JP6815627B2 - ボールバルブ - Google Patents

Description

本発明は、ボール状の弁体を有するボールバルブに関する。

従来のボールバルブの一例が特許文献１に開示されている。図４に示すように、このボールバルブ１０１は、バルブ本体１１０と、バルブ本体１１０内に形成された弁室１２０内に配設されるボール状の弁体１３０と、弁体１３０を挟むように配置された環状の支持部材１４０、１４０と、バルブ本体１１０と支持部材１４０、１４０との間に配置されたＯリング１５０、１５０と、を有している。

支持部材１４０、１４０は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの比較的硬質の合成樹脂からなり、それぞれの内周縁近傍に弁体１３０の外表面１３１に沿う環状曲面１４１が形成されている。支持部材１４０、１４０は、それぞれの環状曲面１４１が弁体１３０の外表面１３１に重ねられることにより、弁体１３０を回転可能に支持するとともに、バルブ本体１１０と弁体１３０との間をシール（密封）している。

特開２０１３−１７４２９１号公報

しかしながら、上述したボールバルブ１０１は、流路を流れる流体に金属粉や砂などの異物Ｍが含まれていた場合に、図５に示すように、弁体１３０の回転にともなって、その外表面１３１と支持部材１４０の環状曲面１４１との間に異物を挟み込んでしまい、外表面１３１や環状曲面１４１に傷が生じてしまうおそれがあった。

そこで、本発明は、弁体およびその支持部材における異物による傷つきを効果的に抑制できるボールバルブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のボールバルブは、弁室が設けられた弁本体と、前記弁室内に配置されたボール状の弁体と、前記弁本体と前記弁体との間に配置され、前記弁体を回転可能に支持する環状の支持部材と、を有するボールバルブであって、前記支持部材の内周縁またはその近傍に全周にわたって前記弁体の外表面に突き立てて接触される角部が形成されており、前記支持部材が、前記角部が内周縁に形成された環状の内側部材と、前記内側部材が圧入される環状の溝が内周縁近傍に形成され、または、前記内側部材が圧入される環状の段部が内周縁に形成された環状の外側部材と、を有し、前記内側部材が、前記外側部材のみによって保持されていることを特徴とする。
本発明においては、前記内側部材が、前記外側部材に接する抜け防止突起を有していることが好ましい。
本発明においては、前記角部を形成する２つの面のうちの一方の面が、前記内側部材における前記弁体の回転軸側を向く面であり、前記内側部材における前記弁体の回転軸側を向く面と、前記外側部材における前記弁体の回転軸側を向く面とが、１つの平面となるように連なっており、前記平面が、前記弁体の回転軸と平行となるように形成されていることが好ましい。
本発明においては、前記内側部材が、断面矩形となる円環状に形成されていることが好ましい。

本発明によれば、ボール状の弁体を回転可能に支持する環状の支持部材が、その内周縁またはその近傍に全周にわたって前記弁体の外表面に突き立てて接触される角部が形成されている。このようにしたことから、角部によって弁体の外表面に付着した異物を拭き取り、支持部材を超えて弁室１４の奥まで侵入することを抑制できる。また、角部は外表面に線接触しているので、角部と弁体の外表面との間に異物Ｍを挟んだとしても、面接触のように異物Ｍを挟んだまま引きずることを抑制できる。

ボールバルブにおいては、前記角部を形成する２つの面が互いになす角度が、１０度以上でかつ１６０度以下であることが好ましい。上記角度をこの範囲内に設定することで、角部をより確実に線接触させることができ、異物Ｍを挟んだまま引きずることをより効果的に抑制できる。

ボールバルブにおいては、前記角部が、弾力性を有する材料で構成されていることが好ましい。このようにすることで、角部と弁体の外表面との間に異物を挟んだとしても、その異物の形状に合わせて弾性変形し、そのため、弁体の外表面に食い込むように異物を噛み込んでしまうことを抑制できる。

ボールバルブにおいては、前記支持部材が、前記角部が内周縁に形成された環状の内側部材と、前記内側部材が内周縁またはその近傍に埋め込まれる、前記内側部材より剛性の高い環状の外側部材と、を有していることが好ましい。このようにすることで、剛性の高い外側部材に弾力性を有する内側部材を埋め込むことで、弁体の回転に引きずられて内側部材がよじれてしまうことを抑制して、弾性力を有する内側部材の角部をより確実に弁体の外表面に突き立てて接触させることができる。

本発明によれば、弁体およびその支持部材における異物による傷つきを効果的に抑制できる。

本発明の一実施形態に係るボールバルブの一部断面を含む斜視図である。 図１のボールバルブが有する支持部材を説明する図である。 図１のボールバルブの断面図である。 従来のボールバルブの一部断面を含む斜視図である。 図４のボールバルブの断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るボールバルブについて図１〜図３を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るボールバルブの一部断面を含む斜視図である。図２は、図１のボールバルブが有する支持部材を説明する図であって、（ａ）は、正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線に沿う断面図であり、（ｃ）は（ｂ）において外側部材と内側部材とを分離した状態の断面図であり、（ｄ）は内側部材の一部を拡大した断面図である。図３は、図１のボールバルブの断面図であって、（ａ）は図１の軸線Ｌ２に沿う断面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大した断面図である。なお、本明細書において、「上下左右」は各図において各部材の相対的な位置関係を示すために用いており、絶対的な位置関係を示すものではない。

図１に示すように、本実施形態のボールバルブ１は、弁本体１０と、弁体２０と、支持部材３０、３０と、ギヤードモーター４０と、を有している。

弁本体１０は、金属や合成樹脂などからなり、内側に空間（弁室）を有するケース状に形成されている。弁本体１０は、図１において下方に向けて開口された第１流路口１１と、左方に向けて開口された第２流路口１２と、右方に向けて開口された第３流路口１３と、これら第１流路口１１、第２流路口１２および第３流路口１３に連なる弁室１４と、が設けられている。第１流路口１１と第２流路口１２および第３流路口１３とは９０度の角度をなし、第２流路口１２と第３流路口１３とは１８０度の角度をなしている。

弁体２０は、例えば、ステンレスなどの金属やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの合成樹脂を材料としてボール状（球体状）に形成されている。弁体２０は、下方に向けて開口された下方開口２１と、この下方開口２１と９０度の角度をなすように側方に向けて開口された側方開口２２と、下方開口２１および側方開口２２とを接続する流路２３と、が設けられている。弁体２０は、下方開口２１の中心軸と弁本体１０の第１流路口１１の中心軸とが軸線Ｌ１上で重なるように、弁本体１０の弁室１４内に配置されている。

図２に示すように、支持部材３０、３０は、円環状に形成されており、内側部材３１と、外側部材３２と、を有している。支持部材３０、３０は、弁室１４内において弁体２０を回転可能に支持しているとともに、弁本体１０と弁体２０との間をシール（密封）している。

内側部材３１は、例えば、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴムまたは天然ゴムなどの弾力性を有する材料で構成されており、断面略矩形となる円環状に形成されている。内側部材３１は、内周面および外周面の全周にわたって抜け防止突起３１ａが形成されている。また、内側部材３１の内周縁には角部３１ｋが形成されている。

外側部材３２は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの合成樹脂やステンレスなどの金属と言った比較的硬質の材料で構成されており、円環状に形成されている。外側部材３２における弁体２０と向き合う面３２ａの内周縁近傍には、内側部材３１が圧入され、角部３１ｋを露出した状態で埋め込まれる環状の溝３２ｂが形成されている。

図３（ａ）に示すように、支持部材３０、３０は、それぞれの中心軸が第２流路口１２の中心軸および第３流路口１３の中心軸と軸線Ｌ２上で重なりかつ弁体２０を左右方向に挟むようにして弁室１４内に配置されている。このとき、図３（ｂ）に示すように、支持部材３０の内側部材３１の内周縁の角部３１ｋが、全周にわたって弁体２０の外表面２０ｈに突き立てて接触されている。本実施形態において、この角部３１ｋを形成する２つの面が互いになす角度αは９０度に設定されている。この角度αは、１０度≦α≦１６０度が好ましく、６０度≦α≦１２０度がより好ましい。また、角部３１ｋは、角度αがいかなる値であっても、その角度先端に製造上現われてしまう曲面は可能な限り抑えて角張っているのが好ましい。

また、支持部材３０、３０は、弁室１４内において弁本体１０と弁体２０との間に圧縮状態で挟まれている。そのため、支持部材３０、３０の圧縮状態からの復元力によって、角部３１ｋが弁体２０の外表面２０ｈに押し付けられている。この押し付ける力（すなわち復元力）は、１０Ｎ〜１５００Ｎが好ましく、３０Ｎ〜５００Ｎがより好ましい。

ギヤードモーター４０は、図示しないモーターおよび複数のギヤを組み合わせた減速機構を有しており、モーターの回転が減速機構を通じて出力軸４１に出力される。出力軸４１は、軸線Ｌ１と重なるように配置されており、その先端には弁体２０が固定されている。これにより出力軸４１の回転にともなって弁体２０が軸線Ｌ１を中心として回転される。

次に、本実施形態のボールバルブの動作の一例を、図３を参照して説明する。

弁体２０は、所定の接続位置まで回転されると、第１流路口１１と第２流路口１２を接続し、上記接続位置から１８０度反転した他の接続位置まで回転されると、第１流路口１１と第３流路口１３とを接続する。そして、流路を流れる流体に含まれる金属粉や砂などの異物Ｍが弁体２０の外表面２０ｈに付着した状態で弁体２０が回転されると、弁体２０の回転により異物Ｍが支持部材３０のところまで運ばれる。

このとき、支持部材３０の角部３１ｋが弁体２０の外表面２０ｈに突き立てられているので、自動車のワイパーのように外表面２０ｈから異物を拭き取り、支持部材３０を超えて弁室１４の奥まで侵入することを抑制できる。また、角部３１ｋは外表面２０ｈに線接触しているので、仮に角部３１ｋと弁体２０の外表面２０ｈとの間に異物Ｍを挟んだとしてもこれらの間からすぐに異物が脱するので、面接触のように異物Ｍを挟んだまま引きずることを抑制できる。さらには、角部３１ｋが形成された内側部材３１は弾力性を有する材料で構成されているので、異物Ｍを挟んだとしてもその形状に合わせて弾性変形し、そのため、弁体２０の外表面２０ｈに食い込むように異物Ｍを噛み込んでしまうことを抑制できる。そして、剛性の高い外側部材３２に弾力性を有する内側部材３１が埋め込まれているので、弁体２０の回転に引きずられて内側部材３１がよじれてしまうことを抑制でき、より確実に角部３１ｋを弁体２０の外表面２０ｈに突き立てて接触させることができる。

したがって、本実施形態のボールバルブ１によれば、弁体２０および支持部材３０、３０における異物Ｍによる傷つきを効果的に抑制できる。これにより、弁体２０の外表面２０ｈの傷によるシール性能の低下を抑制することができる。

上述した実施形態では、支持部材３０の外側部材３２における弁体２０と向き合う面３２ａの内周縁近傍に、内側部材３１が埋め込まれる環状の溝３２ｂが形成されている構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、外側部材３２の内周縁に、内側部材３１の外形（または外径）に沿う環状の段部を形成して、当該段部に内側部材３１を圧入して埋め込むようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、支持部材３０が、材料の異なる内側部材３１および外側部材３２で構成されていたが、これに限定されるものではない。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）のいずれか一方のみを材料として構成された断面略矩形となる円環状の支持部材を採用するなど、本発明の目的に反しない限り、単一の材料で構成された支持部材を採用してもよい。また、支持部材３０は、内周縁に角部３１ｋを形成してもよい。

上記に本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

１…ボールバルブ
１０…弁本体
１１…第１流路口
１２…第２流路口
１３…第３流路口
１４…弁室
２０…弁体
２０ｈ…外表面
２１…下方開口
２２…側方開口
２３…流路
３０…支持部材
３１…内側部材
３１ａ…抜け防止突起
３１ｋ…角部
３２…外側部材
４０…ギヤードモーター
４１…出力軸
Ｌ１、Ｌ２…軸線
Ｍ…異物

Claims (4)

1. 弁室が設けられた弁本体と、前記弁室内に配置されたボール状の弁体と、前記弁本体と前記弁体との間に配置され、前記弁体を回転可能に支持する環状の支持部材と、を有するボールバルブであって、
   前記支持部材の内周縁またはその近傍に全周にわたって前記弁体の外表面に突き立てて接触される角部が形成されており、
   前記支持部材が、前記角部が内周縁に形成された環状の内側部材と、前記内側部材が圧入される環状の溝が内周縁近傍に形成され、または、前記内側部材が圧入される環状の段部が内周縁に形成された環状の外側部材と、を有し、
   前記内側部材が、前記外側部材のみによって保持されていることを特徴とするボールバルブ。
2. 前記内側部材が、前記外側部材に接する抜け防止突起を有していることを特徴とする請求項１に記載のボールバルブ。
3. 前記角部を形成する２つの面のうちの一方の面が、前記内側部材における前記弁体の回転軸側を向く面であり、
   前記内側部材における前記弁体の回転軸側を向く面と、前記外側部材における前記弁体の回転軸側を向く面とが、１つの平面となるように連なっており、
   前記平面が、前記弁体の回転軸と平行となるように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボールバルブ。
4. 前記内側部材が、断面矩形となる円環状に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のボールバルブ。

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