JP6118283B2

JP6118283B2 - ボールバルブ

Info

Publication number: JP6118283B2
Application number: JP2014041267A
Authority: JP
Inventors: 謙雄野間口
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: JP2015166613A

Description

この発明は、貫通流路を有するボール弁体を備えたボールバルブに関するものである。

従来より、各種の流体の流量制御、例えば空調用の冷温水の流量を制御するために使用される流量制御弁として、貫通流路を有するボール弁体をプラグとして備えたボールバルブが知られている。

図６に特許文献１に開示されたボールバルブの要部を示す。このボールバルブ１(１Ａ)は、流体２の流路３を形成する弁本体４と、この弁本体４の内部に配設されたボール弁体５と、このボール弁体５を弁本体４の外部から回転させる弁軸６等で構成されている。

ボール弁体５は、弁軸６の軸線と直交する方向に貫通流路７を有し、弁本体４の内部中央に前後２つのシートリング８を介して弁軸６を中心として回転可能に配設され、外周面がシートリング８に接触する球面着座部を形成している。流体２は図示左(上流側)から右(下流側)へ流れる。

ボール弁体５の貫通流路７は、弁軸６の軸線と直交する貫通孔からなり、この貫通孔(貫通流路)７の上流側の開口部７ａが流量特性窓とされ、下流側の開口部７ｂが直径Ｄの円形とされている。

図７（ａ）にボール弁体５を貫通流路７の上流側から見た図を示し、図７（ｂ）にボール弁体５を貫通流路７の下流側から見た図を示す。上流側の開口部（流量特性窓）７ａは、所定の流量特性を示す形状、この例では断面形状がボール弁体５の回転方向（矢印Ｂ方向）におおむね扇形となる形状とされている。また、流量特性窓７ａの下流側は、円形の開口部７ｂに同径でつながる空洞(円柱状の空洞)とされている。

ボール弁体５には、その上面中央に凹部９が形成されており、この凹部９に弁軸６の下端６ａが嵌合固定されている。弁軸６は、弁本体４の中央の筒部１０にＯリング１１を介して回転可能に挿通されており、その上端６ｂが筒部１０の上方に突出している。この弁軸６が手動または駆動モータ等の駆動装置によって駆動されることにより、弁軸６を中心としてボール弁体５が矢印Ｂ方向またはその逆方向にほゞ９０゜の角度範囲内で回動される。

図６はボールバルブ１を全開とした状態を示している。この状態からボール弁体５を９０゜回動させると、上流側の開口部７ａと下流側の開口部７ｂが全閉状態となる。全閉と全開との中間開度においては、弁本体４内を流れる流体に対する上流側の開口部（流量特性窓）７ａの開き量に応じた量の流体が流れる。

特開２００３−１１３９４８号公報米国特許第６０３９３０４号明細書

しかしながら、図６に示された従来のボールバルブ１Ａによると、ボール弁体５の流量特性窓７ａの下流側が円柱状の空洞とされているので、流量特性窓７ａを通過した流体の流れが流量特性窓７ａの下流側で急拡大する。このため、流量特性窓７ａの下流側での圧力損失が大きくなり、ボールバルブ１Ａに流せる最大流量が小さくなるという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、流量特性窓の下流側での圧力損失を小さくし、流せる最大流量を増加させることが可能なボールバルブを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、貫通流路を有するボール弁体を備え、このボール弁体を弁軸を中心として回動させることによって、弁本体内を流れる流体に対する流量特性窓の開き量を調節するボールバルブにおいて、ボール弁体の下流側に装着された別部材を備え、別部材は、弁軸の軸線と直交する貫通孔を有し、この貫通孔に流量特性窓を有し、貫通孔の壁面が流量特性窓の開口部から下流側の開口部に向かって滑らかに拡径していることを特徴とする。

本発明では、流量特性窓の下流側の流路の壁面が上流側から下流側に向かって滑らかに拡径しているので、流量特性窓を通過した流体の流れが流量特性窓の下流側で急拡大することがない。これにより、流量特性窓の下流側での圧力損失が小さくなり、流せる最大流量を増加させることが可能となる。

本発明によれば、流量特性窓の下流側の流路の壁面を上流側から下流側に向かって滑らかに拡径させるようにしたので、流量特性窓の下流側での圧力損失を小さくし、流せる最大流量を増加させることが可能となる。この結果、必要な最大流量を流すことができるプラグの大きさを従来よりも小さくすることができ、バルブの小型軽量化、低トルク化による操作器の小型軽量化、低消費電力化につなげることが可能となる。

本発明に係るボールバルブの一実施の形態(実施の形態１)の要部を示す図である。実施の形態１のボールバルブにおけるボール弁体を貫通流路の上流側および下流側から見た図である。実施の形態１のボールバルブにおけるボール弁体を貫通流路の上流側および下流側から見た斜視図である。本発明に係るボールバルブの他の実施の形態(実施の形態２)の要部を示す図である。実施の形態１，２のボールバルブにおける流量特性窓の形状の変形例を示す図である。特許文献１に開示されたボールバルブの要部を示す図である。特許文献１に開示されたボールバルブにおけるボール弁体を貫通流路の上流側および下流側から見た図である。特許文献２に示された従来の別部材を用いたボールバルブの要部を示す図である。特許文献２に示されたボールバルブにおける別部材を上流側および下流側から見た図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明では、本発明の権利範囲に含まれないものも実施の形態として記載されているが、ここでは全て実施の形態として説明する。

この実施の形態１のボールバルブ１(１Ｂ)において、ボール弁体５の貫通流路７は、弁軸６の軸線と直交する貫通孔からなり、この貫通孔(貫通流路)７の上流側の開口部７ａが流量特性窓とされ、下流側の開口部７ｂが直径Ｄの円形とされている点では図６に示した従来のボールバルブ１Ａと同じであるが、貫通孔(貫通流路)７の壁面７ｃを上流側の開口部(流量特性窓)７ａから下流側の開口部７ｂに向かって滑らかに拡径させている点で異なっている。

図２（ａ）にボール弁体５を貫通流路７の上流側から見た図を示し、図２（ｂ）にボール弁体５を貫通流路７の下流側から見た図を示す。図３（ａ）にボール弁体５を貫通流路７の上流側から見た斜視図を示し、図３（ｂ）にボール弁体５を貫通流路７の下流側から見た斜視図を示す。流量特性窓７ａは、断面形状がボール弁体５の回転方向（矢印Ｂ方向）におおむね扇形となる形状とされており、流量特性窓７ａの下流側の流路の壁面７ｃは、上流側から下流側に向かって滑らかに拡径している。

この実施の形態１のボールバルブ１Ｂでは、流量特性窓７ａの下流側の流路の壁面７ｃが上流側から下流側に向かって滑らかに拡径しているので、流量特性窓７ａを通過した流体の流れが流量特性窓７ａの下流側で急拡大することがない。これにより、流量特性窓７ａの下流側での圧力損失が小さくなり、流せる最大流量を増加させることができるようになる。

この結果、本実施の形態のボールバルブ１Ｂでは、必要な最大流量を流すことができるボール弁体(プラグ)５の大きさを従来よりも小さくすることができ、バルブの小型軽量化、低トルク化による操作器の小型軽量化、低消費電力化につなげることができるようになる。

〔実施の形態２〕
実施の形態１のボールバルブ１Ｂでは、ボール弁体５の貫通流路７の上流側の開口部７ａを流量特性窓としたが、実施の形態２のボールバルブでは、図４に示すように、ボール弁体５の下流側に別部材１２を装着し、この別部材１２に弁軸６の軸線と直交する貫通孔１３を設け、この貫通孔１３の上流側の開口部１３ａを流量特性窓とし、下流側の開口部１３ｂを円形とし、貫通孔１３の壁面１３ｃを上流側の開口部(流量特性窓)１３ａから下流側の開口部１３ｂに向かって滑らかに拡径させている。

なお、この実施の形態２のボールバルブ１（１Ｃ）において、ボール弁体５の貫通流路７の上流側の開口部７ａ’および下流側の開口部７ｂはともに円形とされている。すなわち、ボール弁体５の貫通流路７は、同径でつながる円柱状の貫通孔とされている。また、別部材１２は、弁本体４内に固定されており、流量特性窓１３ａの周囲をボール弁体５の球面に合わせた凹部１２ａとし、この凹部１２ａをボール弁体５の球面に着座させている。

この実施の形態２のボールバルブ１Ｃでは、ボール弁体５の下流側に装着された別部材１２の流量特性窓１３ａの下流側の流路の壁面１３ｃが上流側から下流側に向かって滑らかに拡径しているので、ボール弁体５の貫通流路７を通過し、流量特性窓１３ａに入った流体の流れが流量特性窓１３ａの下流側で急拡大することがなく、流量特性窓１３ａの下流側での圧力損失が小さくなり、流せる最大流量を増加させることができるようになる。

参考として、図８に特許文献２に示された従来の別部材を用いたボールバルブ１(１Ｄ)の要部を示す。このボールバルブ１Ｄでは、ボール弁体５の下流側に別部材１４を装着し、この別部材１４に弁軸６の軸線と直交する貫通孔１５を設け、この貫通孔１５の上流側の開口部１５ａを流量特性窓としているが、上流側の開口部１５ａと下流側の開口部１５ｂとは同形状でつながっている。すなわち、この別部材１４では、貫通孔１５自体が流量特性窓とされている。図９（ａ）に別部材１４を上流側から見た図を、図９（ｂ）に別部材１４を下流側から見た図を示す。

このボールバルブ１Ｄでは、ボール弁体５の貫通流路７を通過し、別部材１４の貫通孔(流量特性窓）１５に入った流体の流れが流量特性窓１５の下流側で急拡大する。このため、流量特性窓１５の下流側での圧力損失が大きくなり、ボールバルブ１Ｄに流せる最大流量が小さくなるという問題がある。

なお、上述した実施の形態１，２では、流量特性窓７ａ，１３ａを扇形としたが、必ずしも扇形としなくてもよく、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すような種々の形状が考えられる。また、流量特性窓７ａ，１３ａの下流側の流路の壁面７ｃ，１３ｃは、上流側から下流側に向かう途中から滑らかに拡径されていてもよい。

また、上述した実施の形態１では、貫通孔７の上流側の開口部７ａを流量特性窓としたが、流量特性窓は貫通孔７の途中に設けられていてもよい。同様に、実施の形態２でも、別部材１２の貫通孔１３の途中に流量特性窓が設けられていてもよい。この場合、貫通孔７（貫通孔１３）の壁面を流量特性窓の開口部から下流側の開口部に向かって滑らかに拡径するようにすることは言うまでもない。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１…ボールバルブ、２…流体、３…流路、４…弁本体、５…ボール弁体、６…弁軸、７…貫通流路、７ａ…上流側の開口部(流量特性窓)、７ｂ…下流側の開口部、７ｃ…壁面、１２…別部材、１３…貫通孔、１３ａ…上流側の開口部(流量特性窓)、１３ｂ…下流側の開口部、１３ｃ…壁面。

Claims

貫通流路を有するボール弁体を備え、このボール弁体を弁軸を中心として回動させることによって、弁本体内を流れる流体に対する流量特性窓の開き量を調節するボールバルブにおいて、
前記ボール弁体の下流側に装着された別部材を備え、
前記別部材は、
前記弁軸の軸線と直交する貫通孔を有し、この貫通孔に前記流量特性窓を有し、前記貫通孔の壁面が前記流量特性窓の開口部から下流側の開口部に向かって滑らかに拡径している
ことを特徴とするボールバルブ。