JP4779088B2 - 流量調整装置 - Google Patents

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Description

本発明は、流体が流通する可撓性のチューブを変形させて断面積を変化させることで、前記流体の流量を調整する流量調整装置に関する。
配管を流通する流体の流量を調整する装置として、例えば、配管内にニードルバルブを配設し、このニードルバルブの位置をモータ等を用いて制御することにより、流量を調整する方式がある。
しかしながら、この方式では、ニードルバルブが流体中に配設されるため、純水等の不純物を含まない流体であれば問題ないが、粒子が混在するような流体の場合には、ニードルバルブと配管との間に粒子が詰まる等の不具合が発生するおそれがあり、耐久性の低下が懸念される。また、配管の清掃等の煩雑な作業や、配管の液漏れ等に対する対策も必要である。
そこで、流体に接触することがなく、しかも、液漏れ等の対策が不要な流量調整装置として、図12A、図12Bに示す構成からなるピンチバルブ2が知られている(特許文献1参照)。
このピンチバルブ2は、支持台4に固定されたエアシリンダ6と、エアシリンダ6のピストンロッド8に装着され、台座10に載置されたチューブ12を押圧するプッシャ14と、支持台4に一端部が軸支され、チューブ12の中心線に対して対称となる位置に配設された他端部を近接移動させることで、チューブ12をプッシャ14と直交する方向から押圧する一対の可動アーム16a、16bと、一端部がプッシャ14に固定され、他端部が可動アーム16a、16bに形成されたガイド孔18a、18bに係合するリンク部材20a、20bとを備えて構成される。
このように構成されたピンチバルブ2は、可動アーム16a、16b間にチューブ12を配設した図12Aの状態から、エアシリンダ6を駆動してピストンロッド8を台座10側に移動させることにより、図12Bに示すように、プッシャ14が台座10と協働してチューブ12を変形させ、チューブ12の断面積が減少して流体の流量が調整される。なお、プッシャ14が台座10側に移動するのに伴い、プッシャ14に連結されたリンク部材20a、20bによって可動アーム16a、16bがチューブ12から離間する。
一方、図12Bの状態からチューブ12の形状を復元する場合には、エアシリンダ6を駆動してピストンロッド8を支持台4側に移動させることにより、プッシャ14をチューブ12から離間させるとともに、リンク部材20a、20bを介して可動アーム16a、16bを近接移動させ、チューブ12を変形させて図12Aの状態とする。
このようにしてチューブ12を変形させ、流量を調整することにより、チューブ12の繰り返し変形による劣化を抑制して流体の適切な流量調整を行うことが可能となる。
特開2003−90446号公報
しかしながら、前記のように構成されたピンチバルブ2では、プッシャ14によってチューブ12を変形する際、固定されている台座10を基準としてチューブ12が変形されるため、チューブ12の中心線の位置が変形に伴って台座10側に移動することになる。この場合、チューブ12の変形を繰り返し行うと、チューブ12全体が上下方向に繰り返し移動するため、チューブ12の取り付け部分の劣化が促進されてしまう不具合が生じる。また、プッシャ14の移動量は、エアシリンダ6によるピストンロッド8のストロークによって決定されており、このストロークを正確に制御できないと、例えば、チューブ12が過剰に変形されてしまい、それによってチューブ12の劣化がさらに促進されるおそれがある。
本発明は、前記の不具合に鑑みてなされたものであり、可撓性のチューブの劣化を抑制し、繰り返し変形に対する耐久性を向上させることができ、また、チューブ交換等の作業を簡便に行うことのできる流量調整装置を提供することを目的とする。
本発明の流量調整装置は、流体が流通する可撓性のチューブを変形させて断面積を変化させることで、前記流体の流量を調整する流量調整装置において、
前記チューブの中心線に対して対称となる位置に配置され、対称状態を維持して近接移動することで前記チューブを変形させ、前記チューブの断面積を減少させる一対の押圧部材と、
前記チューブの中心線に対して対称となる位置に配置され、前記一対の押圧部材の移動方向と直交する方向に対称状態を維持して近接移動することで前記チューブを変形させ、前記一対の押圧部材によって変形された前記チューブの形状を復元させる一対の復元部材と、
前記一対の押圧部材又は前記一対の復元部材を移動させる移動機構と、
前記一対の押圧部材と前記一対の復元部材とを連結し、前記一対の押圧部材が近接移動するとき、前記一対の復元部材を離間移動させ、前記一対の押圧部材が離間移動するとき、前記一対の復元部材を近接移動させるリンク機構と、
を備えることを特徴とする。
本発明の流量調整装置では、可撓性のチューブを変形させて流体の流量を調整する際、チューブに対して無駄な外力が付与されないため、チューブの劣化を抑制して繰り返し変形に対する耐久性を向上させることができる。また、チューブに対する当該装置の着脱が容易であり、チューブ交換等の作業を簡便に行うことができる。
図1は、本実施形態の流量調整装置30を可撓性を有する樹脂性のチューブ32に適用した構成図であり、流量調整装置30の上流側には、チューブ34を介してチューブ32に供給される流体の流量を計測する流量計36が接続される。この場合、流量調整装置30は、流量計36によって計測された流体の流量に基づき、チューブ32を流通する流体の流量を調整する。
次に、流量調整装置30の構成について詳細に説明する。
図2は、流量調整装置30の分解斜視図である。流量調整装置30は、取付板38に対して、チューブ32の両端部が導出される開口部40a、40bを有する外装カバー42が装着されて構成される。外装カバー42の内部には、流量調整装置30の各構成要素が取り付けられるフレーム部材44、副フレーム部材46及び軸受けプレート48が配設される。
図3は、フレーム部材44、副フレーム部材46及び軸受けプレート48を取り外した状態における流量調整装置30の各構成要素の組立斜視図、図4は、図3の正面図、図5は、図3の側面図である。なお、図3〜図5では、構成を明確にするため、後述する一方の上部チューブホルダ132a及び下部チューブホルダ134aを取り外している。
フレーム部材44の上部には、副フレーム部材46に固定されたモータ50(駆動源)が配設される。モータ50の駆動軸52には、ピニオンギア54が装着され、ピニオンギア54には、減速ギア56、58を介してねじギア60が噛合する。なお、減速ギア56は、副フレーム部材46に軸支され、減速ギア58は、ギアプレート62に軸支される(図2参照)。
フレーム部材44と副フレーム部材46との間には、矢印A、B方向に移動可能な主スライダ64及び副スライダ66が配設される。また、図6に示すように、主スライダ64と副スライダ66との間には、主スライダ64の矢印A又はB方向への移動に伴い、移動方向を反転させて副スライダ66を矢印B又はA方向に移動させる反転レバー68(連結部材)が配設される。
主スライダ64には、軸受けプレート48が装着されており、上部から、ガイド軸受け70が嵌合する孔部72と、上部ローラ74(移動手段)が嵌合する孔部76と、主軸ねじ78(ねじ部)が遊嵌する孔部80と、下部ローラ82(移動手段)が嵌合する孔部84と、ガイド軸受け86が嵌合する孔部88とが順に形成される。また、主スライダ64の下部には、チューブ32を押圧する押圧部90(押圧部材)が形成される。ガイド軸受け70及び86には、一端部が副フレーム部材46に固定され、他端部がフレーム部材44に固定されるガイド軸92及び94が挿通される。主スライダ64は、これらのガイド軸92及び94に沿って矢印A、B方向に移動可能に構成される。
副スライダ66には、上部及び下部にガイド軸受け96、97が嵌合する孔部98、99が形成されるとともに、チューブ32を押圧する押圧部100(押圧部材)が下部に形成される。ガイド軸受け96、97には、一端部が副フレーム部材46に固定され、他端部がフレーム部材44に固定されるガイド軸102、103が挿通される。副スライダ66は、これらのガイド軸102、103に沿って矢印A、B方向に移動可能に構成される。なお、主スライダ64の押圧部90と、副スライダ66の押圧部100とは、チューブ32の中心線に対して対称となる位置に対向して配置されている(図4参照)。
主スライダ64の反転レバー68側の面、及び、副スライダ66の反転レバー68側の面には、リブ104a、104b及びリブ106a、106bが形成される。
反転レバー68は、大径部108と、大径部108の外周部における対称となる位置に形成された小径部110a、110bとを有し、各小径部110a、110bには、ローラ112a、112bが回転自在に装着される。反転レバー68の大径部108は、ブラケット114及び反転レバー軸116を介してフレーム部材44に回転自在に軸支される。また、小径部110a、110bに装着されたローラ112a、112bは、主スライダ64のリブ104a、104b間と、副スライダ66のリブ106a、106b間とにそれぞれ係合する。従って、主スライダ64が矢印A又はB方向に移動すると、副スライダ66は、反転レバー68を介して矢印B又はA方向に移動する。
主スライダ64の孔部80に遊嵌する主軸ねじ78は、図7及び図8に示すように、外周部に雄ねじ部118が形成され、一端部が減速ギア58に噛合するねじギア60(図3参照)を介して副フレーム部材46に軸支され、他端部が軸受けプレート48を貫通してフレーム部材44に軸支される。また、主スライダ64の孔部76及び84に嵌合する上部ローラ74及び下部ローラ82には、外周部の軸線方向に沿って雄ねじ部118のピッチに対応した間隔で複数の溝部120、122が形成される。
主スライダ64の孔部76及び84に嵌合する上部ローラ74及び下部ローラ82は、スラスト方向にクリアランスを有した状態で軸受けプレート48に回動可能に保持される。主軸ねじ78の雄ねじ部118と、上部ローラ74及び下部ローラ82の溝部120、122とは、図7に示すように、主スライダ64の内部において螺合する。主軸ねじ78が回転すると、雄ねじ部118及び溝部120、122を介して上部ローラ74及び下部ローラ82が矢印A又はB方向に移動し、上部ローラ74及び下部ローラ82が固定された主スライダ64が矢印A又はB方向に移動する(図7参照)。
この場合、主軸ねじ78に対して上部ローラ74及び下部ローラ82を係合させることにより、負荷を上部ローラ74及び下部ローラ82に分散させ、摩耗等による溝部120、122の寿命の短縮を回避することができる。また、上部ローラ74及び下部ローラ82を回動可能とすることで、主軸ねじ78の噛みつきによるロック状態や、モータ50の電流を切ったときの主軸ねじ78の逆転等の不具合を回避することができる。
上部ローラ74及び下部ローラ82の両端部には、図8の部分断面図に示すように、弾性を有する所定の厚さからなる樹脂性のスラストシート124a、124bを介してラジアル軸受け126a、126bが装着される。
この場合、主軸ねじ78の回転に伴って上部ローラ74及び下部ローラ82の軸線方向に付与された推力は、スラストシート124a、124bを変形させてラジアル軸受け126a、126bに伝達される。すなわち、変形するスラストシート124a、124bを介して上部ローラ74及び下部ローラ82の溝部120、122を主軸ねじ78の雄ねじ部118に螺合させることにより、溝部120、122及び雄ねじ部118の加工誤差を吸収することができる。なお、スラストシート124a、124bの厚さは、雄ねじ部118のリードの1/3以上に設定することが望ましい。
また、図7に示すように、上部ローラ74の溝部120の位置と下部ローラ82の溝部122の位置とは、雄ねじ部118のリードの1/2の距離ΔLだけずれるため、このずれを考慮して、各ラジアル軸受け126a、126bの幅が設定される。具体的には、ラジアル軸受け126a、126bの幅を雄ねじ部118のリードの1/2の幅だけ異なるように設定し、上部ローラ74の両端部に装着される2つのラジアル軸受け126a、126bの位置を、下部ローラ82の両端部に装着される2つのラジアル軸受け126a、126bの位置と反対にして装着する。これにより、幅の異なる2種類のラジアル軸受け126a、126bを用いて、距離ΔLのずれに対応することができる。
図9は、フレーム部材44の取付板38側に形成された開口部128a、128bに配設されるチューブ復元機構130を取付板38側から見た構成図である。
チューブ復元機構130は、開口部128a、128bの上部(図2参照)に配設される上部チューブホルダ132a、132b(第1チューブ保持部)と、開口部128a、128bの取付板38側に配設される下部チューブホルダ134a、134b(第2チューブ保持部)とを有し、これらがフレーム部材44に固定される。
上部チューブホルダ132a、132b及び下部チューブホルダ134a、134bには、対向する部位にチューブ32を保持する半円形状の凹部133a、133b及び135a、135bが形成される。また、上部チューブホルダ132a、132b及び下部チューブホルダ134a、134bには、溝部136を有する凸部138が形成される。上部チューブホルダ132a、132bの各溝部136と、下部チューブホルダ134a、134bの各溝部136とには、溝部136に案内されて矢印C又はD方向に移動可能な戻し部材140、142(一対の復元部材)が配設される。これらの戻し部材140、142は、チューブ32の中心線に対して対称となる位置に配置されており、チューブ32を上下方向から押圧することで、チューブ32の変形を元に戻す作用をなす。戻し部材140、142の中央両側部には、主スライダ64の押圧部90及び副スライダ66の押圧部100が当接することで、押圧部90、100の近接移動量を規制し、チューブ32の過剰変形を回避する溝部141、143(移動量規制部)が形成される。なお、溝部141、143間の幅は、チューブ32の厚みの2倍よりもやや小さく設定すると好適である。
戻し部材140は、略L字形状のリンク部材144a、144b(第1リンク部)の一端部に軸体146を介して連結される。リンク部材144a、144bは、中央部が軸体148a、148bによって上部チューブホルダ132a、132bに軸支され、他端部がローラ150a、150bを介して副スライダ66の溝部152a、152bに摺動自在な状態で係合する。従って、戻し部材140は、副スライダ66がチューブ32に近接すると、リンク部材144a、144bを介してチューブ32から離間するように動作する。
同様に、戻し部材142は、略L字形状のリンク部材154a、154b(第2リンク部)の一端部に軸体156を介して連結される。リンク部材154a、154bは、中央部が軸体158a、158bによって下部チューブホルダ134a、134bに軸支され、他端部がローラ160a、160bを介して主スライダ64の溝部162a、162bに摺動自在な状態で係合する。従って、戻し部材142は、主スライダ64がチューブ32に近接すると、リンク部材154a、154bを介してチューブ32から離間するように動作する。
本実施形態の流量調整装置30は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その動作を図10及び図11に基づいて説明する。
先ず、チューブ32を変形させ、チューブ32の断面積を減少させる場合の動作について説明する。
流量調整装置30を図10に示す状態に設定する。この場合、チューブ32は、上部チューブホルダ132a、132bの凹部133a、133bと下部チューブホルダ134a、134bの凹部135a、135bとの間に保持されている。
モータ50を駆動し、駆動軸52、ピニオンギア54、減速ギア56、58及びねじギア60を介して主軸ねじ78を矢印E方向に回転させる。主軸ねじ78が回転すると、その雄ねじ部118に螺合している溝部120、122を介して上部ローラ74及び下部ローラ82が矢印A方向に移動し、これらの移動に伴って主スライダ64が矢印A方向に移動する(図7、図8参照)。また、主スライダ64には、反転レバー68を介して副スライダ66が連結されており(図6参照)、副スライダ66は、主スライダ64と反対の矢印B方向に移動する。
一方、副スライダ66に形成された溝部152a、152bには、ローラ150a、150bを介してリンク部材144a、144bの一端部が係合しており、副スライダ66の矢印B方向への移動動作に伴い、リンク部材144a、144bが回動し、リンク部材144a、144bの他端部に連結されている戻し部材140がチューブ32から離間する矢印C方向に移動する。
同様に、主スライダ64に形成された溝部162a、162bにローラ160a、160bを介して一端部が係合するリンク部材154a、154bが、主スライダ64の矢印A方向への移動動作に伴って回動し、リンク部材154a、154bの他端部に連結されている戻し部材142がチューブ32から離間する矢印D方向に移動する。
この結果、主スライダ64の押圧部90と副スライダ66の押圧部100とが近接移動することで、図11に示すように、チューブ32が押圧されてその断面積が減少する。
このとき、押圧部90、100間には、押圧部90、100の移動量を規制すべく溝部141、143が形成された戻し部材140、142の一部が配置されているため、押圧部90、100が溝部141、143に当接することで移動が制限され、チューブ32が過剰に押し潰される事態が回避される。
また、押圧部90、100は、チューブ32の中心線に対して対称となる位置に配置されており、前記中心線を移動させることなくチューブ32を変形する。従って、チューブ32を繰り返し変形させた場合であっても、チューブ32の中心線が移動しないため、チューブ32の移動による劣化を回避して耐久性を向上させることができる。
また、モータ50の回転を減速機構によって減速させて主軸ねじ78を回転させ、主軸ねじ78の回転をそれに螺合する上部ローラ74及び下部ローラ82の直線運動に変換することで押圧部90、100を移動させているため、大きな押圧力によってチューブ32を変形できるとともに、チューブ32の断面積を高精度に調整することができる。
また、雄ねじ部118のリード角と、雄ねじ部118及び溝部120、122間の摩擦係数とを調整することにより、チューブ32を押圧部90によって押圧して所定の断面積に設定し、その状態でモータ50への電流供給を停止させたとき、主軸ねじ78を回転しない状態に維持することができる。従って、主軸ねじ78が回転しない状態に維持するための余分な電力供給が不要となる。
次に、図11に示す状態からチューブ32の変形を元に復元させる場合の動作について説明する。
モータ50を駆動し、主軸ねじ78を矢印F方向に回転させると、雄ねじ部118に螺合している溝部120、122を介して上部ローラ74及び下部ローラ82が矢印B方向に移動し、これらの移動に伴って主スライダ64が矢印B方向に移動する(図7、図8参照)。また、主スライダ64に反転レバー68を介して連結されている副スライダ66が主スライダ64と反対の矢印A方向に移動する。この結果、主スライダ64の押圧部90と副スライダ66の押圧部100とがチューブ32より離間する。
一方、副スライダ66の溝部152a、152bに一端部が係合するリンク部材144a、144bが回動し、他端部の戻し部材140がチューブ32を矢印D方向に押圧する。同様に、主スライダ64の溝部162a、162bに一端部が係合するリンク部材154a、154bが回動し、他端部の戻し部材142がチューブ32を矢印C方向に押圧する。この結果、図10に示すように、チューブ32が元の形状に復元される。
ここで、チューブ32を復元するためのチューブ復元機構130は、図2及び図9に示すように、チューブ32を挟んで、フレーム部材44側に配設される上部チューブホルダ132a、132b及びそれに組み込まれる各構成部材と、取付板38側に配設される下部チューブホルダ134a、134b及びそれに組み込まれる各構成部材とに分離可能に構成されている。従って、例えば、チューブ32の交換等を行う場合には、下部チューブホルダ134a、134b側をフレーム部材44から取り外すだけでよく、メンテナンス等の作業を簡便に行うことができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
例えば、主スライダ64の押圧部90及び副スライダ66の押圧部100によりチューブ32を押圧し、戻し部材140、142によりチューブ32を復元しているが、戻し部材140、142によりチューブ32を押圧し、押圧部90、100によりチューブ32を復元するようにすることも可能である。この場合、押圧部90、100が一対の復元部材として機能し、戻し部材140、142が一対の押圧部材として機能する。
本実施形態の流量調整装置を可撓性のチューブに適用した構成図である。 本実施形態の流量調整装置の分解斜視図である。 本実施形態の流量調整装置における内部構成要素の組立斜視図である。 図3の正面図である。 図3の側面図である。 本実施形態の流量調整装置における主スライダ、副スライダ及び反転レバーの分解斜視図である。 本実施形態の流量調整装置における主軸ねじ、上部ローラ及び下部ローラの螺合状態を示す正面図である。 本実施形態の流量調整装置における主軸ねじ、上部ローラ及び下部ローラの螺合状態を示す部分断面斜視図である。 本実施形態の流量調整装置におけるチューブ復元機構の一部分解斜視図である。 本実施形態の流量調整装置によりチューブを押圧する場合の断面説明図である。 本実施形態の流量調整装置によりチューブを復元する場合の断面説明図である。 図12A、図12Bは、従来技術に係るピンチバルブの構成説明図である。
符号の説明
30…流量調整装置 32、34…チューブ
50…モータ 64…主スライダ
66…副スライダ 68…反転レバー
74…上部ローラ 78…主軸ねじ
82…下部ローラ 90、100…押圧部
118…雄ねじ部
120、122、152a、152b、162a、162b…溝部
124a、124b…スラストシート 126a、126b…ラジアル軸受け
130…チューブ復元機構 132a、132b…上部チューブホルダ
134a、134b…下部チューブホルダ 140、142…戻し部材
144a、144b、154a、154b…リンク部材

Claims (5)

  1. 流体が流通する可撓性のチューブを変形させて断面積を変化させることで、前記流体の流量を調整する流量調整装置において、
    前記チューブの中心線に対して対称となる位置に配置され、対称状態を維持して近接移動することで前記チューブを変形させ、前記チューブの断面積を減少させる一対の押圧部材と、
    前記チューブの中心線に対して対称となる位置に配置され、前記一対の押圧部材の移動方向と直交する方向に対称状態を維持して近接移動することで前記チューブを変形させ、前記一対の押圧部材によって変形された前記チューブの形状を復元させる一対の復元部材と、
    前記一対の押圧部材又は前記一対の復元部材を移動させる移動機構と、
    前記一対の押圧部材と前記一対の復元部材とを連結し、前記一対の押圧部材が近接移動するとき、前記一対の復元部材を離間移動させ、前記一対の押圧部材が離間移動するとき、前記一対の復元部材を近接移動させるリンク機構と、
    を備え
    前記リンク機構は、
    前記チューブを保持する第1チューブ保持部に配設され、一方の前記押圧部材と一方の前記復元部材とを連結する第1リンク部と、
    前記第1チューブ保持部と協働して前記チューブを保持する第2チューブ保持部に配設され、他方の前記押圧部材と他方の前記復元部材とを連結する第2リンク部と、
    を備え、前記第1チューブ保持部及び前記第2チューブ保持部が分離可能に構成されることを特徴とする流量調整装置。
  2. 請求項1記載の装置において、
    前記移動機構は、
    駆動源と、
    前記駆動源によって回転駆動されるねじ部と、
    前記ねじ部に螺合し、前記ねじ部の回転に応じて前記一対の押圧部材又は前記一対の復元部材を近接離間移動させる移動手段と、
    を備えることを特徴とする流量調整装置。
  3. 請求項記載の装置において、
    前記移動手段は、
    前記一対の押圧部材の一方又は前記一対の復元部材の一方に連結され、前記ねじ部に螺合する溝部が外周部に形成され、前記ねじ部の回転に応じて軸線方向に移動するローラと、
    前記一対の押圧部材の一方と他方、あるいは、前記一対の復元部材の一方と他方とを連結する連結部材と、
    を備え、前記連結部材は、前記ローラの移動による前記一対の押圧部材の一方の移動に伴って前記一対の押圧部材の他方を反対方向に移動させ、あるいは、前記ローラの移動による前記一対の復元部材の一方の移動に伴って前記一対の復元部材の他方を反対方向に移動させることを特徴とする流量調整装置。
  4. 請求項記載の装置において、
    前記ローラは、軸線方向の両端部に弾性体からなるスラストシートが装着され、前記スラストシートを介して前記一対の押圧部材の一方又は前記一対の復元部材の一方に連結されることを特徴とする流量調整装置。
  5. 請求項1記載の装置において、
    前記一対の復元部材は、前記一対の押圧部材が近接移動して前記チューブを変形させる際、前記一対の押圧部材間に配設されて前記一対の押圧部材の近接移動量を規制する移動量規制部を有することを特徴とする流量調整装置。
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