JP6426435B2 - トラニオン型ボールバルブ - Google Patents

Description

本発明はトラニオン型ボールバルブに関し、詳しくは、バルブキャビティ内の異常昇圧を回避しつつ高シール性を発揮できるボールシートとシートリテーナとの装着構造に関する。

トラニオン型ボールバルブは、特に高圧流体に適したバルブであり、通常、弁座となるボールシートがシートリテーナに保持された状態でボデーに装着され、このボールシートがコイルスプリングの弾発力によって弁体方向に弾発され、ボールシートが押し付けられることにより一次側（上流側）ボールシートで流体が封止される構造に設けられている。

このように、ボールシートとシートリテーナとが別体になっている場合、シートリテーナからボールシートの脱落が防がれた構造に設けられており、例えば、特許文献１におけるボール弁では、シートにめねじ、シールリングにおねじがそれぞれ設けられ、これらめねじとおねじとを介してシールリングがシートに取付けられる。シート背面には皿バネが装着され、この皿バネによりシート及びシールリングが弁体方向に押圧されている。シールリングは、互いのねじ山端部を接触させて緩みによるシートからの飛び出しが防がれた状態で、背面側に装着された圧縮コイルスプリングで弁体に圧接され、このシールリングと弁体との接触面の隙間が防がれている。シールリングの内径側にはシール部材が設けられ、このシール部材によって背面側への圧力の浸入が防止され、背圧作用によるシールリングの飛び出しに起因するシールリング背面への圧力浸入が防止されている。

特許文献２におけるボールバルブでは、パッキンライナーに鋸歯状凹凸部が形成され、この鋸歯状凹凸部にシートパッキンが入り込むことにより、シートパッキンがパッキンライナーに結合される。その際、シートパッキンはパッキンライナーに圧入状態で一体化され、これによりシートパッキンからの裏漏れが防止されている。また、シートパッキンの背面がパッキンライナーに圧入された状態で固定されていることで、流体圧の背圧作用によるシートパッキンの飛び出しが防がれている。

一方において、特許文献３のボール弁では、弁座背面側の外周に弁座保持リングが係合され、この弁座保持リングの係合面に円周状に流体連通溝が設けられている。この流体連通溝より流体連通孔を介して、入口側流路部圧力とポケット部圧力との間の圧力差を等しくすることで、弁座を正常な位置に引き戻して変形や破損が防がれている。

特開平９−１３３２２５号公報 実開平２−１２４３７７号公報 実用新案登録第２５７７１５６号公報

ボールシートがコイルスプリングで弾発される一般的な構造のトラニオン型ボールバルブでは、キャビティ内に異常昇圧が生じたときには、ボールシートがシートリテーナと共に一次側に移動してシートと弁体との間から圧力をリリーフするため、シートの弁体との接触面の摩耗が激しくなる。その結果、シールポイントが不安定になってリリーフ圧にばらつきが生じ、さらに、リリーフの際にはシートの接触部をこじ開けるように圧力が抜けるため、接触面にダメージが加わりやすい。

特許文献１のボール弁では、キャビティ内に異常昇圧が生じた場合のリリーフが考慮されていない。さらに、このボール弁は、シールリング、シートに加えて、皿バネ、圧縮コイルスプリング、シール部材を有しているために部品点数が多くなり構造も複雑になる。この場合、シールリングには部品装着用の溝や凹みが多く形成されるためにシールリング全体の剛性が低下しやすくなり、これを解消するためにシールリング材料として高強度材料を用いる必要が生じることもある。さらには、シールリングの内径側にシール部材が配置され、シールリング背面側に圧縮コイルスプリングが設けられていることで組立性も悪い。

特許文献２のボールバルブにおいては、キャビティ内の異常昇圧のリリーフによりシートパッキンが消耗しやすいことに加えて、シートパッキンがパッキンライナーに圧入されて一体化された構造であるために、シートパッキンが高温になると膨張してパッキンライナーから飛び出す可能性がある。
このシートパッキンは、漏洩防止構造として背面付近にテーパが設けられ、くさび効果によりパッキンライナーと一体化しようとする構造であるため、これらパッキンライナーとシートパッキンとの寸法設定が困難になる。このような凹凸構造によりシートパッキンをパッキンライナーに圧入させる場合、その組立て作業も困難になる。その際、シートパッキンが所定の状態に変形しない場合には、シートパッキンがパッキンライナーの所定位置に収まらずに、組立時及びバルブ作動時にシートパッキンが偏摩耗する可能性がある。そのため、シートパッキンを圧入によりパッキンライナーに固定する場合には、圧入後にシート面を加工する必要がある。

特許文献３のボール弁では、弁体の回動時に流体連通溝及び流体連通孔を介して圧力差を減らし、弁座の飛び出しや変形を防止しようとしているが、キャビティ内の異常昇圧への対処が考慮されていない。

本発明は、従来の課題を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、高圧流体に対してもシートリテーナからのボールシートの脱落を防止しながら高シール性を発揮し、ボールシートの摩耗を回避しつつキャビティ内の異常昇圧をリリーフし、しかも、部品点数の増加を抑えて構造を簡略化しながら強度を確保して加工性や組立性も向上できるトラニオン型ボールバルブを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ボデー内に設けた貫通孔を有するボールの一方又は双方にボールシートを装着したシートリテーナを配設し、ボールをステムを介して回動可能に設けたボールバルブにおいて、ボールシートは、シートリテーナに形成した装着溝内に飛び出しを防止し、かつフリーな状態で装着すると共に、全閉時または全開時のキャビティ内の異常昇圧による余剰の圧力をシートリテーナの自緊力でボールとは反対方向に移動させ、かつ、装着溝内のボールシートの裏面側に流入した流体圧でボールシートをボール側に押し出してボールシートの内周面と装着溝との間に設けた連通部を介して流路内にリリーフするようにしたトラニオン型ボールバルブである。

請求項２に係る発明は、装着溝の内周の開口側に設けた係合部にボールシートの外周装着側に設けた係止部を装入方向に係止可能に対向させてシートリテーナの装着溝からのボールシートの飛び出しを防止し、ボールシートを前記装着溝にフリーな状態で装着したトラニオン型ボールバルブである。

請求項３に係る発明は、装着溝内周に設けためねじ部を係合部とし、このめねじ部にボールシートのおねじ部を係止部として螺合し、おねじ部の後端側とめねじ部の後端側とを係止可能に設けてボールシートの飛び出しを防止したトラニオン型ボールバルブである。

請求項４に係る発明は、めねじ部内端のねじ山とおねじ部外端のねじ山とを係止させてボールシートの飛び出しを防止したトラニオン型ボールバルブである。

請求項５に係る発明は、ボールシートの内周面、または、この内周面に対向するシートリテーナの装着溝に、連通部と連通する少なくとも一つのリリーフ溝を形成したトラニオン型ボールバルブである。

請求項１に係る発明によると、シートリテーナの装着溝内に飛び出しを防止しながらボールシートを装着し、高圧流体が流れた場合やバルブが微開の場合にもボールシートの脱落を防止しながら高シール性を発揮できる。ボールシートをフリーな状態でシートリテーナに装着し、全閉時または全開時に異常昇圧が生じた場合でも、キャビティ内の圧力を利用する、いわゆる自緊力によりシートリテーナをボールと反対方向に移動させ、かつ、キャビティ内の異常昇圧による余剰の圧力をボールシート内周面と装着溝との間の連通部を介して流路内にリリーフすることで、異常昇圧による余剰圧力のリリーフ時にボールシートのボールとの接触面の摩耗を防止する。このため、弁閉シール時のリリーフポイントを安定させて異常昇圧を確実に回避でき、弁閉時には高シール性を維持して高圧流体に対しても漏れを回避する。しかも、ボールシートとシートリテーナとによりリリーフ機構を構成できることで部品点数の増加を抑えて内部構造を簡略化し、溝や凹みが増えることなく強度を確保しながらボールシートを装着し、加工性や組立性も向上できる。

請求項２に係る発明によると、ボールシートをシートリテーナの装着溝にフリーな状態で装着していることで、ボールシートに飛び出し方向の力が加わったときにボールシートがシートリテーナに対して可動し、ボールシート背面側とシートリテーナとの間の流体を二次側に流しながら、対向した係合部と係止部とによりボールシートの飛び出しを防止できる。

請求項３に係る発明によると、めねじ部を係合部、おねじ部を係止部としてこれらを装入方向に係止可能に設けていることにより、これらの螺合を利用して容易にボールシートをシートリテーナに装着することができ、螺合後には対向したおねじ部の後端側とめねじ部の後端側との係止により、ボールシートの飛び出しを確実に防ぐことができる。

請求項４に係る発明によると、ボールシートとシートリテーナとの再螺合を防止してボールシートのフリーな状態を維持しながら、ねじ山どうしの係止によりボールシートの飛び出しを確実に防止する。しかも、製作時には複雑な加工を施すことなく容易にネジ山を形成でき、組立ても簡単である。

請求項５に係る発明によると、リリーフ溝によりキャビティと流路側とが連通可能となり、自緊力によりシートリテーナとボールシートとが相反する方向に移動し、ボールシート背面がシートリテーナから離間したときに、リリーフ溝を介してキャビティ内の圧力を排出して異常昇圧を解消できる。

本発明のトラニオン型ボールバルブの第１実施形態を示す縦断面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面略図である。 図１におけるＢ−Ｂ拡大断面図である。 ボールシートの組立て工程を示した縦断面図である。 異常昇圧発生時の状態を示す一部拡大断面図である。 図５のボールシートが移動した状態を示す一部拡大断面図である。 図３の領域Ｅにおけるボールの微開状態を示した一部拡大断面図である。 本発明のトラニオン型ボールバルブの第２実施形態の要部拡大断面図である。 本発明のトラニオン型ボールバルブの第３実施形態の要部拡大断面図である。 本発明のトラニオン型ボールバルブの第４実施形態の要部を示す斜視図である。

以下に、本発明におけるトラニオン型ボールバルブの実施形態並びに作用を図面に基づいて説明する。図１においては、本発明のトラニオン型ボールバルブの一実施形態を弁開の状態で示し、図２においては、図１におけるＢ−Ｂ拡大断面図、すなわち本発明のトラニオン型ボールバルブの中央横断面図を示している。

図１のトラニオン型ボールバルブ（以下、バルブ本体１という）は、ボデー２、ボール３、ステム４、シートリテーナ５、ボールシート６を有し、特に、クラス（呼び圧力）１５０〜２５００の高圧流体用として用いる場合に適している。

ボデー２は、環状ボデー１０と両側の環状のキャップ１１、１１とを有し、これらは炭素鋼やステンレス材料などにより設けられ、ボルトナット１２により一体化される。
ボデー２内には、上ステム４ａ、下ステム４ｂからなるステム４を介してボール３が回動可能に設けられ、このボール３の双方、すなわち上下流側にボールシート６が装着されたシートリテーナ５が配設される。ボール３はステンレス鋼を材料として形成され、バルブ本体１内の流路１５と連通可能な貫通孔３ａが設けられる。本実施形態では、ボール３の双方にボールシート６、シートリテーナ５が取付けられているが、これらはボール３の一方に設けられていてもよい。

ボールシート６は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やナイロン、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの樹脂材料により環状に形成され、ボール３の当接側にはシール面１６が設けられ、このシール面１６に続けて円環状の内周面１７が端部側まで設けられる。
ボールシート６外周のシートリテーナ５装着側にはおねじ部２０が係止部として設けられ、このおねじ部２０は、ボールシート６の装着方向の厚さに対して略半分程度の長さまで設けられる。

図３、図４において、ボールシート６の内周面には少なくとも一つのリリーフ溝２１が形成される。リリーフ溝２１は、所定の深さで内周面１７のシール面１６との境界付近から端部側に渡って設けられ、このリリーフ溝２１は、シートリテーナ５への装着後のボールシート６の内周面１７側と外周面側（おねじ部２０側）との間に設けられる連通部３０と連通可能に設けられる。リリーフ溝２１は、ボールシート内周面１７の複数箇所に均等間隔で設けられていることが望ましい。また、このリリーフ溝は、ボールシート６の内周面１７に対向する、シートリテーナ５の後述する装着溝２２に設けてもよい。
図示しないが、サイズ１０Ｂ以上の大口径バルブについては、ボールシート６の外周に締付治具により締付け或は取外し可能となる溝や穴が設けられていてもよく、この場合、ボールシート６の組付けが容易になる。

一方、シートリテーナ５は、炭素鋼或はステンレス材料などの金属材料により略円筒状に設けられ、ボールシート６の装着側がやや拡径するように形成され、その内部にはボールシート６を装入可能な環状の装着溝２２が設けられる。装着溝２２の内周の開口側にはおねじ部２０と螺合可能なめねじ部２３が突状の係合部として設けられる。めねじ部２３は、開口側から装着溝２２の長さの略半分程度まで設けられ、めねじ部２３のねじ山２３ａは、サイズ３Ｂのバルブ本体１の場合、ボールシート６のおねじ部２０のねじ山２０ａと同じ仕様となる。めねじ部２３よりも奥側には、おねじ部２０の外径よりも大径の有底穴２４が設けられ、この有底穴２４の深さはおねじ部２０の長さよりも大きく形成され、有底穴２４の内径はおねじ部２０の外径よりもやや大きく形成される。

シートリテーナ５の装着溝２２のめねじ部２３にはおねじ部２０が螺合され、おねじ部２０が有底穴２４に収容された状態で、上記ボールシート６が装着溝２２に装入される。おねじ部２０とめねじ部２３との螺合後には、おねじ部２０の後端側とめねじ部２３の後端側とがおねじ部２０の装入方向に係止可能に対向することで、ボールシート６の装着溝２２からの飛び出しが防止され、このボールシート６がフリーな状態、すなわち装着溝２２に対して、少なくとも流路中心軸Ｌの方向に可動する状態で装着される。

ボールシート６の装着後には、全閉時または全開時のバルブ本体１のキャビティ２５内の異常昇圧による余剰の圧力がシートリテーナ５の自緊力でボール３とは反対方向に移動され、かつ、装着溝２２内のボールシート６の裏面側に流入した流体圧でボールシート６がボール３側に押し出され、このとき連通部３０を介してキャビティ２５内の異常昇圧が流路１５内にリリーフされるようになっている。ここで、キャビティ２５内の異常昇圧とは、流体の温度が上昇したり、バルブ本体１が設置されている環境が高温となることにより、弁閉状態のバルブ本体１において、ボデー２やボール３、ボールシート６、シートリテーナ５等により囲まれた、閉じられた空間（キャビティ２５）内の圧力が上昇する現象をいう。

ここで、図７に示すように、ボールシート６の背面側に圧力が加わったときには、このボールシート６に発生する押出し荷重がねじ山２０ａ、２３ａに作用するため、この背面圧力に対してボールシート６の飛び出しを防ぐような材料強度（ねじ山のせん断強度）を確保できるようなねじ山高さに設定するようにボールシート６、シートリテーナ５を設ける必要がある。この場合、ねじ山２０ａ、２３ａにかかる力がボールシート６の材料の降伏点を越えることを防ぎ、バルブ本体１の最低使用温度を考慮して低温時にボールシート６が収縮した場合でもねじ山どうしが引っ掛かるような寸法設定とする。

ねじ山２０ａ、２３ａは細目ねじであることが望ましく、この場合、ねじ長さを極力短かくしてねじ山数を確保しつつねじ山の高さを調整できる。また、細目ねじはピッチが短いことから、円周方向において不完全なねじとなる部分が少なくなる点でも、本発明のトラニオン型ボールバルブにおいては好ましい。

本実施形態では、サイズ３Ｂのバルブ本体１の場合、ボールシート材質：ＰＴＦＥ、ねじ山高さ：約０．８ｍｍ、ねじピッチ：１．５ｍｍ（細目ねじを使用）とし、最低使用温度：−４６℃、ボールシートの径方向の収縮量：約０．５ｍｍ、掛かり：約０．６ｍｍ（金属側の熱収縮も考慮）となるようにする。

シートリテーナ５にボールシート６を装着する場合、図４（ａ）において、装着溝２２におねじ部２０を位置させながら、ボールシート６を螺入方向に回転させ、矢印方向に螺じ込むようにする。図４（ｂ）に示すように、ねじ山２０ａがねじ山２３ａから外れるまでボールシート６を螺入させたときにこれらのねじ結合が外れ、ボールシート６がシートリテーナ５に対して抜け止めされた状態でフリーとなる。

このとき、前記のように有底穴２４の深さがおねじ部２０の長さよりも大きいことで、ねじ山２０ａがねじ山２３ａの領域を確実に超え、おねじ部２０が有底穴２４に収容されるまで装入可能となり、これらのねじ山２０、２３ａどうしの間に、図５に示すように装入方向（図１の流路中心軸Ｌの方向）のクリアランスＣが設けられる。有底穴２４の内径がおねじ部２０の外径よりもやや大きくなっていることで、これらの間には径方向の隙間Ｇも設けられ、この隙間Ｇによってボールシート６がシートリテーナ５のクリアランスＣの範囲において、摺動抵抗の少ない状態で進退可能となる。これらクリアランスＣ、隙間Ｇの大きさなどの寸法設定は、組立て時の環境温度や、組立場所の違いによる寒暖差を考慮した上で設定される。本実施形態の場合、夏季で最高４０℃、冬季で最低１０℃の組立て温度に対応できるように設けられている。

組付け後には、ボールシート６を螺入方向とは反対方向に回転させ、このボールシート６が再螺合したり、脱落しないことを確認する。この場合、シートリテーナ５のねじ山２３ａとボールシート６のねじ山２０ａとの最も高い部分（完全ねじ部）どうしが係止する状態までボールシート６を回転させ、ねじ先の開始部分どうし（不完全ねじ部の先端側どうし）の位置を合わせないようにする。これにより、ボールシート６のシートリテーナ５装着後の再螺合を防ぎ、ボールシート６が確実に可動するようになる。

ここで、ねじ先の開始部分は、図２においておねじ部２０ａを時計に例えた場合、３時の位置ｘを避けて配置するのが好ましい。これは、弁閉状態のバルブ本体１を、ステム４を反時計回りに回転して弁開状態にする際、ボール３により閉じられていた流路１５は３時の位置ｘから開き始めるため、この弁の開き始めにおける流速が速い場合、ボールシート６が飛び出しやすいからである。具体的には、シートリテーナ５のねじ山２３ａとボールシート６のねじ山２０ａとの最も高い部分どうしを、上記３時の位置に配置するのが好ましい。

上記実施形態では、ボールシート６の外周側におねじ部２０、シートリテーナ５にめねじ部２３を設けているが、ボールシート６の内周側にめねじ部、シートリテーナ５におねじ部を設け（ともに図示せず）、前記と同様にこれらを螺合しながらボールシート６をシートリテーナ５の装着溝２２にフリーな状態で装着してもよい。

また、係止部２０、係合部２３は、それぞれねじ以外であってもよく、係止部２０と係合部２３とが相互に係止してボールシート６のシートリテーナ５からの飛び出しを防止し、かつ、ボールシート６を装着溝２２にフリーな状態で装着できるものであれば、これらを各種の形状に設けることができる。

次に、本発明のトラニオン型ボールバルブの上記実施形態における作用を説明する。
本発明のトラニオン型ボールバルブは、図５において、シートリテーナ５の装着溝２２内で飛び出しを防止し、フリーな状態で装着したボールシート６により高圧流体を封止できるようにしているため、部品点数を最小限に抑えつつ構造も単純化でき、かつボールシート６をシートリテーナ５に螺じ込むだけで装着できる。

この組立て時には、おねじ部２０とめねじ部２３とを螺合してボールシート６を有底穴２４まで装入できるため、無理な力を加えることなく、摩耗や傷付いたりすることを防止しながら少ない組立て工数で所定位置まで正確かつ容易に装着できる。その際、特別な治工具等を必要とすることなく、シートリテーナ５とボールシート６との間に十分なクリアランスＣ及び隙間Ｇを設けながら装着でき、組立ての初期状態から余分な応力の発生を防ぎ、作動時の耐久性もよい。さらに、環境温度の影響を受けにくい状態で組立てできる。

また、ボールシート６の螺じ込みにより圧入による装着を回避していることで、シート材料の選択肢が多く、例えば、低温用の材料や高温用の材料、あるいは低強度材料や高強度材料の各種材料を用いることができ、高強度材料でボールシート６を設けた場合にも装着容易となる。ボールシート６を完全に螺入させた後には、このボールシート６を有底穴２４側に空転する状態で装着できるため、緩み防止用の部材を別途設けることなくボールシート６の自然な緩みや脱落を防止できる。

バルブ本体１が全閉状態の場合、図３に示すように、ボールシート６はコイルばね３１によりシートリテーナ５を介してボール３に押圧されており、これにより、ボールシート６のシール面１６が全周に渡ってボール３に密着シールすることで漏れを防止する。この場合、シートリテーナ５とキャップ１１との間は、Ｏリング３２やパッキン３３によりシールされている。
ボールシート６の背面６ａは、図７（ａ）に示すように、最内径位置Ｐでシートリテーナ５と密着しており、この部位から流体がバルブキャビティ２５に通過するのを防止している。

バルブ本体１を開作動して微開状態となった場合には、上述のようにボール３に押圧されていたボールシート６は、ボール３の回転移動により押圧対象がなくなるため、連通部３０を介して流れ込んだ流体圧がボールシート６の背面６ａに加わり、ボールシート６は、図７（ｂ）に示すようにボール３側に瞬間的に押し出される。

このとき、おねじ部２０のねじ山２０ａとめねじ部２３のねじ山２３ａとの後端側どうしが当接（係止）することで、ボールシート６の飛び出しが防止される。ボールシート６の背面６ａに加わる圧力とキャビティ２５内の圧力とが同圧になったときに、ボールシート６がボール３側に押し出される力は無くなる。

バルブ本体１が全開状態になると、図１に示すように、ボールシート６のシール面１６は、再び全周に渡ってボール３に密着シールする。

異常昇圧によりキャビティ２５内の圧力が高くなったときには、図５に示すようにボールシート６がこの圧力に押されて図中の矢印に示すように内径側に傾倒する。この変形により、ボールシート６とボール３とは、異常昇圧発生前のシールポイントとはやや小径のシールポイントＲにおいてシール径φｄＲによりシールし、ボールシート６とシートリテーナ５とは、シールポイントＰにおいて背面シール径φｄＰによりシールしている。

このボールシート６には、キャビティ２５内の圧力（キャビティ圧）がシール面１６側と背面６ａ側の双方に加わる。ここでシール面１６側と背面６ａ側とでは、各シールポイントが、シール径φｄＲ＞背面シール径φｄＰ
の関係となるよう、シール径に差を設けている。この径の差を利用して、キャビティ圧によりボールシート６の背面側に加わる力がボール３側に加わる力よりも大きくなるようにし、ボールシート６がボール３側に押し出されるように設定している。

この押し出し力は、
［キャビティ圧Ｐ］×［ボールシート６の背面におけるキャビティ圧の受圧面積Ｘ］
で表すことができる。
また、受圧面積は、
（φｄＲ−φｄＰ）^２×π×４
で表すことができる。

一方、シートリテーナ５には、キャビティ圧がキャップ１１側とボールシート６の装着溝２２側との双方に加わる。このシートリテーナ５は、キャップ１１側において、Ｏリング３２によりキャップ１１の内周とシールしている。本実施形態では、このシールポイントをＤと表し、このシール径をリテーナシール径φＤと示している。

ここで、キャップ１１側とボールシート６の装着溝２２側とでは、各シールポイントがφｄＤ＞φｄＲ
の関係となるよう、シール径に差を設けている。この径の差を利用して、キャビティ圧によりシートリテーナ５がコイルばね３１の弾発力に抗して、ボール３とは反対側に引き戻されるように設定している。
この引き戻し力は、自緊力ともいい、
［キャビティ圧Ｐ］×［ボールシート６の装着溝２２におけるキャビティ圧の受圧面積Ｙ］
で表すことができる。また、受圧面積Ｙは、
（φｄＰ−φｄＲ）^２×π×４で表すことができる。

ボールシート６がキャビティ圧によりボール３側に押し出された状態を、図６に示す。このように、装着溝２２内のボールシート６の裏面側のおねじ部２０とめねじ部２３との空隙Ｇに流入したキャビティ２５からの流体圧がボールシート６をボール３側に押し出し、ボールシート６の内周面１７と装着溝２２との間の連通部３０からリリーフ溝２１を通ってキャビティ２５内の流体圧をボール３の一次側の流路内にリリーフする。

そして、シートリテーナ５も前述のようにキャビティ圧によりボール３とは反対側に引き戻されるので、押し出されるボールシート６と相まって速やかにボールシート６の背面６ａとシートリテーナ５の装着溝２２との間に隙間Ｇを形成することができ、キャビティ２５内の流体をボールシート６の背面６ａから連通部３０を介して一次側の流路１５にリリーフすることができる。

このように、シートリテーナ５の装着溝２２をボールシート６がフリーな状態で移動し、何らかの要因でキャビティ２５内が異常昇圧した場合にも、この圧力を流路側に逃がすことが可能な機構に設けていることで、いわゆるセルフリリーフ機能を発揮し、背面側のシールポイントＰの位置が常に一定になることでこのセルフリリーフ機能を安定させて確実に異常昇圧を解消し、さらに、セルフリリーフの方向性も容易に制御可能になる。

高圧流体によりボールシート６が膨張して体積が増加する場合にも、この体積増加分をクリアランスＣ内で緩和して、ボールシート６の抜け出しやボール３側へ膨出によるシール面１６の摩耗を回避できる。

この場合、流体圧の背圧作用によるボールシート６の飛び出しは、ねじ山のせん断強度とボールシート背圧との関係で制御可能であり、すなわち、材料強度と背面側の圧力作用面積との関係を調整しながらボールシート６を形成すれば、確実に飛び出しを防止できる。

図８においては、本発明のトラニオン型ボールバルブの第２実施形態を示している。なお、この実施形態以降において上記実施形態と同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。

ここで、図８に示すように、ボールシート６がボール３に押圧されたときには、この押圧によりボールシート６の特にシール面側には、矢印に示すようなボール３の球面に沿って拡径方向に変形する力が加わる。すると、ボールシート６とボール３とのシール位置がずれるおそれがある。
また、ボールシート６が拡径し、シートリテーナ５の装着溝２２に設けられためねじ部２３に過度に押圧されると、ボールシート６が損傷するおそれがある。このようなボールシート６の拡径現象は、図７に示すようなバルブ本体１の微開状態において、ボール３とボールシート６との狭小な空間に、流れの速い流体が浸入したときにより顕著となる。

これらを防ぐため、この実施形態では、めねじ部２３のねじ山２３ａ先端側を切り欠き、ボールシート６の外周と平行な面２３ｂを設けたものである。これにより、ねじ山２３ａとボールシート６との当接部位における応力集中を緩和し、ボールシート６の損傷を防ぐことができる。
また、ねじ山２３ａの平行面２３ｂの内径を、ボールシート６の外径に近い寸法に設定することにより、ボールシート６の拡径を抑制し、ボールシート６とボール３とのシール位置のずれを低減することができる。

図９においては、本発明のトラニオン型ボールバルブの第３実施形態を示している。この実施形態では、ボールシート６の背面６ａ側に、内径に向かって傾斜させた傾斜面６ｂを形成することにより、この傾斜面６ｂの最も内径に近い位置Ｐでボールシート６の背面６ａとシートリテーナ５の装着溝２２との間のシールをおこなうようにしている。これにより、図１に示す全開状態、あるいは図２に示す全閉状態において、ボールシート６の背面６ａには、流路１５からの流体圧が浸入しないようにしている。

また、前述した図８において、ボールシート６の背面６ａを、シートリテーナ５の装着溝２２の底面と並行で図１の流路軸Ｌと直交する面としつつ、最も内径に近い位置Ｐに環状突部４０を設けるようにしてもよい。この場合、ボールシート６の背面６ａの最内径側の環状突部４０により、シートリテーナ５の装着溝２２との間をシールできる。

図１０においては、本発明のトラニオン型ボールバルブの第４実施形態におけるシートリテーナ、ボールシートを示している。この実施形態では、図１０（ａ）に示すように、シートリテーナ５において装着溝の内周に設けるめねじ部に代え、円周方向に２〜４ヶ所の切り欠き部５０を有する環状縁部５１を設け、一方、ボールシート６の外周に設けるおねじ部に代え、円周方向に上記切り欠き部５０に対応する２〜４ヶ所の環状突部５２を設けたものである。

ボールシート６をシートリテーナ５に装着する際には、図１０（ｂ）に示すように環状突部５２を切り欠き部５０の位置に合わせた状態でボールシート６をシートリテーナ５に装入し、次いで、図１０（ｃ）に示した環状突部５２が環状縁部５１に対向する位置になるまで、ボールシート６をシートリテーナ５に対して図１０（ｂ）の矢印の方向に回転させるようにする。これにより、図１０（ｃ）において環状縁部５１に環状突部５２が係合し、この回転係合によりボールシート６をフリーな状態、すなわち装着溝２２に対して可動する状態で装着しつつ、その脱落を防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。

１ バルブ本体
２ ボデー
３ ボール
３ａ 貫通孔
４ ステム
５ シートリテーナ
６ ボールシート
１７ 内周面
２０ おねじ部（係止部）
２０ａ、２３ａ ねじ山
２１ リリーフ溝
２２ 装着溝
２３ めねじ部（係合部）
２５ キャビティ
３０ 連通部

Claims (5)

1. ボデー内に設けた貫通孔を有するボールの一方又は双方にボールシートを装着したシートリテーナを配設し、前記ボールをステムを介して回動可能に設け、前記ボールシートは、前記シートリテーナに形成した装着溝内に飛び出しを防止し、かつフリーな状態で装着したボールバルブにおいて、全閉時または全開時のキャビティ内の異常昇圧による余剰の圧力をこの圧力を利用した自緊力で前記シートリテーナをボールとは反対方向に移動させ、かつ、装着溝内のボールシートの裏面側に流入した前記余剰の圧力でボールシートをボール側に押し出してボールシートの内周面と装着溝との間に設けた連通部を介して流路内にリリーフするようにしたことを特徴とするトラニオン型ボールバルブ。
2. 前記装着溝の内周の開口側に設けた係合部に前記ボールシートの外周装着側に設けた係止部を装入方向に係止可能に対向させて前記シートリテーナの装着溝からの前記ボールシートの飛び出しを防止し、前記ボールシートを前記装着溝にフリーな状態で装着した請求項１に記載のトラニオン型ボールバルブ。
3. 前記装着溝内周に設けためねじ部を係合部とし、このめねじ部に前記ボールシートのおねじ部を係止部として螺合し、前記おねじ部の後端側と前記めねじ部の後端側とを係止可能に設けて前記ボールシートの飛び出しを防止した請求項２に記載のトラニオン型ボールバルブ。
4. 前記めねじ部内端のねじ山と前記おねじ部外端のねじ山とを係止させて前記ボールシートの飛び出しを防止した請求項３に記載のトラニオン型ボールバルブ。
5. 前記ボールシートの内周面、または、この内周面に対向するシートリテーナの装着溝に、前記連通部を構成する少なくとも一つのリリーフ溝を形成した請求項１乃至３の何れか１項に記載のトラニオン型ボールバルブ。

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