(57)【要約】【課題】流体差圧の変動によるシートリングのプラグへの押圧力の増大を軽減することができ、操作トルクを小さく、シートリングの摩耗を減少させ、耐久性能の優れたバルブを提供する。【解決手段】弁本体３３の流路中心軸線３４からプラグ３５とシートリング５０との接触部Ａまでの距離ａとすると、流路中心軸線３４から第１の保持部材５１の薄肉部５１Ａの外周面までの距離ｂ1 を距離ａと略等しくする。ここで、流体差圧Ｐによってシートリング５０がプラグ３５に押し付けられる際の受圧面積Ｓ1 は、（ｂ1 2 −ａ12）×πで表されるが、ｂ1 とａは略等しいため、Ｓ1 は略ゼロとなる。したがって、流路中心軸線３４から第１の保持部材５１とＯリング５４との接触部Ｂまでの距離ｂ1 が距離ａより大きい従来のバルブに比べて、流体差圧の変動によってシートリング５０がプラグ３５に対して押し付けられる力Ｆを小さくすることができ、操作トルクの小さなバルブを提供することが可能となる。【選択図】  図２
2008232260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁本体の流路内に回動自在に配設され前記流路を通過する流体の流量を調節するプラグと、
前記プラグの着座部が接触するシートリングと、
前記シートリングを保持する第１の保持部材と、
前記弁本体の内壁に取付けられ前記第１の保持部材を軸線方向に移動可能に保持する第２の保持部材と、
前記第１の保持部材と前記第２の保持部材との間に軸線方向に圧縮された状態で介装され前記第１の保持部材を介して前記シートリングを前記プラグに押し付ける弾性部材と、
前記第１の保持部材と前記第２の保持部材との間に径方向に圧縮された状態で介装され、前記第１の保持部材と第２の保持部材との隙間をシールするシール部材とを備え、
前記弁本体の流路中心軸線から前記プラグと前記シートリングとの接触部までの距離と、前記流路中心軸線から前記第１の保持部材と前記シール部材との接触部までの距離とを略等しくしたことを特徴とするバルブ。
【請求項２】
弁本体の流路内に回動自在に配設され前記流路を通過する流体の流量を調節するプラグと、
前記プラグの着座部が接触するシートリングと、
前記シートリングを保持する第１の保持部材と、
前記弁本体の内壁に取付けられ前記第１の保持部材を軸線方向に移動可能に保持する第２の保持部材と、
前記第１の保持部材と前記第２の保持部材との間に軸線方向に圧縮された状態で介装され前記第１の保持部材を介して前記シートリングを前記プラグに押し付ける弾性部材と、
前記第１の保持部材と前記第２の保持部材との間に径方向に圧縮された状態で介装され、前記第１の保持部材と第２の保持部材との隙間をシールするシール部材とを備え、
前記弁本体の流路中心軸線から前記プラグと前記シートリングとの接触部までの距離と、前記流路中心軸線から前記第２の保持部材と前記シール部材との接触部までの距離とを略等しくしたことを特徴とするバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁本体内を流れる流体の流量を制御するバルブに関し、特に球状のプラグを備えたトラニオン形のバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種流体の制御、例えば空調用の冷温媒体を制御するために使用されるバルブとしては、二方ボールバルブが従来から知られている。この種の二方ボールバルブは、ボールプラグの支持方式によって大別すると、上流側と下流側に配置された一対のシートリングによってボールプラグを回動自在に支持するようにしたフローティングタイプと、弁軸によってボールプラグを回動自在に支持するようにしたトラニオンタイプの二種類がある。フローティングタイプは、全閉時にボールプラグが一次側流体圧によって二次側シートリングに押し付けられることにより、主としてボールプラグと二次側シートリングとの接触によってシールを図っている（例えば、特許文献１参照）。一方、トラニオンタイプは、弁軸の両端を弁本体に設けた軸受孔によって回転自在に枢支する構造を採っているため、全閉時にボールプラグが一次側流体圧によって二次側シートリングに強く押し付けられることがなく、このため通常ボールプラグと一次側シートリングとの接触のみによってシールし、二次側のシートリングを省略した構造を採っている（例えば、特許文献２参照）。このうち、特に本発明は後者のトラニオンタイプのボールバルブに関する。
【０００３】
図５に従来のトラニオン形ボールバルブのシール構造を示す。
同図において、トラニオン形ボールバルブ１（以下、単にバルブ１と称する）は、第１の保持部材３を一次側からばね等の弾性部材４による付勢力で付勢し、これによりシートリング５をプラグ２の外周面の着座部に押し付けることにより、プラグ２とシートリング５との隙間７からの流体８の漏洩を防止するようにしている。
【０００４】
プラグ２とシートリング５とが接触している部分Ａ（以下、単に接触部Ａという）の位置と、第１の保持部材３のＯリング（シール部材）１２が接触する外周面の部分Ｂ（以下、単に接触部Ｂという）の位置は、弁本体６内の流路９の径方向において異なり、接触部Ｂが流路中心軸線１０から接触部Ａよりも遠くに位置している。すなわち、流路９の中心軸線１０から接触部Ａまでの長さをａとし、流路中心軸線１０から接触部Ｂまでの長さをｂとすると、ａ＜ｂであり、一次側と二次側の流体差圧Ｐ（＝Ｐ1 −Ｐ2  ）が発生した場合、シートリング５は前述の弾性部材４の付勢力に加えて、受圧面積Ｓ（＝（ｂ2 −ａ2 ）×π）にＰを乗じた力Ｆ（＝（ｂ2 −ａ2 ）×πＰ）の分だけプラグ２に押し付けられるようになる。なお、１１は第１の保持部材３を軸線方向に移動可能に保持する第２の保持部材で、この第２の保持部材１１は、外周面に形成された雄螺子１４が弁本体６の内壁面に形成された雌螺子１５に螺合することにより、弁本体６の内壁に固定されている。なお、第２の保持部材１１は弁本体６と一体構造としてもよい。１３はプラグ２を回動させる弁軸である。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１４８５６５号公報
【特許文献２】特開２００４−２０４９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図５に示したような従来のバルブ１の構造においては、前述した通り弾性部材による付勢力に加えて、受圧面積差Ｓと流体差圧Ｐとの積（Ｓ×Ｐ）によるシートリング５のプラグ２に対する押圧力Ｆが生じるため、流体差圧Ｐの影響を受けて押圧力Ｆも大きくなり、バルブの操作トルクが増大するという問題があった。また、プラグとシートリング間の面圧が増大するとシートリングの摩耗量が増加し易くなり、シートリーク性能が低下するという問題もあった。
【０００７】
このため、弁が開いている状態は流体差圧Ｐが小さく、小さな操作トルクで十分であるにもかかわらず、弁が全閉で最大差圧状態となった場合では、大きな操作トルクが必要になるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、流体差圧の変動によるプラグへの押圧力の増大を防ぐことで、最大操作トルクが小さく、シートリングの摩耗量を低減させ、シートリーク性能を向上させた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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、弁本体の流路内に回動自在に配設され前記流路を通過する流体の流量を調節するプラグと、前記プラグの着座部が接触するシートリングと、前記シートリングを保持する第１の保持部材と、前記弁本体の内壁に取付けられ前記第１の保持部材を軸線方向に移動可能に保持する第２の保持部材と、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材との間に軸線方向に圧縮された状態で介装され前記第１の保持部材を介して前記シートリングを前記プラグに押し付ける弾性部材と、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材との間に径方向に圧縮された状態で介装され、前記第１の保持部材と第２の保持部材との隙間をシールするシール部材とを備え、前記弁本体の流路中心軸線から前記プラグと前記シートリングとの接触部までの距離と、前記流路中心軸線から前記第１の保持部材と前記シール部材との接触部までの距離とを略等しくしたものである。
【００１０】
また、本発明は、弁本体の流路内に回動自在に配設され前記流路を通過する流体の流量を調節するプラグと、前記プラグの着座部が接触するシートリングと、前記シートリングを保持する第１の保持部材と、前記弁本体の内壁に取付けられ前記第１の保持部材を軸線方向に移動可能に保持する第２の保持部材と、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材との間に軸線方向に圧縮された状態で介装され前記第１の保持部材を介して前記シートリングを前記プラグに押し付ける弾性部材と、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材との間に径方向に圧縮された状態で介装され、前記第１の保持部材と第２の保持部材との隙間をシールするシール部材とを備え、前記弁本体の流路中心軸線から前記プラグと前記シートリングとの接触部までの距離と、前記流路中心軸線から前記第２の保持部材と前記シール部材との接触部までの距離とを略等しくしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、流路中心軸線からプラグとシートリングとの接触部までの距離と、流路中心軸線から第１の保持部材とシール部材との接触部までの距離とを略等しくしたので、第１の保持部材への一次側流体圧が加わる受圧面積を小さくすることができる。このため、流体差圧が大きくなっても、シートリングのプラグに対する押圧力が増大しない。その結果、操作トルクも増大せず、シートリングの摩耗も少なく、バルブのシートリーク性能を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明においては、流路中心軸線からプラグとシートリングとの接触部までの距離と、流路中心軸線から第２の保持部材とシール部材との接触部までの距離とを略等しくし、同じく第１の保持部材への一次側流体圧が加わる受圧面積を小さくすることができる。このため、流体差圧が大きくなっても、シートリングのプラグに対する押圧力が増大しない。その結果、操作トルクも増大せず、シートリングの摩耗も少なく、バルブのシートリーク性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係るバルブの一実施の形態を示す全閉時の断面図、図２は図１の要部の拡大断面図である。これらの図において、全体を参照符号３０で示すトラニオン形のバルブは、内部が流体３１の流路３２を形成する弁本体３３と、この弁本体３３の内部中央に弁本体３３の軸線（流路中心軸線）３４と直交する面内において回動するように配設され前記流路３２を開閉するボール状のプラグ３５と、このプラグ３５を弁本体３３の外部から回転操作する弁軸３６等で構成されている。
【００１４】
前記弁本体３３は、両端部に配管との接続部を構成するフランジ部３７ａ，３７ｂが一体に突設され、上面中央には前記弁軸３６が貫通する貫通孔３８が形成されている。弁本体３３内の流路３２は、前記プラグ３５によって一次側流路３２Ａと二次側流路３２Ｂに仕切られている。
【００１５】
前記プラグ３５は、略球状の中空体からなり、内部が貫通流路４０を形成し、流入孔側開口部４１と流出口側開口部（図示せず）を有している。貫通流路４０の流入孔側開口部４１と流出口側開口部は、プラグ３５の周壁に回転方向に１８０°離間して設けられている。プラグ３５の外周面は、球面状の着座部４４を形成しており、上面中央には前記弁軸３６の下端部が挿入される凹陥部４５が形成されている。一方、プラグ３５の下面中央には、軸部材４６が軸線を弁軸３６の軸線と一致するように挿入される凹陥部４５が形成されている。この軸部材４６は、弁本体３３の下面中央に設けた軸受部材４７に圧入されている。
【００１６】
前記弁本体３３の貫通孔３８には、筒状の蓋部材４８が嵌合されている。前記弁軸３６は、前記蓋部材４８にシール部材４９を介して回転自在に貫通され、弁本体３３の上方に突出する外端部が図示を省略したアクチュエータによって駆動されることにより、前記プラグ３５を矢印θ方向に略９０°の角度範囲内で回動させるように構成されている。
【００１７】
前記弁本体３３の内部で一次側流路３２Ａには、前記プラグ３５の着座部４４に密接するシートリング５０と、このシートリング５０を保持する第１の保持部材５１と、この第１の保持部材５１を軸線方向に移動可能に保持する第２の保持部材５２と、第１の保持部材５１を下流側に付勢しシートリング５０をプラグ３５に押し付ける弾性部材としてのばね５３と、第１、第２の保持部材５１，５２間をシールするＯリング（シール部材）５４が配設されており、これらによってシートリング部のシール構造を構成している。
【００１８】
前記シートリング５０は、前記プラグ３５の流入孔側開口部４１の高さ寸法より大きな内径（もしくは略等しい内径）を有し、第１の保持部材５１の下流側端面に密接されている。
【００１９】
前記第１の保持部材５１は、穴径が全長にわたって略同一の径からなる両端開放の筒状体に形成され、前半部が薄肉部５１Ａを形成し、後半部が厚肉部５１Ｂを形成している。薄肉部５１Ａの外径は、前記シートリング５０と前記プラグ３５の接触径と略等しく設定されている。厚肉部５１Ｂの上流側端面には、環状の溝からなり前記ばね５３を収納する第１の収納部５５が形成されている。また、厚肉部５１Ｂの外周面には、下流側に延在し前記シートリング５０の外周を覆う薄肉の円筒体５６が取付けられている。この円筒体５６の下流側端部には、内側に折り曲げられた折曲部５６Ａが一体に設けられている。このため、筒状体５６と厚肉部５１Ｂの下流側端面との間には、シートリング５０を収納する環状溝が形成されており、これによりシートリング５０の径方向および軸線方向の移動を規制している。
【００２０】
前記第２の保持部材５２は、筒状体に形成されて中央部が厚肉部５２Ａを形成し、その外周面には弁本体３３の内壁に形成された雌螺子６０に螺合する雄螺子６１が形成されている。第２の保持部材５２の厚肉部５２Ａの前半部内周面には、第１の保持部材５１の薄肉部５１Ａの上流側端面５１ａに対向する突起部５２Ｂが一体に突設されている。また、厚肉部５２Ａは、前記第１の保持部材５１の薄肉部５１Ａの外径と略等しい内径を有し、その内周面に前記Ｏリング５４を径方向に圧縮させた状態で収納する環状の溝からなる第２の収納部６３が形成されている。また、厚肉部５２Ａの外周面には、下流側に延在する薄肉の環状体５２Ｃが一体に突設されており、この環状体５２Ｃに前記第１の保持部材５１の厚肉部５１Ｂが摺動自在に嵌挿されている。そして厚肉部５２Ａの下流側端面は、前記ばね５３を軸線方向に押圧する押圧面６４を形成している。なお、保持部材５２は弁本体３３と一体構造としてもよい。
【００２１】
前記Ｏリング５４は、前記第２の収納部６３内に第１、第２の保持部材５１，５２により径方向に圧縮された状態で収納されることにより、前記第１の保持部材５１の薄肉部５１Ａの外周面に押し付けられており、これにより第１の保持部材５１の薄肉部５１Ａの外周面と第２の保持部材５２の厚肉部５２Ａの内周面との間の隙間をシールしている。薄肉部５１Ａは、Ｏリング５４の流路中心軸線３４に対して直角内向き方向の移動を規制している。第２の収納部６３は、Ｏリング５４の流路中心軸線３４に対して直角外向き方向の移動および流路中心軸線３４と平行な方向の移動を規制している。
【００２２】
このような構造からなるバルブ３０において、図１はバルブ３０の全閉状態を示す。この状態から弁軸３６によってプラグ３５を図１において反時計方向に徐々に回動させていくと、流入側開口部４１が一次側流路３２Ａに徐々に連通し、流出側開口部が二次側流路３２Ｂに徐々に連通していくため、流体３１が一次側流路３２Ａからプラグ３５の貫通流路４０を通って二次側流路３２Ｂに流れはじめる。そして、プラグ３５を最大角度（略９０°）回動させると、バルブ３０は全開状態になる。
【００２３】
ここで、本実施の形態においては、シートリング５０をばね５３によってプラグ３５に押し付け、Ｏリング５４を第２の収納部６３内に圧縮状態で収納しているので、バルブ全閉時における流体３１の二次側流路３２Ｂ側への漏洩を確実に防止することができる。
【００２４】
また、本実施の形態においては、弁本体３３の流路中心軸線３４からプラグ３５とシートリング５０との接触部Ａまでの距離ａと、前記流路中心軸線３４から第１の保持部材５１とＯリング５４との接触部Ｂまでの距離、言い換えれば流路中心軸線３４から第１の保持部材５１の薄肉部５１Ａの外周面までの距離ｂ1 とを略等しくしているので（ａ＝ｂ1 ）、流体差圧Ｐ（＝Ｐ2 −Ｐ1 ）によるシートリング５０のプラグ３５に対する押圧力Ｆを小さくすることができる。
【００２５】
本発明の上記実施の形態におけるバルブ３０は、弁本体３３の流路中心軸線３４からプラグ３５とシートリング５０との接触部Ａまでの距離ａを変えずに従来と同じ値とする一方、流路中心軸線３４から第１の保持部材５１の薄肉部５１Ａの外周面までの距離ｂ1 を前記距離ａと略等しくしたので、円筒部５６によって一体となった第１の保持部材５１およびシートリング５０の一次側流体圧Ｐ1 が加わる受圧面積Ｓ1 は、（ｂ12−ａ12）×πとなる。そして、前述のようにｂ1 とａは略等しくしているので、この受圧面積Ｓ1 は略ゼロとなり、流体３１の一次側と二次側の流体差圧Ｐ（＝Ｐ1 −Ｐ2  ）の変動により操作トルクが増大するのを防止することができる。したがって、操作トルクの小さいアクチュエータを使用することができ、特に、口径が大きいバルブや差圧仕様の大きなバルブになればなるほど、その効果は顕著である。
【００２６】
また、シートリング５０のプラグ３５に対する押圧力Ｆは、流体３１の一次側と二次側の流体差圧Ｐ（＝Ｐ1 −Ｐ2  ）の変動によって増大しないため、プラグ３５の着座部４４やシートリング５０の摩耗が少なく、バルブ３０の耐久性を向上させることができる。
【００２７】
図３は本実施の形態によるバルブ３０と図５に示した従来のバルブ１による操作トルクの実験データを示す図である。横軸は流体の一次側と二次側の差圧（ＭＰａ）を示し、縦軸は操作トルク（Ｎｍ）を示す。図中、実線Ｉは本実施の形態によるバルブ３０の操作トルク、点線IIは従来バルブ１の操作トルクである。この図からも明らかなように、本実施の形態によるバルブ３０によれば、従来のバルブ１に比べて操作トルクを最大で５割程度削減することができる。これはとりもなおさず、弁本体３３の流路中心軸線３４からプラグ３５とシートリング５０との接触部Ａまでの距離ａと、前記流路中心軸線３４から第１の保持部材５１とＯリング５４との接触部Ｂまでの距離ｂ1 とを略
等しくし、流体差圧Ｐによってシートリング５０がプラグに押し付けられる際の受圧面積Ｓ1 を小さくしたことによるものである。
【００２８】
図４は本発明の他の実施の形態を示すバルブの要部の断面図である。
なお、図１および図２と同一構成部材のものについては同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。この実施の形態は請求項２に記載のバルブを示すものであり、第１の保持部材５１の薄肉部５１Ａの外周面と第２の保持部材５２の厚肉部５２Ａの内周面に凹部７１，７２をそれぞれ形成してこれら凹部によりＯリング５４を収納する環状の第２の収納部７０を形成した点と、弁本体３３の流路中心軸線３４からプラグ３５とシートリング５０との接触部までの距離ａと、流路中心軸線３４から第２の保持部材５２とＯリング５４との接触部Ｂまでの距離ｂ2とを等しく（ａ＝ｂ2 ）した点が図１および図２に示したバルブ３０と異なっている。
【００２９】
前記凹部７１は、第１の保持部材５１の薄肉部５１Ａの外周面に形成された上流側および弁本体３３の径方向外側の２方向に開放する環状凹部で構成されている。前記凹部７１は、第２の保持部材５２の厚肉部５２Ａの内周面に形成された下流側および弁本体３３の径方向内側の２方向に開放する環状凹部で構成されている。このような凹部７１、７２で構成された第２の収納部７０は、流路中心軸線３４と平行な方向において対抗する前壁７０ａと後壁７０ｂとでＯリング５４の流路中心軸線３４に平行な方向の移動を規制し、第２の収納部７０の流路中心軸線３４と直交する方向において対向する上壁７０ｃと下壁７０ｄとでＯリング５４の流路中心軸線３４と直交する方向の移動を規制している。
【００３０】
このような構造においても、弁本体３３の流路中心軸線３４からプラグ３５とシートリング５０との接触部Ａまでの距離ａと、流路中心軸線３４から第１の保持部材５１とＯリング５４との接触部Ｂまでの距離ｂ2 を略等しく設定して一次側流体圧Ｐ1 を受ける第１の保持部材５１の受圧面積を小さくしたので、上記した実施の形態と同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るバルブの一実施の形態を示す全閉時における断面図である。
【図２】図１の要部の拡大断面図である。
【図３】操作トルクを示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示すバルブの要部の断面図である。
【図５】従来のバルブの要部の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…二方ボールバルブ、２…プラグ、３…第１の保持部材、４…ばね、５…シートリング、６…弁本体、９…流路、１０…流路中心軸線、１１…第２の保持部材、１２…Ｏリング、１３…弁軸、３０…バルブ、３３…弁本体、３４…流路中心軸線、３５…プラグ、３６…弁軸、５０…シートリング、５１…第１の保持部材、５２…第２の保持部材、５３…ばね、５４…Ｏリング、５５…第１の収納部、６３，７０…第２の収納部。
【図１】
2008232260.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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