(57)【要約】【課題】開閉の応答性がよい、シンプルな構造の逆止弁を提供することである。【解決手段】互いに連通され液体が流通する、上下方向に延びる下方側流路および上方側流路と、該下方側流路と上方側流路との接続部に設けられた弁座と、該上方側流路内に設けられる弁体と、前記上方側流路の内面に設けられ、前記弁体の移動距離を制限するための固定子とを備え、前記弁体が、前記弁座に支持可能に設けられた本体と、該本体の下方側に設けられた球体と、該本体と球体との間に介装された棒状体とを備え、前記本体が弁座に支持されているとき、前記本体が弁座とほぼ隙間なく当接する形状を呈し、前記本体の自由端が平坦な面であり、かつ前記固定子の自由端が平坦な面であり、前記固定子と前記上方側流路の内面との間に隙間が設けられてなることを特徴としている。【選択図】図１
0003115413.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
互いに連通され液体が流通する、上下方向に延びる下方側流路および上方側流路と、
該下方側流路と上方側流路との接続部に設けられた弁座と、
該上方側流路内に設けられる弁体と、
前記上方側流路の内面に設けられ、前記弁体の移動距離を制限するための固定子と
を備えた逆止弁であって、
前記弁体が、前記弁座に支持可能に設けられた本体と、該本体の下方側に設けられた球体と、該本体と球体との間に介装された棒状体とを備え、
前記本体が弁座に支持されているとき、前記本体が弁座とほぼ隙間なく当接する形状を呈し、前記本体の自由端が平坦な面であり、かつ前記固定子の自由端が平坦な面であり、
前記固定子と前記上方側流路の内面との間に隙間が設けられてなる
ことを特徴とする逆止弁。
【請求項２】
前記本体が弁座と当接している状態で、前記本体の自由端と前記固定子の自由端とが約２ｍｍ離間されてなる請求項１記載の逆止弁。
【請求項３】
前記弁座が環状または略円錐状を呈している請求項１または２記載の逆止弁。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は逆止弁に関する。さらに詳しくは、弁体が、弁座に支持可能に設けられた本体と、該本体の下方側に設けられ、当該逆止弁の開閉応答性を調整するための調整手段とを備えた上下方向に延びる逆止弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の逆止弁は、高い振動や騒音が発生するという欠点があり、また特定の運転状態においては比較的高い圧力損失が生じるという欠点もある。一方、閉鎖体を内蔵したケーシングの内室が円筒状の孔として構成されている逆止弁では、極めて小さな圧送量では最小限の圧力損失しか生じないが、圧送量が増加するにつれて圧力損失も単調に増大していくものである。
【０００３】
かかる従来の逆止弁の欠点を解消することを目的としたものとして、たとえば、特許文献１には、流入開口と流出開口とを備えたケーシングを有する逆止弁が記載されている。特許文献１に記載された逆止弁では、ケーシング内に内室が形成され、該内室に弁座が設けられ、該内室内に球体からなる閉鎖体が可動に支承され、該閉鎖体の運動がストッパにより制限されて、前記閉鎖体に逆止弁の閉鎖方向に作用する弁バネが作用しているものであり、閉鎖体を取り囲む内室の横断面が逆止弁の開放方向に向かって減少している、つまり先細りになっている。
【０００４】
そして、特許文献１に記載された逆止弁においては、内室を狭めることにより、閉鎖体は前述の従来技術に比べて小さな圧送量で終端位置に達するようになり、振動発生と騒音発生が減少するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１１９０９号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された逆止弁は、閉鎖体（すなわち、弁体）に逆止弁の閉鎖方向に作用する弁バネが作用するように構成されているため、逆止弁を閉鎖させたいときには瞬時に閉鎖しうる（閉鎖の応答性はよい）が、逆止弁を開放させたいときは、流体の圧力が弁バネの付勢力を上回るまでは開放しない（開放の応答性が悪い）というものである。すなわち特許文献１に記載された逆止弁は使用流体の圧力が一定の圧力か否かで開閉させることが要求されるシステムに適用できるようにしたものであり、そのうえ、構造が複雑であるという欠点がある。
【０００７】
本考案は、開閉の応答性がよい、シンプルな構造の逆止弁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】
本考案の逆止弁は、互いに連通され液体が流通する、上下方向に延びる下方側流路および上方側流路と、
該下方側流路と上方側流路との接続部に設けられた弁座と、
該上方側流路内に設けられる弁体と、
前記上方側流路の内面に設けられ、前記弁体の移動距離を制限するための固定子と
を備え、
前記弁体が、前記弁座に支持可能に設けられた本体と、該本体の下方側に設けられた球体と、該本体と球体との間に介装された棒状体とを備え、
前記本体が弁座に支持されているとき、前記本体が弁座とほぼ隙間なく当接する形状を呈し、前記本体の自由端が平坦な面であり、かつ前記固定子の自由端が平坦な面であり、
前記固定子と前記上方側流路の内面との間に隙間が設けられてなる
ことを特徴としている。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００９】
添付図面を参照しながら本考案の実施の形態にかかわる逆止弁について以下に詳細に説明する。
【００１０】
図１の（ａ）は本考案の逆止弁の一例を示す断面説明図、図１の（ｂ）は弁体の構造を示す断面説明図、図２は図１のバルブの固定子を示す断面説明図、図３は本考案の逆止弁が適用されるポンプを示す説明図、図４は図３のポンプの駆動方法を模式的に説明したグラフ、図５は図３のポンプのモータ回転数と吐出量との関係を示すグラフである。
【００１１】
実施の形態１
図１ａ、１ｂおよび２を参照すると、本考案の逆止弁Ｖ１は、互いに連通され液体が流通する、上下方向に延びる下方側流路３４および上方側流路３３と、下方側流路３４と上方側流路３３との接続部に設けられた弁座３５と、該上方側流路３３内に設けられる弁体３６と、上方側流路３３の内面に設けられ、弁体３６の移動距離を制限するための固定子３７ａとから構成されている。
【００１２】
弁体３６は、弁座３５に支持可能に設けられたほぼ球状の本体３６ａと、本体３６ａの下方側に設けられた球体３６ｂと本体３６ａと球体３６ｂとの間に介装された細長い棒状体３６ｃとから構成される。
【００１３】
球体３６ｂと棒状体３６ｃとが逆止弁Ｖ１の開閉応答性を調整するための調整手段として機能する。
【００１４】
球体３６ｂおよび棒状体３６ｃは、本実施の形態においては、本体３６ａに浮力を与えるとともに液体の流れを受け止めて、ポンプの高速運動（１０〜３０回／秒）かつ確実なバルブの開閉動作が実現される。球体３６ｂは、本体３６ａの下方側に設けられたたとえばガラス製の球体が採用されるが、ガラス製の球体に限定されることはない。ガラス製の球体のほか、ガラス製の逆茸(mushroom)状体、ガラス製のカウル(cowl)状体など受圧に適したものとして当業者に自明のものはすべて採用してもよい。さらにまた、本体３６ａと棒状体３６ｃは、ガラスの中実体に限られることはなく、液体の比重によっては、１種または２種以上の金属の錘を埋め込んでもよい。さらに液体の比重によっては中空体であってもよい。
【００１５】
また、図示されているように、前記棒状体３６ｃは、本体３６ａを弁座３５の中心部に位置づけ、かつ暴れを防ぎ、スムーズな開閉高速動作が可能になる。また、棒状体３６ｃは本体３６ａに適切な浮力を与えることができる。棒状体３６ｃの形状も円柱状に限定されない。角柱状、円錐状、角錐状、円錐を組み合わせた形状、角錐同士を組み合わせた形状を採用してもよい。
【００１６】
本体３６ａが弁座３５と当接している状態では、プランジャの１２の大きさ等にもよるが、たとえばプランジャ１２の直径が約１２．５ｍｍ、逆止弁の本体３６ａの自由端の直径が約１２ｍｍの場合、本体３６ａの自由端と固定子３７ａの自由端とは、約２ｍｍ離間されることが好ましいが、かかる数値に限定されるものではない。
【００１７】
本実施の形態の場合、弁座３５は略円錐状を呈している。しかし、弁座３５は逆円錐状のものに限られることはなく、たとえば、円環状のものであってもよい。
【００１８】
本実施の形態の場合、本体３６ａは略半球形状を呈しており、当該本体３６ａの自由端は略円形状の平坦面である。
【００１９】
本体３６ａの形状は略半球形状に限られることはなく、本体３６ａが弁座３５に支持されているとき、本体３６ａが弁座３５とほぼ隙間なく当接する形状であればいかなる形状でもよい。
【００２０】
そして、球体３６ｂおよび棒状体３６ｃと、下方側流路３４との間には間隙ＣＬ２（プランジャの１２の大きさ等にもよるが、たとえばプランジャ１２の直径が約１２．５ｍｍ、逆止弁の本体３６ａの自由端の直径が約１２ｍｍの場合、０．５〜２ｍｍ程度である）が設けられているので、液体の流路が確保されている。しかし、本体３６ａの形状は半球形状に限られることはなく、たとえば回転楕円体の短軸を含む面で截断した形状であってもよい。
【００２１】
また、上方側流路３３の内面に支持された略半球形状の固定子３７ａが、弁体３６の移動距離を制限するための移動制限手段３７として機能する。固定子３７ａの形状は半球形状に限られることはなく、たとえば回転楕円体の短軸を含む面で截断した形状であってもよい。固定子３７ａの自由端は略円形状の平坦面である。より詳しくは、固定子３７ａは、上方側流路３３に、上方側流路３３を部分的に閉塞するＩ字状の支持部３７ｂを介して固定される（図２参照）。上方側流路３３と固定子３７ａとの間には間隙ＣＬ１（プランジャの１２の大きさ等にもよるが、たとえばプランジャ１２の直径が約１２．５ｍｍ、逆止弁の本体３６ａの自由端の直径が約１２ｍｍの場合、０．５〜２ｍｍ程度である）が設けられており、これによって液体の流路が確保されている。
【００２２】
かかる構成により、本実施の形態の逆止弁Ｖ１は、開閉応答性に優れ、後述する参考例２のポンプ１に適用することにより、ポンプの揚程を増大することができる。
【００２３】
参考例
図３を参照すると、本参考例にかかわる往復動ポンプ（以下、単に「ポンプ」という）１はポンプ室１７と、液体をポンプ室１７に吸入する際に開放される吸入弁Ｖ１を介して液体をポンプ室１７に吸入する上下方向に延びる吸入路３４と、ポンプ室１７から液体を吐出する際に開放される吐出弁Ｖ２を介して液体をポンプ室１７の外に吐出するための上下方向に延びる吐出路４３と、ポンプ室１７と連通されたシリンダ１１と、シリンダ１１内に摺動自在に設けられ、かつバネ１６により下死点側に付勢されたプランジャ１２と、プランジャ１２と当接して当該プランジャ１２を上方に打撃する移動子Ｐから構成されており、移動子Ｐが電動モータ２２の回転軸２１の回転運動を上下運動に変換する運動変換手段を介して上下運動し、下降中のプランジャ１２と移動子Ｐとが離間されている。本参考例のポンプ１は、高速運転するため、ポンプ室１７の外に高速振動の液体の流れを生成する。この高速振動の液体の流れは、ポンプ１に接続される配管系における樹脂製のチューブにより無脈流になる（平滑化される）。
【００２４】
なお、吐出弁Ｖ２の出口と吐出路４３との間にバッファ槽５０を設けてもよい。このようにしても（図２参照）、ポンプ１により吐き出される液体の脈動を平滑にすることができる。
【００２５】
運動変換手段としては、たとえば図１に示されたものが採用される。図１に示された運動変換手段は、モータ２２の回転軸２１に連結されたクランクアーム２０ａと、クランクアーム２０ａにクランクピン２０ｂを介して一端が揺動可能に取りつけられた連接棒２０と、連接棒２０ｃの他端に揺動可能に取り付けられ、円筒状のスリーブＳ内を摺動するクランクの移動子Ｐとから構成されている。
【００２６】
本参考例にかかわるポンプの駆動方法の重要な点は、プランジャ１２が下死点ＤＣ１から上死点ＤＣ２に達したのち、再び下死点ＤＣ１に戻るまでの工程中に、ポンプ室１７の外に吐出される液体の流れが実質的に無脈流になるようにプランジャ１２を液体のポンプとしては高速な１０〜３０回／秒の上下運動させ、上下運動の１サイクルの運動のうち最初の半サイクルに相当するプランジャ１２の上死点ＤＣ２から下死点ＤＣ１に達するまでの吸入工程で、吸入弁Ｖ１を開放し、吐出弁Ｖ２を閉鎖してポンプ室１７およびシリンダ１１内に液体を充填し、当該上下運動の１サイクルの運動のうち残りの半サイクルに相当するプランジャ１２の下死点ＤＣ１から上死点ＤＣ２に達するまでの排出工程で、吸入弁Ｖ１を閉鎖し、吐出弁Ｖ２を開放してポンプ室１７およびシリンダ１１内に充填された液体を排出ができるようにバネ１６の強さを設定し、かつ吸入弁Ｖ１および吐出弁Ｖ２の開閉動作を、プランジャ１２の吸入工程および排出工程に追随させることができるように吸入弁Ｖ１および吐出弁Ｖ２の弁体の重量及びサイズを設定する（すなわち、バネ１６の強さ、そして吸入弁と吐出弁の重量、サイズを最適化して高速動作に応答するようにし、ポンプ室１７の外に吐出される液体の流れが実質的に無脈流になるようにする）ことである、これを図示された例で説明すると、プランジャ１２とクランクの移動子Ｐとが常時接触することがないようにプランジャ１２とクランクの移動子Ｐの位置関係を調整することである。
【００２７】
つぎに、本参考例のポンプ１の駆動方法を模式的に説明する（図４参照）。なお、図中参照符号Ｗ２はプランジャ１２の時間と工程との関係を示す模式図であり、Ｗ１はクランクの移動子Ｐの時間と工程との関係を示す模式図である。
【００２８】
停止中のポンプ１に電源を投入して、モータ２２を起動し、クランクの移動子Ｐがプランジャ１２から離間している状態からプランジャ１２と当接するまでの第一の期間Ｔ１のあいだクランクの移動子Ｐを上方に移動させる（ステップ（ａ））。第一の期間Ｔ１により、プランジャ１２の動作の遅れに余裕をもたせることができ、シリンダに加えられる余分な力が解放される。
【００２９】
第一の期間Ｔ１の終了後、プランジャ１２が上死点ＤＣ２に達するまでの第二の期間Ｔ２のあいだ、バネ１６の付勢力に抗してクランクの移動子Ｐをプランジャ１２に打撃的に接触後、上方に移動させ、吸入弁Ｖ１を閉鎖し、かつ吐出弁Ｖ２を開放して、ポンプ室１７内の液体を吐出弁Ｖ２から排出させる（ステップ（ｂ））。
【００３０】
第二の期間Ｔ２の終了後、プランジャ１２が上死点ＤＣ２から前記移動子の動きに少し遅れて下降し（図４の破線Ｗ２で示す）、下死点ＤＣ１に到達して静止状態のとき、移動子が下死点まで下降したのち再び上昇して、プランジャ１２と当接するまでの第３の期間Ｔ３のあいだ、吸入弁を開放し、かつ吐出弁を閉鎖して、前記ポンプ室に液体を流入する（ステップ（ｃ））。
【００３１】
第３の期間Ｔ３の終了後、ポンプ１の電源を遮断するまで、ステップ（ｂ）とステップ（ｃ）とを繰り返し実行する（ステップ（ｄ））。
本実施の形態の駆動方法によって得られる、上下運動は液体のポンプとしては高速な１０〜３０回／秒であり（これは、人間の眼でみたとき、微振動状態が持続しているように見える。したがって、脈流が吐出弁の後段に設けられた弾力のある樹脂チューブなどにより平滑化され実質的に無脈流となる。
【００３２】
なお、第二の期間Ｔ２に対する第３の期間Ｔ３の比率（Ｔ３／Ｔ２）は、１＜（Ｔ３／Ｔ２）＜１．２の範囲にあることがポンプの吐出力を最大限まで発揮させるうえで好ましいが、（Ｔ３／Ｔ２）が１のときであって、プランジャ１２によりシリンダ１１にかかる応力が解放されると利点がある。
【００３３】
また、本実施の形態のポンプ１に、後述する実施の形態３に示される逆止弁を適用すると、吸入弁と吐出弁の応答性を最適化することができる。
【００３４】
本実施の形態のポンプ１は、つぎのとおり駆動することもできる。
【００３５】
停止中のポンプ１に電源を投入して、モータ２２を起動し、クランクの移動子Ｐがプランジャ１２から離間している状態からプランジャ１２と当接するまでの第一の期間Ｔ１のあいだクランクの移動子Ｐを上方に移動させる（ステップ（ａ１））。
【００３６】
第一の期間Ｔ１の終了後、プランジャ１２が上死点ＤＣ２に達するまでの第二の期間Ｔ２のあいだ、バネ１６の付勢力に抗してクランクの移動子Ｐをプランジャに打撃的に接触後、上方に移動させ、吸入弁Ｖ１を閉鎖し、かつ吐出弁Ｖ２を開放して、ポンプ室１７内の気体を圧縮して吐出弁Ｖ２から排出させる（ステップ（ｂ１））。
【００３７】
第二の期間Ｔ２の終了後、プランジャ１２が上死点ＤＣ２から前記移動子の動きに少し遅れて下降し、下死点ＤＣ１に到達しないうちに、移動子が下死点ＤＣ１まで下降したのち再び上昇して、プランジャ１２と当接するまでの第三の期間Ｔ３のあいだ、吸入弁Ｖ１を開放し、かつ吐出弁Ｖ２を閉鎖して、ポンプ室１７に液体を流入する（ステップ（ｃ１））。
【００３８】
第３の期間Ｔ３の終了後、ポンプ１の電源を遮断するまで、ステップ（ｂ１）とステップ（ｃ１）とを繰り返し実行する（ステップ（ｄ１））。このとき期間Ｔ１は、期間Ｔ３の間にクランクに対して若干遅れて下降するプランジャに、力を開放する余裕時間を与えている。
【００３９】
なお、第二の期間Ｔ２に対する第３の期間Ｔ３の比率は、１．２に近い値となる。
【００４０】
また、本参考例のポンプ１に、前述の実施の形態１に示される逆止弁を適用すると、吸入弁と吐出弁の応答性を最適化することができる。
【００４１】
本参考例のポンプによれば、ポンプ室１７の外に吐出される液体の流れが実質的に無脈流となる。
【実施例】
【００４２】
実施例にもとづいて本発明をさらに詳細に説明する。しかしながら、本発明は実施例に限定されることはない。
【００４３】
まず、１００ｃｃ（直径３５．５ｍｍ）のプランジャを用いて、実験を行なった。
（１）プランジャの一回あたりの移動量が３ｍｍのとき、１８００回毎分の吐出量は９０００ｃｃであった。
（２）プランジャの一回あたりの移動量が１ｍｍのとき、１８００回毎分の吐出量は、５４００ｃｃであった。
（３）プランジャの一回あたりの移動量が０．５ｍｍのとき、１８００回毎分の吐出量は、１８００ｃｃであった。
【００４４】
つぎに、５ｃｃ（直径１２ｍｍ）のプランジャを用いて、実験を行なった。
（４）プランジャの一回あたりの移動量が３ｍｍのとき、１８００回毎分の吐出量は、１０８０ｃｃであった。
（５）プランジャの一回あたりの移動量が１ｍｍのとき、１８００回毎分の吐出量は、７２０ｃｃであった。
（６）プランジャの一回あたりの移動量が０．５ｍｍのとき、１８００回毎分の吐出量は、３６０ｃｃであった。
【００４５】
つぎに、バネ１６として、硬いバネ（ばね定数が３００ｋｇｗ／ｍ）、従来用いられている硬さのバネ（ばね定数が１４０ｋｇｗ／ｍ）および軟らかいバネ（ばね定数が１００ｋｇｗ／ｍ）の３種類のバネを用いて、モータ回転数（ｒｐｍ）に対するポンプの性能（吐出量）を測定した。その結果を図５に示す。図中参照符号Ａは、ばね定数が１００ｋｇｗ／ｍのバネを用いたポンプの性能を示すグラフを示し、参照符号Ｂは、ばね定数が１４０ｋｇｗ／ｍのバネを用いたポンプの性能を示すグラフを示し、参照符号Ｃは、ばね定数が３００ｋｇｗ／ｍのバネを用いたポンプの性能を示すグラフを示している。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（ａ）は本考案の逆止弁の一例を示す断面説明図、（ｂ）は弁体の構造を示す断面説明図である。
【図２】図１のバルブの固定子を示す断面説明図である。
【図３】参考例のポンプを示す説明図である。
【図４】図３のポンプの駆動方法を模式的に説明したグラフである。
【図５】図３のポンプのモータ回転数と吐出量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１      往復動ポンプ
１１      シリンダ
１２      プランジャ
１３      枝管
１６      圧縮コイルバネ
１７      ポンプ室
２０      クランク手段
２０ａ    クランクアーム
２０ｂ    クランクピン
２０ｃ    連接棒
２０ｄ    ピン
２１      回転軸
２２      モータ
３３      管路
３４      吸入路
３５      鍔
３６ａ    本体
３６ｂ    球体
３６ｃ    棒状体
３７      移動制限手段
３７ａ    固定子
３７ｂ    支持部
４３      吐出路
Ｖ１      吸入弁（逆止弁）
Ｖ２      吐出弁（逆止弁）
Ｐ        移動子
Ｓ        スリーブ
【図１】
0003115413.tif 000003
【図２】
0003115413.tif 000004
【図３】
0003115413.tif 000005
【図４】
0003115413.tif 000006
【図５】
0003115413.tif 000007