JP4162571B2 - 逆止め弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に高圧用に適した逆止め弁装置に関する。

一方向にだけ流体の流れを許し反対方向には流れを阻止する逆止め弁装置は、流体の逆流を防止する目的で使用される。例えば、反応性を有する２つ液体を連続的に混合反応する場合に、各液体の供給配管に設置して異常により供給圧力が低下した一方の液体の流路に他方の液体または２液の混合物が逆流するのを防止するために使用される。また、ダイヤフラムポンプ、プランジャポンプ等においては、供給配管からポンプ室方向にのみ流体を流しその反対方向の流体の流れを阻止する逆止め弁と、ポンプ室から吐出配管に向けてのみ流体を流しその反対方向の流体の流れを阻止する逆止め弁の２つの逆止め弁を設けることによって、これらのポンプがその機能を発揮する。

特に高圧のプランジャポンプに使用される逆止め弁装置はポンプに直接設けられることが多い。この場合、従来は、弁の本体であるハウジングと逆止め弁の機能を有する弁ユニットとを着脱可能とし、本体と弁ユニットとの間にＯリングのような軟弾性材料からなるシール部材を用いて逆止め弁から外部への流体の漏れを防止していた。

しかしながら、例えば、ウォータージェット用のプランジャポンプでは、圧力が２５０Ｍｐａを越える超高圧を発生する。このような超高圧のポンプにおいて従来の逆止め弁を用いた場合には、プランジャの往復動により生ずる流体の圧力変動にともなって、シール部材がわずかではあるがその装着溝内において移動し、その繰り返しによってシール部材の表面に損傷が発生することがある。そして、ポンプの吐出工程時にシール部材の損傷部分から極めてわずかの高圧流体が漏れ出すうちに、漏れ出す高圧流体によりシール部材が削り取られて損傷部分が拡大し、シール部材のシール性が徐々に低下して寿命が短くなるという問題があった。そのため、シール部材の点検や交換などを頻繁に行う必要が生じ、メンテナンス性が悪かった。
実開昭６０−１７２０６４号公報 実開昭５５−５９８６７号公報

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、高圧で使用してもシール部分の損傷が生じ難くメンテナンス性が良好であってしかも組み立ての作業性が良好な逆止め弁装置を提供することを目的とする。

本発明に係る逆止め弁装置は、軸心方向に沿って貫通する流路が設けられ且つ前記流路の途中に弁体が設けられて前記流路の一方向にのみ流体の流通が可能に構成された逆止め弁ユニットが本体の穴内に装着されて構成される逆止め弁装置であって、前記逆止め弁ユニットの軸心方向の両端部の外形が円錐状に形成されており、前記円錐状の両端部が、前記本体自体または前記穴に設けられた雌ねじに螺合する固定部材に設けられた２つの円錐状の穴に挿入されており、前記円錐状に形成された円錐面の開き角度が前記円錐状の穴の錐面の開き角度よりも小さくなっており、これにより、前記固定部材が前記雌ねじに締め込まれることによって前記円錐状に形成された円錐面の先端部が前記円錐状の穴の錐面に当接し、そこにメタルシールが形成されてなる。

また、雌ねじが設けられた穴の底部に前記雌ねじと同心状であって深いほど径小となる円錐状の第１の凹部が設けられかつ前記第１の凹部に開口する流路が設けられた本体と、前記雌ねじに螺合する雄ねじが設けられ、前記底部に面する先端部に前記雄ねじと同心状であって深いほど径小となる円錐状の第２の凹部が設けられ、かつ前記第２の凹部に開口する流路が設けられた固定部材と、一方の端部に先端側ほど径小となる円錐状の第１の凸部が設けられ、他方の端部に先端側ほど径小となる円錐状の第２の凸部が設けられ、かつ前記第１の凸部の先端と前記第２の凸部の先端との間を貫通する貫通孔が設けられた弁部材と、を有し、前記弁部材は、内部に弁座が設けられ弁体が前記貫通孔において流体の流れを一方向にのみ許容し反対方向には阻止するよう前記弁座に押し付けられるように形成されており、前記弁部材は、前記第１の凸部が前記第１の凹部に挿入するようにかつ前記第２の凸部が前記第２の凹部に挿入するように前記穴に装着されており、前記固定部材の前記雄ねじを前記雌ねじに締め込むことにより前記第１の凸部が前記第１の凹部に当接してメタルシールが形成されかつ前記第２の凸部が前記第２の凹部に当接してメタルシールが形成されてなる。

また、本体の両側に雌ねじが設けられており、雌ねじに両側から螺合する第１の固定部材および第２の固定部材によって弁部材が固定されかつメタルシールが形成されてなる。

本発明の逆止め弁装置は、シール部分がメタルシールであるため、固定部材を雌ねじに強く締め込んでシール性を高めることができ、高圧で使用してもシール部分の損傷が生じ難く、メンテナンス性が良好であり、しかも組み立ての作業性が良好である。

図１は本体を共通とする本発明の実施形態に係る逆止め弁装置１，１Ｂの正面断面図、図２は逆止め弁装置１の平面図、図３は図１におけるＡＡ断面矢視図、図４は逆止め弁装置１，１Ｂが取り付けられた超高圧発生装置６のポンプ部分の一部断面を含む正面図である。

図４において、逆止め弁装置１，１Ｂは、超高圧発生装置６のポンプ室６１に、接続部材７を介して接続されている。一方の逆止め弁装置１は、超高圧発生装置６の吐出工程において、ポンプ室６１から吐出した流体を後工程に送出するとともに、吸入工程において流体が後工程である吐出側からポンプ室６１に逆流するのを阻止する。他方の逆止め弁装置１Ｂは、超高圧発生装置６の吐出工程において、ポンプ室６１から吐出した流体が吸入側に逆流するのを阻止するとともに、吸入工程において吸入側である流体供給側からポンプ室６１に流体を流入させる働きをする。

ここで、これら２つの逆止め弁装置１，１Ｂは、同じ１つの本体（ハウジング）２に組み込まれており、流体の流れ方向が異なる以外は互いの構成はほぼ同一である。したがって、他方の逆止め弁装置１Ｂの各要素については、一方の逆止め弁装置１の対応する各要素の符合に「Ｂ」を付して示し、その説明を省略しまたは簡略化する。以下の説明において、主として一方の逆止め弁装置１について説明する。

図１乃至図３において、逆止め弁装置１は、本体２、プラグ３、コーン部材４、弁体であるボール５１、およびコイルスプリング５２からなっている。これらの各部材は、超高圧に耐え得る強度の高い材料、例えばステンレス鋼、特にその中でも強硬度を有するステンレス鋼が使用される。しかし、ステンレス鋼以外の材料を用いることも可能である。

本体２は、平面視が円形であり、全体として略円柱状の形状を有する。本体２の上面に円柱状の穴２１が設けられ、穴２１には雌ねじが設けられている。穴２１の底面２２には、深くなるほど径が小さくなる円錐状の凹穴である本体凹部２３が設けられている。本体凹部２３には、内部流路２４が開口する。内部流路２４は、前述した接続部材７に設けられた流路に接続され、超高圧発生装置６のポンプ室６１に連通している。

プラグ３は、穴２１の雌ねじに螺合する雄ねじが設けられ、六角形の頭部を有するボルトに類似する形状を有している。プラグ３の頭部には、流体を後工程に送るための配管を接続するポートＰＴ１が設けられている。

図１によく示されるように、プラグ３の先端部には、円柱状の凹穴３１、深くなるほど径が小さくなる円錐状のくぼみである第１プラグ凹部３２、および第１プラグ凹部３２の奥にスプリングが嵌まり込むための円柱状の凹部３３が、同芯状に設けられている。ポートＰＴ１と凹部３３とは流路により連通している。

コーン部材４は、円柱状の円柱部４５の両側面から先端側ほど径小となる２つの円錐台が突出したような形状である。円柱部４５の外径は凹穴３１の内径よりも小さい。上側の円錐台である第１の凸部４１の先端と、下側の円錐台である第２の凸部４２の先端との間を、貫通孔４３が貫通している。貫通孔４３は径小部と径大部とを有し、それらの境界部分に弁座４４が形成されている。第１の凸部４１、第２の凸部４２、および貫通孔４３は、互いに同芯状に設けられている。

本体凹部２３および第１プラグ凹部３２における開き角度、および、第１の凸部４１および第２の凸部４２の円錐面の開き角度は、互いにほぼ同じであるが、後者の方が前者よりも僅かに角度が小さくなっている。つまり、例えば、本体凹部２３および第１プラグ凹部３２における開き角度は６０度であり、第１の凸部４１および第２の凸部４２の円錐面の開き角度は５９度である。これによって、それぞれが互いに当接する場合に、第１の凸部４１の先端部が本体凹部２３に、第２の凸部４２が第１プラグ凹部３２に、それぞれ当接し、そこにメタルシールが形成されることになる。また、それらの軸芯が完全に一致しなかった場合でも、そのような当接によるメタルシールが維持される。したがって、それぞれの角度は上の数値に限定されるものではない。また、第１の凸部４１と第２の凸部４２との開き角度が互いに異なっていてもよい。

なお、コーン部材４は、第１の凸部４１および第２の凸部４２と円柱部４５との間に段部を有するが、この段部を設けなくてもよい。また、円柱部４５を設けなくてもよい。

ボール５１は、貫通孔４３の径大部を移動可能でかつ径小部の径よりも大きな径を有する球体である。ボール５１は、貫通孔４３の径大部に装着され、弁座４４に当接したときに貫通孔４３を閉じる。コイルスプリング５２は、圧縮された状態で、一端がボール５１に当接し、他端が凹部３３の底面に当接するように装着される。コイルスプリング５２の付勢力によってボール５１が弁座４４に押し付けられる。ボール５１として、球体でない他の形状、例えば円錐台状のものを用いてもよい。

次に、逆止め弁装置１の組み立て方法を説明する。

まず、コーン部材４の貫通孔４３の径大部に、ボール５１およびコイルスプリング５２を挿入する。コーン部材４を、第１の凸部４１が本体２の本体凹部２３に挿入されるように配置する。プラグ３を、その雄ねじを穴２１の雌ねじに螺合させて回転させ、締め込む。これにより、第１プラグ凹部３２が第２の凸部４２を覆うようになって当接し、コイルスプリング５２の上端が凹部３３に当接して係止される。さらにプラグ３をきつく締め込んでいくと、第１の凸部４１と本体凹部２３とが強く当接し、かつ第１プラグ凹部３２と第２の凸部４２とが強く当接する。これにより、それぞれの当接部分でメタルシールが形成される。締め込みの強さは、各部の寸法および材質などによって異なるが、最適の強さを計算または実験で求めておき、トルクメータなどで管理する。または、熟練することにより勘で締め込みの強さを決めることも可能である。

上に述べたコーン部材４、ボール５１、およびコイルスプリング５２が、本発明における逆止め弁ユニットに相当する。但し、ボール５１がその自重で弁座４４に押し付けられるような姿勢で用いられる場合など、場合によってはコイルスプリング５２を省略することも可能である。

次に、他方の逆止弁装置１Ｂについて簡単に説明する。

逆止め弁装置１Ｂは、本体２、プラグ３Ｂ、コーン部材４、ボール５１、およびコイルスプリング５２からなっている。

コーン部材４、ボール５１、およびコイルスプリング５２は、上に述べた逆止め弁装置１に用いられるものと同じ構造および形状のものである。

本体２には、本体凹部２３Ｂの奥に凹部３３Ｂが設けられている。逆止弁装置１Ｂでは、図１から分かるように、コーン部材４が本体２に対して逆止め弁装置１の場合とは逆向きに穴２１Ｂに挿入されている。これにより、流体の流れ方向が逆止弁装置１と逆となっている。つまり、本発明に係る逆止め弁装置１，１Ｂでは、コーン部材４の挿入方向を変えることで流体の流れ方向を逆転させるように構成することができる。したがって、本体２の第１の凹部２３，２３Ｂ、およびプラグ３，３Ｂのいずれにも凹部３３，３３Ｂを設けておいた場合には、コーン部材４の挿入方向を変えるのみで流体の流れ方向を容易に逆転させることができる。

逆止め弁装置１Ｂにおいても、逆止め弁装置１の場合と同様に、本体２の穴２１Ｂにプラグ３Ｂを締め込んでいくと、第１の凸部４１と本体凹部２３Ｂ、および第２プラグ凹部３２Ｂと第２の凸部４２との間にメタルシールが形成される。

なお、コーン部材４およびボール５１などによって本発明における逆止め弁ユニットが構成されている。

図５は本発明の他の実施形態に係る逆止め弁装置１Ｃの正面断面図である。

図５において、逆止め弁装置１Ｃは、流路の両端に継ぎ手を取り付けることができるように２つのポートＰＴ１，ＰＴ２を有するインライン型であり、高圧配管の途中に自由に組み込んで使用することができる。

本体２Ｃは、一方の端にプラグ３Ｃａの雄ねじに螺合する雌ねじが設けられており、他方の端にはプラグ３Ｃｂの雄ねじに螺合する雌ねじが設けられている。

一方のプラグ３Ｃａは図１に示す逆止め弁装置１に使用したプラグ３と同一であり、他方のプラグ３Ｃｂは逆止め弁装置１Ｂに使用したプラグ３Ｂと同一である。

コーン部材４Ｃは、逆止め弁装置１，１Ｂのコーン部材４と同じ構成であるが、コーン部材４に比べて円柱部４５Ｃが軸方向に長くなっている。この円柱部４５Ｃの長さは、本体２Ｃの長さおよびプラグ３Ｃａ，３Ｃｂの長さ等に応じて適宜決定される。

ボール５１Ｃおよびコイルスプリング５２Ｃは、逆止め弁装置１，１Ｂに用いられたものと同一である。

逆止め弁装置１Ｃにおいては、コーン部材４Ｃは、第１の凸部４１Ｃが第２プラグ凹部３２Ｃｂに当接し、第２の凸部４２Ｃが第１プラグ凹部３２Ｃａに当接し、第１プラグ凹部３２Ｃａおよび第２プラグ凹部３２Ｃｂに挟まれた状態で本体２Ｃに保持されている。プラグ３Ｃａ、プラグ３Ｃｂの両方またはいずれか一方をきつく締め込んでいくと、第２プラグ凹部３２Ｃｂと第１の凸部４１Ｃ、および第１プラグ凹部３２Ｃａと第２の凸部４２Ｃが、それぞれ次第に強く当接していき、それぞれの当接部分でメタルシールが形成される。

逆止め弁装置１Ｃにおいても、コーン部材４Ｃの挿入方向を変えるのみで流れを許容する方向と阻止する方向とを逆転することができる。

なお、逆止め弁装置１Ｃにおいて、本体２Ｃには貫通する１つのネジ穴３６Ｃを設け、このネジ穴３６Ｃに２つのプラグ３Ｃａ，３Ｃｂを両側からねじ込んだが、貫通する１つの穴を設け、この穴の両側から同じまたは異なるピッチのねじを設けてもよい。

上に述べた実施形態では、逆止め弁装置１，１Ｂ，１Ｃの本来の機能を果たす弁座４４，４４Ｃ、ボール５１，５１Ｃ、およびコイルスプリング５２，５２Ｃなどを、コーン部材４，４Ｃに設けまたは組み込み、そのコーン部材４，４Ｃに設けられた第１の凸部４１，４１Ｃおよび第２の凸部４２，４２Ｃの円錐面または当接部分がシール部分となってメタルシールを形成する。シールを形成するための面はいずれもプラグ３，３Ｂ，３Ｃのねじ軸に対し傾斜しているので、両側からのプラグ３，３Ｂ，３Ｃの締め付けによって２つのシール部分はしだいに密着度が高まっていき、超高圧下でも高い機密性を得ることができる。

本実施形態では、シール部分に軟弾性体のパッキンを使用することなくすべてメタルシールでシールすることにより、シール部分の耐久性を高めメンテナンスへの負担が軽減でき、部品をセパレート化しかつ簡単な構造としたことにより、部品の製作および組み立てが容易である。また、部品点数が少なく、コーン部材４，４Ｃの挿入方向を変えるのみで流通方向を変更できるので、保全用の在庫保有が少なくて済み、在庫切れの時には転用も可能である。

本発明の実施において、本体２，２Ｃ、プラグ３，３Ｂ，３Ｃ、コーン部材４，４Ｃ、弁体、およびバネの形式や構造、形状寸法、個数、材質などについては、本発明の趣旨にそって適宜変更することができる。

本発明に係る実施形態の逆止め弁装置の正面断面図である。 逆止め弁装置の平面図である。 図１におけるＡＡ断面矢視図である。 逆止め弁装置が取り付けられた超高圧発生装置のポンプ部分の正面断面図である。 他の実施形態の逆止め弁装置の正面断面図である。

符号の説明

１，１Ｂ，１Ｃ 逆止め弁装置
２，２Ｃ 本体
３，３Ｃａ プラグ（固定部材、第１の固定部材、第２の固定部材）
３Ｂ，３Ｃｂ プラグ（固定部材、第１の固定部材、第２の固定部材）
４，４Ｃ コーン部材（弁部材、逆止め弁ユニット）
６ 超高圧発生装置
２１ 穴
２２ 底面（底部）
２３ 本体凹部（第１の凹部）
２４，２４Ｂ 内部流路（流路）
３２，３２Ｃａ 第１プラグ凹部（第２の凹部）
３２Ｂ，３２Ｃｂ 第２プラグ凹部（第２の凹部）
４１，４１Ｃ 第１の凸部４１
４２，４２Ｃ 第２の凸部４２
４３，４３Ｃ 貫通孔
４４，４４Ｃ 弁座
５１，５１Ｃ ボール
５２，５２Ｃ コイルスプリング（バネ）

Claims (3)

1. 軸心方向に沿って貫通する流路が設けられ且つ前記流路の途中に弁体が設けられて前記流路の一方向にのみ流体の流通が可能に構成された逆止め弁ユニットが本体の穴内に装着されて構成される逆止め弁装置であって、
   前記逆止め弁ユニットの軸心方向の両端部の外形が円錐状に形成されており、前記円錐状の両端部が、前記本体自体または前記穴に設けられた雌ねじに螺合する固定部材に設けられた２つの円錐状の穴に挿入されており、
   前記円錐状に形成された円錐面の開き角度が前記円錐状の穴の錐面の開き角度よりも小さくなっており、これにより、前記固定部材が前記雌ねじに締め込まれることによって前記円錐状に形成された円錐面の先端部が前記円錐状の穴の錐面に当接し、そこにメタルシールが形成されてなる、
   ことを特徴とする逆止め弁装置。
2. 前記本体には、前記穴が貫通して設けられており、前記穴には少なくともその両開口部に前記雌めじが設けられ、２つの前記雌ねじにはそれぞれ前記固定部材が締め込まれ、２つの前記固定部材によって前記逆止め弁ユニットが固定されてなる、
   請求項１記載の逆止め弁装置。
3. 前記逆止め弁ユニットには、一端が前記弁体に当接して前記弁体を弁座に押し付けるためのコイルスプリングが設けられ、
   前記本体および前記固定部材のいずれにも、前記コイルスプリングの他端が当接するための凹部が設けられ、
   ２つの前記円錐状に形成された円錐面の開き角度が互いに同じであり、かつ、２つの前記円錐状の穴の錐面の開き角度が互いに同じであり、
   前記本体の穴内への前記逆止め弁ユニットの挿入方向を変えることで流体の流通方向を逆転させることができるように構成されている、
   請求項１記載の逆止め弁装置。

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