JP2006292150A - ボールバルブのボールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ニッケル合金やチタン合金等の高価な耐食性金属材料でボールバルブのボールを製造する際、その製造数量が少量の場合でも、製造単価を安くできるボールの製造方法を提供する。
【解決手段】耐食性金属材からなる矩形状板材を円筒状にロール曲げ加工又はプレス型曲げ加工することにより円筒体を形成し、この円筒体の突き合わせ端縁を溶接した後、この円筒体の両端部側を上下一対の半球成形金型４，５によりプレス型曲げ加工することによって、略球状のボール本体３を形成すると共に円筒体の両端部対応位置にスリーブ挿入用開口部１０，１０を形成し、ボール本体３に係合部材挿入用開口部を開口し、スリーブ挿入用開口部１０，１０及び係合部材挿入用開口部に貫通流路形成用スリーブ及び凹状係合部材を夫々挿入してボール本体３に溶接する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ボールバルブの弁体を形成するボールの製造方法に関するもので、主として海水、塩酸、硫酸等の金属腐食性液体及び金属腐食性ガスが流通する配管に使用されるボールバルブのボールの製造方法に関する。

本発明に関する従来技術として公知文献を具体的に挙げることは出来ないが、従来より使用されているボールバルブのボールは、そのほとんどが鋳造又は鍛造によって製造されたものである。

例えば、海水、塩酸、硫酸等の金属腐食性液体が流通する配管等に使用されるボールバルブのボールには、海水、塩酸、硫酸等の金属腐食性液体に強い耐食性金属材としての、ニッケル合金やチタン合金等が使用されるが、これらニッケル合金等の耐食性金属材料は非常に高価であることから、製造数量が少ない場合に、ボールを鋳造や鍛造によって製造すると、鋳造設備や鍛造設備はボールのサイズに応じて特別に少量用の溶解炉が必要なため、ボールの製造単価が非常に高くつく、という問題がある。

本発明は、ニッケル合金やチタン合金等の高価な耐食性金属材料でボールバルブのボールを製造するにあたって、その製造数量が少量でも、製造単価を安くすることが可能であり、そして従来方法よりも必要原料（材料）が少なくて済むと共に製品重量を軽減出来るボールの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明のボールバルブのボールの製造方法は、耐食性金属材からなる矩形状板材１をその両端縁１ａ，１ａが突き合わさるように円筒状にロール曲げ加工又はプレス型曲げ加工することにより、円筒体２を形成し、この円筒体２の突き合わせ端縁１ａ，１ａを溶接した後、この円筒体２の両端部側を上下一対の半球成形金型４，５によりプレス型曲げ加工することにより、略球状のボール本体３を形成すると共に前記円筒体２の両端部対応位置にスリーブ挿入用開口部１０，１０を形成し、このボール本体３に、ボール回転駆動用スピンドル１３の係合凸部１３ａが係合する凹状係合部材６を挿入するための係合部材挿入用開口部１１を開口し、スリーブ挿入用開口部１０，１０及び係合部材挿入用開口部１１に貫通流路形成用スリーブ３０及び凹状係合部材６を夫々挿入してボール本体３に溶接するようにしたことを特徴とする。

請求項２は、請求項１に記載のボールバルブのボールの製造方法において、円筒体２を上下一対の半球成形金型４，５によりプレス型曲げ加工してボール本体３を形成するにあたり、上下両半球成形金型４，５の夫々半球状凹部４ａ，５ａの入口部に、円筒体２の端部を半球状凹部４ａ，５ａに誘導案内するためのガイド部材２６，２７を着脱自在に取り付け、両ガイド部材２６，２７は、円筒体２の両端部を両半球成形金型４，５の半球状凹部４ａ，５ａに誘導した後、取り外すようにしたことを特徴とする。

請求項３は、請求項１又は２に記載のボールバルブのボールの製造方法において、貫通流路形成用スリーブ３０及び凹状係合部材６をボール本体３に対し溶接した後、熱処理を行うようにしたことを特徴とする。

上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の製造方法は、曲げ加工と溶接によるもので、従来のボールの製造方法である鋳造や鍛造に比べ、製造に要する設備を著しく簡単にして小規模にできるから、ニッケル合金やチタン合金等の非常に高価な耐食性金属板材を使用して、ボールを少量製造する場合でも、製造単価を安くすることが可能となり、また従来方法より必要原料が少なくて済むと共に製品重量を軽減出来る効果がある。特にこの製造方法では、使用する金属板材が矩形状であるため、裁断する際に材料の無駄が非常に少なく、またスリーブ挿入用開口部１０を形成するのに、孔明け加工ではなく、上下一対の半球成形金型４，５によるプレス型曲げ加工によって行うため、孔明けによる材料ロスが無くなり、材料ロスをきわめて少なくすることができる。また溶接距離も従来の製造方法に比べて非常に短いため、作業時間を短縮できて、ボールの製造単価をより一層安くできる。

請求項２に係る発明によれば、ガイド部材２６，２７によって円筒体２の上下端部を上下の半球成形金型４，５に迅速容易に突入させることができ、半球成形金型４，５による成形作業能率の向上を図ることができる。

請求項３に係る発明によれば、ボール本体、スリーブ及び凹状係合部材に発生した歪みを除去することが出来、後に行う機械仕上げが容易となり、加工精度の向上を図ることができる。

図１〜図５は本発明に係るボールバルブのボールの製造工程を示したもので、その製造方法を説明すると、先ず、耐食性の金属板材を切断加工して、図１の(a) に示すような矩形状板材１を形成する。この矩形状板材１を形成する耐食性金属板材としては、ニッケル合金やチタン合金、あるいはステンレスが使用されるが、ここでは、耐食性に優れていると共に耐熱性に優れた、「ハステロイ」という商標名で知られているニッケル合金を使用する。

こうして形成した矩形状板材１を、図１の(b) 及び(c) に示すように、曲げロール機ＢＭに掛けて、板材１の両端縁１ａ，１ａが突き合わさるように円筒状にロール曲げ加工することによって円筒体２を形成する。そして、この円筒体２の突き合わせ端縁１ａ，１ａを溶接する。その突き合わせ端縁１ａ，１ａの溶接部をＷで示す。曲げロール機ＢＭは、基台２１上に一対の固定ロール２２，２２と押えロール２３とを備えてなる周知構造のものである。

次に、上記円筒体２の両端部側を、図２及び図３に示すような上下一対の半球成形金型４，５を使用してプレス型曲げ加工することにより、略球状のボール本体３を形成する。この球状ボール本体形成工程について詳細に説明すると、上部半球成形金型４は、金型本体４ｏの下面側に開口する略半球状の凹所４ａを有し、この略半球状凹所４ａの上部中央に横断面円形の抜き孔４ｂを形成したもので、昇降駆動される可動基枠２４に固定されている。下部半球成形金型５は、金型本体５ｏの上面側に開口する略半球状の凹所５ａを有し、この略半球状凹所５ａの下部中央に横断面円形の抜き孔５ｂを形成したもので、固定基枠２５に固定されている。

また、上部半球成形金型４の金型本体４ｏ下面及び下部半球成形金型５の金型本体５ｏの上面には、円筒体２の端部を半球状凹部４ａ，５ａに誘導案内するための、末広がりテーパ状ガイド部２６ａ，２７ａを有するリング状のガイド部材２６，２７がボルト（図示せず）によって着脱自在に取り付けられ、そしてこれらの挿入ガイド部材２６，２７は、円筒体２の両端部を両半球形成金型４，５の半球状凹部４ａ，５ａに誘導した後は、取り外されるようになっている。尚、各リング状ガイド部材２６，２７は、二つの半円状部材に分割形成された構造となっている。

上記ガイド部材２６，２７の末広がりテーパ状ガイド部２６ａ，２７ａは、その外端部の直径が内端部の直径よりも大きいテーパ状に形成されたもので、このガイド部材２６ａ，２７ａの内端部の直径は半球状凹部４ａ，５ａの入口部の直径と実質的に同一である。また半球状凹部４ａ，５ａの入口部の直径は、円筒体２の外径よりも僅かに大きくなるように形成されている。

しかして、円筒体２を上下一対の半球成形金型４，５でボール本体３に成形するには、半球成形金型４，５にガイド部材２６，２７を取り付けた後、図２の(a) に示すように、円筒体２の下端部をガイド部材２７により誘導案内して下部半球成形金型５の半球状凹部５ａ内に突入させ、図示のように直立状態に保持させる。この後、上部半球成形金型４を所定位置まで下降させて、図２の(b) に示すように、円筒体２の上下両端部をガイド部材２６，２７により上下半球成形金型４，５の半球状凹部４ａ，５ａ内に誘導案内して突入させる。この半球状凹部４ａ，５ａ内に突入した円筒体２の上下両端部は、図示のように型成形されて絞られた状態となる。このようなガイド部材２６，２７を使用することにより、円筒体２の上下両端部を上下の半球成形金型４，５に迅速容易に突入させることができ、半球成形金型４，５による成形作業能率の向上を図ることができる。

上記のように円筒体２の上下端部を上下半球成形金型４，５の半球状凹部４ａ，５ａに夫々突入させた後、ガイド部材２６，２７を取り外して、図３の(a) に示すような状態とする。この状態から図３の(b) 及び(c) に示すように上部半球成形金型４を下降させて、その金型本体４ｏの下面を下部半球成形金型５の金型本体５ｏ上面に当接させた状態とすることにより、円筒体２をプレス型曲げ加工して、略球状のボール本体３を形成すると共に、円筒体２の両端部対応位置にスリーブ挿入用開口部１０，１０を形成する。この場合、各スリーブ挿入用開口部１０の内径は、半球成形金型４，５の抜き孔５ａ，５ｂの内径と略々同じとなっている。

この後、上部半球成形金型４を上昇させて、形成したボール本体３を下部半球成形金型５から取り出す。この時、ボール本体３は、図４の(a) に示すようにスリーブ挿入用開口部１０，１０の夫々の内周面が平行面でないため、機械加工して、同図の(b) に示すように、両側のスリーブ挿入用開口部１０，１０の内周面が軸線Ｇに沿って互いに平行面となるように仕上げる。このスリーブ挿入用開口部１０には貫通流路形成用スリーブ３０が挿入される。

そして、図７の(a) 及び(b) に示すようなボールバルブ１２におけるボール回転駆動用スピンドル１３の係合凸部１３ａが係合する凹状係合部材６を挿入するための係合部材挿入用開口部１１を、機械加工によってスリーブ挿入孔１０の軸線Ｇの方向と直交する方向に開口形成する。

貫通流路形成用スリーブ３０は、ボール本体３を直径方向に貫通して、ボールバルブ１２の開放作動時に開放流路を形成するための円管で、ボール本体３と同じ金属材料によって形成される。このスリーブ３０が挿入されるスリーブ挿入孔１０の内径は、スリーブ３０の外径より僅かに大きい。係合部材挿入用開口部１１は、図５の(c) 示されるように矩形状に開口形成される。この開口部１１に挿入される凹状係合部材６も、ボール本体３と同じ金属材からなるもので、平面視が同図の(c) に示されるように開口部１１に対応する矩形状に形成されると共に、その縦断面形状は同図の(a) に示されるような円弧状であり、横断面形状は同図の(b) に示されるようなコ字状である。また凹状係合部材６の底部にはエア抜き孔１４が設けられる。

上記のようにして球状ボール本体３にスリーブ挿入孔１０と係合部材挿入用開口部１１とを形成した後、図４の(b) 及び(c) に示すように、これらスリーブ挿入孔１０及び係合部材挿入用開口部１１に貫通流路形成用スリーブ３０及び凹状係合部材６を夫々挿入して、ボール本体３に対し溶接する。

即ち、貫通流路形成用スリーブ３０をボール本体３のスリーブ挿入孔１０，１０に挿入して、スリーブ３０の両端部をボール本体３のスリーブ挿入孔１０，１０の夫々周縁部に溶接し、また凹状係合部材６は、図５の(c) に示すように係合部材挿入用開口部１１に挿入して、凹状係合部材６の上端面がボール本体３の外周面と面一の状態で、凹状係合部材６の開口端部をボール本体３の開口部１１に溶接する。これにより、ボール本体３と貫通流路形成用スリーブ３０と凹状係合部材６とが一体的に組み付けられて、図４の(c) 更には図５の(a) 及び(b) に示すようなボール３１が形成される。

上記のようにボール本体３と貫通流路形成用スリーブ３０と凹状係合部材６とを溶接によって組み付けた後、その溶接によって生じた内部応力を除去するための熱処理である例えば焼なまし（焼鈍）を行う。この熱処理により、ボール本体３、スリーブ３０及び凹状係合部材６に発生した歪みが除去され、この後に行う切削加工や研磨加工の機械仕上げが容易となり、加工精度が向上する。

上記の熱処理を終えたならば、ボール本体３の表面ならびにボール本体３とスリーブ３０及び凹状係合部材６との溶接部を機械仕上げする。即ち、球状ボール本体３の表面ならびに溶接部を、例えばＮＣ旋盤等によって、ボール３１が完全な球体となるように切削加工し、その後研磨装置によって、切削加工したボール本体４の表面全体を研磨加工する。これによって、ボール３１の製造が完了する。

図５の(a) は製造完了したボール３１の拡大縦断面図であり、(b) は同ボール３１の拡大横断面図である。これら(a) 及び(b) において、Ｗはボール本体３と貫通流路形成用スリーブ３０との溶接部であり、ボール本体３と凹状係合部材６との溶接部を示す。また、(a) 及び(b) において、１６はボール本体３の凹状係合部材６と反対側に設けられたエア抜き孔である。

上述したボールバルブのボールの製造方法では、矩形状板材１から円筒体２を形成するのに曲げロール機ＢＭを使用したが、図６には、曲げロール機ＢＭによるロール曲げ加工に代わり、型曲げ機械ＰＭを使用して矩形状板材１をプレス型曲げ加工することにより、円筒体２を形成する工程を示している。型曲げ機械ＰＭは、昇降ラム３２に垂下連結されたパンチ３３と、断面半円状の凹所３４ａを備えたダイス３４とからなる。

この型曲げ機械ＰＭによるプレス型曲げ加工においては、図６の(a) に示すような耐食性金属材からなる矩形状板材１を、型曲げ機械ＰＭのパンチ３３とダイス３４とにより、(b) 〜(d) に示すように徐々に湾曲成形していって円筒体２を形成する。この後、(e) に示すように、バイス装置ＤＭによって、板材１の両端縁１ａ，１ａを突き合わせるようにプレスし、その突き合わせ部分を(f) に示すように溶接する。この後、(g) に示すように再びバイス装置ＤＭを使用して円筒体２を矯正真円仕上げし、(h) に示すように最終的に真円状態の円筒体２とする。バイス装置ＤＭは、円筒体２を上下両側から抱持する上下一対のバイス部材３５，３６からなる。

図７の(a) は上記のようにして製造されたボール３１を備えたボールバルブ１２を示す外観斜視図であり、(b) は同ボールバルブ１２の縦断面図である。これら(a) 及び(b) において、１７は一方の流体管路１７ａを形成するボディ本体、１８は他方の流体管路１８ａを形成してボディ本体１７にフランジ接合されるソケットで、これらボディー本体に１７とソケット１８とによってボディ１９が形成される。このボディ１９内の中央部両側にボールシート２０，２０が設けてあって、両ボールシート２０，２０にボール２が回転自在に保持されている。

また、ボディ１９の中央部にボール回転駆動用スピンドル１３が回転自在に支持されていると共に、このスピンドル１３の先端部に形成された角柱状の係合凸部１３ａがボール２の凹状係合部材６に係合されている。しかして、スピンドル１３をこれに取り付けられるハンドル１５（図７の(a) 参照）で回転操作してボール２を回転駆動することにより、両流体管路１７ａ，１８ｂ間で流路が開閉されることになる。図７の(b) は、ボール３１の貫通流路形成用スリーブ３０がボディ１９の両流体管路１７ａ，１８ｂと同軸に位置して、開弁された状態を示す。

以上説明したような本発明の製造方法によれば、耐食性金属材からなる矩形状板材１を円筒状にロール曲げ加工又はプレス型曲げ加工することにより円筒体２を形成し、その突き合わせ端縁１ａ，１ａを溶接した後、円筒体２の両端部側を上下の半球成形金型４，５でプレス型曲げ加工することによって、略球状のボール本体３を形成すると共に円筒体２の両端部対応位置にスリーブ挿入用開口部１０，１０を形成し、ボール本体３にボール回転駆動用スピンドル１３の係合凸部１３ａが係合する凹状係合部材６を挿入するための係合部材挿入用開口部１１を開口し、スリーブ挿入用開口部１０，１０及び係合部材挿入用開口部１１には貫通流路形成用スリーブ３０及び凹状係合部材６を夫々挿入してボール本体３に溶接した後、ボール本体３の表面及び溶接部Ｗを機械仕上げする方法であるから、従来のボールの製造方法である鋳造や鍛造に比べ、製造に要する設備を著しく簡単にして小規模にすることができる。

特にこの製造方法では、使用する金属板材１が矩形状であるため、裁断する際に材料の無駄が非常に少なく、またスリーブ挿入用開口部１０を形成するのに、孔明け加工ではなく、上下の半球成形金型４，５でプレス型曲げ加工を行うため、孔明けによる材料損失が無くなり、従って材料ロスを数パーセントに抑えることができる。このように材料ロスをきわめて少なくすることができるから、ニッケル合金やチタン合金等のように非常に高価な耐食性金属板材を使用して、ボール３１を少量製造する場合でも、製造単価を安くすることが可能となる。また、この製造方法によれば、ボール２の製造に必要な原料（材料）を従来方法による場合の約１／３程度で済ませることも可能であり、また製品重量も従来方法で製造されたボールの約１／３程度に軽減することも可能である。

また、この製造方法においては、ボール本体３と貫通流路形成用スリーブ３０と凹状係合部材６とを溶接によって組み付けた後、機械仕上げの前に、溶接によって生じた内部応力を除去するための熱処理を行うから、ボール本体３、スリーブ３０及び凹状係合部材６に発生した歪みを除去することが出来、後に行う機械仕上げが容易となり、加工精度の向上を図ることができる。

(a) 〜(c) は本発明に係るボールバルブのボールの製造工程における円筒体形成工程を説明する説明図である。 (a) 及び(b) は円筒体を上下一対の半球成形金型で球状のボール本体に成形する工程における金型の位置決め段階を説明する説明図である。 (a) 〜(c) は円筒体を上下一対の半球成形金型でボール本体に成形している状態を説明する説明図である。 (a) 〜(c) はボール本体に貫通流路形成用スリーブを挿着するなどしてボールに仕上げる工程を説明する説明図である。 (a) は製造が完了したボールの拡大縦断面図、(b) は同ボールの拡大横断面図、(c) はボール本体の係合部材挿入用開口部に凹状係合部材を挿入する状態を示す説明斜視図である。 (a) 〜(h) は型曲げ機械を使用して矩形状板材をプレス型曲げ加工することにより、円筒体を形成する工程を説明する説明図である。 (a) は本発明方法によって製造されたボールを備えたボールバルブを示す外観斜視図であり、(b) は同ボールバルブの縦断面図である。

符号の説明

１ 矩形状板材
１ａ 矩形状板材の端縁
２ 円筒体
３ ボール本体
４，５ 半球成形金型
４ａ，５ａ 半球状凹部
６ 凹状係合部材
１０ スリーブ挿入用開口部
１１ 係合部材挿入用開口部
２６，２７ ガイド部材
３０ 貫通流路形成用スリーブ

Claims (3)

1. 耐食性金属材からなる矩形状板材をその両端縁が付き合わさるように円筒状にロール曲げ加工又はプレス型曲げ加工することにより、円筒体を形成し、この円筒体の突き合わせ端縁を溶接した後、この円筒体の両端部側を上下一対の半球成形金型によりプレス型曲げ加工することにより、略球状のボール本体を形成すると共に前記円筒体の両端部対応位置にスリーブ挿入用開口部を形成し、このボール本体に、ボール回転駆動用スピンドルの係合凸部が係合する凹状係合部材を挿入するための係合部材挿入用開口部を開口し、スリーブ挿入用開口部及び係合部材挿入用開口部に貫通流路形成用スリーブ及び凹状係合部材を夫々挿入してボール本体に溶接するようにしたボールバルブのボールの製造方法。
2. 円筒体を上下一対の半球成形金型によりプレス型曲げ加工してボール本体を形成するにあたり、上下両半球成形金型の夫々半球状凹部の入口部に、円筒体の端部を半球状凹部に誘導案内するためのガイド部材を着脱自在に取り付け、両ガイド部材は、円筒体の両端部を両半球成形金型の半球状凹部に誘導した後、取り外すようにした請求項１に記載のボールバルブのボールの製造方法。
3. 貫通流路形成用スリーブ及び凹状係合部材をボール本体に対し溶接した後、熱処理を行うようにした請求項１又は２に記載のボールバルブのボールの製造方法。
   

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