JPH10103561A - 空気作動２段開閉弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気圧で駆動する弁が閉弁状態において空気
圧が零であるとき、弁体が液圧を受けて開弁する動作不
良をなくす。 【解決手段】 偏心軸２まわりに回転して開閉する偏心
形弁体を空気駆動する装置で、偏心軸２をレバー３によ
り回動するアクチュエータを、同軸に対向した主シリン
ダ６と副シリンダ１１とする。弁全閉状態では、主ピン
９ｂを副ピストンロッド１３ａに固着したアーム溝１８
ａの右端に主・副戻しばね１０，１４のばね力で押圧し
ている。弁小開では、副シリンダ１１を駆動し、副ピス
トン１３の移動範囲でアーム１８と共に主ピン９ｂを移
動して偏心軸２を回転する。弁全開では、弁小開の状態
で主シリンダ６を駆動し、静止状態のアーム１８のアー
ム溝１８ａ内を、主ピン９ｂだけを移動して偏心軸２を
回動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気作動２段開閉
弁装置に関し、より詳細には、流路断面上に設けられた
円環状の弁座と協働する弁体を偏心軸まわりに回動して
２段開閉するエアーアクチュエータの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体を高速，高精度で定量充填するため
に、通常、定量に達する直前まで大流量で充填し、充填
量が定量近傍に達したとき、流量を小流量に切り換える
ことにより、閉弁時における過充填やウォーターハンマ
ーの発生を防止するようにしている。一方、低導電性で
可燃性のある、石油類の液体を充填する場合は、例え
ば、ローリ車のハッチにローディングアームを挿入し充
填を開始すると、低導電性の石油の流体摩擦により静電
気が発生し、ローディングアームの先端との間に火花放
電が生じることにより火災が発生する危険がある。この
危険をさけるため、タンク内油液面が充填開始からロー
ディングアームの先端に達するまでは小流量で充填し、
これ以後では、大流量で充填するようにしている。

【０００３】従来、ローリ出荷に使用される弁として
は、例えば、ニイガタ・メーンソネーラン(Niigata Men
soneilan)（株）製のカムフレックス弁がある。

【０００４】図３は、従来のカムフレックス弁を説明す
るための平断面図で、図中、５０はカムフレックス弁、
５１はケーシング、５２は弁シート（弁座）、５３は弁
体、５４はハブ、５５は軸穴である。

【０００５】図３に示したカムフレックス弁５０は、シ
ール面５３ａが球面である弁体５３と、弁体５３と協働
する弁シート（弁座）５２を有するケーシング５１とか
らなっている。ケーシング５１は、流れ方向に流入口
（又は流出口）５１ａと流出口（又は流入口）５１ｂと
を有している。流入口５１ａの側には、円環状の段部を
有する弁シート５２が固定リング５２ａにより外部に突
出しないように装着されている。弁体５３は、弁シート
５２と接するシール面５３ａが球面で、中心軸Ｏ−Ｏか
ら直角に離間した軸穴５５まわりに回動するように弁体
５３と一体なハブ５４で軸穴５５に固定されている。

【０００６】以上のように構成された弁体５３は、軸穴
５５まわりに回動し、弁体５３が実線で示す位置で閉弁
され、２点鎖線で示す位置で開弁される。弁体５３が２
点鎖線の位置から実線で示す位置まで回転し、閉弁する
とき、弁体５３は軸穴５５まわりに回動するため、弁体
５３と弁シート５２とはシールされる寸前まで接触せ
ず、従って、摩擦も発生しないから、弁体５３と弁シー
ト５２とは摩耗することがない。また、流体圧が高いと
き、流入口５１ａを流出口にすると、液圧によりプラグ
アーム５４ａは弾性変形し、この弾性により弁体５３は
弁シート５２に安定して圧接し閉弁する。しかし、一般
には安定な制御動作を得るために図３に示したように、
流入口５１ａ側で開閉動作がなされる。

【０００７】図３に示したカムフレックス弁５０を、石
油類等の液体に使用する場合は、図４に示す空気圧作動
２段開閉弁装置により、空気圧駆動する。

【０００８】図４は、従来の空気圧作動２段開閉弁装置
を説明するための図で、図中、３１はケーシング、３２
は偏心軸、３３はレバー、３４は弁全閉位置設定部、３
５は弁全開位置設定部、３６は主シリンダ、３７はシリ
ンダケーシング、３８はピストン、３９はピストン３８
用のダイヤフラム、４０は戻しばねである。

【０００９】図４において、ケーシング３１内に設けら
れた偏心軸３２は紙面に垂直に延長され、図３に示した
弁体５３の軸穴５５が一体的に固着される。ケーシング
３１内において、偏心軸３２には、軸と直角方向に延び
るレバー３３がボルト等により固着され、レバー３３と
主シリンダ３６のピストンロッド３８ａとはピン３９ｂ
により回転可能に接続される。また、レバー３３の他端
は、ケーシング３１の左側に設けられた弁全閉位置設定
部３４と弁全閉時に接触し、全開時には、右側の弁全開
位置設定部３５と接触するように設定ボルト３４ａ，３
５ａで位置決めされ、ロックナット３４ｃ，３５ｂでセ
ットされる。

【００１０】一方、主シリンダ３６は、一端面がケーシ
ング３１の側面に固着される円筒状のシリンダケーシン
グ３７を有し、該シリンダケーシング３７内には、シリ
ンダケーシング３７の内径より小径のカップ状をしたピ
ストン３８が凹部をレバー３３側に向けて納められ、ピ
ストン３８の凹部とシリンダケーシング３７のレバー３
３側の端面間に戻しばね４０がピストンロッド３８ａと
同軸に張設され、ピストン３８の凸部側は、外周３９ａ
がシリンダケーシング３７に気密に埋設されたダイヤフ
ラム３９で覆われている。

【００１１】シリンダケーシング３７には、ダイヤフラ
ム３９で区画された戻しばね４０側に通気口３７ｂを開
口してある。ピストン３８の凸部Ａ側には、空気圧導入
口３７ａが設けられている。該空気圧導入口３７ａに空
気圧が導入されると、ピストン３８は戻しばね４０のば
ね力に抗して移動し、レバー３３を介して偏心軸３２を
回動して開弁する。また、空気圧の導入を止め通気孔３
７ｂより大気開放すると、戻しばね４０のばね力により
ピストン３８は右側に移動し、レバー３３を介して閉弁
する。弁の全開は、弁全開位置設定部３５とレバー３３
との接触位置で定められ、全閉は弁全閉位置設定部３４
とレバー３３との接触位置で定められる。

【００１２】空気作動開閉弁装置は、空気圧導入口３７
ａから空気圧が導入され、開閉のプログラムに従ってタ
イムチャートが定められる。図４に示した空気圧作動２
段開閉弁装置は、その一例であり、空気圧駆動によりピ
ストン３８を移動して開弁し、閉弁時は、ピストン３８
を戻しばね４０のばね力で戻す操作が行われる。この場
合の空気圧駆動は、通常ポジシヨナ方式が採用されてい
る。ポジシヨナの基本的な構成は、ペローズ等を用いた
信号検出部と、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
管圧の変化として取り出す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によりなっている。

【００１３】図４に示したカムフレツクス弁を駆動する
空気作動開閉弁装置としては、上述のポジシヨナを用い
た方式の他にエアーシリンダ方式がある。この方式は、
開弁用のエアーシリンダと、閉弁用のエアーシリンダを
有し、各々のピストンの移動方向を平行に配置して直線
運動を回転運動に変換して、偏心軸まわりにカムフレッ
クス弁を回転駆動するリンク機構を有している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】カムフレックス弁は、
弁体５３が流管軸から直角に離間した軸穴５５まわりに
回動し、円環状の弁座に摺動せずに接触するので、磨耗
の少ない長期安定した構造をもっている。しかし、空気
作動開閉弁装置において、ポジシヨナ方式の弁開閉装置
ではノズル、フラッパ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て弁開閉駆動に
難点もあり、定期点検が必要でありメンテナンスに要す
る費用も嵩み、更に、ノズル−フラッパ間および減圧弁
からのエアーブリードがあり、１台当り約２０（Nl／mi
n：ノルマルリッタ／分）の空気を消費するという問題
がある。

【００１５】また、全空気圧駆動のエアーシリンダ方式
は、空気消費量も少く、更に、２段弁開閉等の切換えに
電磁弁を用いているので長期間安定しておりメンテナン
ス費用は極めて小さく経済的効果は高い。しかし、駆動
空気圧が零となったとき閉弁用のエアーシリンダの駆動
力も零となって液圧により開弁し、液が流れ出すことが
ある。このため、空気圧が零となったときの保護対策が
必要である。

【００１６】本発明は、長期間使用しても安定動作し、
駆動空気圧が零になったときでも閉弁時に必要なトルク
があり、液圧が高いときでも液洩れを生じない高信頼性
の空気作動２段開閉弁装置を提供することを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、流路
断面上に設けられた環状の弁座と、該弁座と協働し偏心
軸まわりの回動により前記流路を開閉する偏心形弁体を
有し、該弁体をエアー駆動により２段開閉する弁装置に
おいて、前記偏心軸に直角に固着されたレバーと、該レ
バーを前記偏心軸まわりにエアー駆動し全開する主ピス
トンおよび前記エアーの大気開放により閉弁する主戻し
ばねを有する主シリンダと、該主シリンダと同軸に対向
配置され、エアー駆動により前記主ピストンの開弁と同
じ方向に移動し１段開弁する副ピストンおよび前記エア
ーの大気開放により該副ピストンを復元する副戻しばね
を有する副シリンダと、前記副ピストンのピストン軸に
一端が固着され、前記主ピストンの軸と前記レバーとを
回転自在に支持してピンを案内する溝を設けたアームを
有し、該アームにより前記主ピストンと副ピストンを連
結するものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による空気作動２
段開閉弁装置を説明するための構造図であり、図中、１
はケーシング、２はカムフレックス弁の偏心軸、３はレ
バー、４は弁全閉位置設定部、５は弁全開位置設定部、
６は主シリンダ、７は主シリンダケーシング、８は主ピ
ストン、９はダイヤフラム、１０は主戻しばね、１１は
副シリンダ、１２は副シリンダケーシング、１３は副ピ
ストン、１４は副戻しばね、１５は間座、１６はＯリン
グ、１７は弁小開度設定部、１８はアーム、１９はエア
ー源、２０は減圧弁、２１は主切換弁、２２は副切換
弁、２３はチェッキ弁、２４は絞り弁である。

【００１９】図１に示した空気圧作動２段開閉弁装置
は、カムフレックス弁（図示せず）から延在する偏心軸
２を駆動するアクチュエータと連結するレバー３等を収
納するケーシング１と、該ケーシング１に隣接してカム
フレックス弁のアクチュエータとなる全開弁用の主シリ
ンダ６および該主シリンダ６と対向して固着した開弁用
の副シリンダ１１を有している。

【００２０】ケーシング１内には、偏心軸２と軸直角に
固着されるレバー３を設けてある。レバー３の一端３ａ
は、主シリンダ６の主ピストンロッド８ａの一端と主ピ
ン９ｂにより回動自在に連結されており、他端３ｂは、
偏心軸２の回動により弁全閉位置設定部４および該弁全
閉位置設定部４と反対側のケーシング１の壁面に設けら
れた弁全開位置設定部５と接触するようになっている。

【００２１】主ピン９ｂは、アーム１８に設けられた円
弧状のアーム溝１８ａ内を移動しながら偏心軸２のまわ
りを回動するようになっている。なお、アーム１８の他
端１８ｃは、副ピストンロッド１３ａの一端に固着さ
れ、ケーシング１の窓１ａを通り、副ピストンロッド１
３ａの移動方向に移動するようになっている。また、弁
全閉位置設定部４は、ハンドル４ｂで回動され、ケーシ
ング１に設けられた雌ねじに螺合する設定ボルト４ａ
と、ロックナットハンドル４ｄで回動され設定ボルト４
ａをロックするためのロックナット４ｃとからなってい
る。弁全開位置設定部５は、設定ボルト５ａとロックナ
ット５ｂとからなり、共に偏心軸２の回転角の範囲を規
定し、弁体の全閉，全開する角度が設定される。

【００２２】主シリンダ６は、主シリンダケーシング７
内に主ピストン８と、主ピストン８を主シリンダケーシ
ング７内でシールするダイヤフラム９と、開弁した空気
圧が大気開放状態の主ピストン８をばね力で閉弁位置に
戻すための主戻しばね１０とからなっており、端面がケ
ーシング１の側壁面に固着され、主ピストンロッド８ａ
は軸方向に移動可能な窓７ｃを通り、前記のレバー３と
主ピン９ｂを介し連結されている。

【００２３】副シリンダ１１は、前記主シリンダ６と対
向するケーシング１の壁面に副シリンダケーシング１２
で固着されている。該副シリンダケーシング１２内に
は、間座１５で位置決めされた副ピストン１３と、該副
ピストン１３の移動方向にコイル軸を有する副戻しばね
１４とが設けられている。副ピストンロッド１３ａは、
Ｏリング１６でシールされ、アーム１８の他端１８ｃで
副ピン１３ｂにより一体に固着されている。副ピストン
１３は、空気圧導入口１２ａから導入される空気圧によ
り、主ピストン８が空気圧駆動により移動する方向と同
じ方向に移動し、副戻しばね１４を圧縮するように作動
する。次に、図２に示した空気作動２段開閉弁装置の動
作を説明する。

【００２４】図２は、図１に示した空気作動２段開閉弁
装置の動作を説明するための図で、図２（Ａ）は弁全閉
状態、図２（Ｂ）は弁小（２０％弁開）開状態、図２
（Ｃ）は弁全開状態を示す図であり、図中、図１と同様
な動作をする部分には、図１の場合と同じ参照番号を付
してある。なお、煩雑を避けるため図２（Ｂ），図２
（Ｃ）において、図２（Ａ）と同様な作用をする部分の
符号の一部を省略してある。

【００２５】（１）弁全閉状態（図２（Ａ）） 主シリンダ６および副シリンダ１１には空気圧が導入さ
れておらず、主ピストン８には主戻しばね１０のばね力
が、副ピストン１３には副戻しばね１４のばね力のみが
作用し、主ピストン８，副ピストン１３は、レバー端３
ｂが弁全閉位置設定部４に当接し図示の最右端に位置し
ている。このとき主ピン９ｂは、アーム溝１８ａの右端
に位置している。この状態では、偏心軸２と一体に構成
された弁体には、主戻しばね１０，副戻しばね１４のば
ね力が作用するため、液圧が大きかったり、液圧変動が
ある状態でも安定して閉弁状態を維持する。

【００２６】（２）弁小開状態（図２（Ｂ）） 図２（Ａ）の状態で、副切換弁２２を介して空気圧を副
シリンダ１１の空気圧導入口１２ａから導入すると、副
ピストン１３は副戻しばね１４，主戻しばね１０のばね
力に抗して、図の左側に移動する。副ピストンロッド１
３ａは、アーム１８と接合しているので、アーム１８も
左側に移動するとともに、主ピン９ｂも左側に移動す
る。この移動に連動してレバー３を介して偏心軸２が所
定の角度回動する。このときの偏心軸２の回転角が弁小
開の状態であり、副ピストン１３の移動量に比例する。

【００２７】その間の弁小の開度を任意に設定可能とす
るために、副ピストン１３の移動量を制限する弁小開度
設定部を副シリンダケーシング１２に設ければよい。図
１に示した弁小開度設定部１７は、副シリンダケーシン
グ１２に副ピストンロッド１３ａと同軸に設けられた設
定ボルト１７ａとロックナット１７ｂとからなり、設定
ボルト１７の長手方向の位置調整により弁小開度を任意
に設定できる。

【００２８】（３）弁全開状態（図２（Ｃ）） 図２（Ｂ）の状態で、主切換弁２１を介して空気圧を主
シリンダ６に空気圧導入孔７ａから導入すると、主ピス
トン８が図の左側に移動する。主ピストンロッド８ａ
は、主ピン９ｂをアーム溝１８ａで案内して左側に移動
する。移動した主ピン９ｂは、レバー３を介して偏心軸
２を回動して弁体５３を開弁する。そして、レバー端部
３ｂが弁全開位置設定部５に当接した位置で全開とな
る。

【００２９】以上、図１に示した空気作動２段開閉弁装
置の全閉から弁小開を経て全開に至る過程を説明した
が、全開から全閉に至る逆の過程では、開弁の過程と逆
の空気圧駆動をすればよい。すなわち、全開から弁小開
にするには、図２（Ｃ）の状態において主切換弁２１を
駆動し、主シリンダ６の空気圧を絞り弁２４より大気開
放して主戻しばね１０のばね力により主ピストン８，ダ
イヤフラム９を押圧して右側方向に移動し、主ピン９ｂ
を図２（Ｂ）の位置に戻す。このとき、副シリンダ１１
側は駆動状態にあるので、アーム１８は、図２（Ｂ）状
態にある。これを全閉にするには、副シリンダ１１内の
空気圧を副切換弁２２を介して大気開放して図２（Ａ）
の状態に戻す。

【００３０】

【発明の効果】

請求項１に対応する効果：流路断面上に設けられた環状
の弁座と、該弁座と協働し偏心軸まわりの回動により前
記流路を開閉する偏心形弁体を有し、該弁体をエアー駆
動により２段開閉する弁装置において、前記偏心軸に直
角に固着されたレバーと、該レバーを前記偏心軸まわり
にエアー駆動し全開する主ピストンおよび前記エアーの
大気開放により閉弁する主戻しばねを有する主シリンダ
と、該主シリンダと同軸に対向配置され、エアー駆動に
より前記主ピストンの開弁と同じ方向に移動し１段開弁
する副ピストンおよび前記エアーの大気開放により該副
ピストンを復元する副戻しばねを有する副シリンダと、
前記副ピストンのピストン軸に一端が固着され、前記主
ピストンの軸と前記レバーとを回転自在に支持してピン
を案内する溝を設けたアームを有し、該アームにより前
記主ピストンと副ピストンを連結するので、閉弁時に
は、主シリンダ内の主戻しばね、および副シリンダ内の
副戻しばねのばね力により、弁体を偏心軸まわりに押圧
するので、液圧が高かったり、脈動がある場合でも、ウ
ォーターハンマーを生ずることなく、カムフレックス弁
の特徴を生かし、安定した弁操作がなされる。

【図面の簡単な説明】

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

【図２】 図１に示した空気作動２段開閉弁装置の動作
を説明するための図である。

【図３】 従来のカムフレックス弁を説明するための平
断面図である。

【図４】 従来の空気圧作動２段開閉弁装置を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１…ケーシング、２…カムフレックス弁の偏心軸（偏心
軸）、３…レバー、４…弁全閉位置設定部、５…弁全開
位置設定部、６…主シリンダ、７…主シリンダケーシン
グ、８…主ピストン、９…ダイヤフラム、１０…主戻し
ばね、１１…副シリンダ、１２…副シリンダケーシン
グ、１３…副ピストン、１４…副戻しばね、１５…間
座、１６…Ｏリング、１７…弁小開度設定部、１８…ア
ーム、１９…エアー源、２０…減圧弁、２１…主切換
弁、２２…副切換弁、２３…チェッキ弁、２４…絞り
弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路断面上に設けられた環状の弁座と、
   該弁座と協働し偏心軸まわりの回動により前記流路を開
   閉する偏心形弁体を有し、該弁体をエアー駆動により２
   段開閉する弁装置において、前記偏心軸に直角に固着さ
   れたレバーと、該レバーを前記偏心軸まわりにエアー駆
   動し全開する主ピストンおよび前記エアーの大気開放に
   より閉弁する主戻しばねを有する主シリンダと、該主シ
   リンダと同軸に対向配置され、エアー駆動により前記主
   ピストンの開弁と同じ方向に移動し１段開弁する副ピス
   トンおよび前記エアーの大気開放により該副ピストンを
   復元する副戻しばねを有する副シリンダと、前記副ピス
   トンのピストン軸に一端が固着され、前記主ピストンの
   軸と前記レバーとを回転自在に支持してピンを案内する
   溝を設けたアームを有し、該アームにより前記主ピスト
   ンと副ピストンを連結することを特徴とする空気作動２
   段開閉弁装置。