特開 2024-109212 制御弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024109212

(43)【公開日】2024-08-14

(54)【発明の名称】制御弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 1/42 20060101AFI20240806BHJP

   F16K 1/38 20060101ALI20240806BHJP

   F16K 1/34 20060101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

F16K1/42 F

F16K1/38 C

F16K1/34 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023013887

(22)【出願日】2023-02-01

(71)【出願人】

【識別番号】390033857

【氏名又は名称】株式会社フジキン

(74)【代理人】

【識別番号】100106091

【弁理士】

【氏名又は名称】松村 直都

(74)【代理人】

【氏名又は名称】渡邉 彰

(74)【代理人】

【識別番号】100199369

【弁理士】

【氏名又は名称】玉井 尚之

(72)【発明者】

【氏名】那須 裕章

(72)【発明者】

【氏名】樋口 孝行

【テーマコード（参考）】

3H052

【Ｆターム（参考）】

3H052AA01

3H052BA22

3H052CA02

3H052CA15

3H052CB16

3H052EA03

(57)【要約】

【課題】弁体の当接部表面と弁座の当接部表面の耐摩耗性を向上させ、寿命の長いバルブを提供する。
【解決手段】流体の流入通路２３及び流出通路２４を有するバルブボディ２と、前記バルブボディに設けられた弁座６と上下動により当接離間して流体を制御する弁体３と、前記弁体を先端に備えるステム５と、前記ステムを上下動させるアクチュエータ４と、を有する制御弁１であって、前記弁体と当接する前記弁座の弁座当接部３４の材質がサファイアであり、前記弁座当接部と当接する前記弁体の弁体当接部６５の材質がサファイアである。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体の流入通路及び流出通路を有するバルブボディと、
前記バルブボディに設けられた弁座と上下動により当接離間して流体を制御する弁体と、
前記弁体を先端に備えるステムと、
前記ステムを上下動させるアクチュエータと、を有する制御弁であって、
前記弁体と当接する前記弁座の弁座当接部の材質がサファイアであり、
前記弁座当接部と当接する前記弁体の弁体当接部の材質がサファイアである制御弁。

【請求項2】

前記弁座当接部は、弁座主部に形成された弁座凹所に締り嵌めにより固定され、
前記弁体当接部は、弁体主部に形成された弁体凹所に締り嵌めにより固定されている請求項１に記載の制御弁。

【請求項3】

前記弁体には当該弁体の外周面と前記弁体凹所とを連通する雌ねじ孔が刻設され、前記雌ねじ孔に螺入される止めねじによって前記弁体当接部が前記弁体凹所にさらに固定される請求項２に記載の制御弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、流体の流量を制御する制御弁に関する。

【背景技術】

【0002】

流体の流量を調節し、開閉を行うことができる制御弁として、特許文献１に記載のような制御弁が知られている。この制御弁１０１は、図４に示すように、流入通路１２３、流出通路１２４を有するバルブボディ１０２と、流体の流量を制御する弁体１０３と、弁体１０３を上下動させるアクチュエータ１０４を備えている。バルブボディ１０２には弁座当接面１６４が形成された弁座１０６がバルブボディ１０２に螺合によって固定されている。弁体１０３の弁体当接面１３２は、弁閉時はアクチュエータ１０４によるステム１０５の降下にしたがって、弁体当接面１３２に当接して流体を遮断する。
この制御弁は、弁体１０３が回転を伴わない上下動によって弁体１０３と対向する弁座１０６に強く押圧されて、高圧流体に耐えられる構造となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１９７２３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、燃料の精製関連において、高温高圧の流体を制御するバルブが必要となっている。特に流体内にコークス粒が混在する場合には、バルブの弁座と弁体の摩耗が激しいという問題がある。
この摩耗の問題に対応する目的で、弁体と弁座の当接部にコバルトを主成分とした耐摩耗材料（例えばビシライト（登録商標））を弁体と弁座に溶接によって肉盛りし、その後機械加工をしているが、バルブの使用開始後１５日ほどで摩耗により開度が低下して問題の解決には至っていない。

【0005】

この発明の目的は、弁体の当接部表面と弁座の当接部表面の耐摩耗性を向上させ、寿命の長いバルブを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明（１）は、流体の流入通路及び流出通路を有するバルブボディと、前記バルブボディに設けられた弁座と上下動により当接離間して流体を制御する弁体と、前記弁体を先端に備えるステムと、前記ステムを上下動させるアクチュエータと、を有する制御弁であって、前記弁体と当接する前記弁座の弁座当接部の材質がサファイアであり、前記弁座当接部と当接する前記弁体の弁体当接部の材質がサファイアである制御弁である。

【0007】

本発明（１）によると、弁体と当接する弁座の弁座当接部がサファイアで作られ、弁座当接部と当接する弁体の弁体当接部がサファイアで作られており、サファイアはビシライト（登録商標）等のコバルトを主成分とした耐摩耗材料に比べて格段に硬度が高いので、制御弁の寿命の長寿命化を図ることができる。

【0008】

本発明（２）は、前記弁座当接部は、弁座主部に形成された弁座凹所に締り嵌めにより固定され、前記弁体当接部は、弁体主部に形成された弁体凹所に締り嵌めにより固定されている本発明（1）の制御弁である。

【0009】

本発明（２）によると、弁座当接部は、弁座主部に形成された弁座凹所に締り嵌めによって固定され、弁体当接部は、弁体主部に形成された弁座凹所に締り嵌めによって固定されているので、弁座当接部及び弁座主部と、並びに、弁体当接部及び弁体主部とは、非常に強固に接合することができる。

【0010】

締り嵌めには焼き嵌めと冷やし嵌めの２方式があるがいずれの方式でも可能である。弁座主部と弁体主部とは金属材料、好ましくはＳＵＳ３１６などのステンレス鋼材を用いるのが好ましく、セラミック材料よりも熱膨張率が大きいため、弁座主部と弁体主部とを加熱する焼き嵌め方式が好ましい。

【0011】

本発明（３）は、前記弁体には当該弁体の外周面と前記弁体凹所とを連通する雌ねじ孔が刻設され、前記雌ねじ孔に螺入される止めねじによって前記弁体当接部が前記弁体凹所にさらに固定される本発明（２）の制御弁ある。

【0012】

本発明（３）によると、弁体主部には当該弁体主部の外周面と弁体凹所とを連通する雌ねじ孔が刻設され、この雌ねじ孔に螺入される雄ねじによって弁体当接部が弁体主部とさらに係止されているので、弁体当接部及び弁体主部とは、より強固に接合することができる。

【発明の効果】

【0013】

この発明の制御弁によると、弁体の当接部表面と弁座の当接部表面の耐摩耗性を向上させ、寿命の長い制御弁を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】この発明による制御弁の第１実施例の全体を示す部分縦断面図である。

【図2】この発明による制御弁に使用される弁体の各種実施例を示す部分断面図である。

【図3】この発明による制御弁に使用される弁座の各種実施例を示す断面図である。

【図4】従来の制御弁の全体を示す部分縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

【0016】

図１に示すように、制御弁１は、流路を有するバルブボディ２と、バルブボディ２の流路を上下動により開閉する弁体３と、弁体３を上下動させるアクチュエータ４とを備えている。アクチュエータ４には、アクチュエータ４の動作により上下動するシャフト４１が設けられている。シャフト４１と弁体３とはステム５によって連結されている。シャフト４１とステム５との間には連結構造１０が備えられている。

【0017】

制御弁１は、バルブボディ２の上部に接続されるボンネット８と、ボンネット８とアクチュエータ４とを接続するヨーク９とを備えている。

【0018】

バルブボディ２は、中央上面にバルブボディ突出部２６が形成され、弁体３を挿通させるボンネット８を収容するバルブボディ凹所２５が設けられ、ボンネット８のバルブボディ２への接続は、ボンネット８に取り付けられた、ボンネットナット８１によって行われる。

【0019】

バルブボディ２には、流体が流入する流入口２１、流体が流出する流出口２２、流入口２１とバルブボディ凹所２５を連通する流入通路２３、流入通路２３のバルブボディ凹所２５側の開口に設けられ弁体３の弁座当接部３４（図２参照）と当接する弁座当接面６５ｂ（図３参照）が形成された弁座６、流出口２２とバルブボディ凹所２５を連通する流出通路２４が備えられている。

【0020】

ボンネット８の内部にはＯリングホルダー８２に保持された状態でＯリング８３が設けられており、このＯリング８３によってボンネット８の内面とステム５の外面との隙間からの流体の漏洩を防ぐようになっている。Ｏリングホルダー８２の下部にはグランドパッキン８４が介装されている。グランドパッキン８４は、例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の硬質合成樹脂から形成されており、Ｏリング８３と共にボンネット８の内面とステム５の外面との隙間からの流体の漏洩を防ぐ。パッキン押えねじ８５によって、上方向から荷重を加えて、グランドパッキン８４のシール性を確実にしている。

【0021】

ヨーク９は、アクチュエータ４の下端面とねじ（図示せず）によって連結され、ヨーク９の下部はその中心に形成されたねじ穴にボンネット８の筒部の上部外面に形成された雄ねじ部が螺着されており、これによってボンネット８とアクチュエータ４がヨーク９によって連結されている。

【0022】

ステム５に設けられたインジケータ５１と、ヨーク９に取り付けられたインジケータスケール９１とから制御弁の開度を確認することができる。

【0023】

図２は、図1に示す第１実施例の弁体３の各種実施例の拡大図である。図２（１）は、図1に示す第1実施例の制御弁に使用されている弁体３を示す。
弁体３は弁座当接部３４および弁座当接部３４を篏合するための弁体凹所３２が形成された弁体主部３１を備えている。弁体主部３１には図1に示すステム５の下端に形成された雌ねじ孔（符号なし）と螺合する雄ねじ部３３が形成されている。弁座当接部３４は、弁体凹所３２にはまり込む頭部３５、弁座当接部６５（図３参照）と当接する当接面３６及び貫通孔６５ａ（図３参照）に嵌入する嵌入部３７が形成されている。

【0024】

弁体主部３１は、ＳＵＳ３１６などのステンレス鋼を用いるのが好ましく、弁座当接部３４は、サファイア、特に工業的に製造された単結晶サファイアを用いるのが好ましい。サファイアはＡｌ₂Ｏ₃を主成分とする硬度が高い材料であり、含有物により様々な特性を持ち、単結晶サファイアは特に硬度が高く摩耗に強い。多結晶材料の場合、粒界のガラス成分から摩耗が進むが、単結晶サファイアだとこの粒界のガラス成分がないため硬度が高く摩耗が進みにくい。ビッカース硬さにおいてビシライト（登録商標）の４３５（ＨＶ）に対し２２９５（ＨＶ）と格段に優位である。サファイアは材料特性上ねじ加工が難しいため、ねじ加工が必要な弁座主部３１をＳＵＳ３１６などのステンレス鋼とし、締り嵌め法（特に焼き嵌め法を用いるのが好ましい）により固定している。工業用サファイアは、熱膨張率もＳＵＳ３１６が約１７×１０^-6／Ｋであるのに対して、サファイアが５．５×１０^-6／Ｋであるので、制御弁の使用温度よりもさらに高い温度まで弁体主部３１を熱して膨張させたのちに、弁座当接部３４をすりあわせで弁体凹所３２に嵌め合わせて常温にまで冷却すると、弁座当接部３４は弁体主部３１にしっかりと固定される。

【0025】

図２（２）、（３）、（４）は、図２（１）の変形例である。
図２（２）では、弁体主部３１に雌ねじ孔３９が水平方向に形成され、その雌ねじ孔３９に螺入する止めねじ３８が配設されている点にある。この止めねじ３８による締め付けによって、弁座当接部３４と弁体主部３１との固定はさらに強くなる。

【0026】

図２（３）では、頭部３５に凹所３５ａが形成され、止めねじ３８の先端がその凹所３５ａにはまり込んで、弁座当接部３４が弁体主部３１に対して上下動が規制されて、弁座当接部３４と弁体主部３１との固定がより強化される。凹所３５ａは、環状溝とすると加工が容易であるが、弁座当接部３４の軸の周りの回転動を押さえることが出来ないので、凹所３５ａは丸穴形状が好ましい。

【0027】

図２（４）では、頭部３５に凹所３５ａに加えてさらに凹所３５ｂが形成され、止めねじ３８ａの先端が丸穴形状の凹所３５ｂにはまり込んで、弁座当接部３４の軸の周りの回転動を押さえることができる。

【0028】

図３（１）は、図１で用いられた弁座６の拡大断面図である。弁座６は、弁座主部６１と、この弁座主部６１の弁座凹所６２にはまり込む弁座当接部６５を有している。弁座当接部６５には、弁体３と当接する弁座当接面６５ｂが形成され、弁座当接面６５ｂは、この実施例ではテーパー面となっているが、テーパー面に限られず、例えば球面であってもよい。弁座当接部６５は段部６１ａで支えられている。弁座当接部６５には流体が通過する貫通孔６５ａが形成されている。

【0029】

弁座主部６１は、流体が流れる貫通孔６３が形成され、外周面にバルブボディ２と螺合する雄ねじ６４が形成されている。弁座当接部６５と弁座主部６１とは、締り嵌め法の中の焼き嵌め法を用いて固定するのが好ましい。これは、上述の弁体凹所３２に頭部３５を係合させてしっかりと固定する方法と同様である。弁座主部６１の材料はＳＵＳ３１６が好ましく、弁座当接部６５の材料はサファイアが好ましい。

【0030】

図３（２）は、図３（１）の変形例のである。弁座６は、弁座主部６１と、この弁座主部６１の弁座凹所６２にはまり込む弁座当接部６６を有している。弁座当接部６６は、太径部６６ａと細径部６６ｂを備え、貫通孔６６ｃが形成されている。弁座当接部６６には、弁体３と当接する弁座当接面６６ｄが形成される。弁座当接面６６ｄは、この実施例ではテーパー面となっているが、テーパー面に限られず、例えば球面であってもよい。弁座当接部６６の段部６６ｅは弁座主部６１の段部６１ａで支えられている。弁座主部６１には貫通孔６３が形成され、弁座主部６１の外周面にバルブボディ２と螺合する雄ねじ６４が形成されている。

【0031】

弁座当接部６６と弁座主部６１との固定は、上述の弁座当接部６５と弁座主部６１との固定と同様である。また、弁座主部６１に雌ねじ孔を水平に刻設し、その雌ねじ孔に止めねじを螺入して図２（２）及び図２（３）に示す実施例と同様に弁座主部６１と弁座当接部６５との固定、及び、弁座主部６１と弁座当接部６６との固定を強化することができる。

【産業上の利用可能性】

【0032】

本発明の制御弁によると、高温高圧環境で流体にコークス等の微粒子を含んだ場合であっても流体を制御するバルブとして好適に用いることができる。

【符号の説明】

【0033】

１：制御弁
２：バルブボディ
３：弁体
４：アクチュエータ
５：ステム
６：弁座
８：ボンネット
９：ヨーク
１０：連結構造
２１：流入口
２２：流出口
２３：流入通路
２４：流出通路
２５：バルブボディ凹所
２６：突出部
３１：弁体主部
３２：弁体凹所
３５ａ、３５ｂ：凹所
３３：雄ねじ部
３４：弁体当接部
３５：頭部
３６：当接面
３７：嵌入部
３８、３８ａ：止めねじ
３９：雌ねじ孔
４１：シャフト
５１：インジケータ
６１：弁座主部
６１ａ：段部
６２：弁座凹所
６３：貫通孔
６４：雄ねじ
６５、６６：弁座当接部
６５ａ：貫通孔
６５ｂ、６６ｄ：弁座当接面
６６ａ：太径部
８１：ボンネットナット
８２：Ｏリングホルダー
８３：Ｏリング
８４：グランドパッキン
８５：パッキン押えねじ
９１：インジケータスケール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】