バルブとは｜種類・構造・形状

バルブとは、弁とは｜バルブ・弁の種類、構造・形状、材料・材質、用途、規格など

ここでは、配管材料・部品として用いられるバルブとは、弁とはどんなものかなど、バルブに関する説明や、バルブの種類、JISやJPI、ANSI規格等のバルブ規格に関すること、バルブ・弁の構造・形状・材質・用途など、バルブ・弁に関することを詳しく解説しています。

■ バルブとは、弁とは？

バルブとは（弁とは）、主に配管などの内部を通す空気やガスなどの気体、水や油などの液体、或いは粉体などの流体が通る空間の開閉や流体の制御及び調節などができる可動機構をもつ機器の総称のことをいいます。

配管内部流体の閉止及び流体の流量調節・制御を担うバルブ・弁の役割は、産業設備・装置工業においては無くてはならないものであり、このような機能を有する各種のバルブ・弁が無くては、装置の運転などを十分スムーズに行うことはできません。

しかも、配管設計・配管設備における配管材料・配管部品の中に占めるバルブ・弁のコスト（金額）のウエイトは相当大きくなります。

そのため、配管材料費におけるコスト（金額）という観点からも、バルブ・弁は、配管材料・配管部品の中でも最も重要なものとなり、配管設計・設備設計をする上では、適切な材料・材質のバルブ・弁を選定することはもちろん、バルブの数量の調整・管理などには十分配慮して設計を行う必要があります。

■ バルブの種類、各種の弁

バルブ・弁は、その使用する目的・用途によって、さまざまな形式・形状・構造のバルブがあります。

バルブ使用する状態・条件、つまり、液体又は気体の流体の種類、その流体の性質（毒性、可燃性など危険物流体、腐食性流体）、圧力・温度特性などの条件によって、種々の材料・材質や構造、レーティング（呼び圧力）のバルブ・弁があります。

このように様々の種類があるバルブ・弁は、産業設備・工業分野だけでなく、ガス・水道・給湯器などの家庭用として、一般生活に関わる分野・用途でも広く使用されています。

バルブ・弁を、その構造・機能上、或いは使用目的などの点から分類すると、主に以下などのバルブ・弁の種類が挙げられます。

• ゲートバルブ（仕切弁）：Gate Valve
• グローブバルブ（玉形弁）：Glove Valve
• チャッキ弁／チェック弁（逆止弁／チャッキバルブ／チェックバルブ）：Check Valve
• リフトチャッキ弁／リフトチェック弁（リフト逆止弁／リフトチャッキバルブ／リフトチェックバルブ）：Lift Check Valve
• スイングチャッキ弁／スイングチェック弁（スイング逆止弁／スイングチャッキバルブ／スイングチェックバルブ）：Swing Check Valve
• ボールチャッキ弁／ボールチェック弁（ボール逆止弁／ボールチャッキバルブ／ボールチェックバルブ）：Ball Check Valve
• バタフライチャッキ弁／バタフライチェック弁（バタフライ逆止弁／バタフライチャッキバルブ／バタフライチェックバルブ）：Butterfly Check Valve
• ウェハーチャッキ弁／ウェハーチェック弁（ウェハー逆止弁／ウェハーチャッキバルブ／ウェハーチェックバルブ）：Wafer-type Check Valve
• コック（コック弁／コックバルブ）：Cock Valve
• バタフライバルブ（バタフライ弁／バタ弁）：Butterfly Valve
• ダンパー（漏えい形バタフライ弁／漏えい形バタ弁）：Damper
• リンク式バタフライバルブ（リンク式バタフライ弁／リンク式バタ弁）：Link Butterfly Valve
• 偏心式バタフライバルブ（偏心式バタフライ弁／偏心式バタ弁）：eccentric Butterfly Valve／offset Butterfly Valve
• フランジレスバタフライバルブ（フランジレスバタフライ弁／フランジレスバタ弁）：flangeless Butterfly Valve
• 逆止めバタフライバルブ（逆止めバタフライ弁／逆止めバタ弁）：combined non-return Butterfly Valve
• 逆洗弁（逆洗バルブ）：Reversing Valve
• アングル弁（アングルバルブ）：Angle Valve
• Y形弁（Y形バルブ）：Y-glove Valve
• ニードルバルブ（ニードル弁）：Needle Valve
• ストップバルブ（止め弁／ストップ弁）：Stop Valve
• ボールバルブ（ボール弁）：Ball Valve
• フートバルブ（フート弁）：Foot Valve
• ダイヤフラムバルブ（ダイヤフラム弁）：Diaphragm Valve
• プラグ弁（プラグ／プラグバルブ）：Plug Valve
• ボトムバルブ（ボトム弁）：Bottom Valve
• ピンチバルブ（ピンチ弁）：Pinch Valve
• 遠隔操作弁（遠隔操作バルブ）：Remote Operated Valve
• 電動弁（電動バルブ）：Electric motor Operated Valve
• 電磁弁（電磁バルブ）： Solenoid Operated Valve
• 自動制御弁（自動制御バルブ）：Automatic Control Valve
• 調整弁（調整バルブ）：Regulating Valve
• 減圧弁（減圧バルブ）：Pressure Reducing Valve
• 背圧弁（背圧バルブ）：Back Pressure Regulating Valve
• 差圧弁（差圧バルブ）：Differential Pressure Regulating Valve
• 調節弁（コントロールバルブ）：Control Valve
• 安全弁（セーフティーバルブ）：Safety Valve
• 逃し弁（リリーフバルブ／リリーフ弁）：Relief Valve
• バキュームブレーカ：Vacuum Breaker
• 水栓：Water Tap
• 洗浄弁（フラッシュバルブ／フラッシュ弁）：Flush Valve／Flushometer Valve
• トラップ： Trap
• 空気弁（エアーバルブ）：Air Valve
• 呼吸弁（ブリーザー弁／ブリーザーバルブ）：Breather Valve
• 急速弁：Quick Operated Valve
• 緊急弁：Emergency Valve
• 開放弁（オープンバルブ）：Open Valve
• 遮断弁（シャットバルブ）：Shut-off Valve
• 消火栓：Fire Hydrant
• 低騒音弁：Low Noise Valve
• ストーム弁（ストームバルブ／波止め弁／防潮弁）：Storm Valve
• 平底弁（フラットバルブ）：Flat Valve
• 制水扉：Slide Gate／Sluice Gate
• 板弁（プレートバルブ）：Plate Valve
• スリーブ弁（スリーブバルブ）：Sleeve Valve
• 連成弁：Manifold Valve
• フロート弁（フロートバルブ）：Float Valve
• 定水位弁：Level Regulating Valve
• コーン弁（コーンバルブ）：Cone Valve

■ 配管・パイプへの接続方法（取付方法）によるバルブの種類

配管・パイプへの接続方法(接続端)の違いによって分類すると、主に以下の種類のバルブ・弁があります。

• ねじ込み形バルブ（Threaded End type Valve）
• フランジ形バルブ（Flanged End type Valve）
• 差込み溶接形バルブ（ソケット溶接形バルブ）（Socket Welding End type Valve）
• 突合せ溶接形バルブ（Butt Welding End type Valve）
• ウェハー形バルブ（Wafer type Valve）
• ユニオン形バルブ（Union End type Valve）
• ろう付け形バルブ（soldered End type Valve）
• ソケット形バルブ（socket End type Valve）
• スピゴット形バルブ（spigot End type Valve）

ねじ込み形バルブ（Threaded End type Valve）

ねじ込み形バルブとは、上図のようにバルブ接続端に配管をねじ込んで接続するバルブ・弁です。
ねじ込み形バルブの接続端には、管用ねじのめねじが切ってあり、パイプの先端部分におねじを切った配管をねじ込んで接続します。
バルブ接続端と配管端部に加工されているネジは一般にはテーパねじが使用されています。
ねじ込み形バルブは、溶接作業が不要で、そのコストがかかりませんが、ねじによる接続のため、シール性に信頼がおけず、主に小口径・低圧・常温の配管系のバルブ・弁などに利用されます。

フランジ形バルブ（Flanged End type Valve）

フランジ形バルブとは、上図のようにバルブ接続端にフランジをもつバルブ・弁で、フランジはバルブ本体と一体となっているバルブと、本体にフランジを溶接して製造されるバルブとがあります。
フランジ形バルブは、接続する配管側にも取り付けられているフランジとの間にガスケットを挟み込んでボルト・ナットなどで固定します。
バルブ・弁のメンテナンス等の際には取外しも容易であり、一般的に最も広く使われているタイプのバルブ・弁です。

差込み溶接形バルブ（ソケット溶接形バルブ）（Socket Welding End type Valve）

差込み溶接形バルブとは、ソケット溶接形バルブとも言われ、溶接形バルブの一種です。
差込み溶接形バルブは、上図のようにバルブ接続端はパイプが差し込める形状になっており、差し込んだ配管とバルブ端面の部分をパイプ全周にわたり隅肉溶接して接続します。

突合せ溶接形バルブ（Butt Welding End type Valve）

突合せ溶接形バルブとは、石油・化学装置関連などには非常に多く使用されている溶接形バルブの一種です。
突合せ溶接形バルブは、上図のように、バルブ接続端端面とパイプ端面とを突き合わせて、その部分をパイプ全周にわたり突合せ溶接して接続します。
一般には、バルブ接続端とパイプ接続端の両方に、開先が加工されています。
熱応力や振動などの外力に対する強度も強い上に、接続部の溶接不良がなければ内部流体の漏れを完全に防止することができ、シール性においても最も信頼のおけるバルブであるため、高温、高圧の配管系や、パイプラインなどに広く利用されますが、バルブ自体が高価であるのと、溶接工数も差込み溶接形バルブよりも高価になります。

■ バルブ・弁の基本構造・形状

バルブの基本的な構造・形状は一般に以下のような構造になります。
ここでは、グローブバルブ（玉形弁）及びアングル弁の構造・形状を例にとり以下に示しますが、詳細構造・形状については、それぞれのバルブメーカーによっても異なる場合ももちろあるので、あくまで一例です。
以下のバルブは、呼び圧力10Kグローブバルブ及びアングル弁（ねずみ鋳鉄弁）の例です。

グローブバルブ（玉形弁）・アングル弁の構造・形状の一例

以下、上図の部品番号、その名称、及び材料・材質。
１．ボデー（弁箱）：JIS G 5501 のFC200
２．ボンネット（ふた）：JIS G 5501 のFC200
３．ディスク（弁体）：弁箱と同等品
４．ハンドホイール（ハンドル車）：JIS G 5501 のFC200
５．ボデーシートリング（弁箱付き弁座）：JIS H 5111 のBC6又はBC6C
６．ディスクステムリング（弁押さえ）：JIS H 5111 のBC6又は JIS G 4303 のSUS403-B、SUS420J1-B 若しくは SUS420J2-B
７．回り止め：JIS G 4305 のSUS304-CP 又は JIS H 3100 のC2600P
８．ヨークスリーブ（ねじはめ輪）：JIS H 5111 のBC6
９．グランド（パッキン押さえ輪）：JIS G 5702 のFCMB270、JIS G 3101 のSS400 又は JIS H 5111 のBC6
１０．ステム（弁棒）：JIS H 3250 のC3771BD 又は C3771BE（青銅系）
１１．ボンネットナット（ふたボルト用ナット）：JIS G 3101 のSS400
１２．ボンネットボルト（ふたボルト）：JIS G 3101 のSS400
１３．グランドボルト（パッキン押さえボルト）：JIS G 3101 のSS400
１４．グランドナット（パッキン押さえボルト用ナット）：JIS G 3101 のSS400
１５．ハンドホイールナット（ハンドル押さえナット）：JIS G 3101 のSS400
１６．セットスクリュー（止めねじ）：JIS G 3101 のSS400
１７．ワッシャ（座金）：JIS G 3101 のSS400
１８．グランドパッキン（パッキン）：用途によって選定する。
１９．ガスケット：用途によって選定する。
２０．銘板：JIS H 4000 のA1050P

このような構造・形状をもつグローブバルブ（玉形弁）は、ディスク（弁体）とシート（弁座）が円すい状に接触することによって流体の閉塞機能を果たしますが、高度のすり合わせによりかなりの高圧においても完全な閉塞が期待できるという長所があります。

バルブ内部に流入する流体はディスク（弁体）付近においては、その上下運動方向に平行に流れるので、わずかなディスクのリフトでも流量に対する対応性が高いので、絞り弁として流量調節にも利用されます。

反面、このような構造上から、他の種類のバルブに比べて、その流体抵抗はどうしても大きくなるのが一般です。
流体抵抗が大きくなる傾向は、大口径になればなるほど顕著になるので、実際に装置に使用されるグローブバルブとしてはあまり大きな口径のバルブには用いられない場合が一般的です。

グローブバルブ（玉形弁）のボデー（弁箱）の形状としては、配管上の要求などからさまざまな形状のバルブがありますが、一般的なものとしては、出入り口が一直線上にあるものと、直角になっているものがあります。
出入り口が直角になっているバルブが、いわゆるアングル弁（アングルバルブ）になります。

アングル弁（アングルバルブ）は、パイプの直角に曲がる箇所に取り付けられるため、グローブ弁とエルボを組み合わせなければならない場合、配管継手の節約と流体の抵抗を防ぐ意味でも有利になります。

グローブバルブと類似の形状・構造のバルブとして、他にはニードル弁（ニードルバルブ）などがあります。

ニードル弁（ニードルバルブ）は、グローブバルブのディスク（弁体）の形状を変えて流体の通過する平面を極力小さくした構造をしています。
ニードル弁は、グローブ弁よりも、さらに厳密に流量調節を行う目的・用途などに利用されるバルブ・弁です。

■ バルブ・弁の材料・材質

各種バルブ・弁の材質・材料については、使用目的や設計条件などに適する材料が用いられるのはもちろんですが、バルブを構成する部位によっても使用される材料に違いがあります。

弁箱の材質・材料（ボデーの材質・材料）
弁箱（ボデー）の材質は、流体の圧力・温度及びその性状などによって決定されます。
腐食流体についてはそれぞれ、対応した材質・材料が選ばれます。
一般弁として広く使用されている弁箱（ボデー）の材料・材質としては以下などがあります。

青銅

常温の水、空気又は低圧の蒸気などに使用されます。
一般に0.98MPa（10kg/cm²）以下で、小口径バルブに使用され、バルブの接続端はねじ込み形が多く用いられる材料・材質。

鍛鋼

炭素鋼のバルブ・弁は、一般プロセス弁として広く使用され、高温・高圧用としてCr-Mo鋼が用いられます。
一般には小口径バルブとして、バルブ接続端は、ねじ込み形か、差込み溶接形（ソケット溶接形）が多く用いられる材料・材質。

鋳鉄

JISでは最高使用温度220℃、最高使用圧力0.98MPa（10kg/cm²）以下となっている材料・材質のバルブで、ねずみ鋳鉄弁（JIS B 2031）や、可鍛鋳鉄10Kねじ込み形（JIS B 2051）などがあります。

鋳鋼

バルブの接続端はほとんどがフランジ形で、鋳鋼材としては、一般に高温用鋳鋼品として SCPH2 が使用されています。

その他の材料・材質

高温材料用として Cr-Mo鋼、高温及び低温用あるいは耐食材料として、オーステナイト系ステンレス鋼が使用され、接続はフランジ形のバルブが多く使用されています。
そのほか、腐食流体に対してはそれぞれに見合った材料・材質が使用されています。

弁要部の材質・材料（トリムの材質・材料）
弁の要部とは、トリム（Trim 又は Triming）とも呼ばれ、弁体（ディスク：disc）、弁座（シート：seat）、弁棒（ステム：stem）などのことです。
弁の選定においては、これらの要部（トリム）の材料・材質の選び方は非常に重要になります。
一般に弁体（ディスク）と弁座（シート）の硬さに若干の差を持たせる構成とするのが一般的です。

■ バルブ・弁の規格｜JIS、JPI

使用される目的や用途・分野により、一般的に使用されるバルブに関連する規格には、以下のようなバルブ・弁の規格があります。

JIS バルブ規格の一例

• JIS B 2001 バルブの呼び径及び口径
• JIS B 2002 バルブの面間寸法
• JIS B 2003 バルブの検査通則
• JIS B 2004 バルブの表示通則
• JIS B 2005-1 工業プロセス用調節弁−第1部：調節弁用語及び一般的必要条件
• JIS B 2005-2-1 工業プロセス用調節弁−第２部：流れの容量−第1節：取付け状態における流れのサイジング式
• JIS B 2005-2-3 工業プロセス用調節弁−第2部：流れの容量−第3節：試験手順
• JIS B 2005-2-4 工業プロセス用調節弁−第2部：流れの容量−第4節：固有流量特性及びレンジアビリティ
• JIS B 2005-3-1 工業プロセス用調節弁−第３部：寸法−第１節：フランジ形二方ストレート形グローブ調節弁の面間寸法及びアングル形グローブ調節弁の中心−面間寸法
• JIS B 2005-3-2 工業プロセス用調節弁−第３部：寸法−第２節：バタフライ弁を除く回転形調節弁の面間寸法
• JIS B 2005-3-3 工業プロセス用調節弁−第３部：寸法−第３節：突合せ溶接形二方ストレート形グローブ調節弁の面間寸法
• JIS B 2005-5 工業プロセス用調節弁−第5部：表示
• JIS B 2005-6-1 工業プロセス用調節弁−第6部：調節弁へのポジショナの取付けの詳細−第1節：直線運動駆動部へのポジショナの取付け
• JIS B 2005-6-2 工業プロセス用調節弁−第６部：調節弁へのポジショナの取付けの詳細−第２節：回転運動駆動部へのポジショナの取付け
• JIS B 2005-7 工業プロセス用調節弁−第7部：調節弁データシート
• JIS B 2005-8-1 工業プロセス用調節弁−第8部：騒音−第1節：調節弁の空気力学的流動騒音の実験室における測定
• JIS B 2007 工業プロセス用調節弁−試験及び検査
• JIS B 2011 青銅弁
• JIS B 2031 ねずみ鋳鉄弁
• JIS B 2032 ウェハー形ゴムシートバタフライ弁
• JIS B 2051 可鍛鋳鉄１０Ｋねじ込み形弁
• JIS B 2061 給水栓
• JIS B 2062 水道用仕切弁
• JIS B 2071 鋼製弁
• JIS B 8210 蒸気用及びガス用ばね安全弁
• JIS B 8245 液化石油ガス容器用弁
• JIS B 8246 高圧ガス容器用弁
• JIS B 8401 蒸気トラップ
• JIS B 8410 水道用減圧弁
• JIS B 8414 温水機器用逃し弁
• JIS B 8471 水用電磁弁
• JIS B 8472 蒸気用電磁弁
• JIS B 8473 燃料油用電磁弁
• JIS B 8605 冷媒用止め弁

JPI バルブ規格の一例

• JPI-7S-24 バルブの表示方式
• JPI-7S-36 鋼製小形弁
• JPI-7S-37 鋳鉄製フランジ形外ねじウエッジ仕切弁
• JPI-7S-39 バルブの検査基準
• JPI-7S-46 鋳鋼製フランジ形及び突合せ溶接形弁
• JPI-7S-48 鋼製フランジ形ボール弁
• JPI-7S-57 軽量形鋼製小形弁(５０Ａ{２Ｂ}以下)(クラス１５０〜８００)
• JPI-7S-58 ステンレス鋼鋳鋼製フランジ形軽量耐食弁
• JPI-7B-64 調節弁の選定と保守 設計資料
• JPI-7S-65 フランジ及びバルブのP−Tレイティング
• JPI-7S-67 石油工業用バルブの基盤規格
• JPI-7R-68 バルブの操作方式
• JPI-7S-69 軽量形鋼製弁(６５Ａ{２ 1/2Ｂ}以上)(クラス１５０〜２５００)
• JPI-7R-76 バルブのユーザーガイド
• JPI-7S-82 鋼製小形高圧弁
• JPI-7S-83 石油工業用バタフライ弁
• JPI-7R-85 石油工業用バルブのシール性能確認試験