特許 6782128 ボールバルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6782128

(24)【登録日】2020年10月21日

(45)【発行日】2020年11月11日

(54)【発明の名称】ボールバルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 5/06 20060101AFI20201102BHJP

   F16K 31/04 20060101ALI20201102BHJP

【ＦＩ】

   F16K5/06 G

   F16K31/04 A

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-171210(P2016-171210)

(22)【出願日】2016年9月1日

(65)【公開番号】特開2018-35905(P2018-35905A)

(43)【公開日】2018年3月8日

【審査請求日】2019年8月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】特許業務法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮脇 昌太郎

(72)【発明者】

【氏名】大前 裕之

【審査官】 冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭４３−００４７５９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１２−００２３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２１０２２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ５／０６

Ｆ１６Ｋ ３１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体の流路に弁室が形成された弁本体と、
貫通孔が形成され、前記弁室内で回転することで、前記流体の流路を開閉するボール弁体とを備え、
前記弁本体は、前記弁室内面の少なくとも一部が曲面で形成され、前記弁室の側壁における前記ボール弁体の回転軸上の対向する位置に、貫通穴と、前記ボール弁体を回転自在に支持する支持部とが形成され、
前記ボール弁体は、表面における回転軸上の対向する位置に、前記支持部に支持される被支持部と、前記貫通穴を介して回転力を伝達する伝達軸と嵌合する嵌合凹部とが形成され、
前記伝達軸は、回転軸の周方向に係合部が形成され、
前記嵌合凹部は、前記伝達軸の係合部に対向する係合部が形成され、
前記伝達軸の先端の前記回転軸に直交する平面と、前記嵌合凹部において、前記伝達軸の先端の前記回転軸に直交する平面に対向する平面とに嵌合部が形成される、ボールバルブ。

【請求項2】

前記ボール弁体を回転軸方向に付勢する付勢部材をさらに備える、請求項１に記載のボールバルブ。

【請求項3】

前記付勢部材は、前記伝達軸と前記嵌合凹部との間、前記伝達軸と前記嵌合凹部との間で対向する面に形成された凹部、及び、前記支持部と前記被支持部との間のうち少なくとも１つの位置に配設される、請求項２に記載のボールバルブ。

【請求項4】

前記回転力は、モータによって発生され、前記伝達軸を介して前記ボール弁体に伝達される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のボールバルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボールバルブに関する。

【背景技術】

【0002】

ボールバルブは、流体の流入口と流出口が形成されたハウジング（弁本体）内に、貫通孔が形成されたボール弁体が組み込まれ、ボール弁体がハウジングの外側から操作されて回転することにより、流体の流路が開閉されるバルブである。このようなボールバルブは、例えば、ガスなどの気体や、水などの液体の流路の開閉に用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−２８３３０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述したボールバルブにおいては、ハウジング内にボール弁体を組み込んだ際のクリアランスによるボール弁体のガタつきを抑えるため、ばね等の付勢部材や付勢部材を支持する支持部材等がハウジング内に配置される場合がある。しかしながら、ボールバルブは、用途によって寸法などに制約があるため、ボール弁体のハウジング内への組み込みの精度を向上させ、ハウジング内の部品点数の増加を抑止することが望まれている。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ボール弁体のハウジング内への組み込みの精度を向上させ、ハウジング内の部品点数の増加を抑止することができるボールバルブを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るボールバルブは、流体の流路に弁室が形成された弁本体と、貫通孔が形成され、前記弁室内で回転することで、前記流体の流路を開閉するボール弁体とを備える。前記弁本体は、前記弁室内面の少なくとも一部が曲面で形成され、前記弁室の側壁における前記ボール弁体の回転軸上の対向する位置に、貫通穴と、前記ボール弁体を回転自在に支持する支持部とが形成される。前記ボール弁体は、表面における回転軸上の対向する位置に、前記支持部に支持される被支持部と、前記貫通穴を介して前記回転力を伝達する伝達軸と嵌合する嵌合凹部とが形成され、前記伝達軸は、回転軸の周方向に係合部が形成され、前記嵌合凹部は、前記伝達軸の係合部に対向する係合部が形成され、前記伝達軸の先端の前記回転軸に直交する平面と、前記嵌合凹部において、前記伝達軸の先端の前記回転軸に直交する平面に対向する平面とに嵌合部が形成される。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、ボール弁体のハウジング内への組み込みの精度を向上させ、ハウジング内の部品点数の増加を抑止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】図１Ａは、第１の実施形態に係るボールバルブの構成を示す斜視図である。

【図1B】図１Ｂは、第１の実施形態に係るボールバルブの構成を示す断面図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係るハウジングの斜視図である。

【図3A】図３Ａは、第１の実施形態に係るボールバルブの上面図である。

【図3B】図３Ｂは、第１の実施形態に係るボールバルブの上面図である。

【図4】図４は、第１の実施形態に係る伝達軸の斜視図である。

【図5】図５は、第１の実施形態に係るボール弁体の斜視図である。

【図6】図６は、第１の実施形態に係るボール弁体の組み込みを説明するための図である。

【図7A】図７Ａは、第１の実施形態に係る嵌合部の一例を示す図である。

【図7B】図７Ｂは、第１の実施形態に係る嵌合部の一例を示す図である。

【図8A】図８Ａは、第１の実施形態に係る嵌合部の一例を示す図である。

【図8B】図８Ｂは、第１の実施形態に係る嵌合部の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態に係るボールバルブについて図面を参照して説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

【0010】

（第１の実施形態）
図１Ａは、第１の実施形態に係るボールバルブ１の構成を示す斜視図である。また、図１Ｂは、第１の実施形態に係るボールバルブ１の構成を示す断面図である。ここで、図１Ｂにおいては、ボールバルブ１の縦断面を示す。図１Ａに示すように、ボールバルブ１は、ハウジング（弁本体）１１と、カバー１２と、ボールバルブ側接合部１３とを備え、ボールバルブ側接合部１３がモータ２におけるモータ側接合部２１と接合することで、モータ２と接合されている。ここで、ボールバルブ側接合部１３とモータ側接合部２１とは、例えば、ネジやスナップフィットなどにより接合される。

【0011】

ボールバルブ１は、ハウジング１１の内部に弁室が形成され、弁室にボール弁体が組み込まれる。そして、ボールバルブ１は、ボール弁体がシール部材によってシールされ、Ｏリングによって隙間が封止され、カバー１２によって覆われる。なお、ボールバルブ１の内部の詳細については、後述する。モータ２は、ボールバルブ１におけるボール弁体を回転させる駆動力を供給する駆動源であり、例えば、ステッピングモータなどである。

【0012】

図１Ｂに示すように、ボールバルブ１は、カバー１２によって覆われたハウジング１１内部に、ボール弁体１４と、シール部材１５と、Ｏリング１６と、Ｏリング１７とが配設され、ボール弁体１４が回転し、ボール弁体１４に形成された貫通孔１４３が流体の流路を連通させることで、流路４が形成され、流体を流通させる。ハウジング１１は、中空状に形成され、内部に弁室１１１が形成される。弁室１１１は、ボール弁体１４が組み込まれる空間である。ここで、ハウジング１１は、弁室１１１内面の少なくとも一部が曲面で形成され、弁室１１１の側壁におけるボール弁体１４の回転軸上の対応する位置に、貫通穴１１３と、ボール弁体１４を回転自在に支持する支持部１１２が形成される。すなわち、ハウジング１１は、直線Ｌ１で示す回転軸上に貫通穴１１３と、支持部１１２が形成される。

【0013】

図２は、第１の実施形態に係るハウジング１１の斜視図である。ハウジング１１は、図２に示すように、ボールバルブ側接合部１３側の側壁、すなわち、モータ２と接合する側の側壁に貫通穴１１３が形成される。貫通穴１１３は、モータ２の回転をボール弁体１４に伝達する伝達軸２２が挿入される穴である。また、ハウジング１１は、弁室１１１の側壁における貫通穴１１３に対向する位置に支持部１１２が形成される。支持部１１２は、例えば、ボール弁体１４に形成された嵌合凸部が嵌合する嵌合凹部である。ここで、貫通穴１１３と支持部１１２は、ボール弁体１４の回転軸がモータ２の回転軸と同軸になるように形成される。すなわち、貫通穴１１３から挿入されるモータ２の伝達軸２２の回転中心と、支持部１１２の中心とが一致するように、貫通穴１１３と支持部１１２が形成される。

【0014】

図１Ｂに戻って、ボール弁体１４は、表面における回転軸上の対向する位置に、支持部１１２に支持される被支持部１４１と、貫通穴１１３を介して回転力を伝達する伝達軸２２と嵌合する嵌合凹部１４２とが形成される。例えば、被支持部１４１は、図１Ｂに示すように、支持部１１２として形成された嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部である。そして、嵌合凹部１４２は、伝達軸２２の先端部分と嵌合する。ボール弁体１４は、貫通穴１１３から挿入されるモータ２の伝達軸２２の回転中心と、支持部１１２の中心とが一致するように形成された支持部１１２に被支持部１４１が嵌合し、貫通穴１１３から挿入された伝達軸２２に嵌合凹部１４２が嵌合することで、弁室１１１内に支持される。

【0015】

図３Ａ及び図３Ｂは、第１の実施形態に係るボールバルブ１の上面図である。ここで、図３Ａにおいては、カバー１２と、シール部材１５を除いた場合のボールバルブ１の上面図を示す。また、図３Ｂにおいては、図３Ａからさらにハウジング１１を除いた場合のボールバルブ１の上面図を示す。図３Ａに示すように、ボール弁体１４は、貫通孔１４３に直交する方向の対向する位置に、被支持部１４１と、嵌合凹部１４２（図１Ｂ参照）とが形成され、ハウジング１１の弁室１１１内に支持される。そして、ボール弁体１４は、支持部１１２に支持された被支持部１４１を支点として、伝達軸２２の回転に応じてハウジング１１内で回転する。

【0016】

例えば、モータ２の回転により、ボール弁体１４が図３Ａに示す状態となると、ボール弁体１４の貫通孔１４３がハウジング１１における流体の流入口及び流出口と連通し、流路が開放された状態となる。一方、モータ２の回転により、ボール弁体１４が図３Ａに示す状態から「９０°」回転した状態となると、ボール弁体１４の貫通孔１４３がハウジング１１における流体の流入口及び流出口と直交することとなり、流路が閉鎖された状態となる。

【0017】

ここで、図３Ｂに示すように、モータ２の回転軸（伝達軸２２の回転軸）と、ボール弁体１４の回転軸とを一致させてボール弁体１４を回転させるために、伝達軸２２と嵌合凹部１４２（図１Ｂ参照）との嵌合部分に凹凸形状が形成される。具体的には、伝達軸２２は、回転軸の周方向に係合部が形成される。そして、嵌合凹部１４２は、伝達軸２２の係合部に対向する係合部が形成される。例えば、伝達軸２２と嵌合凹部１４２との嵌合にＤカットや、スプライン、セレーション等が用いられる。以下、伝達軸２２と嵌合凹部１４２との嵌合にＤカットが用いられる場合を一例に挙げて説明する。図４は、第１の実施形態に係る伝達軸２２の斜視図である。伝達軸２２は、モータ２の出力軸に結合され、出力軸の回転に応じて回転する。この伝達軸２２は、回転軸方向に沿った平面２２２（伝達軸２２における係合部）が形成される。例えば、図４に示すように、伝達軸２２は、回転軸に沿った対向する位置に、２つの平面２２２が形成される。なお、平面２２２の数は、２つに限られず、１つ又は３つ以上の平面が形成される場合であってもよい。

【0018】

図５は、第１の実施形態に係るボール弁体１４の斜視図である。ボール弁体１４における嵌合凹部１４２は、伝達軸２２に形成された平面２２２に対向する平面１４２１（嵌合部１４２における係合部）が形成される。例えば、嵌合凹部１４２は、図５に示すように、伝達軸２２に形成された２つの平面２２２に対向する２つの平面１４２１が形成される。すなわち、ボール弁体１４は、伝達軸２２に形成された平面２２２と対向する平面１４２１が嵌合凹部１４２に形成されることで、伝達軸２２の回転力を平面２２２に対向する平面１４２１で受けることができる。

【0019】

なお、図４及び図５においては、Ｄカットが形成される場合について説明したが、伝達軸２２と嵌合凹部１４２との嵌合にはスプラインやセレーション等により凹凸形状が形成される場合であってもよい。かかる場合には、伝達軸２２は、周方向に沿って外側に歯状の溝（伝達軸２２における係合部）が形成される。そして、嵌合凹部１４２は、伝達軸２２に形成された溝に対向する内側に歯状の溝（嵌合部１４２における係合部）が形成される。

【0020】

ボール弁体１４は、上述したように形成された嵌合凹部１４２によりモータ２の駆動力を伝達軸２２から受け、ハウジング１１の弁室１１１内で回転することで、流体の流路を開閉する。なお、ボール弁体１４は、シール部材１５との摺動抵抗に応じて平面領域を形成させることも可能である。例えば、ボール弁体１４は、外周面のうち回転に伴ってシール部材１５との間で摺動する領域を、図５に示すように、摺動抵抗に応じて平面領域１４４とすることができる。

【0021】

ここで、第１の実施形態に係るボール弁体１４は、ハウジング１１に組み込まれる際に、図６に示すように、斜めに組み込まれる。図６は、第１の実施形態に係るボール弁体１４の組み込みを説明するための図である。上述したように、ハウジング１１における弁室１１１は、内面の少なくとも一部が曲面となっている。例えば、図６に示すように、弁室１１１の内面１１１１は、曲面で形成される。また、ハウジング１１は、ボール弁体１４が組み込まれる側の開口部が円状に形成される（例えば、図３Ａ参照）。これにより、ボール弁体１４は、図６に示すように、被支持部１４１を下方向に向けるように斜めにしてハウジング１１の開口部を通過され、弁室１１１内部で被支持部１４１を支持部１１２に嵌合させるように回転されることで、ハウジング１１に組み込まれる。なお、弁室１１１の内面の曲率は、ボール弁体１４の外周面における曲率に応じて決定される。

【0022】

図１Ｂに戻って、シール部材１５は、リング状の弾性部材であり、ボール弁体１４におけるカバー１２側に当接するように配設される。すなわち、シール部材１５は、ボール弁体１４が上述したように組み込まれた後、ハウジング１１の開口部から配設される。シール部材１５は、流路の閉鎖時に、ボール弁体１４の貫通孔１４３とハウジング１１におけるカバー１２側の流路との間を封止する。一方、流路の開放時には、シール部材１５は、貫通孔１４３とハウジング１１におけるカバー１２側の流路との連通状態を弁室１１１側から封止する。

【0023】

カバー１２は、シール部材１５の上面に当接された状態でハウジング１１に固定されることで、シール部材１５とボール弁体１４とを圧着させる。Ｏリング１６は、ハウジング１１の開口部におけるカバー１２とハウジング１１との間にそれぞれと当接するように配設され、ハウジング１１とカバー１２との間を封止する。Ｏリング１７は、貫通穴１１３の内周面と伝達軸２２との間にそれぞれと当接するように配設され、ハウジング１１と伝達軸２２との間を封止する。

【0024】

上述したように、第１の実施形態に係るボールバルブ１は、モータ２の回転軸とボール弁体１４の回転軸が同軸上となるように、貫通穴１１３と支持部１１２が形成される。ここで、第１の実施形態に係るボールバルブ１におけるハウジング１１、ボール弁体１４、カバー１２などの各部材は、合成樹脂を用いた射出成型によって形成される。すなわち、ハウジング１１、ボール弁体１４、カバー１２などの各部材は、それぞれ一体成形される。従って、ハウジング１１における貫通穴１１３と支持部１１２は、１つの金型によって形成させることができるため、精度を確保することができる。その結果、ハウジング１１内へのボール弁体１４の組み込みの精度を向上させることができ、部品点数の増加を抑止することができる。

【0025】

さらに、第１の実施形態に係るボールバルブ１は、ボール弁体１４を回転軸方向に付勢させる付勢部材を用いることで、クリアランスによる回転軸方向のがたつきを抑止することができる。具体的には、付勢部材は、伝達軸２２と嵌合凹部１４２との間、伝達軸２２と嵌合凹部１４２との間で対向する面に形成された凹部、及び、支持部１１２と被支持部１４１との間のうち少なくとも１つの位置に配設される。例えば、図１Ｂに示すように、伝達軸２２の先端の平面に凹部２２１が形成され、凹部２２１に付勢部材としてのバネ３が配設される。そして、伝達軸２２が嵌合凹部１４２に嵌合されると、バネ３が、ボール弁体１４を支持部１１２の方向に付勢する。これにより、ボールバルブ１は、クリアランスによる回転軸方向のがたつきを抑止することができる。なお、バネ３は、伝達軸２２における凹部２２１だけではなく、その他の位置に配設される場合であってもよい。例えば、バネ３は、伝達軸２２と嵌合凹部１４２との間に配設される場合であってもよい。すなわち、バネ３は、伝達軸２２の先端の平面と、嵌合凹部１４２において対向する平面との間に配設される。この場合、伝達軸２２は、凹部２２１が形成されていない場合であってもよい。また、バネ３は、支持部１１２と被支持部１４１との間に配設される場合であってもよい。さらに、バネ３は、上記したいずれかの位置だけでなく、２箇所以上の位置に配設される場合であってもよい。

【0026】

また、第１の実施形態に係るボールバルブ１は、伝達軸２２とボール弁体１４との回転軸のずれを抑止するため、伝達軸２２とボール弁体１４との間にさらに嵌合部を形成させることができる。上述したように、伝達軸２２とボール弁体１４とは、伝達軸２２と嵌合凹部１４２との嵌合にＤカットが用いられているが、この場合、伝達軸２２の回転軸と、ボール弁体１４の回転軸にずれが生じる場合がある。そこで、ボールバルブ１においては、伝達軸２２の先端の平面と、嵌合凹部１４２において伝達軸２２の先端に対向する平面に、回転軸を揃えるための嵌合部がさらに形成される。

【0027】

図７Ａ〜図８Ｂは、第１の実施形態に係る嵌合部１８、１８ａの一例を示す図である。図７Ａ及び図７Ｂは、伝達軸２２に凹部が形成され、嵌合凹部１４２に凸部が形成された嵌合部１８を示し、バネ３を配設するために形成された凹部２２１を利用する例について示す。また、図８Ａ及び図８Ｂは、伝達軸２２ａに凸部が形成され、嵌合凹部１４２に凹部が形成された嵌合部１８ａを示す。

【0028】

例えば、嵌合部１８では、図７Ａに示すように、伝達軸２２において、先端の平面に凹部２２１が形成される。そして、図７Ｂに示すように、ボール弁体１４ａにおいて、嵌合凹部１４２に、図７Ａに示す凹部２２１と嵌合する凸部１４５が形成される。これにより、伝達軸２２が嵌合凹部１４２に嵌合することで、凹部２２１と凸部１４５も嵌合することとなり、回転軸のずれを抑止することができる。

【0029】

なお、凸部と凹部は、逆に形成されてもよい。例えば、嵌合部１８ａでは、図８Ａに示すように、伝達軸２２ａの先端の平面に凸部２２３が形成される。そして、図８Ｂに示すように、ボール弁体１４ｂにおける嵌合凹部１４２に、図８Ａに示す凸部２２３と嵌合する凹部１４６が形成される。これにより、伝達軸２２ａが嵌合凹部１４２に嵌合することで、凸部２２３と凹部１４６も嵌合することとなり、回転軸のずれを抑止することができる。

【0030】

図７Ａ〜図８Ｂに示す嵌合部１８又は嵌合部１８ａを形成し、さらに、バネ３を配設する場合、バネ３は、例えば、支持部１１２と被支持部１４１との間に配設される。

【0031】

上述した実施形態では、モータ２の駆動力によってボール弁体１４が回転する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、伝達軸２２にレバーが結合され、操作者がレバーを操作することによって、ボール弁体１４が回転する場合であってもよい。

【0032】

また、上述した実施形態では、ボール弁体１４に平面領域１４４が形成される場合を例に挙げて説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、平面領域１４４が形成されず、貫通孔１４３を除く外周面が全て曲面の場合であってもよい。

【0033】

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0034】

１ ボールバルブ
２ モータ
３ バネ
４ 流路
１１ ハウジング（弁本体）
１２ カバー
１３ ボールバルブ側接合部
１４、１４ａ、１４ｂ ボール弁体
１５ シール部材
１６、１７ Ｏリング
１８、１８ａ 嵌合部
２１ モータ側接合部
２２、２２ａ 伝達軸
１１１ 弁室
１１２ 支持部
１１３ 貫通穴
１４１ 被支持部
１４２ 嵌合凹部
１４３ 貫通孔
１４４ 平面領域
１４５、２２３ 凸部
１４６、２２１ 凹部
２２２、１４２１ 平面（係合部）

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】