JPH0142698Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、生活関連分野における水、油、ガス
又は蒸気等、及び石油工業、石油化学工業、その
他の化学工業、薬品工業等のあらゆる製造工業分
野における流体を制御するために用いられるボー
ルバルブに関し、特に、ボールバルブのボデー内
に形成した段部と貫通孔を有するボールとの間に
装着するボールシートの改良に関する。

（従来の技術） 一般に、ボールバルブは、四ふつ化エチレン樹
脂（以下PTFEという）製ボールシート又は
PTFEにガラス繊維などを加えて補強した強化
PTFE製ボールシートが使用され、PTFEの持つ
優れた低摩擦抵抗性、耐摩耗性、耐クリープ性或
いは耐熱性、耐薬品性等によつて、非常に広い分
野で用いられるに至つている。

しかしながら、バルブが用いられる条件、即ち
流体の種類、圧力、温度或いは開閉頻度、温度や
圧力の変動などが多岐多様であることは既知の通
りである。

従つて、PTFE製又は強化PTFE製のボールシ
ートを用いたボールバルブでは、従来の金属シー
トを用いた他のバルブの使用分野を全てカバーす
ることはできない。

そのために、ボールバルブのボールシートは、
従来より種々の改良が進められている（英国特許
第1427299号、米国塩素協発行の刊行物「ドライ
塩素の配管システム」3.5頁参照）。

（考案が解決しようとする問題点） 上記のように、PTFEや強化PTFEをボールシ
ートの材料として用いたボールバルブが広く用い
られるようになり、正常な使用状態では問題なく
使用している。

しかし、時折、ボールシートに異常な現象が生
じて、ボールバルブの機能を損なう場合が起きて
いる。それには、種々の原因と現象があるが、そ
の大部分は、次のことに起因している。

その第１は、異常昇圧と呼ばれる原因と現象で
ある。

ボールバルブは、通常、ボールの上流側と下流
側にボールシートを設け、ボデーとボールとボー
ルシートで、ボデー内に上流側と下流側の流路か
ら隔絶した部分を形成する。この部分は、一般に
ボデーキヤビテイーと呼ばれている。

このボデーキヤビテイーには、バルブが閉の状
態では、ボールの流路が含まれ、ボールが開の状
態では、ボールの流路は含まれない。

このボデーキヤビテイーには、通常、流体が充
満しており、この状態で、ボデーが暖められる
と、ボデーキヤビテイー内の流体が膨張し、時に
は、気化して、ボデーキヤビテイー内に圧力を上
昇させる。また、バルブを開けて高温の流体を流
すと、この高温の流体がボールやボデーを暖め、
ボデーキヤビテイー内の流体をも暖めて、圧力を
上昇させる結果となる。

温度上昇によつて、ボデーキヤビテイー内の圧
力が上昇する場合は、ボデーキヤビテイー内が、
流体で充満されている時が、特に激しく、何10Kg
ｆ／cm²、時には、何100Kgｆ／cm²にも圧力が上昇
する。そして、この上昇した圧力が、ボデーキヤ
ビテイーを構成しているボデー、ボール、ボール
シートの部品に加わる。

この場合、ボデー、ボールは、金属製であるた
め比較的頑丈であり、変形等の異常は起き難いが
ボールシートは、前記したように、PTFEや強化
PTFEで形成しているため、ボデーやボールに比
較して一般に弱い。このため、ボールシートが、
ボデーやボールの間で上下の流路の方向に押し出
され、終には、塑性変形を起こして永久変形して
仕舞い、バルブの機能を損なう結果となる。この
ように、バルブの機能を損なう程にボデーキヤビ
テイーの圧力が上昇することを、異常昇圧と称
し、ボールバルブの重大な問題とされ、有効な解
決策が急がれている。

その第２は、ボールシートの咬み込みと呼ばれ
るもので、上流側ボールシートに起きる現象であ
る。

ボールバルブを開閉することは、ボデー側に装
着されたボールシートの円形穴とボールの流路の
円形穴とを同心にして開状態にしたり、ボールを
回転させて、ボールの円形穴をボールシートの円
形穴に対して順次ずらして流路を狭め、終には、
両方の穴の重なりを無くして閉状態にするのであ
る。

そして、ボールシートは、全開及び全閉の状態
では、ボデーとボールの間で全周に渡つて等しく
挟まれているが、中間開度においては、ボールの
円形穴がボールシートの円形穴の外にある位置の
ボールシートの部分は、ボールの円形穴に臨んだ
状態となり、ボデーとボールの間で挟まれていな
い不安定な状態になつている。

このような状態で、バルブが閉に成る直前では
流量が減り、ボデーの上流側流路の圧力が急に上
昇する。これに比して、ボデーキヤビテイー内の
圧力は上昇しないので、上流側のボールシートの
両側に差圧を生じ、上流側ボールシートとボデー
の段部との間に入つた上流側の圧力が、ボールシ
ートをボデーキヤビテイー内に押し出すことにな
る。

このように、押し出されたボールシートの部分
が、終には、ボールの穴に咬み込まれ、バルブを
閉止することができず、また、ボールシートに異
常な咬み傷を生じ、最早ボールバルブの機能を発
揮し得ない状態になる。

この現状は、通常、前記したように、ボールシ
ートがボデーキヤビテイー内に押し出され易い上
流側のボールシートに起きるが、これは常に起き
るのではなく次のような場合に発生する。

即ち、弁閉止時の弁前後の差圧の大きい場合、
比較的高温でボールシートが軟化している場合、
流体の粘性の高い場合や開閉がゆつくりでボール
シートが比較的長時間に、かつ高流速に流体に曝
される場合等の条件が多く重なつて、非常な不利
な状態になつた場合にのみ起きるのである。

ところで、第１の問題対策としては、前記した
米国塩素協会発行の刊行物記載等の手段が知られ
ている。

しかし、これらは、例えば、上流側シートのシ
ート面又は背面に圧力逃し用の溝を設ける等によ
りキヤビテイ圧力を上流側に逃がすものであるか
ら、バルブに方向性を生じるため、誤用したり、
不便を生じたりする欠点がある。

第２の問題対策として、ボールシートをボデー
に設けた溝に挿入するか、又はボールシートを金
属製リテーナに入れる等のように、従来より種々
の提案がなされているが、第１のボデーキヤビテ
イー内の異常昇圧の現象と第２の上流側に起きる
ボールシートの咬み込み現象を、１つのボールシ
ートで一挙に解決するボールシートの開発が期待
されている。

本考案は、上記のような従来の実情に鑑み、ボ
ールシートの舌状部の１箇所又は１箇所以上に、
ボデーキヤビテイー内の異常に上昇した圧力をボ
ールの上流又は下流の流路に逃がすための変形し
やすい部分を形成することによつて、異常昇圧時
に、容易にボデーキヤビテイーの圧力を流路側に
逃がすことができ、しかも、ボールシート本来の
封止機能や耐久性にも優れたボールシートを提供
することを目的とする。

更に、ボールシートの外周面のボデーとの接触
部である位置に、均圧のための溝状部を設けるこ
とによつて、上流側シートにおいて、ボールの上
流側流路の圧力とボデーキヤビテイー内の圧力と
を均圧に近ずけて、上流側シートが押し出される
事態を確実に防止したボールシートを提供するこ
とを目的とし、上記の両者の目的を１つのボール
シートで達成せんとしたものである。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するための本考案の構成は、
内周壁面が流路中心線に平行で側壁面が前記内周
壁面に直角に半径方向内側に伸びるボールバルブ
のボデー内部に形成した段部と貫通穴を有するボ
ールとの間に装着するボールシートにおいて、前
記ボールシートは半径方向外側の肩部と半径方向
内側の舌状部で構成され、前記肩部のボール側に
は、ボール面に当接しない第一のテーパ面を形成
し、前記舌状部のボール側には、半径方向内側部
でボール面に当接する第二のテーパ面を形成し前
記肩部の反対側には、前記側壁面に当接する当接
面を形成し、前記舌状部の反対側の半径方向外側
には、前記側壁面から離れるように前記当接面の
内端部より半径方向内側へ斜めに伸びるか或いは
前記当接面に対し僅かな段差を有し、前記当接面
に平行な非接触面を形成し、前記舌状部の反対側
の半径方向内側には、前記当接面に対し大きな段
差を有し、前記当接面に平行な逃がし面とこの逃
がし面に接し、前記非接触面の半径方向内側端部
に至る断面円弧状の円弧面を形成し、前記非接触
面には、底面を前記逃がし面と同一面にする１個
又は１個以上の第一の溝状部を形成し、前記肩部
の円筒状外周面の前記当接面に近傍する端部に堀
り込んだ１個又は１個以上の第二の溝状部を形成
したものである。

（作用） ボデーキヤビテイー内の圧力が異常昇圧すると
この圧力は、ボールのボール面とボールシートの
第一のテーバ面と第二のテーバ面との間に入り、
更に、この圧力は、溝状部を形成した舌状部を押
して変形させ、ボデーの上流側又は下流側の流路
に逃げる。

また、ボールが開より閉に向かつて回転させら
れ、ボールの流路とボデーの流路との連通が絶た
れる直前の状態の場合、流体の圧力が上昇し、こ
の圧力は、ボデーの上流側の側壁面と上流側のボ
ールシートの当接面の間に入り、更に肩部の第二
の溝状部を通つて、ボデーキヤビテイーへ逃げ、
ボデーキヤビテイー内の圧力をボデーの上流側の
流路内の圧力と均圧状態にするので、上流側のボ
ールシートは、ボール側に押される力が殆どなく
なり、ボールシートは、ボデーとボールとの間に
咬み込まれるおそれがない。

（実施例） 図面は、本考案におけるボールバルブの実施例
を示したもので、第１図はボールバルブの縦断面
部図、第２図及び第３図はボールシートの各例を
示した部分断面図、第４図は第３図のボールシー
トの一部を切欠いた斜視図である。

第１図のバルブ開の状態において、ボデー１に
流路２と流路３を形成し、ボデー１内に、上部に
ステム５を装着したボール４を回転自在に設け、
ボール４に形成した貫通穴６で流体を連通させて
いる。

一方、閉止状態にするには、ハンドル７等を用
いてボール４で流路を遮断するようにボール４を
回転させる。

また、ボデー１の内部に、ボールシート８を装
着するための段部９を設け、この段部９の内周壁
面９ａは、流路中心線に平行であり、側壁面９ｂ
は、内周壁面９ａに直角に半径方向内側に伸びて
いる。

図中、Ｃはボデー１、ボール４及びボールシー
ト８によつてボデー１の流路２，３から隔絶され
たボデーキヤビテイーである。

上記したボールシート８は、半径方向内側の舌
状部１０と半径方向外側の肩部１１とから成り、
肩部１１のボール側に、ボール面に当接しない第
一のテーパ面１１ａを形成し、舌状部１０のボー
ル側に、半径方向内側部でボール面に当接する第
二ののテーパ面１０ａを形成する。

また、肩部１１の反対側に、段部９の側壁面９
ｂに当接する当接面１２を形成し、舌状部１０の
反対側の半径方向内側に、当接面１２に対して大
きな段差を有し、当接面１２に平行な逃がし面１
０ｂと、この逃がし面１０ｂに接し、舌状部１０
の反対側に向かう断面円弧状の円弧面１０ｃを形
成する。

更に、舌状部１０の反対側の半径方向外側に、
段部９の側壁面９ａから離れるように当接面１２
の内端部Ａより半径方向内側へ斜めに伸びる非接
触面１３（第２図参照）、又は当接面１２に対し
て僅かな段差を有し、当接面１２に平行な非接触
面１３（第３図、第４図参照）を形成する。

この非接触面１３には、逃がし面１０ｂと同一
面の底面を有する１個又は複数個の第一の溝状部
１４を形成する。

また、肩部１１の円筒状外周面１５の当接面１
２に近接する端部に、第二の溝状部１６を掘り込
んで設ける。

次に上記した実施例の作用について説明する。
第５図ａ，ｂは、バルブを組立てた時のボデー１
ボール４及びボールシート８の関係を示した断面
図で、同図ａを上流側、同図ｂを下流側とし、ボ
ールシート８は、ボデー１とボール４の間で僅か
圧縮されて僅かの変形をしている。これは、ボー
ルシート８がボール４に圧着して、ボール４を支
えるためである。

第５図ａにおいて、ボールシート４の舌状部１
０の第二のテーパ面１０ａの半径方向内側部がボ
ール４により左方に押され、このため、ボールシ
ート８は、同図の矢印で示した方向に僅か回転し
ており、ボールシート８とボデー１の側壁面９ｂ
とは、当接面１２の内端部Ａにおいてのみ接触し
ボールシート８とボデー１の内周壁面９ａとは、
ボールシート８の円筒状外周面１５の当接面１２
の最も近接した部分Ｂにおいてのみ接触している
状態になる。

いま、ボデーキヤビテイーＣ内に圧力が異常に
上昇したとすると、この圧力は、ボール４のボー
ル面４ａとボールシート８の第一のテーパ面１１
ａ及び第二のテーパ面１０ａとの間に入る。この
圧力は、ボールシート８の舌状部１０を破線で示
した矢印の方向に押すことになる。

第６図ａ，ｂは、ボールシート８の断面図であ
り同図ａは、舌状部１０の非接触面１３の第一の
溝状部１４を形成した部分の断面で、同図ｂは、
第一の溝状部のない部分の断面を示している。

この２つの断面から理解できるように、破線で
示した矢印の力を受けると、ｂに比してａの場合
は、舌状部１０の断面が狭く容易に変形できるこ
とになる。

即ち、第５図ａにおける破線で示したように、
舌状部１０の第一の溝状部１４を形成した部分の
舌状部１０が変形し、ボデーキヤビテイーＣの中
の異常に昇圧した圧力は、ボデー１の流路３に逃
げる。若し、この圧力が、流路３に逃げなければ
ボールシートがボデーとボールの間で流路方向に
押し出されて、終には塑性変形を起こして、永久
変形し、バルブの機能を失うことになるが、本例
によると、上記の事態を確実に防止できる。

なお、上記の例は、上流側のボールシートにつ
いて説明したが、上流側の流路の圧力が下流側の
圧力と同じであれば、下流側のボールシート８に
おいても、同様なことが起き得るが、通常は、上
流側の流路の圧力が、下流側の流路の圧力より高
く、従つて、下流側のボール面４ａと下流側のボ
ールシート８の第二のテーパ面１０ａとの間の面
圧が、上流側のそれより高くなつているため、下
流側では、ボデーキヤビテイーの圧力の逃げは起
きず、上流側で起きることになる。

また、上流側流路の圧力が特に高い場合は、こ
の圧力によつて、下流側のボールシートを圧縮し
ボールが下流側に移動し、上流側ボールシートが
ボデーの段部とボールとの間に余裕のある状態で
存在している場合は、上流側流路とボデーキヤビ
テイーが連結されているので、異常昇圧は起きな
い。

次に、第７図ａ，ｂは、第１図の流路中心線を
含む横断面におけるボデー１、ボール４及びボー
ルシート８の関係を示したもので、ボール４が開
より閉に向かつて回転させられており、ボール４
の流路６とボデー１の流路３との連通が絶たれる
直前の状態であり、同図ａは上流側、同図ｂは下
流側を示している。

第７図ａにおいて、ボデー１の流路３からボー
ル４の流路６及びボデーキヤビテイーＣへの流れ
は、図中Ｄの位置において絞られ、流量が少なく
なつている。このため、ボデー１の上流側流路３
における圧力は上昇する。この圧力は、ボデー１
の側壁面９ｂとボールシート８の当接面１２の間
に入りボールシート８を右方に押し出そうとす
る。

この場合、ボールシート８は、その円筒状外周
面１５の当接面１２に最も近接した部分Ｂがボデ
ー１の内周壁面９ａに接触しており、このＢの部
分に第二の溝状部１６を形成したから、圧力が上
昇したボデー１の側壁面９ｂとボールシート８の
当接面１２の間の圧力が、第二の溝状部１６を通
つてボデーキヤビテイーＣに逃げ、ボデーキヤビ
テイーＣ内の圧力をボデー１の上流側の流路３内
の圧力にほぼ等しくなる。

これによつて、ボールシート８が右方に押され
る力が殆んどなくなり、第２の問題である上流側
のボールシートが咬み込む事態を防止できる。

第９図は、本例における第二の溝状部がなく、
上流側の圧力が異常に上昇し、ボールシート８が
右方に押し出され、ボール４の回転を妨げている
状態を示しており、ボール４が更に回転すると、
ボデー１とボール４の間に咬み込んで仕舞うこと
を示している。

なお、第二の溝状部１６は、第２図乃至第５図
及び第７図にしせしたような形状でも良いが、こ
れに限定されることなく、第８図ａ，ｂに示すよ
うに、一層大きな溝状部であつても良い。

更に、溝状部１４及び溝状部１６は、それぞれ
１個設けてもよいが、複数設けると、一層機能を
発揮する。

また、ボールシート８を、第５図ｂ、第７図ｂ
に示したように、下流側シートとして使用した場
合、ボール４に押されて矢印で示した方向に回転
する。

この場合、溝状部１４が設けてある部分を側壁
面９ｂより遠だけて非接触面１３としたから、ボ
ールシート８の当接面１２とボデー１の側壁面９
ｂとの間のシールを、当接面１２の半径方向で最
も内側で確実に行わせるようにしている。

（考案の効果） 以上のことから明らかなように、本考案による
と、１つのボールシートによつて、ボデーキヤビ
テイー内の異常昇圧を防止でき、更に、ボールシ
ートの咬み込み現象をも防止できるものであり、
上流側には、もちろんのこと、下流側にもちいて
も、ボールシート本来の封止性、耐久性何等損な
うおそれがなく、極めて有用なボールシートを提
供することができ、ボールバルブとして実用的価
値は絶大なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は、本考案の各実施例を示し
たもので、第１図は、ボールバルブの縦断面図、
第２図と第３図は、ボールシートの各例を示した
部分断面図、第４図は、第３図におけるボールシ
ートの一部切欠き斜視図、第５図ａ，ｂは、上流
側ボールシートと下流側ボールシートの部分を示
した断面図、第６図ａ，ｂは、ボールシートの部
分断面図、第７図ａ，ｂは、上流側ボールシート
と下流側ボールシートの部分を示した断面図、第
８図ａ，ｂは、ボールシートの第二の溝状部の他
の例を示した部分断面図であり、第９図は、従来
のボールシートの咬み込み現象を示した部分断面
図である。 １……ボデー、２，３……流路、４……ボー
ル、６……貫通穴、８……ボールシート、９……
段部、９ａ……内周壁面、９ｂ……側壁面、Ｃ…
…ボデーキヤビテイー、１０……舌状部、１１…
…肩部、１０ａ……第二のテーパ面、１０ｂ……
逃がし面、１０ｃ……円弧面、１１ａ……第一の
テーパ面、１２……当接面、１３……非接触面、
１４……第一の溝状部、１５……円筒状外周面、
１６……第二の溝状部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内周壁面が流路中心線に平行で側壁面が前記内
   周壁面に直角に半径方向内側に伸びるボールバル
   ブのボデー内部に形成した段部と貫通穴を有する
   ボールとの間に装着するボールシートにおいて、
   前記ボールシートは半径方向外側の肩部と半径方
   向内側の舌状部で構成され、前記肩部のボール側
   には、ボール面に当接しない第一のテーパ面を形
   成し、前記舌状部のボール側には、半径方向内側
   部でボール面に当接する第二のテーパ面を形成
   し、前記肩部の反対側には、前記側壁面に当接す
   る当接面を形成し、前記舌状部の反対側の半径方
   向外側には、前記側壁面から離れるように前記当
   接面の内端部より半径方向内側へ斜めに伸びるか
   或いは前記当接面に対し僅かな段差を有し、前記
   当接面に平行な非接触面を形成し、前記舌状部の
   反対側の半径方向内側には、前記当接面に対し大
   きな段差を有し、前記当接面に平行な逃がし面と
   この逃がし面に接し、前記非接触面の半径方向内
   側端部に至る断面円弧状の円弧面を形成し、前記
   非接触面には、底面を前記逃がし面と同一面にす
   る１個又は１個以上の第一の溝状部を形成し、前
   記肩部の円筒状外周面の前記当接面に近接する端
   部に堀り込んだ１個又は１個以上の第二の溝状部
   を形成したこと特徴とするボールバルブのボール
   シート。