JP5528046B2 - ボールバルブ - Google Patents

Description

本発明は、化学工場、上下水道、農・水産業、半導体製造分野、食品分野などの各種産業の配管ラインに使用されるボールバルブに関するものであり、さらに詳しくは、ボールバルブのバルブ本体の大きさを大きくしたり、部品点数を増やすことなく、組立性を向上させたボールバルブに関するものである。

従来、各種産業に使用されるボールバルブとして、図１２に示すようなボールバルブがあった（例えば、特許文献１参照）。その構成は、バルブ本体１０１内に流路を開閉させるボール弁体１０３が回動可能に配置され、シート１０８が弁体押さえ１０４によりボール弁体１０３に押圧されるように設けられ、キャップナット１０５が接続スリーブ１０６を介して、バルブ本体１０１の端部に螺合されることにより、接続スリーブ１０６が弁体押さえ１０４の外側端に当接配置されたボールバルブにおいて、ステム１０２の軸方向複数位置に装着されてステム１０２とバルブ本体１０１のステム貫通孔１１２とをシールする複数のＯリング１０９、１１０のうち、ステム１０２の軸方向で最も弁体側に配置されるＯリング１０９の圧縮代に比して、他のＯリング１１０の圧縮代が小とされてなるものであった。その効果は、ステム１０２とステム貫通孔１１２との間からの漏洩を確実に防止するものであった。

このような従来のボールバルブを組み立てる場合において、ステム１０２をバルブ本体１０１に装着するときは、ステム１０２の軸線とバルブ本体１０１の流路軸線とを合わせ、ハンドル１１１との係合部１１３を先端にして、バルブ本体１０１の開口１１４から弁室１０７に挿入し、係合部１１３がバルブ本体１０１のステム貫通孔１１２の下方に達したら、ステム１０２を斜めに引き起こし、係合部１１３をステム貫通孔１１２に挿入し、貫通させて装着するのが一般的である。

このとき、ステム１０２の長さが開口１１４や弁室１０７の内径に対して大きいと、ステム１０２を斜めに引き起こすときに、ステム１０２の係合部１１３や嵌合突起部１１５などがバルブ本体１０１内に引っ掛かったり、係合部１１３がステム貫通孔１１２内部に挿入されても、ステム１０２の側面がステム貫通孔１１２の開口部に引っ掛かったりして、組み立てにくいという問題があった。このような問題は、口径に対するステムの長さが相対的に長くなる小口径のボールバルブにおいて、特に問題となっていた。

上記の問題を解決するためには、バルブ本体１０１の中心からバルブ本体１０１の端面までの距離を短くするという方法がある。しかしながら、バルブ本体１０１の中心からバルブ本体１０１の端面までの距離を短くすると、必然的に、弁体押さえ１０４とキャップナット１０５の長さが短くなるため、バルブ本体１０１と螺着するためのネジ部を弁体押さえ１０４とキャップナット１０５に設けることが出来なかったり、充分な山数を設けることが出来なくなる。そのため、各部品を螺着しているネジ部の強度が低下し、高温条件下や加圧条件下において、内圧によって抜けやすくなったり、振動などによって緩みやすくなったりするという問題があった。このような問題は、樹脂製のボールバルブでは特に大きな問題となっていた。

上記の問題を解決するためには、図１３に示すようなボールバルブを用いる方法があった（例えば、特許文献２参照）。その構成は、貫通孔２０６を有するボール弁体２０３と、内部に形成された弁室２０７の内面に設けられボール弁体２０３を両側から回転可能に支持し且つその外面２０９が球面状に形成されている支持部２１０を有し、貫通孔２０６に連通可能に設けられた流路２１１に直交方向に形成されたボール挿脱孔２１２を有するバルブ本体２０１と、ボール弁体２０３と支持部２１０の境界部分を水密的に囲繞するシート２０８と、ボール挿脱孔２１２を閉塞しボール弁体２０３を回転させる回転機構２０２とから構成されているものであった。その効果は、シート２０８を取り替えるためボール弁体２０３を取り外す場合、配管（図示せず）から外したりバルブを解体したりせずに容易にボール弁体２０３と共にシート２０８を取り外すことが出来、メンテナンスが簡単に行えるものであった。

特開平０７−１５８７４９号公報 特開２００１−２８９３３４号公報

しかしながら、図１３に示される従来のボールバルブは、バルブ本体２０１に回転機構２０２を装着するときに、ステムホルダー２０４、ステムブロック２０５をそれぞれステムブロック２０５、バルブ本体２０１にねじによって螺着すると、ボール弁体２０３の開閉操作により緩みが発生するため、ボルトによって固定される。そのため、ステムホルダー２０４およびステムブロック２０５、バルブ本体２０１の大きさが大きくなるため、ボールバルブ全体の大きさが大きくなったり、多数のボルトに対してトルク管理をしなくてはならないという問題があった。また、部品点数が多いため、部品管理に要する時間や組立工程が増加するという問題があった。また、本ボールバルブには弁体押さえによってシート２０８をボール弁体２０３に向けて押圧する力を調節する構成が設けられていないが、この構成を設けようとすると更にバルブ本体２０１の大きさが大きくなるため、ボールバルブ全体の大きさが大きくなるという問題があった。

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、ボールバルブのバルブ本体の大きさを大きくしたり、部品点数を増やすことなく、組み立てやすいボールバルブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明のボールバルブの構成を説明すると、少なくとも二方の開口を有するバルブ本体の内部に弁室と該弁室に連通するステム貫通孔が形成され、該弁室にボール弁体が該ステム貫通孔に嵌挿されたステムを介して回動可能に配置され、該ステムを回動させることにより該ボール弁体を回動させ、バルブの開閉を行うボールバルブにおいて、該弁室の天井面に天井凹部が形成され、少なくとも一方の開口側には、該弁室内径より径大に設けられた弁体押さえ収納部が形成され、前記天井凹部の底面が平面状であり、該底面の側縁が前記弁体押さえ収納部の内周面と略同一に設けられていることを第１の特徴とする。

前記ステムの上端部に駆動手段が係合される係合部を有し、該ステム外周に該係合部に向かって縮径する第一テーパー部が形成されたことを第２の特徴とする。

前記第一テーパー部のテーパーの角度がステムの軸線に対して、１４°〜２２°であることを第３の特徴とする。

前記ステム貫通孔の前記弁体側の開口に拡径したテーパー面が設けられているとともに、前記ステムの係合部上部に先端に向かって縮径する第二テーパー部が設けられたことを第４の特徴とする。

前記弁室の底面に前記段差部に向かって切り欠き溝部が設けられることを第５の特徴とする。

前記切り欠き溝部の形状が、前記バルブ本体の中心方向に角を形成した三角形状であることを第６の特徴とする。

前記天井凹部に前記ステム貫通孔周縁部から該弁体押さえ収納部内周面に向かって傾斜する傾斜面が設けられたことを第７の特徴とする。

前記バルブ本体が射出成形によって成形されていることを第８の特徴とする。

前記駆動手段が手動式、空動式、電動式のいずれか１つの駆動によって回動されることを第９の特徴とする。

本発明において、ステムの上端部に駆動手段が係合される係合部を有し、ステム外周に係合部に向かって縮径する第一テーパー部が形成されているが、第一テーパー部のテーパーの角度はステムの軸線に対して、１４°〜２２°であることが望ましい。ボールバルブに内圧が加わると、第一テーパー部の下方に設けられているＯリングが内圧により上方向に押し上げられるため、環状溝と第一テーパー部との間隔が短いと、内圧によりＯリングが第一テーパー部にずれ込む可能性がある。そのため、ボールバルブに内圧がかかっても、Ｏリングが環状溝から第一テーパー部にずれ込むことがないように環状溝から第一テーパー部との間隔を保つためには、第一テーパー部のテーパーの角度はステムの軸線に対して、１４°よりも大きいことが望ましい。また、ボールバルブの組み立てにおいて、ステムをステム貫通穴に挿入するときに、ステムの外周がステム貫通孔のテーパー面に引っ掛かるのを防ぐためには、第一テーパー部のテーパーの角度はステムの軸線に対して、２２°よりも小さいことが望ましい。

バルブ本体の端部内周面に設けられた雌ネジ部と端部外周面に設けられた雄ネジ部は、それぞれ同一方向のねじであっても良く、それぞれ逆方向のねじであっても良い。同一方向のねじであれば、バルブ本体に螺着される弁体押さえとキャップナットのねじの方向を混乱することがなく、締め具合を調整するときの誤操作を防止できるため好適である。逆方向のねじであれば、キャップナットを外す方向に回転させたときにキャップナットの回転に伴い、バルブ本体とキャップナットにより挟持されている鍔付き短管が共回りしても、鍔付き短管に当接している弁体押さえは逆方向のねじであるため締め付ける方向へ回転しようとし、弁体押さえが共回りして外れることはないため好適である。

また、弁体押さえは、バルブ本体の端部の一方にのみ設けても良く、両端部に設けても良い。

さらに、本発明は三方向、多方向のボールバルブにおいても同様である。

本発明において、バルブ本体と弁体押さえやキャップナットの接続は、ねじによる螺着であるが、ねじであれば各部品の成形や加工が容易であり、寸法精度の良い部品を得ることができると共に、ねじの締め付けを調節することにより、弁体押さえがシートをボール弁体に向けて押圧する力を調節することができるため好適である。

本発明のバルブ本体、ステム、ボール弁体、弁体押さえ、鍔付き短管、キャップナットの材質はポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣと記す）が好ましいが、ボールバルブとして要求される強度を満たしていれば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリフェニレンサルファイドなどの樹脂、または銅、鋳鉄、鋳鋼などの金属など、特に限定されるものではない。

本発明のバルブ本体、ステム、ボール弁体、弁体押さえ、鍔付き短管、キャップナットは成形方法によって成形されているが、ボールバルブとして要求される精度を満たしていれば、鋳造、切削加工でもよく、特に限定されるものではない。

本発明は以上のような構造をしており、以下の優れた効果が得られる。
（１）弁室の天井面に天井凹部を形成することによって、弁室内の高さが高くなるため、ステムを斜めに引き起こしやすくなり、バルブ本体にステムを装着しやすくなる。
（２）バルブ本体の弁室底面に切り欠き溝部を形成し、ステム貫通孔にテーパー面を形成することによって、ステムの係合部や嵌合突起部がバルブ本体内に引っ掛かりにくくなり、バルブ本体にステムを装着しやすくなる。
（３）ステムに第一テーパー部を形成することによって、ステムがステム貫通孔に引っ掛かりにくくなるとともに、ステムを斜めに引き起こしやすくなり、バルブ本体にステムを装着しやすくなる。
（４）バルブ本体の内面形状やステムの外面形状のみを変更しているため、ボールバルブの大きさや部品点数、組立工数を増加させることなく組立性を向上させることができる。

本発明の第一の実施形態のボールバルブの全開時を示す縦断面図である。 本発明の第一の実施形態のボールバルブの全閉時を示す縦断面図である。 本発明のボールバルブのバルブ本体の右側面図である。 本発明のボールバルブのバルブ本体のＡ−Ａ断面図である。 第一の実施形態のボールバルブの組立時において、バルブ本体にクッションとシートを嵌着した状態を示す縦断面図である。 図５のバルブ本体にステムを装着する時において、ステムを弁室に導入した状態を示す縦断面図である。 図６のステムの係合部をステム貫通孔に導入した状態を示す縦断面図である。 図７のステムの第一テーパー部をステム貫通孔に導入した状態を示す縦断面図である。 図８のステムの軸線とステム貫通孔の軸線とを一致させた状態を示す縦断面図である。 図９のステムをバルブ本体に装着した状態を示す縦断面図である。 本発明の第二の実施形態の空動式の駆動によるボールバルブを示す部分断面図である。 従来のボールバルブの全開時を示す部分断面図である。 従来の他のボールバルブの全閉時を示す縦断面図である。

以下、本発明の第一の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。

図１乃至図１０において、ＰＶＣ製の口径１５ｍｍのバルブ本体１は、略中空円筒状で、内部に弁室７が設けられており、バルブ本体１の流路軸線と交わる方向には、後記ステム２が嵌挿されるステム貫通孔１２が弁室７に連通するように設けられており、ステム貫通孔１２の弁室７側の開口には拡径したテーパー面１５が設けられている。弁室７の天井面には天井凹部８が形成され、弁室７から開口９ａ側に向かって、不完全円環状の段差部１０と、弁室７内径より径大に設けられた弁体押さえ収納部１１が連続的に形成されている。天井凹部８の底面は平面状であり、底面側縁が弁体押さえ収納部１１内周面と略同一に設けられ、天井凹部８にステム貫通孔１２周縁部から弁体押さえ収納部１１内周面に向かって傾斜する傾斜面１３が設けられている。また、弁室７の底面には、段差部１０に向かってバルブ本体１の中心方向に角を形成した三角形状の切り欠き溝部１４が設けられている。また、バルブ本体１の両端部外周には、ピッチ３ｍｍの台形ねじで形成される雄ネジ部１６が設けられ、バルブ本体１の一方の端部内周には、ピッチ３ｍｍの台形ねじで形成される雌ネジ部１７が設けられている。

ＰＶＣ製のステム２は、略円柱状で、上端部にはハンドル２５が係合される係合部２２を有し、下端部には後記ボール弁体３が嵌合される断面台形状の嵌合突起部２６が、突出部２７がステム２の外周から突出するように設けられている。外周にはＯリング１８、１９を嵌着する環状溝２０、２１が設けられており、環状溝２０の上方には、係合部２２に向かって縮径するように形成された第一テーパー部２３がステム２の軸線に対する傾斜角度が２０°で設けられている。また、係合部２２の端部には先端に向かって縮径するように第二テーパー部２４が設けられている。

ＰＶＣ製のボール弁体３は、頭部に断面台形状の嵌合用溝２８が設けられており、バルブ本体１の弁室７内に配置され、ハンドル２５が上部に嵌着されたステム２の下端部に設けられた嵌合突起部２６が、嵌合用溝２８に嵌合されている。特に配管されているボールバルブの全閉時、すなわち上流側に流体圧力がかかっている時には、わずかに下流側に移動可能の状態で嵌合されている。

ＰＶＣ製の弁体押さえ４は、円筒状であり、ボール弁体３側の端面にはシート２９とクッション３０が嵌合され、他方の端面にはＯリング３１が配置されている。また、外周にＯリング３２と、外周端部にはバルブ本体１の雌ネジ部１７と螺着される雄ネジ部３３が設けられており、弁体押さえ４がバルブ本体１に螺着することで、ボール弁体３が弁室７内で流路両側からクッション３０を介してシート２９により押圧保持される。

ＰＶＣ製のキャップナット５は、各々バルブ本体１の開口９ａ、９ｂの外周側面に螺合させることにより、鍔付き短管６を、弁体押さえ４に装着されたＯリング３１、並びにバルブ本体１の側面に装着されたＯリング３４を介してそれぞれ弁体押さえ４とバルブ本体１に固定されている。

次に、前記ボールバルブの組み立て方法について説明する。まず、バルブ本体１内の環状凹部３５にクッション３６、シート３７を嵌着する（図５の状態）。

次に、バルブ本体１の流路軸線とＯリング１８、１９を嵌着させたステム２の軸線とをあわせ、ステム２の嵌合突起２６の突出部２７の向きをバルブ本体１の上下方向とあわせる。そして、ステム２の係合部２２を先端にして、ステム２をバルブ本体１の開口９ａ側から弁室７へと導入する（図６の状態）。

このとき、バルブ本体１の流路軸線とステム２の軸線がずれた状態でステム２がバルブ本体１に導入されると、係合部２２がバルブ本体１の雌ネジ部１７や段差部１０にあたることがあるが、係合部２２に第二テーパー部２４が設けられているため引っ掛かることはなく、バルブ本体１へのステム２の導入をやり直すことなく組み立てを続けることが出来る。更に、バルブ本体１の弁室７の底面に切り欠き溝部１４が設けられ、天井凹部８に傾斜面１３が設けられているので、係合部２２が切り欠き溝部１４または傾斜面１３にあたった場合は、切り欠き溝部１４または傾斜面１３がガイドの役割をするため、ステム２の係合部２２を流路軸線に近づけることができる。

次に、ステム２の係合部２２が弁室７のステム貫通孔１２下方付近に差し掛かったら、係合部２２を引き起こすとともに、嵌合突起部２６を弁室７底面の切り欠き溝部１４に近づけるようにして、ステム２を斜めにしながら、係合部２２をステム貫通孔１２に挿入する（図７の状態）。

このとき、弁室７の天井面に天井凹部８が形成されているので、弁室７内の高さが高くなり、弁室７内の空間が広がるため、ステム２を斜めにしても係合部２２や嵌合突起部２６がバルブ本体１内面に引っ掛かりにくくなる。また、弁室７底面に切り欠き溝部１４が設けられているため、ステム２を斜めにしたときに、ステム２の嵌合突起部２６の突出部２７が段差部１０に引っ掛かることを防ぐことが出来る。また、ステム貫通孔１２の弁室７側の開口にテーパー面１５が設けられているため、ステム２の係合部２２が引っ掛かるのを防ぐことが出来る。

次に、ステム２を更に引き起こしながら、ステム２を第一テーパー部２３の位置までステム貫通孔１２に挿入し（図８の状態）、ステム２の軸線をステム貫通孔１２の軸線と一致させる（図９の状態）。

このとき、ステム２外周に第一テーパー部２３が形成されているため、ステム２の外周がステム貫通孔１２のテーパー面１５に引っ掛かるのを防ぐことができるとともに、ステム２を弁室７の天井面に近づけることができるため、ステム２の嵌合突起部２６の突出部２７が弁室７の底面に引っ掛かるのを防ぐことができる。また、切り欠き溝部１４がバルブ本体１の中心方向に角を形成した三角形状に形成されているため、突出部２７を切り欠き溝部１４の上を滑らせるようにしながらステム２をステム貫通孔１２に挿入すると、突出部２７がバルブ本体１の中心方向に導かれるため、ステム２の軸線とステム貫通孔１２の軸線が一致し、挿入しやすくなる。

次に、ステム２の係合部２２がバルブ本体１のトップフランジ３８から露出するまでステム２をステム貫通孔１２に挿入する。このとき、ステム貫通孔１２にテーパー面１５が設けられているため、ステム２に嵌着されているＯリング１８、１９を傷付けずにステム２をステム貫通孔１２に挿入することができる（図１０の状態）。

次に、ステム２の嵌合突起部２６の長軸方向がバルブ本体１の流路軸線方向と一致するように整え、ボール弁体３をバルブ本体１の開口９ａ側から弁室７へと導入し、ボール弁体３の嵌合用溝２８とステム２の嵌合突起部２６を嵌合させる。その後、クッション３０、シート２９およびＯリング３２を嵌着させた弁体押さえ４を螺着する。そして、Ｏリング３１、３４を嵌着させた後に、鍔付き短管６、キャップナット５を取り付け、最後に、ステム２の係合部２２にハンドル２５を取り付ける。

次に、本発明のボールバルブを開閉させた時の作動について説明する。図２の閉状態からハンドル２５を９０度回転することにより、ハンドル２５に嵌着しているステム２が回動し、ステム２の回動に合わせてステム２に嵌合されているボール弁体３が９０度回動してボールバルブが開状態（図１の状態）になる。

次に本発明の第二の実施形態について図１１に基づいて説明する。本実施形態では、前記第一の実施形態と同じ構成要素については同一符号を付して示す。

空動式駆動部３９は、バルブ本体１のトップフランジ３８に取付台４０を介して取り付けられている。空動式駆動部３９の駆動はステム２の上部に伝達され、ステム２を回動させてボール弁体３を回動させることによりバルブの開閉を行う。なお、空気圧による空動式駆動部３９の代わりに、モーターなどを含む電動式駆動部を設けても良く、特に限定されない。また、電動式駆動部を用いる場合も、電動式駆動部は取付台４０を介してボールバルブに搭載される。本実施形態のバルブ本体１とステム２、ボール弁体３のその他の構成と、他の部品の構成、およびボールバルブの組立方法は前記第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態において、ボールバルブの駆動を空動式駆動部３９で行うことによって、バルブの遠隔操作や電気的な制御が可能になるため、狭隘で人手が入れないような空間などに設置されたバルブの操作や高頻度で開閉を繰り返すような開閉操作、コンピューターによる開閉操作の管理が可能になる。

１ バルブ本体
２ ステム
３ ボール弁体
４ 弁体押さえ
５ キャップナット
６ 鍔付き短管
７ 弁室
８ 天井凹部
９ａ 開口
９ｂ 開口
１０ 段差部
１１ 弁体押さえ収納部
１２ ステム貫通孔
１３ 傾斜面
１４ 切り欠き溝部
１５ テーパー面
１６ 雄ネジ部
１７ 雌ネジ部
１８ Ｏリング
１９ Ｏリング
２０ 環状溝
２１ 環状溝
２２ 係合部
２３ 第一テーパー部
２４ 第二テーパー部
２５ ハンドル
２６ 嵌合突起部
２７ 突出部
２８ 嵌合用溝
２９ シート
３０ クッション
３１ Ｏリング
３２ Ｏリング
３３ 雄ネジ部
３４ Ｏリング
３５ 環状凹部
３６ クッション
３７ シート
３８ トップフランジ
３９ 空動式駆動部
４０ 取付台

Claims (9)

1. 少なくとも二方の開口を有するバルブ本体の内部に弁室と該弁室に連通するステム貫通孔が形成され、該弁室にボール弁体が該ステム貫通孔に嵌挿されたステムを介して回動可能に配置され、該ステムを回動させることにより該ボール弁体を回動させ、バルブの開閉を行うボールバルブにおいて、
   該弁室の天井面に天井凹部が形成され、少なくとも一方の開口側には、該弁室内径より径大に設けられた弁体押さえ収納部が形成され、前記天井凹部の底面が平面状であり、該底面の側縁が前記弁体押さえ収納部の内周面と略同一に設けられていることを特徴とするボールバルブ。
2. 前記ステムの上端部に駆動手段が係合される係合部を有し、該ステム外周に該係合部に向かって縮径する第一テーパー部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のボールバルブ。
3. 前記第一テーパー部のテーパーの角度がステムの軸線に対して、１４°〜２２°であることを特徴とする請求項２に記載のボールバルブ。
4. 前記ステム貫通孔の前記弁体側の開口に拡径したテーパー面が設けられているとともに、前記ステムの係合部上部に先端に向かって縮径する第二テーパー部が設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のボールバルブ。
5. 前記弁室の底面に前記段差部に向かって切り欠き溝部が設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のボールバルブ。
6. 前記切り欠き溝部の形状が、前記バルブ本体の中心方向に角を形成した三角形状であることを特徴とする請求項５記載のボールバルブ。
7. 該天井凹部に前記ステム貫通孔周縁部から該弁体押さえ収納部内周面に向かって傾斜する傾斜面が設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のボールバルブ。
8. 前記バルブ本体が射出成形によって成形されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のボールバルブ。
9. 前記駆動手段が手動式、空動式、電動式のいずれか１つの駆動によって回動されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のボールバルブ。

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