特開 2022-99974 アクチュエータ、および、バルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022099974

(43)【公開日】2022-07-05

(54)【発明の名称】アクチュエータ、および、バルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/122 20060101AFI20220628BHJP

【ＦＩ】

F16K31/122

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020214076

(22)【出願日】2020-12-23

(71)【出願人】

【識別番号】390033857

【氏名又は名称】株式会社フジキン

(74)【代理人】

【識別番号】100183380

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 裕司

(72)【発明者】

【氏名】赤本 久敏

(72)【発明者】

【氏名】中田 知宏

【テーマコード（参考）】

3H056

【Ｆターム（参考）】

3H056AA07

3H056BB02

3H056CA01

3H056CB02

(57)【要約】

【課題】圧力室の容積が小さく、ピストンを駆動させるための流体の消費量を抑制することができるアクチュエータおよびバルブを提供する。
【解決手段】アクチュエータ１０は、流体を流入および排出させるための第１配管１０Ｅおよび第２配管１０Ｆが設けられたケーシング部（ケーシング１０および上ボンネットクランプ３Ｃ）と、ケーシング部内に設けられてケーシング部とともに第１圧力室Ｐ１および第２圧力室Ｐ２を形成し、第１配管１０Ｅを介して第１圧力室Ｐ１へまたは第２配管１０Ｆを介して第２圧力室Ｐ２へ供給される流体により駆動されるピストン１２と、第１圧力室Ｐ１に設けられた第１スペーサ１４と、第２圧力室Ｐ２に設けられた第２スペーサ１５と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体を流入および排出させるための配管が設けられたケーシング部と、
前記ケーシング部内に設けられて前記ケーシング部とともに圧力室を形成し、前記配管を介して前記圧力室へ供給される流体により駆動されるピストンと、

前記圧力室に設けられたスペーサと、を備えるアクチュエータ。

【請求項2】

前記配管は、第１配管と第２配管とを有し、
前記圧力室は、前記ピストンにより区画された第１圧力室と第２圧力室とを有し、
前記ピストンは、流体が前記第１配管を介して前記第１圧力室へまたは流体が前記第２配管を介して前記第２圧力室へ供給されることにより駆動され、
前記スペーサは、前記第１圧力室に設けられた第１スペーサと、前記第２圧力室に設けられた第２スペーサとを有する、請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

前記第１スペーサおよび前記第２スペーサは、それぞれ樹脂材料により構成されている、請求項２に記載のアクチュエータ。

【請求項4】

前記第１スペーサおよび前記第２スペーサは、それぞれ前記ケーシング部に対し着脱可能に設けられている、請求項２または請求項３に記載のアクチュエータ。

【請求項5】

第１配管および第２配管は、それぞれケーシング部の周面に溶接され、
前記ピストンは、前記ケーシング部内における、前記第１配管と前記第２配管との間に対応する空間を移動するように構成され、
前記第１スペーサの前記ピストン側の端面は、前記ピストンの移動方向において、前記第１配管の前記第２配管側の端部の近傍に位置し、
前記第２スペーサの前記ピストン側の端面は、前記ピストンの移動方向において、前記第２配管の前記第１配管側の端部の近傍に位置している、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。

【請求項6】

流体通路が形成されたボディと、
前記流体通路を開閉する弁体と、
前記弁体を作動させ前記流体通路を開閉可能な請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のアクチュエータと、を備えるバルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サニタリー等の流体管路に使用される、アクチュエータ、および、バルブに関する。

【背景技術】

【0002】

操作機構のケーシング内に、圧力室を形成するピストンと、バルブが閉状態となるようにピストンを付勢するコイルばねとを設け、圧力室に流体を流入させることにより、ピストンおよびステムを駆動させ、バルブを開状態にするバルブが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１９７１１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

製造コストを抑えるために、引用文献１のケーシングを流用して、ピストンの両側（上側および下側）を圧力室とし、各圧力室に流体を流入させまたは排出させることにより、ピストンを駆動させるバルブを提供する場合がある。

【0005】

しかし、引用文献１のケーシングを流用した場合、圧力室の容積が大きくなってしまい、流体の消費量が多くなってしまう。

【0006】

そこで本発明は、圧力室の容積が小さく、ピストンを駆動させるための流体の消費量を抑制することができるアクチュエータおよびバルブ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】

【0007】

上記目的を解決するために、本発明の一態様であるアクチュエータは、流体を流入および排出させるための配管が設けられたケーシング部と、前記ケーシング部内に設けられて前記ケーシング部とともに圧力室を形成し、前記配管を介して前記圧力室へ供給される流体により駆動されるピストンと、前記圧力室に設けられたスペーサと、を備える。

【0008】

前記配管は、第１配管と第２配管とを有し、前記圧力室は、前記ピストンにより区画された第１圧力室と第２圧力室とを有し、前記ピストンは、流体が前記第１配管を介して前記第１圧力室へまたは流体が前記第２配管を介して前記第２圧力室へ供給されることにより駆動され、前記スペーサは、前記第１圧力室に設けられた第１スペーサと、前記第２圧力室に設けられた第２スペーサとを有してもよい。

【0009】

前記第１スペーサおよび前記第２スペーサは、それぞれ樹脂材料により構成されていてもよい。

【0010】

前記第１スペーサおよび前記第２スペーサは、それぞれ前記ケーシング部に対し着脱可能に設けられていてもよい。

【0011】

第１配管および第２配管は、それぞれケーシング部の周面に溶接され、前記ピストンは、前記ケーシング部内における、前記第１配管と前記第２配管との間に対応する空間を移動するように構成され、前記第1スペーサの前記ピストン側の端面は、前記ピストンの移動方向において、前記第１配管の前記第２配管側の端部の近傍に位置し、前記第２スペーサの前記ピストン側の端面は、前記ピストンの移動方向において、前記第２配管の前記第１配管側の端部の近傍に位置していてもよい。

【0012】

本発明の一態様であるバルブは、流体通路が形成されたボディと、前記流体通路を開閉する弁体と、前記弁体を作動させ前記流体通路を開閉可能な請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアクチュエータと、を備える。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、圧力室の容積が小さく、ピストンを駆動させるための流体の消費量を抑制することができるアクチュエータおよびバルブを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係るバルブの外観斜視図を示す。

【図2】閉状態にあるバルブ１の断面図である。

【図3】開状態にあるバルブ１の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の一実施形態によるバルブについて、図面を参照して説明する。

【0016】

図１は、本実施形態に係るバルブ１の外観斜視図である。
図２は、閉状態にあるバルブ１の断面図である。

【0017】

図１、２に示すように、バルブ１は、ボディ２と、ダイヤフラム４と、アクチュエータ５と、第１クランプ６と、第２クランプ７とを備える。アクチュエータ５は、ボンネット３と、駆動部８とを備える。

【0018】

図１、２に示すように、ボディ２は、例えばステンレス鋼により構成され、流体の入口となる流入路部２Ａと、流体の出口となる流出路部２Ｂと、ダイヤフラム４が装着されるダイヤフラム装着部２Ｃとを有する。ダイヤフラム装着部２Ｃは、流入路部２Ａと流出路部２Ｂとの間に位置し、その上側は開口している。

【0019】

ボンネット３は、例えばステンレス鋼により構成され、有蓋の略円筒状をなし、ボディ２に対し第１クランプ６により固定されている。ボンネット３は、下ボンネットクランプ３Ａと、ボンネット本体３Ｂと、上ボンネットクランプ３Ｃとを主に備える。

【0020】

下ボンネットクランプ３Ａは、環状をなし、第１クランプ６によりボディ２の開口部に固定されている。ボンネット本体３Ｂは、略筒状をなし、その下端部は下ボンネットクランプ３Ａに固定されている。ボンネット本体３Ｂの周面には、その内部の空気を排出およびその内部に空気を流入させるためのボンネット配管３Ｄが溶接されている。

【0021】

上ボンネットクランプ３Ｃは、略円盤状をなし、ボンネット本体３Ｂの上端に固定されている。上ボンネットクランプ３Ｃの中央部には、貫通孔３ｅが形成されている。ボンネット３を構成する下ボンネットクランプ３Ａ、ボンネット本体３Ｂ、および、上ボンネットクランプ３Ｃは、互いに溶接されており一体化されている。

【0022】

図２に示すように、弁体であるダイヤフラム４は、ダイヤフラム本体４Ａと、吊り具４Ｂと、バックアップ部４Ｃを備える。

【0023】

ダイヤフラム本体４Ａは、吊り具４Ｂにより後述のコンプレッサ１３Ｃに対し結合されている。ダイヤフラム本体４Ａの外周縁は、ボディ２のダイヤフラム装着部２Ｃの開口部およびボンネット３により狭圧され保持されている。

【0024】

ダイヤフラム本体４Ａは、屈曲性、耐食性、および耐熱性に優れた弾性材料により構成される。弾性材料としては、例えば、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等の合成樹脂、および、天然ゴム等のゴムが挙げられる。

【0025】

バックアップ部４Ｃは、ダイヤフラム本体４Ａの裏面側に装着され、ダイヤフラム本体４Ａのシール性能を補強する役目とダイヤフラム本体４Ａが劣化することを抑制する緩衝部材の役目を果たす部材である。バックアップ部４Ｃにはゴム系の素材が好適に用いられ、例えば、耐熱性、耐寒性、屈曲性及び腐食性に優れた公知の天然ゴム等を好適に用いることができる。

【0026】

アクチュエータ５の駆動部８は、ケーシング１０と、ピストン１２と、ステム１３と、第１スペーサ１４と、第２スペーサ１５とを備える。

【0027】

ケーシング１０は、例えばステンレス鋼により構成され、有蓋の略円筒状をなし、ボンネット３に対し第２クランプ７により固定されている。ケーシング１０は、ケースクランプ１０Ａと、ケーシング本体１０Ｂと、上蓋部材１１とを主に備える。

【0028】

ケースクランプ１０Ａは、環状をなし、第２クランプ７によりボンネット３の上ボンネットクランプ３Ｃに固定されている。

【0029】

ケーシング本体１０Ｂは、絞り加工により形成され、有蓋の略円筒状をなし、その下端部１０Ｃはケースクランプ１０Ａに溶接されている。下端部１０Ｃは、その上側の部分より拡径するように構成されている。ケーシング本体１０Ｂの上端部には、その中央部に貫通孔１０ｄが形成されている。ケーシング本体１０Ｂの周面には、その内部の空気を排出およびその内部に空気を流入させるための第１配管１０Ｅおよび第２配管１０Ｆが溶接されている。第１配管１０Ｅおよび第２配管１０Ｆは、上下方向に互いに離間してケーシング本体１０Ｂの周面に設けられている。第１配管１０Ｅおよび第２配管１０Ｆには、それぞれ図示せぬ三方弁および図示せぬ流体供給源が接続される。

【0030】

上蓋部材１１は、有蓋の略円筒状をなし、貫通孔１０ｄを塞ぐようにケーシング本体１０Ｂに溶接されている。上蓋部材１１の上端部１１Ａは、貫通孔１０ｄを介してケーシング本体１０Ｂの上側に突出している。

【0031】

ピストン１２は、略円盤状をなし、中央部にステム１３が貫通する貫通孔１２ａが形成されている。ピストン１２の外周端部には、環状の溝１２ｂが形成され、当該溝１２ｂにはＯリング１２Ｃが装着されている。Ｏリング１２Ｃは、ケーシング本体１０Ｂの内周面に当接している。ケーシング本体１０Ｂ内において、ピストン１２よりも下側の部分に第１圧力室Ｐ１が形成され、ピストン１２よりも上側の部分に第２圧力室Ｐ２が形成される。第１圧力室Ｐ１は、ケーシング本体１０Ｂ、上ボンネットクランプ３Ｃ、およびピストン１２により形成される。第２圧力室Ｐ２は、ケーシング本体１０Ｂ、上蓋部材１１、およびピストン１２により形成される。ケーシング１０と、上ボンネットクランプ３Ｃとによりケーシング部が構成される。

【0032】

ステム１３は、略円柱状をなし、上下方向に移動可能に設けられ、ボンネット３の下端から、上ボンネットクランプ３Ｃの貫通孔３ｅおよびピストン１２の貫通孔１２ａを通って、上蓋部材１１まで延びている。ステム１３には、２分割の装着リング１３Ａおよび円筒部材１３Ｄによりピストン１２が固定されている。これにより、ピストン１２が上下動すると、ステム１３も上下動する。

【0033】

ステム１３の下端には、コンプレッサカバー１３Ｂおよびコンプレッサ１３Ｃが装着されている。ステム１３の上端は、上蓋部材１１の挿入孔１１ｂに挿入され、挿入孔１１ｂ内を移動可能である。

【0034】

第１スペーサ１４および第２スペーサ１５は、樹脂材料（例えば、ポリプロピレン等）により構成され、略円筒状をなしている。第１スペーサ１４は、第１圧力室Ｐ１に設けられ、Ｃリング１４Ａにより着脱可能に上ボンネットクランプ３Ｃに固定されている。第２スペーサ１５は、第２圧力室Ｐ２に設けられ、Ｃリング１５Ａにより着脱可能に上蓋部材１１に固定されている。

【0035】

第１スペーサ１４および第２スペーサ１５は、それぞれ第１圧力室Ｐ１および第２圧力室Ｐ２の容積を減少させるために設けられている。第１スペーサ１４および第２スペーサ１５は、ピストン１２の移動領域から外れた位置にそれぞれ配置されている。すなわち、第１スペーサ１４は、下死点に位置するピストン１２よりも、下側の空間を埋めるように構成されている。第２スペーサ１５は、上死点に位置するピストン１２よりも、上側の空間を埋めるように構成されている。

【0036】

ピストン１２、ステム１３、および第１スペーサ１４は、ケーシング１０内に挿入されている。第２クランプ７を外すことにより、ピストン１２、ステム１３、および第１スペーサ１４は、ケーシング１０から抜き出すことが可能である。これにより、駆動部８を構成する部品のメンテナンスが可能となり、例えばＯリング１２Ｃの交換が可能となる。

【0037】

次に、本実施形態に係るバルブ１の開閉動作について説明する。

【0038】

図３は、開状態にあるバルブ１の断面図である。図３では、ボディ２およびダイヤフラム４等の図示を省略している。

【0039】

図２に示すバルブ１では、第２圧力室Ｐ２に対し、図示せぬ流体供給源から第２配管１０Ｆを介して流体が供給されており、ピストン１２およびステム１３は下死点に位置し、ダイヤフラム４は、流入路部２Ａと流出路部２Ｂとの連通を遮断して、バルブ１は閉状態にある。

【0040】

第２配管１０Ｆと図示せぬ流体供給源との間の図示せぬ三方弁を、流体が第２圧力室Ｐ２から外部へ排出する流れに切り替え、かつ、第１配管１０Ｅと図示せぬ流体供給源との間の図示せぬ三方弁を、流体が第１圧力室Ｐ１へ流入する流れに切り替える。これにより、流体が第１圧力室Ｐ１へ流入するとともに、第２圧力室Ｐ２から流体が排出され、ピストン１２およびステム１３は上側へ移動する。この結果、図３に示すように、ダイヤフラム４も上側に移動し、流入路部２Ａと流出路部２Ｂとが連通して、バルブ１は開状態となる。

【0041】

バルブ１を開状態から閉状態にするには、第１配管１０Ｅと図示せぬ流体供給源との間の図示せぬ三方弁を、流体が第１圧力室Ｐ１から外部へ排出する流れに切り替え、かつ、第２配管１０Ｆと図示せぬ流体供給源との間の図示せぬ三方弁を、流体が第２圧力室Ｐ２へ流入する流れに切り替える。これにより、流体が第２圧力室Ｐ２へ流入するとともに、第１圧力室Ｐ１から流体が排出され、ピストン１２およびステム１３は下側へ移動する。この結果、図２に示すように、ダイヤフラム４も下側に移動し、流入路部２Ａと流出路部２Ｂとの連通を遮断して、バルブ１は閉状態となる。

【0042】

以上のように、本実施形態のアクチュエータ５は、流体を流入および排出させるための第１配管１０Ｅおよび第２配管１０Ｆが設けられたケーシング部（ケーシング１０および上ボンネットクランプ３Ｃ）と、ケーシング部内に設けられてケーシング部とともに第１圧力室Ｐ１および第２圧力室Ｐ２を形成し、第１配管１０Ｅを介して第１圧力室Ｐ１へまたは第２配管１０Ｆを介して第２圧力室Ｐ２へ供給される流体により駆動されるピストン１２と、第１圧力室Ｐ１に設けられた第１スペーサ１４と、第２圧力室Ｐ２に設けられた第２スペーサ１５とを備える。

【0043】

かかる構成によれば、第１圧力室Ｐ１に第１スペーサ１４が設けられ、第２圧力室Ｐ２に第２スペーサ１５が設けられているので、第１圧力室Ｐ１および第２圧力室Ｐ２の容積が小さくなり、ピストン１２を駆動させるための流体の消費量を抑制することができる。このため、圧力室およびコイルばねによりピストンの駆動を制御するアクチュエータのケーシングを流用することができ、バルブ１の製造コストを抑えることができる。

【0044】

第１スペーサ１４および第２スペーサ１５は、それぞれ樹脂材料により構成されているので、樹脂材料の断熱効果により、ボディ２の流路に高温流体を流す場合に、ケーシング１０内の温度上昇を抑制することができ、例えば、ピストン１２に装着したＯリング１２Ｃの劣化を抑制することができる。

【0045】

第１スペーサ１４および第２スペーサ１５は、それぞれケーシング部に対し着脱可能に設けられている。このため、第１スペーサ１４および第２スペーサ１５の大きさを適宜変更することにより、第１圧力室Ｐ１および第２圧力室Ｐ２の容積を変更することができる。これにより、バルブ１の開閉の応答速度を変更することができる。

【0046】

第１配管および第２配管は、それぞれケーシング部の周面に溶接され、ピストン１２は、ケーシング部内における、第１配管と第２配管との間に対応する空間を移動するように構成され、第1スペーサ１４のピストン１２側の端面１４Ｂは、ピストン１２の移動方向において、第１配管１０Ｅの第２配管１０Ｆ側の端部の近傍に位置し、第２スペーサ１５のピストン１２側の端面１５Ｂは、ピストン１２の移動方向において、第２配管１０Ｆの第１配管１０Ｅ側の端部の近傍に位置している。

【0047】

これにより、ケーシング部内の空間の内、ピストン１２の移動に使用しない領域を 第１スペーサ１４および第２スペーサ１５により満たすことができ、第１圧力室Ｐ１および第２圧力室Ｐ２の容積を極力小さくすることができ、ピストン１２を駆動させるための流体の消費量をより抑制することができる。

【0048】

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

【0049】

例えば、上記の実施形態において、バルブ１のケーシング本体１０Ｂの上端部は、上蓋部材１１により塞がれていたが、上蓋部材１１により塞ぐ構成でなくてもよい。第１スペーサ１４および第２スペーサ１５は、樹脂材料（例えば、ポリプロピレン等）により構成されていたが、バルブ１が常に常温で使用されるならば、金属等により構成されていてもよい。

【0050】

上記の実施形態では、第１圧力室Ｐ１に第１スペーサ１４および第２圧力室Ｐ２に第２スペーサ１５が設けられていたが、第２圧力室Ｐ２に第２スペーサ１５を設けず、第１圧力室Ｐ１にのみ第１スペーサ１４を設ける構成であってもよいし、第１圧力室Ｐ１に第１スペーサ１４を設けず、第２圧力室Ｐ２にのみ第２スペーサ１５を設ける構成であってもよい。

【符号の説明】

【0051】

１：バルブ
２：ボディ
３Ｃ：上ボンネットクランプ
４：ダイヤフラム
５：アクチュエータ
１０：ケーシング
１０Ｅ：第１配管
１０Ｆ：第２配管
１２：ピストン
１４：第１スペーサ
１４Ｂ：端面
１５：第２スペーサ
１５Ｂ：端面
Ｐ１：第１圧力室
Ｐ２：第２圧力室

【図1】

【図2】

【図3】