JP2004060708A

JP2004060708A - 弁棒ライニング部のシール構造

Info

Publication number: JP2004060708A
Application number: JP2002217339A
Authority: JP
Inventors: Koji Seki; 關　宏治
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: JP3880902B2

Abstract

【課題】確実なシールを長期にわたって維持する弁棒ライニング部のシール構造を提供する。
【解決手段】弁部１１と、弁部から突出した弁棒１２と、弁部表面及び弁棒表面の所定領域を覆ったフッ素樹脂からなるライニング１３とを備えた弁体１０の弁棒１２において、弁棒１２の外径より大きく弁棒１２を覆うライニング１３の外径より小さい大径部１５がライニングで覆われた弁棒１２の所定領域であってかつ弁棒全周にわたって形成され、これによって、フッ素樹脂のコールドフローに起因する弁棒ライニング部のシール性低下を防止する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、フッ素樹脂のライニングを備えた弁体の弁棒ライニング部におけるシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から流体の流量を制御する際や流路の開閉を行う際に、例えばダイアフラム操作弁や電動弁等のバルブが一般的に用いられている。
【０００３】
かかるバルブの一般的な構造を図３に示す。このバルブ７は、流体の流路を内部に形成するハウジング７０と、ハウジング７０内に収容され流路の開度を調整する弁体８０と、ハウジング７０に設けられ弁体８０の弁部８１が着座する座面７１と、ハウジング７０と弁体８０の弁棒８２との間に介装されたガイドブッシュ９１と、弁棒８２の端部に連結されたシャフト９２と、シャフト９２をハウジング７０内で支承するベアリング９３等を備えている。また、かかるシャフト９２の端部は、例えばダイアフラム操作弁の場合、布等で補強されたゴム膜からなるダイアフラム（図示せず）に連結されている。そして、ダイアフラムは、操作空気圧力を受けてその空気圧力を変化させることによって弁体８０の位置を制御するようになっている。
【０００４】
一方、近年、上述のようなバルブを食品製造プラントや薬品製造プラントに使用する機会が多くなっている。このような用途に使用されるバルブは、一般にサニタリバルブと呼ばれ、バルブの弁体の所定領域に耐腐食性や耐摩耗性に優れたフッ素樹脂からなるライニングを設けていることが多い。このようなフッ素樹脂をバルブの構成材料にしたものとして、例えば特開平１０−２９２８７８号公報（流量調節弁及びその弁棒）、特開平１０−３１８３８３号公報（バルブとその製造方法）に記載されたバルブがあげられる。
【０００５】
以下、図４に示す従来型のサニタリバルブの構造について説明する。このサニタリバルブの弁体８０は、弁部８１と、弁部８１の平坦な端面側（着座部８１ａと反対面側）から突出し、先端にシャフト９２との螺合用ネジ部８２ａが形成された弁棒８２と、弁部８１全体及び弁棒８２の一定領域を覆うフッ素樹脂からなるライニング８３とから構成されている。そして、ライニング８３は、図５に示すように、分割された金型１００（１０１〜１０３）に弁部８１及び弁棒８２自体を中子として収容し、金型１００の一端注入口１０３ａからフッ素樹脂を注入する、いわゆる射出成型またはトランスファー成型によって弁部８１及び弁棒８２周りに形成されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかるサニタリ仕様のバルブにおいては、弁体８０とこれを囲繞するライニング８３の端部との間に流体が侵入すると雑菌等が発生するため、確実なシール構造が求められている。そして、このシール構造の一例として、図４に示すＯ−リング８５を使用したものが考えられている。すなわち、ライニング８３の端面８３ａとこの端面８３ａと接触するシャフト９２等の間にＯ−リング８５を介装させてシール性を確保する構造である。
【０００７】
しかしながら、例えばフッ素系樹脂であるパーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ；Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ−ａｌｋｏｘｙｆｌｕｏｒｏ　ｐｌａｓｔｉｃｓ）をライニング樹脂として使用した場合、以下の問題を生じる。
【０００８】
ＰＦＡ樹脂は、耐薬品性・耐熱性・断熱性に優れた性質を有する反面、接着性が悪く、熱膨張率が大きいという性質を有する。また、ＰＦＡ樹脂は弾性変形領域内において応力がかかった状態で保持されているとき、ガラス転移温度（２８５℃）以下であっても樹脂がいわゆるコールドフローと呼ばれるクリープ（塑性変形）を起こすことが知られている。
【０００９】
このため、弁棒８２の長手方向にライニング８３を施した場合、応力の作用する方向のフッ素樹脂部が長くなり過ぎ、フッ素樹脂が容易に収縮する（やせ細る）。その結果、Ｏ−リング８５を介装したシール部の面圧が低下し（図４におけるライニング端面とシャフト端面との隙間Ｇ参照）、この部分における確実なシールを長期にわたって確保することができない。また、ＰＦＡ以外の例えばＦＥＰ、ＥＰＦＥ等のフッ素樹脂においてもこのような問題は同様に生じる。
【００１０】
本発明の目的は、かかる従来の問題点を解消し、弁棒ライニング部と弁棒との確実なシールを長期にわたって維持する弁棒ライニング部のシール構造を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明にかかる弁棒ライニング部のシール構造は、弁部と、当該弁部から突出した弁棒と、弁部表面及び弁棒表面の所定領域を覆ったフッ素樹脂からなるライニングとを備えた弁体において、弁棒の外径より大きく弁棒を覆うライニングの外径より小さい大径部がライニングで覆われた弁棒の所定領域に弁棒全周にわたって形成されていることを特徴としている。
【００１２】
大径部が弁棒の所定領域に全周にわたって形成されているので、フッ素樹脂からなるライニングのコールドフローを生じ難くする。その結果、弁棒に接続されるシャフトとライニング端面との間のシール性を確保することができる。
【００１３】
また、本発明の請求項２に記載の弁棒ライニング部のシール構造は、請求項１に記載の弁棒ライニング部のシール構造において、大径部には貫通孔が形成されていることを特徴としている。
【００１４】
大径部に形成された貫通孔にフッ素樹脂が入り込んだ状態でライニングが成型されることで、ライニングが弁棒の長手方向に固定される。従って、ライニングがコールドフローによって弁棒の長手方向に収縮するのを回避し、弁棒ライニング部におけるシール性の低下を阻止する。
【００１５】
また、本発明の請求項３に記載の弁棒ライニング部のシール構造は、請求項１に記載の弁棒ライニング部のシール構造において、大径部の端面または側面のうち少なくとも一方に有底穴が形成されていることを特徴としている。
【００１６】
かかる有底穴にフッ素樹脂が入り込んだ状態でライニングが成型されることで、ライニングが弁棒の長手方向に固定される。これによって、ライニングがコールドフローによって弁棒の長手方向に収縮するのを回避し、弁棒ライニング部におけるシール性の低下を阻止する。
【００１７】
また、本発明の請求項４に記載のバルブは、請求項１乃至請求項３の少なくとも何れか一つの請求項に記載の弁棒ライニング部のシール構造を備えたことを特徴としている。
【００１８】
かかるシール構造を備えた弁棒をバルブに用いることで、当該ライニングと弁棒とのシールを長期にわたって確保することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかる弁棒ライニング部のシール構造について説明する。
【００２０】
本発明の一実施形態にかかる弁棒ライニング部のシール構造は、図１に示すように、弁体の弁棒を従来とは異なる形状としたものである。
【００２１】
具体的には、本発明の弁棒ライニング部のシール構造を適用した弁体１０は、ステンレス鋼からなる弁部１１と、弁部１１の平坦な端面側（着座部１１ａと反対面側）から突出し、先端にシャフト７２との螺合用ネジ部１２ａが形成されたステンレス鋼の弁棒１２と、弁部１１全体及び弁棒１２の一定領域を覆うフッ素樹脂からなるライニング１３とから構成され、弁棒１２の、ライニング１３で覆われた領域内であってライニング１３の端面１３ａ近傍において弁棒全周にわたって大径部１５が形成されている。
【００２２】
大径部１５は、弁棒１２の直径より大きくライニング１３の直径より小さい径寸法を有している。また、大径部１５は、上述の通りライニングの端面１３ａ近傍にこの端面１３ａに沿って形成されている。また、大径部１５の両端面（図１中、上下面）には段部１５ａ，１５ｂが形成されている。そして、大径部１５はライニング１３で覆われた領域内に形成されているので、大径部１５がライニング１３内に埋め込まれ、ライニング１３の外部に露出していない。
【００２３】
大径部１５には周囲方向に等間隔で弁軸と平行に多数（図１中では１６個）の貫通孔１５ｃが穿設され、この貫通孔１５ｃにはライニング材の一部が入り込み、ライニング１３の一部を形成している。
【００２４】
ライニング１３は、例えばフッ素樹脂の一つであるＰＦＡ（パーフルオロアルコキシフッ素樹脂）からなり、従来例で示した図５の金型１００と同等の金型を利用して形成される。具体的には、弁体の弁部１１及び弁棒１２を型の中子として図５に示す金型１００内に配置し、金型１００の注入口１０３ａからフッ素樹脂を注入する。この際、大径部１５に形成された貫通孔１５ｃは、図５の金型１００内での弁棒１２の配置状況から明らかなように、注入口１０３ａからフッ素樹脂が注入される方向が大径部の貫通孔１５ｃの穿設方向と一致しているので、ライニング成型時に貫通孔１５ｃにフッ素樹脂が無理なく入り込むことができる。従って、いわゆる射出成型やトランスファー成型によってかかる構造のライニング１３を備えた弁体１０を容易に製造することができる。
【００２５】
なお、ライニング１３に使用するフッ素樹脂は、ＰＦＡに限定されず、ＦＥＰ（四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン樹脂）、ＥＴＦＥ（エチレン−四ふっ化エチレン樹脂）、ＰＣＴＦＥ（三ふっ化塩化エチレン）、ＰＶＤＦ（ふっ化ビニリデン樹脂）、ＰＶＦ（ふっ化ビニル樹脂）などを使用しても良いことは言うまでもない。
【００２６】
続いて、かかるバルブにおける弁棒ライニング部のシール構造に関する作用について説明する。
【００２７】
ライニング１３が大径部の貫通孔１５ｃに入り込んだ状態で弁棒周りに形成されているので、ライニング１３が弁棒の大径部１５とより強固に結合し、ライニング１３と弁棒１２とが弁軸方向に相対的にずれないようになっている。
【００２８】
また、この大径部１５は、ライニング１３の端部１３ａ近傍に位置しているので、いわゆるコールドフローを起こすのは、大径部上面の薄肉部１３ｂであり、従来型のライニングを備えた弁体に較べてライニング変形量の絶対値がはるかに小さくなる。
【００２９】
従って、このような構造にした上でライニング端面とシャフト端面との接合部であるシール面にＯ−リング１７やガスケット（図示せず）を介装すれば、この部分の確実なシール性を確保することができる。
【００３０】
一方、上述の弁棒ライニング部のシール構造についての第１の変形例として、図２（ａ）に示すように、弁棒２２の大径部２５における一方の（弁着座側の）段部２５ａがテーパ状に形成されていても良い。このような構造をとることで、この段部２５ａにおけるライニング厚の急激な変化を避けることができ、その結果、ライニング成型時のひけを抑制することができる。
【００３１】
また、上述の弁棒ライニング部のシール構造についての第２の変形例として、図２（ｂ）に示すように、弁棒３２の大径部３５における他方の（弁棒端部側の）段部３５ｂに弁棒全周にわたってアリ溝３５ｓを形成し、アリ溝３５ｓ内にライニング材が入り込むようにしても良い。このアリ溝３５ｓは、図２（ｂ）からも明らかなように、段部３５ｂから大径部周面に向かうように（断面視で斜めに）形成されている。このようなアリ溝３５ｓを形成することで、ライニング３３が大径部３５にしっかりと結合する。従って、コールドフローによるライニング端部の弁棒軸線方向の収縮を防止することができ、ライニング端部のシール性を確保することができる。
【００３２】
さらにまた、上述の弁棒ライニング部のシール構造についての第３の変形例として、図２（ｃ）に示すように、弁棒４２の大径部４５における直径方向に貫通孔４５ｃを穿設し、この貫通孔４５ｃにライニング材が入り込むようにしても良い。このような構成をとることによっても、上述の第２の変形例と同様に、ライニング４３が大径部４５によりしっかりと結合してコールドフローによるライニング端部の弁棒軸線方向の収縮を防止することができる。その結果、ライニング端部のシール性を確保することが可能となる。
【００３３】
以上の実施形態にかかる弁棒ライニング部のシール構造を備えたバルブ、または上記実施形態の第１の変形例乃至第３の変形例のシール構造を備えたバルブは、従来例のバルブのように弁棒とライニングとの間に空間が生じ難く、この部分にプロセス流体が入り込んで弁棒とライニングとの間のシール性が損なわれるのを阻止する。なお、かかるバルブは、図３で説明した従来例のバルブと弁棒以外は同一の構成要素を有するので、当該本発明にかかるバルブを容易に具体化することができる。すなわち、バルブのハウジング、弁体、シャフト、及びベアリング、並びに例えばダイアフラム操作弁の場合、ダイアフラムについては従来からあるものを流用して、弁棒のみを本発明にかかるライニング部のシール構造を備えた弁棒とすることで上述した効果を奏するバルブを容易に得ることができる。
【００３４】
なお、以上の説明は単座弁に関して行ったが、これとは異なり本発明に関する弁棒ライニング部のシール構造を大口径又は差圧の大きい場合に使用するいわゆる複座弁に適用することができる。
【００３５】
また、本発明に関する弁棒ライニング部のシール構造は、ダイアフラム操作弁や電動弁に限定されず、電磁弁、油圧モータ操作弁、空気圧モータ操作弁等の様々なバルブに適用可能である。
【００３６】
また、弁部や弁棒の材質はステンレス鋼に限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る弁棒ライニング部のシール構造は、弁棒の外径より大きく弁棒を覆うライニングの外径より小さい大径部が弁棒のライニング内において弁棒の所定領域に弁棒全周にわたって形成されているので、フッ素樹脂からなるライニングにおいて弁棒の長手方向に特に生じやすいコールドフローを防止することができる。その結果、弁棒に接続されるシャフトとライニング端面との間のシール性を確保することができる。
【００３８】
また、本発明の請求項２にかかる弁棒ライニング部のシール構造は、貫通孔を大径部に形成することで、この貫通孔にフッ素樹脂が入り込んだ状態でライニングが成型される。これによって、ライニングが弁棒の長手方向に固定され、ライニングがコールドフローによって弁棒の長手方向に収縮するのを回避し、弁棒ライニング部におけるシール性の低下を阻止できる。
【００３９】
また、本発明の請求項３にかかる弁棒ライニング部のシール構造は、大径部の端面または側面のうち少なくとも一方に有底穴が形成され、この有底穴にフッ素樹脂が入り込んだ状態でライニングが成型されることで、ライニングが弁棒の長手方向に固定される。これによって、ライニングがコールドフローによって弁軸の長手方向に収縮するのを回避し、弁棒ライニング部におけるシール性の低下を阻止できる。
【００４０】
また、本発明の請求項４に記載のバルブは、請求項１又は請求項２の少なくとも何れか一方の請求項に記載の弁棒ライニング部のシール構造を備えているので、当該ライニングと弁棒とのシール性を長期にわたって確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における弁棒ライニング部のシール構造を示した弁体の長手方向断面図（図１（ｂ））及びこの矢視Ａ−Ａ図（図１（ａ））である。
【図２】図１に示した弁棒ライニング部のシール構造に関する第１の変形例（図２（ａ））、第２の変形例（図２（ｂ））、及び第３の変形例（図２（ｃ））を示す弁棒長手方向断面図である。
【図３】従来から一般に使用されているバルブの軸線方向断面図である。
【図４】従来の弁棒ライニング部におけるシール構造を説明する、弁体の軸線方向断面図である。
【図５】従来のサニタリバルブのライニング成型方法をこれに使用する金型と共に示した弁部と弁棒の軸線方向断面図である。
【符号の説明】
７　　バルブ
１０　　弁体
１１　　弁部
１１ａ　　着座部
１２　　弁棒
１２ａ　　ネジ部
１３　　ライニング
１３ａ　　端面
１３ｂ　　薄肉部
１５　　大径部
１５ａ，１５ｂ　　段部
１５ｃ　　貫通孔
２２　　弁棒
２５　　大径部
２５ａ　　段部
３２　　弁棒
３５　　大径部
３５ｓ　　アリ溝
４２　　弁棒
４３　　ライニング
４５　　大径部
４５ｃ　　貫通孔
７０　　ハウジング
７１　　座面
８０　　弁体
８１　　弁部
８２　　弁棒
８３　　ライニング
８５　　Ｏ−リング
９１　　ガイドブッシュ
９２　　シャフト
９３　　ベアリング
１００（１０１〜１０３）　　金型

Claims

弁部と、当該弁部から突出した弁棒と、前記弁部表面及び弁棒表面の所定領域を覆ったフッ素樹脂からなるライニングとを備えた弁体における弁棒ライニング部のシール構造であって、
前記弁棒の外径より大きく前記弁棒を覆うライニングの外径より小さい大径部が前記ライニングで覆われた弁棒の所定領域に前記弁棒全周にわたって形成されていることを特徴とする弁棒ライニング部のシール構造。
前記大径部には貫通孔が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の弁棒ライニング部のシール構造。
前記大径部の端面または側面のうち少なくとも一方に有底穴が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の弁棒ライニング部のシール構造。
請求項１乃至請求項３の少なくとも何れか一つの請求項に記載の弁棒ライニング部のシール構造を備えたことを特徴とするバルブ。