JP4508965B2 - 弁のシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、流体の力によって弁体が弁座に押付けられて流通孔を閉鎖する弁のシール構造に関する。

従来、流体の力によって弁体が弁座に押付けられて流通孔を閉鎖する弁の一例として、図７，図８に示す空気弁１がある。この空気弁１は、弁箱２の下部に下水配管（図示せず）への接続用フランジ部３を有し、弁箱２の上部に弁箱カバー４を有している。弁箱カバー４には、排気孔５を形成する弁座６が設けられている。排気孔５を開閉する弁体７は弁軸部分７ａの上端部にダイヤフラム８を固定しており、ダイヤフラム８の上部に大気への圧力抜き孔９ａを有する蓋部材９を配置して、弁軸部分７ａに貫設した小径空気孔１０を通して弁箱２の内部に連通する圧力室１１を形成している。

弁箱２の内部には、液位の変動に応じて上下動し、浮力により弁体７を閉方向Ｓへ上昇させて押圧するフロート１２を配置している。フロート１２を支持するシャフト１３は、長孔１４において弁体７のピン１５に係合し、弁体７に対して上下方向に一定範囲内で相対移動可能に設けられている。シャフト１３の上端面１３ａが小径空気孔弁座１０ａに当接離間することにより小径空気孔１０を開閉する。

弁箱カバー４の下方には飛沫除け１６を配置しており、飛沫除け１６には通気孔１６ａを形成し、通気孔１６ａの上方には、ゴミ等の異物を捕捉するストレーナ１７を取り付けている。また、フロート１２の下端にはフラッパー１８を設けている。

次に、上記構成の空気弁１の動作について説明する。
配管への充水時には、図７に示すように、フロート１２および弁体７が下動して、弁体７が弁座６から離間し、排気孔５が開放されているので、配管中の空気は弁箱２の排気孔５を通して外部に多量排気される。

充水が進行して弁箱２の内部の水位が上昇すると、図８に示すように、フロート１２に浮力が働いてフロート１２が上動し、シャフト１３が上端面１３ａで小径空気孔弁座１０ａに当接して小径空気孔１０を閉じるとともに弁体７を押し上げ、弁体７が弁座６に押付けられて排気孔５を閉じる。

充水完了後において、配管を流れる液体中の空気が弁箱２へ流入して内部に溜まると液位が低下し、液位の低下によってフロート１２が下動する。これに伴って、シャフト１３も一緒に下動し、その上端面１３ａが小径空気孔弁座１０ａから離間して小径空気孔１０を開放する。この小径空気孔１０の開放により弁箱２の内部圧力が小径空気孔１０を通じて圧力室１１に作用し、ダイヤフラム８を介して下向きの力が弁体７に作用する。

このため、弁体７にはダイヤフラム８を介して作用する下向きの力と、弁箱２の内部圧力によって作用する上向きの力とが働き、図７に示すように、その差分の力と弁体７およびフロート１２の重量が弁体７を押し下げ、弁体７が下降して弁座６から離間し、排気孔５が開き、排気孔５を通して弁箱２の内部に溜まった多量の空気が排出される。

空気の排出に伴って弁箱２の内部の液位が上昇し、フロート１２の上動によってシャフト１３が上端面１３ａで小径空気孔１０を閉じるとともに弁体７を押し上げる。弁体７は閉動によって弁座６に押付けられて排気孔５を閉じるとともにダイヤフラム８を押し上げ、圧力室１１に溜まった空気が圧力抜き孔９ａを通して排出される。

尚、上記のような構成の空気弁１は下記特許文献１に記載されている。
しかしながら上記の従来形式では、空気弁１を下水配管に据え付けた際、空気弁１が鉛直軸に対して僅かに傾斜して据え付けられることがある。この場合、弁体７に対して弁座６が僅かに傾く虞があり、弁体７で排気孔５を閉じている状態で、弁体７と弁座６との間に隙間が形成されてしまう。低圧時においては、弁体７の弁座６への押圧力が小さく、上記隙間が無くならないため止水性が低下し、この隙間から水が漏れるという問題があった。

これに対し、上記弁体７と弁座６との間の止水性を向上させるシール構造として、図９，図１０に示すように、弁体７に円環状のシール部材２１を設けたものがある。このシール部材２１の上部２１ａは山形状に形成されており、図１０に示すように、弁体７が上動して排気孔５を閉じている場合、シール部材２１の上部２１ａが弁座６に押圧される。

しかしながら上記のシール構造では、図１０に示すように、排気孔５を閉じた際、シール部材２１の上部２１ａは弁体７の閉方向Ｓと同じ方向（すなわちシール部材２１の高さ方向）へ圧縮されて変形するため、弁体７に作用するシール部材２１の下向きの反力が大きく、例えば弁箱２の内部圧力が低くて弁体７の閉方向Ｓへの押圧力が小さい場合、シール部材２１の上部２１ａが十分に圧縮されない虞れがあり、これにより、止水性を十分に保つことができないといった問題がある。
特公平７−６５６９１号公報

本発明は、弁体と弁座との間の漏れを確実に防止して止水性をより一段と向上させることが可能な弁のシール構造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第１発明は、流体の力によって弁体が弁座に押付けられて流通孔を閉鎖する弁のシール構造であって、
上記弁座は流通孔の周囲を取り囲むように形成され、
弁体又は弁座のいずれかに形成された溝に、環状のシール部材が嵌め込まれ、
シール部材は弁座又は弁体に対して当接離間自在な突起部を全周にわたり有しており、
突起部は、外周側又は内周側のいずれかに傾斜しており、弁座又は弁体のいずれかに当接した際、上記傾斜している側へ倒れるように構成され、
突起部の傾斜している側からその反対側へ向かって弁箱の内部圧力が作用し、
溝は、突起部の隣りに位置し且つ内部圧力作用側とは反対側から突起部に対向する壁面を有しているものである。

これによると、弁体で流通孔を閉鎖した際、シール部材の突起部が、弁座又は弁体のいずれかに当接して、傾斜している側の方向に弾性変形して倒れる。これにより、弁体と弁座とが相対的に傾斜して、全閉時、弁体と弁座との間に隙間が発生しても、上記のようにシール部材の突起部が弁座又は弁体のいずれかに当接しているため、漏れが防止されて止水性が向上する。

また、全閉時、シール部材の突起部は、弁体の閉方向と同一方向ではなく、異なった特定方向（すなわち傾斜している側の方向）に弾性変形して倒れる。このため、弁体に作用するシール部材の反力を小さくすることができ、弁体の閉方向への押圧力が小さい場合であっても、シール部材の突起部は容易に弾性変形して倒れ、これにより、止水性を十分に保つことができる。

また、突起部が弁座又は弁体のいずれかに当接して倒れた状態で、弁箱の内部圧力が突起部の傾斜している側からその反対側へ向かって作用することにより、突起部が上記内部圧力によって倒れ方向から起立方向へ押し返される。したがって、上記内部圧力が高圧になるほど突起部へ作用する起立方向への押し返し力が増大し、この押し返し力によって突起部が弁座又は弁体のいずれかに一段と強く押圧されるため、突起部による自己止水機能が向上する。

本第２発明は、弁座に弁座側シート面が形成され、
弁体は弁座側シート面に対して当接離間自在な弁体側シート面を有し、
溝の壁面は弁座側シート面又は弁体側シート面に対して直交しているものである。

以上のように本発明によると、弁体と弁座との間の漏れを確実に防止して止水性をより一段と向上させることができ、また、突起部による自己止水機能を向上させることもできる。

以下、本発明における実施の形態を図面に基いて説明する。尚、従来と同じ部材については同一の符号を付記して説明を省略する。
（第１の実施の形態）
図１に示すように、空気弁１の弁座６と弁体７とのシール構造は以下のように構成されている。

弁座６の下端面には、弁座側シート面３１が排気孔５（流通孔の一例）の周囲を取り囲むように形成されている。弁体７は、弁座側シート面３１に対して直交方向（上下方向）から接近離間自在であり、弁座側シート面３１に対して下方から当接離間自在な弁体側シート面３２を有している。

弁体７には円環状のシール部材３３が設けられている。図２に示すように、このシール部材３３は、材質にゴム等の弾性体を用いており、本体部３３ａと、本体部３３ａの上端部（一端部）の内周寄りに全周にわたって形成された突起部３３ｂと、本体部３３ａの下部（他端部）に形成されて外周側へ突出した鍔部３３ｃとを有している。

突起部３３ｂは、鉛直方向の断面形状が三角形であり、シール部材３３の外周側（特定方向Ａの一例）に傾斜しており、上端ほど細くなって尖っている。また、突起部３３ｂの内周面（すなわち傾斜している側とは反対側の面）はシール面３４として形成されており、このシール面３４は、先端ほど外側へ傾斜しており、弁座側シート面３１に対して下方から当接離間自在である。尚、突起部３３ｂの外周面も先端ほど外側へ傾斜している。

図１に示すように、上記弁体７は、弁体本体部７ｂと、この弁体本体部７ｂの外周縁部に設けられたリング状の押え部材７ｃとで構成されている。この押え部材７ｃは複数の ねじ７ｄによって弁体本体部７ｂに取付けられている。弁体７には、弁体本体部７ｂと押え部材７ｃとによって、上部が開放された溝３５が全周にわたり形成される。上記シール部材３３は溝３５に嵌め込まれて弁体７に保持され、突起部３３ｂは弁体側シート面３２から弁座側シート面３１に向かって上方へ突出している。

シール部材３３の本体部３３ａの上面は弁体側シート面３２よりも下方へ落ち込んでおり、これにより、上記本体部３３ａの上面と弁体側シート面３２との間に凹形状のスペース３６が確保される。

以下、上記構成における作用を説明する。
図１（ｂ）に示すように、弁体７が閉方向Ｓへ押し上げられ、弁体側シート面３２が弁座側シート面３１に当接して、排気孔５が閉鎖された際、シール部材３３の突起部３３ｂが弁座側シート面３１に当接して特定方向Ａ（すなわち外周側の方向）へ弾性変形して倒れる。これにより、弁体７と弁座６とが相対的に傾斜して、全閉時、弁体７と弁座６との間に隙間が発生しても、上記のように突起部３３ｂのシール面３４が弁座側シート面３１に当接しているため、漏れが防止されて止水性が向上する。

また、排気孔５を弁体７で閉鎖した時、上記突起部３３ｂは、弁体７の閉方向Ｓ（すなわち上方向）と同一方向ではなく、上記閉方向Ｓに直交する特定方向Ａ（すなわち閉方向Ｓと異なる方向）へ弾性変形して倒れるため、弁体７に作用するシール部材３３の下向きの反力を小さくすることができ、例えば弁箱２の内部圧力が低くて弁体７の閉方向Ｓへの押圧力が小さい場合であっても、上記突起部３３ｂは容易に弾性変形して倒れる。これにより、止水性を十分に保つことができる。この際、突起部３３ｂはスペース３６内に倒れ込むため、弁体側シート面３２が弁座側シート面３１に確実に当接する。

さらに、排気孔５が弁体７で閉鎖されて充水が完了した場合、弁箱２の内部圧力が突起部３３ｂの外周側から内周側（すなわち傾斜している側からその反対側）へ向かって作用することにより、突起部３３ｂが上記内部圧力によって倒れ方向から起立方向Ｂへ押し返される。したがって、上記内部圧力が高圧になるほど突起部３３ｂへ作用する起立方向Ｂへの押し返し力が増大し、この押し返し力によって突起部３３ｂが弁座側シート面３１に一段と強く押圧されるため、突起部３３ｂによる自己止水機能が向上する。

上記第１の実施の形態では、シール部材３３を弁体７に設けているが、弁座６に設けても良い。
次に、上記第１の実施の形態の空気弁１とは異なるタイプの空気弁の構成とシール構造とを説明する。
（第２の実施の形態）
図３に示すように、空気弁５０は、弁箱５１内に案内筒５２とフロート５３と遊動弁体５４とを具備してなり、配管（図示省略）に接続される。弁箱５１の底部には、配管に連通する流体流入孔５５が形成されている。また、案内筒５２は、底部の下部開口５６と、側壁上部の上部開口５７と、上端部の弁座５８とを有している。この弁座５８は弁箱５１の上端部にはめ込まれて支持されている。

弁箱５１の上部には蓋５９が設けられ、この蓋５９には、案内筒５２内と外部の大気とに連通する排気孔６０（流通孔の一例）が形成されている。上記弁座５８は、弁箱５１の上端部と蓋５９とで挟まれて固定されており、排気孔６０の周囲を取り囲むように形成されている。

上記フロート５３は、球状に形成され、案内筒５２内に昇降可能に配置されている。また、遊動弁体５４は、中心部に小径空気孔６１を有し、フロート５３上に載置されており、フロート５３の浮力により閉方向Ｓへ上昇して排気孔６０を閉じる。上記小径空気孔６１は遊動弁体５４の上下両方へ連通しており、小径空気孔６１の下端開口部には小径空気孔弁座６１ａが設けられている。

空気弁５０の遊動弁体５４と弁座５８とのシール構造は以下のように構成されている。尚、先に説明したものと同じ部材については、同一の符号を付記して説明を省略する。
図４に示すように、弁座５８の下端面には弁座側シート面６３が形成されている。遊動弁体５４は、弁座側シート面６３に対して直交方向（上下方向）から接近離間自在であり、弁座側シート面６３に対して下方から当接離間自在な弁体側シート面６４を有している。

弁座５８には円環状のシール部材３３が設けられている。このシール部材３３は、本体部３３ａと、本体部３３ａの下端部（一端部）の内周寄りに全周にわたって形成された突起部３３ｂと、本体部３３ａの上部（他端部）に形成されて内周側へ突出した鍔部３３ｃとを有している。突起部３３ｂは弁座側シート面６３から弁体側シート面６４に向かって下方へ突出している。

上記弁座５８は、弁座本体部５８ａと、この弁座本体部５８ａの内周縁部に設けられたリング状の押え部材５８ｂとで構成されている。この押え部材５８ｂは複数のねじ５８ｃによって弁座本体部５８ａに取付けられている。

以下、上記構成における作用を説明する。
通常、図３に示すように、フロート５３および遊動弁体５４は下降しており、この状態で、配管内に充水すると、配管内の空気は流体流入孔５５から弁箱５１内に流入し、案内筒５２の上部開口５７を経由して排気孔６０から大気中に多量排気される。排気がほぼ終わって弁箱５１内に水が流入して来ると、この水は下部開口５６および上部開口５７から案内筒５２内に流入し、フロート５３が浮上して遊動弁体５４を閉方向Ｓへ押し上げ、図４（ｂ）に示すように、弁体側シート面６４が弁座側シート面６３に当接して、排気孔６０が遊動弁体５４で閉鎖される。

この際、シール部材３３の突起部３３ｂが弁体側シート面６４に当接して特定方向Ａへ弾性変形して倒れるため、遊動弁体５４と弁座５８とが相対的に傾斜して、全閉時、遊動弁体５４と弁座５８との間に隙間が発生しても、上記のように突起部３３ｂのシール面３４が弁体側シート面６４に当接しているため、漏れが防止されて止水性が向上する。

また、遊動弁体５４に作用するシール部材３３の下向きの反力を小さくすることができ、例えば弁箱５１の内部圧力が低くて遊動弁体５４の閉方向Ｓへの押圧力が小さい場合であっても、上記突起部３３ｂは容易に弾性変形して倒れ、これにより、止水性を十分に保つことができる。

さらに、排気孔６０が遊動弁体５４で閉鎖されて充水が完了した場合、弁箱５１の内部圧力が突起部３３ｂの外周側から内周側へ向かって作用することにより、突起部３３ｂが上記内部圧力によって倒れ方向から起立方向Ｂへ押し返され、この時の押し返し力によって突起部３３ｂが弁体側シート面６４に一段と強く押圧されるため、突起部３３ｂによる自己止水機能が向上する。尚、上記のように排気孔６０が遊動弁体５４で閉鎖された際、フロート５３が小径空気孔弁座６１ａに当接して小径空気孔６１を閉じている。

次に、配管内の空気が弁箱５１内に溜まってくると、液面が下がり、フロート５３が下降する。しかし、遊動弁体５４は、その下面に配管の内圧が作用しているため下降せず、排気孔６０を閉じたままである。これにより、フロート５３は遊動弁体５４の小径空気孔弁座６１ａから下方へ離間して小径空気孔６１を開き、弁箱５１内の空気は小径空気孔６１から大気中に少量排気される。これに伴って弁箱５１内の液面が上昇すると、フロート５３が浮上して小径空気孔６１を閉じる。

上記第２の実施の形態では、シール部材３３を弁座５８に設けているが、遊動弁体５４に設けても良い。
上記第１および第２の実施の形態では、シール部材３３の突起部３３ｂの先端は尖っているが丸く形成してもよい。また、突起部３３ｂはシール部材３３の外周側に傾斜しているが内周側に傾斜してもよい。この場合、突起部３３ｂが弁座６又は遊動弁体５４に当接すると、内周側へ倒れる。

次に、シール部材３３の他の実施の形態を説明する。
（第３の実施の形態）
図５に示すように、シール部材３３の本体部３３ａと突起部３３ｂの外周面とのコーナー部分に、シール部材３３よりも柔軟な材質（例えばスポンジ等）からなる円環状のコーナー覆い部材６８が設けられている。

これによると、コーナー覆い部材６８を設けることにより、ゴミ等の異物がシール部材３３の本体部３３ａと突起部３３ｂの外周面とのコーナー部分に滞留するのを防止することができる。

尚、第３の実施の形態では、突起部３３ｂをシール部材３３の外周側に傾斜させているが、突起部３３ｂを内周側に傾斜させた場合は、コーナー覆い部材６８を本体部３３ａと突起部３３ｂの内周面とのコーナー部分に設ければよい。
（第４の実施の形態）
図６に示すように、シール部材３３の突起部３３ｂは、鉛直方向の断面形状が三角形であり、傾斜せずに直立している。本体部３３ａには、突起部３３ｂを特定方向Ａ（すなわち外周側）へ倒すための溝６９が全周にわたり形成されている。この溝６９は、上面が開放されており、突起部３３ｂの根元から突起部３３ｂの外周側にかけて形成されている。

これによると、突起部３３ｂは、弁座６（又は弁体５４）に当接した際、容易に特定方向Ａへ倒れる。この際、突起部３３ｂは溝６９内に倒れ込む。
尚、第４の実施の形態では、突起部３３ｂが倒れる特定方向Ａを外周側にしているが、内周側にしてもよい。この場合、上記溝６９を突起部３３ｂの根元から突起部３３ｂの内周側にかけて形成すればよい。

上記各実施の形態では、シール部材３３に突起部３３ｂを１本形成しているが、内外に複数本（例えば内周側の突起部３３ｂと外周側の突起部３３ｂとの２本）形成してもよい。

上記各実施の形態では、空気弁１，５０のシール構造を示したが、空気弁以外の他の形式の弁に適用してもよい。

本発明の第１の実施の形態における空気弁のシール構造の拡大図であり、（ａ）は排気孔を開いた状態、（ｂ）は排気孔を弁体で閉じた状態を示す。 同、空気弁のシール構造のシール部材の断面図である。 本発明の第２の実施の形態におけるシール構造を備えた空気弁の図である。 同、空気弁のシール構造の拡大図であり、（ａ）は排気孔を開いた状態、（ｂ）は排気孔を弁体で閉じた状態を示す。 本発明の第３の実施の形態におけるシール構造のシール部材の断面図である。 本発明の第４の実施の形態におけるシール構造のシール部材の断面図である。 従来の空気弁の断面図であり、排気孔を開いた状態を示す。 同、空気弁の断面図であり、排気孔を弁体で閉じた状態を示す。 従来の空気弁の断面図であり、弁体にシール部材を設けたものである。 同、空気弁のシール構造の拡大図であり、排気孔を弁体で閉じた状態を示す。

符号の説明

１ 空気弁
５ 排気孔（流通孔）
６ 弁座
７ 弁体
３３ シール部材
３３ｂ 突起部
５０ 空気弁
５４ 遊動弁体
５８ 弁座
６０ 排気孔（流通孔）
Ａ 特定方向
Ｓ 閉方向

Claims (2)

1. 流体の力によって弁体が弁座に押付けられて流通孔を閉鎖する弁のシール構造であって、
   上記弁座は流通孔の周囲を取り囲むように形成され、
   弁体又は弁座のいずれかに形成された溝に、環状のシール部材が嵌め込まれ、
   シール部材は弁座又は弁体に対して当接離間自在な突起部を全周にわたり有しており、
   突起部は、外周側又は内周側のいずれかに傾斜しており、弁座又は弁体のいずれかに当接した際、上記傾斜している側へ倒れるように構成され、
   突起部の傾斜している側からその反対側へ向かって弁箱の内部圧力が作用し、
   溝は、突起部の隣りに位置し且つ内部圧力作用側とは反対側から突起部に対向する壁面を有していることを特徴とする弁のシール構造。
2. 弁座に弁座側シート面が形成され、
   弁体は弁座側シート面に対して当接離間自在な弁体側シート面を有し、
   溝の壁面は弁座側シート面又は弁体側シート面に対して直交していることを特徴とする請求項１記載の弁のシール構造。

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