JP2767096B2

JP2767096B2 - 複合ちょう形弁装置

Info

Publication number: JP2767096B2
Application number: JP7012935A
Authority: JP
Inventors: 博横田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-02-09
Filing date: 1995-01-30
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: JPH07269720A; CN1046798C; US5713556A; WO1995022022A1; CN1140486A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体を移送する管路内
に設置されて、弁座に対する弁部の複合開閉作動によっ
て流量調整や閉止を行なう弁装置に関する。なお、本明
細書において、「流体」の語は液体及び気体を総称的に
代表するものとする。

【０００２】

【従来の技術】従来、流量調整や閉止を行なう一般的な
弁装置として例えば、ちょう形弁、仕切弁、ボール弁、
玉形弁等があり、それらが広く使用されてきたことはよ
く知られているところである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の弁装置は、
主として、腕部と固着一体化した弁部が、ハンドル操作
等によって開閉する構造であり、仕様条件の厳しくない
用途に使用するには、それなりに経済的な装置とは言え
るが、高温・高圧・スラリー液・腐食性流体などの厳し
い仕様条件下で使用する場合には、その構造的制約か
ら、種々の技術的問題点があった。その一例をあげる
と、（Ａ）図２に例示したちょう形弁については、弁全開時
の抵抗損失は少ないが、構造上、弁部が回動しながら弁
座に斜めに摺り寄って着座せざるを得ず（以下説明上、
「斜め摺動着座」と呼称する）、その摺動摩耗による気
密性の悪化が問題となる。閉鎖面を球面状にしたり開閉
駆動軸を偏心させる等の方法をとっても、依然閉鎖面で
の整一な密着は困難であり、また、着座時に閉鎖面に異
物を噛んだ場合は弁部や弁座を損傷する可能性もある。
このため、閉鎖面に弾性材質の部材を装着することによ
り、気密を計るなどの種々工夫がされているが、あくま
で密着不足を補うための対症療法的手段であり、しかも
該部材がゴム等の材質では、高温・高圧・スラリー液・
腐食性流体等の仕様条件によっては耐久力不足となる一
方、金属等の材質では、充分な弾性を得る構造にするに
は極めて複雑となる等の問題がある。（Ｂ）仕切弁については、弁部が弁座にほぼ平行に摺動
して開閉する構造であり、弁半開時の抵抗や摩耗が大き
く、また、気密を計るためには閉鎖面に弾性材質の部材
の装着も必要となり、ちょう形弁と同様の問題が生じ
る。（Ｃ）ボール弁については、弁全開時の抵抗損失は少な
いが、弁部と弁座の対応面の球面加工を精密に行なう必
要があるほか、気密を計るためには閉鎖面に弾性材質の
部材の装着も必要となり、ちょう形弁と同様の問題が生
じる。（Ｄ）玉形弁については、ちょう形弁、仕切弁、ボール
弁等のような材質や加工上の問題は少なく、気密性も得
られるが、弁全開時の抵抗損失が大きいという問題があ
る。

【０００４】以上（Ａ）〜（Ｄ）で例示した問題点は、
弁装置が大型化するにつれて顕著となる傾向があるが、
複雑な条件が絡み合ったものであるため、事実上これま
で、弁全開時の抵抗損失の軽減と、弁着座時の摺動摩耗
の回避と、整一な密着の全てを同時に満たすことは、構
造的に困難と見られており、未到の技術であった。本発
明は、簡潔で合理的な構造によって、これら未到の技術
的問題点を抜本的に解決し、設計・製作が容易で、全金
属材質やセラミックス等の各種素材の適用も可能とし、
高温・高圧・スラリー液・腐食性流体にも耐え、大型化
しても問題を生じない、高性能且つ経済的な弁装置を得
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の具体的内容を、
一実施例を示した図１に基づいて説明する。流体移送系
内の管路１６及び管路１７に挟まれて設置された複合ち
ょう形弁装置の弁箱１には、弁箱蓋２及び弁座３が装着
され、流路ａから流路ｂにわたる流路を形成する。（な
お、流れがａ→ｂ及びｂ→ａのいずれの方向でも、本複
合ちょう形弁装置は機能するものである。）弁部支持軸
６を介して、弁部４は腕部５に所要の自由度をもって嵌
合連結されている。（図１に例示したものは、概念を明
快に示すために、弁部支持軸６の連結位置を弁部４の中
央としている。）そして、弁部支持軸６より適度に離れ
た位置に設けた開閉駆動軸７を介して、腕部５は弁箱１
に嵌合連結されている。開閉駆動軸７は、ハンドル操作
や電動機等による弁開閉のための回動力を与えられる。
また、常に弁部端側４ａと腕部端側５ａの距離を縮める
方向に付勢力が働くよう、本実施例においては、弁部端
側４ｂと腕部端側５ｂの間にバネ等の弾性部材９が装着
されている。さらに、弁部４の着座を閉鎖面３ｍに対す
る垂直着座に近づけるために、弁部回動規制部材８を弁
箱１又は弁箱蓋２に付設し、弁部４が閉鎖に近づいたと
きに当接させて、弁部４の回動を規制する構成となって
いる。以上において、弁部４及び腕部５は、流れ抵抗の
少ない形状に形成され、また、各部材は作動上必要な強
度を備えているものとする。

【０００６】

【作用】上記構成の複合ちょう形弁装置においては、弁
全開時には、弁部４が流路の流線に添って弁抵抗損失少
なく位置している。なお、この全開状態でも、流体より
弁部表面が受ける押圧力は弁部支持軸６を境界としてほ
ぼ均等に掛かるので、弁部支持軸６に係わる弁部４の揺
動作用力は軽微であり、弁部端側４ａと腕部端側５ａの
距離を縮める方向に働く弾性部材９の付勢力が勝って、
弁部端側４ａが腕部端側５ａに当接している。

【０００７】次に、開閉駆動軸７にハンドル操作や電動
機等による回動力（図１の例示においては時計回り方向
に）を加えて弁閉鎖作動を開始させると、弁部４は、弁
部端側４ａが腕部端側５ａに当接して、腕部５と一体と
なった状態のまま、開閉駆動軸７を中心として回動し、
半開状態を経て、さらに弁部４が弁座３に近づいて行く
と、（ｉ）まず弁部端側４ａが弁部回動規制部材８に当
接し、（ｉｉ）次に腕部端側５ａが弁部端側４ａから離
れて行き、（ｉｉｉ）次に弁部端側４ｂが弁座３に穏や
かに当接し、（ｉｖ）次に弁部端側４ａが弁部回動規制
部材８から離れて行き、最終的に弁座３に当接して着座
する。弁部回動規制部材８の取付け位置を適切に設定す
ることによって、この着座の瞬間は、弁座の閉鎖面３ｍ
に対する垂直着座に極めて近くなるので、前述の「斜め
摺動着座」の弊害は解消されるものである。また、弁部
支持軸６に関する適度の自由度が効果的に働いて、閉鎖
面３ｍでの整一な密着が得られる。また、特に流れがｂ
→ａ方向の場合には、流体の圧力も閉鎖力として加わる
ため、更に強力な密着が可能である。弁開作動時には、
上記の一連の行程とは逆の行程を辿ることとなる。ここ
に、本発明の一実施例として図１に示した構成によっ
て、前述の未到の課題を明快に、しかも経済的に解決で
きたものである。なお、上記の弁閉鎖動の過程を観察す
ると、流量の少なくなった範囲での極め細かな流量調整
が可能になるという付随的メリットもあることが分か
る。

【０００８】

【実施例】以上、典型的な実施例を示した図１に基づい
て説明した通り、本発明の複合ちょう形弁装置は画期的
な作用効果を生み出すが、さらに、本発明の要旨に添
い、種々構造的変化を加えたり従来技術を援用して、実
施上の要請に応えることが可能である。例えば、図１に
例示した構成においては、常に弁部端側４ａと腕部端側
５ａの距離を縮める方向に付勢するために、弁部端側４
ｂと腕部端側５ｂの間にバネ等の弾性部材９を装着して
いるが、その弾性部材９の形状・材質及び取付け位置は
種々選択できる。また、弾性部材９を使用する方法の他
にも、弁部４の重心が弁部支持軸６からずれるように弁
部４を形成して、弁部４の自重により付勢したり、さら
には、弁部支持軸６を弁部中央から弁部端側４ｂ寄りに
設けたり（流れがａ→ｂ方向の場合）、あるいは弁部中
央から弁部端側４ａ寄りに設けたり（流れがｂ→ａ方向
の場合）して、流体の押圧力により付勢する方法もあ
る。

【０００９】弁部４については、勿論抵抗損失の極力少
ない形状に整えるのが望ましく、腕部５についても、同
様に抵抗損失の少ない形状に整える他、弁部４と含めた
全体が流線型に近くなるように形成することもできる。
なお、例図は省略したが、弁部支持軸６及び開閉駆動軸
７の部分を弁部４の左右側部に設けて、弁の主流路を避
けた構造に構成することもできる。また、キャビテーシ
ョン抑制のための整流突起を弁座３や弁部４に設ける等
の従来技術を援用してもよい。弁部と弁座の閉鎖面３ｍ
の形状については、図１に例示したような単純な平面と
する方法の他にも、テーパー加工したコーン状として
も、あるいは、曲面状としてもよく、さらに、直円以外
の断面形状（任意の形状の円、角形など）にして、適切
な流量制御特性（弁開度／流量比）を得ることもでき
る。また材質については、全金属製としてもよいし、用
途によっては閉鎖面部にＯリング等の弾性部材を装着し
てもよく、さらに、弁着座時の「斜め摺動着座」による
摺動摩耗がないという特長を生かして、セラミックス材
質部材等の各種素材も適用できる等、材質選択の幅が広
い。

【００１０】また、弁部支持軸６については、従来技術
を援用した種々の構造があり得る。図１に例示したもの
は、弁部支持軸６の軸心線が、開閉駆動軸７の軸心線と
平行に構成されたものであるが、この他にも、例えば弁
部支持軸６を、ユニバーサルジョイント式に構成し（勿
論、弁部４の運動範囲に規制は設けておく）、弁部４
を、閉鎖面３ｍを基準とした各方向に動ける構造とする
こともできる。いずれも、弁閉鎖作動時には弁部４を正
しい閉鎖姿勢に保持しながら、着座時には弁座３との整
一な密着を可能とすると共に、万一着座の瞬間に閉鎖面
３ｍに異物を噛んだ場合、弁部支持軸６の自由度が効い
て、要部である弁部支持軸６を保護する効果等を発揮す
る。また、開閉駆動軸７については、回動軸心と偏心さ
せカム効果を生じさせて、弁作動態様をさらに高度なも
のとすることもできる。なお、開閉駆動軸７の回動トル
クについては、開閉駆動軸７と弁部支持軸６との距離に
関係しており（両軸の距離が短いほど回動トルクは軽快
となる）、仕様条件により柔軟な設計が可能であるが、
そのトルクの度合いによっては、図３に一実施例を示し
たように、ハンドル軸１４と開閉駆動軸７の連結に、例
えばウォームギヤー装置１１；１２；１３のような非可
逆性の減速手段を用いる方法等がある。

【００１１】

【発明の効果】本発明は、以上のように、新しい技術思
想に基づく簡潔且つ明快な構造のもとに、従来の弁装置
における技術的問題を抜本的に解決し、さらに容易かつ
経済的な技術手段をもって、弁全開時にあっては弁抵抗
損失が少なく、弁着座時には垂直着座に近くて摺動摩耗
がなく、しかも弁部が弁座に整一に密着する、画期的な
複合ちょう形弁装置を実現できたものである。全金属材
質としたり、セラミックス等の各種素材を適用する等、
材質の選択も経済的かつ容易に可能であり、特に、高温
・高圧・大口径・スラリー液・腐食性流体など、仕様条
件の多様化の進む流体移送設備の各所に備える弁装置と
して、設計・製作・維持管理など広汎にわたり優れた成
果をあげることができ、実施効果の顕著さは従来技術と
比較して極めて大きいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の縦断面図であり、弁閉鎖直
前の状態を示す。

【図２】従来技術の一例（ちょう形弁）の縦断面図であ
る。

【図３】本発明の実施例における駆動部分の関係の説明
図（一部断面図）であり、弁全開付近の状態を示す。

【符号の説明】

１…弁箱２…弁箱蓋３…弁座３ｍ…閉鎖面４…弁部４ａ…弁部端側４ｂ…弁部端側５…腕部５ａ…腕部端側５ｂ…腕部端側６…弁部支持軸７…開閉駆動軸８…弁部回動規
制部材９…弾性部材１１…ウォームギヤー１２…ウォーム１３…ウォ
ームギヤーボックス１４…ハンドル軸１５…ハンドル１６…管路１７…管路ａ…流路ｂ…流
路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流体を移送する管路内に設置されて、弁
座（３）に対する弁部（４）の開閉作動によって流量調
整を行なう弁装置において、弁部支持軸（６）を介して
弁部（４）が腕部（５）に回動自由度をもって連結さ
れ、弁部支持軸（６）とは別の位置に設けられた開閉駆
動軸（７）を介して腕部（５）が弁箱（１）に連結さ
れ、弁部（４）が常に弁部端側（４ａ）と腕部端側（５
ａ）との距離を縮める回動方向に付勢された上で、開閉
駆動軸（７）に外部より流量調整操作の回動力が与えら
れる構造に構成されると共に、弁閉鎖の行程中に弁部
（４）と当接して弁部（４）の回動を規制する弁部回動
規制部材（８）が、弁箱（１）又は弁箱蓋（２）に付設
されたことを特徴とする複合ちょう形弁装置。