JP3686007B2 - バタフライバルブの弁体の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、管路を流れる流体を制御するために上記管路の途中に介設されるバタフライバルブの円板状弁体であって、その流体に接触する表面全体がフッ素樹脂で被覆された弁体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶剤、薬品、油、酸、燃料ガスおよび食品等の強酸や強アルカリを含む流体を送る管路の途中に介設されるバタフライバルブとして、その弁箱を構成する円筒状バルブ本体の内面および円板状弁板の外面をそれぞれフッ素樹脂で被覆したものが知られている。図１は上記バタフライバルブ１０の一例を示し、１１はバルブ本体、１５は弁体である。バルブ本体１１は、鉄等の金属で円筒状に作られ、その内面の中心線に沿って周方向溝１１ａが凹設され、この周方向溝１１ａにゴム等のエラストマーからなるバックアップリング１２の外面側が嵌め込まれ、このバックアップリング１２の内側突出部を含むバルブ本体１１の内面および端面にフッ素樹脂からなる断面Ｕ字形の被覆層１３が装着され、被覆層１３の弾性不足に伴うシール性の低下をバックアップリング１２が補っている。一方、弁体１５は、鉄等の金属からなる円板状の芯金１６の外面にフッ素樹脂製の被覆層１７を被着して作られる。
【０００３】
上記の被覆層１３、１７を構成するフッ素樹脂は、耐溶剤性と耐薬品性等の化学的性質に優れているが、使用が１年以上の長期におよぶと、塩素等の分子量の小さい内部流体がフッ素樹脂の分子間に浸透し、被覆層１３、１７を透過する問題がある。この影響を少なくするため、フッ素樹脂からなる被覆層１３、１７の厚みを増大すると、反発弾性に乏しいフッ素樹脂の剛性が更に高くなってエラストマー製バックアップリング１２がその機能を発揮できなくなり、バルブとしてのシール性が低下するという問題があった。
【０００４】
そこで、弁体１５の芯金１６と被覆層１７との間にもエラストマー製のバックアップリングを取付けることが試みられたが、フッ素樹脂の成形温度が約３００℃であるのに対し、エラストマーの耐熱温度が最大でも２００℃であるため、芯金１６の外周にエラストマーでバックアップリングを成形した後、その上に被覆層１７をフッ素樹脂で成形することはできなかった。また、被覆層１７を別途に成形し、これを貼り付けることは、密封性に問題があった。なお、特公平４−４４１４７号公報には、エラストマー製のバックアップリングをフッ素樹脂で被覆してリング状とし、これを金属製弁体の外周に固定することが開示されているが、この場合は、弁体の外周のみがフッ素樹脂で被覆され、残りの大部分が被覆されずに露出して流体に接触するため、耐薬品性に問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、金属製の弁体の外側に、バックアップリング用の空洞を残してフッ素樹脂の被覆層を成形し、しかるのち上記の空洞にエラストマーを充填してバックアップリングを成形することを可能にし、もってエラストマー製のバックアップリングを有し、かつこのバックアップリングを含む弁体の流体に接触する接液部全体がフッ素樹脂で密着状に被覆された弁体を得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、バタフライバルブの弁体の芯部を構成する円板状芯金、該芯金の外周に沿って設けられたエラストマー製のバックアップリングおよび該バックアップリングを含む芯金の全面を被覆するフッ素樹脂製の被覆層とからなる弁体を製造するに当り、上記芯金の外周に塩化ナトリウムで成形されて上記のバックアップリングと同一形状を有する耐熱・水溶性の固体模型を固定し、この固体模型を含む芯金の外周にフッ素樹脂の被覆層を成形し、次いで上記の固体模型を水で溶解除去し、その除去跡にエラストマーを充填してバックアップリングを成形する。
【０００７】
この発明では、円板状の弁体の芯金外周にバックアップリングの代わりにバックアップリングと同形の耐熱・水溶性の固体模型を固定し、その上からフッ素樹脂の被覆層を成形するので、その成形温度が３００℃程度の高温であっても上記の模型が変形することはなく、フッ素樹脂からなる所望形状の被覆層が得られる。そして、上記の固体模型を水で溶解、除去した後、この除去により芯金と被覆層との間に生じた空洞に被覆層の耐熱温度よりも低い融点のエラストマーを充填してバックアップリングを成形するので、被覆層が変形したり変質したりすることはなく、かつ被覆層および芯金に対するバックアップリングの密着性が良好となる。
【０００８】
上記の芯金は、ダクタイル鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、ステンレス鋼その他の金属で円板状に、かつその直径方向に弁棒挿入孔を設けた形に製造され、必要に応じてクロムメッキ等のメッキが施されるが、その外周にバックアップリングを支持するための凹溝を備えることが好ましく、これによってバックアップリング用固体模型の成形と支持が容易になり、かつバックアップリングの支持も容易になる。
【０００９】
この発明では、上記芯金の外周にバックアップリングに代えて固体模型が固定されるが、この固体模型の成形材料は塩化ナトリウム（融点：８００℃）であり、フッ素樹脂の成形時に変形や変質が生じない程度の耐熱性と、成形後に水に浸漬することで溶解可能な水溶性とを併有するものであり、所望の形状に圧縮、成形し、温度４００〜５００℃で焼成して固体模型を作ることができる。また、塩化ナトリウムを溶解し、金型内に鋳造することで固体模型を作ることができる。
【００１０】
上記の成形材料は、上記の芯金を成形用の型の一部に用いて、芯金の外周に密着するリング状に成形して固体模型とすることができる。また、芯金とは別の型を用いてリング状に成形し、しかるのち芯金に固定することもできるが、この場合は成形用の型から外したり、芯金に固定したりするために、リング状の固体模型を２分割ないし４分割した形に成形し、得られた２個ないし４個の円弧状セグメントを芯金上でリング状に合わせて固体模型とすることができる。
【００１１】
次いで、上記の芯金を外周の固体模型と共に金型に固定し、射出成形やトランスファ成形等の熱可塑性樹脂用成形方法により、上記の芯金および固体模型の全面を包む被覆層をフッ素樹脂によって成形する。この場合、芯金の弁棒挿通孔には弁棒または弁棒と等しい太さの支持棒を挿入して金型に固定することができる。そして、固体模型から突出する弁棒または支持棒の基部の回りに上記のフッ素樹脂で円筒状の被覆層を形成するのが好ましく、これによって弁体・弁棒間の隙間に流体が侵入するのを防ぐことが可能になる。
【００１２】
被覆層の成形に用いるフッ素樹脂は任意であるが、耐熱性の点で、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルコシルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）が好ましい。中でも、ＰＦＡは成形が容易な点で特に好ましい。なお、ＰＴＦＥおよびＰＦＡの融点は、それぞれ３２７℃および２６０℃であるから、これらのフッ素樹脂で被覆層を成形する際に前記の固体模型が変質したり、変形したりすることはない。
【００１３】
被覆層が成形されると、上記の弁棒または支持棒を抜き取った後、被覆層と上記の固体模型および芯金とからなる弁体模型が水中に浸漬され、内側の固体模型が溶出される。しかるのち、この溶出により形成された被覆層と芯金との間の空洞に天然ゴム、合成ゴム、ポリウレタンおよび熱可塑性エラストマー等のエラストマーが充填され、必要に応じて架橋処理が施され、しかるのち冷却されて製品の弁体が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施形態１
図２は、バタフライバルブ１０の外観を示し、バルブ本体１１は前記同様に円筒状に作られ、その上端および下端にそれぞれ弁棒用の上部軸受け部１１ｂおよびた下部軸受け部１１ｃが突設され、上部軸受け部１１ｂから弁棒１４の一端が突出し、この弁棒１４の下部に弁体２０が固定されている。なお、上記円筒状のバルブ本体１１は、図４に示すように、その内面にバックアップリング１２およびフッ素樹脂製の被覆層１３を前記同様に備えている。
【００１５】
一方、弁体２０は、図３および図４に示すように、金属、例えばステンレス鋼からなる円板状の芯金２１と、その外周に固定されたエラストマー製のバックアップリング２２と、これらを被覆するフッ素樹脂製の被覆層２３とで構成される。なお、上記芯金２１の外周には円周方向の溝２１ａが凹設され、この溝２１ａにリング状のバックアップリング２２の内周側が嵌め込まれ、その外周側が芯金２１の外周から突出する。そして、弁棒１４は、芯金２１およびバックアップリング２２を貫通して上下に突出し、この上下の突出部の基部を被覆する円筒部２３ａおよび２３ｂが上記の被覆層２３に一体に形成される。
【００１６】
上記弁体２０の製造手順を図５によって説明する。図５（ａ）において、２１は前記の芯金であり、外周に前記の溝２１ａ（図３、４参照）が凹設されている。３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、塩化ナトリウム製のセグメント模型であり、前記のバックアップリング２２を弁棒１４の方向とこれに直交する方向とで４分割した形の円弧状に成形されている。なお、このセグメント模型３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、実質的に同じ形状を有しており、温度４００〜５００℃で焼成されている。
【００１７】
上記のセグメント模型３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、芯金２１の溝２１ａ（図４参照）に嵌め込まれ、図５（ｂ）に示すように、１個のリング状の固体模型３２に形成される。このとき、セグメント模型３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、それぞれ互いの端面および溝２１ａとの接触部において接着剤で接着される。なお、上記の固体模型３２は、芯金２１の外周に直接成形し、焼成して作ることもできる。
【００１８】
次いで、図５（ｃ）に示すように、上記の芯金２１および固体模型３２に弁棒１４を挿通し、これをフッ素樹脂の被覆層２３を成形するための金型（図示されていない）に固定し、金型と固体模型３２付き芯金２１との間に溶融状態のフッ素樹脂（ＰＦＡ）を圧入し、被覆層２３を成形し、冷却後に取り出し、弁棒１４を抜き取る。
【００１９】
弁棒１４を抜き取った状態が図５（ｄ）に示される。この図５（ｄ）において、２３は被覆層、２３ａ、２３ｂは弁棒１４を被覆する円筒部である。なお、フッ素樹脂の融点は約３００℃であるのに対し、塩化ナトリウムの融点は約８００℃であるため、被覆層２３の成形時に固体模型３２が融解することはなく、またフッ素樹脂は塩化ナトリウムに不活性であるため、被覆層２３に悪影響が生じることはない。
【００２０】
弁棒１４が抜き取られた芯金２１、固体模型３２および被覆層２３の積層体すなわち弁体模型は、水、好ましくは温度４０〜６０℃の温水に浸漬される。この浸漬により、水が弁棒挿通孔２１ｂの両端から被覆層２３の内側に侵入し、上記の塩化ナトリウムからなる固体模型３２が溶解、流出し、芯金２１と被覆層２３との間に空洞が形成される。そして、この空洞を水で洗浄し、乾燥した後、この空洞にエラストマーが充填される。
【００２１】
図５（ｅ）において、３３は上記の空洞である。そして、弁棒挿通孔２１ｂの上端にエラストマーＥの圧入パイプ３４が嵌装される。この圧入パイプ３４は、下端が底板３４ａで閉じられ、この底板３４ａに近接して左右に吐出口３４ｂを開口したものであり、この圧入パイプ３４を、底板３４ａの側を先にして被覆層２３の上側円筒部２３ａから弁棒挿通孔２１ｂに挿入したとき、被覆層２３と芯金２１とが連結されて芯金２１と被覆層２３とが所定の位置関係に保持され、かつ吐出口３４ｂが空洞３３に開口する。
【００２２】
したがって、圧入パイプ３４に上端開口からエラストマーＥを供給し、プランジャー３５を挿入することにより、空洞３３にエラストマーＥが充填される。このとき、弁棒挿通孔２１ｂの下端にも上記同様の圧入パイプ３４または弁棒１４を嵌装して芯金２１と被覆層２３とを上下両端で連結し、両者の位置関係を一層強固に保持することができる。図５（ｆ）において、２２はエラストマーＥの充填により形成されたバックアップリング、２０は目的の弁体である。
【００２３】
なお、エラストマーＥがゴムの場合は、架橋処理を施すことができるが、エラストマーＥの充填温度および架橋温度は、２００℃以下で、被覆層２３の耐熱温度２３０℃よりも低いので、被覆層２３を劣化させることはない。また、上記の圧入時、被覆層２３の外側を金型で支持することにより、被覆層２３はエラストマーＥの充填圧力に十分耐えることができる。
【００２４】
得られた弁体２０は、図２、図３および図４に示されたバルブ本体１１に取付けてバタフライバルブ１０として使用することができる。この場合、バルブ本体１１および弁体２０が両者共、その接液面の全体がフッ素樹脂で被覆され、しかもバルブ本体１１および弁体２０がそれぞれエラストマーのバックアップリング１２および２２を有するので、弁体２０のバックアップリング２２が無い場合に比べ、弁体２０を閉じた際のシール性が向上、安定する。したがって、フッ素樹脂からなる被覆層１３、２３の厚みを増大することが可能になり、そのためフッ素樹脂に対し浸透性の高い塩素や苛性ソーダ等の流体を使用したときの耐久性が向上する。
【００２５】
【発明の効果】
上記のとおり、この発明は、バタフライブルブの弁体として、その接液面全体がフッ素樹脂で被覆された完全密封性の弁体を製造することができる。そして、フッ素樹脂の被覆層と芯金外周との間にエラストマー製のバックアップリングを介在させた弁体が得られる。しかも、上記の被覆層およびバックアップリングがいずれも熱で変形したり変質したりすることがなく、芯金、バックアップリングおよび被覆層の三者の密着性が良好な弁体が得られる。
【００２６】
したがって、得られた弁体は、強酸や強アルカリを含む流体を送る管路の途中に介設されるバタフライバルブの弁体として用い、その耐久性を上げることができる。そして、上記の弁体は、バックアップリングを有するので、この弁体を取付けるバルブ本体がフッ素樹脂製の被覆層およびエラストマー製のバックアップリングを有する場合、シール性を低下することなく、被覆層の厚みを増大することができ、そのため耐久性が更に向上する。しかも、固体模型を塩化ナトリウムで成形するので、固体模型の成形および溶解が容易である。
【００２７】
特に請求項２に係る発明は、被覆層が芯金および固体模型を貫通する弁棒の突出部を被覆する円筒部を備えているので、密封性が更に完全になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のバタフライバルブの断面図である。
【図２】実施形態の正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】製造工程の説明図である。
【符号の説明】
１０：バタフライバルブ
１１：バルブ本体、１１ａ：周方向溝、１１ｂ、１１ｃ：軸受け部
１２：バックアップリング
１３、１７：被覆層
１４：弁棒
１５、２０：弁体
１６：芯金
２１：芯金、２１ａ：溝、２１ｂ：弁棒挿通孔
２２：バックアップリング
２３：被覆層、２３ａ、２３ｂ：円筒部
３２：固体模型、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ：セグメント模型
３３：空洞
３４：圧入パイプ、３４ａ：底板、３４ｂ：吐出口
３５：プランジャー
Ｅ：エラストマー

Claims (2)

1. バタフライバルブの弁体の芯部を構成する円板状芯金、該芯金の外周に沿って設けられたエラストマー製のバックアップリングおよび該バックアップリングを含む芯金の全面を被覆するフッ素樹脂製の被覆層とからなる弁体を製造するに当り、上記芯金の外周に塩化ナトリウムで成形されて上記のバックアップリングと同一形状を有する耐熱・水溶性の固体模型を固定し、この固体模型を含む芯金の外面にフッ素樹脂の被覆層を成形し、次いで上記の固体模型を水で溶解除去し、その除去跡にエラストマーを充填してバックアップリングを成形することを特徴とするバタフライバルブの弁体の製造方法。
2. 被覆層が芯金および固体模型を貫通する弁棒の突出部を被覆する円筒部を備える請求項１に記載のバタフライバルブの弁体の製造方法。

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