。また、小容量タンク５５は、摺接面３９に水頭差で液体を供給するための給液タンクとして機能する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施形態に係るロータリ弁を備えた容器検査装置の平面図である。
【図２】本実施形態に係るロータリ弁を備えた容器検査部の断面図である。
【図３】図３（ａ）は図２のＢ部拡大断面図であり、図３（ｂ）は本実施形態に係るロータリ弁の組み立て直後を示す拡大断面図である。
【図４】図４（ａ）は固定側部材の摺接面側を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】図５（ａ）は回転側部材３６の摺接面側を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      容器
２      搬入コンベア
３      搬入スターホイール
４      容器検査部
５      搬出スターホイール
６ａ，６ｂ    搬出コンベア
７      インフィードスクリュー
８      ガイドレール
９      撮像装置
２１    メインロータ
２２，２３    軸受
２４    支持台
２５    吸着パット
２６    プーリ
２７    軸
２８    軸受装置
３１    ロータリ弁
３２    固定基台
３３    固定側部材
３５    円筒体
３６    回転側部材
３８    キー
３９    摺接面
４０，４１    円弧状溝
４２    給水孔
４３，４６，５２    連通孔
４４，５０，５３，５６    配管
４５    真空源
４７    配管
４８    圧空源
５１    スラストベアリング
５５    小容量タンク
５７    大容量タンク
Ｖ１    開閉バルブ
Ｖ２    ニードルバルブ
Ｖ４    開閉バルブ
ＥＶ１，ＥＶ２  電磁弁
Ｓ１，Ｓ２    水位センサ
【図１】
2008051146.tif 000003
【図２】
2008051146.tif 000004
【図３】
2008051146.tif 000005
【図４】
2008051146.tif 000006
【図５】
2008051146.tif 000007