JP6731823B2 - 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、特に、大口径の場合に好適であって、高圧流体が流れるときにも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。

従来、大口径の流路で高圧流体が流れる流路には、トラニオン型ボールバルブが多く用いられる。この種のボールバルブでは、一般に、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、コイルスプリング等のばねの弾発力によって弁体方向に弾発された構造になっていることが多い。この場合、ボールシートが弁体に押し付けられて一次側（上流側）ボールシートで流体が封止されるようになっている。

このように、ボールシートとシートリテーナとが別体に設けられる場合、通常、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る。例えば、特許文献１のボールバルブでは、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。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を防ごうとしている。

一方、本出願人は、特願２０１４−２１９４５５において、トラニオン型ボールバルブを出願している。このボールバルブ１においては、図９に示すように、ボールシート２のおねじ３が装着方向の略半分程度の長さに設けられ、ボールシート２は、おねじ３がシートリテーナ４のめねじ５に螺子込まれて装着溝６に位置に到達した状態で装着される。この場合、ボールシート２のシートリテーナ４からの飛び出しが防止され、ボールシート２がフリーな状態、すなわち、装着溝６に対して流路７方向に移動可能になっている。このように、ボールシート２が装着溝６に対してフリーな状態で装着されていることで、キャビティ８内の異常昇圧をリリーフし、しかも、ボールシート２の摩耗を防止して高シール性を維持するようになっている。

図９のバルブ１における高圧シール時には、ボールシート２のボール９側が内圧（流体圧）により拡径し、ボールシート２のおねじ３よりも後端部２ａがシートリテーナ４のめねじ５の先端５ａに接触することで、ボールシート２の必要以上の拡径が抑制される。このとき、これらの当接により摩擦力が働き、弁開時のボールシート２の飛び出しも防がれている。

実開平２−１２４３７７号公報

前述した一般的な構造のボールシートがコイルスプリングで弾発される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、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のボールバルブでは、キャビティ内の異常昇圧をリリーフすることでシートパッキンが消耗しやすくなり、これに加えて、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ていることで、シートパッキンが高温になったときに膨張してパッキンライナーから飛び出す可能性がある。

一方、図９のボールシート装着構造のボールバルブ１では、異常昇圧を解消することは可能であるが、大口径や高圧のボールバルブの場合には、更なる配慮が必要となる。すなわち、このバルブ１では、高圧シール時にボールシート２が内圧により拡径するようになっており、その際、シートリテーナ４のめねじ５から螺旋状に負荷が掛かるため、不均一な応力が発生してボールシート２が局所的に変形する可能性が生じる。

ここで、小口径のバルブ、例えば呼び径８Ｂ以下のバルブであれば、ボールシートのボリュームは小さいことから、内圧により拡径した際に当接するシートリテーナのめねじ５のネジ山や、異常昇圧を解消する際に当接する前記めねじ５のネジ斜面との押圧により発生する応力は、ボールシート全体に及び、局所的な変形が生じにくい。

しかし、大口径のバルブ、例えば呼び径１０Ｂ以上のバルブになると、ボールシートのボリュームが大きくなることから、上記の押圧によりボールシートに発生する応力は局所的で不均一なものとなり、これに伴う変形により、ボールとの弁座シール性が低下するおそれがある。
特に、大口径のバルブの場合には、めねじ５のピッチ（ネジ山同士の間隔）が、例えば呼び径１２Ｂのバルブでは３ｍｍと広くなるので、上記の押圧部分の間隔が開き、ボールシートに発生する応力は、より局所的なものとなる。
そして、大口径で高圧のバルブ、例えばクラス６００以上のバルブでは、内圧も大きくなり、異常昇圧を解消する際にボールシートがボール側に押し出される力も大きくなることから、上記の押圧に伴ってボールシートに発生する局所的な応力は高くなり、不均一な応力が顕著となって弁座シール性が低下するおそれが高まることから、特に配慮が必要となる。

さらに、このような高圧大口径のバルブ１の場合、内圧によりボールシート２が拡径する際に、このボールシート２にめねじ５が必要以上に食い込んで拡がりやすくなる。これにより、シートリテーナ４をボール９方向に押圧しているコイルばね１０のばね荷重で、シートリテーナ４がよりボール９側に押し出されやすくなる。これによって、コイルばね１０が過大に伸びるため、低圧封止性能を満足するためのばね荷重を維持することが難しくなる。

図９のシートリテーナ４においては、めねじ５のねじ山数が２山〜２．５山になっている。このように、完全ねじ部のねじ山数が多い場合、ボールシート２をシートリテーナ４に螺子込む際の接触抵抗が大きくなり、組立て難さに繋がるという問題もある。

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、大口径で高圧流体が流れる場合にもボールシートの脱落を確実に防止した状態でキャビティ内の異常昇圧をリリーフし、ボールシートの局所的及び過大な変形を防いで高シール性を維持でき、しかも、組立性にも優れた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、ボデー内に設けられ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が装着されたシートリテーナが配設され、ボールがステムを介して回動可能に設けられ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された装着溝内に飛び出しが防止され、かつフリーな状態で装着され、ボールシート外周のボール側には、ボールシートが内圧で拡径したときに装着溝の開口側内周面に当接する鍔部が備えられている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、装着溝の内周に形成しためねじ部と、ボールシートの外周装着側にめねじ部に螺合可能なおねじ部とを有し、めねじ部の後端側とおねじ部の後端側とが係止可能に対向されて装着溝からのボールシートの飛び出し防止され、かつ、ボールシートが装着溝にフリーな状態で装着され、鍔部とおねじ部との間の外周領域面の外周径は、めねじ部の山径より小径に形成されている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、めねじ部は、少なくとも完全ねじ部が１ピッチ分である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、ボールシートが、シートリテーナに対して飛び出しが防止された状態で、フリーな状態で装着されていることにより、ボールシートの脱落を確実に防止した状態で、フリーな状態により生じる連通部位を介してキャビティ内の異常昇圧をリリーフ可能となる。ボールシートが内圧で拡径することにより、鍔部が装着溝の開口側内周面に当接し、ボールシートの拡径を抑制して過大な変形を防止する。このとき、鍔部が開口側内周面に均圧状態で当接可能になっていることで、ボールシートの局所的な変形も防いで円周方向に均等なシール面圧を発揮できる。これらにより、大口径で高圧流体が流れる場合にも、弁開から弁閉状態までボールシートによる高シール性を維持して弁座漏れを防止できる。シートリテーナの装着溝にボールシートを容易に装着できることから、組立性にも優れる。
さらには、鍔部をボールシート外周に環状或は等間隔に突設形成し、この鍔部を装着溝の開口側内周面に均等に当接するようにすれば、鍔部からボールシートに片寄った力が加わることを防止できる。このため、ボールシートのシール面圧を均一化し、大口径で高圧流体が加わる場合にも弁座漏れを確実に防止し、ボールシートの消耗も抑える。

請求項２に係る発明によると、めねじ部とおねじ部との螺合により容易にボールシートをシートリテーナに装着でき、ボールシートの装着後には、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。ボールシートを装着溝にフリーな状態で装着し、鍔部とおねじ部との間の外周領域面の外周径をめねじ部の山径より小径に形成したことにより、めねじ部の先端側の外周領域面への接触を防止し、螺旋状のめねじ部による不均一な応力の発生を回避してボールシートのシール性を確保できる。

請求項３に係る発明によると、ボールシートの１回転以上の少ない回転でおねじ部をめねじ部に容易に螺入して容易に装着溝の奥側まで装着できるため、ボールシートとシートリテーナとの組立性が向上する。しかも、組立て容易でありながら、ボールシートの装着後には、めねじ部の１ピッチ分以上の完全ねじ部におねじ部が係止することで、めねじ部に対しておねじ部が周方向に略均等に当接し、ボールシートの脱落を確実に防止することができる。

本発明のトラニオン型ボールバルブの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。 （ａ）は図１の要部拡大断面図である。（ｂ）は図１の要部拡大模式図である。 従来のトラニオン型ボールバルブを示す要部拡大断面図である。

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実施形態を弁開の状態で示し、図３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２０という）は、ボデー２１、ボール２２、ステム２３、シートリテーナ２４、ボールシート２５を有し、特に、クラス（呼び圧力）１５０〜２５００の高圧流体用で、サイズ１０Ｂ以上の大口径のバルブとする場合に適している。

ボデー２１は、環状ボデー３０と両側の環状のキャップ３１、３１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３２により一体化される。
ボデー２１内には、上ステム２３ａ、下ステム２３ｂからなるステム２３を介してボール２２が回動可能に設けられ、このボール２２の双方、すなわち上下流側にボールシート２５が装着されたシートリテーナ２４が配設される。ボール２２は、ステンレス鋼を材料として形成され、バルブ本体２０内の流路３５と連通可能な貫通孔２２ａが設けられる。本実施形態では、ボール２２の双方にボールシート２５、シートリテーナ２４が取付けられているが、これらがボール２２の一方に設けられた構成であってもよい。

図４〜図８において、ボールシート２５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２２の当接側にはシール面３６が設けられ、このシール面３６に続けて円環状の内周面３７が端部側まで設けられる。

ボールシート２５外周のシートリテーナ２４装着側には、このシートリテーナ２４の後述するめねじ部４０に螺合可能なおねじ部４１が設けられ、このおねじ部４１は、ボールシート２５の装着方向の厚さの略半分程度の長さまで設けられる。

ボールシート２５の内周面には、少なくとも一つのリリーフ溝４２が形成される。リリーフ溝４２は、所定の深さで内周面３７のシール面３６との境界付近から端部側に渡って設けられ、シートリテーナ２４への装着後のボールシート２５の内周面３７側と外周面側（おねじ部４１側）との間に設けられる連通部４５と連通可能に設けられる。リリーフ溝４２は、ボールシート内周面３７の複数箇所に均等間隔で設けられていることが望ましく、また、ボールシート２５の内周面３７に対向する、シートリテーナ２４の後述する装着溝４６に設けられていてもよい。
図示しないが、サイズ１０Ｂ以上の大口径バルブでは、ボールシート２５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るとよく、この場合、ボールシート２５の組付けが容易になる。

図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、ボールシート２５外周のボール２２側には、このボール２２とのシールポイントＲから極力離された状態で、鍔部５０が突設形成により備えられている。ボールシート２５の鍔部５０とおねじ部４０との間には、これらよりも縮径したフラット面状の外周領域面５９が形成され、この外周領域面５９の外周径φＤｇは、めねじ部４０の山径φｄｎよりも小径に形成されている。

鍔部５０は、ボールシート２５外周に環状或は等間隔に形成される。本実施形態における鍔部５０は、外径φＪにより環状に設けられ、この外径φＪが、装着溝４６の縮径内周面６０の内径φＫよりも大径であり、開口側内周面５２の内周よりもやや小径に設けられる。鍔部５０の外周側にはフラット面５１が形成され、このフラット面５１が、ボールシート２５が内圧で拡径したときに、開口側内周面５２に当接可能になっている。

上記のように、外径φＪを内径φＫよりも大径に設けていることで、シートリテーナ２４のめねじ部４０を加工する際に、図示しないねじ加工用のねじ切りバイトが開口側内周面５２に接触することがない。このため、開口側内周面５２が切削されることなくそのフラット形状が確保され、この開口側内周面５２に対して鍔部５０のフラット面５１が当接する際に、均一な面圧力が発揮されながら相互に当接可能になる。

しかも、外径φＪを大きく形成することで、シールポイントＲから鍔部５０外径側までの距離が離れ、鍔部５０による後述する効果が高められる。この場合、ボールシート２５における鍔部５０とシール面３６との間の領域Ｆ付近の応力を、ボールシート２５を構成する材料の許容応力を超えない大きさに設定することが望ましい。

鍔部５０のおねじ部４１側には、テーパ面５３が形成される。テーパ面５３は、ねじ切りバイトが干渉しない状態で、ボールシート２５のボリュームを最大限確保できる角度に設定されることが望ましい。テーパ面５３の角度は、例えば、一般的なねじ切りバイトと同角度の６０°に設けられているとよい。

図４に示すように、シートリテーナ２４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２５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２５を装入可能な環状の装着溝４６が設けられる。装着溝４６の内周には、ボールシート２５のおねじ部４１と螺合可能なめねじ部４０が形成され、このめねじ部４０よりも開口側にフラット面状の開口側内周面５２、めねじ部４０の奥部側に開口側内周面５２よりも縮径した、フラット面状の縮径内周面６０が設けられる。

図８（ａ）、図８（ｂ）において、めねじ部４０は、完全ねじ部４３と不完全ねじ部４４とを有している。完全ねじ部４３は、少なくとも１ピッチ分によって設けられ、この完全ねじ部４３の両側に不完全ねじ部４４が形成される。不完全ねじ部とは、ねじ切りバイトなどのねじの加工工具の面取り部又は食い付き部などにより、ねじが浅く形成された部分をいう。開口側内周面５２の内径は、鍔部５０、おねじ部４１の外径よりも大きく形成され、通常時、すなわち内圧等が加わらない場合には、この開口側内周面５２へのおねじ部４１や鍔部５０の接触が回避されている。

めねじ部４０のねじ山４０ａは、ボールシート２５のおねじ部４１のねじ山４１ａと同じ仕様で設けられる。装着溝４６のめねじ部４０よりも奥側には有底部５４が設けられ、めねじ部４０の奥側の不完全ねじ部４４の端部から有底部５４までの長さは、ボールシート２５のおねじ部４１を含む先端側の長さよりも大きくなるように形成される。

シートリテーナ２４のめねじ部４０にはおねじ部４１が螺合され、おねじ部４１が有底部５４側に収容された状態で、上記ボールシート２５が装着溝４６に装入される。おねじ部４１とめねじ部４０との螺合後には、おねじ部４１の後端側とめねじ部４０の後端側とがおねじ部４１の装入方向に係止可能に対向することで、ボールシート２５の装着溝４６からの飛び出しが防止され、かつ、ボールシート２５がフリーな状態、すなわち装着溝４６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。なお、ボールシート２５の鍔部５０の流路中心軸Ｌの方向の長さは、後述する異常昇圧をリリーフする際に、ボールシート２５が前記流路中心軸Ｌの方向でボール２２側に移動しても、鍔部５０の外周のフラット面５１がシートリテーナ２４の開口側内周面５２に当接可能な状態を維持できる長さに設定している。

シートリテーナ２４の内周側には、ボールシート２５の先端保持用の保持部４７が突出形成され、この保持部４７の深さＴは、ボールシート２５の全長Ｕに対して、０．３〜０．６倍の大きさに設けられる。換言すれば、前記鍔部５０の位置は、保持部４７の深さＴに対して、１．７Ｔ〜３．３Ｔの範囲に設けられる。これにより、装着後のボールシート２５が、保持部４７と開口側内周面５２、縮径内周面６０との間に確実に保持され、同心状態が維持されつつシートリテーナ２４に装着される。

有底部５４と背面２５ａとの接触面からボールシート２５の後端面までの長さ（ボールシート長さ）Ｕを１００％とした場合、前記接触面から鍔部５０における開口側内周面５２との力点までの長さＶが８５％〜９５％、前記接触面からシールポイントＲまでの長さＷが７５％〜８０％、前記接触面から完全ねじ部４３のねじ山４０ａの後端部付近までの長さＺが５０％〜７０％となるように、予めボールシート２５やシートリテーナ２４を形成することが望ましい。これらの寸法設定は、前述の領域Ｆ付近の応力を、ボールシート２５を構成する材料の許容応力を超えない大きさに設定するために、長さＷと長さＶとの関係を定める際に用いるとよい。また、この長さＷと長さＶとの関係に加え、長さＺと長さＶとの関係を定める際に用いるとよい。

シートリテーナ２４は、ボールシート２５が装着された状態で、ボデー２１内に凹状に形成された装着部２１ａに装着され、ボデー２１に取り付けられたコイルばね５６の弾発力によりボール２２方向に付勢されている。

バルブ本体２０において、全閉時または全開時には、キャビティ５５内の異常昇圧による余剰の圧力がシートリテーナ２４の自緊力でボール２２とは反対方向に移動され、かつ、装着溝４６内のボールシート２５の裏面側に流入した流体圧でボールシート２５がボール２２側に押し出され、このとき連通部４５を介してキャビティ５５内の異常昇圧が流路３５内にリリーフ可能に設けられる。ここで、キャビティ５５内の異常昇圧とは、流体の温度が上昇したり、バルブ本体２０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２０において、ボデー２１やボール２２、ボールシート２５、シートリテーナ２４等により囲まれた、閉じられた空間（キャビティ５５）内の圧力が上昇する現象をいう。

図７に示した図３の領域Ｅにおいて、ボールシート２５の背面２５ａ側に圧力が加わったときには、このボールシート２５に発生する押出し荷重がねじ山４０ａ、４１ａに作用するため、この背面圧力に対してボールシート２５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２５、シートリテーナ２４を設ける必要がある。この場合、ねじ山４０ａ、４１ａにかかる力がボールシート２５の材料の降伏点を越えることを防ぎ、バルブ本体２０の最低使用温度を考慮して低温時にボールシート２５が収縮した場合でも、ねじ山４０ａ、４１ａ同士が引っ掛かるような寸法設定とする。

ねじ山４０ａ、４１ａ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。

図４（ａ）において、シートリテーナ２４にボールシート２５を装着する場合、装着溝４６におねじ部４１を位置させながら、ボールシート２５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４１ａがねじ山４０ａから外れるまでボールシート２５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２５がシートリテーナ２４に対して抜け止めされた状態でフリーとなる。

このとき、前述したように、図８（ａ）、図８（ｂ）において、めねじ部４０の奥側の不完全ねじ部４４の端部から有底部５４までの長さが、ボールシート２５のおねじ部４１を含む先端側の長さよりも大きいことで、ねじ山４１ａがねじ山４０領域を確実に超え、おねじ部４１が有底部５４側に収容されるまで装入可能となり、これらのねじ山４０ａ、４１ａ同士の間に、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。図５、図６において、開口側内周面５２の内径がおねじ部４１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２５がシートリテーナ２４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。

図４（ｂ）におけるボールシート２５のシートリテーナ２４への組付け後には、ボールシート２５をシートリテーナ２４に対して螺入方向とは反対方向に回転させ、ボールシート２５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２４のねじ山４０ａとボールシート２５のねじ山４１ａとの最も高い部分（完全ねじ部４３）同士が係止する状態までボールシート２５を回転させ、図８（ａ）のねじ先の開始部分同士（不完全ねじ部４４の先端側同士）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２５のシートリテーナ２４装着後の再螺合を防ぎ、ボールシート２５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４１ａを時計に例えた場合、３時の位置Ｓを避けて配置するのが好ましい。これは、図３に示す弁閉状態のバルブ本体２０を、ステム２３を反時計回りに回転して弁開状態にする際、ボール２２により閉じられていた流路３５は図２の３時の位置Ｓ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２５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２４のねじ山４０ａとボールシート２５のねじ山４１ａとの最も高い部分同士を、上記３時の位置に配置するのが好ましい。

なお、上記実施形態では、鍔部５０の外径φＪ＞縮径内周面６０の内径φＫの関係となっているが、外径φＪ＝内径φＫの関係に設けることもできる。
鍔部５０の外周にはフラット面５１が形成されているが、鍔部５０が開口側内周面５２に均圧状態で当接可能であれば、必ずしもフラット面５１が形成されている必要はない。このため、鍔部５０の外周側に、例えば、図示しないアール面や傾斜面が形成されていてもよい。

また、ボールシート２５の外周側におねじ部４１、シートリテーナ２４にめねじ部４０を設けているが、ボールシート２５の内周側にめねじ部、シートリテーナ２４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２５をシートリテーナ２４の装着溝４６にフリーな状態で装着してもよい。

ボールシート２５のシートリテーナ２４からの飛び出しを防止し、かつ、ボールシート２５を装着溝４６にフリーな状態で互いを係止して異常昇圧をリリーフ可能な構造であれば、おねじ部やめねじ部の態様にこだわることはなく、これらを各種形状に設けることもできる。

本実施形態においては、ボールシート２５側に鍔部５０を設けているが、シートリテーナ２４側に別部材で鍔部相当部材を配置し、ボールシート２５の拡径を抑制するようにしてもよい。

次いで、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。
先ず、バルブ本体２０の開閉状態における動作を述べる。バルブ本体２０が全閉状態の場合、図３に示すように、ボールシート２５は、コイルばね５６によりシートリテーナ２４を介してボール２２に押圧され、これにより、ボールシート２５のシール面３６が全周に渡ってボール２２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２４とボデー２１との間は、Ｏリング５７やパッキン５８によりシールされている。
ボールシート２５の背面２５ａは、図５における最内径位置Ｐでシートリテーナ２４と密着し、この部位から流体がキャビティ５５に通過するのを防止している。

バルブ本体２０を開作動して微開状態となった場合、ボール２２に押圧されていたボールシート２５は、ボール２２の回転移動により押圧対象がなくなるため、連通部４５を介して流れ込んだ流体圧がボールシート２５の背面２５ａに加わり、このボールシート２５がボール２２側に瞬間的に押し出される。

このとき、おねじ部４１のねじ山４１ａとめねじ部４０のねじ山４０ａとの後端側同士が当接（係止）することで、ボールシート２５の飛び出しが防止される。ボールシート２５の背面２５ａに加わる圧力とキャビティ５５内の圧力とが同圧になったときに、ボールシート２５がボール２２側に押し出される力は無くなる。

バルブ本体２０が全開状態になると、図１に示すように、ボールシート２５のシール面３６は、再び全周に渡ってボール２２に密着シールする。

次いで、異常昇圧によりキャビティ５５内の圧力が高くなったときの動作を説明する。 この場合、図５において、ボールシート２５が、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２５とボール２２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２５には、キャビティ５５内の圧力（キャビティ圧）がシール面３６側と背面２５ａ側の双方に加わる。ここでシール面３６側と背面２５ａ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２５の背面側に加わる力がボール２２側に加わる力よりも大きくなるようにし、ボールシート２５がボール２２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Ｐｃ］×［ボールシート２５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Ｘは、
（φｄＲ−φｄＰ）^２×π×４
で表すことができる。

一方、シートリテーナ２４には、キャビティ圧がキャップ３１側とボールシート２５の装着溝４６側との双方に加わる。シートリテーナ２４は、キャップ３１側において、Ｏリング５７によりキャップ３１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３１側とボールシート２５の装着溝４６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２４がコイルばね５６の弾発力に抗して、ボール２２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Ｐｃ］×［ボールシート２５の装着溝４６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２５がキャビティ圧Ｐｃによりボール２２側に押し出された状態を、図６に示す。このように、装着溝４６内のボールシート２５の裏面側のおねじ部４１と、めねじ部４０との空隙Ｇに流入したキャビティ５５からの流体圧がボールシート２５をボール２２側に押し出し、ボールシート２５の内周面３７と装着溝４６との間の連通部４５からリリーフ溝４２を通って、キャビティ５５内の流体圧をリリーフする。

そして、シートリテーナ２４も、前述のようにキャビティ圧Ｐｃによりボール２２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２５と相まって、速やかにボールシート２５の背面２５ａとシートリテーナ２４の装着溝４６との間に隙間Ｇを形成することができ、キャビティ５５内の流体を、ボールシート２５の背面２５ａから連通部４５を介して一次側の流路３５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２４の装着溝４６をボールシート２５がフリーな状態で移動し、何らかの要因でキャビティ５５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。

高温流体によりボールシート２５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２５の抜け出しやボール２２側へ膨出によるシール面３６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２５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２５を形成すれば、確実に飛び出しを防止できる。

さらに、本発明のバルブ本体２０は、上記のキャビティ５５内の異常昇圧のリリーフ機能に加えて、図８（ａ）、図８（ｂ）において、ボールシート２５外周のボール２２側に鍔部５０を設け、この鍔部５０のフラット面５１が、ボールシート２５の変形で装着溝４６の開口側内周面５２に当接可能になっている。このことから、バルブ本体２０による高圧シール時に、ボールシート２５が内圧の変化で矢印に示す拡径方向に変形するときに、ボールシート２５外周に環状に形成されたフラット面５１が、開口側内周面５２に周方向に均等に圧接した状態で負荷が加わり、ボールシート２５には均一な応力が生じる。

このため、例えば、１０Ｂ以上の大型サイズのバルブ本体２０が、ＣＬ６００以上の高圧になったとしても、ボールシート２５が局所的に変形したり過大に変形したりするおそれがなく、ボールシート２５の変形や損傷等による弁座漏れを確実に防止できる。この場合、フラット面５１が開口側内周面５２に面接触により当接することで、単位面積当たりの力が小さくなり、鍔部５０全体に応力を分散する。その結果、ボールシート２５とボール２２との接触面に生じる変形の均一化も図ってシール性を向上でき、しかも、鍔部５０を、ボール２２とのシールポイントＲから外径側に極力離していることで、ボールシート２５とボール２２との接触面に発生する応力の軽減も可能になる。

外周領域面５９の外周径φＤｇを、めねじ部４０の山径φｄｎよりも小径に形成していることで、この鍔部５０のフラット面５１が開口側内周面５２に当接する際に、めねじ部４０の先端側がボールシート２５外周に食い込むことがなく、この螺旋状のめねじ部４０による不均一な応力の発生を防止し、ボールシート２５への負荷を軽減できる。このとき、おねじ部４１が縮径内周面６０に接触することで、このおねじ部４１付近の拡径が抑制される。この場合、おねじ部４１と縮径内周面６０との接触部位がシール面３６から離れていることで、これらの接触により不均一な応力が発生したとしても、シール面３６のシール性に悪影響を及ぼすことはない。

鍔部５０の開口側内周面５２への当接により、ボールシート２５の過度な拡径を抑制できるため、このボールシート２５のボール２２側への必要以上の押し出しを防止できる。このため、コイルばね５６の過大な伸びを防いでばね荷重を維持し、低圧の場合であってもその封止性能を維持できる。

めねじ部４０の完全ねじ部４３は、少なくとも１ピッチ分であればよいため、この完全ねじ部４３を最小限の１ピッチに設けるようにすれば、シートリテーナ２４にボールシート２５を螺子込む際の摩擦抵抗を軽減し、容易に組立てできる。この摩擦抵抗の軽減に加えて、上述したようにめねじ部４０がボールシート２５外周に食い込むことがないことから、１ピッチの完全ねじ部４３により、ボールシート２５をリートリテーナ２４から容易に分解して交換等をおこなうことができる。

また、上述したバルブ本体２０は、シートリテーナ２４の装着溝４６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２５により高圧流体を封止できるため、部品点数を最小限に抑えつつ構造も単純化でき、かつ、前述のとおり、ボールシート２５をシートリテーナ２４に螺子込むだけで装着できる。そのため、圧入構造やかしめ構造による装着とは異なり、ボールシート２５の材質の違い（例えば、ＰＥＥＫを用いた場合）による加工並びに組立上の管理を必要することがなく、材質の違いにこだわらず同じように加工組立できる。

組立て時には、おねじ部４１とめねじ部４０との螺合でボールシート２５を装着溝４６に装着でき、無理な力を加えることなく、少ない組立て工数で正確かつ容易に組立てできる。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２４とボールシート２５との間に十分なクリアランスＣ及び隙間Ｇを設けつつ装着でき、組立ての初期状態から、余分な応力の発生を防いで作動時の耐久性も向上できる。しかも、環境温度の影響を受けにくい状態で組立て可能となる。

また、ボールシート２５を螺子込むことで、圧入による装着を回避しているため、シート材料の選択肢が多くなり、低温用の材料や高温用の材料、あるいは低強度や高強度の各種の材料を用いることもできる。この場合、高強度材料でボールシート２５を形成したときにも、装着が容易になる。ボールシート２５の螺入後には、このボールシート２５が装着溝４６内で空転可能な状態にしつつ、緩み防止用の部材を別途設けることなく、ボールシート２５の自然な緩みや脱落を防止できる。

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。

２０ バルブ本体
２１ ボデー
２２ ボール
２２ａ 貫通孔
２３ ステム
２４ シートリテーナ
２５ ボールシート
３５ 流路
４０ めねじ部
４１ おねじ部
４３ 完全ねじ部
４４ 不完全ねじ部
４６ 装着溝
５０ 鍔部
５２ 開口側内周面
５５ キャビティ
５９ 外周領域面
φＤｇ 外周領域面の外周径
φｄｎ めねじ部の山径

Claims (3)

1. ボデー内に設けられ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が装着されたシートリテーナが配設され、前記ボールがステムを介して回動可能に設けられたボールバルブにおいて、前記ボールシートは、前記シートリテーナに形成された装着溝内に飛び出しが防止され、かつフリーな状態で装着され、前記ボールシート外周の前記ボール側には、前記ボールシートが内圧で拡径したときに前記装着溝の開口側内周面に当接する鍔部が備えられていることを特徴とするトラニオン型ボールバルブ。
2. 前記装着溝の内周に形成しためねじ部と、前記ボールシートの外周装着側に前記めねじ部に螺合可能なおねじ部とを有し、前記めねじ部の後端側と前記おねじ部の後端側とが係止可能に対向されて前記装着溝からの前記ボールシートの飛び出し防止され、かつ、前記ボールシートが前記装着溝にフリーな状態で装着され、前記鍔部と前記おねじ部との間の外周領域面の外周径は、前記めねじ部の山径より小径に形成されている請求項１に記載のトラニオン型ボールバルブ。
3. 前記めねじ部は、少なくとも完全ねじ部が１ピッチ分である請求項２記載のトラニオン型ボールバルブ。

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