JP2769818B2 - 立型三方ボールバルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷水、温水、燃料油などの流体の流れの開
閉、切替えと共に、供給量すなわちバルブを流過する流
体の流量を調整するのに用いる立型三方ボールバルブに
関する。

（従来の技術） ボールバルブは、ボールに接続したステムを回転させ
て流路を開閉する構造であって、構造が簡単で、操作性
に優れ、シール性に優れるなどの特性を有している。特
に、三方ボールバルブは、切替用バルブとして、構造が
簡単で操作性に優れている。ボールバルブのこのような
特性を生かし、単に開閉操作や切替操作に用いるだけで
なく、流量調整にも用いる試みがなされた。しかし、通
常のボールバルブは流量がボールの回転角度に対してリ
ニアに変化せず、しかもボールの回転角度の僅かな変化
によって流量が著しく変化し開度50％程度ですでに最大
流量に達するので、希望するような精度の流量調整を行
えなかった。

このようなボールバルブを流量調整にも適するよう改
造した特公昭46−36786号公報、特開昭62−177373号公
報及び実開昭62−183173号公報などに記載のボールバル
ブがあるが、いずれも流入口と流出口を直線上に配置し
たストレート型のボールバルブであって、切替用の三方
ボールバルブにおいて、これを流量調整用になるものは
未だ提案されていないのが実情である。

（発明が解決しようとする課題） 特に、特公昭46−36786号公報に記載されたボールバ
ルブは、ボールの中心部に形成した円筒形の貫通孔の一
方の開口部をＶ字形に加工することが極めて困難であ
り、更に、流量がボールの回転角度に対して未だリニア
に変化せず、回転角度の微少な変化によって流量特性が
大きく変化するという課題も、同公報の第６図にみられ
るように余り改善されていない。

次に、特開昭62−177373号公報に記載されたボールバ
ルブは、上例より流量特性が優れているが、ボールの貫
通孔を加工するのに一方からのドリル加工と他方からの
フライスカッター加工とが必要で、加工に多くの労力と
費用が掛かる欠点を有している。

また、実開昭62−183173号公報記載のボールバルブで
は、流量特性が一層改善されているものの、貫通孔の少
なくとも一部に形成したスリット部の加工に、上例より
更に一層の労力と費用を要するという欠点がある。

本発明は、上述した各ボールバルブが有する欠点を解
消し、例えばコントローラからの信号に応じてバルブの
開度を変えて流量を調整するバルブとして、流量特性に
優れ、簡易な構造で経済性、信頼性に優れた立型三方ボ
ールバルブを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明は、バルブ本体の
内部にステムにより回転させるボールを内蔵し、バルブ
本体にはステムと交叉する方向に設けた一対の流出入口
とバルブ本体の下端に設けた流出入口で略断面Ｔ字形の
流路を形成した立型三方ボールバルブにおいて、前記の
一対の流出入口側のバルブ本体の内部とボールの両面と
の間に一対のボールシートを装着してバルブ本体とボー
ルとの間を密封させ、前記下端側の流出入口をバルブ本
体とボールとの間の空間に連通させると共に、ボールの
表面に幅及び深さが比例的に流量を増大又は減少させる
溝を形成し、この溝は、ボールの赤道に沿って何れかの
ボールシートとボールの接触位置を基点として経度でほ
ぼ90度乃至180度の長さに設けることによりボールの回
転角度に沿って流量を調整するようにした。

（作用） 本発明の立型三方ボールバルブで、溝の長さが経度で
ほぼ90度の長さである場合について説明すると、一対の
流出入口のいずれも閉弁状態であるのは、溝がバルブ本
体とボールとの間の空間に面しており、いずれの一対の
流出入口にも面していない時である。この閉弁状態から
ボールを開弁方向に僅か回転操作すると、ボールの表面
に設けた溝が一対の一方の流出入口流路に覗くようにな
り、バルブ本体とボールとの間の空間と一対の一方の流
出入口側流路とが連通し、流体が下端の流出入口側から
一対の一方の流出入口側へ流れる。但し、この場合の一
対の一方の流出入口側流路に覗いた溝の幅及び深さは小
さいので、流量は極く少ない。

続いて、ボールを開弁方向に更に回転操作すると、一
対の一方の流出入口側流路に覗く溝の幅及び深さが比例
的に増大するので、流量は比例的に増大する。そして、
このように一対の一方の流出入口側流路に覗く溝の幅及
び深さが最大になるまでほぼ90度ボールを操作すると、
一対の一方の流出入口へ流れる流量は最大になる。

この状態から更にほぼ90度、従って最初の閉弁状態か
らほぼ180度回転操作すると、一対の流出入口のいずれ
もが閉弁状態になる。

この状態から同方向に回転操作すると、溝は一対の他
方の流出入口側流路に覗き、回転角度にほぼ比例して一
対の他方の流出入口へ流れる流量が増大し、最初の開弁
状態からほぼ270度回転操作した時に、一対の他方の流
出入口へ流れる流量が最大になる。更にほぼ90度回転操
作すると、最初の閉弁状態の位置になり、一対の流出入
口又は他方の流出入口のいずれかから流出入していると
きには、溝はそれらに対向している流出入口には面して
いないので、その流出入口へ流出入することがない。

以上のように、この三方ボールバルブは、切替用であ
ると共に、流量調整用としても適している。

次に、溝の長さをほぼ90度を超えてほぼ180度までに
すると、溝が一対の一方の流出入口側流路に覗いていな
い状態において、溝は一対の他方の流出入口側流路に覗
いている。この状態から溝が一方の流出入口側流路に覗
くように回転操作すると、一方の流出入口側流路に覗く
溝の幅及び深さが比例的に増大し、流量もリニアに比例
的に増大する。この間、他方の流出入口側流路に覗いた
溝は、次第に小さくなり、90度以内の回転で、溝は他方
の流出入口側流路に覗かなくなり、流出入口側流路とバ
ルブ本体とボールとの間の空間とほ隔絶される。

更に回転操作すると、一対の一方の流出入口側流路に
覗く溝の幅と深さが比例的に増大し、終に最大流量に至
る。このとき、溝の長さは経度で180度まであるので、
他方の流出入口側流路への流出入はない。この状態から
更に回転操作すると、上述の一対の一方の流出入口側を
他方の流出入口側とし、他方の流出入口側を一方の流出
入口側とした状態で、同様に作用し、切替用と流出入口
の流量調整用とに使用できる。

このように、本発明の立型三方ボールバルブは、幅及
び深さが比例的に増大する溝をボールの表面に設けて流
量調整を行うので、ボールの回転角度と流量との関係が
リニアであり、流量特性が優れている。

更に、溝の長さをほぼ90度を超えてほぼ180度までに
すると、従来のボールバルブと異なり回転角度が大きい
ため、回転角度の僅かな誤差によって流量が大きく変わ
ることがない。

また、一対の流出入口から流入した流体は、溝を介し
てバルブ本体とボールとの間の空間に流入し、次いでバ
ルブ本体の下端側の流出入口より流出するが、この場
合、溝により流量が増大又は減少するように調整され
る。

（実施例） 本発明における立型三方ボールバルブの実施例を図面
に従って説明する。

第１図は本発明の立型三方ボールバルブの一実施例を
示す半截斜視図である。

先ず、第１図において、１は立型三方ボールバルブ、
２はバルブ本体で、このバルブ本体２は２つの部分2a及
び2bで構成されている。３はバルブ本体２の下端に設け
た流出入口であり、４及び５は各々バルブ本体２の両側
に対向させて設けた一対の流出入口である。流体は矢印
で示したように下端の流出入口側３から流出入口側４又
は５へ流れる。または、流出入口４或は５の何れか一方
から流出入口３へ流れる場合もある。

６はボールであり、７及び８はバルブ本体２の流出入
口４及び５側に装着しボール６を支承する一対のボール
シートであって、このボールシート７及び８は、バルブ
本体２とボール６との間を密封する構造である。９はボ
ール６に接続され、バルブ本体２の上方に突出させたス
テムであって、このステムの上端はハンドル又は駆動装
置（いずれも図示せず）に連結してある。

上記ボール６の表面には、溝6aがボール６の赤道に沿
って経度でほぼ90度乃至ほぼ180度の長さに設けてあ
る。

第２図及び第３図はいずれもボール６の断面図で、第
２図は溝6aの長さ6dが経度でほぼ90度の場合、第３図は
溝6aの長さ6dが経度でほぼ180度の場合を示している。
また、第２図及び第３図において、（ａ）はボール６の
横断面図であり、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、それぞ
れ（ａ）のB,CおよびＤ断面における部分縦断面図であ
る。これらの図からわかるように、溝6aは幅6b及び深さ
6cが、ボール６の表面に赤道に沿って比例的に増大する
ように設けてある。

また、第１図において、10はバルブ本体２とボール６
との間の空間（キャビティ）である。

次に、上記した立型三方ボールバルブの作用を図面に
基づいて説明する。

本実施例では一対の流出入口４及び５側に装着した一
対のボールシート７及び８は、バルブ本体２とボール６
との間を密封し、流出入口３は、バルブ本体２とボール
６との間の空間（キャビティ）に通じている。

先ず、溝6aが、第１図で実線で示したように、また第
２図で断面を示したように、溝の長さ6dが経度でほぼ90
度の長さである場合について説明すると、一対の流出入
口４及び５のいずれも閉弁状態にあるのは、溝6aがバル
ブ本体２とボール６との間の空間10に面しており、いず
れの流出入口４及び５にも面していない時である。この
閉弁状態からボール６を開弁方向に、第１図では時計回
り方向に僅か回転操作すると、ボール６の表面に設けた
溝6aは一方の流出入口４側の流路に覗くようになり、空
間10と流出入口４側の流路は連通し、流体が流出入口３
側から一方の流出入口４側へ流れる。但し、この場合の
一方の流出入口４側の流路に覗いた溝6aの幅6b及び深さ
6cは小さいので、流量は極く少ない。

続いて、ボール６を時計回り方向の開弁方向に更に回
転操作すると、流出入口４側の流路に覗く溝6aの幅6b及
び深さ6cが比例的に増大するので、流量は比例的に増大
する。そして、このように一方の流出入口４側の流路に
覗く溝6aの幅6b及び深さ6cが最大になるまでほぼ90度ボ
ール６を操作すると、流出入口４へ流れる流量は最大に
なる。

この状態から更にほぼ90度時計回り方向に、従って最
初の閉弁状態からほぼ180度回転操作すると、一対の流
出入口４及び５のいずれもが閉弁状態になる。

この状態から同時計回り方向に回転操作すると、溝6a
は他方の流出入口５側の流路に覗き、回転角度にほぼ比
例して流出入口５へ流れる流量が増大し、最初の開弁状
態からほぼ270度回転操作した時に、該流出入口５へ流
れる流量が最大になる。更にほぼ90度回転操作すると、
最初の閉弁状態の位置になり、一対の流出入口４及び５
のいずれもが閉弁状態になる。

そして、上記の操作の間、一方の流出入口４又は５か
ら流出入しているときには、溝6aは他方の流出入口５又
は４側の流路に面しておらず、そこからは流出入するこ
とはない。

従って、この三方ボールバルブは、切替用であると共
に、流量調整用としても利用することができる。

次に、溝6aの長さ6dをほぼ90度を超えてほぼ180度ま
でにした場合を、第３図に示したように180度にした場
合を例にして説明する。

溝6aは、第１図に破線で示したように、一方の流出入
口４側流路に覗いていない状態において、他方の流出入
口５側流路に覗いている。この状態から溝6aを時計回り
方向に回転操作すると、一方の流出入口４側の流路に覗
く溝6aの幅6b及び深さ6cが比例的に増大し、流量もリニ
アに比例的に増大する。この間、流出入口５側の流路を
覗いていた溝6aは、次第に小さくなり、90度以内の回転
で、流出入口５側の流路を覗かなくなり、流出入側の流
路と空間10とは隔絶される。

更に回転操作すると、流出入口４側の流路に覗く溝6a
の幅6bと深さ6cが比例的に増大し、終に最大流量に至
る。このとき、溝6aの長さ6dは経度で180度まであるの
で、流出入口５側の流路への流出入はない。

この状態から更に時計回り方向に回転操作すると、上
述の一方の流出入口４側を他方の流出入口５側とし、他
方の流出入口側を一方の流出入口側とした状態で、同様
に作用し、切替用と両流出入口４及び５の流量調整用に
も使用できる。

なお、上記の実施例はその一例を示したもので、流出
入口３を流出口に、流出入口４、５を流入口として用い
ることも勿論可能である。

上記の例とは別に、一対の流出入口４、５から流入し
た流体は、溝6aを介してバルブ本体２とボール６との間
の空間10に流入し、次いでバルブ本体２の下端側の流出
入口３より流出するが、この場合、溝6aにより流量が増
大したり減少するので、下端側の流出入口３より流出す
る流量を調整することができる。

（発明の効果） 本発明の立型三方ボールバルブは、ボールの表面に設
けた溝によって流量の調整を行う構造であるので、ボー
ルに貫通孔を設け、この貫通孔の開口部をＶ字形にした
り、貫通孔の少なくとも一部にスリットを設けるなど多
大な労力と費用を要する複雑な加工を必要とせず、比較
的に容易に溝加工ができるので、経済的な流量調整ボー
ルバルブである。

また、溝の幅及び深さが比例的に増大するように設け
てあるので、ボールの回転角度と流量との関係がリニア
であり、流量特性に優れている。

更に、溝の長さを経度で、立型三方ボールバルブにお
いてはほぼ90度乃至ほぼ180度の長さに設けたので、回
転角度の僅かな誤差によって流量が大きく変わることが
ないので微妙な流量調整が可能であり、この効果は溝が
長い程大きい。

しかも、本発明の立型三方ボールバルブは、切替と流
量調整とを１つのバルブで行うことができ、特に、低い
Cv値で高精度の流量調整が要求されるような、例えば、
冷水と温水を流す空調ファンコイルユニットなどの流量
調整弁として有用であり、その実用的価値は極めて大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の立型三方ボールバルブの一実施例を示
す半截斜視図、第２図及び第３図はいずれも第１図に示
したボールの断面図であり、第２図は溝の長さが経度で
ほぼ90度の場合、第３図は溝の長さが経度でほぼ180度
の場合であり、両図において（ａ）はボールの横断面
図、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、横断面図（ａ）のB,
C及びＤ断面における部分縦断面図、第４図は第１図の
縦断面図である。 １……立型三方ボールバルブ、２……バルブ本体 ３……下端の流出入口、4,5……一対の流出入口 ６……ボール 6a……溝、6b……幅 6c……深さ、6d……長さ 7,8……ボールシート、９……ステム 10……空間（キャビティ）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バルブ本体の内部にステムにより回転させ
   るボールを内蔵し、バルブ本体にはステムと交叉する方
   向に設けた一対の流出入口とバルブ本体の下端に設けた
   流出入口で略断面Ｔ字形の流路を形成した立型三方ボー
   ルバルブにおいて、前記の一対の流出入口側のバルブ本
   体の内部とボールの両面との間に一対のボールシートを
   装着してバルブ本体とボールとの間を密封させ、前記下
   端側の流出入口をバルブ本体とボールとの間の空間に連
   通させると共に、ボールの表面に幅及び深さが比例的に
   流量を増大又は減少させる溝を形成し、この溝は、ボー
   ルの赤道に沿って何れかのボールシートとボールの接触
   位置を基点として経度でほぼ90度乃至180度の長さに設
   けることによりボールの回転角度に沿って流量を調整す
   るようにしたことを特徴とする立型三方ボールバルブ。