JP5252633B2

JP5252633B2 - 逆止弁カートリッジ

Info

Publication number: JP5252633B2
Application number: JP2008320919A
Authority: JP
Inventors: 敬一中井
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2028-12-17
Also published as: JP2010144788A

Description

本発明は、例えば、ボールバルブ等の流路に内蔵されて流体の逆止機能を発揮する逆止弁カートリッジに関する。

従来より、この種の逆止弁カートリッジは、ボールバルブ等の二次側に内蔵されて流体の逆流を防ぎ、また、ボールバルブ等に対して着脱可能になっていることにより保守や交換が可能になっている。この種の逆止弁カートリッジとして、例えば、特許文献１のカートリッジ式逆止弁や、特許文献２の逆止弁取付構造に開示されたものがある。これらの逆止弁カートリッジでは、通常、ゴム製のジスクシートがジスクホルダと弁箱との間に装着された構造になっている。ジスクシートは、内径側にリップ形状の弁座部を有しており、この弁座部に対して内部に装着された弁体が二次側の流体により圧接して、逆止時の水密性が確保されるようになっている。

そして、この逆止弁の逆止時には、流体がジスクシートとカートリッジ本体との間から漏れる、いわゆる、裏漏れが発生するおそれがある。その対策として、ジスクシートは、予めジスクホルダと弁箱との間に押し潰されてこれらに密着した状態で装着されている。また、特許文献３においては、突起部位を有する２つの装着部材にジスクシートが挟着され、装着部材を締付けて突起部位をジスクシートに食い込ませることでシール部材の水密性を高める構造になっている。

特開昭５９−３７３７５号公報特開２００７−１７０６３０号公報特開２００６−１１９１００号公報

しかしながら、特許文献１、２においては、ジスクシートがジスクホルダと弁箱との間に装着され、また、同文献３においては、ジスクシートが装着部材の間に挟まれて、これらのジスクシートが常に潰された状態になっているため、ゴム素材の圧縮永久歪によって弾性力が低下してシール性が失われることがある。これにより、同文献１〜３の逆止弁カートリッジは、ジスクシートの裏側から経年的に裏漏れが発生するおそれがある。

また、このような挟着構造によりシール部材を装着すると、弁体によりリップ形状の弁座部が外側に押し出されるため、弁体の開閉回数が増えると弁体の接触によって弁座部に劣化が生じることがある。弁体は軸方向に移動して弁座部に接触するため、弁体の一部が劣化した場合でも逆止動作時にはこの弁座部に対して弁体が均等に接触できなくなり水密性を確保することが難しくなる。

本発明は、従来の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、弁閉時における裏漏れを防止しつつ、密封性を確保して長期に渡って逆止め時の高シール性を維持できる逆止弁カートリッジを提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、弁箱とジスクホルダとから成るカートリッジ本体内に設けた環状のシール部材にスプリングの流路方向への弾発力で当接する弁体を設けた逆止弁カートリッジにおいて、前記弁箱とジスクホルダとによりシール部材を収容するシール収容部を形成し、前記シール部材は、前記シール収容部に収容する挟持収容領域の挟持部と前記流路内へ膨出させた膨出領域の膨出部とからなり、前記弁体に設けた傾斜面部を前記シール部材の膨出部に当接シールさせると共に、前記膨出部の一次側を前記弁箱の垂直面に当接させ、前記シール収容部の奥部側に設けたテーパ面に前記シール部材の挟持収容領域に形成した傾斜部を当接させ、前記シール部材の傾斜部の角度を前記弁体の傾斜面部の角度より僅かに小さくしたことを特徴とする逆止弁カートリッジである。

請求項２に係る発明は、シール部材の挟持収容領域の挟持部は、常時においてシール収容部内に押し潰されることなく装着されている逆止弁カートリッジである。

請求項３に係る発明は、膨出部の二次側外周に傾斜面を設け、この傾斜面を、弁体の傾斜面部と略直交する角度に形成した逆止弁カートリッジである。

請求項１に係る発明によると、逆流圧により弁体の傾斜面部がシール部材の膨出部に当接シールしたときに、シール部材が弁箱の垂直面とテーパ面とに当接し、この相乗効果によって確実にシール部材と弁箱との間からの裏漏れを防止でき、密封性を確保して長期に渡って高シール性を確保でき、しかも、クサビ作用を働かせながら傾斜部をテーパ面に当接させることができ、シール部材とシール収容部との密着シール性を向上させて裏漏れを防ぐことが可能である。

請求項２に係る発明によると、挟持部が変形したり劣化したりすることが防がれ、弁体とシール部材とのシール時における裏漏れ防止機能を保持できる。

請求項３に係る発明によると、膨出部が変形することを防ぐことができ、弁体とシール部材とを強く密着させて水密性を向上できる。また、弁体からシール部材に力が加わる際に、この力を傾斜面によってガイドさせながら伝達させることができ、シール収容部に対してより強くシール部材を密着させて裏漏れを防止できる。

以下に、本発明における逆止弁カートリッジの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１、４においては、本発明の逆止弁カートリッジの好ましい一例を示している。カートリッジ本体１は、弁箱２とジスクホルダ３とからなっている。そして、このカートリッジ本体１内にはシール部材４と、スプリング５と、弁体６とが設けられ、弁体６がスプリング５のカートリッジ本体１における流路７方向（ジスクホルダ３から弁箱２に向かう方向）への弾発力によりシール部材４に当接する構造になっている。また、弁箱２とジスクホルダ３とにより、シール収容部８が設けられ、このシール収容部８にシール部材４が収容されている。

シール収容部８は、奥部側（外径側）にテーパ面９が設けられ、このテーパ面９には後述するようにシール部材４の傾斜部１０が当接可能になっている。シール収容部８内径側には突状部１７が形成され、この突状部１７にシール部材４が係合することでこのシール部材４がシール収容部８から容易に外れないようになっている。このため、シール部材４がシール収容部８から自然に脱落することが防がれている。

シール部材４は、ゴム等の弾性変形可能な材料により環状に形成され、挟持部１１と膨出部１２とからなっている。挟持部１１は、シール収容部８に収容される挟持収容領域Ｄ_１に設けられ、また、膨出部１２は、流路７内に膨出させた膨出領域Ｄ_２に設けられている。更に、挟持部１１の挟持収容領域Ｄ_１においては外径側に傾斜部１０が形成され、一方、膨出部１２においては一次側にシール面１４が形成されている。

また、挟持部１１は、常時においてシール収容部８に押し潰されることなく装着されている。ここで、常時とは、カートリッジ本体１において、１．流体が一次側（弁箱２側）から二次側（ジスクホルダ３側）に向かって流れ込む、いわゆる正圧が加わることで弁開状態となる時、或は、２．流体が止まるなど、弁体６がスプリング５の弾発力のみによりシール部材４に当接し、弁体６を境に一次側と二次側との差圧が無くなる、いわゆる無圧状態において弁閉状態となる時をいう。

一方、膨出部１２の二次側外周には傾斜面１５が形成され、この傾斜面１５は、後述するように弁体６の傾斜面部２２と略直交する交差角度αに傾斜している。
シール部材４は、図３の一点鎖線に示すように、膨出部１２を形成することなく断面略矩形状に形成するようにしてもよい。この場合、矩形形状の頂点付近が弁体６とのシール部位となる。

弁体６は、弁部２０と装着杆２１とを有し、このうち、弁部２０には傾斜面部２２が設けられている。この傾斜面部２２は、シール部材４の膨出部１２に当接シール可能になっている。この場合、傾斜面部２２の流路７の方向から傾斜した角度をθ_１とすると、この角度θ_１は、弁体６がシール部材４を押す力Ｆの分力Ｆ_１をテーパ面９に指向させる点から、弁体６の軸心方向に対して３０〜５０°の範囲、好ましくは、３５〜４５°の範囲に設定させるようにすることがよく、本実施形態においては、約４０°に設定している。仮に、角度θ_１がこの範囲以外であると、分力Ｆ_１がジスクホルダ３の先方側や、弁箱２の突状部分に遮られてしまうおそれがあるため望ましいことではない。

また、図３に示すように、本実施形態においては、この傾斜面部２２に対してシール部材４の流路７の方向から傾斜した角度θ_２を、弁体６の傾斜面部２２の角度θ_１よりも僅かに小さく設けている。これにより、逆止弁カートリッジは、分力Ｆ_１によりシール部材４をテーパ面９における始点９ａに近づくにつれて強く密着させる、いわゆる、クサビ作用を発揮することが可能になっており、角度θ_１＝角度θ_２とした場合よりも強い密着シール性を発揮している。角度θ_２は、弁体６の軸心方向に対して２５〜５０°の範囲、好ましくは、３０〜４０°の範囲であることが望ましく、本実施形態においては、約３５°に設定されている。角度θ_２がこの範囲を超えると、シール部材４をテーパ面９に密着させる力が低下したり、上述したクサビ作用が得られなくなることがあるため望ましいことではない。

また、本実施形態においては、傾斜面１５と弁体６の傾斜面部２２とが成す交差角度αはこれらが略直交するように設定されている。この交差角度αは、９０°以外であってもよく、例えば、９０〜１２０°の範囲としてもよい。この場合、交差角度αが９０°よりも小さいと、弁体６による押圧力に耐えきれずに膨出部１２が流路７側に倒れて水密性を確保しにくくなり、また、交差角度αが１２０°よりも大きいと、分力Ｆ_１がテーパ面９に向かって発生し難しくなって裏漏れが生じるおそれがあるため注意が必要となる。

更に、シール部材４のシール面１４の内径は、ジスクホルダ３の内径よりも小径に設定されている。これにより、弁体６によって押されたシール部材４を、弁箱２に設けた垂直面１６に当接させて確実に受けることができ、シール部材４がせん断破壊することが防止される。

一方、弁体６の装着杆２１においては、端部外周側に突起部２５、端部側に割り溝２６が設けられている。装着杆２１は、割り溝２６により縮径方向に変形可能であり、突起部２５を全体の外径よりも縮径した状態で後述するジスクホルダ３に形成した孔部３ａに装入できるようになっている。

なお、カートリッジ本体１において、図３に示すように、弁箱２のジスクホルダ３装着側は環状に突設形成され、この突設部位の内周側に環状凹部３０が形成され、この環状凹部３０内に、ジスクホルダ３に設けた環状凸部３１が嵌合可能になっている。更に、環状凹部３０の内周面には、環状の係合凸部３２が形成されている。また、図２に示すように、弁箱２には、ボールシート３３を装着可能な装着凹部３４が形成されている。更に、弁箱２の外周側には、装着溝３５が形成され、この装着溝３５にはシール用のＯリング３６が装着されている。

一方、ジスクホルダ３は、前記弁箱２への取付け用の上記環状凸部３１と、弁体６の装着杆２１を装入するための孔部３ａを有する装着部３７とを有し、環状凸部３１と装着部３７とは、外周縁側で複数のリブ３８によって接続されている。また、リブ３８とリブ３８との間には開口部３８ａが形成されており、この開口部３８ａを介して流体が流れるようになっている。更に、環状凸部３１の外周側には弁箱２の係合凸部３２が係合可能な係合凹部３９が形成され、この係合凹部３９に係合凸部３２を係合させることにより、ジスクホルダ３と弁箱２とを一体化できるようになっている。

係合凸部３２と係合凹部３９との係合により、弁箱２とジスクホルダ３との相対的な位置、例えば、図３において、弁箱２における係合凸部３２の先端面３２ａから、ジスクホルダ３における環状凸部３１の先端面３１ａまでの軸方向の距離Ｔが一定に決まるように設定している。これにより、ジスクホルダ３における環状凸部３１の先端面３１ａと、弁箱との間に形成されるシール収容部８において、軸方向の厚さＴ１が一定に決まる。

このシール収容部８における軸方向の厚さＴ１は、シール部材４の挟持部１１における、先端面４ａから後端面４ｂまでの軸方向の厚さＴ２と略同じか、やや長く形成されている。これにより、シール部材４の挟持部１１は、シール収容部８に押し潰されることなく装着されている。図示しないが、弁箱２とジスクホルダ３とは、上記の位置関係で一体化されれば、係合部と係合凹部との位置関係が逆になっていてもよく、また、弁箱２とジスクホルダ３とを螺着によって一体化する構造であってもよい。

弁体６をカートリッジ本体１内に装着する場合には、弁体６を突起部２５側を縮径させた状態で孔部３ａに貫通させるように装着してジスクホルダ３に取付けるようにする。そして、突起部２５側を元の状態に戻すことにより、この突起部２５が孔部３ａの縁に引っ掛かって抜け止めされる。このことにより、弁部２０と装着部３７との間にスプリング５が弾発状態で装着され、通常時には、弁体６がスプリング５の弾発方向に付勢した状態になっている。そして、ジスクホルダ３と、弁体６と、スプリング５とを予めユニットとして一体することができ、組立作業時における簡便化を図ることが可能になっている。

次に、本発明の逆止弁カートリッジをボールバルブに内蔵した例を説明する。
図２においては、カートリッジ本体１をボールバルブ４０内に内蔵した状態を示している。
ボールバルブ４０は、ボデー４１と接続体４２とを有し、このボデー４１と接続体４２とは螺着により一体化されている。ボデー４１と接続体４２とを一体化すると、一次側流路４３と二次側流路４４とが本体内部に構成される。また、ボデー４１内には２つのボールシート３３、３３に保持された状態でボール弁体４６が装着され、このボール弁体４６は、ステム４７を介してハンドル４８により回転可能になっている。

カートリッジ本体１は、二次側のボールシート３３を装着凹部３４に嵌め込むようにしながらボデー４１内に挿入され、また、リブ３８を接続体の内側に形成された取付部４９に取付けるようにし、この状態でボデー４１と接続体４２とを螺子込むことによりボールバルブ４０内の所定位置に配設される。このとき、弁箱２は、弁体６が装着されたジスクホルダ３をボデー４１内に装着する役割と、ボールシート３３をボデー４１内の適切な位置に装着する役割とを有しており、このことによって部品点数と組込み工数を削減することが可能になっている。

カートリッジ本体１の組み込み後には、ボール弁体４６がボールシート３３、３３によりシール状態に保持された状態で回転可能となり、また、Ｏリング３６がボデー内の所定位置にシールすることでカートリッジ本体１とボデー４１とがシールされる。

上記のカートリッジ本体１を内蔵したボールバルブ４０は、例えば、給水配管において水道用メータユニットとメータユニットの二次側に配管を介して接続される給湯器との間に配置され、流体が給湯器からメータユニット側に逆流するのを防止する。
なお、本発明のカートリッジ本体１は、他のバルブやメータユニットに内蔵してもよく、メータユニットの二次側に内蔵配置される場合には、メータユニットに装着した水道用メータ内に水が逆流することが防がれる。この場合、弁箱２において、ボールシート用の装着凹部３４は不要である。

続いて、本発明の逆止弁カートリッジの上記実施形態における作用を説明する。
図２に示すようにカートリッジ本体１がボールバルブ４０内に内蔵された状態において、ボールバルブ４０内に流体が流れない無圧力時には、弁体６がスプリング５の弾発付勢力によりシール部材４側に押圧され、傾斜面部２２が膨出部１２に当接して弁体６が着座した状態になっている。この状態において、シール部材４の膨出部１２は、傾斜面１５等により強度が保たれていることもあり、弁体６の押圧力による変形はわずかであり、この押圧力が挟持部１１に伝達される割合は極めて小さい。これに加えて、シール部材４の挟持部１１が弁体６に押し潰されることの無い状態で装着されているため、この挟持部１１に圧縮永久歪が生じることが防がれる。このため、このシール部材４全体の弾性が長期に渡って維持される。

図５に示すように、この状態から、ボールバルブ４０の一次側流路４３より流路７を介してカートリッジ本体１に流体が流れ込み、このカートリッジ本体１に正圧が加わると、弁体６がこの流体圧によりスプリング５の弾発付勢力に抗して流れ方向に押されてシール部材４から離間する。そして、この離間によって流体が開口部３８ａから二次側流路４４へと流れる。その際、スプリング５は、ジスクホルダ３と弁体６との間に収縮した状態になる。このときにも、挟持部１１は押し潰されることが防がれている。

一方、図２に示すように、ボールバルブ４０の二次側流路４４より逆流圧が発生した場合には、この二次側の流体圧力によって弁体６が弁閉方向に移動してシール部材４に密着する。その際、弁体６は、無圧力時の状態よりも高い圧力でシール部材４に接触し、弁体６とシール部材４とは、水密性が確保された状態でシールする。

このとき、弁体６の傾斜面部２２がシール部材４の膨出部１２を押圧する力Ｆにより、膨出部１２の一次側のシール面１４が弁箱２の垂直面１６に密接する。この密接により、シール部材４と弁箱２との間をシールする。ここで、力Ｆによってシール面１４が垂直面１６に密接することによって生じる反力（図示せず）は、シール部材４内部を外径側に伝達し、挟持部１１側に及ぶ。

また、力Ｆの分力Ｆ１は、直接、挟持部１１に伝達し、傾斜部１０の中心方向に向かって作用し、シール部材４の傾斜部１０がシール収容部８の奥部側のテーパ面９に密接する。この密接によって、更にシール部材４と弁箱２との間をシールする。

このように、逆流圧が発生した場合に初めてシール部材４のシール面１４と弁箱２の垂直面１６とのシール、及びシール部材４の傾斜部１０とシール収容部８のテーパ面９とのシールという、二ヶ所のシールが可能となり、シール部材４と弁箱２との隙間が塞がれ、裏漏れの発生を防ぐことができる。

更には、シール部材４の挟持部１１には、力Ｆの分力Ｆ１と、シール面１４が垂直面１６に密接することによって生じる外径方向への反力が及ぶことにより、シール面１４と垂直面１６との密接と、傾斜部１０とテーパ面９との密接とによる相乗効果が働き、優れたシール性を発揮することができる。

この場合、膨出部１２の耐久性を向上させるために、シール部材４の図示しない肉厚（径方向の幅）を厚くしてこのシール部材４の内径側を流路側に突出させるようにすると、シール面１４と垂直面１６とが流体に曝された状態になりこの部分のシール性が低下しやすくなるが、上記した傾斜部１０とテーパ面９とによってシール面１４と垂直面１６とのシール性が向上し、シール性の低下をカバーすることができる。しかも、傾斜部１０とテーパ面９との密接シール位置は、シール面１４と垂直面１６との密接位置よりも外径側にあって流体が直接接触しない位置に設けられているため、逆流時における傾斜部１０とテーパ面９との密接シール状態が確保され、裏漏れが確実に防がれる。

また、シール部材４の傾斜部１０の角度θ_２を弁体６の傾斜面部２２の角度θ_１よりも僅かに小さくしているので、クサビ作用の働きにより傾斜部１０の略法線方向に生じる分力Ｆ_１をテーパ面９により効率的に受けることができる。そのため、傾斜部１０とテーパ面９との密着力をより増大させて裏漏れを防止できる。
ここで、「略法線方向」とは、弁体６とシール部材４とのシール点Ｐを起点とし、このシール点Ｐと、ジスクホルダ３の先端側及び弁箱２の突状部位の先端側をそれぞれ結んだ角度βの範囲で示される方向をいう。

また、傾斜面１５を弁体６の傾斜面部２２と略直交する角度に形成しているので、膨出部１２に分力Ｆ_１が加わったときに、この分力Ｆ_１が膨出部１２が変形しようとする方向に加わることが防がれる。これにより、シール部材４が劣化したり変形したりすることが防がれ、このシール部材４に対して常に弁体６が均等に密接してシール性が確保される。また、傾斜面１５は、分力Ｆ_１をテーパ面９に伝達しやすくするためのガイドとしても機能している。

本発明の逆止弁カートリッジを示した断面図である。図１の逆止弁カートリッジを装着したボールバルブを示した断面図である。図１のＡ部拡大図である。本発明の逆止弁カートリッジの分離斜視図である。図１の逆止弁カートリッジが動作した状態を示す断面図である。

符号の説明

１カートリッジ本体
２弁箱
３ジスクホルダ
４シール部材
５スプリング
７流路
６弁体
８シール収容部
９テーパ面
１０傾斜部
１１挟持部
１２膨出部
１４シール面
１５傾斜面
１６垂直面
２２傾斜面部
Ｄ_１挟持収容領域
Ｄ_２膨出領域
θ_１、θ_２角度

Claims

弁箱とジスクホルダとから成るカートリッジ本体内に設けた環状のシール部材にスプリングの流路方向への弾発力で当接する弁体を設けた逆止弁カートリッジにおいて、前記弁箱とジスクホルダとによりシール部材を収容するシール収容部を形成し、前記シール部材は、前記シール収容部に収容する挟持収容領域の挟持部と前記流路内へ膨出させた膨出領域の膨出部とからなり、前記弁体に設けた傾斜面部を前記シール部材の膨出部に当接シールさせると共に、前記膨出部の一次側を前記弁箱の垂直面に当接させ、前記シール収容部の奥部側に設けたテーパ面に前記シール部材の挟持収容領域に形成した傾斜部を当接させ、前記シール部材の傾斜部の角度を前記弁体の傾斜面部の角度より僅かに小さくしたことを特徴とする逆止弁カートリッジ。
前記シール部材の挟持収容領域の挟持部は、常時において前記シール収容部内に押し潰されることなく装着されている請求項１に記載の逆止弁カートリッジ。
前記膨出部の二次側外周に傾斜面を設け、この傾斜面を、前記弁体の傾斜面部と略直交する角度に形成した請求項１又は２に記載の逆止弁カートリッジ。