(57)【要約】【課題】高い耐久性を持ち、かつコンパクトなボールバルブを提供すること。【解決手段】  アクチュエータによりボール弁体７を回転させることにより、バルブの開閉を行うものであって、ボディ３とボール弁体７との間にリング状のボールシート４及びＯリング５を有するボールバルブ１であって、ボールシート４がボール弁体７と接触する片持ち梁部４１を有すること、Ｏリング５が弾性変形することにより、片持ち梁部４１をボール弁体７に押圧する。【選択図】  図４
2010001964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータによりボール弁体を回転させることにより、バルブの開閉を行うものであって、ボディと該ボール弁体との間にリング状のボールシート及びＯリングを有するボールバルブにおいて、
前記ボールシートが前記ボール弁体と接触する片持ち梁部を有すること、
前記Ｏリングが弾性変形することにより、前記片持ち梁部を前記ボール弁体に押圧すること、
を特徴とするボールバルブ。
【請求項２】
請求項１のボールバルブにおいて、
前記ボールシートの前記片持ち梁部の先端部に凸部を設けること、または、前記片持ち梁部の先端部に対応する前記ボディに凸部を設けること、
を特徴とするボールバルブ。
【請求項３】
アクチュエータによりボール弁体を回転させることにより、バルブの開閉を行うものであって、ボディと該ボール弁体との間にリング状のボールシート及びＯリングを有するボールバルブにおいて、
前記ボールシートが第１片持ち梁部及び第２片持ち梁部を有すること、
前記第１片持ち梁部を前記ボール弁体に押圧する弾性変形した第１Ｏリングと、前記第２片持ち梁部を前記ボール弁体に押圧する弾性変形した第２Ｏリングとを有すること、
を特徴とするボールバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータによりボール弁体を回転させることにより、バルブの開閉又は流れ方向を変えるボール弁であり、ボディと該ボール弁体との間にリング状のボールシート及びＯリングが用いられているボールバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、下記に記載されるボールバルブの構造がある。
従来技術であるボールバルブ１１０の構造を図９に示す。
ボールバルブ１１０は、流路を有するバルブボディ１１１と、ボール弁体１０３を制御するシリンダ１１２とから構成されている。バルブボディ１１１内には、ボール弁体１０３が配置され、ボール弁体１０３が、シリンダ１１２内に有する図示しないアクチュエータにより、９０度回転されることにより、流路の開閉を行う。
図９のボールバルブ１１０のうち、ボール弁体１０３、ボディ１０４の三角溝、ボールシート１０１、及びＯリング１０２を拡大したものを図８に示す。
図８に示すように、ボディ１０４の三角溝とボール弁体１０３の間にボールシート１０１とＯリング１０２がある。Ｏリング１０２は三角溝とボールシート１０１に挟まれ、三角溝の角方向に押された形で設置されている。
ボールシート１０１は、Ｏリング１０２から生じる押圧力１０２ｂにより、ボール弁体１０３に押圧された状態にある。ボールシート１０１がボール弁体１０３に押圧されていることにより、初期時、ボール弁体１０３とボディ１０４の間から流体の内部漏れが発生しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のボールバルブには、以下の問題があった。
ボールシート１０１とボール弁体１０３が接する面から垂直の場所にＯリング１０２がないため、Ｏリング１０２の押圧力１０２ａを効率よくボールシート１０１がボール弁体１０３を押圧する押圧力１０２ｂへと伝達することができなかった。なぜなら、Ｏリングから生じた押圧力は、垂直方向へ最も強く生じるのに対して従来のボールバルブでは、ボールシート１０１とボール弁体１０３が接する面の垂直方向にＯリング１０２が無いからである。
Ｏリング１０２の押圧力１０２ａを押圧力１０２ｂへと効率的に伝達することができないため、Ｏリング１０２は、押圧力１０２ｂに必要な押圧力よりも強い押圧力を必要とした。Ｏリング１０２の反力に基づく押圧力は、大きく変形しているほどその経時的劣化は早く、Ｏリング１０２は漏れが発生しないだけの必要な押圧力１０２ｂを発生させることができなくなるため、Ｏリング１０２を早期に交換する必要があるという問題が生じていた。
また、ボールシート１０１はボールシートの接面が大きいため、ボール弁体１０３の動作により摩耗し、漏れが発生しやすい問題が生じていた。
【０００４】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、高い耐久性を持ち、かつコンパクトなボールバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係るボールバルブは以下の構成を有する。
（１）アクチュエータによりボール弁体を回転させることにより、バルブの開閉を行うものであって、ボディと該ボール弁体との間にリング状のボールシート及びＯリングを有するボールバルブであって、ボールシートがボール弁体と接触する片持ち梁部を有すること、Ｏリングが弾性変形することにより、片持ち梁部を前記ボール弁体に押圧すること、を特徴とする。
（２）（１）のボールバルブにおいて、前記ボールシートの前記片持ち梁部の先端部に凸部を設けること、または、前記片持ち梁部の先端部に対応する前記ボディに凸部を設けること、を特徴とする。
（３）アクチュエータによりボール弁体を回転させることにより、バルブの開閉を行うものであって、ボディと該ボール弁体との間にリング状のボールシート及びＯリングを有するボールバルブであって、ボールシートが第１片持ち梁部及び第２片持ち梁部を有すること、第１片持ち梁部をボール弁体に押圧する弾性変形した第１Ｏリングと、第２片持ち梁部をボール弁体に押圧する弾性変形した第２Ｏリングとを有すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
（１）本発明では、片持ち梁部を設けて、ボールシートの一部を押圧することにより、Ｏリングの位置をボールシートとボール弁体とが当接するシールポイント側にずらすことにより、Ｏリングの押圧力を直接シールポイントに伝えることができる。そのため、Ｏリングの押圧力を効率的にシールポイントに伝えることができ、従来と比較してＯリングの押圧力は半分程度よいため、同じ押圧力のＯリングを使用すれば、Ｏリングを従来と比べ約２倍程度長く使用することができる。
また、片持ち梁部自体も、弾性変形しているため、それ自体の弾性変形力も、押圧力と同じ方向に作用する。
したがって、Ｏリングの押圧力を効率よくボールシートへ伝達することができるため、Ｏリングを長期使用することができる。
【０００７】
（２）本発明者らが、片持ち梁部を設けて実験を重ねたところ、弾性変形しているＯリングが、ボールシートの外側に飛び出す問題があることを発見した。従来のように、ボールシート全体をボール弁体に対してＯリングが押圧しているときには、Ｏリングに作用する反力がバランスしているため、Ｏリングがボールシートの外側に飛び出すことがなかった。しかし、片持ち梁部では、ボール弁体の口元がボールシートを介してＯリングをしごくことによりボールシートの外側に飛び出すと考えられる。本発明では、前記片持ち梁部の先端部に対応する前記ボディに凸部を設けているので、凸部によりＯリングが外側に飛び出すことを防止することができる。
（３）シールする箇所が２箇所となるため、シール性を向上させることができるため、ボールシートをボール弁体に確実に押圧することができる。
また、Ｏリングの押圧力を効率よくボールシートへ伝達することができるため、Ｏリングを長期使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１実施形態の説明を行う。
本発明に係るボールバルブの第１実施形態について図面を参照して説明する。
図１にボールバルブ１の正面図のうちバルブボディ３を説明するため断面図とした図を示す。図２は図１のＡ−Ａ断面図を示す。図３は、バルブボディ３の分解斜視図を示す。
図１に示すように、ボールバルブ１は、シリンダ２とバルブボディ３から構成されている。
バルブボディ３は、図３に示すように、外形はバルブボディ本体８とバルブキャップ６により構成されている。バルブボディ本体８とバルブキャップ６の間には、ボールバルブ１の開閉を行うボール弁体７を中心に、左右にリング状のボールシート４Ａ、４Ｂ、及び、Ｏリング５Ａ、５Ｂが構成されている。ボールシート４Ａ、４Ｂは、ボール弁体７とバルブボディ本体８の間を流体が漏れることを防止するため取付けられている。Ｏリング５Ａ、５Ｂは、ボールシート４Ａ、４Ｂをボール弁体７に押し当てて流体が漏れないようにするために取付けられている。バルブボディ本体８とバルブキャップ６との接合部にはパッキン１７が取付けられている。バルブポディ本体８には流路８ｂが形成されている。バルブキャップ６には、流路６ａが形成されている。
ボール弁体７には、その中心に流体が流れる流路７ｂが形成されている。ボール弁体７の球面の壁面を壁面７ｃという。
バルブボディ本体８のシリンダ２との接合面には、シャフト孔８ａ及びネジ孔８ｃが形成されている。シャフト孔８ａには、９０度回転可能なシャフト９が挿入されている。シャフト９を挿入した際のシャフト孔８ａとの隙間には、流体の漏れを防止するためのＯリング１０がある。シャフト９の下方先端部にはボール接合部９ａがあり、ボール弁体７のシャフト接合部７ａと嵌合している。シャフト９の上方先端部にはピニオン接合部９ｃがあり、シリンダ２内にあるピニオン１６と嵌合している。
【０００９】
図４に、本願発明の特徴的部分を示す。図４は、図１のボールシート４Ａ、Ｏリング５Ａ、バルブボディ本体８、及びボール弁体７を特徴的に抜き出した図を示す。
バルブボディ本体８は、２つの当接面８１、８２を有している。
ボールシート４Ａの形状は、面４２２、面４１１、面４３、及び面４１３、４２１を延長した面からできる略五角形の形状をしている。面４１３を延長した面と面４１１とからなる角度Ｍは、本実施例においては約５０度である。ボールシート４Ａは、略五角形から、略台形形状が切欠けられた形状をしている。切欠けられた略台形形状は、底面が面４２３の長さであり、上面が長さＬである。長さＬよりも面４２３の長さが長いため、面４２３に向かうにつれ切欠き幅は広くなる。長さＬは、本実施例においては約１ｍｍである。面４１２を延長し、当接面８１と結んでできる角度Ｎは、本実施例においては約３０度である。
【００１０】
面４２１、４２２は、当接面８１、８２と当接する。面４２１、４２２、及び面４２３に囲まれた部分を支柱４２Ａとする。支柱４２Ａは当接面８１、８２に当接しているため固定された状態にある。面４２３はＯリング５Ａと当接している。
面４１１、４１２、４１３に囲まれた部分を片持ち梁部４１Ａとする。片持ち梁部４１Ａの面４１１は、ボール弁体７と当接している。面４１１とボール弁体７が当接している当接面から垂直方向にＯリング５Ａが取付けられている。面４１２は、Ｏリング５Ａと当接している。片持ち梁部４１Ａはボール弁体７に押し当てられた状態であるため、内側に押し込まれた状態で形成されている。そのため、片持ち梁部４１Ａ自体が弾性変形力を持ち、ボール弁体７を押す押圧力を有する。
Ｏリング５Ａは、三方を、バルブボディ本体８の当接面８１、片持ち梁部４１Ａの面４１２、及び支柱４２Ａの面４２３に囲まれた状態にある。
【００１１】
図２に示すように、シリンダ２はシリンダボディ１２とシリンダキャップ１１とにより外形が形成されている。シリンダ２の内部は、中心にピニオン１６が回転自在に取付けられ、ピニオン１６に嵌合するように、その両側にラック１４Ａ、１４Ｂが直線運動可能に取付けられている。ラック１４Ａ、１４Ｂには、Ｏリング１３が付着され流体の漏れを防止している。また、ラック１４Ａ、１４Ｂは、図示しないアクチュエータに接合されている。
【００１２】
次に、第１実施形態に係る本発明の作用について説明する。
ボールバルブ１は、ボール弁体７の回転により、流路が開いた状態と、閉じた状態とに分けられる。第１に、流路が閉じた状態を図１に基づいて説明する。
図１に示す状態にあるとき、例えば流路８ｂ側から、流体が流されている時、ボール弁体７の壁面７ｃに流路をさえぎられているため、流体は流路６ａ側に流れることはできない。
ボール弁体７の壁面７ｃに流路をさえぎられた流体は、ボール弁体７の壁面７ｃとバルブボディ本体８の間を通って流路６ａ側に流れようとする。しかし、ボール弁体７の壁面７ｃとバルブボディ本体８の間には、ボールシート４Ａ及びＯリング５Ａがあることにより、流体が流れることはできない。すなわち、ボール弁体７の壁面７ｃを沿って流れようとする流体は、Ｏリング５Ａが片持ち梁部４１Ａを押圧し、片持ち梁部４１Ａの面４１１がボール弁体７の壁面７ｃと接触しているため、流れることができない。また、Ｏリング５Ａ側からは、Ｏリング５Ａがシールしていることにより流体が流れることができない。
【００１３】
本発明の特徴部分の作用であるボールシート及びＯリングのシール特性について、従来技術である図８と本発明である図５とを比較して説明していく。
片持ち梁部４１Ａを形成することによる特性について説明する。
始めに図８を用いて従来技術を説明する。図８では、実験結果により得たＯリング１０２から生じる押圧力を矢印１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄで表した。
Ｏリング１０２から直接生じる押圧力１０２ａが、ボールシート１０１を押圧し、押圧力１０２ｂが生じボール弁体１０３を押圧する。
図８に示す従来技術は、後述する本発明の第１の片持ち梁部４１Ａを形成していない。
図８に示す従来技術においては、ボールシート１０１とボール弁体１０３が接する面から垂直の場所にＯリング１０２がない。そのため、Ｏリング１０２の押圧力１０２ａを効率よく伝達することができない。なぜなら、Ｏリングから生じた押圧力は、垂直方向へ最もよく伝達されるからである。
例えば、ボールシート１０１をボール弁体１０３に押し付ける押圧力１０２ｂに対して、Ｏリング１０２がボールシート１０１を押す押圧力１０２ａは、押圧力１０２ｂの力よりも強い力で押圧しなければならない。
Ｏリング１０２の反力に基づく押圧力は、大きく変形しているほどその経時的劣化は早く、Ｏリング１０２は漏れが発生しないだけの必要な押圧力１０２ｂを発生させることができなくなるため、Ｏリング１０２を早期に交換する必要が生じていた。
【００１４】
次に、図５を用いて本発明の実施例について説明する。図５では、実験結果により得たＯリング５Ａから生じる押圧力を、矢印５１，５２，５３，５４で表した図を示す。
Ｏリング５Ａが片持ち梁部４１Ａを押圧する押圧力５１は、片持ち梁部４１Ａを押圧し、片持ち梁部４１Ａが押圧力５１を受け、ボール弁体７の壁面７ｃを押圧する。壁面７ｃへと押圧される押圧力を押圧力５２で示す。
図５に示す本発明においては、ボールシート４Ａのうちボール弁体７と接する面から垂直の場所には、Ｏリング５Ａが配置されている。本実施例においては、片持ち梁部４１Ａを設けることにより、Ｏリング５Ａの位置をボールシート４Ａとボール弁体７とが当接するシールポイント側にずらすことにより、Ｏリング５Ａをボールシート４Ａとボール弁体７とが接する面の垂直方向に位置させることができた。
【００１５】
Ｏリング５Ａから生じた押圧力５１は、垂直方向へ最も良く伝達される。そのため、本実施例においては、Ｏリング５Ａがボールシート４Ａとボール弁体７とが接する面の垂直方向に位置させているため、Ｏリング５Ａがボールシート４Ａを押す押圧力５１は、押圧力５２へと効率よく伝達することができる。したがって、Ｏリングが同じ押圧力を生じさせれば、従来では、ボールシート１０１とボール弁体１０３の接面に対して、半分程度しかＯリング１０２の押圧力を伝えられなかったのに対して、本実施例においては、ほぼ同じ押圧力を、ボールシート４Ａとボール弁体７の接面に対して伝達させることができる。
よって、本実施例においては、従来と同じ押圧力を有するＯリングを使用した場合、Ｏリング５Ａが経時的劣化により押圧力５１が減少したとしても、ボール弁体７とボールシート４が当接するのに必要な押圧力が少なくて済むため、継続してＯリング５Ａを使用し続けることができる。そのためＯリング５Ａを早期に交換する必要はなく、シール性を長期間維持できる。
【００１６】
片持ち梁部４１Ａはボール弁体７に押し当てられた状態であるため、内側に押し込まれた状態でボール弁体７に当接している。片持ち梁部４１Ａが内側に押し込まれていることにより片持ち梁部４１Ａ自体が弾性変形力を有し、弾性変形力によりボール弁体７を押圧する。そのため、従来技術と比較して、片持ち梁部４１Ａ自体も押圧力を有する点で、ボール弁体７を強く押圧することができる。
また、流路８ｂから流入した流体は、片持ち梁部４１Ａの面４１２と面４２３により形成された切欠き部分に流入する。流体が切欠き部分に流入すると片持ち梁部４１Ａを持ち上げ、さらに片持ち梁部４１Ａがボール弁体７に押圧されシール性がさらに高まる。
図１に示されたボールバルブ１に流体が流路８ｂに流れ込むとボール弁体７を流路６ａ側に押し込む。ボール弁体７が流路６ａ側に押し込むと、ボールシート４Ｂの片持ち梁部４１Ｂがさらに、内側に押し込まれる。内側に片持ち梁部４１Ｂが押し込まれることにより、シール性はさらに高まる。
【００１７】
第２に、流路が開いた状態について説明する。
図２に図示されないアクチュエータにより、ラック１４Ａ、１４Ｂを外方向へと移動させる。ラック１４Ａ、１４Ｂを外方向へ移動させることより、ピニオン１６に左向きの回転運動が与えられる。ピニオン１６が左に回転すると、ピニオン１６に嵌合されているシャフト９、シャフト９に嵌合されているボール弁体７が左に９０度回転をする。
ボール弁体７が９０度回転することにより、ボール弁体７の流路７ｂが流路６ａ、流路８ｂと一直線になるため、流路８ｂから流れてくる流体が流路７ｂを通り流路６ａへと流れる。流体がボール弁体７の流路７ｂを通過する際にも、ボール弁体７の壁面７ｃに沿って流体が流れることがあるが、Ｏリング５Ａが片持ち梁部４１Ａを押圧し、片持ち梁部４１Ａの外側部４１１がボール弁体７の壁面７ｃと接触しているため、流体の漏れを防止できる。
【００１８】
Ｏリング５Ａの押圧力を効率よくボール弁体７に伝えることができるため、シール性能・耐久性が向上する。また、シール性能・耐久性向上のための構成物品の増加がないため、安価にできるという経済的効果がある。
また、ボール弁体７の負荷トルクが安定しているため、小型アクチュエータが使用でき、バルブの小型化又は低パイロット圧力化に貢献できる。
また、構成がシンプルのため、組立て性・メンテナンス性がよい。
【００１９】
図６に示すように、ボールシート４Ａの片持ち梁部４１Ａの先端部に対応するボディに凸部８ｄを設けることにより、Ｏリング５Ａの外側への飛び出しを防止することができる。
すなわち、従来の図８のように、ボールシート１０１全体をボール弁体１０３に対してＯリング１０２が押圧しているときには、Ｏリング１０２に作用する反力がバランスしているため、Ｏリング１０２がボールシート１０１の外側に飛び出すことがなかった。
しかし、図４のような、片持ち梁部４１Ａでは、ボール弁体７の口元がボールシート４Ａを介してＯリング５Ａをしごくことにより、Ｏリング５Ａがボールシート４Ａの外側に飛び出すと考えられる。本発明では、片持ち梁部４１Ａの先端部に対応するボディに凸部８ｃを設けているので、凸部８ｃによりＯリング５Ａが外側に飛び出すことを防止することができる。
Ｏリング５Ａの飛び出しを防止するためには、凸部を片持ち梁部４１Ａに設けることによっても同様の効果を得ることができる。
【００２０】
第２実施形態の説明を行う。
本発明に係るボールバルブの第２実施形態について図７を参照して説明する。
ボールシート部分の形状は、第１実施形態と同様であるから、図７に示す部分以外の形態の説明は省略する。
ボールシート５０はＴ字形状をしており、第１片持ち梁部５０ａ、第２片持ち梁部５０ｂ、及び支持部５０ｃから構成されている。
片持ち梁部５０ａは、ボール弁体５４と第１Ｏリング５１Ａとにはさまれた状態にある。また、片持ち梁部５０ｂは、ボール弁体５４と第２Ｏリング５１Ｂとにはさまれた状態にある。支柱５０ｃは、バルブボディ５３の角５３Ａに定設されている。
【００２１】
次に第２実施形態の作用を説明する。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、ボール弁体５４とバルブボディ５３の隙間を流体が流出することを防止する必要がある。
第２実施形態では、ボール弁体５４とバルブボディ５３との間に、ボールシート５０、第１Ｏリング５１Ａ及び第２Ｏリング５１Ｂがあることにより、流体が流れることはできない。すなわち、ボール弁体５４の壁面５４ｃを沿って流れようとする流体は、第１Ｏリング５１Ａが片持ち梁部５０ａを押圧し、片持ち梁部５０ａがボール弁体５４の壁面５４ｃと接触しているため、流れることができない。さらに、第２実施形態においては、第２Ｏリング５１Ｂが片持ち梁部５０ｂを押圧し、片持ち梁部５０ｂがボール弁体５４の壁面５４ｃと接触するため、流れることができない。
第２実施形態は、シールする箇所が２箇所となるため、シール性を向上させることができる。
また、Ｏリング５１Ａ、５１Ｂの押圧力を効率よくボールシート５０へ伝達することができるため、Ｏリング５１Ａ、５１Ｂを長期使用することができる。
【００２２】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、Ｏリングの硬度・材料を変更することにより、押圧力を変えることができるとともに、様々流体に対応できる。
また、Ｏリングを特殊形状品に変更すること、又はボールシートの構造状の変更により、面圧分布を自由に調整できる。
また、ボールシートの材料をＰＴＦＥなどに変更することにより、耐摩耗性がよくなり、さらに耐久性を向上することができる。
また、ボールバルブ構造は、９０度正逆回転のみではなく、一方向回転ボールバルブでもよい。
また、アクチュエータはエアオペレイト式のみではなく、電動式駆動でもよい。
また、ボールシートの一部を押圧する弾性体は、Ｏリングのみではなく皿バネ等でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ボールバルブ１の正面図のうちバルブボディ３を説明するため断面図とした図を示す。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図を示す。
【図３】バルブボディ３の分解斜視図を示す。
【図４】図１のボールシート４Ａ、Ｏリング５Ａ、バルブボディ本体８、及びボール弁体７を抜き出した図を示す。
【図５】実験結果により得たＯリング５Ａから生じる押圧力を、ボールシート４Ａ、Ｏリング５Ａ、バルブボディ本体８、及びボール弁体７を抜き出した図に加えたものを示す。
【図６】ボールシート４Ａの片持ち梁部４１Ａの先端部に対応するボディに凸部８ｃを設けた図を示す。
【図７】第２実施形態を示した図を示す。
【図８】図８のボールバルブ１１０のうち、ボール弁体１０３、ボディ１０４の三角溝、ボールシート１０１、及びＯリング１０２を抜き出した図を示す。
【図９】従来技術であるボールバルブ１１０の正面図のうちバルブボディ３を説明するため断面図とした図を示す。
【符号の説明】
【００２４】
１      ボールバルブ
２      シリンダ
３      バルブボディ
４Ａ、４Ｂ  バルブシート
５Ａ、５Ｂ  Ｏリング
６      バルブキャップ
７      ボール弁体
８      バルブボディ本体
【図１】
2010001964.tif 000003
【図２】
2010001964.tif 000004
【図３】
2010001964.tif 000005
【図４】
2010001964.tif 000006
【図５】
2010001964.tif 000007
【図６】
2010001964.tif 000008
【図７】
2010001964.tif 000009
【図８】
2010001964.tif 000010
【図９】
2010001964.tif 000011