JP5697072B2

JP5697072B2 - ボールバルブ

Info

Publication number: JP5697072B2
Application number: JP2010116309A
Authority: JP
Inventors: 毅小野; 渉国枝; 秀一斉藤; 遠藤　修; 修遠藤
Original assignee: Tyco Flow Services AG
Current assignee: Emerson Automation Solutions GmbH
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2030-05-20
Also published as: JP2011241943A

Description

本発明は、ボールバルブに係り、特に流路内を流れる圧力流体に、粉体や重合により固体を生成する未反応ガス等が含まれる場合に好適なボールバルブに関する。

従来、バルブボディの流路の中間に、流路を開閉するボール状の弁体を設け、かつ、バルブボディと弁体との間をシールするため、合成樹脂等によって形成されたリング状シートを、バルブボディの内周面と、弁体の外周面とに当接させるようにしたボールバルブは知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
前記リング状シートは、シートリテーナによって保持された状態で、または単体で、バルブボディと弁体との間に摺動可能に配置されている。

特開２００７−２３２０２０号公報特開２００９−４１７７６号公報

上記した従来のボールバルブでは、リング状シートの背面側に形成した空間に圧力流体を引き込んで、その圧力により、リング状シートを弁体に押圧するようにしているので、流路内の圧力流体に、粉体または重合によって固体を生成する未反応ガス等が含まれている場合、バルブボディとシートリテーナとの間の摺動部(シートリテーナを有する場合)、またはバルブボディとリング状シートとの間の摺動部(シートリテーナを有しない場合)に粉体等が付着し、シートリテーナ又はリング状シートの動作が阻害され、弁体とリング状シートとの間のシール効果が低下することがある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、流路内の圧力流体に、粉体または重合によって固体を生成する未反応ガス等が含まれる場合でも、弁体とリング状シートとの間のシール効果が低下するのを防止できるようにした、耐久性のすぐれたボールバルブを提供することを目的としている。

本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
(１) 圧力流体が流通する流路と、その中間に位置するキャビティと、前記流路のキャビティ側の開口縁部に設けられた拡径段孔とを有するバルブボディと、前記キャビティ内において回転させられることにより、前記流路を開閉するボール状の弁体と、小径部の一端に拡径段部が連設され、前記拡径段部が拡径段孔の開口部側に摺動自在に嵌合され、かつ拡径段部の先端部が前記弁体の外周面に圧接するようにしたリング状シートと、前記リング状シートの小径部の外周面と摺接するようにして、前記拡径段孔の閉塞端側に摺動自在に嵌合され、かつ前記拡径段孔より内方に突出する受圧面を有するシートリテーナと、前記リング状シートの小径部の外側において、前記リング状シートの拡径段部とシートリテーナとの間に縮設された圧縮ばねとを備えるものとする。

このような構成とすると、圧力流体の圧力(以下、流体圧という)が予め定めた値以上の場合には、流体圧がシートリテーナの受圧面に作用することにより、シートリテーナが弁体に接近する方向に摺動し、シートリテーナがリング状シートの拡径段部に当接する。その後、シートリテーナとリング状シートが一体となって弁体側に摺動し、ばね部材の弾発力および流体圧によってリング状シートが弁体に圧接される。このように、リング状シートに直接流体圧を作用させることなく、シートリテーナを介して、リング状シートを弁体に圧接させることができるので、ばね収容スペースに圧力流体を導入する必要がない。

したがって、ばね収容スペースと流路およびキャビティに連通する隙間をシール部材によって確実にシールすることにより、ばね収容スペース内に圧力流体が侵入するのを防止できる。これにより、圧力流体に粉体または重合により固体を生成する未反応ガス等が含まれる場合でも、圧縮ばねの収容スペースに粉体等が侵入するのを防止して、リング状シートおよびシートリテーナの摺動面に粉体等が付着するのを防止できるので、リング状シートおよびシートリテーナの動作が粉体等によって阻害されるのを防止できる。この結果、弁体とリング状シートとの間のシール効果が低下するのを防止でき、耐久性が向上する。

(２) 上記(１)項において、拡径段孔の内面とシートリテーナの外周面との間、およびシートリテーナの内面とリング状シートの小径部の外周面との間に、リング状のシール部材を設ける。

このような構成とすると、ばね収容スペースに連通するリング状シートとバルブボディとの間の摺動部、およびリング状シートとシートリテーナとの間の摺動部を、より確実にシールできる。

(３) 上記(１)または(２)項において、シートリテーナおよびリング状シートにおける弁体から離れる方向の端面を、弁体側に向かって漸次縮径するテーパ面とする。

このような構成とすると、流路内の圧力流体に粉体または未反応ガス等が含まれる場合には、粉体等がリング状シートおよびシートリテーナにおける弁体から離れる方向の端面であるテーパ面に衝突し、テーパ面に沿って流路の中心方向に流されるので、上記端面に粉体が滞留するのを防止できる。特に、リング状シートおよびシートリテーナの上記端面を上にして、ボールバルブの流路を上下方向に配置した場合には、上記端面に粉体が滞留するのをより確実に防止できる。

(４) 上記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、シートリテーナにおけるリング状シートの拡径段部と対向する面に、圧縮ばね収容用の凹部を設ける。

このような構成とすると、圧縮ばねを収容用の凹部に収容することにより、圧縮ばねを所定の位置に確実に保持できるとともに、リング状シートの拡径段部とそれに対向するシートリテーナの面との間隔を小とし、それらが当接するまでのシートリテーナのストロークを小とすることができる。また、それらが圧縮ばねを介することなく、直接当接するようにすることができる。

(５) 上記(４)項において、圧縮ばね収容用の凹部、およびそこに収容する圧縮ばねを、複数設ける。

このような構成とすると、圧力流体Ｑの圧力に応じて圧縮ばね８の使用数を調整することができる。

(６) 上記(１)〜(５)項のいずれかにおいて、シートリテーナに流路内の流体圧が作用しないときは、リング状シートの拡径段部がシートリテーナから離間し、シートリテーナに予め定めた値以上の流体圧が作用したとき、シートリテーナが弁体側に移動して、リング状シートの拡径段部に当接し、リング状シートを、前記流体圧により弁体に向かって押圧するようにする。

このような構成とすると、流体圧が予め定めた値以上の場合には、流体圧がシートリテーナを介してリング状シートに作用し、圧縮ばねの弾発力および流体圧によってリング状シートが弁体に圧接される。したがって、リング状シートと弁体との間を、より確実にシールできる。また、流体圧が予め定めた値より低い場合には、リング状シートに圧縮ばねの弾発力のみにより、リング状シートを弁体に押圧し、シール性を確保することができる。

本発明によると、流路内の圧力流体に粉体または重合により固体を生成する未反応ガス等が含まれる場合でも、リング状シートと弁体との間のシール効果が低下するのを防止できるようにした、耐久性のよいボールバルブを提供することができる。

本発明のボールバルブの一実施形態を示す部分縦断正面図である。同じく、図１の右側のシール部を示す拡大縦断正面図である。同じく、シートリテーナのばね収容部を拡大して示すリング状シートの一部切欠き斜視図である。同じく、リング状シートの拡径段部の端面と、シートリテーナの端面との隙間を示す図２のIV−IV線拡大横断平面図である。同じく、シートリテーナが左方に移動したときの状態を示す、図２と同様の拡大縦断正面である。同じく、リング状シートの拡径段部の端面に、シートリテーナの端面が当接した状態を示す、図４と同様の拡大縦断平面図である。ばね収容部の変形例を示す、図３と同様の一部切欠き斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態のボールバルブ１は、バルブボディ２と、バルブボディ２内の流路３の中間に位置するキャビティ４内において回転させられることにより、流路３を開閉するボール状の弁体５と、バルブボディ２と弁体５との間に摺接可能に設けられたリング状シート６と、リング状シート６とバルブボディ２との間に摺接可能に設けられたシートリテーナ７と、リング状シート６とシートリテーナ７との間に縮設された圧縮ばね８とを備えている。

次に、上記各構成要素について説明する。なお、ボールバルブ１は、弁体５を中心として左右対称に構成されているので、ここでは、弁体５の右側の部分を中心に説明する。

図２に示すように、流路３のキャビティ４側の開口縁部には、拡径段孔９が設けられている。この拡径段孔９の開口部側に、リング状シート６が摺動自在に嵌合されている。

弁体５は、流路３とほぼ同一直径の貫通孔１０を有している。また、弁体５の上部には、バルブボディ２を密封状態で貫通し、外部から手動または電動などの駆動機器によって回転駆動されるステム１１(図１参照)が設けられている。弁体５の下部は、バルブボディ２に回転自在に設けられたステム（図示せず）によって支持されている。

リング状シート６は、小径部１２と、小径部１２における弁体５側の端部に設けられた拡径段部１３とを有している。拡径段部１３の先端部１３ａは、圧縮ばね８の弾発力によって弁体５の外周面５ａに圧接されている。また、拡径段部１３の外周面には環状の凹溝１４が設けられ、この凹溝１４内にリング状のシール部材であるＯリング１５が嵌合されている。Ｏリング１５によって、リング状シート６の拡径段部１３の外周面とバルブボディ２の拡径段孔９の内周面との間が、確実にシールされている。

リング状シート６の内周面１６は、中央部が内方に突出する台形断面に形成されている。すなわち、内周面１６は、中央の最小径面１６ａと、最小径面１６ａの弁体５から離れる方の端部において、弁体５から離れる方向に漸次拡径するテーパ面状の受圧面１６ｂと、最小径面１６ａにおける受圧面１６ｂとの反対側の端部において、弁体５に接近する方向に漸次拡径するテーパ面１６ｃと、テーパ面１６ｃの最大径部から弁体５方向に延伸する拡径面１６ｄとを有している。

シートリテーナ７は、バルブボディ２の拡径段孔９の内周面と、リング状シート６の小径部１２の外周面とに摺接するようにして、バルブボディ２の拡径段孔９の閉塞端９ａ側に摺動自在に嵌合されている。このシートリテーナ７の弁体５から離間する方の端部には、拡径段孔９より内方に突出し、かつ弁体５に接近する方向に漸次縮径するテーパ面状の受圧面７ａが設けられている。受圧面７ａは、リング状シート６の受圧面１６ｂとほぼ同じ角度で傾斜している。

このシートリテーナ７の内周面および外周面には環状の凹溝１７、１８が設けられ、これらの凹溝１７、１８内にそれぞれＯリング１９、２０が嵌合されている。これらのＯリング１９、２０によって、シートリテーナ７の内周面とリング状シート６の小径部１２の外周面との間、およびシートリテーナ７の外周面とバルブボディ２の拡径段孔９の内周面との間が、確実にシールされている。

圧縮ばね８は、リング状シート６の拡径段部１３と、シートリテーナ７との間に縮設されている。本実施形態では、図３に示すように、シートリテーナ７におけるリング状シート６の拡径段部１３と対向する端面７ｂに、圧縮ばね１１の自由長Ｈ１より小なる深さＨ２(Ｈ２＜Ｈ１)を有するばね収容用の凹部である切込み凹溝状のばね収容部２１が、円周方向に等間隔で複数個設けられている。そして、ばね収容部２１内に、それぞれ圧縮ばね８が収容されている。なお、ばね収容部２１およびそこに収容される圧縮ばね８は、シートリテーナ７の端面７ｂに１０〜３０個程度設けるのがよい。

この圧縮ばね８は、図２および図４に示すように、リング状シート６の小径部１２および拡径段部１３、シートリテーナ７のばね収容部２１、およびバルブボディ２の拡径段孔９によって囲まれた、ばね収容スペース２２内に収容されている。

入り口側の流路３は、直線状の流入孔２３の弁体５側の端部に、弁体５に向かって漸次拡径するテーパ孔２４が連設され、このテーパ孔２４の弁体５側の端部に、上記拡径段孔９が、流路３と直交する段差面９ａを介して連設されたものよりなっている。

また、流入孔２３の内径と、リング状シート６の最小径面１６ａの内径と、弁体５の貫通孔１０の内径とは、互いにほぼ同一としてある。

次に、このボールバルブ１の作用を説明する。ここでは、図２に示すように、圧力流体Ｑが流路３内を右から左に流れるものとする。流路３が弁体５によって閉鎖されているときは、流路３内に流入した圧力流体Ｑの流体圧は直線状の流入口２３から、その弁体５寄りの端部に向かって拡開するテーパ孔２４を介して、シートリテーナ７の受圧面７ａ、およびリング状シート６の受圧面１６ｂに作用する。

ここで、圧力流体Ｑの流体圧が予め定めた値より低い場合は、圧縮ばね８の弾発力によって、シートリテーナ７が段差面９ａに当接させられ、かつリング状シート６が弁体５側に押圧されて弁体５に圧接される。これにより、弁体５とリング状シート６との間がシールされる。

このとき、図４に示すように、シートリテーナ７の端面７ｂは、リング状シート６の拡径段部１３の端面１３ｂから所定の距離ｂ、本実施形態ではｂ＝１ｍｍ程度離間している。このときには、図２に示すように、シートリテーナ７の受圧面７ａは、リング状シート６の受圧面１６ｂより弁体５から離れる方向に僅かに突出している。

流体圧が予め定めた値以上の場合は、図５に示すように、流体圧によってシートリテーナ７が弁体５方向に押圧され、シートリテーナ７は圧縮ばね８の弾発力に対抗して弁体５側に摺動させられる。そして、図６に示すように、シートリテーナ７の端面７ｂがリング状シート６の拡径段部１３の端面１３ｂに当接する。この後、リング状シート６とシートリテーナ７とが一体となって、流体圧によってリング状シート６およびシートリテーナ７が弁体５側に押圧され、流体圧および圧縮ばね８の弾発力によって、リング状シート６の先端部１３ａが弁体５に押圧される。これにより、弁体５とリング状シート６との間が確実にシールされる。

また、このときには、図５に示すように、シートリテーナ７の受圧面７ａが、リング状シート６の受圧面１６ｂとほぼ整合するか、または受圧面１６ｂより右方に位置するようにしておくのが好ましい。。

このように、本実施形態のボールバルブ１は、流体圧が予め定めた値以上の場合は、図５および図６に示すように、リング状シート６の拡径段部１３および小径部１２、シートリテーナ７のばね収容部２１、並びにバルブボディ２の拡径段孔４によって囲まれたばね収容スペース２２に、圧力流体Ｑを導入することなく、しかも流体圧を用いてシールリテーナ７を弁体５側に押圧することができる。これにより、流体圧および圧縮ばね８の弾発力によってシールリング６を弁体５に強く圧接できる。

ばね収容スペース２２内に圧力流体Ｑを導入する必要がないので、ばね収容スペース２２と流路３およびキャビティ４とを連通する隙間、すなわち、リング状シート６とバルブボディ２との摺動部(リング状シール６の拡径段部１３の外周面とバルブボディ２の拡径段孔９の内周面との間)、シートリテーナ７とバルブボディ２との摺動部(シートリテーナ７の外周面と拡径段孔９の内周面との間)、およびリング状シール６とシールリテーナ７との摺動部(リング状シール６の小径部１２の外周面とシートリテーナ７の内周面との間）に、それぞれＯリング１５、１９、２０を設けることにより、各隙間をほぼ完全にシールし、これによって、ばね収容スペース２２に圧力流体Ｑが侵入するのを防止することができる。

したがって、流体圧が予め定めた値以上であり、かつ圧力流体Ｑに粉体や重合によって固体を生成する未反応ガス(ポリエチレンガス、ポリプロピレンガス等)が含まれている場合でも、ばね収容スペース２２内に粉体等が侵入するのを防止できる。これにより、リング状シート６およびシートリテーナ７の摺動部に粉体等が付着するのを防止し、リング状シート６およびシートリテーナ７の動作が粉体等によって阻害されるのを防止できるので、リング状シート６と弁体５との間のシール効果が低下するのを防止できるとともに、耐久性を向上することができる。

また、シートリテーナ７およびリング状シート６の弁体５から離れる方向の端面である受圧面７ａおよび１６ｂを、弁体５方向に漸次縮径するテーパ面としてあるので、圧力流体Ｑに粉体等が含まれる場合でも、受圧面７ａおよび１６ｂに粉体が滞留するのを防止できる。特に、受圧面７ａおよび１６ｂを上にして、流路３を上下方向に配置した場合には、受圧面７ａおよび１６ｂに粉体が滞留するのを防止できる。

さらに、流体圧が予め定めた値より低い場合は、シートリテーナ７の受圧面７ａがリング状シート６の受圧面１６ｂに対して弁体５の反対側に突出し、流体圧が予め定めた値以上の場合にも、シートリテーナ７の受圧面７ａがリング状シート６の受圧面１６ｂより弁体５寄りに移動しないようにすることにより、シートリテーナ７の受圧面７ａに粉体が滞留しないようにすることができる。

また、流体圧が、予め定めた値より低い場合には、リング状シート６に圧縮ばね８の弾発力のみにより、リング状シート６のシール性を確保することができる。

さらに、シートリテーナ７の弁体５側の端面７ｂにばね収容部２１を設けてあるので、圧縮ばね８を所定の位置に確実に保持できる。また、ばね収容部２１は複数設けてあるので、圧力流体Ｑの圧力に応じて圧縮ばね８の使用数を調整することができる。

なお、Ｏリング１５、１９、２０が、流体圧等によって凹溝１４、１７、１８の両側の隙間にはみ出るのを防止するため、凹溝１４、１７、１８内にバックアップリングを設けるのが好ましい。また、リング状のシール部材としては、Ｏリング以外に、Ｘリング等を用いることができる。

また、図７に示すように、シートリテーナ７の端面７ｂには、切込み凹溝状のばね収容部２１に代えて、丸孔状のばね収容部２５を設けることができる。このばね収容部２５によれば、圧縮ばね８をより簡単にしかも安定よく収容することができる。

１ボールバルブ
２バルブボディ
３流路
４キャビティ
５弁体
５ａ外周面
６リング状シート
７シートリテーナ
７ａ受圧面
７ｂ端面
８圧縮ばね
９拡径段孔
９ａ段差面
１０貫通孔
１１ステム
１２小径部
１３拡径段部
１３ａ先端部
１４凹溝
１５Ｏリング
１６最小径面
１６ａ最小径面
１６ｂ受圧面
１６ｃテーパ面
１６ｄ拡径面
１７凹溝
１８凹溝
１９Ｏリング
２０Ｏリング
２１ばね収容部
２２ばね収容スペース
２３流入孔
２４テーパ孔
２５ばね収容部
Ｑ圧力流体

Claims

圧力流体が流通する流路と、その中間に位置するキャビティと、前記流路のキャビティ側の開口縁部に設けられた拡径段孔とを有するバルブボディと、
前記キャビティ内において回転させられることにより、前記流路を開閉するボール状の弁体と、
小径部の一端に拡径段部が連設され、前記拡径段部が拡径段孔の開口部側に摺動自在に嵌合され、かつ拡径段部の先端部が前記弁体の外周面に圧接するようにしたリング状シートと、
前記リング状シートの小径部の外周面と摺接するようにして、前記拡径段孔の閉塞端側に摺動自在に嵌合され、かつ前記拡径段孔より内方に突出する受圧面を有するシートリテーナと、
前記リング状シートの小径部の外側において、前記リング状シートの拡径段部とシートリテーナとの間に縮設した圧縮ばね
とを備えることを特徴とするボールバルブ。
拡径段孔の内面とシートリテーナの外周面との間、およびシートリテーナの内面とリング状シートの小径部の外周面との間に、リング状のシール部材を設けた請求項１記載のボールバルブ。
シートリテーナおよびリング状シートにおける弁体から離れる方向の端面を、弁体側に向かって漸次縮径するテーパ面とした請求項１または２記載のボールバルブ。
シートリテーナにおけるリング状シートの拡径段部と対向する面に、圧縮ばね収容用の凹部を設けた請求項１〜３のいずれかに記載のボールバルブ。
圧縮ばね収容用の凹部、およびそこに収容する圧縮ばねを、複数設けた請求項４記載のボールバルブ。
シートリテーナに流路内の流体圧が作用しないときは、リング状シートの拡径段部がシートリテーナから離間し、シートリテーナに予め定めた値以上の流体圧が作用したとき、シートリテーナが弁体側に移動して、リング状シートの拡径段部に当接し、リング状シートを、前記流体圧により弁体に向かって押圧するようにした請求項１〜５のいずれかに記載のボールバルブ。