(57)【要約】【課題】弁軸の軸方向への熱膨張が、電動モータ側の作動軸に伝達されにくいようにする。【解決手段】弁箱５内に、弁孔３を挟んで一次側弁室１１と二次側弁室１２とが設けられ、前記弁箱５に支持された弁軸４と弁体６とが備えられており、前記弁体６は、前記弁軸４の軸方向一方への移動により前記弁孔３を閉鎖し、他方への移動により開放するアングル弁において、前記弁軸４は、電動モータＭの駆動力によって軸方向に進退する作動軸２４と同軸上に配置され、前記作動軸２４と前記弁軸４との間に、前記作動軸２４に対して前記弁軸４を軸方向一方へ付勢する弾性部材２１が配置され、前記弁軸４が軸方向へ熱膨張した際に、その熱膨張によって前記弁軸４が前記作動軸２４を押さないように、前記作動軸２４と前記弁軸４との間に、前記作動軸２４に対する前記弁軸４の軸方向一方への相対移動を許容するための隙間ｗを設けた構成とした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁箱（５）内に、弁孔（３）を挟んで一次側弁室（１１）と二次側弁室（１２）とが設けられ、前記弁箱（５）の内外に貫通しその軸方向へ進退可能に支持された弁軸（４）と、その弁軸（４）と一体に進退可能な弁体（６）が備えられており、前記弁体（６）は、前記弁箱（５）に対する前記弁軸（４）の軸方向一方への移動により前記弁孔（３）を閉鎖し、軸方向他方への移動により前記弁孔（３）を開放するアングル弁において、
前記弁軸（４）は、電動モータの駆動力によって前記弁箱（５）に対して軸方向に進退する作動軸（２４）と同方向に配置され、前記作動軸（２４）と前記弁軸（４）との間に、前記作動軸（２４）に対して前記弁軸（４）を軸方向一方へ付勢する弾性部材（２１）が配置されており、
前記弁軸（４）が軸方向へ熱膨張した際に、その熱膨張によって前記弁軸（４）が前記作動軸（２４）を押さないように、前記作動軸（２４）と前記弁軸（４）との間に、前記作動軸（２４）に対する前記弁軸（４）の軸方向一方への相対移動を許容するための隙間（ｗ）を設けたことを特徴とするアングル弁。
【請求項２】
前記隙間（ｗ）は、前記弁箱（５）内を所定温度の流体が通った際に、その所定温度の流体の熱によって前記弁軸（４）に生じ得る軸方向への熱膨張量以上に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のアングル弁。
【請求項３】
前記弁軸（４）又は前記作動軸（２４）の一方、あるいはそれと一体に移動する部材が、他方に設けた支持板（２２）に形成された軸方向孔（２３）に挿入されてその挿入された部材にねじ込まれたナット（２５）で前記支持板（２２）に係止されており、前記弾性部材（２１）は、前記支持板（２２）とナット（２５）との間に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のアングル弁。
【請求項４】
前記弾性部材（２１）は、前記弁軸（４）又は前記作動軸（２４）の外周に嵌る皿バネ又はコイルバネであることを特徴とする請求項３に記載のアングル弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高温ガス等の高温流体が流れる流路等に設けられるアングル弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉など高温流体を扱う各種施設において、その高温流体が流れる流路を開閉するために、アングル弁が設けられる箇所がある。
【０００３】
この種のアングル弁として、例えば、図５に示すものがある。このアングル弁１０は、弁箱５内の流路の途中に弁孔３が設けられており、その弁孔３を挟んで一次側弁室１１と二次側弁室１２とが備えてられている。
【０００４】
一次側弁室１１には流入部１が設けられている。この流入部１に上流側の流路が接続されるようになっている。
【０００５】
また、二次側弁室１２は、前記弁孔３から上方に向って延びて、又はその弁孔３のすぐ上の位置から直角に曲がって横方向に延びて、その末端が流出部２に通じている。この流出部２には、下流側の流路が接続されるようになっている。
【０００６】
弁孔３の周囲には弁座７が形成されている。なお、この弁座７は、図５に示すように、二次側弁室１２側に設けられる場合もあるし、他の構成としては、弁座７が一次側弁室１１側に設けられる場合もある。
【０００７】
この弁座７に接離する弁体６は、弁箱５の内外を貫通して設けられた弁軸４と一体に移動可能に設けられる。弁軸４は、弁箱５外に設けた図示しない駆動手段によって、弁箱５に対して、その軸方向に進退する。その進退によって、前記弁体６が弁座７に接離し、アングル弁１０の弁孔３が開閉する。
【０００８】
このアングル弁１０の弁軸４を進退させる駆動手段として、通常は、例えば、空気圧などにより動作するシリンダ装置が用いられる。
【０００９】
このように駆動手段としてシリンダ装置を用いるのは、流路内を高温の流体が通過することによって弁軸４が軸方向に熱膨張するため、その膨張をシリンダ装置のロッドの伸縮（進退）によって吸収し、常に、弁体６と弁座７との一定の接触圧を確保するためである。すなわち、シリンダストロークに余裕を持たせることによって、弁軸の熱膨張代を吸収できるようにし、常に、適正な閉弁状態を維持できるようにしたものである（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【００１０】
なお、弁軸が弁座に対して位置ずれを起こすことによる弁体と弁座との接触圧不足を防止するため、弁軸の下端と弁体の上面との間にバネを介在させた技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１１】
また、駆動手段として電動モータを使用したものもある。例えば、図６（ａ）に示すように、２つの弁孔３ａ，３ｂを有する弁箱５内に、その両弁孔３ａ，３ｂを選択的に開閉する弁体６が設けられている。
その弁体６を支える弁軸４が弁箱５外へ延びて、その上部に駆動手段としての電動モータと、その電動モータによって往復回転する回転体の回転往復動作を上下往復動作に変換させるカム機構部Ｃとが設けられている。また、そのカム機構部Ｃと弁軸４との間には、バネ機構部Ｓが備えられている。
【００１２】
カム機構部Ｃの作用により、バネ機構部Ｓを介して弁軸４が上方へ移動して、弁体６が上方に位置する弁孔３ａを閉鎖する際に、バネ機構部Ｓが弁軸４を上向きに付勢して、弁体６によるその弁孔３ａの閉鎖状態が保持されるようになっている。また、カム機構部Ｃの作用により、バネ機構部Ｓを介して弁軸４が下方へ移動して、弁体６が下方に位置する弁孔３ｂを閉鎖する際には、バネ機構部Ｓが弁軸４を下向きに付勢して、弁体６によるその弁孔３ｂの閉鎖状態が保持されるようになっている（例えば、特許文献４参照）。
【００１３】
【特許文献１】特開平９−３０３５７４号公報（第２頁段落０００７）
【特許文献２】特開２００５−３２１０６０号公報（第４頁段落００２２）
【特許文献３】特開２００５−３２１０６１号公報（第７頁第６図）
【特許文献４】特開２００２−０９８２５２号公報（第９頁第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
駆動手段としてシリンダ装置を用いたアングル弁によれば、例えば、そのロッドの進退を弁軸に伝えるためのリンク機構など、大がかりな装置が必要となる。このため、アングル弁の全体が大型化する傾向がある。装置は、できる限りコンパクトであることが望ましい。
【００１５】
また、シリンダ装置は、動作に流体を用いる関係で初期設備設置の負担が大きく、メンテナンスが煩雑であるから、電動モータを用いたいという要請がある。特に、高温の流体を扱うアングル弁では、エアシリンダ装置に熱が伝導することは好ましくないから、電動モータが有利である。
【００１６】
しかし、駆動手段として電動モータを採用した図６（ａ）に示すアングル弁を、高温の流体が流れる流路に設置すると、弁軸４の熱膨張により、図６（ｂ）に矢印で示すように、カム機構部Ｃの作動軸１４を押し上げる方向へ押圧してしまう。
【００１７】
これは、例えば、弁体６が弁座に押圧されていない中立状態（図６（ａ）に示す状態）、あるいは、弁体６が弁座に押し付けられた閉弁状態において、バネ機構部Ｓを構成するバネ１３の上下端に宛がわれた押圧板１５ａ，１５ｂが、それぞれ、弁軸４と一体の外筒１６の上向き段部１６ａ、及び作動軸１４の外周に形成された下向き段部１４ａに係合しているため、弁軸４が軸方向に膨張すると、その段部１６ａ，１４ａ間でバネ１３が突っ張りながら、そのバネ１３を介して、作動軸１４を押し上げるからである。
【００１８】
弁軸４の軸方向への熱膨張が、駆動手段である電動モータ側の作動軸１４に伝達されることは好ましくない。作動軸１４に外力が加わることにより、電動モータに対して負荷を生じ故障の原因になるとともに、弁体が閉弁状態にある場合には、その弁体の弁座への押圧力に変動を生じてしまうからである。
【００１９】
そこで、この発明は、弁軸の軸方向への熱膨張が、駆動手段である電動モータ側の作動軸に伝達されにくいようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題を解決するために、この発明は、弁箱内に、弁孔を挟んで一次側弁室と二次側弁室とが設けられ、前記弁箱の内外に貫通しその軸方向へ進退可能に支持された弁軸と、その弁軸と一体に進退可能な弁体が備えられており、前記弁体は、前記弁箱に対する前記弁軸の軸方向一方への移動により前記弁孔を閉鎖し、軸方向他方への移動により前記弁孔を開放するアングル弁において、前記弁軸は、電動モータの駆動力によって前記弁箱に対して軸方向に進退する作動軸と同方向に配置され、前記作動軸と前記弁軸との間に、前記作動軸に対して前記弁軸を軸方向一方へ付勢する弾性部材が配置されており、前記弁軸が軸方向へ熱膨張した際に、その熱膨張によって前記弁軸が前記作動軸を押さないように、前記作動軸と前記弁軸との間に、前記作動軸に対する前記弁軸の軸方向一方への相対移動を許容するための隙間を設けた構成とした。
【００２１】
作動軸と弁軸との間に弾性部材を配置するとともに、その作動軸に対する弁軸の軸方向一方への相対移動を許容するための隙間を設けたので、弁箱内を通る流体の熱によって弁軸が熱膨張した際に、その隙間を埋める（隙間を減らす）ように弁軸が熱膨張する。すなわち、この弁軸の熱膨張によって弾性部材は押されないから、その弾性部材による作動軸に対する付勢力は増加しない。また、その隙間が介在する限り、熱膨張によって弁軸が作動軸に直接触れることにより、その作動軸を押すこともない。
このため、弁軸の軸方向への熱膨張が、駆動手段である電動モータ側の作動軸に伝達されることを抑制することができる。
【００２２】
なお、前記隙間の大きさを、例えば、弁軸に生じ得る軸方向への熱膨張量未満に設定することも可能ではあるが、その隙間は、弁箱内を所定温度の流体が通った際に、その所定温度の流体の熱によって前記弁軸に生じ得る軸方向への熱膨張量以上に設定することが望ましい。隙間の寸法が、予想される熱膨張量以上に設定されていれば、弁軸の熱膨張が電動モータ側の作動軸に与える影響を皆無とすることができるからである。
【００２３】
また、前記弁軸又は前記作動軸の一方、あるいはそれと一体に移動する部材が、他方に設けた支持板に形成された軸方向孔に挿入されてその挿入された部材にねじ込まれたナットで前記支持板に係止されており、前記弾性部材は、前記支持板とナットとの間に設けられる構成を採用することができる。このようにすれば、弾性部材を簡単に介在させることができ、また、付勢力の異なる弾性部材に取替える作業が容易となる。
なお、支持板の軸方向孔に挿通される部材は、前記弁軸又は前記作動軸の端部であってもよいし、その弁軸又は作動軸と一体に軸方向に移動するように設けられた部材であってもよい。
【００２４】
この弾性部材としては、前記弁軸又は前記作動軸、あるいはそれと一体に移動する部材の外周に嵌る皿バネ又はコイルバネとすることができる。この皿バネ、コイルバネは、軸方向に複数連ねて使用することもできる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明は、弁軸の軸方向への熱膨張が、駆動手段である電動モータ側の作動軸に伝達されにくいようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。この実施形態のアングル弁は、高炉内のガスを排出する管の途中に設けられるブローオフ弁である。通常の設備稼働時は、全閉状態で使用され、設備の改修時や緊急時には全開状態に切り換えられて、高温流体を大気へ逃がすようになっている。
【００２７】
弁箱５の基本構成は従来例と同様であり、図１（ａ）（ｂ）に示すように、弁箱５内の流路の途中に弁孔３が設けられており、その弁孔３を挟んで一次側弁室１１と二次側弁室１２とが備えてられている。また、一次側弁室１１には流入部１が設けられて、この流入部１に上流側の流路が接続されるようになっている。
【００２８】
また、二次側弁室１２は、前記弁孔３のすぐ上の位置から直角に曲がって横方向に延びて、その末端が流出部２に通じている。この流出部２には、下流側の流路が接続されるようになっている。
【００２９】
弁孔３の周囲には、全周に亘る弁座７が形成されている。この弁座７に接離する弁体６は、二次側弁室１２側に伸びて弁箱５の内外を貫通するように設けられた弁軸４と一体に移動可能に設けられている。その弁軸４は、弁箱５の上部に設けられた支持部５ａによって、弁箱５に対して軸方向進退自在に支持されている。
【００３０】
弁箱５外には、駆動手段としての電動モータＭが設けられている。その電動モータＭの駆動力は、駆動力伝達機構３０を通じて弁軸４に伝達されるようになっている。この駆動力伝達機構３０としては、例えば、従来例の図６に示すカム機構の他、ウォーム機構、リンク機構など周知の構成を採用することができる。
【００３１】
また、その駆動力伝達機構３０は、図１に示すように、上下方向に向く作動軸２４を備えている。その作動軸２４が、電動モータＭの駆動力によって、軸方向に進退する。前記弁軸４は、この作動軸２４と同軸上に配置されて、バネ機構部２０を介して接続されている。
【００３２】
バネ機構部２０の構成を説明すると、図４（ａ）に示すように、弁軸４の上端に中空の筒状部２６が設けられ、その筒状部２６の上端に支持板２２が設けられている。
【００３３】
前記作動軸２４の下端は、前記支持板２２に形成された軸方向の孔２３に挿入されている。また、その挿入された作動軸２４の下端には、皿バネ（弾性部材）２１を介在してナット２５がねじ込まれている。皿バネ２１は作動軸２４の外周に嵌り、その状態で、前記ナット２５によって作動軸２４から脱落しないように係止されている。
【００３４】
このように、皿バネ２１は、前記支持板２２と前記ナット２５との間に設けられるので、その皿バネ２１は、前記作動軸２４に対して前記弁軸４を閉弁方向（軸方向一方）へ付勢する。この付勢によって、弁体６が弁座７に隙間なくしっかりと当接し、閉弁状態を確実に維持することができる。
なお、その付勢力は、ナット２５の締付け度合いによって調整することができる。また、皿バネの数を増減させることによっても、付勢力の調整が可能である。
【００３５】
弁の開閉動作について説明すると、図３に鎖線で示す開弁状態において、電動モータＭが作動して作動軸２４が上昇すると、皿バネ２１及びナット２５で接続された弁軸４も上昇する。弁軸４の上昇により弁体６は弁座７に接し、同図に実線で示すように、前記弁孔３を閉鎖する。
【００３６】
逆に、図３に実線で示す閉弁状態において、電動モータＭが作動して作動軸２４が下降すると、弁軸４が下降して弁体６は弁座７から離れ、前記弁孔３を開放する。
【００３７】
この弁箱５内を通る流体は高温であるので、その流体の熱が弁箱５や弁軸４等に熱伝導により伝わっていく。弁軸４は通常は金属製であるから、その熱伝導により弁軸４の温度は上昇し、弁軸４には、常温の状態と比較して熱膨張を生じる。
【００３８】
このとき、前記弁軸４が軸方向へその全長が伸びるように熱膨張した際に、その熱膨張によって前記作動軸２４に対する前記弾性部材２１による負荷が増加しないように、前記作動軸２４と前記弁軸４との間に、前記作動軸２４に対する前記弁軸４の上方への相対移動を許容するための隙間ｗが設けられている。
【００３９】
この隙間ｗは、図４（ａ）に示すように、支持板２２の上面２２ａと作動軸２４に設けた下向きの段部２４ａとの間に設けられている。
【００４０】
弁軸４が熱膨張した際に、その隙間ｗの幅は徐々に減少する。その間、支持板２２の上昇に伴って、皿バネ２１は徐々にその全長ｖが伸びていく（ただし、皿バネの自然長を上限とする）。電動モータＭが動作していなければ、作動軸２４及びナット２５の位置は不変であるのに対し、支持板２２の位置が上昇するからである。
【００４１】
つまり、この弁軸４の熱膨張によって皿バネ２１は上方に押されないから、その弾性部材２１による作動軸２４に対する付勢力は増加しない。また、その隙間ｗが無くなってしまわない限り、熱膨張によって弁軸４の支持板２２の上面２２ａが、作動軸２４の段部２４ａに直接触れることもないから、その作動軸２４が上方に押されることはない。
【００４２】
このため、弁軸４の軸方向への熱膨張が、駆動手段である電動モータＭ側の作動軸２４に伝達されることを抑制することができる。
【００４３】
なお、前記隙間ｗは、前記弁箱５内を所定温度の流体が通った際に、その所定温度の流体の熱によって前記弁軸４に生じ得る軸方向への熱膨張量以上に設定されている。すなわち、稼働中に隙間ｗが縮小することはあっても、図４（ｂ）に示すように、その隙間ｗがゼロにはならないように配慮されているから、熱膨張による作動軸２４への影響を皆無としている。
【００４４】
また、ナット２５の締付け度合いを変えることによって、支持板２２の押し上げ力が変化するから、それによって隙間ｗの量を増減させることができる。このため、アングル弁１０の使用場所や用途によって、弁体６の弁座７への密着度合いを調整できるとともに、同時に、弁箱５内を通過する流体の種別や温度によって、その隙間ｗを適宜設定することができる。すなわち、アングル弁１０の汎用性を高めることができる。
なお、設計上、許容される限度において、隙間ｗを弁軸４の熱膨張量以下に設定して、弁軸４の熱膨張による作動軸２４への影響を若干許容するようにした構成も考えられる。  
【００４５】
この実施形態では、作動軸２４と弁軸４とは同軸上に配置した構成としたが、両者が同軸上にない形態であってもよい。例えば、作動軸２４と弁軸４とを並行に配置した構成が考えられる。このとき、例えば、作動軸２４と一体に移動する部材が、弁軸４側の支持板２２に形成された軸方向の孔２３に挿入される構成とすることができる。
【００４６】
また、バネ機構部２０の構成は、これらの実施形態に限定されず、例えば、皿バネに代えてコイルバネや板バネなど他の弾性部材２１を採用した構成も考えられる。また、支持板２２に孔２３を設けることなく、例えば、支持板２２の下面２２ｂと、作動軸２４と一体に移動する部材の上面とが向かい合うようにした構成において、その対向面間に、適宜の弾性部材２１を配置した構成も考えられる。
【００４７】
さらに、バネ機構部２０を上下逆に配置することにより、作動軸２４側に支持板２２を設けた構成とすることもできる。
このとき、例えば、図４（ｃ）に示すように、弁軸４又はその弁軸４と一体に移動する部材が、作動軸２４に設けられた支持板２２の孔２３に挿入されて、弾性部材２１を介在してナット止めされる構成、あるいは、支持板２２に孔２３を設けることなく、例えば、支持板２２の上面と、弁軸４と一体に移動する部材の下面とが向かい合うように構成し、その対向面間に、適宜の弾性部材２１を配置した構成等を採用することもできる。
【００４８】
また、皿バネ等からなる弾性部材２１によって、弁軸４が下方に向かって（弁箱５側に向かって）付勢される構成とすることもできる。この場合、弁座７は、二次側弁室１２側に設けられて、弁体６は、その二次側弁室１２側に向く弁座７に接離自在である構成において採用可能な形態となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】一実施形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図
【図２】同実施形態の平面図
【図３】図１（ｂ）の弁座周辺を示す要部拡大図
【図４】（ａ）（ｂ）は、図１（ｂ）のバネ機構部周辺を示す要部拡大図、（ｃ）は、他の実施形態を示す同要部拡大図
【図５】従来例の断面図
【図６】従来例の断面図
【符号の説明】
【００５０】
１  流入部
２  流出部
３  弁孔
４  弁軸
５  弁箱
６  弁体
７  弁座
１０  アングル弁
１１  一次側弁室
１２  二次側弁室
１３  バネ
１４，２４  作動軸
１４ａ，１６ａ  段部
１５ａ，１５ｂ  押圧板
１６  外筒
２０  バネ機構部
２１  弾性部材（皿バネ）
２２  支持板
２３  孔
２５  ナット
２６  筒状部
３０  駆動力伝達機構
Ｃ  カム機構部
Ｍ  電動モータ
Ｓ  バネ機構部
【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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