JP2005083564A - 弁装置の弁座 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工が容易であり、弁箱に対する取付け、取外しが容易である弁座を提供すること。
【解決手段】 本発明による弁装置３０の弁座３２は、その嵌合側の周端縁の全周にわたって、Ｏリング等のシール部材５２が装着される切欠き溝５０が形成されている。この切欠き溝は、放射方向に延びる段差面５４と、この段差面の内周縁から嵌合側の端面５８の方向に延びる底面５６とからなり、底面５６の外径が、前記端面側ほど漸次拡大されていることを特徴としている。このような弁座においては、シール部材は切欠き溝内で保持されるので、取付けや取外し作業が容易となる。また、シール部材によるシールが良好に行われることから、弁座の加工精度を低くすることも可能である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、往復ポンプ等に用いられる弁装置に関し、特に弁装置における弁座に関するものである。

往復ポンプは、ピストンないしはプランジャ（以下「ピストン」と総称する）の往復動により液体を輸送する装置であり、液体を一方向に輸送するために、弁装置が設けられている。

かかる弁装置としては、図３及び図４に示すようないわゆるポペット弁、すなわち弁座１，２のシート面に弁体３が圧縮コイルばね４により押し付けられる型式のものが通常用いられる（特許文献１参照）。また、図３及び図４に示す弁装置においては、メンテナンスを容易に行うため等の理由から、弁座１，２が弁箱５に脱着可能に取り付けられている。

これらの弁座１，２は金属製の環状体であり、弁箱５の液体輸送流路に拡径形成された弁座取付部６に取外し可能に嵌合されている。また、弁座１，２と弁箱５との間の隙間を通じて液体が漏れ出すことを防止するため、Ｏリング７が弁座１，２に装着されている。

図３に示す弁座１においては、Ｏリング装着部として、弁座１の嵌合側の周端縁に断面Ｌ字状の切欠き溝８が形成されている。この切欠き溝８に装着されたＯリング７は、弁座１が弁座取付部６に取り付けられた状態では、切欠き溝８の段差面８ａと弁座取付部６の段差面６ａとの間で挟持される。段差面６ａ，８ａは、弁座１の嵌合方向において互いに対向配置されているため、Ｏリング７は段差面６ａ，８ａ間で圧縮され、これによって弁座１と弁箱５との間のシールが行われる。

一方、図４に示す弁座２は、その外周面に断面凹状の溝９が形成されており、当該溝９にＯリング７が嵌合される。この場合、Ｏリング７は弁座取付部６の内周面に放射方向外方に押し付けられて用いられる。
特開平８−２１３６８号公報

しかしながら、図３及び図４に示す従来の弁座１，２には以下に示す問題点がある。

まず図３に示す弁座１にあっては、切欠き溝８の一側面が開放され且つ底面８ｂが円筒形（すなわち、弁座１の中心軸線から切欠き溝８の底面８ｂまでの半径距離が全幅にわたって同一）であるため、弁座１を弁座取付部６から引き抜く際、Ｏリング７が弁座取付部６内に残り、これを取り外すための手間がかかるという問題がある。

これに対して、図４に示す弁座２の場合、断面凹状の溝９にＯリング７が嵌合されるため、弁座２と一体的にＯリング７も弁座取付部６から取り外すことができる。しかし、Ｏリング７は、十分なシールを行うためには、弁座取付部６の内周面に対して相当に大きな力で押し付けられる必要があり、このため、Ｏリング７の摩擦抵抗により弁座２の取外しや取付けが困難となるという問題点がある。また、この弁座２と弁座取付部６とはいんろう継手の嵌合関係となるため、加工精度を高くする必要があり、コストアップに繋がる。

そこで、本発明の目的は、加工が容易であり、弁箱に対する取付け、取外しが容易である弁座を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、シート面（３４）に弁体（３６）が弾性的に押し付けられることにより当接され、弁箱（１８）の弁座取付部（４０）に脱着可能に嵌合配置される弁装置（３０）の弁座（３２）において、嵌合側の周端縁の全周にわたり形成され、Ｏリング等のシール部材（５２）が装着される切欠き溝（５０）であって、放射方向に延びる第１面、すなわち段差面（５４）と、この段差面（５４）の内周縁から嵌合側の端面（５８）の方向に延びる第２面、すなわち底面（５６）とからなる前記切欠き溝（５０）を有しており、前記底面（５６）の外径が、前記端面（５８）側ほど漸次拡大されていることを特徴としている。

このような構成の弁座（３２）においては、従来の図３に示す弁座１と同様に、シール部材（５２）は切欠き溝（５０）の段差面（５４）と弁座取付部（４０）の段差面（６２）との間で圧縮され、所望のシールを達成することができる。また、切欠き溝（５０）の底面（５６）は嵌合側の端面（５８）に行くほど拡径されているため、シール部材（５２）は切欠き溝（５０）内で保持される。

上述したように、本発明による弁装置（３０）の弁座（３２）は、段差面（５４，６２）間でのシール部材（５２）の圧縮により液体の漏洩を十分に防止することができるので、加工精度は図４に示す弁座（２）に比して低くともよく、低コスト化が可能である。

また、弁座（３２）に装着されたシール部材（５２）は、弁座（３２）に保持されるため、弁座（３２）と一体的に取り扱うことができ、組立てや分解が容易となる。

更に、切欠き溝（５０）の底面（５６）は嵌合側の端面（５８）の側ほど拡径されていることから、弁座取付部（４０）の段差面（６２）と接する端面（５８）の接触面積は、流路径が同一である図３に示す弁座（１）における接触面積よりも大きくなる。これは、弁座（１，３２）の最大外径（Ｄ２）が同じであっても、より高圧の液体加圧を可能とするものである。逆に、嵌合側の端面の接触面積を同じとした場合には、本発明による弁座（３２）の流路径（ｄ１）を図３の弁座（１）よりも大きくすることができるので、より多くの流量の液体輸送に対応することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明するが、図中、同一又は相当部分には同一符号を付けることとする。

図１は、本発明による弁装置の弁座の一実施形態を示す断面図であり、当該弁装置が適用された往復ポンプの一部を示している。図示実施形態に係る往復ポンプ１０は、液体噴霧装置の一種である動力噴霧装置等に適用されるものである。動力噴霧装置は農薬等の薬液を噴霧するためのものである。図示の往復ポンプ１０自体は、シリンダ１２と、シリンダ１２内を往復動するピストン（プランジャ）１４とが３対、平行に設けられている一般的な３連式のものであり、図示しないが、３本のピストン１４の末端は駆動部におけるクランク軸に連結されている。

クランク軸はクランクケース１６に収納されている。クランクケース１６の先端（図１においては左端）側には、往復ポンプ１０が３連式であることから、マニホールド１８を備えており、クランクケース１６とマニホールド１８とは、ボルト等（図示しない）により連結されている。この連結状態において、マニホールド１８は各シリンダ１２の延長部分をなす部分に円筒形のポンプ室２０を有している。

ポンプ室２０は、その軸線がシリンダ１２の軸線と直交する関係で形成されおり、ポンプ室２０の下端部は吸入口２２に吸入流路２４を介して、また上端部は吐出口２６に吐出流路２８を介して連通されている。

吸入流路２４及び吐出流路２８にはそれぞれ本発明に係る弁装置３０が配設されている。吸入流路２４における弁装置３０も、吐出流路２８における弁装置も、いわゆるポペット弁であり、その構成及び作用効果は実質的に同一であるので、以下、吸入流路２４における弁装置３０についてのみ詳細に説明する。

弁装置３０は、マニホールド１８を弁箱として用いており、当該マニホールド１８に対して組み付けられた弁座３２と、弁座３２のシート面３４に当接される弁体３６と、弁体３６をシート面３４に押し付ける圧縮コイルばね３８とを備えている。

より詳細に説明するならば、弁座３２は、金属製の環状体であり、吸入流路２４に同軸に形成された弁座取付部としての拡径部４０に嵌合配置されるようになっている。この拡径部４０の一端は、マニホールド１８の外面にて開放されており、弁座３２は、この開放端部から挿入されたカップ状の弁サック４２によって押し付けられ、拡径部４０内にて固定される。拡径部４０の開放端部の内周面にはねじ部４４が形成され、このねじ部４４にプラグ４６を螺合することで、弁サック４２を弁座３２に対して押し付けると共に、拡径部４０の開放端部を閉じている。カップ状の弁サック４２の内部には弁体３６及び圧縮コイルばね３８が配置されており、圧縮コイルばね３８のばね力によって弁体３６は弁座３２のシート面３４に弾性的に押し付けられるようになっている。なお、弁サック４２の側面には開口４８が形成されており、吸入流路２４とポンプ室２０とを連通している。

かかる弁装置３０における弁座３２は、嵌合側の周端縁が全周にわたり断面略Ｌ字状に切り欠かれている。この切欠き溝５０にシール部材としてのＯリング５２が装着されるようになっている。Ｏリング５２は、拡径部４０の内周面と弁座３２の外周面との間での液体の漏洩を防止するためのものである。

図２に明示するように、弁座３２における切欠き溝５０は、段差面５４、すなわち弁座３２の中心軸線から放射方向外方に延びる第１面と、底面５６、すなわち段差面（第１面）５４の内周縁から弁座３２の中心軸線に概ね沿って延びる第２面とから構成されている。図示実施形態では、段差面５４は平面であり、当該段差面５４を含む面は弁座３２の中心軸線に対して直交している。底面５６は、弁座３２の中心軸線に概ね沿って延びるが、円筒面ではなく、嵌合側の端面５８の方向に行くほど、外径が漸次大きくなる円錐面とされている。また、底面５６の最大外径Ｄ１、すなわち弁座３２の嵌合側の端面５８の最大外径Ｄ１は、段差面５４の最大外径Ｄ２、すなわち弁座３２の外周面の外径Ｄ２よりも小さくされている。なお、以下に示す作用効果を奏するためには、底面５６の傾斜角（弁座３２の中心軸線と底面５６の母線とのなす角）は２度以上であることが好ましい。また、外径Ｄ２は、弁座３２が嵌合される拡径部４０の内径と実質的に同じとされており、弁座３２の流路６０の内径ｄ１は吸入流路２４の内径（吐出流路２８に設けられた弁装置３０における弁座３２にあっては、ポンプ室２０の内径）と実質的に同じとされている。

次に、このような弁座３２の作用について説明する。

まず、上記弁座３２を有する弁装置３０を組み立てる場合、マニホールド１８の拡径部４０内に、弁座３２、弁体３６、圧縮コイルばね３８、弁サック４２を順次挿入し、最後にプラグ４６を拡径部４０のねじ部４４にねじ込むことで、弁座３２は拡径部４０の末端部に嵌合され、弁体３６が弁座３２のシート面３４に押圧され、弁装置３０は完成する。

この組立時、Ｏリング５２を弁座３２の切欠き溝５０に予め装着しておくと、切欠き溝５０の底面５６が嵌合側の端面５８ほど外径が大きくなっているので、Ｏリング５２は弁座３２からの脱落が抑制される。従って、弁座３２とＯリング５２とを一体の部品として扱えるため、弁装置３０の組立が容易となる。

弁装置３０が組み立てられた状態では、Ｏリング５２は、拡径部４０の段差面６２と弁座３２の切欠き溝５０の段差面５４との間で挟まれ、弁サック４２から加えられる圧縮力によって両段差面５４，６０間で圧縮される。これにより、Ｏリング５２と段差面６２との間、及び、Ｏリング５２と段差面５４との間、更には、圧縮によりＯリング５２は放射方向に変形するため、Ｏリング５２と拡径部４０の内周面及び切欠き溝５０の底面５６との間がそれぞれシールされ、各シール箇所のシール効果は極めて高いものとなる。このため、弁座３２と拡径部４０との間の嵌合精度は比較的低くてもよい。従って、弁座３２及びマニホールド１８の拡径部４０の加工精度は低くてもよく、弁装置３０に係るコストを低減することも可能となる。

次に、往復ポンプ１０を作動させるべく駆動源（図示しない）を起動すると、ピストン１４がシリンダ１２内で往復動される。そして、ピストン１４が上死点から下死点への方向（図１において右方）に移動する場合、マニホールド１８のポンプ室２０内が減圧され、吐出側における弁装置３０の弁体３６が弁座３２に当接した状態のまま、吸入側における弁装置３０の弁体３６が圧縮コイルばね３８のばね力に抗して弁座３２から離れるため、吸入口２２から液体が吸入流路２４、弁座３２の流路６０、弁サック４２の開口４８を経て、ポンプ室２０に流入する。

この後、ピストン１４が下死点から上死点への方向に移動すると、ポンプ室２０内、ひいては吸入側の弁装置３０の弁サック４２内が加圧され、弁体３６は弁座３２に接して閉じた状態となる。一方、吐出側における弁装置３０の弁体３６は圧縮コイルばね３８のばね力に抗して弁座３２から押し上げられる。これにより、吸入工程でポンプ室２０内に流入した液体は、吐出側の弁装置３０から吐出流路２８を経て吐出口２６に流れ、吐出される。

ところで、吸入側の弁装置３０について述べるならば、吸入工程時、弁座３２の流路６０の内径ｄ１はそこを流れる液体の流量（流速）によって決まる。また、吐出工程時、弁座３２は拡径部４０の段差面６２に押し付けられるため、高圧の液体加圧の場合、弁座３２の端面５８と拡径部４０の段差面６２との接触面積を大きくすることが好ましい。本実施形態に係る弁座３２においては、切欠き溝５０の底面５６が端面５８側ほど拡径されているため、流路６０の内径ｄ１を一定に維持しつつ、端面５８の面積、すなわち拡径部４０の段差面６２との接触面積を大きくすることが可能となっている。外径Ｄ１及び内径ｄ１が同一である図３に示す弁座１と比較すると、図３の弁座１における切欠き溝８の底面８ｂが円筒面であるので、その端面の面積は本実施形態の弁座３２の端面５８よりも小さいことが分かるであろう。よって、本実施形態の弁座３２の方が、図３の弁座１と比較して、同一流量であるが、より高圧での液体輸送が可能である。また、同一流量で且つ同一圧力で液体輸送を行う場合には、本実施形態に係る弁座３２の外形寸法を、図３に示す弁座１よりも小さくすることができる。これは、弁装置３０の小型化、ひいては往復ポンプ１０の小型化、低コスト化等に寄与するものである。逆に、図３の弁座１と外径Ｄ１を同一とし、内径ｄ１を大きくした場合には、同一圧力で大流量の輸送を行うことが可能となることは、容易に理解されよう。

弁装置３０をメンテナンス等のために分解する場合には、組立ての場合とは逆に、プラグ４６を拡径部４０のねじ部４４から外し、弁サック４２、圧縮コイルばね３８、弁体３６及び弁座３２を順次引き出せばよい。この際、弁座３２に対する弁サック４２からの圧縮力が無くなると、Ｏリング５２が元の形状に復帰し、Ｏリング５２から拡径部４０の内周面及び切欠き溝５０の底面５６に対する押付け力が減じる。そして、Ｏリング５２は、切欠き溝５０のテーパ状の底面５６によって保持されているので、弁座３２を引き抜くと、Ｏリング５２も弁座３２と一体的に引き出され、その際の抵抗も少ない。よって、弁座３２を取り外した後、Ｏリング５２が拡径部４０内に残ることはなく、分解作業効率が向上する。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、弁座３２における切欠き溝５０の底面５６が円錐面形状（母線が直線）となっているが、段差面５４の内周縁の直径よりも端面５８の外径が大きいものであれば、母線が中心軸線側に凹となる曲線となる形状等であってもよい。

また、本発明による弁座を有する弁装置が適用される装置は、上記実施形態の往復ポンプに限られない。

本発明の実施形態に係る弁装置の弁座を備えた往復ポンプを部分的に示す断面図である。 図１の弁装置における弁座とマニホールドとを拡大して示す拡大断面図である。 従来の弁座を示す部分断面図である。 従来の弁座の別の例を示す部分断面図である。

符号の説明

１０…往復ポンプ
１８…マニホールド（弁箱）
３０…弁装置
３２…弁座
３４…シート面
３６…弁体
４０…拡径部（弁座取付部）
５０…切欠き 溝
５２…Ｏリング（シール部材）
５４…段差面（第１面）
５６…底面（第２面）
５８…嵌合側の端面

Claims (1)

1. シート面（３４）に弁体（３６）が弾性的に押し付けられることにより当接され、弁箱（１８）の弁座取付部（４０）に脱着可能に嵌合配置される弁装置（３０）の弁座（３２）において、
   嵌合側の周端縁の全周にわたり形成され、シール部材（５２）が装着される切欠き溝（５０）であって、放射方向に延びる第１面（５４）と、前記第１面（５４）の内周縁から嵌合側の端面（５８）の方向に延びる第２面（５６）とからなる前記切欠き溝（５０）を有しており、
   前記第２面（５６）の外径が、前記端面（５８）側ほど漸次拡大されていることを特徴とする弁装置の弁座。

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