特開 2022-170191 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】P2022170191

(43)【公開日】2022-11-10

(54)【発明の名称】ボールバルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 5/06 20060101AFI20221102BHJP

【ＦＩ】

F16K5/06 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021076142

(22)【出願日】2021-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】591063051

【氏名又は名称】日本ボールバルブ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(72)【発明者】

【氏名】古澤 克彦

(72)【発明者】

【氏名】管 叶浪

(72)【発明者】

【氏名】管 勇人

【テーマコード（参考）】

3H054

【Ｆターム（参考）】

3H054AA03

3H054BB02

3H054CB09

3H054CB16

3H054GG03

(57)【要約】

【課題】フローティング型のボールバルブにおいて、弁座となるシートリングの弁体への追従性の向上およびシートリングとケーシングの間のシール性の向上を図る。
【解決手段】シートリング９にベローズ部９ｂと固定部９ｃを設け、その固定部９ｃが軸方向に固定された状態で、弁体の揺動に追従してベローズ部９ｂが伸縮することにより、シートリング９の本体部９ａが軸方向に移動して常時適切な圧力で弁体に押し付けられるようにし、シートリング９とケーシング１との間のシールは、シートリング９の固定部９ｃの内側面とケーシング１の外向きの係合面１ｄとの間に組み込んだガスケット１４で行うようにした。これにより、従来のシートリングと摺接するパッキン等のシール部材をなくして、シートリング９の弁体への追従性を向上させるとともに、シートリング９とケーシング１の間のシール性を向上させることができる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流入ポートと流出ポートの間に弁室を有するケーシングと、前記弁室に収納されるボール形の弁体と、前記流入ポートおよび流出ポートにそれぞれ挿入され、前記弁体に内端部を押し付けられる円筒状のシートリングとを備え、前記弁体が流入ポートから流出ポートへの流体の通過方向で揺動可能に支持されているボールバルブにおいて、
前記シートリングは、前記弁体に押し付けられる本体部と、内端が前記本体部に連続し本体部と同軸に延びるベローズ部と、前記ベローズ部の外端に連続する固定部とからなり、前記固定部が軸方向に固定された状態で、前記ベローズ部が弁体の揺動に追従して伸縮するようになっていることを特徴とするボールバルブ。

【請求項2】

前記シートリングの固定部を軸方向に固定する手段が、前記シートリングの固定部をベローズ部の外端から径方向外側に張り出すように形成し、前記ケーシングの流入ポートおよび流出ポートに前記シートリングの固定部の内側面と軸方向で対向する外向きの係合面を設け、前記シートリングの固定部をケーシングの係合面に押し付けるものであることを特徴とする請求項１に記載のボールバルブ。

【請求項3】

前記シートリングの本体部は、前記ベローズ部の内周面を覆う内筒部を有していることを特徴とする請求項１または２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、高温環境下にある管路または高温流体を流す管路に設けられるボールバルブに関する。

【背景技術】

【0002】

ボールバルブは、各種流体等の管路の開閉を行うバルブとして従来から知られている。その基本的な構造は、ケーシングの流入ポートと流出ポートの間に弁室を設けて、その弁室に弁孔を有するボール形の弁体を収納し、弁体の外周面に弁座となる円筒状のシートリングの内端面を押し付けるとともに、弁体と連結された弁軸を操作して弁体を回転させることにより、弁体の開閉を行うようにしている。特に、弁体とシートリングがいずれも金属製のものは、耐久性に優れたものとして知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

このようなボールバルブを高温環境下にある管路に設ける場合や、流動性を持たせるのに一定温度以上の高温が必要な流体を流す管路に設ける場合、ケーシングとシートリングの間のシール部材として、膨張黒鉛等の耐熱性にすぐれた材料で製作したパッキンを用いることが多い。膨張黒鉛製パッキンを用いる場合、そのパッキンは弾性に乏しく自封性がないため、パッキンを押え部材で変形させてシール性が確保されるようにしている。

【0004】

上記の膨張黒鉛製パッキンを用いたボールバルブのシール構造の一例を図５に示す。このシール構造は、ケーシング５１の流入ポートまたは流出ポートとなる開口部５２に形成された環状の凹部５３の奥側にパッキン５４を配し、その凹部５３の軸方向中央部にねじ込んだ押え部材５５により、パッキン５４を凹部５３の奥の段差面に押し付けてわずかに弾性変形させている。そして、ケーシング５１の開口部５２に挿入した円筒状のシートリング５６を、凹部５３の開口側にねじ込んだ押えリング５７で皿バネ５８を介して押圧して、シートリング５６の内端面を弁体５９の外周面に押し付けている。これにより、弾性変形したパッキン５４がシートリング５６の外周面とケーシング５１の凹部５３の内周面に密着し、ケーシング５１とシートリング５６との間がシールされるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７－１６８４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ボールバルブにおける弁体の支持構造としては、弁体に連結された弁軸を支持するとともに、弁軸と対称の位置から突出する支持軸を弁室の底面に設けた軸穴に挿入して支持するトラニオン型と、弁体がわずかに揺動可能となるように弁軸のみを支持するフローティング型とがある。なお、以下の説明においては、フローティング型には、弁体に支持軸が設けられていないもののほか、支持軸が弁室の底面の凹部に隙間をもって挿入されて、弁体が揺動可能となっているものも含む。

【0007】

そして、フローティング型のボールバルブでは、流入ポートと流出ポートの流体圧に差がある場合、弁体が相対的に流体圧の低い側へ変位するので、シートリングは弁体の変位に追従して軸方向に移動することにより弁座としての役割を果たすようになっている。

【0008】

しかしながら、シートリングが軸方向に移動するときには、ケーシングとの間に配されたシール部材と摺動することになるので、そのシール部材として前述のような膨張黒鉛製パッキンを用いている場合は、シートリングとパッキンの間の摩擦力が大きくなってシートリングの弁体に対する追従性が低下し、弁体とシートリングの間に隙間が生じて、シートリングが弁座として機能しなくなることがある。

【0009】

また、シートリングが弁体に押し付けられた状態でパッキンとの摩擦によって動かなくなってしまった場合、そのシートリングが弁体の作動不良を引き起こすおそれがある。

【0010】

そのほか、膨張黒鉛製パッキンはＯリング等のゴム製のシール部材に比べて摩耗しやすいので、弁体の変位に追従したシートリングの揺動によってパッキンが摩耗し、ケーシングとシートリングの間のシール性が低下するという問題もある。

【0011】

そこで、本発明は、フローティング型のボールバルブにおいて、弁座となるシートリングの弁体への追従性の向上およびシートリングとケーシングの間のシール性の向上を図ることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記の課題を解決するために、本発明は、流入ポートと流出ポートの間に弁室を有するケーシングと、前記弁室に収納されるボール形の弁体と、前記流入ポートおよび流出ポートにそれぞれ挿入され、前記弁体に内端部を押し付けられる円筒状のシートリングとを備え、前記弁体が流入ポートから流出ポートへの流体の通過方向で揺動可能に支持されているフローティング型のボールバルブにおいて、前記シートリングは、前記弁体に押し付けられる本体部と、内端が前記本体部に連続し本体部と同軸に延びるベローズ部と、前記ベローズ部の外端に連続する固定部とからなり、前記固定部が軸方向に固定された状態で、前記ベローズ部が弁体の揺動に追従して伸縮するようになっている構成を採用した。

【0013】

上記の構成によれば、シートリングの固定部とケーシングの間にガスケット等のシール部材を組み込むようにして、従来のシートリングと摺接するパッキン等のシール部材をなくすことができるので、シートリングの弁体への追従性の向上およびシートリングとケーシングの間のシール性の向上を図ることができる。

【0014】

ここで、前記シートリングの固定部を軸方向に固定する手段としては、前記シートリングの固定部をベローズ部の外端から径方向外側に張り出すように形成し、前記ケーシングの流入ポートおよび流出ポートに前記シートリングの固定部の内側面と軸方向で対向する外向きの係合面を設け、前記シートリングの固定部をケーシングの係合面に押し付けるものを採用することができる。

【0015】

また、前記シートリングの本体部は、前記ベローズ部の内周面を覆う内筒部を有している構成とすることが望ましい。このようにすれば、シートリングのベローズ部が流入ポートおよび流出ポートにおける流体の流れの抵抗とならず、開弁時には流体がシートリングの内筒部に沿ってスムーズに流れるようになる。

【発明の効果】

【0016】

本発明のボールバルブは、上述したように、弁座となるシートリングにベローズ部と固定部を設け、その固定部が軸方向に固定された状態で、ベローズ部が弁体の揺動に追従して伸縮するようにしたものであるから、シートリングの固定部とケーシングとの間をシールして、従来のシートリングと摺接するパッキン等のシール部材をなくすことができる。その結果、シートリングの弁体への追従性が向上して、弁体とシートリングの間からの流体の漏れや弁体の作動不良の発生を抑えることができ、シートリングとケーシングの間のシール性の向上も図れる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施形態のボールバルブの縦断正面図

【図2】図１のII－II線に沿った断面図

【図3】図１のシートリングの縦断正面図

【図4】図１の流入側の要部を拡大して示す縦断正面図

【図5】従来のボールバルブの要部の縦断正面図

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。このボールバルブは、高温環境下にある管路または高温流体を流す管路に設けられるフローティング型のものであり、図１および図２に示すように、流入ポート１ａと流出ポート１ｂの間に上部が開放された弁室１ｃを有するケーシング１と、弁室１ｃに収納される弁体２と、弁体２を回転させる弁軸３と、弁軸３を通す状態で弁室１ｃの上部を塞ぐボンネット４と、ケーシング１の周囲を覆う状態でケーシング１と一体成形された本体ジャケット５と、ボンネット４の周囲を覆う状態でボンネット４と一体成形された上部ジャケット６とを備えている。

【0019】

前記ケーシング１は、その流入ポート１ａおよび流出ポート１ｂの外端部に管路接続用のフランジ７、８が設けられている。また、流入ポート１ａおよび流出ポート１ｂの内周には、弁体２に内端部を押し付けられる円筒状のシートリング９、１０が嵌め込まれている。

【0020】

また、ケーシング１の外壁には複数のフィン１５が設けられている。このフィン１５はケーシング１の外壁から放射状に突出して上下方向に延びており、各フィン１５には上下方向に沿って複数の長孔１５ａがあけられている。これにより、各フィン１５の表面積が大きくなるとともに、後述するようにケーシング１と本体ジャケット５との間に流される流体の流動性がよくなり、その流体でケーシング１を効果的に冷却できるようになっている。

【0021】

前記弁体２は、本体部分が上下に平面部を有するボール形に形成されており、その中央部に水平方向に貫通する弁孔２ａが設けられている。また、その本体部分の上側の平面部に設けられた平面視小判形の凸部が、弁軸３の下端部と相対回転不能に連結され、下側の平面部に設けられた円筒状の凸部が、ケーシング１の弁室１ｃの底側を形成する凹部に隙間をもって挿入されている。これにより、弁体２は、流入ポート１ａから流出ポート１ｂへの流体の通過方向で揺動可能に支持され、その本体部分の弁孔２ａがケーシング１の流入ポート１ａおよび流出ポート１ｂと連通して弁孔２ａの周縁の外周面に流入側および流出側のシートリング９、１０が押し付けられる開弁位置と、この開弁位置と９０度をなす閉弁位置との間で、弁軸３とともに回転するようになっている。

【0022】

なお、弁体２の本体部分の上下の平面部を除く外周面は、閉弁位置で流入ポート１ａおよび流出ポート１ｂと対向する部分の球面の曲率が、その他の部分の球面の曲率よりも大きく形成されている。これにより、本体部分の平面部以外の外周面が一定の曲率の球面で形成されている場合に比べて、本体部分の外周面に押し付けられているシートリング９、１０の摩擦抵抗が少なくなり、弁体２をスムーズに回転させることができ、シートリング９、１０の摩耗も抑えられるようになっている。

【0023】

前記弁軸３は、その中央部よりも大径に形成された下端部に断面小判形の係合穴が設けられており、この係合穴に弁体２の上側の凸部が嵌まり込むことにより、弁体２と相対回転不能に連結されている。また、その上端部はボンネット４内周側の凹部（パッキンボックス）に組み込まれたパッキン１６によってシールされた状態で、ボンネット４の上端部にボルト止めされる環状のパッキン押え１７を貫通して上方に突出している。そして、この弁軸３の突出部に図示省略したハンドルを取り付け、そのハンドルで弁軸３を回転操作することにより、弁軸３とともに弁体２が回転して開閉されるようになっている。

【0024】

前記ボンネット４は、下端部がケーシング１中央の筒部の内周に嵌まり込んで、ケーシング１の弁室１ｃの上部を塞ぐ状態で、図示省略した複数のボルトによりケーシング１とガスケット１８を挟んで一体化されている。

【0025】

前記本体ジャケット５は、ケーシング１の周囲を覆う筒状部５ａと、筒状部５ａの側壁から水平方向に互いに逆向きに延びる流入口５ｂおよび流出口５ｃと、筒状部５ａの底壁から下方に延びるメンテナンス用の排出口５ｄとからなり、その筒状部５ａがケーシング１の流入ポート１ａおよび流出ポート１ｂを貫通させる状態でケーシング１と一体成形されている。なお、流入口５ｂは流出口５ｃよりも上方に設けられ、流入口５ｂから流出口５ｃへ流体がスムーズに流れるようになっている。また、流入口５ｂ、流出口５ｃおよび排出口５ｄには、それぞれ外部の管路との接続用のフランジ１９、２０、２１が設けられている。

【0026】

そして、通常時は、本体ジャケット５の排出口５ｄが閉じられ、外部の管路から流入口５ｂを通って筒状部５ａとケーシング１との間の中空部２２に流れ込んだ流体が、ケーシング１を冷却して流出口５ｃから外部の管路へ流れ出すようになっている。また、メンテナンス時には、排出口５ｄが開放されて、筒状部５ａとケーシング１との間の中空部２２の下部に溜まった流体が排出口５ｄから排出され、その状態で作業が行われるようになっている。

【0027】

前記上部ジャケット６は、ボンネット４の周囲を覆う筒状部６ａと、筒状部６ａの側壁から水平方向に互いに逆向きに延びる流入口６ｂおよび流出口６ｃとからなり、その筒状部６ａがボンネット４の上端部および下端部とつながる状態でボンネット４と一体成形されている。なお、流入口６ｂは流出口６ｃよりも上方に設けられ、流入口６ｂから流出口６ｃへ流体がスムーズに流れるようになっている。また、流入口６ｂおよび流出口６ｃには、それぞれ外部の管路との接続用のフランジ２３、２４が設けられている。そして、外部の管路から流入口６ｂを通って筒状部６ａとボンネット４との間の中空部２５に流れ込んだ流体が、ボンネット４を冷却して流出口６ｃから外部の管路へ流れ出すようになっている。

【0028】

次に、図３および図４に基づいて、前記シートリング９、１０の構造と、そのシートリング９、１０を弁体２へ押し付ける押付機構について説明する。なお、この実施形態ではシートリング９、１０と弁体２がいずれも金属製であるが、少なくとも一方を樹脂製とすることもできる。

【0029】

シートリング９、１０は、図３に示すように、本体部９ａ、１０ａと、内端が本体部９ａ、１０ａに連続し、本体部９ａ、１０ａと同軸に延びるベローズ部９ｂ、１０ｂと、ベローズ部９ｂ、１０ｂの外端から径方向外側にフランジ状に張り出す固定部９ｃ、１０ｃとを一体成形したものである。

【0030】

このシートリング９、１０の本体部９ａ、１０ａは、その内端部が弁体２に押し付けられるようになっており（図１参照）、長手方向中央部の外周側でベローズ部９ｂ、１０ｂと連続している。また、ベローズ部９ｂ、１０ｂと連続する長手方向位置よりも外端側に、ベローズ部９ｂ、１０ｂおよび固定部９ｃ、１０ｃの内周面を覆う内筒部９ｄ、１０ｄを有している。

【0031】

図４に示すように、流入側のシートリング９の固定部９ｃは、その内側面がケーシング１の流入ポート１ａに設けられた外向きの係合面１ｄと軸方向で対向するように配されており、流入ポート１ａにねじ込まれた環状のシート押え部材１３によってケーシング１の係合面１ｄに押し付けられている。また、シート押え部材１３の緩み止め用の皿バネ１２が、流入ポート１ａの外端部にねじ込まれた押えリング１１によって支持されている。そして、固定部９ｃの内側面に形成された凹部に、ケーシング１の係合面１ｄとの間をシールするガスケット１４が組み込まれている。

【0032】

これにより、シートリング９は、固定部９ｃが軸方向に固定され、ベローズ部９ｂが軸方向に弾性圧縮されて、本体部９ａの内端部が弁体２に押し付けられる状態で組み込まれ、弁体２が流入ポート１ａと流出ポート１ｂの流体圧の差等によって揺動すると、それに追従してベローズ部９ｂが伸縮し、本体部９ａが軸方向に移動して常時適切な圧力で弁体２に押し付けられるようになっている。

【0033】

また、図４は流入側のシートリング９のみについて示しているが、流出側のシートリング１０の押付機構も流入側と同じ構造である。すなわち、流出側のシートリング１０も、流入側のシートリング９と同様に、弁体２の揺動に追従して弁座としての役割を果たすようになっている。

【0034】

このボールバルブは、上述したように、弁座となるシートリング９、１０にベローズ部９ｂ、１０ｂと固定部９ｃ、１０ｃを設け、その固定部９ｃ、１０ｃが軸方向に固定された状態で、弁体２の揺動に追従してベローズ部９ｂ、１０ｂが伸縮することにより、シートリング９、１０の本体部９ａ、１０ａが軸方向に移動して常時適切な圧力で弁体２に押し付けられるようにしている。そして、シートリング９、１０とケーシング１との間のシールは、シートリング９、１０の固定部９ｃ、１０ｃの凹部に組み込んだガスケット１４で行うようにして、従来のシートリングと摺接するパッキン等のシール部材をなくしたので、従来のものに比べてシートリング９、１０の弁体２への追従性が高く、弁体２とシートリング９、１０の間からの流体の漏れや弁体２の作動不良の発生が抑えられるし、シートリング９、１０とケーシング１の間のシール性にも優れている。

【0035】

また、シートリング９、１０の本体部９ａ、１０ａの外端側にベローズ部９ｂ、１０ｂの内周面を覆う内筒部９ｄ、１０ｄが形成されているので、ベローズ部９ｂ、１０ｂが流入ポート１ａおよび流出ポート１ｂにおける流体の流れと抵抗とならず、開弁時には流体が内筒部９ｄ、１０ｄに沿ってスムーズに流れるようになっている。

【0036】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0037】

例えば、シートリングは、実施形態のものに限らず、本体部とベローズ部と固定部を別体で製作して、適宜の接合手段により一体化したものとしてもよい。

【0038】

また、本発明は、高温環境下にある管路または高温流体を流す管路に設けられるボールバルブに対して特に効果的に適用できるが、それ以外の用途のものにも、もちろん適用することができる。

【符号の説明】

【0039】

１ ケーシング
１ａ 流入ポート
１ｂ 流出ポート
１ｃ 弁室
１ｄ 係合面
２ 弁体
３ 弁軸
９、１０ シートリング
９ａ、１０ａ 本体部
９ｂ、１０ｂ ベローズ部
９ｃ、１０ｃ 固定部
９ｄ、１０ｄ 内筒部
１１ 押えリング
１２ 皿バネ
１３ シート押え部材
１４ ガスケット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】