製品情報

バルブのきほん

資料参照:一般社団法人 日本バルブ工業会

about Valve
そもそもバルブとは何か?
1953年特許取得 ニードルバルブ

バルブとは

バルブとは、流体(気体と液体の総称)を通したり止めたり絞ったりするために、流体の通路を開閉できる「しくみ」をもつ機器の総称です。バルブの用途、形式、種類などを表す修飾語がつく場合には、「弁」という用語を使うことがあります。例えば、汎用弁、玉型弁、二方弁などといいます。おもに流体の放出・消費を制御するバルブ類は「栓」(Plug)とも呼ばれます。給水栓、ガス栓、消火栓などです。

バルブの歴史

バルブの起源をたどると、紀元前1000年ごろの古代エジプトの遺跡から発掘されたコック(回転できる円すい、または円柱状の部品を本体内に収めて、流体遮断などを行う機器)と推定される木製のものまでさかのぼることができます。古代ローマ時代には、すでに貴族の家に水道のパイプが敷設され、その出口には青銅製のコックが付いていました。金属製のバルブは2000年以上も前から実用化されていたのです。

わが国初の金属製バルブ

わが国でも、酒樽などにみられる栓はかなり古くから使われていましたが、金属製のバルブが登場したのは1863(文久3)年、紡績用ボイラが輸入されたとき一緒に入ってきたのが最初といわれています。製造されはじめたのは明治に入ってからで、横浜市が1885(明治18)年に水道事業を開始、続いて東京ガスの事業化などにより、バルブ製造工場が作られるようになりました。大正の初期までは、水道・ガス・紡績用の青銅弁が需要の中心でしたが、第一次大戦後、わが国の産業が急速に発展するとともに、バルブも鋳鉄・鋳鋼性などと品種を広げ、その役割も高まってきました。そして、第二次大戦後は、復興建設資材として直ちにバルブの生産が開始され、諸産業の急激な発展のなかで、設備高度化を支えるためいろいろな種類が生み出され、その用途も拡大しました。

3月21日はバルブの日

「バルブの日」は、一般の方にも広くバルブについて知っていただくことを目的に制定されたもので、今後は「バルブの日」に伴い、さまざまなバルブに関するイベントを計画・実施し、バルブ産業の地位向上をめざしてまいります。「バルブの日」の制定にあたっては、当会会員企業からの多数の応募の中から、広報委員会における慎重審議の結果、当会が「日本弁工業会」として発足された日:3月21日(昭和29年)に決定いたしました。

Standard Valve
基本的なバルブの種類

基本的なバルブ

バルブ グローブ弁

グローブ弁 (globe valve)
その他の名称:グローブバルブ、玉型弁(ニードル弁、アングル弁は、ニードルバルブ、アングルバルブとも呼びます。)

弁箱が玉形で、入口と出口の中心線が一直線上にあり、流体の流れがS字状となります。流れの方向が変わるとその通路が急拡大・急縮小するので、流体がバルブを通過する際に生じる圧力損失は大きくなりますが、締め切り性能と流量調整のしやすさは優れています。この締め切りと流量調整は弁体と呼ばれる部品が行います。グローブ弁の変形としては、弁体を針状にして流量を微量調整するニードル弁、流体の流れ方向を直角に変えるアングル弁、真空・毒性ガス用にベローズ構造を持つベローズバルブ等があり、用途に応じて使い分けられています。

バルブ ボール弁

ボール弁 (ball valve)
その他の名称:ボールバルブ

弁箱のなかで、孔の空いた球形の弁体が、弁棒を軸に回転して流路を開閉するバルブです。弁体には、全面球と半面球とがあります。流路が一直線なので全開時には流体抵抗が小さい利点があります。

バルブ ゲート弁

ゲート弁 (gate valve)
その他の名称:仕切弁、ゲートバルブ

弁体が流体の通路を仕切って開閉を行うバルブで、仕切弁とも呼ばれます。ゲート弁には、ウェッジ仕切弁、パラレルスライド弁、ダブルディスク仕切弁、ベンチュリポート仕切弁の種類があります。ゲート弁は、流体抵抗が小さい利点がありますが、中間開度で流体にさらされると弁体振動のおそれがあるので、全開または全閉で使用します。

バルブ バタフライ弁

バタフライ弁 (butterfly valve)
その他の名称:バタフライバルブ、バタ弁(略称)

短円筒状の弁箱のなかで、外周に弁座面をもつ円板状の弁体が、弁棒を軸に回転して流路を開閉するバルブです。構造上、弁座の締め切りがむずかしいとされていましたが、エラストマやプラスティックの採用と締め切り機構の改良によって、各種の高性能形が開発されてきました。漏洩形、低漏洩形および無漏洩形に区分されています。面間を短くできるので、大形弁では経済的です。ただし、弁体が板状のためウォーターハンマや不平衡トルクが生じやすく、操作には注意を要します。

バルブ 逆止弁

逆止弁 (check valve)
その他の名称:チャッキ弁、チャッキバルブ、チェックバルブ

流体の背圧により、弁体が逆流を防止するように作動するもので、おもな種類には、リフト逆止弁、スイング逆止弁(左図)があります。その他、偏心式バタフライ弁に似た、バタフライ逆止弁や、半円板状の2枚の弁体をピンで弁箱に取りつけたデュアルプレート逆止弁などがあります。

バルブ ダイヤフラム弁

ダイヤフラム弁 (diaphgram valve)
その他の名称:ダイヤフラムバルブ

ダイヤフラムと弁箱とで流路を構成し、前者を後者の内面に押しつけたり離したりして、流量を調整するバルブです。パッキンがないので、外部漏れを生じませんが、ダイヤフラムの材質によって温度と圧力に限界があります。

特定用途のバルブ

バルブ 安全弁

安全弁 (safety valve)

おもに蒸気やガスの発生装置、圧力容器および配管の安全確保のために使われます。バルブ入口側の圧力が上昇すると自動的に作動し、吹出し量決定圧力になると規定の吹出し量を吹出します。安全弁の種類にはおもに、ばね安全弁(右図)、パイロット弁付き安全弁の二種類があります。
これと類似の使われ方をするものとしてリリーフバルブ(逃がし弁)があります。

バルブ 調整弁

調整弁 (regulating valve)

圧力、流量、液位、温度を調整するもので、精度はあまり必要としない制御に適しています。目標値の設定と偏差の読取りはばね等で行い、駆動はピストンやダイヤフラム等で流体圧を増幅して行います。作動に必要なエネルギーをプロセス流体から直接得ており、自力式と呼ばれます。直動式とパイロット作動式(右図)があり、弁形式は多くが玉形です。安全弁やボールタップも機能的には調整弁のひとつです。

バルブ

調節弁 (control valve)
その他の名称:制御弁、コントロールバルブ、コントロール弁

調節部の信号に応答し、外部動力で動く駆動部(actuator)と、流量を調節する本体部とで構成するバルブです。駆動部は空気調和制御では電気式、プロセス制御では空気圧式があり、多くの場合、付属機器が付きます。本体部はグローブ弁・アングル弁・三方弁・回転弁などで、弁座の数で単座と複座に分けます。流量特性には、イコールパーセンテージ・リニア、クイックオープニング特性などがあり、CV値と並ぶ主要な特性です。左の図は空気圧式単座調節弁です。

給水栓

バルブ 給水栓

単水栓 (single faucet)

給水管または給湯管を接続し、吐水・止水だけを行うもので、湯水の混合は行いません。手動または自動的な操作で、1個の吐水口から水または湯を吐水する水栓です。取り付け姿勢により、次の種類があります。

横水栓

主として壁面に取りつけて用いる給水栓です。

立水栓

おもに洗面器に取りつける給水栓です。吐水口が回転するものは、吐水口回転形立水栓と呼びます。

湯水混合水栓 (mixer, combination faucet)

給水管と給湯管を接続し、吐水・止水と水栓内部での湯水混合とを行う水栓です。2ハンドル式、シングルレバー式、ミキシング式、サーモスタット式などに分けられます。2ハンドル湯水混合水栓は、水側ハンドルと湯側ハンドルとで吐水温度を調整します。シングルレバー湯水混合水栓は、1本のレバーで開閉と湯の温度を操作します。ミキシング湯水混合水栓は、一つのハンドル操作で吐水温度を調整します。サーモスタット湯水混合水栓は、あらかじめ吐水温度を設定しておけば、温度調整ハンドルによって、湯水の圧力・温度変動などがあっても、湯水の混合量を自動的に調整し、設定温度の混合水を供給します。

止水栓 (stop, stop cock, stop valve, curb stop)

末端の給水器具と給水管との間に設置され、止水や流量調整に使用されます。一般的には、頻繁に操作する水栓ではありません。

ボールタップ (ball tap)

水槽に設置し、浮き子の浮力で水槽内の水の水位を一定に保ちます。水位が下がると、シートが開いて給水を始め、水位が所定の位置まで上昇すると給水を停止します。

洗浄弁・洗浄水栓 (flush valve, flushometer valve)

便器に取りつけてそれを洗浄するとともに、汚物搬送のための洗浄水を供給するものです。一度ハンドルを操作すると必要な水量が吐水され、所定の水量になると自動的に停止します。

about Joint
そもそも継手とは何か?

継手とは

継手の概要

継手は、バルブと管を接続または管と管を接続し延長する配管部材です。さらに配管ルートを曲げたり、分岐したり、拡大・縮小したり、塞いだりするほかバルブなどの機器との接続や脱着をしやすくする役目を持っています。 材質は基本的にバルブと同じ材料を使用します。 種類については基本的な継手の種類で説明します。

継手の形状

継手の形状

基本的な継手の種類

ねじ込み形

端部に管用ねじをもちます。

ユニオン形

ユニオン継手による「ねじ接続」の一種であります。

溶接

突合せ溶接形と差込み溶接形があります。
突合せ溶接形:端部が突合せ溶接端で管と突合せ溶接接合されます。
差込み溶接形:端部が差込み溶接端で管を差込み溶接接合されます。

フランジ形

端部がフランジ(つば)を対向させ、ガスケットを挟んでボルトとナットで接続します。

くい込み式

管継手の一部品が管にくい込んで抜け止めシールします。

Valve in your life
バルブってどこに使われているの?
給排水・衛生設備

給水と排水、冷風・温風・空気浄化等の供給設備の総称。様々なバルブが使用される。鉄系材料には「さび」防止対策、銅系材料には鉛侵出対策が必要。

空気調和設備

屋内空気の温度・湿度・風量・風圧・清浄度を快適な状態に保つもの。バルブは給排気や冷温水配管などに使われる。

水道

上水道と下水道。生活用水の供給は上水道。バルブは地下に設置される。制御用、遮断用、放流用、逆流防止用、管路保護用、汚泥薬注用などの用途がある。

水道施設

浄水場から配水管まで。バルブは制水弁、逆止め弁、バタフライ弁等が使用される。

給水装置

既設の給水装置、配水小管から導水。バルブは主に分水栓、止水栓、ボールタップ、逆止め弁など。

消火設備

消防法の規制を受ける。消火栓は屋内および屋外用に大別。

下水道

水処理と汚泥処理。混入する夾雑物、砂分、泥分や、硫化ガスなどの腐食性ガスへの対処がバルブに求められる。

電力

火力発電と原子力発電は、熱源が石油、天然ガス、石炭の燃焼か核反応かで分類。ともに高温高圧の蒸気でタービン・発電機を駆動して発電。蒸気と水循環系でバルブが使用される。

火力発電

火力発電プラントは蒸気温度と圧力が高いほど発電効率が良い。新鋭の大型石炭火力発電所は、蒸気温度538~566℃、主蒸気圧力24MPaに達している。バルブには、材料選定、過酷な条件下での機能確保が求められる。高温クリープの向上、熱衝撃の急激な変化への対応、高温下の作動と気密性の維持など。

原子力発電

核反応の高熱を熱交換し高温高圧の蒸気を発生、タービン・発電機を駆動して発電する。循環系統を制御するバルブは原子力発電所にとって欠くことのできない重要な機器。放射性流体、減速材、冷却剤、プロセス蒸気、復水、給水、冷却水など、多くのバルブが使われている。バルブの特徴は十分な安全解析と多項目の確認記録、生産工程等、綿密な品質保証が追求される。

石油工業

石油採掘、石油精製、石油化学に大別。

1.石油さく井とバルブ

石油採掘は地下数百メートルから数千メートルに埋蔵される石油を、さく井によって自噴、加圧・減圧させて行う。

2.石油精製とバルブ

原油を蒸留し各種石油製品をつくる。製造工程は常圧蒸留、減圧蒸留、接触分解、接触改質、アルキレーション、脱硫、調合など。使用圧力はクラス125から4500の広範囲で材料は鋳鉄、炭素鋼、低合金鋼、高合金鋼、低温鋼など多種類。

3.石油化学とバルブ

エチレンプラントは、石油化学工業のあらゆる中間材料を製造する基幹プラント。バルブは石油精製用とほぼ同じだが高温・超低温・高圧・耐食など条件はさらに苛酷で種類・材料とも特殊仕様のものが多い。

石油精製および石油化学用バルブの特徴

流体は危険物。原油・重油・揮発油、酸・アルカリなど。工程上、超低温から高温のものもあり引火性・爆発性がある。石油工業のプロセスは複雑反応が必要の為、腐食条件は苛酷。プラントの長期連続運転を求め腐食対策には充分な配慮が必要。タンク元弁や輸送管用バルブが地震や火災などの災害に曝されると、流出事故を引き起こし第二次災害が生じる。石油精製では、業界に共通の規格がある。用途、仕様条件から適用材料を区分、それに見合ったバルブを使用。

ガス

天然ガスの輸送効率を上げるため原料ガスは加圧して超低温とし体積は1/60に圧縮。原料の手当てから消費までの工程で、各設備に多種類のバルブが使用されている。

産業用ガス設備

産業用ガスには、民生用(生活用)にも使われる天然ガス、石油ガス、多種類の化学ガスと特殊ガスがある。バルブは使用目的や条件で、個々に対応を図る必要がある。産業用ガスは、毒性・支燃性・可燃性・爆発性など非常に危険度が高いので設備、バルブについては、選定・製造・操作・保全等に細心の注意が不可欠。安全確保の目的で「高圧ガス保安法」の規制が適用される。

造船

造船

貨物船、タンカー、漁船、客船など約50種類に分類。船舶用バルブは全ての船舶の船体・機関・その他設備に使われる総称。積載貨物の多様化に対応し、石油用バルブ、超低温弁、化学用バルブなどを使う。船舶の配管系統は「動く工場」といった趣。船舶用バルブにも多種多様なものがある。各船級協会は搭載する自動機器について、船内の環境条件下で信頼性を確認するため、形式試験による認定を規格化している。手動式船舶用はJIS規格で標準化。青銅製・鋳鉄製・鋳鋼製のグローブ弁・アングル弁・ゲート弁・逆止め弁・バタフライ弁等。

半導体

半導体製造装置

日本が世界に誇る半導体技術。超微量のガスを正確にコントロールし、極微細なごみ(微粒子)をも極端に嫌う半導体製造工程。これら製造装置に使用される。

宇宙開発

宇宙開発

宇宙開発の分野ではロケット燃料の制御、宇宙空間における生命維持装置などの特殊用途用として使用。

その他

食品工業

重要なことは製品がヒトに安全であること。バルブは流体を遮断・制御する本来の機能のほかプロセス流体(食品の原料)を汚染しないことが求められる。清浄度が高くなくてはならず、細菌増殖のおそれのある滞留部が内部にあってはならない。端接続部は分解・組立の容易なクランプ式、ベベルシート式が用いられる。

製紙工業

様々な流体を使用し、プロセスが複雑な産業のひとつ。バルブに要求される特徴的な条件はスラリー(粘性の強い流体)への対処。

地域冷暖房

ビル群に蒸気・温水・冷水を熱源プラントから供給するのが、地域冷暖房システム。使われる汎用弁と自動制御弁には、高い耐久性と性能が求められる。

ごみ焼却炉

廃棄物減量化施策が進みつつあるが、ごみ焼却炉はいまだ多く、バルブが使われている。

化学工業

扱う流体は腐食性の高いものが多く、圧力は超高圧から真空まで、温度も高温から超低温まで広範囲。バルブが設置される環境も複雑で、雰囲気に腐食性がある場合もある。多種類の流体に対する材料の耐食性の吟味、仕様に合わせ経済性を考慮し設計・製作している。

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