JP2000104837A - ボールバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液化ガス等の流体封入を防止した軽量化ボー
ルバルブを提供する。 【解決手段】 入口ポートと出口ポートとが開けられた
ハウジングと、流体通路が開けられた球状弁体１と、入
口および出口ポートの間で球状弁体を回転自在にシール
する上流側および下流側シール部材と、弁体を回転操作
する操作部材とを備え、上流側と下流側シール部材の間
に位置する弁体外面部と流体通路を連通する第１導通孔
２０，２１が開けられている弁体１の構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流路に挿入
されて流路の開閉を行うボールバルブ、とくに液化ガス
用のボールバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来のボールバルブの開状態
を示す断面図である。流体の流路でボールバルブを使用
する場合、ボールバルブの上流側シール部材２と下流側
シール部材３の間の弁体外面の隙間７に、流体が封入さ
れた状態を生じる。開状態では、弁体１の流体通路１０
は、ハウジング６に開けられた入口ポート４および出口
ポート５と連通している。流体通路１０を入口ポートお
よび出口ポートに連通させて開状態にするには、弁体１
に設けた凹部形状の弁体操作軸挿入部１１に挿入された
弁体操作軸８をレバー９によって回転させて行う。

【０００３】図１１は、閉状態のボールバルブを示す断
面図である。弁体１の流体通路１０の軸方向は紙面に垂
直な向きとされている（レバー９は手前に引かれてお
り、図示されていない）。図１１に示す閉状態から開状
態に弁体１を回転させたとき、上流側シール部材２と下
流側シール部材３との間の弁体外面の隙間７に流体が封
入される場合がある。この開状態における隙間の体積は
小さいので、液体が封入され温度が上昇すると、体積膨
張により非常に高い圧力が発生する。

【０００４】このような、流体の封入は、閉状態でも生
じる。すなわち、上記のように開状態で流体が流体通路
を流れている状態で、閉状態にすると、上記の弁体外面
部の隙間と流体通路とに流体が封入される。流体通路１
０の体積は、弁体外面に形成される隙間の体積と比較す
れば格段に大きいので、発生する圧力は開状態でのそれ
よりも低い場合が多いが、体積膨張の大きい液体や温度
上昇が大きい場合には、開状態と同様に非常に高い圧力
が発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】流体が液化ガス等の体
積膨張率の大きい液体の場合、封入されたまま温度が上
昇すると、その体積膨張は大きく、かつその膨張分の体
積の逃げ場がないので、生じる圧力の上昇もきわめて大
きいものとなる。この結果、シール部材を変形、または
破損し、止弁としての機能が失われる場合が多い。

【０００６】本発明の目的の一つは、開閉操作において
流体の封入が生じない構造を備えたボールバルブを提供
することにある。本発明の目的の他の一つは、上記の構
造とした結果、弁体にかかる圧力を小さくできるので、
弁体の構造をより簡素で安価なものとすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の最も基本的なボ
ールバルブは、入口ポートと出口ポートとが開けられた
ハウジングと、流体通路が開けられた球状弁体と、入口
ポートと出口ポートとの間で球状弁体を回転自在にシー
ルするハウジングに装着された上流側シール部材および
下流側シール部材と、球状弁体を回転させ入口ポートと
出口ポートとを結ぶ流路を開閉する操作部材とを備えた
ボールバルブであって、弁体には、上流側および下流側
シール部材間に位置する弁体外面部と流体通路とを連通
する第１導通孔が開けられている構造を有するものとす
る。

【０００８】上記の構成により、圧力が上昇しやすい開
状態において高圧の発生を抑制し、シール部の変形や破
損を防止することが可能となる。通常の流体の場合には
上記の孔を開けるのみでシール部材の破損等を防止する
には十分である。

【０００９】しかし、体積膨張が大きい液体や温度上昇
が大きい場合に使用して高圧の発生を確実に抑制するこ
とが必要な局面では、上記の弁体には、閉状態において
入口ポート側に露出する弁体外面部と流体通路とを連通
する第２導通孔がさらに開けられているボールバルブの
構成とする。

【００１０】上記の構成により、他に不都合を生じるこ
となく閉状態でも簡便に逃げ場のない流体の封入を確実
に防ぎ、体積膨張の大きい液体や温度上昇が大きい場合
にも対処することが可能となる。上記の構成では、弁体
には下流側と接触する部分に上流側と下流側の圧力差の
圧力がかかり、弁体は下流側シール部材に押し付けら
れ、完全な閉状態が確保される。

【００１１】なお、開状態では、弁体の全外面部が上流
側シール部材と下流側シール部材の間に位置することに
なるので、上記の第２導通孔は開状態でも流体封入を防
止するのに役立つ。

【００１２】重量軽減が必要であったり、金属素材が高
価なために製品価格のうちに素材価格が大きな比重を占
める場合には、第１導通孔および第１導通孔に加えて第
２導通孔が開けられている弁体の両方とも、その弁体は
球殻状の壁から形成され、流体通路の形状はその壁の内
面に沿って球状であるものとする。

【００１３】第１導通孔および第２導通孔の存在により
上記の簡素な弁体構造を採用することが可能となり、そ
の結果、弁体の製造工程は大幅に簡素化され、かつパイ
プ等の安価な素材を用いることができるようになる。ま
た、きわめて大きな重量の軽減も達成することが可能と
なる。

【００１４】上記の球殻状の壁からなる弁体ほどではな
いが、重量軽減をある程度満足し、かつ上記の高い剛性
等を確保することが重要な局面では、弁体は外壁と内壁
とからなる中空体で形成されているものとする。

【００１５】この構造の採用により、流体の封入を防止
したうえで、ボールバルブはある程度軽量化され、また
重量あたりの単価の高いステンレス鋼等を素材とする場
合に製品をある程度まで安価に製造することが可能とな
る。また、閉状態における第１導通孔が開けられている
弁体では、開状態で上記中空体の内壁にかかる内外圧力
差はゼロとなり、その内壁の厚さを薄くすることが可能
となる。バルブ上流側と下流側の圧力差が小さい場合に
は、外壁の厚さも減少させることが可能である。上記の
中空体の弁体構造の場合、第１導通孔および第２導通孔
ともに、孔は外壁のみに開けられていてもよいし、また
外壁と内壁の両方に開けられていてもよい。

【００１６】中空体ボールバルブの開状態において、閉
鎖空間を中空体の内部空間も含めて広げるだけでなく、
確実に流体通路と連通させて体積膨張の大きい液体や温
度上昇が大きい場合にも圧力上昇を防止することが重視
される局面では、中空体のボールバルブにおいて第１導
通孔は、流体通路と中空体の内部空間と弁体外面部とを
連通するものとする。

【００１７】上記の構成により、隙間の密封は確実に解
消され、体積膨張の大きい液体や温度上昇が大きい場合
に対しても有効に対処することが可能となる。

【００１８】弁体に多くの孔を開けることを避けるべき
場合には、上記の第２導通孔は、外壁に開けられるもの
とする。

【００１９】この結果、弁体の内壁に孔を開けなくて
も、第１導通孔の内壁に開いている孔を通じて上流側の
流体が流体通路にも入り圧力が伝達されるので、弁体の
強度を低下させることなく第２導通孔の目的を達成する
ことが可能となる。

【００２０】弁体の球状表面の精度をきわめて高く維持
しなければならない場合には、上記の第１導通孔は、操
作部材を受け入れる弁体凹部の底部に開けられているこ
ととする。

【００２１】この部分はシール部材やハウジング内面と
接触することもなく、それほど高い精度は不要なので、
バルブの機能に影響することなく孔を開けることが可能
である。

【００２２】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、本発明に係
るボールバルブの弁体を示す斜視図である。図１に示す
弁体１は、オーステナイト系ステンレス鋼の丸棒から削
り出した中実の球状弁体であり、ボールバルブの開状態
では、ハウジング６に開けられた入口ポート４および出
口ポート５と連通した流体通路１０を流体が流れる。流
体通路１０の直径は２インチ（約５０．８ｍｍ）であ
る。第１導通孔は、球状弁体の北極部に相当する位置の
凹部である弁体操作軸挿入部１１の底部に開けられた孔
２０、および南極部に開けられた孔２１（図１には図示
せず）からなる。また、第２導通孔は、北極と南極とを
通り流体通路１０の軸に垂直な平面と赤道との交点部、
すなわち閉状態で最も上流側部に開けられた孔３０であ
る。

【００２３】図２は、図１の弁体を装着したボールバル
ブの開状態を示す断面図である。従来のボールバルブで
は、開状態では上流側シール部材２と下流側シール部材
３との間に位置する弁体外面部上に生じるわずかの隙間
７に流体が封入される。本発明に係る図２のボールバル
ブでは、流体通路１０と連通する第１導通孔２０、２１
のために流体が隙間７に閉じ込められることがない。第
２導通孔３０は図示されていないが、第２導通孔３０も
開状態で流体封入防止の効果があることはいうまでもな
い。開状態で流体封入を防止するためには、孔２０、２
１、３０のいずれか１つでよい。

【００２４】図３は、図１の弁体を装着したボールバル
ブの閉状態を示す断面図である。従来のボールバルブで
は、閉状態では隙間７は流体通路１０と連結し密閉され
る。したがって、密閉される空間に流体通路１０が加わ
り、密閉される空間の体積は、開状態における隙間７の
みの密閉体積と比較すれば格段に増大する。しかし、封
入される流体の体積膨張率や温度上昇が大きい場合に
は、体積膨張は膨大であり、それに伴って発生する圧力
も大きなものとなる。

【００２５】このような閉状態における流体の封入を避
けるために、図３に示す本発明のボールバルブの弁体１
には第２導通孔３０が開けられている。この第２導通孔
３０により、流体通路と隙間を合わせた空間と上流側と
は連通され、流体の上流側、中空弁体の内部空間および
流体通路の圧力差は無くなる。この結果、弁体には下流
側と接する部分に上流側と下流側の圧力差がかかる。こ
のため、この圧力差によって弁体が下流側シール部材３
に押し付けられ、良好なシールが確保される。通常、上
流側と下流側の圧力差は、液体が上記の狭い隙間に閉じ
込められ温度上昇が生じたときに発生する圧力に比較す
れば格段に小さい。このため、上記の孔を設けることに
より弁体の断面厚を小さくすることが可能となる。その
結果、重量および製造費を低減することが可能になる。

【００２６】（実施例２）図４は、本発明に係るボール
バルブの球殻状弁体の流体通路の中心軸と北極点、南極
点とを含む平面で切断した部分の斜視図である。この部
分は上流側と接するので、第２導通孔３０が開けられて
いる。図４に示されていない残り半分は下流側に接する
ので、第２導通孔は開けられていない。図４では、第１
導通孔２０は北極の弁体操作軸挿入部にのみ設けられて
いる。実施例１に示すように、この第１導通孔は、上記
に加えて南極点に設けてもよい。上記の球殻状弁体は、
パイプにバルジ加工等を施して製造することができる。
また、パイプに限らず中実素材、中空素材を用いること
が可能である。材質は普通鋼、ステンレス鋼、高合金
鋼、非鉄金属等、ボールバルブの用途に応じてどのよう
な材質でもよい。

【００２７】図５は、図４にその一部が示された本発明
の球殻状弁体が装着されたボールバルブの開状態を示す
断面図である。従来、流体が封入される空間としての隙
間の体積が極めて小さく温度上昇にともない高圧が発生
していたが、図４に示すように第１導通孔２０を開ける
ことにより、流体の封入が防止され、シール部材の耐久
性を向上させることが可能になった。また、弁体の球殻
状壁に流体封入にともなう圧力がかかることがなく、弁
体の素材である金属板の板厚を薄くできるので、素材
費、溶接費等を低減でき、大きな重量減とコストダウン
を達成することが可能となる。

【００２８】図６は、図５に示すボールバルブを閉状態
としたときの断面図である。図６より分かるように外壁
に第２導通孔３０が開けられていれば、閉状態でも流体
封入は防止される。その結果、閉じ込められた流体の温
度上昇にともなう高圧力により、シール部材が変形した
り破損したりすることがなくなる。

【００２９】また、下流側に接する弁体の壁には、上流
側と下流側の圧力差が付加されるが、上記の封入された
流体の温度上昇にともなう高圧に比較すれば格段に小さ
いので、図５に示す開状態での議論を基にした板厚低減
を閉状態にもそのまま当てはめることができる。すなわ
ち、開状態、閉状態のいかんにかかわらず、外壁および
内壁にかかる圧力は、上記の孔を開けることにより小さ
くなるので、金属板の板厚低減、それにともなう重量減
および製造費低減を達成することが可能となる。

【００３０】（実施例３）図７は、本発明に係るボール
バルブの中空弁体の流体通路の中心軸と北極点、南極点
とを含む平面で切断した部分の斜視図である。この部分
は上流側と接するので、第２導通孔３０が開けられてい
る。図７には示されていない残り半分の部分は下流側に
接する部分なので、第２導通孔３０に相当する孔は開け
られていない。板厚３．２ｍｍのオーステナイト系ステ
ンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）をプレス加工して球状の外
面部とし、同じ金属板をロール加工によりパイプ状にし
て流体通路部とし、また曲げ加工により操作軸挿入部を
作製した。これらの各部分をＴＩＧ溶接により溶接し、
中空弁体を完成した。流体通路の直径は４インチ（約１
０１．６ｍｍ）である。溶接はＴＩＧ(Tungusten Inne
rt Gas ）溶接、ＭＩＧ（Metal Innert Gas ）溶接等
を用いて、自動溶接により行うことが望ましいが、手溶
接で行ってもよい。

【００３１】第１導通孔として、孔２０（２０ａ、２０
ｂ）と孔２１（２１ａ、２１ｂ）の孔が開けられてい
る。中空弁体の場合、第１導通孔としては、最低限、中
空の外面側金属板に１つ、内面側（流体通路側）金属板
に１つの合計２つ開けられていれば十分である。ただ
し、過渡的な高圧状態の時間を短くしなければならない
ときは、多くの孔を開けることが望ましい。

【００３２】図８は、図７にその一部が示された本発明
の中空弁体が装着されたボールバルブの開状態を示す断
面図である。従来、流体が封入される空間としての隙間
の体積が極めて小さく流体の温度上昇にともない高圧が
発生していたが、図８に示すように第１導通孔２０ａ、
２０ｂ、２１ａ、２１ｂを開けることにより、流体の封
入が防止され、シール部材の耐久性を向上させることが
可能になった。また、弁体の外壁および内壁に流体封入
にともなう圧力がかかることがなく、弁体の素材である
金属板の板厚を薄くできるので、素材費、溶接費等を低
減でき、大きな重量減とコストダウンを達成することが
可能となる。

【００３３】従来、オーステナイト系ステンレス鋼製の
流体通路４インチ径の中実球状弁体の場合、７．０ｋｇ
ｆの重量があったが、同じサイズの中空弁体の場合、
２．３ｋｇｆとなり、中実構造を中空構造とするだけで
約２／３の重量削減が可能であった。上記のように、弁
体に孔を開けることにより中空弁体の外壁および内壁に
かかる圧力を大きく低減できるので、これら金属板の板
厚を薄くし、さらに大きな重量減を達成することが可能
となる。

【００３４】図９は、図８に示すボールバルブを閉状態
としたときの断面図である。図９より分かるように外壁
に第２導通孔３０ａが開けられていれば、内壁に孔２０
ｂ、３０ｂまたは２１ｂのいずれか一つがあれば、閉状
態でも流体封入は防止される。その結果、閉じ込められ
た流体の温度上昇にともなう高圧力発生により、シール
部材が変形したり破損したりすることがなくなる。

【００３５】また、下流側に接する弁体の外壁には、上
流側と下流側の圧力差が付加されるが、上記の封入され
た流体の温度上昇にともなう高圧に比較すれば格段に小
さいので、図８に示す開状態での議論を基にした板厚低
減を閉状態にもそのまま当てはめることができる。すな
わち、開、閉の状態のいかんにかかわらず、外壁および
内壁にかかる圧力は、上記の孔を開けることにより小さ
くなるので、金属板の板厚低減、それにともなう重量減
および製造費低減を達成することが可能となる。

【００３６】上記において、本発明実施の形態について
説明を行ったが、上記に開示された実施の形態は、あく
まで例示であって、本発明の範囲はこれら実施の形態に
限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の
範囲の記載によって示され、さらに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を含むことが意
図されている。

【００３７】

【発明の効果】本発明のボールバルブは、流体の封入を
防止し、液化プロパン等の温度上昇にともなう高圧発生
を阻止することができるので、シール部材の耐久性向上
と弁体の肉厚低減、重量削減、製造費低減を達成するこ
とが可能となる。さらに、本発明を適用した球殻状弁体
や中空弁体では、素材の重量や製造工程をいっそう軽減
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のボールバルブの弁体の斜視図であ
る。

【図２】 図１に示す弁体を装着したボールバルブの開
状態を示す断面図である。

【図３】 図１に示す弁体を装着したボールバルブの閉
状態を示す断面図である。

【図４】 本発明のボールバルブの球殻状弁体の断面部
分を示す斜視図である。

【図５】 図４に示す弁体を装着したボールバルブの開
状態を示す断面図である。

【図６】 図４に示す弁体を装着したボールバルブの閉
状態を示す断面図である。

【図７】 本発明のボールバルブの中空弁体の断面部分
を示す斜視図である。

【図８】 図７に示す弁体を装着したボールバルブの開
状態を示す断面図である。

【図９】 図７に示す弁体を装着したボールバルブの閉
状態を示す断面図である。

【図１０】 従来のボールバルブの開状態を示す断面図
である。

【図１１】 従来のボールバルブの閉状態を示す断面図
である。

【符号の説明】

１ 弁体、 ２ 上流側シール部材、 ３ 下流側シール部材、 ４ 入口ポート、 ５ 出口ポート、 ６ ハウジング、 ７ 弁体外面とハウジングとの間の隙間、 ８ 弁体操作軸、 ９ レバー、 １０ 流体通路、 １１ 弁体操作軸挿入部（凹部）、 ２０、２１ 第１導通孔（中空弁体の外壁側２０ａ、２
１ａ：中空弁体の内壁側２０ｂ、２１ｂ） ３０ 第２導通孔（中空弁体の外壁側３０ａ：中空弁体
の内壁側３０ｂ）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入口ポートと出口ポートとが開けられた
   ハウジングと、 流体通路が開けられた球状弁体と、 前記入口ポートと出口ポートとの間で前記球状弁体を回
   転自在にシールする前記ハウジングに装着された上流側
   シール部材および下流側シール部材と、 前記球状弁体を回転させ前記入口ポートと前記出口ポー
   トとを結ぶ流路を開閉する操作部材とを備えたボールバ
   ルブであって、 前記弁体には、前記上流側および下流側シール部材間に
   位置する弁体外面部と前記流体通路とを連通する第１導
   通孔が開けられているボールバルブ。
2. 【請求項２】 前記弁体には、閉状態において入口ポー
   ト側に露出する弁体外面部と前記流体通路とを連通する
   第２導通孔がさらに開けられている請求項１に記載のボ
   ールバルブ。
3. 【請求項３】 前記弁体は球殻状の壁から形成され、そ
   の流体通路の形状はその壁の内面に沿って球状である請
   求項１または２に記載のボールバルブ。
4. 【請求項４】 前記球状の弁体が外壁と内壁とからなる
   中空体で形成されている請求項１または２に記載のボー
   ルバルブ。
5. 【請求項５】 前記第１導通孔は、前記流体通路と中空
   体の内部空間と弁体外面部とを連通する請求項４に記載
   のボールバルブ。
6. 【請求項６】 前記第２導通孔は、外壁に開けられてい
   る請求項４または５に記載のボールバルブ。
7. 【請求項７】 前記第１導通孔は、前記操作部材を受け
   入れる弁体凹部の底部に開けられている請求項１〜６の
   いずれかに記載のボールバルブ。