JP2004169845A

JP2004169845A - バルブのシート構造

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Publication number: JP2004169845A
Application number: JP2002337867A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Sugita; 泰則杉田
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: JP4101621B2

Abstract

【課題】ゴムシートの抜け止め及びシール性の悪化を防ぐようにしたバルブのシート構造であって、ゴムシートの亀裂・破損を防いで高いシール性を維持することができるバルブのシート構造を提供すること。
【解決手段】外周に弁座部１５を有する環状のゴムシート等の弾性シート１３を、弁体又は弁本体に設けた収容部２１にリテーナ１２を用いて固定するバルブのシート構造であって、上記弾性シート１３は、その内周にリテーナ１２により押圧される固定部１４を設け、この固定部１４と弁座部１５との間を、リテーナ１２により押圧されない弁座支持部１６とすることにより、弾性シート１３の破損を防止したバルブのシート構造である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス、水、油等の流体に用いられるバタフライバルブ等のバルブの弁体の外周や、弁本体の内周側に取付けられるバルブのシート構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、バタフライバルブ等のバルブは、弁体の外周囲にゴムシートを取付けた構造をしており、具体的には、弁体の外周とシート押さえによって弁座であるゴムシートを挟みこんだ状態で、取付ボルトで締付け固定してゴムシートを押圧した状態で取付けるようにしたバルブのシート構造である。このシート構造は、弁体回転動作の繰り返し等によってゴムシートが外径方向に抜出す力が加わって、飛び出して抜け落ちるおそれがあったり、或は、ゴムシートが飛び出したときにシート座からの突出量が増え、この状態で弁体を回転させると弁体と弁本体にゴムシートが挟まったりして損傷し、このシール性の悪化した損傷箇所から流体漏れが生じたりする問題を有している。
【０００３】
この問題に対応するため、従来の一例として、特許文献１又は特許文献２ではゴムシートを押さえるシート押さえと弁体との互いの接触面をそれぞれ凹凸状に形成し、この凹凸状の接触面を嵌合シールさせた状態で締付けることによって、ゴムシートが飛び出すことを防いだりゴムシートと弁本体とのシール部分のシール性を保つようなシート構造を設けている。
【０００４】
このシート構造は、弁本体とシールするシール部分を突出して形成し、ゴムシートを弁体とシート押さえとで押圧したときこの突出部位によって弁本体とをシールするようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２０１２９５号公報
【特許文献２】
実開昭５９−５１２５４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２におけるバルブのシート構造のように、ゴムシートにおける弁体及びシート押さえとの接触面を凹凸状に形成すると、構造が複雑となりコスト高になるという問題がある。また、接触面を凹凸状に形成しない飛び出し防止手段として、例えば、ゴムシートに芯金などを入れる場合があるが、この場合も同様にコスト高となる。
【０００７】
これらのゴムシートの装着時には、ゴムシート押圧時にかかる力が弁体及びシート押さえと接触している接触面全体に加わり、ゴムシートを押圧したときにこのゴムシートが潰れる際の変形量は弁体の外径方向に膨出するためゴムシートの外径寸法が安定せず、結果的にシート座からの突出量が増えてシートが損傷したり、シール性に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００８】
更に、ゴムシートは、弁体及びシート押さえとの接触面全体が包み込まれるようにして押圧固定され、弁体とシート押さえとの接触周縁部位において摘まれたような状態となり、この接触周縁部位に応力が集中することになる。このため、ゴムシートの弾性力は、自然の状態となるのが接触周縁部位より外周側部分である弁本体とのシール部分のみとなり、接触周縁部位より内周側の部分は弁体とシート押さえによって圧縮された弾性状態で拘束された状態であるため、シール時の変形を十分に吸収することが難しくなり、この接触周縁部付近に伸縮する力が局部的に加わって応力集中が生じ、ゴムシートの亀裂・破損の起因となっている。
【０００９】
また、弁体回転時にゴムシートが弁本体側のシール部位と接触するときには、ゴムシートのシール部分には弁体或は弁本体方向に曲げ・ねじれの力が加わり、何れかの方向に変形しようとする。このとき、弁体及びシート押さえ側の接触周縁部位より外周側のシール部分には、圧縮又は引張り応力が加わることになり亀裂・破損が更に生じやすくなるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の課題点に鑑みて開発したものであり、その目的とするところは、シートの抜け止め及びシール性の悪化を防ぐようにしたバルブのシート構造であって、シートの亀裂・破損を防いで高いシール性を維持することができるバルブのシート構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を解決するため、請求項１に係る発明は、外周に弁座部を有する環状のゴムシート等の弾性シートを、弁体又は弁本体に設けた収容部にリテーナを用いて固定するバルブのシート構造であって、上記弾性シートは、その内周にリテーナにより押圧される固定部を設け、この固定部と弁座部との間を、リテーナにより押圧されない弁座支持部とすることにより、弾性シートの破損を防止したバルブのシート構造である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、収容部における弾性シートの固定部が収容される容積を、固定部の押圧前の体積と同等になるようにし、押圧された弾性シートが先端側に膨出するのを防止したバルブのシート構造である。
【００１３】
請求項３に係る発明は、弾性シートの固定部を押圧したときの固定部の圧縮率を２０〜３０％としたバルブのシート構造である。
【００１４】
請求項４に係る発明は、弾性シートの弁座部の両側肩部に凹状部を設け、この凹状部によって応力集中を防いで弾性シートの破損を防止したバルブのシート構造である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明におけるバルブのシート構造の実施形態の一例を図面に基づいて詳述する。図１において、１１はバタフライ弁１０の弁体（ジスク）、１２は弁体１１とによって弾性シート１３を押圧固定するリテーナであり、この弾性シート１３は、ゴムなどの弾性材料によって成形している。本実施形態において、弾性シート１３は外周側に弁座部１５を配した環形状に形成し、この弾性シート１３を弁体１１に設けた収容部２１にリテーナ１２を用いて挟持するように押圧固定する、弁体１１側に弾性シート１３を配設した構造としている。
【００１６】
バタフライ弁１０は、金属製の弁本体（弁箱）１７に回転自在に取付けたステム２３に弁体１１を偏心して取付け、この弁体１１にゴムシート１３を設けて弁体１１の外周側でシールするような構造としている。２４は挿入口であり、この挿入口２４に樹脂製のインサート２６を開口部分に挿入し、且つ、電気融着等の固着手段によって鍔部２５ａを形成した樹脂製のパイプ２５を挿入し、更に、受止めリング２７を挿入口２４に螺着してパイプ２５を弁本体１７に接続している。本実施形態においては、このように樹脂製のパイプ２５を金属製の弁本体１７と接続した形態のバタフライ弁１７にシート構造を設けているが、通常使用される金属製のパイプが接続されるバタフライ弁にも適用でき、また、本実施形態において、ゴムシート１３は弁体１１側に固定するようにしているが、図７に示すように弁本体３０に収容部３１を設け、この収容部３１にリテーナ３２を用いて内周側に弁座部３３を設けたゴムシート３２を押圧固定するようにしてもよい。
【００１７】
弾性シート１３は、その内周にリテーナ１２により押圧される固定部１４を設け、この固定部１４と弁座部１５との間を、リテーナ１２により押圧されない弁座支持部（以降、支持部という）１６とすることにより、弾性シート１３の破損を防止するようにした。
弁体１１とリテーナ１２によって弾性シート１３を押圧したときの変形量は固定部１４のみに発生し、支持部１６から先端側にかけての弾性シート１３は押圧による変形が生じることはない。これは、弁体１１とリテーナ１２を固着部材（ボルト）２０で締付けた際でも、あらかじめ支持部１６の厚さと、この支持部１６を挟持する空間となる弁体１１とリテーナ１２との離間寸法が同じになるようにしているため、支持部１６は、弁体１１とリテーナ１２により押圧されずに支持される状態となり、弾性シート１３は弁座部１５側に膨出することがなく、弾性シート１３の外径寸法が変わったりして弁座シール性に悪影響を及ぼすことがない。
【００１８】
ここで、弾性シート１３のようなゴム材料によってシールを行う場合には、ゴムの圧縮率によってシール性が左右されるが、同じ圧縮率では弾性シート全体のボリュームが大きいほど圧縮量（変形量）も大きくなるので、圧縮されたときの反力によって弾性力も大きくなる。弾性力が大きくなるとシール面圧も高まり、圧縮量の大きさと相俟って、仮に異物が噛み込んだり本体側シートに凹凸状の傷が付いた場合でも、弾性力によりこの傷をある程度吸収することができる。更に、シートが磨耗した場合でも、圧縮量が大きいことによって磨耗後のシール性能の低下を抑えることができ耐久性に優れている。
ゴムの弾性力が大きい場合には上記の利点があるが、本実施形態においては、支持部１６に対して弁体１１とリテーナ１２による押圧力が加わらないことによって、この支持部１６から先端側弁座部１５にかけての全体をシート性能を発揮するボリュームの大きい弾性体とすることができる。従って、弾性力を大きく確保することができ十分な弁座シール性を得ることができる。また、支持部１６全体で弁本体１７とのシール時における力を受けることができるため、この支持部１６から先端側にかけてシール時の変形を吸収することができ、弁座シール性を確保しつつ応力集中が生じることがなく弾性シート１３の亀裂・破損を防ぐことができる。
【００１９】
弾性シート１３の固定部１４の押圧時には、弾性シート１３の内径側にゴムの変形量が逃げ、このときの逃げ空間となる空隙部２２を収容部２１に予め含ませるようにしている。すなわち空隙部２２の容積を、押圧時の固定部が弁体内径方向に膨出する変形量と同等になるようにし、固定部１４を潰しきった後に圧縮状態にある固定部１４が非圧縮状態に変形しようとしたときの逃げ空間を弁体内径側に設けないようにしている。
このように収容部２１における弾性シート１３の固定部１４が収容される容積を固定部１４の押圧前の体積と同等になるようにし、押圧後の弾性シート１３が弁座部１５側に膨出するのを防止しているので、弾性シート１３の外径寸法をより安定させることができる。また、経年劣化によるゴムの逃げ方向への変形が発生して弾性シート１３と収容部２１との接触面のシール面圧の低下することも防止している。
【００２０】
弾性シート１３の固定部１４を弁体１１とリテーナ１２によって押圧したときの圧縮率は２０〜３０％とし、一般的な固定用シール構造と同様の圧縮率になるようにしている。この圧縮率が大きいとゴムとしての弾性力を失って永久歪が発生しやすくなり、また、圧縮率が小さいとシール性が低下する。この圧縮率は、通常の運動用シール構造の場合となる１０％前後でも一応のシール性を発揮させることはできるが、シール面圧をより高くして確実にシールさせるためには上記の圧縮率にするのが望ましい。なお、圧縮前の固定部１４の形状を、図１に一点鎖線で示す。
【００２１】
図５において、弾性シート１３の弁座部１５は、弁体１１の回転時に弁本体１７側に設けたシール面状部１７ａとシールしたときに、この両側肩部に設けた凹状部１８、１９によって応力集中を防いでゴムシート１３の破損を防止している。
【００２２】
凹状部１８、１９は、弁本体１７のシール面状部１７ａと接するときに発生する摩擦抵抗、及び潰しによる応力を逃がすことができ、図６において、弁回転時に弾性シート１３に左右方向の力が加わった場合には、凹状部１８、１９の曲率半径の作用によって図における略水平方向に弾性シートが膨出して破線（右方向）又は一点鎖線（左方向）の状態に変形して、発生する応力をこの凹状部１８、１９によって分散させるようにしている。
【００２３】
ここで、図８は、本発明のバルブのシート構造と比較するための対応説明図であり、弾性シート３の肩部を突状のアール形状部５、６に形成したものである。
この場合には、弾性シート３に左右方向の力が加わって図９に示すようにアール形状部５、６が弁体１又はリテーナ２方向に膨らむ方向に変形しようとしたときに、これらと接触する接触周縁部３ａに圧縮又は引張り応力が加わって亀裂・破損が生じやすくなる。
【００２４】
次に、本発明の実施例におけるシート構造において、曲率半径となる凹状部１８、１９は、その半径寸法を変えることで弾性シート１３両端側の角部１３ａ、１３ｂ、及び凹状部１８，１９自体への一点への局部的な応力集中を防いでおり、例えば、図６の左方向に力が加わった場合、変形前の凹状部１８の曲率半径ｒと、変形後の凹状部１８´の曲率半径ｒ´と比べるとｒ´＜ｒの関係となり、曲率半径がより小さくなることによって凹状部１８´にかかる応力を全体で均等に受け、亀裂・破損を防ぐことが可能となる。
【００２５】
また、凹状部１８、１９は、弁座部１５両側の凹状及び凸状のアール形状部位を含まない幅Ｗの１０〜２０％の曲率半径となる寸法に設けるのが望ましい。凹状部１８、１９の曲率半径が小さいと応力を吸収できずに角部１３ａ、１３ｂに応力集中が生じ、亀裂・破損の原因となる場合がある。逆に、曲率半径が大きいと凹状部１８、１９に応力が均等にかからず、各凹状部１８、１９の一点に局部的に応力集中が生じるおそれがある。
【００２６】
各凹状部１８、１９の曲率半径の始点は、弾性シート１３を保持する弁体１１及びリテーナ１２の金属面上である角部１３ａ、１３ｂであり、角部１３ａ、１３ｂから弁体１１及びリテーナ１２の外周頂部までのそれぞれの垂直距離Ａ、Ｂは最小で０、最大で各凹状部１８、１９の曲率半径の２倍までとするのが望ましい。この場合、特に、距離Ａ、Ｂが大きいと弁体１１及びリテーナ１２の外径部位が弁本体１７のシール面状部１７ａと当接してシール面状部１７ａに傷が付き、シール性が損なわれるおそれがある。なお、本実施形態においては、凹状部１８、１９を凹状アール形状としているが、これ以外の形状であってもよい。
【００２７】
また、弾性シート１３の支持部１６をテーパ状に形成し、この支持部１６と固定部１４との間に設けている段差である段部１６ａを弁体１１及びリテーナ１２への装着時に嵌合するようにしているので、弾性シート１３内に芯金を入れたり弁体１１やリテーナ１２との接触面を複雑な凹凸形状に形成したりする必要がなく、容易にかつ確実に弾性シート１３の飛び出しを防止してコストを低く抑えることができる。支持部１６をテーパ状に形成したり、段部１６ａを形成するのは何れか一方のみであってもよく、特に支持部１６と段部１６ａの両方を設ける必要はない。なお、弾性シート１３は、要すればシール性向上の目的で弁体１１やリテーナ１２との接触面を凹凸状に形成してもよく、逆に弁体１１やリテーナ１２側の弾性シート１３との接触面を凹凸に形成してもよい。
【００２８】
弁本体１７側のシール面状部１７ａと接触してシールする弁座部１５は、２つの突起状に形成しているため２重シール構造となり、仮に何れか一方の突起が破損した場合でも残りの突起によってシールできる。この突起に挟まれた中央の凹部は、グリス溜りとなり潤滑性及びシール性を向上させることが可能となる。また、前述したように、各突起は、弁閉時においては応力を吸収して弁体１１、或はリテーナ１２側に大きく変形しようとするのを抑えることができる。
更に、この弁座部１５に３つ以上の突起を形成可能であることは言うまでも無く、また、２つ以上の突起を形成することなくシール面状部１７ａとのシール面がフラット或は単一曲面の１つのシール面となる形状にしてもよい。
一方、リテーナ１２は、弾性シート１３との接触部１２ａを全体に亘ってフラット形状にしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１に係る発明によると、低コストによって弾性シートの抜け止め及びシール性の悪化を防ぐようにしたバルブのシート構造であり、弾性シートの径を安定させてゴムの変形量を弁座部側に逃がすのを防いで高いシール性を維持することができ、弾性シートの亀裂・破損等を防ぐことが可能なバルブのシート構造である。
【００３０】
請求項２に係る発明によると、弾性シート取付時にこの弾性シートを押圧固定している部分から弁座部にかけて変形することがなく、この弾性シートは拘束されることなく自然の弾性力を持たせることができ、弁開閉時の弾性シートの変形を吸収することによって亀裂・破損したりするのを防ぎ、耐久性を向上させることができる。
【００３１】
請求項３に係る発明によると、弾性シートに歪が生じたり、シール性が悪化したりすることがなく、高いシール性を発揮することが可能なバルブのシート構造である。
【００３２】
請求項４に係る発明によると、肩部に凹状部を設けることで、弁体回転時に生じる応力を凹状部全体で力を受けることによって応力を効果的に吸収しながら変形させることができ、弾性シートの亀裂や破損を防ぐことができるバルブのシート構造である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるバルブのシート構造を示した概略断面図である。
【図２】弁体の縦断面図である。
【図３】本発明におけるバルブのシート構造を示したバルブの断面図である。
【図４】図３の中央横断面図である。
【図５】弾性シート弁座部付近の一部拡大断面図である。
【図６】弾性シート弁座部付近の一部拡大断面図である。
【図７】本発明におけるバルブのシート構造の他の実施形態を示したバルブの断面図である。
【図８】本発明のバルブのシート構造と比較するための対応説明図である。
【図９】図８の一部拡大図である。
【符号の説明】
１１弁体
１２リテーナ
１３弾性シート（弾性シート）
１４固定部
１５弁座部
１６弁座支持部
１７弁本体
１８、１９凹状部
２１収容部

Claims

外周に弁座部を有する環状のゴムシート等の弾性シートを、弁体又は弁本体に設けた収容部にリテーナを用いて固定するバルブのシート構造であって、上記弾性シートは、その内周にリテーナにより押圧される固定部を設け、この固定部と弁座部との間を、リテーナにより押圧されない弁座支持部とすることにより、弾性シートの破損を防止したことを特徴とするバルブのシート構造。
前記収容部における弾性シートの固定部が収容される容積を、固定部の押圧前の体積と同等になるようにし、押圧された弾性シートが先端側に膨出するのを防止した請求項１記載のバルブのシート構造。
弾性シートの固定部を押圧したときの固定部の圧縮率を２０〜３０％とした請求項１又は２記載のバルブのシート構造。
上記弾性シートの弁座部の両側肩部に凹状部を設け、この凹状部によって応力集中を防いで弾性シートの破損を防止した請求項１乃至３の何れか１項に記載のバルブのシート構造。