JP2003113948A - ボールバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流量誤差を小さくし得るようにしたボールバ
ルブを提供する。 【解決手段】 ボールバルブ１を、流体２の流路３を形
成する弁本体４と、この弁本体４の内部に弁本体４の軸
線と直交する面内において回動自在に配設され前記流路
３を開閉するボール弁体５と、このボール弁体５を弁本
体４の外部から回転操作する弁軸６等で構成する。ボー
ル弁体５に弁軸６と直交する貫通流路２３を形成し、流
入側開口部２５を所定の流量特性を示す形状として断面
形状がボール弁体５の回転方向におおむね扇形となる形
状とし、流出側開口部２６を直径Ｄの円形とする。流入
側開口部２５の外側縁２９を半径Ｒの曲面に形成する。
半径Ｒは、流出側開口部２６の直径Ｄとの比Ｒ／Ｄが
０．００７以上になるように設定される。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、貫通流路を有する
球状のボール弁体を備えたボールバルブに関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】各種流体の制御、例えば空調用の冷温媒
体を制御するために使用される弁としては、例えば実開
平２−３６６６７号公報に開示されたボールバルブが知
られている。このボールバルブは、貫通孔を有する閉止
部材（ボール弁体）をバルブ本体内に、バルブ本体の軸
線と直交する面内において略９０°の角度範囲内で回転
可能に配設し、前記貫通孔の断面形状を流入側開口部か
ら流出側開口部に向かって縮小させたものである。流出
側開口部の断面形状は、閉止部材の回転方向に伸びる略
三角形や細長い長方形等の適宜な形状としている。この
場合、貫通孔の断面形状を略三角形にすると、バルブの
開度に応じて流量を二次比例的に変化させて調節するこ
とができ、略細長い長方形にすると、バルブの開度に応
じて流量を一次比例的に変化させて調節することができ
る。 【０００３】本発明者等は、この種のボールバルブを量
産するために、ロストワックス鋳造法を用いてボール弁
体を製作することを試みた。その製造工程は、概略次の
通りである。 （１）金型にワックスを流し込んでボール弁体の模型を
ワックスで製作する。 （２）このワックス製のボール弁体を砂型に埋め込む。 （３）ワックスを加熱溶融して取り除き、砂型内にボー
ル弁体と同形のキャビティを形成する。 （４）キャビティに溶融金属を注入し、冷却固化させ
る。 （５）砂型から鋳物を取り出す。 （６）面粗度の荒い鋳物表面を切削して除去した後、研
磨加工を行いばりを取り除くとともに、外周面を滑らか
な球面着座部とする。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
工程によって製作したボール弁体を用いた従来のボール
バルブは、製品毎に流量にばらつきが生じるという問題
があった。すなわち、複数の製品を同一の弁開度にした
とき、それぞれが異なる流量値を示す。 【０００５】そこで、本発明者等は流量がばらつく原因
の究明を行った。そのために上記の工程を用いて製作し
た多数のボール弁体を用意した。これらのボール弁体
は、貫通流路の流入側開口部の正面形状がボール弁体の
回転方向におおむね扇形となるように形成されており、
貫通流路断面および流出側開口部を直径Ｄの円形に形成
されたものであった。そして、これらのボール弁体の流
出開口直径Ｄに対する流入側開口部の外側縁に半径Ｒの
曲面を形成する加工（以下、Ｒ取りという）を施したと
きの前記曲率半径Ｒ（以下、単に半径Ｒともいう）と流
量値との関係を調査した。その結果、曲率半径Ｒと流出
開口直径Ｄとの比Ｒ／Ｄが小さい範囲ではＲ／Ｄの変化
に対する流量値の変化が大きく、Ｒ／Ｄがある値以上に
なるとＲ／Ｄの変化に対する流量値の変化が小さいこと
を見出した。そして、上記の工程（６）において流入側
開口部外縁の曲率半径Ｒのばらつきが大きくなるため
に、Ｒ／Ｄの値も大きくばらつくということが判明し
た。本発明はこのような知見に基づいてなされたもので
ある。 【０００６】本発明は上記した従来の問題および実験結
果に基づいてなされたもので、その目的とするところ
は、ボール弁体の流入側開口部の外側縁の曲面の曲率半
径Ｒと流出側開口部の直径Ｄとの比がある値以上になる
ように設計することにより、量産時に発生する製品毎の
流量誤差を小さくし得るようにしたボールバルブを提供
することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、弁本体内に配設した貫通流路を有するボー
ル弁体を回動させることにより、バルブの開閉を行い前
記弁本体内を流れる流体の流量を調節するボールバルブ
において、前記ボール弁体の貫通流路は、前記弁本体の
軸線方向に貫通する貫通孔からなり、一方の開口部が所
定の流量特性を示す形状に形成されて外側縁部に半径Ｒ
の曲面を形成する加工が施され、他方の開口部が直径Ｄ
の円形に形成されており、前記半径Ｒと前記直径Ｄの比
Ｒ／Ｄを０．００７以上に設定したものである。この発
明において、半径Ｒと直径Ｄの比Ｒ／Ｄの値によって流
量誤差が異なり、０．００７以下であると流量変化が大
きく、０．００７以上であると小さく抑えることができ
る。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るボ
ールバルブの一実施の形態を示す全開時における断面
図、図２はボール弁体の流入側開口部を示す図、図３は
図１のＡ部の拡大断面図、図４は流量とＲ／Ｄとの関係
を示すグラフである。これらの図において、全体を符号
１で示すボールバルブは、流体２の流路３を形成する弁
本体４と、この弁本体４の内部中央に弁本体４の軸線と
直交する面内において回動自在に配設され前記流路３を
開閉するボール弁体５と、このボール弁体５を弁本体４
の外部から回転操作する弁軸６等で構成されている。 【０００９】前記弁本体４は、雄ねじ１１と雌ねじ１２
との螺合によって一体的に接続され、かつ接合部がシー
ル部材１３によってシールされた上流側弁本体４Ａおよ
び下流側弁本体４Ｂの２部材で構成されている。上流側
弁本体４Ａは、上面中央に上方に向かって一体に突設さ
れた筒部１４を有し、上流側開口部１５の内周面には図
示しない上流側の配管が接続されるテーパねじ１６が形
成され、下流側開口部１７の内周面には前記下流側弁本
体４の雌ねじ１２が螺合する前記雌ねじ１１が形成され
ている。前記下流側弁本体４Ｂは、上流側開口端部１８
が前記上流側弁本体４Ａの下流側開口部１７内に螺合に
よって差し込み接続され、下流側開口部１９の内周面に
は図示しない下流側の配管が接続されるテーパねじ２０
が形成されている。 【００１０】前記ボール弁体５は、略球状で内部に貫通
孔からなる貫通流路２３を有し、前記弁本体４の内部中
央に前後２つのシートリング２４を介して回転可能に配
設され、外周面が前記シートリング２４に接触する球面
着座部を形成している。シートリング２４は、上流側弁
本体４Ａと下流側弁本体４Ｂの螺合によってボール弁体
５の外周面である球面着座部に押し付けられることによ
り所望のシール性を確保している。 【００１１】前記貫通流路２３は、前記弁軸６の軸線と
直交するように形成されることにより前記弁本体４の軸
線方向に貫通する貫通孔からなり、流入側開口部２５が
所定の流量特性を示す形状、具体的には断面形状がボー
ル弁体５の回転方向（矢印Ｂ方向）におおむね扇形とな
る形状で、流出側開口部２６が直径Ｄの円形に形成され
ている。このため、流入側開口部２５は、互いに対向す
る円弧状の長辺２５ａおよび短辺２５ｂと、長辺２５ａ
と短辺２５ｂの両端を接続する２つの斜辺２５ｃ，２５
ｄとで構成されている。また、流入側開口部２５は、全
長をＬ、短辺２５ｂの長さをＬ１、回転方向に対する斜
辺２５ｃ，２５ｄの傾斜角度をθとしたとき、０．１Ｌ
≦Ｌ１≦０．３Ｌ、１０°≦θ≦２５°の関係が同時に
満足するように形成されている。さらに、長辺２５ａと
短辺２５ｂの曲率半径は前記流出側開口部２６の半径
（２／Ｄ）と等しく、流入側開口部２５の全長Ｌと前記
流出側開口部２６の直径Ｄも等しく設定されている（Ｌ
＝Ｄ）。 【００１２】さらに、前記ボール弁体５は上面中央に形
成された凹部２７を有し、凹部２７に前記弁軸６の下端
部６ａが回転を防止されて嵌合している。 【００１３】このようなボール弁体５は、ロストワック
ス鋳造法によって製作され、後加工によって切削、研削
加工されることにより、外周面が滑らかな球面に形成さ
れ、さらに、前記流入側開口部２５の外側縁３１がヤス
リ等によって半径Ｒでもって加工されている。曲率半径
Ｒは、流出側開口部２６の直径Ｄとの比Ｒ／Ｄが０．０
０７以上になるように設定される。例えば、実際の製品
では直径Ｄが１０〜２５ｍｍとすると、半径Ｒは０．５
ｍｍ程度とされる。 【００１４】前記弁軸６は、Ｏリング３０を介して前記
筒部１４を回転可能に挿通されて上端部が上方に突出し
ており、手動または駆動モータ等の駆動装置によって駆
動されることにより、前記ボール弁体５を矢印Ｂ方向ま
たはその逆方向に略９０°の角度範囲内で回動させるよ
うに構成されている。 【００１５】このような構造からなるボールバルブ１に
おいて、図１は全開状態を示す。この状態からボール弁
体５を９０°回動させると、流入側開口部２５と流出側
開口部２６がシートリング２４の外側に移動して弁本体
４の流路３を遮断閉塞するため全閉状態となる。全閉と
全開との中間開度においては比例特性が得られる。 【００１６】図４はある開度におけるＲ／Ｄと流量との
関係を示すグラフで、Ｒ＝０としたときの流量を１とし
ている。このグラフから明らかなように、弁開度が一定
であっても、Ｒ／Ｄの値が０．００７以下の領域Ｉにお
いては流量曲線の勾配が大きく、０．００７以上の領域
ＩＩにおいては流量曲線の勾配が小さく、領域Ｉに比べ
て流量の増加が略１／４に減少することを示している。
因みに、半径Ｒのばらつきを±０．２ｍｍとすると、領
域Ｉでは半径Ｒのばらつきによる流量誤差が±８％程度
であるのに対し、領域ＩＩでは流量誤差が±２％程度で
あった。したがって、流入側開口部２５の外側縁３１を
曲面に加工するとき、その半径ＲをＲ／Ｄの値が０．０
０７以上になるように設定して加工すれば、流量のばら
つきを低減することができ、より正確な流量制御を行い
得るボールバルブを得ることができる。 【００１７】なお、本実施の形態においては流入側開口
部２５の外側縁３１をその全長にわたって半径Ｒで加工
した例を示したが、本発明はこれに何ら限定されるもの
ではなく、図４に示した流量特性が得られる範囲内であ
れば必ずしも全周にわたって面取りする必要はない。ま
た、Ｒ取りの精度は、滑らかに仕上げ加工された曲面で
あることが望ましいが、実際には滑らかな曲面に仕上げ
加工することが殆ど期待できないため、上記特性が得ら
れる範囲内であれば、面の仕上げが粗く多少の凹凸があ
るものであってもよい。 【００１８】 【発明の効果】以上説明したように本発明に係るボール
バルブは、ボール弁体の所定の流量特性を示す形状に形
成された一方の開口部の外側縁を曲面に形成する際、そ
の半径と円形に形成された他方の開口部の直径との比が
ある値以上に大きくなるように、前記半径を決定するだ
けでよいので、構造簡易にして流量誤差を低減すること
ができ、バルブの信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明に係るボールバルブの一実施の形態を
示す全開時における断面図である。 【図２】 ボール弁体の流入側開口部を示す図である。 【図３】 図１のＡ部の拡大断面図である。 【図４】 流量とＲ／Ｄとの関係を示すグラフである。 【符号の説明】 １…ボールバルブ、２…流体、３…流路、４…弁本体、
５…ボール弁体、６…弁軸、２３…貫通流路、２５…流
入側開口部、２６…流出側開口部、３１…外側縁。

フロントページの続き (72)発明者 大谷 秀雄 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 株式会 社山武内 Ｆターム(参考） 3H054 AA03 BB03 BB30 CA02 DD01 GG14

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 弁本体内に配設した貫通流路を有するボ
   ール弁体を回動させることにより、バルブの開閉を行い
   前記弁本体内を流れる流体の流量を調節するボールバル
   ブにおいて、 前記ボール弁体の貫通流路は、ボール弁体の回転中心と
   直交する貫通孔からなり、一方の開口部が所定の流量特
   性を示す形状に形成されて外側縁部に半径Ｒの曲面を形
   成する加工が施され、他方の開口部が直径Ｄの円形に形
   成されており、前記半径Ｒと前記直径Ｄの比Ｒ／Ｄが
   ０．００７以上であることを特徴とするボールバルブ。