JP3039581B2 - 逆止弁 - Google Patents

逆止弁

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JP3039581B2
JP3039581B2 JP04104390A JP10439092A JP3039581B2 JP 3039581 B2 JP3039581 B2 JP 3039581B2 JP 04104390 A JP04104390 A JP 04104390A JP 10439092 A JP10439092 A JP 10439092A JP 3039581 B2 JP3039581 B2 JP 3039581B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は,例えばガス分析計等の標準ガス
の供給装置等の様に比較的流量の少ない配管に用いて好
適な逆止弁に関し,特に,動作圧にヒステリシスをもた
せ一度正方向に動作圧が作用して弁が開くと該動作圧が
動作時より低くなっても弁が閉じないようにするととも
に,閉状態から開状態に切換わるときの過大流量の防止
を図った逆止弁に関する。
【0002】
【従来の技術】図8は逆止弁の従来例を示す構成説明図
である。図において,50はボディであり,一端にねじ
が形成された大径孔50a,中径孔50b,および小径
孔50cを有し,他端の外径部には取付ねじ50dが形
成されている。51はボディの大径孔50a側から中径
孔に挿入され,小径孔50cで係止されたコイルばねで
ある。52はボディのねじ50aに螺合する押え金具
で,先端部分にOリング53が配置され中央部には前記
中径孔50bより小さな貫通孔55が形成されている。
56は前記貫通孔53の内径より大きく,中径孔50b
より小さな径を有するボールであり例えば金属やセラミ
ックス等で形成されている。図9は上記逆止弁が用いら
れる配管系を示す概略構成図である。図において,6は
標準ガスボンベ,7は減圧弁,8は電磁弁,9は逆止
弁,10は分析計であり,Lは電磁弁8と逆止弁9を結
ぶ配管の長さである。
【0003】上記図8に示す従来の逆止弁と図9に示す
配管系において,電磁弁8が閉の状態で矢印P側に圧力
が印加されていない場合は,ボール56はコイルバネ5
1によりOリング53に押付けられていて逆止弁は閉の
状態にある。次に電磁弁8が開になると矢印P側から圧
力が印加され,ボール56がコイルバネの力に抗して図
の右方向に移動するのでOリングとの間に間隙が発生
し,標準ガスが矢印P’方向へ流れて分析計10に達す
る。
【0004】上述の様な逆止弁では一次側の流体圧力P
1と二次側の流体圧力P2との差(P 1ーP2)に受圧面積
Aを掛けた値が,コイルバネによる反力Fと釣り合いを
保ちながら動作している。また,弁が閉じた位置でのコ
イルバネによる反力Fの値をF0とすると,弁が開にな
るための条件は,下式(1)のfの値が正となることで
ある。 f=A・(P1ーP2)ーF0 (1) この(1)式において,f》0が成立しfの値が零より
十分大きい場合,逆止弁は完全に開となる。そして,f
の値が零に近づくにつれて逆止弁は閉の状態に近づく。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,上記の
逆止弁においてはfの値が零に近づくにつれて逆止弁自
体が流体の流れに対して抵抗になるため,完全に閉の状
態になるのに長時間を必要とする場合がある。また,一
次側の流体供給源が停止した場合も弁が完全に閉じるの
に時間がかかったり,更に電磁弁8と逆止弁9が閉の状
態にあるとき,周囲温度の上昇があると配管内の流体の
熱膨張によりこの間の圧力が上昇し,一次側の配管内に
滞留した流体が二次側に流出したりするという欠点があ
った。本発明はかかる従来例の欠点を解決するためにな
されたものであり,その目的は,一次側の流体供給源が
停止した時すみやかに弁が閉になると共に,気温の変動
などによって一次側の配管内に滞留した流体が二次側に
流出しないようにした逆止弁を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は請求項1におい
ては,一方の側の先端部にシール部材を有するピストン
と,該ピストンの最大外径よりも僅かに大きい内径を有
する第lボディと,該第lボディと第2シール部材を介
して気密構造に螺合され,前記ピストンの他方の側から
バネを介して前記ピストンを押圧する第2ボディとを具
備し,前記ピストンの最大外径部と第1ボディの内径の
間隔が徐々に大きくなる様に前記第2ボディにテーパを
形成するとともに,前記ピストンの最大外径部と第lボ
ディの内径の間に僅かに気体が流通する流通路を設けた
ことを特徴とするものであり,請求項2においては,フ
ランジ部と軸方向に一端が閉塞された孔を有し第1シー
ル部材として機能する弾性体からなるピストンと,該ピ
ストンの最大外径よりも僅かに小さい内径を有する第l
ボディと,該第lボディと第2シール部材を介して気密
構造に螺合され,前記ピストンの他方の側からバネを介
して前記ピストンを押圧する第2ボディとを備し,前
記ピストンの最大外径部と第1ボディの内径の間隔が徐
々に大きくなる様に前記第2ボディにテーパを形成する
とともに,前記ピストンの外径部と前記孔を貫通して僅
かに気体が流通する流通路を設けたことを特徴とするも
のである。
【0007】
【作用】本発明は次のように作用する。即ち, 初期に
開となる圧力P0が,開の状態から閉の状態に切り換わ
るときの圧力Pcと等しくなると,Oリングとピストン
の間が僅かに開き,流体はピストンの外径とボディの内
径で形成されている僅かな隙間を含む流通路から流れ始
める。この隙間は小さいため,ピストンは圧力P0で押
される。ピストンが移動し,隙間が大きくなったところ
で釣り合い状態となる。逆止弁にかかる正方向の差圧P
の値が小さくなっても,Pcより大きい間は,逆止弁は
開の状態を保持する。また,Pの値がPcまで低下する
と,ピストンはバネで押し戻されて,逆止弁が閉の状態
となる。このようにして逆止弁が一旦閉じてしまうと,
受圧面積が小さくなるため,流体は完全に閉の状態とな
る。
【0008】
【実施例】以下,本発明の実施例について図を用いて詳
細に説明する。図1,図2は本発明実施例の構成説明図
である。図中,1は中程に絞り部1’を有する第1ボデ
ィであり,一端に導入口7,他端にねじ孔9が形成され
るとともに,このねじ孔の底部にはねじの下孔より小径
の精密加工孔9’が形成されている。2は第1ボディの
内径9’より僅かに小さく精密に加工された大径部(フ
ランジ部)2aの両側に小径の頭部2bおよび脚部2c
を有するピストンであり,頭部2b側にはOリング5
が,脚部2c側にはコイルバネ6が装着されている。
【0009】なお,絞り部1’には45°の面取りが形
成されており,Oリング5はその面取り部に接してシー
ルが行なわれる。3はばね6を収納する孔および導出口
8を有する第2ボディであり,Oリング5’を介して第
1ボディ1のねじ孔9にねじ込むことにより流体のシー
ルが行われる。4は第1ボディの導入口の底部に配置さ
れたフイルタである。
【0010】 これらの図において,図1は本発明に係
わる逆止弁が開となる状態を示し,図2は本発明に係わ
る逆止弁が閉となる 状態を示している。図3は本発明
の逆止弁に供給される流体の流量qと逆止弁にかかる差
圧Pとの関係を示す特性曲線図であり,図中,縦軸は逆
止弁に供給される流体の流量qを示し,縦軸は逆止弁に
かかる差圧Pを示している。
【0011】以下,図1〜図3を用いて本発明実施例の
動作について説明する。先ず,図2に示すような閉の状
態において,初期の受圧面積をaとし,図1に示すよう
な定常開の時の受圧面積をAとするとA>aが成立す
る。ここで,nを自然数,A=n・aとし,P0を初期
の圧力,PCを開の状態から閉の状態に切り換わる時の
圧力とすると,P0≒n・PCが成立する。このような条
件下で,図3に示すように逆止弁にかかる正方向の差圧
Pの値が零から上昇する時,逆止弁の受圧面積はaであ
り,Pの値がP0になるまでは逆止弁は閉の状態になっ
ている。
【0012】P=P0になると,逆止弁が開き,流体は
ピストン2の最大外径と第1ボディ1の内径で形成され
ている僅かな隙間から流れ始める。また,この隙間が小
さいため,ピストン2は圧力P0で押される。ピストン2
が移動し,隙間が大きくなったところで釣り合い状態と
なる。
【0013】 上記Pの値が小さくなっても,Pcより
大きい間は,逆止弁は開の状態を保持する。また,Pの
値がPcまで低下すると,ピストン2はバネ6で押し戻
されて,逆止弁が閉の状態となる。このようにして逆止
弁が一旦閉じてしまうと,受圧面積aがl/nに低下す
るため,流体は完全に閉の状態となる。
【0014】次に,本発明者等は第1ボディ1の絞り
1’の直径を5mm,同じく精密加工孔9’の直径を1
0.5mm,Oリングの内径を3mmとし,ピストンの
大径部2aの直径を10.5mmより僅かに小さく加工
して実験を行なった。その場合開の時の圧力と閉の時の
圧力でヒステリシスを持つことは確認したが次の様な,
欠点があることが判明した。
【0015】即ち,流体はピストンの外径(フランジ
部)2aと第1ボディの内径9’で形成される隙間が大
きい場合には,所望の気体圧力がピストンにかからずう
まく動作しない。また,隙間を余り小さくすると,気体
流量が少なくなっても気体の抜ける箇所がないため,元
圧が停止したとき,逆止弁が閉状態になるのに長時間を
必要とする。更に,逆止弁が開になっている時,受圧面
積が急に大きくなり,弁内部の流体抵抗が非常に小さく
なるため,気体流量が過大になる。
【0016】例えば,内径寸法を図面上で10.5G7
と指示した場合,その公差は10.506〜10.52
4mm,外径寸法を10.5h6と指示した場合,その
公差は10.489〜10.5mmである。その場合,
最小隙間は6μm,最大隙間は35μmとなる。そし
て,隙間の大きさを最小の6μmとした場合,逆止弁の
隙間が小さすぎて逆止弁の一次側の気体が抜けにくくな
る。そのため,図9の様なシステムで配管の内径を4m
m長さを50m,定常流量を毎分600ml程度として
図1,2に示す様な逆止弁を用いた場合,元の電磁弁が
閉じたのち,配管内の気体がぬけ逆止弁が閉状態になる
まで1分以上の時間を必要とする。
【0017】次に,隙間の大きさを最大の35μmとし
た場合,元の電磁弁が閉じたのち,配管内の気体がぬ
け,逆止弁が閉状態になるまで8〜10秒以上の時間を
必要とする。このため,逆止弁の隙間を更に大きくし,
例えば40μ以上にすると,動作開始時に不都合を生ず
る。即ち,電磁弁8が開いて逆止弁9が開になると,隙
間が大きいため長い配管中のガスが瞬時に抜けてしま
う。このため,一次側の配管内の圧力が低下してしま
い,逆止弁はすぐに閉の状態となる。そして,ボンベか
らのガス供給により配管内の圧力が再び上昇して,開の
状態になると前述の動作を繰り返すので振動状態になっ
てしまう。
【0018】従ってピストンの最大外径部と第1ボディ
の内径の間隔は極めて微妙にかつ精密に仕上げる必要が
あるが,加工に熟練を要するとともにコスト高になる。
請求項2,3,4は上記の欠点を解決したものであり,
構成部品の寸法に多少のバラツキがあっても多数製造し
たときに弁の機能にバラツキが生ぜず,しかも,弁が閉
状態から開状態に切り換わるとき気体流量が過大になら
ない様にしたものである。
【0019】図4(a),(b)は請求項2に関する一
実施例の構成説明図であり,図1に示す実施例とは一点
鎖線Aで囲った部分のみが異なっている。(b)図はA
部の拡大図であり所定の長さのストレート部分nの後に
テーパ(θ)を形成している(このテーパはバルブが閉
の状態から開の状態になる直後から始まるように形成し
ておく)。このような構成によれば,ピストンの最大外
径(フランジ)部と第1ボディ1の内径は,動きに支障
をきたさない程度に出来るだけ小さく形成しておけばよ
く,ピストンは圧力に応じて移動し圧力と隙間がバラン
スした位置で安定する。
【0020】図5は請求項3に関する一実施例の要部構
成説明図であり,図1に示す実施例とはピストン2に気
体流通のためのスパイラル溝2dを設けた点がのみが異
なっている。このようなスパイラル溝2dは例えばピッ
チ1mm,深さ0.15mm程度に加工するが,ピスト
ン2を旋盤加工で形成する際に同時に加工する事が可能
であり,溝の大きさも簡単に増減可能である。この場合
もピストン2のフランジ(最大外径部)と第1ボディの
内径は,動きに支障をきたさない程度に出来るだけ小さ
く形成しておき,流体流量は加工が簡単な溝の大きさを
調整することにより行なう。なお,気体流通路としては
スパイラル溝に限ることなく,例えばストレート溝でも
よく,図6に示すようにピストンの最大外径部に一次側
と二次側を結ぶ小径の貫通孔2eを設けてもよい。この
場合,貫通孔2eは,例えば直径0.2mm長さ3mm
のような非常に小さい孔であることが必要である。
【0021】図7は請求項4に関する一実施例の構成説
明図であり,(a)図は弁が閉の状態を示し,(b)図
は弁が開の状態を示している。図1に示す実施例とはピ
ストン2全体をOリングと同程度の弾性を有する弾性部
材(例えば商品名バイトン)で構成した点が異なってい
る。この例では図1に示すOリングは使用せずピストン
2の頭部2bに段部2fを設けてこの段部2fの角Bを
第1ボディの絞り部1’の面取り部に接触させてシール
する。また,このピストン2には内部にフランジ部とシ
ール部の中間に達する程度の穴2gを設け,段部2fに
小径孔2hを形成して前記穴2gと連通させている。
【0022】 なお,この小径孔2hは先ずピストン
(弾性体)2に0.7mm程度の孔を開け,ここに外径
1mm,内径0.2mm程度金属(例えばステンレス
鋼)パイプを圧入して形成する。更に,このピストン2
のフランジ部2aは第1ボディの内径部と接触するCで
示す部分は図示のように薄肉状とされ,ピストン2の動
きに支障をきたさない程度に気蜜にシールされている。
この場合,気体は小径孔2hを通って穴2gを経て導出
口8に達する。このような構成によれば、一次側の圧力
が高くなりピストンが開(右)の方向移動すると、はじ
めは気体は小径孔2hを通って穴2gに流出する。更に
圧力が高くなってピストンが右方向に移動するとテーパ
部から流出するようになるが、ピストンが弾性体で形成
されボディの内周部とは薄肉部で接触しているので、こ
の薄肉部の加工精度は気蜜にシール可能な程度に形成さ
れていればよい。従ってこの部分の機械的な加工精度は
金属の場合に比較して精密さを要しない。なお,本発明
は図示の形状に限ることなく主旨を逸脱しない範囲で種
々変形が可能である。例えば図7における小径孔2hは
図6に示す様にフランジ部に設けてもよく薄肉部の外周
に切り欠き溝を形成してもよい。
【0023】
【発明の効果】以上詳しく説明したような本発明によれ
ば,請求項1においては,一次側の流体供給源が停止し
た時すみやかに弁が閉になると共に,気温の変動等によ
って一次側の配管内に滞留した流体が二次側に流出する
ことがない。また、ピストンの最大外径部と第lボディ
の内径の間に僅かに空気が流通する流通路を設けている
ので、この流通路を流れる気体流量を調整することによ
り弁の開閉速度を調整することができる。また,請求項
においてはピストンの外径寸法と第lボディの内径
寸法についての加工精度を通常の機械加工でできる程度
にすることができ,ピストンの外径寸法と第lボディの
内径寸法にバラツキがあっても,ヒステリシス動作の逆
止弁として特性値のバラツキをおさえることがでさる。
従って,本発明をガス分析計の校正ガス供給ラインに適
用した場合,校正状態から実測状態に速やかな切り換え
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の請求項1の一実施例を示す開状態の構
成断面図である。
【図2】本発明の請求項1の一実施例を示す閉状態の構
成断面図である。
【図3】本発明の逆止弁の正方向の差圧と流量の関係を
示す特性曲線図である。
【図4】本発明の請求項1のテーパ部分を示す構成断面
図である。
【図5】本発明の請求項1の僅かに空気が流通する流通
路の一実施例を示す図である。
【図6】本発明の請求項1の僅かに空気が流通する流通
路の他の実施例を示す図である。
【図7】本発明の請求項2の一実施例を示す断面図であ
る。
【図8】従来の逆止弁の構成説明図である。
【図9】本発明の逆止弁が用いられる配管系を示す概略
構成図である。
【符号の説明】
1 第1ボディ 2 ピストン 3 第2二ドディ 4 フイルタ 5,5’ シール部材(O−リング) 6 バネ 7 導入口 8 導出口

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方の側の先端部にシール部材を有する
    ピストンと,該ピストンの最大外径よりも僅かに大
    内径を有する第lボディと,該第lボディと第2シール
    部材を介して気密構造に螺合され,前記ピストンの他方
    の側からバネを介して前記ピストンを押圧する第2ボデ
    ィとを備し,前記ピストンの最大外径部と第1ボディ
    の内径の間隔が徐々に大きくなる様に前記第2ボディに
    テーパを形成するとともに,前記ピストンの最大外径部
    と第lボディの内径の間に僅かに気体が流通する流通路
    を設けたことを特徴とする逆止弁。
  2. 【請求項2】 フランジ部と軸方向に一端が閉塞された
    孔を有し第1シール部材として機能する弾性体からなる
    ピストンと,該ピストンの最大外径よりも僅かに小さい
    内径を有する第lボディと,該第lボディと第2シール
    部材を介して気密構造に螺合され,前記ピストンの他方
    の側からバネを介して前記ピストンを押圧する第2ボデ
    ィとを備し,前記ピストンの最大外径部と第1ボディ
    の内径の間隔が徐々に大きくなる様に前記第2ボディに
    テーパを形成するとともに,前記ピストンの外径部と前
    記孔を貫通して僅かに気体が流通する流通路を設けたこ
    とを特徴とする逆止弁。
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