JP3814731B2

JP3814731B2 - バルブ

Info

Publication number: JP3814731B2
Application number: JP14999897A
Authority: JP
Inventors: 洋一郎風間; 秀樹近藤
Original assignee: 日立バルブ株式会社
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2017-05-23
Also published as: JPH10325472A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弁箱内で回転する弁体と接触してシールするゴム製シートリングを備えたバルブに関するもので、特にバルブ弁箱内で流路軸方向と直交する方向に偏芯して回転する弁体の開閉操作が低い操作トルクで容易に行えるようにしたバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボール弁等の弁体が弁箱内で回転するバルブに使用するシートリングとしては、通常単体のポリテトラフルオロエチレン樹脂（商品名テフロン、以下ＰＴＦＥと記す）で形成されたものが多く使用されている。
また特開昭６３−１４０１８２号公報に開示された如く、耐熱性ゴムにＰＴＦＥ粉末を混合したゴムでシートリングを成形したボールバルブも知られている。
さらに特開平７−５５０２６号公報に開示された如く、ゴム弾性体からなるシートリングとＰＴＦＥ樹脂製のシートリングとを弁箱内に装着して、両シートリングでボール弁体とのシールを行うようにしたボール弁も知られている。
また、図８に示すように、弁箱内で摺動するシート部材９３にＰＴＦＥからなるシートリング９を保持し、その背面に皿バネ９２を装着したバルブ（偏芯回転弁）も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら単体のＰＴＦＥ製シートリングでは、ＰＴＦＥは膨張係数が高く比較的硬質のため、高温時に膨張するのでボール弁体を拘束し、弁体の回転トルクが高くなり開閉が困難になる問題がある。またＰＴＦＥは耐クリープ性に劣り、例えばシートリングが弁体と接触した状態で膨張したり、又は弁閉止時の流体圧力によってシートリングが弁体で圧縮され、弁体の外周面上にフローし、シートリングがフローした状態で塑性変形を起こすクリープが生じ、流体を閉止できなくなる問題がある。
即ち弁箱内のシールリングによって密封的に支持されていたボール弁体が、圧力を除かれた際にボール弁体との間に隙間が生じ、この隙間から流体が漏れる。この現象を取り除くには、図８に示す回転弁のように弁体と弾力的に接するようにシートリングの背面に弾力性を持たせる複雑なバルブシール構造が更に必要である。
【０００４】
また耐熱性ゴムにＰＴＦＥ粉末を混合したゴム製のシートリングでは、ゴム製シートを成形する過程でＰＴＦＥ粉末を混合し、シートリング全体にＰＴＦＥを含有しているので、シートリング体積当りのＰＴＦＥ量を多く必要とし、高価なものとなっていた。またゴム中に全体にＰＴＦＥ粉末が分散されるので、ＰＴＦＥを多く混合する割りには摩擦係数の低減の効果は大きく望めなかった。
更に特開平７−５５０２６号公報に開示されたゴム製シートリングとＰＴＦＥ樹脂製のシートリングとを弁箱内に装着したボール弁の場合、弁箱内に両シートリングを装着する装着溝等の加工や部品が必要で、シートリングの部品点数も多くなり高価で複雑なボール弁となっていた。
特に図８に示す偏芯回転弁では、弁箱内でシートリング９が摺動する構造としなければならず、裏漏れを防止するためのシールパッキン９１や皿バネ９２、シート部材９３及び止め輪９４等が必要で、部品点数が多くなり複雑なシール機構となっていた。
本発明は上記の問題点を解消して、簡単なシール構造でもって長期に亘って弁体との摩擦抵抗を低減して弁体の回転トルクを低減するとともに良好なシール性が得られるバルブを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、弁箱内に設けられたシートリングに当接する部分球面状のシール面を周縁部に有する円板状の弁体を有し、閉弁時に前記シール面が前記シートリングの部分球面状に形成された表面に密着し、開弁時に前記シール面が前記シートリングから離れるように、前記弁体の回転軸が前記シール面の曲率中心から流路軸方向と直交する方向に偏芯して配置されたバルブにおいて、前記シートリングは、ゴム製本体の少なくとも前記シール面と接触する表面に、ウレタン樹脂中に超高分子ポリエチレン、グラファイト、ＰＴＦＥ及び二硫化モリブデンから選ばれた１種又は２種からなる固体潤滑剤を混合した樹脂溶液をコーティングして硬化させた２〜２０μｍの厚さを有する潤滑被膜を設けたことである。
【０００６】
【作用】
本発明は上記の構成であって、ゴム製のシートリングの少なくとも弁体の部分球面状のシール面と当接（密着）する面には潤滑性に優れた潤滑被膜が形成され、しかもこの潤滑被膜は固体潤滑剤を含むウレタン樹脂をゴム製シートリング本体の表面に硬化しているので強固に密着しており剥がれない。またウレタン樹脂がゴムと機械的特性が似ており、しかも２〜２０μｍといった薄い膜厚のためシートリング自体の特性も損なわれない。このためゴム自体の持つ優れた弾力性能と耐クリープ性能をそのまま保持していることも加わって、弁体との摺動摩擦抵抗が少ない状態で長期に亘って安定した潤滑性能が得られる。
従って弁体とシールリングとが所定のシール面圧を保持して容易に回転でき、弁体の回転操作が容易なバルブが得られ、更に開閉操作させるアクチュエータも従来よりも小容量のものを用いることができる。
特に、シート材質を弾性体であるゴム材を用いることで従来の偏芯回転弁のような複雑なシート部機構が不要で、またゴム自体を潤滑性のある高価な材料で形成する必要がないので、製造コストが著しく低減されかつ操作トルクが低いバルブが得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の詳細を添付図面により説明する。
図１は本発明の参考例に係わるボールバルブの縦断面図である。図１において、弁箱１は内部に弁室６とその両側に設けられた入出口流路７を有し、弁室６内に装着されたシートリング４、４とボール弁体２は出口流路７に螺合したリテーナ８により固定されている。ボール弁体２は内部に貫通孔３を有し、上部に弁棒５が連結されている。上部から弁棒５を回転することにより、ボール弁体２が弁箱内の入出口流路７を開または閉位置に回転して弁の開閉が行われる。４は弁箱１と弁体２間をシールするシートリングで、図２にその拡大図を示す。シートリング４は弁箱１の入出口流路７の弁室６側よりの段部に組み込まれた環状体で、本例では全体がニトリルゴムからなるシートリング本体４１の表面、すなわち弁体２のシール面と接触する表面及び弁体側端面に潤滑被膜４３を設けてある。
【０００８】
この潤滑被膜４３は、ニトリルゴムからなるシートリング本体４１を、まず前処理としてアルコールで脱脂洗浄し、約４０℃で乾燥した後、次の工程で形成される。
すなわちウレタン樹脂中に固体潤滑剤として超高分子ポリエチレン粉末とグラファイト粉末を混合した主剤と、ウレタン樹脂を硬化させる硬化剤とを約２：１の比率で混合してスプレー又は、はけ塗り等で上記前処理したシートリング本体４１にコーティングする。その膜厚は２０μｍ以下の薄い膜厚で良く、通常は１０μｍ程度で十分な性能が得られる。また主剤、硬化剤共コーティングし易い適宜の粘度にシンナーで希釈される。
コーティングした後は８０〜９０℃で約３０分間加熱することによって、ゴム製シートリング本体へのウレタン樹脂の硬化、密着を確実に行い、潤滑被膜４３をシートリング４１の表面に強固に接着させる。
尚、ウレタン樹脂中に混合する固体潤滑剤としては、上記の他、ＰＴＦＥや二硫化モリブデンを用いてもよく、これらを適宜混合してもよい。
【０００９】
シートリング本体４１の形状は弁に応じて種々選定すればよく、図３の如く、弁体２とのシール側および弁箱１との装着側に環状のリップ４４を設けることができる。特に弁体２とのシール側にリップ４４を形成することによって、弁体２と接触する面積が減少して弁体２との摩擦抵抗が更に減少し、また弁体２との集中的な接触圧によってシール性能を増加することができる。
【００１０】
図４はリテーナ８によってシートリング４を介して弁体２を挟着するシートリングの締め代と、ボール弁体２を回転操作する弁棒５の操作トルクとの関係を、各種シートリング別に表したものである。上記のシートリングを用いたものでは、通常のゴム相当の弾力性があり、弁体２との摩擦抵抗が少ないので、従来のＰＴＦＥあるいはゴムといった単一の材料からなるシートリングに比べても操作トルクが小さく、シートリングの締め代を大きくしても操作トルクが上昇しないので、シートリングの締め代に余裕を持って締め付けることができ、従って締め代に多少の誤差が生じても軽い操作トルクで確実にシールできる。このことは、シートリングにクリープが生ぜず、シール性能が安定することを示す。
【００１１】
図５は上記のシートリングと従来の単一ＰＴＦＥ製シートリングを用いた場合のボール弁の開閉寿命試験結果を示す。従来のＰＴＦＥ製シートリングでは約５万回の開閉回数でシート部分から流体の漏れが発生したが、上記のシートリング４を用いた場合では、開閉回数３０万回迄流体の漏れ等の異常が見られなかった。
また上記シートリングでは開閉回数が増加しても操作トルクはそれほど上昇せず、単一ＰＴＦＥシートリングに比べて約半分であり、アクチュエータのモータの回転負荷が少なくて済み、小容量のものを使用できることがわかる。
【００１２】
図６、図７は本発明の実施例のバルブを示す。
この実施例では、弁体２０は弁板２１の周縁部に部分球面状のシール面２２を有し、弁板２１裏面の上部と下部に上腕２３と下腕２５を形成したもので、上腕２３に弁棒５０を連結し、下腕２５は支持ピン２７で弁箱１０内に軸支して弁体２０を回転させ、弁箱１０の片側流路１１に設けたシートリング３０と接触させて弁を開閉するバルブである。
そして図７のごとく弁体２０の回転中心Ｓは、上記シール面２２の閉弁状態での曲率中心Ｏから流路軸Ｘ方向と直交する方向にΔＹだけ離芯してある。
このため弁体２０が全閉位置近くに回転されて初めてシートリング３０に接触し、更に全閉方向に回転させることでシートリング３０との接触圧が増加し、完全に弁を閉止できるようになっている。シートリング３０は弁箱流路１１内面に螺合したインサート１２に保持されて弁箱内面に固定されている。このシートリング３０も前記のものと同様にゴム製シートリング本体の弁体２０のシール面２２と接触する表面及び弁体２０に近い側の端面に潤滑被膜３３を形成してある。
【００１３】
このような偏芯回転弁の場合、開弁時は弁体２０がシートリング３０に当接しておらず、閉弁時に弁体２０がシートリング３０に接触して、弁体２０を回転するトルクが上昇するように構成されている。このシートリングとして従来は単体のＰＴＦＥ製シートリングがよく使われていたが、弁体の回転締付けによる接触圧が増すとＰＴＦＥがクリープ変形してしまい、弁の繰返し開閉あるいは長期のシール性に問題があった。
このため図８の回転弁の如く、シールリングが弁体の圧力に対して軸線方向に逃げるように弾力性を有する場合には、シートリングの背面に皿ばね等のスプリングを挿入する等複雑なシート部構造を採用しなければならなかった。しかし本実施例によれば、少なくともシール面２２と接触する表面に特定の潤滑被膜３３を形成したシートリング３０を使用するので、弁体２０との摩擦抵抗が少なく、しかもゴム製シートリング本体によるクリープ特性がよいため、従来のように複雑な構造とする必要がなく、安価に製造でき、長期に亘って良好なシール性が維持される。
【００１４】
【発明の効果】
以上のごとく本発明によれば、弁体との摩擦抵抗が少ないので、閉弁時の操作トルクの低減ができ、弁の開閉操作性に優れるとともに長期に亘って良好なシール性を維持するもので、部品点数の削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例を示すボール弁の縦断面図である。
【図２】図１のシートリングに拡大斜視図である。
【図３】シートリングの他の例を示す断面図である。
【図４】シートリングの締め代と開閉操作トルクの関係を示す図である。
【図５】開閉操作回数と操作トルクの関係を示す図である。
【図６】本発明の偏芯回転弁の縦断面図である。
【図７】図６の偏芯回転弁の弁体回転中心を示す図である。
【図８】従来の偏芯回転弁の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１、１０弁箱
２、２０弁体
４、３０シートリング
５、５０弁棒
８、リテーナ
１２インサート
４１ゴム製シートリング本体
４３潤滑被膜
４４リップ突起

Claims

弁箱内に設けられたシートリングに当接する部分球面状のシール面を周縁部に有する円板状の弁体を有し、閉弁時に前記シール面が前記シートリングの部分球面状に形成された表面に密着し、開弁時に前記シール面が前記シートリングから離れるように、前記弁体の回転軸が前記シール面の曲率中心から流路軸方向と直交する方向に偏芯して配置されたバルブにおいて、前記シートリングは、ゴム製本体の少なくとも前記シール面と接触する表面に、ウレタン樹脂中に超高分子ポリエチレン、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン及び二硫化モリブデンの内の１種又は２種からから選ばれた固体潤滑剤を混合した樹脂溶液をコーティングして硬化させた２〜２０μｍの厚さを有する潤滑被膜を設けたことを特徴とするバルブ。