JP5062680B2 - バルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、極低温ポンプおよび各種圧縮機に用いられる高圧弁などのメタルタッチ型のシート部の改良に係り、シール性と耐久性に優れたバルブ装置に関する技術である。

従来、高圧ガス設備に用いられる高圧弁などのバルブ装置のシート部は、要求されるシール性と耐久性から、金属と樹脂の組合せにより構成されているのが殆どである。しかし、金属と樹脂の組合せに係るシート部は以下の問題がある。先ず、第１の問題は、可燃性の問題である。特に超高圧で用いられる場合、摩擦により高温となるため、可燃性の部材である樹脂の使用は避ける方が好ましい。次に、第２の問題は、ガスの置換性の問題である。金属と樹脂の組合せに係るシート部では、樹脂を金属に固定する必要があり、必然的に金属・樹脂間の組合せ隙間が生ずることになるが、この隙間へ侵入したガスの排除が困難となりガスの置換性が悪化することになる。そして、第３の問題は樹脂からのガス放出の問題である。樹脂内には各種のガス成分が吸着されており、これが真空度の上昇と共に順次放出されることになるが、特に真空設備においては、このガス放出によって真空度の低下や真空引き時間の長期化を招く要因となる。

ここで、昨今重要な問題となっているのが、第１の問題である可燃性の問題である。この問題は、樹脂体積や樹脂の表面積を減少させる方法、および樹脂材料を改良してガスの放出を少なくする方法では解決が不可能である。
そのため、可燃性の問題を解決するため、金属同士の組合せによるシート部を有するバルブ装置、すなわち、メタルタッチ型のバルブ装置がある。
しかし、金属同士の組合せによるシート部は、以前から各種のシート部の構成が実用に供されているが以下の問題がある。先ず、円錐型のシート部（図８−１参照）では、弁体が弁座に対して摺動をするため摺動面に焼き付きを生じたり、或いは摺動によって微粒粉塵が発生するといった問題がある。また、平面型シート部（図８−２参照）では、弁体と弁座間のシール性が相対的に低いといった問題がある。また、突型シート部（図８−３参照）では、弁体と弁座との当接部に圧壊や打痕、剥離等が生じ易く、耐久性に劣るといった問題がある。
このような状況下、金属同士の組合せに係るシート部において、シール性と耐久性を高める構造が要望されている。

特開２０００−５５２１１号公報

本発明は、メタルタッチ型のシート部の改良を行い、シール性と耐久性に優れ、荷重がかかった場合でも軽い力でバルブ装置を動作できる締め付けトルクが小さなバルブ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のバルブ装置は、弁体および弁座が互いに環状に圧接するシート部を備えたメタルタッチ型のバルブ装置において、弁体における円錐台形の弁頭の環状テーパー面裾部に、断面がアール状の丸型山の形状を成す小突起を突設し、かつ、弁座の孔縁部がアール加工され、弁体の弁頭の環状テーパー面裾部の該小突起と弁座の孔縁部が圧接する構成とされたことを特徴とする。

上記弁体における円錐台形の弁頭の環状テーパー面裾部に、断面がアール状の丸型山の形状を成す小突起を突設し、かつ、弁座の孔縁部がアール加工され、弁体の弁頭の環状テーパー面裾部の該小突起と弁座の孔縁部が圧接する構成によれば、圧接を繰り返すうちに小突起によって弁座の孔縁部に凹部が形成されるので、小突起と該凹部が接近することにより生じるラビリング効果によって、本メタルタッチ型のバルブ装置のシート部のシール性と耐久性を向上できる。また、本バルブ装置は、小突起と弁座の孔縁部が環状線で圧接するため、バルブの締め付けトルクを小さくでき、荷重がかかった場合でも軽い力で動作し得ることとなる。
また、弁頭の環状テーパー面裾部に、断面がアール状の丸型山の形状を成す小突起を突設することで、該小突起と弁座の孔縁部が圧接する際、微粒粉塵の発生、圧壊や変形の発生を回避することが可能となり、シール性と耐久性をより向上できる。

ここで、上記構成のバルブ装置において、弁頭の環状テーパー面裾部に形成された丸型山の頂部の曲率半径Ｒ₁ は ０．１〜１．０ｍｍとされ、かつ、丸型山の裾野の曲率半径Ｒ₂ は ０．１〜１．０ｍｍに設定されることが好ましい。

また、上記構成のバルブ装置において、弁体および弁座が真鍮材料から成り、シート部の締め付けトルクが小さいように環状線で圧接するようにしたことを特徴とする。
弁体および弁座を真鍮材料で構成することにより、高圧酸素用として用いられる場合においても可燃性の問題が生じることがなく、耐久性を向上することが可能となる。また、シート部の締め付けトルクが小さいように環状線で圧接するようにすることで、荷重がかかった場合でも軽い力で動作可能となる。

さらに、上記構成のバルブ装置において、弁体の弁頭の硬度を、弁座の孔縁部の硬度より高く設定することが好ましい。
弁体の弁頭の硬度を、弁座の孔縁部の硬度より高く設定することにより、シール性を更に高めることが可能となる。

本発明のバルブ装置は、メタルタッチ型のシート部の改良を行ったもので、シール性と耐久性に優れ、荷重がかかった場合でも軽い力でバルブ装置を動作できるといった効果がある。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明していく。ただし、本発明の範囲は、図示例に限定されるものではない。

図１は、実施例１のバルブ装置構造の縦断面図を示している。図１において、バルブ装置１は、上からハンドル部（１１ａ，１１ｂ）、弁棒６、弁体２、その周囲を取り囲むボンネット７、そして流入配管口５１と流出配管口５２を形成する弁本体５から構成されており、弁体２の弁頭２１が弁本体５の弁座３に離着座するシート部を形成する。
弁体２，弁本体５の材質は、真鍮（黄銅）である。

図２と図３は、それぞれ本発明のバルブ装置の弁本体の外観図と弁本体構造の縦断面図（図２のＡ−Ａ’断面）を示している。流体が流入配管口５１から弁室８を経由して流出配管口５２に移動する。弁体（図示せず）が図３の上方部から螺入し、弁頭（図示せず）の裾部が弁座３に着座することで、シール部４がシールされる。弁座３は環状リングとなっており、図３におけるＢの部分の拡大図を示した図４の如く、流入配管口５１と弁座３との孔縁部３１は、アール加工されている。ここでは０．５ｍｍのアール加工が施されている。

次に、図５は本発明のバルブ装置の弁体２の構造図を示している。図５（１）は弁体２の正面図と底面図を示しており、また図５（２）は弁体２の斜視図を示している。また、図６（１），（２）は、それぞれ図５のＣ，Ｄの部分の拡大図である。図５，図６に示しているように、本発明のバルブ装置の弁体２は、弁頭２１の台座の側面部にあたる環状テーパー面裾部２２に小突起２４を設けている。
この環状テーパー面裾部２２に小突起２４を設けることで、シール部のシール性が従来と比べて格段に向上する。
例えば、図７に示すように３種類の弁頭２１を示している。本発明のバルブ装置の弁体２の弁頭２１は、図７（３）である。

図７（１）の場合、流入配管口５１の孔縁部３１のアール部は、弁頭２１の第１の台座２５のテーパー面２３と接している。この場合、圧接を繰り返す内に孔縁部３１のアール部が磨耗により削れ、テーパー面２３と接する部分の面積が増大し、締め付けトルクが大きくなり、軽い力でバルブ装置を動作させることが困難となる。
また図７（２）の場合、弁頭２１の第１の台座２５のテーパー面２３がアール加工されており、これが流入配管口５１の孔縁部３１のアール部と曲率半径がＲ０．５ｍｍで同じであるため、アール部同士が嵌合しあい面で密着する。このため締め付けトルクが大きくなり、軽い力でバルブ装置を動作させることが困難となる。

これらに対して図７（３）に示すように、本発明のバルブ装置の弁体２の弁頭２１の場合、流入配管口５１の孔縁部３１のアール部は、弁頭２１の第１の台座２５のテーパー面２３に設けられた小突起２４と接している。小突起は、丸型山の頂部の曲率半径Ｒ₁ を ０．５ｍｍとし、丸型山の裾野の曲率半径Ｒ₂ を ０．２ｍｍに設定している。
かかる場合、小突起２４の頂点の凸部が、流入配管口５１の孔縁部３１のアール部の凸部と接することでシール性を向上する。また鋭角な部分がないため弁頭２１と弁座３の孔縁部３１との間が金属同士の摺動となって金属表面にとって最も過酷な状態となっても、軋み、かじり、焼付き等の問題が惹起され難くなる。
そして、弁体２における環状テーパー面裾部２２に、断面がアール状の丸型山の形状を成す小突起２４が突設され、かつ、弁座３の孔縁部３１がアール加工され、弁体２の弁頭２１の環状テーパー面裾部２２の小突起２４と弁座３の孔縁部３１が圧接する構成によって、圧接を繰り返すうちに小突起２４によって弁座３の孔縁部３１に凹部が形成され、小突起２４と該凹部が接近することにより生じるラビリング効果によって、シート部のシール性と耐久性を向上できるのである。また、小突起２４と弁座３の孔縁部３１が環状線で圧接するため、バルブの締め付けトルクを小さくでき、荷重がかかった場合でも軽い力で動作し得ることとなる。

本発明のバルブ装置は、不燃性と優れたシール性・耐久性が要求される高圧ガス設備に用いられる高圧弁として有用である。

実施例１のバルブ装置構造の縦断面図 本発明のバルブ装置の弁本体の外観図 本発明のバルブ装置の弁本体構造の縦断面図 本発明のバルブ装置の弁本体の弁座構造の縦断面図の要部拡大図 本発明のバルブ装置の弁体構造の縦断面図と弁体の外観図 本発明のバルブ装置の弁体の構造図 弁体の弁頭の要部拡大図 金属同士の組合せによるシート部構造（１）の縦断面図 金属同士の組合せによるシート部構造（２）の縦断面図 金属同士の組合せによるシート部構造（３）の縦断面図

符号の説明

１ バルブ装置
２ 弁体
３ 弁座
４ シート部
５ 弁本体
６ 弁棒
７ ボンネット
８ 弁室
１１ａ，１１ｂ ハンドル部
２１ 弁頭
２２ 環状テーパー面裾部
２３ テーパー面
２４ 小突起
２５ 第１の台座
２６ 第２の台座
２７ ジャンクション部
３１ 孔縁部
５１ 流入配管口
５２ 流出配管口

Claims (4)

1. 弁体および弁座が互いに環状に圧接するシート部を備えたメタルタッチ型のバルブ装置において、前記弁体における円錐台形の弁頭の環状テーパー面裾部に、断面がアール状の丸型山の形状を成す小突起が突設され、かつ、弁座の孔縁部がアール加工され、前記弁体の弁頭の環状テーパー面裾部の該小突起と弁座の孔縁部が圧接されることにより、メタルタッチ型のシート部のシール性と耐久性を向上せしめることを特徴とするバルブ装置。
2. 前記丸型山の頂部の曲率半径Ｒ₁ を ０．１〜１．０ｍｍとし、かつ、前記丸型山の裾野の曲率半径Ｒ₂ を ０．１〜１．０ｍｍに設定したことを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。
3. 前記弁体および弁座は、真鍮材料からなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブ装置。
4. 前記弁体の弁頭の硬度を、前記弁座の孔縁部の硬度より高く設定したことを特徴とする請求項３に記載のバルブ装置。