直动式电动阀 【技术领域】
本发明涉及通过阀杆的往复运动进行阀门开闭的直动式阀门，特别涉及以电动机作为驱动装置的直动式电动阀。背景技术
从前，这种直动式阀门用气缸作为阀杆的驱动装置。这种空气驱动式活塞阀，由于在驱动时需要空气压力，所以需要连接到阀体的空气配管(通常为铜配管)，另外为了通过该气压的有无而驱动活塞部，所以要在配管上另外设置电磁阀来进行主压力和大气压力的切换，并由此操作阀体的开关动作。
但是，在从前的活塞阀上，铜配管和电磁阀在施工和维护上花费成本大，而且增加阀门的话，处理从阀站到电磁阀的配管也很费事。另外，还存在电源停止时，由于空气跑掉后活塞靠弹簧返回而有危险的问题。
本发明是为了解决这些现有的问题，以提供不用空气压力而靠电动机使阀杆作往复动作的直动式电动阀为课题的。发明内容
为解决上述课题，本发明的直动式电动阀(权利要求1)是：
随着阀杆的上下往复运动，阀体在第1阀口与第2阀口之间往复移动，在依靠阀体而使第1阀口闭锁的状态下连通第2液路，而在依靠阀体使第2阀口闭锁的状态下连通第1液路，
具备：凸轮机构部，将通过电动机而进行往复转动的转动体的往复转动动作变换成上下往复动作；和弹簧机构部，设置于该凸轮机构部与阀杆之间，
在由上述凸轮机构部地向上移动并通过弹簧机构部使阀杆向上移动从而阀体关闭第1阀口的同时，依靠弹簧机构部使阀杆具有向上的势能从而通过阀体保持第1阀口的关闭状态，
在由上述凸轮机构部的向下移动并通过弹簧机构部使阀杆向下移动从而阀体关闭第2阀口的同时，依靠弹簧机构部使阀杆具有向下的势能从而通过阀体保持第2阀口的关闭状态。
在该直动式电动阀中，以电动机作为驱动装置的转动体的往复转动动作被凸轮机构部变换为上下往复动作，而该凸轮机构部的上下往复动作通过弹簧机构部被传送到阀杆。
这样，如阀杆向上移动，在阀体关闭第1阀口的同时，依靠弹簧机构部使阀杆具有向上的势能从而可以通过阀体保持第1阀口的关闭状态。
另外，如阀杆向下移动，在阀体关闭第2阀口的同时，依靠弹簧机构部使阀杆具有向下的势能从而可以通过阀体保持第2阀口的关闭状态。
此外，在弹簧机构部上，也可分别设置使阀杆具有向上势能的弹簧和使阀杆具有向下势能的弹簧，也可如后述的那样使用一根弹簧既用于给予向上的势能和又用于给予向下的势能。
接下来，本发明的直动式电动阀具有如下方式(权利要求2)，即：使用上下进行往复转动的偏心凸轮作为依靠电动机而往复转动的转动体，形成将该偏心凸轮的往复转动动作变换成凸轮座板的上下往复动作的凸轮机构部，使上述凸轮在稍稍越过上死点的上端停止位置和稍稍越过下死点的下端停止位置停止。
此时其特征为，使用偏心凸轮作为构成凸轮机构部的转动体，将偏心凸轮的往复转动变换成凸轮座板的上下的往复动作。
为了通过阀体保持对阀口的关闭状态，需要依靠弹簧机构使阀杆具有势能，为此在偏心凸轮上作用逆向的反力。因此，如在阀体关闭阀口的状态下使电动机停下，则需要限制偏心凸轮的逆向转动。
这时，因为可以使偏心凸轮在稍稍越过上死点的上端停止位置和稍稍越过下死点的下端停止位置停止，所以可以限制偏心凸轮的逆向转动，并因此使各个部件保持在各自的位置上从而通过阀体保持对阀口的关闭状态。
接下来，上述的直动式电动阀具有如下方式(权利要求3)。即：
形成弹簧机构部，将保持在上端弹簧座和下端弹簧座之间的一体的螺旋弹簧，在安装在从凸轮机构部(或阀杆)延长的弹簧轴上的状态下，收纳在与阀杆(或凸轮机构部)连接的弹簧箱内；
在利用上述凸轮机构部的向上移动并通过弹簧机构部使阀杆向上移动从而阀体关闭第1阀口的状态下，通过依靠螺旋弹簧的势能使下端弹簧座固定于弹簧轴上，同时使上端弹簧座与弹簧箱接触，从而使阀杆具有向上的势能，利用阀体保持第1阀口的关闭状态；
在利用上述凸轮机构部的向下移动并通过弹簧机构部使阀杆向下移动从而阀体关闭第2阀口的状态下，通过依靠螺旋弹簧的势能使上端弹簧座固定于弹簧轴上，同时使下端弹簧座与弹簧箱接触，从而使阀杆具有向下的势能，利用阀体保持第2阀口的关闭状态；
在阀杆依靠上述凸轮机构部并通过弹簧机构部进行移动从而阀体在第1阀口和第2阀口之间迁移的状态下，通过依靠螺旋弹簧的势能使上端弹簧座及下端弹簧座固定于弹簧轴上的同时，使上端弹簧座及下端弹簧座与弹簧箱接触，从而使弹簧机构部一体化。
这种情况的特征为，在弹簧机构部内设置一体的螺旋弹簧。
由于通过阀体对第1阀口的关闭状态是依靠弹簧机构部使阀杆具有势能来进行的，所以以前在该弹簧机构部上需要使阀杆具有向上势能的弹簧和使阀杆具有向下势能的弹簧，但是这样的话，不仅部件个数多，而且弹簧机构部的构造变得复杂。
因此，由于形成将螺旋弹簧保持在上端弹簧座和下端弹簧座之间并装在弹簧盒内的弹簧机构部，由此可以使一体的螺旋弹簧得到上下两方向的势能，而可减少部件个数，简化弹簧机构部的构造。
接下来，上述直动式电动阀具有如下方式(权利要求4)，即：使用左右往复转动的圆筒体作为依靠电动机进行往复转动的转动体，形成借助于上下方向的螺旋状凸轮槽和可滑动地嵌合在该凸轮槽内的引导销从而将该圆筒体的往复转动动作变换为圆筒体自身的上下往复动作的凸轮机构部，在上述螺旋状凸轮槽内上下两端稍微靠前一点的部分形成逆向的倾斜部。
此时其特征在于，使用圆筒体作为构成凸轮机构部的转动体，通过螺旋状凸轮槽和引导销使圆筒体的往复转动动作变换为圆筒体自身的上下往复动作。
为了通过阀体保持阀口的关闭状态，需要依靠弹簧机构使阀杆具有势能，为此在圆筒体上作用逆向的反力。因此，如在阀体关闭阀口的状态下使电动机停止，则需要限制圆筒体的逆向转动。
这时，因为在上述螺旋状凸轮槽内从上下两端的稍微靠前一点的部位设置逆向的倾斜部，所以可以限制圆筒体的逆向转动并因此使各个部件保持在各自的位置上，从而通过阀体保持阀口的关闭状态。
接下来，上述直动式电动阀具有如下方式(权利要求5)，即：
形成弹簧机构部，将保持在上端弹簧座和下端弹簧座之间的一体的螺旋弹簧，在安装在从阀杆(或圆筒体)延长的弹簧轴上的状态下，收纳在与圆筒体(或阀杆)连接的弹簧箱内；
在利用上述圆筒体的向上移动并通过弹簧机构部使阀杆向上移动从而阀体关闭第1阀口的状态下，通过依靠螺旋弹簧的势能使下端弹簧座固定于圆筒体上，同时使上端弹簧座与阀杆接触，从而使阀杆具有向上的势能，利用阀体保持第1阀口的关闭状态；
在利用上述圆筒体的向下移动并通过弹簧机构部使阀杆向下移动从而阀体关闭第2阀口的状态下，通过依靠螺旋弹簧的势能使上端弹簧座固定于圆筒体上，同时使下端弹簧座与阀杆接触，从而使阀杆具有向下的势能，利用阀体保持第2阀口的关闭状态；
在阀杆依靠上述凸轮机构部并通过弹簧机构部进行移动从而阀体在第1阀口和第2阀口之间迁移的状态下，通过依靠螺旋弹簧的势能使上端弹簧座及下端弹簧座固定于圆筒体上的同时，使上端弹簧座及下端弹簧座与阀杆接触，从而使弹簧机构部一体化。
此时其特征在于，在弹簧机构部内设置一体的螺旋弹簧。
即，构成将螺旋弹簧固定于上端弹簧座和下端弹簧座之间并被装在弹簧箱内的弹簧机构部，并由此可以使一体的螺旋弹簧得到上下两方向的势能，从而可减少部件个数，简化弹簧机构部的结构。
另外，本发明的直动式电动阀，具有如下的方式(权利要求6)：将依靠电动机进行往复转动的转动体在往复端挡住，然后通过定时器使电动机停止。
在这种情况下，进行往复转动的转动体到了往复端后，将在往复端位置被挡住。而在电动机继续运转的状态下，由于将持续加上过负荷，所以通过定时器使电动机停止
因此，可以使电动机正确地停止在转动体的往复端位置，防止电机驱动系统的损坏。
另外，本发明的直动式电动阀具有如下的方式(权利要求7)：用位置传感器检测出依靠电动机进行往复转动的转动体的往复转动位置，然后通过来自该位置传感器的信号使电动机停止。
这时，转动体到达上死点、下死点后，电动机根据来自位置传感器的信号而停止，然后靠惯性力和弹簧的力而达到往复端，所以可以使转动体正确地停止在往复端位置上，并能防止电机驱动系统的损坏。
另外，本发明的直动式电动阀具有如下的方式(权利要求8)：将螺旋弹簧在压缩状态下安装。
通常，弹簧的势能是与将弹簧压缩的行程成正比的，所以为了得到大的势能需要大的行程，这样就会使装置变大。
因此，如果用上端弹簧座、下端弹簧座、弹簧轴(圆筒体)和弹簧箱(阀杆)将螺旋弹簧固定并在预压缩的状态下安装，可用从压缩状态再附加一个短的行程使其压缩而得到用阀体使阀口保持关闭状态的势能，因此可以通过将行程变短而使装置更为紧凑还可以减少压缩所需的能量。
另外，在上述的各个发明中，为了方便，将阀杆的方向定为上下方向说明了各个部件的动作方向，当然还可以使阀杆的动作方向为水平方向。在这种情况下，各部分的动作方向将变为与阀杆的动作方向相对应的方向。附图说明
图1是作为本发明的第1实施方式的直动式电动阀的正面截面图。
图2是该直动式电动阀的侧面截面图。
图3是该直动式电动阀的动作说明图。
图4是作为本发明的第2实施方式的直动式电动阀的侧面截面图。
图5是作为本发明的第3实施方式的直动式电动阀的侧面截面图。
图6是该直动式电动阀的动作说明图。
图7是表示凸轮机构部的螺旋状凸轮槽的展开图具体实施方式
以下通过附图说明本发明的实施方式。另外，本发明的具体构成当然不仅限于以下的各实施方式。
图1是作为本发明的第1实施方式的直动式电动阀的正面截面图，图2是该直动式电动阀的侧面截面图，图3是该直动式电动阀的动作说明图。
在图中，1为阀本体，内部设置了主液路10和通过第1阀口10a与主液路10连通的第1液路11和通过第2阀口10b与主液路10连通的第2液路12。
这样，伴随着阀杆2的上下往复移动，阀体20在第1阀口10a和第2阀口10b之间上下往复移动，这时，使阀杆2向上移动而用阀体20关闭第1阀口10a的话，则主液路10与第2液路12连通，相反地使阀杆2向下移动而用阀体20关闭第2阀口10b的话，则主液路10与第1液路11连通，从而成为可切换液路的直动式电动阀。
上述阀杆2通过弹簧机构部3与凸轮机构部4相连接。
在该凸轮机构部4上，在电动机40的电机轴41上设置进行上下往复转动的偏心凸轮(转动体)42，该偏心凸轮42的偏心轴43通过滚子46可转动地嵌合于在凸轮座板44上形成的横长孔45内，从而使依靠电动机40而进行的偏心凸轮42的往复转动动作变换成凸轮座板44的上下的往复动作。
另外，在凸轮座板44上设置限位块47，该限位块47使偏心凸轮42在稍稍越过上死点X1的上端停止位置X和稍稍越过下死点Y1的下端停止位置Y停止，该限位块47由弹簧48弹性地支撑。
上述弹簧机构部3具备从凸轮座板44向下方延长的弹簧轴30，在该弹簧轴30上安装了利用台阶31限制向上移动的上端弹簧座32、被螺母33限制了向下移动的下端弹簧座34和在两弹簧座32、34之间以预压缩状态保持的一体的螺旋弹簧35，另外，形成将这些上端弹簧座32、下端弹簧座34和螺旋弹簧35收纳在与阀杆2的上端相连接的弹簧箱36内的构造。
在这种情况下，也可采用将弹簧轴30从阀杆2的上端延长，将弹簧箱36与凸轮座板44相连接的构造。
这样，如图3(a)所示，在由设在凸轮机构部4上的凸轮座板44的向上移动并通过弹簧机构部3使阀杆2向上移动而阀体20关闭第1阀口10a的状态下，依靠螺旋弹簧35的势能使下端弹簧座34固定于弹簧轴30的螺母33上的同时，通过使上端弹簧座32与弹簧箱36的上端停止部37配合使阀杆2具有向上的势能，保持通过阀体20对第1阀口10a的关闭状态。
而如图3(b)所示，在由设置在凸轮机构部4上的凸轮座板44的向下移动并通过弹簧机构部3使阀杆2向下移动而阀体20关闭第2阀口10b的状态下，依靠螺旋弹簧35的势能使上端弹簧座32固定于弹簧轴30的台阶31上的同时，通过使下端弹簧座34与弹簧箱36的下端停止部38配合使阀杆具有向下的势能，而保持通过阀体对第2阀口的关闭状态。
而如图3(c)所示，而在阀杆2依靠凸轮机构部4并通过弹簧机构部3进行移动而阀体20在第1阀口10a和第2阀口10b之间迁移的状态下，通过螺旋弹簧35具有的势能使上端弹簧座32及下端弹簧座34固定于弹簧轴30的台阶31及螺母33上的同时，通过使上端弹簧座32及下端弹簧座34与弹簧箱36的上端停止部37及下端停止部38配合使弹簧机构部3一体化。
这样，涉及本实施方式的直动式电动阀将以电动机40作为驱动装置的偏心凸轮(转动体)进行的往复转动动作变换成依靠凸轮机构部4进行的上下往复动作，而该凸轮机构部4进行的上下往复动作通过弹簧机构部3被传送到阀杆2。
因此，与使用气缸作为阀杆2的驱动装置的现有的空气驱动式活塞阀不同，不需要空气配管(通常为铜配管)，而且无需花费为铜配管和电磁阀而进行的施工和维护的费用。
另外，由于偏心凸轮42在稍稍越过上死点X1的上端固定位置X和稍稍越过下死点Y1的下端固定位置Y被限位块47停住，所以既限制了偏心凸轮42的逆向转动又可使阀杆2继续保持势能，因此可以使各个部件保持在各自的位置上，从而保持通过阀体20对阀口10a、10b的关闭状态。
因此，也可解除像从前的空气驱动式的那样在断电时，由于空气跑掉后活塞通过弹簧而返回的危险。
另外，由于构成了将螺旋弹簧35固定于上端弹簧座32和下端弹簧座34之间并装在弹簧箱36内的弹簧机构部3，依靠一体的螺旋弹簧35可以得到上下两方向的势能，从而可以减少部件个数，简化弹簧机构部3的构造。
另外，电动机40的控制是在往复端挡住，然后通过定时器使电动机停下，所以可使电动机40在偏心凸轮42的往复端位置上正确地停止，从而防止电机驱动系统的损坏。
此外，由于是用上端弹簧座32、下端弹簧座34、弹簧轴30和弹簧箱36将螺旋弹簧35固定并安装成预压缩状态，所以从压缩状态再附加一个短的行程使其压缩即可得到用阀体20使阀口10a、10b保持关闭状态的势能，因此可以通过使行程变短而使装置更为紧凑并减少压缩所需的能量。
接下来，图4是作为本发明的第2实施方式的直动式电动阀的侧面截面图。
该直动式电动阀设置了依靠电动机50检测往复转动的偏心凸轮(转动体)42的上死点X1及下死点Y1的位置传感器51、52，用该位置传感器51、52检测出偏心凸轮42的往复端，然后通过来自该位置传感器51、52的信号使电动机50停止。
因此，当偏心凸轮42到达上死点X1及下死点Y1的近旁时，电动50机通过来自位置传感器51、52的信号而停止，然后靠惯性力和弹簧的力而达到往复端，由此可以使电动机50正确地停止在偏心凸轮42的往复端位置上，防止电机驱动系统的损坏。
而其他的构成及作用与第1实施方式相同。
接下来，图5是作为本发明的第3实施方式的直动式电动阀的正面截面图，图6是该直动式电动阀的动作说明图，图7是表示凸轮机构部的螺旋状凸轮槽的展开图。而阀本体1的构成与上述的第1实施方式相同，故省略说明。
在电动机60的电动机轴61上左右地往复转动的圆筒体(转动体)62借助于楔63而固定于转动方向上的状态下，该直动式电动阀的凸轮机构部6被安装成可在上下方向移动，在与该圆筒体62形成为一体的弹簧箱77上形成上下方向的螺旋状凸轮槽64的同时，突出设置于固定圆筒体65上的引导销66可滑动地被嵌合在螺旋状凸轮槽64内，通过螺旋状凸轮槽64和引导销66使依靠电动机60进行的圆筒体62的往复转动动作变换为圆筒体62自身的上下往复动作。
另外，在上述螺旋状凸轮槽64内，如图7所示，从上下两端的稍稍靠前的部分设置逆向的倾斜部64a、64b。而且，也可将螺旋状凸轮槽64形成于固定圆筒体65上，而将引导销66突出设置于圆筒体62上。
另外，与第2实施方式相同，电动机60的控制是将其挡住，然后通过定时器使其停下的，也可在倾斜部64a、64b的曲率改变点近旁通过位置传感器检测出后，通过来自该位置传感器的信号使电动机60停止。
此外，弹簧机构部7在从阀杆2的上端延长的弹簧轴7a上安装着被上端限位块70限制了向上移动的上端弹簧座71、被下端限位块72限制了向下移动的下端弹簧座73、和以预压缩状态固定在两个弹簧座71、73之间的一体的螺旋弹簧74，另外，形成将这些上端弹簧座71、下端弹簧座73和螺旋弹簧74收纳于与圆筒体62形成为一体的弹簧箱77内的结构。
此外，也可采用使弹簧轴7a从圆筒体62延长，将弹簧箱77与阀杆2相连接的结构。
这样，如图6(a)所示，在利用圆筒体62的向上移动并通过弹簧机构部7使阀杆2向上移动从而阀体20关闭第1阀口10a的状态下，依靠螺旋弹簧74的势能使下端弹簧座73固定于弹簧箱77的下端停止部75上的同时，通过使上端弹簧座71与阀杆2的上端限位块70接触使阀杆2具有向上的势能，保持通过阀体20对第1阀口10a的关闭状态。
而如图6(b)所示，在利用圆筒体62的向下移动并通过弹簧机构部7使阀杆2向下移动而从阀体20关闭第2阀口10b的状态下，依靠螺旋弹簧74的势能使上端弹簧座71固定于弹簧箱77的上端停止部76上的同时，通过使下端弹簧座73与阀杆2的下端限位块72接触使阀杆2具有向下的势能，而保持通过阀体20对第2阀口10b的关闭状态。
而如图6(c)所示，而在阀杆2依靠凸轮机构部6并通过弹簧机构部7进行移动从而阀体20在第1阀口10a和第2阀口10b之间迁移的状态下，通过螺旋弹簧74具有的势能使上端弹簧座71及下端弹簧座73固定于弹簧箱77的上端停止部76和下端停止部75上的同时，通过使上端弹簧座71及下端弹簧座73与阀杆2的上端限位块70及下端限位块72接触使弹簧机构部7一体化。
这样，涉及本实施方式的直动式电动阀将以电动机作为驱动装置的圆筒体62进行的往复转动动作依靠凸轮机构部6变换成上下往复动作，而该凸轮机构部6进行的上下往复动作通过弹簧机构部7被传送到阀杆上。
另外，由于在上述螺旋状凸轮槽64的上下两端的稍稍靠前的部分设置了逆向的倾斜部64a、64b，所以在限制了圆筒体62的逆向转动的同时，又可使阀杆2继续保持势能，并因此可以使各个部件保持在各自的位置上，从而保持通过阀体20对阀口10a、10b的关闭状态。
此外，其他的构成与上述实施方式1相同。
在产业上利用的可能性
如以上说明的那样，作为本发明的直动式电动阀(权利要求1)由于将电动机作为驱动装置，并具备了凸轮机构部和弹簧机构部，所以与现有的空气驱动式活塞阀不同，不需要空气配管(通常为铜配管)，而且无需花费为铜配管和电磁阀而进行的施工和维护的费用。
另外，因为偏心凸轮在稍稍越过上死点的上端停止位置和稍稍越过下死点的下端停止位置被限位块停止(权利要求2)，所以可以限制偏心凸轮的逆向转动并使阀杆继续保持势能，因此使各个部件保持在各自的位置上从而保持通过阀体对阀口的关闭状态。
因此，也可解除如现有的空气驱动式那样、在停电时因空气跑掉活塞通过弹簧而返回的危险。
另外，由于构成了将螺旋弹簧保持在上端弹簧座和下端弹簧座之间的弹簧机构部(权利要求3、5)，靠一体的螺旋弹簧得到上下两方向的势能，而可减少部件个数，简化弹簧机构部的结构。
因为在上述螺旋状凸轮槽的上下两端的稍微靠前一点的部分形成了逆向的倾斜部(权利要求4)，所以可以限制圆筒凸轮的逆向转动并使阀杆继续保持势能，因此使各个部件保持在各自的位置上从而保持通过阀体对阀口的关闭状态。
另外，因为将通过电动机进行往复转动的转动体在往复端挡住，然后通过定时器使电动机停止(权利要求6)，所以可以防止在电动机上持续加上过载负荷，可防止电机驱动系统的损坏。
另外，由于设置了检测出通过电动机进行往复转动的转动体的往复位置的位置传感器(权利要求7)，使用电动机，可使使转动体正确地停止在往复端位置上，防止电机驱动系统的损坏。
另外，由于将螺旋弹簧在预压缩状态下安装(权利要求8)，可用从压缩状态再附加一个短的行程使其压缩而得到用阀体使阀口保持关闭状态的势能，从而能够因使行程变短而使装置更为紧凑还可以减少压缩所需的能量。