JPS6020630B2 - 仕切弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は仕切弁の改良に関するものであり、さらに詳
しくは、その弁部材の改良に関するものである。

本発明によって改良せられた仕切弁は、上下水道用、塩
水用、薬液用、化学液用、水かんがい用、加熱水用など
の液配管類中にこれを使用すれば、特に好結果が得られ
る。最適の用途は上水道用である。従釆の技術 弁部材が弁本体内に流体通路（以下には流路という）出
入することにより、流離を開閉する仕切弁は、構造が簡
単で安価に製造できること、流体への抵抗がすくないこ
と、弁部材を薄い板状とすると、設置すべき配管の間隔
を小さくとれるという特徴がある。

しかし、シールを完全にすることがやや困難で、種々の
工夫がされており、最も一般的なものは、弁部材の形状
をクサビ形とし、これに合致した勾配を持つ弁座を弁本
体に設け、弁部村を弁座に庄入することにより弁部村を
弁座に圧着してシール効果を高める構造である。

ところがこのようにクサビ形の弁部材を用いたシール方
式の仕切弁にも欠点がある。

先ず第１に弁部材のシール面と弁本体弁座のシール面が
ともに平面であり、シール面積がせまし、ことである。
第２には、弁部村及び弁本体弁座の加工が困難なことで
ある。すなわち、勾配をもつサピ形の弁部材の両面を加
工することが必要であり、さらに、この弁部材の勾配、
寸法に合致した弁座を弁本体内に加工しなければならな
いからである。第３は弁本体はクサビ形かつ剛体の弁部
材を弁座に押し込むことより、流路方向にのみ押拡げら
れることになり、一定個所に応力が集中して変形したり
、破壊しやすいということである。そこで、それらの仕
切弁における上述のような欠点を改良するものと考えら
れる改良型の仕切弁として英国特許第９５６４７７号な
らびに第９９９４２５号明細書に記載のものが挙げられ
る。

すなわち、これらの英国特許第９５６４７７号明細書な
らびに同第９９９４２５号明細書には、弁本体及びボン
ネッがいずれも金属製で、弁部材としては上半部が非中
空の円筒状で、下半部は円錐体であって、これも金属製
であるものが記載されている。

そして、弁部材の円錐体部には、いずれもゴムあるいは
、それに類する被覆物でカバーしたものが開示されてい
る。発明が解決しようとする問題点 まず、第１に、これらの公知技術においては、弁本体、
ボンネットおよび弁部村はすべて金属製Ｚのものである
が、これらの部材が金属製であると、たとえば水道用の
場合にあっては、野外に設置されることが多く、長期間
の使用時において、ちじるしい腐食を生ずる。

これはとくに海岸に設けられる配管用の場合にいちじる
しい。また、そＺのような外面部の腐食ばかりでなく、
使用流体が水であっても含有酸素などの影響によって弁
部材を含む内面部分にサビが出来るし、また被処理流体
が海水とか含アルカリとかの腐食性のものであるときに
は、同じように腐食が起こる。 ２第２の問題点
‘ま、シールの長期持続性の問題である。従来公知のも
のの多くは弁部材の少なくとも作用面に対しゴムの如き
弾性体よりなるカバーを被着せしめるものであるが、こ
れはバルブの頻繁なオンオフ操作に際し、次第に摩損し
たり、時２には一部が剥離したりして事故を起すことが
多い。また製作にも相当に余分の労力を要して好ましく
ない。問題点を解決するための手段 従来技術における上記の問題を解決するために３本発明
が採用した手段は次の３点である。

すなわち、‘ィ’第１には、弁部材が上下動することに
より、弁本体の流路を開閉する仕切弁において、弁部材
が真円筒にきわめて近い円すし、体であるも、３内部に
は中心閥口部を有する中空の都材からなり、しかも実質
上、ソリッドな単一樹脂質量体で構成すること。

｛ｏ｝ 第２には、弁閉鎖時、弁部材の底部と鉄合する
受〇を弁本体に設けること。

し一 第３には、弁本体と弁部材との構成材料は硬質塩
化ビニール樹脂とポリプロピレン樹脂とに特定されてい
ること。

がそれである。

作用 ‘ィー従釆技術における第１の問題点である弁の内外面
にサビが生じる欠点は、弁本体を硬質塩化ビニール、弁
部材をポリプロピレン、実施態様ではあるがボンネット
を塩化ビニール製とし、弁装置の３つの主要構成部を実
質上、オール合成樹脂製とすることによって解決した。

【口｝従来技術における第２の問題点であるシールの長
期持続性の問題は、弁部材を真円筒にきわめて近い円す
し、体にし（実施態様においては、テーパーを１／１０
〜１／３０に選定した）、また、弁部村が実質上、ソリ
ッドが単一樹脂（ポリプロピレン樹脂）で構成されてい
て、ゴム層のごとき外部被覆を有しないようにしたこと
と、それとシール的に協働する弁本体は塩化ビニール樹
脂にしたことと、弁部材には内部に中空閉口部を有せし
めることによって解決した。実施例 図面において、１は上下に可動の弁部材である。

この弁部村１は真円筒にきわめて近く、１／ｉｏ〜１／
３０の値であるごとく僅かにテーパーを付した円錐体で
、実質上ソリッドな単一の、すなわちゴムのような外被
を有しない質量体より構成されている。その樹脂材料は
弁本体２は硬質塩化ビニール樹脂であるのに対し、それ
よりも若干弾性に冨むポリプロピレン樹脂を使用して形
成されている。こういう構成にすることにより弁本体２
と弁部材１との間のかじり等の有害作用が防止され、少
々の異物をかみ込んでもシール性が保た０れ、かつ、そ
れら両者間の摩擦抵抗が小さくなるため、弁の開閉操作
が軽挟にできるなどの効果がある。なお弁部材１を構成
している円錐体（真実には載頭円錐体を上下転倒して配
置したものであるが、この明細書の記述では、いちいち
、そのよ夕うな微細な区別立てはせずに、単に円錐体」
とのみ呼称する）が真の円筒体より偏俺しているのは、
その外周側面に１／１０〜１／３０のテーパーが設けて
あるためである。該範囲のテーパーを設けた理由は、テ
ーパ−が１／１０より大きいと、前記０のごとく弁部材
及び弁本体の弁座の加工が困難で加工誤差が大きくなり
、それとは反対にテーパ−が１／３０より小さいと、弁
部材が真円筒に近くなるため、弁本体２と弁部材１との
間の摩擦抵抗が大きくなり、ハンドルトルクが大きくな
るため、弁の開閉操作が困難となるためである。弁部村
１の外周側面の上端部には直径方向に相対直した１対の
突起ｌａ，ｌｂが設けてあって、それらが弁本体２と一
体構成のソケット状部（ボンネット）３の内壁面に対応
的に構成された案内溝３ａ，３ｂに終始スライド可能に
鉄装されているので、弁部村１は上下運動はするが回転
連動はしない。

また弁部材１の底面は凹面に機成されている。

その理由は、凸面にすると弁の全開時において、ヱ弁部
材１の下端部が流路内に入り込んで、流体の円滑な流動
を阻害することになり、また、‐それだけ弁装置の全高
を高くしなければならないからである。本発明の実施例
のごとく、弁部村１の底面を凹Ｚ面にすると、弁全開時
に該底面と弁本体２の流路口上端とが一致するため、流
体抵抗が小さく、かつ、乱流の発生が少なくなり、流体
の圧力損失が４・さくなる。

また、弁の小関度時でも流路断面積が、弁部材１の底面
が凸面及び平面の場合よりも２大きくなるため、流体抵
抗が小さくなる。４は弁棒であって、その上端部にはハ
ンドル５が固定され、およそ下方半分の部分にはオネジ
部４ａが設けられ、弁部村１の中心関口部６の上端部に
設けられたメネジ部６ａと鉄合している。

な２お弁棒４は回転するのみで上下運動はしない。ソケ
ット状部３の上端関口部にはカバー７が着脱可能に固定
してあり、また後者の中心部には押え都材８が固定され
ている。それらの両者にあいだには弁棒４の中間部に一
体的に設けられたフラ３ンジ部４ｂが相対回転可能に挟
持されている。したがって、弁棒４は上下方向には摺動
せず、単に回転運動のみが許容される。弁本体２には単
純円筒状かあるいはテーパ一つきの筒状の形で入口流路
２ａと、同様形状の出口流路２ｂとが一直線に整合する
如く設けられ、それらの両者間の中間部は、弁室になっ
ていて、弁部村１が上下方向に出入可能に配装されてい
る。

被処理流体（たとえば水道水）の流動方向は入口側にお
いては矢印Ａ、出口側においては矢印Ｂで示されている
（第１図参照）。９は入口流離２ａの内端部に設けられ
た入口部弁座であって、機械加工がいちじるしく簡易迅
速に施行できる完全な円形をしており、１０は同様形状
の出口部弁座であって、同様の形状に形成されている。

なお、第１図は弁部材１が最下端まで降りてきた弁の全
開状態を示し、第２図も同様であるが、弁部材１の全開
位置は鎖線Ｃによって略示されている。弁本体２の上記
中間部に設けられた弁室（弁座９，１０の間に形成せら
れた部分）の下端部には、弁閉鎖時に、弁部材１の底部
と鞍合する受口が設けられ、弁が全閉位直にあるとき、
その下方部はトラツプ・スペース１１になっている。

トラツプ・スペース１１の中央には公知のドレン抜き１
２が設けてあり、通常はボルト１３とパツキン１４とに
よって、シールされている。上記のドレン抜き１２に対
応する位置において、弁部材１のタ閉鎖状底部にはトラ
ツプ流体の逃し穴１５（第１図参照）が設けられていて
、中心関口部６と蓮適している。弁本体２には管系と接
続するためのネジ部も設けてないし、あるいは、そのた
めの連結用フラン０ジも設けてない。

その態様は第３図の斜視図によく表われている。フラン
ジレスかつ結合ネジなし型であるから、連結構造は簡単
である。この場合は、本発明の仕切弁を挟持している両
側のパイプのフランジ（図示せず）に通し、ボルトを通
してタ連結する。ただし、必要に応じ、普通のように接
続用ネジあるいは連結用フランジを設けてもよい。本発
明においては、弁部材１の材質としてポリプロピレン（
ＰＰ）を特定的に使用し、弁本体２０の材質として硬質
塩化ビニール（ＣＶ）が特定的に使用されている。その
成果については、別項の比較実験の項において特別に説
明する。つぎに本発明の仕切弁の一般的な作用を説明す
る。

タ 弁を閉じるには、ヘンドル５を１方向、たとえば右
廻りにまわすと、弁棒４が同じ方向にまわるが下降はし
ない。

弁榛４とネジ結合をしている弁部村１は回転を阻止され
ているから、下降して全閉位置に向う。全閉位置の直前
においてトラッ０プ・スペース１１に弁部村１の下端部
が入り込むと被処理流体の一部がそこにトラップされて
弁動操作が重くなるのであるが、本発明の装置では、弁
部村１を中心関口部６を備えた中空形状にするとともに
、この中心関口部６と運適するように底部に逃し穴１５
が設けてあるので、トラツプされた液がトラツプ・スペ
ース１１から逃し穴１５を通って中心関口部６内へ逃げ
込むから、弁動操作は重くはならない。弁の全閉位贋に
おいては、弁部村１の外周側面は、正面形状が円環状の
弁座９，１川こピツタリと庄接して、所要のシールが確
保され、矢印Ａ，Ｂの方向における流体の流通は確実に
遮断される。

弁を開状態にするには、上記の全閉位鷹においてハンド
ル５を逆方向にまわせばよい。

すると弁部材１は上昇して全開位置に至り釆し、そこで
停まる（その位置が第１図に鎖線によって示されている
）。もちろん弁部材１の中間の開放位置におくと、適宜
の流量調整ができることは言うまでもなし、。比較実験
例 本品では、弁部村１の構成材料としてポリプロピレンを
特定的に使用し、弁本体２の構成材料として硬質塩化ビ
ニールを特定的に使用し、本発明の全体的構成のうちに
部分的に一種の選択発明的な性格をそなえているもので
ある。

次表は、材質を上記とは異にする他の４種の組合せを選
んで比較実験を行った結果を示す。

この表で、「材質」欄中の「Ｕ−ＰＶＣ」というのは、
可塑剤無添加の硬質塩化ビニール樹脂を指し、「ＰＰ」
はポリプロピレン樹脂を指し、「ＦＣ」は鋳鉄を、「Ｂ
Ｃ」は青銅を、「ＳＵＳ」はステンレス鋼を指す。比較
実験表 上掲表において、最上段は本発明品の場合を示し、その
他は比較例を示す。

上から数えて第２段の公知例、すなわち弁部村も弁本体
も硬質塩化ビニール製である場合には、乾燥状態におけ
る勤摩擦係数も、耐食性も、本品 夕とかなり似ている
が、流体圧力が増して、面圧も高くなると、両部材が同
じ材質のものであるために、カジリや競付が起こり、需
要家の要求するような長期の耐用寿命の保証が出来なく
なる。

上から数えて第３段の公知例、すなわち弁部材ＺＯはゴ
ム、弁本体はＦＣの場合で、これは本件明細書中に従来
の技術として援用した弁部材にゴム被覆を施こしたもの
に、ほぼ一致するが、勤摩擦係数が異常に高く０．９０
（ｋ９／仇）なる値を示すが、長期間使用すると、弁本
体に腐食が生じ、たとえＺば上水道用に使う飲み水の味
がすこぶる悪くなる。この比較例の場合、シール性は良
いが、勤摩擦係数がすこぶる大きいので、操作トルクが
大きくなり、需要家の望むような軽い動弁操作はできな
２い。

また、弁の閉止状態が少し長く続くと、ゴムと金属面と
の間にこう着現象が起きる。表中、第４段と第５段は、
弁部材と弁本体とがそれぞれＢＣ、または、ＳＵＳの場
合であり、ＢＣの場合は両者ともに腐食がはなはだしく
、ＳＵＳの場２合は海水には不適という大きな欠点があ
る。

また呼び径１０仇奴の弁のときに、所要のシールを確保
するためのハンドル・トルクが本発明品の場合は２００
ｋ９ｆｃｍと非常に軽快であるのに、ＢＣ使用の場合は
６００ｋ９ｆｃｍと３倍も高くなる。ＳＵＳ便３用の場
合も、あらまし、これに準ずるであろう。なお、ＢＣの
場合も、ＳＵＳの場合も、超仕上をしたのち、すり合せ
を必要とするなど、材料ばかりでなく、加工コストもい
ちじるしく高くなる。次に、第４図の略図的説明図（１
），（ロ），（ｍ），（Ｎ），（Ｖ）を用いて、本発明
品（Ｎ）と他の公知品（１〜ｍ）とのデフレクション・
テスストの結果を説明する。この図において（Ｖ）はバ
ルブが配管中にあるときに配管に対し、長さ方向に対す
る直角の方向に下方から荷重Ｆにかかってバルブを含む
管が榛曲したとき（デフレクション状態にあるとき）に
、左右２つの矢印で示すように曲げモーメントが作用す
る状況をあらわしている。

荷重は図の上方からかかる場合と、下方からかかる場合
とがあるが、（Ｖ）が下方より力が作用した場合を示す
。テストの場合には、下方から油圧ピストン（図示せず
）を作用させ、次第に圧力を増して油圧ピストンを上昇
させ、バルブの漏れが始まったときにテストをやめる。
ただし、場合によってはバルブが割れるまで、油圧を上
昇させることもある。第４図の（１）は水平断面におい
て弁本体が矩形である普通型の仕切弁を示す。図の左側
は配管に曲げが作用しない状況を示し、右側は曲げが作
用し、向い合う弁本体の壁部が太鼓型にわん曲し、有害
なすき間Ａ′が生じている状況を示す。もちろん、漏れ
が起こるのでバルブは所期する液流ストップを達成する
ことはできない。第４図の（０）は弁部材は円錐型では
あるが、弁本体も弁部村も金属製のものである。

そして、弁部材は大体において中実であり、したがって
非中空のものの場合である。この場合には配管が榛曲を
受けると、（Ｄ）の右側に示してあるように、弁部村が
管部に面している個所にすき間Ｂ′が出来て流体の漏れ
が生じる。第４図の（ｍ）は弁本体は金属で、弁部材は
金属の大体において中実の円錐形のものであるが、その
少くとも作用面にゴムの被覆を設けてなるものである。

この場合においても、やはり、（０）と同じようなすき
間弘′が出釆て流体が漏れるが、その程度は（ロ）の場
合よりも少〈て、改良が見られる。しかし、弁部村をひ
んぱんにオンオフ操作すると、ゴム被覆の摩耗量が多い
し、長期の使用に０当ってはいよいよ離現象が見られ、
やむを得ず使われてきたとはいえ、安全かつ長期の使用
は達成しがたい。第４図と、（Ｗ）は本発明の場合であ
り、弁本体としては硬質塩化ビール、弁部村としてはポ
リブタ ロピレソが特定的に使用され、かつ弁部材は中
空の円錐型である。

この場合においては（Ｎ）図の右側に示すごとく、漏れ
が生じるに至り対用限度までは実質的にすき間を生じな
かった。そして、その耐用限度はデフレクション・アン
グルで減ったｏとき金属製の３〜４倍に達した。なお、
ついでながら凍結試験を行ったが、弁本体内の水の温度
を０℃にし、それから一１ぴ０まで下げたとき、金属製
のものは多くは破損したが、本発明品の場合はとくに弁
本体の構成材料である硬質塩化ビニールの熱伝導率が鋳
鉄に比べて約１／４００であり、かつ弾性をもっている
ため１個も破損しなかった。

なお、本発明品は実質的にオ−ル合成樹脂製であるが、
弁棒４は芯に金属榛を入れてその周りを硬質塩化ビニー
ルで包んだり、あるいはハンドル５の一部または全部を
金属製とするがごとき改変は本発明の要旨内に包まれる
。

なお、本発明の要旨中において「上下」とは図面につい
て言うのであって、実際の姿態とはかかわりがない。発
明の効果本発明の仕切弁は、プラスチック製のため耐食
性があり、金属製の仕切弁のようにさびたり、また流体
中にさびや、腐食により生じた物質が混入することがな
い。

弁本体を硬質塩化ビニール製とし、また弁部材をポリプ
ロピレン製としたことにより、異種材質であり、かつポ
リプロピレンが硬質塩化ビニールより摩擦係数が小さい
ことから、両者間にかじりや焼付が生じないため、両者
の摩擦抵抗は小さ２く、低ハンドル。

トルクでバルブの開閉操作が容意に行うことができる。
またポリプロピレンが硬質塩化ビニールより弾性が大き
いので弾性微小変形を与えやすく弁座シール性が向上し
、所要のシール性が得られる。
２硬質塩化ビニールおよびポリプロピレンの有する弾
性により、弁本体と弁部材との間に少々の異物をかみ込
んでもシール性が保たれ、ゴム等の弾性体を被覆させた
り、弁本体の弁座部にシールリングを装着させたりする
ことを必要としない。ま３た本発明の仕切弁では、弁部
材の側面および弁本体の弁座部は周側面のため、丸削り
のテーパ−旋盤により容易かつ迅速に表面加工ができ、
摺り合せなどの作業を必要としない。したがって生産性
が高い。 ３また、
弁部村をその外周側面にわずかなテーパー。好適には１
／１０〜１／３０のテーパーが設けられた真円筒にきわ
めて近い円錐体としているため、流体圧力や弁部材圧入
によるクサビ作用により生じる応力は、弁本体に真円状
に蓬方向に加わ刈る。したがって、弁本体の一定個所へ
の応力集中が回避され、応力集中による変形や破壊等が
発生せずバルブの強度が向上するとともに高いシール性
が縛られる。また、バルブ閉鎖時には、弁部村は流体圧
力を受けるが、その圧力は、弁部材の外周面にそって分
散され、かつ弁部材が中空になっているため、弁部材の
材質の弾性も影響して、該中空空間にも夕 該圧力が吸
収されることにより、応力が緩和されるため、前記同様
、弁本体の一定個所への応力集中が回避され、変形や破
壊の発生がなくなる。

同じく、弁部材が中心開□部を有する中空体となってい
るため、弾性変形が容易となり「配管の曲げｏ応力など
が加わっても、弁部材の弾性変形により弁本材と弁部材
間にすき間が生じないため、両者の密着性は保たれ、し
たがってシール性も保持される。さらに、流体の流れを
急激に遮断すると、ウオーターハンマー現象によって、
バルブに急激夕な流体の上昇圧力が加わるが、弁部材が
中空形状を有しているため、全体として弾性が増し、該
上昇圧力を弾性的に受けとめ、ウオーターハンマーを有
効に緩衝するため、バルブの破壊が防止される。ｏ 前
記したごとく、弁部材の外周側面にわずかにナーパ−が
設けられているため、弁部材はさらに押し込むことがで
きる構造なっている。

外周面が長期使用中に摩耗しても、弁本体をさらに押し
込むことにより、弁本体と弁部材とのすき間はなくすこ
とができる。なお、実施例になるが、本発明仕切弁の弁
部材の底面が弁本体の流路軸線と平行方向に弁部村の内
部側にへこませた凹曲面状に形成されているため、バル
ブの４・関度時あるいは全開度時の流体抵抗が、弁部材
の底面が平面あるいは凸面状のものより４・さくなり、
したがって、乱流が生じにくく、またキャビテーション
やェロージョンの発生がきわめて少なく、流体圧力の損
失やそれらによる弁本体や弁部材の腐食が極力おさえら
れる。

弁部材の底面には、その中心関口部に蓮適する逃し穴が
設けられているため、バルブの閉鎖時に、弁本体底部設
けられた受□に滞留している流体や異物は弁部材の搬入
と同時に該逃し穴から該中心関口部へ移動させられるた
め、弁部材は該受口にスムースに搬入させられるため、
ハンドル・トルクも上らず、十分なシール性が保持され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の弁装置の縦断面図、第２図その横断面
図、第３図は一部を功欠し・たその斜視図、第４図の１
〜Ｗは弁を含む配管のデフレクションによって曲げモー
メントが生じたときにシール状態が悪影響を生ずる状態
を示した比較実験を表わす弁の榛式的水平断面図、Ｖは
デフレクションによって曲げモーメントが生じる状態を
説明する弁の模式的立面図である。 これらの図において、１・・・・・・弁部村、２・・・
・・・弁本体、３・…・・ソケット状部、４・・・・・
・弁棒、５・・・・・・ハンドル、６・・・・・・中心
開□部。 第１図 第２図 第３図 繁ム図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 弁部材が上下動することにより、弁本体の流路を開
   閉する仕切弁において、弁部材が真円筒にきわめて円す
   い体であるも、内部には中心開口部を有する中空の部体
   からなり、しかも実質上、ソリツドな単一樹脂質量体で
   構成され、さらに弁閉鎖時、弁部材の底部と嵌合する受
   口を弁本体の底部に設け、弁本体と弁部材との構成材料
   は硬質塩化ビニール樹脂とポリプロピレン樹脂とに特定
   せられていることを特徴とする仕切弁。