JP7281175B2 - バルブ - Google Patents

Description

この発明は、バルブに関する。

流体制御のためのバルブには、種々の機構のものが用いられている。先端に弁体を備えるステムが、ヘリカル運動をするタイプのもの、回転運動をするタイプのもの、往復運動をするもの等、さまざまなタイプのものが用いられている。

これらステムは種々の動きをするので、ステムの外周面とステムが接するバルブボディやボンネットの空洞の内周面との間の隙間から、バルブボディ内の流体通路を流れる流体が外部に流出しないように、Ｏリングやグランドパッキンが備えられている。

高圧流体を扱うバルブにおいては、これらのＯリングやグランドパッキンは、金属製の環状部材によって上下を挟持され、この環状部材をステムの軸方向に押圧することによって、Ｏリングやグランドパッキンを、ステムの軸方向に圧縮しステムの軸と直交する横方向に拡げ、ステムの外周面とバルブボディまたはボンネットの空洞の内面と、Ｏリングやグランドパッキンとを密着させ、流体が外部に漏れ出ないようにシールがなされる。

特許文献１に記載のバルブにおいては、グランドパッキン１の下面側を金属製のハメワ４で、上面側を金属製のパッキン押え５で挟持している。特許文献２に記載のバルブにおいては、グランドパッキン８４の下面側と上面側を金属製のハメワ８５で挟持している。

特開２００７－７８００３号公報 特開２０１８－９６４７３号公報

特許文献１におけるハメワ４及びパッキン押え５並びに特許文献２におけるハメワ８５は、金属材料で作成されており、金属製のステムと擦りあうとステムに傷がつく。ステムに傷がつくと、ステムの軸方向に流体が漏れ出てしまうため、ステムに傷がつかないように、ハメワ等とステムとの間は、通常０，２～０，３ｍｍ程度の直径隙間（クリアランス）が設けられる。

この隙間の存在により、例えばグランドパッキンが用いられるバルブにおいては、グランドパッキンは、高圧負荷の経年変化により内外周の周に沿った環状の突起状のものが形成され、この突起状のものが隙間に入り込み、グランドパッキンの横方向の膨張が低下し、ステム等への面圧が低下してシール性が低下する。

このような突起状のものの形成を抑えるためには、ハメワ等とステムとの間の隙間をできるだけ小さくする必要があるが、隙間を小さくするとステムに傷が発生する可能性が高まり、シール性の低下のおそれがでてくる。

図６は、従来のバルブであって、環状のグランドパッキン６２にステム５が挿通している。グランドパッキン６２の上下端面には、環状の金属製のハメワ６３が備えられている。下側のハメワ６３は、ボンネット６の中に形成された円柱状の凹部下面に配置され、上側のハメワ６３の上面は、ボンネットナット６１の凹部上面と密接せられ、ボンネットナット６１の内部に切られた雌ねじと、ボンネット６１の外周に切られた雄ねじの螺合によって、グランドパッキン６２はステム５の軸方向に押圧され、それによって、グランドパッキン６２は径方向に膨張して、ステム５の外周面とグランドパッキン６２の内周面は密着して、流体が漏れなくなる。また、グランドパッキン６２とボンネット６の内部凹部の内周面とは密着して、流体が漏れなくなる。

図６のグランドパッキンは、高圧に耐えられるように３層構造となっている。３層構造の中央に、樹脂製のパッキングリング６２ａと、パッキングリング６２ａの上下面は、パッキングリング６２ａよりも硬度の高い樹脂を用いた硬質パッキングリング６２ｂで挟まれている。このような構造とすることによって、流体の圧力が高圧になっても、高いシール性と高い開閉耐久性を確保することができる。

図６に示すバルブにおいては、環状部材（ハメワ）６３の内周面とステム５の外周面との間、及び、環状部材（ハメワ）６３の外周面とボンネット６の内部の凹部の内周面との間に、隙間６６があいている。

図７は、図６のバルブの経年変化後の状態を示している。パッキングリング６２ａよりも硬度の高い硬質パッキングリング６２ｂであっても、樹脂製なので、ボンネットナット６１による圧縮と高圧流体による圧縮を受け続けると、図７に示すように硬質パッキングリング６２ｂの外周及び内周縁部に環状の突起６７が発生する可能性がある。突起６７が発生すると、グランドパッキン６２の横方向の面圧が下がりシール性が低下する恐れがあり、流体の漏れ発生の原因となる可能性がある。

本発明の目的は、弁体を備えるステムを有するバルブにおいて、ステムの軸に沿った流体の漏れを抑えることができるバルブを提供することである。

本発明（１）は、流体の流入通路、流出通路及びこれらの通路の間に形成された弁座を有するバルブボディと、前記弁座と当接・離間して前記通路を開閉する弁体を先端に有し、前記バルブボディに形成または取り付けられたボンネットを挿通するステムと、を備えたバルブであって、前記ステムには、当該ステムと前記ボンネットの間の隙間から流体が漏出するのを防止するパッキンが外嵌されており、前記ステムが挿通し、前記パッキン上下端面と当接する金属製の環状部材が設けられ、前記環状部材の少なくとも内周面側には、前記ステムの外周面と摺動する樹脂コーティング層が備えられ、前記環状部材の外周面と前記ボンネットの内周面との間の隙間が実質的にゼロであることを特徴とするバルブである。

本発明（１）のバルブにおいては、パッキンの上下端面と当接する金属製の環状部材が設けられ、環状部材の少なくとも内周面側には、ステムの外周面と摺動する樹脂コーティング層が備えられている。環状部材の外周面とボンネットの内周面との間の隙間は、実質的にゼロである。環状部材の内周面は、ステムの外周面と摺動するように樹脂コーティングされ、環状部材の外周面とボンネットの内周面との間の隙間は実質的にゼロであるので、グランドパッキンは、高圧負荷による経年変化により内外周の周に沿った突起状のものが形成されず、グランドパッキンの横方向の膨張による面圧が低下することはない。このため、ステム等との間の面圧が低下してシール性が低下することもなくなる。

本発明（２）のバルブは、前記樹脂コーティング層の材料が、フッ素樹脂系樹脂であることを特徴とする本発明（１）に記載のバルブである。

本発明（２）は、樹脂コーティング層の材料が、フッ素樹脂系樹脂であることを特徴としており、耐熱性、耐薬品性、自己潤滑性等に優れ、摩擦係数も非常に小さいため摩耗量も少なく、バルブがさらに長寿命となる。フッ素樹脂系樹脂には、完全フッ素化樹脂、部分フッ素化樹脂またはフッ素樹脂共重合体が好ましい。完全フッ素化樹脂には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等があり、部分フッ素化樹脂には、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等があり、フッ素樹脂共重合体には、ペリフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）がある。

本発明（３）は、前記パッキンが、グランドパッキンである本発明（１）または（２）のバルブである。不特定の流体を扱うバルブでは、Ｏリングよりもフッ素樹脂系樹脂のグランドパッキンが好ましく、グランドパッキンとＯリングを組み合わせることによって、特に超高圧の流体であってもシールが可能になるとともに、バルブの寿命もさらに長くすることができる。

弁体を備えるステムを有するバルブにおいて、ステムの軸に沿った流体の漏れを抑えることができ、従来のバルブに比べてバルブの寿命を長くすることができる。

この発明によるバルブの実施例１を示す。 この発明によるバルブの実施例２を示す。 実施例２のバルブに用いられるグランドパッキン付近の部分断面図を示す。 実施例２のバルブに用いられ、ステムに挿入された３層構造のグランドパッキンの縦断面図を示す。 実施例２のバルブに用いられ、ステムに挿入された３層構造のグランドパッキンと、樹脂コーティングされた環状部材の拡大断面図を示す。 従来技術のバルブにおいて、ステムに挿入された３層構造のグランドパッキンと、樹脂コーティングされていない環状部材の拡大断面図を示す。 図６に示すバルブにおいて、経年変化によって、グランドパッキンの周辺部に環状の突起ができている状態を示す。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、便宜的に図面上での方向によって部材等の方向を上下左右と指称することがあるが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。

図１は、この発明による実施例１のバルブ１を示している。このバルブは、バルブボディ２とアクチュエータ４とその間のヨーク７及びボンネット６の４つの構成部分を有している。

バルブボディ２には、流入口２１、流入通路２３、流出口２２および流出通路２４が設けられ、流入通路２３および流出通路２４の間には弁座２５が備えられている。弁座２５と当接・離間する接触面を有する弁体３が、垂直に備えられ、弁体３はステム５の下部先端側に形成されている。ステム５は、アクチュエータ４の軸であるシャフト４１と接続され、アクチュエータ４によって、上下に駆動される。

バルブボディ２の上部には、ボンネットナット６１によってボンネット６が取り付けられており、ボンネット６の上部は、ヨーク７が取り付けられ、ヨーク７の上端部には、アクチュエータ４が取り付けられている。

ボンネット６の内部は、ステム５が貫通する貫通孔が形成されており、その中にステム５が挿通するグランドパッキン６２が備えられている。グランドパッキン６２の下面側にハメワ６３が備えられ、グランドパッキン６２の上面側にＯリングホルダー６４が備えられている。このハメワ６３とＯリングホルダー６４は、金属製であり、その表面には、図３に示すフッ素樹脂系樹脂のコーティング層６５と同じコーティング層が設けられている。樹脂コーティング層６５は、ステム５の外周面及びボンネット６の内部凹部の内周面と密接している。これによって、シール性が確保され、高圧流体の開閉による経年使用によってグランドパッキン６２の経年劣化が低減される。フッ素樹脂系樹脂は、例えば、ＰＴＦＥやＰＦＡなどが好ましい。

図２は、この発明による実施例２のバルブ１を示している。このバルブは、大きくは、バルブボディ２とアクチュエータ４とその間のバルブボディ２の上部に形成されたボンネット６の３つの構成部分を有している。

バルブボディ２には、流入口２１、流入通路２３、流出口２２および流出通路２４が設けられ、流入通路２３および流出通路２４の間には弁座２５が備えられている。弁座２５と当接・離間する接触面を有する弁体３が、垂直に備えられ、弁体３はステム５の下部先端側に形成されている。ステム５は、アクチュエータ（ハンドル）４の中心に接続され、ハンドル４によって、上下に駆動される。

ボンネット６の内部は、ステム５が挿通する貫通孔が形成されており、その中にステム５が挿通するグランドパッキン６２が備えられている。グランドパッキン６２の下面側と上面側にハメワ６３が備えられている。このハメワ６３は、金属製であり、その表面がフッ素樹脂系樹脂のコーティング層６５が設けられている（図３参照）。樹脂コーティング層６５は、ステム５の外周面及びボンネット６の内部凹部の内周面と密接している。これによって、シール性が確保され、高圧流体の開閉による経年使用によってグランドパッキン６２の経年劣化が低減される。フッ素樹脂系樹脂は、例えば、ＰＴＦＥやＰＦＡなどが好ましい。

図３は、実施例２のバルブに用いられるグランドパッキン付近の部分断面図を示す。グランドパッキン６２の上下面にハメワ６３が配置され、ハメワ６３の表面は、フッ素樹脂系樹脂のコーティング層６５が形成されている。この図３では、樹脂コーティング層６５は、ハメワ６３の表面全面に形成されているが、少なくとも内周面に形成するだけでも良い。その場合、ハメワ６３と、ボンネット６の内周面との間の隙間は、実質的にゼロとし、隙間がないようにするのが好ましい。

図４は、ステム５が挿通する３層構造のグランドパッキン６２の断面図を示している。３層構造の中央に、樹脂製のパッキングリング６２ａが備えられ、パッキングリング６２ａの上下面は、パッキングリング６２ａよりも硬度の高い樹脂を用いた硬質パッキングリング６２ｂで挟まれている。このような構造とすることによって、流体の圧力が高圧になっても、高いシール性と高い開閉耐久性を確保することができる。

図５は、実施例２のバルブ１に用いられ、ステム５に挿入された３層構造のグランドパッキン６２と、樹脂コーティングされたハメワ６３の拡大断面図を示している。図３のバルブのグランドパッキン６２が、３層構造となって、グランドパッキン６２自体が強化され、硬質パッキングリング６２ｂの内外周の周縁に突起６７が発生しないので、シール性が確保され、高圧流体の開閉による経年使用によってグランドパッキン６２の経年劣化が低減される。

１ ；バルブ
２ ；バルブボディ
３ ；弁体
４ ；アクチュエータ
５ ；ステム
６ ；ボンネット
７ ；ヨーク
２１；流入口
２２；流出口
２３；流入通路
２４；流出通路
２５；弁座
４１；シャフト
６１；ボンネットナット
６２；グランドパッキン
６２ａ；パッキングリング
６２ｂ；硬質パッキングリング
６３；ハメワ（環状部材）
６４；Ｏリングホルダー（環状部材）
６５；樹脂コーティング層
６６；隙間（クリアランス）
６７；突起

Claims (3)

1. 流体の流入通路、流出通路及びこれらの通路の間に形成された弁座を有するバルブボディと、前記弁座と当接・離間して前記通路を開閉する弁体を先端に有し、前記バルブボディに形成または取り付けられたボンネットを挿通するステムと、を備えたバルブであって、
   前記ステムには、当該ステムと前記ボンネットの間の隙間から流体が漏出するのを防止するパッキンが外嵌されており、
   前記ステムが挿通し、前記パッキン上下端面と当接する金属製の環状部材が設けられ、
   前記環状部材の少なくとも内周面側には、前記ステムの外周面と摺動する樹脂コーティング層が備えられ、前記環状部材の外周面と、前記ボンネットの内周面との間の隙間が実質的にゼロであることを特徴とするバルブ。
2. 前記樹脂コーティング層の材料が、フッ素樹脂系樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
3. 前記パッキンが、グランドパッキンである請求項１または２に記載のバルブ。
   

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