JP2008518169A - 遮断装置及び遮断装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハウジング（２）及び該ハウジング内に回動可能に配置された遮断フラップ（３）とを備えた遮断装置（１）とその製造方法に関する。ハウジング（２）と遮断フラップ（３）との間には、複数の構成部材（２；３；８；１２ａ，１２ｂ）によって遮断フラップ弁座開閉部（７）が形成される。本発明の課題は、遮断時における遮断フラップとその弁座との高い着座嵌合精度を確保し、以て遮断装置の高い気密性を保証することにある。この課題を解決するため、遮断装置（１）の遮断フラップ弁座開閉部（７）を形成する複数の構成部材（２；３；８；１２ａ，１２ｂ）に対して深冷温度域でのサブゼロ処理が施される。このサブゼロ処理は、有利には前記構成部材（２；３；８；１２ａ，１２ｂ）の最終機械加工前に液体窒素を用いて行われる。

Description

本発明は、ハウジングと、該ハウジング内に回動可能に配置された遮断フラップとを備え、これらハウジングと遮断フラップとの間に複数の構成部材によって遮断フラップ弁座開閉部が形成されている遮断装置、特に動作温度０℃以下で使用される遮断装置に関するものである。

本発明はまた、係る遮断装置、特に動作温度０℃以下で使用される遮断装置の製造方法にも関する。

作動時に０℃以下の動作温度で利用されるこの種の遮断装置では、ハウジングと遮断フラップとの間で遮断フラップ弁座開閉部を形成する複数の構成部材は一般にＣｒＮｉ鋼製である。しかしながら、このようなオーステナイト系ステンレス鋼は低温域では組織が不安定であり、オーステナイトからマルテンサイトへの部分変態が起き易い。この場合、マルテンサイトへ変態し得るオーステナイトの割合は合金組成に依存し、この組織変態は体積の増加をもたらす。このため、低温域で使用される遮断装置では、遮断フラップ弁座開閉部のＣｒＮｉ鋼製構成部材の不安定な組織に起因して、遮断装置の使用中に遮断フラップ弁座開閉部の構成部材にオーステナイトからマルテンサイトへの組織変態が生じ、その結果、遮断フラップ弁座開閉部の構成部材に体積膨張が生じることがある。この体積膨張は弁座開閉部構成部材の形状変化をもたらし、従ってこの形状変化による遮断フラップと弁座との着座嵌合精度の低下、更には遮断装置の気密性の低下に至る虞がある。

本発明の課題は、動作時の遮断フラップとその弁座との高い着座嵌合精度を確保し、以て遮断時の高い気密性を長期に亘って保証することのできる冒頭に述べた形式の遮断装置及びその製造方法を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、冒頭に述べた形式の遮断装置において、遮断フラップ弁座開閉部を形成する複数の構成部材に対して深冷温度域のサブゼロ処理（深冷時効処理）を施しておくことによって解決される。本発明に従って遮断装置の遮断フラップ弁座開閉部を形成する複数の構成部材を深冷温度域のサブゼロ処理に付すことにより、これら構成部材の最終機械加工前に既に鋼組織中でオーステナイトからマルテンサイトへの組織変態の生起が達成される。これにより、特に０℃以下の動作温度で遮断装置を使用する際に遮断フラップ弁座開閉部を形成する複数の構成部材にオーステナイトからマルテンサイトへの組織変態が生じることを事前に防止できるので遮断フラップ弁座開閉部を形成する構成部材の高い形状安定性を確保することができ、以て遮断装置の特に遮断動作時における遮断フラップとその弁座との高い着座嵌合精度を維持でき、従って遮断装置の高い気密性を長期に亘って保証することができる。遮断フラップ弁座開閉部を形成する複数の構成部材に対して深冷温度域のサブゼロ処理を施してマルテンサイト含有率を高めておくことにより、これら構成部材の硬度及び機械的強度も持続的に高くなり、従って遮断フラップ弁座開閉部の耐摩耗性が向上するだけでなく、その耐用寿命も延長することができる。

本発明において、遮断フラップ弁座開閉部を形成する複数の構成部材に対するサブゼロ処理はこれら構成部材の最終機械加工前に行うことが特に有利である。遮断フラップ弁座を形成する構成部材に対し、その最終機械加工前に本発明に従ってサブゼロ処理を施しておくことにより、これら構成部材の組織変化をその最終機械加工前にほぼ完全に完了させることができ、その結果、最終機械加工、例えば旋削プロセス又は研磨プロセスを行っても、加工後の弁座開閉部構成部材の形状安定性は高度に維持され、低温環境下における遮断装置の動作時にも遮断フラップとその弁座との着座嵌合精度を所要の高精度に維持することができる。

遮断フラップ弁座開閉部を形成する各構成部材に対するサブゼロ処理は様々な冷却材を用いて行うことができる。特に、これら構成部材に対するサブゼロ処理は液体窒素を冷却材に用いて行われることが有利である。即ち、液体窒素によるサブゼロ処理は−１９６℃に至る深冷温度域の時効処理を可能とし、これにより経済的なコストで深冷時効処理を達成することができるからである。

遮断フラップ弁座開閉部を形成する構成部材に対するサブゼロ処理を液体窒素の浴内で行えば、−１９６℃の深冷時効処理を特に有利に実行することができる。この場合、遮断フラップ弁座開閉部を形成する構成部材を相応のフリーザチャンバ、例えばチェストフリーザ、アプライトフリーザ又はトンネルフリーザ内に収容してサブゼロ処理を施すことが好ましい。

遮断フラップ弁座開閉部を形成する構成部材はＣｒＮｉ鋼からなることが好ましい。このようなオーステナイト系ステンレス鋼では、液体窒素内での深冷時効処理によってオーステナイトからマルテンサイトへの組織変態を低コストで果たすことができ、それによって遮断フラップ弁座開閉部を形成する構成部材に高い形状安定性をもたらすことが可能である。

本発明の好適な一実施形態によれば、遮断フラップ弁座開閉部は、遮断フラップ又は該遮断フラップに設けられた少なくとも１つのフラップ側構成部材と、ハウジング又は該ハウジングに設けられた少なくとも１つのハウジング側構成部材との間に形成されている。遮断フラップ弁座開閉部を形成する構成部材を遮断フラップやハウジングに直接的に一体化すれば遮断装置の部品点数を少なくすることができる。また、遮断フラップ側構成部材及び／又はハウジング側構成部材によって遮断フラップ弁座開閉部を形成するようにすると、これら構成部材自体はコンパクトな組立部品として準備することができ、これらの組立部品に対しては、本発明によるサブゼロ処理とその後に引き続く最終機械加工を簡単に施すことができる。

前述の課題はまた、冒頭に述べた形式の遮断装置、特に動作温度０℃以下で使用される遮断装置を製造するための方法に関して、遮断フラップ弁座開閉部を形成する例えばＣｒＮｉ鋼製の複数の構成部材の最終機械加工前に該構成部材に対して深冷温度域のサブゼロ処理を施し、このサブゼロ処理の後に該構成部材を室温へ昇温させることによって解決される。このような方法により、遮断フラップ弁座開閉部を形成する構成部材の最終機械加工前に既に鋼組織中でオーステナイトからマルテンサイトへの組織変態が生起され、最終機械加工後の遮断フラップ弁座開閉部の各構成部材は高い形状安定性を保持することになるので低温環境下における使用中の遮断フラップとその弁座との高い着座嵌合精度を維持することができ、従って遮断装置の高い気密性を長期に亘って保証することができる。

サブゼロ処理に続く各構成部材の室温への昇温は特に強制加熱することなく室温への自然昇温で実行することが好ましい。この場合、各構成部材をサブゼロ処理温度から再び昇温するための付加的な強制加熱設備は不要であり、従って経済的にも有利である。

本発明の好適な一実施形態によれば、深冷温度域のサブゼロ処理及びその後に引き続く室温への昇温は、複数回、好ましくは２回〜４回、特に好ましくは３回繰り返して実行される。遮断フラップ弁座開閉部を形成する構成部材に対して本発明による深冷温度域のサブゼロ処理と室温への昇温とを複数回繰り返すことにより、これら構成部材の鋼組織中における変態可能な残留オーステナイトの含有量を更に減少させることができ、特に深冷温度域のサブゼロ処理とその都度後続する室温への昇温とを３回繰り返すと、遮断フラップ弁座開閉部を形成する各構成部材の鋼組織中に残留する変態可能なオーステナイト成分はほぼ完全にマルテンサイトに変態し、鋼組織の変態が完了することが確認されている。

図示の実施例に基づいて本発明の詳細と利点を詳述すれば以下の通りである。

図１に、一例として二重偏心形バタフライ弁として構成された本発明の一実施例に係る遮断装置１を縦断面図で示す。この遮断装置１は深冷流体用管路の途中にフランジ接続で介装される筒状のハウジング２を備え、このハウジング内にはバタフライ弁形式の遮断フラップ３が二重偏心形式の軸受によりで回転可能に支承されている。図１の状態では、遮断フラップ３は遮断位置にある。遮断フラップ弁３は上下分離形式の駆動軸４ａ、４ｂによって回転軸心５の周りで回転可能に支承されている。遮断装置１は、その遮断フラップが開放位置にあるときに↓６で示す貫流方向へ流体を流通させることが可能である。

遮断装置１はまた、ハウジング２と遮断フラップ３との間に形成される遮断フラップ弁座開閉部７を備えている。

この遮断フラップ弁座開閉部７は、固定用リング９と保持リング１１及び複数の取付ねじ１０とを介してハウジング２に固定された環状のハウジング側構成部材８と、遮断フラップ３の外周着座面に二段重ねで固定された環状のフラップ側構成部材１２ａ、１２ｂとの間に形成されている。

ハウジング側構成部材８は、フラップ側へ向かってラッパ状に開口する円錐形弁座面１３を有するメタルリング弁座として構成されている。フラップ側構成部材１２ａ、１２ｂは、遮断装置１の軸心方向に離間した二段式のメタルポペットリングとして構成されている。各フラップ側構成部材１２ａ、１２ｂは弁座面１３に対して全周で密接する円形シール面１７ａ、１７ｂを形成する。

二段のフラップ側構成部材１２ａ、１２ｂの間に形成されている環状間隙は、ハウジング側構成部材８及びハウジング２に貫設された連通孔１５を介してハウジング外周に設けられたチャンバ１６に連通しており、該チャンバ内には外部から供給される遮蔽又は洗浄用流体が満たされている。

本発明に従って、遮蔽フラップ弁座開閉部７を形成するフラップ側構成部材１２ａ、１２ｂとハウジング側構成部材８には、それらの最終機械加工、例えば弁座面１３やシール面１７ａ、１７ｂを仕上加工するための旋削プロセスや研磨プロセスの前に、液体窒素中での少なくとも１回の深冷サブゼロ時効処理とそれに続く室温への昇温処理が施される。この一連の時効処理によってハウジング側構成部材８及びフラップ側構成１２ａ、１２ｂの鋼組織中に残存する変態可能なオーステナイト組織が最終機械加工前にマルテンサイト組織への変態を完了する。その結果、これらの構成部材８、１２ａ、１２ｂの鋼組織中に存在していた変態可能なオーステナイト組織のマルテンサイトへの組織変態及びそれに関連する体積膨張は、各構成部材８、１２ａ、１２ｂの最終機械加工前に既に生起することとなる。従って、各構成部材８、１２ａ、１２ｂに最終機械加工を施して弁座面１３とシール面１７ａ、１７ｂを仕上加工した後における遮断装置１の使用時には、遮断フラップ弁座開閉部７を形成する各構成部材８、１２ａ、１２ｂの更なる組織変態とそれに伴う体積膨張の発生をほぼ完全に防止することができる。

同時に、低温環境下における遮断装置の使用中に各構成部材８、１２ａ、１２ｂの鋼組織中におけるオーステナイトからマルテンサイトへの組織変態及びそれに伴う体積膨張の発生が防止される。これにより遮断装置１の使用中に遮断フラップ弁座開閉部７を形成する各構成部材８、１２ａ、１２ｂの高い形状安定性が維持されると共に遮断フラップ弁座開口部７における高い着座嵌合精度も維持され、従って遮断装置１の高い気密性を長期に亘って保証することができる。

二つのフラップ側構成部材１２ａ、１２ｂに代えて、単一の円形シール面１７又は複数の円形シール面１７ａ、１７ｂを有する単一のフラップ側構成部材１２を遮断フラップ３に取り付けることも当然可能である。また、これらの構成部材８、１２ａ、１２ｂを別体の付加的部品としてハウジングや遮断フラップに組み付けるのではなく、遮断フラップ弁座開閉部７を直接的にハウジング２と遮断フラップ３との間に形成することもでき、この場合、遮断フラップ３の外周面でシール面１７を形成すると共にハウジング２の内周面で弁座面１３を形成するようにし、ハウジング２と遮断フラップ３が遮断フラップ弁座開閉部７をそれぞれ一体形成する構成部材となるようにすればよい。更に、遮断フラップ３には単一の構成部材１２又は複数の構成部材１２ａ、１２ｂを組み付け、これらの個々の構成部材の外周面でそれぞれ少なくとも１つのシール面１７を形成するようにし、弁座面１３をハウジング２に直接形成することも可能であり、この場合は単一の構成部材１２又は複数の構成部材１２ａ、１２ｂとハウジング２が遮断フラップ弁座開閉部７を形成する構成部材となる。更にまた、シール面１７を遮断フラップ３の外周面で直接形成するようにし、ハウジング２には構成部材８を組み付けて弁座面１３を形成することも可能であり、この場合は遮断フラップ３とハウジング側の構成部材８が遮断フラップ弁座開閉部７を形成する構成部材となる。

本発明の一実施例に係る遮断装置の縦断面図である。

Claims (9)

1. ハウジングと、ハウジング内に回動可能に配置された遮断フラップとを備え、これらハウジングと遮断フラップとの間に複数の構成部材によって遮断フラップ弁座開閉部が形成されている遮断装置、特に動作温度０℃以下で使用される遮断装置において、遮断装置（１）の遮断フラップ弁座開閉部（７）を形成する複数の構成部材（２；３；８；１２ａ，１２ｂ）に対して深冷温度域のサブゼロ処理が施されていることを特徴とする遮断装置。
2. サブゼロ処理が前記構成部材（２；３；８；１２ａ，１２ｂ）の最終機械加工前に施されていることを特徴とする請求項１に記載の遮断装置。
3. 前記構成部材（２；３；８；１２ａ，１２ｂ）に対して液体窒素によるサブゼロ処理が施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の遮断装置。
4. 前記構成部材（２；３；８；１２ａ，１２ｂ）に対して液体窒素浴内でのサブゼロ処理が施されていることを特徴とする請求項３に記載の遮断装置。
5. 前記構成部材（２；３；８；１２ａ，１２ｂ）がＣｒＮｉ鋼からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の遮断装置。
6. 遮断フラップ弁座開閉部（７）が、遮断フラップ（３）又は該遮断フラップ（３）に設けられた少なくとも１つのフラップ側構成部材（１２ａ，１２ｂ）と、ハウジング（２）又は該ハウジング（２）に設けられた少なくとも１つのハウジング側構成部材（８）との間に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の遮断装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の遮断装置、特に動作温度０℃以下で仕様される遮断装置を製造するに際し、遮断フラップ弁座開閉部（７）を形成する複数の構成部材（２；３；８；１２ａ，１２ｂ）の最終機械加工前に該構成部材（２；３；８；１２ａ，１２ｂ）に対して深冷温度域のサブゼロ処理を施し、このサブゼロ処理の後に該構成部材（２；３；８；１２ａ，１２ｂ）を室温へ昇温させることを特徴とする遮断装置の製造方法。
8. 室温への前記構成部材（２；３；８；１２ａ，１２ｂ）の昇温を強制加熱することなく室温への自然昇温で実行することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 深冷温度域のサブゼロ処理とその後の室温への昇温とを複数回、特に２回〜４回、更に特別には３回繰り返すことを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。

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