(57)【要約】    【課題】スライダー及びトルクアームを備えたバルブ用駆動機の小型化及びコストの低減を図る。    【解決手段】入力軸４にスライダー６を螺合する。出力軸５からトルクアーム７を突出させる。トルクアーム７にスリット１８を形成してスライダー６と係合させる。入力軸４を回転させてスライダー６を軸線方向に移動させて出力軸５を回転させる。スリット１８の閉方向側の内側縁１９の先端部１９ａを閉方向側に傾斜させる。入力軸４の軸線に対して先端部１９ａのなす角度が小さくなる。スライダー６がトルクアーム７をじわじわと強く押す。バルブ用駆動機を小型化しつつ所望のトルクが得られる。スリット１８の開方向側の内側縁２０の先端部２０ａを閉方向側に傾斜させる。スリット幅の広がりが生じず、入力軸４の空回りを生じさせない。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸に入力された回転を回転伝達部により出力軸に伝達してバルブに出力するバルブ用駆動機であって、
前記回転伝達部は、入力軸の軸線周りの回転によって軸線方向に移動するよう入力軸に螺合されたスライダーと、該スライダーと係合して出力軸を回転させるよう該出力軸から半径方向外向きに突出するトルクアームとを備え、
前記トルクアームに、スライダーとスライド自在に係合するためのスリットが形成され、該スリットの両内側縁のうち、閉弁する際にスライダーで押圧される閉方向側の内側縁は、その先端部が基端部に対して閉方向側に傾斜して形成されたことを特徴とするバルブ用駆動機。
【請求項２】
前記スリットの両内側縁のうち、開弁する際にスライダーで押圧される開方向側の内側縁は、その先端部が基端部に対して閉方向側に傾斜して形成されたことを特徴とする請求項１に記載のバルブ用駆動機。
【請求項３】
前記スリットの閉方向側の内側縁の先端部は、閉弁状態で入力軸の軸線と平行になるよう基端部に対する傾斜角度が設定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブ用駆動機。
【請求項４】
前記スライダーに、入力軸に回転抵抗を付与するブレーキが設けられ、前記入力軸に、閉弁状態及び／又は開弁状態で前記ブレーキと接触して回転抵抗を受けるブレーキ受けが設けられたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のバルブ用駆動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば手動で入力軸に入力された回転を回転伝達部により出力軸に伝達してバルブに出力するバルブ用駆動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、バタフライ弁などのバルブには、小さな力で容易に開閉できるよう、入力したトルクを増大して弁体に出力するためのバルブ用駆動機が装備されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１のバルブ用駆動機は、トルク入力用のハンドルが固定された歯車軸のウォーム歯車と、弁軸に固定されたウォームホイールが噛み合うことにより、入力したトルクを増大して弁軸に出力するようになっている。ただ、このようなウォーム歯車及びウォームホイールを用いたバルブ用駆動機は、乱暴な使用による損傷や故障などのトラブルを生じやすい。
【０００４】
これに対して、強度及び安全性に優れたバルブ用駆動機として、図９に示すような、スライダー１０１及びトルクアーム１０２を備えたバルブ用駆動機を採用することがある。ここで、図９（ａ）は閉弁時を示し、図９（ｂ）は開弁時を示す。
【０００５】
スライダー１０１は、その本体部（図示せず）が例えばハンドルを固定した入力軸に螺合され、入力軸を回転させることにより、入力軸の軸線１０３に沿って移動する。トルクアーム１０２は、弁体に回転を出力する出力軸１０４から半径方向外向きに突出するよう形成され、その中央付近よりも先端側に形成されたスリット１０５にスライダー１０１が係合することにより、スライダー１０１の移動に伴って、出力軸１０４を回転させる。
【特許文献１】特開２００２−８９７４０号公報（段落番号００１９、００２０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、スライダー及びトルクアームを備えたバルブ用駆動機は、その出力軸の出力するトルクをより大きくするのに、出力軸の回転中心から入力軸の軸線までの距離を大きくする必要があり、その分、バルブ用駆動機が大型化すると共に、その製造コストが高くなりやすい。
【０００７】
本発明は、スライダー及びトルクアームを備えつつ、小型化及びコストの低減を図ることのできるバルブ用駆動機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るバブル用駆動機は、入力軸に入力した回転を回転伝達部によって出力軸に伝達してバルブに出力するものであり、その回転伝達部に、入力軸の軸線周りの回転によって軸線方向に移動するよう入力軸に螺合したスライダーと、このスライダーと係合して出力軸を回転させるよう出力軸から半径方向外向きに突出するトルクアームとを備えたものである。さらに、トルクアームに、スライダーとスライド自在に係合するためのスリットを形成し、このスリットの両内側縁のうち、閉弁する際にスライダーが押圧する閉方向側の内側縁を、その先端部を基端部に対して閉方向側に傾斜させて形成したものである。
【０００９】
上記構成によれば、スリットの閉方向側の内側縁の先端部を基端部に対して閉方向側に傾斜させるので、閉弁状態に至る直前において、スライダーで押圧する部位と入力軸の軸線とのなす角度を十分に小さくすることができる。この場合、入力軸の軸線に沿って移動するスライダーがトルクアームをじわじわと押すことになり、その分、トルクアームを押す力を強くすることができる。これにより、出力軸の回転中心から入力軸の軸線までの距離を長くすることなく、強いトルクを必要とする閉弁状態に至る直前に、出力軸の出力するトルクを十分に大きくすることができる。
【００１０】
しかも、基端部に対して先端部を傾斜させる分、スリットの基端部と入力軸の軸線とのなす角度をある程度大きくすることができるので、トルクアームを極端に長くすることなく、スリットの先端部を入力軸の軸線上のスライダーに係合させることができる。なお、スリットの閉方向の内側縁を真っ直ぐに形成することも考えられるが、この場合、出力軸の出力するトルクを十分に大きくするには、スリットの閉方向の内側縁がその全長に渡って入力軸の軸線と小さな角度をなすことになり、スリットの先端部をスライダーに届かせるには、トルクアームを極端に長くする必要がある。
【００１１】
また、スリットの両内側縁のうち、開弁する際にスライダーで押圧される開方向側の内側縁を、その先端部を基端部に対して閉方向側に傾斜させて形成することができる。そうすれば、スリットの開方向側の内側縁の先端部を閉方向側の内側縁の先端部と同じ方向に傾斜させることになるので、スリットの先端部におけるスリット幅の広がりを生じさせず、スリット幅の範囲内でスライダーが移動することによる入力軸の空回り状態が生じるのを防止することができる。
【００１２】
ここで、スリットの開方向側の内側縁の先端部を閉方向側に傾斜させるので、開弁状態に至る直前では、出力軸の出力するトルクが小さくなるが、通常、開弁状態に至る直前のバルブを駆動させるのに特に強いトルクは不要である。なお、スリットの開方向側の内側縁の先端部を基端部に対して開方向側に傾斜させて、開弁状態に至る直前の出力軸のトルクを高めることもできる。
【００１３】
スリットの閉方向側の内側縁の先端部を閉弁状態で入力軸の軸線と平行になるよう基端部に対する傾斜角度を設定すれば、閉弁状態に至った後は、スライダーの移動によって出力軸がトルクを出力することがない。これにより、既に閉弁状態に至ったバルブに過度のトルクを出力するのを防止することができる。
【００１４】
また、スライダーに、入力軸に回転抵抗を付与するブレーキを設け、入力軸に、閉弁状態及び／又は開弁状態でブレーキと接触して回転抵抗を受けるブレーキ受けを設けることもできる。そうすれば、スライダーと共に移動するブレーキが閉弁状態及び／又は開弁状態でブレーキ受けに接触するので、その回転抵抗によって、閉弁状態及び／又は開弁状態に至ったことを感知することができる。特に、スリットの閉方向側の内側縁の先端部を閉弁状態で入力軸の軸線と平行にするという上記の構成を採用する場合、閉弁状態に至った後、バルブから抵抗を受けなくなるが、ブレーキによって入力軸の空回りを阻止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上の説明から明らかな通り、本発明によると、トルクアームのスリットの内側縁のうち、スライダーで押圧する部位を閉方向側に傾斜させることにより、強いトルクを必要とする閉弁状態に至る直前に、トルクアームをじわじわと強い力で押すようにしている。
【００１６】
これにより、出力軸の回転中心から入力軸の軸線までの距離を長くすることなく、出力軸の出力するトルクを十分に大きくすることができるので、スライダー及びトルクアームを備えた構成を採用してバルブ用駆動機の強度及び安全性を高めつつ、その小型化及びコストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るバルブ用駆動機を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明に係るバルブ用駆動機の正面図である。図２はその左半分がバルブ用駆動機の平面図で、右半分がＡ−Ａ断面図である。図３はＢ−Ｂ断面図、図４はブレーキの正面図、図５はブレーキ及びブレーキ受けの側面図である。
【００１８】
バルブ用駆動機１は、例えば手動でバタフライ弁などのバルブを開閉操作するためのものであり、ケーシング２と、操作部３としての一端を外部に突出させつつケーシング２に収容された入力軸４と、ケーシング２に収容されてバルブに回転を出力する出力軸５と、入力軸４の軸線方向に移動するスライダー６と、スライダー６と係合して出力軸５を回転させるトルクアーム７と、スライダー６に設けられてバルブの閉弁状態及び開弁状態で入力軸４に操作抵抗を付与するブレーキ８と、入力軸４に設けられてブレーキ８から操作抵抗を受けるブレーキ受け９とを備え、そのスライダー６とトルクアーム７とがケーシング２に収容されて、入力軸４に入力された回転を出力軸５に伝達する回転伝達部を構成している。
【００１９】
ケーシング２は、その両側部に、入力軸４を水平方向に挿入するための開口を有し、下部に、出力軸５の下端部を回転自在に支持する軸受け１０としての開口を有し、上部に、出力軸５を下向きに挿入するための開口を有する形状とされ、バルブの上方に装着される。このケーシング２の両側部の開口のうちの一方は、入力軸４の操作部３を外部に貫通させる貫通穴を有する蓋体１１で塞がれ、両側部の開口のうちの他方は、蓋体１２で塞がれ、上部の開口は、出力軸５の上端部を回転自在に支持する軸受け１３を有する蓋体１４で塞がれている。
【００２０】
入力軸４は、水平に配置されると共に、ケーシング２の両側部の開口付近に収容された軸受け１５、１６で軸線周りに回転自在に支持され、その操作部３にハンドルなどを装着して、手動によって回転を入力するようになっている。入力軸４の中央部には、スライダー６を螺合するためのねじが形成され、入力軸４を回転させることによって、その軸線方向にスライダー６を移動させるようになっている。
【００２１】
スライダー６は、直方体の外形を有するスライダー本体６ａの上下面に円柱状の係合こま６ｂを突設してなり、そのスライダー本体６ａが入力軸４に螺合されて、係合こま６ｂがトルクアーム７と係合する。スライダー６の背面には、入力軸４に操作抵抗としての回転抵抗を付与するブレーキ８がボルト締結されている。
【００２２】
ブレーキ８は、ガイド板８ａの両端部に保持された球体８ｂを背面側から弾性力で正面側に押さえ付けるようにバネ板８ｃを配置してなり、球体８ｂがブレーキ受け９の周面に接触して、入力軸４に回転抵抗を付与するようになっている。
【００２３】
ブレーキ受け９は、その周面に抵抗を高めるためのロレットや歯形が形成された断面円形とされ、入力軸４の軸線方向で軸受け１５、１６の内側に隣接して位置し、バルブの閉弁状態及び開弁状態で、周面にブレーキ８の球体８ｂが接触して、入力軸４に対する回転抵抗を受けるようになっている。なお、両ブレーキ受け９の間の全範囲において、入力軸４の周面にねじが形成される。
【００２４】
出力軸５は、鉛直に配置されると共に、軸受け１０、１３で軸線周りに回転自在に支持され、その下端に、ケーシング２の軸受け８に挿入された連接棒１７が接続され、この連接棒１７を介してバルブに回転を出力するようになっている。
【００２５】
トルクアーム７は、出力軸５の中央部から半径方向外向きに突出すると共に、半径方向先端部から中央部に至るスリット１８を有する厚板状とされる。このトルクアーム７は、入力軸４及びスライダー本体６ａを上下に挟むように一対形成され、そのスリット１８にスライダー６の上下の係合こま６ｂがスライド自在に係合することにより、スライダー６の移動に伴って出力軸５を回転させるようになっている。
【００２６】
スリット１８の両内側縁１９、２０のうち、バルブを閉弁する際にスライダー６の係合こま６ｂで押圧される閉方向側（図２における右側）の内側縁１９は、その先端部１９ａが基端部１９ｂに対して閉方向側に傾斜して形成されている。この先端部１９ａの基端部１９ｂに対する傾斜角度は、バルブの閉弁状態で先端部１９ａが入力軸４の軸線と平行になるよう設定されている。
【００２７】
また、バルブを開弁する際にスライダー６の係合こま６ｂで押圧される開方向側（図２における左側）の内側縁２０は、その先端部２０ａが基端部２０ｂに対して閉方向側に傾斜して形成されている。これにより、先端部２０ａが閉方向側の内側縁１９の先端部１９ａと平行になるよう設定され、スリット１８の幅が、係合こま６ｂの直径よりもわずかに大きいスリット幅で、ほぼ一定とされている。
【００２８】
次に、バルブ用駆動機を操作する手順を説明する。図６はスライダーの移動に伴って出力軸が回転する様子を説明する図である。
【００２９】
まず、開弁状態のバルブを閉弁する手順を説明する。図６（ａ）に示すように、バルブの開弁状態では、トルクアーム７の先端が開方向側（図６における左側）を向いており、この開弁状態で、操作部３に装着したハンドルを操作して入力軸４を回転させ、スライダー６を閉方向側（図６における右側）に移動させる。なお、開弁状態では、ブレーキ８の開方向側（図２における左側）の球体８ｂが開方向側のブレーキ受け９に接触しているので、入力軸４に付与される回転抵抗を感知しながらハンドルを操作する。
【００３０】
図６（ｂ）に示すように、スライダー６を閉方向に移動させることにより、スライダー６の係合こま６ｂがスリット１８の閉方向側の内側縁１９を押圧して、トルクアーム７と一体の出力軸５を閉方向に回転させる。このとき、係合こま６ｂは、直線状の入力軸４に沿って移動するので、出力軸５の周方向に移動するトルクアーム７に対して、一旦、径方向内向きに移動してスリット１８の基端側に位置する。
【００３１】
図６（ｃ）に示すように、さらに、入力軸４を回転させてスライダー６を移動させることにより、係合こま６ｂが、スリット１８の先端側に移動しつつ、トルクアーム７の先端を閉方向側に向けるよう出力軸５を閉方向に回転させて、バルブを閉弁状態にする。このとき、ブレーキ８の閉方向側の球体８ｂが閉方向側のブレーキ受け９に接触して、バルブが閉弁状態に至ったことを感知させ、しかも、内側縁１９の先端部１９ａが入力軸４の軸線に対してほぼ平行になることにより、バルブへの過度のトルクの出力を阻止するセルフロックが機能する。
【００３２】
また、閉弁状態のバルブを開弁する際には、ブレーキ８による回転抵抗を感知するまで入力軸４を反対方向に回転させることにより、スライダー６を開方向に移動させる。これにより、係合こま６ｂが、スリット１８の開方向側の内側縁２０を押圧し、トルクアーム７を図６（ｃ）から（ｂ）、（ａ）の順に移動させて出力軸５を開方向に回転させ、バルブを開弁状態に至らせる。
【００３３】
ここで、スリット１８は、その全長にわたって係合こま６ｂの直径よりもわずかに大きいスリット幅に設定されており、入力軸４を反対方向に回転させる際、閉方向側の内側縁１９を押圧していた係合こま６ｂがスリット１８の開方向側の内側縁２０に当たるまで入力軸４を空回りさせる必要がない。
【００３４】
次に、スライダーからトルクアームに作用する力について説明する。図７はスライダーからトルクアームに作用する力について説明する図である。
【００３５】
図７に示すように、閉弁状態に至る直前、スライダー６の係合こま６ｂは、スリット１８の内側縁１９の先端部１９ａを押圧し、出力軸５にトルク（Ｍ）を作用させるようになっている。
【００３６】
トルク（Ｍ）は、係合こま６ｂが先端部１９ａを押圧する力（Ｐ１）と、係合こま６及び先端部１９ａの接触点から出力軸５の回転中心までの距離（Ｌ１）とを用いて、Ｍ＝Ｐ１・Ｌ１で表わされる。ここで、力（Ｐ１）は、先端部１９ａに対して垂直に作用する力であり、距離（Ｌ１）は、先端部１９ａと平行な方向における距離である。
【００３７】
力（Ｐ１）は、入力軸４の軸線と平行な方向の成分が、スライダー６を閉方向に移動させる力（Ｐ２）と等しく、先端部１９ａが入力軸４の軸線に対してなす角度（θ１）を用いて、Ｐ１＝Ｐ２／ｓｉｎ（θ１）で表わされる。
【００３８】
これにより、トルク（Ｍ）は、Ｍ＝Ｐ１・Ｌ１＝Ｐ２／ｓｉｎ（θ１）・Ｌ１で表わされ、スライダー６を移動させる力（Ｐ２）を一定とすると、角度（θ１）を小さくするほど、また、距離（Ｌ１）を長くするほど、トルク（Ｍ）が大きくなる。
【００３９】
ここで、角度（θ１）は、先端部１９ａが基端部１９ｂに対して閉方向側（図７における右側）に傾斜している分、基端部１９ｂが入力軸４の軸線に対してなす角度（θ２）よりも小さくなる（θ１＜θ２）。なお、基端部１９ｂが入力軸４の軸線に対してなす角度（θ２）は、トルクアーム７の中心軸が入力軸４の軸線に対してなす角度（θ２）と等しい。
【００４０】
また、距離（Ｌ１）は、基端部１９ｂを先端側に延長した仮想線に係合こま６を仮に接触させた場合と比較して、その仮想線及び係合こま６の接触点から出力軸５の回転中心までの距離（Ｌ２）よりも長くなる（Ｌ１＞Ｌ２）。
【００４１】
したがって、先端部１９ａを基端部１９ｂに対して閉方向に傾斜させることにより、入力軸４から出力軸５までの距離を長くすることなく、ハンドルを一定の力で回転操作してスライダー６を一定の力（Ｐ２）で移動させた場合の出力軸５のトルク（Ｍ）を大きくすることができる。
【００４２】
また、スリット１８の開方向側の内側縁２０は、その先端部２０ａが基端部２０ｂに対して閉方向側に傾斜しているので、その分、閉弁する際とは逆に、開弁状態に至る直前の出力軸５のトルクが小さくなるが、開弁状態に近い状態では、バルブの操作に強いトルクは不要であり、特に問題を生じることはない。
【００４３】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、適宜変更を加えることができる。例えば、図８に示すように、トルクアーム７のスリット１８は、その閉方向側の内側縁１９の先端部１９ａを閉方向側に傾斜させ、開方向側の内側縁２０の先端部２０ａを開方向側に傾斜させてもよい。これにより、閉弁状態に至る直前だけでなく、開弁状態に至る直前においても、出力軸５のトルクを大きくすることができる。
【００４４】
この場合、スリット１８の先端部のスリット幅が広くなるので、閉弁状態にした後、ハンドルを反転させて開弁操作をする際、閉方向側の先端部１９ａに接触している係合こま６ｂが開方向側の先端部２０ａに接触するまで、ハンドルを空回りさせればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るバルブ用駆動機の正面図
【図２】左半分がバルブ用駆動機の平面図で、右半分がＡ−Ａ断面図
【図３】Ｂ−Ｂ断面図
【図４】ブレーキの正面図
【図５】ブレーキ及びブレーキ受けの側面図
【図６】スライダーの移動に伴って出力軸が回転する様子を説明する図
【図７】スライダーからトルクアームに作用する力について説明する図
【図８】トルクアームの別の形態を示す図
【図９】従来のバルブ用駆動機のトルクアームを示す図
【符号の説明】
【００４６】
１      バルブ用駆動機
２      ケーシング
３      操作部
４      入力軸
５      出力軸
６      スライダー
７      トルクアーム
８      ブレーキ
９      ブレーキ受け
１８    スリット
１９    内側縁（閉方向側）
１９ａ  先端部
１９ｂ  基端部
２０    内側縁（開方向側）
２０ａ  先端部
２０ｂ  基端部
【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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【図８】
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【図９】
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