JP6720166B2 - 逆止弁 - Google Patents

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Description

本願は、一方向の流体流れのみを許容する逆止弁に関する。
弁体が回動して流路を開閉する逆止弁が例えば特許文献1に開示されている。この逆止弁は、内部に流路を有するケーシングと、該ケーシング内の上部に設けられた回動軸を中心に回動して流路を開閉する弁体とを備えている。この逆止弁では、入口側の流体圧力が出口側の流体圧力(弁体の自重を含む)よりも大きくなると、弁体が回動して流路が開く。これにより、入口側から出口側への流体の流れが許容される。また、入口側の流体圧力が出口側の流体圧力(弁体の自重を含む)よりも小さくなると、弁体が逆方向に回動して流路が閉じられる。これにより、出口側から入口側への流体の流れは阻止される。
特開2004−360846号公報
ところで、特許文献1のような逆止弁では、開弁力(弁体が開くのに必要な力)を調整可能にしたいという要望がある。そこで、プランジャを用いて弁体を閉じる側へ付勢することが考えられる。
具体的に、プランジャは、筒状のケースと、該ケース内に挿入される棒状部材およびバネとを有する。棒状部材は、進退自在にケースに挿入されており、バネによって前進方向へ付勢されている。プランジャは、棒状部材の先端が弁体の下流面に接して押圧するようにケーシングに取り付けられる。これにより、弁体はプランジャによって閉じる側へ付勢される。この付勢力は、プランジャと弁体との距離を変更することによって調整される。つまり、プランジャと弁体との距離が近くなると付勢力は増大し、プランジャと弁体との距離が遠くなると付勢力は減少する。プランジャと弁体との距離は、ケーシングにおけるプランジャの取付位置を変えることにより変更される。プランジャによる付勢力が増大すると開弁力は増大し、プランジャによる付勢力が減少すると開弁力は減少する。こうして、プランジャを用いることにより開弁力を調整可能になる。
しかしながら、上述したプランジャを用いる構成では、弁体の開度が大きくなるに従ってバネは短縮してバネの付勢力(開弁力)が増大するため、弁体が大開度まで開かない虞があった。そのため、所定流量の流体を流せなくなる。
本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プランジャによって弁体を閉じる側へ付勢する逆止弁において、弁体の開度が大きくなっても開弁力が増大するのを抑制することにある。
本願に開示の技術は、内部に流路を有するケーシングと、上記流路の上部に設けられた軸を有し、該軸を中心に回動して上記流路を開閉する弁体とを備えた逆止弁を前提としている。この逆止弁は、上下方向に移動可能に設けられた棒状部材と、該棒状部材を下方向へ付勢するバネとを有するプランジャを備えている。また、上記弁体は、その下流側に形成され、上記棒状部材の下端面が接して閉じる側へ付勢されると共に、上記弁体の開弁動作に伴い上記棒状部材の下端面に対して摺動しながら上記棒状部材を押し上げる接触面を有している。そして、上記接触面および上記下端面は、少なくとも一方が円弧面状に形成され、上記弁体が開くに従って、上記接触面と上記下端面との接点と上記弁体の軸の中心との水平距離が短くなるように構成されている。
以上のように、本願の逆止弁では、弁体の接触面がプランジャの棒状部材によって押されることで、弁体が閉じる側へ付勢されている。そして、弁体が開く(即ち、弁体の回転角度が大きくなる)に従って、弁体の接触面は棒状部材の下端面に対して摺動しながら棒状部材を上方向へ押し上げる。プランジャでは、棒状部材が押し上げられるに従ってバネが弾性変形するので、バネの付勢力が増大する。つまり、弁体が開くに従って、プランジャの弁体が閉じる側への付勢力は増大する。
そこで、本願の逆止弁によれば、弁体の接触面および棒状部材の下端面の少なくとも一方を円弧面状に形成し、弁体が開くに従って、接触面と下端面との接点と弁体の軸の中心(即ち、弁体の回動中心)との水平距離が短くなるようにした。プランジャの付勢力によって弁体に作用する閉じる側への回転力(トルク)は、プランジャの付勢力と、上述した水平距離とを乗算した値である。本願の逆止弁によれば、弁体が開くに従って、プランジャの付勢力は増大するが、上述した水平距離は短くなる。したがって、弁体の開度が大きくなっても、プランジャによる弁体の閉じる側への回転力が増大するのを抑制することができる。よって、弁体の開度の増大に伴い弁体の開弁力が大きくなることを抑制することができる。
図1は、実施形態1に係る逆止弁の概略構成を示す断面図である。 図2は、実施形態1に係る弁体の全閉状態を示す側面図である。 図3は、実施形態1に係る弁体の回転角度30°の状態を示す側面図である。 図4は、実施形態1に係る弁体の回転角度50°の状態を示す側面図である。 図5は、実施形態1に係る弁体の回転角度70°の状態を示す側面図である。 図6は、弁体の回転角度と開弁力との関係を示すグラフである。 図7は、実施形態1の変形例に係る弁体の全閉状態を示す側面図である。 図8は、実施形態2に係る弁体の全閉状態を示す側面図である。 図9は、実施形態2に係る弁体の回転角度30°の状態を示す側面図である。 図10は、実施形態2に係る弁体の回転角度50°の状態を示す側面図である。 図11は、実施形態2に係る弁体の回転角度70°の状態を示す側面図である。 図12は、実施形態2の変形例に係る弁体の全閉状態を示す側面図である。
以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
(実施形態1)
本願の実施形態1について図1〜図6を参照しながら説明する。本実施形態の逆止弁1は、液体や気体等の流体が流れる配管に設けられるものであり、いわゆるウエハー型の逆止弁である。図1に示すように、逆止弁1は、ケーシング10と、弁体20と、プランジャ30とを備えている。
ケーシング10は、略円筒状に形成されており、軸方向が流体の流れ方向と一致している。ケーシング10では、内部に流路13が形成され、その流路13の両端が流入口11および流出口12になっている。つまり、ケーシング10は、上流側の一端に流入口11が形成され、下流側の他端に流出口12が形成されている。流入口11および流出口12は円形に形成されており、流出口12は流入口11よりも開口面積が大きく形成されている。流路13の途中には、やや流入口11寄りに環状の弁座14が形成されている。弁座14の開口面積は、流入口11の開口面積と同じである。ウエハー型である本実施形態の逆止弁1は、図示しないが、ケーシング10の軸方向両端が上流側配管のフランジと下流側配管のフランジとで挟まれて固定される。そして、ケーシング10の軸方向厚さは比較的薄く作製される。
弁体20は、ケーシング10の流路13に収容され、弁座14の下流側に位置している。弁体20は、本体21と軸22を有し、流路13(流入口11)を開閉するものである。本体21は、弁座14の外径よりも少し大きい円盤形(ディスク形)に形成され、弁座14に離着座するものである。軸22は、細い円形棒状の部材であり、本体21の上部に固定されている。ケーシング10の内面には、支持部材24が取り付けられており、その支持部材24に軸22が回転自在に支持されている。つまり、軸22は流路13の上部に位置する。こうして、本体21は軸22を回動中心(揺動中心)として回動自在に取り付けられる。そして、本体21は、回動動作によって弁座14に離着座するように構成されている。つまり、本体21が図1において時計回りに回動して弁座14に着座すると流路13(流入口11)が閉じられ、本体21が図1において反時計回りに回動して弁座14から離座すると流路13(流入口11)が開く。なお、本実施形態では、弁体20の本体21は弁座14に着座したときに流路13と直交する状態(鉛直方向に延びる状態)になる。
また、本体21の下流側面(図1において右側の面)には押圧部23が形成されている。図2にも示すように、押圧部23は、後述するプランジャ30の棒状部材32の下端面32aと接し該棒状部材32によって付勢される部分である。押圧部23は、本体21の下流側面において本体21の中心(即ち、図1に示す本体21の上下方向中央)よりも上方に設けられている。具体的には、押圧部23は、本体21の下流側面の概ね最上部においてその下流側面から突出して形成されている。そして、押圧部23は、円弧面状に形成され、プランジャ30の棒状部材32の下端面32aと接して付勢される接触面23aを有している。具体的に、本実施形態の押圧部23の接触面23aは略球面状に形成されている。この接触面23aは、弁体20(本体21)の回動動作に伴い棒状部材32の下端面32aに対して摺動する部分である。
プランジャ30は、弁体20の本体21を流路13が閉じられる方向(即ち、弁座14に着座する方向)へ付勢する付勢部材である。図1に示すように、プランジャ30は、ケース31と、棒状部材32と、コイルバネ33とを備えている。
ケース31は、有底の円筒状に形成され、外周面に雄ねじ部31aが形成されている。棒状部材32は、円形棒状に形成され、ケース31内に挿入されている。棒状部材32は、ケース31に対して進退自在(即ち、ケース31の軸方向に変位自在)に設けられている。コイルバネ33は、ケース31内に収容されており、一端がケース31の底壁に接し、他端が棒状部材32に接している。コイルバネ33は、棒状部材32を前進方向(下方)に付勢するものであり、本願の請求項に係るバネを構成している。
プランジャ30は、ケーシング10の上部に形成されたプランジャ装着部15に装着されている。プランジャ装着部15は、上下方向に貫通するねじ孔16が設けられており、内周面に雌ねじ部が形成されている。なお、この雌ねじ部はねじ孔16の全長に亘って形成されている。プランジャ30は、ねじ孔16に挿入されて装着される。つまり、プランジャ30は、ケース31の雄ねじ部31aがねじ孔16の雌ねじ部と螺合して装着される。さらに、プランジャ30は雄ねじ部31aにナット17が螺合されて締め付けられ、プランジャ30のケーシング10から突出した部分はナット17と共にキャップ18によって覆われている。なお、キャップ18はケース31の雄ねじ部31aと螺合して取り付けられている。
プランジャ30は、ケース31の軸方向が上下方向(鉛直方向)と一致する状態で装着されている。つまり、棒状部材32は上下方向に移動可能に設けられている。そして、プランジャ30は、棒状部材32の下端面32a(先端面)が弁体20における押圧部23の接触面23aに接するように装着される。図2にも示すように、棒状部材32の下端面32aは、面方向が水平な平面となっている。こうして棒状部材32の下端面32aと接する押圧部23の接触面23aは、弁体20の開弁動作に伴い棒状部材32の下端面32aに対して摺動しながら棒状部材32を押し上げる摺動面となっている。
そして、本実施形態の逆止弁1は、図2〜図5に示すように、弁体20が開く(即ち、弁体20の回転角度が大きくなる)に従って、弁体20の回転中心P(回動中心)と接点Rとの水平距離Lが短くなるように構成されている。弁体20の回転中心Pは、弁体20の軸22の中心である。接点Rは、弁体20の接触面23aと棒状部材32の下端面32aとが接する点である。
〈開弁動作〉
逆止弁1の開弁動作について説明する。図2に示すように、弁体20が全閉状態(弁体20の回転角度θ=0°の状態)では、接触面23aの円弧中心Qは弁体20の回転中心Pと同じ水平軸Y上に位置している。接点Rは、水平軸Yよりも上方に位置している。弁体20(本体21)の中心軸Xは、鉛直方向と一致している。そして、プランジャ30による鉛直方向下向きの付勢力Fが弁体20の押圧部23(接触面23a)に作用している。
上述した全閉状態から弁体20が反時計回りに回動(開弁動作)すると、押圧部23の接触面23aが棒状部材32の下端面32aに対して摺動し、棒状部材32が押圧部23によって押し上げられる(上方へ移動する)。弁体20の回転角度θ=30°(中心軸Xと中心軸X1とがなす角度)になると、図3に示すように、接点Rは上方へ移動し且つ中心軸Xに近づく。これにより、弁体20の回転中心Pと接点Rとの水平距離Lが全閉時よりも短くなる。一方、プランジャ30では、棒状部材32が押し上げられることにより、コイルバネ33が収縮してコイルバネ33の付勢力が増大する。つまり、プランジャ30による付勢力Fが増大する。
さらに、弁体20が回転角度θ=50°(中心軸Xと中心軸X2とがなす角度)まで開くと、図4に示すように、接点Rはさらに上方へ移動し且つ中心軸Xに近づく。これにより、弁体20の回転中心Pと接点Rとの水平距離Lがさらに短くなる。一方、棒状部材32はさらに押し上げられるので、プランジャ30による付勢力Fがさらに増大する。弁体20が回転角度θ=70°(中心軸Xと中心軸X3とがなす角度)まで開くと、図5に示すように、接点Rはさらに上方へ移動し且つ中心軸Xに近づく。これにより、弁体20の回転中心Pと接点Rとの水平距離Lがさらに短くなる。一方、プランジャ30による付勢力Fもさらに増大する。こうして、逆止弁1では、弁体20が開くに従って、プランジャ30による付勢力Fは増大し、弁体20の回転中心P(回動中心)と接点Rとの水平距離Lは短くなる。
以上のように、上記実施形態の逆止弁1によれば、弁体20の接触面23aおよび棒状部材32の下端面32aの少なくとも一方を円弧面状に形成した。具体的には、弁体20の接触面23aを略球面状に形成し、棒状部材32の下端面32aを平面とした。そして、上記実施形態の逆止弁1では、弁体20が開くに従って、弁体20の回転中心Pと接点Rとの水平距離Lが短くなるようにした。プランジャ30の付勢力Fによって弁体20に作用する閉じる側への回転力(トルク)は、プランジャ30の付勢力Fと、上述した水平距離Lとを乗算した値である。そうすると、弁体20が開くに従って、プランジャ30の付勢力Fは増大するが、水平距離Lは短くなるため、上述した弁体20の閉じる側への回転力が増大するのを抑制することができる。したがって、図6にA線で示すように、弁体20の開度の増大に伴い弁体20の開弁力が大きくなることを従来(図6に示すB線)よりも抑制することができる。その結果、弁体20を所望の大開度まで確実に開弁することができる。
また、上記実施形態の逆止弁1によれば、弁体20を付勢するプランジャ30をケーシング10のねじ孔16に螺合して装着しているので、そのプランジャ30のねじ込み深さを変えることにより、プランジャ30と弁体20の押圧部23(接触面23a)との距離を変更することができる。これにより、弁体20に対するプランジャ30の付勢力Fを調整することができるので、開弁力を調整することができる。
また、上記実施形態の逆止弁1によれば、弁体20は、プランジャ30の棒状部材32の下端面32aが接して該棒状部材32によって付勢されると共に、弁体20の回動動作に伴い棒状部材32の下端面32aに対して摺動する押圧部23(接触面23a)を備えるようにした。これにより、プランジャのピンと弁体とを回動可能に連結させる機構に比べて、流体中の異物が侵入することに起因する弁体20の回動不良を防止することが可能である。
なお、本願の逆止弁1は、図7に示すように、上記実施形態1において押圧部23の下半部を切除するようにしてもよい。つまり、押圧部23の接触面23aは略半球面状に形成するようにしてもよい。この場合でも、上記実施形態1と同様、弁体20が開くに従って、プランジャ30による付勢力Fは増大し、弁体20の回転中心P(回動中心)と接点Rとの水平距離Lは短くなる。
(実施形態2)
本願の実施形態2について図8〜図11を参照しながら説明する。本実施形態は、上記実施形態1の逆止弁1においてプランジャ30の棒状部材32の下端面の形状を変更するようにしたものである。ここでは、上記実施形態1と異なる点について説明する。
本実施形態のプランジャ30における棒状部材32の下端面32bは、球面状に形成されており、弁体20における押圧部23の接触面23aと接している。そして、本実施形態の逆止弁1においても、弁体20が開くに従って、弁体20の回転中心Pと接点Rとの水平距離Lが短くなるように構成されている。接点Rは、弁体20の接触面23aと棒状部材32の下端面32bとが接する点である。
本実施形態では、図8に示すように、弁体20が全閉状態(弁体20の回転角度θ=0°の状態)では、接触面23aの円弧中心Qは水平軸Y上に位置している。接点Rは、水平軸Yよりも上方に位置している。そして、上記実施形態1と同様、プランジャ30による鉛直方向下向きの付勢力Fが弁体20の押圧部23(接触面23a)に作用している。
上述した全閉状態から弁体20が反時計回りに回動(開弁動作)すると、押圧部23の接触面23aが棒状部材32の下端面32bに対して摺動し、棒状部材32が押圧部23によって押し上げられる(上方へ移動する)。図9に示すように、弁体20の回転角度θ=30°(中心軸Xと中心軸X1とがなす角度)になると、接点Rは上方へ移動し且つ中心軸Xに近づく。これにより、弁体20の回転中心Pと接点Rとの水平距離Lが全閉時よりも短くなる。一方、プランジャ30では、棒状部材32が押し上げられることにより、付勢力Fが増大する。
さらに、図10および図11に示すように、弁体20が回転角度θ=50°(中心軸Xと中心軸X2とがなす角度)、70°(中心軸Xと中心軸X3とがなす角度)と開くに従って、接点Rはさらに上方へ移動し且つ中心軸Xに近づく。これにより、弁体20の回転中心Pと接点Rとの水平距離Lがさらに短くなる一方、棒状部材32はさらに押し上げられてプランジャ30による付勢力Fがさらに増大する。こうして、本実施形態においても、弁体20が開くに従って、プランジャ30による付勢力Fは増大するが、弁体20の回転中心P(回動中心)と接点Rとの水平距離Lは短くなる。したがって、本実施形態においても上記実施形態1と同様の作用効果を奏する。
なお、本願の逆止弁1は、図12に示すように、上記実施形態2において押圧部23の下半部を切除するようにしてもよい。つまり、押圧部23の接触面23aは略半球面状に形成するようにしてもよい。この場合でも、上記実施形態2と同様、弁体20が開くに従って、プランジャ30による付勢力Fは増大し、弁体20の回転中心P(回動中心)と接点Rとの水平距離Lは短くなる。
本願に開示の技術は、弁体が回動して流路を開閉する逆止弁について有用である。
1 逆止弁
10 ケーシング
13 流路
20 弁体
22 軸
23a 接触面
30 プランジャ
32 棒状部材
32a 下端面
32b 下端面
33 コイルバネ(バネ)
P 回転中心(弁体の軸の中心)
R 接点

Claims (2)

  1. 内部に流路を有するケーシングと、上記流路の上部に設けられた軸を有し、該軸を中心に回動して上記流路を開閉する弁体とを備えた逆止弁であって、
    上下方向に移動可能に設けられた棒状部材と、該棒状部材を下方向へ付勢するバネとを有するプランジャを備え、
    上記弁体は、その下流側に形成され、上記棒状部材の下端面が接して閉じる側へ付勢されると共に、上記弁体の開弁動作に伴い上記棒状部材の下端面に対して摺動しながら上記棒状部材を押し上げる球面状の接触面を有し、
    上記接触面および上記下端面は、上記弁体が開くに従って、上記接触面と上記下端面との接点と上記弁体の軸の中心との水平距離が短くなるように構成されている
    ことを特徴とする逆止弁。
  2. 請求項1に記載の逆止弁において、
    上記下端面は、球面状に形成されている
    ことを特徴とする逆止弁。
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