JP2017057913A - 逆止弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウォーターハンマーなどの不良発生を抑制できる逆止弁を提供する。
【解決手段】 逆止弁は、本体と、本体の内側において移動可能に設けられた弁体と、本体に固定された弁座とを備え、閉状態において弁体と弁座とが当接して流路を遮断し、開状態において弁体と弁座とが離間して流路を開通させるように構成されており、本体に固定された軸部材と、弁体に接続された付勢ばねとを有し、弁体は、弁座に当接する側と反対側に窪みを有し、弁体の窪みの内側において付勢ばねおよび軸部材の端部が配置されており、軸部材には、弁体と軸部材の端部とによって囲まれる空間と連通する排出路が設けられ、閉状態における空間の大きさが、開状態における空間の大きさよりも大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、逆止弁に関し、特に、水道メータユニットにおいて好適に用いられる逆止弁に関する。

一般に、家屋や集合住宅の戸口付近には、水道の使用量を計測するための水道メータユニットが設置されている。水道メータユニットの一端は一次側（供給側）の給水管に接続されており、他端は二次側（使用側）の給水管に接続されている。この構成において、水道メータユニットを介して一次側から二次側に水が供給され、水道メータユニットに組み込まれた水道メータは、そこを流れた水の量を示すことができる。

このように水道配管の途中に設置される水道メータは、計量法で定められた所定の期間後には交換する必要がある。このため、水道メータは、ネジ固定式や圧着固定式などの方式によって、水道メータユニットに交換可能に取り付けられている。現在では、作業性に優れた圧着固定式が採用されることが多い。

圧着固定式の水道メータユニットは、例えば、ベースと、ベースの一端上に支持された一次側メータ保持部材と、ベースの他端上に支持された二次側メータ保持部材とを備えている。一次側メータ保持部材と二次側メータ保持部材との間には、水道メータが取り付けられる。一次側／二次側メータ保持部材と水道メータとの接続・固定は、例えば、水道メータの入口管／出口管に形成されたネジ溝に螺合し回転により位置を変化させるスライド部材を用いて行われる。水道メータユニットはさらに、一次側メータ保持部材の上流側において継手を介して接続された減圧弁や止水栓などを備えていてもよい。

水道メータユニットの二次側メータ保持部材において、二次側から一次側への逆流を防止するための逆止弁が設けられることがある（例えば特許文献１）。逆止弁は、二次側からの逆流によって一次側の水が汚染されることを防止する。

逆止弁としては種々の態様が提案されており、例えば、二次側メータ保持部材にカートリッジ式の逆止弁ユニットとして取り付けられてもよい。また、特許文献２には、逆止弁ユニットを継手状のケーシングに設けた開口部から収容可能とすることによって、水道配管における任意の部位において、配管を外すことなく逆止弁を取り付け可能とする構成が開示されている。

特開２００６−２６５９９０号公報 特開２０１１−１９０８６７号公報

一般的な逆止弁において、止水時には、コイルばねなどの付勢手段によって弁体が弁座パッキンに押し付けられて流路が遮断される。この状態において、逆止弁は閉じた状態を呈し、二次側から一次側への逆流が防止される。一方、通水時には、水圧により弁体は押し下げられて弁座パッキンから離間する。これにより、弁体と弁座パッキンとの間に流路が開通し、逆止弁が開いた状態となって一次側から二次側へと水を供給することができる。

上記の通水時から止水時への移行に際し、逆止弁が閉じられる動作において、弁体は、弁座パッキンに向かって当接するまで移動する。このとき、弁体の移動が急激であると、水流が急にせき止められることになり、配管内で水圧が一時的に上昇する。このことは、ウォーターハンマーを生じさせ、配管にダメージを与えたり、不快な音を発生させたりするおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、閉動作時の不良発生を防止することができる逆止弁を提供することをその目的とする。

本発明の実施形態による逆止弁は、本体と、前記本体の内側において移動可能に設けられた弁体と、前記本体に固定された弁座とを備え、閉状態において前記弁体と前記弁座とが当接して流路を遮断し、開状態において前記弁体と前記弁座とが離間して流路を開通させるように構成された逆止弁であって、前記本体に固定された軸部材と、前記弁体に接続された付勢ばねとを有し、前記弁体は、前記弁座に当接する側と反対側に窪みを有し、前記弁体の前記窪みの内側において前記付勢ばねおよび前記軸部材の端部が配置されており、前記軸部材の内部には、前記弁体と前記軸部材の端部とによって囲まれる空間と連通する排出路が設けられ、前記閉状態における前記空間の大きさが、前記開状態における前記空間の大きさよりも大きい。

ある実施形態において、上記の逆止弁は、前記弁体と前記軸部材との間の隙間を通って前記空間内に流体が流入可能なように構成されている。

ある実施形態において、前記排出路は、前記空間の側に設けられた第１の排出路と、前記第１の排出路に連通する第２の排出路とを含み、前記第１の排出路と前記第２の排出路との間において前記第２の排出路から前記第１の排出路への逆流を防止するための逆止パッキンが設けられている。

ある実施形態において、前記第１の排出路は複数設けられており、前記複数の第１の排出路に共通して１つの前記第２の排出路が設けられている。

ある実施形態において、前記軸部材には、前記逆止パッキンによって覆われず前記空間と連通する貫通孔が設けられている。

ある実施形態において、上記の逆止弁が前記開状態から前記閉状態に移行するとき、前記空間には前記弁体と前記軸部材との間の隙間を優先的に通って流体が流入し、前記閉状態から前記開状態に移行するとき、前記空間内の流体が前記排出路を優先的に通って外部に排出されるように構成されている。

ある実施形態において、前記本体は、前記弁体の外側に配置された複数の棒状のガイド部分を含む。

本発明の実施形態によれば、逆止弁の閉動作時の不良発生を防止することができる。

本発明の実施形態に係る逆止弁が組み込まれた水道メータユニットの全体を示す側面図であり、二次側メータ保持部材の内部を示すように一部切り取り断面図としている。 本発明の実施形態に係る逆止弁の断面図であり、（ａ）は停水時（閉状態）における断面を示し、（ｂ）は通水時（開状態）における断面を示す。 （ａ）は、図２に示した逆止弁の側面図であり、（ｂ）は図面右方向から見たときの側面図であり、（ｃ）は上面図である。 本発明の実施形態に係る逆止弁の動作を説明するための模式的な断面図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ別の状態を示す。 （ａ）は第１の排出路が形成された孔形成部材の平面図、（ｂ）は逆止パッキンの平面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限定されない。

図１は、本発明の実施形態に係る逆止弁１０が取り付けられた水道メータユニット１の全体構成を示す。水道メータユニット１は、長板状のベース２０と、ベース２０の両端上において互いに離間して支持された一次側メータ保持部材２２および二次側メータ保持部材２４と、一次側メータ保持部材２２と二次側メータ保持部材２４との間に着脱可能に取り付けられた水道メータ２６とを備えている。水道メータ２６は、一次側から二次側に流れた水の量を示すことができるように構成されている。水道メータ２６としては、公知の種々の態様の水道メータを用いることができる。

水道メータ２６の入口管２６ａは、一次側メータ保持部材２２に、スライド部材２３によって取り付けられている。また、水道メータ２６の出口管２６ｂは、同様のスライド部材（図示せず）によって、二次側メータ保持部材２に取り付けられている。

スライド部材２３は、例えば、水道メータ２６の入口管２６ａの外周部分に形成されたネジ溝に螺合するように構成されており、取手の部分を用いてスライド部材２３を回転させることによって、軸方向に移動させることが可能である。この構成において、スライド部材２３を水道メータ２６から遠ざけるように移動させることにより、一次側保持部材２２と水道メータ２６との接続・固定を行うことができる。二次側保持部材２２と水道メータ２６との接続・固定も、同様の方法によって行うことができる。ただし、一次側保持部材２２および２次保持部材２４への水道メータ２６の取り付けは、上記に説明した態様に限られず、種々の公知の態様によって行うことができる。

一次側メータ保持部材２２の上流側の端部は、エルボ２８を介して、例えば、水道局や水道事業者が設置した配水管に接続されている。なお、図には示していないが、水道メータユニット１は、エルボ２８の上流側において、減圧弁や止水栓、伸縮管等の他の部材をユニットとして一体的に有していてもよい。また、二次側メータ保持部材２４の下流側の端部は、例えば家屋内の給水管に接続される。この構成において、使用者が給水栓を開いた時には、水道メータユニット１を介して、上流側の配水管から下流側に水が供給される。

水道メータユニット１において、二次側メータ保持部材２４の内部には、本実施形態にかかる逆止弁１０が取り付けられている。逆止弁１０は、通水時には弁を開いて一次側から二次側に水が流れるように動作し、止水時には弁を閉じて流路を遮断することにより二次側から一次側への逆流を防止するように動作する。

本実施形態では、逆止弁１０は、水道メータ２６をユニットから取り外した状態で、二次側メータ保持部材２４の開口部からその内部に嵌装することによって取り付けられる。ただし、これに限られず、逆止弁１０は、例えば特許文献２に記載されるような逆止弁嵌装用の継手を用いて、水道メータ２６を取り外さずに任意の位置に装着可能であってもよい。

以下、本発明の実施形態にかかる逆止弁１０のより具体的な構成を説明する。

図２（ａ）および（ｂ）は、逆止弁１０の閉状態および開状態をそれぞれ示す。また、図３（ａ）は逆止弁１０の側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の逆止弁１０を図面右側（下流側）から見たときの側面図、図３（ｂ）は逆止弁１０の上面図である。

逆止弁１０は、本体１２と、本体１２の内側において移動可能に設けられた弁体１６とを備えている。本体１２および弁体１６は、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）などの樹脂材料から形成されている。

図２（ａ）および（ｂ）からわかるように、弁体１６は、本体１２に対して相対的に移動可能であり、逆止弁１０の開状態と閉状態とで、本体１２内の異なる場所に位置する。弁体１６は、本体１２に固定された軸部材１４の中心軸方向に沿って移動可能なように構成されている。本明細書では、この軸部材１４の中心軸を、逆心弁１０の軸として説明する。

本体１２には、フランジ状のパッキン１９や、閉状態において弁体１６と当接するように配置された弁座（より具体的には弁座パッキン１８）が固定されている。弁座パッキン１８は、弁座パッキン押さえ部材１７によって本体１２に固定されている。

また、本体１２には、図２および図３に示すように、３つの棒状のガイド部材１２ａが設けられている。これらのガイド部材１２ａは、わずかな隙間を開けて弁体１６の外側に設けられ、弁体１６の移動方向を制限する。ガイド部材１２ａは、図３（ｂ）に示すように、例えば逆止弁１０の軸周りにおいて１２０°の角度を開けて均等に配置されていてよい。

本体１２の内側には、軸部材１４が固定されている。本実施形態では、軸部材１４は、本体１２と一体的に形成されている。また、軸部材１４の一方の端部は解放端とされており、この解放端において、周方向に延びる外周壁によって囲まれた凹部１４ｙが形成されている。

図２（ａ）および（ｂ）に示すように、軸部材１４の内部（外周面の内側）には、二次側の配管と連通する排出路１４ｘが設けられている。この排出路１４ｘは、上記の外周壁によって囲まれた凹部１４ｙとも連通している。また、排出路１４ｘにおいて、軸部材１４には、逆流を防止するための逆止パッキン１３が取り付けられている。

弁体１６は、弁座パッキン１８と当接する側と反対側において窪み１６ｘを有している。上記の軸部材１４の少なくとも端部は、弁体１６の窪み１６ｘの内側に配置される。弁体１６は、わずかな隙間（例えば、２０〜１００μｍ）を開けて軸部材１４の外周面を覆い、軸部材１４の軸方向に沿って摺動可能に構成されている。なお、弁体１６と軸部材１４との間の隙間は、流体（具体的には水）の流出入が可能な程度の寸法に設計されている。

弁体１６の裏側に設けられた窪み１６ｘには、コイルばね（付勢ばね）１５が収容されている。より具体的には、コイルばね１５は、弁体１６の窪み１６ｘと、軸部材１４の端部に設けられた凹部１４ｙとが形成する空間Ａ内において、軸方向に沿って伸縮可能に配置されている。コイルばね１５の一端は、弁体１６の窪み１６ｘの最奥部において弁体１６に固定されている。

図２（ａ）に示すように逆止弁１０が閉じた状態であっても、コイルばね１５は自然長よりも短い長さを有しており、弁体１６を弁座パッキン１８に押し当てる付勢力を弁体１６に付与することが可能である。また、図２（ｂ）に示すように、弁が最大限に開いた状態では、コイルばね１５は最も押縮められて、典型的には略全体が軸部材１４端部の凹部１４ｙ内に収容される。

この構成において、図２（ａ）に示す閉状態では、弁体１６が弁座パッキン１８に当接して流路が遮断され、図２（ｂ）に示す開状態において、弁体１６と弁座パッキン１８とが離間してこれらの間に流路が開通する。また、閉状態（図２（ａ））においては、弁体１６と軸部材１４とによって囲まれる空間Ａ（コイルばね１５の収容空間）の体積が大きいのに対して、開状態（図２（ｂ））においては上記の空間Ａの体積が小さい。

ここで、上記の空間Ａと、軸部材１４の内部に設けられた排出路１４ｘとは連通している。排出路１４ｘは、空間Ａの側に設けられた複数の第１の排出路１４ｘ１と、これら複数の排出路１４ｘ１と連通する共通の第２の排出路１４ｘ２とを含む。ただし、第１の排出路１４ｘ１と第２の排出路１４ｘ２とは、逆止パッキン１３によって一方向への流通が可能な態様で隔てられている。逆止パッキン１３は、第１の排出路１４ｘ１から第２の排出路１４ｘ２への流体の流れを可能にするとともに、第２の排出路１４ｘ２から第１の排出路１４ｘ１への逆流を防止するように機能する。

以下、図４（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、逆止弁１０の開閉動作を説明する。なお、図４（ａ）〜（ｄ）では、逆止弁１０の弁体１６、弁座パッキン１８、軸部材１４、逆止パッキン１３を模式的に示しており、図２（ａ）および（ｂ）に示したコイルばね１５などの他の部材は省略している。

図４（ａ）に示すように、止水状態では一次側から二次側への水の流れが生じておらず、このとき、逆止弁１０は閉状態を呈し、弁体１６が弁座パッキン１8に押し当てられて流路を遮断する。弁体１６の窪みに設けられたコイルばね１５（図２（ａ）参照）は、弁体１６を上流側へと付勢する。この状態において、弁体１６と軸部材１４とによって囲まれた空間Ａの体積は最大となる。なお、空間Ａの内部は、通常、水で満たされている。

次に、使用者が給水栓を開くなどして通水状態となったとき、図４（ｂ）に示すように、水圧Ｆ１によって、弁体１６を二次側へと押し込むようにして逆止弁１０が開き、逆止弁１０（弁座パッキン１８と弁体１６との間の空間）を通って一次側から二次側への水流ｆ_０が発生する。このとき、弁体１６は、本体１２の内側において、軸部材１４の外側を摺動するようにして二次側へと移動し、弁体１６の窪みの最奥部と軸部材１４の端部との距離は減少する。

この過程において、空間Ａ内の水は、第１の排出路１４ｘ１を通り、可撓性を有する逆止パッキン１３を奥側に押しやって第２の排出路１４ｘ２へと流れる（水流ｆ１）。このように、空間Ａ内の水は、弁が開くときには軸部材１４の排出路１４ｘを通って二次側へと比較的容易に排出されるように構成されている。このため、空間Ａ内の水が、弁体１６の移動をほとんど妨げることがなく、スムーズに弁を開く動作が行われる。この過程では、弁体１６の移動に伴って、上記の空間Ａの体積は漸減する。

なお、弁体１６の内周面と軸部材１４の外周面と間にわずかな隙間が設けられているが、この隙間の断面積（軸方向に垂直な断面における面積）に比べて、排出路１４ｘの平均的な断面積ははるかに大きい。このため、空間Ａ内の水は、排出路１４ｘを優先的に通って外部に排出される。本明細書において、「優先的に通る」とは、そこを通る水の流量がより大きいことを意味する。

図５（ａ）および（ｂ）は、第１の排出路１４ｘ１が形成された孔形成部材（逆止パッキン押さえ）１４ａおよび逆止パッキン１３の一例を示す平面図である。図５（ａ）に示すように、第１の排出路１４ｘ１は、孔形成部材１４ａにおいて、軸周りに均等に４つ設けられていてよい。また、逆止パッキン１３は、４つの第１の排出路１４ｘ１に対応する４つの弁部分１３ａを有するように、中央にＸ印の開口１３ｘが設けられた態様を有していてよい。逆止パッキン１３の弁部分１３ａは、一方向からの圧力に対して容易に可撓し、かつ、圧力が除去された状態では面状に配置されるように、材料および寸法形状が適切に選択されている。

ただし、上記説明した形態に限られず、孔形成部材１４ａには例えば３つ以下または５つ以上の排出路が設けられていてもよい。また、逆止パッキン１３は、各排出路と重なるように配置される可撓性の弁部分を有する限り、種々の形状を有していてよい。なお、軸部材１４への取り付けは、例えば、軸部材１４の中心に設けられた排出路用の空間に、まず、軸部材端部の開口部から逆止パッキン１３を所定の位置まで押し込み、さらに、孔形成部材１４ａを上から押し込んで、これらを軸部材１４に固定するようにして行われる。

再び、逆止弁１０の動作を説明する。図４（ｂ）に示したように、弁が開いた後、図４（ｃ）に示すように水流ｆ_０による通水状態が維持されるときは、弁が最大限に開いた状態が維持され、弁座パッキン１８と弁体１６との間に大きい空間が形成される。このとき、弁体１６は、軸部材１４が最も差し込まれた状態（すなわち、弁体１６の窪みの最奥部と軸部材１４の端部との距離が最小となる状態）となり、弁体１６と軸部材１４とによって囲まれる空間Ａの体積も最小となる。なお、弁体１６にはコイルばね１５（図２（ａ）および（ｂ）参照）による付勢力が常に働いているが、水圧または水流が弁体１６を押す力が上記の付勢力よりも十分に大きいので、弁体１６は、図４（ｃ）に示すように、一次側に移動した位置に維持される。ただし、図４（ｃ）に示す状態は例示的なものであり、水圧Ｆ１の大きさやコイルばねによる付勢力の大きさなどに応じて、逆止弁１０が最大限に開いた状態であっても、弁体１６の窪みの中途までしか軸部材１４が差し込まれない態様であってもよい。

流水ｆ_０が一定に生じており、弁体１６の位置が維持されるこの状態においては、空間Ａ内での水の流れも生じないので、軸部材１４に設けた排出路１４ｘを通る水の動きもほとんどなく、逆止パッキン１３の弁部分１３ａ（図５（ｂ）参照）は、図４（ａ）に示した止水時と同様に、第１の排出路１４ｘ１を塞ぐように位置し、第１の排出路１４ｘ１と第２の排出路１４ｘ２との流通を遮断する。

その後、使用者が給水栓を閉じるなどして一次側から二次側への水の供給が停止された場合には、図４（ｄ）に示すように、コイルばね１５（図２（ａ）および（ｂ）参照）による付勢力Ｆ２が支配的となり逆止弁１０は閉じる動作を行う。この動作において、弁体１６は、付勢力Ｆ２により弁座パッキン１８の方向に移動する。

このとき、弁体１６と軸部材１４とによって囲まれる空間Ａには、前述の排出路１４ｘではなく、弁体１６と軸部材１４との隙間を優先的に通って水が流入する（水流ｆ２）。これは、排出路１４ｘでは、逆止パッキン１３が流路を遮断するように機能しているので、この流路を通って空間Ａ内に流入できる水はほとんどない（あるいは全くない）からである。

ただし、排水路１４ｘの平均的な断面積に比べて、上記の弁体１６と軸部材１４との隙間の断面積は十分に小さいので、外側から空間Ａに流入する水の流量（単位時間当たりの量）はより小さい。このため、弁体１６は、弁座パッキン１８に向かって比較的ゆっくりと移動する。

このように、本実施形態の逆止弁１０では、開状態から閉状態に移行する過程で、弁体１６の移動のスピードが抑えられているので、急激に水流がせき止められることによるウォーターハンマーの発生を抑制することができる。このことによって、配管へのダメージを低減し、不快な音の発生を防止することができる。また、閉状態から開状態に移行する過程では、軸部材に設けられた排出路を介して空間Ａ内の水が速やかに排出されるため、スムーズに弁を開くことができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、種々の改変が可能である。例えば、第１の排出口が設けられた孔形成部材１４ａ（図５（ａ））の中央部において、逆止パッキン１３の弁部材１３ａ（図５（ｂ））によって覆われない位置に、微細な貫通孔が設けられていてもよい。この貫通孔は空間Ａに連通しており、開状態にあった弁体１６が閉状態に移行する際に、空間Ａに水を戻すために補助的に用いられてもよい。

本発明の実施形態による逆止弁は、水道メータユニットなどにおいて逆流を防止するために広く用いられる。

１ 水道メータユニット
１０ 逆止弁
１２ 本体
１３ 逆止パッキン
１４ 軸部材
１４ａ 孔形成部材
１５ 付勢ばね
１６ 弁体
１７ 押さえ
１８ 弁座パッキン
１９ パッキン
２０ ベース
２２ 一次側保持部材
２４ 二次側保持部材
２６ 水道メータ
２８ エルボ

Claims (7)

1. 本体と、前記本体の内側において移動可能に設けられた弁体と、前記本体に固定された弁座とを備え、閉状態において前記弁体と前記弁座とが当接して流路を遮断し、開状態において前記弁体と前記弁座とが離間して流路を開通させるように構成された逆止弁であって、
   前記本体に固定された軸部材と、前記弁体に接続された付勢ばねとを有し、
   前記弁体は、前記弁座に当接する側と反対側に窪みを有し、前記弁体の前記窪みの内側において前記付勢ばねおよび前記軸部材の端部が配置されており、
   前記軸部材の内部には、前記弁体と前記軸部材の端部とによって囲まれる空間と連通する排出路が設けられ、
   前記閉状態における前記空間の大きさが、前記開状態における前記空間の大きさよりも大きい、逆止弁。
2. 前記弁体と前記軸部材との間の隙間を通って前記空間内に流体が流入可能なように構成されている、請求項１に記載の逆止弁。
3. 前記排出路は、前記空間の側に設けられた第１の排出路と、前記第１の排出路に連通する第２の排出路とを含み、前記第１の排出路と前記第２の排出路との間において前記第２の排出路から前記第１の排出路への逆流を防止するための逆止パッキンが設けられている、請求項２に記載の逆止弁。
4. 前記第１の排出路は複数設けられており、前記複数の第１の排出路に共通して１つの前記第２の排出路が設けられている、請求項３に記載の逆止弁。
5. 前記軸部材には、前記逆止パッキンによって覆われず前記空間と連通する貫通孔が設けられている、請求項３または４に記載の逆止弁。
6. 前記開状態から前記閉状態に移行するとき、前記空間には前記弁体と前記軸部材との間の隙間を優先的に通って流体が流入し、
   前記閉状態から前記開状態に移行するとき、前記空間内の流体が前記排出路を優先的に通って外部に排出されるように構成されている、請求項１から５のいずれかに記載の逆止弁。
7. 前記本体は、前記弁体の外側に配置された複数の棒状のガイド部分を含む、請求項１から６のいずれかに記載の逆止弁。

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