JP2014190399A - 遮断弁 - Google Patents

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JP2014190399A JP2013065454A JP2013065454A JP2014190399A JP 2014190399 A JP2014190399 A JP 2014190399A JP 2013065454 A JP2013065454 A JP 2013065454A JP 2013065454 A JP2013065454 A JP 2013065454A JP 2014190399 A JP2014190399 A JP 2014190399A
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貴裕 佐々木
Taneaki Miura
種昭 三浦
Koichi Kato
航一 加藤
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Abstract

【課題】内部に摩耗粉が発生することが困難であり、たとえ摩耗粉が発生したとしても弁体の弁座に対するシート性を確保し得る遮断弁を提供する。
【解決手段】遮断弁10は、ボディ12と、該ボディ12の収容孔32に収容された弁組立体14と、弁組立体14を案内するガイド部材38とを備える。弁組立体14を構成する保持部材44の中空保持部48は、ガイド部材38の貫通孔34に通される。貫通孔34から突出した中空保持部48の外周壁と、収容孔32との間には、Oリング108を含むシール部が設けられる。さらに、貫通孔34から突出した中空保持部48の外周壁と、収容孔32(連通室16)の内周壁との間には、連通室16に導入された流体がシール部まで流通可能なクリアランスが形成される。
【選択図】図1

Description

本発明は、操作ネジ部が螺回されることに伴って開閉する遮断弁に関する。
例えば、高圧ガスを充填したガス容器(タンク等)とその供給ラインには、前記高圧ガスが流通することを遮断する遮断弁が設けられる。この種の遮断弁における弁体は、特許文献1に記載されるように、該弁体を収容した弁室に設けられた弁座に対して着座又は離間する主弁部と、前記弁室の開口部に設けられた雌ネジ部に螺合する操作ネジ部とを一体的に有する単一部材として構成される。操作ネジ部を螺回することに追従して弁体が変位し、その結果、主弁部が弁座に対して着座又は離間する。
特開2010−190297号公報
ところで、特許文献1記載の従来技術では、弁体及びボディの双方を金属で構成し、且つ弁体が変位するときには、その側周壁を弁室の内周壁に摺接させるようにしている。このような状況下では、弁体又はボディが摩耗して摩耗粉が発生することがある。例えば、摩耗粉が弁座の近傍に付着した場合、弁座と弁体の間に摩耗粉が噛み込まれ、その結果、閉弁時のシート性が低下することが懸念される。
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、摩耗粉が発生し難く、摩耗粉が仮に発生したとしても該摩耗粉が弁座近傍に付着することを回避することが可能な遮断弁を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明に係る遮断弁は、流体を連通室に導入するための導入流路と、前記連通室を介して導入流路に連通する導出流路とが形成されたボディと、
前記連通室に対して進入又は離脱する方向に変位することで、前記連通室に設けられた弁座に対して着座又は離間する弁体と、
前記弁体が通される貫通孔が形成され、且つ前記弁体が変位する際に該弁体を案内するガイド部材と、
を備え、
前記ガイド部材の前記貫通孔から露呈した前記弁体の一部を収容した前記連通室の内壁と、前記弁体の側壁との間に、前記弁体が通されるシール部材を含み、且つ前記貫通孔よりも記流体の流通方向上流に位置するシール部が設けられ、
前記シール部よりも前記流体の流通方向上流では、前記連通室の内壁と、前記弁体の側壁との間に、前記流体が前記シール部まで流通可能なクリアランスが形成されていることを特徴とする。
すなわち、この遮断弁の内部において、シール部よりも流体の流通方向上流では、連通室の内壁と、弁体の側壁との間にクリアランスが形成されることで、両壁が互いに離間している。このため、弁体が連通室に対して進入又は離脱する方向に変位するときに、該弁体の側壁が連通室の内壁に摺接することがない。従って、シール部よりも流体の流通方向上流で摩耗粉が発生する懸念が払拭される。仮に、弁体の側壁とガイド部材の貫通孔の内壁との間で摩耗が生じて摩耗粉が発生したとしても、貫通孔がシール部材よりも流体の流通方向の下流側であるので、摩耗粉がシール部材によってブロックされる。
以上のような理由から、摩耗粉がシール部材よりも下流の連通室、ひいては弁座に到達することは困難である。このため、摩耗粉が弁座近傍に付着して閉弁時のシート性が低下することを防止することができる。
なお、シール部には、シール部材を挟んで配置され、且つ弁体が通される1組のバックアップリングを設けることが好ましい。この場合、弁体の側壁とガイド部材の貫通孔の内壁のいずれかに摩耗が生じて摩耗粉が発生したときには、摩耗粉は、バックアップリングに掃拭される。従って、摩耗粉が弁体とシール部材の間、又はシール部材とボディとの間に摩耗粉が進入することが困難となる。すなわち、シール部材を摩耗粉から保護することができるので、弁体が変位する際にシール部材に傷が付く懸念が払拭される。
また、バックアップリングが位置決めされる過程では、該バックアップリングが弁体の中心に向かう。このために弁体のセンタリングがなされるので、弁体が正規の姿勢・位置で弁座に着座する。これにより、弁座に対する弁体のシート性が確保される。
バックアップリングの素材は、樹脂であることが好ましい。特に、摩擦係数が小さなものが好適である。この場合、バックアップリングは、潤滑性を示すものとなる。従って、バックアップリングに対する弁体の摩擦抵抗が大きくなることが回避され、結局、弁体の摺動抵抗が大きくなることが回避される。すなわち、バックアップリングを設けたことに伴って弁体の変位速度が大きな影響を受けることが回避される。
バックアップリングを構成する樹脂の好適な具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂やポリエーテルエーテルケトン樹脂が挙げられる。
ここで、本発明においていう「樹脂」には、樹脂単体のみならず、樹脂を主成分(概ね70重量%以上)とするものが含まれる。すなわち、樹脂は、固体潤滑剤等が添加されたものであってもよい。この種の樹脂の好適な具体例としては、二硫化モリブデンが添加されたポリアミド樹脂(ナイロン−6,6やナイロン−6等)が挙げられる。
本発明によれば、シール部よりも流体の流通方向上流において、弁体の一部を収容した連通室の内壁と、前記弁体の側壁との間に、前記流体が前記シール部まで流通可能なクリアランスを形成するようにしているので、両壁が互いに離間している。このため、弁体が連通室に対して進入又は離脱する方向に変位するときに、該弁体の側壁が連通室の内壁に摺接することがない。従って、シール部よりも流体の流通方向上流で摩耗粉が発生する懸念が払拭される。
また、仮に、弁体の側壁とガイド部材の貫通孔の内壁との間で摩耗が生じて摩耗粉が発生したとしても、貫通孔がシール部材よりも流体の流通方向の下流側であるので、摩耗粉がシール部材によってブロックされる。従って、摩耗粉がシール部材よりも下流の連通室、ひいては弁座に到達することは困難である。
以上から諒解されるように、本発明においては、摩耗粉が弁座近傍に付着することが困難である。このため、摩耗粉が弁座と弁体の間に噛み込まれて閉弁時のシート性が低下することが防止される。
本発明の実施の形態に係る遮断弁が閉止状態にあるときの要部概略縦断面図である。 図1の遮断弁の要部拡大縦断面図である。 図1の遮断弁が開放状態にあるときの全体概略縦断面図である。
以下、本発明に係る遮断弁につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明における「下方」、「上方」、「左方」及び「右方」は、図1中の下方、上方、左方及び右方を指称するものとする。「下端」や「上端」等も同様である。
図1は、本実施の形態に係る遮断弁10の要部概略縦断面図である。この遮断弁10は、例えば、高圧水素を充填したタンクの供給ラインへの流路を遮断(閉止)するための栓体に設けられ、前記栓体を構成するハウジングからなるボディ12と、該ボディ12内に収容される弁組立体14とを有する。
以下、高圧水素を流体とする場合を例示して説明すると、ボディ12には、連通室16に高圧水素を導入するための導入流路18と、前記連通室16から高圧水素を導出するための導出流路20とが形成される。すなわち、導入流路18と導出流路20は、連通室16を介して連通する。また、導出流路20の開口は弁座22として機能し、弁組立体14を構成する弁本体24が着座又は離間する。
ボディ12には、内径が最小である小径孔26、中程度である中径孔28、内径が最大である大径孔30を含む収容孔32が形成されており、この中の小径孔26に弁組立体14の下端部が挿入されることで前記連通室16が形成される。小径孔26(連通室16)の内周壁と、弁組立体14の側周壁との間には若干のクリアランスが形成される。
また、中径孔28には、弁組立体14の下端部が通される貫通孔34が底壁に形成されるとともに、開口端部の内周壁に第1ネジ部36が螺設された略有底椀形状(カップ形状)のガイド部材38が収容される。中径孔28の内壁とガイド部材38には図示しないネジ部が螺設され、これらネジ部が互いに螺合されている。また、ガイド部材38の下端面は、小径孔26と中径孔28の内径差に基づいて形成される段部40に着座する。
弁組立体14につき詳述すると、該弁組立体14は、前記弁本体24の他、該弁本体24を保持する保持部材44を有する。この保持部材44は、略円筒形状をなす中空保持部48と、該中空保持部48に比して若干大径な第1フランジ部50と、該第1フランジ部50から上方に向かって突出した操作ネジ部52と、円柱状突部53とからなる。弁本体24は、前記中空保持部48の内部に挿入されている。
一層具体的には、長尺な弁本体24には、その上端部近傍にスプリング受部54が形成される。このスプリング受部54の外径は、該スプリング受部54の側周壁が中空保持部48の内周壁に対して容易に摺接し得る程度に設定されている。また、中空保持部48の開口した下端部には、プラグ部材56の上端部が挿入される。弁本体24において、スプリング受部54よりも下方は、プラグ部材56の長手方向に沿って形成された挿入孔58に間隙(遊び)を伴って通される。従って、保持部材44が上昇した際、これに追従して上昇したプラグ部材56の上端面がスプリング受部54の下端面に当接することが可能であり(図3参照)、この当接により、弁本体24の中空保持部48内からの抜け止めがなされる。
なお、中空保持部48の下端部の内周壁、及びプラグ部材56の上端部の外周壁にはネジ部60、62がそれぞれ螺設され、双方が互いに螺合されることによってプラグ部材56が中空保持部48に位置決め固定されている。
また、弁本体24の下端部先端は、プラグ部材56の挿入孔58から若干突出する。
弁本体24の下端部には、直径方向に沿って延在する径方向孔64が形成される。この径方向孔64には、弁本体24の長手方向に沿って延在し該弁本体24の上端面で開口する内孔66が連通する。
弁本体24は、摩擦係数が可及的に小さな樹脂からなることが好ましい。そのような樹脂の好適な例としては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂又はポリエーテルエーテルケトン樹脂等を挙げることができる。
さらに、中空保持部48の内部天井壁には、図1における下方に指向する環状凸部68が突出形成される。この環状凸部68と、弁本体24のスプリング受部54との間にはコイルスプリング70(弾発部材)が介在する。弁本体24は、このコイルスプリング70の弾発作用により、弁座22側に常時弾発付勢される。従って、スプリング受部54と環状凸部68は所定距離で互いに離間しており、このために互いの間に圧力室72が形成される。図1から容易に諒解されるように、連通室16と圧力室72は、プラグ部材56の挿入孔58と弁本体24の側周壁との間の間隙(遊び)、弁本体24の径方向孔64及び内孔66を介して連通する。
操作ネジ部52の側周壁には、第2ネジ部88が螺設される。この第2ネジ部88は、ガイド部材38の開口端部の内周壁に形成された前記第1ネジ部36に螺合される。従って、操作ネジ部52を回転させれば、第2ネジ部88が第1ネジ部36に沿って螺回される。
以上の構成において、小径孔26と中径孔28の境界近傍には、図2に拡大して示すように、小径孔26に連なり内径が略等径である第1等径孔100(陥没)と、該第1等径孔100及び中径孔28の双方に連なり内径が略等径である第2等径孔102(陥没)が設けられる。さらに、ガイド部材38の下端面には、内径が略等径である第3等径孔104(陥没)が、第2等径孔102に連なるようにして陥没形成される。
これら第1等径孔100、第2等径孔102及び第3等径孔104には、それぞれ、第1バックアップリング106、シール部材であるOリング108、第2バックアップリング110が収容される。すなわち、第1バックアップリング106及び第2バックアップリング110は、Oリング108を挟むように配置される。これら第1バックアップリング106、Oリング108及び第2バックアップリング110には、中空保持部48が通される。
第1バックアップリング106及び第2バックアップリング110もシール機能を営むため、これら第1バックアップリング106、Oリング108及び第2バックアップリング110によってシール部が形成される。この場合、Oリング108はウレタンゴム等の弾性体からなり、一方、第1バックアップリング106及び第2バックアップリング110は樹脂からなる。
樹脂は、摩擦係数が可及的に小さなものであることが好ましい。この場合、弁組立体14が変位するときに保持部材44が第1バックアップリング106及び第2バックアップリング110に摺接する際の摺動抵抗が上昇することを回避することができるからである。そのような樹脂の好適な例としては、弁本体24と同様に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂又はポリエーテルエーテルケトン樹脂等を挙げることができる。
第1バックアップリング106は、その全体が第1等径孔100に収容されるように、外径及び内径が設定されている。一方、第2バックアップリング110は、その全体が第3等径孔104に収容されるように、外径及び内径が設定されている。
上記したように、小径孔26(連通室16)の内周壁と、弁組立体14の側周壁との間には若干のクリアランスが形成される。従って、高圧水素が連通室16に導入されたとき、高圧水素は、このクリアランスを通過して第1等径孔100(第1バックアップリング106)、すなわち、シール部まで容易に到達する。
本実施の形態に係る遮断弁10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
図1に示す状態では、弁本体24の下端部先端が弁座22に着座している。すなわち、この場合、遮断弁10は閉止状態にある。
この状態で高圧水素が供給されると、高圧水素は、導入流路18を経由して連通室16に到達する。この際、高圧水素は、プラグ部材56と弁本体24との間隙(遊び)から径方向孔64に進入し、さらに、内孔66を通過して圧力室72に進入する。すなわち、圧力室72が高圧水素で充填される。このため、連通室16内の圧力と圧力室72内の圧力とが均衡する。
その結果、弁本体24のスプリング受部54には、プラグ部材56に臨む下端面、圧力室72に臨む上端面の双方に、高圧水素による押圧力が均等に作用する。従って、弁本体24が上方に変位して弁座22から離間すること、換言すれば、遮断弁10が開放状態となることが回避される。
その一方で、高圧水素は、第1等径孔100(第1バックアップリング106)に到達する。上記したように弁組立体14と小径孔26(収容孔32)との間にクリアランスが存在するからである。
場合によっては、第1バックアップリング106が高圧水素に押圧されて若干上昇するとともに、Oリング108がこの上昇した第1バックアップリング106に押圧されて上昇することがある。
ここで、第2バックアップリング110は、第3等径孔104に収容されている。従って、第2バックアップリング110が上昇しようとしても、該第3等径孔104の天井面に堰止される。これにより、第2バックアップリング110が上昇することが阻止される。
従って、第1バックアップリング106及びOリング108の上昇も停止する。このため、Oリング108が第1等径孔100に進入することが回避される。結局、Oリング108がボディ12と弁組立体14の間に噛み込まれたり、このことに起因してOリング108が損傷したりすることを防止することができる。
なお、万一、保持部材44が若干上昇したときには、コイルスプリング70が伸張して弁本体24を弁座22側に弾発付勢する。このため、弁本体24が弁座22に着座した状態、換言すれば、遮断弁10の閉止状態が保たれる。従って、後述する手動操作以外で遮断弁10が開放状態となること、すなわち、高圧水素が遮断弁10内を通過するような事態が発生することが回避される。
弁本体24を弁座22から離間させ、これにより遮断弁10を開放状態とするには、操作ネジ部52を回転させる。このためには、作業者が、手又は道具により操作ネジ部52を回転させればよい。この回転に伴い、操作ネジ部52の第2ネジ部88がガイド部材38の第1ネジ部36に沿って螺回され、その結果、図3に示すように、操作ネジ部52が第1ネジ部36から離脱する方向に変位する(すなわち、上昇する)。この際、保持部材44は、ガイド部材38に案内される。
しかも、本実施の形態では、保持部材44とボディ12との間にOリング108が介在しているので、保持部材44が回転しようとするときには、Oリング108からの摩擦抵抗を受けることになる。この摩擦抵抗によって、保持部材44が回転することが抑制される。
以上のように、本実施の形態によれば、保持部材44、弁本体24を個別の部材とする弁組立体14を構成するようにしているので、開弁操作時に操作ネジ部52を回転させる際、回転規制部を設けることなく弁本体24が回転することを抑制することができる。
また、回転規制部を設ける必要がないので、回転規制部とボディ12の位置合わせを行う必要がない。従って、遮断弁10の組み付けを行うことも容易である。
しかも、弁本体24には、回転を規制しようとする力が作用することが回避されるので、弁組立体14に傾きが生じることや、このことに起因して保持部材44やボディ12、弁座22に偏摩耗が生じたり、かじりが生じたりする懸念が払拭される。
加えて、弁本体24が、摩擦係数が小さな樹脂(例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂又はポリエーテルエーテルケトン樹脂等)から構成されているために潤滑性を示すので、保持部材44と弁本体24との間の摩擦抵抗が小さい。このため、弁本体24が摩耗することが回避される。
操作ネジ部52が第1ネジ部36から離脱する方向に変位することに追従し、保持部材44、及び保持部材44の下端部に位置決め固定されたプラグ部材56が連通室16から離脱する方向に変位する(すなわち、上昇する)。また、コイルスプリング70が伸張する。
プラグ部材56の上端面が弁本体24のスプリング受部54の下端面に当接すると、弁本体24がプラグ部材56に支持されて保持部材44及びプラグ部材56と同期して変位し、弁座22から離間する。その結果、遮断弁10が、導入流路18と導出流路20が連通室16を介して連通する開放状態となり、高圧水素が遮断弁10内を流通するようになる。この際には、閉弁時に圧力室72に充填された高圧水素も、内孔66、径方向孔64及び連通室16を介して導出流路20から導出される。
保持部材44の中空保持部48の外周壁と、収容孔32(小径孔26)の内周壁との間には、上記したようにクリアランスが存在する。従って、保持部材44が変位する最中、中空保持部48の外周壁が収容孔32の内周壁に摺接することはない。このため、中空保持部48の外周壁、及び収容孔32(小径孔26)の内周壁が摩耗することがない。すなわち、シール部よりも上流側で摩耗粉が発生する懸念が払拭される。
保持部材44が変位する最中、ガイド部材38の貫通孔34の内周壁には、中空保持部48の外周壁が摺接する。場合によっては、両者の間に摩耗粉が発生することが考えられる。
そのような場合、摩耗粉は、第2バックアップリング110によって掃拭される。このため、摩耗粉がOリング108まで到達することが回避される。すなわち、Oリング108は第2バックアップリング110によって保護されている。
従って、中空保持部48とOリング108の間に摩耗粉が噛み込むことが防止される。その結果、Oリング108が損傷したり、このことに起因してシール部のシール性能が低下したりすることが回避される。勿論、摩耗粉が連通室16に進入することも防止される。
以上のように、シール部よりも上流側にクリアランスを設け、弁組立体14とガイド部材38の摺接部位をシール部よりも下流側としたことにより、摩耗粉が連通室16に進入したり、弁座22の近傍に付着したりすることが回避される。このため、弁本体24の弁座22に対するシート性が確保される。
図3に示す開放状態から図1に示す閉止状態に戻すには、上記に準じて操作ネジ部52を回転させればよい。ただし、この際の回転(螺回)方向は、閉止状態から開放状態とするときの回転(螺回)方向と逆である。勿論、操作ネジ部52は、第1ネジ部36に進入する方向に変位する。すなわち、下降する。
同時に、保持部材44全体が連通室16に進入する方向に変位(下降)し、これに追従して、保持部材44に保持された弁本体24も下降して弁座22に着座する。
この過程においても、上記した理由から、弁本体24が回転することや、保持部材44及び弁本体24に回転を規制しようとする力が作用することを抑制することができる。従って、弁組立体14に傾きが生じることや、このことに起因して保持部材44やボディ12に偏摩耗が生じたり、かじりが生じたりすることが防止される。また、中空保持部48の外周壁、及び収容孔32(小径孔26)の内周壁が摩耗することが回避されるとともに、中空保持部48とOリング108の間に摩耗粉が噛み込むことが防止される。
本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、弁本体24、第1バックアップリング106及び第2バックアップリング110は、樹脂単体からなるものに特に限定されるものではなく、潤滑成分を含んだ樹脂からなるものであってもよい。そのようなものの好適な例としては、二硫化モリブデンや炭素等の固体潤滑剤が分散された樹脂、炭素繊維を含んだ樹脂が挙げられる。一層具体的には、二硫化モリブデンが添加されたポリアミド樹脂(ナイロン−6,6又はナイロン−6等)が例示される。
また、第1バックアップリング106及び第2バックアップリング110を省略し、Oリング108のみでシール部とするようにしてもよい。Oリング108に代替し、直径方向に沿う断面が略X字形状であり、いわゆるリップ部を有するシール部材を用いるようにしてもよいことは勿論である。
さらに、弁組立体14に代え、弁部や操作ネジ部を一体的に具備する単一部材としての弁体を用いるようにしてもよい。
そして、遮断弁10は、高圧水素以外のガスや液体が流体として流通する経路に設けることも可能である。
さらに、第1等径孔100に代え、小径孔26から中径孔28に向かうに従ってテーパー状に拡径するテーパー状拡径部を形成するとともに、第3等径孔104に代え、中径孔28から大径孔30に向かうに従ってテーパー状に縮径するテーパー状縮径部を形成し、これらテーパー状拡径部及びテーパー状縮径部に、第1バックアップリング106、第2バックアップリング110をそれぞれ収容するようにしてもよい。この場合、第1バックアップリング106、第2バックアップリング110の各外周壁に、テーパー形状の内壁に対応するテーパー部を設けるようにすればよい。
10…遮断弁 12…ボディ
14…弁組立体 16…連通室
18…導入流路 20…導出流路
22…弁座 24…弁本体
32…収容孔 36…第1ネジ部
38…ガイド部材 44…保持部材
48…中空保持部 52…操作ネジ部
53…円柱状突部 56…プラグ部材
64…径方向孔 66…内孔
70…コイルスプリング 72…圧力室
88…第2ネジ部 100…第1等径孔
102…第2等径孔 104…第3等径孔
106…第1バックアップリング 108…Oリング
110…第2バックアップリング

Claims (4)

  1. 流体を連通室に導入するための導入流路と、前記連通室を介して導入流路に連通する導出流路とが形成されたボディと、
    前記連通室に対して進入又は離脱する方向に変位することで、前記連通室に設けられた弁座に対して着座又は離間する弁体と、
    前記弁体が通される貫通孔が形成され、且つ前記弁体が変位する際に該弁体を案内するガイド部材と、
    を備え、
    前記ガイド部材の前記貫通孔から露呈した前記弁体の一部を収容した前記連通室の内壁と、前記弁体の側壁との間に、前記弁体が通されるシール部材を含み、且つ前記貫通孔よりも前記流体の流通方向上流に位置するシール部が設けられ、
    前記シール部よりも前記流体の流通方向上流では、前記連通室の内壁と、前記弁体の側壁との間に、前記流体が前記シール部まで流通可能なクリアランスが形成されていることを特徴とする遮断弁。
  2. 請求項1記載の遮断弁において、前記シール部に、前記シール部材を挟んで配置され、且つ前記弁体が通される1組のバックアップリングが設けられていることを特徴とする遮断弁。
  3. 請求項2記載の遮断弁において、前記1組のバックアップリングが樹脂からなることを特徴とする遮断弁。
  4. 請求項3記載の遮断弁において、前記1組のバックアップリングがポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、又は固体潤滑剤が添加されたポリアミド樹脂のいずれかからなることを特徴とする遮断弁。
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