JP2016023798A

JP2016023798A - ボールバルブ

Info

Publication number: JP2016023798A
Application number: JP2014151089A
Authority: JP
Inventors: 吏柴田; Tsukasa Shibata
Original assignee: Nichiden Kogyo KK
Current assignee: Nichiden Kogyo KK
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2016-02-08

Abstract

【課題】ボールの回動操作性が良好なボールバルブを提供する。
【解決手段】ボールバルブ20は、バルブ本体21に回動可能に収容したボール25と、このボール25と摺接する環状の移動シート24と、この移動シート24の凹溝部44に嵌入したＯリング43とを備える。これらボール25、移動シート24およびＯリング43は、バルブ本体21に対してその軸方向に移動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールで流路の連通および遮断を行うボールバルブに関し、特に例えば冷凍回路に用いられるものである。

従来、例えば下記の特許文献１に記載されたボールバルブが知られている。

この従来のボールバルブは、図７に示されるように、軸方向に並ぶ第１流路１、ボール収容室２および第２流路３を有するバルブ本体４と、このバルブ本体４のボール収容室２の両側に固定的に配設され、互いに離間して位置する第１環状固定シート６および第２環状固定シート７と、これら両環状固定シート６，７間に配設され、貫通孔８が回動中心軸線Ｘに対して直交する方向に貫通して形成され、第１流路１と第２流路３とを連通させる開状態および第１流路１と第２流路３とを遮断する閉状態に選択的に切り換えられるボール10とを備えている。

また、ボール10には、開状態時にはバルブ本体４とボール10との間に位置するキャビティ11と貫通孔８とを連通させかつ閉状態時にはキャビティ11に繋がった貫通孔８と第１流路１とを連通させる連通孔12が形成され、さらに、バルブ本体４と第２環状固定シート７との間にはシール部材であるＯリング13が配設されている。

特開２０１２−３１９２８号公報（図１）

しかしながら、上記従来のボールバルブでは、例えばシール性の確保のために両環状固定シート６，７間にボール10を挟みつける予圧圧縮が必要となり、そのため、ボール10の回動操作時にボール10と環状固定シート６，７との間に生じる摩擦力が大きく、ボール10の回動操作性が良好であるとはいえない。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、ボールの回動操作性が良好なボールバルブを提供することを目的とする。

請求項１記載のボールバルブは、軸方向に並ぶ第１流路、ボール収容室および第２流路を有するバルブ本体と、前記ボール収容室に回動中心軸線を中心として回動可能に配設され、流路となる貫通孔が前記回動中心軸線に対して直交する方向に貫通して形成され、前記第１流路と前記第２流路とを連通させる開状態および前記第１流路と前記第２流路とを遮断する閉状態に選択的に切り換えられるボールと、前記ボール収容室に配設され、前記ボールと摺接する環状の移動シートと、この移動シートと前記バルブ本体との間に配設されたシール部材とを備え、前記ボール、前記移動シートおよび前記シール部材は、前記バルブ本体に対してその軸方向に移動可能となっているものである。

請求項２記載のボールバルブは、請求項１記載のボールバルブにおいて、バルブ本体は、ボールと摺接するボール受面を有するものである。

本発明によれば、ボール、移動シートおよびシール部材がバルブ本体に対してその軸方向に移動可能となっているため、ボールを挟みつける予圧圧縮が不要であり、ボールの回動操作性が良好である。

本発明の一実施の形態に係るボールバルブのボール閉状態時（弁閉状態時）の断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。同上ボールバルブのボール開状態時（弁開状態時）の断面図である。図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。同上ボールバルブのボールが第２流路側へ移動した後の断面図である。本発明の他の実施の形態に係るボールバルブのボール閉状態時の断面図である。従来のボールバルブのボール閉状態時の断面図である。

本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

図１ないし図４において、20はボールバルブで、このボールバルブ20は、例えばエアコン等の空調機器の冷媒配管19の途中に接続される冷媒配管用ボールバルブである。

ボールバルブ20は、軸方向（図示左右方向）を有する筒状のバルブ本体（ボディ）21と、このバルブ本体21内にその軸方向に移動可能に配設された円形環状の移動シート（環状弁座）24と、バルブ本体21内にその軸方向に移動可能でかつその軸方向に対して直交する回動中心軸線Ｘを中心として回動可能に配設されその回動により開状態および閉状態に選択的に切り換えられる略球状で筒状のボール（弁体）25と、このボール25の上部に上方に向かって突設された回動操作用の操作体であるシャフト（弁棒）26と、バルブ本体21に脱着可能に設けられシャフト26のうちバルブ本体21外に位置する部分である操作部28を覆うキャップ27とを備えている。

バルブ本体21は、例えば互いに螺合連結された２つの本体構成部材21a，21bにて構成されている。バルブ本体21は、このバルブ本体21の軸方向に並ぶ第１流路31、ボール収容室33および第２流路32を有している。つまり、バルブ本体21の軸方向一端側である左側に第１流路31が形成され、バルブ本体21の軸方向他端側である右側に第２流路32が形成され、バルブ本体21の軸方向中央側にボール収容室33が両流路31，32間に位置するように形成されている。

そして、バルブ本体21の左側には、空調機器の室外機（図示せず）に一端部が接続された第１接続管16の他端部が接続され、この第１接続管16の管内流路が第１流路31に繋がり、また、バルブ本体21の右側には、空調機器の室内機（図示せず）に一端部が接続された第２接続管17の他端部が接続され、この第２接続管17の管内流路が第２流路32に繋がる。なお、第１接続管16と第２接続管17とにて冷媒配管19が構成され、この冷媒配管19の途中にバルブ本体21が接続されている。

移動シート24は、バルブ本体21のボール収容室33のうち第２流路32側の端部分に、バルブ本体21に対してその軸方向に移動可能に配設されている。移動シート24は、ボール25の外周面と摺接する摺接面であるボール受面47をボール25側の面に有し、かつ、バルブ本体21のシート対向面41と対向する対向面48をボール25側とは反対側の面に有している。

なお、バルブ本体21のシート対向面41と移動シート24の対向面48との間の隙間（移動用隙間）49の寸法、つまり移動シート24のバルブ本体21の軸方向の移動量は、図面では誇張しているが、例えば０．１ｍｍ程度である。

また、バルブ本体21の内周面における外周面受面40と移動シート24の外周面との間には、環状のシール部材であるＯリング43が弾性変形した圧縮状態で配設されている。つまり、移動シート24の外周面には円形環状で断面矩形状の凹溝部44が周方向に沿って形成され、この凹溝部44内に円形環状で断面円形状のＯリング43が嵌入されている。このため、Ｏリング43は、凹溝部44内に嵌入された状態のまま、移動シート24とともに、バルブ本体21の外周面受面40に沿って摺動可能となっている。

そして、Ｏリング43の内周面が凹溝部44の溝底面45に圧接し、Ｏリング43の外周面がバルブ本体21の外周面受面40に圧接しており、外周面受面40と移動シート24の外周面をシールしている。

ボール25は、バルブ本体21のボール収容室33内に、ボール25の中心点Ｐを通る上下方向の回動中心軸線Ｘを中心として回動可能でかつバルブ本体21の軸方向（回動中心軸線Ｘに対して直交する方向）に移動シート24およびＯリング43とともに隙間49の分だけ移動可能に収容配設されている。つまり、このボール25は、移動シート24の軸方向の動きに連動するようにバルブ本体21内に移動可能に配設されており、これらボール25、移動シート24およびＯリング43がバルブ本体21に対してその軸方向に移動可能となっている。

そして、図１ないし図４に示す状態では、ボール25の左側外周面の一部が本体構成部材21aのボール受面46に摺接し、かつ、ボール25の右側外周面の一部が移動シート24のボール受面47に接触している。

また、ボール25には、軸方向両端に開口面51a，51bを有する円柱状の貫通孔51が回動中心軸線Ｘに対して直交する方向に貫通して形成されている。つまり、ボール25には、ボール25の回動中心軸線Ｘに対して直交しかつボール25の中心点Ｐを通る直線Ｙを中心線とする円柱状の貫通孔51が形成されている（図３参照）。

そして、この貫通孔51は、ボール25の開状態時においては、冷媒等の流体が流れる左右１対の流路31，32と繋がって流路となる。換言すると、ボール25は、シャフト26の操作部28の操作に基づく回動中心軸線Ｘを中心とする９０度回動（回動操作）により、第１流路31と第２流路32とを連通させる開状態および第１流路31と第２流路32とを遮断する閉状態に選択的に切り換えられる。なお、図１および図２にはボール25が閉状態に切り換えられた弁閉状態が示され、図３および図４にはボール25が開状態に切り換えられた弁開状態が示されている。

さらに、ボール25には、ボール25の開状態時にはバルブ本体21の内周面（内面）とボール25の外周面（外面）との間に位置する環状隙間であるキャビティ50と貫通孔51とを連通させ、かつボール25の閉状態時にはキャビティ50に両開口面51a，51bで繋がった貫通孔51と第１流路31とを連通させるキャビティ密閉防止用の連通孔（液封防止孔）52が形成されている。このため、ボール25が開状態および閉状態のいずれの状態であっても、キャビティ50は、常に開放状態となっており、密閉状態にはならない。

この連通孔52は、回動中心軸線Ｘおよび貫通孔51に対して直交する方向に長手方向を有する長孔状に形成されている。換言すると、ボール25には、回動中心軸線Ｘおよび直線Ｙに対して直交しかつボール25の中心点Ｐを通る直線Ｚを中心線とする１つの細長い円柱状の連通孔52が形成されている（図１および図２参照）。

また、この連通孔52は、軸方向両端に開口面52a，52bを有し、軸方向一端の開口面52aがボール25の球面状の外周面で開口し、軸方向他端の開口面52bがボール25の貫通孔51に臨んだ円筒面状の内周面で開口している。なお、貫通孔51および連通孔52は、いずれも断面円形状の通孔であるが、連通孔52の径寸法は、例えば貫通孔51の径寸法の１０分の１以下である。

シャフト26は、ボール25を回動操作（開閉切換操作）するためのステムとも呼ばれるもので、このシャフト26の下端部の挿入部54が、ボール25の上部に凹状に形成された切欠凹部55に移動可能に挿入係合されている。つまり、ボール25は、切欠凹部55に挿入係合された挿入部54にて案内されながら、バルブ本体21に対してその軸方向に移動するようになっている。

また、シャフト26の上下方向中間部は、バルブ本体21のシャフト支持部56に形成された挿通用孔部57に回動可能に挿通されている。そして、バルブ本体21のシャフト支持部56の内周面とシャフト26の上下方向中間部の外周面との間には、環状のシール部材であるシャフト用Ｏリング58が配設されている。なお、シャフト26には鍔部が形成され、この鍔部とシャフト支持部56の下端開口外周面との当接によりシャフト26が上方に抜け出ないようになっている。

さらに、シャフト26の上端部は、バルブ本体21外に位置する略板状の操作部28となっており、この操作部28がシャフト支持部56の外周側に脱着可能に螺着されたキャップ27によって覆われている。

そして、ボール25の開閉切換の際、つまりボール25を開状態から閉状態へ或いは閉状態から開状態へ切り換える際には、キャップ27をバルブ本体21から取り外してから、工具等を用いてシャフト26をボール25とともに回動操作する。

次に、上記実施の形態の作用等を説明する。

図１および図２には、第１流路31側よりも第２流路32側が高圧である状態が示され、この状態では、移動シート24の対向面48とバルブ本体21のシート対向面41とが隙間49を介して互いに離間対向し、かつ、ボール25の外周面がバルブ本体21のボール受面46に摺動可能に直接接触して、高圧側である第２流路32と低圧側である第１流路31をシールしている。

この状態から、例えば第１流路31側に圧力が印加され、第１流路31側が第２流路32側よりも高圧になると、図５に示すように、ボール25、移動シート24およびＯリング43は、互いに一体（略一体を含む）となって、バルブ本体21およびシャフト26に対して、第２流路32側に向かってバルブ本体21の水平な軸方向に沿って移動する。

その結果、移動シート24の対向面48がバルブ本体21のシート対向面41に直接接触し、かつ、ボール25の外周面がバルブ本体21のボール受面46から離間する。

そして、上記実施の形態によれば、ボールバルブ20のシールは、第１流路31と第２流路32との間に生じる圧力差荷重を受け、それぞれバルブ本体21の軸方向に移動可能に配置された移動シート24とボール25との接触で行われるため、ボールの回動操作性が良好である。

すなわち、従来の構成では必要であった両環状固定シート間にボールを挟みつける予圧圧縮が不要なため、ボール25の回動操作時（開閉切換操作時）にボール25と移動シート24との間に生じる摩擦力が小さく、ボール25の回動操作を低力で容易にでき、よって、ボール25の回動操作性が極めて良好である。

また、例えば合成樹脂からなる樹脂製の移動シート24のクリープによる経時変形を防止できるため、１つの環状シートである移動シート24のみによって安定したシール性が得られる。

さらに、バルブ本体21の本体構成部材21aの内面一部をボール受面46としたので、例えば後述する本体構成部材21aに固定シート61を別途固着した構成に比べて、部品点数が少なく構成を簡単にでき、また、本体構成部材21aのボール受面46は、第２流路32の圧力による圧力荷重が働いた時のみボール25を支持する機能のみで、シール性に無関係であるため、精度は必要がなく、本体構成部材21aを比較的安価に製造できる。

また、当然のことながら、ボール25には、連通孔52および貫通孔51が形成され、常にキャビティ50と第１流路31とが連通されているため、キャビティ50内の異常高圧を防止できる。

なお、ボールバルブ20は、例えば図６に示すように、バルブ本体21のボール収容室33のうち第１流路31側の端部分に、ボールの外周面と摺接する摺接面であるボール受面62を有する円形環状の固定シート（環状弁座）61が固定的に配設された構成でもよい。すなわちこの構成では、ボール収容室33の一方側である右側に移動シート24がバルブ本体21の軸方向に移動可能に設けられ、かつ、ボール収容室33の他方側である左側に固定シート61が固着されている。

なお、固定シート61の材質は例えばりん青銅が好ましく、一方、移動シート24の材質は例えば四フッ化エチレン樹脂が好ましい。ただし、これらの材質に限定されるものではなく、滑り性の良い材質であれば、他の金属材料や樹脂材料でもよい。

そして、この図６に示す構成のものであっても、前記図１に示すものと同様、ボールの回動操作性が良好である等の作用効果を奏することができる。また、固定シート61のボール受面62は、本体構成部材21aのボール受面46と同様、第２流路32の圧力による圧力荷重が働いた時のみボール25を支持する機能のみで、シール性に無関係であるため、精度は必要がなく、固定シート61を比較的安価に製造できる。

また、ボールバルブ20に用いるシール部材は、Ｏリング43に限らず、他の形状のものを用いてもよい。

さらに、ボールバルブ20は、空調機器の冷媒配管用には限定されず、他の用途にも応用可能である。

20 ボールバルブ
21 バルブ本体
24 移動シート
25 ボール
31 第１流路
32 第２流路
33 ボール収容室
43 シール部材であるＯリング
46 ボール受面
51 貫通孔
Ｘ回動中心軸線

Claims

軸方向に並ぶ第１流路、ボール収容室および第２流路を有するバルブ本体と、
前記ボール収容室に回動中心軸線を中心として回動可能に配設され、流路となる貫通孔が前記回動中心軸線に対して直交する方向に貫通して形成され、前記第１流路と前記第２流路とを連通させる開状態および前記第１流路と前記第２流路とを遮断する閉状態に選択的に切り換えられるボールと、
前記ボール収容室に配設され、前記ボールと摺接する環状の移動シートと、
この移動シートと前記バルブ本体との間に配設されたシール部材とを備え、
前記ボール、前記移動シートおよび前記シール部材は、前記バルブ本体に対してその軸方向に移動可能となっている
ことを特徴とするボールバルブ。
バルブ本体は、ボールと摺接するボール受面を有する
ことを特徴とする請求項１記載のボールバルブ。