JPH04121480U - 往復動ポンプ用プレート形球面バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 作動が迅速且つ確実でシール性能及び耐久性
能に優れた往復動ポンプ用のバルブを提供する。 【構成】 円環状に形成した流入路２１の出口側に内側
及び出口側の弁座２２，２３を同心円状に配置した弁座
本体２４と、前記弁座本体２４の出口側に取り付けた中
空の弁箱２５と、前記弁箱２５の内部に収容した偏平な
弁体２６と、前記弁体２６を前記弁座２２，２３に押圧
する圧縮スプリング２７とを備え、前記弁体２６と弁座
２２，２３の接触部を球面状に形成した往復動ポンプ用
プレート形球面バルブにおいて、前記中空の弁箱２５は
その内壁から半径方向に突設した複数の案内部材３４を
有しており、前記案内部材先端４０と弁体外周部３３と
の間にすき間ｇを設けている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、往復動ポンプの吸込側及び吐出側に装備されるプレート形の球面バ ルブ、特にバルブの開閉動作が迅速且つ確実でシール性能及び耐久性能に優れた 往復動ポンプ用プレート形球面バルブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

弁座に対する弁体の着座を容易にするため、図７に示すように円錐面を形成し た弁座１又は球面を形成した弁座１ａに球状の弁体２を着座させるようにしたバ ルブが広く使用されている（詳細は実開昭５２−１２１８０３号参照）。しかし 、この型式のバルブは弁体２の自重が大きいため、弁体２がピストン３の高速運 動（矢印ａ）に迅速に追従することができず、また弁体２の重心位置が高く着座 する際迅速に位置が定まらないため、シール性能が低下するという欠点があった 。

【０００３】 また着座が容易な大容量ポンプのバルブとして図８ないし図１０に示すものが ある（詳細は特許第７９６６９号明細書参照）。このバルブは環状の流入路４を 有する弁箱５と、前記流入路４の上方に張り出した環状の案内部材６と、この案 内部材６の内，外側に昇降自在に嵌合し且つ底部を円弧状に形成した環状の弁体 ２ａ（図９参照）と、この弁体２ａと前記案内部材６の間に配置したばね機構７ （図１０参照）等からなり、このばね機構７の弾撥力を利用して弁体２ａを内側 及び外側の弁座１ｂ，１ｃに押圧するようになっている。 しかし、このバルブは、弁体２ａが傾いた状態で着座した際にシール性能が低 下するという欠点があった。

【０００４】 環状をした弁体の傾斜を防止することによってシール性能を確保するため、図 １１に示すように弁座本体７の中心部に案内棒８を立設し、この案内棒８に沿っ て環状の弁体２ｂを昇降させるようにしたものがある（詳細は実開昭４７−３０ １０４号参照）。 しかし、この型式のバルブは、使用期間中に案内棒８が摩耗すると弁体２ｂと 弁座１ｄの間に芯のずれを生じ、シール性能が低下するという欠点があった。

【０００５】 前記の欠点を解消するため、案内棒を必要とせず、しかも、弁体の芯がずれて もシール機能が低下しないバルブとして弁体２ｃを円環状の板材で形成し、この 弁体２ｃを内側及び外側の弁座１ｅ，１ｆに当接させるようにしたものがある（ 図１２参照）。 しかし、この型式のバルブは、バルブが閉鎖する際の弁体２ｃの特異な振舞い 、すなわち図１３に示すように弁体の中心線９が弁座の当接面に対して傾いた状 態で味噌擂り運動をしながら弁体周縁部１０が外側の弁座１ｆの表面を転動する 動作〔この動作はフラッタリング現象と呼ばれており、平面上に起立して独楽（ コマ）のように回転している円形の硬貨が慣性力を失って平面上に倒伏し静止す る直前に行う動作に似ている〕のため、使用期間中に弁座１ｆの表面が弁体周縁 部１０によって擦られて摩耗し、弁座中心線１２を中心とするリング状の凹み１ ３（図１４参照）を生ずる。 そして、バルブが閉鎖したのち、弁体２ｃの背面側に高圧水が作用すると、弁 体２ｃは図１４に示すようにその周辺部１４が弁座側に押圧されて（矢印ｂ）、 弁体２ｃが疲労破壊を生ずるという欠点があった。

【０００６】 前記の欠点を解消するため、図１５に示すバルブが本願と同一の考案者によっ て提案されている（詳細は実開昭６１−６３４８６号参照）。 このバルブは、弁体２ｄをレンズ形に形成すると共に内側及び外側の弁座１ｇ ，１ｈを弁体２ｄと同じ曲率半径を有する凹んだ球面の部分で形成したもので、 このバルブによると次に述べるような種々の利点がある。

【０００７】 （１）弁体２ｄがレンズ形をしているので、弁体が軽量であり、往復動ポンプ のプランジャー又はピストン（図示せず）の高速運動に追従して迅速に作動する 。 （２）弁体２ｄと弁座１ｇ，１ｈが球面状に形成されているので、弁体２ｄが 傾いても弁体２ｄと弁座１ｇ，１ｈは常に面接触をしており、そのためシール性 能が低下することがない。 （３）前記（２）に述べた理由により、弁体がフラッタリング現象を生じても 、弁座１ｇ，１ｈの摩耗が少なく、また摩耗を生じた場合でも、弁体２ｄはその 厚みが弁体の中心部に向って遂次増大しており、曲げに対する断面係数が強固に なっているので、弁体背面側の液圧によって疲労破壊をおこすおそれがない。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、前記の球面バルブには次に述べるような問題点があった。 （１）フラッタリング現象を抑制する見地から弁体外周部１５と弁箱１６内に 設けた案内部材１７間のすき間を最小限に設定してあるので、水流又はフラッタ リング現象等によって弁体２ｄが傾いた際に弁体外周部１５が案内部材１７の先 端と接触する。従って弁体２ｄの自由な動きが拘束され、弁体２ｄの迅速な動作 が妨げられる。 （２）弁体２ｄが傾いた際の球面バルブ本来の特性〔前記（２）及び（３）参 照〕を発揮できない。 （３）異物を含む液体を移送する際、弁体２ｄがスチックをおこしやすい。 （４）弁体２ｄの外側を通過した流れの大部分（矢印Ａ）は弁箱１６の中心側 に方向を変え、弁体中心部の開口１８を通過した流れ（矢印Ｂ）と合流するので 、流れの抵抗が大きい。これはフラッタリング現象の原因であるカルマン渦の成 長につながるので弁箱内の流れを改善する必要がある。

【０００９】 本考案は前述の問題点に鑑み、弁体に対する拘束を弛めることによって弁体の 動作を迅速且つ確実にすると共に、球面バルブ本来の特性を充分に発揮すること ができ、更に異物を含んだ処理液の取扱いをも可能にする往復動ポンプ用プレー ト形球面バルブを提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】 前記の課題を解決する本考案の手段は、「円環状に形成した流入路の出口側に 内側及び出口側の弁座を同心円状に配置した弁座本体と、前記弁座本体の出口側 に取り付けた中空の弁箱と、前記弁箱の内部に収容した偏平な弁体と、前記弁体 を前記弁座に押圧する圧縮スプリングとを備え、前記弁体と弁座が球面の部分で 当接するようにした往復動ポンプ用プレート形球面バルブにおいて、前記中空の 弁箱はその内壁から半径方向に突出する複数の案内部材を有しており、前記案内 部材先端と弁体外周との間にすき間を設けた往復動ポンプ用プレート形球面バル ブ」であり、更に好ましくは、「弁体が、その中心部に円形の貫通穴を有してお り、弁箱が周方向に等間隔に案内部材を突設した外側の筒状部と、出口側の中心 部に開口を設けた内側の筒状部とを有しており、前記内側の筒状部は前記案内部 材の端部から弁箱の出口側に向って延び出した連結部材によって前記外側の筒状 部の出口側に一体に連結されており、各筒状部の間に前記開口と同心になるよう に複数の流路が形成されている往復動ポンプ用プレート形球面バルブ」である。

【００１１】

【作用】

（１）弁体外周部と案内部材先端との間にすき間を設けたので、案内部材が弁 体の動きを拘束することがなく、また弁体は偏平に形成されていて自重が小さい ので、弁体の動作が迅速且つ確実である。 （２）前記（１）と同じ理由により、処理液中に異物が混入していても、弁体 がスチックをおこすおそれがない。 （３）弁体が傾いて弁体と弁座の芯がずれても、弁体と弁座は球面の部分で両 接触しているので、シール性能が低下するおそれがない。 （４）フラッタリング現象を生じた際、弁体周縁部は弁座に面接触しているの で、摩耗が少なく、弁体の寿命を延長することができる。 （５）弁体の平面形状を円環状に形成すると共に弁箱の出口側に同心円状に流 路を配設することにより、弁箱内の流れが整流され、その結果、流体抵抗及び渦 流損失を低減できる。従ってフラッタリング現象を緩和することができ、弁体の 寿命を更に延長することができる。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。図１ないし図６は本考案の 一実施例を示すもので、本考案のバルブの主要部は、円環状に形成した流入路２ １を有し、この流入路２１の出口側に同心円状に内側及び外側の弁座２２，２３ を配置した弁座本体２４と、この弁座本体２４の出口側にねじ３６を介して取り 付けた中空の弁箱２５と、この弁箱２５の内部に収容した偏平な弁体２６と、こ の弁体２６を前記内側及び外側の弁座２２，２３に押圧する圧縮スプリング２７ 等からなり、前記の主要部を用いて組み立てたバルブは中心線Ｏの周りに点対称 に構成されている。

【００１３】 更に各主要部の詳細について説明すると、弁体２６は円形でその中心部に円形 の貫通穴２９を有しており、またその両面３０，３０は図２に明瞭に示すように 球面状に形成されている。尚、開弁時の流体抵抗を軽減するため、弁体の外径Ｄ ₂ は外側の弁座２３の外径ｄ₂ より若干大きく、また弁体の内径Ｄ₁ は内側の弁 座２２の内径ｄ₁ より若干小さく設定されている。 また弁体２６の外周部３３は、弁体２６が水流等によって案内部材３４に接触 した際の動作を円滑にするため、図２に示すように円弧状に形成されており（円 弧Ｒ₂ ＝Ｄ₂ ／２）、更に弁体２６のエッジ部３５は丸く面取りされている。

【００１４】 内側及び外側の弁座２２，２３は弁座本体２４にステライトを盛り金してつく られており、各弁座２２，２３が弁体２６と接触する部分は弁体の面３０と同じ 曲率半径Ｒ₁ を有する凹んだ球面の部分で帯状に形成されている。 尚、円環状の流入路２１の入口側には図５に示すように６個の流入孔２８が円 周方向に等間隔に穿設されている。

【００１５】 弁箱２５は弁座本体２４に近い端部にねじ３６を刻んだ外側の筒状部３７と、 この筒状部３７の反対側の端部に配置される内側の筒状部３８等からなり、前記 外側の筒状部３７の内壁３１には図３に示すように円周方向に等間隔に複数（こ の実施例では６個）の案内部材３４，３４，３４……が突設されていて各案内部 材３４の先端側はバルブの中心線Ｏに向って半径方向に延びている。尚、各案内 部材３４の先端４０にはステライトが盛り金してある。

【００１６】 各案内部材３４の後端部は、図１の上半分に示すように弁箱２５の出口側（図 １の左方）に延びて前記外側の筒状部３７と内側の筒状部３８を一体に連結する 連結部材４１を形成しており（図３の左半分参照）、隣り合う各連結部材４１， ４１の間には、ほぼ扇形断面を形成した６個の流路４２，４２，４２……が円周 方向に配列されている。 そして、各連結部材４１は更に弁箱２５の出口側に延びて板状のフイン３９， ３９，３９……を形成しており、各流路４２から流出した流体はフイン３９によ って整流されるようになっている。

【００１７】 各案内部材３４の先端４０と弁体２６の外周部３３の間にはすき間ｇが設けて ある。このすき間ｇは開弁中の水流の変動、閉弁時のフラッタリング現象等によ る弁体２６の傾動動作を拘束しないように設定されるが、すき間ｇが過大である と弁体外周部３３が案内部材先端４０に衝突して弁体２６の動作が円滑を欠き、 あるいは弁体２６が傾斜した状態（芯がずれた状態）で着座した際にシール性能 が低下するおそれがある。

【００１８】 そこで本願の考案者は種々の実験を行った結果、すき間ｇの値を弁体２６の外 径Ｄ₂ の約３％以内に設定することによって弁体２６の動作を迅速且つ確実にな し得ること、ならびに弁体外周部３３が案内部材先端４０に接触して弁体２６が 最大限傾いて着座した際、弁体２６が各弁座２２，２３の幅Ｗの半分以上の幅で 当接するように関連部分の寸法（ｇ，Ｄ₂ ，Ｄ₁ ，Ｗ）を設定することによって シール性能を確保できることが判明した。

【００１９】 前記のように構成したバルブを往復動ポンプに装着した状態を図６に示す。図 中の符号４５は吸入用バルブ、４６は吐出用バルブ、４７はポンプ吸入口、４８ はポンプ吐出口、４９はポンプケーシング、５０はプランジャー、５２，５２は プランジャー５０を駆動するサイドロッド、５４ａ，５４ｂ，５５は各バルブ４ ５，４６をポンプケーシング４９の内壁に固定する固定部材及び蓋であり、ポン プケーシング４９内に各バルブ４５，４６を挿入したり、又は取り出す際は弁座 本体２４に設けたねじ孔５６ａ又は５６ｂにねじ棒（図示せず）をねじ込み、こ のねじ棒を操作して行う。 吸入用及び吐出用の各バルブ４５，４６には同一構造のものを使用でき、また バルブの配置は横置きにする代りに図７に示すように竪置きにしてもよい。

【００２０】 次に、本実施例のバルブを吸込用バルブとして使用した際のバルブの作動につ いて説明する。 プランジャー５０が上昇してポンプケーシング４９内の圧力が低下すると、吸 込側の流体が圧縮スプリング２７の弾性力に打ち克って弁体２６を開状態にする （図１の仮想線参照）。ここで、円環状の流入路２１を通って弁箱２５内に流入 した流体は弁体２６の外側を通る流れ（矢印ｈ）と弁体２６の貫通穴２９を通る 流れ（矢印ｉ）に分れ、前記外側の流れ（矢印ｈ）の大部分は筒状部３７，３８ の間に形成された扇形の流路４２を通ってポンプケーシング４９内に流入する。 また弁体の貫通穴２９を通過した流れ（矢印ｉ）は内側の筒状部３８の開口４３ を通ってポンプケーシング４９内に流入する。 前記のように弁箱２５内の流れは弁箱の中心線方向の平行流をなし、急激な方 向転換及び流れの合流がないので、流体抵抗が小さく、渦流損失が少ない。

【００２１】 弁体２６は偏平に形成してあり、また中心部に貫通穴２９を設けているので自 重が小さい。従ってプランジャー５０の動作に追従して迅速に作動する。

【００２２】 ここで、プランジャー５０が停止して下降動作を開始すると、ポンプケーシン グ４９内の圧力が上昇して弁体２６を取り囲む流れの速度が低下し、不安定な状 態となる。そして弁体２６はフラッタリング現象を生じたのち内側及び外側の弁 座２２，２３に着座する。

【００２３】 弁体外周部３３と案内部材先端４０の間にはすき間ｇが設けてあるので、弁体 ２６が傾いても案内部材３９によって拘束されることなく、迅速に動作する。ま た弁体２６が傾いた状態（芯がずれた状態）で着座しても弁体２６と弁座２２， ２３が球面で面接触しており、しかも、弁座の幅Ｗの半分以上が当接しているの で、シール性能が低下するおそれがない。 更に開弁中の弁箱内の流れは平行流であるので、渦流が少く、閉弁時のフラッ タリング現象が緩和される。従って弁体と弁座の摩耗が軽減され、寿命の延長を 図ることができる。 尚、本考案は前述の実施例にのみ限定されるものではなく、例えば弁体は、そ の一方の面だけが球面状に形成してあってもよいこと等、その他本考案の要旨を 逸脱しない範囲内で種々の変更を加え得ることは勿論である。

【００２４】

【考案の効果】

以上に述べたごとく、本考案は次の優れた効果を発揮する。 （１）弁体外周部と案内部材先端との間にすき間を設けたので、案内部材が弁 体の動きを拘束することがなく、また弁体は偏平に形成されていて自重が小さい ので、弁体の動作が迅速且つ確実である。 （２）前記（１）と同じ理由により、処理液中に異物が混入していても弁体が スチックをおこすおそれがない。 （３）弁体が傾いて弁体と弁座の芯がずれた状態で着座しても、弁体と弁座は 球面の部分で面接触しているので、シール性能が低下するおそれがない。 （４）フラッタリング現象を生じた際、弁体の周縁部は弁座に面接触している ので、摩耗が少なく、弁体の寿命を延長することができる。 （５）弁体の自重が小さいので、高速回転する往復動ポンプのプランジャー又 はピストンの動きに追従して迅速に作動する。 （６）弁体の平面形状を円環状に形成すると共に弁箱の出口側に同心円状に流 路を配設することにより、弁箱内の流れが整流され、その結果、流体抵抗及び渦 流損失を低減できる。従ってフラッタリング現象を緩和することができ、弁体の 寿命を更に延長することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例であるプレート形球面バルブの
切断側面図で、上半分は図４におけるＡ−Ｏ方向、下半
分は同じくＢ−Ｏ方向からの矢視図である。

【図２】図１における弁体を横長に示した拡大図であ
る。

【図３】バルブの切断後面図で、左半分は図１における
Ｃ−Ｃ方向、右半分は同じくＤ−Ｄ方向からの矢視図で
ある。

【図４】図１におけるIV−IV方向からの矢視図である。

【図５】図１におけるＶ−Ｖ方向からの矢視図である。

【図６】図１のバルブを装備した往復動ポンプの部分を
示す一部切断立面図で、横長に示してある。

【図７】従来のボールバルブを装備した往復動ポンプの
部分を示す切断立面図である。

【図８】従来の別のバルブの断面図である。

【図９】図８における弁体の斜視図である。

【図１０】図８におけるばね機構の斜視図である。

【図１１】従来の別の往復動ポンプの部分を示す切断図
である。

【図１２】従来のプレートバルブの切断側面図である。

【図１３】図１２のバルブの作動状態を説明する切断側
面図である。

【図１４】図１２における弁体及び弁座の切断図であ
る。

【図１５】従来の球面形バルブの断面側面図である。

【符号の説明】

２１ 流入路 ２２，２３ 弁座 ２４ 弁座本体 ２５ 弁箱 ２６ 弁体 ２７ 圧縮スプリング ２９ 貫通穴 ３１ 内壁 ３３ 弁体外周部 ３４ 案内部材 ３７，３８ 筒状部 ４０ 案内部材先端 ４１ 連結部材 ４２ 流路

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 円環状に形成した流入路の出口側に内側
   及び外側の弁座を同心円状に配置した弁座本体と、前記
   弁座本体の出口側に取り付けた中空の弁箱と、前記弁箱
   の内部に収容した偏平な弁体と、前記弁体を前記弁座に
   押圧する圧縮スプリングとを備え、前記弁体と弁座が球
   面の部分で当接するようにした往復動ポンプ用プレート
   形球面バルブにおいて、前記中空の弁箱はその内壁から
   半径方向に突出する複数の案内部材を有しており、前記
   案内部材先端と弁体外周との間にすき間を設けたことを
   特徴とする往復動ポンプ用プレート形球面バルブ。
2. 【請求項２】 弁体が、その中心部に円形の貫通穴を有
   しており、弁箱が周方向に等間隔に案内部材を突設した
   外側の筒状部と、出口側の中心部に開口を設けた内側の
   筒状部とを有しており、前記内側の筒状部は前記案内部
   材の端部から弁箱の出口側に向って延び出した連結部材
   によって前記外側の筒状部の出口側に一体に連結されて
   おり、各筒状部の間に前記開口と同心になるように複数
   の流路が形成されている請求項１に記載の往復動ポンプ
   用プレート形球面バルブ。