JP2004340265A

JP2004340265A - シール構造およびこのシール構造を用いた安全弁

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Publication number: JP2004340265A
Application number: JP2003137644A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Noda; 田光昭野; Hisayuki Ashizawa; 澤久幸芦
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: JP4298375B2

Abstract

【課題】複雑な構造にならずに、特に、低圧領域におけるシール特性が良好で、しかも、量産化した場合に、弁特性にばらつきの少ないシール構造およびこのシール構造を用いた安全弁を提供する。
【解決手段】弁ハウジング２４と、弁ハウジング２４に対して相対的に往復移動する弁体２４との間に弁室４２を画成するとともに、弁体２４の先端部にＯリング３８を装着することにより、弁ハウジング２２に形成された通路４０を封止するシール構造において、Ｏリング３８は、弁体２４の先端部に突出して形成された小径軸部２４ａの外周面に装着されていることを特徴としている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシール構造およびこのシール構造を用いた安全弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、油圧回路もしくは配管などの機器を破壊から守る安全弁では、一般にシール構造としてＯリングが広く採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８はＯリングによる従来のシール構造を備えた安全弁を示したものである。
【０００４】
この安全弁Ａでは、弁体４と弁座１６との間に挿入され気密を確保するためのＯリング２が、前記弁体４および弁座１６の外周をその内壁で囲繞するリング型補助部材３と、前記弁体４および弁座１６とで画定される空間内に固定されずに自由状態で装着されている。
【０００５】
そして、この安全弁Ａでは、本体１の通路１３内の圧力が所定以上に上昇した場合に、弁ばね７の付勢力に抗して弁体４を図の上方に押し上げ、本体１の通路１３内の流体が、弁体４および本体１と補助輪３の間の間隙を介して吹出部１４に流出され、放出口１５から放出される。
【０００６】
ところで、このような安全弁Ａでは、弁体４と弁座１６との間に、補助輪３を設け、この補助輪３の内周側にＯリング２を収容している。
【０００７】
この安全弁Ａでは、Ｏリング２が図８に示したように弁閉状態にあり、この状態から通路１３内の圧力が上昇すると、その圧力によりＯリング２は、先ず、径を広げる方向に変形する力を受けることになる。すなわち、通路１３内の圧力が上昇すると、Ｏリング２の外周面は補助輪３の内周面に当接し、それ以上の変形が防止される。このように、安全弁Ａでは、補助輪３によりＯリング２の外周側が拘束される構造となっている。しかしながら、Ｏリング２の外周側が拘束されると、Ｏリング２に微小歪みが生じ、結果として、低圧域では、シール性が悪くなるという不具合があった。
【０００８】
この状態を試験結果から判断すると、安全弁Ａでは、設定圧力が低圧領域に設定されている場合に、吹始め圧力と吹出し圧力の差が大きくなっていた。さらに、製品によるばらつきも大きかった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−３１１３４５号公報（図１および段落番号［０００９］参照）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示したように、少なくともＯリング２の外周側が拘束を受けている安全弁を、例えば、酸素濃縮器の空圧回路保護用などに用いると、弁の特性上、低圧領域では使用に十分適しているとはいえず、場合によっては、弁が閉じて気密が保持される状態ではあっても、気密漏れを起こすという不具合がある。また、安全弁を量産化した場合に、製品により、特性が一定化しておらず、シール特性にばらつきが発生するという問題があった。
【００１１】
本発明はこのような実情に鑑み、弁体を構成する第１部材と、弁座を構成する第２部材の構造が複雑な構造にならずに、特に、低圧領域におけるシール特性が良好で、しかも、量産化した場合に、弁特性にばらつきの少ないシール構造およびこのシール構造を用いた安全弁を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るシール構造は、
第１部材と、前記第１部材に対して相対的に往復移動する第２部材との間に弁室を画成するとともに、前記第２部材の先端部にＯリングを装着することにより、前記第１部材に形成された通路を封止するシール構造において、
前記Ｏリングは、前記第２部材の先端部に突出して形成された小径軸部の外周面に装着されていることを特徴としている。
【００１３】
このような構成であれば、Ｏリングに圧力が作用した場合に、そのＯリングは外方に自由に変形することができる。これにより、低圧領域の作動条件で良好なシール性が発揮されることとなった。
【００１４】
また、量産化した場合に、シール特性にばらつきが少ないことが確認された。
【００１５】
ここで、前記第１部材に形成された通路には弁座が突出形成され、前記Ｏリングの略中心部が前記弁座に当接することが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る安全弁は、上記したシール構造を備えた安全弁であって、第１部材を弁ハウジング、第２部材を弁体とし、前記弁体の先端部に突出して形成された小径軸部の外周面にＯリングが装着されていることを特徴としている。
【００１７】
このような構成の安全弁であれば、特に、低圧領域では、吹始めと吹出し圧力にばらつきが少なく、作動特性が安定化することが確認された。また、量産化された場合に、製品によるばらつきの発生も少なかった。
【００１８】
ここで、本発明に係る安全弁では、前記弁ハウジングに形成された一次側通路には弁座が突出形成され、前記Ｏリングの略中心部が前記弁座に当接することが好ましい。
【００１９】
このような構成であれば、吹始め、吹出し、吹止りをより正確に制御することが可能になった。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施例に係るシール構造を備えた安全弁を示したもので、特に、酸素濃縮器の空圧回路保護用に使用される安全弁を示したものである。なお、このような用途で使用される安全弁２０は、吹出し圧力が、例えば、２５０ｋＰａ以下と、比較的低い設定圧力で使用される。
【００２２】
この安全弁２０では、略筒状に形成された弁ハウジング２２内に弁体２４が往復移動可能に収容されている。すなわち、弁ハウジング２２には、弁体２４を摺動案内する弁体収容孔２６が形成され、この弁体収容孔２６の下方は、空圧回路に接続される通路４０が形成されている。そして、この通路４０内には、空圧回路内の圧力が伝達される。弁体収容孔２６と、上記通路４０との間には、内方筒部により弁座３６が突出形成されている。一方、弁ハウジング２２の開口端部には、ネジ孔２８が形成されている。このようなネジ孔２８には、例えば、２つの均圧孔３０ａが形成された調整ネジ部材３０が螺合され、この調整ネジ部材３０の押し込み深さが調整されることにより、弁ばね３２の付勢力が調整される。
【００２３】
弁ハウジング２２の弁体収容孔２６の側壁には、外部に開口した放出孔３４が形成され、この放出孔３４から、通路４０内に蓄圧された所定圧力以上の圧力媒体が外方に放出される。又、弁体２４と放出孔３４間に空間３５を設け、弁体２４に弁室４２と大気圧間の差圧力が加わらない構造となっている。
【００２４】
さらに、弁体２４の先端部には、小径軸部２４ａが形成されている。そして、このような小径軸部２４ａの先端に、図２に拡大して示したように、径を若干大きくした鍔部２４ｂが形成されている。
【００２５】
このような弁体２４の小径軸部２４ａの外周には、合成ゴムなどから形成されたＯリング３８が装着されている。そして、このＯリング３８は、上記した弁体２４の鍔部２４ｂにより、抜けが防止されている。
【００２６】
また、Ｏリング３８の外周面は、弁室４２の内壁４２ａから離反して収容されている。すなわち、Ｏリング３８の外周面は、どこにも接触しない状態で小径軸部２４ａの外周面に装着されている。
【００２７】
また、図３に拡大して示したように、Ｏリング３８は、その線径の略中心部分のみが弁座３６に当接している。これにより、吹始め、吹出し、吹止りをより正確に制御することが可能にされている。
【００２８】
ここで、図３に示したように、通路４０内から受圧部位Ｓに力Ｆが作用したとき、その力Ｆは弁を押し上げる力Ｆａと弁を押し広げる力Ｆｂとに分解することができる。
【００２９】
このときの分力Ｆｂに対抗するため、Ｏリング３８に弾性限度内で適正な張力を持たせて弁体２４に装着されている。
【００３０】
本実施例による安全弁２０は、上記のように構成されているが、以下にその作用について説明する。
【００３１】
先ず、このような安全弁２０は、例えば、酸素濃縮器の空圧回路保護用に使用されている。そして、通常の状態では図１に示したように、Ｏリング３８が弁座３６に当接し、弁が閉じている。ここで、例えば、空圧回路に接続された通路４０内の一次側の圧力が所定以上に上昇すると、図４に示したように、先端部にＯリング３８が装着された弁体２４が弁座３６から離反する。すなわち、弁が開となる。すると、一次側側の通路４０内の圧力は、弁室４２を通って瞬時にして放出孔３４に逃がされる。これにより、通路４０内の圧力が設定圧を超えて上昇することが防止される。
【００３２】
一方、通路４０内が設定圧以下に低下した場合は、弁ばね３２の付勢力により、弁体２４が再び図１の状態に復帰される。すなわち、弁が閉となる。
【００３３】
本実施例のように、小径軸部２４ａによりＯリング３８の内周側のみが拘束されていると、低圧域でのシール性能が良好であった。すなわち、弁が開いたり、閉じたりすることが繰り返される場合であってもシール性は良好であった。また、安全弁の設定圧力を低圧に設定した場合であっても、吹始め圧力と吹出し圧力の差が小さく、さらには、製品によるばらつきが少ないことが試験により確認された。これにより、安全弁２０を低い設定圧力で好ましく使用することができる。
【００３４】
以上、本発明の一実施例によるシール構造とこのシール構造を用いた安全弁について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されない。例えば、このような安全弁２０は、低圧領域で使用する安全弁に限定されず、高圧領域で使用することもできる。高圧領域で使用する場合には、図５に示したように、Ｏリング３８の過度の変形を防止するストッパ部３７を弁ハウジング２２に設けることが好ましい。
【００３５】
また、本実施例に係るシール構造では、Ｏリング３８を装着する構造が簡便であるため、弁体２４の加工性も良好であるとともに、装着も容易である。また、弁体２４は軸加工のみでよいことから、加工コストが安価である。
【００３６】
以下に、本発明に係るシール構造ならびにこのシール構造を用いた安全弁がどのように低圧域で良好な作動を示すかを調べた試験結果について説明する。
【００３７】
図６は従来のように、Ｏリングをいわゆる外側拘束とした安全弁の試験結果である。図７は本発明のように、Ｏリングをいわゆる内側拘束とした安全弁の試験結果である。
【００３８】
図６，７で、横軸は、試験で用いたサンプルの数を示したもので、従来品では、試作されたものの中から４０個、本発明では、２５個について調査した。そして、安全弁の吹出し設定圧力を２４５ｋＰａとし、その吹出し圧力、吹始め圧力、吹止り圧力をそれぞれ測定し、それらを上段、中段、下段に、それぞれ菱形（◆）、四角（■）、三角（△）で示した。縦軸は、圧力（ｋＰａ）である。
【００３９】
なお、吹始め圧力（■）とは、図２に示したように、一次側の圧力（通路４０内の圧力）が設定圧力を超えた場合、受圧径（ａ）相当の荷重が、弁ばね３２の付勢力を上回り、弁から漏れが生じるときの圧力である。
【００４０】
また、吹出し圧力（◆）とは、弁からの漏れ量が放出孔３４から漏れる量を超えた時の圧力で、このとき、弁体２４には、弁体の径（ｂ）相当の荷重を受け、弁体２４が瞬時に上昇する。
【００４１】
吹止り圧力（△）とは、一次側の通路４０内の圧力が低下し、弁ばね３２のばね力が弁体２４の径（ｂ）相当の荷重に勝って、弁が閉じるときの圧力である。
【００４２】
図６および図７に示した試験結果から明らかなように、図７に示した本発明の方が、図６に示した従来品と比べて、吹始め圧力と吹出し圧力との差が少ないことが確認された。また、本発明のほうが、吹出し、吹始め、吹止りとも、製品によるばらつきが少なかった。特に、吹出し圧力は、略一定の値を示した。
【００４３】
このように、特に、２５０ｋＰａ程度の低圧領域においては、量産化された製品のシール性にばらつきが少なく、安定したシ−ル性が得られることが確認された。したがって、本発明に係る安全弁は、２５０ｋＰａ以下の比較的低圧領域で使用される安全弁に好ましく採用することができる。
【００４４】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明に係るシール構造は、安全弁に限定されず、他のシール構造に適用することができる。すなわち、上記実施例では、第１部材を弁ハウジング、第２部材を弁体としたが、第１部材、第２部材は、これらに限定されず、Ｏリングが装着される部材であれば、いかなるものであっても良い。また、配管経路を流れる流体は、圧縮空気に限定されず、他の不活性ガスなどにも適用することができる。また、流体としては、気体に限定されず、水などの液体にも適用可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るシール構造によれば、Ｏリングに圧力が作用した場合に、そのＯリングは外方に自由に変形することができるので、微小歪みの発生が解消される。特に、低圧領域では良好なシール性が発揮された。さらに、量産化された場合に、製品によるばらつきの発生が少なくなった。
【００４６】
さらに、本発明に係るシール構造を安全弁に採用すれば、作動圧力が特に、低圧領域であるときに、良好なシール性が確保された。
【００４７】
また、本発明に係る安全弁では、Ｏリングの略中心部が前記弁座に当接しているので、吹始め、吹出し、吹止りをより正確に制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施例に係るシール構造を備えた安全弁の断面図である。
【図２】図２は図１の一部を拡大して示した断面図である。
【図３】図３は図２に示したＯリングの弁座との当接関係を拡大して示した概略図である。
【図４】図４は図１に示した安全弁が開となったときの断面図である。
【図５】図５は図１に示した安全弁を、高圧領域で用いる場合の変形例を示した概略図である。
【図６】図６は、従来例の試験結果であり、Ｏリングの外側が拘束された場合における安全弁の吹始め圧力と吹出し圧力ならびに吹止り圧力の関係を示す試験結果である。
【図７】図７は、本発明の試験結果であり、Ｏリングの内側が拘束された場合における安全弁の吹始め圧力と吹出し圧力ならびに吹止り圧力の関係を示す試験結果である。
【図８】図８は従来のシール構造を備えた特開平１１−３１１３４５号公報に開示されている安全弁の断面図である。
【符号の説明】
２０安全弁
２２弁ハウジング（第１部材）
２４ａ小径軸部
２４弁体（第２部材）
３６弁座
３８Ｏリング
４０通路
４２弁室

Claims

第１部材と、前記第１部材に対して相対的に往復移動する第２部材との間に弁室を画成するとともに、前記第２部材の先端部にＯリングを装着することにより、前記第１部材に形成された通路を封止するシール構造において、
前記Ｏリングは、前記第２部材の先端部に突出して形成された小径軸部の外周面に装着されていることを特徴とするシール構造。
前記第１部材に形成された通路には弁座が突出形成され、前記Ｏリングの略中心部が前記弁座に当接することを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
請求項１に記載のシール構造を備えた安全弁であって、第１部材を弁ハウジング、第２部材を弁体とし、前記弁体の先端部に突出して形成された小径軸部の外周面にＯリングが装着されていることを特徴とする安全弁。
前記弁ハウジングに形成された一次側通路には弁座が突出形成され、前記Ｏリングの略中心部が前記弁座に当接することを特徴とする請求項３に記載の安全弁。