(57)【要約】    【課題】弁体に付着したダストや粘着物の噛み込みを防止することのできるボール弁及びボール弁用シートリングの提供。    【解決手段】ボール弁１のシートリング５をドーナツ形の板状とする。シートリング５を弁箱２の内面から径方向で内向きに突出させる。弁体４の球形面３がシートリング５の内周縁に接触して閉弁する。シートリング５を表層１７と裏層１８と中層１９に分割して変形しやすくする。シートリング５の内周縁が弁体４の球形面３に密着する。開弁する際、弁体４に付着したダストや粘着物をシートリング５の表面側に削ぎ落とす。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路に介装される弁箱と、該弁箱に回転可能に収容された球形面を有する弁体と、を備えたボール弁に設けられ、閉弁状態で弁体の前記球形面に接触するボール弁用シートリングであって、前記弁箱の内面から前記流路の径方向で内向きに突出し、中央穴の内周縁が弁体の前記球形面に接触するドーナツ形の板状とされたことを特徴とするボール弁用シートリング。
【請求項２】
流路方向で前記弁体の回転軸と反対側の面に設けられる表層と、流路方向で前記弁体の回転軸と同じ側の面に設けられる裏層と、表層及び裏層間に設けられる一又は複数層の中層とから構成されたことを特徴とする請求項１に記載のボール弁用シートリング。
【請求項３】
前記表層及び裏層が剛性を有する層とされ、前記中層として軟質シール材が設けられたことを特徴とする請求項２に記載のボール弁用シートリング。
【請求項４】
前記表層が前記裏層よりも薄く形成されたことを特徴とする請求項２又は３に記載のボール弁用シートリング。
【請求項５】
流路方向で前記弁体の回転軸と反対側の面に、弁体の前記球形面に付着した付着物を削ぎ落とす削ぎ落とし層が付加され、該削ぎ落とし層は、中央穴の内周縁が他の層よりも内向きに突出する内径に設定されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のボール弁用シートリング。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のボール弁用シートリングを備えたことを特徴とするボール弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ダストを含むガスや粘着性を有する液体などの粉流体や粘着流体を流すための管路に介装されるボール弁及びボール弁用シートリングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスや液体が流れる管路は、ボール弁などの弁を介装することによって、適宜開閉できるようになっている。
【０００３】
特に、ボール弁は、弁箱に球形面を有する半面球や全面球の弁体を回転可能に配設し、その弁体を回転させて流路を開閉する構造とされ、設置スペースを小さくすることができると共に、閉弁状態における流体の漏れ防止機能の点で優れている。ボール弁の弁箱には、閉弁状態で弁体の球形面に接触するシートリングが設けられ、このシートリングが弁箱の内周面と弁体との間をシールする（例えば特許文献１）。
【０００４】
図１２に特許文献１のボール弁のシートリングを示す。このシートリング１０１は、弁箱１０２のうちの弁室１０３と流通孔１０４との間に形成された環状溝１０５に嵌め込まれ、そのシート面１０６が弁体１０７に接触するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１５９６３８号公報（段落番号０００７、０００９、００１０、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、コークス炉で発生するガスなどの粉流体や紙パルプなどの粘着流体が流れる管路にボール弁を介装すると、閉弁状態において弁体の球形面にダストや粘着物が付着しやすい。また、特許文献１のシートリングは、その内周面が流路と略面一に設定されており、シートリングの内周面が弁体の球形面に対して鋭角（θ）をなしている。
【０００７】
そのため、特許文献１のシートリングを備えたボール弁を粉流体や粘着流体が流れる管路に介装すると、閉弁状態のボール弁を開弁する際、球形面に付着した付着物１０８が、シートリング１０１によって径方向で外向きへの移動を規制されつつ、弁体１０１の回転に伴って鋭角（θ）の奥側に向けて押し込まれる（図１３参照）。これにより、弁体の球形面に付着したダストや粘着物がシートリングのシール面と弁体との間に噛み込んで、シール機能を低下させるおそれがある。
【０００８】
本発明は、弁体に付着したダストや粘着物の噛み込みを防止することのできるボール弁及びボール弁用シートリングの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係るボール弁用シートリングは、流路に介装される弁箱と、該弁箱に回転可能に収容された球形面を有する弁体と、を備えたボール弁に設けられ、閉弁状態で弁体の前記球形面に接触するシートリングであって、前記弁箱の内面から前記流路の径方向で内向きに突出し、中央穴の内周縁が弁体の前記球形面に接触するドーナツ形の板状とされたことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、シートリングをドーナツ形の板状として弁箱の内面から内向きに突出させるので、シートリングの表面側において、シートリング表面が弁体の球形面に対して鈍角をなすようにして、シートリングの中央穴の内周縁が弁体の球形面に接触する。ここで、シートリングの表面とは、シートリングの両面のうち、流路方向で弁体の回転軸と反対側の面をいう。
【００１１】
これにより、閉弁状態の弁体を回転させて開弁する際、弁体の球形面に付着したダストや粘着物をシートリングの表面側に削ぎ落とすことができ、シートリングのシール面としての内周面と弁体との間にダストや粘着物が噛み込むのを防止することができる。
【００１２】
また、シートリングを、流路方向で前記弁体の回転軸と反対側の面に設けられる表層と、流路方向で前記弁体の回転軸と同じ側の面に設けられる裏層と、表層及び裏層間に設けられる一又は複数層の中層とから構成するようにしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、シートリングを複数層に分割する分、比較的に強度の低下を抑えつつ剛性をより小さくすることができ、シートリングを上流側の流体の圧力によって変形させやすくすることができる。これにより、シートリングの内周縁を弁体の球形面に密着させてシール性を高めると共に、弁体の球形面に付着したダストや粘着物をより確実に削ぎ落とすことができる。
【００１４】
なお、各層の強度はその層厚の２乗に比例し、剛性は層厚の３乗に比例するので、例えば各層厚が等しい３層で構成したシートリングは、その合計厚さと等しい１層のシートリングと比較して、強度が（１／３）２×３＝１／３となり、剛性が（１／３）３×３＝１／９となる。
【００１５】
また、前記表層及び裏層が剛性を有する層とされ、前記中層として軟質シール材が設けられた構成も採用可能である。この構成によれば、剛性を有する表層及び裏層によって所望の強度を得つつ、中層の軟質シール材によってシール性を高め、さらに、表層及び裏層によって両層間の軟質シール材を保護することができる。
【００１６】
また、前記表層が前記裏層よりも薄く形成された構成も採用可能である。この構成によれば、裏層の強度を高めて表層及び中層を支持すると共に、上流側の流体圧力を直接に受ける表層の剛性をより小さくして変形させやすくすることができる。これにより、表層を弁体の球形面に密着させやすくして、シール性を高めると共に、弁体の球形面に付着したダストや粘着物をより確実に削ぎ落とすことができる。
【００１７】
また、流路方向で前記弁体の回転軸と反対側の面に、弁体の前記球形面に付着した付着物を削ぎ落とす削ぎ落とし層を付加し、該削ぎ落とし層を、中央穴の内周縁が他の層よりも内向きに突出する内径に設定した構成も採用可能である。
【００１８】
この構成によれば、削ぎ落とし層の内周縁を他の層よりも内向きに突出させるので、他の層と弁体との接触圧を過度に大きくすることなく、削ぎ落とし層により、弁体の球形面に付着した付着物を削ぎ落とすことができる。ここで、削ぎ落とし層は、例えば、薄いシート状の金属や合成樹脂からなり、弁体の球形面との接触によって容易に変形する層である。
【００１９】
また、本発明は、上記のボール弁用シートリングを備えたことを特徴とするボール弁を提供する。この構成のボール弁は、上記のシートリングを採用することによる効果と同じ効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上の説明から明らかな通り、本発明によると、シートリングを弁箱の内面から内向きに突出するドーナツ形の板状として、シートリングの表面が弁体の球形面に対して鈍角をなすようにしている。これにより、開弁する際、弁体の球形面に付着したダストや粘着物を削ぎ落として、シートリングと弁体との間にダストや粘着物が噛み込むのを防止することができる。
【００２１】
さらに、シートリングを表層及び裏層と中層とから構成することにより、強度の低下を抑えつつ剛性をより小さくすることができる。これにより、上流側の流体の圧力を利用してシートリングを弁体の球形面に密着させることができ、シートリングのシール性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るボール弁の正面図
【図２】ボール弁の平面図
【図３】ボール弁の右側面図
【図４】図３のＡ−Ａ断面図
【図５】図３のＢ−Ｂ断面図（閉弁状態）
【図６】図３のＢ−Ｂ断面図（開弁状態）
【図７】ボール弁の分解断面図
【図８】シートリングの正面図
【図９】図８のＣ−Ｃ断面図
【図１０】別の形態のシートリングの断面図
【図１１】球形面との接触状態を示す図１０のシートリングの要部断面図
【図１２】従来のボール弁用シートリングの断面図
【図１３】従来のボール弁における付着物の噛み込みを説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係るボール弁及びボール弁用シートリングを実施するための形態について、図面を用いて説明する。
【００２４】
ボール弁１は、例えばコークス炉で発生するガスなどの粉流体や紙パルプなどの粘着流体を流すための管路に介装されるものであり、管路に介装される弁箱２と、弁箱２に回転可能に収容された球形面３を有する弁体４と、閉弁状態で弁体４の球形面３に接触するシートリング５とを備えている。
【００２５】
弁箱２は、管路に接続される両端部６ａ、６ｂが管路と同じ内径で、かつ中央部７が両端部６よりも大径の例えば鋳鉄製の筒状とされ、流路方向における下流側（図１、図２、図４〜図６における右側）の端部６ａと中央部７とを一体に形成すると共に、上流側（図１、図２、図４〜図６における左側）の端部６ｂを別体に形成して中央部７にボルト締結した構造とされる。弁箱２の中央部７は、弁体４を収容する弁室とされ、その上下部分に弁棒支持部８、９が形成されている。
【００２６】
弁体４は、表面が球形面３を構成する例えばステンレス製の湾曲板とされ、平面視で中心角略９０°の扇形をなす板形状とされる。弁体４の上下端部にはボス部１０、１１が形成され、このボス部１０、１１に嵌合された弁棒１２、１３が弁箱２の弁棒支持部８、９に回転可能に支持されることにより、弁体４が弁箱２の内部で回転中心軸１４を中心に回転可能なように支持される。さらに、上側の弁棒１２は、弁棒支持部８を貫通して弁箱２の外部から弁体４を回転操作可能とされ、弁体４を回転移動させてボール弁１を開閉するようになっている。
【００２７】
シートリング５は、その外径が弁箱２の中央部７の内径と同程度の大きさで、中央穴１５の内径が管路の内径と同程度の大きさのドーナツ形の板状とされ、弁体４の球形面３に接触するよう、内周縁にテーパー１６が形成されている。このシートリング５は、表層１７及び裏層１８と、両層間の中層１９とから構成され、板面が弁体４の回転中心軸１４と平行をなすと共に、表層１７が流路方向で弁体４の回転中心軸１４と反対側に位置して裏層１８が回転中心軸１４と同じ側に位置するよう配置され、外周部が弁箱２の端部６ｂと中央部７との間に挟持されて弁箱２に装着される。
【００２８】
シートリング５の表層１７及び裏層１８は、例えばステンレスなどの金属や合成樹脂からなる剛性を有する層とされる。また、シートリング５の中層１９は、表層１７及び裏層１８と同様の剛性を有する層、あるいは、四フッ化エチレン樹脂や膨張黒鉛、ジョイントシート、ゴムシートなどの周知の軟質シール材からなる層とされる。なお、ジョイントシートは、ゴム、ポリアミド樹脂、ガラス繊維、膨張黒鉛などを均一に混合させて加圧圧延して形成したシートである。
【００２９】
弁箱２に装着されたシートリング５は、その内周部が弁箱２の内面から流路の径方向で内向きに突出し、弁体４を回転操作して球形面３を上流側に向けた際、その球形面３がシートリング５の中央穴１５を塞ぐように内周縁に接触して閉弁する（図５参照）。また、弁体４を回転操作して球形面３を流路方向と直交する方向に向けた際、その球形面３がシートリング５の中央穴１５を開放するように外れて開弁する（図６参照）。
【００３０】
弁体４の球形面３とシートリング５の内周縁とが接触したとき、シートリング５よりも表面側において、シートリング５の板面と弁体４の球形面３とが鈍角（θ）をなすようになっている。これにより、閉弁状態のボール弁１を開弁する際、弁体４の球形面３に付着したダストや粘着物などの付着物は、シートリング５の内周縁との間に噛み込まれることなく、シートリング５の表面側に削ぎ落とされる。
【００３１】
次に、シートリングのシール性能について説明する。表１に、ボール弁の漏れ試験の試験結果を示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
漏れ試験は、ＪＩＳＢ２００３の「８．３．２空気圧試験」に準じて行ったものであり、バルブ呼び径を８０Ａ及び１５０Ａとし、試験圧力を０．０４９ＭＰａ（０．５ｋｇｆ／ｃｍ２）及び０．０９８ＭＰａ（１．０ｋｇｆ／ｃｍ２）として、これらの条件を組み合わせた４ケースについて、シートリング５の各試験体を装着したボール弁１の漏れ量を測定した。試験時間は１分間とし、ボール弁１を閉じて上流側から所定の試験圧力の空気圧を加え、下流側への空気漏れ量の測定を行った。
【００３４】
シートリング５の各試験体のうち、Ａ−１〜Ａ−４は表層１７、裏層１８及び中層１９の３層をステンレス板で構成したものであり、Ｂ−１〜Ｂ−４は表層１７及び裏層１８をステンレス板で構成し、中層１９を四フッ化エチレン樹脂板からなる軟質シール材で構成したものである。また、各層１７、１８、１９の厚さを変えてシートリング５の各試験体を構成した。
【００３５】
表１が示すように、シートリング５の各試験体において、試験圧力を高く設定すると空気漏れ量が少なくなり、シール性が向上していることがわかる。これは、上流側の圧力によってシートリング５が変形し、シートリング５の内周縁が弁体４の球形面３に密着しやすくなるからであると考えられる。
【００３６】
中層１９を軟質シール材で構成したＢ−１〜Ｂ−４においては、中層１９をステンレス板で構成したＡ−１〜Ａ−４におけるよりも空気漏れ量が大幅に少なくなっている。これは、中層１９を構成する軟質シール材のシール性能が高いことに加え、中層１９が軟らかい分、その表面側に位置する表層１７が変形しやすく、弁体４の球形面３に密着しやすくなるからであると考えられる。
【００３７】
Ａ−１とＡ−４、Ａ−２とＡ−３、Ｂ−１とＢ−４、及び、Ｂ−２とＢ−３は、それぞれ裏層１８の層厚さが互いに等しいが、ほぼ全てのケースにおいて、表層１７を薄くしたＡ−１、Ａ−３、Ｂ−１及びＢ−３における空気漏れ量がそれぞれＡ−４、Ａ−２、Ｂ−４及びＢ−２における空気漏れ量よりも少なくなっている。
【００３８】
また、Ａ−１とＡ−２、Ａ−３とＡ−４、Ｂ−１とＢ−２、及び、Ｂ−３とＢ−４は、それぞれ中層１９の層厚さが互いに等しいが、ほぼ全てのケースにおいて、表層１７を薄くしたＡ−１、Ａ−３、Ｂ−１及びＢ−３における空気漏れ量がそれぞれＡ−２、Ａ−４、Ｂ−２及びＢ−４における空気漏れ量よりも少なくなっている。
【００３９】
また、Ａ−２とＡ−３、及び、Ｂ−２とＢ−３は、それぞれ合計厚さが互いに等しいが、ほぼ全てのケースにおいて、表層１７を薄くしたＡ−３及びＢ−３における空気漏れ量がそれぞれＡ−２及びＢ−２における空気漏れ量よりも少なくなっている。
【００４０】
このような空気漏れ量の差異が表層１７の厚さの違いによって生じるのは、上流側の流体圧を直接受ける表層１７を薄くすると、この表層１７が変形しやすくなって弁体４の球形面３に密着しやすくなるからであると考えられる。これにより、表層１７を裏層１８よりも薄く形成して、表層１７の変形によるシール性能の向上を図りつつ、裏層１８によって強度の確保を図ることができる。
【００４１】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、適宜変更を加えることができる。例えば、シートリング５の中層１９は、１層だけでなく、複数層の中層１９を設けることができる。また、シートリング５全体を１層で構成することもできる。また、弁体４は、平面視で中心角略９０°の扇形をなす板形状のものに限らず、全面球や半面球のボール状のものであってもよい。
【００４２】
また、図１０、図１１に示すように、表層１７よりもさらに表面側に、弁体４の球形面３に付着した付着物を削ぎ落とす削ぎ落とし層２０を付加するようにしてもよい。削ぎ落とし層２０は、例えば、薄いシート状の金属や合成樹脂からなり、その中央穴１５が他の層１７、１８、１９よりも小径の内径に設定されて、内周縁が内向きに突出する突出縁２１とされる。この削ぎ落とし層２０の突出縁２１は、弁体４の球形面３と接触することによって変形し、球形面３と十分に接触することにより、他の層１７、１８、１９と弁体４との接触圧を過度に大きくすることなく、弁体４の球形面３に付着した付着物を削ぎ落とす（図１１参照）。
【符号の説明】
【００４３】
１          ボール弁
２          弁箱
３          球形面
４          弁体
５          シートリング
６ａ、６ｂ  両端部
７          中央部
８、９      弁棒支持部
１０、１１  ボス部
１２、１３  弁棒
１４        回転中心軸
１５        中央穴
１６        テーパー
１７        表層
１８        裏層
１９        中層
２０        削ぎ落とし層
２１        突出縁
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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