JP2006009937A

JP2006009937A - 弁のシール構造

Info

Publication number: JP2006009937A
Application number: JP2004187330A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kitazaki; 伸一北崎
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】弁箱側と弁体側のメタルシート間を確実にシールし、かつ異物の侵入や噛み込みを防止きるものでありながら、弁箱側メタルシートの製作を簡単にした弁のシール構造を提供する。
【解決手段】弁箱側メタルシート２に、該弁箱側メタルシート２と弁体側メタルシート３Ａの間にシール材を供給するシール材注入孔５を設け、該シール材注入孔５に連通するシール材貯留用の環状溝６を設ける。そして、環状溝６の径方向両側位置で弁箱側メタルシート２と弁体側メタルシート３Ａが互いに面接触する弁のシール構造において、弁箱側メタルシート２には、シール材注入孔５の径方向外側位置で、環状溝６に臨出して弁体側メタルシート３Ａに弾性圧接する弾性シールリング７を取付ける。
【選択図】図２

Description

本発明は弁のシール構造に関し、弁箱側シートおよび弁体側シートが金属製であるメタルタッチタイプの弁に好適な弁のシール構造に関する。

従来より、たとえばボール弁などのメタルタッチタイプの弁に適用される弁のシール構造として、図６，図７に示すものがある。この弁のシール構造は、弁箱１の内部に環状の弁箱側メタルシート２が弁体３に対する進退を自在に取付けられ、弁箱側メタルシート２のシート面２ａは凹球面形状に形成されている。また、弁体３の弁体側メタルシート３Ａには、弁箱側メタルシート２のシート面２ａに対向して互いに面接触する凸球面形状のシート面３ａが形成されている。

弁箱１と弁箱側メタルシート２には、シール材注入孔５が設けられている。このシール材注入孔５は、入口にグリースなどのシール材を供給するシール材供給管４が接続される径方向の通路５Ａと、この径方向の通路５Ａの出口が連通する環状溝５Ｂと、入口が環状溝５Ｂに連通する複数のＬ字状の通路５Ｃと、これら複数のＬ字状の通路５Ｂの出口が開口する環状溝５Ｄとを備え、環状溝５Ｄに連通するシール材貯留用の浅い環状溝６が弁箱側メタルシート２のシート面２ａに凹入形成されている。

一方、環状溝５Ｄには、弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａに圧接されるゴムまたはＰＴＦＥなどの弾性材料によって構成された弾性シールリング７が嵌着され、この弾性シールリング７の円周方向複数箇所に貫通孔７ａが形成され、これら複数の貫通孔７ａをもって、前記シール材注入孔５の吐出出口部を構成している（特許文献１）。

前記構成の弁のシール構造によれば、弁体３の弁閉時においては、弁体側メタルシート３Ａに嵌着された弾性シールリング７が弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａに圧接されるとともに、この弾性シールリング７の径方向両側において、弁箱側メタルシート２における凹球面形状のシート面２ａと弁体３の弁体側メタルシート３Ａにおける凸球面形状のシート面３ａとが互いに面接触して、これら面接触間にシール材注入孔５から注入されたグリースなどのシール材膜が形成されているから、これら３箇所でのシール作用によって、弁箱側メタルシート２と弁体側メタルシート３Ａ間を確実にシールすることができるとともに、弾性シールリング７の径方向両側における弁箱側メタルシート２のシート面２ａと弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａとの互いの面接触により、管内の錆、砂、スラグなどの異物が両メタルシート２，３Ａ間を通って弾性シールリング７側に侵入することや、噛み込むことなどを防止することができる。

実公平５−２７７４６号公報

しかし、前記特許文献１に記載の弁のシール構造は、弾性シールリング７の径方向両側に複数の鍔部７ｂを突設し、環状溝５Ｄの径方向両側には弾性シールリング７の複数の鍔部７ｂを係合させる複数の凹部５ｄを凹設して、複数の鍔部７ｂと複数の凹部５ｄとを互いに係合させることによって、環状溝５Ｄから弾性シールリング７が飛び出すのを防止するようにしている。したがって、環状溝５Ｄの切削加工に手間がかかって、弁箱側メタルシートの製作を困難にしている問題が有る。

本発明は、このような問題を解決するものであって、その目的とするところは、弁箱側メタルシートと弁体側メタルシート間を確実にシールすることができ、かつ異物が弾性シールリング側に侵入することや、噛み込むことなどを防止することができるものでありながら、弁箱側メタルシートの製作を簡単にした弁のシール構造を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係る弁のシール構造は、弁箱の弁箱側メタルシートには、該弁箱側メタルシートと弁体側メタルシートの間にシール材を供給するシール材注入孔が設けられ、かつ該シール材注入孔に連通するシール材貯留用の環状溝が設けられているとともに、このシール材貯留用の環状溝の径方向両側位置で前記弁箱側メタルシートと前記弁体側メタルシートが互いに面接触する弁のシール構造において、前記弁箱側メタルシートには、前記シール材注入孔の径方向の少なくとも一側位置で、かつ前記シール材貯留用の環状溝に臨出して前記弁体側メタルシートに弾性圧接する弾性シールリングが取付けられていることを特徴とするものである。

前記構成によれば、弁体の弁閉時においては、シール材注入孔の径方向の少なくとも一側位置で、かつシール材貯留用の環状溝に臨出して弁体側メタルシートに取付けられた弾性シールリングが弁体側メタルシートに弾性圧接されるとともに、シール材貯留用の環状溝の径方向両側において、弁箱側メタルシートと弁体側メタルシートとが互いに面接触することによって、弁箱側メタルシートと弁体側メタルシート間を確実にシールすることができる。また、弾性シールリングの径方向両側において、弁箱側メタルシートと弁体側メタルシートとが互いに面接触することによって、異物が両メタルシートの間を通って弾性シールリング側に侵入することや、噛み込むことなどを防止することができる。

一方、弾性シールリングは、シール材注入孔の径方向の少なくとも一側位置において弁箱側メタルシートに取付けられているので、グリースなどのシール材がシール材注入孔に注入されても、高圧のシール材注入圧が弾性シールリングに負荷されることはない。

他方、高圧のシール材注入圧が弾性シールリングに負荷されないことで、弾性シールリングが弁箱側メタルシートから飛び出るおそれが消失する。このため、弾性シールリングの接着長さを短くできたり、弁箱側メタルシートに設けた単純な凹形断面構造の環状溝に嵌着して取付けることができる。

本発明においては、弁体側メタルシートのシール材貯留用の環状溝に、弁体側メタルシートに圧接した弾性シールリングの弾性変形部位を収容する弾性変形部位収容空間部を設けることが好ましい。これによると、弁体の弁閉時において、弾性シールリングが弁体側メタルシートに圧接することによって生じる弾性変形部位を弾性変形部位収容空間部に収容することができるので、弾性シールリングのスムーズな弾性変形を許容して、弾性シールリングの損傷による弾性消失を避けて、弾性シールリングの弾性付勢力によって生じるシール面圧によって確実にシールすることができる。

また、本発明においては、弾性シールリングに該弾性シールリングが弁体側メタルシートに圧接した時の弾性変形を吸収する弾性変形吸収空間部を設けることがさらに好ましい。これによると、弁体の弁閉時において、弾性シールリングが弁体側メタルシートに圧接した時点で、弾性変形吸収空間部によって弾性シールリングの弾性変形を速やかに吸収できるので、弾性シールリングの損傷による弾性消失を避けて、弾性シールリングの弾性付勢力によって生じるシール面圧によって確実にシールする作用を著しく高めることができる。

本発明によれば、高圧のシール材注入圧が弾性シールリングに負荷されないことで、弾性シールリングが弁箱側メタルシートから飛び出るおそれが消失することによって、弾性シールリングの接着長さを短くできたり、弁箱側メタルシートに設けた単純な凹形断面構造の環状溝に嵌着して取付けることができる。このため、弁箱側メタルシートの製作を簡単にすることができる。

図１は本発明をボール弁に適用した実施形態を示す半截縦断面図である。なお、図６，図７で説明した従来例と同一または相当部分には、同一符号を付して説明する。
図１において、ボール弁Ｖは、弁箱１と弁体３とを備えており、弁箱１は、その軸方向両端部に位置して各種流体輸送配管８に接続される一対の配管接続部１Ｂと、これら配管接続部１Ｂの間に位置する本体部１Ｃとからなり、本体部１Ｃには、該本体部１Ｃの流路径にほぼ等しい内径の流路３Ｂを有する弁体３が弁棒９Ａ，９Ｂとともに、その軸まわりの回転を自在に収容されており、一方の弁棒９Ａは本体部１Ｃから貫通突出して手動操作ハンドル１０を備えた弁開閉機構１１に連動連結されている。そして、一対の配管接続部１Ｂと弁体３との間に弁のシール構造Ａを設けてある。

弁のシール構造Ａは、図２および図３に示すように、弁箱１における一対の配管接続部１Ｂそれぞれの内部に弁体３に対する進退を自在に取付けられた環状の弁箱側メタルシート２と、図１に示す弁体３に設けた弁体側メタルシート３Ａとを備えており、弁箱側メタルシート２のシート面２ａは凹球面形状に形成され、弁体側メタルシート３Ａには、弁箱側メタルシート２のシート面２ａに対向して互いに面接触する凸球面形状のシート面３ａが形成されている。

弁箱１と弁箱側メタルシート２には、弁箱側メタルシート２のシート面２ａと弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａの間にグリースなどのシール材を注入するシール材注入孔５が設けられている。このシール材注入孔５は、入口にグリースなどのシール材を供給するシール材供給管４が接続される径方向の通路５Ａと、この径方向の通路５Ａの出口が連通する環状溝５Ｂと、入口が環状溝５Ｂに連通する複数のＬ字状の通路５Ｃと、これら複数のＬ字状の通路５Ｂの出口が開口する環状溝５Ｄとを備え、環状溝５Ｄに連通するシール材貯留用の浅い環状溝６が弁箱側メタルシート２のシート面２ａに凹入形成されており、このシール材貯留用の浅い環状溝６の径方向両側位置で、図４に示すように、弁箱側メタルシート２のシート面２ａと弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａが互いに面接触している。

一方、弁箱側メタルシート２には、シール材注入孔５の径方向の外側位置に、シール材貯留用の環状溝６に臨む環状溝１２が設けられ、この環状溝１２にゴムまたはＰＴＦＥなどの樹脂からなる弾性材料によって構成された弾性シールリング７が加硫接着または接着剤による接着などの手段によって嵌着されて、シール材貯留用の環状溝６に臨出し、このシール材貯留用の環状溝６から部分的に弁体３側に僅かに突出している。また、弾性シールリング７の径外面に隣接して、該弾性シールリング７が弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａに圧接した時に生じる弾性変形部位を収容する弾性変形部位収容空間部１３が、シール材貯留用の環状溝６に該シール材貯留用の環状溝６よりも深底で設けられている。

前記弾性シールリング７における弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａに対向する内端部（先端部）は、径内外の２位置に設けられて径方向中央部の空間部７Ｂを介して径方向で互いに対向する断面ほぼ半円状の一対の凸部７Ａと、これら凸部７Ａの基部の間に設けられて両者を基部側で連続させる一つの凹部７Ｃとを備えており、一対の凸部７Ａの内端部（先端部）は、シール材貯留用の浅い環状溝６の径方向両側位置で互いに面接触している弁箱側メタルシート２のシート面２ａと弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａとを結ぶ球面形曲線１４よりも弁体３側に突出し、凹部７Ｃは球面形曲線１４よりも弁箱側メタルシート２側に凹入している。

このような構成であれば、弁体３の弁閉時において、図４に示すように、弾性シールリング７が弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａに弾性圧接されることと、シール材貯留用の浅い環状溝６の径方向両側において、弁箱側メタルシート２のシート面２ａと弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａとが互いに面接触することとによって、弁箱側メタルシート２と弁体側メタルシート３間を確実にシールすることができ、かつ図１に示す各種流体輸送配管８内の錆、砂、スラグなどの異物が図２〜図４に示す両メタルシート２，３Ａ間を通って弾性シールリング７側に侵入することや、噛み込むことなどを防止することができる。

なお、通常は、前述のように、弾性シールリング７が弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａに弾性圧接されることと、弁箱側メタルシート２のシート面２ａと弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａとが互いに面接触することとによって、弁箱側メタルシート２と弁体側メタルシート３間を確実にシールすることができる。しかし、万一、弾性シールリング７によるシール機能が低下した場合には、弁箱側メタルシート２における凹球面形状のシート面２ａと弁体３の弁体側メタルシート３Ａにおける凸球面形状のシート面３ａとが互いに面接触している面接触間に、シール材注入孔５からグリースなどのシール材を注入してシール材膜を形成することで、弾性シールリング７によるシール機能の低下を補償して確実にシールすることができる。

また、シール材注入孔５の径方向の外側位置において、弁箱側メタルシート２に設けられている環状溝１２に弾性シールリング７が嵌着されていることによって、シール材注入孔５にグリースなどのシール材が注入されたとしても、高圧のシール材注入圧が弾性シールリング７に負荷されることはないので、弾性シールリング７が弁箱側メタルシート２に設けた環状溝１２から飛び出るおそれがなくなる。したがって、弾性シールリング７は、弁箱側メタルシート２に設けた単純な凹形断面構造の環状溝１２に嵌着して取付けることができる。このため、環状溝１２の切削加工の手間を省いて、弁箱側メタルシート２の製作を簡単にすることができる。

一方、弾性シールリング７の径外面に隣接するシール材貯留用の環状溝６には、弾性シールリング７が弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａに圧接した時に生じる弾性変形部位１５、つまり図３に示す一対の凸部７Ａにおいて、球面形曲線１４よりも弁体３側に突出している部位が弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａに圧接した時に生じる弾性変形部位１５を、図４に示すように、弾性変形部位収容空間部１３で収容することができるので、弾性シールリング７のスムーズな弾性変形を許容して、弾性シールリング７の損傷による弾性消失を避けて、弾性シールリング７の弾性付勢力によって生じるシール面圧によって確実にシールすることができる。

他方、前述のような、弾性シールリング７の弾性変形部位１５を、弾性変形部位収容空間部１３で収容することによって、弾性シールリング７のスムーズな弾性変形を許容して、弾性シールリング７の損傷による弾性消失を避けて、弾性シールリング７の弾性付勢力によって生じるシール面圧によって確実にシールすることができる優れた作用は、弾性シールリング７における一対の凸部７Ａの間に空間部７Ｂが設けられていることで、この空間部７Ｂを、弾性シールリング７の一対の凸部７Ａにおいて、球面形曲線１４よりも弁体３側に突出している部位が弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａに圧接した時に生じる弾性変形を吸収する弾性変形吸収空間部１７として機能させて、弾性シールリング７の弾性変形を速やかに吸収することができることによっても、弾性シールリング７の損傷による弾性消失を避けて、弾性シールリング７の弾性付勢力によって生じるシール面圧によって確実にシールする作用を著しく高めることができる。

前記実施形態では、弁箱側メタルシート２におけるシール材注入孔５の径方向の外側位置に、シール材貯留用の環状溝６に臨む環状溝１２を設け、この環状溝１２に弾性シールリング７を嵌着して取付けた構造で説明しているが、シール材注入孔５の径方向の内側位置に、シール材貯留用の環状溝６に臨む環状溝１２を設け、この環状溝１２に弾性シールリング７を嵌着して取付けた構造、あるいは、シール材注入孔５の径方向の外側と内側の両位置に、シール材貯留用の環状溝６に臨む一対の環状溝１２を設け、これら一対の環状溝１２のそれぞれに、弾性シールリング７を嵌着して取付けた構造であってもよい。

また、前記実施形態では、弾性シールリング７における一対の凸部７Ａの間に設けた空間部７Ｂに、弾性シールリング７の弾性変形を吸収する弾性変形吸収空間部１７としての機能を担わせた構造で説明しているが、図５（ａ），（ｂ）に示すように、弾性シールリング７における弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａに対向する内端面（先端面）７Ｄを平坦に形成し、この平坦な内端面（先端面）７Ｄの近傍に複数の空洞部７Ｅを設け、これら複数の空洞部７Ｅに弾性シールリング７の弾性変形を吸収する弾性変形吸収空間部１７としての機能を担わせた構造、あるいは、図５（ｃ）に示すように、弾性シールリング７における弁体側メタルシート３Ａのシート面３ａに対向する内端面（先端面）７Ｄを平坦に形成し、環状溝１２の奥部に指向して、径内外の２位置に設けられて径方向中央部の空間部７Ｂを介して径方向で互いに対向する断面ほぼ半円状の一対の凸部７Ａと、これら凸部７Ａの基部の間に設けられて両者を基部側で連続させる一つの凹部７Ｃとを備え、一対の凸部７Ａの間に設けた空間部７Ｂに、弾性シールリング７の弾性変形を吸収する弾性変形吸収空間部１７としての機能を担わせた構造であってもよい。

さらに、前記実施形態では、本発明をボール弁に適用して説明しているが、バタフライ弁やゲート弁などの他の弁のシール構造として適用してもよい。

本発明をボール弁に適用した実施形態を示す半截縦断面図である。シール部の実施形態を示す断面図である。要部の実施形態を示す拡大断面図である。弾性シールリングの弾性変形によるシール状態の実施形態を示す断面図である。弾性変形吸収空間部の他の実施形態を示す断面図である。従来例の縦断面図である。従来例の要部を示す拡大断面図である。

符号の説明

１弁箱
２弁箱側メタルシート
３弁体
３Ａ弁体側メタルシート
５シール材注入孔
６シール材貯留用の環状溝
７弾性シールリング
１３弾性変形部位収容空間部
１７弾性変形吸収空間部

Claims

弁箱の弁箱側メタルシートには、該弁箱側メタルシートと弁体側メタルシートの間にシール材を供給するシール材注入孔が設けられ、かつ該シール材注入孔に連通するシール材貯留用の環状溝が設けられているとともに、このシール材貯留用の環状溝の径方向両側位置で前記弁箱側メタルシートと前記弁体側メタルシートが互いに面接触する弁のシール構造において、
前記弁箱側メタルシートには、前記シール材注入孔の径方向の少なくとも一側位置で、かつ前記シール材貯留用の環状溝に臨出して前記弁体側メタルシートに弾性圧接する弾性シールリングが取付けられていることを特徴とする弁のシール構造。
請求項１に記載の弁のシール構造において、
前記弁体側メタルシートの前記シール材貯留用の環状溝に、前記弁体側メタルシートに圧接した前記弾性シールリングの弾性変形部位を収容する弾性変形部位収容空間部が設けられていることを特徴とする弁のシール構造。
請求項１または請求項２のいずれかに記載の弁のシール構造において、
前記弾性シールリングに該弾性シールリングが前記弁体側メタルシートに圧接した時の弾性変形を吸収する弾性変形吸収空間部を設けてあることを特徴とする弁のシール構造。