JPH0221075A

JPH0221075A - ボール弁

Info

Publication number: JPH0221075A
Application number: JP62336712A
Authority: JP
Inventors: John W Bramblet; ジョン・ダブリュー・ブランブレット
Original assignee: Rockford Controls Corp
Current assignee: Rockford Controls Corp
Priority date: 1987-08-24
Filing date: 1987-12-29
Publication date: 1990-01-24
Anticipated expiration: 2009-06-29
Also published as: US4822000A; JPH0650150B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】発明の概要分割ボール弁は、３つの弁箱シールエレメントに対し、
弁箱内において弁箱のシール開口のまわりを腐心的に回
転するように回転自在に装着された分割ボール弁体を備
えている。シールエレメントは、ボール弁体の１つの角
度におけるシール位置で作動する弾性シールエレメント
と、第２の角度におけるシール位置で作動する弾性金属
エレメントを有する金属対金属シールと、第３の角度に
おける密封位置で作動する金属対金属圧搾シールとを包
含している。

産業上の利用分野この発明は、ボール弁に関し、特に、遮断弁として使用
する分割ボール弁において、流体密封システムを設け・
るための改良分割ボール弁および取付装置に関する。

従来技術およびその問題点分割ボール弁の技術は、かなり進展している。

典型的な分割ボール弁は、流体処理または流体流れ通路
と、導管に連結するためのフランジとを有する弁箱を備
えている。弁箱には、回転分割ボール弁体が、通路を閉
鎖して流体の流れを阻止する閉鎖位置と、流体が通路の
口径−杯に流れうる開放位置との間を往復しうるように
、回転自在に装着されている。分割ボール弁体は、弁体
に設けられた下部回転ピニオンおよび弁箱外部に伸びる
上部回転シャフトに支持されることによって弁箱に回転
自在に装着されている。

そして、レンチ等によって、上部回転シャフトに回転運
動が与えられる。

弁の用途および弁の種類は多種多用であるが、シールに
関しては、環状エラストマーおよび／またはテフロンの
ような弾性シール部材に対する弁体シールおよび／また
は多少の金属対金属接触シールがきわめて一般的である
。弁体が閉鎖位置にある場合には、弁体のシール面とシ
ール部材との境界には、かなりの圧力差が存在する可能
性がある。

従来から、弁体の装着に偏心ビニオンおよびシャフトの
使用が勧められている。しかしながら、弁体の回転トル
クの作用によるシール機能により、３つの別個の密封勾
配が達成されうるシールシステムに関して、分割ボール
弁体用にビニオンおよびシャフトの偏心装着を行なった
ことは、これまでにはなかった。

この発明は、シール性能の高いボール弁を提供すること
を目的とする。

問題点を解決するための手段この発明によるボール弁は、中心軸に沿って形成された
流体流入孔および流体流出孔と、中心軸に沿って流体通
路を形成する中空部とを有する中空弁箱と、中心軸に対
し横に偏心しているジャーナル軸に沿ってのびた上部シ
ャフトおよび下部シャフトを支持する手段と、流体流入
孔および流体流出孔流入孔のうちの一方に、中心軸のま
わりに環状弁座を形成する弁座手段と、弁箱に支持され
ている上部シャフトおよび下部シャフトを有し、弁座手
段と嵌合して通路を閉鎖する９０’の通路閉鎖位置と、
通路を開放するＯｎの通路開放位置との間をジャーナル
軸を中心として回転される弁体手段とを備え、弁体手段
が、弁体手段の９０°の位置で中心軸上の軌跡点に対し
て球形をなす球状シール面を含んでおり、環状弁座は、
ほぼ球形であり、内側環状金属リング部、中間非金属環
状接触部および外側環状金属リング部を含んでおり、こ
の３部分が弁体手段の９０°位置で弁体手段と密封嵌合
するようになっていることを特徴とする。

発明の作用この発明によるボール弁は、長さ方向にのびた通路中心
軸の周囲に配された処理通路を備えた弁箱を備えている
。弁箱内には、通路中心軸の周囲に配されかつ内部に面
した環状のシール手段（弁座手段）が設けられている。

分割ボール弁体は、ピニオンおよび回転シャフトによっ
て、通路中心軸に対して垂直な第１横断枢軸（ジャーナ
ル軸）のまわりを回転するように回転自在に支持されて
いる。分割ボール弁体は、長さ方向にのびる弁シール軸
の周囲に配された球状シール面を有している。分割ボー
ル弁体が弁箱内で環状シール手段に関し完全密封状態に
なると、弁シール軸は通路軸と一致し、枢軸は弁シール
軸に対して垂直な面内に位置する。

弁体が完全密封位置に至ると、３つのシール機能が発揮
される。すなわち、第１に弾性シールエレメントによる
圧搾シール、第２に弾性金属による金属対金属シール、
第３に金属エレメント間の圧搾による金属対金属シール
である。

弁体は、弁体の回転運動のきわめて小さな角度範囲内で
、弁箱内の環状シール面と協同するように配されている
。したがって、弁体は、弁箱のシールエレメントとのシ
ール接触が起こり始める前に、開位置と閉位置との間の
回転角度たとえば、約８２＠の範囲で回転される。最初
のシール接触は、弁箱上のエラストマーなどの弾性シー
ルエレメントと、弁体との間で起こる。

これによって、流体流れの阻止が良好に行なわれれば、
弁体が完全に９０°回転される必要はない。弾性シール
エレメントによる流体流れの阻止が不十分である場合は
、弁体がさらに所定の回転角度位置、たとえば８６°の
位置まで回転し、弾性金属シール面が弁体に嵌合される
ことにより、弾性の金属対金属シール接触が生じる。こ
のシールが流体流れを阻止するのに十分である場合には
、それ以上の回転運動は不要である。しかながら、弁の
閉鎖がなおも不十分な場合は、弁体がさらに所定角、た
とえば４″回転して９０″の位置に達し、弁体がシール
手段に関して金属対金属圧搾を行い、弁の完全遮断シー
ルが実現される。

ここにいう弁体は、従来の回転分割ボール弁装置では得
られなかった機能、すなわち弁体の回転トルクまたは回
転運動の増加によってシール関係が増進されるというプ
ラグ弁の機能的特徴を備えた分割ボール弁であることが
機能面から評価されるべきであろう。

実　　施　　例以下、図面を参照して、この発明の実施例について説明
する。第１図には、ほぼ筒状構造であって、円筒状の流
体流入通路（孔）　（１１）および流体流出通路（孔）
　（１２）と、管（導管）に連結するための円形の端部
フランジ（１３）（１４）とを備えた中空弁箱（１０）
が示されている。弁箱（１０）は、通路軸（１５）に沿
ってのびるように配されており、軸（１５）は、孔（１
１）または（１２）以上の寸法の処理通路の中心軸を形
成している。

弁箱（１０）は、下部ビニオンハウジング（１３）と、
上部シャフトハウジング（１９）とを形成するように、
軸（１５）に対し垂直方向にのびている。上部シャフト
ハウジング（■９）には開放孔（２０）が形成されてお
り、分割ボール弁体（２２）が孔（２０）を通って弁箱
（１０）内に挿入されるようになっている。

弁体（２２）は、ピ°ニオン孔（２４ａ）に回転自在に
受け入れられた下部シャフト（２４）と、弁蓋（２６）
を貫通した上部シャフト（２５）とを備えている。

弁蓋（２Ｂ）は、弁箱（１０）に流体密に取り付けられ
ており、上部シャフト（２５）は、弁蓋（２８）の外部
にのびている。

第１図に示すように、弁体（２２）は、スラスト軸受の
ようなスペーサ（３２）　（＋３）によって、弁箱（１
０）から離隔されている上部および下部円形連結部（３
０）（３１）を備えている。分割ボール弁体（２２）は
、縦断面ほぼＣ形の部分を含んでいる。この縦断面Ｃ形
の部分の中央部の横断面は、切頭形または三角形である
（第３図参照）。すなわち、弁体（２２）は、上部およ
び下部の円形連結部（３０Ｘ３１）間の中央部に縦断面
ほぼＣ形の三角形部分を有している。

分割ボール弁体（２２）は、中央半径点（３Ｂ）のまわ
りに形成された外径球状のボール状シール面（３５）を
備えている。弁体（２２）の完全閉鎖位置においては、
半径点（３Ｇ）は通路の中心軸（１５）上に位置してい
る。第１図に示す閉鎖位置においては、ボール弁体（２
２）上のシール面（３５）は、弁箱（１０）内の環状の
シールインサート（４１）の環状シール面（４０）に１
箇所以上で圧着している。

第１図に示す弁構造において、弁体（２２）は、弁箱（
１０）の頂部から上部孔（２０）を通って弁箱（１０）
内に挿入される。弁体（２２）は上部シャフト（２５）
および下部シャフト（２４）に連結されており、弁閉鎖
部材（４２）、上部シャフト（２５）および下部シャフ
ト（２４）が３部品−組構造を形成している。

弁閉鎖部材（４２）はシャフト（２４）　（２５）を摺
動自在に受け入れる孔を備えており、横断ピン（４３）
によってシャフト（２４）　（２５）が弁閉鎖部材（４
２）に連結されている。上部シャフト（２５）は、回転
かつ摺動自在にシール孔（４４）に挿通され、保持ナツ
ト（４５）により保持されている。

弁体（２２）は、シャフト（２４）（２５）を貫通する
縦シヤフト軸（４７）を中心として、完全解放位置まで
回転自在であり、流体通路を通る流量を制御できるよう
になっている。第３図に示すように、弁体（２２）の閉
鎖位置においては、シャフト軸（４７）は軸（１５）の
−側に偏った位置にある。

第２図には、第１図に示された弁と類似の弁が示されて
いる。第２図の弁箱（５０）は、小径孔（５１）と大径
孔（５２）とを備えており、ボール弁体（２２）は大径
孔（５２）を通って、合体、組立てられる。第２図に示
すように、スリーブ（５３）が孔（５２）から外されて
、弁閉鎖部材（４２）が弁箱（５Ｇ）内に挿入され、シ
ャフト（２４）が弁閉鎖部材（４２）に挿入せられてピ
ン（４３）により連結され、上部シャフト（２５）が弁
閉鎖部材（４２）に挿入されてピン（４３）によりピン
連結される。この３部品−組構造により、弁箱内の端部
フランジ孔（５２）を介して、弁箱（５０）内でボール
弁体（２２）を組立てることが容易となる。スリーブ（
５３）がシール面（４０）を有しているので、摩耗した
場合に、スリーブ（５３）およびシール面（４０）を弁
箱（５０）の端部から容易に交換できる。

第１図〜第４図において、弁閉鎖部材（４２）は、縦断
面ほぼＣ形で、軌跡点（ｌｏｃｕｓ　　ｐ。

ｉ　ｎ　ｔ）　（３Ｂ）を中心として半径Ｒの球状シー
ル面（３５）を有している（第３図参照）。シール面（
３５）は、単に部分的で、軸（１５）に垂直な２つの平
行面（Ｐｌ）および（Ｂ２）間に位置している。弁閉鎖
部材（４２）が閉鎖位置にあるときには、頂部（端部）
の面（６１）は、面（Ｂ２）上にあり、孔（１２）の軸
（１５）に垂直である。球面（３５）は、縁（（１０ａ
）と縁（ｅｏｂ）との間にのびている。縁（８０ｂ）は
、平坦面（６１）との境界を示している。外部球面から
平坦面（６１）までの距離「Ｙ」　（切頭量）は、下記
の方程式により決定される。

Ｙ　＝　０．００７　　ｘ　２−０．０２ｘ　＋　０．
１７０ここで、Ｘはボールの直径である。これは経験に
もとづいて求められた方程式であり、この方程式によっ
て、シール部材との支持接触を保持するための縁（８０
ａ）と（６０ｂ）との間の材料の最少量が決定される。

球面（ＢＯ）のまわりには、弾性または柔軟シール機能
のためのテフロンまたはこれに類似の材料により構成さ
れた第１環状シールエレメント（Ｂ２）が配されている
。シールエレメント（Ｂ２）は、横断面台形であり、イ
ンサート（４１）または（５３）にもなり得る弁座（Ｓ
）に形成された環状溝（６３）内に設けられている。シ
ールエレメント（６２）は、球面（３５）と嵌合しうる
前向きの傾斜面（Ｇ４）を備えている。以下の説明によ
って明らかになるように、弁座エレメント（６２）は、
弁体（２２）の全開放回転位置である回転位置Ｏ°に対
する８２°の回転位置に弁閉鎖部材（４２）が位置した
ときに、球面（３５）と密封状態で嵌合する。

インサート（４１）または（５３）には、環状溝（６６
）が形成され、この環状溝（６６〉によっ′て、弾性金
属シールエレメントを構成する環状リング（６７）が形
成されている。シールエレメント（Ｂ７）の厚さおよび
溝（６６）の深さは、球面（３５）による力がシールエ
レメント（６７）の湾曲または屈曲をまねくような、す
なわち弾性金属対金属シールが達成されるような長さに
決定される。インサート（４１）または（５３）は、点
（３Ｇ）を中心とする前向球状シール面（７０）を備え
ており、面（７０）は球面（３５）ときっちりと嵌合さ
れるので、球面（３５）がシール面（７０）に対し圧搾
シール力を与えることができる。

第４図に示すように、弁体（４２）がシャフト軸（４７
）のまわりを回転する場合、球面（３５）はシールエレ
メント（６７）（６４）（７０）から離れてかっ弁箱の
通路を通って全開位置まで回転する。

第５図および第６図に示すように、プレート部材（７５
）を弁蓋（２６）の上部に装着してもよい。

ハンドル（７７）内に設けられているナツトドライブ（
７６）がシャフト（２５）の平坦な端部（４７）に取り
付けられている。ハンドル（７７）がシャフト軸（４７
）のまわりを回転するに伴って、弁体がシャフト軸（４
７）のまわりを回転する。プレート部材（７５）は、一
定角度間隔で配列された一連のストップノツチ（７８）
と、図面の垂直線に対して８０〜９０″にのびた鋸歯部
（７９〉を備えている。

ハンドル（７７）内には、長さ中央部が枢着されている
とともに一端がばねによって付勢され、ノツチ（７８）
と係合するように選択的に作動されうるし／＜　−（８
０）が設けられている。レバー（８ｏ）の他端部には、
鋸歯部（７９）と係合しうる鋸歯（８１）が設けられて
いる。線（８２）は、レバー（８０）上の線（８３）と
−直線となりうる線であって、それぞれ８２’　　８６
°　９０’の角度位置を示している。オペレーターは、
線（８２）　（８３）を−直線にさせることによって、
弁体を所望の角度位置に選択的に位置させることができ
る。

第７図〜第９図に示すように、球状シール面（３５ａ）
は、弁体の回転角度位置が８２°の位置にある場合には
、テフロンシール（６４）と嵌合する。８６″の位置に
ある場合には、シール面（３５ｂ）（第８図参照）は、
テフロンシール（６Ｂ）と弾性リングシール（６７）の
両方と嵌合する。９゜０の回転角度位置で、シール面（
３５ｅ）は、テフロンシール（８Ｂ）、弾性リングシー
ル（Ｂ７）および金属対金属圧搾シール（７０）と嵌合
する。

発明の効果この発明によるボール弁は、分割ボール弁に関して、こ
れまでには得られなかったいくつかの効果を奏するもの
である。従来の分割ボール弁では、弁体がいったん閉鎖
位置まで回転すれば、シール効果はその後も同じである
のに対し、この発明では、シール効果を回転トルクの作
用によって増加させることができる。したがって、シー
ル性能の高いボール弁が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の弁構造の断面図、第２図は
閉鎖位置におけるシール手段に対して密封関係にある弁
体の断面図、第４図は開放位置まで回転した弁体を示す
第３図記載の弁構造の断面図、第５図は弁体を作動させ
るための弁ハンドルの平面図、第６図は第５図のＶｌ−
Ｖｌ線に沿う断面図、第７図〜第９図は角度８２９８６
”　　９０’におけるシール位置を示す部分断面図であ
る。（１０）・・・弁箱、（１■）・・・流体流入通路、（
工２）・・・流体流出通路、（１５）・・・通路軸（中
心軸）　、（２２）・・・弁体、（２４）・・・下部シ
ャフト、（２５）・・・上部シャフト、（３６）・・・
軌跡点、（４０）・・・環状シール面、（４７）・・・
シャフト軸（ジャーナル軸）　、（６２）・・・シール
エレメント、（６７）・・・環状リング、（７０）・・
・シール面。以上特許出願人　口ックフォードーコントロールズ第４図口］］ロロ手侵ｄ負口正密（万人）昭和６３年８月１日事件の表示昭和６２年特許願第３３６７１２号２゜発明の名称ボール弁３、補正をする者事件との関係

Claims

【特許請求の範囲】

（１）中心軸に沿って形成された流体流入孔および流体
流出孔と、中心軸に沿って流体通路を形成する中空部と
を有する中空弁箱と、中心軸に対し横に偏心しているジャーナル軸に沿っての
びた上部シャフトおよび下部シャフトを支持する手段と
、流体流入孔および流体流出孔のうちの一方に、中心軸の
まわりに環状弁座を形成する弁座手段と、弁箱に支持されている上部シャフトおよび下部シャフト
を有し、弁座手段と嵌合して通路を閉鎖する９０°の通
路閉鎖位置と、通路を開放する０°の通路開放位置との
間をジャーナル軸を中心として回転される弁体手段とを
備え、弁体手段が、弁体手段の９０°の位置で中心軸上
の軌跡点に対して球形をなす球状シール面を含んでおり
、環状弁座は、ほぼ球形であり、内側環状金属リング部、
中間非金属環状接触部および外側環状金属リング部を含
んでおり、この３部分が弁体手段の９０°位置で弁体手
段と密封嵌合するようになっていることを特徴とするボ
ール弁。
（２）内側環状金属リング部が金属対金属屈曲シールで
、中間非金属接触部が圧搾シールで、外側環状金属リン
グ部が金属対金属圧搾シールであることを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載のボール弁。
（３）内側環状金属リング部が弁箱の壁に形成された環
状溝によって形成されていることを特徴とする特許請求
の範囲第（２）項記載のボール弁。
（４）中間非金属環状接触部がテフロン製であることを
特徴とする特許請求の範囲第（２）または第（３）項記
載のボール弁。
（５）弁箱が弁体手段を挿入するための受入口を備えて
おり、受入口が、中心軸に対して直交する軸に沿って形
成されていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項記載のボール弁。
（６）弁箱が、流体流入孔および流体流出孔のうちの一
方の孔内に設けられた着脱自在の環状インサートを備え
、環状弁座がインサートに形成されていることを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項記載のボール弁。
（７）流体流入孔および流体流出孔のうちの一方の寸法
が、弁箱内に弁体手段を挿入するために弁体手段を受け
入れられる大きさに形成されていることを特徴とする特
許請求の範囲第（６）項記載のボール弁。
（８）弁体手段が、３つの相互連結可能な部分より構成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第（７）項
記載のボール弁。
（９）弁体が、弁体手段の９０°の位置において中心軸
に垂直な平坦状前向面を備えていることを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載のボール弁。
（１０）球形シール面が９０°の位置において中心軸に
関して開度のある広がりをもっており、ジャーナル軸に
垂直な平面であって、中心軸上の平面内において、弁座
の非金属接触部の両中点に、シール面が等しく接触する
ようになっていることを特徴とする、特許請求の範囲第
（１）項記載のボール弁。
（１１）屈曲シールが、ジャーナル軸のまわりの４°の
回転角で、または弁体手段の９０°の位置より小さい位
置で、シール面と嵌合可能な環状金属リップ部により形
成されていることを特徴とする特許請求の範囲第（２）
項記載のボール弁。
（１２）非金属接触部が、４°の回転角で、または弁体
手段の９０°位置より小さい位置で、シール面と嵌合可
能であることを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記
載のボール弁。
（１３）金属対金属圧搾シールが、２°の回転角で、ま
たは弁体手段の９０°位置より小さい位置で、シール面
と嵌合可能であることを特徴とする特許請求の範囲第（
２）項記載のボール弁。
（１４）弁体手段が角度８６°から９０°までジャーナ
ル軸のまわりを回転する間に、弁体手段が非金属接触シ
ール、金属対金属屈曲シールおよび金属対金属圧搾シー
ルと順次嵌合することを特徴とする特許請求の範囲第（
２）項記載のボール弁。
（１５）弁体手段に装着された回転手段と、回転手段を
固定することにより、選択された回転位置に弁体を固定
するための固定手段とを含む特許請求の範囲第（１４）
項記載のボール弁。
（１６）弁体手段の球状面は、平坦面を形成するように
切頭されていることを特徴とする特許請求の範囲第（２
）項記載のボール弁。
（１７）Ｙ＝０．００７ｘ＾２−０．０２ｘ＋０．１７
０（ｘは球状面の直径に等しい）という関係にしたがっ
て、平坦面が外部球状面からの距離Ｙのところで切頭さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第（１６）項
記載のボール弁。