气体用安全阀的制作方法

1.本发明涉及一种用于将在流路中流动的气体的压力保持在预定规定压力以下的气体用安全阀（relief valve）。


背景技术：

2.流路中设有气体用安全阀，以防止其内流动的气体的压力超过规定预定值以上，作为一个例子例如比如举个例子，已知的就有诸如专利文献1这样的安全阀。专利文献1的安全阀在阀体的尖端部、即阀头处有阀座构件，通过将该阀座构件按压在凸形状的阀座上使其落座，从而关闭阀口。
3.现有技术文献：专利文献：专利文献1：日本特开2014
‑
135219号公报。


技术实现要素：

4.发明要解决的问题：在专利文献1的安全阀中，由合成橡胶制成的阀座构件硫化粘接于由金属制成的阀体上。又，阀座的形状为使开阀压力恒定而形成为复杂形状，阀座加工困难。因此，安全阀的制造成本的降低是有限的。
5.因此，本发明的目的在于提供一种能够降低制造成本的气体用安全阀。
6.解决问题的技术手段：本发明的气体用安全阀，具备：壳体，该壳体具有与流入通路和流出通路连接的阀口和以与所述阀口连接的形式在流入通路中形成的锥形状的阀座；阀体，该阀体具有锥形状的阀头部，能在使所述阀头部嵌入地落座于所述阀座而封闭所述阀口的闭位置和从所述阀座最远离的全冲程位置之间移动；以及对所述阀体施力以位于闭位置的施力构件；所述阀体具有：在所述阀头部的外周面于周方向全周设置的密封槽；和外嵌地设于该密封槽且在闭位置落座于所述阀座而密封所述阀座和所述阀头部之间的密封构件。
7.根据本发明，由于落座于密封构件形成为锥形状的阀座且封闭阀口，因而能使阀座为锥形状。因此，无需对阀座实施复杂的加工，能降低气体用安全阀的制造成本。又，密封构件外嵌于密封槽，故而密封构件的安装容易。由此，能降低气体用安全阀的制造成本。
8.上述发明中，也可以是，所述阀座具有形成为锥形状，以互不相同的锥角形成的近位部分和远位部分，所述远位部分在所述阀体位于闭位置时为使所述阀头部落座而位于比所述近位部分远离所述阀口的位置，所述近位部分形成为其锥角与所述远位部分相比为钝角。
9.根据上述结构，能减小切换升程量（lift amount）。由此，能缩短开阀时密封构件暴露于较大的压力差下的时间，能进一步抑制密封构件变形而损伤或密封构件从密封槽脱离。
10.上述发明中，也可以是，所述近位部分的锥角以随着靠近所述阀口而变大的形式连续变化。
11.根据上述结构，能减小切换升程量。由此，能缩短开阀时密封构件暴露于较大压力差下的时间，能进一步抑制密封构件变形而损伤或密封构件从密封槽脱离。
12.上述发明中，也可以是，所述流入通路上形成有节流部。根据上述结构，能降低刚开阀后向节流部的下游侧流入的气体的压力。因此，能降低刚开阀后作用于密封构件的压力差，能抑制密封构件变形而损伤或密封构件从密封槽脱离。
13.上述发明中，也可以是，所述密封构件嵌合地配置于所述密封槽，所述密封槽形成为次级侧的侧面的截面为凹的曲面形状。
14.根据上述结构，能在密封构件被按于次级侧时将密封构件压入曲面形状的部分，因而能抑制密封构件脱落。又，通过使密封槽为这样的形状，以此能抑制活动主阀体而打开阀口时所必需的压力、即开阀压的偏差。
15.发明效果：根据本发明，能降低制造成本。
16.本发明的上述目的、其他目的、特征及优点参照所附的说明书附图，通过以下的优选的实施形态的详细说明得以明确。
附图说明
17.图1是示出根据本发明的第一实施形态的气体用安全阀的剖视图；图2是示出图1的气体用安全阀打开后的状态的剖视图；图3是示出图1的气体用安全阀的全冲程状态的剖视图；图4是放大地示出图1所示的区域x1的放大剖视图；图5是放大地示出图2所示的区域x2的放大剖视图；图6是放大地示出图3所示的区域x3的放大剖视图；图7是放大地示出根据第二实施形态的气体用安全阀的一部分的剖视图，（a）为闭阀状态的气体用安全阀的放大剖视图，（b）为开阀状态的气体用安全阀的剖视图；图8是放大地示出根据第三及第四实施形态的气体用安全阀的一部分的放大剖视图，（a）为根据第三实施形态的气体用安全阀的剖视图，（b）为根据第四实施形态的气体用安全阀的剖视图；图9是示出根据第五实施形态的气体用安全阀的剖视图。
具体实施方式
18.以下，参照附图说明根据本发明的第一至第五实施形态的气体用安全阀1、1a～1d。另，以下说明中所使用的方向概念仅出于说明上的方便而使用，并非将发明的结构朝向等限定于该方向。又，以下说明的气体用安全阀1、1a～1d只不过是本发明一实施形态。因此，本发明不限于实施形态，可在不脱离发明的主旨的范围内追加、删除、变更。
19.＜第一实施形态＞高压气体储罐内储存高压气体，例如30～100mpa的气体，为向其内填充或排出高压气体而设有各种功能的阀。作为这样的阀的一个例如有将从储罐排出的高压气体减压为
1mpa左右的减压阀，作为其安全装置有图1所示的气体用安全阀1。气体用安全阀1例如安装于高压气体储罐的阀块（未图示），或与阀块独立设置，流路（未图示）内流动的工作气体的压力为规定压力以上时，安全阀打开工作气体能向外部放出。具有这样功能的气体用安全阀1如下构成。
20.即，气体用安全阀1具备壳体2、阀体3和线圈弹簧4，壳体2主要具有壳体主体11和盖体12。又，壳体主体11上形成有大致为有底圆柱形状的阀室21，其开口部分内插入盖体12被封闭。此外，壳体主体11上形成有流入通路23及流出通路24。流入通路23沿阀室21的轴线l1延伸，其一端与前述的流路相连，另一端于阀室21的底面21a经由阀口22向阀室21开口。又，流出通路24的一端在阀室21的周面上开口，另一端与外部相连。另，流出通路24无需必须在阀室21的周面上开口，形成于盖体12亦可。这样的两个通路23、24通过阀口22相互连接，能将流路内流动的工作气体向外部排出。另一方面，阀室21内为封闭阀口22阻止工作气体排出而容纳有阀体3和线圈弹簧4。
21.阀体3为大致有底圆筒状的构件，沿轴线l1能移动且从盖体12离开地容纳于阀室21内。更详细地说明，阀体3具有内孔3a，其开口端与盖体12相向地容纳于阀室21内。又，盖体12在与阀体3抵抗的部分具有凹部12a。内孔3a与该凹部12a一起形成弹簧容纳室13，该弹簧容纳室13内容纳有线圈弹簧4。
22.作为施力构件的一个例子的线圈弹簧4是所谓的压缩线圈弹簧，其一端由盖体12承受，且另一端由阀体3的底面3b承受。因而，阀体3通过线圈弹簧4向朝向阀口22的方向、即如图1所示的闭位置施力以从盖体12离开。另，线圈弹簧4可取而代之采用板簧、弹性体、磁性弹簧、空气弹簧及根据静电力的按压机构等。像这样向线圈弹簧4施力的阀体3在开口端的相反侧、即梢端侧部分具有阀头部3c。阀头部3c形成为锥形状，更详细而言为大致圆锥台状，形成为其梢端的外径比阀口22的口径小，且基端侧的外径比阀口22的口径大。因此，阀头部3c能从其梢端至中间部分经由阀口22插入流入通路23。又，为使作为阀头部3c的可插入部分的座部3d落座，流入通路23上形成阀座25。
23.阀座25形成于壳体主体11上与流入通路23的靠近阀口22的部分，本实施形态中为与流入通路23的阀口22相连的部分。更详细说明则阀座25以包围阀口22的形式形成于流入通路23，其形状形成为与座部3d大致相同形状。即，阀座25呈锥形状，阀座25的锥角θ形成为与阀头部3c的半顶角α（＝θ）大致相同。因此，座部3d以嵌入阀座25的形式落座，由此能封闭阀口22。另，阀头部3c的半顶角α例如设定为10
°
≦α≦45
°
，本实施形态中半顶角α为30
°
。又，在座部3d的外周面上形成有密封槽3e。密封槽3e形成于从阀头部3c的梢端离开距离s的位置，并于座部3d的外周面在其全周上形成。又，密封槽3e的截面形成为大致椭圆形状，密封槽3e安装有密封构件5以在落座时密封阀座25和座部3d之间。
24.密封构件5是由合成橡胶构成的大致环状的构件，本实施形态中例如为o型环。另，密封构件5不限于o型环，只要是环状的密封件即可。又，密封构件5的截面例如为圆截面以外的梯形截面及d字状截面亦可，其截面形状不限。密封构件5以嵌入密封槽3e的形式安装于座部3d的外周面，即阀头部3c的外周面。密封槽3e的截面（更详细而言与周方向垂直的截面）如前述形成为大致椭圆形状，初级侧（即上游侧，阀头部3c的梢端侧）及次级侧（即下游侧，阀头部3c的基端侧）的侧面（即，密封槽3e的长度方向两侧的侧面）形成为大致半圆状。即，密封槽3e形成为初级侧的侧面的截面为凹的曲面形状，形成为次级侧的侧面的截面为
凹的曲面形状。具有如此形状的密封槽3e在下游侧部分具有返回，实现如下效果。即，在开阀时通过气体推动密封构件5的情况下，能将密封构件5推入下游侧部分，密封构件5难以脱落。又，因成为如此形状以此能抑制阀体3动作而打开阀口22时所必需的压力，即开阀压的偏差。另，本实施形态中，密封槽3e上仅配设有密封构件5，但除密封构件5外也可嵌入备用环抑制密封构件5从密封槽3e脱落。
25.如此配置的密封构件5的内径d2形成为相对于流入通路23的孔径d1满足d2≥d1
×
1.14的关系，密封槽3e也形成为能与这样的密封构件5嵌合。此外，密封构件5的线径w形成为大于密封槽3e的深度d，密封构件5在安装的状态下其一部分从密封槽3e突出（例如，参照图2及图3）。因此，密封构件5在落座时于周方向全周与阀座25紧密接触，能密封座部3d与阀座25之间（参照图1及图4）。如此构成的阀体3还如下构成。
26.即，阀体3形成为其基端侧部分与阀室21的周面大致相同直径，由阀室21的周面滑动引导。另一方面，包含阀头部3c的剩余部分形成为比阀室21的周面直径小，其周围形成大致圆环状的阀通路26。阀通路26与流出通路24始终相连，而在阀口22打开时与流入通路23相连。即，阀体3从阀座25离开而打开阀口22时，两个通路23、24通过阀通路26相连，流路的工作气体向外部放出。又，阀体3上形成连通路3f以允许弹簧容纳室13的伸缩。
27.如此构成的气体用安全阀1如下动作。即，气体用安全阀1中，在未图示的流路内流动的工作气体被导入流入通路23，导入的工作气体的压力作用于阀体3的梢端、即阀头部3c的梢端。然后，未图示流路的压力上升而达到规定的设定压力时，阀体3抵抗线圈弹簧4的施加力而被抬起（参照图2）。由此，阀体3从阀座25离开（更详细而言密封构件5从阀座25离开）阀体3与阀座25之间形成环状通路30，阀口22打开（参照图5）。工作气体通过该环状通路30进入阀通路26，再通过流出通路24向外部放出（参照图5的箭头）。如此一来，通过使流路内流动的工作气体的一部分向外部放出，以此抑制流路内流动的工作气体的压力变为规定的设定压力以上。
28.又，阀体3从阀座25离开后还保持抬起从而进一步扩大环状通路30，更多流量的工作气体向外部放出。进而，阀体3被抬起，升程量从闭位置达到全升程量lf时，如图3所示阀体3与盖体12接触，于该位置、即全冲程位置阀体3停止（参照图3及图6）。这样的阀体3能在图1所示的闭位置至图3所示的全冲程位置间进行冲程。另一方面，气体用安全阀1中，工作气体向外部放出而流入通路23的工作气体的压力下降时，阀体3向闭位置一方移动而减少放出的流量。而且，工作气体的压力小于规定的设定压力时，阀体3落座于阀座25而封闭阀口22。
29.具有如此功能的气体用安全阀1中，通过密封构件5密闭阀头部3c和阀座25之间（参照图4），为使其实现而如前述，密封构件5从阀头部3c突出（参照图5及图6）。使该突出的密封构件5与阀座25抵接实现密闭，因而即使在闭阀时阀头部3c和阀座25之间也产生微小间隙c（图4参照）。因此，刚开阀后（即，阀体3刚从阀座25离开后），通过密封构件5在与阀座25之间形成喉部（throat）31，通过该喉部31，在密封构件5的上游侧及下游侧产生较大的压力差。考虑到该压力差持续作用于密封构件5从而密封构件5变形，然后从密封槽3e脱离的情况。为抑止这样的事态发生，气体用安全阀1如下构成。
30.即，气体用安全阀1中，阀体3升程（即，向轴线方向一方冲程）时环状通路30逐渐扩大，由于阀体3及阀座25形成为锥形状，所以升程时的环状通路30的流路面积的变化率在每
个位置均不同。更详细而言，相对于阀头部3c的梢端侧，基端侧相对于升程量的流路面积的变化率更大。密封构件5和阀座25之间的流路面积（以下，流路面积是被与阀座25的座面25a正交的面切断的截面的面积。）因配置于密封构件5从梢端离开的位置，所以与阀体3的梢端和阀座25之间的流路面积相比其变化率较大。因此，阀体3从闭位置向打开方向冲程时，最终该两个流路面积以规定的切换升程量ls逆转。即，阀体3以切换升程量ls的程度冲程而抵达切换位置时，环状通路30中形成喉部的位置、即形成位置从喉部31切换至喉部32。
31.如此构成的气体用安全阀1发挥如下作用效果。即，气体用安全阀1中，阀体3从闭位置冲程至全冲程位置的期间内，密封构件5能从阀口22脱离。可认为在阀口22附近，从环状通路30排出的工作气体的压力无法充分减压而变高。密封构件5从这样的阀口22脱出并从其离开，以此能抑制密封构件5暴露于高压的工作气体。由此，能抑制密封构件5变形受损或密封构件5从密封槽3e脱离。另一方面，阀头部3c的梢端与密封槽3e的距离s、即阀头部3c的梢端与密封构件5的距离s设定为小于全升程量lf，因而能将工作气体在环状通路30内减压而向阀室21引导。因此，能抑制密封构件5暴露于高压。
32.此外，气体用安全阀1中，设置为使密封构件5外嵌于密封槽3e，因而密封构件5相对于阀体3容易安装。由此，能降低气体用安全阀1的制造成本。尤其是，气体用安全阀1中，通过使密封构件5外嵌于密封槽3e，以此能不必如现有技术般硫化粘接，从而能进一步降低气体用安全阀1的制造成本。
33.又，气体用安全阀1中，使密封构件5落座于锥形状的阀座25而封闭阀口22，从而能使阀座25形成为锥形状。因此，无需对阀座25施以复杂加工，能降低气体用密封阀的制造成本。
34.又，在气体用安全阀1中形成为密封构件5的内径d2相对于流入通路23的孔径d1满足d2≥d1
×
1.14的关系。因此，能将密封构件5从阀座25的远位端（即，流入通路23的开口端）离开地配置，从而能尽早将喉部的形成位置从密封构件5向其他位置切换。又，将密封构件5从阀座25的远位端离开地配置，从而能将密封构件5从阀体3的梢端远离地配置，因而能确保形成密封槽3e的空间。因此，能以适当的形状形成密封槽3e，即能使密封槽3e的截面形成为如前述的大致椭圆形状。由此，能不损伤密封构件5地嵌入密封槽3e，能改善密封构件5的组装性。
35.＜第二实施形态＞第二实施形态的气体用安全阀1a与第一实施形态的气体用安全阀1结构类似。因此，关于第二实施形态的气体用安全阀1a的结构，主要说明与第一实施形态的气体用安全阀1不同的点，对相同结构标以相同符号并省略其说明。另，后述的第三至五实施形态的气体用安全阀1b～1d也是如此。
36.第二实施形态的气体用安全阀1a如图7（a）所示，具备壳体2、阀体3a和线圈弹簧4，阀体3a如下构成。即，阀体3a的阀头部3c形成为大致圆锥形状，其梢端部分超出阀座25地延伸。因此，气体用安全阀1a中，在除密封构件5与阀座25之间以外的环状通路30的各位置上，成为最小流路面积的位置如下。即，阀座25的远位端（即，阀座25中从阀口22离开一侧的开口端）25b与阀头部3c之间成为环状通路30的最小流路面积（参照图7（b））。其间的流路面积的变化比第一实施形态中阀体3的梢端与阀座25之间的流路面积的变化和缓。因此，气体用安全阀1a中，能使其切换升程量ls2小于第一实施形态的切换升程量ls。由此，能缩短开阀
时密封构件5暴露于较大压力差的时间，能进一步抑制密封构件5变形受损或密封构件5从密封槽3e脱离。
37.其他，第二实施形态的气体用安全阀1a发挥与第一实施形态的气体用安全阀1相同的作用效果。
38.另，阀体3a的阀头部3c无需必须形成为大致圆锥形状，只要构成为阀头部3c超出阀座25地延伸而阀头部3c的梢端位于流入通路23且比阀座25靠近远位侧的位置，则可以与第一实施形态的阀头部3c同样为大致圆锥台形状。
39.＜第三实施形态＞第三实施形态的气体用安全阀1b如图8（a）所示，具备壳体2b、阀体3和线圈弹簧4，壳体2b的阀座25b如下构成。即，阀座25b具有从阀口22离开的远位部分35a和位于阀口22附近的近位部分35b。远位部分35a及近位部分35b均形成为锥形状，各锥角θ1、θ2不同。即，与远位部分35a的锥角θ1相比，近位部分35b的锥角θ2为钝角。因此，阀座25随着靠近阀口22而向径方向外侧扩大。又，密封构件5以落座于远位部分35a的形式配置。
40.如此构成的气体用安全阀1b中，阀座25的近位部分35b的锥角θ2大于远位部分35a的锥角θ1，从而能以比第一实施形态的气体用安全阀1小的升程量切换形成位置。由此，能进一步抑制密封构件5变形受损或密封构件5从密封槽3e脱离。
41.其他，第三实施形态的气体用安全阀1b发挥与第一实施形态的气体用安全阀1相同的作用效果。
42.＜第四实施形态＞第四实施形态的气体用安全阀1c如图8（b）所示，具备壳体2c、阀体3和线圈弹簧4，壳体2c的阀座25c如下构成。即，阀座25c具有从阀口22离开的远位部分36a和位于阀口22附近的近位部分36b。远位部分35a及近位部分35b均形成为锥形状，各锥角θ1、θ3不同。即，与远位部分35a的锥角θ1相比近位部分36b的锥角θ3较大。又，近位部分36b的锥角θ3连续变化，随着靠近轴线方向一方、即阀口22而变大。具有如此形状的近位部分36b在本实施形态中形成为r形状。
43.如此构成的第四实施形态的气体用安全阀1c发挥与第三实施形态的气体用安全阀1b相同的作用效果。
44.＜第五实施形态＞第五实施形态的气体用安全阀1d中，如图9所示，流入通路23d具有节流部37。节流部37能在开阀时降低比节流部37靠近下游侧的气体的压力。即，能抑制环状通路30的压力。由此，能降低刚开阀后作用于密封构件5的压力差，能抑制密封构件5变形受损或密封构件5从密封槽3e脱离。
45.如此构成的第五实施形态的气体用安全阀1d发挥与第一实施形态的气体用安全阀1相同的作用效果。
46.＜其他实施形态＞第一至第五实施形态的气体用安全阀1、1a～1d设于从高压气体储罐排出工作气体的流路上，但无需必须设于这样的流路上。即，也可设于低压的气体流动的流路上，其用途不限。
47.基于上述说明，于本领域技术人员而言，本发明的较多改良和其他实施形态是明
确的。因此，上述说明仅应解释为示例，以向本领域技术人员教示实施本发明的最佳形态为目的而提供。不脱离本发明的主旨，可实质变更其具体结构和/或功能。
48.符号说明：1、1a～1c
ꢀꢀ
气体用安全阀2、2b、2c
ꢀꢀ
壳体3、3a
ꢀꢀ
阀体4
ꢀꢀ
线圈弹簧5
ꢀꢀ
密封构件21
ꢀꢀ
阀室21a
ꢀꢀ
底面22
ꢀꢀ
阀口23
ꢀꢀ
流入通路24
ꢀꢀ
流出通路25、25b、25c
ꢀꢀ
阀座31
ꢀꢀ
喉部32
ꢀꢀ
喉部33
ꢀꢀ
阀头部33b
ꢀꢀ
梢端部分34
ꢀꢀ
环状狭路（喉部）35
ꢀꢀ
阀座35a、36a
ꢀꢀ
远位部分35b、36b
ꢀꢀ
近位部分。