JP7369421B2 - バルブ - Google Patents

Description

本発明は、流体の制御弁に関し、特に、高圧流体を制御する制御弁として好適に用いられるバルブに関する。

流体を制御する制御弁としては、例えば特許文献１に記載されているバルブがある。特許文献１では、シート部材は弁箱の下方から挿入されており、シート部材とバルブボディの間にＯリングが設けられることにより外部に流体が漏れないように密閉をされている。

国際公開第２０１７／０２２８３８号 特願２０１７－１４８６３４号

しかし、上記したようなＯリングを用いる従来のバルブでは、シート部材とバルブボディとの間に設けられたＯリングが、シート部材とバルブボディに沿って変形することでシールを形成する。さらに流体の圧力がＯリングに加わることでシール力は高まるが、高圧の流体の場合、Ｏリングに許容されない歪みが生じ漏れが発生する。また、Ｏリングはゴムまたは樹脂素材により形成されており、低温環境下では、収縮や弾性の変化が生じるため、漏れが発生する。さらに、流体が水素のような、分子数の小さい流体の場合、Ｏリングを透過して流路の外に漏れてしまう問題があった。

そこで、本発明者は、押さえ部材、蓋部材及びプラグを別部材とし、上記のようなシート部材は押さえ部材によって前記バルブボディ内の前記弁室に固定され、前記貫通孔の端部開口は蓋部材により閉止され、前記端部開口と前記蓋部材との間には、ガスケットが狭持されており、前記蓋部材はバルブボディへ近づく方向に押圧するプラグによって固定されるという構成のバルブを発明した（特許文献２参照）。

しかしながら、液体水素等、超高圧超低温で長期間使用する場合、温度変化の影響でプラグ部に緩みが生じる可能性がある。

本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、バルブボディとプラグとの間に緩み止めが狭持されるという構成のバルブとした。

請求項１に記載された発明は、バルブボディ内に形成された弁室に弁座を有するシート部材が固定されているバルブにおいて、前記バルブボディには前記弁室と連通する貫通孔が形成され、前記シート部材は、前記貫通孔から前記弁室内に挿入され、押え部材によって固定され、前記貫通孔の端部開口に前記貫通孔を閉止するように蓋部材が設けられ、前記蓋部材は前記端部開口に螺合されたプラグによって押圧固定され、前記端部開口の周縁部と前記蓋部材との間には、ガスケットが狭持されることによりシールされ、前記ガスケットの外周側であって前記端部開口の周縁部と前記プラグとの間には緩み止めが狭持されていることを特徴とするバルブに関する。

請求項２に記載された発明は、前記緩み止めは、金属からなっていることを特徴とする、請求項1のバルブに関する。

請求項３に記載された発明は、前記蓋部材と前記プラグとの間には、摺動部材が設けられていることを特徴とする、請求項１のバルブに関する。

請求項４に記載された発明は、前記摺動部材は、ベアリング、若しくはスラストリングであることを特徴とする、請求項３のバルブに関する。

請求項１に係る発明によれば、バルブボディの貫通孔の端部開口とプラグとの間には緩み止めが狭持されているので、超低温で長期間使用されてもプラグの緩みが生じ難い。また、前記端部開口と蓋部材との間に、ガスケットが狭持されているので外部へのリークを防ぐ事が出来る。

請求項２に係る発明によれば、緩み止めが金属なので、低温環境下においても緩み止めの効果を十分に得ることが出来る。

請求項３および４に係る発明によれば、蓋部材とプラグとの間に摺動部材を用いることで、プラグをバルブボディに固定する際、プラグを回転させるが、摺動部材によって、蓋部材にはプラグの回転が伝達されず、プラグによる押圧力のみが蓋部材に加わることになる。蓋部材に回転力が加わらない事で、蓋部材と接触しているガスケットも回転力は加わらず、蓋部材からの押圧力のみを受けることになり、ガスケットに歪等が発生しなくなる。

本発明の実施形態にかかるバルブの部分断面図である。 （ａ）は、緩み止めの側面断面図であり、（ｂ）は図１の貫通孔の端部開口付近を拡大した部分断面図である。

本発明の実施形態を図面の記載を用いて説明する。
図１に本発明に係るバルブＶの部分断面を示し、図２（ａ）に緩み止めの側面断面を示し、図２（ｂ）に図１の貫通孔の端部開口付近を拡大した部分断面を示す。
本発明のバルブＶのバルブボディ１は、流体入口２、流体出口３、弁室４、及び貫通孔５から構成される。
流体入口２、流体出口３、弁室４、及び貫通孔５は連通しており、流体入口２から入った流体は貫通孔５に挿入されたシート部材６及び弁座７を通り、弁室４内に入り弁室４から流体出口３へ流れ排出される。弁室４内をステム８が上下に摺動し、それにより流路の開閉及び流量の調節を行う。
バルブＶは、バルブボディ１、貫通孔５、シート部材６、弁座７、シート部材６を貫通孔５内部に固定する押さえ部材９、貫通孔５の端部の開口部分である端部開口Ｗに設けられた蓋部材１０、貫通孔５の端部開口Ｗの周縁部の内側に設けられたガスケット１１、前記周縁部の外側でガスケット１１の外周側に設けられた緩み止め１２、蓋部材１０をバルブボディ１へ近づく方向へ押圧しているプラグ１３を有している。
プラグ１３の先端側の外周部に緩み止め１２が当接する。
本発明のバルブＶは図２（ｂ）に示す通り前記プラグ１３と蓋部材１０との間に摺動部材１４を設けてもよい。

本発明に係るバルブは、高圧ガス用のバルブである。本発明に係るバルブは水素などの高圧ガスなどの高圧の流体に適用することができる。
「高圧」とは、流体による圧力であって、１メガパスカル以上の圧力をいう。
近年では、燃料電池技術等の発展により、非常に高圧である５０メガパスカル以上の流体を流すことも求められている。

本発明に係るバルブＶのバルブボディ１は流体入口２、流体出口３、弁室４、及び貫通孔５から構成される。
流体入口２、流体出口３、弁室４、及び貫通孔５は連通しており、流体入口２から入った流体は貫通孔５に挿入されたシート部材６及び弁座７を通り、弁室４内に入り弁室４から流体出口３へ流れ排出される。
弁室内をステム８が上下に摺動し、ステム先端に形成された弁体１５が弁座７と着・離座することで流路の開閉、流量の調製が可能である。
ステム８を上下に摺動させるためにステム８の上部にはアクチュエーター１６が設けられる。
アクチュエーター１６は自動式あるいは手動式のいずれかであってもよく、自動の場合は電磁、モーター、エアなどによって駆動してもよい。

バルブボディ１に設けられた貫通孔５にシート部材６が挿入される。
シート部材６は流路を閉じた際に、弁座７に設けられた孔と入口流路２とを連通させる流路を構成する。
シート部材６は気密性の保持、耐摩耗性、熱伝導性、強度が求められ、材質は一般的なカーボンや金属製であってもよい。

シート部材６は押さえ部材９によって貫通孔５内部で固定される。シート部材６は弁室４と貫通孔５の境界に段差部分を設け、段差部分に挿入されてもよい。
押さえ部材９を固定する方法は例えば貫通孔５内をねじ切りすることでねじ部を設け、貫通孔５内部に螺合させてもよい。押さえ部材は金属等一般的に用いられるものであってもよくこれに限定されない。
押さえ部材９によってシート部材６とバルブボディ１が密着するため、弁を閉じた時に弁室４側にリークが発生しない。
押さえ部材９の中央に孔を設けてもよい。
そうすることで押さえ部材９のねじ部から漏れた流体が孔を通って元の流体に戻っていくことが可能となる。

貫通孔５の端部開口Ｗは蓋部材１０によって閉じられる。
蓋部材１０の材質は金属等の一般に用いる物であってもよくこれに限定されない。
蓋部材１０は端部開口Ｗとは密接に接合するが、押さえ部材９とは接合する必要がない。

貫通孔５の端部開口Ｗの周縁部の内側にはガスケット１１を設け、気密性を向上させる。
ガスケット１１は特に限定されないが、外部影響によらず長期的な気密性の維持が見込めることからメタルシールを用いることが好ましい。
ガスケット１１は貫通孔５の端部開口Ｗと蓋部材１０との間に挟持される。つまり、ガスケット１１はバルブボディ１と蓋部材１０とによって挟持される。

貫通孔５の端部開口Ｗの周縁部の外側でガスケット１１の外周側に緩み止め１２を設け、プラグ１３の緩みを防止する。
緩み止め１２は貫通孔５の端部開口Ｗとプラグ１３との間に狭持される。つまり、緩み止め１２はバルブボディ１とプラグ１３によって挟持される。
緩み止め１２の材質は特に限定されず、弾性を有する材質なら金属、樹脂等の何でもよいが、外部影響によらず長期的な緩み止めが見込めることから金属製を用いることが好ましい。
形状も単なる平面の環状でなく、弾性を大きくするために、波型等にしてもよいし、スプリングワッシャーのようにしてもよい。

蓋部材１０はプラグ１３によってバルブボディ１へ近づく方向へ押圧される。
プラグ１３をバルブボディ１に固定する方法は例えばバルブボディ１にねじ切りを設け、螺合させてもよい。
プラグ１３と蓋部材１０の間には摺動部材１４を設ける。
摺動部材１４を設けることで回転トルクが減少し、ガスケット１１へ回転力がかからなくなりガスケット１１が歪みにくくなる。
摺動部材１４としてはベアリング、スラストリングなどが挙げられるがこれに限定されない。

本発明のバルブＶは上記のようなシート部材６、押さえ部材９、蓋部材１０及びプラグ１３がそれぞれ別部材から構成されているためステムを交換することが容易である。
以下螺合させることで固定した場合について記載するがこれに限定されない。
ステム８を交換する場合はまずプラグ１３を装着時とは逆の方向に回転させてバルブボディ１から外す。
その次に蓋部材１０を取り外し、貫通孔５から押さえ部材９を取り外す。押さえ部材９は装着時と反対の方向に回転させることで取り外すことが可能となる。
次にシート部材６を取り外し、最後にステム８を取り外し、新しいステムに交換する。
ステム８の交換後シート部材６、押さえ部材９、蓋部材１０、プラグ１３の順番で装着させていくことで交換作業が終了する。

本発明のバルブは従来のバルブと違い、ガスケットが流体の圧力によって変形せず、外部影響によらないため長期的な気密性の維持が見込めるバルブとすることができる。
また前記バルブのバルブボディに形成された貫通孔の内部には、シート部材が設けられており、前記シート部材は貫通孔内部で高圧ガスの流路を構成し、前記シート部材は押さえ部材によって貫通孔内部で固定され、前記貫通孔の端部開口は蓋部材によって閉じられ、前記貫通孔の端部開口の周縁部の内側にはガスケットが設けられ、前記ガスケットは、前記蓋部材と前記バルブボディとによって挟持され、前記周縁部の外側でガスケットの外周側には緩み止めが設けられ、前記緩み止めはプラグと前記バルブボディとによって挟持され、前記蓋部材はプラグによって前記バルブボディへ近づく方向へ押圧されている構成とすることで、ステムが容易に交換可能でありメンテナンスの容易なバルブである。

１ バルブボディ
２ 流体入口
３ 流体出口
４ 弁室
５ 貫通孔
６ シート部材
７ 弁座
８ ステム
９ 押さえ部材
１０ 蓋部材
１１ ガスケット
１２ 緩み止め
１３ プラグ
１４ 摺動部材
１５ 弁体
１６ アクチュエーター
Ｖ バルブ
Ｗ 端部開口

Claims (4)

1. バルブボディ内に形成された弁室に弁座を有するシート部材が固定されているバルブにおいて、
   前記バルブボディには前記弁室と連通する貫通孔が形成され、
   前記シート部材は、前記貫通孔から前記弁室内に挿入され、押え部材によって固定され、
   前記貫通孔の端部開口に前記貫通孔を閉止するように蓋部材が設けられ、
   前記端部開口の周縁部と前記蓋部材との間にはガスケットが狭持され、
   前記蓋部材を覆う形で前記バルブボディに螺合されたプラグによって前記蓋部材が前記端部開口の周縁部を押圧することでシールされ、
   前記端部開口の周縁部と前記プラグとの間には緩み止めが狭持され、該緩み止めは、バルブボディ内の流体による影響がないように、前記ガスケットとは前記蓋部材により隔てられ、かつ、前記ガスケットへの外部からの影響を減じるように、構成されてなることを特徴とする、バルブ。
2. 前記緩み止めは、金属からなっていることを特徴とする、請求項１のバルブ。
3. 前記蓋部材と前記プラグとの間には、摺動部材が設けられていることを特徴とする、請求項１のバルブ。
4. 前記摺動部材は、ベアリング、若しくはスラストリングであることを特徴とする、請求項３のバルブ。

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