特開 2022-150791 ボールバルブと小型電動ボールバルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022150791

(43)【公開日】2022-10-07

(54)【発明の名称】ボールバルブと小型電動ボールバルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 5/06 20060101AFI20220929BHJP

   F16K 31/04 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

F16K5/06 C

F16K31/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021053556

(22)【出願日】2021-03-26

(71)【出願人】

【識別番号】501417929

【氏名又は名称】株式会社キッツエスシーティー

(74)【代理人】

【識別番号】100081293

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 哲男

(72)【発明者】

【氏名】岩渕 俊昭

(72)【発明者】

【氏名】松村 栄治

【テーマコード（参考）】

3H054

3H062

【Ｆターム（参考）】

3H054AA03

3H054BB16

3H054BB17

3H054BB22

3H054CA02

3H054CB09

3H054CB22

3H054EE01

3H054EE04

3H054GG01

3H062AA07

3H062BB30

3H062BB31

3H062CC01

3H062CC17

3H062DD01

3H062EE01

3H062EE07

3H062HH02

(57)【要約】

【課題】低トルクのボールバルブに省スペースでかつコンパクトなアクチュエータをバルブ本体のボデーに直接装着でき、かつアクチュエータの交換が容易にでき、手動弁にも互換性があり、部品の共通化も図り、組み換え可能な配管スペースを最小にすることを可能とし、しかも高耐久性を有し、軽量でコンパクト化を図ったボールバルブと小型電動ボールバルブを提供する。
【解決手段】バルブ本体１は、ボデー１０内に配置したボール弁体１１と、このボール弁体１１の両側に隙間Ｓを介して無圧接状態で保持させたボール弁体保持用の保持リング１２と、この保持リング１２のボール弁体１１を保持する保持面２６に装着した環状の低弾性パッキン１３と、を備える。バルブ本体１は、低弾性パッキン１３でボール弁体１１を保持した状態でボール弁体１１をガイド摺動する無圧接触構造のボールバルブである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バルブ本体は、ボデー内に配置したボール弁体と、このボール弁体の両側に隙間を介して無圧接状態で保持させたボール弁体保持用の保持リングと、この保持リングのボール弁体を保持する保持面に装着した環状の低弾性パッキンと、を備え、前記バルブ本体は、前記ボール弁体と前記保持リングの前記保持面との間に隙間を設け、かつ、前記低弾性パッキンで前記ボール弁体を保持した状態で当該ボール弁体をガイド摺動する無圧接触構造であることを特徴とするボールバルブ。

【請求項2】

前記保持リングの外周側をＯリングを介して外周シールし、かつ前記保持リングの外周に設けた固定段部を介してこの保持リングを固定部材で固定することにより、前記保持リングの前記保持面と前記ボール弁体との間に隙間を設けた請求項１に記載のボールバルブ。

【請求項3】

前記保持面は、ボール保持球面であり、このボール保持球面の中央部には、前記バルブ本体の流路に対して略４５度の装着溝を形成し、この装着溝にゴム又はパーフルオロエラストマー材で形成された前記低弾性パッキンが装着された請求項１又は２に記載のボールバルブ。

【請求項4】

前記低弾性パッキンは、前記ボール弁体の摺動面に略直角状態に設けられ、かつ、前記低弾性パッキンの中央部位の内外には、くびれ部が設けられた請求項３に記載のボールバルブ。

【請求項5】

前記保持リングの前記保持面は、ボール保持球面であり、このボール保持球面に形成した装着溝に前記低弾性パッキンを装着し、この低弾性パッキンは、前記バルブ本体の流路軸方向に向けた状態で装着して前記低弾性パッキンの内周先端側と前記ボール弁体とをガイド摺動させた請求項１又は２に記載のボールバルブ。

【請求項6】

前記低弾性パッキンの内周先端側には球形部が形成され、この球形部の一方の先端内周側面を前記ボール弁体に摺動接触させた請求項５に記載のボールバルブ。

【請求項7】

前記低弾性パッキンの内外側面にくびれ部を形成し、かつ前記低弾性パッキンの外周側には、外周溝がそれぞれ形成されている請求項５又は６に記載のボールバルブ。

【請求項8】

前記保持リングには、低弾性パッキン飛出防止用の壁と溝により低弾性パッキン圧入時の逃げ部を形成した請求項５乃至７の何れか１項に記載のボールバルブ。

【請求項9】

前記ボール弁体が短尺状のステムにより密封状態で回動自在に設けられ、かつ前記ステムが前記バルブ本体に設けた耐圧部材で保持されると共に、アクチュエータ本体を前記バルブ本体に直付けする際にこのアクチュエータ本体の作動軸と同軸に回転可能に嵌合できるようにした請求項１に記載のボールバルブ。

【請求項10】

前記ボール弁体が短尺状のステムにより密封状態で回動自在に設けられ、かつステムが前記バルブ本体に設けた耐圧部材で保持されると共に、手動機構を前記バルブ本体に着脱する際に、この手動機構の手動軸と同軸に回転可能に嵌合できるようにした請求項１に記載のボールバルブ。

【請求項11】

請求項１乃至１０における前記バルブ本体にアクチュエータ本体を直付け搭載する際に、前記アクチュエータ本体に内蔵された前記ボール弁体を回動させるための作動ギヤに複数の穴を設け、この穴から挿通することができる固定ボルトで前記バルブ本体と前記アクチュエータ本体とを直付けしたことを特徴とする小型電動ボールバルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボールバルブと小型電動ボールバルブに関し、例えば、主に真空から大気圧程度で使用され、電動駆動のアクチュエータ又はハンドルなどの手動操作により操作可能な超小型の電動ボールバルブに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、バルブとアクチュエータとを組み合わせた状態でコンパクト化を達成するためには、小型のアクチュエータや手動ハンドルを使用する必要があり、そのためには、ボール弁体の動作トルクを極力小さくすることが必要である。

【0003】

例えば、電動ボールバルブのコンパクト化を工夫する方法は複数知られており、特許文献１には、バルブのボデーのステム軸装側の外周頂部と同等かそれ以下の両側位置にフランジ部を設け、このフランジ部までアクチュエータの筐体の一部を垂下させてネジ固定する方法が提案されている。

【0004】

一方、特許文献２において、弁箱とボールとの摺接部に設けたシートリングを弗素樹脂のような弾性体で形成し、この弾性体に設けた溝内にゴムリングを圧力固定し、シートリングのシール性を保持するようにしたボール弁が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５９１１６９８号公報

【特許文献2】実開昭５６－９０５４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前者の特許文献１は、アクチュエータ付きボールバルブの高さを極力小さくすることは可能であるが、ボール弁体の動作トルクを極力小さくする配慮はされていない。

【0007】

一方、後者の特許文献２は、摺接部のシール性は保持できるものの、ボールの動作トルクを小さくしてアクチュエータの小型化を図るものではない。

【0008】

本発明は、従来の課題を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、低トルクのボールバルブに省スペースでかつコンパクトな電動アクチュエータをバルブ本体のボデーに直接装着でき、かつアクチュエータの交換が容易にでき、手動弁にも互換性があり、部品の共通化も図り、組み換え可能な配管スペースを最小にすることを可能とし、しかも高耐久性を有し、軽量コンパクト化を図ったボールバルブと小型電動ボール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、請求項１に係る発明は、バルブ本体は、ボデー内に配置したボール弁体と、このボール弁体の両側に隙間を介して無圧接状態で保持させたボール弁体保持用の保持リングと、この保持リングのボール弁体を保持する保持面に装着した環状の低弾性パッキンと、を備え、バルブ本体は、ボール弁体と保持リングの保持面との間に隙間を設け、かつ、低弾性パッキンでボール弁体を保持した状態で当該ボール弁体をガイド摺動する無圧接触構造であるボールバルブである。

【0010】

請求項２に係る発明は、保持リングの外周側をＯリングを介して外周シールし、かつ保持リングの外周に設けた固定段部を介してこの保持リングを固定部材で固定することにより、保持リングの保持面とボール弁体との間に隙間を設けたボールバルブである。

【0011】

請求項３に係る発明は、保持面は、ボール保持球面であり、このボール保持球面の中央部には、バルブ本体の流路に対して略４５度の装着溝を形成し、この装着溝にゴム又はパーフルオロエラストマー材で形成された低弾性パッキンが装着されたボールバルブである。

【0012】

請求項４に係る発明は、低弾性パッキンは、ボール弁体の摺動面に略直角状態に設けられ、かつ、低弾性パッキンの中央部位の内外には、くびれ部が設けられたボールバルブである。

【0013】

請求項５に係る発明は、保持リングの保持面は、ボール保持球面であり、このボール保持球面に形成した装着溝に低弾性パッキンを装着し、この低弾性パッキンは、バルブ本体の流路軸方向に向けた状態で装着して低弾性パッキンの内周先端側とボール弁体とをガイド摺動させたボールバルブである。

【0014】

請求項６に係る発明は、低弾性パッキンの内周先端側には球形部が形成され、この球形部の一方の先端内周側面をボール弁体に摺動接触させたボールバルブである。

【0015】

請求項７に係る発明は、低弾性パッキンの内外側面にくびれ部を形成し、かつ低弾性パッキンの外周側には、外周溝がそれぞれ形成されているボールバルブである。

【0016】

請求項８に係る発明は、保持リングには、低弾性パッキン飛出防止用の壁と溝により低弾性パッキン圧入時の逃げ部を形成したボールバルブである。

【0017】

請求項９に係る発明は、ボール弁体が短尺状のステムにより密封状態で回動自在に設けられ、かつステムがバルブ本体に設けた耐圧部材で保持されると共に、アクチュエータ本体をバルブ本体に直付けする際にこのアクチュエータ本体の作動軸と同軸に回転可能に嵌合できるようにしたボールバルブである。

【0018】

請求項１０に係る発明は、ボール弁体が短尺状のステムにより密封状態で回動自在に設けられ、かつステムがバルブ本体に設けた耐圧部材で保持されると共に、手動機構をバルブ本体に着脱する際に、この手動機構の手動軸と同軸に回転可能に嵌合できるようにしたボールバルブである。

【0019】

請求項１１に係る発明は、バルブ本体にアクチュエータ本体を直付け搭載する際に、アクチュエータ本体に内蔵されたボール弁体を回動させるための作動ギヤに複数の穴を設け、この穴から挿通することができる固定ボルトでバルブ本体とアクチュエータ本体とを直付けした小型電動ボールバルブである。

【発明の効果】

【0020】

請求項１又は３に係る発明によると、低トルクのボールバルブであるから、コンパクトな電動アクチュエータ又は手動ハンドルを搭載することが可能となり、ボールバルブ自体の高耐久性化を図ることができると共に、配管スペースの最小化も図ることができ、パッキンは低弾性材であるため摩擦トルクが極めて小さくアクチュエータや手動ハンドルをより小型化できる。

【0021】

請求項２に係る発明によると、Ｏリングにより漏れを防いだ状態で、固定段部を介して保持リングを位置決めした状態で固定部材で固定でき、保持リングとボール弁体との間に確実に隙間を設けた状態で保持リングを装着できるため、ボール弁体を保持リングに対して無圧接状態で開閉操作できる。

【0022】

請求項４に係る発明によると、低弾性パッキンは低弾性材であるため摩擦トルクが小さくアクチュエータや手動ハンドルを小型化でき、流路とほぼ４５度の装着のパッキンは、ボール弁体の摺動面に直角に設けられているため、ボール弁体の回転によるパッキンのねじれを防止でき、しかも、パッキンにくびれ部を設けているので低弾性になり、例えば、１８０℃に加熱した場合のパッキンの熱膨張をくびれ部で逃がしてパッキンの締付け面圧の上昇を軽減することで低トルク化を可能とした。

【0023】

請求項５に係る発明によると、低弾性パッキンの膨張方向がバルブ本体の流路軸方向に設けられているから、例えば低弾性パッキンが熱膨張した場合、膨張による低弾性パッキンは、ボール弁体に接触圧が高まることがないからトルクの増大を回避でき常に低トルク化を図ることができる。

【0024】

請求項６に係る発明によると、低弾性パッキンの球形部の一方の先端内周側面にボール弁体が摺動接触するからボール弁体の低トルク化を確実に達成することができる。

【0025】

請求項７に係る発明によると、低弾性パッキンの内外側面のくびれ部や外周溝に低弾性パッキンの膨張による内周側への延出部分を充填することが可能となり、低弾性パッキンのボール弁体への接触圧を高めることなく低トルク化を保持できる。

【0026】

請求項８に係る発明によると、ボール弁体の回転に伴ってパッキンのねじれ現象によるパッキンの飛出しを壁と溝で形成した逃げ部によって確実に防ぐことができる。

【0027】

請求項９又は１０に係る発明によると、バルブ本体にアクチュエータ本体や手動機構を着脱する際に、バルブ本体の気密を保持した状態で、アクチュエータ本体又は手動機構を確実に着脱することができる。

【0028】

請求項１１に係る発明によると、バルブ本体にアクチュエータ本体や手動ハンドルを直付けすることが可能となり、従来のようにアクチュエータ本体の下面とバルブ本体の上面とをヨークやフランジ等の連結部材を用いることがなく、アクチュエータ本体の占める空間がないため、コンパクトで小型化に寄与することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の第１発明のボールバルブの実施形態を示す縦断面図である。

【図2】図１の中央縦断面図である。

【図3】アクチュエータ本体の一部省略平面図である。

【図4】（ａ）は図１におけるアクチュエータ本体の縦断面図である。（ｂ）は（ａ）の中央縦断面図である。

【図5】（ａ）は図１におけるバルブ本体の平面図である。（ｂ）は（ａ）の中央横断面図である。（ｃ）は（ａ）の中央縦断面図である。（ｄ）は（ｂ）の一部拡大断面図である。

【図6】（ａ）は、本発明におけるアクチュエータ本体の他例を示す一部省略縦断面図である。（ｂ）は（ａ）の中央縦断面図である。

【図7】（ａ）は、本発明におけるバルブ本体の他例を示す平面図である。（ｂ）は（ａ）の中央横断面図である。（ｃ）は（ａ）の中央縦断面図である。

【図8】（ａ）は、本発明における手動機構の縦断面図である。（ｂ）は（ａ）の中央縦断面図である。

【図9】（ａ）は図７のバルブ本体に手動機構を装着した状態を示す縦断面図である。（ｂ）は（ａ）の中央縦断面図である。

【図10】本発明の第２発明のバルブ本体の中央縦断面図である。

【図11】第２発明における小型電動ボールバルブの一実施形態を示す縦断面図である。

【図12】図１１の一部拡大断面図である。

【図13】（ａ）、（ｂ）は、本発明におけるボール弁体と低弾性パッキンとの摺動抵抗の原理を説明した図面である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下に、本発明の第１発明と第２発明におけるボールバルブと小型電動ボールバルブの実施形態を図面に基づいて説明する。図１、図２においては、本発明の第１発明のボールバルブの一実施形態を示し、図３、図４は、図１、図２におけるアクチュエータ本体、図５は、バルブ本体をそれぞれ示している。

【0031】

図１～図５において、第１発明であるボールバルブ（小型電動ボールバルブ）１００は、バルブ本体１、電動のアクチュエータ本体２からなっている。このうち、バルブ本体１は、ボデー１０、流路穴２１ａを有するボール弁体１１、保持リング１２、環状の低弾性パッキン１３、ステム１４を備えている。

【0032】

バルブ本体１のボデー１０は、略立方体状に形成され、両端が開口し下部には分岐流路２０が形成されている。ボデー１０両側の開口内周面には、テーパ面１０ａが形成されている。ボデー１０内部にはボール弁体１１が配置され、このボール弁体１１の内部には側方から下方に向けて略９０度に屈曲したＬ字型の内部流路２１が形成されている。ボール弁体１１の上部には、ステム１４の端部側が嵌合接続され、このボール弁体１１は、ステム１４を介してアクチュエータ本体２に回動可能に設けられる。ステム１４は、アクチュエータ本体２の後述する作動軸を兼ねており、これらが一体化されている。

【0033】

ステム１４の外周には、低弾性パッキン１３と同材料で形成されたＯリング２２が装着され、このＯリング２２を用いた外部シール構造により、ステム１４がボデー１０に挿着される。ステム１４とボデー１０との間には、フッ素材料をベースとしたグリスが塗布されている。

【0034】

ボデー１０の両端開口部には、接続フランジ２３がそれぞれ固定部材である固定ねじ２４で取付けられ、各接続フランジ２３には流路２５が設けられている。これらボデー１０と接続フランジ２３との間には、保持リング１２が装着される。

【0035】

保持リング１２は、ボール弁体１１保持用として樹脂材料で形成され、ボデー内周、接続フランジ内周面側に装着可能なドーナツ形状に設けられ、これらボデー内周と接続フランジ内周面との間に挟み込まれて位置決め状態で取付けられる。保持リング１２は、ボール弁体１１の両側にわずかな隙間Ｓを介してこのボール弁体１１を無圧接状態で保持可能に設けられ、この保持リング１２のボール弁体１１との対向側には、環状の低弾性パッキン１３が装着される。本例において、保持リング１２は、流路２５、２５側に位置させてボール弁体１１側に設けている。

【0036】

保持リング１２の低弾性パッキン１３の装着側には、ボール弁体１１を保持する保持面２６が設けられ、この保持面２６側に低弾性パッキン１３が取付けられる。保持面２６は、ボール弁体１１を保持可能なボール保持球面（保持面）２６により設けられ、このボール保持球面２６の中央部には、接続フランジ２３内に形成された流路２５に対して略４５度の角度θで傾斜した状態で環状の装着溝２８が形成され、この装着溝２８に低弾性パッキン１３が嵌め込まれるようにして装着される。

【0037】

保持リング１２の装着溝２８よりも外径側には、この装着溝２８と一部が連通するようにリークポート３１が形成される。このリークポート３１により装着溝２８の底部とキャビティ３２とが連通し、低弾性パッキン１３装着後には、この低弾性パッキン１３の裏側や後述するくびれ部３０に滞留したガスなどの流体がキャビティ３２内に抜けやすくなっている。

【0038】

保持リング１２において、ボデー１０への取付け面側、及び接続フランジ２３への取付け面側には、低弾性パッキン１３と同材料で形成されたＯリング２９がそれぞれ装着される。このように、保持リング１２は、その外周面がＯリング２９を介して外周シールされた状態で、ボデー１０と接続フランジ２３との間に装着される。

【0039】

図５（ｄ）に示すように、保持リング１２の外周には環状の固定段部３３が形成され、保持リング１２は、固定段部３３の端面がボデー１０の外端面に当接し、ボール保持球面２６とボール弁体１１との間に隙間Ｓが設けられた状態でボデー１０に装着される。このとき、保持リング１２は、テーパ面１０ａを介して外周側のＯリング２９が引っ掛かることなくスムーズにボデー１０内に挿着される。この状態で接続フランジ２３を保持リング１２の上からボデー１０に装着し、固定ねじ２４により接続フランジ２３をボデー１０に固定することにより、固定段部３３がボデー１０外端面と接続フランジ２３との間に挟着されて位置決めされる。これにより、保持リング１２とボール弁体１１との間に隙間Ｓが設けられた状態が維持される。

【0040】

低弾性パッキン１３は、保持リング１２よりも軟質な樹脂材料、例えば、ゴム又はパーフルオロエラストマー材により設けられ、装着溝２８に装着可能に断面略４５度の角度で傾斜した環状に形成される。低弾性パッキン１３の装着溝２８への装着後には、この低弾性パッキン１３の先端側が、略４５度の装着角度θにより、ボール弁体１１の摺動面１１ａに対して略直角状態に向けられた状態となる。低弾性パッキン１３は、耐高温性、耐久性の特性を備えており、その略中央部位には、一部が縮径した形状のくびれ部３０が設けられる。

【0041】

図５に示す本実施形態のバルブ本体１は、ステム１４を１８０度回転したときに、両側の接続フランジ２３の何れかの流路２５と下部の分岐流路２０とが切り替わる三方切替バルブよりなっている。上記の内部構成により、バルブ本体１は、低弾性パッキン１３でボール弁体１１を保持した状態でガイド摺動し、この低弾性パッキン１３が保持される保持リング１２がボール弁体１１に対して無圧接触構造となるように設けられる。
ここで、本明細書において、「ガイド摺動」とは、ボール弁体１１と保持リング１２が接触しないようにボール弁体１１を低弾性パッキン１３で保持しつつ、ボール弁体１１が低弾性パッキン１３と接触してシール面圧を発生させることができるように、ボール弁体１１が摺動可能に低弾性パッキン１３により保持されることを意味する。
「無圧接触」とは、ボール弁体１１と保持リング１２が接触しないで隙間Ｓを有していることを意味する。
「無圧接触構造」とは、ボールバルブのシール構造が、ボール弁体１１と保持リング１２が接触せずに、ボール弁体１１と低弾性パッキン１３の接触によるガイド摺動でシール面圧を発生させるシール構造を意味する。

【0042】

ここで、図４は、本発明における小型電動ボールバルブのアクチュエータの一例を示した断面図であり、図６及び図７は、同上のアクチュエータとボデー本体の他例を示した断面図であり、図８と図９は、本発明のボールバルブを手動操作する手動機構の一例を示したものである。これらアクチュエータと手動機構は、本発明における前述したボールバルブの第１発明と後述する第２発明にも適用できることは勿論である。

【0043】

図１～図４において、アクチュエータ本体２は、前述したバルブ本体１に搭載されてこのバルブ本体１を自動回転可能に設けられ、作動軸１４、作動ギヤ４１、モータ４２、回転軸４３、入力ギヤ４４を有している。作動軸１４は、ステム１４と一体に形成され、ベアリング４５を介して軸着され、この作動軸１４によってボール弁体１１が回動操作可能に設けられる。

【0044】

作動ギヤ４１は、ステム１４と同軸に回転可能に一体化され、入力ギヤ４４に噛合された状態でアクチュエータ本体２に内蔵される。一方、入力ギヤ４４は、モータ４２の出力側に設けられた回転軸４３と同軸に一体化されている。この構成により、モータ４２を動作させたときには、回転軸４３とともに入力ギヤ４４が回転し、作動ギヤ４１に回転が減速されつつ伝達される。作動ギヤ４１の回転によりステム１４が回転し、このステム１４によりバルブ本体１に内蔵されたボール弁体１１が回動駆動される。

【0045】

作動ギヤ４１には、適宜の形状の穴４６がその同心円上に複数設けられ、この穴４６から固定ボルト４７を挿通することが可能となる。作動ギヤ４１の上部側に位置する部品取付け用の取付板４８などにも、固定ボルト４７や固定ボルト着脱用の所定の工具を挿入可能な穴部が設けられている（図示せず）。

【0046】

作動ギヤ４１に複数の穴４６を設けていることで、バルブ本体１にアクチュエータ本体２を取り付ける際には、取付板４８などの穴部から穴４６を通して工具で固定ボルト４７を締め付け可能となる。これにより、固定ボルト４７でバルブ本体１にアクチュエータ本体２を直付け搭載可能となる。

【0047】

なお、バルブ本体は、上述した三方切替バルブ以外の二方弁、四方弁などの各種構造のバルブに設けることもでき、例えば、ボール弁体にストレート状の内部流路を設け、ステムを介して９０度のボール弁体の回転によりバルブを開閉することができる。

【0048】

バルブ本体には、電動アクチュエータ以外のアクチュエータを搭載することもでき、例えば、エア駆動のアクチュエータを搭載してもよい。一方、後述する手動ハンドルなどの手動機構を設けることもできる。

【0049】

また、複数のバルブ本体を設け、隣接するバルブ本体の作動ギヤを噛合させた状態で、これらバルブ本体を連設して一体化してもよく、この場合、１つのアクチュエータ本体（１つのモータ）を用いて、複数のバルブ本体を一度に駆動操作可能となる。

【0050】

保持リング１２は、固定ねじ２４によるねじ手段以外の固定部材により、ボデー１０と接続フランジ２３との間に固定されていてもよい。

【0051】

低弾性パッキン１３を装着する角度θは４５度以外であってもよく、任意の角度θにより取付け可能である。
作動ギヤ４１の穴４６は、工具により固定ボルト４７を着脱可能であれば任意の形状に設けることができ、この穴４６を設けることで、作動ギヤ４１の軽量化を図ることもできる。

【0052】

続いて、本発明の第１発明のボールバルブの上記実施形態における作用を説明する。
図１～図５において、バルブ本体１のボデー１０内にボール弁体１１を収納し、このボール弁体１１の両側に隙間Ｓを介して保持リング１２を無圧接状態で接続フランジ２３により保持しているので、保持リング１２のボール保持球面２６からボール弁体１１に圧力が加わることを防ぐことができる。ボール保持球面２６の装着溝２８には、保持リング１２よりも軟質の樹脂である環状の低弾性パッキン１３を装着し、この低弾性パッキン１３でボール弁体１１をガイド摺動し、ボール弁体１１の回動時には、低弾性パッキン１３のみにより流体のシールをおこなって無圧接触構造としているので、ボール弁体１１の動作トルクを極力小さく抑えつつ、シール性を確保することが可能になる。

【0053】

この場合、保持リング１２のボデー１０への挿入側外周面、接続フランジ２３への挿着面側にそれぞれＯリング２９を装着し、これらＯリング２９によりボデー１０、接続フランジ２３との間をそれぞれ外周シールしているので、外部への漏れを防ぐことができる。

【0054】

しかも、保持リング１２の外周に設けた固定段部３３を介して保持リング１２を固定ねじ２４によりボデー１０に固定しているため、固定ねじ２４でＯリング２９によるシール性を高めるために保持リング１２を強く締付けたとしても、固定段部３３の端面がボデー１０の外端面に当接し、保持リング１２がこれ以上ボール弁体１１側に押し込まれることがない。そのため、ボール弁体１１と保持リング１２との間に隙間Ｓを確実に維持し、これらの無圧接触状態を保ちながらＯリング２９で外部シールすることができる。

【0055】

流路２５に対して略４５度の傾斜角度θで形成した装着溝２８に低弾性パッキン１３を装着していることにより、低弾性パッキン１３の先端側のシール部位がボール弁体１１の摺動面１１ａに対して略直角状態で当接し、シール部位からの力がボール弁体１１の求心方向に働くことで、シール部位のねじれを防ぎつつ、シール面圧を分散させることを防止できる。このため、低弾性パッキン１３によるシール力が最も効率的にボール弁体１１の摺動面１１ａに伝わってシール効率が向上する。

【0056】

低弾性パッキン１３をゴム或はパーフルオロエラストマー材により形成しているので、シール性の向上に加え、耐高温性、耐久性にも優れている。
さらに、低弾性パッキン１３の中央部位にくびれ部３０を設けているので、このくびれ部３０に熱膨張したパッキンの変形部分を逃がし、締付け面圧の過剰な上昇を防ぐ。これらにより、例えば、バルブ本体１に１６０℃の高温流体が流れる場合に、およそ１１万回の弁体開閉動作を繰り返したとしても、シール性を維持して高耐久性を発揮可能になっている。

【0057】

上記構成により、バルブ本体１のシール性を確保しつつ摺動抵抗を小さくし、低トルクで開閉動作が可能であることから、低トルク特性のアクチュエータ本体２を用いてバルブ本体１を開閉操作できる。これによって、アクチュエータ本体２の外周方向のコンパクト化を図ることができ、例えば、アクチュエータ本体２をバルブ本体１のフットプリントと略同等のサイズに収めることで、ボールバルブ全体を小型化できる。

【0058】

アクチュエータ本体２の作動ギヤ４１に複数の穴４６を設け、この穴４６を通して所定工具により固定ボルト４７でバルブ本体１とアクチュエータ本体２とを直付けできるため、ヨークやフランジ等の連結部材を用いることがなく、ボールバルブ全体を縦方向にも短縮できる。アクチュエータ本体２の着脱作業時には、このアクチュエータ本体２を上方へ投影したときの枠内で固定ボルト４７を締め付けできることから、バルブ本体１が狭い場所に集積状態で設けられるときにも、バルブ本体１の上方から小型化したアクチュエータ本体２を容易に搭載可能となり、ボールバルブの小型化に寄与する。

【0059】

モータ４２からの回転軸４３に一体化された入力ギヤ４４に、ステム１４に一体化された作動ギヤ４１を噛合させた、一段歯車機構の減速機構を用いているので、二段歯車機構以上の多段歯車機構に比較して減速比を小さく抑えて小型化し、低トルクのアクチュエータ本体２によりボール弁体１１を駆動操作できる。

【0060】

図６は、アクチュエータ本体の他例を示し、図７は、このアクチュエータ本体が搭載されるバルブ本体の他例を示している。なお、これ以降において、前記実施形態と同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。

【0061】

これらのバルブ本体５０とアクチュエータ本体５１とによるボールバルブは、ステム５２と作動軸５３とが別々に設けられ、これらのバルブ本体５０側のステム５２と、アクチュエータ本体５１側の作動軸５３とが接続されつつ、バルブ本体５０にアクチュエータ本体５１が搭載されて一体化される。

【0062】

図７のバルブ本体５０において、ボール弁体１１の上部には短尺状に形成されたステム５２が嵌合され、このステム５２によりボール弁体１１が密封状態でボデー１０内に保持リング１２、低弾性パッキン１３を介して回動自在に装着される。

【0063】

ボデー１０上面には、耐圧部材６１が六角穴付きボルトからなる取付ボルト５４により固定され、耐圧部材６１の中央にはステム挿入穴５５が形成されている。ステム挿入穴５５のボデー１０側には、拡径状の係止段部５６が形成され、この係止段部５６に短尺のステム５２の当該位置に形成された環状鍔部５７が係止可能に設けられている。このように係止段部５６に環状鍔部５７を係止させることにより、耐圧部材６１でステム５２が保持されてその抜け出しが防止され、ステム５２外周に装着したＯリング２２により軸封状態が維持される。環状鍔部５７の上下面側には、それぞれワッシャ５８が装着され、これらワッシャ５８によりステム５２の良好な摺動性が確保される。ステム５２の上面には二面幅を有する嵌合凹溝５９が形成されている。

【0064】

一方、図６のアクチュエータ本体５１の作動軸５３の下端には、図７（ｂ）、（ｃ）に示した嵌合凹溝５９に嵌合する嵌合凸部６０が形成され、アクチュエータ本体５１をバルブ本体５０に載置するときには、この嵌合凸部６０を嵌合凹溝５９に嵌合させるようにする。この状態で、図２の場合と同様に作動ギヤ４１の上方より穴４６を通して所定治具で固定ボルト４７を締め付けるようにすれば、アクチュエータ本体５１をバルブ本体５０に直付けでき、その際に、作動軸５３と同軸に取付けられた状態でボール弁体１１が回転可能に嵌合される。

【0065】

上記のようにして、バルブ本体とアクチュエータ本体をそれぞれ別体に設けることで、バルブ本体の作動トルクに対応したトルク性を発揮するアクチュエータ本体を搭載できる。このことから、予め異なる仕様のバルブ本体とアクチュエータ本体とをそれぞれ設けておくようにすれば、これらの管理や保管が簡単になる。
また、バルブ本体５０からアクチュエータ本体５１を取り外した場合、図７（ｃ）に示すようにステム５２がＯリング２２でシールされていることにより、ボデー１０内の気密性が保持される。

【0066】

次に、手動機構について説明する。図８においては、手動機構７０を示しており、図９においては、この手動機構７０を図７のバルブ本体５０に装着した状態を示している。このように、バルブ本体５０を別体に設けた場合、このバルブ本体５０に対して前述したアクチュエータ本体５１又は手動機構７０を適宜選択して取付けて、手動或は自動により開閉操作できる。

【0067】

手動機構７０は、手動軸７１、手動操作用のハンドル７２、バルブ本体５０への取付け部７３を備えている。手動軸７１は、外周に形成された鍔部７４を介して抜け出しが阻止された状態で取付け部７３にＯリング７５を介して回転可能に装着され、手動軸７１の手動操作側にハンドル７２が固定される。手動軸７１の下端には、バルブ本体５０の嵌合凹溝５９に嵌合する嵌合凸部７６が形成され、手動機構７０をバルブ本体５０に載置するときには、これら嵌合凸部７６と嵌合凹部５９とが嵌合した状態となる。この状態で取付け部７３を固定ボルト４７でバルブ本体５０に固着することにより、手動機構７０のハンドル７２で手動軸７１を手動回転してボール弁体１１を開閉操作可能となる。
このようにして、手動機構７０をバルブ本体５０に着脱する際には、この手動機構７０の手動軸７１と同軸に取付けられた状態でボール弁体１１が回転可能に嵌合される。
手動機構は、上記以外の構造であってもよく、例えば、必要に応じて内部に歯車減速機構を設けることもできる。

【0068】

バルブ本体５０に対して、アクチュエータ本体５１又は手動機構７０の何れを取り付ける場合であっても、これらは互換性を有しており、バルブ本体５０の上部から２本の固定ボルト４７を着脱するだけでバルブ本体５０内の気密性を維持した状態でこれらを交換することも可能になる。

【0069】

図１０～図１３は、本発明における第２発明のボールバルブと小型電動ボールバルブの好ましい一実施形態を示したものである。なお、図１～図９に示したアクチュエータと手動機構については第１発明と同様に第２発明にも当然に適用される。よって、第２発明は、図１０～図１３に示した同一の符号部分は、同一の符号をもって示し、その説明を一部省略する。

【0070】

第２発明であるボールバルブ（小型電動ボールバルブ）１０１は、バルブ本体９１、電動のアクチュエータ本体９２からなっている。

【0071】

図１０～図１２に示すように、保持リング８０は、保持部材８０ａとインナーリング８０ｂを組合わせて構成されており、その材質は、第１発明と同様に樹脂材料よりなる。保持リング８０の保持面８１は保持球面８１であり、このボール保持面８１には、バルブ本体９１の流路軸方向に向けて装着溝８２が形成されている。

【0072】

この装着溝８２には、ゴム又はパーフルオロエラストマー材で形成された環状の低弾性パッキン８３が、バルブ本体９１の流路軸Ｘ方向、すなわち、ボール弁体１１の回転方向に沿って、流路軸Ｘ方向に向けた状態で装着されており、低弾性パッキン８３の内周先端側とボール弁体１１とをガイド摺動されている。
本例においては、図１２に示すように、低弾性パッキン８３の内周先端側の球形部８４の一方の先端内周側面８４ａをボール弁体１１に摺動接触させている。この場合、第１発明と異なる点は、例えばパッキン８３の熱膨張による方向を変更することによって、温度による影響を回避するようにしており、さらに、低トルク化を図るように考慮している。

【0073】

さらには、低弾性パッキン８３の内外側面にくびれ部８５を形成し、その外周側には外周溝８６が形成されている。くびれ部８５と外周溝８６によって、膨張によるパッキン８３の充填率を高め、低弾性パッキン８３のボール弁体１１への接触圧を高めることなく低トルク化を図っている。

【0074】

図１１において、保持リング８０には、パッキン飛出し防止用の壁８７ａと溝８７ｂによりパッキン圧入時の逃げ部８７を形成している。この逃げ部８７により、ボール弁体１１の回転に伴って低弾性パッキン８３の球形部８４にねじれが生じても球形部８４が流路内に飛び出してパッキン８３の内周先端側面８４ａの食い切りが発生するおそれが全くなく、低弾性パッキン８３は、装着溝８２に確実に装着された状態を維持している。

【0075】

次に、本発明における第２発明の保持リング８０と低弾性パッキン８３による作用を図１３の説明図も含めて説明する。なお、同図において、ボール弁体１１が中間位置に回動した状態の概念図である。
低弾性パッキン８３は、バルブ本体９１の流路軸Ｘ方向に向けた状態で装着しているので、例えば熱膨張によってパッキン８３が膨張したとしても、パッキン８３の内周先端側の球形部８４は、一方の先端内周側面をボール弁体１１に摺動接触しているので、熱膨張による影響は、全く受けない。
したがって、パッキン８３によるボール弁体１１への面接触圧が増加したり、トルクが増大するおそれがなく、低トルク化を常時維持することが可能となる。

【0076】

図１３に示すように、ボール弁体１１の中間開度の位置における低弾性パッキン８３が位置している状態で、ボール弁体１１と低弾性パッキン８３の球形部８４との関係を模式化して説明する。

【0077】

図１３（ａ）において、ボール弁体１１の流路穴２１ａが右側から正面に向かって動くとき、すなわち、上から見てボール弁体１１が時計回りに回転している状態で説明する。先ず、パッキン８３は、ボール弁体１１の回転により摺動抵抗を受けるから同図の右方では、矢印方向に引っ張られて、同図の左方では圧縮状態となる。

【0078】

このとき、左方のパッキン８３は、ボール弁体１１の摺動面１１ａと常に接触しているので、パッキン８３が圧縮されても装着溝８２からはみ出すことはない。一方で、右方のパッキン８３が流路穴２１ａに臨んだ状態、すなわち、露出した状態となり、流路穴２１ａが通過する間、パッキン８３はボール弁体１１の摺動面１１ａと接触しないため、装着溝８２から引き抜かれやすく、流路側にはみ出しやすくなる。
この状態で、仮に右方のパッキン８３が装着溝８２から引き出された現象が生じたとすると、ボール弁体１１のエッジ２１ｂで食い切られて破損する現象が生じるが、本発明によると、パッキン８３の内周先端側はバルブ本体９１の流路軸Ｘ方向に向けて装着されると共に、保持リング８０に設けた壁８７ａと溝８７ｂにより形成された逃げ部８７を設けているから、パッキン８３の流路内への飛出しは全く生じないので、パッキン８３の食い切りを防ぐことができる。

【0079】

図１３（ｂ）において、ボール弁体１１の流路穴２１ａが正面から見て右側に向かって動くとき、すなわち、上から見てボール弁体１１が反時計回りに回転している状態で説明する。
同図において、パッキン８３は、ボール弁体１１の回転により摺動抵抗を受けて反時計回り方向に引っ張られ、同図の右方では矢印方向に圧縮され、左方では矢印方向に引っ張られる。このとき、左方ではパッキン８３は、ボール弁体１１の摺動面１１ａと常に接触するので、パッキン８３が引っ張られたとしても装着溝８２からはみ出すことはない。

【0080】

一方で、同図の右方では、パッキン８３が流路穴２１ａに臨んだ状態、すなわち、露出した状態となり、右方のパッキン８３はボール弁体１１の摺動面１１ａとは接触しておらず、圧縮によって装着溝８２からはみ出しやすくなる。この状態で、仮にパッキン８３が装着溝８２から引き出される現象が生じるとボール弁体１１のエッジ２１ｂを乗り越えてその際にパッキン８３がエッジ２１ｂ部分で食い切られて破損する現象が生じるが、本発明によると、パッキン８３の内周先端側はバルブ本体９１の流路軸Ｘ方向に対して装着されると共に、保持リング８０に装着した壁８７ａと溝８７ｂにより形成された逃げ部８７を設けているから、パッキン８３の流路内への飛出しは全く生じないので、ボール弁体１１のエッジ２１ｂ部分によってパッキン８３の内周先端側の食い切りを防ぐことができ、もって低弾性パッキン８３の耐久性の向上に寄与することができる。

【0081】

よって、第２発明では、パッキン８３が装着溝８２から引き出されないようにしたから、熱膨張によりパッキン８３が膨張したとしても、パッキン８３の流路内への飛出しは全く生じないと共に、ボール弁体１１が開閉する際にボール弁体１１のエッジ２１ｂとパッキン８３が擦れあって、パッキン８３がエッジ２１ｂによって食い切られて損傷することはない。なお、第２発明も第１発明と同様の作用を奏することは勿論である。

【0082】

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。

【符号の説明】

【0083】

１、５０、９１ バルブ本体
２、５１、９２ アクチュエータ本体
１０ ボデー
１１ ボール弁体
１１ａ 摺動面
１２ 保持リング
１３、８３ 低弾性パッキン
１４、５２ ステム
２４ 固定ねじ（固定部材）
２６、８１ ボール保持球面（保持面）
２８、８２ 装着溝
２９ Ｏリング
３０、８５ くびれ部
３３ 固定段部
４１ 作動ギヤ
４６ 穴
４７ 固定ボルト
５３ 作動軸
６１ 耐圧部材
７０ 手動機構
７１ 手動軸
８０ 保持リング
８０ａ 保持部材（保持リング）
８０ｂ インナーリング（保持リング）
８４ 球形部
８４ａ 先端内周側面
８６ 外周溝
８７ 逃げ部
８７ａ 壁
８７ｂ 溝
１００、１０１ 小型電動ボールバルブ
Ｓ 隙間
θ 角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】