JP4641805B2 - 逆止弁 - Google Patents

Description

本発明は逆止弁に係り、とくに気体あるいは液体を一方向にのみ流動させ、逆方向の流れを遮断する逆止弁に関する。

気体や液体の流れの方向を制御するために、従来より逆止弁が広く用いられている。逆止弁は、そのボディ内において弁座に対して接触および離間可能に弁体を配するようにし、しかもばねあるいは弁体自身の自重によって上記弁体を弁座に圧着するようになっている。

このような逆止弁において、正方向の流れは、上記ばねのバイアス力あるいは弁体の自重に打勝って弁体を弁座から離間させ、これによって流動を発生させるようにしている。これに対して逆方向の流れは、上記バイアス圧と同一の方向に圧力を発生させるために、弁体が弁座に圧着されて流れが遮断される。このような構造によって、正方向の流れを許容し、逆方向の流れを遮断する。

従来のこの種の逆止弁は、ばねの弾性復元力、弁体それ自身の自重、あるいはゴムの弾性力等によって、弁体を弁座に対して押付けるようにしていた。正方向の流体圧はこの力に抗して流れるために、弁体に加わるバイアス力に打勝って弁体を開弁させる圧力を必要とする。この圧力が、クラッキングの圧力と呼ばれる。すなわちクラッキング圧力とは、弁体を開くための力をいう。

従ってこのことから、逆止弁の使用圧力は、流体圧がクラッキング圧力以上でなければならず、クラッキング圧力以下の流体は、逆方向のみならず正方向の流体をも遮断される。弁体それ自身の自重を用いた逆止弁は、そのクラッキング圧を低くすることができるものの、クラッキング圧力を零にすることはできない。またクラッキング圧力を発生させるバイアス力を弁体の自重に依存する場合には、この逆止弁の使用される位置や姿勢によって、クラッキング圧力が変化する問題がある。またゴムの弾性力を用いて弁体を弁座に圧着する方式は、弾性力が不安定であるために、クラッキング圧力も安定しない欠点がある。

本願発明の課題は、弁座に圧着されて遮断動作を行なう弁体に対してバイアス力を付与しないようにした逆止弁を提供することである。

本願発明の別の課題は、正方向の流れが弁体を開くために要する圧力、すなわちクラッキング圧力を実質的に零にできる逆止弁を提供することである。

本願発明のさらに別の課題は、高速動作に追従可能な逆止弁を提供することである。

本願発明のさらに別の課題は、高い耐久性を有する逆止弁を提供することで ある。

本願発明のさらに別の課題は、微小量のガスの流動を確実に制御できるようにした逆止弁を提供することである。

本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想および実施の形態によって明らかにされよう。

本願の主要な発明は、弁体が流動するガスに対して十分に大きな比重を有する平面状の柔軟なシートまたはフィルムから構成され、
吐出口が開口する平坦な壁面と該吐出口が開口する壁面と平行で平坦な当接壁面との間の空間であってハウジングの内周側の空間内に前記弁体が収納され、
前記ガスの前記吐出口が開口する壁面に対して最も大きく離間したときに、前記弁体と前記吐出口が開口する壁面との間に逆方向の前記ガスの流れの際に付着流が前記吐出口が開口する壁面と前記弁体の双方に発生する隙間をもって前記ガスの前記吐出口が開口する壁面に対して接触および離間可能に自由な状態で前記弁体が配され、
前記吐出口が開口する壁面と前記弁体とが、逆方向の流れの際に、該壁面と該弁体との間で付着流を発生させるように流れ方向の長さを有し、
前記吐出口から吐出される正方向の流れは、前記弁体を前記吐出口が開口する壁面に対して離間させ、
前記吐出口に吸込まれる逆方向の流れは、前記吐出口に吸込まれる逆方向の流れによって発生する前記壁面付着流によって前記弁体が前記吐出口が開口する壁面に引寄せられると該壁面側の圧力が前記吐出口が開口する壁面とは反対側に回り込んで前記弁体の両側で圧力差を発生して前記弁体を前記吐出口が開口する壁面に圧着し、該弁体が前記吐出口を閉塞して閉弁動作が行なわれることを特徴とする逆止弁に関するものである。

ここで、前記弁体が柔軟な円形のシートまたはフィルムであって、断面が円形の空間内に配され、正方向の流れは前記弁体の外周部と前記空間の内周面との間の隙間を通って流動するようにしてよい。

本願発明の好ましい態様は、流体の流れの性質の１つである壁面付着現象を利用し、これによって弁体の開閉を行なうようにしたものであって、スプリングの反力や弁体の自重、ゴムの弾性力等のバイアス力を使わないでクラッキング圧力を実質的に零にするものである。

ここで逆方向の流れが発生した場合に、弁体と対向する壁面とが十分に離れていると、流体は何れか一方の面にのみ付着して流れるだけであって、逆止弁の動作、すなわち弁体の閉止動作が発生しない。壁面とダイヤフラムシール等の柔軟な弁体を近付けると、一方にのみ付着していた流体の流れは、もう一方の部分にも付着するように働く。その結果、自由な状態で配置されている弁体が壁面に引寄せられ、逆方向の流れにおいて下流側の圧力が弁体の付着面とは反対側の部分に流込み、これによって逆方向の流れの上流側と下流側との間で圧力差を生じ、この圧力差によって弁体が壁面に圧着して閉止動作が行なわれる。

このような動作が達成されるためには、壁面と弁体との間のギャップが、付着流の影響が壁面と弁体の双方に発生する程度に十分に狭いことと、壁面が、付着流が発生できる程度に流れ方向に十分な長さを有することと、弁体が、付着流が発生できる程度に流れ方向に十分な長さを有することが必要になる。

このような態様の逆止弁によると、弁体はスプリング、自重、ゴムの弾性力等のバイアス力を付与されないために、この弁体を正方向の流れによって開く圧 力、すなわちクラッキング圧力を実質的に零にすることが可能になる。また弁体の可動部分を極めて軽量にすることができるために、高速動作に追随可能であって、しかも高い耐久性を発揮できるようになる。

本願の主要な発明は、弁体が流動するガスに対して十分に大きな比重を有する平面状の柔軟なシートまたはフィルムから構成され、吐出口が開口する平坦な壁面と該吐出口が開口する壁面と平行で平坦な当接壁面との間の空間であってハウジングの内周側の空間内に前記弁体が収納され、前記ガスの前記吐出口が開口する壁面に対して最も大きく離間したときに、前記弁体と前記吐出口が開口する壁面との間に逆方向の前記ガスの流れの際に付着流が前記吐出口が開口する壁面と前記弁体の双方に発生する隙間をもって前記ガスの前記吐出口が開口する壁面に対して接触および離間可能に自由な状態で前記弁体が配され、前記吐出口が開口する壁面と前記弁体とが、逆方向の流れの際に、該壁面と該弁体との間で付着流を発生させるように流れ方向の長さを有し、前記吐出口から吐出される正方向の流れは、前記弁体を前記吐出口が開口する壁面に対して離間させ、前記吐出口に吸込まれる逆方向の流れは、前記吐出口に吸込まれる逆方向の流れによって発生する前記壁面付着流によって前記弁体が前記吐出口が開口する壁面に引寄せられると該壁面側の圧力が前記吐出口が開口する壁面とは反対側に回り込んで前記弁体の両側で圧力差を発生して前記弁体を前記吐出口が開口する壁面に圧着し、該弁体が前記吐出口を閉塞して閉弁動作が行なわれるようにしたものである。

従ってこのような逆止弁によると、吐出口から吐出される正方向の流れが生じた場合には、弁体が壁面に対して離間するために、流体の流動する通路が形成されて流体が流動する。これに対して逆方向の流れが発生した場合には、壁面付着流現象によって弁体が壁面に圧着されるために、壁面に形成されている吐出口が弁体によって閉塞される。従って逆方向の流れが弁体によって遮断される。このような逆方向の流れの遮断動作は、逆方向の流れに伴なう弁体の壁面付着現象を利用するものであるために、弁体に対して正方向の流れに抗するようなバイアス力を付与しておく必要がなくなる。従って上記のようなバイアス力に抗して正方向の流動を許容する必要がなく、正方向の流れを生ずるのに要する圧力、すなわちクラッキング圧力を実質的に零にすることが可能になり、微小量の流体の流動制御が可能になる。

以下本願発明を、図示の実施の形態によって説明する。図１に示すように、本実施の形態の逆止弁は、入口側ボディ１１と、出口側ボディ１２と、これらの間に介在される円形の弁体１３とから構成される。出口側ボディ１２の前端側の部分には円柱状をなす突部１４が形成され、しかも突部１４の根元部分に雄ねじ１５が形成され、突部１４が入口側ボディ１１の凹部１６の内部に挿入されるとともに、この凹部１６の内周面に形成された雌ねじ１７に上記雄ねじ１５が螺着さ れ、これによって一対のボディ１１、１２が互いに組立てられるようになっている（図４、図５参照）。

入口側ボディ１１は真鍮から構成され、図２に示すように、ほぼ６角柱状をなすとともに、その一端であって中心部には入口ポート２１が形成される。そして入口ポート２１の根元側の部分に雌ねじ２２が形成される。入口ポート２１には入口側の管路が挿入されて雌ねじ２２に螺着されるようになる。そして上記入口ポート２１の先端部は閉塞されるとともに、閉塞された底部に複数の小孔から成る吐出口２３が形成される。そして上記凹部１６の底面を形成する壁面２４に上記吐出口２３が開口されるようになっている。

出口側ボディ１２も真鍮によって形成され、図３に示すように、その一端の中心部には出口ポート２８が形成される。出口ポート２８は中心孔２９に連通される。そして上記突部１４の外周面上に周溝３０が形成され、この周溝３０の内周底と上記中心孔２９とを連通させるように、例えば４つの放射状孔３１が形成される。また上記突部１４の周溝３０の後側には保持溝３２が形成され、この保持溝３２にＯリング３３が保持される。そして上記突部１４の先端側の部分が当接壁面３４になっている。

図２に示す入口側ボディ１１と、図３に示す出口側ボディ１２とを組合わせ、出口側ボディ１２の突部１４を入口側ボディ１１の凹部１６内に挿入し、雄ねじ１５を雌ねじ１７に螺着させることによって、この逆止弁が図４および図５に示すように組立てられる。ここで弁体１３は、例えば柔軟なフッ素ゴム（商品名バイトン）のシートであって、本実施の形態においては、厚さが０．１５ｍｍのものが用いられる。ここで弁体１３は、入口側ボディ１１と出口側ボディ１２との間であって、入口側ボディ１１の壁面２４と出口側ボディ１２の当接壁面３４との間の隙間の部分に配される。しかも弁体１３は何等の支持を有せず、自由な状態で配置される。

以上のような構成において、正方向の流れ、すなわち入口側ボディ１１の入口ポート２１から出口側ボディ１２の出口ポート２８への流体、例えばガスの流動は、図４に示すように、入口ポート２１から吐出口２３を通して、弁体１３が配されている壁面２４と当接壁面３４との間の隙間に流動する。このときのガスの圧力によって、弁体１３は、出口側ボディ１２の突部１４の先端部の当接壁面３４に圧着された状態になる。そしてガスは弁体１３の外周部と入口側ボディ１１の凹部１６の内周部との間の隙間を通って出口側ボディ１２の突部１４の周溝３０に流動し、この周溝３０から放射状孔３１を通って、出口側ボディ１２の中心孔２９に流動し、この後出口ポート２８を通して流れる。すなわち正方向の流れに対しては、円形のダイヤフラムシートから成る弁体１３が当接壁面３４に圧着された状態でガスの流動を許容する。

これに対して逆方向の流れ、すなわち出口ポート２８から入口ポート２１への流れは、図５に示すように、出口ポート２８から中心孔２９、放射状孔３１を通って、ガスが出口側ボディ１２の突部１４の周溝３０に到り、この後、弁体１３の外周部と凹部１６の内周面との間の隙間を通って、ガスはさらに弁体１３と壁面２４との間の隙間に流れ、この後、吐出口２３から入口ポート２１に流動する。

このときに壁面付着現象が発生し、ガスの流れは軸線方向に微小な空間である入口側ボディ１１の凹部１６の壁面２４と弁体１３とに付着して流れる。ここで壁面２４はガスの流れによって移動しないために、自由な状態で配されている弁体１３が、壁面２４に近付くようになる。従って逆方向の流れの流路を形成する弁体１３と壁面２４との間の隙間の抵抗が増大し、これによって弁体１３と当接壁面３４との間の空間のガス圧が上昇する。この圧力の上昇によって弁体１３は、図５において左方への力を受けることになり、このような圧力差によって弁体１３が入口側ボディ１１の凹部１６の壁面２４に圧着し、上記壁面２４に開口している吐出口２３を閉塞する。従ってこれによって逆方向の流れが遮断される。なお、これら一連の動作は瞬時に行なわれる。

逆方向にガスが流動する場合に、入口側ボディ１１の壁面２４と弁体１３とが十分に離れていると、ガスは、壁面２４と弁体１３の内の一方にのみ付着して流れるだけであって、このために上述の逆止弁の閉止動作が発生しない。入口側のボディ１１の壁面２４と弁体１３との間の隙間を小さくすると、一方にのみ付着して流れたガスの流れが、両側の壁面２４と弁体１３とに付着するようにして流動する。その結果、自由な状態で支持されている弁体１３が、入口側ボディ１１の壁面２４に引寄せられ、このために弁体１３の壁面２４側の圧力が、弁体１３と当接壁面３４との間の空間側に回り込み、これによって弁体１３の両側で圧力差が発生し、弁体１３が壁面２４に圧着する閉弁動作が行なわれる。

従って、上述のような壁面付着現象による逆止動作が行なわれるためには、壁面２４と弁体１３との間のギャップが、ガスの付着流の影響が壁面２４と弁体１３の双方に発生する程度に、壁面２４に対して弁体１３が近接していることが必要になる。本実施の形態においては、弁体１３として直径が３０ｍｍで厚みが０．１５ｍｍのゴムシートを使用した場合に、弁体１３と壁面２４との間のギャップを０．８ｍｍに設定している。一般に空気あるいは空気とほぼ等価なガスに使用する場合には、このギャップを０．５〜１．５ｍｍ程度の値に設定することが好ましい。その範囲よりも小さいとガスの流動が十分でなくなり、その範囲よりも大きな値であると、壁面付着現象による逆止動作が円滑に動作しなくなる。

また弁体１３が、逆方向の流れによって壁面２４に圧着するためには、壁面２４が、付着流が発生できる程度にガスの流動方向に対して十分に長い寸法を有することを要し、吐出口２３に対して半径方向に十分に長いことが必要になる。また同様に弁体１３が、付着流が発生できる程度に流れ方向に十分な長さを要する。また弁体１３の外周部と入口ボディ１１の凹部１６の内周面との間のギャップがガスの通路になっており、本実施の形態においては、その値が０．２２５ｍｍの値に設定されている。ほぼこの値に設定すると、ガスの流動によって弁体１３をセンタリングして、その中心をこの逆止弁の軸線とほぼ一致させるように保持する機能がある。一般に上記の隙間は、例えば弁体１３として直径が３０ｍｍのものを用いたときには、０．２〜１．０ｍｍの値であることが好ましい。この範囲よりも小さいと、ガスの流量が小さくなり、またこの範囲よりも大きいと、弁体１３の安定な位置保持が十分でなくなる可能性がある。

このような逆止弁は、流体の流れの性質の１つである壁面付着現象を利用し、これによって弁体１３の開閉を行なうようにしたものである。従って弁体１３に対して、閉止のためのバイアス力を付与するばね、自重、弾性力等を付与する必要がなくなる。従って、上記の圧力に打勝って開弁動作を行なわせるクラッキング圧力を、実質的に零にすることが可能になる。また弁体１３として極めて薄くて柔軟なシートあるいはフィルムを用いることができ、しかも自由な状態で保持するようにしているために、可動部が極めて軽量になり、高速動作に追随可能であって、しかも高い耐久性を生ずるようになる。

以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態は、ガスのための逆止弁であるが、本願発明は液体のための逆止弁としても利用することが可能である。

本願発明は、気体や液体の方向に伴なう流れの制御、とくに逆方向の流れを遮断する逆止弁として広く利用可能である。

逆止弁の全体の構成を示す分解斜視図である。 入口側ボディの部分の正面図および縦断面図である。 出口側ボディの縦断面図および背面図である。 正方向にガスを流動したときの逆止弁の内部構造を示す縦断面図である。 逆方向にガスを流動させたときの逆止弁の内部構造を示す縦断面図である。

符号の説明

１１ 入口側ボディ
１２ 出口側ボディ
１３ 弁体
１４ 突部
１５ 雄ねじ
１６ 凹部
１７ 雌ねじ
２１ 入口ポート
２２ 雌ねじ
２３ 吐出口（小孔）
２４ 壁面
２８ 出口ポート
２９ 中心孔
３０ 周溝
３１ 放射状孔
３２ 保持溝
３３ Ｏリング
３４ 当接壁面

Claims (2)

1. 弁体が流動するガスに対して十分に大きな比重を有する平面状の柔軟なシートまたはフィルムから構成され、
   吐出口が開口する平坦な壁面と該吐出口が開口する壁面と平行で平坦な当接壁面との間の空間であってハウジングの内周側の空間内に前記弁体が収納され、
   前記ガスの前記吐出口が開口する壁面に対して最も大きく離間したときに、前記弁体と前記吐出口が開口する壁面との間に逆方向の前記ガスの流れの際に付着流が前記吐出口が開口する壁面と前記弁体の双方に発生する隙間をもって前記ガスの前記吐出口が開口する壁面に対して接触および離間可能に自由な状態で前記弁体が配され、
   前記吐出口が開口する壁面と前記弁体とが、逆方向の流れの際に、該壁面と該弁体との間で付着流を発生させるように流れ方向の長さを有し、
   前記吐出口から吐出される正方向の流れは、前記弁体を前記吐出口が開口する壁面に対して離間させ、
   前記吐出口に吸込まれる逆方向の流れは、前記吐出口に吸込まれる逆方向の流れによって発生する前記壁面付着流によって前記弁体が前記吐出口が開口する壁面に引寄せられると該壁面側の圧力が前記吐出口が開口する壁面とは反対側に回り込んで前記弁体の両側で圧力差を発生して前記弁体を前記吐出口が開口する壁面に圧着し、該弁体が前記吐出口を閉塞して閉弁動作が行なわれることを特徴とする逆止弁。
2. 前記弁体が柔軟な円形のシートまたはフィルムであって、断面が円形の空間内に配され、正方向の流れは前記弁体の外周部と前記空間の内周面との間の隙間を通って流動することを特徴とする請求項１に記載の逆止弁。

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