JP2015143422A - 高止水逆止弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁本体からの漏水がなく、大量生産が可能で、収納した弁体や圧縮コイルばねの交換が容易な、少なくとも弁座やフックを有する弁本体と、弁体と、圧縮コイルばねと、ばね取付部材とで構成される高止水逆止弁を提供する。【解決手段】高止水逆止弁Ａは、筒状弁本体１と、弁体２と、圧縮コイルばね３と、ばね取付部材４と、筒状弁本体１の溝部９に嵌め込まれるシーリング部材であるＯリング５とからなる。筒状弁本体１は鋳造法で造られており、上部にばね取付部材４を脱着自在に係止するための係止部６が、下部の内側に弁体２を受ける弁座７が、下面に高止水逆止弁Ａを裏込め材注入孔内に設置したり取り外したりするための脱着工具を引っ掛けるフック部８が一体的に設けられており、円筒形状の胴部１０の外周面にはＯリング５を装着するための溝部９が上下に２列設けられている。【選択図】 図１

Description

本発明は、トンネル覆工用セグメント等の抗土水圧構造物に適用される裏込め材注入孔の高止水逆止弁に関する。

トンネルの構築に用いられるシールド工法では、地山の安定を図るために、シールドマシンの掘進によって生じる、地山とセグメントリングとの間の空隙に裏込め材を充填しながら施工する。その裏込め材を、抗土水圧構造物の一つであるトンネル覆工用セグメントに取り付けた裏込め材注入孔を用いてトンネル内部から充填する場合には、裏込め材注入孔を構成する注入管のねじ部に逆止弁を螺合して、裏込め材や地下水のトンネル内部への流入を防止している。

トンネル覆工用セグメントには、内周面に雌ネジが形成された注入管が埋め込まれており、裏込め材の注入は、裏込め材注入口としての注入管の内端に圧入ホースの先端をセットして圧入により行われる。圧入完了後に圧入ホースの先端を注入管から外したとき、圧入された裏込め材が逆流しないように逆止弁が注入管内に装着されているのである。

逆止弁としては、筒状本体内にヒンジ部により開閉する軟質プラスチック製等の２枚の半円形の弁板により裏込め材の逆流を防止するものや、弁体をスプリングの押圧力により弁座に押し付け裏込め材の注入圧によりスプリングの押圧力に抗して弁体を弁座から離間させて開くようにしたものなど様々なものがあるが、そんな中で、止水性や着脱容易性を高めた高止水逆止弁が開発されてきている。

本願発明者等も高止水逆止弁について種々検討し一部実用化してきた。その一つに、特許文献１に記載される高止水逆止弁がある。

この高止水逆止弁は注入管の内部の中間位置に挿入され上下の一対の止め輪により取り付け・取り外し容易に固定されるものであり、円筒部材と円板状の弁座とばね取付部材とフックとで構成される弁本体と、弁体と圧縮コイルばねから構成されるものである。

弁本体の内部に弁体と圧縮コイルばねが収納される。また、高止水性にするため、前記注入管の内面と前記円筒部材の外面との隙間にＯリング等のシーリングが配置される。

上述の通り、この高止水逆止弁は実用化してきたが、実用化に際し、小さな初期投資費用で生産できることや部品各部の形状寸法を変更したい場合にも容易に対応できること、といった理由により、前記円板状の弁座、ばね取付部材、フックはすべて溶接や接着剤等によって前記円筒部材に固着したものを用いてきた。

特許第４８８０５３１号公報

上述の通り、これまでは前記円板状の弁座、ばね取付部材、フックはすべて溶接や接着剤等によって前記円筒部材に固着したものを弁本体とした高止水逆止弁を用いてきたが、この高止水逆止弁には次のような問題点があった。

（１）製造に際し、円板状の弁座、ばね取付部材、フックを円筒部材に溶接や接着剤等で固着するのに多大な手間と時間がかかり経済性に劣る。そのため、大量生産がし難い。

（２）前記固着方法で固着した部分が不完全であると漏水の原因となるため、不完全品を補修したり、場合によっては欠陥品として廃棄する必要が生じる。

（３）弁本体の内部に弁体と圧縮コイルばねを収納し、ばね取付部材を弁本体に固着した後に、収納した弁体や圧縮コイルばねの不具合を発見して新たなものに交換する必要が生じた場合、その固着した部分を取り除いて交換しなければならないため、非効率である。

本願発明は、上述のような問題点（課題）の解決を図ったものであり、弁本体からの漏水がなく、大量生産が可能で、収納した弁体や圧縮コイルばねの交換が容易な、少なくとも弁座やフックを有する弁本体と、弁体と、圧縮コイルばねと、ばね取付部材とで構成される高止水逆止弁を提供することを目的とする。

本願発明は、「抗土水圧構造物に埋設される裏込め材注入孔の内部に設けられる高止水逆止弁であって、該高止水逆止弁は、筒状弁本体と、該筒状弁本体の内部に収納される弁体及び圧縮コイルばねと、前記筒状弁本体の上部に装着されるばね取付部材とからなり、前記筒状弁本体は鋳造法で作られ弁座と前記ばね取付部材を係止するための係止部と脱着工具を取付けるためのフック部とが備わっており、前記筒状弁本体の内部に収納されている前記弁体を前記圧縮コイルばねの押圧力により前記弁座に押圧することにより弁座開口が閉じ、裏込め材の注入圧により前記圧縮コイルばねの押圧力に抗して前記弁体を前記弁座から離間させることにより前記弁座開口が開くようになっていることを特徴とする高止水逆止弁」である。

本願発明でいう「抗土水圧構造物」とは、シールド工法のトンネル覆工用セグメント、推進工法の推進管、開削工法の暗渠などである。

本願発明の高止水逆止弁は、前記抗土水圧構造物に埋設される裏込め材注入孔の内部に設けられる。

例えば、トンネルの構築に用いられるシールド工法では、地山の安定を図るために、シールドマシンの掘進によって生じる、地山とセグメントリングとの間の空隙に裏込め材を充填しながら施工する。その裏込め材は、シールドマシン本体から注入する同時注入による方法と、セグメント本体に設けた裏込め材注入孔から注入する即時注入による方法の２つに大別されるが、後者の即時注入の場合には本体構造物であるセグメントに埋設した裏込め材注入孔を設けるため高い止水性を確保してトンネル内部への漏水を防止する必要があり、本願発明の高止水逆止弁がセグメントに埋設した前記裏込め材注入孔の内部に設置される。裏込め材注入孔には注入管が設けられている。

高止水逆止弁は、筒状弁本体と、該筒状弁本体の内部に収納される弁体及び圧縮コイルばねと、前記筒状弁本体の上部に装着されるばね取付部材とからなり、前記裏込め材注入孔（注入管）の内部の中間位置に挿入され、上下一対の止め輪により着脱容易に固定される。

筒状弁本体は鋳造法で一体的に造られた円筒型の鋳物であり、弁座と前記ばね取付部材を係止するための係止部と脱着工具を取付けるためのフック部とが備わっている。鋳造は従来通りの鋳物の造り方で行えばよく、その主要な利点は複雑な形状な物でも容易に造ることができることや大量生産であるほど効率的、経済的に製造できることである。

筒状弁本体を鋳造法で一体的に造り、弁座や係止部やフック部が弁本体の胴部（円筒部）と一体化したものにすることにより、効率良く機能し、弁本体からの漏水を防げ、大量生産が容易なものとなる。

前記弁座は、筒状弁本体下部の内側に設けられ、円板状で中央には弁座開口が形成され、該弁座開口は圧縮コイルばねにより押圧された弁体で塞がれるようになっている。

前記係止部は、前記圧縮コイルばねの上にセットされる前記ばね取付部材が確実に係止できるようにして、筒状弁本体上部に設けられる。この係止部があることにより前記ばね取付部材の筒状弁本体への脱着が容易となるので、収納した弁体や圧縮コイルばねの交換作業等の作業が容易となる。

前記フック部は本願発明の高止水逆止弁を前記裏込め材注入孔（注入管）に着脱する際に用いる脱着工具を取付けるために筒状弁本体の下面に突出する形で設けられる。フック部の形状は、高止水逆止弁を前記裏込め材注入孔（注入管）に着脱するために必要な作動として、筒状弁本体の軸方向に押し引き可能で、またその中心軸回りに回動できるような脱着工具を容易に着脱できるものとしている。

上記筒状弁本体の内部に収納される前記弁体は、前記弁座開口に挿入される凸部を下面中央に有する形状のものである。弁体の上面には、圧縮コイルばねを確実に装着するためのばね溝が設けられていることが好ましい。

圧縮コイルばねは前記弁体の上に設置され、前記弁体を前記弁座に押圧する働きをし、前記弁座開口の開閉に寄与する。すなわち、前記弁体を前記圧縮コイルばねの押圧力により前記弁座に押圧することにより前記弁座開口が閉じ、裏込め材の注入圧により前記圧縮コイルばねの押圧力に抗して前記弁体を前記弁座から離間させることにより前記弁座開口が開くようになっている。

したがって、圧縮コイルばねのバネ力は、弁体を圧縮コイルばねの押圧力により弁座に押圧することにより弁座開口がしっかり閉じるとともに、裏込め材の注入圧により圧縮コイルばねの押圧力に抗して弁体が弁座から離間するバネ力でなければならない。

ばね取付部材は、前記圧縮コイルばねを上から押圧し前記圧縮コイルばねの押圧力により前記弁体を前記弁座に押圧するために、前記圧縮コイルばねの上に設置される。

ばね取付部材は、前記弁座に対して前記圧縮コイルばねと前記弁体とを圧縮状態で配置でき、裏込め材を排出するための裏込め材排出開口を有するものであれば、その形状は特に限定されない。例えば、平面形状が十字状のものである。ばね取付部材の材質としては、鋼、鋳鉄、強化プラスチック、セラミック等が適用できる。

前記筒状弁本体の外周面には、前記裏込め材注入孔の内面と前記筒状弁本体外面との隙間を埋め止水するためのシーリング部材を装着する位置に、該シーリング部材の一部が埋没するような溝部が形成されているのが好ましい。

前記筒状弁本体の外径は、前記注入管の内径より小さいため、高止水にするためには前記筒状弁本体と前記注入管との隙間からの漏水を防止する必要がある。そのため、前記筒状弁本体の外周面にＯリング等のシーリング部材を単列または複列装着する。

その際、単に筒状弁本体の外周面にシーリング部材を装着し前記隙間を埋めただけでは、裏込め材の注入圧等によりシーリング部材がズレたり外れたりしてしまう。そのため、シーリング部材を外周面に確実に装着する必要があるが、筒状弁本体の外周面に溝部を形成しておき、そこに一部が溝部に嵌るような形でシーリング部材を設置すれば、シーリング部材のズレや外れを防止できる。溝部の断面形状は、矩形や欠円あるいはそれらに類する形状が望ましい。

本願発明の高止水逆止弁をトンネル覆工用セグメント等の抗土水圧構造物に適用される裏込め材注入孔に装着することにより、該裏込め材注入孔の止水性を高めることができる。

また、筒状弁本体を鋳造法で弁座等と一体化して造るので、経済的で大量生産も可能であり、弁本体からの漏水の心配がない高品質なものを提供できる。

また、筒状弁本体にばね取付部材を係止するための係止部を設けてあるので、ばね取付部材の筒状弁本体からの脱着が容易である。したがって、筒状弁本体の内部に収納した弁体や圧縮コイルばねの交換が容易となり交換の作業効率の向上が図れる。

本願発明の高止水逆止弁の部材構成の一例を示す図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。 高止水逆止弁の各構成部材を組み立てて本願発明の高止水逆止弁にした状態を示す図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。 本願発明の高止水逆止弁Ａを裏込め材注入孔Ｂ内に設置した状態を示す図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。 、ばね取付部材と該ばね取付部材の筒状弁本体への取付けを示す図である。（ａ）の上図はばね取付部材の側面図であって下図はその平面図である。（ｂ−１）はばね取付部材の筒状弁本体への取付け時の状態を示す図、（ｂ−２）は取付け完了時の状態を示す図である。（ｂ−１）、（ｂ−２）のいずれも上図は平面図、下図は側面図である。 本願発明の高止水逆止弁Ａの弁機能の安全性を示す図である。（ａ）は正常な状態、（ｂ）は何らかの力で弁体２が２５°傾いてしまった異常な状態を示す図である。 本願発明の高止水逆止弁における筒状弁本体に設けられたフック部の活用を示す図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。また、上図は脱着工具を取付ける前の図、下図は脱着工具を取付けた状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図１は、本願発明の高止水逆止弁Ａの部材構成の一例を示す図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。

この例では、本願発明の高止水逆止弁Ａは、筒状弁本体１と、弁体２と、圧縮コイルばね３と、ばね取付部材４と、筒状弁本体１の溝部９に嵌め込まれるシーリング部材であるＯリング５とからなる。図（ｂ）では、Ｏリング５が溝部９に装着された状態を示している。

筒状弁本体１は鋳造法で造られており、上部にばね取付部材４を脱着自在に係止するための係止部６が、下部の内側に弁体２を受ける弁座７が、下面に高止水逆止弁Ａを裏込め材注入孔内に設置したり取り外したりするための脱着工具を引っ掛けるフック部８が一体的に設けられており、円筒形状の胴部１０の外周面にはＯリング５を装着するための溝部９が上下に２列設けられている。弁座７は、弁体２と接する表面にシーリング材を設けて止水性を高めるようにしてもよい。筒状弁本体１の胴部１０の肉厚は、３〜１０ｍｍ程度が好ましい。

弁体２は半球状で上面には圧縮コイルばね３を確実に設置するためのばね溝１２が設けられている。弁体２は、硬質ゴム、鋼、鋳物、強化プラスチック等の材質からなるか、それらの複合体としてもよい。弁体２の弁座７と接する外周面にゴム等のシーリング材を設けて止水性を高めるようにしてもよい。

圧縮コイルばね３は断面円形状のバネ鋼からなるものであるが、板ばねや皿ばねなどの他の弾性部材を使用してもよく、強化プラスチック等の材質のものを使用することもできる。

ばね取付部材４は、平面形状が十字状で中央にはばね取付部材４を着脱する際の作業用穴であり、また中心部での裏込め材排出開口としても機能する貫通穴１３が設けられている。十字状にすることにより、弁座開口１１から筒状弁本体１の内部へ流入した裏込め材を排出するための裏込め材排出開口を設けることができる。

Ｏリング５は例えば合成ゴム製で筒状弁本体１と注入管との隙間を埋め止水するのに十分な寸法と形状を有している。

図２は、上記高止水逆止弁Ａの各構成部材を組み立てて本願発明の高止水逆止弁Ａにした状態を示す図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。

筒状弁本体１の内部に弁体２と圧縮コイルばね３が収納され、弁体２は弁座７の中央に設けられた弁座開口１１に嵌っており、弁体２と圧縮コイルばね３はばね取付部材４で上から押さえつけられて圧縮状態（押圧状態）となっている。それによって、弁座開口１１は閉じている。

ばね取付部材４は、筒状弁本体１の上部に設けられた４つの係止部で着脱自在に係止されている。十字状のばね取付部材４を係止することにより、４つの裏込め材排出開口１４および貫通穴１３が形成される。また、筒状弁本体１の胴部１０の外周面に設けられた溝部９には、注入管と筒状弁本体１との隙間を塞ぎ止水するためのＯリング５が溝部９に一部嵌め込まれる形で装着されている。

図３は、本願発明の高止水逆止弁Ａを裏込め材注入孔Ｂ内に設置した状態を示す図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。

裏込め材注入孔Ｂには予め注入管Ｃが埋め込まれており、本願発明の高止水逆止弁Ａはこの注入管Ｃの内部の中間位置に挿入され上下一対の止め輪Ｄにより取付け・取外し可能に固定されている。高止水逆止弁Ａの下方の注入管Ｃの内面には樹脂プラグを装着するための雌ねじ部Ｅが設けられている（図（ａ）では省略）。

止め輪Ｄは、筒状弁本体１を上下両側から挟むように配置され、注入管Ｃの内面に上下に間隔をおいて形成された上下一対の溝部にそれぞれ装着されている。止め輪Ｄは、ばね鋼からなる一部が分断されて弾性変形が可能なリング状（Ｃ形状）の板材であり、縮径変形させることにより溝部に簡単に取付けることができ、また溝部から簡単に取り外すことができる。取付けた状態では、止め輪Ｄの外側部分が溝部内に嵌め込まれ、止め輪Ｄの内側部分が弁座７・ばね取付部材４を係止めし、上下一対の止め輪Ｄにより弁体２が挟持された状態で強固に固定されている。

また、この取付けた状態では、圧縮コイルばね３の押圧力により弁体２が弁座７に押し付けられ、弁座開口１１は閉じている。裏込め材注入時は、裏込め材の注入圧により弁体２が上方に押し上げられることにより圧縮コイルばね３が更に圧縮し、弁体２が弁座７から離間することにより弁座開口１１が開かれ、裏込め材が注入される。高止水逆止弁Ａ内に注入された裏込め材は４つの裏込め材排出開口１４および貫通穴から排出され注入される。注入後は、圧縮コイルばね３の伸長力（復元力）により弁体２が弁座７に確実に接触して弁座開口１１を確実に閉じ、裏込め材の逆流が確実に防止される。

高止水逆止弁Ａの取付けは次のようにしてなされる。まず注入管Ｃ内面奥部の溝に止め輪Ｄを取付け、次に脱着工具１８の先端部をフック部８に係止させて筒状弁本体１の係止部６が前記止め輪Ｄと当接するまで押し込み、続いて注入管Ｃ内面手前側の溝に止め輪Ｄを取付けることによって、高止水逆止弁Ａが注入管Ｃ内の所定の位置に固定される。高止水逆止弁Ａの取外しは、その取付けの場合の逆手順で容易に実施可能である。

図４は、ばね取付部材４と該ばね取付部材４の筒状弁本体１への取付けを示す図である。（ａ）の上図はばね取付部材４の側面図であって下図はその平面図である。（ｂ−１）はばね取付部材４の筒状弁本体１への取付け時の状態を示す図、（ｂ−２）は取付け完了時の状態を示す図である。（ｂ−１）、（ｂ−２）のいずれも上図は平面図、下図は側面図である。

（ａ）に示すように、ばね取付部材４は十字状であり、その中央にはばね取付部材４を着脱する際の作業用穴であり、また中心部での裏込め材排出開口としても機能する貫通穴１３を有し、下面にはばね取付部材４を圧縮コイルばね３上に載置する際に両者の中心軸を一致させて確実に取付けるための案内となるガイド部１５を有している。

ばね取付部材４の筒状弁本体１への取付けは、（ｂ−１）に示すように、ばね取付部材４を圧縮コイルばね３上に載置し、圧縮コイルばね３を下方に押しつつばね取付部材４を係止部６に設けられている係止溝１６に完全に嵌るまで右に回転させる。本願発明では、係止部６を鋳造法により筒状弁本体１に一体化して設けているので、ばね取付部材４を取付ける際に係止部６に強い力が加わったとしても係止部６が損傷する心配は無く、安全かつ効率的に作業ができる。

（ｂ−２）に示すように、ばね取付部材４が係止溝１６に完全に嵌ったところで力を解除すればばね取付部材４がロック状態１７となり取付けが完了する。圧縮コイルばね３の伸びようとする力で、弁体２は下方に押し付けられ弁座開口１１が閉じた状態となる。ばね取付部材４は上方に押し付けられ筒状弁本体１に固く取り付けられるとともに、４つの裏込め材排出開口１４および貫通穴１３を形成する。

ばね取付部材４を筒状弁本体１から外すには逆の操作をやればよく、ばね取付部材４を下方に押しつつ左に回転させればよい。このように、本願発明では、筒状弁本体１に係止部６を設けているので、ばね取付部材４は筒状弁本体１から容易に脱着できる。したがって、筒状弁本体の内部に収納した弁体や圧縮コイルばねの交換が容易となり交換の作業効率の向上が図れる。

図５は、本願発明の高止水逆止弁Ａの弁機能の安全性を示す図である。（ａ）は正常な状態、（ｂ）は何らかの力で弁体２が２５°傾いてしまった異常な状態を示す図である。

本願発明の高止水逆止弁Ａでは、圧縮コイルばね３は圧縮状態でガイド部１５によりばね取付部材４にしっかり固定され、ばね溝１２により半球状の弁体２にしっかり固定されている。したがって、（ｂ）に示すように、何らかの力で弁体２が傾いたとしても弁座開口１１は閉じたままであり、逆止弁としての性能が維持される。

図６は、本願発明の高止水逆止弁Ａにおける筒状弁本体１に設けられたフック部８の活用を示す図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。また、上図は脱着工具１８を取付ける前の図、下図は脱着工具１８を取付けた状態を示す図である。

フック部８は、脱着工具１８により高止水逆止弁Ａを注入管内に挿入し取り付けたり取り外して引き出したりする際に活用される。フック部８が設けられているので、高止水逆止弁Ａの注入管内へ取付けや注入管内からの取り外しが容易となる。

図に示すように、脱着工具１８をフック部８に取付け、筒状弁本体１の係止部６が注入管Ｃ内面奥部の溝に装着した止め輪Ｄに当接するまで脱着工具１８を注入管Ｃの軸方向に押し込むか、またはその押し込む動作と回転動作とを併用することによって所定位置までの円滑な取付けが可能となる。取付けが完了すれば、注入管Ｃ内面手前側の溝に止め輪Ｄを装着することによって、高止水逆止弁Ａが注入管Ｃ内の所定の位置に強固に固定される。高止水逆止弁Ａを取り外す場合は、前記取付けの手順と逆に行えばよい。すなわち、まず注入管Ｃ内面手前側の溝に装着されている止め輪Ｄを取り外し、続いて脱着工具１８を筒状弁本体１のフック部８に取り付け、脱着工具１８を注入管Ｃの軸方向に引き出すか、またはその引き出す動作と回転動作とを併用することによって高止水逆止弁Ａを円滑に取り外すことができる。

フック部８の形状は、脱着工具１８のフック部８への脱着と前記回転動作が容易なように、一端が解放され他端が筒状弁本体１と一体化されている一対の軸対称突起状としているが、脱着工具１８の前記作動、すなわち軸方向の押し引きと回転が円滑に可能であれば前記形状に限定されないことは言うまでもない。

本願発明では、フック部８は鋳造法により筒状弁本体１に一体化して設けられているので、脱着工具１８により強く引いたり押したり回したりしてもフック部８が損傷する心配がなく、安全かつ効率的に作業ができる。

Ａ…高止水逆止弁、Ｂ…裏込め材注入孔、Ｃ…注入管、Ｄ…止め輪、Ｅ…雌ねじ部、
１…筒状弁本体、２…弁体、３…圧縮コイルばね、４…ばね取付部材、５…Ｏリング、６…係止部、７…弁座、８…フック部、９…溝部、１０…胴部、１１…弁座開口、１２…ばね溝、１３…貫通穴、１４…裏込め材排出開口、１５…ガイド部、１６…係止溝、１７…ロック状態、 １８…脱着工具

Claims (2)

1. 抗土水圧構造物に埋設される裏込め材注入孔の内部に設けられる高止水逆止弁であって、該高止水逆止弁は、筒状弁本体と、該筒状弁本体の内部に収納される弁体及び圧縮コイルばねと、前記筒状弁本体の上部に装着されるばね取付部材とからなり、前記筒状弁本体は鋳造法で作られ弁座と前記ばね取付部材を係止するための係止部と脱着工具を取付けるためのフック部とが備わっており、前記筒状弁本体の内部に収納されている前記弁体を前記圧縮コイルばねの押圧力により前記弁座に押圧することにより弁座開口が閉じ、裏込め材の注入圧により前記圧縮コイルばねの押圧力に抗して前記弁体を前記弁座から離間させることにより前記弁座開口が開くようになっていることを特徴とする高止水逆止弁。
2. 前記筒状弁本体の外周面には、前記裏込め材注入孔の内面と前記筒状弁本体外面との隙間を埋め止水するためのシーリング部材を装着する位置に、該シーリング部材の一部が埋没するような溝部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の高止水逆止弁。

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