JPS62184280A - ボ−ル弁 - Google Patents

ボ−ル弁

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JPS62184280A
JPS62184280A JP2553986A JP2553986A JPS62184280A JP S62184280 A JPS62184280 A JP S62184280A JP 2553986 A JP2553986 A JP 2553986A JP 2553986 A JP2553986 A JP 2553986A JP S62184280 A JPS62184280 A JP S62184280A
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valve
hole
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fluorine
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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】 産業上の利用分野 本発明は流体配管に取り付けて配管の開閉あるいは通過
流量の調節に用いる、球形弁体を備えたボール弁に関す
る。
近年、流体機器の自動化が活発で、これに伴い電気的に
駆動する自動弁の需要が高まっている。
医療機器や厨房装置等に見られるように、特に流体機器
の小型化に向けて精力的に開発が進められている。この
結果、より小型で、より軽量で、より低コストの自動弁
が要求されている。
従来、被制御流体の温度、液位、液量等を高精度にコン
トロールする場合は比例制御弁が、要求精度が低い場合
は電磁弁が多用されていた。しかし、比例制御弁は大型
で高価である。電磁弁は大口径ではパイロット式になら
ざるを得ないから流動抵抗が大きく、低圧流体に対して
はシール性が悪く、また駆動中は通電を続けるのでコイ
ルの焼損等の故障が多かった。
そこで、流動抵抗が小さく、かつシール性の良いボール
弁を用いた自動弁が注目されてきた。しかし、従来の電
動ボール弁は主たる用途が単なる配管の開閉であったの
で、開閉速度が10秒前後と遅くて、このままでは比例
制御弁や電磁弁の代りとして用いることができない。開
閉速度を1秒から3秒程度に速める必要がある。
電動ボール弁の大きさ・重量・コストに占める電動アク
チュエータの割合はボール弁に比較して極めて大きく、
かつボール弁自体これらの点で改良する余地が極めて少
ないことを考慮すると、小型・軽量・低コストで、かつ
高速開閉型の電動ボール弁を得るには、電動アクチュエ
ータを改良しなければならない。しかしながら、電動ア
クチュエータが大きくて、重<T、コストが高くて、開
閉速度が小さいのは、ボール弁の操作トルクが大きいこ
とが原因であるから、結局、操作トルクの小さいボール
弁を開発することに尽きる。
ボール弁の弁軸を回転するために必要な操作トルクは、
弁軸とその回りに配置したバッキングとの間の抵抗、お
よび弁体と弁座との間の抵抗による。本発明は弁体と弁
座との間の抵抗の軽減に向けられている。
また、自動弁は頻繁に開閉されるので、ボール弁には高
い耐久性能が求められる。これには弁座の裏面に弁座を
弁体方向に付勢する弾性部材を配置したもので、弁座が
摩耗しても弁座と弁体との接触が維持されて所期のシー
ル機能が持続する構造のボール弁が適しており、本発明
もこの様な弁座構造を備えたボール弁を改善の対象とし
ている。
従来の技術 従来のボール弁の弁座部の構造を第13図に示す。弁ケ
ーシングD1は鋳鉄や砲金やステンレス鋼等の金属で、
弁室D7とこれに連通ずる出入口通路D2を形成して、
弁室D7の中に弁体D3を配置する。弁体D3は球体に
貫通孔D4を(紙面に平行に)開けたもので、貫通孔D
4の角即ち外表面との接合部D5は丸く仕上げである。
そして弁ケーシングD1を貫通した弁軸(図示せず)で
球心D6を通る(紙面に垂直な)回転軸の回りを回転せ
しめられる。
弁室D7と出入口通路D2どの接続部には、大小同軸の
孔D8.D9をこれに垂直な壁面DIOで環状に階段状
に接続した弁座受空間を形成し、弁座D11と弾性部材
D12を配置する。
弁座D11は弗素樹脂で環状に形成したもので、内径は
出入口通路D2の接続部孔D9の内径に、外径は弁室D
7の接続部孔D8の内径に夫々はぼ等しい。内外端は接
続部垂直壁DIOに平行な平面である。弁体くD3)側
の角は約45度の斜面で、弁体D3の外表面に接する弁
座面D13を成し、対角の角は断面四角に切り落して、
接続部孔D8と垂直壁D10とで成す角に対して断面四
角形の環状空間を形成し、弾性部材D12を収容する。
 弾性部材D12は合成ゴムで環状形成したもので、断
面が円形の0−リングである。0−リングD12は弁ケ
ーシングD1と弁座D11の間の断面四角形の環状空間
に内外周及び内外端を押し潰した状態で配置され、その
結果、その圧縮反力で弁座011を弁体D3に対して弾
性的に付勢すると共に、弁ケーシングD1と弁座D11
の間を気密的にシールする。
上記ボール弁の全開位置から全開位置に向かう時の操作
トルク特性を第14図に示す。横軸に弁体の回転位置を
、縦軸に弁軸の操作トルクを取っである。左端の縦線は
全開位置を、右端の縦線は全開位置を示す。操作トルク
の特性曲線E1は、図示のように、全開位置付近と全開
位置付近とに2つの山E2.E3を有し、開弁開始時と
閉弁完了間際とに操作トルクが大きくなることを示して
いる。しかも閉弁完了間際の山E3の方が大きい。
従って、ボール弁の操作トルクを低減するには閉弁完了
間際のトルク、即ち山E3を低くしなければならない。
山E2は全開時に弁座011の弁座面D13が弁体D3
の外表面に押し付けられて馴染んだ結果である。山E3
は弁体D3を回転するとき弁座D11が変形変位するこ
とに関係している。これを第13図に戻って説明する。
弁座D11は弾性部材D12で弁体方向に付勢されてい
るので、弁体D3の外表面と接触していない部位は弁体
側に押し出される。弁座D11のこの様にして浮き出し
た部位を、弁体D3は貫通孔D4の開口端D5で押し戻
しながら回転しなければならない。これは閉弁間際に顕
著となる。
第13図の弁座D11の、図面で下部の部位は、弁座面
D13′が弁体D3の貫通孔D4の開口端D5よりも内
側まで変形変位しており、外周面の角D14が接続部孔
D8の内聞面に強く圧接せしめられている。弁体D3は
全開位置に近付けば近付く程、弁座D11を図面で下方
に益々強く押しつけることになり、角D14の摩擦抵抗
が益々大きくなり、弁座D11を押し戻すために大きな
力を必要とする。そして、弁座面D13′が貫通孔D4
の開口端D5で削り取られる。
本発明の目的 本発明の目的は弾性部材で弁座を弁体方向に付勢した、
耐久性に優れた弁座構造のボール弁に於て、弁体回転時
に弾性部材で押し出される弁座を押し戻すときの摩擦抵
抗を軽減して閉弁間際の操作トルクを引き下げ、操作ト
ルクの小さいボール弁を得ることを技術的課題としてい
る。
本発明の解決手段 上記の技術的課題を解決するために講じた本発明の技術
的手段は、弁室の出入口通路と接続する端部に、出入口
通路孔よりも大径の孔を開けた弗素樹脂製の弁座ガイド
部材を配置し、この弁座ガイド部材の孔に弗素樹脂製の
弁座の外周壁を摺接嵌合せしめたものである。
上記の技術的手段の作用を説明する。全開位置に於ては
弁座面の全周が弁体の貫通孔の開口縁の外表面に当接し
ている。全開位置に向かって弁体を回転せしめると、弁
体の回転前方では弁座面が弁体の外表面から外れて貫通
孔に位置するので弾性手段で貫通孔の中に押出され、回
転後方では一旦押し出された弁座面が弁体の外球面で押
し戻される。
この開閉弁時の変形変位に於て、摩擦係数の小さい弗素
樹脂製の弁座は、その外周壁が同じく摩擦係数の小さい
弗素樹脂で作られた弁座ガイド部材の孔の内壁に接して
滑かに滑る。従って、一旦押出された弁座は弁体で軽く
押し戻されるので、閉弁完了間際の操作トルクが著しく
低減する。
発明の効果 弾性部材を用いずに弁座を弁ケーシングに固定したり、
弁座の弁体側にストッパーを設けたりすれば、弁座が弁
体側に押出されることを防止できるが、この場合は弁座
面の摩耗につれて弁体と弁座間の圧接力が低下してシー
ル機能が低下、喪失し、回復できないから、長期間の使
用に耐えない。
本発明のものでは弁座が摩耗しても、弾性部材や弁座の
背面に作用する流体圧力で押されて弁座が弁体方向に変
位できるから、所期のシールが性能が長期間持続する。
上記の様にして閉弁完了間際の操作トルクが著しく低減
されることにより操作トルクの最大値が低下するので、
最大値を基準とする電動アクチュエータの要求出力が著
しく低下する。このために小型・軽量・低コストで、か
つ高速開閉型の電動ボール弁が得られる。 弗素樹脂製
の弁座ガイド部材を用いた分だけ、弾性部材は弗素樹脂
と接触する面積が増大する。従って、特に合成ゴム製の
弾性部材にとっては弁ケーシングの金属壁面に接触する
よりも摩耗が少なくなり、かつシール性能が高まる。
実施例 上記の技術的手段の具体例を示す実施例を説明する。
実施例1(第1図ないし第4図参照) 本発明によるボール弁を用いた電動弁を説明する。
ボール弁101の弁ケーシングは本体102と、互いに
同一の2個の端部材103から成る。
本体102は概略、四角柱に横孔を開けた形状で、上部
に円板上の電動アクチュエータ104の取付台105を
一体に有する。横孔は弁室106を成し、この横孔に垂
直に弁軸孔107と支軸穴108を同軸上に開ける。
球体に貫通孔109を開けた弁体110を弁室106に
挿入し、弁軸111を弁軸孔107から弁体110を貫
通して差し込む。弁軸111は概略円柱形状で、その下
部は上部よりも小径で、支軸を成す。中央部は両辺を平
行に切り落した一文字キーとして、弁体110の頂部に
形成した平行溝に嵌合せしめる。弁軸111の下部即ち
支軸は、平行溝から球心を通って弁体110を貫通し、
先端部が支軸穴108に嵌合する。ケーシング本体10
2と弁軸111の間にはスリーブ状の軸受112、合成
ゴム製の2水のO−リング・バッキング113、支軸と
の間にはスリーブ状の軸受114を介在せしめる。従っ
て、弁fIIl1111を外部から回わすと、弁体11
0は球心を通る回転軸の回りを回転する。
弁ケーシング本体102の両端面は弁室106を形成す
る横孔に垂直な平面で、開口縁は一段低い環状の平面に
形成しである。この環状段部にその幅よりも少し厚い外
フランジ115を有する円筒形状の弗素樹脂製の弁座ガ
イド部材116を嵌合して取り付ける。そして、弁座ガ
イド部材116に環状の弗素樹脂製の弁座117と合成
ゴム製のO−リング・バッキング118を嵌め込み、外
側から端部材103を取り付ける。
弁座117の内径と、端部材103に開けた出入口通路
の弁室側端部の孔の内径は、弁体110の貫通孔109
の内径とほぼ同じである。端部材103の出入口通路に
は配管接続用のねじを設ける。外7ランジは本体102
の外径とほぼ同じ四角形で、四隅に開けた孔(図示せず
)を通してボルト(図示せず)で本体102に固定する
。このとき、本体102と端部材103の間に弁座ガイ
ド部材116の外フランド115を挟み込み、その所を
気密的にシールすると共に、その所に弁座ガイド部材1
16を固定する。同時に、合成樹脂製の0−リング・バ
ッキング118が所定量圧縮され、その弾性反発力で弁
座117が弁体110に付勢される。
弁座部の詳細を第4図を参照して説明する。弗素樹脂製
の弁座ガイド部材116の内周壁面は完全な円筒面に仕
上げる。
弗素樹脂製の環状の弁座1]7の内外端面は弁室106
の横孔に垂直、即ち端部材103のフランジ面に平行で
ある。内外周壁面共に円筒面である。内側の角の中央部
はその両側よりも突出しており、その環状面、即ち弁座
面119は弁体110の接触外表面の接線に平行な、約
45度のテーパー面である。弁座面119の半径方向で
外側は階段状に一段奥まり、弁座面119が摩耗しても
弁体110の外表面との接触面積が広くならず、単位面
積当たりの圧接力の低下を防止している。
弁座面119の内側は弁座面よりも小さな拡がり角度の
テーパー面で弁座面に連続的に接続している。この弁体
案内面121は弁座が弁体側に変形変位しても、弁体1
10の貫通孔109の開口端部120が弁座の内聞面で
はなく、弁体案内面121に当接してから、これに連続
的に続く弁座面119に滑かに案内される様にしたもの
である。
弁座117の外側の角は弁座の半径方向の平面と、弁座
と同軸の円筒面とに切り落して、端部材103の7リン
グ面と弁座ガイド部材116の内聞面とで形成する角と
の間に断面四角形の環状空間を形成し、合成ゴム製のO
−リング・バッキング118を配置する。はし部材10
3を本体102に取り付けた時に、このO−リング・バ
ッキング118は断面四角形の環状空間に於て内外周お
よび両端から所定量圧縮された状態になる。この結果、
O−リング・バッキング118は弾性反発力で弁座11
7を弁体110に付勢することになり、かつ弁座117
及び弁座ガイド部材116との接触部位に於て気密的シ
ール作用を行う。弁座117の背面には流体圧力が作用
する。流体の圧力が低いときは弁座117は主としてO
−リング・バッキング11Bから付勢力を受けるが、高
圧になれば0−リング・バッキング118は二点鎖線で
示す様に端部材103のフランジ面から離れ、弁座11
7の背面の受圧面積が増加し、流体圧力に比例して益々
強く弁体に押し付けられ、弁体110との間のシール機
能を高める。
弁座122の外周壁面の外側の角122をテーパー面に
切り落す。これにより弁座117が変形変位したときに
、切り落さなかったならば応力が集中してこの角が弁座
ガイド部材116の内聞面に強く押しさけられたであろ
うことによる摩擦抵抗が軽減される。
第1図ないし第3図に戻って、電動アクチュエータを説
明する。円形の下箱130にシンクロナス電動機131
、減速機132を固定する。第2図の参照番号133は
電動機131と減速機132の取付ボルト(図示せず)
のねじ孔を示す。
シンクロナス電動機131はインダクション電動機に比
較して低速回転ではあるが大ぎな出力トルクが得られる
。このために減速機132は減速比が小さくて良いから
、小型で低コストになる。
しかも、一方向継手(ワン・ウェー・クラッチ)等を用
いずに、下記の様に減速機の出力軸をボール弁の弁軸に
直接連結しても、手動レバーで出力軸と共に弁軸を回転
せしめることができ、また何かの原因で弁体が回転不能
となり出力軸が拘束されても減速機のギアが破損するこ
とはない。電動アクチュエータ全体の構造簡略化、小形
化が得られる。
出力1IiIb134は下箱130の中央を貫通して下
方に突出する。合成ゴム製の0−リング・バッキング1
35で下箱130との間を気密的にシールする。出力軸
134の下端部は両側を平行に切り落した一文字キーで
、弁軸111の上端部の一文字溝に嵌合する。その嵌合
部の外周は軸受スリーブ112で囲まれている。また出
力軸134と弁軸111との間に厚さ数ミリメートルの
短冊状の手動操作レバー136を介在せしめる。レバー
136の内端部には長方形の孔が開けられ、この孔に出
力@134の一文字キーが挿入しておるから、外端部の
塩化ビニールで被覆したハンドル136を握ってレバー
136を回けば、出力1Tll1134と共に弁軸11
1が回転する。レバー136は狭い溝′の中を往復動じ
、ハンドル136だけがケーシングの外側に突出してい
るだけであるので、手や指が挟まれて怪我をする様な危
険はない。
電動アクチュエータ104の下箱130を座金1138
を介してボール弁101の取付台105にボルト139
で固定する。座金138の厚みはレバー136よりも少
し大ぎくし、下箱130の下端壁と取付台105の上端
壁とでレバー136の水平回転を案内する。また、一対
の座金139は、第2図にレバー137のもう−の停止
位置を二点鎖線で示す様に、レバー137のストッパー
の機能も果す。尚、レバー136は弁軸111と共に往
復回転するので、そのハンドル137の位置はボール弁
101の開閉弁位置を表示することになる。
出力軸134にカム140を取付け、その周囲に二段に
重ねて配置したリミット・スイッチ[Sl、LS2を駆
動する。各リミット・スイッチLS1.LS2はローラ
ーがカム140の円筒周壁上にある時にON、円筒周壁
に設けた溝に落ちた時にOFFとなる。
出力軸134の回りの空間にリレー141、コンデンサ
142等の電動機131の制御回路部品を取り付ける。
参照番号143はコネクタ、144は電力線や信号線の
引込みケーブルでおる。ケーブル144はブツシュ14
6でガスケット145を介して気密的に下箱130に取
り付ける。上記のアクチュエータ部品を覆って上箱14
7を下箱130に取り付け、ビス149で固定する。こ
のとき合成ゴム製のガスケット148を介在して上N1
47と下箱130との間を気密的にシールする。
第3図を参照して、電動機131の制御回路を説明する
。交流電源150に対して、制御スイッチC8とリレー
(第1図の141に対応する)の駆動コイルXを直列接
続する。制御スイッチC8は手動で、あるいはセンサー
からの司令信号で開閉され、ONの時に駆動コイルXが
励磁され、OFFの時に消磁される。
シンクロナス電動機131の2種類のコイル151.1
52の間に進相コンデンサC(第1図の142に対応す
る)を介し、コンデンサCを挟んでリミット・スイッチ
LS1.LS2を連結し、各リミット・スイッチLSI
、LS2に対してリレーの駆動コイルXで操作されるリ
レ一端子Xa。
xbを直列接続する。Xaはいわゆるa端子、Xbはb
端子でおり、制御スイッチC8をONにすると駆動コイ
ルXが励磁されて端子Xaが閉じ、交流電源150にリ
ミット・スイッチLS2が接続され、制御スイッチC8
をOFFにすると駆動コイルXが消磁されて端子xbが
閉じ、交流電源150にリミット・スイッチLS1が接
続される。
既に説明した様に、全開位置でリミット・スイッチLS
1がOFFであれば、全開位置だでリミット・スイッチ
LS2がOFFとなり、途中の位置では両方のリミット
・スイッチがONとなる。
そして、コンデンサCを挟んでリミット・スイッチLS
I側が電源150に接続された場合と、リミット・スイ
ッチLSI側が電源150に接続された場合とでは、電
動機131のコイル151と152にかかる位相状態が
逆になり、電動機131の左右の回転方向が決まる。
実施例2(第5図参照) 第4図の実施例を一部変更した例であるので、対応する
部分には同じ参照番号を付して説明を省略する・   
  1 弁座ガイド部材1fj6の内凹面を、真っ直ぐの円筒面
ではなく、弁座117とO−リング・バッキング118
との境で、Q−リング・バッキング側の円筒面を弁座側
よりも少し大ぎくし、大小の円筒面を小ざい角度のテー
パー面で連続的に接続する。この様にしても、弁座11
7の変形変位時に弁座の外周角に応力が集中することを
回避できる。
実施例3(第6図参照) これも第4図の実施例を一部変更した例であるので、対
応する部分には同じ参照番号を付して説明を省略する。
弁座117の外周外端の角を斜に切り落しく参0−リン
グ・バッキング118を配置したものである。O−リン
グ・バッキング118の弾性反発力は弁座117の軸方
向よりは、むしろ対角上に、ある弁座面119の方向に
作用し、弁座面119が弁体の外表面により良く当接し
、良好なシール作用が得られる。0−リング・バッキン
グ118は流体圧力を強く受けると二点鎖線で示す様に
変形し、弁座117の背面の受圧面積が拡がり、流体圧
力をより強く受ける様になる。
実施例4(第7図参照) これも第4図の実施例を一部変更した例であるので、対
応する部分には同じ参照番号を付して説明を省略する。
弁座117の外周全体を丸く樽形状に形成したく参照番
号701)ものである。この様にすると、弁座117の
変形変位時に弁座の外周の内端と外端の両方の角に対し
て応力集中を回避できる。
実施例5(第8図参照) これも第4図の実施例を一部変更した例であるので、対
応する部分には同じ参照番号を付して説接部位801を
、丸く環状に内側に突出せしめたものである。この様に
しても、弁座117の変形変位時に弁座の外周の内端と
外端の両方の角に対して応力集中を回避できる。
実施例6(第9図参照) これも第4図の実施例を一部変更した例であるので、対
応する部分には同じ参照番号を付して説明を省略する。
弁座117の外周の背面寄りの部位に、断面四角の環状
の溝を形成して、O−リング・バッキング118を嵌め
込む。そのとき溝の幅をO−リング・バッキング118
よりも小ざくしで、嵌合したときに弁座背面のリップ9
01が端部材(103)側に脹れ出す様にする。この様
にすると合成ゴム製の0−リング・バッキング118は
全周囲を弗素樹脂で囲まれるので、劣化しにくくなる。
実施例7(第10図参照) これも第4図の実施例を一部変更した例であるので、対
応する部分には同じ参照番号を付して説明を省略する。
易くする。弁座117が変形変異しない時は弁座は、そ
の全外周面が弁座ガイド部材の内凹面に接触しているの
で、所定の位置に確実に保持される。
また、弁座117と弁座ガイド部材117との接触部に
隙間が無いので、0−リング・バッキング118の損傷
が少ない。
実施例8(第11図参照) これも第4図の実施例を一部変更した例であるので、対
応する部分には同じ参照番号を付して説明を省略する。
弁座117の外周の外端の角を四角に切り落し、更に切
り落した部分から弁座の軸方向に、円筒状のリップBO
1を残して溝を切る。そして、弗素樹脂製の薄板リング
BO2を2枚、0−リング・バッキング118との間に
介在せしめる。この様にすると、弁座117が変形変位
する時に、リップBO1が二点鎖線で示す様に撓むので
、応力集中を避けることができる。0−リング・バッキ
ング118は薄板リングBO2によりリップの内側の溝
に嵌まり込むことはない。
実施例9(第12図参照) これも第4図の実施例を一部変更した例であるので、対
応する部分には同じ参照番号を付して説明を省略する。
弁座117は弗素樹脂製でO−リング状である。
但し、内部に合成ゴム製の0−リングCO1を包み込ん
でいる。この弁座117は弁体’110と、端部材10
3と、弁座ガイド部材106の間の環状空間に、圧縮し
た状態で配置して必る。従って、0−リングCO1の弾
性反発力で弁座117の表面は弁体110に付勢される
。しかも、弁座117はO−リング状であるから弁座の
変形変位に滑かに対応すると共に、0−リングCO1の
合成ゴムが流体に全く露出しないから、耐薬品性に優れ
ている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるボール弁を用いた電動弁の断面図
、第2図は電動アクチュエータの下箱の平面図、第3図
は電動機の制御回路図、第4図は第1図のボール弁の弁
座部の断面図、第5図ないし第12図はそれぞれ他の実
施例の、第4図同様の弁座部の断面図、第13図は従来
のボール弁の弁座と弁体部の断面図、第14図は従来の
ボール弁の操作トルク特性を示すグラフである。 101:ボール弁 102:ケーシング本体 103:端部材 104:@勤アクチュエータ 109:貫通孔 110:弁体 116:弗素樹脂製の弁座ガイド部材 117:弗素樹脂製の弁座 118:弾性部材〈O−リング・バッキング)001:
弾性部材

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、弾性部材で弁座を弁体方向に付勢した弁座構造のも
    のに於て、弁室の出入口通路と接続する端部に、出入口
    通路孔よりも大径の孔を開けた弗素樹脂製の弁座ガイド
    部材を配置し、この弁座ガイド部材の孔に弗素樹脂製の
    弁座の外周壁を摺接嵌合せしめたボール弁。
JP2553986A 1986-02-06 1986-02-06 ボ−ル弁 Granted JPS62184280A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006275124A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Shinwa Sangyo Co Ltd 都市ガス用ガスコック
CN102829207A (zh) * 2012-08-03 2012-12-19 浙江恒森实业集团有限公司 一种电动调节自动补偿旋塞阀
JP2018080724A (ja) * 2016-11-15 2018-05-24 日立オートモティブシステムズ株式会社 制御弁
JP2020143731A (ja) * 2019-03-06 2020-09-10 株式会社テイエルブイ ボールシート及びボール弁

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