(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部開口が蓋（３）に塞がれた弁箱（２）と、下端側が前記蓋（３）を貫通して前記弁箱（２）に挿入された弁棒（７）と、前記弁箱（２）の内部の弁座（２ｄ）に接離させる弁体（８）を具備し、前記弁棒（７）は、外周に備える雄ねじ（７ａ）が前記弁箱（２）側の雌ねじ（３ｂ）に螺合し、その弁棒（７）を当該弁棒の外部露出部に取付けたハンドル車（１０）で回転させて前記雄ねじ（７ａ）と前記雌ねじ（３ｂ）の螺合部に生じる推力で推進させ、前記弁体（８）を前記弁座（２ｄ）にその弁棒（７）で押付けて弁部を閉じる極低温用玉形弁であって、
前記弁体（８）が前記弁棒（７）の先端外周に弁体の温度低下による軸方向想定最大収縮量よりも大きな軸方向相対移動が許容される状態に装着され、その弁体（８）と前記弁棒（７）との間に、前記弁体（８）を前記弁座（２ｄ）に向けて付勢するシール圧補正ばね（１１）が介在され、
前記弁体（８）は、内面に雌ねじ（８ｃ）を形成した上部開口の有底円筒部（８ｂ）を上部に、ばね座となす凹部（８ｄ）を前記有底円筒部（８ｂ）の下端中央に、前記有底円筒部（８ｂ）の内周から外周に抜ける圧抜き孔（８ｅ）を前記有底円筒部（８ｂ）の下部にそれぞれ有し、
前記有底円筒部（８ｂ）の内側に前記弁棒（７）の下端側が挿入され、前記弁棒（７）の外周に嵌めた弁押さえ（１８）が前記有底円筒部（８ｂ）の内側に螺合され、その弁押さえ（１８）の内径は前記弁棒（７）の下端に形成された径方向膨出部（７ｂ）の外径よりも小さく、前記弁押さえ（１８）の下端と前記径方向膨出部（７ｂ）との間に前記弁体（８）と前記弁棒（７）の軸方向相対移動を許容する隙間（Ｇ）が形成され、前記凹部（８ｄ）に前記シール圧補正ばね（１１）が配置された極低温用玉形弁。
【請求項２】
前記シール圧補正ばね（１１）は、複数の皿ばねを対向させて組み合わせたものであり、このシール圧補正ばね（１１）が前記弁体（８）と前記弁棒（７）との間に予め圧縮して介在されている請求項１に記載の極低温用玉形弁。
【請求項３】
前記雌ねじ（３ｂ）が前記蓋（３）に、前記雄ねじ（７ａ）が前記弁棒（７）の蓋貫通部の外周にそれぞれ設けられた請求項１又は２に記載の極低温用玉形弁。
【請求項４】
前記弁棒（７）の先端に球面（７ｃ）が形成され、前記弁棒（７）と前記シール圧補正ばね（１１）との間に板状のばね押さえ（２０）が介在され、前記弁棒先端の球面（７ｃ）が前記ばね押さえ（２０）に点接触している請求項１〜３のいずれかに記載の極低温用玉形弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体窒素などの極低温液体や極低温ガスの輸送管路に設ける極低温用玉形弁、詳しくは、温度低下に起因した弁体収縮の影響を受けないようにして閉弁の信頼性低下を防止した極低温用玉形弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
首記の極低温用玉形弁は、液体窒素などの極低温の液体や極低温のガスを運搬するタンクローリなどに利用されている。
【０００３】
その玉形弁の従来技術として、例えば、下記特許文献１，２などに示されるものがある。
【０００４】
特許文献１に記載された玉形弁（止め弁）は極低温用であって、同文献の図６に示された玉形弁は、弁体を極低温領域において強靭性と弾性を有する繊維補強ポリ・エーテル・エーテル・ケトン樹脂で形成しており、その弁体を弁箱に形成された弁座に押付けて弁部を閉じるものになっている。
【０００５】
前記弁体は、弁棒の下端に取付けられており、前記弁棒をねじの推力を利用して推進させることでこの弁体を弁座に押付けるようにしている。
【０００６】
なお、弁棒の推進は、弁箱の上部に弁棒を保護する耐圧さや管を取付け、さらに、その耐圧さや管の上部にヨーク部を取付け、そのヨーク部に設けた軸受部に弁棒外周の雄ねじを螺合させ、弁棒に取付けたハンドル車（特許文献１は回転ハンドルと称している）を操作することで弁棒を回転させて前記軸受部と弁棒の螺合部に推力を生じさせる方法でなされている。
【０００７】
特許文献２の玉形弁も、弁棒の下端に取付けた弁体を弁棒を推進させることで弁箱（弁ケース）の弁座に押付けて弁部を閉じるものになっている。
【０００８】
この特許文献２の玉形弁は、ハンドル車を操作して回転させる駆動スリーブを有しており、その駆動スリーブに弁棒の上部外周の雄ねじが螺合している。
【０００９】
弁棒は、弁箱の内部に回り止め輪を設けてその回り止め輪に相対回転不可、かつ、軸方向スライド可能に係合させており、これにより、前記ハンドル車で前記駆動スリーブを回転させたときに弁棒が回転せずに推進して弁体が弁座に押付けられる。
【００１０】
この特許文献２の玉形弁は、弁部の開閉が弁棒の回転を伴わずになされるので、弁棒の外周をシールするパッキンの摺動抵抗増が回避される。
【００１１】
これにより、特許文献１の玉形弁に比べてハンドル車の回転トルクが低減され、前記パッキンの寿命も向上するなどの利点が得られるが、弁体を弁棒で直接動かして弁座に押付ける閉弁構造は特許文献１の玉形弁と変わるところがない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１９８８３号公報
【特許文献２】特開平７−２６９７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
極低温の液体の輸送管路に設ける玉形弁は、使用時の温度低下により弁体が収縮して弁座に対するシール圧の低下が起こる。
【００１４】
極低温用玉形弁の弁体の弁座に対する当接部は、低温特性と耐薬品性に優れた３フッ化樹脂（ＰＣＴＦＥ:ポリクロロトリフルオロエチレン  ダイキン工業株式会社製  商品名：ネオフロンなど）で形成されたもの（以下ではソフトパッキンと言う）が一般的に利用されている。
【００１５】
その３フッ化樹脂で形成されたソフトパッキンは、極低温の環境下におかれると収縮して厚みが減少する。収縮前厚みが６ｍｍ程度のソフトパッキンの場合、−１９０℃の温度差での厚み減少量は、０．１ｍｍ程度である。
【００１６】
液体窒素の温度は−１９６℃であるので、その液体窒素の輸送管路に設ける玉形弁の場合、管路内が常温から液体窒素温度になったときに−１９０℃程度の温度差が発生する。
【００１７】
そのため、前記ソフトパッキンの温度低下に起因した収縮による厚み減少が避けられない。また、低温特性に優れるフッ化炭素樹脂と言えども、−１９６℃の環境に晒されると硬化による弾力低下が起こる。
【００１８】
このために、液体窒素を運搬するタンクローリ用玉形弁などについては、ソフトパッキンによるシール圧の緩みが生じる。
【００１９】
そのシール圧の緩みは、収縮する前の前記仕様のソフトパッキンが全閉位置で弁座に押付けられた時にシール面に加わる荷重が今３３００Ｎであったとして、前記ソフトパッキンの厚みが熱収縮により０．１ｍｍ薄くなったとするとシール面に加わる荷重は２８７０Ｎまで低下する。これは、無視できない数値であり、閉弁の信頼性を低下させる。
【００２０】
なお、前記特許文献１の玉形弁は、繊維補強ポリ・エーテル・エーテル・ケトン樹脂で形成された弁体を採用しているが、この弁体も極低温の環境下におかれると収縮や硬化による弾力低下が起こる。従って、ソフトパッキンの材質変更は、上記問題の根本的な解決策とはなり得ない。
【００２１】
そこで、この発明は、温度低下に起因した弁体収縮の影響を受けないようにして極低温用玉形弁の使用時の閉弁の信頼性低下を防止することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の課題を解決するため、この発明においては、上部開口が蓋で塞がれた弁箱と、下端側が前記蓋を貫通して前記弁箱に挿入された弁棒と、前記弁箱の内部の弁座に接離させる弁体を具備し、前記弁棒は、外周に備える雄ねじが前記弁箱に連結された部位の雌ねじに螺合し、その弁棒を当該弁棒の外部露出部に取付けたハンドル車で回転させて前記雄ねじと雌ねじの螺合部に生じる推力で推進させ、その弁棒で前記弁体を前記弁座に押付けて弁部を閉じる極低温用玉形弁を以下の通りに構成した。
即ち、前記弁体が前記弁棒の先端外周に弁体の温度低下による軸方向想定最大収縮量よりも大きな軸方向相対移動が許容される状態に装着され、その弁体と前記弁棒との間に、前記弁体を弁座に向けて付勢するシール圧補正ばねが介在されたものにした。
【００２３】
かかる極低温用玉形弁に採用する前記シール圧補正ばねは、皿ばねが好ましい。また、そのシール圧補正ばねは、自由状態で介在するよりも予め圧縮して介在されたものが好ましい。
【００２４】
前記雌ねじを蓋に、前記雄ねじを前記弁棒の蓋貫通部の外周にそれぞれ設けたものや、前記弁棒の先端に球面を形成し、この弁棒と前記シール圧補正ばねとの間に板状のばね押さえを介在して前記弁棒先端の球面をそのばね押さえに点接触させたものも好ましい。
【００２５】
また、前記弁体は、前記弁棒に対する軸方向相対移動の許容上限位置で弁棒と係合して弁棒外周から外れ止めされるようにしておくのがよい。
【００２６】
その外れ止めは、内面に雌ねじを有する有底円筒部を弁体の上部に備えさせてその有底円筒部に、フランジなどの径方向膨出部を先端外周に設けた弁棒の下端側を挿入し、その後、予め弁棒の外周に嵌めておいた内径が前記径方向膨出部の外径よりも小さな筒状弁押さえを有底円筒部の内側に螺合させる構造を採用して行うと好ましい。
【００２７】
なお、この発明の極低温用玉形弁は、前記弁棒を、前記弁箱に対して軸方向移動可能かつ相対回転不可に係合させ、その弁棒が外周に備える雄ねじを回転操作用のハンドル車に連結されたスリーブに形成されている雌ねじに螺合させ、その弁棒を前記ハンドル車を回転させて前記雄ねじと雌ねじの螺合部に生じる推力で推進させ、その弁棒で前記弁体を前記弁座に押付けて弁部を閉じる構造の玉形弁に前記シール圧補正ばねを追設したものであってもよい。
【発明の効果】
【００２８】
この発明の極低温用玉形弁は、従来の玉形弁と同様に弁棒を弁座側に向けて推進させて弁体を弁座に押付ける。このとき前記弁棒は弁体が全閉位置まで動いた後にもさらに押下げる。
【００２９】
これにより、シール圧補正ばねが圧縮され（事前に圧縮されているシール圧補正ばねは事前の圧縮位置からさらに圧縮される）、全閉状態では弁体がシール圧補正ばねの力で弁座に押付けられる。
【００３０】
また、弁体が全閉位置まで動いた後に弁棒がさらに押下げられることから、前記弁体に軸方向動き代が付与される。このため、この後に温度低下によって弁体が収縮したときにはシール圧補正ばねの力によってシール圧の低下が補われ、全閉状態での適正シール圧が保持される。
【００３１】
なお、皿ばねのシール圧補正ばねは、コイルばねに比べて軸方向設置スペースが少なくて済み、大きなばね荷重も確保し易い。そのシール圧補正ばねが予め圧縮されているものは、少ない圧縮量でより大きなばね荷重を得ることができる。
【００３２】
また、弁棒を回転させて推進力を発生させる玉形弁において前記雌ねじを蓋に、前記雄ねじを前記弁棒の蓋貫通部の外周にそれぞれ設けたものは、雄ねじの直径を大きくして弁棒に大きな推力を付与することが可能であり、ハンドル車の回転操作を軽くすることができる。
【００３３】
また、弁棒の先端を球面にし、その球面を弁棒とシール圧補正ばねとの間に介在したばね押さえに点接触させたものは、ばね押さえに対する弁棒の接触抵抗が小さく、弁棒の回転トルク増加が小さく抑えられる。
【００３４】
さらに、弁体が前記弁棒に係合して弁棒から外れ止めされるようにしたものは、弁体を弁棒に追従させて開弁位置に動かすことができる。
【００３５】
弁体は、弁棒を開弁位置に戻したときに弁部を通過する液体の流動圧で開弁位置に動かすこともできるので弁棒に追従させることは必須ではないが、弁棒に追従する構造にすれば安定した開弁が保証される。
【００３６】
このほか、弁体の弁棒からの外れ止めが前記弁押さえによってなされるものは、弁押さえを弁体の有底円筒部に螺合させるだけの簡単な操作で弁棒に対する弁体の接続を行える。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の極低温用玉形弁の一例を示す断面図である。
【図２】弁体のシール圧補正ばね設置部の詳細を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、添付図面の図１及び図２に基づいて、この発明の極低温用玉形弁の実施の形態を説明する。
【００３９】
図１に示した極低温用玉形弁１は、弁箱２と、その弁箱２の上部開口に取付ける蓋３と、その蓋３を弁箱２に固定するユニオンナット４と、前記蓋３の上部に連結した中継管（さや管）５と、その中継管の上端に取付けたパッキン箱６と、そのパッキン箱と前記中継管５の内側に挿入されて下端が弁箱２の内部に挿入された弁棒７を有する。
【００４０】
また、弁箱２の内部に配置された弁体８と、前記パッキン箱６の内部に設置される弁棒７の外周の液密シール部９と、弁棒７の上端外周に相対回転不可に取付けたハンドル車１０を有する。
【００４１】
そしてさらに、弁棒７と弁体８との間に本発明を特徴づけるシール圧補正ばね１１を有する。
【００４２】
弁箱２は、水平配置の軸線上に極低温液体の入口２ａと出口２ｂを有し、さらに、その入口２ａと出口２ｂの間に垂直配置の流路２ｃとその流路を取り巻く上向きに膨出した弁座２ｄを有する。
【００４３】
また、前記蓋３とその蓋３との間に挟み込まれるガスケット１２とによって液密に塞がれる開口２ｅを上部に有する。
【００４４】
蓋３はユニオンナット４を係合させるフランジ３ａを外周に有し、中継管５の接続部を除く位置の内周面に雌ねじ３ｂを有する。
【００４５】
中継管５は、銀鑞材１３を使用してその中継管の両端を差し込んだ蓋３とパッキン箱６に液密に接合されている。
【００４６】
弁棒７は、蓋３に挿通される部分の外周に他部の外径よりも大径の雄ねじ７ａを有し、その雄ねじ７ａを蓋３の内周に形成された雌ねじに３ｂに螺合させている。この弁棒７の下端側は雄ねじ７ａの外径よりも小径の丸軸部にしてその丸軸部の下端外周に蓋３の雌ねじ形成部を通過可能な大きさの径方向膨出部（図のそれはフランジ）７ｂを設けている。
【００４７】
弁体８は、弁座２ｄに押し当てるフッ化炭素樹脂製のソフトパッキン８ａがシート押さえ１６とナット１７とで固定して着脱自在に取付けられている。
【００４８】
この弁体８は、内面に雌ねじ８ｃを形成した上端開口の有底円筒部８ｂを上部に有する。また、有底円筒部８ｂの下端中央にばね座となす凹部８ｄを有し、さらに、有底円筒部８ｂの下部にその有底円筒部８ｂの内周から外周に抜ける圧抜き孔８ｅを有する。
【００４９】
有底円筒部８ｂの内側には、弁棒７の下端側が挿入されている。また、有底円筒部８ｂの内側には予め弁棒７の外周に嵌めておいた内径が径方向膨出部７ｂの外径よりも小さな筒状の弁押さえ１８を螺合させており、この弁押さえ１８によって弁体８の弁棒７の外周からの外れが阻止される。１９は、弁押さえ１８の回り止め部材であり、弁押さえ１８に係合している。
【００５０】
なお、前記弁押さえ１８と有底円筒部８ｂの底との間には、弁棒７の軸方向相対移動を許容する隙間Ｇが設けられている。その隙間Ｇは、弁体８の温度低下による軸方向想定最大収縮量よりも大きい。
【００５１】
前記液密シール部９は、パッキン箱６のパッキン収納溝６ａに組み込まれて弁棒７の外周とパッキン箱６との間を密封するシールパッキン９ａと、パッキン箱６の上部外周に螺合させるパッキン押さえナット１４による締付力をシールパッキン９ａに加えるパッキン押さえ輪９ｂと、そのパッキン押さえ輪９ｂとの間にシールパッキン９ａを挟むアダプタ９ｃを組み合わせたものが設置されている。
【００５２】
前記シール圧補正ばね１１は、皿ばねを複数枚対向させて組み合わせたものが用いられている。そのシール圧補正ばね１１は、弁体８の有底円筒部８ｂの底に設けた凹部８ｄに挿入されている。
【００５３】
２０は、シール圧補正ばね１１と弁棒７との間に介在した板状のばね押さえである。弁棒７の下端には球面７ｃが設けられており、その球面７ｃがばね押さえ２０に点接触して弁棒７による弁体８の弁座２ｄへの押付けがばね押さえ２０とシール圧補正ばね１１を介してなされるようになっている。
【００５４】
シール圧補正ばね１１は予め圧縮されており、弁体８が開弁位置にあるときには、シール圧補正ばね１１の力によって弁押さえ１８が弁棒７の下端外周の径方向膨出部７ｂに当たる位置まで弁体８が弁棒７に対して押し下げられている。
【００５５】
以上の通りに構成された例示の極低温用玉形弁１は、弁棒７を下向きに推進させて弁体８を弁座２ｄに押し当て、弁部が全閉となった後にさらにハンドル車１０を操作して前記弁棒７を全閉位置から動きが止まるところまで押下げる。これにより、シール圧補正ばね１１がさらに圧縮されて径方向膨出部７ｂが弁押さえ１８から離れ、弁体８にシール圧補正ばね１１の力による軸方向動き代が生じる。
【００５６】
その動き代は、温度低下による弁体８の軸方向収縮量よりも大きくなる設計にしており、このため、弁体８が温度低下によって軸方向に収縮したらシール圧補正ばね１１が弾性復元し、全閉位置で弁座２ｄと弁体８の接触部に加えられたシール圧が殆ど低下せずに維持される。
【００５７】
なお、例示の極低温用玉形弁１は、弁箱２、中継管５、弁棒７、シール圧補正ばね１１、シート押さえ１６、ナット１７、ハンドル車固定用のナットなどがステンレス鋼で形成され、蓋３は青銅鋳物で、弁体８の本体部（ソフトパッキン８ａ以外の箇所）とパッキン箱６とパッキン押さえ輪９ｂはそれぞれ黄銅で、ハンドル車１０は亜鉛合金ダイカストで形成されているが、これ等の材質は、好ましい一例に過ぎない。
【００５８】
また、例示の極低温用玉形弁１は、弁棒７を蓋３に螺合させており、弁棒外周の雄ねじ７ａの直径を大きくしてハンドル車１０の回転操作を軽くすることができるが、弁棒７をパッキン箱６に螺合させる構造でも、弁棒７の回転によってその弁棒７を推進させることができる。
【００５９】
さらに、例示の極低温用玉形弁１は、弁棒７を回転させてその弁棒７を推進させるものになっているが、この発明は、特許文献２の図１に開示された玉形弁にも適用することができる。
【００６０】
特許文献２の図１の玉形弁は、前記弁棒を、前記弁箱に対して軸方向移動可能かつ相対回転不可に係合させ、その弁棒が外周に備える雄ねじを回転操作用のハンドル車に連結されたスリーブの雌ねじに螺合させている。
【００６１】
そして、その弁棒を前記ハンドル車を回転させて前記雄ねじと雌ねじの螺合部に生じる推力で推進させ、その弁棒で前記弁体を前記弁座に押付けて弁部を閉じる構造となっている。この玉形弁も前記シール圧補正ばね１１を追設すると、この発明の極低温用玉形弁になる。
【符号の説明】
【００６２】
１          極低温用玉形弁
２          弁箱
２ａ        入口
２ｂ        出口
２ｃ        流路
２ｄ        弁座
２ｅ        開口
３          蓋
３ａ        フランジ
３ｂ        雌ねじ
４          ユニオンナット
５          中継管
６          パッキン箱
６ａ        パッキン収納溝
７          弁棒
７ａ        雄ねじ
７ｂ        径方向膨出部
７ｃ        球面
８          弁体
８ａ        ソフトパッキン
８ｂ        有底円筒部
８ｃ        雌ねじ
８ｄ        凹部
８ｅ        圧抜き孔
９          液密シール部
９ａ        シールパッキン
９ｂ        パッキン押さえ輪
９ｃ        アダプタ
１０        ハンドル車
１１        シール圧補正ばね
１２        ガスケット
１３        銀鑞材
１４        パッキン押さえナット
１６        シート押さえ
１７        ナット
１８        弁押さえ
１９        回り止め部材
２０        ばね押さえ
Ｇ          弁棒の先端外周の径方向膨出部の軸方向相対移動を許容する隙間
【図１】
0006745123.tif 000002
【図２】
0006745123.tif 000003