JP2001336637A

JP2001336637A - 弁のシール構造

Info

Publication number: JP2001336637A
Application number: JP2000162070A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Oshima; 利幸大嶋
Original assignee: Piolax Inc
Current assignee: Piolax Inc
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】流体の圧力やばねの荷重が偏心的に作用する
ことにより弁体が傾いても、シール不良が起こりにくく
した弁のシール構造を提供する。【解決手段】流体の流路に配置された弁体８と、この
弁体８が流路を塞ぐために当接する弁座６とを備え、弁
体８の外周にＯリング溝８８が形成され、このＯリング
溝８８にＯリング８６が嵌着されている。Ｏリング溝８
６は、Ｏリング８６の太さよりも広い溝幅を有し、弁体
８が弁座６に当接するときに、Ｏリング８６が弁座６に
よって押圧される方向に向けて、徐々に溝深さが浅くな
る傾斜面８６ｃが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流路に配置
され、流体の圧力や温度応動要素によって作動する弁体
と、この弁体が当接する弁座との間のシール構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、水道水をそのまま飲料水として用
いることなく、水処理装置等を通した浄水を飲料水とし
て用いることが広く行われている。また、この水処理装
置として活性炭を内備するものがあり、更に、この活性
炭の再生機能を備えたものもある。このような活性炭再
生機能を備えた水処理装置においては、その活性炭の再
生方法として、活性炭層内部の水を加熱して処理する方
法がとられている。従って、このような水処理装置の活
性炭層からは、その通常運転時には常温の浄水が吐出さ
れ、活性炭再生時には熱排水が吐出されることになる。

【０００３】ところが、浄水の吐出先には、中空糸膜フ
ィルタなどを介して給水管が配置されていることが多
く、熱排水を浄水と同じ吐出先に流すと、中空糸膜フィ
ルタを損傷してしまうという問題がある。このため、熱
排水が流れる場合には、排水管へ吐出させるように流路
を切り替える必要がある。この吐出先の切り替えのため
に、感温弁体を備えた流路切替装置が使用されている。

【０００４】このような流路切替装置として、形状記憶
合金ばねとバイアスばねとを組み合わせて、流体の温度
によって弁体が作動し、流路が自動的に切替えられるよ
うにしたものが知られている。

【０００５】この場合、弁体は、ハウジングで形成され
た流路内に移動可能に配置され、移動方向の一端には熱
水流出口が配置され、他端には浄水流出口が配置されて
いる。更に、弁体の浄水流出口側には、弁体を熱水流出
口に向けて付勢するバイアスばねが配置され、弁体の熱
水流出口側には、弁体を浄水流出口に向けて付勢する形
状記憶合金ばねが配置されている。更に、弁体は、その
外周に設けられたＯリング溝に嵌着されたＯリングを有
し、各流出口に設けられた弁座にＯリングを介して当接
することにより、流路の開閉を行うようになっている。

【０００６】上記のような流路切替装置によれば、水の
温度が低いときには、バイアスばねによって弁体が熱水
流出口を塞ぎ、水の温度が所定値より高くなると、形状
記憶合金ばねによって弁体が浄水流出口を塞ぐので、水
の温度によって流路を自動的に切替えることができ、熱
排水が浄水側に流れるのを防止できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、流路内でス
ライドする弁体と、この弁体のスライドをガイドするガ
イド壁との間には、弁体のスライドを許容すると共に、
部品の寸法精度に許容度をもたせるため、わずかな隙間
が設けられている。しかし、弁体が流体の圧力を受けて
作動する場合には、流体の圧力の偏心によって、あるい
は弁体が形状記憶合金ばねとバイアスばねによって作動
する場合には、各ばねの荷重が偏心的に作用することに
よって、弁体が傾いて弁座に密着しないことがあった。
すなわち、弁体に装着したＯリングが、弁座に斜めに当
たり、隙間が生じてしまい、シール不良が起こるのであ
る。

【０００８】図８には、従来の弁体に設けたＯリング溝
１１０と、このＯリング溝１１０に嵌着されたＯリング
１１１と、Ｏリング１１１が当接する弁座１１２との関
係が示されている。すなわち、従来のＯリング１１１
は、Ｏリング溝１１０内でほとんど隙間がない状態で嵌
着されており、弁座１１２に圧接されてもＯリング溝１
１０内で移動することはほとんどない状態となってい
る。したがって、弁体が傾くと、弁座１１２に斜めに当
たり、隙間が生じてしまうのである。

【０００９】また、これを防止する目的でシール荷重を
大きくし、Ｏリングの弾性変形量を大きくしてシール性
を確保しようとすると、両ばねも大型化し、弁全体が大
型化してしまうという問題点も有していた。

【００１０】したがって、本発明の目的は、流体の圧力
やばねの荷重が偏心的に作用することにより弁体が傾い
ても、シール不良が起こりにくくし、かつ、シール荷重
をより軽減させることができる弁のシール構造を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１は、流体の流路に配置された弁体と、
この弁体が流路を塞ぐために当接する弁座とを備え、前
記弁体の外周にＯリング溝が形成され、このＯリング溝
に嵌着されたＯリングを介して、前記弁体が前記弁座に
当接することによりシールがなされる弁のシール構造に
おいて、前記Ｏリング溝は、前記Ｏリングの太さよりも
広い溝幅を有し、前記弁体が前記弁座に当接するとき
に、前記Ｏリングが弁座によって押圧される方向に向け
て、徐々に溝深さが浅くなる傾斜面が形成されているこ
とを特徴とする弁のシール構造を提供するものである。

【００１２】上記第１の発明によれば、弁体が傾いて弁
座に当接するとき、Ｏリングの弁座に強く当たる部分
は、Ｏリング溝の傾斜面を上るように軸方向に移動する
ので、弁体が傾いていてもＯリングの全周が弁座に均一
に当たり、シール不良を防止することができる。

【００１３】また、弁体が弁座から離れると、Ｏリング
の上記傾斜面を上るように移動した部分が、Ｏリングの
弾性的な収縮力によって傾斜面を下って、Ｏリング溝の
底面に戻るので、弁体が正しい角度で弁座に当接した場
合にシールがなされる当初の位置に自動的に復帰させる
ことができる。

【００１４】本発明の第２は、上記第１の発明におい
て、前記Ｏリング溝の底面は、前記弁体の軸心に対して
平行な面をなし、この底面に連続して前記傾斜面が設け
られている弁のシール構造を提供するものである。

【００１５】上記第２の発明によれば、弁体が弁座から
離れ、Ｏリングが傾斜面を下って底面に戻ったとき、底
面が弁体の軸心に対して平行な面からなるため、弁体が
底面のみに接した状態で変形することなく保持され、次
に弁体が弁座に当接するときにＯリングが動きやすくす
ることができる。

【００１６】本発明の第３は、上記第１又は第２の発明
において、前記Ｏリング溝の前記傾斜面は、前記弁体の
軸心方向に沿った断面で見たとき、傾斜した平面又は曲
面をなす弁のシール構造を提供するものである。

【００１７】上記第３の発明によれば、傾斜面が傾斜し
た平面をなす場合には、傾斜面を上るＯリングの移動量
に対して一定の割合でＯリングの収縮力が増大し、傾斜
面が曲面をなす場合には、傾斜面を上るＯリングの移動
量に対して急激にＯリングの収縮力が増大するようにす
ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１〜６には、本発明による流路
切替バルブの１実施形態が示されている。図１は、本流
路切替バルブの斜視図、図２は本流路切替バルブの分解
斜視図、図３は本流路切替バルブの弁体が第１の位置に
ある状態を示す側断面図、図４は本流路切替バルブの弁
体が第２の位置にある状態を示す側断面図、図５は弁体
に設けたＯリング溝及びＯリングを示す説明図、図６は
Ｏリング溝とＯリングとの関係を拡大して示す説明図で
ある。

【００１９】まず、本流路切替バルブの構造を説明す
る。図１に示すように、本流路切替バルブ１１は、筒状
の本体２の一端部から延出する第１の吐出口４、他端部
から延出する第２の吐出口５を有し、更に、側面中央か
らＴ字形に延出する導入口３を有している。そして、図
２に示すように、前記本体２，前記導入口３及び前記第
１の吐出口４は一体となりケーシング１０を構成してい
る。また、前記第２の吐出口５は、前記ケーシング１０
と別体の筒状体であり、形状記憶合金ばね７、弁体８及
びバイアスばね９を前記ケーシング１０の開口部よりそ
の内部に配置した後、該開口部に挿着できる構造となっ
ている。

【００２０】前記ケーシング１０を構成する筒状の本体
２の内部は、図３に示すように、前記弁座６を境にし
て、前記第１の吐出口４側の第２室１０２とその反対側
の第１室１０１に仕切られている。前記第１室１０１
は、形状記憶合金ばね７と、該形状記憶合金ばね７の内
周に挿入配置された弁体８とを備えている。第２室１０
２の弁座６に近接した部分は、弁体８の端部８１が挿入
されるガイド孔６１をなしている。そして、弁体８は、
上記端部８１が前記弁体ガイド孔６１に挿入され、他端
部８２が前記第２の吐出口５に挿入されることで、軸方
向にスライド可能に保持されている。

【００２１】前記弁体８の前記弁体ガイド孔６１に挿入
されている端部８１は、断面が十字形となる柱状をなし
ている。そして、断面十字の放射状突片の外側面が前記
弁体ガイド孔６１の内壁に当接することにより弁体８が
支持され、各突片の隙間部を流体が通過できる構造とな
っている。

【００２２】前記弁体８の前記第２の吐出口５に挿入さ
れている端部８２は、周壁が切り欠かれた有底円筒状を
なし、その円筒内部空間８３と前記第２の吐出口５の管
内部５１が連続して第３室１０３を形成し、前記有底円
筒状端部８２の外周と前記第２の吐出口５の端部内周と
が摺接して、第１室１０１と第３室１０３とを区画する
ようになっている。なお、前記有底円筒状端部８２の周
壁には連通孔８４が設けられ、該連通孔８４により前記
第１室１０１と前記第３室１０３とが連通されるように
なっている。また、前記第２の吐出口５は、前記ケーシ
ング１０にねじ５３で固定されている。そして、第２の
吐出口５の内方の端部は、弁座５４をなしている。

【００２３】前記形状記憶合金ばね７は、その一端が前
記弁座６の外周に設けられた環状溝６２に係合し固定さ
れ、他端は、前記弁体８の外周に形成された環状突出部
８５に当接している。また、前記バイアスばね９は、そ
の一端が前記有底円筒状端部８２の内底部に当接し、他
端は、前記第２の吐出口５の内周に形成された環状突出
部５２に当接している。なお、前記バイアスばね９は、
前記環状突出部５２に当接している端部が固定端とな
り、前記弁体８への押力が作用する構造となっている。
また、前記形状記憶合金ばね７は、前記環状溝６２に固
定されている端部が固定端となり、前記弁体８への押力
が作用する構造となっている。

【００２４】また、図５に示すように、前記弁体８の前
記十字形柱状端部８１の根元部分の外周には、第１のＯ
リング溝８８が形成され、ここに第１のＯリング８６が
嵌着されている。第１のＯリング溝８８は、図５（ｂ）
及び図６に示すように、第１のＯリング８６の太さＷよ
り大きな幅Ｇを有し、弁体８の軸心に対してほぼ垂直に
立ちあがるストッパ面８８ａと、このストッパ面８８ａ
の下端に連続し、弁体８の軸心とほぼ平行な底面８８ｂ
と、この底面８８ｂの他端から再び立ちあがる傾斜面８
８ｃとで構成されている。

【００２５】この実施形態では、第１のＯリング溝８８
は、弁体８の軸心に沿った断面において、傾斜面８８ｃ
が円弧状をなしている。この場合、第１のＯリング溝８
８の幅をＧ、第１のＯリング８６の太さをＷ、傾斜面８
８ｃの半径をＲとしたとき、Ｗ／Ｇ×１００＝５０〜７
６（％）程度で、Ｒ＝（０．５５〜１．０）×Ｗの関係
となるようにすることが好ましい。

【００２６】また、前記弁体８の環状突出部８５の、有
底円筒状端部８２側に隣接する部分には、第２のＯリン
グ溝８９が形成され、ここに第２のＯリング８７が嵌着
されている。第２のＯリング溝８９も、第１のＯリング
溝８８と同様な形状をなしており、弁体８の軸心に対し
てほぼ垂直に立ちあがるストッパ面８９ａと、このスト
ッパ面８９ａの下端に連続し、弁体８の軸心とほぼ平行
な底面８９ｂと、この底面８９ｂの他端から再び立ちあ
がる、断面円弧状の傾斜面８９ｃとで構成されている。
なお、傾斜面８８ｃ、８９ｃは、円弧状に限らず、各種
の曲面であってもよい。

【００２７】第１のＯリング溝８８の傾斜面８８ｃは、
弁体８が弁座６の方向に押圧されたとき、第１のＯリン
グ８６が弁座６に圧接されて移動しようとする方向の内
壁に形成されている。また、第２のＯリング溝８９の傾
斜面８９ｃは、弁体８が弁座５４の方向に押圧されたと
き、第２のＯリング８７が弁座５４に圧接されて移動し
ようとする方向の内壁に形成されている。

【００２８】次に、この流路切替バルブ１１の作用を説
明する。まず、前記導入口３からバルブ本体２に導入さ
れた流体が常温の浄水である場合は、図３に示す状態と
なる。すなわち、導入口３から導入した浄水が、前記第
１室１０１に流入し、前記形状記憶合金ばね７に接触す
ると、形状記憶合金ばね７は変態点以下のためばね力が
小さい状態となる。この時、前記バイアスばね９の押力
が、前記形状記憶合金ばね７の押力を上回るため、弁体
８はこのバイアスばね９の押力により前記第２室１０２
の方向へ移動し、図３に示すような第１の位置になる。
この時、前記第１室１０１と前記第２室１０２との境に
設けられた弁座６には、弁体８の第１のＯリング８６が
当接し、前記第１室１０１と第２室１０２との間を液機
密の状態で閉塞する。一方、前記第１室１０１と前記第
３室１０３は、前記弁体８の有底円筒状端部８２の周壁
に設けられた連通孔８４を介して連通されており、第１
室１０１に導入された浄水は該連通孔８４を通り、更に
前記第３室１０３を通り、第２の吐出口５から流出す
る。

【００２９】前記導入口３からバルブ本体２に導入され
た流体が、例えば活性炭を再生するのに使用される熱排
水である場合は、図４に示す状態となる。すなわち、導
入口３から導入した熱排水が、前記第１室１０１に流入
し、前記形状記憶合金ばね７に接触すると、形状記憶合
金ばね７は逆変態して伸張し、ばね力が増大した状態と
なる。この時、前記形状記憶合金ばね７の押力が、前記
バイアスばね９の押力を上回るため、弁体８はこの形状
記憶合金ばね７の押力により第３室の方向へ移動し、図
４に示すような第２の位置になる。その結果、前記弁体
８の有底円筒状端部８２の周壁に設けられた連通孔８４
は、第２の吐出口５の内周面に覆われ、前記第２の吐出
口５の弁座５４に第２のＯリング８７が当接し、前記第
３室１０３は第１室１０１に対して液機密の状態で閉塞
される。一方、前記第１室１０１と前記第２室１０２
は、前記弁体ガイド孔６１により連通され、従って、第
１室１０１に導入された熱排水は該弁体ガイド孔６１を
通り、前記第２室１０２を通り、前記第１の吐出口４か
ら排出される。

【００３０】ところで、弁体８は、十字形柱状端部８１
が弁体ガイド孔６１に挿入され、有底円筒状端部８２が
吐出口５に挿入されて、軸方向のスライドを可能とされ
ているが、弁体８のスライドを許容するため、また、各
部材の寸法精度の許容度を高めるため、上記十字形柱状
端部８１と弁体ガイド孔６１内周との間、及び有底円筒
状端部８２と吐出口５内周との間には、わずかな間隙が
設けられている。このため、内部を流れる流体の圧力
や、形状記憶合金ばね７やバイアスばね９の偏荷重によ
って、弁体８がその軸心に対して傾くことがある。この
ように弁体８が傾くと、第１のＯリング８６が弁座６に
当接する際、あるいは第２のＯリング８７が弁座５４に
当接する際に、隙間が生じてシール不良を起こす虞れが
ある。

【００３１】しかしながら、本発明においては、弁体８
が弁座６の方向に押圧されて、第１のＯリング８６が弁
座６に圧接されたとき、第１のＯリング８６は、第１の
Ｏリング溝８８の前記傾斜面８８ｃに向けて押されるた
め、図５（ｂ）の想像線で示すように、傾斜面８８ｃを
上ろうとする。そして、第１のＯリング８６が傾斜面８
８ｃを上ると、第１のＯリング８６の収縮力によって傾
斜面８８ｃを下ろうとする反力が高まり、それらがバラ
ンスしたところで第１のＯリング８６は停止する。した
がって、第１のＯリング８６が弁座６に強く圧接される
部分ほど、傾斜面８８ｃを高く上り、弁座６に弱く圧接
される部分ほど、底面８８ｂに近接した位置となる。こ
の結果、第１のＯリング８６が、弁体８の傾きを是正す
るように傾いて、弁座６の全周に密着し、シール不良を
防止することができる。また、弁体８が弁座６を離れる
と、第１のＯリング８６は、その収縮力によって傾斜面
８８ｃを下るため、自動的にもとの位置（底面８８ｂ）
に戻る。

【００３２】上記の作用は、弁体８が吐出口５の方向に
押圧されて、第２のＯリング８７が弁座５４に圧接され
る場合も同様である。すなわち、第２のＯリング８７
の、弁座５４に強く圧接される部分ほど、第２のＯリン
グ溝８９の傾斜面８９ｃを高く上るため、第２のＯリン
グ８７が、弁体８の傾きを是正するように傾いて、弁座
５４の全周に密着し、シール不良を防止することができ
る。また、弁体８が弁座６４を離れると、第２のＯリン
グ８７は、その収縮力によって傾斜面８９ｃを下るた
め、自動的にもとの位置（底面８９ｂ）に戻る。

【００３３】図７には、Ｏリング溝の形状を変えた他の
実施形態が示されている。このＯリング溝９０は、弁体
の軸心に対して垂直なストッパ面９０ａと、このストッ
パ面９０ａの下端に連続し、弁体の軸心と平行な底面９
０ｂと、この底面９０ｂの他端から斜めに立ち上がる傾
斜面９０ｃと、この傾斜面９０ｃの上端から、再び弁体
の軸心に対して垂直に立ち上がる対向面９０ｄとで構成
されている。傾斜面９０ｃは、底面９０ｂに対して角度
θで立ち上がる平面をなしている。そして、Ｏリング溝
９０の幅Ｇは、Ｏリング９１の太さＷよりも大きくされ
ている。

【００３４】このＯリング溝９０の場合も、前記実施形
態と同様に、弁体が傾いたとき、Ｏリング９１が弁座に
対して強く当たる部分ほど傾斜面９０ｃを高く上るの
で、Ｏリング９１が弁体の傾きを是正するように傾き、
弁座に密着してシール不良を防止することができる。な
お、Ｗ／Ｇ×１００＝５０〜７６（％）程度で、θ＝１
０〜５０°とされることが好ましい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
弁体が傾いて弁座に当接するとき、Ｏリングの弁座に強
く当たる部分は、Ｏリング溝の傾斜面を上るように軸方
向に移動するので、弁体が傾いていてもＯリングの全周
が弁座に均一に当たり、シール不良を防止することがで
き、かつ、過大な荷重を与えることなくシールを行うこ
とができるので、弁全体も小型化できる。

【００３６】また、弁体が弁座から離れると、Ｏリング
の上記傾斜面を上るように移動した部分が、Ｏリングの
弾性的な収縮力によって傾斜面を下って、Ｏリング溝の
底面に戻るので、弁体が正しい角度で弁座に当接した場
合にシールがなされる当初の位置に自動的に復帰させる
ことができる。

【００３７】したがって、弁体のスライドを許容し、ま
た、部品の寸法精度の許容度を高めるため、弁体とその
ガイド壁部との間にわずかな隙間が設けられ、弁体が傾
くことがあっても、常にＯリングが弁座に密着してシー
ル不良の発生率を飛躍的に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による流路切替バルブの斜
視図である。、

【図２】同流路切替バルブの分解斜視図である。

【図３】同流路切替バルブの弁体が第１の位置にある状
態を示す側断面図である。

【図４】同流路切替バルブの弁体が第２の位置にある状
態を示す側断面図である。

【図５】同流路切替バルブの弁体に設けたＯリング溝及
びＯリングの構造を示す説明図である。

【図６】同Ｏリング溝及びＯリングを拡大して示す部分
断面図である。

【図７】本発明の他の実施形態におけるＯリング溝及び
Ｏリングを拡大して示す部分断面図である。

【図８】従来のＯリング溝及びＯリングを拡大して示す
部分断面図である。

【符号の説明】

２本体３導入口４第１の吐出口５第２の吐出口６弁座７形状記憶合金ばね８弁体９バイアスばね１１、１２、１３流路切替バルブ１０ケーシング５１管内部５２環状突出部６１弁体ガイド孔６２環状溝８１十字形柱状端部８２有底円筒状端部８３円筒内部空間８４連通孔８５環状突出部８６第１のＯリング８７第２のＯリング８８第１のＯリング溝８８ｂ底面８８ｃ傾斜面８９第２のＯリング溝８９ｂ底面８９ｃ傾斜面１０１第１室１０２第２室１０３第３室

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｆ１６Ｋ 17/04 Ｆ１６Ｋ 17/04 ＡＥ 17/06 17/06 Ｄ 31/70 31/70 Ｂ 39/02 39/02 Ｆターム(参考） 3H057 AA02 BB04 BB06 CC03 CC04 DD13 EE02 FA02 FA22 FC04 GG05 HH03 3H059 AA06 BB04 BB06 CA02 CA03 CA23 CD05 CE08 FF02 3H066 AA01 DA02 3J040 AA01 AA13 AA17 BA02 HA03 HA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の流路に配置された弁体と、この弁
体が流路を塞ぐために当接する弁座とを備え、前記弁体
の外周にＯリング溝が形成され、このＯリング溝に嵌着
されたＯリングを介して、前記弁体が前記弁座に当接す
ることによりシールがなされる弁のシール構造におい
て、前記Ｏリング溝は、前記Ｏリングの太さよりも広い
溝幅を有し、前記弁体が前記弁座に当接するときに、前
記Ｏリングが弁座によって押圧される方向に向けて、徐
々に溝深さが浅くなる傾斜面が形成されていることを特
徴とする弁のシール構造。
【請求項２】前記Ｏリング溝の底面は、前記弁体の軸
心に対して平行な面をなし、この底面に連続して前記傾
斜面が設けられている請求項１記載の弁のシール構造。
【請求項３】前記Ｏリング溝の前記傾斜面は、前記弁
体の軸心方向に沿った断面で見たとき、傾斜した平面又
は曲面をなす請求項１又は２記載の弁のシール構造。