(57)【要約】【課題】各吐出口に共通の吐出側流路の内部圧力が高まった場合においても流体の吐出口への逆流による漏れを確実に防止して、吐出側流路の吐出圧力の変動が少ないボール弁装置を提供する。【解決手段】半球体の弁体１２により高圧流体の吐出口の流出側を開閉する。吐出口１０の周縁部の吐出側に、弁体１２が着座する弁座突起２０を形成することが好ましく、その場合、弁座突起２０の開口２９と反対側の背面２００が開口中心線Ｃに対してなす弁座傾斜角度θを鋭角に設定する。【選択図】図２
2006170433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧流体の吐出口を、その吐出側に配置された弁体により開閉する弁装置であって、
前記弁体が半球体である弁装置。
【請求項２】
請求項１において、前記吐出口の周縁部の吐出側に、前記弁体が着座する弁座突起が形成され、前記弁座突起の開口と反対側の背面が開口中心線に対してなす弁座傾斜角度が鋭角である弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプランジャポンプのような、定流量の流体または高圧の流体を生成するシステムにおける流体の吐出口を開閉する用途全般に適用できる弁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前記プランジャポンプは、吸入および吐出工程を有したポンプであり、その吸入量はポンプ入力回転数に比例することから、流量は極めて正確である。そのため、プランジャポンプは、制御機能に優れており、回転数制御モータなどと組み合わせて、自動比例制御を行うことによって薬液などを注液する用途にも適用可能である。また、プランジャポンプは、高圧を発生させることができ、流入部および流出部が高圧である場合にも使用できることから、塗料などの粘性の強い流体を噴射させる用途や、高圧洗浄機などにも用いられている。
【０００３】
従来では、同一の前記プランジャポンプを三連に連結してなる三連式プランジャポンプ装置が知られており、この三連式プランジャポンプ装置は、カムの動きに正しく追従するメカニックリターン方式の三連特殊カム駆動方式を用いることにより、装置全体の吸入と吐出のスピードを全く同じにできる特徴を有している。したがって、この三連式プランジャポンプ装置では、３つのプランジャポンプを各々のピストンの位相が１２０度ずつ異なるように駆動制御することにより、個々の各プランジャポンプの周期的な動きによる脈動を抑制し、かつ、流量の定量性を保つことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記三連式プランジャポンプ装置では、周期的に圧力が急激に低下する問題がある。これは、１つのプランジャポンプに対応する吐出口を開閉するボール弁が開弁したのちに閉弁しようとする直前には、他のプランジャポンプの吐出側のボール弁が開いており、各プランジャポンプに共通の吐出側流路の内部圧力が高くなっていることから、吐出側流路内の流体が前記１つのプランジャポンプの閉弁直前のボール弁と吐出口の弁座との隙間を通って吐出口内に漏洩してしまい、吐出側流路の圧力が周期的に低下する圧力変動が生じるものと思われる。
【０００５】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、各吐出口に共通の吐出側流路の内部圧力が高まった場合においても流体の吐出口への逆流による漏れを確実に防止して、吐出側流路の吐出圧力の変動が少ない弁装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は、高圧流体の吐出口を、その吐出側に配置された弁体により開閉する弁装置であって、前記弁体が半球体である。
【０００７】
この構成によれば、弁体が吐出口を開弁した直後に、吐出口から吐出側流路に押し出された高圧流体が半球体の弁体における半球面部に沿いながら流動したのちに、弁体の円形後面の下流側に流れが剥離した領域が生じるために、円形後面の周縁近傍の下流に渦が発生し、この渦が自身の慣性によって弁体が閉弁状態になる時点まで存在し続ける。前記渦により、閉弁直前に弁体の半球面部と吐出口との間隙から吐出口に逆流しようとする流れを抑制する。その結果、吐出側流路から送給する流体の流量と圧力をほぼ一定に維持することができ、三連式プランジャポンプ装置に適用した場合には、急激な圧力変動が周期的に発生するのを抑制することができる。
【０００８】
本発明において、好ましくは、前記吐出口の周縁部の吐出側に、前記弁体が着座する弁座突起が形成され、前記弁座突起の開口と反対側の背面が開口中心線に対してなす弁座傾斜角度が鋭角である。この構成によれば、弁体が吐出口を開弁した直後に、吐出口から吐出側流路に押し出された高圧流体の流動によって弁座突起の背面側にも渦が発生し、この渦が自身の慣性によって弁体が閉弁状態になる時点まで存在し続ける。したがって、前述した弁体の円形後面の周縁近傍箇所と弁座突起の背面側の双方に発生する２個所の渦により、閉弁直前に弁体の半球面部と吐出口との間隙から吐出口に向け逆流しようとする流れが一層効果的に抑制される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の弁装置によれば、高圧流体の吐出口を吐出側から開閉する弁体を半球体としたので、弁体が吐出口を開弁した直後に弁体の円形後面の周縁近傍の下流に渦を発生させて、この渦により閉弁直前に弁体の半球面部と吐出口との間隙から吐出口に向け逆流しようとする流れを抑制することができる。したがって、例えば、この弁装置を三連式プランジャポンプ装置に適用することにより、急激な圧力変動の周期的な発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の第１実施形態に係る弁装置を適用した三連式プランジャポンプ装置１を示した概略断面図である。この三連式プランジャポンプ１は、３つのプランジャポンプ２Ａ〜２Ｃを連結して構成されており、各プランジャポンプ２Ａ〜２Ｃは同一構成のものであるので、これらプランジャポンプ２Ａ〜２Ｃの構成について、同一の符号を付して説明する。各プランジャポンプ２Ａ〜２Ｃは、駆動源のモータ３によりカム４を回転駆動して、そのカム４の回転によってピストン７を往復運動させる。各プランジャポンプ２Ａ〜２Ｃの各々のカム４は、３つのピストン７を位相が１２０度ずつ異なる相対関係で駆動するよう設定されており、ピストン７を同一速度で押し出し動作および引き込み動作を行わせるようになっている。
【００１１】
ビストン７により周期的に加圧される作動室８の吸込口９は復帰ばね１３で付勢されたボール弁１１により開閉され、吐出口１０は付勢ばね１４で付勢された半球体の弁体１２により開閉されるようになっている。３つの吐出口１０から吐出された流体は、各吐出口１０の吐出側を連通させる吐出側流路１７を介して外部に送給される。吐出側流路１７の流出側（図の右側）には、圧力測定用凹所１８が形成されており、この圧力測定用凹所１８内に設けられた圧力計１９により吐出側流路１７内の流体の圧力が測定される。
【００１２】
前記三連式プランジャポンプ装置１に適用した本発明の弁装置は、半球体の弁体１２を用いて、この弁体１２の半球面部１２ａにより吐出口１０の吐出側（下流側開口縁）を開閉するようになっている。これにより、図２に示すように、弁体１２が吐出口１０を開弁した直後には、弁体１２の後面側、すなわち円形後面１２ｂの周縁近傍の下流に、吐出口１０から吐出側流路１７に押し出された高圧流体の流動により渦Ｓ１が発生し、この渦Ｓ１が、閉弁直前に弁体１２の半球面部１２ａと吐出口１０との間隙から吐出口１０に逆流しようとする流れを抑制するように作用する。
【００１３】
さらに、前記弁装置では、吐出口１０の周縁部の吐出側に、弁体１２の半球面部１２ａが着座する弁座突起２０を形成し、この弁座突起２０を、吐出口１０の開口２９と反対側の背面２００が開口中心線Ｃに対してなす弁座傾斜角度θが鋭角を有する形状としている。この弁座突起２０を設けたことにより、弁体１２が吐出口１０を開弁した直後に、弁座突起２０の背面側にも、吐出口１０から吐出側流路１７に押し出された高圧流体の流動によって渦Ｓ２が発生し、この渦Ｓ２も、閉弁直前に弁体１２の半球面部１２ａと吐出口１０との間隙から吐出口１０に逆流しようとする流れを抑制するように作用する。つぎにこの作用の詳細について述べる。
【００１４】
図１のピストン７によって作動室８が加圧されて一定圧力を越えると、図２の弁体１２が開口２９を開いた直後に、開口２９から吐出側流路１７内に流入する。水の流れＦが半球体の弁体１２における半球面部１２ａに沿いながら開口２９の上方外側方向に流動したのちに、弁体１２の円形後面１２ｂの周縁で剥離し、円形後面１２ｂの周縁近傍の下流に渦Ｓ１が発生し、この渦Ｓ１が自身の慣性によって次に弁体１２が開口２９を閉じる状態となる時点まで存在し続ける。この渦Ｓ１は、開口２９から水Ｆを上方へ導出する方向の回転流であるから、開口２９から吐出側流路１７内に一旦流入した水は、ピストン２４の下動によって弁体１２が開口２９を閉じる直前に、ピストン２４の下動に伴い吐出側流路１７内の水の圧力が高まることにより、水が弁体１２の半球面部１２ａと開口２９との間隙から開口２９内に流入（逆流）しようとするが、この流れが前記渦Ｓ１により抑制される。
【００１５】
さらに、弁体１２が開口２９を開いた直後には、開口２９から吐出側流路１７内に流入する水の流れＦによって弁座突起２０の背面２００の周囲にも渦Ｓ２が発生し、この渦Ｓ２が自身の慣性によって次に弁体１２が開口２９を閉じる状態となる時点まで存在し続ける。この渦Ｓ２は、前記渦Ｓ１と同様に、やはり開口２９から水を導出する方向の回転流であるから、弁体１２が開口２９を閉じる直前に水が弁体１２の半球面部１２ａと開口２９との間隙から開口２９内に流入（逆流）しようとする流れを抑制するように作用する。このように２箇所の渦Ｓ１，Ｓ２により、開口２９内への水の逆流を効果的に抑制することができる。この弁構造を図１の三連式プランジャポンプ装置１に設けたことにより、周期的に発生する急激な圧力変動を抑制することができる。
【００１６】
前記半球状の弁体１２には、完全な半球体のほか、図３に示す短い円柱部１２ｃを持つものも含まれる。この円柱部１２ｃの長さＢは、その前側の半球面部１２ａの直径、つまり円柱部１２ｃの直径Ｄ１に対して、０．７倍以下であり（Ｂ≦０．７Ｄ１）、０．５倍以下が好ましい。０．７倍を越えると、開口２９から円形孔面１２ｂまでの距離が長くなるために、渦Ｓ１の開口２９に対する影響が小さくなり、逆流防止効果が減少する。
【００１７】
また、前記弁座突起２０による流体の漏れの抑制効果は、発明者の知見によれば、弁座傾斜角度θを１５〜６０°の範囲内に設定するのが好ましく、２５〜５０°の範囲内に設定するのが一層好ましい。この範囲内に設定すれば、弁体１２の半球面部１２ａと吐出口１０との間隙から吐出口１０に逆流しようとする流れを抑制できる渦Ｓ２を効果的に形成できる。これは、弁座傾斜角度θが１５°未満になると渦Ｓ１，Ｓ２が生成され難くなり、一方、弁座傾斜角度θが６０°を越えると渦Ｓ１，Ｓ２が弱くなるからである。
【００１８】
さらに、弁座突起２０の高さｈは、弁体の直径Ｄ１の０．２〜１．０倍の範囲内に設定すれば、弁体１２が開弁したときに、その弁体１２が閉弁状態になる時点まで存在し続けることのできる強い流れの渦Ｓ２を効果的に生成することができる。弁座突起２０の高さｈが弁体１２の直径Ｄ１の０．２倍未満であると渦Ｓ２を効果的に生成することができず、また、弁座突起２０の高さｈが弁体１２の直径Ｄ１の１．０倍を越えると渦Ｓ２が弱くなる。弁座突起２０の高ｈさは、弁体１２の直径Ｄ１の０．４〜０．８倍の範囲内に設定することが一層好ましい。
【００１９】
図４は本発明の第２実施形態に係る弁装置を示す概略縦断面図であり、同図において、図１と同一のものには同一の符号を付してある。この弁装置は、吐出口１０の周縁部の吐出側に弁座突起２０を設けずに、この吐出口１０を半球体の弁体１２で開閉するようにしたものである。したがって、この弁装置では、弁体１２が吐出口１０を開弁した直後に、弁体１２の円形後面１２ｂの周縁近傍箇所にのみ渦Ｓ１が発生するだけである。
【００２０】
前記弁装置では、第１実施形態のような渦Ｓ２は発生しないが、弁体１２の円形後面１２ｂの周縁近傍の下流に発生する渦Ｓ１によって、閉弁直前に弁体１２の半球面部１２ａと吐出口１０との間隙から吐出口に逆流しようとする流れを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る弁装置を適用した三連式プランジャポンプ装置を示した概略断面図である。
【図２】図１の弁装置を示す拡大縦断面図である。
【図３】半球状弁体の変形例を示す側面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る弁装置を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  吐出口
１２  弁体
２０  弁座突起
２９  開口
２００  背面
Ｃ  開口中心線
θ  弁座傾斜角度
【図１】
2006170433.tif 000003
【図２】
2006170433.tif 000004
【図３】
2006170433.tif 000005
【図４】
2006170433.tif 000006