JP2005220881A - プランジャポンプ用バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】 吐出弁座が流体圧力で押し出されず、またバルブ本体の開口部に被せられる蓋は静加重に対抗するボルト締結で密封保持できるプランジャポンプ用バルブを提供する。
【解決手段】 プランジャにより脈動が加えられた流体を吸入口７から吐出口５へ進行させるように弁作用する弁体９と、弾性力が付勢された前記弁体９が密着可能であり前記弁作用を補完するシール部材と、前記弁体および前記シール部材が前記弁作用するのに必要とされる位置関係で保持される筒状のバルブ本体１０１と、前記吐出口を確保して前記バルブ本体１０１の開口部６を封じる蓋２と、を備えたプランジャポンプ用バルブ１００において、前記筒状のバルブ本体１０１の内部で前記蓋２の近くに密嵌され前記弁体を前記弁作用自在に支持する吐出弁座のプランジャ側直径Ａよりも吐出側直径Ｂを大きくした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、往復運動するプランジャによって脈動を付勢された流体に対して、進行方向を規制する弁作用を施すことにより、ポンプとして動作させるようにしたプランジャポンプ用バルブに関する。

図６は、従来のプランジャポンプ用バルブを示す断面図であり、（ａ）筒形タイプ、（ｂ）三分割タイプを示している。これらの構成および利害得失について両者の特徴を比較できるように説明する。
図６（ａ）に示す筒形タイプのプランジャポンプ用バルブ３００は、筒形のバルブ本体３０１の一方の開口部３０６から、吸入弁３０および吐出弁４０の構成部品が、カラー３５，３６を介在して嵌入され、バルブ本体３０１の底部から順次積層し、構成部品の最上部にはシール部材３３が開口部３０６の口元から数ミリメートルはみ出すような寸法および位置関係になるように設定されている。その数ミリメートルはみ出したシール部材３３を、開口部３０６の外側からバルブ本体３０１の底部に向かって押し込むように、蓋３２が４本（図では２本を省略）のボルト４で締結されている。ただし、ボルト４の螺合部分は図から省略している。

蓋３２は図示せぬ吐出口を確保してバルブ本体３０１の開口部３０６を封じ、バルブ本体３０１の中央部には、プランジャ接続口３８があり、図示せぬプランジャが密封を保持して接続され、そのプランジャの往復動作が、流体に対して心臓の拍動のような脈動エネルギーを付勢するように構成されている。

バルブ本体３０１には、その胴体底部に近い側面に吸入口３７が穿設され、図示せぬ流体供給部、例えばタンク等に配管接続されている。また、吸入口３７から吐出口（図示せず）に至るまでの流体経路には、吸入弁３０および吐出弁４０がバルブ本体３０１の内部の所定位置に配設されている。吐出口の先には、当該プランジャポンプにより加圧された流体が、所望の機能として、例えば「加圧装置」や「高圧洗浄」等を果たすように、図示せぬ配管により接続されている。

すなわち、バルブ本体３０１の中央部に接続されたプランジャの往復動作により、流体に脈動エネルギーが付勢されるように構成され、吸引と押圧を繰り返すように脈動エネルギーを付勢された流体は、バルブ本体１０１の胴体底部に近い吸入口３７より吸い込まれ、吸入口３７のそばにある吸入弁３０を通過し、さらに進んで、吐出口の手前に配設された吐出弁４０を通過し、吐出口から吐出され、ポンプとして動作をするように配設されている。

そして、プランジャにより脈動が加えられた流体を吸入口３７から吐出口へと進行させるように弁作用する吸入弁３０および吐出弁４０は、図示せぬコイルバネ等により閉弁する方向に弾性力が付勢された弁体３９と、これらの弁体３９が、密着して密閉可能であり前記弁作用を補完するシール部材である吸入弁座３１と、吐出弁座４１とにより構成されている。

このように、プランジャポンプ用バルブ３００は、筒状のバルブ本体３０１の内部に、弁体３９およびシール部材である吸入弁座３１および吐出弁座４１が弁作用するのに必要とされる位置関係で保持されており、吐出口を確保してバルブ本体３０１の開口部３０６を封じるように、密封を保持し、かつ機構的な完成を得るために蓋３２が被せられている。

プランジャポンプ用バルブ３００は、数ＭＰａの超高圧ポンプとして用いた場合、大気圧との圧力差によりバルブ本体３０１の内側から外側へと流体を噴出し、または破断しようとする内部応力に対してプランジャポンプ用バルブ３００の機構構成を維持し、かつ密封状態を維持するために、流体噴出圧力および／または内部応力に勝るボルト締結力で、蓋３２がシール部材３３を挟みながらボルト４で締結されている。このようにボルト締結力を担保するために「しめしろ」として、シール部材３３が開口部３０６の口元から数ミリメートルはみ出すように寸法および位置関係が設定されている。

なお、図６（ａ）に示す縦方向に長いカラー３５，３６が弾性変形しているのは、カラー３５，３６の剛性に勝るボルト締結力で、蓋３２が締結されたためであり、相当の締結力で強固に締結する必要がある一方で、限度を超えて締め過ぎると、カラー３５，３６の剛性が負けて、図の高さ寸法が縮むため、ボルト締結力を担保する「しめしろ」がなくなり、結果的にボルト締結の効力がなくなるという現象を示している。

図６（ｂ）は、従来例を示す三分割タイプのプランジャポンプ用バルブの断面図である。図６（ｂ）に示すように、プランジャポンプ用バルブ５００は、三方に開口端を有するＴ字分岐管で、横向きに寝かせた形状のバルブ本体５０１を中心にして、一方の開口端には、プランジャ接続口５８が形成され、残る二方の開口端には吸入弁５０および吐出弁６０が取り付けられている。

吸入弁５０および吐出弁６０は、シール部材である吸入弁座５１および吐出弁座６１を基盤とし、それぞれの基盤の中心に植設された傘形の弁ガイド６２の傘下で、摺動自在に支承された弁体９により構成されている。

詳しくは、図示せぬプランジャにより脈動が付勢された流体を、吸入口５７から図示せぬ吐出口へと、図の上向きに進行させるように弁作用する弁体９は、その弁作用を補完するように、シール部材である吸入弁座５１および吐出弁座６１と弁体９が弾性的に密着可能となるように、図の下向きにコイルバネ１３によって弾性力が付勢されている。

上蓋５２は図示せぬ吐出口を確保し、吐出弁座６１を挟んでバルブ本体５０１の開口部５０６を封じ、底蓋５３は吸入口５７との接続を確保し、吸入弁座５１を挟んでバルブ本体５０１の開口部５０７を封じ、バルブ本体５０１の胴体の中央部にはプランジャ接続口５８があり、図示せぬプランジャが密封を保持して接続され、そのプランジャの往復動作が、流体に脈動エネルギーを付勢するように構成されている。（特許文献１参照）
特開平９−２３６０８０号公報（段落［０００８〜００１０］図１）

しかしながら、図６（ａ）に示す、筒形タイプのプランジャポンプ用バルブ３００は、構造が簡素で、小型軽量にまとめられ、組み立て容易な長所がある反面、図示するような縦長の構成部品が弾性変形して、機構上の狂いが生じやすく、その機構上の狂いによりボルト締結力が担保されず、密封保持が保証できない欠点がある。

また、蓋３２をバルブ本体３０１の開口部３０６にボルト締めするボルト４およびそのボルト締結力は、当該プランジャポンプの最高圧力に応じた静加重に対抗する強度では足りず、当該プランジャポンプの脈動する圧力差による変形応力等のストレスに耐える必要があった。
そして、蓋３２は、吐出弁座４１からカラー３６によって位置（図の高さ方向）規制され、バルブ本体３０１の開口部３０６に固定されているので、吐出弁座４１の寸法精度に厳密さを要求されるという問題点もあった。詳しくは、吐出弁座４１の周辺で厚み方向、すなわち筒状のバルブ本体３０１の内部構成物に、奥行き方向の寸法誤差があると、その寸法誤差に影響され、バルブ本体３０１の開口部３０６および、その開口部３０６に被せられる蓋３２の密着面の密封精度を悪化させる。

さらに、各機構の剛性限界を超えるボルト締結力により、ボルト４を締め込むと、筒状のバルブ本体３０１の内部構成物を、弾性変形により奥行き方向に押しつぶして寸法誤差を生じ、その寸法誤差に影響されて、バルブ本体３０１の開口部３０６に被せられる蓋３２の密着面の密封精度を一層悪化させる。
しかるに、プランジャポンプ用バルブの密封保持に、耐久性等の点で特別な高品質を要求される超高圧の利用に適格とされるためには、吐出弁座４１が、筒状のバルブ本体３０１の所定位置から、流体圧力により押し出される故障がなく、位置関係を良好に保持できることが求められていた。

また、図６（ｂ）に示す、三分割タイプのプランジャポンプ用バルブ５００は、吐出弁座６１が流体の圧力により押し出され、機構上の狂いが生じるという故障が少ないという長所がある反面、図示する大物部品として、上蓋５２、バルブ本体５０１および底蓋５３の三点が必要で、大掛かりな構成になり、しかも底蓋５３を底面からボルト締めする作業に、困難を伴うという欠点がある。

そこで、本発明は、これらの問題点を解決するために創案されたものであり、吐出弁座４１が、筒状のバルブ本体３０１の所定位置から、流体圧力により押し出される故障をなくし、また、シール部材である吐出弁座４１と弁体３９をはじめとする各構成部品の位置関係も良好に保持する。

さらに、蓋３２をバルブ本体３０１の開口部３０６にボルト締めするボルト４およびそのボルト締結力は、当該プランジャポンプの最高圧力に応じた静加重に対抗する強度で足りるものとする。
そして、蓋３２は、吐出弁座４１の寸法精度に厳密さを要求されず、筒状のバルブ本体３０１の内部構成物に、奥行き方向の寸法誤差があっても、その寸法誤差に影響されることなく、バルブ本体３０１の開口部３０６および、その開口部３０６に被せられる蓋３２の密着面の精度と、静加重に対抗するボルト締結だけに依存して密封できるような、そして、密封保持に優れ超高圧の利用に適するように、密封保持をより確実にできるプランジャポンプ用バルブを提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、プランジャにより脈動が加えられた流体を吸入口７から吐出口５へ進行させるように弁作用する弁体９と、弾性力が付勢された前記弁体９が密着可能であり前記弁作用を補完するシール部材と、前記弁体および前記シール部材が前記弁作用するのに必要とされる位置関係で保持される筒状のバルブ本体１０１と、前記吐出口５を確保して前記バルブ本体１０１の開口部６を封じる蓋２と、を備えたプランジャポンプ用バルブ１００において、前記筒状のバルブ本体１０１の内部で前記蓋２の近くに密嵌され前記弁体を前記弁作用を自在に支持する吐出弁座２１のプランジャ側直径Ａよりも吐出側直径Ｂを大きくしたことを特徴とするプランジャポンプ用バルブ１００である。

請求項１に記載の発明によれば、プランジャの押圧で発生する流体圧力は、吐出弁２０の弁作用によりプランジャ側から吐出側へと伝達され、吐出側に吐出抵抗が負荷された状態であるならば、すなわち開放状態でないならば、吐出弁座２１の表裏に対し常時ほぼ均等な流体圧力が印加される。

ここで、吐出弁座２１のプランジャ側直径Ａよりも吐出側直径Ｂが大きく構成されており、吐出弁座の表裏の面積差に応じて表裏の受容圧力に偏りが生じる。このとき、「密閉容器中の流体はある一点に受けた圧力をそのままの大きさで、すべての部分に伝達する」というパスカルの原理により、表裏の面積差と流体圧力に比例した力で、吐出弁座２１が、バルブ本体１０１に収納される（図１の下向き）方向の押圧力が得られる。

つまり、プランジャの押圧で加圧された流体は、プランジャ側から吐出側へと吐出弁２０を通過し、吐出弁座２１の裏側に回り込み、吐出弁座２１の裏側から表側に向けて、吐出弁座２１をバルブ本体１０１に収納する方向に押圧を発生する。

請求項２に記載の発明は、吸入弁１０を構成する吸入弁座１１と吐出弁２０を構成する吐出弁座２１の間に、前記吸入弁座１１と前記吐出弁座２１の離隔距離を規定するディスタンスリング１を介在させたことを特徴とする請求項１に記載のプランジャポンプ用バルブ１００である。

吐出弁座２１が、（図１の下向き方向に）押し下げられると、吐出弁座２１に当接するディスタンスリング１も押し下げられ、このディスタンスリング１を介して吸入弁座１１までも押さえつけられる。この作用により、当該プランジャポンプが稼動状態であれば、吸入に伴って浮き上がろうとする吸入弁座１１を、バルブ本体１０１の所定位置に鎮座させるので、機構の安定性を高める効果がある。

請求項３に記載の発明は、前記吐出弁座２１の周面に刻設された複数のＯリング溝２２，２３に、それぞれ嵌装されるＯリング２４，２５の直径は、プランジャ側よりも吐出側を大きくしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプランジャポンプ用バルブ１００である。

請求項４に記載の発明は、前記吐出弁座２１と非接触を保持して前記蓋２を前記バルブ本体１０１の開口部６にボルト締めすることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のプランジャポンプ用バルブ１００である。

請求項４に記載の発明によれば、プランジャの往復動作で発生する脈動的な流体圧力も、吐出弁２０の弁作用によりプランジャ側から吐出側へと伝達され、吐出側に吐出抵抗が負荷された状態であるならば、すなわち開放状態でないならば、吐出弁座２１の表裏に対し常時ほぼ均等な流体圧力が印加されており、その流体圧力を受容する蓋２には、常時ほぼ均等な押圧力による静加重のみが付勢され、前記吐出弁座２１と非接触を保持して無関係なため、脈動的な破壊力および繰り返し応力による金属疲労を生じない。

したがって、蓋２をバルブ本体１０１の開口部６にボルト締めするボルト４およびそのボルト締結力は、当該プランジャポンプの最高圧力に応じた静加重に対抗する強度で足りる。

そして、蓋２は、吐出弁座２１と非接触を保持しながら、バルブ本体１０１の開口部６に固定されているので、吐出弁座２１の寸法精度に厳密さを要求されず、吐出弁座２１の周辺で厚み方向、すなわち筒状のバルブ本体１０１の内部構成物に、奥行き方向の寸法誤差があっても、その寸法誤差に影響されることなく、バルブ本体１０１の開口部６および、その開口部６に被せられる蓋２の密着面の精度と、静加重に対抗するボルト締結だけに依存して密封できる。
したがって、密封保持に優れ超高圧の利用に適するプランジャポンプ用バルブ１００を提供できる。

請求項５に記載の発明は、前記バルブ本体１０１の開口部と前記蓋２の間にシール部材３を挟んでボルト締めすることを特徴とする請求項４に記載のプランジャポンプ用バルブ１００である。

請求項５に記載の発明によれば、密封保持をより確実にできる。

請求項６に記載の発明は、前記バルブ本体１０１を前記開口部６から奥行き方向へ向かって内径が大径Ｂから小径Ａに縮径する内径の段部２６と、奥行き方向を摺動自在かつ密封に嵌挿された前記吐出弁座２１の奥行き方向に向かって外径が大径Ｂから小径Ａに縮径する外径の段部２７と、を設け、前記内径の段部２６と前記外径の段部２７より囲まれて生じる密閉空間２８から、前記バルブ本体１０１の外部へ通じる貫通穴２９を穿設したことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載のプランジャポンプ用バルブ１００である。

請求項６に記載の発明によれば、密閉空間２８から、バルブ本体１０１の外部へ通じる貫通穴２９を穿設したことにより、以下の作用効果がある。
直径の異なる大小２つのＯリング２４，２５のそれぞれに吐出水の圧力が均等に加わるが、直径の異なる大小２つのＯリング２４，２５の間の部分、すなわち前記内径の段部２６と前記外径の段部２７より囲まれて生じる密閉空間２８は、貫通穴２９により大気圧の環境である外部と通じているため、吐出水圧力の影響は及ばず、２つのＯリング２４，２５のそれぞれにより形成される面積の差分、すなわち吐出弁座２１の表裏の面積差と液圧に比例した押圧力が、バルブ本体１０１の開口部６に近い方に配設された大きい外径ＢのＯリング２５から、奥部に配設された小さい外径ＡのＯリング２４の方向へと確実に発生する。
したがって、請求項１に係る発明に開示した、吐出弁座２１の表裏の面積差と液圧に比例した力で、吐出弁座２１をバルブ本体１０１に収納する方向に押圧力を確実に発生する。

このような作用により、吐出弁座２１は、筒状のバルブ本体１０１の所定位置から、流体圧力により押し出される故障はなくなり、また、前記弁体と前記シール部材による弁作用に必要とされる位置関係も良好に保持できる。

請求項７に記載の発明は、プランジャにより脈動が加えられた流体を吸入口４７から吐出口４５へ進行させるように弁作用する弁体９と、弾性力が付勢された前記弁体９が密着可能であり前記弁作用を補完するシール部材と、前記弁体９および前記シール部材が前記弁作用するのに必要とされる位置関係で保持される筒状のバルブ本体４０１と、前記吐出口４５を確保して前記バルブ本体４０１の開口部４０６を封じる蓋３２と、を備えたプランジャポンプ用バルブ４００において、吸入弁７０を構成する吸入弁座７１と吐出弁８０を構成する吐出弁座８１の間に支持軸６５を配設したことを特徴とするプランジャポンプ用バルブ４００である。

請求項８に記載の発明は、前記支持軸６５の軸頭部６６が密嵌されるように前記吐出弁座８１の中心に凹部９０を設け、前記凹部９０には前記吐出口４５と通じる貫通穴５９を穿設したことを特徴とする請求項７に記載のプランジャポンプ用バルブ４００である。

請求項７および請求項８に記載の発明によれば、円筒形の吐出弁座８１の中心に穿設された凹部９０に、支持軸６５の軸頭部６６が嵌入され、軸頭部６６が嵌入された先は、凹部９０に穿設された貫通穴５９により吐出口と通じている。そのため、軸頭部６６には、吐出側と同じ圧力が加わり、その圧力が支持軸６５を通じて吸入弁座７１を押えている。
つまり、当該プランジャポンプが稼動状態であれば、吐出口４５につながる流体の触れる全ての面に対して、吐出圧力が作用するので、軸頭部６６にもその面積に応じた押圧が加わり、支持軸６５を通じて、浮き上がろうとする吸入弁座７１を押さえつけることができる。

請求項１に記載の発明によれば、吐出弁座２１が、筒状のバルブ本体１０１の所定位置から、流体圧力により押し出される故障をなくし、構造上の位置関係も良好に保持できる。

請求項２に記載の発明によれば、吐出弁座２１が、ディスタンスリング１を介して吸入弁座１１までも押さえつける構造のため、吸入弁座１１をバルブ本体１０１の所定位置に鎮座させるので、機構の安定性を高める効果がある。

請求項３に記載の発明によれば、吐出弁座２１のプランジャ側直径Ａよりも吐出側直径Ｂを確実に大きくできる。

請求項４に記載の発明によれば、蓋２をバルブ本体１０１の開口部６にボルト締めするボルト４およびそのボルト締結力は、当該プランジャポンプの最高圧力に応じた静加重に対抗する強度で足りる。
したがって、密封保持に優れ超高圧の利用に適するプランジャポンプ用バルブ１００を提供できる。

そして、蓋２は、吐出弁座２１と非接触を保持しながら、バルブ本体１０１の開口部６に固定されているので、吐出弁座２１の寸法精度に厳密さを要求されず、吐出弁座２１の周辺で厚み方向、すなわち筒状のバルブ本体１０１の内部構成物に、奥行き方向の寸法誤差があっても、その寸法誤差に影響されることなく、バルブ本体１０１の開口部６および、その開口部６に被せられる蓋２の密着面の精度と、静加重に対抗するボルト締結だけに依存して密封できる。

請求項５に記載の発明によれば、密封保持をより確実にできる。

請求項６に記載の発明によれば、吐出弁座が、筒状のバルブ本体の所定位置から、流体圧力により押し出される故障はなくなり、また、前記弁体と前記シール部材による弁作用に必要とされる位置関係も良好に保持できる。

請求項７および請求項８に記載の発明によれば、当該プランジャポンプが稼動状態であれば、吐出口４５につながる流体の触れる全ての面に対して、吐出圧力が作用するので、軸頭部６６にも、その面積に応じた押圧力が加わり、支持軸６５を通じて、浮き上がろうとする吸入弁座７１を押さえつけることができる。したがって、吸入弁座７１がバルブ本体４０１の底部から浮き上がる故障を阻止できる。さらに、ボルト４による蓋３２のボルト締結力は、プランジャが流体を押圧したときの最高圧力に耐えられるだけの強度で済む。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のプランジャポンプ用バルブ１００の断面図であり、筒形のバルブ本体１０１の上方の開口部６には、蓋２がシール部材３を挟み、ボルト４により、締結されている。蓋２は吐出口５を確保してバルブ本体１０１の開口部６を封じ、バルブ本体１０１の胴体の中腹の側面には、プランジャ接続口８があり、図示せぬプランジャが密封状態を保持して接続され、そのプランジャの往復動作が、流体に脈動エネルギーを付勢するように構成されている。

バルブ本体１０１の胴体底部に近い側面には、吸入口７が配設され、図示せぬ流体供給部、例えばタンク等に配管接続されている。また、吸入口７から吐出口５に至るまでの流体経路には、吸入弁１０および吐出弁２０が、バルブ本体１０１の内部の所定位置に配設され、それぞれの吸入弁座１１および吐出弁座２１は、両者の間に介在するディスタンスリング１で離隔距離を保持されている。吐出口５の先には、当該プランジャポンプにより加圧された流体が、所望の機能として、例えば「加圧装置」や「高圧洗浄」等を果たすように、図示せぬ配管が接続されている。

すなわち、バルブ本体１０１の胴体の中腹の側面から、プランジャの往復動作が、流体に脈動エネルギーを付勢するように構成され、脈動エネルギーを付勢された流体は、バルブ本体１０１の胴体底部に近い吸入口７より吸い込まれ、吸入口７のそばにある吸入弁１０を通過し、さらに進んで、吐出口５の手前に配設された吐出弁２０を通過して、吐出口５から吐出されるように、ポンプとしての動作を可能とするように配設されている。

そして、プランジャにより脈動が加えられた流体を吸入口７から吐出口５へとの進行させるように弁作用する吸入弁１０および吐出弁２０には、それぞれの中心部に傘形の弁ガイド１２がネジ止めにより植設され、それら弁ガイド１２の傘下で、摺動自在に支承され、コイルバネ１３により閉弁する方向に弾性力が付勢された弁体９と、これらの弁体９が、密着して密閉可能であり前記弁作用を補完するシール部材である吸入弁座１１および吐出弁座２１により構成されている。

このように、プランジャポンプ用バルブ１００は、筒状のバルブ本体１０１の内部に、弁体９およびシール部材である吸入弁座１１および吐出弁座２１が、弁作用するのに必要とされる位置関係で保持されており、吐出口５を確保してバルブ本体１０１の開口部６を封じるように、密封を保持し、かつ機構的な完成を得るために蓋２が被せられている。

また、各嵌合部の密封を確実ならしめるため、各嵌合面にＯリング溝を刻設し、Ｏリングが嵌め込まれている。すなわち、吸入弁座１１の外周面にはＯリング溝１４を刻設し、Ｏリング１５が嵌め込まれている。また、吐出弁座２１の外周面にはＯリング溝２２，２３を刻設し、Ｏリング溝２２にはＯリング２４が嵌め込まれ、Ｏリング溝２３にはＯリング２５が嵌め込まれている。また、シール部材３の外周面にはＯリング溝１６を刻設し、Ｏリング１７が嵌め込まれ、シール部材３と蓋２の密着面にはＯリング溝１８を刻設し、Ｏリング１９が嵌め込まれている。

吐出弁座２１の外周の形状は、筒状のバルブ本体１０１の内周の形状に、密嵌するようにほぼ円筒に精密加工して形成されているが、プランジャ側直径Ａよりも吐出側直径Ｂを僅かに大きく形成しているので、それに対応するＯリング２４とＯリング２５の直径も異なる。また、Ｏリング２４とＯリング２５の中間位置に対応するバルブ本体１０１の中央部から内外を貫通する貫通穴２９が穿設されている。これらの理由については、後ほど説明する。

つぎに、図２および図３に沿って本発明のプランジャポンプ用バルブの動作を説明するが、図１、図２および図３に示すプランジャポンプ用バルブは同一のものであり、弁作用の状態が異なるにすぎないので、説明に不要な部位の符号を、図によって省略しているが、基本的は従来例も含めた全図面にわたり、同一効果の部位には同一符号を付して、説明の重複を避けることとする。

図２は、プランジャ吸引時の弁作用と流体進路の説明図であり、図示せぬプランジャがプランジャポンプ用バルブ１００から離れる方向に後退し、流体を吸引したために、流体進路Ｃを呼び起こして吸引する状態を模式的に示している。ここで、吐出弁２０は、吐出弁座２１にコイルバネ１３で押圧され、閉弁状態を維持しており、吐出口５へと進行し、または逆流する流体はない。
また、弁体９は、吸入弁座１１にコイルバネ１３で押圧されているが、その弾性力に打ち勝つ流体の流れが、流体進路Ｃに示す方向に生ずるので、プランジャの吸引力により、吸入口７から流体を吸入する。

図３は、プランジャ押圧時の弁作用と流体進路の説明図であり、図示せぬプランジャがプランジャポンプ用バルブ１００に近づく方向に進出して流体を押圧したために、流体進路Ｄを呼び起して押し出された状態を模式的に示している。ここで、弁体９は、吸入弁座１１にコイルバネ１３で押圧され、閉弁状態を維持しており、吸入口７へと逆行する流体はない。

また、弁体９は、吐出弁座２１にコイルバネ１３で押圧されているが、その弾性力に打ち勝つ流体の流れが、流体進路Ｄに示す方向に生ずるので、プランジャの押圧力により、吐出口５から流体を吐出する。このとき、プランジャの押圧で発生する流体圧力は、吐出弁２０の弁作用によりプランジャ側から吐出側へと伝達され、吐出側に吐出抵抗が負荷された状態であるならば、すなわち吐出口５が開放状態でないならば、吐出弁座２１の表裏に対し常時ほぼ均等な流体圧力が印加される。

ここで、吐出弁座２１のプランジャ側直径Ａよりも吐出側直径Ｂが大きく構成されており、吐出弁座２１の表裏の面積差に応じて表裏の受容圧力に偏りが生じる。このとき、「密閉容器中の流体はある一点に受けた圧力をそのままの大きさで、すべての部分に伝達する」というパスカルの原理により、表裏の面積差と流体圧力に比例した力で、吐出弁座２１が、バルブ本体１０１に収納される方向に押圧が得られる。

つまり、プランジャの押圧で加圧された流体は、プランジャ側から吐出側へと吐出弁２０を通過し、吐出弁座２１の裏側に回り込み、吐出弁座２１の裏側から表側に向けて、下式計算による押圧力が作用する。
表裏の面積差＝π（Ｂ²−Ａ²）／４だから、
表裏の面積差と流体圧力に比例した力、例えば、
流体圧力×π（Ｂ²−Ａ²）／４＝５０ＭＰａ×π（６．２²−６．０²）ｃｍ²／４
＝約９．６×１０³Ｎ（０．９８ｔ）の力で吐出弁座２１をバルブ本体１０１に収納する方向に押圧を発生する。

なお、約９．６×１０³Ｎは、１ＭＰａ＝１０．２ｋｇｆ／ｃｍ²
また、１ｋｇｆ＝９．８Ｎとして略算した理論値であり、実測結果も理論値に近似した約１ｔの力が有効に作用していることが検証された。

このように、流体圧力により、吐出弁座２１の裏側から表側に向けて、吐出弁座２１がバルブ本体１０１に収納される方向に押圧され、筒状のバルブ本体１０１の所定位置に固定されるので、流体圧力により吐出弁座２１が押し出される故障はなくなる。

また、ディスタンスリング１が、吸入弁座１１および吐出弁座２１の間に介在して離隔距離を保持するので、吐出弁座２１がバルブ本体１０１に収納される方向、すなわち図の下向きに押圧されることにより、筒状のバルブ本体１０１の底部に位置する吸入弁座１１は図の下向きに押圧されて、安定的に鎮座するので、吸入時に吸入弁座１１が浮き上がる不具合も防止できる。
つまり、吐出行程の際、最高圧力５０ＭＰａ時、約１ｔの力で吐出弁座２１を押さえつけるが、この力によりディスタンスリング１を通じて吸入弁座１１も押えている。

同様の目的で、吐出弁座２１の周面に刻設された複数のＯリング溝２２，２３に、それぞれ嵌装されるＯリング２４，２５の直径は、プランジャ側のＯリング２４よりも吐出側のＯリング２５を大きくしている。そうすることにより、吐出弁座２１のプランジャ側直径Ａよりも吐出側直径Ｂを確実に大きくできる。

そして、吐出弁座２１と非接触を保持して蓋２をバルブ本体１０１の開口部６にボルト締めされているが、プランジャの往復動作で発生する脈動的な流体圧力も、吐出弁２０の弁作用によりプランジャ側から吐出側へと伝達され、吐出側に吐出抵抗が負荷された状態であるならば、すなわち吐出口が開放状態でないならば、吐出弁座２１の表裏に対し常時ほぼ均等な流体圧力が印加されており、その流体圧力を受容する蓋２には、常時ほぼ均等な押圧力による静加重のみが付勢され、脈動的な破壊力および繰り返し応力による金属疲労を生じない。

したがって、蓋２をバルブ本体１０１の開口部６にボルト締めするボルト４およびそのボルト締結力は、当該プランジャポンプの最高圧力に応じた静加重に対抗する強度で足りる。そして、蓋２は、吐出弁座２１と非接触を保持しながら、バルブ本体１０１の開口部６に固定されているので、吐出弁座２１の寸法精度に厳密さを要求されず、吐出弁座２１の周辺で厚み方向、すなわち筒状のバルブ本体１０１の内部構成物に、奥行き方向の寸法誤差があっても、その寸法誤差に影響されることなく、バルブ本体１０１の開口部６および、その開口部６に被せられる蓋２の密着面の精度と、静加重に対抗するボルト締結だけに依存して密封できる。
さらに、バルブ本体１０１の開口部と蓋２の間にシール部材を挟んでボルト締めしているので、密封保持をより確実にできる。このようなわけで、密封保持に優れ超高圧の利用に適するプランジャポンプ用バルブ１００を提供できる。

以下に、図１〜図３に図４も加えてバルブ本体１０１の内部を詳細に説明する。
図４は、密閉空間から外部へ通じる貫通穴の説明図である。

図４に示すように、吐出弁座２１の段部２７が、バルブ本体１０１の内径の段部２６に当接せずに、内径の段部２６と外径の段部２７より囲まれて生じる密閉空間２８が常に生じ、規定限度内で存在する。この密閉空間２８に関し、吸入弁座１１および吐出弁座２１の間に介在するディスタンスリング１が、両者の離隔距離を保持し（図１参照）、吐出弁座２１の位置が必要以上に下がることはないので、密閉空間２８がなくなることもない。

バルブ本体１０１には、図３，４に示すように、その開口部６から奥行き方向へ向かって内径が大径（吐出側直径）Ｂから小径（プランジャ側直径）Ａに縮径する内径の段部２６と、奥行き方向を摺動自在かつ密封に嵌挿された吐出弁座２１の奥行き方向に向かって外径が大径Ｂから小径Ａに縮径する外径の段部２７が形成されている。

このとき、直径の異なる大小２つのＯリング２４，２５のそれぞれに吐出水の圧力が均等に加わるが、直径の異なる大小２つのＯリング２４，２５の間の部分、すなわち前記内径の段部２６と前記外径の段部２７より囲まれて生じる密閉空間２８は、貫通穴２９により大気圧の環境である外部と通じているため、吐出水圧力の影響は及ばず、２つのＯリング２４，２５のそれぞれにより形成される面積の差分、すなわち吐出弁座２１の表裏の面積差と液圧に比例した押圧力が、バルブ本体１０１の開口部６に近い方に配設された大きい外径ＢのＯリング２５から、奥部に配設された小さい外径ＡのＯリング２４の方向へと確実に発生する。
したがって、吐出弁座２１の表裏の面積差と液圧に比例した力で、吐出弁座２１をバルブ本体１０１に収納する方向へと確実に押圧力を発生する。

その結果、吐出弁座２１の表裏の面積差と液圧に比例した力で、吐出弁座２１が、筒状のバルブ本体１０１の所定位置から、吐出弁座２１をバルブ本体に収納する方向に押圧を発生し、シール部材である弁座２１と弁体９による弁作用に必要とされる位置関係も良好に保持できる。

このことは、請求項６に記載したように、バルブ本体１０１を開口部６から奥行き方向へ向かって内径が大径Ｂから小径Ａに縮径する内径の段部２６と、奥行き方向を摺動自在かつ密封に嵌挿された吐出弁座２１の奥行き方向に向かって外径が大径Ｂから小径Ａに縮径する外径の段部２７と、を設け、内径の段部２６と外径の段部２７より囲まれて生じる密閉空間２８から、バルブ本体１０１の外部へ通じる貫通穴２９を穿設したことにより、直径の異なる大小２つのＯリング２４，２５の間の部分、すなわち前記内径の段部２６と前記外径の段部２７より囲まれて生じる密閉空間２８は、貫通穴２９により大気圧の環境である外部と通じているため、吐出水圧力の影響が及ばないためである。

このようにして、流体圧力により吐出弁座２１が押し出される故障はなくなり、また、吸入時に吸入弁座１１が浮き上がる不具合も防止できる。実験の結果、当該プランジャポンプが、最高圧力５０ＭＰａ時、約１ｔの力で吐出弁座２１を押さえつけるが、この力によりディスタンスリング１を通じて吸入弁座１１も押えられている。

図５は、本発明を軸支持タイプで実施したプランジャポンプ用バルブの断面図であり、図１に示したプランジャポンプ用バルブ１００との相違点は、吐出弁座８１が吸入弁座７１と支持軸６５により連結されている点である。以下、構成と作用および効果的の説明をする。

プランジャポンプ用バルブ４００の上方に開口部４０６を開口した筒状のバルブ本体４０１の周面には、底部に吸入口４７、中央部にプランジャ接続口４８、上部に吐出口４５が穿設され、それぞれに流体圧力を発生させ、加圧流体を送出するのに必要な配管等が接続されており、図１および図６に沿って説明したとおりである。

プランジャポンプ用バルブ４００は、バルブ本体４０１の開口部４０６から、内部を構成する数点の部品を嵌入し、底から順に吸入弁７０、支持軸６５、吐出弁８０と積み上げて、最後にシール部材４３を嵌入し、シール部材４３の上面が開口部４０６から数ミリメートルはみ出した状態で、開口部４０６に蓋３２を被せ、ボルト４によりボルト締結されて密封構造が維持されている。

バルブ本体４０１の内部では、底から順に積み上げられて所定位置に配設された、吸入弁７０、支持軸６５、吐出弁８０およびシール部材４３には、それらの周面にＯリング溝８５，８６，８７，８８が刻設され、それぞれにＯリング７５，７６，７７，７８が嵌着され、密着する相手との密封を維持している。

そして、吸入弁座７１の底面の外周近傍は、バルブ本体４０１の内周の底部近傍に設けられた段部９１に当接して嵌合する。円筒形の吸入弁座７１の中心に図の上方から植設され、ネジ止め固定された支持軸６５の中央部にフランジ状の突起を備えた弁ガイド６３のフランジ下にはコイルバネ１３が下向きの弾性力を弁体９に付勢し、弁作用（図２参照）するように構成されている。

また、円筒形の吐出弁座８１の中心に穿設された凹部９０に、支持軸６５の軸頭部６６が嵌入され、軸頭部６６が嵌入された先は、凹部９０の中心に穿設された貫通穴５９により吐出口４５と通じている。そのため、弁ガイド６４と軸頭部６６との間の空間には、吐出側の圧力と同圧となり、その圧力が支持軸６５を通じて吸入弁座７１を押えている。

つまり、当該プランジャポンプが稼動状態であれば、吐出口４５につながる流体の触れる全ての面に対して、吐出圧力が作用するので、軸頭部６６にもその面積に応じた押圧が加わり、支持軸６５を通じて図の下向きに押し下げる応力が作用し、浮き上がろうとする吸入弁座７１を押さえつけることができる。
なお、支持軸６５の周面で軸頭部６６の近傍にはＯリング溝８８が刻設され、そのＯリング溝８８にはＯリング７８が嵌着されているので、貫通穴５９および凹部９０に嵌入された軸頭部６６、吐出弁座８１の表裏の密封が維持されている。

吐出弁座８１の底面の外周近傍は、バルブ本体４０１の内周の中央部近傍に設けられた段部９２に当接して嵌合する。このため、吐出弁座８１に、図の下向きの応力が加えられても、ずれることはない。円筒形の吸入弁座７１の中心に図の上方から植設され、ネジ止め固定された傘形の弁ガイド６４の傘下にはコイルバネ９３が下向きの弾性力を弁体９に付勢し、弁作用（図３参照）するように構成されている。

吐出口４５を確保したカラー状のシール部材４３の下端が、吐出弁座８１の上面の外周近傍に当接して、ボルト４により蓋３２と共にボルト締結されているので、ボルト締結力が、吐出弁座８１の底面の外周近傍が段部９２に圧接され、吐出弁座８１の飛び出しを防止するようになっている。つまり、図示せぬプランジャが流体を押圧するときには、蓋３２を密封しながら固定するボルト４のボルト締結力により、吐出弁座８１の飛び出しを防止している。

ここで、吐出弁８０と吸入弁７０の間にある流体が、図示せぬプランジャにより吸引されたときには、吸入弁座７１と吐出弁座８１を近づけようとする応力と、吐出弁８０の先にある蓋３２をバルブ本体４０１の内部へ引き込もうとする応力が作用した場合、吐出弁座８１は段部９２により支持されており、図の下向き方向には微動することもなく、また、吸引時にも吐出水圧が支持軸６５の軸頭部６６に作用して図の下向き方向の押圧力を生じて吸入弁座７１を常時押さえつけている。
さらに、Ｏリング７８のシール効果により吐出弁８０の吐出側に対するプランジャの吸引力はおよばないから、蓋３２をバルブ本体４０１の内部へ引き込む方向の脈動応力は発生しない。

このような作用により、吸入弁座７１がバルブ本体４０１の底部から浮き上がる故障を阻止できる。さらに、ボルト４による蓋３２のボルト締結力は、プランジャが流体を押圧したときの最高圧力に耐えられるだけの強度で済む。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されることはなく、適宜変更して実施することが可能である。例えば、弁体は円盤形に限らず、鋼球を用いたものでも適用できる。

本発明のプランジャポンプ用バルブの断面図である。 プランジャ吸引時の弁作用と流体進路の説明図である。 プランジャ押圧時の弁作用と流体進路の説明図である。 密閉空間から外部へ通じる貫通穴の説明図である。 本発明を軸結合タイプで実施したプランジャポンプ用バルブの断面図である。 従来のプランジャポンプ用バルブを示す断面図である。 （ａ）筒形タイプ （ｂ）三分割タイプ

符号の説明

１ ディスタンスリング
２，３２ 蓋
３，３３，４３ シール部材
４ ボルト
５，４５ 吐出口
６，４０６，３０６ 開口部
７，３７，４７，５７ 吸入口
８，３８，４８，５８ プランジャ接続口
９，３９ 弁体
１０，３０，５０，７０ 吸入弁
１１，３１，５１，７１ 吸入弁座
１２，６２，６３，６４ 弁ガイド
１３，９３ コイルバネ
１４，１６，１８，２２，２３，８５，８６，８７，８８ Ｏリング溝
１５，１７，１９，２４，２５，７５，７６，７７，７８ Ｏリング
２０，４０，５０，６０，８０ 吐出弁
２１，４１，５１，６１，８１ 吐出弁座
２６，２７ 段部
２８ 密閉空間
２９，５９ 貫通穴
３５，３６ カラー
４８，４９ 流体
５２ 上蓋
５３ 底蓋
６５ 支持軸
９０ 凹部
１００，３００，４００，５００ プランジャポンプ用バルブ
１０１，３０１，４０１，５０１ バルブ本体
Ａ 吐出弁座のプランジャ側直径
Ｂ 吐出弁座の吐出側直径
Ｃ，Ｄ 流体進路

Claims (8)

1. プランジャにより脈動が加えられた流体を吸入口（７）から吐出口（５）へ進行させるように弁作用する弁体（９）と、
   弾性力が付勢された前記弁体（９）が密着可能であり前記弁作用を補完するシール部材と、
   前記弁体（９）および前記シール部材が前記弁作用するのに必要とされる位置関係で保持される筒状のバルブ本体（１０１）と、
   前記吐出口（５）を確保して前記バルブ本体（１０１）の開口部（６）を封じる蓋（２）と、を備えたプランジャポンプ用バルブ（１００）において、
   前記筒状のバルブ本体（１０１）の内部で前記蓋（２）の近くに密嵌され前記弁体（９）を前記弁作用を自在に支持する吐出弁座（２１）のプランジャ側直径（Ａ）よりも吐出側直径（Ｂ）を大きくしたことを特徴とするプランジャポンプ用バルブ（１００）。
2. 吸入弁（１０）を構成する吸入弁座（１１）と吐出弁（２０）を構成する吐出弁座（２１）の間に、前記吸入弁座（１１）と前記吐出弁座（２１）の離隔距離を規定するディスタンスリング（１）を介在させたことを特徴とする請求項１に記載のプランジャポンプ用バルブ（１００）。
3. 前記吐出弁座（２１）の周面に刻設された複数のＯリング溝（２２）（２３）に、それぞれ嵌装されるＯリング（２４）（２５）の直径は、プランジャ側よりも吐出側を大きくしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプランジャポンプ用バルブ（１００）。
4. 前記吐出弁座（２１）と非接触を保持して前記蓋（２）を前記バルブ本体（１０１）の開口部（６）にボルト締めすることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のプランジャポンプ用バルブ（１００）。
5. 前記バルブ本体（１０１）の開口部と前記蓋（２）の間にシール部材（３）を挟んでボルト締めすることを特徴とする請求項４に記載のプランジャポンプ用バルブ（１００）。
6. 前記バルブ本体（１０１）を前記開口部（６）から奥行き方向へ向かって内径が大径（Ｂ）から小径（Ａ）に縮径する内径の段部（２６）と、
   奥行き方向を摺動自在かつ密封に嵌挿された前記吐出弁座（２１）の奥行き方向に向かって外径が大径（Ｂ）から小径（Ａ）に縮径する外径の段部（２７）と、を設け、
   前記内径の段部（２６）と前記外径の段部（２７）より囲まれて生じる密閉空間（２８）から、前記バルブ本体（１０１）の外部へ通じる貫通穴（２９）を穿設したことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載のプランジャポンプ用バルブ（１００）。
7. プランジャにより脈動が加えられた流体を吸入口（４７）から吐出口（４５）へ進行させるように弁作用する弁体（９）と、
   弾性力が付勢された前記弁体（９）が密着可能であり前記弁作用を補完するシール部材と、
   前記弁体（９）および前記シール部材が前記弁作用するのに必要とされる位置関係で保持される筒状のバルブ本体（４０１）と、
   前記吐出口（４５）を確保して前記バルブ本体（４０１）の開口部（４０６）を封じる蓋（３２）と、を備えたプランジャポンプ用バルブ（４００）において、吸入弁（７０）を構成する吸入弁座（７１）と吐出弁（８０）を構成する吐出弁座（８１）の間に支持軸（６５）を配設したことを特徴とするプランジャポンプ用バルブ（４００）。
8. 前記支持軸（６５）の軸頭部（６６）が密嵌されるように前記吐出弁座（８１）の中心に凹部（９０）を設け、前記凹部（９０）には前記吐出口（４５）と通じる貫通穴（５９）を穿設したことを特徴とする請求項７に記載のプランジャポンプ用バルブ（４００）。

Images