JP2002257246A

JP2002257246A - ボールバルブおよび機械装置の組み立て方法

Info

Publication number: JP2002257246A
Application number: JP2001394999A
Authority: JP
Inventors: Yoshihito Osada; 善仁長田; Kazunori Saku; 一典佐久
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ボールバルブにおいて、非自封性シール部材
のシール性向上を図る。【解決手段】ハウジング１２内に形成された流路１３
流路１３を開閉するボール１４と、ボール１４の外周面
に接触して設けられた環状のボールシート１７と、ボー
ルシート１７を保持するとともに流路１３の軸方向に変
位可能に設けられた環状のシートリテーナ２０と、ハウ
ジング１２とシートリテーナ２０との間をシールする非
自封性を備えた環状の第１のシール手段２３と、流路１
３内の流体圧が作用する位置に配置され、流路１３の軸
方向に変位して第１のシール手段２３を押圧可能に設け
られた環状のリテーナグランド１８と、流路１３内の流
体圧がボディーキャビティ１６内の流体圧よりも高くな
ったときにリテーナグランド１８に当該流体圧を作用さ
せてリテーナグランド１８で第１のシール手段２３を押
圧する押圧力発生手段２４，２５とを有するボールバル
ブとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボールバルブに関
し、特に、ボールバルブを低温下や高温下で使用した場
合におけるシール性の向上に適用して有効な技術に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】昨今、ＬＮＧなどのようなクリーンなエ
ネルギー開発が世界的に活発化し、それらのプラント配
管を制御するために種々のバルブが使用されている。そ
して、バルブを自動制御する場合には、９０度開閉型の
ボールバルブが操作性やコスト面から適している。

【０００３】ここで、従来のボールバルブについて説明
する。

【０００４】図１０は従来のボールバルブの一例を示す
要部断面図、図１１は従来のボールバルブの他の一例を
示す要部断面図である。

【０００５】図１０に示すボールバルブは、貫通孔（図
示せず）の形成されたボール１１４をハウジング１１２
内に形成された流路１１３上に回動自在に配置し、この
ボール１１４を回動して貫通孔と流路１１３とを連通し
たり遮断したりすることにより流路１１３を開閉するも
ので、ボール１１４の外周面に圧接する環状のボールシ
ート１１７が設けられている。そして、ボールシート１
１７を保持する環状のシートリテーナ１２０が、スプリ
ング１２１によりボール１１４側に付勢されて流路１１
３の軸方向に変位可能に配置されている。

【０００６】シートリテーナ１２０の外周には環状溝１
２０ａが形成されており、環状溝１２０ａには、シート
リテーナ１２０とハウジング１１２との間をシールする
Ｏリング１２８が装着されている。そして、このＯリン
グ１２８によりボディーキャビティ１１６内に流体が浸
入するのを防止している。

【０００７】ここで、Ｏリング１２８は、一般に弾力性
を有するゴムでできており、所定の潰し代が与えられた
状態でシールすべき場所に配置することにより、別途の
押圧力を加えることなくシール性を発揮する自封性のシ
ール部材である。

【０００８】Ｏリング１２８は微圧から高圧までシール
することができるが、使用可能な温度範囲は−５５〜３
００℃程度である。そこで、この温度範囲外の低温域や
高温域での用途に用いられるボールバルブには、Ｏリン
グ１２８ではなく、膨張黒鉛製のシール部材１２３（図
１１）が用いられている。

【０００９】この膨張黒鉛製のシール部材１２３は、押
圧力を与え続けなければ所定のシール性能を発揮しない
非自封性のシール部材なので、スプリング１２１により
押圧力を与えている。

【００１０】すなわち、図１１において、シートリテー
ナ１２０のボール１１４と反対側には、スプリング１２
１によりシートリテーナ１２０側に付勢されたスプリン
グリテーナ１２２が配置されている。そして、スプリン
グリテーナ１２２によりシートリテーナ１２０に押圧さ
れて、ハウジング１１２とシートリテーナ１２０との間
をシールする前述の膨張黒鉛製のシール部材１２３が装
着されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、膨張黒
鉛製のシール部材の場合には、スプリングによる押圧力
が弱いと、流体が高圧（たとえば５ＭＰａ以上）になれ
ばなるほど漏れが激しくなってしまう。

【００１２】この対策として、スプリングを大きくして
押圧力を上げることも考えられるが、スプリングはボー
ルバルブの内部という限られたスペースに配置しなけれ
ばならない部品であるため、スプリングサイズの大型化
による押圧力の向上には限界がある。また、スプリング
の押圧力を大きくするとボールに対するボールシートの
押圧力が大きくなって操作トルクが増大する。すると、
ボールを回動させるステムを強化しなければならなくな
ったり、自動化の際に用いられるアクチュエータには大
きな出力トルクが得られる大型のものが必要になる。

【００１３】ここで、膨張黒鉛製のシール部材のように
非自封性のシール部材をバルブなどの圧力容器をはじめ
とする機械装置に用いる場合には、所定の公差を見込ん
で各部品の寸法を設定し、部品相互間に若干の隙間が形
成される状態で組み込み作業ができるようにし、円滑に
シール部材が組み込まれるようにしている。

【００１４】しかしながら、シール部材の組み込み後に
スプリングなどにより押圧力を与えてもシール部材の変
形が十分に行われずに、前述の隙間が閉塞されずに所定
のシール性能が発揮されない場合があった。

【００１５】そこで、本発明は、通常のバルブのスペー
スの範囲内で非自封性シール部材のシール性を向上させ
ることのできるボールバルブを提供することを目的とす
る。

【００１６】また、本発明は、組み込まれた非自封性シ
ール部材を十分に変形させることのできる機械装置の組
み立て方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るボールバルブは、ハウジング内に形成
された流路上に回動自在に配置され、流路と連通する貫
通孔が形成されて当該貫通孔により流路を開閉するボー
ルと、ボールにおける流体の少なくとも流入側または流
出側に設けられ、ボールの外周面に圧接する環状のボー
ルシートと、ボールシートを保持する第１の保持部材
と、ハウジングと第１の保持部材との間をシールする第
１のシール手段と、流路内の流体圧またはボディーキャ
ビティ内の流体圧が作用する位置に配置されて第１のシ
ール手段を押圧可能に設けられ、作用する側の流体圧が
他方の流体圧よりも高くなったときに両者の差圧により
変位して第１のシール手段を押圧する押圧部材とを有す
ることを特徴とする。

【００１８】また、上記課題を解決するため、本発明に
係るボールバルブは、ハウジング内に形成された流路上
に回動自在に配置され、流路と連通する貫通孔が形成さ
れて当該貫通孔により流路を開閉するボールと、ボール
における流体の少なくとも流入側に設けられ、ボールの
外周面に圧接する環状のボールシートと、ボールシート
を保持するとともに流路の軸方向に変位可能に設けられ
た環状の第１の保持部材と、ハウジングと第１の保持部
材との間をシールする非自封性を備えた環状の第１のシ
ール手段と、流路内の流体圧が作用する位置に配置さ
れ、流路の軸方向に変位して第１のシール手段を押圧可
能に設けられた環状の押圧部材と、流路内の流体圧がボ
ディーキャビティ内の流体圧よりも高くなったときに押
圧部材に当該流体圧を作用させてこの押圧部材で第１の
シール手段を押圧する押圧力発生手段とを有することを
特徴とする。

【００１９】さらに、上記課題を解決するため、本発明
に係るボールバルブは、ハウジング内に形成された流路
上に回動自在に配置され、流路と連通する貫通孔が形成
されて当該貫通孔により流路を開閉するボールと、ボー
ルにおける流体の少なくとも流出側に設けられ、ボール
の外周面に圧接する環状のボールシートと、ボールシー
トを保持するとともに流路の軸方向に変位可能に設けら
れた環状の第１の保持部材と、ハウジングと第１の保持
部材との間をシールする非自封性を備えた環状の第１の
シール手段と、ボディーキャビティ内の流体圧が作用す
る位置に配置され、流路の軸方向に変位して第１のシー
ル手段を押圧可能に設けられた環状の押圧部材と、ボデ
ィーキャビティ内の流体圧が流路内の流体圧よりも高く
なったときに押圧部材に当該流体圧を作用させてこの押
圧部材で第１のシール手段を押圧する押圧力発生手段と
を有することを特徴とする。

【００２０】そして、上記課題を解決するため、本発明
に係るボールバルブは、ハウジング内に形成された流路
上に回動自在に配置され、流路と連通する貫通孔が形成
されて当該貫通孔により流路を開閉するボールと、ボー
ルにおける流体の流入側および流出側にそれぞれ設けら
れ、ボールの外周面に圧接する環状のボールシートと、
ボールシートを保持するとともに流路の軸方向に変位可
能に設けられた環状の第１の保持部材と、ハウジングと
第１の保持部材との間をシールする非自封性を備えた環
状の第１のシール手段と、流体の流入側においては流路
内の流体圧が作用する位置に、流体の流出側においては
ボディーキャビティ内の流体圧が作用する位置にそれぞ
れ配置され、流路の軸方向に変位して第１のシール手段
を押圧可能に設けられた環状の押圧部材と、作用する側
の流体圧が他方の流体圧よりも高くなったときに押圧部
材に当該流体圧を作用させてこの押圧部材で第１のシー
ル手段を押圧する押圧力発生手段とを有することを特徴
とする。

【００２１】このような発明によれば、第１のシール手
段は流体圧の作用した押圧部材により締め付けられて十
分なシール性が得られることになり、通常のバルブのス
ペースの範囲内でシール性を向上させることが可能にな
る。

【００２２】また、本発明に係る機械装置の組み立て方
法は、非自封性を有するシール手段が用いられた機械装
置の組み立て方法であって、ハウジングを締め付ける
と、機械装置を構成する一部の部品と協働してシール手
段を所定量押し潰す潰し手段を用意し、潰し手段を組み
込んでハウジングを締め付け、潰し手段と機械装置を構
成する一部の部品とによりシール手段を押圧して潰し、
その後、潰し手段を取り外して機械装置を構成する部品
を組み込むことを特徴とする。

【００２３】このような発明によれば、非自封性を有す
るシール手段を予め押圧して潰して馴染ませ、その後に
他の部品を組み込んでいるので、組み込まれたシール手
段を十分に変形させることが可能になり、組み立てが容
易で高いシール性を確保することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付
図面において同一の部材には同一の符号を付しており、
また、重複した説明は省略されている。なお、発明の実
施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態として
のものであり、本発明がその実施の形態に限定されるも
のではない。

【００２５】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１におけるボールバルブを示す断面図、図２は図１の
ボールバルブの要部を示す断面図、図３は図１および図
１１のボールバルブにおける低温時の流体圧力とシート
漏れ量との関係を示すグラフ、図４は本発明の他の実施
の形態であるボールバルブの要部を示す断面図、図５は
本発明のさらに他の実施の形態であるボールバルブの要
部を示す断面図、図６は図５のボールバルブにおける押
圧状態を示す説明図、図７は本発明の実施の形態１にお
ける機械装置の組み立て方法を示す説明図である。

【００２６】図１および図２に示す本実施の形態のボー
ルバルブにおいて、ハウジング１２はボディー１２ａと
ボディーキャップ１２ｂとで構成されており、内部に円
筒状の流路１３が形成されたサイドエントリ形の構造と
なっている。但し、トップエントリ形など、他の構造で
あってもよい。

【００２７】ハウジング１２の内部には、流路１３と連
通する円筒状の貫通孔１４ａが形成されたボール１４が
流路１３上に配置されている。このボール１４は流路１
３と直交する方向に配置された一対のステム１５ａ，１
５ｂに支持されており、ステム１５ａ，１５ｂを回動支
点として貫通孔１４ａにより流路１３を開閉する方向に
回動自在に装着されている。ここで、ボール１４は金属
製または樹脂製であり、金属製の場合には、たとえばス
テンレス鋼、炭素鋼、ダクタイル、鋳鉄、青銅、黄銅、
ステライトなどが、樹脂製の場合には、たとえばフッ素
樹脂やナイロン樹脂などが用いられる。

【００２８】なお、ステム１５ａ，１５ｂの周辺には、
ハウジング１２とボール１４とで囲まれた空間であるボ
ディーキャビティ１６が形成されている。

【００２９】図２に詳しく示すように、流路１３とボデ
ィーキャビティ１６との間をシールして、流体が流路１
３からボディーキャビティ１６へ漏出するのを防止する
ため、環状のボールシート１７が、ボール１４の外周面
に圧接してボール１４における流体の流入側と流出側と
に設けられている。したがって、ボール１４はこのボー
ルシート１７と摺動しながら回動する。なお、ボールシ
ート１７は、フッ素樹脂などの樹脂製、または合成ゴム
などのゴム製の材料で成形されているが、金属製であっ
てもよい。

【００３０】ボールシート１７は環状のシートリテーナ
（第１の保持部材）２０に保持されている。このシート
リテーナ２０は流路１３の軸方向に変位可能に設けられ
ており、シートリテーナ２０のボール１４と反対側に
は、スプリング（弾性部材）２１を保持するとともにこ
のスプリング２１によりシートリテーナ２０側に付勢さ
れたスプリングリテーナ（第２の保持部材）２２が配置
されている。スプリング（弾性部材）２１はコイルばね
を用いているが、板ばねや皿ばね等を用いてもよい。

【００３１】そして、シートリテーナ２０とスプリング
リテーナ２２との間における流路１３内の流体圧が作用
する位置には、流路１３の軸方向に変位可能に設けられ
た環状のリテーナグランド（押圧部材）１８が配置され
ている。ここで、本実施の形態において、シートリテー
ナ２０のボールシート１７と反対側には、ハウジング１
２の内周壁と離間した環状突起２０ａが形成されてお
り、リテーナグランド１８は、ハウジング１２の内周壁
と環状突起２０ａとの間に位置している。

【００３２】スプリングリテーナ２２によりリテーナグ
ランド１８に押圧されて、リテーナグランド１８とハウ
ジング１２との間をシールする環状の第２のシール手段
（押圧力発生手段）２４、およびこのシール部位よりも
径が小さく、リテーナグランド１８とシートリテーナ２
０との間をシールする環状の第３のシール手段（押圧力
発生手段）２５が装着されている。第２のシール手段２
４と第３のシール手段２５とは相互に同軸上に位置して
おり、第３のシール手段２５は第２のシール手段２４よ
りも径方向内側に配置されている。

【００３３】但し、第３のシール手段２５が第２のシー
ル手段２４よりも径方向内側に配置されていればよく、
必ずしも第２のシール手段２４と第３のシール手段２５
とが相互に同軸上にはなくてもよい。また、第２のシー
ル手段２４と第３のシール手段２５とは相互に径方向の
同一位置になくてもよく、ずれていてもよい。さらに、
第３のシール手段２５はシートリテーナ２０の環状突起
２０ａによりシートリテーナ２０とリテーナグランド１
８との間をシールしているが、環状突起２０ａを形成す
ることなくシートリテーナ２０とリテーナグランド１８
との間をシールする構造であってもよい。

【００３４】ここで、第２のシール手段２４と第３のシ
ール手段２５とは、押圧力が加わると潰れ変形してシー
ル性を発揮するシール部材、つまり非自封性を有するシ
ール部材となっている。このような非自封性を有するシ
ール部材の材料としては、たとえば、膨張黒鉛、炭素繊
維、フッ素樹脂繊維、アラミド繊維、アスベストなどが
ある。但し、ここに列挙した以外の材料により非自封性
を有するシール部材を形成してもよい。なお、第２のシ
ール手段２４と第３のシール手段２５には、押圧力を加
えることなく潰れてシール性を発揮するシール部材、つ
まり自封性を有するシール部材を用いてもよい。自封性
を有するシール部材には、たとえばゴムや各種樹脂など
がある。また、第２のシール手段２４と第３のシール手
段２５に装着されるシール部材のそれぞれの構成数は、
１個に限らず２個以上であってもよい。

【００３５】リテーナグランド１８によりシートリテー
ナ２０に押圧され、ハウジング１２とシートリテーナ２
０との間をシールする環状の第１のシール手段２３が装
着されている。この第１のシール手段２３は前述した非
自封性を有するシール部材であり、本実施の形態におい
ては、第２のシール手段２４と同一物が軸方向に２個配
列されたものからなる。但し、第２のシール手段２４と
同一物が１つまたは軸方向に３個以上配列されていても
よく、相互に異なるものであってもよい。なお、第２の
シール手段２４と第１のシール手段２３とを共用化すれ
ば、部品種類の削減を図ることができる。

【００３６】このような構造を有するボールバルブにお
いて、ステム１５ａ，１５ｂによりボール１４を回動し
て貫通孔１４ａを流路１３と連通させ、流路１３を開放
する。

【００３７】このとき、ボールバルブに流入側の流体圧
Ｐ_１がかかっていない状態、あるいはボディーキャビ
ティ１６内の流体圧であるキャビティ圧Ｐ_２と同圧の
流体圧Ｐ_１がかかっている状態では、スプリング２１
の弾発力で発生した荷重Ｆ_１によってスプリングリテー
ナ２２が押圧され、このようなスプリングリテーナ２２
により、第２のシール手段２４と第３のシール手段２
５、リテーナグランド１８、第１のシール手段２３およ
びシートリテーナ２０を介してボールシート１７がボー
ル１４に圧接される。したがって、第１のシール手段２
３は荷重Ｆ_１により潰されているとともに、第２のシ
ール手段２４および第３のシール手段２５も潰されてい
る。このように、予め第２のシール手段２４および第３
のシール手段２５が潰されていることにより、差圧がリ
テーナグランド１８に確実に作用するようにして、第１
のシール手段２３の押圧を行うようにしている。

【００３８】すなわち、第２のシール手段２４によるシ
ール径をＨ、第３のシール手段２５によるシール径を
Ｇ、流体圧Ｐ_１とキャビティ圧Ｐ_２との差圧をΔＰと
すると、ボールバルブに流体圧Ｐ_１がかかったなら
ば、Ｐ_１＞Ｐ_２の場合、リテーナグランド１８には、
［（Ｈ^２ −Ｇ^２）×（π／４）×ΔＰ］の荷重Ｆ
_２、すなわち第２のシール手段２４と第３のシール手
段２５の有効径の面積に作用する流体圧の差による荷重
Ｆ_２が前述したスプリング２１の弾発力による荷重Ｆ
_１に加えてボール１４の方向に作用する。したがっ
て、ボールバルブに流体圧Ｐ_１がかかった状態では、
第１のシール手段２３は（荷重Ｆ_１＋荷重Ｆ_２）によ
る大きな力で締め付けられることになる。

【００３９】また、流入側に配置されたボールシート１
７のシール径をＪとすると、当該ボールシート１７に
は、［Ｆ_１＋（Ｈ^２ −Ｊ^２）×（π／４）×ΔＰ］
のシール力が作用する。したがって、流体圧Ｐ_１とキ
ャビティ圧Ｐ_２との差圧ΔＰが大きければ大きいほ
ど、シール性が向上することになる。

【００４０】本実施の形態のボールバルブによる流体圧
力とシート漏れ量との関係を図３に示す。ここでの試験
条件は、供試品がクラス６００ステンレス鋼製トラニオ
ン型ボールバルブ（サイズ：４インチ）、第２のシール
手段２４、第３のシール手段２５および第１のシール手
段２３が膨張黒鉛製のシール部材、流体名がヘリウム
（Ｈｅ）、流体温度が−１００℃である。そして、キャ
ビティ圧Ｐ_２が０ＭＰａの状態においてバルブ開度を
全閉にした後、一次側流路から流体を負荷し、ボディー
キャビティ１６への漏れ量を測定した。なお、本願のボ
ールバルブによるデータを実線で、従来のボールバルブ
によるデータを二点鎖線で示している。

【００４１】図３に示すように、従来のボールバルブが
流体圧が高くなるに従って急激に漏れ量が大きくなって
いるのに比べて、本願のボールバルブでは、安定したシ
ール性が得られているのが分かる。

【００４２】このように、本実施の形態によれば、リテ
ーナグランド１８に流体圧Ｐ_１を作用させてこのリテ
ーナグランド１８で第１のシール手段２３をシートリテ
ーナ２０に押圧しているので、第１のシール手段２３は
流体圧Ｐ_１の作用したリテーナグランド１８により締
め付けられて十分なシール性が得られることになり、通
常のバルブのスペースの範囲内でシール性を向上させる
ことが可能になる。

【００４３】これにより、低温域や高温域での使用にお
いても安定したシール効果を得ることが可能になる。

【００４４】また、流体圧Ｐ_１が大きくなればなるほ
ど荷重Ｆ_２が大きくなって第１のシール手段２３のシ
ール性が向上するので、高圧封止性に優れたボールバル
ブを得ることが可能になる。

【００４５】さらに、流体圧Ｐ_１によってボール１４
が若干流出側に移動しても、ボールシート１７も荷重Ｆ
_２によってボール１４の移動に追随できるので、確実
な弁座シール性を得ることが可能になる。

【００４６】ここで、第２のシール手段２４と第３のシ
ール手段２５のように、相互に径の異なる２つのシール
部材を用いて押圧力を得る技術は、たとえば特開平７−
１９０２１２号公報、特開平７−１８０７７７号公報、
実用新案登録３０５０９６１号公報などに開示されてい
る。該技術では、環状の外周溝と内周溝とにシール部材
をそれぞれ装着している。

【００４７】しかしながら、非自封性を有するシール部
材はＯリングなど自封性を有するシール部材のように伸
び縮みのしない不断リングであるので、環状の溝にはシ
ール部材を装着することができない。また、仮に装着す
ることができたとしても、押圧力が加わらないので、所
定のシール性を得ることができない。

【００４８】したがって、特開平７−１９０２１２号公
報などに開示された技術に非自封性を有するシール部材
を適用しても、本願のような作用効果を得ることはでき
ない。

【００４９】ここで、第２のシール手段２４および第３
のシール手段２５に代えて、図４に示すように、これら
の一体化した環状の第４のシール手段（押圧力発生手
段）２６を用いることもできる。すなわち、図４におい
て、スプリングリテーナ２２によりリテーナグランド１
８に押圧されるように第４のシール手段２６を装着し、
この第４のシール手段２６によりリテーナグランド１８
とハウジング１２との間をシールするとともに、このシ
ール部位よりも径の小さい部位であるリテーナグランド
１８とシートリテーナ２０との間をシールするようにし
てもよい。

【００５０】但し、このような構造では、図２に示す場
合に比べて、単位面積当たりのスプリングリテーナ２２
からの圧力が小さくなって第４のシール手段２６の潰れ
量が小さくなるので、結果として第１のシール手段２３
によるシール力が小さくなることを考慮する必要があ
る。

【００５１】なお、第４のシール手段２６についても非
自封性を有するシール部材が用いられるが、自封性を有
するシール部材を用いてもよい。

【００５２】ここで、図５に示すように、リテーナグラ
ンド１８における第１のシール手段２３を押圧する押圧
部１８ａは、その軸方向の断面を楔状に形成することが
できる。さらに、シートリテーナ２０には、第１のシー
ル手段２３の内径がボールシート１７に向かって拡大す
るように第１のシール手段２３の内周面を径方向に広げ
るテーパ面２０ｂを形成することができる。

【００５３】押圧部１８ａの軸方向の断面を楔状に形成
すれば、図６に示すように、押圧部１８ａに押圧される
第１のシール手段２３には直接径方向に広がる力が作用
して第１のシール手段２３がシートリテーナ２０とハウ
ジング１２とに圧接するので、押圧力を効率的にシール
性の向上に寄与させることができる。

【００５４】また、シートリテーナ２０にテーパ面２０
ｂを形成すれば、同じく図６に示すように、断面四角形
の第１のシール手段２３がシートリテーナ２０のテーパ
面２０ｂに押し付けられることにより圧縮方向に力が作
用して第１のシール手段２３がシートリテーナ２０とハ
ウジング１２とに圧接するので、やはり押圧力を効率的
にシール性の向上に寄与させることができる。

【００５５】なお、図５および図６においては、押圧部
１８ａの断面楔状構造とシートリテーナ２０のテーパ面
構造とが同時に採用されているが、それぞれ独立して採
用することもできる。また、断面楔状構造はスプリング
リテーナ２２の押圧部にも採用でき、テーパ面構造は第
２のシール手段２４や第３のシール手段２５にも採用す
ることができる。

【００５６】ここで、非自封性を有するシール手段の用
いられたボールバルブは、次のようにして組み立てられ
る。

【００５７】すなわち、図７において、ハウジング１２
（ここでは、ボディー１２ａとボディーキャップ１２
ｂ）を締め付けるとボールバルブを構成する一部の部品
と協働してシール手段２３，２４，２５を所定量押し潰
す潰し手段２７を用意する。ここにおいて、潰し手段２
７とともにシール手段２３，２４，２５を所定量押し潰
すボールバルブの構成部品とは、リテーナグランド１
８、シートリテーナ２０、スプリングリテーナ２２であ
る。但し、該当する構成部品はボールバルブの構造によ
り様々であり、ここに列挙するものに限定されるもので
はない。

【００５８】潰し手段２７を用意したならば、これを組
み込んでナット２８をボルトに螺合し、ハウジング１２
を締め付ける。これにより、潰し手段２７と前述した部
品とによりシール手段２３，２４，２５が押圧されて所
定量潰れる。なお、この場合において、ボールを組み込
んでハウジング１２を締め付けると、シール手段２３，
２４，２５より軟らかなボールシート１７が潰れてしま
ってシール手段２３，２４，２５が所定量潰れなくなる
からであり、潰し手段２７を組み込んでこれをシートリ
テーナ２０に当接させることにより、このような不都合
がなくなる。

【００５９】ここで、図７では、締め付け前の状態を上
側に、締め付け後の状態を下側に示している。

【００６０】この図７において、スプリングリテーナ２
２とハウジング１２との隙間をＣ_１、第１のシール手段
２３の潰れ量をＣ_２、第２および第３のシール手段２
４，２５の潰れ量をＣ_３とする。潰し手段２７の両側
の２箇所のシール手段２３，２４，２５が締め付けられ
るので、締め付け量は（２×（Ｃ_１＋Ｃ_２＋Ｃ_３））
となり、これが締め付け前のハウジング１２間の隙間Ｃ
と等しくなる。たとえば、スプリングリテーナ２２とハ
ウジング１２との隙間が２ｍｍ、第１のシール手段２３
の潰れ量が１ｍｍ、第２および第３のシール手段２４，
２５の潰れ量が０．７ｍｍとすると、締め付け寸法、す
なわち締め付け前のハウジング１２間の隙間は（２×
（２＋１＋０．７））ｍｍ＝７．４ｍｍとなる。

【００６１】このようにしてシール手段２３，２４，２
５を締め付けたならば、ボディー１２ａとボディーキャ
ップ１２ｂとを外して潰し手段２７を取り外し、機械装
置を構成する部品、すなわちボールバルブであれば、ボ
ールやステム等を組み込んでいく。

【００６２】このように、本実施の形態によれば、非自
封性を有するシール手段２３，２４，２５を組み込み、
これらのシール手段２３，２４，２５を予め押圧して潰
して馴染ませ、その後に他の部品を組み込んでいるの
で、組み込まれたシール手段２３，２４，２５を十分に
変形させることが可能になり、組み立てが容易で高いシ
ール性を確保することができる。

【００６３】以上の説明は、ボールバルブの構成部品を
用いてシール手段２３，２４，２５を予め押圧するよう
にしているので、必要最小限の治具点数で確実に高いシ
ール性を確保することができると共に、バルブを配管す
る作業現場においても容易に行うことができるが、ボー
ルバルブの構成部品を用いることなくシール手段２３，
２４，２５を所定量押し潰すことのできる別の治具（潰
し手段）を用いて各シール手段を予め押圧するようにし
てもよい。

【００６４】なお、以上の説明においては、非自封性を
有するシール手段をボールバルブに適用した場合の組み
立て方法を説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、ボールバルブ以外の他の種々のバルブなどの
圧力容器、さらには広く種々の機械装置に適用すること
ができる。

【００６５】（実施の形態２）図８は本発明の実施の形
態２におけるボールバルブを示す断面図、図９は図８の
ボールバルブの要部を示す断面図である。

【００６６】本実施の形態においては、流体の流入側に
おけるボールバルブのシール構造は前述した実施の形態
１におけるものと同じであるが、流出側におけるボール
バルブのシール構造が異なっている。

【００６７】すなわち、流出側においては、ボールシー
ト１７を保持するシートリテーナ２０のボール１４と反
対側には、スプリング２１を保持するとともにこのスプ
リング２１によりシートリテーナ２０と反対側に付勢さ
れたスプリングリテーナ２２が配置されている。また、
スプリングリテーナ２２のボール１４と反対側における
ボールキャビティ１６内の流体圧が作用する位置には、
流路１３の軸方向に変位可能に設けられた環状のリテー
ナグランド１８が配置されている。

【００６８】スプリングリテーナ２２によりリテーナグ
ランド１８に押圧されて、リテーナグランド１８とハウ
ジング１２との間をシールする環状の第２のシール手段
２４、およびリテーナグランド１８とシートリテーナ２
０との間をシールする環状の第３のシール手段２５が装
着されている。

【００６９】リテーナグランド１８によりハウジング１
２に押圧され、ハウジング１２とシートリテーナ２０と
の間をシールする環状の第１のシール手段２３が装着さ
れている。

【００７０】ここで、とりわけ低温流体を扱う場合にお
いてこのようにバルブを全閉にすると、流体の流出側が
低温流体に曝されなくなるにつれ、バルブの温度が上昇
する。すると、密閉空間であるボディーキャビティ１６
内の圧力が高くなる異常昇圧現象を生じる。なお、この
現象は、流体が液体等のような非圧縮性流体の場合に特
に顕著に表れる。

【００７１】このとき、前述した実施の形態１に示すシ
ール構造を流体の流入側および流出側の双方に用いた場
合には、上昇したキャビティ圧Ｐ_２は、流入側あるい
は流出側のどちらか低圧となる方の流路１３にリリーフ
される。

【００７２】たとえばボールバルブの下流側でメンテナ
ンス作業を行うような場合には、キャビティ圧Ｐ_２を
確実に流入側の流路１３にリリーフさせなければならな
い。したがって、このような用途では、実施の形態１に
示すシール構造のボールバルブを用いることは、リリー
フ方向が流入側あるいは流出側のどちらの流路１３にな
るか不定なために望ましくない。

【００７３】そして、この実施の形態２に示すシール構
造によれば、ボディーキャビティ１６内の流体が確実に
流入側の流路１３にリリーフされる。

【００７４】すなわち、実施の形態２の構造を有するボ
ールバルブにおいて、ボール１４を回動して貫通孔１４
ａと流路１３とを遮断し、流路１３を閉止する。そし
て、キャビティ圧Ｐ_２が上昇して流入側の流路１３の
流体圧Ｐ_１および流出側の流路１３の流体圧Ｐ_３より
も高くなると、次のような荷重が発生する。

【００７５】すなわち、第２のシール手段２４によるシ
ール径をＮ、第３のシール手段２５によるシール径を
Ｍ、キャビティ圧Ｐ_２と流出側の流体圧Ｐ_３との差圧
をΔＰとすると、ボールバルブにキャビティ圧Ｐ_２が
流体圧Ｐ_３よりも上昇してＰ_２＞Ｐ_３となると、リテ
ーナグランド１８には、［（Ｎ^２ −Ｍ^２）×（π／
４）×ΔＰ］の荷重Ｆ_５、すなわち第２のシール手段
２４と第３のシール手段２５の有効径の面積に作用する
流体圧の差による荷重Ｆ_５がスプリング２１の弾発力
による荷重Ｆ_４に加えて第１のシール手段２３の方向
に作用する。

【００７６】したがって、ボールバルブにキャビティ圧
Ｐ_２がかかった状態では、第１のシール手段２３は
（荷重Ｆ_４＋荷重Ｆ_５）による大きな力で締め付けら
れることになり、キャビティ１６内の流体が流出側の流
路１３に放出されることはない。そして、キャビティ圧
Ｐ_２が流入側の流体圧Ｐ_１を上回った場合には、流入
側のボールシート１７がボール１４から離間して、キャ
ビティ１６内の流体が流入側の流路１３に放出される。

【００７７】また、流出側に配置されたボールシート１
７のシール径をＫとすると、当該ボールシート１７に
は、Ｆ_４＋［（Ｋ^２ −Ｍ^２）×（π／４）×ΔＰ］
のシール力が作用する。したがって、キャビティ圧Ｐ_２
と流体圧Ｐ_３との差圧ΔＰが大きければ大きいほど、
シール性が向上することになる。

【００７８】なお、図示するように、流出側において
は、シートリテーナ２０の内径をハウジング１２側の内
径に合わせるために、シートリテーナ２０の外径段部と
ハウジング１２の内径段部との間に第１のシール手段２
３、第２のシール手段２４、第３のシール手段２５、リ
テーナグランド１８、スプリングリテーナ２２およびス
プリング２１が収容されている。

【００７９】したがって、第２のシール手段２４による
シール径Ｎおよび第３のシール手段２５によるシール径
Ｍは、流入側に配置された第２のシール手段２４による
シール径Ｈおよび第３のシール手段２５によるシール径
Ｇよりも大きな径となっている。

【００８０】このようなシール構造によれば、キャビテ
ィ圧Ｐ_２が上昇しても、ボールバルブの下流側への流
体の流出を完全に阻止することができるとともに、流入
側に前述した実施の形態１のシール構造を用いることに
より、上昇したキャビティ圧Ｐ_２を流入側の流路１３
に確実に逃がすことが可能になる。

【００８１】また、キャビティ圧Ｐ_２が大きくなれば
なるほど荷重Ｆ_５が大きくなって第１のシール手段２
３のシール性が向上するので、高圧封止性に優れたボー
ルバルブを得ることが可能になる。

【００８２】さらに、流入側の流体圧Ｐ_１によってボ
ール１４が若干流出側に移動した場合、ボールシート１
７は荷重Ｆ_５によってボール１４に圧接されるので、
確実な弁座シール性を得ることが可能になる。

【００８３】以上の説明において、実施の形態１に示す
シール構造を第１のシール構造、実施の形態２における
流体の流入側のシール構造を第２のシール構造とした場
合、シール構造は、実施の形態１のように流入側おより
流出側を何れも第１のシール構造とすること、あるいは
実施の形態２のように流入側を第１のシール構造とし流
出側を第２のシール構造とすることに限定されるもので
はない。つまり、流入側に第１のシール構造を用いて流
出側にはシール構造を設けない、あるいは流出側に第２
のシール構造を用いて流入側にはシール構造を設けな
い、といった形態を採用することもできる。なお、流入
側および流出側の双方に第２のシール構造を用いるの
は、キャビティ圧Ｐ_２のリリーフ先がなくなるので望
ましくない。

【００８４】また、本実施の形態では、第２のシール手
段２４と第３のシール手段２５という押圧力発生手段で
リテーナグランド１８に流体圧を作用させているが、た
とえばリテーナグランド１８に流体圧が直接作用する受
圧部を形成してこれを押圧力発生手段とし、この受圧部
によりリテーナグランド１８で第１のシール手段２３を
シートリテーナ２０に押圧するようにしてもよい。すな
わち、本発明はリテーナグランド１８に作用する流体圧
で第１のシール手段２３を押圧するようになっていれば
よく、押圧力発生手段の構造は、本実施の形態に示す以
外のものを採用することができる。

【００８５】さらに、実施の形態１において説明した技
術、たとえば第１のシール手段２３には第２のシール手
段２４と同一物を１つまたは軸方向に複数個配列する技
術、第２のシール手段２４および第３のシール手段２５
に代えて図４に示すような第４のシール手段２６を用い
る技術、リテーナグランド１８の押圧部１８ａを断面楔
状に形成する技術、シートリテーナ２０にテーパ面を形
成する技術などは、実施の形態２に示すシール構造にも
適用することが可能である。

【００８６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば以下の効果を奏することができる。 (1).押圧部材に流体圧を作用させてこの押圧部材で第１
のシール手段を第１の保持部材に押圧しているので、第
１のシール手段は流体圧の作用した押圧部材により締め
付けられて十分なシール性が得られることになり、通常
のバルブのスペースの範囲内でシール性を向上させるこ
とが可能になる。 (2).これにより、流体圧が大きくなればなるほど第１の
シール手段のシール性が向上するので、高圧封止性に優
れたボールバルブを得ることが可能になる。 (3).押圧部材を、流体の流入側においては流路内の流体
圧が作用する位置に、流体の流出側においてはボディー
キャビティ内の流体圧が作用する位置にそれぞれ配置す
れば、キャビティ圧が上昇しても、ボールバルブの下流
側への流体の流出を完全に阻止して、流入側の流路に確
実に逃がすことが可能になる。 (4).シール手段として、低温域から高温域で使用可能な
シール部材を用いることにより、低温域や高温域での使
用においても安定したシール効果を得ることが可能にな
る。 (5).押圧部の軸方向の断面を楔状に形成すれば、第１の
シール手段には直接径方向に広がる力が作用して第１の
シール手段が第１の保持部材とハウジングとに圧接する
ので、押圧力を効率的にシール性の向上に寄与させるこ
とができる。 (6).第１の保持部材にテーパ面を形成すれば、第１のシ
ール手段には圧縮方向に力が作用して第１のシール手段
が第１の保持部材とハウジングとに圧接するので、押圧
力を効率的にシール性の向上に寄与させることができ
る。 (7).非自封性を有するシール手段を予め押圧して潰して
馴染ませ、その後に他の部品を組み込んでいるので、組
み込まれたシール手段を十分に変形させることが可能に
なり、組み立てが容易で高いシール性を確保することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるボールバルブを
示す断面図である。

【図２】図１のボールバルブの要部を示す断面図であ
る。

【図３】図１および図１１のボールバルブにおける低温
時の流体圧力とシート漏れ量との関係を示すグラフであ
る。

【図４】本発明の他の実施の形態であるボールバルブの
要部を示す断面図である。

【図５】本発明のさらに他の実施の形態であるボールバ
ルブの要部を示す断面図である。

【図６】図５のボールバルブにおける押圧状態を示す説
明図である。

【図７】本発明の実施の形態１における機械装置の組み
立て方法を示す説明図である。

【図８】本発明の実施の形態２におけるボールバルブを
示す断面図である。

【図９】図８のボールバルブの要部を示す断面図であ
る。

【図１０】従来のボールバルブの一例を示す要部断面図
である。

【図１１】従来のボールバルブの他の一例を示す要部断
面図である。

【符号の説明】

１２ハウジング１２ａボディー１２ｂボディーキャップ１３流路１４ボール１４ａ貫通孔１５ａ，１５ｂステム１６ボディーキャビティ１７ボールシート１８リテーナグランド（押圧部材）１８ａ押圧部２０シートリテーナ（第１の保持部材）２０ａ環状突起２０ｂテーパ面２１スプリング（弾性部材）２２スプリングリテーナ（第２の保持部材）２３第１のシール手段２４第２のシール手段（押圧力発生手段）２５第３のシール手段（押圧力発生手段）２６第４のシール手段（押圧力発生手段）２７潰し手段２８ナット１１２ハウジング１１３流路１１４ボール１１６ボディーキャビティ１１７ボールシート１２０シートリテーナ１２０ａ環状溝１２１スプリング１２２スプリングリテーナ１２３シール部材１２８Ｏリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3H054 AA03 BB02 BB14 CB09 CB14 CB16 CB34 CB35 GG03 GG04 3J043 AA06 BA07 BA09 CA03 CA08 CB14 CB20 DA03 HA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジング内に形成された流路上に回動
自在に配置され、前記流路と連通する貫通孔が形成され
て当該貫通孔により前記流路を開閉するボールと、前記ボールにおける流体の少なくとも流入側または流出
側に設けられ、前記ボールの外周面に圧接する環状のボ
ールシートと、前記ボールシートを保持する第１の保持部材と、前記ハウジングと前記第１の保持部材との間をシールす
る第１のシール手段と、前記流路内の流体圧またはボディーキャビティ内の流体
圧が作用する位置に配置されて前記第１のシール手段を
押圧可能に設けられ、作用する側の流体圧が他方の流体
圧よりも高くなったときに両者の差圧により変位して前
記第１のシール手段を押圧する押圧部材とを有すること
を特徴とするボールバルブ。
【請求項２】ハウジング内に形成された流路上に回動
自在に配置され、前記流路と連通する貫通孔が形成され
て当該貫通孔により前記流路を開閉するボールと、前記ボールにおける流体の少なくとも流入側に設けら
れ、前記ボールの外周面に圧接する環状のボールシート
と、前記ボールシートを保持するとともに前記流路の軸方向
に変位可能に設けられた環状の第１の保持部材と、前記ハウジングと前記第１の保持部材との間をシールす
る非自封性を備えた環状の第１のシール手段と、前記流路内の流体圧が作用する位置に配置され、前記流
路の軸方向に変位して前記第１のシール手段を押圧可能
に設けられた環状の押圧部材と、前記流路内の流体圧がボディーキャビティ内の流体圧よ
りも高くなったときに前記押圧部材に当該流体圧を作用
させてこの押圧部材で前記第１のシール手段を押圧する
押圧力発生手段とを有することを特徴とするボールバル
ブ。
【請求項３】ハウジング内に形成された流路上に回動
自在に配置され、前記流路と連通する貫通孔が形成され
て当該貫通孔により前記流路を開閉するボールと、前記ボールにおける流体の少なくとも流出側に設けら
れ、前記ボールの外周面に圧接する環状のボールシート
と、前記ボールシートを保持するとともに前記流路の軸方向
に変位可能に設けられた環状の第１の保持部材と、前記ハウジングと前記第１の保持部材との間をシールす
る非自封性を備えた環状の第１のシール手段と、ボディーキャビティ内の流体圧が作用する位置に配置さ
れ、前記流路の軸方向に変位して前記第１のシール手段
を押圧可能に設けられた環状の押圧部材と、前記ボディーキャビティ内の流体圧が前記流路内の流体
圧よりも高くなったときに前記押圧部材に当該流体圧を
作用させてこの押圧部材で前記第１のシール手段を押圧
する押圧力発生手段とを有することを特徴とするボール
バルブ。
【請求項４】ハウジング内に形成された流路上に回動
自在に配置され、前記流路と連通する貫通孔が形成され
て当該貫通孔により前記流路を開閉するボールと、前記ボールにおける流体の流入側および流出側にそれぞ
れ設けられ、前記ボールの外周面に圧接する環状のボー
ルシートと、前記ボールシートを保持するとともに前記流路の軸方向
に変位可能に設けられた環状の第１の保持部材と、前記ハウジングと前記第１の保持部材との間をシールす
る非自封性を備えた環状の第１のシール手段と、流体の流入側においては前記流路内の流体圧が作用する
位置に、流体の流出側においてはボディーキャビティ内
の流体圧が作用する位置にそれぞれ配置され、前記流路
の軸方向に変位して前記第１のシール手段を押圧可能に
設けられた環状の押圧部材と、作用する側の流体圧が他方の流体圧よりも高くなったと
きに前記押圧部材に当該流体圧を作用させてこの押圧部
材で前記第１のシール手段を押圧する押圧力発生手段と
を有することを特徴とするボールバルブ。
【請求項５】前記押圧力発生手段は、前記押圧部材と前記ハウジングとの間をシールする環状
の第２のシール手段と、前記第２のシール手段よりも径方向内側に配置され、前
記押圧部材と前記第１の保持部材との間をシールする環
状の第３のシール手段とを有することを特徴とする請求
項２〜４の何れか一項に記載のボールバルブ。
【請求項６】弾性部材を保持し、当該弾性部材の弾発
力により前記第２のシール手段および前記第３のシール
手段を押圧する第２の保持部材が設けられていることを
特徴とする請求項５記載のボールバルブ。
【請求項７】前記第１のシール手段は前記第２のシー
ル手段と同一物が１つまたは軸方向に複数個配列された
ものからなることを特徴とする請求項５または６記載の
ボールバルブ。
【請求項８】前記押圧力発生手段は、前記押圧部材と
前記ハウジングとの間をシールするとともにこのシール
部位よりも径の小さな前記押圧部材と前記第１の保持部
材との間をシールする環状の第４のシール手段であるこ
とを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載のボー
ルバルブ。
【請求項９】弾性部材を保持し、当該弾性部材の弾発
力により前記第４のシール手段を押圧する第２の保持部
材が設けられていることを特徴とする請求項８記載のボ
ールバルブ。
【請求項１０】前記第２のシール手段および前記第３
のシール手段、または前記第４のシール手段は非自封性
を有することを特徴とする請求項５〜９の何れか一項に
記載のボールバルブ。
【請求項１１】前記第１の保持部材の前記ボールシー
トと反対側には、前記ハウジングの内周壁と離間した環
状突起が形成され、前記押圧部材は、前記ハウジングの内周壁と前記環状突
起との間に位置していることを特徴とする請求項２〜１
０の何れか一項に記載のボールバルブ。
【請求項１２】前記押圧部材における前記第１のシー
ル手段を押圧する押圧部は、その軸方向の断面が楔状に
形成されていることを特徴とする請求項２〜１１の何れ
か一項に記載のボールバルブ。
【請求項１３】前記第１の保持部材には、前記第１の
シール手段の内径が前記ボールシートに向かって拡大す
るように前記第１のシール手段の内周面を径方向に広げ
るテーパ面が形成されていることを特徴とする請求項２
〜１２の何れか一項に記載のボールバルブ。
【請求項１４】非自封性を有するシール手段が用いら
れた機械装置の組み立て方法であって、ハウジングを締め付けると、機械装置を構成する一部の
部品と協働して前記シール手段を所定量押し潰す潰し手
段を用意し、前記潰し手段を組み込んで前記ハウジングを締め付け、
前記潰し手段と機械装置を構成する一部の部品とにより
前記シール手段を押圧して潰し、その後、前記潰し手段を取り外して機械装置を構成する
部品を組み込むことを特徴とする機械装置の組み立て方
法。
【請求項１５】非自封性を有するシール手段が用いら
れた機械装置の組み立て方法であって、機械装置の構成部品を用いることなく前記シール手段を
所定量押し潰す潰し手段を用意し、前記潰し手段により前記シール手段を押圧して潰し、その後、潰された前記シール手段および機械装置を構成
し且つ前記シール手段を押圧する部品を組み込むことを
特徴とする機械装置の組み立て方法。