(57)【要約】【課題】ハンドル操作によりボールを回転させた時にボールシートとボールとの共回りが確実に防止され、流体圧によるボールシートの変形が抑制され、組立時におけるボールシートの流通路とバルブボディの流通部の位置合わせが容易であるボール弁を提供すること。【解決手段】入口流路及び出口流路とこれら流路間を連結する内部空間を有するバルブボディと、前記内部空間に配設され、垂直軸回りの回転により前記流路を開閉するボールと、該ボールを垂直軸回りに回転させる操作機構と、該操作機構と前記ボールとを連結するステムと、略円筒状であって側面の対向位置に開口部を有し、前記ボールの周囲を囲むように前記内部空間に配設されたボールシートと、を備えてなるボール弁であって、前記ボールシートの底面には、下方に向けて突出する突起が設けられ、前記バルブボディの内部空間の内底面には、該突起が嵌入される穴が設けられているボール弁とする。【選択図】図１
2008185113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口流路及び出口流路とこれら流路間を連結する内部空間を有するバルブボディと、
前記内部空間に配設され、垂直軸回りの回転により前記流路を開閉するボールと、
該ボールを垂直軸回りに回転させる操作機構と、
該操作機構と前記ボールとを連結するステムと、
略円筒状であって側面の対向位置に開口部を有し、前記ボールの周囲を囲むように前記内部空間に配設されたボールシートと、を備えてなるボール弁であって、
前記ボールシートの底面には、下方に向けて突出する突起が設けられ、
前記バルブボディの内部空間の内底面には、該突起が嵌入される穴が設けられていることを特徴とするボール弁。
【請求項２】
前記突起及び穴が、前記垂直軸中心を挟んで対称位置に設けられた複数の突起及び穴からなることを特徴とする請求項１記載のボール弁。
【請求項３】
前記ボールシートの外周面と、該外周面と当接するバルブボディの内部空間の内側面に溝が形成され、これら溝の間にピンが介在されていることを特徴とする請求項１又は２記載のボール弁。
【請求項４】
前記ボールシートの外周面と、該外周面と当接するバルブボディの内部空間の内側面のうち、いずれか一方の面に周方向に延びる環状溝が形成され、他方の面に該環状溝に嵌合する環状突起が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のボール弁。
【請求項５】
前記ボールシートの外周面と、該外周面と当接するバルブボディの内部空間の内側面のうち、いずれか一方の面が平坦面とされ、他方の面には環状突起が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のボール弁。
【請求項６】
前記環状突起がリング状部材で形成されていることを特徴とする請求項４又は５記載のボール弁。
【請求項７】
前記ボールシートの外周面と、該外周面と当接するバルブボディの内部空間の内側面のうち、いずれか一方の面が平坦面とされ、他方の面には周方向に延びる環状溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のボール弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンドルの回転操作に伴ってボールとボールシートとが共回りすることを防止することが可能なボール弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バルブボディの内部空間に、ステム軸回りの回転により流路を開閉する弁体と、該弁体の周囲を囲むように配設されたボールシートとを備えた構造をもつボール弁が知られている。
このような構造のボール弁は、ハンドルと共にボールを垂直軸回りに回転させたときに、ボールシートがボールと共に回転し、その結果、流路断面積が変化してしまうという問題があった。
【０００３】
ボールとボールシートの共回りを防止するための技術として、例えば、特許文献１及び２の開示技術が存在している。
特許文献１の開示技術では、ボールシートが当接するバルブボディの内表面に粗面化処理（ショットブラスト）を施すことにより、ボールシートの外表面とバルブボディの内表面との間の摩擦抵抗を高めて、共回りを防止している。
特許文献２の開示技術では、ボールシートとバルブボディの表面にスプライン加工を施すことにより、細かな溝を形成して、共回りを防止している。
【０００４】
しかしながら、これら特許文献１及び２のような開示技術は、いずれもボールシートとバルブボディの接触面の抵抗に依存して共回りを防止しようとするものであるから、得られる共回り防止効果は左程大きいものではなく、確実に共回りを防止することはできなかった。
また、粗面化処理やスプライン加工を施すことにより、ボールシートとバルブボディ内表面部のシール性能が悪くなるという問題もあった。
【０００５】
また、上記した従来の構造を有するボール弁は、入口流路側からの流体圧を受けてボールシートが変形し、シート部から流体漏れが起こるという問題や、組立時において、ボールシートの流通路とバルブボディの流通部の位置合わせが困難であるという問題も有している。
しかしながら、特許文献１及び２の開示技術では、これらの問題点を解決することはできなかった。
【０００６】
【特許文献１】特表２００５−５１５３８４号公報
【特許文献２】米国特許第５７３０４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記したような従来のボール弁が抱える問題点を解決すべくなされたものであって、ハンドル操作によりボールを垂直軸回りに回転させたときにボールシートがボールと共に回転することを確実に防止することができ、しかも、流体圧によるボールシートの変形を抑制することができ、更に組立時においてボールシートの流通路とバルブボディの流通部の位置合わせを容易に行うことができるボール弁を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、入口流路及び出口流路とこれら流路間を連結する内部空間を有するバルブボディと、前記内部空間に配設され、垂直軸回りの回転により前記流路を開閉するボールと、該ボールを垂直軸回りに回転させる操作機構と、該操作機構と前記ボールとを連結するステムと、略円筒状であって側面の対向位置に開口部を有し、前記ボールの周囲を囲むように前記内部空間に配設されたボールシートと、を備えてなるボール弁であって、前記ボールシートの底面には、下方に向けて突出する突起が設けられ、前記バルブボディの内部空間の内底面には、該突起が嵌入される穴が設けられていることを特徴とするボール弁に関する。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記突起及び穴が、前記垂直軸中心を挟んで対称位置に設けられた複数の突起及び穴からなることを特徴とする請求項１記載のボール弁に関する。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記ボールシートの外周面と、該外周面と当接するバルブボディの内部空間の内側面に溝が形成され、これら溝の間にピンが介在されていることを特徴とする請求項１又は２記載のボール弁に関する。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記ボールシートの外周面と、該外周面と当接するバルブボディの内部空間の内側面のうち、いずれか一方の面に周方向に延びる環状溝が形成され、他方の面に該環状溝に嵌合する環状突起が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のボール弁に関する。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記ボールシートの外周面と、該外周面と当接するバルブボディの内部空間の内側面のうち、いずれか一方の面が平坦面とされ、他方の面には環状突起が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のボール弁に関する。
【００１３】
請求項６に係る発明は、前記環状突起がリング状部材で形成されていることを特徴とする請求項４又は５記載のボール弁に関する。
【００１４】
請求項７に係る発明は、前記ボールシートの外周面と、該外周面と当接するバルブボディの内部空間の内側面のうち、いずれか一方の面が平坦面とされ、他方の面には周方向に延びる環状溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のボール弁に関する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、ボールシートの底面には、下方に向けて突出する突起が設けられ、バルブボディの内部空間の内底面には、該突起が嵌入される穴が設けられていることにより、ボールを垂直軸回りに回転させたときにボールシートがボールと共に回転することを確実に防止することができ、流路断面積の変化を防いで、長期間に亘って流量が安定したボール弁を得ることが可能となる。
また、入口流路側からの流体圧を受けた際のボールシートの変形を抑制することができ、シート部から流体漏れが起こりにくくなり、ボールシートの耐久性を向上させることが可能となる。
更に、組立時において、ボールシートの底面に設けられた突起と、バルブボディの内底面に設けられた穴とを嵌合させることにより、ボールシートの流通路とバルブボディの流通部とを一致させることができるため、組立時に方向合わせをする必要が無くなり、作業効率を向上させることができ、組立不良も発生しない。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、突起及び穴が、垂直軸中心を挟んで対称位置に設けられた複数の突起及び穴からなるため、共回りの防止効果、ボールシートの変形抑制効果、組立時の位置合わせの容易性向上効果を、更に高めることが可能となる。
【００１７】
請求項３乃至７に係る発明によれば、ボールシートを上方から押さえる押さえネジを締め付けた際に、ボールシートとバルブボディとの接触面で得られるシール面圧を高めることができ、グランド部のシール性能を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係るボール弁の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係るボール弁の正面断面図、図２は本発明に係るボール弁の側面断面図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４は図１の要部拡大図である。
本発明に係るボール弁は、入口流路（１）及び出口流路（２）を有するバルブボディ（３）と、バルブボディ（３）の内部に配設されたボール（４）と、ボール（４）を操作するための操作機構（５）と、操作機構（５）とボール（４）とを連結するステム（６）と、ボール（４）の周囲を囲むように配設されたボールシート（７）とを備えている。
尚、図の見易さのために、図１，２，４ではボール（４）は断面として表していない。
【００１９】
図５は、バルブボディ（３）のみを上から見た平面図である。
バルブボディ（３）は、入口流路（１）と出口流路（２）の間を連結する略円筒状の内部空間（８）を有している。
内部空間（８）には、図１に示すように、ボール（４）及びボールシート（７）が配設されている。また、内部空間（８）の内底面には、図５に示すように穴（３１）が形成されている。
【００２０】
ボール（４）は、略球形状であって、入口流路（１）と出口流路（２）との間の流通路となる水平方向の貫通孔（４１）を有している。
ボール（４）は、垂直軸回りに回転することにより、入口流路（１）と出口流路（２）の間の流通を許容又は遮断して流路を開閉する。すなわち、ボール（４）に形成された貫通孔（４１）が入口流路（１）及び出口流路（２）と重なったときには流路が開状態となり、重なっていないときには流路が閉状態となる。
【００２１】
ボール（４）の上部には棒状のステム（６）が一体的に設けられている。
ステム（６）は、下端部がボール（４）の上面に一体化されており、上端部には操作機構（ハンドル）（５）が連結されている。
これにより、操作機構（５）を回転させると、ステム（６）と共にボール（４）が垂直軸回りに回転し、流路の開閉が行われるようになる。
尚、ステム（６）とボール（４）とは、１つの部材から構成しても良いし、ステム（４）とボール（６）を夫々別部材とし、これら２つの部材を結合することにより構成しても良い。
【００２２】
図６は、本発明に係るボール弁を構成するボール（４）及びステム（６）とボールシート（７）を抽出して示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。
ボールシート（７）は、合成樹脂材料から形成されており、より具体的には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、超高分子量ポリエチレン等から形成されることが好ましい。
【００２３】
ボールシート（７）は、上下が開放された略円筒状の部材であって、側面の対向位置に円形の開口部（９）を有している。
開口部（９）は、周方向に９０°間隔で４箇所に設けられているが、そのうちの２箇所は円板（１０）により塞がれている（図３参照）。
円板（１０）により塞がれる開口部（９）の数はボール弁のポートの数により決まり、図示例のボール弁はポートが２つのものであり、４箇所の開口部のうち２箇所のみが使用されるため、使用されない２箇所の開口部が円板（１０）により塞がれている。
【００２４】
円板（１０）により塞がれていない残りの２箇所の開口部（９）には、リング状のリテーナ（１１）が内嵌されている。
円板（１０）及びリテーナ（１１）は、例えばステンレス鋼のような金属材料から形成されており、ボールシート（７）の変形を抑制するための補強材としての機能を有している。
【００２５】
ボールシート（７）の上部には、リング状の押さえ部材（１２）とバネ（１３）と押さえネジ（１４）とが、下から上にこの順番に配設されており、これらの部材の中心をステム（６）が貫いている。
バネ（１３）は、その付勢力によって、押さえ部材（１２）を介してボールシート（７）を上方から押圧している。
押さえネジ（１４）はバルブボディ（３）に対して螺着されており、この押さえネジ（１４）の位置を上下方向に調節することにより、バネ（１３）の長さを変化させてその付勢力を調節することができる。
【００２６】
ボールシート（７）の底面には下方に向けて突出する突起（７１）が設けられており（図６参照）、バルブボディ（３）の内部空間の内底面には、該突起（７１）が嵌入される穴（３１）が設けられている（図５参照）。
突起（７１）は、ボールシート（７）と一体に形成されたものであってもよいし、ボールシート（７）と別部材のピン等であってもよい。図示例は一体に形成した例を示している。別部材とする場合には、ボールシート（７）の底面に穴を設けて、この穴にピン等の別部材を嵌合させればよい。
【００２７】
これら突起（７１）及び穴（３１）は、主に以下の３つの機能を発揮する。
第一の機能は、ボールシートの共回り防止機能である。
具体的には、操作機構（５）を回転操作してボール（４）を垂直軸回りに回転させた時に、穴（３１）に嵌合された突起（７１）が回り止めとなり、ボールシート（７）がボール（４）と共に回転することを確実に防止することができる。これにより、流路断面積の変化が防がれて、長期間に亘って流量が安定したボール弁を得ることが可能となる。
【００２８】
第二の機能は、ボールシートの変形抑制機能である、
具体的には、流路が開放されて入口流路側から流体圧を受けた時に、穴（３１）に嵌合された突起（７１）がその圧力を受けることにより、ボールシート側面部の負荷が軽減され、ボールシートの変形を抑制することができる。これにより、シート部からの流体漏れが起こりにくくなり、ボールシートの耐久性を向上させることが可能となる。
【００２９】
第三の機能は、ボールシートとバルブボディの組立容易化機能である。
具体的には、組立時において、ボールシートの底面に設けられた突起（７１）と、バルブボディの内底面に設けられた穴（３１）とを嵌合させることにより、ボールシートの流通路とバルブボディの流通部とを一致させることができるため、組立時に方向合わせをする必要が無くなり、作業効率を向上させることができ、組立不良も発生しない。
【００３０】
本発明において、突起（７１）及び穴（３１）の数は特に限定されないが、上記した３つの機能をバランス良く並立して発揮させるためには、図示のように、垂直軸中心を挟んで対称な位置に２つ設けることが好ましい。
【００３１】
図７は、図１の一部拡大図である。
本発明においては、ボールシート（７）の外周面と、該外周面と当接するバルブボディ（３）の内部空間（８）の内側面のうち、いずれか一方の面に周方向に延びる環状溝を形成し、他方の面に該環状溝に嵌合する環状突起を形成することが好ましい。
図７（ａ）は、バルブボディ（３）の内部空間（８）の内側面に環状溝（３２）を形成し、ボールシート（７）の外周面に環状突起（７２）を形成した例を示しており、図７（ｂ）は、ボールシート（７）の外周面に環状溝（７３）を形成し、バルブボディ（３）の内部空間（８）の内側面に環状突起（３３）を形成した例を示している。
【００３２】
環状溝（３２，７３）及び環状突起（３３，７２）の本数は、１本であっても２本以上であってもよく特に限定されないが、図示例の如く複数本設けることが好ましい。また、断面形状についても、Ｖ字状や台形状などの様々な形状を採用することができ、特に限定されない。
また、環状突起（３３，７２）は、ボールシート（７）又はバルブボディ（３）と一体に設けてもよいし、ボールシート（７）又はバルブボディ（３）とは別体のリング状部材として設けてもよい。
【００３３】
このような環状溝と環状突起を形成することによって、ボールシート（７）を上方から押さえる押さえネジ（１４）を締め付けた際に、ボールシート（７）とバルブボディ（３）との接触面で得られるシール面圧を高めることができ、グランド部のシール性能を向上させることが可能となる。
【００３４】
また、図示しないが、本発明では、ボールシート（７）の外周面とバルブボディ（３）の内部空間の内側面の両方に溝を形成し、これら溝の間を埋めるようにピンを介在させる構成を採用することもできる。
【００３５】
更に、ボールシート（７）の外周面と、該外周面と当接するバルブボディ（３）の内部空間（８）の内側面のうち、いずれか一方の面を平坦面とし、他方の面には環状突起を形成する構成を採用することもできる。
かかる構成を採用する場合、環状突起はボールシート（７）又はバルブボディ（３）と一体に設けてもよいし、ボールシート（７）又はバルブボディ（３）とは別体のリング状部材として設けてもよい。
【００３６】
また、ボールシート（７）の外周面と、該外周面と当接するバルブボディ（３）の内部空間（８）の内側面のうち、いずれか一方の面を平坦面とし、他方の面には周方向に延びる環状溝を形成する構成を採用することもできる。
【００３７】
これらの構成を採用した場合においても、図７に示した構成を採用した場合と同様に、押さえネジ（１４）を締め付けた際に、ボールシート（７）とバルブボディ（３）との接触面で得られるシール面圧を高めることができ、グランド部のシール性能を向上させることが可能となるという効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、流体の流通を許容及び遮断するためのボール弁として利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るボール弁の正面断面図である。
【図２】本発明に係るボール弁の側面断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１の要部拡大図である。
【図５】バルブボディのみを上から見た平面図である。
【図６】本発明に係るボール弁を構成するボール及びステムとボールシートを抽出して示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。
【図７】図１の一部拡大図である。
【符号の説明】
【００４０】
１      入口流路
２      出口流路
３      バルブボディ
３１    穴
３２    環状溝
３３    環状突起
４      ボール
５      操作機構
６      ステム
７      ボールシート
７１    突起
７２    環状突起
７３    環状溝
８      内部空間
【図１】
2008185113.tif 000003
【図２】
2008185113.tif 000004
【図３】
2008185113.tif 000005
【図４】
2008185113.tif 000006
【図５】
2008185113.tif 000007
【図６】
2008185113.tif 000008
【図７】
2008185113.tif 000009