JP4386414B2

JP4386414B2 - 開閉弁

Info

Publication number: JP4386414B2
Application number: JP2003358089A
Authority: JP
Inventors: 泰則杉田
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: JP2005121160A

Description

本発明は、弁体を上下動して弁箱内部の流路を開閉する開閉弁に関し、特に、ＬＰＧやＬＮＧなどの低温流体を扱うロングネック構造の開閉弁に関する。

弁体を上下動させて開閉する開閉弁には、グローブバルブ、ゲートバルブ、ニードルバルブ、プラグバルブ等があり、そのなかでグローブバルブを一例に説明する。
このグローブバルブのうち、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）等のような低温流体を適用する低温弁は、上部ボンネットと下部ボンネットとの間に延長パイプを設けるボンネット延長構造を採用している。この場合は、ステムの芯ずれを防ぐために一般的にステムとボンネットとの間にステムガイドを設けている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
なお、ボンネットを延長しない常温弁では、ステムを軸封するパッキンまでの距離が短いため、上述したステムガイドは必要ない。

一方、弁体を上昇させて弁座を開放したとき、弁体がボンネットの下面と接してシールするバックシートを設けたものが知られている（例えば、特許文献３及び特許文献４参照。）。
従来のバックシートは、特許文献３に示すように、ねじはめ輪にバックシートを設けたり、特許文献４に示すように、弁箱の軸装部に設けたねじはめ輪の凹部にバックシートを嵌着したものが存在する。この場合、バックシートの開口部周縁に形成したテーパ面に上昇した弁操作棒の外径段部テーパ面を押圧するようなバックシート構造としている。
バックシートを設けた構造の場合には、弁開状態としたときにこのバックシートと弁体とでシールすることにより、バルブ内部に流体が流れている状態であってもパッキンの交換作業が可能となり、この点でバックシートを設けない構造と比較して有利な構造となっている。
実開平３−１０５７７９号公報実公平２−１２３７５号公報実公平１−２１２６８号公報実公平３−１９６６６号公報

特許文献１及び特許文献２は、ステムガイドを使用してステムを案内して芯ずれを防ごうとしているが、弁体を開状態にしたときの弁体上部とこの弁体の当接するボンネットの当接部分がいずれもステンレス等の金属製であるため、弁体とボンネットの当接部分において互いに押圧摺動したときに押圧面に傷が付く、いわゆる、カジリが生ずるおそれがあった。カジリが生じるとシール性が悪くなり、弁開時にはこの部分から漏れが生じるおそれがあった。
このため、ボンネット側における弁開時の弁体との当接部分に、例えば、逆座シート構造と呼ばれる座であるシート構造を別途設けたり、或は、当接部分の各押圧面に硬度差を設けたり、又は、ステライト盛金などの硬化肉盛を行うようにしたものがあるが、これらは、いずれもコストアップとなり、施工にも手間がかかるという問題があった。
とりわけ、ＬＰＧやＬＮＧなどの低温流体を扱う低温用バルブでは、バルブの内部に油分や水分が残存していると、これらが固化してシート面を損傷するおそれがあることから、残存油分又は残存水分を完全に除去する禁油・禁水処理を施す必要があり、この場合に当接部分のシール性を確保するには、押圧摺動面の加工精度を更に上げなければならず、余計にコストがかかっていた。
また、これらの弁は、内部構造が複雑となるため、組立て時の組込みが困難となり、耐久性にも問題があった。

特許文献３及び特許文献４は、バックシートをねじはめ輪とともにわざわざ別に設ける必要があると共に、このねじはめ輪についても外周に雄ねじ部を形成したり、また、弁箱側にも雄ねじ部が螺合するための雌ねじ部をわざわざ形成する必要があった。しかも、この雄ねじ部と雌ねじ部の螺合は高いシール性が要求されるため、ネジの加工精度を高くする必要もあった。また、パッキン受け輪等の新たな部品も必要となっていた。これらのことから、バックシートを設ける構造の場合は、大きなコストアップとなり、更に、組立て時の組立て工数も増加するという問題があった。

本発明は、従来の各種の課題点を解決するために開発したもので、その目的とするところは、ステムガイドと逆座シール構造を簡素化した部材を用いることによって、ステムの調芯機能を有効に発揮させると共に、バックシート機能も兼用可能とし、その組立てが容易になるばかりでなく、加工工程も省略することができ、延いては、著しいコストダウンを図ることにある。

上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、弁箱の軸装部にステムを上下動自在に軸装し、ステムの下端に設けた弁体で弁箱内の弁座を開閉自在に設けた開閉弁において、前記軸装部とステムとの間をガイドするガイド筒部とこのガイド筒部の下端に一体成形した鍔部で樹脂製のバックシート部材を形成し、このガイド筒部を軸装部の内周面とステムの外周面との間に摺動自在に挿入し、このガイド筒部の上方で、かつ軸装部とステムとの間にスペースを設け、前記鍔部を軸装部の下面と前記弁体の上面とで挟持させると共に、前記ガイド筒部をステムの外周面に摺動させてバックシート部材の鍔部で逆座シール構造とした開閉弁である。

請求項２記載の発明は、前記弁体は、ステムの下端に設けた弁部と弁押さえから成り、前記弁部の上面にフラット面を形成し、このフラット面にバックシート部材の鍔部下面を当接させ、鍔部の上面を軸装部の下面に形成した凹部に当接させた開閉弁である。

本発明によると、ステムガイドと逆座シール構造を簡素化した部材を用いることによって、ステムの調芯機能を有効に発揮させると共に、バックシート機能も兼用可能となり、組立て容易になるばかりでなく、加工工程も省略することができ、大幅なコストダウンとなる。特に、バックシート部材のガイド筒部の上方にスペースを設けたから、鍔部が軸装部の下面と弁体の上面とで挟持されても、ガイド筒部は挟持されずに僅かに上方へ移動するだけであり、逆座シールが機能したときにガイド筒部が内径側に張り出すことがないので、ステムとガイド筒部との摺動抵抗が上昇するのを抑え、弁閉時の弁操作トルクの上昇を抑えることができる。

更には、ステムを上下動させたときの摺動抵抗が少なく、弁操作トルクの上昇を抑えることができる。

また、ボンネットとステムに設けた弁部とを高いシール性によって確実に密封することのできる開閉弁である。

本発明の開閉弁の一例を図１〜図３に示す実施形態に基づいて説明する。
図１において、１は開閉弁本体であり、本実施形態における開閉弁本体１はグローブバルブとしているが、弁体を上下動させて開閉する構造であれば、グローブバルブに限らずゲートバルブ、ニードルバルブ、プラグバルブ等の各種の構造の開閉弁に適用してもよい。

弁箱２は、中央に略水平環状の弁座２ａを設けており、この弁座２ａを境として略横Ｓ字型の流体流路２ｂを形成している。弁箱２の上部側には、軸装部４接続用のフランジ部２ｃを形成し、流路２ｂと連通する開口部２ｄをこのフランジ部２ｃに形成している。

軸装部４は、下部に弁箱２との接続フランジ部１４ａを有する下部ボンネット１４、この下部ボンネット１４の上方側に接続された延長パイプ１５、この延長パイプ１５の他端側上部に接続された上部ボンネット１６から構成される。下部ボンネット１４と弁箱２とは、ガスケット２０を介して図示しないボルト等によって固着されている。
下部ボンネット１４に形成したステム挿通孔１４ｂの底部位周縁部には凹状に切欠いた凹部１４ｃを形成しており、この凹部１４ｃには、後述するバックシート部材１１の鍔部１３を収容可能としている。下部ボンネット１４の底部位には凹部１４ｃを設けないような図示しない平面状としてもよいが、凹部１４ｃを設けた場合には、弁箱２や軸装部４全体の高さを抑えつつ、弁体６の開閉ストロークを確保することができる。
本例では、軸装部４を弁箱２と別体に設け、この軸装部４は、前述の下部ボンネット１４、延長パイプ１５、上部ボンネット１６からなり、この軸装部４を弁箱２の開口部２ｄを被蓋するように接続した構成としているが、この軸装部４は弁箱と一体に設けるようにしてもよい。

ステム５は、その上部側を上部ボンネット１６に収納されたパッキン２１に液密に軸支されている。なお、このパッキン２１は補強材入り膨張黒鉛製であり、シールを行う際には、上部ボンネット１６上側に軸支されたグランドボルト２２をステム５を挿通させた板状のグランド押え２５の貫通孔２５ａに貫通させた状態でグランドナット２３を締め込むことによって、上部ボンネット１６とグランド押え２５との間に介在させた略円筒状のグランド２４をパッキン２１に押圧して軸シールを行う。パッキン２１による封止性能は、バックシート部材１１の封止性能よりも高く設定しており、バックシート部材１１を機能させることにより軸装部４内部に内封された流体が異常昇圧を生じた場合に、この圧力はバックシート部材１１側からバルブ内部側にリリーフされる。

弁体６は、ステム５の下端に設けており、本実施形態においては、シール部材である樹脂製の環状ジスクシート８を、止め板９を介してナット３０により保持した状態の弁押え７と、この弁押え７をステム５下端に係止固定する弁部１０から成るソフトシール構造としている。開閉弁本体１は、ステム５を上下動させることによってステム５の下端に設けた弁体６で弁箱２内の弁座２ａを開閉自在に設けた構造としている。
弁体のシート構造はソフトシール構造に限定するものではなく、弁押えに直接弁座を形成する図示しないメタルシート構造であってもよい。１７はガスケットであり、このガスケット１７を弁押え７と弁部１０との間に介在させることにより、弁全閉時においてこの部分から軸装部４内部へ流体が浸入するのを防いでいる。
弁体６を構成する場合には、ステム５の下端に形成した環状突部５ｂに弁部１０の下側を係止した状態でガスケット１７を介在させながらこの弁部１０に形成したオネジ部１０ａに弁押え７のメネジ部７ａを螺着して一体化する。弁体６の上面（弁部１０の上面）には、平面状のフラット面６ａを突設して形成し、このフラット面６ａにバックシート部材１１の鍔部１３の下面１３ａを当接させ、また、鍔部１３の上面１３ｂを軸装部４の凹部１４ｃに当接させている。

バックシート部材１１は、筒状のガイド筒部１２と、このガイド筒部１２の下端に一体成形した鍔部１３から構成されている。ガイド筒部１２は、軸装部４のステム挿通孔１４ｂを設けた内周面４ａとステム５の外周面５ａとの間に摺動自在に挿入し、また、鍔部１３を軸装部４の下面である凹部１４ｃと弁体６の上面であるフラット面６ａとで挟持させるようにして逆座シール構造を構成している。ガイド筒部１２は、軸装部４とステム５との間をガイドし、このガイド筒部１２をステム５に摺動自在に挿入している。また、このときガイド筒部１２がステム５を摺動するスペースＳを軸装部４とステム５との間に設けている。
バックシート部材１１は、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＣＴＦＥ等のフッ素樹脂によって形成されているが、耐冷却性や耐強度性のある樹脂材料であれば、これら以外の材質であってもよい。

図３において、バックシート部材１１の鍔部１３の鍔部外径Ａ_１は、下部ボンネット１４（軸装部４）の凹部１４ｃの凹部内径Ａ_２よりも小さく形成しており、鍔部１３を弁体６に押圧したときに外径方向に変形するのを許容可能に設けている。このことにより、変形した鍔部１３の外径が下部ボンネット１４に押圧されることがなく、弁の閉止操作を行う際に弁操作トルクが大きくなるのを防いでいる。
押圧面となる鍔部１３の上下面には、図示しない凹凸部を設けたり、或はセレーションを施すことで弁体６や下部ボンネット１４とのシール面圧を上げることが可能である。また、バックシート部材１１によってバックシート機能を働かせる際に、軸装部４の内部に内封された流体が異常昇圧を生じた場合に、この圧力をバルブ内部にリリーフしやすくなるように押圧面となる鍔部１３の上下面に図示しない突状のリップ部を設けるようにすることも可能である。これらの凹凸部やリップ部を設ける場合には、樹脂の射出成形により形成可能であるので製作容易である。
ガイド筒部１２の径は、ガイド筒部外径Ｂ_１と軸装部４の内周面最小内径Ｂ_２との隙間を外径隙間α、ガイド筒部内径Ｃ_１とステム外径Ｃ_２との隙間を内径隙間βとすると、低温時における熱収縮を考慮し、ガイド筒部１２がステム５に密着し過ぎないよう、次のように設定している。
常温時：０≦外径隙間α＜内径隙間β
低温時：外径隙間α＞内径隙間β≧０

下部ボンネット１４における内周面最小内径Ｂ_２の加工領域としては、所定の一定領域のみとすることにより、内周面４ａのこれ以外の領域を鋳放し部分とすることができ、加工部位を減らすようにしている。すなわち、下部ボンネット１４の内周面最小内径Ｂ_２のみ加工するだけでよく、延長パイプ１５及び上部ボンネット１６については鋳放しとすることができる。また、ガイド筒部１２の長さは、図２のように開閉弁本体１が全閉状態となっても、下部ボンネット１４の内周面最小内径Ｂ_２によって支持可能な長さに形成している。図中、Ｓは、軸装部４の内周面４ａにおいて、バックシート部材１１を装着したときにガイド筒部１２の上方に確保されるスペース（空隙）である。

ここで、バックシート部材１１の主要寸法の例として、バルブ呼び径を１Ｂとした場合を説明すると、例えば、鍔部外径Ａ_１＝２４ｍｍ、筒部外径Ｂ_１＝１６ｍｍ（マイナス公差により加工する）、筒部内径Ｃ_１＝１２．７ｍｍ、バックシート部材１１のシール領域の厚みである鍔部１３の厚さｔ＝４ｍｍとし、一方、下部ボンネット１４の対応する主要寸法を凹部内径Ａ_２＝２６ｍｍ、内周面最小内径Ｂ_２＝１６ｍｍ（プラス公差により加工する）、ステム外径Ｃ_２＝１２．５ｍｍとすれば、鍔部外径Ａ_１と下部ボンネット１４の凹部内径Ａ_２の間には半径方向に１ｍｍの隙間が形成され、筒部外径Ｂ_１と内周面最小内径Ｂ_２とは公差及び熱収縮分の隙間が形成される。また、鍔部１３の厚さｔをガイド筒部１２の肉厚よりも厚くなるように形成することにより弁開時の弁体６による押圧力に対して鍔部１３によるシール領域を十分な強度にすることができ、また、ガイド筒部１２は、ステム５との摺動性を十分に確保しつつ、下部ボンネット１４（軸装部４）におけるガイド筒部１２の収容スペースを不必要に拡げないように最小限の肉厚としている。

開閉弁本体１の動作について説明すると、弁閉時においては、バックシート部材１１は、ガイド筒部内径Ｃ_１側がステム５のステム外径Ｃ_２に支持された状態で弁体６上面のフラット面６ａに載置された状態で弁体６の下降に伴って軸装部４の内周面４ａを摺動するように下降する。ガイド筒部１２の長さは、開閉弁本体１が全閉状態となった時でも内周面最小内径Ｂ_２により支持可能な長さとしているので、バックシート部材１１が下部ボンネット１４より下側に外れることがない。

一方、弁開時においては、バックシート部材１１は弁体６の上昇に伴って上昇し、鍔部１３が下部ボンネット１４底部の凹部１４ｃ内に収容される。鍔部１３の上面１３ｂが下部ボンネット１４の凹部１４ｃの下面側に接した状態で更に弁体６を上昇させると、鍔部１３が弁体６と凹部１４ｃにより押圧挟持され、バックシート部材１１によるシール機能が発揮される。このとき、弁体６のフラット面６ａに押圧されたバックシート部材１１は、鍔部外径Ａ_１と円周面最小内径Ｂ_２に囲まれたシール領域によって逆座機能を発揮させることが可能となる。
弁体６及び下部ボンネット１４とバックシート部材１１は、金属と樹脂との接触によるシール構造となるので、硬度差、盛金等を行うことなくカジリのない高いシール性を確保することができ、軸装部４の内部に流体が浸入したり、漏れの生じることの無い高いシール性能を発揮する開閉弁を得ることができる。また、このバックシート部材１１は単純な形状であるため、低コストにて製作することができ、バックシート部材１１を弁体６の上部に載置するという簡素な構造で組立てが可能である。

バックシート部材１１は、鍔部１３の上方にガイド筒部１２を一体に成形するようにしているので、本実施形態のようなロングボンネット構造の開閉弁であっても長尺状のステムをその下方側で確実に軸支することができ、ステムの振れを防止して、弁体６の位置ずれによる弁座シール性の低下や、ステム外周面５ａと軸装部４の内周面４ａとの接触による損傷を防ぐことができる。
また、バックシート部材１１の上方にはスペース（空隙）Ｓを設けるようにしているため、このバックシート部材１１が弁体６と下部ボンネット１４により押圧挟持されても、ガイド筒部１２は挟持されずに僅かに上方に移動するだけであり、逆座シールが機能したときにガイド筒部１２が内径側に張り出すことが無いため、ステム５とガイド筒部１２との摺動抵抗が上昇するのを抑え、弁閉時の弁操作トルクの上昇を抑えることができる。
更には、このバックシート部材１１は、ガイド筒部１２が縮径しても弁体６やステム５と共に上下動可能であるので、ガイド筒部１２とステム５との摺動抵抗を考慮する必要がなく、円滑な弁の開閉操作が可能である。

鍔部１３は、押圧されると外径方向へ膨出するが、この鍔部外径Ａ_１よりも凹部１４ｃの内径Ａ_２を大きくしているので、この膨出が妨げられることがない。また、このように外径方向への膨出を許容することにより、鍔部１３が内径方向（ステム５の方向）に膨出する膨出量を抑制している。

逆座シールを機能させた状態で、例えば、バルブの温度上昇等によって流体が異常昇圧を生じた場合、樹脂材料により形成されたバックシート部材１１が強度的に最も弱いため、この圧力は、下部ボンネット１４とバックシート部材１１との間、又は、バックシート部材１１と弁体６との間からリリーフされ、流体が開閉弁の外部に漏れることがない。

なお、この弁体操作時においては、金属部材同士の押圧摺動による逆座シール構造では、シール性を上げるためにできる限りステムを上昇させて押圧力を上げるようにする必要があり、弁の閉止操作を行う際の弁操作トルクが大きいものとなっていた。
本実施形態における開閉弁本体１は、バックシート部材１１の面圧を過度に上げることなく必要なシール性を得ることができるため、必要以上にステム５を上昇操作する必要がない。従って、弁の閉止操作を行う際の弁操作トルクを低くすることができ、弁の操作性も改善される。

開閉弁本体１の組立て時においては、バックシート部材１１をステム５下部に係止された弁体６の上面にステム５を内挿する状態で上方側から載置し、この状態で下部ボンネット１４の下方からステム５を挿入することにより、バックシート部材１１を容易に本体１内に内蔵することができる。
又は、下部ボンネット１４底部のステム挿入孔１４ｂにバックシート部材１１のガイド筒部１２から挿入し、この後に下部ボンネット１４の下方からガイド筒部１２を介してステム５を挿入するようにしてもよく、この場合、鍔部１３は、軸装部４へのステム５の挿入完了時に弁体６の上面に載置される。この組立て方法によれば、ステム５がバックシート部材１１にガイドされた状態で軸装部４内部に挿入可能となり、ステム５を上部ボンネット１６に内蔵されたパッキン２１に挿入する際にもステム５が調芯された状態された状態になることで円滑な挿入を行うことが可能となる。
このように、何れの場合においても、弁箱２内部の構造が単純であり、バックシート部材１１をネジ込みなどの固定手段によらずに本体１内に配設することができるので、軸装部４に対してネジ加工したりすることや、或はねじはめ輪などの部品が不要となり、施工時の組込み時にも組立て工数が増加することもなく容易に行うことができ、コストダウンを図ることができる。更には、構造が単純であるため、高い耐久性を発揮することもできる。

本発明は、低温流体を扱うロングネック構造の開閉弁に特に好適であるが、弁体を上下動させて開閉する開閉弁であれば、グローブバルブ、ゲートバルブ、ニードルバルブ、プラグバルブ等のあらゆる種類のバルブに対して、流体温度或は軸装部分の長さにかかわらず応用することができる。

本発明の開閉弁の一実施形態を示す半截断面図である。図１の開閉弁の弁閉状態を示す一部拡大断面図である。図１の一部拡大断面図である。

１開閉弁本体
２弁箱
２ａ弁座
４軸装部
４ａ内周面
５ステム
５ａ外周面
６弁体
６ａフラット面
７弁押え
１０弁部
１１バックシート部材
１２ガイド筒部
１３鍔部
１３ａ下面
１３ｂ上面
１４ｃ凹部
Ｓスペース（空隙）

Claims

弁箱の軸装部にステムを上下動自在に軸装し、ステムの下端に設けた弁体で弁箱内の弁座を開閉自在に設けた開閉弁において、前記軸装部とステムとの間をガイドするガイド筒部とこのガイド筒部の下端に一体成形した鍔部で樹脂製のバックシート部材を形成し、このガイド筒部を軸装部の内周面とステムの外周面との間に摺動自在に挿入し、このガイド筒部の上方で、かつ軸装部とステムとの間にスペースを設け、前記鍔部を軸装部の下面と前記弁体の上面とで挟持させると共に、前記ガイド筒部をステムの外周面に摺動させてバックシート部材の鍔部で逆座シール構造としたことを特徴とする開閉弁。
前記弁体は、ステムの下端に設けた弁部と弁押さえから成り、前記弁部の上面にフラット面を形成し、このフラット面にバックシート部材の鍔部下面を当接させ、鍔部の上面を軸装部の下面に形成した凹部に当接させた請求項１に記載の開閉弁。