JPH0141866B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は弁の密閉シール及びその製法に関す
る。更に詳しくは耐高熱及び耐高圧であつて、回
転弁体を有する弁に使用する密閉シールに関す
る。

通常、例えば人造ゴム材料の弾性シールを蛇口
本体及び回転弁体間の密閉性を確保するのに用い
る。この型のシールは蛇口を通過する流体温度が
120℃を超えず、流体圧が約20バール以下で、流
体がシールを構成する物質を劣化させない場合に
はこの機能を正しく果す。

しかし、使用条件が、移動する流体の温度、よ
り高い圧力及び激しい作用によつてより厳しくな
る場合には、人造ゴム材料製の密閉シールでは役
に立たず、他の材料、例えば弗素化炭化水素重合
体のうちでは最もよく知られるポリテトラフルオ
ロエチレン（P.T.F.E.）の如き材料を用いること
が必要であり、これらの材料は数多くの液体に対
して不活性であつて、人造ゴム材料が耐えるより
も高い圧力にも温度にも耐えることが出来る。し
かしながら、これらの弗素化炭化水素重合体には
以下の欠点がある、すなわち、前記重合体に変形
が加わると、初期形状の回復が極めて遅いこと、
及び、圧縮又は引張による長時間の変形が与えら
れると、ほとんど永久的に変形してしまう。この
現象はクリープの呼称でよく知られることであ
る。結果として、密閉シールは、蛇口本体と弁体
との間で、長期間圧縮されていると、次第に変形
してゆき、正しい密閉性が解保されなくなる。か
かる現象を避けるために、密閉シールを一個また
は数個の弾性環で包囲することが知られておりこ
の弾性環によつて半径方向に密閉シールが変形す
るのを防ぐ。このような金属性のたがを嵌めたシ
ールは満足出来る密閉状態を提供する。しかし蛇
口を通過する液体が卑金属に対する侵蝕性を有す
る場合には、密閉シールに金属性のたがを嵌めて
いる一個または複数個の弾性環を、耐腐食性貴金
属で作られなければならなくなり、これではシー
ル製造に費用が嵩む。

かかる欠点を取除くための解決策として、密閉
シール材料中に一つまたは複数個の弾性環を、例
えば後成形（surmoulage）により埋設する。こ
の公知技術に於いて密閉シールを人造ゴム材料で
製作する場合、人造ゴムは成形され易いので密閉
シールの製造が容易である。これに反して、シー
ルの材料が純粋なポリテトラフルオロエチレン
（P.T.F.E.）またはカーボン粉末またはステンレ
ス鋼の粉末のような充填物を混合したP.T.F.E.の
場合にはこの技術を利用することが出来ない。即
ち、P.T.F.E.製の加工品を製造するには鋳型の中
に入れた粉末を高圧下で圧縮し、圧縮した粉末の
粒子を溶融して結合させながら型入れした加工品
を焼成する焼結法を応用する。密閉シールの内部
に弾性環を後成形することがほとんど克服不能な
程難しいのはP.T.F.E.製の加工品を製造するに必
要な特殊技術に起因する。何故なら、粉末の圧縮
時、前記弾性環が移動して前記弾性環の位置が不
確定となり、その上、焼成時には、弾性環を備え
た密閉シールは、P.T.F.E.の膨張係数が前記環を
構成する材料の膨張係数より約10倍も高いことか
ら、制御不能なほど変形する。

出願人は自らに問題を課し、低温でのシールの
歪を阻止し、また、加熱流体を通すのに用いても
シールにすぐれた機械特性を与える弾性環を備え
た弗素化炭化水素重合体製の密閉シールを作り出
した。

本発明は回転弁体を内蔵する軸方向の流路を形
成する弁本体からなる弁の密閉シールに関する。
前記シールは弗素化炭化水素重合体の如き焼結で
しか製作できない材料から成る。シールは、円環
の形状をしたブロツク部分と軸方向環状カラーと
から成つており、このシールを、一部が弁本体中
及び一部が弁本体と同心円の環状リテイナーブツ
シユ中に機械加工により設けられた凹所に取り付
ける。前記凹所は弁本体の軸方向流路に向け開口
する巾の広い部分と、シールの環状カラーを挾持
する巾の狭い部分とを有しており、前記シールの
ブロツク部分は、内部に前記弁の弁体にブロツク
部分を押圧する弾性環を含んでいる。前記弾性環
を密閉シールのブロツク部分に作られた閉鎖空所
内に嵌合する。

本発明はまた上述した密閉シールの製法に係り
下記の工程より成る。すなわち、 −充填物を含むまたは含まない弗素化炭化水素重
合体製であつて軸方向空所を備えるブロツク部
分と二個の舌状部材からなる環状ブツシユを準
備する； −弾性環を軸方向に並行移動して環状ブツシユの
空所に導入する； −舌状部材の一つを他の舌状部材に近づけ、双方
の舌状部材を接触させる； 本発明の他の特徴及び利点は下記の記載及び非
限定実施例として示す添付図面より明らかとなろ
う。

第１図に示すバタフライ・バルブ１は軸線Ｘ−
Ｘを有する軸方向流路３を設けたバルブ本体２か
ら成り、前記軸方向流路はバルブ本体２の直径方
向に対峙する二ケ所の中ぐり６，７に支承された
回転軸５に固定された弁体４によつて閉鎖されて
おり、前記バルブ本体２は互いに平行な２つの環
状平坦面８で終結しており、配管の隣合う二つの
セクシヨンの相対する二つのフランジ（図示せ
ず）間にバルブが固定出来る。流体は軸方向流路
３の中を一方向または他方向に流れることができ
る。本発明による弾性密閉シール９を、一部がバ
ルブ本体２、及び一部がバルブ本体２に皿ネジ１
２で固定された環状リテイナー・ブツシユ１１に
機械加工により設けられた第２図の凹所１０内に
配置する。前記凹所１０は軸方向流路３に向つて
開口する巾の広い部分１０ａとバルブの外側に向
つて半径方向に延びる巾のより狭い端部１０ｂと
から成つている。凹所１０の巾の広い部分１０ａ
は流路３に開口する処に張り出した二つのシヨル
ダー１３，１４を備えている。

シヨルダー１４は流路３に隣接の半径方向の面
１０ｄと凹所１０の巾の広い部分１０ａの半径方
向の側面の一方との結合によつて形成され、一方
シヨルダー１３は回転軸Ｘ−Ｘを有する流路３に
隣接の円錐面１０ｃと凹所１０の巾の広い部分１
０ａの半径方向の側面の他方との結合によつて形
成される。

第３図に示す弾性密閉シール９は円環形状のブ
ロツク部分１５で構成され、前記ブロツク部分１
５の外側縁は環状カラー１６となつて包囲してい
る。

密閉シールのブロツク部分１５の両端面は、半
径方向の面１７ａと凹所１０の円錐状の側面１０
ｃに等しいテーパを有する円錐面１８ａとにシヨ
ルダー２１，２２を介して夫々つながる半径方向
の互いに平行な２つの径方向面１７，１８から形
成され、径方向外側面は面１７，１８に垂直な軸
方向の面１９から形成され、径方向内側面は回転
軸Ｘ−Ｘをもつ円錐面２０から形成されている。
軸方向流路３を閉鎖する位置に於いて、弁体４は
前記円錐状の面２０で密閉シールと接触してい
る。シヨルダー２１，２２は凹所１０の巾の広い
部分１０ａから突出して対応するシヨルダー１
３，１４に当接する。凹所１０の巾の狭い部分１
０ｂに挟持されているカラー１６を含む。通常の
リテイナー手段なしでも、前記シヨルダーは凹所
１０の中の密閉シール９を当着する。

ブロツク部分１５の内側には、密閉シール９の
外側面１９に平行な二つの軸方向の面２４，２５
と前記の面２４，２５に直交する二つの平行な面
２６，２７とによつて閉鎖空所２３が形成されて
いる。前記二つの面２４，２５の長さは密閉シー
ルと弁体との間にできる接触面２０の軸方向突出
部の長さＬに少くとも等しい。空所２３の中に
は、弾性環２８が配置され、弾性環は空所２３が
有する全体積をこの弾性環が〓間なく専有するよ
うな大きさを有している。

第３図に見られるように、密閉シールと弁体と
の間の接触面２０の全面を、たがの役目を果す弾
性環２８が包囲している。前記弾性環は適切な弾
性係数を有する金属か、または複合材料、例えば
ガラス繊維または炭素繊維で強化した重合体樹脂
によつて製作される。

半径方向の環状カラー１６は密閉シールのブロ
ツク部分１５の面１９を包囲している。前記カラ
ーは二つの舌状部材２９，３０を結合して形成
し、前記カラーの一方２９はブロツク部分１５の
半径方向の面１８を延ばしており、他方３０は同
ブロツク部分の軸方向面１９に垂直である。

密閉シール９は下記のように作用する。第４図
に示す如く、密閉シール９を凹所１０の中に取り
付ける。凹所１０の巾の狭い部分に配置したカラ
ー１６を弁本体２とリテイナー・ブツシユと間に
挟持して、凹所１０の中に密閉シール９を固定す
る。軸方向の遊〓J¹及びJ²と半径方向遊〓J³とを
密閉シールのブロツク部分１５と凹所１０の巾の
広い部分１０ａの間に形成する。第５図に示すよ
うに、弁体４が軸方向流路３を閉鎖し、矢印Ｐ１
の方向に沿つて弁体の上流側に流体圧がかかる
と、流体は軸方向遊〓J¹から弁本体２とシールの
ブロツク部分１５との間に流れ込み、面１７をリ
テイナー・ブツシユ１１から成る対応支承面に押
圧し、矢印Ｐ１の方向に弁体４を変形しようとす
る。この変形によつて、密閉シールのブロツク部
分１５が弁体４と弾性環２８との間で圧縮され
る。こうすることによつてブロツク部分１５の変
形を防ぐ。こうしてシールと弁体との間にすぐれ
た密閉状態が得られる。

第６図に示すように、矢印Ｐ２の方向に沿つ
て、弁体の下流側に流体圧がかかると、流体は、
軸方向遊〓J²及び半径方向遊〓J³から、リテイナ
ー・ブツシユ１１とシールのブロツク部分１５と
の間に流れ込む。結果として、前記ブロツク部分
１５はバルブ本体２によつて構成される対応支承
面を半径方向面１８に押圧する軸方向押力と弁体
４をブロツク部分の面２０に押し当てる半径方向
の押力を受ける。この場合、シールのブロツク部
分は弁体４と弾性環２８との間で圧縮される。こ
うすることによつてブロツク部分の変形を防ぐ。
注目すべき点は、この後者の場合、シールのブロ
ツク部分１５の面１９とリテイナー・ブツシユ１
１との間に流れ込んでいる流体の作用によつて、
弁体４に対するブロツク部分１５の面２０での押
圧力が増大する。

密閉シールの製作に係る種々の変形例が考えら
れる。

第７図に示す変形例に於いては半径方向の環状
カラー１６をシールのブロツク部分１５に対して
偏心させず、同心に配置する。

第８図に示す変形例に於いては、環状カラー１
６を半径方向に配置せず、シールのブロツク部分
の外側面１９を軸方向に伸長させている。

第９図に示す変形例に於いては、カラー１６を
構成している舌状部材２９，３０の一つに前記舌
状部材に対して直角方向の突出部３１を備えるこ
とにより弁本体２に対してシール９をよりよい状
態で接触させることが出来る。

第１０図に示す変形例に於いては、密閉シール
のブロツク部分１５の内側に形成された空所２３
の半径方向の巾が前記空所内に配置された弾性環
２８の厚より大きい。結果として、弾性環２８の
外側面と空所２３の外側面との間に遊隙J⁴が生じ
る。

第１１図に示すように、矢印Ｐ２の方向に沿つ
て弁体の下流側に流体圧がかゝると、上述したよ
うに、流体のシールのブロツク部分１５に対する
軸方向の押圧と、半径方向の押圧との作用を同時
に生じる。弾性環２８を空所２３との間に出来る
遊隙J⁴によつて、ブロツク部分１５は、流体圧の
作用で、回動することができ、シールの円錐状の
面１８ａを凹所１０の対応する面１０ｃと接触さ
せるべく弾性環２８のまわりに回動運動を起こ
す。その結果、シール対弁体の接触圧が増加し、
密閉性が増大することになる。

上述の第７，８及び１０図に示す変形例に於い
ても、場合によつては接触突起３１を備えること
もあり得る。

次に上述した密閉シール及びその変形例による
シールの製法について述べる。

第１２から１４図では、本発明の密閉シールの
製法の異なる工程が示されている。

ステンレス鋼の粉末または炭素粉末を充填して
いるかまたはしていないP.T.F.E.の環に於いて、
子午線断面を第１２図に示す環状ブツシユ３２を
製作する。前記ブツシユ３２はシヨルダー２１を
備えるブロツク部分１５と、軸方向凹所２３と、
軸方向舌状部材２９と半径方向舌状部材３０とか
ら成る。次いで、体積が凹所２３の体積よりもわ
ずかに小さい弾性環２８を、第１３図に示すよう
に凹所２３の中に挿入する。最後に、軸方向舌状
部材２９を第１４図に示すように、矢印Ｆの方向
に折り曲げ、前記舌状部材２９が半径方向舌状部
材３０に当接するようにし、二つの舌状部材２
９，３０を結合することによつて、環状カラー１
６を形成する。下記の方法によつて前記舌状部材
を折り曲げる。

弾性環２８を挿入したブツシユ３２を第１５図
に示すように、ブツシユの外形にぴつたり合つた
環状加熱プレート３３上に配置する。加熱パネル
３４を前記プレート３３に押し当て、被加工ブツ
シユ３２の内側に配置する。前記プレート３３と
パネル３４は中空となつていて、これらを加熱す
るのは加熱流体を循環させるか、電気抵抗によつ
て可能となる。前記プレート３３とパネル３４を
250゜から300℃の間で加熱するが、その適温はブ
ツシユ３２を構成する材料の特性によつて選ばれ
る。すなわち、炭素粉末またはステンレス鋼粉末
を混合した、または混合しない純粋な弗素化炭化
水素重合体のいずれかから成る材料次第で選択さ
れる。ブツシユ３２を、このブツシユを支えてい
るプレート３３及びパネル３４からの熱伝導によ
つて加熱する。工具３５は、円錐台状の回転体で
あり、ブツシユ３２と同心であり、前記プレート
３３とパネル３４と同温に加熱し、軸方向舌状部
材３０によつて形成される円筒の内部に係合さ
せ、矢印Ｄで示す方向の軸線Ｘ−Ｘによる並行移
動をさせる。工具３５を押圧することにより、軸
方向舌状部材２９は外方に向つて折れ曲り、第１
６図に示すように中間位置を取るに至る。この位
置に於いて、舌状部材２９は水平方向に対して約
40゜傾き、工具３５の円錐部分と、その全長にわ
たつて接触する。前記工具３５を引き出し、第２
の平らな工具３６と取り替える。前記第２の工具
３６も加熱されており、矢印Ｄの方向の軸線Ｘ−
Ｘに沿う移動運転中に第１７図に示すように、傾
斜した舌状部材３０に対し軸方向舌状部材２９を
折り曲げ、かかる工程によつて、密閉シールにそ
の最終形状を与える。プレート３３、パネル３４
及び工具３６を次に冷却し、密閉シール９をプレ
ート３３及びパネル３４から抜き出す。

第７図に示す密閉シールの環状カラー１６はシ
ールのブロツク部分と心合せして配置されてい
る。この変形例の異なる製作工程が第１８から第
２１図に示されている。

ブロツク部分１５（第１８図）の半径方向の面
１７ｃのほぼ延長線に半径方向カラー３０を持つ
環状ブツシユから出発して上述した工具を使用し
て、環１８（第１９図）を空所２３の中に挿入し
てから、舌状部材２９，３０が並行であるが、ま
だ互に接触していない（第２０図）中間形態に至
らしめる。円形環形状の加熱した第３の工具３７
によつて固定状態の舌状部材３０（第２１図）に
対して舌状部材２９を押圧することが出来る。

第８図に示す密閉シールのカラー１６が軸方向
にある変形例を得るために、軸方向舌状部材２
９，３０を平行にし、弾性環２８を挿入する凹所
を形成する。例えば第２２図に示す如き環状ブツ
シユから出発する。前記弾性環２８を挿入して、
外側の舌状部材３０を、円形冠３８の形状をした
加熱工具によつて固定維持された内側舌状部材に
押圧して、軸方向のカラー（第２３図）を形成す
る。

本発明の密閉シールは下記利点を提供する。

−この密閉シールは、このシールを構成する材料
によつて化学的不活性及び耐熱性を有しまたシ
ールの中に弾性環が埋設されているので弾力性
を併せ持つ。

−このシールは弁体の上流側または下流側に流体
圧がかかつて、自動シールを行う。

−弾性環は、シールのブロツク部分の閉鎖空所の
中に配置され、バルブの中を流れる流体と接触
しない。これにより、この流体に侵蝕性がある
場合には非常に有利である。その結果、耐蝕性
の高価な金属を使用することなく、弾性環を製
作することが出来る。

−本製法によつて、厳密な意味に於いて正確な、
その上経済的なシールを得ることが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による密閉シールを備えるバタ
フライ・バルブの直径方向断面図；第２図は本発
明による密閉シールを受容する弁の凹所の環状部
拡大一部断面図；第３図は弁体に押圧した、本発
明による密閉シールの半径方向拡大断面図；第４
図は凹所に取り付けた、本発明による密閉シール
の半径方向拡大断面図；第５図は弁体の上流側に
流体圧がかかる場合の凹所内のシールの位置を示
す半径方向拡大断面図；第６図は弁体の下流側に
流体圧がかかる場合の凹所内のシールの位置を示
す半径方向拡大断面図；第７図は密閉シールを製
作する第１変形例の半径方向拡大断面図；第８図
は密閉シール製作の第２変形例の半径方向拡大断
面図；第９図は密閉シールを製作する第３変形例
の半径方向拡大断面図；第１０図は密閉シールを
製作する第４変形例の半径方向拡大断面図；第１
１図は弁体の下流側に流体圧がかかる場合の凹所
内にある第１０図に示す密閉シールの位置を示す
半径方向拡大断面図；第１２，１３及び１４図は
本発明による密閉シールの製法を略図で表わした
半径方向断面図；第１５，１６及び１７図は密閉
シールの製造及び使用する工具を表わす半径方向
断面図；第１８，１９，２０及び２１図は第７図
に示す密閉シールの変形例による製法を略図で表
わす半径方向断面図；第２２及び２３図は第８図
の変形例による製法を略図で表わす半径方向断面
図。 １……弁、２……弁本体、３……軸方向の流
路、４……弁体、９……密閉シール、１０……凹
所、１１……リテイナー・ブツシユ、１５……ブ
ロツク部分、１６……環状カラー、２３……空
所、２８……弾性環。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転弁体を内蔵する軸線Ｘ−Ｘの軸方向の流
   路を仕切つている本体から成る弁の密閉シールで
   あつて、前記シールは弗素化炭化水素重合体の如
   き、焼結によつてのみ製作可能な物質から成り、
   軸線Ｘ−Ｘを有する円環形状のブロツク部分と同
   心円環状カラーとを有しており、前記シールが、
   弁本体の一部と前記弁本体と同心の円環状リテイ
   ナー・ブツシユの一部とに機械加工により形成し
   た凹所に取り付けられるべく構成されており、前
   記凹所が弁本体の軸方向流路の中に開口する巾の
   広い部分と、前記シールの環状カラーを挟持する
   巾の狭い部分とを有しており、前記シールのブロ
   ツク部分は、内部に前記弁の弁体にブロツク部分
   を押圧する弾性環を含んでおり、軸線Ｘ−Ｘを有
   する弾性環はブロツク部分に設けられた閉鎖空所
   内に嵌合され前記空所は軸線Ｘ−Ｘに平行な２つ
   の面と前記２つの面に垂直で互いに平行な２つの
   面とによつて形成されていることを特徴とする密
   閉シール。 ２ 弾性環の寸法は前記空所が提供する全体積を
   占めるように選択されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の密閉シール。 ３ 弾性環の厚さが空所の半径方向の幅よりも薄
   く、したがつて弾性環の外側面と前記空所の外側
   面との間に半径方向の遊隙が存在することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の密閉シー
   ル。 ４ 弾性環の軸方向長さは回転弁体と密閉シール
   との間の接触面の軸方向突出部分の長さと少なく
   とも等しいことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項から第３項のいずれかに記載の密閉シール。 ５ 弾性環は金属製であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の密閉シール。 ６ 弾性環は複合材料、例えばガラス繊維または
   炭素繊維で強化した重合樹脂製であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の密閉シー
   ル。 ７ 環状カラーは、半径方向にあつて密閉シール
   のブロツク部分の外側面を包囲することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の密閉シール。 ８ 環状カラーは、軸方向にあつて密閉シールの
   ブロツク部分の半径方向側面の１つを包囲するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の密
   閉シール。 ９ 回転弁体を内蔵する軸線Ｘ−Ｘの軸方向の流
   路を仕切つている本体から成る弁の密閉シールで
   あつて、前記シールは弗素化炭化水素重合体の如
   き、焼結によつてのみ製作可能な物質から成り、
   軸線Ｘ−Ｘを有する円環形状のブロツク部分と同
   心円環状カラーとを有しており、前記シールが、
   弁本体の一部と前記弁本体と同心の円環状リテイ
   ナー・ブツシユの一部とに機械加工により形成し
   た凹所に取り付けられるべく構成されており、前
   記凹所が弁本体の軸方向流路の中に開口する巾の
   広い部分と、前記シールの環状カラーを挾持する
   巾の狭い部分とを有しており、前記シールのブロ
   ツク部分は、内部に前記弁の弁体にブロツク部分
   を押圧する弾性環を含んでおり、軸線Ｘ−Ｘを有
   する弾性環はブロツク部分に設けられた閉鎖空所
   内に嵌合され前記空所は軸線Ｘ−Ｘに平行な２つ
   の面と前記２つの面に垂直で互いに平行な２つの
   面とによつて形成されている密閉シールの製法で
   あつて、軸方向空所を備えるブロツク部分と２つ
   の舌状部材とより成り、充填物を含みあるいは含
   まない弗素化炭化水素重合体製の環状ブツシユを
   準備し、弾性環を軸方向に並行移動させて環状ブ
   ツシユの空所に導入し、二個の舌状部材のうち一
   方を折り曲げて他方に近づけ双方の舌状部材を接
   触状態とする段階を含むことを特徴とする密閉シ
   ールの製法。 １０ 前記舌状部材の一方を押圧して他方に近づ
   け双方の舌状部材を接触状態とすることを特徴と
   する特許請求の範囲第９項に記載の密閉シールの
   製法。