JP2005155737A - 仕切弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 小さな操作力で弁体を閉止することができ、全閉直前に発生しやすいウォータハンマによる衝撃を緩和することのできる仕切弁が求められている。
【解決手段】 仕切弁１は、流体が流通する主流路２と、主流路２から分岐形成されていて主流路２との間で弁体８を出し入れ自由に収容する弁体収容空間５と、を有する弁箱３を備え、主流路２に設けられた主流路側シート面１６に弁体８の帯状弾性シート材１９が摺接して主流路２を遮断し、弁体収容空間５の分岐部分４に設けられた弁体収容側シート面１５に弁体８のリング状弾性シート材１８が摺接して主流路２と弁体収容空間５とを遮断するようになっており、主流路側シート面１６よりも流体流通方向（矢印Ｆ）上流側２Ａの主流路２と弁体収容空間５とを連通する上流側連通路３８を設けた構成にされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば上下水道、工業・農業用水の配管用バルブとして好適な仕切弁に関するものである

従来、この種の仕切弁は下記の特許文献１に開示されている。前記文献開示の仕切弁を図９および図１（但し、図１では符号３５，３７，３８の要素を省いた構成のもの）に示す。図示の仕切弁５１では、水などの流体が流通する主流路２と、主流路２から分岐して弁体８を出入自由に収容する弁体収容空間５とが、弁箱３内に形成されている。また、主流路２に設けられた主流路側シート面１６、および弁体収容空間５の分岐部分４に設けられた弁体収容側シート面１５に、弁体８の遮蔽部８ａに取り付けられた帯状弾性シート材１９およびリング状弾性シート材１８が摺接して、主流路２および弁体収容空間５を遮断するようになっている。この仕切弁５１は十分なシール性を有していて、弁体８および弁箱３を安価な材料で構成でき、補修も簡単かつ安価ですむという利点を有している。
ところで、全開時の弁体８は弁体収容空間５内（図１参照）にあり、弁体８の回りには隙間が存在するため、主流路２への流体導入と同時に弁体収容空間５内は流体で満たされる。その状態で、キャップ１３を回して弁体８を全開から全閉付近まで移動させると、弁体８のリング状弾性シート材１８が弁箱３の弁体収容側シート面１５と接触するようになっている。

特開２００３−４２３０９号公報

一般に、ゴムシール式の仕切弁を構成する部品として鋳物品が用いられるが、かかる鋳物品は鋳造状態のまま無加工で使用されることが多く、鋳造公差はゴムシート材である程度吸収するようになっている。そのため、鋳物シート面とゴムシート材間で接触時の押圧力に大小を生じることが多い。鋳物シート面とゴムシート材の押圧力が高い場合は弁体収容側シート面１５とリング状弾性シート材１８との間に、あたかもピストンとシリンダ間のようなシール効果が発生し、主流路２と弁体収容空間５とが遮断されて流体移動がなくなる。すると、全閉方向へ弁体８が移動するときの弁体収容空間５の容積変化に起因して、弁体収容空間５内に負圧が生じる。そのうえ、リング状弾性シート材１８における流体流通方向（矢印Ｆ方向）上流側１８Ａの下面には上向き（矢印３９方向）の力が働いている。これらに起因して、閉弁に必要な操作力が急激に大きくなり閉めにくくなる。特に、上流側２Ａの主流路２内の圧力と弁体収容空間５内の圧力との差が大きい場合は尚更である。

一方、非圧縮性流体を取り扱う仕切弁において弁体を急速に全閉すると、水槌現象（いわゆるウォータハンマ）により上流側２Ａの主流路２で異常上昇圧が発生し、場合によっては管路や弁体８が破損することがある。かかる水槌現象を防止するには、全閉直前に弁体８を極めてゆっくり閉めるか、異常上昇圧吸収装置（図示省略）などを管路に付設するなどの対策がとられている。
因みに、弁体８は全ストロークにおいて均一な閉弁速度で操作する必要はなく、特に全閉付近でゆっくり閉めればよい。しかしながら、キャップ１３操作による手動式の場合は閉弁速度を一定にすることが困難なため、全閉付近で急速に閉めることがあり、その場合は上流側２Ａの主流路２で異常上昇圧が生じることになる。また、前記の異常上昇圧吸収装置は管路に対しひとつまたは複数個が取り付けられるが、価格の割に十分な効果が得られないこともある。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、小さな操作力で弁体を閉止することができ、また全閉直前に発生しやすいウォータハンマによる衝撃を緩和することのできる仕切弁の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る仕切弁は、主流路と、主流路から分岐形成されていて主流路との間で弁体を出し入れ自由に収容する弁体収容空間と、を有する弁箱を備え、主流路に設けられた主流路側シート面、および、弁体収容空間の分岐部分に設けられた弁体収容側シート面に、弁体の遮蔽部が摺接して主流路および弁体収容空間を遮断するようになっており、弁体における弁体収容空間寄りの遮蔽部に横方向全周にわたる横周溝を形成し、横周溝と交差する縦周溝を弁体の遮蔽部の下端縁から両側縁にわたって連続的に形成し、弁箱の弁体収容側シート面に摺接して主流路と弁体収容空間とを遮断するリング状弾性シート材を弁体の横周溝に装着し、弁箱の主流路側シート面に摺接して主流路を遮断する帯状弾性シート材を弁体の縦周溝に装着した仕切弁において、主流路側シート面よりも流体流通方向上流側の主流路と弁体収容空間とを連通する上流側連通路を設けた構成にしてある。

また、前記の構成において、弁体収容空間と、主流路側シート面よりも流体流通方向下流側の主流路または外部とを連通する下流側連通路を設け、下流側連通路に該下流側連通路を開閉自由に閉止する開閉弁を設けたものである。

本発明の仕切弁によれば、主流路側シート面よりも流体流通方向上流側の主流路と弁体収容空間とが上流側連通路により連通しているので、上流側の主流路内の流体は上流側連通路を通って弁体収容空間内に導入される。これにより、閉弁操作の際に弁体の移動によって弁体収容空間の容積が変化しても弁体収容空間内で負圧を発生させない。加えて、上流側の主流路内の圧力と弁体収容空間内の圧力はほぼ同圧になって主流路と弁体収容空間との間に差圧を生じない。従って、閉弁に必要な操作力が小さくてすみ、弁体を支障なく円滑に閉止することができる。

また、開閉弁を備える下流側連通路を設けた場合は、弁体の全閉直前にあるいは閉弁操作に先立って、開閉弁を開くことにより、主流路側シート面よりも流体流通方向上流側の主流路内の流体の一部が、上流側連通路、弁体収容空間、および下流側連通路を経て、下流側の主流路内または外部に流れる。従って、弁体を全閉にする直前に発生しやすい異常上昇圧を、簡素な構成で安価に且つ確実に低減化することができる。

本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。ここに、図１は本発明の一実施形態に係る仕切弁の一部断面を含む正面図、図２は前記仕切弁の側断面図、図３は前記仕切弁に用いる弁体の正面図、図４は前記弁体の平面図である。但し、図９に示した従来の仕切弁と同一の構成要素には、同一の符号を付すとともにその詳細な説明を省略することがある。
各図において、本実施形態に係る仕切弁１は、前後に延びる主流路２を有する例えば鋳鉄製の弁箱３を備えている。この弁箱３では、主流路２の途中から弁体収容空間５が上方に分岐して形成されている。弁体収容空間５は主流路２との間で弁体８を出し入れ自由に収容できる広さに形成されている。弁体収容空間５の真下位置は、主流路２を周方向に内周する主流路側シート面１６となっている。主流路２と弁体収容空間５の分岐部分４は、水平方向に内周する弁体収容側シート面１５となっている。尚、弁箱３は弁体収容側シート面１５や主流路側シート面１６も含めて内外全面がエポキシ樹脂などで粉体塗装されている。

そして、上記の弁体収容空間５を成す弁箱３上部には、弁棒１０を回動自由にスラスト支持する軸受板１４が配設されている。弁箱３の上面開口は、弁棒１０を回動可能にシールするパッキン７を内蔵したパッキン箱６で封止されている。弁棒１０の上端には外部から手動で弁体８を開閉操作するためのキャップ１３が取付けられている。

弁体８の芯材は例えば鋳鉄で中空の板状に成型されていて、主流路２や弁体収容空間５の開閉に寄与する下部の遮蔽部８ａと、弁棒１０に連結される上部の操作部８ｂとから構成されている。遮蔽部８ａ左右の両側縁２７ｂ，２７ｃは正面からみて下向きに狭まる傾斜面となっていて、それぞれ垂直方向から角度α傾斜して形成されている。前記の角度αはこの例では１５度に設定されている。尚、角度αは１０度以上４０度以下に設定すればよい。角度αが１０度を下回ると、弁体８が全閉位置まで容易に移動可能で止水もしやすいが、弁体８を開くときに大きな操作力が必要となる。他方、角度αが４０度を超えると、弁体８を開くときに小さな操作力で済む反面、弁体８を閉じたときに止水が不十分になることがある。そして、遮蔽部８ａの下端縁２７ａから両側縁２７ｂ，２７ｃにわたり、縦周溝２５が連続的に形成されている。

操作部８ｂは、角箱状に形成されたコマ保持部２１と、コマ保持部２１の左右にそれぞれ突設された装着台２２，２２とで一体に構成されている。コマ保持部２１には前後に貫通したコマ装着孔２３が設けられている。このコマ装着孔２３には弁棒１０の雄ネジ部１１と螺合する雌ネジコマ１２が収容される。また、コマ保持部２１の上面から遮蔽部８ａにわたって、上下方向の弁棒収容穴９が穿設されている。遮蔽部８ａにおいて弁棒収容穴９が存在する部分は、前後に膨らんだ膨出部１７となっている。装着台２２，２２の外側面には、それぞれ雌ネジ穴２４，２４が穿設されている。そして、操作部８ｂとの境目に近い位置の遮蔽部８ａには、水平方向全周にわたる横周溝２６が形成されている。この横周溝２６は左右２箇所で前記の縦周溝２５と交差している。上記したような弁体８の芯材も全体がエポキシ樹脂粉体塗装されている。

弁体８の一部を構成するリング状弾性シート材１８は、図５に示すように、平面視で矩形リング状に形成されていて、平面視中央部に横周溝装嵌用の装着孔２８が設けられ、左右の短辺には後述の帯状弾性シート材１９と嵌合する切欠部２９，２９がそれぞれ形成されている。リング状弾性シート材１８はこの例ではＳＢＲで構成されている。かかるリング状弾性シート材１８は、装着孔２８内に弁体８のコマ保持部２１および装着台２２，２２を通して横周溝２６に装嵌される。

一方、弁体８の一部を構成する帯状弾性シート材１９は、図６に示すように、ＳＢＲなどからなり正面から見てＵ字帯状の弾性体１９ｂと、弾性体１９ｂ内にその長手方向全体にわたって埋め込まれたステンレス鋼板製の金属条体１９ａとから構成されている。金属条体１９ａの両端部は弾性体１９ｂからそれぞれ露出し、これらの露出部分にボルト挿通用の長孔３０，３０が穿設されている。

かかる帯状弾性シート材１９は、弾性体１９ｂが弁体８の縦周溝２５に装着され、弾性体１９ｂの両方の上端部がリング状弾性シート材１８の切欠部２９，２９にそれぞれ嵌め込まれる。このように、リング状弾性シート材１８および帯状弾性シート材１９が横周溝２６および縦周溝２５に装着されると、図７に示すような組み付け形態となる。尚、帯状弾性シート材１９の弾性体１９ｂはリング状弾性シート材１８の切欠部２９，２９に対し上下摺動自由である。
そして、金属条体１９ａの両端は、長孔３０，３０に通されて雌ネジ穴２４，２４に螺合するボルト２０，２０によって軽く掛止される。すなわち、金属条体１９ａの両端はコマ保持部２１，２１に対し上下摺動可能となっていて、主流路２を開閉したときの帯状弾性シート材１９の自由な逃げを確保するようにしてある。

特に、この実施形態の仕切弁１では、主流路側シート面１６よりも流体流通方向（矢印Ｆ）上流側２Ａの主流路２に対応する位置の弁箱３と、弁体収容空間５に対応する位置の弁箱３とが配管３７で接続されている。配管３７の一端は上流側２Ａの主流路２に開口した開口部３５となり、他端は弁体収容空間５に開口した開口部３６となっている。すなわち、配管３７内は上流側２Ａの主流路２と弁体収容空間５とを連通する上流側連通路３８となっている。

上記した構成の仕切弁１は、例えば上水道配管の一部として使用される。この仕切弁１において、図１のように弁体８が全開位置にあるとき、弁棒１０の下部は弁体８の弁棒収容穴９内に深く収まり、リング状弾性シート材１８および帯状弾性シート材１９は他の部位と接触していない。そこで、キャップ１３を操作して弁棒１０を回すと、雄ネジ部１１が雌ねじコマ１２に対し螺動して弁体８を下降させる。そのうち、図２に示したように、リング状弾性シート材１８が弁体収容側シート面１５と弾性的に摺接して弁体収容空間５を主流路２から遮断する。このとき、上流側２Ａの主流路２内の流体は上流側連通路３８を通って弁体収容空間５内に導入されるため、弁体８の移動による弁体収容空間５の容積変化への対応が可能であり、弁体収容空間５内における負圧の発生がない。また、上流側２Ａの主流路２内の圧力と弁体収容空間５内の圧力はほぼ同圧になるため、主流路２と弁体収容空間５との間に差圧を生じない。すなわち、リング状弾性シート材１８下面の上流側１８Ａにかかる上向き（矢印３９方向）の力は、リング状弾性シート材１８上面の上流側１８Ａおよび下流側１８Ｂにかかる下向き（矢印４０，４１方向）の力によって打ち消されるため、主流路２内の圧力に関係なく閉弁に必要なキャップ１３の操作力が小さくてすみ、弁体８を支障なく円滑に閉止することができる。

そして、上記のようにリング状弾性シート材１８が弁体収容側シート面１５に接触した後まもなく、帯状弾性シート材１９が主流路側シート面１６と弾性的に摺接して主流路２を遮断する。これにより、ゴム製のリング状弾性シート材１８および帯状弾性シート材１９が弁体収容側シート面１５および主流路側シート面１６に接して十分なシール性が確保される。
次に、主流路２を開く場合は、閉止のときと逆向きにキャップ１３が回されて、弁体８が操作部８ｂ側から弁体収容空間５内に収容される。その際も、弁体８と弁箱３とはゴムと塗膜の接触なので滑りやすく、小さな操作力で弁体８を容易に引き上げて主流路２を開くことができる。

引続き、別の実施形態の仕切弁を図８に示す。図に示した仕切弁１ａが前記した仕切弁１の構成と異なるところは、主流路側シート面１６よりも流体流通方向（矢印Ｆ）下流側２Ｂの主流路２に対応する位置の弁箱３と、弁体収容空間５に対応する位置の弁箱３とが開閉弁４６付きの配管４４で接続されたことである。配管４４の一端は弁体収容空間５に開口した開口部４３となり、他端は下流側２Ｂの主流路２に開口した開口部４２となっている。すなわち、配管４４内は弁体収容空間５と下流側２Ｂの主流路２とを連通する下流側連通路４５となっている。開閉弁４６は外部からの手動操作により下流側連通路４５を開閉自由に閉止するようになっている。

この仕切弁１ａにおいて通常は開閉弁４６を全閉状態にしてある。そこで、弁体８を全閉にする際に異常上昇圧が衝撃音などから観察されれば、開閉弁４６を開いて一部の流体を弁体収容空間５から下流側連通路４５を経て下流側２Ｂの主流路２へ流すようにする。下流側連通路４５から下流側２Ｂへ流す量は、予め実験的に弁体８の全閉操作を行い異常上昇圧が発生しないような開閉弁４６の開度を決めておく。そして、開閉弁４６を開いた状態で弁体８を全閉にし、その後開閉弁４６を全閉にすると、異常上昇圧を生じることなく主流路２の流れを完全に遮断することができる。尚、弁体８の開閉操作をくり返す場合は、閉操作前に開閉弁４６を前記の決定開度まで開いたのち、弁体８を全閉にし、次いで開閉弁４６を開くという操作を行うとよい。このように、仕切弁１ａは、全閉直前の異常上昇圧を簡素な構成で安価に且つ確実に低減化することができる。

一方、流体が水道水であって弁体収容空間５内に長期間滞留している場合、弁体収容空間５内で殺菌剤（カルキなど）の効目が低下したり水あかが溜まったりすることがある。しかしながら、この仕切弁１ａによれば、適当な期間経過ごとに開閉弁４６を開閉して弁体収容空間５内の水を入れ替えることにより、弁体収容空間５内での殺菌剤の効能低下や水あかの堆積を防ぐことができる。

尚、この実施形態では、一端が弁体収容空間５に開口した下流側連通路４５の他端を下流側２Ｂの主流路２に開口させたが、下流側連通路４５の他端を外部の配管などに接続したり、あるいは大気開放にしてもよい。

また、上記では、各連通路３８，４５を弁箱３とは別構成の配管３７，４４で構成したが、鋳造により連通路３８，４５を弁箱３内に一体に形成したものであっても構わない。
そして、本発明に用いる弾性シート材の材質は、優れたシール性と十分な耐久性を有する弾性体であれば特に限定されず、例えば合成ゴムや弾性の高い合成樹脂などを使用できる。因みに、水道用の仕切弁の場合、例えばＳＢＲ、ＮＢＲなどが好適である。

本発明の一実施形態に係る仕切弁の一部断面を含む正面図である。 前記仕切弁の側断面図である。 前記仕切弁に用いる弁体の正面図である。 前記弁体の平面図である。 前記仕切弁に用いるリング状弾性シート材の平面図である。 前記仕切弁に用いる帯状弾性シート材の正断面図である。 前記リング状弾性シート材と帯状弾性シート材を組み付けた状態を示す外観図である。 本発明の別の実施形態に係る仕切弁の一部断面を含む側断面図である。 従来の仕切弁の一部断面を含む側断面図である。

符号の説明

１，１ａ 仕切弁
２ 主流路
２Ａ 上流側
２Ｂ 下流側
３ 弁箱
４ 分岐部分
５ 弁体収容空間
８ 弁体
８ａ 遮蔽部
１５ 弁体収容側シート面
１６ 主流路側シート面
１８ リング状弾性シート材
１９ 帯状弾性シート材
２５ 縦周溝
２６ 横周溝
２７ａ 下端縁
２７ｂ，２７ｃ 両側縁
３５，３６，４２，４３ 開口部
３７，４４ 配管
３８ 上流側連通路
４５ 下流側連通路
４６ 開閉弁
Ｆ 矢印

Claims (2)

1. 主流路と、主流路から分岐形成されていて主流路との間で弁体を出し入れ自由に収容する弁体収容空間と、を有する弁箱を備え、主流路に設けられた主流路側シート面、および、弁体収容空間の分岐部分に設けられた弁体収容側シート面に、弁体の遮蔽部が摺接して主流路および弁体収容空間を遮断するようになっており、弁体における弁体収容空間寄りの遮蔽部に横方向全周にわたる横周溝を形成し、横周溝と交差する縦周溝を弁体の遮蔽部の下端縁から両側縁にわたって連続的に形成し、弁箱の弁体収容側シート面に摺接して主流路と弁体収容空間とを遮断するリング状弾性シート材を弁体の横周溝に装着し、弁箱の主流路側シート面に摺接して主流路を遮断する帯状弾性シート材を弁体の縦周溝に装着した仕切弁において、主流路側シート面よりも流体流通方向上流側の主流路と弁体収容空間とを連通する上流側連通路を設けたことを特徴とする仕切弁。
2. 弁体収容空間と、主流路側シート面よりも流体流通方向下流側の主流路または外部とを連通する下流側連通路を設け、下流側連通路に該下流側連通路を開閉自由に閉止する開閉弁を設けた請求項１に記載の仕切弁。