特開 2023-163395 回転弁体式開閉弁

(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】P2023163395

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】回転弁体式開閉弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/04 20060101AFI20231102BHJP

【ＦＩ】

F16K31/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022074287

(22)【出願日】2022-04-28

(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】100106091

【弁理士】

【氏名又は名称】松村 直都

(74)【代理人】

【識別番号】100079038

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 彰

(74)【代理人】

【識別番号】100199369

【弁理士】

【氏名又は名称】玉井 尚之

(72)【発明者】

【氏名】小林 圭吾

(72)【発明者】

【氏名】杉村 瞭

(72)【発明者】

【氏名】土肥 亮介

(72)【発明者】

【氏名】薬師神 忠幸

(72)【発明者】

【氏名】下村 嘉徳

【テーマコード（参考）】

3H062

【Ｆターム（参考）】

3H062AA07

3H062AA12

3H062BB10

3H062BB24

3H062CC01

3H062EE07

3H062HH03

3H062HH04

3H062HH07

3H062HH08

(57)【要約】

【課題】高速で開閉を行うことができる開閉弁であって、開閉弁を開閉する駆動部にかかる負荷が小さな高速開閉弁を提供すること。
【解決手段】流体が内部に流入する流体流入部１１と流体が外部に流出する流体流出部１２を備えるケーシング１０と、ケーシングの内部に収容され、ケーシングの外部に備えられたモータ３０のモータ軸３１と連結して、モータによって回転させられる回転体２０と、を備える。回転体は、当該回転体の回転軸に対する横断面が円板形状であり、外周に沿って一部が切り欠かれた切り欠き部２２を有する形状をしている。回転体の切り欠き部でない大径部２１が、流体流出部のケーシング側の内側開口１２ｂを封鎖することによって、流体の流体流出部からの流出が止められ、切り欠き部が内側開口に対面しているときに流体が流体流出部から流出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体が内部に流入する流体流入部と前記流体が外部に流出する流体流出部を備えるケーシングと、
前記ケーシングの内部に収容され、前記ケーシングの外部に備えられたモータのモータ軸と連結して、当該モータによって回転する回転体と、を備える回転弁体式開閉弁であって、
前記回転体は、当該回転体の回転軸に対する横断面が円板形状であり、外周に沿って一部が切り欠かれた切り欠き部を有する形状をしており、
前記回転体の切り欠き部でない大径部が、前記流体流出部の前記ケーシング側の内側開口を封鎖することによって、前記流体の前記流体流出部からの流出が止められ、前記切り欠き部が前記内側開口に対面しているときに前記流体が前記流体流出部から流出する回転弁体式開閉弁。

【請求項2】

前記流体流出部の開口形状が、前記回転軸の軸方向に延びるスリット形状であることを特徴とする請求項１に記載の回転弁体式開閉弁。

【請求項3】

前記流体流出部の開口形状が、円形であることを特徴とする請求項１に記載の回転弁体式開閉弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、流体の流れの開閉を行う回転弁体式開閉弁に関する。

【背景技術】

【0002】

流体を間歇的に流すための開閉弁は、種々の分野で用いられている。例えば、内燃機関に流す流体の開閉、冷暖房流体の開閉、２サイクルエンジンにおけるエアクリーナ装置等の開閉、水の散水のための開閉、繰り返しパターン印刷のための開閉などの用途に用いられている。

【0003】

特許文献１には、図５に示すような繰り返しパターン印刷のための開閉弁１２０が開示されている。塗布装置１００は、タンク１１６内の塗料が、第２流通路１３６を経由して導入ポート１５８からボディ１５０内部へ入る。ロッド１６８の上端には弁体１７０が備えられ、弁体１７０の上下動によって、弁体１７０と弁座１６３とが接触・離間されて、塗料は、導出ポート１６０から間歇的に流れ出て、第１流通路１３４を経由して、ダイ１１８へ送られる。メインローラ１２２に巻かれたシート１１２は搬送装置１１４によって送られて、ダイ１１８の先端から塗料が間歇的に吐出させられて、図５に示す塗布領域１２４と非塗布領域１２６がシート１１２の表面に形成される。ロッド１６８は、コントローラ１８０でコントロールされるリニアモータ１４０によって上下動する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－１２３４０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の塗布装置１００は、シート１１２に塗布領域１２４と非塗布領域１２６とが形成するが、高速で印刷するためには、開閉弁１２０の開閉を高速で行う必要があり、この高速開閉の要求は、印刷分野に限られず、開閉弁が用いられる多くの分野で要求されている。リニア駆動のソレノイドバルブや回転駆動のボール弁であっても、電圧が溜まり、駆動力が発生して、弁体が加速して規定ストロークを動作するまでに時間がかかる。特許文献1に記載のリニアモータであっても、６ｍｓで２０００μｍ（２ｍｍ）移動して閉弁するとされている（特許文献１段落[００２８]）。また、加速減速や反転を繰り返す駆動装置では、モータ等の駆動装置が過熱してしまうという問題もある。種々の産業分野で、開閉速度が従来の開閉弁の開閉速度よりも大きな高速開閉弁であり、かつ、駆動部にかかる負荷が小さな高速開閉弁が望まれている。

【0006】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速で開閉を行うことができる開閉弁であって、開閉弁を開閉する駆動部にかかる負荷が小さな高速開閉弁を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するためになされた本発明（１）は、流体が内部に流入する流体流入部と前記流体が外部に流出する流体流出部を備えるケーシングと、前記ケーシングの内部に収容され、前記ケーシングの外部に備えられたモータのモータ軸と連結して、当該モータによって回転する回転体と、を備える回転弁体式開閉弁であって、前記回転体は、当該回転体の回転軸に対する横断面が円板形状であり、外周に沿って一部が切り欠かれた切り欠き部を有する形状をしており、前記回転体の切り欠き部でない大径部が、前記流体流出部の前記ケーシング側の内側開口を封鎖することによって、前記流体の前記流体流出部からの流出が止められ、前記切り欠き部が前記内側開口に対面しているときに前記流体が前記流体流出部から流出する回転弁体式開閉弁である。

【0008】

本発明（１）の回転弁体式開閉弁は、横断面が円板形状であり、回転体の外周に沿って一部が切り欠かれた切り欠き部を有し、回転体の切り欠き部でない大径部が、流体流出部のケーシング側の内側開口を封鎖することによって、流体の前記流体流出部からの流出が止められ、切り欠き部が内側開口に対面しているときに流体が流体流出部から流出する構造であるため、回転体を一定速度で回転させるだけで、流体を間歇的に吐出することができ、回転体の回転スピードを上げるだけで、弁の開閉を高速で行うことができる。

【0009】

また、回転体は一定のスピードで回転させればよいので、従来の開閉弁のような加速、減速、反転時に発生する過大な負荷が駆動部にかけられることがなくなる。駆動部の回転スピード等を回転弁体式開閉弁の外部に設けられた駆動部によってコントロールすることは勿論可能である。

【0010】

本発明（２）は、前記流体流出部の開口形状が、前記回転軸の軸方向に延びるスリット形状であることを特徴とする本発明（１）の回転弁体式開閉弁である。

【0011】

本発明（２）の回転弁体式開閉弁では、流体流出部の開口形状が、回転軸の軸方向に延びるスリット形状であるので、流体流出部から吐出される流体はライン状となり、流体が吐出される相手の被吐出体が一定速度で直線運動をすると、流体は被吐出体の表面に矩形形状に塗布される。

【0012】

本発明（３）は、前記流体流出部の開口形状が、円形であることを特徴とする本発明（１）の回転弁体式開閉弁である。

【0013】

本発明（３）の回転弁体式開閉弁では、前記流体流出部の開口形状が円形であるので、流体流出部から吐出される流体は円形となり、被吐出体が一定速度で直線運動をすると、流体は被吐出体に長円形状に塗布される。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、高速で開閉を行うことができる開閉弁であって、開閉弁を開閉する駆動部にかかる負荷が小さな高速開閉弁を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態１に係る回転弁体式開閉弁の一部断面図である。

【図2】実施形態１の回転弁体式開閉弁を用いて、流体を間歇的に流す状態の変化を示す模式図である。

【図3】図２に示す回転弁体式開閉弁の状態の変化に対応する流体の吐出の状態（経過時間とバルブ開度の関係）を示す。

【図4】発明の実施形態２に係る回転弁体式開閉弁の一部断面図である。

【図5】特許文献１に記載の印刷装置である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

【0017】

＜実施形態１＞
図１～図３に、本発明の回転弁体式開閉弁の実施形態１に係る構造、流体を流す際の状態変化、経過時間とバルブ開度の関係を示す。

【0018】

図１の（Ａ）は、回転弁体式開閉弁１の正面から見た断面図を示し、図１の（Ｂ）は、側面から見た一部縦断面を示す。回転弁体式開閉弁１は、流体流入部１１と流体流出部１２が備えられた円筒形のケーシング１０と、ケーシング１０の内部に配設された回転体２０とを有している。流体は、流体流入部１１の流入口１１ａからケーシング１０の内部に流れ込み、流体流出部１２の吐出口１２ａから流れ出る。

【0019】

回転体２０は、断面形状が略円形であり、実施形態１では、外周に沿って切り欠かれた切り欠き部２２と切り欠かれていない大径部２１を備えており、中心にモータ軸３１と係合するモータ軸係合穴２３が形成されている。切り欠き部２２の切り欠き方法は、図１に示すような円形状に切り欠くことが必ずしも必要ではなく、楕円形状や直線を用いた切り欠き方法でもよい。また、大径部２１の配設は、図１では一か所であるが、必ずしも一か所である必要はなく、複数個所であってもよい。

【0020】

ケーシング１０の外部には回転体２０を回転するモータ３０が備えられ、モータ軸３１にはベアリング３２が取り付けられ、モータ軸３１は、モータ軸係合穴２３を貫通し回転体２０と係合し、図示しないシール部材によってケーシング１０の内部を密封している。モータ３０によって回転体２０は回転し、流体流出部１２の吐出口１２ａのケーシング１０の内部側の口である内側開口１２ｂに、大径部２１と切り欠き部２２とが交互に接近する。大径部２１が接近すると閉状態となって流体の流れは遮断される。切り欠き部２２が接近すると開状態となって流体は吐出口１２ａから外部に流れ出る。

【0021】

実施形態１では、吐出口１２ａはモータ軸３１の方向に延びたスリット状になっている。シート４０が矢印方向に搬送されると、シート４０の表面には流体が噴霧された矩形状の噴霧領域と流体が噴霧されない非噴霧領域が形成される。

【0022】

流体の粘度によっては、内側開口１２ｂと大径部２１とが接触しなくとも流体は外部に流出しないように調整できる。このような場合は、流体流出部１２と大径部２１とが直接に接触しないので大径部２１や流体流出部１２の摩耗を防ぐことができる。例えば、リチウムイオン電池の電極部材の形成に用いられ、正極部材を形成する場合は、アルミ箔からなるシートの表面にコバルト酸リチウム酸化コバルトを主体とする溶剤を塗布するが、このような流体の粘度は高く数Ｐａ・ｓとなり、せん断速度は１ｍ／ｓ～１００ｍ／ｓとなるので、内側開口１２ｂと大径部２１とを直接に接触させなくともよくなる。

【0023】

図１に示す回転弁体式開閉弁１を噴霧装置に用いた場合の噴霧パターンとしては、開度１００％（全開状態）から開度０％（全閉状態）に移行する時間と、開度０％（全閉状態）から開度１００％（全開状態）に移行する時間を約２ｍｓとし、特許文献１の開閉弁の3倍も短くなっている。閉止持時間は、例えば、１０ｍｓとして、開止持時間は２５０ｍｓとなっている。全体のサイクル時間は、回転体２０の回転速度で調整可能であり、閉止持時間と開止維持時間の比率は、大径部２１と切り欠き部２２の周長を調整することで可能となる。

【0024】

回転弁体式開閉弁１を用いた装置で流体を噴霧する場合、被噴霧体である、例えばシート状の部材をスピードＳ（ｍ／ｓ）で搬送したとすると、流体の噴霧領域の縦方向の長さは、スリットの開口長さＬとなる（図１（Ｂ）参照）。矩形の噴霧パターンの間の非噴霧領域の横幅は、Ｓ（ｍ／ｓ）×０．０１ｓとなり、噴霧領域の横幅は、Ｓ（ｍ／ｓ）×０．２５ｓとなる。

【0025】

図２は、回転弁体式開閉弁１の内部で、回転体２０の回転に伴って流体２がどのようななるか模式的に示したものである。（Ａ）から（Ｆ）まで順に変化する様子を説明する。（Ａ）は、大径部２１が流体流出部１２の内側開口１２ｂにかかる直前の状態を示している。この状態では、流体２はまだ下方に流れ出ている。（Ａ）の時の時刻Ｔをｔ_０としている。

【0026】

回転体２０がわずかに回転すると（Ｂ）の状態になり流体は外部に出ることが出来ず、回転弁体式開閉弁１は閉状態となる。この時の時刻Ｔはｔ_１である。（Ｃ）の状態では閉状態は維持されているが（Ｔ＝ｔ_２）、直後（Ｔ＝ｔ_３）に（Ｄ）の状態となり全開状態に移行する。（Ｅ）の状態は全開維持状態の中間時点である（Ｔ＝Ｔ_４）。その後、（Ｆ）の状態となる。この（Ｆ）の状態は、（Ａ）の状態と同じ状態となる。回転体２０の１回転に要する時間は（ｔ_５－ｔ_０）である。

【0027】

このように、回転体２０が一定速度で回転するだけで開閉弁の開閉を行うことが出来るので、モータ３０等の駆動装置に対しては、加速・減速・反転を行う必要がなく、これらの運動に伴う負荷を駆動部にかけることがなくなる。なお、流入口１１ａから供給される流体は、吐出用ポンプ（図示省略）から所定圧力に昇圧された状態で供給され、流体流出部１２の内側開口１２ｂが開放されている状態で流体が途切れることなく吐出される。

【0028】

図３は、図２の状態変化を、経過時間と開度との関係と見た場合のチャートである。実施形態１では、（ｔ_１－ｔ_０）は２ｍｓであり、（ｔ_２－ｔ_１）は１０ｍｓであり、（ｔ_５－ｔ_３）は２５０ｍｓである。

【0029】

＜実施形態２＞
図４は、実施形態２の回転弁体式開閉弁３の横断面図を示している。回転弁体式開閉弁３は、流体流入部５１と流体流出部５２が備えられた円筒形のケーシング５０と、ケーシング５０の内部に配設された回転体６０とを有している。流体は、流体流入部５１の流入口５１ａからケーシング５０の内部に流れ込み、流体流出部５２の吐出口５２ａから流れ出る。

【0030】

回転体６０は、断面形状が略円形であり、実施形態２では、外周に沿って切り欠かれた切り欠き部６２と切り欠かれていない大径部６１を備えている。モータ軸との係合部は図示を略している。実施形態１では、流体流出部１２がスリットを形成していたが、実施形態２では円筒形の形状をしている。

【0031】

図４に示す実施形態２の回転弁体式開閉弁３の設計方法を検討する。大径部６１の直径を８４ｍｍ（二点鎖線の円の直径）、切り欠き部６２の直径を８０ｍｍ、吐出口５２ａの直径を９ｍｍとする。大径部６１の直径の全円周は、２６３．８ｍｍとなる。回転体６０の１回転に要する時間を０．２６４ｓとすると、全閉時間（完全閉鎖）を０．０１２ｓとすると、この時間を周長に換算すると約１２ｍｍに相当する。吐出口５２ａの直径が９ｍｍなので、１２ｍｍと９ｍｍを加えて２１ｍｍとなり、この周長を角度に換算すると２８．７°となる。このようにして回転体６０の形状を決定することができる。

【0032】

実施形態２の回転弁体式開閉弁３を２連並列に並べてシート４０に噴霧をした場合、噴霧された噴霧領域は長円形であり幅が９ｍｍとなり、非噴霧領域４４の幅は１２ｍｍとなる。

【産業上の利用可能性】

【0033】

以上説明したように、本発明の回転弁体式開閉弁は、内燃機関に流す流体の開閉、冷暖房流体の開閉、２サイクルエンジンにおけるエアクリーナ装置等の開閉、水の散水のための開閉、繰り返しパターン印刷のための開閉などの用途に用いることができ、高速での開閉が可能であり、しかも、開閉する駆動部にかかる負荷を小さくすることが出来る。

【符号の説明】

【0034】

１ 回転弁体式開閉弁
２ 流体
３ 回転弁体式開閉弁
１０ ケーシング
１１ 流体流入部
１１ａ 流入口
１２ 流体流出部
１２ａ 吐出口
１２ｂ 内側開口
２０ 回転体
２１ 大径部
２２ 切り欠き部
２３ モータ軸係合穴
３０ モータ
３１ モータ軸
３２ ベアリング
４０ シート
５０ ケーシング
５１ 流体流入部
５１ａ 流入口
５２ 流体流出部
５２ａ 吐出口
６０ 回転体
６１ 大径部
６２ 切り欠き部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】