JP6191825B2 - 定圧自動開閉弁 - Google Patents

Description

本発明は、消毒液による車両消毒装置の散布ノズルの手前に取り付ける定圧自動開閉弁に関する。

牧場などの畜産施設において、口蹄疫などの伝染病から家畜を護るため、本出願人のひとりが特許文献１（特開２０１２−１１５５４９号公報）の車両消毒装置を発明している。
この車両消毒装置は、畜産施設の入出場口に設置し、本装置を構成する建物内に設けたゲート体である装置本体を車両が通過する際に、車両消毒装置を作動させることで、複数のノズルから消毒液を噴射させて車両全体の殺菌消毒をおこなうものである。

寒冷地の牧場などの畜産施設では、冬、気温が氷点下になるため、消毒液を噴射しない非噴射時（車両消毒装置内に車両が入っていないときなど）は、消毒液を設定温度に加熱しノズル取付管内にて低圧で循環させて、冬期における消毒液の凍結防止を行っている。

ノズル取付管のノズル取付箇所には、ノズルと、そのノズルの上流側に定圧自動開閉弁（特許文献１では「圧力バルブ」と表記）が取り付けられており、この定圧自動開閉弁は、消毒液を噴射しない非噴射時は閉弁し、消毒液の噴射時は装置内のポンプが作動することでノズル取付管内の消毒液の圧力を設定圧力まで上昇させ、高圧の消毒液にすることで、閉弁から開弁に自動的に切り換わる。（特許文献１（図１７）参照）

従来、車両消毒装置に取り付ける専用の定圧自動開閉弁は無く、汎用の逆流防止弁を代用しばねを強くして所定の圧力で開弁、閉弁させるようにしていた。
図３に、従来使用している逆流防止弁を改良した定圧自動開閉弁１００の断面図を示す。
この定圧自動開閉弁１００は、流入口側弁箱１０１ａ及び流出口側弁箱１０１ｂで構成された弁箱１０１に、流入口１０２、その下流側にカートリッジ室１０３、さらに流出口１０４を設け、前記カートリッジ室１０３には流出口１０４に向かって弁座１０５を形成し、ばね１０６によりボール形状の弁体１０７を弁座１０５に所定の力で押圧し、その下流側には流出口１０４に連通する連通孔１０８を形成するばね押さえ１０９を、カートリッジケース１１０に係止して成る交換容易なカートリッジ１１１を装着する構造である。
なお、弁箱１０１の流入口１０２側にはノズル取付管を、流出口１０４側にはノズルが接続される。（特許文献１（特開２０１２−１１５５４９号公報） 図１７参照）

特許文献２（特開２０１２−７６３９号公報）は、気体を流体媒体とする逆流防止弁についての発明である。
これは弁体であるポペットが開閉するときのポペットのチャタリングを防止し、流体の流量を安定良く制御できる発明がなされている。
ポペットの胴体部をガイド部材により支持し、その後方であるガイド部材の流出側端部に圧力調整部材を装着することで、そのガイド部材内部に気体を封入して、開弁時に抜出孔より空気を抜き出し、ポペットに対して空気による適度な抵抗が生じることで、チャタリングを吸収制御させている。

特開２０１２−１１５５４９号公報 特開２０１２−７６３９号公報（図１）

しかしながら、図３に示す従来使用している逆流防止弁を改良した定圧自動開閉弁１００は、車両消毒装置の消毒液噴射時に、ノズルから噴射される消毒液の噴射量は流量的に少量のため、カートリッジ１１１内の弁体１０７と弁座１０５間の弁開度は小さく、その流路に高圧の消毒液が流れることで、弁座１０５近傍で、弁体１０７のチャタリングやキャビテーションによる音が発生し、この現象により弁体１０７及び弁座１０５の損傷が起きてしまう可能性があった。
この損傷が起きてしまうと、弁体１０７と弁座１０５との密封性が低下し、消毒液の非噴射時に消毒液の漏洩が発生してしまい消毒液が無駄になるおそれがあった。

また、特許文献２（特開２０１２−７６３９号公報）を参考に、前記の定圧自動開閉弁１００の弁体１０７のチャタリングやキャビテーションが引き起こす諸問題を解決するにしても、特許文献２は流体媒体が気体であることからキャビテーションの発生に対する対応を考慮しなくてもよいため、特許文献２の技術をもとに液体を扱う定圧自動開閉弁１００でのキャビテーションの問題を解決できず、さらに特許文献２はチャタリングを防止するために装置のガイド部材内部に気体を封入させる構造を、液体を扱う定圧自動開閉弁１００に採用するのは困難である。

以上に鑑み、本発明は上記課題を解決したもので、圧力だけで作動することにより流量と圧力を起因とする弁のチャタリングや弁周りに発生するキャビテーションを無くし、弁としての耐久性を良くした定圧自動開閉弁を提供することを目的とする。

本発明の定圧自動開閉弁は、上記目的を達成するために、
流入口、その下流側に順に連通孔、大シリンダ、小シリンダ、ストッパー部、流出口を同軸上にそれぞれ連通し、前記連通孔の大シリンダ側の開口部に下流側のシリンダ方向に向かって弁座を形成し、前記弁座より前記大シリンダの受圧面積を大きくした弁箱と、
大径部、小径部を設け、前記大径部の端部に前記弁箱の前記弁座に当接するパッキンを装着させ、該パッキンの下流側に前記大シリンダ、小シリンダの水密性を図る大リングゴム、小リングゴムをそれぞれ前記大径部、小径部に装着し、前記小径部には端部に開口する通路穴を設け、該通路穴に前記パッキンと前記大リングゴムの間の外周面から中心軸に向かう複数個の小孔を連通させて流体通路を形成し、その流体通路である前記小孔及び前記通路穴の各断面積を前記連通孔の断面積より小さくなるように設けた弁体と、
該弁体を常に前記弁箱の前記弁座側に押圧するばねと、
からなり、
前記弁体を前記弁箱の前記大シリンダ、小シリンダに嵌合挿入させ、前記大リングゴムと小リングゴム間で挟まれる大気室に前記ばねを設け、さらに前記大気室を常に大気開放させるために、前記大シリンダと小シリンダの境界近傍の弁箱側部に大気貫通孔を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、車両消毒装置が消毒液を噴射しない非噴射時（車両消毒装置内に車両が入っていないときなど）には、車両消毒装置内の消毒液が低圧であり、その圧力が定圧自動開閉弁の弁体を弁座側に押圧しているばねの押圧力より小さいために、パッキンを装着する弁体を弁座から離脱させず閉弁状態を維持させることができる。

一方、車両消毒装置の消毒液の噴射時には、装置内のポンプ作動により消毒液は低圧から高圧状態になり、その消毒液の圧力が弁体を弁座側に押圧しているばねの押圧力より勝るため、ばねをたわませて弁体が開弁方向に移動し始め、その後、消毒液は流入口及び連通孔を介し弁座の下流側に流れ、さらに弁部の外周、小孔、通路穴を通り、流出口へ流れノズルに供給される。
弁座に対して、その下流側の大シリンダの受圧面積を大きくし、弁体が開弁後すぐに消毒液の圧力が大シリンダでも受圧する構造であり、さらに連通孔より小孔及び通路穴で構成した流体通路の各断面積を小さくすることで、圧力降下の少ないできる限り高圧のままの消毒液の圧力を大シリンダに受圧させることができる構造を採用しているので、消毒液の流量に関係なく圧力により弁体は開弁するとすぐに全開状態となり、その状態を維持することができる。
さらに、消毒液の圧力は上記のように大シリンダで受圧する他に、小孔、通路穴を介して小シリンダでも受圧し、弁体を弁座側に移動させる力も作用するが、大リングゴムと小リングゴムで挟まれる大気室が大気貫通孔により常に大気開放されており、大シリンダと小シリンダでそれぞれ受圧する面積差、つまり大シリンダのほうが小シリンダより受圧面積が大きいことによる作用力も伴って、弁体は開弁するとすぐに全開状態となり、その状態を維持する。
このように車両消毒装置の消毒液の噴射時には、定圧自動開閉弁の弁体が開弁後すぐに全開状態となり十分な弁開度を確保できるので、従来技術のような流量や圧力を起因とする定圧自動開閉弁のチャタリングあるいはキャビテーションの発生はなく、これにより弁体および弁座の損傷はなくなり耐久性のある安定した定圧自動開閉弁を提供することができる。

本発明の一実施例を示す定圧自動開閉弁において、閉弁時を示す断面図である。 本発明の一実施例を示す定圧自動開閉弁において、開弁時（全開）を示す断面図である。 従来使用している、逆流防止弁を改良した定圧自動開閉弁の断面図である。

本発明の一実施の形態について図面を参照にして説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す定圧自動開閉弁１において、閉弁時を示す断面図である。
弁箱２は、流入口側弁箱２１及び流出口側弁箱２２で構成される組立体であり、流入口２ａ、その下流側に順に大シリンダ２ｂ、小シリンダ２ｃ、ストッパー部２ｄ、流出口２ｅを形成し、さらに前記流入口２ａと前記大シリンダ２ｂを同軸上に連通する連通孔２ｆ、その連通孔２ｆの大シリンダ２ｂ側の開口部にはシリンダ方向に向かって弁座２ｇを形成されている。

弁体３は、大径部３ａと小径部３ｂを設けた形状で、前記弁箱２の大シリンダ２ｂ及び小シリンダ２ｃの両方に跨るように嵌合挿入され、ばね４により常に弁座２ｇ方向に押圧力を受けている。
さらに弁体３は、前記大径部３ａの一端側の端部に、前記弁座２ｇに当接するパッキン５を装着した弁部３ｃと、さらに前記大径部３ａには、前記大シリンダ２ｂを摺動する大リングゴム６が装着されている。
ちなみに前記弁部３ｃの直径は、つば部３ｆの直径より若干小さくして、消毒液を流出口２ｅへ流す流量を確保するための流路としている。
さらに前記小径部３ｂには、前記小シリンダ２ｃを摺動する小リングゴム７が装着されている。
また、前記大径部３ａの弁部３ｃには、パッキン５と大リングゴム６との間に、その外周面から中心軸に向かって複数個の小孔３ｄが設けられており、該小孔３ｄと前記小径部３ｂの端部に開口する通路穴３ｅとが連通されている。
この流体通路である前記小孔３ｄと前記通路穴３ｅの各穴の断面積は、前記連通孔２ｆの断面積より小さくなるように設計されている。
また、前記大リングゴム６と小リングゴム７間で挟まれる大気室３０を常に大気開放させるために、前記大シリンダ２ｂと小シリンダ２ｃの境界近傍に大気貫通孔２ｈを設け、さらにこの大気室３０には、弁体３を常に弁座２ｇ側に押圧するばね４が設けられている。
前記ばね４の仕様は、該大気室３０に設けるために弁体３の前記大径部３ａより小径で、且つ前記小径部３ｂより大径となっている。
なお、前記大リングゴム６及び前記小リングゴム７は、できるだけ摺動抵抗が少なくなるよう、断面Ｙ状の一方向密封性パッキンを使用しているが、摺動抵抗が少なくなるのであればこれに拘るものではない。

本発明の定圧自動開閉弁１の車両消毒装置への設置場所については、図３に示した従来使用している逆流防止弁を改良した定圧自動開閉弁１００と同様であり、弁箱２の流入口２ａ側にはノズル取付管を、流出口２ｅ側にはノズルが接続される。（特許文献１（特開２０１２−１１５５４９号公報） 図１７参照）

次に、図１を用いて、本発明の定圧自動開閉弁１の閉弁時について説明する。
車両消毒装置内に車両進入が無い時、装置内のポンプは作動していないため、装置内の消毒液は低圧状態となっている。
そのため定圧自動開閉弁１の流入口２ａには、低圧の消毒液が充てんされている。
消毒液の圧力は、流入口２ａ、連通孔２ｆ及び弁座２ｇを介して弁体３に装着したパッキン５に作用するが、その圧力が弁体３を弁座２ｇ側に押圧しているばね４の押圧力より小さいために、パッキン５を装着する弁体３を弁座２ｇから離脱させず閉弁状態を維持させている。

次に、図２を用いて、本発明の定圧自動開閉弁１の開弁時について説明する。
図２は、本発明の一実施例を示す定圧自動開閉弁１において、開弁時（全開）を示す断面図である。
車両消毒装置内に車両が進入すると、ポンプが作動することにより消毒液の圧力はそれまでの低圧から高圧状態に上昇する。
すると、定圧自動開閉弁１の流入口２ａには高圧の消毒液が流入し、消毒液の圧力は弁座２ｇを介して弁体３に装着したパッキン５に作用し、その圧力が弁体３を弁座２ｇ側に押圧しているばね４の押圧力より勝るため、ばね４をたわませて弁体３が開弁方向に移動し始める。
また十分な供給流量、圧力で消毒液が送られてくるため、弁体３に装着したパッキン５が弁座２ｇから離脱すると、消毒液は流入口２ａ及び連通孔２ｆを介し弁座２ｇの下流側に流れ、さらに消毒液は弁部３ｃの外周、小孔３ｄ、通路穴３ｅを通り、流出口２ｅへ流れノズルに供給される。
弁体３が開弁後すぐに、消毒液の圧力は大シリンダ２ｂに密着する大リングゴム６でも受圧する。
弁座２ｇの受圧面積に対して、大シリンダ２ｂの受圧面積が大きくなるように設計しているので、消毒液の流量に関係なく圧力により弁体３は開弁するとすぐに全開状態（小径部３ｂ端部がストッパー部２ｄに移動）となり、その状態を維持する。

さらに、消毒液の圧力は上記のように大シリンダ２ｂで受圧する他に、小孔３ｄ、通路穴３ｅを介して小シリンダ２ｃでも受圧し、弁体３を弁座２ｇ側に移動させる力も作用するが、大リングゴム６と小リングゴム７で挟まれる大気室３０が大気貫通孔２ｈにより常に大気開放されており、大シリンダ２ｂと小シリンダ２ｃでそれぞれ受圧する面積差、つまり大シリンダ２ｂのほうが小シリンダ２ｃより受圧面積が大きいことによる作用力も伴って、弁体３は開弁するとすぐに全開状態となり、その状態を維持する。

この時、連通孔２ｆの断面積より小孔３ｄ及び通路穴３ｅの各断面積を小さくすることで、圧力降下の少ないできる限り高圧のままの消毒液の圧力を大シリンダ２ｂに受圧させることができるため、弁体３が開弁後から全開になるまでの応答性を助長させている。

車両への消毒作業が終了すると、車両消毒装置内のポンプが停止することで、それまで車両消毒装置内を流れていた消毒液が高圧から低圧状態に切り換わる。
すると、弁体３の大シリンダ２ｂ及び小シリンダ２ｃで受圧していた定圧自動開閉弁１内の圧力も下がるため、弁体３を弁座２ｇ側に押圧しているばね４の力が、消毒液が低圧になることで弁体３を開弁方向に移動させていた力より勝り、パッキン５が弁座２ｇに密着することで弁体３が再び閉弁状態となり、弁座２ｇより下流側のノズルまでの流路は、消毒液が供給されず大気圧の状態になる。（図１の状態）

以上のように本発明の定圧自動開閉弁は、消毒液の圧力が低圧もしくは高圧であるかによって弁体を自動的に閉弁もしくは開弁することができる。
さらに開弁後すぐに、消毒液の圧力を弁座の受圧面積より大きい大シリンダで受圧するため、流量には関係なく一気に全開まで開弁し十分な弁開度を確保できるので、図３に示す従来技術のような流量と圧力を起因とするチャタリングやキャビテーションの発生は無く、これにより弁体や弁座の損傷は無くなり、耐久性のある安定した定圧自動開閉弁を提供することができる。

１ 、１００ 定圧自動開閉弁
２ 弁箱
２１ 流入口側弁箱
２２ 流出口側弁箱
２ａ 流入口
２ｂ 大シリンダ
２ｃ 小シリンダ
２ｄ ストッパー部
２ｅ 流出口
２ｆ 連通孔
２ｇ 弁座
２ｈ 大気貫通孔
３ 弁体
３ａ 大径部
３ｂ 小径部
３ｃ 弁部
３ｄ 小孔
３ｅ 通路穴
３ｆ つば部
４ ばね
５ パッキン
６ 大リングゴム
７ 小リングゴム
３０ 大気室
１０１ 弁箱
１０１ａ 流入口側弁箱
１０１ｂ 流出口側弁箱
１０２ 流入口
１０３ カートリッジ室
１０４ 流出口
１０５ 弁座
１０６ ばね
１０７ 弁体
１０８ 連通孔
１０９ ばね押さえ
１１０ カートリッジケース
１１１ カートリッジ

Claims (3)

1. 流入口、その下流側に順に連通孔、大シリンダ、小シリンダ、ストッパー部、流出口を同軸上にそれぞれ連通し、前記連通孔の大シリンダ側の開口部に下流側のシリンダ方向に向かって弁座を形成し、前記弁座より前記大シリンダの受圧面積を大きくした弁箱と、
   大径部、小径部を設け、前記大径部の端部に前記弁箱の前記弁座に当接するパッキンを装着させ、該パッキンの下流側に前記大シリンダ、小シリンダの水密性を図る大リングゴム、小リングゴムをそれぞれ前記大径部、小径部に装着し、前記小径部には端部に開口する通路穴を設け、該通路穴に前記パッキンと前記大リングゴムの間の外周面から中心軸に向かう複数個の小孔を連通させて流体通路を形成し、その流体通路である前記小孔及び前記通路穴の各断面積を前記連通孔の断面積より小さくなるように設けた弁体と、
   該弁体を常に前記弁箱の前記弁座側に押圧するばねと、
   からなり、
   前記弁体を前記弁箱の前記大シリンダ、小シリンダに嵌合挿入させ、前記大リングゴムと小リングゴム間で挟まれる大気室に前記ばねを設け、さらに前記大気室を常に大気開放させるために、前記大シリンダと小シリンダの境界近傍の弁箱側部に大気貫通孔を設けた車両消毒装置用の定圧自動開閉弁。
2. 前記弁箱は、流入口側弁箱及び流出口側弁箱で構成される組立体であることを特徴とする請求項１記載の車両消毒装置用の定圧自動開閉弁。
3. 前記弁体の前記大径部に装着されている前記大リングゴムが、前記弁箱の前記大シリンダを摺動し、
   前記弁体の前記小径部に装着されている前記小リングゴムが、前記弁箱の前記小シリンダを摺動することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両消毒装置用の定圧自動開閉弁。

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