WO2024024346A1 - 逆止弁 - Google Patents

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valve body
valve
seat surface
valve seat
fluid passage
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Inventor
秀俊 野原
大樹 田神
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日東工器株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K15/00—Check valves
    • F16K15/02—Check valves with guided rigid valve members

Definitions

  • the present invention relates to a check valve.
  • a check valve for preventing backflow of fluid typically includes a flow path member having a fluid passage and a valve body disposed within the fluid passage.
  • the valve body is disposed within the fluid passage so as to be displaceable between a closed position where the fluid passage is closed and an open position where the fluid passage is opened. Further, the valve body is biased upstream by a spring, and in the closed position, the valve body is pressed against the valve seat surface of the flow path member by the biasing force of the spring and is in a state of sealing engagement. Further, the valve body is also pressed against the valve seat surface by fluid pressure from the downstream side.
  • a seal ring made of an elastic material such as rubber is attached to the valve body, and the seal ring is sandwiched between the valve seat and the valve seat. This allows the space between the valve body and the valve seat surface to be sealed even with a relatively small pressing force.
  • check valves intended for high-pressure fluids there is a risk that the seal ring may come off or be damaged due to the strong force of the high-pressure fluid, so check valves that are made of a highly rigid metal material without using a seal ring are used.
  • a so-called metal seal structure in which the valve body and the valve seat surface are brought into direct contact is often adopted (for example, Patent Document 1).
  • the metal seal structure in which highly rigid metals are brought into direct contact with each other, has high pressure resistance characteristics, but elastic deformation is less likely to occur during contact, so the valve body and valve seat surface must be made with high precision to achieve sufficient sealing performance. It is necessary to form the Furthermore, when the valve body collides with the valve seat surface, a relatively loud noise is likely to be generated, and particularly when chattering occurs, the noise may become a problem. On the other hand, if the valve body is made of a material with low rigidity (for example, a resin material), the valve body will easily deform elastically following the valve seat surface when it comes into contact, making it relatively easy to achieve high sealing performance. It is also possible to reduce the noise caused by a collision.
  • a material with low rigidity for example, a resin material
  • valve body is made of a material with low rigidity, when excessive fluid pressure is applied from the downstream side in the closed state, the valve body deforms significantly, and in some cases, a part of the body may be damaged and the flow path There is a high risk of it being scattered inside.
  • the present invention It has an upstream opening, a downstream opening, and an inner circumferential surface defining a fluid passage extending from the upstream opening to the downstream opening, and the inner circumferential surface has a valve seat surface and a valve seat surface on the upstream side of the valve seat surface. a flow path member formed with a locking surface located on the radially inner side; Within the fluid passage, the valve is movable between a closed position where it engages with the valve seat surface and closes the fluid passage, and an open position where it separates downstream from the valve seat surface and opens the fluid passage.
  • valve body arranged; Equipped with The valve body is formed of a material having lower rigidity than at least a portion of the flow path member where the valve seat surface and the locking surface are formed, When the valve body receives an upstream force and is further displaced upstream from the closed position while deforming the portion of the valve body that engages with the valve seat surface, the deformed valve body deforms the portion of the valve body that engages with the valve seat surface.
  • the part of the valve body that contacts the valve seat surface is deformed due to large force acting on the valve body in the closed position, such as when excessive fluid pressure is applied from the downstream side. Even if the valve body is closed, the valve body is supported by the flow path member at the locking surface, so that the valve body can be prevented from further deforming and displacing upstream. Further, by engaging the deformed portion of the valve body with the locking surface, it is possible to prevent that portion from being torn off by surrounding pressure and being damaged and scattered.
  • the valve body can be made of a material with relatively low rigidity while ensuring a minimum level of safety, making it easy to achieve a high degree of sealing between the valve body and the valve seat surface. Furthermore, compared to the case where the valve body is made of a highly rigid metal, the sound generated when the valve body collides with the valve seat surface can be made smaller.
  • valve seat surface and the locking surface are surfaces that are inclined radially inward toward the upstream side, and the transition between the valve seat surface and the locking surface is parallel to the longitudinal axis of the fluid passage.
  • a surface can be formed.
  • valve body may be formed of a resin material
  • the flow path member may be formed of a metal material
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a check valve in a closed state according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view of the check valve of FIG. 1 in an open state.
  • FIG. 2 is a sectional view of the check valve of FIG. 1 in a state where the valve body is deformed and engaged with a locking surface.
  • a check valve 1 includes a flow path member 14 having an inner circumferential surface 12 defining a fluid passage 10, and a flow path member 14 having an inner circumferential surface 12 that defines a fluid passage 10.
  • the valve body 16 is disposed so as to be displaceable.
  • the fluid passage 10 extends along the longitudinal axis L from the upstream opening 18 to the downstream opening 20.
  • a support member 22 attached to the inner peripheral surface 12 of the flow path member 14 and a spring 24 set between the valve body 16 and the support member 22.
  • the support member 22 is held by a stop ring 28 fixed in an annular recess 26 in the inner peripheral surface 12.
  • the inner circumferential surface 12 of the flow path member 14 includes a valve seat surface 30 , a locking surface 32 located on the upstream side and radially inner side of the valve seat surface 30 , and a locking surface 32 between the valve seat surface 30 and the locking surface 32 .
  • a transition surface 34 extending parallel to the longitudinal axis L of the channel member 14 is formed therebetween.
  • the valve seat surface 30 and the locking surface 32 are surfaces that are inclined radially inward toward the upstream side.
  • the valve body 16 has a contact portion 36 that engages with the valve seat surface 30, a front end surface 38 that extends radially inward from the contact portion 36, and a protrusion 40 that projects upstream from the front end surface 38.
  • the front end surface 38 extends to a position slightly inward in the radial direction from the locking surface 32 of the flow path member 14 .
  • the valve body 16 is urged upstream by a spring 24 so that the contact portion 36 of the valve body 16 is pressed against the valve seat surface 30 of the flow path member 14.
  • the flow path member 14 is made of a metal material (for example, stainless steel), and the valve body 16 is made of a resin material (for example, high-strength resin). Since the valve body 16 is made of a resin material that has lower rigidity than a metal material, when the valve body 16 is pressed against the valve seat surface 30, the valve body 16 follows the valve seat surface 30 appropriately. The valve body 16 is elastically deformed, thereby increasing the sealing performance between the valve body 16 and the valve seat surface 30.
  • a metal material for example, stainless steel
  • a resin material for example, high-strength resin
  • valve body 16 When the fluid pressure on the upstream opening 18 side decreases due to, for example, the supply of fluid from the upstream opening 18 being stopped, the valve body 16 is moved by the biasing force of the spring 24 and the fluid pressure from the downstream opening 20 side. It is pushed upstream and returns to the closed position of FIG. 1, closing the fluid passage 10 again. This prevents fluid from flowing backward from the downstream opening 20 to the upstream opening 18.
  • the force that the valve body 16 receives from the spring 24 and the fluid on the downstream side is concentrated on the contact portion 36 that is in contact with the valve seat surface 30. If the fluid pressure from the downstream side is within the appropriately set specification range of the check valve 1, the abutting portion 36 of the valve body 16 should not be significantly deformed, but for some reason it may be significantly deformed.
  • the contact portion 36 of the valve body 16 may be significantly deformed.
  • the valve body 16 is further displaced upstream from the closed position shown in FIG. 1 while being deformed.
  • the deformed valve body 16 is formed on the inner circumferential surface 12 of the flow path member 14, as shown in FIG. It comes into contact with the locking surface 32.
  • the portion of the valve body 16 that has undergone large plastic deformation may have reduced strength and be easily damaged, but since that portion is supported by the inclined locking surface 32, it may not be damaged. Splashing into the fluid passageway 10 is prevented. It has been confirmed through experiments and simulations that when the locking surface 32 as in this embodiment is provided, the valve body 16 is less likely to be damaged than when such a locking surface 32 is not provided. There is.
  • the valve body 16 is made of a material with relatively low rigidity and high elasticity, so that high sealing performance can be achieved relatively easily. It is also possible to reduce the sound when the valve body 16 collides, compared to a case where the valve body 16 is made of a highly rigid metal material. While obtaining such an effect, even if the valve body 16 is greatly deformed due to excessive fluid pressure acting from the downstream side in the closed state, the deformed valve body 16 is supported by the locking surface 32. By doing so, it is possible to prevent the valve body 16 from being further deformed and damaged. This makes it possible to prevent the valve body 16 from scattering into the fluid passage 10.
  • the materials constituting the flow path member and the valve body are not limited to the metal materials and resin materials mentioned above, but other metal materials and resin materials may be used depending on the usage conditions such as the type of fluid, pressure, and temperature. It can be configured by
  • the flow path member does not necessarily have to be made of a metal material; for example, if fluid at such high pressure does not flow, it may be made of a relatively rigid resin material, and the valve body can be made of a relatively rigid resin material. It can also be formed from other resin materials, rubber materials, etc.
  • the material forming each member can be appropriately selected according to the usage conditions.
  • the entire flow path member does not necessarily need to be formed of a material with higher rigidity than the valve body, and at least the locking surface and the portion where the locking surface is formed are formed of such a material. It is important to be present.
  • the locking surface does not necessarily have to be inclined with respect to the longitudinal axis; it can also be a plane perpendicular to the longitudinal axis.
  • the check valve of the present invention can be applied to various fluids, such as gases such as oxygen and hydrogen, liquids such as water and chemicals, and gas-liquid mixed fluids.

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Abstract

高い密封性を確保しながらも、大きな流体圧力が作用しても弁体が破損して飛散することが防止されるようにした逆止弁を提供する。逆止弁(1)は、流体通路(10)を画定する内周面(12)を有する流路部材(14)と、流体通路(10)内において、流体通路(10)を閉止する閉止位置と流体通路(10)を開放する開放位置との間で変位可能に配置された弁体(16)と、を備える。弁体(16)は、流路部材(14)の少なくとも弁座面(30)と係止面(32)が形成されている部分よりも剛性が低い材料により形成されている。弁体(16)が、上流側への力を受けて弁座面(30)に係合する弁体(16)の当接部(36)を変形させながら閉止位置からさらに上流側に変位したときに、変形した弁体(16)が係止面(32)に係合して支持される。

Description

逆止弁
　本発明は、逆止弁に関する。
　流体の逆流を防止するための逆止弁は、通常、流体通路を有する流路部材と、流体通路内に配置された弁体とを備える。弁体は、流体通路内において流体通路を閉止する閉止位置と流体通路を開放する開放位置との間で変位可能に配置される。また弁体は、スプリングによって上流側に付勢され、閉止位置においてはスプリングの付勢力によって流路部材の弁座面に押し付けられて密封係合した状態となる。さらに弁体は、下流側からの流体圧力によっても弁座面に押し付けられる。比較的に低い圧力の流体を対象とする逆止弁においては、ゴムなどの弾性材料で形成されたシールリングを弁体に取り付けて、そのシールリングが弁座面との間に挟まれるようにすることで、比較的に小さな押圧力でも弁体と弁座面との間が密封されるようにしている。しかしながら、高圧流体を対象とする逆止弁においては、高圧流体による強い力よってシールリングが外れたり破損したりする虞があるため、シールリングを使用せずに剛性の高い金属材料で形成された弁体と弁座面を直接当接させる、いわゆるメタルシール構造を採用することが多い（例えば、特許文献１）。
特開２０１６－９４９６２号公報
　剛性の高い金属同士を直接当接させるメタルシール構造は、高い耐圧特性を有するが、当接時に弾性変形が生じにくいため十分な密封性を実現するためには弁体と弁座面を高精度に形成する必要がある。また、弁体が弁座面に衝突した時に比較的に大きな音が生じやすく、特にチャタリングが生じた場合には騒音が問題となることがある。一方で、弁体を剛性の低い材料（例えば樹脂材料）により形成すれば、当接時に弁体が弁座面にならって弾性変形しやすくなって高い密封性を比較的に容易に実現することができ、また衝突時の音を軽減することもできる。しかしながら、弁体が剛性の低い材料により形成されていることにより、閉止状態において下流側から過大な流体圧力が作用したときに弁体が大きく変形し、場合によっては一部が破損して流路内に飛散してしまう危険性が高くなる。
　そこで本発明は、高い密封性を確保しながらも、大きな流体圧力が作用しても弁体が破損して飛散することが防止されるようにした逆止弁を提供することを目的とする。
　すなわち本発明は、
　上流側開口、下流側開口、及び前記上流側開口から前記下流側開口に延びる流体通路を画定する内周面を有し、前記内周面に弁座面と前記弁座面よりも上流側で径方向内側に位置する係止面とが形成された流路部材と、
　前記流体通路内において、前記弁座面に係合して前記流体通路を閉止する閉止位置と、前記弁座面から下流側に離れて前記流体通路を開放する開放位置との間で変位可能に配置された弁体と、
　を備え、
　前記弁体が、前記流路部材の少なくとも前記弁座面と前記係止面が形成されている部分よりも剛性が低い材料により形成されており、
　前記弁体が上流側への力を受けて前記弁体の前記弁座面に係合する部分を変形させながら前記閉止位置からさらに上流側に変位したときに、変形した前記弁体が前記係止面に係合して支持されるようにされた、逆止弁を提供する。
　当該逆止弁においては、閉止位置にある弁体に対して下流側から過大な流体圧力が作用するなどして大きな力が作用することにより弁体の弁座面に当接する部分が変形してしまった場合でも、弁体は係止面において流路部材に対して支持されるようになるため、弁体がそれ以上に変形しながら上流側に変位することを防止するこができる。また、弁体の変形した部分が係止面に係合することにより、その部分が周囲の圧力で引きちぎられるようにして破損して飛散することを防止することができる。一方で、弁体は最低限の安全性を確保しながらも比較的に剛性の低い材料で形成することができるため、弁座面との間での高い密封性を容易に実現することができ、また剛性の高い金属で形成した場合に比べて、弁体が弁座面に衝突したときの音を小さくすることもできる。
　また、前記弁座面及び前記係止面が上流側に向かって径方向内側に傾斜した面であり、前記弁座面と前記係止面との間に前記流体通路の長手軸線に平行な移行面が形成されているようにすることができる。
　さらに、前記弁体が樹脂材料により形成され、前記流路部材が金属材料により形成されているようにすることができる。
　以下、本発明に係る逆止弁の実施形態を添付図面に基づき説明する。
本発明の一実施形態に係る逆止弁の閉止状態における断面図である。 図１の逆止弁の開放状態における断面図である。 図１の逆止弁において、弁体が変形して係止面に係合した状態の断面図である。
　本発明の一実施形態に係る逆止弁１は、図１に示すように、流体通路１０を画定する内周面１２を有する流路部材１４と、流体通路１０内において長手軸線Ｌの方向で変位可能に配置された弁体１６とを備える。流体通路１０は、上流側開口１８から下流側開口２０にまで長手軸線Ｌに沿って延びている。流体通路１０内にはさらに、流路部材１４の内周面１２に取り付けられた支持部材２２、及び弁体１６と支持部材２２との間に設定されたスプリング２４が設けられている。支持部材２２は、内周面１２の環状凹部２６に固定されたストップリング２８によって保持されている。
　流路部材１４の内周面１２には、弁座面３０と、弁座面３０よりも上流側で径方向内側に位置する係止面３２と、弁座面３０と係止面３２との間で流路部材１４の長手軸線Lに平行に延びる移行面３４と、が形成されている。弁座面３０と係止面３２は、上流側に向かって径方向内側に傾斜した面になっている。
　弁体１６は、弁座面３０に係合する当接部３６と、当接部３６から径方向内側に延びる前端面３８と、前端面３８から上流側に突出した突出部４０とを有する。前端面３８は、流路部材１４の係止面３２よりも僅かに径方向内側の位置にまで延びている。弁体１６は、スプリング２４によって上流側に付勢されており、弁体１６の当接部３６が流路部材１４の弁座面３０に押し付けられるようになっている。弁体１６の当接部３６が弁座面３０に密封係合することにより、流体通路１０は閉止された状態となる。なお、当該実施形態においては、流路部材１４は、金属材料（例えば、ステンレススチール）により形成されており、弁体１６は樹脂材料（例えば、高強度樹脂）により形成されている。弁体１６が、金属材料に比べて剛性の低い樹脂材料により形成されていることにより、弁体１６が弁座面３０に押し付けられたときに弁体１６が弁座面３０にならって適度に弾性変形し、これにより弁体１６と弁座面３０との間の密封性が高くなる。
　上流側開口１８の側での流体圧力がスプリング２４の付勢力と下流側開口２０の側での流体圧力とを合わせた力よりも小さいときには、弁体１６は、スプリング２４の付勢力と下流側開口２０の側からの流体圧力とによって流路部材１４の弁座面３０に押し付けられて流体通路１０を閉止する閉止位置となる（図１）。上流側開口１８の側の流体圧力がスプリング２４の付勢力と下流側開口２０の側での流体圧力とを合わせた力を超えると、図２に示すように、弁体１６は弁座面３０から下流側に離れて流体通路１０を開放した開放位置に変位する。これにより、流体が上流側開口１８から下流側開口２０に向かって流れるようになる。このとき、弁体１６の突出部４０により、流体は弁体１６の当接部３６と流路部材１４の弁座面３０との間に向かってスムーズに流れるようになっている。
　上流側開口１８からの流体の供給が停止するなどして上流側開口１８の側の流体圧力が低下すると、弁体１６はスプリング２４の付勢力と下流側開口２０の側からの流体圧力とによって上流側に押されて図１の閉止位置に戻り、流体通路１０を再び閉止する。これにより、下流側開口２０から上流側開口１８に流体が逆流することが防止される。ここで、弁体１６がスプリング２４及び下流側の流体から受ける力は、弁座面３０に当接している当接部３６に集中することになる。下流側からの流体圧力が当該逆止弁１の適切に設定された仕様範囲内であれば弁体１６の当接部３６が大きく変形することはないはずであるが、何らかの原因によりそれを大きく超える過大な流体圧力が下流側から弁体１６に作用したときには、弁体１６の当接部３６が大きく変形することが起こり得る。そのような場合、弁体１６は、変形しながら図１の閉止位置からさらに上流側に変位する。弁体１６の変形量が大きくなり上流側への弁体１６の変位量が一定以上になると、図３に示すように、変形した弁体１６は流路部材１４の内周面１２に形成された係止面３２に当接するようになる。変形した弁体１６が係止面３２に当接することにより、弁体１６は係止面３２によってさらに支持されるようになり、弁体１６が上流側にそれ以上変位することが防止される。また、弁体１６の大きく塑性変形した部分は強度が低下して破損しやすい状態となっている可能性があるが、その部分が傾斜した係止面３２によって支持されることにより、破損して流体通路１０内に飛散することが防止される。なお、本実施形態のような係止面３２を設けた場合には、そのような係止面３２を設けない場合よりも、弁体１６の破損が生じにくいことは実験及びシミュレーションによって確認されている。
　このように当該逆止弁１においては、弁体１６を比較的に剛性が低くて弾性が高い材料で形成して高い密封性を比較的に容易に実現することができ、また弁体１６を剛性の高い金属材料で形成した場合に比べて弁体１６の衝突時の音を低減することもできる。そして、そのような効果を得つつ、閉止状態において下流側から過大な流体圧力が作用して弁体１６が大きく変形した場合でも、変形した弁体１６が係止面３２で支持されるようになることによって、弁体１６がさらに変形して破損することを防止することができる。これにより、弁体１６が流体通路１０内に飛散することを防止することが可能となる。
　以上に本発明の実施形態について説明をしたが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。例えば、流路部材及び弁体をそれぞれ構成する材料は、上述の金属材料と樹脂材料には限定されず、流体の種類や圧力、温度などの使用条件を考慮して他の金属材料や樹脂材料により構成することができる。また、流路部材は必ずしも金属材料により形成される必要はなく、例えばそれほど高い圧力の流体が流れないのであれば比較的に剛性の高い樹脂材料により形成し、弁体をそれよりも剛性の低い他の樹脂材料やゴム材料などで形成することもできる。すなわち、各部材を形成する材料は、弁体が流路部材よりも剛性の低い材料により形成されるのであれば、使用条件に合わせて適宜最適な材料を選択することができる。また、流路部材はその全体が弁体に比べて剛性の高い材料で形成される必要は必ずしもなく、少なくとも係止面と係止面が形成されている部分がそのような材料で形成されていることが重要である。係止面は、長手軸線に対して傾斜している必要は必ずしもなく、長手軸線に垂直な面とすることもできる。本発明の逆止弁は、酸素や水素などの気体、水や化学薬品のような液体、又は気液混合流体など、種々の流体に対して適用することができる。
１　逆止弁
１０　流体通路
１２　内周面
１４　流路部材
１６　弁体
１８　上流側開口
２０　下流側開口
２２　支持部材
２４　スプリング
２６　環状凹部
２８　ストップリング
３０　弁座面
３２　係止面
３４　移行面
３６　当接部
３８　前端面
４０　突出部
Ｌ　長手軸線

Claims (3)

  1. 　上流側開口、下流側開口、及び前記上流側開口から前記下流側開口に延びる流体通路を画定する内周面を有し、前記内周面に弁座面と前記弁座面よりも上流側で径方向内側に位置する係止面とが形成された流路部材と、
    　前記流体通路内において、前記弁座面に係合して前記流体通路を閉止する閉止位置と、前記弁座面から下流側に離れて前記流体通路を開放する開放位置との間で変位可能に配置された弁体と、
    　を備え、
    　前記弁体が、前記流路部材の少なくとも前記弁座面と前記係止面が形成されている部分よりも剛性が低い材料により形成されており、
    　前記弁体が上流側への力を受けて前記弁体の前記弁座面に係合する部分を変形させながら前記閉止位置からさらに上流側に変位したときに、変形した前記弁体が前記係止面に係合して支持されるようにされた、逆止弁。
  2. 　前記弁座面及び前記係止面が上流側に向かって径方向内側に傾斜した面であり、前記弁座面と前記係止面との間に前記流体通路の長手軸線に平行な移行面が形成されている、請求項１に記載の逆止弁。
  3. 　前記弁体が樹脂材料により形成され、前記流路部材が金属材料により形成されている、請求項１又は２に記載の逆止弁。
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