(57)【要約】【課題】ステム回転時の操作性とシール性とを確保しつつ、パイプをろう付する際の軸装部への不用意な過度の加熱により発生する応力を軽減してボデーの割れや変形を防止できるバルブを提供する。【解決手段】ボデー１１に設けた軸装部２５内に弁体１３開閉用のステム１５を軸装し、この軸装部２５内のパッキン室２７に樹脂製パッキン２０を装着した。この樹脂製パッキン２０の非接液側に耐熱性を有し、かつ樹脂製パッキン２０の熱膨張を吸収する熱膨張吸収部材２１を積層すると共に、この熱膨張吸収部材２１を軸装部２５の螺子部２６に螺入したグランド１６で締め付けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボデーに設けた軸装部内に弁体開閉用のステムを軸装し、この軸装部内のパッキン室に樹脂製パッキンを装着し、この樹脂製パッキンの非接液側に耐熱性を有し、かつ前記樹脂製パッキンの熱膨張を吸収する熱膨張吸収部材を積層すると共に、この熱膨張吸収部材を前記軸装部の螺子部に螺入したグランドで締め付けたことを特徴とするバルブ。
【請求項２】
前記熱膨張吸収部材は、前記樹脂製パッキンが熱で軸方向に体積膨張する熱膨張に応じて前記ステムの軸方向に圧縮可能な構造を有する熱膨張率の小さい部材である請求項１に記載のバルブ。
【請求項３】
前記樹脂製パッキンは、接液側下面にテーパ面を有し、かつ前記ステム側を肉厚形状に成形した環状のＰＴＦＥ製のパッキンである請求項１又は２に記載のバルブ。
【請求項４】
前記熱膨張吸収部材は、グランド側上面にテーパ面を有し、かつ前記ステム側を肉厚形状に成形した環状のグラファイト製のパッキンである請求項１又は２に記載のバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブに関し、特にステム軸装部内にパッキンを締付けてシール性を確保する構造のボールバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、図３に示すように、ボールバルブ等の回転弁１は、弁軸２を回転させてボール３の開閉操作をおこなう構造であることから、バルブボデー１１のステム軸装部（首部）５内にパッキン部材６が装着される。このパッキン部材６としては、弁軸２の回転時の摩擦力を小さくして操作性を向上し、かつ、シール性を確保するために一般にＰＴＦＥ等の樹脂が用いられることが多い。この種のシール構造のバルブは、通常樹脂製のパッキン部材６の上部にグランド部材７が装着され、このグランド部材７を締付けることでパッキン部材６を圧縮変形させてバルブ内部からの流体漏れを防止し、さらにグランド部材７の増し締めにより時間の経過に伴って低下するパッキン部材６のシール性を回復させる機能を有している。このようなステム軸装部５の構造は、回転弁以外のゲートバルブ等の昇降動タイプのバルブなどでも用いられることがある。
【０００３】
さらに、この種のバルブ等で用いられ、ＰＴＦＥ製のパッキンに異種材料のパッキンを組み合わせたものとして、例えば、特許文献１のパッキング装置が開示されている。このパッキング装置は、弁の回転軸等に設けられ、弁ボンネット内のパッキング箱内にグラファイト材料製のリングとＰＴＦＥ製リングとが隣接するようにパッキング組立体が設けられ、このパッキング組立体により高温流体の漏洩を防止しようとするものである。
特許文献２の密封装置は、軸の外周面を囲繞するように形成されたスタフィングボックスと、膨張黒鉛製のリング状のグランドパッキンと、フッ素樹脂からなりグランドパッキン同士が接する面の内周端部の間または外周端部の間の少なくとも一方に配置されたリング状の封止材を有している。この密封装置では、パッキン押え手段によりこれらを軸方向に押圧することでシール性を確保し、グランドパッキンと封止材とを組み合わせたことで高温でも良好なシール性を得ようとしたものである。
【０００４】
ところで、ボールバルブ等のバルブを給水や給湯用の配管に接続する場合、接続部のシールが確実、流体汚染が少なく衛生的、凍結・衝撃などに対する高い耐久性、作業性に優れ能率的な配管が可能であるなどの利点から、接続用パイプとして銅管が用いられることがある。銅管は、通常ろう付により金属製バルブに接続され、これらをろう付するときには、ろう付材料を接続部位につけ、加熱トーチでこの接続部位付近を加熱してろう付材料を溶解させて融着させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２２９８９０号公報
【特許文献２】特開２００４−３２４７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したＰＴＦＥ製のパッキン部材６を装着した回転弁１では、ろう付作業時に作業者が不用意にバルブボデー１１のステム軸装部５付近を加熱トーチで加熱したり、ろう付部位付近を過度に加熱してステム軸装部５付近が加熱されると、ＰＴＦＥ製のパッキン部材６が熱により軸方向に体積膨張する。このとき、樹脂製のパッキン部材６がグランド部材７で締め付けられているためにこのパッキン部材６の膨張した体積の逃げ場がなくなり、図３の一点鎖線に示すようにこの体積膨張によりグランド部材７を押し上げる力が発生する。この力は、バルブボデー１１に形成されたテーパ部８を介してグランド部材７からステム軸装部５とグランド部材７との螺合部９の向きに働き、この螺合部９付近に引張応力が発生することになる。これにより、螺合部９付近が起点となってバルブボデー１１が割れたり変形したりすることがあった。この対抗策として、パッキン部材６をＰＴＦＥなどの樹脂材料に代えてグラファイトなどの耐熱性材料で形成することも想定されるが、この種の耐熱性材料を単体で使用した場合には、ＰＴＦＥと同等の操作性とシール性との確保が難しくなるばかりか、バルブ内を流れる流体によってはその流体に悪影響を及ぼすおそれもある。そのため、グラファイトなどの黒鉛系材料をパッキン部材として使用する場合には、流体への接液部位に適用することを避ける必要がある。
【０００７】
一方、特許文献１や特許文献２は、ＰＴＦＥ製のリングに膨張黒鉛製のリングを組み合わせることで高温流体に対するシール性を確保しようとしているが、これらはろう付時の軸装部付近への外部からの加熱対策が考慮されておらず、その技術思想の示唆は全くない。
特許文献１のパッキン構造は、複数の可撓性グラハイトリングなどを主たるシール部品として積層し、これらのグラハイトリング間にＰＴＦＥパッキング材料を介在したものである。このＰＴＦＥパッキング材料は、グラハイトリングに比べて厚さは相当薄く、その機能は、弁軸方向に押し出されることによる弁軸の潤滑と、グラハイトリングのシール機能の補助にすぎない。
特許文献２のパッキン構造は、膨張黒鉛などからなる耐熱性パッキンを積層し、これらのパッキン間の内外周に熱可塑性樹脂からなるリング状の封止材を、それぞれ配置したものである。このリング状の封止材は、バルブ等の使用温度において軟化または溶融しても、パッキンやスタフィングボックスによる閉塞された状態で存在することにより、はみ出さない構造になっている。
従って、特許文献１や特許文献２では、軸方向の体積膨張を吸収できるものではなく、これらのパッキング装置の外部より熱が加わった場合、ＰＴＦＥ製パッキンの熱膨張変形を吸収しきれずに、パッキン装着部が割れたり変形する危険性がある。
また、樹脂製パッキンの熱膨張を吸収する手段として、軸装部にバネなどを入れる構造も考えられるが、軸装部を長くする必要がある。しかし、銅管を接続する金属製バルブの呼び径は、１／２Ｂ〜２Ｂのように小口径であることから、軸装部を長くする構造は採用し難い。
そこで、ＰＴＦＥなどの樹脂材料を用いてステム回転時の操作性やシール性を確保しつつ、ろう付時の軸装部付近への熱膨張を吸収したり緩和する技術が求められていた。
【０００８】
本発明は、従来の課題を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、ステム回転時の操作性とシール性とを確保しつつ、パイプをろう付する際の軸装部への不用意な過度の加熱により発生する応力を軽減してボデーの割れや変形を防止できる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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ボデーに設けた軸装部内に弁体開閉用のステムを軸装し、この軸装部内のパッキン室に樹脂製パッキンを装着し、この樹脂製パッキンの非接液側に耐熱性を有し、かつ樹脂製パッキンの熱膨張を吸収する熱膨張吸収部材を積層すると共に、この熱膨張吸収部材を軸装部の螺子部に螺入したグランドで締め付けたバルブである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、熱膨張吸収部材は、樹脂製パッキンが熱で軸方向に体積膨張する熱膨張に応じてステムの軸方向に圧縮可能な構造を有する熱膨張率の小さい部材であるバルブである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、樹脂製パッキンは、接液側下面にテーパ面を有し、かつステム側を肉厚形状に成形した環状のＰＴＦＥ製のパッキンであるバルブである。
【００１２】
請求項４に係る発明は、熱膨張吸収部材は、グランド側上面にテーパ面を有し、かつステム側を肉厚形状に成形した環状のグラファイト製のパッキンであるバルブである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によると、軸装部内のパッキン室に樹脂製パッキンを装着したことでステム回転時の操作性とシール性とを確保する。この場合、樹脂製パッキンの非接液側に耐熱性を有し樹脂製パッキンの熱膨張を吸収する熱膨張吸収部材を積層し、この熱膨張吸収部材を軸装部に螺入したグランドで締め付けることで、パイプをろう付する際に軸装部に不用意な過度の加熱が生じたときには、この熱による樹脂製パッキンの軸方向への体積膨張を樹脂製パッキン上部に配置した熱膨張吸収部材により吸収し、螺子部に発生する引張応力を軽減してボデーの割れや変形を防止し、このボデーが割れたり変形するまでの耐熱温度を大幅に改善できる。しかも、パッキンの装着寸法やグランド寸法を変更する必要がないため、現状のボデーやグランドをそのまま利用可能となる。
【００１４】
請求項２に係る発明によると、樹脂製パッキンが熱で軸方向に体積膨張したときに熱膨張吸収部材がステムの軸方向に確実に圧縮することで樹脂製パッキンの体積膨張を吸収し、ボデーの割れや変形を防止する。これにより、ステムの操作性やシール性も確保される。
【００１５】
請求項３に係る発明によると、グランドを締め付けたときに樹脂製パッキンがテーパ面を介してボデーに密着し、このグランド締付け時やろう付時に軸装部に過度の加熱が生じたときには、樹脂製パッキンがテーパ面に沿って肉厚形状側であるステム側に変形してボデーとステムの外周面に密着し、バルブ内部からの漏れを防止する。
【００１６】
請求項４に係る発明によると、グランドを締め付けたときに熱膨張吸収部材がテーパ面を介してボデーに密着し、このグランド締付け時やろう付時に軸装部に過度の加熱が生じたときには熱膨張吸収部材が樹脂製パッキンの体積膨張を吸収し、この樹脂製パッキンをボデーとステムの外周面に高シール状態で密着させてバルブ内部からの漏れを防止する。この場合、熱膨張吸収部材のテーパ面を、樹脂製パッキンとの接触面を中心にこの樹脂製パッキンのテーパ面と対称の角度に設けることにより、樹脂製パッキンの軸方向への膨張量に応じて熱膨張吸収部材を変形させて樹脂製パッキンの体積膨張を吸収でき、均一のシール面圧によりステム外周面をシールできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明におけるバルブの一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１におけるＡ部拡大断面図である。
【図３】従来のバルブのステム軸装部内を示した要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明におけるバルブの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１においては、本発明におけるバルブの一実施形態の縦断面図を示しており、図２においては、図１のＡ部拡大断面図を示している。
【００１９】
図１に示すように、本発明のバルブは、例えばボールバルブ１０からなり、このボールバルブ１０は、ボデー１１、バルブキャップ１２、ボールからなる弁体１３、弁体開閉用のステム１５、グランド１６、樹脂製パッキン２０、熱膨張吸収部材２１を有している。
【００２０】
ボデー１１の両側には銅管２２をろう付により接続するための管接続部２３、２３が設けられ、これによってボールバルブ１０は銅管接続用のバルブに設けられている。ボデー１１にはバルブキャップ１２が螺着可能に設けられ、これらボデー１１とバルブキャップ１２との内部に弁体１３がボールシート１４、１４を介して収納された状態でこの弁体１３にステム１５が接続され、このステム１５により弁体１３を回転可能になっている。
【００２１】
ボデー１１の上部には軸装部２５が設けられ、この軸装部２５にステム１５が軸装されている。軸装部２５内には雌螺子からなる螺子部２６を有するパッキン室２７が形成され、このパッキン室２７には、弁体１３側すなわち接液側に樹脂製パッキン２０が装着され、この樹脂製パッキン２０の上面、すなわち非接液側であるグランド１６側上面に熱膨張吸収部材２１が装着される。パッキン室２７の底面には、所定角度のテーパ面部２８が設けられている。パッキン室２７は、一般的な形状及びサイズであればよく、既成のバルブ用ボデーをボデー１１として用いることができる。
【００２２】
樹脂製パッキン２０は、環状の樹脂材料であり、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製からなり、下面に所定角度からなるテーパ面２９を有している。テーパ面２９は、パッキン室２７のテーパ面部２８と同じ角度に設けられ、かつ、ステム１５側が肉厚形状になるように成形されている。このようにステム１５側の肉厚が厚くなっていることで、ステム１５側のシール性が向上する。樹脂製パッキン２０は、ステム外周面１５ａに取付けられた状態でパッキン室２７に収納される。
【００２３】
熱膨張吸収部材２１は、樹脂製パッキン２０が熱で軸Ｐの方向に体積膨張するときの熱膨張を吸収できる程度に熱膨張率の小さい部材からなっている。この場合、特に、熱膨張吸収部材２１が樹脂製パッキン２０の熱膨張に応じてステム１５の軸Ｐ方向に圧縮可能な構造を有するものが好ましい。
【００２４】
そのため、本実施形態における熱膨張吸収部材２１は、例えば環状のグラファイト（膨張黒鉛）製のパッキンからなり、これにより耐熱性を有し、かつ樹脂製パッキン２０の熱膨張を吸収するようになっている。この熱膨張吸収部材２１は、上面側に所定角度からなるテーパ面３０を有するように形成され、このテーパ面３０は、樹脂製パッキン２０との接触面２１ａを中心に、樹脂製パッキン２０のテーパ面２９とほぼ対称の角度であって、後述のグランド１６のテーパ面部３１と同じ角度に設けられ、かつ、ステム１５側が肉厚形状になるように成形されている。このように熱膨張吸収部材２１は、樹脂製パッキン２０とほぼ対称形状に設定された肉厚形状となり、この樹脂製パッキン２０の形状に対応している。また、熱膨張吸収部材２１は、樹脂製パッキン２０と同等以上の体積を有するように設定されていてもよい。
熱膨張吸収部材２１は、ステム外周面１５ａに取付けられ、樹脂製パッキン２０の非接液側の上部側に積層された状態でパッキン室２７に収納される。
【００２５】
熱膨張吸収部材２１の具体例としては、例えば、図示しないテープモールドパッキンにより設けられる。この場合、膨張黒鉛を薄い細切り状のテープ状のグラファイトシートとしてカッティングし、このグラファイトシートを金型で同心円状のリング状に圧縮成形する。グラファイトシートは、耐熱性以外にも圧縮性や弾力性及び弾力性、熱安定性などの特性を有し、このグラファイトシートをテープモールドパッキンとして設けた熱膨張吸収部材２１は、ステム１５の半径方向に屈曲可能な積層構造を有し、軸Ｐ方向への締付け力に対して垂直方向（円周方向）に変形しやすくなるため、シール性が良いという利点がある。
【００２６】
また、図示しないが、熱膨張吸収部材２１として、例えば、膨張黒鉛とアラミド繊維とを主成分とする混合繊維をリング状に圧縮成形して、いわゆるプラスチックグラファイトパッキンと呼ばれるパッキンとして設けるようにしてもよい。この場合には、硬質スポンジのように圧縮可能な微少空間を有する構造となる。
【００２７】
図２に示すように、グランド１６は略円筒形状に設けられ、このグランド１６の外周側には螺子部２６に螺入可能な雄螺子３２が形成され、パッキン室２７に装着した樹脂製パッキン２０に積層した熱膨張吸収部材２１をこのグランド１６で締め付け可能になっている。グランド１６の下面側には所定角度からなるテーパ面部３１が設けられている。グランド１６は、ボデー１１のパッキン室２７と同様に一般的な形状及びサイズであればよく、既成のものを用いることができる。なお、グランド１６と熱膨張吸収部材２１との間には、グランド１６を螺入する際に熱膨張吸収部材２１の損傷を防止するため、金属製のリングなどを介在させてもよい。
【００２８】
また、上記実施形態においてはボールバルブ１０をバルブとした場合を説明したが、ボールバルブ以外の回転弁や或はゲートバルブ等の昇降動型などの各種バルブを対象とすることができる。
【００２９】
上述したボールバルブ１０を組み立てる場合には、ボデー１１のパッキン室２７に樹脂製パッキン２０、熱膨張吸収部材２１の順序で装着して樹脂製パッキン２０の上部に熱膨張吸収部材２１を積層させ、図示しない所定の工具でグランド１６を規定のトルクで締め付ける。このとき、熱膨張吸収部材２１がグランド１６により押圧されて圧縮変形し、その圧縮力により樹脂製パッキン２０がボデー１１のテーパ面部２８とステム１５の外周面１５ａに密着することにより、ボールバルブ１０内部からの漏れが防止される。この場合、熱膨張吸収部材２１は圧縮変形しているものの、元々粉体形状で成形後に円筒形状に保持されており、グランド１６で締め付けられたトルクでは完全に圧縮変形することはない。グランド１６の締め付け時には、圧縮変形した熱膨張吸収部材２１によってもシール性が発揮される。
【００３０】
ボールバルブ１０にろう付により銅管２２を図１の状態に接続する際には、図示しないが、銅管２２の差込部分や管接続部２２の塵芥や金属切粉を取り除き、銅管２２の差込部分の外周にフラックスを薄く均等に塗布し、銅管２２を管接続部２３の奥まで差し込み、この状態で銅管２２を回転させてフラックスをなじませる。続いて、銀ろう合金などの軟ろう合金からなるろう付材を管接続部２３の開口側（差込口）に加熱トーチで溶融させることにより、溶けたろう付材が毛細管現象により接合部位に均等に浸透して銅管２２が融着される。この加熱時には、樹脂製パッキン２０、熱膨張吸収部材２１、及びボールシート１４を熱から保護するために、図示しない濡れた布などをボデー１１に巻装することが望ましい。
【００３１】
このろう付作業時に、作業者が誤って軸装部２５付近を長時間加熱トーチで加熱したり、ろう付部位付近を過度に加熱して軸装部２５付近の温度が上昇したときには、パッキン室２７に収納されている樹脂製パッキン２０、熱膨張吸収部材２１もこれに伴って温度上昇する。このとき、例えば、樹脂製パッキン２０は、２６０℃の温度において４％強体積膨張することになる。
【００３２】
本発明のバルブは、上述したようにパッキン室２７に樹脂製パッキン２０を装着し、この樹脂製パッキン２０の非接液側にグラファイト製のパッキンなどの熱膨張吸収部材２１を積層し、この熱膨張吸収部材２１をグランド１６で締め付けているため、図２においてパッキン室２７の下部側の樹脂製パッキン２０が体積膨張したときには、この膨張した体積を上部に配置された熱膨張吸収部材２１が吸収する。このとき、熱膨張吸収部材２１が、樹脂製パッキン２０の熱膨張に応じてステム１５の軸方向に圧縮可能な熱膨張率の小さい部材であることにより、樹脂製パッキン２０の体積膨張を確実に吸収する。このため、グランド１６の螺子部２６に発生する引張応力を軽減でき、ボデー１１が割れたり変形したりするまでの耐熱温度を大幅に改善できる。
【００３３】
この場合、樹脂製パッキン２０の下面のテーパ面２９がボデー１１のテーパ面部２８、熱膨張吸収部材２１の上面のテーパ面３０がグランド１６のテーパ面部３１にそれぞれ当接し、パッキン２０、２１のステム１５側が肉厚形状に成形され、互いにほぼ対称の形状になっていることで、テーパ面２９、３０とテーパ面部２８、３１とのそれぞれの作用によって樹脂製パッキン２０、熱膨張吸収部材２１からステム外周面１５ａ方向にシール力が働いて密封シール性が高まる。このとき、ステム外周面１５ａに近づくにつれて軸Ｐ方向に長い形状である樹脂製パッキン２０の体積膨張に対応して熱膨張吸収部材２１の軸Ｐ方向の圧縮量が適切に対応することで、樹脂製パッキン２０の体積膨張を確実に吸収する。
なお、銅管２２の配管後においても熱による割れや変形のおそれはなく、通常の使用が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ボールバルブ
１１  ボデー
１３  弁体
１５  ステム
１６  グランド
２０  ＰＴＦＥ製パッキン（樹脂製パッキン）
２１  グラファイト製パッキン（熱膨張吸収部材）
２５  軸装部
２６  螺子部
２７  パッキン室
２９、３０  テーパ面
Ｐ  軸
【図１】
2014145381.tif 000003
【図２】
2014145381.tif 000004
【図３】
2014145381.tif 000005