JP2020034131A - バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】数多くの配管が設置されている場所でも容易に設置でき、耐震性が向上したバルブを提供する。【解決手段】流体の流路１１が設けられ、流体の流れ方向と平行な方向に開口した凹所１２を有するバルブボディ１０と、前記バルブボディ１０に備えられた弁座１７と当接離間して前記流路を開閉する弁体２１と、前記弁体２１を前記流路１１側の一端部に有するステム２０と、前記流路１１の開閉のために前記ステム２０を流体の流れ方向と同軸または平行な軸に沿って移動させるアクチュエータ３０と、を有するバルブ１であって、前記ステム２０の他端部は、前記アクチュエータ３０より突出し、前記凹１２所内にあるステム２０の側面に流体を導入する流体導入口２３を有し、ステム２０の軸方向内部に前記流体導入口２３とつながる内部流路２５を有する。【選択図】 図１

Description

この発明は、流路を開閉するバルブに関し、特に流体の流れ方向に弁体を移動することで弁本体を流路と平行に配設することができるバルブに関する。

特許文献１に開示の弁は、高圧流体用制御弁であり、その構造は、図５に示すように、流入流路１２３と流出流路１２４を有するバルブボディ１０２と、バルブボディ１０２の流路を上下動により弁座１２５と当接離間してバルブを開閉する弁体１０３と、弁体１０３を上下動させるアクチュエータ１０４とを備えている。アクチュエータ１０４には、アクチュエータ１０４の動作により上下動するシャフト１４１が設けられている。シャフト１４１と弁体１０３とはステム１０５によって連結されている。シャフト１４１とステム１０５との間の連結において、連結構造１１０を有している。

ステム１０５は、バルブボディ１０２の上部凹所に嵌入し、ボンネットナット１８１によって連結されたボンネット１０８の内部を貫通し、ボンネット１０８とアクチュエータ１０４とはヨーク１０９によって連結されている。

特開２０１８−９６４７３号公報

特許文献１に記載の制御弁のように、一般に弁体とアクチュエータの間に介在するステムは、流体の流れ方向と垂直な方向に設置され、バルブボディとアクチュエータ間の距離は長い。

半導体製造装置や水素ステーションなどが設置されている工場やプラントでは、多数の配管が使用されており、配管と垂直方向にボンネット、ヨーク、アクチュエータ等の部材が必要とされる特許文献１に記載の一般的なバルブでは、流体の流れる方向に多数の配管が配備されている場合、バルブを設置したい場所に設置できない場合もあり、設置したい場所から離れた場所に設置せざるをえないという問題があった。

さらに、特許文献１に記載の一般的なバルブではバルブボディとつながるアクチュエータまでの距離が長いため、地震等の振動を受けた場合にバルブが影響を受けないように耐震対策を別途講じなければならない場合もある。

従来のバルブは、弁体を制御するためのステムが流体の流れ方向と垂直な方向に備えられているためこのような問題は不可避であり、これを解決するようなバルブは開発されてこなかった。

この発明の目的は、数多くの配管が設置されている場所でも容易に設置でき、耐震性が向上したバルブを提供することにある。

本発明（１）は、流体の流路が設けられ、流体の流れ方向と平行な方向に開口した凹所を有するバルブボディと、前記バルブボディに備えられた弁座と当接離間して前記流路を開閉する弁体と、前記弁体を一端部に有するステムと、前記流路の開閉のために前記ステムを流体の流れ方向に沿ってに移動させるアクチュエータと、を有するバルブであって、前記ステムは、前記凹所内にあるステムの周面及び／又は弁体に流体を導入する流体導入口を形成するとともに、前記ステムの軸方向内部に前記流体導入口とつながる内部流路を形成し、他端部が前記アクチュエータより突出しているバルブである。

本件発明者らは、従来のバルブが持つ解決不可能と思われる設置場所の問題と耐震性の問題を根本的に解決する新たな構造のバルブを創作するに至った。この新たな創作は、弁体とアクチュエータとをつなぐステムを流体の流れ方向に沿って配置し、流体をステムの内部を流すという画期的なものである。

本発明（１）は、主たる構成要素としてバルブボディ、弁体、ステム及びアクチュエータを有している。バルブボディの流路からバルブボディ内部に入った流体は、ステムに形成された流体導入口からステム内部に流れ込み、ステム内の軸方向に形成された内部流路を通ってアクチュエータ方向に流れる。ステムは、アクチュエータから突出しており、ステムの内部流路を通った流体は、アクチュエータ内部を通ってバルブの外部に流出する。

本発明（１）は、ステムが流体の流れ方向に配置されているため、流体が流れる配管に沿ってバルブを取り付けることができるので、バルブを設置するためのスペースは従来のバルブに比べて省スペースとすることができる。また、バルブボディからアクチュエータまでのバルブの構造体は、このバルブを流れる流体が通る配管に挟まれて設置されるので、揺れに対してのバルブにかかるモーメントが小さく、振動に対する影響が少なくなるため、耐震性が向上する。

本発明（２）は、前記アクチュエータより突出した前記ステムの他端部側の一部または全部が、流体の流れ方向と平行な方向に伸縮自在な可撓製部材によって構成されていることを特徴とする本発明（１）に記載のバルブである。

ステムがアクチュエータによって流体の流れ方向に動かされると、ステムのアクチュエータ側端面は流体の流れ方向に動かされる。流体がバルブボディ側からアクチュエータ側に流れている場合、ステムのアクチュエータ側端面から流体は流出するので、バルブの流出側に接続された配管とはフレキシブルに接続されなければならない。本発明（２）に記載の発明のようにステムの一部または全部が、流体の流れ方向に伸縮自在な可撓製部材によって構成されていることによって、流出側に接続された配管と問題なく接続することができる。

本発明（３）は、流体の流路が設けられ、流体の流れ方向と平行な方向に開口した凹所を有するボディと、前記凹所の底面に備えられた弁座と当接して前記流路を開閉する弁体と、前記弁体を一端部に有するステムと、前記流路の開閉のために前記ステムを流体の流れ方向に沿って移動させるアクチュエータと、を有するバルブであって、前記アクチュエータは、前記バルブボディと反対側の端部に前記ステムと同軸または平行な方向に貫通する貫通孔を有し、前記ステムは、前記凹所内にあるステムの周面及び／又は弁体に流体を導入する流体導入口を形成するとともに、前記ステムの軸方向内部に前記流体導入口とつながる内部流路を形成し、他端部が前記貫通孔内にあり、当該貫通孔内には前記ステムの他端部から離れて流体をアクチュエータ外部に流出入させる流出入管が配置され、前記ステムと前記流出入管との対向端面の間の距離は、前記ステムの可動距離よりも長いことを特徴とするバルブである。

本発明（２）においては、アクチュエータより突出したステムの一部または全部が、流体の流れ方向に伸縮自在な可撓製部材によって構成されていることによって、流出側に接続される配管と問題なく接続することができる。本発明（３）は、本発明（２）のような可撓性部材を用いずにアクチュエータ側の流出入管と接続できる構造となっている。

本発明（３）の構造にすることによって、アクチュエータより突出したステムの一部または全部を可撓製部材とすることなく配管と接続できるので、構造をシンプルにすることが出来、製造コストを削減できる。

この発明のバルブによると、従来のバルブと比べてバルブを設置するためのスペースを小さくすることが出来、また、流路に対しバルブを平行に配置することができるので従来のバルブよりも耐震性を向上させることができる。

この発明によるバルブの実施例１を示す縦断面図である。 この発明によるバルブの実施例２を示す縦断面図である。 この発明によるバルブの実施例３を示す縦断面図である。 この発明によるバルブの実施例４を示す縦断面図である。 特許文献１に記載のバルブの一部縦断面図である。

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。

図１においては、流体は左から右方向に流れるとしている。図１に示すように、バルブ１は、流路１１を有するバルブボディ１０と、流路１１を左右動により開閉する弁体２１と、弁体２１を左右動させるアクチュエータ３０と、アクチュエータ３０に備えられたピストン３２によって左右に動かされるステム２０を備えている。

バルブボディ１０の左側端面には、第１継手部材６０が取り付けられている。第１継手部材６０は、ナット６１、第１配管６３、ベアリング６４を備えており、ナット６１には別の配管と接続するための雌ねじ６２が切られている。第１配管６３には第１配管内流路６６が形成され、第１配管６３はバルブボディ１０の左側端面の溶接部６５で溶接され、第１配管内流路６６と流路１１とは気密に連通している。

バルブボディ１０には、アクチュエータ３０側である流体の流れ方向に開口する凹所１２が形成されており、右側に突出する突出部１３が形成されている。突出部１３の右側端部の外周には雄ねじ部１４が設けられている。凹所１２の右開口部には蓋部材１５が嵌入され突出部１３と蓋部材１５の間はＯリング２８でシールされている。蓋部材１５の右端面にはボンネット１６が接しており、ボンネット１６と蓋部材１５は、ボンネット固定ナット２６によって、バルブボディ１０と固定されている。固定は、雄ねじ部１４とボンネット固定ナット雌ねじ部２６ｂのかみ合わせで行われている。ボンネット１６は、ボンネット固定ナット２６の中央に形成されたボンネット固定ナット貫通孔２６ａを貫通している。蓋部材１５、ボンネット１６には、それぞれ蓋部材貫通孔１５ａ、ボンネット貫通孔１６ａがステム２０の軸方向に貫通しており、これらの貫通孔をステム２０は貫通している。

ステム２０の一端部（図例左側）には弁体２１が形成され、弁体２１側にはフランジ部２４が形成される。フランジ部２４の図例右側の端面と蓋部材１５の図例左側の端面との間にはベローズ２７が設けられ、流体が外部に漏れださないようにシールされている。ステム２０の一端部の弁体２１には、当接部材２２が設けられ、これとバルブボディ１０の弁座１７とが当接離間してバルブは開閉される。当接部材２２は、弁座１７との間で気密性を確保することのできる部材であれば特に限定するものではなく、本実施形態では環状の弾性部材（例えばＯリング等のシールリング）を用いている。なお、ベローズ２７は、使用する流体によっては配設する必要はない。

アクチュエータ３０は、有底円筒形状のアクチュエータボディ３１を有し、アクチュエータボディ３１の底面にはボンネット１６の端部が嵌入する貫通孔があけられている。アクチュエータボディ３１とボンネット１６とはボンネット固定部材３７で固定されている。アクチュエータボディ３１には開放端側の外周面にアクチュエータボディ雄ねじ部４０が刻設され、有底円筒形状のアクチュエータカバー３３の開放端側の内周面に刻設されたアクチュエータカバー雌ねじ部４１とねじ合わされて固定されている。アクチュエータ３０の内部には、ピストン３２が配され、ピストン３２は、ステム固定部材３８によってステム２０と固定されている。

ピストン３２の中央部には、ピストン貫通孔３２ａが形成され、アクチュエータカバー３３の中央部にもアクチュエータカバー貫通孔３３ａが形成されている。ステム２０は、蓋部材貫通孔１５ａ、ボンネット貫通孔１６ａ、ピストン貫通孔３２ａ及びアクチュエータカバー貫通孔３３ａを貫通してアクチュエータカバー３３の閉鎖端側から外部に突き出している。

ステム２０の弁体２１近くには流体導入口２７があけられ、流体はここからステム２０の内部に流れ込み、ステム２０内部に形成された内部流路２５を通ってステム２０の右端から外部に流出する。本実施形態にいおいては、流体導入口２７は凹所に位置するステム２０の周面に開口するようにしているが、機密性の確保に問題が生じない弁体２１に開口したり、両方に開口することもできる。

ステム２０とボンネット１６間、ステム２０とピストン３２間は、Ｏリング２８によってシールされている。アクチュエータボディ３１には駆動ガス導入口３５があけられ、ここから駆動ガスがピストン制御空間３６に導入される。ピストン３２とボンネットボディ３１との間は、Ｏリング３９によってシールされている。

アクチュエータカバー３３とピストン３２との間には圧縮コイルばねであるスプリング３４が備えられ、ピストン３２は常に左方に付勢されている。駆動ガスがピストン制御空間３６に導入されて内部圧力が高まり、スプリング３４の付勢力よりも大きな力が右方向にかかるとピストン３２に連結されたステム２０は右方向に動き、バルブは開状態となる。逆に、駆動ガスが抜かれてピストン制御空間３６の内圧が下がってスプリング３４の付勢力が勝るとピストン３２に連結されたステム２０は左方向に動き、バルブは閉状態となる。

アクチュエータ３０の右には第２継手部材７０がある。第２継手部材７０は、ナット７１、第２配管７３、ベアリング７４を備えており、ナット７１には別の配管と接続するための雌ねじ７２が刻設されている。第２配管７３には第２配管内流路７６が形成され、第２配管７３は、フレキシブルチューブ（可撓製部材）５０を経由してステム２０とつながっており、第２配管内流路７６とフレキシブルチューブ５０とは気密に連通している。フレキシブルチューブ５０は、ステム２０の他端側の一部を可撓製部材で構成する他、ステム２０の他端部とフレキシブルチューブ５０を接続して構成することもできる。

この図１に示す構造とすることによって、多数の配管が配された状況でも本バルブの設置スペースは小さなスペースで済むので、このバルブを必要とする場所に設置することができる。また、バルブの耐震性の向上も図ることができる。

図１に示す実施例１のバルブ１はガスで駆動する自動バルブであるが、図２に示す実施例２のバルブ１は、手動バルブである。図１と同じ構造の箇所は説明を省略する。

ボンネット１６のバルブボディ１０から突出する突出部１６ｂの端部側近くにボンネット突出部雄ねじ１６ｃが刻設され、ハンドル４２の中央貫通孔内面に切られたハンドル雌ねじ４２ａと噛み合っている。ボンネット突出部１６ｂの端面にはステム固定部材４７が取り付けられ、ステム２０と固定されている。ステム固定部材４７にはベアリング４３が取り付けられている。

ステム２０は、ボンネット貫通孔１６ａを貫通して、ハンドル４２から外方（図例右方）に向けて突出している。図２に示す構造の手動式バルブにおいても、図１に示す自動バルブと同様に、多数の配管が配された状況でも本バルブの設置スペースは小さなスペースで済むので、このバルブを必要とする場所に設置することができる。また、バルブの耐震性の向上も図ることができる。ハンドル４２から突出するステム２０の他端（突出端）は、実施例１と同様にフレキシブルチューブ５０を経由してステム２０とつながっている。また、後述する実施例３の特徴的構造と同様の構造を突出部１６ｂに形成し、フレキシブルチューブ５０を介在させないように構成することもできる。

図３は、実施例３の縦断面図である。図１の蓋部材１５はボンネット１６と一体化しているので、蓋部材１５は必要でなくなくなっている。図１のボンネット固定ナット２６がなくなり、アクチュエータボディ３１の開放端側端部に形成された凹部内面のアクチュエータボディ雌ねじ部３１ａと雄ねじ部１４とが螺合してバルブボディ１０、ボンネット１６及びアクチュエータ３０とが一体化している。

アクチュエータカバー３３の内側端面４５から肉厚の凸部４６ａが形成され、その中央部に貫通孔４６ａがあけられている。この貫通孔４６ａに図例左方からステム２０が挿入され、右方から流出入管７８が挿入され、ステム２０と流出入管７８との間は、離間している。その離間する距離は、ステム２０が可動できる距離よりも大きな距離が確保されステム２０の作動によって両者が接触することがないように構成されている。

ステム２０の他端側の外周面と凸部４６の貫通孔４６ａの内面との間はＯリング２８でシールされ、流出入管７８の外周面と凸部４６の貫通孔４６ａの内面との間はＯリング７７でシールされている。ステム２０の内部流路２５と流出入管流路７９とは連通しており、実施例１または２に示すようなフレキシブルチューブ５０を介在させなくともよいので、製造コストの低減を図ることができる。

図４は、実施例４の縦断面図である。図３に示す実施例３との違いは、ボンネット１６とベローズ２７を無くしてシンプルな構造とした点にある。このシンプルな構造にすることによって製造コストを下げることができる。図３、図４のシンプル化した構造は、実施例１の構成にも応用することができる。

１：バルブ（実施例１、２）
２：バルブ（実施例３、４）
１０：バルブボディ
１１：流路
１２：凹所
１３：突出部
１４：雄ねじ部
１５：蓋部材
１５ａ：蓋部材貫通孔
１６：ボンネット
１６ａ：ボンネット貫通孔
１６ｂ：ボンネット突出部
１６ｃ：ボンネット突出部雄ねじ
１７：弁座
２０：ステム
２１：弁体
２２：当接部材
２３：流体導入口
２４：フランジ部
２５：内部流路
２６：ボンネット固定ナット
２６ａ：ボンネット固定ナット貫通孔
２６ｂ：ボンネット固定ナット雌ねじ部
２７：ベローズ
２８：Ｏリング
２９：スプリング
３０：アクチュエータ
３１：アクチュエータボディ
３１ａ：アクチュエータボディ雌ねじ部
３２：ピストン
３２ａ：ピストン貫通孔
３３：アクチュエータカバー
３３ａ：アクチュエータカバー貫通孔
３４：スプリング
３５：駆動ガス導入口
３６：ピストン制御空間
３７：ボンネット固定部材
３８：ステム固定部材
３９：Ｏリング
４０：アクチュエータボディ雄ねじ部
４１：アクチュエータカバー雌ねじ部
４２：ハンドル
４２ａ：ハンドル雌ねじ
４３：ベアリング
４５：内側端面
４６：凸部
４６ａ：貫通孔
４７：ステム固定部材
５０：フレキシブルチューブ（可撓製部材）
６０：第１継手部材
６１：ナット
６２：雌ねじ
６３：第１配管
６４：ベアリング
６５：溶接部
６６：第１配管内流路
７０：第２継手部材
７１：ナット
７２：雌ねじ
７３：第２配管
７４：ベアリング
７６：第２配管流路
７７：Ｏリング
７８：流出入管
７９：流出入管流路

Claims (3)

1. 流体の流路が設けられ、流体の流れ方向と平行な方向に開口した凹所を有するバルブボディと、
   前記バルブボディに備えられた弁座と当接離間して前記流路を開閉する弁体と、
   前記弁体を一端部に有するステムと、
   前記流路の開閉のために前記ステムを流体の流れ方向に沿って移動させるアクチュエータと、を有するバルブであって、
   前記ステムは、前記凹所内にあるステムの周面及び／又は弁体に流体を導入する流体導入口を形成するとともに、前記ステムの軸方向内部に前記流体導入口とつながる内部流路を形成し、他端部が前記アクチュエータより突出していることを特徴とするバルブ。
2. 前記アクチュエータより突出した前記ステムの他端部側の一部または全部が、流体の流れ方向と平行な方向に伸縮自在な可撓製部材によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
3. 流体の流路が設けられ、流体の流れ方向と平行な方向に開口した凹所を有するボディと、
   前記凹所の底面に備えられた弁座と当接して前記流路を開閉する弁体と、
   前記弁体を一端部に有するステムと、
   前記流路の開閉のために前記ステムを流体の流れ方向に沿って移動させるアクチュエータと、を有するバルブであって、
   前記アクチュエータは、前記バルブボディと反対側の端部に前記ステムと同軸または平行な方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記ステムは、前記凹所内にあるステムの周面及び／又は弁体に流体を導入する流体導入口を形成するとともに、前記ステムの軸方向内部に前記流体導入口とつながる内部流路を形成し、他端部が前記貫通孔内にあり、当該貫通孔内には前記ステムの他端部から離れて流体をアクチュエータ外部に流出入させる流出入管が配置され、
   前記ステムと前記流出入管との対向端面の間の距離は、前記ステムの可動距離よりも長いことを特徴とするバルブ。
   

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