JP2007092918A - 背圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイヤフラムに固定された弁体をスプリングが付勢する背圧弁において、スプリングの両端面の平行度に関係なく弁体と弁座が均一に当接する背圧弁を提供すること。
【解決手段】 流入路７及び排出路８を有し、前記流入路７に連通した凹部７ｃが形成された弁本体５と、前記凹部７ｃに取付けられたダイヤフラム１０と、前記ダイヤフラム１０に固定された弁体１１と、前記弁本体１１に設けられた弁座６と、前記弁体１１を前記弁座６側に付勢する付勢部材３５とを備え、前記弁体１１が前記弁座６に当接することにより前記流入路７と前記排出路８の間が閉塞され、前記弁体１１が前記弁座６と離間することにより前記流入路７と前記排出路８の間が開放される背圧弁１であって、前記弁体１１と、前記付勢部材３５の移動側端部３５ｂを支持し、前記付勢力を前記弁体１１に伝達する伝達部材３３とが点接触していることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スプリング等の付勢部材で付勢された弁体を有し、弁体が流入路と排出路の接続部に設けられた弁座を開閉することにより、流入路側の流体を排出側に流通させて流入路側の圧力を所定圧とする背圧弁に関する。

従来、背圧弁は、例えば図３の符号１０１に示されるように、流入路１０７と排出路１０８を有する弁本体１０５と、弁本体１０５に取付けられたダイヤフラム１１０と、ダイヤフラム１１０に固定された弁体１１１と、流入路１０７と排出路１０８の接続部に形成された弁座１０６と、スプリング１３５等から構成される付勢部材１３０とを備えており、弁体１１１のシール部１１３が付勢部材１３０によって弁座１０６側に付勢され、弁体１１１のシール部１１３が弁座１０６に当接して流入路１０７と排出路１０８の間を閉塞することにより、流入路１０７側からの流体の流通を遮断して流入路１０７側の流体圧力を維持するとともに、流入路１０７側の圧力が高くなることにより弁本体１０５に形成されたチャンバ（凹部）１０７ｃ内の流体がダイヤフラム１１０のチャンバ側の面を押圧して付勢部材１３０を変形させて、ダイヤフラム１１０に固定された弁体１１１が弁座１０６から離間する方向に移動することで弁体１１１のシール部１１３と弁座１０６のシール部１０６ａの間が開放されて流体が流入路１０７側から排出路１０８側に流通する。
流体が流入路側１０７から排出路側１０８に流通することで流入路１０７側の流体圧力が所定の圧力まで低下すると、ダイヤフラム１１０に生じた流体圧力による変形が付勢部材１３０付勢力により押し戻され、それにともなって、弁体１１１のシール部が弁座１０６のシール部１０６ａに当接して閉塞され、流入路１０７側の流体圧力が維持されるようになっている。

例えば、付勢部材１３０がスプリング１３５の場合では、スプリング１３５の固定側端面１３５ａは固定端側受皿１３２に支持され、移動側端面１３５ｂは移動端側受皿１３３により支持されることになるが、スプリング１３５を製作する際の加工精度によっては、上記両端面１３５ａ、１３５ｂの平行度が必ずしも充分とはいえず、平行度が低い場合に、流入流体圧力がないか、かなり低い状態における保管及び運転休止時には、スプリング１３５の移動側端面１３５ｂを支持する移動端側受皿１３３が、スプリング１３５の伸縮方向に対して垂直とならず、図４（Ａ）に示すように、弁体１１１のシール部１１３が弁座１０６のシール部１０６ａに傾いて当接することになる。

その結果、弁体１１１のシール部１１３と、弁座１１６のシール部１１６ａとの接触が不均一となり、弁体１１１のシール部１１３に生じる食込み変形深さが不均一となり、図４（Ｂ）に示すように背圧弁使用中、流体の排出が始まる際に、食込み変形深さが大きい部分から設定された排出圧力以下で流体が吹き抜けたり、弁体１１１が弁座１０６から離間した状態において、図４（Ｃ）に示すように流体の通過量がシール部１１３とシール部１０６ａの開度によって偏りが生じ、流入路１０７側の流体圧力を正確に排出し難いという問題があった。
一方、付勢部材の伸縮方向が弁体を弁座に対して直進させるために、付勢部材をガイド用の筐体に装着し、その筐体の外周面を、キャップの内周に形成させたガイド孔に挿入させて確実に進退させるようにした構成の背圧弁が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−０４２２９１号公報

しかしながら、スプリングの両端面の平行度を高精度に製作することは、容易でなく製造コストが増大し、特許文献１に記載された背圧弁のように付勢部材を装着するガイド用筐体や、キャップの内周にガイド孔を形成する構成を採用することは加工コストの大幅な増大に繋がるうえ、付勢部材の端面の傾きによる力をガイド面で受けることになり、ガイド面の潤滑管理の必要性や、ガイド面が偏摩耗することによる作動不良を生じる虞がある。そこで、付勢部材の両端面の平行度に関係なく、弁体が弁座に均一に当接可能とされる技術が求められていた。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、ダイヤフラムに固定された弁体をスプリング等の付勢部材が付勢する背圧弁において、付勢部材の両端面の平行度に関係なく弁体と弁座が均一に当接する背圧弁を提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１記載の発明は、流入路及び排出路を有するとともに、前記流入路に連通した凹部が形成された弁本体と、前記凹部の開口部に取付けられたダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに固定された弁体と、前記弁本体に設けられ、前記流入路と前記排出路の接続部に形成された弁座と、前記弁体を前記弁座側に付勢する付勢部材とを備え、前記弁体が前記弁座に当接することにより前記流入路と前記排出路の間が閉塞され、前記弁体が前記弁座と離間することにより前記流入路と前記排出路の間が開放される背圧弁であって、前記弁体と、前記付勢部材の移動側端部を支持し、前記付勢力を前記弁体に伝達する伝達部材とが、点接触していることを特徴とする。

この発明に係る背圧弁によれば、弁体を弁座側に付勢する付勢部材を移動側端面で支持する伝達部材が、ダイヤフラムに固定された弁体と点接触している。そのため、付勢部材の移動側端面と固定側端面との間の平行度が充分でなく傾いていて、付勢部材の移動側端面が弁体の移動方向に対して垂直にならない場合であっても、弁体が付勢部材の移動側端部が進退する方向に移動する。その結果、弁体のシール部と弁座が均一に接触して、弁体のシール部に生じる食込み変形深さが均一となり、弁体シール部と弁座の接触の均一性が維持され、弁体の開閉に際して流体の安定した流通を維持することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の背圧弁であって、前記付勢部材はスプリングとされるとともに、前記伝達部材は前記スプリングの移動側端部を支持する移動端側受皿とされ、かつ該移動端側受皿と前記弁体との間に、一対の凹凸部が形成され、これらが点接触することを特徴とする。

この発明に係る背圧弁によれば、弁体を弁座側に付勢するスプリングの移動側端部の端面を支持する移動端側受皿と前記弁体との間に、一対の凹凸部が形成され、これらが点接触しているので、スプリングの移動側端面と固定側端面との間の平行度が充分でない場合であっても、付勢部材の移動側端部が進退する方向に弁体が移動し、その結果、弁体のシール部と弁座が均一に接触するとともに、弁体の開閉に際して流体の安定した流通を維持することができる。

本発明に係る背圧弁によれば、例えばスプリング等の付勢部材の両端面の平行度が充分でない場合であっても、平行度に関係なく弁体と弁座が均一に当接し、弁体の開閉に際して流体の安定した流通を確保することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る背圧弁を示す図であり、符号１は背圧弁を示している。
背圧弁１は、弁本体５と、弁座６と、ダイヤフラム１０と、弁体１１と、キャップ２０と、付勢部材３０と、付勢部材の移動端部を支持する移動端側受皿（伝達部材）３３とを備えており、弁体１１が、付勢部材３０によって弁座６側に付勢され、弁体１１のシール部１３が弁座６に当接することにより、弁本体５に形成された流入路７と排出路８の間が閉塞され、弁体１１のシール部１３が弁座６と離間することにより流入路７と排出路８の間が開放されるようになっている。
この実施の形態において、付勢部材３０はスプリング３５とされている。

弁本体５は、円筒形状とされ、流体が流入する流入路７と、流体が排出される排出路８とを備えており、円筒形状の一方端には、第１の凹部（凹部）５ａと、第１の凹部５ａの底面に形成され、第１の凹部よりも小径とされた第２の凹部５ｂが形成されている。

流入路７は、弁本体５の外周部に形成された流入口７ａと、流入側接続孔７ｂと、第１の凹部５ａ（凹部）からなるチャンバ７ｃとから構成され、流入口７ａは、流入側接続孔７ｂを介してチャンバ７ｃに連通されている。
排出路８は、排出口８ａと、第１の排出孔８ｂと、第２の凹部５ｂからなる第２の排出孔８ｃと、第３の排出孔８ｄとから構成され、排出口８ａは、第１の排出孔８ｂと、第２の凹部５ｂとを介して、第３の排出孔８ｄに連通されている。
流入口７a及び排出口８aには、例えばネジ等の係合部が形成され、外部の配管等に接続可能とされている。

弁座６は、シール部６ａと、貫通孔６ｂと、外周面６ｃとを備えており、貫通孔６ｂは、第３の排出孔８cを構成している。
弁座６の外周面６ｃは、弁本体５に形成された第２の凹部５ｂの内周面５ｃに密着して嵌挿されるとともに、シール部６ａは、流入路７と排出路８の接続部を構成し、内周面５ｃと弁座６の外周面６ｂとの間を、チャンバ７ｃから第２の排出孔８ｃに流体が流通しないようになっている。

ダイヤフラム１０は、弾力性のある円形平板状の金属板で、平板状の面に垂直な方向に移動自在とされ、中央部に弁体１１が嵌挿される孔が形成されるとともに、外周縁部が弁本体５及びキャップ２０によって挟持されることにより、弁本体５のチャンバ７ｃの開口部を密閉するようになっている。
その結果、チャンバ７ｃ内に流入路７側の流体ＩＮが流入することで流体ＩＮの圧力によって、ダイヤフラム１０が、チャンバ７ｃからスプリング３５側に変形して、弁体１１をスプリング３５側に移動させるようになっている。

弁体１１は、弁体１１のスプリング側に位置する先端に放物体形状、又は球体形状の一部からなる支持凸部１１ａと、シール部１３とを備えており、ダイヤフラム１０の中央に形成された孔に固定され、支持凸部１１ａは、移動端側受皿３３に形成された支持凹部３３ａに揺動自在に点接触するようになっている。この明細書において、点接触とは、幾何学上定義される面積を有しない点に限られず、凸部と凹部の相対的な大きさ、配置等に基づいて、凸部と凹部とが揺動可能に接触する概念をさしている。

固定部材１４は、ダイヤフラム１０の板面に対して、弁体１１を垂直に固定するための部材であって、ダイヤフラム１０のスプリング３５側の面に接する第１の壁部１４ａと、第１の壁部１４ａの中央部に形成され、弁体１１をダイヤフラム１０に対して垂直に保持する孔１４ｂを備えており、孔１４ｂに弁体１１が嵌挿されることで、変形をしていない時のダイヤフラム１０の板面に垂直に弁体１１が変位自在とされている。

キャップ２０は、スプリング３５を収納する凹部２１を備えており、凹部２１は、小径部２１ａと開口部近傍の大径部２１ｂとから構成され、大径部２１ｂと小径部２１ａの間の段差部にはキャップの軸線に対して垂直な端面２１ｃが形成されている。
キャップ２０の天面中央部には、キャップの軸線と同心に雌ネジが形成され、その雌ネジにスプリング調整部材４０が螺合され、スプリング調整部材４０を回動することによってスプリング３５の付勢力を変化させて、流入路７側の流体ＩＮによって背圧弁１が作動する流体圧力を調整可能としている。

固定端受皿３２は、小径凸部と、円錐形状の凹部３２ａを備えた略多段円筒形状とされ、小径凸部にはスプリング３５の固定端の内周が配置され、凹部３２ａを、スプリング調整部材４０の凸部４０ａが支持するように構成されている。
円錐形状の凹部３２ａと、スプリング調整部材４０の凸部４０ａとは、点接触するようになっており、相互に揺動自在とされている。

移動端側受皿３３は、略多段円筒形状とされ、小径凸部３３ｂにスプリング３５の移動端の内周が配置され、移動端側受皿３３の弁体１１側の面には、弁体１１の支持凸部１１ａと点接触可能な凹部３３ａが形成され、スプリング３５の移動端側を、弁体１１により揺動可能に支持している。
その結果、スプリング３５の固定側端面３５ａと移動側端面３５ｂの平行度に関係なく、スプリング３５の伸縮方向が弁体１１の移動方向と一致するようになっている。

スプリング３５は、固定側端面３５ａと、移動側端面３５ｂとを備えており、凹部２１内に、固定側端面３５ａをキャップ２０の天面側として収納され、固定側端面３５ａが固定端受皿３２によって支持されるとともに、移動側端面３５ｂが移動端受皿３３の支持凹部３３ａが弁体１１の支持凸部１１ａによって支持されている。
また、スプリング３５は、圧縮状態とされることで弁体１１を弁座６側に付勢しており、チャンバ７ｃ内の流体ＩＮの圧力が上昇し、チャンバ７ｃからダイヤフラム１０に与えられたスプリング３５側への力によって、圧縮されるように構成されている。

次に、上記構成の背圧弁１の作用について説明する。
まず、流入路７側の流体ＩＮの圧力が所定の値以下の場合には、チャンバ７ｃ内の流体ＩＮがダイヤフラム１０に与える力がスプリングの付勢力以下とされ、スプリング３５の付勢力によってダイヤフラム１０が弁座６側に付勢され、それにともなって弁体１１のシール部１３が弁座６のシール部６ａと密着されるので、流入路７と排出路８の間が閉塞されている。

つぎに、流入路７側の流体ＩＮの圧力が所定の値以上に上昇すると、チャンバ７ｃ内の流体ＩＮがダイヤフラム１０に与える力がスプリング３５の付勢力よりも大きくなり、ダイヤフラム１０に与えられた力によってスプリング３５が圧縮されるとともにダイヤフラム１０がスプリング３５側に変形する。それにともなって弁体１１のシール部１３が弁座６のシール部６ａから離間し、流入路７と排出路８の間が開放される。その結果、流体ＩＮが流入路７側から排出路８側に流入して、上昇した流入路７側の流体ＩＮの圧力が低下する。

流入路７側の流体ＩＮが流入路７から排出路８に流通すると、流入路７側の流体ＩＮの圧力が低下し、流入路７側の流体ＩＮの圧力が所定の圧力まで低下すると、ダイヤフラム１０をスプリング３５側に押圧する力が小さくなり、ダイヤフラム１０に生じていた変形がスプリング３５の付勢力に押し戻される。それにともなって、弁体１１のシール部１３が弁座６のシール部６ａと密着して、流入路７と排出路８の間が閉塞され、流入路７側の流体ＩＮの圧力を維持するようになっている。

その結果、図２（Ａ）に示すように、弁体１１のシール部１３と、弁座６のシール部６ａとは均一に密着し、また、図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、弁体１１と弁座６の開閉度合に関係なく、弁体１１のシール部１３と弁座６のシール部６ａの離間距離が均一となり、流体の安定した流通と背圧弁１の正確な作動が確保される。

上記第１の実施形態の背圧弁１によれば、スプリング３５の移動側端面３５ｂを支持している移動端側受皿３３と弁体１１の凸部１１ａが、スプリング受皿３３の凹部３３ａと点接触により支持されているため、スプリング３５の固定側端面３５ａと移動側端面３５ｂの相互の平行度に関わらず、スプリング３５の付勢力が弁体１１の進退方向に伝達され、弁体１１のシール部１３のシール面がスプリング３５の移動側端部が進退する方向に対して垂直に維持される。

その結果、スプリング３５の固定側端面３５ａと移動側端面３５ｂとの相互の平行度に関係なく、弁体１１のシール部１３と、弁座６のシール部６ａとの均一な接触が維持され、弁体１１の開閉に際して流体の安定した流通を維持することができる。
したがって、弁体１１が弁座６から離間する場合に、弁体１１と弁座６のシール部の偏ったシールが抑制され、流体ＩＮが排出路８側へ設定された排出圧力以下で吹き抜けることが抑制され、また、弁体１１の開閉に際して流体ＩＮの排出路８への安定した流通を維持することができる。
また、弁体１１のシール部１３が、弁座６に均一に接触するので、シール部１３の食込み変形深さが均一となり、変形や摩耗の偏りが抑制されることにより、シール部１３の寿命を延長することができる。

なお、この発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
上記実施の形態においては、移動端側受け皿３３の弁体１１側の面に凹部３３ａが形成され、弁体１１の先端に支持凸部１１ａが形成される場合について説明したが、移動端側受け皿３３に凸部が形成され、弁体１１に凹部が形成される構成としてもよい。
また、弁体１１の支持凸部１１ａが放物体形状、又は球体形状の一部からなる場合について説明したが、円錐形状や、揺動自在な他の形状を用いてもよい。

また、背圧弁１で使用可能な流体としては、窒素、アルゴン等の不活性ガス、水素、メタン、エチレン等の可燃性ガス、酸素等の支燃性ガス、塩素、二酸化硫黄等の腐食性ガスをはじめとする気体のほか、水、酸又はアルカリを含有する液体等、種々の流体を対象とすることができる。

上記実施の形態においては、付勢部材３０がスプリング３５により構成される場合について説明したが、付勢部材３０については、円すい形等の他のコイルバネ、たけのこバネ、皿バネ、樹脂で形成された弾性体等、伸縮方向の両側に端面を有するものであれば、種々の構成のものに適用可能である。

ダイヤフラム１０については、金属製の円板で構成された場合について説明したが、材質に関して、ステンレス鋼をはじめとする金属の他、ゴム膜や、合成樹脂膜等の弾力性を有する他の材質を用いることが可能であり、さらに、形状に関して、円板形状の平板に限定されず、例えば弁体１１を中心として環状リブが形成されている場合や、あるいは球面等、立体的形状の一部を用いてダイヤフラム１０が構成されてもよい。

本発明の一実施の形態を示す全体断面図である。 本発明の一実施の形態における弁体の動作を示す図である。 従来の背圧弁を示す全体断面図である。 従来の背圧弁の弁体の動作を示す図である。

符号の説明

１ 背圧弁
６ 弁座
７ 流入路
８ 排出路
１０ ダイヤフラム
１１ 弁体
１１ａ 支持凸部（凸部）
１３ シール部
３０ 付勢部材
３３ 移動端側受皿（伝達部材）
３３ａ 凹部
３５ スプリング（付勢部材）

Claims (2)

1. 流入路及び排出路を有するとともに、前記流入路に連通した凹部が形成された弁本体と、前記凹部の開口部に取付けられたダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに固定された弁体と、前記弁本体に設けられ、前記流入路と前記排出路の接続部に形成された弁座と、前記弁体を前記弁座側に付勢する付勢部材とを備え、前記弁体が前記弁座に当接することにより前記流入路と前記排出路の間が閉塞され、前記弁体が前記弁座と離間することにより前記流入路と前記排出路の間が開放される背圧弁であって、
   前記弁体と、前記付勢部材の移動側端部を支持し、前記付勢力を前記弁体に伝達する伝達部材とが、点接触していることを特徴とする背圧弁。
2. 請求項１記載の背圧弁であって、
   前記付勢部材はスプリングとされるとともに、前記伝達部材は前記スプリングの移動側端部を支持する移動端側受皿とされ、かつ該移動端側受皿と前記弁体との間に、一対の凹凸部が形成され、これらが点接触することを特徴とする背圧弁。
   
   

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