バルブ
【課題】流体が外部に漏れるおそれが小さいバルブを提供する。
【解決手段】バルブ１００は、内部に流路が形成された弁箱１１０と、弁箱１１０の流路に配置される弁体１２０と、弁体１２０が係止される弁座１１１と、弁箱１１０の流路に配置され、弁体１２０を押して移動させることによって流路を開閉する押棒１３０と、を備え、押棒１３０の少なくとも一部の外周面にネジ山を有し、弁箱１１０の内周面にネジ山の直径より大きい直径のネジ溝を有し、押棒１３０がネジ溝に偏心可能に螺合され、流路方向を軸に弁箱１１０を円運動させることによって、押棒１３０が自転して流路方向に直動し弁体を押す。
【解決手段】バルブ１００は、内部に流路が形成された弁箱１１０と、弁箱１１０の流路に配置される弁体１２０と、弁体１２０が係止される弁座１１１と、弁箱１１０の流路に配置され、弁体１２０を押して移動させることによって流路を開閉する押棒１３０と、を備え、押棒１３０の少なくとも一部の外周面にネジ山を有し、弁箱１１０の内周面にネジ山の直径より大きい直径のネジ溝を有し、押棒１３０がネジ溝に偏心可能に螺合され、流路方向を軸に弁箱１１０を円運動させることによって、押棒１３０が自転して流路方向に直動し弁体を押す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、バルブは、バルブ内部に設置された弁体によって流路が開閉される。特許文献１には、バルブを貫通する弁棒を使って外部から弁体を動かす、いわゆるゲートバルブが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１１００７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示すようなバルブには、バルブボディーの壁に弁棒を通すための穴が開いている。弁棒と穴の隙間はパッキンによって密閉されるが、流体が劇物、毒物、強腐食性流体や温度変化の大きな流体である場合、通常のパッキンでは対応しきれず、流体が漏れるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、流体が外部に漏れるおそれが小さい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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のバルブは、
内部に流路が形成された弁箱と、
前記弁箱の流路に配置される弁体と、
前記弁体が係止される弁体係止部と、
前記弁箱の流路に配置され、前記弁体を押して移動させることによって流路を開閉する押棒と、を備え、
前記押棒の少なくとも一部の外周面にネジ山を有し、
前記弁箱の内周面に前記ネジ山の直径より大きい直径のネジ溝を有し、
前記押棒が前記ネジ溝に偏心可能に螺合され、流路方向を軸に前記弁箱を円運動させることによって、前記押棒が自転して流路方向に直動し前記弁体を押す、
ことを特徴とする。
【０００７】
前記弁体は、前記弁箱の流路に配置される球体であり、
前記押棒は、前記球体を押して前記弁体係止部から前記球体を離間させることによって前記弁箱の流路を開いてもよい。
【０００８】
前記押棒の内部に流体を通過させる流体通過路を有していてもよい。
【０００９】
前記弁箱の流路の下流側に前記押棒の所定以上の下流方向への移動を規制する押棒係止部を備えていてもよい。
【００１０】
前記弁箱に直接的或いは間接的に振動を供給する振動発生装置、を備え、
前記弁箱は、前記振動発生装置から直接或いは間接的に供給される振動によって円運動してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るバルブによれば、バルブの外壁に穴がないため、流体が外部に漏れるおそれが小さいバルブを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態にかかるバルブの断面図である。
【図２】図１に示すバルブが備える弁箱の構成を説明するための図であり、（Ａ）は弁座の斜視図、（Ｂ）はストッパの断面図である。
【図３】図１に示すバルブが備える押棒の構成を説明するための図であり、（Ａ）は押棒の側面図、（Ｂ）は押棒の各部の断面図である。
【図４】押棒の雄ネジ部と弁箱の雌ネジ部の関係を説明するための図であり、（Ａ）は雄ネジ部のネジ山と雌ネジ部のネジ溝の関係を説明するための図であり、（Ｂ）は雄ネジ部が雌ネジ部に対して偏心して螺合している状態を示す図である。
【図５】バルブに円運動を伴った振動を与える様子を示す図であり、（Ａ）はバルブに振動モータを設置した振動伝達板を固定した様子を示す図であり、（Ｂ）は振動モータを振動させた様子を示す図であり、（Ｃ）はバルブが円運動する様子を示す図である。
【図６】押棒が弁箱内で回転する様子を説明するための図であり、（Ａ）は雌ネジ部が円運動する様子を示す図であり、（Ｂ）は雌ネジ部が円運動することに伴って押棒が回転することを説明するための図である。
【図７】バルブの開閉動作を説明するための図であり、（Ａ）は押棒が上流に向かって移動する様子を示す図であり、（Ｂ）は押棒が弁体を押圧する様子を示す図であり、（Ｃ）は押棒が下流に向かって移動する様子を示す図である。
【図８】他の実施形態に係るバルブの開閉動作を説明するための図であり、（Ａ）は押棒が弁体を押圧する様子を示す図であり、（Ｂ）は押棒が下流に向かって移動する様子を示す図である。
【図９】実施例で使用したバルブの構成を示す図である。
【図１０】実施例で実際に使用したバルブを示す図である。
【図１１】実施例で使用した実験装置を示す図である。
【図１２】実施例の実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態にかかるバルブについて、図面を参照しながら説明する。
バルブ１００は、気体や液体などの流体の通路（以下、「流路」という。）を開閉するための装置であり、図１に示すように、弁箱１１０と、弁体１２０と、押棒１３０と、から構成される。
【００１４】
弁箱１１０は、両端に開口を有し、内部が中空の円筒体から構成される。弁箱１１０の両端の開口に配管やゴムホース等が接続され、内部を流体が流れる。弁箱１１０は、流路となる円筒内部に、図１に示すように、弁座１１１と、雌ネジ部１１２と、ストッパ１１３と、を備える。なお、以下の説明では、図１に示す破線矢印の方向に流体が流れるものとし、矢印の指し示す方向を「下流」、その反対を「上流」と表現する。
【００１５】
弁座１１１は、弁体１２０を着座保持するための部分であり、図２（Ａ）に示すように、下流に向けて径が縮小した逆円錐台状（いわゆる「すり鉢状」）をしている。
【００１６】
雌ネジ部１１２は、弁箱１１０の内壁に螺旋状のネジ溝が形成された部分であり、図１に示すように、弁座１１１の下流に配置されている。
【００１７】
ストッパ１１３は、弁箱１１０の内壁から流路の中心方向に向けて突出した突起部分である。ストッパ１１３は雌ネジ部１１２のさらに下流に配置されている。ストッパ１１３、図２（Ｂ）に示すように、例えば、流路内の上下左右４箇所に配置されている。突起間の距離Ｄは、押棒１３０の頭部１３３の直径より小さくなっている。
【００１８】
弁体１２０は、例えば金属製の球体から構成される球状弁である。弁体１２０の直径は弁座１１１の最も小さい内径よりも大きく構成されている。弁体１２０は、図１に示すように、流体の流れの力で下流に移動して弁座１１１に着座し、流体の圧力によって流路を閉じるようになっている。
【００１９】
押棒１３０は、雌ネジ部１１２に螺合させるための金属製のネジである。押棒１３０は、図３（Ａ）に示すように、先端部１３１と、雄ネジ部１３２と、頭部１３３と、から構成される。押棒１３０の内部には、図１および図３（Ｂ）に示すように、流体が通過可能な流体通過路が形成されている。さらに、押棒１３０の先端部１３１の側面には、流体通過路に通じる導入口が形成されている。弁座１１１を通過して侵入した流体は、図１に示すように、導入口および流体通過路を通って、下流へと流れていく。
【００２０】
雄ネジ部１３２のネジ山のピッチＰは、図４（Ａ）に示すように、雌ネジ部１１２のネジ溝のピッチＰと等しい。また、雄ネジ部１３２のネジ山の直径ｒは、図４（Ａ）に示すように、雌ネジ部１１２のネジ溝の直径Ｒ１より小さく、雌ネジ部１１２のネジ山の直径Ｒ２より大きい。そのため、雄ネジ部１３２の中心軸は、図４（Ｂ）に示すように、雌ネジ部１１２の中心軸に対して偏心可能となっている。また、雄ネジ部１３２のネジ山の直径ｒは、雌ネジ部１１２のネジ山の直径Ｒ２より大きい。このため、雄ネジ部１３２の中心軸が雌ネジ部１１２の中心軸に対して偏心量が０になったときでも、雄ネジ部１３２が雌ネジ部１１２から抜けることはない。
【００２１】
次に、このような構成を有するバルブ１００の動作について説明する。
【００２２】
まず、図５（Ａ）に示すように、振動伝達部材２１０にバルブ１００の弁箱１１０及び振動発生装置としてモータ２２０が設置される。
【００２３】
振動伝達部材２１０は、モータ２２０の回転駆動による振動をバルブ１００に伝達する役割を果たす。振動伝達部材２１０は、例えば板状で、金属や硬質樹脂等、モータ２２０からの振動をバルブ１００に効率よく伝達可能な素材から構成される。振動伝達部材２１０には、バルブ１００及びモータ２２０のシャフト２２１がそれぞれ貫通して設置される。
【００２４】
シャフト２２１はバルブ１００の長手方向、即ち押棒１３０の軸方向と平行に設置されている。
【００２５】
シャフト２２１は振動伝達部材２１０の孔に振動伝達部材２１０に対して回転自在に取り付けられている。また、図５（Ｂ）に示すように、モータ２２０のシャフト２２１には重心が偏った錘２２２が設置されている。
【００２６】
モータ２２０を駆動すると、シャフト２２１が回転する。図５（Ｂ）に示すように、シャフト２２１が回転すると、振動伝達部材２１０にはバルブ１００及びシャフト２２１が取り付けられていることから、シャフト２２１を軸とする自転が規制されるので、振動伝達部材２１０はその向きを維持した状態で、すなわち自転することなく円運動する。なお、シャフト２２１には重心が偏った錘２２２が設置されているので、振動伝達部材２１０に円運動を生じさせることにより大きなエネルギーが供給される。
【００２７】
この振動伝達部材２１０の円運動はバルブ１００の弁箱１１０にも伝達される。したがって、図５（Ｃ）に示すように、振動伝達部材２１０同様、弁箱１１０もその向きを維持した状態でバルブ１００の中心軸を支点に円運動する。
【００２８】
弁箱１１０内部には雌ネジ部１１２を備えているので、図６（Ａ）に示すように、雌ネジ部１１２も弁箱１１０と同様に円運動を開始する。そうすると、弁箱１１０内部に設置された押棒１３０は、図６（Ｂ）に示すように、雌ネジ部１１２の内周に沿って、例えば、地球の公転運動のように一周する。
【００２９】
このとき、押棒１３０は、雌ネジ部１１２に対して僅かに回転する。なぜなら、雌ネジ部１１２のネジ溝の内周Ｌより雄ネジ部１３２のネジ山の外周ｌのほうが小さいことから、雌ネジ部１１２が一周して元の位置に戻ったときに、図６（Ｂ）に示す（９）のように、雄ネジ部１３２は円周差Ｌ−ｌ分だけ、元の位置からずれるからである。これは、ネジをドライバー等で回転させたのと同じことなので、押棒１３０は、回転した角度θ分だけ僅かに軸方向に移動する。
【００３０】
弁箱１１０に振動を加え続けると、押棒１３０は、図７（Ａ）に示すように、上流に向かって移動していく。やがて押棒１３０は、弁体１２０に接触するが、さらに振動を加え続けると、押棒１３０は、弁体１２０を押圧し始める。弁体１２０は、押棒１３０からの押圧力によって、図７（Ｂ）に示すように、弁座１１１から離脱する。
【００３１】
弁体１２０が弁座１１１から離脱すると、せき止められていた流体が下流へと流れ始める。流体は、図７（Ｂ）に示すように、押棒１３０の導入口から流体通過路に侵入し、やがて、バルブ下流へと流れていく。
【００３２】
一方、バルブ１００の閉鎖を行う場合、モータ２２０を上記とは逆向きに回転駆動させればよい。モータ２２０を逆向きに回転させることで、振動伝達部材２１０及び弁箱１１０は上記とは逆向きに円運動する。即ち、図７（Ｂ）に示した状態から、モータ２２０を逆回転させると、押棒１３０は逆回転を開始する。振動を加え続けると、押棒１３０は徐々に下流へと移動していき、やがて弁体１２０から離脱する。弁体１２０は、流体の圧力によって、図７（Ｃ）に示すように、再び弁座１１１に着座する。押棒１３０は、ストッパ１１３に達した時点で下流への移動を停止する。
【００３３】
本実施形態によれば、バルブ１００を完全に密封した状態で弁体１２０を動かすことができる。そのため、バルブ１００に穴を開ける必要がなくなるので、従来の弁棒を使ったバルブと比べ、流体の漏れる危険性を低減することができる。その結果、毒物、劇物、強腐食性、および温度変化の大きな流体を安全に取り扱うことができる。
【００３４】
なお、弁体１２０の形状は球体に限られない。例えば、弁座１１１の形状に合わせて円錐台としてもよい。
【００３５】
また、上記では、上流から下流に向けて弁体１２０、弁座１１１、押棒１３０が順に配置され、流体の流れの力で弁体１２０を弁座１１１に係止させ、流体の流れに逆行する方向へ押棒１３０が弁体１２０を押して流路を開放する形態について説明したが、これに限られない。
【００３６】
例えば、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、上流から下流に向けて弁座１１１、弁体１２０、押棒１３０が配置された形態であってもよい。図８（Ａ）に示すように、押棒１３０を上流に向けて移動させることで、弁体１２０を弁座１１１に押し付けて流路を閉鎖する。一方、押棒１３０を下流に向けて移動させることで、弁体１２０が弁座１１１から離脱し、流路の開放が行われる。
【実施例】
【００３７】
ネジによってバルブが開閉できるか検証した。本実施例で使用したバルブの構成を図９に示す。流体は左側から右側に流れるとする。弁箱（main body）には円錐台の穴が開いており、その穴に球が左側から加わる圧力により押され塞がることによりバルブが閉じられた状態となる。また、弁箱には雌ネジがあり、それよりも少し径の小さい雄ネジが噛み合っている。弁箱を振動させることにより、雄ネジが球を押し、球が円錐台の穴から外れる。雄ネジにはＴ字の穴が開いているため、その穴を通り流体が流れバルブが開いた状態となる。本機構はｘ軸に対しｙ軸方向に９０°位相がずれた振動を加えることにより駆動されるが、位相のずらし方の正負を逆にすると雄ネジは逆転する。ゆえに、バルブを閉めることも開くこともできる。また、９０°位相のずれた振動は、錘を付けたモータなどにより発生させることができる。
【００３８】
製作したバルブを図１０に示す。弁箱は円等の形状をしており直径は６ｍｍで長さは３２．１ｍｍであり、雌ネジはＭ４並目を用いた。雄ネジもＭ４並目を用いているがダイスを調整することにより少し細く成形されており、山の先端で計測した直径は３．９１ｍｍである。弁箱、雄ネジ、球の質量はそれぞれ、０．５ｇ、２．０ｇ、０．３ｇであり、合計で２．８ｇである。また、材料はそれぞれ、ＭＣナイロン、真鍮、ＳＵＳ４４０である。図９には示されていないが、モータによって錘を回転させることにより振動を発生させる加振器は円筒の形状をしており質量は２０．１ｇであり、大きさは直径１０ｍｍ、長さが５４ｍｍである。
【００３９】
空気圧が０．２ＭＰａのとき、本バルブが開閉できるかを検証した。実験装置を図１１に示す。図１１のように、アルミ板に噴射される空気噴流が当たるようにバルブを設置した。バルブが開くと空気噴流により、このアルミ板が（ａ）の方向に少したわむため、このたわみをレーザー変位計で計測することにより、バルブの開閉状態を監視した。加振器のモータは、このレーザー変位計にて計測した変位と指令値の差に比例ゲインを掛け回転数を制御した。また、加振器による振動の振幅を計測するためのレーザー変位計も備え付けられている。１秒おきにアルミ板に０．２ｍｍのたわみが生じるように指令したときの、アルミ板のたわみと加振器の振幅を図１２に示す。指令値に応じてたわみが生じており、製作したバルブが開閉できていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
水道管のバルブをはじめ、毒物、劇物、強腐食性、および温度変化の大きな流体を取り扱う種々の配管で利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１００ バルブ
１１０ 弁箱
１１１ 弁座
１１２ 雌ネジ部
１１３ ストッパ
１２０ 弁体
１３０ 押棒
１３１ 先端部
１３２ 雄ネジ部
１３３ 頭部
２１０ 振動伝達部材
２２０ モータ
２２１ シャフト
２２２ 錘
【技術分野】
【０００１】
本発明はバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、バルブは、バルブ内部に設置された弁体によって流路が開閉される。特許文献１には、バルブを貫通する弁棒を使って外部から弁体を動かす、いわゆるゲートバルブが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１１００７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示すようなバルブには、バルブボディーの壁に弁棒を通すための穴が開いている。弁棒と穴の隙間はパッキンによって密閉されるが、流体が劇物、毒物、強腐食性流体や温度変化の大きな流体である場合、通常のパッキンでは対応しきれず、流体が漏れるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、流体が外部に漏れるおそれが小さい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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のバルブは、
内部に流路が形成された弁箱と、
前記弁箱の流路に配置される弁体と、
前記弁体が係止される弁体係止部と、
前記弁箱の流路に配置され、前記弁体を押して移動させることによって流路を開閉する押棒と、を備え、
前記押棒の少なくとも一部の外周面にネジ山を有し、
前記弁箱の内周面に前記ネジ山の直径より大きい直径のネジ溝を有し、
前記押棒が前記ネジ溝に偏心可能に螺合され、流路方向を軸に前記弁箱を円運動させることによって、前記押棒が自転して流路方向に直動し前記弁体を押す、
ことを特徴とする。
【０００７】
前記弁体は、前記弁箱の流路に配置される球体であり、
前記押棒は、前記球体を押して前記弁体係止部から前記球体を離間させることによって前記弁箱の流路を開いてもよい。
【０００８】
前記押棒の内部に流体を通過させる流体通過路を有していてもよい。
【０００９】
前記弁箱の流路の下流側に前記押棒の所定以上の下流方向への移動を規制する押棒係止部を備えていてもよい。
【００１０】
前記弁箱に直接的或いは間接的に振動を供給する振動発生装置、を備え、
前記弁箱は、前記振動発生装置から直接或いは間接的に供給される振動によって円運動してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るバルブによれば、バルブの外壁に穴がないため、流体が外部に漏れるおそれが小さいバルブを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態にかかるバルブの断面図である。
【図２】図１に示すバルブが備える弁箱の構成を説明するための図であり、（Ａ）は弁座の斜視図、（Ｂ）はストッパの断面図である。
【図３】図１に示すバルブが備える押棒の構成を説明するための図であり、（Ａ）は押棒の側面図、（Ｂ）は押棒の各部の断面図である。
【図４】押棒の雄ネジ部と弁箱の雌ネジ部の関係を説明するための図であり、（Ａ）は雄ネジ部のネジ山と雌ネジ部のネジ溝の関係を説明するための図であり、（Ｂ）は雄ネジ部が雌ネジ部に対して偏心して螺合している状態を示す図である。
【図５】バルブに円運動を伴った振動を与える様子を示す図であり、（Ａ）はバルブに振動モータを設置した振動伝達板を固定した様子を示す図であり、（Ｂ）は振動モータを振動させた様子を示す図であり、（Ｃ）はバルブが円運動する様子を示す図である。
【図６】押棒が弁箱内で回転する様子を説明するための図であり、（Ａ）は雌ネジ部が円運動する様子を示す図であり、（Ｂ）は雌ネジ部が円運動することに伴って押棒が回転することを説明するための図である。
【図７】バルブの開閉動作を説明するための図であり、（Ａ）は押棒が上流に向かって移動する様子を示す図であり、（Ｂ）は押棒が弁体を押圧する様子を示す図であり、（Ｃ）は押棒が下流に向かって移動する様子を示す図である。
【図８】他の実施形態に係るバルブの開閉動作を説明するための図であり、（Ａ）は押棒が弁体を押圧する様子を示す図であり、（Ｂ）は押棒が下流に向かって移動する様子を示す図である。
【図９】実施例で使用したバルブの構成を示す図である。
【図１０】実施例で実際に使用したバルブを示す図である。
【図１１】実施例で使用した実験装置を示す図である。
【図１２】実施例の実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態にかかるバルブについて、図面を参照しながら説明する。
バルブ１００は、気体や液体などの流体の通路（以下、「流路」という。）を開閉するための装置であり、図１に示すように、弁箱１１０と、弁体１２０と、押棒１３０と、から構成される。
【００１４】
弁箱１１０は、両端に開口を有し、内部が中空の円筒体から構成される。弁箱１１０の両端の開口に配管やゴムホース等が接続され、内部を流体が流れる。弁箱１１０は、流路となる円筒内部に、図１に示すように、弁座１１１と、雌ネジ部１１２と、ストッパ１１３と、を備える。なお、以下の説明では、図１に示す破線矢印の方向に流体が流れるものとし、矢印の指し示す方向を「下流」、その反対を「上流」と表現する。
【００１５】
弁座１１１は、弁体１２０を着座保持するための部分であり、図２（Ａ）に示すように、下流に向けて径が縮小した逆円錐台状（いわゆる「すり鉢状」）をしている。
【００１６】
雌ネジ部１１２は、弁箱１１０の内壁に螺旋状のネジ溝が形成された部分であり、図１に示すように、弁座１１１の下流に配置されている。
【００１７】
ストッパ１１３は、弁箱１１０の内壁から流路の中心方向に向けて突出した突起部分である。ストッパ１１３は雌ネジ部１１２のさらに下流に配置されている。ストッパ１１３、図２（Ｂ）に示すように、例えば、流路内の上下左右４箇所に配置されている。突起間の距離Ｄは、押棒１３０の頭部１３３の直径より小さくなっている。
【００１８】
弁体１２０は、例えば金属製の球体から構成される球状弁である。弁体１２０の直径は弁座１１１の最も小さい内径よりも大きく構成されている。弁体１２０は、図１に示すように、流体の流れの力で下流に移動して弁座１１１に着座し、流体の圧力によって流路を閉じるようになっている。
【００１９】
押棒１３０は、雌ネジ部１１２に螺合させるための金属製のネジである。押棒１３０は、図３（Ａ）に示すように、先端部１３１と、雄ネジ部１３２と、頭部１３３と、から構成される。押棒１３０の内部には、図１および図３（Ｂ）に示すように、流体が通過可能な流体通過路が形成されている。さらに、押棒１３０の先端部１３１の側面には、流体通過路に通じる導入口が形成されている。弁座１１１を通過して侵入した流体は、図１に示すように、導入口および流体通過路を通って、下流へと流れていく。
【００２０】
雄ネジ部１３２のネジ山のピッチＰは、図４（Ａ）に示すように、雌ネジ部１１２のネジ溝のピッチＰと等しい。また、雄ネジ部１３２のネジ山の直径ｒは、図４（Ａ）に示すように、雌ネジ部１１２のネジ溝の直径Ｒ１より小さく、雌ネジ部１１２のネジ山の直径Ｒ２より大きい。そのため、雄ネジ部１３２の中心軸は、図４（Ｂ）に示すように、雌ネジ部１１２の中心軸に対して偏心可能となっている。また、雄ネジ部１３２のネジ山の直径ｒは、雌ネジ部１１２のネジ山の直径Ｒ２より大きい。このため、雄ネジ部１３２の中心軸が雌ネジ部１１２の中心軸に対して偏心量が０になったときでも、雄ネジ部１３２が雌ネジ部１１２から抜けることはない。
【００２１】
次に、このような構成を有するバルブ１００の動作について説明する。
【００２２】
まず、図５（Ａ）に示すように、振動伝達部材２１０にバルブ１００の弁箱１１０及び振動発生装置としてモータ２２０が設置される。
【００２３】
振動伝達部材２１０は、モータ２２０の回転駆動による振動をバルブ１００に伝達する役割を果たす。振動伝達部材２１０は、例えば板状で、金属や硬質樹脂等、モータ２２０からの振動をバルブ１００に効率よく伝達可能な素材から構成される。振動伝達部材２１０には、バルブ１００及びモータ２２０のシャフト２２１がそれぞれ貫通して設置される。
【００２４】
シャフト２２１はバルブ１００の長手方向、即ち押棒１３０の軸方向と平行に設置されている。
【００２５】
シャフト２２１は振動伝達部材２１０の孔に振動伝達部材２１０に対して回転自在に取り付けられている。また、図５（Ｂ）に示すように、モータ２２０のシャフト２２１には重心が偏った錘２２２が設置されている。
【００２６】
モータ２２０を駆動すると、シャフト２２１が回転する。図５（Ｂ）に示すように、シャフト２２１が回転すると、振動伝達部材２１０にはバルブ１００及びシャフト２２１が取り付けられていることから、シャフト２２１を軸とする自転が規制されるので、振動伝達部材２１０はその向きを維持した状態で、すなわち自転することなく円運動する。なお、シャフト２２１には重心が偏った錘２２２が設置されているので、振動伝達部材２１０に円運動を生じさせることにより大きなエネルギーが供給される。
【００２７】
この振動伝達部材２１０の円運動はバルブ１００の弁箱１１０にも伝達される。したがって、図５（Ｃ）に示すように、振動伝達部材２１０同様、弁箱１１０もその向きを維持した状態でバルブ１００の中心軸を支点に円運動する。
【００２８】
弁箱１１０内部には雌ネジ部１１２を備えているので、図６（Ａ）に示すように、雌ネジ部１１２も弁箱１１０と同様に円運動を開始する。そうすると、弁箱１１０内部に設置された押棒１３０は、図６（Ｂ）に示すように、雌ネジ部１１２の内周に沿って、例えば、地球の公転運動のように一周する。
【００２９】
このとき、押棒１３０は、雌ネジ部１１２に対して僅かに回転する。なぜなら、雌ネジ部１１２のネジ溝の内周Ｌより雄ネジ部１３２のネジ山の外周ｌのほうが小さいことから、雌ネジ部１１２が一周して元の位置に戻ったときに、図６（Ｂ）に示す（９）のように、雄ネジ部１３２は円周差Ｌ−ｌ分だけ、元の位置からずれるからである。これは、ネジをドライバー等で回転させたのと同じことなので、押棒１３０は、回転した角度θ分だけ僅かに軸方向に移動する。
【００３０】
弁箱１１０に振動を加え続けると、押棒１３０は、図７（Ａ）に示すように、上流に向かって移動していく。やがて押棒１３０は、弁体１２０に接触するが、さらに振動を加え続けると、押棒１３０は、弁体１２０を押圧し始める。弁体１２０は、押棒１３０からの押圧力によって、図７（Ｂ）に示すように、弁座１１１から離脱する。
【００３１】
弁体１２０が弁座１１１から離脱すると、せき止められていた流体が下流へと流れ始める。流体は、図７（Ｂ）に示すように、押棒１３０の導入口から流体通過路に侵入し、やがて、バルブ下流へと流れていく。
【００３２】
一方、バルブ１００の閉鎖を行う場合、モータ２２０を上記とは逆向きに回転駆動させればよい。モータ２２０を逆向きに回転させることで、振動伝達部材２１０及び弁箱１１０は上記とは逆向きに円運動する。即ち、図７（Ｂ）に示した状態から、モータ２２０を逆回転させると、押棒１３０は逆回転を開始する。振動を加え続けると、押棒１３０は徐々に下流へと移動していき、やがて弁体１２０から離脱する。弁体１２０は、流体の圧力によって、図７（Ｃ）に示すように、再び弁座１１１に着座する。押棒１３０は、ストッパ１１３に達した時点で下流への移動を停止する。
【００３３】
本実施形態によれば、バルブ１００を完全に密封した状態で弁体１２０を動かすことができる。そのため、バルブ１００に穴を開ける必要がなくなるので、従来の弁棒を使ったバルブと比べ、流体の漏れる危険性を低減することができる。その結果、毒物、劇物、強腐食性、および温度変化の大きな流体を安全に取り扱うことができる。
【００３４】
なお、弁体１２０の形状は球体に限られない。例えば、弁座１１１の形状に合わせて円錐台としてもよい。
【００３５】
また、上記では、上流から下流に向けて弁体１２０、弁座１１１、押棒１３０が順に配置され、流体の流れの力で弁体１２０を弁座１１１に係止させ、流体の流れに逆行する方向へ押棒１３０が弁体１２０を押して流路を開放する形態について説明したが、これに限られない。
【００３６】
例えば、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、上流から下流に向けて弁座１１１、弁体１２０、押棒１３０が配置された形態であってもよい。図８（Ａ）に示すように、押棒１３０を上流に向けて移動させることで、弁体１２０を弁座１１１に押し付けて流路を閉鎖する。一方、押棒１３０を下流に向けて移動させることで、弁体１２０が弁座１１１から離脱し、流路の開放が行われる。
【実施例】
【００３７】
ネジによってバルブが開閉できるか検証した。本実施例で使用したバルブの構成を図９に示す。流体は左側から右側に流れるとする。弁箱（main body）には円錐台の穴が開いており、その穴に球が左側から加わる圧力により押され塞がることによりバルブが閉じられた状態となる。また、弁箱には雌ネジがあり、それよりも少し径の小さい雄ネジが噛み合っている。弁箱を振動させることにより、雄ネジが球を押し、球が円錐台の穴から外れる。雄ネジにはＴ字の穴が開いているため、その穴を通り流体が流れバルブが開いた状態となる。本機構はｘ軸に対しｙ軸方向に９０°位相がずれた振動を加えることにより駆動されるが、位相のずらし方の正負を逆にすると雄ネジは逆転する。ゆえに、バルブを閉めることも開くこともできる。また、９０°位相のずれた振動は、錘を付けたモータなどにより発生させることができる。
【００３８】
製作したバルブを図１０に示す。弁箱は円等の形状をしており直径は６ｍｍで長さは３２．１ｍｍであり、雌ネジはＭ４並目を用いた。雄ネジもＭ４並目を用いているがダイスを調整することにより少し細く成形されており、山の先端で計測した直径は３．９１ｍｍである。弁箱、雄ネジ、球の質量はそれぞれ、０．５ｇ、２．０ｇ、０．３ｇであり、合計で２．８ｇである。また、材料はそれぞれ、ＭＣナイロン、真鍮、ＳＵＳ４４０である。図９には示されていないが、モータによって錘を回転させることにより振動を発生させる加振器は円筒の形状をしており質量は２０．１ｇであり、大きさは直径１０ｍｍ、長さが５４ｍｍである。
【００３９】
空気圧が０．２ＭＰａのとき、本バルブが開閉できるかを検証した。実験装置を図１１に示す。図１１のように、アルミ板に噴射される空気噴流が当たるようにバルブを設置した。バルブが開くと空気噴流により、このアルミ板が（ａ）の方向に少したわむため、このたわみをレーザー変位計で計測することにより、バルブの開閉状態を監視した。加振器のモータは、このレーザー変位計にて計測した変位と指令値の差に比例ゲインを掛け回転数を制御した。また、加振器による振動の振幅を計測するためのレーザー変位計も備え付けられている。１秒おきにアルミ板に０．２ｍｍのたわみが生じるように指令したときの、アルミ板のたわみと加振器の振幅を図１２に示す。指令値に応じてたわみが生じており、製作したバルブが開閉できていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
水道管のバルブをはじめ、毒物、劇物、強腐食性、および温度変化の大きな流体を取り扱う種々の配管で利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１００ バルブ
１１０ 弁箱
１１１ 弁座
１１２ 雌ネジ部
１１３ ストッパ
１２０ 弁体
１３０ 押棒
１３１ 先端部
１３２ 雄ネジ部
１３３ 頭部
２１０ 振動伝達部材
２２０ モータ
２２１ シャフト
２２２ 錘
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流路が形成された弁箱と、
前記弁箱の流路に配置される弁体と、
前記弁体が係止される弁体係止部と、
前記弁箱の流路に配置され、前記弁体を押して移動させることによって流路を開閉する押棒と、を備え、
前記押棒の少なくとも一部の外周面にネジ山を有し、
前記弁箱の内周面に前記ネジ山の直径より大きい直径のネジ溝を有し、
前記押棒が前記ネジ溝に偏心可能に螺合され、流路方向を軸に前記弁箱を円運動させることによって、前記押棒が自転して流路方向に直動し前記弁体を押す、
ことを特徴とするバルブ。
【請求項２】
前記弁体は、前記弁箱の流路に配置される球体であり、
前記押棒は、前記球体を押して前記弁体係止部から前記球体を離間させることによって前記弁箱の流路を開く、
ことを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
【請求項３】
前記押棒の内部に流体を通過させる流体通過路を有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ。
【請求項４】
前記弁箱の流路の下流側に前記押棒の所定以上の下流方向への移動を規制する押棒係止部を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項５】
前記弁箱に直接的或いは間接的に振動を供給する振動発生装置、を備え、
前記弁箱は、前記振動発生装置から直接或いは間接的に供給される振動によって円運動する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項１】
内部に流路が形成された弁箱と、
前記弁箱の流路に配置される弁体と、
前記弁体が係止される弁体係止部と、
前記弁箱の流路に配置され、前記弁体を押して移動させることによって流路を開閉する押棒と、を備え、
前記押棒の少なくとも一部の外周面にネジ山を有し、
前記弁箱の内周面に前記ネジ山の直径より大きい直径のネジ溝を有し、
前記押棒が前記ネジ溝に偏心可能に螺合され、流路方向を軸に前記弁箱を円運動させることによって、前記押棒が自転して流路方向に直動し前記弁体を押す、
ことを特徴とするバルブ。
【請求項２】
前記弁体は、前記弁箱の流路に配置される球体であり、
前記押棒は、前記球体を押して前記弁体係止部から前記球体を離間させることによって前記弁箱の流路を開く、
ことを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
【請求項３】
前記押棒の内部に流体を通過させる流体通過路を有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ。
【請求項４】
前記弁箱の流路の下流側に前記押棒の所定以上の下流方向への移動を規制する押棒係止部を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項５】
前記弁箱に直接的或いは間接的に振動を供給する振動発生装置、を備え、
前記弁箱は、前記振動発生装置から直接或いは間接的に供給される振動によって円運動する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバルブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２４６９５５（Ｐ２０１２−２４６９５５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１７１１３（Ｐ２０１１−１１７１１３）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
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