ボールバルブ
【課題】安定したシール性が得られ、シートリングの飛び出しや損傷を防止できるボールバルブを提供する。
【解決手段】流路１３を開閉する貫通孔１４ａが形成されたボール１４と、ボール１４における流体の流入側・流出側に設けられ、ボール１４の外周面に圧接するシートリング１７と、シートリング１７を環状のシートリング保持溝２０ａに嵌め込んでこれを保持するシートリテーナ２０とを有している。シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１とシートリング１７の底面１７−１とで、シートリテーナ２０とシートリング１７との間をシールするシール部Ｓ２と、このシール部Ｓ２の外径側に位置して外径になるほどボール１４側に傾斜しながら隙間が広くなる第１の空間３１とが形成されており、シール部Ｓ２を支点にして第１の空間３１が変形してシートリング１７の押圧変形が吸収される。
【解決手段】流路１３を開閉する貫通孔１４ａが形成されたボール１４と、ボール１４における流体の流入側・流出側に設けられ、ボール１４の外周面に圧接するシートリング１７と、シートリング１７を環状のシートリング保持溝２０ａに嵌め込んでこれを保持するシートリテーナ２０とを有している。シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１とシートリング１７の底面１７−１とで、シートリテーナ２０とシートリング１７との間をシールするシール部Ｓ２と、このシール部Ｓ２の外径側に位置して外径になるほどボール１４側に傾斜しながら隙間が広くなる第１の空間３１とが形成されており、シール部Ｓ２を支点にして第１の空間３１が変形してシートリング１７の押圧変形が吸収される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボールバルブに関し、特にボールとボディーとの間をシールするシートリングのシート構造に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
配管を流れる流体（液体、気体）を制御するためのバルブの一つとして、９０度開閉型のボールバルブがある。
【０００３】
ここで、従来のボールバルブとして、例えば特許文献１（特許第３０５３１７０号）や特許文献２（特許第２６８１１５５号）に記載されたものが知られている。
【０００４】
以下、特許文献１および特許文献２に記載されたボールバルブについて説明する。
【０００５】
特許文献１に記載のボールバルブは、フローティング型ボールバルブの一次側シート構造に関するもので、図１１に示すように、ゴム等の弾性を有するシートリング１０１と、樹脂等の非金属材料で作成されたアウターリング１０２と、環状溝１０５の形成されたボディー１０４とを有している。シートリング１０１の底面１０１ａとこれに接する環状溝１０５の底面１０５ａとは外径になるほどボール１０３側に傾くように形成されており、さらにシートリング１０１の底面１０１ａと環状溝１０５の底面１０５ａとの間には外径になるほど隙間が小さくなる空室１０６が設けられている。そして、上流側の流体圧でシートリング１０１の内周面と環状溝１０５の内側面との間が加圧されることによりシートリング１０１が外方に押されてシートリング１０１をボール１０３に圧接シールされるとともに、空室１０６を通って流れるアウターリング１０２側への裏漏れも防止され、かつ、シートリング１０１の底面１０１ａと環状溝１０５の底面１０５ａとの間の面圧も高くなってシートリング１０１がさらにボール１０３側に押され密封シールされる。
【０００６】
このボールバルブでは、シートリング１０１は組み立て時（無負荷時）にシートリング１０１の底面１０１ａとボディー１０４の環状溝１０５の底面１０５ａとが接触し、シートリング１０１に若干の潰しが発生することにより背面シール性が得られるようになっている。そして、さらに圧力が加わった場合には、シートリング１０１は外径方向に変形させられ、外径になるほどボール１０３に傾く傾斜面によりシートリング１０１が空室１０６を塞ぐように変形し、さらに背面圧が高まるとともにシートリング１０１がボール１０３の方向へ移動しようとして、ボール１０３とのシール面圧も高まる。このとき、アウターリング１０２もボール１０３の方向に移動しようとし、ボール１０３に接触する場合もあるが、アウターリング１０２が樹脂等でできているためボール１０３を損傷させることがない。また、二次側の圧力が上がり、ボール１０３が反対側から押された場合には、ボディー１０４の金属接触面１０４ａにボール１０３が当接し、シートリング１０１とアウターリング１０２が一定量以上押されて潰れないように保護される。
【０００７】
なお、特許文献２に記載のボールバルブもまた、ゴム等の弾性を有するシートリングと、樹脂等の非金属材料で作成されたアウターリングと、環状溝の形成されたボディーとを有している。そして、シートリングの底面と環状溝の底部とが内径になるほどボール側に傾くように形成されており、ボディー内が同圧でボールがステムの中心に位置するときに、シートリングの底面と環状溝の底部との間にシートリングがボールによって押圧されて変形するための環状の空室が設けられており、ボールと弁座部との間のボールの移動方向の隙間を、シートリングとの間、アウターリングとの間並びに弁座部との間の順序で大きくなるように構成している。
【０００８】
ここで、特許文献３（実公平３−２９６４６号公報）には、ボルトによりシートリテーナに固定された環状のリテーナリングが記載されている。そして、リテーナリングがシートリングを押圧することにより、シートリングとシートリテーナとの間をシールするとともに、シートリングがシートリテーナから脱落することを防止している。
【特許文献１】特許第３０５３１７０号公報
【特許文献２】特許第２６８１１５５号公報
【特許文献３】実公平３−２９６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２に記載の技術では、シートリングを、ゴム等の弾性を有する材料で構成することを前提にしており、腐食性流体や高温・低温流体でバルブを使用するために、シートリングを樹脂など（つまり、ゴムよりも弾性が低い材料）で構成すると、シートリングが外径側へ変形しにくくなり、圧力による面圧が得られにくくなることが考えられる。
【００１０】
また、環状溝の底面とシートリングの底面とによるシール位置はシートリングのほぼ最外径となる。そして、高圧条件下において、樹脂などのようにゴムよりも弾性の低い材料で構成したリートリングが環状溝の内周とシートリングの間の圧力により変形させられた場合、シール位置は限りなく最外径に近づくとともに隙間（空室１０６）には圧力が入る。すると、バルブを開けた際にキャビティと隙間とに圧力差が生まれ、シートリングをキャビティ側へ押し出す力が働き、シートリングが飛び出しやすくなる。また、樹脂などのようにゴムよりも弾性の低い材料を用いた場合には、隙間が埋まらないため、隙間に入った圧力でシートリングの底面と環状溝の底面とを引き離す力が働き、両者の接触面圧が低下してシール性が低下することになる。
【００１１】
さらに、アウターリングが固定されていないので、バルブ開閉操作の過程において上記圧力によってアウターリングが局所的に変形してキャビティ側へ飛び出す可能性がある。
【００１２】
そして、当該構造をトラニオン型のボールバルブに適用しようとすると、ボディーにアウターリング用の深い溝加工をしなければならいため、生産性がよくない。
【００１３】
ここで、特許文献１、２に記載の技術に特許文献３に記載の技術を適用してリテーナリングでシートリングを押圧するようにすればシートリングの飛び出しや変形といった損傷は防止できる可能性がある。
【００１４】
しかし、特許文献３によれば、リテーナリングはボルトによりシートリテーナに固定されているため、シートリングに対する押圧力が不安定にならないようにするためには、ボルトを環状に多数配置しなければならず、部品点数や組立工数が増加してしまう。
【００１５】
また、リテーナリングはシートリングの外径を押えているため、上記ボルトによる過度の押圧力が加えられると、シートリングの外径側底面の方が内径側底面よりも面圧が高くなってシール点が不安定となり、背面に圧力が入る可能性がある。
【００１６】
さらに、シートリングの反力や圧力によりシートリングが飛び出そうとする荷重をシートリテーナを貫通して配置されているボルトで受けなければならず、常にボルトを引っ張る荷重が加わるので、振動やリテーナリングの動きによってボルトが緩んだり、破損することのないよう、高強度のボルトを用いる必要がある。
【００１７】
そして、ボルトの先端がボールに近接している場合には、シートリングが摩耗すると、ボルトがボールと干渉してシール性能の悪化や作動不良の原因となるおそれもあるため、ボディーを大きくして、アウターリングとボールとの隙間を広く確保する必要がある。
【００１８】
そこで、本発明は、安定したシール性が得られるとともに、シートリングの飛び出しや損傷を防止できるボールバルブを提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、組立工数が増加することなく、取付強度およびシートリング保持機能としての信頼性に優れ、ボールとの干渉のおそれのないリテーナリングの取付構造を有するボールバルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のボールバルブは、ハウジング内に形成された流路上に回動自在に配置され、前記流路と連通する貫通孔が形成されて当該貫通孔により前記流路を開閉するボールと、前記ボールにおける流体の少なくとも流入側または流出側に設けられ、前記ボールの外周面に圧接するシートリングと、外径になるほど前記ボール側に傾斜する底面を備えた環状のシートリング保持溝が形成され、前記シートリングを前記シートリング保持溝に嵌め込んでこれを保持するシート保持手段とを有し、前記シートリング保持溝の底面と前記シートリングの底面とで、これらの底面同士が接して前記シート保持手段と前記シートリングとの間をシールするシール部と、当該シール部の外径側に位置して前記シートリング保持溝の底面の外周端と前記シートリングの底面の外周端とが非接触となった第１の空間とが形成され、前記シール部を支点にして前記第１の空間内に前記シートリングの押圧変形が吸収されることを特徴とする。
【００２１】
請求項２に記載の本発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記シートリングの外周面には、前記第１の空間とキャビティとを連通する連通溝が形成されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または２記載の発明の構成に加えて、前記シール部の内径側には、前記シートリング保持溝の底面と前記シートリングの底面とにより第２の空間が形成されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の本発明のボールバルブは、ハウジング内に形成された流路上に回動自在に配置され、前記流路と連通する貫通孔が形成されて当該貫通孔により前記流路を開閉するボールと、前記ボールにおける流体の少なくとも流入側または流出側に設けられ、前記ボールの外周面に圧接するシートリングと、環状のシートリング保持溝が形成され、前記シートリングを前記シートリング保持溝に嵌め込んでこれを保持するシート保持手段と、Ｃ字形または複数に分割形成されて隙間部を備え、前記シートリングが当接して当該シートリングの前記シートリング保持溝からの脱落を阻止するリテーナリングと、前記シート保持手段に形成され、前記リテーナリングの外径側が嵌め込まれて当該リテーナリングを保持するリテーナリング保持溝と、前記リテーナリングの前記隙間部に嵌め込まれるようにして前記シート保持手段に取り付けられ、前記リテーナリングの縮径および回転を阻止するスペーサとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば以下の効果を奏することができる。
【００２５】
すなわち、本発明によれば、シートリング保持溝の底面とシートリングの底面とが接してシート保持手段とシートリングとの間をシールするシール部と、このシール部の外径側に位置して外径になるほどボール側に傾斜しながら隙間が広くなる第１の空間とが形成されており、シール部を支点にして第１の空間内にシートリングの押圧変形が吸収されるので、シール部の位置が変わることなく安定したシール性が得られるとともに、シートリングの飛び出しや損傷を防止できるボールバルブを得ることが可能になる。
【００２６】
また、本発明によれば、リテーナリング保持溝にリテーナリングの外径側を嵌め込み、スペーサをリテーナリングの隙間部に嵌め込んでリテーナリングの縮径および回転を阻止しているので、部品点数が少なくなって組立工数が低減されるとともに、取付強度およびシートリング保持機能としての信頼性に優れ、ボールとの干渉のおそれのないリテーナリングの取付構造を有するボールバルブを得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
【００２８】
図１は本発明の一実施の形態におけるボールバルブを示す断面図、図２は図１のボールバルブの要部を示す断面図、図３は図１のボールバルブの要部を拡大して示す断面図、図４は図１のボールバルブに用いられたリテーナリングを示す説明図、図５は図４のリテーナリングとボルトとの関係を示す説明図、図６は図４のリテーナリングの取付構造を示す断面図、図７は変形例としてのリテーナリングを示す説明図、図８は本発明者が検討対象としたリテーナリングとボルトとの関係を示す説明図、図９は本発明者が検討対象としたリテーナリングの取付構造を示す断面図、図１０は本発明の他の実施の形態におけるボールバルブの要部を拡大して示す断面図である。
【００２９】
先ず、本発明の一実施の形態におけるボールバルブの構成について説明する。
【００３０】
図１に示す本実施の形態のボールバルブにおいて、ハウジング１２はボディー１２ａとボディーキャップ１２ｂとで構成されており、内部に円筒状の流路１３が形成された構造となっている。なお、ハウジングの構造は、流路方向（横方向）に分割されて、ボールが挿入されるサイドエントリ形や、縦方向に分割されてボールが挿入されるトップエントリ形などの構造が適宜選択される。
【００３１】
ハウジング１２の内部には、流路１３と連通する円筒状の貫通孔１４ａが形成されたボール１４が流路１３上に配置されている。このボール１４は流路１３と直交する方向に配置された一対のステム１５ａ，１５ｂに支持されており、ステム１５ａ，１５ｂを回動支点として貫通孔１４ａにより流路１３を開閉する方向に回動自在に装着されている。ここで、ボール１４は金属製または樹脂製であり、金属製の場合には、たとえばステンレス鋼、炭素鋼、ダクタイル鉄、鉄、青銅、黄銅、あるいはこれらの金属からなる芯体をステライトやメッキによって表面処理されたものが、樹脂製の場合には、たとえばフッ素樹脂やナイロン樹脂やプラスチック、あるは金属の芯体をそれらで被ったものなどが用いられる。
【００３２】
なお、ステム１５ａ，１５ｂの周辺には、ハウジング１２とボール１４とで囲まれた空間であるキャビティ１６が形成されている。
【００３３】
図２に示すように、流路１３とキャビティ１６との間をシール部Ｓ１でシールして、流体が流路１３からキャビティ１６へ漏出するのを防止するため、環状のシートリング１７が、ボール１４の外周面に圧接していて、これらはボール１４における流体の流入側と流出側（ボディー１２ａとボディーキャップ１２ｂ側）とに設けられている。したがって、ボール１４はこのシートリング１７と摺動しながら回動する。
【００３４】
なお、シートリング１７の材料には、ＰＣＴＦＦ、ＰＴＦＥ、変性ＰＴＦＥ（ＰＦＡ＋ＰＴＦＥ）、充填材入りＰＴＦＥ、ポリエーテル系、ナイロン系などの樹脂を適用することができる。つまり、シートリング１７は、フッ素、ナイロン、エーテルなどを含む樹脂材料により構成することができる。
【００３５】
ここで、ＰＣＴＦＦは、低温での寸法安定性が良く、機械的強度が高いことから、主に超低温での使用に適している。また、ＰＴＦＥは、汎用性があり摩耗に強く、またシートの磨耗などによって発生する、着色した異物を嫌う超純水、薬品、ケミカルの使用に適している。変性ＰＴＦＥ（ＰＦＡ＋ＰＴＦＥ）は、ＰＴＦＥと同じ用途で、より耐クリープ性や高温（最高２３０℃程度）での使用が求められる場合に適しており、低温についても−１００℃程度までは使用できる。充填材入りＰＴＦＥは、流体との耐食性などによって充填材にはグラスファイバやカーボンファイバなどが使い分けられ、強度および耐磨耗性に優れており、−１００〜２３０℃程度の使用に適している。ポリエーテル系樹脂は、高圧・高温（最高２７０℃程度）での使用に適しており、強度・高温特性に優れている。そして、ナイロン系樹脂は、主に高圧での使用に適している。
【００３６】
但し、シートリング１７の材料はこれらの限定されるものではなく、これら以外の様々な材料（ゴム製品単体を除く様々な樹脂や金属など）を用いることができる。
【００３７】
シートリング１７は環状のシートリテーナ（シート保持手段）２０に保持されている。すなわち、シートリテーナ２０には環状のシートリング保持溝２０ａが流路１３の軸方向に開口して形成されており、シートリング１７はこのシートリング保持溝２０ａに嵌め込まれてシートリテーナ２０に保持されている。
【００３８】
さらに、シートリテーナ２０には環状のリテーナリング保持溝２０ｄがシートリング保持溝２０ａの外径側直交方向に形成され、リテーナリング１９が嵌め込まれている。すなわち、リテーナリング保持溝２０ｄにはリテーナリング１９の外径側が嵌め込まれ、シートリング１７はリテーナリング１９の内径側に当接している。これにより、シートリング１７のシートリング保持溝２０ａからの脱落が阻止されている。なお、リテーナリング１９の詳細については後述する。
【００３９】
シートリテーナ２０は流路１３の軸方向に変位可能に設けられており、シートリテーナ２０のボール１４と反対側には、複数のスプリング保持穴２０ｂが形成されている。このスプリング保持穴２０ｂには、ハウジング１２に圧接してシートリテーナ２０をボール１４の方向に変位させるための付勢力を与えるスプリング２１が装着されている。これにより、特に低圧時において、スプリング２１により積極的にシートリテーナ２０がボール１４側へ移動され、シートリング１７がボール１４へ圧接される。なお、スプリング２１はコイルばねを用いているが、板ばねや皿ばね等を用いてもよい。
【００４０】
また、シートリテーナ２０の外周には、環状のシール保持溝２０ｃが形成されている。そして、シール保持溝２０ｃには、ハウジング１２とシートリテーナ２０との間をシールするＯリング１８が嵌め込まれている。これにより、流体圧がシートリテーナ２０とハウジング１２との間からキャビティ１６へ漏れるのが防止されるとともに、シートリテーナ２０に対してボール１４側へ変位する力が付与される。
【００４１】
そして、本願の第１の発明に係る実施の形態では、図３に詳しく示すように、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１およびシートリング１７の底面１７−１は外径になるほどボール１４側に傾斜しており、シートリング１７の底面１７−１の方が大きくボール１４側に傾斜している。具体的には、本実施の形態において、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１の傾斜角θ１が５０°、シートリング１７の底面１７−１の傾斜角θ２が４５°となっている。但し、傾斜角θ１，θ２は自由に設定することができ、本実施の形態に示す角度に限定されるものではない。
【００４２】
そして、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１とシートリング１７の底面１７−１とで、これらの底面２０ａ−１，１７−１が相互に接してシートリテーナ２０とシートリング１７との間をシールするシール部Ｓ２が形成されている。
【００４３】
また、このようなシートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１とシートリング１７の底面１７−１との構造により、シール部Ｓ２の外径側には、外径になるほどボール１４側に傾斜しながら隙間が広くなる第１の空間３１が形成され、内径側には、シートリング保持溝２０ａの径方向断面の鋭角部分とシートリング１７の径方向断面の鋭角部分とで囲まれた第２の空間３２が形成されている。
【００４４】
シートリング１７の外周面には、第１の空間３１とキャビティ１６とを連通する連通溝１７ａが所定間隔をあけて複数形成されており、第１の空間３１はキャビティ１６と同圧になっている。但し、連通溝１７ａは複数ではなく、１つだけでもよい。
【００４５】
なお、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１およびシートリング１７の底面１７−１は外径になるほどボール１４側に傾斜しており、シートリング１７の底面１７−１の傾斜角の方が大きくなっていることから、第１の空間３１は、径方向断面がシール部Ｓ２を頂点とした略三角形の形状となっている。
【００４６】
また、シートリング保持溝２０ａの鋭角部分の形状とシートリング１７の鋭角部分の形状とを同じにして、第２の空間３２をなくすようにしてもよい。但し、本実施の形態のように第２の空間３２を形成すれば、当該空間がない場合に比べて環状のシール部Ｓ２の幅が狭くなる。これにより、シートリング１７がボール１４に押されて変形してシール部Ｓ２の位置が奥へ移動した場合でも、シール部Ｓ２の面積が増加する余地が少なくなり、つまりシール部Ｓ２の断面が幅広の平面となりにくくなり、シール面圧の低下が防止されるので望ましい。
【００４７】
ここで、本願の第２の発明に係る実施の形態では、シートリテーナ２０に形成された環状のリテーナリング保持溝２０ｄに嵌め込まれたリテーナリング１９は、図４に示すように、Ｃ字形に形成されて隙間部１９ａを備えている。このリテーナリング１９は金属製であり、嵌め込み時に縮径しても復元可能な可撓性を有している。そして、リテーナリング保持溝２０ｄに嵌め込まれた状態では、この隙間部１９ａに嵌め込まれるようにしてボルト（スペーサ）２５がシートリテーナ２０に取り付けられている。すなわち、リテーナリング保持溝２０ｄにはボルト取付穴（図示せず）が形成されており、組み付け時には、隙間部１９ａの間隔を狭めるようにリテーナリング１９を縮径させてリテーナリング保持溝２０ｄに嵌め込む。そして、隙間部１９ａがボルト取付穴の位置になるようにして、当該ボルト取付穴を露出させる。その後、ボルト２５をボルト取付穴に取り付けると、隙間部１９ａが塞がれてリテーナリング１９の縮径および回転が阻止されて脱落することがなく（図５参照）、これにより、リテーナリング１９がリテーナリング保持溝２０ｄに固定される。
【００４８】
なお、本実施の形態では、スペーサとしてボルト２５が用いられているが、リテーナリング１９の隙間部１９ａを塞ぐことができればよく、例えばワンタッチで嵌め込むことが可能なピンなどを用いることもできる。
【００４９】
次に、本発明の一実施の形態におけるボールバルブの作用を説明する。
【００５０】
上記構造を有するボールバルブにおいて、ステム１５ａ，１５ｂによりボール１４を回動して貫通孔１４ａを流路１３と非連通として、流路１３を閉塞する。
【００５１】
このとき、本願の第１の発明に係る実施の形態において、ボールバルブに流入側の流体圧がかかっていない状態、あるいは流入側の圧力がキャビティ１６内の圧力と同圧となっている状態では、図２に示すように、スプリング２１の弾発力で発生した荷重によってシートリテーナ２０がボール１４に向けて軸方向に押圧され、これによりシートリング１７のシール部Ｓ１がボール１４に圧接される。また、流入側の流体圧がかかっている状態では、シートリテーナ２０はさらに流体圧による荷重をＯリング１８のシール外径とシール部Ｓ１とのシール径との間に受け、シートリング１７のシール部Ｓ１がより強くボール１４に圧接される。
【００５２】
このとき、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１とシートリング１７の底面１７−１とで形成されるシール部Ｓ２により、シートリテーナ２０とシートリング１７との間がシールされる。
【００５３】
ここで、流体圧によりシートリング１７をキャビティ１６側に押し出す力はシール部Ｓ２のシール径とシール部Ｓ１のシール径の差に依存し、シール径の差が小さくなればなるほど、押し出す力は小さくなる。そして、本実施の形態では、シール部Ｓ２の外径側には、外径になるほどボール１４側に傾斜しながら隙間が広くなる第１の空間３１が形成されているので、必然的にシール部Ｓ２はシートリング１７の内径に近い側となり、シートリング１７とボール１４とのシール部Ｓ１とのシール径の差が小さくなる。これにより、シートリング１７をキャビティ１６側に押し出す力が抑制されるので、シートリング１７の飛び出しやこれに伴う損傷が未然に防止される。
【００５４】
また、このようにシール部Ｓ２の外径側には、図３に示すように、外径になるほどボール１４側に傾斜しながら隙間が広くなり、内径になるほど隙間が狭くなる第１の空間３１が形成されてシートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１の外周端とシートリング１７の底面１７−１の外周端とが非接触となり、さらに、シートリング１７はシール部Ｓ１からの反力Ｆを受け、この反力Ｆはボール１４のシール部Ｓ１を通る接線の垂直方向に働く。
【００５５】
そこで、反力Ｆはシール部Ｓ２方向である軸方向分力Ｆα、およびシートリング１７の外周とシートリテーナ２０との接触部方向である径方向分力Ｆβとに分けて考える。シートリング１７に加わった軸方向分力Ｆαについては、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１の傾斜によるくさび作用によりシートリング１７は軸方向への移動が規制されるとともにシール部Ｓ２のシール面圧が上がる。
【００５６】
径方向分力Ｆβについては、シートリング１７を外周方向に変形させるように作用するが、シール部Ｓ１から軸方向に遠い底面１７−１の近傍はシール部Ｓ２の押圧によって外周方向への変形が規制され、シール部Ｓ２の面圧が上がる。
【００５７】
さらに、高圧になるほどシートリング１７とボール１４とが接触する加重（つまり、シール部Ｓ１の面圧）が増加し、シートリング１７はより外周方向に変形しようとする。しかし、外周方向の変形は前述のシール部Ｓ２での規制に加え、シートリテーナ２０により阻止されるため、シートリング１７はシール部Ｓ２を支点として第１の空間３１を埋めるようにシートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１側に倒れる。
【００５８】
ここで、第１の空間３１はシートリング１７の変形量以上に確保されているので、シートリング１７の押圧変形は第１の空間３１内に吸収されるとともに、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１とシートリング１７の底面１７−１との間に常に一定にクリアランスが保たれることになる。
【００５９】
したがって、シール部Ｓ２の幅が拡大して面圧を低下させたり、シール部Ｓ２が外周方向に移動することによりシール部Ｓ１とのシール径の差が拡大するようなことがなく、常に一定のシール部Ｓ２が保たれ、圧力や温度に関わらず確実に面圧が加わることになり、安定したシール性が得られる。
【００６０】
なお、このようにシートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１が傾斜していなければ、つまり傾斜角θ１が９０°であれば、上述したくさび作用は働かないので、シートリング１７の底面１７−１近傍の径方向への移動が規制されなくなり、シール部Ｓ２のシール面圧は上がらない。つまり、安定したシール性が得られない。
【００６１】
なお、第２の空間３２はシートリング保持溝２０ａの内径に接し、シール部Ｓ２は移動しないので、この第２の空間３２が大きくなることはない。よって、シートリング１７を押し出す力は軸方向に働き、飛び出しやすいボール１４との接線垂直方向への力は防がれている。
【００６２】
ここで、前述のように、シートリング１７の外周面には連通溝１７ａが形成されて第１の空間３１はキャビティ１６と同圧になっているので、第１の空間３１に圧力が入ることによるシートリング１７をシートリング保持溝２０ａから押し出す力は発生しない。
【００６３】
さて、ボールバルブを閉から開にする過程で、シートリング１７とボール１４の間に発生する負圧や第２の空間３２に溜まった圧力により、瞬間的にシートリング１７をキャビティ１６へ押し出す力が働く。このとき、本実施の形態では、シートリング１７が環状のリテーナリング１９に当接することによって飛び出しが防止されている。
【００６４】
そして、本願の第２の発明に係る実施の形態において、このリテーナリング１９は、ボルト２５により隙間部１９ａが塞がれてリテーナリング１９の縮径および回転が阻止された状態でリテーナリング保持溝２０ｄに嵌め込まれているので、図６に示すように、ボール１４との間には十分なクリアランスＬが確保される。これに対して、図８および図９に示すように、リテーナリング１９の上からボルト２５で固定した場合には、ボルト２５の先端が突出するために、ボール１４との間には必要なクリアランスＬが確保されにくくなる。したがって、本願では、ボルト２５とボール１４との干渉、およびこれに伴うシール性能の悪化や作動不良のおそれはない。よって、必要なクリアランスを得るためにリテーナリングおよびシートリテーナの寸法を外径側に大きくしなくてもよい。
【００６５】
また、リテーナリングの上からボルト固定した場合には、ボルトを環状に多数配置することにより、シートリング１７が飛び出そうとする力に対して、それを保持する強度が必要となるが、本実施の形態では、リテーナリング１９をリテーナリング保持溝２０ｄに嵌め込んでおり、さらに、上述のようにシール部Ｓ１からの反力によってシール部Ｓ２に積極的に面圧が加わるので、シートリング１７に対する初期の押圧力が必要なく、ボルトを多数配置する必要もないため、部品点数が少なくなって組立工数が増加することがない。
【００６６】
さらに、リテーナリングの上からボルト固定した場合には、ボルトには所定の強度が必要になるのみならず、振動やリテーナリングの動きによってボルトが緩むおそれがあるが、本実施の形態では、ボルト２５をリテーナリング１９の隙間部１９ａに嵌め込んでいるので、ボルト２５は両側からのせん断荷重しか受けないため、ボルト２５の引っ張り強度不足や緩みがなくなる。そして、せん断荷重はリテーナリング１９が回転しようとする力のみであるので、ボルト２５をせん断するまでの大きな応力は加わることがないので、取付強度が向上するとともに、ボール１４とシートリテーナ２０とをシールするシートリング１９の保持機能としてのリテーナリング１９の信頼性が向上する。
【００６７】
なお、図７に示すように、リテーナリング１９を複数に分割（ここでは３分割）して形成し、隙間部１９ａにボルト２５を取り付けるようにしてもよい。このような構造にすれば、同一の円弧状部品を複数用いればよいことから、材料費が安くなり、しかも可撓性が低くてもよいことから、剛性の高いリングが容易に組み立て・分解できるようになる。
【００６８】
なお、前述のように、ボルト２５以外であっても、リテーナリング１９の隙間部１９ａを塞ぐことができる部材であればよい。しかしながら、ボルト２５を用いれば、再利用が可能であり、しかも取り付けや取り外しが容易でメンテナンス性に優れる。
【００６９】
以上の説明において、第１の空間３１は、外径になるほどボール１４側に傾斜しながら隙間が広くなっているが（図３参照）、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１の外周端とシートリング１７の底面１７−１の外周端とが非接触となっていれば足り、外径になるほど隙間が広くなっていなくてもよい。つまり、図１０に示すように、シートリング１７の底面１７−１が凹状に湾曲した断面形状であっても、あるいは段差形状であっても、その他種々の形状であっても、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１の外周端とシートリング１７の底面１７−１の外周端とが非接触であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本実施の形態では、本発明をトラニオン型のボールバルブに適用した場合が示されているが、フローティング型など、種々の構造のボールバルブに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施の形態におけるボールバルブを示す断面図である。
【図２】図１のボールバルブの要部を示す断面図である。
【図３】図１のボールバルブの要部を拡大して示す断面図である。
【図４】図１のボールバルブに用いられたリテーナリングを示す説明図である。
【図５】図４のリテーナリングとボルトとの関係を示す説明図である。
【図６】図４のリテーナリングの取付構造を示す断面図である。
【図７】変形例としてのリテーナリングを示す説明図である。
【図８】本発明者が検討対象としたリテーナリングとボルトとの関係を示す説明図である。
【図９】本発明者が検討対象としたリテーナリングの取付構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態におけるボールバルブの要部を拡大して示す断面図である。
【図１１】特許文献１に記載のボールバルブを示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１２ ハウジング
１２ａ ボディー
１２ｂ ボディーキャップ
１３ 流路
１４ ボール
１４ａ 貫通孔
１５ａ，１５ｂ ステム
１６ キャビティ
１７ シートリング
１７−１ 底面
１７ａ 連通溝
１８ リング
１９ リテーナリング
１９ａ 隙間部
２０ シートリテーナ（シート保持手段）
２０ａ シートリング保持溝
２０ａ−１ 底面
２０ｂ スプリング保持穴
２０ｃ シール保持溝
２０ｄ リテーナリング保持溝
２１ スプリング
２５ ボルト（スペーサ）
３１ 第１の空間
３２ 第２の空間
Ｓ１ シール部
Ｓ２ シール部
【技術分野】
【０００１】
本発明はボールバルブに関し、特にボールとボディーとの間をシールするシートリングのシート構造に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
配管を流れる流体（液体、気体）を制御するためのバルブの一つとして、９０度開閉型のボールバルブがある。
【０００３】
ここで、従来のボールバルブとして、例えば特許文献１（特許第３０５３１７０号）や特許文献２（特許第２６８１１５５号）に記載されたものが知られている。
【０００４】
以下、特許文献１および特許文献２に記載されたボールバルブについて説明する。
【０００５】
特許文献１に記載のボールバルブは、フローティング型ボールバルブの一次側シート構造に関するもので、図１１に示すように、ゴム等の弾性を有するシートリング１０１と、樹脂等の非金属材料で作成されたアウターリング１０２と、環状溝１０５の形成されたボディー１０４とを有している。シートリング１０１の底面１０１ａとこれに接する環状溝１０５の底面１０５ａとは外径になるほどボール１０３側に傾くように形成されており、さらにシートリング１０１の底面１０１ａと環状溝１０５の底面１０５ａとの間には外径になるほど隙間が小さくなる空室１０６が設けられている。そして、上流側の流体圧でシートリング１０１の内周面と環状溝１０５の内側面との間が加圧されることによりシートリング１０１が外方に押されてシートリング１０１をボール１０３に圧接シールされるとともに、空室１０６を通って流れるアウターリング１０２側への裏漏れも防止され、かつ、シートリング１０１の底面１０１ａと環状溝１０５の底面１０５ａとの間の面圧も高くなってシートリング１０１がさらにボール１０３側に押され密封シールされる。
【０００６】
このボールバルブでは、シートリング１０１は組み立て時（無負荷時）にシートリング１０１の底面１０１ａとボディー１０４の環状溝１０５の底面１０５ａとが接触し、シートリング１０１に若干の潰しが発生することにより背面シール性が得られるようになっている。そして、さらに圧力が加わった場合には、シートリング１０１は外径方向に変形させられ、外径になるほどボール１０３に傾く傾斜面によりシートリング１０１が空室１０６を塞ぐように変形し、さらに背面圧が高まるとともにシートリング１０１がボール１０３の方向へ移動しようとして、ボール１０３とのシール面圧も高まる。このとき、アウターリング１０２もボール１０３の方向に移動しようとし、ボール１０３に接触する場合もあるが、アウターリング１０２が樹脂等でできているためボール１０３を損傷させることがない。また、二次側の圧力が上がり、ボール１０３が反対側から押された場合には、ボディー１０４の金属接触面１０４ａにボール１０３が当接し、シートリング１０１とアウターリング１０２が一定量以上押されて潰れないように保護される。
【０００７】
なお、特許文献２に記載のボールバルブもまた、ゴム等の弾性を有するシートリングと、樹脂等の非金属材料で作成されたアウターリングと、環状溝の形成されたボディーとを有している。そして、シートリングの底面と環状溝の底部とが内径になるほどボール側に傾くように形成されており、ボディー内が同圧でボールがステムの中心に位置するときに、シートリングの底面と環状溝の底部との間にシートリングがボールによって押圧されて変形するための環状の空室が設けられており、ボールと弁座部との間のボールの移動方向の隙間を、シートリングとの間、アウターリングとの間並びに弁座部との間の順序で大きくなるように構成している。
【０００８】
ここで、特許文献３（実公平３−２９６４６号公報）には、ボルトによりシートリテーナに固定された環状のリテーナリングが記載されている。そして、リテーナリングがシートリングを押圧することにより、シートリングとシートリテーナとの間をシールするとともに、シートリングがシートリテーナから脱落することを防止している。
【特許文献１】特許第３０５３１７０号公報
【特許文献２】特許第２６８１１５５号公報
【特許文献３】実公平３−２９６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２に記載の技術では、シートリングを、ゴム等の弾性を有する材料で構成することを前提にしており、腐食性流体や高温・低温流体でバルブを使用するために、シートリングを樹脂など（つまり、ゴムよりも弾性が低い材料）で構成すると、シートリングが外径側へ変形しにくくなり、圧力による面圧が得られにくくなることが考えられる。
【００１０】
また、環状溝の底面とシートリングの底面とによるシール位置はシートリングのほぼ最外径となる。そして、高圧条件下において、樹脂などのようにゴムよりも弾性の低い材料で構成したリートリングが環状溝の内周とシートリングの間の圧力により変形させられた場合、シール位置は限りなく最外径に近づくとともに隙間（空室１０６）には圧力が入る。すると、バルブを開けた際にキャビティと隙間とに圧力差が生まれ、シートリングをキャビティ側へ押し出す力が働き、シートリングが飛び出しやすくなる。また、樹脂などのようにゴムよりも弾性の低い材料を用いた場合には、隙間が埋まらないため、隙間に入った圧力でシートリングの底面と環状溝の底面とを引き離す力が働き、両者の接触面圧が低下してシール性が低下することになる。
【００１１】
さらに、アウターリングが固定されていないので、バルブ開閉操作の過程において上記圧力によってアウターリングが局所的に変形してキャビティ側へ飛び出す可能性がある。
【００１２】
そして、当該構造をトラニオン型のボールバルブに適用しようとすると、ボディーにアウターリング用の深い溝加工をしなければならいため、生産性がよくない。
【００１３】
ここで、特許文献１、２に記載の技術に特許文献３に記載の技術を適用してリテーナリングでシートリングを押圧するようにすればシートリングの飛び出しや変形といった損傷は防止できる可能性がある。
【００１４】
しかし、特許文献３によれば、リテーナリングはボルトによりシートリテーナに固定されているため、シートリングに対する押圧力が不安定にならないようにするためには、ボルトを環状に多数配置しなければならず、部品点数や組立工数が増加してしまう。
【００１５】
また、リテーナリングはシートリングの外径を押えているため、上記ボルトによる過度の押圧力が加えられると、シートリングの外径側底面の方が内径側底面よりも面圧が高くなってシール点が不安定となり、背面に圧力が入る可能性がある。
【００１６】
さらに、シートリングの反力や圧力によりシートリングが飛び出そうとする荷重をシートリテーナを貫通して配置されているボルトで受けなければならず、常にボルトを引っ張る荷重が加わるので、振動やリテーナリングの動きによってボルトが緩んだり、破損することのないよう、高強度のボルトを用いる必要がある。
【００１７】
そして、ボルトの先端がボールに近接している場合には、シートリングが摩耗すると、ボルトがボールと干渉してシール性能の悪化や作動不良の原因となるおそれもあるため、ボディーを大きくして、アウターリングとボールとの隙間を広く確保する必要がある。
【００１８】
そこで、本発明は、安定したシール性が得られるとともに、シートリングの飛び出しや損傷を防止できるボールバルブを提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、組立工数が増加することなく、取付強度およびシートリング保持機能としての信頼性に優れ、ボールとの干渉のおそれのないリテーナリングの取付構造を有するボールバルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のボールバルブは、ハウジング内に形成された流路上に回動自在に配置され、前記流路と連通する貫通孔が形成されて当該貫通孔により前記流路を開閉するボールと、前記ボールにおける流体の少なくとも流入側または流出側に設けられ、前記ボールの外周面に圧接するシートリングと、外径になるほど前記ボール側に傾斜する底面を備えた環状のシートリング保持溝が形成され、前記シートリングを前記シートリング保持溝に嵌め込んでこれを保持するシート保持手段とを有し、前記シートリング保持溝の底面と前記シートリングの底面とで、これらの底面同士が接して前記シート保持手段と前記シートリングとの間をシールするシール部と、当該シール部の外径側に位置して前記シートリング保持溝の底面の外周端と前記シートリングの底面の外周端とが非接触となった第１の空間とが形成され、前記シール部を支点にして前記第１の空間内に前記シートリングの押圧変形が吸収されることを特徴とする。
【００２１】
請求項２に記載の本発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記シートリングの外周面には、前記第１の空間とキャビティとを連通する連通溝が形成されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または２記載の発明の構成に加えて、前記シール部の内径側には、前記シートリング保持溝の底面と前記シートリングの底面とにより第２の空間が形成されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の本発明のボールバルブは、ハウジング内に形成された流路上に回動自在に配置され、前記流路と連通する貫通孔が形成されて当該貫通孔により前記流路を開閉するボールと、前記ボールにおける流体の少なくとも流入側または流出側に設けられ、前記ボールの外周面に圧接するシートリングと、環状のシートリング保持溝が形成され、前記シートリングを前記シートリング保持溝に嵌め込んでこれを保持するシート保持手段と、Ｃ字形または複数に分割形成されて隙間部を備え、前記シートリングが当接して当該シートリングの前記シートリング保持溝からの脱落を阻止するリテーナリングと、前記シート保持手段に形成され、前記リテーナリングの外径側が嵌め込まれて当該リテーナリングを保持するリテーナリング保持溝と、前記リテーナリングの前記隙間部に嵌め込まれるようにして前記シート保持手段に取り付けられ、前記リテーナリングの縮径および回転を阻止するスペーサとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば以下の効果を奏することができる。
【００２５】
すなわち、本発明によれば、シートリング保持溝の底面とシートリングの底面とが接してシート保持手段とシートリングとの間をシールするシール部と、このシール部の外径側に位置して外径になるほどボール側に傾斜しながら隙間が広くなる第１の空間とが形成されており、シール部を支点にして第１の空間内にシートリングの押圧変形が吸収されるので、シール部の位置が変わることなく安定したシール性が得られるとともに、シートリングの飛び出しや損傷を防止できるボールバルブを得ることが可能になる。
【００２６】
また、本発明によれば、リテーナリング保持溝にリテーナリングの外径側を嵌め込み、スペーサをリテーナリングの隙間部に嵌め込んでリテーナリングの縮径および回転を阻止しているので、部品点数が少なくなって組立工数が低減されるとともに、取付強度およびシートリング保持機能としての信頼性に優れ、ボールとの干渉のおそれのないリテーナリングの取付構造を有するボールバルブを得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
【００２８】
図１は本発明の一実施の形態におけるボールバルブを示す断面図、図２は図１のボールバルブの要部を示す断面図、図３は図１のボールバルブの要部を拡大して示す断面図、図４は図１のボールバルブに用いられたリテーナリングを示す説明図、図５は図４のリテーナリングとボルトとの関係を示す説明図、図６は図４のリテーナリングの取付構造を示す断面図、図７は変形例としてのリテーナリングを示す説明図、図８は本発明者が検討対象としたリテーナリングとボルトとの関係を示す説明図、図９は本発明者が検討対象としたリテーナリングの取付構造を示す断面図、図１０は本発明の他の実施の形態におけるボールバルブの要部を拡大して示す断面図である。
【００２９】
先ず、本発明の一実施の形態におけるボールバルブの構成について説明する。
【００３０】
図１に示す本実施の形態のボールバルブにおいて、ハウジング１２はボディー１２ａとボディーキャップ１２ｂとで構成されており、内部に円筒状の流路１３が形成された構造となっている。なお、ハウジングの構造は、流路方向（横方向）に分割されて、ボールが挿入されるサイドエントリ形や、縦方向に分割されてボールが挿入されるトップエントリ形などの構造が適宜選択される。
【００３１】
ハウジング１２の内部には、流路１３と連通する円筒状の貫通孔１４ａが形成されたボール１４が流路１３上に配置されている。このボール１４は流路１３と直交する方向に配置された一対のステム１５ａ，１５ｂに支持されており、ステム１５ａ，１５ｂを回動支点として貫通孔１４ａにより流路１３を開閉する方向に回動自在に装着されている。ここで、ボール１４は金属製または樹脂製であり、金属製の場合には、たとえばステンレス鋼、炭素鋼、ダクタイル鉄、鉄、青銅、黄銅、あるいはこれらの金属からなる芯体をステライトやメッキによって表面処理されたものが、樹脂製の場合には、たとえばフッ素樹脂やナイロン樹脂やプラスチック、あるは金属の芯体をそれらで被ったものなどが用いられる。
【００３２】
なお、ステム１５ａ，１５ｂの周辺には、ハウジング１２とボール１４とで囲まれた空間であるキャビティ１６が形成されている。
【００３３】
図２に示すように、流路１３とキャビティ１６との間をシール部Ｓ１でシールして、流体が流路１３からキャビティ１６へ漏出するのを防止するため、環状のシートリング１７が、ボール１４の外周面に圧接していて、これらはボール１４における流体の流入側と流出側（ボディー１２ａとボディーキャップ１２ｂ側）とに設けられている。したがって、ボール１４はこのシートリング１７と摺動しながら回動する。
【００３４】
なお、シートリング１７の材料には、ＰＣＴＦＦ、ＰＴＦＥ、変性ＰＴＦＥ（ＰＦＡ＋ＰＴＦＥ）、充填材入りＰＴＦＥ、ポリエーテル系、ナイロン系などの樹脂を適用することができる。つまり、シートリング１７は、フッ素、ナイロン、エーテルなどを含む樹脂材料により構成することができる。
【００３５】
ここで、ＰＣＴＦＦは、低温での寸法安定性が良く、機械的強度が高いことから、主に超低温での使用に適している。また、ＰＴＦＥは、汎用性があり摩耗に強く、またシートの磨耗などによって発生する、着色した異物を嫌う超純水、薬品、ケミカルの使用に適している。変性ＰＴＦＥ（ＰＦＡ＋ＰＴＦＥ）は、ＰＴＦＥと同じ用途で、より耐クリープ性や高温（最高２３０℃程度）での使用が求められる場合に適しており、低温についても−１００℃程度までは使用できる。充填材入りＰＴＦＥは、流体との耐食性などによって充填材にはグラスファイバやカーボンファイバなどが使い分けられ、強度および耐磨耗性に優れており、−１００〜２３０℃程度の使用に適している。ポリエーテル系樹脂は、高圧・高温（最高２７０℃程度）での使用に適しており、強度・高温特性に優れている。そして、ナイロン系樹脂は、主に高圧での使用に適している。
【００３６】
但し、シートリング１７の材料はこれらの限定されるものではなく、これら以外の様々な材料（ゴム製品単体を除く様々な樹脂や金属など）を用いることができる。
【００３７】
シートリング１７は環状のシートリテーナ（シート保持手段）２０に保持されている。すなわち、シートリテーナ２０には環状のシートリング保持溝２０ａが流路１３の軸方向に開口して形成されており、シートリング１７はこのシートリング保持溝２０ａに嵌め込まれてシートリテーナ２０に保持されている。
【００３８】
さらに、シートリテーナ２０には環状のリテーナリング保持溝２０ｄがシートリング保持溝２０ａの外径側直交方向に形成され、リテーナリング１９が嵌め込まれている。すなわち、リテーナリング保持溝２０ｄにはリテーナリング１９の外径側が嵌め込まれ、シートリング１７はリテーナリング１９の内径側に当接している。これにより、シートリング１７のシートリング保持溝２０ａからの脱落が阻止されている。なお、リテーナリング１９の詳細については後述する。
【００３９】
シートリテーナ２０は流路１３の軸方向に変位可能に設けられており、シートリテーナ２０のボール１４と反対側には、複数のスプリング保持穴２０ｂが形成されている。このスプリング保持穴２０ｂには、ハウジング１２に圧接してシートリテーナ２０をボール１４の方向に変位させるための付勢力を与えるスプリング２１が装着されている。これにより、特に低圧時において、スプリング２１により積極的にシートリテーナ２０がボール１４側へ移動され、シートリング１７がボール１４へ圧接される。なお、スプリング２１はコイルばねを用いているが、板ばねや皿ばね等を用いてもよい。
【００４０】
また、シートリテーナ２０の外周には、環状のシール保持溝２０ｃが形成されている。そして、シール保持溝２０ｃには、ハウジング１２とシートリテーナ２０との間をシールするＯリング１８が嵌め込まれている。これにより、流体圧がシートリテーナ２０とハウジング１２との間からキャビティ１６へ漏れるのが防止されるとともに、シートリテーナ２０に対してボール１４側へ変位する力が付与される。
【００４１】
そして、本願の第１の発明に係る実施の形態では、図３に詳しく示すように、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１およびシートリング１７の底面１７−１は外径になるほどボール１４側に傾斜しており、シートリング１７の底面１７−１の方が大きくボール１４側に傾斜している。具体的には、本実施の形態において、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１の傾斜角θ１が５０°、シートリング１７の底面１７−１の傾斜角θ２が４５°となっている。但し、傾斜角θ１，θ２は自由に設定することができ、本実施の形態に示す角度に限定されるものではない。
【００４２】
そして、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１とシートリング１７の底面１７−１とで、これらの底面２０ａ−１，１７−１が相互に接してシートリテーナ２０とシートリング１７との間をシールするシール部Ｓ２が形成されている。
【００４３】
また、このようなシートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１とシートリング１７の底面１７−１との構造により、シール部Ｓ２の外径側には、外径になるほどボール１４側に傾斜しながら隙間が広くなる第１の空間３１が形成され、内径側には、シートリング保持溝２０ａの径方向断面の鋭角部分とシートリング１７の径方向断面の鋭角部分とで囲まれた第２の空間３２が形成されている。
【００４４】
シートリング１７の外周面には、第１の空間３１とキャビティ１６とを連通する連通溝１７ａが所定間隔をあけて複数形成されており、第１の空間３１はキャビティ１６と同圧になっている。但し、連通溝１７ａは複数ではなく、１つだけでもよい。
【００４５】
なお、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１およびシートリング１７の底面１７−１は外径になるほどボール１４側に傾斜しており、シートリング１７の底面１７−１の傾斜角の方が大きくなっていることから、第１の空間３１は、径方向断面がシール部Ｓ２を頂点とした略三角形の形状となっている。
【００４６】
また、シートリング保持溝２０ａの鋭角部分の形状とシートリング１７の鋭角部分の形状とを同じにして、第２の空間３２をなくすようにしてもよい。但し、本実施の形態のように第２の空間３２を形成すれば、当該空間がない場合に比べて環状のシール部Ｓ２の幅が狭くなる。これにより、シートリング１７がボール１４に押されて変形してシール部Ｓ２の位置が奥へ移動した場合でも、シール部Ｓ２の面積が増加する余地が少なくなり、つまりシール部Ｓ２の断面が幅広の平面となりにくくなり、シール面圧の低下が防止されるので望ましい。
【００４７】
ここで、本願の第２の発明に係る実施の形態では、シートリテーナ２０に形成された環状のリテーナリング保持溝２０ｄに嵌め込まれたリテーナリング１９は、図４に示すように、Ｃ字形に形成されて隙間部１９ａを備えている。このリテーナリング１９は金属製であり、嵌め込み時に縮径しても復元可能な可撓性を有している。そして、リテーナリング保持溝２０ｄに嵌め込まれた状態では、この隙間部１９ａに嵌め込まれるようにしてボルト（スペーサ）２５がシートリテーナ２０に取り付けられている。すなわち、リテーナリング保持溝２０ｄにはボルト取付穴（図示せず）が形成されており、組み付け時には、隙間部１９ａの間隔を狭めるようにリテーナリング１９を縮径させてリテーナリング保持溝２０ｄに嵌め込む。そして、隙間部１９ａがボルト取付穴の位置になるようにして、当該ボルト取付穴を露出させる。その後、ボルト２５をボルト取付穴に取り付けると、隙間部１９ａが塞がれてリテーナリング１９の縮径および回転が阻止されて脱落することがなく（図５参照）、これにより、リテーナリング１９がリテーナリング保持溝２０ｄに固定される。
【００４８】
なお、本実施の形態では、スペーサとしてボルト２５が用いられているが、リテーナリング１９の隙間部１９ａを塞ぐことができればよく、例えばワンタッチで嵌め込むことが可能なピンなどを用いることもできる。
【００４９】
次に、本発明の一実施の形態におけるボールバルブの作用を説明する。
【００５０】
上記構造を有するボールバルブにおいて、ステム１５ａ，１５ｂによりボール１４を回動して貫通孔１４ａを流路１３と非連通として、流路１３を閉塞する。
【００５１】
このとき、本願の第１の発明に係る実施の形態において、ボールバルブに流入側の流体圧がかかっていない状態、あるいは流入側の圧力がキャビティ１６内の圧力と同圧となっている状態では、図２に示すように、スプリング２１の弾発力で発生した荷重によってシートリテーナ２０がボール１４に向けて軸方向に押圧され、これによりシートリング１７のシール部Ｓ１がボール１４に圧接される。また、流入側の流体圧がかかっている状態では、シートリテーナ２０はさらに流体圧による荷重をＯリング１８のシール外径とシール部Ｓ１とのシール径との間に受け、シートリング１７のシール部Ｓ１がより強くボール１４に圧接される。
【００５２】
このとき、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１とシートリング１７の底面１７−１とで形成されるシール部Ｓ２により、シートリテーナ２０とシートリング１７との間がシールされる。
【００５３】
ここで、流体圧によりシートリング１７をキャビティ１６側に押し出す力はシール部Ｓ２のシール径とシール部Ｓ１のシール径の差に依存し、シール径の差が小さくなればなるほど、押し出す力は小さくなる。そして、本実施の形態では、シール部Ｓ２の外径側には、外径になるほどボール１４側に傾斜しながら隙間が広くなる第１の空間３１が形成されているので、必然的にシール部Ｓ２はシートリング１７の内径に近い側となり、シートリング１７とボール１４とのシール部Ｓ１とのシール径の差が小さくなる。これにより、シートリング１７をキャビティ１６側に押し出す力が抑制されるので、シートリング１７の飛び出しやこれに伴う損傷が未然に防止される。
【００５４】
また、このようにシール部Ｓ２の外径側には、図３に示すように、外径になるほどボール１４側に傾斜しながら隙間が広くなり、内径になるほど隙間が狭くなる第１の空間３１が形成されてシートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１の外周端とシートリング１７の底面１７−１の外周端とが非接触となり、さらに、シートリング１７はシール部Ｓ１からの反力Ｆを受け、この反力Ｆはボール１４のシール部Ｓ１を通る接線の垂直方向に働く。
【００５５】
そこで、反力Ｆはシール部Ｓ２方向である軸方向分力Ｆα、およびシートリング１７の外周とシートリテーナ２０との接触部方向である径方向分力Ｆβとに分けて考える。シートリング１７に加わった軸方向分力Ｆαについては、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１の傾斜によるくさび作用によりシートリング１７は軸方向への移動が規制されるとともにシール部Ｓ２のシール面圧が上がる。
【００５６】
径方向分力Ｆβについては、シートリング１７を外周方向に変形させるように作用するが、シール部Ｓ１から軸方向に遠い底面１７−１の近傍はシール部Ｓ２の押圧によって外周方向への変形が規制され、シール部Ｓ２の面圧が上がる。
【００５７】
さらに、高圧になるほどシートリング１７とボール１４とが接触する加重（つまり、シール部Ｓ１の面圧）が増加し、シートリング１７はより外周方向に変形しようとする。しかし、外周方向の変形は前述のシール部Ｓ２での規制に加え、シートリテーナ２０により阻止されるため、シートリング１７はシール部Ｓ２を支点として第１の空間３１を埋めるようにシートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１側に倒れる。
【００５８】
ここで、第１の空間３１はシートリング１７の変形量以上に確保されているので、シートリング１７の押圧変形は第１の空間３１内に吸収されるとともに、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１とシートリング１７の底面１７−１との間に常に一定にクリアランスが保たれることになる。
【００５９】
したがって、シール部Ｓ２の幅が拡大して面圧を低下させたり、シール部Ｓ２が外周方向に移動することによりシール部Ｓ１とのシール径の差が拡大するようなことがなく、常に一定のシール部Ｓ２が保たれ、圧力や温度に関わらず確実に面圧が加わることになり、安定したシール性が得られる。
【００６０】
なお、このようにシートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１が傾斜していなければ、つまり傾斜角θ１が９０°であれば、上述したくさび作用は働かないので、シートリング１７の底面１７−１近傍の径方向への移動が規制されなくなり、シール部Ｓ２のシール面圧は上がらない。つまり、安定したシール性が得られない。
【００６１】
なお、第２の空間３２はシートリング保持溝２０ａの内径に接し、シール部Ｓ２は移動しないので、この第２の空間３２が大きくなることはない。よって、シートリング１７を押し出す力は軸方向に働き、飛び出しやすいボール１４との接線垂直方向への力は防がれている。
【００６２】
ここで、前述のように、シートリング１７の外周面には連通溝１７ａが形成されて第１の空間３１はキャビティ１６と同圧になっているので、第１の空間３１に圧力が入ることによるシートリング１７をシートリング保持溝２０ａから押し出す力は発生しない。
【００６３】
さて、ボールバルブを閉から開にする過程で、シートリング１７とボール１４の間に発生する負圧や第２の空間３２に溜まった圧力により、瞬間的にシートリング１７をキャビティ１６へ押し出す力が働く。このとき、本実施の形態では、シートリング１７が環状のリテーナリング１９に当接することによって飛び出しが防止されている。
【００６４】
そして、本願の第２の発明に係る実施の形態において、このリテーナリング１９は、ボルト２５により隙間部１９ａが塞がれてリテーナリング１９の縮径および回転が阻止された状態でリテーナリング保持溝２０ｄに嵌め込まれているので、図６に示すように、ボール１４との間には十分なクリアランスＬが確保される。これに対して、図８および図９に示すように、リテーナリング１９の上からボルト２５で固定した場合には、ボルト２５の先端が突出するために、ボール１４との間には必要なクリアランスＬが確保されにくくなる。したがって、本願では、ボルト２５とボール１４との干渉、およびこれに伴うシール性能の悪化や作動不良のおそれはない。よって、必要なクリアランスを得るためにリテーナリングおよびシートリテーナの寸法を外径側に大きくしなくてもよい。
【００６５】
また、リテーナリングの上からボルト固定した場合には、ボルトを環状に多数配置することにより、シートリング１７が飛び出そうとする力に対して、それを保持する強度が必要となるが、本実施の形態では、リテーナリング１９をリテーナリング保持溝２０ｄに嵌め込んでおり、さらに、上述のようにシール部Ｓ１からの反力によってシール部Ｓ２に積極的に面圧が加わるので、シートリング１７に対する初期の押圧力が必要なく、ボルトを多数配置する必要もないため、部品点数が少なくなって組立工数が増加することがない。
【００６６】
さらに、リテーナリングの上からボルト固定した場合には、ボルトには所定の強度が必要になるのみならず、振動やリテーナリングの動きによってボルトが緩むおそれがあるが、本実施の形態では、ボルト２５をリテーナリング１９の隙間部１９ａに嵌め込んでいるので、ボルト２５は両側からのせん断荷重しか受けないため、ボルト２５の引っ張り強度不足や緩みがなくなる。そして、せん断荷重はリテーナリング１９が回転しようとする力のみであるので、ボルト２５をせん断するまでの大きな応力は加わることがないので、取付強度が向上するとともに、ボール１４とシートリテーナ２０とをシールするシートリング１９の保持機能としてのリテーナリング１９の信頼性が向上する。
【００６７】
なお、図７に示すように、リテーナリング１９を複数に分割（ここでは３分割）して形成し、隙間部１９ａにボルト２５を取り付けるようにしてもよい。このような構造にすれば、同一の円弧状部品を複数用いればよいことから、材料費が安くなり、しかも可撓性が低くてもよいことから、剛性の高いリングが容易に組み立て・分解できるようになる。
【００６８】
なお、前述のように、ボルト２５以外であっても、リテーナリング１９の隙間部１９ａを塞ぐことができる部材であればよい。しかしながら、ボルト２５を用いれば、再利用が可能であり、しかも取り付けや取り外しが容易でメンテナンス性に優れる。
【００６９】
以上の説明において、第１の空間３１は、外径になるほどボール１４側に傾斜しながら隙間が広くなっているが（図３参照）、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１の外周端とシートリング１７の底面１７−１の外周端とが非接触となっていれば足り、外径になるほど隙間が広くなっていなくてもよい。つまり、図１０に示すように、シートリング１７の底面１７−１が凹状に湾曲した断面形状であっても、あるいは段差形状であっても、その他種々の形状であっても、シートリング保持溝２０ａの底面２０ａ−１の外周端とシートリング１７の底面１７−１の外周端とが非接触であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本実施の形態では、本発明をトラニオン型のボールバルブに適用した場合が示されているが、フローティング型など、種々の構造のボールバルブに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施の形態におけるボールバルブを示す断面図である。
【図２】図１のボールバルブの要部を示す断面図である。
【図３】図１のボールバルブの要部を拡大して示す断面図である。
【図４】図１のボールバルブに用いられたリテーナリングを示す説明図である。
【図５】図４のリテーナリングとボルトとの関係を示す説明図である。
【図６】図４のリテーナリングの取付構造を示す断面図である。
【図７】変形例としてのリテーナリングを示す説明図である。
【図８】本発明者が検討対象としたリテーナリングとボルトとの関係を示す説明図である。
【図９】本発明者が検討対象としたリテーナリングの取付構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態におけるボールバルブの要部を拡大して示す断面図である。
【図１１】特許文献１に記載のボールバルブを示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１２ ハウジング
１２ａ ボディー
１２ｂ ボディーキャップ
１３ 流路
１４ ボール
１４ａ 貫通孔
１５ａ，１５ｂ ステム
１６ キャビティ
１７ シートリング
１７−１ 底面
１７ａ 連通溝
１８ リング
１９ リテーナリング
１９ａ 隙間部
２０ シートリテーナ（シート保持手段）
２０ａ シートリング保持溝
２０ａ−１ 底面
２０ｂ スプリング保持穴
２０ｃ シール保持溝
２０ｄ リテーナリング保持溝
２１ スプリング
２５ ボルト（スペーサ）
３１ 第１の空間
３２ 第２の空間
Ｓ１ シール部
Ｓ２ シール部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に形成された流路上に回動自在に配置され、前記流路と連通する貫通孔が形成されて当該貫通孔により前記流路を開閉するボールと、
前記ボールにおける流体の少なくとも流入側または流出側に設けられ、前記ボールの外周面に圧接するシートリングと、
外径になるほど前記ボール側に傾斜する底面を備えた環状のシートリング保持溝が形成され、前記シートリングを前記シートリング保持溝に嵌め込んでこれを保持するシート保持手段とを有し、
前記シートリング保持溝の底面と前記シートリングの底面とで、これらの底面同士が接して前記シート保持手段と前記シートリングとの間をシールするシール部と、当該シール部の外径側に位置して前記シートリング保持溝の底面の外周端と前記シートリングの底面の外周端とが非接触となった第１の空間とが形成され、
前記シール部を支点にして前記第１の空間内に前記シートリングの押圧変形が吸収される、
ことを特徴とするボールバルブ。
【請求項２】
前記シートリングの外周面には、前記第１の空間とキャビティとを連通する連通溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載のボールバルブ。
【請求項３】
前記シール部の内径側には、前記シートリング保持溝の底面と前記シートリングの底面とにより第２の空間が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のボールバルブ。
【請求項４】
ハウジング内に形成された流路上に回動自在に配置され、前記流路と連通する貫通孔が形成されて当該貫通孔により前記流路を開閉するボールと、
前記ボールにおける流体の少なくとも流入側または流出側に設けられ、前記ボールの外周面に圧接するシートリングと、
環状のシートリング保持溝が形成され、前記シートリングを前記シートリング保持溝に嵌め込んでこれを保持するシート保持手段と、
Ｃ字形または複数に分割形成されて隙間部を備え、前記シートリングが当接して当該シートリングの前記シートリング保持溝からの脱落を阻止するリテーナリングと、
前記シート保持手段に形成され、前記リテーナリングの外径側が嵌め込まれて当該リテーナリングを保持するリテーナリング保持溝と、
前記リテーナリングの前記隙間部に嵌め込まれるようにして前記シート保持手段に取り付けられ、前記リテーナリングの縮径および回転を阻止するスペーサと
を有することを特徴とするボールバルブ。
【請求項１】
ハウジング内に形成された流路上に回動自在に配置され、前記流路と連通する貫通孔が形成されて当該貫通孔により前記流路を開閉するボールと、
前記ボールにおける流体の少なくとも流入側または流出側に設けられ、前記ボールの外周面に圧接するシートリングと、
外径になるほど前記ボール側に傾斜する底面を備えた環状のシートリング保持溝が形成され、前記シートリングを前記シートリング保持溝に嵌め込んでこれを保持するシート保持手段とを有し、
前記シートリング保持溝の底面と前記シートリングの底面とで、これらの底面同士が接して前記シート保持手段と前記シートリングとの間をシールするシール部と、当該シール部の外径側に位置して前記シートリング保持溝の底面の外周端と前記シートリングの底面の外周端とが非接触となった第１の空間とが形成され、
前記シール部を支点にして前記第１の空間内に前記シートリングの押圧変形が吸収される、
ことを特徴とするボールバルブ。
【請求項２】
前記シートリングの外周面には、前記第１の空間とキャビティとを連通する連通溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載のボールバルブ。
【請求項３】
前記シール部の内径側には、前記シートリング保持溝の底面と前記シートリングの底面とにより第２の空間が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のボールバルブ。
【請求項４】
ハウジング内に形成された流路上に回動自在に配置され、前記流路と連通する貫通孔が形成されて当該貫通孔により前記流路を開閉するボールと、
前記ボールにおける流体の少なくとも流入側または流出側に設けられ、前記ボールの外周面に圧接するシートリングと、
環状のシートリング保持溝が形成され、前記シートリングを前記シートリング保持溝に嵌め込んでこれを保持するシート保持手段と、
Ｃ字形または複数に分割形成されて隙間部を備え、前記シートリングが当接して当該シートリングの前記シートリング保持溝からの脱落を阻止するリテーナリングと、
前記シート保持手段に形成され、前記リテーナリングの外径側が嵌め込まれて当該リテーナリングを保持するリテーナリング保持溝と、
前記リテーナリングの前記隙間部に嵌め込まれるようにして前記シート保持手段に取り付けられ、前記リテーナリングの縮径および回転を阻止するスペーサと
を有することを特徴とするボールバルブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２３２０１９（Ｐ２００７−２３２０１９Ａ）
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２６５５（Ｐ２００６−５２６５５）
【出願日】平成１８年２月２８日（２００６．２．２８）
【出願人】（３９０００２３８１）株式会社キッツ (223)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２８日（２００６．２．２８）
【出願人】（３９０００２３８１）株式会社キッツ (223)
【Ｆターム（参考）】
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