JP6649272B2 - 回転弁と鉄道車両用急速排気弁 - Google Patents

Description

本発明は、流路開閉時の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、この回転弁構造により設けられる排気弁であって、例えば鉄道車両の空気圧を用いた自動扉開閉装置などの配管等に用いられ、空気圧供給側の管路の流路を閉操作して空気圧ピストンシリンダーによる扉開閉装置のシリンダー内空気圧を排気するために設けられる鉄道車両用急速排気弁とに関する。

従来、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、緊急時や修理・保守点検時などに手動で扉を開閉するために、自動扉操作用の圧力空気を抜くための鉄道車両用急速排気弁が一般的に用いられる。この排気弁としては、通常、略球形状の弁体を有するボールバルブが用いられることが多く、この種のボールバルブでは、弁体の流路が円形の貫通穴になっているために全開時の流れに対して障害物が無く、グローブバルブやバタフライバルブに比較して圧力損失が少なく、ゲートバルブのようにステムのストロークを必要とすることがないためコンパクト化も可能になる。

また、鉄道車両の流路開閉用としてコックが用いられる場合もある。通常、コックは、凹円錐状に加工した金属製ボデーに凸円錐状の金属製弁体が収納され、ボデーに対して弁体が回動したときに、相対する金属封止部同士のシールによって流体が封止される。

一方、特許文献１は、半球状の中空空間を有するケース、プラグ、シール部材を備えたボールバルブであり、プラグが半球状弁体と弁軸とにより一体に形成され、ケースの中空・半球空間に嵌合されることにより弁軸を中心に回転可能になっている。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。
特許文献２のボールバルブは、弁箱と、ステムと一体型の半球状の弁体と、この弁体の摺動面を密着被覆するようにシールするシール部材とを備え、弁箱の空洞内にシール部材が装着され、このシール部材に弁体が装着されている。このボールバルブでは、シール部材によって弁体の外周囲全体がシールされる構造になっている。

上述のボールバルブは、フローティング型とトラニオン型とに分類される。前記の特許文献１や２は、フローティング型ボールバルブであり、このボールバルブは、シール部材で弁体を支持し、全閉時の差圧によって二次側のシート部材に押し付けてシールする構造になっている。一方、トラニオン型ボールバルブは、ステムと、トラニオン（ロワステム）とによりボール弁体を支持する構造になっている。

また、特許文献３の回転弁は、内周半球面を有する弁体収容部を形成したボデーに、おねじ部とめねじ部との螺合によって、弁体が下降しながら弁閉方向に回転することでシール部材を流出入口に密封シールする構造になっている。

特開平９−７９３９１号公報 ドイツ実用新案登録第９４０８１５６号公報 特開２０１２−２３５５号公報

前述の略球形状の弁体を有するボールバルブの場合、操作トルクを低減して操作性を高めつつ、封止性を高めて漏れを防止するためには、一、二次側のシート部材と弁体との接触圧力が均等になるように組付ける必要がある。これを満足するためには、シート部材のシール側表面、弁体の球面、これらが装着されるボデー側の装着部などの封止面を高精度に加工した上でこれらを組付ける必要がある。特に、この種のボールバルブでは、シート部材と弁体との接触面積が弁体の回動過程で変化して操作トルクにむらが生じやすいため、安定した操作性を確保することが難しい。

組込み後には、シート部材が一、二次側から対向して常に強い圧力で装着されるため摩耗しやすくなり、特に、フローティング型ボールバルブは、流体圧力により弁体が片側（二次側）のシート部材を集中的に押圧シールし、片側（一次側）のシート部材の押圧力が低下する構造であるため、圧力が増したときにシート部材の偏摩耗が大きくなり、その結果、シート部材の耐久性が悪く、交換が必要になることもあるため経済性も悪くなる。一方、トラニオン型ボールバルブは、ロワステムで弁体の移動を防止し、シート部材の摩耗を低減させる構造ではあるが、内部構造の複雑化によりコストアップに繋がる。これらのボールバルブは、部品点数が多く、加工精度も向上する必要性や組立工数も大きくなるという問題もある。

流体が流れる際には、これらのボールバルブの微開時に流入・流出口側で流体抵抗が大きくなってキャビテーションが発生しやすくなる。このとき、流体が１次側の弁体とシート部材との微少開口部を通過した後に、大容積のボデーキャビティーと弁体の連通穴を通過し、２次側の弁体とシート部材との微少開口部を再び流れる構造であるためオリフィス部位が２段に形成されてエネルギー損失も大きくなる。更に、半開時には、キャビティー容積が大きいことで流体が流れる際の損失係数も大きくなり、流動抵抗も大きくなる。全開時には、大容積のキャビティー内に滞留した密封流体の温度上昇により異常昇圧が引き起こされ、シート部材が損傷・変形して漏れや作動不良が発生するという問題もある。

コックの場合、ボデーと弁体とが金属により設けられ、これらテーパ状に形成されたボデーと弁体との金属封止部同士のシールにより流路を開閉する構造であるため、これらのテーパ加工、弁体とボデーとのラッピング加工、グリース塗布処理を実施して封止面の加工に高い精度が要求され、使用時においては、その使用に伴ってグリースが失われるため定期的にグリース塗布をおこなう必要もあり、頻繁にメンテナンスをおこなう必要がある。

特許文献１のボールバルブにおいては、半球状の弁体及びシール部材を半球状の中空半球空間に嵌合させるように取付けているため、上述した略球形状の弁体を有するボールバルブと同様にシール部材の圧接力が強くなり、また、突出したシール部材が流出入口の縁部と干渉した状態で摺動することによりシール部材の耐久性が悪くなる。
同文献２のボールバルブは、弁箱の空洞内に装着された大型のシール部材で弁体の外周囲全体をシールする構造であるため、シール部材が摩耗した場合にはこのシール部材全体を交換する必要が生じて経済性が悪くなる。
同文献３の回転弁は、弁閉時にのみシール部材がボデーに接するので、操作トルクを低減できるものの、シール部材が摩耗した際には、弁体が更にねじ込み下降するため、シール部材が流出入口の位置とずれてしまい、都度、蓋部材の位置を調整する必要がある。

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、弁体開閉時の高シール性と操作性とを確保した回転弁であり、簡単な構造で耐久性を向上しつつ経済性にも優れ、流体による弁体やシール部材の劣化や流体の流出入時の損失を最小限に抑えた回転弁と鉄道車両用急速排気弁と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或はテーパ面部を有する弁体収納部に流出入口と排出口とを形成し、弁体収納部より開口させた開口部より弁体を回転自在に挿入し、この弁体の外周の球面部或はテーパ面部との対向位置に球状面部或はテーパ状面部を形成し、さらに、流出入口又は排出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出口を閉止するシール部材を装着し、開口部を蓋部材で被蓋したときに、シール部材で何れか１つの前記流出入口又は排出口を密封閉止し、流出入口と排出口、或は流出入口同士を貫通口を介して連通可能に設けると共に、弁体収納部の下部内周面と弁体の下部外周面との間に保持リングを介在させ、この保持リングを弁体と蓋部材との間に装着した回転弁である。

請求項２に係る発明は、蓋部材と前記弁体との間にばね部材を装着し、開口部を被蓋した蓋部材でシール部材を増締め可能とし、かつばね部材を介してシール部材をボデーのシール面に押圧可能に設けた回転弁である。

請求項３に係る発明は、流出入口と排出口とを管路に接続してこの管路の流路を切換えるか或は排出口から流体を排出可能に設けた回転弁である。

請求項４に係る発明は、ボデーの表裏面の何れか一方、或は双方に座面部を設けると共に、この座面部上の少なくとも一方側にボデーの表裏面側からの把持を規制する突起部を形成した回転弁である。

請求項５に係る発明は、回転弁の排出口面積を適宜に調整して緊急時又は保安時などの自動扉開閉装置用配管から排気する排気時間を一定に設定可能に設け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、グローブバルブやバタフライバルブ等に比較して圧力損失が少なく、ゲートバルブのようにステムのストロークを必要とすること無くコンパクト化を図ることができ、ボールバルブやコックのように弁体やシール部材等の封止面を高精度に加工することなく、弁体開閉時の高シール性と操作性とを両立できる。１枚のシール部材により流出入口又は排出口を閉止していることで操作トルクを低く抑えながら、このシール部材の耐久性を向上して摩耗を抑えて長期に渡って高シール性を維持できる。簡単な構造で部品点数も少ないことから経済性にも優れ、組立やシール部材の交換時のメンテナンス等も容易である。
流体を流す際においては、微開時にキャビテーションを抑えつつこの微少開口時のエネルギー損失を最小限に抑えることができ、全開時には流出入口により損失係数を小さくして流動抵抗を抑えることができる。更に、小さいキャビティ容積により、異常昇圧値を低く抑えることができるため、漏れや作動不良の発生も回避できる。このように、流体の流出入時の損失を最小限に抑えてバルブとしての機能性を高め、ボールバルブに比較してスムーズな操作で流体を流すことが可能になる。これらのことから、ボールバルブの欠点を解消しつつ、ボールバルブやコックなどの利点を取り込んだ回転弁を提供できる。しかも、保持リングを弁体下部底面部と蓋部材上面との間に介在させ、保持リングの内外径側でボデー球面状シール面の軸心と弁体の回転軸心の調心を確保して流体圧力によるシール部材の面圧の不均衡の発生を回避する。これによって、弁体をボデー側に押圧する際、所定のつぶし代を維持しながらシール部材により流出入口或は排出口を密封閉止し、所定のシール面圧により安定したシール性を維持でき、バルブの開閉操作性能と封止性能とを向上することが可能となる。
保持リングがラジアル軸受とスラスト軸受との機能を発揮し、ラジアル軸受の機能によりシール部材締付け時の弁体の倒れを防止し、弁体の倒れに伴う弁体軸の摩耗やかじりを防止する。一方、スラスト軸受の機能により、シール部材の材料の弾性内でのつぶし代を維持して応力緩和とクリープを防止できる。

請求項２に係る発明によると、ばね部材により弁体を押圧してシール部材に所定のシール面圧を働かせることができ、蓋部材の増締めによりこのシール面圧を一定に調節することができる。シール部材のシール面圧を調節することで、操作トルクを低く抑えて円滑な操作を確保しつつこのシール部材の押圧により流出入口又は排出口を密封閉止でき、しかも、シール部材の摺動に伴う摩擦や環境温度による温度変化に伴って膨張・収縮して寸法変化する場合にも、ばね部材の弾発力によりシール面圧を一定に確保して漏れを防止する。この状態で流路を切換えたときには、ばね部材による弁体の与圧で特に低温時にもトルク性及びシール性を両立し、振動に対しても強くなり、振動の多い場所で使用した場合にも弁座シール性すなわちシール部材と弁座側との摩擦力も維持され、弁体の自然の緩みにより弁開状態になることを防止できる。

請求項３に係る発明によると、１つのバルブにより流路の開閉及び切換え、流体の排出をおこない、これを管路の一部に設けることによって不要なバルブやチーズ継手、エルボ継手などを省いて部品点数を削減しながら簡略化した管路を構成でき、操作箇所も削減できることから流路の開閉及び切換え及び排出操作も簡素化する。

請求項４に係る発明によると、ボデーに設けた座面部に突起部を形成することにより、仮に、ボデーを万力やクランプで把持しようとした場合には、突起部が当接して不安定な締付けとなり、座面部への把持を確実に防止できる。これにより、ボデーの変形を防ぎながら配管を接続でき、ボデー内周面のシール部の精度を維持してこのシール部に弁体のシール部材を正確に当接シールさせ、流体のシール漏れや外部漏れを確実に防止できる。

請求項５に係る発明によると、弁体収納部に弁体を挿入して全体のコンパクト性を確保しつつ流路口径をフルボア口径まで大きくすることにより、流路切換え時の流量や排気時の排気量を大きく確保でき、配管場所に応じて変化する排気時間に応じて排出口面積を調節し、排気時間を一定の短い時間に抑えることができる。このため、鉄道車両の自動扉開閉装置内の圧力空気を急速に排気して自動扉を手動操作でき、バルブを操作してから自動扉を手動操作までの時間を短くして緊急時や保安時などに迅速に対応可能になる。ボデーをワンピース構造に設けることで配管作業時の部品のゆるみをなくして配管からの空気漏れを確実に防止でき、全体を小型化しながら部品点数を少なくし、鉄道車両内部又は外部の狭い設置スペースにも配置できる。

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の回転弁の縦断面図である。 図２の回転弁の弁閉状態を示す縦断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１実施形態における弁体の回転状態を示す断面図である。 図４の弁体が回転した状態を示す要部拡大断面図である。 図１の回転弁を配管に接続した状態を示す回路図である。 鉄道車両用急速排気弁を鉄道車両に用いた状態を示す概略模式図である。 本発明における回転弁の第２実施形態を示した縦断面図である。 図８における弁体を示した縦断面図である。 シール部材の他例を示す一部拡大断面図である。 本発明における回転弁の第３実施形態を示した斜視図である。 図１１の回転弁の横断面図である。 図１１の回転弁の一部省略縦断面図である。

１、１３０ バルブ本体
２ ボデー
３ 弁体
４ 蓋部材
５、１４０ シール部材
６ 皿ばね（ばね部材）
１０、１１ 流出入口
１２ 排出口
１５ 球面部
１６ 弁体収納部
２２ 開口部（下部内周面）
２８ 球状面部
３０、３１、３２ 貫通口
３３ 装着溝
８０ 管路
１００ 自動扉開閉装置
１３１ テーパ面部
１３２ テーパ状面部
１４１ 保持リング
１５２ 下部外周面
１６２ 座面部
１７０ 突起部
Ｓ 排出口面積

以下に、本発明における回転弁と鉄道車両用急速排気弁と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、本発明における回転弁の第１実施形態の斜視図、図２においては、図１の回転弁の縦断面図、図３においては、回転弁の弁閉状態を示している。本発明の回転弁（以下、バルブ本体１という）は、ボデー２、弁体３、蓋部材４、シール部材５、ばね部材６、ハンドル７を有している。

図１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に交差する排出口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°間隔で排出口１２が形成される。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出口１２の向きを１８０°反転可能な状態で配管可能に設けられる。

ボデー２内の内周の一部には、球面部或はテーパ面部を有する弁体収納部１６が形成される。本実施形態では、ボデー２の一部に球面部１５が形成された弁体収納部１６が設けられ、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内には挿着穴１８が設けられる。軸装部１７の上部にはフランジ部１９が形成され、このフランジ部１９には９０°間隔で４か所に取付穴２０が形成され、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。弁体収納部１６の下部内周側には円筒状の開口部２２が延設するように形成され、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。

図４（ａ）〜図４（ｃ）において、上記の排出口１２は、流出入口１０、１１と略同口径であり、これら流出入口１０、１１とともに弁体収納部１６に連通状態で形成される。排出口１２は、例えば直径φ１２ｍｍとして貫通形成され、この排出口１２の排出側の周囲には、φ１５ｍｍ程度の座ぐり部２４が加工形成される。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、例えば、管用テーパネジ３／８インチの雌ねじが形成され、この螺合部２５を介して流出入口１０、１１にパイプ２９が接続可能に設けられている。本実施形態では、排出口１２に座ぐり部２４が形成されているが、この排出口１２は流出口１０、１１と同様の螺合部を有する形状に設けられていてもよい。

図５に示すように、流出口１０、１１、排出口１２の流路口縁、すなわちシール部材５が密着シールするシール部２６となる縁部位には、所定の角度α（１５０°程度）の面取り部２７が形成される。この面取り部２７によってシール部２６のバリ取りがなされるとともに、シール部２６の一部の傾斜角度が緩やかになることで、弁体３と一体に回動して摺動するシール部材５をシール部２６に案内しやすくなる。この角度αは、面取り部２７と球面部１５との交点Ｔにおいて、面取り部２７と球面部１５の接線とのなす角であり、例えば、１３５°〜１５０°程度の範囲で設定される鈍角が望ましい。角度αが１３５°を下回ると、交点Ｔの部分に加工のバリが生じやすくなる。また、角度αが１５０°を上回るとその分シール部２６が大径となり、回転弁が大きくなってしまう。

シール部材５のシール面５ａが球面部１５の位置にあるときには、この球面部１５に押圧されて弾性変形した状態になる。一方、弁体３が回動され、シール面５ａが流出入口１０、１１又は排出口１２の何れかの流路に対向したときには、弾性変形が解除されてシール面５ａが流路側に突出する。このとき、突出しようとするシール面５ａが面取り部２７によりスムーズにガイドされるため、シール部材５がシール部２６の縁部位に引っ掛かることがなく回動操作を円滑に実施できる。弁体３の全閉時には、シール面５ａが面接触によりシール部２６にシールしてシール性が向上する。面取り部２７の面取り巾寸法は、シール部材５が摺動しやすく、シール部材５に傷が付きにくい大きさであるとよい。

弁体３は、ボデー２の開口部２２より弁体収納部１６に挿入され、蓋部材４により上下方向に位置決めされつつ回転自在に取付けられる。弁体３において、弁体収納部１６の球面部或はテーパ面部との対向位置には、球状面部或はテーパ状面部が形成される。本実施形態では、球面部１５の対向位置に球状面部２８が弁体３の一部として設けられ、この球状面部２８の外周面が半球状に形成される。

図２、図３において、球状面部２８の外周面には、流出入口１０、１１、又は排出口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、３１、３２と交差する横方向には、流出入口１０、１１、又は排出口１２と対向可能な装着溝３３が形成される。装着溝３３には、流出入口１０、１１又は排出口１２を閉止可能な弾性を有するシール部材５が着脱可能に装着され、バルブ本体１がシール部材５によるシングルシート構造に設けられる。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に嵌合可能な略円板状に形成される。具体的には、シール部材５の少なくとも球面部１５に対向する面は、平面（フラット）に形成している。図示しないが、貫通口と、流出入口及び排出口とはそれぞれ４方以上であってもよく、この場合、貫通口と、流出入口、排出口との間隔はそれぞれ９０°未満となる。

貫通口３０、３１、３２は、流出入口１０、１１、又は排出口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、又は排出口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、３１、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にすることもできる。フルボア形の場合には、他のタイプに比較して圧力損失を抑えることが可能であり流量特性が向上する。

図１〜図３において、弁体３の上部には上ステム３５が一体又は別体に設けられ、この上ステム３５にハンドル７を取付け可能になっており、そのハンドル取付位置に嵌合突部３６が形成されている。弁体３の上ステム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て弁体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、球面部１５に挿入可能な形状に設けられ、この場合、貫通口３０、３１、３２とシール部材５とが流出入口１０、１１、又は排出口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２８に相当する部位が半球面以外の形状であってもよい。このような球状面部２８や前述のテーパ状面部は、少なくとも弁体収納部１６の球面部１５或はテーパ面部との対向位置で、且つ装着溝３３を設ける領域に形成すればよく、他の領域の弁体形状は、貫通口３０、３１、３２を設置することができれば、他の形状であってもよい。球状面部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の回転で調節して弁体３の増締め量を規制可能に設けられている。

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、又は排出口１２の何れかをそれぞれシール可能であり、一方、流出入口１０、１１又は排出口１２からずれたときに各流路に流体を流すことができる。

蓋部材４は、開口部２２を被蓋可能な蓋状に設けられ、その上部外周に円柱部４０が形成されている。円柱部４０の外周にはＯリング４２が装着され、ボデー２の開口部２２にシール状態で嵌入可能な外径に設けられている。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を締付け可能になっている。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いることで、全体の軽量化が図られている。図２において、蓋部材４は高さが低く抑えられるように設けられ、これによりバルブ本体１の全体高さも抑えられる。

前記弁体３は、Ｏリングからなるシール部材４７を介して上ステム３５がボデー２の挿着穴１８に軸装され、シール材４７´を介して下ステム３７が蓋部材４の挿着穴部４５に軸装されている。これにより、バルブ本体１がボデー２と蓋部材４との間に弁体３が軸支されたトラニオン構造に設けられる。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。この隙間寸法４６は、本発明の回転弁を組み立てた際の隙間Ｇよりも大きく設けており、弁体３の増締めに影響のないように寸法を設定している。

図示しないが、弁体収納部１６の下部内周面と弁体３の下部外周面との間には、後述の保持リングが介在されていてもよい。保持リングを装着した場合、この保持リングが弁体３の下部底面と蓋部材４の上面との間に介在されることで、弁体３の蓋部材４方向への移動が規制される。

弁体３の下ステム３７と蓋部材４の挿着穴部４５との間には、ばね部材６が装着され、このばね部材６の弾発力でシール部材５を押圧し、流出入口１０、１１、又は排出口１２の何れか一つが密封閉止され、流出入口１０、１１と排出口１２、或は流出入口１０、１１同士が貫通口３０、３１、３２を介して連通可能に設けられている。このばね部材６は、シール部材４７´の外方（非流路側）に配置しているので、流体に接することがなく、過度に耐腐食性を考慮する必要がなく、材料選定も容易で、耐久性に優れた配置としている。

ばね部材６は、例えば皿ばねからなり、蓋部材４の締付けにより圧縮されて弁体３を挿入方向に押し込み可能になっている。ばね部材６を設けることで、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）封止性も確保される。さらに、ばね部材６によりボデー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が装着される。ばね部材６は、弾発力を有していれば皿ばね以外の態様であってもよい。ここで、前述の弁体収納部１６の球面部１５に対向して弁体３の球体面部２８を挿入したときには、シール部材５にくさび効果が発揮されることでシール部材５によるシール面圧が高まる。そのため、ばね部材６の弾発力を低く抑えることができ、このばね部材６を小型化できる。
このばね部材６を介して、シール部材５の押圧力を調整しながら前記蓋部材４で開口部２２を被蓋し、蓋部材４によって弁体３を増締め可能に設けている。

図１〜図３において、排出口１２には、例えば排気用のオリフィス８が装着されていてもよい。オリフィス８は、図４に示した座ぐり部２４に収納可能な外径に設けられ、その中央部には、所定の穴径の連通孔６０が穿孔される。オリフィス８は環状のカバー６１で被蓋され、このカバー６１がボデー２にネジ６２で螺着されて固定される。この構成により、オリフィス８を取付けたときには排出口１２が所定の口径に絞られ、一方、オリフィス８を取り外したときには排出口１２の口径より圧力空気が排気可能に設けられる。図示しないが、カバー６１を固定するボデー２の雌ネジは、例えばボデーの４箇所に９０°間隔で形成される。
排出口１２には、図示しない防塵キャップが上記雌ネジを用いて向きを自在に設定し、着脱可能に設けられていてもよく、この場合防塵キャップにより排出口からの異物の浸入が防がれる。

本実施形態では、排出口１２にオリフィス８が着脱可能な構造に設けられているが、排出口１２側には流出入口１０、１１と同様に螺合部が設けられていてもよい。この場合、排出口１２、及び流出入口１０、１１には、図示しないエルボ管、或は排出音を低減するための消音器、逆止用のリフトチャッキ弁などのチャッキ弁等の他の部品を螺合により接続することが可能になる。また、図示しないが、排出口１２の排出側に圧力空気の方向を変更可能なノズルが螺子等により取付けられていてもよい。

図１に示したハンドル７の操作により弁体３が開閉可能に設けられ、このハンドル７には図示しない略十字形状の嵌合穴が設けられ、この嵌合穴が嵌合突部３６に嵌合可能に設けられる。ハンドルは嵌合穴を介して上ステム３５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３６は略十字形状以外の嵌合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５２が形成され、このストッパ部５２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°回転操作して流路を切換え可能になっている。

図１〜図３において、バルブ本体１を組付ける場合、先ず、排出口側にオリフィス８を収納した状態にし、この上からネジ６２でカバー６１を固定してオリフィス８をボデー２に固定する。一方において、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下部から挿入し、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に接触している。

次いで、下ステム３７に図示しないワッシャを伴ったばね部材６を装着し、蓋部材４の挿着穴部４５に下ステム３７を挿入させながら、雄ねじ４３と雌ねじ２３との螺着により蓋部材４をボデー２下部から一体化し、蓋部材４によりスラストワッシャ９´を介して弁体３を押圧する。このとき、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、蓋部材４の締付け量の調整によりシール部材５とボデーシール面とを密着させて、シール部材５にシール面５ａを形成し、ばね部材６によるシール部材５の押圧力を適切な状態にした上で、蓋部材４をボデー２に装着する。さらに、バルブ本体１を配管した状態で蓋部材４の締付け量を調整することで、シール部材５の摩耗や劣化等によるシール漏れを補修可能となる。

この実施形態では、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となっているため、蓋部材４によってボデー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。バルブ本体１は、ボデー２上方から弁体３を挿着するトップエントリ構造に設けられていてもよい。

続いて、取付穴２０の何れか一つに係止用ピン２１を取付け、上ステム３５の嵌合突部３６に嵌合穴を嵌合させ、ワッシャ部材５５を介して固着ナット５６で固定することにより、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出口１２の向きを１８０°反転可能であることと、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であることとにより、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出口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通りの回転弁を設けることが可能となる。

バルブ本体１の組付け後には、弁体収納部１６と球状面部２８との間に隙間Ｇを設けつつハンドル７を回転操作し、誤操作による事故を防止しながら弁体３を９０°ごとに回転することにより、貫通口３０、３１、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が流出入口１０、１１、１２の何れかが密封シールした状態になる。

図４（ａ）においては、左右の流出入口１０、１１を連通させて圧力空気を供給可能にし、シール部材５で直接排気口１２を封止した状態を示している。図４（ｂ）においては、一次側の流出入口１０をシール部材５で封止して二次側の流出入口１１と排気口１２とを連通させた状態を示しており、この場合、流出入口１１から排気口１２を通して圧力空気が排出される。図４（ｃ）においては、一次側の流出入口１１をシール部材５で封止して二次側の流出入口１０と排気口１２とを連通させた状態を示しており、流出入口１０から排気口１２を通して圧力空気が排出される。
これら以外にも２つの流出入口１０、１１と排気口１２との全てを連通可能に設けた状態がある。しかし、これは、回転弁を例えば鉄道車両用の排気弁として使用する場合に適していないため、その説明を省略する。

なお、図示しないが、バルブ本体のボデーに３つ以上の流出入口を設け、これら流出入口の間に１つの排出口を設け、流出入口のうちの少なくとも何れか１つと排出口とを連通させるようにしてもよい。
また、オリフィスを装着することなく、ボデーの排出口に所望の排出口面積を有する連通孔を直接孔開け加工により形成してもよい。

次いで、本発明における回転弁の上記実施形態における作用を説明する。
本発明の上記実施形態におけるバルブ本体１は、球面部１５を有する弁体収納部１６に流入口１０、１１、排出口１２を略同口径に形成し、開口部２２より貫通口３０、３１、３２、シール部材５を有する球状面部２８を備えた弁体３を回転自在に挿入し、流出入口１０、１１、排出口１２と、貫通口３０、３１、３２とのフルボア口径による連通状態を確保し、シール部材５で何れか１つの流出入口１０、１１又は排出口１２を密封閉止し、流出入口１０、１１と排出口１２、或は流出入口１０、１１同士を貫通口３０、３１、３２を介して連通可能に設けていることにより、圧力損失を抑えながら低トルク性により操作性を高め、かつ封止力を高めつつシール部材５の摩耗を抑えることによりシール性を向上できる。

この場合、バルブ本体１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が圧力により二次側に移動することがなく、弁体３側に流出入口１０、１１又は排出口１２を閉止するシール部材５を配設していることで、一般的なボールバルブのように複数のボールシート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。このため、ボデー２の球面部１５や弁体３の球状面部２８、シール部材５が高い加工精度を必要とすることなく、部品点数を少なく全体を簡略化して小型化・軽量化できる。

弁体収納部１６の球面部１５、より具体的には流出入口１０、１１のシール部２６の加工精度を確保することで、ボデー２に弁体３を挿入して蓋部材４で被蓋したときの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。組立時には、シール部材５を所望の位置に取付けることで多彩な流路の切換えが可能になる。また、シール部材５を１ヶ所のみに配置すればよいため、一、二次側にボールシートが配設されたフローティングボールのように密封空間が形成されることがなく異常昇圧の発生を回避する。

弁閉時には、シール部材５が流出入口１０、１１又は排出口１２のシール部２６に押圧されてシール面５ａが弾性又は塑性変形し、高いシール性を発揮して異物の混入や流体の漏れを確実に防止する。例えば、高温空気の供給によりシール部材５が膨張しようとした場合にも、ばね部材６による与圧構造でシール封止力が加わ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ぎ、低温時にシール部材５が収縮しようとした場合にも、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、振動に対しても強くなって安定したシール性能を発揮する。
上記のことから、コンパクト性を維持しながら高圧の圧力空気に対しても高い封止性を発揮する。

組立時には、予めシール部材５を装着した弁体３をワンピース構造に設けたボデー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を螺着するだけで簡単に組み込みでき、ワンピース構造によって配管後のボデー２からの外部漏れを防止できる。シール部材５や消耗部品等の交換時には、ボデー２を配管から外す必要がないため組付け作業や消耗部品等の交換時の工数を最小限に抑えることができる。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、例えば鉄道車両の配管に用いる場合にも、その接続やメンテナンスが容易になり振動に対しても漏れ等を防止して安全にこれらの作業を実施できる。

さらに、組立時に、蓋部材４を開口部２２に螺着し、かつ、雄ねじ４３を雌ねじ２３に螺合させたときに球面部１５と球状面部２８との間に隙間Ｇを設け、弁体３の球状面部２８と球面部１５を無摺動で回転できるようにし、シール部材５に閉止時のみに流体圧力が加わるようにしているので、グリース等の潤滑剤を用いることなくシール部材５の摩耗を最小限に抑え、しかも、流体圧による変形や移動も防ぎ、シール部材５の高シール性、耐久性を維持できる。シール部材５の摩耗が抑えられることで経済性にも優れる。

開口部２２を蓋部材４で増締め可能に被蓋し、この蓋部材４に装着されたばね部材６の弾発力でシール部材５が何れか一つの流出入口１０、１１、１２を密封閉止することにより、シール部材５の摩耗に応じてばね部材６が適量伸びるように追随することでシール性を確保できる。さらに、経年劣化や弁体３の繰り返しの開閉動作により、シール部材５が摩耗してシール性の維持が難しくなった場合には、蓋部材４を増締めすることでシール部材５の押圧力を強くしてシール性を回復できる。このため、シール部材５を頻繁に交換する必要もない。シール部材５には流体圧力から偏った圧力が加わり難く、その変形を防いで耐久性を高めている。

２つの流出入口１０、１１において、圧力空気の供給口が入れ替わることで排出口１２から排気する為のハンドル操作が異なる場合でも、上ステムにハンドル７を嵌合穴５１を介して９０°間隔で任意の向きに装着可能に設け、ボデー２に９０°間隔に設けた取付穴２０の何れか一つ又は二つにストッパ部５２が係止可能な係止用ピン２１を取付けていることによりハンドル７を任意の開閉操作方向に装着でき、一種類のボデー２、ハンドル７を用いて、異なる配管場所や向きに取付けて狭い設置スペースにも操作性を確保しながら設置できる。

この場合、ハンドル７の回転操作時には、ストッパ部５２が９０°間隔で係止用ピン２１に係止することで、誤作動を防ぎながら所定角度まで確実に操作でき、狭い場所や暗い場所などにバルブ本体１が設置されている場合でも、規制位置までハンドル７を回転することで容易に弁体３を所望の開閉状態まで操作できる。

前述したバルブ本体１は、例えば圧力空気が流れる管路の一部に設けられるが、圧力空気に限られることはなく、水やその他の各種流体にも適用される。
例えば、バルブ本体１は図６に示した管路８０の一部として設けられ、この場合、流出入口１０、１１と排出口１２とが管路８０に接続され、バルブ本体１によって管路８０の流路が切換え可能に設けられたり、排出口１２から流体を排出可能に設けられている。

管路８０においては、メイン流路８１に、二つのバルブ本体１、１、制御弁８３、この制御弁８３の１、２次側にユニオン継手８４、８４が配置されている。管路８０にはバイパス流路８５が設けられ、このバイパス流路８５は、メイン流路８１の１次側のバルブ本体１で分岐され、二つのエルボ管８６、８６を介してメイン流路８１の２次側のバルブ本体１に合流される。

この構成により、不要なチーズ管やバルブを削減して部品点数を少なくしてバイパス流路８５をコンパクト化でき、配管部品の材料コストを削減し、配管重量を軽量化でき、しかもバルブ操作を簡素化できる。更に、バルブ本体１に図示しないパージ用のバルブを取付けることにより、バイパス流路８５を構成するブロックごとにパージでき、管路８０内の圧力検査、流体のサンプリング、流体パージ、圧力リリーフなどを実施できる。

管路８０において、メイン流路８１に流体を流す場合には、１、２次側のバルブ本体１、１を回転操作してバイパス流路８５方向への流体通過口を封止状態にし、制御弁８３により流量・圧力制御しながらメイン流路８１に流体を流すようにすればよい。

一方、バイパス流路８５に流体を流す場合には、１次側のバルブ本体１をメイン流路８１方向の流体通過口を封止するポート位置に回転操作し、２次側のバルブ本体１を回転操作して上流側のメイン流路８１の流体通過口を封止させるようにする。これにより、例えば、メンテナンス時において、流体がバイパス流路８５を流れるようになる。

図７に示すように、上記のバルブ本体１を鉄道車両９０用の急速排気弁として用いることもできる。この場合、排気弁を鉄道車両の管路に接続し、図２に示す排出口面積Ｓを適宜に調整することにより、緊急時又は保安時などの自動扉開閉装置用配管から排気する排気時間を一定に設定可能にすることが可能になる。

バルブ本体１は、二点鎖線で示した鉄道車両９０の自動扉開閉装置１００を駆動する空気配管１０１の主管１０２、枝管１０３の管路途中に配設され、又は管路分岐部１０４に複数配設可能に設けられる。各バルブ本体１には所定の口径のオリフィスが取付けられ、このオリフィスの排出口面積Ｓが適宜設定されて排気時間が一定になるように調節される。

これによって、バルブ本体１の鉄道車両９０への配設位置に応じて、空気配管１０１全体の小型化と軽量化を図りつつ、扉開閉時のパターンの変化により配管容量が変わる場合であっても、一定の短時間での排気が可能になる。その際、バルブ本体１を軽い力で操作でき、一体構造のボデー２を介して空気配管１０１に接続できるため圧力空気の外部漏れも防がれる。

さらには、バルブ本体１を鉄道車両９０の車両内部又は車両外部の開扉用の空気配管１０１の途中に設けるようにすれば、鉄道車両９０の内部及び外部から自動扉１０５を手動操作で開状態にできるため、緊急時や保安時に空気配管１０１の所望のエリアを迅速に排気することができる。

鉄道車両９０の配管には、一次側にコンプレッサからなる圧縮装置１１０、チャンバー、アキュムレータからなる空気溜め部１１１が設けられ、これらに自動扉開閉装置１００を駆動するための圧力空気の供給・排気路である空気配管１０１が接続されている。空気配管１０１には、内部に図示しない電磁弁の開閉により駆動するシリンダーを有する自動扉開閉装置１００、バルブ本体１が配設される。この鉄道車両９０において、圧縮装置１１０により生成された圧力空気は、空気溜め部１１１を介して空気配管１０１に供給される。

実線で示した空気配管１０１は、途中で管路分岐部１０４となるＴ字継手により、枝管１０３である左右の第１分岐路１２２、第２分岐路１２３に分岐され、これらの第１・第２分岐路１２２、１２３に複数の自動扉開閉装置１００がそれぞれ設けられている。空気配管１０１の主管１０２、枝管１０３の管路途中には、前述した２方形のバルブ本体１がそれぞれ配設される。又、Ｔ字継手１０４の代わりとして、管路分岐部にバルブ本体１を設けてもよい。これらのうち、Ｔ字継手１０４よりも一次側に設けられるバルブ本体１は、配管路の流出入口１０、１１と排出口１２とを貫通口３０、３１、３２を介して連通して全ての自動扉開閉装置１００への圧力空気を排出するか、或は流出入口１０、１１同士を、貫通口３０、３１、３２を介して連通して全ての自動扉開閉装置１００に圧力空気を供給可能に設けられる。

第１分岐路１２２、第２分岐路１２３において、Ｔ字継手（管路分岐部）１０４と自動扉開閉装置１００との間に設けられるバルブ本体１は、Ｔ字継手１０４側の配管路の流出入口１０、１１と排出口１２とを連通して左右それぞれの側における全ての自動扉開閉装置１００への圧力空気を排出するか、或は流出入口１０、１１同士を連通して左右それぞれの側における全ての自動扉開閉装置１００に圧力空気を供給可能に設けられる。

各自動扉開閉装置１００の一次側に設けられるバルブ本体１は、この自動扉開閉装置１００への流出入口１０、１１を排出口１２とを連通して当該自動扉開閉装置１００への圧力空気を排出するか、或は流出入口１０、１１同士を連通して当該自動扉開閉装置１００に圧力空気を供給可能に設けられる。

この実施形態では、バルブ本体１が鉄道車両９０の内部と外部とにそれぞれ設けられ、各バルブ本体１を開閉操作することで鉄道車両９０の内外から自動扉開閉装置１００への圧力空気を排出又は供給可能になっている。より詳しくは、第１分岐路１２２、第２分岐路１２３よりも一次側のバルブ本体１は、図示しないが、通常時は鉄道車両９０内部の適宜位置に蝶番で開閉可能に設けられたガラス板に隠された状態で設けられ、緊急時や保安時などにはこのガラス板を開けることで鉄道車両９０内からハンドル７で手動操作可能になっている。鉄道車両９０外部の左右側、及び前後側に露出した状態で設けられるバルブ本体１は、鉄道車両９０外部の各方向から手動操作可能に設けられる。各自動扉１０５の上方に設けられるバルブ本体１は、蝶番で開閉可能に設けられた鋼板に隠された状態で設けられ、鋼板を開けることで鉄道車両９０内から手動操作可能に設けられている。

図７において、常時運転時には、全てのバルブ本体１の流出入口１０、１１同士が連通され、圧力空気を自動扉開閉装置１００まで供給可能な状態になっている。この場合、電磁弁の開閉によりシリンダーが駆動されて自動扉開閉装置１００が自動で開閉操作されることにより、鉄道車両９０への乗降等が可能になっている。

鉄道車両９０の各バルブ本体１の排出口１２には、排出口面積Ｓの異なるオリフィス８を装着し、何れの排気状態でも排気時間を一定に設定可能にしながら、この排気時間を短縮可能に設けている。これにより、鉄道車両９０によって異なる扉開閉用空気配管１０１の容量（長さ）や、バルブ本体１の配設位置に影響を受けることなく、バルブ本体１の配管状態でオリフィス８の穴径を外部から設定して手動扉開操作までの時間を調整し、本実施形態では、例えばφ１０ｍｍの排出口をワンピース構造のボデーで実現可能となり、空気配管１０１内の圧力を、例えば５秒以内に排出して扉を開操作できる。

しかも、バルブ本体１を空気配管１０１の主管１０２、枝管１０３の管路の途中、又は管路分岐部１０４に配設できるため、鉄道車両９０ごとに異なる空気配管１０１について所望の位置に配置でき、流路を切り換えて所望の位置から急速排気して鉄道車両９０内の一定領域内を所定時間以内に排気できる。さらには、配管が複雑化した場合にも、その配管の所定位置にバルブ本体１を設けて圧力空気の排気時間を所定以内に短縮できる。バルブ本体１内にばね部材６を介して弁体３を装着していることで、ばね部材６により鉄道車両９０の振動を吸収して封止性を維持できる。

次に、本発明の回転弁の第２実施形態を説明する。なお、この実施形態において上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８においては、本発明の回転弁の他の実施形態を示している。この実施形態におけるバルブ本体１３０においては、ボデー２内の内周の一部にテーパ面部１３１、図９の弁体３の外周のテーパ面部１３１との対向位置にテーパ状面部１３２をそれぞれ形成し、弁体３の装着溝３３にはシール部材１４０を装着したものである。さらに、バルブ本体１３０内には保持リング１４１が装着されている。

ここで、前述した第１実施形態のようにボデー２内の内周の一部が球面部１５である場合には、この球面部１５が凹状球面であることにより、前述のシール部材５のように流出入口１０、１１、又は排出口１２の流路への対向部位をフラット状に設けた場合にも、このシール部材５がシール部２６よりも流路側に突出することを防止できる。
一方、図８のボデー２内の内周の一部にテーパ面部１３１を設けた場合には、このテーパ面部１３１にシール部材を上記球面部１５と同じ形状に設けたときには、シール部材が弁閉状態でシール部２６よりも流路内に押し出される状態になり、この状態から弁体３を回転するとシール部材が流路口縁に無理に接触して傷付く可能性がある。

これを回避するため、バルブ本体１３０では、図１０に示すようにシール部材１４０における流路側に押し出される領域Ｒを予め削除しておくことが望ましく、この場合には、このシール部材１４０のシール部２６への無理な接触を防いで破損や消耗を防止すると共に、弁開操作を円滑におこなうことができる。具体的には、ボデー２内周の一部がテーパ面部１３１、弁体３の一部がテーパ状面部１３２に形成されている場合、弁全閉時におけるシール部材１４０の流路との対向面、すなわち非シール面１４２がテーパ面部１３１に摺接しない形状であればよく、この非シール面１４２に領域Ｒや、或は図８に示した凹状球面状の凹み１４３などが形成されていればよい。これにより、非シール面１４２の摺接による破損や摩耗を防止できる。

さらに、シール部材１４０の非シール面１４２には座ぐりからなる図示しない逃げ部が設けられていてもよい。このシール部材１４０のシール面１４４は、シール部２６に面当りにより押圧されるために流路側に飛び出すように弾性変形するおそれがあるが、逃げ部を設けた際には、弾性変形部位がこの逃げ部側に変形することにより、流路側への突出が防止される。

シール部材１４０の非シール面１４２に凹み１４３や逃げ部を設ける場合、これらを適宜の形状や大きさに設け、シール面１４４を弁体３の回転時におけるシール部２６との摺動抵抗やシール性を向上できるアール形状などに形成することが望ましい。

このバルブ本体１３０では、弁体３の回転軸芯をＬ、テーパ状面部１３２あるいは前述の球状面部の下端、すなわち円柱状の突設部１５０との境界をＭとすると、シール部材１４０はその中心線Ｐが、ＬとＭとの交点Ｑを通るように設置することにより、回転弁をコンパクトな構造としつつ、弁体３を円滑に回動することができる。

図８の保持リング１４１は、シール部材１４０よりも強度が大きく、線膨張係数の小さい材料により環状に形成され、例えばＰＯＭ（ポリオキシメチレン）などの樹脂材料により設けられる。ＰＯＭはＰＴＦＥの約９０％の線膨張係数であり、この材料で保持リング１４１を設けたときには、シール部材１４０のシール面圧の低下を防ぐことができる。

仮に、シール部材１４０と同等の線膨張係数の保持リング１４１を用いた場合には、温度変化によるシール部材１４０と保持リング１４１の寸法変化が同一傾向となり、シール部材１４０の封止性能が損われる可能性がある。特に、低温時における寸法の縮小に影響を及ぼした場合、封止性能低下・封止面圧低下が生じるおそれがある。

保持リング１４１は、例えばリン青銅などの金属材料で設けられていたり、或は分割体により構成されていてもよく、また、リング状以外の部分的な部品であってもよい。保持リング１４１を金属材料により設けた場合、摩耗粉の発生と金属片の配管機器への悪影響を考慮した上で安全性を確認するとよい。

保持リング１４１を設ける場合、弁体３にはテーパ状面部１３２から円柱状の突設部１５０が形成され、この突設部１５０とテーパ状面部１３２との境界位置に装着段部１５１が設けられる。保持リング１４１は、弁体収納部１６の下部内周面である円周状の開口部２２と、弁体３の装着段部１５１により形成された下部外周面１５２との間に介在され、かつ、装着段部１５１により形成された弁体３の底面側の底面縁部１５３と蓋部材４の上面１５４とが対向した間隙に装着される。

保持リング１４１の装着後には、テーパ面部１３１の開口部２２との境界部位において、ボデー２と保持リング１４１との間にはクリアランスＣ１が設けられ、弁体底面部１５５と蓋部材上面１５４との間にクリアランスＣ２が設けられる。これにより、保持リング１４１は、クリアランスＣ１内を軸方向に移動可能になり、クリアランスＣ１の範囲内において弁体３を締付け方向に押圧可能になっている。クリアランスＣ２を設けていることにより、弁体３の底面側と蓋部材４の上面側とが接触摺動することを防止して、これらが摩擦により摩耗したり、或はトルクアップしたりすることを回避している。

図８に示すように、蓋部材４がボデー２の所定位置に螺着固定され、保持リング１４１が弁体３と蓋部材４との双方に当接状態で装着されていることで、弁体３の蓋部材４方向への移動が規制されている。

このように弁体収納部１６の下部内周面の開口部２２と弁体３の下部外周面１５２との間に保持リング１４１を介在させることにより、この保持リング１４１の外周側と開口部２２、内周側と弁体３装着段部１５１の下部外周面１５２とで、挿着穴１８の軸芯と弁体３の回転軸の軸芯とを調芯しつつ、シール部材１４０の圧縮代分を一定に確保することが可能となり、シール部材５の圧縮反力による偏芯作用を吸収してシール面圧の不均衡をなくすことにより開閉操作性能を向上することが可能となる。

これを詳細に説明すると、シール部材１４０による封止性を高めるためには、保持リング１４１には組立時の予荷重を均一に確保することが要求される。すなわち、弁体３に装着されたシングルシートのシール部材１４０に予荷重を加えて圧縮する際には、弁体３の操作軸心に対して片持ちの圧縮反力が加わるため、上ステム３５側を支点に弁体３が傾く現象が生じる。この傾きを是正しないまま組立を完了すると、開閉操作時には弁体軸とボデー側の軸受側との接触が不均な一点あたりとなり、流体圧力によって異常摩耗を生じ、トルク増加・摩耗・かじり現象などの円滑な動作に悪影響を及ぼす現象が生じる。シール部材５の接触が均一でない場合、封止漏れを生じやすくなる。
これらを回避するためには、シール部材５に予荷重を均一に与えて片持ちによる偏心傾きを是正し、弁体軸のラジアル方向の調心を確保する必要がある。これを満足するためには、保持リング１４１の内周側と弁体３の下部外周面１５２、保持リングの外周側と開口部２２との間の軸受機能を高める必要がある。

組立状態において、シール部材１４０のシール面１４４にばね部材６の圧縮荷重が適切に加わるようにするためには、保持リング１４１には以下のような構成が必要になる。すなわち、保持リング１４１の上面側と底面縁部１５３、下面側と蓋部材上面１５４とをそれぞれ接触させて軸方向の隙間寸法の発生を防ぎ、ばね部材６組立時のシール部材１４０の圧縮寸法を適切な状態に確保することで、ばね部材６による組み込み荷重を安定して確保できる。

以上のように保持リング１４１を構成することにより、シール部材１４０の材料の種類による剛性の大小の変化を吸収し、成形後のシール面１４４に作用させる封止荷重を所望の大きさに設定できる。また、シール部材１４０の摩耗による寸法変化を、バルブ本体１３０の外部から測定することもでき、シール部材１４０の摩耗量を蓋部材４の回転によるねじ込みで補填できるとともに、補填後の封止荷重も容易に一定に確保可能となる。

バルブ本体１３０は、弁体３の一次側のみに装着されたシール部材１４０をボデー２のシール部２６に押圧シールする構造であるため、弁体３は、弁座シール面圧の反力により上ステム３５がボデー２で軸支されている部分を支点に二次側に傾く現象を生ずる。前述したように、少なくとも弁体３の外周とボデー２の内周との間に保持リング１４１を装着することにより、この保持リング１４１がいわゆるラジアルベアリングとして機能してこの傾きを是正できる。
ここで、弁軸からの距離が離れるほど弁体３からボデー２に伝達されるラジアル方向の荷重が小さくなることから、弁体３の最大外周位置に保持リング１４１を装着することが望ましい。

さらに、上記のように蓋部材４に装着されたばね部材６で弁体３を常時押圧することにより、所定の弁座シール面圧を維持する構造を採用している。その際、蓋部材４と弁体３との間に装着した保持リング１４１でばね部材６の押圧量を規制することで、バルブ本体１３０の組立時や、後述の蓋部材４の増締め時にばね部材６を過度に押圧することを防ぎ、このばね部材６の弾発力を維持している。

保持リング１４１は、少なくとも蓋部材４と弁体３との間に装着されていれば良く、上述した弁体３の偏心を防止する機能と兼用できるように弁体３の最大外周位置に装着することが望ましい。

このように、本実施形態の回転弁においては、弁体３の偏心防止機能と、シール部材１４０によるシール面圧を維持するためにばね部材６の初期設定荷重を回復する機能とを１つの保持リング１４１で実現できるため部品点数の削減が可能になり、弁体３の最大外周位置で且つ蓋部材４に対向する開口部２２内で突設部１５０を設け、この突設部１５０により断面Ｌ字状の装着段部１５１を設けているため、弁体の高さを低く維持しながら装着段部１５１に保持リング１４１を装着し、バルブ本体１３０をコンパクト化できる。

蓋部材４と弁体３との間に保持リング１４１を装着することで、この保持リング１４１がいわゆるスラスト荷重を受けるベアリングとしても機能する。このベアリング機能により弁体操作時に低摩擦及び低トルク性を発揮し、ばね部材６の圧縮代を設定値にし、過大圧縮によってへたりが生じたりばね部材６によるばね機能が失われたりして、シール部材１４０の封止性が低下することを防いでいる。
保持リング１４１は、前述した第１実施形態のバルブ本体１に対しても第２実施形態と同様に装着可能であり、この場合にも前記と同様の機能を発揮可能となる。

保持リング１４１をバルブ本体１３０に組み込む場合、先ず、シール部材１４０を装着した弁体３をボデー２側に押し、シール部材１４０をいわゆる予荷重によりボデー２のシール部２６に押圧し、シール部材１４０にシール面１４４を形成する。その際、蓋部材４の締め込み量により予荷重の大きさを調節し、シール部材１４０が塑性変形を生じることのない弾性変形の範囲内の歪み量で押圧をおこなうようにする。例えば、シール部材１４０がＰＴＦＥの場合、歪み量が約３％程度となるようにすればよい。このとき予荷重されたシール部材１４０のシール面１４４が封止の基準面となり、シール部２６の表面に存在する微小な凹凸に対してシール部材１４０を密着させて馴染ませるようにする。

続いて、予荷重により形成されたシール面１４４を基準面として、封止に必要な荷重をばね部材６によりシール部材１４０に加える。この場合、シール部材１４０は、シングルシート構造により設けられているため、受圧荷重は、本体耐圧検査圧力による受圧荷重を受け、また、シール部材１４０の流体封止に必要な封止圧力は、流体圧力の約２倍程度の押付け圧力を封止面積に加えることがよい。この場合の封止圧力をシール部材１４０の弾性域内とする。ばね部材６の組み込む際の荷重としては、これらに摩擦ロス、シート摩耗代を加えるようにするとよい。

バルブ本体１３０の使用時には、弁体３の開閉操作に伴ってシール部材１４０が摩耗するが、このシール部材１４０がばね部材により弁体３で押圧されて上方に付勢されているためにシール面圧は略一定に維持される。
従って、シール部材１４０が摩耗するに従って上ステム３５のボデー２上面からの突出量が増すようになり、これによってシール部材１４０の摩耗状況を外部から視認できる。さらには、例えば、上ステム３５の突出量を測定したり、上ステム３５に適正位置を表示させることでシール部材１４０の交換時期を把握することもできる。

シール部材１４０とシール部２６とのシール面圧を回復させるためには、蓋部材４をねじ込んでシール部材１４０をシール部２６側に押圧するように増締めをおこなうようにする。この際、蓋部材４と弁体３との隙間は保持リング１４１により確保されているので、蓋部材４と弁体３との間に装着されているばね部材６を過度に押圧することなく初期設定荷重を回復することができる。

具体的に説明すると、図８においてバルブ本体１３０の組立て直後においては、クリアランスＣ２、蓋部材４と弁体３との間の軸方向のばね部材６の設定荷重時の装着長さが所定の長さになり、ばね部材６の弾発力によってシール部材１４０が軸方向に所定の圧縮量で変形して所定のシール面圧を発揮できるようになる。
バルブ本体１３０の操作回数が増加すると、シール部材１４０の摩耗等によりばね部材６が弾発方向に伸長しようとすることで所定のシール面圧を確保することが難しくなる。このため、蓋部材４による増締めをおこなって所定のシール面圧まで回復されることが必要になる。

本実施形態において、所定量の増締めをおこなう場合には、弁体３の蓋部材４方向への移動が規制されていることで、蓋部材４の締付け量をばね部材６の弾発力を介して直接シール部材１４０のシール面圧として反映でき、蓋部材４の締付け時に圧縮力をコントロール可能となる。これにより、ばね部材６の圧縮量を一定に確保して所定のシール面圧を維持でき、シール部材１４０の材料の種類や大きさなどに応じてシール面圧を設計値に沿って変えた場合にも、増締めにより所定のシール面圧まで回復できる。しかも、増締め時には、ばね部材６が圧縮したときの全密着を回避できるため、ばね部材６のへたりや、これに起因するばね部材６の機能の喪失を防止し、シール面圧の低下によるシート漏れを確実に回避できる。
増締め時には、弁体３が保持リング１４１のラジアルベアリング機能により径方向にガイドされていることでステムの軸心方向に円滑に移動し、シール部材１４０に偏荷重を加えることなく均等な変形量を維持できる。

図１１〜図１３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。
このバルブ本体１６０では、ボデー１６１の胴部１７１の表裏面（側面）に座面部１６２が設けられ、この座面部１６２の一方側に突起部１７０が形成されている。突起部１７０は球面突状に形成され、この突起部１７０を介して図示しないクランプによるボデー１６１の表裏面側からの把持が規制される。これについて、以下に詳述する。

通常、回転弁等のバルブをねじ込みにより接続して配管施工する場合、固定されたパイプ（配管）に対してバルブを取付ける場合と、固定されたバルブに対して配管を取付ける場合とがある。固定された配管にバルブを取付ける場合には、バルブの配管取付け用に管用ネジが加工された接続部側に設けられた六角部分にスパナ等の工具を掛け、この工具でバルブを回転させて配管にねじ込むようにし、一方、固定されたバルブに対して配管を取付ける場合には、バルブの配管取付け側のバルブの配管取付け用に管用ネジが加工された接続部側の六角部分に工具を掛け、この工具でバルブの回転を防ぎながら配管をレンチ等の別の工具でバルブにねじ込む場合が一般的である。

しかし、バルブの胴部分の表裏面（側面）には、排気孔用横穴を加工するための鋳物ブラインド座や、バルブの開閉状態の確認用のスイッチ取付け用の取付け座が設けられることが多く、実際の作業では、これらの座を両側から万力で把持してバルブを固定したり、締付工具でクランプしながらのねじ込み接続が行われてしまう場合がある。しかも、これらの座は、バルブの胴部分からの出っ張り寸法が設計的に必要な大きさで設定され、かつ座面が平坦面で成形されることが多いため、把持用の座と誤解されやすい。一方、仮に、これら鋳物ブラインド座やスイッチ取付け用座などを設けない場合でも、鋳物座が胴部分に残ることで、この鋳物座を把持して配管接続する可能性が高い。

これらのように、バルブの胴部分を挟み込んで配管接続する場合、胴部分と六角部分との間の接合部分にねじの締付け荷重による応力が集中したり、ボデーが変形しやすくなる。その結果、ボデーの流出入口側のシール面が変形してしまい、このシール面に対して弁体のシール部材が正しくシールできなくなって、流体のシート漏れや外部漏れなどの発生につながる可能性がある。

これに対して、本実施形態では、上記のようにボデー１６１側面の座面部１６２に突起部１７０を形成したことで、この突起部１７０を視認してクランプ用の座部でないことを確認できる。これにより、仮に、誤って座面部１６２をクランプしようとしても、突起部１７０の球面がクランプの平面に当接してバルブ本体１６０が不安定に回転移動し、不安定な締付けとなることで座面部１６２へのクランプを確実に防止できる。よって、胴部１７１の両端側に形成した六角面部１７２への工具の取付けを誘導し、この六角面部１７２を工具で保持して配管締付け時に胴部に応力が加わりシール面を変形させることを防止しつつ配管を接続できる。

しかも、突起部１７０は、加工代相当の微小な出っ張り寸法であれば十分にその機能を発揮できることから、突起部１７０を切削等の加工で除去可能な大きさに設定すれば、この突起部１７０を除去して座面部１６２をブラインド座やスイッチ取付け用座として簡便に使用できる。従って、低コストでボデー１６１を製作でき、バルブ本体１６０のコンパクト性も維持可能となる。

座面部１６２は、ボデー１６１の表裏面の何れか一方、或は双方に設けられていればよく、この座面部１６２上の少なくとも一方側に突起部１７０が形成される。座面部１６２が胴部１７１の表裏面の双方に設けられている場合、突起部１７０がこれらの何れか一方、或は双方に形成されていればよく、突起部１７０の形成時には、座面部１６２の中央からずれた位置に設けることが望ましい（図示せず）。これにより、例えば、胴部１７１の表裏面に設けた座面部１６２に対して、突起部１７０を非対称位置に形成することで、誤ってクランプ等でボデー１６１を挟もうとしたときに一層不安定になり、確実に座面部１６２への把持を阻止できる。

ボデー１６１には、予め両側に座面部１６２を設けるようにし、これら座面部１６２の排出口１２の穿孔位置に突起部１７０を形成するとよい。この場合、ボデー１６１の任意の側の座面部１６２に排出口１２を穿孔する際に、穿孔作業と同時に不要な突起部１７０を切削除去できる。このため、突起部１７０の除去作業を別途必要とすることがなく、残りの突起部１７０をクランプ防止用として残すことも可能になる。図示しないが、突起部１７０は、球面突状以外であってもよく、例えば、円錐状や尖頭球状などの各種形状に設けることも可能である。

さらに、本実施形態においては、図１２、図１３に示すように、胴部１７１から六角面部１７２にかけて、テーパ状の肉厚部１７４を設けている。この肉厚部１７４の形成により、胴部分と六角部分との間にくぼみを有する一般的なバルブに比較して、胴部１７１と六角面部１７２との間の強度が飛躍的に向上する。そのため、配管接続時の締付け荷重による応力集中を確実に防止し、ボデー１６１の変形によるシール部２６のゆがみを防いで配管接続後のシール性を確保できる。

なお、作業者が誤って座面部１６２をクランプした場合には、突起部１７０にクランプの押圧力が集中することから、突起部１７０が変形したり、パイプレンチ等のクランプ金具の圧痕が残る。これにより、弁座漏れの一因が座面部１６２のクランプによるものであることを認識することができる。

本発明の回転弁は、前述した鉄道車両用急速排気弁としての用途以外にも、例えば、以下に例示するような技術分野において、それぞれ２方、３方、４方、或は多方回転弁等としても使用することができる。すなわち本発明は、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・組み立てがおこない易く減菌・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、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、不凍栓の一部又は全部を構成する弁或は不凍性が要求される管路の一部、タンクローリ、散水車、ジェットパック（粉粒体運搬車）などの特装車に用いられる配管系の一部、蒸気配管・空調冷媒配管・冷凍機冷媒配管の管路の一部、工場設備の空気圧或は水圧配管の一部、スプリンクラー設備の配管システムの一部、サニタリー設備の配管系の一部等としても使用することができる。

Claims (5)

1. ボデー内の内周の一部に形成した球面部或はテーパ面部を有する弁体収納部に流出入口と排出口とを形成し、前記弁体収納部より開口させた開口部より弁体を回転自在に挿入し、この弁体の外周の前記球面部或はテーパ面部との対向位置に球状面部或はテーパ状面部を形成し、さらに、前記流出入口又は排出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出口を閉止するシール部材を装着し、前記開口部を蓋部材で被蓋したときに、前記シール部材で何れか１つの前記流出入口又は排出口を密封閉止し、前記流出入口と排出口、或は前記流出入口同士を前記貫通口を介して連通可能に設けると共に、前記弁体収納部の前記開口部である下部内周面と前記弁体の下部外周面との間に保持リングを介在させ、この保持リングを前記弁体と前記蓋部材との間に装着したことを特徴とする回転弁。
2. 前記蓋部材と前記弁体との間にばね部材を装着し、前記開口部を被蓋した前記蓋部材で前記シール部材を増締め可能とし、かつ前記ばね部材を介して前記シール部材を前記ボデーのシール面に押圧可能に設けた請求項１に記載の回転弁。
3. 前記流出入口と排出口とを管路に接続してこの管路の流路を切換えるか或は前記排出口から流体を排出可能に設けた請求項１又は２に記載の回転弁。
4. 前記ボデーの表裏面の何れか一方、或は双方に座面部を設けると共に、この座面部上の少なくとも一方側に前記ボデーの表裏面側からの把持を規制する突起部を形成した請求項１乃至３の何れか１項に記載の回転弁。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の回転弁の前記排出口面積を適宜に調整して緊急時又は保安時などの自動扉開閉装置用配管から排気する排気時間を一定に設定可能にしたことを特徴とする鉄道車両用急速排気弁。

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