專利名稱：具有扭矩限制器的手柄和包含該手柄的流體控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種限矩手柄和具有該手柄的流體控制器。本發(fā)明具體涉及一種手柄，其具有限矩功能、用于使隔膜(diaphragm)免受過量扭矩。本發(fā)明還涉及一種流體控制器，其使用恒定緊固力(tightening force)打開和關(guān)閉手柄。這使得流體控制器中的閥膜(valve membrane)免受由于關(guān)閉操作下的過量緊固而引起的變形，使得閥膜的損傷或磨損非常小。所以可以使用流體控制器長期穩(wěn)定地控制流速。
背景技術(shù)：
在處理腐蝕流體或高純度流體的化工工廠中隔膜閥通常用于控制流體流動。
作為一個例子，圖5示出的隔膜閥包括閥體(A)，其具有流道(A-1)；隔膜(B)，其與流道(A-1)接觸并或分開；夾緊元件(C)，其用于固定隔膜(B)的周邊；操作機(jī)構(gòu)(D)，其用于控制隔膜(B)以使隔膜(B)與流道(A-1)的表面接觸或分開；和手柄(E)，其被連接到操作機(jī)構(gòu)(D)。
在該隔膜閥中，如圖6和7所示，形成一部分操作機(jī)構(gòu)的操作棒(D-1)嚙合固定到手柄(E)的內(nèi)側(cè)。當(dāng)手柄(E)被旋轉(zhuǎn)時，該操作棒(D-1)向上和向下移動。
當(dāng)手柄(E)被旋轉(zhuǎn)時，連接到手柄(E)的操作機(jī)構(gòu)(D)向上和向下移動。這使隔膜(B)與閥體(A)的鄰接點(A-2)接觸或分開，由此打開或關(guān)閉流道(A-1)。
由于上述隔膜閥(Z)的隔膜(B)一直與流體接觸，所以隔膜優(yōu)選由具有優(yōu)異的耐腐蝕性和柔性的軟橡膠材料制成。使用軟橡膠材料打開和關(guān)閉流道(A-1)。因此，該流體控制器不顯著干擾流體流動。而且，軟橡膠材料具有高密封性，以防止流體滲漏。并且，具有軟橡膠隔膜的流體控制器不會被腐蝕。所以，這種流體控制器被有利地用于阻擋化學(xué)試劑(例如酸)。
然而在具有上述結(jié)構(gòu)的常規(guī)隔膜閥(Z)中，在關(guān)閉流道(A-1)時，隔膜會被損壞。這意味著隨著隔膜閥(Z)的長期重復(fù)使用，隔膜會嚴(yán)重?fù)p壞。所以存在這樣的問題，常規(guī)的隔膜閥(Z)不能長期穩(wěn)定地控制流體流動。
特定地，在上述隔膜閥(Z)中，通過旋轉(zhuǎn)手柄(E)來向下移動操作機(jī)構(gòu)(D)，然后將隔膜(B)壓縮到預(yù)定的鄰接點(A-2)來關(guān)閉流道(A-1)。當(dāng)以這種方式關(guān)閉流道(A-1)時，手柄(E)經(jīng)常對隔膜過量施壓，并對隔膜施加額外的負(fù)載。因此，在重復(fù)使用很多年后，隔膜(B)會被損壞和磨損。所以，該閥(Z)不能長期穩(wěn)定地控制流體流動。
考慮到這些問題，本申請的申請人創(chuàng)造了在日本專利No.3,358,147中公開的技術(shù)。
在日本專利No.3,358,147中公開的技術(shù)使隔膜采用恒定壓力打開和關(guān)閉流道。這里公開的技術(shù)的優(yōu)越性在于，在重復(fù)使用期間閥幾乎不損壞或磨損，并用于長期穩(wěn)定地控制流體流動。
然而，在這里公開的閥有時很難打開流道，因為在該閥中，使用彈性部件的推力將球形傳送部件的下端嚙合到球形凹入部分。
特定地，在這里公開的閥的結(jié)構(gòu)中，在手柄順時針旋轉(zhuǎn)期間的抵抗力等于手柄逆時針旋轉(zhuǎn)期間的抵抗力。這導(dǎo)致有時很難或不可能旋轉(zhuǎn)手柄以打開流道的問題。在理想狀態(tài)下，僅在關(guān)閉閥的操作中，應(yīng)該控制手柄旋轉(zhuǎn)，以便隔膜受壓不太多(即允許手柄空轉(zhuǎn)而不影響操作機(jī)構(gòu))。
而且閥包括許多零件。所以很難大量生產(chǎn)這種閥，而且這種閥很貴。
在現(xiàn)有技術(shù)中，使用棘輪機(jī)構(gòu)來打開和關(guān)閉閥的技術(shù)是公知的(例如日本實用新型公開H5-53879和日本實用新型公開S57-94773)。
然而日本實用新型公開H5-53879中公開的技術(shù)采用機(jī)械地執(zhí)行閥的自動打開和關(guān)閉，而不使用電流或流體壓力。
日本實用新型公開S57-94773公開了用于流體分配的閥。該閥包括多個閥體，流體被從這里輸送到所需的位置，例如農(nóng)田和高爾夫球場。通過將閥體連接到閥的入口來選擇流體目的地。
使用日本實用新型公開H5-53879和日本實用新型公開S57-94773中公開的技術(shù)，利用棘輪機(jī)構(gòu)不可能防止過量扭矩。特別是，無法防止流體控制器的閥隔板免受使用棘輪機(jī)構(gòu)時由過量扭矩引起的損壞。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明提供了一種流體控制器，它使用恒定的緊固力利用閥膜(例如隔膜)來打開和關(guān)閉流道，由此使閥膜(例如隔膜)產(chǎn)生很小的磨損或損壞。使用流體控制器，可以長期穩(wěn)定地控制流體流動，并可以安全地打開流道。而且，流體控制器使制造成本降低。本發(fā)明還提供一種限矩手柄(torque limiting handle)，其被構(gòu)造成可旋轉(zhuǎn)以垂直移動流體控制器等的操作機(jī)構(gòu)，同時防止過量的扭矩。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)權(quán)利要求1的本發(fā)明涉及一種限矩手柄，其用在具有通過旋轉(zhuǎn)手柄(6)來垂直移動的操作機(jī)構(gòu)(5)的裝置中，包括手柄體(62)，其被連接到操作機(jī)構(gòu)并具有棘輪(7)；罩部(61)，其環(huán)繞手柄體并具有棘爪(8)和彈簧(9)，該彈簧給棘爪提供導(dǎo)向力(bias force)，從而棘爪旋轉(zhuǎn)以與在棘輪外圍表面形成的齒嚙合；其中僅當(dāng)罩部在任一方向旋轉(zhuǎn)時，將棘爪設(shè)置成將壓力施加到彈簧使之處于受壓位置，并且其中彈簧受壓以允許棘爪旋轉(zhuǎn)，直到當(dāng)壓力超過預(yù)定值時棘爪與齒脫離。
根據(jù)權(quán)利要求2的本發(fā)明涉及一種流體控制器，包括閥體(2)，其具有延伸通過其中的通道；閥膜(3)，其被設(shè)置用來打開或關(guān)閉通道；操作機(jī)構(gòu)，其具有連接到閥膜上側(cè)的底端；以及手柄，其被設(shè)置用來使操作機(jī)構(gòu)垂直移動，手柄包括手柄體(62)，其被連接到操作機(jī)構(gòu)并具有棘輪(7)；罩部(61)，其環(huán)繞手柄體并具有棘爪(8)和彈簧(9)，該彈簧給棘爪提供導(dǎo)向力，從而棘爪旋轉(zhuǎn)以與在棘輪外圍表面形成的齒嚙合；其中僅當(dāng)罩部在任一方向旋轉(zhuǎn)時，將棘爪設(shè)置成將壓力施加到彈簧使之處于受壓位置，并且其中彈簧受壓以允許棘爪旋轉(zhuǎn)，直到當(dāng)壓力超過預(yù)定值時棘爪與齒脫離。
根據(jù)權(quán)利要求1限定的本發(fā)明，僅當(dāng)罩部以一個方向旋轉(zhuǎn)而具有過量扭矩時，通過將棘輪的齒從棘爪脫離，罩部獨立于手柄體旋轉(zhuǎn)。即使手柄用過量扭矩緊固，緊固力也不會傳遞到操作機(jī)構(gòu)。因此根據(jù)本發(fā)明的手柄被廣泛地應(yīng)用于任何要求阻止過量扭矩的裝置。
根據(jù)權(quán)利要求2的本發(fā)明，僅當(dāng)罩部以旋轉(zhuǎn)到通道關(guān)閉方向而具有過量負(fù)載時，罩部獨立于手柄體旋轉(zhuǎn)。另一方面，當(dāng)罩部按通道打開方向旋轉(zhuǎn)時，罩部的旋轉(zhuǎn)扭矩被安全地傳遞到手柄。對于通道打開/關(guān)閉操作，可以一直將恒定力提供給閥膜。這導(dǎo)致在重復(fù)使用時閥膜磨損和損壞的減少，因此獲得了長期穩(wěn)定的流體控制。而且，本發(fā)明的流體控制器包括比常規(guī)流體控制器更少量的元件，這降低了流體控制器的制造成本。


下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的限矩手柄和具有該手柄的流體控制器的優(yōu)選實施方式。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的限矩手柄的頂視圖。該圖省略了手柄的上蓋。
圖2是包括圖1所示手柄的流體控制器的縱向橫截面圖。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的限矩手柄操作的圖。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的限矩手柄操作的圖。
圖5是常規(guī)隔膜閥的一個例子的橫截面圖。
圖6是圖5所示的隔膜閥手柄的一個例子的頂視圖。
圖7是沿圖6的C-C’線的橫截面圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的限矩手柄可以用在具有操作機(jī)構(gòu)的裝置中，該操作機(jī)構(gòu)可通過旋轉(zhuǎn)該手柄而被垂直移動。該限矩手柄適合于任何需要控制扭矩(或需要防止產(chǎn)生過量扭矩)的裝置。這里流體控制器中的應(yīng)用作為典型應(yīng)用而提出，不過并不將該限矩手柄的應(yīng)用特別限制于此。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的限矩手柄的頂視圖。該圖省略了手柄的上蓋。圖2是具有(如圖1所示)手柄的流體控制器的縱向橫截面圖。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的流體控制器(1)包括閥體(2)，其具有通過其形成的通道(21)；閥膜(3)，其被設(shè)置用來打開和關(guān)閉通道(21)；閥帽(4)，其被設(shè)置成夾在閥體(3)周邊和閥體(2)之間；機(jī)構(gòu)(5)，其具有被連接到閥膜(3)上側(cè)的底端；以及手柄(6)，其被設(shè)置來垂直移動操作機(jī)構(gòu)(5)。
根據(jù)圖2所示的實施方式，流體控制器(1)包括隔膜閥，其具有作為閥膜的隔膜。在接下來的描述中，閥膜(3)將解釋為隔膜(3)。
本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于隔膜閥，而且基本上可以應(yīng)用于所有可能產(chǎn)生過度緊固的流體控制器。例如，本發(fā)明優(yōu)選用于片狀閥、針形閥、旋塞閥、波紋管閥(bellows valve)等。
這里所使用的“閥膜”，以及用在那些其它流體控制器中用來打開和關(guān)閉通道的閥膜，稱為隔膜。
手柄(6)包括被同心(concentrically)連接到操作機(jī)構(gòu)(5)上部的手柄體(62)和環(huán)繞手柄體(62)的罩部(61)。上罩(63)嚙合在罩部(61)的上側(cè)。
手柄體(62)的上端包括許多設(shè)置在其外周壁上的、具有恒定間距并從其突出的齒。將各個齒被設(shè)置成與棘爪(下面描述)嚙合。齒共同構(gòu)成棘輪(7)。
罩部(61)包括棘爪(8)和彈簧(9)。棘爪可以(8)沿樞軸(81)旋轉(zhuǎn)。將彈簧(9)設(shè)置成給棘爪(8)提供導(dǎo)向力以使棘爪按某一方向(嚙合方向)旋轉(zhuǎn)，從而棘爪(8)與上述在棘輪外周壁形成的齒嚙合或配合。嚙合方向?qū)?yīng)于圖1中的逆時針方向。
當(dāng)棘爪(8)由于來自彈簧(9)的導(dǎo)向力按嚙合方向旋轉(zhuǎn)時，為了防止棘爪(8)與棘輪(7)的齒完全脫離，通過壁(10)限制棘爪(8)的過量角位移。
將彈簧(9)容納在被限定在罩部(61)中的圓柱腔中。當(dāng)罩部(61)按一個方向(圖1中的順時針方向)旋轉(zhuǎn)時，棘爪(8)接收來自棘輪(7)的反作用力(reaction force)，雖然罩部(61)旋轉(zhuǎn)但它不旋轉(zhuǎn)。在受壓方向(參見圖3)彈簧(9)從棘爪(8)接收壓力。彈簧(9)的受壓方向?qū)?yīng)于棘輪(7)的切線方向。
當(dāng)壓力超過預(yù)定值并且彈簧(9)受壓時，棘爪(8)按遠(yuǎn)離棘輪7的齒的一個方向(圖1中順時針方向)旋轉(zhuǎn)，以便于與齒脫離(參見圖4)。在該狀態(tài)的罩部(61)不向手柄體(62)傳送旋轉(zhuǎn)扭矩，并且罩部(61)獨立于手柄體(62)旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)壓力在預(yù)定值以下，彈簧(9)沒有產(chǎn)生或產(chǎn)生很小的壓力時，棘爪(8)并不與棘輪(7)的齒脫離。在該狀態(tài)的罩部(61)向手柄體(62)傳送旋轉(zhuǎn)扭矩，由此罩部(61)與手柄體(62)一起旋轉(zhuǎn)。
另一方面，當(dāng)罩部(61)以另一方向(圖1中的逆時針方向)旋轉(zhuǎn)時，彈簧(9)在受壓方向從棘爪(8)未接收到壓力。所以沒有引起彈簧(9)受壓。因此，棘爪(8)未與棘輪(7)脫離。在該狀態(tài)的罩部(61)向手柄體(62)傳送旋轉(zhuǎn)扭矩，由此罩部(61)與手柄體(62)一起旋轉(zhuǎn)。
在上述操作中，通過調(diào)節(jié)彈簧(9)的恢復(fù)力，罩部(61)獨立于手柄體(62)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)扭矩可以確定為任何值。
通過使用具有不同彈簧常數(shù)的另一彈簧或通過增加或降低罩部(61)腔體中放置的彈簧(9)的受壓量，可以調(diào)整彈簧(9)的恢復(fù)力。
所示的實施方式使用了后者的方式。
特定地，將彈簧(9)安裝在棘爪(8)和調(diào)節(jié)板(11)的一側(cè)之間。螺絲(12)的頂端與調(diào)節(jié)板(11)的后側(cè)接觸。螺絲(12)穿入通過罩部(61)限定的螺紋孔中。通過從罩部(61)的外側(cè)插入的驅(qū)動器或六角鉗等來旋轉(zhuǎn)螺絲(12)以使其通過螺紋孔。
利用這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺絲(12)以沿螺紋孔移動時，螺絲(12)的移動使調(diào)節(jié)板(11)在腔體內(nèi)移位。調(diào)節(jié)板(11)的移位改變了彈簧的長度，使其偏離其自然長度。因此很容易調(diào)整罩部(61)開始獨立于手柄體(62)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)扭矩。
下面描述具有上述結(jié)構(gòu)的手柄的流體控制器的操作。
為了關(guān)閉通道(21)，按緊固方向(順時針方向)旋轉(zhuǎn)手柄(6)的罩部(61)。
如果罩部(61)的旋轉(zhuǎn)扭矩低于某個值，彈簧(9)不產(chǎn)生或產(chǎn)生很小的壓力，棘爪(8)不與棘輪(7)的齒脫離。
因此，罩部(61)的旋轉(zhuǎn)扭矩被傳遞到手柄體(62)，以便使它和罩部(61)一起旋轉(zhuǎn)。手柄體(62)的旋轉(zhuǎn)允許操作機(jī)構(gòu)(5)將它向下移動，從而隔膜(3)接觸通道(21)的密封區(qū)域(22)以關(guān)閉通道(21)。
當(dāng)隔膜(3)接觸通道(21)的密封區(qū)域(22)時，手柄(6)按緊固方向進(jìn)一步的旋轉(zhuǎn)將使罩部(61)的旋轉(zhuǎn)扭矩增加到某個值以上。然后彈簧(9)受壓以允許棘爪(8)旋轉(zhuǎn)，以便與棘輪(7)的齒脫離。
在脫離以后，沒有罩部(61)的旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞到手柄體(62)，罩部(61)獨立于手柄體(62)旋轉(zhuǎn)。因此隔膜(3)免受過量的壓力。
為了打開通道(21)，以松開方向(逆時針方向)旋轉(zhuǎn)手柄(6)的罩部(61)。
在這種情況下，在受壓方向彈簧(9)未接收到來自棘爪(8)的壓力。因此在棘爪(8)和棘輪(7)之間的嚙合沒有被釋放。
因此，罩部(61)的旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞到手柄體(62)，這樣罩部(61)與手柄體(62)一起旋轉(zhuǎn)。手柄體(62)的旋轉(zhuǎn)允許操作機(jī)構(gòu)(5)將其向上移動，從而隔膜(3)從密封區(qū)域(22)移開以打開通道(21)。
在根據(jù)本發(fā)明的流體控制器中，罩部(61)開始獨立于手柄體(62)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)扭矩是可以確定的，因此不會損壞隔膜(3)。
所以隔膜(3)免受過量壓力和由此帶來的損壞。
本發(fā)明適合用于要求控制扭矩的裝置中，例如在化工廠中用于控制流體流速的流體控制器。
權(quán)利要求
1.一種限矩手柄，其被用在具有操作機(jī)構(gòu)(5)的裝置中，其中通過旋轉(zhuǎn)所述手柄(6)來垂直移動所述操作機(jī)構(gòu)(5)，所述手柄包括手柄體(62)，其被連接到所述操作機(jī)構(gòu)并具有棘輪(7)；以及罩部(61)，其環(huán)繞所述手柄體并具有棘爪(8)和彈簧(9)，所述彈簧為所述棘爪提供導(dǎo)向力，從而所述棘爪旋轉(zhuǎn)以與在所述棘輪外周表面形成的齒嚙合；其中僅當(dāng)所述罩部在任一方向旋轉(zhuǎn)時，將所述棘爪設(shè)置成將壓力施加到所述彈簧使之處于受壓位置，并且其中所述彈簧是可壓縮的以允許所述棘爪旋轉(zhuǎn)，直到當(dāng)所述壓力超過預(yù)定值時所述棘爪與所述齒脫離。
2.一種流體控制器，包括閥體(2)，其具有延伸通過其中的通道；閥膜(3)，其被設(shè)置用來打開或關(guān)閉所述通道；操作機(jī)構(gòu)，其具有連接到所述閥膜上側(cè)的底端；以及手柄，其被設(shè)置用來使所述操作機(jī)構(gòu)垂直移動，所述手柄包括手柄體(62)，其被連接到所述操作機(jī)構(gòu)并具有棘輪(7)；以及罩部(61)，其環(huán)繞所述手柄體并具有棘爪(8)和彈簧(9)，所述彈簧為所述棘爪提供導(dǎo)向力，從而所述棘爪旋轉(zhuǎn)以與在所述棘輪外周表面形成的齒嚙合；其中僅當(dāng)所述罩部在任一方向旋轉(zhuǎn)時，將所述棘爪設(shè)置成將壓力施加到所述彈簧使之處于受壓位置，并且其中所述彈簧是可壓縮的以允許所述棘爪旋轉(zhuǎn)，直到當(dāng)所述壓力超過預(yù)定值時所述棘爪與所述齒脫離。
全文摘要
為了提供一種具有扭矩限制器的手柄和具有帶扭矩限制器的手柄的流體控制器，該限矩器能夠使用規(guī)定的緊固力進(jìn)行打開/關(guān)閉流道的操作，即使重復(fù)使用，也可以產(chǎn)生更小的磨損和損壞，能夠長期穩(wěn)定地控制流速，能夠安全地進(jìn)行流道的打開，并可以以低成本制造。該具有限矩器的手柄包括手柄體(62)和罩部(61)，手柄體(62)被連接到操作機(jī)構(gòu)(5)，其通過旋轉(zhuǎn)操作垂直移動閥元件，罩體(61)與手柄體配合。手柄體包括棘輪(7)，罩體包括沿樞軸(81)旋轉(zhuǎn)的棘爪(8)和彈簧(9)，該彈簧給棘爪提供力使棘爪以一定方向旋轉(zhuǎn)，從而使棘爪與棘輪外周的齒嚙合。僅當(dāng)罩以一個方向旋轉(zhuǎn)時，彈簧從棘爪接收壓力以收縮方向收縮，以便當(dāng)壓力超過預(yù)定值時，允許棘爪旋轉(zhuǎn)到其與齒的嚙合被釋放的角度。
文檔編號F16K7/12GK101044347SQ200580035680
公開日2007年9月26日 申請日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月12日
發(fā)明者大道邦彥, 赤本久敏 申請人:株式會社富士金