JP2006097700A - ボールバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】インサートの外径を大きくすることなく、流路への突出部の少ないボールバルブを実現し、しかも、着脱治具の係合部も鋳造成形可能なインサートを有するボールバルブを提供する。
【解決手段】ボデー２内部に貫通孔１０を有する球状弁体１１を一対のボールシート８，９で支持して回転自在に内蔵したボールバルブ１である。少なくとも一側のボールシートを先端で保持する筒状のインサート１２には、前記弁体１１の貫通孔１０の口径と略同径である先端部１２ｄから開口端部１２ｅに向かって拡径する断面テーパ状の流路孔１３を形成している。この流路孔１３の先端近傍の内周面には、流路孔１３のテーパ面より求心方向に突出しない係合内周面１２ｈから構成される多角形状を呈した係合部１２ｆを有し、この係合部１２ｆにインサート着脱治具を係止させて、インサート１２の着脱を行い得るようにしたボールバルブである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、冷水、温水、蒸気、油、ガス等の配管途中に設置されるボールバルブに関し、特に、単一のボデー部品で形成するワンピース構造であって、且つ、フランジ接合タイプのボデーを有するボールバルブに関する。

従来より、この種のワンピース構造のボールバルブは、複数のボデー部分に分割されているツーピースやスリーピース構造のボールバルブに比較して、バルブ内部を流れる流体が外部に漏れるのを防止するためのガスケットシール部を設ける必要がない。従って、ワンピース構造のボールバルブは、圧力容器としてのバルブに好適であると共に、配管応力の影響を受けにくい構造である。通常、ボールバルブは、ボデー内部に貫通孔を有するボール（球状弁体）を一対のボールシートで支持して回転自在に内蔵したものであり、この場合、一方側のボールシートを各種のインサートでねじ込み固定し、球状弁体やボールシート等の部品をボデー内に組み込むようにしている。

前記インサートは治具を介してボデー内へ挿着されるため、インサート端面には治具を係止するための二面部を設け、この二面部にインサート着脱治具を係止して回転することにより、ボデー内へのインサートの装着を行っていたが、この二面部と係合させる治具は特殊な治具であって、治具の製造自体に手間やコストを要するものであることに加え、この二面部を有するインサートの装着に際しては、締付トルクが大きい場合、二面部のダレや治具の破損を引き起こすおそれもあった。そこで、このような問題から現在では、実用新案登録第２５９８６７４号公報（特許文献１参照）に示すように、インサートの開口端内面に断面六角形状の係合部を設け、六角ボルト・ナット等を利用した治具での着脱を可能にしたインサート構造が知られている。
実用新案登録第２５９８６７４号公報（図１）

しかしながら、特許文献１に示すように、インサートの開口端内面に断面六角形の係合部を設けた場合、係合部は加工により形成し易いものとなるが、配管内径に対して係合部の内形（六角対角寸法）が小さいと、係合部が流路に突出してしまう。一方、配管内径に対してこの係合部の内形を大きく形成すると、インサートの外周面に形成したネジ部に係合部が近接して肉厚が薄くなり、ネジ部の強度不足を招いてしまう。これを解消するために、インサート外径を大きくすることも考えられるが、インサートの開口端に隣接するボデーフランジの寸法、とりわけ、配管接続ボルト穴の位置・寸法が規定されていることから、ボデーのフランジと配管のフランジとの間をシールするガスケットは、外径はそのままで内径を大きくせざるを得ず、ガスケットの面積が減ってしまう。従って、別途、ボデーとインサートの間にＯリング等のシール部材を配置して、バルブと配管との接続部からの流体漏れを防ぐようにしなければならない。

バルブの呼び径（配管口径）より球状弁体の貫通孔径（ポート径）が小さい、レデュースドボア型のボールバルブに用いるインサートを鋳造により成形する場合には、係合部からボールシート保持部までの流路は、断面六角の係合部の内接円からボールシート内径に向かって傾斜するものとなり、内接円が小さいことに起因して流路径が細く、その傾斜角度が浅いものとなることから、インサートを主型のみを用いて（中子を用いず）鋳造する際、流路から鋳造主型が抜けにくくなり、鋳造の砂欠けが生じたり、細い鋳造主型が折れてしまったりするという問題を有していた。

本発明は、上記の課題点に鑑み、鋭意研究の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、インサートの外径を大きくすることなく、流路への突出部の少ないボールバルブを実現し、しかも、着脱治具の係合部も鋳造成形可能なインサートを有するボールバルブを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ボデー内部に貫通孔を有する球状弁体を一対のボールシートで支持して回転自在に内蔵したボールバルブであって、少なくとも一側のボールシートを先端で保持する筒状のインサートには、前記弁体の貫通孔の口径と略同径である先端部から開口端部に向かって拡径する断面テーパ状の流路孔を形成し、この流路孔の先端近傍の内周面には、流路孔のテーパ面より求心方向に突出しない係合内周面から構成される多角形状を呈した係合部を有し、この係合部にインサート着脱治具を係止させて、インサートの着脱を行い得るようにしたボールバルブである。

請求項２に係る発明は、前記インサートの係合部は、開口端側から見て六角形状を呈するボールバルブである。

請求項３に係る発明は、前記インサートの先端部の内周面と前記係合部の内面との段差をテーパ面部としたボールバルブである。

請求項４に係る発明は、流出側に位置するボールシートの弾性変形量が、流入側に位置するボールシートの弾性変形量よりも小さく設定して、全閉状態で負荷が長期間かかったとき、流出側のボールシートのクリープ変形を減少させるようにしたボールバルブである。

請求項５に係る発明は、前記ボデーは単一の胴部から成るワンピース構造であって、このボデーの流入側、或は流出側の何れか一方の開口部寄りに偏心して、ステムとその下端に回転自在に設けた球状弁体とを具備したボールバルブである。

請求項６に係る発明は、ボデー内部に貫通孔を有する球状弁体をボールシートで支持して回転自在に内蔵したボールバルブであって、前記ボデーは単一の胴部から成るワンピース構造であり、少なくとも接液部であるボデーとこのボデー内に挿着されるインサートに浸漬塗装を行い、余滴を遠心振り切り除去した後に焼き付けによる表面処理を施して、耐食性能を確保したボールバルブである。

請求項１又は２に係る発明によると、係合部を構成する係合内周面を、流路孔のテーパ面より求心方向に突出しない面としたことで、インサートの外径を大きくすることなく、流路への突出部の少ないボールバルブを得ることができる。インサートの開口端部を係合部形状による制約なく形成することができるので、レデュースドボア型のボールバルブに用いるインサートを主型のみを用いて（中子を用いず）鋳造成形する際、流路孔のテーパ面の角度を鋳抜き勾配として適切な角度に深く設定でき、流路から容易に鋳造主型を抜くことができる。これにより、係合部を別途加工することなく、鋳肌面により形成することができ、インサートの成形が容易なボールバルブを得ることができる。

請求項３に係る発明によると、テーパ面部がインサートを鋳造で製造する際の鋳抜き勾配として機能することに加え、圧力損失の抑制、内径加工時のバリの発生を抑制することができ、さらには、インサート着脱治具の過挿入を防止することが可能となった。

請求項４に係る発明によると、弁操作トルクの上昇を抑制することができ、優れた操作性を実現することが可能となった。

請求項５に係る発明によると、ステム、球状弁体、ボールシート等の内部構成部品を、ボデーの流入側、或は流出側の何れか一方の開口部寄りに偏心して設けたことで、優れた加工性並びに組立容易性を実現することが可能となった。また、アクチュエータを搭載する場合にあっては、この偏心構造によって、アクチュエータとの好適な配置バランスを実現し、配管スペースを広く確保する必要もない。

請求項６に係る発明によると、錆の発生し易い接液部であるボデーやインサート等に優れた耐食性能を確保することが可能となり、従来より問題であった錆の発生による不具合を生じることなく、長期に亘って、安全なバルブの使用を行うことが可能となった。しかも、塗装の残存余滴の固化によって、バルブ構成部品同志の密着性が低下してしまうのを防ぐことができる。

以下に、本発明におけるボールバルブの一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明であるボールバルブの一例（本例では５０Ａ）を示した正面図であり、図２は、図１に示すボールバルブを流入側から見たときの側面図であり、図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。図中１は、本発明のボールバルブであり、図中２は、例えば、鋳造により成形したワンピース構造の鋳鉄製ボデーであって、このボデー２の両側には、配管との接続を行い得るフランジ部３，３を具備し、また、ボデー２の長さ方向の中心から偏心した位置、本例では流入側開口部寄りのボデー２上面にステム挿入孔４ａを備えたロングネック４を設け、このロングネック４にステム５を回転自在に挿着している。図３に示すように、ステム５の外周面にはグリーススペース６を設けており、これにグリースを封入することで、長期に亘って、その効果を持続し得る構造としている。図中７は、ステム５とステム挿入孔４ａとの間をシールするＯリングである。

前記ボデー２の一方側、本例では流出側の流路内周面には突条部２ａを一体に設けており、この突条部２ａの段部面に形成したボデー２の座面部２ｇに、後述する一方（本例では流出側）のボールシート９を装着し、且つ、円筒状の貫通孔１０の流出側にＶ字形の流出孔１０ａを有する球状弁体１１を、このボールシート９に接触する位置まで挿入すると共に、前記ステム５の下端部５ａを球状弁体１１の嵌合溝１１ａに嵌め入れて、ステム５と球状弁体１１とを接合している。なお、本例では流入側開口部寄りにステム５、球状弁体１１等の内部構成部品を配置した構造としているが、実施に応じて、流出側開口部寄りにこれら内部構成部品を配置した構造とすることも可能である。また、本発明におけるボールバルブはレデュースドボア型であり、球状弁体の貫通孔１０の内径（ポート径）は、バルブの呼び径（配管口径）よりも小さく形成している。

図中１２は、先端に環状座面部１２ａを設けた筒状のインサートであり、本例では鋳造により成形した鋳鉄製インサート１２を採用している。このインサート１２の座面部１２ａに後述する他方（本例では流入側）のボールシート８を装着し、インサート１２の外周面に形成した雄ねじ部１２ｂをボデー２の流入側の開口内周面に形成した雌ねじ部２ｂにねじ込んで、インサート１２をボデー２内に挿着している。また、同外周面には位置決め段部１２ｃが形成されており、当該インサート１２の挿入時には、この位置決め段部１２ｃがボデー２の同開口内周面に形成した段部面２ｃに当接されるので、適正な挿着位置を容易に確保することができ、流入側，流出側の両ボールシート８，９によって、球状弁体１１の適正な支受けが行われている。

ここで、本例で採用するボールシートについて説明すると、図３に示すように、流入側と流出側のボールシート８，９は互いに異なる形状を呈している。ボールシート８，９のうち、インサート１２の先端の座面部１２ａで支持される、本例では流入側のボールシート８の内径側に設けたリップ部８ａにより、万が一、ボデー２、ボールシート８，９、球状弁体１１、或はインサート１２の加工寸法にばらつきが生じた場合でも、これを当該リップ部８ａで吸収して、操作トルクを安定させるよう機能する。一方、本例では流出側のボールシート９はリップ部を具備しておらず、流出側のボールシート９の弾性変形量が、流入側のボールシート８の弾性変形量よりも小さくなるよう設定されており、これにより、流出側のボールシート９では、全閉状態で負荷が長期間かかった場合に、ボールシートのクリープ変形を減少させるよう機能する。

図３に示すように、筒状のインサート１２内には、球状弁体１１の貫通孔１０の口径と略同径である先端部１２ｄから開口端部１２ｅに向かって拡径する断面テーパ状の流路孔１３を有し、この流路孔１３の先端近傍の内面には、多角形状を呈した係合部１２ｆを設けており、この係合部１２ｆにインサート着脱治具を係止させて、インサートの着脱を行い得るようにしている。この係合部１２ｆを構成する係合内周面１２ｈは、流路孔１３のテーパ面より求心方向に突出しない面であり、これにより、圧力損失が少なく、所定の流量特性の実現が図られる。

図４は、本発明におけるインサートの一例を示した斜視図であり、図５は、図４に示すインサートを開口端側から見たときの側面図であり、図６は、図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。図５に示すように、前記係合部１２ｆは開口端側から見て、本例では六角形状を呈しており、前述したように、係合部１２ｆが流路孔１３の内径より内側に突出しない構造を実現している。しかも、断面テーパ状の流路孔１３に対し、係合部１２ｆが先端部１２ｄを基点に水平に形成されているので、インサート着脱治具との掛かり部を多く確保することができ、インサート１２の着脱を容易に、しかも、確実に行うことができる上、特殊な工具を必要とせず、既存の六角ボルト・ナットから成る治具をインサート着脱治具として利用可能な構造となっている。

また、係合部１２ｆをインサートの先端側（ボールシート装着側）に形成したので、開口端部を係合部形状による制約なく形成することができる。従って、開口端部の内径をインサートの外径を変えることなく大きく確保することができ、これにより、流路孔のテーパ面の角度を鋳抜き勾配として適切な角度に深く設定でき、レデュースドボア型のボールバルブに用いるインサートを主型のみを用いて（中子を用いず）鋳造成形する際、流路孔を形成する鋳造主型が太く、且つ、流路から容易に抜くことができる。これにより、係合部を別途加工することなく、鋳肌面により形成することができ、インサートの成形が容易となる。本実施例においては、開口端部の内径を配管内径と略同径としている。

また、前記インサート１２の先端部１２ｄの内周面と六角形状を呈した係合部１２ｆの内面との段差をテーパ面部１２ｇとしており、これにより、圧力損失の抑制を図り、また、当該インサート１２を鋳造で製造する際の鋳抜き勾配として機能すると共に、内径加工時のバリの発生を抑制することができ、さらには、インサート着脱治具の過挿入を防止するよう機能する。

前記インサート１２のボデー２への装着に際しては、流路孔１３に設けた係合部１２ｆに、開口端側から挿入したインサート着脱治具を係止させ、該治具を所定量回転操作することで、インサート１２の円滑な装着を行い得る。インサート１２は、位置決め段部１２ｃがボデー２の開口内周面に形成した段部面２ｃに当接し、適正な装着にて固定される。ボデー２内に適正に装着されたインサート１２の開口端面１２ｉは、ボデー２の開口端面２ｈよりもやや球状弁体１１側に位置している。これにより、本発明のボールバルブ１と配管１５との間に装着されるガスケット１４は、ボデー２のフランジ部３（開口端部２ｈ）と配管１５のフランジ部に挟持されて、両フランジ間を液密にシールする配管接続構造となっている。従って、ボデー２とインサート１２との間に流体が浸入しても、両部品間にＯリング等のシール部材を介在する必要がなく、ボールバルブ１と配管１５との接続部からの流体漏れを防止することができる。

また、ガスケット１４は、インサート１２の開口端面１２ｉと配管１５のフランジ部には挟持されず、流体は両部品間に浸入可能としている。これにより、ボデー２とインサート１２との間の空間Ｘと、インサート１２と配管１５との間の空間Ｙとが連通して同圧となるので、この空間に流体が流れるのを抑制することができる。

また、一例として示す本発明のボールバルブは、ボデー２の両側にボルト挿通孔３ａ，３ａを有するフランジ部３，３を設けたフランジ接合型であり、胴部と配管接合用のフランジ部３とをリブ２ｄで接続している。また、本例におけるボデー２は、単一の胴部から成るワンピース構造であって、この胴部の肉厚は接続される配管の肉厚と同寸法以上に設定している。また、図１に示すように、胴部の最小外径部２ｅにリブ２ｄを放射方向に複数個、本例では十字方向に４個突設して胴部の剛性をより一層高めると共に、鋳造によるボデー２の成形の容易性にも配慮している。このリブ２ｄの外径は、胴部の最大外径部２ｆと略同寸法に設けている。

更に、ロングネック４とこれに近接する流入側フランジ部３とをリブ２ｉで接続しており、これにより、ロングネック４の鋳造性向上及び補強を図ると共に、鋳造仕上げ時には、このリブ２ｉの上面を研削仕上げするのみで、ロングネック４と流入側フランジ部３との間のバリ取りを行うことができるようにしている。

図７は、本発明であるボールバルブに表面処理を施す状態を示した説明図である。本発明のボールバルブにおいては、単一の胴部から成るワンピース構造であるボデー２と当該ボデー２内に挿着されるインサート部材１２の全面にわたって、ダクロタイズド表面処理を施している。ダクロタイズド表面処理とは、ダクロタイズド処理液（日本ダクロシャムロック製）により処理することをいい、具体例を示すと、金属亜鉛フレーク、無水クロム酸、グリコール等の分散水溶液から成る処理液中に、接液部材であるボデー２やインサート１２等を浸漬した後、余滴を遠心振り切り除去し、焼き付け炉中で約３００℃に加熱することにより、六価クロムがグリコール等の有機物によって還元されて、水不溶性アモルファスのｎＣｒ０３・ｍＣｒ２０３を生成し、これがバインダーとして働き、積層された亜鉛フレークを相互に結び付けて被膜を形成する。同時に処理液中の無水クロム酸が金属素地表面を酸化して化学的に結合し、強固な密着力を生じる。

ダクロタイズド処理被膜の防錆機構は、亜鉛粒子のコントロールされた自己犠牲保護作用と、クロム酸による素地面の不働体化及び亜鉛フレークと、クロム化合物の障壁作用によって構成され、優れた耐蝕性を実現することになる。従って、本例では先ず、前処理を行ったボデー２やインサート１２等を網状容器に入れて浸漬塗装を行い、図７に示すように、余滴を遠心振り切り除去した後に焼き付けを行うことで、錆の発生し易い接液部材への表面処理を施して、優れた耐食性能を確保している。

とりわけ、ボールシート８，９が装着されるインサート１２の座面部１２ａや、ボデー２の座面部２ｇにダクロタイズト処理液の余滴が残存して固化すると、これが凸部となってボールシートと各座面部との密着性（シール性）を損なうおそれがある。そこで、例えば、ボデー２であれば、図７に示すように、ボデー２の座面部２ｇが、回転半径に対して４５度傾斜するよう容器内に配置して、これを遠心回転することにより、座面部２ｇに残存していたダクロタイズト処理液の余滴が振り切られ、適正な膜厚の表面処理を行うことができ、ボールシートとの密着性を確保することができる。

なお、本発明のボールバルブ１は、ロングネック４をボデー２のフランジ３に装着される配管１５との接続用ボルト・ナットとの干渉を回避しつつ、可能な限り流入側開口部寄りに配置することにより、ボールシート９を装着する座面部２ｇを流入側開口部寄りに配置して、その加工を容易且つ正確に行うことができ、また、バルブ構成部品の組立が容易となるような偏心構造を採用している。一方、ギヤ機構を有するアクチュエータ（図示せず）には、アクチュエータの長さ方向の中心から出力軸が偏心した位置に配置されている偏心構造を有するものがある。従って、本発明のボールバルブ１と偏心構造のアクチュエータとを、その偏心方向が一致するよう取り付けることにより、バルブとアクチュエータとの好適な配置バランスが実現される。すなわち、バルブに対するアクチュエータの突出が最小限に抑えられ、アクチュエータを搭載した本発明のボールバルブ１の配管スペースを広く確保する必要がない。

本発明におけるボールバルブは、ファンコイルユニットを含む配管にも適用することができ、各ファンコイルユニットの熱交換器(コイル)へ、熱媒体である冷水又は温水をその供給量バランスを調整して供給する配管に設置して、その優れた機能を長期に亘って発揮することができる。さらに、アクチュエータでステムを回転させる構造に限らず、手動でステムを回転させる構造にも適用可能であり、前記空調用配管をはじめ、あらゆる分野の配管に適用し得るボールバルブとして提供することが可能である。

本発明であるボールバルブの一例（５０Ａ）を示した正面図である。 図１に示すボールバルブを一次側から見たときの側面図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明におけるインサートの一例を示した斜視図である。 図４に示すインサートを開口端側から見たときの側面図である。 図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。 ボデーに表面処理を施す状態を示した説明図である。

１ ボールバルブ
２ ボデー
５ ステム
８ ボールシート（流入側ボールシート）
９ ボールシート（流出側ボールシート）
１０ 貫通孔
１１ 球状弁体
１２ インサート
１２ｄ 先端部
１２ｅ 開口端部
１２ｆ 係合部
１２ｇ テーパ面部
１２ｈ 係合内周面
１３ 流路孔

Claims (6)

1. ボデー内部に貫通孔を有する球状弁体を一対のボールシートで支持して回転自在に内蔵したボールバルブであって、少なくとも一側のボールシートを先端で保持する筒状のインサートには、前記弁体の貫通孔の口径と略同径である先端部から開口端部に向かって拡径する断面テーパ状の流路孔を形成し、この流路孔の先端近傍の内周面には、流路孔のテーパ面より求心方向に突出しない係合内周面から構成される多角形状を呈した係合部を有し、この係合部にインサート着脱治具を係止させて、インサートの着脱を行い得るようにしたことを特徴とするボールバルブ。
2. 前記インサートの係合部は、開口端側から見て六角形状を呈する請求項１に記載のボールバルブ。
3. 前記インサートの先端部の内周面と前記係合部の内面との段差をテーパ面部とした請求項１又は２に記載のボールバルブ。
4. 請求項１乃至３に記載のボールバルブにおいて、流出側に位置するボールシートの弾性変形量が、流入側に位置するボールシートの弾性変形量よりも小さく設定して、全閉状態で負荷が長期間かかったとき、流出側のボールシートのクリープ変形を減少させるようにしたボールバルブ。
5. 前記ボデーは単一の胴部から成るワンピース構造であって、このボデーの流入側、或は流出側の何れか一方の開口部寄りに偏心して、ステムとその下端に回転自在に設けた球状弁体とを具備した請求項１乃至４の何れか１項に記載のボールバルブ。
6. ボデー内部に貫通孔を有する球状弁体をボールシートで支持して回転自在に内蔵したボールバルブであって、前記ボデーは単一の胴部から成るワンピース構造であり、少なくとも接液部であるボデーとこのボデー内に挿着されるインサートに浸漬塗装を行い、余滴を遠心振り切り除去した後に焼き付けによる表面処理を施して、耐食性能を確保した請求項１乃至５の何れか１項に記載のボールバルブ。
   

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