JPH0650150B2

JPH0650150B2 - ボール弁

Info

Publication number: JPH0650150B2
Application number: JP62336712A
Authority: JP
Inventors: ジョン・ダブリュー・ブランブレット
Original assignee: ロックフォードバルブカンパニー
Priority date: 1987-08-24
Filing date: 1987-12-29
Publication date: 1994-06-29
Anticipated expiration: 2009-06-29
Also published as: US4822000A; JPH0221075A

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偏心的に回
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、流体が通路の口径一
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、弁体の装着に偏心ピ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
弁体用にピ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。

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、ビ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充分である場合は、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。しかしながら、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(1
3)(14)とを備えた中空弁箱(10)が示されている。弁箱(1
0)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(11)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、下部ピニオンハウジング(18)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(19)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(26)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(2
6)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)(33)によって、弁箱(10)から離隔されて
いる上部および下部円形連結部(30)(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(30)(31)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(36)のまわりに形成
された外形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(36)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(22)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(4
0)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部品一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(42)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、保持ナット(45)により保持されている。

弁体(22)は、シャフト(24)(25)を貫通する縦シャフト軸
（ジャーナル軸）(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)の一側に偏った
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
（シールインサート）(53)が孔(52)から外されて、弁閉
鎖部材(42)が弁箱(50)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(4
3)によりピン連結される。この３部品一組構造により、
弁箱(50)内の端部大径孔(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(5
3)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（１ｏｃｕｓｐｏｉｎｔ）（半径
点）(36)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(P1)および(P2)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）の平担面(61)は、面(P2)上にあり、孔
(12)の軸(15)に垂直である。球面(35)は、縁(60a)と縁
(60b)との間にのびている。縁(60b)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＝０．００７ｘ^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(60a)と(60b)
との間の材料の最少量が決定される。

シール面(35)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（中間非金属環状接触
部）(62)が配されている。シールエレメント(62)は、横
断面台形であり、インサート(41)またはスリーブ(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シール面(64)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０°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)またはスリーブ(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（内側環状金属リング部）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(67)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
弾性金属対金属屈曲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)またはスリーブ(53)は、点(3
6)を中心とする前向球状シール面（外側環状金属リング
部）(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、弁閉鎖部材(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
およびシール面(67)(64)(70)から離れてかつ弁箱の通路
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
けられているナットドライブ(76)がシャフト(25)の平坦
な端部(25a)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(47)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ッチ(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、ノッチ(78)と係合す
るように選択的に作動されうるレバー(80)が設けられて
いる。レバー(80)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)と一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)を一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（第
７図参照）、テフロンシール面(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、テフロンシール面(64)と弾性シールエレメント(67)
の両方と嵌合する。９０°の回転角度位置で、シール面
(35c)（第９図参照）は、テフロンシール面(64)、弾性
シールエレメント(67)および金属対金属圧搾シール面(7
0)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。すなわち、回転ト
ルクを増加させることによって、シール効果を増進させ
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３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バルブエレメントの断面図、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VI−VI線に沿う断面図、第
７図〜第９図は角度８２°、８６°、９０°におけるシ
ール位置を示す部分断面図である。 (10)……弁箱、(11)……流体流入通路（孔）、(12)……
流体流出通路、(15)……通路軸（中心軸）、(20)……開
放孔（受入口）、(22)……弁体、(24)……下部シャフ
ト、(25)……上部シャフト、(36)……軌跡点（中央半径
点）、(40)……環状シール面、(41)……シールインサー
ト、(47)……シャフト軸（ジャーナル軸）、(50)……弁
箱、(62)……シールエレメント（中間非金属環状接触
部）、(67)……環状リング（内側環状金属リング部）、
(70)……シール面（外側環状金属リング部）、（Ｓ）…
…弁座。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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(1
4)項記載のボール弁。
【請求項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。
【請求項１７】Ｙ＝０．００７ｘ^２−０．０２ｘ＋０．
１７０（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。