JPH0579865B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は送水管路に装着する空気弁に係る。

［従来の技術］ 空気弁は管路に通水する時には管路内からの排
気を、また管路から排水するときには管路内へ給
気を行い、管路内が加圧されて圧水が流れている
状態にあつては、満水状態において水中から分離
した空気やガスを管路から排出する目的で取り付
けられる。

従来、空気弁については多くの技術が開示され
ている。第４図は日本工業規格に制定されている
JIS Ｂ 2063水道用単口空気弁である。これは送
水管路の上部に設置された弁箱４１の下部に設け
た下部開口４２が管路内と連通し、弁箱４１内に
収納された昇降自在で弁体の役割をする見かけの
比重１以下（0.75〜0.80）のフロート４３が弁箱
４１内の水位の変動に連動して昇降し、弁箱４１
の上部を閉鎖する上蓋４４の中央部に固定された
弾性弁座４５に設けた空気孔４６を開閉するよう
になつている。

この空気弁の作用を詳しく説明すると、通水の
際には管路内の空気は空気孔４６から排出され、
管路内が満水状態になり弁箱４１内の水位が上昇
してくるとフロート４３も上昇して弁座４５に密
接して空気孔４６を閉鎖する。管路から排水する
際には弁箱４１内の水位が降下するとフロート４
３も弁座４５から離れて降下し空気孔４６を開放
するので、空気孔４６から管路内へ給気される。
また管路内が加圧された満水状態で水中から分離
した空気やガスを排出するいわゆる圧力下排気
は、フロート４３が弁座４５に密接した全閉状態
において、弁箱４１内と大気との圧力差（以後弁
内外の差圧と呼ぶ）と空気孔４６の断面積を乗じ
た積になるフロート４３を弁座４５に密接させよ
うとする力と、フロート４３の重量によつてフロ
ート４３を弁座４５から離そうとする力が相対抗
しており、弁箱４１内上部に水中から分離した空
気やガスが溜り水位が下がると、フロート４３に
作用する浮力が減少して、フロート４３の重量が
増加するとフロート４３は弁座４５から離れて降
下して空気孔４６を開放し排気が行なわれる。排
気が行なわれ水位が上昇するとフロート４３は上
昇して弁座４５に密接し空気孔４６を閉鎖する。

［発明が解決しようとする課題］ 上に述べたように従来の空気弁は、フロートを
弁座に密接させようとする力が、弁内外の差圧と
空気孔の断面積を乗じた積となるため、圧力下排
気をするためには弁内外の差圧、空気孔の断面
積、フロートの重量の相対的な関係によつて構成
上の制限を受ける。すなわち上記の相対的関係か
ら、差圧の大きい時にはフロートの重量を大きく
しなければ空気孔が開かず弁が作動しないし、同
じ差圧では空気孔を大きくしようとすればやはり
フロートの重量を大きくしなければ弁の作動が生
じない。さらにフロートの重量が同じであれば差
圧の大きいときには空気孔を小さくしなければな
らない。一般に空気弁として求められる機能とし
ては、弁内外の差圧の広い範囲に亘つて適用で
き、しかもできるだけ空気孔は大きな断面積を持
ち、フロートは小さい方が望ましい。フロートが
大きいと言うことは弁箱全体も大型化して重量も
大きくなり管路に取り付ける上で障害となる。ま
た空気孔が小さいと言うことはそれだけ詰まりや
すいと言うことであり、固形物を大量に含む農業
用水や下水の場合には、このことが致命的となり
兼ねない。先に掲げた従来の技術（第４図）は清
水を対象とする標準型であつて、空気孔の入口と
フロートとの密着部が水面に近いため、水と一緒
に固形物の付着する機会が生じ易く汚水が排気と
一緒に弁箱の上部へ噴き出したり、これが原因で
細い空気孔が詰まつて了い弁機能を失うことも多
い。最近は下水を圧送する仕様が増える傾向にあ
り、清水（上水）の管路に使用している空気弁を
そのままでは使用し難く、仮に使用しても十分な
機能を期待することは困難である。

本願発明は以上に述べた課題を解決するため
に、空気孔を開閉するときに必要とする力を弁内
外の差圧や空気孔と断面積に関係なく、常にほぼ
一定である新しい空気弁の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本願発明に係る空気弁は、送水管路内と連通す
る下部開口２を設けた弁箱１の密閉蓋３のほぼ中
央上へ立設した支点４に支持されるリンクレバー
５を回動自在に横架し、該リンクレバーの一端か
ら弁箱内の空気孔８を開閉する弁体７を介して錘
１１を昇降自在に吊支し、該リンクレバー５の他
端は密閉蓋の貫通孔内で昇降自在に吊支される押
し棒１０と係合し、該貫通孔内で押し棒は下方へ
付勢するばね１３を外周に具えるとともに、その
下端部では貫通孔底部に張設したダイヤフラム１
５と共動きするダイヤフラムピストン１２を形成
し、前記支点４と弁体を吊支する端点６までの距
離と支点４と押し棒を吊支する端点９までの距離
の比率が、ダイヤフラムピストンの受圧面積と、
空気孔の断面積の比率とほぼ等しく設定したこと
によつて前記の課題を解決した。

［作用］ 本願発明の作用を実施例を示す第１図から第３
図に基いて説明する。

送水管路Ａに下部開口２によつて接続する弁箱
１の密閉蓋３のほぼ中央の上に支点４を立設し、
この支点に係合するリンクレバー５を密閉蓋の上
に横架する。このリンクレバーの一方の端点６か
ら弁体７を吊り下げて空気孔８を開閉する。弁体
７からはさらに錘１１が吊り下げられていて一体
的に上下昇降できる。リンクレバーの他方の端点
９からは押し棒１０を昇降自在に吊支し、この押
し棒は下部において弁箱の上部に形成したダイヤ
フラムピストン１２に取り囲まれ、かつ密閉蓋３
を隔ててその上に取り付けられた付勢手段１３に
よつても取り囲まれている。すなわちリンクレバ
ー５の端点９には押し棒を下へ押し下げようとす
る付勢力と、差圧によつて押し棒を上へ押し上げ
ようとするピストン効果とが作用する構成とな
る。

次に支点４から一方の端点６（弁体・錘の吊支
点）までの距離L₁と、支点４から他方の端点９
（押し棒の吊支点）までの距離L₂の比率Ｍをダイ
ヤフラムピストンの受圧面積S₁と空気孔の断面積
S₂との比率Ｎにほぼ等しく設定しているので、弁
内外の差圧によつて弁体に作用する力は、ダイヤ
フラムピストンに発生する力によつて相殺され、
弁体を動かして空気孔を閉じようとする力は、錘
の重力に打ち勝つ付勢手段による押圧力だけとな
つて、弁内外の差圧の大きさや空気孔の断面積の
大きさには関係なくほぼ一定の値となる。

従つてこの押圧力を錘が水位の昇降によつて変
動する重量の最大と最少との間に設定しておけ
ば、その他の条件に変動があつてもそれに影響を
受けることなく空気弁は常に正常な機能を発揮す
ることができる。このことを数式を使つて簡単に
示すと、弁内外の差圧をＰ、付勢手段による押圧
力と錘の動力の差をＷ、差圧Ｐによつて弁を閉じ
ようとする力をＦ、差圧Ｐによつて弁を開こうと
する力をＧとして錘以外の重量を無視すると、 L₁／L₂＝Ｍ S₁／S₂＝Ｎ Ｆ＝Ｐ×Ｍ／Ｎ＋Ｗ Ｇ＝Ｐ×１ Ｆ−Ｇ＝Ｗ となつて弁を閉じる力はほぼ錘の重力に打ち勝つ
付勢手段による押圧力の差Ｗであり、錘の重力が
変わらない限り変わらず、水位の変動によつて浮
力に変動を受けた場合にだけ変動し、その力関係
によつて弁を開いたり閉じたりする。

［実施例］ 本願の好ましい実施例について前項との重複を
避けて説明する。

図において、弁箱１の一端上に密閉蓋３に穿設
した貫通孔１４の下端部に弾性のダイヤフラム１
５を張設し押し棒１０の下端面と取り付け材１６
との間に挾まれてダイヤフラムピストン１２を形
成する。

付勢手段１３としては本例では圧縮ばねを選
び、取り付け蓋２５に内嵌する調整部材２７の締
付け具合によつてその付勢力を調整することがで
きる。

端点６から吊り下げられている弁体７が脱着し
て弁を開閉する相手は弁座１８であり、弁座は中
央に空気孔８を穿設しその底部に弁体の弁座面１
９と弁座１８の弁座面２０が対向している。弁座
１８は密閉蓋３に固定されその上に載せられた支
持部材２１には周壁を貫通する空気孔に連通する
複数のねじ孔２２が開口し、弁箱の内部と外部と
の空気の出入口を形成している。錘１１としては
本例では水よりも見かけの比重の小さいフロート
を選び、ロープ１７によつて下方へ吊り下げられ
ている。

リンクレバー５の一方の端点６には長孔２３
を、また他方の端点９には長孔２４をそれぞれ設
け、ピン２８，２９および連結部材３０，３１を
介して弁体７および押し棒１０をそれぞれ回動自
在に連結し、この構成があるために弁体および押
し棒は上下昇降自在に弁箱内に吊支されているの
である。

第１図においては送水管路Ａにはまだ送水され
ておらず弁箱内には水がない状態だから、フロー
ト１１には浮力が作用していないためその重量が
そのまま負荷となり、弁体７の弁座面１９は圧縮
ばね１３の上方への押圧力に打ち勝つて弁座面２
０から引離され空気孔８は全開している。

この状態から通水が始まり管路内が充水してく
ると、第２図に示すように管路内の空気が下部開
口２から弁箱１の中へ入り、空気孔８およびねじ
孔２２を経て外部へ排出される。管路が満水とな
つて水が弁箱の中にまで入り込み水位が上昇して
くると、フロートに作用する浮が増加し相対的に
下方への重力が減退するから、圧縮ばねの押圧力
が打ち勝つて弁座面１９と弁座面２０とが密着し
空気孔８は閉ざされて弁は全閉の状態となる。

弁閉の状態が続く内、水中に混入していた空気
やガスが分離して弁箱の上部に溜まり、そのため
に水位が下がるとフロートに作用していた浮力も
減退し、遂にフロートの重量が圧縮ばねの押圧力
を凌駕するに至ると、第３図に示すように弁座面
１９は弁座面２０から引き離されて空気孔８が開
口し、空気やガスは弁箱の外へ排出される。圧力
下排気が終わると、弁箱内の水位が上昇して再び
空気孔は閉じ第２図の状態に戻る。

［発明の効果］ 本願発明は以上に述べたような作用を生じるか
ら、次の効果をもたらす。すなわち、弁内外の差
圧の広い範囲に亘つて空気孔の断面積は大きく、
錘は小さい小型の空気弁の仕様を可能とする。仮
に差圧が従来と同一であるとしても、空気弁の大
きさを変えることなく空気孔の大きさを大きく変
えることができるので、無数の微細な固形物を混
入している農業用水や下水などの汚濁水の送水管
路として好適である。また、空気孔の開閉が直接
フロートとの脱着によるのではなく、上下する水
面から遠く離れた上の方で行われているから、な
おさら汚水に漬かつて汚れる心配がなく、汚水が
弁箱の外へ噴き上げるような虞れもない。

実施例特有の効果としては、錘を見かけの比重
１以下のフロートにしているので閉鎖された状態
においては弁体に対する重力は非常に小さく、こ
れとバランスする圧縮ばねのばね定数も小さくて
済み、その長さを短くすることができる。また、
空気やガスの外部との連通口をねじ孔２２で形成
しているから、弁体７の先端付近や両弁座面にご
み等が付着したときでも洗滌用水の管端のねじを
ねじ孔に捩じ込んで送水すれば、容易に洗い流す
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図までは本願発明の実施例を示
す垂直断面図、第４図は従来の技術を示す垂直断
面図。 １……弁箱、２……下部開口、３……密閉蓋、
４……支点、５……リンクレバー、６……端点
（弁体の吊支点）、７……弁体、８……空気孔、９
……端点（押し棒の吊支点）、１０……押し棒、
１１……錘、１２……ダイヤフラムピストン、１
３……付勢手段、L₁……支点から端点６までの
距離、L₂……支点から端点９までの距離、Ｍ＝
L₁／L₂、S₁……ダイヤフラムピストンの受圧面
積、S₂……空気孔の断面積、S₁／S₂＝Ｎ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 送水管路内と連通する下部開口２を設けた弁
   箱１の密閉蓋３のほぼ中央上へ立設した支点４に
   支持されるリンクレバー５を回動自在に横架し、
   該リンクレバーの一端から弁箱内の空気孔８を開
   閉する弁体７を介して錘１１を昇降自在に吊支
   し、該リンクレバー５の他端は密閉蓋の貫通孔内
   で昇降自在に吊支される押し棒１０と係合し、該
   貫通孔内で押し棒は下方へ付勢するばね１３を外
   周に具えるとともに、その下端部では貫通孔底部
   に張設したダイヤフラム１５と共動きするダイヤ
   フラムピストン１２を形成し、前記支点４と弁体
   を吊支する端点６までの距離と、支点４と押し棒
   を吊支する端点９までの距離の比率が、ダイヤフ
   ラムピストンの受圧面積と空気孔の断面積の比率
   とほぼ等しく設定したことを特徴とする空気弁。