JPH08128546A - 弁装置及びこれを用いたガス吸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】弁軸を回転させることにより、複数の切換ポー
トを同時に切り換えでき、ガス吸着装置などに好適に採
用しうる弁装置を提供する。 【構成】軸状をなす弁軸２と、この弁軸２をその軸線ま
わりに回動自在に内挿する導孔３を形成した弁本体４
は、第１、第２のポートＰ１、Ｐ２と第１、第２の接続
口Ｍ１、Ｍ２とを夫々結ぶ第１、第２の流路Ｒ１、Ｒ
２、及び第３のポートＰ３と弁本体４の周面に設けられ
た第３の接続口Ｍ３とを結ぶ第３の流路Ｒ３からなる複
数組の切換流路群Ａ〜Ｃを、軸方向に位置をずらせて配
してなり、弁軸２は、各切換流路群Ａ〜Ｃにおいて、常
時第３のポートＰ３のみに連通する主溝部６と、弁軸２
が停止する第１の停止位置、第１の停止位置とは周方向
に異なる第２の停止位置において主溝部６と第１、第２
のポートとを選択的に連通しうる窪み部７とからなるポ
ート切換溝９を、切換流路群Ａ〜Ｃごとに設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、弁軸を回転させること
により、複数の切換ポートを同時に切り換えでき、より
詳しくはガス吸着装置などに好適に採用しうる弁装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ガス吸着装置は、一般に空気から高濃度
の酸素ガス、又は高濃度の水素ガスといった、特定の組
成物を多量に含有するガスを得る。かかる装置、例えば
高濃度酸素ガスを得るガス吸着装置は、例えば図８に示
すように、タンクａ内にゼオライトなどの吸着剤ｂを充
填する一方、開放口ｐｉから得る大気中の空気をコンプ
レッサｃにより加圧圧縮し、切換弁ｄのポートｅ１を介
して前記タンクａ内に送り込む如く動作する。

【０００３】前記タンクａ内に送り込まれた空気は、前
記吸着剤ｂにて窒素を吸着され、開いた状態の開閉弁ｆ
を経由し、例えば６０ないし９０％程度の高濃度酸素ガ
スとなって排気口ｐｏから取り出しうる。

【０００４】又吸着材ｂは、使用頻度が増すにつれて吸
着力が劣る。この場合、前記タンクａの排気側に設けら
れた開閉弁ｆを閉じ、又切換弁ｄをポートｅ２に切り換
えてコンプレッサｃを駆動することにより、タンクａ内
を真空引きし前記吸着剤ｂから窒素を脱着して開放口ｐ
１から排気しうる。このような吸着、脱着は、他のガス
を得る吸着装置においても同様に行う必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記したガス吸着装置
の前記吸着、脱着の切り換えを行う切換弁ｄは、弁軸を
軸方向に交互に移動することにより複数ポートを切り換
えるスプール弁などが一般に用いられている。

【０００６】しかしながら、かかる弁では、吸着時にタ
ンク内や弁内に残留した空気中の塵埃又は吸着剤粉など
が、吸脱着時に前記交互に向きを変えて移動するスプー
ル弁の弁軸摺動面に侵入し易く、弁軸の移動を不能とす
るなどの問題がある。

【０００７】本発明は、比較的高速にかつ精度良く操作
するために弁軸を回転させることを基本とし、かつ１本
の弁軸で複数の流路群を切り換えることにより、特に前
記ガス吸着装置などに用いたときには装置の操作性を向
上でき、前記問題点を解決しうる弁装置を提供すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、軸状をなす弁
軸と、この弁軸をその軸線まわりに回動自在に内挿する
導孔を形成した弁本体とを有し、前記弁本体は、前記導
孔の内周面で開口しかつ周方向に角度αを隔てる第１、
第２のポートと弁本体の周面に設けた第１、第２の接続
口とを夫々結ぶ第１、第２の流路、及び前記第１、第２
のポートとは軸方向に異なる位置で導孔の内周面で開口
する第３のポートと弁本体の周面に設けられた第３の接
続口とを結ぶ第３の流路からなる複数組の切換流路群
を、前記軸方向に位置をずらせて配してなり、前記弁軸
は、前記各切換流路群において、常時第３のポートのみ
に連通する主溝部と、この主溝部から軸方向にのびるこ
とにより弁軸が停止する第１の停止位置、前記第１の停
止位置とは前記周方向に異なる第２の停止位置において
前記主溝部と前記第１、第２のポートとを選択的に連通
しうる窪み部とからなるポート切換溝を、前記切換流路
群ごとに設けてなる弁装置を基本とし、これを有するガ
ス吸着装置へと発展させたものである。

【０００９】

【作用】弁軸は、第１の停止位置と第２の停止位置とを
回転移動することにより、複数の各切換流路群の第１、
第２のポートとを選択的に第３のポートに連通しうる結
果、弁装置は複数の切換流路群の同期した切り換えをな
しうる。しかも弁軸は、一方向回転により、前記第１、
第２の停止位置を移動するように構成したときには、塵
埃などの侵入を防ぎうる。

【００１０】なお弁装置は、切換流路群の各第１のポー
ト及び各第２のポートが、周方向の位置を夫々同位相と
したときには、第１、第２のポートを整列させ構造を簡
素化しうる。

【００１１】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面に基づき説明す
る。本発明の弁装置１は、軸状をなす弁軸２と、この弁
軸２をその軸線まわりに回動自在に内挿する導孔３を形
成した本例では略円筒状をなす弁本体４とを有し、本実
施例ではこの弁装置１を高濃度酸素ガスをえるガス吸着
装置Ｇの吸着脱着切換手段として用いた場合を例示して
いる。

【００１２】前記弁本体４は、図１ないし３に示すよう
に内部に円筒状をなす樹脂製のスリーブ５を適宜の締結
手段を用い回転不能にて固定挿入することにより、この
スリーブ５の内面にて前記導孔３を形成している。

【００１３】前記導孔３は、その内周面に、周方向に角
度α（図２に示す）、本例では、１８０度を隔てる第
１、第２のポートＰ１、Ｐ２を本実施例では前記スリー
ブ５を開口することにより設けている。又この第１、第
２のポートＰ１、Ｐ２は、弁本体４の周面に設けた第
１、第２の接続口Ｍ１、Ｍ２とを夫々結ぶことにより第
１、第２の流路Ｒ１、Ｒ２を夫々形成している。なお角
度αは４５度、９０度、１３０度といったように任意に
定めうる。

【００１４】なお前記第１、第２のポートＰ１、Ｐ２
は、開口の中心が前記周方向の略同一線上に設けたもの
を例示しているが、軸方向に距離を隔て設けることは差
し支えない。

【００１５】又弁本体４は、前記第１、第２のポートＰ
１、Ｐ２とは軸方向に異なる位置、本例では距離Ｌ（図
１に示す）隔てる位置で、導孔３の内周面で開口する第
３のポートＰ３を、前記スリーブ５を円状に開口するこ
とにより形成している。又この第３のポートＰ３と、弁
本体４の周面に設けられた第３の接続口Ｍ３とを結ぶこ
とにより、第３の流路Ｒ３を形成している。なお、第３
のポートＰ３は、本例では前記第１、第２のポートＰ
１、Ｐ２との周方向中間位置に配するが、前記軸方向に
異なる位置であれば、如何なる位置に配してもよい。

【００１６】このように、前記第１〜３の流路Ｒ１、Ｒ
２、Ｒ３の３つの流路からなる切換流路群Ａ、Ｂ、Ｃ
を、本実施例では前記軸方向に位置をずらせて３組（図
１において右からＡ、Ｂ、Ｃ組とし、以下、明細書中に
おいては、各切換流路群のポート、接続口、流路を特定
する際には、符号ＡないしＣを括弧書きで添える）配し
たものを示している。なお各切換流路群ＡないしＣの第
１のポートＰ１及び各第２のポートＰ２は、周方向の位
置を夫々同位相として整列させ装置の簡素化を図ってい
る。

【００１７】又前記弁軸２は、図１、図２、図４に示す
ように、前記導孔３の内周面を摺動しうる外周面を有す
る軸体２Ａに、主溝部６と、この主溝部６と連なって軸
方向にのびる前記軸体２Ａを切り欠いた窪み部７とから
なるポート切換溝９を、前記切換流路群Ａ、Ｂ、Ｃごと
に設けている。

【００１８】前記主溝部６は、前記各切換流路群Ａ、
Ｂ、Ｃにおいて、常時第３のポートＰ３のみに連通す
る、本例では軸体２Ａに周溝を形成することにより小径
としたものを示しているが、例えば第３のポートＰ３が
導孔３の周方向に連続する環状溝であるような場合に
は、円状の孔とするなど適宜第３のポートＰ３に応じて
形状を変えうるのは言うまでもない。

【００１９】又前記窪み部７は、断面が略Ｖ字状をなし
て軸体２Ａを切り欠くとともに、前記各切換流路群Ａ、
Ｂ、Ｃにおいて、本実施例では弁軸２が停止する第１の
停止位置Ｓ１（図５に示す）において、前記主溝部６と
第１のポートＰ１とを連通する。つまり、前記主溝部６
は常時第３のポートＰ３に連通している結果、各切換流
路群ＡないしＣごとに第１の流路Ｒ１と第３の流路Ｒ３
とを連通しうる。

【００２０】他方、窪み部７は、前記各切換流路群Ａ、
Ｂ、Ｃにおいて、弁軸２が停止する前記第１の停止位置
Ｓ１とは前記周方向に１８０度回転した第２の停止位置
Ｓ２（図６に示す）において、前記主溝部６と第２のポ
ートＰ２とを連通する。つまり、第２の停止位置Ｓ２で
は、各切換流路群ごとに第２の流路Ｒ２と第３の流路Ｒ
３とを連通しうる。

【００２１】このように、１本の弁軸２は、第１の停止
位置Ｓ１と第２の停止位置Ｓ２とを、例えば一方向に間
欠的な回転にて順次移動することにより、複数の各切換
流路群Ａ、Ｂ、Ｃの第１、第２のポートＰ１、Ｐ２とを
選択的に第３のポートに連通でき、複数流路の同期した
切り換えをなしうる。なお第１、第２の停止位置は例示
であって、互いに逆の位置とすることなど適宜変形しう
るのは言うまでもない。

【００２２】なお弁軸２は、適宜シールされ又本例では
両端部を軸受により回転自在に支承されかつステッピン
グモータＭにより間欠的に回転駆動されることにより、
前記各停止位置Ｓ１、Ｓ２で交互に自動停止しうるよう
に構成されている。

【００２３】即ち、図１に示すように、ステッピングモ
ータＭは、弁本体４の一端に固着されたモータケース１
４に配され、又ステッピングモータＭの駆動軸ＭＳは、
弁軸２の一端を延長した軸部の孔部１０にスプライン結
合されている。

【００２４】又弁軸２の他端側には、円盤１１に突片１
２を間欠形成したスリット板１３を固着し、この弁軸２
の回転とともに回転する突片１２の通過数をホトセンサ
ＰＳで検知しかつカウンタ等で計数することにより、前
記弁軸２の回転角度を検知しうる弁軸位置検知具ＡＤを
配している。

【００２５】したがって、かかる弁軸２の回転角度を基
に前記ステッピングモータＭＳは、前記第１、第２の停
止位置Ｓ１、Ｓ２にて容易に停止しうる。なお突片１２
については、前記第１、第２の停止位置Ｓ１、Ｓ２に応
じた２つのみ配し、これを直接検知してステッピングモ
ータＭＳを停止する如く構成してもよく、又磁気力を用
いたものでも良い。

【００２６】次に、ガス吸着装置Ｇは、図１に示すよう
に前例では、前記切換流路群ＡとＣの第３の接続口Ｍ３
（Ａ）、Ｍ３（Ｃ）を少なくともゲージ圧で１気圧以
上、好ましくはゲージ圧で３ないし３．５気圧程度の圧
力比を有するコンプレッサ１７を介在させて管路１５
Ａ、１５Ｂにより接続している。

【００２７】このコンプレッサ１７はピストン式の他、
ネジ式、ベーン式、液封式などの回転圧縮機を適宜採用
しうるとともに、切換流路群ＡからＣに向けて圧縮空気
を吐出しうるように接続されている。

【００２８】又前記切換流路群Ｂの第３の接続口Ｍ３
（Ｂ）は、吸着剤（図示せず）を内部に充填したタンク
Ｔ及び開閉弁Ｖを介してガス取り出し口２１に至る管路
２０が接続されている。なお、この開閉弁Ｖは、電磁
弁、手動操作弁、サーボ弁などを適宜用いうる。

【００２９】さらに、前記切換流路群ＡとＢの第１の接
続口Ｍ１（Ａ）とＭ１（Ｂ）とをパイプ２２で、又前記
切換流路群ＢとＣの第２の接続口Ｍ２（Ｂ）とＭ２
（Ｃ）とをパイプ２３でそれぞれ接続している。

【００３０】而して、ガス吸着装置Ｇは、開閉弁Ｖを開
き、かつ前記ステッピングモータＭを回転させて、弁軸
２を前に述べた様に第１の停止位置Ｓ１で位置決め停止
させる。かかる停止位置では、弁装置１は、各切換流路
群Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、第２の流路Ｒ２と第３の流路と
を連通する。又しかる後、前記コンプレッサ１７を駆動
する。

【００３１】前記コンプレッサ１７は、その駆動によ
り、切換流路群Ａの第２の接続口Ｍ２（Ａ）から弁軸２
の前記窪み部７、主溝部６、第３の流路Ｒ３（Ａ）及び
管路１５Ａを経由して大気中の空気を吸引し、かかる吸
引された空気を圧縮して管路１５Ｂを介し前記切換流路
群Ｃの第３の接続口Ｍ３（Ｃ）へと吐出しうる。

【００３２】次に、切換流路群Ｃの第３の接続口Ｍ３
（Ｃ）へ吐出されてきた圧縮空気は、弁軸２の主溝部
６、窪み部７を経由して第２の流路Ｒ２（Ｃ）へと送給
され、さらにパイプ２３を介して切換流路群Ｂの第２の
流路Ｒ２（Ｂ）へと導かれる。

【００３３】切換流路群Ｂの第２の流路Ｒ２（Ｂ）へと
導かれた圧縮空気は、弁軸２のポート切換溝９により切
換流路群Ｂの第３の流路Ｒ３（Ｂ）からその接続口Ｍ３
（Ｂ）に繋がる管路２０を介してタンクＴ内に圧送さ
れ、このタンクＴ内の吸着材（図示せず）により窒素が
吸着される吸着作用が得られる。

【００３４】つまりタンクＴからは排出されるガスは、
窒素を除去した高濃度の酸素ガスであり、これをガス取
り出し口２１より得る。なお、この吸着に要する時間は
タンク寸法等により種々異なるが、例えば８００cm³ 程
度で１０ないし１００秒程度の時間を定めうる。

【００３５】他方、前記吸着後、吸着剤に付着した窒素
を脱着する場合には、ガス吸着装置Ｇは、開閉弁Ｖを閉
じ、かつ前記ステッピングモータＭを１８０度回転させ
て、弁軸２を第２の停止位置Ｓ２で位置決め停止させ
る。かかる停止位置では、弁装置１は、各切換流路群
Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、第１の流路Ｒ１と第３の流路Ｒ３
とを連通する。

【００３６】前記コンプレッサ１７の駆動により、又開
閉弁Ｖを閉じていることにより、タンクＴ内のガスを、
管路２０、切換流路群Ｂの第３の流路Ｒ３（Ｂ）、ポー
ト切換溝９、第１の流路Ｒ１（Ｂ）、パイプ２２、切換
流路群Ａの第１の流路Ｒ１（Ａ）、ポート切換面９、第
３の流路Ｒ３（Ａ）及び管路１５Ａを経て真空引きす
る。これにより、タンクＴ内の吸着剤に付着した窒素を
脱着しうる。

【００３７】又、コンプレッサ１７の吐出側は、前記管
路１５Ｂから切換流路群Ｃの第３の流路Ｒ３（Ｃ）、ポ
ート切換溝９及び第１の流路Ｒ１（Ｃ）を経て切換流路
群Ｃの第１の接続口Ｍ１（Ｃ）より排気しうる。

【００３８】なお本実施例によれば、前記の如く吸着時
の大気の吸気は切換流路群Ａの第２の接続口Ｍ２（Ａ）
から行い、他方、脱着時の窒素を含有したタンクＴ内の
ガスは、切換流路群Ｃの第１の接続口Ｍ１（Ｃ）よりな
しうるため、吸気と排気をそれぞれ別の接続口において
行いうる。

【００３９】このことは、切換流路群Ａの第２の接続口
Ｍ２（Ａ）には空気中の塵埃などが弁本体４内に侵入す
るのを防ぐフィルタ装置などを装着するのを可能とす
る。又切換流路群Ｃの第１の接続口Ｍ１（Ｃ）には、圧
縮空気の排気時に空気膨張により発生しがちな爆発音を
抑制しうる消音器の取付を可能とする。

【００４０】又本実施例ではステッピングモータＭＳ
は、前記１０ないし１００秒程度の周期で１８０度毎の
間欠回転を一方向回転により行わせているため、制御を
簡素化でき、しかも弁軸は回転の向きを変えることがな
いことにより、異物が導孔３内に侵入するのを防ぎ、弁
軸２の回転が不能となるのを防止しうる。なおモータを
用いて弁軸を回転させているため大きなトルクを得るこ
とができる。

【００４１】又ステッピングモータＭＳは、一方向回転
以外にも交互に向きを回転させても良い。なお本実施例
では、間欠回転、即ち第１、第２の停止位置間を回転移
動するのに要する時間は０．０５ないし０．５秒程度で
行えるものを示し、前記コンプレッサ１７は常時駆動す
るようにしているが、ステッピングモータ駆動時には停
止させるように構成するのは容易である。

【００４２】図７には、他のガス吸着装置Ｇの実施例を
示している。本実施例では、弁装置１は切換流路群を４
つ具えるもの、即ち前記実施例に切換流路群Ｄを追加し
たものを示している。

【００４３】前記切換流路群Ｄの第３の接続口Ｍ３
（Ｄ）には、前記切換流路群Ｂの第３の接続口Ｍ３
（Ｂ）とを管路２６にて接続するとともに、この管路２
０にタンクＴを介在させ、前記実施例の開閉弁Ｖを省略
している。

【００４４】又、切換流路群Ｄの第１の接続口Ｍ１
（Ｄ）は、ボルトなどのプラグ２７が止着されることに
より常時閉ざされている。なお、他の箇所は図示省略し
ている。

【００４５】このように構成したガス吸着装置Ｇは、吸
気、即ち弁軸２が第１の停止位置にあるときは、切換流
路群Ｄの第２の流路Ｒ２（Ｄ）と第３の流路Ｒ３（Ｄ）
とを連通するため、タンクＴから吐き出される高濃度酸
素ガスは、切換流路群Ｄの第３の流路Ｒ３（Ｄ）、ポー
ト切換溝９及び第２の流路Ｒ２（Ｄ）を介して第２の接
続口Ｍ２（Ｄ）より取り出ししうる。つまり切換流路群
Ｄの第２の接続口Ｍ２（Ｄ）がガス取り出し口となる。

【００４６】他方、ガス吸着装置Ｇは、脱着、即ち弁軸
２が第２の停止位置にあるときは、切換流路群Ｄの第１
の流路Ｒ１（Ｄ）と第３の流路Ｒ３（Ｄ）とが連通する
が、第１の流路Ｒ１（Ｄ）はプラグ２７によりその接続
口Ｍ１（Ｄ）を常時閉鎖しているため、前記同様タンク
Ｔ内の真空引きを可能とする。

【００４７】以上のように、この実施例の弁装置１は、
１本の弁軸２の１方向の間欠的な回転により、４つの切
換流路群ＡないしＤを同期させて切換可能とし、ガス吸
着装置Ｇの吸着、脱着時の自動切換手段として好まし
く、前記タンクの排気、閉鎖などを行う前記開閉弁Ｖを
他の流路群を切り換える弁とともに一つのユニットとし
て納めうる。なお、切換流路群は要求に応じて５つ以上
とする他、弁装置を水素ガスをえる吸着装置に用いるな
ど本発明は種々の態様に変形しうる。

【００４８】

【発明の効果】叙上の如く、本発明によれば、弁軸は、
第１の停止位置と第２の停止位置とを回転移動すること
により、複数の各切換流路群の第１、第２のポートとを
選択的に第３のポートに連通しうる結果、弁装置は複数
の切換流路群の同期した切り換えをなしうる。又弁軸を
一方向に間欠的に回転させたときには、異物の侵入等を
防ぎ、弁軸の円滑な回転を保障しうる。さらに弁装置
は、切換流路群の各第１のポート及び各第２のポート
が、周方向の位置を夫々同位相としたときには、第１、
第２のポートを整列させることができ、多くの流路の切
り換えを必要とするガス吸着装置に好ましく用いうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す平面図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ視を示す断面図である。

【図３】弁本体を示す斜視図である。

【図４】弁軸を示す斜視図である。

【図５】第１の停止位置を示す断面図である

【図６】第２の停止位置を示す断面図である

【図７】他の実施例を示す平面図である

【図８】従来の技術を説明するための概念図である。

【符号の説明】

２ 弁軸 ３ 導孔 ４ 弁本体 ５ スリーブ ６ 主溝部 ７ 窪み部 ９ ポート切換溝 Ｐ１ 第１のポート Ｐ２ 第２のポート Ｐ３ 第３のポート Ｍ１ 第１の接続口 Ｍ２ 第２の接続口 Ｍ３ 第３の接続口 Ｒ１ 第１の流路 Ｒ２ 第２の流路 Ｒ３ 第３の流路 Ａ、Ｂ、Ｃ 切換流路群 Ｓ１ 第１の停止位置 Ｓ２ 第２の停止位置 Ｇ ガス吸着装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸状をなす弁軸と、この弁軸をその軸線ま
   わりに回動自在に内挿する導孔を形成した弁本体とを有
   し、 前記弁本体は、 前記導孔の内周面で開口しかつ周方向に角度αを隔てる
   第１、第２のポートと弁本体の周面に設けた第１、第２
   の接続口とを夫々結ぶ第１、第２の流路、 及び前記第１、第２のポートとは軸方向に異なる位置で
   導孔の内周面で開口する第３のポートと弁本体の周面に
   設けられた第３の接続口とを結ぶ第３の流路からなる複
   数組の切換流路群を、前記軸方向に位置をずらせて配し
   てなり、 前記弁軸は、 前記各切換流路群において、常時第３のポートのみに連
   通する主溝部と、この主溝部から軸方向にのびることに
   より弁軸が停止する第１の停止位置、前記第１の停止位
   置とは前記周方向に異なる第２の停止位置において前記
   主溝部と前記第１、第２のポートとを選択的に連通しう
   る窪み部とからなるポート切換溝を、前記切換流路群ご
   とに設けてなる弁装置。
2. 【請求項２】前記切換流路群の各第１のポート及び各第
   ２のポートは、周方向の位置を夫々同位相としたことを
   特徴とする請求項１記載の弁装置。
3. 【請求項３】請求項１乃至２記載の弁装置を用いたこと
   を特徴とするガス吸着装置。