(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内の流路の軸線上に弁座と弁体とが対向して設けられ、
弁座の内周縁は、断面円弧状の凸面に形成され、弁座の座面は、前記軸線と交差する方向へ広がる平面状に形成され、
弁体には、弁座内側の弁孔を密閉可能なシール部材が設けられ、シール部材の外周側には、弁孔の中心側へ向かって縮径するテーパ状の斜面部と、弁座の座面に対向し、前記斜面部の径大側外周から前記軸線と交差する方向へ広がる平面部とが設けられ、
弁体を弁座側へ移動させた際、前記斜面部が弁座の内周縁に接触した後、前記平面部が弁座の座面に接触するように構成された、弁のシール構造。
【請求項２】
請求項１に記載の弁のシール構造において、
弁体は、バネの弾性力によって弁座側へ付勢された、弁のシール構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の弁のシール構造において、
前記斜面部と平面部とを繋ぐコーナ部は、前記内周縁より大径の断面円弧状の凹面に形成された、弁のシール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁体を弁座に当接させて流路を閉塞する弁のシール構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の弁において、ケーシングの流路内に収容された弁体を弁座に当接させることで流路を閉塞するように構成され、弁体には、弁座の座面に密接可能なシール部材が環設され、そのシール部材の外周面が、弁座内側の弁孔中心側へ向かって縮径するテーパ状に形成されており、弁体を弁座側へ移動させた際に、テーパ状に形成された弁座の座面に対してシール部材の外周面が面接触することで、弁孔の密閉性を保持するものが知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３８３３６号公報
【特許文献２】特開２００５−２８２６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記従来のシール構造では、弁体が弁座へ近接した状態において、シール部材の外周面と弁座の座面との間の比較的広い範囲で狭幅部が形成される。そのため、弁体と弁座との間の流路が狭まっていくと、それに従ってそこを流れる流体の流速が上昇して狭幅部全体が負圧となり、弁体が弁座側へ過剰に引き込まれる。その結果、弁体の閉弁時に異音の原因となる異常な振動を引き起こし易くなる。
【０００５】
そこで、図６に示すように、弁座９１の内周縁９２を断面円弧状の凸面とし、弁体９３が弁座９１へ近接した状態において、その内周縁９２とシール部材９４のテーパ面９５との間の比較的狭い範囲に狭幅部が形成されるよう構成したものが考えられる。
【０００６】
しかしながら、このような構成とした場合、閉弁後に一次側の流路９６から弁体９３を弁座９１側へ押し付ける圧力によって、弁座９１の内周縁９２とシール部材９４のテーパ面９５との接触部に対して斜め方向から一点集中的に荷重がかかるから、その接触部が経年的に変形し、弁孔９７の密閉性の低下を招く虞がある。
【０００７】
また、このものでは、弁体９３と弁座９１との間隙が、一次側の流路９６から弁孔９７へ向かうにつれてテーパ状に縮幅する構成であるため、ベンチュリ効果によってその間隙の狭幅部Ｓ９で流速が急上昇し、図７中の等圧線（点線）で示したように、狭幅部Ｓ９の周辺の圧力が急激に低下する。その結果、狭幅部Ｓ９の周辺で異音の原因となるキャビテーションを引き起こす虞もある。
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、長期に亘って高い密閉性を維持でき、閉弁させる際にも異音の発生し難い弁のシール構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ケーシング内の流路の軸線上に弁座と弁体とが対向して設けられ、
弁座の内周縁は、断面円弧状の凸面に形成され、弁座の座面は、前記軸線と交差する方向へ広がる平面状に形成され、
弁体には、弁座内側の弁孔を密閉可能なシール部材が設けられ、シール部材の外周側には、弁孔の中心側へ向かって縮径するテーパ状の斜面部と、弁座の座面に対向し、前記斜面部の径大側外周から前記軸線と交差する方向へ広がる平面部とが設けられ、
弁体を弁座側へ移動させた際、前記斜面部が弁座の内周縁に接触した後、前記平面部が弁座の座面に接触するように構成されたものである。
【００１０】
このものでは、まずシール部材の斜面部が弁座の内周縁に点接触し、その後さらにシール部材の平面部が弁座の座面に面接触するように構成されているから、閉弁後に弁体へ加わる圧力が、上記面接触部に対して垂直方向から分散して荷重がかかる。これにより、シール部材の経年的な変形が抑制される。
【００１１】
また、弁体が弁座へ近接した状態において、弁体と弁座との間には、弁座の座面とシール部材の平面部とで挟まれ、弁体外側から軸線中央へ向かう等幅部と、弁座の内周縁とシール部材の斜面部とで挟まれ、等幅部から弁孔へ向かう縮幅部とが形成されるから、弁体と弁座との間隙における流速は、上記縮幅部で急上昇しないで、等幅部から縮幅部へ移るにつれて徐々に上昇する。よって、その間隙における圧力も、等幅部から縮幅部へ移るにつれて徐々に低下する。これにより、異音の原因となる縮幅部周辺でのキャビテーションの発生も抑制される。
【００１２】
さらに、シール部材の斜面部が弁座の内周縁に点接触した後で、シール部材の平面部が弁座の座面に面接触するように構成したことで、上記間隙における負圧度合が高まる前に、シール部材と弁座との点接触によって弁孔が密閉されるから、弁体が弁孔側へ過剰に引き込まれ難い。これにより、異音の原因となる弁体の振動も抑制される。
【００１３】
上記弁のシール構造において、弁体は、バネの弾性力によって弁座側へ付勢されたものであるのが望ましい。
【００１４】
このものでは、一定の押圧力によってシール部材が弁座へ押し付けられるから、点接触部や面接触部の経年的な変形が一層抑制される。
【００１５】
上記弁のシール構造において、前記斜面部と平面部とを繋ぐコーナ部は、前記内周縁より大径の断面円弧状の凹面に形成されたものであるのが望ましい。
【００１６】
このものでは、弁体と弁座との間隙が上記等幅部から縮幅部へ向かって連続的に縮幅することになり、弁孔へ移るにつれて上記間隙における圧力が徐々に低下するから、縮幅部周辺でのキャビテーションの発生が一層抑制される。また、弁体が弁孔側へ過剰に引き込まれることを起因とする弁体の振動も一層抑制される。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明のシール構造によれば、閉弁させる際に異音が発生し難く、閉弁後も高い密閉性を長期に亘って維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る弁のシール構造を備えた三方弁の概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る弁のシール構造を備えた三方弁のシール部材周辺の概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る弁のシール構造において、シール部材と弁座とが点接触した状態を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る弁のシール構造において、シール部材と弁座とが面接触した状態を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る弁のシール構造において、シール部材周辺の圧力分布を示す図である。
【図６】本発明の前提技術となる弁のシール構造を示すシール部材周辺の断面図である。
【図７】本発明の前提技術となる弁のシール構造において、シール部材周辺の圧力分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、上記した本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳述する。
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る弁のシール構造を備えた三方弁１は、その外郭を構成するケーシング１０の外周に、配管を接続するための三つのポート１１，１２，１３を有している。
【００２１】
二次側の配管が接続される第１のポート１１および第２のポート１２は、一次側の配管が接続される第３のポート１３の配設面と反対側の面に並設されている。また、ケーシング１０の内部には、第１のポート１１からケーシング１０の中心線（以下、「軸線」という）Ｌへ向かって延びる第１の流路２１と、第２のポート１２から上記軸線Ｌへ向かって延びる第２の流路２２と、第３のポート１３から軸線Ｌへ向かって延びる第３の流路２３とが形成されている。
【００２２】
第３の流路２３の第１の流路２１側および第２の流路２２側の壁面には、それぞれに円形の弁座２４が形成されており、第３の流路２３は、この弁座２４内側の弁孔２５を通じて第１の流路２１および第２の流路２２に繋がっている。
【００２３】
上記各弁孔２５は、相互に対向する位置に設けられており、それら弁孔２５の中心には、ケーシング１０の一端側から上記軸線Ｌに沿ってシャフト３０が挿通されている。このシャフト３０の一端は、ケーシング１０の一端側に突出しており、さらにその端部には、図示しないモータが連結される。一方、シャフト３０の他端で且つ第３の流路２３内の弁孔２５と対向する位置には、二つの略円錐台状の弁体３１がそれら底面相互を突き合わせた状態で取り付けられている。
【００２４】
従って、図示しないモータの駆動力によってシャフト３０を軸線Ｌ方向へ移動させると、二つの弁体３１は、同時に第３の流路２３内を上記軸線Ｌに沿って移動して一方の弁座２４へ当接、他方の弁座２４から離間する。そして、このように弁体３１の位置を制御することで、二つの弁孔２５相互の開度比率が調整され、第１の流路２１および第２の流路２２への分流割合が調整される。
【００２５】
弁体３１の外周面３１０は、第３の流路２３側から弁孔２５の中心へ向かって縮径するテーパ状に形成されており、この外周面３１０における弁座２４との対向部には、弾性素材で形成され且つ弁座２４に密接可能なシール部材３２が環設されている。
【００２６】
図１において、両弁体３１の各上面側には、弁体３１を位置決め状態で支持するＥリング３３がシャフト３０に形成した溝に嵌入されている。また、両弁体３１の各底面側には、シャフト３０の外周に沿って凹部３４が形成されており、これら二つの弁体３１の凹部３４相互間には、コイル状の圧縮バネ３５が挟装されている。即ち、二つの弁体３１は、この圧縮バネ３５の弾性力によりそれぞれ離反する方向へ付勢された状態でＥリング３３相互間に配設されている。さらに、弁体３１の底面相互間には、所定の遊間Ｃが設けられている。
【００２７】
従って、シャフト３０をその一端側へ移動させると、弁体３１のシール部材３２が弁座２４に当接する。そして、その位置からさらに弁体３１が弁座２４側へ押し付けられると、遊間Ｃの形成範囲内でシール部材３２へ加わる反力が圧縮バネ３５の弾性によって吸収される。一方、弁体３１の弁座２４に対する押圧力は一定に制限される。
【００２８】
図２に示すように、弁座２４の内周縁２４Ａは、断面円弧状の凸面に形成されている。また、弁座２４の座面２４Ｂは、弁孔２５の周方向へ広がる平面状に形成されている。
【００２９】
一方、シール部材３２の弁座２４側の面には、弁孔２５の中心側へ向かって縮径するテーパ状の斜面部３２Ａが設けられている。斜面部３２Ａは、弁体３１の中心軸となる軸線Ｌに対して４５度傾斜しており、この斜面部３２Ａの略中央に弁座２４の内周縁２４Ａが対向している。
【００３０】
また、斜面部３２Ａの径大側の外周には、弁座２４の座面２４Ｂと略平行、即ち、弁体３１の周方向へ広がる平面部３２Ｂが形成されており、この平面部３２Ｂに弁座２４の座面２４Ｂが対向している。
【００３１】
従って、弁体３１が弁座２４側へ移動すれば、シール部材３２の斜面部３２Ａと弁座２４の内周縁２４Ａとの距離、および、シール部材３２の平面部３２Ｂと弁座２４の座面２４Ｂとの距離が共に徐々に縮まっていき、図３に示すように、シール部材３２の斜面部３２Ａが弁座２４の内周縁２４Ａへ点接触し、弁孔２５を密閉する。尚、この点接触状態において、シール部材３２の平面部３２Ｂと弁座２４の座面２４Ｂとは接触しておらず、所定幅の隙間が確保されている。そして、この状態からさらに弁体３１がバネ３５の弾性力に抗して弁座２４側へ押し込まれると、図４に示すように、シール部材３２の平面部３２Ｂが弁座２４の座面２４Ｂへ面接触し、より広範囲で弁孔２５を密閉する。
【００３２】
図５に示すように、シール部材３２の斜面部３２Ａは、平面状に形成されており、その斜面部３２Ａから平面部３２Ｂへ至るコーナ部３２Ｃは、弁座２４の内周縁２４Ａより大径の断面円弧状の凹面に形成されている。また、平面部３２Ｂの外周縁３２Ｄは、弁座２４の内周縁２４Ａと略同径の断面円弧状の凸面に形成されている。
【００３３】
即ち、弁体３１が弁座２４に近接した状態において、その弁体３１と弁座２４との間には、シール部材３２の平面部３２Ｂと弁座２４の座面２４Ｂとで挟まれた等幅部Ｓ１と、シール部材３２の斜面部３２Ａと弁座２４の内周縁２４Ａとで挟まれた縮幅部Ｓ２とが形成される。この等幅部Ｓ１は、第３の流路２３から弁体３１の中心側へ向かって延設され、縮幅部Ｓ２は、上記等幅部Ｓ１から弁孔２５へ向かって連続的に且つ緩やかに縮幅している。
【００３４】
従って、弁体３１と弁座２４との間隙における流速は、縮幅部Ｓ２で急上昇しないで、等幅部Ｓ１から縮幅部Ｓ２へ移るにつれて徐々に上昇する。そして、圧力解析によれば、図５中の等圧線（点線）で示したように、弁体３１と弁座２４との間隙における圧力も、弁孔２５へ移るにつれて徐々に低下する。これにより、図７に示した形状のものに比べて、弁体３１と弁座２４との間隙における圧力変化が緩やかになっていることが確認された。
【００３５】
さらに、シール部材３２の斜面部３２Ａは、弁体３１の外周面３１０より一段内側へ奥まって配置されており、この等幅部Ｓ１と縮幅部Ｓ２との間に形成された段差部Ｓ３によって、等幅部Ｓ１から縮幅部Ｓ２への流体の流れを失速させ、縮幅部Ｓ２の周囲における圧力の急激な低下を抑制している。
【００３６】
このように、上記実施の形態によれば、弁体３１を弁座２４側へ移動させた際、シール部材３２の斜面部３２Ａが弁座２４の内周縁２４Ａへ点接触した後、さらにシール部材３２の平面部３２Ｂが弁座２４の座面２４Ｂへ面接触するように構成されているから、閉弁後に弁体３１へ加わる圧力が、上記面接触部に垂直方向から分散して荷重がかかる。これにより、シール部材３２の経年的な変形が抑制され、長期に亘って高い密閉性を維持できる。
【００３７】
また、上記構成を採用したことによって、等幅部Ｓ１での負圧度合が高まる前に、シール部材３２と弁座２４との点接触によって弁孔２５が密閉されるから、弁体３１が弁孔２５側へ過剰に引き込まれることを起因とする弁体３１の振動も抑制される。従って、閉弁させる際に異音が発生し難い。
【００３８】
さらに、弁体３１と弁座２４との間隙における圧力が、等幅部Ｓ１から縮幅部Ｓ２へ移るにつれて徐々に低下するから、縮幅部Ｓ２周辺でのキャビテーションの発生も抑制される。従って、閉弁させる際に異音がより発生し難い。
【００３９】
また、弁体３１を圧縮バネ３５の弾性力によって弁座２４側へ付勢する構成としたことによって、一定の押圧力によってシール部材３２が弁座２４へ押し付けられるから、点接触部や面接触部の経年的な変形が一層抑制され、より長く高い密閉性を維持できる。
【００４０】
また、等幅部Ｓ１と縮幅部Ｓ２との間に段差部Ｓ３を設けたことによって、流体の流れを失速させ、縮幅部Ｓ２の周囲における圧力の急激な低下が抑制されるから、縮幅部Ｓ２周辺でのキャビテーションの発生が一層抑制される。従って、閉弁させる際に異音がより発生し難い。
【００４１】
また、弁座２４の内周縁２４Ａを断面円弧状の凸面に形成し、シール部材３２の斜面部３２Ａおよびその斜面部３２Ａと平面部３２Ｂとを繋ぐコーナ部３２Ｃを内周縁２４Ａより大径の断面円弧状の凹面に形成したことによって、弁体３１と弁座２４との間隙における圧力が、等幅部Ｓ１から縮幅部Ｓ２へ移るにつれて徐々に低下するから、縮幅部Ｓ２周辺でのキャビテーションの発生が一層抑制されるし、弁体３１が弁孔２５側へ過剰に引き込まれることを起因とする弁体３１の振動も一層抑制される。従って、閉弁させる際に異音がより発生し難い。
【００４２】
［その他］
尚、シール部材３２の斜面部３２Ａの傾斜角は、弁体３１の中心軸（軸線Ｌ）に対して４５度から６０度の範囲内で設定するのが望ましいが、斜面部３２Ａから平面部３２Ｂへ至るコーナ部３２Ｃより大径の断面円弧状の凹面に形成したものであっても良い。
【００４３】
このものでは、斜面部３２Ａが弁座２４に接触した際、その接触面に対して過剰な負荷がかかり難いから、その接触面の経年的な変形が一層抑制される。従って、弁孔２５の密閉性をより長く維持できる。
【００４４】
上記実施の形態では、本発明の弁のシール構造を有する三方弁１を分流弁として利用する場合を説明したが、第１の流路２１および第２の流路２２へ各別に供給された流体を第３の流路２３へ混合して送り出す混合弁としても利用可能である。
【００４５】
また、本発明の弁のシール構造は、上記実施の形態で説明した三方弁に限らず、一経路の流量を調整するための流量調整弁や、流量調整機能を有しない単なる開閉弁にも適用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１０・・・ケーシング
２４・・・弁座
２４Ａ・・・弁座の内周縁
２４Ｂ・・・弁座の座面
２５・・・弁孔
３１・・・弁体
３２・・・シール部材
３２Ａ・・・シール部材の斜面部
３２Ｂ・・・シール部材の平面部
Ｌ・・・軸線
【図１】
0005369136.tif 000002
【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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