JP2540487B2 - 自動遮断弁及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、容器内の液面が容器に挿入された排出管の
端を完全に浸すとき、容器内への液体の供給を自動的に
終結するための自動遮断弁及び装置に関する。更に詳細
には、本発明は、例えば、蓄電池を水のような電解液で
満たし、且つ前記電池内の液体が所定の高さに達したと
き液体の供給を自動的に止めるのに適している弁及び装
置に関する。

従来の技術及びその課題 本発明は、蓄電池の充填のための自動遮断装置として
の特定の有用性を備えているが、本発明は如何なる容器
内への液体の流れを制御するための遮断装置としてより
一般的な応用性を有することは理解されるであろう。

本発明に従う弁及び装置は、液体流路内に低圧力領域
を確立するためにベンチュリ管を利用する。標準的に、
満たされるべき容器はベンチュリ管によって生じた低圧
力領域を一様にするために空気が容易に排出管内に入る
ことができるように大気圧において空気に開放してい
る。しかしながら、一旦排出管の排出端が完全に液体内
に浸されると、空気はもはや排出管内に入ることができ
ず、この結果、部分的な真空が生じ、これが従来技術の
装置における如く、制御弁の開放をトリガするのに使用
される。このような従来技術の装置は主にガソリン・ポ
ンプ・ノズルとして発展したが、これでは低圧状態を感
知しそして直ちに関連した遮断弁をトリガするために全
体的に複雑な機構が使用されている。このような従来技
術の遮断装置は典型的に複雑で高価なデザインを有し、
且つ比較的清潔な環境においてのみ使用するのに適して
いる。

対照的に、本発明に従う装置は非常に簡単であり、し
かも新規なデザインを有するので、比較的汚染された環
境においても完全に機能し、なおその極端に単純化され
たデザインにより安価で保守することができる。

従って本発明の目的は、従来技術の装置より実質的に
少ない構成部品を有する単純化された遮断弁により容器
への液体の流入を自動的に終結するための改良装置を提
供し、且つその結果として製造及び保守がより経済的で
ある遮断弁及び装置を製作することである。

本発明の更に他の目的は、その単純化されたデザイン
により、汚染物質の蓄積によって操作不能になることが
より少ないような、従って操作の確実である液体用の自
動遮断装置を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明に従えば、液体は下流に突き出た収斂（constr
ctiv）ノズルを経由して加圧された上部室から出るよう
になっていて、この収斂ノズルには長手方向に延びてい
る部材を構成するハウジングの一方の端が、摺動可能に
取付けられている。前記ハウジングの反対の端は開放端
を有し、液体がハウジングに何の影響を与えることなく
通過するのを許容する。下流に突き出た収斂ノズルはま
た弁シートとして役立っており、この弁シートに対して
バネで強制された弁部材が、ノズル及びハウジングを通
る液体の流れを終結するために選択的に位置づけされ
る。液面がハウジングの排出端を完全に浸す程度に上昇
するような時まで、液体はノズルを通り、そしてハウジ
ングを出て満たされるべき容器内に流れ続け、前記の如
く液面が上昇したとき、液体が、収斂ノズルの下流のハ
ウジング内側に生じた低圧領域内に急速に引き込まれ、
これによってハウジングが下流の方向に動かされ、これ
によってバネで強制されている弁部材がバネに勝って弁
シートに座らされ、液体の流れを実質的に終結する。

本発明を特徴づけているデザインの単純さは製造及び
操作の経済性の双方においても、並びに性能の信頼性に
おいても利点を生ずる。本発明は、満たされるべき容器
の中に液体を排出する点以外に大気へ通気する必要がな
い。

実施例 次に、図面を参照して、本発明の好ましい実施例に伴
う自動遮断弁及び装置を説明する。

第１図に示した弁は、液体源（図示せず）から液体を
導くための管状部材10を具備する。液体は、内部にネジ
を切られたアダプター14内に位置づけされた穴のあいた
円錐形バッフル12を経て入力端11から管状部材10に入
る。液体は、下流に突出している突出部を構成する収斂
ノズル16から管状部材10を出る。この収斂ノズル16が、
収斂した開口を備えている。一端において開放端を有し
ており、他端において実質的に狭くされた形状の長手方
向に延びている部材であるハウジング18が、下流に突出
している収斂ノズル16に摺動可能に取付けられている。
ハウジング18の狭くされた端は、管状部材10の下流に突
出している収斂ノズル16と、気密関係で摺動するのにち
ょうどよい径の穴を有している。

管状部材10と、穴のあいた円錐形バッフル12と、アダ
プター14と、長手方向に延びているハウジング18とは、
すべて耐久性のプラスチックで成型されるのが好まし
く、そして図面ではこれらの部材の間にいくらかの空間
的な隙間があるように示されているけれども、これは単
に図示の目的のためのみである。使用する時は、管状部
材10と、バッフル12と、アダプター14とは、相互に気密
−水密密封関係を形成する。同様に、長手方向に延びて
いるハウジング18は収斂ノズル16と実質的に気密関係に
あり、以下の説明から判るように、収斂ノズル16の上を
容易に摺動することができる。

好ましくはプラスチック材料の球形の弁部材を構成す
るボール20が、管状部材10の内側にあって、断面で示さ
れている。ボール20は、管状部材10の出力端に位置する
弁シート21の上に座るようになっている。ボール20は、
通常はステンレス鋼のバネ22によって開位置に強制され
ており、バネ22の一端は、ボール20内の穴の中に通され
るフィンガーを形成し、バネ22の他端の同様のフィンガ
ーが、バッフル12の中の穴の中に通されている。

ステンレス鋼の金属棒から構成された連結部材24は一
端においてボール20に連結されており、そして他端にお
いてハウジング18に連結されている。バネ22の張力によ
ってボール20は、管状部材10の弁シート21から離れて後
方へ引かれている。同時に、バネ22の張力は、連結部材
24を経てハウジング18まで及び、ハウジング18をその行
程の限度に達するまで収斂ノズル16の上を後方に摺動せ
しめて第１図、第３図および第５図に示されるとおり
の、ハウジング18は管状部材10に形成された肩に対接し
て静止している。

第１図に示した弁は、スリーブ26内に挿入されると
き、気密な係合をする複数の高くされたリング10a、10
b、10c、10d、10eを有し、これらは、管状部材10を囲ん
でいる。第３図に示したとおり、スリーブ26は、その中
間点で曲げられている。したがって、収斂ノズル16を出
る液体は、相当な速度を有し、ハウジング18内を中実の
（solid）流れとして流れ、ハウジング18に何の影響も
与えずに通過するが、その後、スリーブ26の曲がった側
壁に衝突し、これによってスリーブ26の下流端から出る
前に液体の運動量を実質的に消散する。

プラスチックの環28が、スリーブ26に摺動可能に取付
けられており、これはスリーブ26の下流端の満たされる
べき容器（図示せず）の中への挿入深さを決定するスト
ップとして役立つように、スリーブ26の下流端の近くに
選択的に位置付けられる。本発明の弁は、蓄電池に液体
を充填するための自動遮断弁として利用するのに適して
おり、スリーブ26の外径は、標準蓄電池の充填穴より小
さく、環28の外径はこの充填穴よの大きく作られ、スリ
ーブ26の下流端がちょうど所望の深さまで挿入されるよ
うにする。

内側にネジを切られたアダプター14は、標準寸法を有
しており、このため本発明の装置は直接従来のプラスチ
ックの水道ホースに、又は第２図に示された如く、米国
特許第3,799,447号（Husky）に説明されているような従
来のデザインのピストル・グリップ（pistol−grip）タ
イプのウオータ・ガン（water gun）のノズルへ連結す
ることができる。この米国特許は、関連したレバーの作
動の際ウオータ・ガンを通る水の流れを独立的に制御す
るためのバネで強制された弁を含んでいる多くの種類の
ピストル・グリップタイプのウオータ・ガンの典型であ
る。上記米国特許の主題は、第１図に示した弁を通り液
体の流れを選択的に開始するための１つのこのような制
御手段として役に立つこと以外に本発明の構成要素の部
分を形成しないので、これ以上の説明は必要としない。
本発明の装置の操作に関する以下の説明から明らかであ
る如く、ピストル・グリップ・タイプのウオータ・ガン
は、液体の流れを終結するための自動遮断装置として役
立つ本発明の能力に影響を及ぼすことなしに従来の庭園
ホースに代えられることができる。しかしながら、上記
米国特許において全体的に示されている型式の装置は、
本発明に含まれている遮断弁の復元（reset）を容易に
するための便利な手段を提供しており、したがって流体
源からの液体の流れを中断するための代わりの手段を設
ける必要がない。選択的中断は、本発明を周期的に作動
できるようにするために必要である。

本発明の弁及び装置の作用を、第１図に示された好ま
しい実施例と関連して説明する。第１図に示された弁
が、アダプター14によって普通の水道ホースに取付けら
れているとする。アダプター14が水道ホースの雄ネジを
切った継手で引き寄せられると、アダプター14の内方に
延びている部分が、管状部材10の入力端11の外方に延び
ている部分と円錐形バッフル12と協働して、これらの接
合点において水密シールを形成する。ここで、水道ホー
スが取り付けられた第１図の弁が、ハウジング18が所望
のレベルまで下降するように、満たされるべき容器内に
挿入されると仮定する。本発明の弁は、蓄電池に液体を
充填するのに理想的に適しているが、容器は水泳プール
でもよく、この場合には第１図に示された弁は、プール
内の水の高さが上昇し、ハウジング18の排出端が完全に
水の中に浸されと、水の流れを終結するように作用す
る。

このような状態における本発明の好ましい実施例の作
用を理解するために、水が、穴のあいた円錐形バッフル
12を経て管状部材10内に流れるように水の供給されると
仮定する。このとき、水はステンレス・スチールのバネ
22を通過して流れ、バネ22はボール20を弁シート21から
引き離すように作用しているので、水は下流に突出して
いる収斂ノズル16を経て管状部材10から出ることができ
る。収斂ノズル16から出る水の速度は、水が実質的には
分散せず、ハウジング18に影響を与えることなく中実の
流れとして、出るような速度である。また連結部材24
は、出る水の流れを乱す作用をせず、またいかなる実質
的な抗力（drag）効果をも生じさせることもない。

水のジエットが収斂ノズル16から相当な速度で出る。
水が収斂ノズルから１分間に２〜３ガロン（7.6〜11.4
リットル）の速さで出る第１図の配置では、この収斂ノ
ズルにおいて測定されたジエットの速度は約88フィート
／秒（27メートル／秒）である。これらの測定は、水が
第１図の弁に約60ポンド／平方インチ（4.2kg/cm²）の
圧力で供給されたシステムにおいて行なわれた。約１ポ
ンド（0.45kg）の反動力が、第１図に示された配置及び
前記の作用パラメータと関連して記録された。反動力の
存在は、第１図の弁がそこからの水の流れを実質的に終
結するように作用するとき最も顕著である。それは本発
明の作用を特徴づけている非常に確実で、決定的な作動
の理由であるこの力の差である。更に詳細には、収斂ノ
ズル16から出る水のジエットによって表わされる相当な
運動量は、ハウジング18へ効果的に移行されて、ハウジ
ングを収斂ノズル16の上を前方向に動かして、弁部材で
あるボール20を弁シート21の所に座らせる。

この弁の前記２つの作用状態を特徴づける力の差の存
在は、弁を通る液体の流れを終結せずにハウジング18を
収斂ノズル16上を動くように、第１図に示された弁から
ボールを除去し、連結部材24を直接バネ22に接続するこ
とによって劇的に証明することができる。もしこの変更
された形式（version）の装置が圧力下の水源に接続さ
れれば、明確な流れの水が収斂ノズル16から出て、そし
て更に顕著な発散もなくハウジング18から出る。同時
に、測定できる反動力が、水流がハウジング18の排出端
から出るときに認められる。もしここで変更された弁が
完全に水の中に浸されれば、ハウジング18の排出端から
出る水流の出口速度は実質的減少し、それに対応する反
動力も減少する。約１ポンド（0.45kg）の測定値からこ
の値の何分の１という小さい値への反動力のこの実質的
な変化は、収斂ノズル16から放射するジエットの運動量
の実質的な減少を生じたその条件によってのみ判る。ジ
エットの運動量は大きく消失されてしまっている。この
変更された形式の装置（即ちボール20のない装置）でさ
え、長手方向に延びているハウジングが下流に突出して
いる収斂ノズル16の上を下流の方向に動くことがわか
る。この変更された形式の弁においても第１図に示され
た本発明の好ましい実施例の弁においても共に、液体が
収斂ノズル16から実質的に中実の流れとして射出されて
いるときに、低圧の領域が収斂ノズル16の出力端のすぐ
下流に存在する。空気がハウジング18内にその排出端か
ら流入して、低圧領域を一様にする傾向がある。ハウジ
ング18の排出端が完全に液体内に浸されると、空気はも
はやハウジング内に流入しないので、部分的な真空が収
斂ノズル16の近くに存在することになる。自然現象は真
空をきらうので、部分的真空によって生じた空間がなく
なるように、排出端から水がハウジング18内へ急速に流
入し、ハウジング18を収斂ノズル16上で前方に摺動させ
る。ハウジング18が収斂ノズル16上を下流に方向に動く
ことにより、ボール20が弁シート21に対して座る。一旦
ボール20が弁シート21に座ると、そのボール20は、その
上に加わる水圧により座ったままとなる。

スリーブ26を第１図に示した弁に付加することはこの
装置の作用を修正するようなことは何もなされないが、
ただし例外として、水がスリーブ26の下流端26aの高さ
まで上昇すると、空気は収斂ノズル16の出力において発
生した低圧領域に達することができず、そこに形成され
た部分的な真空が液体をスリーブ26内に引き上げる。そ
して、ハウジング18の排出端が完全に液体内に浸される
とき、ハウジング18が前方に動いてボールが弁シート21
の上に座わらされる。

本発明の作動原理をさらに説明すると、水の中実の流
れが収斂ノズル16から出ているとき非常に劇的に明らか
な反動力が、ハウジング18の排出端が完全に液体内に浸
されるようになるとき、大きく消散することが注目され
てきた。もしここで反動力（F₁）が流量（mass blow）
と速度ｍ（V₁）の関数であると規定されれば、ハウジン
グ18が液体内に浸されるとき液体の流れの運動量の消失
となる第２の力が存在するはずである。このような第２
の力の大きさは： ｍ（V₁−V₂） であり、この力が流体流れの方向においてハウジング18
に作用する。ハウジングに作用する力は、従来の技術を
具備するピストンおよびダイアフラムシステムと異なり
ハウジングの径に左右されない。適切に運動量を消失す
るいかなるハウジングでも、それが（ａ）適切な反動の
ベース（すなわち開放した管では動かない）を有し、
（ｂ）その真空を過度に漏洩せず、そして（ｃ）それ自
身空気中で閉塞しない（choke）限り充分であることが
判明した。

ここで第３図に示された装置と第２図のピストル・グ
リップタイプのウオータ・ガン30とを具備する組合せを
考察する。上記の如く、ウオータ・ガン30は本発明の部
分を形成していない。しかしながら、本発明と組合せて
使用すれば、それは、限定量の液体をくり返し排出し、
且つ満されつつある容器内の液体が、スリーブ26の下流
端26aの高さまで上昇するようなときに、このような各
サイクルの間に液体の供給を自動的に終結するための理
想的な装置を提供する。圧力下の液体の連続供給源（例
えば第１図の作用の前記の説明において考慮された水道
ホース）に連結されたとき、第１図の弁の作用を第２図
に全体的に示された装置と区別する特徴は、考慮中の２
つの異なる実施例におけるボール20の性能に関係する。
第１図の実施例において、ハウジング18が下流の方向に
動き、これによってボール20を収斂ノズル16を通る液体
の供給を実質的に終結するために弁シート21の上にすわ
らせた後、ボール20は圧力下の液体に露出されている間
弁シートに座ったままである。これと対照的に、ピスト
ル・グリップタイプのウオータ・ガン30は、比較的短い
排出サイクルを特徴としており、これではピストル・グ
リップが押し下げられている間、水がウオータ・ガンを
通り排出される。ウオータ・ガン30が圧力下の水源に連
結されたときウオータ・ガン30の作動が第１図の作用の
説明における上述の方法で本発明に従う装置が作用し、
その結果、中実の流れの水がハウジング18の排出端から
出て、その後スリーブ26の曲がった側壁に衝突し、これ
によってスリーブ26の下流端26aにおいて排出される流
体の運動量が減少する。スリーブ26の下流端における穴
の径は、下流端26aにおいてスリーブ26に入る空気の供
給を閉塞することなしに流体の流れを収容するのに充分
の大きさを有する。

スリーブ26の寸法が不適当であると、液体を管内に閉
塞し、したがって、無効にする空気の流入の早期停止を
生ぜしめて、ハウジング18を流れ方向に動かしめてボー
ル20を弁シートに座らせ、これによって液体の流れを実
質的に終結せしめてしまう。

第２図に示された組合せの説明を続けると、ウオータ
・ガン30が作動されたままであるか、あるいは満されつ
つある容器内の液体が上昇して、スリーブ26の下流端26
aが完全に液体の中の浸されて、そのとき収斂ノズル16
の出力において生ずる低圧力領域を無効にするために空
気がもはやスリーブ26内に流入できなくなるまでの間、
水がスリーブ26の下流端から排出しつづける。スリーブ
26の下流端26aが完全に液体の中の浸されると、部分的
な真空が収斂ノズル16の出力端のすぐ下流区域に作られ
ているので、水がハウジング18の排出端に達して、ハウ
ジングが下流方向に動いて、ボール20を弁シート21上に
座らせ、流体の供給を終結させるまで、スリーブ26の内
側に上方に液体を急速に引き上げる。ウオータ・ガン30
の操作員は、詳細に上記に説明した反動力の劇的な変化
によって流れの終結を知る。ウオータ・ガン30の操作員
の握りを解除することによって、操作員は、弁シート21
に座ったボール20を保持する傾向にある流体圧力源を切
ると、たとえこれが単に瞬間的な中断であっても、バネ
22がボール20をその開位置まで戻す。管状部材21内に入
った残留液体は、ボール20及び収斂ノズル16を通過して
排出される。これによって第２図に示された装置のよう
に、新しい充填サイクルを開始する用意がなされる。

図面に示された弁及び装置は本発明の好ましい実施例
を表わしているが、作用の基本的原理から逸脱すること
なく変更が種々の構成要素に対して容易に行なうことが
できることは当業者において明らかであろう。この点に
おいて、管状部材10、バッフル12及びアダプター14と機
能的に同等のものは、収斂ノズル16を含む単一構成要素
としてプラスチックあるいは類似の材料から容易に押し
出し成型されることができる。同様に、ある応用例にお
いては、スリーブ26の長さを短縮してそれを、部材10、
12および14と同等の前記の単一な押し出し成型された部
材として、組合せるのが望ましい。他の同等の実施例が
比較的堅固なステンレス鋼でできた連結部材24をできれ
ば“プラスチック”又は類似の非反応性材料と置き換え
ることも含むことは容易に明らかである。これらの、且
つ他の同等の器具は当業者に対して容易に示唆されるこ
とができるが、これらは限定、と解釈されるべきではな
く、且つ、特定的に添付の特許請求の範囲に対し解釈を
与えられているとき限定と解釈されるべきではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、長手方向の軸線を通って切り欠いた本発明の
実施例に従う自動遮断弁の縦断面図である。 第２図は、第１図の弁とこれを囲むように設計されたス
リーブを具備する、本発明の実施例に従う自動遮断装置
を示し、ピストル・グリップタイプのウオータ・ガンが
破線で示されている。 第３図は、第２図の装置の断面図である。 第４図は、ボールが閉位置にあるときの第１図の弁の一
部分の長手方向部分断面図である。 第５図は、ボールが開位置にあるときの第１図の弁の一
部の長手方向の部分断面を示している。 第６図は、第１図の６−６線に沿って切り欠いた端面図
である。 10……管状部材 11……入力端 12……バッフル 14……アダプター 16……収斂ノズル 18……ハウジング 20……ボール 21……弁シート 22……バネ 24……連結部材 26……スリーブ 30……ウオータ・ガン

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体流路を形成している管状部材であっ
   て、入力端と出力端とを有し、該出力端が該流体流路の
   方向に軸方向に延びている突出部を有し、該突出部が、
   該入力端の径よりも実質的に小さな径を有する収斂した
   開口を備えている管状部材と、 該流体流路内に配置されており、開位置と閉位置とを有
   し、通常は上記開位置に強制されており、上記閉位置に
   強制されたとき、該収斂した開口を通る流体の流れを実
   質的に終結せしめる弁部材と、 一端が該弁部材に連結されており、該収斂した開口を介
   して延びている連結部材と、 一端に、該収斂した開口の径よりも実質的に大きな径の
   開放端を有し、他端に、該突出部に実質的に気密関係で
   摺動できるように配置されている縮小断面を有する開口
   を有する長手方向に延びている部材とを具備し、 該連結部材が、該長手方向に延びている部材にも連結さ
   れており、 該長手方向に延びている部材の該開放端が、正の圧力の
   気体状媒体に露出されているとき、該弁部材が上記開位
   置に強制されている状態が維持されて、流体が該管状部
   材に入り、該流体流路に沿って流れ、該長手方向に延び
   ている部材の該開放端を通って排出されることを可能に
   し、 この流れが、該長手方向に延びている部材の該開放端が
   液体に完全に浸されるまで続き、 該長手方向に延びている部材の該開放端が液体に完全に
   浸されたとき、該長手方向に延びている部材内に負の圧
   力領域が生じて、該長手方向に延びている部材の他端を
   該突出部上で摺動せしめ、これによって該弁部材を上記
   閉位置に移動せしめて、該収斂した開口を通る流体の流
   れを終結せしめる ことを特徴とする液体のレベルに応答する自動遮断弁。
2. 【請求項２】満たされるべき容器内に下流方向に液体の
   流れを向ける、上流端と下流端とを有するスリーブと、 該スリーブ内に配置され、外側に延びている部分を有す
   る入力端と出力端とを有する管状部材と、 一端部の内部にネジが切られており、他端部において内
   側に延びている部分を有し、この内側に延びている部分
   上に、収容した該管状部材の外側に延びている部分が載
   置されているアダプターと、 該アダプター内に位置付けられた、該管状部材の該入力
   端に突出している穴のあいた円錐形バツフルとを具備
   し、 該管状部材の該出力端が、該入力端の断面と比較して実
   質的に縮小された断面の孔を有する下流に突出している
   収斂ノズルと、弁シートとを備えており、 更に、流体供給源からの流体の流れを実質的に終結する
   弁部材として作用する、該管状部材内の該出力端近くに
   配置されたボールと、 一端が該ボールに連結されており、他端が該バツフルに
   連結され、通常は該ボールを開位置に強制しているバネ
   と、 一端が開口しており、該収斂ノズルの径よりも実質的に
   大きい径を有し、他端が、該管状部材の断面と比較して
   縮小された断面の開口を有して、該収斂ノズル上に摺動
   可能に取り付けられた長手方向に延びているハウジング
   と、 棒状部材から構成されており、一端が該ボールに連結さ
   れ、該収斂ノズルを通って延び、他端が該ハウジングに
   連結されている連結部材とを具備し、 流体が、流体供給源から、該アダプター、該バツフル及
   び該管状部材の該入力端を介し、該管状部材内を該バネ
   及び該ボールの回りを流れ、該収斂ノズルの外に流れ、
   該スリーブによって規定された経路を介して、満たされ
   るべき容器内に入り、 上記容器内の流体のレベルが該スリーブの下流端を完全
   に浸すレベルに上がると、該収斂ノズルの出力において
   負の圧力領域が形成され、これによって、液体が該スリ
   ーブ内に流れ込んで、該ハウジングの端を浸し、該ハウ
   ジングが下流方向に移動せしめられ、該ボールを該弁シ
   ート上に載置せしめ、流体の流れを実質的に終結せしめ
   ることを特徴とする、下流方向に流れる液体の流れを制
   御するための自動遮断装置。