(57)【要約】【課題】弁体が全開状態においても、流路抵抗を少なくできる偏芯弁を提供する。【解決手段】バルブ本体１０の流体通路１３内に配置され、シールリング５０と密着して流体通路を閉塞する通路閉塞位置と流体通路を開放する通路開放位置との間を、中心軸Ｌに対して偏芯した上部ステム２１を中心として回動される弁体６０を備える。弁体は、通路閉塞位置において、中心軸Ｌ上の弁体中心点Ｏを中心として略球状に形成された球状シール面６２を有し、弁体が通路閉塞位置に位置された状態において、上部ステム２１は、中心軸に対して直交する軸線に沿って通路閉塞位置から通路開放位置への回動方向とは反対側に偏芯量αだけ離れた位置で、かつ、弁体中心点Ｏに対して中心軸Ｌに沿ってシールリングとは反対側に偏芯量βだけ離れた位置でバルブ本体に支持されている。偏芯量αと偏芯量βとが等しい距離に設定されている。【選択図】図２
2014084880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に沿って形成された流体流入口および流体流出口、これら流体流入口および流体流出口の間に前記中心軸に沿って形成された流体通路を有するバルブ本体と、
前記流体流入口および流体流出口の一方に、前記中心軸を中心として環状に設けられた環状弁座と、
前記バルブ本体の前記流体通路内に配置され、前記環状弁座と密着して前記流体通路を閉塞する通路閉塞位置と前記流体通路を開放する通路開放位置との間を、前記中心軸に対して偏芯した回転軸を中心として回動される弁体とを備え、
前記弁体は、前記通路閉塞位置において、前記中心軸上の弁体中心点を中心として略球状に形成された球状シール面を有する偏芯弁であって、
前記弁体が通路閉塞位置に位置された状態において、前記回転軸は、前記中心軸に対して直交する軸線に沿って前記通路閉塞位置から通路開放位置への回動方向とは反対側に偏芯量αだけ離れた位置で、かつ、前記弁体中心点に対して前記中心軸に沿って前記環状弁座とは反対側に偏芯量βだけ離れた位置で前記バルブ本体に支持され、
前記偏芯量αと前記偏芯量βとが等しい距離に設定されている、ことを特徴とする偏芯弁。
【請求項２】
請求項１に記載の偏芯弁において、
前記弁体は、前記弁体中心点を中心とした略球状に形成されるとともに、弁体中心点を通る貫通孔およびこの貫通孔の開口端面の間に前記球状シール面を有し、前記貫通孔は、前記流体流入口および流体流出口の内径と略同じ内径に形成されている、ことを特徴とする偏芯弁。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の偏芯弁において、
前記環状弁座は、断面が多角形に形成され、その多角形のうちの一つの辺が前記弁体の球状シール面に密着して流体通路を閉塞するよう構成されている、ことを特徴とする偏芯弁。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の偏芯弁において、
前記環状弁座は、断面が円形に形成され、その円形の一部の円弧面が前記弁体の球状シール面に密着して流体通路を閉塞するよう構成されている、ことを特徴とする偏芯弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏芯弁に関する。詳しくは、略球状に形成された球状シール面を有する弁体を、流体流入口および流体流出口の中心軸に対して偏芯した位置を中心に回転させて、弁の開閉を行わせるようにした偏芯弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、半導体製造設備や液晶製造設備などにおいて、バルクガス（窒素、アルゴン、水素、酸素、ヘリウムなど）やクリーンドライエア（ＣＤＡ）などの流体を制御するために、ボールバルブが用いられている。
【０００３】
ボールバルブのなかには、特許文献１に示された構造のものが知られている。
これは、中心軸に沿って形成された流体流入口および流体流出口、これら流体流入口および流体流出口の間に中心軸に沿って形成された流体通路を有するバルブ本体と、流体流入口および流体流出口の一方に、中心軸を中心として環状に設けられた環状弁座と、バルブ本体の流体通路内に配置され、環状弁座に密着して流体通路を閉塞する通路閉塞位置と流体通路を開放する通路開放位置との間を、中心軸に対して偏芯した回転軸を中心として回動される弁体とを備える。弁体は、通路閉塞位置において、中心軸上の弁体中心点を中心に略球状に形成された球状シール面を有する。
【０００４】
このような構造のため、つまり、弁体を中心軸に対して偏芯した回転軸を中心として回動させる構造としたため、弁体は通路閉塞位置に至るまで環状弁座と接触することがなく、通路閉塞位置において初めて環状弁座と接触するため、環状弁座の摩耗を少なくできるうえ、通路閉塞位置において、弁体の球状シール面が環状弁座を押し付けるため、環状弁座に対して増し締め効果が働くなどの利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２１０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の構造では、弁体の回転軸が流体流入口および流体流出口の中心軸に対して偏芯した位置、すなわち、中心軸と直交する方向へ偏芯した構造であるため、弁体が全開位置まで回転されると、弁体の偏芯量分、弁体が流体流入口および流体流出口を連通する通路内に位置した状態となるため、流体抵抗となりやすい。
【０００７】
例えば、図９（Ａ）に示すように、中心軸Ｌに沿って流体流入口１２および流体流出口４２を有するバルブ本体１０の流体流出口４２にシールリング５０を中心軸Ｌを中心として環状に設けるとともに、バルブ本体１０内に、弁体６０を、シールリング５０と密着して流体通路１３を閉塞する通路閉塞位置（弁体６０が図９（Ａ）の位置）と流体通路１３を開放する通路開放位置（弁体６０が図９（Ｂ）の位置）との間を、回転軸８１を中心として回転可能に設ける。また、弁体６０には、通路閉塞位置において、中心軸Ｌ上の弁体中心点Ｏを中心として半径ｒで略球状に形成された球状シール面６２を有する形状とする。
このような構造において、弁体６０の回転軸８１を中心軸Ｌに対して直交する方向へ偏芯量αだけ偏芯させると、全開状態では図９（Ｂ）のように、弁体６０の貫通孔６１が流体流入口１２および流体流出口４２に対してずれた状態となるため、流動抵抗となりやすい。
【０００８】
本発明の目的は、このような従来の課題を解消し、弁体が全開状態においても、流路抵抗を少なくできる偏芯弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の偏芯弁は、中心軸に沿って形成された流体流入口および流体流出口、これら流体流入口および流体流出口の間に前記中心軸に沿って形成された流体通路を有するバルブ本体と、前記流体流入口および流体流出口の一方に、前記中心軸を中心として環状に設けられた環状弁座と、前記バルブ本体の前記流体通路内に配置され、前記環状弁座と密着して前記流体通路を閉塞する通路閉塞位置と前記流体通路を開放する通路開放位置との間を、前記中心軸に対して偏芯した回転軸を中心として回動される弁体とを備え、前記弁体は、前記通路閉塞位置において、前記中心軸上の弁体中心点を中心として略球状に形成された球状シール面を有する偏芯弁であって、前記弁体が通路閉塞位置に位置された状態において、前記回転軸は、前記中心軸に対して直交する軸線に沿って前記通路閉塞位置から通路開放位置への回動方向とは反対側に偏芯量αだけ離れた位置で、かつ、前記弁体中心点に対して前記中心軸に沿って前記環状弁座とは反対側に偏芯量βだけ離れた位置で前記バルブ本体に支持され、前記偏芯量αと前記偏芯量βとが等しい距離に設定されている、ことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、弁体が回転される回転軸が、中心軸に対して直交する軸線に沿って通路閉塞位置から通路開放位置への回動方向とは反対側に偏芯量αだけ偏芯した位置で、かつ、弁体中心点に対して中心軸に沿って環状弁座とは反対側に偏芯量βだけ偏芯した位置でバルブ本体に支持され、偏芯量αと偏芯量βとが等しい距離に設定されているから、弁体が全開状態においても、流体流入口と流体流出口とを接続する通路内において弁体が流動抵抗となる要因を低減できる。従って、流体の流動を精度よく制御することができる。
【００１１】
本発明の偏芯弁において、前記弁体は、前記弁体中心点を中心とした略球状に形成されるとともに、弁体中心点を通る貫通孔およびこの貫通孔の開口端面の間に前記球状シール面を有し、前記貫通孔は、前記流体流入口および流体流出口の径と略同じ内径に形成されている、ことが好ましい。
この発明によれば、弁体には弁体中心点を通る貫通孔およびこの貫通孔の開口端面の間に球状シール面が形成され、この貫通孔の内径が流体流入口および流体流出口の径と略同じ内径に形成されているから、弁体が通路開放位置まで回動されると、弁体の貫通孔が流体流入口と流体流出口に対して略連続した状態になる。そのため、流体は、流体流入口から貫通孔を通って流体流出口へ流れるから、流体抵抗となる要因が少なく、流体を精度よく制御できる。
【００１２】
本発明の偏芯弁において、前記環状弁座は、断面が多角形に形成され、その多角形のうちの一つの辺が前記弁体の球状シール面に密着して流体通路を閉塞するよう構成されている、ことが好ましい。
この発明によれば、環状弁座の断面多角形のうちの一つの辺が弁体の球状シール面に密着して流体通路を閉塞するよう構成されているから、密封性を高めることができる。
【００１３】
本発明の偏芯弁において、前記環状弁座は、断面が円形に形成され、その円形の一部の円弧面が前記弁体の球状シール面に密着して流体通路を閉塞するよう構成されている、ことが好ましい。
この発明によれば、環状弁座の円形のうち、一部の円弧面が弁体の球状シール面に密着して流体通路を閉塞するよう構成されているから、同様に、密封性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る偏芯弁の実施形態を示す縦断面図。
【図２】同上実施形態の水平断面図。
【図３】同上実施形態において弁体が全閉状態から約１５度回転した状態を示す図。
【図４】同上実施形態において弁体が全閉状態から約３０度回転した状態を示す図。
【図５】同上実施形態において弁体が全閉状態から約４５度回転した状態を示す図。
【図６】同上実施形態において弁体が全閉状態から約９０度回転した状態を示す図。
【図７】同上実施形態の効果を確認するために偏芯量を変えた比較例を示す図。
【図８】本発明の他の実施形態を示す断面図。
【図９】従来の偏芯弁の問題点を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態は、本発明の偏芯弁をボールバルブに適用した例である。
＜ボールバルブの構成＞
図１は、本実施形態に係るボールバルブを示す縦断面図、図２は、同ボールバルブの水平断面図である。
本実施形態に係るボールバルブは、バルブ本体１０と、このバルブ本体１０内に回動可能に設けられた弁体６０と、この弁体６０を回動させて流体の流通を制御する切替機構７０とから構成されている。
【００１６】
バルブ本体１０は、円筒形状の弁箱１１と、この弁箱１１の一端開口に嵌合された蓋体と、この蓋体４１の四隅を弁箱１１に締結するボルト・ナット４６とから構成されている。
弁箱１１には、内部の中心軸Ｌに沿って流体流入口１２およびこれより内径が大きい流体通路１３が連続して形成されている。流体流入口１２側の端部にはフランジ１４が一体的に形成されている。また、流体通路１３の上部壁１５には立上部１６が一体的に形成されている。立上部１６の中心にはステム挿入孔１７が貫通形成されているとともに、立上部１６の外周に雄ねじ部１８が形成されている。
【００１７】
ステム挿入孔１７には、上部ステム２１が２枚のスラストワッシャ２２，２３およびＯリング２４を介して挿入され、雄ねじ部１８に螺合された袋ナット２５によって抜け止めされている。上部ステム２１には、断面円形の弁体挿入軸部２６と、断面矩形の弁体係合部２７と、断面矩形のハンドル係合部２８と、雄ねじ部２９とがそれぞれ形成されている。
また、上部ステム２１と同軸上において、流体通路１３の下部壁１９には下部ステム３１が２枚のスラストワッシャ３２，３３を介して支持されている。
【００１８】
蓋体４１には、内部の中心軸Ｌに沿って、流体流入口１２と同じ内径の流体流出口４２が形成されている。流体流出口４２側の端部にはフランジ４３が一体的に形成されている。また、蓋体４１の内面側において、流体流出口４２の外周縁には四角溝状のシールリング収納溝４４が中心軸Ｌを中心として環状に形成され、このシールリング収納溝４４内に環状弁座としてのシールリング５０が収納されている。
シールリング５０は、フッ素ゴムによって断面が多角形、ここでは、四角形の１つの角部を斜めにカットした五角形に形成されている。そして、多角形のうちの一つの辺（斜めにカットした面）が、流体通路１３内に臨むように取り付けられている。つまり、弁体６０に密着して流体通路１３を閉塞するよう構成されている。
【００１９】
弁体６０は、中心軸Ｌ上に位置する弁体中心点Ｏを中心とした略球状に形成されるとともに、弁体中心点Ｏを通る貫通孔６１を有し、更に、貫通孔６１の開口端面６１Ａ，６１Ｂの間に弁体中心点Ｏを中心とした半径ｒ（ｒ＝約２０ｍｍ）の球状シール面６２を有する。貫通孔６１は、流体通路を形成するもので、流体流入口１２および流体流出口４２の内径と略同じ内径（約２２ｍｍ）に形成されている。
また、弁体６０の上部壁には、上部ステム２１の弁体挿入軸部２６が嵌合する孔部６３と、弁体係合部２７が係合する凹溝状の係合溝部６４とが形成されている。また、弁体６０の下部壁には、下部ステム３１が嵌合する孔部６５が形成されている。
従って、弁体６０の孔部６３および係合溝部６４に上部ステム２１の弁体挿入軸部２６および弁体係合部２７が係合され、また、弁体６０の孔部６５に下部ステム３１が嵌合された状態において、上部ステム２１が回動されると、弁体６０も一緒に回動される。本実施形態では、弁体６０は、流体通路１３を閉塞する通路閉塞位置（図２の位置）と、流体通路１３を開放する通路開放位置（図２の位置から９０度回動した図６の位置）との間で回動可能に構成されている。
【００２０】
ここで、上部ステム２１および下部ステム３１は、図２に示すように、弁体６０が通路閉塞位置に位置された状態において、中心軸Ｌに対して直交する軸線に沿って通路閉塞位置から通路開放位置への回動方向（弁体６０の回動方向）とは反対側に偏芯量αだけ偏芯した位置で、かつ、弁体中心点Ｏに対して中心軸Ｌに沿ってシールリング５０とは反対側に偏芯量βだけ偏芯した位置で、バルブ本体１０に支持されている。また、偏芯量αと偏芯量βとは、等しい距離（α＝β＝３ｍｍ）に設定されている。
【００２１】
切替機構７０は、上部ステム２１を回動させるハンドル７１によって構成されている。つまり、上部ステム２１のハンドル係合部２８にハンドル７１が差し込み係合されたのち、雄ねじ部２９にナット７２が螺合されることにより、ハンドル７１が上部ステム２１と一体化される。
ハンドル７１は、上部ステム２１のハンドル係合部２８に差し込み係合される係合部７３と、この係合部７３から斜め上方へ延長された傾斜部７４と、この傾斜部７４から水平に延長された握部７５とを備える。
【００２２】
＜ボールバルブの動作＞
いま、図２に状態、つまり、弁体６０が通路閉塞位置に位置し、球状シール面６２がシールリング５０に密着した全閉状態において、ハンドル７１を左方向（図２において反時計方向）へ回転させると、これと一体の上部ステム２１が回動される。すると、上部ステム２１の回動に伴って弁体６０も回動される。
弁体６０が僅か（約１５度）回動すると、図３に示すように、弁体６０の球状シール面６２がシールリング５０から離れる。更に、弁体６０が約３０度、４５度、９０度回動すると、弁体６０は図４、図５、図６のように回動される。
【００２３】
図６に示す全開状態（弁体６０が通路開放位置に回動された状態）では、弁体６０の貫通孔６１の中心が、流体流入口１２および流体流出口４２の中心軸Ｌに略一致し、かつ、貫通孔６１の内径も流体流入口１２および流体流出口４２の内径に略一致している状態となるため、これら流体流入口１２、貫通孔６１および流体流出口４２を流れる流体に対して抵抗となる部分が少なくなる。従って、流体が蛇行して流れることが少ないため、流体の円滑な制御が期待できる。
【００２４】
ちなみに、図７（Ａ）に示すように、弁体６０の回転軸、つまり、上部ステム２１および下部ステム３１の偏芯量α、偏芯量βを異なる値（α＝３ｍｍ、β＝１ｍｍ）にすると、全開状態では図７（Ｂ）のように、弁体６０の貫通孔６１が流体流入口１２および流体流出口４２に対して偏芯方向へずれてしまうため、本実施形態のように、偏芯量α、偏芯量βを同じ値にした方が好ましいことがわかる。
【００２５】
また、ボールバルブを全開状態から全閉状態にするには、上記と逆の動作を行う。すると、弁体６０は、図６、図５、図４、図３、図２にように回動される。
このとき、弁体６０は、全閉状態、つまり通路閉塞位置に至るまでシールリング５０と接触することがなく、通路閉塞位置において初めてシールリング５０と接触するため、シールリング５０の摩耗を少なくできる。また、通路閉塞位置において、弁体６０の球状シール面６２がシールリング５０を押し付けるため、シールリング５０に対して増し締め効果が働く利点がある。
【００２６】
＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、弁体６０が回転される上部ステム２１および下部ステム３１が、中心軸Ｌに対して直交する軸線に沿って通路閉塞位置から通路開放位置への回動方向とは反対側に偏芯量αだけ偏芯した位置で、かつ、弁体中心点Ｏに対して中心軸Ｌに沿ってシールリング５０とは反対側に偏芯量βだけ偏芯した位置で、バルブ本体１０に支持され、偏芯量αと偏芯量βとが等しい距離に設定されているから、弁体６０が全開状態においても、流体流入口１２と流体流出口４２とを接続する通路１３内において、弁体６０が流動抵抗となる要因を低減することができる。
【００２７】
また、弁体６０には弁体中心点Ｏを通る貫通孔６１およびこの貫通孔６１の開口端面６１Ａ，６１Ｂの間に球状シール面６２が形成され、貫通孔６１の内径が流体流入口１２および流体流出口４２の内径と略同じ内径に形成されているから、弁体６０が通路開放位置まで回転されると、弁体６０の貫通孔６１が流体流入口１２と流体流出口４２に対して略連続した状態になる。そのため、流体は、流体流入口１２から貫通孔６１を通って流体流出口４２へ流れるから、流体抵抗となることがなく、流体を円滑に制御できる。
【００２８】
更に、シールリング５０を断面五角形とし、その断面五角形のうちの一つの辺が弁体６０の球状シール面６２に密着して流体通路１３を閉塞するよう構成されているから、密封性を高めることができる。
【００２９】
＜変形例＞
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、シールリング５０を断面五角形のものを用いたが、これに限られない。例えば、図８に示すように、断面円形のシールリング５０であってもよい。この場合、その円形の一部の円弧面がシールリング収納溝４４より露出するように形成し、弁体６０の球状シール面６２に密着して流体通路１３を閉塞するよう構成する。
なお、シールリング５０を収納するシールリング収納溝４４も開口よりも奥に行くに従って幅が広くなった蟻溝状にすれば、シールリング５０を押し込んで収納するだけで、シールリング５０が抜け出るのを防止できる利点がある。
【００３０】
前記実施形態では、弁体６０を略球状としたが、少なくとも一部に球面を持った球状シール面６２を有していれば、球状でなくてもよい。つまり、図２において、弁体６０の右側の球状シール面６２を有していれば、左側の球状部についてはなくてもよい。この場合、右側の球状シール面６２からアームを設け、このアームの基端を弁体中心点Ｏでバルブ本体１０に回動可能に支持すればよい。
【００３１】
前記実施形態では、シールリング５０を流体流出口４２側に配置したが、シールリング５０は流体流入口１２側に配置するようにしてもよい。また、シールリング５０については、フッ素ゴムに限らず、他の材料であってもよい。例えば、金属や樹脂など、あるいは、これらの材料を積層した複合材料を用いてもよい。
【００３２】
前記実施形態では、弁体６０に対して上部ステム２１および下部ステム３１を別体として構成し、上部ステム２１および下部ステム３１を弁体６０に対して係合させるように構成したが、弁体６０に対して上部ステム２１および下部ステム３１を一体的に構成し、これら上部ステム２１および下部ステム３１をバルブ本体１０に対して回動可能に支持するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、半導体製造設備や液晶製造設備などにおいて、バルクガスやクリーンドライエアー（ＣＤＡ）などの流体を制御するために用いられるボールバルブに利用できるほか、食品製造設備などにおいて、液体などの流量を制御する弁、更には、一般の弁に利用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１０…バルブ本体、
１２…流体流入口、
１３…流体流出口、
２１…上部ステム（回転軸）、
３１…下部ステム（回転軸）、
５０…シールリング（環状弁座）、
６０…弁体、
６１…貫通孔、
６１Ａ，６１Ｂ…開口端面、
６２…球状シール面、
Ｌ…中心軸、
Ｏ…弁体中心点、
α…偏芯量、
β…偏芯量。
【図１】
2014084880.tif 000003
【図２】
2014084880.tif 000004
【図３】
2014084880.tif 000005
【図４】
2014084880.tif 000006
【図５】
2014084880.tif 000007
【図６】
2014084880.tif 000008
【図７】
2014084880.tif 000009
【図８】
2014084880.tif 000010
【図９】
2014084880.tif 000011