JP5850876B2 - Ball valve - Google Patents
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Description
本発明は、流体の流れる流路を開閉するボールバルブに関する。 The present invention relates to a ball valve that opens and closes a flow path through which a fluid flows.
従来、ボールバルブとして、例えば、実開平7−10648号公報(特許文献1)、特開2011−202707号公報(特許文献2)及び特開2012−67816号公報(特許文献3)に開示されたものがある。 Conventional ball valves have been disclosed in, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 7-10648 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-202707 (Patent Document 2) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-67816 (Patent Document 3). There is something.
特許文献1のものは、流入口に連通するボール収納室と、ボール収納室と流出口とに連通するフィルター収納室とを形成し、ボール収納室の左右両端に一対のシートリングを取付け、両シートリングの間にボールを装着したものである。このボールには流入口とフィルター収納室(流出口側)とを連通可能にするアングル型の連通孔が形成されている。
In
特許文献2及び3のものは、ボディ本体に、ガス流入口とガス流出口とに連通する連通室を形成し、連通室内のガス流入口側とガス流出口側とに、第1及び第2バルブシートを配設し、両バルブシートの間にボール(ボールバルブ)を装着したものである。ガス流入口とガス流出口とは略一直線上に設けられ、ボールには、このガス流入口とガス流出口とを連通可能にする連通孔(貫通孔)が形成されている。
In
前記従来のボールバルブは、シートリングやバルブシートなどの一対のシール用弾性部材をボールに対して挟み込むように当接させている。そしてこのシール用弾性部材により、流路の遮断時にはボールの連通孔と流入口及び流出口との間を遮断し、流路の開通時には、ボールの連通孔と流入口及び流出口との連通状態を弁室(ボール収納室や連通室)から封止するようにしている。このように、従来のボールバルブでは、一対のシール用弾性部材をボールに対して挟み込むようにしているため、ボールとシール用弾性部材との間に生じる摺動抵抗が大きくなり、ボールを回転駆動させるために大きな力を必要としていた。 In the conventional ball valve, a pair of sealing elastic members such as a seat ring and a valve seat are brought into contact with each other so as to be sandwiched between the balls. The elastic member for sealing blocks the connection between the ball communication hole and the inlet / outlet when the flow path is cut off, and connects the ball communication hole with the inlet / outlet when the flow path is opened. Is sealed from the valve chamber (ball storage chamber or communication chamber). As described above, in the conventional ball valve, since the pair of sealing elastic members are sandwiched between the balls, the sliding resistance generated between the balls and the sealing elastic members is increased, and the balls are driven to rotate. I needed a lot of power to make it happen.
本発明は、ボールバルブにおいて、ボールに対する摺動抵抗を低減して、ボールを回転駆動するときの回転トルクを低減することを課題とする。 An object of the present invention is to reduce a rotational resistance when a ball is rotationally driven in a ball valve by reducing a sliding resistance against the ball.
請求項1のボールバルブは、球体状のボール弁体であって、表面から中心に向けて形成した第1連通孔と第2連通孔とで構成されるアングル状連通孔を有するボール弁体と、弁室と該弁室に連通する第1の開口及び第2の開口が形成された弁本体とを備え、前記ボール弁体を前記弁室内に配設し、該ボール弁体を回転して、前記アングル状連通孔により前記第1の開口と第2の開口とを導通する状態と、該第1の開口と第2の開口とを非導通とする状態とを遷移可能にしたボールバルブにおいて、前記第2の開口と前記ボール弁体との間に配設され、該ボール弁体の球面に圧接されることにより該第2の開口と前記弁室とを封止するシール用弾性部材と、前記ボール弁体を挟んで前記シール用弾性部材と反対側に配設され、該ボール弁体の球面に当接する当接面を有する支持用押圧部材と、前記支持用押圧部材を前記ボール弁体側に付勢する付勢手段と、を備え、前記支持用押圧部材の前記当接面が球面状の凹面であって、かつ、当該当接面の曲率半径が、前記ボール弁体の表面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする。
The ball valve according to
請求項1のボールバルブによれば、支持用押圧部材と付勢手段とにより、ボール弁体をシール用弾性部材側に押圧しているので、弁室と二次側開口とを封止するためのシール用弾性部材は一つでよい。 According to the ball valve of the first aspect, since the ball valve body is pressed toward the sealing elastic member by the supporting pressing member and the biasing means, the valve chamber and the secondary side opening are sealed. One elastic member for sealing may be used.
また、支持用押圧部材の当接面が、ボール弁体の表面の曲率半径よりも大きな曲率半径であるので、支持用押圧部材の当接面とボール弁体の球面とは一点で接触する。したがって、ボール弁体を回転するときのこのボール弁体に作用する摺動抵抗を小さくでき、ボール弁体を回転駆動させるために大きな力を必要としない。 Further, since the contact surface of the support pressing member has a radius of curvature larger than the curvature radius of the surface of the ball valve body, the contact surface of the support press member and the spherical surface of the ball valve body come into contact at one point. Therefore , the sliding resistance acting on the ball valve body when the ball valve body is rotated can be reduced, and a large force is not required for rotationally driving the ball valve body.
また、支持用押圧部材の当接面が凹面であるので、この支持用押圧部材とボール弁体との中心が一致し、シール用弾性部材に対してボール弁体を均等に押圧することができる。 Further, since the contact surface of the support pressing member is a concave surface, the centers of the support pressing member and the ball valve body coincide with each other, and the ball valve body can be uniformly pressed against the sealing elastic member. .
次に、本発明のボールバルブの実施形態を図面を参照して説明する。図1は第1実施形態のボールバルブの閉状態の一部断面図、図2は第1実施形態のボールバルブの開状態の一部断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図1の図面における上下に対応する。この第1実施形態のボールバルブは、弁本体1と、ボール弁体2と、「シール用弾性部材」としてのシール部材3と、支持用押圧部材4と、「付勢部材」としてのコイルばね5と、蓋部材6と、回転軸7とを有している。なお、図中符号L1で示す一点鎖線はボール弁体2及び回転軸7の中心を通る軸線であり、符号L2で示す一点鎖線は、軸線L1に直交する二次側中心軸である。
Next, an embodiment of the ball valve of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the ball valve according to the first embodiment in a closed state, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the ball valve according to the first embodiment in an open state. Note that the concept of “upper and lower” in the following description corresponds to the upper and lower sides in the drawing of FIG. The ball valve according to the first embodiment includes a valve
弁本体1には、その内側に弁室1Aが形成されている。また、弁本体1には、弁室1Aに連通する「第1の開口」としての一次側開口11と、二次側中心軸L2を中心とする「第2の開口」としての二次側開口12と、二次側開口12と弁室1Aを連通する二次ポート12aが形成されている。さらに、弁本体1には、軸線L2を中心とする二次ポート12aの弁室1A側の周囲をなすシール部材嵌合部13と、軸線L1を中心として弁室1Aに連通する回転軸保持孔14と、二次側中心軸L2を中心として弁室1Aに連通してボール弁体2より僅かに径の大きな組み付け用孔15が形成されている。
The
ボール弁体2は球体の形状をしており、弁室1A内に配設されている。ボール弁体2には、その表面から中心に向けて第1連通孔21と第2連通孔22とが形成され、この第1連通孔21と第2連通孔22とはボール弁体2の中心で互いに連通している。これにより、第1連通孔21と第2連通孔22とはアングル状連通孔2Aを構成している。また、ボール弁体2には、軸線L1方向の上端部にこの軸線L1と直交する方向に嵌合溝23が形成されている。
The
シール部材3は、ボール弁体2側に、このボール弁体2の表面に当接するすり鉢状のテーパ面31を有する。また、シール部材3は、二次側ポート12aより僅かに径の大きな開口32を有している。そして、シール部材3のテーパ面31がボール弁体2の球面に圧接された状態で、弁本体1のシール部材嵌合部13に嵌合されている。
The
蓋部材6には、押圧部材嵌合部61、コイルばね収容部62、雄ねじ部63、シール溝64及び治具孔65が形成されている。押圧部材嵌合部61内には後述の支持用押圧部材4が配設され、ばね収容部62内にはコイルばね5が配設されている。また、シール溝64にはOリング64aが嵌め込まれている。蓋部材6は、支持用押圧部材4をボール弁体2に当接させた状態で、治具孔65に治具を係合し、外周の雄ねじ部63を組み付け用孔15の外側内周面に形成された雌ねじ部15aにねじ込むことにより、弁本体1に取り付けられている。すなわち、支持用押圧部材4は、ボール弁体2を挟んでシール部材3と反対側に配設され、当接面4Aをボール弁体2の球面に当接させている。これにより、コイルばね5はばね収容部62の底部と支持用押圧部材4との間に圧縮状態で配設され、ボール弁体2をシール部材3に対して密着するように該シール部材3側に付勢している。また、シール溝64に嵌め込まれたOリング64aにより、組み付け用孔15(及び弁室1A)と弁本体1の外部とが気密に封止される。
The
回転軸7は円柱状の部材であり、円筒状に形成された軸本体71と、その軸線L方向の途中箇所に設けられ外径が回転軸保持孔14の内径と略同一の2つのフランジ部72,73とを一体に有している。弁本体1の回転軸保持孔14の上方には、回転軸7の軸本体71の外径と略同一の径に形成された軸線L1を中心とする貫通孔1aが形成されている。フランジ部72の貫通孔1a側にはパッキン7aが配設され、フランジ部72とフランジ部73との間にはOリング7bが配設されている。これにより、回転軸保持孔14(及び弁室1A)と弁本体1の外部とが気密に封止される。
The rotating
貫通孔1aの周面と軸本体71の外周面との間には若干のクリアランスが設けられており、この貫通孔1aは回転軸7の軸受部として機能する。これにより、回転軸7は弁本体1を貫通して軸線L1周りに回転可能に支持されている。また、回転軸7は、ボール弁体2側の下端部に直径方向(軸線L1と直交する方向)に嵌合爪部74を有しており、この嵌合爪部74がボール弁体2の前記嵌合溝23に嵌合している。これにより、ボール弁体2と回転軸7とは、互いに軸線L1周りの回転方向に互いに一体的に回転可能となっている。また、図示は省略するが、嵌合溝23と嵌合爪部74との間には微少なクリアランスが設けられている。これにより、ボール弁体2は後述のように支持用押圧部材4により押圧され方向(シール部材3側)に多少移動できる。なお、回転軸7は図示しない駆動手段により回転駆動される。
A slight clearance is provided between the peripheral surface of the through
以上の構成により、ボール弁体2の第1連通孔21は一次側開口11に常時導通している。また、図1の閉状態では、ボール弁体2の円形の表面がシール部材3のテーパ面31に密着し、第2連通孔22と二次側開口12とは遮蔽され、一次側開口11と二次側開口12とは遮断される。ボール弁体2が軸線L周りに回転し、図2に示すように、第2連通孔22が二次側開口12を臨む位置となると、一次側開口11と二次側開口12とはアングル状連通孔2A(第1連通孔21及び第2連通孔22)を介して導通される。
With the above configuration, the first communication hole 21 of the
ここで、弁室1A、組み付け用孔15及び回転軸保持孔14は、一次側開口11と常時導通されているが、この弁室1A、組み付け用孔15及び回転軸保持孔14は、弁本体1の外部と二次側開口12とに対して気密に封止されている。したがって、一次側開口11に流入する流体の圧力はボール弁体2に作用して、ボール弁体2をシール部材3に押圧するようにも作用する。また、アングル状連通孔2A以外の部分で、一次側開口11と二次側開口12とを気密に封止するための部材は、シール部材3の一つだけでよい。
Here, the
図3は支持用押圧部材4とコイルばね5の部分の拡大断面図である。支持用押圧部材4は、例えばポリアミド(PA)や、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素樹脂等、比較的硬質な合成樹脂で形成されている。この実施形態の支持用押圧部材4は、全体形状が円盤形状で、ボール弁体2側の当接面4Aが凹面(球面)であり、コイルばね5側の背面が平面(フラット面)となっている。そして、当接面4Aの曲率半径(ボール弁体2側の中心に対する曲率半径)は、ボール弁体2の表面の曲率半径よりも大きくなっている。これにより、当接面4Aはボール弁体2の表面と一点で接触する。これにより、支持用押圧部材4はコイルばね5の付勢力でボール弁体2を押圧しながら、この支持用押圧部材4とボール弁体2との摺動抵抗は極めて小さくなる。したがって、ボール弁体2を回転するときのこのボール弁体2に作用する摺動抵抗はシール部材3との間の抵抗であり、従来よりも摺動抵抗が小さくなって、ボール弁体2を回転駆動させるために大きな力を必要としない。また、支持用押圧部材4の当接面4Aが球面であるので、支持用押圧部材4とボール弁体2との中心が一致する。したがって、シール部材3に対してボール弁体2を均等に押圧することができる。
FIG. 3 is an enlarged sectional view of the supporting pressing
図4は第2実施形態のボールバルブの開状態の一部断面図、図5は第2実施形態のボールバルブの閉状態の一部断面図である。図4及び図5において第1実施形態で同様な部材、同様な要素には同符号を付記して重複する説明は省略する。なお、図4では回転軸7の図示を省略しているが、この第2実施形態でも第1実施形態と同様な回転軸を有している。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the ball valve according to the second embodiment in an open state, and FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the ball valve according to the second embodiment in a closed state. 4 and 5, the same members and similar elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Although the illustration of the
この第2実施形態で第1実施形態と異なるところは、弁本体1′とボール弁体2′の構造である。弁本体1′には第1実施形態と同様な二次側開口12が形成されているが、この二次側開口12の軸線L2とボール弁体2′(及び回転軸7)の中心を通る軸線L1との両方に直交する軸線L3上に、一次側開口11′が形成されている。また、ボール弁体2′のアングル状連通孔2A′は、第1実施形態の第2連通孔22と同様な第2導通孔22′と、開状態で軸線L3を中心とする第1導通孔21′とで構成されている。その他の構造は第1実施形態と同様である。なお、ボール弁体2′は第1実施形態と同様に、前記回転軸7の下端の嵌合爪部74が嵌合する嵌合溝23を有している。
The second embodiment differs from the first embodiment in the structure of the valve body 1 'and the
図4の開状態では、ボール弁体2′の第1連通孔21′が一次側開口11′を臨む位置となるとともに、第2連通孔22′が二次側開口12を臨む位置となる。これにより、一次側開口11′と二次側開口12とがアングル状連通孔2A′を介して導通される。閉状態では、図5に示すように、ボール弁体2′の第1連通孔21′が支持用押圧部材4の位置に来る。また、第2連通孔22′が一次側開口11′の位置に来る。
In the open state of FIG. 4, the first communication hole 21 ′ of the
以上の実施形態では支持用押圧部材4をボール弁体2(2′)側に押圧する「付勢部材」がコイルばね5の例を説明したが、例えば図6(A) のように板ばね5′を積層したものでもよい。この場合は、ばね収容部62′を浅くできる。また、図6(B) のように、コイルばねや板ばねを無くし、押圧部材嵌合部61′内に当接面4A′を有する支持用押圧部材4′を嵌め込むようにしてもよい。この場合の支持用押圧部材4′は弾性を有する部材で構成し、その弾性力自体でボール弁体2(2′)を押圧する。このような例でも、ボール弁体2を回転するときのこのボール弁体2に作用する摺動抵抗はシール部材3との間の抵抗であり、ボール弁体2に対する摺動抵抗を小さくできる。
In the above embodiment, the example of the
なお、以上の実施形態では、一次側開口11(11′)から流体を流入させて二次側開口12(12′)から流体を流出させる場合について説明したが、実施形態のボールバルブは、二次側開口12(12′)から流体を流入させて一次側開口11(11′)から流体を流出さる場合にも適用できる。この場合には、コイルばね5あるいは板ばね5′による付勢力(ばね力)を流体の圧力によりボール弁体2に作用する荷重より強くする。また、一次側開口11(11′)と二次側開口12(12′)とが導通する状態と、非導通となる状態とのみについて説明したが、ボール弁体2(2′)の回転角度に応じて一次側開口11(11′)と二次側開口12(12′)の導通の度合いを調整し、流量を制御するようにすることもできる。
In the above embodiment, the case where the fluid is allowed to flow from the primary side opening 11 (11 ′) and the fluid is allowed to flow from the secondary side opening 12 (12 ′) has been described. The present invention can also be applied to a case where a fluid is introduced from the secondary side opening 12 (12 ′) and a fluid is outputted from the primary side opening 11 (11 ′). In this case, the urging force (spring force) by the
1 弁本体
1A 弁室
11 一次側開口(第1の開口)
12 二次側開口(第2の開口)
2 ボール弁体
21 第1連通孔
22 第2連通孔
2A アングル状連通孔
2′ ボール弁体
21′ 第1連通孔
22′ 第2連通孔
2A′ アングル状連通孔
3 シール部材
4 支持用押圧部材
4A 当接面
5 コイルばね(付勢手段)
5′ 板ばね(付勢手段)
1
12 Secondary side opening (second opening)
2 Ball valve body 21
5 'leaf spring (biasing means)
Claims (1)
前記第2の開口と前記ボール弁体との間に配設され、該ボール弁体の球面に圧接されることにより該第2の開口と前記弁室とを封止するシール用弾性部材と、
前記ボール弁体を挟んで前記シール用弾性部材と反対側に配設され、該ボール弁体の球面に当接する当接面を有する支持用押圧部材と、
前記支持用押圧部材を前記ボール弁体側に付勢する付勢手段と、
を備え、
前記支持用押圧部材の前記当接面が球面状の凹面であって、かつ、当該当接面の曲率半径が、前記ボール弁体の表面の曲率半径よりも大きいことを特徴とするボールバルブ。 A ball valve body having a spherical shape and having an angled communication hole formed by a first communication hole and a second communication hole formed from the surface toward the center, a valve chamber, and the valve chamber. A valve body having a first opening and a second opening that communicate with each other, the ball valve body is disposed in the valve chamber, the ball valve body is rotated, and the angle-shaped communication hole allows the In the ball valve capable of transitioning between a state in which the first opening and the second opening are electrically connected and a state in which the first opening and the second opening are not electrically connected,
An elastic member for sealing disposed between the second opening and the ball valve body, and sealing the second opening and the valve chamber by being pressed against the spherical surface of the ball valve body;
A supporting pressing member that is disposed on the opposite side of the sealing elastic member across the ball valve body and has a contact surface that contacts the spherical surface of the ball valve body;
Biasing means for biasing the supporting pressing member toward the ball valve body;
Equipped with a,
The ball valve according to claim 1, wherein the contact surface of the support pressing member is a spherical concave surface, and a radius of curvature of the contact surface is larger than a radius of curvature of the surface of the ball valve body .
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