JP6720166B2 - 逆止弁 - Google Patents

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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