(57)【要約】  【課題】弁を閉じる際の振動の発生を防止することが可能な弁を提供する。  【解決手段】本実施形態に係る弁１は、内筒１１と、内筒１１を取り囲む外筒１３とを有し、内筒１１の内側に内側流路１５、内筒１１と外筒１３との間に外側流路１６が形成された弁箱１０と、内筒１１内を軸方向に往復動することで、内側流路１５と外側流路１６との連通を切り換えるピストン４０と、を備え、弁箱１０は、内筒１１内から突出したピストン４０の外周面と接触して内側流路１５と外側流路１６とを遮断する環状パッキン３０と、環状パッキン３０よりも内筒１１側に設置され、内筒１１内から突出するピストン４０の外周面に環状パッキン３０よりも先に接触すると共に、内側流路１５と外側流路１６とを完全には遮断しない環状補助パッキン３３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内筒と、前記内筒を取り囲む外筒とを有し、前記内筒の内側に内側流路、前記内筒と前記外筒との間に外側流路が形成された弁箱と、
前記内筒内を軸方向に往復動することで、前記内側流路と前記外側流路との連通を切り換えるピストンと、を備え、
前記弁箱は、
前記内筒内から突出した前記ピストンの外周面と接触して前記内側流路と前記外側流路とを遮断する環状パッキンと、
前記環状パッキンよりも前記内筒側に設置され、前記内筒内から突出する前記ピストンの外周面に前記環状パッキンよりも先に接触すると共に、前記内側流路と前記外側流路とを完全には遮断しない環状補助パッキンと、を備えることを特徴とする弁。
【請求項２】
前記環状補助パッキンは、前記ピストンの外周面と接触する内周縁に複数の切り込みが形成されていることを特徴とする請求項１記載の弁。
【請求項３】
前記切り込みがスリットであり、前記環状補助パッキンは、射出成形により前記スリットを含めて一体成形されることを特徴とする請求項２記載の弁。
【請求項４】
前記環状パッキンの内径は、前記内筒の外径よりも小さく、前記環状パッキンの内径は、前記内筒の外径と同じに形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の弁。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の弁を複数備える流体処理装置であって、
前記弁箱は、隣り合う前記弁同士を水密状体で接続するために弁箱本体に対して着脱可能な仕切プレートを備えることを特徴とする流体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路の開閉や切り替えに用いられる弁と、これを用いた流体処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から流路の開閉や切り替えのために多数の弁が供給されており、弁箱内で弁体としてのピストンを上下動させて弁の開閉を行う構成が広く知られている。ところで、本出願人は、上記構成の弁や、この弁を複数積み重ねて組み合わせることで、多様な処理フローに対応することのできる流体処理装置を下記特許文献１に開示している。
【０００３】
特許文献１においては、上昇するピストンの外周面が仕切プレート側の環状のパッキンと接触することで、弁が閉じられるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６０１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の弁では、水圧のかかった流路を閉じる際に、弁体が僅かな開閉を繰り返すことによる振動が発生する場合があり、振動音や配管への影響等が懸念されている。このような現象は、弁体がゆっくりと往復動する弁において、しばしば観察される。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、弁体を閉じる際の振動の発生を防止することが可能な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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る弁は、内筒と、前記内筒を取り囲む外筒とを有し、前記内筒の内側に内側流路、前記内筒と前記外筒との間に外側流路が形成された弁箱と、前記内筒内を軸方向に往復動することで、前記内側流路と前記外側流路との連通を切り換えるピストンと、を備え、前記弁箱は、前記内筒内から突出した前記ピストンの外周面と接触して前記内側流路と前記外側流路とを遮断する環状パッキンと、前記環状パッキンよりも前記内筒側に設置され、前記内筒内から突出する前記ピストンの外周面に前記環状パッキンよりも先に接触すると共に、前記内側流路と前記外側流路とを完全には遮断しない環状補助パッキンと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る流体処理装置は、上記弁を複数備える流体処理装置であって、前記弁箱は、隣り合う前記弁同士を水密状体で接続するために弁箱本体に対して着脱可能な仕切プレートを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る弁によれば、弁体を閉じる際の振動の発生を抑えて、安定した弁の開閉を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る弁の縦断面図である。
【図２】図２は、図１の封止部分の拡大縦断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る弁の斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る補助パッキンの平面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る弁の縦断面図である。
【図６】図６は、図５の封止部分の拡大縦断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態の変形例に係るパッキン部材の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る弁について説明する。まず、図１〜図４を参照しながら、弁の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る弁の縦断面図である。図２は、図１の封止（シール）部分の拡大縦断面図である。
【００１２】
図３は、本実施形態に係る弁の斜視図である。図４は、本実施形態に係る環状補助パッキンの平面図である。図１及び図３に示すように、弁１は、弁箱１０、ピストン４０、及び弁駆動軸５０を備えており、弁体であるピストン４０の上下動により弁１の開閉が行われる。
【００１３】
弁箱１０は、弁箱本体を構成する内部に位置する内筒１１及びこれを取り囲む外筒１３を有しており、内筒１１の内側に内側流路１５が形成され、内筒１１と外筒１３との間の中空部に外側流路１６が形成されている。内筒１１の上端は、外筒１３よりも低くなっており、この内筒１１が存在しない場所が、内側流路１５と外側流路１６とを連通する連通流路１７となっている。
【００１４】
内筒１１の上端近傍の内面側には、Ｏリング１２が設置されている。Ｏリング１２がピストン４０の外周面と接触することで、内筒１１とピストン４０との隙間が封止される。外筒１３の側面には、外側流路１６を弁１の外部と連通させるための連通口１４が形成されている。
【００１５】
また、弁箱１０は、弁箱１０を上下に接続するための仕切プレート２０を備えており、仕切プレート２０は、弁箱本体である外筒１３の上端及び下端に接続される。仕切プレート２０は、外筒１３と略同径の筒体２１、隔壁２３、及びリブ２５を備えている。
【００１６】
図１に示すように、隔壁２３は、径方向の中心に向かうに従って下方へ傾斜した後、水平に延在しており、筒体２１から内筒１１の上方付近まで延在している。なお、隔壁２３には、後述するネジ３２が螺合する雌ネジが形成された複数のネジ受け部が所定の場所に形成されている。
【００１７】
筒体２１の外周面には、上下に二つの環状溝が形成されており、この環状溝にそれぞれＯリング２８，２８が設置されている。下側のＯリング２８は、仕切プレート２０の下側に接続される弁箱１０の外筒１３の内周面に圧接して、筒体２１と外筒１３との間の隙間を封止する。上側のＯリング２８は、仕切プレート２０の上側に接続される弁箱１０の外筒１３の内周面に圧接して、筒体２１と外筒１３との間の隙間を封止する。
【００１８】
また、仕切プレート２０の内周縁部には、ピストン４０の外周面に圧接して、連通流路１７を閉じて、内側流路１５と外側流路１６との連通を遮断するための環状パッキン３０、パッキン押さえ部材３１，３４、ネジ３２、及び補助パッキン３３が設置されている。
【００１９】
環状パッキン３０は、隔壁２３の内周縁下面部分に設置される円環状のゴムパッキンである。環状パッキン３０は、ある程度の厚みを有しており（例えば、5mm）、図２の拡大図に示すように、その内周面は上端から下端に向けて内径が拡大するような斜面になっている。したがって、後述するように下方からピストン４０が上昇してくると、ピストン４０の外周面上端が環状パッキン３０に対して徐々に圧接して、連通流路１７が封止されることになる。
【００２０】
パッキン押さえ部材３１は、樹脂製円環状板であり、環状パッキン３０を挟んだ状態で、複数のネジ３２によって下方から隔壁２３の下面に押し付けられて固定されることで、環状パッキン３０を筒体４１に対して固定する。このため、パッキン押さえ部材３１には、周方向に所定の間隔でネジ３２を通すためのネジ穴が複数形成されている。
【００２１】
ゴム製の環状補助パッキン３３は、パッキン押さえ部材３１の下面側に、上述した環状パッキン３０による封止を補助するために設置されている。図４に示すように、環状補助パッキン３３は、円環板形状であり、この内周縁の全周には、周方向に所定の間隔で多数の切り込み３３１が形成されている。なお、この切り込み３３１は、例えば、環状板のパッキンを一体成形した後に、ウォーターカッターで内周縁部を切断することで形成することができる。
【００２２】
また、環状補助パッキン３３は、パッキン押さえ部材３１，３４と一体にネジ３２によって隔壁２３に対して固定されるため、環状補助パッキン３３には、パッキン押さえ部材３１と同様に、周方向に所定の間隔でネジ３２を通すためのネジ穴３３２が複数形成されている。環状補助パッキン３３の作用の詳細については後述する。
【００２３】
パッキン押さえ部材３４は、金属製の円環板であり、環状補助パッキン３３の下面側に、環状補助パッキン３３をパッキン押さえ部材３１との間に挟んだ状態で固定するために設置される。パッキン押さえ部材３４もネジ３２によって隔壁２３に対して固定されるため、周方向に所定の間隔でネジ３２を通すためのネジ穴が複数形成されている。
【００２４】
ピストン４０は、略円筒形状の筒体４１、ボールキャップ４３、及びボールカバー４４を備え、筒体４１が内筒１１の内側に上下動可能に嵌め込まれている。ピストン４０を上下動させる駆動力を供給するための弁駆動軸（クランクシャフト）５０は、シャフト５１、クランクアーム５４、及びコネクティングロッド５５を備えている。
【００２５】
水平に延在するシャフト５１は、内筒１１及び外筒１３に形成された軸挿通穴を貫通して一端が弁箱１０の外部に突出しており、この一端に駆動源が接続され、弁駆動軸５０が回転駆動される。
【００２６】
シャフト５１は、クランクアーム５４を介して垂直に延在するコネクティングロッド５５に接続されている。そして、シャフト５１が水平軸周りに回転すると、コネクティングロッド５５は、垂直方向において往復動するように構成されており、シャフト５１が一回転すると、コネクティングロッド５５は一往復する。
【００２７】
コネクティングロッド５５の上端には、球形状のボール体５６が一体に形成されており、このボール体５６がピストン４０のボールキャップ４３及びキャップカバー４４によって保持されている。よって、コネクティングロッド５５の上下往復動にしたがって、ピストン４０が上下に往復動することになる。
【００２８】
続いて、ピストン４０の上下動により、弁１が開閉、すなわち、上述した内側流路１５と外側流路１６との連通の切り替えが行われる際の作用について、さらに、図５及び図６を参照しながら説明する。
【００２９】
図５は、本実施形態に係る弁の縦断面図であり、図６は、図５の封止部分の拡大縦断面図である。図１及び図２は、ピストン４０が上昇して、筒体４１の上端がちょうど環状補助パッキン３３に接触した状態を示している。これに対して、図５及び図６は、さらにピストン４０が上昇し、筒体４１の外周面が環状パッキン３０と圧接状態となって、連通流路１７が封止され、内側流路１５と外側流路１６との連通が遮断された状態を示している。
【００３０】
図１に示す状態よりも下方にピストン４０が位置する状態では、内側流路１５と外側流路とが連通しており、連通流路１７を流体が自由に行き来できる。従来の構成の弁では、この連通流路１７が連通している状態から、ピストン４０が上昇して連通流路１７が遮断される際に、ピストン４０の振動が発生する場合があった。
【００３１】
この振動は、以下のような現象によって生じる自励振動であると考えられる。水圧のかかった連通流路を開閉する弁において、弁体が流路を遮断する直前の極小通水面積から、弾性のシール部材（環状パッキン等）が弁体に接触して連通流路が遮断される状態へ移行する際には、それまで微小通水面積を通過していた水が途切れるため、二次側に発生した負圧によりシール部に戻るような水撃が生じる。
【００３２】
この水撃により、弁体に接触したシール部材が弁体から離されてしまい、いったん遮断された連通流路がまた開くことになる。連通流路が開くと、一次側の水圧が高いため、再度一次側の水が連通流路を通って二次側へと流れるようになる。これにより、二次側の負圧が解消して水撃も消滅するため、再度シール部材が弁体に接触して連通流路が遮断される。そうすると、再度二次側に負圧が発生してシール部に戻るような水撃が生じる。
【００３３】
このような現象が繰り返されることで、自励振動が発生すると考えられるが、ゆっくりと弁体が閉まる場合には、このような自励振動が顕著になってしまい、配管等の設備に悪影響を与えるおそれがある。
【００３４】
これに対して、本願発明では、連通流路１７を閉じる際に上昇するピストン４０の外周面と環状パッキン３０よりも先に接触するように、環状パッキン３０よりも内筒１１側に設置された環状補助パッキン３３であって、連通流路１７を完全には遮断しないように内周縁に複数の切り込み３３１が形成された環状補助パッキン３３を設置しているので、上述した自励振動の発生を防止することができる。
【００３５】
すなわち、ピストン４０が上昇して環状パッキン３０と接触して連通流路１７を完全に遮断する前に、ピストン４０（筒体４１）の外周面が環状補助パッキン３３の切り込み３３１が形成された内周縁に接触しながら、ピストン４０が上昇を続ける。
【００３６】
ここで、本実施形態では、筒体４１の外径と環状補助パッキン３３の内径が同じであり、環状パッキン３０の内径は筒体４１の外径よりも小さく構成されている。よって、ピストン４０が環状補助パッキン３３と接触しながら上昇する際には、環状補助パッキン３３に切り込み３３１が形成されていることも加わって、スムーズに上昇することが可能である。
【００３７】
また、ピストン４０と環状補助パッキン３３との接触によっては、連通流路１７は完全に遮断されることなく、切り込み３３１の存在により環状補助パッキン３３の内周縁部と筒体４１の外周面との間に形成される隙間を通じて、僅かながら連通流路１７が連通している。
【００３８】
したがって、内側流路１５から外側流路１６へと水が流れていると想定して、ピストン４０が環状補助パッキン３３と接触を開始すると（図２参照）、連通流路１７の大部分が遮断され、水の流れの大部分は遮断されるが、切り込み３３１近傍の隙間から少量の水が流れ続ける。
【００３９】
さらに、ピストン４０が上昇を続けて、環状パッキン３０へ接触すると（図６参照）、筒体４１の外径よりも内径の小さい環状パッキン３０の内周縁部が外側へ押されるように変形し、筒体４１と環状パッキン３０とが圧接して密着する。これにより、連通流路１７が完全に遮断される。
【００４０】
連通流路１７が完全に遮断されると、水の流れも完全に遮断されるため、従来の弁であれば二次側への負圧発生によって上述した自励振動が発生するが、本実施形態では、環状補助パッキン３３によって二段階に水の流れを遮断することになるため、二次側での急激な圧力変化を抑えることができる。自励振動は、急激に水の流れが遮断されることによる急激な圧力変化によって発生すると考えられるため、本実施形態によれば、このような自励振動の発生を防止することができる。
【００４１】
以上、本実施形態に係る弁１について詳細に説明したが、弁１によれば、水圧がかかっている連通流路１７を閉じる際に、環状補助パッキン３３及び環状パッキン３０により二段階で閉じるようにしているので、弁１を閉じる際の振動の発生を防止することができ、スムーズな弁１の開閉を実現することができる。
【００４２】
続いて、本実施形態に係る弁１を複数接続して構成される流体処理装置について説明する。流体処理装置としては、例えば、陽イオン交換樹脂を用いた硬水軟化装置の他、各種の濾材を用いた濾過装置などの装置が想定される。
【００４３】
仕切プレート２０を介して弁箱１０，１０同士を接続することで、複数の弁１，１を連結することができる。この際、弁１，１間の配管が不要であることから、簡易でコンパクトに連結することができる。また、仕切プレート２０の構成は、上記構成に限らず、所望の構成を採用することができる。したがって、所望の構成の仕切プレートを適宜選択しながら複数の弁１，１を連結することで、所望の処理フローに対応可能な流体処理装置を実現することができる。
【００４４】
次に、上記実施形態に係る弁の変形例について、図７を参照しながら説明する。図７は、上記実施形態の変形例に係るパッキン部材の構成を示す図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａにおける断面図である。本変形例は、上記実施形態におけるパッキン押さえ部材３１，３４と環状補助パッキン３３とを一つのパッキン部材６１によって代替したことを特徴している。
【００４５】
パッキン部材６１は、環状のパッキン押さえ部材６２と環状補助パッキン６３とを備えている。パッキン押さえ部材６２と環状補助パッキン６３の外径は同じであり、内径は、パッキン押さえ部材６２のほうが大きく、環状補助パッキン６３の上面にパッキン押さえ部材６２が載置された構成に一体形成されている。
【００４６】
環状補助パッキン６３は、内周縁の全周に、周方向に所定の間隔で多数のスリット６３１が形成されている。また、上記実施形態と同様に、パッキン押さえ部材６２と環状補助パッキン６３とを貫通するネジ穴６５が形成されている。
【００４７】
パッキン押さえ部材６２の材料としては、例えば、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、環状補助パッキン６３の材料としては、例えば、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）を採用することができる。パッキン部材６１は、射出成形によりパッキン押さえ部材６２と環状補助パッキン６３とを一体に成形しても良いし、パッキン押さえ部材６２と環状補助パッキン６３とを別々に成形してから接着剤により貼り合わせるようにしても良い。
【００４８】
本変形例によれば、上記実施形態と同様の作用効果を奏すると共に、弁を構成する部品点数を減らして低コスト化を実現できる。また、本変形例では、切り込みとして、ある程度の幅（例えば、0.2mm）を有するスリット６３１を採用しているので、環状補助パッキン６３を、スリット６３１を含めて射出成形により一度の工程で成形することが可能となる。
【００４９】
以上、変形例を含めて、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施形態は上述した形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、弁箱本体と仕切プレートとを別体に構成しているが、両者一体の弁箱として構成しても良い。
【００５０】
また、上記実施形態では、環状補助パッキンを一つだけ設置しているが、複数設置するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１          弁
１０        弁箱
１１        内筒
１３        外筒
１４        連通口
１５        内側流路
１６        外側流路
１７        連通流路
２０        仕切プレート
２１        筒体
２３        隔壁
２５        リブ
３０        環状パッキン
３１        パッキン押さえ部材
３２        ネジ
３３        環状補助パッキン
３３１      切り込み
３３２      ネジ穴
３４        パッキン押さえ部材
４０        ピストン
４１        筒体
５０        弁駆動軸
５１        シャフト
５４        クランクアーム
５５        コネクティングロッド
【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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