(57)【要約】【課題】リテーナにてボールシートをボールに押し付けるシール構造を有したトラニオン型ボールバルブに於いて、スプリングを使用せずしてボールシート或いはＯリング等のシール材のみで高いシール力を得る。【解決手段】バルブ本体１１とボール１４との間に環状のリテーナ２１を設け、リテーナ２１の前端位置に段部２１ａを形成してボールシート２２を装着し、該ボールシート２２の先端をリテーナ２１とアウタリング２３との隙間から突出させてボール１４に圧接する。また、リテーナ２１の後端近傍位置に段部２１ｂを形成し、この段部２１ｂとバルブ本体１１との間にＯリング２４を介装する。該Ｏリング２４が装着される段部２１ｂよりも上流側で、且つ、バルブ本体１１寄り放射状の切欠部２１ｃを設ける。この切欠部２１ｃの接触部分は非弾性接触であり、流体がこの切欠部２１ｃを通過してＯリング２４の背面まで流入するため、ボールシート２２の反発力とＯリング２４の反発力に加えて、シールポイントの面積差によるボールシート２２への押圧力が付加されて高いシール力を得ることができる。【選択図】  図２
2004204946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リテーナにてボールシートをボールに押し付けるシール構造を有したトラニオン型ボールバルブに於いて、前記リテーナとバルブ本体との間にＯリングを介装し、前記リテーナとバルブ本体との接触部分に放射状の切欠部を設け、低圧時は前記リテーナをバルブ本体に接触させて前記ボールシートをボールに押圧し、高圧時は前記放射状の切欠部を通過してリテーナ背面に付加される流体圧により前記ボールシートをボールに押圧することを特徴とするトラニオン型ボールバルブ。
【請求項２】
リテーナにてボールシートをボールに押し付けるシール構造を有したトラニオン型ボールバルブに於いて、前記リテーナとバルブ本体との間にＯリングを介装し、該Ｏリングの前後にバックアップリングを装着し、低圧時は該Ｏリングを介して前記リテーナをバルブ本体に接触させて前記ボールシートをボールに押圧し、高圧時は前記バックアップリングの切欠部を通過してリテーナ背面に付加される流体圧により前記ボールシートをボールに押圧することを特徴とするトラニオン型ボールバルブ。
【請求項３】
上記シール構造を少なくとも上流側に有した請求項１または２記載のトラニオン型ボールバルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトラニオン型ボールバルブに関するものであり、特に、トラニオン型ボールバルブのシール構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トラニオン型ボールバルブは上下のステムでボールを保持し、このステムによりボールを回動させて開閉する構造のバルブであり、リテーナにてボールシートをボールに押し付けるシール構造を有している。従来の此種トラニオン型ボールバルブは、ボールバルブのバルブ本体とボールとの間に環形状のリテーナを位置させ、このリテーナにアウタリングを固定し、該アウタリングとリテーナとの間にボールシートを保持させて、該ボールシートの先端をボールの表面に当接し、ボールとリテーナとの間をシールするようになっている。前記アウタリングはスプリングの力によってボールの方向へ押圧されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１１９８４７号公報（第４頁〜第６頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来のトラニオン型ボールバルブはリテーナをボールに押圧するためにスプリングを装着していた。従って、バルブ本体やリテーナ、或いは、アウタリング等にスプリングを装着するための加工が必要となり、材料費が嵩むとともに、寸法精度の高い加工技術が要求されてコスト高になるという不具合があった。
【０００５】
また、腐食性の強い流体に於いては、通常市販されているＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等のステンレス材ではバネ力が保持できず、インコネルやハステロイ等のニッケル基合金の高耐食性の材料、或いは、セラミックス等の不錆材を使用しなければならない。これらの高耐食材は高価であり、また、セラミックスのような非金属材は耐食性には優れているが、非常に脆弱であるという欠点があって使用し難い。
【０００６】
そこで、リテーナにてボールシートをボールに押し付けるシール構造を有したトラニオン型ボールバルブに於いて、スプリングを使用せずしてボールシート或いはＯリング等のシール材のみで高いシール力を得るために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、リテーナにてボールシートをボールに押し付けるシール構造を有したトラニオン型ボールバルブに於いて、前記リテーナとバルブ本体との間にＯリングを介装し、前記リテーナとバルブ本体との接触部分に放射状の切欠部を設け、低圧時は前記リテーナをバルブ本体に接触させて前記ボールシートをボールに押圧し、高圧時は前記放射状の切欠部を通過してリテーナ背面に付加される流体圧により前記ボールシートをボールに押圧するトラニオン型ボールバルブ、
及び、リテーナにてボールシートをボールに押し付けるシール構造を有したトラニオン型ボールバルブに於いて、前記リテーナとバルブ本体との間にＯリングを介装し、該Ｏリングの前後にバックアップリングを装着し、低圧時は該Ｏリングを介して前記リテーナをバルブ本体に接触させて前記ボールシートをボールに押圧し、高圧時は前記バックアップリングの切欠部を通過してリテーナ背面に付加される流体圧により前記ボールシートをボールに押圧するトラニオン型ボールバルブ、
及び、上記シール構造を少なくとも上流側に有したトラニオン型ボールバルブを提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図８に従って詳述する。図１はトラニオン型ボールバルブ１０の縦断面図であり、バルブ本体１１はボディ１１ａとボディキャップ１１ｂとからなり、流路１２を有するサイドエントリ型の構造である。尚、図示は省略するが、トップエントリ型の構造であってもよい。
【０００９】
このバルブ本体１１の内部には、貫通孔１３を有するボール１４が設けられ、ステム１５の操作により該ボール１４を回動させてバルブを開閉するように構成しており、バルブ本体１１の内壁面とボール１４の外周面との間に、一対のシール構造２０を設けてある。
【００１０】
図２はシール構造２０の一例を示し、バルブ本体１１とボール１４との間に環状のリテーナ２１が設けられ、このリテーナ２１の前端位置に段部２１ａが形成され、該段部２１ａにゴム等の弾性体にて形成されたボールシート２２が装着されている。該ボールシート２２はその外周をアウタリング２３にて被蔽され、該ボールシート２２の先端がリテーナ２１とアウタリング２３との隙間から突出してボール１４に圧接されている。尚、アウタリング２３は前記リテーナ２１に溶着されている。前記リテーナ２１の後端近傍位置に段部２１ｂが形成され、この段部２１ｂとバルブ本体１１との間にＯリング２４を介装してある。
【００１１】
更に、前記リテーナ２１には、バルブ本体１１との接触部分に放射状の切欠部２１ｃを設けてある。該切欠部２１ｃは前記Ｏリング２４が装着される段部２１ｂよりも上流側（リテーナ２１の後端側）で、且つ、バルブ本体１１寄り（同図中上方側）に形成されている。この切欠部２１ｃの接触部分は非弾性接触であり、後述するように、流体が前記切欠部２１ｃを通過してＯリング２４の背面まで流入可能となっている。また、前記切欠部２１ｃはバルブ本体１１の流路径軸に対して直交する方向に形成されている。
【００１２】
前記Ｏリング２４と本体１１とのシールポイント径をＤ１とし、ボールシート２２とボール１４とのシールポイント径をＤ２とすれば、Ｄ１＞Ｄ２の関係を有するように各部品を配置してある。後述するように、このシールポイント径の差により、流体圧が作用する面積に差が生じて、ボールシート２２に対して流体圧による押圧力が負荷される。
【００１３】
而して、上流側の流体の圧力をＰとし、上流側圧力Ｐが低圧のときは、同図（ａ）に示すように、ボールシート２２の弾性力をｆ１とすれば、該ボールシート２２に対する押圧力Ｆ１は、
Ｆ１≒ｆ１
このＦ１の力でボールシート２２をボール１４に押し付ける。そして、ボール１４に押し付けられて押し潰されたボールシート２２の反発力でシール力を得る。
【００１４】
これに対して、上流側圧力Ｐが中圧から高圧のときは、同図（ｂ）に示すように、上流側の流体がリテーナ２１の切欠部２１ｃを通過してＯリング２４の背面まで流入する。従って、Ｏリング２４が接触しているシールポイントであるバルブ本体１１の段部の内径Ｄ１の投影面積と、ボールシート２２が接触しているシールポイントの外径Ｄ２の投影面積との面積差から、ボールシート２２に対する押圧力Ｆ１は、
Ｆ１≒[[(Ｄ１)2−(Ｄ２)2]π／４]×Ｐ
このＦ１の力でボールシート２２をボール１４に押し付ける。そして、ボールシート２２の反発力に加えて、シールポイントの面積差によるボールシート２２への押圧力が付加されてシール力を得ることができる。
【００１５】
このように、図２に示した構成は、リテーナ２１の後端近傍位置に設けた段部２１ｂとバルブ本体１１との間にＯリング２４を介装し、リテーナ２１とバルブ本体１１との接触部分に放射状の切欠部２１ｃを設け、該切欠部２１ｃは前記Ｏリング２４が装着される段部２１ｂよりも上流側で且つバルブ本体１１寄りに形成され、該切欠部２１ｃの接触部分は非弾性接触であるため、流体が前記切欠部２１ｃを通過してＯリング２４の背面まで流入し、リテーナ２１及びボールシート２２を押圧する。このため、従来型のようにスプリングを必要とせず、スプリングなしで構成できるので、バルブ本体１１やリテーナ２１、或いは、アウタリング２３等にスプリングを装着するための加工が不要であり、寸法精度の高い加工技術は要求されず、加工作業が容易となる。
【００１６】
また、スプリングを使用せず、ボールシート２２やＯリング２４等のシール材のみにて構成されるため、シール構造が簡単となり、組み立て性が良好であるとともにメンテナンスも容易となる。そして、部品点数を低減できるので材料費が安価となり、コストダウンに寄与できる。更に、スプリングが不要であるため、腐食性の強い流体に於いても、インコネルやハステロイ等のニッケル基合金の高耐食性の材料や、セラミックス等の不錆材を使用する必要がなく。安価にトラニオン型ボールバルブを提供することが可能となった。尚、図２の構造例は、流体圧によるボールの移動量を考慮する必要があるため、上流側の弁座シール構造に用いている。
【００１７】
図３はシール構造２０の他の一例を示し、図２に示した構成と異なるところは、リテーナ２１に設けられていた放射状の切欠部２１ｃをなくし、それに代えて、ゴム等の弾性体にて形成されたＯリング２４の前後に市販のバックアップリング２６，２７を装着し、Ｏリング２４に弾発力が発生するようにしてある。このバックアップリング２６，２７には、少なくとも１箇所乃至数箇所に切欠部（図示せず）が設けられており、バックアップリング２６，２７の外径部と内径部とが連通できるように形成されている。
【００１８】
而して、上流側圧力Ｐが低圧のときは、同図（ａ）に示すように、ボールシート２２とＯリング２４の双方合わせた弾性力をｆ１とすれば、ボールシート２２に対する押圧力Ｆ１は、
Ｆ１≒ｆ１
このＦ１の力でボールシート２２をボール１４に押し付ける。そして、図２に示した構成と同様に、ボール１４に押し付けられて押し潰されたボールシート２２の反発力と、バルブ本体１１とリテーナ２１とに圧接しているＯリング２４の反発力とでシール力を得る。
【００１９】
これに対して、上流側圧力Ｐが中圧から高圧のときは、同図（ｂ）に示すように、上流側の流体がＯリング２４の上流側のバックアップリング２７の切欠部を通過してＯリング２４の背面まで流入する。従って、図２に示した構成と同様に、ボールシート２２に対する押圧力Ｆ１は、
Ｆ１≒[[(Ｄ１)2−(Ｄ２)2]π／４]×Ｐ
このＦ１の力でボールシート２２をボール１４に押し付ける。
【００２０】
このように、図３に示した構成は、Ｏリング２４の前後に市販のバックアップリング２６，２７を装着してあり、このバックアップリング２６，２７には少なくとも１箇所乃至数箇所に切欠部（図示せず）が設けられており、バックアップリング２６，２７の外径部と内径部とが連通できるように形成されていので、流体が前記バックアップリング２６，２７の切欠部を通過してＯリング２４の背面まで流入し、リテーナ２１及びボールシート２２を押圧する。
【００２１】
このため、従来型のようにスプリングを必要とせず、スプリングなしで構成できるので、図２に示した構成と同様の作用効果に加えて、低圧時に於ける弁座シールを流体圧に依存することなく行うことができ、更に、流体によってボールが下流側に移動してもボールシートが追従しやすく、上流側と下流側の双方のシール構造に用いることができるという作用効果を奏するものである。また、市販のバックアップリングを使用するので、製作コストが低廉となってより一層のコストダウンを図ることが可能である。
【００２２】
図４は図３に示したシール構造２０の変形例を示し、図３に示した構成と異なるところは、Ｏリング２４がダブルに装着されている。この構成の作用効果は図３の構成と略同一であり、特に、Ｏリング２４がダブルで使用されている分、より強い押圧力が得られるため、極めて高いシール力が得られる。
【００２３】
図５は図２に示したシール構造２０の変形例を示し、図２に示した構成と異なるところは、リテーナ２１に設けられていた放射状の切欠部２１ｃをなくし、シール材２８を介装してある。このシール材２８はゴム等の弾性体にて形成され、リテーナ２１とバルブ本体１１との間に隙間が生じないので、ここから流体が通過することはない。このため、リテーナ２１の前端に開口を有する連通孔２９を開穿し、上流側の流体がこの連通孔２９を通過してＯリング２４の背面まで流入可能となっている。
【００２４】
この構成の作用効果は、図２に示した構成に対して、上流側圧力Ｐが低圧のときには、ボールシート２２とゴム等の弾性体にて形成された前記シール材２８との双方合わせた弾性力を利用して、ボールシート２２をボール１４に押し付けることができ、また、前記シール材２８をＯリング２４と別個に設けてあるため、図３に示した構成に対してＯリング２４の耐久性を向上することができる。
【００２５】
図６は図３に示したシール構造２０の変形例を示し、図３の構成と異なるところは、ゴム等の弾性体にて形成されたボールシート２２に代えて、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）にて形成されたボールシート２２ａが装着されている。弾性体のボールシート２２を装着する場合と異なり、ＰＴＦＥのボールシート２２ａはアウタリング２３ａをボルト３０にて締着してある。
【００２６】
この構成の作用効果は図３の構成と略同一であり、特に、ボールシート２２ａがＰＴＦＥにて形成されているため、約２００℃程度まで耐熱性が良好となり、高温時に於いてより高いシール力が得られる。
【００２７】
ここで、図７に弁操作力の実測データを示す。実験データのグラフから明らかなように、従来型のトラニオン型ボールバルブと比較して、本発明の図３に示したシール構造２０を上流側のみに用いた構造のトラニオン型ボールバルブは、低圧から中圧・高圧に至るまで極めて小さな操作力にて圧力調整を行うことができる。そして、実機での１万回耐久試験に於いても良好なシール力を維持できた。更に、従来型のバルブよりも操作トルクが低く抑えられ、駆動部もコンパクトにできる。
【００２８】
尚、本実施の形態では説明の都合上、上流側に設けられたシール構造についてのみ説明したが、このシール構造２０は少なくとも上流側に設けるほか、上流側と下流側の双方にこのシール構造２０を設けてもよい。上流側と下流側の双方にこのシール構造２０を設けた場合は、より一層高いシール力が得られる。
【００２９】
而して、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は上記一実施の形態に詳述したように、請求項１記載の発明はリテーナとバルブ本体との間にＯリングを介装し、前記リテーナとバルブ本体との接触部分に放射状の切欠部を設けたことにより、低圧時は前記リテーナをバルブ本体に接触させて前記ボールシートをボールに押圧し、高圧時は前記放射状の切欠部を通過してリテーナ背面に付加される流体圧により前記ボールシートをボールに押圧するので、従来型のようにスプリングが必要ではなく、スプリングなしで構成することができる。
【００３１】
このため、バルブ本体やリテーナ、或いは、アウタリング等にスプリングを装着するための加工が不要となるので、寸法精度の高い加工技術は要求されず、加工作業が容易となる。また、スプリングを使用せず、ボールシートやＯリング等のシール材のみにて構成されるため、シール構造が簡単となり、組み立て性が良好であるとともにメンテナンスも容易となる。そして、部品点数を低減できるので材料費が安価となり、コストダウンに寄与できる。
【００３２】
更に、スプリングが不要であるため、腐食性の強い流体に於いても、インコネルやハステロイ等のニッケル基合金の高耐食性の材料や、セラミックス等の不錆材を使用する必要がなく。安価にトラニオン型ボールバルブを提供することが可能となった。
【００３３】
請求項２記載の発明は、リテーナとバルブ本体との間にＯリングを介装し、該Ｏリングの前後にバックアップリングを装着したことにより、低圧時は前記リテーナをバルブ本体に接触させて前記ボールシートをボールに押圧し、高圧時は前記バックアップリングの切欠部を通過してリテーナ背面に付加される流体圧により前記ボールシートをボールに押圧するので、従来型とは異なってスプリングが不要となる。
【００３４】
このため、請求項１記載の発明の効果に加えて、低圧時に於ける弁座シールを流体圧に依存することなく行うことができ、また、流体によってボールが下流側に移動してもボールシートが追従しやすく、上流側と下流側の双方のシール構造に用いることができる。更に、市販のバックアップリングを使用することから、製作コストが低廉となってより一層のコストダウンを図ることが可能である。
【００３５】
請求項３記載の発明は、上記シール構造を少なくとも上流側に設けることにより、請求項１または２記載の発明の効果に加えて、最小限の部品点数と製作コストにて極めて高いシール力を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示し、トラニオン型ボールバルブの縦断面図。
【図２】シール構造の一例を示し、（ａ）は低圧のときのシール力の解説図、（ｂ）は中・高圧のときのシール力の解説図。
【図３】シール構造の他の一例を示し、（ａ）は低圧のときのシール力の解説図、（ｂ）は中・高圧のときのシール力の解説図。
【図４】図３に示したシール構造の変形例を示す解説図。
【図５】図２に示したシール構造の変形例を示す解説図。
【図６】図３に示したシール構造の変形例を示す解説図。
【図７】本発明のトラニオン型ボールバルブと従来型との実験データを比較するグラフ。
【符号の説明】
１０        トラニオン型ボールバルブ
１１        バルブ本体
１４        ボール
２０        シール構造
２１        リテーナ
２２        ボールシート
２２ａ      ボールシート
２４        Ｏリング
２１ｃ        切欠部
２６，２７      バックアップリング
３１        メタルシート
【図１】
2004204946.tif 000003
【図２】
2004204946.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004204946.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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