(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドレンを含む圧縮空気が充満される内部空間を形成するケースと、
該ケースに形成されて前記内部空間に連通し、前記ドレンが発生するドレン発生機器に接続されるべき流入口と、
前記ケースに形成されて前記内部空間に連通し、前記ドレンが排水される排水口と、
該排水口を開閉するための弁体及び弁座からなる弁と、
前記内部空間に溜まった前記ドレンの浮力により下限位置と上限位置との間で前記ケース内を上下移動するフロートと、
該フロートと前記弁体との間に架け渡され、前記フロートの上下移動に伴って前記弁体を連動させて前記弁を開放又は閉塞させる連結片とを備えたフロート式ドレントラップであって、
前記ケースと前記連結片との間に架け渡された前記フロートの上下移動を抑制するためのフロート抑制機構をさらに備え、
該フロート抑制機構は、ねじりコイルばね、該ねじりコイルばねの一端が接続された前記ケースと一体的に形成されている固定部、及び前記連結片に一方の端部が固定されて他方の端部に前記ねじりコイルばねの他端が接続された取付片からなり、
前記ねじりコイルばねは、両端の距離が離れた状態の消勢状態及び両端の距離が近づいたときに弾性的に付勢された状態となる付勢状態を有し、
前記フロートが前記下限位置及び前記上限位置にあるとき前記ねじりコイルばねは前記消勢状態となり、
前記フロートが前記下限位置と前記上限位置との間にあるとき前記ねじりコイルばねは付勢状態となることを特徴とするフロート式ドレントラップ。
【請求項２】
前記フロートの上下移動は、前記連結片が有する基端部を中心として円弧を描くように移動し、
前記ねじりコイルばねの他端は、前記フロートの上下移動に伴って前記フロートと同様の円弧を描くように移動し、
前記ねじりコイルばねは、前記他端の移動に伴い回転することを特徴とする請求項１に記載のフロート式ドレントラップ。
【請求項３】
前記ねじりコイルばねの回転角は、９０°以内であることを特徴とする請求項２に記載のフロート式ドレントラップ。
【請求項４】
前記弁体は弾性材料で形成され、
前記ねじりコイルばねの両端が最も近接した位置にあるときに前記ねじりコイルばねは最大付勢状態となり、
前記フロートが前記下限位置から前記上限位置に移動する過程にて、前記ねじりコイルばねが前記最大付勢状態になるまで前記弁体は前記弁座に接し、
前記フロートが前記上限位置から前記下限位置に移動する過程にて、前記ねじりコイルばねが前記最大付勢状態になるまで前記弁体は前記弁座に非接触であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフロート式ドレントラップ。
【請求項５】
前記ケースは圧縮空気圧回路にて前記ドレン発生機器間を連通する主配管に接続されるべき均圧管をさらに有し、
該均圧管は前記主配管内と前記内部空間とを連通していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフロート式ドレントラップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドレンによる浮力によりフロートを上昇させて弁を開放し、ドレンを排水するためのフロート式ドレントラップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エアコンプレッサ等の空気圧縮機等から吐出される圧縮空気には、凝縮水たるドレンが含まれている。圧縮空気はエアガンやシリンダ等の空圧機器に用いられるため、このようなドレンが含まれていると、これら空圧機器の故障等を招くおそれがある。すなわち、圧縮空気にドレンが含まれていると、圧縮空気の将来的な用途に有害となる可能性がある。このため、圧縮空気中のドレンは、適宜ドレントラップにより圧縮空気から分離又は除去されている。
【０００３】
このようなドレントラップには電子式（電磁式）とフロート式とがある。電子式（電磁式）は所定時間の間隔で弁を開放又は閉塞するものであり、一般的に圧縮空気圧回路にてエアタンクやエアドライヤ等の比較的ドレン発生が多い機器に接続される。一方でフロート式はドレンによる浮力によりフロートを上昇させて弁の開放又は閉塞を行うものであり、一般的に圧縮空気圧回路にてサイクロンセパレータやエアフィルタ等の比較的ドレン発生が少ない機器に接続される。
【０００４】
フロート式ドレントラップは構造が簡単でコストがかからないため、現在でもなお多く使用されている。このようなフロート式ドレントラップの一例が特許文献１に開示されている。特許文献１のフロート式ドレントラップは、ドレンにより上下するフロートとばねを介して接続されたバルブアームにて弁を開放又は閉塞するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５５８１５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のようにフロートの上下移動により直接的に弁が開くのではなく、一旦ばねを介して開くような構造にすると、これらのフロート等が収容されたケース内には圧縮空気が充満しているため、フロートが上昇しても弁が高圧で内側から押されている場合があり、弁が開放しない場合がある。しかし完全にフロートと弁の開放とを一体的にして連動させると、弁が半開きの状態のまま維持されてしまうことがあり、圧縮空気が外部に漏れてしまういわゆるエアロスが生じてしまうことがある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであり、フロートと弁とを一体としてフロートの移動に対して直接的に弁が開放又は閉塞を行うようにし、且つ弁が半開き状態のままになってしまうことを防止できるフロート式ドレントラップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明では、ドレンを含む圧縮空気が充満される内部空間を形成するケースと、該ケースに形成されて前記内部空間に連通し、前記ドレンが発生するドレン発生機器に接続されるべき流入口と、前記ケースに形成されて前記内部空間に連通し、前記ドレンが排水される排水口と、該排水口を開閉するための弁体及び弁座からなる弁と、前記内部空間に溜まった前記ドレンの浮力により下限位置と上限位置との間で前記ケース内を上下移動するフロートと、該フロートと前記弁体との間に架け渡され、前記フロートの上下移動に伴って前記弁体を連動させて前記弁を開放又は閉塞させる連結片とを備えたフロート式ドレントラップであって、前記ケースと前記連結片との間に架け渡された前記フロートの上下移動を抑制するためのフロート抑制機構をさらに備え、該フロート抑制機構は、ねじりコイルばね、該ねじりコイルばねの一端が接続された前記ケースと一体的に形成されている固定部、及び前記連結片に一方の端部が固定されて他方の端部に前記ねじりコイルばねの他端が接続された取付片からなり、前記ねじりコイルばねは、両端の距離が離れた状態の消勢状態及び両端の距離が近づいたときに弾性的に付勢された状態となる付勢状態を有し、前記フロートが前記下限位置及び前記上限位置にあるとき前記ねじりコイルばねは前記消勢状態となり、前記フロートが前記下限位置と前記上限位置との間にあるとき前記ねじりコイルばねは付勢状態となることを特徴とするフロート式ドレントラップを提供する。
【０００９】
好ましくは、前記フロートの上下移動は、前記連結片が有する基端部を中心として円弧を描くように移動し、前記ねじりコイルばねの他端は、前記フロートの上下移動に伴って前記フロートと同様の円弧を描くように移動し、前記ねじりコイルばねはコイル軸と前記一端及び他端を有し、且つ前記コイル軸と前記一端及び他端との間を通る回転軸線を有し、前記ねじりコイルばねの他端が移動中、前記ねじりコイルばねは前記回転軸線廻りに回転する。
【００１０】
好ましくは、前記ねじりコイルばねの回転角は、９０°以内である。
【００１１】
好ましくは、前記弁体は弾性材料で形成され、前記ねじりコイルばねの両端が最も近接した位置にあるときに前記ねじりコイルばねは最大付勢状態となり、前記フロートが前記下限位置から前記上限位置に移動する過程にて、前記ねじりコイルばねが前記最大付勢状態になるまで前記弁体は前記弁座に接し、前記フロートが前記上限位置から前記下限位置に移動する過程にて、前記ねじりコイルばねが前記最大付勢状態になるまで前記弁体は前記弁座に非接触である。
【００１２】
好ましくは、前記ケースは圧縮空気圧回路にて前記ドレン発生機器間を連通する主配管に接続されるべき均圧管をさらに有し、該均圧管は前記主配管内と前記内部空間とを連通している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、まずはフロートと弁体とが連結片により一体的に形成されているので、フロートの上下移動に対して直接的に弁が解放又は閉塞される。したがって、内部空間内に満たされた圧縮空気により弁体が押圧されていたとしても、フロートの上昇により強制的に弁を解放することができ、ドレンの排水を確実なものとすることができる。また、ドレンが内部空間に溜まってその浮力によりフロートが上昇しようとしてもフロート抑制機構によりその移動が抑制される。このため、ドレンの浮力に比例してフロートが上昇することを抑制できるので、結果として少しの量のドレンが溜まったことにより弁が半開きになって少量のドレンが排水され続けてしまうことを防止できる。これに伴い、圧縮空気が排水口から流出してしまうことを防止できる。
【００１４】
また、ねじりコイルばねの他端はフロート同様の円弧を描くように移動するので、ねじりコイルばねはその両端の位置関係が略鉛直方向から略水平方向に向けて移動するように回転する。このため、ケース内の内部空間がスペース的に小さくてもねじりコイルばねを納めることができる。また、ねじりコイルばねの回転途中ではねじりコイルばねの両端の位置が近づくので、効率よく付勢状態を形成することができる。そして、フロートの下限位置と上限位置ではねじりコイルばねの両端は離れた位置となるので、効率よく消勢状態を形成することができる。
【００１５】
また、ねじりコイルばねの回転角を９０°以内とすることで、ケース４内の内部空間３がスペース的に小さくてもねじりコイルばね１１を納めることができる。
【００１６】
また、弁を弾性材料で形成することで、フロートが下限位置から上限位置に移動する過程にて、ねじりコイルばねが最大付勢状態になるまで弁体は弁座に接することになる。このため、弁の半開きを防止できる。
【００１７】
また、ケースに均圧管を設けることで、内部空間内の圧縮空気が流入口を介して主配管から流入してくるドレンを押圧し、主配管内のドレンを捕集できなくなってしまうことを防止できる。すなわち、内部空間内の圧縮空気（の圧力）を均圧管を介して主配管に逃がすことで、円滑な主配管内のドレンの流入を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るフロート式ドレントラップのフロートが下限位置にあるときの概略断面図である。
【図２】図１のフロートとねじりコイルばねとの関係を示す概略図である。
【図３】図１のねじりコイルばねの状態を示す概略図である。
【図４】本発明に係るフロート式ドレントラップのフロートが下限位置と上限位置との間にあるときの概略断面図である。
【図５】図４のフロートとねじりコイルばねとの関係を示す概略図である。
【図６】図４のねじりコイルばねの状態を示す概略図である。
【図７】本発明に係るフロート式ドレントラップのフロートが上限位置にあるときの概略断面図である。
【図８】図７のフロートとねじりコイルばねとの関係を示す概略図である。
【図９】本発明に係るフロート式ドレントラップに均圧管を取り付けたときの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
まずはフロート２が下限位置にあるときを示す図１〜図３を用いて本発明に係るフロート式ドレントラップ１を説明する。フロート式ドレントラップ１は、内部空間３を覆うケース４を備えている。このケース４は開口部を有し、それぞれ流入口５及び排水口６として形成されている。流入口５はケース４に形成されて内部空間３に連通している。同じく、排水口６もケース４に形成されて内部空間３に連通している。流入口５は圧縮空気圧回路にてサイクロンセパレータやエアフィルタ等のドレン発生機器（不図示）に接続されている。ドレン発生機器にて発生したドレンは、流入口５からケース４内に流入する。このとき、ドレンは圧縮空気とともに内部空間内に充満される。
【００２０】
排水口６には弁７が備わっている。弁７は弁体７ａと弁座７ｂとからなる。弁座７ｂと弁体７ａが接触又は離間することで、排水口６は開閉される。すなわち、弁７の動作で排水口６は開閉される。弁７が開放（弁体７ａと弁座７ｂが離間）すると、内部空間３内のドレンは排水される。このとき、圧縮空気もともに排出される。ここで、弁７を形成する弁体７ａはゴム等の弾性材料で形成されている。したがって、フロート２が下限位置にあるとき弁体７ａは弁座７ｂに対して押圧されるようにして接している（弁座７ｂが弁体７ａにめり込むような状態で塞がれている）。図の例では、弁体７ａは略円盤形状であり、弁座７ｂは略円筒形且つ弁体７ａとの接触箇所は球面となっている。この弁座７ｂの中空部分が排水口６へと通じている。
【００２１】
一方で、内部空間３内にはフロート２が配されている。このフロート２は中空の比較的軽量な材質で形成され、内部空間３に溜まったドレンの浮力により下限位置と上限位置との間でケース４内を上下移動する。フロート２と弁体７ａとは連結片８により連結されている。連結片８は例えば屈曲した板形状の部材で形成される。この連結片８の一方の端部近傍にフロート２が、他方の端部近傍に弁体７ａが取り付けられる。すなわち、連結片８はフロート２と弁体７ａとの間に架け渡されている。したがって、フロート２が上下移動するとこれに伴って弁体７ａが連動して弁座７ｂと接触又は離間（弁７を開放又は閉塞）する。
【００２２】
ここまでの本発明に係るフロート式ドレントラップ１の構成にて、まずはフロート２と弁体７ａとが連結片８により一体的に形成されていることになる。このため、フロート２の上下移動に対して直接的に弁７が開放又は閉塞される。したがって、内部空間３内に満たされた圧縮空気により弁体７ａが弁座７ｂに向けて押圧されていたとしても、フロート２の上昇により強制的に弁７を開放することができ、ドレンの排水を確実なものとすることができる。
【００２３】
そして、本発明に係るフロート式ドレントラップ１はさらに、フロート抑制機構１０を備えている。このフロート抑制機構１０は、フロート２の上下移動を抑制するためのものであり、ケースｄ４と連結片８との間に架け渡されている。具体的には、フロート抑制機構１０は、ねじりコイルばね１１と、固定部１２と、取付片１３とを有している。固定部１２は、ケース４と一体的に形成されていて、ねじりコイルばね１１の一端１１ａが接続されている。取付片１３は、例えば連結片８と同様屈曲された板形状の部材であり、一方の端部が連結片８に固定され、他方の端部にねじりコイルばね１１の他端１１ｂが接続されている。
【００２４】
一方で、連結片８は、ケース４内に形成された回転軸９に回転可能に接続されている。この連結片８の回転中心が基端部８ａとなる。したがって、連結片８の両端部近傍に取り付けられたフロート２及び弁体７ａは、この基端部８ａを中心として円弧を描くように移動する。すなわち、フロート２の上下移動は、連結片８が有する基端部８ａを中心として円弧を描くように移動する。上述した取付片１３もこの連結片８に対して一方の端部が固定されているので、取付片１３の他方の端部も基端部８ａを中心として円弧を描くように移動する。取付片１３の他方の端部がこのような動きをするので、これに伴いねじりコイルばね１１の他端１１ｂも基端部８ａを中心として円弧を描くように移動することになる。換言すれば、ねじりコイルばね１１の他端１１ｂは、フロート２の上下移動に伴ってフロート２と同様の円弧（基端部８ａ（回転軸９）を中心とした円弧）を描くように移動することになる。
【００２５】
図１のようにフロート２が下限位置にあるとき、ねじりコイルばね１１の両端はそれぞれ同一の鉛直線上に位置し、フロート２はその自重によりねじりコイルばね１１の両端の距離を離そうとする方向に作用する。このねじりコイルばね１１の両端が離れた状態が図２及び図３に示されている。このようなねじりコイルばね１１の両端の距離が離れた状態は消勢状態であり、ばねによるエネルギーが蓄えられていない状態である。内部空間３にドレンが溜まってきてその浮力によりフロート２が上昇すると、図４〜図６に示すように、上述したねじりコイルばね１１の他端１１ｂの移動する軌跡により、ねじりコイルばね１１の両端の距離は徐々に近づく。このねじりコイルばね１１の両端の距離が近づいたときは、ばねによるエネルギーが蓄えられているいわゆる弾性的に付勢された状態（付勢状態）となる。付勢状態では、フロート２が上昇することによってそれに比例して弁７が徐々に開放しようとするが、その徐々に開放させるエネルギーはばねの方に蓄えられる。このときもねじりコイルばね１１の両端１１ａ及び１１ｂは徐々に距離が近づいていくが、上述したように弁体７ａは弾性材料にて形成されているため、弁体７ａと弁座７ｂとは接したまま弁体７ａが離間する方向に移動する。すなわち、ねじりコイルばね１１の付勢状態が開始されても弁７は閉じたままとされている。図４に示すようにねじりコイルばね１１の両端１１ａ及び１１ｂが最も近接した位置にあるとき、ねじりコイルばね１１は最大付勢状態となる。
【００２６】
そしてさらにフロート２が上昇すると、図７及び図８に示すように、上述したねじりコイルばね１１の他端１１ｂの移動する軌跡により、他端１１ｂは一端１１ａから離れる方向に移動する（ねじりコイルばね１１の両端は水平方向となるように移動する）。このとき、ばねに蓄えられたエネルギーは解放され、ねじりコイルばね１１は再び消勢状態となる（図２と同様の状態）。ねじりコイルばね１１が最大付勢状態を超えた時にはじめてねじりコイルばね１１は消勢状態となる。換言すれば、フロート２が下限位置から上限位置に移動する過程にて、ねじりコイルばね１１が最大付勢状態になるまで弁体７ａは弁座７ｂに接していて、最大付勢状態からねじりコイルばね１１の両端１１ａ及び１１ｂが離間する方向に移動する際に弁７は一気に開放される。したがって、フロート２が上端位置に移動したときに弁７は開放された状態となる。このばねエネルギーの解放は付勢状態から消勢状態に変化するとき、いわゆるスナップ効果が働くので徐々に遷移するのではなく、一気に付勢状態から消勢状態に変化する。
【００２７】
以上より、フロート２が下限位置及び前記上限位置にあるときねじりコイルばね１１は消勢状態となり、フロート２が下限位置と前記上限位置との間にあるときねじりコイルばね１１は付勢状態となる。このような消勢状態と付勢状態とを有するフロート抑制機構１０を本発明に係るフロート式ドレントラップ１にさらに設けることで、以下のような効果を奏する。フロート２が下限位置から上昇しようとすると、ドレンによる浮力の全てがフロート２に伝わって上昇させるのではなく、ドレンによる浮力の一部はねじりコイルばね１１に蓄えられる。すなわち、ドレンが内部空間３に溜まってその浮力によりフロート２が上昇しようとしてもフロート抑制機構１０によりその移動が抑制される。このため、ドレンの浮力に比例してフロート２が上昇することを抑制できるので、結果として少しの量のドレンが溜まったことにより弁７が半開きになって少量のドレンが排水され続けてしまうことを防止できる。この効果は弁７を弾性材料で形成することでさらに効率的に奏される。
【００２８】
ドレンがさらに溜まってくると、ねじりコイルばね１１の他端１１ｂは一端１１ａに対して略水平方向に向けて移動するようになる。ねじりコイルばね１１の両端１１ａ及び１１ｂの距離は最大付勢状態である最も近接した位置から再び離れた位置になろうとするので、ばねに蓄えられたエネルギーはここで解放され、弁７は開放される。つまり、浮力によるある程度のエネルギーが蓄えられないと弁７は開放されない。ある程度のエネルギーが蓄えられると、上記スナップ効果により弁７は徐々に開放されることなく一気に開放される。このとき内部空間３内のドレンはまとめて排水されるので、排水口６から圧縮空気が流出してしまうことを防止できる。
【００２９】
ドレンの排水時、フロート２はドレンの減少に伴い自重により下降する。このとき、その自重のエネルギーの一部はねじりコイルばね１１に蓄えられるので、弁７が徐々に閉じることはない。すなわち、フロート２が上限位置から下限位置に移動する過程にて、ねじりコイルばね１１が最大付勢状態になるまで弁体７ａは弁座７ｂに非接触である。ねじりコイルばね１１が最大付勢状態であるとき、フロート２が自重によりさらに下降すると、ねじりコイルばね１１の両端の距離が最も近接した位置から離れようとするのでばねに蓄えられたエネルギーが解放され、弁７は一気に閉塞される。すなわち、ここでも上記スナップ効果が働く。このようにドレンによる浮力又はフロート２の自重を蓄えるためのねじりコイルばね１１を介装させた作用による弁７の開放及び閉塞により、弁７の半開きを防止している。また、ねじりコイルばね１１の他端１１ｂを移動させてねじりコイルばね１１を回転させるようにして消勢状態と付勢状態を形成できるので、簡単な構造で弁７の半開きを防止できることになる。
【００３０】
以上のように、ねじりコイルばね１１の他端１１ｂはフロート２同様の円弧を描くように移動するので、ねじりコイルばね１１はその両端の位置関係が略鉛直方向から略水平方向に向けて移動するように回転する。すなわち、ねじりコイルばね１１の他端１１ｂが移動中、ねじりコイルばね１１は回転する。そして、このねじりコイルばね１１の回転角（フロート２が下限位置から上限位置まで移動したときのねじりコイルばね１１の回転角）は９０°以内である。このため、ケース４内の内部空間３がスペース的に小さくてもねじりコイルばね１１を納めることができる。また、ねじりコイルばね１１の回転途中ではねじりコイルばね１１の両端の位置が近づくので、効率よく付勢状態を形成することができる。そして、フロート２の下限位置と上限位置ではねじりコイルばね１１の両端は離れた位置となるので、効率よく消勢状態を形成することができる。これは上記スナップ効果によりねじりコイルばね１１の消勢状態と付勢状態との間の遷移を一気に行えるためである。
【００３１】
図９に示すように、ケース４には、均圧管１４をさらに取り付けてもよい。均圧管１４はケース４と圧縮空気圧回路の主配管１５とを接続（主配管１５内と内部空間３とを連通）するものであり、上記流入口５とは別のルートにより内部空間３と外部とを連通させるものである。具体的には、主配管１５にフロート式ドレントラップ１が取り付けられた位置よりも圧縮空気が流れる（矢印Ｒ方向）上流側に均圧管１４は接続される。この均圧管１４は主配管１５と内部空間３との間を均圧にするためのもので、同圧であればドレンは高い位置にある主配管１５からケース４内に流れ込むようになっている。
【００３２】
これにより、内部空間３内の圧縮空気が流入口５を介して主配管１５から流入してくるドレンを押圧し、主配管１５内のドレンを捕集できなくなってしまうことを防止できる。すなわち、内部空間３内の圧縮空気（の圧力）を均圧管を介して主配管１５に逃がすことで、円滑な主配管１５内のドレンの流入を実現できる。
【符号の説明】
【００３３】
１：フロート式ドレントラップ、２：フロート、３：内部空間、４：ケース、５：流入口、６：排水口、７：弁、７ａ：弁体、７ｂ：弁座、８：連結片、８ａ：基端部、９：回転軸、１０：フロート抑制機構、１１：ねじりコイルばね、１１ａ：ねじりコイルばねの一端、１１ｂ：ねじりコイルばねの他端、１２：固定部、１３：取付片、１４：均圧管、１５：主配管
【要約】
【課題】フロートと弁とを一体としてフロートの移動に対して直接的に弁が開放又は閉塞を行うようにし、且つ弁が半開き状態のままになってしまうことを防止できるフロート式ドレントラップを提供する。
【解決手段】フロート式ドレントラップ１は、ドレンが充満される内部空間３を形成するケース４と、流入口５と、排水口６と、弁体７ａ及び弁座７ｂからなる弁７と、下限位置と上限位置との間で上下移動するフロート２と、フロート２の移動に伴って弁７を開放又は閉塞させる連結片８と、フロート２の上下移動を抑制するためのフロート抑制機構１０を備え、フロート抑制機構１０は、ねじりコイルばね１１、固定部１２、取付片１３からなり、ねじりコイルばね１１は消勢状態及び付勢状態を有し、フロート２が下限位置及び上限位置にあるときねじりコイルばね１１は消勢状態となり、フロート２が下限位置と上限位置との間にあるとき付勢状態となる。
【選択図】        図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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