(57)【要約】【課題】簡易な構成でありながら、流路を確実に閉じることが可能なバルブユニットを提供する。【解決手段】流体が流入する流路の一部を形成する筒状の弁座１０と、弁座１０に対して進退し、流路の開閉を行う弁体２０と、弁座１０に取り付けられ、弁座１０と弁体２０との隙間をシール可能なシール部材３０と、を備え、弁座１０の弁体２０側の端部にはシール部材３０が取り付けられる溝部１１が弁座１０の周方向に沿って形成されており、シール部材３０は、溝部１１に嵌め込まれかつ周方向外側に傾斜して延びるとともに溝部１１の外壁１１ａ側と接する外壁部３２を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流入する流路の一部を形成する筒状の弁座と、
前記弁座に対して進退し、前記流路の開閉を行う弁体と、
前記弁座に取り付けられ、前記弁座と前記弁体との隙間をシール可能なシール部材と、を備え、
前記弁座の前記弁体側端部には前記シール部材が取り付けられる溝部が前記弁座の周方向に沿って形成されており、
前記シール部材は、
前記溝部に嵌め込まれかつ該シール部材の周方向外側に傾斜して延びるとともに前記溝部の外壁側と接する外壁部を有することを特徴とするバルブユニット。
【請求項２】
前記シール部材は、
前記溝部の内壁側に嵌め込まれ、かつ該シール部材の周が形成する面と交差する方向に延びるとともに前記外壁部よりも内側に形成された内壁部を有することを特徴とする請求項１に記載のバルブユニット。
【請求項３】
前記シール部材の前記弁体側に配置された枠部材と、
該枠部材を支持するとともに前記枠部材を介して前記シール部材を前記弁座側に押圧する柱部材と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブユニット。
【請求項４】
前記シール部材は、
前記流路が開放されている場合に、前記弁座の内面に沿うように形成されており、
前記流路が閉鎖されている場合に、前記弁体と密着するように変形することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブユニット。
【請求項５】
モータと、該モータの駆動によって回転する複数のギアと、を備え、
前記弁体は、前記複数のギアの回転によって、軸芯回りの回転が規制された状態で軸芯方向に進退する進退軸を備え、該進退軸が進退することで前記弁座に対して進退することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブユニット。
【請求項６】
前記流体は気体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバルブユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスメータなどにおいては、地震やその他災害発生時にガス（流体）の供給を停止するため、ガスメータ内の流路に安全装置としてのバルブユニット（遮断弁）が設けられている。図７は、従来のバルブユニットの要部の構成例を示す断面図である。図７に示すバルブユニット１０１は、流体が流入する弁座１１０と、アクチュエータによって弁座１１０に対して進退して流路の開閉を行う弁体１２０と、前述の弁座１１０に取り付けられるとともに弁座１１０と弁体１２０との隙間をシール可能なシール部材１３０とを備える。このバルブユニット１０１では、弁座１１０の端部に形成された溝部１１１にシール部材１３０の断面略矩形の端部１３２が嵌め込まれることで、弁座１１０にシール部材１３０が取り付けられている。
【０００３】
また、特許文献１には、流路内に弁座を設け、この弁座に対する弁体の先端部対向面に装着されたＯリング（シール部材）の離隔又は圧接により流路を開閉するバルブユニットが開示されている。この特許文献１に記載されたバルブユニットは、弁体の弁座対向面の外周端部に形成されたＯリングの装着溝と、弁体の先端部外周に圧入された略円筒状の押さえリングとを備えている。そして、装着溝に装着されたＯリングが装着溝と押さえリングとの間に挟みこまれ、略部分球体形状をなすＯリングによって流体が漏れることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６９８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、バルブユニット１０１においては、弁体１２０によって流路を閉じた状態で流体による圧力が加わった場合に、弁座１１０に取り付けられたシール部材１３０の固定が不十分な箇所でシール部材１３０が浮き上がることがあった。これにより、図８の矢印で示されるように、流体がシール部材１３０と弁座１１０の溝部１１１との隙間から漏れる問題があり、流路を確実に閉じることは困難であった。
【０００６】
上記の問題に対して例えばシール部材に接着剤を塗布してシール部材を弁座の溝部に固定することも考えられるが、シール部材の全域への均一な塗布が難しいため、シール部材の浮き上がりを確実に防止して流体の漏れを防ぐことは依然として困難であった。
【０００７】
また、特許文献１に記載のバルブユニットにおいては、シール部材としてのＯリングを装着溝と押さえリングとの間に挟み込むことによってシール性を確保しているが、押さえリングとＯリングとの接触面の形状には高い寸法精度が必要となり、コストが高くなる問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でありながら、流路を確実に閉じることが可能なバルブユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るバルブユニットは、流体が流入する流路の一部を形成する筒状の弁座と、前記弁座に対して進退し、前記流路の開閉を行う弁体と、前記弁座に取り付けられ、前記弁座と前記弁体との隙間をシール可能なシール部材と、を備え、前記弁座の前記弁体側端部には前記シール部材が取り付けられる溝部が前記弁座の周方向に沿って形成されており、前記シール部材は、前記溝部に嵌め込まれかつ該シール部材の周方向外側に傾斜して延びるとともに前記溝部の外壁側と接する外壁部を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様に係るバルブユニットは、前記シール部材は、前記溝部の内壁側に嵌め込まれ、かつ該シール部材の周が形成する面と交差する方向に延びるとともに前記外壁部よりも内側に形成された内壁部を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様に係るバルブユニットにおいて、前記シール部材の前記弁体側に配置された枠部材と、該枠部材を支持するとともに前記枠部材を介して前記シール部材を前記弁座側に押圧する柱部材と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様に係るバルブユニットにおいて、前記シール部材は、前記流路が開放されている場合に、前記弁座の内面に沿うように形成されており、前記流路が閉鎖されている場合に、前記弁体と密着するように変形することを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様に係るバルブユニットは、モータと、該モータの駆動によって回転する複数のギアと、を備え、前記弁体は、前記複数のギアの回転によって、軸芯回りの回転が規制された状態で軸芯方向に進退する進退軸を備え、該進退軸が進退することで前記弁座に対して進退することを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に係るバルブユニットにおいて、前記流体は気体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡易な構成でありながら、流路を確実に閉じることが可能なバルブユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態であるバルブユニットを示す断面図である。
【図２】図２は、図１のバルブユニットを下方側から見た分解斜視図である。
【図３】図３は、図１のバルブユニットを上方側から見た分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態であるバルブユニットにおいて、流路を閉じた状態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態であるバルブユニットの流路を閉じた状態における流体の流れを説明するための概略図である。
【図６】図６は、本発明の実施例で用いた実験装置の概略図である。
【図７】図７は、従来のバルブユニットの要部の構成例を示す断面図である。
【図８】図８は、従来のバルブユニットにおいて、流体の流れを説明するための概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るバルブユニットの実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態であるバルブユニット１を示す断面図である。図２は、図１のバルブユニット１を下方側から見た分解斜視図であり、図３は、図１のバルブユニット１を上方側から見た分解斜視図である。バルブユニット１は、弁座１０と、弁体２０と、シール部材３０（パッキン）と、環状部材４０（枠部材、ワッシャ）と、柱部材５０と、アクチュエータ６０とを備えている。また、バルブユニット１は、弁体２０及びアクチュエータ６０を収容する筐体７０を備えている。このバルブユニット１は、例えばガスメータの流路に取り付けられ、非常時などにガス（流体）の供給を遮断する機能を有するものである。
【００１９】
弁座１０は、略円筒状をなし、流体が流入する流路の一部を形成する。本実施形態においては、図１に示す弁座１０の上方から下方に向けて弁座中空部をガスが流れるようになっている。弁座１０の弁体２０側端部（図１において下端部）にはシール部材３０を取り付けるための溝部１１が周方向に沿って形成されている。
【００２０】
弁体２０は前述の流路の開閉を行うためのものであり、アクチュエータ６０によって軸芯方向に進退する進退軸２１と、この進退軸２１に固定され、進退軸２１と一体となって弁座１０に対して進退する弁体本体部２２とを備えている。図１においては、流路が開いている場合を示している。流路が開いている場合、弁座１０の上方から流入した流体は、柱部材５０の間の隙間を通じて流出する。一方、流路が閉じている場合、弁座１０の上方から流入した流体は、弁体２０の位置で流れが止められる（図４参照）。弁体本体部２２は、進退軸２１と連結された中心軸部２３と、中心軸部２３の先端に設けられた円錐部２４と、円錐部２４の裾から円錐部２４の高さ方向と直交する方向を径方向とする環状をなす環状部２５とからなる。中心軸部２３の一部には不図示の平面（Ｄカット面）が形成されており、中心軸部２３を支持する筐体７０と係合することによって、弁体２０及び進退軸２１軸芯回りの回転が規制され、弁体２０及び進退軸２１が弁座１０に対して進退する。環状部２５は、シール部材３０を押圧する押圧面２５ａを有している。また、弁体２０は、付勢手段としてのバネ部材２６によって常時弁座１０側に付勢されている。
【００２１】
シール部材３０は、弁座１０と弁体２０との隙間をシール可能に弁座１０に取り付けられている。このシール部材３０は、シール部本体３１と、シール部本体３１の外縁に沿ってシール部本体３１に対して立設された外壁部３２と、外壁部３２よりも内周側で周方向に立設された内壁部３３とを備えている。シール部本体３１は、円環状に形成された底面部３１ａと、この底面部３１ａの内縁から径方向内側に延びて弁座１０の内面に沿うように形成された斜面部３１ｂとを有している。
【００２２】
図４は、本発明の実施形態であるバルブユニット１において、流路を閉じた状態を示す断面図である。シール部本体３１の斜面部３１ｂは、弁体２０が弁座１０側に進むと弁体２０の環状部２５の押圧面２５ａと当接する。そして、さらに弁体２０が弁座１０側に進むと環状部２５によってシール部本体３１の斜面部３１ｂが弁座１０側に押圧され、斜面部３１ｂと環状部２５が密着する。これにより、シール部材３０と弁体２０との間の隙間が閉じられ、シール部材３０と弁体２０との間に形成されている流路が閉じられる。
【００２３】
外壁部３２及び内壁部３３は、弁座１０に形成された溝部１１に嵌め込まれている。外壁部３２は、シール部本体３１の径方向外側（周方向外側）に傾斜して延びている。この外壁部３２は溝部１１の外壁１１ａ側と接している。内壁部３３は、溝部１１の内壁１１ｂ側に嵌め込まれており、シール部本体３１の周が形成する面（図１において左右方向及び紙面垂直方向を含む面）と交差する方向に延びるとともに、外壁部３２よりも内側に形成されている。換言すると、内壁部３３は、シール部本体３１の径方向に交差する方向に延びるとともに、シール部本体３１の端部において外壁部３２よりも内側に形成されている。
【００２４】
以上のような構成を有するシール部材３０は、径方向外側端部において、シール部本体３１、外壁部３２、及び内壁部３３によってＹ字型（Ｕ字型）の断面形状をなしている。このようなＹ字型の断面形状は、例えば、シール部材３０の径方向外側端部において、環状部材４０が配設される側と反対側に溝部３４（凹部）を形成することによって作られる。
【００２５】
環状部材４０は、環状に形成されており、シール部材３０の底面部３１ａのうち外壁部３２及び内壁部３３が形成されている側と反対側に接するように配設されている。この環状部材４０は、金属材料などの剛性の高い材料で構成されることが好ましい。柱部材５０は、環状部材４０を支持するものであり、柱部材５０は環状部材４０を介してシール部材３０の底面部３１ａを弁座１０側に押圧する。この柱部材５０は、筐体７０と連結されており、柱部材５０に形成された溝部５１が弁座１０の外周面に形成された溝部１２に引っ掛かるように構成されており（図３参照）、これにより弁座１０が筐体７０に取り付けられる。
【００２６】
なお、本実施形態においては、柱部材５０が３本の場合を図示している（図３参照）が、これに限定されるものではない。柱部材５０が増えると流体の流路が狭くなり流れが阻害される場合があるため、本実施形態では柱部材の数は３本に設定されている。
【００２７】
アクチュエータ６０は、モータ６１と、このモータ６１の駆動によって回転する複数のギア６２ａ、６２ｂ、６２ｃと、を備えている。本実施形態では、モータ６１の出力軸６１ａに取り付けられたギア６１ｂ、３段のギア６２ａ、６２ｂ、６２ｃが順に噛み合っている。ギア６２ｃは、回転の中心軸方向に延びる筒状部６２ｄを有し、この筒状部６２ｄの内周面には進退軸２１が螺合されている。このような構成とされたアクチュエータ６０においては、モータ６１が駆動することによって３段のギア６２ａ、６２ｂ、６２ｃが回転する。このとき、進退軸２１は軸芯回りの回転が規制されているため、ギア６２ｃの回転によって進退軸２１は軸芯回りに回転することなく、軸芯方向に進退する。そして、この進退軸２１の進退により、弁体２０が回転することなく弁座１０に対して進退するようになっている。
【００２８】
このように、弁体２０は回転することなく弁座１０側に進退するため、シール部材３０との摺動が抑えられ、動作時に大きな負荷がかかることがない。また、弁体が回転しながらシール部材に密着する場合に対して、シール部材３０との間に隙間が生じる可能性が低くなる。
【００２９】
以上のような構成とされた本実施形態に係るバルブユニット１においては、シール部材３０が径方向外側に延びる外壁部３２を備え、この外壁部３２が弁座１０の溝部１１に嵌め込まれるとともに溝部１１の外壁１１ａ側に接する構成とされている。この構成では、流路が弁体２０によって閉じられている場合、ガスが弁座１０の溝部１１に流入してシール部材に圧力がかかると、図５に示すように、外壁部３２が溝部１１の外壁１１ａ側に押圧され、外壁部３２が溝部１１に密着する。これにより、ガスがシール部材３０の外側に漏れることが抑制され、流路を確実に閉じることが可能となる。
【００３０】
例えば、従来のバルブユニット１０１では、図７及び図８に示すように、弁座１１０の溝部１１１に断面略矩形とされたシール部材１３０端部が嵌め込まれているため、隙間からガスが漏れることがあった。これに対して、バルブユニット１では、ガスが流入する圧力によって、より外壁部３２が溝部１１に密着するようにしたため、ガスの漏れを低減することができる。
【００３１】
また、バルブユニット１においては、シール部材３０が、外壁部３２よりも内側にあり、かつ溝部１１に嵌め込まれる内壁部３３を備えている。弁体２０により流路を閉じた状態でガスが溝部１１に流入すると内壁部３３は、径方向外側に曲げられる。このとき、外壁部３２も連動してより溝部１１の外壁１１ａ側に曲げられることになり、より外壁部３２を溝部１１に密着させることができる。すなわち、シール部材３０の端部がＹ字型の形状に形成されていることによって、ガスの漏れをより低減することができる。
【００３２】
また、バルブユニット１は、環状部材４０を備えており、この環状部材４０を介して柱部材５０によってシール部材３０が押圧されているので、シール部材３０を均一に弁座１０側に押圧することができる。これにより、シール部材３０に圧力がかかった際に、シール部材３０の浮き上がりを抑制することができ、よりガスの漏れを低減可能となる。
また、バルブユニット１においては、シール部材３０を弁座１０の溝部１１に嵌め込むことで取り付ける構成とされているので、簡易な構成でシール部材３０を弁座１０に取り付けることが可能である。
【００３３】
なお、上記の実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００３４】
例えば、上記実施形態では、弁座１０が略円筒状の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば断面矩形の筒状であっても良い。この場合でも、シール部材は、シール部本体と、シール部本体の端部から延びるとともにシール部本体の周方向外側に傾斜して延びる外壁部と、溝部の内壁側に嵌め込まれ、かつシール部材の周が形成する面と交差する方向に延びるとともに外壁部よりも内側に形成された内壁部とを備える構成とすれば良い。
【００３５】
また、上記実施形態では、柱部材と環状部材が別体の部材の場合について説明したが、柱部材と環状部材とが予め一体に構成されていても良い。
また、上記実施形態では、流体がガスである場合について説明したが、ガスに限定されるものではなく、空気をはじめとする他の気体や液体等であっても良い。
【００３６】
（実施例）
次に本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。図６は、本発明の実施例で用いた実験装置２００の概略図である。実験装置２００は、上述した実施形態と同様の基本構成を有するバルブユニット２０１と、バルブユニット２０１の弁座２１０の流路に連続するように取り付けられた金属筒２８０と、金属筒２８０のうち弁座２１０が取り付けられた側と反対側を封止するゴム栓２８１と、ゴム栓２８１に形成された孔２８１ａを介して流体を流し流体の圧力を調整する圧力計付ポンプ２９０とを備えている。
【００３７】
ゴム栓２８０の後端部側に支持板２８２を配置し、この支持板２８２とバルブユニット２０１とを連結棒２８３で連結することによってゴム栓２８１及び金属筒２８０をバルブユニット２０１側に押圧することで、金属筒２８０内部の封止をしている。なお、支持板２８２にも孔２８２ａが形成されており、圧力計付ポンプ２９０から流体を金属筒２８０側に流すことができるようになっている。
【００３８】
なお、本実施例では、シール部材の形状と、環状部材の有無と、環状部材への接着剤の使用有無と、を変えて実験を行った。表１に示すように、発明例１は、シール部材の端部の形状をＹ字型形状とし、環状部材を使用せず柱部材によってシール部材を直接押圧する構成とした。発明例２は、シール部材の端部の形状をＹ字型形状とし、環状部材を使用する構成とした。すなわち、発明例２は、上述した実施形態で説明したバルブユニット１を使用した。比較例１、２は、シール部材の端部の形状を従来の形状である断面矩形（図７参照）とし、環状部材を使用せず柱部材によってシール部材を直接押圧する構成とした。発明例１、２、及び比較例１は、接着剤を使用せずシール部材を弁座の溝部に嵌め込む構成とし、比較例２は、接着剤を使用してシール部材を弁座の溝部に嵌め込む構成とした。
【００３９】
次に、実験方法について説明する。実験装置２００において、圧力計付ポンプ２９０のポンプを操作して金属筒２８０内に空気を注入する。この実施例では、流体として空気を使用した。金属筒２８０内が所定の圧力Ｐ（ｋＰａ）（表１参照）になったら空気の注入を停止し、そのまま放置する。そして、所定時間経過後に金属筒内の圧力Ｐ´（ｋＰａ）を圧力計付ポンプにより測定する。この測定値から、単位時間当たりの圧力の変化量を求め、漏れ量を算出する。
【００４０】
次いで、漏れ量の算出方法をより具体的に説明する。まず、標準状態（１ａｔｍ、０℃）における体積Ｑｎｔｐ（ｍ３ｎｔｐ）を次の式により算出する。
Ｑｎｔｐ＝（Ｐ−Ｐ´）×Ｖ／１０１．３
ここで、Ｖ（Ｌ）は、空気が封入される領域の容積である。そして、以下の式により、温度Ｔ（Ｋ）における体積Ｑ（ｍ３）を算出する。
Ｑ＝Ｑｎｔｐ（Ｔ／２７３．１５）
なお、本実施例では、温度２９８．１５Ｋ（２５℃）の時の体積を算出した。
【００４１】
このようにして求めた体積が漏れ量であり、この漏れ量を表１に示す。なお、表１において漏れ量は、単位時間（１ｈ）当たりの漏れ量として示している。また、表１において「加圧不能」は、空気の注入中に多量に漏れが発生し、金属筒内を所定の圧力値とすることができなかったことを意味している。
【００４２】
また、本実施例においては、金属筒内の圧力を所定の圧力に設定した際に、金属筒内から外側に空気が漏れなくなるまでの時間、すなわち定常状態になるまでの時間も測定した。発明例１、２は、所定の圧力としてＰ＝５０ｋＰａの場合において定常状態になるまでの時間を測定した。比較例１は、所定の圧力としてＰ＝１０ｋＰａの場合において定常状態になるまでの時間を測定した。比較例２は、所定の圧力としてＰ＝３０ｋＰａの場合において定常状態になるまでの時間を測定した。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
表１に示すように、発明例１、２では、所定の圧力をＰ＝５０ｋＰａとしても漏れ量が少なく、空気の漏れを低減できていることが確認された。また、発明例１、２では、定常状態までの時間も３０分以上と長いことが確認された。特に、シール部材の端部の形状をＹ字型とし、さらに環状部材を介してシール部材を柱部材で押圧する構成とした発明例２では、漏れの低減の効果が顕著であった。
【００４５】
一方、比較例１では、所定の圧力Ｐ＝２０ｋＰａで漏れが大きく発生し、発明例１、２と比べて大きく劣った。また、比較例２では、所定の圧力Ｐ＝４０ｋＰａで漏れが大きく発生し、発明例１、２と比べて劣った。また、比較例１、２では、定常状態までの時間も、発明例１、２と比較して短く、性能が劣っていることが確認された。
【符号の説明】
【００４６】
１，１０１、２０１  バルブユニット
１０、１１０  弁座
１１、１２、１１１、３４、５１  溝部
１１ａ  外壁
１１ｂ  内壁
２０、１２０  弁体
２１  進退軸
２２  弁体本体部
２３  中心軸部
２４  円錐部
２５  環状部
２５ａ  押圧面
２６  バネ部材
３０、１３０  シール部材
３１  シール部本体
３１ａ  底面部
３１ｂ  斜面部
３２  外壁部
３３  内壁部
３４  溝部
４０  環状部材（枠部材）
５０  柱部材
５１  溝部
６０  アクチュエータ
６１  モータ
６１ａ  出力軸
６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ  ギア
６２ｄ  筒状部
７０  筐体
１３２  端部
２００  実験装置
２１０  弁座
２８０  金属筒
２８１  ゴム栓
２８１ａ  孔
２８２  支持板
２８２ａ  孔
２８３  連結棒
２９０  圧力計付ポンプ
【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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