JP2671233B2 - 回転型弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、中空半球状に形成され、その一部周面に流
量特性部としての開口部を有するバルブプラグを備えた
回転型弁に関するものである。

〔従来の技術〕

例えぱ、空調用の冷温媒体を制御するために使用され
る弁としては、圧力、温度、腐食等の条件については比
較的狭く、且つさほど厳密（耐圧:10Kg・f/cm²程度、温
度：常温〜200℃）を要しない範囲に限定される等の条
件を満たし、また特に量産に適するものとして回転型弁
が知られている。この種の回転型弁は、第12図に示すよ
うに球面着座部２を有する中空半球状のバルブプラグ１
を弁本体（図示ぜず）内に組み込み、これを弁軸３によ
って外部から回動させることで、シートリング４の開口
面積を変化させ流量制御を行うようにしたものである。
球面着座部２は球心をバルブプラグ１の中心と一致させ
てバルブプラグ１の外周面に形成され、その略半分の面
が流体締切壁５を形成し、他の半分の面には流量特性部
を形成する開口部６が開設されている。シートリング４
は筒状体に形成されて弁軸３の軸線と略直交するように
弁本体内に配設され、その一端側開口端面がバルブプラ
グ１の球面着座部２と当接することで着座面７を形成し
ている。

このような構成において、弁軸３によってバルブプラ
グ１を回動させ、開口部６をシートリング４の開口と対
応一致させると全開状態となり、流体仕切壁５でシート
リング４の開口を完全に閉塞すると全閉状態となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このようを従来の回転型弁にあって
は、加工条件から開口部６をバルブプラグ１の切欠端面
８より切り欠いて設けているため、強度的に弱く、弁軸
３から強い回転駆動力を繰り返し受けていると、バルブ
プラグ１が切欠部９からゆがみ、変形を生じることがあ
った。この変形は全閉時に締切壁面５にも及ぶため、弁
の締切性能が低下し液漏れを生じると云う問題があっ
た。

また、特に開口部６の低開度部分はＶ字形のため、そ
の尖った先端部分の加工に限界があり、流量特性に連続
した高い直線性をもたせることができない。

したがって、本発明は上記したような従来の問題点に
鑑みてなされたもので、その目的とするところは、比較
的簡単な構成でバルブプラグの強度を増大させ、回転駆
動力による変形およびこの変形に伴う全閉時の流体の漏
洩を確実に防止し、締切性能を向上させると共に、開口
部の流量特性に連続した高い直線性をもたせることがで
きるようにした回転型弁を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するためになされたもので、
中空半球状に形成されて外周面が球面着座部を形成し弁
本体内に回動自在に配設されたバルブプラグと、このバ
ルブプラグに一端が連結され他端部が前記弁本体の外部
へ突出する弁軸と、この弁軸と略直交するように前記弁
本体内に配設され一端側開口端面に前記バルブプラグの
球面着座部が当接する着座面を有する円筒状のシートリ
ングとを備え、前記球面着座部の全閉時において前記シ
ートリングに対応する部分を流体締切壁とし、全開時に
おいて前記シートリングに対応する部分に流量特性部と
しての開口部をバルブプラグの切欠端面との間に閉塞端
辺を残して形成するとともに、この開口部の前記閉塞端
辺とは反対側端より前記流体締切壁方向に延在するＶ字
状の切溝と、この切溝と前記開口部との接続部に位置す
る台形溝を形成したことを特徴とする。

〔作用〕 本発明において、バルブプラグの開口部は切欠端面に
開放しない閉じた孔を形成する。開口部と切欠端面間の
端辺はバルブプラグの強度を増大させる。開口部に連通
して設けられ締切壁両側に延長する断面Ｖ字状の切溝
と、開口部と切溝との接続部に設けられた肉厚一定の台
形薄部とは、高い直線性をもった流量特性を得ることが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説
明する。

第１図は本発明に係る回転型弁の一実施例を示す断面
図、第２図はバルブプラグ、弁軸およびスタッドの斜視
図、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はバルブプラグの全
開状態、弁開状態および全閉状態を説明するための図で
ある。なお、図中第12図に示した構成部材と同一のもの
については同一符号をもって示す。これらの図におい
て、回転型弁10は、流路11を形成する流路孔12が貫通形
成された弁本体と13と、この弁本体13の内部中央に配置
され流路11を開閉制御する回転自在なバルブプラグ１
と、このバルブプラグ１を外部から回転操作する弁軸３
を備えている。

前記バルブプラグ１は、略半球状で内側がくりぬかれ
た殻構造体からなる弁体15と、この弁体15の上下面にそ
れぞれ一体に設けられた円筒状の軸受部16,17とで構成
され、弁体15の外周面には弁軸３の回転方向に長い帯状
の球面着座部２がパルププラグ１の球心Ｏと一致するよ
う突出形成されている。球面着座部２の長手方向略半分
の面は流体締切壁５とされ、その中央には平坦面（また
は凹曲面）からなる円形の切欠面18が形成されている。
この切欠面18は、バルブプラグ１が回転してもシートリ
ング４と接触することがなく、着座面７との間に補助的
流路隙間を形成する。

一方、球面着座部２の前記流体締切壁５とは反対側の
半分の面には流量特性部（例：イコールパーセント特
性）を形成する開口部６が形成されている。球面着座部
２は、前記弁本体１の上流側開口部19内に嵌合されたシ
ートリング４の内側開口端面、すなわち着座面７に当接
されており、その幅Ｄは、着座面７の内径Ａよりやや大
きく（Ｄ＞Ａ）設定されている。前記開口部６は、バル
ブプラグ１の切欠部９に開口しないように形成されるこ
とにより、全周にわたって閉塞した孔からなり、これと
前記切欠部９の一方の切欠端面8aとの間に設けられた端
辺20によってバルブプラグ１を補強している。

なお、開口部６は、バルブプラグ１の鋳造と同時に形
成され、その後所定の形状に仕上げ加工されることが望
ましい。

前記バルブプラグ１の上側軸受部16には前記弁軸３の
内端3aが同軸に嵌合されて溶接等により一体的に接合さ
れ、下側軸受部17は弁本体13の内底面中央部に突設した
スタッド21の上端部21aに回転自在に嵌合され、軸支さ
れている。

溶接に際しては第４図に示すように弁軸３の内端3aを
バルブプラグ１の上側軸受部16内に嵌合して位置決めし
た後、溶接トーチ20をバルブプラグ１の下側軸受部17か
らバルブプラグ１内に挿入し、その溶接始点姿勢を保持
した状態で、弁軸３とバルブプラグ１を一体に回転させ
ながら下端3aをその全周にわたって上側軸受部16の内側
開口縁に溶接固定する。溶接トーチ23を下側軸受部17よ
りバルブプラグ１内に挿入せず、バルブプラグ１の切欠
部９方向から溶接予定箇所に指向させ、溶接アークを飛
ばすことも考えられるが、その場合には、溶接部位のト
ーチのアングルが全周異なるため、ビードが平均化せ
ず、バルブプラグ21の曲がりの原因となり、望ましくな
い。

弁軸３の溶接後、バルブプラグ１の外周面は溶接歪み
除去を兼ねて仕上加工され、所定の曲率を持った球面着
座部２とされる。球面着座部２の仕上加工は、周知のな
らい加工、NC加工などでもよいが、別の加工方法として
既に同一出願人によって提案された新しいバルブプラグ
の加工方法（特願平２−215724号）によれば真球度の高
い球面を得ることが可能である。

この加工方法はバルブプラグをその中心線周りに回転
送りしながら、前記中心線と直交するように設けた回転
軸に偏心して取り付けられこの回転軸と共に回転する切
削刃を前進させてバルブプラグの外周面を球面に切削す
るものである。

前記シートリング４は、第１図に示すように両開口端
を段違いに内外径を形成した筒状体に形成されて、外周
面中央部分に一体に突設された環状のばね受け用突起24
を有し、前記弁本体13の流路孔12内に摺動自在に且つ回
転自在に嵌合されている。また、シートリンク４の反バ
ルブプラグ側端部外周はＯリング25によって軸回動自在
に軸支されている。したがって、シートリング４は、Ｏ
リング25を支点としてバルブプラグ１の球面着座部２に
ならって上下、左右方向に流路孔12との微小な隙間の範
囲内で回動可能とされ、これによって常時バルブプラグ
１の球心方向に指向される。また、シートリング４の外
周面で前記ばね受け用段部24とリテーナ26との間にはシ
ートスプリング27が介在されており、その弾発力によっ
てシートリング４を弁本体13の内方に付勢し、着座面７
をバルブプラグ１の球面着座部２に所定圧で圧接してい
る。

前記シートリング４の抜けを防止する前記リテーナ26
は、前記流路孔12に螺合され、その挿入端部がシートリ
ング４の反バルブプラグ側外周面に相対摺動可能に嵌合
し、また内周面には前記Ｏリング25が嵌着される環状溝
29が形成されている。

前記スタッド21は円柱状に形成され、その外周面中間
部には第２図に示すように鍔部21bが一体に突設され、
これより下方部分21cが前記弁本体13の内底面中央部に
凹設した凹部28（第１図）に嵌合されている。

前記弁軸３は、バルブプラグ１と共に回転型弁10の駆
動系を形成するもので弁本体13の上面開口部20にガスケ
ット31を介して嵌合され、不図示のボルトによって締結
固定された上蓋32の弁軸挿通孔33およびグランド孔34を
貫通して上蓋32の上方へ突出している。そして、弁軸３
の突出端部は自動調整弁として使用される場合、前記上
蓋32の上方にヨークを介して設置されるアクチュエータ
（図示せず）に連結され、手動操作される場合にはハン
ドル（図示せず）が取付けられる。

前記弁軸挿通孔33にはシート状カイド35とＯリング36
がそれぞれ嵌挿されている。前記シート状ガイド35は、
弁軸３の回転軸受を形成するもので、例えばフッ素樹脂
を基材とし、カーボン等をコンバインしたライニング材
でステンレス製多孔板の内側をライニングしたもので、
一部分が切欠かれて開放するＣ字状とされ、内径が前記
弁軸挿通孔33より若干小さく設定されている。

前記上蓋32の下面とバルブプラグ１の上面との間には
弁軸３のスラスト軸受を形成するワッシャ状軟質金属製
（黄銅、アルミニウム等）の薄板37が弁軸３に嵌挿され
て介在されている。

前記グランド孔34は、上蓋32の上面側に前記弁軸挿通
孔33と同軸に連通して形成された大径孔からなり、この
孔34と前記弁軸３の隙間にグランド部品38が嵌挿されて
おり、またグランド孔34の上側開口端部内周面には溝39
が形成され、この溝39にはグランド部品38の抜けを防止
するばね状抜け止めピン40が嵌着されている。

前記グランド部品38は、複数個のばね座金41、成形パ
ッキン42、パッキンリング43、Ｏリング44,45を備えた
グランドホロア46およびパッキンリング47とで構成され
ている。ばね座金41は、表裏を交互に反転させて前記グ
ランド孔34に嵌挿されている。成形パッキン４はヤーン
状のもので、切り口の位置を前記ばね座金41上に３層程
度積層される。グランドホロア46の下端部外径側と、上
端側内径側には前記Ｏリング44,45がそれぞれ嵌着され
る環状溝が形成されている。パンキンリング40と47は金
属ワッシャ状のもので、前記Ｏリング44,45を押さえる
ためのものである。

さらに前記弁本体13の内底面で前記スタンド21の下流
側には前記バルブプラグ１を第３図（ａ）に示す全開位
置と、同（ｃ）図に示す全閉位置に停止させるストッパ
50が上方に向かって一体に突設されている。ストッパ50
は、バルブプラグ１の切欠部９の各切欠端面8a,8bに当
接する高さを有するものであればよい。

このような構成において、バルブプラグ１は、弁軸３
によって第３図（ａ）時計方向に最大角度回動されて開
口部６がシートリング４の内側開口部と正対一致する
と、切欠部９の反開口部側切欠端面8bがストッパ50の一
側面50aに当接して全開位置に停止される。したがっ
て、この状態においては、上流側から送給される流体は
シートリング４および開口部６を通って下流側に流れ
る。

次に、この全開状態よりバルブプラグ１を反時計方向
に徐々に回動させていくと、開口部６がシートリング４
とずれてその開口面積が減少していく。そして、一定角
度回動されると、切欠面18がシートリンク４の着座面７
の内面に入り込むため、切欠面18と着座面７との間に同
（ｂ）図に示すように隙間Ｇが生じ、ここからも流体が
流れるようになる。したがって、この隙間Ｇを通過する
流量が開口部６を通過する流量に加算され、弁を流れる
流体の総流量を増加させる。この流量増加は切欠面18が
シートリング４の着座面７の内側に完全に入るまで継続
する。そして、バルブプラグ１が第３図（ｃ）反時計方
向に最大角度回動されてシートリング４を球面着座部２
の流体締切壁５で完全に閉じると、開口部側切欠端面8a
がストッパ50の他側面50bに当接して全閉位置に停止す
る。

かくしてこのような構成からなる回転型弁によれば、
バルブプラグ１の開口部６を孔とし、この開口部６と切
欠部９の切欠端面8aとの間に端辺20を設けているので、
従来の開口部が切欠部９に開放するバルブプラグと比較
して、強度を増大させることができる。したがって、プ
ラグ形状を良好に保持でき、弁軸３から強い回転駆動力
を繰り返し受けても歪んだり、変形したりすることが少
なく、全閉時における流体の漏洩を確実に防止でき、弁
の締切性能を向上させることができる。

第５図は本発明の他の実施例を示すバルブプラグの横
断面図、第６図は開口部の第５図Ａ矢視図、第７図は第
６図のVII−VII線断面図、第８図は第６図のVIII−VIII
線断面図、第９図は第６図のIX−IX線断面図、第10図は
第６図のＸ−Ｘ線断面図である。本実施例は、流量特性
を滑らかにし、微少流量をシビアに制御し得るようにす
るため、バルブプラグ１に形成される開口部６の一端に
締切壁面５側に延長する断面Ｖ字状の切溝55を設けりと
共に、開口部６と切溝55との接続部56に肉厚ｔが略一定
の台形溝部57を設けたものである。

第11図はバルブプラグの弁開度と流量の関係を説明す
るための図である。実線61は本発明による回転型弁によ
る流量特性、破線62は切溝55および台形溝部57を備えな
い従来の回転型弁による流量特性、イはＶ字状の切溝55
による制御域、ロは台形溝部57による制御域、ハは開口
部６による制御域をそれぞれ示す。この図から明らかな
ように切溝55と台形溝部57を設けると、従来の回転型弁
に比べて各制御域イ、ロ、ハにおける流量変化が滑らか
で、弁としての流量特性に連続した高い直接性を持たせ
ることができ、微少流量制御用弁として使用することが
可能である。

また、単にＶ字状の切溝55を形成しただけでは、開口
部６と切溝55との接続部の肉厚が薄くなって侵食され易
く、プラグ形状としては望ましくないが、本実施例のよ
うに台形溝部57を設けると、開口部６と切溝55との接続
部の最低肉厚を確保することができ、上記問題を解消す
ることができる利点を有する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る回転型弁は、バルブ
プラグの開口部を全周開閉塞した孔とし、バルブプラグ
の切欠部との間に端辺を設けたので、バルブプラグの強
度を増大させることができ、弁の回転駆動力によるバル
ブプラグの変形およびこの変形に伴い全閉時の流体の漏
洩を確実に防止し、弁の締切性能を向上させることがで
きる。また、開口部にＶ字状の切溝を連設し、その接続
部を台形溝部としているので、シビアに流量を制御する
ことができ、開口部の流量特性に連続した高い直線性を
もたせることができる。したがって、微少流量制御弁と
して使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る回転型弁の一実施例を示す断面
図、第２図はバルブプラグ、弁軸およびスタッドの斜視
図、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はバルブプラグの全
開状態、弁開状態および全閉状態を示す図、第４図はバ
ルブプラグと弁軸の溶接を説明するための図、第５図は
本発明の他の実施例を示すバルブプラグの横断面図、第
６図は開口部の第５図Ａ矢視図、第７図は第６図のVII
−VII線断面図、第８図は第６図のVIII−VIII線断面
図、第９図は第６図のIX−IX線断面図、第10図は第６図
のＸ−Ｘ線断面図、第11図はバルブプラグの弁開度と流
量の関係を説明するための図、第12図は従来のバルブプ
ラグとシートリングの斜視図である。 １……バルブプラグ、２……球面着座部、３……弁軸、
４……シートリング、５……流体縮切壁、６……開口
部、７……着座面、8a,8b……切欠端面、９……切欠
部、13……弁本体、20……端辺、32……上蓋、55……切
溝、57……台形溝部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−42281（ＪＰ，Ａ) 特開 昭46−3884（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−193166（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空半球状に形成されて外周面が球面着座
   部を形成し弁本体内に回動自在に配設されたバルブプラ
   グと、このバルブプラグに一端が連結され他端部が前記
   弁本体の外部へ突出する弁軸と、この弁軸と略直交する
   ように前記弁本体内に配設され一端側開口端面に前記バ
   ルブプラグの球面着座部が当接する着座面を有する円筒
   状のシートリングとを備え、前記球面着座部の全閉時に
   おいて前記シートリングに対応する部分を流体締切壁と
   し、全開時において前記シートリングに対応する部分に
   流量特性部としての開口部をバルブプラグの切欠端面と
   の間に閉塞端辺を残して形成するとともに、この開口部
   の前記閉塞端辺とは反対側端より前記流体締切壁方向に
   延在するＶ字状の切溝と、この切溝と前記開口部との接
   続部に位置する台形溝を形成したことを特徴とする回転
   型弁。