(57)【要約】【課題】フローティング型ボールバルブのシートリングのシール構造において、膨張黒鉛等の非自封性素材によって形成したパッキンを使用する場合のシール性を向上させることである。【解決手段】一次側及び二次側シートリング２９、３０の外径面にシール装着部３５、３６が形成され、そのシール装着部３５、３６にシール部材２７、２８及び各シール部材２７、２８の外端面に接してシール押さえ部材３７、３８がそれぞれ嵌合され、両方の皿バネ５６によって該シール押さえ部材３７、３８が押圧される構成とし、前記いずれかのシール部材２７又は２８に対し、皿バネ５６の押圧力Ｐ１と、弁体２６を介して作用する反対側の流体圧による押圧力Ｐ２による圧縮力が作用するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側及び二次側開口部(２１、２２)の間に弁室(２３)を設けたケーシング(２４)と、前記弁室(２３)を閉鎖するボンネット(２５)と、前記ボンネット(２５)によって支持され前記弁室(２３)に収められたフローティング型の弁体(２６)と、前記一次側及び二次側開口部(２１、２２)にそれぞれシール部材(２７、２８)を介在して挿入された一次側及び二次側シートリング(２９、３０)と、前記各シートリング(２９、３０)をそれぞれ前記弁体(２６)に押圧する一次側及び二次側押圧手段(３３、３４)を備えてなるボールバルブにおいて、前記一次側及び二次側シートリング(２９、３０)の外径面にシール装着部(３５、３６)が形成され、そのシール装着部(３５、３６)に前記のシール部材(２７、２８)及び各シール部材(２７、２８)の外端面に接してシール押さえ部材(３７、３８)がそれぞれ嵌合され、前記押圧手段(３３、３４)によって該シール押さえ部材(３７、３８)が押圧されるようにしたことを特徴とするボールバルブ。
【請求項２】
前記各シートリング(２９、３０)の外径面に内端側が大径部(５２)、外端側が小径部(５３)となる異径の部分が形成され、前記シール装着部(３５、３６)が前記大径部(５２)と小径部(５３)の間の段差面(５１)と、その段差面(５１)に連続した前記小径部(５３)によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のボールバルブ。
【請求項３】
前記シール部材(２７、２８)の前記段差面(５１)に接触する面とその反対側の面のいずれか一方の面に所定の傾斜角θをもった傾斜面が形成され、その傾斜面に当接される相手部材に前記傾斜面に合致する傾斜面が形成されたことを特徴とする１又は２に記載のボールバルブ。
【請求項４】
前記シール部材(２７、２８)がそれぞれ複数本組み合わせて構成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のボールバルブ。
【請求項５】
前記複数のシール部材(２７、２８)が当該シートリング(２９、３０)の長さ方向に所定の間隔をおいて配置された２本のシール部材(２７、２８)によって構成され、これら各シール部材(２７、２８)の間に補助シール押さえ部材(３９)が介在されたことを特徴とする請求項４に記載のボールバルブ。
【請求項６】
前記シール部材(２７、２８)が、膨張黒鉛等の非自封性素材によって形成されたことを特徴とする１から５のいずれかに記載のボールバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボールバルブに関し、特に、フローティング型ボールバルブにおけるシール構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボールバルブは、各種粉体、流体等の管路の開閉作用を行うバルブとして従来から知られている。特に、金属製のボール形弁体を支持するシートリングが金属製のものは耐久性に優れており、メタルタッチ型として従来から知られて称される（特許文献１）。
【０００３】
従来のメタルタッチ型のボールバルブの基本的な構造は、一次側及び二次側開口部との間に弁室を設けたケーシングと、前記弁室を閉鎖するボンネットと、前記ボンネットによって回転自在に支持され前記弁室内に収められたボール形の弁体と、前記一次側及び二次側開口部にそれぞれシール部材を介在して挿入された一次側及び二次側シートリングと、前記各シートリングをそれぞれ前記弁体の一次側及び二次側ポートに押圧する押圧手段を備えた構成である。
【０００４】
前記シートリングのシール部材は自封性あるシール部材であるＯリングにより形成され、そのＯリングがシートリングの外径面に周方向に形成されたシール溝に装着される。そのＯリングをケーシングの開口部内径面にそれ自体の弾性によって押圧させることによりシートリングのシールを図るようにしている。
【０００５】
前記のボールバルブにおける弁体の支持構造としては、弁軸と対称位置に突設された支持軸を弁室内底面の軸穴に挿入支持させることによって弁軸と支持軸の２箇所で支持した構造のトラニオン型と、支持軸を省略し弁体を弁軸のみで支持したフローティング型とがある。
【０００６】
フローティング型の場合は、例えば、一次側の流体圧が相対的に高い場合は弁体が二次側に変位し、二次側シートリングに押圧される。このとき一次側のシートリングは、その後端部の押圧手段で押され二次側に変位する弁体に追従して移動する。反対に、二次側の流体圧が相対的に高い場合は、弁体が一次側に変位して一次側シートリングに押圧され、二次側シートリングが弁体に追従する。トラニオン型は支持軸によってケーシングに拘束されるので、流体圧によって前記のような変位は生じ得ない。
【０００７】
フローティング型のシートリングと弁体の接触面には、シートリングを直接押圧する皿バネのバネ力のほかに前記のように流体圧が作用するので、相対的に小さいバネ力で高いシール性が得られる特徴がある。
【０００８】
前記のボールバルブにおいて、シートリングをシールする前記のＯリングは、シートリングの円滑な変位に支障を来たすことがない点でフローティング型ボールバルブの場合に適したシール部材である。
【０００９】
また、前記ボールバルブの使用限界温度を決定する一つの要因は、前記Ｏリングの耐熱性にある。従来のゴム製Ｏリングの場合は、その耐熱性の点から使用限界温度は２００℃程度であった。使用限界温度を上げるためにＯリングに代えて耐熱性のある素材、例えば膨張黒鉛製パッキンを使用することが考えられる。
【００１０】
しかし、膨張黒鉛製パッキンは弾性に乏しく自封性がないため、Ｏリングのように、弾性的に拡径させてシートリングの外径面に嵌め、さらに縮径させてシール溝に装着させるという構成をとることができない。
【００１１】
このため、通常考えられるシートリングのシール構造として、図６に示した構成がある。即ち、ケーシング１の開口部２の内径面にシール装着部３を設けた構成である。同図において、４はボール形の弁体、５はシートリングを示している。前記のシール装着部３は、開口部２の内径面に形成された段差面６と大径部７によって構成され、シール部材８（膨張黒鉛製のパッキン）が前記段差面６に接して大径部７に装着される。
【００１２】
前記のシール部材８は自封性がないため、その外端面にシール押さえ部材９を押し当て、そのシール押さえ部材９を開口部２の内径面にねじ込んだ構成が採られる。開口部２の開口端にシート押さえ部材１０がねじ込まれ、そのシート押さえ部材１０とシートリング５との間に皿バネ１１が介在される。シートリング５はこの皿バネ１１によって押圧され弁体４に押し当てられる。
【００１３】
上記のシール構造においては、シール押さえ部材９を操作してシール部材８を強く押し込むことにより、シール部材８を僅かに弾性変形させ、その押圧力を開口部２の内径面とシートリング５の外径面の両方に作用させることによりシートリング５のシールを行う。
【特許文献１】特開２００７−１６８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ボールバルブの使用温度を上げるために、膨張黒鉛のように自封性がなく、弾性に乏しい素材よりなるシール部材８を用いて前記のようなシール構造を採った場合、シール性能を上げるためにはシール押さえ部材９を介してシール部材８をより強く押圧する必要がある。
【００１５】
しかし、シール部材８を押圧するとシール部材８は同時にシートリング５を径方向に強く拘束するため、シールリング５の円滑な移動が妨げられる。このため、フローティング型の場合には一次側及び二次側双方においてシートリング５の弁体４に対する追従性が低下する。これにより、弁体４とシートリング５の間にすき間が発生し、一次側と二次側のシールが不完全になるという問題がある。
【００１６】
前記のシールを確実にするため皿バネ１１のバネ力を上げると、シートリング５の弁体４に対する押し付け力が強くなり、弁体４の開閉トルクが増大し操作性が低下する不都合が生じる。
【００１７】
そこで、この発明は、シール部材が弾性に乏しい場合であっても、シール性が良好であり、操作性に影響をもたらさないボールバルブを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の課題を解決するために、この発明に係るボールバルブは、図１（図１は後述の実施例１の図面と共用される。）に示したように、一次側及び二次側開口部２１、２２との間に弁室２３を設けたケーシング２４と、前記弁室２３を閉鎖するボンネット２５と、前記ボンネット２５によって回転自在に支持され前記弁室２３内に収められた弁体２６と、前記一次側及び二次側開口部２１、２２にそれぞれシール部材２７、２８を介在して挿入された一次側及び二次側シートリング２９、３０と、前記各シートリング２９、３０をそれぞれ前記弁体２６の一次側及び二次側ポート３１、３２に押圧する押圧手段３３、３４を備えている。弁体２６は弁軸４４においてのみ回転自在に支持されたフローティング型である。
【００１９】
前記のようなボールバルブにおいて、この発明は、前記一次側及び二次側シートリング２９、３０の外径面に一次側及び二次側シール装着部３５、３６が形成され、そのシール装着部３５、３６に前記のシール部材２７、２８及び各シール部材２７、２８の外端面を押すシール押さえ部材３７、３８が嵌合され、前記押圧手段３３、３４により該シール押さえ部材３７、３８が押圧される構成としたものである。
【００２０】
なお、本発明において「フローティング型」というのは、図１に示したように弁体２６が弁軸４４のみで支持され流体圧によって弁体２６が変位する構造のほかに、トラニオン型であってもその支持軸がケーシングに対してすき間嵌めされ、流体圧によって弁体がある程度変位し得る構造も含まれる。
（作用）
一次側及び二次側シートリング２９、３０には、それぞれ押圧手段３３、３４から内向きの押圧力Ｐ１（図２の白抜き矢印参照）を受け、これによって弁体２６に押し当てられる。同時にその押圧力Ｐ１によって各シール部材２７、２８が圧縮される。
【００２１】
いま、一次側の流体圧が相対的に高い場合を想定すると、閉状態になった弁体２６は僅かに二次側に変位して二次側シートリング３０に押し当てられ、該二次側シートリング３０に外向きの押圧力Ｐ２を及ぼす。このため、二次側シール部材２８には、押圧手段３４の押圧力Ｐ１と一次側の流体圧による押圧力Ｐ２が両側から圧縮方向に作用する。
【００２２】
シール部材２８が圧縮されると、シール部材２８の内径面がシートリング３０に押し当てられるとともに、該シール部材２８の外径面がケーシング２４の開口部２２の内径面に押し当てられ、これらの部分のシール作用を行う。シール部材２８はシートリング３０と一体に移動するので、シートリング３０をシールするシール部材２８の押圧力はシートリング３０の移動に影響を与えない。
【００２３】
また、シール部材２８を圧縮する押圧力には前記のように流体圧による押圧力Ｐ２が加わるので、押圧手段３４の押圧力Ｐ１は比較的小さく設定できる。このため、弁体２６の開閉トルクの増大を抑制することができる。
【００２４】
なお、二次側の流体圧が相対的に高い場合は、弁体２６は一次側に変位するが、その場合の一次側における作用は前述の場合と同様である。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、この発明によるとフローティング型ボールバルブにおいて、自封性のない素材でなるシール部材を用いた場合においても高いシール性能を得ることができる。このため、膨張黒鉛等の自封性がなく耐熱性の高い素材で製作されたシール部材を用いることにより、従来のＯリングを用いた場合に比べ高い流体温度における使用が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、実施例にもとづいて、この発明の最良の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１から図５に示した実施例１のボールバルブは、ケーシング２４、ボンネット２５、該ボンネット２５によって支持され前記ケーシング２４の内部に収納されたフローティング型の弁体２６を主要な構成部材とする２方弁である。次にこれらの部材について詳細に説明する。
【００２８】
ケーシング２４の左右両端部には一次側開口部２１、二次側開口部２２が設けられ、それぞれの外端部に管路接続用のフランジ４０、４１が設けられる。前記開口部２１、２２の内端部相互間に弁室２３が設けられる。
【００２９】
弁室２３は底面が閉塞されているが上面部が開放され、弁室２３の内部に弁体２６を挿入できるようになっている。弁室２３の上部の開放部分にガスケット４２を介して前記のボンネット２５がボルト４３によって取り付けられる。
【００３０】
弁体２６の弁軸４４はボンネット２５を貫通して上方に突き出し、その突き出した先端部にハンドル４５が取り付けられる。また、弁軸４４の周りにグランドパッキン４６が封入され、パッキン押さえ４７を介して押さえ輪４８により押圧される。
【００３１】
弁体２６は弁軸４４と直交する方向の弁孔４９が設けられ、その一端が一次側ポート３１、他端が二次側ポート３２となっている。
【００３２】
前記一次側開口部２１と二次側開口部２２の内径面にそれぞれ円筒形の一次側シートリング２９と二次側シートリング３０が挿入され、開弁状態において各シートリング２９、３０の内端が前記弁体２６の一次側及び二次側ポート３１、３２の周りに密着される。弁体２６が９０度回転すると各シートリング２９、３０の先端部が弁体２６の閉鎖面に密着され閉弁状態となる。
【００３３】
図２に示したように、前記各シートリング２９、３０の外径面には、それぞれ直角の段差面５１を挟んで軸方向内端側が大径部５２、外端側が小径部５３となる異径部分が形成される。一次側シートリング２９においては、段差面５１とこれに連続した小径部５３とによって一次側シール装着部３５が形成される。同様に、二次側シートリング３０においては段差面５１とこれに連続した小径部５３とによって二次側シール装着部３６が形成される。また、各小径部５３の外端において更に小径のバネ受け面５４が設けられる。
【００３４】
前記の各シール装着部３５、３６にそれぞれ一次側及び二次側シール部材２７、２８及びこれらに対応した一次側及び二次側シール押さえ部材３７、３８が装着される。
【００３５】
図３に示したように、前記の一次側シール部材２７（かっこ付きの符号は二次側シール部材２８の場合を示す。図４、図５においても同じ。）は、前記の段差面５１に合致する直角の内端面５５ａ、その内端面５５ａの内径側に連続した内径面５５ｂ、外径側に連続した外径面５５ｃ、及びこれらの内外径の面５５ｂ、５５ｃに対し角度θで傾斜した外端面５５ｄからなる断面形状が台形のものである。シール部材２７、２８の素材は、使用温度に応じて、ゴム、フッ素樹脂等が使用できるが、比較的高温の場合は、膨張黒鉛を使用することができる。膨張黒鉛の使用温度は−２００〜６００℃であり、ゴム製Ｏリングに比べ高温域での使用が可能である。
【００３６】
また、前記のシール押さえ部材３７（シール押さえ部材３８も同様）は、前記シール部材２７、２８の外端面５５ｄに対向した端面が同じ傾斜角θをもった傾斜面に形成され、その外端面５５ｄに押し当てられる。各シール押さえ部材３７、３８の外端部は、各シートリング２９、３０のバネ受け面５４上に達する長さに形成される（図２参照）。
【００３７】
前記の各シール押さえ部材３７、３８の外端部を押圧する一次側押圧手段３３、３４は、それぞれリング状の皿バネ５６と、押さえリング５７とから構成される。皿バネ５６は、前記のバネ受け面５４の周りに嵌合され、シール押さえ部材３７、３８と押さえリング５７との間に介在される。押さえリング５７は、各開口部２１、２２の外端内径面に形成された雌ネジ部５８にネジ結合される。押さえリング５７を操作することにより押さえリング５７を皿バネ５６に押し当て、シール押さえ部材３７、３８を介して各シール部材２７、２８に所要の押圧力を及ぼすことができる。
【００３８】
なお、シートリング２９、３０の外端面と前記の押さえリング５７との間には、相互の干渉を防止すべく所要のすき間ａが設けられる（図２参照）。
【００３９】
実施例１のボールバルブは以上のような構成であり、次にその作用について説明する。
【００４０】
図１は、一次側、二次側の各シートリング２９、３０の内端が弁体２６の一次側及び二次側ポート３１、３２に密着した開弁状態を示している。前記皿バネ５６の押圧力が、シール押さえ部材３７、３８及びシール部材２７、２８を介して各シートリング２９、３０の弁体２６に対する接触部に及ぶ。その接触部において管路の一次側と二次側のシールが行われる。
【００４１】
また、前記と同時に皿バネ５６の押圧力によってシール部材２７、２８が圧縮され、開口部２１、２２の内径面、及びシートリング２９、３０の外径面のシールを行う。
【００４２】
前記の開弁状態から、ハンドル４５の操作により、弁体２６が９０度回転されると、閉弁状態となり、各シートリング２９、３０の内端が弁体２６の閉塞面に接触する。
【００４３】
前記の閉弁状態においていずれか一方の側、例えば一次側の流体圧が二次側の流体圧より高い場合、フローティング型の弁体２６の性状により二次側に変位する。その変位が発生すると、弁体２６は二次側シートリング３０に押し当てられる。これと同時に一次側シートリング２９がその押圧手段３３の皿バネ５６の押圧力によって弁体２６の変位に追従して移動する。このため、一次側シートリング２９が弁体２６から離れることが防止される。
【００４４】
前記の場合、流体圧が一定以上に高いときは、流体が一次側シートリング２９と弁体２６との接触面から弁室２３に漏出し、二次側シートリング３０のシール部材２８の外径面におけるシールを破って外部に漏出するおそれがある。このため、シール部材２８には所定のシール圧を発生するように圧縮力を作用させる必要がある。
【００４５】
この圧縮力は、二次側押圧手段３４の皿バネ５６による押圧力Ｐ１（図２参照）と、これに対向した前記の流体圧に起因する押圧力Ｐ２の総和として付与される。同程度の圧縮力を皿バネ５６のみで付与しようとすると、皿バネ５６の押圧力Ｐ１が大きくなるめ、二次側シートリング３０の弁体２６に対する押圧力が大きくなり、これにより弁体２６の開閉トルクが大きくなって操作性を損なう。しかし、この実施例１においては、シール部材２８に同じ圧縮力を作用させる場合において、皿バネ５６の押圧力Ｐ１は、流体圧による押圧力Ｐ２の分だけ小さくてよいので、弁体２６の開閉トルクに与える影響が小さい。
【００４６】
なお、前記の場合とは逆に、二次側流体圧が相対的に高いときは、前記と同様の作用が一次側において行われる。
【００４７】
次に、前記シール部材２７、２８の断面形状について説明する。図２及び図３に示したように、外端面５５ｄが傾斜角θをもった傾斜面に形成されているため、前記の圧縮力Ｐ１、Ｐ２が作用すると、その傾斜した外端面５５ｄがシール押さえ部材３７、３８の傾斜面に沿って滑りを生じ、外端面５５ｄの先端部及びその近傍が膨出してシール部５９（図３の一点鎖線参照）となり、開口部２１、２２の内径面に強く押し付けられ効果的なシール作用を行う。
【００４８】
前記のシール部５９は、傾斜した外端面５５ｄに沿って斜め外向きに延び出すので、外部から弁室２３に向けて流れる流体に対し効果的なシールを行う。
【００４９】
次に、前記シール部材２７、２８の変形例を図４、図５に基づいて説明する。
【００５０】
図４（ａ）に示したシール部材２７（２８）は、内端面５５ａが傾斜角θの傾斜面となっており、これに接する段差面５１も同じ角度の傾斜面となっている。他の３面５５ｂ、５５ｃ、５５ｄは相互に直交する面である。シール部５９は傾斜面に沿って図３の場合と反対に斜め内向きに延び出す。
【００５１】
図４（ｂ）（ｃ）に示したものは、２本のシール部材２７（２８）、２７（２８）の組合せによって構成したものである。図４（ｂ）の場合は、一方のシール部材２７（２８）の外端面５５ｄとこれに接した他方のシール部材２７（２８）の内端面５５ａがそれぞれ傾斜面となっている。段差面５１、端面５１’は直角形成される。いずれの場合も、傾斜面の先端部分にシール部５９が生じる。
【００５２】
図４（ｃ）の場合は、一方のシール部材２７（２８）の内端面５５ａが傾斜面となり、他方の外端面５５ｄが傾斜面となっている。これらの傾斜面５５ａ、５５ｄに接する段差面５１、シール押さえ部材３７（３８）の端面５１’もそれぞれ傾斜面となっている。
【００５３】
図５（ａ）（ｂ）に示した変形例は、シール部材２７（２８）をシートリング２９（３０）の長さ方向に距離をおいて２箇所に設け、両者の間に補助シール押さえ部材３９を介在したものである。シール部材２７（２８）を長さ方向の１箇所に設ける場合に比べ、一層確実なシール作用を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１の断面図
【図２】同上の一部拡大断面図
【図３】同上のシール部分の拡大断面図
【図４】（ａ）から（ｃ）  同上のシール部分の変形例の断面図
【図５】（ａ）（ｂ）  同上のシール部分の変形例の断面図
【図６】従来例の一部断面図
【符号の説明】
【００５５】
２１  一次側開口部
２２  二次側開口部
２３  弁室
２４  ケーシング
２５  ボンネット
２６  弁体
２７  一次側シール部材
２８  二次側シール部材
２９  一次側シートリング
３０  二次側シートリング
３１  一次側ポート
３２  二次側ポート
３３  一次側押圧手段
３４  二次側押圧手段
３５  一次側シール装着部
３６  二次側シール装着部
３７  一次側シール押さえ部材
３８  二次側シール押さえ部材
３９  補助シール押さえ部材
４０、４１  フランジ
４２  ガスケット
４３  ボルト
４４  弁軸
４５  ハンドル
４６  グランドパッキン
４７  パッキン押さえ
４８  押さえ輪
４９  弁孔
５１  段差面
５１’  端面
５２  大径部
５３  小径部
５４  バネ受け面
５５ａ  内端面
５５ｂ  内径面
５５ｃ  外径面
５５ｄ  外端面
５６  皿バネ
５７  押さえリング
５８  雌ネジ部
５９  シール部
【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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