JP6190753B2 - バルブシート - Google Patents

Description

本発明は、バルブに適用されるバルブシートに関する。

流路を開閉するためのバルブ（具体的には、バタフライバルブ又はボールバルブ等）に適用されるバルブシートとしては、例えば、特許文献１に記載のバルブシートが知られている。このバルブシートは、リング状の金属板を軸方向両側にそれぞれ配置し、これらの金属板の間にリング状のガスケット板とリング状の多孔金属板とを交互に積層してリング状のシート本体を構成している。

特許文献１に記載のバルブシートは、前記シート本体にシール面を有し、このシール面をバルブの金属製のシール部（弁座又は弁体）に対し近接又は離間させ得るようにバルブに適用される。このようなバルブを流路に設置した場合、前記流路を流れる流体が液体であるときには、前記バルブの閉弁時にそのシール部に接触するバルブシートの作用により前記流路の密閉性を保つことができる。

しかしながら、流路を流れる流体が気体、特に低分子量ガス（水素又はヘリウム等）であるときには、バルブの閉弁時に、バルブシートのシール面のうちの金属板からなる領域と、このシール面に接触する前記バルブのシール部との間に、互いの接触面にある凹凸によって微少な隙間が生じ、この隙間から前記流路内の気体が漏洩しやすくなっていた。つまり、このようなバルブシートを備えたバルブを用いた場合、流路の密閉性を良好に保つことが困難であった。

実公平５−２４８７０号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、十分な強度を確保可能であり、かつ、流路を流れる流体が液体の場合であれ気体の場合であれ当該流路の密閉性を良好に保つことができるバルブを実現可能であるバルブシートの提供を目的とする。

請求項１に係る発明は、所定間隔で並置された複数のリング状の金属板と、前記複数のリング状の金属板のうちの隣り合う金属板間に配置されたリング状のガスケット板とを用いてリング状に形成されたシート本体を備え、バルブに適用され得るバルブシートにおいて、前記シート本体が、前記バルブのシール部に接触可能なシール部を外周側又は内周側に形成し、前記シート本体のシール部が、前記隣り合う金属板間から突出してその金属板の外周部又は内周部の少なくとも一部を露出させないように覆う前記ガスケット板の突出部を含んで構成されているものである。

この発明によれば、前記バルブシートが適用されたバルブの閉弁時、前記シート本体のシール部においては、前記金属板からなる領域が前記バルブのシール部に接触することを極力阻止しつつ、前記ガスケット板の突出部からなる領域を前記シール部に接触させることが可能となる。したがって、前記シート本体のシール部のうちの前記金属板からなる領域と前記バルブのシール部との間に形成され得る微細な隙間の発生を抑制し、これにより前記バルブのシール性を高めることができる。その結果、前記バルブシートに関して十分な強度を確保することが可能であり、かつ、このバルブシートを用いて、前記バルブが設置される流路を流れる流体が液体の場合であれ気体の場合であれ当該流路の密閉性を良好に保つことができるバルブを実現することが可能となる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のバルブシートにおいて、前記ガスケット板の突出部が、前記シート本体のシール部で前記隣り合う金属板の外周部又は内周部を全体的に覆うものである。

この発明によれば、前記バルブシートのシール部において、前記金属板からなる領域が前記弁座に接触することを阻止しつつ、前記ガスケット板の突出部からなる領域を前記バルブのシール部に接触させることが可能となる。したがって、前記バルブのシール性をより一層高めることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のバルブシートにおいて、前記ガスケット板が膨張黒鉛からなるものである。

この発明によれば、膨張黒鉛を用いて少なくとも一部が形成される前記シート本体のシール部を前記バルブの閉弁時に接触する当該バルブのシール部に対して馴染み性に優れたものにできる。また、前記バルブシートを耐熱性及び耐食性に優れたものにできる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバルブシートにおいて、前記金属板がオーステナイト系ステンレス鋼からなるものである。

この発明によれば、前記バルブシートの強度の向上を図ることができる。また、前記バルブシートを耐熱性及び耐食性に優れたものにできる。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のバルブシートにおいて、前記シート本体のシール部が、前記シート本体の軸心方向に沿って径が変化するテーパ面を有し、前記バルブに適用された場合に当該バルブの球面形状のシール部に傾斜方向中央部から接して押圧され、前記バルブのシール部との間をシールし得るように構成され、前記テーパ面が、断面視で、前記バルブのシール部における前記テーパ面の傾斜方向中央部との接点を通る接線に平行となる平坦な傾斜面により形成されているものである。

この発明によれば、前記バルブシートのシール部が前記バルブのシール部と接触可能な面積を拡大させ、前記バルブシートのシール部において前記ガスケット板の突出部からなる領域を前記バルブのシール部に接触させやすくなる。したがって、前記バルブのシール性を良好に維持することが可能となる。

本発明によれば、十分な強度を確保可能であり、かつ、流路を流れる流体が液体の場合であれ気体の場合であれ当該流路の密閉性を良好に保つことができるバルブを実現可能であるバルブシートを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るバルブシートの正面図である。 図１のバルブシートの一部断面側面図である。 図２の一部拡大断面図である。 図１のバルブシートをバルブに適用した場合の一部断面図である。 バルブの閉弁時に互いに接触する図１のバルブシートと前記バルブのシール部とを示す断面図である。 別の実施形態に係るバルブシートの一部拡大断面図である。 さらに別の実施形態に係るバルブシートの正面図である。 図７のバルブシートの一部断面側面図である。 図８の一部拡大断面図である。

本発明の好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係るバルブシート１の正面図を示す。図２に、前記バルブシート１の一部断面側面図を示す。図３に、図２の一部拡大断面図を示す。前記バルブシート１は、流体（例えば、水素又はヘリウム等の気体）が流れる流路にこれを開閉し得るように設置されるバルブ（例えば、バタフライバルブ又はボールバルブ）に適用される。

図１、図２、図３に示すように、前記バルブシート１は、リング状のシート本体２を備えている。本実施形態において、前記シート本体２は、そのリング状の外観形状がそのまま前記バルブシート１の外観形状となるように構成されたものである。前記シート本体２は、前記バルブシート１が適用されるバルブのシール部（弁体又は弁座）等に応じた形状を有するように形成されている。

前記シート本体２は、複数のリング状の金属板と、リング状のガスケット板とを有している。本実施形態において、前記金属板は４つの金属板３Ａ・３Ｂ・３Ｃ・３Ｄであり、前記ガスケット板は３つのガスケット板４Ａ・４Ｂ・４Ｃである。前記シート本体２の外周側には、前記バルブシート１が適用されるバルブのシール部に接触可能なシール部５が設けられている。

前記４つの金属板３Ａ・３Ｂ・３Ｃ・３Ｄは、所定間隔で並置されている。本実施形態において、前記４つの金属板３Ａ・３Ｂ・３Ｃ・３Ｄは、互いに同程度の軸心方向の幅（板厚）及び内径を有するリング状に形成されている。これらの金属板３Ａ・３Ｂ・３Ｃ・３Ｄは、同軸上に並列に配置され、隣り合う金属板３Ａ・３Ｂ、３Ｂ・３Ｃ、３Ｃ・３Ｄ間に所定の間隙をもって設けられている。

前記各金属板３Ａ・３Ｂ・３Ｃ・３Ｄは、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、銅、又は、銅合金等から構成される。本実施形態においては、前記各金属板３Ａ・３Ｂ・３Ｃ・３Ｄは、オーステナイト系ステンレス鋼から構成されている。前記各金属板３Ａ・３Ｂ・３Ｃ・３Ｄの板厚は、前記シート本体２の形状に応じて適宜設定される。

前記３つのガスケット板４Ａ・４Ｂ・４Ｃは、それぞれ、隣り合う金属板３Ａ・３Ｂ、３Ｂ・３Ｃ、３Ｃ・３Ｄ間に配置されている。本実施形態において、前記３つのガスケット板４Ａ・４Ｂ・４Ｃは、互いに同程度の軸心方向の幅（板厚）及び内径を有するように形成されている。これらのガスケット板４Ａ・４Ｂ・４Ｃは、前記４つの金属板３Ａ・３Ｂ・３Ｃ・３Ｄと同軸上に配置されている。

前記各ガスケット板４Ａ・４Ｂ・４Ｃは、本実施形態においては、膨張黒鉛（詳しくは、可撓性膨張黒鉛シート）から構成されている。前記各ガスケット板４Ａ・４Ｂ・４Ｃの板厚は、前記各金属板３Ａ・３Ｂ・３Ｃ・３Ｄの板厚等に応じて適宜設定されている。また、前記各ガスケット板４Ａ・４Ｂ・４Ｃの密度は、１．４〜２．０ｇ／ｃｍ^３、好ましくは１．６〜１．８ｇ／ｃｍ^３に設定される。

本実施形態において、前記各ガスケット板４Ａ・４Ｂ・４Ｃは、対応する隣り合う金属板３Ａ・３Ｂ、３Ｂ・３Ｃ、３Ｃ・３Ｄと同程度の板厚及び内径・外径を有している。また、前記各ガスケット板４Ａ・４Ｂ・４Ｃは、対応する隣り合う金属板３Ａ・３Ｂ、３Ｂ・３Ｃ、３Ｃ・３Ｄに十分な強度で相互に結合されるように、それらに熱硬化性樹脂系の接着剤を用いて接着されている。

なお、前記熱硬化性樹脂系の接着剤としては、本実施形態のように前記各ガスケット板４Ａ・４Ｂ・４Ｃが膨張黒鉛からなるものである場合、膨張黒鉛に対して浸透性の強いフェノール系又はフラン系のものを用いるのが好ましい。

このような前記４つの金属板３Ａ・３Ｂ・３Ｃ・３Ｄ及び前記３つのガスケット板４Ａ・４Ｂ・４Ｃが互いの貫通孔を連通させた状態で軸心方向に関して交互に積層されることで、７層の積層構造を有する前記シート本体２が構成されている。そして、図３に示すように、前記シート本体２において、前記隣り合う金属板３Ａ・３Ｂ及び前記ガスケット板４Ａ・４Ｂの外周側に、前記シート本体２のシール部５が形成されている。

前記シート本体２のシール部５は、前記ガスケット板４Ａ・４Ｂの突出部４Ａａ・４Ｂａを含んで構成されている。前記突出部４Ａａ・４Ｂａは、それぞれ前記隣り合う金属板３Ａ・３Ｂ、３Ｂ・３Ｃ間から突出して、その金属板３Ａ・３Ｂの外周部の少なくとも一部を露出させないように覆うものである。

本実施形態において、前記突出部４Ａａ・４Ｂａは、前記隣り合う金属板３Ａ・３Ｂ、３Ｂ・３Ｃ間にそれぞれ介在する介在部４Ａｂ・４Ｂｂに対して径方向外側へ突出させられつつ、前記隣り合う金属板３Ａ・３Ｂ、３Ｂ・３Ｃの外周部を全体的に覆うように延設されている。これにより、前記シール部５が、前記突出部４Ａａ・４Ｂａ（前記ガスケット板４Ａ・４Ｂ）のみを用いて構成されている。

前記ガスケット板４Ａ・４Ｂの突出部４Ａａ・４Ｂａは、互いに隙間なく連続し、前記金属板３Ａ・３Ｂの全周にわたって配置されている。そして、前記金属板３Ａ・３Ｂを被覆した状態の前記突出部４Ａａ・４Ｂａは、その表面が断面視で略平坦面となるように（図３参照）、前記シール部５の外周側で均一又は略均一な厚み８ｗのシール層を形成するように設けられている。

前記シール層の厚み（前記突出部４Ａａ・４Ｂａの突出幅及び前記金属板３Ａ・３Ｂ上の厚み、又は、前記突出部４Ａａ・４Ｂａの突出幅）８ｗは、前記ガスケット板４Ａ・４Ｂをなす材料等に応じて適宜設定される。本実施形態においては、前記シール層の厚み８ｗは０．１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．２〜０．４ｍｍに設定される。

なお、本実施形態においては、前記ガスケット板４Ｃに、前記隣り合う金属板３Ｃ・３Ｄ間から突出してその金属板３Ｃ・３Ｄの外周部の少なくとも一部を覆う突出部４Ｃａが備えられている。前記突出部４Ｃａは、前記隣り合う金属板３Ｃ・３Ｄ間に介在する介在部４Ｃｂに対して径方向外側へ突出させられつつ、前記隣り合う金属板３Ｃ・３Ｄの外周部を覆うように延設されている。

図４に、前記バルブシート１をバルブ１０に適用した場合の一部断面図を示す。ここで、図４に示すように、前記バルブシート１に加え、弁体１１及び弁座１２を有する前記バルブ１０が流路１３に設置された場合について説明する。

図４に示すように、前記バルブシート１は、前記弁座１２と対向するように前記弁体１１に取り付けられる。前記バルブシート１は、前記弁体１１と同軸上に配置され、保持具１４及びボルトにより前記弁体１１に保持される。そして、前記バルブシート１が、前記バルブ１０の操作による前記弁体１１の移動にともなって、前記シート本体２のシール部５が前記バルブ１０のシール部である前記弁座１２に近接（圧接）又は離間し得るように設けられる。

詳しくは、前記バルブシート１は、前記バルブ１０の操作により前記弁体１１が前記流路１３の一側に移動させられたとき、その移動にともなって前記シール部５が前記弁座１２から離間するように移動する構成とされる。これにより、前記バルブ１０が、前記シール部５と前記弁座１２との間に流体が通過し得る空間が確保される開弁状態に切り替えられ得るようになっている。

一方、前記バルブシート１は、前記バルブ１０の操作により前記弁体１１が前記流路１３の他側に移動させられたとき、その移動にともなって前記シール部５が前記弁座１２に近接するように移動する構成とされる。これにより、前記バルブ１０が、前記シール部５（前記弁体１１）と前記弁座１２との間がシールされる閉弁状態に切り替えられ得るようになっている。

そのうえ、前記バルブ１０の閉弁時、前記シート本体２のシール部５においては、前記金属板３Ａ・３Ｂからなる領域が前記弁座１２に接触することを極力阻止しつつ、前記ガスケット板４Ａ・４Ｂの突出部４Ａａ・４Ｂａからなる領域を前記弁座１２に接触させることが可能となる。つまり、前記シート本体２のシール部５において、前記突出部４Ａａ・４Ｂａをできるだけ広い範囲で前記弁座１２に接触させることが可能となる。

したがって、前記シール部５のうちの前記金属板３Ａ・３Ｂからなる領域と前記弁座１２との間に形成され得る微細な隙間の発生を抑制し、これにより前記バルブ１０のシール性を高めることができる。その結果、前記バルブシート１に関して十分な強度を確保することが可能となり、かつ、このバルブシート１を用いて、前記流路１３を流れる流体が液体の場合であれ気体の場合であれ、前記流路１３の密閉性を良好に保つことができるバルブを実現することが可能となる。

特に、本実施形態においては、前記ガスケット板４Ａ・４Ｂの突出部４Ａａ・４Ｂａが、前記シール部５で前記金属板３Ａ・３Ｂの外周部を全体的に覆うので、前記シール部５において、前記金属板３Ａ・３Ｂからなる領域が前記弁座１２に接触することを阻止しつつ、前記ガスケット板４Ａ・４Ｂの突出部４Ａａ・４Ｂａからなる領域を前記弁座１２に接触させることが可能となる。したがって、前記バルブ１０のシール性をより一層高めることができる。

また、本実施形態においては、前記ガスケット板４Ａ・４Ｂ（前記突出部４Ａａ・４Ｂａを含む）が膨張黒鉛からなるので、これを用いて少なくとも一部が形成される前記シート本体２のシール部５を前記バルブ１０の閉弁時に接触する前記弁座１２に対して馴染み性に優れたものにできる。また、前記バルブシート１を耐熱性及び耐食性に優れたものにできる。

また、本実施形態においては、前記金属板３Ａ・３Ｂ・３Ｃがオーステナイト系ステンレス鋼からなるので、前記バルブシート１の強度の向上を図ることができる。また、前記バルブシート１を耐熱性及び耐食性に優れたものにできる。

図５に、前記バルブ１０の閉弁時に互いに接触する前記バルブシート１と前記弁座１２とを示す。なお、図５は、説明の便宜上、模式的な断面構造を示したものであり、実際には前記弁座１２は断面視で図５に示すよりも緩い曲率で湾曲する断面曲面形状（球面形状）を有するものとされる。

図３、図５に示すように、本実施形態において、前記シート本体２のシール部５は、前記シート本体２の軸心方向に沿って径が変化するテーパ面１５を有している。前記テーパ面１５（前記シール部５）は、前記シート本体２の軸心方向一側に配置され、軸心方向他側に向かって徐々に拡径するように形成されている。なお、前記シート本体２の軸心方向他側には、略均一の外径を有する筒状部が配置されている。

前記シート本体２のシール部５は、前記バルブ１０の閉弁時に当該バルブ１０の球面形状の前記弁座１２に傾斜方向中央部１６から接して押圧され、前記弁座１２との間（前記弁体１１と前記弁座１２との間）をシールするように構成されている。前記テーパ面１５は、断面視で、接線１７に平行となる平坦な傾斜面により形成されている。この接線１７は、前記バルブ１０の弁座１２における前記テーパ面１５の傾斜方向中央部１６との接点１８を通るものである。

この構成により、前記シート本体２のシール部５が前記弁座１２と接触可能な面積を拡大させ、前記シール部５において前記ガスケット板４Ａ・４Ｂの突出部４Ａａ・４Ｂａからなる領域を前記弁座１２に接触させやすくなる。したがって、前記バルブ１０のシール性を良好に維持することが可能となる。

なお、本発明におけるガスケット板の突出部は、本実施形態のものに限定するものではなく、例えば、図６に示すような、ガスケット板２４Ａ・２４Ｂの突出部２４Ａａ・２４Ｂａであってもよい。この場合、前記突出部２４Ａａ・２４Ｂａは、それぞれ、隣り合う金属板２３Ａ・２３Ｂ、２３Ｂ・２３Ｃの外周部の一部のみを覆うように設けられる。そして、前記突出部２４Ａａ・２４Ｂａと前記金属板２３Ａ・２３Ｂの外周部の残部とによりシール部２５が形成される。

なお、本発明におけるシート本体は、本実施形態においては前記４つの金属板３Ａ・３Ｂ・３Ｃ・３Ｄ及び前記３つのガスケット板４Ａ・４Ｂ・４Ｃを用いて構成した前記シート本体２としているが、これに限定されるものではなく、任意の数の金属板及びガスケット板を用いて構成したシート本体とすることが可能である。さらに、本発明におけるシート本体のシール部は、任意の数の金属板及びガスケット板を用いて形成可能である。

また、本発明に係るバルブシートは、本実施形態においては前記シート本体２における前記金属板３Ａ・３Ｂ及び前記ガスケット板４Ａ・４Ｂの外周側に前記シール部５を形成するものとしているが、シート本体における金属板及びガスケット板の内周側にシール部を形成したものであってもよく、例えば、図７、図８に示すようなバルブシート３１であってもよい。

詳しくは、前記バルブシート３１は、リング状のシート本体３２を備えている。前記シート本体３２は、金属板は４つのリング状の金属板３３Ａ・３３Ｂ・３３Ｃ・３３Ｄと、３つのリング状のガスケット板３４Ａ・３４Ｂ・３４Ｃとを有している。前記シート本体３２の内周側には、前記バルブシート３１が適用されるバルブのシール部に接触可能なシール部３５が形成される。

図９に示すように、前記シート本体３２のシール部３５は、隣り合う金属板３３Ａ・３３Ｂ、３３Ｂ・３３Ｃ間から突出してその金属板３３Ａ・３３Ｂの内周部の少なくとも一部を覆うガスケット板３４Ａ・３４Ｂの突出部３４Ａａ・３４Ｂａを含んで構成される。前記シール部３５において、前記突出部３４Ａａ・３４Ｂａは、前記隣り合う金属板３３Ａ・３３Ｂ、３３Ｂ・３３Ｃの内周部を全体的に覆うものとされ得る。

この場合、前記バルブシート３１は、バルブにおいて弁体と対向するように弁箱に取り付けられる。前記バルブシート３１は、流路と同軸上に配置され、保持具及びボルトにより前記弁箱に保持される。そして、前記バルブシート３１は、前記バルブの操作による前記弁体の移動にともなって、前記シール部３５が前記バルブのシール部である弁体に近接（圧接）又は離間し得るように設けられる。

このような構成により、前記バルブシート３１がバルブに適用された場合であっても、上述の実施形態に係る前記バルブシート１と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、前記バルブシート３１に関して十分な強度を確保することが可能となり、かつ、このバルブシート３１を用いて、前記流路を流れる流体が液体の場合であれ気体の場合であれ当該流路の密閉性を良好に保つことができるバルブを実現することが可能となる。

１ バルブシート
２ シート本体
３Ａ・３Ｂ・３Ｃ 金属板
４Ａ・４Ｂ ガスケット板
４Ａａ・４Ｂａ 突出部
５ シール部
１０ バルブ
１１ 弁体
１２ 弁座（シール部）
１５ テーパ面
１６ 傾斜方向中央部
１７ 接線
１８ 接点
２３Ａ・２３Ｂ・２３Ｃ 金属板
２４Ａ・２４Ｂ ガスケット板
２４Ａａ・２４Ｂａ 突出部
２５ シール部
３１ バルブシート
３２ シート本体
３３Ａ・３３Ｂ・３３Ｃ 金属板
３４Ａ・３４Ｂ ガスケット板
３４Ａａ・３４Ｂａ 突出部
３５ シール部

Claims (5)

1. 所定間隔で並置された複数のリング状の金属板と、前記複数のリング状の金属板のうちの隣り合う金属板間に配置されたリング状のガスケット板とを用いてリング状に形成されたシート本体を備え、バルブに適用され得るバルブシートにおいて、
   前記シート本体は、前記バルブのシール部に接触可能なシール部を外周側又は内周側に形成し、
   前記シート本体のシール部は、前記隣り合う金属板間から突出してその金属板の外周部又は内周部の少なくとも一部を露出させないように覆う前記ガスケット板の突出部を含んで構成されていることを特徴とするバルブシート。
2. 前記ガスケット板の突出部は、前記シート本体のシール部において前記隣り合う金属板の外周部又は内周部を全体的に覆うことを特徴とする請求項１に記載のバルブシート。
3. 前記ガスケット板は、膨張黒鉛からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバルブシート。
4. 前記金属板は、オーステナイト系ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバルブシート。
5. 前記シート本体のシール部は、前記シート本体の軸心方向に沿って径が変化するテーパ面を有し、前記バルブに適用された場合に当該バルブの球面形状のシール部に傾斜方向中央部から接して押圧され、前記バルブのシール部との間をシールし得るように構成され、
   前記テーパ面は、断面視で、前記バルブのシール部における前記テーパ面の傾斜方向中央部との接点を通る接線に平行となる平坦な傾斜面により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のバルブシート。

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