JP6058971B2 - 開閉弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、弁体に連結された軸部材を軸方向に移動させて、壁体に形成された開口部を弁体によって開閉する開閉弁機構に関する。

弁体に連結された軸部材を軸方向に移動させて、壁体に形成された開口部を弁体によって開閉する開閉弁機構として、例えば特許文献１の混合槽に設けられた排出機構がある。

特許文献１の混合槽は、粉粒体を収容するためのものであって、上方が開放された有底円筒状に形成されている。周壁部の下端部は、鉛直断面が湾曲状であって、円形状の排出口が形成されている。排出機構は、この排出口を開閉する略円板状の排出弁と、排出弁駆動用のエアシリンダと、エアシリンダを支持すると共に、排出弁の移動経路および粉粒体の排出経路を覆う排出弁箱とを備えている。

排出弁は、エアシリンダのロッドに連結されており、ロッドを伸長させることで排出弁を排出口の内側に配置して排出口を閉じる閉状態と、排出弁を排出口から離れた位置に配置して排出口を開く開状態とを切り換え可能となっている。また、排出弁が閉状態のとき、排出弁の前面（ロッドと反対側の面）は、排出口の周囲と面一に配置される。そのため、排出弁の前面は、上下中央部が上下両端部よりも軸方向に凹んだ湾曲面となっており、排出弁の前面の縁部は、軸方向の高さが一定でない。

また、ロッドは、排出弁のほぼ中心に連結されている。また、排出弁は、ロッドの中心軸に対してほぼ上下対称に形成されているため、排出弁の重心は、排出弁の中心軸とほぼ一致する。したがって、軸方向から見て、排出弁の重心はロッドと重なっている。

特開２００１−２０５０６９号公報

特許文献１の排出機構では、軸方向から見て排出弁の重心がロッドと重なっているため、何らかの理由でロッドが回転して排出弁が回転した場合、自然に元の状態に戻りにくい。上述したように、排出弁の前面の縁部は、軸方向高さが一定でないため、排出弁が回転すると、排出弁の前面の縁部の軸方向高さが変化することとなる。したがって、排出弁が回転した状態で閉位置に配置されると、排出弁の前面の縁部と排出口の周囲とで段差が生じてしまい、その結果、この段差に粉粒体が溜まる等の問題が生じる。したがって、排出弁の回転を抑制できることが望ましい。

また、ロッドの軸方向移動をエアシリンダの圧力で行う代わりに、手動で行う場合においても、弁体の回転を抑制できることが望ましい。

そこで、本発明は、弁体の回転を抑制できる開閉弁機構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及び発明の効果

第１の発明に係る開閉弁機構は、壁体に形成された開口部の内側に配置されて前記開口部を閉じると共に、前記開口部から離れた位置に配置されて前記開口部を開く弁体と、軸方向から見て前記弁体の重心よりも上方に位置し且つ前記軸方向から見て前記弁体の前記軸部材と反対側の面の中心よりも上方に位置するように前記弁体に連結された軸部材と、前記軸部材を軸方向に移動可能に支持する支持部材とを備えており、前記軸部材を軸方向に移動させることで、前記弁体は、前記開口部を閉じる閉位置と前記開口部を開く開位置との間を移動可能であることを特徴とする。

この構成によると、軸方向から見て弁体の重心は軸部材よりも下方に位置しているため、弁体は軸部材を中心として回転しにくく、また、たとえ回転しても元の状態に戻ることができる。

この構成によると、軸方向から見て、軸部材は、弁体の軸部材と反対側の面の中心からずれており、軸部材の中心軸から弁体の軸部材と反対側の面の縁部までの長さは一定でないため、弁体が軸部材を中心に回転すると、軸部材の中心軸から弁体の前記縁部までの長さは変化する。そのため、弁体が開位置において回転した場合に、弁体を閉位置の方向に移動させると、弁体は開口部の周囲と接触し、開口部の内側に配置されない。したがって、弁体が回転した状態のまま開口部の内側に配置されるのを確実に防止できる。また、弁体が開口部の周囲に接触すると、軸部材はそれ以上軸方向移動できなくなるため、弁体が回転していることを気付かせることができる。

第２の発明に係る開閉弁機構は、第１の発明において、前記弁体の前記軸部材と反対側の面および前記開口部が、前記軸方向から見て円形状であることを特徴とする。

この構成によると、開口部が円形孔であるため、開口部を形成しやすい。

第３発明に係る開閉弁機構は、第１または第２の発明において、前記弁体が閉位置のとき、前記弁体の前記軸部材と反対側の面が、前記壁体の前記開口部の周囲と面一に配置されることを特徴とする。

この構成によると、弁体が閉位置のとき、弁体の軸部材と反対側の面と壁体の開口部の周囲とで段差が生じないため、例えば壁体が粉粒体を収容する容器である場合に、粉粒体が段差に溜まるのを防止できる。

第４の発明に係る開閉弁機構は、第３の発明において、前記弁体の前記軸部材と反対側の面の縁部は、前記軸方向の高さが一定でないことを特徴とする。

この構成によると、弁体の軸部材と反対側の面の縁部は、軸方向高さが一定でないため、弁体が回転すると、前記縁部の軸方向高さは変化する。仮に、弁体が回転した状態で開口部の内側に配置されると、弁体の前記縁部と壁体の開口部の周囲とで段差が生じるが、本発明では弁体の回転を抑制できるため、段差が生じるのを抑制できる。

第５の発明に係る開閉弁機構は、第４の発明において、前記弁体の前記軸部材と反対側の面が、曲面であることを特徴とする。

この構成によると、例えば開口部が壁体の湾曲した部分に形成されている場合に、弁体の軸部材と反対側の面を、壁体の湾曲部に沿った曲面とすることができる。

本発明の実施形態に係る開閉弁機構が適用された粉粒体混合装置の概略構成図である。 図１中の開閉弁機構の鉛直断面図である。 図１中のIII−III線に沿った断面図である。 図１中の開閉弁機構を蓋部側から見た図である。 図１のＶ−Ｖ線に沿った切断断面図である。 弁体の斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る開閉弁機構の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
ここでは、粉粒体混合機に本発明の開閉弁機構を適用した一例を挙げて説明する。本実施形態の粉粒体混合機１は、樹脂ペレットなどの粉粒体を混合するための装置であって、図１に示すように、上方が開放された有底円筒状のタンク２と、タンク２の上端開口部に着脱可能に取り付けられる上蓋４と、モータ５と、タンク２およびモータ５を支持する支持フレーム６とを備えている。粉粒体は、タンク２の上端開口部からタンク２内に投入される。また、タンク２には、粉粒体を排出するために開閉弁機構３が設けられている。

タンク２は、水平に配置される円板状の底部２１と、底部２１の縁から上方に延びる円筒状の周壁部２２とを有する。周壁部２２の下端部は、鉛直断面が湾曲状である。この湾曲状部分の内面を湾曲面２３とする。

底部２１には回転軸７が貫通しており、タンク２内には、回転軸７に取り付けられた撹拌羽根８が配置されている。回転軸７は、支持フレーム６内に収容された図示しない動力伝達機構を介して、モータ５の駆動力が伝達される。モータ５を駆動して撹拌羽根８を回転させることで、タンク２内の粉粒体は撹拌される。

周壁部２２の下端部（湾曲部分）には、タンク２の外側に突出する略円筒状の排出口形成部２４が設けられている。図２および図３に示すように、この排出口形成部２４の内周面が、排出口２５（開口部）を構成している。排出口２５は円形孔である。排出口２５の中心軸をＡとする（図２参照）。また、排出口２５の径は、排出口形成部２４の突出先端付近においては、突出先端に向かって大きくなっており、その他の部分においては一定である。また、排出口形成部２４の突出先端面は、軸Ａに直交している。

図２および図３に示すように、開閉弁機構３は、排出口形成部２４に取り付けられた排出シュート３０と、排出シュート３０に軸方向に移動可能に支持された軸部材４０と、軸部材４０の一端に連結され、排出口２５を開閉する弁体５０とを備えている。軸部材４０は手動で操作される。軸部材４０を軸方向移動させることで、弁体５０は、排出口２５を閉じる閉位置と排出口２５を開く開位置との間を移動可能となっている。

図２に示すように、排出シュート３０は、パワークランプ９によって排出口形成部２４に着脱可能に取り付けられている。排出シュート３０は、排出口形成部２４に取り付けられた略円筒状の弁カバー部３１と、弁カバー部３１の下側部分に連結された円筒状のシュート部３２と、弁カバー部３１の排出口形成部２４と反対側の端部に取り付けられた蓋部３３とを備えている。

弁カバー部３１は、弁体５０の移動経路を覆うものであって、排出口２５の中心軸Ａに沿って延びている。弁カバー部３１の下側部分は開口しており、この開口部にシュート部３２が連結されている。タンク２内から排出口２５を介して弁カバー部３１に流入した粉粒体は、シュート部３２の端部から外部に排出される。

蓋部３３は、弁カバー部３１の端部開口を塞ぐ円板状の蓋本体３３ａと、横長の平板状の板部３３ｂと、略円筒状のボス部３３ｃとを重ねて固定した構成となっている。

図３および図４に示すように、板部３３ｂの図４中左側の端部は、ヒンジ３４によって弁カバー部３１の外周部に連結されている。また、板部３３ｂの図４中右側の端部は、フック型クランプ３５によって弁カバー部３１の外周部に着脱可能に取り付けられている。これにより、蓋部３３は、図３中二点鎖線で示すように開くことが可能である。

また、図２および図３に示すように、蓋本体３３ａおよび板部３３ｂには、円形状の貫通孔が形成されており、この貫通孔の内側には、滑り軸受３６が設置されている。また、ボス部３３ｃは、蓋本体３３ａおよび板部３３ｂの貫通孔と同軸となるように配置されており、ボス部３３ｃの内側には、滑り軸受３７が設置されている。

２つの滑り軸受３６、３７には、軸部材４０が軸方向に移動可能に挿通されている。これにより、軸部材４０は軸方向に移動可能に排出シュート３０（蓋部３３）に支持されている。排出シュート３０に支持された状態の軸部材４０の中心軸Ｃ１は、排出口２５の中心軸Ａと平行である（図２参照）。

図２および図５に示すように、ボス部３３ｃの板部３３ｂと反対側端部の内周面には、軸方向に延びる溝部３８が形成されている。また、軸部材４０の弁体５０と反対側端部の外周面には、溝部３８に嵌合可能な回り止め突起４１が突設されている。溝部３８に回り止め突起４１を嵌合させることで、軸部材４０を周方向に関して位置決めできるとともに、軸部材４０の回転を規制できる。

ボス部３３ｃの板部３３ｂと反対側端部の外周面には、ネジ溝３９が形成されている。また、軸部材４０の弁体５０と反対側の端部には、ボルト４２によって環状の回転部材４３が相対回転可能に連結されており、この回転部材４３の内周面には、ボス部３３ｃのネジ溝３９と螺合可能なネジ溝４４が形成されている。

ボス部３３ｃの溝部３８に軸部材４０の回り止め突起４１を嵌合させて、軸部材４０が回転不能となった状態で、ボス部３３ｃのネジ溝３９と回転部材４３のネジ溝４４とを噛み合わせて、回転部材４３を軸部材４０に対して相対回転させると、回転部材４３は、ボス部３３ｃのネジ溝３９に沿って回転しつつ軸方向に移動し、それに伴って、軸部材４０は軸方向に移動する。

図２、図３および図６に示すように、弁体５０は、外径が一定の略円柱状の弁本体部５１と、弁本体部５１よりも径が大きい円板部５２とを中心軸が一致するように連結した形状となっている。軸部材４０は円板部５２に連結されている。

図２に示すように、弁体５０の中心軸Ｃ２は、軸部材４０の中心軸Ｃ１と平行であって、中心軸Ｃ１の下方に位置する。また、弁体５０の中心軸Ｃ２は、排出口２５の中心軸Ａと一致しており、弁本体部５１の径は、排出口２５の湾曲面２３側の径とほぼ同じである。したがって、弁本体部５１の円板部５２と反対側の面（以下、前面５１ａという）は、軸部材４０および弁体５０の軸方向から見て円形状である。

排出口２５を閉じる際には、弁体５０は、図２および図３中実線で示すように、弁本体部５１が排出口２５の内側に配置されて、円板部５２が排出口形成部２４の先端に当接される。このとき、弁本体部５１の前面５１ａは、湾曲面２３と面一に配置される。一方、排出口２５を開く際には、弁体５０は、図２中二点鎖線で示すように、排出口２５から離れた位置に配置される。

前面５１ａは、湾曲面２３のうち排出口２５と同じ高さの部分と同じ曲率で湾曲しており、水平断面と鉛直断面の両方において円弧状の曲面となっている。また、前面５１ａは、下方ほど軸方向の高さが高くなっている。つまり、前面５１ａの縁部は、軸方向高さが一定でない。弁体５０の軸方向長さは、下方ほど長くなっているため、軸方向から見て、弁体５０の重心Ｇ（図２参照）は、弁体５０の中心軸Ｃ２よりも下方に位置する。したがって、軸方向から見て、軸部材４０の中心軸Ｃ１は、弁体５０の重心Ｇより上方に位置する。

次に、開閉弁機構３の操作手順について説明する。
排出口２５を閉じる場合には、図２中二点鎖線で示す状態から、軸部材４０を軸方向に沿って斜め上方に移動させて、軸部材４０の回り止め突起４１をボス部３３ｃの溝部３８に嵌合させる。これにより、弁体５０および軸部材４０を周方向に関して位置決めできると共に、軸部材４０の回転が規制される。そして、軸部材４０をさらに斜め上方に移動させて、ボス部３３ｃのネジ溝３９に回転部材４３のネジ溝４４を噛み合わせて、回転部材４３を掴んで回転させる。これにより、回転部材４３はネジ溝４４に沿って回転しつつ軸方向に移動し、それに伴って、軸部材４０および弁体５０が軸方向に移動する。図２に示すように、円板部５２が排出口形成部２４の先端に当接するまで、軸部材４０を軸方向移動させると、弁本体部５１の前面５１ａが湾曲面２３と面一に配置されて、排出口２５が弁体５０によって塞がれる。

排出口２５を開く場合には、上述の排出口２５を閉じる手順と逆の手順を行う。また、弁体５０の清掃等のために蓋部３３を開く場合には、図３中二点鎖線で示すように、弁体５０を開位置に配置した状態で、フック型クランプ３５を板部３３ｂから取り外して、ヒンジ３４を支点に蓋部３３を回転させる。また、排出シュート３０内の清掃等のために排出シュート３０を排出口形成部２４から取り外す場合には、パワークランプ９を取り外す。

本実施形態では、弁体５０が開位置のとき、軸部材４０は滑り軸受３６、３７だけで支持されるため回転可能となっているが、軸方向から見て弁体５０の重心Ｇが軸部材４０よりも下方に位置していることにより、軸部材４０および弁体５０は回転しにくい。また、たとえ回転しても弁体５０の重心Ｇの作用により元に状態に戻ることができる。

このように弁体５０が開位置のときに弁体５０の回転を抑制できるため、弁体５０を閉位置に移動させる際に、軸部材４０の回り止め突起４１をボス部３３ｃの溝部３８にスムーズに嵌合させることができる。

なお、仮に、軸部材４０の軸方向ほぼ全域に、軸方向に延びる溝部を設けて、ボス部３３ｃの内周面に、軸部材４０の溝部と嵌合可能な回り止め突起を設けた場合、弁体５０が開位置であっても、回り止め突起と溝部との嵌合によって軸部材４０の回転を規制することが可能であるが、この場合、粉粒体が軸部材の溝部に溜まるため、清掃が大変となる。本実施形態では、軸部材４０の外周面に凹部を設けることなく、弁体５０の回転を抑制できるため、軸部材４０の清掃が容易である。

また、本実施形態では、軸方向から見て、軸部材４０は弁体５０の前面５１ａの中心からずれており、軸部材４０の中心軸Ｃ１から弁体５０の前面５１ａの縁部までの長さは一定でないため、弁体５０が軸部材４０を中心に回転すると、軸部材４０の中心軸Ｃ１から前面５１ａの縁部までの長さは変化する。そのため、弁体５０が開位置において回転した場合に、弁体５０を閉位置の方向に移動させると、弁本体部５１は排出口形成部２４の先端に接触し、排出口２５の内側に配置されない。したがって、弁体５０が回転した状態のまま排出口２５の内側に配置されるのを確実に防止できる。また、弁本体部５１が排出口形成部２４の先端に接触すると、軸部材４０はそれ以上軸方向移動できなくなるため、弁体５０が回転していることを作業者に気付かせることができる。

また、弁体５０の前面５１ａの縁部は、軸方向高さは一定でないため、弁体５０が回転すると、前面５１ａの縁部の軸方向高さは変化する。仮に、弁体５０が回転した状態で排出口２５の内側に配置されると、弁体５０の前面５１ａの縁部と湾曲面２３の排出口２５の周囲とで段差が生じるが、本実施形態では、弁体５０が回転した状態で排出口２５の内側に配置されるのを防止できるため、段差が生じるのを防止できる。段差が無いことにより、段差に粉粒体が溜まったり、撹拌羽根８が弁体５０に接触するのを防止できる。

また、本実施形態では、弁体５０を閉位置に配置する直前の軸部材４０の軸方向移動を、回転部材４３とボス部３３ｃのネジ機構を用いて行っている。そのため、軸部材４０の軸方向移動がゆっくりとなるため、円板部５２が排出口形成部２４に強く衝突するのを防止でき、弁体５０の破損や変形を防止できる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。

上記実施形態では、タンク２の内面における排出口２５の周囲、および、弁体５０の前面５１ａは、水平断面と鉛直断面の両方が円弧状の曲面となっているが、これ以外の形状であってもよい。
例えば図６に示すように、周壁部１２２の下端部が円錐台形状であって、この円錐台形状の部分に排出口１２５が形成されてもよい。この場合、弁体１５０の前面１５１ａは、閉位置のときに排出口１２５の周囲と面一となるように、水平断面が円弧状で鉛直断面が直線状の曲面に形成されている。

上記実施形態では、排出口２５は、タンク２の内面における開口の形状が、軸部材４０の軸方向から見て円形状となっているが、円形状以外の形状（例えば楕円形状）であってもよい。この場合、弁体５０の前面５１ａは、軸方向から見て円形状以外の形状となる。

上記実施形態では、弁体５０は、軸部材４０と中心軸が平行な略円柱状に形成されているが、弁体５０の形状はこれに限定されるものではない。弁体５０は、排出口２５の内側に配置されたときに、タンク２の内面と面一なる前面５１ａを有する形状であれば、略円柱状でなくてもよい。

弁体５０の重心位置を調整するために、弁体５０に重りを設けてもよい。弁体５０の重心位置を低くするほど、より確実に弁体５０の回転を抑制できる。

上記実施形態では、弁体５０の重心Ｇは、軸方向から見て弁体５０の前面５１ａの中心よりも下方に位置するが、弁体５０の重心が、軸方向から見て弁体５０の前面５１ａの中心と一致もしくは中心より上方に位置するように弁体５０が構成されていてもよい。この変更例では、軸部材４０は、軸方向から見て弁体５０の重心よりも上方に位置するように、弁体５０に連結される。

上記実施形態では、軸部材４０は、軸方向から見て弁体５０の前面５１ａの中心よりも上方に位置しているが、軸部材４０は、軸方向から見て弁体５０の重心よりも上方に位置していれば、軸方向から見て前面５１ａの中心と一致していてもよい。

上記実施形態では、軸部材４０の軸方向移動を手動で行っているが、エアシリンダ等の装置を用いて軸方向移動させてもよい。

上記実施形態では、本発明の開閉弁機構を粉粒体混合機に適用した例を挙げて説明したが、本発明の開閉弁機構は、開口部が形成された壁体を備える装置であれば、粉粒体混合機１以外にも適用可能である。なお、壁体は平坦状であってもよく、この場合、弁体の軸部材と反対側の面は平坦面となる。

１ 粉粒体混合機
２ タンク（壁体）
３ 開閉弁機構
２１ 底部
２２、１２２ 周壁部
２３ 湾曲面
２４ 排出口形成部
２５、１２５ 排出口（開口部）
３０ 排出シュート（支持部材）
３３ 蓋部
３３ａ 蓋本体
３３ｂ 板部
３３ｃ ボス部
３６、３７ 滑り軸受
３８ 溝部
３９ ネジ溝
４０ 軸部材
４１ 回り止め突起
４３ 回転部材
４４ ネジ溝
５０、１５０ 弁体
５１ 弁本体部
５１ａ、１５１ａ 前面
５２ 円板部

Claims (5)

1. 壁体に形成された開口部の内側に配置されて前記開口部を閉じると共に、前記開口部から離れた位置に配置されて前記開口部を開く弁体と、
   軸方向から見て前記弁体の重心よりも上方に位置し且つ前記軸方向から見て前記弁体の前記軸部材と反対側の面の中心よりも上方に位置するように前記弁体に連結された軸部材と、
   前記軸部材を軸方向に移動可能に支持する支持部材とを備えており、
   前記軸部材を軸方向に移動させることで、前記弁体は、前記開口部を閉じる閉位置と前記開口部を開く開位置との間を移動可能であることを特徴とする開閉弁機構。
2. 前記弁体の前記軸部材と反対側の面および前記開口部が、前記軸方向から見て円形状であることを特徴とする請求項１に記載の開閉弁機構。
3. 前記弁体が閉位置のとき、前記弁体の前記軸部材と反対側の面が、前記壁体の前記開口部の周囲と面一に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の開閉弁機構。
4. 前記弁体の前記軸部材と反対側の面の縁部は、前記軸方向の高さが一定でないことを特徴とする請求項３に記載の開閉弁機構。
5. 前記弁体の前記軸部材と反対側の面が、曲面であることを特徴とする請求項４に記載の開閉弁機構。

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