JP4744045B2 - 空気弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として上水道や農業用水などの流体輸送配管に設置される空気弁に係るものであり、特にフロート弁体と案内筒の間にごみや砂等の異物が詰まりにくく、コンパクトで大きな排気能力を有する空気弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上水道や農業用水などの流体の輸送配管ラインにおいては、充水時に該配管内の空気を配管外へ排出したり、排水時に該配管内へ空気を導入したりする為に空気弁が設けられている。該空気弁は、図７に示すように、配管（図示せず）に連通して取り付けられた弁箱１と、弁箱１の内部に収容され遊動弁体１０およびフロート弁体１２が昇降自在に設けられた案内筒３とからなり、排気作用時には遊動弁体１０とフロート弁体１２とは案内筒３底部に位置して作動せず、空気は大径空気孔９から外部へと排出される。該排出が終了し、液体が弁箱１および案内筒３内部に侵入した際には、その浮力や液体からの動圧などの作用によって遊動弁体１０およびフロート弁体１２は上昇し、それぞれの上限位置において遊動弁体１０は大径空気孔９を、フロート弁体１２は遊動弁体１０に設けられた小径空気孔１１をそれぞれ閉塞し、液体の外部への流出が阻止される。その後、弁箱１内部に配管からの空気がたまるとそれに応じてフロート弁体１２が下降し小径空気孔１１から空気が排出されて少量排気作用または一般的に圧力下排気と呼ばれる作用が行われる。外部から配管への吸気作用の際には、遊動弁体１０およびフロート弁体１２は下降し、大径空気孔９から吸気が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の空気弁には以下のような課題がある。特に農業用水などの配管においてごみや砂等の異物を多く含む流体の配管に取り付けられて使用される場合には、落水後にフロート弁体１２と案内筒３との間にごみや砂等の異物がたまりやすく、フロート弁体１２が案内筒３の底部に固着してしまうことがあるため、充水時にフロート弁体１２がスムーズに作動しにくくなるという問題があった。またこうした異物を取り除くためには空気弁のカバー１４及び蓋体８を開いて弁箱１内の分解清掃を頻繁に行う必要があり、維持管理上の問題点も指摘されていた。
【０００４】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、弁体と案内筒との間の異物による詰まりを防止することができ、かつコンパクトで大きな排気能力を有する空気弁を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の構成を、図１に基いて説明すると、下部に流入口２を上部に開口部を有した弁箱１と、弁箱１内に配置され半球状に形成された底部を有し上部に連通口５を底部に導水口６を有しその外周面と弁箱内周面との間に流路間隙４を設けた案内筒３と、弁箱１の開口部に装着され弁箱１との間に案内筒３を挟持固定し中央に大径空気孔９を有する蓋体８と、案内筒３内に昇降自在に設けられ中央部に小径空気孔１１を有し上限位置で蓋体８の大径空気孔９を閉塞する遊動弁体１０と、案内筒３内に昇降自在に設けられ上限位置で遊動弁体１０の小径空気孔１１を閉塞する球状のフロート弁体１２と、蓋体８に装着されたカバー１４とを具備する空気弁において、案内筒３の底部内面には、導水口６を中心にして、導水口６の縁部から放射状に連続的に延びて、案内筒３内壁下部に至って遊動弁体１０と当接し、且つフロート弁体１２の略下半分を内包するようにフロート弁体１２を保持する複数の弧状の突条７が形成され、突条７のフロート弁体１２側への突出代は導水口６から遠くなるにつれて大きくなっており、且つ突条７と下限位置におけるフロート弁体１２との隙間は導水口６から遠くなるにつれて大きくなっていることを特徴とする。
【０００６】
また、弁箱１、蓋体８及びカバー１４がノルボルネン系モノマーとメタセシス触媒系とを反応原液とする反応射出成形材料からなることを第二の特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す縦断面図である。図２は、図１の大径空気孔が閉じられた状態を示す縦断面図である。図３は図１の寸法的説明用の縦断面図である。図４は案内筒の縦断面図である。図５は同じく案内筒の平面図である。図６は同じく案内筒の斜視図である。図７は、従来の空気弁を示す縦断面図である。尚、図１から図７において、図７の従来例と同一または相当部分には同一の符号を付して説明する。
【０００８】
図１において、１は、例えば農水用配管（図示せず）に連通して取り付けられ、下部に流入口２及び上部に開口部を有する略円筒形状の弁箱であり、この弁箱１には、内部に有底筒状の案内筒３が装着され、４はこの案内筒３の外周面と弁箱１の内周面とで形成されている流路間隙である。
【０００９】
案内筒３の上部には、案内筒３の内部と流路間隙４とを連通する連通口５が設けられているとともに、底部は半球状に形成されており、この底部略中央には案内筒３の外部と内部とを連通する導水口６が形成されている。案内筒３の内面底部には導水口６を中心にして軸線方向にフロート弁体１２の保持部となる４個の突条７が９０度間隔で設けられている。本実施例においては、案内筒３の胴部外形形状は、図から明らかなように長軸方向に関して平行に形成されているが、特にこのような形状に限定されるものではなく、上部に向かって拡径された形状でもよい。
【００１０】
８は、弁箱１の上部開口部に装着された蓋体であって、この蓋体８の中央部には空気を大量排気するための大径空気孔９が設けられている。
【００１１】
１０は、案内筒３の内部に昇降自在に装着された遊動弁体であって、この遊動弁体１０の中心部には少量の吸気、排気作用を行う小径空気孔１１が設けられている。遊動弁体１０はフロート弁体１２の略上半部を内包する形状に形成されている。本実施例においては、小径空気孔１１は遊動弁体１０の中央部に設けられているが、特に中央部に限定されるものではなく、例えば小口径の空気弁等に採用されているように、中心部から外周方向に少しずらした位置に設けてもよく、少量吸気、排気作用および止水作用を行うことができればよい。
【００１２】
フロート弁体１２は、案内筒３の内部に、遊動弁体１０の下部に昇降自在に装着され、その上限位置では遊動弁体１０の小径空気孔１１を閉塞する。フロート弁体１２は弁開時には前記案内筒３の突条７に接触して支承されており、導水口６を閉塞しないようになっている。すなわち、導水口６と案内筒３の内部は連通状態になっている。ここで、フロート弁体１２の形状は、本実施例においては球状に形成されているが、特にこの形状に限定されるものではなく、上面が平坦となった円柱状、逆円錐台状、逆円錐状などに形成されてもよい。
【００１３】
１３は、大径空気孔９よりも外周側に位置して、蓋体８の下面に嵌合装着されたシート状の弁座である。
１４は、蓋体８の上方に装着され、大径空気孔９を十分に覆う大きさに形成されたカバーである。
【００１４】
次に、本発明の好適な寸法的実施態様について、図３に基いて説明する。
案内筒３の外径をＡ、蓋体８の大径空気孔９の直径をＣとした時に、
０．６６０≦Ｃ／Ａ≦０．８９０
の関係が成立するように構成されることが好ましい。この案内筒の外径と大径空気孔の口径との比、すなわちＣ／Ａが０．６６０から０．８９０の範囲になるように構成することによって空気弁の弁高を可能な限り低く形成しても、従来の性能を大幅に上回る排気容量を確保することが可能となる。Ｃ／Ａが０．６６０より小さいと空気弁の圧力損失が増大し排気能力は低下する。一方、Ｃ／Ａが０．８９０より大きくなると遊動弁体１０による大径空気孔の閉塞が困難になり、流体の外部漏れを引き起こす原因となる。
【００１５】
また案内筒の軸方向の全長をＢとした時に、蓋体の大径空気孔の直径Ｃとの間に、
０．５５０≦Ｃ／Ｂ≦０．７３０
の関係式が成立するように構成されることが好ましい。Ｃ／Ｂが０．５５０よりも小さいと弁の圧力損失が増大し、排気能力は低下する。Ｃ／Ｂが０．７３０よりも大きくなると遊動弁体１０による大径空気孔の閉塞が困難になり、流体の外部漏れを引き起こす原因となる。
さらに弁箱の流入口２の口径をＤとした時に、
１．００≦Ｃ／Ｄ≦１．３０
の関係式が成立するように構成されていることが好ましい。弁の圧力損失を低下させかつ弁高を低くするという観点からは大径空気孔９の直径Ｃを流入口の口径Ｄよりも可及的に大きく構成できるようにすることが好適である。
これらの寸法的条件を満たすことによって、空気弁の弁高を低く形成し全体としてコンパクトに構成しても弁の排気能力を向上させることが可能となる。
【００１６】
尚、本発明の空気弁の材質は特に限定されるものではなく、金属でも、樹脂でもあるいはまたそれらの組み合わせであっても良いが、弁箱１、蓋体８及びカバー１４がノルボルネン系モノマーとメタセシス触媒系とを反応原液とする反応射出成形材料からなるものであることが好ましい。この反応原液中には通常ノルボルネンモノマー、メタセシス触媒、活性化剤及び活性調整剤を含み、さらに所望により補強材、酸化防止剤、充填剤、エラストマー、顔料及び難燃剤などの種々の添加剤を配合することができる。反応射出成形（ＲＩＭ）の方法としては、ノルボルネン系モノマーとメタセシス触媒とからなるＢ液と、ノルボルネン系モノマーと活性化剤とからなるＡ液とをそれぞれ別の容器に分けておき、この２液をミキシングヘッド内で混合し、次にこの混合液を金型のキャビティに注入し塊状重合することによって成形体を得ることができる。このように弁箱１、蓋体８及びカバー１４がノルボルネン系モノマーとメタセシス触媒系とを主体とする反応射出成形材料によって製造された場合、この反応射出成形材料の比重が鋳鉄の約７分の１であることから、鋳鉄製の空気弁と比較して大幅な軽量化が可能で、施工性及び耐震性に優れ、さらに耐衝撃性、耐寒性及び耐腐食性に優れた空気弁が得られる。
【００１７】
次に、本実施例の作用について、図１および図２に基づいて説明する。
図１は管路（図示せず）内に通水が行われていない状態を示す。この状態においては、遊動弁体１０およびフロート弁体１２は案内筒３内の下部位置にある。
【００１８】
この状態から管路内に通水が開始されると、該管路内の空気は、図１中矢印で示されるように、流入口２から流路間隙４を通過し、案内筒３の連通口５を経て、大径空気孔９から外部へと排出される。
【００１９】
次に、上記排気作用の進行に伴い、管路内の水が流入口２より弁箱１内に流入すると、水の大部分は流路間隙４へと進み、同時に、その一部は案内筒３底部の導水口６から案内筒３内部へと流入する。水の流入の度合いに伴って、弁箱１内部の空気は大径空気孔９から外部へと排出されて行く。
【００２０】
一方、案内筒３内に流入した水の水位が増すにつれて、該水の浮力および動圧によって、フロート弁体１２および遊動弁体１０が上昇する。水位が、弁箱１内部から空気がほぼ完全に排出されるまでに至ると、図２に示すとおり、遊動弁体１０は蓋体８の下部に設けられた弁座１３に当接し、押圧され、水の外部への流出が阻止される。同時に、フロート弁体１２はその上限位置に達し、遊動弁体１０に設けられた小径空気孔１１の下端部に当接しこれを閉塞する。これら一連の作用により、空気の排出が完了するとともに、水の外部への流出が完全に阻止される。
【００２１】
この状態から、管路内を流れる水中の空気が流入口２から弁箱１内部に入り遊動弁体１０の下方にたまると、フロート弁体１２の自重が水によるフロート弁体１２の浮力と弁箱１内部の水の圧力が小径空気孔１１の閉塞部に作用する上向きの荷重との和に打ち勝つと、該弁体１２は下降し、小径空気孔１１下端部が開放される。これにより、遊動弁体１０の下方にたまった空気は、小径空気孔１１から外部へと排出される。この排出が進行するにつれて、水の水位は再び上昇し、それにともなって、フロート弁体１２も浮力の作用を受けて上昇する。空気がほぼ完全に排出されるに至ると、該弁体１２は小径空気孔１１下端部を閉塞し、水の外部への流出が阻止される。以後、弁箱１内部に所定量の空気がたまるにつれて、上記した排気作用が繰り返される。（図２の状態）
【００２２】
尚、図２の状態において、配管内の水を落水させると、弁箱１内部の水も下降し、これに伴って上記した排気及び止水作用とは逆の原理で遊動弁体１０及びフロート弁体１２も順次下降し、大径空気孔９が開放される。これによって、空気は弁箱１から管路内へとスムースに導入されるので管路内が負圧になることがなく、落水操作が抵抗なく行われると同時に水撃現象が発生することもない。またこの時、案内筒３内に侵入したごみや砂等の異物も落水に伴って導水口６から配管内に排出され、フロート弁体１２が突条７の下端部と接触しても導水口６は案内筒３の内部と連通状態になっているため、ごみや砂等の異物がたまることが防止される。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、案内筒の内面下方部に突条が設けられている為、落水時に流体中に含まれる異物が連通口より弁体外部に流出しやすくなっており、案内筒内部に異物がたまることがない。これによって、充水時にフロート弁体が案内筒底面に固着することがなくなる為、空気弁のスムーズな作動が可能となり、分解清掃等の維持管理の手間も軽減される。
【００２４】
また、本発明によれば、弁高を低く形成しかつ空気弁全体としてコンパクトに構成しても、各部材間の寸法を考慮することにより弁の排気能力を大きくすることができるので、通水の迅速な立ち上げが可能となり、これによって時間と経費の削減を図ることができる。
【００２５】
さらに、空気弁の好ましい材質としてノルボルネン系モノマーとメタセシス触媒系とを主材とする反応射出成形材料を用いることによって、鋳鉄製の空気弁に比べて大幅に軽量化され、施工性及び耐震性に優れると共に耐衝撃性、耐寒性及び耐腐食性に優れた空気弁が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を示す縦断面図である。
【図２】図１の大径空気孔を閉じた状態を示す縦断面図である。
【図３】図１の寸法的説明用の縦断面図である。
【図４】案内筒の縦断面図である。
【図５】案内筒の平面図である。
【図６】案内筒の斜視図である。
【図７】従来の空気弁を示した縦断面図である。
【符号の説明】
１…弁箱
２…流入口
３…案内筒
４…流路間隙
５…連通口
６…導水口
７…突条
８…蓋体
９…大径空気孔
１０…遊動弁体
１１…小径空気孔
１２…フロート弁体
１３…弁座
１４…カバー

Claims (2)

1. 下部に流入口を上部に開口部を有した弁箱と、弁箱内に配置され半球状に形成された底部を有し上部に連通口を底部に導水口を有しその外周面と弁箱内周面との間に流路間隙を設けた有底案内筒と、弁箱の開口部に装着され弁箱との間に前記案内筒を挟持固定し中央に大径空気孔を有する蓋体と、前記案内筒内に昇降自在に設けられ中央部に小径空気孔を有し上限位置で前記蓋体の大径空気孔を閉塞する遊動弁体と、前記案内筒内に昇降自在に設けられ上限位置で前記遊動弁体の小径空気孔を閉塞する球状のフロート弁体と、蓋体に装着されたカバーとを具備する空気弁において、前記案内筒の底部内面には、前記導水口を中心にして、前記導水口の縁部から放射状に連続的に延びて、前記案内筒内壁下部に至って前記遊動弁体と当接し、且つ前記フロート弁体の略下半分を内包するように前記フロート弁体を保持する複数の弧状の突条が形成され、前記突条の前記フロート弁体側への突出代は導水口から遠くなるにつれて大きくなっており、且つ前記突条と下限位置における前記フロート弁体との隙間は導水口から遠くなるにつれて大きくなっていることを特徴とする空気弁。
2. 弁箱、蓋体及びカバーがノルボルネン系モノマーとメタセシス触媒系とを反応原液とする反応射出成形材料からなることを特徴とする請求項１に記載の空気弁。

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