JPH11118047A - ボールバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配管接続の際の方向性がなく配管施工性にす
ぐれるとともに流体制御精度を向上でき、かつ、ボール
の真球度を上げるための仕上げ加工を容易に施すことが
できるボールバルブを提供すること。 【解決手段】 弁箱１１の入口側流路１１Ａと出口側流
路１１Ｂの間に、流過孔１３を有するボール１２と、こ
のボールの両開口側にそれぞれ接触するシール部材１
６，１７とが装着され、操作用ハンドル１８とボール１
２とが弁棒１８Ａを介して連結されているボールバルブ
１０において、ボール１２の流過孔の流入側および流出
側の開口がともに扇形とされ、この両扇形開口１４，１
５がともに流路方向に対して左右非対称であるととも
に、弁棒１８Ａの軸芯に対して回転対称とされ、流入側
開口と流出側開口の間の流過孔１３の底部が下方に開口
され、この開口部１９の軸芯が弁棒１８Ａの軸芯と同芯
とされているボールバルブ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボールバルブに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のボールバルブとして、たとえば実
公平３−２９６５６号公報や実開平４−６２９６９号公
報において、弁箱の入口流路と出口流路の間に、流過孔
を有するボールと、このボールの両開口側にそれぞれ接
触するシール部材とを装着し、電動アクチュエータとボ
ールとを弁棒を介して連結し、ボールの流過孔の流入側
の開口を円形とし、流出側の開口を扇形としたものが記
載されている。

【０００３】このボールバルブによれば、ボールを９０
度回動することで弁の全開ないし全閉操作ができ、仕切
バルブのようにハンドルを数回ないし数十回転も回す必
要がなく、開閉操作を迅速かつ簡易に行える。また、扇
形開口の尖端部で交わる２辺を開口中心線方向に膨出し
た凸状カーブとすることにより、流量特性をイコールパ
ーセント特性（弁開度と同じ増加分に対して流量の増加
割合が等しいもの）とし、さらに、上記２辺を開口中心
線に対して扇状カーブとすることにより流量特性をリニ
ア特性（弁開度に正比例して流量を変化させるもの）と
する（特開昭５５−１０７１６５号公報）ことができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ボ
ールバルブにおいては、ボールの流入側の開口が円形で
あり、一方、流出側の開口が扇形であるがために、配管
接続の際の方向性が拘束され、配管施工性が悪くなると
いう問題が生じてくる。つまり、上記改良前のボールバ
ルブでは、ボールの流入側および流出側の開口はともに
円形であるので、配管接続の際どちらを流入側あるいは
流出側にしても何ら使用上の問題は生じない。これに対
して、ボールの流入側および流出側の開口が異なってい
る場合、逆方向に配管接続すると、流量特性に障害を生
じることになる。

【０００５】また、ボールの流入側の開口と流出側の開
口とが異なった形状であることにより、ボールと当接す
る両ボールシートの受圧が流入側と流出側とで異なり、
この結果、特に流出側のボールシートの耐久性が低下
し、上記改良前のボールバルブに比べて、やや頻繁にボ
ールシートを新しいものと交換しなければならず、維持
管理の費用が増大するという問題があった。なお、一般
的に使用されているボールシートはポリテトラフルオロ
エチレン樹脂製のものであり、高価なものである。

【０００６】上記問題はボールの流入側および流出側の
開口をともに扇形とすれば解決できるわけであるが、逆
につぎのような問題が新たに生じてくる。ところで、ボ
ールの真球度を上げるため、通常はボールの外面を仕上
げ切削加工している。上記従来の流入側の開口が円形で
あるボールの場合は、たとえば加工用旋盤の回転軸の一
端を円形の開口内に嵌合固定し、回転させながら切削バ
イトにて、ボールの外面を切削して球面の仕上げ加工を
行える。しかしながら、流入側および流出側の開口がと
もに扇形の場合は、加工用旋盤の回転軸の一端を扇形開
口内に嵌合固定することは不可能であり、ボール外面に
仕上げ加工を施すことが困難となる。

【０００７】また、ボールの流過孔の流入側および流出
側の両扇形開口をともに流路方向に対して左右非対称と
するとともに、この両扇形開口を弁棒の軸芯に対して回
転対称とする場合、流過孔の流入側と流出側との間に堰
ができることになり、この部分にて流路が縮径されると
いう問題が生じる。

【０００８】本発明の目的は、配管接続の際の方向性が
なく配管施工性にすぐれるとともに流体制御精度を向上
でき、かつ、ボールの真球度を上げるための仕上げ加工
を容易に施すことができるボールバルブを提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、弁箱の入口側流路と出口側流路の間に、流過孔を有
するボールと、このボールの両開口側にそれぞれ接触す
るシール部材とが装着され、操作部とボールとが弁棒を
介して連結されているボールバルブにおいて、前記ボー
ルの流過孔の流入側および流出側の開口がともに扇形と
され、この両扇形開口がともに流路方向に対して左右非
対称であるとともに、この両扇形開口が弁棒の軸芯に対
して回転対称とされ、流入側開口と流出側開口の間の流
過孔の底部が下方に開口され、この開口部の軸芯が弁棒
の軸芯と同芯とされているものである。

【００１０】請求項２記載の本発明は、請求項１記載の
ボールバルブにおいて、バルブ全閉時には、両扇形開口
の尖端部が入口流路および出口流路直近の流入側および
流出側シール部材による第１のシール領域に設定される
とともに、バルブ全開時には、両扇形開口の尖端部が入
口流路および出口流路を横切って流入側および流出側シ
ール部材による第２のシール領域に侵入するように設定
されているものである。

【００１１】請求項３記載の本発明は、請求項１または
２記載のボールバルブにおいて、ボールの流過孔がその
内方に向けて凸状をなすバルブ内流路を有しているもの
である。

【００１２】（作用）請求項１記載の本発明において
は、ボールの流過孔の流入側および流出側の開口がとも
に扇形とされ、この両扇形開口がともに流路方向に対し
て左右非対称であるとともに、この両扇形開口が弁棒の
軸芯に対して回転対称とされているので、配管接続の際
の方向性がなく配管施工性にすぐれており、しかも、流
体制御精度が向上する。

【００１３】また、流入側開口と流入側開口の間の流過
孔の底部が下方に開口され、この開口部の軸芯が弁棒の
軸芯と同芯とされているので、この開口部に加工用旋盤
の回転軸の一端を嵌合固定することで、生産性よくボー
ル外面に仕上げ加工を施すことができる。

【００１４】請求項２記載の本発明においては、バルブ
全閉時には、両扇形開口の尖端部が入口流路および出口
流路直近の流入側および流出側シール部材による第１の
シール領域に設定され、かつ、バルブ全開時には、両扇
形開口の尖端部が入口流路および出口流路を横切って流
入側および流出側シール部材による第２のシール領域に
侵入するように設定されているので、両扇形開口が入口
流路および出口流路につながるボールの有効回動角度範
囲が比較的大きく、操作部による流体制御帯域が広くな
る。そして、扇形開口の形状により上記流量の制御帯域
が広がるので、操作部の分解能まで影響が及ばず、流量
制御の精度が向上する。

【００１５】請求項３記載の本発明においては、ボール
の流過孔がその内方に向けて凸状をなすバルブ内流路を
有しているので、弁全開側の弁内流速が大流速となる側
で、弁内流路からの流れのはくりに基づく乱れの発生を
抑制するなどにより、バルブ容量係数（Ｃｖ値）を上
げ、大流量を確保できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のボールバルブの実
施形態を図面により説明する。図１はボールバルブの第
１実施例を示す模式断面図、図２は図１の右側面図、図
３は図１の左側面図、図４は図２対応のボールの正面
図、図５は図３対応のボールの正面図、図６は図４のＸ
−Ｘ断面図、図７は図４のＹ−Ｙ断面図、図８は図６の
Ｚ−Ｚ断面図、図９は図１のボールバルブの開閉状態を
示す説明図である。

【００１７】ボールバルブ１０は図１に示すように、弁
箱１１の入口流路１１Ａと出口流路１１Ｂの間に、流過
孔１３を有するボール１２と、このボール１２の両開口
１４、１５側にそれぞれ接触するシール部材１６，１７
が装着されている。そして、操作用ハンドル１８とボー
ル１２が弁棒１８Ａを介して連結されている。なお、２
０はボール押さえである。そして、図２〜図５に示すよ
うに、ボール１２の流過孔１３の流入側の開口１４が扇
形開口とされ、流出側の開口１５も流入側の扇形開口１
４と同一形状の扇形開口とされている。ボールバルブ１
０は硬質塩化ビニル樹脂製のものである。

【００１８】両扇形開口１４，１５は、図４および図５
から明らかなように、ともに流路方向に対して左右非対
称であり、しかも、図７から明らかなように、弁棒１８
Ａの軸芯に対して回転対称とされている。流入側の扇形
開口１４と流出側の扇形開口１５の間の流過孔１３の底
部には、円形の開口部１９が下方に開口され、この開口
部１９を通じて流過孔１３は弁室１Ｃと連通している。
開口部１９の軸芯は弁棒の１８Ａの軸芯と同芯とされて
いる。

【００１９】ボールバルブ１０は、ボール１２の流過孔
１３が、扇形開口１４と扇側開口１５とをテーパ状流路
面１３Ａにより滑らかにつなぐ弁内流路が形成され、こ
の弁内流路は流過孔１３の内方に向けて凸状をなす流路
面とされている。

【００２０】ボール１２は、図６〜図８に示すように、
ボール１２の流過孔１３の流入側の開口として、扇形開
口１４の他に、この扇形開口１４とボール１２の回動周
方向に隔離した孔状の補助開口１４Ｃを有している。こ
の補助開口１４Ｃは、図９に示すように、扇形開口１４
の尖端部１４Ａが第１のシール領域を通過する弁開き始
め時に、入口流路１１Ａを流過孔１３に連通させる。そ
して、扇形開口１４は、弁開き始め経過後に、入口流路
１１Ａを流過孔１３に連通させる。

【００２１】そして、ボールバルブ１０は、弁全閉時に
は、図９（イ）に示すように、扇形開口１５の尖端部
（延長部）１５Ａが出口流路１１Ｂの直近の流出側シー
ル部材１７による第１のシール領域１７Ａに位置するよ
うに設定されている。また、扇形開口１４の尖端部（延
長部）１４Ａが入口流路１１Ａの直近の流入側シール部
材１６による第１のシール領域１６Ａに位置するように
設定されている。

【００２２】一方、弁全開時には、図９（ニ）に示すよ
うに、扇形開口１５の尖端部１５Ａが出口流路１１Ｂを
横切って流出側シール部材１７による第２のシール領域
１７Ｂに侵入し、かつ扇形開口１５の大端部１５Ｂは出
口流路１１Ｂに侵入することなく、この出口流路１１Ｂ
の周縁部に合致し、ボール１２の回動周方向における出
口流路１１Ｂの全範囲に扇形開口１５が広く開口して位
置するように設定されている。

【００２３】また、扇形開口１４の尖端部１４Ａが入口
流路１１Ａを横切って流入側シール部材１６による第２
のシール領域１６Ｂに侵入し、かつ扇形開口１４の大端
部１４Ｂは入口流路１１Ａに侵入することなく、この入
口流路１１Ａの周縁部に合致し、ボール１２の回動周方
向における入口流路１１Ａの全範囲に扇形開口１４が広
く開口して位置するように設定されている。

【００２４】以下、上記第１実施例の作用について説明
する。弁全閉時に、扇形開口１５の尖端部１５Ａが出口
流路直近の流出側シール部材１７による第１のシール領
域１７Ａに、また、扇形開口１４の尖端部１４Ａが入口
流路直近の流入側シール部材１６による第１のシール領
域１６Ａに設定されている。したがって、操作部１８に
よる弁の開操作後、扇形開口１５の尖端部１５Ａがシー
ル部材１７を通過して出口流路１１Ｂに到達するまでの
遊動範囲が短く、流体の流れ始めが早い。

【００２５】ボール弁１０にあっては、弁開き始め側
で、流出側の扇形開口１５の尖端部１５Ａが出口流路１
１Ｂに連通する小流量側において、流入側の扇形開口１
４の尖端部５２Ａが入口流路１１Ａに連通する。また、
弁全開側で、流出側の扇形開口１５の大端部１５Ｂが出
口流路１１Ｂの周縁部に合致して出口流路１１Ｂの全範
囲に扇形開口１５を広く開口せしめる大流量側におい
て、流入側の扇形開口１４の大端部１４Ｂが入口流路１
１Ａの周縁部に合致して入口流路１１Ａの全範囲に扇形
開口１４を広く開口せしめる。

【００２６】弁全開時に、扇形開口１５の尖端部１５Ａ
が出口流路１１Ｂを横切って流出側シール部材１７によ
る第２のシール領域１７Ｂに、また、扇形開口１４の尖
端部１４Ａが入口流路１１Ａを横切って流入側シール部
材１６による第２のシール領域１６Ｂに侵入するように
設定されているので、扇形開口１５が出口流路１１Ｂに
つながるボール１２の有効回動角度範囲が比較的大き
く、操作用ハンドル１８による流体制御帯域が広くな
る。

【００２７】扇形開口１５の形状により流量の制御帯域
を広げるものであるから、操作用ハンドル１８の分解能
まで影響を及ぼすことがなく、流量の制御精度が向上す
る。また、扇形開口１４と扇形開口１５との間の流過孔
１３の流路内面がテーパ状流路面１３Ａにより滑らかに
つながっているので、弁の流路抵抗が小さくなる。

【００２８】扇形開口１５の尖端部１５Ａで交わる２辺
ａ、ｂが開口の中心線方向に膨出した凸状カーブとされ
ているので、流量特性をイコールパーセント特性（弁開
度と同じ増加分に対して流量の増加割合が等しいもの）
を有するものとなる。

【００２９】円形の開口部１９の軸芯が弁棒の１８Ａの
軸芯と同芯となっているので、この開口部１９に加工用
旋盤の回転軸の一端を嵌合固定してボール外面の仕上げ
加工を行える。

【００３０】以上、本発明の実施形態を図面により詳述
したが、本発明の具体的な構成はこの実施形態に限られ
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
変更などがあっても本発明に含まれる。弁室１１Ｃの液
溜りを防止するために、ボール１２の扇形開口１４側ま
たは扇形開口１５側に孔状あるいはスリット状の連通路
を設けてもよい。このようにすれば、半導体分野などの
純水・超純水配管路の流体制御などに好適に使用でき
る。

【００３１】また、扇形開口１５の尖端部１５Ａで交わ
る２辺ａ，ｂを、開口中心線に対して凹状カーブとして
もよい。このように凹状カーブとすれば、弁開度に正比
例して流量が変化するリニア流量特性を有するものとす
ることができる。

【００３２】さらに、上記実施例においては、弁棒５３
Ａを介してボール５１に操作用ハンドル５３を連結した
が、この操作用ハンドルに代えて電動アクチュエータと
してもよい。

【００３３】

【発明の効果】請求項１記載の本発明においては、ボー
ルの流過孔の両扇形開口がともに流路方向に対して左右
非対称であり、かつ、この両扇形開口が弁棒の軸芯に対
して回転対称となっているので、配管接続の際の方向性
がなく配管施工性にすぐれており、しかも、流体制御精
度が向上する。

【００３４】また、両扇形開口の間の流過孔の底部に開
口された開口部の軸芯が弁棒の軸芯と同芯となっている
ので、この開口部に加工用旋盤の回転軸の一端を嵌合固
定することで、生産性よくボール外面に仕上げ加工を施
すことができる。

【００３５】請求項２記載の本発明においては、バルブ
全閉時には、両扇形開口の尖端部が入口流路および出口
流路直近の流入側および流出側シール部材による第１の
シール領域に設定されるとともに、バルブ全開時には、
両扇形開口の尖端部が入口流路および出口流路を横切っ
て流入側および流出側シール部材による第２のシール領
域に侵入するように設定されているので、扇形開口が出
口流路につながるボールの有効回動角度範囲が比較的大
きく、操作部による流体制御帯域が広い。

【００３６】請求項３記載の本発明においては、ボール
の流過孔がその内方に向けて凸状をなすバルブ内流路を
有しているので、弁全開側の弁内流速が大流速となる側
で、弁内流路からの流れのはくりに基づく乱れの発生を
抑制する等により、バルブ容量係数（Ｃｖ値）を上げ、
大流量を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す模式断面図である。

【図２】図１の右側面図である。

【図３】図１の左側面図である。

【図４】図２対応のボールの正面図である。

【図５】図３対応のボールの正面図である。

【図６】図４のＸ−Ｘ断面図である。

【図７】図４のＹ−Ｙ断面図である。

【図８】図６のＺ−Ｚ断面図である。

【図９】図１のボールバルブの開閉状態を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１０ ボールバルブ １１ 弁箱 １１Ａ 入口流路 １１Ｂ 出口流路 １１Ｃ 弁室 １２ ボール １３ 流過孔 １４，１５ 扇形開口 １４Ｃ 補助開口 １４Ａ，１５Ａ 尖端部 １６，１７ シール部材 １６Ａ，１７Ａ 第１のシール領域 １６Ｂ，１７Ｂ 第２のシール領域 １８ 操作用ハンドル １８Ａ 弁棒

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁箱の入口側流路と出口側流路の間に、
   流過孔を有するボールと、このボールの両開口側にそれ
   ぞれ接触するシール部材とが装着され、操作部とボール
   とが弁棒を介して連結されているボールバルブにおい
   て、 前記ボールの流過孔の流入側および流出側の開口がとも
   に扇形とされ、この両扇形開口がともに流路方向に対し
   て左右非対称であるとともに、この両扇形開口が弁棒の
   軸芯に対して回転対称とされ、流入側開口と流出側開口
   の間の流過孔の底部が下方に開口され、この開口部の軸
   芯が弁棒の軸芯と同芯とされていることを特徴とするボ
   ールバルブ。
2. 【請求項２】 弁全閉時には、両扇形開口の尖端部が入
   口流路および出口流路直近の流入側および流出側シール
   部材による第１のシール領域に設定されるとともに、弁
   全開時には、両扇形開口の尖端部が入口流路および出口
   流路を横切って流入側および流出側シール部材による第
   ２のシール領域に侵入するように設定されている請求項
   １記載のボールバルブ。
3. 【請求項３】 ボールの流過孔がその内方に向けて凸状
   をなす弁内流路を有している請求項１または２記載のボ
   ールバルブ。