JP4298375B2 - Seal structure and safety valve using the seal structure - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はシール構造およびこのシール構造を用いた安全弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、油圧回路もしくは配管などの機器を破壊から守る安全弁では、一般にシール構造としてOリングが広く採用されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図8はOリングによる従来のシール構造を備えた安全弁を示したものである。
【0004】
この安全弁Aでは、弁体4と弁座16との間に挿入され気密を確保するためのOリング2が、前記弁体4および弁座16の外周をその内壁で囲繞するリング型補助部材3と、前記弁体4および弁座16とで画定される空間内に固定されずに自由状態で装着されている。
【0005】
そして、この安全弁Aでは、本体1の通路13内の圧力が所定以上に上昇した場合に、弁ばね7の付勢力に抗して弁体4を図の上方に押し上げ、本体1の通路13内の流体が、弁体4および本体1と補助輪3の間の間隙を介して吹出部14に流出され、放出口15から放出される。
【0006】
ところで、このような安全弁Aでは、弁体4と弁座16との間に、補助輪3を設け、この補助輪3の内周側にOリング2を収容している。
【0007】
この安全弁Aでは、Oリング2が図8に示したように弁閉状態にあり、この状態から通路13内の圧力が上昇すると、その圧力によりOリング2は、先ず、径を広げる方向に変形する力を受けることになる。すなわち、通路13内の圧力が上昇すると、Oリング2の外周面は補助輪3の内周面に当接し、それ以上の変形が防止される。このように、安全弁Aでは、補助輪3によりOリング2の外周側が拘束される構造となっている。しかしながら、Oリング2の外周側が拘束されると、Oリング2に微小歪みが生じ、結果として、低圧域では、シール性が悪くなるという不具合があった。
【0008】
この状態を試験結果から判断すると、安全弁Aでは、設定圧力が低圧領域に設定されている場合に、吹始め圧力と吹出し圧力の差が大きくなっていた。さらに、製品によるばらつきも大きかった。
【0009】
【特許文献1】
特開平11−311345号公報(図1および段落番号 [0009]参照)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
図8に示したように、少なくともOリング2の外周側が拘束を受けている安全弁を、例えば、酸素濃縮器の空圧回路保護用などに用いると、弁の特性上、低圧領域では使用に十分適しているとはいえず、場合によっては、弁が閉じて気密が保持される状態ではあっても、気密漏れを起こすという不具合がある。また、安全弁を量産化した場合に、製品により、特性が一定化しておらず、シール特性にばらつきが発生するという問題があった。
【0011】
本発明はこのような実情に鑑み、弁体を構成する第1部材と、弁座を構成する第2部材の構造が複雑な構造にならずに、特に、低圧領域におけるシール特性が良好で、しかも、量産化した場合に、弁特性にばらつきの少ないシール構造およびこのシール構造を用いた安全弁を提供する。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るシール構造は、
第1部材22と、前記第1部材22に対して相対的に往復移動する第2部材24との間に弁室42を画成するとともに、前記第2部材24の先端部にOリング38を装着することにより、前記第1部材22に形成された通路40を封止するシール構造において、
前記Oリング38は、前記第2部材24の先端部に突出して形成された小径軸部24aの外周面に装着されており、
前記第1部材22に形成された前記通路40には、先端部に平坦面Pがこの平坦面Pの外径側に傾斜面Qがそれぞれ形成された弁座36が突出形成され、
前記Oリング38の線径の略中心部分が、前記弁座36の外径側角部Rで当接することを特徴としている。
【0013】
このような構成であれば、Oリングに圧力が作用した場合に、そのOリングは外方に自由に変形することができる。これにより、低圧領域の作動条件で良好なシール性が発揮されることとなった。
【0014】
また、量産化した場合に、シール特性にばらつきが少ないことが確認された。
【0016】
また、本発明に係る安全弁は、上記したシール構造を備えた安全弁であって、第1部材22を弁ハウジング22、第2部材24を弁体24とし、前記弁体24の先端部に突出して形成された小径軸部24aの外周面にOリング38が装着されており、
前記弁ハウジング22に形成された一次側通路40には、先端部に平坦面Pがこの平坦面Pの外径側に傾斜面Qがそれぞれ形成された弁座36が突出形成され、
前記Oリング38の線径の略中心部分が、前記弁座36の外径側角部Rで当接することを特徴としている。
【0017】
このような構成の安全弁であれば、特に、低圧領域では、吹始めと吹出し圧力にばらつきが少なく、作動特性が安定化することが確認された。また、量産化された場合に、製品によるばらつきの発生も少なかった。
【0019】
また、このような構成であれば、吹始め、吹出し、吹止りをより正確に制御することが可能になった。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
【0021】
図1は本発明の一実施例に係るシール構造を備えた安全弁を示したもので、特に、酸素濃縮器の空圧回路保護用に使用される安全弁を示したものである。なお、このような用途で使用される安全弁20は、吹出し圧力が、例えば、250kPa以下と、比較的低い設定圧力で使用される。
【0022】
この安全弁20では、略筒状に形成された弁ハウジング22内に弁体24が往復移動可能に収容されている。すなわち、弁ハウジング22には、弁体24を摺動案内する弁体収容孔26が形成され、この弁体収容孔26の下方は、空圧回路に接続される通路40が形成されている。そして、この通路40内には、空圧回路内の圧力が伝達される。弁体収容孔26と、上記通路40との間には、内方筒部により弁座36が突出形成されている。図2および図3に示したように、内方筒部により形成される弁座36の先端部(受圧径aの内径側)は、平坦面Pとされ、かつこの平坦面Pの外径側に傾斜面Qが形成されている。
一方、弁ハウジング22の開口端部には、ネジ孔28が形成されている。このようなネジ孔28には、例えば、2つの均圧孔30aが形成された調整ネジ部材30が螺合され、この調整ネジ部材30の押し込み深さが調整されることにより、弁ばね32の付勢力が調整される。
【0023】
弁ハウジング22の弁体収容孔26の側壁には、外部に開口した放出孔34が形成され、この放出孔34から、通路40内に蓄圧された所定圧力以上の圧力媒体が外方に放出される。又、弁体24と放出孔34間に空間35を設け、弁体24に弁室42と大気圧間の差圧力が加わらない構造となっている。
【0024】
さらに、弁体24の先端部には、小径軸部24aが形成されている。そして、このような小径軸部24aの先端に、図2に拡大して示したように、径を若干大きくした鍔部24bが形成されている。
【0025】
このような弁体24の小径軸部24aの外周には、合成ゴムなどから形成されたOリング38が装着されている。そして、このOリング38は、上記した弁体24の鍔部24bにより、抜けが防止されている。
【0026】
また、Oリング38の外周面は、弁室42の内壁42aから離反して収容されている。すなわち、Oリング38の外周面は、どこにも接触しない状態で小径軸部24aの外周面に装着されている。
【0027】
また、図3に拡大して示したように、Oリング38は、その線径の略中心部分のみが弁座36に当接している。すなわち、Oリング38は、その線径の略中心部分のみが、弁座36の外径側角部Rに当接している。これにより、吹始め、吹出し、吹止りをより正確に制御することが可能にされている。
【0028】
ここで、図3に示したように、通路40内から受圧部位Sに力Fが作用したとき、その力Fは弁を押し上げる力Faと弁を押し広げる力Fbとに分解することができる。
【0029】
このときの分力Fbに対抗するため、Oリング38に弾性限度内で適正な張力を持たせて弁体24に装着されている。
【0030】
本実施例による安全弁20は、上記のように構成されているが、以下にその作用について説明する。
【0031】
先ず、このような安全弁20は、例えば、酸素濃縮器の空圧回路保護用に使用されている。そして、通常の状態では図1に示したように、Oリング38が弁座36に当接し、弁が閉じている。ここで、例えば、空圧回路に接続された通路40内の一次側の圧力が所定以上に上昇すると、図4に示したように、先端部にOリング38が装着された弁体24が弁座36から離反する。すなわち、弁が開となる。すると、一次側側の通路40内の圧力は、弁室42を通って瞬時にして放出孔34に逃がされる。これにより、通路40内の圧力が設定圧を超えて上昇することが防止される。
【0032】
一方、通路40内が設定圧以下に低下した場合は、弁ばね32の付勢力により、弁体24が再び図1の状態に復帰される。すなわち、弁が閉となる。
【0033】
本実施例のように、小径軸部24aによりOリング38の内周側のみが拘束されていると、低圧域でのシール性能が良好であった。すなわち、弁が開いたり、閉じたりすることが繰り返される場合であってもシール性は良好であった。また、安全弁の設定圧力を低圧に設定した場合であっても、吹始め圧力と吹出し圧力の差が小さく、さらには、製品によるばらつきが少ないことが試験により確認された。これにより、安全弁20を低い設定圧力で好ましく使用することができる。
【0034】
以上、本発明の一実施例によるシール構造とこのシール構造を用いた安全弁について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されない。例えば、このような安全弁20は、低圧領域で使用する安全弁に限定されず、高圧領域で使用することもできる。高圧領域で使用する場合には、図5に示したように、Oリング38の過度の変形を防止するストッパ部37を弁ハウジング22に設けることが好ましい。
【0035】
また、本実施例に係るシール構造では、Oリング38を装着する構造が簡便であるため、弁体24の加工性も良好であるとともに、装着も容易である。また、弁体24は軸加工のみでよいことから、加工コストが安価である。
【0036】
以下に、本発明に係るシール構造ならびにこのシール構造を用いた安全弁がどのように低圧域で良好な作動を示すかを調べた試験結果について説明する。
【0037】
図6は従来のように、Oリングをいわゆる外側拘束とした安全弁の試験結果である。図7は本発明のように、Oリングをいわゆる内側拘束とした安全弁の試験結果である。
【0038】
図6,7で、横軸は、試験で用いたサンプルの数を示したもので、従来品では、試作されたものの中から40個、本発明では、25個について調査した。そして、安全弁の吹出し設定圧力を245kPaとし、その吹出し圧力、吹始め圧力、吹止り圧力をそれぞれ測定し、それらを上段、中段、下段に、それぞれ菱形(◆)、四角(■)、三角(△)で示した。縦軸は、圧力(kPa)である。
【0039】
なお、吹始め圧力(■)とは、図2に示したように、一次側の圧力(通路40内の圧力)が設定圧力を超えた場合、受圧径(a)相当の荷重が、弁ばね32の付勢力を上回り、弁から漏れが生じるときの圧力である。
【0040】
また、吹出し圧力(◆)とは、弁からの漏れ量が放出孔34から漏れる量を超えた時の圧力で、このとき、弁体24には、弁体の径(b)相当の荷重を受け、弁体24が瞬時に上昇する。
【0041】
吹止り圧力(△)とは、一次側の通路40内の圧力が低下し、弁ばね32のばね力が弁体24の径(b)相当の荷重に勝って、弁が閉じるときの圧力である。
【0042】
図6および図7に示した試験結果から明らかなように、図7に示した本発明の方が、図6に示した従来品と比べて、吹始め圧力と吹出し圧力との差が少ないことが確認された。また、本発明のほうが、吹出し、吹始め、吹止りとも、製品によるばらつきが少なかった。特に、吹出し圧力は、略一定の値を示した。
【0043】
このように、特に、250kPa程度の低圧領域においては、量産化された製品のシール性にばらつきが少なく、安定したシ−ル性が得られることが確認された。したがって、本発明に係る安全弁は、250kPa以下の比較的低圧領域で使用される安全弁に好ましく採用することができる。
【0044】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明に係るシール構造は、安全弁に限定されず、他のシール構造に適用することができる。すなわち、上記実施例では、第1部材を弁ハウジング、第2部材を弁体としたが、第1部材、第2部材は、これらに限定されず、Oリングが装着される部材であれば、いかなるものであっても良い。また、配管経路を流れる流体は、圧縮空気に限定されず、他の不活性ガスなどにも適用することができる。また、流体としては、気体に限定されず、水などの液体にも適用可能である。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るシール構造によれば、Oリングに圧力が作用した場合に、そのOリングは外方に自由に変形することができるので、微小歪みの発生が解消される。特に、低圧領域では良好なシール性が発揮された。さらに、量産化された場合に、製品によるばらつきの発生が少なくなった。
【0046】
さらに、本発明に係るシール構造を安全弁に採用すれば、作動圧力が特に、低圧領域であるときに、良好なシール性が確保された。
【0047】
また、本発明に係る安全弁では、Oリングの略中心部が前記弁座に当接しているので、吹始め、吹出し、吹止りをより正確に制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施例に係るシール構造を備えた安全弁の断面図である。
【図2】図2は図1の一部を拡大して示した断面図である。
【図3】図3は図2に示したOリングの弁座との当接関係を拡大して示した概略図である。
【図4】図4は図1に示した安全弁が開となったときの断面図である。
【図5】図5は図1に示した安全弁を、高圧領域で用いる場合の変形例を示した概略図である。
【図6】図6は、従来例の試験結果であり、Oリングの外側が拘束された場合における安全弁の吹始め圧力と吹出し圧力ならびに吹止り圧力の関係を示す試験結果である。
【図7】図7は、本発明の試験結果であり、Oリングの内側が拘束された場合における安全弁の吹始め圧力と吹出し圧力ならびに吹止り圧力の関係を示す試験結果である。
【図8】図8は従来のシール構造を備えた特開平11−311345号公報に開示されている安全弁の断面図である。
【符号の説明】
20 安全弁
22 弁ハウジング(第1部材)
24a 小径軸部
24 弁体(第2部材)
36 弁座
38 Oリング
40 通路
42 弁室
P 平坦面
Q 傾斜面
R 屈曲点 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a seal structure and a safety valve using the seal structure.
[0002]
[Prior art]
For example, in a safety valve that protects equipment such as a hydraulic circuit or piping from destruction, an O-ring is generally widely used as a seal structure (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
FIG. 8 shows a safety valve having a conventional seal structure using an O-ring.
[0004]
In this safety valve A, an O-
[0005]
In this safety valve A, when the pressure in the
[0006]
By the way, in such a safety valve A, the
[0007]
In this safety valve A, the O-
[0008]
When this state is judged from the test results, in the safety valve A, when the set pressure is set in the low pressure region, the difference between the blow start pressure and the blow pressure is large. Furthermore, there was a large variation among products.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-31345 (see FIG. 1 and paragraph number [0009])
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As shown in FIG. 8, when a safety valve in which at least the outer peripheral side of the O-
[0011]
In view of such a situation, the present invention does not have a complicated structure of the first member that constitutes the valve body and the second member that constitutes the valve seat, and particularly has good sealing characteristics in a low pressure region, In addition, the present invention provides a seal structure with little variation in valve characteristics when mass-produced, and a safety valve using this seal structure.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the seal structure according to the present invention comprises:
A
The O-
In the
A substantially central portion of the O-
[0013]
With such a configuration, when pressure is applied to the O-ring, the O-ring can be freely deformed outward. As a result, good sealing performance was exhibited under the operating conditions in the low pressure region.
[0014]
Further, it was confirmed that there was little variation in the seal characteristics when mass production was performed.
[0016]
The safety valve according to the present invention is a safety valve having the above-described seal structure. The
The
A substantially central portion of the O-
[0017]
In the case of a safety valve having such a configuration, it was confirmed that there is little variation in the start and discharge pressures in the low pressure region, and the operation characteristics are stabilized. In addition, when mass-produced, there was little variation due to products.
[0019]
In addition, with such a configuration, it is possible to more accurately control the start of blowing, blowing out, and blowing off.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 shows a safety valve having a seal structure according to an embodiment of the present invention, and particularly shows a safety valve used for protecting a pneumatic circuit of an oxygen concentrator. In addition, the
[0022]
In the
On the other hand, a
[0023]
A
[0024]
Further, a small
[0025]
An O-
[0026]
The outer peripheral surface of the O-
[0027]
Further, as shown in an enlarged view in FIG. 3, the O-
[0028]
Here, as shown in FIG. 3, when the force F acts on the pressure receiving part S from the inside of the
[0029]
In order to counter the component force Fb at this time, the O-
[0030]
The
[0031]
First, such a
[0032]
On the other hand, when the inside of the
[0033]
When only the inner peripheral side of the O-
[0034]
The seal structure according to one embodiment of the present invention and the safety valve using the seal structure have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, such a
[0035]
Further, in the seal structure according to this embodiment, since the structure for mounting the O-
[0036]
Below, the test result which investigated how the seal | sticker structure based on this invention and the safety valve using this seal | sticker structure show favorable operation | movement in a low-pressure range is demonstrated.
[0037]
FIG. 6 shows a test result of a safety valve using an O-ring as a so-called outer restraint as in the prior art. FIG. 7 shows test results of a safety valve in which an O-ring is a so-called inner restraint as in the present invention.
[0038]
6 and 7, the horizontal axis indicates the number of samples used in the test. In the conventional product, 40 samples were manufactured, and in the present invention, 25 samples were investigated. Then, the set pressure of the safety valve is set to 245 kPa, and the blowing pressure, the blowing start pressure, and the blowing stop pressure are measured, and the rhombus (♦), square (■), and triangle (△) are respectively measured in the upper, middle, and lower stages. ). The vertical axis represents pressure (kPa).
[0039]
As shown in FIG. 2, when the primary side pressure (pressure in the passage 40) exceeds the set pressure, the blow start pressure (■) is a load equivalent to the pressure receiving diameter (a). This is the pressure at which the urging force of 32 is exceeded and leakage occurs from the valve.
[0040]
The blowout pressure (♦) is the pressure when the amount of leakage from the valve exceeds the amount leaking from the
[0041]
The blow-off pressure (Δ) is a pressure when the pressure in the
[0042]
As is clear from the test results shown in FIGS. 6 and 7, the present invention shown in FIG. 7 has a smaller difference between the blow start pressure and the blowout pressure than the conventional product shown in FIG. Was confirmed. In addition, the present invention had less variation among products in terms of blowing, starting blowing, and stopping. In particular, the blowing pressure showed a substantially constant value.
[0043]
As described above, it was confirmed that, particularly in a low pressure region of about 250 kPa, there was little variation in the sealing performance of mass-produced products, and a stable sealing performance was obtained. Therefore, the safety valve according to the present invention can be preferably used for a safety valve used in a relatively low pressure region of 250 kPa or less.
[0044]
As mentioned above, although one Example of this invention was described, the seal structure which concerns on this invention is not limited to a safety valve, It can apply to another seal structure. That is, in the said Example, although the 1st member was made into the valve housing and the 2nd member was made into the valve body, the 1st member and the 2nd member are not limited to these, If it is a member with which an O-ring is mounted, It can be anything. Moreover, the fluid flowing through the piping path is not limited to compressed air, and can be applied to other inert gases. Further, the fluid is not limited to gas, and can be applied to liquids such as water.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the seal structure of the present invention, when pressure is applied to the O-ring, the O-ring can be freely deformed outward, so that the occurrence of minute distortion is eliminated. . In particular, good sealing performance was exhibited in the low pressure region. In addition, there was less variation due to products when mass-produced.
[0046]
Furthermore, when the seal structure according to the present invention is employed in a safety valve, good sealing performance is ensured particularly when the operating pressure is in a low pressure region.
[0047]
Further, in the safety valve according to the present invention, since the substantially central portion of the O-ring is in contact with the valve seat, it is possible to more accurately control the start of blowing, blowing, and blowing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a safety valve having a seal structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG.
3 is an enlarged schematic view showing a contact relationship between the O-ring shown in FIG. 2 and the valve seat.
4 is a cross-sectional view when the safety valve shown in FIG. 1 is opened. FIG.
FIG. 5 is a schematic view showing a modification when the safety valve shown in FIG. 1 is used in a high pressure region.
FIG. 6 is a test result of a conventional example, and is a test result showing a relationship between a blowing start pressure, a blowing pressure, and a blowing stop pressure of the safety valve when the outside of the O-ring is constrained.
FIG. 7 is a test result of the present invention, showing the relationship between the blow start pressure, the blow pressure and the blow stop pressure of the safety valve when the inside of the O-ring is restrained.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a safety valve disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-31345 having a conventional seal structure.
[Explanation of symbols]
20
24a Small-
36 Valve seat 38 O-
P flat surface
Q inclined surface
R Inflection point
Claims (2)
前記Oリング(38)は、前記第2部材(24)の先端部に突出して形成された小径軸部(24a)の外周面に装着されており、
前記第1部材(22)に形成された前記通路(40)には、先端部に平坦面(P)がこの平坦面(P)の外径側に傾斜面(Q)がそれぞれ形成された弁座(36)が突出形成され、
前記Oリング(38)の線径の略中心部分が、前記弁座(36)の外径側角部(R)で当接することを特徴とするシール構造。A valve chamber (42) is defined between the first member (22) and the second member (24) reciprocally moved relative to the first member (22) , and the second member ( In the sealing structure for sealing the passage (40) formed in the first member (22) by attaching an O-ring (38) to the tip of 24) ,
The O-ring (38) is attached to the outer peripheral surface of a small-diameter shaft portion (24a) formed to protrude from the distal end portion of the second member (24) ,
The passage (40) formed in the first member (22) has a flat surface (P) at the tip and an inclined surface (Q) on the outer diameter side of the flat surface (P). A seat (36) is formed protrudingly;
A seal structure characterized in that a substantially central portion of a wire diameter of the O-ring (38) abuts on an outer diameter side corner (R) of the valve seat (36) .
前記弁ハウジング(22)に形成された一次側通路(40)には、先端部に平坦面(P)がこの平坦面(P)の外径側に傾斜面(Q)がそれぞれ形成された弁座(36)が突出形成され、
前記Oリング(38)の線径の略中心部分が、前記弁座(36)の外径側角部(R)で当接することを特徴とする安全弁。A safety valve having the seal structure according to claim 1, wherein the first member (22) is a valve housing (22) , the second member (24) is a valve body (24) , and the valve body (24) An O-ring (38) is mounted on the outer peripheral surface of the small-diameter shaft portion (24a) formed to protrude from the tip portion,
The primary passage (40) formed in the valve housing (22) has a flat surface (P) at the tip and an inclined surface (Q) on the outer diameter side of the flat surface (P). A seat (36) is formed protrudingly;
The substantially central portion of the wire diameter of the O-ring (38) is a safety valve, wherein the this abutting outside diameter side corner (R) of the valve seat (36).
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