JP4512921B2

JP4512921B2 - ボールバルブ

Info

Publication number: JP4512921B2
Application number: JP2004368609A
Authority: JP
Inventors: 貴嗣灘; 浩幸松下
Original assignee: Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Yukizai Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: JP2006125616A

Description

本発明は、化学工場、上下水道、農・水産業、半導体製造分野、食品分野などの各種産業の配管ラインに使用されるボールバルブに関するものであり、さらに詳しくは、キャップナットを外すときにキャップナットの回転に伴うボール押さえの共回りを抑えつつ、鍔付き短管を取り外すことができ、配管時におけるボール弁体が飛び出るのを防止するボールバルブに関するものである。

従来、図８に示すようなボールバルブがあった（例えば、特許文献１参照。）。このボールバルブは、バルブ本体１０１内に流路を開閉可能とするボール１０２が配置され、このボール１０２に流路両側よりボールシート１０３が当接されており、このボールシート１０３が、バルブ本体１０１の内周面に設けられた雌ねじ１０４に、その外周面に設けられた雄ねじ１０５が設けられたボール押さえ１０６が螺合されることにより、ボール１０２に向けて押圧されている。また、バルブ本体１０１の端部外周の雄ねじ１０７にユニオンナット１０８が螺合され、このユニオンナット１０８で接続スリーブ１０９のフランジ部１１０をボール押さえ１０６の端面に設置されたＯリング１１１を介してボール押さえ１０６に向けて押圧するように固定されている。このようなボールバルブにおいて、バルブ本体１０１の下流側の端部内径が上流側の端部内径よりも小径とされ、一方、バルブ本体１０１の下流側の端部内周面に螺合されたボール押さえ１０６の外径が上流側の端部内周面に螺合されたボール押さえ１０６の外径よりも小径とされているものであった。その効果は、バルブ本体１０１の下流側の端部厚みが上流側の端部厚みよりも厚くされているので、バルブ本体１０１の下流側端部の機械的強度が向上するものであった。

特開２００１−２５４８５０号公報

しかしながら、前記従来のボールバルブは、通常バルブ本体１０１の内周面に設けられた雌ねじ１０４と、バルブ本体１０１の端部外周に設けられた雄ねじ１０７の各々のねじは同一方向であり、且つピッチは同一に設けられている。配管されている該ボールバルブが閉止状態の時は、バルブ本体１０１内のボール１０２の上流側は流体圧力がかかった状態にある。このとき特にＯリング１１１に潤滑油が十分塗布されていない場合や潤滑油が塗布されていないオイルフリー対応のバルブにおいて接続スリーブ１０９に接続されたパイプの修理や交換を行う場合、下流側のユニオンナット１０８を外して下流側の接続スリーブ１０９を取り外すが、ユニオンナット１０８を外す方向へ回転させると、ユニオンナット１０８の回転に伴い接続スリーブ１０９も回転してしまうことがあった。接続スリーブ１０９の回転に伴いＯリング１１１との摩擦抵抗によりボール押さえ１０６も共回りしてしまい、ユニオンナット１０８を外したときに同時にボール押さえ１０６まで外れてしまう時があった。この時、バルブ本体１０１内のボール１０２の上流側にかかった流体圧力によりボール１０２が押されて飛び出るとともに流体が流れ出るという問題があった。

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、ユニオンナット１０８を外すときにボール押さえ１０６の共回りを抑え、接続スリーブ１０９を取り外すことができ、ボール１０２が飛び出るのを防止するボールバルブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の構成を図１に基づいて説明すると、バルブ本体１内に流路を開閉させるボール弁体２が回動可能に配置され、シート１３がボール押さえ３によりボール弁体２に押圧されるように設けられ、キャップナット５を鍔付き短管４の鍔部１６と係合させ、バルブ本体１の端部に螺合させることにより、鍔付き短管４がボール押さえ３の外側端に当接配置されたボールバルブにおいて、バルブ本体１の少なくとも一方の端部内周にボール押さえ３が螺合される雌ねじ部８が設けられ、バルブ本体１の該端部外周に鍔付き短管４を保持するキャップナット５が螺合される雄ねじ部７が設けられており、前記雌ねじ部８と該雄ねじ部７とが、互いに異なるピッチで設けられ、前記雌ねじ部８のピッチは、前記雄ねじ部７のピッチの６分の１から６分の５であることを第１の特徴とする。

また、前記雌ねじ部８および／または前記雄ねじ部７が台形ねじであることを第２の特徴とする。

また、前記雌ねじ部８と前記雄ねじ部７とが、それぞれ同一方向のねじであることを第３の特徴とする。

また、前記雌ねじ部８と前記雄ねじ部７とが、それぞれ逆方向のねじであることを第４の特徴とする。

さらに、前記ボール弁体が手動式、空動式、電動式の駆動によって回動されることを第５の特徴とする。

本発明において、ピッチとは、ねじの軸線を含む断面において、互いに隣り合うねじ山の相対応する２点を軸線に平行に測った距離のことである。

本発明における雌ねじ部８のピッチは、雄ねじ部７のピッチの６分の１〜６分の５の範囲にあることが好ましく、６分の１．５（４分の１）〜６分の４．５（４分の３）の範囲であることがより好ましい。ピッチを小さくすることによるねじ山のつぶれや、特に樹脂製の場合にはねじ山が形成されにくくなったり、ボール押さえ３のバルブ本体１への螺着強度の低下を生じさせないために雌ねじ部８のピッチは雄ねじ部７のピッチの６分の１以上にする必要があり、キャップナット５を外す方向に回転させるときにキャップナット５と鍔付き短管４とボール押さえ３の間に効率よく間隙１９を作り、ボール押さえ３の共回りを確実に防止させるために雌ねじ部８のピッチは雄ねじ部７のピッチの６分の５以下である必要がある。

また、本発明の雌ねじ部８と雄ねじ部７のねじ形状は特に限定されるものではないが、台形ねじであればボール押さえ３の締め具合を調整することが容易なため好適である。

また、本発明の雌ねじ部８と雄ねじ部７とは、それぞれ同一方向のねじであっても良く、それぞれ逆方向のねじであっても良い。同一方向のねじであれば、ねじの方向を混乱することがなく締め具合を調整するときの誤操作を防止できるため好適である。逆方向のねじであれば、キャップナット５を外す方向に回転させたときにキャップナット５の回転に伴い鍔付き短管４が共回りしてもボール押さえ３は逆方向のねじであるため締め付ける方向へ回転しようとし、ボール押さえ３が共回りして外れることはないため好適である。

また、本発明のボール押さえ３は、バルブ本体１の端部の一方にのみ設けても良く、図７に示すような両端部に設けても良い。

さらに、本発明は三方向、多方向のボールバルブにおいても同様である。

本実施形態のボールバルブの駆動は手動式であるが、空気圧による空動式（図５参照）、モーターなどによる電動式（図６参照）による駆動でも良く、特に限定されない。空動式、電動式の場合、ボールバルブのハンドル９の代わりに、各々空動式駆動部２０、電動式駆動部２２が取付台２１、２３を介して搭載され、ステム１０の上部に伝導される。

本発明において、バルブ本体１と、ボール押さえ３やキャップナット５の接続はねじによる螺着であるが、ねじであれば、各部品の成形や加工が容易であり、寸法精度の良い部品を得ることができると共に、ねじの締め付けを調節することにより、ボール押さえ３がシート１３をボール弁体２に向けて押圧する力を調節することができるため好適である。

本実施形態のボールバルブのバルブ本体１、ボール弁体２、ボール押さえ３、鍔付き短管４、キャップナット５の材質は塩化ビニル樹脂（以下、ＰＶＣと記す）であるが、ボールバルブとして要求される強度を満たしていれば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリフェニレンサルファイドなどの樹脂、または銅、鋳鉄、鋳鋼などの金属など、特に限定されるものではない。

本発明は以上のような構造をしており、以下の優れた効果が得られる。
（１）バルブ本体に設けられた、ボール押さえが螺合される雌ねじ部のピッチと、キャップナットが螺合される雄ねじ部のピッチが、互いに異なるピッチで設けられていることにより、配管されているボールバルブの閉止時、すなわち上流側に流体圧力がかかった状態でキャップナットを外して鍔付き短管を取り外しても、キャップナットの回転に対してボール押さえの共回りを抑えることができるため、ボール押さえが外れることなくボール弁体が飛び出ることがなく、流体も流れ出ることがない。
（２）バルブ押さえが螺合される雌ねじ部のピッチが、キャップナットが螺合される雄ねじ部のピッチの６分の１から６分の５であれば、キャップナットを外すときに、キャップナットと鍔付き短管とボール押さえの間に効率よく間隙を作ることができ、ボール押さえの共回りを確実に抑えることができ、ボール弁体が飛び出ることがなく、流体も流れ出ることがない。
（３）ボール弁体の飛び出しを抑えることにより、二次的被害を防止できる。

以下、本発明の実施の形態について図面に示す実施形態を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明のボールバルブの全閉時の縦断面図である。図２は本発明のボールバルブの全開時の縦断面図である。図３は図１のねじ部の要部拡大縦断面図である。図４は図１のキャップナットを外す途中を示すねじ部の要部拡大縦断面図である。

以下、図１および図３に基づいて本発明のボールバルブについて説明する。

１は口径２５ｍｍのＰＶＣ製のバルブ本体である。バルブ本体１は略中空円筒状で、内部に弁室６が設けられており、流路軸線と交わる方向にステム１０が嵌挿される貫通孔が弁室６に連通するように設けられている。また、バルブ本体１の両端部外周には、ピッチ３ｍｍの台形ねじで形成される雄ねじ部７が設けられ、バルブ本体１の一方の端部内周には、ピッチ２ｍｍの台形ねじで形成される雌ねじ部８が設けられている。

２はＰＶＣ製のボール弁体である。ボール弁体２はバルブ本体１の弁室６内に配置され、ハンドル９が上部に嵌着されたステム１０に嵌合されている。特に配管されているボールバルブの全閉時、すなわち上流側に流体圧力がかかっている時には、わずかに下流側に移動可能の状態で嵌合されている。

３はＰＶＣ製のボール押さえである。ボール押さえ３は円筒状であり、外周にＯリング１１と、外周端部には前記バルブ本体１の雌ねじ部８と螺着される雄ねじ部１２が設けられており、ボール押さえ３がバルブ本体１に螺着することで、弁室６内でボール弁体２が流路両側からシート１３により押圧保持される。また、ボール押さえ３の雄ねじ部１２が設けられた側の端面にはＯリング１４が配置されている。

４はＰＶＣ製の鍔付き短管である。鍔付き短管４は短管部１５の一端に鍔部１６が設けられている。

５はＰＶＣ製のキャップナットである。キャップナット５は円筒状であり、一方の端部内周に前記バルブ本体１の雄ねじ部７に螺着される雌ねじ部１７が設けられており、もう一方の端部には内周側へ突出する環状突条部１８が設けられている。キャップナット５は、前記鍔付き短管４の短管部１５を環状突条部１８内に挿入させ、鍔付き短管４の鍔部１６をＯリング１４を介してバルブ本体１およびボール押さえ３の外端面と環状突条部１８内側端面とで挟持した状態でバルブ本体１に螺着されている。

次に、本発明のボールバルブを開閉させた時の作動について説明すると。図１の閉状態からハンドル９を９０度回転することにより、ハンドル９に嵌着しているステム１０が回動し、ステム１０の回動に合わせてステム１０に嵌合されているボール弁体２が９０度回動してボールバルブが開状態（図２の状態）になる。

次に、本発明のボールバルブがＯリングに潤滑剤が塗布されていない場合、すなわちオイルフリー対応のバルブが配管されている状態において、下流側の鍔付き短管４に接続されたパイプ（図示せず）の修理または交換するときに、キャップナット５を外して鍔付き短管を取り外す作用を図１乃至図４に基づいて説明する。このとき、流体の流れ方向は図の矢印方向である。

ボールバルブが閉状態、すなわち上流側（図１では左側）のバルブ本体１内に流体圧力がかかった状態で下流側（図１では右側）のキャップナット５を外す方向へ回転させると、キャップナット５の回転に伴い環状突条部１８内側端面と鍔部１６外側端面との摩擦により鍔付き短管４も回転する。Ｏリング１４には潤滑剤が塗布されていないので摩擦抵抗は大きくなるため、鍔付き短管４の回転に伴いＯリング１４を介して押圧されているボール押さえ３も共回りしようとする。

キャップナット５を外す方向へ一回転させたとき、雄ねじ部７はピッチ３ｍｍ、雌ねじ部８はピッチ２ｍｍと互いに異なるピッチで設けられている。そのためキャップナット５はバルブ本体１端面から軸線方向に３ｍｍ移動離間される、この時点ですでにボール押さえ３に対する影響、すなわち共回りは起こらないが、仮にボール押さえ３が一回転したとしてもバルブ本体１から軸線方向に２ｍｍ離間方向に移動する。従って、キャップナット５の移動距離３ｍｍに対してボール押さえ３は２ｍｍ以下しか移動せず、キャップナット５と鍔付き短管４とボール押さえ３の間に１ｍｍ以上の間隙１９ができる（図４参照）。そのため、ボール押さえ３と鍔付き短管４は離れてしまい、それ以上キャップナット５を外す方向へ回転したとしてもボール押さえ３はそれ以上共回りすることなく、バルブ本体１から外れることはない。実際は、ボール押さえ３と鍔付き短管４は多少空回りするため、キャップナット５が一回転したときにボール押さえ３が共回りによって一回転までは回転せずにボール押さえ３も外れることはない。

以上のことから、下流側の鍔付き短管４に接続されたパイプ（図示せず）の修理または交換するときなど、キャップナット５を外して鍔付き短管４を取り外す時に、キャップナット５の回転に対してボール押さえ３の共回りが確実に抑えられ、ボール押さえ３がバルブ本体１から外れることはない。よって、ボール弁体２が飛び出ることが完全に防止され、流体も流れ出ることもない。また、流体が流れ出ることによる二次的被害を防止できる。

次に、本発明のボールバルブにおいて、各口径ごとにピッチの条件を変えてキャップナットを外したときのボール押さえの共回りの状態を確認するための試験を行なった。

（１）ボール押さえ共回り試験その１
本実施形態のボールバルブにおいて、まずキャップナット５と鍔付き短管４をＰＶＣ用接着剤で接着して両方の部材が一緒に回るような状態にして、ボール押さえ３の共回りを発生し易くするために、サンドペーパーで鍔付き短管４の端面とボール押さえ３の端面との接触面の表面を荒くして摩擦抵抗を大きくした状態にして、ボールバルブを組み立てる。このときＯリング１４には潤滑剤は塗布されていない。次にボールバルブが閉状態にして、上流側（図１では左側）のバルブ本体１内に１ＭＰａの流体圧力がかかった状態で下流側（図１では右側）のキャップナット５を外す方向へ回転させる。このとき実験例、比較例各々についてボール押さえ３の外れや流体の漏れの有無を目視により下記のように評価した。
○：ボール押さえの外れなし、流体の漏れなし
×：ボール押さえの外れあり、流体の漏れあり

[実験例１、２]
ボールバルブの口径１５ｍｍ、バルブ本体１の端部外周の雄ねじ部７のピッチを２ｍｍの台形ねじで形成し、バルブ本体１の端部内周の雌ねじ部８のピッチを１．５ｍｍ、１．７５ｍｍの台形ねじでそれぞれ形成し、試験を行なった。試験結果を表１に示す。

[実験例３、４]
同様に、口径２０ｍｍ、雄ねじ部７のピッチを２ｍｍ、雌ねじ部８のピッチを１．５ｍｍ、１．７５ｍｍでそれぞれ形成し、試験を行なった。試験結果を表１に示す。

[実験例５、６]
口径２５ｍｍ、雄ねじ部７のピッチを３ｍｍ、雌ねじ部８のピッチを２ｍｍ、２．５ｍｍでそれぞれ形成し、試験を行なった。試験結果を表１に示す。

[実験例７、８]
口径５０ｍｍ、雄ねじ部７のピッチを３ｍｍ、雌ねじ部８のピッチを２ｍｍ、２．５ｍｍでそれぞれ形成し、試験を行なった。試験結果を表１に示す。

[比較例１、２]
口径１５ｍｍ、２０ｍｍ、それぞれの雄ねじ部７と雌ねじ部８のピッチを同じ２ｍｍで形成し、試験を行なった。試験結果を表１に示す。

[比較例３、４]
口径２５ｍｍ、５０ｍｍ、それぞれの雄ねじ部７と雌ねじ部８のピッチを同じ３ｍｍで形成し、試験を行なった。試験結果を表１に示す。

表１より、雄ねじ部７と雌ねじ部８のピッチが同じ場合、キャップナット５を外すとボール押さえ３が共回りして外れてしまい、流体が漏れてしまうのに対し、雄ねじ部７と雌ねじ部８とが互いに異なるピッチで設けられた場合、ボール押さえ３の共回りが抑えられていることがわかる。また、雌ねじ部８のピッチは、雄ねじ部７のピッチの６分の５以下の範囲内であれば、ボール押さえ３の共回りを抑える効果が効率よく得られることがわかる。

次に、キャップナット５の回転によってボール押さえ３に確実に共回りが発生するように、ボール押さえ共回り試験において、鍔付き短管４とボール押さえ３を接着し、同様に試験を行なった。

（２）ボール押さえ共回り試験その２
本実施形態のボールバルブにおいて、まずキャップナット５と鍔付き短管４をＰＶＣ用接着剤で接着して両方の部材が一緒に回るような状態にして、鍔付き短管４の端面とボール押さえ３の端面との接触面をＰＶＣ用接着剤で接着してボール押さえ３が確実に共回りする状態にして、ボールバルブを組み立てる。このときＯリング１４には潤滑剤は塗布されていない。次にボールバルブが閉状態にして、上流側（図１では左側）のバルブ本体１内に１ＭＰａの流体圧力がかかった状態で下流側（図１では右側）のキャップナット５を外す方向へ回転させる。このとき実験例、比較例各々についてボール押さえ３の外れや流体の漏れの有無を目視により下記のように評価した。
○：ボール押さえの外れなし、流体の漏れなし
×：ボール押さえの外れあり、流体の漏れあり

[実験例９、１０]
口径１５ｍｍ、２０ｍｍ、それぞれの雄ねじ部７のピッチを２ｍｍ、雌ねじ部８のピッチを１．５ｍｍで形成し、鍔付き短管４とボール押さえ３をＰＶＣ用接着剤で接着して試験を行なった。試験結果を表２に示す。

[実験例１１、１２]
口径２５ｍｍ、５０ｍｍ、それぞれの雄ねじ部７のピッチを３ｍｍ、雌ねじ部８のピッチを２ｍｍで形成し、鍔付き短管４とボール押さえ３をＰＶＣ用接着剤で接着して試験を行なった。試験結果を表２に示す。

[比較例５、６]
口径１５ｍｍ、２０ｍｍ、それぞれの雄ねじ部７と雌ねじ部８のピッチを同じ２ｍｍで形成し、鍔付き短管４とボール押さえ３をＰＶＣ用接着剤で接着して試験を行なった。試験結果を表２に示す。

[比較例７、８]
口径２５ｍｍ、５０ｍｍ、それぞれの雄ねじ部７と雌ねじ部８のピッチを同じ３ｍｍで形成し、鍔付き短管４とボール押さえ３をＰＶＣ用接着剤で接着して試験を行なった。試験結果を表２に示す。

表２より、鍔付き短管４とボール押さえ３を接着してボール押さえ３が強制的に共回りする状態においても、キャップナット５とボール押さえ３を外すときのそれぞれの移動量が異なるため、鍔付き短管４とボール押さえ３の接着部分がはがれ、ボール押さえ３が共回りすることがないことがわかる。このため、雄ねじ部７と雌ねじ部８とが互いに異なるピッチで設けられることで、ボール押さえ３の共回りは確実に防止される。またボール押さえ３が外れることがないためにボール弁体２が飛び出るのを防止し、流体も流れ出ることがない。

本発明のボールバルブの全閉時の縦断面図である。本発明のボールバルブの全開時の縦断面図である。図１のねじ部の要部拡大縦断面図である。図１のキャップナットを外す途中を示すねじ部の要部拡大縦断面図である。空気式の駆動によるボールバルブを示す部分断面図である。電気式の駆動によるボールバルブを示す部分断面図である。ボール押さえがバルブ本体の両端部に設けられた構成を示す縦断面図である。従来のボールバルブを示す縦断面図である。

符号の説明

１…バルブ本体
２…ボール弁体
３…ボール押さえ
４…鍔付き短管
５…キャップナット
６…弁室
７…雄ねじ部
８…雌ねじ部
９…ハンドル
１０…ステム
１１…Ｏリング
１２…雌ねじ部
１３…シート
１４…Ｏリング
１５…短管部
１６…鍔部
１７…雄ねじ部
１８…環状突条部
１９…間隙

Claims

バルブ本体内に流路を開閉させるボール弁体が回動可能に配置され、シートがボール押さえによりボール弁体に押圧されるように設けられ、キャップナットを鍔付き短管の鍔部と係合させ、該バルブ本体の端部に螺合させることにより、鍔付き短管がボール押さえの外側端に当接配置されたボールバルブにおいて、該バルブ本体の少なくとも一方の端部内周にボール押さえが螺合される雌ねじ部が設けられ、該バルブ本体の該端部外周に鍔付き短管を保持するキャップナットが螺合される雄ねじ部が設けられており、前記雌ねじ部と該雄ねじ部とが、互いに異なるピッチで設けられ、前記雌ねじ部のピッチは、前記雄ねじ部のピッチの６分の１から６分の５であることを特徴とするボールバルブ。
前記雌ねじ部および／または前記雄ねじ部が台形ねじであることを特徴とする請求項１記載のボールバルブ。
前記雌ねじ部と前記雄ねじ部とが、それぞれ同一方向のねじであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のボールバルブ。
前記雌ねじ部と前記雄ねじ部とが、それぞれ逆方向のねじであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のボールバルブ。
前記ボール弁体が手動式、空動式、電動式の駆動によって回動されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のボールバルブ。