JP2019173805A - 逆止弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化が可能で、チャタリングの発生を抑制できる逆止弁を提供する。【解決手段】 流体の流路に備えられるシート部材と、シート部材のシート部に押圧されて流路を塞ぐ弁体と、弁体が軸方向に移動する弁室が形成されたケーシングと、を備え、シート部材は、その内周に設けられた大径部および小径部と、大径部と小径部の間に設けられたシート部と、を有し、大径部は、大径部に軸線方向から進入する弁体の外径よりも大きい内径を有し、大径部と弁体との間には、弁体がシート部から離座した直後から流体が流れる隙間が形成され、大径部の直径が、弁体の直径の１．２倍以下である。【選択図】 図１

Description

本発明は、高圧ガスなどの流体が流れる流路中に備えられる逆止弁に関する。

従来、高圧ガスなどが流れる配管中には、高圧ガスが逆流しないように逆止弁が設けられている。逆止弁は、上流側と下流側との圧力差によって開閉する。このため、圧力変動が頻繁に起きる場所に設置すると、短いサイクルで開閉を繰り返すチャタリングが発生しやすい。そこで、この種の逆止弁に関する先行技術として、例えば、弁体の周囲を覆うスリーブに流出ポートを開け、弁体が弁座から所定距離離れると流体流入部と連通流路が連通するようにした逆止弁がある（例えば、特許文献１参照）。

この逆止弁では、弁体の頭部が弁座から離れても所定の軸方向移動量（以下、「リフト量」ともいう）となるまで、流体流入部とスリーブの流出ポートとが連通しないようにしている。そして、弁体の軸方向移動量が増えてスリーブの流出ポートが連通すると流体が流れる。これにより、弁体が弁座から離れた位置から流体が流れるので、弁振動が発生しても弁体と弁座とが衝突するチャタリングへと至りにくい。

特開２００５−２９１４０９号公報

しかし、上記逆止弁の場合、弁体及び弁座とは別にスリーブが必要となる。このため、逆止弁の構成部品が増え、逆止弁を大型化する必要がある。また、スリーブの半径方向外側にも流路を設ける必要があり、この点でも逆止弁を大型化する必要がある。さらに、弁体がスリーブの内部で摺動するため、弁体とスリーブとは寸法精度が重要となり、加工及び組立てに労力とコストを要する。

また、スリーブの流出ポート以外の部分には流体が流れないため、必要最大開口面積を大きくする必要がある場合は、半径方向もしくは軸方向に大型化する必要がある。その上、流体が逆止弁を通過する際には、スリーブとケースとの間及びスリーブを支える部材の間の狭い流路を流れるため、弁体が最大開口した際の圧力損失が大きくなりやすい。圧力損失を低減するためには、更なる大型化が必要となる。

そこで、本発明は、小型化が可能で、チャタリングの発生を抑制できる逆止弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る逆止弁は、流体の流路に備えられるシート部材と、前記シート部材のシート部に押圧されて前記流路を塞ぐ弁体と、前記弁体が軸方向に移動する弁室が形成されたケーシングと、を備え、前記シート部材は、その内周に設けられた大径部および小径部と、当該大径部と当該小径部の間に設けられた前記シート部と、を有し、前記大径部は、当該大径部に軸線方向から進入する前記弁体の外径よりも大きい内径を有し、前記大径部と前記弁体との間には、前記弁体が前記シート部から離座した直後から前記流体が流れる隙間が形成され、前記大径部の直径が、前記弁体の直径の１．２倍以下である。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「隙間」は、弁体の外周部と大径部との間で軸方向に連続する隙間をいう。

この構成により、弁体がシート部材のシート部から離れた後、弁体が所定の軸方向移動量に達するまで隙間から小流量の流体が流れる。これにより、弁体の移動に伴う弁通過流量によって上流圧が過剰に上昇するのを防ぐことができる。そして、弁体が所定の軸方向移動量に達することで、流体の流量が小流量から大流量に増える。これにより、流体圧力の変動によって弁体が軸方向に移動する流量の増える位置をシート部から離れた位置にでき、チャタリングの発生を抑制できる。しかも、チャタリングの発生を抑制できる逆止弁を、構成を少なくして小型化できる。

また、流体の流路に備えられるシート部材と、前記シート部材のシート部に押圧されて前記流路を塞ぐ弁体と、前記弁体が軸方向に移動する弁室が形成されたケーシングと、を備え、前記シート部材は、その内周に設けられた大径部および小径部と、当該大径部と当該小径部の間に設けられた前記シート部と、を有し、前記大径部は、当該大径部に軸線方向から進入する前記弁体の外径よりも大きい内径を有し、前記大径部と前記弁体との間には、前記弁体が前記シート部から離座した直後から前記流体が流れる隙間が形成され、前記大径部の周壁には、前記流体が流れる上流側から下流側に向けて断面積が大きくなる追加通路が設けられていてもよい。

このように構成すれば、弁体がシート部材のシート部から離れて隙間から流れる小流量の流体に、追加通路から流れる流体の流量が加えられる。追加通路は、上流側から下流側に向けて断面積を任意の増加割合とすることができるため、弁体の軸方向移動に伴って流量を任意の増加割合とすることができる。これにより、弁体がシート部材のシート部から離れた後、軸方向の移動に伴って流量を任意の緩やかさで増加させることができる。よって、弁体の軸方向移動に伴う流量増加割合を適切な緩やかさで変化させることで、チャタリングの発生を効果的に抑制できる。

また、前記追加通路は、前記大径部の軸心に対して対称となるように複数設けられていてもよい。

このように構成すれば、弁体とシート部材のシート部との間の隙間から追加通路に流れる流体を弁体の軸心に対してバランスさせることができる。よって、弁体を軸心に沿って移動しやすくできる。

また、前記大径部の前記シート部と反対側の端部は、前記シート部から遠ざかるにつれて広がるように任意の曲率で湾曲していてもよい。

このように構成すれば、弁体が軸方向に移動してシート部又はケーシングから離れるときの開口面積変化を湾曲部分でより滑らかに設定することができる。これにより、開口面積の大きな部分で流量の増加割合を緩やかに設定できる。

本発明によれば、弁体の軸方向移動に伴う開口面積及び流量の増加特性を、チャタリングが発生しにくいように、より好ましく設定できる逆止弁を、構成を少なくして小型化することが可能となる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る第１逆止弁の全体構成を示す断面図である。 図２（Ａ）は、図１に示す第１逆止弁のシート部材と弁体を示す断面図であり、図２（Ｂ）は変形例である。 図３（Ａ）〜（Ｄ）は、第１逆止弁においてシート部材のシート部から弁体が離れたときの流体の流れを示す図面である。 図４は、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示す第１逆止弁の開口面積特性を示すグラフである。 図５は、本発明の第２実施形態に係る第２逆止弁のシート部材と弁体を示す断面図である。 図６は、図５に示すVI−VI矢視の断面図である。 図７（Ａ）〜（Ｅ）は、第２逆止弁においてシート部材のシート部から弁体が離れたときの流体の流れを示す図面である。 図８は、図７（Ａ）〜（Ｅ）に示す第２逆止弁の開口面積特性を示すグラフである。 図９は、本発明の第３実施形態に係る第３逆止弁のシート部材と弁体を示す断面図である。 図１０は、本発明の第４実施形態に係る第４逆止弁のシート部材と弁体を示す断面図である。 図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、第４逆止弁においてシート部材のシート部から弁体が離れたときの流体の流れを示す図面である。 図１２は、本発明の第５実施形態に係る第５逆止弁のシート部材と弁体を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、図の上方を上流側、図の下方を下流側とし、上方から下方に向けて流体Ｇが流れる例を説明する。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における上下左右方向の概念は、図１に示す第１逆止弁１の状態における上下左右方向の概念と一致するものとする。また、弁体２０の移動方向を軸方向という。なお、流体Ｇの流れる方向は、この実施形態に限定されるものではない。

（逆止弁の全体構成）
図１は、第１実施形態に係る第１逆止弁１の全体構成を示す断面図である。第１逆止弁１は、ケーシング１０に形成された弁室１１に弁体２０が収容され、シート部材収容部１２にシート部材３０が収容されている。弁室１１は、弁体２０の外径と所定の公差の円筒形となっている。シート部材収容部１２は、シート部材３０を収容できる円筒形となっている。シート部材収容部１２は、弁室１１よりも大径となっている。シート部材３０は、弁室１１とシート部材収容部１２との間の段部１７に向けて、上方から押え部材１４で押圧して固定されている。これによりシート部材３０は、周囲がケーシング１０と密着している。押え部材１４は、ボルト１６などでケーシング１０に取り付けられる。押え部材１４には、シート部材３０の入口流路３１と連通する上流側流路１５が設けられている。弁室１１の下端には、下流側流路１３が設けられている。

この実施形態の弁体２０は、シート部材３０に向けて突出する小径の弁頭部２１と、弁室１１に沿って軸方向に移動する大径のガイド部２２を有している。ガイド部２２の下流側には、シート部材３０に向けて付勢するばね２５を配置する中径のばね座２３を有している。弁体２０は、ばね座２３とケーシング１０に設けられた段部１８との間に設けられたばね２５によってシート部材３０に向けて付勢されている。また、弁体２０のガイド部２２には、弁頭部２１の基部から内部に向けて内部流路２４が設けられている。内部流路２４は、弁体２０の下端で開放しており、ケーシング１０に設けられた下流側流路１３と連通している。

この第１逆止弁１によれば、上流側流路１５の流体圧力が下流側流路１３の流体圧力よりも所定圧力高くなると、弁体２０がばね２５の付勢力に抗して押し下げられる。そして、流体Ｇが上流側流路１５から下流側流路１３に流れる。第１逆止弁１は、下流側流路１３の流体圧力が高くなるか、上流側流路１５の流体圧力が低くなると、弁体２０がばね２５の付勢力によってシート部材３０に押圧されて上流側流路１５が閉じられる。

（第１逆止弁におけるシート部材と弁体の構成）
図２（Ａ）は、図１に示す第１逆止弁１のシート部材３０と弁体２０を示す断面図であり、図２（Ｂ）はその変形例である。図３（Ａ）〜（Ｄ）は、第１逆止弁１においてシート部材３０から弁体２０が離れたときの流体Ｇの流れを示す図面である。図３（Ａ）〜（Ｄ）では、隙間Ｓを誇張している。

図２（Ａ）に示すように、第１逆止弁１のシート部材３０は、その内周に、上流側流路１５に連なる小径部である入口流路３１と、弁体２０の弁頭部２１が接するシート部３２と、シート部３２の周囲で弁体２０の弁頭部２１を取り囲む大径部である周壁３３とを有している。入口流路３１は、上流側流路１５と同一径となっている。入口流路３１の開口面積が、流体Ｇが流れる最大開口面積である。シート部３２は、流体Ｇが流れる上流側から下流側に向けて広がるテーパ状に形成されている。大径部である周壁３３は、軸線方向から進入する弁体２０の弁頭部２１の外径よりも大きい内径を有し、平行な円筒形となっている。周壁３３と弁体２０の弁頭部２１との間には、弁体２０がシート部３２から離座した直後から流体Ｇが流れる所定の隙間Ｓが形成される。

一方、弁体２０の弁頭部２１は、シート部材３０のシート部３２と同様もしくは±４５°の範囲内の角度で下方に向けて広がるテーパ状のシール部２６を有している。シール部２６の下方は、シート部材３０の周壁３３との間に所定の隙間Ｓを形成する直径で平行な円筒形となっている。隙間Ｓは、周壁３３のシート部側端部の直径が、弁体２０の弁頭部２１の直径の１．２倍以下となる範囲で形成されている。隙間Ｓは、より好ましくは、周壁３３のシート部側端部の直径が、弁体２０の弁頭部２１の直径の１．０２倍以下となる範囲で形成される。これにより、シート部材３０の周壁３３と弁体２０の弁頭部２１との間には、軸方向に連続する円筒状の隙間Ｓが設けられている。隙間Ｓは、流体Ｇが流れる最大開口面積の大きさに応じて設定できる。例えば、最大開口面積の０．５％〜１５％程度にできる。このように、第１逆止弁１では、弁体２０の軸方向移動量が小さい範囲で小さい開口面積を保つための構成として、シート部材３０に弁頭部２１の部分を取り囲むように周壁３３を設けている。

また、図２（Ｂ）に示すように、シート部材３０の周壁３３におけるシート部３２と反対側の端部（以下、「下流端部３４」という）は、シート部３２から遠ざかるにつれて広がるように湾曲させることができる。このようにすれば、弁体２０がシート部材３０から離れるときの開口面積増加を緩やかに変化させることができる。すなわち、流量変化の大きくなる部分における開口面積の増加を緩やかにできる。これにより、弁通過流量が増えすぎて上流圧が急激に低下し、弁体２０がシート部材３０の方向へ必要以上に付勢されるようなことを防ぐことができる。よって、弁体２０の弁頭部２１がシート部材３０から離れるときの流量変化を滑らかに増やすことができる。

図３（Ａ）に示すように、図２の状態から弁体２０が軸方向に移動して弁頭部２１がシート部３２から離れることで、流体Ｇが上流側流路１５から隙間Ｓを通って下流側流路１３に流れる。弁頭部２１がシート部３２から離れても、弁頭部２１が周壁３３の位置にあるときは、流体Ｇは弁頭部２１と周壁３３との隙間Ｓの開口面積の流量で流れる。図３（Ｂ）に示すように、弁頭部２１のシール部２６がシート部材３０の周壁３３における下流端部３４に達するまで、流体Ｇは弁頭部２１と周壁３３との隙間Ｓの開口面積の流量で流れる。図３（Ｃ）に示すように、弁頭部２１がシート部材３０の周壁３３から離れた後は、周壁３３の下流端部３４と弁頭部２１のシール部２６との間の開口部Ｏによって形成される開口面積の増加に応じて流体Ｇの流量が増加する。図３（Ｄ）に示すように、弁頭部２１がシート部３２から所定距離離れることで、周壁３３の下流端部３４と弁頭部２１のシール部２６との間の開口部Ｏによって形成される開口面積が上流側流路１５の開口面積と同一になる。これにより、流体Ｇは最大流量で流れる。

（第１逆止弁における開口面積特性）
図４は、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示す第１逆止弁１の開口面積特性を示すグラフである。横軸に弁体２０のリフト量（軸方向移動量）を示し、縦軸に第１逆止弁１の開口面積を示している。第１逆止弁１によれば、弁体２０の弁頭部２１がシート部３２から離座した直後から所定のリフト量となるまで、シート部材３０の周壁３３と弁体２０の弁頭部２１との間に設けられた隙間Ｓを通って上流側流路１５から下流側流路１３に流体Ｇが流れる。よって、第１逆止弁１の開口面積は、所定のリフト量（軸方向移動量）に達するまで小さいまま一定となり、隙間Ｓを流れる流体Ｇは弁頭部２１がシート部材３０から離れるまで少ない流量となる（図３（Ｂ））。これにより、弁体２０の移動に伴って弁通過流量が増えて上流圧が過剰に上昇するのを防いでいる。このように、弁体２０のリフト量が小さい範囲では小さい開口面積として、弁体２０が必要以上に開方向へ付勢されることを防いでいる。

弁頭部２１が周壁３３の下流端部３４から離れることで、開口面積が増えて上流側流路１５から下流側流路１３に流れる流量が増える。その後、弁頭部２１がシート部材３０から離れるにしたがって開口面積が増え、弁頭部２１が周壁３３の下流端部３４から所定量離れることで、開口部Ｏの開口面積が上流側流路１５の開口面積と同一となる。弁体２０が軸方向に移動し、開口部Ｏが上流側流路１５の開口面積と同一になることで最大流量となる。

このように第１逆止弁１は、開口面積特性として、弁体２０の小リフト量の範囲では小さな開口面積とし、大リフト量の範囲では一定以下の開口面積増加勾配としている。すなわち、第１逆止弁１は、弁体２０がシート部材３０から離れた後のリフト量が小さい範囲では小さい開口面積を保ち、弁体２０のリフト量が大きい範囲では通常の逆止弁と同等の大きな開口面積となるような開口面積特性としている。よって、第１逆止弁１によれば、流量変化が大きくなる部分が、シート部３２から弁体２０の弁頭部２１が離れた位置となる。しかも、流体圧変化を小さい開口面積から大きな開口面積に変化させるので、開口面積が大きくなるときの流体圧変化を緩和し、弁体２０が上流又は下流のどちらの方向に移動しても、弁体２０が必要以上に付勢されることを防ぎ、効果的にチャタリングの発生を抑制できる。また、弁体２０の軸方向移動による最大開口面積を大きくできるため（図３（Ｄ））、大流量時の圧力損失を低減できる。

その上、このような開口面積特性を得る構成として、シート部材３０に周壁３３を設けることと、弁頭部２１を所定の形状にすることで実現している。よって、低コストで、かつ通常の逆止弁と同等の大きさの小型に形成することが可能となる。

（第２逆止弁におけるシート部材と弁体の構成）
図５は、第２実施形態に係る第２逆止弁２のシート部材３０と弁体２０を示す断面図である。図６は、図５に示すVI−VI矢視の断面図である。図７（Ａ）〜（Ｅ）は、第２逆止弁２においてシート部３２から弁体２０が離れたときの流体Ｇの流れを示す図面である。第２逆止弁２は、上記第１逆止弁１の変形例であり、シート部材３０の一部の構成が第１逆止弁１とは異なる。以下の説明では、第１逆止弁１と同一の構成には同一符号を付し、その説明は省略する。図７（Ａ）〜（Ｅ）では、隙間Ｓを誇張している。

図５に示すように、第２逆止弁２のシート部材３０は、上流側流路１５に連なる入口流路３１と、弁体２０の弁頭部２１が接するシート部３２と、シート部３２の周囲で弁体２０の弁頭部２１を取り囲む周壁３３と、周壁３３に設けられた追加通路たるスリット４５とを有している。追加通路は、スリット４５の他、三角や円形等の形状の溝や穴といった形式、又は、周壁３３に設けられた切欠きや溝等に流体が通過可能な多孔体又は繊維を固めたものを充填した形式などにできる。追加通路をスリット４５とすれば、加工が容易であり、追加通路の開口面積も容易に設定することができる。入口流路３１は、上流側流路１５と同一径の円筒状に形成されている。入口流路３１の開口面積が、流体Ｇが流れる最大開口面積である。シート部３２は、流体Ｇが流れる上流側から下流側に向けて広がるテーパ状に形成されている。周壁３３は、弁頭部２１との間に所定の隙間Ｓを形成できる直径で平行な円筒形となっている。

そして、スリット４５は、周壁３３の上流側から下流側に断面積が大きくなるように形成されている。この例のスリット４５は、約４５度の角度で広がるように形成されている。スリット４５は、周方向の１箇所に設けても、複数箇所に設けてもよい。この実施形態のスリット４５は、図６に示すように、周壁３３の軸心に対して対称となるように９０度間隔で４箇所（複数）に設けられている。スリット４５は、数、形状、角度及び軸方向の位置を任意に設定することができる。スリット４５の設定により、開口面積の増加量を任意に設定することができ、所望の開口面積特性が得られるようにすればよい。

また、スリット４５を周壁３３の軸心に対して対称位置に設ければ、弁体２０の弁頭部２１と周壁３３との間の隙間Ｓから流れる流体Ｇを弁体２０の軸心に対してバランスさせることができる。よって、弁体２０を軸心上で移動しやすくできる。

一方、弁体２０の弁頭部２１は、シート部材３０のシート部３２と同様の角度で下方に向けて広がるテーパ状のシール部２６を有している。シール部２６の下方は、シート部材３０の周壁３３との間に所定の隙間Ｓを形成できる直径で平行な円筒形となっている。隙間Ｓは、周壁３３のシート部側端部の直径が、弁体２０の弁頭部２１の直径の１．２倍以下となる範囲で形成されている。隙間Ｓは、より好ましくは、周壁３３のシート部側端部の直径が、弁体２０の弁頭部２１の直径の１．０２倍以下となる範囲で形成される。これにより、シート部材３０の周壁３３と弁体２０の弁頭部２１との間には、軸方向に連続する円筒状の隙間Ｓと、上流側から下流側に向けて断面積が大きくなるスリット４５とが設けられている。隙間Ｓとスリット４５は、流体Ｇが流れる最大開口面積の大きさに応じて設定できる。例えば、隙間Ｓは最大開口面積の０．５％〜１５％程度にできる。スリット４５による開口面積の増加分は、周壁３３のシート部側端部における開口面積に対して下流側における開口面積が５％〜４０％程度増えるようにできる。

このように、第２逆止弁２では、弁体２０の軸方向移動量が小さい範囲で小さい開口面積を保つための構成として、シート部材３０に弁頭部２１の部分を取り囲むように周壁３３を設けるとともに、周壁３３の周方向にスリット４５を設けている。

第２逆止弁２でも、シート部材３０の周壁３３における下流端部３４（シート部３２と反対側の端部）は、シート部３２から遠ざかるにつれて広がるように湾曲させてもよい（図２（Ｂ））。このようにすれば、弁体２０がシート部材３０から離れるときの開口面積増加を緩やかに変化させることができる。よって、弁体２０の弁頭部２１がシート部材３０から離れるときの流量変化を滑らかに増やすことができる。

図７（Ａ）に示すように、図５の状態から弁体２０が軸方向に移動して弁頭部２１がシート部３２から離座することで、流体Ｇが上流側流路１５から隙間Ｓを通って下流側流路１３に流れる。この状態では、流体Ｇは、隙間Ｓによる開口面積と、スリット４５によって形成される開口面積とを合計した開口面積の流量で流れる。図７（Ｂ）に示すように、弁体２０の軸方向移動量が増えて弁頭部２１がシート部３２からさらに離れるとスリット４５の開口面積が増える。よって、隙間Ｓの開口面積とスリット４５の開口面積とから流れる流体Ｇの流量は増える。図７（Ｃ）に示すように、弁体２０の軸方向移動量が増え、弁頭部２１のシール部２６がシート部材３０の周壁３３における下流端部３４に達するまで、スリット４５による開口面積が増えて流量も増える。よって、図７（Ｃ）の状態まで、隙間Ｓの開口面積とスリット４５の開口面積とから流れる流体Ｇの流量は緩やかに増える。図７（Ｄ）に示すように、弁頭部２１がシート部材３０の周壁３３から離れた後は、周壁３３の下流端部３４と弁頭部２１のシール部２６との間の開口部Ｏによって形成される開口面積の増加に応じて流体Ｇの流量が増加する。図７（Ｅ）に示すように、弁頭部２１が周壁３３から所定距離離れることで、周壁３３と弁頭部２１との間の開口部Ｏによって形成される開口面積が上流側流路１５の開口面積と同一になる。これにより、流体Ｇは最大流量で流れる。

（第２逆止弁における開口面積特性）
図８は、図７（Ａ）〜（Ｅ）に示す第２逆止弁２の開口面積特性を示すグラフである。横軸に弁体２０のリフト量（軸方向移動量）を示し、縦軸に第２逆止弁２の開口面積を示している。第２逆止弁２によれば、弁体２０の弁頭部２１がシート部３２から離座した直後から所定のリフト量となるまで、シート部材３０の周壁３３と弁体２０の弁頭部２１との間に形成された隙間Ｓを通って上流側流路１５から下流側流路１３に流体Ｇが流れる。また、弁体２０のリフト量に応じて、スリット４５によって形成される開口面積から流れる流体Ｇの流量が増える（図７（Ｂ））。よって、流量増加は、弁頭部２１が周壁３３の下流端部３４に達するまで緩やかに上昇する。これにより、弁体２０の移動に伴って弁通過流量が増えて上流圧が過剰に上昇するのを防いでいる。このように、弁体２０の軸方向移動量の小さい範囲では少しずつ開口面積が増えるようにして、弁体２０が必要以上に開方向へ付勢されることを防いでいる。

弁頭部２１が周壁３３の下流端部３４から離れることで、開口面積が増えて上流側流路１５から下流側流路１３に流れる流量が増える。その後、弁頭部２１がシート部材３０から離れるにしたがって開口面積が増え、弁頭部２１が周壁３３の下流端部３４から所定量離れることで、開口部Ｏの開口面積が上流側流路１５の開口面積と同一となる。弁体２０が軸方向に移動し、開口面積が上流側流路１５の開口面積と同一になることで最大流量となる。

このように第２逆止弁２は、開口面積特性として、弁体２０の小リフト量の範囲では開口面積を僅かずつの増加とし、大リフト量の範囲では一定以下の開口面積増加勾配としている。すなわち、第２逆止弁２は、弁体２０がシート部材３０から離れた後のリフト量が小さい範囲では開口面積を緩やかに増加させ、弁体２０のリフト量が大きい範囲では通常の逆止弁と同等の大きな開口面積となるような開口面積特性としている。よって、第２逆止弁２によれば、流量変化の大きくなる部分が、シート部材３０から弁体２０の弁頭部２１が離れた位置となる。しかも、流体圧変化を小さい開口面積から徐々に大きくした後に大きな開口面積に変化させるので、開口面積が大きくなるときの流体圧変化を緩和し、弁体２０がどちらの方向に軸方向移動しても、弁体２０が必要以上に付勢されることを防ぎ、効果的にチャタリングの発生を抑制できる。また、弁体２０の軸方向移動による最大開口面積を大きくできるため（図７（Ｅ））、大流量時の圧力損失を低減できる。

しかも、第２逆止弁２によれば、スリット４５の数、形状、角度及び軸方向の位置を変更することで、弁体２０の移動量に対する開口面積特性を任意に変更することが容易にできる。よって、使用条件に適した開口面積特性を得ることが容易にできる。

その上、このような開口面積特性を得る構成として、シート部材３０に周壁３３とスリット４５を設けることと、弁頭部２１を所定の形状にすることで実現している。よって、低コストで、かつ通常の逆止弁と同等の大きさの小型に形成することが可能となる。

（第３逆止弁におけるシート部材と弁体の構成）
図９は、第３実施形態に係る第３逆止弁３のシート部材５０と弁体６０を示す断面図である。第３逆止弁３は、シート部材５０と弁体６０の接する部分以外の構成は図２に示す第１逆止弁１と同一であるため、同一の構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

図９に示すように、第３逆止弁３のシート部材５０は、上流側流路１５に連なる入口流路５１と、弁体６０の弁頭部６１が接するシート部５２と、シート部５２の周囲で弁体６０の弁頭部６１を取り囲む周壁５３とを有している。入口流路５１は、上流側流路１５と同一径の円形となっている。入口流路５１の開口面積が、流体Ｇが流れる最大開口面積である。シート部５２は、上流側流路１５の軸心と直交する平面に形成されている。周壁５３は、弁頭部６１との間に所定の隙間Ｓを形成することができる直径で平行な円筒形となっている。

一方、弁体６０の弁頭部６１は、上面が弁体６０の軸心と直交する平面に形成されている。弁頭部６１の上面には、外周部分にシート部５２と接するように突出するシール部６６が設けられている。弁頭部６１は、シート部材５０の周壁５３との間に所定の隙間Ｓを形成できる直径で平行な円筒形となっている。隙間Ｓは、周壁５３のシート部側端部の直径が、弁体６０の弁頭部６１の直径の１．２倍以下となる範囲で形成されている（ご検討願います）。隙間Ｓは、より好ましくは、周壁３３のシート部側端部の直径が、弁体２０の弁頭部２１の直径の１．０２倍以下となる範囲で形成される。これにより、シート部材５０の周壁５３と弁体６０の弁頭部６１との間には、軸方向に連続する隙間Ｓが設けられている。隙間Ｓは、最大開口面積の大きさに応じて設定できる。例えば、最大開口面積の０．５％〜１５％程度にできる。

このような第３逆止弁３における開口面積特性は、上記した第１逆止弁１の開口面積特性を示す図４と同様であるため、その説明は省略する。この第３逆止弁３によっても、弁体６０がシート部５２から離座した直後からリフト量（軸方向移動量）が小さい範囲では開口面積を緩やかに増加させ、弁体６０のリフト量が大きい範囲では大きな開口面積となるようにしている。よって、第３逆止弁３によっても、流量変化の大きくなる部分が、シート部５２から弁体６０の弁頭部６１が離れた位置となり、チャタリングの発生を抑制できる。また、弁体６０の軸方向移動による最大開口面積を大きくできるため、大流量時の圧力損失を低減できる。

（第４逆止弁におけるシート部材と弁体の構成）
図１０は、第４実施形態に係る第４逆止弁４のシート部材５０と弁体６０を示す断面図である。図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、第４逆止弁４においてシート部５２から弁体６０が離れたときの流体Ｇの流れを示す図面である。第４逆止弁４は、上記第３逆止弁３の変形例であり、シート部材５０の一部の構成が第３逆止弁３とは異なる。以下の説明では、第３逆止弁３と同一の構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

第４逆止弁４のシート部材５０は、周壁５３に、上流側から下流側に断面積が大きくなる追加通路たるスリット４５を有している。スリット４５は、上記第２逆止弁２と同一であり、周方向に１箇所に設けても、複数箇所に設けてもよい。スリット４５は、所望の開口面積に応じて必要数を設けることができる。

図１１（Ａ）に示すように、図１０の状態から弁体６０が軸方向に移動して弁頭部６１がシート部５２から離座した直後から、流体Ｇが上流側流路１５から隙間Ｓを通って下流側流路１３に流れる。この状態では、流体Ｇは、隙間Ｓによる開口面積と、スリット４５によって形成される開口面積とを合計した開口面積の流量で流れる。図１１（Ｂ）に示すように、弁体２０の軸方向移動量が増えて弁頭部６１のシール部６６がシート部材５０の周壁５３の下流端部５４に至るまでスリット４５の開口面積が増える。よって、隙間Ｓの開口面積とスリット４５の開口面積とから流れる流体Ｇの流量は緩やかに増える。図１１（Ｃ）に示すように、弁頭部６１がシート部材５０の周壁５３から離れた後は、周壁５３の下流端部５４と弁頭部６１のシール部６６との間の開口部Ｏによって形成される開口面積の増加に応じて流体Ｇの流量が増加する。その後、周壁５３の下流端部５４と弁頭部６１のシール部６６との間の開口部Ｏによって形成される開口面積が上流側流路１５の開口面積と同一になる。これにより、流体Ｇは最大流量で流れる。

第４逆止弁４は、スリット４５を設けることで、弁体６０の軸方向移動量が小さい範囲において、弁体６０の弁頭部６１とシート部材５０の周壁５３との間の隙間Ｓによって形成される開口面積にスリット４５の開口面積が加えられる。しかも、スリット４５による開口面積の増加は、上記第２逆止弁２と同様であり、弁体６０の軸方向移動に伴って緩やかに増加する。これにより、弁体６０の移動に伴って弁通過流量が増えて上流圧が過剰に上昇するのを防いでいる。よって、第４逆止弁４の開口面積特性を、上記第２逆止弁２の開口面積特性（図８）と同様にできる。

この第４逆止弁４によっても、弁体６０がシート部５２から離座した直後からリフト量（軸方向移動量）が小さい範囲では開口面積を緩やかに増加させ、弁体６０のリフト量が大きい範囲では大きな開口面積となるようにしている。よって、第４逆止弁４によれば、流量変化の大きくなる部分が、シート部材５０のシート部５２から弁体６０のシール部６６が離れた位置となり、チャタリングの発生を抑制できる。また、弁体６０の軸方向移動による最大開口面積を大きくできるため（図１１（Ｃ））、大流量時の圧力損失を低減できる。

（第５逆止弁におけるシート部材と弁体の構成）
図１２は、第５実施形態に係る第５逆止弁５のシート部材３０と弁体２０を示す断面図である。第５逆止弁５は、上記第１逆止弁１の変形例であり、シート部材３０の一部の構成が第１逆止弁１とは異なる。以下の説明では、第１逆止弁１と同一の構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

第５逆止弁５のシート部材３０は、弁体２０の弁頭部２１との間に隙間Ｓを形成する周壁７３の内径が、下流側に向けて角度θで広がる円錐状となっている。この円錐状に広がる部分も、断面積が大きくなる追加通路に含まれる。第５逆止弁５では、隙間Ｓと追加通路が一体となっている。第５逆止弁５においても、隙間Ｓのシート部側端部の直径が、弁体２０の弁頭部２１の直径の１．２倍以下となる範囲で形成されている。隙間Ｓは、より好ましくは、周壁３３のシート部側端部の直径が、弁体２０の弁頭部２１の直径の１．０２倍以下となる範囲で形成される。図では、周壁７３の広がり角度θを誇張して示している。周壁７３の広がりとしては、例えば、周壁７３のシート部側端部における開口面積に対して下流側における開口面積が０．５％〜１５％程度増える角度θにできる。

第５逆止弁５によれば、弁体２０の弁頭部２１がシート部材３０のシート部３２から離れた後、弁頭部２１の軸方向の移動に伴って隙間Ｓによる開口面積を緩やかに増やすことができる。すなわち、弁体２０が下流側に移動し、弁頭部２１が周壁７３の下流端部７４から離れるまで、隙間Ｓの開口面積を徐々に増やすことができる。よって、第５逆止弁５は、開口面積特性を第２逆止弁２の開口面積特性と同様にできる。

この第５逆止弁５によっても、弁体２０がシート部３２から離座した直後からリフト量（軸方向移動量）が小さい範囲では開口面積を緩やかに増加させ、弁体２０のリフト量が大きい範囲では大きな開口面積となるようにしている。よって、第５逆止弁５によれば、流量変化の大きくなる部分が、シート部３２から弁体２０の弁頭部２１が離れた位置となり、チャタリングの発生を抑制できる。また、弁体２０の軸方向移動による最大開口面積を大きくできるため、大流量時の圧力損失を低減できる。

（総括）
以上のように、上記した各実施形態における逆止弁１〜５によれば、弁体２０，６０の弁頭部２１，６１がシート部３２，５２から離座した直後から小流量で流体Ｇを流して弁体２０，６０が不必要に付勢されることを防ぐことができる。そして、チャタリングが発生しやすい流量変化の大きい部分を、シート部３２，５２から弁頭部２１，６１が離れた位置にできる。これにより、適切な流路面積特性を有し、チャタリングの発生を抑制できる逆止弁１〜５を構成することが可能となる。

チャタリングの発生を抑制することで、逆止弁１〜５の弁振動及び振動に起因する弁衝突を抑制できる。弁衝突を抑制することで、逆止弁１〜５の構成部品（弁体、シート部、ばね等）の耐久性を向上させることができる。また、弁振動に伴う接続配管の脈動や振動、その他、接続機器への影響を低減することができる。

しかも、チャタリングの発生を抑制できる逆止弁１〜５を、構成の少ない小型にすることが可能となる。また、弁体２０，６０の最大開口面積を大きくできるため、大流量時の圧力損失を低減できる。

よって、逆止弁１〜５によれば、ガスタンク用制御バルブに内蔵される逆止弁の他、ガス以外の気体、水など液体を含む流体Ｇが流れる流路を有する油圧機器、空圧機器、各種プラント制御などにおいて、逆止弁１〜５におけるチャタリングを効果的に抑制することが可能となる。

（その他の変形例）
上記した実施形態における弁体２０，６０は一例であり、流体Ｇが流れる追加通路の形態はスリット４５以外の形態に変更できる。弁頭部２１，６１の形態も、上記実施形態の形態に限定されるものではない。

また、上記した実施形態ではシート部材３０，５０に周壁３３，５３を備えさせているが、周壁３３，５３を別体とすることも可能である。シート部３２，５２及び周壁３３，５３は、ケーシング１０に備えさせてもよい。

さらに、シート部材３０，５０のシート部３２，５２と弁体２０，６０のシール部２６，６６は、シート部３２，５２が軟質材料でシール部２６，６６が硬質材料で形成された構成でも、シート部３２，５２が硬質材料でシール部２６，６６が軟質材料で形成された構成でもよい。シート部３２，５２とシール部２６，６６の材質構成は、限定されるものではない。

また、上記した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲で種々の変更又は各実施形態の構成を組み合わせることは可能であり、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。

１ 第１逆止弁
２ 第２逆止弁
３ 第３逆止弁
４ 第４逆止弁
５ 第５逆止弁
１０ ケーシング
１１ 弁室
１２ シート部材収容部
１３ 下流側流路
１５ 上流側流路
２０ 弁体
２１ 弁頭部
２２ ガイド部
２６ シール部
３０ シート部材
３１ 入口流路
３２ シート部
３３ 周壁
３４ 下流端部
４５ スリット（追加通路）
５０ シート部材
５１ 入口流路
５２ シート部
５３ 周壁
５４ 下流端部
５５ シール部
６０ 弁体
６１ 弁頭部
６６ シール部
７３ 周壁
７４ 下流端部
Ｓ 隙間
Ｏ 開口部
Ｇ 流体

Claims (4)

1. 流体の流路に備えられるシート部材と、
   前記シート部材のシート部に押圧されて前記流路を塞ぐ弁体と、
   前記弁体が軸方向に移動する弁室が形成されたケーシングと、を備え、
   前記シート部材は、その内周に設けられた大径部および小径部と、当該大径部と当該小径部の間に設けられた前記シート部と、を有し、
   前記大径部は、当該大径部に軸線方向から進入する前記弁体の外径よりも大きい内径を有し、
   前記大径部と前記弁体との間には、前記弁体が前記シート部から離座した直後から前記流体が流れる隙間が形成され、
   前記大径部の直径が、前記弁体の直径の１．２倍以下である、
   ことを特徴とする逆止弁。
2. 流体の流路に備えられるシート部材と、
   前記シート部材のシート部に押圧されて前記流路を塞ぐ弁体と、
   前記弁体が軸方向に移動する弁室が形成されたケーシングと、を備え、
   前記シート部材は、その内周に設けられた大径部および小径部と、当該大径部と当該小径部の間に設けられた前記シート部と、を有し、
   前記大径部は、当該大径部に軸線方向から進入する前記弁体の外径よりも大きい内径を有し、
   前記大径部と前記弁体との間には、前記弁体が前記シート部から離座した直後から前記流体が流れる隙間が形成され、
   前記大径部の周壁には、前記流体が流れる上流側から下流側に向けて断面積が大きくなる追加通路が設けられている、
   ことを特徴とする逆止弁。
3. 前記追加通路は、前記大径部の軸心に対して対称となるように複数設けられている、
   請求項２に記載の逆止弁。
4. 前記大径部の前記シート部と反対側の端部は、前記シート部から遠ざかるにつれて広がるように任意の曲率で湾曲している、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の逆止弁。

Images