JPH0686914B2 - ボールバルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体産業、バイオ・医療産業、食品産業お
よびその他の化学産業等（以下産業界と称す。）で好適
に使用されるボールバルブに係り、とりわけ弁開放時に
おいて、流体の滞留部分がなく、雑菌の発生等を阻止し
たボールバルブに関する。

〔従来の技術〕

従来、産業界における液体の輸送ラインにおいては、弁
室内にボールを設け、それをシートリングを装着したシ
ートキャリアーで挟持したボールバルブや、内部に球状
空間を形成したケーシング内にボールを回動自在に配設
してポケットがないように構成されたポケットレスボー
ルバルブ等が使用されている。

これら従来のボールバルブにおいては、弁が開状態で長
時間、通液する場合、弁室とボールとの間の空間と液体
流路との間は完全に遮断されているため、この空間内に
閉じ込められた液体は完全な死液（滞留液）となり、雑
菌の繁殖等を防ぐことができない。

また、ポケットレスボールバルブは、ボール表面のほぼ
全面が摺動部であるため回転トルクが大きく、これをス
ムースに行うためには、ボールおよび球状空間内面の加
工精度を極めてきびしくしなければならないし、また、
微視的に見れば、摺動部を有するため、ここに水が浸入
した場合、雑菌等の繁殖を防ぐことができない等の問題
点がある。

本発明者は、以上のような従来ボールバルブの問題点を
解決したボールバルブを発明し先に特許出願をした（特
願平１−327372）。該発明に係るボールバルブは、ボー
ルバルブの流路内にオリフィスを設け、かつ、該オリフ
ィスの上流側及び下流側と、弁室内空間とを結ぶ連通部
を設けた構造のものであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記、先願発明に係るボールバルブにおいては、弁開時
には、弁本体の弁室内空間に流入した流体は常に、出口
流路へと流出するため、該弁室内空間に流体が滞留する
ことがない構造になっていた。

しかしながら、前記オリフィスをボールの流路内に設
け、弁室内空間とを結ぶ連通部をその前後となるボール
内流路の入口側および出口側に設けた構造にした場合、
弁閉塞時、ボールの多少の変位による、該連通部の位置
の移動により弁室内空間、ボール内流路およびシートを
保持しているユニオン等のシートキャリアー内の流路が
連通して、流体が下流側へ漏洩する危険性がないとはい
えない。

又、従来のボールバルブおよび先願発明のボールバルブ
に共通することであるが、弁閉塞時には弁室内空間に流
入した流体は密封された状態で滞留することになる。か
かる状態は時として問題を生ずるが、例えば、半導体産
業において、配管内を殺菌する目的で過酸化水素水を流
すことがあるが、通液後にボールバルブを閉にすると、
弁室内に封入密閉された過酸化水素水が気化して弁室内
の圧力が上昇し、ボールバルブ本体に亀裂を生じたりシ
ートリングを破損したりする等の問題がある。

本発明者は、このような両問題点を解決すべく考慮して
なされたもので、その目的は、弁閉塞時に流体の漏洩の
心配が全くない、あるいは、弁閉塞時に滞留流体の原因
によるボールバルブの破損発生等のない先願発明より改
善されたボールバルブを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、前記問題点を解決すべくさらに種々検討し
た結果、ボール内流路を、一端を大口径に、他端をそれ
より小さい口径になるよう構成し、さらには、弁閉塞時
に弁室内空間、ボール内流路及びシートキャリア内流路
が連通できるように連通部を設けることで解決できるこ
とを見出し本発明をなすに至った。

すなわち、本発明の構成を、その実施例に対応する第１
図にもとづいて説明すると、弁室内に設けられたボール
１の回動により弁の開閉を行うボールバルブにおいて、
該ボール１内に設けられた流路３は、その一端部４を大
口径に、他端部５をそれより小さな小口径とし、また、
該ボール１の流路３の大口径端部４の近傍および小口径
端部５の近接には、弁開時に該ボール内流路３と弁室内
空間８を連通させる連通部（連通孔）6,7が各々設けら
れており、かつ、該ボール１の小口径側のシートキャリ
アー12の該ボール１に面する側の流路10の口径を該ボー
ル１の小口径側端部５の口径と略同じとしたことを特徴
とするものである。

又、本発明の好適な実施態様においては、第６図に示す
ように、上記ボールバルブにおいて、ボール１の大口径
側に設けられた連通部（連通孔）６を弁閉塞時に、シー
トキャリア−11の流路９と連通するように設けたことを
特徴としている。

本発明の第１の特徴であるボールの流路は、上流側、下
流側の方向性には関係なく一端部を大口径に、他端部を
それより小さな小口径となるように設けられている。し
たがって、該流路の両端部が大口径および小口径になっ
ていればよく、両者を結ぶ中間は第１図に示されている
ごとく、テーパー状に縮径された断面横台形状に設けて
もよく、第３図に示されているように、断面四角形の平
行径部分と断面横台形のテーパー状部との組合せで設け
てもよく、特に限定されるものではない。

第２の特徴であるボールの大口径側および小口径側に設
けられたボール内流路と弁室内空間とを結ぶ連通部は溝
状あるいは孔状等その形状はいずれでもよく、その数も
特に限定されない。いづれにしてもボールバルブの開閉
機能に支障のないように設ければよい。

又、第３の特徴であるボールの小口径側に面するユニオ
ン等のシートキャリアー内に設けられた流路の口径は、
該ボールの小口径側端部の口径と略同じに設けなければ
ならない。ただし、該シートキャリアーの流路口径は、
すべて同一径に設ける必要はなく、該ボールの小口径側
端部に面する部分だけ同口径としてそれに続く流路は第
３図に示されているごとく拡径された口径を有するよう
に設けてもよい。

なお、本発明のボールバルブの材質は、金属、プラスチ
ックまたはセラミックス等いずれでもよく、又、その構
造も、ボールの回動により弁のオン・オフ操作が行わ
れ、かつ、ボールの上・下流側に設けられたシートリン
グでシールされるものはいづれでもよく特に限定される
ものではない。

〔作用〕

上記構成の本発明のボールバルブの作用を第１図、第４
図〜第６図にもとづいて説明する。

第１図に示されているごとく、ボール１を回動して、弁
を開状態にすると、上流側から流れてきた流体はボール
１の流路３を経由して下流側へ流出する。一方、ボール
１の下流側は小口径になっているため、小口径側端部５
付近では、流体流速が大きくなる。したがって、流体力
学的作用によりこの主流から分岐した支流が、ボール１
の上流側部に設けられた連通孔６を通過し、弁室内空間
８及び同じく下流側部に設けられた連通孔７を経由し
て、下流側へ流出していく。したがって、弁開状態にお
いては、弁室内空間８に流入した流体も、常に下流側へ
流出するため、該空間に流体が滞留することはない。

ボール１を回動して弁を閉状態にすると、第４図に示す
ような状態になる。ボール１に設けられた連通孔６及び
７は各々、シートリング13,14の外側に位置しているた
めシール性が確保されている。

仮に、ボール１の回動状態が悪く、ボール１が第５図に
示すごとく少々変位した状態になり、上流側に位置した
連通孔６がシートキャリアー11の流路９と連通状態にな
っても、下流側に位置した連通孔６及び７はシートリン
グ14の外側に位置しておりこの状態でも、シール性は確
保される。

第６図は、ボール１の上流側に設けられた連通孔６が弁
閉塞時にユニオン11の流路９と連通している状態を示
す。この状態では、弁室内空間８に滞留していた揮発性
流体のガス圧力が上昇しても矢印で示されている経路で
該流体は上流側へ流出することができ、従来のような問
題発生は避けられる。この場合の流体のシール性は下流
側のシートリング14で確保されることになり、流体の漏
洩については心配ない。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、弁本体の両側にユニオンがスライド嵌合され
ているタイプの塩化ビニル樹脂製ボールバルブの開状態
を示す縦断面図である。

図において１は、筒状弁本体２の弁室内にステム15に支
承されて回動自在に装着されたボールである。該ボール
１の内部には、一端部４（以下、本図面では上流側のた
め上流側端部と記す）は大口径に、また、他端部５（以
下、本図面では下流側のため下流側端部と記す）はそれ
より小さな小口径に設けられ、下流側に向かって縮径さ
れた断面横台形状の流路３が形成されており、上流側端
部４および下流側端部５の近傍には、該流路３と弁室内
空間８を結ぶ連通孔６および７が各々８個設けられてい
る。（第２図参照）該連通孔６および７の径寸法や数
は、ボール材質の強度を考慮して設計すればよく特に限
定されるものではない。

又、該連通孔６および７の位置は特に限定されないが、
好適には第２図に示されているごとく、シートキャリア
ー（以下、本実施例ではユニオンと記す）11および12に
保持されているシートリング13,14の外側に放射状に設
けるのがよい。

なお弁室内空間８は、筒状弁本体２とボール３およびユ
ニオン11,12によって囲まれている。弁開時には、流体
はボール１の流路３を流れるのはもちろんであるが、矢
印でしめされているごとく一部は上流側の連通孔６を通
りぬけ弁室内空間８を通ってさらに下流側部の連通孔７
を経由してユニオン12の流路10方向へ流れていく。した
がって、該弁室内空間８では、弁開時には常に流体は下
流側に押し流されているため流体が滞留することはな
い。

ユニオン11,12は、ボール１の両側に位置し、シートリ
ング13,14が装着されている。弁閉塞時該シートリング1
3,14をボール１に接触させることによりシール性を確保
している。本実施例では下流側に位置するユニオン12内
に設けられた流路のうち、ボール１に面する側の流路10
の口径は、ボール１の小口径側端部の口径と同じに形成
されている。

ボール１を支承しているステム15には、ハンドル16が嵌
合固定されている。

又、19,20は、筒状弁本体２の外周側面に螺合すること
により、フランジ付ボディキャップ17,18をＯ−リング
を介してそれぞれユニオン11,12に固定しているキャッ
プナットである。

第３図は、本発明におけるボールバルブの第２の実施例
を示す縦断面図である。本実施は第１図の変形例で第１
図と異なるところは、ボール１の内部に設けられた流路
３の断面形状である。上流側は大口径に、又、下流側は
小口径に設けられているが、その中間部は平行流路→テ
ーパー流路→平行流路と変化させた流路形状になってい
る。

第４図及び第５図は、第３図に示すボールバルブの弁閉
塞状態におけるボールを中心とした要部の横断平面図で
ある。例えば、第４図の状態から第５図の状態に移行し
た場合、すなわち、ボール１が左方向に少々回転移動
し、上流側に位置した連通孔６がユニオン11のシートリ
ング13の内側と連通状態になっても、下流側に位置した
連通孔６は下流側ユニオン12のシートリング14の外側に
位置しているため、ユニオン12の流路10とは連通しない
ので、流体の漏洩はシートリング14で防止されることに
なる。

第６図は、第４図の変形例を示す要部横断平面図であ
る。本実施例の第４図の実施例と異なる点は、正規の弁
閉時においてボール１の上流側に位置した連通孔６がユ
ニオン11に装着されたシートリング13の内側まで開口し
ていることである。すなわち、弁室内空間８とユニオン
11の流路９と連通するように設けられている。例えば、
流体が揮発性流体の場合、弁閉塞時、弁室内空間及びボ
ール流路内に滞留していた該流体のガス圧力が上昇して
も矢印で示されているごとく該流体は、連通孔６を経由
して上流側ユニオン11の流路９へと流出することができ
るため、従来のような密閉状態における流体圧力の上昇
によるバルブ本体の亀裂の発生等が防止できることにな
る。また、こういう状態になっていても、下流側のユニ
オン12の口径は上流側のその口径より小さく設けられて
いるため、シートリング14の内径がシートリング13のそ
れより小さいので、下流側に位置する連通孔６はシート
リング14の外側に位置するようになり、下流側でシール
性が保持される。したがって、上流側で、弁室内空間８
と上流側ユニオン11の流路９が連通しても、ボールバル
ブ自体の流体漏洩については全く問題ない。

本発明者は、第３図に示した構造のボールバルブを透明
アクリル樹脂で製造し、下記条件で、気泡を混入させた
水を流し、弁開時における弁室内空間の水の流れ状態を
チェックした。

（条件） １、ボール……上流側口径25Φ 下流側口径15Φ 連通孔 上・下流側とも３Φのもの８個 ２、水 ……水温25℃ 通水量 0〜40 1/min 水圧1.5Kgf/cm² その結果、気泡を含んだ水はボールの流路を通過する本
流に加えて、ボールの上流側の連通孔を通り抜け、弁室
内空間を流れ、下流側連通孔を経由して下流側のユニオ
ン流路へと流出している支流の存在が明らかに確認でき
た。すなわち、弁開時において、弁室内空間に流入した
水は滞留することなく、常時流れていることを実証する
ことができた。

〔発明の効果〕

以上、説明したごとく本発明のボールバルブは、次のよ
うな効果を有している。

（１）弁開放時にはボール内流路と弁室内空間とが連通
するので、弁室内空間に液体が滞留することがなく、雑
菌の繁殖を防ぐことができる。

（２）、弁閉塞時、ボールの多少の変位によって、ボー
ルに設けられた連通部が移動し、弁室内空間とユニオン
等のシートキャリアー内の流路が連通しても、小口径の
流路を有するシートキャリアーのシートリングでシール
性が確保できるので、流体が漏洩する心配はない。

（３）、弁閉塞時に、ボールの上流側に設けられた連通
部を上流側シートキャリアーの流路と連通するように設
定すると、弁室内空間に滞留していた揮発性液体等のガ
ス圧力が上昇しても、該ガス体は、ボールの連通部を経
由して、上流側シートキャリアーの流路側へ流出するこ
とができるので、従来のように、密閉状態からガス圧が
上昇し、それが原因でバルブ（特にプラスチックバルブ
等の）本体に亀裂等が発生するような事態はさけられ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のボールバルブの一実施例の全開状態を
示す縦断正面図、第２図はボール１の上流側の側面図、
第３図は第１図の変形例となる第二の実施例を示す縦断
正面図、第４図及び第５図は第３図に示すボールバルブ
の弁閉塞状態におけるボールを中心とする横断平面図、
第６図は第４図の変形例となるボールを中心とする横断
平面図である。 １……ボール、２……弁本体、 ３……流路、４……上流側部、 ５……下流側部、6,7……連通孔、 ８……弁室内空間、9,10……流路、 11,12……シートキャリアー（ユニオン）、 13,14……シートリング、 15……ステム、16……ハンドル、 17,18……フランジ付ボディキャップ、 19,20……キャップナット。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁室内に設けられたボールの回動により弁
   の開閉を行うボールバルブにおいて、該ボール内に設け
   られた流路は、その一端部を大口径に、他端部をそれよ
   り小さな小口径とし、また、該ボール内流路の前記大口
   径端部近傍および小口径端部近傍には、弁開時に、該ボ
   ール内流路と弁室内空間とを連通させる連通部が各々設
   けられており、かつ、該ボールの小口径側のシートキャ
   リアの該ボールに面する側の流路口径を、該ボールの小
   口径側端部の口径と略同じにしたことを特徴とするボー
   ルバルブ。
2. 【請求項２】請求項１のボールバルブにおいて、ボール
   の大口径側に設けられた連通部を、弁閉塞時に、大口径
   側のシートキャリアの流路と連通するように形成したこ
   とを特徴とするボールバルブ。