以下、本発明の一実施形態に係るボールバルブについて、添付図面を参照しつつ説明する。
本実施形態に係るボールバルブは、二本の配管(図示しない)を接続し、その配管間での流体の流通と遮断とを切り換える二方弁である。かかるボールバルブは、図1及び図2に示す如く、所定の回転軸線L周りで回転可能に構成され、前記回転軸線Lと直交する仮想面上に貫通した連通穴100の形成された弁体10と、該弁体10が内装され、該弁体10の連通穴100を介して連通する流通路A,Bが形成されるとともに、連通穴100の内部側の開口周りに環状のシート部材Sが配設されたハウジング20と、前記回転軸線Lを通るようにハウジング20に挿通され、前記弁体10を回転軸線L周りで回転させるためのステム(以下、第一ステムという)30と、弁体10をシート部材Sに向けて付勢可能に構成された付勢手段40とを備えている。
本実施形態に係る弁体10は、一般的なボールバルブと同様、略球状に形成され、前記連通穴100が該弁体10の略中心を通る真っ直ぐな穴に形成されている。本実施形態に係る弁体10は、下部に第一ステム30の一端部(後述する接続部300)を挿入するためのステム挿入部(以下、第一ステム挿入部という)110が設けられている。該第一ステム挿入部110は、図3(a)〜(c)に示す如く、前記弁体10の回転中心となる前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる一対の第一支点領域110a’,110a’が前記回転軸線Lを挟んで形成されるとともに、一対の第一支点領域110a’,110a’と直角又は略直角をなし、且つ前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる線状又は面状をなす一対の第一接触領域110b’,110b’が前記回転軸線Lを挟んで形成されている。
より具体的には、本実施形態に係る弁体10は、第一ステム挿入部110が非貫通状態の角穴状に形成されており、その内周面として、前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びるように前記回転軸線Lを挟んで対向する一対の第一平面部110a,110aと、該一対の第一平面部110a,110aと直角又は略直角をなし、前記回転軸線Lを挟んで対向する一対の第二平面部110b,110bとが形成されている。これにより、本実施形態においては、一対の第一支点領域110a’,110a’が一対の第一平面部110a,110aで構成されるとともに一対の第一接触領域110b’,110b’が一対の第二平面部110b,110bで構成されている。
図1及び図2に戻り、本実施形態に係る弁体10は、第一ステム挿入部110とは反対側(上部)に、付勢手段40の後述する押圧部400に押圧(付勢)される被押圧部(以下、第一被押圧部という)120が設けられている。該第一被押圧部120は、弁体10の非貫通部分がシート部材Sと対向した状態で、押圧部400による押圧力が該シート部材Sに向けて作用するように設けられている。本実施形態において、弁体10は、上部に付勢手段40としての後述する付勢用のステム(以下、第二ステムという)40の端部を挿入するステム挿入部(以下、第二ステム挿入部という)130が形成されている。
該第二ステム挿入部130も、第一ステム挿入部110と同様に、非貫通状態の穴(凹部)で構成されており、該第二ステム挿入部130の内周(開口形状)を所定の形状とすることで、該第二ステム挿入部130の内周面の一部が第一被押圧部120とされている。具体的には、該第二ステム挿入部130は、連通穴100の穴心と略同方向に延びる平面からなる第一被押圧部120を備えた内周面によって画定されており、弁体10の非貫通部分と一方の流通路Aとが対向した状態(連通穴100の穴心と流通路A,Bの中心線とが直交した状態)で、第一被押圧部120(内面)が弁体10の変位(傾動)が許容される方向と直交した方向になり、押圧部400の押圧力が弁体10を変位させる方向に作用するようになっている。
本実施形態においては、押圧部400による押圧で弁体10をシート部材S側に変位させた状態(弁体10がシート部材Sに密接した状態)から弁体10を反対側に強制的に変位させる(弁体10をシート部材Sから離間させる)ために、第二ステム挿入部130を画定する内周面は、前記第一被押圧部120と略平行をなして対向する平面からなる別の被押圧部(以下、第二被押圧部という)121をも備えている。
前記ハウジング20は、内部に弁体10が内装される弁体収容空間200が形成されており、前記二つの流通路A,B(穴)が弁体収容空間200を挟んで互いに対向するように形成されている。すなわち、上述の如く、弁体10の連通穴100が真っ直ぐな穴で構成されるため、該連通穴100の両端開口と各流通路A,Bの内部側の開口とが対向できるように、二つの流通路A,Bが同心で形成されている。
本実施形態に係るハウジング20は、メインフレーム210と、該メインフレーム210に取り付けられるサブフレーム250とで構成されており、メインフレーム210にサブフレーム250と取り付けた状態で内部に弁体収容空間200が形成されるようになっている。
前記メインフレーム210は、弁体10を内装する弁体収容空間200の一部を画定する本体部211と、第一ステム30を挿通するためのステム挿通部(以下、第一ステム挿通部という)212と、付勢手段(第二ステム)40を挿通するためのステム挿通部(以下、第二ステム挿通部という)213と、他方の流通路Bを画定した筒状の配管接続部214とで構成されている。
前記本体部211は、内部に弁体10を非接触で収容できる空間が略半球状に形成されている。すなわち、本体部211は、一側面に弁体10を挿入し且つサブフレーム250を取り付けるための開口(以下、嵌入口という)215を形成するように、臼状の凹部が形成されている。嵌入口215は、弁体収容空間200(凹部)の略中心を通って弁体10の回転軸線Lと直交する中心線を中心にして略円形状に形成され、嵌入口215の開口端縁部には、環状のガスケットGを嵌め込むための段差(採番しない)が形成さている。
第一ステム挿通部212は、本体部211に下部に連設されており、弁体10の回転軸線Lと略同心をなして貫通したステム挿通穴(以下、第一ステム挿通穴という)216が設けられている。すなわち、第一ステム挿通部212には、本体部211の嵌入口215の中心線と直交するように、内外(本体部211の凹部(弁体収容空間200)と外部)を連通させる第一ステム挿通穴216が穿設されている。
第一ステム挿通穴216は、内外を連通させる貫通した段付き穴で構成されている。そして、該第一ステム挿通穴216の外側の内周面(大径部分)には、筒状のガスケットGが内嵌されており、ガスケットGにより回転軸線L周りで回転可能とされる第一ステム30とのシール性を担保するようにしている。
本実施形態に係る第一ステム挿通部212のガスケットGは、第一ステム挿通穴216に内嵌めされ、且つ第一ステム30が挿通された状態で、第一ステム30の回転軸線L方向に押圧されることで第一ステム30の外周面と第一ステム挿通穴216の内周面とに密接し、第一ステム30の回転を許容しつつもシール性を担保できるようになっている。そのため、本実施形態に係るボールバルブ1は、第一ステム挿通部212のガスケットGを押圧するためのガスケット押圧部材(以下、第一押圧部材という)217を備えている。かかる第一押圧部材217は、第一ステム30が挿通されるとともに、第一ステム挿通穴216の大径の穴に挿入可能な筒状の押圧部217aと、該押圧部217aの一端部から外方に延出した鍔部217bとを備えており、鍔部217bに挿通したボルト(採番しない)を本体部211側にねじ込むことによって、押圧部217aがガスケットGを押圧できるようになっている。
なお、本実施形態において、上記構成の第一押圧部材217を採用しているため、第一ステム挿通部212には、第一ステム挿通穴216に押圧部217aが挿入された第一押圧部材217の鍔部217bと対向するフランジ部218aが設けられており、鍔部217bに挿通したボルト(図示しない)をフランジ部218aに設けられたネジ穴(図示しない)に螺合させることで、第一押圧部材217を固定できるようになっている。
第二ステム挿通部213は、本体部211に連設されており、該本体部211を挟んで第一ステム挿通部212の反対側(本体部211の上部)に設けられている。そして、該第二ステム挿通部213には、弁体10の回転軸線Lと略同心をなして貫通したステム挿通穴(以下、第二ステム挿通穴という)219が設けられている。すなわち、第二ステム挿通部213には、本体部211の嵌入口215の中心線と直交するように、内外(本体部211の凹部(弁体収容空間200)と外部)を連通させる第二ステム挿通穴219が第一ステム挿通穴216と略対向するように穿設されている。
第二ステム挿通穴219は、内外を連通させる貫通した段付き穴で構成されている。そして、第二ステム挿通穴219の外側の内周面(大径部分)には、筒状のガスケットGが内嵌されており、該ガスケットGにより回転軸線L周りで回転可能とされる第二ステム40とのシール性を担保するようにしている。
本実施形態に係る第二ステム挿通部213のガスケットGは、第二ステム挿通穴219に内嵌めされ、且つ第二ステム40が挿通された状態で、第二ステム40の回転軸線L方向に押圧されることで第二ステム40の外周面と第二ステム挿通穴219の内周面とに密接し、第二ステム40の回転を許容しつつもシール性を担保できるようになっている。そのため、本実施形態に係るボールバルブ1は、第一ステム挿通部212と同様に、ガスケットGを押圧するためのガスケット押圧部材(以下、第二押圧部材という)220を第二ステム挿通部213にも備えている。
かかる第二押圧部材220は、第二ステム40が挿通されるとともに、第二ステム挿通穴219の大径の穴に挿入可能な筒状の押圧部220aと、該押圧部220aの一端部から外方に延出した鍔部220bとを備えており、鍔部220bに挿通したボルト(図示しない)を本体部211にねじ込むことによって、押圧部220aがガスケットGを押圧できるようになっている。
なお、本実施形態において、第一ステム挿通部212と同様の第二押圧部材220を採用しているため、第二ステム挿通部213には、第二ステム挿通穴219に押圧部217aが挿入された第二押圧部材220の鍔部220bと対向するフランジ部218bが設けられており、鍔部220bに挿通したボルト(図示しない)をフランジ部218bに設けられたネジ穴(図示しない)に螺合させることで、第二押圧部材220を固定できるようになっている。
メインフレーム210の配管接続部214は、内部の流通路Bが該本体部211の凹部内と連通し、該流通路Bの中心線が弁体10の回転軸線Lと直交するように、一端側が本体部211に接続されている。すなわち、該配管接続部214は、流通路Bが第一ステム30の回転軸線Lと略直交し、且つ本体部211の凹部(嵌入口215)の中心と略同心になるように、本体部211に連設されている。そして、該配管接続部214は、他端側に配管を接続するためのフランジ221が設けられている。
前記サブフレーム250は、メインフレーム210に取り付けられ、本体部211の嵌入口215を塞ぐ閉塞部251と、一方の流通路Aを画定した筒状の配管接続部252とを備えている。
前記閉塞部251は、本体部211の嵌入口215の外側の開口周縁部と対向し、ガスケットGに当接する環状部251aと、該環状部251aの一方の面から突出し、嵌入口215に内嵌めされる環状突部251bとを備えている。前記環状部251aは、配管接続部252が画定する流通路Aを延長する開口を画定し、本体部211の前記開口縁部と対向する領域にボルト(図示しない)を挿通する穴(図示しない)が穿設されている。これにより、該環状部251aは、挿通したボルトを嵌入口215の外周に設けられたネジ穴(図示しない)にねじ込むことで、本体部211(嵌入口215の開口縁部)のガスケットGに密接し、サブフレーム250とメインフレーム210(本体部211)との間のシール性を担保できるようになっている。
前記環状突部251bは、本体部211の嵌入口215に嵌入した状態で内周面に案内されるようになっており、該サブフレーム250(実質的は、シート部材S及び他方の流通路B)をメインフレーム210に対して位置決めできるようになっている。
そして、該サブフレーム250は、本体部211の凹部(嵌入口215)側に位置する一方の面の開口縁部に環状の段差が形成されており、該段差には環状のシート部材Sが嵌め込まれている。これにより、サブフレーム250をメインフレーム210に取り付けた状態で、ハウジング20の内部側に位置する流通路Aの開口端周りにシート部材Sが配設されるようになっている。そして、該サブフレーム250の配管接続部252は、環状部251aの他方の面側の開口縁部に一端側が接続されており、閉塞部251を本体部211に取り付けた状態で、内部の流通路Aが他方の流通路Bと対向し、該流通路Aの中心線が内装した弁体10の回転軸線Lと直交するように設けられている。なお、該配管接続部252の他端部にも、配管を接続するためのフランジ253が設けられている。
これにより、該ハウジング20は、メインフレーム210にサブフレーム250を取り付けることで、内部に弁体10を内装するための弁体収容空間200を画定するようになっている。
前記第一ステム30は、上述の如く、ハウジング20(第一ステム挿通部212)に挿通され、該ハウジング20内に位置する一端部に、弁体10の第一ステム挿入部110(一対の第一平面部110a,110a間:一対の第一平面部110a,110a及び一対の第二平面部110b,110bで包囲される領域)に挿入される接続部300が形成されている。
該第一ステム30の接続部300は、図3(a)〜(c)に示す如く、前記一対の第一支点領域110a’,110a’と隙間をあけて対向する一対の第二支点領域300a’,300a’が回転軸線Lを挟んで形成されるとともに、前記一対の第二支点領域300a’,300a’と直角又は略直角をなし、且つ前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる線状又は面状をなす一対の第二接触領域300b’,300b’が回転軸線Lを挟んで形成されている。
具体的に説明すると、接続部300には、前記一対の第一平面部110a,110aと対向するように、前記回転軸線Lと直交又は略直交方向に延びる一対の凸条部300a,300aが前記回転軸線Lを挟んで形成されるとともに、一対の凸条部300a,300aの延びる方向と直交又は略直交する方向に延び且つ前記回転軸線Lと平行又は略平行な一対の第三平面部300b,300bが前記回転軸線Lを挟んで形成されている。これにより、本実施形態に係るボールバルブ1は、一対の第二支点領域300a’,300a’が一対の凸条部300a,300aの外面(突出した面)で構成されるとともに一対の第二接触領域300b’,300b’が一対の第三平面部300b,300bで構成されている。
前記一対の凸条部300a,300aは、対向する第一平面部110a,110aに対して隙間があくように形成されている。すなわち、弁体10が傾動できるように一対の第一平面部110a,110aの間隔よりも一対の凸条部300a,300aの間隔が狭く設定されており、弁体10が傾動したときに各凸条部300a,300aが対向する各第一平面部110a,110aに対して線接触し、その線接触する部分が傾動支点になるように構成されている。すなわち、弁体10の非貫通部分がシート部材S(一方の流通路A)と対向した状態で、一方の凸条部300a,300aと第二平面部110b,110bとの接触部分が支点になって弁体10が傾動してシート部材Sに対して接離できるようになっている。
前記第三平面部300b,300bは、対向する弁体10側の第二平面部110b,110bと面接触しており、第一ステム30を回転させたときのトルクが第二平面部110b,110bから第三平面部300b,300bに伝達できるように構成されるとともに、その接触面に沿った弁体10の移動(傾動)を許容できるように構成されている。
そして、ハウジング20内に位置する第一ステム30の先端には、弁体10と点接触するように構成された凸部310が形成されている。この凸部310は、頂点(最も突出した部分)が第一ステム30(弁体10)の回転軸線L上に位置するように形成されており、本実施形態においては、外面が球面状をなすように形成されている。そして、該第一ステム30は、前記凸部310が弁体10の第一ステム挿入部110の奥部に形成される面(平面)に接触するように設けられる。すなわち、第一ステム30は、上方にある弁体10を支持できるように取り付けられる。
そして、第一ステム30は、ハンドル等を取り付けることで手動によって回転させることも可能であるが、本実施形態においては、第一ステム30の回転角度を任意に設定できるパルスモータ等の駆動モータ(図示しない)が他端側に接続され、該駆動モータによる駆動により、弁体10の回転軸線L周りで回転するようになっている。
図1及び図2に戻り、本実施形態に係る付勢手段40には、ハウジング20(第二ステム挿通部213)に挿通され、該ハウジング20内に位置する一端部の外周の少なくとも一部に径方向外方に突出した押圧部400が設けられた前記第二ステム(付勢用のステム)が採用されている。なお、該第二ステム40も第一ステム30と同様に、ハンドル等を取り付けることで手動によって回転させることも可能であるが、本実施形態においては、第二ステム40の回転角度を任意に設定できるパルスモータ等の駆動モータ(図示しない)が他端側に接続される。
該第二ステム40について具体的に説明すると、該第二ステム40は、ハウジング20に挿通されるステム本体401と、該ステム本体401の外周に対して部分的に突設された前記押圧部400とで構成されている。該押圧部400は、いわゆるカムであり、弁体10の非貫通部分がシート部材Sに対向した状態で、第二ステム40を回転軸線L周りで回転させると、弁体10の第一被押圧部120に接触乃至押圧するようになっている。また、本実施形態に係る押圧部400は、弁体10の非貫通部分がシート部材Sに対向した状態で、第二ステム40を回転軸線L周りで逆回転(押圧部400に第一被押圧部120を押圧させるとき回転方向とは逆方向に回転)させることで、第二被押圧部121に対しても押圧できるようになっており、シート部材S側に傾動(変位)した弁体10(非貫通部分)をシート部材Sから強制的に離間させることもできるようになっている。
本実施形態に係るボールバルブ1は、以上の構成からなり、次に、本実施形態に係るボールバルブ1の作動について説明する。
まず、二つの流通路A,Bが弁体10の連通穴100を介して連通すると流体の流通が許容される。この状態において、二つの流通路A,Bと弁体10の連通穴100とが同心又は略同心をなし、弁体10がシート部材Sに対して非接触又は略非接触の状態になっており、押圧部400が弁体10の第一被押圧部120及び第二被押圧部121の何れに対しても押圧していない状態となっている。なお、「弁体10がシート部材Sに対して非接触」とは、弁体10がシート部材Sから完全に離間していることを意味し、「弁体10がシート部材Sに対して略非接触」とは、弁体10がシート部材Sに対して若干接触、すなわち、シート部材Sを摩耗させるような(流通路A,Bを遮断するときのような)面圧を作用させずに弁体10がシート部材Sの少なくとも一部に接触していることを意味する。
そして、このように流体の流通を許容した状態から、流通路A,Bを遮断するには、第二ステム40をそのままの状態で維持させつつ第一ステム30のみを90°回転させる。そうすると、第一ステム30の回転力が第三平面部300b,300bを介して弁体10の第二平面部110b,110bに伝達され、弁体10も90°回転することになる。このとき、第二平面部110b,110bと第三平面部300b,300bとは面接触した状態を維持し、第一ステム30のトルクが作用しても、第一ステム30(凸条部300a,300a、第三平面部300b,300b)と弁体10(第一平面部110a,110a、第二平面部110b,110b)とが片当たり(部分的に接触)することなく、第一ステム30からのトルクが弁体10に伝達されることになる。
このように第二ステム40を回転させることなく弁体10を回転させるとき、押圧部400(カム)は、第一被押圧部120及び第二被押圧部121の何れも押圧しない状態(弁体10を傾動させるような付勢を作用させない状態)を維持し、弁体10はシート部材Sに対して非接触又は略非接触のままで維持しつつ所定の回転軸線L周りで回転する結果、弁体10の非貫通部分が一方の流通路A(シート部材S)に対して隙間をあけた状態又は若干接触した状態で対向することになる。また、第一ステム30のトルクを伝達した弁体10側の第二平面部110b,110bと第一ステム30の第三平面部300b,300bとが、弁体10を傾動させる方向に沿った状態(流通路A,Bの穴心と平行又は略平行になった状態)になり、第二平面部110b,110bと第三平面部300b,300bとが接触していても弁体10の傾動が許容された状態となる。
そして、第二ステム40を回転させると、押圧部400が第一被押圧部120(弁体10の上部側)を押圧して弁体10をシート部材S側に付勢し、その付勢で弁体10が傾動しようとする。このとき、弁体10の下部が(第一ステム30の接続部300と弁体10の第一ステム挿入部110とが)回転軸線Lと直交する方向に線接触し、その線接触した部分が支点となって弁体10が傾動することになる。すなわち、本実施形態に係るボールバルブ1は、第一ステム30に形成した一対の凸条部300a,300aと弁体10に形成した一対の第一平面部110a,110aとが隙間をあけているため、弁体10の移動(傾動)が許容され、これらが回転軸線L及び流通路A,Bの穴中心と直交する方向に線接触ですることでその接触部分を支点にして傾動した状態になる。そうすると、該弁体10の非貫通部分がシート部材Sに面圧を作用させつつ密接(圧接)し、一方の流通路A(二つの流通路A,B間)が遮断され、流体の流通が停止することになる。
そして、この状態から流体を流通させる状態に切り換えるには、第二ステム40を逆回転(弁体10をシート部材S側に変位させる場合とは反対側に回転)させると、第一被押圧部120に対する押圧部400の当接が解除される一方、該押圧部400が第二被押圧部121を押圧することになる。そして、第二被押圧部121に対する第二押圧部400の押圧作用で、弁体10がシート部材Sから離間する方向に傾動する結果、弁体10がシート部材Sに対して非接触状態又は略非接触状態に戻ることになる。そして、第二ステム40を回転させることなく第一ステム30を逆回転(弁体10の非貫通部分をシート部材Sと対向させる場合とは反対側に回転)させると、弁体10がシート部材Sに対して非接触又は略非接触の状態で回転し、二つの流通路A,Bが弁体10の連通穴100を介して連通して流体の流通を許容した状態に戻ることになる。
以上のように、本実施形態に係るボールバルブ1は、前記弁体10に一対の第一支点領域110a’,110a’と直角又は略直角をなし、且つ前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる線状又は面状をなす一対の第一接触領域110b’,110b’が前記回転軸線Lを挟んで形成され、前記第一ステム30に前記一対の第二支点領域300a’,300a’と直角又は略直角をなし、且つ前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる線状又は面状をなす一対の第二接触領域300b’,300b’が前記回転軸線Lを挟んで形成され、その第一接触領域110b’,110b’と第二接触領域300b’,300b’とが接触しているので、前記第一支点領域110a’,110a’と第二支点領域300a’,300a’との間に隙間があっても、第一ステム30を回転させたときのトルクが、第一接触領域110b’,110b’と第二接触領域300b’,300b’との接触した領域で伝達され、第一支点領域110a’,110a’及び第二支点領域300a’,300a’のみならず、第一接触領域110b’,110b’及び第二接触流域300b’,300b’が部分的に接触乃至衝突することがなく、弁体10に対してトルクを伝達する部位で十分な強度を得ることができる。
また、一対の第一接触領域110b’,110b’が第一支点領域110a’,110a’と直角又は略直角をなし、且つ前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる面状をなすとともに、一対の第二接触領域300b’,300b’が前記一対の第二支点領域300a’,300a’と直角又は略直角をなし、且つ前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる面状をなし、弁体10を傾動させる状態で、互いに接触する第一接触領域110b’,110b’と第二接触領域300b’,300b’とが弁体10の傾動方向に延びるように形成されているため、弁体10の傾動を阻害することもない。
特に、本実施形態においては、一対の第一支点領域110a’,110a’が一対の第一平面部110a,110aで構成されるとともに一対の第一接触領域110b’,110b’が一対の第二平面部110b,110bで構成され、一対の第二支点領域300a’,300a’が一対の凸条部300a,300aの外面で構成されるとともに一対の第二接触領域300b’,300b’が前記一対の第三平面部300b,300bで構成されているので、弁体10及び第一ステム30を複雑な構造にすることなく、上記作用、効果を奏することができる。
また、前記第一ステム30がハウジング20の下部に挿通され、該ハウジング20内の先端と弁体10とが前記回転軸線L上で点接触するよう、第一ステム30の先端に凸部310が形成されているので、弁体10が第一ステム30に対して点接触して支持されることになり、弁体10の回転、及び傾動を許容した上で該弁体10をハウジング20に対して位置決めすることができる。すなわち、第一ステム30に弁体10を支持させることで、ハウジング20に対して弁体10が上下方向に位置決めされ、ハウジング20の流通路A,Bと弁体10の連通穴100との連通状態や、ハウジング20内のシート部材Sと弁体10の非貫通部分との接触状態を常に同じ状態にすることができる。そして、前記凸部310の外面を球面状に形成しているので、簡単な構成でありながらも常に弁体10とステムとが点接触した状態にすることができる。
さらに、前記付勢手段40は、軸心が前記回転軸線Lと平行又は略平行をなすように第一ステム30とは反対側からハウジング20に挿通され、ハウジング20内に位置する一端部の外周の少なくとも一部に径方向外方に突出した押圧部400が設けられた第二ステム40で構成され、該第二ステム40を軸心周りで回転させることで、押圧部400が弁体10を押圧してシート部材S側に付勢するように構成されているので、弁体10の回転と傾動とを独立して作動させることができ、種々のパターンで流通路A,Bの開閉動作制御を行うことができる。
尚、本発明のボールバルブは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
上記実施形態において、前記弁体10に一対の第二平面部110b,110bを形成するとともに、第一ステム30の接続部300に前記第二平面部110b,110bと接触させる一対の第三平面部300b,300bを形成することで、第一ステム30のトルクを弁体10に伝達できるようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、図4(a)、及び図4(b)に示す如く、弁体10又は第一ステム30の何れか一方に、前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる一対の凸条110b,300bを、回転軸線Lを挟んで形成するとともに、他方に対して前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びて前記凸条110b,300bと接触する一対の平面部110b、300bを、回転軸線Lを挟んで形成したものであってもよい。また、図4(c)に示す如く、弁体10及び第一ステム30のそれぞれに、回転軸線Lを挟んで該回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる一対の凸条110b,300bを形成し、互いの凸条110b,300b同士を接触させたものであってもよい。さらに、図4(d)に示す如く、弁体10に対し、前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる一対のピン体P,P(110b,110b)を、前記回転軸線Lを挟んで配設するとともに、第一ステム30の接続部300に前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びて前記ピン体P,Pと接触する一対の平面部300b、300bを、回転軸線Lを挟んで形成したものであってもよい。
すなわち、前記弁体10に一対の第一支点領域110a’,110a’と直角又は略直角をなし、且つ前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる線状又は面状をなす一対の第一接触領域110b’,110b’が前記回転軸線Lを挟んで形成され、前記第一ステム30に前記一対の第二支点領域300a’,300a’と直角又は略直角をなし、且つ前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる線状又は面状をなす一対の第二接触領域300b’,300b’が前記回転軸線Lを挟んで形成され、その第一接触領域110b’,110b’と第二接触領域300b’,300b’と、を接触させれば、弁体10の傾動を許容することができ、さらに、第一ステム30のトルクを伝達するとき、弁体10及び第一ステム30のトルクの伝達部位が片当たりせず、第一接触領域110b’,110b’と第二接触領域300b’,300b’との接触領域全域でトルクを伝達することができる。これにより、シート部材Sに対して弁体10を接離させるのに該弁体10の傾動させるようにしても、該弁体10と第一ステム30とのトルクの伝達部位で十分な強度を得ることができる。
また、上記実施形態において、第一ステム30に一対の凸条部300a,300aを形成するとともに、弁体10に凸条部300a,300aと対向した第一平面部110a,110aを形成し、弁体10が傾動したときに凸条部300a,300aと第一平面部110a,110aとが回転軸線Lに対して直交方向で線接触する第一支点領域110a’,110a’及び第二支点領域300a’,300a’となるように構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、図5(a)に示す如く、弁体10に対して軸心が回転軸線Lと直交する方向に延びるように前記回転軸線Lを挟んで対向する一対のピン体P,P(110a,110a)を一対の第一支持領域110a’,110a’として設けるとともに、第一ステム30の接続部300にピン体P,P(110a,110a)に対応する一対の平面部300a,300aを一対の第二支持領域300a’,300a’として形成し、弁体10が傾動したときに、ピン体P,P(110a,110a)と平面部300a,300aとが線接触するように構成されたものであってもよい。
また、図5(b)に示す如く、上記実施形態とは逆に、弁体10に対して、回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる一対の凸条部を一対の第一支点領域110a’,110a’として回転軸線Lを挟んで互いに対向するように形成し、第一ステム30の接続部300に一対の凸条部110a’,110a’と隙間をあけて対向する一対の第二支点領域300a’,300a’として一対の平面部を形成し、弁体10が傾動したときに、弁体10側の凸条部110a’,110a’と第一ステム30側の平面部300a’,300a’と、が線接触するように構成されたものであってもよい。すなわち、前記弁体10に前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる一対の第一支点領域110a’,110a’が前記回転軸線Lを挟んで形成されるとともに、前記第一ステム30に前記一対の第一支点領域110a’,110a’と隙間をあけて対向する一対の第二支点領域300a’,300a’が前記回転軸線Lを挟んで形成され、前記弁体10が、第一ステム30の回転でシート部材Sに対して非接触又は略非接触な状態で回転し、前記付勢手段40の付勢で第一支点領域110a’,110a’と第二支点領域300a’,300a’とが線接触してシート部材S側に傾動するように構成すれば、種々の態様を採用することができる。但し、上述の如くピン体P,Pを設けると、組み付け作業が複雑化するので、ピン体P,Pに代えて上述のような凸条部300a,300aを設けることが好ましいことは言うまでもない。
上記実施形態において、第二ステム40を回転軸線L周りで回転させることで、弁体10をシート部材S側に付勢するようにしたが、例えば、図6(a)及び図6(b)に示す如く、第二ステム40を回転軸線L方向に移動可能に構成するとともに、該第二ステム40のハウジング20内の端部に該第二ステム40を回転軸線L方向に移動させることで弁体10の第一被押圧部120を押圧できる傾斜面410,410(押圧部400)を形成したものであってもよい。
上記実施形態において、弁体10を回転させるステム(第一ステム)30をハウジング20の下部に挿通して設けたが、これに限定されるものではなく、例えば、第一ステム30をハウジング20の上部に挿通したものであっても勿論よい。すなわち、上記実施形態と天地逆転させた構成のものであってもよい。但し、この場合においては、第二ステム40側が弁体10の下方に位置するので、この第二ステム40で弁体10を支持するようにすればよい。従って、この場合においては、第一ステム30に凸部310を設けずに、第二ステム40に弁体10を支持する凸部を設ければよい。そして、該凸部の外面を球面状に形成すれば、弁体10が押圧部400に押圧されて変移しても、第二ステム40に点接触して支持された状態で維持させることができる。
上記実施形態において、弁体10を回転させる第一ステム30と、弁体10を付勢するための第二ステム40とを別個独立に設けるようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、従来技術で説明した図8に示すようなボールバルブであってもよい。すなわち、弁体10の回転中心となる回転軸線Lと直交又は略直交する方向に軸心が延びるように前記回転軸線Lを挟んで対向する一対のピン体501,501が前記弁体500に設けられ、ステム520に対して、ピン体501,501の軸心と平行又な略平行をなす一対の支持面521,521が形成された接続部522と、前記支持面521,521に対して連続した傾斜面523’,523’の形成された押圧部523とが形成され、接続部523が弁体500にトルクを伝達して弁体500を回転させた後、該ステム520を回転軸線L方向に移動させることで押圧部523が弁体500を押圧(付勢)し、その押圧で弁体500をシート部材S側に傾動させてシート部材Sに弁体500の非貫通部分を密接させるようになったボールバルブであってもよい。
この場合、ステム520の接続部522に対し、前記一対の第二支点領域521’,521’と直角又は略直角をなし、且つ前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる線状又は面状をなす一対の第二接触領域が前記回転軸線Lを挟んで形成され、前記弁体500に一対の第一支点領域501’,501’と直角又は略直角をなし、且つ前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる線状又は面状をなす一対の第一接触領域が前記回転軸線Lを挟んで形成され、その第一接触領域と第二接触領域とが接触していれば、弁体500の傾動を許容した上で、ステム520のトルクを伝達するときに、片当たりすることなく第一接触領域と第二接触領域との全域でトルクを伝達することができる。但し、この場合、弁体500が接続部522に連続する押圧部523(傾斜面523’,523’)によって押圧されることで傾動するように構成されているため、一対の第二接触領域は、接続部522から押圧部523にかけて連続して形成すること言うまでもない。
また、図8に示すボールバルブ(ステムを回転軸線方向に変位させるボールバルブ)の変形例として、接続部300と付勢手段40とを一体的に構成したものであってもよい。例えば、図7(a)及び図7(b)に示す如く、一対の第二支点領域300a’,300a’として、回転軸線Lに対して直交又は略直交する方向に延び、且つ弁体10側ほど回転軸線L側に傾斜した傾斜面をステム30の接続部300に形成するとともに、一対の第一支点領域110a’,110a’として、回転軸線Lに対して直交方向に延び、且つ前記傾斜面に対向する一対の凸条を弁体10に形成し、ステム30を回転軸線Lの延びる方向に移動させたときに、傾斜面300a’が凸条110を押圧して弁体10を傾動させるようにしてもよい。
そして、この場合においても、図7(c)に示す如く、一対の第一支点領域110a’,110a’と直角又は略直角をなし、且つ前記回転軸線Lと直交又は略直交する方向に延びる線状又は面状をなす一対の第一接触領域110b’,110b’を、前記回転軸線Lを挟んで形成し、前記ステム30に前記一対の第二支点領域300a’,300a’と直角をなし、且つ前記回転軸線Lと直交する方向に延びる線状又は面状をなす一対の第二接触領域300b’,300b’を、前記回転軸線Lを挟んで形成し、その第一接触領域110b’,110b’と第二接触領域300b’,300b’と、を接触させれば、上記実施形態と同様に、ステム30のトルクを弁体10に伝達できる上に、弁体10の傾動を許容することができる。但し、上述のように接続部300と付勢手段40とを一体的にする場合には、弁体10が一つのステム30にのみ接続された態様となるので、そのステム30側とは反対側で、例えば、弁体10とハウジング20とを部分的に凹凸嵌合させ、弁体10を傾動可能に支持することは勿論のことである。
上記実施形態において、第一ステム30の端部に外面が球面状をなす凸部310を設け、その凸部310で弁体10を支持するようにしたが、これに限定されるものではなく、上記実施形態のように弁体10を支持するには、例えば、弁体10の第二ステム挿入部130の奥部の面に第一ステム30側に突出した凸部を設け、該凸部310を第一ステム30の端面に当接させることで弁体10を支持するようにしたり、第二ステム挿入部130の奥部の面及び第一ステム30の端面の両方に凸部を設け、両凸部同士を当接させることで弁体10を支持するようにしたりしてもよい。このようにしても、弁体10を第一ステム30に点接触させた状態で該弁体10を支持することができる。そして、かかる凸部310は外面が球面状をなしたものに限定されるものではなく、例えば、凸部310を円錐状や多角錐状に形成したもの等種々変更可能である。但し、弁体10の傾動を考慮すれば、凸部310は外面が球面状をなしたものが好ましいことは言うまでもない。
上記実施形態において、二方弁について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ハウジング20に三つの流通路が回転軸線L周りに90°間隔で形成されるとともに、弁体10に三つの流通路のうち二つと連通する略直角に屈曲した連通穴と、残りの流通路に対して対向する非貫通部分とが形成され、弁体10を90°正逆回転させることで連通穴を介して連通する流通路が切り替わる三方弁であってもよい。この場合も弁体10の傾動方向が一定で、180°の間隔で形成された流通路(対向した流通路)の穴中心方向に弁体10が傾動すればよいので、互いに接触する第一接触領域110b’,110b’及び第二接触領域300b’,300b’を弁体10の傾動方向に沿って形成すれば、弁体10の傾動を許容しつつもこれらで第一ステム30のトルクを上記実施形態と同様に伝達することができる。
上記実施形態において、第一ステム30の端部(凸部310)で弁体10を支持するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、第一ステム30を段付き棒状に形成し、その小径側をハウジング20側にして大径部分で弁体10を支持できるようにしても勿論よい。
上記実施形態において、第一ステム30をハウジング20の下部側に挿通させるようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、第一ステム30と第二ステム40との配置を上下反対にしてもよい。この場合、弁体10を第二ステム40に支持させることが好ましい。
1…ボールバルブ、10…弁体、20…ハウジング、30…第一ステム、40…付勢手段(第二ステム)、100…連通穴、110…第一ステム挿入部、110a…第一平面部、110a’…第一支点領域、110b…第二平面部、110b’…第一接触領域、120…被押圧部(第一被押圧部)、121…被押圧部(第二被押圧部)、130…第二ステム挿入部、200…弁体収容空間、210…メインフレーム、211…本体部、212…第一ステム挿通部、213…第二ステム挿通部、214…配管接続部、215…嵌入口、216…第一ステム挿通穴、217…第一押圧部材、217a…押圧部、217b…鍔部、218…フランジ部、219…第二ステム挿通穴、220…第二押圧部材、220a…押圧部、220b…鍔部、221…フランジ、250…サブフレーム、251…閉塞部、251a…環状部、251b…環状突部、252…配管接続部、253…フランジ、300…接続部、300a…凸条部、300a’…第二支点領域、300b…第三平面部、300b’…第二接触領域、310…凸部、400…押圧部、401…ステム本体、A,B…流通路、G…ガスケット、L…回転軸線、S…シート部材