(57)【要約】【課題】  構造簡単にして高速開閉に好適な弁装置を提供することを課題とする。【解決手段】  弁体３が弁座に対して該弁体３の軸線方向で接離移動して弁を閉そして開ならしめる弁構造体であって、上記弁体３が駆動機構１０により上記軸線方向に往復駆動される弁装置において、上記駆動機構１０は上記軸線方向に延び両端側で案内部材１８，１９により該軸線方向に案内される可動体１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７を有し、該可動体１４は一端側で上記弁体３と一体をなしもしくは一体をなすように接続され、該可動体は上記軸線方向で両案内部材間の中間部１６が上記軸線に対して直角方向に変位可能であると共に該軸線に対して両側で安定点をもっており、それぞれの安定点の位置に、可動体を中間部にて一方の安定点へ向けそして他方の安定点へ向け交互に駆動せしめる駆動体２３，２４が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体が弁座に対して該弁体の軸線方向で接離移動して弁を閉そして開ならしめる弁構造体であって、上記弁体が駆動機構により上記軸線方向に往復駆動される弁装置において、上記駆動機構は上記軸線方向に延び両端側で案内部材により該軸線方向に案内される可動体を有し、該可動体は一端側で上記弁体と一体をなしもしくは一体をなすように接続され、該可動体は上記軸線方向で両案内部材間の中間部が上記軸線に対して直角方向に変位可能であると共に該軸線に対して両側で安定点をもっており、それぞれの安定点の位置に、可動体を中間部にて一方の安定点へ向けそして他方の安定点へ向け交互に駆動せしめる駆動体が設けられていることを特徴とする弁装置。
【請求項２】
可動体は、両案内部材によりそれぞれ案内される直動部と、これらの直動部の間にあって直動部とピンにより直列に連結された二つの揺動部とを有し、揺動部同士がピンで連結された連結部が駆動体により駆動される被駆動部を形成していることとする請求項１に記載の弁装置。
【請求項３】
可動体は中間部で可撓性を有する部材で成り、可撓性を有しない両端側が案内部材により案内されていることとする請求項１に記載の弁装置。
【請求項４】
駆動体は安定点を定位置に保つストッパを有していることとする請求項１又は請求項２に記載の弁装置。
【請求項５】
駆動体は安定点の位置を変更可能に設定するピストンを備えた液体圧シリンダ装置、もしくはカム装置であることとする請求項１、請求項２、そして請求項４のうちの一つに記載の弁装置。
【請求項６】
可動体は他端側で中間部に向け付勢部材により付勢されていることとする請求項１ないし請求項３のうちの一つに記載の弁装置。
【請求項７】
弁体は、入口部そして出口部に弁座を有する管体の該入口部と出口部にそれぞれ設けられ、入口部の弁体と出口部の弁体とが設定タイミングで開閉作動することとする請求項１ないし請求項５のうちの一つに記載の弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁装置、特に高速開閉を可能とする弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
弁装置は高速開閉することを求められることがある。例えば、高圧流体を瞬間的に反応室に流入せしめて、ここで衝撃波を発生させ、この衝撃波で反応室内の反応物質を衝撃圧縮することにより瞬時に反応温度まで昇温させる装置に、高速開閉弁が用いられる。
【０００３】
かかる弁装置は、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１の弁装置は、添付図面の図４に示されるように、反応室に連通する管体５１の開口せる一端がシリンダ５２内に突入して設けられ、シリンダ５２内に配された弁体としてのピストン５３により該管体の一端の開口が開閉自在となっている。上記管体の開口は喇叭状に広がっていてその開口端に円筒部５１Ａが設けられ、ピストン５３も円筒部５３Ａを有していて該円筒部５３Ａが上記円筒部５１Ａの内面で案内される。シリンダ５２内はピストン５３により、上記管体５１側の加圧空間Ｐとこれと反対側の背圧空間Ｂとに区分され、背圧空間Ｂには圧縮ばね５４が配されていて、ピストン５３に対し管体５１に向け付勢力を与えている。この弁装置においては、加圧空間Ｐと背圧空間Ｂに高圧流体が送気管５５，５６により等しく送入されているときは、ピストン５３に作用する力として、背圧空間Ｂでの印加力の方がばね付勢力の分だけ加圧空間Ｐでの印加力よりも大きいので、ピストン５３は管体５１を閉じている。次に、排気管５７の弁が開かれて該排気管５７から背圧空間Ｂの高圧流体を瞬間的に排出すると、加圧空間Ｐの印加力の方が勝って、ピストン５３はばね５４の力に抗して移動し、ピストン５３は管体５１との間に隙間を形成し、この隙間から加圧空間Ｐ内の高圧流体が管体１内に流入する。この高圧流体の瞬間的流入は、管体１内で衝撃波を生じ、この衝撃波により反応室で反応物質を衝撃圧縮して反応温度まで温度を上昇せしめ、反応が行われる。
【特許文献１】特開２００４−４３２６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような特許文献１の装置では、管体５１の開閉時間は、排気管での背圧流体の排出時間と、ピストンの作動時間と、排気管での開閉弁との動作時間の三者を重畳した時間により定まる。もともと、上記排気管の開閉弁自体が高速でないのに加え、上記背圧流体の排出時間や、ピストンの作動時間を要するので、上記管体の高速開閉は、あまり望めない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、簡単な構造で、さらに高速開閉を可能とする弁装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る弁装置は、弁体が弁座に対して該弁体の軸線方向で接離移動して弁を閉そして開ならしめる弁構造体であって、上記弁体が駆動機構により上記軸線方向に往復駆動される。
【０００７】
かかる弁装置において、本発明では、上記駆動機構は上記軸線方向に延び両端側で案内部材により該軸線方向に案内される可動体を有し、該可動体は一端側で上記弁体と一体をなしもしくは一体をなすように接続され、該可動体は上記軸線方向で両案内部材間の中間部が上記軸線に対して直角方向に変位可能であると共に該軸線に対して両側で安定点をもっており、それぞれの安定点の位置に、可動体を中間部にて一方の安定点へ向けそして他方の安定点へ向け交互に駆動せしめる駆動体が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
このような構成の本発明装置によると、一方の安定点に位置する駆動体が可動体の中間部を軸線に直角な方向に押すと、可動体は軸線上の不安定な中立点を越えて他方の安定点の方へ素早く変位する。この場合、一方の安定点と他方の安定点の間の変位量は、これによる可動体の一端における軸方向での変位量の方よりも大きい。したがって、可動体の中間点での変位は、変位の方向を軸線に対して直角方向から軸線方向に変換させると共に変位速度を拡大して可動体の一端へ伝えられることとなる。かくして、上記可動体の一端での拡大された変位速度により弁体が高速作動して、弁が高速に開閉する。次に、他方の安定点へ変位した可動体はこの他方の安定点側の駆動体の作動により、上記とは逆方向に変位して上記一方の安定点へ戻る。この往復によって、弁の開動作、閉動作が繰り返してなされる。
【０００９】
本発明において、可動体は、両案内部材によりそれぞれ案内される直動部と、これらの直動部の間にあって直動部とピンにより直列に連結された二つの揺動部とを有し、揺動部同士がピンで連結された連結部が駆動体により駆動される被駆動部を形成しているようにすることができる。すなわち、この形態では、直動部と揺動部とを剛体部材を用いたリンク機構とし、各リンク部材をピンにより互いに回動自在に直列に連結して形成される。このリンク機構では、揺動部としてのリンク部材同士を連結する節をなすピンが軸線上に位置したとき、この位置が死点となる。
【００１０】
本発明において、可動体は上記リンク機構に依らずとも、可動体は中間部で可撓性を有する部材で成り、可撓性を有しない両端側が案内部材により案内されているようにすることができる。すなわち、中間部は一つの可撓性部材から形成され、軸線上の死点の両側に向け座屈するように撓み変形をもって作動する。
【００１１】
本発明において、駆動体は安定点を定位置に保つことにより可動体の変位量を一定とするストッパを有していることが好ましい。これにより、弁の開閉に要する時間を所定時間に保つことができるからである。
【００１２】
駆動体は安定点の位置を変更可能に設定するピストンを備えた液体圧シリンダ装置、もしくはカム装置であることが好ましい。この場合、ピストンあるいはカムが自動的にストッパの機能をも具備することとなる。安定点の設定位置の変更により、弁の開閉時間を変更できる。
【００１３】
本発明において、可動体は他端側でばね等により中間部に向け付勢されていることが好ましい。このばねの付勢力は可動部が中立点を越えてからの変位速度を早めることなる。
【００１４】
本発明において、弁体は、入口部そして出口部に弁座を有する管体の該入口部と出口部にそれぞれ設けられ、入口部の弁体と出口部の弁体とが設定タイミングで開閉作動することとするならば、管体内へ流体を高圧流入せしめ、例えば、管内での衝撃波発生後、該流体を高速排出させることができる。
【００１５】
このような本発明による弁装置は、圧力調整装置、化学反応装置、瞬間的高圧流体噴射装置等に適用可能である。
【００１６】
先ず、圧力調整装置では、繰り返し使用可能で開放時間の短い圧力開放弁として、例えば、安全対策用として使用可能である。例えば、圧力センサーで圧力上昇検知後、閾値を超えた瞬間に圧力開放でき、又、同様の機構で、瞬間的に閉操作できるので、定量的操作（流量を階段関数的に操作）が容易にできる。
【００１７】
次に、化学反応装置では、瞬間的に大量の高圧流体を定量供給ができ、瞬間的停止できる定量切り出し弁として使用できる。例えば、反応炉の反応槽での反応停止・減速用流体の瞬間的定量切り出しに適用でき、所定の反応を所定の温度条件で瞬間的に停止して、過度に冷却流体を投入することを抑制できるので、所定の温度に対して温度を下げ過ぎることを避ける。その結果、高速、高い運動量で投入できるので、挿入する際に母溶湯との速やかな混合を可能とする。高圧流体を高速で投入できるので、その投入時の運動量の大きさに応じて反応槽内での撹拌と混合を促進できる作用がある。反応槽内部に液体が入っている場合、高速で接触する流体同士での剪断応力が大きいので微粒化ないし、けん濁（エマルジョン）状態を速やかに得ることができる。
【００１８】
又、瞬間的高圧流体噴射装置として、高温溶融物が流出した場合の急速冷却用流体（水）を所定の高流速（圧力）で瞬間的に供給する装置の弁として用いることができ、冷却用流体（水）の流れ出し初期の流速の立ち上がりが遅いと懸念される水蒸気爆発を未然に防ぐことができる。あるいは、ロケット等の飛翔体の姿勢制御用流体噴射制御弁としても使用できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、以上のごとく、弁体を駆動する駆動機構が、弁体の移動方向である軸線方向に延びる可動体に弁体と一体化させ、可動体の中間部を駆動体で軸線に直角方向に駆動して変位させることにより、この変位の方向を軸線に変換しかつ変位速度を拡大して可動体の一端部、すなわち弁体を変位させるので、弁の開閉がきわめて短時間でなされる。しかも、本発明では、中間部には、駆動体にトリガとして作用すれば十分で、少なくとも可動体の変位が不安定な中立点を越えてからは駆動力は不要で、可動体は自ら素早く安定点に向かうので、駆動力が小さくてすむし、装置としても簡単なものとして構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面の図１ないし図３にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態の弁装置を用いた反応装置の主要部を示す断面図である。反応装置は、外筒１と内筒２とを有し、反応室を形成する該内筒２の一端側が外筒１内の弁体３により開閉自在となっている。外筒１と内筒２の間の環状空間４には、高圧流体が充填されている。弁体３はその外周面が上記外筒１との間でシール状態で該外筒１に対して軸方向に摺動可能となっている。弁体３は内筒２の一端（図にて左端）との間に隙間が形成されているときに上記環状空間内４内の高圧流体が内筒２内に流入することを許容し、弁体３が内筒２の一端に圧接されているときに高圧流体の流入を阻止する。該弁体３の内面には円錐部３Ａが形成されていて、上記高圧流体の内筒２への流入時の抵抗を小さくしている。上記内筒２内の他端域（図示せず）には、反応物質が所定時に供給され、上記一端からの高圧流体の瞬間的流入時に生じ他端に向け移動する衝撃波により上記反応物質が衝撃圧縮され反応温度にまで達する。反応後の物質、すなわち反応生成物は適宜他端側から製品として管外へ取り出される。
【００２２】
上記弁体３は、外方に向け軸線方向に延びる弁棒５を有していて、この弁棒５は下述の駆動装置１０と連結されている。
【００２３】
駆動装置１０は、可動体として直状な四つのロッド１１，１２，１３，１４を有し、これらはピン１５，１６，１７により、各ピンまわりに回動自在に、直列に連結されたリンク機構を形成している。両端のロッド１１，１４は、スライド案内部材１８，１９で長手方向に上記軸線上で摺動案内される直動部を形成し、両ロッド１１，１４間で連結された中間部のロッド１２，１３は、ピン１５，１６，１７まわりに揺動自在であって揺動部を形成する。
【００２４】
上記直動部をなす右側のロッド１４は弁棒５と一体を成しており、左側のロッド１１は可動プレート２０に連結されている。該可動プレート２０は、固定プレート２１との間に配された付勢部材としての圧縮ばね２２から右方への付勢力を受け、これをロッド１１へ伝達している。
【００２５】
左右方向で中央に位置する揺動部としての二つのロッド１２，１３を連結している連結部としてのピン１６の上下位置には、軸線から所定の間隔をもって駆動体としてのシリンダ装置２３，２４が配設されている。上記連結部としてのピン１６の部分は駆動体としてのシリンダ装置２３，２４により押圧駆動される被駆動部を形成する。該シリンダ装置２３，２４は軸線との距離を可変設定でき、あるいはシリンダ装置２３，２４は、ピストンロッド２３Ａ，２４Ａのストロークが可変設定できるようになっている。上記シリンダ装置としては、油圧、空圧、水圧等の流体圧シリンダ、あるいは電磁シリンダを用いることができる。上記ピストンロッド２３Ａ，２４Ａは、ピン１６の部分の上下方向の一方での変位を生じせしめる駆動体としての機能を有すると共に、ピン１６の部分の上下方向変位量を規制するストッパとしての機能をも有する。すなわち、上記揺動部をなす二つのロッド１２，１３は、それらを連結しているピン１６の部分で、一方のシリンダ装置、例えば上方のシリンダ装置２３のピストンロッド２３Ａにより下方へ押されて、ピン１５，１７まわりに揺動して、該ロッド１２，１３がロッド１１，１４と一直線となる軸線上の不安定中立点の位置を過ぎて、下方のシリンダ装置２４のピストンロッド２４Ａに当接する安定位置まで、下方に向け揺動する。この揺動変位中、ロッド１２，１３が中立点の位置にある瞬間は、ロッド１１，１４は互いに最も離れる方向に左右に直動し、ピン１６の部分がピストンロッド２３Ａ，２４Ａに当接するときは、ロッド１１，１４は互いに近づく方向へ直動する。このようなリンク機構では、上記中立点の位置で死点をなし、ピストンロッドとの当接位置で安定点をなす。このとき、ピン１６での上下方向変位量よりもロッド１１，１４の横方向変位量の方が小さいため、ロッド１４の変位速度はピン１６の変位速度よりも拡大されて、ロッド１４は高速作動する。
【００２６】
このような本実施形態装置は、次のように作動する。
【００２７】
（１）先ず、反応室を形成する内筒２内へ反応物質を予め充填しておく。
【００２８】
（２）次に、シリンダ装置２３のピストンロッド２３Ａを後退させると、ばね２２の付勢力をロッド１１から受けたロッド１２はピン１５まわりに上方へ回動し、ピン１６が上記ピストンロッド２３Ａに当接する安定点にくる。このピン１６に引かれて、ロッド１３がピン１７まわりに回動して上昇し、したがって、ロッド１４は左方へ移動する。その結果、弁体３は左方に移動して内筒２の左端開口との間に隙間を形成し、この隙間を経て環状空間４内の高圧流体が内筒２内へ流入する。上記弁体３の開動作は瞬間的に高速でなされるので、この高圧流体の流体も高速で流入する。
【００２９】
（３）内筒２内に高圧流入した高圧流体は衝撃波を生じ、この衝撃波は内筒２内で右方へ進行し内筒２内の反応物質を衝撃圧縮して反応せしめる。
【００３０】
（４）次に、上方のシリンダ装置２３のピストンロッド２３Ａを前進（突出）せしめると、図２（Ａ）のごとく、ピン１６Ａの部分はこのピストンロッド２３Ａに圧せられて下方へ変位し、不安定中立点の位置を通過する。この中立点の位置に在る瞬間、弁体３は閉じられる。このとき、内筒２からは製品としての反応生成物が管外へ取り出されると共に、次の反応物質の充填が行われる。この取出しそして充填動作は弁の動作と同期して行われる。
【００３１】
（５）ピン１６Ａの部分は不安定中立点の位置を一瞬にして通過し、図２（Ｂ）のごとく、下方のシリンダ装置２４の後退しているピストンロッド２４Ａに当接する位置まで変位する。このときには、再び弁体３は開状態となる。したがって、高圧流体は内筒２内に高圧流入し、衝撃波を生ずる。この衝撃波は、直前に内筒２内に充填されている反応物質を衝撃圧縮する。
【００３２】
（６）しかる後、ピストンロッド２４Ａを前進させて、図２（Ｃ）のごとく、ピン１６Ａの部分を上方へ変位せしめる。中立点の位置にきた時点では、弁体３は閉状態にあり、このとき、反応生成物の取出しと次の反応物質の充填が行われる。かくして、再び図１の状態に戻る。
【００３３】
本発明の弁装置は、一つの内筒に対し、入口側そして出口側の両方に使用することも可能である。
【００３４】
例えば、図３（Ａ）〜（Ｄ）に見られるごとく、弁体３を内筒２の左端の入口部と、右端の出口部とに設ける。駆動装置は、図に示されたものと同じでよいが、両方の弁体３をシーケンスにしたがい同期させる。
【００３５】
図３（Ａ）は、両弁体３は開状態にある。
【００３６】
次に、図３（Ｂ）のごとく、入口側弁体３を開とし、高圧流体を内筒２内に高速流入せしめ、衝撃波が右方に進行し、反応物質を圧縮する。
【００３７】
この圧縮は、図３（Ｃ）のごとく、衝撃波が出口側弁体３まで到達して反射波を生ずる直後まで続行される。この圧縮により、反応物質は衝撃圧縮されて反応物が生成される。
【００３８】
しかる後、図３（Ｄ）のごとく、入口側弁体３を閉とし、出口側弁体３を開として、製品としての反応生成物を出口側の外筒１から取り出す。
【００３９】
本発明は、図示された形態には限定されず、種々変更可能である。例えば、弁体が弁座に対して接離する部分の形状を、図示のごとくの平坦面とせずに、弁体そして弁座を互いに円錐状面として、弁体の閉状態で互いに面接触させることができる。こうすることにより、金属同士の密着接触シールが可能となり、耐久性の高い金属性シール材料で弁体を構成できる。この金属接触でのシールにより、約１０気圧程度の水蒸気をシールすることができる。
【００４０】
次に、弁体とその周辺の形状である。弁体が開いたときに、高圧流体が流れる際の抵抗を極力小さくする形状とすることである。例えば、弁体に対して上流側での高圧流体の流れと下流側での高圧流体の流れがほぼ同一方向となるように、弁体とその周辺の形状を決定することである。すなわち、弁体の前後で高圧流体の流れの方向が変わらないようにする。一般に、弁体近傍では縮流が生じ圧力損失が大きくなるが、上述のような形状にすることにより、縮流も圧力損失も回避でき、流体の吐出流速を大きいものとすることができる。あるいは、弁装置の設計条件によって、上記上流側と下流側とで流れの方向を変えざるを得ないときには、流路を低抵抗の形状とするように、弁体そしてそのまわりの壁面を弯曲させまた流路断面積を増大させて調整する。
【００４１】
また、本発明の弁装置をさらに高速開口させることができる。例えば、弁座と弁体とを、開閉方向で摺動範囲をもって作動させるようにすれば、弁体は、この摺動範囲で、十分に加速され摺動範囲を外れたときに開口するようになるので、開口時には高圧流体が急激な流入を促進し、例えば、衝撃波発生のための目的における使用時にきわめて有効となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態装置を示す断面図である。
【図２】図１装置の作動工程順に示す図で、（Ａ）は可動体が不安定中立点に、（Ｂ）は下方の安定点に、（Ｃ）は再び不安定中立点にある状態を示す。
【図３】本発明の他の実施形態装置を示す概要構成図で、（Ａ）は内筒の両端に設けられた弁体が両方とも閉、（Ｂ）は入口側弁体が開で出口側弁体が閉、（Ｃ）は（Ｂ）と同じであるが反射波が生じたとき、（Ｄ）は入口側弁体が閉で出口側弁体が開の状態をそれぞれ示す。
【図４】従来の弁装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
３  弁体
１０  駆動機構
１１〜１７  可動体
１１，１４  直動部
１２，１３  揺動部
１５，１６，１７  ピン
１６  中間部
１８，１９  案内部材
２２  付勢部材（ばね）
【図１】
2007139144.tif 000003
【図２】
2007139144.tif 000004
【図３】
2007139144.tif 000005
【図４】
2007139144.tif 000006