(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁軸が挿入される弁軸用孔と、前記弁軸の軸線方向と直交する方向において対向する第１、第２の開口と、前記弁軸の軸線方向に開口する第３の開口とを有し、内部に弁室が形成された弁本体と、
前記弁軸が嵌合する嵌合部と、前記弁軸の軸線方向と直交する方向において回転方向に９０°離間して形成された第１、第２のポートと、前記第３の開口に対応して前記弁軸の軸線方向に形成された第３のポートとを有し、前記弁室内に第１、第２のシートリングを介して回動自在に配設されたボール状の弁体とを備え、
前記弁体の前記第１及び第２のポートと対向することがない前記弁室の内壁と、前記弁体の前記第１及び第２のポートが形成されていない外周面と、前記第１、第２のシートリングとの間には前記弁体の第１及び第２のポートを経由せずに前記第３の開口に連通する連通路が形成され、
前記連通路を形成する前記弁体の外周面に、前記第１、第２のポートが中間開度のときのみに前記第１、第２の開口から弁本体内に流入する流体の一部を前記連通路を経由して前記第３の開口に導く第１、第２のバイパス通路をそれぞれ形成し、
前記第１のバイパス通路の通路断面積は、第１のポートの開度が０％において零で、０％から５０％の範囲内では徐々に増加し、開度が５０％を超えると徐々に減少して１００％において零になり、
前記第２のバイパス通路の通路断面積は、第２のポートの開度が０％において零で、０％から５０％の範囲内では徐々に増加し、開度が５０％を超えると徐々に減少して１００％において零になり、
前記第１、第２のバイパス通路のいずれか一方は、弁体の外周面に対向して配設された一対の凹部からなり、これらの凹部間には表面が弁本体の外周面と同一の曲率からなる平面視弧状の残余部が設けられていることを特徴とする三方ボール弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビルの空調設備等に用いられる三方ボール弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、三方ボール弁は、例えばビルの空調設備における湯水混合または分流等に使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
前記特許文献１に記載されている三方ボール弁１は、図８に示すように、弁本体２内に回動自在に組み込まれたボール状の弁体３と、この弁体３を回動させる弁軸４とを備えている。
【０００４】
前記弁本体２は、前記弁軸４が挿入される弁軸用孔５と、前記弁軸４の軸線の延長線と直交する方向において対向する第１、第２の開口６、７と、前記弁軸４の軸線方向において開口する第３の開口８とを有し、内部中央に弁体３を収納する弁室９が形成されている。
【０００５】
前記弁体３には、外周面に開口する第１、第２、第３のポート１０、１１、１２および嵌合部１３を有している。第１、第２のポート１０、１１は、弁体３の外周面で弁軸４の軸線の延長線と直交する方向において回転方向に９０°離間して形成されている。第３のポート１２は、前記弁軸４の軸線方向で弁体３の下面中央に形成されている。嵌合部１３は弁体３の上面中央に形成され、前記弁軸４の内端４ａが嵌合している。なお、１４、１５は、弁体３と弁室９との隙間をシールする第１、第２のシートリング、１６、１７、１８は第１、第２、第３の開口６、７、８にそれぞれ接続された配管を示す。
【０００６】
このような弁体３を備えた三方ボール弁１は、弁軸４によって弁体３を９０°の角度範囲内で往復回動させることにより弁体３によって独立した２つの流路を形成することができる。すなわち、弁体３を回動させて図８に示す状態にすると、第１のポート１０が第１の開口６に対して全開状態になり、第２のポート１１が第２の開口７に対して全閉状態に切り替わる。この状態において、第１のポート１０と第３のポート１２とを介して配管１６と配管１８を接続する流路が形成される。一方、配管１７および１８は弁体３によって遮断される。したがって、配管１６内の流体（例えば、水）１９は、第１のポート１０および第３のポート１２を通って第３の開口８から流出し配管１８に流れる。次に、図８に示す状態から弁体３を矢印Ｂ方向に９０°回動させて第１のポート１０を第１の開口６に対して全閉状態にし、第２のポート１１を第２の開口７に対して全開状態に切り替えると、第２のポート１１と第３のポート１２を介して配管１７と配管１８を接続する流路が形成される。一方、配管１６および１８は弁体３によって遮断される。したがって、配管１７内の流体（例えば、温水）２０は、第２のポート１１および第３のポート１２を通って第３の開口８から流出し配管１８に流れる。また、図８に示す状態から弁体３を矢印Ｂ方向に９０°以内の角度範囲内で所要角度回動させて第１、第２のポート１０、１１を第１、第２の開口６、７に対して中間開度にすると、第１、第２のポート１０、１１が第１、第２の開口６、７に対してそれぞれ半開状態になり、第１、第２、第３のポート１０、１１、１２を介して配管１６、１７と配管１８を接続する流路が形成される。このため、配管１６、１７内の流体１９、２０は第１、第２のポート１０、１１から弁体３内に流入すると混合され、第３のポート１２を通って配管１８に流れる。
【０００７】
しかしながら、このような従来の三方ボール弁１においては、弁体３の回転角度が中間開度になると、構造上第１のポート１０から流入した流体１９と、第２のポート１１から流入した流体２０が弁体３内で衝突することにより第３のポート１２から流出する流体１９、２０の流量（Ｃｖ値）が減少するために、差圧が大きくなり、騒音や配管の振動等が起こり易いという問題があった。
【０００８】
そこで、このような問題を解決するために上記した特許文献１に記載された発明に係る三方ボール弁は、弁体内の通路に張り出す張出部を弁軸４の軸線の延長線上に形成することにより、第１、第２のポート１０、１１から流入する流体１９、２０の衝突を回避し、弁のＣｖ値を改善するようにしている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１３０４９９号公報（第２頁、段落「０００１」〜「０００５」図５、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記したように、弁体の内部に張出部を突設した三方ボール弁においては、中間開度におけるＣｖ値を改善することができる。しかしながら、低開度時または高開度時、すなわち、第１のポート１０または第２のポート１１からのみ流体１９または２０が弁本体２内に流入する開度時においては、張出部が流体１９または２０の阻害要因になり、第３のポートに流出する流体の流量が減少し、弁としての流量特性を低下させるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記した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、低開度時や高開度時のＣｖ値を減少させることなく中間開度時のＣｖ値を改善することができるようにした三方ボール弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記目的を達成するために、弁軸が挿入される弁軸用孔と、前記弁軸の軸線方向と直交する方向において対向する第１、第２の開口と、前記弁軸の軸線方向に開口する第３の開口とを有し、内部に弁室が形成された弁本体と、前記弁軸が嵌合する嵌合部と、前記弁軸の軸線方向と直交する方向において回転方向に９０°離間して形成された第１、第２のポートと、前記第３の開口に対応して前記弁軸の軸線方向に形成された第３のポートとを有し、前記弁室内に第１、第２のシートリングを介して回動自在に配設されたボール状の弁体とを備え、前記弁体の前記第１及び第２のポートと対向することがない前記弁室の内壁と、前記弁体の前記第１及び第２のポートが形成されていない外周面と、前記第１、第２のシートリングとの間には前記弁体の第１及び第２のポートを経由せずに前記第３の開口に連通する連通路が形成され、前記連通路を形成する前記弁体の外周面に、前記第１、第２のポートが中間開度のときのみに前記第１、第２の開口から弁本体内に流入する流体の一部を前記連通路を経由して前記第３の開口に導く第１、第２のバイパス通路をそれぞれ形成し、前記第１のバイパス通路の通路断面積は、第１のポートの開度が０％において零で、０％から５０％の範囲内では徐々に増加し、開度が５０％を超えると徐々に減少して１００％において零になり、前記第２のバイパス通路の通路断面積は、第２のポートの開度が０％において零で、０％から５０％の範囲内では徐々に増加し、開度が５０％を超えると徐々に減少して１００％において零になり、前記第１、第２のバイパス通路のいずれか一方は、弁体の外周面に対向して配設された一対の凹部からなり、これらの凹部間には表面が弁本体の外周面と同一の曲率からなる平面視弧状の残余部が設けられているものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、弁の中間開度のとき、弁体内では第１、第２のポートから流入した流体が互いに衝突するため、第３のポートを経て第３の開口に流出する流量は減少する。一方、弁体の外周面に形成した第１、第２のバイパス通路に流入する流体は連通路を経て第３の開口に流出するため、第３の開口を通過する流体の総流量が増加し、中間開度時における弁のＣｖ値が改善される。
【００１５】
また、第１のバイパス通路の通路断面積は、第１のポートの開度が０％において零で、０％から５０％の範囲内では徐々に増加し、開度が５０％を超えると徐々に減少して１００％において零になり、同じく第２のバイパス通路の通路断面積は、第２のポートの開度が０％において零で、０％から５０％の範囲内では徐々に増加し、開度が５０％を超えると徐々に減少して１００％において零になるので、全開時のＣｖ値が増加したり減少したりすることがなく、また第１、第２のポートの全閉時の締め切り性を良好に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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は本発明に係る三方ボール弁の一実施の形態を示す断面図、図２は弁体の第１、第２のポート側から見た外観斜視図、図３は弁体の第１、第２のバイパス通路側から見た外観斜視図、図４は弁体を示す図で、（ａ）は弁体の中心を通る水平断面図、（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図、図５は図１のＶ−Ｖ線断面図で、（ａ）は第１のポートの弁開度が１００％の状態を示す断面図、（ｂ）は第１のポートの弁開度が５０％の状態を示す断面図、（ｃ）は第１のポートの弁開度が０％の状態を示す断面図である。
【００１７】
これらの図おいて、全体を符号３０で示す三方ボール弁は、図８に示した従来の三方ボール弁１と、弁体３１の構造が若干異なるだけで、その他の構造は同一である。すなわち、三方ボール弁３０は、十字型の弁本体２と、この弁本体２の内部中央に水平方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に回動自在に収納された弁体３１と、この弁体３１を矢印Ａ、Ｂ方向に略９０°の角度範囲内で往復回動させる弁軸４等で構成されている。なお、図８と同一構成部品、部分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。
【００１８】
前記弁本体２は、通常鋳物製の弁ケース３４と管体３５との二つの部材によって形成されている。弁ケース３４は、上下および左右の４方向に開放する略横向きＴ字状（または十字状）に形成することにより、４つの孔、すなわち上方に開口し前記弁軸４が回動自在に貫通する弁軸用孔５と、前記弁軸４の軸線と直交する方向に開口し互いに対向する第１の開口６および接続孔３８と、下方に開口する第３の開口８とを有している。弁ケース３４の内部中央、すなわち弁軸用孔５の直下部分は、前記弁体３１を回動自在に収納する弁室９を形成している。
【００１９】
前記管体３５は直管からなり、上流側開口端部が前記弁ケース３４の接続孔３８にシール部材４１を介して螺合され、下流側開口端部が第２の開口７を形成している。このため、弁ケース３４の第１の開口６と管体３５の第２の開口７は、弁軸４の軸線方向と直交する方向において対向している。弁本体２内への弁体３１の組込みに際しては、管体３５を弁ケース３４から取外した状態で弁体３１を第１、第２のシートリング１４、１５とともに組込む。そして、管体３５を弁ケース３４の接続口３８にねじ込むことにより、第１、第２のシートリング１４、１５を弁体３１の外周面に押し付け、これにより弁体３１を回動可能に支持するとともに弁室９と弁体３１との隙間をシールする。弁室９の内壁と、弁体３１の外周面と第１、第２のシートリング１４，１５との間に形成された狭い隙間は、前記第３の開口８に連通する連通路３９を形成している。
【００２０】
前記弁軸４は、弁本体２の弁軸用孔５にシール部材４０を介して回動自在に挿入され、内端に突設した嵌合部４ａが前記弁体３１の嵌合部１３に挿入固定されている。弁軸４の外端は、電動アクチュエータ（図示せず）に連結されるか、またはハンドルが取付けられ手動操作されるように構成されている。
【００２１】
前記弁体３１は、中空のボール状（球状）に形成され、第１、第２、第３のポート１０、１１、１２と、前記嵌合部１３を有している。第１、第２のポート１０、１１は、弁軸４の軸線と直交し弁体３１の回転中心Ｏを含む面内において弁体３１の回転方向に９０°離間して形成されている。第１、第２のポート１０、１１は、弁体３１内に形成したＬ字状の通路４３によって連通している。第３のポート１２は、弁軸４の軸線方向で弁体３１の下面中央に形成され、弁体３１内において前記通路４３に通路４４を介して連通している。弁体３１の上面中央には、前記弁軸４の嵌合部４ａが嵌合する前記嵌合凹部１３が形成されている。
【００２２】
また、弁体３１の外周面には、第１のポート１０の中間開度時（図５（ｂ））に前記第１の開口６から弁本体２内に流入する流体１９の一部を前記連通路３９を経由して前記第３の開口８に導く第１のバイパス通路４６が形成されている。この第１のバイパス通路４６は、図３〜図５に示すように、第１のポート１０の側方で第２のポート１１とは反対側に９０°回転した位置に形成されている。また、この第１のバイパス通路４６は、弁体３１の外周面で弁軸４の軸線と直交し回転中心Ｏを含む水平面を挟んでその上下に対向するように形成された２つの半円形の凹部４６ａ、４６ｂで構成されている。これらの凹部４６ａ、４６ｂは、弁体３１の外周面の一部を垂直に切断除去することにより形成され、平面視弧状の残余部４６ｃによって仕切られている。
【００２３】
このような第１のバイパス通路４６は、２つの凹部４６ａ、４６ｂが半円形に形成されていることから、第１のポート１０の開度が０％から５０％の範囲内においては徐々に増加し、５０％から１００％の範囲内においては徐々に減少する通路断面積を有している。また、第１のバイパス通路４６は、弁（第１、第２のポート１０、１１）の締め切り性を確保するために第１、第２のシートリング１４、１５の内径より小さく形成されることにより、図５（ａ）に示すように第１のポート１０の全開時においては、第１、第２のシートリング１４、１５間に位置して第１、第２の開口６、７と連通路３９との連通を遮断し、図５（ｃ）に示すように第１のポート１０の全閉時においては、第１のシートリング１４内に位置して第１の開口６と連通路３９との連通を遮断する。
【００２４】
一方、図５（ｂ）に示すように第１のポート１０の中間開度時においては、第１のバイパス通路４６が移動して第１のシートリング１４と重なり合い、第１の開口６と連通路３９が第１のバイパス通路４６を介して連通する。このため、第１の開口６より弁本体２内に流入した流体１９は、その一部が第１のポート１０から弁体３１内に流入して第３のポート１２から第３の開口８に流出し、残りが第１のバイパス通路４６および連通路３９を経由して第３のポート８から流出する。
【００２５】
さらに、弁体３１の外周面には、前記第２のポート１１の中間開度時（図５（ｂ））に第２の開口７から弁本体２内に流入する流体２０の一部を前記連通路３９を経由して前記第３の開口８に導く第２のバイパス通路４７が形成されている。この第２のバイパス通路４７は、図３〜図５に示すように第２のポート１１の側方で第１のポート１０とは反対側に９０°回転した位置に形成されている。また、この第２のバイパス通路４７は、第１のバイパス通路４６と同一形状に形成することにより、弁体３１の外周面で弁軸４の軸線と直交し回転中心Ｏを含む水平面を挟んでその上下に対向するように形成された２つの半円形の凹部４７ａ、４７ｂで構成されている。これらの凹部４７ａ、４７ｂは、弁体３１の外周面の一部を垂直に切断除去することに形成され、平面視弧状の残余部４７ｃによって仕切られている。
【００２６】
このような第２のバイパス通路４７は、２つの凹部４７ａ、４７ｂが半円形に形成されていることから、第２のポート１１の開度が０％から５０％の範囲内においては徐々に増加し、５０％から１００％の範囲内においては徐々に減少する通路断面積を有している。また、第２のバイパス通路４７は、弁の締め切り性を確保するために第１、第２のシートリング１４、１５の内径より小さく形成することにより、図５（ａ）に示すように第２のポート１１が全閉状態においては、第２のシートリング１５内に位置して第２の開口７と連通路３９との連通を遮断し、図５（ｃ）に示すように第２のポート１１が全開状態においては、第１、第２のシートリング１４、１５間に位置して第１、第２の開口６、７と連通路３９との連通を遮断する。
【００２７】
一方、図５（ｂ）に示すように第２のポート１１の中間開度時においては、第２のバイパス通路４７が移動して第２のシートリング１５と重なり合い、第２の開口７と連通路３９が第２のバイパス通路４７を介して連通する。このため、第２の開口７から弁本体２内に流入した流体２０は、その一部が第２のポート１１から弁体３１内に流入して第３のポート１２から第３の開口８に流出し、残りが第２のバイパス通路４７および連通路３９を経由して第３の開口８に流出する。
【００２８】
このように、本発明においては、弁体３１の外周面に第１、第２のバイパス通路４６、４７を形成しているので、図５（ｂ）に示す第１、第２のポート１０、１１の中間開度時における弁のＣｖ値を改善することができる。すなわち、第１、第２のポート１０、１１が中間開度のとき、第１、第２の開口６、７から流入した流体１９および２０は、第１、第２のポート１０、１１から弁体３１内に流入すると、弁体３１内で互いに衝突するため、第３のポート１２を経て第３の開口８に流出する流量は減少する。一方、流体１９、２０の一部は、第１、第２のバイパス通路４６，４７に流入すると、連通路３９を経て第３の開口８に流出するため、第３の開口８を通過する流体１９、２０の総流量が増加し、中間開度時における弁のＣｖ値を増大させる。
【００２９】
また、第１のポート１０の全閉状態においては、第１のバイパス通路４６が第１のシートリング１４内に位置し、第１の開口６と連通路３９を完全に遮断しているので、流体１９が第１のポート１０を通って第３の開口８から漏洩することがなく、第１のポート１０の良好な締め切り性を確保することができる。
【００３０】
また、第２のポート１１の全閉状態においても、同様に第２のバイパス通路４７が第２のシートリング１５内に位置し、第２の開口７と連通路３９を完全に遮断しているので、流体２０が第２のポート１１を通って第３の開口８から漏洩することがなく、第２のポート１１の締め切り性を確保することができる。
【００３１】
図６は三方ボール弁のＣｖ特性図である。
図６において、横軸は第１のポート１０の弁開度（０％〜１００％）、縦軸はＣｖ値、実線５０は図８に示した従来の三方ボール弁１のＣｖ特性、実線５１は本発明による三方ボール弁３０のＣｖ特性を示す。この図から明らかなように、従来の三方ボール弁１では中間開度時のＣｖ値が全開時のＣｖ値に対して４０％程度減少しているが、本発明による三方ボール弁３０ではＣｖ値の減少を２０％程度に抑えることができた。これは第１、第２のバイパス通路４６、４７の付加により中間開度時の総通路面積を増大させたことによる結果である。
【００３２】
また、第１、第２のバイパス通路４６、４７は、第１、第２のポート１０、１１の弁開度が０％および１００％のときに通路断面積が零になるように形成されているので、全開時においては第１、第２のポート１０、１１のＣｖ値を従来の三方ボール弁１と同等にすることができ、全閉時においては第１、第２のポート１０、１１から流体が漏洩せず良好な締め切り性を確保することができる。
【００３３】
図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ弁体の参考例を示す断面図である。
図７（ａ）は、弁体３１の外周面に形成される第１のバイパス通路（第２のバイパス通路も同様）５１を深さが一定な円形の凹部で構成した例を示す。図７（ｂ）は、弁体３１の外周面に形成される第１のバイパス通路（第２のバイパス通路も同様）５２を凹球面状（または円錐状）の凹部で構成した例を示す。このようなバイパス通路５１、５２においても上記した実施の形態と同様な効果が得られることは明らかであろう。
【００３４】
なお、上記した実施の形態と参考例は、いずれも第１、第２のバイパス通路４６、４７、５１、５２の通路断面積が弁開度０〜５０％の範囲内においては曲線的に増加し、５０〜１００％の範囲内においては同じく曲線的に減少する形状として例を示したが、本発明はこれに何ら特定されるものではなく、直線的に増加、減少する形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る三方ボール弁の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】弁体の第１、第２のポート側から見た外観斜視図である。
【図３】弁体の第１、第２のバイパス通路側から見た外観斜視図である。
【図４】（ａ）は弁体の中心を通る水平断面図、（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線断面図で、（ａ）は第１のポートの弁開度が１００％の状態を示す断面図、（ｂ）は第１のポートの弁開度が５０％の状態を示す断面図、（ｃ）は第１のポートの弁開度が０％の状態を示す断面図である。
【図６】三方ボール弁のＣｖ特性図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ弁体の参考例を示す断面図である。
【図８】三方ボール弁の従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…三方ボール弁、２…弁本体、３…弁体、４…弁軸、５…弁軸用孔、６…第１の開口、７…第２の開口、８…第３の開口、９…弁室、１０…第１のポート、１１…第２のポート、１２…第３のポート、１４…第１のシートリング、１５…第２のシートリング、３１…弁体、１９、２０…流体、４６…第１のバイパス通路、４７…第２のバイパス通路、５１、５２…バイパス通路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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