(57)【要約】【課題】弁体の当接部表面と弁座の当接部表面のステムの傾きによる偏摩耗発生を緩和し、寿命の長いバルブを提供する。【解決手段】流路を有するバルブボディと、前記バルブボディに設けられた弁座と上下動により当接して前記流路を開閉する弁体と、前記弁体を先端に備えるステムと、前記ステムを上下動させるアクチュエータと、を有するバルブであって、前記弁体と前記ステムとは、ユニバーサルジョイントで結合され、前記弁体の軸と前記ステムの軸との角度が変化可能である。【選択図】  図１
2020197233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を有するバルブボディと、
前記バルブボディに設けられた弁座と上下動により当接して前記流路を開閉する弁体と、
前記弁体を先端に備えるステムと、
前記ステムを上下動させるアクチュエータと、を有するバルブであって、
前記弁体と前記ステムとは、ユニバーサルジョイントで結合され、前記弁体の軸と前記ステムの軸との角度が変化可能であることを特徴とするバルブ。
【請求項２】
前記ユニバーサルジョイントが、球面部及び該球面部に連なる非球面部を備える摺動体と、該摺動体を摺動回転可能に囲繞する囲繞体とからなり、前記非球面部と前記囲繞体の間の定められた隙間の大きさにより前記弁体の軸と前記ステムの軸との角度が制限されることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
【請求項３】
前記摺動体が、前記弁体のステム側端部に形成され、前記囲繞体が前記ステムの弁体側端部に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のバルブ。
【請求項４】
前記球面部は、前記弁体のステム側端部に形成された球体であり、
前記非球面部は前記球面部に連なる円柱状のネック部であり、
前記囲繞体は、前記ステムの弁体側端部に形成された凹所を有する前記ステムと、前記凹所に収容固定され、前記ネック部が貫通する貫通孔と前記球面部を支承する球状凹面を有する支承体からなり、
前記弁体の軸と前記ステムの軸との角度が、前記ネック部と前記貫通孔の内周壁との間の隙間の大きさによって決定される請求項３に記載のバルブ。
【請求項５】
前記球面部は、前記弁体のステム端部に形成され、頂部に球面を有しており、
前記非球面部は前記球面部に連なる円柱状のネック部であり、
前記囲繞体は、前記ステムの弁体側端部に形成された凹所を有する前記ステムであって、前記凹所は前記非球面部を収容する第１凹所と、該第１凹所に連なり前記球面部を収容し、前記球面部の前記弁座側の面と対向する段部を有する第２凹所とを備えており、側面に前記摺動体を収容できるように切り欠きが設けられたステムと、前記ステムに固定され前記摺動部の切り欠き側への移動を制限するピンとからなり
前記弁体の軸と前記ステムの軸との角度が、前記ネック部と前記第１凹所の内周壁との間の第１の隙間によって決定される請求項３に記載のバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体の流量を制御するバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の流量を調節し、開閉を行うことができる制御弁として、特許文献１に記載のような制御弁が知られている。この制御弁１０１は、図６に示すように、流体の流入口１２１、流入通路１２３、流出通路１２４及び流出口１２２を有するバルブボディ１０２と、流体の流量を制御する弁体１０３と、弁体１０３を上下動させるアクチュエータ１０４を備えている。弁体１０３の弁体当接面１３２は、弁閉時はアクチュエータ１０４によるステム１０５の降下にしたがって、バルブボディ１０２に形成された弁座１６４に当接して流体を遮断する。
【０００３】
ステム１０５は、バルブボディ１０２の上部に配置されたボンネット１０８の内部を貫通し、ボンネット１０８とアクチュエータ１０４とはヨーク１０９によって結合され、アクチュエータ１０４のシャフト１４１とステム１０５とは、連結構造１１０によって結合され、アクチュエータ１０４のモータの回転運動を、ステム１０５の軸方向直線運動に変換している。
【０００４】
これらの制御弁は、弁体が回転を伴わない上下動によって対向する弁座に強く押圧されることによって、高圧流体に耐えられる構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−０１４４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、水素ステーションの供給インフラ等の高圧極低温環境下や、反応ガスを用いた製造インフラ等の高圧極低温環境下で用いることができる流量調整のための制御弁やON-OFFを行う遮断弁が求められる。
【０００７】
このような、極低温や高温環境下で用いられるバルブは、弁体部分が極低温や高温に晒されると、弁体とつながるステムが熱を持ったり、低温に冷やされる。ステムが、高温や低温となると、ステムとつながるアクチュエータが熱を持ったり、低温に冷やされるため、アクチュエータが悪影響を受ける。このアクチュエータへの影響を低減するために、ステムの長さを長くする方策が一般にとられている。
【０００８】
ステムの長さを長くすると、ステムのごくわずかでも傾きでも、弁体と弁座の当接に許容できないレベルのずれが生じるおそれがあり、このずれはシートリークや弁体と弁座の当接面の偏摩耗によるバルブの寿命の低下の原因となる。
【０００９】
この発明の目的は、弁体の当接部表面と弁座の当接部表面のステムの傾きによる偏摩耗発生を緩和し、寿命の長いバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明（１）は、流路を有するバルブボディと、前記バルブボディに設けられた弁座と上下動により当接して前記流路を開閉する弁体と、前記弁体を先端に備えるステムと、前記ステムを上下動させるアクチュエータと、を有するバルブであって、前記弁体と前記ステムとは、ユニバーサルジョイントで結合され、前記弁体の軸と前記ステムの軸との角度が変化可能であることを特徴とするバルブである。
【００１１】
弁体とステムとを、自在継手であるユニバーサルジョイントで結合することによって、ステムがわずかでも傾いたとしても、弁体の軸は、弁体の弁座との当接面が弁座の当接面と一様に面圧がかかるように傾くので、弁体の当接部表面と弁座の当接部表面へのステムの偏りによる偏摩耗発生を緩和することができる。
【００１２】
本発明（２）は、前記ユニバーサルジョイントが、球面部及び該球面部に連なる非球面部を備える摺動体と、該摺動体を摺動回転可能に囲繞する囲繞体とからなり、前記非球面部と前記囲繞体の間の定められた隙間の大きさにより前記弁体の軸と前記ステムの軸との角度が制限されることを特徴とする本発明（１）に記載のバルブである。
【００１３】
一般に、ユニバーサルジョイントは、何十度傾いても力を伝達できるものであるが、本発明に用いられるユニバーサルジョイントは、わずかの傾きを修正できればよいので、本発明（２）のように、摺動体の非球面部と囲繞体の間の定められたわずかの隙間の大きさで角度を修正できるようにしておくのが好ましい。本発明（２）に用いられるユニバーサルジョイントは、いわゆるボールアンドソケットタイプと呼ばれるものである。
【００１４】
本発明（３）は、前記摺動体が、前記弁体のステム側端部に形成され、前記囲繞体が前記ステムの弁体側端部に形成されていることを特徴とする本発明（２）のバルブである。
【００１５】
摺動体が、弁体のステム側端部に形成され、囲繞体がステムの弁体側端部に形成されていることで、ユニバーサルジョイントが形成されやすく、製造コストの低減にもつながる。
【００１６】
本発明（４）は、前記球面部は、前記弁体のステム側端部に形成された球体であり、前記非球面部は前記球面部に連なる円柱状のネック部であり、前記囲繞体は、前記ステムの弁体側端部に形成された凹所を有する前記ステムと、前記凹所に収容固定され、前記ネック部が貫通する貫通孔と前記球面部を支承する球状凹面を有する支承体からなり、前記弁体の軸と前記ステムの軸との角度が、前記ネック部と前記貫通孔の内周壁との間の隙間の大きさによって決定される本発明（３）のバルブである。
【００１７】
本発明（４）は、摺動体と囲繞体の形状が、例えば、図１〜３に示すようなユニバーサルジョイントの形態に特徴を有する。制限される角度が、ネック部と貫通孔の内周壁との間の隙間の大きさによって容易に決定することができるので、バルブが安定して駆動することができる。
【００１８】
本発明（５）は、前記球面部は、前記弁体のステム端部に形成され、頂部に球面を有しており、前記非球面部は前記球面部に連なる円柱状のネック部であり、前記囲繞体は、前記ステムの弁体側端部に形成された凹所を有する前記ステムであって、前記凹所は前記非球面部を収容する第１凹所と、該第１凹所に連なり前記球面部を収容し、前記球面部の前記弁座側の面と対向する段部を有する第２凹所とを備えており、側面に前記摺動体を収容できるように切り欠きが設けられたステムと、前記ステムに固定され前記摺動部の切り欠き側への移動を制限するピンとからなり前記弁体の軸と前記ステムの軸との角度が、前記ネック部と前記第１凹所の内周壁との間の第１の隙間によって決定される本発明（３）に記載のバルブである。
【００１９】
本発明（５）は、摺動体と囲繞体の形状が、例えば、図４及び５に示すようなユニバーサルジョイントの形態に特徴を有する。制限される角度が、前記ネック部と前記第１凹所の内周壁との間の第１の隙間によって容易に決定することができるので、バルブが安定して駆動することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この制御弁によると、弁体の当接部表面と弁座の当接部表面のステムの傾きによる偏摩耗発生を緩和し、寿命の長いバルブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明によるバルブの第１実施例の全体を示す部分縦断面図である。
【図２】この発明によるバルブの第１実施例のユニバーサルジョイント付近の拡大図である。
【図３】図２の拡大図をさらに拡大した部分断面平面図（ａ）及び部分断面正面図（ｂ）である。
【図４】この発明によるバルブの第２実施例のユニバーサルジョイント付近の拡大図である。
【図５】図４の拡大図をさらに拡大した部分断面平面図（ａ）及び部分断面正面図（ｂ）である。
【図６】従来の、ステムの長い制御弁の全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２３】
図１に示すように、バルブ１は、流路を有するバルブボディ２と、バルブボディ２の流路を上下動により開閉する弁体３と、弁体３を上下動させるアクチュエータ４とを備えている。アクチュエータ４には、アクチュエータ４の動作により上下動するシャフト４１が設けられている。シャフト４１と弁体３とはステム５によって連結されている。シャフト４１とステム５との間の連結において、特許文献１に記載の連結構造１０を有している。
【００２４】
制御弁１は、バルブボディ２の上部に接続されるボンネット８と、ボンネット８とアクチュエータ４とを接続するヨーク９とを備えている。
【００２５】
バルブボディ２は、中央上面にバルブボディ突出部２６が形成され、弁体３を挿通させるボンネット８を収容するバルブボディ凹所２５が設けられ、ボンネット８のバルブボディ２への接続は、ボンネット８に取り付けられた、ボンネットナット８１によって行われる。
【００２６】
バルブボディ２には、流体が流入する流入口２１、流入口２１から弁体３へ流体を導く流入通路２３、弁体３の当接部３２（図２参照）と当接する弁座当接面６４（図２参照）が形成された弁座ボルト６が備えられている。流体を流し出す通路である流出通路２４および流体をバルブボディ２外部へ流出させる出口となる流出口２２が備えられている。
【００２７】
ボンネット８の内部にはＯリングホルダー８２に保持された状態でＯリング８３が設けられており、このＯリング８３によってボンネット８の内面とステム５の外面との隙間からの流体の漏洩を防ぐようになっている。Ｏリングホルダー８２の下部にはグランドパッキン８４が介装されている。グランドパッキン８４は、例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の硬質合成樹脂から形成されており、Ｏリング８３と共にボンネット８の内面とステム５の外面との隙間からの流体の漏洩を防ぐ。パッキン押えねじ８５によって、上方向から荷重を加えて、グランドパッキン８４のシール性を確実にしている。
【００２８】
ヨーク９は、アクチュエータ４の下端面とねじ（図示せず）によって連結され、ヨーク９の下部はその中心に形成されたねじ穴にボンネット８の筒部の上部外面に形成された雄ねじ部が螺着されており、これによってボンネット８とアクチュエータ４がヨーク９によって連結されている。
【００２９】
ステム５に設けられたインジケータ５１と、ヨーク９に取り付けられたインジケータスケール９１とから制御弁の開度を確認することができる。
【００３０】
図２は、図1に示す実施例１のユニバーサルジョイント付近の拡大図である。バルブボディ２には、弁座当接面６４を備える弁座ボルトヘッド部６３を有する弁座ボルト６が、弁座ボルト雄ねじ部６１で螺合している。弁座ボルト６の内部は、弁座ボルト貫通孔６２が形成され、流入通路２３とバルブボディ凹所２５を挿通している。バルブボディ２とボンネット８とは、バルブボディ突出部雄ねじ２６ａとボンネットナット雌ねじ８１ａとで螺合結合している。
【００３１】
弁体３は、上から、球面部３５ａを有する弁体ヘッド３５、ネック部３４、弁体ボディ部３３、弁体当接部３２、弁体先端部３１を備えている。球面部３５ａを有する弁体ヘッド３５とネック部３４とが、摺動体を形成している。
【００３２】
ステム５の下端部は、凹所５２（図３（ｂ）参照）が設けられ、この凹所５２に摺動体が嵌入されている。
【００３３】
図３は、図２をさらに拡大した図である。ステム５の端部には、凹所５２が形成され、その中に弁体ヘッド３５とネック部３４が嵌入し、弁体ヘッド球面部の頂点が、凹所５２の天井面である凹所底面５２ａと接触するように嵌入している。
【００３４】
弁体ボール部受け部材３６には、球状凹面３６ａを有する弁体ヘッド受け部材３６が、弁体ヘッド球面部３５ａを支承している。この弁体ヘッド受け部材３６ａは、実施例１では４分割されている。分割している理由は、ネック部３４が貫通している弁体ヘッド受け部材３６の上下には、ネック部３４の径よりも大きな弁体ヘッド３５と弁体ボディ部３３があり、一体であるとこれらの上下部分が入らないからである。実施例１では、４分割としているが、２分割や３分割とすることもできる。
【００３５】
この部分の組み立ては、ネック部３４の周囲に弁体ヘッド受け部材３６を取り付けて、凹所５２内部に、弁体ヘッド球面部３５ａが凹所底面５２ａに突き当たるまで挿入し、ピン５３を打ち込む方法で行う。弁体ヘッド受け部材３６は、ピン５３で支えられる。
【００３６】
実施例１における囲繞体は、凹所５２を備えるステム５の端部及び弁体ヘッド受け部材３６（支承体）が相当する。
【００３７】
弁体ヘッド受け部材３６には、ネック部３４を収容する貫通孔３７が備えられ、この貫通孔３７の直径は、ネック部３４の直径よりも大きく、両者の間には、隙間３８ａが形成されている。この隙間３８ａの大きさによって、ステムの軸と弁体の軸との交角が、制限される角度の範囲の角度内で変化できるようになっている。隙間３８ａが大きいと変化する角度が大きくなり、隙間３８ａが小さいと変化する角度が小さくなる。
【００３８】
図４は、本発明の実施例２のユニバーサルジョイント付近の拡大図である。実施例１（図２）と同じ個所は、一部説明を省略する。
【００３９】
弁体３の上部には、球面部３５ａの下方に連なる本体部３５ｂを有する弁体ヘッド３５が形成されている。
【００４０】
弁体３は、上から、球面部３５ａと円柱形状の本体部３５ｂを有する弁体ヘッド３５、弁体ヘッド３５より径が小さいネック部３４、弁体ボディ部３３、弁体当接部３２、弁体先端部３１を備えている。球面部３５ａと本体部３５ｂを有する弁体ヘッド３５とネック部３４とが、摺動体を形成している。
【００４１】
図５は、図４をさらに拡大した図である。ステム５の端部には、ネック部３４を収容する第１凹所５４が形成され、第１凹所５４の上部には弁体ヘッド３５を収容する第２凹所５５が形成されている。第１凹所５４と第２凹所５５の間の段部５５ｂにより弁体ヘッド３５は支持されており、ネック部３４および弁体ヘッド３５が第１凹所および第２凹所に収容可能なようにステム５の一面が切り欠かれている。
【００４２】
球面部３５ａの頂点と、第２凹所５５の天井面である第２凹所底面５５ａとは、ステム５が下方に移動して弁体３を押圧時には、接触するようになっている。押圧していないときは、わずかな隙間が設けられている。このわずかな隙間は、図５においては、本体部３５ｂと段部５５ｂとの間の隙間に相当する。
【００４３】
ステム５の側面には切り欠きを経由する貫通孔が形成されており、ピン５３が挿入される。ピン５３および第１凹所の内周壁５４ａによりネック部３４の平面方向の移動が制限される。ネック部３４と第１凹所の内周壁５４ａおよびピン５３との間の隙間３８ｂの大きさによって、ステムの軸と弁体の軸との交角が、制限される角度の範囲の角度内で変化できるようになっている。この隙間が大きいと変化する角度が大きくなり、この隙間が小さいと変化する角度が小さくなる。
【００４４】
なお、第１凹所５４と第２凹所５５を備えるステム５の端部およびピン５３が実施例２における囲繞体に相当する
【符号の説明】
【００４５】
１：制御弁
２：バルブボディ
３：弁体
４：アクチュエータ
５：ステム
８：ボンネット
９：ヨーク
１０：連結構造
２１：流入口
２２：流出口
２３：流入通路
２４：流出通路
２５：弁座
２６：バルブボディ突出部
２６ａ：バルブボディ突出部雄ねじ
３１：弁体先端部
３２：弁体当接部
３３：弁体ボディ部
３４：ネック部
３５：弁体ヘッド
３５ａ：球面部
３５ｂ：本体部
３６：弁体ヘッド受け部材
３６ａ：球状凹面
３７：貫通孔
３８ａ：隙間
３８ｂ：第１の隙間
４１：シャフト
５１：インジケータ
５２：凹所
５２ａ：凹所底面
５３：ピン
５４：第１凹所
５４ａ：第１凹所の内周壁
５５：第２凹所
５５ａ：第２凹所底面
５５ｂ：段部
５５ｃ：第２凹所の内周壁
６１：弁座ボルト雄ネジ部
６２：弁座ボルト貫通孔
６３：弁座ボルトヘッド部
６４：弁座当接面
８１：ボンネットナット
８１ａ：ボンネットナット雌ねじ
８２：Ｏリングホルダー
８３：Ｏリング
８４：グランドパッキン
８５：パッキン押さえねじ
９１：インジケータスケール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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