JP2008038919A - バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】ボールバルブのような流路を遮蔽体で断続するタイプのバルブにあっては遮蔽体を駆動するステムの軸周りのシールが不十分で、十分な機能が発揮されなかった。
【解決手段】この発明は、２個のステムリングｓの上下を、ゴムを基質として被覆したフッ素重合体操からなるＯリング（ゴムをテフロン（デユポン社の商標）で被覆したＯリング（「カルレッツ」、デユポン社商標）ｋ）でこれらを挟持し、更にステムベアリングで挟持して（シール部材）パッキング部材Ｍを構成したもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、流路中に挿入されて流体の流れを制御するバルブのうち特にそのシール構造に関する。

従来のバルブ、例えばボールバルブにあっては、ステムを駆動してその先端に組み込まれているボール（遮蔽体）を回動させ、ボールに開孔されている流路とバルブの前後に接続されている流入・流出用流路との断続制御を行って、流体の制御が行われている。
また、上記のボールバルブ以外のバルブにあってもステムを回動・動作させ遮蔽体を操作して流路の遮断操作をしているが、いずれのタイプにあってもステム周りの気密なシール構造が問題となっている。

このシール構造としては、従来例えば、ステムとステムが回動するバルブ本体に開孔されたステム孔との間隙に管状スペーサーを挿入し、このスペーサーの外面と内面とに複数の環状の溝を設け、この溝にＯリングを装着することで、ステムとバルブ本体間とのシール機能を発揮させようとしている（特許文献１を参照）。

特開２００１−２６３５２０号公報

しかしながら、上記のような従来のシール構造においては、管状のスペーサーの外面と内面に環状の溝を削工しＯリングを装着するため、加工に時間と手間を要しかつ、サイズの問題などもあり十分なシール効果が発揮されないという問題があった。特に高真空対応、高熱対応、大きな流量対応においては従来のバルブでは十分なシール機能が発揮されていなかった。
本発明は、このような実状に鑑みてなされたもので、シール効果が十分に発揮される新規なバルブのシール構造を提供することを目的としている。

前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、バルブ本体内の流路を開閉可能とする遮蔽体を、ステム孔を介して連結されるステムにより動作させてバルブに接続される流路の開閉制御を行うものにおいて、２個のステムベアリングと、これらを挟持するゴムを基質として被覆したフッ素重合体相からなるＯリングと、更にこれらの２個のベアリング、Ｏリングを挟持するように配置されるステムベアリングとから成るパッキング部材に上記ステムが貫通し、これらのパッキング部材がステム孔内でステム周りを圧接シールしていることを特徴とするバルブを提供するものである。

このゴムを基質として被覆したフッ素重合体相からなるＯリングとしては、例えば、ゴムを「テフロン」（イー・アイ・デユポン社の商標）で被覆した、米国のイー・アイ・デユポン社から「ＫＡＬＲＥＺ」あるいは「カルレッツ」の商標名で販売されているＯリングを示すことができ、その成分などは、特表２０００−５００１６１号公報内で詳細に説明されている。

以上のように、本発明のバルブの流路の遮蔽体を駆動するステムが、２個のステムベアリングと、これらを挟持するゴムを基質として被覆したフッ素重合体相からなるＯリング、及びこれらを挟持するように配置されるステムベアリングとで構成されるパッキング部材でステム周りが圧接シールされているので、テフロンの持つ優れた特性とゴムの柔軟性とがあいまって、従来のシール部材では使用が難しかったエーテル類、溶剤、アミン類、ケトン類、酸化剤、燃料、酸、アルカリなどほとんどの薬品に対して安定であり、且つ耐熱性においても約２９０℃という高温においても長時間シール特性を発揮させ、断続使用なら３１０℃程度までの使用も可能となった。

以下、図面を参照しつつこの発明を実施するための形態について説明する。
図１は、この発明のバルブの断面図を示すもので、ボールバルブを例にとって説明する。バルブはセンター部品Ａと、サイド部品ＢおよびＣと、これらを一体に４箇所で強固に固定する４個（この図では２個を示す）のボルト・ナットＤとからボールバルブの外観・外形が構成され、センター部品Ａには、遮蔽体としてのボールＥが回動自在に内蔵される。そしてこれらの各部品Ｂ，Ｃには外部流路と接続される流路ｂ，ｃが、ボールＥには流路ｂ，ｃと接続する流路ｅが、それぞれ削孔され、バルブ内の流路が形成されている。

Ｆは、ステムで、センター部品Ａに削孔されたステム孔Ｇに挿入され、この先端はボールを回動させるために更にボールＥの凹部Ｈに嵌合され、このステムの回動操作でボールＥが回転して、両流路ｂ，ｃを流路ｅで連通、あるいは遮断する。また、上記ステムＦには、ハンドルＨがステムナットＩにより固定されており、このハンドルの回転操作によりステムＦが回動し、換言すればボールＥが回転する。

ステム孔Ｇ内のフランジ部ＪとステムナットＩ間には、ステンレスあるいは真鍮などの金属で形成されたグランドＫ，ポリエーテルエーテルケント（ＰＥＥＫ）のパッキンサポートＬ、この発明のシール部材（パッキング部材）Ｍ、テトラフルオルエチレン（ＴＦＥ）のボトムパッキンＮなどが、ステムナットＩ、グランドＫ、パッキンサポートＬの作用でステム孔Ｇ内のステムとステム孔壁間に圧接挿入されシール効果を発揮する。

また、ステム先端部の凸部ＯとフランジＪ間には合金あるいはポリエーテルエーテルケント（ＰＥＥＫ）製のステムベアリング、あるいはワッシャーＰが挿入され、これらでもスムーズな操作が得られ、またステム周りをシールしている。

なお、他の符号、Ｑは、テトラフルオルチレン（ＴＦＥ）のシートで、このシートは、シートを包み、シートの膨張、早期磨耗を防ぐステンレス銅製のサポートリングＲと同じくシートをボールに押し付け、シートの磨耗、温度・圧力による変化を補正するステンレス鋼製のシートスプリングＳとで、ボールに押し付けられており、結果としてシートの磨耗、温度・圧力による変化を補正しシールを確実なものにしている。また、Ｔは、Ｏリングでセンター部品Ａとサイド部品Ｂ、Ｃと間のシールをつかさどっている。

次に図１において示したこの発明のシール部材（パッキン）Ｍの詳細を図２にもとづいて説明する。
図２において、ｓは、２個のステムベアリングで、合金あるいはポリエーテルエーテルケント（ＰＥＥＫ）から構成されており対磨耗性が優れている。ｋは、ゴムを基質として被覆したフッ素重合体相からなるシール部材で、例えばゴムをテフロン（デユポン社の商標）で被覆したＯリングで、テフロンの持つ特性とゴムの柔軟性をかねたシール部材（「ＫＡＬＲＥＺ」（カルレッツ）デユポン社の商標）である。
これらの図のような２個のステムベアリングを２個のＯリング（「カルレッツ」、デユポン社商標）で挟持し、更にステムベアリングでこれらを挟持してパッキング部材を構成しているので、夫々の間でシール機能が発揮され、結局これらでダブルあるいはトリプルシール効果が発揮される。

以下にこのパッキンＭを用いたボールバルブの使用効果を示す実験結果を示す。
実験装置としては、ＭＳＩ／ＭＳＩＩ装置を使用（日立Ｍ−８０Ｂ型二重収束質量分析計（ＭＳＩ）にこの発明のボールバルブを介してＭＳＩＩとして中間スリット、ガス衝突室、第２電場、検出器、排気部、制御部を付加）。
ＥＩ法またはＣＩ法で生成した正イオンをＭＳＩ部で質量選択し、ボールバルブを介して反応室内のアルカリ金属ガスと衝突させ、ＭＳＩＩ部の極性を負イオン検出用にネガテイブに設定して、負イオンのスペクトル（Ｎｅｇａ−Ａｐｐスペクトル）を第３図のように得た。

この図において明らかなように、測定は全部で１０回スキャンした。ボールバルブを閉めた状態（アルカリ金属ガスがない状態）で１〜２回のスキャンをする。次いでアルカリ金属ガスを反応室内に導入する。３〜４回目のスキャンはガス濃度が安定していないのでデータは不採用。５〜６回のスキャンのデータを採用。７〜８回のスキャン時はバルブを閉じ、反応室へのガスの供給を断つ。９〜１０回のスキャンは、アルカリ金属ガスのない状態の測定である。

以上の結果から、アルカリ金属ガスの反応室内の存在、不存在に対応する測定結果が明確にデータとして現れており、高温、真空中で反応ガスとしてのアルカリ金属ガスがこの発明のボールバルブで十分コントロール出来ることが明らかとなった。なお、この実験装置の真空値は、５，０×１０^−７Ｔｏｒｒ、温度は約２００〜２５０℃であった。

また、単にボールバルブの両端にガスの導入口、排出口を接続してバルブを開閉してガスの漏洩程度を測定してみたところ、３００℃の温度程度まで十分にバルブ機能が発揮されていた。

以上、この発明によって機密性の高いボールバルブを構成でき、分析機器などのような高温、高気密性が要求されるところにおいても使用可能であり、利用価値は高いものである。

バルブの構成を説明する図 この発明のパッキンＭの構成を説明する図 この発明のボールバルブの効果を実際の質量分析装置に組み込んで測定した実例データ

符号の説明

Ａ センター部品
Ｂ，Ｃ サイド部品
Ｄ ボルト・ナット
Ｅ ボール
Ｆ ステム
Ｇ ステム孔
Ｈ ボールの凹部
Ｉ ステムナット
Ｊ フランジ
Ｋ グランド
Ｌ パッキンサポート
Ｍ シール部材
Ｎ ボトムパッキン
Ｏ 凸部
Ｐ ステムベアリング（ワッシャー）
Ｑ シート
Ｒ サポートリング
Ｓ シートスプリング
Ｔ Ｏリング
ｂ，ｃ，ｅ 流路
ｋ Ｏリング
ｓ ステムベアリング

Claims (1)

1. バルブ本体内の流路を開閉可能とする遮蔽体を、ステム孔を介して連結されるステムにより動作させて流路の開閉制御を行うものにおいて、２個のステムベアリングと、これら２個のベアリングを挟持するゴムを基質として被覆したフッ素重合体相からなるＯリングと、更にこれらのベアリング、Ｏリングを挟持するように配置されるステムベアリングとから成るパッキング部材がステム孔内でステム周りを圧接シールしていることを特徴とするバルブ。
   

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