JP4842862B2

JP4842862B2 - 逆止弁

Info

Publication number: JP4842862B2
Application number: JP2007064679A
Authority: JP
Inventors: 忠顕池田; 直樹日下; 守男金子
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2027-03-14
Also published as: JP2008223927A

Description

本発明は、流体の圧力で弁開状態とし弁体の自重により弁閉状態とする微差圧作動型の逆止弁に関する。

従来、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、サイクルの回路を構成する要素として逆止弁が多用されている。逆止弁には、流体の順方向の流れによって弁開状態となって流路を形成し、逆方向の流れによって弁閉状態として流路を閉止することを目的とするものであり、一般的に、弁閉状態を確実にすることと設置姿勢の自由度を確保するために、弁体をバネで付勢するようにしたものと、弁開時の弁開圧力損失を小さくするために弁体を付勢するバネをなくし弁体の自重により弁閉状態とする“微差圧作動型”のものとがある。近年、環境への配慮や省エネ、及び低騒音化の要求が多く、“微差圧作動型”の逆止弁が使用される傾向にある。この“微差圧作動型”の差圧弁として例えば下記特許文献１に開示されたものがある。
特開平８−６１５３２号公報

しかしながら、“微差圧作動型”の逆止弁の場合、以下のような問題点がある。微差圧で作動することから、弁体の挙動が不安定で異音が発生し易いという問題がある。また、弁体の質量が軽いことから、弁体がホルダ等に貼り付いたり急激に剥がれるような不特定な動作（スティック的動作）をして、全開時にストッパ等に当接する際に衝撃音が発生し易い。

なお、弁閉状態での液漏れ防止等を確保するためのバネ等の手段を用いていないことから、自重だけでも確実に弁閉状態を確保するために、弁体や弁座等に高い加工精度あるいは仕上精度が要求されたり、弁体の材質の選定に難しさがある。加工精度あるいは仕上精度を確保するため弁体の材質を樹脂とした場合、冷媒や冷凍機油の影響による膨潤／収縮などに対して耐久的な配慮が必要である。さらに、弁全開時の圧力損失を少なくするために、接続配管サイズと同等の弁口径で逆止弁を設計する必要がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、安定動作により静音性が得られる微差圧作動型の逆止弁を提供することを課題とする。

請求項１の逆止弁は、導入口と導出口を有する管体内に弁座部と弁体と備えた逆止弁であって、当該逆止弁を前記導入口を下方にした状態として、該導入口からの流体の流れにより前記弁体を前記弁座部から離座させて弁開状態とし、該導入口からの流体の流れの減少により前記弁体の自重により該弁体を前記弁座部に着座、あるいは導出口からの流れにより前記弁体を前記弁座部に着座させて弁閉状態とする逆止弁において、前記弁体の重心を、該弁体の移動方向となる中心軸から偏芯させたことを特徴とする。

請求項１の逆止弁は、弁体の重心が該弁体の移動方向の中心軸から偏芯しているので、流体の圧力により弁体が上昇するとき、弁体が水平軸に対して回転しようとし、例えばホルダ部に確実に接触した状態で摺動させることができる。したがって、弁体に対して流体の流れに応じた僅かな摩擦力が作用して、安定した適度な負荷を加えることができ、スムースに移動する。また、弁体がホルダ部等に対して非対称な位置関係で摺動するので振動等が生じにくく同じ姿勢で移動し、安定した動作となる。

請求項２の逆止弁は、請求項１に記載の逆止弁であって、前記弁体に凹部または凸部を形成することにより当該弁体の重心を前記中心軸から偏芯させたことを特徴とする。

請求項３の逆止弁は、請求項１または２に記載の逆止弁であって、前記管体の内側に配置され前記弁体を前記弁座部に対する着座位置と全開位置との間で保持するホルダ部を備え、前記ホルダ部は、前記弁体の全開位置の微小範囲で当該弁体に対して着座方向に弾性力を付与する弾性ストッパ部を有することを特徴とする。

請求項４の逆止弁は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の逆止弁であって、前記弁座部は前記弁体により開閉される部分として円形の開孔を有するとともに、前記弁体の前記弁座側端部に円錐台形の台形部を有し、該弁体が該弁座部に着座するときに、該台形部の側面が該弁座部の開孔の内周縁部に当接するようにしたことを特徴とする。すなわち、円錐台形とは、円形の径の大きな底面と、円形の径の小さな上面と、該底面から上面まで傾斜した円錐の一部となる側面を有する形状である。そして、前記台形部の円錐台形における底面の直径が、弁座部の開孔の直径より大きく、該台形部の円錐台形における上面の直径が、弁座部の開孔の直径より小さく形成されている。

請求項１の逆止弁によれば、流体の圧力により弁体が上昇するとき、弁体がスムースに移動し、安定動作により、異音や衝撃音などがし難く、静音性が得られる。

請求項２の逆止弁によれば、請求項１の効果に加えて、簡単な構造で弁体の重心を偏芯させることができる。

請求項３の逆止弁によれば、請求項１または２の効果に加えて、全開時にストッパ部に当接しても衝撃音がし難い。

請求項４の逆止弁によれば、請求項１、２または３の効果に加えて、加工精度を確保するため弁体の材質を樹脂としても、台形部の弁座部材に対する調芯作用により、弁体を精度良く弁座部材に着座させることができる。また、使用状態における初期的なシール性を台形部で確保することができる。

次に、本発明の逆止弁の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の説明における「上下」の概念は図面における上下に対応する。図１は実施形態の逆止弁１０を示す図であり、図１(A) は縦断面、図１(B) は図１(A) のＡ−Ａ断面、図１(C) は図１(A) のＢ−Ｂ断面を示す。逆止弁１０は、「管体」としての本体継手１と、「弁座部」としての弁座部材２、弁体３及び「ホルダ部」としてのホルダ部材４を備えている。本体継手１は、円筒形のストレート管の両側を縮管して径の小さな導入口１１と導出口１２を形成するとともに、その中央部に径の大きな弁室１３を形成したものである。弁座部材２は弁室１３内で導入口１１側に固着され、弁室１３の内面と弁座部材２との間はＯリング２ａにより封止されている。弁体３は弁座部材２に対して導出口１２側に配設され、この弁体３はホルダ部材４により弁座部材２の上部で所定の距離だけ上下動可能なように保持されている。

図２は弁座部材２、弁体３及びホルダ部材４の詳細を示す分解側面図であり、弁座部材２及びホルダ部材４は縦断面を示し、弁体３は一部破断面を示している。弁座部材２には、円筒形で貫通孔状の弁ポート２１が形成されており、この弁ポート２１の内径Ｄｓは本体継手１の導入口１１の内径と略同径となっている。また、弁ポート２１の弁体３側の開口部の周囲は弁座面２２とされている。すなわち、弁ポート２１の内径Ｄｓは、この弁座面２２の内側の開口部の径（シート径）Ｄｓでもある。また、弁座部材２の外周には係止溝２３が形成されている。

弁体３は合成樹脂により形成された略円柱形状の部材であり、この弁体３の弁座部材２側には、該弁体３の外周の径Ｄｖよりも僅かに小さな径Ｄｅを有する段差部３１が形成され、さらにこの段差部３１の弁座部材２側には円錐台形の台形部３２が形成されている。台形部３２の底面の径Ｄｎは段差部３１の径Ｄｅより小さく、この台形部３２の側面は第１シール面３２ａとなっている。また、台形部３２より外側で段差部３１の弁座部材側の面は第２シール面３１ａとなっている。なお、台形部３２の底面の径Ｄｎは前記シート径Ｄｓより僅かに大きくなっている。さらに、弁体３は弁座部材２と反対側には凹部３３が形成されている。なお、この凹部３３の詳細については後述する。

ホルダ部材４は、台部４１から４つの脚部４２を並行に延設した五徳状の形状をしており、脚部４２の各々の先端に折曲部４２ａが形成されている。また、４つの脚部４２のそれぞれが対向する内側部には円弧面を僅かに突出させた突条部４２ｂが形成されている。なお、対向する突条部４２ｂ，４２ｂの対向間隔（ホルダ内径）Ｄｈは弁体３の外周の径Ｄｖより僅かに大きく、ホルダ部材４と弁体３との間にはクリアランスが設けられている。また、台部４１の内側には、脚部４２の間に４つのストッパ部４３が折曲形成されており、このストッパ部４３の端部には中心軸Ｌ側に折り曲げた弾性片４３ａが形成されている。弾性片４３ａは、その付け根から中心軸Ｌ方向にかけて弁座部材２側に僅かに傾斜し、先端部は台部４１側に折り曲げられている。なお、このホルダ部材４は金属板の打ち抜き及び曲げ加工により形成されており、詳細構造部は弾性を有している。

以上の構成により、弁体３をホルダ部材４の４つの脚部４２の間に配設し、各脚部４２の折曲部４２ａの先端を、弁座部材２の係止溝２３に係止させることにより、弁座部材２、弁体３及びホルダ部材４が組み付けられる。そして、この弁座部材２、弁体３及びホルダ部材４のアッセンブリが本体継手１内に挿入され、弁座部材２及びホルダ部材４を本体継手１に固着することで逆止弁１０が構成されている。なお、組み付け手順の詳細は以下のとおりである。まず、本体継手１は導入口１１側だけを縮管し、導出口１２となる側から上記アッセンブリを挿入する。次に、脚部４２の折曲部４２ａと約４５°ずらした位置で本体継手１の周囲４箇所をポンチによりカシメることにより、弁座部材２（及びホルダ部材４）を本体継手１に固着する。その後、本体継手１の他方を縮管して導出口１２を形成する。

次に動作を説明する。弁体３は、その外周面をホルダ部材４の突条部４２ｂに摺接し、該ホルダ部材４により弁開閉方向（図１の上下方向）の移動を案内される。本体継手１の導入口１１から冷媒（流体）の流入が無ければ、弁体３はその自重により弁座部材２に着座し、台形部３２の下端を弁座部材２の弁ポート２１内にして該弁ポート２１を閉じる（弁閉状態）。また、導出口１２から冷媒が流入する場合も、弁体３は弁座部材２に着座して弁ポート２１を閉じる。導入口１１から冷媒が流入すると、弁ポート２１内の冷媒の圧力が弁体３の上部空間の圧力より高くなる。そして、両圧力の差圧による力が弁体３の自重を上回ると、弁体３はホルダ部材４の突条部４２ｂに摺接して上昇する。

弁体３が上昇すると、弁体３の上面３Ａがストッパ部４３の弾性片４３ａに当接し、弁体３は図１の二点差線の位置となる。冷媒が急激的に流入したときは、図５(A) の一部拡大図に示すように、先ず弁体３の上面３Ａが弾性片４３ａの先端に当接して、瞬時に図５(B) のように弾性片４３ａが弾性変形する。そして、この弾性変形により衝撃が吸収されて、さらに図５(A) の状態になる。この図５(A) の弁体３の位置が「全開位置」であり、図５(A) から図５(B) まで弁体３が変位する範囲が「全開位置の微小範囲」である。このように、弁体３の衝撃が弾性片４３ａにより吸収されるので、異音の発生が低減される。なお、冷媒の流れが停止すると、弁体３は自重により下降して弁座部材２に着座し、図１の閉弁状態となる。

ここで、弁体３の台形部３２の底面の径Ｄｎはシート径Ｄｓより僅かに大きいので、弁体３が着座したとき（弁閉状態）、台形部３２の第１シール面３２ａ（側面）が弁座面２２の内側の開口部に当接する。また、第１シール面３２ａはテーパ面（円錐面）となっているので、この台形部３２は弁体３の弁座部材２に対する調芯作用を呈し、弁体３が精度良く弁座部材２に着座する。この作用は、当該逆止弁１０の使用状態における初期的なシール性を確保するが、経年変化によりこの台形部３２が変形しても、段差部３１の第２シール面３１ａと弁座部材２の弁座面２２とによりシール性が確保される。

さらに、段差部３１の径Ｄｅは弁体３の外周の径Ｄｖより僅かに小さな量δ×２だけ小さくなっている。これは、第２シール面３１ａが弁座面２２に当接する動作を繰り返し、経年変化によりこの段差部３１が変形し、例えばその変形により段差部３１が外側に膨出しても、その膨出部分が上記の差δにより吸収され、膨出部分がホルダ部材４に接触するのを防止することができる。これにより、動作回数による変形があっても弁体３のスムースな動作を維持することができる。

図３は弁体３の凹部３３の構造と作用を示す図である。なお、図３(B) は図３(A) のＣ−Ｃ斜視断面を示している。凹部３３は弁体３の上面３Ａから穿たれ、水平断面形状が略半円の形状となっている。半円の中心は弁体３の中心軸Ｌと一致していおり、凹部３３の容積は弁体３の片側にずれている。これにより、弁体３の重心Ｇは弁体３の移動方向（中心軸Ｌ）からεだけ偏芯している。

このため、流体の圧力により弁体３が上昇するとき、弁体３は図３(C) の矢印のように回転しようとし、ホルダ部材の両側の脚部４２，４２に確実に接触してこの脚部４２，４２から摩擦力を受ける。また、このときの弁体３が回転可能な角度はクリアランスで規定される僅かな角度であり、脚部４２，４２から受ける摩擦力は僅かである。さらに、この僅かな力の範囲で流体の圧力に応じた大きさとなり、この摩擦力は弁体３の上昇移動に対して安定した適度な負荷となる。これにより弁体３はスムースに上昇する。さらに、弁体３はホルダ部材４（脚部４２，４２）に対して非対称な位置関係で摺動するので、振動等も生じ難く同じ姿勢で上昇するので安定した動作となる。

なお、図１(C) に示すように、凹部３３はストッパ部４３の弾性片４３ａと干渉しない位置に形成されており、弁体３が前記のように全開位置となったときに、弾性片４３ａはこの凹部３３の影響を受けることなく、弁体３を確実に停止させることができる。

以上の例では凹部３３を弁体３の上面に形成しているが、図４のように、凹部３３′を弁体３の台形部３２側に形成してもよく、この場合は、台形部３２の側面である第１シール面３２ａに掛からないようにする。

また、弁体３の重心を偏芯させるには凹部を形成するものに限らず、弁体３の形状が中心軸Ｌに対して対称とならないように凸部を形成するようにしてもよい。また、中心軸Ｌからずれた位置に弁体３の本体材料よりも重い物質あるいは軽い物体を、中心軸Ｌからずれた位置に埋設するようにしてもよい。この場合にはこれらの物体を弁体３の本体と共にインサー形成等により形成すればよい。

なお、以上の実施形態における弁体３は台形部３２を形成するようにしているが、例えば図６に示すように、台形部３２の無い段差部３１′だけを形成した弁体３′に本発明の重心を偏芯させる技術を適用するようにしてもよい。

本発明の実施形態の逆止弁を示す図である。実施形態の逆止弁における弁座部材、弁体及びホルダ部材の詳細を示す分解側面図である。実施形態の逆止弁における弁体の凹部の構造と作用を示す図である。実施形態の逆止弁における凹部の他の例を示す図である。実施形態の逆止弁におけるストッパ部の作用を示す図である。実施形態の逆止弁における弁体の他の例を示す図である。

符号の説明

１本体継手（管体）
２弁座部材（弁座部）
３弁体
４ホルダ部材（ホルダ部）
１０逆止弁
１１導入口
１２導出口
３２台形部
３２ａ第１シール面
３３凹部
４３ストッパ部
４３ａ弾性片
Ｌ中心軸

Claims

導入口と導出口を有する管体内に弁座部と弁体と備えた逆止弁であって、当該逆止弁を前記導入口を下方にした状態として、該導入口からの流体の流れにより前記弁体を前記弁座部から離座させて弁開状態とし、該導入口からの流体の流れの減少により前記弁体の自重により該弁体を前記弁座部に着座、あるいは導出口からの流れにより前記弁体を前記弁座部に着座させて弁閉状態とする逆止弁において、
前記弁体の重心を、該弁体の移動方向となる中心軸から偏芯させたことを特徴とする逆止弁。
前記弁体に凹部または凸部を形成することにより当該弁体の重心を前記中心軸から偏芯させたことを特徴とする請求項１に記載の逆止弁。
前記管体の内側に配置され前記弁体を前記弁座部に対する着座位置と全開位置との間で保持するホルダ部を備え、
前記ホルダ部は、前記弁体の全開位置の微小範囲で当該弁体に対して着座方向に弾性力を付与する弾性ストッパ部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の逆止弁。
前記弁座部は前記弁体により開閉される部分として円形の開孔を有するとともに、前記弁体の前記弁座側端部に円錐台形の台形部を有し、
該弁体が該弁座部に着座するときに、該台形部の側面が該弁座部の開孔の内周縁部に当接するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の逆止弁。