JP2005233395A - ボールバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量化及び耐食性を向上させることができると共に、耐衝撃性及び耐熱性を保持することができるボールバルブを提供する。
【解決手段】 ボールバルブは、輸送流体を流通させるための流路１６を内部に備える筒状のバルブ本体１１と、該バルブ本体１１内の流路１６上に回動可能に支持され、流路１６に連通する連通路１２ａが貫通形成された球状の弁体１２と、該弁体１２に連結され、バルブ本体１１内で弁体１２を回動させるための操作部材１３とを備えている。前記バルブ本体１１は金属で形成され、弁体１２は剛性を有する樹脂で形成されている。剛性を有する樹脂としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）等のエンジニアリングプラスチックが用いられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水、油等の液体、ＬＰガス等の気体等の輸送流体の流れを開閉するために用いられるボールバルブに関するものである。

従来、ボールバルブに用いられる弁体としては、例えば筒状内壁と、外形が断面円弧となる面を有する外壁とを有し、該外壁の端部を内壁の端部と密接させて内壁と外壁との間に中空部を設けたものが知られている（例えば特許文献１を参照）。この弁体を製造する場合には、金属の鍛造品により外壁と内壁とを製作し、それらの端部をプレス加工して密接させて内壁と外壁との間に中空部を設けると共に、外壁の外形が断面円弧となるように成形する。更に、機械加工によって貫通孔を形成し、操作用のステム接続用凹形溝を形成し、メッキを施すことによりボールバルブが得られる。

しかしながら、この弁体は金属の鍛造品を用い、プレス加工、機械加工及びメッキ処理を施す必要があり、製作が面倒であった。また、弁体の内部に中空部を有するためその分だけ軽量化されるが、金属製であることから軽量化が十分に達成されていない。更に、金属製であるが故に耐食性が低いという問題があった。そこで、バルブ本体及び弁体が硬質塩化ビニル樹脂等の合成樹脂で形成された防食バルブが提案されている（例えば特許文献２を参照）。
特開平１１−２７０７０９号公報（第２頁、図１及び図２） 特開平８−１４４３０号公報（第２頁）

ところが、バルブ本体及び弁体が合成樹脂で形成された防食バルブは、合成樹脂製であるが故に金属に比べ外的な衝撃力に対して損傷を受けやすく、耐衝撃性に欠け、また高温時に変形しやすく耐熱性が低いという問題があった。このため、実用性が低く、使用用途及び使用条件が制限される場合がある。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、軽量化及び耐食性を向上させることができると共に、耐衝撃性及び耐熱性を保持することができるボールバルブを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明のボールバルブは、輸送流体を流通させるための流路を内部に備える筒状のバルブ本体と、該バルブ本体内の流路上に回動可能に支持され、流路に連通する連通路が貫通形成された球状の弁体と、該弁体に連結され、バルブ本体内で弁体を回動させるための操作部材とを備え、該操作部材で弁体の回動操作を行うことにより、流路と連通路とが連通されて輸送流体の流通が許容される開放状態と、連通路が遮断されて輸送流体の流通が規制される閉鎖状態とを切換可能に構成したボールバルブであって、前記バルブ本体を金属で形成し、弁体を剛性を有する樹脂で形成したことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明のボールバルブは、請求項１に係る発明において、前記剛性を有する樹脂は、エンジニアリングプラスチックである。
請求項３に記載の発明のボールバルブは、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記バルブ本体内には、バルブ本体と弁体との間をシールするシール材を配設し、バルブ本体と弁体とシール材とによって空間部を形成すると共に、弁体には前記空間部に連通する連通孔を設けたものである。

本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に記載の発明のボールバルブによれば、弁体を剛性を有する樹脂で形成したことから、軽量化及び耐食性を向上させることができる。しかも、バルブ本体を金属で形成したことから、耐衝撃性及び耐熱性を保持することができる。

請求項２に記載の発明のボールバルブによれば、請求項１に係る発明の効果に加えて、エンジニアリングプラスチックの特性に基づいて耐衝撃性及び耐熱性を向上させることができる。

請求項３に記載の発明のボールバルブによれば、請求項１又は請求項２に係る発明の効果に加えて、空間部内が連通孔を介して弁体内と連通されることから空間部内は加圧状態となることがなく、シール材や弁体の変形を防止することができる。

以下、本発明のボールバルブを具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、ボールバルブは、両端が開口された筒状をなすバルブ本体１１と、該バルブ本体１１の内部に回動可能に支持された球状の弁体１２と、該弁体１２に連結されて弁体１２の回動操作を行うための操作部材１３とを備えている。

前記バルブ本体１１は、図１（ｂ）で左側となる一端側に配置された雄型分体１４と、図１（ｂ）で右側となる他端側に配置された雌型分体１５とを螺合することによって略円筒状に形成されている。このバルブ本体１１の内部には、その軸線方向に沿って直線状に延びる流路１６が形成されている。また、バルブ本体１１の両端部内周面にはそれぞれ雌ねじ部１７が螺設されている。該雌ねじ部１７を介してバルブ本体１１の一端部には図示しない湯供給配管が接続され、他端部には図示しない給湯配管が接続される。なお、湯供給配管はボイラー装置等の湯供給源とボールバルブとの間を接続するものであり、給湯配管はボールバルブと蛇口等の屋内設備との間を接続するものである。そして、湯供給配管から供給された輸送流体としての湯は、バルブ本体１１の流路１６を流通し、給湯配管へと送られる。

前記雄型分体１４の内周面において、他端寄りには第１当接部１４ａが雄型分体１４の軸線と直交するように円環状に設けられている。前記雌型分体１５の内周面において、その軸線方向のほぼ中央部には、第２当接部１５ａが雌型分体１５の軸線と直交するように円環状に設けられている。雌型分体１５の内部において、前記流路１６上で第１当接部１４ａと第２当接部１５ａとの間には収容空間が形成され、該収容空間には弁体１２が収容されている。

該弁体１２には、その内部に直線状に延びる連通路１２ａが貫通形成されている。第１当接部１４ａ及び第２当接部１５ａの内面上には、一対の円環状をなすシール材１８がそれぞれの外面を当接するように配設されている。シール材１８としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂等が用いられる。これらシール材１８の内周面がそれぞれ弁体１２の外周面に圧接されることにより、バルブ本体１１と弁体１２とシール材１８とによって空間部１９が形成され、バルブ本体１１と弁体１２との間の隙間がシールされる。

前記雌型分体１５の外周面において、空間部１９と対応する位置には、円筒状をなす軸受け部２０が径方向外方へ突設されている。該軸受け部２０の外端はバルブ本体１１の外方へ開口されるとともに、内端は空間部１９に開口されており、軸受け部２０の内部と空間部１９とが連通されている。そして、同軸受け部２０内には、操作部材１３を構成するスピンドル２１が回動可能に挿入保持されている。

図１（ｂ）及び図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、スピンドル２１は円柱状に形成され、その内端周面には抜出規制部２２が円環状をなすように突設されるとともに、内端面には略矩形板状をなす連結凸部２３が突設されている。その連結凸部２３の外面は円弧面に形成されている。一方、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、前記弁体１２の外面には、前記連結凸部２３と対応する形状となるように連結凹部２４が切り欠き形成されている。その連結凹部２４の内底面は連結凸部２３の円弧面と対応する円弧面となっている。当該スピンドル２１は、バルブ本体１１の収容空間側から軸受け部２０の内部へ挿入することにより、その外端部を軸受け部２０の外端開口から突出させるとともに、抜出規制部２２を収容空間を形成するバルブ本体１１の内面に接触させた状態で軸受け部２０内に保持されている。この状態で、スピンドル２１は、抜出規制部２２とバルブ本体１１の内面との係合関係により、軸受け部２０内から外方への抜け出しが規制されている。そして、軸受け部２０内にスピンドル２１が挿入保持された状態でスピンドル２１の連結凸部２３が弁体１２の連結凹部２４に係合されることにより、連結凸部２３及び連結凹部２４を連結部としてスピンドル２１の内端が弁体１２に連結される。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、弁体１２の連結凹部２４の内底面中央部には、連通路１２ａと連通する連通孔２５が開口されている。この連通孔２５を介して連通路１２ａと空間部１９とが連通されている。この連通孔２５を設けることにより、空間部１９内が連通孔２５を介して弁体１２内と連通され、空間部１９内は加圧状態となることがない。従って、空間部１９内が加圧されることによって生ずるシール材１８の変形や輸送流体の流通の妨げを防止することができる。

スピンドル２１の軸線方向における中央部の外周面には一対の環状溝２６が凹設され、これら環状溝２６にはそれぞれＯリング２７が嵌着されている。これらＯリング２７により、軸受け部２０の内周面とスピンドル２１の外周面との隙間がシールされる。従って、輸送流体である湯が弁体１２の連通路１２ａから連通孔２５を介して空間部１９へ流出した場合でも、その湯が一対のＯリング２７によって軸受け部２０から外部へ漏出することを防止することができる。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、スピンドル２１の上端部には雄ねじ部２８が刻設されている。一方、操作部材１３を構成する把持部材２９はクランク状に形成され、その基端部には円孔状の連結孔３０が透設されている。そして、把持部材２９の連結孔３０をスピンドル２１の雄ねじ部２８にパッキン３１を介して嵌挿した状態で雄ねじ部２８にばね座金３２を介装してナット３３を螺合し締め付けることにより、把持部材２９がスピンドル２１に固定される。把持部材２９の先端部は手で把持して回動させるためのものである。上記のパッキン３１によって軸受け部２０の外端から外部への水漏れがシールされている。また、ばね座金３２によってスピンドル２１が外方へ付勢され、スピンドル２１の連結凸部２３と弁体１２の連結凹部２４との間に間隙３４を常に形成するようになっている。

前記軸受け部２０の外周面には四角柱状の回動規制突起３５が突設され、図１（ａ）において把持部材２９の基端部に設けられたバルブ本体１１の軸線方向に直交する第１回動規制面３６と前記軸線方向に延びる第２回動規制面３７が設けられている。そして、把持部材２９がバルブ本体１１の軸線方向に延びる状態、すなわち把持部材２９の第１回動規制面３６が回動規制突起３５に係合した状態では、流路１６と連通路１２ａとが連通する開放状態となる。把持部材２９を把持して９０度回動させて第２回動規制面３７が回動規制突起３５に係合した状態では、流路１６と連通路１２ａとが遮断される閉鎖状態となる。前記スピンドル２１、把持部材２９、ナット３３等により操作部材１３が構成されている。

前記バルブ本体１１は黄銅（真鍮）、青銅、ステンレス鋼等の金属で形成されている。バルブ本体１１はこれらの金属を用い、鍛造法、鋳造法等の成形法により成形されるが、耐衝撃性等の機械的物性を向上させるためには鍛造法を採用することが望ましい。バルブ本体１１を金属で形成することにより、外的な衝撃力に対して損傷を受けにくく、耐衝撃性に優れ、また高温時における変形が少なく耐熱性に優れたものとすることができる。

これに対して弁体１２は剛性を有する樹脂、好ましくはエンジニアリングプラスチックで形成されている。ここで、樹脂は合成樹脂と天然樹脂の双方を含む概念である。エンジニアリングプラスチックとして具体的には、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、架橋ポリエチレン、ポリフェニレンスルホン（ＰＰＳＵ）等が挙げられる。この場合、エンジニアリングプラスチックにガラス繊維、炭素繊維等の強化材を配合することにより、耐衝撃性等の機械的物性を向上させることができる。このように樹脂により形成された弁体１２は金属に比べて軽量化され、耐食性に優れ、更に耐熱性、耐寒性、耐熱水性、耐候性及び耐摩耗性にも優れている。

弁体１２は、成形の容易性や精度等の観点から、射出成形法によって連通路１２ａ、連結凹部２４及び連通孔２５を成形した後、外周面に切削加工を施す方法によることが好ましい。更に、切削加工を施した後に、バレル加工を施して表面の面精度を向上させることが望ましい。

さて、例えば湯供給配管から給湯配管への湯の流通を停止する場合には、図１（ａ）の二点鎖線に示すように、把持部材２９の第１回動規制面３６が回動規制突起３５に係合するまで把持部材２９を把持して回動すると、これに連動して弁体１２が回動される。このとき、弁体１２内の連通路１２ａと、バルブ本体１１内の流路１６とが互いに直交する方向に延びる位置関係となり、ボールバルブは弁体１２の周壁によって流路１６が閉鎖された閉鎖状態となる。この状態では、流路１６における湯の流通が遮られ、湯供給配管から給湯配管への湯の流通が停止される。

次いで、図１（ａ）の実線及び図１（ｂ）に示すように、把持部材２９の第２回動規制面３７が回動規制突起３５に係合するまで把持部材２９を把持して回動すると、これに連動して弁体１２が回動される。このとき、弁体１２はバルブ本体１１に対し、その連通路１２ａが流路１６と一直線状に延びるような位置関係となり、ボールバルブは、弁体１２の連通路１２ａとバルブ本体１１の流路１６とが連通され、流路１６が開放された開放状態とされる。この状態では、流路１６での湯の流通は遮られず、湯供給配管から給湯配管へと湯が流通される。

前記の実施形態によって発揮される効果について、以下にまとめて記載する。
・ 実施形態のボールバルブによれば、弁体１２を剛性を有する樹脂で形成したことから、金属に比べて軽量化を図ることができると共に、湯等の流体が常に接触する弁体１２の耐食性を向上させることができる。しかも、バルブ本体１１を金属で形成したことから、外的な衝撃力に対して損傷を受けにくく、耐衝撃性保持することができると共に、高温時における変形を抑え耐熱性を保持することができる。従って、実施形態のボールバルブは実用性が高く、使用用途及び使用条件を広げることができる。

・ 更に、弁体１２をエンジニアリングプラスチックで形成することにより、エンジニアリングプラスチックの特性に基づいて耐衝撃性及び耐熱性を一層向上させることができる。

・ 加えて、空間部１９内が連通孔２５を介して弁体１２内と連通されることから、空間部１９内は弁体１２内と同圧になって加圧状態となることがない。また、空間部１９内に入り込んだ水が凍結した場合でも凍結による圧力が連通孔２５から開放される。従って、シール材１８が流路側へ変形したり、弁体１２が変形したりすることを防止することができる。

尚、前記実施形態を、次のように変更して実施することも可能である。
・ 把持部材２９やスピンドル２１をエンジニアリングプラスチック等の剛性を有する樹脂で形成することも可能である。

・ 弁体１２を形成する合成樹脂としてエポキシ樹脂等、天然樹脂としてアセテートプラスチック等を用いることができる。
・ 連通孔２５を連結凹部２４に臨むように、実施形態とは異なる位置に設けることも可能である。

・ 輸送流体は、湯に限らず、例えば水、オイル、熱風、冷風等のような流体であるならばいずれのものであってもよい。
・ 弁体１２の表面加工として、バレル加工法以外に、ショットピーニング法又はサンドブラスト法を採用することもできる。

・ 実施形態ではバルブ本体１１の両端部に雌ねじ部１７を設けたが、これに限らず、少なくとも一方の端部に雄ねじ部を設けてもよい。
・ 実施形態ではボールバルブをバルブ本体１１の流路１６が二方に開口するものとしたが、これに限らず、バルブ本体１１がＴ字状をなし、その流路が三方に開口するもの等としてもよい。この場合、空間部１９と流路１６を連通する連通孔２５を省略することができる。このように流路が三方等に開口するボールバルブは、輸送流体の流通を許容又は規制するのみならず、輸送流体の流通経路を切換えるという目的で使用される。

更に、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 前記エンジニアリングプラスチックは強化材が配合されたものである請求項２又は請求項３に記載のボールバルブ。このように構成した場合、弁体の耐衝撃性等の機械的物性を向上させることができる。

・ 前記弁体には係合凹所を設け、操作部材には前記弁体の係合凹所と係合する係合突起を設け、操作部材の係合突起が弁体の係合凹所に係合したとき、係合突起と係合凹所との間に間隙を形成すると共に、前記連通孔を係合凹所に開口して間隙に連通するように構成した請求項３に記載のボールバルブ。このように構成した場合、輸送流体が空間部内に入り込むのを抑制することができる。

（ａ）は実施形態におけるボールバルブを示す平面図、（ｂ）はボールバルブを示す断面図。 （ａ）は弁体を示す平面図、（ｂ）は弁体を示す断面図、（ｃ）は弁体を示す側面図。 （ａ）は操作部材としてのスピンドルを示す正面図、（ｂ）はスピンドルを示す側面図、（ｃ）はスピンドルを示す底面図。 （ａ）はスピンドルを弁体に組付けた状態を示す正断面図、（ｂ）は（ａ）の側断面図。

符号の説明

１１…バルブ本体、１２…弁体、１２ａ…連通路、１３…操作部材、１６…流路、１８…シール材、１９…空間部、２５…連通孔。

Claims (3)

1. 輸送流体を流通させるための流路を内部に備える筒状のバルブ本体と、該バルブ本体内の流路上に回動可能に支持され、流路に連通する連通路が貫通形成された球状の弁体と、該弁体に連結され、バルブ本体内で弁体を回動させるための操作部材とを備え、該操作部材で弁体の回動操作を行うことにより、流路と連通路とが連通されて輸送流体の流通が許容される開放状態と、連通路が遮断されて輸送流体の流通が規制される閉鎖状態とを切換可能に構成したボールバルブであって、
   前記バルブ本体を金属で形成し、弁体を剛性を有する樹脂で形成したことを特徴とするボールバルブ。
2. 前記剛性を有する樹脂は、エンジニアリングプラスチックである請求項１に記載のボールバルブ。
3. 前記バルブ本体内には、バルブ本体と弁体との間をシールするシール材を配設し、バルブ本体と弁体とシール材とによって空間部を形成すると共に、弁体には前記空間部に連通する連通孔を設けた請求項１又は請求項２に記載のボールバルブ。

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