JP2013148131A - 制御弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】弁駆動部により駆動される弁軸の軸受け構造の耐久性を高めること。
【解決手段】制御弁の軸受け50は、3つのブッシュ51〜53を弁軸20の軸方向に同軸的に結合されており、組み合わされた第1〜第3ブッシュ51〜53をボルト55により締結した構成である。軸受け50は、各ブッシュ51〜53が分割可能に結合される構成であるので、組立て前に上部軸受け部材61、下部軸受け部材63、外周側シール部材82、外周側シール部材84、内周側シール部材111,112を予め装着した状態のものを用意し、その後、各ブッシュ51〜53を同軸的に組み合わせ、ボルト55をボルト挿通孔91、94から各ネジ孔92、93に螺入させて締結される。また、内周側シール部材111,112と上部軸受け部材61、下部軸受け部材63との軸方向の離間距離L2が従来の離間距離よりも大きく設定されている。
【選択図】図4

Description

本発明は制御弁に係り、特に弁駆動部により弁軸を介して弁体を変位させて弁開度を調整する制御弁に関する。
従来の制御弁としては、例えば都市ガスの供給ラインにおいて、二次圧力が所定圧力を保つように弁体の位置(弁開度)を調整することで下流側へ吐出される流量を制御するように構成された制御弁がある(例えば、特許文献1参照)。
この制御弁は、二次圧力が変動した場合、弁駆動部に導入された一次圧力と二次圧力との圧力差に基づいて弁座に対する弁体の軸方向の変位量(リフト量)を調整して下流側の二次圧力を所定圧力に制御している。
ここで、図1、図2を参照して従来の制御弁について説明する。図1は従来の制御弁の構成を示す縦断面図である。図2は従来の弁軸の軸受け構造を拡大して示す縦断面図である。
図1に示されるように、制御弁10は、例えば都市ガスが供給される配管経路に配され、流路12に弁座14を有する弁本体16と、弁座14に対して変位可能に設けられた弁体18と、下端が弁体18に結合された弁軸20と、弁軸20を介して弁体18の弁座14に対する離間距離を制御する弁駆動部22と、弁軸20の変位方向をガイドする軸受け24とを有する。
弁本体16は、一次圧力P1の流体が流入する流入口17Aと、弁体18の変位量によって調整された二次圧力P2の流体が吐出される流出口17Bとを有する。軸受け24は、弁本体16の上部に取り付けられた上部本体26の上端開口28に挿入されている。また、弁駆動部22は、流入口17Aより上流の一次圧力が導入される一次圧力導入室22Aと、流出口17Bより下流側の流体の二次圧力が導入される二次圧力導入室22Bと、一次圧力導入室22Aと二次圧力導入室22Bとの圧力差に応じて弁軸20を軸方向に駆動するダイヤフラム27とを有する。
さらに、二次圧力導入室22Bの上部内壁には、ダイヤフラム27の最大変位量L1を規制するストッパ22Cが下方に向けて突出している。ダイヤフラム27は、コイルバネ29のバネ力により下方(閉弁方向)に押圧されているため、コイルバネ29のばね定数によって圧力制御特性が設定される。尚、ダイヤフラム27は、一次圧力と二次圧力にコイルバネ29のバネ力を加算した力とが釣り合うように動作するため、この圧力制御による弁軸方向の変位量は、圧力変動の大きさにほぼ比例する。また、二次圧力の変動は、下流側での都市ガスの使用量によって変動するが、通常は時間帯によってガス使用量が段階的に変化するため、圧力制御時のダイヤフラム27、弁軸20、弁体18の変位量も比較的小さい。
図1及び図2に示されるように、軸受け24は、筒状のブッシュ30と、ブッシュ30の内周及び外周の各シール部材34を保持するシール保持溝32を有する。弁軸20は、ブッシュ30の貫通穴36に挿通されると共に、貫通穴36の内面に接して褶動している。
また、各シール部材34は、各シール保持溝32に装着する際の作業性を考慮してブッシュ30の両端近傍に設けられ、グリース供給孔38より外部から潤滑剤(グリース)が供給可能な構造となっている。グリース供給孔38は、ブッシュ30の連通孔40を介して弁軸20の外周に対向する潤滑剤供給溝74に連通されており、潤滑剤供給溝74には粘性潤滑剤としてのグリース39(図2中、梨地模様で示す)が充填されている。
特開平7−104863号公報
従来の弁軸20の軸受け部は、ブッシュ30の軸受材料を用いた一体加工部品である。この構造では、弁軸20はブシュ30の貫通穴36内周面に接触しながら、上下に摺動する。弁軸20とブシュ30は、流体の圧力を保持する必要があるため、耐圧強度を確保できる金属材料が一般には使用されている。また、弁軸20とブシュ30は金属同士の摺動となるので、潤滑のためのグリースなどが供給できる構造となっている。
しかし、常時摺動しているため、どのような耐久性の高い金属材料を使用しても、摺動面(特に弁軸20の表面)には磨耗による傷や減肉(摩耗箇所)が生じる。
特に、制御弁10が長期間の使用やガス変動量の大きい運転条件などで使用されている場合、短期間でも弁軸20の表面に摩耗が発生してしまうことがある。例えば制御弁10の弁開時においては、弁軸20は上方に変位(弁開位置)し、流量を制御する一定の開度付近で使用されているが、このとき、流量変動などにより、弁軸20が軸方向に振れたまま長期に使用していると、弁軸20の表面に摩耗が発生してしまう場合がある。
その後、制御弁10の圧力制御動作により弁体18の開度が小さく(弁閉付近に)なると、弁軸20に生じた摩耗箇所は、Oリング34のシール面に達する。そのとき、シール面に摩耗箇所が当たるため、シールが不十分となり、ガスが漏れ易くなる可能性がある。
このような弁軸20の表面の摩耗を皆無にできればよいが、現実的には軸受が弁軸20の表面に接触するため、摩耗を無くすことは困難である。
そこで、摩耗対策案として、弁軸面に摩耗が生じても、シール位置に達しないような構造が考えられる。しかし、従来構造では、Oリング34の位置が軸受(ブシュ30)の摺動面の内部に配置される構成であるため、ブシュ30の内周面との摺接により弁軸20の表面に発生された摩耗は、Oリング34によるシール位置を通過してしまう。
したがって、軸受部(弁軸20の外周に接触する部分)とシール部(Oリング34)を離間させることが、対策案として効果的であるが、一体軸受構造のままでは、軸受部とOリング34によるシール部を離間させると、Oリング34がブシュの端面から内部に大きく入った位置になってしまい、シール保持溝32の加工やOリング34の脱着が困難となり、実現が難しかった。
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した制御弁の提供を目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
(1)本発明は、流体が流れる流路途中に弁座を有する弁本体と、
前記弁座に対して変位可能に設けられ、前記流体の流量を調整する弁体と、
一端が前記弁体に結合された弁軸と、
前記弁軸の他端に結合され、前記弁軸を介して前記弁体の前記弁座に対する離間距離を制御する弁駆動部と、
前記弁軸の変位方向をガイドする軸受けと、
を有する制御弁において、
前記軸受けは、
前記弁軸の外周をシールするシール部材と、
前記シール部材を保持するシール保持部材と、
前記弁軸の外周に摺接する軸受け部材と、
前記シール保持部材と軸方向に同軸に配され、前記軸受け部材を保持する軸受け保持部材と、からなり、
前記シール保持部材は、前記軸受け保持部材と分離可能に結合されることを特徴とする。
(2)本発明の前記シール保持部材に保持された前記シール部材と前記軸受け保持部材に保持された軸受け部材との軸方向の離間距離は、前記弁駆動部により軸方向に駆動される前記弁軸の最大変位量近傍に設定されることを特徴とする。
(3)本発明の前記弁駆動部は、前記流路を流れる流体の圧力を所定圧力に保つように前記弁座に対する前記弁体の離間位置を制御することを特徴とする。
本発明によれば、シール保持部材が軸受け保持部材と分離可能に結合されるため、シール保持部材及び軸受け保持部材の寸法を任意の長さに設定することが可能になり、弁軸シール部材と軸受け部材との軸方向の間隔を広くして弁軸の摩耗部分がシール部材に接触しにくい位置に配置することが可能になると共に、シール保持部材、軸受け保持部材にシール部材、軸受け部材を装着する作業が容易に行えるので、組み付け作業効率を高めることもできる。
従来の制御弁の構成を示す縦断面図である。 従来の弁軸の軸受け構造を拡大して示す縦断面図である。 本発明による制御弁の一実施例を示す縦断面図である。 本発明による制御弁の軸受け構造を拡大して示す縦断面図である。 軸受けの変形例1を拡大して示す縦断面図である。 軸受けの変形例2を拡大して示す縦断面図である。
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
図3は本発明による制御弁の一実施例を示す縦断面図である。尚、図3において、図1と共通部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図3に示されるように、制御弁10Aの軸受け50は、従来のものよりも弁軸20の軸方向の長さが長く形成されている。ここで、軸受け50の具体的な構成について説明する。
図4は本発明による制御弁の軸受け構造を拡大して示す縦断面図である。図4に示されるように、軸受け50は、3つのブッシュ51〜53を弁軸20の軸方向に同軸的に結合されており、各第1〜第3ブッシュ51〜53をボルト55により締結した構成である。各ブッシュ51〜53は、軸方向の端面に形成された凹部と突部とが嵌合することで位置合わせが行える。第1ブッシュ51及び第3ブッシュ53は、上部軸受け部材61、下部軸受け部材63を保持する軸受け保持部材であり、第2ブッシュは内周側シール部材111,112を保持するシール保持部材である。
第1ブッシュ51は、中央に弁軸20が挿通される貫通穴57が設けられ、貫通穴57の内周側に上部軸受け部材61が装着される軸受け保持段部71が設けられている。また、第1ブッシュ51の外周には、上部本体26の上端開口28の周縁部に当接するストッパとしての鍔部81と、外周側シール部材82が装着されるシール保持段部83とが設けられている。尚、上部軸受け部材61は、軸受け保持段部71及び第2ブッシュ52の上端により形成された溝に保持される。
そして、第1ブッシュ51の上面には、下方に貫通するボルト挿通孔91が形成されている。また、第1ブッシュ51の下面には、第2ブッシュ52の上端が嵌合する円形凹部101と、円形凹部101の周囲を囲むように突出する環状凸部102とを有する。また、外周側シール部材82は、シール保持段部83と第1ブッシュ51の環状凸部102により形成された溝に保持される。
第2ブッシュ52は、上端が第1ブッシュ51の円形凹部101、環状凸部102に嵌合するように形成され、下端が第3ブッシュ53の円形凹部122、環状凸部124に嵌合するように形成されており、第1ブッシュ51と第3ブッシュ53との間に挿入される。
また、第2ブッシュ52は、中央に弁軸20が挿通される貫通穴58が設けられ、両端部の外周面に上部本体26の上端開口28との隙間をシールする内周側シール部材111,112が装着されるシール部材保持溝72、73が形成されている。さらに、貫通穴58の内周面には、連通孔40に連通された潤滑剤供給溝74と、潤滑剤供給溝74の上下位置に形成されたシール部材保持溝72、73とが設けられている。
さらに、第2ブッシュ52の上下端面には、ボルト55が螺入されるネジ孔92、93が設けられている。潤滑剤供給溝74には、潤滑剤(グリース)が充填されており、弁軸20の外周面に油膜を形成して内周側シール部材111,112によるシール性を高めている。
第3ブッシュ53は、前述した第1ブッシュ51と同様な構成であり、中央に弁軸20が挿通される貫通穴59が設けられ、貫通穴59の内周側に下部軸受け部材63が装着される軸受け保持段部77が設けられている。また、第3ブッシュ53の外周には、外周側シール部材84が装着されるシール保持溝85が設けられている。下部軸受け部材63は、軸受け保持段部77と第2ブッシュ52に下面との間に形成される溝に保持される。
そして、第3ブッシュ53の下面には、上方に貫通するボルト55が挿通されるボルト挿通孔94が形成されている。また、第3ブッシュ53の下面には、第2ブッシュ52の下端が嵌合する円形凹部122と、円形凹部122の周囲を囲むように突出する環状凸部124とを有する。
本実施例では、上記上部軸受け部材61、下部軸受け部材63及び内周側シール部材111,112が弁軸20の外周に接触する構成であり、各ブッシュ51〜53の貫通穴57〜59の内周面は、弁軸20の外周面に接触しないように微小の隙間を介して非接触となるように形成されている。
このように、軸受け50は、各ブッシュ51〜53が分割可能に結合される構成であるので、組立て前に上部軸受け部材61、下部軸受け部材63、外周側シール部材82、外周側シール部材84、内周側シール部材111,112を予め装着した状態のものを用意し、その後、各ブッシュ51〜53を同軸的に組み合わせ、ボルト55をボルト挿通孔91、94から各ネジ孔92、93に螺入させて締結する。これにより、各ブッシュ51〜53からなる軸受け50は、一体化され、一部品からなるものと同様に交換作業を容易に行える。尚、各ブッシュ51〜53を同軸的に組み合わせことで貫通穴57〜59は、上下方向に連通され、弁軸20の挿通が可能になる。
また、内周側シール部材111,112と上部軸受け部材61、下部軸受け部材63との軸方向の離間距離L2が従来の離間距離Laよりも大きく(L2>La)設定されており、弁軸20の上部軸受け部材61、下部軸受け部材63との摺接部分が内周側シール部材111,112に達しないように調整できる。これにより、軸受け50の耐久性を高めることが可能になる。
また、上部軸受け部材61、下部軸受け部材63の軸方向長さを長くすることにより、上部軸受け部材61、下部軸受け部材63との摺動抵抗や圧力増大による片寄り動作が軽減されて圧力制御時の弁軸20の動作が安定してスムーズになる。
尚、制御弁10Aにおいて、二次圧力は下流側でのガス使用量によって変動するが、通常ガス使用量が時間帯によって段階的に変化するため、圧力制御時の弁軸20及び弁体18の変位量も比較的小さい。従って、内周側シール部材111,112と上部軸受け部材61、下部軸受け部材63との軸方向の離間距離L2としては、通常の弁体変位量に相当する距離であれば良いので、ダイヤフラム27の最大変位量(L1)の近傍であれば良く、L1以上に設定しなくても良い。すなわち、離間距離L2は、L1>L2>Laであれば良い。
尚、図4において、上部軸受け部材61、下部軸受け部材63と内周側シール部材111,112との配置を入れ替えた構成としても良いのは、言うまでもない。この場合、内周側シール部材111,112が軸受け50の両端近傍に配され、上部軸受け部材61、下部軸受け部材63が軸受け50の中心付近に配されることになるが、弁軸20に対する安定性を考慮すると、上部軸受け部材61と下部軸受け部材63との離間距離(間隔)をできるだけ大きくとることが望ましい。
また、本実施例において、各ブッシュ51〜53を締結する締結手段として、上記ボルト55の代わりに第2ブッシュ52の上端が第1ブッシュ51の円形凹部101に直接螺合し、下端が第3ブッシュ53の円形凹部122に直接螺合するように構成しても良い。
〔変形例1〕
図5は軸受けの変形例1を拡大して示す縦断面図である。尚、図5において、図4と共通部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図5に示されるように、変形例1の軸受け50Aは、各ブッシュ51A〜53Aが分割可能に結合される構成であり、第1ブッシュ51A及び第3ブッシュ53Aに保持された上部軸受け部材61、下部軸受け部材63と内周側シール部材111,112との離間距離L3をダイヤフラム27の最大変位量以上に設定してある(L3>L1)。すなわち、上部軸受け部材61、下部軸受け部材63を保持する軸受け保持部71A、77Aの軸方向の延在長さを従来のものよりも長くすることで上部軸受け部材61、下部軸受け部材63と内周側シール部材111,112との離間距離L3をダイヤフラム27の最大変位量(L1)以上に設定している。
これにより、二次圧力の圧力変動が増大してダイヤフラム27が開弁方向及び閉弁方向の最大変位量まで変位した場合でも、弁軸20の上部軸受け部材61、下部軸受け部材63との摺接部分が内周側シール部材111,112まで達することがなく、弁軸20の摩耗部分が内周側シール部材111,112に達することによる漏れを確実に防止できる。よって、軸受け50Aの各部品の材質は同じまま上部軸受け部材61、下部軸受け部材63の取付位置を軸方向に変更することで内周側シール部材111,112のシール性を高めることが可能になる。これにより、弁軸20の軸受け50Aの耐久性を高めることが可能になる。
本変形例1では、上記実施例と同様に、上部軸受け部材61、下部軸受け部材63及び内周側シール部材111,112が弁軸20の外周に接触する構成であり、各ブッシュ51A〜53Aの貫通穴57A〜59Aの内周面は、弁軸20の外周面に接触しないように微小の隙間を介して非接触となるように形成されている。
尚、ダイヤフラム27の最大変位する確率が低いことを考慮すれば、第1ブッシュ51A及び第3ブッシュ53Aに保持された上部軸受け部材61、下部軸受け部材63と内周側シール部材111,112との離間距離L3をダイヤフラム27の最大変位量近傍としても、弁軸20の摩耗部分が内周側シール部材111,112に達することによる漏れを防止できるのは勿論である。
また、変形例1において、各ブッシュ51〜53を締結する締結手段として、上記ボルト55の代わりに第2ブッシュ52の上端が第1ブッシュ51の円形凹部101に直接螺合し、下端が第3ブッシュ53の円形凹部122に直接螺合するように構成しても良い。
〔変形例2〕
図6は軸受けの変形例2を拡大して示す縦断面図である。尚、図6において、図4、図5と共通部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図6に示されるように、変形例2の軸受け50Bでは、各ブッシュ51B〜53Bが分割可能に結合される構成であり、ブッシュ51Bの内周において、内周側シール部材111,112と上部軸受け部材61、下部軸受け部材63との間にダストシール部材131、132を保持するダストシール保持段部134,136が形成されている。ダストシール部材131、132は、ダストシール保持段部134,136及びブッシュ51B、51Cの端部との間に形成された溝に保持される。
ダストシール部材131、132は、弁軸20の軸方向の変位に伴って上部軸受け部材61、下部軸受け部材63を摺接した際に発生する摩耗粉などのダストが内周側シール部材111,112に付着しないように弁軸20の外周面からダストを除去するものである。
尚、ダストシール部材131、132としては、例えば断面形状が円形に形成されたOリングでも良いし、または断面形状がV字状またはU字状に形成されたリップシール部材でも良いし、または摺動抵抗を軽減するため4フッ化エチレンからなるシール部材を用いても良い。
変形例2では、軸受け50Bの内周にダストシール部材131、132を設けることにより、上部軸受け部材61、下部軸受け部材63で発生する磨耗粉やダストの侵入を遮断して内周側シール部材111,112が摩耗粉により損傷することを防止できる。よって、軸受け50Bの耐久性を高めることが可能になる。さらに、変形例2の様に、ダストシール部材131、132にOリングを使用すれば、二重シール構造となるので、ダストシール部材131、132によるシール性が低下した場合でも内周側シール部材111,112により弁軸20の外周面からの漏れをより確実に確保できる。
また、軸受け50Bの内周において、ダストシール部材131、132は、内周側シール部材111,112と近接した位置に同軸的に配されている。しかし、軸受け50Bは各ブッシュ51B〜53Bが分割可能に結合される構成であるので、ダストシール部材131、132及び内周側シール部材111,112の装着、交換作業が容易に行える。
本変形例2では、上記実施例及び変形例1と同様に、上部軸受け部材61、下部軸受け部材63及び内周側シール部材111,112が弁軸20の外周に接触する構成であり、各ブッシュ51B〜53Bの貫通穴57B〜59Bの内周面は、弁軸20の外周面に接触しないように微小の隙間を介して非接触となるように形成されている。
また、変形例2において、各ブッシュ51B〜53Bを締結する締結手段として、上記ボルト55の代わりに第2ブッシュ52の上端が第1ブッシュ51の円形凹部101に直接螺合し、下端が第3ブッシュ53の円形凹部122に直接螺合するように構成しても良い。
上記実施例では、都市ガスの二次圧力を所定圧力に制御するように構成された制御弁について説明したが、これに限らず、都市ガス以外の流体を制御する制御弁、あるいは流体の流量を所定流量に制御する制御弁にも本発明を適用できるのは勿論である。
また、上記実施例では、一次圧力と二次圧力との圧力差によりダイヤフラムを変位させて弁体を変位させる構成の弁駆動部を有する構成を一例として挙げたが、これに限らず、例えばモータやソレノイドなどの駆動手段を用いて弁体の位置を調整して流量または圧力を制御する構成としても良いのは勿論である。
10A 制御弁
18 弁体
20 弁軸
22 弁駆動部
26 上部本体
28 上端開口
40 連通孔
50、50A、50B 軸受け
51、51A、51B 第1ブッシュ(軸受け保持部材)
52、52A、52B 第2ブッシュ(シール保持部材)
53、53A、53B 第3ブッシュ(軸受け保持部材)
55 ボルト
57〜59、57A〜59A、57B〜59B 貫通穴
61 上部軸受け部材
63 下部軸受け部材
71、77 軸受け保持段部
72、73 シール部材保持溝
74 潤滑剤供給溝
81 鍔部
82、84 外周側シール部材
83 シール保持段部
85 シール保持溝
91、94 ボルト挿通孔
92、93 ネジ孔
111,112 内周側シール部材
101、122 円形凹部
102、124 環状凸部
131、132 ダストシール部材
134,136 ダストシール保持段部

Claims (3)

  1. 流体が流れる流路途中に弁座を有する弁本体と、
    前記弁座に対して変位可能に設けられ、前記流体の流量を調整する弁体と、
    一端が前記弁体に結合された弁軸と、
    前記弁軸の他端に結合され、前記弁軸を介して前記弁体の前記弁座に対する離間距離を制御する弁駆動部と、
    前記弁軸の変位方向をガイドする軸受けと、
    を有する制御弁において、
    前記軸受けは、
    前記弁軸の外周をシールするシール部材と、
    前記シール部材を保持するシール保持部材と、
    前記弁軸の外周に摺接する軸受け部材と、
    前記シール保持部材と軸方向に同軸に配され、前記軸受け部材を保持する軸受け保持部材と、からなり、
    前記シール保持部材は、前記軸受け保持部材と分離可能に結合されることを特徴とする制御弁。
  2. 前記シール保持部材に保持された前記シール部材と前記軸受け保持部材に保持された軸受け部材との軸方向の離間距離は、前記弁駆動部により軸方向に駆動される前記弁軸の最大変位量近傍に設定されることを特徴とする請求項1に記載の制御弁。
  3. 前記弁駆動部は、前記流路を流れる流体の圧力を所定圧力に保つように前記弁座に対する前記弁体の離間位置を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の制御弁。
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