JP7467359B2 - ボール弁及び弁動作方法 - Google Patents

Description

本発明は弁に関し、特に、弁を通る流体の流れを調整、方向付け又は制御する、ボール弁に関する。こうした弁は一般に知られており、通常、少なくとも以下の構成要素を含む。
‐第１ポート、第２ポート、及び第１ポートと第２ポートとの間に延在する内部空間を含む弁箱と、
‐弁箱の内部空間内に配置される弁座と、
‐弁箱の内部空間の内側に移動可能に配置されて弁座と連動する弁部材と、
‐弁部材と係合して弁部材を移動させる弁棒。

弁部材は、通常、弁部材の係合位置において弁座と係合するように構成される弁体を含み、例えば、弁座を通る流体の流れを閉鎖したり、流体の流れを、所定の流経路に沿って流れるように方向付けたりする。

多くのボール弁は、弁部材が、弁座と接触した（又は摺接した）状態のままで、弁箱の内側で回転する種類のものである。この種類のボール弁には、弁部材が、弁座部材と接触した状態のままで回転又は摺動回転して、表面圧力を加え続けることから、弁座及び／又は弁体が摩耗して、封止機能が長期間持続されないという問題がある。

この問題に対処するために、特許文献１によって他の種類のボール弁が提案されている。特許文献１では、弁部材と係合する弁棒であって、内ねじのナットを弁棒の外ねじ部分に対して回転させることで軸方向に移動する弁棒の使用を教示している。誘導ピンが、筐体内に配置されて、弁棒の外周上に形成された溝と連動することで、弁棒の移動を制御して、弁棒が軸方向に移動している間、弁部材の移動を制御するようになっている。溝は、直線誘導部分と回転誘導部分とを有する。誘導ピンが回転誘導部分内に受け入れられると、弁棒の回転伝達部が弁部材と接触して、弁部材を回転軸周りに回転させることができる。誘導ピンが直線誘導部分内に受け入れられると、上記の回転軸周りの弁部材の回転は防止され、弁棒の、傾斜面を含む押力伝達部が、弁部材と接触して、弁部材を弁座に押し付ける。弁部材の全移動の間、弁棒と弁部材との結合は不変であり、つまり、弁棒の同一の端部が、弁部材の同一の部分と動作可能に接触している。なお、弁部材の移動は、まず、弁棒の移転及び回転を同時に行い、続いて、弁棒を回転させることなく、弁棒の移転のみを行うことで行われる。

この種類のボール弁の欠点は、ボール弁の設置空間が必要となる点である。また、弁棒を軸方向に移動させるのに、回転可能ナット及び弁棒の外ねじ部分を用いることから、弁部材の移動に多くの時間を要し、自動流量制御等にあまり適さないボール弁となってしまう。更に、弁の開閉に極めて大きな力を要する。

特許文献１の欠点に対処するために、特許文献２によって更に他の種類のボール弁が提案されている。特許文献２では、２つの弁棒、つまり、弁部材に接続されて、回転軸周りの回転力を弁部材に伝達可能となっている第１弁棒及び、弁部材を挟んで、第１弁棒の反対側に配置される第２弁棒の使用を教示している。第２弁棒は、第１弁棒と同軸又は平行の軸周りに回転可能であり、弁部材を弁座に向かって押すようになっている。ここでも、弁部材の全移動の間、２本の弁棒と弁部材との結合は不変であり、つまり、第１及び第２弁棒の同一の端部が、弁部材の同一の部分それぞれと動作可能に接触している。なお、弁部材の移動は、まず、第１弁棒を回転させて、続いて、第１弁棒を回転させることなく、第２弁棒を回転させることで行われる。

この種類のボール弁の欠点は、弁の両側にある２つの弁棒を操作しなければならず、通常用いられる他のボール弁よりも操作が複雑になる点である。また、弁部材がまだ弁座に押し付けられている状態で、第１弁棒が操作される虞が生じるため、ここでもまた、弁体の摩耗によって封止機能が低下する虞や、密封のための第２弁棒の操作が忘れられて、弁が完全に閉鎖されない虞がある。

米国特許公開第３，５１５，３７１号明細書 米国特許公開第２００８／００９３５７４号明細書

以上のことから、本発明は、弁座及び／又は弁部材の弁体の摩耗を最小限にする、好適には回避することが可能な状態で、小型化され且つ容易で迅速な操作ができる弁、特にボール弁を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、弁を通る流体の流れを調整、方向付け又は制御する、ボール弁であって、
‐第１ポート、第２ポート、及び第１ポートと第２ポートとの間に延在する内部空間を含む弁箱と、
‐弁箱の内部空間内に配置される弁座と、
‐弁箱の内部空間の内側に移動可能に配置されて弁座と連動する弁部材と、
‐弁部材と係合して弁部材を移動させる弁棒とを備え、
弁部材が、弁部材の係合位置において弁座と係合するように構成される弁体を含み、弁部材が、第２の位置を介して、係合位置と第１の位置との間を移動可能であり、弁体が、弁部材の第２の位置において、弁座から離間して弁座と一直線であり、弁体が、弁部材の第１の位置において、第２の位置の状態よりも弁座から離間し、弁体が弁座及び弁箱から離間した状態で、弁部材が、第１の位置と第２の位置との間で回転可能であり、弁部材が、第２の位置と係合位置との間を、弁座によって画成される接触面に略垂直な方向に移動可能であり、弁棒が、弁部材の第１の位置に対応する第１の回転位置と、弁部材の係合位置に対応する第３の回転位置との間において、弁部材の第２の位置に対応する第２の回転位置が、第１の回転位置と第３の回転位置との間にある状態で、弁棒の縦軸線周りに回転可能であり、弁部材と弁棒とが、弁棒の第１の回転位置と第２の回転位置との間において、弁部材が第１の位置と第２の位置との間を移動できる第１の構成によって結合し、弁部材と弁棒とが、弁棒の第２の回転位置と第３の回転位置との間において、弁部材が第２の位置と係合位置との間を移動できる、第１の構成と異なる第２の構成によって結合する、ボール弁が提供される。

本発明の第１の態様は、弁棒と弁部材との第１の結合構成によって、第１の回転位置と第２の回転位置との間において、弁部材の第１の移動が行われ、第１の構成と異なる、弁棒と弁部材との第２の結合構成によって、第２の回転位置と第３の回転位置との間において、第１の移動と異なる第２の移動が行われる、第１の回転位置と第３の回転位置との間における弁棒のシンプルな回転によって、組み込み時の寸法が縮小でき且つ容易で迅速な操作ができるようになるという見識に基づく。この結果、弁棒の単一の回転によって、弁座によって画成される接触面に略垂直な方向で弁座に近付くことを含む、弁部材の２つの異なる移動が得られ、単一の弁棒を軸方向に移動させる必要なく、弁座及び／又は弁部材の摩耗を最小限にしたり回避したりすることができることから、先行技術と比較して設置空間が縮小される。第１の移動の間の弁座及び／又は弁体の摩耗は、弁体と弁座との間の距離及び弁体と弁箱との間の距離を維持することで回避される。

特許文献１に係るボール弁は、このボール弁も、弁部材の異なる動きを実行するのに、この場合は弁棒上で動作するナットである１つの構成要素のみの回転を必要とすることから、クレームされる本発明の第１の態様と同じ目的をもつものと考えられる。しかしながら、弁部材の全移動の間、弁棒と弁部材との結合は不変であり、つまり、弁棒の同一の端部が、弁部材の同一の部分と動作可能に接触している。なお、弁部材の移動は、まず、弁棒の移転及び回転を同時に行い、続いて、弁棒を回転させることなく、弁棒の移転のみを行うことで行われる。

一実施例では、弁部材は、弁部材の第１の位置において、第１及び第２ポートと一直線になるようになっている、弁部材を通って延在する流路を含み、弁体は、弁部材の非貫通孔部分である。弁部材の第１の位置は、流体がボール弁を通って流れるようにする、開放位置と呼ばれてもよく、弁部材の第２の位置は、弁部材がボール弁を通る流体の流れを少なくとも部分的に遮る、遮閉鎖位置と呼ばれてもよく、弁部材の係合位置は、ボール弁を通る流体の流れを防止する、閉鎖位置と呼ばれてもよい。

一実施例では、第１の構成において、弁部材と弁棒とが、弁部材が弁棒と共に弁棒の縦軸線周りに回転できる２つの別々の場所で、互いに結合し、第２の構成において、弁部材と弁棒とが、２つの場所の内の１つのみで、互いに結合する。１つの場所において弁棒と弁部材との結合を解くことによって、弁棒が更に回転した際に、弁部材が、第２の位置と係合位置との間を他の方向に移動できるようになる。好適には、第２の構成において、弁部材は弁箱と結合して、弁部材の、弁棒の縦軸線周りの回転を防止し、第２の構成によって弁部材と弁棒とが互いに結合すると、弁部材を、弁座に向かって又は弁座から、弁棒の縦軸線に垂直な方向に移動又は旋回させる。

なお、弁棒と弁部材との結合の第１及び第２の構成は、代わりに、弁棒と弁部材との第１の結合構成及び第２の結合構成と呼ばれてもよい。

一実施例では、弁棒は、弁部材の対応する凹部内に受け入れられる弁棒部分を含み、弁棒部分及び凹部は、弁棒の縦軸線に対して偏心して配置され、第２の構成において、弁部材を第２の位置と係合位置との間を移動させるように構成される。

一実施例では、弁箱は、対応する凹部を含む関連した結合要素を備え、弁棒は、対応する凹部を含む関連した結合要素を備え、弁部材は、弁部材に旋回可能に接続される共通の部材に接続した第１係止部材と第２係止部材とを含む結合要素を備え、第１係止部材は、第１の構成において、弁棒の結合要素の凹部内に受け入れられるように構成され、第２係止部材は、第２の構成において、弁箱の結合要素の凹部内に受け入れられるように構成される。

利点は、弁部材の結合要素が、第１の結合構成における弁棒との結合と、第２の構成における弁箱との結合とに切り替わり、結合要素が弁棒の回転によって自動的に動作する点である。

一実施例では、ボール弁は、弁棒が、弁棒の第１の回転位置と第３の回転位置との間で９０度回転するように構成される。任意の角度を用いてもよいが、対応する開閉位置間での弁棒の９０度の回転移動及びその任意の倍数（すなわち、１８０度及び２７０度）によって、任意の他の角度においても、どちらの回転位置が開放弁又は閉鎖弁に対応するか及び、弁棒が第１の回転位置と第３の回転位置との間の全移動を完了するだけ十分に回転しているか否かが、明確に区別できるという利点が得られる。例えば、ハンドルを弁棒に接続することがよく知られており、開放位置に対応する、ボール弁の動作位置にあるハンドルは、流体がボール弁を通って流れる方向と一直線になり、すなわち、第１ポートから第２ポートまで、又はその反対にも同様に延在しており、閉鎖位置に対応する、ボール弁の他の動作位置にあるハンドルは、流体がボール弁を通って流れる方向に垂直であり、すなわち、第１ポートから第２ポートへの方向に垂直に延在している。この周知の例では、ハンドルは９０度回転するが、２７０度又は１８０度の回転でも同じ利点が得られる。

一実施例では、ボール弁は、弁棒が第１の回転位置と第２の回転位置との間でα度回転し、第２の回転位置と第３の回転位置との間でβ度回転するように構成され、α及びβは以下の表１に示す値を有してもよい。

好適には、αはβ以上である。表１には５で割れる値しか含まれていないが、αは、４５度～８９度の範囲内、好適には５０度～８５度の範囲内、より好適には６０度～８５度の範囲内、最も好適には７０度～８５度の範囲内の任意の値であってよく、βは、αとβとの合計が９０度になるように選ばれる。一例として、αが８２度でβが８度であってもよく、αが８３度でβが７度であってもよい。

上記の実施例は、第１の回転位置と第３の回転位置との間での９０度の全回転に関する。提供された値に２、３又は４の因数を乗じることで、この実施例が、全回転がそれぞれ１８０度、２７０度又は３６０度である状況に変化する。

一実施例では、角度の合計に関係なく、角度αが、少なくとも角度βよりも大きいことが好ましく、好適には少なくとも１．５倍大きく、より好適には少なくとも２倍大きく、最も好適には少なくとも３倍大きい。

本発明の第１の態様は、弁を通る流体の流れを調整、方向付け又は制御するように、ボール弁を操作する方法であって、弁が、
‐第１ポート、第２ポート、及び第１ポートと第２ポートとの間に延在する内部空間を含む弁箱と、
‐弁箱の内部空間内に配置される弁座と、
‐弁箱の内部空間の内側に移動可能に配置されて弁座と連動する弁部材であって、弁部材の係合位置において弁座と係合するように構成される弁体を含む弁部材と、
‐弁部材と係合して弁部材を移動させる弁棒とを備え、
ａ）弁棒を、弁部材の第１の位置に対応する第１の回転位置から、弁部材の第２の位置に対応する第２の回転位置まで、弁棒の縦軸線周りに回転させて、弁体が、弁部材の第２の位置において、弁座から離間して弁座と一直線であり、弁体が、弁部材の第１の位置において、第２の位置の状態よりも弁座から離間し、弁部材が、弁体が弁座及び弁箱から離間した状態で、弁部材と弁棒との第１の結合構成によって、第１の位置から第２の位置まで回転する工程と、
ｂ）弁棒を、第２の回転位置から、弁部材の係合位置に対応する第３の回転位置まで、更に回転させて、弁部材が、第１の結合構成と異なる、弁部材と弁棒との第２の結合構成によって、第２の位置から係合位置まで、弁座によって画成される接触面に略垂直な方向に移動する工程とを含む方法にも関する。

本発明の第１の態様は、弁を通る流体の流れを調整、方向付け又は制御するように、ボール弁を操作する方法であって、弁が、
‐第１ポート、第２ポート、及び第１ポートと第２ポートとの間に延在する内部空間を含む弁箱と、
‐弁箱の内部空間内に配置される弁座と、
‐弁箱の内部空間の内側に移動可能に配置されて弁座と連動する弁部材であって、弁部材の係合位置において弁座と係合するように構成される弁体を含む弁部材と、
‐弁部材と係合して弁部材を移動させる弁棒とを備え、
ａ）弁棒を、係合位置に対応する第３の回転位置から、弁部材の第２の位置に対応する第２の回転位置まで、弁棒の縦軸線周りに回転させて、弁体が、弁部材の第２の位置において、弁座から離間して弁座と一直線であり、弁部材が、弁部材と弁棒との第２の結合構成によって、係合位置から第２の位置まで、弁座によって画成される接触面に略垂直な方向に移動する工程と、
ｂ）弁棒を、第２の回転位置から、弁部材の第１の位置に対応する第１の回転位置まで、更に回転させて、弁体が、弁部材の第１の位置において、第２の位置の状態よりも弁座から離間し、弁部材が、弁体が弁座及び弁箱から離間した状態で、第２の結合構成と異なる、弁部材と弁棒との第１の結合構成によって、第２の位置から第１の位置まで回転する工程とを含む方法にも関する。

本明細書には、ボール弁に関する本発明の第１の態様の特徴及び実施例を、対応する方法に対して、これらの特徴及び実施例を明細書内で再び繰り返すことなく、容易く適用することもできることが明確に記されている。単に例示として、上記の、第１の回転位置と第２の回転位置の間及び第２の回転位置と第３の回転位置との間での弁棒が回転する角度も、本明細書に適用されてもよい。

本発明の第２の態様によれば、互いに流体連通する流入開口部及び流出開口部と、流入開口部から流出開口部まで延在する流経路とが設けられる筐体と、
流路を備える閉鎖体であって、流入開口部と流出開口部との間の流経路において、筐体内に回転可能に受け入れられて、閉鎖体の第１開放位置にある閉鎖体における流路が、流経路の一部となるようになっている、閉鎖体と、
閉鎖体と連動するように筐体内に配置される弁座と、
第１開放位置と第２閉鎖位置との間で回転可能な閉鎖体であって、第２閉鎖位置にある時、閉鎖体の閉鎖部を用いて弁座と係合して流経路を閉鎖する閉鎖体と、
閉鎖体に接続して閉鎖体を回転させる弁ボルトとを備えるボール弁であって、
閉鎖体が、第１開放位置と第２閉鎖位置との間に第３旋回位置を有し、閉鎖体が、第１開放位置と第３旋回位置との間で、筐体内で接触することなく回転し、
閉鎖体が、第３旋回位置と第２閉鎖位置との間で、筐体内に回転方向に係止されて、閉鎖体が弁ボルトに対して径方向に移動し、弁座と係合するようになっている、ボール弁が提供される。

閉鎖体を、筐体及び弁座から離間した状態で、開放位置から旋回位置まで回転させることによって、筐体部と閉鎖体との間に摩擦が生じず、ボール弁からの漏出が防止される。閉鎖体を回転方向に係止すること及び、閉鎖体を、最後の弁ボルトの回転部範囲において、弁座に向かって、弁ボルトのみに対して径方向にずらすことによって、閉鎖体と筐体との間に、関連する正接のずれ又は回転が生じることなく、ボール弁の良好な密封が得られる。汚染やスケーリング等の際には、閉鎖体は、ボール弁において、まずその自由回転可能旋回位置へと戻って、閉鎖体と筐体とが一切直接接触することなく、閉鎖体が開放位置へと回転できるようにする。

好適には、ボール弁には、閉鎖体を、第３旋回位置と第２閉鎖位置との間で弁座に向かって移動させるのに用いる、偏心アセンブリが設けられる。この偏心アセンブリによって、閉鎖体が筐体に係止されて、閉鎖体がそれ以上筐体内で回転できない場合に、閉鎖体を、弁座から及び弁座に向かって径方向に移動させる。偏心アセンブリは、弁ボルトの第２回転部範囲を、閉鎖体の、弁座に向かう径方向（旋回）移動へと変換する。特に、偏心アセンブリは、弁ボルトに接続されるか、弁ボルトと一体の部分を形成するボルト偏心要素と、閉鎖体部とを備え、弁ボルトの、その軸線周りの回転によって、ボルト偏心要素が閉鎖体部に対して回転して、閉鎖体が弁ボルトに対して径方向にずれるようになっている。閉鎖体が筐体に対して係止されて、回転移動が防止されていることから、弁ボルト及び弁ボルトに接続されたボルト偏心要素の回転移動によって、閉鎖体を、弁座に向かって、弁ボルトに対して径方向に移動させることができる。

本発明の好適な実施例において、閉鎖体には係止要素が設けられ、閉鎖体の第１開放位置と第３旋回位置との間の第１係止位置にある係止要素は、閉鎖体を（場合によってはボルト偏心要素を介して）弁ボルトと係止（結合）させ、閉鎖体の第３旋回位置と第２閉鎖位置との間の第２係止位置にある係止要素は、閉鎖体を筐体と係止（結合）させる。これらの手段によって、閉鎖体を、弁ボルトの第１回転部範囲において、ボルト偏心要素と結合（係止）させることができ、続いて、第２回転部範囲において、筐体と結合（係止）させることができる。

好適には、ボルト偏心要素には、第１ストップ要素を含む第１誘導要素が設けられ、筐体には、第２誘導要素と第２ストップ要素とが設けられる。これによって、係止要素は、閉鎖体の、回転移動のための、第３旋回要素にある弁ボルト及び／又はボルト偏心要素との結合を、弁座に向かう径方向（旋回）移動のための、筐体との結合に変えることができる。

特に、係止要素は、第１係止部材と第２係止部材とを備え、第１係止部材は、第１誘導要素の第１ストップ要素と連動し、第２係止部材は、第２誘導要素の第２ストップ要素と連動する。係止要素上で２つの係止部材を使用することによって、第１回転部範囲において、閉鎖体を、閉鎖体を回転させるように、弁ボルト及び／又はボルト偏心要素に係止することができ、第２回転部範囲において、閉鎖体を、閉鎖体の更なる回転を防止するように、筐体に係止することができる。

上記の実施例では、係止要素に、係止要素が閉鎖体に対して回転できるようにする係止軸が設けられる。

ここで、本発明を、添付の図面を参照して非限定に説明する。

図１は、本発明の第１の態様の実施例に係る弁の分解斜視図を概略的に示す。 図２Ａは、弁部材が第１の位置にある、図１の弁の断面図を概略的に示す。 図２Ｂは、弁部材が第２の位置にある、図１の弁の断面図を概略的に示す。 図３Ａは、図１の弁の弁座を含む弁箱部分の分解斜視図を概略的に示す。 図３Ｂは、図３Ａの弁箱部分及び弁座の断面図を概略的に示す。 図４Ａは、弁部材の、第１の位置から係合位置までの遷移を概略的に示す。 図４Ｂは、弁部材の、第１の位置から係合位置までの遷移を概略的に示す。 図４Ｃは、弁部材の、第１の位置から係合位置までの遷移を概略的に示す。 図５は、図１の弁の結合要素を概略的に示す。 図６は、本発明の第２の態様に係るボール弁の分解図を示す。 図７Ａは、閉鎖体の第１開放位置にある、図６のボール弁の断面を示す。 図７Ｂは、閉鎖体の第２閉鎖位置にある、図６のボール弁の断面を示す。 図８Ａは、本発明の第２の態様に係るボール弁の弁座を含む筐体を示す。 図８Ｂは、図８Ａの筐体の断面を示す。 図９Ａは、本発明の第２の態様に係るボール弁の閉鎖体の第１開放位置を概略的に示す。 図９Ｂは、本発明の第２の態様に係るボール弁の閉鎖体の第３旋回位置を概略的に示す。 図９Ｃは、本発明の第２の態様に係るボール弁の閉鎖体の第２閉鎖位置を概略的に示す。 図１０は、本発明の第２の態様に係る係止要素を示す。

図１、図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の第１の態様の一実施例に係るボール弁１を概略的に示す。図１は、弁１の分解斜視図を示し、図２Ａ及び図２Ｂは、２つの異なる状態にある弁１の断面図を示す。

弁１は、弁１を通る、例えば気体又は液体である流体の流れを、調整、方向付け又は制御するように構成される。本実施例では、弁１は、弁１を通る流体の流れが最大となる開放状態と、弁１を通る流体の流れが存在しない閉鎖状態との２つの状態を有する。しかしながら、本発明の第１の態様は、例えば三方弁又は四方弁といった他の種類の弁にも適用可能である。本発明の第１の態様に係る弁は、プロセス産業及び設備で使用されることが多く、２つ以上の管部分の間に配置される。

弁１は、第１ポート３、第２ポート４、及び第１ポート３と第２ポート４との間に延在する内部空間２ａを有する弁箱２を備える。第１及び第２ポート３及び４は、流体が弁を通過できるようにする通路である。

本実施例では、弁箱２は、第１ポート３と第２ポート４とを含む底部２ｂを含み、内部空間２ａのほとんどの境界を定める。図３Ａ及び図３Ｂは、底部２ｂをより詳細に示し、図３Ａは分解斜視図であり、図３Ｂは断面図である。

内部空間２ａの上側は、弁箱２の上部１２によって境界が定められる。ボルト１２ａ及びナット１２ｂを使用して、上部１２を底部２ｂに接続する。底部２ｂは、対応するボルト１２ａのねじ端部を受け入れるねじ孔２ｃを含む。また、上部１２は、各ボルト１２ａ用の孔１２ｃも備える。孔１２ｃを通って延在するボルト１２ａの反対側の端部も、ナット１２ｂと繋がるようにねじ山が付いており、上部１２を底部２ｂにクランプできるようになっている。図面を可能な限り明確且つ簡潔に保つように、図１ではボルト１２ａ、ナット１２ｂ、孔２ｃ及び孔１２ｃのいくつかのみ、図３Ａでは孔２ｃのいくつかのみを、対応する参照符号を用いて示す。

第１ポート３及び第２ポート４は、管部分（不図示）を各ポートに接続する締結手段、この場合はねじ孔、を含む。図１では、第２ポート４と関連するねじ孔４ａのみが視認可能であり、ここでも、図面を可能な限り明確且つ簡潔に保つように、少数の孔のみを参照符号４ａを用いて示している。圧縮嵌合、接着剤、セメント、フランジ又は溶接といった他の接続方法も想定される。

必ずしも必須ではないが、図１の実施例における弁箱２は、第１及び第２ポート３及び４をその両側に含む円筒形状の側壁と、円筒形状の側壁に接続されて底部２ｂを形成する底２ｄと、上部１２を形成する蓋とを有する。弁箱２の他の形状や構成も想定される。弁箱２は、代わりに外側ケーシングと呼ばれてもよく、上部１２は、代わりにボンネットと呼ばれてもよい。

弁１は、第１ポート３に弁座１０を更に備えることで、弁箱２の内部空間２ａ内に配置される。弁座１０は、代わりにボールとも呼ばれる弁部材８と連動して、第１ポート３を開閉する。このため、ボール８は、弁体１１と、ボール８を通って延在する流路９とを備える。

ボール８は、弁箱２の内部空間２ａの内側に移動可能に配置される。この場合、ボール８は、弁箱２の底２ｄに配置されて下側でボール８と係合する軸１３と、下側と反対側の上側でボール８と係合する弁棒６とによって画定される回転軸線ＲＡ１周りに、回転可能である。

弁棒６は、上部１２を通って延在し、ハンドル及び／又は制御装置（不図示）からの動きをボール８に伝達するように構成される。ボール８は、弁棒６によって、図２Ａ及び図４Ａに示す第１の位置と、図２Ｂ及び図３Ｂに示す第２の位置との間で、回転軸線ＲＡ１周りに回転可能である。

本実施例では、第１の位置において、流路９は、第１及び第２ポート３及び４と一直線となり、第１ポート３から流路９を通って第２ポート４まで、又はその反対にも同様に、流体を通過させる。このため、それぞれ、第１ポート３は、流入口、出口又はその両方として機能してもよく、第２ポート４は、出口、流入口又はその両方として機能してもよい。図１及び図２Ａの実施例では、流路９の縦軸線５が、第１ポート３と第２ポート４との間に延在し、好適には、第１及び第２ポート３及び４の中心を通って延在する。好適な実施例では、流路の断面領域は、少なくとも、第１及び第２ポートの断面と同じ大きさであり、流路によって、弁１に対して更なる流れ抵抗又は圧力降下が生じないようになっている。

ここで、図４Ａ～図４Ｃも参照して、弁箱２内でのボール８の動きをより詳細に説明する。図４Ａ～図４Ｃは、それぞれ、回転軸線ＲＡ１に対して垂直に延在し且つ流路９の縦軸線５を通って延在する平面に沿った、ボール８及び弁座１０の断面図を示す。断面図の上には、図１、図２Ａ及び図２Ｂも参照しながら、弁棒６の一部である又は弁棒６に接続された結合要素２１、ボール８に旋回可能に接続された結合要素３０、及び弁箱２の一部である又は弁箱２に接続された結合要素３７の位置を示すことで、弁棒６、ボール８及び弁箱２の、対応する相互位置及び配向を示す側面図が設けられる。

図５によって詳細に示される結合要素３０は、共通の部材３４に接続された、第１係止部材３２と第２係止部材３３とを備える。部材３４は、ボール８の上方部２２に旋回可能に接続されて、この場合では回転軸線ＲＡ１に垂直な旋回軸線周りに旋回する。

結合要素２１は、第１係止部材３２を受け入れる凹部３６を含む部分３５を有する。結合要素３７は、第２係止部材３３を受け入れる凹部３８を含む。

弁箱２に対するボール８の第１の位置において、図４Ａに示すように、結合要素３０の第１係止部材３２が、結合要素２１の凹部３６内に受け入れられることで、第１結合構成によって、ボール８を結合要素２１、延いては弁棒６に結合させる。弁棒６の、第１の回転位置と第２の回転位置との間での、回転軸線ＲＡ１周りの回転によって、弁棒６の第１の回転位置に対応する、図４Ａの第１の位置と、弁棒６の第２の回転位置に対応する、図４Ｂの第２の位置との間で、ボール８が回転する。結合要素３７は、図４Ａの状況と図４Ｂの状況との間で回転する間、結合要素３０、延いてはボール８が、弁箱２に対して自由に回転できるように構成される。実際、好適とされているように、図４Ａは、第１係止部材３２が、図４Ａの状況と図４Ｂの状況との間を移動している際に、凹部３６を離れることができないように構成されていることを示す。

図４Ｂは、上述したように、ボール８が第２の位置に到達する状況を示す。同時に、結合要素３０の第２係止部材３３が、結合要素３７の凹部３８に到達して、第１係止部材３２が凹部３６を離れることができ、第２係止部材３３が凹部３８内へと移動できるため、ボール８を結合要素２１から外して、弁箱２に結合する。この結果、ボール８が弁箱に対して回転軸線ＲＡ１周りに回転することは、それ以降不可能となる。このため、弁棒６とボール８との結合構成が、ボール８が、弁棒６の凸部２１ａと係合又は結合すると共に、弁棒６の結合要素２１に結合する第１結合構成から、ボール８が、弁棒６の凸部２１ａと係合又は結合するのみの第２結合構成へと変化している。

なお、本実施例では、ボールは、第１の位置と第２の位置との間において、その回転の一部、ここでは約７５度、しか回転しない。しかしながら、結合要素２１がボール８から外れていることから、弁棒６及び結合要素２１は、図４Ｃに示すように、弁棒６の第３の回転位置に向かう同一方向に、更に回転することが可能である。図４Ｃの状況では、弁棒６及び結合要素２１は、図３Ｂの第２の回転位置と比較して、その９０度回転の残りの部分、この場合では追加の１５度、だけ回転している。このため、弁棒６及び結合要素２１は、ボール８が、ここでは約７５度である部分的な回転のみを回転軸線ＲＡ１周りに行っている間、図３Ａの第１の回転位置と図３Ｃの第３の回転位置との間で、全体で約９０度回転している。この場合では追加の１５度である、回転の残りの部分の間、弁棒６によって、ボール８が、その弁体１１で弁座１０に押し付けられることで、ボール８と弁座１０との固く密封された接続が得られて、弁１を通る流体の流れが全て遮られる。

ボール８の上方部２２の対応する凹部２２ａ内に受け入れられる、弁棒６の凸部２１ａによって、弁体１１が弁座１０に押し付けられ、この凸部２１ａ及び凹部２２ａは、弁棒６の回転軸線ＲＡ１に対して偏心して位置付けられる。このため、弁棒６が回転軸線ＲＡ１周りに回転し、ボール８の回転軸線ＲＡ１周りの回転が阻止されると、偏心した凸部２１ａ及び凹部２２ａによって、ボール８が弁座１０に向かって移動する。本実施例では、このボール８の弁座１０に向かう移動は、実際は、回転軸線ＲＡ１に垂直且つ図２Ａ内の図の平面に垂直な旋回軸線周りの、ボール８の旋回移動である。なお、軸１３及び／又はボール８は、この移動によって、ボール８、弁箱２又は軸１３において望まれない変形又は負荷が生じないように実現されてもよい。図４Ｃにおけるボール８の位置は、これが、ボール８の弁体１１が弁座１０と係合する、ボール８の位置であることから、係合位置と呼ばれる。

なお、上述の実施例では、第１の位置において第２の位置の状態よりも弁座１０から離間する弁体１１は、弁体１１が、第２の位置から第１の位置へと移動する際に弁座から回転して離れるように、弁部材８が回転軸線ＲＡ１周りに回転することによって得られる。

上述の実施例でも、弁体は、弁部材の非貫通孔であり、弁部材の係合位置にある弁体が第１ポート３を閉鎖するようになっている。しかしながら、本発明の第１の態様は、弁部材の係合位置にある弁体によって、流体が弁部材を通って流れることができるように、弁体が弁部材の開口部を囲んでいる弁にも適用される。

図６は、本発明の第２の態様に係るボール弁の分解斜視図を示す。ボール弁１は、流入開口部３と流出開口部４とが設けられた筐体２を備える。ボール弁は、流入開口部及び流出開口部を含む管部分（不図示）内に配置されて、管を通る流体の流れを、ボール弁を閉鎖することで外部から遮ることができるようになっている。このために、ボール弁には、筐体２内の閉鎖体８が設けられる。閉鎖体８には流路９が設けられ、この流路によって流入開口部と流出開口部とが接続されて流経路が形成されると、流体がそこを通って流れるようになっている。閉鎖体は、筐体２の蓋１２を通って延在する弁ボルト６に接続されて、例えばレバーを利用した弁ボルトの回転によって、閉鎖体が部分的に回転し、閉鎖体内の流路が、流入開口部と出口開口部との間の流経路に対して角度をもち、閉鎖体の閉鎖部１１によって流体の流れが遮られるようになっている。

閉鎖体８の閉鎖部１１と筐体２の流入開口部３との間に良好な封止を得るために、流入開口部には、例示的な実施例において環状封止リングとして実現される、弁座１０が設けられる。流体が閉鎖ボール弁を通って漏れるのを防止するために、閉鎖体８は、幾らかの力で弁座１０に押し付けられる必要がある。閉鎖体８及び弁座１０の摩耗を防止するために、閉鎖体を、無摩擦で、筐体及び／又は弁座と接触することなく、開放位置から閉鎖位置へと回転させる。このために、偏心アセンブリ２０と係止要素３０とが設けられる。本発明に係るボール弁の動作は、以下の図面においてより詳細に説明される。

図７Ａ及び図７Ｂは、図６のボール弁１の断面を示し、図７Ａは、第１開放位置にあるボール弁を示し、図７Ｂは、第２閉鎖位置にあるボール弁を示す。図７Ａの開放位置では、流入開口部３と流出開口部４との間に流経路５が形成されて、管内の流体がボール弁を通って自由に流れるようになっている。図７Ｂの閉鎖位置では、閉鎖体８の閉鎖部１１が弁座１０に押し付けられて、流入開口部３が閉鎖され、流入開口部３から流出開口部４、そしてその反対にも同様に、流体が流れることができないようになっている。閉鎖体は、弁ボルト６に接続されて、閉鎖体が、弁ボルトの回転によって、開放位置と閉鎖位置との間で回転するようになっている。筐体２には、弁ボルト６の反対側に旋回ボルト１３が設けられる。閉鎖体８は、筐体から所定の距離だけ離間して、旋回ボルト１３周りに自由に回転することが可能であり、筐体と閉鎖体との間に摩擦が生じないようになっている。

ボール弁１には、更に、例示的な実施例においてボルト偏心要素２１と閉鎖体部２２とを備える、偏心アセンブリ２０が設けられる。この偏心アセンブリの目的は、閉鎖体を弁座１０に対して旋回させるか、一般的に言えば、閉鎖体８の閉鎖部１１を、弁座１０から又は弁座１０に向かう弁ボルトに対する略径方向に、移動させる又はずらすことである。図７Ａ及び図７Ｂの図示の実施例では、弁ボルト６及びそれに接続したボルト偏心要素２１は、閉鎖体及び閉鎖体部２２に対して自由に回転することができる。閉鎖体を弁ボルトに結合するために、閉鎖体上に係止要素３０が設けられる（図６参照）。係止要素３０によって、閉鎖体８は弁ボルト６又は筐体２に結合できる。これによって、弁ボルトの第１回転部範囲において筐体２内の閉鎖体を摩擦無く回転させること及び、閉鎖体を筐体に対して回転させることなく、弁ボルトの第２回転部範囲において閉鎖弁を弁座１０に向かって径方向に移動させることを可能にできる。

図８Ａ及び図８Ｂは、筐体をより詳細に示す。筐体２の内側の、流入開口部３の内側に、この場合では環状封止リングの形態をもつ弁座１０が配置される。筐体２の底には旋回ボルト１３が配置される。流経路５が、流入開口部３と流出開口部４との間に延在する。流入開口部３及び流出開口部４には管接続が設けられて、管に接続されてもよい。

図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、本発明に係るボール弁のより詳細な動作を概略的に示す。図９Ａの下側に、第１開放位置にある閉鎖体８の断面を示す。流経路５は、弁座１０を通り、流入開口部３から流出開口部４へと延在する。閉鎖体８と弁座１０との間に接触がなく、閉鎖体が弁座との摩擦無しで回転できることが明確に分かる。図９Ａでは、回転が示される閉鎖体８の上に、０度～９０度の弁ボルトの回転を示す。回転図示の上には、係止要素３０と、第１誘導要素３５と、第２誘導要素３７とを含む係止アセンブリの側面図を示す。第２誘導要素３７は、筐体２の一部であるか、又は筐体２に接続される。第１誘導要素３５は、弁ボルト及び／又はボルト偏心要素２１の一部であるか、又は弁ボルト及び／又はボルト偏心要素２１に接続される。係止要素３０は、回転軸３１（図１０も参照）の助けによって、閉鎖体（不図示）に対して、回転点３４周りに回転可能に接続される。係止要素３０には、第１係止部材３２と第２係止部材３３とが設けられる。第１誘導要素３５には第１ストップ要素３６が設けられ、第２誘導要素３７には第２ストップ要素３８が設けられる。

図９Ａにおけるボール弁の第１開放位置では、第１係止部材３２は、係止要素３０の第１係止位置にある、第１誘導要素３５の第１ストップ要素３６に受け入れられて且つ係止される。弁ボルト及びそれと接続した第１誘導要素３５が矢印の方向に回転すると、第１ストップ要素３６は、第１係止部材３２及び係止要素３０を共に捕らえて回転させて、閉鎖体８も回転させる。

図９Ｂにおけるボール弁の第３旋回位置では、弁ボルトは、第１回転部範囲に沿って約７５度だけ移動している。閉鎖体８も約７５度だけ回転し、この時、閉鎖体の閉鎖部１１は、弁座１０と対向して位置付けられる。弁座１０と閉鎖体との間の距離は、図９Ａの第１開放位置の場合の距離とおおよそ等しく、閉鎖体が、筐体に対して摩擦無く回転可能となるようになっている。この時、閉鎖体の更なる回転が、第２ストップ要素３８を含む第２誘導要素３７によって防止される。第３旋回位置における、係止要素３０の第１係止位置から第２係止位置への遷移の間、第２ストップ要素３８は、係止要素３０の第２係止体３３を受け入れて、係止要素３０を下方へ旋回又は回転させることで、第１係止部材３２を第１ストップ要素３６の外へとずらして、第１誘導要素３５と、係止要素と、それと接続した閉鎖体との係止を解く。弁ボルトが、約７５度～９０度の第２回転部範囲に沿って更に回転すると、接続した弁ボルト及び／又はボルト偏心要素２１並びに第１誘導要素３５は、図９Ｂ内の矢印の方向に更に回転して、閉鎖体８が更に回転しないようになっている。この時、偏心アセンブリ２０によって、閉鎖体８が弁座１０に向かって移動する。

図９Ｃは、閉鎖体８の閉鎖部１１が弁座に固く押されて流入開口部を閉鎖する、ボール弁の第２閉鎖位置を示す。係止要素３０は、第２係止位置にあり、図９Ｂに対して更に回転することはない。第１誘導要素３５が第２回転部範囲内で回転していることから、偏心アセンブリによって、閉鎖体８が弁座１０へとずらされる。

図１０は、係止要素３０の一実施例をより詳細に示す。係止要素３０は、回転軸３１を介して閉鎖体に接続される。係止要素３０には、第１係止部材３２と第２係止部材３３とが設けられる。第１及び第２係止部材は、回転軸３１を用いて、閉鎖体８に対して、第１係止位置から第２係止位置、そしてその反対にも同様に、回転点３４周りに回転できる。

Claims (12)

1. 弁を通る流体の流れを調整、方向付け又は制御する、ボール弁（１）であって、
   ‐第１ポート（３）、第２ポート（４）、及び前記第１ポートと前記第２ポートとの間に延在する内部空間（２ａ）を含む弁箱（２）と、
   ‐前記弁箱の前記内部空間内に配置される弁座（１０）と、
   ‐前記弁箱の前記内部空間の内側に移動可能に配置されて前記弁座と連動する弁部材（８）と、
   ‐前記弁部材と係合して前記弁部材を移動させる弁棒（６）とを備え、
   前記弁部材が、前記弁部材の係合位置において前記弁座と係合するように構成される弁体（１１）を含み、
   前記弁部材が、第２の位置を介して、前記係合位置と第１の位置との間を移動可能であり、前記弁体が、前記弁部材の前記第２の位置において、前記弁座から離間して前記弁座と一直線であり、前記弁体が、前記弁部材の前記第１の位置において、前記第２の位置の状態よりも前記弁座から離間し、
   前記弁体が前記弁座及び前記弁箱から離間した状態で、前記弁部材が、前記第１の位置と前記第２の位置との間で回転可能であり、
   前記弁部材が、前記第２の位置と前記係合位置との間を、前記弁座によって画成される接触面に略垂直な方向に移動可能である、前記ボール弁において、
   前記弁棒が、前記弁部材の前記第１の位置に対応する第１の回転位置と、前記弁部材の前記係合位置に対応する第３の回転位置との間において、前記弁部材の前記第２の位置に対応する第２の回転位置が、前記第１の回転位置と前記第３の回転位置との間にある状態で、前記弁棒の縦軸線周りに回転可能であり、
   前記弁部材と前記弁棒とが、前記弁棒の前記第１の回転位置と前記第２の回転位置との間において、前記弁部材が前記第１の位置と前記第２の位置との間を移動できる第１の構成によって結合し、
   前記弁部材と前記弁棒とが、前記弁棒の前記第２の回転位置と前記第３の回転位置との間において、前記弁部材が前記第２の位置と前記係合位置との間を移動できる、前記第１の構成と異なる第２の構成によって結合し、前記ボール弁が、前記弁棒が前記第１の回転位置と前記第３の回転位置との間で９０度回転するように構成されることを特徴とする、ボール弁。
2. 前記弁部材が、前記弁部材の前記第１の位置において、前記第１及び第２ポートと一直線になるようになっている、前記弁部材を通って延在する流路（９）を含み、前記弁体が、前記弁部材の非貫通孔部分である、請求項１に記載のボール弁。
3. 前記第１の構成において、前記弁部材と前記弁棒とが、前記弁部材が前記弁棒と共に前記弁棒の前記縦軸線周りに回転できる２つの別々の場所で、互いに結合し、前記第２の構成において、前記弁部材と前記弁棒とが、前記２つの場所の内の１つのみで、互いに結合する、請求項１又は２に記載のボール弁。
4. 前記第２の構成において、前記弁部材が前記弁箱に結合して、前記弁部材の、前記弁棒の前記縦軸線周りの回転を防止する、請求項３に記載のボール弁。
5. 前記弁棒が、前記弁部材の対応する凹部（２２ａ）内に受け入れられる弁棒部分（２１ａ）を含み、前記弁棒部分及び前記凹部が、前記弁棒の前記縦軸線に対して偏心して配置され、前記第２の構成において、前記弁部材を前記第２の位置と前記係合位置との間を移動させるように構成される、請求項１～４のいずれか一項に記載のボール弁。
6. 前記弁箱が、対応する凹部（３８）を含む結合要素（３７）を備え、前記弁棒が、対応する凹部（３６）を含む結合要素（２１）を備え、前記弁部材が、前記弁部材に旋回可能に接続される共通の部材（３４）に接続した第１係止部材（３２）と第２係止部材（３３）とを含む結合要素（３０）を備え、前記第１係止部材が、前記第１の構成において、前記弁棒の前記結合要素の前記凹部内に受け入れられるように構成され、前記第２係止部材が、前記第２の構成において、前記弁箱の前記結合要素の前記凹部内に受け入れられるように構成される、請求項４に記載のボール弁。
7. 前記ボール弁が、前記弁棒が前記第１の回転位置と前記第２の回転位置との間でα度回転し、前記第２の回転位置と前記第３の回転位置との間でβ度回転するように構成され、αがβよりも大きい、請求項１に記載のボール弁。
8. αが、４５度～８９度の範囲内であり、好適には５０度～８５度の範囲内であり、より好適には６０度～８５度の範囲内であり、最も好適には７０度～８５度の範囲内である、請求項７に記載のボール弁。
9. 弁を通る流体の流れを調整、方向付け又は制御するように、ボール弁を操作する方法であって、前記弁が、
   ‐第１ポート、第２ポート、及び前記第１ポートと前記第２ポートとの間に延在する内部空間を含む弁箱と、
   ‐前記弁箱の前記内部空間内に配置される弁座と、
   ‐前記弁箱の前記内部空間の内側に移動可能に配置されて前記弁座と連動する弁部材であって、前記弁部材の係合位置において前記弁座と係合するように構成される弁体を含む弁部材と、
   ‐前記弁部材と係合して前記弁部材を移動させる弁棒とを備え、
   ａ）前記弁棒を、前記弁部材の第１の位置に対応する第１の回転位置から、前記弁部材の第２の位置に対応する第２の回転位置まで、前記弁棒の縦軸線周りに回転させて、前記弁体が、前記弁部材の前記第２の位置において、前記弁座から離間して前記弁座と一直線であり、前記弁体が、前記弁部材の前記第１の位置において、前記第２の位置の状態よりも前記弁座から離間し、前記弁部材が、前記弁体が前記弁座及び前記弁箱から離間した状態で、前記弁部材と前記弁棒との第１の結合構成によって、前記第１の位置から前記第２の位置まで回転する工程と、
   ｂ）前記弁棒を、前記第２の回転位置から、前記弁部材の前記係合位置に対応する第３の回転位置まで、更に回転させて、前記弁部材が、前記第１の結合構成と異なる、前記弁部材と前記弁棒との第２の結合構成によって、前記第２の位置から前記係合位置まで、前記弁座によって画成される接触面に略垂直な方向に移動する工程とを含み、前記弁棒が、前記第１の回転位置と前記第３の回転位置との間で９０度回転する方法。
10. 弁を通る流体の流れを調整、方向付け又は制御するように、ボール弁を操作する方法であって、前記弁が、
    ‐第１ポート、第２ポート、及び前記第１ポートと前記第２ポートとの間に延在する内部空間を含む弁箱と、
    ‐前記弁箱の前記内部空間内に配置される弁座と、
    ‐前記弁箱の前記内部空間の内側に移動可能に配置されて前記弁座と連動する弁部材であって、前記弁部材の係合位置において前記弁座と係合するように構成される弁体を含む弁部材と、
    ‐前記弁部材と係合して前記弁部材を移動させる弁棒とを備え、
    ‐前記弁部材を移動させ、
    ａ）前記弁棒を、前記係合位置に対応する第３の回転位置から、前記弁部材の第２の位置に対応する第２の回転位置まで、前記弁棒の縦軸線周りに回転させて、前記弁体が、前記弁部材の前記第２の位置において、前記弁座から離間して前記弁座と一直線であり、前記弁部材が、前記弁部材と前記弁棒との第２の結合構成によって、前記係合位置から前記第２の位置まで、前記弁座によって画成される接触面に略垂直な方向に移動する工程と、
    ｂ）前記弁棒を、前記第２の回転位置から、前記弁部材の第１の位置に対応する第１の回転位置まで、更に回転させて、前記弁体が、前記弁部材の前記第１の位置において、前記第２の位置の状態よりも前記弁座から離間し、前記弁部材が、前記弁体が前記弁座及び前記弁箱から離間した状態で、前記第２の結合構成と異なる、前記弁部材と前記弁棒との第１の結合構成によって、前記第２の位置から前記第１の位置まで回転する工程とを含み、前記弁棒が、前記第１の回転位置と前記第３の回転位置との間で９０度回転する方法。
11. 前記弁棒が、前記第１の回転位置と前記第２の回転位置との間でα度回転し、前記第２の回転位置と前記第３の回転位置との間でβ度回転し、αがβよりも大きい、請求項９又は１０に係る方法。
12. αが、４５度～８９度の範囲内であり、好適には５０度～８５度の範囲内であり、より好適には６０度～８５度の範囲内であり、最も好適には７０度～８５度の範囲内である、請求項１１に係る方法。

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