(57)【要約】  逆止弁の大型化を進めた場合でも、副弁体による密封機能を高めることのできる逆止弁を提供する。  副弁体３００が第２弁座２３１と第３弁座４４０に着座した際に、副弁体３００と第２弁座２３１との接触面積と、副弁体３００と第３弁座４４０との接触面積の合計をシール面積Ｓ１とし、副弁体３００の下端面のうち、副弁体３００と第２弁座２３１との間の接触領域と、副弁体３００と第３弁座４４０との間の接触領域と、の間の非接触領域の面積を受圧面積Ｓ２とした場合に、Ｓ２≧Ｓ１を満たすことを特徴とする。
2018235806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向下方から上方に流れる流体の流れを許容し、鉛直方向上方から下方に流れる流体の流れを止める逆止弁において、
流体の流入口と、該流入口の上方側開口部を囲むように形成される第１弁座と、を有する管状部材と、
筒状部と、該筒状部の下端側から径方向外側に向かって伸び、かつ第１弁座に対して着座可能に設けられる弁部と、前記筒状部の上端側から径方向外側に向かって伸び、かつ上面に第２弁座が設けられる弁座形成部と、を有する主弁体と、
外周面に設けられ前記筒状部を上下方向に案内する主弁体案内面と、該主弁体案内面よりも下方に設けられ前記流入口から流れてきた流体を径方向外側かつ水平方向に案内する流体案内部と、前記主弁体案内面よりも上方に設けられる第３弁座と、を有する案内部材と、
上下動可能に設けられると共に、第２弁座と第３弁座の双方に着座することで、前記主弁体と前記案内部材との間の環状隙間を塞ぐ副弁体と、
を備え、
前記副弁体が第２弁座と第３弁座に着座した際に、
前記副弁体と第２弁座との接触面積と、前記副弁体と第３弁座との接触面積の合計をシール面積Ｓ１とし、
前記副弁体の下端面のうち、前記副弁体と第２弁座との間の接触領域と、前記副弁体と第３弁座との間の接触領域と、の間の非接触領域の面積を受圧面積Ｓ２とした場合に、
Ｓ２≧Ｓ１
を満たすことを特徴とする逆止弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の逆流を防止する逆止弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の逆流を防止する逆止弁において、鉛直方向下方から流れてきた流体を、弁座に対して弁体（以下、主弁体と称する）が着座する部位に向けて、水平方向かつ径方向外側に流れるように案内する案内部材（支柱部材）を備える技術を、出願人は提案している（特許文献１参照）。また、この特許文献には、主弁体と案内部材との間の環状隙間から流体が漏れてしまうことを抑制するために、主弁体の上面と案内部材の上面の双方に着座する副弁体（補助弁体）を設ける技術も開示されている。この技術を用いることで、閉弁動作の高速化を実現することが可能となる。【０００３】
しかしながら、逆止弁を大型化させると、副弁体が十分機能せずに、主弁体と案内部材との間への流体の漏れが生じ易くなってしまうことが分かった。これは、一般的に、装置を大型化させると、各部材の寸法公差が大きくなり易く、かつ各部材の変形量も大きくなり易いことから、逆止弁を大型化させると、副弁体と主弁体との間の密着、及び副弁体と案内部材との間の密着が不十分になってしまっていると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０５００９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、逆止弁の大型化を進めた場合でも、副弁体による密封機能を高めることのできる逆止弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。【０００７】
すなわち、本発明の逆止弁は、
鉛直方向下方から上方に流れる流体の流れを許容し、鉛直方向上方から下方に流れる流体の流れを止める逆止弁において、
流体の流入口と、該流入口の上方側開口部を囲むように形成される第１弁座と、を有する管状部材と、
筒状部と、該筒状部の下端側から径方向外側に向かって伸び、かつ第１弁座に対して着座可能に設けられる弁部と、前記筒状部の上端側から径方向外側に向かって伸び、かつ上面に第２弁座が設けられる弁座形成部と、を有する主弁体と、
外周面に設けられ前記筒状部を上下方向に案内する主弁体案内面と、該主弁体案内面よりも下方に設けられ前記流入口から流れてきた流体を径方向外側かつ水平方向に案内する流体案内部と、前記主弁体案内面よりも上方に設けられる第３弁座と、を有する案内部材と、
上下動可能に設けられると共に、第２弁座と第３弁座の双方に着座することで、前記主弁体と前記案内部材との間の環状隙間を塞ぐ副弁体と、
を備え、
前記副弁体が第２弁座と第３弁座に着座した際に、
前記副弁体と第２弁座との接触面積と、前記副弁体と第３弁座との接触面積の合計をシール面積Ｓ１とし、
前記副弁体の下端面のうち、前記副弁体と第２弁座との間の接触領域と、前記副弁体と第３弁座との間の接触領域と、の間の非接触領域の面積を受圧面積Ｓ２とした場合に、
Ｓ２≧Ｓ１
を満たすことを特徴とする。【０００８】
本発明によれば、Ｓ２（受圧面積）≧Ｓ１（シール面積）を満たすため、副弁体を介して鉛直方向上方の圧力が下方の圧力よりも高い場合には、副弁体に対して下方に大きな力が作用する。これにより、主弁体と案内部材との間の環状隙間への流体の漏れを抑制することができる。つまり、副弁体による密封機能を高めることができる。なお、鉛直方向下方の圧力が上方の圧力よりも高くなった際には、副弁体に対して上方に大きな力が作用するため、弁を即座に開くことができる。従って、開弁時の応答性を高めることができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、逆止弁の大型化を進めた場合でも、副弁体による密封機能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明の実施例に係る逆止弁の模式的断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例に係る逆止弁の模式的断面図である。
【図３】図３は本発明の実施例に係る逆止弁のメカニズムを説明する説明図である。
【図４】図４は本発明の実施例に係る逆止弁のメカニズムを説明する説明図である。
【図５】図５は本発明の実施例に係る逆止弁のメカニズムを説明する説明図である。
【図６】図６は本発明の変形例１に係る逆止弁の模式的断面図の一部である。
【図７】図７は本発明の変形例２に係る逆止弁の模式的断面図の一部である。
【図８】図８は本発明の変形例３に係る逆止弁の模式的断面図の一部である。
【図９】図９は本発明の変形例４に係る逆止弁の模式的断面図の一部である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１２】
（実施例）
図１〜図５を参照して、本発明の実施例に係る逆止弁について説明する。図１及び図２は本発明の実施例に係る逆止弁の模式的断面図である。なお、図１は弁が閉じた状態を示し、図２は弁が開いた状態を示している。また、本実施例に係る逆止弁は略回転対称形状であり、図１及び図２においては、逆止弁の中心軸線を含む面で逆止弁を切断した断面を模式的に示している。図３〜図５は本発明の実施例に係る逆止弁のメカニズムを説明する説明図である。なお、図３〜図５は、図１及び図２中の一部を拡大し、かつ各部材を簡略化した図としている。また、図３は弁が閉じた状態を示し、図４は弁が開いた状態を示し、図５は弁が閉じる過程の状態を示している。
【００１３】
＜逆止弁の概略構成＞
特に、図１〜図３を参照して、本実施例に係る逆止弁の概略構成について説明する。本実施例に係る逆止弁１０は、鉛直方向下方から上方に流れる流体（例えば液体）の流れを許容し、鉛直方向上方から下方に流れる流体の流れを止めるために用いられる。なお、各図面においては、図中上方が鉛直方向上方であり、図中下方が鉛直方向下方である。そして、逆止弁１０は、ケース１００と、主弁体２００と、副弁体３００と、主弁体２００及び副弁体３００の上下方向への移動の案内を行うと共に、流体の流れる方向も案内する機能を有する案内部材４００とを備えている。
【００１４】
ケース１００は、流入口１１０を有する管状部材としての第１ケース１００Ａと、流出口１２０を有する第２ケース１００Ｂと、第１ケース１００Ａと第２ケース１００Ｂとの間の隙間を封止するガスケット１００Ｃとを備えている。また、これら第１ケース１００Ａと第２ケース１００Ｂとガスケット１００Ｃは、複数のボルト１００Ｄによって固定される。第１ケース１００Ａには、流入口１１０の上方側開口部を囲むように第１弁座１３０が形成されている。
【００１５】
主弁体２００は、筒状部２１０と、筒状部２１０の下端側から径方向外側に向かって伸びる弁部２２０と、筒状部２１０の上端側から径方向外側に向かって伸びる弁座形成部２３０とを有している。本実施例に係る筒状部２１０は、円筒状の部分により構成されている。また、本実施例に係る弁部２２０は、径方向外側に向かって伸び、かつ下方に向けて拡径する傾斜部分により構成されている。この弁部２２０の最も下方の部分が、第１弁座１３０に対して着座可能に構成されている。そして、弁座形成部２３０の最も上端の部分（環状の平面部分）が第２弁座２３１となっている。この第２弁座２３１と、筒状部２１０の内周面は、テーパ面２３２によって繋がっている。また、本実施例に係る副弁体３００は、中心に貫通孔３１０を有する円板状の部材により構成されている。
【００１６】
案内部材４００は、第１案内部材４００Ａと、第１案内部材４００Ａに対して中心軸線が一致するように固定される第２案内部材４００Ｂとから構成される。なお、図３〜図５においては、簡略化して、第１案内部材４００Ａと第２案内部材４００Ｂとを一体的に示している。
【００１７】
案内部材４００は、第１案内部材４００Ａの下端側が第１ケース１００Ａに対してインローにより固定されている。第１案内部材４００Ａの外周面は円柱面により構成されており、この円柱面が主弁体２００の筒状部２１０を上下方向に案内する主弁体案内面４１０となっている。つまり、第１案内部材４００Ａが主弁体２００の筒状部２１０の筒内に挿入されており、第１案内部材４００Ａの外周面と筒状部２１０の内周面との間は微小な環状隙間Ｇとなるように構成されている。これにより、主弁体２００は、第１案内部材４００Ａに対して、両者の中心軸線がほぼ一致した状態を保ちながら上下方向に移動する。また、第１案内部材４００Ａの下端が流入口１１０から流れてきた流体を径方向外側かつ水平方向に案内する流体案内部として働き、その第１案内部材４００Ａの下端には溝４３０が周方向に間隔を空けて複数設けられている。また、第１案内部材４００Ａには、主弁体案内面４１０よりも上方に、第３弁座４４０が設けられている。より具体的には、第１案内部材４００Ａの上端のうち、第２案内部材４００Ｂとの固定部の周囲の部分（環状の平面部分）が第３弁座４４０となっている。なお、本実施例においては、鉛直方向下方から上方に流れてきた流体は、第１案内部材４００Ａの下端によって、流入口の中心側から径方向外側かつ水平方向に向かって、放射状に３６０°全ての方向に案内されて流れて行く。そして、流入口１１０の中心側から径方向外側かつ水平方向に流れる流体は、溝４３０の数だけ分岐された後に、主弁体２００の弁部２２０と第１弁座１３０との間に向けて流れて行く。なお、案内部材の構成及び固定方法によっては、案内部材を第１ケース部材には固定させずに、案内部材の下端と第１ケースにおける第１弁座側の面との間に完全に隙間を形成させる構成を採用することもできる（この場合には、案内部材に流路を形成するための溝を設ける必要はない）。このような構成を採用した場合には、鉛直方向下方から上方に流れてきた流体は、案内部材の下端によって、流入口の中心側から径方向外側かつ水平方向に向かって、放射状に３６０°全ての方向に流れて行き、そのまま主弁体２００の弁部２２０と第１弁座１３０との間に向けて流れて行く。
【００１８】
第２案内部材４００Ｂは、径の小さな円柱状の小径部４００Ｂ１と、この小径部４００Ｂ１と中心軸線が一致するように小径部４００Ｂ１の上部に設けられ、かつ小径部４００Ｂ１よりも径の大きな円柱状の大径部４００Ｂ２とが一体的に設けられた部材である。そして、小径部４００Ｂ１の外周面が、副弁体３００を上下方向に案内する副弁体案内面４２０となっている。つまり、小径部４００Ｂ１が副弁体３００の貫通孔３１０の孔内に挿入されており、小径部４００Ｂ１の外周面と貫通孔３１０の内周面との間は微小な隙間となるように構成されている。これにより、副弁体３００は、第２案内部材４００Ｂに対して、両者の中心軸線がほぼ一致した状態を保ちながら上下方向に移動する。また、大径部４００Ｂ２の外周付近は第１ケース１００Ａと第２ケース１００Ｂとによって挟み込まれることで固定されている。この大径部４００Ｂ２には、流体が通る流路となる流通孔４５０が周方向に間隔を空けて複数設けられている。
【００１９】
＜逆止弁の動作メカニズム＞
本実施例に係る逆止弁１０の動作メカニズムについて説明する。各図に示すように、流入口１１０側の流体圧力をＰ１とし、流出口１２０側の流体圧力をＰ２とする。Ｐ２≧Ｐ１の状態においては、弁は閉じた状態となる（図１及び図３参照）。すなわち、主弁体２００は流体圧力の差圧と自重により、第１弁座１３０に着座した状態となる。これにより、主弁体２００の弁部２２０と第１弁座１３０との間が封止される。また、副弁体３００も同様に、流体圧力の差圧と自重により、第２弁座２３１と第３弁座４４０の双方に着座した状態となる。これにより、主弁体２００と案内部材４００との間の環状隙間Ｇが塞がれた状態となる。なお、主弁体２００が第１弁座１３０に着座した状態においては、第２弁座２３１と第３弁座４４０の高さが等しくなるように設計されている。以上により、鉛直方向上方から下方に流れる流体の流れは止められる。
【００２０】
Ｐ１＞Ｐ２となり、かつ差圧（Ｐ１−Ｐ２）により主弁体２００と副弁体３００に作用する荷重が主弁体２００と副弁体３００の総重量を超えると、主弁体２００と副弁体３００は上昇し、弁が開いた状態となる（図２及び図４参照）。これにより、流入口１１０から流れてきた流体は、第１案内部材４００Ａの下端によって径方向外側かつ水平方向に案内されて、主弁体２００の弁部２２０と第１弁座１３０との間を通り抜けて（図４中、矢印Ｘ１参照）、流出口１２０へと流れて行く（図２中の矢印参照）。なお、流体の一部は、主弁体２００と案内部材４００との間の環状隙間Ｇを流れて行く（図４中、矢印Ｘ２参照）。このように、主弁体２００は、主弁体２００の中心軸線側から径方向外側かつ水平方向に流れる流体の圧力を受けながら上昇して弁を開くことになる。以上により、鉛直方向下方から上方に流れる流体の流れは許容される。
【００２１】
そして、差圧（Ｐ１−Ｐ２）により主弁体２００と副弁体３００に作用する荷重が主弁体２００と副弁体３００の総重量よりも低くなると、主弁体２００及び副弁体３００は、自重や上方からの流体圧力を受けることで下降する。このとき、各部材の重量や流体の圧力等の関係から、主弁体２００の方が先に第１弁座１３０に着座した後に、副弁体３００が第２弁座２３１と第３弁座４４０に着座する。なお、副弁体３００の貫通孔３１０の内周面と第２案内部材４００Ｂの副弁体案内面４２０とを摺動させる構成を採用することで、副弁体３００の下降速度を積極的に低下させることもできる。図５は主弁体２００が着座し、副弁体３００が下降している途中の状態を示している。なお、本実施例においては、テーパ面２３２が設けられており、副弁体３００が下降している過程において、流入口１１０側の流体は、テーパ面２３２に沿うように流れるため（図５中、矢印Ｘ３参照）、流体の流れが滞ってしまうことはない。
【００２２】
以上のように構成される弁構造によれば、主弁体２００による弁の開閉の応答性を高めることができる。この理由は、上述した特許文献１に開示されているように公知であるので、その詳細は説明しないが、主弁体２００に作用する流体の運動量を低減できるためである。また、主弁体２００と副弁体３００の２段階で弁を閉じる構成を採用しているため、弁を閉じた際の逆流による水撃を抑制することができる。これは、主弁体２００によって、逆流量が絞られた後に、副弁体３００により弁が完全に閉じられるためである。
【００２３】
＜逆止弁の主要部の詳細構成＞
特に、図３を参照して、本実施例に係る逆止弁１０の主要部の詳細について説明する。副弁体３００が第２弁座２３１と第３弁座４４０に着座した際に、副弁体３００と第２弁座２３１との接触面積と、副弁体３００と第３弁座４４０との接触面積の合計をシール面積Ｓ１とする。なお、図３中の範囲Ｔ１が副弁体３００と第２弁座２３１との接触範囲である。従って、この範囲Ｔ１の全周分を合わせた面積が、副弁体３００と第２弁座２３１との接触面積に相当する。また、図３中の範囲Ｔ２が副弁体３００と第３弁座４４０との接触範囲である。従って、この範囲Ｔ２の全周分を合わせた面積が、副弁体３００と第３弁座４４０との接触面積に相当する。そして、副弁体３００の下端面のうち、副弁体３００と第２弁座２３１との間の接触領域と、副弁体３００と第３弁座４４０との間の接触領域と、の間の非接触領域の面積を受圧面積Ｓ２とする。なお、図３中の範囲Ｔ３が、副弁体３００と第２弁座２３１との接触範囲Ｔ１と、副弁体３００と第３弁座４４０との接触範囲Ｔ２と、の間の非接触範囲である。従って、この範囲Ｔ３の全周分を合わせた面積が、受圧面積Ｓ２である。そして、本実施例に係る逆止弁１０においては、Ｓ２≧Ｓ１を満たすように構成されている。
【００２４】
＜本実施例に係る逆止弁の優れた点＞
本実施例に係る逆止弁１０によれば、Ｓ２（受圧面積）≧Ｓ１（シール面積）を満たすように構成されている。これにより、副弁体３００を介して鉛直方向上方の圧力Ｐ２が下方の圧力Ｐ１よりも高い場合には、副弁体３００に対して下方に大きな力が作用する。これにより、主弁体２００と案内部材４００との間の環状隙間Ｇへの流体の漏れを抑制することができる。つまり、副弁体による密封機能を高めることができる。この点について、より詳細に説明する。
【００２５】
弁が閉じている際に、副弁体３００に対して下方に作用する荷重は、Ｓ２×（Ｐ２−Ｐ１）であるので、シール面（副弁体３００の第２弁座２３１と第３弁座４４０への接触面）に対して作用する圧力は、（Ｓ２×（Ｐ２−Ｐ１））÷Ｓ１である。従って、Ｓ２≧Ｓ１とすることにより、シール面に対して作用する力を大きくすることができ、主弁体２００と案内部材４００との間の環状隙間Ｇへの流体の漏れを抑制することができる。
【００２６】
また、弁が閉じた状態から弁が開く際においても、従来構造に比べ、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が働く領域Ｓ２が大きく、副弁体３００に対して上方に向けた大きな力が作用するため、弁は即座に開くこととなる。従って、開弁時の応答性を高めることもできる。
【００２７】
（その他）
上記実施例においては、Ｓ２（受圧面積）≧Ｓ１（シール面積）を満たすために、主弁体２００において、第２弁座２３１と筒状部２１０の内周面をテーパ面２３２によって繋ぐ構成を採用している。すなわち、主弁体２００が、第１案内部材４００Ａに対して、両者の中心軸線がほぼ一致した状態を保ちながら上下方向に移動するようにするために、第１案内部材４００Ａの外周面と筒状部２１０の内周面との間の環状隙間Ｇは大きくすることができない。従って、Ｓ２≧Ｓ１を満たすためには、各部材の構成に何らかの工夫が必要である。そこで、上記実施例においては、上記の通り、主弁体２００にテーパ面２３２を設ける構成を採用している。しかしながら、Ｓ２≧Ｓ１を満たしさえすれば、上記実施例で示した構成に限定されることはない。以下、いくつかの他の例を図６〜図９を参照して説明する。なお、図６〜図９においては、上記実施例と同一の構成については同一の符号を付している。基本的な構成及び作用については、実施例１と同一であるので、その説明は省略する。
【００２８】
例えば、図６に示す変形例１のように、第２弁座２３１と筒状部２１０の内周面を断面で見た場合に湾曲線となるような傾斜面２３３によって繋ぐ構成を採用することもできる。この構成を採用した場合でも、Ｓ２≧Ｓ１を満たすようにできることは言うまでもない。また、図７に示す変形例２のように、主弁体２００の上面のうち、径方向外側に第２弁座２３１を設けて、第２弁座２３１の内側に環状凹部２３４を設ける構成を採用することもできる。この構成を採用した場合でも、Ｓ２≧Ｓ１を満たすようにできることは言うまでもない。また、図８に示す変形例３のように、副弁体３００の下側の面に、環状凹部３２０を設ける構成を採用することもできる。この構成を採用した場合でも、Ｓ２≧Ｓ１を満たすようにできることは言うまでもない。更に、図９に示す変形例４のように、第３弁座４４０の領域を中心軸線側に偏った位置に設けて、第３弁座４４０よりも径方向外側にテーパ面４４１を設ける構成を採用することもできる。この構成を採用した場合でも、Ｓ２≧Ｓ１を満たすようにできることは言うまでもない。なお、これらの各構成を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１０  逆止弁
１００  ケース
１００Ａ  第１ケース
１００Ｂ  第２ケース
１００Ｃ  ガスケット
１００Ｄ  ボルト
１１０  流入口
１２０  流出口
１３０  第１弁座
２００  主弁体
２１０  筒状部
２２０  弁部
２３０  弁座形成部
２３１  第２弁座
２３２  テーパ面
２３３  傾斜面
２３４  環状凹部
３００  副弁体
３１０  貫通孔
３２０  環状凹部
４００  案内部材
４００Ａ  第１案内部材
４００Ｂ  第２案内部材
４００Ｂ１  小径部
４００Ｂ２  大径部
４１０  主弁体案内面
４２０  副弁体案内面
４３０  溝
４４０  第３弁座
４４１  テーパ面
４５０  流通孔
Ｇ  環状隙間
【図１】
2018235806.tif 000003
【図２】
2018235806.tif 000004
【図３】
2018235806.tif 000005
【図４】
2018235806.tif 000006
【図５】
2018235806.tif 000007
【図６】
2018235806.tif 000008
【図７】
2018235806.tif 000009
【図８】
2018235806.tif 000010
【図９】
2018235806.tif 000011
【国際調査報告】
2018235806.tif 000012
2018235806.tif 000013