JP3598595B2 - 全開全閉バルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過酷な条件下に使用しても適正な使用状態や有効な耐久性が確保されるようにした全開全閉バルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高温流体を扱うプラスチックプラント等の配管に使用されるバルブは、弁体がシート部に着座した状態で弁軸が熱膨脹したときに、軸方向に過大な内部応力が生じて、弁軸や弁体あるいはシート部等の破損事故が発生する場合がある。そこで、このようなバルブには、弁軸の膨脹を吸収する機構が予め組み込まれているものが少なくない。
【０００３】
図６はその一例を示すもので、基本的なバルブ機能は、弁軸ａの前進動作に伴って弁軸ａに付帯する弁体ｂがシート部ｃに着座することにより閉止状態をとり、弁軸ａの後退動作に伴って弁体ｂがシート部ｃから離脱することにより開成状態をとるものである。そして、弁体ｂがシート部ｃに着座した状態で弁軸ａが膨脹したときに、弁軸ａがシート部ｃとドライブスリーブｄの間で突っ張って撓んだり、これに起因して弁体ｂやシート部ｃが破損することがある。そこで、図示のものは、弁軸ａをバルブハウジングｅにボルトｆ、皿ばねｇ及びナットｈを介して間接的に支持させ、閉止位置で弁軸ａが膨脹し、それが一定以上のスラスト荷重となったときに、皿ばねｇを圧縮しつつ、弁軸ａの膨脹量分だけドライブスリーブｄを弁軸ａとともに図７に示すようにバルブハウジングｅから離反させて、その膨脹を吸収するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バルブには、上記の種類以外に、全閉位置及び全開位置の双方において弁体がシート部に着座する構造のものがある。図８はその一例を示すもので、流路に対して直角に弁軸ｉが配置され、この弁軸ｉに楔状の溝ｊを有する弁体ｋが螺着されていて、その溝ｊにシート部として機能するテーパ状のセグメントｍが嵌合させてある。セグメントｍは弁体ｋとともに流路に対して直角方向に移動可能であって、降下位置で弁体ｋ及びセグメントｍの中実部によって流路間を全閉にし、上昇位置で弁体ｋ及びセグメントｍの中空部によって流路間を全開にするものである。その際、セグメントｍの動作端には一対のストッパｐ、ｑが配置してあり、弁軸ｉの操作によってセグメントｍが弁体ｋを介し駆動され、それらのストッパｐまたはｑに当接したときに、それ以降の弁軸ｉの操作によってセグメントｍのテーパ面に弁体ｋの溝ｊを楔作用によって食い込ませ、有効なシート性を発揮させるようにしている。このようなバルブは、全開全閉バルブと称される。
【０００５】
しかして、このようなバルブに対しては、図６及び図７に示した弁軸膨脹吸収機能は、一方向のみにしか機能し得ない。つまり、弁軸ｉが全閉位置にあるときに弁軸ｉの膨脹によって弁体ｋがセグメントｍに過度に圧着されることを防止するように構成しても、弁軸ｉが逆に全開位置にあるときには、最初は適正な力で弁体ｋをセグメントｍに圧着させていても、弁軸ｉの膨脹とともに次第にその圧着度が低下し、その結果、弁体ｋとセグメントｍとの間の適正なシート性が無くなって、バルブの機能が損なわれるという不具合を惹起する。
【０００６】
本発明は、このような全開全閉バルブにおける弁軸の膨脹を的確に吸収する新たな手段を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような構成を採用したものである。
【０００８】
すなわち、本発明の全開全閉バルブは、弁軸の前進動作に伴って弁軸に付帯する第１の弁体がバルブハウジングの第１のシート部に着座することにより第１の弁体が所定の流路を完全に遮断する全閉状態をとり、弁軸の後退動作に伴って弁軸に付帯する第２の弁体がバルブハウジングの第２のシート部に着座することにより前記第１の弁体が前記第１のシート部から離反して前記流路を完全に連通する全開状態をとるものにおいて、回転操作される弁軸と螺合してこれを進退可能に保持するドライブナットの一端側に固定鍔部を設け、他端側にナットを螺着するものとし、かつ、前記固定鍔部と前記バルブハウジングに設けたスラスト受部との間に第１の与圧バネを介在させ、前記ナットと前記スラスト受部との間に第２の与圧バネを介在させることにより、両予圧バネで前記ドライブナットを支持していることを特徴とする。
【０００９】
このような構成において、全閉位置で弁軸が膨脹すると、弁軸は第１の弁体を第１のシート部に過度に圧着しようとするが、その反力が一定以上のスラスト力になると、第１の与圧バネが圧縮され、弁軸の膨脹を吸収する。
【００１０】
逆に、全開位置で弁軸が膨脹すると、前記とは逆に、第２の与圧バネが次第に伸張してゆき、その与圧バネが一定以上伸張するまでは第２の弁体が第２のシート部から離脱することがない。このため、弁軸が膨脹しても有効なシート性が担保される。
【００１１】
以上のように、本発明の全開全閉バルブによれば、高温雰囲気下に使用され、これにより弁軸の膨脹が生じても、全開位置および全閉位置において必要以上に弁体がシート部に圧接されたりシート部から離反したりすることを有効に防止することができ、適正なシート機能を担保すると同時に、バルブの破損を防いで耐久性を確実に向上させることが可能となる。
【００１２】
しかも、このような弁軸膨脹吸収機構は、バルブハウジング内にコンパクトに組み込んで構成することができるため、この種の機構をバルブの外部に別途に構成する場合に比べれば、バルブを含めた周辺部の軽量化につながり、コストダウンを図る上でも奏効するものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。
【００１４】
この全開全閉バルブは、図１に示すように、弁軸１を弁軸膨脹吸収機構２を介してバルブハウジング３に支持させ、弁軸１の進退動作に伴って該弁軸１に付帯して設けた第１の弁体４及び第２の弁体５がバルブハウジング３に形成した第１のシート部６及び第２のシート部７にそれぞれ背反的に着脱して全閉状態または全開状態を実現するように構成されたものである。
【００１５】
詳述すると、弁軸１は中空体状の前記バルブハウジング３内に配設されたもので、長手方向端部以外の外周に雄ねじ１ａを刻設されるとともに、上端部をバルブハウジング３を貫通して上方に延出し、その延出端に操作ハンドル８を取着している。弁軸膨脹吸収機構２は、前記弁軸１の雄ねじ１ａに螺合する雌ねじ２１ａを内周に刻設されたドライブナット２１を具備するとともに、このドライブナット２１を固定鍔部２２、ナット２３並びに第１、第２の与圧バネ２４、２５を介してバルブハウジング３の内部に固設したリング状のスラスト受部３１に支持させている。つまり、ドライブナット２１は下端に固定鍔部２２を有し、上端にナット２３が螺着される構造のもので、このドライブナット２１に弁軸１を螺合進退可能に保持させてバルブハウジング３のスラスト受部３１の中心部に挿通し、その際に固定鍔部２２の上面とスラスト受部３１の下面との間に第１の与圧バネ２４を介在させるとともに、該スラスト受部３１の上面に第２の与圧バネ２５を配置し、この与圧バネ２５の上からナット２３を螺合させて与圧バネ２５を一定量圧縮する位置に螺着している。これらの与圧バネ２４、２５は、それぞれ４枚の皿バネを交互に逆向きに配列したものである。
【００１６】
一方、前記弁軸１の下端に、円錐状の弁体構成部材９を取着し、この弁体構成部材９のテーパ面を前述した第１の弁体４として利用するとともに、この弁体構成部材９の底面を前述した第２の弁体５として利用している。また、前述した第１のシート部６は、弁軸１がバルブハウジング３内を上下方向に進退動作するときの下側の動作端近傍に形成されたもので、この第１のシート部６に弁体４が着座したときにバルブハウジング３の流路Ａと流路Ｂの間を完全に遮断するようになっている。さらに、前述した第２のシート部７は、弁軸１の上側の動作端近傍に形成されたもので、この第２のシート部７に弁体５が着座したときに、流路Ａと流路Ｂの間を完全に連通させるようになっている。
【００１７】
次に、本実施形態の全開全閉バルブを用いて、数百℃という高温状態で移送される溶融プラスチックの移送状態の切換えを行う場合について説明する。流路Ａから流路Ｂに向かう流れを遮断したいときには、操作ハンドル８を回転操作して、弁軸１を図１に示す全閉位置にまで降下させ、第１の弁体４を第１のシート部６に着座させる。このとき、初期設定として、常温で有効なシート性が発揮されるように、つまり、第１の弁体４が第１のシート部６に図４に示すような有効なスラスト力Ｓ０ で圧接されているように、トルクを負荷しておく。すると、高温流体から熱を受けて弁軸１が膨脹したときに、弁軸１は第１のシート部６とドライブナット２１との間で突っ張り、その応力が与圧バネ２４の反発力を上回ったときに、弁軸１がドライブナット２１と共に第１の与圧バネ２２を圧縮しながら上方に移動する。このとき、第１のシート部６におけるスラスト力は図４に矢印で示すように与圧バネ２４の圧縮量Δｄに応じてΔＳだけ増大する。しかし、与圧バネが無い場合に比べて弁軸膨脹が破壊的なスラスト力をもたらすことを有効に回避できるため、これにより弁軸１やシート部６の破損が防止されるとともに、熱膨脹後にも適正なシート性が確保される。
【００１８】
一方、流路Ａと流路Ｂの間を完全に開成したいときには、操作ハンドル８を回転操作して、弁軸１を図２に示す中間位置を経て図３に示す全開位置にまで上昇させる。図１から図２に至る過程では、第１の弁体４が第１のシート部６から離脱し、その間に、ドライブナット２１は与圧バネ２４、２５によってオフセット位置に保持される。そして、図２から図３に至る過程で、第２の弁体５が第２のシート部７に着座する。このとき、初期設定として、常温で有効なシート性が発揮されるようなスラスト力Ｓ０ （図５参照）に加えて、弁軸膨脹時に予想される伸び量Δｄを加算しておく。つまり、この際には第２の与圧バネ２５が圧縮されて、第２の弁体５が第２のシート部７にスラスト力Ｓ０ ＋ΔＳで圧接された状態にする。すると、高温流体から熱を受けて弁軸１が膨脹したときに、前記とは逆に、第２の与圧バネ２５が次第に伸張してゆき、その与圧バネ２５が一定以上伸びきるまでは第２の弁体５が第２のシート部７から離脱することがない。このため、弁軸１が膨脹しても有効なシート性を担保することができ、適正な流路切換機能を維持することが可能となる。
【００１９】
以上のように、本実施形態の全開全閉バルブは、高温雰囲気下に使用され、これにより弁軸１の膨脹が生じても、全開位置および全閉位置において適正な流路切換機能を確保すると同時に、バルブの破損を防いで耐久性を確実に向上させることが可能になる。
【００２０】
しかも、このような弁軸膨脹吸収機構２は、バルブハウジング３内にコンパクトに組み込んで構成することができるため、この種の機構をバルブの外部に別途に構成する場合に比べて、バルブを含めた周辺部の軽量化につながり、コストダウンを図る上でも有用なものとなる。
【００２１】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。例えば、上記実施形態においてドライブナットを電動アクチュエータのドライブスリーブに当てはめるようにしてもよい。また、全開位置と全閉位置とで必要なシート力が相違する場合には、与圧バネを構成する皿バネの数や向きを調整して対応することができる。さらに、本発明が適用されるバルブの構造も、上記実施態様に限定されるものではなく、例えば図８に示したバルブ等にも有効に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を、弁軸が全閉位置にある状態で示す全体縦断面図。
【図２】同実施形態において弁軸が中間位置にある状態を示す図１に対応した断面図。
【図３】同実施形態において弁軸が全開位置にある状態を示す図１に対応した断面図。
【図４】同実施形態において全閉位置にある弁軸に対して弁軸膨脹吸収機能が働く原理を説明するグラフ。
【図５】同実施形態において全開位置にある弁軸に対して弁軸膨脹吸収機能が働く原理を説明するグラフ。
【図６】従来例を示す断面図。
【図７】同従来例において弁軸膨脹吸収機能が働いた状態を示す図６に対応した断面図。
【図８】従来の弁軸膨脹吸収機能ではカバーできないタイプのバルブを示す断面図。
【符号の説明】
１…弁軸
２…弁軸膨脹吸収機構
３…バルブハウジング
４…第１の弁体（弁体構成部材のテーパ面）
５…第２の弁体（弁体構成部材の底面）
６…第１のシート部
７…第２のシート部
２４…第１の与圧バネ
２５…第２の与圧バネ

Claims (1)

1. 弁軸の前進動作に伴って弁軸に付帯する第１の弁体がバルブハウジングの第１のシート部に着座することにより第１の弁体が所定の流路を完全に遮断する全閉状態をとり、弁軸の後退動作に伴って弁軸に付帯する第２の弁体がバルブハウジングの第２のシート部に着座することにより前記第１の弁体が前記第１のシート部から離反して前記流路を完全に連通する全開状態をとる全開全閉バルブにおいて、
   回転操作される弁軸と螺合してこれを進退可能に保持するドライブナットの一端側に固定鍔部を設け、他端側にナットを螺着するものとし、
   かつ、前記固定鍔部と前記バルブハウジングに設けたスラスト受部との間に第１の与圧バネを介在させ、前記ナットと前記スラスト受部との間に第２の与圧バネを介在させることにより、両予圧バネで前記ドライブナットを支持していることを特徴とする全開全閉バルブ。

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