JP2556972B2 - バルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、流動通路を備えたハウジングと、回転体ま
たは部分回転体の形状をし、流動通路に回転自在に配置
され、かつ開口を備えた閉鎖部材と、前記閉鎖部材と前
記ハウジングの間に配置されたシール部材とからなるバ
ルブに関する。

従来の技術 球体バルブの良好な流動および閉鎖特性はよく知られ
ている。それがためにこのバルブはしゃ断弁として一般
に用いられる。球体バルブを制御バルブとして用いるこ
ともますます一般的となってきている。良好な流動特性
に加えて、このバルブは良好な制御特性を示すものであ
り、さらにまた大抵の場合、従来の制御バルブと異なっ
てシール機能がよい。この制御バルブによって緊密に閉
鎖すれば、制御系統に別のしゃ断弁を設ける必要はな
い。

制御バルブが優秀であるためには作動に必要な力、ま
たはモーメントは、作動手段が大きくなって動きがおそ
くならないように低くなければならない。この要件は、
球体がハウジングにとりつけられたシールに圧力作用に
より押しつけられる構造の球体バルブは小さいサイズで
しか制御用途に用いられないという結果をもたらす。こ
の種のバルブが必要とするモーメントは、摩擦半径、す
なわち球体の径の増加により急速に増加する。

制御用の緊密閉鎖球体バルブはしばしば次のような構
成を有する。すなわち、球体はベアリングに回転自在に
担持され、球体シールは、バネと圧力の作用によりハウ
ジング内を流動通路の方向に球体に対して可動である。

発明が解決しようとする問題点 この種の均一閉鎖球体バルブに伴う欠点は、バルブの
制御時における、すなわち球体が部分的に開いた位置に
あるときにおける、球体に対する球体シールの絶え間な
い摩擦である。特に流体の流入側では、制御時に生じる
差圧の作用によりシールは押されて球体と接触する。し
かしながら、球体は部分的に開いているのみなので、そ
の接触はシールの全シール面ではない。その結果はシー
ル面の不均一な摩耗であり、新たな摩擦を生じさせ、モ
ーメントを追加しなければならない原因となる。また、
長期間の使用のうちには漏れをも生じさせる。増加し
た、不均一な摩擦は、バルブが制御時に動かなくなって
しまう原因となり、その結果作動手段はオーバーシュー
トしてしまう。また、空気作動手段を用いた場合には装
置が振動し続けることともなる。

これらの欠点を除去するために試みがなされてきた。
その１つは、制御時にシールを押して球体との接触を外
す機械的要素を用いてシールの接触を解除しようとする
ものであり、他の１つは、水力とバネ力のバランスをと
ることによりシールが球体に押しつけられないようしよ
うとするものである。後者の場合には、シールは閉鎖位
置では機械的または水力的な要素により球体に対して押
しつけられる。上述のために必要な余分の要素は製造コ
ストの増加および故障原因の増加をもたらし、また装置
をかさ張らせて取扱上それだけ厄介なものとする。

そこで本発明の目的は、制御用途に用いるのに適し、
かつ球体の制御時に球体とシールの間に摩擦接触がおこ
らない緊密閉鎖球体バルブを提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明のバルブは、流動通路を備えたハウジングと、
回転体の形状を有し、開口を備え、かつ前記流動通路に
回転自在に配置された閉鎖部材と、閉鎖部材とハウジン
グの間に配置されたシール部材からなり、閉鎖部材は流
動通路を閉じる閉鎖位置と、流動通路が開かれる開口位
置との間を回転可能であり、閉鎖部材が閉鎖位置にある
とき、前記開口は流動通路から締め切られるようになさ
れ、閉鎖部材の回転体が閉鎖位置から開口位置へ回転さ
れるときに前記開口と流動通路間が連通されるようにな
っている。

このバルブにおいて、本発明の特徴は、 シール部材とハウジングの間には空間があり、シール
部材には、少なくとも１つの通路が設けられ、該通路
は、バルブが閉鎖位置にあるときは、空間内の圧力が充
ちて閉鎖部材に対してシール部材を押しつけるように前
記空間と流動通路が連通し、また、バルブを開いたとき
は、前記流動通路と閉鎖部材の開口との間の連通が最初
に形成され、それによって、バルブを開いたときの流れ
が、前記シール部材の通路の入口に吸引力を生じさせ、
前記空間の圧力をシール面に作用する圧力より低くなる
ように減少させるようにした位置であって、前記シール
部材のシール面の近傍位置に設けられたことを特徴とし
ている。

作用 このような構成により、シール部材には、ハウジング
との間に形成された空間に連通する通路が設けられ、バ
ルブが閉鎖位置にあるとき、流動通路の流入側からシー
ル部材の開口を介して空間内に圧力が充たされる。この
圧力は、シール部材を閉鎖部材に対して押し付けること
により、シール効果が向上する。

また、バルブを開くときは、流動通路と閉鎖部材の開
口との間の連通が最初に形成され、それによって、バル
ブを開いたときの流れが、シール部材の通路の入口に吸
引力を生じさせ、これにより前記空間の圧力はシール部
材の通路を通って、その開口の外に排出される。このた
め、シール部材とハウジングとの間の空間は、シール面
の開口近傍位置の圧力より低くなるように減少するの
で、シール部材は閉鎖部材に対して後退する。

この結果、閉鎖部材はシール部材によって押圧されな
いので、容易に回転させることができる。

実施例 本発明とその詳細を以下添付図面を参照しながらより
詳しく説明する。

さて第１図を参照すると、この図には、バルブハウジ
ングと、閉鎖部材として作用する球体２と、環状のシー
ル部材３の詳細が表わされている。この図は、球体の回
転軸に対して直角の断面を、外に向うシャフトの方向、
すなわち大抵の場合上から眺めたものである。この断面
は、流動口の中心線の高さで、すなわちメージャー・サ
ークル、換言すれば最も大きな円のところで切ったもの
である。ハウジングは、流動口として流動通路４を有
し、この通路の中心線は参照番号５で示してある。流れ
の方向は矢印Ａで示してある。球体は開口６により貫通
されており、球体は図面の面に対して垂直の軸のまわり
を回動自在である。矢印Ｂの方向に回転させるとバルブ
が開く。

ハウジング１は、直径がD1の円筒形の凹所を有し、そ
の中にはシール部材３が配置されている。図２におい
て、シール部材３は、環状のシール面７を有し、このシ
ール面７は、閉鎖位置において球体に当接する。シール
部材の後部には肩部があるので、ハウジング内において
シール部材の後部と肩部との間に環状の後部空間８が規
定され、その中には、バネ９が配置されている。後部空
間のどちらの側にもパッキング10、11、例えばＯ−リン
グが設けられており、バルブの中間の空間および流動通
路の流入側に対して後部空間をシールする。孔（通路）
12が後部空間から延びてシール面７の流入側の縁部に近
い位置に開口している。この孔は、球体の回転軸に対し
て直角であって、かつハウジングを貫通する流動通路の
中心と一致する平面上に位置するのが好ましい。シール
の内面には、シール面の他に、D2の外径を有し、かつ前
記孔が開口するところの環状の凹所13がある。

第１図のバルブが閉鎖位置にあるとき、流入側の圧力
は孔12を通ってシール部材の後部空間８に至る。そし
て、外径D1と内径D2を有する環状の圧力領域に生じた圧
力が、シール面７を球体２に対して押しつける。流体の
圧力に加えて、バネ９のバネ力もまたシールに力を作用
する。球体を開くためにこれを矢印Ｂの方向に回転させ
始めると、すき間がまず球体とシールの間であって、流
動口の中心線の高さのところ、すなわち孔12の近くに開
口する。流入側と流出側の間の差圧によりこのすき間に
は速い流れが生じ、この流れは孔の入口のところに吸引
力を生じさせる。その結果、後部空間８の圧力は前記孔
を通って排出され、シール面に作用するバルブの中間の
空間内の圧力よりも低い値となる。そのためシールは押
されて球体から外れる。球体はこの後、シールがもはや
押しつけられていないので最小のモーメントでもって回
転させることができる。

第３図には本発明の別の適用例が示されている。そこ
に示したシールは複動式である、換言すれば、バルブ内
の流れの方向は第１、２図におけるのと同じでもよい
し、その逆でもよい。第２図に示した構成要素の他に、
第３図の実施例はシールリング（シール部材）３の回り
に摺動自在に配置されたスリーブ14を設けている。この
スリーブの前端部は、シール部材３の肩部に当接し、ま
た、ハウジングに形成した肩部15がスリーブ14の後端部
に対面している。スリーブの前端部は、面取りされてお
り、これにより、空間24がスリーブ14の前端部とシール
部材３との間に形成される。スリーブとシールリングの
間には直径D3上にパッキング16、例えばＯ−リングが設
けられている。直径D3はD2と比べ等しいか、またはより
小さいのが好ましい。Ｏ−イング10がスリーブとハウジ
ングの間に配置されている。スリーブの内面は肩部21を
有し、シールリングの肩部22がこれと向き合っている。
これらの間には空間23がある。孔12はこれらの肩部を貫
通して、スリーブの後部空間８に至っている。

第３図において流れの方向が右から左である場合に
は、シールは、第１、２図のシールと同じように作動す
る。流れの方向が左から右である場合には、中間の空間
の方向からくる遮断されるべき圧力は、閉鎖位置におい
て、スリーブ14の斜に切った端面とシールリング３の間
の環状の空間に導かれる。この空間の圧力領域はD3の内
径と、シール面７の外径と等しい外径を有し、スリーブ
を肩部15に対して押しつける。するとシール部材３は
「反対作用（counterreaction）」により付勢されて球
体と接触し、バルブは閉鎖位置において緊密にシールさ
れる。バルブを開き始めると、左から右への勢いのよい
流れが孔のところに生じ、その結果、後部空間８の圧力
が第３図の実施例においても低下する。圧力はまた肩部
21と22の間の空間23においても低下する。さらに、吸引
作用がシールリング３とハウジングの間の、シールリン
グを囲むすき間に生じ、スリーブの斜に切った端面に接
する空間24の圧力も低下する。これによりシールの解除
が行なわれる。

第４図にはバネ９のかわりにブローシールを用いた単
動シールが示されている。シールリング３の後ろには、
ハウジングに環状の凹所17が加工形成されており、ベロ
ー18はこの凹所に配置されている。球体側のベローシー
ルの端部は、第１図〜第３図の実施例の場合と同じよう
に配置された孔12を有する。ベローの内側には内部シェ
ル19が取りつけられており、この内部シェル19は、シー
ルリング３の側で締まりばめされてベロー18を連結させ
ており、ハウジング１にはすべりばめされている。内部
シェルとハウジングの間にはＯ−リング11が配置されて
いる。後部空間８に対応する室20がベローと前記内部シ
ェルとの間に形成される。ベローはパッキング10にも取
って代わる。このシールは第１、２図に示したシールと
同じように作動する。

本発明はこれまでに説明した実施例にのみ限定される
ものではない。すなわち、本発明は特許請求の範囲に記
載した範囲内において様々な変更が可能である。閉鎖部
材の形状は、球面のかわりに、他の回転面の形状、例え
ば円筒形または円すい形でもよい。凸状の回転面の軸方
向断面もまた、例えば楕円形でもよい。

発明の効果 以上説明したことから明らかなように、本発明は、バ
ルブの通路を閉鎖する閉鎖部材に対してシール作用をも
たらすシール部材が、バルブの閉鎖時には、シール部材
のシール面が閉鎖部材を押圧するように圧力が働き、ま
た、バルブの開放時には、反対に、シール部材を閉鎖部
材から後退させるので、閉鎖部材を回転させるときに生
じるシール面の摩耗をなくすとともに、閉鎖部材の回転
モーメントを低減させるので、バルブの作動を容易に行
うことができる。

また、バルブの開閉動作に応答して、シール部材のシ
ール作用を圧力差により自動的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、単動シールを備えた、本発明によるバルブの
部分断面図であって、流動通路の中心線に沿って切った
ところを軸方向から眺めたものである。 第２図は、第１図のシールの構成要素を示す側断面図で
ある。 第３図は、本発明によるバルブの複動シールの詳細を示
す側断面図である。 第４図は、本発明によるバルブの単動ベローシールの詳
細を示す側断面図である。 １……ハウジング、２……閉鎖部材、 ３……シール部材、４……流動通路、 ６……開口、７……シール面、 後部空間……8,23,24,20、 12……通路（孔）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−141469（ＪＰ，Ａ) 特公 昭39−10792（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭46−38866（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流動通路（４）を備えたハウジング（１）
   と、回転体の形状を有し、開口（６）を備え、かつ前記
   流動通路（４）に回転自在に配置された閉鎖部材（２）
   と、閉鎖部材（２）とハウジング（１）の間に配置され
   たシール部材（３）からなり、 閉鎖部材（２）は流動通路（４）を閉じる閉鎖位置と、
   流動通路（４）が開かれる開口位置との間を回転可能で
   あり、閉鎖部材（２）が閉鎖位置にあるとき、前記開口
   （６）は流動通路（４）から締め切られるようになさ
   れ、閉鎖部材（２）の回転体が閉鎖位置から開口位置へ
   回転されるときに上記開口（６）と流動通路（４）の間
   が連通されるようになったバルブにおいて、 シール部材（３）とハウジング（１）の間には空間（8,
   20）があり、シール部材（３）には、少なくとも１つの
   通路（12）が設けられ、該通路（12）は、バルブが閉鎖
   位置にあるときは、空間内の圧力が充ちて閉鎖部材
   （２）に対してシール部材（３）を押しつけるように前
   記空間と流動通路（４）が連通し、また、バルブを開い
   たときは、前記流動通路（４）と閉鎖部材（２）の開口
   （６）との間の連通が最初に形成され、それによって、
   バルブを開いたときの流れが、前記シール部材（３）の
   通路の入口に吸引力を生じさせ、前記空間の圧力をシー
   ル面（７）に作用する圧力より低くなるように減少させ
   るようにした位置であって、前記シール部材（３）のシ
   ール面（７）の近傍位置に設けられていることを特徴と
   するバルブ。
2. 【請求項２】シール部材（３）の前記通路（12）は、前
   記空間（8,20）から延びて閉鎖部材（２）の回転軸に対
   して直角の面において最大断面積となるように開口し、
   かつ前記閉鎖部材（２）が最初にシール部材（３）から
   分離する流動通路（４）の側に設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のバルブ。
3. 【請求項３】シール部材（３）は、前記空間から延びた
   通路（12）が、閉鎖部材（２）の流入の流入側に開口し
   て位置することを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項に記載のバルブ。
4. 【請求項４】シール部材（３）は、前記空間から延びた
   通路（12）が、閉鎖部材（２）の流出側に開口して位置
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項に記載のバルブ。
5. 【請求項５】シール部材（３）とハウジング（１）の間
   に、シール部材（３）を囲むようにして、軸方向に可動
   のスリーブ（14）が配置されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第４項に記載のバルブ。
6. 【請求項６】バルブが、シール部材（３）を閉鎖部材
   （２）の方向に付勢するバネ手段を備えていることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項に記載のバルブ。