JP2002228025A - ポートシール部材、多方向切換バルブ及び流体の方向切換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弁体内に貫通した流通孔を有する回転型の円
柱状多方向弁体と、その貫通孔とバルブケースに設ける
複数のポート間とをシールする特定のポートシール部
材、及びそれをポートに装着し、この弁体に特定の軸受
けを装着することで、各ポート間のシール性、耐久性及
びこの弁体の自動回転性等を向上させ、しかも、このバ
ルブを用いたピグ介在流体の良好な流れ方向切換方法を
提供することにある。 【解決手段】 円柱状の胴体に貫通する流通孔を有する
多方向弁体２が、内周面が円筒状のバルブケース３に回
転自在な雄雌の嵌合関係で設けられ、そのバルブケース
３の複数箇所に設けるポート９内には、円筒状でその内
径面が、リップ面（摺接面）側に拡径したテーパ面を有
するリップ型ポートシール部材１０が設けられ、且つこ
の多方向切換弁体2が互いに雄雌の嵌合関係で装着され
ている深溝玉軸受け４ａ、４ｂを介して、回転自在であ
る多方向切換バルブ1である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多方向切換バルブ
及びそれに用いるポートシール部材に関し、より詳細に
は、円柱状で、複数個の弁口を有する回転型の多方向弁
体であって、その弁口とバルブケースの複数箇所に設け
るポート間とのシール性に優れ、且つ耐クリープ変形に
優れるリップ型のポートシール部材に関する。また、本
発明は、このリップ型のポートシール部材を装着した多
方向切換バルブにおいて、シール部材に適正面圧が付与
されて、複数個のポート間のシール性能を向上すること
ができ、その耐久性に優れ、この円柱状多方向弁体の方
向切換え時の自動操作性に優れる多方向切換バルブに関
する。更に本発明は、この多方向切換えバルブの用途と
して、複数流体を循環・供給させる配管内にピグを走行
させて、例えば、異色複数流体を循環・供給させる流体
の流れ方向の切換方法にも関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、医薬・工業薬品、食品、塗
料、インキ、石油化学、石油精製等の各種の産業分野
で、原料及び製品としての各種の流体を移送（供給）す
るに際して、その流体の流路には、手動又は自動等でそ
の流路方向を切り換えるための多方向切換バルブが設け
られている。例えば、特開昭５３−６９３３１号公報に
は、このような流路に使用される多方向切換バルブとし
てのボール弁が記載されている。この多方向切換バルブ
の弁体が、いわゆる球状であって、バルブケース（又は
バルブ本体）に設ける各ポートのボール弁体側の端部位
には、この球状弁体に摺接するようにした特定形状のリ
ップ型フッ素樹脂製のシール部材が設けられているもの
である。このボール弁は、上述するような流体を扱う場
合に、従来から、流路損失を少なくすることから多用さ
れているが、通常このようなボール弁の場合、流体圧力
によるボールの移動により、ボールとケーシングの間に
液溜（ポケット）を生じさせる。

【０００３】すなわち、図１０に図示するように、バル
ブケース（又はバルブ本体）１０１に設けるポート１１
０から流入する流体は、その流れを切換える球状の弁体
１０２に貫通する流通孔１０２ａを通って、ケースの他
のポート１１１へ流路が切換えられる。また、本弁が回
転型の球状弁体であって、その弁体の回転を円滑にさせ
る観点から基本的に球状弁が選ばれるが、ボール弁体１
０２とケーシング内面の接触を防止するためや、ボール
弁体１０２とのシール性の向上のため、シールの摺接面
をできるだけ少なくする必要から、ボールとケーシング
の間に液が溜まるポケット１１２を生ずることが避けら
れない。図１０に示すように、球状弁体１０２の周囲の
隙間１１７に流体が流れ込む。図１０においては、この
ポケット１１２のケース１０１の肩部位に、特定形状の
リップ型シール部材１０６が装着されている。これによ
って、ポケット内への流体の漏洩を防止するものであ
る。

【０００４】また、特開平７−１９０２１７号公報に
は、このようなボール弁に代わって、上述したボール弁
体型バルブに構造的に生ずるポケット構造（液溜）を排
除できる多方向弁体が円柱状である回転型多方向切換弁
装置が記載されている。

【０００５】すなわち、図１１において、複数個設けら
れているうちのポート２０２，２０３及びこれらのポー
ト各間を連絡するチャンバ２０４を備えたケース２０５
と、このケースのチャンバ内に回転可能に配置された１
つの任意のポートから流入する流体を、他のポートへ流
体を切換える回転型円柱状の多方向切換弁装置である。
従って、これらの複数個の各ポートの内円周面側の開口
と、その弁体２０６の円筒外周面に設ける弁口２０１と
は、互いに対向する円弧形状のものである。そこで、こ
れらの複数個の各ポート内には、弁体２０６の外周面に
摺接する側面が、円弧形状の樹脂製のシール部材２２
４，２２５が装着され、弁体２０６の円柱状外周面とバ
ルブケース２０５の円筒状内周面との間隙には、Ｏリン
グ２１１が装着されている。また、図１１からすると、
この円柱形の弁体２０６は、ケース２０５内で回転可能
に、樹脂製又は金属製のブッシュ２１７及び支持部材２
１８により支持されている。また、弁体２０６の外周部
には、シール部材としてのＯリング２１１が設けられ、
弁体２０６の円柱外周面とケース２０５との僅かな間隙
からの流体の漏れを防止するものである。

【０００６】また、従来から、塗料等の複数色流体を共
通するラインに循環・供給させるために、共通ラインに
ピグを走行させて、ライン洗浄を併行させながら、複数
色流体の切換え供給を高効率で、しかも、流体切換え前
後のコンタミ混入を低減させ、複数流体を供給する自動
切換え供給システムが知られている例えば、特開平８−
３０９２６１号、特開平１１−１２４３６９号、特開平
１１−１４８６００号等の公報に提案されている。この
ようなシステムには、数種の多方向切換えバルブが使用
され、特に、バルブ内をピグ走行させるに際しての、ピ
グの損傷、バルブのシール性の低下等を避けられないの
が実状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のような状況にあ
って、複数個の弁口を有する多方向切換バルブにおいて
は、バルブケースに設けるポート内に、ポートと弁体の
弁口との間に流体漏洩を起こさないようにするためポー
トシール部材が装着されている。このポート内に装着さ
れるシール部材の一方端が、常時、流路を切換えるた
め、回転するボール状弁体又は円柱状弁体の外周面に摺
り合うことになる。また、このシール部材の摺接面は、
弁体に設ける複数個の弁口に対向して、各ポートと弁口
とを導通させるに際しては、弁口をその周縁部から塞ぐ
ようにするためから、通常、シール部材の摺接面がリッ
プ形状であることが好適である。このようなシール部材
の摺接面は、リップ面とも称され、従来から、一般的
に、リップ型のポートシール部材として多用されてい
る。

【０００８】従って、流体の流路を切換えるに際して
は、弁体の外円周面に摺接するこのシール部材のリップ
面には、装着時に当初から加わる所定の摺接応力、弁体
作動時に加わる摩擦抵抗、更には摺り応力等が加わる。
特に円柱状弁体において、これに対向させるポートシー
ルのリップ面にあっては、全周が均一面で摺接するボー
ル状弁体に比べて、より複雑な応力が複合されて作用す
る傾向にあり、シール部材に及ぼされる変形がより複雑
且つ大きくなる傾向にある。その結果、多数回に及ぶ弁
体の開閉作動（方向切換え作動）による流体方向切換え
使用の経時においては、リップ面及びシール自体が変形
してそのシール性を著しく低下させて、流体の漏洩等の
トラブルを発生させる。

【０００９】このようなシール材としては、化学的・熱
的安定性に優れ、低摩擦特性を有する観点から、従来か
ら適材としてＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂が、このような
シール部材として使用されている。また、この素材は、
有機高分子樹脂に特有であるクリープ変形を起こしやす
いが、その反面、高荷重域で荷重が増大しても摩擦抵抗
が増加しにくいという特性を有している。従って、従来
から、リップ型シールとしてこれらの素材が好適に使用
され、このような高荷重域での荷重に対する特性を利用
し、シール部材に及ぼす摩擦抵抗を少なくするために、
弁体とシール部材との接触面積を小さくし、弁体から受
ける高荷重域での負荷を負担し、相対的に摩擦抵抗を減
少させる観点から、弁体等に加わる負荷や、管内の流体
自体の圧力によって、自由に変形して緩和吸収するリッ
プ型シールを用いて、このクリープ変形を防止しようと
しているが、未だ十分に満足される対策がなされている
リップ型シール材が得られていないのが実状である。

【００１０】すなわち、リップ部の接触部の面積が大き
いと（リップ部の変形部の面積が大きいと）、低負荷域
でも摩擦抵抗が増大して、本来変形すべきでないシール
部材自体が、装着面から浮き上がるように変形すること
がある。このようなシール部材のリップ面以外に及ぼす
変形は、例えば、シール部材を肉厚にして、歪み等の変
形を避けるために、シール部材を肉厚にすると、シール
部材と弁体との接触面積の過大な増加と共に、摩擦抵抗
の増大をも招きやすいので、このリップ型シールを用い
るに際しては、特にリップ部分に加わる変形を適正且つ
減少させることが重要である。

【００１１】そこで、既に上述した特開昭５３−６９９
３１号公報には、ボールバルブのシール部材として、そ
の摺接面積を小さくして接線方向の力を小さくして、ク
リープ変形がシール部材の本体に及ぼさぬようにした特
定のリップ面及びその形状を有するリップ型ボールシー
ルが記載されている。しかしながら、このようなリップ
型ポートシールにあっては、バルブの切換え駆動時に
は、上述した如くの複雑な変形応力が加わる。しかも、
弁体が球状か、円柱状かによって、この弁体の外周面に
対向して摺接するリップ面の形状相違に係わって及ぼさ
れるクリープ変形も著しく相違する。従って、球状弁体
に基づくシール性を円柱状弁体にそのまま対応させるこ
とは、極めて困難な傾向にあると言える。

【００１２】そこで、本発明の目的は、球状バルブのよ
うに構造上から生じる液溜（ポケット）の心配のない円
柱状弁体のバルブで、複数個の弁口を有する回転型多方
向弁体であって、そのバルブケースに設ける複数個のポ
ート内に装着される円筒状のリップ型ポートシール部材
が、シール性及びその耐久性等に優れ、多数回に及ぶ流
路切換え時における、耐クリープ変形性に優れるリップ
型のポートシール部材を提供することである。

【００１３】また、本発明の他の目的は、弁体が円柱状
の回転型多方向弁体であって、且つ少なくとも２個以上
の複数個のポートを有し、上述するような特性を有する
ポートシール部材を、この複数個のポートに装着させ
て、多数回に及ぶ切換え使用時における複数個のポート
間において、シール部材に適正化面圧が付与されて、複
数個のポート間のシール性能を向上させ、且つこの円柱
状の多方向弁体を回転させる自動操作性に優れる多方向
切換バルブを提供することである。

【００１４】更に、本発明の他の目的は、この多方向切
換バルブの使用方法（用途）として、流体を循環・供給
させる配管内にピグを走行させて、バルブ内走行におけ
るピグ損傷を低減できる、例えば異色の複数流体を循環
・供給させるピグが走行する流体の流れ方向の切換え方
法をも提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上記課題に鑑みて、鋭意検討した結果、ポートシールの
弁体の外円周面との摺接面であるリップ面の面積を減少
させ、且つポートシール自体への変形等を防止させるこ
とに着目して、ポートに装着させる円筒状のポートシー
ル部材の形状を種々検討することで、シール性を損なわ
せずにシールの耐久性に優れるポートシールを見出し
て、本発明を完成させるに至った。

【００１６】すなわち、本発明によるポートシール部材
は、複数個のポートを有する内周面が円筒状のバルブケ
ースに、その円筒の中心線方向を軸に、回転自在な雄雌
の嵌合関係で設けられている円柱状の多方向弁体を有す
る多方向切換バルブ用の肉厚の円筒状ポートシール部材
である。この多方向弁体の胴体中に貫通して設ける流通
孔を有し、雄雌の嵌合関係で設けられている多方向弁体
の円柱外円周面とバルブケースの円筒内円周面とが、互
いにＯリングを介して微小間隙を有している。この複数
個の各ポート内には、円筒状のリップ型シール部材が、
そのリップ面を多方向弁体の円柱外円周面に摺接するよ
うに装着され、且つシール部材の内径面が、そのリップ
面側に拡径したテーパ面を形成していることを特徴とす
る多方向切換バルブ用のポートシール部材を提供する。

【００１７】また、本発明による多方向切換バルブは、
円柱状の多方向弁体が、内周面が円筒状のバルブケース
に回転自在な雄雌の嵌合関係で設けられ、そのバルブケ
ースの複数箇所に設けるポート内には、円筒状で、リッ
プ型のポートシール部材が設けられている多方向切換バ
ルブである。この多方向弁体の胴体中に貫通して設ける
流通孔を有し、雄雌の嵌合関係で設けられている多方向
弁体の円柱外円周面とバルブケースの円筒内円周面との
間が、第１Ｏリングを介して微少間隙を有している。こ
の各ポート内に装着されているポートシール部材が、そ
のリップ面を多方向弁体の円柱外円周面に摺接させ、且
つその内径面が、そのリップ面側に拡径したテーパ面を
有している。この円柱状多方向弁体の胴体中心線方向の
両外側端部位に、その中心線方向を同一軸とする深溝玉
軸受けが被さり、且つ各深溝玉軸受けが、その深溝玉軸
受けの内円周面を雌に、多方向弁体の円柱状胴体の両側
に設ける異径の円柱状面を雄として、互いに雄雌の嵌合
関係で装着されてなる多方向弁体が、このように組込ま
れてなる深溝玉軸受けを介して、回転自在であることを
特徴とする多方向切換バルブを提供する。

【００１８】更にはまた、本発明による多方向切換バル
ブを使用する用途として、例えば、流体が循環・供給さ
れる配管内にピグを走行させる、異色の複数流体を多方
向に切換え供給させる流体の流路を切換える方法におい
て、その循環・供給の配管系に請求項４〜１０の何れか
に記載する多方向切換バルブを用いる。この多方向切換
バルブの各ポートに装着されているポートシール部材
が、そのリップ面側に向けて拡径したテーパ面を有し、
且つその多方向弁体の胴体に設ける流通孔が、Ｉ字形又
はＲ状であることを特徴とするピグが流路を走行する流
体の流れ方向の切換え方法を提供する。

【００１９】これにより、図１に示すポート９ａに装着
する本発明によるポートシール部材１０は、それを拡大
図示した図７に示す如く、その内径面のリップ面１４ｓ
側にテーパ面１０ｓを設けることで、そのリップ面１４
ｓは、仮にテーパを設けない場合の図８に図示する１４
ｓ´から図７に示す１４ｓの如く摺接面積が減少し、そ
の摺接面（リップ面１４ｓ）に及ぼす摩擦抵抗や、摺り
応力等を効果的に減少させる。しかるに、ポートに装着
されているポートシール１０は、図１、２及び４から明
らかなように、弁体２の円柱状の外円周面２ｓ、ポート
９ａ〜９ｄの内円周面９ｓ及びバルブケース３のポート
１３ａ〜１３ｄの外側部位に接続する継手フランジ１１
ａ〜１１ｄ面とに囲まれ、開放面はポートシール１０自
体の内径面のみである。従って、この摩擦抵抗や、摺り
応力等に基づくこのポートシール１０に及ぼすクリープ
変形応力は、図６（ｂ）に示す如く、本発明によるポー
トシール１０では、上述したテーパ面１０ｓに沿って効
果的に逃がす（減少緩和させる）ことができ、その結
果、内径面に垂直に作用するクリープ応力が著しく減少
し、ポートシール１０に対する垂直方向ならびに内径方
向のクリープ変形を効果的に防止又は減少させる。

【００２０】すなわち、図６（ｃ）に概念的に示す如
く、Ｘ軸にリップ面に及ぼす全応力を表し、Ｙ軸にシー
ル内径面の垂直方向に及ぼすクリープ応力を表すと、こ
のポートシール１０のリップ面１４ｓにおいては、その
Ｘ軸方向の応力が０Ｃ→であるのに対して、Ｙ軸方向の
応力が０Ｄ→となる。これに対して、本発明のようにこ
のポートシール１０にテーパ面１０ｓを設けて、そのリ
ップ面１４ｓとすることで、そのＸ軸方向への全応力そ
のものが０Ａ→（＜０Ｃ→）の如く小さくなって、Ｙ軸
方向への応力が０Ｂ´→（＜０Ｄ→）となるところ、本
発明においては、テーパを設けることで、その応力の一
部がＡＢ→となってテーパ面にそって逃がすことができ
る。その結果、実際にＹ軸方向に及ぼすクリープ変形
は、応力０Ｂ→（＜＜０Ｄ→）となって著しく低減させ
られる。

【００２１】更には、上述したこのような作用を発揮す
る本発明のポートシールのシール性が、複数のポート間
においてより適正面圧を発揮させ、各ポート間におい
て、各ポートシール部材のリップ面と、対向する弁体の
弁口との軸ズレ（段差）を防止させながら、しかも、弁
体の回転性を円滑にさせる観点から、本発明において
は、弁体２の両側に、図３及び図５に拡大図示した如
く、深溝玉軸受け４ａ，４ｂを、特定な組込みがなされ
ている。これによって、バルブケース３内に雄雌関係で
嵌合されている弁体に対して、深溝玉軸受け４ａ，４ｂ
が、バルブケース３内において、常時、図３に示す如
く、弁体２を円周上にわたって、Ｌａ−Ｌｂ軸方向とＧ
ａ−Ｇｂ軸方向から同時に支持することができ、上述し
た軸ズレ（段差）の発生を効果的に防止させている。

【００２２】更には、本発明において、ピグを走行させ
る配管系において、ポートに装着するポートシールのリ
ップ面側に拡径したテーパ面が施されていることによ
り、特にピグが弁体の弁口からポートに向かって走行す
る場合に、このテーパ面によって、進入口が開かれてい
ることで、ピグがポートシール内をスムーズに通過する
ことができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、図１〜図８を参照しなが
ら、本発明によるリップ型のポートシール部材及びそれ
を装着した複数個の弁口を有する円柱状の弁体を有する
多方向切換バルブの実施形態について更に説明する。

【００２４】既に上述した本発明によるポートシール部
材は、図１及び２に示す如く、例えば複数個のポート９
ａ、９ｂ、９ｃ及び９ｄを有する内周面が円筒状のバル
ブケース３に、その円筒の中心線方向Ｇａ−Ｇｂを軸
に、回転自在な雄雌の嵌合関係で設けられている円柱状
の多方向弁体２を有する多方向切換バルブ１のこれらの
複数個の各ポート内に装着されている円筒状のリップ型
ポートシール部材１０である。すなわち、この多方向弁
体２の胴体中に貫通して設ける流通孔１２（又は流通
路）の弁口１３ａ〜１３ｄ（図３を参照）を有してい
る。本発明におけるこれらの弁口の個数は、口径、対応
させる切換え方向数によっても異なり、通常、７方弁又
は８方弁も検討されるが、少なくとも２個以上で、通
常、好ましくは２〜６個で、更に好ましくは、２〜４個
を適宜設けることができる。

【００２５】また、この多方向弁体２の円柱外円周面２
ｓとバルブケース３の円筒内周面３ｓとの間は、互いに
第１Ｏリング７ａ、７ｂを介して微小間隙を形成させて
ある。これによって、弁体２の方向切り換え時には、両
者の面の直接的な摺接が起こらないので、弁体２の回転
を円滑にさせる。また、この上述した複数個の各ポート
内には、図４に示す如く、円筒状のリップ型ポートシー
ル部材１０が、そのリップ面を多方向弁体の円柱外円周
面２ｓに摺接するように装着されている。このポートシ
ールのリップ面は、弁体の方向切換え時（流路の切換え
時）に、この弁体の弁口１３ａ〜１３ｄの周縁部に密着
（シール）するので、弁体２内の流通路の弁口を介して
各ポート間を適宜連結することができる。そこで、本発
明においては、既に上述した如くこのポートシール部材
１０の内径面が、弁体２の円柱外周面２ｓに向かってリ
ップ面側に拡径したテーパ面１０ｓを形成していること
を特徴とするリップ型のポートシール部材１０が装着さ
れている。

【００２６】このように、図１及び２に示す如くバルブ
ケース３に設ける各ポート９ａ〜９ｄに装着されている
ポートシール部材１０は、図７に拡大図示する概念断面
図に示す如く、好ましくは、外径Ｄ_０で、内径ｄ_０の円
筒状のシールで、好ましくは、その厚さ（ｔ）が肉厚で
あることが好適である。このように肉厚にすることで、
弁体２の方向切換え作動時に生ずる摩擦抵抗や、摺り応
力等によって生ずると思われる、例えば、シール部材自
体へ及ぼす撓み、変形、または、ポート内面からの浮き
上がり等を適宜吸収解消させることができる。その反
面、このシール部材を肉厚にすることによってこのリッ
プ面（摺接面）の面積を図示する１４ｓ´の如く増大さ
せて（図７参照）、その結果、摩擦抵抗、摺り応力、押
しつけ応力等を増大させて好ましくない。そこで、本発
明においては、円筒状の弁体２の円筒外周面２ｓに摺接
しているポートシールのリップ面を、図７に示す１４ｓ
のように縮小させて、弁体の方向切換え動作時にこのリ
ップ面に及ぼす摩擦抵抗や、摺り応力等の力量を低下さ
せるようにしている。

【００２７】本発明においては、既に上述した如く、図
７に図示するように、内径ｄ_０であるポートシール１０
の内周面には、そのリップ面側に向かってテーパ面１０
ｓを設けているのが特徴である。その結果、外径Ｄ_０で
肉厚であるポートシール１０に、円筒状の弁体２の円筒
外周面に摺接しながら対向するリップ面（摺接面）が図
示するように１４ｓ´と増大するところ、上述した如く
本発明におけるリープ型のポートシール１０には、テー
パ面１０ｓが施されることにより、リップ面が削られ、
図示する１４ｓのように縮小されている。このようにリ
ップ面側に向かうテーパを設けることにより、既に上述
した如くの理由によって、ポートシールの耐クリープ変
形性に対して格別顕著な作用が発揮される。本発明にお
けるこれらの事実関係は、後述する実施例と比較例とを
対比して説明するとよく理解される。すなわち、比較例
におけるクリープ変形応力によって生ずる内径収縮［内
径ｄ_０→ｄ_１，ｄ_２への収縮（図８を参照）］が、この
テーパーを設けたことによる本発明による作用効果とし
て、実施例１に発揮された事実によく符合している。

【００２８】そこで、このようなポートシール部材の材
質としては、特に限定されるものではないが、本発明に
おいては、耐薬品性、耐熱性、耐久性（低磨耗性）等か
ら、好ましくは、例えば、四フッ化エチレン−パーフロ
ロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、四フッ
化エチレン共重合体（ＰＴＦＥ）、三フッ化塩化エチレ
ン共重合体（ＰＣＴＦＥ）、三フッ化エチレン−エチレ
ン共重合体（ＥＣＴＦＥ）及びフッ化ビニリデン重合体
（ＰＶｄＦ）等のフッ素系樹脂が挙げられて好適に用い
られる。しかしながら、このような特性を有するフッ素
樹脂も、有機高分子特有であるクリープ変形を起こしや
すい欠点を有する。すなわち、シール材として弁体を回
転させるに際しては、シールの摺接面（リップ面）は、
高荷重域となるが、フッ素系樹脂は、荷重が増大しても
摩擦抵抗が増加しないという、他には見られない特異な
性質を有していることから、本発明においてもシール部
材として好適に使用するものである。

【００２９】反面、弁体が多数回にわたって方向切換え
をする経時下においては、このポートシール部材へのク
リープ変形は避けられない。すなわち、このような状況
下にあっては、その塑性変形が、一定応力の基でも時間
とともに増加して、クリープ変形を来す。例えば、後述
する比較例に見られるポートシールの内径収縮という事
実に符合するものである以上から、本発明においては、
既に上述した如く、このような樹脂素材であって、その
肉厚の円筒状のポートシール部材において、その内径面
のリップ側にテーパを設けることで、ポートシールに及
ぼすクリープ変形応力を著しく低減させて、後述する実
施例に符合する事実として、耐クリープ変形性に優れる
肉厚の円筒状の多方向切換バルブに適宜用いて、当初に
設定した所定のシール性及びその耐久性を著しく向上さ
せるリップ型のポートシール部材を提供することができ
た。

【００３０】そこで、以下に図１、２、４及び５を参照
して、既に上述した本発明による多方向切換バルブの実
施形体について、更に詳細に説明する。図１〜３に示す
如く、円柱状の多方向弁体２が、内周面が円筒状のバル
ブケース３に回転自在な雄雌の嵌合関係で設けられてい
る。図２に示す如く、そのバルブケース３の複数箇所に
設けるポート９ａ〜９ｄの各内には、上述した本発明に
よる円筒状で、肉厚のリップ型のポートシール部材１０
が装着されている（平面断面図の図２、表面断面図１を
参照）。また、この多方向弁体２の外円周面２ｓには、
その胴体中に設ける流通孔（流通路）１２（図２参照）
を介して互いに導通している複数個の弁口、例えば、図
３に示す１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを有してい
る。また、多方向弁体１の円柱外円周面２ｓとバルブケ
ース３の円筒内円周面３ｓとの間には、図１及びその拡
大概念図４に示す如く、第１Ｏリング７ａ、７ｂが設け
られ、図示されてはいないが、このＯリングを介して微
少間隙が設けられている。これらの第１Ｏリングは、図
１においては、弁体２の外円周面に設ける溝に固定支持
されているが、本発明においては、これらに限定される
ことなく、例えば、バルブケース３の内円周面３ｓに設
ける溝に適宜固定支持することもできる。また、これら
の第１Ｏリングの装着部位は、特に限定されるものでは
なく、少なくともポートの開口縁近傍を挟む任意の部位
であって、図４に拡大して図示するように、ポートシー
ル１０のリップ面（弁体２とポートシール１０との摺接
面）の外周を挟むように設けることが好ましい。

【００３１】そこで、図４に示す如く、各ポート９ａ〜
９ｄ内に装着された本発明によるテーパ１０ｓを有する
リップ型ポートシール部材１０のリップ面が、既に上述
したバルブケース３の内円周面３ｓと弁体の外円周面２
ｓと間の微少間隙に、当初から頭出しするように装着さ
れている。これによって、弁体の弁口１３ａ〜１３ｄに
対向して、各ポート９ａ〜９ｄのポートシールのリップ
面によって、弁体２内の流通路１２の弁口１２ａに対向
して、互いにＬａ−Ｌｂ方向を同軸としてポート９ａ〜
９ｄとを連結シールさせる。

【００３２】更に、本発明においては、円柱状の弁体２
の円柱外周面と円筒状のバルブケース３の円筒内周面と
が雄雌関係で嵌合されている多方向弁体２には、図３に
示す如く、この多方向弁体２の円柱状胴体の中心線方向
Ｇａ−Ｇｂを同軸として、その両外側端部位に、深溝玉
軸受け４ａ、４ｂが被せるように組み込ませることがで
きる。本発明においては、好ましくは、この各深溝玉軸
受け４ａ、４ｂが、その深溝玉軸受け４ａ、４ｂの内円
周面（図示されていないが）を雌に、円柱状多方向弁体
２の胴体外径Ｄの中心線方向Ｇａ−Ｇｂを同一軸とする
両側に設けるＤ＞ｄの関係にある異径ｄの円柱状面を雄
として、互いに雄雌の嵌合関係で組込むことが好適であ
る。これによって、図３に示す如く、多方向弁体２は、
両深溝玉軸受け４ａ、４ｂによって、弁体２がＬａ−Ｌ
ｂ方向とＧａ−Ｇｂ方向とのＸＹ軸両方向から支持され
ることがよく分かる。ここで、両深溝玉軸受け４ａ、４
ｂの内円周面を介して、これに摺合わせ関係にある、上
述した弁体２の異径ｄの円柱状面によって、多方向弁体
２が、回転自在にあることも本発明の特徴とする多方向
切換バルブである。

【００３３】また、本発明においては、図５に示す如
く、このように両深溝玉軸受け４ａ、４ｂが組込まれて
いる多方向弁体２は、好ましくは、図５に拡大図示する
概念断面図で示す如く、バルブケース３の円筒状胴体の
内円周面３ｓに、弁体２の中心線軸方向Ｇａ−Ｇｂの切
断面が２枚歯下駄形である支持蓋５、６のそれぞれが、
この両深溝玉軸受け４ａ、４ｂに被さっている。そこ
で、例えば、このバルブケース３の両外側端面の内周縁
を肩にして係止（図５に示す１５部位を参照）するよう
にして、バルブケース３の円筒状胴体の内周面３ｓに嵌
め込まれるように適宜好適に組込める。しかも、この両
支持蓋の内円周面６ｓと各深溝玉軸受け４ａ、４ｂの外
円周面４ｓとが、図５に示す如く、互いに雄雌の嵌合関
係にある。これによって、本発明においては、バルブの
組立て時に、一端、バルブケース３の各ポート９ａ〜９
ｄの中心軸Ｌａ−Ｌｂと、弁体２に設ける流通公２の弁
口１２ａとの軸合わせをしてしまえば、このように支持
蓋５、６のに支持固定されている両深溝玉軸受け４ａ、
４ｂによって、多方向弁体２の円柱外周面２ｓと、ポー
ト９ａ〜９ｄに装着されたテーパ面を有するポートシー
ル１０との摺接関係において、既に上述したポートシー
ル１０のテーパ効果による耐クリープ変形性が、より効
果的に発揮される。

【００３４】また、本発明において、図１及び図５に示
す如く、各支持蓋５、６の外円周面とバルブケース３の
内円周面３ｓとが、互いに雄雌の嵌合関係にある部位
に、必要に応じて、第２Ｏリング８ａ、８ｂを適宜設け
ることでＯリングによるシールを施すことができる。

【００３５】また、弁体の方向切換え作動時には、弁体
２に設ける流通孔１２と導通する、バルブケース３に設
けるポートは、少なくとも２個以上で、２〜６個を適宜
好適に設けることができる。そのポート数によって、２
〜４方向弁等として用いられる。

【００３６】また、本発明において、このように弁体内
に適宜設けられる流通孔（流通路）１２としては、例え
ば、Ｉ字形、Ｌ字形又はＲ状等を適宜挙げることができ
る。

【００３７】以上から、本発明による多方向切換バルブ
は、多方向弁体２が円柱状であって、この弁体２と雄雌
の嵌合関係にあるバルブケース３に設ける複数個のポー
トには、既に上述した本発明によるリップ型ポートシー
ル１０を装着されている。また、その弁体２を支持する
深溝玉軸受け４ａ、４ｂを、上述した組込み構成にする
ことにより、バルブケース３内に雄雌の嵌合関係で装着
されている多方向弁体２の方向切換えを多数回に及ん
で、自在に、しかも、自動回転によって、円滑に操作す
ることができる。

【００３８】また、本発明によるこのような多方向切換
バルブの用途として、例えば、複数の異色の塗料流体を
供給または調色させるシステムにおいて、循環・供給す
る共通ラインである配管内にピグを走行させて、このよ
うな複数流体を多方向に切換え供給させる流体の切換え
方法（システム）に有効に組込み使用することができ
る。また、このようにピグを走行させて共通配管内に複
数流体を供給させるに際しては、ピグ自体もこのバルブ
内（弁体の流通孔、ポートシール内孔）を通過すること
になる。従って、多方向弁体の胴体に設ける流通孔は、
少なくともＩ字形又はＲ状が好適に設けられる。また、
このような配管内、バルブ内を走行させて複数流体を効
果的に切換え供給させる観点から、走行させるピグとし
て、図示されていないが、通常２段スカートタイプのピ
グが一般的に使用されている。従って、従来のようなバ
ルブにおいては、特にピグのスカート部を損傷・変形さ
せる傾向にある。特にバルブのポート内を通過するに際
して、このポートに装着されているポートシールとの係
わりが大きく関与する。従って、ピグ自体のみならず、
ポートに装着されているポートシールのリップ面等の損
傷・変形を及ぼすことにもなる。

【００３９】従って、バルブに装着されるポートシール
のシール性及びその耐久性が、ピグに及ぼす損傷の有無
を伴って、流体の漏洩、コンタミの増大、または、バル
ブの開閉の自動操作性を損なうことになる。以上から、
既に上述した本発明によるポートシール及び／又は深溝
玉軸受けを組込んでなる格段顕著に発揮される作用によ
って、このような流体供給システムに本発明による多方
向切換えバルブを適宜好適に使用することができる。

【００４０】

【実施例】以下に本発明を実施例で説明するが、本発明
はこれらにいささかも限定されるものではない。 （実施例１）本発明による多方向切換バルブである３方
弁を図９に示す試験フロー装置に組込んで本発明による
ポートシール部材のシール性、その耐久性及びその耐ク
リープ性を評価した。図９において、組込まれている多
方向切換バルブ１は、ポートＡ、Ｂ、Ｃを有する３方弁
であり、３及び４方弁を表す図１、２を参照して概念的
に説明すると、これらのポートＡ、Ｂ、Ｃが、図２にお
ける、ポート９ａ、９ｂ、９ｃの３ポートに相当する。
そこで、図９に示すポートＢを共通ポートＢ（例えば、
図２に示すポート９ｂに相当する）として、このポート
Ｂを介して、図９に示すポートＡ及びポートＢ（同じく
図２に示すそれぞれポート９ａ、９ｃに相当する）に流
体方向を切換えて供給する。ここで、各ポート（共通ポ
ートＢ、ポートＡ、Ｃ）に装着したポートシール部材
は、図７に示した本発明による円筒状の内径面には、そ
のリップ面側に沿って拡径したテーパ面を有するリップ
型の円筒状ポートシール（図７参照）であり、そのシー
ル性の耐久性を試験した。

【００４１】そこで、図９の試験フロー装置図を参照す
ると、バルブ１の開閉を共通ポートＢを介して、ポート
Ａ→ポートＣ→ポートＡをバルブ切替えの１サイクルと
して、０〜２，５００、０〜８，５００、０〜２０，０
００、０〜３０，０００回を実施させて、漏れ、ポート
シールの変形の有無、弁体の回転性等を評価した。な
お、装着させたポートシールの材質は、ダイキン（株）
製のニューポリフロンＰＴＦ・Ｍ−１３９を用いた。塗
料を所定の吐出圧力で循環させながら試験フローを容器
→ポンプＰ→共通ポートＢ→ポートＡ→容器→ポンプＰ
→共通ポートＣ→共通ポートＢ→容器→へと繰返すバル
ブ開閉動作を１５秒間隔で行った。すなわち、容器から
ポートＡまでを１２秒間ポンプを起動後、１秒間停止
し、次いでポートＢへバルブを切換え、１秒間停止させ
るフロー操作をバルブの自動開閉操作（アクチュエータ
の駆動空気圧力：５．０ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ）で行った。
使用流体は、塗料シンナ混合流体を、ポンプ吐出圧力が
平均７．５ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ（イワキ製ワーシャロータ
リポンプ）で行った。その結果、何れにおいても、各ポ
ート間のシール性に異常がなく、全くバルブからの漏れ
が確認されなかった。また、図７に示す如く、３０，０
００回後においても、バルブ１に装着された本発明によ
るポートシールの内径面に対するクリープ変形がほとん
ど見られなかったが、リップ面の周辺部に多少の鍔変形
が見られた。

【００４２】（実施例２）図示していないが、配管全長
７ｍのフローに実施例１で用いた同様の切換バルブ１を
組込み、配管内に２段スカート付きピグを走行させて、
この切換えバルブによる白色から赤色への色替え試験を
行った。白色塗料（ベルコートＮｏ．５２３０−BQM1(M
Y）／シンナー＝６／４）、赤色塗料（ベルコートＮ
ｏ．５２３０−BAR2(MY）／シンナー＝６．４／３．
６）。アクチュエータ駆動空気圧力が、５．０ｋｇｆ／
ｃｍ^２Ｇである。その結果、色替え後の白色塗料中の赤
色塗料のコンタミ量は、従来のバルブに比べて極端に少
なく、特に２段スカートタイプのピグに対する損傷・変
形も、開閉２０，０００回においてもほとんど発生する
ことなく、従来のバルブでは考えられぬことで、これ
は、図８に概念的に示すポートシールの内径縮小がな
く、また、テーパ面を設けてなる進入口の広がり効果等
によると言える。 （比較例１）実施例１において、各ポートに装着した円
筒状のポートシールを図８に示したような内径面側にテ
ーパ面のないものに換えた以外は、実施例１と同様にし
てバルブ１の方向の切換えを行った。バルブ１の開閉回
数が、０〜２０，０００において、当初のポートシール
のリップ面のシール性は、良好で、２０，０００回にお
いても各ポート間の漏れは確認されなかったが、図８に
示す如く、共通ポートに装着するポートシールのリップ
面側内径（ｍｍ）が、ｄ_０＝１４．２→ｄ_１＝１３．６
に、フランジ面側内径（ｍｍ）が、ｄ_０＝１４．２→ｄ
_２＝１３．９に、それぞれ縮小していた。

【００４３】その結果、当初のリップ面１４ｓ´（Ｓ_１
Ｓ_２）が、図８［又は図６（ａ）参照］に図示するよう
にＳ_１Ｓ_３に変形して、リップ面の当初のシール性を損
ねることになる。

【００４４】

【発明の効果】以上から、本発明によれば、複数個のポ
ートを有するバルブケースに、回転自在な雄雌の嵌合関
係で設けられている円柱状の多方向弁体を有する多方向
切換えバルブに用いるポートシール部材が、シール性及
びその耐久性を得るために、弁体との摺接面であるその
リップ面の面積を減少させ、この複数個の各ポート内に
装着する肉厚の円筒状のリップ型シール部材の内径面
に、そのリップ面側に拡径したテーパ面を形成させたこ
とを特徴とするポートシール部材である。

【００４５】このようなテーパ面を設けることにより、
リップ面の弁体との摺接面積を減少させて、リップ面に
及ぼす摩擦抵抗や、摺り応力、押しつけ力等の力量が効
果的に減少し、しかも、この力量等に基づくポートシー
ルに及ぼすクリープ変形応力が、このテーパ面に沿って
効果的に逃がして減少緩和させ、ポートシールの垂直方
向（内径面）に及ぼすクリープ変形が効果的に防止でき
る、耐クリープ変形性に優れたポートシール部材を提供
することができる。

【００４６】また、本発明によるポートシール部材を、
その複数個のポート内に装着させ、円筒状のバルブケー
スに回転自在な雄雌の嵌合関係で設けられている円柱状
多方向弁体に、その同一回転軸上に、雄雌の嵌合関係で
深溝玉軸受けを被せ装着させることで、この回転軸上の
ＸＹ軸両方向から弁体が支持されて、弁体の方向切換え
時の回転を、より自在に、より円滑にさせて自動操作性
を著しく向上させる。

【００４７】また、このように組込まれた深溝玉軸受け
を介して弁体を支持することで、本発明によるポートシ
ールによるシール性は、複数のポート間においてより適
正面圧下に発揮されて、弁体の方向切換え時の各ポート
に装着されたポートシールのリップ面と、対向する弁体
の弁口との軸ズレ（段差）を防止させて、ポートと弁体
の弁口間のシール連結性を向上させ、しかも、多数回の
切換えの経時に及んで、そのシール性の耐久性を著しく
向上させる。

【００４８】更にはまた、共通配管内にピグを走行させ
て複数流体を循環・供給させる配管系に、本発明による
ポートシール部材を装着した多方向切換バルブを組込む
ことにより、例えば、異色の複数塗料流体を多方向に切
換え供給させる多方向切換バルブとして、特にピグが弁
体の弁口からポートに向かって走行する場合にも、この
テーパー面による進入口が開かれ、且つシール内径の縮
小が防止されることで、ポートシール内をスムーズにピ
グが通過し、従来のバルブに比べて著しくピグ損傷及び
コンタミを低減できるピグ走行流体の方向切換え方法を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明による多方向切換バルブの一実施例
（３方向弁）の表面断面図を示す。

【図２】 本発明による多方向切換バルブの一実施例
（４方向弁）のポート中心線の平面断面図を示す。

【図３】 本発明による多方向切換バルブの円柱状多方
向弁体に嵌合された深溝玉軸受けの拡大概念断面図を示
す。

【図４】 本発明によるポートシールの装着概念図を示
す。

【図５】 本発明による多方向切換バルブにおけるバル
ブケースに嵌合されている円柱状多方向弁体に係わる深
溝玉軸受けとその支持蓋等の概念断面図を示す。

【図６】 本発明によるポートシール部材の耐クリープ
変形性を説明する図を示す。

【図７】 本発明に使用するポートシール部材の概念表
面断面図を示す。

【図８】 比較例としての従来のポートシール部材の使
用後のクリープ変形を説明する断面図を示す。

【図９】 本発明による多方向切換えバルブを組込んだ
試験フロー装置図を示す。

【図１０】 従来のボール弁装置の表面断面図を示す。

【図１１】 従来の円柱状切換弁装置の表面断面図を示
す。

【符号の説明】

１ 多方向切換バルブ ２ 多方向弁体（弁体） ２ｓ 外円周面 ３ バルブケース ３ｓ 内円周面 ４ａ，４ｂ 深溝玉軸受け ５，６ 嵌込み支持蓋 ７ａ，７ｂ 第１Ｏリング ８ａ，８ｂ 第２Ｏリング ９ａ，ｂ，ｃ，ｄ ポート ９ｓ 内円周面 １０ ポートシール（リップ型ポートシール部材） １０ｓ テーパ面 １１ａ，ｂ，ｃ，ｄ 継ぎ手フランジ １２ 流通孔 １３ａ，ｂ，ｃ，ｄ 弁口 １４ｓ，１４ｓ´ リップ面（摺接面）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋爪 隆 東京都豊島区高田３丁目29番５号 綜研化 学株式会社内 (72)発明者 中村 拓央 埼玉県狭山市広瀬東１丁目13番１号 綜研 化学株式会社研究所内 (72)発明者 森 篤郁 新潟県中蒲原郡小須戸町大字天ヶ沢新田字 浦ノ沢253番地 有限会社森製作所内 Ｆターム(参考） 3H067 AA12 AA38 CC02 CC23 CC36 CC38 CC39 CC44 CC45 CC54 DD03 DD12 EA05 EA34 EB05 EB11 EB24 FF11 GG12 GG25 GG27 GG28 3J043 AA01 AA04 BA06 BA08 CA01 CA02 CB14 DA02

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個のポートを有する内周面が円筒状の
   バルブケースに、その円筒の中心線方向を軸に、回転自
   在な雄雌の嵌合関係で設けられている円柱状の多方向弁
   体を有する多方向切換バルブに用いるポートシール部材
   において、 前記多方向弁体の胴体中に貫通して設ける流通孔を有
   し、 前記多方向弁体の円柱状の外円周面と前記バルブケース
   の円筒内円周面とが、互いにＯリングを介して微小間隙
   を有し、 前記複数個の各ポート内には、円筒状のリップ型ポート
   シール部材が、そのリップ面を前記多方向弁体の外円周
   面に摺接するように装着され、 且つ前記ポートシール部材の内径面が、そのリップ面側
   に拡径したテーパ面を形成していることを特徴とする多
   方向切換バルブ用のポートシール部材。
2. 【請求項２】前記ポートの数が、２〜６個であることを
   特徴とする請求項１に記載の多方向切換バルブ用のポー
   トシール部材。
3. 【請求項３】前記流通孔が、Ｉ字形、Ｌ字形又はＲ状で
   あることを特徴とする請求項１又は２に記載の多方向切
   換バルブ用のポートシール部材。
4. 【請求項４】円柱状の多方向弁体と、内周面が円筒状の
   バルブケースとが、回転自在な雄雌の嵌合関係で設けら
   れ、そのバルブケースの複数箇所に設けるポート内に
   は、円筒状で、リップ型のポートシール部材が設けられ
   ている多方向切換バルブにおいて、 前記多方向弁体の胴体中に貫通して設ける流通孔を有
   し、 前記多方向弁体の円柱外円周面と前記バルブケースの円
   筒内円周面との間が、第１Ｏリングを介して微少間隙を
   有し、 前記各ポート内に装着されている前記ポートシール部材
   が、そのリップ面を前記多方向弁体の円柱外円周面に摺
   接させ、且つその内径面が、そのリップ面側に拡径した
   テーパ面を有し、 前記円柱状の多方向弁体の円柱中心線方向の両外側端部
   位に、その中心線方向を同一軸として、深溝玉軸受けが
   被さり、 且つ前記各深溝玉軸受けの内円周面を雌に、前記多方向
   弁体の円柱状胴体の中心線を同一軸とする両側に設ける
   異径の円柱状面を雄として、互いに雄雌の嵌合関係で装
   着され、 前記多方向弁体が、前記深溝玉軸受けを介して、回転自
   在であることを特徴とする多方向切換バルブ。
5. 【請求項５】前記バルブケースの円筒状胴体の内円周面
   に、中心線軸方向の切断面が２枚歯下駄形である支持蓋
   が、前記各深溝玉軸受けに被さり、前記バルブケースの
   両外側端面の内周縁を肩にして係止するように嵌め込ま
   れ、且つ前記両支持蓋の内円周面と前記各深溝玉軸受け
   の外円周面とが、互いに雄雌の嵌合関係にあることを特
   徴とする請求項４に記載の多方向切換バルブ。
6. 【請求項６】前記各支持蓋の外円周面と前記バルブケー
   スの内円周面とが、互いに雄雌の嵌合関係にある部位
   に、第２Ｏリングが設けられていることを特徴とする請
   求項５に記載する多方向切換バルブ。
7. 【請求項７】前記第１Ｏリングの装着部位が、前記ポー
   トの開口縁近傍を挟む任意部位に設けられていることを
   特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の多方向切換バ
   ルブ。
8. 【請求項８】前記ポートの数が、２〜６個であることを
   特徴とする請求項４〜７の何れかに記載の多方向切換バ
   ルブ。
9. 【請求項９】前記流通孔が、Ｉ字形、Ｌ字形又はＲ状の
   何れかであることを特徴とする請求項４〜８の何れかに
   記載の多方向切換バルブ。
10. 【請求項１０】前記多方向弁体の方向切り替えが、自動
    回転によることを特徴とする請求項４〜９の何れかに記
    載の多方向切換バルブ。
11. 【請求項１１】流体を循環・供給する配管内にピグを走
    行させて、複数流体を多方向に切換え供給させる流体の
    方向切換方法において、 前記配管系に請求項４〜１０の何れかに記載する多方向
    切換バルブを用いて、そのポートに装着されているポー
    トシール部材のリップ面側にはテーパを設けている前記
    多方向切換バルブ内に前記ピグを走行させ、且つその多
    方向弁体の胴体に設ける流通孔が、Ｉ字形又はＲ状であ
    ることを特徴とする流体の方向切換方法。
12. 【請求項１２】前記複数流体が、異色の複数塗料である
    ことを特徴とする請求項１１に記載の流体の方向切換方
    法。