(57)【要約】【課題】  簡単な構造で、流体の外部漏れが防止されしかも低コストで製作できるベローズ弁を提供する。【解決手段】  流体の通路２０１を有する弁本体２と、通路２０１を開閉する弁体３と、弁体３を軸方向に駆動する弁棒８と、弁棒８を軸封する金属ベローズ９を備え、金属ベローズ９は単一の細長い蛇腹状部材であり、かつ、蛇腹部９０の途中の少なくとも１ヶ所に直円筒部９１を有する。この直円筒部９１に弁本体２に内接するガイドリング１２を固着することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の通路を有する弁本体と、前記通路を開閉する弁体と、前記弁体を軸方向に駆動する弁棒と、前記弁棒を軸封する金属ベローズを備え、前記金属ベローズは単一の細長い蛇腹状部材からなり、かつ、蛇腹部の途中の少なくとも１ヶ所に直円筒部を有することを特徴とするベローズ弁。
【請求項２】
前記金属ベローズは長さ（Ｌ）／外径（Ｄ）が３以上となる寸法を有すると共に、前記直円筒部は長さ（Ｌ１）／深さ（ｈ）が０．１５〜１．０の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のベローズ弁。
【請求項３】
前記直円筒部に前記弁本体に内接するガイドリングが固着されていることを特徴とする請求項２に記載のベローズ弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の通路を開閉する弁体を駆動する弁棒が金属ベローズで軸封されたベローズ弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧の流体や腐食性の大なる流体などの流動を制御するために弁においては、その流体が外部に漏洩するのを防止するために、弁体を駆動する弁軸をベローズで軸封した構造を有するベローズ弁が使用されている。例えば特許文献１には、弁軸が貫通するプレートの上、下に一対のベローズを直列に配置させ、さらにプレートの軸孔から半径方向に検出孔を穿設するようにしたベローシール構造が記載されている。上記のベローズはそれぞれ同一の大きさで形成されている２個のベローズを連結し、その間に環状の連結リングが介在されたものである。
【０００３】
また、特許文献２には、長年の運転使用により高温高圧の流体が外部に漏洩するのを防止するために、ベローズが開弁状態において自然長さ状態となるように形成されて着設されることが記載されている。また、特許文献２には、ベローズが横方向に変位するのを防止するために、ベローズの途中に弁箱延長筒部の内周面に滑接して案内するガイドを設けることが記載されている。
【０００４】
上述したように、従来のベローズ弁においては、ベローズの横方向の変位を抑制し、ベローズが座屈するのを防止するために、ベローズを複数個に分割し、各ベローズを環状のリング（ガイド）で接続した構造が採用されている。
【０００５】
【特許文献１】実公昭５９−１８２１９号公報（第１−２頁、図１）
【特許文献２】特開平９−１７８０３７号公報（第２−３頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の構造であると、ベローズが縮んだ時に座屈することは防止できるが、複数のベローズとガイドを別々に製作し、これらを溶接で接合するために、ベローズの製作コストが増大するという問題がある。玉形弁のように弁軸のリフト量が少ない場合は、ベローズの個数も少なくてすむが、弁体が流体の通路を垂直に仕切って開閉を行う仕切弁に代表されるようにリフト量が多い場合は、ベローズの個数が増大するので、実用上の点で大きな障害となる。また異種部材を溶接により接合した場合、健全なビード部が形成されるとは限らず、微小な欠陥（例えばクラック）が存在すると、そこから流体が外部に漏洩するおそれがあるという問題がある。
【０００７】
したがって本発明の目的は、上記の問題点を解消して、流体が外部に漏洩するのを防止することが可能でありしかも低コストで製作することができるベローズ弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のベローズ弁は、流体の通路を有する弁本体と、前記通路を開閉する弁体と、前記弁体を軸方向に駆動する弁棒と、前記弁棒を軸封する金属ベローズを備え、前記金属ベローズは単一の細長い蛇腹状部材からなり、かつ、軸方向の途中の少なくとも１ヶ所に直円筒部を有することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明において、前記金属ベローズは長さ（Ｌ）／外径（Ｄ）が３以上となる寸法を有すると共に、前記直円筒部は長さ（Ｌ１）／深さ（ｈ）が０．１５〜１．０の範囲に設定することができる。
【００１０】
本発明において、前記直円筒部に前記弁本体に内接するガイドリングを固着した構造であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、単一の金属ベローズに、蛇腹部の途中の少なくとも１ヶ所に直円筒部を設けるので、金属ベローズが細長い形状であっても、剛性が向上して、ベローズが伸縮する際の座屈を有効に防止することが可能となる。また金属ベローズは単一の部材なので、ベローズの品質が向上し、流体が外部に漏洩することが防止される。
【００１２】
さらに本発明によれば、直円筒部に弁本体（例えばパイプ）に内接するガイドリングを設けることにより、ベローズの座屈をより確実に防止がすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明の詳細を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わるベローズを有する仕切弁の断面図である。仕切弁１は、内部に流体の通路２０１を有し両端に配管（不図示）が接続される接続フランジ部２０２及び２０３と上端部に形成された接続フランジ部２０４及び弁座２００を有する弁箱２と、弁座２００に接触して流体の通路２０１を開閉するくさび形（ソリッドウエッジ）の弁体３を備えている。弁箱２は、接続フランジ部２０４にボルト１９ａ及びナット２０ａにより締結されたフランジ部４１を有する下フランジ４と、下フランジ４のリング部４２に挿入された細長いパイプ６と、その上部を受取るリング部５２を有する上フランジ５と、上フランジ５のフランジ部５１にボルト１９ｂ及びナット２０ｂにより締結されたフランジ部７１を有するふた７が装着され、これらの部材（下フランジ４、パイプ６、上フランジ５）の内部には下端部が弁体３に結合された弁棒８が配置されている。また弁棒８の外周を取り囲む金属ベローズ９は、弁棒８に嵌装されたベローズリング１０と、ふた７と上フランジ５とで挟着されたベローズフランジ１１との間に支持されている。ふた７の根元部７２には、ふた７と弁棒８との間のシールを行うためにパッキン１３が設けられている。このパッキン１３はパッキン押え輪１４を介してパッキン押え１５で押圧され、ピン１７により一端がふた７に支持されたアイボルト１６及びナット１７によりパッキン押え１５を締結することにより圧縮される。ふた７の上部に形成されたヨーク部７３の内部にはヨークスリーブ２１が挿入され（弁棒８にねじ込まれている）、ヨークスリーブ２１とヨーク部７３との隙間にスリーブ押え２２が差込まれる共に、ヨークスリーブ２１の上端部には、ハンドル２３が嵌め込まれ、ナット２４を締結することにより、ハンドル２３は弁棒８に一体的に結合される。２５はハンドル２３を円滑に回転させる目的で、ヨークスリーブ２１の内周側に潤滑油を供給するための孔を封止するネジである。
【００１４】
上記金属ベローズ９の詳細を、図１の要部を拡大した図２により説明する。金属ベローズ９は、耐食性を有する金属材料からなり、例えば全長Ｌと外径Ｄとの比率（Ｌ／Ｄ）が３以上である細長い蛇腹状部材である。この金属ベローズ９は、蛇腹部９０の途中の複数箇所（例えば２〜４箇所）に、深さｈで、長さＬ１の直円筒部９１が形成されたものである。金属ベローズ９の各部の寸法は、バルブの種類、口径及びリフト量や耐圧などに応じて設定すればよい。例えば、呼び径が１５Ａ〜３００Ａで、リフト量が１９〜３２９ｍｍの仕切弁に適用する場合、金属ベロ−ズの外径Ｄは２６〜１１５ｍｍの範囲に設定される。また蛇腹部９０のピッチＰ（山と山又は谷と谷の間隔）は、ばね定数や単位長さ当りの変形量などに応じて設定され、例えば２〜８ｍｍの範囲とされる。特に、直円筒部９１は、剛性の点からその深さ（ｈ）に対する長さＬ１の比率（Ｌ１／ｈ）が０．１５〜１．０となるような寸法に設定される。ここで直円筒部の深さ（ｈ）は、スパン（山の高さ）と同一の寸法を有する。また金属ベローズの耐圧力は、ベローズの形状、板厚及びスパンで定まるが、一般的には、２ＭＰａ程度とされる。なお、ベローズのばね定数（Ｋ）は、板厚とスパンによって大きく変化するが、下式（１）による直列ばね定数として算出することができる。但し、ばね定数（Ｋ）は、板厚とスパンによって大きく変化する。
Ｋ＝ｋ／Ｎ・・・（１）
ここで、ｋ：一山当りのばね定数、Ｎ：全体の山数
【００１５】
金属ベローズは、耐食性を有する金属材料、例えばオーステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３１６Ｌ又はＳＵＳ３２１）で形成すればよく、また高温の流体と接触する場合には、高温での十分な機械的強度を有しかつ優れた耐食性を有する耐熱合金（例えばハステロイやインコネルのようなＮｉ基超合金）で形成すればよい。本発明で使用される金属ベローズは、例えば次の工程により作製することが可能である。まず厚さ０．１０〜０．６０ｍｍの薄い金属板（素材）を準備する。この場合、剛性を高めるために、２〜４枚の薄板を積層した多重構造とすることが好ましい。素材の一部を１山分の長さだけ金型に挟み込んで折り曲げる加圧工程を繰り返しながら、蛇腹部を１山ずつ成形し、所定山数の蛇腹部が形成されると、所定長さ範囲だけ非加圧状態で送り出すことにより、直円筒部を形成し、次いで再び加圧工程を繰り返すことにより作製することができる。
【００１６】
上記の仕切弁の動作は次の通りである。図示の閉弁状態からハンドル２３を所定方向に回転させて弁棒８を引き上げることにより、弁体３を上昇させると、弁箱２の通路２０１が開放され、例えば流体は弁箱２内を図示矢印方向に流動する。一方、ハンドル２３を上記とは逆方向に回転することにより、弁棒８を下降させて、弁体３を図１に示す位置まで下降させると、弁箱２の通路２０１が閉止されて、流体の流動が遮断される。この弁体３の上昇及び下降に伴い、金属ベローズ９は弁軸８の移動方向に沿って伸縮が繰替えされる。この金属ベローズ９は、Ｌ／Ｄが３以上と細長いものであるが、蛇腹部の途中に複数の直円筒部９１が設けられているので、剛性が高められ、もって金属ベロ−ズ９の伸縮過程において、座屈が発生するのを防止することができる。しかも金属ベローズ９は単一の部材で、軸方向の途中に接合部が存在しないので、従来のような接合部での接合不良は皆無である。したがって、接合不良に起因して、弁箱に流入する流体が外部に漏洩することが解消され、流体の品質を維持することができる。
【００１７】
本発明は、上述した構造に限定されず、その目的を達成する範囲で種々の変更が可能である。例えば図３に示すように、金属ベローズ９に形成した平行部９１にパイプ６に内接するガイドリング１２を嵌装・固定する構造としてもよい。この構造によれば、ベロ−ズ９は伸縮過程において、ガイドリング１２の外周面がパイプ６の内周面と摺動するので、金属ベローズ９の座屈をより確実に防止することができる。ガイドリング１２は、金属ベローズ９と同様に耐食性を有する金属材料（例えばオーステナイト系ステンレス鋼）で形成することができる。
【００１８】
上記の実施の形態では、仕切弁について述べたが、本発明はこれに限らず、他の形式の弁、例えば弁体が弁座面に直角に開閉する形式の玉形弁に適用できることはもちろんである。また、球形弁のように、金属ベローズが短い場合は、蛇腹部の途中に設ける直円筒部は１ヶ所でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係わるベローズ弁の断面図である。
【図２】図１の要部を示す拡大図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係わるベローズ弁の要部を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００２０】
１：仕切弁
２：弁箱、２００：弁座、２０１：通路、２０２、２０３、２０４：接続フランジ
３：弁体、
４：下フランジ、４１：フランジ部、４２：リング部
５：上フランジ、５１：フランジ部、５２：リング部
６：パイプ
７：ふた、７１：フランジ部、７２：根元部、７３：ヨーク部
８：弁棒
９：金属ベローズ、９０：蛇腹部、９１：直円筒部
１０：ベローズリング
１１：ベローズフランジ
１２：ガイドリング
１３：パッキン
１４：パッキン押え輪
１５：パッキン押え
１６：アイボルト
１７：ピン
１８：ナット
１９ａ、１９ｂ：ボルト
２０ａ、２０ｂ：ナット
２１：ヨークスリーブ
２２：スリーブ押え
２３：ハンドル
２４：ナット
２５：ネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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