JP2008223997A

JP2008223997A - ボールチェックバルブ

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Publication number: JP2008223997A
Application number: JP2007067078A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Iwamoto; 岳史岩本; Tomohiro Ukezeki; 智宏請関
Original assignee: Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Yukizai Corp
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】低圧でのシール性能が良好で、ボールがシートリングへ食い込むことを防止し、高い応答性能を有するボールチェックバルブを提供する。
【解決手段】バルブ本体１の入口開口部８に突条部７とストッパーリング５を挟持して保持されるシートリング６と、シートリング６を介してバルブ本体１と密封状態で保持される鍔付き短管２３と、バルブ本体１に螺合することにより鍔付き短管２３をバルブ本体１に固定するキャップナット４とを具備するボールチェックバルブにおいて、ストッパーリング５の内面にボール２の直径より縮径されたテーパー部１５を設ける。シートリング６を筒部１６と筒部１６の端部内周に突出した内鍔部１７とから形成し、内鍔部１７内周縁を断面円弧状に設け、ストッパーリング５がシートリング６の筒部１６内周面と内鍔部１７内面に当接するように嵌合させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、化学工場、上下水道、農・水産業、半導体製造分野、食品分野などの各種産業の配管ラインに使用されるボールチェックバルブに関するものであり、さらに詳しくは、低圧でのシール性能が良好で、ボールがシートリングへ食い込むことを防止し、流体の流れに応じて応答性良くバルブを開閉させるボールチェックバルブに関するものである。

従来、図６に示すような逆止弁があった（特許文献１参照。）。その構成は、弁ケーシングで入口６１と弁室６２と出口６３とを形成し、入口６１と弁室６２の間に弁座６４を設け、弁座６４に離着座する球形弁体６５を弁室６２に配置し、球形弁体６５を弁座６４に案内する複数のリブ６６を弁室６２内壁に設けたものにおいて、入口６１と弁室６２と出口６３とを上下方向に並べて形成し、球形弁体６５を金属殻から成る中空フロートで形成するものであった。

特開平６−１８５６４３号公報

しかしながら、前記従来の逆止弁は、球形弁体６５の外周面が弁座に押圧されて面接触でシールすることにより流体の逆流を防止しているので、シールするために比較的大きな圧力を必要とし、逆流する流体が低圧だと面接触では充分なシールができずに流体が漏れる恐れがあり、特に長期間使用して弁座の材質が劣化すると流体の漏れが起こり易くなるという問題があった。また、面接触であるとシールの面積が広いので摩擦抵抗が大きくなるため、逆止弁が閉止した後に流体が順流になった時には球形弁体６５を移動させて逆止弁を開状態にするために若干のタイムラグが発生するという問題や、面接触だと逆流した時に大きな圧力がかかると球形弁体６５が弁座６４に食い込む恐れがあり、流体が順流になって逆止弁を開状態にするために大きな圧力が必要となり、タイムラグがさらに長くなったり、最悪の場合球形弁体６５が弁座６４に食い込んだ状態で吸着してバルブが開かなくなる恐れがある等の問題があった。このため、ボールチェックバルブに高い応答性が求められる用途では好適に使用できないという問題があった。

本発明は、以上のような従来技術の問題点を鑑みなされたものであり、低圧でのシール性能が良好で、ボールがシートリングへ食い込むことを防止し、高い応答性能を有するボールチェックバルブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明のボールチェックバルブの構成を説明すると、内面軸線方向に突条部が設けられた少なくとも２つの開口部を有する筒状のバルブ本体と、前記突条部により軸方向に進退動自在に該本体内で保持される略球形弁体と、該バルブ本体の一方の開口部に前記突条部とストッパーリングを挟持して保持されるシートリングと、該シートリングを介して前記バルブ本体と密封状態で保持される鍔付き短管と、前記バルブ本体に螺合することにより該鍔付き短管を前記バルブ本体に固定するキャップナットとを具備するボールチェックバルブにおいて、前記ストッパーリングの内面に前記略球状弁体の直径より縮径されたテーパー部が設けられ、前記シートリングが筒部と該筒部の端部内周に突出した内鍔部とから形成され、該内鍔部内周縁が断面円弧状に設けられ、前記ストッパーリングが該シートリングの筒部内周面と内鍔部内面に当接するように嵌合されてなることを第一の特徴とする。

前記シートリングの筒部外周面および／または前記鍔付き短管の鍔部端面と接する内鍔部の接面に少なくとも１つの環状突条部が設けられてなることを第二の特徴とする。

前記ストッパーリングのテーパー部が軸線に対して１０°〜３０°で設けられてなることを第三の特徴とする。

前記バルブ本体の他方の開口部端面に設けられた環状溝に装着されたＯリングと、該Ｏリングを介して該バルブ本体に接する鍔付き短管と、前記バルブ本体に螺合することにより該鍔付き短管を該バルブ本体に固定するキャップナットとをさらに具備することを第四の特徴とする。

本発明のシートリング６の内鍔部１７内面とは、鍔付き短管３の鍔部１９端面と接するシートリング６内鍔部１７の接面の反対側の面である。

本発明においてストッパーリング５は、ストッパーリング５の最小内径（テーパー部１５の最小内径）を、ボール２の直径より小さく設けることで、閉弁時にボール２に当接してボール２を定位置に保持させるものであり、ストッパーリング５の最小内径は、ボール２の直径Ｌに対して０．９Ｌ〜０．９７Ｌとなるように縮径されていることが好ましい。ボールチェックバルブ内部の流路を狭めないために０．９Ｌ以上が良く、ストッパーリング５をボール２に確実に当接させるために０．９７Ｌ以下が良い。

また、ストッパーリング５は、ボール２の直径より縮径されたテーパー部１５を有していれば良く、ストッパーリング５にテーパーのない部分を設けても良い。また、テーパー部１５の角度は軸線に対して１０°〜３０°が好ましく、より好ましくは１５°〜２５°である。これは、ボールチェックバルブの面間の寸法を大きくさせないために１０°以上が良く、ボール２がテーパー部１５に当接する時にテーパー部１５の最小内径の先端部分がボール２に当たることなくテーパー部１５の内周面でボール２を当接させることで、弁閉時にボール２の振動を防止し、先端部分がボール２を傷つけることを防止するので３０°以下が良い。

また、シートリング６の内鍔部１７の肉厚はシール性を維持する範囲で薄肉に設けると良く、ボール２の直径Ｌに対して０．０５Ｌ〜０．１Ｌの肉厚であることが好ましい。これは、シートリング６にボール２が接触する時にシートリング６が大きく変形することなくシールするために０．０５Ｌ以上が良く、シートリング６にボール２が食い込むことを防止するために０．１Ｌ以下が良い。

また、シートリング６の筒部１６外周面や鍔付き短管３の鍔部１９端面と接する内鍔部１７の接面には環状突条部２６を設けても良い。これは、シートリング６と鍔付き短管３、シートリング６と本体１とをシールする時に、環状突条部２６が強く圧接されて良好なシール性を得ることができるため好適である。なお、環状突条部の数は特に限定されないが、良好なシール性を得るために二条であることが好ましい。また、環状突条部は筒部１６外周面と内鍔部１７端面の両方に設けても良く、一方に設けても良い。

本発明において、シートリング６の材質はゴム状の弾性体であれば良く、エチレンプロピレンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、塩素化ポリエチレン、フッ素ゴムなどが好適なものとして挙げられ、特に限定されるものではない。

また、本発明において、ボールチェックバルブ本体１、ボール２、鍔付き短管３、キャップナット４、ストッパーリング５の材質は、ポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣと記す）、ポリプロピレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレンなどの樹脂、鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレスなどの金属、または磁器などいずれでも良い。

本発明は以上のような構造をしており、以下の優れた効果を得ることができる。
（１）ボールとシートリングが線接触でシールすることでシール部分の接触面積を小さくすることができ、単位面積あたりの面圧を高くさせることで高いシール性を発揮することができる。
（２）ボールとシートリングの接触面積が小さいので、接触部分の摩擦抵抗を減少させ、バルブの開閉におけるタイムラグの発生を防止して、流体の流れに応じた応答性の良い開閉を行うことができる。
（３）ボールがシートリングに食い込むことを防止し、ボールの食い込みによるタイムラグの発生を防止することができる。
（４）シートリングの内鍔部が薄肉に設けられることにより、バルブの面間の寸法を小さくしてボールチェックバルブをコンパクトに設けることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明のボールチェックバルブの一実施形態を示す縦断面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図３は低圧シール試験の説明図である。図４は弁開圧力試験の説明図である。図５はボールとシートリングが面接触するボールチェックバルブを示す縦断面図である。

以下、図１に基づいて本発明の実施形態について説明する。

１は、口径５０ｍｍのＰＶＣ製のバルブ本体である。バルブ本体１は略中空円筒状で、その内側には４本の突条部７が、軸線に沿って放射状に等間隔に突出してバルブ本体１と一体的に設けられている（図２参照）。バルブ本体１の上流側（図１では下側）の入口開口部８の口径は、下流側（図１では上側）の出口開口部９の口径よりも大きく設けられ、バルブ本体１内部は中央部よりやや下流側において緩やかに縮径された湾曲面を有した構造となっている。また、突条部７は、バルブ本体１の入口開口部８の端面から間隔をあけて、入口開口部８の内周面から略同一の高さで設けられているが、出口開口部９の付近で徐々に高さが低くなり、出口開口部９と略同径となる。また、バルブ本体１の出口開口部９の端面には環状溝１０が設けられ、環状溝１０にはＯリング１１が装着されている。なお、突条部７は図２に示すように相対する位置で等間隔に４本設けられているが、その数は少なくとも３本以上であれば良く特に限定されるものではない。

２は、ＰＶＣ製の略球形弁体であるボールである。ボール２はバルブ本体１の内部で突条部７により軸線に沿って移動可能に保持されている。ボール２はバルブ本体１の出口開口部９の口径よりも大きい直径を有し、流体の流れによりボール２が下流側に付勢されたとき突条部７のストッパー部１２に当接した状態で保持される。

５は、ＰＶＣ製のストッパーリングである。ストッパーリング５は円筒状に設けられた胴部１３と胴部１３の一端部に外周方向へ突出した鍔部１４が形成され、鍔部１４の外径がバルブ本体１の入口開口部８端部の内径と略同径に設けられている。また、ストッパーリング５の内周には上流側に向かって暫時縮径するテーパー部１５が設けられ、テーパー部１５の最小内径がボール２直径より小さくなっている。このときのテーパー部１５は軸線に対して２３°になるように設けられ、テーパー部１５の最小内径はボール２の直径Ｌに対して０．９３Ｌになるように設けられている。

６は、ゴム製のシートリングである。シートリング６は筒部１６と筒部１６の一端部に内周方向へ突出した内鍔部１７とから形成され、内鍔部１７の内周縁が断面円弧状に設けられている。筒部１６の内径はストッパーリング５の胴部１３の外径と略同径に設けられ、筒部１６の外径はバルブ本体１の入口開口部８端部の内径と略同径に設けられている。また、内鍔部１７の内周縁はテーパー部１５の最小内径より縮小して設けられている。また、鍔付き短管３の鍔部１９端面と接する内鍔部１７の接面には二条の環状突条部２６が設けられている。シートリング６とストッパーリング５は、シートリング６の筒部１６内周面がストッパーリング５の胴部１３外周面と、シートリング６の内鍔部１７内面がストッパーリング５の胴部１３端面と当接するように嵌合される。嵌合されたシートリング６とストッパーリング５は、バルブ本体１の入口開口部８に挿入されて、ストッパーリング５の鍔部１４端面が突条部７の端面に当接するように配置されている。このときシートリング６の外周面と入口開口部８端部内周面とがシールされる。

３は、ＰＶＣ製の鍔付き短管である。鍔付き短管３は短管部１８の一端に鍔部１９が設けられている。

４は、ＰＶＣ製のキャップナットである。キャップナット４は円筒状であり、一方の端部内周にバルブ本体１両端部外周に設けられた雄ねじ部２０に螺着される雌ねじ部２１が設けられており、もう一方の端部には内周方向へ突出する内鍔部２２が設けられている。キャップナット４は、バルブ本体１上流側ではシートリング６の内鍔部１７に鍔付き短管３の鍔部１９端面を当接し、内鍔部２２を鍔付き短管３の鍔部１９と係合させてバルブ本体１の雄ねじ部２０に螺着して、鍔付き短管３とバルブ本体１とをシールさせた状態で固定する。また、バルブ本体１下流側でも同様にバルブ本体１の端面にＯリング１１を介して鍔付き短管２３を当接し、キャップナット２４によって鍔付き短管２３とバルブ本体１とをシールさせた状態で固定する。

次に、本発明のボールチェックバルブを開閉させた時の作動について説明する。流体が上流側から下流側へ流れている（順流）とき、ボールは図１の破線の位置に移動し、ボール２とバルブ本体１の突条部７の間に形成された流路２５を通って流体が下流側へと流れる。上流側からの流体が停止すると、ボール２は流体の逆流圧力により上流側に移動し、シートリング６に押圧されることにより閉止状態となり流体の逆流を防止する（図１の状態）。このとき閉止状態でボール２はシートリング６の内鍔部１７内周縁の円弧状断面と線接触でシールしており、ボール２とシートリング６の接触面積を小さくすることができる。逆流圧力によりボール２に加わる圧力はシートリング６との接触面で分散されるので、接触面積が小さいことで単位面積あたりの面圧が高くなり、高いシール性を発揮する。そのため、逆流圧力が低圧であっても確実なシール性を得ることができ、流体の漏れが防止される。また、接触面積が小さいのでボール２とシートリング６の摩擦抵抗が減少し、流体が順流になった時にシートリング６からのボール２の離れを良くし、バルブの開閉におけるタイムラグの発生を防止して流体の流れに応じた応答性の良い開閉を行うことができる。また、逆流圧力が高い場合でボール２がシートリング６に過度に食込もうとしても、ストッパーリング５のテーパー部１５にボール２を当接させてボール２がシートリング６に食い込む方向へ移動しないように定位置で保持し、シートリング６の内鍔部１７の肉厚が薄肉に設けられることでボール２の食い込みを防止し、ボール２の食い込みによるタイムラグの発生を防止することができる。また、シートリング６にボール２が食い込むことを防止することでシートリング６の耐久性が向上し、シートリング６が多少材質の劣化が起こってもシール性を維持できるので、長期間使用において高いシール性を維持することができる。

また、シートリング６の内鍔部１７が薄肉に設けられた構成により、薄肉になった分ボールチェックバルブの面間の寸法を小さくしてバルブをコンパクトに設けることができる。

次に、本発明のボールチェックバルブにおいて、低圧時のシール性や、弁開時に加わる圧力について以下に示す試験方法で評価した。

（１）低圧シール性試験
図３に示すように、ボールチェックバルブ３１の下流側に透明管３２を取り付け、ボールチェックバルブ３１の下流側を上にして設置し、注入口３３（図３の透明管３２の上方）から５００ｍｌ／ｍｉｎで徐々に水を注ぎ、水位ｈ（シール部分から水面までの距離）を上昇させ、水位ｈが１００ｍｍ毎にボール３４とシートリング３５の間からの上流側３６への水漏れの有無を目視で確認する。試験開始時はシートリング３５にボール３４の重量が加わっただけの状態なので、水を注入して暫くは上流側３６への水漏れが発生するが水位ｈが上昇することによりボール３４と水の重量が加わることでバルブはシールされるので、上流側３６への水漏れが止まったときの水位ｈを測定した。

（２）弁開圧力試験
図４に示す試験装置を用いる。４３、４７は水圧を加えるポンプであり、４４、４８は水圧を測定する圧力計であり、４５は流路の開閉を行うコックである。このときボールチェックバルブ４１の上流側４６と下流側４２を各々密封して満水状態にして、ボールチェックバルブ４１の下流側４２を上にして設置し、コック４５を開止して下流側４２からポンプ４３で１．０ＭＰaの水圧を１分間加えた後、コック４５を開放して下流側４２内の水圧を０ＭＰaにする。次に上流側４６からポンプ４７で徐々に加える水圧を上昇させ、上流側の水圧の増加によりボール４９が下流側へ移動して圧力が開放されるまでの水圧の最大値を圧力計４８で測定した。

図１に示すような本実施形態のボールチェックバルブを用いて、低圧シール性試験、弁開圧力試験を行なった。試験結果を表１に示す。

（比較例１）
図６に示すようなボール５２が接触するシートリング５１の接触面がテーパー状となり、ボール５２とシートリング５１のシール部分が面接触になるボールチェックバルブを用いて、低圧シール性試験、弁開圧力試験を行なった。試験結果を表１に示す。

なお、低圧シール性試験では呼び径２０mmのもの、弁開圧力試験では呼び径５０mmのものを使用した。

表１より、低圧シール性は実施例１が比較例２の１／２の水位でシールが可能であった。また、弁開圧力は実施例１が比較例１の１／１０以下の水圧で弁開が可能であった。この結果から、本発明のボールチェックバルブは、ボール２とシートリング６とを線接触でシールするので接触面積を小さくさせ、接触面のシール性を向上させることができ、特に低圧においては面接触の場合の約１／２程度の水圧でも良好なシールを行うことができる。また、ボール２とシートリング６との接触面積が小さくなることで摩擦抵抗が減少し、バルブが閉状態から開状態になるのに必要な水圧が非常に小さくて済み、タイムラグが発生することなく流体の流れに応じた応答性の良い開閉を行うことができる。

本発明のボールチェックバルブの一実施形態を示す縦断面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。低圧シール試験の説明図である。弁開圧力試験の説明図である。ボールとシートリングが面接触するボールチェックバルブを示す縦断面図である。従来の逆止弁を示す縦断面図である。

符号の説明

１バルブ本体
２ボール
３鍔付き短管
４キャップナット
５ストッパーリング
６シートリング
７突条部
８入口開口部
９出口開口部
１０環状溝
１１Ｏリング
１２ストッパー部
１３胴部
１４鍔部
１５テーパー部
１６筒部
１７内鍔部
１８短管部
１９鍔部
２０雄ねじ部
２１雌ねじ部
２２内鍔部
２３鍔付き短管
２４キャップナット
２５流路
３１ボールチェックバルブ
３２透明管
３３注入口
３４ボール
３５シートリング
３６上流側
４１ボールチェックバルブ
４２下流側
４３ポンプ
４４圧力計
４５コック
４６上流側
４７ポンプ
４８圧力計
４９ボール
５１シートリング
５２ボール

Claims

内面軸線方向に突条部が設けられた少なくとも２つの開口部を有する筒状のバルブ本体と、前記突条部により軸方向に進退動自在に該本体内で保持される略球形弁体と、該バルブ本体の一方の開口部に前記突条部とストッパーリングを挟持して保持されるシートリングと、該シートリングを介して前記バルブ本体と密封状態で保持される鍔付き短管と、前記バルブ本体に螺合することにより該鍔付き短管を前記バルブ本体に固定するキャップナットとを具備するボールチェックバルブにおいて、
前記ストッパーリングの内面に前記略球状弁体の直径より縮径されたテーパー部が設けられ、前記シートリングが筒部と該筒部の端部内周に突出した内鍔部とから形成され、該内鍔部内周縁が断面円弧状に設けられ、前記ストッパーリングが該シートリングの筒部内周面と内鍔部内面に当接するように嵌合されてなることを特徴とするボールチェックバルブ。
前記シートリングの筒部外周面および／または前記鍔付き短管の鍔部端面と接する内鍔部の接面に少なくとも１つの環状突条部が設けられてなることを特徴とする請求項１記載のボールチェックバルブ。
前記ストッパーリングのテーパー部が軸線に対して１０°〜３０°で設けられてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボールチェックバルブ。
前記バルブ本体の他方の開口部端面に設けられた環状溝に装着されたＯリングと、該Ｏリングを介して該バルブ本体に接する鍔付き短管と、前記バルブ本体に螺合することにより該鍔付き短管を前記バルブ本体に固定するキャップナットとをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のボールチェックバルブ。