JP2011122603A - ボールバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】バルブボディとリング状シートとの間のシール性を向上させることができるボールバルブを提供する。
【解決手段】弁体５の軸方向の外周面と、バルブボディ４の内周面とに接触するリング状シート９におけるパッキン１２の軸方向の側端面と対向する側の外周部を、弁体５に近づくにつれて漸次拡径するテーパ面１５とし、このテーパ面１５とバルブボディ４の内周面とにより形成される楔状断面の隙間１７に、金属製のシールリング１０を、付勢手段１４とパッキン１２とにより、前記隙間１７の奥部側に向かって押圧されるようにして挿入する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ボールバルブ、特にそのシール構造に関する。

従来、ボールバルブにおけるボール状弁体とバルブボディとの間のシールは、付勢手段により弁体側に付勢されたシートリテーナにより保持され、弁体の外周面に接触するリング状シートと、リング状シートまたはそれを保持するシートリテーナの外周面と、バルブボディの内周面との間に設けられたＯリングやパッキン等とを用いて行われることが多い（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２０００−２８０１６号公報 特開２００２−２９５６９６号公報 特開２００２−２５７２４６号公報

ボールバルブにおいては、弁体とリング状シートとの接触面のシール性は、それらの加工精度を高めることにより、比較的容易に向上させることができる。しかし、上記特許文献に記載されているボールバルブのように、リング状シートまたはそれを保持するシートリテーナとバルブボディとの間のシールを、Ｏリングやパッキン等により行うと、これらＯリング等は、付勢手段や流体の圧力等により変形させられ易く、また、経時劣化を起こし易いため、長期間使用すると、シートリテーナまたはリング状シートとバルブボディとの間のシール性が低下する恐れがある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、バルブボディとリング状シートとの間のシール性を格段に向上させうるようにしたボールバルブを提供することを目的としている。

本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１）圧力流体が流通する流路の中間に位置し、前記流路より大径のキャビティを有するバルブボディと、前記キャビティ内において前記流路を開閉するボール状の弁体と、この弁体の外周面と前記バルブボディの内周面とに接触するようにして、前記キャビティ内に設けられ、付勢手段により、前記弁体側に押圧されるようになっているリング状シートと、このリング状シートの外周面と前記バルブボディの内周面との間に設けられ、前記付勢手段により、前記弁体側に押圧されるパッキンとを備えるボールバルブにおいて、
前記リング状シートにおける前記パッキンの側端面と対向する側の外周部を、前記弁体に近づくにつれて漸次拡径するテーパ面とし、このテーパ面と前記バルブボディの内周面とにより形成される楔状断面の隙間に、金属製のシールリングを、前記付勢手段により、前記隙間の奥部側に向かって押圧するようにして挿入する。

このような構成とすると、楔状断面の隙間に挿入された金属製のシールリングは、付勢手段の付勢力と、流路を流れる流体の圧力とにより、パッキンを介して隙間の奥部側（隙間が小さくなる方向）に押圧され、楔状断面の隙間の楔効果により、リング状シートのテーパ面と、バルブボディの内周面との両方に強く押し付けられる。従って、万一、パッキンとバルブボディとの接触部から圧力流体が漏出しても、それ以上、弁体の下流側に漏出する恐れはなく、リング状シートとバルブボディとの間のシール性を向上させることができる。
また、シールリングは金属製であるので、Ｏリング等に比べて変形や摩耗、及び経時劣化が少なく、シール性を長期間に亘って維持することができる。

（２）上記(１)項において、シールリングの断面形状を、中実円形、円筒形、開口がパッキン側を向くようにしたＣ字形のいずれかから選んだものとする。

このような構成とすると、いずれのシールリングも、外周面が、リング状シートまたはシートリテーナのテーパ面とバルブボディの内周面とに線接触し、面圧が増大するので、シール性をさらに向上させることができる。

（３）上記(１)または(２)項において、パッキンとシールリングとの間に、金属製のバックアッププレートを設け、このバックアッププレートを介して、シールリングを押圧するようにする。

このような構成とすると、パッキンが変形しにくくなるので、このパッキンに作用する付勢手段と圧力流体の付勢力を、バックアッププレートを介して、シールリングに均一に、かつ効果的に伝達しうるので、リング状シートと、バルブボディとの間のシール性を格段に向上させることができる。
また、バックアッププレートが、シールリングがパッキンに食い込むのを防止するので、パッキンがはみだして、隙間内に入り込む等の恐れもない。

本発明によると、バルブボディとリング状シートとの間のシール性を向上させることができるボールバルブを提供することができる。

本発明のボールバルブの一実施形態を示す半断面図である。 同じく、図１の左側のシール部の拡大断面図である。 シールリングの一部切欠き斜視図である。 同じく、シールリングの他の実施例を示す一部切欠き斜視図である。 同じく、シールリングの他の実施例を示す一部切欠き斜視図である。 シールリングのシール作用を説明する断面図である。

以下、本発明の一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のボールバルブの一実施形態を示す半断面図、図２は、図１における左側のシール部の拡大断面図で、ボールバルブ１は、圧力流体が流通する流路２、及びこの流路２の中間に位置し、流路２より大径のキャビティ３を有するバルブボディ４と、キャビティ３内に回動自在に設けられ、流路２を開閉するボール状の弁体５と、バルブボディ４における弁体５の両側に設けられたシール手段６、６とを備え、弁体５には、これを回動させるステム７が取り付けられている。なお、シール手段６は、左右対称で同じ構成であるので、以下においては、左側のシール手段６のみについて説明する。

シール手段６は、バルブボディ４の内面におけるキャビティ３と流路２との境界部に設けられた拡径凹部８内に設けられ、流路２の軸線方向に摺動可能なリング状シート９、シールリング１０、バックアッププレート１１、環状パッキン１２、押圧リング１３、及びそれらを弁体５側に押圧する付勢手段としての２枚の皿ばね１４、１４を備えている。

リング状シート９は、弁体５側の最大外径をなす大径部９ａと、中間の外径を有する中径部９ｂと、最小の外径を有する小径部９ｃとからなり、外周面は三段に形成されている。リング状シート９における大径部９ａの内周面は、弁体５の外周面に、同じく外周面は、バルブボディ４における拡径凹部８の内周面に、それぞれ接触し、それらの接触面がシールされるようになっている。

リング状シート９におけるパッキン１２の軸方向の側端面と対向する外周部、すなわち、大径部９ａと中径部９ｂとが連続する部分の角部は、弁体５に近づくにつれて漸次拡径するテーパ面１５とされている。このテーパ面１５の小径側の端縁は、大径部９ａと中径部９ｂとの境界部である垂直面１６に連続している。

テーパ面１５と、バルブボディ４の拡径凹部８の内周面との間には、環状かつ楔状断面の隙間１７が形成され、この隙間１７には、例えばステンレスやピアノ線等の硬質金属よりなる上記のシールリング１０が、隙間１７の奥部（隙間が狭くなる方向）に押圧されるようにして挿入されている。本実施形態では、シールリング１０は、図３に示すように、その断面形状が中実円形をなすものを用いているが、図４に示すように、円筒形断面をなすものや、図５に示すように、側部外周面にスリット１８を有するＣ字形断面のシールリング１０を使用することもできる。Ｃ字形断面のシールリング１０を用いる際は、スリット１８が、テーパ面１５と拡径凹部８の内面に接触しないように、スリット１８をパッキン１２側に向けて装着すればよい 。

Ｃ字状断面のシールリング１０を用いると、それが押圧された際、縮径方向に若干弾性変形しながら、隙間１７の奥部側に食い込み、かつ弾性復元力により、テーパ面１５とバルブボディ４の内周面に強く圧接するので、シール効果が高まる。なお、シールリング１０は、上記の断面形状の外、隙間１７と補形をなす楔状断面のシールリングとすることもある。

図６に示すように、シールリング１０の線径は、これを隙間１７に挿入して、拡径凹部８の内周面とリング状シート９のテーパ面１５に当接させた際において、シールリング１０における弁体５と反対側の外周面の一部が、隙間１７の外側に僅かに突出する大きさとしてある。

図２に示すように、リング状シート９の中径部９ｂの外周面と拡径凹部８の内周面８ａとの間の環状空間には、上記バックアッププレート１１、パッキン１２及び押圧リング１３が挿入されている。バックアッププレート１１は比較的剛性の高いステンレス等の金属により、薄肉のリング状に形成されている。

パッキン１２は、軸方向の幅が厚さよりも大きな環状をなし、軸方向と径方向に若干弾性変形可能な材料、例えばグラファイト、フッソ樹脂系、アラミド繊維等により形成されている。

押圧リング１３は、ステンレス等の硬質金属により円環状に形成され、弁体５の反対側の内周部には、面取り１３ａが設けられている。この面取り１３ａは、皿ばね１４の端面が押圧リング１３の径方向における中間部に当接させるようにするためで、皿ばね１４の弾性復元力により、押圧リング１３がバランスよく押圧されるようにしてある。

皿ばね１４、１４は、バルブボディ４の拡径凹部８と、リング状シート９の小径部９ｃと、押圧リング１３とにより形成される環状空間１９内に収容され、この皿ばね１４、１４により、押圧リング１３、パッキン１２、リング状シート９、バックアッププレート１１、及びシールリング１０が、弁体５側に押圧されるようになっている。なお、皿ばね１４は、１枚または２枚以上でもよく、また、皿ばね１４に代えて、板ばねやコイルばね等の付勢手段を使用することもできる。

次に、上記実施形態のボールバルブ１におけるシール作用について説明する。図２に示すように、弁体５によって流路２が閉塞された際、流路２内の圧力流体は、リング状シート９の小径部９ｃとバルブボディ４との間の隙間から、皿ばね１４が収容された環状空間１９内に流入する。そして、環状空間１９に流入した流体の圧力により、押圧リング１３、パッキン１２、バックアッププレート１１、及びシールリング１０が弁体５側に押圧される。これにより、パッキン１２が、矢印のように、径方向に若干弾性変形させられるとともに、シールリング１０も、楔状断面をなす隙間１７の奥側（隙間が狭くなる側）に押圧され、シールリング１０の外周面が、リング状シート９のテーパ面１５と、バルブボディ４における拡径凹部８の内周面８ａとの両面に押し付けられる。

また同時に、皿ばね１４、１４の弾性復元力による付勢力が、押圧リング１３、パッキン１２、バックアッププレート１１、及びシールリング１０に常時作用するので、上記流体の圧力との協働作用により、パッキン１２がさらに径方向に弾性変形させられるとともに、シールリング１０は、隙間１７の奥側に強く押圧される。
その結果、リング状シート９における中径部９ｂとバルブボディ４との間が、パッキン１２によりシールされるとともに、リング状シート９の外周面とバルブボディ４の内周面との間が、シールリング１０によりシールされる。

すなわち、図６に示すように、シールリング１０は、流路２内の流体の圧力Ｆ１と、皿ばね１４、１４の付勢力Ｆ２とにより、隙間１７の奥側に強く押圧され、バルブボディ４の拡径凹部８の内周面と、リング状シート９のテーパ面１５との両面に、高い面圧をもって、線接触状態で圧接するので、リング状シート９の外周面とバルブボディ４の内周面とのシール性は格段に向上する。
従って、万一、パッキン１２によるシール部から圧力流体が漏出したとしても、リング状シート９の外周面とバルブボディ４の内周面との間に流入する恐れはなく、流体が弁体５の下流側の流路２に漏れ出るのを防止することができる。

本願の発明者らは、上記実施形態のボールバルブ１のシール性能と、シールリング１０のないパッキン１２だけのボールバルブとのシール性能とを、流体の圧力を変化させて測定した。その結果、シールリング１０を有する本実施形態のボールバルブ１の方が、シールリング１０のないボールバルブよりも、シール性能が高いことを確認している。

以上説明したように、上記実施形態のボールバルブ１によれば、バルブボディ４の内周面と、リング状シート９のテーパー面１５とにより形成される楔状断面の隙間１７に、金属製のシールリング１０を挿入し、このシールリング１０を、流体の圧力と皿ばね１４の付勢力により隙間１７の奥側に押圧することにより、リング状シート９の外周面とバルブボディ４の内周面とのシール性を格段に向上させることができる。

また、シールリング１０は、硬質金属製よりなり、変形や摩耗がしにくく、かつ経時劣化も起こしにくいので、リング状シート９の外周面とバルブボディ４の内周面とのシール性を長期間に亘って良好に維持することができる。

さらに、パッキン１２とシールリング１０との間に、金属製のバックアッププレート１１を設けてあるので、パッキン１２が変形しにくくなる。その結果、パッキン１２に作用する皿ばね１４と圧力流体の付勢力を、バックアッププレート１１を介してシールリング１０に均一に、かつ効果的に伝達することができる。
しかも、バックアッププレート１１が、シールリング１０がパッキン１２に食い込むのを防止するので、パッキン１２がはみだして、隙間１７内に入り込む恐れもない。

なお、上記実施形態においては、シール手段６を、バルブボディ４における弁体５の両側に設けてあるが、ボールバルブを、流体の流通方向を一定方向のみとして使用する際には、シール手段６を弁体５の上流側のみに設け、下流側は、シールリング１０のない通常のシール手段としてもよい。

また、本発明は、前述した特許文献に記載されているように、リング状シートがシートリテーナにより保持され、それらが付勢手段により一体的に弁体側に付勢されるようになっているボールバルブにも適用することができる。この際には、シートリテーナの外周部に上記と同様のテーパ面１５を設ければよい。

１ ボールバルブ
２ 流路
３ キャビティ
４ バルブボディ
５ 弁体
６ シール手段
７ ステム
８ 拡径凹部
９ リング状シート
９ａ大径部
９ｂ中径部
９ｃ小径部
１０ シールリング
１１ バックアッププレート
１２ パッキン
１３ 押圧リング
１３ａ面取り
１４ 皿ばね
１５ テーパ面
１６ 垂直面
１７ 隙間
１８ スリット
１９ 環状空間

Claims (3)

1. 圧力流体が流通する流路の中間に位置し、前記流路より大径のキャビティを有するバルブボディと、前記キャビティ内において前記流路を開閉するボール状の弁体と、この弁体の外周面と前記バルブボディの内周面とに接触するようにして、前記キャビティ内に設けられ、付勢手段により、前記弁体側に押圧されるようになっているリング状シートと、このリング状シートの外周面と前記バルブボディの内周面との間に設けられ、前記付勢手段により、前記弁体側に押圧されるパッキンとを備えるボールバルブにおいて、
   前記リング状シートにおける前記パッキンの側端面と対向する側の外周部を、前記弁体に近づくにつれて漸次拡径するテーパ面とし、このテーパ面と前記バルブボディの内周面とにより形成される楔状断面の隙間に、金属製のシールリングを、前記付勢手段により、前記隙間の奥部側に向かって押圧するようにして挿入したことを特徴とするボールバルブ。
2. シールリングの断面形状を、中実円形、円筒形、開口がパッキン側を向くようにしたＣ字形のいずれかから選んだものとした請求項１記載のボールバルブ。
3. パッキンとシールリングとの間に、金属製のバックアッププレートを設け、このバックアッププレートを介して、シールリングを押圧するようにした請求項１または２記載のボールバルブ。

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