(57)【要約】【課題】  小さな浮力で大きな回転力が得られ、フロートの昇降ストロークを縮小することができるフロート式バタフライ弁を提供する。【解決手段】  フロート６と弁棒９とを連動連結する連結機構１２は、フロート６に垂下して取付けられたフロートバー１３と、弁棒９の端部に連結された弁棒側アーム１４と、支点１５を中心として水平軸心回りに揺動自在な連結アーム１６とで構成され、連結アーム１６の一端がフロートバー１３に連結され、連結アーム１６の他端が弁棒側アーム１４に連結され、支点１５から弁棒側アーム１４との連結点までの長さを、支点１５からフロートバー１３との連結点までの長さよりも短くした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水位の変動に応じて開閉するフロート式バタフライ弁であって、
弁箱内に、弁体が弁棒を介して回転自在に設けられ、
上記水位の変動に応じて昇降自在なフロートと上記弁棒とが連結機構を介して連動連結され、
上記連結機構は、フロートに作用する浮力を梃子の原理によって増大させ回転力として弁棒に伝えることを特徴とするフロート式バタフライ弁。
【請求項２】
連結機構は、フロートに垂下して取付けられたフロートバーと、弁棒の端部に連結された弁棒側アームと、支点を中心として水平軸心回りに揺動自在な連結アームとで構成され、上記連結アームの一端がフロートバーに連結され、連結アームの他端が弁棒側アームに連結され、
上記支点から弁棒側アームとの連結点までの長さを、支点からフロートバーとの連結点までの長さよりも短くしたことを特徴とする請求項１記載のフロート式バタフライ弁。
【請求項３】
水位の変動に応じて開閉するフロート式バタフライ弁であって、
弁箱内に、弁体が弁棒を介して回転自在に設けられ、
上記水位の変動に応じて昇降自在なフロートと上記弁棒とが連結機構を介して連動連結され、
上記連結機構はフロートに作用する浮力を回転力として弁棒に伝えるものであり、
上記フロートは、水平断面の面積が上下いずれの箇所においても同一となるような矩形状に形成されていることを特徴とするフロート式バタフライ弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水位の変動に応じて開閉するフロート式バタフライ弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のフロート式バタフライ弁としては、例えば、水槽内に水を排出する液出管に設けられ、水槽内の水位を調整するものがある（例えば特許文献１参照）。
すなわち、図１１，図１２に示すように、弁箱７１内に、弁体７２が弁棒７３に支持されて、水平軸心回りに回転自在に設けられている。弁棒７３の両端部と水位７４の変動に応じて昇降自在なフロート７５とは連結部材７６を介して連動連結されている。上記連結部材７６は、フロート７５に垂下して取付けられた縦レバー７７と、一端が弁棒７３の端部に連結されるとともに他端が縦レバー７７に連結される連結レバー７８とで構成されている。
【０００３】
また、上記フロート７５は、円筒状の胴板７５ａと、この胴板７５ａの両側端に設けられた円形の側板７５ｂとで構成されている。
これによると、図１２の実線で示すように、水槽７９内の水位７４が上昇した場合、水位７４に追随してフロート７５が上昇し、連結レバー７８が上向きに揺動し、弁棒７３と共に弁体７２が閉方向に回転し、管路が閉じられ、液出管８０から水槽７９内への水の供給が停止する。
【０００４】
また、図１２の仮想線で示すように、水槽７９内の水位７４が下降した場合、水位７４に追随してフロート７５が下降し、連結レバー７８が下向きに揺動し、弁棒７３と共に弁体７２が開方向に回転し、管路が開かれ、液出管８０から水槽７９内へ水が供給される。
【０００５】
しかしながら上記の従来形式では、弁体７２を所定の開閉角度で開閉させる場合、フロート７５の昇降ストロークＳＴが大きくなるといった問題があった。
また、上記フロート７５の水平断面の面積は上下方向の箇所に応じて変化するため、フロート７５の浮力ｆは水面下に没している水没部分の高さｈに正比例せず、これにより、水位７４の変動に対するフロート７５の応答性が不安定になるといった問題がある。さらに、フロート７５の胴板７５ａに市販の規格品のパイプを用いた場合、パイプの径が飛び飛びの値になり、フロート７５のサイズが限定されてしまい、フロート７５を設置場所に適した無駄のないサイズに製作することは難しいといった問題も生じる。
【特許文献１】実開平１−１７１９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、フロートの昇降によって弁棒を回転させる際、小さな浮力で大きな回転力が得られ、また、フロートの昇降ストロークを縮小することができ、さらに、水位の変動に対するフロートの応答性を安定させることが可能なフロート式バタフライ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】
【０００７】
上記目的を達成するために本第１発明では、水位の変動に応じて開閉するフロート式バタフライ弁であって、弁箱内に、弁体が弁棒を介して回転自在に設けられ、上記水位の変動に応じて昇降自在なフロートと上記弁棒とが連結機構を介して連動連結され、上記連結機構は、フロートに作用する浮力を梃子の原理によって増大させ回転力として弁棒に伝えるものである。
【０００８】
これによると、水位の変動に応じてフロートが昇降することにより、連結機構を介して弁棒が回転し、弁体が開閉する。この際、梃子の原理により、小さな浮力で大きな回転力を得ることができる。また、フロートの昇降ストロークを縮小することができる。
【０００９】
また、本第２発明では、連結機構は、フロートに垂下して取付けられたフロートバーと、弁棒の端部に連結された弁棒側アームと、支点を中心として水平軸心回りに揺動自在な連結アームとで構成され、上記連結アームの一端がフロートバーに連結され、連結アームの他端が弁棒側アームに連結され、上記支点から弁棒側アームとの連結点までの長さを、支点からフロートバーとの連結点までの長さよりも短くしたものである。
【００１０】
これによると、水位の変動に追随してフロートが昇降し、フロートバーを介して連結アームが支点を中心に揺動し、弁棒側アームを介して弁棒が回転して、弁体が開閉する。この際、連結アームから弁棒側アームに作用する回転力は、梃子の原理によって、支点から弁棒側アームとの連結点までの長さと支点からフロートバーとの連結点までの長さとの比にフロートの浮力を乗じた値となるため、小さな浮力で、大きな回転力が弁棒側アームに発生して弁棒が回転し、弁体が開閉する。また、フロートの昇降ストロークを縮小することができる。
【００１１】
また、本第３発明では、水位の変動に応じて開閉するフロート式バタフライ弁であって、弁箱内に、弁体が弁棒を介して回転自在に設けられ、上記水位の変動に応じて昇降自在なフロートと上記弁棒とが連結機構を介して連動連結され、上記連結機構はフロートに作用する浮力を回転力として弁棒に伝えるものであり、上記フロートは、水平断面の面積が上下いずれの箇所においても同一となるような矩形状に形成されているものである。
【００１２】
これによると、フロートの浮力は水面下に没している水没部分の高さに正比例するため、水位が上昇して上記水没部分の高さが増加した場合、これに正比例してフロートの浮力も増大し、フロートが即座に上記水位に追随して上昇する。また、水位が下降して上記水没部分の高さが減少した場合、これに正比例してフロートの浮力も減少し、フロートが即座に上記水位に追随して下降する。これにより、水位の変動に対するフロートの応答性が安定する。また、フロートが矩形状であるため、設置場所が細長い場合であっても、フロートを設置場所に合わせた無駄のないサイズに容易に製作することができ、これによって、フロートを設置する際にスペースを有効に活用できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明によると、小さな浮力で大きな回転力を得ることができ、また、フロートの昇降ストロークを縮小することができる。さらに、水位の変動に対するフロートの応答性が安定し、また、フロートを設置する際にスペースを有効に活用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明における第１の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
１は水槽内などに水を排出する液出管であり、この液出管１には、水槽内の水位４を調整するフロート式バタフライ弁３が設けられている。
【００１５】
上記フロート式バタフライ弁３は、弁装置５と、水位４の変動に応じて昇降するフロート６とを備えている。
上記弁装置５は、液出管１に取付けられた円筒状の弁箱８と、弁棒９を介して弁箱８内に回転自在に設けられた円盤状の弁体１０とで構成されている。上記弁棒９は、軸受けを介して弁箱８に支持され、水平軸心回りに回転自在に設けられている。弁棒９の両端部は弁箱８の外部に突出している。
【００１６】
上記フロート６の形状は、四角形の平板６ａを前後左右上下の６面に配設した中空の箱型に構成されており、水平断面の面積が上下いずれの箇所においても同一となる直方体形状（矩形状の一例）に形成されている。
【００１７】
上記弁棒９の一端部とフロート６とは連結機構１２を介して連動連結されている。この連結機構１２は、フロート６に作用する浮力ｆを梃子の原理によって増大させ回転力Ｆとして弁棒９に伝えるものであり、フロート６に垂下して取付けられたフロートバー１３と、弁棒９の一端部に設けられた弁棒側アーム１４と、固定板１７に固定された支点１５を中心として水平軸心回りに揺動自在な連結アーム１６とで構成されている。
【００１８】
上記固定板１７は弁箱８の外側に取付けられており、上記支点１５は固定板１７に設けられた支軸によって構成されている。また、上記連結アーム１６の一端は、ピン１８を介して、相対回動自在にフロートバー１３の下端に連結されており、梃子の作用点に相当している。さらに、連結アーム１６の他端は梃子の荷重点に相当しており、連結アーム１６の他端には長孔１９が形成されている。弁棒側アーム１４の遊端にはローラ２０が設けられており、このローラ２０が長孔１９に嵌め込まれていることによって、連結アーム１６の他端が弁棒側アーム１４に連結されている。尚、図３に示すように、上記支点１５から弁棒側アーム１４との連結点（すなわちローラ２０）までの長さＡは、支点１５からフロートバー１３との連結点（すなわちピン１８）までの長さＢよりも短く（Ａ＜Ｂ）設定されている。
【００１９】
さらに、上記固定板１７には、連結アーム１６の揺動を規制するストッパー２１が設けられている。すなわち、図１に示すように、弁体１０が全閉位置Ｓまで回転した際、連結アーム１６の他端が上記ストッパー２１に当接して、これ以上の連結アーム１６の揺動を規制する。
【００２０】
尚、上記連結機構１２は、弁棒９の他端部とフロート６との間にも設けられており、弁棒９の他端部とフロート６とを連動連結している。
また、フロート式バタフライ弁３には、フロート６を同一姿勢のままで上下方向へ案内するガイド装置２３が設けられている。このガイド装置２３は、弁箱８の外周面に立設されたガイド支持台２４と、このガイド支持台２４の上部に取付けられたガイド体２５と、このガイド体２５とフロート６との間に連結されたガイドアーム２６とで構成されている。ガイドアーム２６の両端部はそれぞれ、ピン２７等を介して、相対回動自在にガイド体２５およびフロート６に連結されている。尚、上記ガイドアーム２６と連結アーム１６とは、平行に配置されており、平行リンクを構成している。
【００２１】
以下、上記構成における作用を説明する。
図２に示すように、水位４が所定高さＬよりも下降した場合、水位４に追随してフロート６が下降し、フロートバー１３を介して連結アーム１６の一端が押し下げられ、連結アーム１６が支点１５を中心にして一方Ｉへ揺動し、この連結アーム１６の他端によって弁棒側アーム１４が押上げられ、これにより、弁棒９が開方向に回転して、弁体１０が開き、液出管１から水槽２内に水が供給される。
【００２２】
また、上記水の供給によって、図１に示すように、水位４が所定高さＬまで上昇すると、水位４に追随してフロート６が上昇し、フロートバー１３を介して連結アーム１６の一端が持ち上げられ、連結アーム１６が支点１５を中心にして他方Ｊへ揺動し、この連結アーム１６の他端によって弁棒側アーム１４が押下げられ、これにより、弁棒９が閉方向に回転して、弁体１０が全閉位置Ｓまで回転し、液出管１からの水の供給が停止する。尚、弁体１０が閉じた際、連結アーム１６の他端がストッパー２１に当接することにより、連結アーム１６の他方Ｊへの揺動が規制される。
【００２３】
これにより、水位４が所定高さＬに調節される。
また、上記のように水位４の変動に追随してフロート６が昇降する際、ガイドアーム２６は連結アーム１６と平行に揺動し、これにより、フロート６はガイドアーム２６によって同一姿勢のままで上下へ案内される。
【００２４】
また、フロート式バタフライ弁３を開閉するのに要する力のうち、最大となるのは全閉時の力である。すなわち、図１に示すように弁体１０が全閉位置Ｓにある時、図３の実線で示すように、弁棒側アーム１４に作用する下向きの回転力Ｆは梃子の原理によって下記の式の関係になる。
Ｆ＝ｆ×（Ｂ／Ａ）
上記式により、弁体１０が全閉位置Ｓにある際、フロート６の浮力ｆを利用して、最大の回転力Ｆが得られるため、弁体１０に作用する締め切りトルクも最大になり、水の漏出を防止することができる。また、上記式により、長さＢに対して長さＡを小さくすることによって、小さな浮力ｆで、大きな回転力Ｆを得ることができる。
【００２５】
さらに、フロート６の昇降ストロークＳＴを縮小することができる。図３に示すように、弁棒９の軸心からローラ２０までの長さをＣとし、例えば、各長さをＡ＝１、Ｂ＝３、Ｃ＝２とし、弁体１０の開閉角度Ｄ＝４５°とし、弁棒９に作用するトルクをＴとした場合、
Ｔ＝Ｆ×Ｃ＝ｆ×（Ｂ／Ａ）×Ｃ＝ｆ×（３／１）×２＝６×ｆ
となる。
また、この場合のフロート６の昇降ストロークＳＴは、計算により、ＳＴ≒２．７
となる。
【００２６】
これに対して、図１３に示すように、梃子の原理を用いず、連結レバー７８の一端を弁棒７３に連結するとともに、連結レバー７８の他端をフロート７５の縦レバー７７に連結した従来の形式においては、上記と同様に、Ｔ＝６×ｆとした場合、上記連結レバー７８の長さはＲ＝６となる。この際、開閉角度をＤ＝４５°とすると、この場合におけるフロート７５の昇降ストロークＳＴは、計算より、ＳＴ≒４となる。したがって、図３に示した第１の実施の形態のものは図１３に示した従来形式のものと比べて、フロート６の昇降ストロークＳＴが縮小される。
【００２７】
尚、上記のようなものの他に、弁棒側アーム１４を設けず、連結アーム１６の他端と弁棒９の端部とを、複数の互いに歯合する歯車を介して、連動連結させることも考えられるが、このような歯車式のものと比べても、図３に示した第１の実施の形態のものは昇降ストロークＳＴが縮小されるといったメリットがある。また、上記のような歯車式のものでは、歯車に異物が噛み込み易いといった問題もあり、設置場所が制限される。
【００２８】
また、フロート６の浮力ｆは水面下に没している水没部分の高さｈに正比例するため、水位４が上昇して上記水没部分の高さｈが増加した場合、これに正比例してフロート６の浮力ｆも増大し、フロート６が即座に上記水位４に追随して上昇する。また、水位４が下降して上記水没部分の高ｈさが減少した場合、これに正比例してフロート６の浮力ｆも減少し、フロート６が即座に上記水位４に追随して下降する。これにより、水位４の変動に対するフロート６の応答性が安定する。
【００２９】
さらに、フロート６は直方体に形成されているため、設置場所が細長い場合であっても、フロート６を設置場所に合わせた無駄のないサイズに容易に製作することができ、これによって、フロート６を設置する際にスペースを有効に活用できる。
【００３０】
また、第２の実施の形態として、図４に示すように、弁棒９の端部に、弁棒９を閉方向へ付勢するデッドウエイト３１がワイヤー３２等を介して吊下げられている。
これによると、弁棒９はデッドウエイト３１の自重によって閉方向へ付勢されているため、弁体１０に作用する締め切りトルクが増大し、締め切りトルクの不足を防止することができる。
【００３１】
上記第１の実施の形態では、図１に示すように、支点１５を固定板１７に固定しているが、以下に説明する第３の実施の形態として、図５，図６に示すように、上記支点１５を固定板１７にスライド可能に設けてもよい。
【００３２】
すなわち、固定板１７には、前後方向に長い溝３４が形成されており、上記支点１５は、支軸によって構成され、上記溝３４に前後スライド可能に嵌め込まれている。また、連結アーム１６の他端はピン３５を介して弁棒側アーム１４の遊端に連結されている。
【００３３】
尚、フロート６の上部には、長孔３６を有する連結板３７が設けられており、ガイドアーム２６の一端に設けられたピン２７は上記連結板３７の長孔３６に前後スライド可能に嵌め込まれている。これにより、ガイドアーム２６の一端がフロート６に連結されている。
【００３４】
これによると、水位４の変動に追随してフロート６が昇降した際、連結アーム１６は、支点１５を中心として揺動しながら、溝３４に沿って前後へスライドする。これにより、支点１５と弁棒９との間隔が変化するため、第１の実施の形態における連結アーム１６の他端の長孔１９と弁棒側アーム１４のローラ２０（図３参照）とを不要にし得る。
【００３５】
上記第１の実施の形態では、図１に示すように、弁棒９を水平軸心回りに回転自在に設けているが、以下に説明する第４の実施の形態として、図７，図８に示すように、弁棒９を鉛直軸心回りに回転自在に設けてもよい。
【００３６】
すなわち、弁棒側アーム１４は歯車装置３９を介して弁棒９の上端に連動連結されている。上記歯車装置３９は互いに噛み合った第１および第２の傘歯車３９ａ，３９ｂによって構成されている。このうち、第１の傘歯車３９ａは回転軸４０の内側一端に設けられ、回転軸４０の外側他端には弁棒側アーム１４が設けれている。上記回転軸４０は固定板１７に挿通されて回転自在に保持されている。また、第２の傘歯車３９ｂは弁棒９の上端に取付けられている。
【００３７】
これによると、水位４の変動に追随してフロート６が昇降した際、連結アーム１６が支点１５を中心として揺動し、弁棒側アーム１４が上下に揺動することによって、回転軸４０が第１の傘歯車３９ａと一体に回転し、第２の傘歯車３９ｂと弁棒９とが回転して、弁体１０が開閉する。
【００３８】
次に、第５の実施の形態を図９，図１０に基づいて説明する。
フロート式バタフライ弁４４は、パンタグラフ形式の連結機構４５を介して弁棒９の一端部とフロート６とを連動連結しているものである。
【００３９】
上記連結機構４５は、弁棒９の一端部に設けられた弁棒側アーム１４と、支点４６を介して固定台４７に支持されたパンタグラフ４８とで構成されている。上記弁棒側アーム１４には長孔４９が形成されている。上記固定台４７は弁箱８の外部に取付けられている。また、上記支点４６は固定台４７に固定された支軸によって構成されている。
【００４０】
上記パンタグラフ４８は上下方向に伸縮自在であり、パンタグラフ４８の上端がフロート６に連結され、パンタグラフ４８の下端にはピン５０が設けられ、このピン５０が上記長孔４９に嵌め込まれ、これによりパンタグラフ４８の下端が弁棒側アーム１４に連動連結されている。尚、フロート６は支点４６の真上に配置され、ピン５０は支点４６の真下に配置されている。
【００４１】
また、上記連結機構４５は、弁棒９の他端部とフロート６との間にも設けられており、弁棒９の他端部とフロート６とを連動連結している。
以下、上記構成における作用を説明する。
【００４２】
図１０に示すように、水位４が所定高さＬよりも下降した場合、水位４に追随してフロート６が下降し、フロート６の重さにより、パンタグラフ４８が支点４６を中心として上下方向に短縮し、ピン５０を介して弁棒側アーム１４が引き上げられ、これにより、弁棒９が開方向に回転して、弁体１０が開き、液出管１から水槽２内に水が供給される。
【００４３】
また、上記水の供給によって、図９に示すように、水位４が所定高さＬまで上昇すると、水位４に追随してフロート６が上昇し、フロート６の浮力ｆにより、パンタグラフ４８が支点４６を中心として上下方向に伸長し、ピン５０を介して弁棒側アーム１４が押し下げられ、これにより、弁棒９が閉方向に回転して、弁体１０が全閉位置Ｓまで回転し、液出管１からの水の供給が停止する。
【００４４】
また、パンタグラフ４８を構成するリンク５１の支点４６から下端までの長さＡは上記支点４６から上端までの長さＢよりも短く設定されており、これにより、先に述べた第１の実施の形態と同様に、梃子の原理によって、小さな浮力ｆで、大きな回転力Ｆを得ることができる。
【００４５】
さらに、連結機構４５として、上下方向に伸縮自在なパンタグラフ４８を用いたため、液出管１の流路方向における弁棒９の軸心からフロート６までの水平距離Ｅが第１の実施の形態のもの（図１参照）に比べて短縮され、これによって、フロート式バタフライ弁４４の占めるスペースを縮小することができる。また、パンタグラフ４８を用いることによって、第１の実施の形態におけるガイド装置２３（図１参照）を不要にできる。
【００４６】
上記各実施の形態では、フロート６を直方体に形成しているが、立方体に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるフロート式バタフライ弁の一部切欠き側面図であり、弁体を閉じた状態を示す。
【図２】同、フロート式バタフライ弁の一部切欠き側面図であり、弁体を開いた状態を示す。
【図３】同、フロート式バタフライ弁の連結機構の拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるフロート式バタフライ弁の連結機構の拡大図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態におけるフロート式バタフライ弁の一部切欠き側面図であり、弁体を閉じた状態を示す。
【図６】同、フロート式バタフライ弁の一部切欠き側面図であり、弁体を開いた状態を示す。
【図７】本発明の第４の実施の形態におけるフロート式バタフライ弁の連結機構の拡大図である。
【図８】図７におけるＸ−Ｘ矢視図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態におけるフロート式バタフライ弁の側面図であり、弁体を閉じた状態を示す。
【図１０】同、フロート式バタフライ弁の側面図であり、弁体を開いた状態を示す。
【図１１】従来のフロート式バタフライ弁の一部切欠き斜視図である。
【図１２】同、フロート式バタフライ弁の側面図である。
【図１３】同、フロート式バタフライ弁のフロートの昇降ストロークを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
３      フロート式バタフライ弁
４      水位
６      フロート
８      弁箱
９      弁棒
１０    弁体
１２    連結機構
１３    フロートバー
１４    弁棒側アーム
１５    支点
１６    連結アーム
４４    フロート式バタフライ弁
４５    連結機構
Ａ      支点から弁棒側アームとの連結点までの長さ
Ｂ      支点からフロートバーとの連結点までの長さ
Ｆ      回転力
ｆ      浮力
【図１】
2005344894.tif 000003
【図２】
2005344894.tif 000004
【図３】
2005344894.tif 000005
【図４】
2005344894.tif 000006
【図５】
2005344894.tif 000007
【図６】
2005344894.tif 000008
【図７】
2005344894.tif 000009
【図８】
2005344894.tif 000010
【図９】
2005344894.tif 000011
【図１０】
2005344894.tif 000012
【図１１】
2005344894.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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