JP2013194819A - 弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒューマンエラーを限りなく未然に防止することが可能な弁を提供する。
【解決手段】配管接続部１０と、内部に流路が形成された弁軸１７と、用途部材への接続部を有する弁筒２３と、弁の開閉を行うことが可能なツマミ部１８と、弁軸に設置された弁部とからなる弁であって、ツマミ部を可動することによって弁部が駆動し、弁の開閉が行われることを特徴とする。弁筒と、弁部との間には、少なくとも1つのシール材２２を有する。また、弁筒と、弁軸との間には、少なくとも１つのシール材２１を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、弁に関し、特に、内部に流路が形成された弁軸を有する弁に関する。

弁は古くからバルブとも呼ばれ、配管の中でもっとも重要な役割を果たす機器の一つである。バルブの操作によって、プラント、船舶などの運転が開始し停止される。種々の装置には各種バルブが多数使用されており、配管材料費の５０％を占め、配管材料としては管（パイプ）と並ぶ重要な部品といえる。バルブは、その使用目的によっていろいろな形式がある。

例えば、機能上で大きく分けると、まず、（１）流れを止める目的のものがある。古くは止め弁と呼ばれている玉形弁（グローブ弁）、仕切弁（スリース弁、ゲート弁）等である。肘弁（アングル弁）は玉形弁の形がＬ字になったものである。最近では少なくなったプラグ弁、コックなどの他、ボール弁、蝶形弁（バタフライ弁）、ダイヤフラム弁等がある。また、（２）流れを一定方向に保つために、逆流を防ぐ役目をする逆止弁(non-return)などが存在する。スイングチャッキ弁、リフトチャッキ弁。玉形弁と逆止弁機能が一緒になった玉形ねじ締め逆止弁も存在する。また、（３）容器内が安全に保持されるための安全弁、逃し弁、減圧弁の類などが存在する。弁の材料としては、青銅、鋳鉄、鋳鋼、鍛鋼、ステンレス合金鋼などが存在する。

例えば、仕切弁と玉形弁の構造は、２つの同じ基本パーツから成り立っている。すなわち弁箱（ボディー）と、ふた（ボンネット）である。弁箱の中に弁体（ディスク）と弁座（シート）があり、ふたにはグランド、弁棒（ステム）、ヨーク、ハンドルが組み込まれている。

玉形弁の例としては、弁棒の逆座面下部に平行ピン差し込み穴を設けると共にこの穴内に平行ピンを差し込んで平行ピンを差し込んで平行ピンの両端を突出させるなどして、回転摺動式グランド構造を有する玉形弁が知られている（特許文献１）。

また、例えば、ニードル弁としては、円筒状のロータを有するステッピングモータと、前記ロータの中央穴に進退可能にねじ込まれるニードルと、前記ロータに対し前記ニードルをその長手方向へ沿う移動は許容しつつ供回り防止する回転規制材と、前記ロータに対する前記ニードルの設定長さの突出を、前記ニードルの長手方向移動により検出する突出点センサ等を備えることを特徴とするニードル弁が知られてるいる（特許文献２）。

特開平７−２６９７２１号公報 特開２００８−８２４２９号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２を含めて、従来の弁構造においては、ホースまたは配管（ホース）などの軸とつまみ（ハンドル）の軸が同軸上にある開閉バルブは存在していない。図４は、従来の弁の一例を示す図であり、１はハンドル、２は弁軸、３はブロック、４は弁部、５は流路を示す。図４の弁は、所謂アングル弁やニードル弁のタイプの簡略図である。図５もまた、従来の弁の一例を示す図であり、１はハンドル、２は弁軸、３はブロック、４は弁部、５は流路を示す。図５の弁は、所謂玉形弁の簡略図である。

従来の技術においては、通常、弁を開閉するためのつまみ(ハンドル)は、ホース又は配管等と離れた位置に存在しており、以下のような問題が生じていた。

すなわち、複数系統のバルブが並列に並んでいる場合、別のバルブを操作したなどの誤操作、つながっているホースが入れ違いになるなどの誤配管やホースが外れている場合に確認を惰ることや誤認識などによる、重大な事故につながる可能性があり、このような人為的なエラー（一般的にヒューマンエラーと称される。）の改善は、常に問われている。

特に、実験現場などでテンポラリーに配管する場合には、前述のようなミスが起こりやすい。

例えば、ヒューマンエラーの１例を述べる。図6に示すように、３個のバルブA、B、C及びそれぞれに三種のガスX、Y、Zのホースが接続されているとする。

手動操作において、ガスYを導入するため、バルブBを開操作したいとする。しかし、誤ってバルブCに接続するはずのガスZのホースをバルブBに接続するミスが発生していたとする。図６（ｂ）及び（ｃ）は、YをBへ、ZをCへつなぐべきところ、YをCへ、ZをBへ誤って繋いでしまっている例である。

本来作業者は、前途のミスを防止するため示唆呼称確認を行い、その後バルブ操作に移行するのが基本だが、慣れなどから確認を怠り、バルブBを操作すれば、ガスZが導入されて、重大な事故が発生してしまう。

その原因の一つは、ホースの接続部が見えにくい位置にあることである。

さらにホースが外れていることに気づかずガスを流してしまう事故も考えられる。図６（a）中の４０は、配管（ホース）がバルブニップルから脱落している不備の模式図である。

このような例は、ヒューマンエラーであり、対策をとることで防止できるはずの事故であるが、事実、良く起こり得る事例の一つである。

したがって、このような問題を少しでも解決可能な新規弁の開発が望まれている。

そこで、本発明は、上記問題点を解決すべく、ヒューマンエラーを限りなく未然に防止することが可能な弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明者は、弁、弁構造、配管等の従来の配置等を分析し、鋭意検討を行った結果、本発明を見出すに至った。

すなわち、本発明の弁は、配管接続部と、内部に流路が形成された弁軸と、用途部材への接続部を有する弁筒と、弁の開閉を行うことが可能なツマミ部と、前記弁軸に設置された弁部とからなる弁であって、ツマミ部を可動することによって前記弁筒が駆動し、弁の開閉が行われることを特徴とする。

また、本発明の弁の好ましい実施態様において、前記弁筒と、前記弁部との間には、少なくとも1つのシール材を有することを特徴とする。

また、本発明の弁の好ましい実施態様において、前記弁筒と、前記弁軸との間には、少なくとも１つのシール材を有することを特徴とする。

また、本発明の弁の好ましい実施態様において、前記ツマミ部の可動が回転であることを特徴とする。

また、本発明の弁の好ましい実施態様において、さらに、前記ツマミ部に連動するネジ軸と、前記ネジ軸に連動するネジ筒とを有することを特徴とする。

また、本発明の弁の好ましい実施態様において、前記ツマミ部の回転により、ネジ軸を回転させて、弁を開閉することを特徴とする。

また、本発明の弁の好ましい実施態様において、前記ネジ軸の回転を前記ネジ筒に伝えて、前記弁軸を上下運動させることより、弁を開閉することを特徴とする。

本発明の弁によれば、ヒューマンエラーを限りなく未然に防止することが可能な弁を提供することができるという有利な効果を奏する。

図１は、本発明の弁の実施態様における一例を示す図である。 図２は、本発明の弁の実施態様における一例の断面図を示す図である。 図３は、弁の開閉時における本発明の弁の実施態様における一例の断面図を示す図である。 図４は、従来の弁の一例を示す図である。 図５は、従来の弁の一例を示す図である。 図６は、従来の弁を複数利用した時に起こり得るトラブルの模式図を示す図である。

本発明の弁は、配管接続部と、内部に流路が形成された弁軸と、用途部材への接続部を有する弁筒と、弁の開閉を行うことが可能なツマミ部と、前記弁軸に設置された弁部とからなる弁であって、ツマミ部を可動することによって前記弁部が駆動し、弁の開閉が行われることを特徴とする。本発明において、配管接続部は、配管、ホースなどを接続する部分である。配管接続部は、弁軸に設けることができる。好ましい態様において、配管接続部の反対側に弁部を設けることができる。

本発明において、弁軸は、内部に流路が形成されており、弁軸はいわば、配管兼用となっている。弁軸が配管兼用となることで、以下の利点を有する。

すなわち、上述のような問題点のような事故を未然に防止することが可能となることである。すなわち、内部に流路が形成された弁軸の構造を持つため、つまみの直上にホースを取り付けることが可能であり、人間工学的におのずと識別視認性が向上し、ガスまたは流動体を流そうとするホースが確実に接続されているか否かを識別できるという利点を有する。また、ガスまたは流動体を流すホース自体を手で持った感覚で操作するため、容易にホースを確認しながらつまみを操作できるという利点も有する。

むろん、ホースの脱落や未接続の状況も同様に、視認性が向上する。

本発明においては、配管、ホースなどの軸とつまみの軸が同軸上に接続可能な開閉バルブということできる。すなわち、本発明においては、内部に流路が形成された弁軸を有する弁であり、つまみの軸内に存在する配管経路（以降、配管兼弁軸と称す）を特徴の一つをいうことできる。

これらのことから、本発明において、従来の技術では起こりやすい問題、例えば、別のバルブを操作してしまうといった事例、ホースが外れているといった事例、さらにはホースを入れ違いにしてしまった事例など、ヒューマンエラーを未然に防ぐことができる。

本発明において、用途部材への接続部を有する弁筒は、用途部材の形状、方向等に合わせて、所望の接続部を有することができる。例えば、L字型、３６０度回転可能な接続部など種々の用途に従って、接続部を変更修正することができる。

弁の開閉を行うことが可能なツマミ部としては、ツマミ部の可動により最終的に弁を開閉することができれば、特に限定されるものではない。ツマミ部を回転させることにより、弁部を動かして、弁部と弁筒との間に間隙が生じるなどして、流路が形成されれば、弁が開いた状態となるので、弁の開閉が可能となる。

また、本発明の弁の好ましい実施態様において、前記弁筒と、前記弁部との間には、少なくとも1つのシール材を有することを特徴とする。また、好ましい実施態様において、前記弁筒と、前記弁軸との間には、少なくとも１つのシール材を有することを特徴とする。シール材の使用により、より気密性を保持することができる。例えば、弁軸内の流路を流れる流体としては、気体、液体を問わないが、気体であって、用途部材内を真空にしたいときは、当該シール材の気密性が効果的となる。用途部材を真空にする場合には、流路は弁が閉まる方向へ流体が流れればより気密性が増すので、この場合、流体の流れは、配管接続部から弁部への流れが望ましいということになる。真空引きにより弁がより強固に閉まる方向の流れだからである。

また、本発明の弁の好ましい実施態様において、前記ツマミ部の可動が回転であることを特徴とする。

また、本発明の弁の好ましい実施態様において、前記ツマミ部の回転により、ネジ軸を回転させることにより、弁を開閉することを特徴とする。また、本発明の弁の好ましい実施態様において、さらに、前記ツマミ部に連動するネジ軸と、前記ネジ軸に連動するネジ筒とを有することを特徴とする。ツマミ部に連動するネジ軸は、これらを組み立てやすいようにネジ山を、ツマミ部の内側（弁軸側）と、ネジ軸の外側に作ることができる。このようなネジ山により、ツマミ部とネジ軸とを組み立てやすくする他に、これらのネジ山を通じて弁軸を上下運動させるのに用いることもできる。ツマミ部とネジ軸とを最終的に固定して、ネジ軸の異なる部分のネジ山を利用して、弁軸を上下運動させることができる。特に、以下の実施例においては、ツマミ部とネジ軸とを固定して用いている。

ネジ軸に連動するネジ筒は、これらを組み立てやすいようにネジ山を、ネジ筒の内側（弁軸側）と、ネジ軸の外側に作ることができる。このようなネジ山により、ネジ筒とネジ軸とを組み立てやすくする他に、これらのネジ山を通じて弁軸を上下運動させるのに用いることもできる。ネジ筒とネジ軸とのネジ山を利用して、弁軸を上下運動させることができる。特に、以下の実施例においては、ツマミ部とネジ軸とを固定して用いているが、ネジ軸に設置されたいずれかの連動部、すなわち、ツマミ部側の連動部（例えばネジ山）か、ネジ筒側の連動部（例えば、ネジ山）を利用して、弁軸を上下運動させることができる。

また、本発明の弁の好ましい実施態様において、前記ツマミ部の回転により、ネジ軸を回転させて、弁を開閉することを特徴とする。好ましい実施態様において、前記ネジ軸の回転を前記ネジ筒に伝えて、前記弁軸を上下運動させることより、弁を開閉することを特徴とする。すなわち、このような態様によれば、つまみを回しても配管兼弁軸が回らない構造を持つ開閉バルブということができる。また、配管兼弁軸が回らない構造により、ホースが捻れて接続しても、ホースの捻れストレスを自己的に緩和する効果を奏することを特徴とする。

ここで、本発明の弁の一実施例を説明するが、本発明は、下記の実施例に限定して解釈されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であることは言うまでもない。

ここで、図面を参照しながら、本発明の弁の一例を説明する。図１は、本発明の弁の実施態様における一例を示す図である。図1中、１はハンドル（つまみ）、２は弁軸、６は配管(ホース)をそれぞれ示す。図１の本発明の弁の一態様の模式図は、図６のような間違いを防ぐために、視覚的にバルブの直上に配管(ホース)が繋げるような設定になっている。

図２は、本発明の弁の実施態様における一例の断面図を示す図である。図2中、１０は配管接続部(ホース接続部)、１１はツマミとネジ軸を組み付けるネジ部、１２は軸摺動面、１３は弁(軸)駆動用ネジ部、１４は流動経路、１５は配管路口、１６は用途部材への接続用PTネジ部、１７は弁軸、１８はツマミ、１９はネジ軸、２０はネジ筒、２１はシール材（Oリング）、２２は弁受けシール材（Oリング）、２３は弁筒、２４は突起部を、それぞれ示す。

配管接続部には、配管、又はホースなど所望のガス、液体等流体を流すための管を取り付けることができる。ツマミ１８を回転させると、回転のエネルギーがネジ軸１９に伝わる。弁軸１７とネジ軸１９とは、軸摺動面を介しているので、回転エネルギーは、弁軸を回転させることなく、弁軸駆動用ネジ部１３に伝わる。すなわち、軸摺動面１２があるので、弁軸１７は、ツマミの回転に対してスリップして回らない状態となっている。すなわち、ツマミの軸部が独立した構造となっているので、弁軸の配管接続部にホース管などを接続した場合、ツマミを回しても、ホース自体の弾性（反発力）より、常にねじれを戻す力が生じ、回らない状態となっている。

なお、シール材を使用する態様において、ホース管等が無い場合には、前述の弾性（反発力）は受けていないので、ツマミと一緒に弁軸が回ることが考えられる。しかし、弁軸の弁部には、弁構造を有しているので、対面のシール材に接する段階から、シール材であるＯリングを押しつけてしまう段階の範囲においては、その摩擦抵抗が、弁軸の回転を抑えるので、シール面とこすりあることが無く、シールへのダメージの発生を防ぐこともできる。すなわち、本発明の構造では、シール面の耐久性も向上させることが可能となる。

つまみ１８を回す動作は、ネジ軸１９を回す力を意味し、ネジ筒２０に対してネジ軸１９自身が、当該軸上にて上下の動きに変換されるので、ネジ軸１９の先端に配する弁部30が、弁筒２３に収まった弁受けシール材（O リング）に対して、押し付けられる、または引き離される動作に移行すること形態で弁部を開閉可能となる。

この態様においては、本発明の弁の組み立て方法について説明すると以下の通りとなる。すなわち、ツマミ１８とネジ軸１９にて、軸のツバ部２４を挟み込み、ツマミとネジ軸を組付けるネジ部のタップを用いて込みこまれている。なお、この図の例では、ツマミとネジ軸を組付けるネジ部を組付けたら、二度と緩まないように、ロックタイトと称す樹脂で緩み止め強化する。軸のツバ部とツマミとネジ軸の間には、微妙な嵌合ギャップを設け、接触しないように設計する。また、軸を保持するツマミとネジ軸の内筒面とにも微妙な嵌合ギャップを設け、接触しないように設計している。上記３点が組み立てた上で、ネジ軸をネジ筒に組み込む。つまり、ツマミを回すとネジ筒の中でネジ軸を回すこととになり、ネジ軸は回転に伴い、ネジ筒中で軸上で上下に駆動させることができることになる。ゆえに、軸は、ツマミとネジ軸と回転方向は無関係であるが、ツマミとネジ軸の回転に伴い弁筒を軸上で上下に駆動させることが出来る。

図２の１６は用途部材への接続部であり図例ではPTネジ形状で描画しているが、特にネジの種類を限定する物ではなく、たとえば溶接であればネジである必要は無く、さらには既存規格の締潰型圧着継手を用いれば当該接続部はパイプ状でも良いので、PTネジに限定する物ではない。

図３は、弁の開閉時における本発明の弁の実施態様における一例の断面図を示す図である。図３中、３０は弁部を示す。

流動経路１４は、１つ又はそれ以上とすることができる。図の態様においては、４つの流動経路を設けている。また、用途部材への接続用ネジ部１６は、図の態様においては、下向きであるが、３６０度種々の角度に適宜設定することができる。また、３６０度回転可能に設定することも可能である。

シール材２１、２２等は、特に機密にガス等を制御する場合に重要である。例えば、真空等にしたい装置がある場合、真空引きする流れは、真空引きにより、弁が閉まる方向に流れる方がより気密となる。すなわち、図２では、上(ホース接続部側)から下(弁部)への流れになるように、真空引きするとより質が向上することになる。

なお、図では、ツマミの回転エネルギーをまずネジ軸１９に伝えているが、ツマミの回転エネルギーを、ネジ軸１９及びネジ筒２０が一体成型された一つの部材を介して、弁部３０を開閉させてもよい。

また、図２の態様においては、ネジ部１１は、ツマミとネジ軸を組み込みやすくするためにネジ山を形成して、組み込んでおり、その後は、接着剤等を流し込んで、ツマミ１８とネジ軸１９を固定させる構成となっているが、ネジ部１１を弁軸駆動用ネジ部として利用することも可能である。

この場合には、図２の態様とは逆に、ネジ筒２０とネジ軸１９とを固定して、一体として、ネジ部１１を、弁軸駆動用ネジ部として使用して、弁部３０を上下運動させることができる。図示しないが、このような変形例も本発明の一態様である。

本発明の設計レイアウト上の利点は以下の通りである。すなわち、本発明の弁を使用しない場合、例えば、L型バルブやストレート型バルブを用いる設計を考察すると以下のようである。

従来のような弁においては、排気管に対してバルブは、直交しているのでバルブのつまみの操作位置に配慮する空間（空間１とする）と人間がバルブ動作作業を行うために腕などを安全にアクセスさせるための空間（空間２とする）、さらにバルブに接続させる配管引き回しのための空間、つまり、ガスあるいは流動体の導入方向に配するニップルの長さおよび、ホースの最低R半径分の空間との三つの要素の空間（空間３とする）が必要となり、空間１および空間２に対し、直交する空間３が必要なため、二つのベクトルに対応した空間を持ったレイアウトを考慮しながら設計する必要があった。

これに対して、本発明の弁は、導入したいホースをつまみの軸上に配置できるため、つまり、空間１と空間３は、平行要素であるので、配管のための空間要素で統一できることにより、つまみの軸方向の空間のみを考慮して省スペースな設計レイアウトができるという利点を有することできる。

その他の効果としては、本発明の弁（串型バルブともいう）の開閉は、つまみを回すことでつまみ軸が回り、配管兼弁軸１７の軸方向駆動用ネジ１３等により配管兼弁軸のテーパー形状の弁部３０が、配管兼弁軸の軸方向駆動用ネジ減速比より精度よく上下に駆動させることができるので、配管兼弁軸の軸方向駆動用ネジの回し具合による微小な流量の調整がしやすいという有利な効果も奏する。

本発明の弁は、従来から起こりがちなヒューマンエラーを限りなく未然に防止することが可能であり、Dataの質を向上させることが可能であり、広範な範囲での分野において有益である。

１ ハンドル（ツマミ）
２ 弁軸
３ ブロック
４ 弁部
５ 流路
６ 配管（ホース）
１０ 配管接続部(ホース接続部)
１１ ツマミとネジ軸を組み付けるネジ部
１２ 軸摺動面
１３ 弁(軸)駆動用ネジ部
１４ 流動経路
１５ 配管路口
１６ 用途部材への接続用PTネジ部
１７ 弁軸
１８ ツマミ
１９ ネジ軸
２０ ネジ筒
２１ シール材（Oリング）
２２ 弁受けシール材（Oリング）
２３ 弁筒
２４ 突起部
３０ 弁部
４０ 配管（ホース）がバルブニップルから脱落している不備

Claims (7)

1. 配管接続部と、内部に流路が形成された弁軸と、用途部材への接続部を有する弁筒と、弁の開閉を行うことが可能なツマミ部と、前記弁軸に設置された弁部とからなる弁であって、ツマミ部を可動することによって前記弁部が駆動し、弁の開閉が行われることを特徴とする弁。
2. 前記弁筒と、前記弁部との間には、少なくとも1つのシール材を有する請求項１記載の弁。
3. 前記弁筒と、前記弁軸との間には、少なくとも１つのシール材を有する請求項１記載の弁。
4. 前記ツマミ部の可動が回転である請求項１〜３項のいずれか１項に記載の弁。
5. さらに、前記ツマミ部に連動するネジ軸と、前記ネジ軸に連動するネジ筒とを有する請求項１〜４項に記載の弁。
6. 前記ツマミ部の回転により、ネジ軸を回転させて、弁を開閉する請求項１〜５項のいずれか1項に記載の弁。
7. 前記ネジ軸の回転を前記ネジ筒に伝えて、前記弁軸を上下運動させることより、弁を開閉する請求項６記載の弁。

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