ボールバルブ
【課題】内部の損傷や変形を防ぎ、操作トルクを抑えて優れた操作性によりスムーズに回転操作でき、高いシール性と調芯機能を発揮できる耐久性に優れたボールバルブを提供すること。
【解決手段】バルブ本体２０のステム挿入位置に座面２２を形成し、かつ当該位置を内方に折曲してステム３０の鍔部３１側に向けて筒状のバーリング部２３を形成し、バーリング部２３とステム３０の間に装着した筒状パッキン部４２とこのパッキン部４２の上端に折曲させて座面２２に当接する鍔状パッキン部４１とでグランドパッキン４０を構成し、このグランドパッキン４０をグランド部材４５で押圧して鍔状パッキン部４１を座面２２に密接させると共に、筒状パッキン部４２の下端４３を鍔部３１に密接させ、バーリング部２３の下端２３ａと鍔部３１の上面３１ａの間にやや隙間Ｇを保持させるようにしたボールバルブである。
【解決手段】バルブ本体２０のステム挿入位置に座面２２を形成し、かつ当該位置を内方に折曲してステム３０の鍔部３１側に向けて筒状のバーリング部２３を形成し、バーリング部２３とステム３０の間に装着した筒状パッキン部４２とこのパッキン部４２の上端に折曲させて座面２２に当接する鍔状パッキン部４１とでグランドパッキン４０を構成し、このグランドパッキン４０をグランド部材４５で押圧して鍔状パッキン部４１を座面２２に密接させると共に、筒状パッキン部４２の下端４３を鍔部３１に密接させ、バーリング部２３の下端２３ａと鍔部３１の上面３１ａの間にやや隙間Ｇを保持させるようにしたボールバルブである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷温水、空気、ガス等の配管に装着して流体の流れを開閉又は制御するボールバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のボールバルブとして、各種産業機器・装置向けに、軽量・コンパクト・シール性に優れ、特に、低圧力損失、簡易的な流量制御性、高い操作性などの特性を備えたボールバルブがある（例えば、特許文献１参照。）。このボールバルブは、球形状のボールをステムによって回転するようになっており、このステムは、バーリング部分に設けたステム挿入穴に挿着するか、又は、バーリング部分のないステム挿入穴に挿着している。バーリング部分を設けたステム挿入穴にステムを挿着する場合には、ステムの鍔部をバーリング部先端に当接させるようにし、一方、バーリング部分のないステム挿入穴にステムを挿着する場合は、ステム挿入穴の周囲とステムの鍔部との間に軸受を装着する。このように鍔部とバーリング部先端を当接するか、又は、軸受を設けることにより、ステムを回転したときの回転トルク（スラスト荷重）を低減している。
【０００３】
また、図１３のボールバルブ１は、特許文献１と軸封構造の異なるボールバルブである。このボールバルブ１は、ステム２に設けた環状鍔部３を、バルブ本体４のステム挿入穴５の内壁に形成した座ぐり部６に装着している。更に、環状鍔部３と座ぐり部６の間には、弾性材料により形成した環状の軸受７を装着している。この軸受７は、環状鍔部３と座ぐり部６の直接の接触を防ぎ、ステム回転時におけるねじり応力等による摩擦抵抗を小さくしてスラスト荷重を低減している。
ゴム製のＯリング８は、ステム２の外周側の溝部２ａに装着され、このＯリング８の自己弾性力により、ステム２とバルブ本体４を軸封シールしている。
【０００４】
更に、この種のボールバルブの他例として、図１４に示すボールバルブ１１がある。このボールバルブは、バルブ本体１４のステム挿入穴１５よりも拡径したパッキン装着部１６を設け、このパッキン装着部１６に樹脂製などの自己弾性力を有する弾性材により断面略矩形状に形成したグランドパッキン１８を挿入し、このグランドパッキン１８の上からグランド１９により押圧するようにしている。グランドパッキン１８は、グランド１９の押圧によって反発力が高まり、この反発力によって面圧力の高まった状態でパッキン装着部１６やステム挿入穴１５を押圧し、これにより、ステム１２とバルブ本体１４を軸封している。
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ０１／５７４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のボールバルブは、バルブ組付け時にナットの締付けによる上向きの引張応力がステムに加わった場合に、鍔部とバーリング部先端、又は鍔部と軸受の間に過大な面圧力が加わる。この状態でステムを回転操作した場合、軸受も摩耗して鍔部とバーリング部先端との摩擦抵抗が増大し、この摩擦抵抗によってステムとバルブ本体との間にいわゆるカジリ現象が発生して操作トルクが増大し、操作性が悪くなっていた。
更には、過大な面圧力によって環状鍔部が破損したり、大きなねじり応力や引張応力が加わることによってステムが破損したり破断するおそれがあった。
【０００７】
一方、図１３のボールバルブ１は、ナット１０の過剰な締付けによって環状鍔部３と座ぐり部６の間に過大な面圧力が発生し、この間に挟まれた軸受７が永久変形して外部にはみ出したり圧縮割れなどにより破断したりしてシール機能を発揮できなくなる。
【０００８】
また、このボールバルブ１の軸封部分にＯリング８を設けると、このＯリング８に軸封部分の隙間から流体内の微細な異物が浸入して付着すると傷が付くことがあった。また、弁軸２とバルブ本体４の接触面に加工粗さや隙間があると、これらが片寄った状態で組み込まれ、操作時に偏摩耗や裂傷が発生してＯリング８の自己弾性力が減少し、シール性が低下していた。
【０００９】
更に、Ｏリング８の溝部２ａへの装着時には、ねじりや引張り・圧縮応力等の負荷が加わってＯリング８が損傷する場合があった。また、Ｏリング８を装着したステム２をバルブ本体４に装着する際には、座ぐり部６とステム挿入穴５の内径部分の間の段部５ａやバルブ本体４と座ぐり部６の内径部分の間の段差５ｂの角部分に接触することで、Ｏリング８が傷付きやすくなっていた。
【００１０】
また、このボールバルブ１は、Ｏリング８の外周側によってステムを支えるようになっているが、このステムの長さを短くした場合には、環状鍔部３からＯリング８の装着部分までの距離が短くなる。このため、例えば、ステム２とステム挿入穴５の隙間が大きいと、ステム２がＯリング８を支点として軸方向の振れ幅が大きくなってぐらつくおそれがある。
【００１１】
他方、図１４のボールバルブ１１においては、グランドパッキン１８が樹脂等の弾性材料で形成されているため、過剰な増し締めが行われると圧縮永久変形や圧縮割れしたりすることがあった。
【００１２】
本発明は、上記の実情に鑑みて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、内部の損傷や変形を防ぎ、操作トルクを抑えて優れた操作性によりスムーズに回転操作でき、高いシール性と調芯機能を発揮できる耐久性に優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】
【００１３】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、バルブ本体内に貫通孔を有するボールを途中に鍔部を有するステムを介して回転自在に設けたボールバルブにおいて、バルブ本体のステム挿入位置に座面を形成し、かつ当該位置を内方に折曲してステムの鍔部側に向けて筒状のバーリング部を形成し、バーリング部とステムの間に装着した筒状パッキン部とこのパッキン部の上端に折曲させて座面に当接する鍔状パッキン部とでグランドパッキンを構成し、このグランドパッキンをグランド部材で押圧して鍔状パッキン部を座面に密接させると共に、筒状パッキン部の下端を前記鍔部に密接させ、バーリング部の下端と鍔部の上面の間にやや隙間を保持させるようにしたボールバルブである。
【００１４】
請求項２に係る発明は、ステムに螺合したナットの締付力でグランド部材を介してグランドパッキンを押圧すると共に、ステムの鍔部を引き上げるようにしたボールバルブである。
【００１５】
請求項３に係る発明は、グランド部材の外周に環状突部を形成し、この環状突部の下端をバルブ本体の座面に当接させてナットの締付力を制限したボールバルブである。
【００１６】
請求項４に係る発明は、筒状のバーリング部を内方に向かって縮径させた傾斜面とし、この傾斜面にグランドパッキンの筒状パッキン部をくさび状に嵌合したボールバルブである。
【００１７】
請求項５に係る発明は、バルブ本体は、管材であり、この管材のステム挿入位置にバーリング加工を施してバーリング部を形成し、この管材の両側にインサート部材を挿入して管材とインサート部材を固着したボールバルブである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明によると、ステム鍔部がバーリング部の下端に接触するのを防ぐことにより、バルブ本体とステムの接触を防ぎ、操作時において、内部の損傷や変形、及び、ステムとバルブ本体とのかじり現象を防いで摩擦抵抗や面圧力の増大を抑えて低トルクで操作でき、かつ、ステムの破損や破断も防ぎながら、優れた操作性によりスムーズに回転操作できるボールバルブである。更に、高い軸封シール性を保ちつつステムがぐらつくのを抑え、優れた調芯機能を発揮しながら操作できる耐久性の高いボールバルブである。
また、このボールバルブは、グランドパッキンを外方より組み込むことが可能であって組立性に優れるため、製作時においては自動化にも適しており量産性に優れている。しかも、このボールバルブは、ステムに過大なねじり応力がかからないことから、全体をダウンサイジングでき、不良率の低減、工数の低減、材料の減量化によるコストの低減化を図りつつ、安全かつ工数を大幅に低減しながら製作できる。
【００１９】
請求項２に係る発明によると、ナットの締付力によって簡単かつ確実にグランドパッキンを押圧しつつ鍔部を引き上げながら組み込むことができ、グランドパッキンの鍔状パッキン部を座面に密接させつつその下端を鍔部に密接させることで、グランドパッキンとステムを確実に所定の位置に装着して優れたシール性を発揮でき、組立性にも優れたボールバルブである。
【００２０】
請求項３に係る発明によると、ナットの締付力を制限してグランドパッキンやステムが破損するのを防ぐことができるボールバルブである。この場合、仮に、ナットを過剰な締付力で締付けたとしてもグランドパッキンやステムの破損を確実に防ぐことができ、カジリを防ぎつつ、適切なシール性を発揮して確実に漏れを防ぐことができるボールバルブである。
【００２１】
請求項４に係る発明によると、バーリング部の傾斜面とグランドパッキンのくさび状の筒状パッキン部の嵌合によりくさび効果を発揮でき、グランドパッキンをステムに密着シールし、グランドパッキンとステム、グランドパッキンと挿入穴との密着シール性がそれぞれ高まることで、優れた軸封シール機能を発揮させることができるボールバルブである。
【００２２】
請求項５に係る発明によると、バルブ本体をプレス加工で形成できることにより、鋳造による製造の課題である巣割れや湯流れ不良等の鋳物欠陥や重量の増加を防いで、製作容易で組立性がよく工数やコストを大幅に削減できるボールバルブを製作できる。しかも、バーリング部は、容易に形成することができ、その後加工を施す必要もないため工数を低減でき、このバーリング部に対してグランドパッキンを外方より組み込むことで量産化にも適したボールバルブである。
更に、このバーリング部により、ステムの装着時にねじり応力や過大な引張・圧縮応力がグランドパッキンに加わることがなく、グランドパッキンが傷つくのを防いでシール性確実に保持しながら組み付けできるボールバルブである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明におけるボールバルブの好ましい実施形態並びに作用を図面に基づいて詳細に説明する。図１ないし図６においては、本発明のボールバルブの第１実施形態を示している。このボールバルブは、一般的なボールバルブの構造を呈し、ステム３０の回転トルクによって弁体（ボール）３５を回転するものである。
【００２４】
図中において、ボールバルブ本体２０は、管材２１によって略筒状に形成する。この管材２１は、ステンレス又は銅合金製等の薄肉（非厚肉）タイプの継目なしパイプによって成形するか、又は、鋼板をロール状に成形した後に、溶接等の手段にて筒状に接合した継目のあるタイプにより形成する。バルブ本体２０は、管材２１を所定長さ、即ち、バルブ本体２０を構成する長さに切断した後に、両端をバリ取りする。
【００２５】
バルブ本体２０（管材２１）のステム挿入位置には、絞り又はタタキ成形してフラット状の座面２２を外周側に形成し、かつ、当該位置を内方に折曲してステムの鍔部３１側に向けてバーリング加工を施して筒状のバーリング部２３を形成し、このバーリング部２３の内周側に挿入穴２４を設けている。バーリング部２３は、バルブ本体２０に対して略直角の角度に形成し、これにより、バーリング部２３は、略円筒形状になっている。また、バーリング部２３は、溶接などの間接的固定をしていないことから精度が高く、軸封部分と軸方向の直角度や同心度を向上させている。
【００２６】
バルブ本体２０の円周方向には、一対の適宜長さの切り込み２６ａを入れて切り曲げ部２６を形成しており、この切り曲げ部２６は、管材２１の軸方向に対して独立して変形可能に設けている。本実施形態においては、この切り曲げ部２６を、管材２１の円周上の４箇所に等間隔で放射状に形成しているが、この切り曲げ部２６の数は任意に変更できる。その場合、少なくとも２箇所以上に形成するのが望ましく、円周方向において確実に位置決めできる。切り曲げ部２６は、塑性加工により形成できるため組込み時の精度が向上し、また、形成時には、機械的切削加工を少なくすることができる。
【００２７】
ステム３０は、下部付近の途中に鍔部３１を環状に設けており、この鍔部３１は、挿入穴２４よりも大径に設けていることでステム３０の装着後にこのステム３０が流体の圧力等によりバルブ本体２０の外方に飛び出すのを防止している。また、ステム３０の下部には、非円形の突設部３２が形成され、この突設部３２がボール３５と接合可能になっている。
【００２８】
ボール３５は、貫通孔３６を有し、ステム３０の取付位置には、弁全開時又は全閉時において、流路（軸方向）と平行になるようにステム嵌合面３７を形成している。このボール３５は、ステム嵌合面３７にステム３０の突設部３２を係合させ、このステム３０を介してバルブ本体２０内で回転自在になるように設けている。
ボール３５は、真球度や偏芯度等の寸法精度を高く保つように形成するようにし、例えば、アモルファス金属（金属ガラス。例えば、Ｚｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ）を材料として、これを精密ダイカスト成形により加工することで、後加工をすることなく高い寸法精度や表面平滑性を得ることができる。これにより、ボール３５に対するボールシート５４の押圧力を過剰に高くすることなく弁座シール性が確保できることからステムの回動トルクも抑制することができ、延いては、ボールバルブ全体の軽量化を図ることが可能になる。
【００２９】
グランドパッキン４０は、例えば、ＰＦＡやＰＴＦＥなどの樹脂材料により、筒状パッキン部４２とこのパッキン部４２の上端に折曲させて鍔状パッキン部４１を設けた形状になっている。このグランドパッキン４０は、挿入穴２４に挿入され、挿入後には筒状パッキン部４２がバーリング部２３とステム３０との間に装着され、また、鍔状パッキン部４１が座面２２に当接できるようになっている。これにより、グランドパッキン４０は、ステム３０に対して同軸状態に調芯させる軸受機能を働かせることができるようになっている。また、このとき、筒状パッキン部４２が挿入穴２４に密着することで、グランドパッキン４０は、軸封機能を働かせることができる。このため、バルブ本体２０は、スラスト荷重を低減した状態でステム３０を回動できるようになっている。
【００３０】
グランド部材４５は、ステム３９に螺合したナット３４の締付力で締付可能にグランドパッキン４０の上方に装着しており、ナット３４を締付けたときには、このグランド部材４５を介してグランドパッキン４０を押圧すると共に、ステム３０の鍔部３１を引き上げるようになっている。
また、グランド部材４５でグランドパッキン４０を押圧すると、鍔状パッキン部４１が座面２２に密接すると共に、筒状パッキン部４２の下端４３が鍔部３１の上面３１ａに密接するように設けている。
【００３１】
更に、図２に示すように、筒状パッキン部４２の長さＬは、バーリング部の長さＭに対してＬ＞Ｍの関係になるように設定しており、これにより、バーリング部２３の下端２３ａと鍔部３１の上面３１ａの間にやや隙間を保持させるようにしている。このときの隙間を図２においてＧで示している。また、グランド部材４５の上面にはワッシャー４９が装着される。なお、ナットの過剰な増し締めが行われた場合には、下端４６ａが座面２２に当接するようにし、ナットの締付力を制限している。
【００３２】
皿バネ４８は、後述するハンドル５８の上面側に装着され、ボールバルブを組付けたときにグランドパッキン４０にかかる圧力を適度な圧力に補正できるようになっている。これにより、例えば、寒冷地でボールバルブを使用する際にグランドパッキン４０が収縮した場合でもこの皿バネ４８の弾性力によって適切な面圧力に保持できる。
【００３３】
インサート部材５０は、略筒型形状に形成し、このインサート部材５０、５０を管材２１の両側より挿入して管材２１とインサート部材５０を固着している。インサート部材５０は、例えば、ロストワックス鋳造等の精密鋳造などによって図のような形状に成形し、管材２１への挿入時に強い力が加わっても変形しない強度を有している。
【００３４】
インサート部材５０の外周には凹状の係止溝５１を有しており、この係止溝５１に対応する位置に、予めバルブ本体２０の切り曲げ部２６を形成するようにしておき、この切り曲げ部２６をバルブ本体２０の求心方向へ押圧して当該切り曲げ部２６を係止溝５１に対して落し込むことによりバルブ本体２０とインサート部材５０を固定している。
【００３５】
また、インサート部材５０の外端側には配管接合部であるめねじ５２を形成している。更に、インサート部材５０の先端には装着部５３を設け、この装着部５３にボールシート５４を装着している。ボールシート５４は、ボール３５が回転したときに一定のトルクとシール性を確保できる材料により形成し、例えば、超高密度樹脂成形により加工し、ボールシート５４をボール３５に当接させたときに、外気温の変化による熱伸縮現象を抑え、高弾性を維持することができ、各部品の寸法精度のバラツキを原因とした組付け時の変形・ズレによる偏摩耗の発生などを防ぐことができる。
【００３６】
インサート部材５０の先端側外周にはＯリング装着用の外周溝５５を形成し、この外周溝５５に樹脂製等のＯリング５６を装着している。このＯリング５６は、インサート部材５０の外周面とバルブ本体２９の内周面の間をシールしている。
【００３７】
インサート部材５０の外端側の外周面には、位置決め突条部５７を形成しており、バルブ本体２０にインサート部材５０を挿入したときに、この位置決め突条部５７がバルブ本体２０の管端２０ａに係合し、インサート部材５０に装着したボールシート５４により、ボール３５のボール面３８に適切な面圧が加わるようにしている。このため、位置決め突条部５７は、インサート部材５０の軸方向に対して正確な位置に形成しておく必要がある。
【００３８】
ハンドル５８は、ステム３０上部の平行二面部３３に嵌合可能な嵌合穴部５８ａを有し、この嵌合穴部５８ａを平行二面部３３に嵌合することでステム３０に対して非回転状態で取付け可能に設けている。
図４ないし図６に示すように、ハンドル５８には、切り曲げ加工により２箇所の突設片５９、５９を形成しており、この突設片５９は、嵌合穴部５８ａの図示しない軸心に対して略９０°の間隔で形成している。しかも、この突設片５９は、ハンドル５８をステム３０に装着し、このハンドル５８を回転したときにバルブ本体２０の切り曲げ部２６に対応する位置に形成しており、ハンドル５８を閉又は開状態に操作したときに何れか１方の突設片５９が切り曲げ部２６の係止面２６ｂに係止して、ハンドル５８の回転を略９０°に回転規制できるようになっている。
【００３９】
これにより、切り曲げ部２６の係止面２６ｂを、インサート部材５０とバルブ本体２０のストッパー以外の目的である回転規制部として兼用でき、バルブ本体２０側にわざわざ回転規制部分を形成することなくボール３５を正確に回転規制することができる。このため、加工工数の削減を図りつつ、切り曲げ部２６と係止溝５１をストッパーと回転規制部として機能の合理化を図ることができる。
【００４０】
更に、ハンドル５８の突設片５９は、切り曲げ部２６の位置に合わせるために精密な切り曲げ加工技術により形成すると、この優れた寸法精度により、曲げ剛性が向上して幅寸法も正確に設けられる。また、この突設片５８は、図４、図５に示すように、バルブ本体２０の上部に設けた切り曲げ部２６の係止面２６ｂに係止するように設定することにより、突設片５８の長さを短く形成できるので、打ち抜き時に剛性不足で捩れたり、根元部分よりクラックなどの破断が発生するのが防がれて寸法精度が向上し、剛性を確保できる。このため、ハンドル５８成形時の不良率の低減を図ることができ、歩留まりを向上させることができる。
【００４１】
しかも、ハンドル５８の回転時において、係止面２６ｂに突設片５９が当接する当接面５９ａは、突設片５９の折り曲げ方向に対して直角方向に位置する面であるため剛性を高めることができる。このため、仮に、過大な操作荷重によって高トルクでハンドル５８を回転させ、突設片５９が強い力で係止面２６ｂに当接したとしても、この突設片５９が折れ曲がったりすることがなく、曲げの形状が維持されて回転規制角度を正確に保つことができる。また、切り曲げ部２６に突設片５９を当接させることにより、バルブ本体のボデー側面に当接させる場合よりも突設片の長さを短くすることができる。
なお、本実施形態におけるボールバルブは、ハンドル５８によって手動回転しているが、図示しないアクチュエータ等によって自動回転させるようにしてもよい。
【００４２】
続いて、本発明のボールバルブを組み付ける際の手順並びに作用を説明する。
ボールバルブを組付ける際には、先ず、バルブ本体２０の一側の管端２０ａより一方のインサート部材５０を挿入した後に、挿入穴２４の下方からステム３０を挿入し、このステム３０の突設部３２をボール３５のステム嵌合面３７に嵌合させてボール３５をステム３０に対して非回転自在に接合する。
この状態でステム３０の上方からグランドパッキン４０を装着し、鍔部４１の下面４１ｂが座面２２に密着するまで筒状パッキン部４２を挿入穴２４に挿入する。このとき、筒状パッキン部の下端４３がステムの鍔部３１に当接した状態になり、また、この鍔部３１は、バーリング部２３の下端２３ａから離間した状態になってこの鍔部３１とバルブ本体２０が非接触の状態になっている。
【００４３】
次いで、バルブ本体２０の他側の管端２０ａより他方のインサート部材５０を挿入する。双方のインサート部材５０、５０の挿入後には、位置決め突条部５７がバルブ本体２０の管端２０ａに係合することでインサート部材５０、５０がバルブ本体２０の正確な位置に配設され、これにより、ボールシート５４によるボール面３８へのシール面圧を適切な状態に確保できるようにしている。この状態で、バルブ本体２０の切り曲げ部２６を求心方向に押圧して、当該切り曲げ部２６をインサート部材５０、５０の係止溝５１に落し込み、バルブ本体２０とインサート部材５０、５０を固定する。
【００４４】
この場合、切り曲げ部２６は、バルブ本体２０にインサート部材５０を挿入した後に、一回のプレス工程により切り込みの形成と曲げ加工を同時に施すのが好ましいが、前述したように、バルブ本体２０に予め設けた切り込み２６ａを押圧して曲げ加工するようにしてもよい。何れの加工方法の場合にも、位置決め突条部５７と管端２０ａの係合により確実に位置決めした状態で切り曲げ部２６を係止溝５１に確実に落し込むことができる。
【００４５】
また、切り曲げ部２６は、例えば、ファインブランキング（精密打ち抜き）を応用した加工方法によって形成するのがよく、この場合、板厚の厚い金属を打ち抜き加工のみによってバリの無い状態で成形でき、しかも、一般のプレス金型に比較して高精度に形成できる。
【００４６】
次いで、グランドパッキン４０の上方からグランド部材４５を装着する。グランド部材４５の装着時には、環状突部４６の内周面側を鍔部４１に嵌合させた状態で取り付ける。更に、この上からワッシャー４９をステム３０に取り付ける。
【００４７】
続いて、このグランドパッキン４０とグランド部材４５と同様に、ワッシャー４９の上から嵌合孔部５８ａを平行二面部３３に嵌合させるようにハンドル５８を取付ける。次に、ハンドル５８の上に皿バネ４８を装着し、ステム３０に形成したおねじ部３０ａにめねじ部３４ａを螺着させるようにしながらナット３４を締め付ける。このナット３４の締付けにより、ステム３０は、バルブ本体２０の上部（遠心方向）に引き上げられようとするが、この締め付け力により、グランド部材４５の上面４５ａに面圧力が加わっているため、このグランド部材４５は、ステム３０に対して下方に圧縮され、これにより、鍔部４１が座面２２に圧接されると共に、筒状パッキン部４２の内外周側がステム外周面３０ｂと挿入穴２４に密着シールする。
【００４８】
また、このとき、グランドパッキン４０がバーリング部２３の先端側に移動し、筒状パッキン部の下端４３が鍔部の上面３１ａに当接することにより、鍔部３１とバーリング部の下端２３ａとの離間状態が確保された状態でボールバルブが一体に組み付けられる。この状態は、ハンドル５８を操作してステム３０を回転したときにも維持される。
【００４９】
本発明のボールバルブは、バルブ本体２０のステム挿入位置に座面２２を形成し、かつ当該位置を内方に折曲してステム３０の鍔部３１側に向けて筒状のバーリング部２３を形成し、バーリング部２３とステム３０の間に装着した筒状パッキン部４２とこのパッキン部４２の上端に折曲させて座面２２に当接する鍔状パッキン部４１とでグランドパッキン４０を構成し、このグランドパッキン４０をグランド部材４５で押圧して鍔状パッキン部４１を座面２２に密接させると共に、筒状パッキン部４２の下端４３を鍔部３１に密接させているので、バーリング部２３の下端２３ａとステムの鍔部３１が接触することがなく、摩擦抵抗やカジリ現象を抑えて操作トルクの増加を防ぐことができる。
【００５０】
この筒状パッキン部４２は、従来技術（図１３参照）に示すような薄肉環状の軸受７に比して、ステムの外周に沿って体積を大きく確保できることから、摩耗しにくい。従って、パッキン下端を継続的にステムの鍔部に密着させることができ、隙間Ｇを維持することができる。
しかも、グランドパッキン４０は、グランド部材４５によってナット３４による締付力が制限されているので鍔部３１に過大な面圧力が加わるのが防がれ、仮に、過剰な締付力でナット３４を締付けたとしても、鍔部３１の破損を防ぐことができる。
【００５１】
また、グランドパッキン４０は、ステム３０の回転時にステム３０を軸受でき、この軸受機能により、操作時のトルクの増加を抑えつつ、外部応力や配管接合時の振動などの外力が加わっても、ステム３０が振れるのを防いで軸封シール機能を維持することができる。更に、ステム３０の軸心と挿入穴２４の同心状態を維持できることにより、偏摩耗などによってシール性能が損なわれるのを防ぐことができる。また、グランドパッキン４０が軸方向に長い距離で密接できることにより、ステム３０が倒れるのを防いでボール３５が偏芯するのを防止できる。これらの軸封機能により、本発明のボールバルブは、バルブ本体２０とステム３０の間から流体が漏れるのを防いで優れたシール性を発揮できる。
【００５２】
また、グランド部材４５は、その外周に延設され且つバルブ本体２０側に屈曲された環状突部４６によりグランドパッキン４０の鍔部４１を外周側から包囲しながら内側底面４５ｃにより鍔部上面４１ａを押圧しているので、ナット３４の締付力によってパッキン面圧力が増加したとしても、鍔部４１の外周面４１ｃが環状突部４６の内周面４６ｂに当接して拡径が防止され、鍔状パッキン部４１が外部にはみ出すのを抑制できる。また、このように、グランド部材４５は、環状突部４６により鍔部４１を包囲しながら上方側から押圧できるので、この相乗効果により、グランドパッキンを効果的に下方側に押圧し、強い力で圧接させることができる。これにより、グランドパッキン４０によるシール面圧を保持し、ステムの鍔部３１に当接する下端４３のシール面圧を保持して、バーリング部２３の下端２３ａと鍔部３１の接触を確実に防いでいる。
【００５３】
軸封シール時には、グランド部材４５の内側底面４５ｃとグランドパッキン４０の鍔部上面４１ａ、環状突部４６の内周面４６ｂと鍔部４１の外周面４１ｃ、鍔部４１の下面４１ｂとバルブ本体２０の座面２２、円筒部外周面４２ａと挿入穴２４、円筒部先端面４３と鍔部上面３１ａ、円筒部内周面４２ｂとステム外周面３０ｂがそれぞれ密着し、この６面シールによって優れたシール性能が発揮され、各シール面同士のシール面圧の均一化が図られた状態で流体漏れを防ぐことができる。
【００５４】
更に、円筒部内周面４２ｂとステム外周面３０ｂの摩耗は、皿バネ４８による加重によってグランド部材４５がバルブ本体２０との隙間分だけ移動して許容することができる。また、この皿バネ４８により、グランドパッキン４０に許容できる面圧力以上の力が加わるのが防がれるため、グランドパッキン４０が永久変形して外部にはみ出したり、圧縮割れや破断してシール機能が損なわれるのを防ぐことができる。
【００５５】
このように、グランドパッキン４０は、皿バネ４８による外部の弾性力によってシール力を発揮するようにしているので、流体内の異物等によってシール性に悪影響を受けるのを抑えることができる。また、組付け時にグランドパッキン４０の自己弾性力を必要としないため、ステム３０やバルブ本体２０の接触面に加工粗さや隙間があり、これらが片寄った状態で組み込まれたとしても、ステム操作時における偏摩耗や裂傷が防がれ、長期に渡って高いシール性を維持することができる。
【００５６】
しかも、グランドパッキン４０の組込み時には、このグランドパッキン４０をバーリング部２３に挿入するだけでねじりや引張り・圧縮応力等の負荷が加わるのを抑えつつ簡単に装着して損傷を防ぐことができる。また、グランドパッキン４０は、ＰＦＡ等の樹脂材料により超高密度に成形できるため、ナット３４による増し締め後にも流体の熱や内部圧力に対して膨張・収縮し難く、圧縮永久変形や圧縮割れを防ぐことが可能になる。
【００５７】
続いて、図７においては、本発明のボールバルブの第２実施形態であり、要部を分解した状態を示している。なお、この実施形態以降において、上記実施形態と同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。このボールバルブは、バルブ本体６０の筒状のバーリング部６１を内方に向かって緩やかに縮径させた傾斜面とし、この傾斜面６１にグランドパッキン４０の筒状パッキン部４２をくさび状に嵌合させている。これにより、バーリング部６１と筒状パッキン部４２との間にくさび効果を発揮させることができ、このくさび効果により、グランドパッキン４０がステム３０に対して下方に圧縮され、バーリング部６１の微量傾斜面によるスプリング効果と相俟って、グランドパッキン４０の筒状パッキン部４２とバーリング部６１、筒状パッキン部４２とステム３０とのシール性を高めることができ、且つ、ステム３０をより効果的に自動調芯することができる。
【００５８】
図８ないし図１０においては、本発明のボールバルブの第３実施形態を示している。このボールバルブでは、ハンドル６５を図の形状に形成し、このハンドル６５の内部にステム３０を嵌合可能な嵌合穴６６を設け、更に、この嵌合穴６６の一部に内周方向に突設した突起部６７を設け、この突起部６７をステム３０に設けた凹状部３０ｃに係止可能に設けていることで、このハンドル６５をワンタッチで簡易的に着脱可能にしている。
【００５９】
係止リング６８は、スリット６９ａによって内径側に設けた穴状の挿入部６８ａを拡径可能に設けており、この挿入部６８ａの拡径により、内径側にテーパ突起部６９を形成可能に設けている。係止リング６８は、ナット３４の代替としてステム３０に装着し、装着時には、内方下面側をグランドパッキン４０の鍔部上面４１ａに当接させ、また、挿入部６８ａの縁部位をステム３０上方の拡径段部３０ｄに係合させるようにする。
【００６０】
このボールバルブは、係止リング６８の装着後に、この係止リング６８がグランドパッキン４０の鍔部上面４１ａとステム３０の拡径段部３０ｄの間で弾発し、この力によりステム３０を上方（遠心方向）に引き上げる力を得ることができる。よって、鍔状パッキン部４１が座面２２、筒状パッキン部４２の下端４３が鍔部３１に密着し、かつ、バーリング部２３の下端２３ａと鍔部３１が離間した状態を維持することができ、優れた軸封機能を発揮することができる。
また、係止リング６８は、ボールバルブからハンドル６５を取外してもステム３０への嵌め合い状態が維持されるため、その軸封機能を維持することができる。
【００６１】
また、図示しないが、挿入穴２４にバーリング加工を施す際に、バーリング部２３の一部を遠心方向に突出させてストッパ片を形成し、一方、ステム３０の鍔部３１にこのストッパ片に係止してその回転を規制できる切欠溝を形成してストッパ機構を設け、このストッパ機構によって、ボールを略９０°の角度で回転規制するようにしてもよい。
【００６２】
図１１、図１２においては、本発明のボールバルブの第４実施形態を示している。このボールバルブでは、第１実施形態のボールバルブと異なる形状のハンドル７０を装着し、このハンドル７０で操作可能に設けたものである。
ハンドル７０は、ステム３０への嵌合孔部７０ａを中心として２つの操作部７１、７１を有する形状を呈しており、各操作部７１を操作することでステム３０を回動可能に設けている。これにより、このボールバルブを狭い場所に設置した場合でも何れかの操作部７１を操作できることで容易に操作でき、あらゆる場所にこのボールバルブを設置することができる。
また、ハンドル７０は、第１実施形態の場合と同様にバルブ本体２０の切り曲げ部２６の位置に対応する突設片７２を有しており、ハンドル７０を閉又は開状態に操作した場合には、この突設片７０が切り曲げ部２６の係止面２６ｂに係止することで、ハンドル７０を略９０°に回転規制できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のボールバルブの第１実施形態を示した断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１のボールバルブの平面図である。
【図４】ハンドルのストッパ構造の一例を示す斜視図である。
【図５】図４のハンドルの閉状態を示す斜視図である。
【図６】ハンドルを示した斜視図である。
【図７】本発明のボールバルブの第２実施形態を示した要部断面図である。
【図８】本発明のボールバルブの第３実施形態を示した断面図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】係止リングを示す平面図である。
【図１１】本発明のボールバルブの第４実施形態を示した部分断面図である。
【図１２】図１１のボールバルブの平面図である。
【図１３】従来のボールバルブの要部断面図である。
【図１４】従来の他のボールバルブの要部断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
２０ バルブ本体
２１ 管材
２２ 座面
２３ バーリング部
２３ａ 下端
３０ ステム
３１ 鍔部
３１ａ 上面
３４ ナット
３５ ボール（弁体）
３６ 貫通孔
４０ グランドパッキン
４１ 鍔状パッキン部
４２ 筒状パッキン部
４３ 下端
４５ グランド部材
４６ 環状突部
４６ａ 下端
５０ インサート部材
Ｇ 隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷温水、空気、ガス等の配管に装着して流体の流れを開閉又は制御するボールバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のボールバルブとして、各種産業機器・装置向けに、軽量・コンパクト・シール性に優れ、特に、低圧力損失、簡易的な流量制御性、高い操作性などの特性を備えたボールバルブがある（例えば、特許文献１参照。）。このボールバルブは、球形状のボールをステムによって回転するようになっており、このステムは、バーリング部分に設けたステム挿入穴に挿着するか、又は、バーリング部分のないステム挿入穴に挿着している。バーリング部分を設けたステム挿入穴にステムを挿着する場合には、ステムの鍔部をバーリング部先端に当接させるようにし、一方、バーリング部分のないステム挿入穴にステムを挿着する場合は、ステム挿入穴の周囲とステムの鍔部との間に軸受を装着する。このように鍔部とバーリング部先端を当接するか、又は、軸受を設けることにより、ステムを回転したときの回転トルク（スラスト荷重）を低減している。
【０００３】
また、図１３のボールバルブ１は、特許文献１と軸封構造の異なるボールバルブである。このボールバルブ１は、ステム２に設けた環状鍔部３を、バルブ本体４のステム挿入穴５の内壁に形成した座ぐり部６に装着している。更に、環状鍔部３と座ぐり部６の間には、弾性材料により形成した環状の軸受７を装着している。この軸受７は、環状鍔部３と座ぐり部６の直接の接触を防ぎ、ステム回転時におけるねじり応力等による摩擦抵抗を小さくしてスラスト荷重を低減している。
ゴム製のＯリング８は、ステム２の外周側の溝部２ａに装着され、このＯリング８の自己弾性力により、ステム２とバルブ本体４を軸封シールしている。
【０００４】
更に、この種のボールバルブの他例として、図１４に示すボールバルブ１１がある。このボールバルブは、バルブ本体１４のステム挿入穴１５よりも拡径したパッキン装着部１６を設け、このパッキン装着部１６に樹脂製などの自己弾性力を有する弾性材により断面略矩形状に形成したグランドパッキン１８を挿入し、このグランドパッキン１８の上からグランド１９により押圧するようにしている。グランドパッキン１８は、グランド１９の押圧によって反発力が高まり、この反発力によって面圧力の高まった状態でパッキン装着部１６やステム挿入穴１５を押圧し、これにより、ステム１２とバルブ本体１４を軸封している。
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ０１／５７４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のボールバルブは、バルブ組付け時にナットの締付けによる上向きの引張応力がステムに加わった場合に、鍔部とバーリング部先端、又は鍔部と軸受の間に過大な面圧力が加わる。この状態でステムを回転操作した場合、軸受も摩耗して鍔部とバーリング部先端との摩擦抵抗が増大し、この摩擦抵抗によってステムとバルブ本体との間にいわゆるカジリ現象が発生して操作トルクが増大し、操作性が悪くなっていた。
更には、過大な面圧力によって環状鍔部が破損したり、大きなねじり応力や引張応力が加わることによってステムが破損したり破断するおそれがあった。
【０００７】
一方、図１３のボールバルブ１は、ナット１０の過剰な締付けによって環状鍔部３と座ぐり部６の間に過大な面圧力が発生し、この間に挟まれた軸受７が永久変形して外部にはみ出したり圧縮割れなどにより破断したりしてシール機能を発揮できなくなる。
【０００８】
また、このボールバルブ１の軸封部分にＯリング８を設けると、このＯリング８に軸封部分の隙間から流体内の微細な異物が浸入して付着すると傷が付くことがあった。また、弁軸２とバルブ本体４の接触面に加工粗さや隙間があると、これらが片寄った状態で組み込まれ、操作時に偏摩耗や裂傷が発生してＯリング８の自己弾性力が減少し、シール性が低下していた。
【０００９】
更に、Ｏリング８の溝部２ａへの装着時には、ねじりや引張り・圧縮応力等の負荷が加わってＯリング８が損傷する場合があった。また、Ｏリング８を装着したステム２をバルブ本体４に装着する際には、座ぐり部６とステム挿入穴５の内径部分の間の段部５ａやバルブ本体４と座ぐり部６の内径部分の間の段差５ｂの角部分に接触することで、Ｏリング８が傷付きやすくなっていた。
【００１０】
また、このボールバルブ１は、Ｏリング８の外周側によってステムを支えるようになっているが、このステムの長さを短くした場合には、環状鍔部３からＯリング８の装着部分までの距離が短くなる。このため、例えば、ステム２とステム挿入穴５の隙間が大きいと、ステム２がＯリング８を支点として軸方向の振れ幅が大きくなってぐらつくおそれがある。
【００１１】
他方、図１４のボールバルブ１１においては、グランドパッキン１８が樹脂等の弾性材料で形成されているため、過剰な増し締めが行われると圧縮永久変形や圧縮割れしたりすることがあった。
【００１２】
本発明は、上記の実情に鑑みて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、内部の損傷や変形を防ぎ、操作トルクを抑えて優れた操作性によりスムーズに回転操作でき、高いシール性と調芯機能を発揮できる耐久性に優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】
【００１３】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、バルブ本体内に貫通孔を有するボールを途中に鍔部を有するステムを介して回転自在に設けたボールバルブにおいて、バルブ本体のステム挿入位置に座面を形成し、かつ当該位置を内方に折曲してステムの鍔部側に向けて筒状のバーリング部を形成し、バーリング部とステムの間に装着した筒状パッキン部とこのパッキン部の上端に折曲させて座面に当接する鍔状パッキン部とでグランドパッキンを構成し、このグランドパッキンをグランド部材で押圧して鍔状パッキン部を座面に密接させると共に、筒状パッキン部の下端を前記鍔部に密接させ、バーリング部の下端と鍔部の上面の間にやや隙間を保持させるようにしたボールバルブである。
【００１４】
請求項２に係る発明は、ステムに螺合したナットの締付力でグランド部材を介してグランドパッキンを押圧すると共に、ステムの鍔部を引き上げるようにしたボールバルブである。
【００１５】
請求項３に係る発明は、グランド部材の外周に環状突部を形成し、この環状突部の下端をバルブ本体の座面に当接させてナットの締付力を制限したボールバルブである。
【００１６】
請求項４に係る発明は、筒状のバーリング部を内方に向かって縮径させた傾斜面とし、この傾斜面にグランドパッキンの筒状パッキン部をくさび状に嵌合したボールバルブである。
【００１７】
請求項５に係る発明は、バルブ本体は、管材であり、この管材のステム挿入位置にバーリング加工を施してバーリング部を形成し、この管材の両側にインサート部材を挿入して管材とインサート部材を固着したボールバルブである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明によると、ステム鍔部がバーリング部の下端に接触するのを防ぐことにより、バルブ本体とステムの接触を防ぎ、操作時において、内部の損傷や変形、及び、ステムとバルブ本体とのかじり現象を防いで摩擦抵抗や面圧力の増大を抑えて低トルクで操作でき、かつ、ステムの破損や破断も防ぎながら、優れた操作性によりスムーズに回転操作できるボールバルブである。更に、高い軸封シール性を保ちつつステムがぐらつくのを抑え、優れた調芯機能を発揮しながら操作できる耐久性の高いボールバルブである。
また、このボールバルブは、グランドパッキンを外方より組み込むことが可能であって組立性に優れるため、製作時においては自動化にも適しており量産性に優れている。しかも、このボールバルブは、ステムに過大なねじり応力がかからないことから、全体をダウンサイジングでき、不良率の低減、工数の低減、材料の減量化によるコストの低減化を図りつつ、安全かつ工数を大幅に低減しながら製作できる。
【００１９】
請求項２に係る発明によると、ナットの締付力によって簡単かつ確実にグランドパッキンを押圧しつつ鍔部を引き上げながら組み込むことができ、グランドパッキンの鍔状パッキン部を座面に密接させつつその下端を鍔部に密接させることで、グランドパッキンとステムを確実に所定の位置に装着して優れたシール性を発揮でき、組立性にも優れたボールバルブである。
【００２０】
請求項３に係る発明によると、ナットの締付力を制限してグランドパッキンやステムが破損するのを防ぐことができるボールバルブである。この場合、仮に、ナットを過剰な締付力で締付けたとしてもグランドパッキンやステムの破損を確実に防ぐことができ、カジリを防ぎつつ、適切なシール性を発揮して確実に漏れを防ぐことができるボールバルブである。
【００２１】
請求項４に係る発明によると、バーリング部の傾斜面とグランドパッキンのくさび状の筒状パッキン部の嵌合によりくさび効果を発揮でき、グランドパッキンをステムに密着シールし、グランドパッキンとステム、グランドパッキンと挿入穴との密着シール性がそれぞれ高まることで、優れた軸封シール機能を発揮させることができるボールバルブである。
【００２２】
請求項５に係る発明によると、バルブ本体をプレス加工で形成できることにより、鋳造による製造の課題である巣割れや湯流れ不良等の鋳物欠陥や重量の増加を防いで、製作容易で組立性がよく工数やコストを大幅に削減できるボールバルブを製作できる。しかも、バーリング部は、容易に形成することができ、その後加工を施す必要もないため工数を低減でき、このバーリング部に対してグランドパッキンを外方より組み込むことで量産化にも適したボールバルブである。
更に、このバーリング部により、ステムの装着時にねじり応力や過大な引張・圧縮応力がグランドパッキンに加わることがなく、グランドパッキンが傷つくのを防いでシール性確実に保持しながら組み付けできるボールバルブである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明におけるボールバルブの好ましい実施形態並びに作用を図面に基づいて詳細に説明する。図１ないし図６においては、本発明のボールバルブの第１実施形態を示している。このボールバルブは、一般的なボールバルブの構造を呈し、ステム３０の回転トルクによって弁体（ボール）３５を回転するものである。
【００２４】
図中において、ボールバルブ本体２０は、管材２１によって略筒状に形成する。この管材２１は、ステンレス又は銅合金製等の薄肉（非厚肉）タイプの継目なしパイプによって成形するか、又は、鋼板をロール状に成形した後に、溶接等の手段にて筒状に接合した継目のあるタイプにより形成する。バルブ本体２０は、管材２１を所定長さ、即ち、バルブ本体２０を構成する長さに切断した後に、両端をバリ取りする。
【００２５】
バルブ本体２０（管材２１）のステム挿入位置には、絞り又はタタキ成形してフラット状の座面２２を外周側に形成し、かつ、当該位置を内方に折曲してステムの鍔部３１側に向けてバーリング加工を施して筒状のバーリング部２３を形成し、このバーリング部２３の内周側に挿入穴２４を設けている。バーリング部２３は、バルブ本体２０に対して略直角の角度に形成し、これにより、バーリング部２３は、略円筒形状になっている。また、バーリング部２３は、溶接などの間接的固定をしていないことから精度が高く、軸封部分と軸方向の直角度や同心度を向上させている。
【００２６】
バルブ本体２０の円周方向には、一対の適宜長さの切り込み２６ａを入れて切り曲げ部２６を形成しており、この切り曲げ部２６は、管材２１の軸方向に対して独立して変形可能に設けている。本実施形態においては、この切り曲げ部２６を、管材２１の円周上の４箇所に等間隔で放射状に形成しているが、この切り曲げ部２６の数は任意に変更できる。その場合、少なくとも２箇所以上に形成するのが望ましく、円周方向において確実に位置決めできる。切り曲げ部２６は、塑性加工により形成できるため組込み時の精度が向上し、また、形成時には、機械的切削加工を少なくすることができる。
【００２７】
ステム３０は、下部付近の途中に鍔部３１を環状に設けており、この鍔部３１は、挿入穴２４よりも大径に設けていることでステム３０の装着後にこのステム３０が流体の圧力等によりバルブ本体２０の外方に飛び出すのを防止している。また、ステム３０の下部には、非円形の突設部３２が形成され、この突設部３２がボール３５と接合可能になっている。
【００２８】
ボール３５は、貫通孔３６を有し、ステム３０の取付位置には、弁全開時又は全閉時において、流路（軸方向）と平行になるようにステム嵌合面３７を形成している。このボール３５は、ステム嵌合面３７にステム３０の突設部３２を係合させ、このステム３０を介してバルブ本体２０内で回転自在になるように設けている。
ボール３５は、真球度や偏芯度等の寸法精度を高く保つように形成するようにし、例えば、アモルファス金属（金属ガラス。例えば、Ｚｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ）を材料として、これを精密ダイカスト成形により加工することで、後加工をすることなく高い寸法精度や表面平滑性を得ることができる。これにより、ボール３５に対するボールシート５４の押圧力を過剰に高くすることなく弁座シール性が確保できることからステムの回動トルクも抑制することができ、延いては、ボールバルブ全体の軽量化を図ることが可能になる。
【００２９】
グランドパッキン４０は、例えば、ＰＦＡやＰＴＦＥなどの樹脂材料により、筒状パッキン部４２とこのパッキン部４２の上端に折曲させて鍔状パッキン部４１を設けた形状になっている。このグランドパッキン４０は、挿入穴２４に挿入され、挿入後には筒状パッキン部４２がバーリング部２３とステム３０との間に装着され、また、鍔状パッキン部４１が座面２２に当接できるようになっている。これにより、グランドパッキン４０は、ステム３０に対して同軸状態に調芯させる軸受機能を働かせることができるようになっている。また、このとき、筒状パッキン部４２が挿入穴２４に密着することで、グランドパッキン４０は、軸封機能を働かせることができる。このため、バルブ本体２０は、スラスト荷重を低減した状態でステム３０を回動できるようになっている。
【００３０】
グランド部材４５は、ステム３９に螺合したナット３４の締付力で締付可能にグランドパッキン４０の上方に装着しており、ナット３４を締付けたときには、このグランド部材４５を介してグランドパッキン４０を押圧すると共に、ステム３０の鍔部３１を引き上げるようになっている。
また、グランド部材４５でグランドパッキン４０を押圧すると、鍔状パッキン部４１が座面２２に密接すると共に、筒状パッキン部４２の下端４３が鍔部３１の上面３１ａに密接するように設けている。
【００３１】
更に、図２に示すように、筒状パッキン部４２の長さＬは、バーリング部の長さＭに対してＬ＞Ｍの関係になるように設定しており、これにより、バーリング部２３の下端２３ａと鍔部３１の上面３１ａの間にやや隙間を保持させるようにしている。このときの隙間を図２においてＧで示している。また、グランド部材４５の上面にはワッシャー４９が装着される。なお、ナットの過剰な増し締めが行われた場合には、下端４６ａが座面２２に当接するようにし、ナットの締付力を制限している。
【００３２】
皿バネ４８は、後述するハンドル５８の上面側に装着され、ボールバルブを組付けたときにグランドパッキン４０にかかる圧力を適度な圧力に補正できるようになっている。これにより、例えば、寒冷地でボールバルブを使用する際にグランドパッキン４０が収縮した場合でもこの皿バネ４８の弾性力によって適切な面圧力に保持できる。
【００３３】
インサート部材５０は、略筒型形状に形成し、このインサート部材５０、５０を管材２１の両側より挿入して管材２１とインサート部材５０を固着している。インサート部材５０は、例えば、ロストワックス鋳造等の精密鋳造などによって図のような形状に成形し、管材２１への挿入時に強い力が加わっても変形しない強度を有している。
【００３４】
インサート部材５０の外周には凹状の係止溝５１を有しており、この係止溝５１に対応する位置に、予めバルブ本体２０の切り曲げ部２６を形成するようにしておき、この切り曲げ部２６をバルブ本体２０の求心方向へ押圧して当該切り曲げ部２６を係止溝５１に対して落し込むことによりバルブ本体２０とインサート部材５０を固定している。
【００３５】
また、インサート部材５０の外端側には配管接合部であるめねじ５２を形成している。更に、インサート部材５０の先端には装着部５３を設け、この装着部５３にボールシート５４を装着している。ボールシート５４は、ボール３５が回転したときに一定のトルクとシール性を確保できる材料により形成し、例えば、超高密度樹脂成形により加工し、ボールシート５４をボール３５に当接させたときに、外気温の変化による熱伸縮現象を抑え、高弾性を維持することができ、各部品の寸法精度のバラツキを原因とした組付け時の変形・ズレによる偏摩耗の発生などを防ぐことができる。
【００３６】
インサート部材５０の先端側外周にはＯリング装着用の外周溝５５を形成し、この外周溝５５に樹脂製等のＯリング５６を装着している。このＯリング５６は、インサート部材５０の外周面とバルブ本体２９の内周面の間をシールしている。
【００３７】
インサート部材５０の外端側の外周面には、位置決め突条部５７を形成しており、バルブ本体２０にインサート部材５０を挿入したときに、この位置決め突条部５７がバルブ本体２０の管端２０ａに係合し、インサート部材５０に装着したボールシート５４により、ボール３５のボール面３８に適切な面圧が加わるようにしている。このため、位置決め突条部５７は、インサート部材５０の軸方向に対して正確な位置に形成しておく必要がある。
【００３８】
ハンドル５８は、ステム３０上部の平行二面部３３に嵌合可能な嵌合穴部５８ａを有し、この嵌合穴部５８ａを平行二面部３３に嵌合することでステム３０に対して非回転状態で取付け可能に設けている。
図４ないし図６に示すように、ハンドル５８には、切り曲げ加工により２箇所の突設片５９、５９を形成しており、この突設片５９は、嵌合穴部５８ａの図示しない軸心に対して略９０°の間隔で形成している。しかも、この突設片５９は、ハンドル５８をステム３０に装着し、このハンドル５８を回転したときにバルブ本体２０の切り曲げ部２６に対応する位置に形成しており、ハンドル５８を閉又は開状態に操作したときに何れか１方の突設片５９が切り曲げ部２６の係止面２６ｂに係止して、ハンドル５８の回転を略９０°に回転規制できるようになっている。
【００３９】
これにより、切り曲げ部２６の係止面２６ｂを、インサート部材５０とバルブ本体２０のストッパー以外の目的である回転規制部として兼用でき、バルブ本体２０側にわざわざ回転規制部分を形成することなくボール３５を正確に回転規制することができる。このため、加工工数の削減を図りつつ、切り曲げ部２６と係止溝５１をストッパーと回転規制部として機能の合理化を図ることができる。
【００４０】
更に、ハンドル５８の突設片５９は、切り曲げ部２６の位置に合わせるために精密な切り曲げ加工技術により形成すると、この優れた寸法精度により、曲げ剛性が向上して幅寸法も正確に設けられる。また、この突設片５８は、図４、図５に示すように、バルブ本体２０の上部に設けた切り曲げ部２６の係止面２６ｂに係止するように設定することにより、突設片５８の長さを短く形成できるので、打ち抜き時に剛性不足で捩れたり、根元部分よりクラックなどの破断が発生するのが防がれて寸法精度が向上し、剛性を確保できる。このため、ハンドル５８成形時の不良率の低減を図ることができ、歩留まりを向上させることができる。
【００４１】
しかも、ハンドル５８の回転時において、係止面２６ｂに突設片５９が当接する当接面５９ａは、突設片５９の折り曲げ方向に対して直角方向に位置する面であるため剛性を高めることができる。このため、仮に、過大な操作荷重によって高トルクでハンドル５８を回転させ、突設片５９が強い力で係止面２６ｂに当接したとしても、この突設片５９が折れ曲がったりすることがなく、曲げの形状が維持されて回転規制角度を正確に保つことができる。また、切り曲げ部２６に突設片５９を当接させることにより、バルブ本体のボデー側面に当接させる場合よりも突設片の長さを短くすることができる。
なお、本実施形態におけるボールバルブは、ハンドル５８によって手動回転しているが、図示しないアクチュエータ等によって自動回転させるようにしてもよい。
【００４２】
続いて、本発明のボールバルブを組み付ける際の手順並びに作用を説明する。
ボールバルブを組付ける際には、先ず、バルブ本体２０の一側の管端２０ａより一方のインサート部材５０を挿入した後に、挿入穴２４の下方からステム３０を挿入し、このステム３０の突設部３２をボール３５のステム嵌合面３７に嵌合させてボール３５をステム３０に対して非回転自在に接合する。
この状態でステム３０の上方からグランドパッキン４０を装着し、鍔部４１の下面４１ｂが座面２２に密着するまで筒状パッキン部４２を挿入穴２４に挿入する。このとき、筒状パッキン部の下端４３がステムの鍔部３１に当接した状態になり、また、この鍔部３１は、バーリング部２３の下端２３ａから離間した状態になってこの鍔部３１とバルブ本体２０が非接触の状態になっている。
【００４３】
次いで、バルブ本体２０の他側の管端２０ａより他方のインサート部材５０を挿入する。双方のインサート部材５０、５０の挿入後には、位置決め突条部５７がバルブ本体２０の管端２０ａに係合することでインサート部材５０、５０がバルブ本体２０の正確な位置に配設され、これにより、ボールシート５４によるボール面３８へのシール面圧を適切な状態に確保できるようにしている。この状態で、バルブ本体２０の切り曲げ部２６を求心方向に押圧して、当該切り曲げ部２６をインサート部材５０、５０の係止溝５１に落し込み、バルブ本体２０とインサート部材５０、５０を固定する。
【００４４】
この場合、切り曲げ部２６は、バルブ本体２０にインサート部材５０を挿入した後に、一回のプレス工程により切り込みの形成と曲げ加工を同時に施すのが好ましいが、前述したように、バルブ本体２０に予め設けた切り込み２６ａを押圧して曲げ加工するようにしてもよい。何れの加工方法の場合にも、位置決め突条部５７と管端２０ａの係合により確実に位置決めした状態で切り曲げ部２６を係止溝５１に確実に落し込むことができる。
【００４５】
また、切り曲げ部２６は、例えば、ファインブランキング（精密打ち抜き）を応用した加工方法によって形成するのがよく、この場合、板厚の厚い金属を打ち抜き加工のみによってバリの無い状態で成形でき、しかも、一般のプレス金型に比較して高精度に形成できる。
【００４６】
次いで、グランドパッキン４０の上方からグランド部材４５を装着する。グランド部材４５の装着時には、環状突部４６の内周面側を鍔部４１に嵌合させた状態で取り付ける。更に、この上からワッシャー４９をステム３０に取り付ける。
【００４７】
続いて、このグランドパッキン４０とグランド部材４５と同様に、ワッシャー４９の上から嵌合孔部５８ａを平行二面部３３に嵌合させるようにハンドル５８を取付ける。次に、ハンドル５８の上に皿バネ４８を装着し、ステム３０に形成したおねじ部３０ａにめねじ部３４ａを螺着させるようにしながらナット３４を締め付ける。このナット３４の締付けにより、ステム３０は、バルブ本体２０の上部（遠心方向）に引き上げられようとするが、この締め付け力により、グランド部材４５の上面４５ａに面圧力が加わっているため、このグランド部材４５は、ステム３０に対して下方に圧縮され、これにより、鍔部４１が座面２２に圧接されると共に、筒状パッキン部４２の内外周側がステム外周面３０ｂと挿入穴２４に密着シールする。
【００４８】
また、このとき、グランドパッキン４０がバーリング部２３の先端側に移動し、筒状パッキン部の下端４３が鍔部の上面３１ａに当接することにより、鍔部３１とバーリング部の下端２３ａとの離間状態が確保された状態でボールバルブが一体に組み付けられる。この状態は、ハンドル５８を操作してステム３０を回転したときにも維持される。
【００４９】
本発明のボールバルブは、バルブ本体２０のステム挿入位置に座面２２を形成し、かつ当該位置を内方に折曲してステム３０の鍔部３１側に向けて筒状のバーリング部２３を形成し、バーリング部２３とステム３０の間に装着した筒状パッキン部４２とこのパッキン部４２の上端に折曲させて座面２２に当接する鍔状パッキン部４１とでグランドパッキン４０を構成し、このグランドパッキン４０をグランド部材４５で押圧して鍔状パッキン部４１を座面２２に密接させると共に、筒状パッキン部４２の下端４３を鍔部３１に密接させているので、バーリング部２３の下端２３ａとステムの鍔部３１が接触することがなく、摩擦抵抗やカジリ現象を抑えて操作トルクの増加を防ぐことができる。
【００５０】
この筒状パッキン部４２は、従来技術（図１３参照）に示すような薄肉環状の軸受７に比して、ステムの外周に沿って体積を大きく確保できることから、摩耗しにくい。従って、パッキン下端を継続的にステムの鍔部に密着させることができ、隙間Ｇを維持することができる。
しかも、グランドパッキン４０は、グランド部材４５によってナット３４による締付力が制限されているので鍔部３１に過大な面圧力が加わるのが防がれ、仮に、過剰な締付力でナット３４を締付けたとしても、鍔部３１の破損を防ぐことができる。
【００５１】
また、グランドパッキン４０は、ステム３０の回転時にステム３０を軸受でき、この軸受機能により、操作時のトルクの増加を抑えつつ、外部応力や配管接合時の振動などの外力が加わっても、ステム３０が振れるのを防いで軸封シール機能を維持することができる。更に、ステム３０の軸心と挿入穴２４の同心状態を維持できることにより、偏摩耗などによってシール性能が損なわれるのを防ぐことができる。また、グランドパッキン４０が軸方向に長い距離で密接できることにより、ステム３０が倒れるのを防いでボール３５が偏芯するのを防止できる。これらの軸封機能により、本発明のボールバルブは、バルブ本体２０とステム３０の間から流体が漏れるのを防いで優れたシール性を発揮できる。
【００５２】
また、グランド部材４５は、その外周に延設され且つバルブ本体２０側に屈曲された環状突部４６によりグランドパッキン４０の鍔部４１を外周側から包囲しながら内側底面４５ｃにより鍔部上面４１ａを押圧しているので、ナット３４の締付力によってパッキン面圧力が増加したとしても、鍔部４１の外周面４１ｃが環状突部４６の内周面４６ｂに当接して拡径が防止され、鍔状パッキン部４１が外部にはみ出すのを抑制できる。また、このように、グランド部材４５は、環状突部４６により鍔部４１を包囲しながら上方側から押圧できるので、この相乗効果により、グランドパッキンを効果的に下方側に押圧し、強い力で圧接させることができる。これにより、グランドパッキン４０によるシール面圧を保持し、ステムの鍔部３１に当接する下端４３のシール面圧を保持して、バーリング部２３の下端２３ａと鍔部３１の接触を確実に防いでいる。
【００５３】
軸封シール時には、グランド部材４５の内側底面４５ｃとグランドパッキン４０の鍔部上面４１ａ、環状突部４６の内周面４６ｂと鍔部４１の外周面４１ｃ、鍔部４１の下面４１ｂとバルブ本体２０の座面２２、円筒部外周面４２ａと挿入穴２４、円筒部先端面４３と鍔部上面３１ａ、円筒部内周面４２ｂとステム外周面３０ｂがそれぞれ密着し、この６面シールによって優れたシール性能が発揮され、各シール面同士のシール面圧の均一化が図られた状態で流体漏れを防ぐことができる。
【００５４】
更に、円筒部内周面４２ｂとステム外周面３０ｂの摩耗は、皿バネ４８による加重によってグランド部材４５がバルブ本体２０との隙間分だけ移動して許容することができる。また、この皿バネ４８により、グランドパッキン４０に許容できる面圧力以上の力が加わるのが防がれるため、グランドパッキン４０が永久変形して外部にはみ出したり、圧縮割れや破断してシール機能が損なわれるのを防ぐことができる。
【００５５】
このように、グランドパッキン４０は、皿バネ４８による外部の弾性力によってシール力を発揮するようにしているので、流体内の異物等によってシール性に悪影響を受けるのを抑えることができる。また、組付け時にグランドパッキン４０の自己弾性力を必要としないため、ステム３０やバルブ本体２０の接触面に加工粗さや隙間があり、これらが片寄った状態で組み込まれたとしても、ステム操作時における偏摩耗や裂傷が防がれ、長期に渡って高いシール性を維持することができる。
【００５６】
しかも、グランドパッキン４０の組込み時には、このグランドパッキン４０をバーリング部２３に挿入するだけでねじりや引張り・圧縮応力等の負荷が加わるのを抑えつつ簡単に装着して損傷を防ぐことができる。また、グランドパッキン４０は、ＰＦＡ等の樹脂材料により超高密度に成形できるため、ナット３４による増し締め後にも流体の熱や内部圧力に対して膨張・収縮し難く、圧縮永久変形や圧縮割れを防ぐことが可能になる。
【００５７】
続いて、図７においては、本発明のボールバルブの第２実施形態であり、要部を分解した状態を示している。なお、この実施形態以降において、上記実施形態と同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。このボールバルブは、バルブ本体６０の筒状のバーリング部６１を内方に向かって緩やかに縮径させた傾斜面とし、この傾斜面６１にグランドパッキン４０の筒状パッキン部４２をくさび状に嵌合させている。これにより、バーリング部６１と筒状パッキン部４２との間にくさび効果を発揮させることができ、このくさび効果により、グランドパッキン４０がステム３０に対して下方に圧縮され、バーリング部６１の微量傾斜面によるスプリング効果と相俟って、グランドパッキン４０の筒状パッキン部４２とバーリング部６１、筒状パッキン部４２とステム３０とのシール性を高めることができ、且つ、ステム３０をより効果的に自動調芯することができる。
【００５８】
図８ないし図１０においては、本発明のボールバルブの第３実施形態を示している。このボールバルブでは、ハンドル６５を図の形状に形成し、このハンドル６５の内部にステム３０を嵌合可能な嵌合穴６６を設け、更に、この嵌合穴６６の一部に内周方向に突設した突起部６７を設け、この突起部６７をステム３０に設けた凹状部３０ｃに係止可能に設けていることで、このハンドル６５をワンタッチで簡易的に着脱可能にしている。
【００５９】
係止リング６８は、スリット６９ａによって内径側に設けた穴状の挿入部６８ａを拡径可能に設けており、この挿入部６８ａの拡径により、内径側にテーパ突起部６９を形成可能に設けている。係止リング６８は、ナット３４の代替としてステム３０に装着し、装着時には、内方下面側をグランドパッキン４０の鍔部上面４１ａに当接させ、また、挿入部６８ａの縁部位をステム３０上方の拡径段部３０ｄに係合させるようにする。
【００６０】
このボールバルブは、係止リング６８の装着後に、この係止リング６８がグランドパッキン４０の鍔部上面４１ａとステム３０の拡径段部３０ｄの間で弾発し、この力によりステム３０を上方（遠心方向）に引き上げる力を得ることができる。よって、鍔状パッキン部４１が座面２２、筒状パッキン部４２の下端４３が鍔部３１に密着し、かつ、バーリング部２３の下端２３ａと鍔部３１が離間した状態を維持することができ、優れた軸封機能を発揮することができる。
また、係止リング６８は、ボールバルブからハンドル６５を取外してもステム３０への嵌め合い状態が維持されるため、その軸封機能を維持することができる。
【００６１】
また、図示しないが、挿入穴２４にバーリング加工を施す際に、バーリング部２３の一部を遠心方向に突出させてストッパ片を形成し、一方、ステム３０の鍔部３１にこのストッパ片に係止してその回転を規制できる切欠溝を形成してストッパ機構を設け、このストッパ機構によって、ボールを略９０°の角度で回転規制するようにしてもよい。
【００６２】
図１１、図１２においては、本発明のボールバルブの第４実施形態を示している。このボールバルブでは、第１実施形態のボールバルブと異なる形状のハンドル７０を装着し、このハンドル７０で操作可能に設けたものである。
ハンドル７０は、ステム３０への嵌合孔部７０ａを中心として２つの操作部７１、７１を有する形状を呈しており、各操作部７１を操作することでステム３０を回動可能に設けている。これにより、このボールバルブを狭い場所に設置した場合でも何れかの操作部７１を操作できることで容易に操作でき、あらゆる場所にこのボールバルブを設置することができる。
また、ハンドル７０は、第１実施形態の場合と同様にバルブ本体２０の切り曲げ部２６の位置に対応する突設片７２を有しており、ハンドル７０を閉又は開状態に操作した場合には、この突設片７０が切り曲げ部２６の係止面２６ｂに係止することで、ハンドル７０を略９０°に回転規制できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のボールバルブの第１実施形態を示した断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１のボールバルブの平面図である。
【図４】ハンドルのストッパ構造の一例を示す斜視図である。
【図５】図４のハンドルの閉状態を示す斜視図である。
【図６】ハンドルを示した斜視図である。
【図７】本発明のボールバルブの第２実施形態を示した要部断面図である。
【図８】本発明のボールバルブの第３実施形態を示した断面図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】係止リングを示す平面図である。
【図１１】本発明のボールバルブの第４実施形態を示した部分断面図である。
【図１２】図１１のボールバルブの平面図である。
【図１３】従来のボールバルブの要部断面図である。
【図１４】従来の他のボールバルブの要部断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
２０ バルブ本体
２１ 管材
２２ 座面
２３ バーリング部
２３ａ 下端
３０ ステム
３１ 鍔部
３１ａ 上面
３４ ナット
３５ ボール（弁体）
３６ 貫通孔
４０ グランドパッキン
４１ 鍔状パッキン部
４２ 筒状パッキン部
４３ 下端
４５ グランド部材
４６ 環状突部
４６ａ 下端
５０ インサート部材
Ｇ 隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ本体内に貫通孔を有するボールを途中に鍔部を有するステムを介して回転自在に設けたボールバルブにおいて、前記バルブ本体のステム挿入位置に座面を形成し、かつ当該位置を内方に折曲して前記ステムの鍔部側に向けて筒状のバーリング部を形成し、前記バーリング部とステムの間に装着した筒状パッキン部とこのパッキン部の上端に折曲させて前記座面に当接する鍔状パッキン部とでグランドパッキンを構成し、このグランドパッキンをグランド部材で押圧して鍔状パッキン部を座面に密接させると共に、前記筒状パッキン部の下端を前記鍔部に密接させ、前記バーリング部の下端と前記鍔部の上面の間にやや隙間を保持させるようにしたことを特徴とするボールバルブ。
【請求項２】
前記ステムに螺合したナットの締付力で前記グランド部材を介してグランドパッキンを押圧すると共に、ステムの鍔部を引き上げるようにした請求項１に記載のボールバルブ。
【請求項３】
前記グランド部材の外周に環状突部を形成し、この環状突部の下端を前記バルブ本体の座面に当接させて前記ナットの締付力を制限した請求項１又は２に記載のボールバルブ。
【請求項４】
前記筒状のバーリング部を内方に向かって縮径させた傾斜面とし、この傾斜面にグランドパッキンの筒状パッキン部をくさび状に嵌合した請求項１乃至３の何れか１項に記載のボールバルブ。
【請求項５】
前記バルブ本体は、管材であり、この管材のステム挿入位置にバーリング加工を施してバーリング部を形成し、この管材の両側にインサート部材を挿入して管材とインサート部材を固着した請求項１乃至４の何れか１項に記載のボールバルブ。
【請求項１】
バルブ本体内に貫通孔を有するボールを途中に鍔部を有するステムを介して回転自在に設けたボールバルブにおいて、前記バルブ本体のステム挿入位置に座面を形成し、かつ当該位置を内方に折曲して前記ステムの鍔部側に向けて筒状のバーリング部を形成し、前記バーリング部とステムの間に装着した筒状パッキン部とこのパッキン部の上端に折曲させて前記座面に当接する鍔状パッキン部とでグランドパッキンを構成し、このグランドパッキンをグランド部材で押圧して鍔状パッキン部を座面に密接させると共に、前記筒状パッキン部の下端を前記鍔部に密接させ、前記バーリング部の下端と前記鍔部の上面の間にやや隙間を保持させるようにしたことを特徴とするボールバルブ。
【請求項２】
前記ステムに螺合したナットの締付力で前記グランド部材を介してグランドパッキンを押圧すると共に、ステムの鍔部を引き上げるようにした請求項１に記載のボールバルブ。
【請求項３】
前記グランド部材の外周に環状突部を形成し、この環状突部の下端を前記バルブ本体の座面に当接させて前記ナットの締付力を制限した請求項１又は２に記載のボールバルブ。
【請求項４】
前記筒状のバーリング部を内方に向かって縮径させた傾斜面とし、この傾斜面にグランドパッキンの筒状パッキン部をくさび状に嵌合した請求項１乃至３の何れか１項に記載のボールバルブ。
【請求項５】
前記バルブ本体は、管材であり、この管材のステム挿入位置にバーリング加工を施してバーリング部を形成し、この管材の両側にインサート部材を挿入して管材とインサート部材を固着した請求項１乃至４の何れか１項に記載のボールバルブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−１２７７２６（Ｐ２００９−１２７７２６Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０２６６３（Ｐ２００７−３０２６６３）
【出願日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【出願人】（３９０００２３８１）株式会社キッツ (223)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【出願人】（３９０００２３８１）株式会社キッツ (223)
【Ｆターム（参考）】
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