特開 2024-142999 回転弁および弁体弁座

(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】P2024142999

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】回転弁および弁体弁座

(51)【国際特許分類】

   F16K 5/06 20060101AFI20241003BHJP

   F16K 1/34 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

F16K5/06 E

F16K1/34 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023055442

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000142595

【氏名又は名称】株式会社栗本鐵工所

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100187827

【弁理士】

【氏名又は名称】赤塚 雅則

(72)【発明者】

【氏名】丸田 康平

【テーマコード（参考）】

3H052

3H054

【Ｆターム（参考）】

3H052BA02

3H052BA31

3H052CA03

3H052EA02

3H054AA03

3H054BB02

3H054BB25

3H054CA09

3H054GG02

(57)【要約】

【課題】流体に異物が含まれているときも確実にシール性能が発揮される回転弁およびその弁体弁座を提供する。
【解決手段】回転弁１を、流体が内部を流れる筒状の弁箱２と、弁箱２の内部に挿入された弁棒とともに軸周りに回転可能に設けられた弁体４と、弁箱２に設けられた弁箱弁座５と、弁体４に設けられた、弁箱弁座５に接離可能な弁体弁座６と、を有し、弁体弁座６に、閉弁時に弁箱弁座５と接触する環状のシール領域に沿って段差部１３が形成されている構成とし、弁体弁座６を、回転弁１の弁箱２の内部に挿入された弁棒とともに軸周りに回転可能に設けられた弁体４に設けられ、閉弁時に弁箱２に設けられた弁箱弁座５と接触する環状のシール領域に沿って段差部１３が形成された構成とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体が内部を流れる筒状の弁箱（２）と、
前記弁箱（２）の内部に挿入された弁棒とともに軸周りに回転可能に設けられた弁体（４）と、
前記弁箱（２）に設けられた弁箱弁座（５）と、
前記弁体（４）に設けられた、前記弁箱弁座（５）に接離可能な弁体弁座（６）と、
を有し、前記弁体弁座（６）に、閉弁時に前記弁箱弁座（５）と接触する環状のシール領域に沿って段差部（１３）が形成されている回転弁。

【請求項2】

前記弁箱弁座（５）および前記弁体弁座（６）の素材の縦弾性係数が１ＧＰａ以上である請求項１に記載の回転弁。

【請求項3】

多重偏心弁である請求項２に記載の回転弁。

【請求項4】

前記段差部（１３）が、同心状に複数形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載の回転弁。

【請求項5】

回転弁（１）の弁箱（２）の内部に挿入された弁棒とともに軸周りに回転可能に設けられた弁体（４）に設けられ、閉弁時に前記弁箱（２）に設けられた弁箱弁座（５）と接触する環状のシール領域に沿って段差部（１３）が形成された前記回転弁（１）用の弁体弁座。

【請求項6】

縦弾性係数が１ＧＰａ以上の素材が用いられている請求項５に記載の弁体弁座。

【請求項7】

前記段差部（１３）が同心状に複数形成されている請求項５または６に記載の弁体弁座。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、上下水、農業用水、工業用水などの配管に採用され、特に異物を含む流体の遮断用途に好適な回転弁およびこの回転弁に用いられる弁体弁座に関する。

【背景技術】

【0002】

ボール弁や偏心プラグ弁などの回転弁は、弁棒の軸周りに回転する弁体を有している。この弁体には、弁箱に形成された弁箱弁座に接離可能な弁体弁座が設けられる。この弁体弁座は、例えば下記特許文献１、２に示すように、着座時（閉弁時）に弁箱弁座と面接触するように、弁体弁座の表面が弁箱弁座の表面に沿う滑らかな面（球面、円錐面、楕円錐面など）に加工されるのが一般的である（特許文献１の図１、図２、特許文献２の図３、図４などを参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－２３４２号公報

【特許文献2】特開２０１９－２７５６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１、２に係る構成においては、流体に異物が含まれていると、回転弁の全閉時に弁箱弁座と弁体弁座との間のシール領域に異物が挟み込まれた状態となることがあり、十分なシール性能が発揮されないおそれがある。

【0005】

そこで、この発明は、流体に異物が含まれているときも確実にシール性能が発揮される回転弁およびこの回転弁に用いられる弁体弁座を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するため、この発明では、
流体が内部を流れる筒状の弁箱と、
前記弁箱の内部に挿入された弁棒とともに軸周りに回転可能に設けられた弁体と、
前記弁箱に設けられた弁箱弁座と、
前記弁体に設けられた、前記弁箱弁座に接離可能な弁体弁座と、
を有し、前記弁体弁座に、閉弁時に前記弁箱弁座と接触する環状のシール領域に沿って段差部が形成されている回転弁を構成した。

【0007】

このようにすると、弁箱弁座と弁体弁座の段差部がほぼ線接触した状態となり、両弁座が面接触したときと比較して面圧が高まる。このため、高いシール性能を確保することができる。また、高い面圧によって、両弁座間に挟み込まれた異物が切断・粉砕される。このため、異物の挟み込みによるシール性能の低下を防止することができる。さらに、弁体弁座の表面の段差部が、弁体の回転に伴って弁箱弁座と摺接し、汚れを掻き取るスクレーパ（掃除機）として作用する。このため、シール領域の清浄状態を維持することができる。

【0008】

前記構成においては、前記弁箱弁座および前記弁体弁座の素材の縦弾性係数が１ＧＰａ以上である構成とするのが好ましい。このようにすると、閉弁時において両弁座の変形が生じにくく、両弁座間に挟み込まれた異物の切断・粉砕や、段差部による汚れの掻き取りをスムーズに行うことができる。

【0009】

前記のすべての構成においては、多重偏心弁である構成とするのが好ましい。このようにすると、弁体の開閉動作中に弁箱弁座と弁体弁座が摺動接触する範囲が小さくなり、シール領域における焼き付きを防止することができる。また、両弁座間に挟み込まれた異物に対し、段差部からの面圧が直接作用しやすくなるため、異物の切断・粉砕の効果が一層高まる。これらの効果は、特に３重偏心以上の多重偏心回転弁で顕著となる。

【0010】

前記のすべての構成においては、前記段差部が、同心状に複数形成されている構成とするのが好ましい。このようにすると、複数の段差部によるシール性能の向上、異物の切断・破砕の効率の向上、および、段差部による汚れの掻き取り効率の向上を図ることができる。

【0011】

また、上記の課題を解決するため、この発明では、
回転弁の弁箱の内部に挿入された弁棒とともに軸周りに回転可能に設けられた弁体に設けられ、閉弁時に前記弁箱に設けられた弁箱弁座と接触する環状のシール領域に沿って段差部が形成された前記回転弁用の弁体弁座を構成した。

【0012】

このようにすると、この弁体弁座が用いられる回転弁の弁箱弁座と弁体弁座の段差部がほぼ線接触した状態となり、両弁座が面接触したときと比較して面圧が高まる。このため、高いシール性能を確保することができる。また、高い面圧によって、両弁座間に挟み込まれた異物が切断・粉砕される。このため、異物の挟み込みによるシール性能の低下を防止することができる。さらに、弁体弁座の表面の段差部が、弁体の回転に伴って弁箱弁座と摺接し、汚れを掻き取るスクレーパとして作用する。このため、シール領域の清浄状態を維持することができる。

【0013】

前記弁体弁座においては、縦弾性係数が１ＧＰａ以上の素材が用いられている構成とするのが好ましい。このようにすると、閉弁時において弁体弁座の変形が生じにくく、弁箱弁座と弁体弁座との間に挟み込まれた異物の切断・粉砕や、段差部による汚れの掻き取りをスムーズに行うことができる。

【0014】

前記のすべての弁体弁座においては、前記段差部が同心状に複数形成されている構成とするのが好ましい。このようにすると、複数の段差部によるシール性能の向上、異物の切断・破砕の効率の向上、および、段差部による汚れの掻き取り効率の向上を図ることができる。

【発明の効果】

【0015】

この発明では、弁体の弁体弁座に弁箱の弁箱弁座との間の環状のシール領域に沿って段差部が形成されている構成としたので、弁箱弁座と弁体弁座の段差部がほぼ線接触した状態となり、両弁座が面接触したときと比較して面圧が高まるため、高いシール性能を確保することができる。また、高い面圧によって、両弁座間に挟み込まれた異物が切断・粉砕されるため、異物の挟み込みによるシール性能の低下を防止することができる。さらに、弁体弁座の表面の段差部が、弁体の回転に伴って弁箱弁座と摺接し、汚れを掻き取るスクレーパとして作用するため、シール領域の清浄状態を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】この発明に係る回転弁の一実施形態（閉弁状態）を示す正面から見た断面図

【図2】図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図

【図3】図２に示す回転弁の開弁状態を示す断面図

【図4】図１に示す回転弁に用いられる弁体弁座の正面図

【図5】図４に示す弁体弁座の側面図

【図6】図４に示す弁体弁座の拡大側面図

【図7】図４に示す弁体弁座の斜視図

【発明を実施するための形態】

【0017】

この発明に係る回転弁１の一実施形態を図面に基づいて説明する。この回転弁１は、上下水、農業用水、工業用水などの配管に採用される回転弁１であって、図１から図３に示すように、流体が内部を流れる筒状の弁箱２と、弁箱２の内部に挿入された弁棒（駆動側弁棒３ａ、従動側弁棒３ｂ）とともに軸周りに回転可能に設けられた弁体４と、弁箱２に設けられた弁箱弁座５と、弁体４に設けられた、弁箱弁座５に接離可能な弁体弁座６と、を主要な構成要素としている。この実施形態では、回転弁１として多重偏心弁を例示して説明するが、本願に係る技術は偏心していない回転弁１にも適用可能である。

【0018】

弁箱２は、第一弁箱２ａと第二弁箱２ｂから構成されている。第一弁箱２ａと第二弁箱２ｂは、ボルト（図示せず）によって一体化されている。弁箱２の素材は、高炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）である。弁箱２の内部には流路７が形成されており、この流路７内には略球面状の内面を有する弁室８が形成されている。流路７に通じる弁室８の流入側（図１では左側）には、流路７の軸方向からみて円形をなし、閉弁時に弁体弁座６と接触するシール領域が楕円球面の一部から構成される弁箱弁座５が設けられている。

【0019】

弁箱弁座５の素材は、耐摩耗性が高い高炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）である。この高炭素鋼の縦弾性係数は、約２０５ＧＰａである。なお、この実施形態においては、弁箱２と弁箱弁座５を別部材としたが、弁箱２と弁箱弁座５を一体に構成することもできる。

【0020】

弁体４は、その中央に流路９が形成され、図１に示すように正面から見た断面が略Ｃ字形をなしている。弁体４の素材は、弁箱２と同じく高炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）である。弁体４の上部には駆動側弁棒３ａが、弁体４の下部には従動側弁棒３ｂが、それぞれ接続されている。駆動側弁棒３ａおよび従動側弁棒３ｂは、弁箱２に形成された挿入穴内に設けられた軸受１０、１１によって回転自在に支持されている。駆動側弁棒３ａは、弁体４を回転駆動するための駆動装置やハンドル（いずれも図示せず）に接続されている。

【0021】

図４から図７に示すように、弁体弁座６は、楕円球面の一部から構成される表面を有し、ボルトを挿通するためのボルト穴１２が複数形成されている。弁体弁座６は、ボルト穴１２に挿通されたボルト（図示せず）によって弁体４に固定される（図１などを参照）。なお、この実施形態においては、弁体４と弁体弁座６を別部材としたが、弁体４と弁体弁座６を一体に構成することもできる。弁体弁座６の素材は、弁箱弁座５と同じく高炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）である。

【0022】

なお、弁箱２、弁箱弁座５、弁体４、および、弁体弁座６の素材は、より耐食性の高いステンレス鋼（ＳＵＳ）などに変更することができる。

【0023】

弁体弁座６には、閉弁時に弁箱弁座５と接触する環状のシール領域に沿って段差部１３が形成されている。段差部１３は、環状のシール領域の全周に亘って、途中で途切れることなく環状に形成されている。この実施形態に係る弁体弁座６では、段差部１３が、同心状に複数（この実施形態では６段）形成されている。各段差部１３には、表面から深さ１ｍｍ～３ｍｍまでの表面領域において、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）が目標値で６０となるように高周波熱処理が施されている。なお、ここで示した段差部１３の形状は例示であって、シール性能が損なわれない限りにおいてその形状を適宜変更する（例えば環状の波形など）ことができる。

【0024】

各段差部１３の高さ（図６中に矢印で示す方向）は、いずれも約１．５ｍｍであり、各段差部１３の幅（図６中の矢印と直交する方向）は約１．５ｍｍから２．１ｍｍの範囲内である。弁体弁座６の中心（図４および図５中に示す符号Ｃを参照）から遠い段差部１３ほど、この幅は小さくなっている。各段差部１３のエッジ１４には、閉弁時に弁箱弁座５に沿う面取り部が形成されている。なお、ここで示した各段差部１３の高さや幅、および段差部１３の数は例示であって、弁体４（弁体弁座６）の大きさ、異物の大きさなどを考慮して適宜変更することができる。

【0025】

この実施形態においては、弁箱弁座５および弁体弁座６の素材として高炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）を採用したが、縦弾性係数が１ＧＰａ以上の素材、すなわち、閉弁時に弁箱弁座５および弁体弁座６の変形を極力抑制することができる限りにおいて、他の種類の金属材、樹脂材、複合材などの各種素材を採用することができる。

【0026】

図６に示すように、各段差部１３のエッジ１４は、閉弁時に弁箱弁座５に当接する。このとき、弁箱弁座５と弁体弁座６の段差部１３のエッジ１４は、環状のシール領域の全周に亘ってほぼ線接触した状態となっている。この閉弁時に弁箱弁座５と弁体弁座６（エッジ１４の部分）との間に流体中の異物が挟み込まれると、両弁座５、６間に生じた面圧によってその異物が切断・粉砕される。切断・粉砕された異物は、弁箱弁座５と弁体弁座６との間に噛み込まれることなく、両弁座５、６間に形成された断面三角形状の隙間１５に一旦納まった状態となる。そして、回転弁１が再び開弁状態となると、その異物は流体とともに下流側に流される。

【0027】

弁体弁座６は、その段差部１３が摩耗して弁箱弁座５との間で線接触状態が得られなくなった場合、弁体４から取り外された上で、新品の弁体弁座６または段差部１３を再加工した弁体弁座６と交換される。

【0028】

上記の実施形態に係る回転弁１は、弁体４の弁体弁座６に、弁箱２の弁箱弁座５との間の環状のシール領域に沿って段差部１３が形成されている構成としたので、弁箱弁座５と弁体弁座６の段差部１３がほぼ線接触した状態となり、両弁座５、６が面接触したときと比較して面圧が高まるため、高いシール性能を確保することができる。また、高い面圧によって、両弁座５、６間に挟み込まれた異物が切断・粉砕されるため、異物の挟み込みによるシール性能の低下を防止することができる。さらに、弁体弁座６の表面の段差部１３が、弁体４の回転に伴って弁箱弁座５と摺接し、汚れを掻き取るスクレーパとして作用するため、シール領域の清浄状態を維持することができる。

【0029】

また、上記の実施形態に係る回転弁１は、弁箱弁座５および弁体弁座６の素材として縦弾性係数が１ＧＰａ以上の素材（炭素鋼）を採用したので、閉弁時において両弁座５、６の変形が生じにくく、両弁座５、６間に挟み込まれた異物の切断・粉砕や、段差部１３による汚れの掻き取りをスムーズに行うことができる。また、弁箱弁座５と弁体弁座６の両方を炭素鋼で構成したメタルシールとしたので、高圧下または高温下での閉弁時に、止水状態（または気密状態）を確実に維持することができる。

【0030】

また、上記の実施形態に係る回転弁１を多重偏心弁としたので、弁体４の開閉動作中に弁箱弁座５と弁体弁座６が摺動接触する範囲が小さくなり、シール領域における焼き付きを防止することができる。また、両弁座５、６間に挟み込まれた異物に対し、段差部１３からの面圧が直接作用しやすくなるため、異物の切断・粉砕の効果が一層高まる。これらの効果は、特に３重偏心以上の多重偏心回転弁で顕著となる。

【0031】

また、上記の実施形態に係る回転弁１は、弁体弁座６の段差部１３が、同心状に複数形成されている構成としたので、複数の段差部１３によるシール性能の向上、異物の切断・破砕の効率の向上、および、段差部１３による汚れの掻き取り効率の向上を図ることができる。

【0032】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味およびすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0033】

１ 回転弁
２ 弁箱
２ａ 第一弁箱
２ｂ 第二弁箱
３ａ 駆動側弁棒
３ｂ 従動側弁棒
４ 弁体
５ 弁箱弁座
６ 弁体弁座
７ （弁箱の）流路
８ 弁室
９ （弁体の）流路
１０、１１ 軸受
１２ ボルト穴
１３ 段差部
１４ エッジ
１５ 隙間
Ｃ 弁体弁座の中心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】