JP6649844B2 - サニタリー用ボールバルブ - Google Patents

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Description

本発明は、製薬工程、食品製造工程等に用いられ、製品またはその原材料である流体(以下、「流体」という。)を流通させるサニタリー配管、貯留タンク等の設備(以下、「サニタリー配管等」という。)に設けられ、流体の流動を制御・調整するために用いられる弁構造体である、サニタリー用ボールバルブに関する。
食品、醸造、乳業、化学薬品等の製造ラインには、液体、気体、蒸気等の流体を流す複数のサニタリー配管等が用いられ、複数の弁構造体によって、流体の流路、流量、圧力等の調整が行われている。
弁構造体のなかでもボールバルブは、締切り性能が非常に高く、ハンドルを90度回転させるだけで開閉ができ、流路を配管内径と同じ大きさとするフルボア化が可能で圧力損失を小さくすることができるといった特長を有している。
一般的なボールバルブとしては、特許文献1及び2に開示されるものが挙げられる。特許文献1のボールバルブでは、図4に示すように、ボール形状の弁体(ボールディスク)104’及びこの両側に被嵌したリング状のパッキン(ボールシート)106’を、本体(バルブ本体)101’に蓋(本体キャップ)108’を螺合して締付けることにより、弁体104’(ボールディスク)のシールを確保している。また、特許文献2のボールバルブでは、ボール(ボールディスク)及びこの両側に被嵌したボールシートを、ボルトを用いて、弁箱(バルブ本体及び本体キャップ)どうしを締付けることによりシールを確保している。
しかしながら、サニタリー配管等において用いられるサニタリー用ボールバルブとしては、衛生性・安全性が重視され頻繁に洗浄を行う必要があることから、図5に示すような、作業者が工具を用いずに分解・洗浄・組立が行える構造のものが用いられている。
この従来のサニタリー用ボールバルブは、
流体通路201aを有するバルブ本体201内に、流体通過孔202aが形成されたボールディスク202が設けられており、
ボールディスク202は、流体通路203aを有する本体キャップ203により、バルブ本体201に向けて押圧されており、
ボールディスク202のバルブ本体201側及び本体キャップ203側には、それぞれ、リング状のボールシート204、205が設けられており、
ボールディスク202は、ステム206を介して回動自在に設けられ、流体通過孔202aを、バルブ本体201の流体通路201a及び本体キャップ203の流体通路203aと一致または交叉させることにより流体の流動を制御・調整するものである。
この従来のサニタリー用ボールバルブでは、ボールディスク202及びリング状のボールシート204、205を、本体キャップ203により、バルブ本体201に向けて押圧してシールを確保するために、
〇バルブ本体201に設けたバルブ本体締結部201bと、本体キャップ203に設けた本体キャップ締結部203bとを、隙間207を隔てて、クランプバンド208により締め付けて締結すると共に、
〇バルブ本体201と本体キャップ203との締結面に対し、先細となる傾斜面を形成したバルブ本体締結部201b及び本体キャップ締結部203bに、これらの傾斜に対応する凹部208gを有するクランプバンド208を嵌め、クランプバンド208を締め付けることによる楔作用により締結している。
クランプバンド208は、後で図3を用いて説明する本発明のものと同じく、例えば、一端部をヒンジ部8fで連結した第1円弧部8a及び第2円弧部8bを有し、この2つの円弧部8a、8bの他端部どうしを締緩手段8cで締めたり、緩めたりするものであり、作業者はスライド部材8eを手で回動させて、クランプバンド208による締付力・締め幅を調整することができる。
このように従来のサニタリー用ボールバルブは、
〇作業者が工具を用いずに分解・洗浄・組立が行える構造であるため、頻繁に行われる洗浄等の作業を効率的に行うことができる、
〇バルブ本体201と本体キャップ203との締結を、クランプバンド208を用いた楔作用により行うため、ボールディスク202の両側に設けたリング状のボールシート204、205が摩耗したり、弾力性が低下したりしても、クランプバンド208による締付力・締め幅を増加し、バルブ本体締結部201bと本体キャップ締結部203bとの間の隙間207を小さくすることにより、ボールディスク202のシールを確保することができる、といった特長を有するものである。
しかしながら、従来のサニタリー用ボールバルブには、バルブ本体締結部201bと本体キャップ締結部203bとの間に増し締めを行うための隙間207が設けられているため、次のような問題がある。
〇ボールシート204、205の摩耗、弾力性低下に伴う反力の低下、配管振動等によって、クランプバンド208の手で回動させ締付力・締め幅を調整する部材(図3ではスライド部材8e、以下「スライド部材」という。)が緩みやすく、バルブ本体201からと本体キャップ203が離脱し、流体が流出するおそれがある。
〇サニタリー配管等の伸び・縮み(以下、「配管影響」という。)により、バルブ本体201に対して本体キャップ203が傾きやすく、流体が流出するおそれがある。また、これに対処するために、クランプバンド208の締付力・締め幅を増加すると、ボールディスクの回動・開閉に大きな力を要するようになり、さらに、ボールシートの摩耗も大きくなる。
〇配管影響により、バルブ本体201に対して本体キャップ203が傾いた状態で運転を続けると、ボールシート204、205が不均一・不均等に摩耗してしまい、ボールバルブの分解・洗浄・組立を行う際には、ボールシート204、205を分解前の位置に正確に戻さないと、ボールディスク202のシールを十分に確保できないおそれがある。また、これに対処するために、ボールシート204、205を分解前の配置に正確に戻すようにすると作業効率が低下し、新品のボールシート204、205を用いるようにすると経済性が低下する。
さらに、従来のサニタリー用ボールバルブでは、ボールディスク202とボールシート204、205との間のシール部A(ボールシート204、205が新品の場合は線シールであり、摩耗に伴い細い面シールとなる)、並びに、バルブ本体201とバルブ本体側のボールシート204との間及び本体キャップ203と本体キャップ側のボールシート205との間のシール部B(面シール)のシールを十分に確保するためには、クランプバンド208による締付力・締め幅を大きく設定し、本体キャップ203をバルブ本体201に向け強く押し付ける必要がある。製品またはその原材料である流体がシール部A、シール部Bから漏れ出してしまうと、ボールディスク202の下部に溜まって腐食し次運転時に混入する等、衛生性・安全性に問題が生じる。
しかしながら、本体キャップ203をバルブ本体201に向け強く押し付けすぎると、ボールディスク202の回動・開閉に大きな力が必要となる、ボールシート204、205の摩耗が大きくなる等の支障が生じることから、次のような問題がある。
〇クランプバンド208による締付力・締め幅を精密に設定するという難易度の高い作業が必要となる。
〇ボールシート204、205の摩耗に伴い、上記の難易度の高い設定作業を頻繁に行う必要がある。
実公昭59−16603号公報 特開2000−283305号公報
本発明は、頻繁に洗浄が行われるサニタリー用ボールバルブに適した、分解・洗浄・組立等の作業を効率的に行うことができ、クランプバンドによる締付力・締め幅の調整を容易に行うことができると共に、運転中にクランプバンドの締付力・締め幅が低下することを防止でき、運転中にバルブ本体に対して本体キャップが傾くことを防止でき、ボールシートの摩耗が均一・均等に生じるようにでき、ボールシートをボールディスクに押しつける力を一定に保つことができる、サニタリー用ボールバルブを提供することを課題とする。
本発明のサニタリー用ボールバルブは、従来のサニタリー用ボールバルブにおける、分解・洗浄・組立等の作業を効率的に行うことができる、クランプバンドによる締付力・締め幅の調整を作業者が容易に行うことができる等の特長を維持しながら、バルブ本体締結部と本体キャップ締結部とを、シムリングを介して、クランプバンドにより締め付けて締結すると共に、バルブ本体側に配置されたボールシートのバルブ本体側の面、及び、本体キャップ側に配置されたボールシートの本体キャップ側の面に、それぞれ、ゴム製のOリング(以下、単に「Oリング」ともいう。)を設けることにより、上記課題を解決するものである。
本発明の要旨を以下に示す。
(1)流体通路を有するバルブ本体内に、流体通過孔が形成されたボールディスクが設けられており、
前記ボールディスクは、流体通路を有する本体キャップにより、前記バルブ本体に向けて押圧されており、
前記ボールディスクの前記バルブ本体側及び前記本体キャップ側には、それぞれ、リング状のボールシートが設けられており、
前記ボールディスクは、ステムを介して回動自在に設けられ、前記流体通過孔を、前記バルブ本体の流体通路及び前記本体キャップの流体通路と一致または交叉させることにより流体の流動を制御・調整する、サニタリー用ボールバルブであって、
前記バルブ本体と前記本体キャップとは、前記バルブ本体に設けたバルブ本体締結部と、前記本体キャップに設けた本体キャップ締結部とを、シムリングを介して、クランプバンドにより締め付けて締結されており、
前記バルブ本体側に配置されたボールシートの前記バルブ本体側の面、及び、前記本体キャップ側に配置されたボールシートの前記本体キャップ側の面に、それぞれ、Oリングが設けられていることを特徴とする、サニタリー用ボールバルブ。
(2)前記クランプバンドによる、前記バルブ本体と前記本体キャップとの締結が、前記シムリングを介した両者の締結面に対し、前記バルブ本体締結部に形成された先細となる傾斜面及び前記本体キャップ締結部に形成された先細となる傾斜面に、これらの傾斜面に対応する凹部を有する前記クランプバンドを嵌め、前記クランプバンドを締め付けることによる楔作用により行われることを特徴とする、(1)に記載のサニタリー用ボールバルブ。
本発明のサニタリー用ボールバルブは、従来のサニタリー用ボールバルブにおける、分解・洗浄・組立等の作業を効率的に行うことができる、クランプバンドによる締付力・締め幅の調整を作業者が容易に行うことができる等の効果を維持しながら、バルブ本体締結部と本体キャップ締結部との間にシムリングを介在させて、本体キャップをバルブ本体に完全に固定することにより、運転中にクランプバンドの締付力・締め幅が低下することを防止でき、運転中にバルブ本体に対して本体キャップが傾くことを防止でき、ボールシートの摩耗が均一・均等に生じるようにできる。さらに、バルブ本体側に配置されたボールシートのバルブ本体側の面、及び、本体キャップ側に配置されたボールシートの本体キャップ側の面に、それぞれ、Oリングを設けることにより、Oリングの潰し反力により、クランプバンドの締付力・締め幅を精密・頻繁に設定することなく、リング状のボールシートをボールディスクに押しつける力を一定に保つことができ、また、ボールディスクとボールシートとの間のシール部、並びに、バルブ本体とバルブ本体側のボールシートとの間及び本体キャップと本体キャップ側のボールシートと間のシール部のシールを、小さな力で十分に確保することができる。
本発明のサニタリー用ボールバルブの一例を示す断面図である。 図1のバルブ本体と本体キャップの締結部を拡大して示す図である。 本発明のサニタリー用ボールバルブにおいて用いられるクランプバンドの一例を示す外観図である。 特許文献1(実公昭59−16603号公報)のボール弁の断面図である。 従来のサニタリー用ボールバルブを示す断面図である。
本発明のサニタリー用ボールバルブについて、図1に示した一例を用いて説明する。
まず、図1に示した一例を用いて、本発明のサニタリー用ボールバルブの特徴について説明する。本発明のサニタリー用ボールバルブの特徴は、
1)バルブ本体1と本体キャップ3との締結を、バルブ本体1に設けたバルブ本体締結部1cと、本体キャップ3に設けた本体キャップ締結部3bとを、シムリング7を介して、クランプバンド8により締め付けて行うこと、及び
2)バルブ本体1側に配置されたボールシート4のバルブ本体1側の面、及び、本体キャップ3側に配置されたボールシート5の本体キャップ3側の面に、それぞれ、Oリング9、10を設けること、にある。
上記特徴1)については、図5に示す従来のサニタリー用ボールバルブでは、バルブ本体締結部201bと本体キャップ締結部203bとの間に増し締めを行うための隙間207が設けられており、このような隙間207を設けることにより、既に述べたように、
〇クランプバンド208のスライド部材が緩みやすく、バルブ本体201からと本体キャップ203が離脱し、流体が流出するおそれがある、
〇配管影響により、バルブ本体201に対して本体キャップ203が傾きやすく、流体が流出するおそれがある、
〇配管影響により、バルブ本体201に対して本体キャップ203が傾いた状態で運転を続けると、ボールシート204、205が不均一・不均等に摩耗してしまう、
等の問題が生じていたが、本発明のサニタリー用ボールバルブでは、バルブ本体締結部1cと本体キャップ締結部3bとの間にシムリング7を介在させて、本体キャップ3をバルブ本体1に完全に固定することにより、これらの問題の発生を防止したものである。
上記特徴2)については、図5に示す従来のサニタリー用ボールバルブでは、既に述べたように、
〇クランプバンド208による締付力・締め幅を適切に設定するという難易度の高い作業が必要となる。
〇ボールシート204、205の摩耗に伴い、上記の難易度の高い設定作業を頻繁に行う必要がある。
等の問題が生じていたが、本発明のサニタリー用ボールバルブでは、バルブ本体1側に配置されたボールシート4のバルブ本体1側の面、及び、本体キャップ3側に配置されたボールシート5の本体キャップ3側の面に、それぞれ、Oリング9、10を設けることにより、Oリング9、10の潰し反力により、リング状のボールシート4、5をボールディスク2に押しつける力を一定に保つことにより、これらの問題の発生を防止したものである。
すなわち、ボールシート4、5は、回動するボールディスク2が強く押し付けられることから、摺動性、耐摩耗性等に優れた、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の樹脂で形成されるが、ボールシート4、5のボールディスク2と接触する側とは反対側の面(バルブ本体1側に配置されたボールシート4のバルブ本体1側の面、及び、本体キャップ3側に配置されたボールシート5の本体キャップ3側の面)に、ボールシート4、5の材料よりも弾性に富む、ゴムで形成されたOリング9、10を設けることにより、クランプバンド8の締付力・締め幅を精密・頻繁に設定することなく、Oリング9、10の潰し反力により、リング状のボールシート4、5をボールディスク2に押しつける力を一定に保つようにしたものである。
これにより、ボールディスク2とボールシート4、5との間のシール部A、並びに、バルブ本体1とバルブ本体1側のボールシート4との間及び本体キャップ3と本体キャップ3側のボールシート5との間のシール部Bのシールを、小さな力で十分に確保することもできる。
図1に示すように、Oリング9を、ボールシート4のバルブ本体1側の面の外側の隅部に設け、また、Oリング10を、ボールシート5の本体キャップ3側の面の外側の隅部に設けると、
〇Oリング9、10が、それぞれリング状のボールシート4、5から離脱することがない、
〇Oリング9、10が、ボールバルブ中を流れる流体により、汚染、腐食されることがない、
〇リング状のボールシート4、5をボールディスク2に押しつける力を一定に保ちやすくできる、
ことから好ましい。
つぎに、図1に示した一例を用いて、本発明のサニタリー用ボールバルブの全体構成及び作動について説明する。
図1は、サニタリー用ボールバルブが開となった状態を示しており、バルブ本体1の流体通路(A)1aと本体キャップ3の流体通路3aが、ボールディスク2の流体通過孔2aにより連通している。ボールディスク2は、ステム6を介して回動自在に設けられており、流体通過孔2aを、バルブ本体1の流体通路(A)1a及び本体キャップ3の流体通路3aと一致または交叉させることにより流体の流動を制御・調整することができる。
バルブ本体1には、流体通路(A)1a及び流体通路(B)1bが設けられている。図1の形態では、流体通路(A)1aが用いられ、流体通路(B)1bは用いられないため栓11で閉鎖されているが、もちろん、流体通路(B)1bを用い、流体通路(A)1aを用いない態様とすることもできる。この場合には、流体通路(A)1aを閉鎖すると共に、バルブ本体1の流体通路(B)1bと本体キャップ3の流体通路3aとを連通する流体通過孔を有するボールディスクを用いる。
ボールディスク2のシールを確保するために、ボールディスク2のバルブ本体1側及び本体キャップ3側には、それぞれ、リング状のボールシート4、5が設けられ、これらボールディスク2及びボールシート4、5は、本体キャップ3により、バルブ本体1に向けて押圧されている。
バルブ本体1と回動するステム6の間、締結されるバルブ本体1と本体キャップ3の間には、流体の液密性・気密性を確保するために、シール材を適宜設けることができる。
クランプバンド8によるバルブ本体1と本体キャップ3との締結は、好適には、図2に示すように、シムリング7を介した両者の締結面に対し、バルブ本体締結部1cに形成された先細となる傾斜面1d及び本体キャップ締結部3bに形成された先細となる傾斜面3cに、これらの傾斜面1d、3cに対応する凹部8gを有するクランプバンド8を嵌め、クランプバンド8を締め付けることによる楔作用により行われる。
このように、楔作用によりバルブ本体締結部1cと本体キャップ締結部3bとを強固に締結することにより、
〇クランプバンド208のスライド部材が緩みやすく、バルブ本体201からと本体キャップ203が離脱し、流体が流出するおそれがある、
〇配管影響により、バルブ本体201に対して本体キャップ203が傾きやすく、流体が流出するおそれがある、
〇配管影響により、バルブ本体201に対して本体キャップ203が傾いた状態で運転を続けると、ボールシート204、205が不均一・不均等に摩耗してしまう、
等の従来のサニタリー用ボールバルブにおける問題の発生を、より一層防止することができる。
本発明のサニタリー用ボールバルブのクランプバンド8としては、図3に示すようなクランプバンド8を好適に用いることができる。
図3に示すクランプバンド8は、第1円弧部8a、第2円弧部8bを有し、この2つの円弧部8a、8bの端部同士を締緩手段8cで締めたり、緩めたりする構成となっている。締緩手段8cは、ねじ棒8dと、そのねじ棒8dに螺着されていて、回動するとねじ棒8dに沿ってスライドするスライド部材8eとを有する。8fは、第1円弧部8aと第2円弧部8bとの間に設けたヒンジ部である。
ステム6には、これを回動しやすくするために、レバー12を設けることが好ましい。
ボールディスク2は、例えば、ステンレス鋼製とすることができる。
シムリング7は、例えば、真鍮、ステンレス鋼等の金属で形成することができるが、比較的柔らかい金属を用いた場合には、ボールシート4、5の摩耗に応じ、シムリング7を圧縮して、本体キャップ3をバルブ本体1に向けて押し込み、ボールディスク2のシールを確保することもできる。シムリングの厚さは、0.6〜1.0mmとするのが好ましい。
ボールシート4、5は、回動するボールディスク2が強く押し付けられることから、摺動性、耐摩耗性等に優れた、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、超高分子量ポリエチレン等の樹脂で形成されることが好ましい。
Oリング9、10は、ボールディスク2には直接接触しないこと、潰し反力により、ボールシート4、5をボールディスク2に一定の力で押しつける必要があることから、ボールシート4、5の材料よりも弾性に富む、ニトリルゴム、エチレン・プロピレンゴム、フッ素ゴム等のゴムで形成されることが好ましい。
以上に説明したように、本発明のサニタリー用ボールバルブは、従来のサニタリー用ボールバルブの頻繁に行われる分解・洗浄・組立等の作業を効率的に行うことができる、クランプバンドによる締付力・締め幅の調整を作業者が容易に行うことができる等の効果を保ちつつ、バルブ本体締結部と本体キャップ締結部との間にシムリングを介在させて、本体キャップをバルブ本体に完全に固定することにより、運転中にクランプバンドの締付力・締め幅が低下することを防止でき、運転中にバルブ本体に対して本体キャップが傾くことを防止でき、ボールシートの摩耗を均一・均等に生じさせることができる優れたものである。
さらに、本発明のサニタリー用ボールバルブは、バルブ本体側に配置されたボールシートのバルブ本体側の面、及び、本体キャップ側に配置されたボールシートの本体キャップ側の面に、それぞれ、Oリングを設けることにより、Oリングの潰し反力により、リング状のボールシートをボールディスクに押しつける力を一定に保つことができる優れたものである。
1 バルブ本体
1a (バルブ本体の)流体通路(A)
1b (バルブ本体の)流体通路(B)
1c バルブ本体締結部
1d (バルブ本体締結部に形成された)先細となる傾斜面
2 ボールディスク
2a (ボールディスクの)流体通過孔
3 本体キャップ
3a (本体キャップの)流体通路
3b 本体キャップ締結部
3c (本体キャップ締結部に形成された)先細となる傾斜面
4 (バルブ本体側の)ボールシート
5 (本体キャップ側の)ボールシート
6 ステム
7 シムリング
8 クランプバンド
8a 第1円弧部
8b 第2円弧部
8c 締緩手段
8d ねじ棒
8e スライド部材
8f ヒンジ部
8g 凹部
9 (ゴム製の)Oリング
10 (ゴム製の)Oリング
11 栓
12 レバー
A (ボールディスクとボールシートとの間の)シール部
B (バルブ本体とバルブ本体側のボールシートとの間、または本体キャップと本体キャップ側のボールシートと間の)シール部
101’ 本体(バルブ本体)
104’ ボール形状の弁体(ボールディスク)
106’ リング状のパッキン(ボールシート)
108’ 蓋(本体キャップ)
201 バルブ本体
201a (バルブ本体の)流体通路
201b バルブ本体締結部
202 ボールディスク
202a (ボールディスクの)流体通過孔
203 本体キャップ
203a (本体キャップの)流体通路
203b 本体キャップ締結部
204 (バルブ本体側の)ボールシート
205 (本体キャップ側の)ボールシート
206 ステム
207 隙間
208 クランプバンド
208g 凹部

Claims (2)

  1. 流体通路を有するバルブ本体内に、流体通過孔が形成されたボールディスクが設けられており、
    前記ボールディスクは、流体通路を有する本体キャップにより、前記バルブ本体に向けて押圧されており、
    前記ボールディスクの前記バルブ本体側及び前記本体キャップ側には、それぞれ、リング状のボールシートが設けられており、
    前記ボールディスクは、ステムを介して回動自在に設けられ、前記流体通過孔を、前記バルブ本体の流体通路及び前記本体キャップの流体通路と一致または交叉させることにより流体の流動を制御・調整する、サニタリー用ボールバルブであって、
    前記バルブ本体と前記本体キャップとは、前記バルブ本体に設けたバルブ本体締結部と、前記本体キャップに設けた本体キャップ締結部とを、シムリングを介して、クランプバンドにより締め付けて締結されており、
    前記バルブ本体側に配置されたボールシートの前記バルブ本体側の面、及び、前記本体キャップ側に配置されたボールシートの前記本体キャップ側の面に、それぞれ、ゴム製のOリングが設けられていることを特徴とする、サニタリー用ボールバルブ。
  2. 前記クランプバンドによる、前記バルブ本体と前記本体キャップとの締結が、前記シムリングを介した両者の締結面に対し、前記バルブ本体締結部に形成された先細となる傾斜面及び前記本体キャップ締結部に形成された先細となる傾斜面に、これらの傾斜面に対応する凹部を有する前記クランプバンドを嵌め、前記クランプバンドを締め付けることによる楔作用により行われることを特徴とする、請求項1に記載のサニタリー用ボールバルブ。


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