JP5202516B2 - バルブの製造方法およびバルブ - Google Patents
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Description
このバルブは通常、上部バルブ本体37および下部バルブ本体38、シートリング39、ステム40、弁体41がそれぞれの工程で製作された後、上部バルブ本体37および下部バルブ本体38がボルト42にて組立てられ、調整されて完成品となるが、この組立て工程では以下の問題があった。
1、中空筒状のバルブ本体の内周面にシートリング39を嵌着する際に、シートリング39の硬度が高い場合は組立てが困難であり、また、シートリング39の材質がフッ素樹脂などで変形困難な場合、2つ割にした上部バルブ本体37および下部バルブ本体38を製作し組立てる必要があり、組立工数が多くなる。
2、シートリング39の内周面側に弁体41を嵌着する際に、弁体41はシートリング39を押しつぶしてシール性を確保するため、弁体41の外周寸法よりもシートリング39の内周面の寸法が小さくなっている。弁体41を嵌める際に力が必要であり、組立てが困難であった。特に、フッ素樹脂製のシートリング39に弁体41を入れる際は、フッ素樹脂製のシートリング39が中空筒状のバルブ本体に嵌着されていると弁体41を組み難いため、予めフッ素樹脂製のシートリング39に弁体41を組立てた後、2つ割にした上部バルブ本体37および下部バルブ本体38を用いて組立てる必要があり、組立工数が多くなる。
上記従来の問題点を解決する方法として、図8に示すように、バルブ本体44が、フランジ面50と直交し且つステム45の軸心を通る分割面49に沿って対称に分割され、分割面49に向って開放される穴状空間を複数形成して肉抜きを行うと共に、バルブ本体44を分割面49で相互に接合一体化する締結手段を設けたことを特徴とするバルブが挙げられる(特開平7−305779号公報参照)。
また、図9に示すように、バルブ本体51が、フランジ面57と平行し且つステム52の軸心を通る分割面56に沿って対称に分割され、分割面56に向って開放される穴状空間を多数形成して肉抜きを行うと共に、バルブ本体51を分割面56で相互に接合一体化する締結手段を設けたことを特徴とするバルブも挙げられる(特開平8−285094号公報参照)。
これらの文献によると、バルブ本体44およびバルブ本体51の肉抜きによる軽量化や、バルブ本体44およびバルブ本体51の内周面やステム45およびステム52の貫通孔の二次加工が不要となることに加え、バルブ本体44およびバルブ本体51がステム45およびステム52の軸心を対称軸とした形状となっているため、一つの金型で一対のバルブ本体44およびバルブ本体51を成形することができ、組立性の向上およびコスト低減と量産効果を計ることができるという効果を有している。
しかしながら、対のバルブで構成されているバルブ本体44およびバルブ本体51のそれぞれのバルブの締結手段として、2つ割りしたクランプ46およびクランプ53と固定フランジ47および固定フランジ54とボルト48およびボルト55を用いるため部品数が増え、更にバルブ本体44およびバルブ本体51を締結する手間を軽減できないという問題があった。
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、バルブ本体を分割することなく、シートリングとバルブ本体を容易に組立て可能なバルブの製造方法およびバルブを提供することである。
本発明の一つの態様によれば、ステムの上部外周に装着される軸受け及びシートリングの外周の上部および下部に設けられた貫通孔周辺に装着されるリングが、更に予め金型内に配置された後に、バルブ本体を成形することを特徴とする。
本発明の一つの態様によれば、内周面にシートリングを配置したバルブ本体と、このバルブ本体における流路の軸線に略直交する方向に配置されるステム及びステムに装着されるブシュを介して回動可能に支持された弁体とを備え、この弁体を回動させてバルブ本体におけるシートリングに弁体を押圧、離間することにより、流路の遮断及び開放を行うバルブにおいて、バルブ本体が、射出成形もしくは反応射出成形が可能なノルボルネン系樹脂、ビニル系樹脂、オレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、芳香族系樹脂及び尿素系樹脂のうち、少なくとも1つを含む樹脂によって形成されていることを特徴とする。
なお、射出成形可能なバルブ本体の材質としては、塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、プロピレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂が挙げられる。特に、汎用樹脂で物性のバランスが良好な塩化ビニル樹脂が多く使用されている。
また、反応成形可能なバルブ本体の材質としては、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、ナイロン樹脂が挙げられる。特に、ジシクロペンタジエン樹脂が好ましい。
本発明の一つの態様によれば、バルブ本体に、耐薬品性、耐溶剤性、耐油性、耐候性の塗料のうち、いずれか一つの塗料が塗布されていることを特徴とする。
なお、バルブ本体に塗布する塗料としては、エポキシ系塗料、ウレタン系塗料、アクリル系塗料、フッ素系塗料などが好適であるが、耐薬品性、耐溶剤性、耐油性、耐候性の少なくとも一つの物性について、バルブ本体1より優れているものであれば、特に限定されない。
本発明の一つの態様によれば、ステムが手動式、電動式及び空動式のいずれか1つの駆動によって回動されることを特徴とする。
なお、本発明において、剛性は使用される材質の物性だけを示すものでなく、構成部品として形状によって決まる剛性についても示すものである。例えば、バルブ本体に用いている材質が、シートリングの材質より剛性が劣っていても、バルブ本体の流路中心軸に対して半径方向へバルブ本体の肉厚をシートリングの肉厚より十分厚くしたり、形状を変更することで、バルブ本体の剛性を高くすることが可能である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。
図2は、本発明の第1の実施形態のバルブの全閉時を示す正面図である。
図3は、本発明の第1の実施形態において別のステムを用いたバルブを示す縦断面図である。
図4は、金型中でのコアの位置を示した略図である。
図5は、金型中での各部品の配置を示した略図である。
図6は、本発明の第2の実施形態である電動式の駆動によるバルブの一部縦断面図である。
図7は、従来技術のバルブを示す斜視図である。
図8は、従来技術のバルブを示す斜視図である。
図9は、従来技術のバルブを示す斜視図である。
2…シートリング
3…上方ステム
4…下方ステム
5…弁体
6…上方リング
7…下方リング
8…上方ブシュ
9…下方ブシュ
10…軸受け
11…トップフランジ
12…リブ
13…フランジボルト孔
14…流路
15…シートクッション
16…貫通孔
17…貫通孔
18…フランジシール面
19…溝部
20…溝部
21…上方ボス部
22…下方ボス部
23…弁体インサート
24…突起
25…突起
26…金型
27…スライドコア
28…コア
29…コア上面の溝部
30…コア外周面
31…フランジシール面の側面部
32…電動式駆動部
33…取付台
34…ステム
35…弁体インサート
36…ステム孔
37…上部バルブ本体
38…下部バルブ本体
39…シートリング
40…ステム
41…弁体
42…ボルト
43…流路
44…バルブ本体
45…ステム
46…クランプ
47…固定フランジ
48…ボルト
49…分割面
50…フランジ面
51…バルブ本体
52…ステム
53…クランプ
54…固定フランジ
55…ボルト
56…分割面
57…フランジ面
図1に本発明にかかるバルブを示す。このバルブは、内周面に環状のシートリング2を配置したバルブ本体1と、このバルブ本体1における流路14の軸線に対して略直角方向に配置される上方ステム3および下方ステム4、上方ステム3および下方ステム4の各々に装着される上方ブシュ8および下方ブシュ9を介して回動可能に支持された弁体5とを備えている。
このような構成により、バルブは、弁体5を回動させてバルブ本体1におけるシートリング2に弁体5を押圧、離間することにより、流路14の遮断及び開放を行う機能を有する。
図1及び図2に示すバルブ本体1は、中空筒状の、例えばジシクロペンダジエン(以下、DCPDと記す)製のものであり、内部に流路14が形成されている。上部には外周に突出した略円盤状のトップフランジ11が設けられている。
シートリング2は中空円筒状であり、接液部はPTFE製(詳しくは後述する)である。一方、非接液部はCR製(後述)のシートクッション15が一体的に成形されている。
シートリング2の両端部にはフランジシール面18が設けられ、シートクッション15の側面を覆うように形成している。
シートリング2は、バルブ本体1の内周面に嵌着されている。シートリング2の外周面である非接液部の上部と下部には対称位置に貫通孔16および貫通孔17が設けられている。
シートリング2の材質は、塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、プロピレン樹脂、テトラフルオロエチレン樹脂(以下、PTFEと記す)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、フッ化ビニリデン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム(以下、CRと記す)、アクリロニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、水素化ニトリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム/ポリ塩化ビニルブレンド材の加硫ゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、塩素化ブチルゴム、臭素化ブチルゴム、パーフロロゴム、エピクロロヒドリンゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴムまたはこれらの積層部材など、強度や耐腐食性上問題のないものであれば特に限定されない。
また、シートリング2から露出している上方ステム3については、樹脂の進入を防ぐ目的で円筒状の軸受け10を設けることが好ましい。
上方ステム3および下方ステム4の材質は、ここではSUS304製である。なお、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、ステンレス、チタンなど強度上問題のないものであれば特に限定されない。
上方ステム3および下方ステム4は、流路14の軸線に対して略直角方向に配置され、バルブ本体1に回動可能に支承されている。
上方ステム3は、軸受け10、上方ブシュ8、上方リング6、シートリング2を貫通し、後記弁体インサート23の上部に連結される。さらに、上方ステム3の上端部は、バルブ本体1の上部に設けられたトップフランジ11の中央から突出して配置されている。また、後記弁体インサート23の下部に連結された下方ステム4は、シートリング2、下方リング7を貫通し、さらに下方ブシュ9に内包されている。
弁体5は、円形状であり、PTFE製である。この弁体5は、後記弁体インサート23の外表面に一体成形され、バルブ本体1の内部中央に配置されている。弁体5の上部と下部には、対称位置に、略台形状の上方ボス部21および下方ボス部22が形成してある。
なお、弁体5の材質は、この他、金属、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂など、強度上問題のないものであれば特に限定されない。
上方ステム3および下方ステム4には、SUS304製のリング6、7が装着されており、後記上方ブシュ8の下端部および後記下方ブシュ9の上端部に各々密接して配置されている。
上方リング6は円環形状を有し、一方の端部には円環状の突起24が形成されている。
上方リング6は他方の端部が後記上方ブシュ8に押圧されながら円環状の突起24が外溝部19に嵌合し、シートリング2の非接液部に嵌着固定されている。
下方リング7も同様に円環形状を有し、一方の端部には円環状の突起25が形成され、他方の端部が後記下方ブシュ9に押圧されながら円環状の突起25が外溝部20に嵌合し、シートリング2の非接液部に嵌着固定されている。
また、上方ステム3および下方ステム4には、SUS304製のブシュ8、9がそれぞれ嵌着されている。
上方ブシュ8は中空円筒形状を有し、下端面は上方リング6に密接して配置され上端面は軸受け10に密接して配置されている。
また、下方ブシュ9は内部に凹部が設けられた円柱形状を形成しており、上端面は下方リング7に密接して配置されている。
なお、バルブ本体1と上方ステム3および下方ステム4の嵌合部には、バルブ全閉時に上方ステム3および下方ステム4を介して流路14軸線と平行な方向に管路内の水圧による加重がかかるため、上方ブシュ8および下方ブシュ9を用いることでバルブ本体1の補強を行うことができる。
バルブ本体1の外周には、図2に示すように、リブ12が、周方向に沿って所定間隔で形成され、これらリブ12には、それぞれ、フランジボルト孔13が形成されている。
また、弁体5には、円形状のSUS304製の弁体インサート23が内包されている。
流路14の軸線に対して略直角方向の上部及び下部は、それぞれ上方ステム3と下方ステム4が連結されている。弁体インサート23と上方ステム3および下方ステム4の関係は本実施形態では、上方ステム3および下方ステム4と弁体インサート23とが回動不能に嵌着または接合して連結されているが、図3のように、上方ステム3と下方ステム4が一体となったステム34が、弁体インサート35に形成されたステム孔36に回動不能に貫通するように構成しても良い。
なお、上方ステム3および下方ステム4は手動式、電動式及び空動式のいずれか1つの駆動によって回動される構成とすることができる。
以上のようなバルブの駆動は、バルブ本体1から突出した上方ステム4の一端部に直接ハンドルを取り付けたり、ギヤボックスを介してハンドルを取り付けて手動式で行なわれることが主体であるが、モーターなどによる電動式、空気圧による空動式による駆動でも良く、特に限定されない。電動式の場合、ハンドルやギヤボックスの代わりに、電動式駆動部32がトップフランジ11に搭載され上方ステム3の上部に連結される。
次に本実施形態のバルブを形成するための金型を図4及び図5に示す。金型のキャビティはバルブ本体1の形状と略同一に形成されている。バルブ本体1の流路14にあたる部分には、略円柱状のコア28が設けられており、コア28の上面には弁体5が流路14の略直角方向に配置可能な溝部29が形成され、外周面30はシートリング2が嵌着可能な形状に形成されている。
また、符号27はスライドコアを示し、このスライドコア27は、上方ステム3の一部を挿入可能な凹部を有し、成形後、上方ステム3の一部がトップフランジ11より突出しているバルブ本体1を金型26より容易に取出すことができる。
次にバルブの形成方法について説明する。
まず、弁体5、シートリング2、上方ステム3および下方ステム4、上方ブシュ8および下方ブシュ9、上方リング6および下方リング7、軸受け10を予め組立てる。
各部品の組立て方は、まず、シートリング2内の流路14の中央に弁体5を挿入し、弁体5の上方ボス部21および下方ボス部22をシートリング2の貫通孔16および貫通孔17に嵌合させる。
上方ステム3および下方ステム4は上方ボス部21および下方ボス部22において弁体インサート23に嵌着されており、シートリング2の貫通孔16および貫通孔17より突出するよう配置する。
上方リング6および下方リング7は、シートリング2の貫通孔16および貫通孔17周辺の溝部19および溝部20で突起24、25にて嵌着される。
上方ブシュ8は、内部に上方ステム3が貫通するように上方リング6に嵌着させる。軸受け10は上方ステム3が貫通するよう上方ブシュ8に嵌着させる。
下方ブシュ9は、内部に下方ステム4を内包し下方リング7に嵌着させる。上方ステム3および下方ステム4は弁体インサート23に接合してもよい。
次に予め組立てられた弁体5、シートリング2、上方ステム3および下方ステム4、上方ブシュ8および下方ブシュ9、上方リング6および下方リング7軸受け8を金型26内のコア28に配置する。
一方、シートリング2をコア28の外周面30に嵌着させる。この時、シートリング2のシール面に傷が付かないように配慮する必要がある。また、成形時にシートリング2の流路14に樹脂が流入しないよう、シートリング2のフランジシール面18もしくはフランジシール面18の側面部31が、金型26のキャビティに十分に密着しておく必要がある。
予め金型26内に部品を配置した後、上方ステム3の上部がスライドコア28の中央部に内包されつつ軸受け8に十分密着するまで、スライドコア28が上方ステム3の軸心方向に摺動移動する。移動完了後、金型26と略同一形状の金型を向かい合わせて型締めし、金型内に反応原液を注入して反応射出成形を行う。反応原液の重合完了後、向かい合わせた金型を型開きした後、スライドコア28を上方ステム3が完全に露出するまで移動してバルブを金型28より取り出す。
また、バルブのシール性を維持するためには、コア28の外径寸法は、成形収縮を考慮し、また、弁体5によるシートリング2のつぶし率が5〜36%となるように設計されるのが好ましい。
次にバルブ本体1の成形を行う。成形は反応射出成形にて行う。反応射出成形の前準備として、ジシクロペンタジエンモノマー、メタセシス触媒及びアルミニウム系活性剤を主材とする反応射出成形用材料を、ジシクロペンタジエンモノマーとアルミニウム系活性剤よりなるA液と、ジシクロペンタジエンモノマーとメタセシス触媒よりなるB液との安定な2液に分けて、それぞれを別のタンクに入れておく。
A液またはB液から成る反応原液の温度は20〜80°C、反応原液の粘性は、たとえば、30°Cにおいて、5cps〜3100cps好ましくは30cps〜800cps程度である。
反応射出成形を開始するには、ミキサーを制御し、タンクからのA液とB液を混合し、その混合液を反応原液として、部品を予め配置した金型26及び金型26と略同一形状の金型を向かい合わせて型締めした状態で内部に充填する。充填された反応原液が重合することでバルブ形状を得ることができる。
重合時間は、適宜選択すればよいが、通常、反応液の注入終了後、20秒〜20分程度である。型内圧力は、通常0〜100Kg/cm2の範囲である。また、反応原液の注入圧は、2×105〜5×105Paであることが好ましい。所定形状の成形体を得るためには注入圧は低すぎないほうがよく、型の剛性が高くなり経済的でなくなることを防ぐためには、注入圧は高すぎないほうがよい。
なお、実施形態では金型を用いているが、型の材質としては、金型ではなく砂型でもよい。あるいは、反応射出成形は比較的低圧での成形が可能であるから、合成樹脂などであっても良い。
(第2実施形態)
図6において、32はモーターによる電動式駆動部であり、バルブ本体1のトップフランジ11に取付台33を介して取り付けられている。電動式駆動部32の駆動は上方ステム3の上部に伝達され、上方ステム3の回動により弁体5を回動させることでバルブの開閉を行う。なお、電動式駆動部32の代わりに、空気圧による空動式駆動部を設けても良い。その場合、空動式駆動部は取付台33を介してもよく、直接取り付けてもよい。
次に、本発明のバルブにおいて、以下に示す方法で比較及び評価試験を実施した。
(1)製造工程の比較
バルブの製造工程について比較評価を行った。
(2)弁座シール性の確認
JIS B 2032におけるバルブの弁座のシール性の試験方法に準拠し、バルブを閉じた状態で、片方に最高許容圧の1.1倍として1.1MPaの水圧を1分間加えた後、もう片方への漏れ、弁座内部漏れ及び下方ボス部22付近の漏れの有無を目視で確認した。
(3)耐久性の確認
バルブを開けた状態で、0.3MPaの水圧を加えたまま、98℃の熱水を2時間、20℃の冷水を1時間通水させた後、上記シール性試験を行う。この一連の作業を、20回またはシール性の低下が見られるまで継続して行う。
第1の実施形態に用いたバルブは、内部に流路が形成された中空筒状の弁箱と、該弁箱の内周面に嵌着されたシートリングと、該シートリングの貫通孔を貫通してバルブ本体に支持される弁軸と、前記弁箱の流路内部に、該流路の軸芯に対して略直角方向に弁軸により回動自在に軸支された円板状弁体とを有し、該弁軸の回動とともに弁体を回動させて開閉を行うバタフライバルブである。
製造工程を以下に、弁座シール性試験及び耐久性試験の評価結果を表1に示す。尚、表1において「良」は漏れが生じなかったことを示し、「不良」は漏れが生じたことを示す。
製造工程
(1)組立工程:シートリング2、上方ステム3、下方ステム4、弁体5、上方リング6、下方リング7、上方ブシュ8、下方ブシュ9、軸受10
(2)成形工程:組立工程における部品全てを金型26内に配置した後成形
(3)塗装工程
(4)駆動部組立工程
(5)検査工程
(6)製品完成
比較例1
従来のバルブである上部バルブ本体37、下部バルブ本体38をボルト42で連結したバルブを用いて、製造工程の比較、弁座シール性試験、耐久性試験を実施した。製造工程を以下に、弁座シール性試験及び耐久性試験の評価結果を表1に示す。
なお、従来技術の上部バルブ本体37及び下部バルブ本体38は鋳鉄製で、上下2分割の構造となっており、鋳造によって製造され、シートリング2、上方ステム3、上方ブシュ8及び下方ブシュ9の嵌合部を機械加工した後、表面をエポキシ系塗料の粉体塗装を施している。
製造工程
(1)製造工程(鋳造、加工、塗装):上部バルブ本体37、下部バルブ本体38
(2)第1組立工程:シートリング39、ステム40、弁体41、リング、ブシュ
(3)第2組立工程:上部バルブ本体37、下部バルブ本体38の内周面に、第1組立工程における部品全てを嵌着、ボルト42にて上部バルブ本体37、下部バルブ本体38を締結
(4)駆動部組立工程
(5)検査工程
(6)製品完成
また、表1に示すように、バルブとしての性能を比較すると、実施例1は比較例1と同等のシール性能及び耐久性を有することから、バルブ本体の製造方法及びバルブの組立方法の違いでのバルブ機能の差は現れないことが確認できる。
以上のように、本発明に係るバルブの製造方法及びバルブによれば、以下の優れた効果が得られる。
(1)弁体5、シートリング2、上方ステム3および下方ステム4、上方ブシュ8および下方ブシュ9が予め金型26内に配置された後に、バルブ本体1が成形されることによって形成されるため、バルブ本体1の成形完了時にはバルブとしての機能をもつことから、個々に製造された部品を組立てる必要はなく、バルブの組立コスト及び組立時間を大幅に減らすことができる。
(2)バルブ本体1が分割されていないため、バルブ本体1の組立に必要な締結部材が不要となり、組立コスト及び組立時間を減らすことができる。
(3)バルブ本体1に射出成形もしくは反応射出成形可能な樹脂を使用することで、最適な柔軟性のある材質を選定でき、配管材料としてシール性と剛性を兼ね添えた製品が実現可能となる。
(4)バルブ本体1に塗布されている塗料が、耐薬品性、耐溶剤性、耐油性、耐候性の少なくとも一つの物性についてバルブ本体1より優れているため、バルブ本体1の物性に因らず、使用環境に適した塗装を施すことで様々な環境においてより好適に使用される。
(5)上方ステム3および下方ステム4の駆動方式が、手動式だけでなく電動式及び空動式であるため、開閉頻度の多い状況の操作、遠隔操作及び危険箇所における無人操作などが可能となる。
Claims (1)
- 内周面にシートリングを配置したバルブ本体と、このバルブ本体における流路の軸線に略直交する方向に配置されるステム及び前記ステムに装着されるブシュを介して回動可能に支持された弁体とを備え、この弁体を回動させて前記バルブ本体におけるシートリングに前記弁体を押圧、離間することにより、流路の遮断及び開放を行うバルブの、製造方法において、
前記弁体、前記シートリング、前記ステム及び前記ブシュが予め金型内の所定の位置に配置された後であって、前記ステムの上部外周に装着される軸受け及び前記シートリングの外周の上部および下部に設けられた貫通孔周辺に装着されるリングが、更に予め金型内に配置された後に、前記バルブ本体を成形することを特徴とするバルブの製造方法。
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