JP7426150B2 - バルブ - Google Patents

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Description

この発明は、バルブユニットのステム軸と駆動ユニットの駆動軸との接続機構に特徴を有するバルブに関する。
流体を制御するバルブは様々な産業分野で使用されており、これらのバルブは主に流体の通路が形成されて弁体と弁座の当接離間で開閉されるバルブユニットと、弁体の動きを制御する駆動ユニットとから主に構成されている。バルブユニットの弁体はステム軸の先端に取り付けられ、このステム軸は駆動ユニットの駆動軸と種々の接続機構によって連結されている。
特許文献１に記載のバルブは、図６に示す通り、通路１０８、１０９が形成された弁箱１０１に弁座１１０が形成され、弁座１１０と当接離間する弁体１０５は、下弁棒１０４の下端に取り付けられている。下弁棒１０４は、ベローズ１２７内に配置されている。
回転操作ハンドル１１８に取り付けられた上弁棒１０３が下方に向かって突出し、弁棒昇降用ねじ１１７ａ、１１７ｂによって、回転操作ハンドル１１８の回転運動が上弁棒１０３の上下運動に変換されている。上弁棒１０３の下端下面には下弁棒嵌入凹所１２１が、下弁棒１０４の上端部には環状溝１０４ａが形成され、環状溝１０４ａに嵌まり込むように平行ピン１２２が水平方向（図６の表面から裏面に向かう方向）に打ち込まれて、上弁棒１０３と下弁棒１０４とは連結させられている。
特許文献２に記載のバルブは、図７に示す通り、第１の流路２０２ｂ、第２の流路２０２ｃが形成されたバルブボディ２０２にバルブシート２０３が取り付けられ、バルブシート２０３と当接離間するダイヤフラム２０４を変形させるダイヤフラム押え２０６は、ステム２２１の下端に取り付けられている。
駆動ユニット２０１Ｂは、供給流体ＤＧが供給口２３２から取り入れられて、シリンダ２４３に送り込まれ、ピストン部材２４１を上下動させ、ピストンロッド２２４を上下動させている。ピストンロッド２２４の下端部に形成された雄ねじ２６０と、ステム２２１の上端部に形成された雌ねじ２５０が螺合することによって、ピストンロッド２２４とステム２２１とは連結させられている。
実開昭６２－３４２７５号公報 特開２０２０－５１４４７号公報
特許文献１のバルブで用いられる平行ピンによる連結では、上弁棒と下弁棒の連結を細い平行ピンに担わせているため、バルブの小型化や大きな負荷をかけなければならない場合、平行ピンの折損の可能性が出てくる。特許文献２のバルブで用いられるねじによる連結では、螺合方式のため、ねじを形成するための肉厚を考慮に入れなければならない。そうすると、必然的に雄ねじのねじ径を小さくする必要があり、平行ピンタイプの場合と同様にバルブの小型化や大きな負荷をかけなければならない場合、折損の可能性が出てくる。さらに、ねじタイプの場合はねじの緩みの問題がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、バルブの小型化に対しても対応することができ、連結部の折損の可能性が低い接続構造を備えたバルブを提供することにある。
本発明（１）は、流体通路が形成されたバルブボディ内の弁座と当接離間して流体の流通を開閉する弁体を下端部に備える第１ステムを含むバルブユニットと、前記第１ステムと接続機構によって接続させられる第２ステムを含み、前記バルブユニットに取り付けられる駆動ユニットと、を有するバルブであって、前記接続機構は、前記第２ステム及び第１ステムのいずれか一方に形成された凹所であって内周面の所定位置に溝が形成された第１凹所と、前記第２ステム及び第１ステムのいずれか他方に形成された第２凹所と、前記第１凹所及び第２凹所内に収容させられるステムピンと、前記第１凹所に収納されステムピンを前記他方側に付勢する付勢部材と、前記第２凹所の側壁を水平に貫通する側壁貫通孔と、当該側壁貫通孔に入るボールとを含み構成され、前記第２ステムを前記第１ステムに対して所定位置まで押し当てると、前記ボールは前記溝に嵌入し、前記ステムピンは前記付勢部材によって付勢されて所定位置に配置させられ、前記ボールは、前記溝の表面と前記ステムピンの側面とで挟持されて固定され、前記第２ステムと前記第１ステムとが接続固定させられることを特徴とするバルブである。
本発明（１）のバルブは、接続機構の主たる要素として、ステムピンとボールを用いており、連結部にかかる負荷は主にボールにかかる圧縮荷重となっている。ボールの圧縮応力に対する耐性は非常に高いので、このような接続機構を備えるバルブは、小型化や高負荷要求に対しても十分に対応することができる。また、連結が第２ステムと第１ステムを嵌め合わせるだけのワンタッチでできるので、組み立てが非常に容易になる。さらに、ねじタイプの場合は、締め付けのための工具係止部（二面幅等）が必要であるが、本発明のバルブ（１）ではそのような加工が必要とはならずコストダウンを図ることができる。
本発明（２）は、前記第２凹所とつながり、水平に貫通する貫通孔が前記第２ステムまたは第１ステムにさらに形成され、当該貫通孔に挿入される押えピンによって、前記第２ステムと前記第１ステムとの接続が解除されるバルブであって、前記ステムピンは、前記貫通孔側に細径部を有し、さらに、当該細径部に連なる太径部を有し、前記第２ステムと前記第１ステムとが接続固定された際の前記ボールとの接触面が前記太径部の側面であり、前記押えピンを前記貫通孔に挿入すると、前記押えピンの側面が前記ステムピンの前記細径部側の端面を前記付勢部材側に押して、前記ボールのステムピンとの接触が前記太径部の側面から離れて、前記第２ステムと前記第１ステムとの接続が解除される本発明（１）のバルブである。
本発明（２）は、押えピンを貫通孔に挿入し第２ステムと第１ステムを離れる方向に力を加えるだけで連結を解くことができるので、従前のピンタイプやねじタイプの接続機構と比べて、メンテナンス時の省力化を図ることができる。平行ピンタイプやねじタイプの場合は、傷みのため平行ピンやステムの交換が必要となる場合があるのに対し、本発明（２）では、ステムピンやボールの交換が必ずしも必要ではないためメンテナンスコストが下がるので、定期メンテナンスをローコストで確実に行うことができる。
本発明（３）は、前記溝が環状溝である本発明（１）または（２）のバルブである。
本発明（３）によると、溝が環状溝であり旋盤加工で容易に形成できるので、製造コストダウンを図ることができる。
本発明（４）は、前記バルブが、ベローズを備えるベローズバルブである本発明（１）～（３）のいずれかのバルブである。
ベローズバルブのメンテナンスで弁体の点検・交換する場合、まず第１ステムと第２ステムの連結を解除した後にベローズを取り外さなければならない。これは非常に手間がかかる作業である。本発明（４）のベローズバルブの場合、第１ステムと第２ステムの連結をワンタッチで解除できるので、メンテナンス作業が大変なベローズバルブの場合でも作業の軽減を図ることができる
本発明によれば、バルブの小型化や大きな負荷をかけなければならない場合でも連結部の折損の可能性が低く、組み立ても容易なバルブを提供することができる。
本発明の実施の形態に係るバルブの一部縦断面図である。 第１ステムと第２ステムを組み立てる前の状態を示す図である。 第１ステムと第２ステムを組み立てる途中段階の状態を示す図である。 第１ステムと第２ステムの組み立てが完了した状態を示す図である。 第１ステムと第２ステムの連結を解除する際の状態を示す図である。 平行ピンによって第１ステムと第２ステムとが連結される特許文献１に記載の従来のバルブを示す図である。 ねじによって第１ステムと第２ステムとが連結される特許文献２に記載の従来のバルブを示す図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
図１に、本発明のバルブの実施形態１を示す。
図１に示すバルブ１は、バルブユニット２と駆動ユニット３を有している。バルブユニット２は、流体入口通路１１、流体出口通路１２、弁座１３が内部に形成されたバルブボディ１０と、バルブボディ１０の上部に形成されたボンネット１８内部に、先端に弁体１４が取り付けられた第１ステム１５と、第１ステム１５を気密に密封するベローズ２０を有している。
駆動ユニット３は、ねじ接合させられた下側ケーシング４０と上側ケーシング４１のケーシングによる空間内部に配置されたピストン部材４３、４４と、圧縮コイルばね４５と、圧縮コイルばね受け部材４７と、シリンダヘッド４８と、第２ステム３０を備えている。下側ケーシング４０には、駆動流体を導入する駆動流体供給口４２があけられている。圧縮コイルばね４５は、圧縮コイルばね受け部材４７と上側ケーシング４１の天井部４６との間で挟持させられている。
バルブユニット２と駆動ユニット３とは、中間接続筒４９とロックナット１９によって連結している。
第２ステム３０に形成された凹所である第１凹所３１の内周面に溝３２が形成されている。第１ステム１５の上端部には第２凹所１６が形成されている。第１凹所３１及び第２凹所１６により形成される空間にはステムピン３３が配置されている。第１凹所３１に収納されステムピン３３を第１ステム１５側に付勢する付勢部材３４が配置され、第２凹所１６の側壁を水平に貫通する側壁貫通孔２１が形成され、側壁貫通孔２１に入るボール５０が配備されている。側壁貫通孔２１の数は特に限定はないが、本実施例では３本あけられている。ボール５０は、耐摩耗性の高い鋼球が好ましい。第２凹所１６とつながり、水平に貫通する貫通孔１７が第１ステムに形成されている。この貫通孔１７は、第２ステム３０と第１ステム１５の連結を解除する場合に用いるが、組み立てる場合にも用いることができる。
図２～図３を用いて、本発明の接続機構によって如何にして第２ステム３０と第１ステム１５を組み立てるか説明する。
図２は、第１ステム１５と第２ステム３０とを組み立てる前の状態を示している。第１ステム１５には、第２凹所１６が形成され、第２凹所１６の底部につながる貫通孔１７が水平にあけられている。第１ステム１５の上部には第２凹所１６につながって側壁貫通孔２１があけられており、側壁貫通孔２１にはボール５０が配置されている。側壁貫通孔２１があいている側壁の厚みは、ボール５０の直径よりも若干小さくなるように設計されている。
ステムピン３３は、上からポスト部３３ｄ、鍔部３３ｃ、太径部３３ａ、細径部３３ｂからなり、細径部３３ｂの下端面は、細径部の端面３３ｆとなっている。貫通孔１７には、押えピン６０が挿入され、細径部の端面３３ｆと接触している。
第２ステム３０には第１凹所３１が形成され、内面に開口部と平行（水平に）溝（環状溝）３２が形成されている。環状溝３２の表面３２ａは、溝の底面と傾斜した両側面とからなっている。第１凹所３１の上部にステムピン３３を下方に押圧するための付勢部材（ばね）３４が配置される（図２において、ばね３４はステムピン３３のポスト部３３ｄに嵌装されている）。図２に示される接続機構によって接続される第２ステム３０と第１ステム１５とはおおむね同軸になるように手で配置される。組立装置を用いても勿論良い。
図３は、第２ステム３０と第１ステム１５とを嵌め合わせている状態を示している。この状態では、まだボール５０が環状溝３２に嵌入しておらず連結はまだ完了していない。ばね３４の下端は、鍔部３３ｃの上面に当接して縮められる。側壁貫通孔２１が、第１凹所３１に侵入した段階で押えピン６０を抜く。押えピン６０を抜いてもボール５０の一部が第２凹所１６に存在し、ステムピン３３は動かない。
図４は、第２ステム３０と第１ステム１５との連結が完了している状態を示している。図３の状態から、さらに第２ステム３０と第１ステム１５とを近づけ、ボール５０が環状溝３２に一部嵌入し、ボール５０の右側は、太径部３３ａの表面（ステムピンの側面３３ｅ）に接触または近接する。その結果、ボール５０は太径部３３ａの表面と溝の表面３２ａに挟まれて、ボール５０が環状溝３２から抜け出ることができなくなり、第２ステム３０と第１ステム１５とは、連結される。ステムピン３３は、ばね３４で常に下方に押圧されているので、動くことはない。
図５は、連結が完了した第１ステム１５と第２ステム３０との連結を解除する方法を示している。貫通孔１７に押えピン６０を挿入し、細径部の端面３３ｆと押えピン６０の側面を接触させ、ステムピン３３を上方に押し上げると、ボール５０の右側側面は太径部３３ａから離れて、細径部３３ｂが近づく。ボール５０と細径部３３ｂとの間に隙間ができるので、第１ステム１５と第２ステム３０とを引き離すように引っ張るとボール５０が矢印方向に動き、第１ステム１５と第２ステム３０との連結が解除される。押えピン６０の先端部はＣ面かテーパー形状に尖らせておくとこの作業を容易に行うことができる。
本国際出願は、２０２０年１１月２７日に出願した日本国特許出願２０２０－１９６９６１号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０２０－１９６９６１号の全内容を本国際出願に援用する。
以上説明したように、本発明バルブは、第１ステムと第２ステムの連結が容易となり、バルブの小型化を可能とする。さらに組み立てや連結解除が容易となりコストダウンに貢献できる。
１ ：バルブ
２ ：バルブユニット
３ ：駆動ユニット
１０：バルブボディ
１１：流体入口通路
１２：流体出口通路
１３：弁座
１４：弁体
１５：第１ステム
１６：第２凹所
１７：貫通孔
１８：ボンネット
１９：ロックナット
２０：ベローズ
２１：側壁貫通孔
３０：第２ステム
３１：第１凹所
３２：溝（環状溝）
３２ａ：溝の底面
３３：ステムピン
３３ａ：太径部
３３ｂ：細径部
３３ｄ：ポスト部
３３ｃ：鍔部
３３ｅ：ステムピンの側面
３３ｆ：細径部の端面
３４：付勢部材（ばね）
４０：下側ケーシング
４１：上側ケーシング
４２：駆動流体供給口
４３、４４：ピストン部材
４５：圧縮コイルばね
４６：天井部
４７：圧縮コイルばね受け部材
４８：シリンダヘッド
４９：中間接続筒
５０：ボール
６０：押えピン

Claims (4)

  1. 流体通路が形成されたバルブボディ内の弁座と当接離間して流体の流通を開閉する弁体を一端部に備る第１ステムを含むバルブユニットと、
    前記第１ステムと接続機構によって接続させられる第２ステムを含み、前記バルブユニットに取り付けられる駆動ユニットと、を有するバルブであって、
    前記接続機構は、前記第２ステム及び第１ステムのいずれか一方に形成された凹所であって内周面の所定位置に溝が形成された第１凹所と、前記第２ステム及び第１ステムのいずれか他方に形成された第２凹所と、前記第１凹所及び第２凹所内に収容させられるステムピンと、前記ステムピンを前記他方側に付勢する付勢部材と、前記第２凹所の側壁を水平に貫通する側壁貫通孔と、当該側壁貫通孔に入るボールとを含み構成され、
    前記第２凹所を形成する前記第２ステム及び第１ステムのいずれかのステム端部を、第１凹所内の所定位置まで挿通すると、前記ステムピンは前記付勢部材によって付勢され第２凹所の所定位置に配置させられ、前記ボールは、前記溝の表面と前記ステムピンの側面とで挟持されて固定され、前記第２ステムと前記第１ステムとが接続固定させられることを特徴とするバルブ。
  2. 前記第２凹所とつながり、該第２凹所と直交方向に貫通する貫通孔がさらに形成され、当該貫通孔に挿入される押えピンによって、前記第２ステムと前記第１ステムとの接続が解除されるバルブであって、
    前記ステムピンは、前記貫通孔側に細径部を有し、さらに、当該細径部に連なる太径部を有し、前記第２ステムと前記第１ステムとが接続固定された際の前記ボールとの接触面が前記太径部の側面であり、
    前記押えピンを前記貫通孔に挿入すると、前記押えピンの側面が前記ステムピンの前記細径部側の端面を前記付勢部材側に押して、前記ボールのステムピンとの接触が前記太径部の側面から離れて、前記第２ステムと前記第１ステムとの接続が解除される請求項１に記載のバルブ。
  3. 前記溝が環状溝である請求項１または２に記載のバルブ。
  4. 前記バルブが、ベローズを備えるベローズバルブである請求項１～３のいずれか１項に記載のバルブ。
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