(57)【要約】【課題】簡易な構成でありながら、従動子の位置調整が可能であって、駆動時間の短縮が可能な回転子、円筒カム機構およびバルブユニットを提供する。【解決手段】本発明の回転子は、円柱状をなす本体部８１と、本体部８１に形成されたカム溝８５と、を備え、カム溝８５の少なくとも一方の終端は、本体部８１の中心軸に略垂直な直線部８６ａ、８６ｂを有することを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機構により回転する回転子であって、
円柱状をなす本体部と、
前記本体部に形成されたカム溝と、を備え、
前記カム溝の少なくとも一方の終端は、前記本体部の中心軸に略垂直な直線部を有することを特徴とする回転子。
【請求項２】
前記カム溝は、両端に略同一長さの前記直線部を有することを特徴とする請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
２つの前記カム溝が、前記本体部の外周面に１８０°回転対称に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の回転子と、
従動子と、を備え、
前記回転子の軸心周りの回転により、前記従動子が前記回転子の軸方向に進退することを特徴とする円筒カム機構。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の回転子を含む駆動ギアと、
流体が流入する流路の一部を形成する筒状の弁座と、
前記流路を開閉する弁体と、
駆動源と、
前記駆動源によって回転する１以上のギアと、を備え、
前記ギアによって前記駆動ギアは軸心周りに回転し、前記弁体は前記弁座に対して進退することを特徴とするバルブユニット。
【請求項６】
前記１以上のギアのいずれか一つはスリップ機構を有することを特徴とする請求項５に記載のバルブユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子、円筒カム機構およびバルブユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガス等の流体の流路を遮断または切り替えるバルブユニットが提案されている。例えば、ガスメータ等においては、地震やその他災害発生時にガスの供給を停止するため、流路を開閉可能に遮断するバルブユニット（遮断弁）が、ガスメータ内の流路に安全装置として設けられている。
【０００３】
バルブユニットは、一般に、流体が流入する弁座、弁座に連通する流路を開閉または切り替える弁体、および、弁体を動作させる駆動ギア等を備える（例えば、特許文献１参照）。弁体と駆動ギアはすべりねじにより螺合され、伝達されたモータの駆動力によって駆動ギアが回転することにより、弁体が進退する。弁体は、駆動ギアの作用により、弁座に対し進退して流路を開閉し、弁座と流路との連通状態を切り替える。
【０００４】
特許文献１では、すべりねじにより弁体を進退させているが、スペースの都合上ねじ径が細くなり、ねじピッチが小さくなるため駆動時間が長くなるという問題を有していた。
【０００５】
上記の問題に対して、例えばすべりねじに換えて円筒カムにより弁体を進退させることが考えられる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−６２０１５号公報
【特許文献２】特開２０１４−４０７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、円筒の外周に所定の圧力角のカム溝を形成した一般的な円筒カムでは、弁体の位置調整が困難であり、ガス漏れ等を引き起こすおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でありながら、従動子の位置調整が可能であって、駆動時間の短縮が可能な回転子、円筒カム機構およびバルブユニット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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回転子は、円柱状をなす本体部と、前記本体部に形成されたカム溝と、を備え、前記カム溝の少なくとも一方の終端は、前記本体部の中心軸に略垂直な直線部を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る回転子は、上記発明において、前記カム溝は、両端に略同一長さの前記直線部を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る回転子は、上記発明において、２つの前記カム溝が、前記本体部の外周面に１８０°回転対称に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る円筒カム機構は、上記のいずれか一つに記載の回転子と、従動子と、を備え、前記回転子の軸心周りの回転により、前記従動子が前記回転子の軸方向に進退することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るバルブユニットは、上記のいずれか一つに記載の回転子を含む駆動ギアと、流体が流入する流路の一部を形成する筒状の弁座と、前記流路を開閉する弁体と、駆動源と、前記駆動源の駆動によって回転する１以上のギアと、を備え、前記ギアによって前記駆動ギアは軸心周りに回転し、前記弁体は前記弁座に対して進退することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るバルブユニットは、上記発明において、前記１以上のギアのいずれか一つはスリップ機構を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、駆動時間を短縮するとともに、従動子の位置調整を容易に行うことができる回転子、円筒カム機構およびバルブユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるバルブユニットを示す断面図である。
【図２】図２は、図１のバルブユニットにおいて、流路を閉じた状態を示す断面図である。
【図３】図３は、図１に示すバルブユニットの分解斜視図である。
【図４】図４は、スリップ機構として機能する減速ギアの構造を説明する図である。
【図５】図５は、図４で示す減速ギアの拡大断面図である。
【図６】図６は、図１に示すバルブユニットで使用する駆動ギアの（ａ）斜視図、（ｂ）正面側面図、（ｃ）背面側面図である。
【図７】図７は、図１に示すバルブユニットで使用する弁体の斜視図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態の変形例にかかる駆動ギアの（ａ）左方側面図、（ｂ）正面側面図、（ｃ）右方側面図、（ｄ）背面側面図である。
【図９】図９は、図８（ｂ）のＡＡ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る回転子、円筒カム機構、およびバルブユニットについて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態にかかるバルブユニット１を示す断面図である。図２は、図１のバルブユニットにおいて、流路を閉じた状態を示す断面図である。図３は、図１に示すバルブユニットの分解斜視図である。バルブユニット１は、弁座１０と、弁体２０と、シール部材３０（例えば、パッキン）と、環状部材４０（例えば、ワッシャ）と、柱部材５０と、アクチュエータ６０と、筐体７０と、駆動ギア８０とを備えている。このバルブユニット１は、例えばガスメータの流路に取り付けられ、非常時などにガス（流体）の供給を遮断する機能を有するものである。弁体２０は、本発明に係る従動子の一態様である。また、弁体２０及び駆動ギア８０は、本発明に係る円筒カム機構の一態様をなす。
【００１９】
本実施形態では、シール部材３０と弁体２０との間に流路が形成される。弁座１０は、略円筒状をなし、流体が流入する流路の一部を形成する。本実施の形態においては、図１に示す弁座１０の上方から下方に向けて弁座中空部をガスが流れるようになっている。弁座１０の弁体２０側端部（図１において下端部）にはシール部材３０を取り付けるための溝部１１が周方向に沿って形成されている。
【００２０】
バルブユニット１は、図１に示すように流路が開いている場合、弁座１０の上方から流入した流体は、柱部材５０の間の隙間を通じて流出する。一方、図２に示すように流路が閉じている場合、弁座１０の上方から流入した流体は、弁体２０の位置で流れが止められる。弁体２０は、後述する駆動ギア８０の軸孔８４に嵌挿されるガイド部２１と、駆動ギア８０を嵌挿する円筒部２２と、円筒部２２の先端に設けられた円錐部２３と、円錐部２３の外縁から円錐部２３の高さ方向と直交する方向を径方向とする環状をなす環状部２４とからなる。弁体２０は、樹脂等からなり、成型加工によって各部（ガイド部２１、円筒部２２、円錐部２３及び環状部２４）が一体に形成されている。また、ガイド部２１、円筒部２２、円錐部２３及び環状部２４の中心軸は同軸である。
【００２１】
円筒部２２の一部には図７に示すようなＤカット面が形成されており、円筒部２２を支持する筐体７０と係合することによって、弁体２０の軸心回りの回転が規制された状態で、弁体２０が弁座１０に対して進退する。弁体２０は、付勢手段としてのバネ部材２５によって常時弁座１０側に付勢されている。
【００２２】
シール部材３０は、弁座１０と弁体２０との隙間をシール可能に弁座１０に取り付けられている。このシール部材３０は、シール部本体３１と、シール部本体３１の外縁に沿ってシール部本体３１に対して立設された外壁部３２と、外壁部３２よりも内周側で周方向に立設された内壁部３３とを備えている。シール部本体３１は、円環状に形成された底面部３１ａと、この底面部３１ａの内縁から径方向内側に延びて弁座１０の内面に沿うように形成された斜面部３１ｂとを有している。
【００２３】
バルブユニット１において、図２に示すように流路を閉じた状態とすると、シール部本体３１の斜面部３１ｂは、弁体２０が弁座１０側に進み弁体２０の環状部２４の押圧面２４ａと当接する。そして、さらに弁体２０が弁座１０側に進むと環状部２４によってシール部本体３１の斜面部３１ｂが弁座１０側に押圧され、斜面部３１ｂと環状部２４とが密着する。これにより、シール部材３０と弁体２０との間の隙間が閉じられ、流路が閉じられる。
【００２４】
外壁部３２及び内壁部３３は、弁座１０に形成された溝部１１に嵌め込まれている。外壁部３２は、シール部本体３１の径方向外側に傾斜して延びている。この外壁部３２は溝部１１の外壁１１ａ側と接している。内壁部３３は、溝部１１の内壁１１ｂ側に嵌め込まれており、シール部本体３１の周が形成する面（図１において左右方向及び紙面垂直方向を含む面）と交差する方向に延びるとともに、外壁部３２よりも内側に形成されている。換言すると、内壁部３３は、シール部本体３１の径方向に交差する方向に延びるとともに、シール部本体３１の端部において外壁部３２よりも内側に形成されている。
【００２５】
以上のような構成を有するシール部材３０は、径方向外側端部において、シール部本体３１、外壁部３２、及び内壁部３３によって例えばＹ字型の断面形状をなしている。このようなＹ字型の断面形状は、例えば、シール部材３０の径方向外側端部において、環状部材４０が配設される側と反対側に溝部３４（凹部）を形成することによって作られる。
【００２６】
環状部材４０は、環状に形成されており、シール部材３０の底面部３１ａに接するように配設されている。この環状部材４０は、金属材料などの剛性の高い材料で構成されることが好ましい。柱部材５０は、環状部材４０を支持するものであり、柱部材５０は環状部材４０を介してシール部材３０の底面部３１ａを弁座１０側に押圧する。この柱部材５０は、筐体７０と連結されており、柱部材５０に形成された溝部が弁座１０の外周面に形成された溝部に引っ掛かるように構成されており、これにより弁座１０が筐体７０に取り付けられる。
【００２７】
アクチュエータ６０は、モータ（駆動源）６１と、このモータ６１の駆動によって回転する複数の減速ギア６２、６３と、を備えている。本実施形態では、モータ６１の出力軸６１ａに取り付けられたギア６１ｂ、２段の減速ギア６２、６３、および後述する駆動ギア８０の第三ギア８３が順に噛み合っている。
【００２８】
２つの減速ギア６２、６３は、モータ６１の駆動力を、減速しながらトルクを高めて駆動ギア８０に伝達する。減速ギア６２は、ギア６１ｂと噛み合いながら回転して、モータ６１の駆動力をギア６１ｂから受ける。また、減速ギア６２は、ギア６１ｂおよび他方の減速ギア６３と噛み合いながら回転し、これにより、ギア６１ｂから伝達されたモータ６１の駆動力を、減速してトルクを高めながら他方の減速ギア６３に伝達する。他方の減速ギア６３は、減速ギア６２および駆動ギア８０と噛み合いながら回転し、これにより、減速ギア６２から伝達されたモータ６１の駆動力を、減速してトルクを高めながら駆動ギア８０に伝達する。なお、本実施の形態では、２つの減速ギア６２、６３が設けられているが、減速ギアの配置数は、１つであってもよいし、２つ以上（複数）であってもよい。
【００２９】
図４は、スリップ機構として機能する減速ギア６２の構造を説明する図である。図５は、図４で示す減速ギア６２の拡大断面図である。減速ギア６２は、シャフト６２ａと、大径ギア部６２ｂと、小径ギア部６２ｃと、摩擦板６２ｄと、バネ６２ｅと、を備え、モータ６１から伝達された駆動力を制限するスリップ機構として機能する。なお、本実施の形態では、減速ギア６２にスリップ機構を配置しているが、これに限定するものではなく、減速ギア６３にスリップ機構を設けていてもよい。
【００３０】
シャフト６２ａは、金属等から形成され、減速ギア６２の回転中心となる。
【００３１】
大径ギア部６２ｂは、シャフト６２ａに固定され、モータ６１により駆動される回転体である。大径ギア部６２ｂは、樹脂等から形成され、図４に示すように、円板状の底板６２ｆと、底板６２ｆ上に一体に形成された円筒部６２ｇとを備える。
【００３２】
円筒部６２ｇは、底板６２ｆの縁部に立設され、その外周面に第一ギア６２ｈが形成され、モータ６１の出力軸６１ａに装着されているギア６１ｂと噛み合っている。
【００３３】
摩擦板６２ｄは、金属板や樹脂板等から形成され、円環形状を有する。摩擦板６２ｄの外径は、大径ギア部６２ｂの円筒部６２ｇの内径より若干小さく、その内径は、後述する小径ギア部６２ｃに形成された溝部６２ｍの内径よりも若干大きく形成されている。
【００３４】
小径ギア部６２ｃは、シャフト６２ａに回転可能に支持されている回転体である。小径ギア部６２ｃは、樹脂等から形成され、第二ギア６２ｊと、円板部６２ｋと、溝部６２ｍと、から構成される。第二ギア６２ｊは、大径ギア部６２ｂよりも小径に形成され、円板部６２ｋの中心に立設され、その外周面にギアが形成され、減速ギア６３の大径ギア部６２ｂと噛み合っている。
【００３５】
円板部６２ｋは、その外周が、大径ギア部６２ｂの円筒部６２ｇの内径よりも小さく形成されており、大径ギア部６２ｂに収容されている摩擦板６２ｄを押さえる蓋としての機能を有する。また、底板６２ｆと円板部６２ｋの回転中心には、シャフト６２ａの外径よりも径が大きい貫通孔６２ｎが設けられている。
【００３６】
溝部６２ｍは、円板部６２ｋの大径ギア部６２ｂと接する面の外周側に設けられている。溝部６２ｍの内径は、摩擦板６２ｄの内径より小さく形成されている。
【００３７】
バネ６２ｅは、金属又は樹脂から形成され、減速ギア６２を後述する第１ケース部７０ａ方向に付勢する。
【００３８】
摩擦板６２ｄと大径ギア部６２ｂおよび小径ギア部６２ｃとの摩擦により、モータ６１が発生する駆動力を減速ギア６３に伝達し、一方、外部から過大な過負荷がかかったときには、摩擦板６２ｄが大径ギア部６２ｂまたは小径ギア部２ｃに対してスリップすることにより、モータ６１に加わるトルクを抑制することができる。本実施の形態では、減速ギア６２内にスリップ機構を設けることにより、バルブユニット１の流路を閉じる工程での（後述する）カム溝８５終端部でのトルクがモータ６１側に直接伝達しないため、ギア６１ｂ、減速ギア６２、６３、およびガイドピン２６（図７参照）への負荷を軽減することができる。なお、本実施の形態では、スリップ機構を採用してギア６１ｂ等への負荷を軽減するが、ギア６１ｂ等への負荷を軽減できる構造を有していればよく、スリップ機構に換えて、ワンウェイクラッチやツーウェイクラッチを採用してもよい。
【００３９】
筐体７０は、バルブユニット１の構成部、具体的には、弁体２０およびアクチュエータ６０を収容するものである。本実施の形態において、筐体７０は、例えば図３に示すように、第１ケース部７０ａと第２ケース部７０ｂとを組み付けることによって構成される。第１ケース部７０ａは、弁体２０と、アクチュエータ６０のうちのモータ６１とを収容する筐体部分である。第２ケース部７０ｂは、アクチュエータ６０のうちの減速ギア６２、６３および駆動ギア８０を、下方側（軸方向負側）から回転自在に軸支または軸受けして収容する筐体部分である。
【００４０】
図６は、バルブユニット１で使用する駆動ギア８０の（ａ）斜視図、（ｂ）正面側面図、（ｃ）背面側面図である。駆動ギア８０は、円柱状をなす本体部８１と、円板状をなし、本体部８１の外周側面に本体部８１と同軸かつ一体に形成されるギア部８２と、を備え、回転子として機能する。
【００４１】
本体部８１は、円柱の中心に一端が開口する軸孔８４を有し、軸孔８４が開口する側の外周側面にカム溝８５が形成されている。カム溝８５は、回転角が３６０°であり、上端（軸孔８４の開口側）と下端（ギア部８２側）に、本体部８１の中心軸に垂直な直線部８６ａ、８６ｂが形成されている。直線部８６ａ、８６ｂは、略同一長さに形成されている。なお、本体部８１には、成形性を考慮してダミー溝を形成しても良い。また、カム溝８５は、射出成形の型構造を考慮して、より安価に形成出来るようにしても良い。
【００４２】
ギア部８２の外周には第三ギア８３が形成され、減速ギア６３の小径ギアと噛み合っている。
【００４３】
弁体２０は、軸孔８４にガイド部２１を嵌挿しながら、円筒部２２内に本体部８１を嵌挿させた後、ガイドピン２６を円筒部２２の外周側から円筒部２２を貫通してカム溝８５に圧入することにより、駆動ギア８０と連結する。或いは、弁体２０は、駆動ギア８０を嵌挿させる際にガイドピン２６が撓むようにして、駆動ギア８０と連結するようにしても良い。なお、カム溝８５は、本体部８１の内周面側に形成されても良い。この場合には、ガイドピン２６を、円筒部２２の外周面側に設ければ良い。
【００４４】
減速ギア６２、６３等を介してモータ６１から駆動力が伝達されると、駆動ギア８０は回転し、カム溝８５に圧入されたガイドピン２６が駆動ギア８０の回転に伴い、カム溝８５内を移動することにより、弁体２０が軸心方向（上下方向）に進退する。
【００４５】
本実施の形態では、弁体２０を、円筒カムとして機能する駆動ギア８０により軸心方向に進退させるため、駆動時間、すなわちバルブユニット１の開閉に要する時間を低減することができる。また、カム溝８５の上端に本体部８１の中心軸に垂直な直線部８６ａを形成するため、流路を閉じる際の弁体２０の位置調整を容易に行うことができ、流体の漏れを防止することができる。さらに、カム溝８５の上端と下端に直線部８６ａ、８６ｂを形成することにより、モータ６１のトルクを保持したまま、ロス無く弁体２０の上下方向進退に変換することができる。よって、モータ６１に掛る負荷を低減できる。また、直線部８６ａ、８６ｂが略同一長さに形成されることにより、モータ６１に対する負荷低減の効果を、流路を開く場合と流路を閉じる場合とで同程度に得ることが可能である。なお、直線部８６ａ、８６ｂは、必ずしも本体部８１の中心軸に垂直で無くても良く、モータ６１のトルクを保持できるよう形成されれば良い。さらにまた、減速ギア６２にスリップ機構を設けているため、ギアやガイドピン２６の破損を防止することができる。
【００４６】
なお、上記の実施の形態では、１つのカム溝８５が形成された駆動ギアについて説明したが、これに限定されるものではなく、２つのカム溝を有するものであってもよい。図８は、本発明の実施の形態の変形例にかかる駆動ギアの（ａ）左方側面図、（ｂ）正面側面図、（ｃ）右方側面図、（ｄ）背面側面図である。図９は、図８（ｂ）のＡＡ線断面図である。
【００４７】
変形例にかかる駆動ギア８０Ａは、本体部８１の外周面に１８０°回転対称に形成された２つのカム溝８５ａ、８５ｂが形成されている。
【００４８】
変形例において、弁体２０は、軸孔８４にガイド部２１を嵌挿しながら、円筒部２２内に本体部８１を嵌挿させた後、２つのガイドピン２６を円筒部２２の外周側から円筒部２２を貫通してカム溝８５ａ、８５ｂにそれぞれ圧入することにより、駆動ギア８０Ａと連結する。
【００４９】
変形例では、２つのガイドピン２６により弁体２０と駆動ギア８０Ａとを連結するため、大きな円筒カム機構においても安定的に弁体２０を進退することが可能となる。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態についてバルブユニットを例として説明したが、これに限定されるものではなく、照明装置やカメラ等の鏡筒等においても、本発明にかかる回転子は好適に使用することが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１  バルブユニット
１０  弁座
１１  溝部
１１ａ  外壁
１１ｂ  内壁
２０  弁体
２１  ガイド部
２２  円筒部
２３  円錐部
２４  環状部
２５  バネ部材
２６  ガイドピン
３０  シール部材
３１  シール部本体
３１ａ  底面部
３１ｂ  斜面部
３２  外壁部
３３  内壁部
３４  溝部
４０  環状部材（枠部材）
５０  柱部材
６０  アクチュエータ
６１  モータ
６１ａ  出力軸
６１ｂ  ギア
６２、６３  減速ギア
６２ａ  シャフト
６２ｂ  大径ギア部
６２ｃ  小径ギア部
６２ｄ  摩擦板
６２ｅ  バネ
６２ｆ  底板
６２ｇ  円筒部
６２ｈ  第一ギア
６２ｊ  第二ギア
６２ｋ  円板部
６２ｍ  溝部
６２ｎ  貫通孔
７０  筐体
８０、８０Ａ  駆動ギア
８１  本体部
８２  ギア部
８３  第三ギア
８４  軸孔
８５、８５ａ、８５ｂ  カム溝
８６ａ、８６ｂ  直線部
【図１】
2017155846.tif 000003
【図２】
2017155846.tif 000004
【図３】
2017155846.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017155846.tif 000009
【図８】
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【図９】
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