JP3012204B2 - ボール弁 - Google Patents

ボール弁

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JP3012204B2
JP3012204B2 JP8276951A JP27695196A JP3012204B2 JP 3012204 B2 JP3012204 B2 JP 3012204B2 JP 8276951 A JP8276951 A JP 8276951A JP 27695196 A JP27695196 A JP 27695196A JP 3012204 B2 JP3012204 B2 JP 3012204B2
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直志 小川
均 石山
秀規 若原
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Sekisui Chemical Co Ltd
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はボール弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ボール弁として、実公平3-29656
号公報に記載の如く、弁箱の入口流路と出口流路の間
に、流過孔を有するボールと、このボールの両開口側に
それぞれ接触するシール部材とを装着し、操作部とボー
ルとを弁棒を介して連結してなり、ボールの流過孔の流
入側の開口を円形とし、流出側の開口を扇形としてなる
ものがある。
【０００３】このボール弁によれば、ボールを90度回動
することで弁を全開ないし全閉操作でき、仕切弁のよう
にハンドルを数回ないし数十回転も回す必要がなく、操
作が迅速且つ簡易である。また、扇形開口の尖端部で交
わる２辺を開口中心線方向に膨出した凸状カーブとする
ことにより、流量特性をイコールパーセント特性（弁開
度と同じ増加分に対して流量の増加割合が等しいもの）
とし、上記２辺を開口中心線に対して扇状カーブとする
ことにより流量特性をリニア特性（弁開度に正比例して
流量を変化させるもの）とすることができる（特開昭55
-107165 号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、従来技術
では、弁全閉時には扇形開口の尖端部が出口流路から未
だ大きく離れた流出側シール部材によるシール領域に設
定され、弁全開時には扇形開口の尖端部が未だ出口流路
内にあるように設定されている。このため、下記〜
の問題点がある。
【０００５】操作部による弁の開操作時、扇形開口の
尖端部がシール部材を通過して出口流路に到達するまで
の遊動範囲が長く、流体の流れ始めが遅い。
【０００６】弁全開時に、扇形開口の尖端部が未だ出
口流路内にあるから、扇形開口が出口流路につながるボ
ールの有効回動角度範囲が比較的小さく、操作部による
流体制御帯域が狭い。
【０００７】操作部として電気式アクチュエータを用
い、操作部の入力信号に対する流体制御帯域を広くする
ことはできるが、その分操作部の分解能が低くなり、流
体制御制度が悪くなる。
【０００８】本発明の課題は、ボール弁において、操作
部による開操作後の流体の流れ始めを早く、操作部によ
る流体制御帯域を広く、且つ流体制御精度を向上するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、弁箱の入口流路と出口流路の間に、流過孔を有する
ボールと、このボールの両開口側にそれぞれ接触するシ
ール部材とを装着し、操作部とボールとを弁棒を介して
連結してなり、ボールの流過孔の流出側の開口を扇形と
してなるボール弁において、弁全閉時には扇形開口の尖
端部が出口流路直近の流出側シール部材による第１のシ
ール領域に設定されるとともに、弁全開時には扇形開口
の尖端部が出口流路を横切って流出側シール部材による
第２のシール領域に侵入するように設定され、ボールの
流過孔の流入側の開口として、主開口と補助開口とを有
し、補助開口は、扇形開口の尖端部が上記第１のシール
領域を通過する弁開き始め時に上記入口流路を流過孔に
導通せしめ、主開口は、弁開き始め経過後に上記入口流
路を流過孔に導通せしめるようにしたものである。
【００１０】請求項２に記載の本発明は、請求項１に記
載の本発明において更に、前記ボールの流過孔が、主開
口と扇形開口とを滑らかにつなぐ弁内流路を形成してな
るようにしたものである。
【００１１】請求項３に記載の本発明は、請求項１又は
２に記載の本発明において更に、前記ボールの流過孔
が、該流過孔の内方に向けて凸状をなす弁内流路を形成
してなるようにしたものである。
【００１２】請求項４に記載の本発明は、請求項１〜３
のいずれかに記載の本発明において更に、前記ボールの
主開口側の流過孔を該ボール回りの弁室に連通する連通
路と、扇形開口側の流過孔を該ボール回りの弁室に連通
する連通路とを備えてなるようにしたものである。
【００１３】請求項１に記載の本発明によれば下記〜
の作用がある。 弁全閉時に、扇形開口の尖端部が出口流路直近の流出
側シール部材による第１のシール領域に設定されてい
る。従って、操作部による弁の開操作後、扇形開口の尖
端部がシール部材を通過して出口流路に到達するまでの
遊動範囲が短く、流体の流れ始めが早い。
【００１４】弁全開時に、扇形開口の尖端部が出口流
路を横切って流出側シール部材による第２のシール領域
に侵入するように設定されている。従って、扇形開口が
出口流路につながるボールの有効回動角度範囲が比較的
大きく、操作部による流体制御帯域が広い。
【００１５】扇形開口の形状により上記の流体制御
帯域を広げるものであるから、操作部の分解能まで影響
を及ぼすことがなく、流体制御精度を向上できる。
【００１６】請求項２に記載の本発明によれば下記の
作用がある。 ボールの流過孔が、主開口と扇形開口とをテーパ状流
路面等により滑らかにつなぐ弁内流路を形成したから、
弁の流路抵抗を小さくできる。
【００１７】請求項３に記載の本発明によれば下記の
作用がある。 前記ボールの流過孔の流路面が内方に向かって凸状を
なす凸面としたものであるから、弁全開側の弁内流速が
大流速となる側で、弁内流路からの流れのはくりに基づ
く乱れの発生を抑制する等により、バルブ容量係数（Ｃ
ｖ値）を上げ、大流量を確保できる。
【００１８】請求項４に記載の本発明によれば下記の
作用がある。 ボールの主開口側の流過孔を該ボール回りの弁座に連
通する連通路と、扇形開口側の流過孔を該ボール回りの
弁室に連通する連通路とを備えた。従って、ボールの流
過孔は主開口側から扇形開口側に向けて縮流するものと
なり、主開口に比して扇形開口の流速が速くなる。これ
により、主開口側での静圧が扇形開口側に比して低くな
り、ここで差圧が生ずるので、主開口側では流体が連通
路を通って弁室へ噴出し、扇形開口側では流体が連通路
を通って流過孔側へ吸い込まれることになる。このよう
にして流体は、ボール内の流過孔とボール回りの弁室と
を同時に流れ、弁室をデッドスペース（液溜まり）とす
ることがない。よって、デッドスペース内の流体がバク
テリアを発生する等の不都合を招くことがなく、純水、
超純水の流量制御等に好適に用いることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は第１実施形態に係るボール
弁を示す模式図、図２はボール弁の要部を示す模式図、
図３はボール弁の開度状態を示す模式図、図４は第２実
施形態に係るボール弁の要部を示す模式図、図５は第３
実施形態に係るボール弁の要部を示す模式図、図６は第
１実施形態におけるボール弁の流量特性を示す線図、図
７は第４実施形態に係るボール弁のボールを示す模式
図、図８は第５実施形態に係るボール弁を示す模式図、
図９は第５実施形態に係るボール弁のボールを示す正面
図、図１０は図９のボールの背面図、図１１は図９のボ
ールの断面図、図１２は第６実施形態に係るボール弁を
示す模式図、図１３は第６実施形態に係るボール弁のボ
ールを示す正面図、図１４は図１３のボールの背面図、
図１５は図１３のボールの断面図である。
【００２０】（第１実施形態）（図１〜図３、図６） ボール弁１０は図１に示す如く、弁箱１１の入口流路１
１Ａと出口流路１１Ｂの間に、流過孔１３を有するボー
ル１２と、このボール１２の両開口１４、１５側にそれ
ぞれ接触するシール部材１６、１７とを装着している。
そして、電気式アクチュエータからなる操作部１８とボ
ール１２とを弁棒１８Ａを介して連結している。
【００２１】このとき、ボール弁１０にあっては、図
２、図３に示す如く、ボール１２の流過孔１３の流入側
の開口１４を円形主開口とし、流出側の開口１５を扇形
開口としている。
【００２２】そして、ボール弁１０は、弁全閉時には、
図３（Ａ）に示す如く、扇形開口１５の尖端部（延長
部）１５Ａが出口流路１１Ｂの直近の流出側シール部材
１７による第１のシール領域１７Ａに設定されるように
している。また、弁全開時には、図２、図３（Ｄ）に示
す如く、扇形開口１５の尖端部１５Ａが出口流路１１Ｂ
を横切って流出側シール部材１７による第２のシール領
域１７Ｂに侵入し、且つ扇形開口１５の大端部１５Ｂは
出口流路１１Ｂに侵入することなく該出口流路１１Ｂの
周縁部に合致し、ボール１２の回動周方向における出口
流路１１Ｂの全範囲に扇形開口１５を広く開口せしめる
こととしている。
【００２３】また、ボール弁１０は、ボール１２の流過
孔１３の流入側の開口として、円形主開口１４の他に該
円形主開口１４と該ボール１２の回動周方向に離隔した
孔状の補助開口１４Ａを有している。補助開口１４Ａ
は、扇形開口１５の尖端部１５Ａが上記第１のシール領
域１７Ａを通過する弁開き始め時に上記入口流路１１Ａ
を流過孔１３に導通せしめる（図３（Ａ））。そして、
円形主開口１４は、弁開き始め経過後に、上記入口流路
１１Ａを流過孔１３に導通せしめる（図３（Ｃ）、
（Ｄ））。
【００２４】また、ボール弁１０は、ボール１２の流過
孔１３が、円形主開口１４と扇側開口１５とをテーパ状
流路面１３Ａ（図２（Ａ））等により滑らかにつなぐ弁
内流路を形成するものとしている。
【００２５】更に、ボール弁１０は、ボール１２の流過
孔１３の上記流路面１３Ａを、該流過孔１３の内方に向
けて凸状をなす流路面としている（図２（Ａ））。
【００２６】また、ボール弁１０は、ボール１２の円形
主開口１４側、中間部、扇形開口１５側のそれぞれに、
流過孔１３をボール１２回りの弁室１１Ｃに連通する孔
状の連通路１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃを備えている。ボー
ル１２の流過孔１３が円形主開口１４側から扇形開口１
５側へと縮流することによる流過孔１３内での静圧変化
により、連通路１９Ａ、１９Ｂでは流体が流過孔１３の
側から弁室１１Ｃの側へと噴出し、連通路１９Ｃでは流
体が弁室１１Ｃから流過孔１３の側へと吸い込まれるも
のとなる（図２（Ａ）、（Ｂ））。
【００２７】以下、本実施例の作用について説明する。 弁全閉時に、扇形開口１５の尖端部１５Ａが出口流路
直近の流出側シール部材１７による第１のシール領域１
７Ａに設定されている。従って、操作部１８による弁の
開操作後、扇形開口１５の尖端部１５Ａがシール部材１
７を通過して出口流路１１Ｂに到達するまでの遊動範囲
が短く、流体の流れ始めが早い。
【００２８】弁全開時に、扇形開口１５の尖端部１５
Ａが出口流路１１Ｂを横切って流出側シール部材１７に
よる第２のシール領域１７Ｂに侵入するように設定され
ている。従って、扇形開口１５が出口流路１１Ｂにつな
がるボール１２の有効回動角度範囲が比較的大きく、操
作部１８による流体制御帯域が広い。
【００２９】扇形開口１５の形状により上記の流体
制御帯域を広げるものであるから、操作部１８の分解能
まで影響を及ぼすことがなく、流体制御精度を向上でき
る。
【００３０】ボール１２の流過孔１３が、円形主開口
１４と扇形開口１５とをテーパ状流路面１３Ａ等により
滑らかにつなぐ弁内流路を形成したから、弁の流路抵抗
を小さくできる。
【００３１】前記ボール１２の流過孔１３の流路面１
３Ａが内方に向かって凸状をなす凸面としたものである
から、弁全開側の弁内流速が大流速となる側で、弁内流
路からの流れのはくりに基づく乱れの発生を抑制する等
により、バルブ容量係数（Ｃｖ値）を上げ、大流量を確
保できる。
【００３２】図６のＡはボール１２の流過孔１３の流路
面１３Ａを内方に凸状をなす凸面としたもの、Ｂはボー
ル１２の流過孔１３の流路面１３Ａを内方に凹状をなす
凹面としたものの、Ｃｖ値を比較して示した実験データ
である。図６のＡでは、Ｂに比して、弁全開側でのＣｖ
値が大となることが認められる。
【００３３】ボール１２の円形主開口１４側の流過孔
１３を該ボール１２回りの弁座に連通する連通路１９Ａ
と、扇形開口１５側の流過孔１３を該ボール１２回りの
弁室１１Ｃに連通する連通路１９Ｃとを備えた。従っ
て、ボール１２の流過孔１３は円形主開口１４側から扇
形開口１５側に向けて縮流するものとなり、円形主開口
１４に比して扇形開口１５の流速が速くなる。これによ
り、円形主開口１４側での静圧が扇形開口１５側に比し
て低くなり、ここで差圧が生ずるので、円形主開口１４
側では流体が連通路１９Ａを通って弁室１１Ｃへ噴出
し、扇形開口１５側では流体が連通路１９Ｃを通って流
過孔１３側へ吸い込まれることになる。このようにして
流体は、ボール１２内の流過孔１３とボール１２回りの
弁室１１Ｃとを同時に流れ、弁室１１Ｃをデッドスペー
ス（液溜まり）とすることがない。よって、デッドスペ
ース内の流体がバクテリアを発生する等の不都合を招く
ことがなく、純水、超純水の流量制御等に好適に用いる
ことができる。
【００３４】尚、ボール弁１０にあっては、扇形開口１
５の尖端部１５Ａで交わる２辺ａ、ｂを開口中心線方向
に膨出した凸状カーブとしているので、流量特性をイコ
ールパーセント特性（弁開度と同じ増加分に対して流量
の増加割合が等しいもの）とするものとなる。
【００３５】（第２実施形態）（図４） 第２実施形態のボール弁２０が、前記ボール弁１０と異
なる点は、弁室１１Ｃの液溜りを防止するためにボール
１２の円形主開口１４側と扇形開口１５側のそれぞれに
設けた孔状の連通路１９Ａ、１９Ｃを、スリット状の連
通路２１Ａ、２１Ｂとしたことのみにある。
【００３６】（第３実施形態）（図５） 第３実施形態のボール弁３０が、前記ボール弁１０と異
なる点は、扇形開口１５の尖端部１５Ａで交わる２辺
ａ、ｂを開口中心線に対して凹状カーブとすることによ
り流量特性をリニア特性（弁開度に正比例して流量を変
化させるもの）とするようにしたことのみにある。
【００３７】（第４実施形態）（図７） 第４実施形態のボール弁４０が、前記ボール弁１０と異
なる点は、ボール１２に代わるボール４１の補助開口４
２が、円形主開口１４と該ボール１２の回動周方向に溝
状をなして連通するようにしたことのみにある。補助開
口４２は、ボール弁１０の補助開口１４Ａと実質的に同
様に、扇形開口１５の尖端部１５Ａが第１のシール領域
１７Ａを通過する弁開き始め時に入口流路１１Ａを流過
孔１３に導通せしめる。
【００３８】（第５実施形態）（図８〜図１１） 第５実施形態のボール弁５０が、前記ボール１０と異な
る点は、ボール１２に代わるボール５１の流入側の主開
口５２を円形主開口でなく、扇形主開口（流出側の扇形
開口１５と同一形状）としたことにある。
【００３９】ボール弁５０にあっては、弁開き始め側
で、流出側の扇形開口１５の尖端部１５Ａが出口流路１
１Ｂに連通する小流量側において、流入側の扇形主開口
５２の尖端部５２Ａが入口流路１１Ａに連通する。ま
た、弁全開側で、流出側の扇形開口１５の大端部１５Ｂ
が出口流路１１Ｂの周縁部に合致して出口流路１１Ｂの
全範囲に扇形開口１５を広く開口せしめる大流量側にお
いて、流入側の扇形主開口５２の大端部５２Ｂが入口流
路１１Ａの周縁部に合致して入口流路１１Ａの全範囲に
扇形主開口５２を広く開口せしめる。
【００４０】尚、第５実施形態のボール弁５０にあって
は、手動操作ハンドル５３が弁棒５３Ａを介してボール
５１に連結された。但し、手動操作ハンドル５３が第１
実施形態における電気式アクチュエータからなる操作部
であってもよいことは勿論である。
【００４１】また、第５実施形態において、図１１
（Ａ）は図９のA-A 断面図、図１１（Ｂ）は図１１
（Ａ）のB-B 断面図、図１１（Ｃ）は図９のC-C 断面図
である。
【００４２】（第６実施形態）（図１２〜図１５） 第６実施形態のボール弁６０が、前記ボール弁１０と異
なる点は、ボール１２に代わるボール６１の流入側の主
開口６２を円形主開口でなく、楕円形主開口としたこと
にある。
【００４３】尚、第６実施形態のボール弁６０にあって
は、手動操作ハンドル６３が弁棒６３Ａを介してボール
６１に連結された。但し、手動操作ハンドル６３が第１
実施形態における電気式アクチュエータからなる操作部
であってもよいことは勿論である。
【００４４】また、第６実施形態において、図１５
（Ａ）は図１３のA-A 断面図、図１５（Ｂ）は図１５
（Ａ）のB-B 断面図、図１５（Ｃ）は図１３のC-C 断面
図である。
【００４５】以上、本発明の実施形態を図面により詳述
したが、本発明の具体的な構成はこの実施形態に限られ
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、操作部
は電気式アクチュエータによらず手動式とするものであ
っても良い。また、純水、超純水の流体制御等に供しな
い場合には、前述の連通路１９Ａ等を備えることを要し
ない。
【００４６】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ボール弁
において、操作部による開操作後の流体の流れ始めを早
く、操作部による流体制御帯域を広く、且つ流体制御精
度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１実施形態に係るボール弁を示す模式
図である。
【図２】図２はボール弁の要部を示す模式図である。
【図３】図３はボール弁の開度状態を示す模式図であ
る。
【図４】図４は第２実施形態に係るボール弁の要部を示
す模式図である。
【図５】図５は第３実施形態に係るボール弁の要部を示
す模式図である。
【図６】図６は第１実施形態におけるボール弁の流量特
性を示す線図である。
【図７】図７は第４実施形態に係るボール弁のボールを
示す模式図である。
【図８】図８は第５実施形態に係るボール弁を示す模式
図である。
【図９】図９は第５実施形態に係るボール弁のボールを
示す正面図である。
【図１０】図１０は図９のボールの背面図である。
【図１１】図１１は図９のボールの断面図である。
【図１２】図１２は第６実施形態に係るボール弁を示す
模式図である。
【図１３】図１３は第６実施形態に係るボール弁のボー
ルを示す正面図である。
【図１４】図１４は図１３のボールの背面図である。
【図１５】図１５は図１３のボールの断面図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０、５０、６０ ボール弁 １１ 弁箱 １１Ａ 入口流路 １１Ｂ 出口流路 １１Ｃ 弁室 １２ ボール １３ 流過孔 １４ 円形主開口 １４Ａ 補助開口 １５ 扇形開口 １５Ａ 尖端部 １６、１７ シール部材 １７Ａ 第１のシール領域 １７Ｂ 第２のシール領域 １８ 操作部 １８Ａ 弁棒 １９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、２１Ａ、２１Ｂ 連通路 ４１ ボール ４２ 補助開口 ５１ ボール ５２ 扇形主開口 ６１ ボール ６２ 楕円形主開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石山 均 埼玉県朝霞市根岸台３−15−１ 積水化 学工業株式会社内 (72)発明者 若原 秀規 東京都港区虎ノ門３−４−７ 積水化学 工業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16K 5/10 F16K 5/06

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 弁箱の入口流路と出口流路の間に、流過
    孔を有するボールと、このボールの両開口側にそれぞれ
    接触するシール部材とを装着し、操作部とボールとを弁
    棒を介して連結してなり、 ボールの流過孔の流出側の開口を扇形としてなるボール
    弁において、 弁全閉時には扇形開口の尖端部が出口流路直近の流出側
    シール部材による第１のシール領域に設定されるととも
    に、弁全開時には扇形開口の尖端部が出口流路を横切っ
    て流出側シール部材による第２のシール領域に侵入する
    ように設定され、 ボールの流過孔の流入側の開口として、主開口と補助開
    口とを有し、補助開口は、扇形開口の尖端部が上記第１
    のシール領域を通過する弁開き始め時に上記入口流路を
    流過孔に導通せしめ、主開口は、弁開き始め経過後に上
    記入口流路を流過孔に導通せしめることを特徴とするボ
    ール弁。
  2. 【請求項２】 前記ボールの流過孔が、主開口と扇形開
    口とを滑らかにつなぐ弁内流路を形成してなる請求項１
    記載のボール弁。
  3. 【請求項３】 前記ボールの流過孔が、該流過孔の内方
    に向けて凸状をなす弁内流路を形成してなる請求項１又
    は２記載のボール弁。
  4. 【請求項４】 前記ボールの主開口側の流過孔を該ボー
    ル回りの弁室に連通する連通路と、扇形開口側の流過孔
    を該ボール回りの弁室に連通する連通路とを備えてなる
    請求項１〜３のいずれかに記載のボール弁。
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