JP5850876B2

JP5850876B2 - ボールバルブ

Info

Publication number: JP5850876B2
Application number: JP2013083693A
Authority: JP
Inventors: 宏樹傳田; 裕正高田
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2033-04-12
Also published as: KR20140123412A; JP2014206213A

Description

本発明は、流体の流れる流路を開閉するボールバルブに関する。

従来、ボールバルブとして、例えば、実開平７−１０６４８号公報（特許文献１）、特開２０１１−２０２７０７号公報（特許文献２）及び特開２０１２−６７８１６号公報（特許文献３）に開示されたものがある。

特許文献１のものは、流入口に連通するボール収納室と、ボール収納室と流出口とに連通するフィルター収納室とを形成し、ボール収納室の左右両端に一対のシートリングを取付け、両シートリングの間にボールを装着したものである。このボールには流入口とフィルター収納室（流出口側）とを連通可能にするアングル型の連通孔が形成されている。

特許文献２及び３のものは、ボディ本体に、ガス流入口とガス流出口とに連通する連通室を形成し、連通室内のガス流入口側とガス流出口側とに、第１及び第２バルブシートを配設し、両バルブシートの間にボール（ボールバルブ）を装着したものである。ガス流入口とガス流出口とは略一直線上に設けられ、ボールには、このガス流入口とガス流出口とを連通可能にする連通孔（貫通孔）が形成されている。

実開平７−１０６４８号公報特開２０１１−２０２７０７号公報特開２０１２−６７８１６号公報

前記従来のボールバルブは、シートリングやバルブシートなどの一対のシール用弾性部材をボールに対して挟み込むように当接させている。そしてこのシール用弾性部材により、流路の遮断時にはボールの連通孔と流入口及び流出口との間を遮断し、流路の開通時には、ボールの連通孔と流入口及び流出口との連通状態を弁室（ボール収納室や連通室）から封止するようにしている。このように、従来のボールバルブでは、一対のシール用弾性部材をボールに対して挟み込むようにしているため、ボールとシール用弾性部材との間に生じる摺動抵抗が大きくなり、ボールを回転駆動させるために大きな力を必要としていた。

本発明は、ボールバルブにおいて、ボールに対する摺動抵抗を低減して、ボールを回転駆動するときの回転トルクを低減することを課題とする。

請求項１のボールバルブは、球体状のボール弁体であって、表面から中心に向けて形成した第１連通孔と第２連通孔とで構成されるアングル状連通孔を有するボール弁体と、弁室と該弁室に連通する第１の開口及び第２の開口が形成された弁本体とを備え、前記ボール弁体を前記弁室内に配設し、該ボール弁体を回転して、前記アングル状連通孔により前記第１の開口と第２の開口とを導通する状態と、該第１の開口と第２の開口とを非導通とする状態とを遷移可能にしたボールバルブにおいて、前記第２の開口と前記ボール弁体との間に配設され、該ボール弁体の球面に圧接されることにより該第２の開口と前記弁室とを封止するシール用弾性部材と、前記ボール弁体を挟んで前記シール用弾性部材と反対側に配設され、該ボール弁体の球面に当接する当接面を有する支持用押圧部材と、前記支持用押圧部材を前記ボール弁体側に付勢する付勢手段と、を備え、前記支持用押圧部材の前記当接面が球面状の凹面であって、かつ、当該当接面の曲率半径が、前記ボール弁体の表面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする。

請求項１のボールバルブによれば、支持用押圧部材と付勢手段とにより、ボール弁体をシール用弾性部材側に押圧しているので、弁室と二次側開口とを封止するためのシール用弾性部材は一つでよい。

また、支持用押圧部材の当接面が、ボール弁体の表面の曲率半径よりも大きな曲率半径であるので、支持用押圧部材の当接面とボール弁体の球面とは一点で接触する。したがって、ボール弁体を回転するときのこのボール弁体に作用する摺動抵抗を小さくでき、ボール弁体を回転駆動させるために大きな力を必要としない。

また、支持用押圧部材の当接面が凹面であるので、この支持用押圧部材とボール弁体との中心が一致し、シール用弾性部材に対してボール弁体を均等に押圧することができる。

本発明の第１実施形態のボールバルブの閉状態の一部断面図である。本発明の第１実施形態のボールバルブの開状態の一部断面図である。本発明の実施形態のボールバルブの支持用押圧部材とコイルばねの部分の拡大断面図である。本発明の第２実施形態のボールバルブの開状態の一部断面図である。本発明の第２実施形態のボールバルブの閉状態の一部断面図である。本発明の実施形態のボールバルブにおける弾性部材及び支持用押圧部材の他の例を示す図である。

次に、本発明のボールバルブの実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態のボールバルブの閉状態の一部断面図、図２は第１実施形態のボールバルブの開状態の一部断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応する。この第１実施形態のボールバルブは、弁本体１と、ボール弁体２と、「シール用弾性部材」としてのシール部材３と、支持用押圧部材４と、「付勢部材」としてのコイルばね５と、蓋部材６と、回転軸７とを有している。なお、図中符号Ｌ１で示す一点鎖線はボール弁体２及び回転軸７の中心を通る軸線であり、符号Ｌ２で示す一点鎖線は、軸線Ｌ１に直交する二次側中心軸である。

弁本体１には、その内側に弁室１Ａが形成されている。また、弁本体１には、弁室１Ａに連通する「第１の開口」としての一次側開口１１と、二次側中心軸Ｌ２を中心とする「第２の開口」としての二次側開口１２と、二次側開口１２と弁室１Ａを連通する二次ポート１２ａが形成されている。さらに、弁本体１には、軸線Ｌ２を中心とする二次ポート１２ａの弁室１Ａ側の周囲をなすシール部材嵌合部１３と、軸線Ｌ１を中心として弁室１Ａに連通する回転軸保持孔１４と、二次側中心軸Ｌ２を中心として弁室１Ａに連通してボール弁体２より僅かに径の大きな組み付け用孔１５が形成されている。

ボール弁体２は球体の形状をしており、弁室１Ａ内に配設されている。ボール弁体２には、その表面から中心に向けて第１連通孔２１と第２連通孔２２とが形成され、この第１連通孔２１と第２連通孔２２とはボール弁体２の中心で互いに連通している。これにより、第１連通孔２１と第２連通孔２２とはアングル状連通孔２Ａを構成している。また、ボール弁体２には、軸線Ｌ１方向の上端部にこの軸線Ｌ１と直交する方向に嵌合溝２３が形成されている。

シール部材３は、ボール弁体２側に、このボール弁体２の表面に当接するすり鉢状のテーパ面３１を有する。また、シール部材３は、二次側ポート１２ａより僅かに径の大きな開口３２を有している。そして、シール部材３のテーパ面３１がボール弁体２の球面に圧接された状態で、弁本体１のシール部材嵌合部１３に嵌合されている。

蓋部材６には、押圧部材嵌合部６１、コイルばね収容部６２、雄ねじ部６３、シール溝６４及び治具孔６５が形成されている。押圧部材嵌合部６１内には後述の支持用押圧部材４が配設され、ばね収容部６２内にはコイルばね５が配設されている。また、シール溝６４にはＯリング６４ａが嵌め込まれている。蓋部材６は、支持用押圧部材４をボール弁体２に当接させた状態で、治具孔６５に治具を係合し、外周の雄ねじ部６３を組み付け用孔１５の外側内周面に形成された雌ねじ部１５ａにねじ込むことにより、弁本体１に取り付けられている。すなわち、支持用押圧部材４は、ボール弁体２を挟んでシール部材３と反対側に配設され、当接面４Ａをボール弁体２の球面に当接させている。これにより、コイルばね５はばね収容部６２の底部と支持用押圧部材４との間に圧縮状態で配設され、ボール弁体２をシール部材３に対して密着するように該シール部材３側に付勢している。また、シール溝６４に嵌め込まれたＯリング６４ａにより、組み付け用孔１５（及び弁室１Ａ）と弁本体１の外部とが気密に封止される。

回転軸７は円柱状の部材であり、円筒状に形成された軸本体７１と、その軸線Ｌ方向の途中箇所に設けられ外径が回転軸保持孔１４の内径と略同一の２つのフランジ部７２，７３とを一体に有している。弁本体１の回転軸保持孔１４の上方には、回転軸７の軸本体７１の外径と略同一の径に形成された軸線Ｌ１を中心とする貫通孔１ａが形成されている。フランジ部７２の貫通孔１ａ側にはパッキン７ａが配設され、フランジ部７２とフランジ部７３との間にはＯリング７ｂが配設されている。これにより、回転軸保持孔１４（及び弁室１Ａ）と弁本体１の外部とが気密に封止される。

貫通孔１ａの周面と軸本体７１の外周面との間には若干のクリアランスが設けられており、この貫通孔１ａは回転軸７の軸受部として機能する。これにより、回転軸７は弁本体１を貫通して軸線Ｌ１周りに回転可能に支持されている。また、回転軸７は、ボール弁体２側の下端部に直径方向（軸線Ｌ１と直交する方向）に嵌合爪部７４を有しており、この嵌合爪部７４がボール弁体２の前記嵌合溝２３に嵌合している。これにより、ボール弁体２と回転軸７とは、互いに軸線Ｌ１周りの回転方向に互いに一体的に回転可能となっている。また、図示は省略するが、嵌合溝２３と嵌合爪部７４との間には微少なクリアランスが設けられている。これにより、ボール弁体２は後述のように支持用押圧部材４により押圧され方向（シール部材３側）に多少移動できる。なお、回転軸７は図示しない駆動手段により回転駆動される。

以上の構成により、ボール弁体２の第１連通孔２１は一次側開口１１に常時導通している。また、図１の閉状態では、ボール弁体２の円形の表面がシール部材３のテーパ面３１に密着し、第２連通孔２２と二次側開口１２とは遮蔽され、一次側開口１１と二次側開口１２とは遮断される。ボール弁体２が軸線Ｌ周りに回転し、図２に示すように、第２連通孔２２が二次側開口１２を臨む位置となると、一次側開口１１と二次側開口１２とはアングル状連通孔２Ａ（第１連通孔２１及び第２連通孔２２）を介して導通される。

ここで、弁室１Ａ、組み付け用孔１５及び回転軸保持孔１４は、一次側開口１１と常時導通されているが、この弁室１Ａ、組み付け用孔１５及び回転軸保持孔１４は、弁本体１の外部と二次側開口１２とに対して気密に封止されている。したがって、一次側開口１１に流入する流体の圧力はボール弁体２に作用して、ボール弁体２をシール部材３に押圧するようにも作用する。また、アングル状連通孔２Ａ以外の部分で、一次側開口１１と二次側開口１２とを気密に封止するための部材は、シール部材３の一つだけでよい。

図３は支持用押圧部材４とコイルばね５の部分の拡大断面図である。支持用押圧部材４は、例えばポリアミド（ＰＡ）や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂等、比較的硬質な合成樹脂で形成されている。この実施形態の支持用押圧部材４は、全体形状が円盤形状で、ボール弁体２側の当接面４Ａが凹面（球面）であり、コイルばね５側の背面が平面（フラット面）となっている。そして、当接面４Ａの曲率半径（ボール弁体２側の中心に対する曲率半径）は、ボール弁体２の表面の曲率半径よりも大きくなっている。これにより、当接面４Ａはボール弁体２の表面と一点で接触する。これにより、支持用押圧部材４はコイルばね５の付勢力でボール弁体２を押圧しながら、この支持用押圧部材４とボール弁体２との摺動抵抗は極めて小さくなる。したがって、ボール弁体２を回転するときのこのボール弁体２に作用する摺動抵抗はシール部材３との間の抵抗であり、従来よりも摺動抵抗が小さくなって、ボール弁体２を回転駆動させるために大きな力を必要としない。また、支持用押圧部材４の当接面４Ａが球面であるので、支持用押圧部材４とボール弁体２との中心が一致する。したがって、シール部材３に対してボール弁体２を均等に押圧することができる。

図４は第２実施形態のボールバルブの開状態の一部断面図、図５は第２実施形態のボールバルブの閉状態の一部断面図である。図４及び図５において第１実施形態で同様な部材、同様な要素には同符号を付記して重複する説明は省略する。なお、図４では回転軸７の図示を省略しているが、この第２実施形態でも第１実施形態と同様な回転軸を有している。

この第２実施形態で第１実施形態と異なるところは、弁本体１′とボール弁体２′の構造である。弁本体１′には第１実施形態と同様な二次側開口１２が形成されているが、この二次側開口１２の軸線Ｌ２とボール弁体２′（及び回転軸７）の中心を通る軸線Ｌ１との両方に直交する軸線Ｌ３上に、一次側開口１１′が形成されている。また、ボール弁体２′のアングル状連通孔２Ａ′は、第１実施形態の第２連通孔２２と同様な第２導通孔２２′と、開状態で軸線Ｌ３を中心とする第１導通孔２１′とで構成されている。その他の構造は第１実施形態と同様である。なお、ボール弁体２′は第１実施形態と同様に、前記回転軸７の下端の嵌合爪部７４が嵌合する嵌合溝２３を有している。

図４の開状態では、ボール弁体２′の第１連通孔２１′が一次側開口１１′を臨む位置となるとともに、第２連通孔２２′が二次側開口１２を臨む位置となる。これにより、一次側開口１１′と二次側開口１２とがアングル状連通孔２Ａ′を介して導通される。閉状態では、図５に示すように、ボール弁体２′の第１連通孔２１′が支持用押圧部材４の位置に来る。また、第２連通孔２２′が一次側開口１１′の位置に来る。

以上の実施形態では支持用押圧部材４をボール弁体２（２′）側に押圧する「付勢部材」がコイルばね５の例を説明したが、例えば図６(A) のように板ばね５′を積層したものでもよい。この場合は、ばね収容部６２′を浅くできる。また、図６(B) のように、コイルばねや板ばねを無くし、押圧部材嵌合部６１′内に当接面４Ａ′を有する支持用押圧部材４′を嵌め込むようにしてもよい。この場合の支持用押圧部材４′は弾性を有する部材で構成し、その弾性力自体でボール弁体２（２′）を押圧する。このような例でも、ボール弁体２を回転するときのこのボール弁体２に作用する摺動抵抗はシール部材３との間の抵抗であり、ボール弁体２に対する摺動抵抗を小さくできる。

なお、以上の実施形態では、一次側開口１１（１１′）から流体を流入させて二次側開口１２（１２′）から流体を流出させる場合について説明したが、実施形態のボールバルブは、二次側開口１２（１２′）から流体を流入させて一次側開口１１（１１′）から流体を流出さる場合にも適用できる。この場合には、コイルばね５あるいは板ばね５′による付勢力（ばね力）を流体の圧力によりボール弁体２に作用する荷重より強くする。また、一次側開口１１（１１′）と二次側開口１２（１２′）とが導通する状態と、非導通となる状態とのみについて説明したが、ボール弁体２（２′）の回転角度に応じて一次側開口１１（１１′）と二次側開口１２（１２′）の導通の度合いを調整し、流量を制御するようにすることもできる。

１弁本体
１Ａ弁室
１１一次側開口（第１の開口）
１２二次側開口（第２の開口）
２ボール弁体
２１第１連通孔
２２第２連通孔
２Ａアングル状連通孔
２′ ボール弁体
２１′ 第１連通孔
２２′ 第２連通孔
２Ａ′ アングル状連通孔
３シール部材
４支持用押圧部材
４Ａ当接面
５コイルばね（付勢手段）
５′ 板ばね（付勢手段）

Claims

球体状のボール弁体であって、表面から中心に向けて形成した第１連通孔と第２連通孔とで構成されるアングル状連通孔を有するボール弁体と、弁室と該弁室に連通する第１の開口及び第２の開口が形成された弁本体とを備え、前記ボール弁体を前記弁室内に配設し、該ボール弁体を回転して、前記アングル状連通孔により前記第１の開口と第２の開口とを導通する状態と、該第１の開口と第２の開口とを非導通とする状態とを遷移可能にしたボールバルブにおいて、
前記第２の開口と前記ボール弁体との間に配設され、該ボール弁体の球面に圧接されることにより該第２の開口と前記弁室とを封止するシール用弾性部材と、
前記ボール弁体を挟んで前記シール用弾性部材と反対側に配設され、該ボール弁体の球面に当接する当接面を有する支持用押圧部材と、
前記支持用押圧部材を前記ボール弁体側に付勢する付勢手段と、
を備え、
前記支持用押圧部材の前記当接面が球面状の凹面であって、かつ、当該当接面の曲率半径が、前記ボール弁体の表面の曲率半径よりも大きいことを特徴とするボールバルブ。