JP5115974B2 - ボールバルブ - Google Patents

Description

本発明は、ボールバルブに関し、特にボール状弁体をシールするパッキンの改良に関するものである。

図４は、従来のボールバルブの構成例を示す要部断面図である。図４において、流体、たとえばガス、の流路におけるガスの流れを開閉するボールバルブ１は、ボール状弁体４と接してシールするパッキン３５を備えている。なお、このパッキン３５は、図３ではボール状弁体２の右側だけに示されているが、図示されていない左側にも配置されており、ボール状弁体２の左右に一対（２個）あって上流側および下流側でシールするものである。

パッキン３５は、図４（Ｂ）に拡大して示されるように、テーパ状部分３５Ａでボール状弁体４と接触するタイプのパッキン形状を有する。

また、図５は、従来のボールバルブの他の構成例を示す要部断面図である。図４においても、パッキン３５は、図４のものとは全体形状が異なるが、図５（Ｂ）に拡大して示されるように、図４のものと同様にテーパ状部分３５Ａでボール状弁体４と接触するタイプのパッキン形状を有する。

しかしながら、図４および図５に示すボールバルブ１のパッキン３５は、シール性が高いが、接触面積が広いため、ボール状弁体４の回転トルクが高くなる。また、ボール状弁体４の位置のバラツキによりパッキン３５への接触寸法が変わるため、寸法バラツキに起因してシール性および回転トルク共にバラツキが発生し易いという問題がある。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑み、高いシール性と低い回転トルクを実現できるボールバルブを提供することを課題としている。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項１記載のボールバルブは、駆動源１７で駆動されて流体の流路を開閉するボール状弁体４と、前記ボール状弁体４をシールする一対のパッキン３５を有するボールバルブであって、前記パッキン３５は、円筒部３５ａと、該円筒部３５ａの一端から前記円筒部３５ａの内側に延出して首振り機能を有する内側フランジ部３５ｂと、該内側フランジ部３５ｂの先端の側部から相手側パッキン３５に向かって突出するように形成され、前記ボール状弁体４と線接触する形状の突起部３５ｂ１とを有することを特徴とする。

上記課題を解決するためなされた請求項２記載の発明は、請求項１記載のボールバルブにおいて、前記突起部３５ｂ１は、Ｒ状に形成されていることを特徴とする。

上記課題を解決するためなされた請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のボールバルブにおいて、前記パッキン３５は、前記円筒部３５ａの他端の端面に形成された突起状の外周シール部３５ａ１をさらに有することを特徴とする。

なお、上述の課題を解決するための手段の説明における参照符号は、以下の発明を実施するための最良の形態の説明における参照符号に対応しているが、これらは、特許請求の範囲の解釈を限定するものではない。

請求項１に記載した本発明のボールバルブによれば、パッキンが、円筒部と、円筒部の一端から内側に延出して首振り機能を有する内側フランジ部と、内側フランジ部の先端に形成され、ボール状弁体と線接触する突起部とを有するので、ボール状弁体のシール性に影響を及ぼす各部品の寸法バラツキや、組付けによるバラツキが発生しても、安定した高いシール性と低トルク化を実現できる。

請求項２に記載した本発明のボールバルブによれば、突起部３５ｂ１は、Ｒ状に形成されているので、耐久試験による磨耗寸法を減らし、耐久試験後も高いシール性を確保することができる。

請求項３に記載した本発明のボールバルブによれば、パッキンは、円筒部の他端の端面に形成された突起状の外周シール部をさらに有するので、シール性がさらに高められる。

以下、本発明に係るボールバルブの実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るボールバルブを使用したガス遮断弁を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は一部破断正面図である。ガス遮断弁は、ボールバルブ１と弁駆動部２とで構成されており、図１は弁駆動部２をボールバルブ１に取り付けた状態を示している。

ボールバルブ１は、管状の弁ハウジング３を有している。弁ハウジング３は、下流のガス供給管に接続されるボディ１４と、ボディ１４にボルト１８等で固定されて上流のガス供給管に接続されるボディキャップ１５とからなる。ボディ１４およびボディキャップ１５には、図示しないガス供給管がネジ接続されるテーパーネジからなる第１ポート３１と第２ポート３２が形成されている。この第１ポート３１と第２ポート３２との間には、弁室３３と管路３４が形成されている。弁室３３の第１ポート３１側および管路３４側には、弁座として働くパッキン３５，３５が配設されており、この弁室３３内には、遮断弁として働くボール状弁体４がパッキン３５，３５に接するように配設されている。

弁ハウジング３には、弁室３３に連通する軸受け孔３Ａが形成されており、この軸受け孔３Ａ内に、軸受け３６およびシール部材３７が配設されている。そして、ボールバルブ４の従動軸４１がこの軸受け３６により軸支され、この従動軸４１は、軸受け３６およびシール部材３７により弁室３３の気密を保って、弁ハウジング３の外側に露出されている。なお、従動軸４１の周囲には、軸方向に摺動自在な筒状のカバー４２が取り付けられており、このカバー４２により、軸受け３６およびシール部材３７の部分への埃等の進入を防止している。

また、弁ハウジング３には、弁駆動部２を取り付けるための取付座３Ｂが形成されており、取付座３Ｂの部分には、管路３４から弁駆動部２側に連通する連通孔３Ｃが形成され、この連通孔３Ｃ内にはチェック弁５が配設されている。

弁駆動部２は、圧力センサ６を内蔵した下ケース部２Ａと、駆動源としての図示しないモータおよび制御回路等を内蔵した上ケース部２Ｂとを有している。下ケース部２Ａには、フランジ２１（図１(A) ）が形成されている。そして、このフランジ２１の部分を弁ハウジング３の取付座３Ｂに装着させて周囲４箇所をボルト９でネジ止めすることで、弁駆動部２がボールバルブ１に取り付けられている。これにより、圧力センサ６がチェック弁５に対向して配置される。また、上ケース部２Ｂの弁ハウジング３側には、モータの駆動軸７が露出され、この駆動軸７は連結ピン８によってボールバルブ４の従動軸４１に連結されている。

図２は、図１の一部を拡大した図であり、（Ａ）はボールバルブの要部断面図、（Ｂ）はボールバルブにおけるパッキンの拡大部分断面図である。

図２において、ボールバルブ１は、ボディ１４と、ボディキャップ１５と、ボディ１４およびボディキャップ１５の内部に組み付けられるボール状弁体４と、ボール状弁体４をシールするパッキン３５とを備えている。

また、ボールバルブ１は、駆動源１７で回転駆動されてボール状弁体４を駆動する従動軸４１を備えている。駆動源１７は、たとえば、電池駆動も可能な小型・軽量のステッピングモータ等が用いられる。駆動源１７は、従動軸４１を回転駆動することによりボール状弁体２を９０度回転させて管路３４を開閉する。図１および２では、開状態のボールバルブ１が示されている。

ボールバルブ１は、まず、ボディ１４およびボディキャップ１５のパッキン取付部１４ａおよび１５ａにパッキン３５が組付けられる。次いで、ボディ１４に組み付けられている従動軸４１の先端にボール状弁体４が組み付けられる。最後に、ボディ１４にボディキャップ１５が組み付けられ、ボルト１８等で締め付けられて完成する。

パッキン３５は、ＮＢＲ（ニトリルゴム）等の弾性材料で作られており、図２（Ｂ）に示されるように、円筒部３５ａと、円筒部３５ａの一端から内周側に延出する内側フランジ部３５ｂとを有する。円筒部３５ａの他端の端面には、突起状の外周シール部３５ａ１が形成されている。内側フランジ部３５ｂの先端の側部には、ボール状弁体２の外周と接する突起部３５ｂ１が形成されている。この突起部３５ｂ１は、ボール状弁体２の外周と線接触する形状、たとえばＲ（アール）状に形成されている。

図３に示すパッキン３５の外径寸法φＤは、図２に示すボディ１４とボディキャップ１５のパッキン取付部１４ａおよび１５ａの径寸法φＣよりもわずかに大きく設定されているため、ボディ１４およびボディキャップ１５のパッキン取付部１４ａおよび５ａにパッキン３５を挿入すると、パッキン３５の径方向がパッキン取付部１４ａおよび１５ａの底部に押し付けられて圧縮され、ボディ１４およびボディキャップ１５と接する径方向の外側がシールされる。ただし、シール寸法がわずかなため、φＣとφＤの寸法差による径方向シールのみではパッキン外側からの漏れを防止するには十分とは言えないので、パッキン３５は、円筒部３５ａの他端の端面に形成された突起状の外周シール部３５ａ１がパッキン取付部１４ａおよび１５ａの側壁に押し付けられることによって十分にシールされる。

また、図３に示すボール状弁体２と２個のパッキン３５で決まる寸法Ｂは、図２に示すボディ１４およびボディキャップ１５で決まるパッキン取付部１４ａおよび１５ａの側壁間の寸法Ａより大きく設定されているため、パッキン３５がガスの流れ方向で圧縮され、ボール状弁体４とパッキン３５のシール性が確保されている。

また、図２（Ｂ）に示すパッキン３５は、内側フランジ部３５ｂが首振り機能を生じるように長さＤ１と幅（厚み）が設定されている。この首振り機能は、ボール状弁体４の位置等、ボール状弁体４とパッキン３５の接触寸法のバラツキが発生しても、これらのバラツキを吸収する角度でたわむ首振り作用により吸収させ、それにより、内側フランジ部３５ｂの先端に設けられたＲ状突起部３５ｂ１がボール状弁体４に均一に接触させるためのものである。長さｄ１に対して幅ｄ２が大きすぎると首振り作用が行われないので、長さｄ１と幅ｄ２は、首振り作用が行われるように適宜な寸法関係に設定される。

パッキン３５が上述のような形状とされていることにより、ボールバルブ１は、以下の特長を有するに至った。
１）ボール状弁体４との接触部分をＲ状突起部３５ａ１による線接触とすることで、ボール状弁体４の回転を低トルク化した。
２）ボール状弁体４との接触部分の先端にアール（Ｒ）をつけることで、ボールバルブ１の耐久試験における磨耗寸法を減らし、耐久試験後も高いシール性を確保した。
３）ボール状弁体４との接触部分（Ｒ状突起部３５ｂ１）が首振り作用を行う形状（内側フランジ部３５ｂ）を設け、ボール状弁体４の位置等、ボール状弁体４とパッキン３５の接触寸法のバラツキが発生しても、首振り作用により吸収させ、均一な接触とした。これにより、バラツキの影響を低減し、一定のシール寸法および一定の回転トルクを確保することができた。
４）首振り部（内側フランジ部３５ｂ）の長さｄ１と幅（厚さ）ｄ２の寸法は、シール寸法のバラツキにより、回転トルクを上昇させない程度で、なおかつシール性を確保できる適度な反撥力のある寸法とした。

上記の特長を持った形状のパッキン３５の採用により、ボールバルブ１に求められる高いシール性と低い回転トルクを確保することができた。

さらに、ボール状弁体４との接触部だけでなく、パッキン３５の外周からのガス通過を防止するため、弁ハウジング３のボディ１４およびボディキャップ１５との接触部に突起状の外周シール部３５ａ１を設けた。パッキン３５の外周からのガスの周り込みを防止するためには、ボール状弁体２との接触部から相反した箇所を筐体に押し付けてパッキン３５を圧縮する必要がある。面での圧縮の場合、反撥力が大きいため、ボール状弁体４との接触部への荷重も高まり、結果として、ボール状弁体４の回転トルクを上昇させることとなるが、突起状の外周シール部３５ａ１を設けることで、接触面積が少ない状態でシールできるため、ボール状弁体４の回転トルクへの影響が少ない状態で外周部のシールが可能となった。

以上説明したように、本発明によれば、ボール状弁体４のシール性に影響を及ぼす各部品の寸法バラツキや、組付けによるバラツキが発生しても、安定した高いシール性と低トルク化できるパッキン３５の形状を構築することができる。

また、駆動源１７としてステッピングモータが用いられる場合、ステッピングモータからから発生させ、ギヤで伝達されるトルクが、ボール状弁体４の回転トルクに対して十分余裕のある設計が求められるが、経時劣化・温湿度・異物の付着等により、ボール状弁体４の回転トルクが上昇し、ステッピングモータから発生するトルクが低下しても、十分余裕のある設計とするために大きく貢献するパッキン形状とすることができる。

以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。

図１は、本発明の実施の形態に係るボールバルブを使用したガス遮断弁を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は一部破断正面図である。 図１の一部を拡大した図であり、（Ａ）はボールバルブの要部断面図、（Ｂ）はボールバルブにおけるパッキンの拡大部分断面図である。 図１のボールバルブの寸法関係を説明する説明図である。 従来のボールバルブの構成例を示し、（Ａ）はボールバルブの要部断面図、（Ｂ）はボールバルブにおけるパッキンの拡大部分断面図である。 従来のボールバルブの他の構成例を示し、（Ａ）はボールバルブの要部断面図、（Ｂ）はボールバルブにおけるパッキンの拡大部分断面図である。

符号の説明

１ ボールバルブ
４ ボール状弁体
３５ パッキン
３５ａ 円筒部
３５ａ１ 外周シール部
３５ｂ 内側フランジ部
３５ｂ１ Ｒ状突起部
１７ 駆動源

Claims (3)

1. 駆動源で駆動されるボール状弁体と、前記ボール状弁体をシールする一対のパッキンを有するボールバルブであって、
   前記各パッキンは、円筒部と、該円筒部の一端から前記円筒部の内側に延出して首振り機能を有する内側フランジ部と、該内側フランジ部の先端の側部から相手側パッキンに向かって突出するように形成され、前記ボール状弁体と線接触する形状の突起部とを有することを特徴とするボールバルブ。
2. 請求項１記載のボールバルブにおいて、
   前記突起部は、Ｒ状に形成されていることを特徴とするボールバルブ。
3. 請求項１または２記載のボールバルブにおいて、
   前記パッキンは、前記円筒部の他端の端面に形成された突起状の外周シール部をさらに有することを特徴とするボールバルブ。

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