流路開閉弁
【課題】流路開閉弁において、ボールバルブの着座するシート部材の偏摩耗を抑制し、前記ボールバルブとシート部材との間において常に安定したシール性を得る。
【解決手段】ボディ本体１２の内部にボールバルブ１４が回動自在に設けられ、
該ボールバルブ１４には、貫通孔４２が開口した一対の開口部４４ａ、４４ｂが形成され、一方の開口部４４ｂの半径外方向に第１及び第２バルブシート１６、１８にそれぞれ当接する第１及び第２シート部４６、４８が形成される。そして、第２シート部４８は、貫通孔４２の中心を通る水平線Ｄを境として上側に形成される上部シート５０が、前記水平線Ｄを境として下側に形成される下部シート５２に対して前記第２バルブシート１８に対する接触面積が小さくなるように形成されている。
【解決手段】ボディ本体１２の内部にボールバルブ１４が回動自在に設けられ、
該ボールバルブ１４には、貫通孔４２が開口した一対の開口部４４ａ、４４ｂが形成され、一方の開口部４４ｂの半径外方向に第１及び第２バルブシート１６、１８にそれぞれ当接する第１及び第２シート部４６、４８が形成される。そして、第２シート部４８は、貫通孔４２の中心を通る水平線Ｄを境として上側に形成される上部シート５０が、前記水平線Ｄを境として下側に形成される下部シート５２に対して前記第２バルブシート１８に対する接触面積が小さくなるように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流通する流路を開閉することにより該流体の流通状態を切り換える流路開閉弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、流体の流通する流路に接続され、該流路の連通状態を切り換えることによって前記流体の流通状態を制御する流路開閉弁が知られている。このような流路開閉弁は、弁本体の内部にボール弁が設けられ、該ボール弁の上部に連結された連結軸が回転することにより、前記ボール弁の貫通孔が前記弁本体に形成された一対の通路を互いに連通させる。また、一対の通路の端部には、それぞれ環状の弁座部材が設けられ、ボール弁の周面に摺接しているため、該周面と通路との間を通じた流体の漏れが防止される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３４１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような流路開閉弁では、流路を開閉させる際にボール弁が回転するため、該ボール弁の周面と摺接している弁座部材が、該周面との摺接部位に磨耗が生じることとなる。この弁座部材では、回転軸と略平行となる上側及び下側においてより多くの摩耗が発生するため、前記弁座部材の周方向に沿った摩耗度合いが均等にならずに偏摩耗となる。
【０００５】
その結果、流路開閉弁を長期間使用し続けた場合に、偏磨耗に起因してボール弁と弁座部材との間に隙間が生じ、流体が前記隙間を通じて漏出することが懸念される。
【０００６】
本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、ボールバルブの着座するシート部材の偏摩耗を抑制し、前記ボールバルブとシート部材との間において常に安定したシール性を得ることが可能な流路開閉弁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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明は、貫通孔を設けたボールバルブと、
前記ボールバルブを回転自在に収容する室と、流体の供給される流体流入口と、該流体の排出される流体流出口とを有するボディ本体と、
前記ボールバルブを前記室内で回転させて前記流体流入口と前記流体流出口との連通状態を切り換えるシャフト軸と、
前記シャフト軸を回転させる駆動源と、
前記流体流入口及び流体流出口の少なくともいずれか一方に回転自在に設けられ、前記ボールバルブの外周面に当接するシート部材と、
を備え、
前記シート部材は、前記ボールバルブの回転動作に伴って回転することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、駆動源の駆動作用下にシャフト軸に連結されたボールバルブが回転することにより、ボディ本体における流体流入口に供給された流体の流体流出口側への流通状態を切り換える。この際、ボールバルブの外周面に当接したシート部材は、前記ボールバルブが回転することにより回転変位することとなる。
【０００９】
従って、流体の流通状態を切り換えるためにボールバルブを回転させる際、その回転動作に伴ってシート部材を、流体流入口及び流体流出口の少なくともいずれか一方において回転変位させることができるため、前記シート部材において前記ボールバルブの当接部位が常に同一位置となることが回避され、該シート部材の周方向に沿って均等に当接させることができる。その結果、ボールバルブの当接によるシート部材の摩耗を該シート部材の周方向に沿って略均等とすることができるため、前記シート部材の偏摩耗が防止され、該偏摩耗を起因とした前記ボールバルブとシート部材との間を介した流体の漏出を確実に防止することができる。また、シート部材の偏摩耗が防止されるため、その交換サイクルを延ばすことも可能となる。
【００１０】
また、シート部材の回転方向を、その回転中心が前記ボールバルブの回転中心に対して直交させるとよい。
【００１１】
さらに、ボールバルブの外周面には、シート部材に臨み、前記シート部材に対する接触抵抗の異なる第１接触部と第２接触部を形成するとよい。
【００１２】
さらにまた、第１及び第２接触部は、貫通孔の中心を通る基線を境として分割して形成するとよい。
【００１３】
またさらに、第１及び第２接触部は、シート部材に対して接触する接触面積が異なるように設定するとよい。
【００１４】
また、第１接触部及び第２接触部のいずれか一方に、ボールバルブの外周半径に対して大きな半径で形成された湾曲部を設けるとよい。
【００１５】
さらに、第１接触部及び第２接触部のいずれか一方に、ボールバルブの外周面に対して窪んだ窪み部を設けるとよい。
【００１６】
さらにまた、第１及び第２接触部は、シート部材に対して接触する接触面の表面粗さが異なるように設定するとよい。
【００１７】
またさらに、流体流入口及び流体流出口の少なくともいずれか一方とシート部材との間に、該シート部材の回転変位を促進する回転促進手段を設けるとよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１９】
すなわち、ボールバルブを回転させ流体の流通状態を切り換える際、その回転動作に伴って、流体流入口及び流体流出口の少なくともいずれか一方においてシート部材を回転変位させることが可能となる。その結果、シート部材においてボールバルブの当接部位が常に同一位置となることが回避され、該シート部材の周方向に沿って均等に当接させることができるため、前記シート部材の偏摩耗が防止され、該偏摩耗を起因とした前記ボールバルブとシート部材との間からの流体の漏出を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流路開閉弁の一部断面斜視図である。
【図２】図１に示す流路開閉弁の一部断面分解斜視図である。
【図３】図１に示す流路開閉弁の縦断面図である。
【図４】ボールバルブ及びシャフト軸の外観斜視図である。
【図５】図４に示すボールバルブ及びシャフト軸の一部省略正面図である。
【図６】図３の流路開閉弁の弁開状態を示す縦断面図である。
【図７】図６のボールバルブ近傍を示す拡大断面図である。
【図８】変形例に係る流路開閉弁を構成し、複数の切欠部を有したボールバルブ及びシャフト軸の外観斜視図である。
【図９】図８に示すボールバルブ及びシャフト軸の一部省略正面図である。
【図１０】図８のボールバルブを通じてガス流入口とガス流出口とが連通した弁開状態において、前記ボールバルブ及び第２バルブシート近傍を示す拡大断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る流路開閉弁を構成するボールバルブ及びシャフト軸の外観斜視図である。
【図１２】図１１に示すボールバルブ及びシャフト軸の一部省略正面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る流路開閉弁において、ボールバルブを通じてガス流入口とガス流出口とが連通した弁開状態における前記ボールバルブ及び第２バルブシート近傍を示した拡大断面図である。
【図１４】第２バルブシートの外周側に軸受を設けた変形例を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る流路開閉弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２２】
図１において、参照符号１０は、本発明の第１の実施の形態に係る流路開閉弁を示す。
【００２３】
流路開閉弁１０は、図１〜図７に示されるように、ボディ本体１２と、該ボディ本体１２の内部に回動自在に設けられるボールバルブ１４と、前記ボールバルブ１４の外周面１４ａに当接する第１及び第２バルブシート１６、１８と、前記ボディ本体１２の上部に設けられ、前記ボールバルブ１４に対して回転駆動力を付与する駆動力伝達機構２０とを有する。
【００２４】
このボディ本体１２の下側には、例えば、気化した燃料を含むガスの供給されるガス流入口２２と、その反対側に設けられ、前記ガスを導出して内燃機関（図示せず）へと循環させるガス流出口２４が設けられている。なお、ボディ本体１２において、ガス流入口２２とガス流出口２４とは略一直線上に設けられる。また、ボディ本体１２には、ガス流入口２２とガス流出口２４との間に連通室（室）２６が形成され、この連通室２６の内部に略球状のボールバルブ１４が回動自在に配設される。
【００２５】
この連通室２６とガス流入口２２との間には、リング状の第１バルブシート１６が設けられ、前記第１バルブシート１６は、前記ガス流入口２２より拡径した環状の第１装着溝２８に装着されている。すなわち、第１バルブシート１６は、その一端面が連通室２６に臨んでボールバルブ１４の外周面１４ａに当接し、他側面がガス流入口２２に臨むように配設されている。
【００２６】
第１バルブシート１６には、中心部にガス流入口２２と連通する第１連通孔３０が形成され軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って貫通すると共に、該第１バルブシート１６の一端面には、ボールバルブ１４の当接する第１シート面３２が形成される。第１シート面３２は、ボールバルブ１４から離間する方向（矢印Ａ方向）に向かって断面円弧状に窪んで形成され、且つ、第１連通孔３０の中心線を中心とした断面形状が、ボールバルブ１４の外周面１４ａに対応した所定半径で形成されると共に、周方向に沿って同一の断面形状で形成される。換言すれば、第１シート面３２の表面積は、第１バルブシート１６の軸線を中心として周方向に沿って均一となるように形成される。
【００２７】
一方、第１バルブシート１６の他側面には、ボディ本体１２との間にスプリング３４が介装され、前記第１バルブシート１６を常にボールバルブ１４側（矢印Ｂ方向）に向かって付勢している。
【００２８】
一方、連通室２６とガス流出口２４との間には、リング状の第２バルブシート１８が設けられ、前記第２バルブシート１８は、前記ガス流出口２４と前記連通室２６との間に形成された環状の第２装着溝３６に装着されている。第２バルブシート１８は、第２装着溝３６に対して回転自在に設けられ、その一端面が連通室２６に臨んでボールバルブ１４の外周面１４ａに当接し、他側面がガス流出口２４に臨むように配設されている。なお、第２バルブシート１８は、連通室２６を中心として第１バルブシート１６と同軸上に設けられる。
【００２９】
この第２バルブシート１８には、中心部にガス流出口２４と連通する第２連通孔３８が形成され軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って貫通している。また、第２バルブシート１８の一端面は、ボールバルブ１４の当接する第２シート面４０が形成される。第２シート面４０は、一端面から他端面側に向かって断面円弧状に窪んで形成されると共に、第２連通孔３８の中心線を中心とした断面形状が周方向に沿って同一形状で形成される。換言すれば、第２シート面４０の表面積は、第２バルブシート１８の軸線を中心として周方向に沿って均一となるように形成される。
【００３０】
一方、第２バルブシート１８の他端面は、略平面状に形成され、図示しない配管等がガス流出口２４に対して接続されることにより、該配管等の端部によって第２装着溝３６内における軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）への変位が規制される。
【００３１】
ボールバルブ１４は、中心軸に直交するように一方の曲面と他方の曲面が取り除かれ、該中心軸に沿って一方の面から他方の面へと貫通する貫通孔４２の形成された球体である。
【００３２】
このボールバルブ１４の外周面１４ａには、貫通孔４２の両端部が開口した一対の開口部４４ａ、４４ｂが形成され、その半径外方向となる位置に環状の第１及び第２シート部４６、４８が前記外周面１４ａに沿ってそれぞれ形成される。ボールバルブ１４の貫通孔４２がガス流入口２２及びガス流出口２４と一直線上に配置された弁開状態において（図６参照）、この第１シート部４６が、第１バルブシート１６に当接し、一方、第２シート部４８が、第２バルブシート１８へと当接する。
【００３３】
第１及び第２シート部４６、４８は、貫通孔４２の中心Ｃを通る水平線（基線）Ｄを境として上部側（矢印Ｅ方向）に形成される上部シート（第１接触部）５０と、前記水平線Ｄを境として下部側（矢印Ｆ方向）に形成される下部シート（第２接触部）５２とを含む。
【００３４】
また、ボールバルブ１４には、第２シート部４８における開口部４４ｂの外周側に該ボールバルブ１４の外周面１４ａより大きな半径で形成され、且つ、水平線Ｄを境とした上部側（矢印Ｅ方向）のみに湾曲部５４が形成される。すなわち、湾曲部５４は、図５に示されるように、ボールバルブ１４を貫通孔４２の開口部４４ｂ側から見た場合に、該貫通孔４２の上部側を覆うように約１８０°となる半円状に形成される。
【００３５】
このように、ボールバルブ１４における他方の面において、上部シート５０に臨む位置に湾曲部５４を設けることによって、第２シート部４８における前記上部シート５０の表面積Ｇ１が、下部シート５２の表面積Ｇ２に対して小さくなる（Ｇ１＜Ｇ２）。
【００３６】
すなわち、第２シート部４８は、第２バルブシート１８に当接する際、第２シート面４０に対する上部シート５０の接触面積Ｈ１が、下部シート５２との接触面積Ｈ２に対して小さくなる（Ｈ１＜Ｈ２）。
【００３７】
一方、第１シート部４６には、湾曲部５４が設けられていないため、上部シート５０と下部シート５２の表面積がそれぞれ略同一となり、前記第１シート部４６が第１バルブシート１６に当接した際、第１シート面３２に対する上部シート５０と下部シート５２の接触面積が略同一となる（Ｈ１≒Ｈ２）。
【００３８】
ボールバルブ１４の頂部には、断面長方形状で窪んだ凹部５６が形成され、前記凹部５６には、後述するシャフト軸５８の端部が挿入される。この凹部５６は、貫通孔４２の軸線と直交方向に延在している。
【００３９】
駆動力伝達機構２０は、ボールバルブ１４の頂部に連結されるシャフト軸５８と、前記シャフト軸５８の上端部に連結される回転ヨーク６０と、ボディ本体１２の上部に連結され、前記回転ヨーク６０を介して前記シャフト軸５８を回転駆動させる駆動源６２とを含む。
【００４０】
シャフト軸５８は、ボディ本体１２の内部に設けられた一組の軸受６４ａ、６４ｂによって回転自在に支持され、その下端部が断面長方形状に形成され連通室２６内においてボールバルブ１４の凹部５６に挿入される。また、シャフト軸５８の上端部は、回転ヨーク６０の略中央部に挿通されてナット６６を締め付けることによって固定されている。
【００４１】
駆動源６２は、例えば、通電作用下に回転駆動するステッピングモータやロータリーアクチュエータからなり、その回転駆動力が回転ヨーク６０を介してシャフト軸５８へと伝達されることにより、前記シャフト軸５８に連結されたボールバルブ１４が所定方向に回動動作する。
【００４２】
本発明の第１の実施の形態に係る流路開閉弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、ここでは、図１及び図３に示されるように、ボールバルブ１４の貫通孔４２がガス流入口２２及びガス流出口２４に対して直交する位置となり、第１及び第２バルブシート１６、１８の第１及び第２連通孔３０、３８がいずれも該ボールバルブ１４によって閉塞された弁閉状態を初期位置として説明する。
【００４３】
上述した初期位置では、図示しないガスがガス流入口２２へと供給されているが、第１バルブシート１６の第１シート面３２にボールバルブ１４が当接しているため、該第１バルブシート１６を通じて前記ガスの連通室２６内への流通が遮断された弁閉状態にある。なお、第２バルブシート１８の第２シート面４０にも同様に、ボールバルブ１４が当接しているため、ガス流出口２４と連通室２６内との連通も遮断されている。
【００４４】
先ず、駆動源６２が付勢されることによって回転ヨーク６０を介してシャフト軸５８に回転駆動力が伝達され、貫通孔４２の開口部４４ａ、４４ｂがそれぞれガス流入口２２及びガス流出口２４に接近するようにボールバルブ１４が回転する。そして、図６及び図７に示されるように、ボールバルブ１４の回動作用下に貫通孔４２がガス流入口２２及びガス流出口２４と一直線上となることにより、前記貫通孔４２を通じてガス流入口２２とガス流出口２４とが連通した弁開状態となる。これにより、ガス流入口２２に供給されているガスが、ボールバルブ１４の貫通孔４２を通じてガス流出口２４側へと流通して図示しない内燃機関へと導入される。
【００４５】
また、ボールバルブ１４の第１シート部４６には、第１バルブシート１６の上部シート５０及び下部シート５２が当接しているため、前記ボールバルブ１４と第１バルブシート１６との間を通じたガスの漏出が防止される。一方、ボールバルブ１４の第２シート部４８には、第２バルブシート１８の上部シート５０及び下部シート５２が当接しているため、前記ボールバルブ１４と第２バルブシート１８との間を通じたガスの漏出が防止される。
【００４６】
この際、ボールバルブ１４の第２シート部４８は、その上部シート５０が下部シート５２に対して小さな接触面積（Ｈ１＜Ｈ２）で当接した状態にある（図７参照）。
【００４７】
一方、流路開閉弁１０を弁閉状態にする場合には、駆動源６２に入力されている制御信号を前記とは逆転させることにより、前記駆動源６２からシャフト軸５８へと伝達される回転駆動力の伝達方向が反転し、ボールバルブ１４が前記シャフト軸５８を中心として前記とは反対方向に回動する。
【００４８】
この際、ボールバルブ１４が回動することに伴って第２バルブシート１８に対する接触面積が異なる上部シート５０と下部シート５２との間で摺動抵抗が異なり、接触面積が大きく摺動抵抗の大きな下部シート５２に当接した第２バルブシート１８の下部側と、該接触面積が小さく前記摺動抵抗の小さな上部シート５０に当接した第２バルブシート１８の上部側との間に生じた摺動抵抗の差によって回転力が生じる。
【００４９】
詳細には、図５に示されるように、ボールバルブ１４を第２シート部４８側から見た場合において、貫通孔４２の開口部４４ｂが左側に向かうように回動する際、前記ボールバルブ１４との間の摺動抵抗の大きな第２バルブシート１８の下部側が、該ボールバルブ１４の回動に伴って時計回り方向（矢印Ｒ方向）に引張される。換言すれば、第２バルブシート１８には、ボールバルブ１４の回動に伴って時計回り方向（矢印Ｒ方向）への回転力が付与される。
【００５０】
これにより、ボールバルブ１４が回動することによって第２バルブシート１８が第２装着溝３６の内周面に沿って所定角度だけ回転することとなる。この際、第２バルブシート１８の回転方向は、その回転中心がボールバルブ１４の回転中心に対して直交するように回転する。
【００５１】
そして、ボールバルブ１４の貫通孔４２が、ガス流入口２２及びガス流出口２４の軸線と略直交する位置まで回動することにより、該ボールバルブ１４の外周面１４ａによって第１及び第２バルブシート１６、１８の第１及び第２連通孔３０、３８の連通が遮断された弁閉状態となり、該ボールバルブ１４の回動動作が停止する。これに伴って、第２シートバルブの回転動作も停止することとなる。これにより、ガス流入口２２とガス流出口２４との連通が遮断され、該ガス流入口２２に供給されているガスのガス流出口２４側への流通が阻止された初期位置となる。
【００５２】
以上のように、第１の実施の形態では、駆動源６２の駆動作用下に回転変位するボールバルブ１４を備え、該ボールバルブ１４には、その貫通孔４２がガス流入口２２及びガス流出口２４を連通する弁開状態において、第２バルブシート１８に当接する第２シート部４８を有している。そして、ボールバルブ１４の第２シート部４８において、貫通孔４２の中心Ｃを通る水平線Ｄを境として上側となる位置に、前記ボールバルブ１４の外周面１４ａに対して大きな半径で形成された湾曲部５４を設けることによって、前記水平線Ｄより上側となる上部シート５０が、該水平線Ｄの下側となる下部シート５２に対して第２バルブシート１８との接触面積が小さくなるように設定される（Ｈ１＜Ｈ２）。
【００５３】
すなわち、ボールバルブ１４において、貫通孔４２の軸線上を通る水平線Ｄに対して上部側となる上部シート５０と、下部側となる下部シート５２との間で、第２バルブシート１８との接触面積Ｈ１、Ｈ２が異なるように設定している。
【００５４】
これにより、ボールバルブ１４を回動させる際に、その回動動作に伴って上部シート５０と下部シート５２との接触面積差に起因した回転力が生じるため、第２バルブシート１８を第２装着溝３６の内周面に沿って回転させることができる。そのため、第２バルブシート１８において、ボールバルブ１４が当接する第２シート面４０の当接位置が常に同一位置となることが回避され、該第２シート面４０の周方向に沿って均等に当接させることが可能となる。
【００５５】
その結果、ボールバルブ１４の摺接による第２シート面４０の摩耗を該第２シート面４０の周方向に沿って略均等とすることができるため、第２バルブシート１８の偏摩耗が防止され、それに伴って、該偏摩耗を起因とした前記ボールバルブ１４と第２バルブシート１８との間を通じたガスの漏出を確実に防止することができる。
【００５６】
また、第２バルブシート１８の偏摩耗が防止されるため、該第２バルブシート１８の交換サイクルを延ばすことが可能となる。
【００５７】
なお、ボールバルブ１４における上部シート５０と下部シート５２の表面積を異ならせる構成は、上述したように半円状の湾曲部５４を設ける場合に限定されるものではなく、例えば、図８及び図９に示されるように、ボールバルブ８０の外周面８０ａに対して貫通孔４２の開口部４４ｂに沿って複数（例えば、３個）の切欠部８２ａ〜８２ｃを設けるようにしてもよい。この切欠部８２ａ〜８２ｃは、ボールバルブ８０の外周面８０ａに対して所定深さで窪んだ断面三角形状に形成されると共に、第２シート部４８における上部シート５０の範囲内に設けられる。また、切欠部８２ａ〜８２ｃは、貫通孔４２の周方向に沿って互いに等間隔離間するように設けられる。
【００５８】
このようにボールバルブ８０の外周面８０ａに複数の切欠部８２ａ〜８２ｃを設けた場合には、該切欠部８２ａ〜８２ｃの数量、形状等を変更することにより、第２バルブシート１８に対する第２シート部４８の上部シート５０の接触面積を簡単に変更することが可能となる。その結果、第２バルブシート１８に対するボールバルブ８０の上部シート５０と下部シート５２との接触面積を容易に異ならせ、前記第２バルブシート１８を前記ボールバルブ８０の回動作用下に確実且つ容易に回転させることができる。
【００５９】
すなわち、切欠部８２ａ〜８２ｃの数量を増加、又は、該切欠部８２ａ〜８２ｃの形状を大型化させた場合には、第２バルブシート１８に対する上部シート５０の接触面積がより小さくなり、それに伴って、下部シート５２との接触面積の差を大きく設定することが可能となり、反対に、前記切欠部８２ａ〜８２ｃの数量を減少、又は、該切欠部８２ａ〜８２ｃの形状を小型化させた場合には、第２バルブシート１８に対する上部シート５０の接触面積がより大きくなり、下部シート５２との接触面積の差を小さく設定することが可能となる。
【００６０】
次に、第２の実施の形態に係る流路開閉弁１００を図１１及び図１２に示す。なお、上述した第１の実施の形態に係る流路開閉弁１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６１】
この第２の実施の形態に係る流路開閉弁１００では、例えば、ボールバルブ１０２において第２シート部１０４における下部シート１０６の表面粗さＫ１を、上部シート１０８の表面粗さＫ２に対して大きく設定している（Ｋ１＞Ｋ２）点で、第１の実施の形態に係る流路開閉弁１０と相違している。このボールバルブ１０２における下部シート１０６には、例えば、サンドブラスト等の加工が施され、その表面粗さが上部シート１０８と比較して大きくなるように形成される。
【００６２】
上述したように、第２の実施の形態に係る流路開閉弁１００では、ボールバルブ１０２における第２シート部１０４の上部シート１０８と下部シート１０６とを異なる表面粗さで形成することにより、該ボールバルブ１０２を回動させた際に、その表面粗さの差に応じて第２バルブシート１８を回転させることが可能となる。その結果、第２バルブシート１８の偏摩耗を、上部及び下部シート１０８、１０６の表面粗さを別個に設定するという簡便な構成で、確実に防止することができると共に、低コストで実現することができる。
【００６３】
また、ボールバルブ１０２を形成する際、下部シート１０６のみに加工を行わずに素材面とし、上部シート１０８を含むその他の部位に加工を行うことによっても表面粗さを異なるように設定可能である。この場合には、下部シート１０６に対する加工が不要となるため、加工コストを低減することが可能となる。
【００６４】
なお、上述したように下部シート１０６の表面粗さＫ１が、上部シート１０８の表面粗さＫ２に対して大きく設定される場合に限定されず、反対に、前記上部シート１０８の表面粗さＫ２が、前記下部シート１０６の表面粗さＫ１に対して大きく設定されるようにしてもよい（Ｋ１＜Ｋ２）。
【００６５】
次に、第３の実施の形態に係る流路開閉弁１５０を図１３及び図１４に示す。なお、上述した第１及び第２の実施の形態に係る流路開閉弁１０、１００と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６６】
この第３の実施の形態に係る流路開閉弁１５０では、図１３に示されるように、第２バルブシート１８の外周面と第２装着溝３６との間に潤滑剤１５２（例えば、グリス）が塗布されており、前記第２装着溝３６との間の摩擦抵抗が低減され回転自在に設けられている。そして、ボールバルブ１４がシャフト軸５８の回転作用下に回動することにより、該ボールバルブ１４の回転に伴って第２バルブシート１８をより一層円滑に回転させることができる。
【００６７】
また、第２バルブシート１８と第２装着溝３６との間に潤滑剤１５２を塗布する代わりに、図１４に示されるように、該第２装着溝３６に対して軸受１５４を装着し、前記軸受１５４を介して前記第２バルブシート１８の外周面を保持するようにしてもよい。この場合も、ボールバルブ１４がシャフト軸５８の回転作用下に回動することにより、該ボールバルブ１４の回転に伴って第２バルブシート１８をさらに一層円滑に回転させることができる。
【００６８】
すなわち、第２装着溝３６に設けられた潤滑剤１５２又は軸受１５４は、第２バルブシート１８をより一層円滑に回転変位させるための回転促進手段として機能し、このような潤滑剤１５２又は軸受１５４を用いることによって第２バルブシート１８に生じる偏摩耗を確実に防止することができる。
【００６９】
なお、上述した説明では、第２バルブシート１８の設けられる第２装着溝３６に対して潤滑剤１５２若しくは軸受１５４を設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、第２装着溝３６の代わりに第１装着溝２８に対して前記潤滑剤１５２若しくは軸受１５４を設け、第１バルブシート１６を回転させるようにしてもよいし、前記第１及び第２装着溝２８、３６の双方に前記潤滑剤１５２若しくは軸受１５４を設けて前記第１及び第２バルブシート１６、１８を共に円滑に回転させるようにしてもよい。
【００７０】
また、上述した第１〜第３の実施の形態に係る流路開閉弁１０、１００、１５０においては、第２バルブシート１８に当接する第２シート部４８における上部シート５０と下部シート５２との間に接触面積の差を設ける構成としているがこれに限定されるものではなく、例えば、前記第２シート部４８の代わりに、第１シート部４６における上部シート５０と下部シート５２との間に接触面積の差を設け、第１バルブシート１６を回転させる構成としてもよいし、前記第１及び第２シート部４６、４８のいずれの上部シート５０及び下部シート５２との間に接触面積の差を設け、第１及び第２バルブシート１６、１８を共に回転させる構成としてもよい。
【００７１】
さらに、ボールバルブ１４、８０、１０２における上部シート５０と下部シート５２との間に表面積の差、若しくは、表面粗さの差を設ける代わりに、例えば、前記ボールバルブ１４、８０、１０２が当接する第１及び第２バルブシート１６、１８において、第１及び第２シート面３２、４０の上部側と下部側とで表面積の差をそれぞれ設けるようにしてもよい。この場合にも、ボールバルブ１４、８０、１０２と第１及び第２バルブシート１６、１８との間で、周方向に沿って接触面積の差が生じるため、前記ボールバルブ１４、８０、１０２の回動作用下に前記第１及び第２バルブシート１６、１８を回転させることが可能となる。
【００７２】
また、上述した第１〜第３の実施の形態に係る流路開閉弁１０、１００、１５０において、さらなるシール性の向上を図るために、例えば、第１バルブシート１６及び第２バルブシート１８の少なくともいずれか一方の外周面に、Ｏリング等の弾性部材を設けるようにしてもよい。これにより、第１バルブシート１６及び第２バルブシート１８の少なくともいずれか一方がボディ本体１２の内部で回転する際、前記第１バルブシート１６及び第２バルブシート１８と前記ボディ本体１２との間を通じた圧力流体の漏出が弾性部材によってより一層確実に阻止される。
【００７３】
さらに、流路開閉弁１０、１００、１５０では、ボールバルブ１４、８０、１０２の回転に伴って第１バルブシート１６及び又は第２バルブシート１８を回転させる際、該ボールバルブ１４、８０、１０２の回転量（回転角度）と、第１バルブシート１６及び又は第２バルブシート１８の回転量（回転角度）とが必ずしも一致しなくてもよい。例えば、ボールバルブ１４、８０、１０２の回転に対して若干だけ遅れて第１バルブシート１６及び又は第２バルブシート１８が回転させてもよい。
【００７４】
なお、本発明に係る流路開閉弁は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００７５】
１０、１００、１５０…流路開閉弁 １２…ボディ本体
１４、８０、１０２…ボールバルブ １６…第１バルブシート
１８…第２バルブシート ２０…駆動力伝達機構
２６…連通室 ４２…貫通孔
４４ａ、４４ｂ…開口部 ４６…第１シート部
４８、１０４…第２シート部 ５０、１０８…上部シート
５２、１０６…下部シート ５４…湾曲部
５８…シャフト軸 ６２…駆動源
６４ａ、６４ｂ、１５４…軸受 ８２ａ〜８２ｃ…切欠部
１５２…潤滑剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流通する流路を開閉することにより該流体の流通状態を切り換える流路開閉弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、流体の流通する流路に接続され、該流路の連通状態を切り換えることによって前記流体の流通状態を制御する流路開閉弁が知られている。このような流路開閉弁は、弁本体の内部にボール弁が設けられ、該ボール弁の上部に連結された連結軸が回転することにより、前記ボール弁の貫通孔が前記弁本体に形成された一対の通路を互いに連通させる。また、一対の通路の端部には、それぞれ環状の弁座部材が設けられ、ボール弁の周面に摺接しているため、該周面と通路との間を通じた流体の漏れが防止される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３４１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような流路開閉弁では、流路を開閉させる際にボール弁が回転するため、該ボール弁の周面と摺接している弁座部材が、該周面との摺接部位に磨耗が生じることとなる。この弁座部材では、回転軸と略平行となる上側及び下側においてより多くの摩耗が発生するため、前記弁座部材の周方向に沿った摩耗度合いが均等にならずに偏摩耗となる。
【０００５】
その結果、流路開閉弁を長期間使用し続けた場合に、偏磨耗に起因してボール弁と弁座部材との間に隙間が生じ、流体が前記隙間を通じて漏出することが懸念される。
【０００６】
本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、ボールバルブの着座するシート部材の偏摩耗を抑制し、前記ボールバルブとシート部材との間において常に安定したシール性を得ることが可能な流路開閉弁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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明は、貫通孔を設けたボールバルブと、
前記ボールバルブを回転自在に収容する室と、流体の供給される流体流入口と、該流体の排出される流体流出口とを有するボディ本体と、
前記ボールバルブを前記室内で回転させて前記流体流入口と前記流体流出口との連通状態を切り換えるシャフト軸と、
前記シャフト軸を回転させる駆動源と、
前記流体流入口及び流体流出口の少なくともいずれか一方に回転自在に設けられ、前記ボールバルブの外周面に当接するシート部材と、
を備え、
前記シート部材は、前記ボールバルブの回転動作に伴って回転することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、駆動源の駆動作用下にシャフト軸に連結されたボールバルブが回転することにより、ボディ本体における流体流入口に供給された流体の流体流出口側への流通状態を切り換える。この際、ボールバルブの外周面に当接したシート部材は、前記ボールバルブが回転することにより回転変位することとなる。
【０００９】
従って、流体の流通状態を切り換えるためにボールバルブを回転させる際、その回転動作に伴ってシート部材を、流体流入口及び流体流出口の少なくともいずれか一方において回転変位させることができるため、前記シート部材において前記ボールバルブの当接部位が常に同一位置となることが回避され、該シート部材の周方向に沿って均等に当接させることができる。その結果、ボールバルブの当接によるシート部材の摩耗を該シート部材の周方向に沿って略均等とすることができるため、前記シート部材の偏摩耗が防止され、該偏摩耗を起因とした前記ボールバルブとシート部材との間を介した流体の漏出を確実に防止することができる。また、シート部材の偏摩耗が防止されるため、その交換サイクルを延ばすことも可能となる。
【００１０】
また、シート部材の回転方向を、その回転中心が前記ボールバルブの回転中心に対して直交させるとよい。
【００１１】
さらに、ボールバルブの外周面には、シート部材に臨み、前記シート部材に対する接触抵抗の異なる第１接触部と第２接触部を形成するとよい。
【００１２】
さらにまた、第１及び第２接触部は、貫通孔の中心を通る基線を境として分割して形成するとよい。
【００１３】
またさらに、第１及び第２接触部は、シート部材に対して接触する接触面積が異なるように設定するとよい。
【００１４】
また、第１接触部及び第２接触部のいずれか一方に、ボールバルブの外周半径に対して大きな半径で形成された湾曲部を設けるとよい。
【００１５】
さらに、第１接触部及び第２接触部のいずれか一方に、ボールバルブの外周面に対して窪んだ窪み部を設けるとよい。
【００１６】
さらにまた、第１及び第２接触部は、シート部材に対して接触する接触面の表面粗さが異なるように設定するとよい。
【００１７】
またさらに、流体流入口及び流体流出口の少なくともいずれか一方とシート部材との間に、該シート部材の回転変位を促進する回転促進手段を設けるとよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１９】
すなわち、ボールバルブを回転させ流体の流通状態を切り換える際、その回転動作に伴って、流体流入口及び流体流出口の少なくともいずれか一方においてシート部材を回転変位させることが可能となる。その結果、シート部材においてボールバルブの当接部位が常に同一位置となることが回避され、該シート部材の周方向に沿って均等に当接させることができるため、前記シート部材の偏摩耗が防止され、該偏摩耗を起因とした前記ボールバルブとシート部材との間からの流体の漏出を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流路開閉弁の一部断面斜視図である。
【図２】図１に示す流路開閉弁の一部断面分解斜視図である。
【図３】図１に示す流路開閉弁の縦断面図である。
【図４】ボールバルブ及びシャフト軸の外観斜視図である。
【図５】図４に示すボールバルブ及びシャフト軸の一部省略正面図である。
【図６】図３の流路開閉弁の弁開状態を示す縦断面図である。
【図７】図６のボールバルブ近傍を示す拡大断面図である。
【図８】変形例に係る流路開閉弁を構成し、複数の切欠部を有したボールバルブ及びシャフト軸の外観斜視図である。
【図９】図８に示すボールバルブ及びシャフト軸の一部省略正面図である。
【図１０】図８のボールバルブを通じてガス流入口とガス流出口とが連通した弁開状態において、前記ボールバルブ及び第２バルブシート近傍を示す拡大断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る流路開閉弁を構成するボールバルブ及びシャフト軸の外観斜視図である。
【図１２】図１１に示すボールバルブ及びシャフト軸の一部省略正面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る流路開閉弁において、ボールバルブを通じてガス流入口とガス流出口とが連通した弁開状態における前記ボールバルブ及び第２バルブシート近傍を示した拡大断面図である。
【図１４】第２バルブシートの外周側に軸受を設けた変形例を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る流路開閉弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２２】
図１において、参照符号１０は、本発明の第１の実施の形態に係る流路開閉弁を示す。
【００２３】
流路開閉弁１０は、図１〜図７に示されるように、ボディ本体１２と、該ボディ本体１２の内部に回動自在に設けられるボールバルブ１４と、前記ボールバルブ１４の外周面１４ａに当接する第１及び第２バルブシート１６、１８と、前記ボディ本体１２の上部に設けられ、前記ボールバルブ１４に対して回転駆動力を付与する駆動力伝達機構２０とを有する。
【００２４】
このボディ本体１２の下側には、例えば、気化した燃料を含むガスの供給されるガス流入口２２と、その反対側に設けられ、前記ガスを導出して内燃機関（図示せず）へと循環させるガス流出口２４が設けられている。なお、ボディ本体１２において、ガス流入口２２とガス流出口２４とは略一直線上に設けられる。また、ボディ本体１２には、ガス流入口２２とガス流出口２４との間に連通室（室）２６が形成され、この連通室２６の内部に略球状のボールバルブ１４が回動自在に配設される。
【００２５】
この連通室２６とガス流入口２２との間には、リング状の第１バルブシート１６が設けられ、前記第１バルブシート１６は、前記ガス流入口２２より拡径した環状の第１装着溝２８に装着されている。すなわち、第１バルブシート１６は、その一端面が連通室２６に臨んでボールバルブ１４の外周面１４ａに当接し、他側面がガス流入口２２に臨むように配設されている。
【００２６】
第１バルブシート１６には、中心部にガス流入口２２と連通する第１連通孔３０が形成され軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って貫通すると共に、該第１バルブシート１６の一端面には、ボールバルブ１４の当接する第１シート面３２が形成される。第１シート面３２は、ボールバルブ１４から離間する方向（矢印Ａ方向）に向かって断面円弧状に窪んで形成され、且つ、第１連通孔３０の中心線を中心とした断面形状が、ボールバルブ１４の外周面１４ａに対応した所定半径で形成されると共に、周方向に沿って同一の断面形状で形成される。換言すれば、第１シート面３２の表面積は、第１バルブシート１６の軸線を中心として周方向に沿って均一となるように形成される。
【００２７】
一方、第１バルブシート１６の他側面には、ボディ本体１２との間にスプリング３４が介装され、前記第１バルブシート１６を常にボールバルブ１４側（矢印Ｂ方向）に向かって付勢している。
【００２８】
一方、連通室２６とガス流出口２４との間には、リング状の第２バルブシート１８が設けられ、前記第２バルブシート１８は、前記ガス流出口２４と前記連通室２６との間に形成された環状の第２装着溝３６に装着されている。第２バルブシート１８は、第２装着溝３６に対して回転自在に設けられ、その一端面が連通室２６に臨んでボールバルブ１４の外周面１４ａに当接し、他側面がガス流出口２４に臨むように配設されている。なお、第２バルブシート１８は、連通室２６を中心として第１バルブシート１６と同軸上に設けられる。
【００２９】
この第２バルブシート１８には、中心部にガス流出口２４と連通する第２連通孔３８が形成され軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って貫通している。また、第２バルブシート１８の一端面は、ボールバルブ１４の当接する第２シート面４０が形成される。第２シート面４０は、一端面から他端面側に向かって断面円弧状に窪んで形成されると共に、第２連通孔３８の中心線を中心とした断面形状が周方向に沿って同一形状で形成される。換言すれば、第２シート面４０の表面積は、第２バルブシート１８の軸線を中心として周方向に沿って均一となるように形成される。
【００３０】
一方、第２バルブシート１８の他端面は、略平面状に形成され、図示しない配管等がガス流出口２４に対して接続されることにより、該配管等の端部によって第２装着溝３６内における軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）への変位が規制される。
【００３１】
ボールバルブ１４は、中心軸に直交するように一方の曲面と他方の曲面が取り除かれ、該中心軸に沿って一方の面から他方の面へと貫通する貫通孔４２の形成された球体である。
【００３２】
このボールバルブ１４の外周面１４ａには、貫通孔４２の両端部が開口した一対の開口部４４ａ、４４ｂが形成され、その半径外方向となる位置に環状の第１及び第２シート部４６、４８が前記外周面１４ａに沿ってそれぞれ形成される。ボールバルブ１４の貫通孔４２がガス流入口２２及びガス流出口２４と一直線上に配置された弁開状態において（図６参照）、この第１シート部４６が、第１バルブシート１６に当接し、一方、第２シート部４８が、第２バルブシート１８へと当接する。
【００３３】
第１及び第２シート部４６、４８は、貫通孔４２の中心Ｃを通る水平線（基線）Ｄを境として上部側（矢印Ｅ方向）に形成される上部シート（第１接触部）５０と、前記水平線Ｄを境として下部側（矢印Ｆ方向）に形成される下部シート（第２接触部）５２とを含む。
【００３４】
また、ボールバルブ１４には、第２シート部４８における開口部４４ｂの外周側に該ボールバルブ１４の外周面１４ａより大きな半径で形成され、且つ、水平線Ｄを境とした上部側（矢印Ｅ方向）のみに湾曲部５４が形成される。すなわち、湾曲部５４は、図５に示されるように、ボールバルブ１４を貫通孔４２の開口部４４ｂ側から見た場合に、該貫通孔４２の上部側を覆うように約１８０°となる半円状に形成される。
【００３５】
このように、ボールバルブ１４における他方の面において、上部シート５０に臨む位置に湾曲部５４を設けることによって、第２シート部４８における前記上部シート５０の表面積Ｇ１が、下部シート５２の表面積Ｇ２に対して小さくなる（Ｇ１＜Ｇ２）。
【００３６】
すなわち、第２シート部４８は、第２バルブシート１８に当接する際、第２シート面４０に対する上部シート５０の接触面積Ｈ１が、下部シート５２との接触面積Ｈ２に対して小さくなる（Ｈ１＜Ｈ２）。
【００３７】
一方、第１シート部４６には、湾曲部５４が設けられていないため、上部シート５０と下部シート５２の表面積がそれぞれ略同一となり、前記第１シート部４６が第１バルブシート１６に当接した際、第１シート面３２に対する上部シート５０と下部シート５２の接触面積が略同一となる（Ｈ１≒Ｈ２）。
【００３８】
ボールバルブ１４の頂部には、断面長方形状で窪んだ凹部５６が形成され、前記凹部５６には、後述するシャフト軸５８の端部が挿入される。この凹部５６は、貫通孔４２の軸線と直交方向に延在している。
【００３９】
駆動力伝達機構２０は、ボールバルブ１４の頂部に連結されるシャフト軸５８と、前記シャフト軸５８の上端部に連結される回転ヨーク６０と、ボディ本体１２の上部に連結され、前記回転ヨーク６０を介して前記シャフト軸５８を回転駆動させる駆動源６２とを含む。
【００４０】
シャフト軸５８は、ボディ本体１２の内部に設けられた一組の軸受６４ａ、６４ｂによって回転自在に支持され、その下端部が断面長方形状に形成され連通室２６内においてボールバルブ１４の凹部５６に挿入される。また、シャフト軸５８の上端部は、回転ヨーク６０の略中央部に挿通されてナット６６を締め付けることによって固定されている。
【００４１】
駆動源６２は、例えば、通電作用下に回転駆動するステッピングモータやロータリーアクチュエータからなり、その回転駆動力が回転ヨーク６０を介してシャフト軸５８へと伝達されることにより、前記シャフト軸５８に連結されたボールバルブ１４が所定方向に回動動作する。
【００４２】
本発明の第１の実施の形態に係る流路開閉弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、ここでは、図１及び図３に示されるように、ボールバルブ１４の貫通孔４２がガス流入口２２及びガス流出口２４に対して直交する位置となり、第１及び第２バルブシート１６、１８の第１及び第２連通孔３０、３８がいずれも該ボールバルブ１４によって閉塞された弁閉状態を初期位置として説明する。
【００４３】
上述した初期位置では、図示しないガスがガス流入口２２へと供給されているが、第１バルブシート１６の第１シート面３２にボールバルブ１４が当接しているため、該第１バルブシート１６を通じて前記ガスの連通室２６内への流通が遮断された弁閉状態にある。なお、第２バルブシート１８の第２シート面４０にも同様に、ボールバルブ１４が当接しているため、ガス流出口２４と連通室２６内との連通も遮断されている。
【００４４】
先ず、駆動源６２が付勢されることによって回転ヨーク６０を介してシャフト軸５８に回転駆動力が伝達され、貫通孔４２の開口部４４ａ、４４ｂがそれぞれガス流入口２２及びガス流出口２４に接近するようにボールバルブ１４が回転する。そして、図６及び図７に示されるように、ボールバルブ１４の回動作用下に貫通孔４２がガス流入口２２及びガス流出口２４と一直線上となることにより、前記貫通孔４２を通じてガス流入口２２とガス流出口２４とが連通した弁開状態となる。これにより、ガス流入口２２に供給されているガスが、ボールバルブ１４の貫通孔４２を通じてガス流出口２４側へと流通して図示しない内燃機関へと導入される。
【００４５】
また、ボールバルブ１４の第１シート部４６には、第１バルブシート１６の上部シート５０及び下部シート５２が当接しているため、前記ボールバルブ１４と第１バルブシート１６との間を通じたガスの漏出が防止される。一方、ボールバルブ１４の第２シート部４８には、第２バルブシート１８の上部シート５０及び下部シート５２が当接しているため、前記ボールバルブ１４と第２バルブシート１８との間を通じたガスの漏出が防止される。
【００４６】
この際、ボールバルブ１４の第２シート部４８は、その上部シート５０が下部シート５２に対して小さな接触面積（Ｈ１＜Ｈ２）で当接した状態にある（図７参照）。
【００４７】
一方、流路開閉弁１０を弁閉状態にする場合には、駆動源６２に入力されている制御信号を前記とは逆転させることにより、前記駆動源６２からシャフト軸５８へと伝達される回転駆動力の伝達方向が反転し、ボールバルブ１４が前記シャフト軸５８を中心として前記とは反対方向に回動する。
【００４８】
この際、ボールバルブ１４が回動することに伴って第２バルブシート１８に対する接触面積が異なる上部シート５０と下部シート５２との間で摺動抵抗が異なり、接触面積が大きく摺動抵抗の大きな下部シート５２に当接した第２バルブシート１８の下部側と、該接触面積が小さく前記摺動抵抗の小さな上部シート５０に当接した第２バルブシート１８の上部側との間に生じた摺動抵抗の差によって回転力が生じる。
【００４９】
詳細には、図５に示されるように、ボールバルブ１４を第２シート部４８側から見た場合において、貫通孔４２の開口部４４ｂが左側に向かうように回動する際、前記ボールバルブ１４との間の摺動抵抗の大きな第２バルブシート１８の下部側が、該ボールバルブ１４の回動に伴って時計回り方向（矢印Ｒ方向）に引張される。換言すれば、第２バルブシート１８には、ボールバルブ１４の回動に伴って時計回り方向（矢印Ｒ方向）への回転力が付与される。
【００５０】
これにより、ボールバルブ１４が回動することによって第２バルブシート１８が第２装着溝３６の内周面に沿って所定角度だけ回転することとなる。この際、第２バルブシート１８の回転方向は、その回転中心がボールバルブ１４の回転中心に対して直交するように回転する。
【００５１】
そして、ボールバルブ１４の貫通孔４２が、ガス流入口２２及びガス流出口２４の軸線と略直交する位置まで回動することにより、該ボールバルブ１４の外周面１４ａによって第１及び第２バルブシート１６、１８の第１及び第２連通孔３０、３８の連通が遮断された弁閉状態となり、該ボールバルブ１４の回動動作が停止する。これに伴って、第２シートバルブの回転動作も停止することとなる。これにより、ガス流入口２２とガス流出口２４との連通が遮断され、該ガス流入口２２に供給されているガスのガス流出口２４側への流通が阻止された初期位置となる。
【００５２】
以上のように、第１の実施の形態では、駆動源６２の駆動作用下に回転変位するボールバルブ１４を備え、該ボールバルブ１４には、その貫通孔４２がガス流入口２２及びガス流出口２４を連通する弁開状態において、第２バルブシート１８に当接する第２シート部４８を有している。そして、ボールバルブ１４の第２シート部４８において、貫通孔４２の中心Ｃを通る水平線Ｄを境として上側となる位置に、前記ボールバルブ１４の外周面１４ａに対して大きな半径で形成された湾曲部５４を設けることによって、前記水平線Ｄより上側となる上部シート５０が、該水平線Ｄの下側となる下部シート５２に対して第２バルブシート１８との接触面積が小さくなるように設定される（Ｈ１＜Ｈ２）。
【００５３】
すなわち、ボールバルブ１４において、貫通孔４２の軸線上を通る水平線Ｄに対して上部側となる上部シート５０と、下部側となる下部シート５２との間で、第２バルブシート１８との接触面積Ｈ１、Ｈ２が異なるように設定している。
【００５４】
これにより、ボールバルブ１４を回動させる際に、その回動動作に伴って上部シート５０と下部シート５２との接触面積差に起因した回転力が生じるため、第２バルブシート１８を第２装着溝３６の内周面に沿って回転させることができる。そのため、第２バルブシート１８において、ボールバルブ１４が当接する第２シート面４０の当接位置が常に同一位置となることが回避され、該第２シート面４０の周方向に沿って均等に当接させることが可能となる。
【００５５】
その結果、ボールバルブ１４の摺接による第２シート面４０の摩耗を該第２シート面４０の周方向に沿って略均等とすることができるため、第２バルブシート１８の偏摩耗が防止され、それに伴って、該偏摩耗を起因とした前記ボールバルブ１４と第２バルブシート１８との間を通じたガスの漏出を確実に防止することができる。
【００５６】
また、第２バルブシート１８の偏摩耗が防止されるため、該第２バルブシート１８の交換サイクルを延ばすことが可能となる。
【００５７】
なお、ボールバルブ１４における上部シート５０と下部シート５２の表面積を異ならせる構成は、上述したように半円状の湾曲部５４を設ける場合に限定されるものではなく、例えば、図８及び図９に示されるように、ボールバルブ８０の外周面８０ａに対して貫通孔４２の開口部４４ｂに沿って複数（例えば、３個）の切欠部８２ａ〜８２ｃを設けるようにしてもよい。この切欠部８２ａ〜８２ｃは、ボールバルブ８０の外周面８０ａに対して所定深さで窪んだ断面三角形状に形成されると共に、第２シート部４８における上部シート５０の範囲内に設けられる。また、切欠部８２ａ〜８２ｃは、貫通孔４２の周方向に沿って互いに等間隔離間するように設けられる。
【００５８】
このようにボールバルブ８０の外周面８０ａに複数の切欠部８２ａ〜８２ｃを設けた場合には、該切欠部８２ａ〜８２ｃの数量、形状等を変更することにより、第２バルブシート１８に対する第２シート部４８の上部シート５０の接触面積を簡単に変更することが可能となる。その結果、第２バルブシート１８に対するボールバルブ８０の上部シート５０と下部シート５２との接触面積を容易に異ならせ、前記第２バルブシート１８を前記ボールバルブ８０の回動作用下に確実且つ容易に回転させることができる。
【００５９】
すなわち、切欠部８２ａ〜８２ｃの数量を増加、又は、該切欠部８２ａ〜８２ｃの形状を大型化させた場合には、第２バルブシート１８に対する上部シート５０の接触面積がより小さくなり、それに伴って、下部シート５２との接触面積の差を大きく設定することが可能となり、反対に、前記切欠部８２ａ〜８２ｃの数量を減少、又は、該切欠部８２ａ〜８２ｃの形状を小型化させた場合には、第２バルブシート１８に対する上部シート５０の接触面積がより大きくなり、下部シート５２との接触面積の差を小さく設定することが可能となる。
【００６０】
次に、第２の実施の形態に係る流路開閉弁１００を図１１及び図１２に示す。なお、上述した第１の実施の形態に係る流路開閉弁１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６１】
この第２の実施の形態に係る流路開閉弁１００では、例えば、ボールバルブ１０２において第２シート部１０４における下部シート１０６の表面粗さＫ１を、上部シート１０８の表面粗さＫ２に対して大きく設定している（Ｋ１＞Ｋ２）点で、第１の実施の形態に係る流路開閉弁１０と相違している。このボールバルブ１０２における下部シート１０６には、例えば、サンドブラスト等の加工が施され、その表面粗さが上部シート１０８と比較して大きくなるように形成される。
【００６２】
上述したように、第２の実施の形態に係る流路開閉弁１００では、ボールバルブ１０２における第２シート部１０４の上部シート１０８と下部シート１０６とを異なる表面粗さで形成することにより、該ボールバルブ１０２を回動させた際に、その表面粗さの差に応じて第２バルブシート１８を回転させることが可能となる。その結果、第２バルブシート１８の偏摩耗を、上部及び下部シート１０８、１０６の表面粗さを別個に設定するという簡便な構成で、確実に防止することができると共に、低コストで実現することができる。
【００６３】
また、ボールバルブ１０２を形成する際、下部シート１０６のみに加工を行わずに素材面とし、上部シート１０８を含むその他の部位に加工を行うことによっても表面粗さを異なるように設定可能である。この場合には、下部シート１０６に対する加工が不要となるため、加工コストを低減することが可能となる。
【００６４】
なお、上述したように下部シート１０６の表面粗さＫ１が、上部シート１０８の表面粗さＫ２に対して大きく設定される場合に限定されず、反対に、前記上部シート１０８の表面粗さＫ２が、前記下部シート１０６の表面粗さＫ１に対して大きく設定されるようにしてもよい（Ｋ１＜Ｋ２）。
【００６５】
次に、第３の実施の形態に係る流路開閉弁１５０を図１３及び図１４に示す。なお、上述した第１及び第２の実施の形態に係る流路開閉弁１０、１００と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６６】
この第３の実施の形態に係る流路開閉弁１５０では、図１３に示されるように、第２バルブシート１８の外周面と第２装着溝３６との間に潤滑剤１５２（例えば、グリス）が塗布されており、前記第２装着溝３６との間の摩擦抵抗が低減され回転自在に設けられている。そして、ボールバルブ１４がシャフト軸５８の回転作用下に回動することにより、該ボールバルブ１４の回転に伴って第２バルブシート１８をより一層円滑に回転させることができる。
【００６７】
また、第２バルブシート１８と第２装着溝３６との間に潤滑剤１５２を塗布する代わりに、図１４に示されるように、該第２装着溝３６に対して軸受１５４を装着し、前記軸受１５４を介して前記第２バルブシート１８の外周面を保持するようにしてもよい。この場合も、ボールバルブ１４がシャフト軸５８の回転作用下に回動することにより、該ボールバルブ１４の回転に伴って第２バルブシート１８をさらに一層円滑に回転させることができる。
【００６８】
すなわち、第２装着溝３６に設けられた潤滑剤１５２又は軸受１５４は、第２バルブシート１８をより一層円滑に回転変位させるための回転促進手段として機能し、このような潤滑剤１５２又は軸受１５４を用いることによって第２バルブシート１８に生じる偏摩耗を確実に防止することができる。
【００６９】
なお、上述した説明では、第２バルブシート１８の設けられる第２装着溝３６に対して潤滑剤１５２若しくは軸受１５４を設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、第２装着溝３６の代わりに第１装着溝２８に対して前記潤滑剤１５２若しくは軸受１５４を設け、第１バルブシート１６を回転させるようにしてもよいし、前記第１及び第２装着溝２８、３６の双方に前記潤滑剤１５２若しくは軸受１５４を設けて前記第１及び第２バルブシート１６、１８を共に円滑に回転させるようにしてもよい。
【００７０】
また、上述した第１〜第３の実施の形態に係る流路開閉弁１０、１００、１５０においては、第２バルブシート１８に当接する第２シート部４８における上部シート５０と下部シート５２との間に接触面積の差を設ける構成としているがこれに限定されるものではなく、例えば、前記第２シート部４８の代わりに、第１シート部４６における上部シート５０と下部シート５２との間に接触面積の差を設け、第１バルブシート１６を回転させる構成としてもよいし、前記第１及び第２シート部４６、４８のいずれの上部シート５０及び下部シート５２との間に接触面積の差を設け、第１及び第２バルブシート１６、１８を共に回転させる構成としてもよい。
【００７１】
さらに、ボールバルブ１４、８０、１０２における上部シート５０と下部シート５２との間に表面積の差、若しくは、表面粗さの差を設ける代わりに、例えば、前記ボールバルブ１４、８０、１０２が当接する第１及び第２バルブシート１６、１８において、第１及び第２シート面３２、４０の上部側と下部側とで表面積の差をそれぞれ設けるようにしてもよい。この場合にも、ボールバルブ１４、８０、１０２と第１及び第２バルブシート１６、１８との間で、周方向に沿って接触面積の差が生じるため、前記ボールバルブ１４、８０、１０２の回動作用下に前記第１及び第２バルブシート１６、１８を回転させることが可能となる。
【００７２】
また、上述した第１〜第３の実施の形態に係る流路開閉弁１０、１００、１５０において、さらなるシール性の向上を図るために、例えば、第１バルブシート１６及び第２バルブシート１８の少なくともいずれか一方の外周面に、Ｏリング等の弾性部材を設けるようにしてもよい。これにより、第１バルブシート１６及び第２バルブシート１８の少なくともいずれか一方がボディ本体１２の内部で回転する際、前記第１バルブシート１６及び第２バルブシート１８と前記ボディ本体１２との間を通じた圧力流体の漏出が弾性部材によってより一層確実に阻止される。
【００７３】
さらに、流路開閉弁１０、１００、１５０では、ボールバルブ１４、８０、１０２の回転に伴って第１バルブシート１６及び又は第２バルブシート１８を回転させる際、該ボールバルブ１４、８０、１０２の回転量（回転角度）と、第１バルブシート１６及び又は第２バルブシート１８の回転量（回転角度）とが必ずしも一致しなくてもよい。例えば、ボールバルブ１４、８０、１０２の回転に対して若干だけ遅れて第１バルブシート１６及び又は第２バルブシート１８が回転させてもよい。
【００７４】
なお、本発明に係る流路開閉弁は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００７５】
１０、１００、１５０…流路開閉弁 １２…ボディ本体
１４、８０、１０２…ボールバルブ １６…第１バルブシート
１８…第２バルブシート ２０…駆動力伝達機構
２６…連通室 ４２…貫通孔
４４ａ、４４ｂ…開口部 ４６…第１シート部
４８、１０４…第２シート部 ５０、１０８…上部シート
５２、１０６…下部シート ５４…湾曲部
５８…シャフト軸 ６２…駆動源
６４ａ、６４ｂ、１５４…軸受 ８２ａ〜８２ｃ…切欠部
１５２…潤滑剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を設けたボールバルブと、
前記ボールバルブを回転自在に収容する室と、流体の供給される流体流入口と、該流体の排出される流体流出口とを有するボディ本体と、
前記ボールバルブを前記室内で回転させて前記流体流入口と前記流体流出口との連通状態を切り換えるシャフト軸と、
前記シャフト軸を回転させる駆動源と、
前記流体流入口及び流体流出口の少なくともいずれか一方に回転自在に設けられ、前記ボールバルブの外周面に当接するシート部材と、
を備え、
前記シート部材は、前記ボールバルブの回転動作に伴って回転することを特徴とする流路開閉弁。
【請求項２】
請求項１記載の流路開閉弁において、
前記シート部材の回転方向は、その回転中心が前記ボールバルブの回転中心に対して直交することを特徴とする流路開閉弁。
【請求項３】
請求項１又は２記載の流路開閉弁において、
前記ボールバルブの外周面には、前記シート部材に臨み、前記シート部材に対する接触抵抗の異なる第１接触部と第２接触部が形成されることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項４】
請求項３記載の流路開閉弁において、
前記第１及び第２接触部は、前記貫通孔の中心を通る基線を境として分割して形成されることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項５】
請求項３又は４記載の流路開閉弁において、
前記第１及び第２接触部は、前記シート部材に対して接触する接触面積が異なるように設定されることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項６】
請求項５記載の流路開閉弁において、
前記第１接触部及び前記第２接触部のいずれか一方には、前記ボールバルブの外周半径に対して大きな半径で形成された湾曲部が設けられることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項７】
請求項５記載の流路開閉弁において、
前記第１接触部及び前記第２接触部のいずれか一方には、前記ボールバルブの外周面に対して窪んだ窪み部が設けられることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項８】
請求項３又は４記載の流路開閉弁において、
前記第１及び第２接触部は、前記シート部材に対して接触する接触面の表面粗さが異なるように設定されることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の流路開閉弁において、
前記流体流入口及び流体流出口の少なくともいずれか一方と前記シート部材との間には、該シート部材の回転変位を促進する回転促進手段が設けられることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項１】
貫通孔を設けたボールバルブと、
前記ボールバルブを回転自在に収容する室と、流体の供給される流体流入口と、該流体の排出される流体流出口とを有するボディ本体と、
前記ボールバルブを前記室内で回転させて前記流体流入口と前記流体流出口との連通状態を切り換えるシャフト軸と、
前記シャフト軸を回転させる駆動源と、
前記流体流入口及び流体流出口の少なくともいずれか一方に回転自在に設けられ、前記ボールバルブの外周面に当接するシート部材と、
を備え、
前記シート部材は、前記ボールバルブの回転動作に伴って回転することを特徴とする流路開閉弁。
【請求項２】
請求項１記載の流路開閉弁において、
前記シート部材の回転方向は、その回転中心が前記ボールバルブの回転中心に対して直交することを特徴とする流路開閉弁。
【請求項３】
請求項１又は２記載の流路開閉弁において、
前記ボールバルブの外周面には、前記シート部材に臨み、前記シート部材に対する接触抵抗の異なる第１接触部と第２接触部が形成されることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項４】
請求項３記載の流路開閉弁において、
前記第１及び第２接触部は、前記貫通孔の中心を通る基線を境として分割して形成されることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項５】
請求項３又は４記載の流路開閉弁において、
前記第１及び第２接触部は、前記シート部材に対して接触する接触面積が異なるように設定されることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項６】
請求項５記載の流路開閉弁において、
前記第１接触部及び前記第２接触部のいずれか一方には、前記ボールバルブの外周半径に対して大きな半径で形成された湾曲部が設けられることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項７】
請求項５記載の流路開閉弁において、
前記第１接触部及び前記第２接触部のいずれか一方には、前記ボールバルブの外周面に対して窪んだ窪み部が設けられることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項８】
請求項３又は４記載の流路開閉弁において、
前記第１及び第２接触部は、前記シート部材に対して接触する接触面の表面粗さが異なるように設定されることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の流路開閉弁において、
前記流体流入口及び流体流出口の少なくともいずれか一方と前記シート部材との間には、該シート部材の回転変位を促進する回転促進手段が設けられることを特徴とする流路開閉弁。
【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２０１１−２０２７０７（Ｐ２０１１−２０２７０７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６９１５７（Ｐ２０１０−６９１５７）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００１４１９０１）株式会社ケーヒン (1,140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００１４１９０１）株式会社ケーヒン (1,140)
【Ｆターム（参考）】
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