JPH08338540A - 空気作動２段開閉弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メンテナンスフリーの空気作動２段開閉弁装
置とする。 【構成】 摺動による摩擦、摩耗のない弁手段２と、機
械的に安定し、誤動作のない弁駆動装置とを組合せて構
成したもので、弁手段２は、弁体が偏心軸２ａまわりに
軸Ｘ−Ｘを通る面を回動して、閉弁位置寸前で初めて弁
座と接して閉弁し、閉弁時には弁体自体が持っている偏
心軸２ａとの間のばね力で圧接する構造をもっている。
弁駆動装置は、エアーシリンダ３と電磁弁４ａ，４ｂと
で構成され、弁手段２は、１段目開閉駆動部３ａと２段
目開閉駆動部３ｂとからなる多段のエアーシリンダ３
で、エアーシリンダ３は開閉のプログラムに従って駆動
される電磁弁４ａ，４ｂを介して導入される高圧空気に
より駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気作動２段開閉弁装
置に関し、より詳細には、開閉のプログラムに従って２
段開閉駆動される長寿命の開閉弁と、該開閉弁を安定し
て空気圧駆動するエアーシリンダによる弁駆動装置を組
合せた空気作動２段開閉弁装置により、ローリ出荷，船
出荷等のバッチ出荷に利用される。

【０００２】

【従来の技術】液体を定量充填する場合、作業効率を向
上する観点から高流速高流量で充填することが望まし
い。しかし、液体が可燃性があり低導電性の石油類で、
この石油類をローディングアーム等のノズルを介してロ
ーリ車に搭載する場合、油液流速の増大に従って油液に
静電気が発生し、静電気量が増大すると静電気はローデ
ィングアームの先端と油液面との間で放電され放電火花
による火災発生の危険があるので、充填開始から充填中
の油液面がローディングアームの先端に接触する期間で
は流速を下げ、これ以後の充填期間では流速を上げる２
段階の弁開放による充填作業が行われる。一方、充填が
進み設定量に達するまで高速充填を続けると流体慣性に
より閉弁が遅れ過充填となる充填誤差やウォーターハン
マーが発生するので定量充填に近い充填量に達したとき
過充填を防ぎ、充填精度を上げるため流速を小さくして
いる。

【０００３】このために、ローリ出荷時においては、充
填流量と流速との関係がプログラムされており、このプ
ログラムに従って弁装置は２段制御される。この２段制
御は、通常、前述のように充填初期と充填完了間際時の
小流速域と、充填中間での大流速域の２段制御である。
このような２段開閉弁装置（以後、弁装置と記す）は、
弁手段と、該弁手段を駆動する駆動装置とからなり、こ
れらは一体的に構成されているが防爆上の観点から空気
圧により駆動するのが通例である。

【０００４】弁装置は、例えば、ローリ出荷に使用され
る場合、１日当りの使用頻度が大きく、通年では弁開閉
回数は膨大な数となり、そのために故障も多くなり、故
障修理や定期点検等により失われる時間は莫大で、その
分、充填作業の効率を低下し経済的な損失を多くする。
通常使用される弁手段はボール弁で、前述のように防爆
の点から弁駆動装置は空気圧制御のアクチュエータが用
いられている。

【０００５】図６は、ボール弁のシート部を説明するた
めの分解斜視図であり、図中、２０はボール弁要部、２
１，２２はケーシング、２３はボール、２４はシート、
２５はパッキン、２６はボルト、２７はナットである。

【０００６】ボール２３は円球体で、中心を貫通した流
通孔２３ｂを有し、流通孔２３ｂの軸と直角方向に、ボ
ール２３を回転駆動するための駆動軸２１ａと係合する
溝２３ａが設けられている。ボール２３は、流通孔２３
ｂの上下流側で円環状のシート２４によりシールされ、
対をなすケーシング２１，２２内に液密に収納されパッ
キン２５を介しボルト２６、ナット２７により密封され
て、溝２３ａと係合する駆動軸２１ａを回動することに
より弁の開閉が行われている。

【０００７】また、弁手段を駆動する駆動部（操作部）
は、安価で、信頼性が高く操作性が優れている点で空気
式が多用されている。しかし、弁手段が弁開度に従って
流体動圧を受ける構造のものでは無負荷時の弁開度は正
常であっても、流体が流れている場合の弁開度は動圧の
影響を受けて不安定な弁開度となる。このような開開度
の不安定をなくすためポジショナを用いて弁開度の位置
を検出して弁開度を制御するクローズドループを構成し
て弁開度を安定して正しく制御している。

【０００８】ポジショナには多くの方式のものが提案さ
れているが、基本的な構成としては、ベローズ等を用い
た信号検出部と、その動きにより開閉するパイロット部
および出力軸の運動をパイロット部にフィードバックし
て平衡状態にするためのリンク又はスプリング等よりな
っている。パイロット部は、固定したノズルとベローズ
等の動きに従って変位するフラッパを有しフラッパの変
位をノズル背圧の変化として取り出している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の、弁体と弁駆動
装置とが一体に構成された弁装置において通常用いられ
ている弁はボール弁である。ボール弁は、図６に示した
ように、ボール２３とシート２４とは摺動自在に設けら
れ、シート２４として可撓性の樹脂、例えば、テフロン
が用いられている。このような構成をもつボール弁は、
上下流の差圧によりボール２３はシート２４に密着し、
差圧が大きい程、締切性がよいという特徴をもってい
る。しかし、ボール弁の開閉の都度、ボール２３は大き
い圧力で下流側のシート２４と摺動するため、次の欠陥
がある。

【００１０】（１）差圧が大きい程、摩擦も大きくなる
ため、作動不良になり易く、オーバーフローに至る事故
が生じ易い。 （２）下流側のシート２４は長期間繰返し開閉駆動され
ることにより摩耗し、ボール２３とシート２４の間隙が
大きくなり、ポンプ停止時等により差圧が低下するとロ
ーディングアーム先端弁の閉め忘れ等で配管内溜り油が
いつまでも滴下する現象が生じる。 （３）ポンプ吐出圧が大きい程、１段目の中間開度にし
たとき圧力差によりシート部分に段差ができ、２段目の
全閉位置に移動する時、閉止速度が不安定となり、ウォ
ーターハンマーや過充填警報が頻発したりオーバーフロ
ーを生ずる原因となる。 （４）弁の動作テスト時は上流側に設けられた手動弁を
閉じて差圧が零の状態で行うので、使用状態の条件と異
なりスムースに作動するため、事故後の原因解明が遅れ
る。 （５）上記の理由によりボール弁メーカーは１年毎の整
備をするようリコメンドしている。

【００１１】一方、ノズル、フラッパを有する空気式の
弁駆動装置では、ノズル、フラッパー間の間隙の微調整
が必要であり、しかも、ノズルの目詰りや閉塞などが生
じ、弁開閉駆動が不可能となりオーバーフロー等の事故
が発生するので、定期点検が必要で、メンテナンスに要
する費用も嵩み、その期間における出荷作業を停止しな
ければならない等の非能率をもたらす。

【００１２】上述のように、従来のローリ出荷等、油液
のバッチ出荷に用いられていた弁装置には、ボール弁と
２段開閉エアーシリンダの駆動装置とを組合せた方式
と、カムフレックス弁とポジショナー型駆動装置とを組
合せた方式のものがあった。しかし、前者の弁装置は、
２段開閉エアーシリンダによる駆動装置は耐久性があ
り、信頼性が高いが、ボール弁は長期信頼性がなく、後
者の弁装置はカムフレックス弁が長期安定に動作し、信
頼性が高く、ポジショナー型駆動装置が信頼性に問題が
あり、従来の何れの方式の弁装置も長期安定して使用す
ることができなかった。

【００１３】本発明は、上記課題を解決するために、従
来バッチ出荷等に用いられた弁手段と駆動装置とからな
る弁装置において、故障率の少ない弁手段としてカムフ
レックス弁と駆動装置としてエアーシリンダを組合せ、
略メンテナンスフリーの空気作動２段開閉弁装置とする
ことを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、流管に取り付けられ、該流管内を流れる
流体の定量を取り込む２段開閉弁装置において、上流側
流管断面と平行して設けられた円環状の弁座と、前記流
管の軸に直角で偏心した偏心軸まわりに回動し、前記弁
座と協働して前記流管を開閉するシール面が球面の弁体
とからなる弁手段と；同一軸上を２段に移動する複数の
ピストンを有する２段のエアーシリンダと、前記偏心軸
と移動軸とに係合し、前記ピストンが移動する直線運動
を前記偏心軸の回転運動に変換する係止手段と、前記弁
手段を開閉のプログラムに従って開閉駆動するために前
記エアーシリンダを駆動する空気圧を開閉制御する駆動
部とからなる弁駆動装置とで構成されたことを特徴とす
るものである。

【００１５】

【作用】弁体が流管の軸に直角で偏心した軸により回動
し、円環状の弁座に摺動せずに接触するので、摩擦や摩
耗が生じない構造の弁手段と、機械的に中間開度の位置
決めが可能で、安定したエアーシリンダ型の駆動部とを
組合せた略メンテナンスフリーとする空気作動２段開閉
弁装置とするものである。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明による空気作動２段開閉弁装
置の構造を説明するための図で、図１（ａ）は側面図、
図１（ｂ）は流れ方向からみた正面図であり、図中、１
は空気作動２段開閉弁装置、２は弁手段、３はエアーシ
リンダ、４ａ，４ｂは電磁弁、５は減圧弁（フィルタ
付）である。

【００１７】空気作動２段開閉弁装置１は、弁手段２の
弁体（図示せず）を回転駆動する偏心軸２ａと、エアー
シリンダ３とを係合し、エアーシリンダ３の直線運動を
偏心軸２ａの回転運動に変換する係合手段（図示せず）
と、エアーシリンダ３を弁開閉のプログラムに従って駆
動する防爆規定に適合した電磁弁４ａ，４ｂと、エアー
シリンダ３の駆動に適した圧力に減圧するフィルタを有
する減圧弁５とからなっており、弁開度は弁開度指示計
３ｃにより指示されるようになっている。以下、要部と
しての弁手段、および駆動部となるエアーシリンダ３に
ついて図に基づいて説明する。

【００１８】図２は、本発明に適用される弁手段を説明
するための流れと直角方向からみた断面図であり、図
中、６はケーシング、７は弁シート、８は弁体、９はハ
ブである。

【００１９】図示の弁手段２は、例えば、ニイガタ・メ
ーンソネーラン（Ｎiigata,Ｍensoneilan）(株)製のカ
ムフレックス弁で、弁体８はシール部が球面となってお
り、弁体８の面と直角に取り付けられた所定長さのプラ
グアーム８ａと、フレキシブルプラグアーム８ａの他端
側の偏心した位置に半円筒状のハブ９とからなり、弁体
８、プラグアーム８およびハブ９は一体的に構成されて
いる。ハブ９の軸Ｏ−Ｏに対し偏心した位置に回転軸９
ａが設けられ、弁体８を回転軸９ａまわりに（紙面上の
２点鎖線位置から実線位置）に回動可能に駆動できるよ
うになっている。

【００２０】弁体８は、軸Ｏ−Ｏ線上に流入口６ｂと流
出口６ａを有するケーシング６内の中央部に回転可能に
設置される。ケーシング６の流入口６ｂには、弁体８と
協働する円環状の弁座７が流入口６ｂの断面と平行に設
けられ、弁体８が２点鎖線の開弁位置から実線で示す閉
弁位置まで回転するとき、偏心しているため、弁体８と
弁座７とは、シールされる寸前まで接触せず摩擦も発生
しない。閉弁時には、プラグアーム８ａは弾性変形し、
この弾力により弁体８は弁座７に安定して圧接シールさ
れる。

【００２１】上述のように、カムフレックス弁による弁
手段２の動作は、閉弁直前まで弁体８と弁座７とが摺動
することがなく、しかも閉弁時はプラグアーム８ａの弾
性力で圧接されるので、弁体８と弁座７の摩擦が発生せ
ず、しかも、閉弁後はプラグアーム８ａの弾性力で閉止
されるので長期間、液洩れ等のない安定した弁の開閉が
できる。

【００２２】上述した長期安定動作が可能なカムフレッ
クス弁の弁手段２に対応して同程度で安定した動作をす
る駆動装置としてエアーシリンダ３を用いるものである
が、以下、エアーシリンダ３の構造と、エアーシリンダ
３をプログラムに従って駆動する電磁弁４ａ，４ｂによ
る制御について述べるが、まず、弁開閉のプログラムに
ついて述べる。

【００２３】図３は、弁開閉のプログラムの一例を説明
するためのタイムチャートで、横軸は充填量、縦軸は弁
開度を表わしている。図３において、ａ→ｂ→ｃの期間
は、小流量で充填するための１段目の開弁で、ｃ→ｄの
期間は、大流量で充填するための２段目開弁で、ｄ→ｅ
までの期間の間は２段目開弁状態が保持される充填中間
域で、設定された充填量の近傍のｅ→ｆ→ｇの期間では
１段目の閉弁がなされ、定量充填直前のｇ→ｈの期間で
完全に閉弁される。

【００２４】図４は、開弁動作を説明するためのブロッ
ク図の一例で、図中、１０は１段目開閉駆動部３ａのピ
ストン、１１，１２は２段目開閉駆動３ｂのピストン、
１３は係止部材、１４は偏心軸固定孔、１５はスピード
コントローラ、１６は流路、１７は圧力計である。

【００２５】空気圧は、減圧弁５を圧力計１７を見なが
ら所定の圧力となるように調整され、流路１６に供給さ
れている。以下、図３のａ〜ｄの期間における２段開弁
動作を説明する。 （１）１段目弁（開）の動作（図３のａ→ｂ→ｃの期
間） 〔電磁弁４ａ：ＯＦＦ 電磁弁４ｂ：ＯＮ〕 電磁弁４ａがＯＦＦされた状態での電磁弁４ｂのＯＮに
より空気はＥ₁→ＯＵＴ１を通りＣＹ₁に導入され、ピス
トン１０は矢印Ｐ₁方向（図の右方）に押されると同時
にＣＹ₂の空気はＯＵＴ２→Ｅ₂を通り排気される。ピス
トンロッド１０ａとピストン１１の面とは接触してお
り、ピストン１１は矢印Ｐ₂方向に押されて（図の右
方）係止部材１３を矢印“開”方向（右廻り）に回転し
ピストン１０の定められたストロークに相当して開弁さ
れる。 （２）２段目弁（開）の動作（図３のｃ→ｄ→ｅの期
間） 〔電磁弁４ａ：ＯＮ 電磁弁４ｂ：ＯＮ〕 電磁弁４ｂのＯＮが継続され、電磁弁４ａのＯＮにより
空気はＥ₃→ＯＵＴ３を通り、ＣＹ₃に入り、ＣＹ₄の空
気はＯＵＴ４→Ｅ₄により大気開放され、ピストン１
１，１２を更に矢印Ｐ₂方向に押し係止部材１３を更に
矢印“開”方向に回転し、開弁する。このとき、ピスト
ンロッド１０ａとピストン１１とは離間する。

【００２６】図５は、閉弁動作を説明するためのブロッ
ク図の一例で、図４と同様の動作をする部分は、図４と
同じ参照番号が付してある。 （３）１段目弁（閉）の動作（図３のｅ→ｆ→ｇの期
間） 〔電磁弁４ａ：ＯＦＦ 電磁弁４ｂ：ＯＮ〕 電磁弁４ｂのＯＮが継続され、電磁弁４ａのＯＦＦによ
り、空気はＥ₃→ＯＵＴ４を通りＣＹ₄に入り、同時にＣ
Ｙ₃の空気はＯＵＴ３を経て大気開放される。なお、Ｃ
Ｙ₄から流出する空気流量はチェッキ弁１５ａと可変ノ
ズル１５ｂを並列接続したスピードコントローラ１５に
より、閉弁時において所定の流量勾配となるように調整
されている。 （４）２段目弁（閉）の動作（図３のｇ→ｈの期間） 〔電磁弁４ａ：ＯＦＦ 電磁弁４ｂ：ＯＦＦ〕 電磁弁４ａがＯＦＦされた状態で電磁弁４ｂのＯＦＦに
より、空気はＥ₁からＯＵＴ２を経てＣＹ₃に入り、ＣＹ
₁の空気はＯＵＴ１より大気開放され矢印Ｆ₁方向に移動
する。このときＣＹ₄の空気は引続き供給されているの
で、ピストン１１，１２は矢印Ｆ₂方向に移動し係止部
材１３を矢印“閉”方向に回転する。

【００２７】上述したエアーシリンダ３を用いた弁駆動
手段によると、充分大きい駆動力が得られ、しかもピス
トン１０はＰ₁方向に機械的にストッパーが設けてある
ので、一段目の開度がポジショナーと異り、安定してお
り、位置が狂わず、メンテナンスが少く、安定して長期
運転が可能となる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による空気作動２段開閉弁装置を構成する要部である弁
手段および駆動装置において、弁手段は、上流側流管の
断面と平行した面に設けられた弁座と協働する弁体の部
分を球面として、該弁体を流管軸に直角で偏心した軸ま
わりに回動する構造であり、弁体と弁座とは閉弁座とは
摺動せずに圧接される構造であるから、長期間、繰返し
開閉駆動されても摩擦や摩耗が無く、液もれ等の事故を
生ずる確率が低い。また、駆動装置はエアーシリンダ
と、該エアーシリンダを開閉のプログラムに従って多段
に駆動する電磁弁で構成されているから、機械的に動作
するので長期安定して使用できる。従って、前記弁手段
と駆動装置とによって構成された空気作動２段開閉弁装
置は、不経済で煩わしい保守点検を殆んで必要とせずメ
ンテナンスフリーで使用することができるので経済的な
効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による空気作動２段開閉弁装置の構造
を説明するための図である。

【図２】 本発明に適用される弁手段を説明するための
流れと直角方向からみた断面図である。

【図３】 弁開閉のタイムチャートの一例を説明するた
めの図で、横軸は充填量、縦軸は弁開度を表わしてい
る。

【図４】 開弁動作を説明するためのブロック図の一例
である。

【図５】 閉弁動作を説明するためのブロック図の一例
である。

【図６】 ボール弁のシート部を説明するための分解斜
視図である。

【符号の説明】

１…空気作動２段開閉弁装置、２…弁手段、３…エアー
シリンダ、４ａ，４ｂ…電磁弁、５…減圧弁（フィルタ
付）、６…ケーシング、７…弁シート、８…弁体、９…
ハブ、１０…１段目開閉駆動部３ａのピストン、１１，
１２…２段目開閉駆動３ｂのピストン、１３…係止部
材、１４…偏心軸固定孔、１５…スピードコントロー
ラ、１６…流路、１７…圧力計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流管に取り付けられ、該流管内を流れる
   流体の定量を取り込む２段開閉弁装置において、上流側
   流管断面と平行して設けられた円環状の弁座と、前記流
   管の軸に直角で偏心した偏心軸まわりに回動し、前記弁
   座と協働して前記流管を開閉するシール面が球面の弁体
   とからなる弁手段と；同一軸上を２段に移動する複数の
   ピストンを有する２段のエアーシリンダと、前記偏心軸
   と移動軸とに係合し、前記ピストンが移動する直線運動
   を前記偏心軸の回転運動に変換する係止手段と、前記弁
   手段を開閉のプログラムに従って開閉駆動するために前
   記エアーシリンダを駆動する空気圧を開閉制御する駆動
   部とからなる弁駆動装置とで構成されたことを特徴とす
   る空気作動２段開閉弁装置。