JP2019173946A - ボールバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】ボール弁体とシール部材との間に発生する摺動抵抗を低減させ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１において、シール部材５０は、ボール弁体貫通孔３１がシール部材５０の開口部５１に連通しない状態において、ボール弁体３０に接触する環状のボール弁体接触部５２を有している。ボール弁体３０は、ボール弁体貫通孔３１が開口部５１に連通しない状態において、ボール弁体接触部５２に接触する環状の閉鎖時接触部３２と、ボール弁体貫通孔３１の少なくとも一部が開口部５１に連通した状態において、シール部材５０のボール弁体接触部５２に対向する環状の開放時対向部３３と、閉鎖時接触部３２よりも内部側に凹んでいる凹み部３４とを有している。ボール弁体３０において凹み部３４は、少なくとも開放時対向部３３の少なくとも一部の範囲に形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、ガス供給会社のスマートメータに設けられるガス流入用のボールバルブに関する。

従来から、ガス等の気体や水等の液体（以下、流体という。）の流路の開閉にボールバルブが用いられている。このようなボールバルブにおいては、流路からの流体の漏洩を防止するために、弁本体と弁本体の内部に回動自在に設けられたボール弁体との間に環状のシール部材が設けられている。シール部材はボール弁体に接触して弁本体とボール弁体との間を封止している。ボールバルブの閉鎖状態において、ボール弁体が流路を閉じ、シール部材により流路からの流体の漏洩が防止されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平８−４２７２０号公報

このように従来のボールバルブには、流体の漏洩防止のためにシール部材が設けられており、シール部材がボール弁体の球面状の表面に接触してボール弁体と流路との間が塞がれるようになっている。このため、ボール弁体の回動の際に、ボール弁体はシール部材の接触面上を摺動するので、ボール弁体とシール部材との間に摺動抵抗が発生する。特に、ボール弁体の回動開始時に大きな摺動抵抗が発生する。ボール弁体の回動時に大きな摺動抵抗が発生した場合、シール部材が破損したり、シール部材やボール弁体の姿勢が安定しなくなるおそれがある。このため、従来のボールバルブに対しては、ボール弁体とシール部材との間に発生する摺動抵抗を低減させることができる構造が求められていた。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボール弁体とシール部材との間に発生する摺動抵抗を低減させることができるボールバルブを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るボールバルブは、弁本体貫通孔が設けられた弁本体と、前記弁本体に取り付けられて前記弁本体貫通孔と連通するカバー部材貫通孔が設けられたカバー部材と、前記弁本体に対して回動可能に軸支され、前記弁本体の前記弁本体貫通孔と前記カバー部材の前記カバー部材貫通孔とにより形成された流路と連通可能に設けられたボール弁体貫通孔を有するボール弁体と、前記ボール弁体と前記弁本体との間に設けられた前記流路と前記ボール弁体との間を封止するための環状のシール部材とを備え、前記シール部材は、前記ボール弁体貫通孔が前記シール部材の開口部に連通しない状態において、前記ボール弁体に接触する環状のボール弁体接触部を有しており、前記ボール弁体は、前記ボール弁体貫通孔が前記シール部材の開口部に連通しない状態において、前記ボール弁体接触部に接触する環状の部分である閉鎖時接触部と、前記ボール弁体貫通孔の少なくとも一部が前記シール部材の開口部に連通した状態において、前記シール部材の前記ボール弁体接触部に対向する環状の部分である開放時対向部と、前記閉鎖時接触部よりも内部側に凹んでいる凹み部とを有しており、前記ボール弁体において、前記凹み部は、少なくとも前記開放時対向部の少なくとも一部の範囲に形成されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係るボールバルブにおいて、前記凹み部は、前記ボール弁体において、前記閉鎖時接触部よりも前記ボール弁体貫通孔の前記一方の開口の側に形成されている。

本発明の一態様に係るボールバルブにおいて、前記凹み部は、前記ボール弁体において、回動する前記ボール弁体における前記シール部材の該シール部材の軸線方向の投影部分の少なくとも一部に形成されている。

本発明の一態様に係るボールバルブにおいて、前記閉鎖時接触部は球面の一部であり、前記凹み部の少なくとも一部は他の球面の一部であり、前記凹み部の前記少なくとも一部の径は、前記閉鎖時接触部の径よりも小さい。

本発明の一態様に係るボールバルブにおいて、前記凹み部は、前記凹み部ではない部分に接続するつなぎ部を少なくとも１つ有しており、前記つなぎ部は、前記凹み部ではない部分に滑らかに接続する。

本発明の一態様に係るボールバルブにおいて、前記つなぎ部の少なくとも一部は、前記ボール弁体において、回動する前記ボール弁体における前記シール部材の該シール部材の軸線方向の投影部分の範囲内に位置している。

本発明に係るボールバルブによれば、ボール弁体とシール部材との間に発生する摺動抵抗を低減させることができる。

本発明の実施の形態に係るボールバルブの外観構成を概略的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るボールバルブの流路が連通された状態を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るボールバルブの流路が閉鎖された状態を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るボールバルブにおけるボール弁体の斜視図である。 本発明の実施の形態に係るボールバルブにおけるボール弁体の斜視図である。 本発明の実施の形態に係るボールバルブにおけるボール弁体の正面図である。 本発明の実施の形態に係るボールバルブの弁本体の外観構成を概略的に示す斜視図である。 図７に示す弁本体の断面図である。 図７に示す弁本体の上面図である。 本発明の実施の形態に係るボールバルブのカバー部材の外観構成を概略的に示す斜視図である。 図１０に示すカバー部材の断面図である。 本発明の実施の形態に係るボールバルブのシール部材の外観構成を概略的に示す斜視図である。 図１２に示すシール部材の断面図である。 図４〜６に示すボール弁体における凹み部のつなぎ部を拡大して示すボール弁体の部分拡大斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、ボールバルブ１の外観構成を概略的に示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係るボールバルブ１の流路２が連通された状態を概略的に示す断面図であり、図３は、ボールバルブ１の流路２が閉鎖された状態を概略的に示す断面図である。また、図４〜６は、図１に示すボールバルブ１におけるボール弁体３０の斜視図である。以下、説明の便宜上、流路２が延びる方向（図１における矢印ａｂ方向）を流路方向とし、矢印ａ方向を下流側、矢印ｂ方向を上流側とする。また、流路方向に直交する方向（図１における矢印ｃｄ方向）を幅方向とし、矢印ｃ方向を手前側、矢印ｄ方向を奥側とする。さらに、流路方向及び幅方向に直交する方向（図１において矢印ｅｆ方向）を軸線Ｘ１方向とし、矢印ｅ方向を左側、矢印ｆ方向を右側とする。

図１〜６に示すように、本発明の実施の形態に係るボールバルブ１は、弁本体１０と、弁本体１０に取り付けられたカバー部材２０と、弁本体１０に対して回動可能に軸支されたボール弁体３０と、環状のシール部材５０とを備えている。弁本体１０には、弁本体貫通孔１０ｈが設けられている。カバー部材２０には、カバー部材２０が弁本体１０に取り付けられて、弁本体貫通孔１０ｈと連通するカバー部材貫通孔２０ｈが設けられている。ボール弁体３０には、弁本体１０の弁本体貫通孔１０ｈとカバー部材２０のカバー部材貫通孔２０ｈとにより形成された流路２と連通可能に設けられたボール弁体貫通孔３１が設けられている。シール部材５０は、ボール弁体３０と弁本体１０との間に設けられた流路２とボール弁体３０との間を封止するための環状の部材である。シール部材５０は、ボール弁体貫通孔３１がシール部材５０の開口部５１に連通しない状態において、ボール弁体３０に接触する環状のボール弁体接触部５２を有している。ボール弁体３０は、ボール弁体貫通孔３１がシール部材５０の開口部５１に連通しない状態において、ボール弁体接触部５２に接触する環状の部分である閉鎖時接触部３２と、ボール弁体貫通孔３１の少なくとも一部（下流側開口部３１ａの少なくとも一部）がシール部材５０の開口部５１に連通した状態において、シール部材５０のボール弁体接触部５２に対向する環状の部分である開放時対向部３３と、閉鎖時接触部３２よりも内部側に凹んでいる凹み部３４とを有している。ボール弁体３０において、凹み部３４は、少なくとも開放時対向部３３の少なくとも一部の範囲に形成されている。以下、ボールバルブ１の構成について具体的に説明する。なお、ボールバルブ１は、ボール弁体３０を回動させるモータ４０が一体に取り付けられた構造を有している。

図７は、本発明の実施の形態に係るボールバルブ１の弁本体１０の外観構成を概略的に示す斜視図である。図８は、図７に示す弁本体１０の断面図であり、図９は、図７に示す弁本体１０の上面図である。図１〜３及び図７〜９に示すように、弁本体１０は、例えば、概ね全体が円筒形状又は略円筒形状に形成されている。弁本体１０は、内面が筒状又は略円筒状であればよく、外形は種々の形状であってもよい。また、弁本体１０は、例えば、樹脂や金属等で形成されている。また、弁本体１０には、下流側（矢印ａ方向）の部分に、幅方向（矢印ｃｄ方向）において外側に突出したボールバルブ側連結部１７が設けられている。弁本体１０は、ボールバルブ側連結部１７を介してモータ４０と連結される。

上述のように弁本体１０は、弁本体貫通孔１０ｈを有しており、具体的には、図１〜３及び図７〜９に示すように、弁本体貫通孔１０ｈは、流路方向（矢印ａｂ方向）に延びて、上端面１０ａ及び下端面１０ｂとの間において弁本体１０を貫通する孔である。弁本体貫通孔１０ｈは、上端面１０ａ及び下端面１０ｂに、開口である上流側開口部１１及び下流側開口部１２を夫々形成している。上流側（矢印ｂ方向）に設けられた上流側開口部１１は、円形状又は略円形状に形成されている。また、下流側（矢印ａ方向）に設けられた下流側開口部１２は、上流側開口部１１よりも直径の大きい円形状又は略円形状に形成されている。上流側開口部１１は、流体（例えばガス）の流入口である。下流側開口部１２は、上流側開口部１１から流入される流体のカバー部材２０への流出口である。弁本体１０は、弁本体貫通孔１０ｈにおいて、上流側開口部１１から下流側開口部１２へ向かうに連れて次第に内径が拡がる凹球面状の曲面からなる内周曲面１４ａと、内周曲面１４ａの下流側（矢印ａ方向）の端部から同一内径のまま更に下流側（矢印ａ方向）へ直線上に延びる円環状の内周面１４ｂとによって形成された弁室１４を有している。弁室１４は、ボール弁体３０を収容した状態で回動自在に軸支するための空間である。

弁本体１０において弁室１４を形成する内周面１４ｂには、モータ４０の出力軸であるモータ出力軸４１を弁室１４の内部にまで挿通する貫通孔である出力軸挿通孔１５が設けられている。また、内周面１４ｂには、出力軸挿通孔１５と回動軸線Ｘ１方向（矢印ｅｆ方向）において対向する部分に有底円筒形状又は有底略円筒形状の所定の深さを有する凹状の部分である軸支持孔１６が設けられている。出力軸挿通孔１５及び軸支持孔１６は、同軸又は略同軸に配設されており、回動軸線Ｘ１を中心軸としている。弁本体１０において弁室１４を形成する内周曲面１４ａは、ボール弁体３０の外周面との間に僅かな隙間を有して対向している。

図１０は、本発明の実施の形態に係るボールバルブ１のカバー部材２０の外観構成を概略的に示す斜視図であり、図１１は、図１０に示すカバー部材２０の断面図である。図１〜３，１０及び１１に示すように、カバー部材２０は、概ね全体が円筒形状又は略円筒形状に形成されている。カバー部材２０の材料は、例えば、樹脂や金属等である。上述のようにカバー部材２０には、カバー部材貫通孔２０ｈが設けられており、カバー部材貫通孔２０ｈは、具体的には、流路方向（矢印ａｂ方向）、すなわち、回動軸線Ｘ１方向（矢印ｅｆ方向）と垂直な方向に沿って延びてカバー部材２０を貫通している。カバー部材貫通孔２０ｈは、カバー部材２０において、開口である上流側開口部２１及び下流側開口部２２を形成している。

上流側（矢印ｂ方向）に設けられた上流側開口部２１は、円形状又は略円形状に形成されており、弁本体１０の下流側開口部１２から流入される流体の流入口である。この上流側開口部２１は、例えば、弁本体１０の上流側開口部１１の直径と同一又は略同一の直径に形成されている。下流側開口部２２は、上流側開口部２１よりも直径の大きい円形状又は略円形状に形成されており、上流側開口部２１から流入された流体の図示しない配管への流出口である。上流側開口部２１及び下流側開口部２２の内径は同じ大きさであってもよく、又は、上流側開口部２１の方が下流側開口部２２よりも大きな内径を有していてもよい。カバー部材２０は、弁本体１０の下流側開口部１２から弁本体貫通孔１０ｈにカバー部材２０の一部が挿入されるように嵌め込まれ、カバー部材２０の外周壁２０ａが弁本体１０の内周面１４ｂに接触した状態で固定される。この固定状態において、弁本体１０の弁本体貫通孔１０ｈと、カバー部材２０のカバー部材貫通孔２０ｈとが連通し、ボールバルブ１における流体の流路２が形成される。

また、カバー部材２０には、シール部材５０を弁本体１０に係止するように、上流側に向かって突出するシール部材係合凸部２３が設けられている。シール部材係合凸部２３は、弁本体１０の弁本体貫通孔１０ｈとの間でシール部材５０を挟持するように形成されている。具体的には、シール部材係合凸部２３は、カバー部材２０の上流側端面２０ｂから流路方向上流側（矢印ｂ方向）に向かって突出した円環状又は略円環状の凸部である。ボールバルブ１において、シール部材５０の外周側の端部がシール部材係合凸部２３と弁本体１０の内周面１４ｂとの間に挟持されて、シール部材５０が保持される。

図１２は、本発明の実施の形態に係るボールバルブ１のシール部材５０の外観構成を概略的に示す斜視図であり、図１３は、シール部材５０の断面図である。上述したように、シール部材５０は、ボール弁体３０と弁本体１０との間に設けられて、流路２とボール弁体３０との間を封止するための環状に延びる部材であり、内部に開口部５１を形成している。シール部材５０の開口部５１は、シール部材５０の軸線Ｘ２方向に延びる空間を形成している。開口部５１は、図２に示すように、ボール弁体貫通孔３１の下側開口部３１ａを内部に収容可能となるようになっており、例えば、開口部５１の直径はボール弁体貫通孔３１の下流側開口部３１ａの直径よりも大きくなっている。シール部材５０は、開口部５１の開放方向の一方に凸に曲がっており、延び方向に面する断面における形状（断面形状）がＵ字状又は略Ｕ字状となっている。なお、シール部材５０の断面形状は、Ｕ字状又は略Ｕ字状に限られない。図１〜３に示すように、ボールバルブ１において、シール部材５０は、ボール弁体３０側（流路方向上流側（矢印ｂ方向））に向かって凸に曲がっており、ボール弁体３０の閉鎖状態において、ボール弁体３０の外周面に環状の範囲において接触するようになっており、ボール弁体３０と弁本体１０の内周面１４ｂとの間の隙間を封止するようになっている。シール部材５０は、例えば、ゴムや樹脂やエラストマー等のから形成された弾性部材である。また、シール部材５０は、上述のように、ボール弁体貫通孔３１がシール部材５０の開口部５１に連通しない状態において、つまりボール弁体３０の閉鎖状態において（図３参照）、ボール弁体３０に接触する環状のボール弁体接触部５２を有している（図１２参照）。ボール弁体接触部５２は、ボール弁体３０の外側の表面である外表面３０ａの一部であり、例えば、ボール弁体３０側に凸の凸曲面となっている。ボール弁体接触部５２の具体的構造については後述する。

ボール弁体３０は、具体的には、図４〜６に示すように、概ね球状又は略球状に形成されており、例えば樹脂や金属等から形成されている。ボール弁体３０には、上述したように、ボール弁体３０を貫通する孔であるボール弁体貫通孔３１が設けられており、ボール弁体貫通孔３１は、弁本体１０の上流側開口部１１と同一又は略同一の内径を有しており、また、カバー部材２０の上流側開口部２１と同一又は略同一の内径を有している。ボール弁体貫通孔３１は、ボール弁体３０の回動軸線Ｘ１方向（矢印ｅｆ方向）とは垂直な方向に延びており、ボールバルブ１において、流路方向（矢印ａｂ方向）に延びて流路２（弁本体貫通孔１０ｈ及びカバー部材貫通孔２０ｈ）に連通可能となっている。ボール弁体貫通孔３１は、上流側（矢印ｂ方向）の上流側開口部３１ｂと下流側（矢印ａ方向）の下流側開口部３１ａとを形成している。

また、ボール弁体３０は、弁本体１０の弁室１４に回動自在に軸支された状態において出力軸挿通孔１５と対向するように平坦に形成された円形状又は略円形状の平坦面３５ａを有している（図２，３参照）。この平坦面３５ａには、回動軸線Ｘ１を中心又は略中心として、所定形状及び所定深さの嵌合凹部である出力軸嵌合凹部３６が形成されている。出力軸嵌合凹部３６は、回動軸線Ｘ１方向（矢印ｅｆ方向）においてモータ４０のモータ出力軸４１と連結される円柱形状又は略円柱形状の空間を形成する所定深さの凹部である。

また、ボール弁体３０は、軸支持孔１６よりも直径の大きな円形状又は略円形状の平坦面３５ｂを有している（図２，３参照）。ボール弁体３０の平坦面３５ａと平坦面３５ｂとは背向し、互いに平行又は略平行な面を形成している。軸部３７は弁本体１０に回動軸線Ｘ１周りに回動可能に軸支される突起である。具体的には、軸部３７は、ボール弁体３０の平坦面３５ｂに設けられており、回動軸線Ｘ１を中心又は略中心として所定径及び所定高さの円柱形状又は略円柱形状の突起状の部分である。軸部３７は、弁本体１０の軸支持孔１６に回動可能に軸支される軸支持部として機能する部分である。軸部３７の直径は、軸支持孔１６の直径よりも僅かに小さい。ボール弁体３０の軸部３７と弁本体１０の軸支持孔１６との間には、回動軸線Ｘ１方向（矢印ｅｆ方向）において所定の隙間を有しており、ボール弁体３０は、回動軸線Ｘ１方向（矢印ｅｆ方向）において僅かに移動可能となっている。

出力軸嵌合凹部３６と軸部３７とは、同軸又は略同軸に配設されており、回動軸線Ｘ１を中心軸線としている。また、ボール弁体３０は、下流側開口部３１ａ及び上流側開口部３１ｂから回動軸線Ｘ１周りに９０度又は約９０度回転移動した位置に夫々形成された一対の円形状又は略円形状の平坦面である下流側平坦面３８及び上流側平坦面３９を有している。下流側平坦面３８及び上流側平坦面３９は互いに平行又は略平行であり、回動軸線Ｘ１方向（矢印ｅｆ方向）及びボール弁体貫通孔３１の延び方向（軸線Ｘ３方向）に直交又は略直交する方向において互いに背向している。図３に示すように、ボール弁体３０の閉鎖状態において、下流側平坦面３８は下流側に位置し、上流側平坦面３９は上流側に位置し、流路２方向に面するようになっている。また、下流側平坦面３８の直径は、シール部材５０の開口部５１の直径よりも小さくなっており、ボール弁体３０の閉鎖状態において、下流側平坦面３８はシール部材５０の開口部５１の内部に入り込むようになっている。このため、ボール弁体３０の閉鎖状態において、ボール弁体３０は下流側平坦面３８よりも上流側平坦面３９側の部分においてシール部材５０に接触するようになっている。

また、ボール弁体３０は、上述したように、ボール弁体貫通孔３１がシール部材５０の開口部５１に連通しない閉鎖状態において、ボール弁体接触部５２に接触する環状の閉鎖時接触部３２と、ボール弁体貫通孔３１の下流側開口部３１ａの少なくとも一部がシール部材５０の開口部５１に連通した開放状態において、シール部材５０のボール弁体接触部５２に対向する環状の開放時対向部３３とを有している。また、ボール弁体３０は、閉鎖時接触部３２よりも内部側に凹んでいる凹み部３４を有している。閉鎖時接触部３２、開放時対向部３３、及び凹み部３４の構成の詳細については後述する。なお、閉鎖状態とは、上述のように、ボール弁体貫通孔３１がシール部材５０の開口部５１に連通しない状態であり、図３に示すボール弁体貫通孔３１が流路２に直交する方向に向いた状態のみならず、図３の状態からボール弁体３０が回転して、下流側開口部３１ａ又は上流側開口部３１ｂがシール部材５０の開口５１内に入り、ボール弁体貫通孔３１が下流側において流路２に連通する寸前までの状態も含む。また、閉鎖状態とは、この、下流側開口部３１ａ又は上流側開口部３１ｂがシール部材５０の開口５１内に入り、ボール弁体貫通孔３１が下流側において流路２に連通する寸前までの状態の少なくとも１つの状態（ボール弁体３０の姿勢）であってもよい。また、開放状態とは、上述のように、ボール弁体貫通孔３１の下流側開口部３１ａの少なくとも一部がシール部材５０の開口部５１に連通した状態であり、図２に示すボール弁体貫通孔３１が流路２方向に向いた状態のみならず、図２の状態からボール弁体３０が回転して、下流側開口部３１ａがシール部材５０の開口１内から外れ、シール部材５０により弁本体１０とボール弁体３０との間が封止される寸前までの状態も含む。また、開放状態とは、この、下流側開口部３１ａがシール部材５０の開口５１内から外れ、シール部材５０により弁本体１０とボール弁体３０との間が封止される寸前までの状態の少なくとも１つの状態（ボール弁体３０の姿勢）であってもよい。下流側開口部３１ａの一部がシール部材５０の開口５１内から外れた状態を開放状態とする場合、開放時対向部３３は、無端の環状ではなく、一部を欠く環状となる。本実施の形態においては、開放状態とは、下流側開口部３１ａがシール部材５０の開口５１内に収容されている状態である。

また、モータ４０は、例えば、ステッピングモータ、ＤＣ（direct current）モータ、ブラシレスＤＣモータ等である。図１〜３に示すように、モータ４０の本体の外周面には、幅方向（矢印ｃｄ方向）へ夫々突出したモータ側連結部４３が設けられている。モータ側連結部４３は、弁本体１０のボールバルブ側連結部１７に連結される部分であり、例えば、ネジやスナップフィット等により連結される。モータ４０には、例えば、モータ４０をコントロールするコントローラ等から図示しないリード線を介して駆動信号が供給され、この駆動信号に基づいてモータ出力軸４１が回動駆動される。

モータ４０のモータ出力軸４１は、弁本体１０の出力軸挿通孔１５に挿通され、モータ４０は、モータ出力軸４１を介してボール弁体３０を回動駆動させることが可能となる。モータ出力軸４１には、ボール弁体３０の出力軸嵌合凹部３３と嵌合する出力軸嵌合凸部４２が設けられている。モータ４０のモータ出力軸４１とボール弁体３０の出力軸嵌合凹部３３との間には、回動軸線Ｘ１方向（矢印ｅｆ方向）において所定の隙間を有している。モータ４０の出力軸嵌合凸部４２とボール弁体３０の出力軸嵌合凹部３３の嵌合には、例えばＤカットが用いられており、この場合、回動軸線Ｘ１方向（矢印ｅｆ方向）に沿って対向する位置に２つの平面が形成されることでＤ状のカット部分が形成された支柱からなる出力軸嵌合凸部４２と、上述の２つの平面に対向する２つの平面が形成された出力軸嵌合凹部３３が用いられている。但し、出力軸嵌合凹部３３と出力軸嵌合凸部４２との嵌合はＤカットによるものに限られず、例えば、出力軸嵌合凸部４２として周方向に沿って外側に歯状の溝が形成され、出力軸嵌合凹部３３として出力軸嵌合凸部４２に形成された歯状の溝と対向する内側に、互いに噛合する歯状の溝が形成されたスプラインやセレーションが用いられてもよい。

モータ４０の出力軸嵌合凸部４２とボール弁体３０の出力軸嵌合凹部３３との嵌合は、モータ４０の回動方向においては、モータ４０のモータ出力軸４１とボール弁体３０とが一体に回動する一方、回動軸線Ｘ１方向（矢印ｅｆ方向）においては、モータ４０のモータ出力軸４１に対して、上述した隙間の分だけボール弁体３０が僅かに移動可能となっている。モータ４０のモータ出力軸４１は、出力軸挿通孔１５、軸支持孔１６、出力軸嵌合凹部３６、及び軸部３７と同軸又は略同軸であり、回動軸線Ｘ１を中心軸線としている。

なお、弁本体１０の下流側開口部１２とカバー部材２０の外周面との間には、Ｏリング６０が取り付けられており、弁本体１０とカバー部材２０との間の隙間を封止している。また、弁本体１０の出力軸挿通孔１５を形成している弁本体１０の内周面とモータ４０のモータ出力軸４１の外周面との間にはＯリング６１が取り付けられており、弁本体１０とモータ出力軸４１との隙間を封止している。

シール部材５０は、図２，３，１３に示すように、開口部５１を画成する部分の一部又は全体において、ボール弁体３０の外表面３０ａに接触するようになっており、開口部５１を画成する部分に、環状のボール弁体接触部５２を有している。ボール弁体接触部５２は、上述したように、ボール弁体貫通孔３１がシール部材５０の開口部５１に連通しない閉鎖状態において、ボール弁体３０に接触する環状のボール弁体５０の外表面３０ａの部分である。

また、ボール弁体３０は、図３、４，５に示すように、下流側平坦面３８を取り囲むように、環状の閉鎖時接触部３２を有している。閉鎖時接触部３２は、上述したように、ボール弁体貫通孔３１がシール部材５０の開口部５１に連通しない閉鎖状態において、ボール弁体接触部５２に接触するボール弁体３０の外表面３０ａの部分である。閉鎖時接触部３２は、例えば、円環状又は略円環状の部分であり、下流側平坦面３８と同心又は略同心に位置している。ボール弁体３０の閉鎖状態において、ボール弁体３０の閉鎖時接触部３２が、シール部材５０のボール弁体接触部５２に全周に亘って接触して、ボール弁体３０と弁本体１０の内周面１４ｂとの間を封止するように、シール部材５０及びボール弁体３０は形成されており、また、弁本体１０において位置決めされている。

また、ボール弁体３０は、図２、４，６に示すように、下流側開口部３１ａを取り囲むように、環状の開放時対向部３３を有している。開放時対向部３３は、上述したように、ボール弁体貫通孔３１の下流側開口部３１ａの少なくとも一部がシール部材５０の開口部５１に連通した開放状態において、ボール弁体接触部５２に対向するボール弁体３０の外表面３０ａの部分である。開放時対向部３３は、ボール弁体３０の開放状態において、ボール弁体接触部５２に接触していてもよく、部分的にボール弁体接触部５２に接触していてもよく、また、ボール弁体接触部５２に接触しておらず、ボール弁体接触部５２に対向して近接していてもよい。開放時対向部３３のボール弁体接触部５２へのこの対向の形態は、凹み部３４の形成範囲に基づく。開放時対向部３３は、例えば、円環状又は略円環状の部分であり、下流側開口部３１ａと同心又は略同心に位置している。ボール弁体３０の開放状態において、ボール弁体３０の開放時対向部３３が、上述のようにシール部材５０のボール弁体接触部５２に対向するように、シール部材５０及びボール弁体３０、凹み部３４は形成されており、また、弁本体１０において位置決めされている。

シール部材５０のボール弁体接触部５２は、ボール弁体３０の閉鎖時接触部３２と接触するシール部材５０の部分と、ボール弁体３０の開放時対向部３３と対向するシール部材５０の部分とを含む部分である。つまり、閉鎖時にボール弁体３０がシール部材５０に接触する部分と、開放時にボール弁体３０がシール部材５０に対向する部分とが一致する場合は、閉鎖時接触部３２はボール弁体接触部５２の全体に接触し、また、開放時対向部３３はボール弁体接触部５２の全体に接触する。一方、閉鎖時にボール弁体３０がシール部材５０に接触する部分と、開放時にボール弁体３０がシール部材５０に対向する部分とが一致しない場合は、閉鎖時接触部３２はボール弁体接触部５２の一部に接触し、また、開放時対向部３３はボール弁体接触部５２の一部に接触する。また、閉鎖時にボール弁体３０がシール部材５０に接触する部分に、開放時にボール弁体３０がシール部材５０に対向する部分が含まれる場合は、閉鎖時接触部３２はボール弁体接触部５２の全体に接触し、また、開放時対向部３３はボール弁体接触部５２の一部に接触する。一方、開放時にボール弁体３０がシール部材５０に接触する部分に、閉鎖時にボール弁体３０がシール部材５０に対向する部分が含まれる場合は、開放時対向部３３はボール弁体接触部５２の全体に接触し、また、閉鎖時接触部３２はボール弁体接触部５２の一部に接触する。

図４〜６において、閉鎖時接触部３２と開放時対向部３３とは、下流側開口部３１ａと下流側平坦面３８との間のボール弁体３０の外表面３０ａにおいて重なっていないが、閉鎖時接触部３２と開放時対向部３３とは、下流側開口部３１ａと下流側平坦面３８との間のボール弁体３０の外表面３０ａにおいて一部が重なっていてもよい。

また、図４〜６に示すように、ボール弁体３０は、閉鎖時接触部３２よりも内部側に凹んでいる部分である凹み部３４を有している。具体的には、凹み部３４は、閉鎖時接触部３２が位置するボール弁体３０の外表面３０ａよりもボール弁体３０の内部側（中心側）に外表面３０ａから凹んだボール弁体３０の部分である。凹み部３４におけるボール弁体３０の中心からの径は、閉鎖時接触部３２におけるボール弁体３０の中心からの径よりも小さくなっている。また、ボール弁体３０において、凹み部３４は、少なくとも開放時対向部３３の少なくとも一部の範囲に形成されている。具体的には、凹み部３４は、ボール弁体３０において、閉鎖時接触部３２よりもボール弁体３０の回転方向においてボール弁体貫通孔３１の下流側開口部３１ａ側に形成されており、凹み部３４は、閉鎖時接触部３２には形成されていない。例えば、閉鎖時接触部３２と開放時対向部３３とが重なっていない場合は、凹み部３４は、開放時対向部３３の全体を含んで形成されていてよく、または、開放時対向部３３の一部を含んで形成されていてもよい。一方、閉鎖時接触部３２と開放時対向部３３とが重なっている場合は、凹み部３４は、開放時対向部３３の全体を含んでおらず、閉鎖時接触部３２と開放時対向部３３とが重なる部分よりもボール弁体３０の回転方向において下流側開口部３１ａ側に広がる開放時対向部３３を含んで形成されていてよく、または、閉鎖時接触部３２と開放時対向部３３とが重なる部分よりもボール弁体３０の回転方向において下流側開口部３１ａ側に広がる開放時対向部３３の一部を含んで形成されていてもよい。また、凹み部３４は、閉鎖時接触部３２の部分には形成されていない。

凹み部３４は、例えば、図４〜６に示すように、球面又は略球面の一部である凹み部底面３４ａを有している。凹み部底面３４ａが沿う球面は、閉鎖時接触部３２が沿う球面と中心点が同じ又は略同じであり、凹み部底面３４ａが沿う球面の径は、閉鎖時接触部３２が沿う球面の径よりも小さくなっている。凹み部底面３４ａが沿う球面は、閉鎖時接触部３２が沿う球面と中心点が異なっていてもよい。また、凹み部３４は、図４〜６に示すように、凹み部底部３４ａとボール弁体３０の凹み部３４に隣接する外表面３０ａとを滑らかに接続する部分であるつなぎ部３４ｂを有している。つなぎ部３４ｂの少なくとも一部は、回動するボール弁体３０におけるシール部材５０の軸線Ｘ２方向の投影部分の範囲内に位置している。より具体的には、つなぎ部３４ｂの少なくとも一部は、回動するボール弁体３０におけるシール部材５０のボール弁体接触部５２の軸線Ｘ２方向の投影部分の範囲（以下、シール部材投影範囲、ともいう。）内に位置している。

凹み部３４は、例えば、図４，６に示すように、下流側開口部３１ａの周りに近接して設けられており、軸部３７よりもボール弁体３０の回転方向において下流側平坦面３８側の部分が欠けている球帯状に延びている。また、凹み部３４は、ボール弁体貫通孔３１の延び方向（ボール弁体貫通孔３１ａの軸線Ｘ３方向）において、下流側開口部３１ａと、軸部３７よりも下流側開口部３１ａ側の位置との間に延びている。凹み部３４において凹み部底面３４ａは、軸部３７よりもボール弁体３０の回転方向に下流側平坦面３８側の部分が欠けている球帯面であり、ボール弁体貫通孔３１の軸線Ｙ３周り方向の一対の端部に端縁３４ｃが夫々形成されている。端縁３４ｃは、円弧を描いており、軸線Ｘ３周りに軸部３７よりも下流側平坦面３８側に位置している。また、ボール弁体貫通孔３１の軸線Ｘ３方向における上流側開口部３１ｂ側の凹み部３４の端縁には、図６に示すように、凹み部底面３４ａとボール弁体３０の外表面３０ａとの間に延びる段差面３４ｄが形成されている。また、凹み部３４においてつなぎ部３４ｂは、凹み部底面３４ａの端縁３４ｃと、凹み部３４にボール弁体貫通孔３１の軸線Ｘ３周りに方向において接するボール弁体３０の外表面３０ａとの間に延びている曲面である。凹み部底面３４ａにおいて一対の端縁３４ｃは、下流側平坦面３８に対して、ボール弁体貫通孔３１の軸線Ｘ３周りに対称又は略対称の位置に設けられており、同様に、つなぎ部３４ｂは、下流側平坦面３８に対して、ボール弁体貫通孔３１の軸線Ｘ３周りに対称又は略対称の位置に設けられている。

より具体的には、図６に示すように、凹み部底面３４ａの端縁３４ｃは、ボール弁体貫通孔３１の軸線Ｘ３を含む平面上に位置しており、図６に示すように、ボール弁体３０をボール弁体貫通孔３１の軸線Ｘ３方向に見た場合、端縁３４ｃは直線に見える。また、つなぎ部３４ｂは、端縁３４ｃの描く円弧が立体的に平行移動して形成された曲面である。より具体的には、図１４に示すように、下流側開口部３１ａの径は一定であるため、凹み部底面３４ａにおける下流側開口部３１ａの部分と、ボール弁体３０の外表面３０ａにおける下流側開口部３１ａの部分とは、ボール弁体貫通孔３１の軸線Ｘ３方向における高さが異なっている。凹み部底面３４ａにおける下流側開口部３１ａの部分は、ボール弁体３０の外表面３０ａにおける下流側開口部３１ａの部分よりも、軸線Ｘ３方向において内部側に位置している。また、つなぎ部３４ｂにおける下流側開口部３１ａの部分は、凹み部底面３４ａにおける下流側開口部３１ａの部分と、ボール弁体３０の外表面３０ａにおける下流側開口部３１ａの部分とを滑らかにつないでいる。つなぎ面３４ｂは、このつなぎ部３４ｂにおける下流側開口部３１ａの部分に沿って、凹み部底部３４ａの端縁３４ｃ（端縁３４ｃが描く線）を平行移動して形成した曲面である。このように、つなぎ面３４ｂは、凹み部底部３４ａとボール弁体３０の外表面３０ａとを滑らかに接続している。

ボール弁体３０の開放状態において、凹み部３４は、シール部材５０のボール弁体接触部５２に対向しており、本実施の形態においては、凹み部３４はボール弁体接触部５２に環状に接触している。なお、上述したように、ボール弁体３０の開放状態において、凹み部３４はボール弁体接触部５２に接触していなくてもよい。ボール弁体３０の開放状態においてシール部材５０がボール弁体３０に環状に接触しておらず、ボール弁体３０と弁本体１０の内周面１４ｂとの間が封止されていなくても、流路２における弁本体１０とカバー部材２０との間の隙間はＯリング６０によって封止されており、流路２から流体が漏れることはない。シール部材５０が凹み部３４に接する場合、シール部材５０の姿勢を安定させることができる。

次いで、上述した構成を有するボールバルブ１の動作について説明する。図３に示すような、ボール弁体貫通孔３１がシール部材５０の開口部５１に連通しないボール弁体３０の閉鎖状態において、シール部材５０のボール弁体接触部５２はボール弁体３０の閉鎖時接触部３２と環状に接触している。これにより、ボール弁体３０と弁本体１０の内周面１４ｂとの間がシール部材５０によって封止され、弁本体１０の上流側開口部１１から流入してくる流体がシール部材５０を超えて下流側に流出することが防止されている。一方、図２に示すような、ボール弁体貫通孔３１下流側開口部３１ａがシール部材５０の開口部５１に収容されたボール弁体３０の開放状態において、ボールバルブ１の流路２（弁本体貫通孔１０ｈ及びカバー部材貫通孔２０ｈ）とボール弁体貫通孔３１とは連通し、弁本体１０の上流側開口部１１からカバー部材２０の下流側開口部２２に向かって流体を流すことができる。モータ４０によりボール弁体３０が回動され、ボール弁体３０は開放状態と閉鎖状態との間を動く。

上述のように、ボールバルブ１のボール弁体３０において、凹み部３４は、ボール弁体３０の開放時対向部３３の全体に形成されておらず、図６に示すように、下流側平坦面３８と上流側平坦面３９との間において軸部３７よりも下流側平坦面３８側の開放時対向部３３の部分には凹み部３４は形成されていない。このため、ボール弁体３０の開放状態において、シール部材５０の凹み部３４に接触する部分は、シール部材５０の凹み部３４ではない部分（ボール弁体３０の外表面３０ａ）に接触する部分よりも弱くボール弁体３０に押し付けられている。ボール弁体３０が開放状態から閉鎖方向に回動される際、モータ４０は、ボール弁体３０とシール部材５０との間の接触により発生する静止摩擦力に抗してボール弁体３０を回動させなければならない。従来の凹み部３４を有しないボールバルブにおいては、ボール弁体が開放状態から閉鎖方向に回動される際、ボール弁体のシール部材との接触部のボール弁体の軸部よりも上流側平坦面側の部分がシール部材に押しけられる方向に動くため、この部分に他の部分よりも大きな静止摩擦力が発生することになる。これに対して、本発明の実施の形態に係るボールバルブ１においては、このボール弁体３０が開放状態から閉鎖方向に回動される際に他の部分よりも大きな静止摩擦力が発生する部分に、つまり、ボール弁体３０開放時対向部３３の軸部３７よりも上流側平坦面３９側の部分（以下、押し付け部分ともいう。）に、ボール弁体３０の外表面３０ａよりも内部側に凹んだ凹み部３４が形成されているので、押し付け部分はシール部材５０に従来のように強く押し付けられることはなく、この押し付け部分に従来のように大きな最大静止摩擦力部分が発生することはない。このため、ボールバルブ１においては、ボール弁体３０の開放状態からの回動時にシール部材５０から受ける摺動抵抗を低減することができ、ボール弁体３０が回動時にシール部材５０から受ける摺動抵抗を低減することができる。

また、ボール弁体３０においては、図６に示すように、凹み部３４が開放時対向部３３の上述の押し付け部分よりもボール弁体貫通孔３１の軸線Ｘ３に向かって延びており、下流側開口部３１ａまで至っている。このため、ボール弁体３０の回動時にシール部材５０から受ける摺動抵抗をより広い範囲で低減することができる。

また、回動するボール弁体３０におけるシール部材５０の軸線Ｘ２方向の投影部分の範囲内（シール部材投影範囲内）において、上述のボール弁体３０においてはシール部材５０が摺動するボール弁体３０において、凹み部底面３４ａとボール弁体３０の外表面３０ａとは、つなぎ部３４ｂによって滑らかに接続されている。このため、ボール弁体３０がシール部材５０に対して摺動しても、シール部材５０はベール弁体５０に滑らかに接触し、ボール弁体３０の回動時におけるシール部材５０の姿勢を安定させることができる。このため、ボール弁体３０が閉鎖状態になる際のシール部材５０の姿勢を望ましい姿勢に維持することができ、ボール弁体３０が閉鎖状態におけるシール部材５０のシール性能を安定して維持することができる。

閉鎖時においては、凹み部３４よりも外周側に出っ張った閉鎖時接触部３２において、言い換えると、凹み部３４よりも径方向において高い位置にある閉鎖時接触部３２において、シール部材接触部５２は弁本体３０に接触する。このため、閉鎖時においてシール部材５０は開放時に比べてより深くボール弁体３０に押し付けられ、閉鎖時におけるシール部材５０の封止性を高めることができる。このように、ボールバルブ１は、閉鎖時におけるシール部材５０の高い封止性を維持しつつ、シール部材５０に加わる摺動抵抗を低減させることができる。

上述のように、本発明の実施の形態に係るボールバルブ１によれば、ボール弁体３０とシール部材５０との間に発生する摺動抵抗を低減させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における、各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。

例えば、凹み部３４は、下流側開口部３１ａの周りに球帯状に設けられているとしたが、凹み部３４は、他の形状で（又は範囲に）設けられていてもよい。凹み部３４は、回動するボール弁体３０におけるシール部材５０のボール弁体接触部５２の軸線Ｘ２方向の投影部分の範囲内（シール部材投影範囲）の一部又は全部に広がっていてもよい。但し、凹み部３４は、閉鎖時接触部３２には形成されていない。また、凹み部３４は、シール部材投影範囲を超えて、閉鎖時接触部３２を除いたボール弁体３０の外表面３０ａに広がっていてもよい。

また、凹み部３４のつなぎ部３４ｂは、凹み部底面３４ａの端縁３４ｃが立体的に平行移動して形成された曲面としたが、つなぎ部３４ｂの形状は他の形状であってもよく、例えば、他の曲面や平面、曲面と平面の組み合わせであってもよい。また、つなぎ部３４ｂは、回動するボール弁体３０におけるシール部材５０のボール弁体接触部５２の軸線Ｘ２方向の投影部分の範囲ではない凹み部３４の端縁に設けられていてもよい。例えば、凹み部３４において、段差面３４ｄが形成されている端縁にもつなぎ部３４ｂが形成されていてもよい。この場合、凹み部３４は段差面３４ｃを有さない。また、凹み部３４は、つなぎ部３４ｂを有していなくてもよい。

また、シール部材５０の断面形状は、Ｕ字状又は略Ｕ字状に形成されているとしたが、シール部材５０の断面形状は他の形状であってもよい。例えば、シール部材５０の断面形状は、Ｖ字状又は略Ｖ字状に形成されていてもよく、Ｊ字又は略Ｊ字状に形成されていてもよく、他の曲線状、直線状に形成されていてもよい。

１…ボールバルブ、２…流路、１０…弁本体、１０ａ…上端面、１０ｂ…下端面、１０ｈ…弁本体貫通孔、１１…上流側開口部、１２…下流側開口部、１４…弁室、１４ａ…内周曲面、１４ｂ…内周面、１５…出力軸挿通孔、１６…軸支持孔、１７…ボールバルブ側連結部、２０…カバー部材、２０ｈ…カバー部材貫通孔、２０ａ…外周壁、２０ｂ…上流側端面、２１…上流側開口部、２２…下流側開口部、２３…シール部材係合凸部、３０…ボール弁体、３０ａ…外表面、３１…ボール弁体貫通孔、３１ａ…下流側開口部、３１ｂ…上流側開口部、３２…閉鎖時接触部、３３…開放時対向部、３４…凹み部、３４ａ…凹み部底面、３４ｂ…つなぎ部、３４ｃ…端縁、３４ｄ…段差面、３５ａ，３５ｂ…平坦面、３６…出力軸嵌合凹部、３７…軸部、３８…下流側平坦面、３９…上流側平坦面、４０…モータ、４１…モータ出力軸、４２…出力軸嵌合凸部、４３…モータ側連結部、５０…シール部材、５０ａ…凹部、５１…開口部、５２…ボール弁体接触部、５３…内側片、５４…外曲面、５５…嵌合凹部、５６…接触部、６０，６１…Ｏリング

Claims (6)

1. 弁本体貫通孔が設けられた弁本体と、
   前記弁本体に取り付けられて前記弁本体貫通孔と連通するカバー部材貫通孔が設けられたカバー部材と、
   前記弁本体に対して回動可能に軸支され、前記弁本体の前記弁本体貫通孔と前記カバー部材の前記カバー部材貫通孔とにより形成された流路と連通可能に設けられたボール弁体貫通孔を有するボール弁体と、
   前記ボール弁体と前記弁本体との間に設けられた前記流路と前記ボール弁体との間を封止するための環状のシール部材とを備え、
   前記シール部材は、前記ボール弁体貫通孔が前記シール部材の開口部に連通しない状態において、前記ボール弁体に接触する環状のボール弁体接触部を有しており、
   前記ボール弁体は、前記ボール弁体貫通孔が前記シール部材の開口部に連通しない状態において、前記ボール弁体接触部に接触する環状の部分である閉鎖時接触部と、前記ボール弁体貫通孔の少なくとも一部が前記シール部材の開口部に連通した状態において、前記シール部材の前記ボール弁体接触部に対向する環状の部分である開放時対向部と、前記閉鎖時接触部よりも内部側に凹んでいる凹み部とを有しており、
   前記ボール弁体において、前記凹み部は、少なくとも前記開放時対向部の少なくとも一部の範囲に形成されていることを特徴とするボールバルブ。
2. 前記凹み部は、前記ボール弁体において、前記閉鎖時接触部よりも前記ボール弁体貫通孔の前記一方の開口の側に形成されていることを特徴とする請求項１記載のボールバルブ。
3. 前記凹み部は、前記ボール弁体において、回動する前記ボール弁体における前記シール部材の該シール部材の軸線方向の投影部分の少なくとも一部に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のボールバルブ。
4. 前記閉鎖時接触部は球面の一部であり、前記凹み部の少なくとも一部は他の球面の一部であり、前記凹み部の前記少なくとも一部の径は、前記閉鎖時接触部の径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のボールバルブ。
5. 前記凹み部は、前記凹み部ではない部分に接続するつなぎ部を少なくとも１つ有しており、前記つなぎ部は、前記凹み部ではない部分に滑らかに接続することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のボールバルブ。
6. 前記つなぎ部の少なくとも一部は、前記ボール弁体において、回動する前記ボール弁体における前記シール部材の該シール部材の軸線方向の投影部分の範囲内に位置していることを特徴とする請求項５記載のボールバルブ。

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