JP7389482B2

JP7389482B2 - バルブ

Info

Publication number: JP7389482B2
Application number: JP2020141802A
Authority: JP
Inventors: 芳安伊深
Original assignee: 日機株式会社
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2023-11-30
Anticipated expiration: 2040-08-25
Also published as: JP2022037587A

Description

この発明は、バルブ本体に弁体を回転自在に収容し、弁体を９０度回転させて開閉を行うコック式のバルブに係り、弁体の抜け止め構造の改良により、より少ない部品数で構成可能な新規なバルブに関するものである。

図１１・１２は、本出願人が金属加工機械のクーラント液の供給システム等に使用するものとして、すでに実施しているバルブを示したものである。この既存のバルブは、バルブ本体１００と、弁体２００と、底キャップ３００の三部材から構成され、いずれも樹脂製である。バルブ本体１００は、上下が開口した円筒状の弁箱１０１の側面に流体の出入り口１０２・１０３が形成された継手（ポート）１０４・１０５を直線上に位置して設けている。弁体２００は、バルブ本体１００の弁箱１０１に上部開口から回転自在に挿入するもので、円柱部２０１には９０度回転させることで、出入り口１０２・１０３と連通する通液孔２０２が水平に貫設されている。また、円柱部２０１の側面には遮断用の弁座２０３と、上部には開閉用ツマミ２０４がそれぞれ一体的に設けられている。なお、４００・４０１は、通液孔２０２の上下に装着する漏水防止用のＯリングである。

そして、弁体２００は底キャップ３００との嵌合によってバルブ本体１００から抜け止めされている。すなわち、弁体２００の円柱部２０１は、バルブ本体１００の下部開口から底部２０５が若干突出する長さを有し、この底部２０５の外周にはテーパ状の爪部２０６が周設されている。これに対して底キャップ３００は、バルブ本体１００の弁箱１０１の外径とほぼ同径の中空円盤状をなし、その中心には、爪部２０６の外径よりもやや小径の小径孔３０１を介して、爪部２０６が下側から係止する段部３０２が形成されている。したがって、バルブ本体１００の底側に底キャップ３００をセットしておき、上方から弁体２００をバルブ本体１００に挿入する際、力嵌めにより爪部２０６が小径孔３０１を超えた段階で段部３０２にパチンと係止されることで、弁体２００と底キャップ３００が嵌め殺しの状態で嵌合し、弁体２００が抜け止めされる。

なお、別の抜け止め構造を有するものとして、コック本体（バルブ本体）の上部に栓体（弁体）の抜け出しを防止するための略Ｕ字形状の抜止め部材が挿通状に取付けられるコック（バルブ）も公知である（特許文献１）。

特開２００２－５４７５２号公報

図１１・１２に示した本出願人による既存バルブも、特許文献１のコックも、シール部材を除けば、バルブ本体と、弁体と、さらに弁体の抜け止め部材（底キャップや略Ｕ字形状の抜止め部材）を備えた三部材構成となっているが、バルブ本体と弁体の二部材のみで抜け止めが実現できれば、部品数が少なくなって部品管理や組み立てが容易となることはもちろん、コスト面でも大幅に有利となる。特に、上述したクーラント液の供給システムのように、様々な角度から金属加工機械に対してクーラント液を供給するために液供給ノズルを多数本装備するシステムでは、バルブの必要数も多くなることから、バルブ１個当たりの低コスト化がシステム全体の低コスト化に直結する。

また機能面においても、本出願人による既存バルブでは、上下一対のＯリング４００・４０１によって通液時（開弁時）にバルブ本体１００の上下開口から流体が漏れ出すことは防止できるが、弁座２０３はシール部材を備えず、円柱部２０１に一体成形されたものであるため、閉弁時の止液性を保証するには、耐圧を０．２Ｍｐａ程度に抑制する必要があり、これを超える高圧での噴射ができないなど、用途が限定されることになる。また、一定の止液性を担保するには、弁座２０３の成形精度を高める必要もあるが、これもまた、バルブの製造コストを高める要因となっている。

一方、特許文献１のコックは、コック本体１の出入口２の内部口縁に弁座パッキン４を取付けることで閉弁時の止水性を高めているが、ここで採用されている弁座パッキン４は、湾曲状に成形した特殊な形状であるため、弁座パッキン４自体のコストが嵩み、三部構成であることも相俟って、バルブ全体のコストを抑えることができないものとなっている（符号は特許文献１に記載のもの）。

本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、より少ない部材数とすることで低コストでありながら、機能面においても高い耐圧を有するバルブを提供することにある。

上述した目的を達成するために本発明では、上部が開口した有底円筒状の弁箱を有して、該弁箱の側壁の対向位置に流体の出入口を設けたバルブ本体と、上部に回転操作用のツマミを有して、前記弁箱に回転可能に挿入され、前記出入口を連通可能な貫通路を設けた弁体と、前記弁体の前記貫通路よりも上部に環装する漏水防止用Ｏリングと、閉止時に前記出入口の少なくとも一方と対峙する前記弁体の外周面に取付けられる止水用Ｏリングとを備え、前記弁箱の内周面の底側には、内向きに突出する抜け止め凸部を前記内周面に沿って円弧状に設ける一方、前記弁体の下部には、前記抜け止め凸部の内側に挿入自在な小径円柱部を形成するとともに、該小径円柱部の外周面には、前記小径円柱部の挿入時に前記抜け止め凸部に嵌め殺しの状態で嵌合する爪部を外向きに突設するという手段を用いた。

上述した手段によれば、弁体をバルブ本体に対して嵌め殺しの状態で嵌合する構造としたので、弁体の抜け出しを防止する部材が不要となる分、部品数を少なくすることができる。また、弁体を９０度回転させて開閉を行うという基本的な性能は従来のままであり、その際、弁体の爪部は抜け止め凸部の下側に回転可動域があるため、通常通り弁体を開閉動作させることができる。また、シール部材として漏水防止用Ｏリングと止水用Ｏリングを備えるので、通水時の漏水防止作用と止水作用の双方が確実に得られると同時に、耐圧を０．５Ｍｐａ程度まで高めることができる。さらに、これらシール部材は何れもＯリングで構成されるため、シール部材に係るコスト上昇を抑制することができる。

こうした手段を基本として、前記出入口のうち前記止水用Ｏリングにより止水される開口には、縦横のうち少なくとも一方向の格子部を設けることが好ましい。この場合の格子部は、止水用Ｏリングが出口で抜け出すのを防止する。さらに、前記開口が変形することを防止する機能も有する。つまり、前記開口の変形により止水用Ｏリングの密着性が損なわれ、予定する止水作用が得られないという事態を避けるための技術的手段であって、特に、バルブ本体と弁体とは、プラスチックのチップまたは粉末を溶融し、一定の型に射出して成形する射出成形によって製造することが、低コストで大量生産できるために好ましいが、当該成形法では離型時の軟化状態で前記開口が変形するおそれがあるため、格子部を設けることがより有効な手段となる。

さらに、前記止水用Ｏリングでは、前記出入口のうち少なくとも出口を止水することが好ましい。本発明のバルブでは、閉弁時に入口の開口は弁体の側面によってほぼ止水状態にあるため、弁体と弁箱の隙間に流入する流体のみを止水するには出口のみを止水するだけで十分だからである。

なお、前記抜け止め凸部と前記爪部は、それぞれ１つずつでも弁体の抜け出しを防止することが可能であるが、圧力によって弁体がわずかでも傾くと通水性や止水性に支障を来すため、弁体の姿勢を安定させるためには、前記抜け止め凸部と前記爪部のそれぞれを互いに対向する位置に一対設けることが好ましい。

さらに、前記抜け止め凸部の突端上角部と前記爪部の突端下角部のうち少なくとも一方は、下り勾配のテーパ状に面取りすることが好ましい。爪部を抜け止め凸部に嵌め殺しの状態で嵌合する際、それぞれの角部が直角であると当該嵌合が困難となり、無理嵌めすれば抜け止め凸部や爪部が破損するおそれがあるが、テーパ状の角部とすることで、嵌合の際に滑りが生じて、上述した破損を生ずることなく、爪部を嵌め殺しの状態で嵌合することができるからである。

さらにまた、前記小径円柱部の底面に凹陥部を設けて前記爪部の内側を空洞とし、前記爪部を前記抜け止め凸部に嵌合する際に前記凹陥部に向けて変形可能とすることが好ましい。抜け止め効果を高めるために、抜け止め凸部や爪部を大きくしたり、分厚くしたり、数を増やした場合でも、当該手段であれば、爪部の変形により、比較的簡単に嵌め殺しの状態で嵌合することができるからである。

他方、弁体の回転による基本的な開閉操作に係る手段として、前記弁箱の前記抜け止め凸部よりも下方には、前記弁体の回動範囲を開閉位置それぞれで規制可能に前記爪部が当接するストッパ部を設けることが好ましい。開閉操作する際、弁体の回転が止まることで感覚的に開閉状態を把握することができるからである。言い換えれば、確実な開閉状態とするには、作業員は弁体の回転が止まるまで操作する必要があると認識することができるからである。

なお、前記止水用Ｏリングは、前記弁体の前記外周面に形成した正面視円形の環状溝に取付けることが好ましい。止水用Ｏリングが環状溝に嵌まり込むことで、弁体を弁箱に挿入する際や弁体の開閉操作時に止水用Ｏリングが位置ズレすることを防止できるからである。

本発明では、抜け止め構造として弁体をバルブ本体に対して直接嵌め殺しの状態で嵌合する構造としたので、シール部材を除けば弁体とバルブ本体の二部材構成となり、部品の管理や組み付けが容易となる他、バルブの製造コストも抑制することができる。しかも、シール部材は漏水防止用Ｏリングと止水用Ｏリングとを備え、何れもＯリングで構成できるためシール部材に係るコストを抑えながら、通水時の漏水防止作用と止水作用の双方が確実に得られ、耐圧を従来同じサイズのバルブと比べて２倍以上に高めることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るバルブの分解斜視図同、一部を切欠した分解斜視図同、バルブ本体の（ａ）平面図、（ｂ）正面図図３における（ａ）Ａ－Ａ線断面図、（ｂ）Ｂ－Ｂ線断面図、（ｃ）Ｃ－Ｃ線断面図同、弁体の（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図、（ｄ）底面図図５における（ａ）Ｄ－Ｄ線断面図、（ｂ）Ｅ－Ｅ線断面図、（ｃ）Ｆ－Ｆ線断面図同、弁体をバルブ本体に組み付ける手順を示す工程図同、組み付けが完成したバルブの（ａ）通水状態の断面図、（ｂ）止水状態の断面図同、バルブの開閉操作を示す（ａ）通水状態の水平断面図、（ｂ）開閉途中の水平断面図、（ｃ）止水状態の水平断面図同、継手のバリエーションを例示した斜視図従来のバルブの分解図図１１のバルブの組図

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１～図６は本発明の一実施形態に係るバルブと構成部材の詳細を示したもので、バルブ自体の構成部材はバルブ本体１０と弁体２０の二部材であり、これにシール部材として漏水防止用Ｏリング３０と止水用Ｏリング４０を採用している。なお、バルブ本体１０と弁体２０は、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）などの耐薬品性、耐衝撃性、耐熱性に優れた樹脂を射出成形により製造することが好ましいが、成形材料や成形法はこれに限定するものではない。

各部材について詳説すると、バルブ本体１０は、図３・４にも示されるように、弁箱１１の一次側と二次側に継手１２・１３を一体的に設けてなり、弁箱１１は上部が開口した円筒状の側壁１４に底壁１５を一体に設けたものである。また、弁箱内部の弁室１６には流体の入口１７と出口１８が対向して開口され、入口１７と出口１８それぞれは継手１２・１３と連通している。

さらに、流体の出入口のうち出口１８には、その開口に上下平行する横方向（水平方向）の柱部材によって格子部１９を設けている。この格子部１９は、止水用Ｏリング４０が水圧によって出口１８から抜け出るのを防止するものである。また、バルブ本体１０を上述した射出成形により製造する場合において、離型時の軟化状態で出口１８の開口が変形することを防止するためのものである。なお、格子部を構成する柱部材の本数は本実施形態に限定されず、また、左右平行する縦方向（垂直方向）の格子状、あるいは井桁状に縦横交差する格子状とすることも可能である。さらに、出口１８のみに格子部１９を設けたのは、正確な開口形状の保持により、止水用Ｏリング４０との密着性を担保するためであるが、入口１７にも格子部を設けることを排除するものではない。

そして、弁箱１１（側壁１４）の内周面１１ａの底側には、本発明の特徴点と言うべく、弁体２０の抜け止め凸部５０を設けている。この抜け止め凸部５０は、弁箱１１の底壁１５から離れた所定高さ位置に、弁箱１１の内周面１１ａから弁室１６に向かって突設しており、この実施形態では内周面１１ａに沿った平面視円弧状のものを互いに対向する位置に一対設けている（図３（ａ）参照）。また、この実施形態では、抜け止め凸部５０の突端上角部を面取りして、下り勾配のテーパ状角部５１により形成している（図４参照）。このようにすることで、後述する弁体２０の爪部を確実に嵌め殺しの状態で嵌合できるようにしている（図７参照）。つまり、抜け止め凸部５０の高さ位置は、弁体の爪部を嵌め殺し状態で嵌合した後、弁体２０の開閉動作に伴う爪部の回転運動と干渉しない高さであり、当該嵌合後の爪部とのクリアランスを最小限としている。

さらに弁箱１１の内周面１１ａには、抜け止め凸部５０よりも下方に位置してストッパ部６０を設けている。この実施形態におけるストッパ部６０は、側壁１４と底壁１５がなす弁室１６のコーナ部において、互いに対向する位置に円弧状のものを一対設けている（図３（ａ）、図４参照）。このストッパ部６０は、後述するように、弁体２０の回転操作による開閉操作時に爪部が当接して、弁体２０の回動範囲を開閉位置で規制するもので（図９参照）、この実施形態では、その上面と抜け止め凸部５０の下面がほぼ同一水平面に位置するように設定している（図４参照）。

次に、弁体２０は、図５・６にも示されるように、バルブ本体１０の弁箱１１に挿入される円柱部２１を主部として、該円柱部２１には流体の流路となる貫通路２２を水平方向に貫設しており、その上部には、弁箱１１の上部開口を閉塞する直径のフランジ部２１ａを介して、回転（開閉）操作用のツマミ２３を一体に設けている。円柱部２１の外径は弁箱１１の内径より若干小径として、円柱部２１以下を弁箱１１の上部開口から弁室１６に回転可能に挿入できるようにしている。つまり、円柱部２１の外周面と弁箱１１の内周面１１ａのクラランスは、弁体２０の回転に必要な量を確保すれば、極限に小さくして、常に弁体２０の全体の姿勢を安定させることが好ましい。弁体２０全体が不用意に傾くと正常な通水・止水が行われないからである。また、弁体２０に対する漏水防止用Ｏリング３０の装着構造として、円柱部２１の上部にはフランジ部２１ａとの間で環状凹部２４を形成しており、この環状凹部２４に漏水防止用Ｏリング３０を環装可能としている。さらに、止水用Ｏリング４０の装着構造として、円柱部２１の外周面一部には正面視円形の環状溝２５を形成しており、この環状溝２５に止水用Ｏリング４０を位置ズレしないように取付けられるようにしている。

そして、円柱部２１の下部には、本発明の特徴点と言うべく、抜け止め構造を採用している。すなわち、円柱部２１の下部には、円柱部２１よりも小径の小径円柱部７０を同軸に設けるとともに、該小径円柱部７０の外周面の対向位置に外向きに突出する爪部８０を一対設けている。より具体的には、小径円柱部７０はバルブ本体１０における抜け止め凸部５０の内側に挿入可能な外径とし、そこから一対の爪部８０を、その突端が円柱部２１の側面と面一となる突出量をもって外向きに突出している。これら一対の爪部８０は小径円柱部７０の外周面に沿った平面視円弧状に形成しており、突端下角部は面取りされて、下り勾配のテーパ状角部８１により形成している。

さらに、この実施形態では、小径円柱部７０の底面に９０度毎に扇状の凹陥部７１を形成している（図５（ｄ）、図６（ｃ）参照）。この凹陥部７１によって爪部８０の内側には空洞が形成され、若干ではあるが、爪部８０が凹陥部７１に向かって内向きに斜傾変形することを許容している。

続いて、ここまで詳説した各部材の組み付け方法と使用方法を図７～９にしたがって説明する。まず、各部材の組み付けは、弁体２０の環状凹部２４と環状溝２５のそれぞれに漏水防止用Ｏリング３０と止水用Ｏリング４０を取付けておき（図２参照）、この状態で弁体２０をバルブ本体１０の弁室１６に挿入する（図７（ａ）参照）。そして、挿入課程の後半では、爪部８０が抜け止め凸部５０と干渉するが、この干渉に抗して爪部８０を抜け止め凸部５０の下側に嵌め殺し状態で嵌合する（図７（ｂ）参照）。ここで、干渉が生ずる爪部８０の突端下角部と抜け止め凸部５０の突端上角部はテーパ状角部８１・５１となっているので、嵌合時に滑りが生じて、直角な角部のままとするよりも嵌合が容易となる。さらに、この実施形態では、弁体２０の底面に形成した凹陥部７１の存在によって、嵌合時に爪部８０が若干内向きに弾性的に斜傾して、より嵌合を容易なものとしている。そして、爪部８０が弾性的に復元してパチンと嵌合することで、弁体２０を抜け止めの状態でバルブ本体１０への組み付けが完了する（図７（ｃ）参照）。なお、嵌合後に干渉する爪部８０の突端上角部と抜け止め凸部５０の突端下角部はともに直角な角としているから、完全な嵌め殺し状態となり、弁体２０の抜け出しを確実に防止することができる。

このように組み付けが完了した本バルブの使用方法は、従来のコック式バルブと同じであり、ツマミ２３をつまんで弁体２０を９０度の範囲で正逆に回動すれば、開閉させることができる（図８・９参照）。通水時には、バルブ本体１０と弁体２０の上部隙間は、常時、漏水防止用Ｏリング３０により漏水が防止されている。また、止水時にあっては、弁室１６の出口１８の周囲に止水用Ｏリング４０が密着して、完全な止水状態となる（図８）。

また、弁体２０の回動操作は、爪部８０の両端がバルブ本体１０に設けたストッパ部６０の両端と交互に当接することで、開閉に必要な９０度の範囲で規制されている（図９参照）。したがって、作業者は弁体２０がそれ以上回転しないことを自身の感覚で得ることで、確実に開閉を切り替えることができる。

なお、本発明のバルブは、適用する配管システムに応じて呼び径などの寸法を多種用意することができることはもちろん、図１０に示したように、一次側（入口側）の継手１２についても、同図（ａ）に示したユニバーサルジョイント式（嵌め込み式）の継手１２Ａ、（ｂ）に示した外ネジ式（雄ネジ式）の継手１２Ｂ、（ｃ）に示した内ネジ式（雌ネジ式）の継手１２Ｃのように、いくつものバリエーションを用意することができる。特に、本発明のバルブは樹脂によって成型することができるので、継手などに関しては多数のバリエーションのものを容易に成型することができる。

１０バルブ本体
１１弁箱
１１ａ弁箱の内周面
１２一次側継手
１３二次側継手
１４側壁
１５底壁
１６弁室
１７入口
１８出口
１９格子部
２０弁体
２１円柱部
２２貫通路
２３ツマミ
２４環状凹部
２５環状溝
３０漏水防止用Ｏリング
４０止水用Ｏリング
５０抜け止め凸部
５１テーパ状角部
６０ストッパ部
７０小径円柱部
７１凹陥部
８０爪部
８１テーパ状角部

Claims

上部が開口した有底円筒状の弁箱を有して、該弁箱の側壁の対向位置に流体の出入口を設けたバルブ本体と、上部に回転操作用のツマミを有して、前記弁箱に回転可能に挿入され、前記出入口を連通可能な貫通路を設けた弁体と、前記弁体の前記貫通路よりも上部に環装する漏水防止用Ｏリングと、閉止時に前記出入口の少なくとも一方と対峙する前記弁体の外周面に取付けられる止水用Ｏリングとを備え、前記弁箱の内周面の底側には、内向きに突出する抜け止め凸部を前記内周面に沿って円弧状に設ける一方、前記弁体の下部には、前記抜け止め凸部の内側に挿入自在な小径円柱部を形成するとともに、該小径円柱部の外周面には、前記小径円柱部の挿入時に前記抜け止め凸部に嵌め殺しの状態で嵌合する爪部を外向きに突設し、さらに前記弁箱の前記抜け止め凸部よりも下方には、前記弁体の回動範囲を開閉位置それぞれで規制可能に前記爪部が当接するストッパ部を設けたことを特徴とするバルブ。
前記出入口のうち前記止水用Ｏリングにより止水される開口には、縦横のうち少なくとも一方向の格子部を設けた請求項１記載のバルブ。
前記出入口のうち少なくとも出口を前記止水用Ｏリングにより止水する請求項１または２記載のバルブ。
前記抜け止め凸部と前記爪部のそれぞれは、少なくとも互いに対向する位置に一対設けた請求項１、２または３記載のバルブ。
前記抜け止め凸部の突端上角部と前記爪部の突端下角部のうち少なくとも一方は、下り勾配のテーパ状に面取りした請求項１から４のうち何れか一項記載のバルブ。
前記小径円柱部の底面に凹陥部を設けて前記爪部の内側を空洞とし、前記爪部を前記抜け止め凸部に嵌合する際に前記凹陥部に向けて変形可能とした請求項１から５のうち何れか一項記載のバルブ。
前記止水用Ｏリングは、前記弁体の前記外周面に形成した正面視円形の環状溝に取付けられる請求項１から６のうち何れか一項記載のバルブ。