JP5430104B2 - バルブ付き管継手 - Google Patents

Description

本発明は、雄型のノーズと雌型のボディーとを備え、ノーズとボディーにそれぞれ移動バルブを装着したバルブ付き管継手に関する。

従来から、水や油等の流体を高圧下で移送するホース間の管継手として、ポペットバルブを用いたカップラーが知られている。

このカップラーは、雄型のノーズと雌型のボディーとで構成されており、ノーズとボディーにはそれぞれ流路部が形成されている。ノーズとボディーの流路部には、それぞれポペットが設けられており、それぞれのポペットの先端を対向させるように配置している。各ポペットは、スプリングにより軸方向に移動可能となっており、流路部を閉塞及び開放することができる。各ポペットの外周面には、ノーズ又はボディーの内周面に接触してシールするＯリングからなるゴム製のシール材が設けられている。

ノーズをボディーに挿入すると、それぞれのポペットが突き合わされ、ポペットがそれぞれスプリングの力に抗して軸方向に押し込まれる。これにより、ノーズとボディーの流路部が開放され、流路部を流体が通過することになる（例えば特許文献１を参照）。
特開２００８−１９８９５号公報

このようなカップラーでは、ノーズとボディーの連結時に流路部を流体が通過するが、ノーズとボディーの内部に配置されるポペットの外形が半径方向に大きく突出していると、圧力損失が大きくなる可能性がある。また、流路部に過大な流れが発生した場合、流体がダイレクトにシール材へ当たり、シール材の破損が発生する可能性がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、圧力損失を低減すると共に、シール材の破損を抑制することができるバルブ付き管継手を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係るバルブ付き管継手は、一方の配管に接続されるノーズと、他方の配管に接続され、前記ノーズが挿入される凹状挿入部を有するボディーと、を備えたバルブ付き管継手であって、前記ノーズに移動可能に装着され、前記ノーズの流路部を閉塞又は開放すると共に、閉塞時に前記ノーズの内壁面に接触するシール材を備えた第１移動バルブと、前記凹状挿入部に移動可能に装着され、前記凹状挿入部の流路部を閉塞又は開放すると共に、閉塞時に前記凹状挿入部の内壁面に接触するシール材を備えた第２移動バルブと、前記第１移動バルブ及び第２移動バルブの少なくとも一方に設けられ、前記シール材よりも前記流路部の接続方向と反対側に配置されると共に、外周面の最大半径が前記シール材の外周面の最大半径の−５％〜＋５％の範囲に設定された整流部材と、前記凹状挿入部に設けられ、前記ノーズを前記凹状挿入部へ挿入したとき、前記ノーズの外周面の凹部へ嵌まり、前記ノーズを前記凹状挿入部に固定するロック部材と、を有している。

請求項１に記載の発明によれば、ノーズに第１移動バルブが移動可能に装着されており、ノーズの流路部に第１移動バルブのシール材が接触することで、ノーズの流路部が閉塞される。また、ボディーの凹状挿入部に第２移動バルブが移動可能に装着されており、凹状挿入部の流路部に第２移動バルブのシール材が接触することで、凹状挿入部の流路部が閉塞される。ノーズをボディーの凹状挿入部へ挿入すると、凹状挿入部に設けられたロック部材がノーズの外周面の凹部へ嵌まり、ノーズが凹状挿入部に固定されることで、ノーズとボディーが連結される。その際、第１移動バルブと第２移動バルブが当接して移動し、ノーズの流路部と凹状挿入部の流路部が開放されることにより、流体を移送することが可能となる。

第１移動バルブ及び第２移動バルブの少なくとも一方には、シール材よりも流路部の接続方向と反対側に整流部材が配置されており、この整流部材の外周面の最大半径は、シール材の外周面の最大半径の−５％〜＋５％の範囲に設定されている。すなわち、整流部材の外周面に対してシール材の外周面が半径方向にほとんど突き出さない構成となっている。これによって、流路部を流体が整流部材からシール材の方向へ流れる場合、流体が整流部材より入口側のシール材にダイレクトに当たることが防止又は抑制される。また、流路部を流体が逆方向に流れる場合にも、整流部材の外周面に対してシール材の外周面が半径方向にほとんど突き出ていないため、シール材に流体がダイレクトに当たることが防止又は抑制される。これによって、バルブ付き管継手の圧力損失を低減できると共に、シール材の破損を防止又は抑制することができる。

これに対して、突出部の外周面の最大半径が、シール材の外周面の最大半径の−５％〜＋５％の範囲の範囲外に設定された場合には、突出部の外周面とシール材の外周面の半径方向の高さの差が大きくなる。このため、流体がシール材にダイレクトに当たり易くなり、バルブ付き管継手の圧力損失が大きくなると共に、シール材の破損させる可能性がある。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバルブ付き管継手において、前記第１移動バルブ及び前記第２移動バルブの少なくとも一方から突出する前記シール材が、軸方向の断面において曲面形状である。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のバルブ付き管継手において、前記整流部材は、前記流路部の下流側に向かって半径方向外側に拡大する傾斜面を備え、かつ、前記傾斜面の先端に突出部が形成されている。

請求項３に記載の発明では、整流部材は、流路部の下流側に向かって半径方向外側に拡大する傾斜面を備えており、流路部を流体が整流部材からシール材の方向へ流れる場合、流体は整流部材の傾斜面に沿って流れ、傾斜面の先端に形成された突出部に当たる。その際、突出部の外周面に対してシール材の外周面が半径方向にほとんど突き出ていないため、突出部より下流側のシール材に流体がダイレクトに当たることをより一層防止又は抑制することができる。このため、バルブ付き管継手の圧力損失をより一層低減できると共に、シール材の破損をより一層防止又は抑制することができる。

請求項１に記載のバルブ付き管継手によれば、圧力損失を低減できると共に、シール材の破損を防止又は抑制することができる。

請求項２に記載のバルブ付き管継手によれば、圧力損失を低減できると共に、シール材の破損を防止又は抑制することができる。
請求項３に記載のバルブ付き管継手によれば、圧力損失をより一層低減できると共に、シール材の破損をより一層防止又は抑制することができる。

以下、本発明のバルブ付き管継手における実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるバルブ付き管継手１０を示す半裁断面図である。このバルブ付き管継手１０は、雄型金具であるノーズ１２と、雌型金具であるボディー３２とで構成されている。図示を省略するが、ノーズ１２は一方の配管に接続され、ボディー３２は他方の配管に接続されている。ボディー３２の外周面には、ボディー３２とノーズ１２とを連結又は分離するときに操作するカラー６０が設けられている。ノーズ１２とボディー３２には、それぞれ先端を対向させた移動バルブ１４ 、３４ が装備されている。

ノーズ１２には、ノーズ本体１３の内部に係止部材１６が嵌め込まれ、この係止部材１６にスプリング１８を介して整流部材２０及び第１移動バルブとしての移動バルブ１４が移動可能に弾着されている。係止部材１６は、ノーズ本体１３の溝に嵌め込まれた止めリング２２に係止されることで、ノーズ本体１３内で固定されている。係止部材１６は、管状に形成されており、内部を流体が流れるように構成されている。また、ノーズ本体１３の先端（入口側）の内周面には、内径が徐々に縮径するように形成された張出部２４が設けられている。移動バルブ１４は、外周面の先端側が張出部２４の形状に沿って徐々に縮径しており、張出部２４と接触する位置にシール材としてのシール部材２６が設けられている。シール部材２６は、ゴム製でリング状に形成されており、移動バルブ１４の外周面に形成された周溝に装着されている。

移動バルブ１４の先端には軸方向に突出する突部１４Ａが形成されており、突部１４Ａがノーズ本体１３の先端（入口側）より突出している。この突部１４Ａは、ボディー３２側の移動バルブ３４の先端に形成された突部３４Ａに突き当てられるように構成されている。また、ノーズ本体１３における移動バルブ１４の奥側（ノーズ本体１３の接続方向と反対側）には、流体が通過可能な流路部２８が形成されている。

ノーズ本体１３の奥側における移動バルブ１４の外周面には、シール部材２６が設けられた位置の軸方向奥側から略Ｌ字状に切り欠かれた小径部１４Ｂが形成されており、この小径部１４Ｂの外側に整流部材２０が外挿されている。言い換えると、整流部材２０は、シール部材２６よりも流路部２８の接続方向と反対側（ノーズ本体１３におけるシール部材２６よりも奥側）に配置されている。整流部材２０の軸方向奥側には、小径部１４Ｂの間に溝部２０Ａが形成されており、スプリング１８が小径部１４Ｂに装着された状態でスプリング１８の一端側が溝部２０Ａに挿入されている。

整流部材２０は、ノーズ本体１３の先端側（入口側）に向かって外径が拡大する傾斜面２０Ｂを備えており、傾斜面２０Ｂの先端にシール部材２６の外周面の半径とほぼ同じ半径となる突出部２０Ｃを備えている。その際、突出部２０Ｃの外周面の最大半径は、シール部材２６の外周面の最大半径の−５％〜＋５％の範囲に設定されている。突出部２０Ｃの入口側には縦壁が形成されており、その縦壁が移動バルブ１４の縦壁と接触しており、スプリング１８の作用によって整流部材２０と移動バルブ１４とが一体となって移動する。移動バルブ１４は、スプリング１８によって整流部材２０を介して張出部２４に押圧され、シール部材２６が張出部２４に接触することでシールされている。また、ノーズ本体１３の移動バルブ１４と反対側の端部には、他の配管（図示省略）が接続される雌ネジ部２９が形成されている。

一方、ボディー３２には、ノーズ１２が挿入される凹状挿入部５０が形成されている。凹状挿入部５０の奥側には、ボディー本体３３の内部に係止部材３６が嵌め込まれ、この係止部材３６にスプリング３８を介して整流部材４８及び第２移動バルブとしての移動バルブ３４が移動可能に弾着されている。係止部材３６は、ボディー本体３３の溝に嵌め込まれた止めリング４０に係止されることで、ボディー本体３３内で固定されている。係止部材３６は、管状に形成されており、内部を流体が流れるように構成されている。また、凹状挿入部５０の挿入口側のボディー本体３３の内周面には、内径が徐々に縮径するように形成された張出部４２が設けられている。

移動バルブ３４は、先端側が張出部４２の形状に沿って徐々に縮径しており、張出部４２と接触する位置にシール材としてのシール部材４４が設けられている。シール部材４４は、ゴム製でリング状に形成されており、移動バルブ３４の外周面に形成された周溝に装着されている。移動バルブ３４の先端（入口側）には軸方向に突出する突部３４Ａが形成されている。また、ボディー本体３３における移動バルブ３４の奥側には、流体が通過可能な流路部４６が形成されている。

ボディー本体３３の奥側における移動バルブ３４の外周面には、シール部材４４が設けられた位置の軸方向奥側から略Ｌ字状に切り欠かれた小径部３４Ｂが形成されており、この小径部３４Ｂの外側に整流部材４８が外挿されている。言い換えると、整流部材４８は、シール部材４４よりも流路部４６の接続方向と反対側（ボディー本体３３におけるシール部材４４よりも奥側）に配置されている。整流部材４８の軸方向奥側には、小径部３４Ｂの間に溝部４８Ａが形成されており、スプリング３８が小径部３４Ｂに装着された状態でスプリング３８の一端側が溝部４８Ａに挿入されている。

整流部材４８は、ボディー本体３３の入口側（ボディー本体３３の接続方向）に向かって外径が拡大する傾斜面４８Ｂを備えており、傾斜面２０Ｂの先端にシール部材４４の外周面の半径とほぼ同じ半径となる突出部４８Ｃを備えている。その際、突出部４８Ｃの外周面の最大半径は、シール部材４４の外周面の最大半径の−５％〜＋５％の範囲に設定されている。突出部４８Ｃの入口側には縦壁が形成されており、その縦壁が移動バルブ３４の縦壁と接触しており、スプリング３８の作用によって整流部材４８と移動バルブ３４とが一体となって移動する。移動バルブ３４は、スプリング３８によって整流部材４８を介して張出部４２に押圧され、シール部材４４が張出部４２に接触することでシールされている。また、ボディー本体３３の移動バルブ３４と反対側の端部には、他の配管（図示省略）が接続される雌ネジ部４９が形成されている。

また、凹状挿入部５０の内部では、張出部４２より先端側が拡径しており、その拡径部に環状の溝部５２が形成され、この溝部５２内にＯリング５４が嵌め込まれている。

カラー６０の内側では、ボディー本体３３の外周面に段部５６が形成されている。この段部５６には、周方向に沿って（同一周面上に）複数の台形断面の孔５８が形成されている。段部５６にコイルスプリング６２が嵌められ、コイルスプリング６２の一端がボディー本体３３に接触している。また、複数の孔５８内にロック部材としての硬球７０がそれぞれ納められている。硬球７０は、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼で形成されている。

カラー６０の内周側には、段部５６に対向して段部６４が形成されており、このカラー６０をボディー本体３３の外側に嵌め込み、コイルスプリング６２の他端が段部６４の縦壁部に接触している。これによって、カラー６０を軸方向（矢印Ａ方向）に移動するときに、段部６４の縦壁部をもってコイルスプリング６２を押圧することとなる。また、カラー６０の内周面の先端に形成された拡径部６６と対向するボディー本体３３の周溝に止めリング７２を嵌め込むことで、カラー６０の抜けを防止している。カラー６０の外周面には、ユーザーがカラー６０を指でつかんで移動しやすくするための複数の凹凸が形成されている。

図１に示すように、カラー６０の内周面にて硬球７０が押え込まれているが、カラー６０を矢印Ａ方向に弾発移動することにより、カラー６０の内周面による硬球７０の押え込みが解かれ、カラー６０の拡径部６６に入ることで硬球７０が上下方向に自由に動くようになる。即ち、カラー６０にコイルスプリング６２に抗する力を加えることによって、硬球７０が孔５８内で自由に動き回るようになり、この状態でノーズ１２がボディー３２の凹状挿入部５０に挿入され、或いはノーズ１２の凹状挿入部５０からの取り外しができることとなる。

また、ノーズ本体１３の外周には、凹状挿入部５０内に挿入されたときに、硬球７０を受ける複数の凹部１３Ａが周方向に沿って形成されており、この凹部１３Ａ内に硬球７０が納まることによって、ノーズ１２が凹状挿入部５０内で固定される。これによって、ボディー３２とノーズ１２とが連結されることとなる。

次に、上記バルブ付き管継手１０の作用について説明する。

図１及び図２に示すように、ノーズ１２とボディー３２とを連結する際には、カラー６０をコイルスプリング６２の力に抗して矢印Ａ方向に移動させる。これにより、硬球７０が拡径部６６内を上下方向に自由に動くことができるようになり、ノーズ１２を凹状挿入部５０内に挿入することが可能となる。ノーズ１２を挿入すると、ノーズ本体１３の先端に複数の硬球７０が乗り上げ、ノーズ１２を奥まで挿入すると、移動バルブ１４，３４が突き合わされて突部１４Ａと突部３４Ａが押圧され、移動バルブ１４，３４はそれぞれスプリング１８，３８の力に抗して押し込まれる。

この状態で、カラー６０をコイルスプリング６２の力により元の位置に戻すと、硬球７０がノーズ本体１３の凹部１３Ａ内に納まり、ボディー３２とノーズ１２とが連結される。ノーズ１２は、ボディー３２のＯリング５４によってシールされる。この状態では、移動バルブ１４のシール部材２６と張出部２４との間、及び移動バルブ３４のシール部材４４と張出部４２との間に隙間が形成され、ノーズ１２の流路部２８とボディー３２の流路部４６が連通する。そして、この流路部２８、４６を圧力下でノーズ１２側からボディー３２側に向かって流体が通過することになる。

図３に示されるように、ノーズ１２とボディー３２との連結時には、整流部材２０の突出部２０Ｃの外周面の最大半径は、シール部材２６の外周面の最大半径の−５％〜＋５％の範囲に設定されており、整流部材２０の突出部２０Ｃの外周面に対してシール部材２６の外周面が半径方向外側にほとんど突き出ていない。

これによって、図４に示されるように、流路部２８を流体が整流部材２０からシール部材２６の方向へ流れるときに、流体は整流部材２０の傾斜面２０Ｂに沿って流れ、傾斜面２０Ｂの先端の突出部２０Ｃに当たるため、図４中の矢印で示されるように、流体は突出部２０Ｃ及びシール部材２６沿ってスムーズに流れる。このため、突出部２０Ｃより入口側（流体の流れ方向下流側）のシール部材２６に流体がダイレクトに当たることを防止又は抑制することができる。

また、整流部材４８の突出部４８Ｃの外周面の最大半径は、シール部材４４の外周面の最大半径の−５％〜＋５％の範囲に設定されており、整流部材４８の突出部４８Ｃの外周面に対してシール部材４４の外周面が半径方向にほとんど突き出ていない。このため、シール部材２６の流れ方向下流側でも、流体はシール部材４４及び突出部４８Ｃに沿ってスムーズに流れ、シール部材４４に流体がダイレクトに当たることを防止又は抑制することができる。これによって、バルブ付き管継手１０の圧力損失を低減できると共に、シール部材２６、４４の破損を防止又は抑制することができる。

これに対して、突出部の外周面の最大半径が、シール部材の外周面の最大半径の−５％〜＋５％の範囲外に設定された場合には、突出部の外周面とシール材の外周面の半径方向の高さの差が大きくなる。このため、流体がシール部材にダイレクトに当たり易くなり、バルブ付き管継手の圧力損失が大きくなると共に、シール部材の破損させる可能性がある。

一方、ノーズ１２とボディー３２を分離する際には、カラー６０を軸方向（矢印Ａ方向）に移動させることで、硬球７０が拡径部６６内で上下方向に自由に動くようになり、硬球７０が凹部１３Ａから離脱するため、ノーズ１２を凹状挿入部５０から引き抜くことができる。

ノーズ１２とボディー３２を分離すると、図１に示すように、ノーズ１２の移動バルブ１４がスプリング１８で張出部２４に押圧され、シール部材２６と張出部２４との当り面でシールされる。また、ボディー３２の移動バルブ３４がスプリング３８で張出部４２に押圧され、シール部材４４と張出部４２との当り面でシールされる。

図５〜図８には、比較例に係るバルブ付き管継手１００が示されている。なお、一実施形態のバルブ付き管継手１０と同一の部材には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図５及び図６に示されるように、このバルブ付き管継手１００は、ノーズ１０２とボディー１１２とで構成されており、ノーズ１０２には奥側に整流部材１０４が設けられ、入口側にシール部材２６が設けられている。ボディー１１２には奥側に整流部材１１４が設けられ、入口側にシール部材４４が設けられている。図７に示されるように、整流部材１０４の突出部１０４Ａの外周面の最大半径は、シール部材２６の外周面の最大半径よりも小さく設定されており、整流部材１０４の突出部１０４Ａの外周面よりもシール部材２６の外周面が半径方向外側に突出している。また、整流部材１１４の突出部１１４Ａの外周面の最大半径は、シール部材４４の外周面の最大半径よりも小さく設定されており、整流部材１１４の突出部１１４Ａの外周面よりもシール部材４４の外周面が半径方向外側に突出している。

このようなバルブ付き管継手１００では、図８中の矢印で示されるように、流路部２８を流体が整流部材１０４からシール部材２６の方向へ流れるときに、流体は整流部材１０４の傾斜面２０Ｂに沿って突出部２０Ｃへ流れ、シール部材２６に向かって流れる。その際、流体は、突出部２０Ｃの入口側（流体の流れ方向下流側）で突出部２０Ｃより半径方向外側に突出するシール部材２６にダイレクトに当たりやすい。このため、バルブ付き管継手１００の圧力損失が大きくなると共に、シール部材２６を破損させる可能性がある。

また、シール部材２６の流れ方向下流側でも、突出部１１４Ａよりもシール部材４４が半径方向外側に突き出ているので、シール部材４４に流体がダイレクトに当たりやすく、シール部材４４を破損させる可能性がある。

これに対して、本実施形態のバルブ付き管継手１０では、流体がシール部材２６、４４にダイレクトに当たることを防止又は抑制することができ、圧力損失を低減できると共に、シール部材２６、４４の破損を防止又は抑制することができる。本実施形態のバルブ付き管継手１０において、ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｎｓ）の数値解析手法を用いて、低圧力損失化としての効果を確認したところ、本実施形態のバルブ付き管継手１０では比較例のバルブ付き管継手１００に対して１０％〜２０％低減できることが確認された。

なお、上記実施形態のバルブ付き管継手では、整流部材やシール部材の形状は、上記構成に限定されず、他の形状でもよい。

なお、上記実施形態のバルブ付き管継手では、シール部材を備えた移動バルブと整流部材が別体であったが、これに限定されず、移動バルブと整流部材が一体に構成されていてもよい。すなわち、本発明は、移動バルブと整流部材とが別体でも一体でもよく、両者を含む趣旨である。

本発明の一実施形態に係るバルブ付き管継手を示す半裁断面図であって、ノーズとボディーを分離した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るバルブ付き管継手のノーズとボディーを結合した状態を示す半裁断面図である。 図３に示すバルブ付き管継手のノーズにおける整流部材及びシール部材付近の構成を示す部分断面図である。 図３に示すバルブ付き管継手のノーズにおける整流部材及びシール部材付近の流体の流れを示す部分断面図である。 比較例に係るバルブ付き管継手の分離状態を示す半裁断面図である。 比較例に係るバルブ付き管継手の結合状態を示す半裁断面図である。 図６に示すバルブ付き管継手のノーズにおける整流部材及びシール部材付近の構成を示す部分断面図である。 図６に示すバルブ付き管継手のノーズにおける整流部材及びシール部材付近の流体の流れを示す部分断面図である。

符号の説明

１０ 管継手
１２ ノーズ
１３Ａ 凹部
１４ 移動バルブ（第１移動バルブ）
２０ 整流部材
２０Ｂ 傾斜面
２０Ｃ 突出部
２４ 張出部（内壁面）
２６ シール部材（シール材）
２８ 流路部
３２ ボディー
３４ 移動バルブ（第２移動バルブ）
４２ 張出部（内壁面）
４４ シール部材（シール材）
４６ 流路部
４８ 整流部材
４８Ｂ 傾斜面
４８Ｃ 突出部
５０ 凹状挿入部
７０ 硬球（ロック部材）

Claims (3)

1. 一方の配管に接続されるノーズと、他方の配管に接続され、前記ノーズが挿入される凹状挿入部を有するボディーと、を備えたバルブ付き管継手であって、
   前記ノーズに移動可能に装着され、前記ノーズの流路部を閉塞又は開放すると共に、閉塞時に前記ノーズの内壁面に接触するシール材を備えた第１移動バルブと、
   前記凹状挿入部に移動可能に装着され、前記凹状挿入部の流路部を閉塞又は開放すると共に、閉塞時に前記凹状挿入部の内壁面に接触するシール材を備えた第２移動バルブと、
   前記第１移動バルブ及び第２移動バルブの少なくとも一方に設けられ、前記シール材よりも前記流路部の接続方向と反対側に配置されると共に、外周面の最大半径が前記シール材の外周面の最大半径の−５％〜＋５％の範囲に設定された整流部材と、
   前記凹状挿入部に設けられ、前記ノーズを前記凹状挿入部へ挿入したとき、前記ノーズの外周面の凹部へ嵌まり、前記ノーズを前記凹状挿入部に固定するロック部材と、
   を有するバルブ付き管継手。
2. 前記第１移動バルブ及び前記第２移動バルブの少なくとも一方から突出する前記シール材が、軸方向の断面において曲面形状である請求項１に記載のバルブ付き管継手。
3. 前記整流部材は、前記流路部の下流側に向かって半径方向外側に拡大する傾斜面を備え、かつ、前記傾斜面の先端に突出部が形成されている請求項１又は請求項２に記載のバルブ付き管継手。

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