JP2004124982A

JP2004124982A - 三方ボール弁

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Publication number: JP2004124982A
Application number: JP2002285936A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Honma; 本間　康正; Motohiro Furuya; 古谷　元洋; Hideo Otani; 大谷　秀雄
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】錆の堆積による駆動トルクの増大およびハンチングを防止し、耐久性を向上させるようにした三方ボール弁を提供する。
【解決手段】弁軸１、弁本体２、弁体５、シートリング１６ａ，１６ｂとで三方ボール弁３０を形成する。弁本体２は、弁軸１が回動可能に挿入される弁軸孔３と、第１、第２、第３の流路孔９，１０，１３を有する。弁体５は、弁軸１の下端部が嵌合する嵌合孔１７と、第１、第２、第３の弁孔１８，１９，２０と、貫通孔３５を有する。貫通孔３５は弁軸室２１と弁体５の内部流路を連通する。弁本体２の内壁面と一対のシートリング１６ａ，１６ｂと弁体３の背面との間には裏側室２２が形成されており、この裏側室２２は前記弁軸室２１と前記第３の流路孔１３を連通することにより流体の流路を形成する。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビルの空調設備等に用いられる三方ボール弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、三方ボール弁は、例えばビルの空調設備における湯水混合または分流等に使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１３０４９９号公報（第２頁、段落「０００１」〜「０００５」図５、図６）
【０００４】
図５は上記特開２００２−１３０４９９号公報に記載されている三方ボール弁を示す断面図、図６（ａ）〜（ｃ）は図５のＶＩ−ＶＩ線断面図で、弁体を切り替えた状態を示す図である。これらの図において、１は弁軸、２は弁本体である。弁軸１は弁本体２の上面に開口する弁軸孔３にＯリング４ａ，４ｂを介して回動自在に嵌挿され、上端が弁本体２の上方に突出して図示しない電動アクチュエータに連結されるかまたは手動用のハンドルを備え、下端に取付けられたボール状の弁体５を略９０°の角度範囲内で矢印Ａ，Ｂ方向に往復回動させるように構成されている。
【０００５】
前記弁本体２は、通常鋳物製の弁ケース６と管体７の２部材によって形成されている。弁ケース６は、上下および左右の４方向に開放するＴ字状（または十字状）の管体に形成されることにより、４つの孔、すなわち上方に開口する前記弁軸孔３、下方に開口する第３の流路孔１３、前記弁軸孔３および第３の流路孔１３の軸線と直交し左右に開口する第１の流路孔９および接続孔１１を有している。
【０００６】
一方、管体７は、第２の流路孔１０を有する直管からなり、一端部が前記弁ケース６の接続孔１１にシール部材１４を介して螺合している。
【０００７】
流体を混合する場合は、流体を第１の流路孔９および第２の流路孔１０から弁本体２に流入させ、弁本体２内で混合し、第３の流路孔１３から流出させる。また、流体を分流する場合は、流体を第３の流路孔１３から弁本体２に流入させ、弁本体２内で分流し、第１、第２の流路孔９，１０から流出させる。
【０００８】
前記弁体５は、ステンレスやメッキされた黄銅で製作され、前記弁本体２の内部中央に左右一対のシートリング１６ａ，１６ｂを介して回動自在に配設され、上面中央に前記弁軸１の下端部１Ａが嵌合される嵌合孔１７を有している。また、弁体５は、内部が中空の殻構造体に形成され、互いに直交する３つの弁孔、すなわち第１、第２、第３の弁孔１８，１９，２０を有している。このため、第１の弁孔１８と第２の弁孔１９、第１の弁孔１８と第３の弁孔２０、および第２の弁孔１９と第３の弁孔２０は、弁体５内においてそれぞれ互いに連通して逆Ｌ字状の流路を形成している。また、第１、第２の弁孔１８，１９は、弁本体２の回転方向（矢印Ａ，Ｂ方向）に９０°離間して形成され、第１の弁孔１８が前記第１の流路孔９を開閉し、第２の弁孔１９が前記第２の流路孔１０を開閉し、第３の弁孔２０が前記第３の流路孔１３と常時連通している。
【０００９】
前記弁体５の上面と前記一対のシートリング１６ａ，１６ｂと前記弁ケース６の内面とによって囲まれた空間は、前記弁軸１の下端部が挿入される弁軸室２１を形成している。また、弁体５の背面（第１、第２の弁孔１８，１９とは反対側の外周面）と前記弁ケース６の内壁面とによって囲まれた空間は、前記第３の流路孔１３に連通する裏側室２２を形成している。
【００１０】
このような三方ボール弁は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、前記弁軸１によって弁体５が略９０°の角度範囲内で往復回動されることにより、第１の弁孔１８の弁開度が１００％、第２の弁孔１９の弁開度が０％の状態において（図６（ａ）の状態）、第１の流路孔９側の流体Ｙ１　が第１の弁孔１８−第３の弁孔２０を経て第３の流路孔１３に流れる。また、第１の弁孔１８と第２の弁孔１９の弁開度がそれぞれ５０％の状態において（図６（ｂ）の状態）、第１の流路孔９側の流体Ｙ１　が第１の弁孔１８−第３の弁孔２０を経て第３の流路孔１３に流れ、第２の流路孔１０側の流体Ｙ２　が第２の弁孔１９−第３の弁孔２０を経て第３の流路孔１３に流れる。さらに、第１の弁孔１８の弁開度が０％、第２の弁孔１９の弁開度が１００％の状態において（図６（ｃ）の状態）、第２の流路孔１０側の流体Ｙ２　が第２の弁孔１９−第３の弁孔２０を経て第３の流路孔１３に流れる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の三方ボール弁は、長期間使用していると、弁軸１の駆動トルクが著しく増大し、アクチュエータがハンチングを起こすという問題があった。そこで、ボール弁を分解してその原因を調査した結果、錆の堆積に起因してトルクが増大することが判明した。すなわち、三方ボール弁の場合は、弁体５を略９０°の角度範囲内で往復回動させることにより、弁本体２内の流路を切り替えているので、弁本体２の内部中央の内壁面と、左右のシートリング１６ａ，１６ｂおよび弁体５の背面とによって囲まれた裏側室２２は上記した通り下方において第３の流路孔１３に連通しているが、弁体５の内部には連通していないため流体Ｙ１　，Ｙ２　またはこれら流体の混合液の滞留部ないし澱み部を形成している。弁本体２が鋳鉄製の場合、流体Ｙ１　，Ｙ２　が接する内壁面全体に錆が発生して徐々に成長していくが、その堆積の度合いは前記裏側室２２とそれ以外の部分とでは異なり、裏側室２２の堆積の度合いが著しく大きい。これは、流体の流れがないことにより内壁表面上に形成された錆を流し落とすことができないことが一因と思われる。そして、錆２３の堆積が進むと、図７に示すように錆２３が裏側室２２の内壁面から盛り上がり、裏側室２２を狭める。その結果、錆２３自体の表面に弁体５の背面が接触するようになると弁軸１の駆動トルクを増大させる。
【００１２】
また、堆積した錆２３が崩れて剥離しシートリング１６ａ，１６ｂと弁体５との摺動面に食い込んだ場合も弁体５を円滑に回動させることができず駆動トルクが増大する。
【００１３】
さらに、錆２３によって弁体５の外周面やシートリング１６ａ，１６ｂを傷つけると、流体Ｙ１　，Ｙ２　が傷の部分から裏側室２２内に流れ込み精度の高い流量制御を行えなくなる。
【００１４】
このような錆２３の発生を防止するための対策として、例えば弁本体２の内壁面に電気メッキ、塗装、化学処理等による防錆処理を施すことが考えられる。しかしながら、電気メッキの場合はメッキ設備を必要としたり、環境への配慮が必要（廃液処理）で、製造コストが高くなり現実的ではない。塗装の場合は、膜厚が厚くばらつきが大きいため、加工面には不適である。また、剥離するとその部分に錆が発生して周囲に進行するため、上記した問題を完全には解決することができない。化学処理の場合は常温での黒染めを検討したが、弁本体の内壁面は常時液体が接しているため防錆性能、耐久性が不十分である。
【００１５】
他の対策としては、弁本体２の内壁面と弁体５との間の裏側室２２を大きくすると、錆が成長しても弁体５と接触するまでの時間を伸ばすことができるが、その場合はボール弁自体が大型化し重量が重くなるため好ましくない。
【００１６】
本発明は前記の従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、錆の堆積による駆動トルクの増大およびハンチングを防止し、耐久性を向上させるようにした三方ボール弁を提供することにある。
【００１７】
【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、弁軸の軸線の延長線と直交する方向においてそれぞれ開口し回転方向に略９０°ずれた第１、第２の弁孔および前記軸線の延長線上に開口する第３の弁孔を有するボール状の弁体と、前記弁体を一対のシートリングを介して回動自在に保持し、前記軸線の延長線上と直交する方向において互いに対向し前記第１、第２の弁孔によって開閉される第１、第２の流路孔、前記軸線の延長線上に開口し前記第３の弁孔が連通する第３の流路孔、前記弁軸が挿入される弁軸室および前記弁体の背面側に形成され前記弁軸室と前記第３の流路孔を連通する弁本体とを備え、前記弁体の弁軸付近に弁体内部と前記弁軸室と連通する連通孔を設けたものである。
【００１８】
本発明において、弁体の内部流路に入った流体の一部は連通孔を通って弁軸室に流入し、裏側室を経て第３の流路孔に至る。このとき、前記裏側室を流れる流体は弁本体内壁面に発生する錆を流し落とし堆積を抑制する。したがって、弁体が錆に接触せず、駆動トルクの増加を防止することができる。
【００１９】
【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は本発明に係る三方ボール弁の一実施の形態を示す断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は図１のＩＩＩ　−ＩＩＩ　線断面図、図４（ａ）〜（ｃ）はボール弁を切り替えた状態を示す図である。なお、従来技術の欄で示した構成部品と同一のものについては、同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。
【００２０】
これらの図において、全体を符号３０で示す三方ボール弁は、弁軸１と、弁本体２と、弁体５と、一対のシートリング１６ａ，１６ｂと、弁本体２の弁軸孔３を液密に閉塞する上蓋３１等で構成されている。
【００２１】
前記弁軸１は、前記上蓋３１にグランドパッキン３２を介して回転自在に挿通され、上端が図示しない電動アクチュエータに連結され、下端側が前記弁本体２の弁軸室２１に挿入され、下端部１Ａに取付けられた弁体５を略９０°の角度範囲内で往復回動させるように構成されている。
【００２２】
前記弁本体２は、鋳鉄製の弁ケース６と管体７の２部材によって形成されている。弁ケース６は、上下および左右の４方向に開放する十字状の管体に形成されることにより、４つの孔、すなわち上方に開口する前記弁軸孔３、弁軸１の軸線の延長線方向で下方に開口する第３の流路孔１３、前記弁軸孔３および第３の流路孔１３の軸線の延長線と直交し左右に開口する第１の流路孔９および接続孔１１を有している。一方、管体７は、第２の流路孔１０を有する直管からなり、前記弁ケース６の接続孔１１にシール部材１４を介して嵌合され、かつねじ込みによって接合されている。前記第１の流路孔９と第２の流路孔１０の内側開口端には前記シートリング１６ａ，１６ｂが嵌装されており、前記弁体５を回動自在に保持している。
【００２３】
前記弁体５はステンレスやメッキされた黄銅で製作され、前記シートリング１６ａ，１６ｂに回動自在に保持されて前記弁本体２の内部中央に配設され、上面中央に前記弁軸１の下端部１Ａが嵌合される嵌合孔１７が形成されている。また、弁体５は、内部が流路を形成する中空のボール状に形成され、互いに直交する３つの弁孔、すなわち第１、第２、第３の弁孔１８，１９，２０を有している。このため、第１の弁孔１８と第２の弁孔１９、第１の弁孔１８と第３の弁孔２０、および第２の弁孔１９と第３の弁孔２０は、弁体５内においてそれぞれ互いに連通して逆Ｌ字状の流路を形成している。また、第１、第２の弁孔１８，１９は、弁体５の回転方向（矢印Ａ，Ｂ方向）に略９０°離間して形成され、第１の弁孔１８が前記第１の流路孔９を開閉し、第２の弁孔１９が前記第２の流路孔１０を開閉し、第３の弁孔２０が前記第３の流路孔１３と常時連通している。
【００２４】
さらに、弁体５の上面側で前記嵌合孔１７付近には連通孔３５が形成されており、これによって前記弁本体２の内壁面と前記一対のシートリング１６ａ，１６ｂと前記弁体５の上面との間に形成されている前記弁軸室２１と弁体５の内部流路とを連通させている。さらに、弁軸室２１は、前記弁本体２の内壁面と前記一対のシートリング１６ａ，１６ｂと前記弁体５の背面との間に形成されている裏側室２２を介して前記第３の流路孔１３に連通している。
【００２５】
前記連通孔３５の形成位置は、図２に示すように弁体５が最大角度往復回動しても常に左右のシートリング１６ａ，１６ｂ間にあって、前記第１、第２の流路孔１０，１３と連通しない位置である。具体的には本実施の形態では弁体５の背面中央部に位置するように、言い換えれば前記第１、第２の弁孔１８，１９を仕切っている仕切壁３６と弁体５の球心Ｏとを含む垂直面３７内に位置するように形成している。連通孔３５は、断面形状が円形の孔に限らず多角形、楕円、長孔等であってもよい。また、１つに限らず小さい複数個の孔で構成されるものであってもよい。
【００２６】
このような構造からなる三方ボール弁３０によれば、裏側室２２が流体Ｙ１　，Ｙ２　の流路となるため、流体の滞留部ないし澱み部とならず、弁本体２の内壁面に錆が発生しても裏側室２２以外の部分と同様に殆ど堆積せずあるいは堆積するのを抑制することができる。すなわち、図４（ａ）に示すように弁体５の第１の弁孔１８の弁開度が１００％、第２の弁孔１９の弁開度が０％の状態においては、流体Ｙ１　が第１の流路孔９および第１の弁孔１８を通って弁体５内に入ると、その殆どは第３の弁孔２０を通って第３の流路孔１３に流れ、残りが連通孔３５から弁軸室２１に流出すると裏側室２２を通って第３の流路孔１３に流れる。
【００２７】
また、図４（ｂ）に示す状態ように、第１の弁孔１８と第２の弁孔１９の弁開度がそれぞれ５０％の状態においては、流体Ｙ１　が第１の流路孔９および第１の弁孔１８を通って弁体５内に入ると、その殆どは第３の弁孔２０を通って第３の流路孔１３に流れ、残りが連通孔３５から弁軸室２１に流出すると裏側室２２を通って第３の流路孔１３に流れる。また、流体Ｙ２　が第２の流路孔１０および第２の弁孔１９を通って弁体５内に入ると、その殆どは第３の弁孔２０を通って第３の流路孔１３に流れ、残りが連通孔３５から弁軸室２１に流出すると裏側室２２を通って第３の流路孔１３に流れる。
【００２８】
さらに、図４（ｃ）に示すように第１の弁孔１８の弁開度が０％、第２の弁孔１９の弁開度が１００％の状態においては、流体Ｙ２　が第２の流路孔１０および第２の弁孔１９を通って弁体５内に入ると、その殆どは第３の弁孔２０を通って第３の流路孔１３に流れ、残りが連通孔３５から弁軸室２１に流出すると裏側室２２を通って第３の流路孔１３に流れる。
【００２９】
このように、いずれの場合においても流体Ｙ１　，Ｙ２　またはこれら流体の混合液の一部は弁軸室２１および裏側室２２を通って第３の流路孔１３に流れるので、裏側室２２を形成する弁本体２の内壁面に、流体が流れる他の部分の内壁面と同様に錆が発生しても堆積することが少なく、弁体５が錆と接触して弁軸１の駆動トルクが増大したり、アクチュエータがハンチングを起こすのを防止することができる。これは、弁体５内に流れ込んだ流体の一部が連通孔３５−弁軸室２１を経て裏側室２２に流れ込み、その流体エネルギによって錆を剥がして流し落とすことによるものと推測される。
【００３０】
なお、上記した実施の形態は弁本体２を２部材で形成したが、１部材で形成されるものであってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る三方ボール弁は、弁体に形成した貫通孔により、弁軸室および弁体の裏側室とを連通させたので、前記裏側室を流体が流れる流通路とすることができ、その流体エネルギによって前記弁本体内壁面に発生する錆を流れ落とし堆積するのを抑制することができる。したがって、弁体と錆が接触せず、弁軸のトルク増大およびアクチュエータのハンチングを防止することができ、ボール弁の耐久性を向上させることができる。
また、弁体の製造時に所定箇所に貫通孔を形成するだけでよいので、弁体の製作も容易で、従来装置を簡単に改造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る三方ボール弁の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ　−ＩＩＩ　線断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はボール弁を切り替えた状態を示す図である。
【図５】従来の三方ボール弁を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は図５のＶＩ−ＶＩ線断面図で、弁体を切り替えた状態を示す図である。
【図７】錆の発生を示す写真である。
【符号の説明】
１…弁軸、２…弁本体、３…弁軸孔、５…弁体、９…第１の流路孔、１０…第２の流路孔、１３…第３の流路孔、１６ａ，１６ｂ…シートリング、１７…嵌合孔、１８…第１の弁孔、１９…第２の弁孔、２０…第３の弁孔、２１…弁軸室、２２…裏側室、３５…貫通孔。

Claims

弁軸の軸線の延長線と直交する方向においてそれぞれ開口し回転方向に略９０°ずれた第１、第２の弁孔および前記軸線の延長線上に開口する第３の弁孔を有するボール状の弁体と、
前記弁体を一対のシートリングを介して回動自在に保持し、前記軸線の延長線上と直交する方向において互いに対向し前記第１、第２の弁孔によって開閉される第１、第２の流路孔、前記軸線の延長線上に開口し前記第３の弁孔が連通する第３の流路孔、前記弁軸が挿入される弁軸室および前記弁体の背面側に形成され前記弁軸室と前記第３の流路孔を連通する弁本体とを備え、
前記弁体の弁軸付近に弁体内部と前記弁軸室と連通する連通孔を設けたことを特徴とする三方ボール弁。