JP2010060110A - 逆止弁 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、従来の逆止弁と同等の板厚のまま高圧環境に耐えうる強度を有し、かつ従来どおり簡単な構造の逆止弁を提供する。
【解決手段】 外周に溝を備えるとともに弁座部を有する弁シートと、薄板よりなる円形の弁体と、略円周状に配置された複数の脚と、当該脚に固定される複数の弁ストッパとを有する弁ホルダと、を備え、前記複数の脚は隣接する脚と連結されており、前記弁ストッパは弁ホルダの断面略中心方向に延設する縦梁部材からなることを特徴とする逆止弁。
【選択図】図４

Description

本発明は、ヒートポンプ冷暖房装置のサイクル切換時の流路形成及び逆流防止や圧縮機停止時の高圧ガス逆流防止等に使用される逆止弁に関する。

この種の逆止弁は、弁体として金属製ボールを使用したもの、あるいは金属素材を切削等により製造したものが用いられていた。
このような逆止弁においては、弁体が金属製のため弁体の重量が大きくなり、圧力損失が大きくなる欠点があり、またそれに伴い弁鳴りを生じる欠点もあった。一方、弁体をテフロン(登録商標)等の合成樹脂として軽量化することも試みられているが、その場合には熱に弱いため、高熱源からの熱の影響を受けないように継手はある程度の長さが必要となり、装置全体が大型化する欠点があった。更に従来の逆止弁においては弁を構成する部品を各種装置中に組み込む際において、運搬時や組み込み時に特に精密仕上げされた弁座に損傷を生ずる欠点があった。

このような逆止弁の課題を解決するため、本出願人により、金属の薄板を円形に打ち抜いてなる弁体を備えた逆止弁が、特許文献１に開示されている。また、特許文献２には、高圧環境下での使用を目的として、補強構造を設けることで強度を高めた板金バルブ爪の構造が開示されている。

図７は特許文献１の逆止弁の分解状態を示す斜視図である。この逆止弁は、弁ホルダ１００と金属製の薄板よりなる円形の弁体２００と外周に溝３０４を備えるとともに弁座部３０２を有する金属製の弁シート３００とから構成される。また、弁ホルダ１００は、円形の上面１０８と、上面１０８の外周に等間隔に配置されて直角に延設する複数の脚１０２と、上面１０８の内周に等間隔に配置されて直角に延設する複数の爪１０６とを有している。さらに、脚１０２の先端付近には弁シート３００の溝３０４に係合する突出部１０４が設けられている。

図８は特許文献１の逆止弁の組み立て状態を示す断面図である。脚１０２の先端方向から弁体２００及び弁シート３００を弁ホルダ１００内に挿着し、突出部１０４を溝３０４に係合することで、特許文献１の逆止弁が組み立てられる。また、組み立てられた逆止弁は、管路内に挿入され、管路の外側からカシメ加工などを施すことによって管路内に固定される。

図中の実線状態では閉鎖位置にあり、図中矢印Ａからの流れを止める。一方、図中矢印Ｂ方向の流れに対しては、最大開放状態として図中鎖線で示すように、爪１０６に当接するまで弁体２００が持ち上げられる。この時、爪１０６は弁体２００の移動を制限する弁ストッパの作用を果たす。この状態では図中の鎖線の矢印で示すように、爪１０６の内外から間隙を通って流通し、開弁状態となっている。
特開平３−６６９８７号公報 特開２００６−１２５４９０号公報

ところで、地球温暖化対策として、これまで主流であったフロン系冷媒に替わって、自然冷媒が開発・普及してきており、特に発火や毒性の少ない二酸化炭素冷媒が注目を集めている。

この二酸化炭素冷媒は、その冷媒の特性から高圧での冷凍サイクルが不可欠となる。例えば、フロン系冷媒の中でも高圧で知られるＲ４１０Ａの最高使用圧力は４．７ＭＰａであるのに対して、二酸化炭素冷媒であるＲ７４４の最高使用圧力は１４〜１５ＭＰａと、約３倍の圧力である。

二酸化炭素冷媒が用いられる高圧環境下においては、特許文献１に開示される従来の弁ホルダ１００では、開弁状態において爪１０６から力が伝達される上面１０８に応力が集中し、上面１０８の強度が不足して変形や曲げ破壊が生ずる。同様に、特許文献２に開示される従来の板金バルブ爪でも、最終的に力を受ける部分の面積が小さいため、強度が不足する。

弁ホルダ１００の脚１０２の数を増やすことで、上面１０８に集中する応力の減少に多少の効果はあるが、一方で流体の通過断面積が減少し、圧力損失が大きくなるため好ましくない。また、弁ホルダ１００の強度を向上させるために弁ホルダの板厚を増すことが考えられるが、製作時の加工が困難であるとともに、流体の通過断面積も減少するため好ましくない。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであって、従来の逆止弁と同等の板厚のまま高圧環境に耐えうる強度を有し、かつ従来どおり簡単な構造の逆止弁を提供することを目的とする。

本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の逆止弁は、
外周に溝を備えるとともに弁座部を有する弁シートと、
薄板よりなる円形の弁体と、
略円周状に配置された複数の脚と、当該脚に固定される複数の弁ストッパとを有する弁ホルダと、
を備え、
前記複数の脚は隣接する脚と連結されており、
前記弁ストッパは弁ホルダの断面略中心方向に延設する縦梁部材からなることを特徴とする。

本発明をこのように構成することによって、従来の逆止弁と同等の板厚のまま高圧環境に耐えうる強度を有し、かつ従来どおり簡単な構造の逆止弁とすることができる。
また、上記発明において、前記縦梁部材の両端が相互に隣接する各々の脚に固定されることで前記複数の脚が隣接する脚と連結されることが望ましい。

本発明をこのように構成することによって、従来どおり簡単な構造のまま、より高強度な逆止弁とすることができる。
さらに、上記発明において、前記複数の弁ストッパの１つにおいて、当該弁ストッパを構成する縦梁部材が分断されており、
前記分断されている縦梁部材以外の縦梁部材の両端が相互に隣接する各々の脚に固定されることで前記複数の脚が隣接する脚と連結されることが望ましい。

本発明をこのように構成することによって、従来どおり簡単な構造のまま、より高強度な逆止弁を容易に製作することができる。
また、上記発明において、前記縦梁部材は湾曲していることが好ましい。

本発明をこのように構成することによって、より高強度の逆止弁を容易に製作することができる。
また、上記発明において、前記脚には前記弁シートの溝に係合する突出部が設けられていることを特徴とすることが好ましい。

本発明をこのように構成することによって、より高強度な逆止弁とすることができるとともに、逆止弁の組み立て作業、及び逆止弁の組み立て後の取り扱い作業が容易となる。
また、上記発明において、前記脚には弁ホルダの断面略中心方向に凸部が形成されていることが好ましい。

本発明をこのように構成することによって、逆止弁が開弁状態にある場合でも、弁体を弁ホルダの断面略中心位置に安定的に保持することができ、圧力損失を小さくすることができる。

本発明の逆止弁によれば、従来と同様の板厚のまま高圧環境に耐えうる強度を有し、かつ従来どおり簡単な構造とすることができる。また、逆止弁の組み立て作業、及び逆止弁の組み立て後の取り扱い作業が容易で、逆止弁が開弁状態にある場合でも、弁体を弁ホルダの断面略中心位置に安定的に保持することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいてより詳細に説明する。なお、本発明の逆止弁の弁体及び弁シートは、前記従来技術の弁体２００及び弁シート３００と同様の構造、形状であるため、その説明を省略するものとする。

図１は、本発明の第１の実施形態の逆止弁にかかる弁ホルダを示す斜視図である。図２は、図１の弁ホルダの平面図である。
図１及び図２において、弁ホルダ１０は、従来の弁ホルダ１００と同等の板厚を有し、円形の上面１８と、上面１８の外周に等間隔に配置されるとともに上面１８から直角に延設する複数の脚１２と、脚１２の円周方向側面に固定される複数の弁ストッパ１６とを備えている。すなわち、脚１２は上面１８によって隣接する脚１２と連結されている。

また、脚１２の先端には不図示の弁シートの溝に係合する突出部１４が設けられている。
弁ストッパ１６は円形の上面１８の断面略中心方向に延設する縦梁部材から構成されている。なお、本明細書において縦梁部材とは、平板部材の長辺が力の作用方向に対して縦向きに配置されている梁部材を云うものとする。

そして、前記従来技術における図７，図８と同様に、脚１２の先端方向から不図示の弁体及び弁シートを弁ホルダ１０内に挿着し、突出部１４を弁体の溝に係合することで、第１の実施形態の逆止弁が組み立てられる。また、組み立てられた逆止弁は、管路内に挿入され、管路の外側からカシメ加工などを施すことによって管路内に固定される。

上記のとおり組み立てられた第１の実施形態の逆止弁は、開弁状態において、弁体が弁ストッパ１６に当接することで、弁体から弁ストッパ１６に力が伝達される。弁ストッパ１６は縦梁部材から構成されており、縦方向からの力に対して高い強度を有することから、過度の変形、破壊を生ずることなく、弁体から伝達された力を脚１２に伝達する。

脚１２に伝達された力は、脚１２を相互に連結する上面１８にも分散して伝達される。また、脚１２の先端に設けられている突出部１４を介して弁シートにも分散して伝達され
る。

このように、第１の実施形態の弁ホルダ１０は、弁体から伝達された力が、弁ストッパ１６を介して脚１２から上面１８及び弁シートに分散して伝達されるため、従来の弁ホルダ１００と比べて、最終的に力を受ける部分の面積を広く確保できる。したがって、第１の実施形態の弁ホルダ１０は、従来の弁ホルダ１００と比べて特定の部位に応力が集中することがなく、高圧環境下でも耐えうる高い強度を有する。

なお、図１及び図２の弁ホルダ１０は、６本の脚１２を備えているが、弁ホルダ１０を弁シートに安定的に挿着するためには、脚の本数は３本以上であればよい。また、弁体からの力を均等に受けるため、脚１２は上面１８の外周に等間隔に配置されることが好ましい。さらに、図１の弁ストッパ１６は、脚１２のみに固定され、上面１８には直接固定されていないが、上面１８に直接固定されていても良い。

また、図１及び図２の弁ストッパ１６は、縦梁部材の一端部が脚１２に固定された片持ち梁構造であるが、図３に示すように縦梁部材の両端部が相互に隣接する各々の脚１２に固定された固定梁構造であってもよい。

図４は、本発明の第２の実施形態の逆止弁にかかる弁ホルダを示す斜視図である。図５は、図４の弁ホルダの平面図である。
図４及び図５において、弁ホルダ２０は、従来の弁ホルダ１００と同等の板厚を有し、円周状に等間隔に配置された複数の脚２２と、脚２２の円周方向側面に固定される複数の弁ストッパ２６とを備えている。

また、脚２２には、先端に弁シートの溝に係合する突出部２４が設けられるとともに、弁ホルダの断面略中心方向に凸部２５が形成されている。
弁ストッパ２６は弁ホルダ２０の断面略中心方向に湾曲して延設する縦梁部材から構成されている。弁ストッパ２６を構成する湾曲した縦梁部材は、その両端が相互に隣接する各々の脚２２に固定されている。すなわち、脚２２は、縦梁部材によって隣接する脚２２と連結されている。また、弁ストッパ２６は、脚２２と一体となって弁ホルダ２０の外周壁を構成している。

なお、縦梁部材を断面略中心方向に湾曲して延設するのは、矩形状に延設する場合と比べて加工・製作が容易であるとともに、矩形にすると屈曲部に応力が集中するため、縦梁部材の強度が低下するためである。

図１０は、第２の実施形態の逆止弁を管路内に固定した状況を示す断面図である。図１０（Ａ）は逆止弁が閉弁した状態を、図１０（Ｂ）は逆止弁が開弁した状態を、それぞれ示している。

第２の実施形態の逆止弁３０の組み立ては、前記従来技術における図７，図８と同様に、脚２２の先端方向から弁体３２及び弁シート３４を弁ホルダ２０内に挿着し、突出部２４を弁体３２の溝３８に係合することで、組み立てられる。また、組み立てられた逆止弁３０は、管路４０内に挿入され、管路の外側からカシメ加工４２などを施すことによって管路４０内に固定される。

上記のとおり組み立てられた第２の実施形態の逆止弁３０は、図１０（Ｂ）に示す開弁状態において、弁体３２が弁ストッパ２６に当接することで、弁ストッパ２６と脚２２とが一体となって構成する弁ホルダ２０の外周壁全体に力が分散して伝達される。弁ストッパ２６は湾曲した縦梁部材から構成されており、それ自体が高い強度を有するとともに、
脚２２と一体となっていることから、弁体３２から力が伝達されても、過度の変形、破壊を生ずることがない。また、弁ストッパ２６に伝達された力は、脚２２の先端に設けられている突出部２４を介して弁シート３４にも分散して伝達される。

このように、第２の実施形態の弁ホルダ２０は、弁体３２から伝達された力が、弁ストッパ２６と脚２２とが一体となって構成する弁ホルダ２０の外周壁全体に分散して伝達されるため、最終的に力を受ける部分の面積を広く確保できる。したがって、弁ホルダ２０は、従来の弁ホルダ１００と比べて特定の部位に応力が集中することがなく、高圧環境下でも耐え得る高い強度を有している。

なお、図４及び図５の弁ホルダ２０は、５本の脚２２を備えているが、弁ホルダ２０を弁シートに安定的に挿着するためには、脚の本数は３本以上であればよい。また、弁体からの力を均等に受けるため、脚２２は円周状に等間隔に配置されることが好ましい。

さらに、図４及び図５の弁ホルダ２０は、図中下側の弁ストッパ２６の縦梁部材が中間位置で分断されている。これは、弁ホルダ２０はステンレスなどの薄板を打ち抜いた後に曲げ加工を施して製作するため、弁ストッパの１つにおいて、当該弁ストッパを構成する縦梁部材が分断されている方が製作容易だからであるが、図６に示すように曲げ加工後に溶接位置２７で溶接することで、分断されている弁ストッパ２６を接合してもよい。

また、脚２２の断面略中心方向に凸部２５を形成されることが好ましい。こうすることで、逆止弁が開弁状態にある場合でも、弁体を弁ホルダ２０の断面略中心位置に安定的に保持することができ、圧力損失を小さくすることができる。

本発明にかかる逆止弁の弁ホルダの材料としては、銅合金やステンレスなどが好適に使用できるが、特に制限されない。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

以下に、有限要素法による本発明の逆止弁の弁ホルダにかかる応力解析結果を、比較例と対比して説明する。なお、以下の説明では、図１に示した弁ホルダ１０を備える逆止弁を実施例１と、図４に示した弁ホルダ２０を備える逆止弁を実施例２とする。

また、従来の弁ホルダ１００に相当する強度を有するものとして、図９に示す弁ホルダ１００ａを備える逆止弁を比較例とする。
弁ホルダ１００ａは、中央に開孔を有する十字状の上面１０８ａと、十字状の上面１０８ａの先端に配置されて直角に延設する４本の脚１０２ａと、十字状の上面１０８ａの中間に配置されて直角に延設する複数の爪１０６ａとを有している。さらに、脚１０２ａの先端には突出部１０４ａが設けられている。

そして、前記従来技術における図７，図８と同様に、脚１０２ａの先端方向から不図示の弁体及び弁シートを弁ホルダ１００ａ内に挿着し、突出部１０４ａを弁体の溝に係合することで、比較例の逆止弁が組み立てられる。

なお、これらの実施例および比較例は、本発明をさらに具体的に説明するためのものであり、本発明は実施例の範囲のみに限定されるものではない。
（材料）
弁ホルダの材料は、実施例１、実施例２、及び比較例ともにステンレス製（ＳＵＳ４３０）である。ＳＵＳ４３０の許容引張応力は１０５Ｎ／ｍｍ²である。
（板厚）
弁ホルダの板厚は、実施例１、実施例２、及び比較例ともに０．３ｍｍである。
（形状・寸法）
実施例１の弁ストッパ１６を構成する縦梁部材の長さは１．５ｍｍ、高さは２．０ｍｍである。

実施例２の弁ストッパ２６を構成する縦梁部材の長さは１．４ｍｍ、高さは２．０ｍｍ、湾曲部の曲率半径は０．２５ｍｍである。
比較例の爪１０６ａの幅は１．８ｍｍ、高さは１．７ｍｍである。
（解析結果）
実施例１、実施例２、及び比較例の逆止弁を組立後、弁体に１５ＭＰａの圧力を図８矢印Ｂ方向に作用させた状態における、実施例１、実施例２、及び比較例の弁ホルダに発生した最大引張応力と、上記の許容引張応力を最大引張応力で除して求めた安全率を[表１]に示す。

比較例の安全率０．４７に対して、実施例１ではその２倍以上の１．０５、実施例２ではその６倍以上の２．９５の安全率であった。

以上の実施例および比較例より、本発明の逆止弁は、比較例の逆止弁と同等の板厚のまま高圧環境に耐えうる高い強度を有することを確認した。

図１は、本発明の第１の実施形態の逆止弁にかかる弁ホルダを示す斜視図である。 図２は、図１の弁ホルダの平面図である。 図３は、縦梁部材の両端部が相互に隣接する各々の脚に固定された第１の実施形態の逆止弁にかかる弁ホルダを示す平面図である。 図４は、本発明の第２の実施形態の逆止弁にかかる弁ホルダを示す斜視図である。 図５は、図４の弁ホルダの平面図である。 図６は、弁ストッパを構成する縦梁部材のいずれもが分断されていない第２の実施形態の逆止弁にかかる弁ホルダを示す平面図である。 図７は、特許文献１の逆止弁の分解状態を示す斜視図である。 図８は、特許文献１の逆止弁の組み立て状態を示す断面図である。 図９は、従来の逆止弁にかかる弁ホルダを示す斜視図である。 図１０は、第２の実施形態の逆止弁を管路内に固定した状況を示す断面図である。

符号の説明

１０ 第１の実施形態の弁ホルダ
１２ 脚
１４ 突出部
１６ 弁ストッパ
１８ 上面
２０ 第２の実施形態の弁ホルダ
２２ 脚
２４ 突出部
２５ 凸部
２６ 弁ストッパ
２７ 溶接位置
３０ 第２の実施形態の逆止弁
３２ 弁体
３４ 弁シート
３６ 弁座部
３８ 溝
４０ 管路
４２ カシメ加工
１００ 特許文献１に記載の弁ホルダ
１００ａ 従来の弁ホルダ
１０２ 脚
１０２ａ 脚
１０４ 突出部
１０４ａ 突出部
１０６ 爪
１０６ａ 爪
１０８ 上面
１０８ａ 上面
２００ 弁体
３００ 弁シート
３０２ 弁座部
３０４ 溝

Claims (6)

1. 外周に溝を備えるとともに弁座部を有する弁シートと、
   薄板よりなる円形の弁体と、
   略円周状に配置された複数の脚と、当該脚に固定される複数の弁ストッパとを有する弁ホルダと、
   を備え、
   前記複数の脚は隣接する脚と連結されており、
   前記弁ストッパは弁ホルダの断面略中心方向に延設する縦梁部材からなることを特徴とする逆止弁。
2. 前記縦梁部材の両端が相互に隣接する各々の脚に固定されることで前記複数の脚が隣接する脚と連結されることを特徴とする請求項１に記載の逆止弁。
3. 前記複数の弁ストッパの１つにおいて、当該弁ストッパを構成する縦梁部材が分断されており、
   前記分断されている縦梁部材以外の縦梁部材の両端が相互に隣接する各々の脚に固定されることで前記複数の脚が隣接する脚と連結されることを特徴とする請求項１に記載の逆止弁。
4. 前記縦梁部材が湾曲していることを特徴とする請求項２または３に記載の逆止弁。
5. 前記脚には前記弁シートの溝に係合する突出部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の逆止弁
6. 前記脚には弁ホルダの断面略中心方向に凸部が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の逆止弁。

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