JP6558300B2 - バルブ構造 - Google Patents

Description

本発明は、バルブ構造に関する。

下記特許文献１に記載された凍結破壊防止弁は、凍結の際に体積膨張した分の水を外部へ排水するリリーフ弁を備える。

下記特許文献２に記載された弁装置は、一次側と二次側の境界に位置する弁孔を貫通して軸方向に摺動する弁ロッドと、弁ロッドの一端に取り付けられ、弁孔に形成された弁座に接離可能に対向された弁体の接近方向へ付勢するリリーフスプリングとを備え、一次側圧力が弁体に及ぼす力がリリーフスプリングの荷重以上となると、開弁して一次側から二次側へ圧力を逃がす。

実公昭５８−４５３４４号公報 特開２０１２−７３７６７号公報

特許文献１に記載された凍結破壊防止弁では、凍結の際に体積膨張した分の水をリリーフ弁から外部へ排水する。リリーフ弁の周辺部品へ水が掛かることを防止するために、排水を排水口へ導くための部品が必要となる。また、一次側の過大圧力を逃がすリリーフ弁と、二次側の過大圧力を逃がすリリーフ弁とが別々であるので、部品点数が多くなるとともに、弁が大型化する。

特許文献２に記載された弁装置では、一次側から二次側へ圧力を逃がすことしかできないので、二次側の凍結による過大圧力が発生したとき、二次側の圧力を逃がすことができず、流路部品の破壊を防止できない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、小型かつ部品点数の少ない構成で、一次側から二次側への方向と、二次側から一次側への方向との双方向に過大圧力を逃がすことのできるバルブ構造を提供することを目的とする。

本発明に係るバルブ構造は、一端が一次側に連通し、他端が二次側に連通する主流路を有する本体と、主流路の内部で移動可能であり、主流路の内部を一次側の空間と二次側の空間とに隔てる弁体と、主流路と弁体との隙間を封止するシール部材と、弁体を付勢する第一付勢手段と、弁体を第一付勢手段と反対の方向へ付勢する第二付勢手段と、を備え、弁体は、入口及び出口を有する第一通路と、入口及び出口を有する第二通路とを備え、弁体が中立位置にあるときには、第一通路の入口及び出口が一次側の空間に連通するとともに第二通路の入口及び出口が二次側の空間に連通し、一次側に過大圧力が発生することで弁体が移動したときには、第一通路の入口が一次側の空間に連通するとともに第一通路の出口が二次側の空間に連通し、二次側に過大圧力が発生することで弁体が移動したときには、第二通路の入口が二次側の空間に連通するとともに第二通路の出口が一次側の空間に連通するバルブ構造であって、本体は、開口部を有するハウジングと、開口部を塞ぐ部分を有するキャップとを備え、シール部材は、ハウジングとキャップとの間に保持されるものである。

本発明のバルブ構造によれば、小型かつ部品点数の少ない構成で、一次側から二次側への方向と、二次側から一次側への方向との双方向に過大圧力を逃がすことが可能となる。

実施の形態１のバルブ構造を示す断面図である。 実施の形態１のバルブ構造を示す断面図である。 実施の形態１のバルブ構造を示す断面図である。 実施の形態２のバルブ構造を示す断面図である。 実施の形態２のバルブ構造を示す断面図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。本開示は、以下の各実施の形態で説明する構成のうち、組合わせ可能な構成のあらゆる組合わせを含み得る。

実施の形態１．
図１、図２、及び図３は、実施の形態１のバルブ構造１を示す断面図である。図１に示すように、実施の形態１のバルブ構造１は、本体２、弁体３、シール部材４、第一コイルばね５及び第二コイルばね６を備える。

本体２の内部には、主流路が形成されている。本体２の内部に、弁体３、シール部材４、第一コイルばね５及び第二コイルばね６が収納されている。本体２は、一次側開口部２ａ及び二次側開口部２ｂを備える。本体２の主流路の一端は、一次側開口部２ａを介して一次側流路９に連通し、当該主流路の他端は、二次側開口部２ｂを介して二次側流路１０に連通する。

本体２は、ハウジング７と、キャップ８とを備える。ハウジング７は、一端に底部７ａを有し、他端に開口部７ｂを有する。一次側開口部２ａは、ハウジング７の底部７ａに形成されている。ハウジング７は、底部７ａ側にある小径部７ｃと、開口部７ｂ側にある大径部７ｄとを備える。大径部７ｄの内径は、小径部７ｃの内径より大きい。

キャップ８は、蓋部８ａ及び挿入部８ｂを備える。蓋部８ａは、ハウジング７の開口部７ｂを塞ぐ。二次側開口部２ｂは、蓋部８ａに形成されている。挿入部８ｂは、ハウジング７の大径部７ｄの内側に挿入している。挿入部８ｂの形状は、筒状である。挿入部８ｂの外径は、大径部７ｄの内径と実質的に等しい。挿入部８ｂの内径は、小径部７ｃの内径と実質的に等しい。

バルブ構造１は、以下のようにして組み立てることができる。ハウジング７の開口部７ｂから、弁体３、シール部材４、第一コイルばね５及び第二コイルばね６をハウジング７の内側に組み付ける。その後、キャップ８をハウジング７に装着する。本実施の形態であれば、このようにして、バルブ構造１を容易に組み立てることが可能となる。

弁体３は、本体２の主流路の内部で移動可能である。弁体３の形状は、円柱状でもよい。弁体３は、その軸方向に移動可能である。本体２の主流路の内部は、弁体３により、一次側の空間２ｃと、二次側の空間２ｄとに隔てられている。一次側の空間２ｃは、一次側開口部２ａを介して一次側流路９に連通する。二次側の空間２ｄは、二次側開口部２ｂを介して二次側流路１０に連通する。

弁体３は、第一端面部３ａ、第二端面部３ｂ、及び外周部３ｃを備える。第一端面部３ａは、一次側の空間２ｃに面する。第二端面部３ｂは、二次側の空間２ｄに面する。外周部３ｃの外径は、ハウジング７の小径部７ｃの内径、及びキャップ８の挿入部８ｂの内径に比べて、やや小さい。

シール部材４は、本体２の主流路と弁体３との隙間を封止する。シール部材４は、Ｏリングでもよい。シール部材４の内周部と弁体３の外周部３ｃとが接触する。弁体３が移動するときには、シール部材４に対して弁体３が摺動する。シール部材４は、ハウジング７とキャップ８との間に保持される。ハウジング７の小径部７ｃと大径部７ｄとの境界の段差面と、キャップ８の挿入部８ｂの端面との間にシール部材４が挟まれることでシール部材４が保持される。本実施の形態であれば、このような構成により、簡単な構成でシール部材４を適切な位置に保持できる。

第一コイルばね５は、ハウジング７の底部７ａと、弁体３との間にある。第一コイルばね５は、圧縮された状態になっている。第一コイルばね５は、弁体３をその軸方向（図１中で上方向）に付勢する。第一コイルばね５は、一次側の空間２ｃから二次側の空間２ｄへ向かう方向に、弁体３を付勢する。第一コイルばね５は、弁体３を付勢する第一付勢手段の例である。第一付勢手段は、第一コイルばね５に限られるものではなく、例えば、ゴム部材などの他の弾性部材を用いるものでもよい。

弁体３は、第一コイルばね５を保持する保持部３ｄを備える。保持部３ｄが第一コイルばね５の一端の内側に挿入することで、第一コイルばね５の一端部の径方向の位置ずれを確実に防止できる。

ハウジング７は、第一コイルばね５を保持する保持部７ｅを備える。保持部７ｅが第一コイルばね５の他端の内側に挿入することで、第一コイルばね５の他端部の径方向の位置ずれを確実に防止できる。

第二コイルばね６は、キャップ８の蓋部８ａと、弁体３との間にある。第二コイルばね６は、圧縮された状態になっている。第二コイルばね６は、弁体３をその軸方向（図１中で下方向）に付勢する。第二コイルばね６は、二次側の空間２ｄから一次側の空間２ｃへ向かう方向に、弁体３を付勢する。第二コイルばね６は、第一付勢手段と反対の方向へ弁体３を付勢する第二付勢手段の例である。第二付勢手段は、第二コイルばね６に限られるものではなく、例えば、ゴム部材などの他の弾性部材を用いるものでもよい。

弁体３は、第二コイルばね６を保持する保持部３ｅを備える。保持部３ｅが第二コイルばね６の一端の内側に挿入することで、第二コイルばね６の一端部の径方向の位置ずれを確実に防止できる。

キャップ８は、第二コイルばね６を保持する保持部８ｃを備える。保持部８ｃが第二コイルばね６の他端の内側に挿入することで、第二コイルばね６の他端部の径方向の位置ずれを確実に防止できる。

弁体３は、第一通路３ｆ及び第二通路３ｇを備える。第一通路３ｆ及び第二通路３ｇは、弁体３の内部に形成されている。第一通路３ｆは、入口３ｈ及び出口３ｉを有する。第一通路３ｆの入口３ｈは、第一端面部３ａに開口する。第一通路３ｆの出口３ｉは、外周部３ｃに開口する。第二通路３ｇは、入口３ｊ及び出口３ｋを有する。第二通路３ｇの入口３ｊは、第二端面部３ｂに開口する。第二通路３ｇの出口３ｋは、外周部３ｃに開口する。

本実施の形態であれば、以下の効果が得られる。第一通路３ｆの入口３ｈが第一端面部３ａに開口することで、一次側の空間２ｃの流体が円滑に入口３ｈへ流入できる。第二通路３ｇの入口３ｊが第二端面部３ｂに開口することで、二次側の空間２ｄの流体が円滑に入口３ｊへ流入できる。第一通路３ｆの出口３ｉ及び第二通路３ｇの出口３ｋが外周部３ｃに開口することで、後述するようにして、過大な圧力を第一通路３ｆまたは第二通路３ｇを通して逃がすことが可能となる。弁体３の外周部３ｃにシール部材４が接触することで、弁体３の径方向の位置を適正な位置に確実に保持できる。第一コイルばね５及び第二コイルばね６が弁体３の軸方向に弁体３を付勢することで、弁体３の軸方向の位置を適切に制御できる。

例えば凍結による流体の体積膨張などの原因で、一次側流路９あるいは二次側流路１０に、過大圧力が発生する場合がある。一次側流路９及び二次側流路１０のいずれにも過大圧力が発生していない場合には、弁体３は、図１に示す中立位置にある。弁体３が中立位置にあるときには、以下のようになる。第一通路３ｆの入口３ｈ及び出口３ｉは、いずれも一次側の空間２ｃに連通する。このため、第一通路３ｆに流体は流れない。第二通路３ｇの入口３ｊ及び出口３ｋは、いずれも二次側の空間２ｄに連通する。このため、第二通路３ｇに流体は流れない。一次側流路９と二次側流路１０との間は、弁体３及びシール部材４によって閉じられる。すなわち、バルブ構造１は、一次側流路９と二次側流路１０との間を遮断する。

図２は、一次側流路９に過大圧力が発生することで弁体３が移動したときの状態を示している。一次側流路９に過大圧力が発生すると、以下のようになる。一次側流路９の圧力が一次側開口部２ａを介して一次側の空間２ｃに伝わることで、一次側の空間２ｃの圧力が上昇する。一次側の空間２ｃの圧力と弁体３の受圧面積との積で表される力と第一コイルばね５の付勢力との和が、二次側の空間２ｄの圧力と弁体３の受圧面積との積で表される力と第二コイルばね６の付勢力との和よりも大きくなる結果、弁体３が一次側の空間２ｃから二次側の空間２ｄへ向かう方向に移動する。弁体３が中立位置にあるときに比べて、一次側の空間２ｃは拡大し、二次側の空間２ｄは縮小する。弁体３が移動するにつれて、第一コイルばね５は伸びて付勢力が低下し、第二コイルばね６は縮んで付勢力が増加する。一次側の空間２ｃの圧力と弁体３の受圧面積との積で表される力と第一コイルばね５の付勢力との和と、二次側の空間２ｄの圧力と弁体３の受圧面積との積で表される力と第二コイルばね６の付勢力との和とが釣り合う位置で弁体３が停止する。弁体３の移動により、第一通路３ｆの出口３ｉは、シール部材４との接触部を通過して、二次側の空間２ｄに連通する位置になる。第一通路３ｆの入口３ｈは、一次側の空間２ｃに連通している。一次側の空間２ｃの流体が、入口３ｈから第一通路３ｆに流入し、出口３ｉから二次側の空間２ｄへ流出する。このようにして、一次側流路９から二次側流路１０へ流体が流れることで、一次側流路９の圧力が低下する。一次側流路９に過大圧力が解消されると、第二コイルばね６の付勢力により、弁体３が中立位置へ戻る。

本実施の形態であれば、例えば凍結による流体の体積膨張などの原因で一次側流路９に過大圧力が発生したとき、上記のようにして一次側流路９から二次側流路１０へ圧力を逃がすことができる。このため、流体の体積膨張などによる配管等の破損を確実に抑制できる。

一次側流路９に過大圧力が発生することで弁体３が移動したときには、キャップ８の挿入部８ｂの内壁面、すなわち主流路の内壁面から突出する突起部８ｄと、弁体３の外周部３ｃに形成された突起部３ｍとが接触することで、弁体３の径方向の移動が規制される。これにより、以下の効果が得られる。弁体３が移動したときに、弁体３の外周部３ｃがキャップ８の挿入部８ｂの内壁面に接触することを防止できる。このため、シール部材４に接触する弁体３の外周部３ｃに傷が付くことを確実に防止できる。

図３は、二次側流路１０に過大圧力が発生することで弁体３が移動したときの状態を示している。二次側流路１０に過大圧力が発生すると、以下のようになる。二次側流路１０の圧力が二次側開口部２ｂを介して二次側の空間２ｄに伝わることで、二次側の空間２ｄの圧力が上昇する。二次側の空間２ｄの圧力と弁体３の受圧面積との積で表される力と第二コイルばね６の付勢力との和が、一次側の空間２ｃの圧力と弁体３の受圧面積との積で表される力と第一コイルばね５の付勢力との和よりも大きくなる結果、弁体３が二次側の空間２ｄから一次側の空間２ｃへ向かう方向に移動する。弁体３が中立位置にあるときに比べて、一次側の空間２ｃは縮小し、二次側の空間２ｄは拡大する。弁体３が移動するにつれて、第一コイルばね５は縮んで付勢力が増加し、第二コイルばね６は伸びて付勢力が低下する。一次側の空間２ｃの圧力と弁体３の受圧面積との積で表される力と第一コイルばね５の付勢力との和と、二次側の空間２ｄの圧力と弁体３の受圧面積との積で表される力と第二コイルばね６の付勢力との和とが釣り合う位置で弁体３が停止する。弁体３の移動により、第二通路３ｇの出口３ｋは、シール部材４との接触部を通過して、一次側の空間２ｃに連通する位置になる。第二通路３ｇの入口３ｊは、二次側の空間２ｄに連通している。二次側の空間２ｄの流体が、入口３ｊから第二通路３ｇに流入し、出口３ｋから一次側の空間２ｃへ流出する。このようにして、二次側流路１０から一次側流路９へ流体が流れることで、二次側流路１０の圧力が低下する。二次側流路１０に過大圧力が解消されると、第一コイルばね５の付勢力により、弁体３が中立位置へ戻る。

本実施の形態であれば、例えば凍結による流体の体積膨張などの原因で二次側流路１０に過大圧力が発生したとき、上記のようにして二次側流路１０から一次側流路９へ圧力を逃がすことができる。このため、流体の体積膨張などによる配管等の破損を確実に抑制できる。

二次側流路１０に過大圧力が発生することで弁体３が移動したときには、ハウジング７の小径部７ｃの内壁面、すなわち主流路の内壁面から突出する突起部７ｆと、弁体３の外周部３ｃに形成された突起部３ｎとが接触することで、弁体３の径方向の移動が規制される。これにより、以下の効果が得られる。弁体３が移動したときに、弁体３の外周部３ｃがハウジング７の小径部７ｃの内壁面に接触することを防止できる。このため、シール部材４に接触する弁体３の外周部３ｃに傷が付くことを確実に防止できる。

以上説明した本実施の形態のバルブ構造１によれば、小型かつ部品点数の少ない構成で、一次側流路９から二次側流路１０への方向と、二次側流路１０から一次側流路９への方向との双方向に過大圧力を逃がすことが可能となる。

本実施の形態のバルブ構造１は、一次側流路９の圧力を調整する一次圧力調整弁として用いられてもよい。本実施の形態のバルブ構造１は、二次側流路１０の圧力を調整する二次圧力調整弁として用いられてもよい。本実施の形態のバルブ構造１は、例えば減圧弁または逆止弁のような他の弁（図示省略）に対して並列に接続して用いられてもよい。

実施の形態２．
次に、図４及び図５を参照して、実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分については説明を簡略化または省略する。

図４及び図５は、実施の形態２のバルブ構造１Ａを示す断面図である。図４は、一次側流路９に過大圧力が発生することで弁体３が移動したときの状態を示している。図４に示すように、本実施の形態２のバルブ構造１Ａでは、一次側流路９に過大圧力が発生することで弁体３が移動したときに、弁体３が備える保持部３ｅと、本体２のキャップ８が備える保持部８ｃとが接触することで、弁体３の停止位置が規制される。すなわち、弁体３の保持部３ｅと、キャップ８の保持部８ｃとが接触した位置で、弁体３の軸方向への移動が停止する。これにより、一次側流路９に過大圧力が発生したときの弁体３の位置を適正な位置により確実に位置決めできる。

図５は、二次側流路１０に過大圧力が発生することで弁体３が移動したときの状態を示している。図５に示すように、本実施の形態２のバルブ構造１Ａでは、一次側流路９に過大圧力が発生することで弁体３が移動したときに、弁体３が備える保持部３ｄと、本体２のハウジング７が備える保持部７ｅとが接触することで、弁体３の停止位置が規制される。すなわち、弁体３の保持部３ｄと、ハウジング７の保持部７ｅとが接触した位置で、弁体３の軸方向への移動が停止する。これにより、二次側流路１０に過大圧力が発生したときの弁体３の位置を適正な位置により確実に位置決めできる。

１，１Ａ バルブ構造、 ２ 本体、 ２ａ 一次側開口部、 ２ｂ 二次側開口部、 ２ｃ 一次側の空間、 ２ｄ 二次側の空間、 ３ 弁体、 ３ａ 第一端面部、 ３ｂ 第二端面部、 ３ｃ 外周部、 ３ｄ，３ｅ 保持部、 ３ｆ 第一通路、 ３ｇ 第二通路、 ３ｈ 入口、 ３ｉ 出口、 ３ｊ 入口、 ３ｋ 出口、 ３ｍ，３ｎ 突起部、 ４ シール部材、 ７ ハウジング、 ７ａ 底部、 ７ｂ 開口部、 ７ｃ 小径部、 ７ｄ 大径部、 ７ｅ 保持部、 ７ｆ 突起部、 ８ キャップ、 ８ａ 蓋部、 ８ｂ 挿入部、 ８ｃ 保持部、 ８ｄ 突起部、 ９ 一次側流路、 １０ 二次側流路

Claims (6)

1. 一端が一次側に連通し、他端が二次側に連通する主流路を有する本体と、
   前記主流路の内部で移動可能であり、前記主流路の内部を前記一次側の空間と前記二次側の空間とに隔てる弁体と、
   前記主流路と前記弁体との隙間を封止するシール部材と、
   前記弁体を付勢する第一付勢手段と、
   前記弁体を前記第一付勢手段と反対の方向へ付勢する第二付勢手段と、
   を備え、
   前記弁体は、入口及び出口を有する第一通路と、入口及び出口を有する第二通路とを備え、
   前記弁体が中立位置にあるときには、前記第一通路の前記入口及び前記出口が前記一次側の空間に連通するとともに前記第二通路の前記入口及び前記出口が前記二次側の空間に連通し、
   前記一次側に過大圧力が発生することで前記弁体が移動したときには、前記第一通路の前記入口が前記一次側の空間に連通するとともに前記第一通路の前記出口が前記二次側の空間に連通し、
   前記二次側に過大圧力が発生することで前記弁体が移動したときには、前記第二通路の前記入口が前記二次側の空間に連通するとともに前記第二通路の前記出口が前記一次側の空間に連通するバルブ構造であって、
   前記本体は、開口部を有するハウジングと、前記開口部を塞ぐ部分を有するキャップとを備え、
   前記シール部材は、前記ハウジングと前記キャップとの間に保持されるバルブ構造。
2. 前記弁体は、前記一次側の空間に面する第一端面部と、前記二次側の空間に面する第二端面部と、外周部とを備え、
   前記第一通路の前記入口は、前記第一端面部に開口し、
   前記第二通路の前記入口は、前記第二端面部に開口し、
   前記第一通路の前記出口及び前記第二通路の前記出口は、前記外周部に開口する請求項１に記載のバルブ構造。
3. 前記弁体の前記外周部に前記シール部材が接触し、
   前記第一付勢手段及び前記第二付勢手段は、前記弁体の軸方向に前記弁体を付勢する請求項１または請求項２に記載のバルブ構造。
4. 前記主流路の内壁面から突出する突起部を備え、
   前記一次側または前記二次側に過大圧力が発生することで前記弁体が移動したときに、前記突起部が前記弁体に接触することで前記弁体の径方向の移動が規制される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバルブ構造。
5. 前記本体及び前記弁体の少なくとも一方は、前記第一付勢手段及び前記第二付勢手段の少なくとも一方を保持する保持部を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のバルブ構造。
6. 前記本体は、前記第一付勢手段及び前記第二付勢手段の少なくとも一方を保持する保持部を備え、
   前記弁体は、前記第一付勢手段及び前記第二付勢手段の少なくとも一方を保持する保持部を備え、
   前記一次側または前記二次側に過大圧力が発生することで前記弁体が移動したときに、前記弁体が備える前記保持部と、前記本体が備える前記保持部とが接触することで、前記弁体の停止位置が規制される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のバルブ構造。

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