JPWO2016093271A1 - 回転弁と鉄道車両用急速排気弁 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2のボールバルブは、弁箱と、ステムと一体型の半球状の弁体と、この弁体の摺動面を密着被覆するようにシールするシール部材とを備え、弁箱の空洞内にシール部材が装着され、このシール部材に弁体が装着されている。このボールバルブでは、シール部材によって弁体の外周囲全体がシールされる構造になっている。
同文献2のボールバルブは、弁箱の空洞内に装着された大型のシール部材で弁体の外周囲全体をシールする構造であるため、シール部材が摩耗した場合にはこのシール部材全体を交換する必要が生じて経済性が悪くなる。
同文献3の回転弁は、弁閉時にのみシール部材がボデーに接するので、操作トルクを低減できるものの、シール部材が摩耗した際には、弁体が更にねじ込み下降するため、シール部材が流出入口の位置とずれてしまい、都度、蓋部材の位置を調整する必要がある。
流体を流す際においては、微開時にキャビテーションを抑えつつこの微少開口時のエネルギー損失を最小限に抑えることができ、全開時には流出入口により損失係数を小さくして流動抵抗を抑えることができる。更に、小さいキャビティ容積により、異常昇圧値を低く抑えることができるため、漏れや作動不良の発生も回避できる。このように、流体の流出入時の損失を最小限に抑えてバルブとしての機能性を高め、ボールバルブに比較してスムーズな操作で流体を流すことが可能になる。これらのことから、ボールバルブの欠点を解消しつつ、ボールバルブやコックなどの利点を取り込んだ回転弁を提供できる。
保持リングがラジアル軸受とスラスト軸受との機能を発揮し、ラジアル軸受の機能によりシール部材締付け時の弁体の倒れを防止し、弁体の倒れに伴う弁体軸の摩耗やかじりを防止する。一方、スラスト軸受の機能により、シール部材の材料の弾性内でのつぶし代を維持して応力緩和とクリープを防止できる。
2 ボデー
3 弁体
4 蓋部材
5、140 シール部材
6 皿ばね(ばね部材)
10、11 流出入口
12 排出口
15 球面部
16 弁体収納部
22 開口部(下部内周面)
28 球状面部
30、31、32 貫通口
33 装着溝
80 管路
100 自動扉開閉装置
131 テーパ面部
132 テーパ状面部
141 保持リング
152 下部外周面
162 座面部
170 突起部
S 排出口面積
このばね部材6を介して、シール部材5の押圧力を調整しながら前記蓋部材4で開口部22を被蓋し、蓋部材4によって弁体3を増締め可能に設けている。
排出口12には、図示しない防塵キャップが上記雌ネジを用いて向きを自在に設定し、着脱可能に設けられていてもよく、この場合防塵キャップにより排出口からの異物の浸入が防がれる。
これら以外にも2つの流出入口10、11と排気口12との全てを連通可能に設けた状態がある。しかし、これは、回転弁を例えば鉄道車両用の排気弁として使用する場合に適していないため、その説明を省略する。
また、オリフィスを装着することなく、ボデーの排出口に所望の排出口面積を有する連通孔を直接孔開け加工により形成してもよい。
本発明の上記実施形態におけるバルブ本体1は、球面部15を有する弁体収納部16に流入口10、11、排出口12を略同口径に形成し、開口部22より貫通口30、31、32、シール部材5を有する球状面部28を備えた弁体3を回転自在に挿入し、流出入口10、11、排出口12と、貫通口30、31、32とのフルボア口径による連通状態を確保し、シール部材5で何れか1つの流出入口10、11又は排出口12を密封閉止し、流出入口10、11と排出口12、或は流出入口10、11同士を貫通口30、31、32を介して連通可能に設けていることにより、圧力損失を抑えながら低トルク性により操作性を高め、かつ封止力を高めつつシール部材5の摩耗を抑えることによりシール性を向上できる。
上記のことから、コンパクト性を維持しながら高圧の圧力空気に対しても高い封止性を発揮する。
これらのことから、バルブ本体1を、例えば鉄道車両の配管に用いる場合にも、その接続やメンテナンスが容易になり振動に対しても漏れ等を防止して安全にこれらの作業を実施できる。
例えば、バルブ本体1は図6に示した管路80の一部として設けられ、この場合、流出入口10、11と排出口12とが管路80に接続され、バルブ本体1によって管路80の流路が切換え可能に設けられたり、排出口12から流体を排出可能に設けられている。
図8においては、本発明の回転弁の他の実施形態を示している。この実施形態におけるバルブ本体130においては、ボデー2内の内周の一部にテーパ面部131、図9の弁体3の外周のテーパ面部131との対向位置にテーパ状面部132をそれぞれ形成し、弁体3の装着溝33にはシール部材140を装着したものである。さらに、バルブ本体130内には保持リング141が装着されている。
一方、図8のボデー2内の内周の一部にテーパ面部131を設けた場合には、このテーパ面部131にシール部材を上記球面部15と同じ形状に設けたときには、シール部材が弁閉状態でシール部26よりも流路内に押し出される状態になり、この状態から弁体3を回転するとシール部材が流路口縁に無理に接触して傷付く可能性がある。
これらを回避するためには、シール部材5に予荷重を均一に与えて片持ちによる偏心傾きを是正し、弁体軸のラジアル方向の調心を確保する必要がある。これを満足するためには、保持リング141の内周側と弁体3の下部外周面152、保持リングの外周側と開口部22との間の軸受機能を高める必要がある。
ここで、弁軸からの距離が離れるほど弁体3からボデー2に伝達されるラジアル方向の荷重が小さくなることから、弁体3の最大外周位置に保持リング141を装着することが望ましい。
保持リング141は、前述した第1実施形態のバルブ本体1に対しても第2実施形態と同様に装着可能であり、この場合にも前記と同様の機能を発揮可能となる。
従って、シール部材140が摩耗するに従って上ステム35のボデー2上面からの突出量が増すようになり、これによってシール部材140の摩耗状況を外部から視認できる。さらには、例えば、上ステム35の突出量を測定したり、上ステム35に適正位置を表示させることでシール部材140の交換時期を把握することもできる。
バルブ本体130の操作回数が増加すると、シール部材140の摩耗等によりばね部材6が弾発方向に伸長しようとすることで所定のシール面圧を確保することが難しくなる。このため、蓋部材4による増締めをおこなって所定のシール面圧まで回復されることが必要になる。
増締め時には、弁体3が保持リング141のラジアルベアリング機能により径方向にガイドされていることでステムの軸心方向に円滑に移動し、シール部材140に偏荷重を加えることなく均等な変形量を維持できる。
このバルブ本体160では、ボデー161の胴部171の表裏面(側面)に座面部162が設けられ、この座面部162の一方側に突起部170が形成されている。突起部170は球面突状に形成され、この突起部170を介して図示しないクランプによるボデー161の表裏面側からの把持が規制される。これについて、以下に詳述する。
に設けると共に、弁体収納部の下部内周面と弁体の下部外周面との間に保持リングを介在させ、この保持リングを弁体と蓋部材との間に装着した回転弁である。
[0015]
[0016]
請求項2に係る発明は、蓋部材と前記弁体との間にばね部材を装着し、開口部を被蓋した蓋部材でシール部材を増締め可能とし、かつばね部材を介してシール部材をボデーのシール面に押圧可能に設けた回転弁である。
[0017]
請求項3に係る発明は、流出入口と排出口とを管路に接続してこの管路の流路を切換えるか或は排出口から流体を排出可能に設けた回転弁である。
[0018]
請求項4に係る発明は、ボデーの表裏面の何れか一方、或は双方に座面部を設けると共に、この座面部上の少なくとも一方側にボデーの表裏面側からの把持を規制する突起部を形成した回転弁である。
[0019]
請求項5に係る発明は、回転弁の排出口面積を適宜に調整して緊急時又は保安時などの自動扉開閉装置用配管から排気する排気時間を一定に設定可能に設けた鉄道車両用急速排気弁である。
発明の効果
[0020]
請求項1に係る発明によると、グローブバルブやバタフライバルブ等に比較して圧力損失が少なく、ゲートバルブのようにステムのストロークを必要とすること無くコンパクト化を図ることができ、ボールバルブやコックのように弁体やシール部材等の封止面を高精度に加工することなく、弁体開閉時の高シール性と操作性とを両立できる。1枚のシール部材により流出入口又は排出口を閉止していることで操作トルクを低く抑えながら、このシール部材の耐久性を向上して摩耗を抑えて長期に渡って高シール性を維持できる。簡単な構造で部品点数も少ないことから経済性にも優れ、組立やシール部材の交換時のメンテナンス等も容易である。
流体を流す際においては、微開時にキャビテーションを抑えつつこの微少開口時のエネルギー損失を最小限に抑えることができ、全開時には流出入口により損失係数を小さくして流動抵抗を抑えることができる。更に、小さい
キャビティ容積により、異常昇圧値を低く抑えることができるため、漏れや作動不良の発生も回避できる。このように、流体の流出入時の損失を最小限に抑えてバルブとしての機能性を高め、ボールバルブに比較してスムーズな操作で流体を流すことが可能になる。これらのことから、ボールバルブの欠点を解消しつつ、ボールバルブやコックなどの利点を取り込んだ回転弁を提供できる。しかも、保持リングを弁体下部底面部と蓋部材上面との間に介在させ、保持リングの内外径側でボデー球面状シール面の軸心と弁体の回転軸心の調心を確保して流体圧力によるシール部材の面圧の不均衡の発生を回避する。これによって、弁体をボデー側に押圧する際、所定のつぶし代を維持しながらシール部材により流出入口或は排出口を密封閉止し、所定のシール面圧により安定したシール性を維持でき、バルブの開閉操作性能と封止性能とを向上することが可能となる。
保持リングがラジアル軸受とスラスト軸受との機能を発揮し、ラジアル軸受の機能によりシール部材締付け時の弁体の倒れを防止し、弁体の倒れに伴う弁体軸の摩耗やかじりを防止する。一方、スラスト軸受の機能により、シール部材の材料の弾性内でのつぶし代を維持して応力緩和とクリープを防止できる。
[0021]
[0022]
請求項2に係る発明によると、ばね部材により弁体を押圧してシール部材に所定のシール面圧を働かせることができ、蓋部材の増締めによりこのシール面圧を一定に調節することができる。シール部材のシール面圧を調節することで、操作トルクを低く抑えて円滑な操作を確保しつつこのシール部材の押圧により流出入口又は排出口を密封閉止でき、しかも、シール部材の摺動に伴う摩擦や環境温度による温度変化に伴って膨張・収縮して寸法変化する場合にも、ばね部材の弾発力によりシール面圧を一定に確保して漏れを防止する。この状態で流路を切換えたときには、ばね部材による弁体の与圧で特に低温時にもトルク性及びシール性を両立し、振動に対しても強くなり、振動の多い場所で使用した場合にも弁座シール性すなわちシール部材と弁座側
との摩擦力も維持され、弁体の自然の緩みにより弁開状態になることを防止できる。
[0023]
請求項3に係る発明によると、1つのバルブにより流路の開閉及び切換え、流体の排出をおこない、これを管路の一部に設けることによって不要なバルブやチーズ継手、エルボ継手などを省いて部品点数を削減しながら簡略化した管路を構成でき、操作箇所も削減できることから流路の開閉及び切換え及び排出操作も簡素化する。
[0024]
請求項4に係る発明によると、ボデーに設けた座面部に突起部を形成することにより、仮に、ボデーを万力やクランプで把持しようとした場合には、突起部が当接して不安定な締付けとなり、座面部への把持を確実に防止できる。これにより、ボデーの変形を防ぎながら配管を接続でき、ボデー内周面のシール部の精度を維持してこのシール部に弁体のシール部材を正確に当接シールさせ、流体のシール漏れや外部漏れを確実に防止できる。
[0025]
請求項5に係る発明によると、弁体収納部に弁体を挿入して全体のコンパクト性を確保しつつ流路口径をフルボア口径まで大きくすることにより、流路切換え時の流量や排気時の排気量を大きく確保でき、配管場所に応じて変化する排気時間に応じて排出口面積を調節し、排気時間を一定の短い時間に抑えることができる。このため、鉄道車両の自動扉開閉装置内の圧力空気を急速に排気して自動扉を手動操作でき、バルブを操作してから自動扉を手動操作までの時間を短くして緊急時や保安時などに迅速に対応可能になる。ボデーをワンピース構造に設けることで配管作業時の部品のゆるみをなくして配管からの空気漏れを確実に防止でき、全体を小型化しながら部品点数を少なくし、鉄道車両内部又は外部の狭い設置スペースにも配置できる。
図面の簡単な説明
[0026]
[図1]本発明の回転弁の第1実施形態を示す斜視図である。
[図2]図1の回転弁の縦断面図である。
[図3]図2の回転弁の弁閉状態を示す縦断面図である。
[図4](a)、(b)、(c)は、第1実施形態における弁体の回転状態を示
Claims (6)
- ボデー内の内周の一部に形成した球面部或はテーパ面部を有する弁体収納部に流出入口と排出口とを形成し、前記弁体収納部より開口させた開口部より弁体を回転自在に挿入し、この弁体の外周の前記球面部或はテーパ面部との対向位置に球状面部或はテーパ状面部を形成し、さらに、前記流出入口又は排出口と連通する複数の貫通口と、これら貫通口との交差方向に前記流出入口と対向する装着溝とを形成し、この装着溝に前記流出入口又は排出口を閉止するシール部材を装着し、前記開口部を蓋部材で被蓋したときに、前記シール部材で何れか1つの前記流出入口又は排出口を密封閉止し、前記流出入口と排出口、或は前記流出入口同士を前記貫通口を介して連通可能に設けたことを特徴とする回転弁。
- 前記弁体収納部の前記開口部である下部内周面と前記弁体の下部外周面との間に保持リングを介在させ、この保持リングを前記弁体と前記蓋部材との間に装着した請求項1に記載の回転弁。
- 前記蓋部材と前記弁体との間にばね部材を装着し、前記開口部を被蓋した前記蓋部材で前記シール部材を増締め可能とし、かつ前記ばね部材を介して前記シール部材を前記ボデーのシール面に押圧可能に設けた請求項1又は2に記載の回転弁。
- 前記流出入口と排出口とを管路に接続してこの管路の流路を切換えるか或は前記排出口から流体を排出可能に設けた請求項1乃至3の何れか1項に記載の回転弁。
- 前記ボデーの表裏面の何れか一方、或は双方に座面部を設けると共に、この座面部上の少なくとも一方側に前記ボデーの表裏面側からの把持を規制する突起部を形成した請求項1乃至4の何れか1項に記載の回転弁。
- 請求項1乃至5の何れか1項に記載の回転弁の前記排出口面積を適宜に調整して緊急時又は保安時などの自動扉開閉装置用配管から排気する排気時間を一定に設定可能にしたことを特徴とする鉄道車両用急速排気弁。
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