JP5681066B2 - 弁構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば強制弁式ピストンポンプ等に適用される弁構造に関する。

従来、このような分野には、シリンダの内周面と、シリンダの軸線方向に沿ってシリンダ内を往復するピストン棒の外周面と、の間に設けられ、シリンダの一端側の空間と他端側の空間との間の連通／遮断を切り替えるための弁構造であって、ピストン棒の外周面に設けられ、当該ピストン棒と共にシリンダ内を往復する弁座（以下、第１の弁部材）と、シリンダの内周面に密着すると共に、ピストン棒が一方側へ移動するときには第１の弁部材と接触して弁を閉じ、第１の弁部材に押されてシリンダ内を移動し、ピストン棒が他方側へ移動するときには第１の弁部材と離間して弁を開く弁体（以下、第２の弁部材）と、を備えたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−５０９７０号公報

しかしながら、上述した従来の弁構造では、一時的に、弁部材同士が接触により互いに固着してしまう場合がある。弁部材同士が固着してしまうと、例えば吸気時等に速やかに弁を開くことができなくなるため、ポンプ内の圧力が急激に変化し、ポンプの圧力振動や異音が生じてしまうおそれがある。特に、ポンプ内の圧力が急激に低下してキャビテーションが生じると、ポンプの振動や異音が著しくなる。

そこで、本発明は、弁部材同士の固着の発生を抑制することができる弁構造を提供することを目的とする。

本発明に係る弁構造（１１）は、シリンダ（３）の内周面（３ａ）と、シリンダ（３）の軸線（Ｌ１）方向に沿ってシリンダ（３）内を往復するピストンロッド（６）の外周面（６ｆ）と、の間に設けられ、シリンダ（３）の一端側の空間と他端側の空間との間の連通／遮断を切り替えるための弁構造（１１）であって、ピストンロッド（６）の外周面（６ｆ）に設けられ、当該ピストンロッド（６）と共にシリンダ（３）内を往復する第１の弁部材（１３）と、シリンダ（３）の内周面（３ａ）に密着すると共に、ピストンロッド（６）が一方側へ移動するときには第１の弁部材（１３）と接触して弁を閉じ、第１の弁部材（１３）に押されてシリンダ（３）内を移動し、ピストンロッド（６）が他方側へ移動するときには第１の弁部材（１３）と離間して弁を開く第２の弁部材（１２）と、を備え、第１及び第２の弁部材（１３，１２）には、ピストンロッド（６）を囲み、軸線（Ｌ１）方向で互いに対向する環状の対向部（１３ａ，１６ｂ）がそれぞれ設けられ、弁部材（１３，１２）のいずれか一方の対向部（１６ｂ）には、弁部材（１３，１２）同士が接触するときに、周方向の全体に亘って他方の弁部材（１３）の対向部（１３ａ）に密着する密着面（１６ｅ）と、密着面（１６ｅ）の内周縁（１６ｆ）及び外周縁（１６ｇ）の間の一部分で他方の弁部材（１３）の対向部（１３ａ）側に開口し、周方向に沿って並ぶ複数の凹部（１６ｈ）と、が形成されていることを特徴とする。

このような弁構造（１１）によれば、弁部材（１３，１２）同士が互いに離間して弁が開くと、シリンダ（３）の一端側の空間と他端側の空間とが連通され、シリンダ（３）の一端側から他端側に流体を流すことが可能となる。このとき、流体は、第１の弁部材（１３）の外周面とシリンダ（３）の内周面（３ａ）との間、第１及び第２の弁部材（１３，１２）の対向部（１３ａ，１６ｂ）同士の間、及び第２の弁部材（１２）の内周面とピストンロッド（６）の外周面（６ｆ）との間を通る。弁部材（１３，１２）同士が互いに接触すると、弁部材（１３，１２）のいずれか一方の対向部（１６ｂ）に形成された密着面（１６ｅ）が、周方向の全体に亘って他方の弁部材（１３）の対向部（１３ａ）に密着することで弁が閉じる。このとき、複数の凹部（１６ｈ）は他方の弁部材（１３）の対向部（１３ａ）に密着しないため、複数の凹部（１６ｈ）が形成されない場合に比べ、弁部材（１３，１２）の対向部（１３ａ，１６ｂ）同士の密着面積が小さくなる。従って、シリンダ（３）の一端側の空間と他端側の空間との遮断性能を確保しつつ、弁部材（１３，１２）同士の固着の発生を抑制することができる。

ここで、密着面（１６ｅ）及び複数の凹部（１６ｈ）は、第２の弁部材（１２）の対向部（１６ｂ）に形成され、複数の凹部（１６ｈ）のそれぞれは、密着面（１６ｅ）の内周縁（１６ｆ）側に位置し、ピストンロッド（６）の外周面（６ｆ）側に更に開口する溝である。上述したように、弁が開いているときには、流体は第２の弁部材（１２）の内周面とピストンロッド（６）の外周面（６ｆ）との間を通る。そこで、第２の弁部材（１２）の対向部（１６ｂ）に形成された凹部（１６ｈ）が、ピストンロッド（６）の外周面（６ｆ）側に更に開口していると流体の流路が広くなる。従って、流体を流すときの抵抗を小さくすることができる。

また、上記作用を効果的に奏する適用例として、上記弁構造（１１）を備えた強制弁式ピストンポンプ（１００）が挙げられる。

本発明に係る弁構造によれば、弁部材同士の固着の発生を抑制することができる。

本発明に係る弁構造を適用した強制弁式ピストンポンプの一実施形態を示す断面図である。 図１の強制弁式ピストンポンプの主要部の断面図である。 弁部材の斜視図である。 弁部材の対向部同士が接触した状態を示す拡大断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る弁構造を適用した強制弁式ピストンポンプの好適な実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る弁構造を適用した強制弁式ピストンポンプの一実施形態を示す断面図、図２は、図１の強制弁式ピストンポンプの主要部の断面図、図３は、弁部材の斜視図、図４は、弁部材の対向部同士が接触した状態を示す拡大断面図である。

強制弁式ピストンポンプ１００は、洗浄機や動力噴霧機等に搭載されるポンプであり、図１に示すように、主要部をなすヘッド部１と、ヘッド部１を駆動する駆動部２と、を備えている。ヘッド部１は、シリンダパイプ３と、シリンダパイプ３の一端側に接続された吐出マニホールド４と、シリンダパイプ３の他端側に接続された吸入マニホールド５と、シリンダパイプ３の軸心Ｌ１に沿って往復するピストンロッド６と、を備えている。なお、図１の上半分は、ピストンロッド６の一端６ａが最も吐出マニホールド４に近づいた状態を示し、下半分は、ピストンロッド６の一端６ａが最も吐出マニホールド４から遠ざかった状態を示している。

吐出マニホールド４は、シリンダパイプ３の一端部の外周に嵌合しており、嵌合部はＯリング７によって密封されている。吐出マニホールド４の内部には、シリンダパイプ３の内部空間Ｓ３に連通される内部空間Ｓ４と、内部空間Ｓ４を軸心Ｌ１と略直交する方向に開放させる排出口Ｈ４と、が形成されている。吐出マニホールド４とシリンダパイプ３との間には、逆止弁８が配置されている。逆止弁８は、シリンダパイプ３の内部空間Ｓ３から吐出マニホールド４の内部空間Ｓ４には流体を通し、その逆方向には流体を通さないようにする弁である。

吸入マニホールド５は、シリンダパイプ３の他端部の外周に嵌合しており、嵌合部はＯリング９によって密封されている。吸入マニホールド５の内部には、シリンダパイプ３の内部空間Ｓ３に連通される内部空間Ｓ５と、内部空間Ｓ５を軸心Ｌ１と略直交する方向に開放させる吸入口Ｈ５と、が形成されている。

ピストンロッド６の一端６ａ側は、吸入マニホールド５を通してシリンダパイプ３内に挿入されており、ピストンロッド６の他端６ｂ側は、吸入マニホールド５の外側に延在している。吸入マニホールド５とピストンロッド６との間は、シール部材１０によって密封されている。

駆動部２は、吸入マニホールド５から延在したピストンロッド６の他端６ｂ側を収容しつつ、吸入マニホールド５側からヘッド部１に連結されている。駆動部２の内部には、エンジン等の回転運動を往復運動に変換するクランク機構２ａが設けられており、クランク機構２ａにピストンロッド６の他端６ｂが連結されている。これにより、エンジン等を動力源として、シリンダパイプ３内に挿入されたピストンロッド６の一端６ａを往復させることが可能となっている。

図２に示されるように、ピストンロッド６の一端６ａ側には、ピストンロッド６のロッド本体部６ｃよりも外径が細い細径部６ｄが形成されており、細径部６ｄの一端側には雄ネジ部６ｅが形成されている。細径部６ｄの外周面６ｆ上には、弁構造物１１が設けられている。弁構造物１１は、細径部６ｄを囲むと共に、シリンダパイプ３の内周面３ａに密着する円環状の弁部材１２と、弁部材１２よりも吸入マニホールド５側で細径部６ｄに装着された円環状の弁部材１３と、弁部材１２よりも吐出マニホールド４側で細径部６ｄに装着された円環状の弁部材１４と、を有している。

弁部材１３は、内径が細径部６ｄの外径と略同等の鍔部材であり、細径部６ｄの他端側に装着されている。弁部材１３の外径は、シリンダパイプ３の内径よりも小さくなっており、弁部材１３の外周面１３ｂとシリンダパイプ３の内周面３ａとの間には隙間Ｃ１が形成されている。弁部材１３の外周端部は、軸心Ｌ１に沿う方向で弁部材１２と対向する対向部１３ａとなっている。

弁部材１４は、内径が細径部６ｄの外径と略同等の鍔部材であり、細径部６ｄの一端側に装着されている。弁部材１４の外径は、シリンダパイプ３の内径よりも小さくなっており、弁部材１４の外周面１４ｂとシリンダパイプ３の内周面３ａとの間には隙間Ｃ２が形成されている。弁部材１４の外周端部は、軸心Ｌ１に沿う方向で弁部材１２と対向する対向部１４ａとなっている。また、弁部材１４には、一端側から他端側に貫通した開口１４ｃが形成されている。

弁部材１３，１４の間には、細径部６ｄを囲む円筒状のスペーサ１５が配置されており、このスペーサ１５によって、弁部材１３，１４同士の間に弁部材１２を配置する間隔が形成されている。

細径部６ｄの雄ネジ部６ｅの一端側には、ナット１８が螺着されており、このナット１８が、弁部材１３、スペーサ１５、及び弁部材１４を細径部６ｄの他端側に締め付けている。これにより、弁部材１３、スペーサ１５、及び弁部材１４が細径部６ｄに固定されている。

弁部材１２は、円筒状の弁本体部１６と、弁本体部１６の外周面１６ａに密着すると共に、シリンダパイプ３の内周面３ａに密着する円環状のパッキン１７と、を有している。弁本体部１６は、スペーサ１５を囲み、弁部材１３，１４の間に配置されている。弁本体部１６の内径は、スペーサ１５の外径よりも大きく、弁本体部１６の内周面１６ｄとスペーサ１５の外周面１５ａとの間には隙間Ｃ３が形成されている。弁本体部１６の弁部材１３側には、外周側に突出し、軸心Ｌ１に沿う方向で弁部材１３と対向する鍔状の対向部１６ｂが形成されている。また、弁本体部１６の弁部材１４側には、外周側に膨出し、弁部材１４と対向する円環状の対向部１６ｃが形成されている。パッキン１７は、対向部１６ｂ及び対向部１６ｃの間に配置され、対向部１６ｂ及び対向部１６ｃによって弁本体部１６回りに保持されている。このように構成された弁部材１２の長さは、スペーサ１５の長さ、即ち弁部材１３，１４同士の間隔よりも短くなっている。このため、軸心Ｌ１に沿う方向で、弁部材１２と弁部材１３及び弁部材１４とを離間／接触させることが可能となっている。

以上説明した強制弁式ピストンポンプ１００では、ピストンロッド６の一端６ａが吐出マニホールド４から遠ざかるときには、弁本体部１６の対向部１６ｂが弁部材１３の対向部１３ａと離間し、対向部１６ｃが弁部材１４の対向部１４ａと接触する。そして、弁本体部１６は、弁部材１４に押されて吸入マニホールド５側に移動する（図示Ｌ１の下側参照）。このとき、弁部材１３の外周面１３ｂとシリンダパイプ３の内周面３ａとの隙間Ｃ１、及び対向部１６ｂと対向部１３ａとの隙間Ｃ４によって、弁本体部１６の内周面１６ｄとスペーサ１５の外周面１５ａとの隙間Ｃ３と、弁部材１３よりも吸入マニホールド５側の空間とが連通される。さらに、弁部材１４の開口１４ｃによって、隙間Ｃ３と、弁部材１４よりも吐出マニホールド４側の空間とが連通される。即ち、弁が開かれ、弁構造物１１よりも吐出マニホールド４側の空間と、弁構造物１１よりも吸入マニホールド５側の空間とが連通される。これにより、弁構造物１１よりも吸入マニホールド５側の流体が、隙間Ｃ１，Ｃ４，Ｃ３、及び開口１４ｃを通って、弁構造物１１よりも吐出マニホールド４側に取り込まれる。

一方、ピストンロッド６の一端６ａが吐出マニホールド４に近づくときには、弁本体部１６の対向部１６ｂが弁部材１３の対向部１３ａと接触し、対向部１６ｃが弁部材１４の対向部１４ａと離間する。そして、弁本体部１６は、弁部材１３に押されてピストンロッド６と共に吐出マニホールド４側に移動する。対向部１６ｂと対向部１３ａとが接触すると、隙間Ｃ１と隙間Ｃ３との間が遮断される。即ち、弁が閉じられ、弁構造物１１よりも吐出マニホールド４側の空間と、弁構造物１１よりも吸入マニホールド５側の空間とが遮断される。この状態で、ピストンロッド６の一端６ａが吐出マニホールド４に近づくと、弁構造物１１よりも吐出マニホールド４側の流体が、吐出マニホールド４の排出口Ｈ４から排出される。また、弁構造物１１よりも吸入マニホールド５側の空間は負圧となり、吸入マニホールド５の吸入口Ｈ５から流体が吸入される。

このようにして、ピストンロッド６の細径部６ｄと共に弁構造物１１がシリンダパイプ３内を往復することで、流体の吸入と排出が繰り返され、流体が圧送される。

ここで、図３に示されるように、弁本体部１６の対向部１６ｂには、弁部材１３の対向部１３ａと接触するときに、周方向の全体に亘って対向部１３ａに密着する密着面１６ｅが内周側に形成されている。また、対向部１６ｂには、密着面１６ｅの内周縁１６ｆ及び外周縁１６ｇの間の一部分で、対向部１３ａ側に開口し、周方向に沿って並ぶ複数の凹部１６ｈが形成されている。複数の凹部１６ｈは、対向部１３ａに密着しないため（図４参照）、凹部１６ｈが形成されない場合に比べ、対向部１６ｂと対向部１３ａとの密着面積が小さくなる。従って、吐出マニホールド４側の空間と吸入マニホールド５側の空間との遮断性能を確保しつつ、弁本体部１６と弁部材１３との固着の発生を抑制することができる。なお、弁本体部１６と弁部材１３とは、衝突のくり返しにより、互いの対向部１６ｂ，１３ａを磨耗させ合う場合がある。凹部１６ｈは、周方向に沿って並ぶことから、回転方向へは凹部１６ｈと密着面ｅとが交互に並ぶことになる。弁本体部１６は弁部材１３に対しピストンロッド６回りに相対回転できるため、同じ箇所の衝突のくり返しにより凹部１６ｈの形状が対向部１３ａに転写されることはない。こうして、対向部１６ｂ，１３ａ同士の密着面積の増加は抑制される。従って、弁本体部１６と弁部材１３との固着の発生を確実に抑制することができる。

また、各凹部１６ｈは、ここでは、スペーサ１５の外周面１５ａ側、即ちピストンロッド６の細径部６ｄの外周面６ｆ側に更に開口する溝となっている。上述したように、弁が開いているときに、流体は弁本体部１６の内周面１６ｄ及びスペーサ１５の外周面１５ａの隙間Ｃ３を通る。そこで、凹部１６ｈがスペーサ１５の外周面１５ａ側に更に開口していると流体の流路が広くなる。従って、吸入マニホールド５側の流体を吐出マニホールド４側に取り込むときの流体の抵抗を小さくすることができる。

また、各凹部１６ｈは、軸心Ｌ１から外周縁１６ｇに向かう放射方向に沿って延びるように形成されている。これにより、対向部１６ｂと対向部１３ａとの隙間Ｃ４から隙間Ｃ３への流体の流れが円滑化される。各凹部１６ｈは、放射方向に対して傾斜していてもよい。

また、各凹部１６ｈは、外周側の端部１６ｊが、密着面１６ｅの内周縁１６ｆと外周縁１６ｇとの間の中心線Ｌ２に達するように形成されている。これにより、対向部１６ｂと対向部１３ａとの密着面積がより小さくなるため、弁本体部１６と弁部材１３との固着の発生をより確実に抑制することができる。また、流体の流路がより広くなるため、流体を流すときの抵抗をより小さくすることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、本実施形態では、凹部１６ｈを弁本体部１６の対向部１６ｂに形成しているが、これに限られず、弁部材１３の対向部１３ａに凹部を形成してもよい。この場合、凹部をシリンダパイプ３の内周面３ａ側に更に開口する溝にすると、流体の流路を広くすることができる。更に、対向部１６ｂ及び対向部１３ａの双方に凹部を形成してもよい。また、弁構造物１１を構成する各部材の形状は円形上に限られず、シリンダパイプ３の内面形状に合わせて適宜変更してよい。

３…シリンダパイプ、３ａ…内周面、６…ピストンロッド、６ｆ…外周面、１１…弁構造物、１２…弁部材、１３…弁部材、１３ａ…対向部、１６ｂ…対向部、１６ｅ…密着面、１６ｆ…内周縁、１６ｇ…外周縁、１６ｈ…凹部、１６ｊ…端部、１００…強制弁式ピストンポンプ。

Claims (2)

1. シリンダ（３）の内周面（３ａ）と、前記シリンダ（３）の軸線（Ｌ１）方向に沿って前記シリンダ（３）内を往復するピストンロッド（６）の外周面（６ｆ）と、の間に設けられ、前記シリンダ（３）の一端側の空間と他端側の空間との間の連通／遮断を切り替えるための弁構造（１１）であって、
   前記ピストンロッド（６）の外周面（６ｆ）に設けられ、当該ピストンロッド（６）と共に前記シリンダ（３）内を往復する第１の弁部材（１３）と、
   前記シリンダ（３）の内周面（３ａ）に密着すると共に、前記ピストンロッド（６）が一方側へ移動するときには前記第１の弁部材（１３）と接触して弁を閉じ、前記第１の弁部材（１３）に押されて前記シリンダ（３）内を移動し、前記ピストンロッド（６）が他方側へ移動するときには前記第１の弁部材（１３）と離間して弁を開く第２の弁部材（１２）と、を備え、
   前記第１及び第２の弁部材（１３，１２）には、前記ピストンロッド（６）を囲み、前記軸線（Ｌ１）方向で互いに対向する環状の対向部（１３ａ，１６ｂ）がそれぞれ設けられ、
   前記弁部材（１２）の前記対向部（１６ｂ）には、前記弁部材（１３，１２）同士が接触するときに、周方向の全体に亘って他方の前記弁部材（１３）の前記対向部（１３ａ）に密着する密着面（１６ｅ）と、前記密着面（１６ｅ）の内周縁（１６ｆ）及び外周縁（１６ｇ）の間の一部分で前記他方の前記弁部材（１３）の前記対向部（１３ａ）側に開口し、前記周方向に沿って並ぶ複数の凹部（１６ｈ）と、が形成されており、
   前記複数の凹部（１６ｈ）のそれぞれは、前記密着面（１６ｅ）の前記内周縁（１６ｆ）側に位置し、前記ピストンロッド（６）の外周面（６ｆ）側に更に開口する溝であることを特徴とする弁構造（１１）。
2. 請求項１記載の弁構造（１１）を備えた強制弁式ピストンポンプ（１００）。

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