JP2017025957A - 回転弁とこれを用いた鉄道車両用急速排気弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁閉時に圧力変動が生じた場合には一次側シール面圧を高めて流体漏れを防止し、弁開時は一次側圧力がシール部材全面に加わりシール面圧を高めて流体漏れを確実に防止し、弁体開閉時には高シール性、低トルク性を確保して操作性を向上しつつ流路を切換え可能に設け、全体のコンパクト化や部品点数の削減を図りつつ大口径の排気孔で短い排気時間で圧力空気を急速排気し、特に鉄道車両の自動扉開閉装置用の急速排気弁に適した回転弁を提供する。【解決手段】ボデー２内周の一部に形成した球面部１５を有する弁体収納部１６に流出入口１０、１１、排気口を形成し、弁体収納部１６に回転自在に装着した球状面部分２８を有する弁体３に流出入口又は排気口と連通する貫通口３０〜３２、装着溝３３を形成し、装着溝に装着したシール部材５で何れか１つの流出入口又は排気口を密封閉止し、背面側５ｂに付与された背圧を利用してシール面圧を向上させた。【選択図】図２

Description

本発明は、シール性を確保しつつ弁体操作時の操作トルクを低減させた回転弁と、これを用いた鉄道車両用急速排気弁に関する。

従来より、例えば、鉄道車両の空気圧を用いた自動扉開閉装置においては、非常事態が発生した場合に迅速に鉄道車両の外へ避難したり、修理・保守が必要なときに短時間で鉄道車両内に入れるようにするために、鉄道車両の内または外から手動で扉を開操作可能に設けられている。これを可能にするために、扉開閉装置の空気流路には、通常、非常用の鉄道車両用急速排気弁としてコック弁が設けられ、このコック弁の閉操作により、空気タンクから扉シリンダーへの流路の圧力空気の供給を止めると同時に、扉シリンダー内に溜まった圧力空気を大気に放出させるように流路を切換えて、扉開閉装置の空気圧力による拘束を解き、扉を開操作できるようになっている。この場合、流路の切換え時にシール性を確保し、弁体操作時には操作トルクを低減させて手動操作しやすくする必要がある。

このような回転弁として、例えば、特許文献１の鉄道車両用ボールコック弁が開示されている。この種の２方ボールコック弁は、鉄道車両側壁内や車両外の配管中に取付けられ、このバルブのボデー内には略球状のボール弁体が設けられ、ボデーには一次側と二次側のボールシートの間に、排気孔が設けられている。ボール弁体には、一次側孔と二次側孔とを連通する連通孔、二次側孔と排気孔とを連通させる排気用ポート孔が設けられ、ボール弁体を回転操作し、一次側と二次側とが遮断された状態で二次側孔と排気孔とが排気用ポート孔により連通され、排気孔を介して二次側から配管内空気圧を排気することで扉を手動開閉可能になっている。

特許文献２のボールコックは、流路を切換えて分岐孔から圧縮空気を排気できるようにしたボールコックであり、このボールコックでは、弁座と一次側の配管取付孔との間にストレーナ部材が設けられている。この場合、ストレーナ部材により一次側配管取付孔側の異物を除去し、ボデーの排気孔と弁体の排気孔との連通時、或は非排気時の配管内に錆等の異物の侵入によるボールシートへの噛み込みやボールシートの傷の発生を防止しようとしている。

鉄道車両の自動扉開閉装置では、扉の開閉操作などにより高圧の空気で動作させるため、扉の開閉に伴う配管内の流体圧の変動が生じることが多く、上記のバルブから漏れを生じないためには、弁閉時及び弁開時の一次側のボールシートによる封止性を確保し、漏れを確実に防止する必要がある。

一方、液体を流すための回転弁として、例えば、特許文献３のボールバルブが開示されている。このボールバルブは、例えば食品関係の管路に用いられ、半球状の中空空間を有するケース、プラグ、シール部材を有している。プラグは、半球状弁体と弁軸とが一体に形成され、ケースの中空・半球空間に嵌合されて弁軸を中心に回転可能に設けられている。プラグの半球状弁体には凹部が形成され、この凹部にシール部材が嵌着されている。同文献３の図６には、半球状弁体にＴ字形の流路と、流路閉止用のシール部材とがそれぞれ設けられ、プラグを回転させてシール部材で連通穴を遮断することにより、３方の流路を切り換え可能に設けられたバルブが開示されている。

これらの急速排気弁が用いられる鉄道車両では、通常、各車両ごとに複数の自動扉開閉装置が設けられ、各自動扉開閉装置に対して複数の排気弁が設けられる。

実公平６−２３８０２号公報 特開平１１−３０４０２０号公報 特開平９−７９３９１号公報

しかしながら、特許文献１〜３のバルブは、シール部材によるシール面圧をばね荷重のような一定の大きさで押圧しているため、これらを鉄道車両の自動扉開閉装置用の管路に用いた場合、一次側の圧力封止を、摩耗等によりシール部材によるシールに限界が生じて二次側への漏れを防ぐことが難しい。

また、特許文献１や特許文献２のように、排気孔をボデーに加工し、連通孔と干渉しない位置に弁体の排気用ポート孔を形成する場合、排気用ポート孔を大きく形成することが難しい。このため、これらのバルブでは排気時間が長くかかり、例えば、５秒以上の長い時間がかかる場合もある。さらに、バルブをコンパクト化するために排気用ポート孔を小径化すると、排気時間の短縮化が一層難しくなる。これらのことから、特許文献１や特許文献２の構造では、鉄道車両用として全体をコンパクト化しながら排気時間を短縮することが難しい。

この対策として、フルボア形のボールバルブのポート孔を大きくして大流量にしたものを急速排気弁として使用することが考えられるが、この場合、ボールバルブの構造上、フルボア形にするためには２ピース構造が不可欠になる。その結果、ボデーの接合部に高圧空気の漏れ防止の封止部品や、配管施工時のボデー本体のねじ嵌合部のゆるみ防止対策が必要になり、構造の複雑化や全体の大型化、部品点数の増加につながる。

特許文献３のボールバルブは、シール部材の表面が半球状弁体外面に連続する球弧状面であり、ケース内にキャビティを有することなく増締めもできない構造であることから、弁閉時のシール部材のシール面圧が不足するおそれもあり、特に、流入口側である一次側の封止性が損なわれて流体漏れを生じる可能性もある。このボールバルブでは、半球状弁体の回転時にシール部材表面の球弧状面の全面がケース内周面に常に接触しながら摺動するため、摺動抵抗が増加して操作トルクが大きくなると共に、シール部材の摩耗も激しくなってシール性の確保が難しくなる。また、流出入口をシール部材が封止している位置に半球状弁体がある場合、シール部材がケースの半球状シール面に圧接している部分と流出入口に露出している部分とで弾性変形による段差が生じ、弁体を回転操作した際にシール部材を切断し、傷付けることが考えられる。これらのことから、この回転弁では圧力空気の漏れを確実に防止することが難しく、鉄道車両用急速排気弁での使用には適していない。

本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、弁閉時の一次側圧力のシール時には圧力変動が生じた場合でも、一次圧力により一次側のシール面圧を高めて流体漏れを確実に防止し、弁開時は一次側圧力がシール部材全面に加わりシール面圧を高めて流体漏れを確実に防止し、弁体開閉時には高シール性と低トルク性とを確保して操作性を向上しながら流路を切換え可能に設けた回転弁であり、全体のコンパクト化や部品点数の削減を図りつつ、大口径の排気孔を介して短い排気時間で圧力空気を急速排気でき、特に鉄道車両の自動扉開閉装置用の急速排気弁に適した回転弁を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ボデー内の内周の一部に形成した球面部を有する弁体収納部に流出入口と排気口とを形成し、弁体収納部に球状面部分を有する弁体を回転自在に装着し、弁体には、流出入口又は排気口と連通する複数の貫通口と、これら貫通口との交差方向に流出入口と対向する装着溝とを形成し、この装着溝に流出入口又は排気口を閉止する円板状のシール部材を装着し、このシール部材で何れか１つの流出入口又は排気口を密封閉止すると共に、シール部材による流出入口又は排気口の密封閉止時に、このシール部材の背面側に付与された背圧を利用してシール部材のシール面圧を向上させた回転弁である。

請求項２に係る発明は、シール部材の背面の背面側受圧面積を、このシール部材の表面のボデー側受圧面積よりも大きくした回転弁である。

請求項３に係る発明は、シール部材にこのシール部材の表面と背面とを貫通する貫通穴を設けると共に、シール部材の側面にはボデーのキャビティとの間をシールするシールリングを装着し、貫通穴を介して一次側流体圧力を背面に導入して背圧とした回転弁である。

請求項４に係る発明は、シール部材の側面にこの側面と背面とを連通する溝部を設け、この溝部を介してボデーのキャビティ内の圧力を背面に導入するか、又は弁体にシール部材の背面と二次側流路とを連通する連通部を設け、この連通部を介して二次側流路の圧力を背面に導入するか、或は、溝部と連通部との双方により圧力を背面に導入した回転弁である。

請求項５に係る発明は、弁体収納部より開口した開口部から弁体を挿入し、この弁体との間にばね部材を介して蓋部材で開口部を被蓋してシール部材の封止面圧を高めた回転弁である。

請求項６に係る発明は、回転弁を、鉄道車両の自動扉開閉装置用配管に設ける排気弁として用いた鉄道車両用急速排気弁である。

請求項１に係る発明によると、球面状部を有する弁体を球面部を有するボデー内に設けて、この弁体に装着した円板状のシール部材で流出入口又は排気口を密封閉止していることにより、弁体開閉時には高シール性とトルク性とを確保して優れた操作性を発揮しながら流路を切換えできる。しかも、全体のコンパクト化や部品点数の削減を図りつつ、大口径の排気孔を介して圧力空気を短い排気時間で急速排気できる。シール部材によるシール時には、その背面側に付与された背圧を利用してシール面圧を向上させていることにより、圧力変動が生じた場合でも一次側のシール面圧を高めて流体漏れを確実に防止できる。これらにより、特に鉄道車両の自動扉開閉装置用の急速排気弁として使用する場合に適している。

請求項２に係る発明によると、圧力変動に応じてシール部材の背面側に付与された背圧を一次側から加わる圧力よりも大きくでき、シール部材に背圧によるセルフシール機能を確実に発生させて、この面圧とバルブ組立て時に発生する面圧とによりシール部材の一次側封止面圧を高めて流体漏れを防止できる。

請求項３に係る発明によると、貫通穴を介して一次側の流体圧力をシール部材の背面に付与しつつ、シールリングによってこの圧力のキャビティ側への漏洩を防ぐことにより、一次側圧力を背圧として効果的に利用してこの背圧によるシール部材のシール性を高めることができる。

請求項４に係る発明によると、溝部を介してキャビティ内の圧力を背面に導入するか、連通部を介して二次側流路の圧力を背面に導入するか、或はこれら双方により圧力を背面に導入することにより、シール部材にフローティングチャッキ動作を働かせ、これにより弁開時の封止性能を向上して流体漏れを確実に防止可能となる。

請求項５に係る発明によると、蓋部材の締め込みの調節によりばね部材を介してボデーへの弁体の押圧力を設定でき、この押圧力を調節することで弁体操作時の操作トルクを抑えて円滑に操作可能にしつつ、シール部材の封止面圧を高めて流体漏れを防止した状態で弁体を装着できる。これにより、シール部材が摩耗したり温度変化により寸法変化した場合にも、蓋部材を増し締めすることで、最適なシール部材による封止面圧力と低操作トルク性とを復帰できる。

請求項６に係る発明によると、鉄道車両の自動扉開閉装置内の圧力空気を急速に排気でき、緊急時や保安時などにも自動扉を迅速に手動操作できる。ボデーをワンピース構造にできることから配管作業時の部品のゆるみが少なく、部品点数を少なくして全体を小型化し、鉄道車両の内部又は外部の狭いスペースへの設置も可能になる。

本発明の回転弁の第１実施形態を示す斜視図である。 図１の縦断面図である。 本発明の回転弁の第２実施形態を示す一部切欠き正面図である。 図３のシール部材を示す斜視図である。 本発明の回転弁の第３実施形態を示す断面図である。

以下に、本発明における回転弁とこれを用いた鉄道車両用急速排気弁の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１においては、本発明の回転弁の第１実施形態の斜視図、図２においては、図１の縦断面図を示している。本発明の回転弁（以下、バルブ本体１という）は、例えば、鉄道車両の自動扉開閉装置用配管に設ける排気弁として用いられ、このバルブ本体１を開閉操作することで、鉄道車両の自動扉を圧力空気により自動で開閉操作するか、或は手動で開閉操作することが可能になっている。バルブ本体１は、ボデー２、弁体３、蓋部材４、シール部材５、ばね部材６、手動操作用ハンドル７を有している。

図２において、バルブ本体１のボデー２は、例えば、青銅や黄銅、ステンレスなどの材料によりワンピース構造に形成され、流出入口１０、１１と、これら流出入口１０、１１に交差する排気口１２とを有し、本例では、２方の直列する流出入口１０、１１の間に９０°間隔で排気口１２が形成されている。バルブ本体１は、このようなボデー２の全体形状により、２つの流出入口１０、１１の向きを入れ替えて排気口１２の向きを１８０°反転可能な状態で配管可能になっている。

ボデー２内の内周の一部には、球面部１５を有する弁体収納部１６が形成され、この弁体収納部１６の上部側には軸装部１７が設けられ、この軸装部１７内に挿着穴１８が設けられる。軸装部１７の上部には９０°間隔で図１に示すように取付穴２０が４か所に形成され、この取付穴２０の何れか１つに係止用ピン２１が、例えば圧入又はねじ込みにより取付けられる。図２において、弁体収納部１６の下部側には開口部２２が形成され、この開口部２２内には雌ねじ２３が設けられている。球面部１５は、略半球形の座ぐり加工によって略半球凹状に設けられている。

上記の排気口１２は、流出入口１０、１１と略同口径に設けられ、これら流出入口１０、１１とともに弁体収納部１６に連通して形成される。一方、流出入口１０、１１の内周側には雌ねじ部である螺合部２５が形成され、この螺合部２５を介して流出入口１０、１１には図示しないパイプ等の外部配管が接続可能に設けられている。

弁体３は、球面部１５に装入可能な形状に設けられ、ボデー２の開口部２２より弁体収納部１６に挿入されて上下方向に位置決めされた状態で回転自在に装着される。弁体３には球状面部分２８が一部に設けられ、本実施形態では、この球状面部分２８は半球状に設けられている。

弁体３には、ボデー２の流出入口１０、１１、又は排気口１２と連通可能な複数の貫通口３０、３１、３２が３方に形成され、これら貫通口３０〜３２と交差する横方向には、流出入口１０、１１、又は排気口１２と対向可能な装着溝３３が形成されている。装着溝３３には、流出入口１０、１１又は排気口１２を閉止可能な前記シール部材５が着脱可能に装着される。本実施形態では、装着溝３３は円形凹溝であり、シール部材５は、この円形凹溝３３に嵌合可能な円板状に形成されている。図示しないが、貫通口と、流出入口及び排気口とはそれぞれ４方以上に設けられていてもよく、この場合には、貫通口と、流出入口、排気口との間隔はそれぞれ９０°以下となる。

貫通口３０〜３２は、流出入口１０、１１、又は排気口１２と略同一径のフルボア形に形成され、これら流出入口１０、１１、又は排気口１２に連通したときの圧力損失が抑えられている。貫通口３０〜３２は、フルボア形以外にも、このフルボア形よりも流路径を一段落とした（縮径した）スタンダードボア形、或は二段落としたレデュースボア形と呼ばれる口径を絞ったタイプとしてもよい。フルボア形は、他のタイプに比較して圧力損失をより抑えることが可能であるため流量特性が向上するという利点がある。

図２において、弁体３の上部にはハンドル７を取付可能な上ステム３５が一体又は別体に設けられ、この上ステム３５のハンドル７装着位置には嵌合突部３６が形成されている。上ステム３５との対向側には下ステム３７が一体に設けられ、これらの上ステム３５と下ステム３７とは略同一軸径に設けられ、弁体３に配管内空気圧による均等圧力を付与するようになっている。

弁体３は、貫通口３０〜３２とシール部材５とが流出入口１０、１１又は排気口１２に対向するように回転して流路を切換え可能であれば、球状面部分２８に相当する部位が半球面以外の形状であってもよい。球状面部分２８と球面部１５との間には隙間Ｇが設けられ、この隙間Ｇの量を蓋部材４の回転で調節することで弁体３を締付けるときの締付け量を規制できる。

弁体３に装着されるシール部材５は、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）又はカーボンファイバー入りのＰＴＦＥなどの高分子材料等の弾性材料により形成される。シール部材５は、弁体３を回転したときにこの弁体３と一体に回動して流出入口１０、１１又は排気口１２の何れか１つを密封閉止可能であり、一方、流出入口１０、１１又は排気口１２からずらした際には、流出入口１０、１１と排気口１２、或は流出入口１０、１２同士を貫通口３０、３１、３２を介して連通して流体を流すことができる。シール部材５の表面側には環状シール面３８が設けられ、この環状シール面３８が流出入口１０、１１又は排気口１２の周縁部位に当接シールする。

バルブ本体１において、シール部材５による流出入口１０、１１又は排気口１２の密封閉止時には、このシール部材５の背面５ｂ側に付与された圧力（背圧）を利用して、シール部材５のシール面圧を向上させるようになっている。

この場合、シール部材５の背面５ｂの背面側受圧面積Ｓ１と、シール部材の表面のボデー側受圧面積Ｓ２との関係は、ボデー側受圧面積Ｓ２がシール部材５の環状シール面３８の内側に形成されることから、背面側受圧面積Ｓ１がボデー側受圧面積Ｓ２よりも大きくなっている。

シール部材５には、このシール部材５の表面５ａと背面５ｂとを貫通する少なくとも一つの貫通穴３９が設けられ、本実施形態では、貫通穴３９は、シール部材５の中央に穿孔形成される。この貫通穴３９を介してバルブ本体１の一次側とシール部材５の背面５ｂ側とが連通される。

シール部材５の側面には環状の取付溝５ｃが形成され、この取付溝５ｃにはＯリングからなるシールリング３４が装着される。このシールリング３４により、シール部材５の背面５ｂ側とボデー２内に形成されるキャビティＣとの間がシールされる。

シール部材５の表面５ａ側から一次流体圧力が加わったときには、上記貫通穴３９を介して一次側流体圧力がシール部材５の背面５ｂに導入され、この付与された背圧を利用してシール部材５が一次側方向に封止面圧を発揮できるようになっている。このとき、背面５ｂ側に回り込んだ一次側流体圧力は、シールリング３４によってキャビティＣ側に浸入することが防がれている。

蓋部材４は、開口部２２を被蓋可能な形状に設けられ、その上部外周には円柱部４０が形成されている。円柱部４０は、ボデー２の開口部２２に嵌入可能な外径に設けられ、その外周にはＯリング４２が装着されている。円柱部４０の下部外周にはボデー２の雌ねじ２３に螺合可能な雄ねじ４３が設けられ、これら雄ねじ４３と雌ねじ２３との螺合により蓋部材４で開口部２２が被蓋される。

蓋部材４と弁体３の下ステム３７との間には、上下の平座金４８、４８を介して皿ばねからなるばね部材６が４つ重ねられた状態で設けられ、これらのばね部材６を介して、蓋部材４でシール部材５が任意の締付け力で締付け可能に設けられている。これら平座金４８、ばね部材６は、セットとして扱うようにしてもよい。蓋部材４の弁体３側の中央位置には挿着穴部４５が設けられ、この挿着穴部４５と円柱部４０との間が肉ぬすみされて蓋部材４全体の軽量化が図られている。蓋部材４の上面と弁体３との間にはスラスト軸受５１が設けられ、このスラスト軸受５１の内外周円筒面側は、ジスク嵌め合い外周面３ａとボデー円筒内周面２ａとのラジアル軸受として、弁体３がスムーズに回転可能に設けられる。
蓋部材４は、図２における高さが低く抑えられており、これによりバルブ本体１の全体高さも抑えられる。

前述の弁体３は、上ステム３５がボデー２の挿着穴１８にＯリングからなるシール材４７を介して軸装され、下ステム３７が蓋部材４の挿着穴部４５にシール材４７を介して軸装されていることで、ボデー２と蓋部材４との間に軸支されたトラニオン構造になっている。上ステム３５とボデー２との間には隙間寸法４６が設けられる。

この場合、蓋部材４の挿着穴部４５と弁体３の下ステム３７との間にばね部材６が装着され、このばね部材６を介して蓋部材４で開口部２２が被蓋され、蓋部材４により弁体３が球面部１５に押圧されることでシール部材５の封止面圧が高められる。

蓋部材４の締付け時において、この蓋部材４をボデー２に対して強く締め付けたときには、ばね部材６の圧縮量が多くなり、そのばね力によって弁体３が挿入方向に押し込まれてシール部材５と球面部１５との密着力が上昇し、一次背圧（バイフロー）による封止性を確保できる。このとき、ばね部材６によりボデー２や弁体３の寸法誤差を吸収することで、弁体収納部１６の所定位置に弁体３を装着できる。しかも、蓋部材４の締付けを多くすることで、スラスト軸受５１でばね部材６の圧縮量が最大設定値以上になることを防止しながら、シール部材５の圧縮量をねじの送り量で増加することができるため、シール部材５の摩耗等による消耗分をオフセットできる。

図１に示すハンドル７は、図示しない嵌合突部に嵌合可能な略十字形状の嵌合穴が設けられ、この嵌合穴を介して上ステム３５の上部に９０°間隔で任意の向きに装着可能に設けられる。この場合、ハンドル７を上ステム３５に９０°間隔で装着可能であれば、嵌合穴、嵌合突部は略十字形状以外の形状であってもよい。ハンドル７には切欠き状のストッパ部５０が形成され、このストッパ部５０が４つの取付穴２０の何れか一つに取付けられた係止用ピン２１に当接係止することで、ハンドル７の向きや操作方向を設定しつつ、このハンドル７を任意の操作方向に９０°回転操作して弁体３を開閉操作し、流路を切換え可能になっている。図２において、ハンドル７は、ワッシャ部材５５を介して固定ナット５６で上ステム３５に取付けられる。

なお、本実施形態において、貫通穴３９をシール部材５の中央の一箇所に設けているが、この貫通穴３９の数や形状、穿孔位置は任意に設定できる。
また、ばね部材６を皿ばねとしているが、各種のばねを用いることができる。

さらに、バルブ本体１を、弁体３をボデー２の下方から挿着する、いわゆるボトムエントリ構造に設けているが、ボデー２上方から弁体３を挿着する、いわゆるトップエントリ構造に設けるようにしてもよい。何れの場合にも、バルブ本体１のボデー２に３つ以上の流出入口を設け、これら流出入口の間に１つの排気口を設け、流出入口のうちの少なくとも何れか１つと排気口とを連通させるようにしてもよい。

前述したバルブ本体１を組立てる場合、弁体３にシール部材５、シール材４７、４７を装着し、この弁体３を、開口部２２より球面部１５の弁体収納部１６内にボデー２下部から装入し、上ステム３５を挿着穴１８に挿入する。このとき、シール部材５は、押付け力が働くことのない状態でボデー２に接触した状態になる。

続いて、蓋部材４の挿着穴部４５にばね部材６を装着し、さらに挿着穴部４５に下ステム３７を挿入させながら雄ねじ４５と雌ねじ２３とを螺着して蓋部材４をボデー２下部から一体化し、この蓋部材４によりスラスト軸受５１を介して弁体３を下方より押圧する。その際、蓋部材４を図示しないソケットレンチ等の汎用工具で締付け・分解し、その締付け力を調整して、ばね部材６によるシール部材５の押圧力を調整しながら蓋部材４をボデー２に装着する。このとき、バルブ本体１がボトムエントリ構造であるため、蓋部材４によりボデー２に対する弁体３の位置を調整し、ボデー２や弁体３の寸法誤差を吸収しつつ、弁体収納部１６の所定位置に弁体３を簡単に装着できる。

さらに、取付穴２０の所望の一箇所に係止用ピン２１を取付け、上ステム３５の嵌合突部３６にハンドル７の嵌合穴を嵌合させ、ワッシャ部材５５を介して固着ナット５６で固定し、向きや開閉操作方向を任意に設定しながらハンドル７を上ステム３５に装着する。

この場合、直列する２つの流出入口１０、１１の向きを入れ替えて排気口１２の向きを１８０°反転可能であることと、ハンドル７の嵌合穴と嵌合突部３６とを介してハンドル７の開状態における向きを流出入口１０、１１と平行又は交差する方向に変えることが可能であることと、ボデー２の何れかの取付穴２０に係止用ピン２１を取付けてハンドル７の開閉時の操作方向を変えることが可能になっている。これらの３つの要素を組み合わせることで各種の態様のバルブを構成できる。

すなわち、閉位置で排気するための排気口１２の管路が直列する流出入口１０、１１に対して右側又は左側の２通りあり、ハンドル７の開位置がいわゆる平行開通形又は直角開通形の２通りあり、ハンドル７の操作方向がいわゆる右勝手又は左勝手の２通りあることで、これらを組合わせることで、２×２×２＝８通りの急速排気弁を設けることが可能となる。これにより、図示しない鉄道車両の空気配管へのバルブ本体１の取付位置や排気口１２の向きに応じて所望の構成にでき、例えば、バルブ本体１の取付時の向きを変えることでハンドル７による操作性を向上したり、或は、排気口１２の向きを変えて操作する者側への圧力空気の排出を回避することもできる。

バルブ本体１の組付け後には、弁体収納部１６と球状面部分２８との間に隙間Ｇを設けつつハンドル７により回転操作可能になり、このハンドル７を介して誤操作による事故を防止しつつ弁体３を９０°ごとに回転できる。これにより、貫通口３０〜３２、シール部材５を介して流出口１０、１１、１２の何れか一組又は全てを連通させて流路を切り替え可能となる。弁体３の閉止位置では、シール部材５により流出入口１０、１１、１２の何れかを密封シールできる。

次に、本発明の回転弁とこれを用いた鉄道車両用急速排気弁の上記実施形態における作用を説明する。
本発明のバルブ本体１は、球面部１５を有するボデー２内に、シール部材５を装着した球状面部分２８を有する弁体３を回転自在に装着し、シール部材５で流出入口１０、１１又は排気口１２を密封閉止し、球状面部分２８と球面部１５との間には隙間Ｇを設けていることで、シール部材５の環状シール面３８のみが球面部１５を摺動して摺動抵抗が減少する。これにより、操作時には、操作トルクが小さくなって操作性が向上し、シール部材５の摩耗を抑えてシール性の低下を抑えつつ操作できる。

シール部材５で流出入口１０、１１又は排気口１２を密封閉止したときには、シールリング３４でキャビティＣとの間をシールしながら貫通穴３９を介して一次側流体圧力を背面に導入し、この背面５ｂに付与された背圧を利用してシール部材５のシール面圧を向上できる。これにより、環状シール面３８による封止面圧と、ばね部材６の押圧力による封止面圧とを、環状シール面３８のシール力として相乗的に発揮し、ボデー２の一次側に圧力変動が生じた場合にも、この圧力の変化に対応した大きさのシール面圧を発揮し、二次側への流体漏れを確実に防止できる。

しかも、シール部材５の背面５ｂの背面側受圧面積Ｓ１を、シール部材表面５ａのボデー側受圧面積Ｓ２よりも大きくしていることにより、（背面側受圧面積Ｓ１−ボデー側受圧面積Ｓ２）×流体圧力の面圧力が、皿ばね６の弾発力による面圧力と共に流体封止面圧力としてシール部材背面５ｂに働き、この流体圧力によりシール部材５を確実に一次側に押圧してセルフシール機能を発揮する。

シール部材５は、密封閉止時に弾性又は塑性変形して高いシール性を発揮し、異物の混入や流体の漏れを確実に防止する。このため、例えば、高温空気を供給してシール部材５が膨張しようとしても、ばね部材６による与圧構造もあいまってシール封止力が高まり、噛み込みやクリープ、応力緩和などに起因する漏れを防ぐことができる。一方、低温時には、シール部材５が収縮しようとしたときに、ばね部材６により流体の必要封止押圧力を得ることでシール性を確保できる。これらのことから、コンパクト性を維持しつつ、圧力空気に対して高い封止性を発揮可能になる。

シール部材５には、密封閉止時はセルフシール機能の流体圧力が加わり、全開封止時には皿ばねの与圧力のみがかかるため、グリース等の潤滑剤を用いてより一層摩耗を最小限に抑え、このシール部材５の流体圧による変形や移動も阻止できる。これにより、シール部材５の耐久性を確保して高シール性を維持できる。そのため、経済性にも優れ、鉄道車両内の一つの配管に対して多数設置したときにもコストを削減できる。

シール部材５を、ばね部材６を介して雄ねじ４３と雌ねじ２３との螺着により蓋部材４で任意の締付け力で締付け可能に設けていることにより、仮に、このシール部材５が消耗した場合には、バルブ本体１の配管状態で蓋部材４を増し締めし、このときの増し締め量を調整することで環状シール面３８によるシール面圧を回復してシール漏れを防止できる。さらには、蓋部材４の取り外しによって弁体３を容易に着脱することもできるため、シール部材５の消耗が激しい場合には交換することもできる。

一方、流出入口１０、１１の連通位置では、圧力空気の供給量を大きく確保し、特に、排気口１２と流出入口１０、１１とを連通させた場合に、フルボア口径が効果的に機能して２次側の残留空気を短時間で排気できる。
これらの機能性により、バルブ本体１は、特に、鉄道車両用急速排気弁として使用する場合に適しており、バルブ本体１を鉄道車両の自動扉開閉装置に設けた場合、非常事態が発生したり、修理・保守が必要なときには、短時間で自動扉を手動操作可能な状態まで排気できる。

さらには、上ステム３５をボデー２の挿着穴１８、下ステム３７を蓋部材４の挿着穴部４５にそれぞれ軸装したトラニオン構造に設けていることで、弁体３が圧力で二次側に移動しにくく、弁体３にシール部材５を装着していることで、一般的なボールバルブのように複数のシール部材を必要とすることなく、１つのシール部材５で流路を切換えできる。これにより、ボデー２の球面部１５や弁体３の球状面部分２８、シール部材５を高い加工精度で形成する必要もなく、部品点数を少なくしながら全体を簡略化して小型化・軽量化することもできる。

フローティング型のボールバルブのように、密封空間が形成されることもないため異常昇圧が発生するおそれもない。弁体収納部１６の球面部１５、より詳細には流出入口１０、１１の弁座面となる周縁部位の加工精度を確保すれば、ボデー２に弁体３を挿入して蓋部材４で被蓋するだけで、シール性を確保しつつ所定の状態に簡単に組立てできる。シール部材５の取付け位置を変えるようにすれば、多彩な流路の切換えも可能となる。

弁体３をボデー２と蓋部材４との間に軸支した構造としているためトルク性能を向上し、ハンドル７操作時には負荷が軽くなり弁体３の開閉操作がスムーズになる。しかも、上ステム３５と下ステム３７とを略同一径に設けて均等圧力を付与していることで、シール部材５の受圧力を均一化して操作トルクを低く抑えて安定した操作性で弁体３を操作できる。これらにより、バルブ本体１を鉄道車両内の狭いスペースに設置する場合にも、大きい力を加えることなく片手で容易に操作できる。

バルブ本体１の組立時には、予めシール部材５を装着した弁体３をボデー２の開口部２２から挿入し、ばね部材６を装着しながら蓋部材４を螺着することで簡単に一体化できる。シール部材５やこれ以外の消耗部品の交換時には、ボデー２を配管から外すことなく、作業工数を最小限に抑えることも可能になる。ボトムエントリ構造により弁体３がばね部材６でボデー２内に押圧される構造であるため、弁体３が外部に飛び出すおそれがなく安全である。
これらのことから、バルブ本体１を鉄道車両用の急速排気弁として用いた場合には、鉄道車両の配管への接続やメンテナンスも容易になり、漏れ等を防止してこれらの作業を安全に実施できる。

次に、本発明における回転弁の第２実施形態を説明する。なお、この実施形態以降において、前記実施形態と同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。図３においては、本発明の回転弁の第２実施形態の一部切欠き正面図、図４は、図３におけるシール部材を示している。

この実施形態のバルブ本体６０では、表面６１ａと背面６１ｂとを有するシール部材６１の側面に、この側面と背面６１ｂとを連通する複数の溝部６２を設け、このシール部材６１で流出入口１０、１１又は排気口１２を密封閉止したときに、溝部６２を介してボデー２のキャビティＣ内の圧力を背面６１ｂに導入可能に設け、これを背圧として利用してシール面圧を向上したものである。この場合、シール部材６１の背面６１ｂには、背面側受圧面積Ｓ３×流体圧力の面圧力が、皿ばね６の弾発力による面圧力と共に加わり、シール部材６１がフローティングチャッキ動作することで封止性能を向上できる。また、一次側流体シールは、蓋部材４によるシート圧縮面圧と、皿ばね６による与圧荷重により、最適な封止面圧と摩擦量オフセットが可能である。

溝部６２は、環状シール面３８に到達しない位置まで形成されており、この溝部６２から流体圧力が一次側に抜けて環状シール面３８の封止性が低下することがない。溝部６２は、シール部材６１の複数箇所に均等の間隔で設けられているとよく、この場合には、シール部材６１の側面から均等に流体圧力が流入してシール部材６１が傾きにくくなり、環状シール面３８を流出入口１０、１１又は排気口１２の周縁部位に均等に圧接シールできる。

図５においては、本発明の回転弁の第３実施形態を示している。
この実施形態のバルブ本体７０では、弁体３の装着溝３３と貫通口３０〜３２とを連通する連通部７１を形成し、この連通部７１を介して装着溝３３に装着した、表面７２ａ、背面７２ｂを有するシール部材７２の背面７２ｂと二次側流路（流出入口１１側）とを連通させたものである。この場合、連通部７１を介して二次側流路の圧力をシール部材７２の背面７２ｂ側に導入し、この背圧を利用してシール面圧を向上させることが可能となる。

上述した第２実施形態のように、シール部材６１側面の溝部６２を介してキャビティＣ内の圧力をシール部材６１の背面６１ｂに導入するか、又は第３実施形態のように、弁体３に設けた連通部７１を介して二次側流路の圧力をシール部材７２の背面７２ｂに導入するかによりシール面圧を向上でき、さらに、これら双方を組み合わせて圧力を背面に導入してシール性を高めることもできる。

なお、上述した実施形態においては、本発明の回転弁を、鉄道車両用急速排気弁として使用した例を説明したが、本発明の回転弁は、鉄道車両用急速排気弁としての用途に限定されるものではなく、各種の技術分野において、２方、３方、４方、或はそれ以上の多方回転弁等として使用することができる。
例えば、本発明の回転弁は、熱交換器の熱媒（冷温水）制御配管システム等において流路切り替え用として使用される流量調整式回転弁、蒸気等のバイパス配管において流量調整用又は開閉用として使用される回転弁、高圧の水・油・ガス・空気等の配管システムにおいて管路分岐に使用される各種多方弁、分解・組み立てが行い易く減菌・フラッシング等が容易でメンテナンス性の高いサニタリー用の各種多方弁、給水配管での不凍栓、消火用スプリンクラー設備の防災弁ユニットにおける開閉用・水抜き用・テスト用・流路切り替え用等として使用される手動又は自動の各種多方弁等としても使用することができ、これら例示以外にも様々な用途に使用できる。

１ バルブ本体
２ ボデー
３ 弁体
４ 蓋部材
５ シール部材
５ａ 表面
５ｂ 背面
６ ばね部材
１０、１１ 流出入口
１２ 排気口
１５ 球面部
１６ 弁体収納部
２２ 開口部
２８ 球状面部分
３０、３１、３２ 貫通口
３３ 装着溝
３４ シールリング
３９ 貫通穴
６２ 溝部
７１ 連通部
Ｃ キャビティ
Ｓ１ 背面側受圧面積
Ｓ２ ボデー側受圧面積

Claims (6)

1. ボデー内の内周の一部に形成した球面部を有する弁体収納部に流出入口と排気口とを形成し、前記弁体収納部に球状面部分を有する弁体を回転自在に装着し、前記弁体には、前記流出入口又は排気口と連通する複数の貫通口と、これら貫通口との交差方向に前記流出入口と対向する装着溝とを形成し、この装着溝に前記流出入口又は排気口を閉止する円板状のシール部材を装着し、このシール部材で何れか１つの前記流出入口又は排気口を密封閉止すると共に、前記シール部材による前記流出入口又は排気口の密封閉止時に、このシール部材の背面側に付与された背圧を利用して前記シール部材のシール面圧を向上させたことを特徴とする回転弁。
2. 前記シール部材の背面の背面側受圧面積を、このシール部材の表面のボデー側受圧面積よりも大きくした請求項１に記載の回転弁。
3. 前記シール部材にこのシール部材の表面と背面とを貫通する貫通穴を設けると共に、前記シール部材の側面には前記ボデーのキャビティとの間をシールするシールリングを装着し、前記貫通穴を介して一次側流体圧力を前記背面に導入して背圧とした請求項１又は２に記載の回転弁。
4. 前記シール部材の側面にこの側面と背面とを連通する溝部を設け、この溝部を介して前記ボデーのキャビティ内の圧力を前記背面に導入するか、又は前記弁体に前記シール部材の背面と二次側流路とを連通する連通部を設け、この連通部を介して前記二次側流路の圧力を前記背面に導入するか、或は、前記溝部と前記連通部との双方により圧力を前記背面に導入した請求項１又は２に記載の回転弁。
5. 前記弁体収納部より開口した開口部から前記弁体を挿入し、この弁体との間にばね部材を介して蓋部材で前記開口部を被蓋して前記シール部材の封止面圧を高めた請求項１乃至４の何れか１項に記載の回転弁。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の回転弁を、鉄道車両の自動扉開閉装置用配管に設ける排気弁として用いた鉄道車両用急速排気弁。

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