JP4478761B2 - 扁平チューブによる流体切換え装置 - Google Patents

Description

本発明は、扁平した複数本のチューブを重ねて結束させ、チューブ下流側に設けた例えば非接触可変絞りを調整することにより、絞ったチューブのみから流体を流出させることを可能とする扁平チューブによる流体切換え装置に関する。

流体を流す配管経路において、配管分岐部に切換え弁が設けられ、分岐配管経路を選択して状況に応じた流体経路を形成する。このような切換え弁システムが特許文献１に記載されている。この従来の切換え弁システムは、１つの入口ポートから第１、第２の２つの出口ポートを選択的に切換えるための切換え部材及びこれを動作させるための移送部材を備えたものである。

しかしながら、このような特許文献１に記載の切換え弁システムは、切換え部材等が直接流体と接触するため腐食等の問題を生じやすく、また構造そのものが複雑化し、制御も煩雑化する。

また、従来各種の流体アクチュエータの駆動方向を切換えるために、電磁弁あるいは手動切換え弁を用いていた。

しかしながら、電磁弁を用いた場合には、電気配線や制御回路が必要であり、複雑な構造となる。また、手動切換え弁の場合には、構造が複雑となるとともに信頼性の高い制御ができないという問題がある。さらに、弁の機械可動部が流体と接触するため、腐食や錆あるいは漏れ等の問題への対策が必要になる。

特開平９−２５７１３８号公報

本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、簡単な構造で自動的に確実に流体の流れ方向を切換えることができ、好ましくは流体に非接触で流体の流れ方向を切換えることができる流体切換え装置の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、複数本の可撓性チューブと、該チューブが接続される共通の流体供給源と、前記複数本のチューブを扁平状態で重ねて結束し扁平面に垂直な方向の動作範囲を規制する結束部とを有し、前記結束部の下流側での各チューブ内の流体圧の変化に基づいて前記結束部を通るチューブの流量割合を変化させることを特徴とする扁平チューブによる流体切換え装置を提供する。

請求項２の発明では、前記結束部の下流側に設けた流体に非接触な可変絞りにより、各チューブ内の流体圧を変化させ、絞ったチューブのみから流体を流出させることを特徴としている。
請求項３の発明では、前記複数本のチューブを水道管に接続して使用可能としたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、扁平状態で重ねて結束した複数本のチューブのうち、下流側で絞られる等により圧力が高くなったチューブが膨らんで、低圧のチューブを押し潰すため、低圧チューブの流路が遮断され、高圧チューブにのみ流体が流れる。これにより、下流側の流体圧の変化に応じて、流路を高圧になったチューブに切換えて高圧チューブにのみ流体を確実に流すことができる。

請求項２の発明によれば、流体に非接触な可変絞りにより流体を流したいチューブを絞り、この絞ったチューブにのみ流体を流すため、絞り機構が流体による腐食や錆等の問題を生ずることなくチューブを切換えることができる。
請求項３の発明によれば、家庭用の水道の蛇口にホースを接続してこのホースから複数本のチューブを分岐させて用いることにより、特別な専用配管設備を用いることなく、簡単に使用することができ、利便性が向上する。

図１は、本発明の実施例の原理説明図である。
（Ａ）に示すように、共通の入口チューブ１３から第１系統チューブ１１と第２系統チューブ１２の２本のチューブに分岐する。この場合、そのままの状態では、（Ａ）に示すように、流体は第１系統及び第２系統のチューブ１１，１２に同等に流れる。本発明では、（B）に示すように、２本のチューブ１１，１２を結束部１４で扁平な状態で重ね、例えば剛性の強い紐で縛ったり、剛体で拘束して両チューブ１１，１２同士を結束して絞る。したがって、扁平面に垂直方向の動作範囲、すなわち両チューブの膨らみ量が規制され、２本のチューブ全体の流路面積が広がらないように規制される。この状態で、一方のチューブ（例えば第１系統チューブ）１１の下流側で、加圧部１５の力が作用してチューブ１１を塞ぐ方向に加圧した場合、チューブ１１内の圧力が上昇してチューブ１１が膨らむ。したがって、結束部１４において、第１系統チューブ１１が膨らむため、第２系統チューブ１２が扁平に押し潰されてチューブが塞がれ、流体が流れなくなる。これにより、流体は、加圧された側のチューブ１１にのみ流れて加圧力に対抗して流体を供給する。なお、一方のチューブが完全に閉じることなく、圧力差に応じて、両チューブ１１，１２を流れる流量の割合が変わるように、加圧部１５の圧力を調整してもよい。

図２は、本発明の別の実施例の基本構成図である。この実施例は３系統のチューブを切換えるものである。
（Ａ）に示すように、共通の入口チューブ１３から、ヘッダ１８を介して３系統のチューブ１９，２０，２１が分岐する。３本のチューブ１９，２０，２１は、結束部２２で、扁平な状態で重ねられ、扁平面に垂直方向の動作範囲が規制されるとともに、３本のチューブの合計の流路面積が拡大しないように膨らみが規制される。この結束部２２の下流側に、加圧部２３，２４，２５が備わる。各加圧部２３，２４，２５は、例えば各種動作の流体アクチュエータであって、動作に応じてチューブ内の流体圧が変化したり、あるいはチューブを外側から絞って又はバルブ等により流路を絞って内圧を上げることにより、各チューブの流体圧を変化させ、結束部２２における各チューブの背圧を変化させる部分である。
なお、図の例は、加圧部２３，２４，２５が絞り弁構造であって、弁体が流体に接触する構造を示すが、このような構造に代えて、各チューブを外側から絞ってチューブ内圧力を高める構造として、絞り機構が流体と非接触な構造とすれば、流体による腐食や錆等の問題や漏れの問題が生じにくいため好ましい。

（Ａ）の状態では、加圧部２３，２４，２５の圧力が等しいため、各チューブ１９，２０，２１を通る流量は等しい。この状態から、（B）に示すように、チューブ１９の加圧部２３が動作してチューブ１９内の圧力が上昇すると、このチューブ１９が膨らみ、結束部２２において、膨らんだチューブ１９が他の２本のチューブ２０，２１を押し潰し、これらのチューブ２０，２１の流路を遮断する。したがって、入口チューブ１３から供給される流体は、高圧になったチューブ１９に流れる。なお、各チューブの圧力に応じて、各チューブに流れる流量の割合が変わるように加圧部での圧力を調整してもよい。

図３は、本発明の適用例の基本構成説明図である。この例は、本発明の流体切換え装置を流体圧モータに適用したものである。
（A）に示すように、固定外枠を構成するドラム１の円筒状内周面２に、軸方向に平行に可撓性材料からなる複数の（図では２本の）チューブ３が固定される。このドラム１の内面に回転体（図２）が同軸的に嵌め込まれる。回転体の外面には螺旋状の突起が形成されている。この螺旋突起４は（B）に示すように、複数の回転可能なローラ５からなり、各チューブ３に圧接する。

各チューブ３に流体（例えば水道水）が矢印Wのように供給されると、螺旋突起４の手前側のチューブ３が水圧により膨らみ、螺旋突起４を図の左側に押圧して回転体を回転させる。

図４は、図３のドラムに嵌め込まれる回転体の基本構成図であり、（A）は正面図、（B）は側面図である。
回転軸６に回転体７が装着される。この回転体７は、薄板回転板８を積層して形成される。各薄板回転板８は、同厚の薄板ローラ５を外周に沿って複数個（この例では４個）備える。各ローラ５は、その半円以上の部分が回転板８の円弧状切欠き８a内に回転可能に保持され、残りの一部の円弧部分が回転板８の外面に突出する。このローラ５の突出部が、軸方向から見て位相が徐々にずれるように回転板８を積層し、全体として回転体７の外面にネジ状の螺旋突起４を形成する（図３（B）参照）。

図５は、本発明の適用例に係る流体圧モータのチューブに対する圧力状態の説明図である。
ドラム１の内周面に、第１系統のチューブ１１と第２系統のチューブ１２がそれぞれ４本ずつ交互に装着される。このドラム１の内面に回転体７が嵌め込まれ、矢印方向に回転する。回転体７は、外面に４つのローラ５が突出して前述のように螺旋突起４（図３，４参照）を形成する。

（Ａ）の状態では、矢印方向に回転するローラ５の前側の第２系統チューブ１２が低圧でチューブが扁平に潰れ、ローラ５が乗越え中又は乗越え直後の第１系統チューブ１１が高圧状態でチューブが膨らんでいる。この状態からローラ５が回転して第２系統チューブ１２を乗越えるとき及び乗越えた後は、（B）に示すように、第２系統チューブ１１が高圧で膨らみ、第１系統チューブ１１は低圧となって扁平に潰れる。この（Ａ）（Ｂ）の状態を、前述の流体圧の自動切換え作用により、交互に繰り返すことによって、回転体７は、ドラム１内で２系統のチューブ１１，１２を円滑に乗越えながら回転する。

図６は、本発明の適用例に係る流体圧モータの配管系統図である。
水道の蛇口に接続された入口チューブ１３は、前述のように、第１系統チューブ１１と第２系統チューブ１２の２系統に分岐し、結束部１４で重ねて絞られる。この結束部１４の下流側で、さらにそれぞれ４本に分岐してドラム１内に装着される。チューブはポリオレフィン系樹脂からなる柔軟な可撓性チューブである。

このような配管構成において、結束部１４の上流側では２本のチューブ内の圧力は等しく、下流側の背圧が異なる。すなわち、ドラム１内で回転体のローラがチューブを乗越えるときに高圧になるため、前述のように、第１系統及び第２系統のチューブ内の圧力が交互に高低を繰り返す。この第１チューブ１１と第２チューブ１２の圧力差により、結束部１４において、高圧チューブが低圧チューブを押し潰し、低圧チューブの流れが遮断される。

これにより、ドラム１内で第１系統チューブ１１と第２系統チューブ１２の自動切換え動作が行われる。すなわち、ローラに潰されているチューブ（例えば第１系統）は高圧になり、これから潰されようとしているチューブ（第２系統）は低圧状態にある。このため、結束部１４では、第１系統チューブ１１が第２系統チューブ１２の流路を遮断し（図示した状態）、第２系統チューブ１２の圧力がさらに低下する。その結果、ドラム内で第２系統のチューブ１２をローラが押し潰して回転し、第２系統が高圧化する。逆に第１系統ではローラが離れて低圧化する。すると結束部１４において今度は逆に第２系統チューブ１２が第１系統チューブ１１の流路を遮断して再びローラが回転する。以上の繰り返しにより、切換え動作が自励的に行われる。

この場合、結束部１４の位置を変化させることにより圧力伝達の時定数が変化するため、切換えの振動数を調節することができる。

本発明は、流体に直接接触せずに流出方向を切換えられるため、例えば漏れの許されない危険試薬流体の容器詰め作業、あるいは原子炉冷却水の制御、もしくは工場汚水の流量センサ等の分野で利用できる。

本発明の実施例の動作原理説明図。 本発明の別の実施例の動作説明図。 本発明の適用例の構成図。 本発明の適用例の構成図。 本発明の実施例の動作説明図。 本発明の実施例の配管系統図。

符号の説明

１：ドラム、２：内周面、３，３ａ，３ｂ：チューブ、４：螺旋突起、
５：ローラ、６：回転軸、７：回転体、８：薄板回転板、８ａ：切欠き、
１１：第１系統チューブ、１２：第２系統チューブ、１３：入口チューブ、
１４：結束部、１５：加圧部、１８：ヘッダ、１９，２０，２１：チューブ、
２２：結束部、２３，２４，２５：加圧部。

Claims (3)

1. 複数本の可撓性チューブと、
   該チューブが接続される共通の流体供給源と、
   前記複数本のチューブを扁平状態で重ねて結束し扁平面に垂直な方向の動作範囲を規制する結束部と、
   前記可撓性チューブを流れる流体の流れに対して前記結束部の下流側に配置された加圧部と、
   該加圧部により前記各チューブ内の流体圧を選択的に上昇させることで、前記結束部を通る前記各チューブの流量割合を変化させることを特徴とする扁平チューブによる流体切換え装置。
2. 前記加圧部が流体に非接触な可変絞りであり、該可変絞りによって各チューブ内の流体圧を変化させ、絞ったチューブのみから流体を流出させることを特徴とする請求項１に記載の扁平チューブによる流体切換え装置。
3. 前記複数本のチューブを水道管に接続して使用可能としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の扁平チューブによる流体切換え装置。

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