JP6280765B2 - 弁体および高温用弁 - Google Patents

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Description

この発明は、弁体および高温用弁に関し、特に、合成樹脂製の当接部材およびこれを保持する保持部材からなる弁体およびこのような弁体を備えた高温用弁に関する。
ベローズ弁、リフト弁などと称されている弁で使用される弁体として、通路開口縁部に当接して通路開口を塞ぐ円盤状の合成樹脂製当接部材と、当接部材が嵌め入れられている凹所を有する保持部材とからなり、保持部材がかしめられることで当接部材が保持部材に保持されるものが知られている（特許文献１）。
このような弁体では、弁に温度サイクル（高温→低温→高温の繰り返し）がかかると、合成樹脂製当接部材が相対的に大きな膨張及び収縮を繰り返すことになる。そのため、当接部材が保持部材へ加える押圧力が、膨張時には加圧、収縮時には減圧、を繰り返す事で、保持部材の凹所を形成している周壁が当接部材を押える力が弱くなり、保持部材と当接部材との間に隙間が形成され、当接部材が保持部材に対して回転（摺動）可能な状態となることがある。
当接部材が回転するようになると、回転によるシール性の低下や、相対回転時の摺動によりパーティクルが発生するという問題があり、場合によっては、保持部材から当接部材が脱落する可能性もある。
実公平１−２６９３６号公報
上記特許文献１の弁体によると、保持部材をかしめることにより、保持部材への合成樹脂製当接部材の嵌め入れを圧入とする場合に比べて、当接部材に対する回転防止力が大きくなる。しかしながら、弁の使用温度が例えば２００℃程度の高温となると、かしめ構造であっても、保持部材に対する当接部材の回転を防止することができなくなるという問題があった。かしめ構造に代わる回転防止構造とするには、寸法変更が必要となるなどの新たな問題が発生する。
この発明の目的は、かしめ構造を使用して、合成樹脂製当接部材の回転防止性能を大幅に向上させた弁体およびこのような弁体を備えた高温用弁を提供することにある。
この発明による弁体は、通路開口縁部に当接して通路開口を塞ぐ合成樹脂製当接部材と、当接部材が嵌め入れられている凹所を有する保持部材とからなり、保持部材がかしめられることで当接部材が保持部材に保持される弁体において、保持部材のかしめられる部分に少なくとも１つの切欠きが設けられていることを特徴とするものである。
保持部材は、例えば、ステンレス鋼製とされる。保持部材の凹所の周面（保持部材の周壁の内周面）は、当接部材の外周面に対応する円筒面とされ、従来は円筒面のままであった凹所の周面に、切欠きが追加される。切欠きは、保持部材の周壁を貫通するように設けられてもよく、また、保持部材の外周を残すように溝状とされてもよい。切欠きの数は、１つでもよいし、周方向に複数設けられてもよい。保持部材の外周面は、例えば円筒面とされるが、これに限られるものではない。
従来のかしめは、円筒状の先端部だけをかしめるので、かしめた後も円筒状を維持することになり、回転に対する回転防止力は摩擦力だけとなる。このため、大きくかしめたとしても、回転防止力を上げることには限界があった。
この発明によると、保持部材（切欠きが形成された円筒状のもの）をかしめることにより、切欠き無しの部分に対応する当接部材の部分は保持部材とともに縮径し、切欠き有りの部分に対応する当接部材の部分は縮径しないものとなる。このため、当接部材の外周面には段差が形成され、当接部材の回転に対しては、摩擦力以外に、当接部材の段差が保持部材の切欠きを形成している壁面に当接することで、係合に伴う回転防止力（噛み合いによる機械的な力）が発生する。
切欠きは、周方向に所要の間隔で複数（より好ましくは２〜４個）設けられていることが好ましい。
この発明の弁体は、当接部材としては従来と同じものが使用でき、また、保持部材に切欠きを追加する以外の工程はそのままでよい。保持部材の寸法（凹所の径や、外径など）は、変更する必要がないので、コストを抑えて、回転防止機能を大幅に大きくすることができる。
この発明の弁体は、１４０℃を超えるような高温での使用に適している。高温下で使用される場合、合成樹脂製の当接部材に温度サイクル（高温→低温→高温の繰り返し）が掛かることで、かしめによる回転防止力が早期に低下するおそれがある。この発明の弁体は、回転防止力機能が大幅に向上していることで、このような高温下でも長期にわたって当接部材の回転を防止することができる。
当接部材の材料となる合成樹脂は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡなどのふっ素系樹脂、ＰＥＥＫ材（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）などとされる。
この発明による高温用弁は、流体通路が設けられた弁箱と、流体通路を開閉する弁体とを備え、弁体が上記の弁体とされていることを特徴とするものである。
このような弁としては、シール部材としてベローズを備えたベローズ弁と称されているものがあるが、これに限定されるものではなく、種々のタイプの弁に対して、上記の弁体を適用することができる。
上記高温用弁において、弁座は、弁箱に一体に設けられていてもよく（この場合、弁座はステンレス鋼などの金属製）、弁箱とは別体に設けられていてもよい（この場合、弁座はステンレス鋼などの金属製であってもよく、合成樹脂製であってもよい）。弁座の材料となる合成樹脂は、当接部材と同じであってもよく、異なっていてもよい。
この発明の弁体によると、保持部材をかしめることにより、切欠き無しの部分に対応する当接部材の部分は保持部材とともに縮径し、切欠き有りの部分に対応する当接部材の部分は縮径しないものとなるので、当接部材の外周面に段差が形成され、当接部材の回転に対しては、当接部材の段差が保持部材の切欠きを形成している壁面に当接することで、大きな回転防止力が発生する。したがって、かしめ構造を使用して、合成樹脂製当接部材の回転防止機能を大幅に向上させることができる。
図１は、この発明による弁体をベローズ弁に適用した実施形態を示す縦断面図であり、閉状態を示している。 図２は、図１の開状態を示している。 図３は、この発明による弁体を示す一部を切り欠いた正面図である。 図４は、この発明による弁体の保持部材を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は底面図である。 図５は、この発明による弁体の当接部材を示す正面図である。 図６は、この発明による弁体のかしめ状態を模式的に示す底面図である。 図７は、この発明による弁体を他の弁に適用した実施形態を示す縦断面図である。
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
図１から図６までは、この発明による弁体およびこの弁体を備えた弁の１実施形態を示している。
この弁(1)は、ベローズ弁と称されているもので、流体流入通路(2a)および流体流出通路(2b)が設けられた弁箱(2)と、流体流入通路(2a)の周縁に押圧または離間されて流体流入通路(2a)を開閉する弁体(3)と、弁箱(2)の上側にボンネットナット(5)によって固定されたボンネット(4)と、下端に弁体(3)が固定されてボンネット(4)内に上下移動可能に配された弁棒(6)と、弁棒(6)を下向きに付勢する圧縮コイルばね（付勢部材）(7)と、ボンネット(4)の上側に設けられた筒状のケーシング(8)と、ボンネット(4)から上方に突出している弁棒(6)の部分に一体に設けられてケーシング(8)内に上下移動可能に配されたピストン(9)と、流体が弁体(3)側に流れ込むことを防止するベローズ(10)とを備えている。
弁箱(2)は、ステンレス鋼製とされており、円筒状の上方突出部(2c)を有している。上方突出部(2c)に、ボンネットナット(5)にねじ合わされるおねじ部が形成されている。弁箱(2)には、流体流入通路(2a)と外部配管とを接続するための入口側管継手(11)と、流体流出通路(2b)と外部配管とを接続するための出口側管継手(12)とが設けられている。
弁体(3)は、図３にも示すように、流体流入通路(2a)の開口縁部に当接して流体流入通路(2a)の開口を塞ぐ当接部材(13)と、当接部材(13)を保持する保持部材(14)とからなる。
保持部材(14)は、ステンレス鋼製とされており、図４にも示すように、下側の大径軸部(15)と、大径軸部(15)から上方にのびる小径軸部(16)とからなる。
当接部材(13)は、ディスクパッキンとも称されているもので、合成樹脂製とされており、図５にも示すように円盤状をなしている。当接部材(13)の材料となる合成樹脂は、例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡなどのふっ素系樹脂であってもよく、アンモニア等に対する腐食性を高めるために、ＰＥＥＫ材（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）であってもよい。
保持部材(14)の大径軸部(15)は、下側部分の径が大きい段付き状に形成されており、大径軸部(15)の下側部分に、下向きに開口しており当接部材(13)が嵌め入れられている凹所(15a)が形成されている。
保持部材(14)の小径軸部(16)は、その上端部が弁棒(6)の下端部に固定されており、これにより、弁体(3)は、弁棒(6)と一体に上下移動する。
保持部材(14)の小径軸部(16)の上端近傍部分に、ベローズ固定リング(17)が固定されており、この固定リング(17)と保持部材(14)の大径軸部(15)の上面との間に、ベローズ(10)が配置されている。
ベローズ(10)は、例えば、金属をディスク状に打ち抜いて精密な波状のプレートを形成し、その波状プレートの内周および外周を溶接することにより製作されたものとされる。
ケーシング(8)は、下部ケーシング(18)と、下部ケーシング(18)と接続された上部ケーシング(19)とからなり、下部ケーシング(18)の底壁と上部ケーシング(19)の頂壁とによって、ピストン(9)の配置空間が形成されている。ピストン(9)の下面と下部ケーシング(18)の底壁との間が圧縮空気導入室(20)とされている。
上部ケーシング(19)の頂壁には、圧縮空気導入用の貫通通路(19a)が形成されている。ピストン(9)は、貫通通路(19a)の下端部に嵌め入れられる上方突出部(9a)を有しており、ピストン(9)には、上方突出部(9a)上端から下方にのびて圧縮空気導入室(20)に連通する圧縮空気導入通路(21)が形成されている。
弁(1)は、圧縮空気導入室(20)に圧縮空気が導入されていない状態では、圧縮コイルばね(7)の下向き付勢力によって、図１に示すように、弁体(3)の当接部材(13)が流体流入通路(2a)の開口縁部に当接して流体流入通路(2a)の開口を塞ぐ閉状態となっている。そして、上部ケーシング(19)の頂壁の貫通通路(19a)およびピストン(9)の圧縮空気導入通路(21)を介して圧縮空気導入室(20)に圧縮空気が導入されると、ピストン(9)、ピストン(9)と一体の弁棒(6)および弁棒(6)に固定された弁体(3)が一体で上方に移動し、これにより、図２に示すように、弁体(3)の当接部材(13)が流体流入通路(2a)の開口縁部から離間して流体流入通路(2a)の開口を開放する開状態が得られる。ケーシング(8)に設けられた貫通通路(19a)は、ここでは上部ケーシング(19)の頂壁に形成されているが、この通路が上部ケーシング(19)または下部ケーシング(18)の側壁に構成されていても良い事は勿論である。
上記弁体（この発明による弁体）(3)では、保持部材(14)の大径軸部(15)の凹所(15a)を形成している周壁(15b)の下端部がかしめられる（径方向の外側から内側に向かう力を付与されて塑性変形させられる）ことで、当接部材(13)が保持部材(14)に保持されている。ここで、図３および図４に示すように、大径軸部(15)の周壁(15b)の下端部、すなわち、保持部材(14)のかしめられる部分には、少なくとも１つ（図示の実施形態では４つ）の切欠き(22)が設けられている。切欠き(22)は、周方向に等間隔で設けられている。
図３において、保持部材(14)の大径軸部(15)の周壁(15b)の下端部がかしめられた場合、当接部材(13)がかしめに応じて圧縮される。ここで、切欠き(22)の部分に対応する当接部材(13)の部分は、圧縮されないので、図６に模式的に示すように、保持部材(14)の凹所(15a)の径＝当接部材(13)のかしめ部分(13a)の外径＜当接部材(13)の非かしめ部分(13b)の外径となる。これにより、当接部材(13)に段差(13c)(13d)が形成され（図では誇張して示している）、この段差(13c)(13d)に周方向から切欠き(22)の壁面(22a)(22b)が係合することになる。
すなわち、当接部材(13)の反時計方向の回転に対しては、切欠き(22)の反時計方向側の壁面(22a)がストッパとなって、当接部材(13)の反時計方向側の段差(13c)に係合し、回転防止力を発生させ、また、当接部材(13)の時計方向の回転に対しては、切欠き(22)の時計方向側の壁面(22b)がストッパとなって、当接部材(13)の時計方向側の段差(13d)に係合して、回転防止力を発生させる。こうして、当接部材(13)が保持部材(14)に対して回転することが防止される。
上記弁体(3)および弁(1)は、１４０℃を超えるような高温での使用に適している。このような高温下では、合成樹脂製の当接部材(13)に温度サイクル（高温→低温→高温の繰り返し）が掛かることで、従来のものでは、かしめによる回転防止力が早期に低下するおそれがある。上記弁体(3)は、切欠き(22)によって、回転防止力機能が大幅に向上しており、高温下でも長期にわたって当接部材(13)の回転を防止することができる。特に、当接部材(13)をＰＥＥＫ材とする場合には、高温における弾性率の低下が懸念されるが、上記弁体(3)とＰＥＥＫ材とを組み合わせることで、高温仕様に適したものとできる。
切欠き(22)は、図６に示すかしめ状態において、当接部材(13)に段差(13c)(13d)が形成されるようにするものであればよく、したがって、その形状や数は図示したものに限られるものではない。例えば、切欠きは、保持部材(14)の外周を残すように、保持部材(14)の大径軸部(15)の周壁(15b)の内周に溝状に形成してもよい。
なお、上記においては、弁(1)として、ベローズ弁を例示したが、上記弁体(3)は、ベローズを有していない弁においても使用できることはもちろんである。また、当接部材(13)を受ける弁座については、弁箱(2)に一体に設けられてもよく、弁箱(2)とは別部材とされてもよい。
弁座(30)を弁箱(2)と別部材とした実施形態を図７に示す。以下の説明において、図１と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図７において、流体流入通路(2a)の周縁に位置するように弁箱(2)に合成樹脂製の環状の弁座(30)が設けられている。弁体(3)の合成樹脂製当接部材(13)は、環状の弁座(30)に当接または離間することで、流体流入通路(2a)を開閉する。
図１に示した実施形態では、合成樹脂製当接部材(13)がステンレス鋼製の弁箱(2)と接触するのに対し、図７に示した実施形態では、合成樹脂製当接部材(13)が合成樹脂製の弁座(30)と接触する。
弁座(30)の材料となる合成樹脂は、例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡなどのふっ素系樹脂であってもよく、アンモニア等に対する腐食性を高めるために、ＰＥＥＫ材（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）であってもよい。
なお、合成樹脂製の弁座(30)の使用に合わせて、他の構成を変更してよいのはもちろんである。さらに、上記においては、所謂常時閉型(ノーマルクローズ)の弁が例示されているが、これが常時開型（ノーマルオープン）の弁であっても良いことは勿論である。
(1)：弁、(2)：弁箱、(2a)：流体流入通路、(2b)流体流出通路、(3)：弁体、(13)：当接部材、(14)：保持部材、(15a)：凹所、(22)：切欠き、(30)：弁座

Claims (6)

  1. 通路開口縁部に当接して通路開口を塞ぐ合成樹脂製当接部材と、当接部材が嵌め入れられている凹所を有する保持部材とからなり、保持部材がかしめられることで当接部材が保持部材に保持される弁体において、保持部材のかしめられる部分に少なくとも１つの切欠きが設けられていることを特徴とする弁体。
  2. 前記当接部材が前記保持部材に嵌め入れられる方向での切欠きの位置における前記当接部材のかしめ前の断面の外郭線が円であり、該円の中心から、かしめ後の該断面の外郭線の１点までの距離が、前記切欠きがある場所とない場所とで異なることを特徴とする請求項１の弁体。
  3. 前記切欠きは、切り込み、穴、凹みまたは溝であることを特徴とする請求項１または２の弁体。
  4. 切欠きは、周方向に所要の間隔で複数設けられていることを特徴とする請求項１、２または３の弁体。
  5. 流体通路が設けられた弁箱と、流体通路を開閉する弁体とを備え、高温での使用に適した弁であって、弁体が請求項１〜４の弁体とされていることを特徴とする高温用弁。
  6. 流体通路の周縁に、弁箱と別体の環状の合成樹脂製弁座が設けられていることを特徴とする請求項５の高温用弁。

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