JP2011220470A - バタフライ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単でシール性の高いバタフライ弁を提供する。
【解決手段】メタルシートバタフライ弁１は、弁箱２の内面２ａに弁軸回りに回転する弁体が当接可能な弁座部１２を設けた。弁箱２の外周面には弁座部１２に対向して弁座部１２に沿って延びる三日月型のリブ１４を設けた。リブ１４には複数の孔１５を分散して設けた。孔１５はリブ１４の長手方向の中央部における最も幅広の領域で内径が大きく、上下端部に向けた次第に幅狭となる領域で複数の孔１５の内径が次第に小さくなるように形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、メタルシートバタフライ弁を含むバタフライ弁に関するものである。

従来、バタフライ弁として例えば特許文献１に記載されたものがある。このバタフライ弁は円盤状の弁体が弁軸回りに回転して弁箱の内面に設けたシートリングに食い込んで液密にシールする構造を備えている。このシートリングは本体接液部とフランジ接続部が全てゴムで覆われており、このシートリングは内径側に膨らむ山形状を有しており、その山高さが弁棒に近づくにつれて低くなるように形成されている。
これにより、バタフライ弁は弁棒付近で弁体とシートリングが常時接触すると共に接触量が大きくても弁棒付近の面圧（つぶし量）を小さくして弁翼付近と同等にしてシール性と耐久性を同時に高めている。

ところで、管路等に装着したメタルシートバタフライ弁では、弁体と弁箱内面とを金属で形成して止水を行う構造であるため、上述したゴムで被覆したシートリングは設けられていない。例えば、特許文献２に記載されたメタルシートバタフライ弁では、弁箱の円筒状の内面に間隙を開けて薄肉金属材からなる円筒状の弁箱シートを同心状に配設し、弁箱の内面と弁箱シートの外周面との間にＯリングからなるシール材を配設している。これにより、弁箱に流入する流体の全量が弁箱シートの内部流路を通過する。

そして、弁箱及び弁箱シートを貫通して弁棒を配設して、弁箱シートの内部に弁体を弁棒の軸心回りに回転可能に配設する。一方、弁体の周縁部には弁箱シートの内周面に水密に摺接する金属材からなる弁体シートを設けている。
そのため、水圧や地盤の変動を受けて弁箱が変形した場合でも、弁箱シートは変形を起こさないからその形状が保持される。そして、弁棒の軸心回りに弁体を回転させて、弁体の全閉位置において弁体シートの外周面が弁箱シートの内周面に水密に摺接して弁箱シートの内部流路を閉栓することができるとしている。

特開２００１−１２４２１８号公報 特開２００２−３１２５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたバタフライ弁では弁箱の弁座にゴム製のシートリングを被覆形成して止水構造を形成しているため、構造が複雑である上に、ゴム製のシートリングを被覆した構造では耐久性が劣るという不具合がある。
また、特許文献２に記載されたメタルシートバタフライ弁では、弁箱内に金属製の弁箱シートを設けた二重構造を採用して弁箱が変形しても内側の弁箱シートの変形を抑制することで、弁箱シートの弾力性によって止水する構成であるため、耐久性は向上するが、構造が複雑である上にシール性が悪いという不具合があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、構造が簡単でシール性の高いバタフライ弁を提供することを目的とする。

本発明によるバタフライ弁は、弁箱の内面に弁軸回りに回転する弁体が当接可能な弁座が設けられ、弁箱の外面には弁座に対向して該弁座に沿って延びるリブが設けられたことを特徴とする。
本発明によるバタフライ弁では、弁体を閉弁して弁体が弁座に当接して食い込むと応力が発生して弁箱に伝達され、弁座に対向する外面に設けたリブによって応力が受け止められ、弁箱の変形や拡張を抑制する。閉弁時に生じる応力は弁座の延在方向に不均一にかかるが、弁箱の外面に設けたリブによって応力を受け止めると共にその長手方向に分散させて応力を低減させ、弁箱が変形することを抑制できる。特に、弁座の長手方向中央部で最も大きな応力が生じるが、リブの剛性でその応力を受け止めて分散させることで弁箱が中央部で横方向に略楕円形状に拡張して変形するのを抑制し、液密にシールできる。

また、リブは三日月状に形成されていることが好ましい。
比較的大きな応力が生じる弁座の長手方向中央部におけるリブの幅を大きく形成すると共に比較的小さい応力が生じる上下方向周辺部ではリブの幅を小さく形成するように三日月型に形成することで、リブ全体で応力を受け止めることができ、しかも弁箱の横方向の変形を抑えて上下方向の小さな変形を許容することで全体に液密にシールできる。

また、リブにはその長手方向に複数の孔が形成されていることが好ましい。
応力を受け止めるリブの長手方向に複数の孔を分散して形成することで、応力の大きさがリブの長手方向において相違しても、応力をリブで低減させるだけでなく複数の孔で分散させてより均一に調整することができる。

また、リブに設けた孔はリブの幅に応じて内径寸法が異なるようにしてもよい。
リブで受ける応力の大きさに応じてリブの幅を設定したから、幅の大きい部位では比較的大きな応力を受けて幅の小さい部位では比較的小さな応力を受けるが、リブの幅の大きさに応じた大きさの孔を設けることで孔の大きさに応じた応力変形と応力分散を生じさせてリブの他の領域に応力を分散させて応力を均一にすることができる。

本発明によるメタルシートバタフライ弁によれば、弁体が当接する弁箱の内面に設けた弁座の外面には弁座に沿ってリブが設けられているから、構造が簡単であり、外力が弁箱に作用してもリブによって弁箱の変形による漏水を防止できる。しかも、閉弁時に弁体が弁座に係合して弁座を押圧して弁箱に応力が作用してもリブによって弁箱が補強されているから弁箱の横方向の変形を抑制して液密にシールできる。

本発明の実施形態によるメタルシートバタフライ弁の弁箱を示す要部斜視図である。 図１に示す弁箱に弁体を取り付けたバタフライ弁のＡ−Ａ線断面図である。 図２に示す弁箱におけるリブ部分の拡大図である。 図１に示す弁箱のＢ−Ｂ線縦断面図である。 閉弁時に弁箱の弁座に作用する応力の大きさを示す説明図である。 本発明の変形例による弁箱の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態によるメタルシートバタフライ弁について図１乃至図５により説明する。
図１及び図２において、メタルシートバタフライ弁１は略円筒状の弁箱２と、弁箱２に回転可能に装着されていて弁軸３回りに略９０°正逆回転可能な弁体４とで概略構成されている。図１では弁体４は省略されているが、略円筒形状の弁箱２における中心軸線Ｏ方向の両端にはフランジ６ａ、６ｂがそれぞれ形成されており、液体の流路を構成する図示しない管体のフランジ部にボルトとナット等によって連結可能とされている。

弁箱２の内面２ａには、図４に示すように弁軸３を挿通させる挿通孔７ａ、７ｂが上下位置に形成されている。これら挿通孔７ａ，７ｂに嵌挿されて装着された弁軸３は弁箱２内の流路の中心軸線Ｏ方向に直交して配設され、図示しない軸受によって回転可能に保持されている。弁箱２には上下の挿通孔７ａ，７ｂの周囲領域から外側に向けて軸受を収容する略筒状の軸受収容部８ａ、８ｂが形成され、上部の軸受収容部８ａの外側端部には拡径して形成された円盤状の閉塞部材９が形成されている。弁軸３は弁箱２の挿通孔７ａ、７ｂから軸受収容部８内の軸受に装着され、弁軸３の上側部分は閉塞部材９の中央貫通孔９ａを通して更に延びている。

弁箱２の内面２ａには、１８０°対向する上下位置に設けられた貫通孔７ａ、７ｂの両側に略半円弧形状の弁座部１２、１２が一対形成されている（図１、図４参照）。図２及び図３に示すＡ−Ａ線断面視において、各弁座部１２には弁体４の外周面４ａが着座可能な弁座１２ａが形成されており、弁体４はその外周面４ａが弁軸３回りに回転対称に傾斜したテーパ面とされている。弁座部１２の貫通孔７ａ，７ｂとの境界はネック部１３、１３とされている。
また、弁座部１２と弁体４とは全周に亘って略真円形状に形成されている。弁箱２及び弁座部１２と弁軸３及び弁体４は金属で形成されており、弁体４の閉弁時に弁座部１２の弁座１２ａと弁体４の外周面４ａとが金属接触することになる。そのため、
弁座部１２の弁座１２ａの内径寸法＜弁体４の外周面４ａの外径寸法
とされている。
しかも、弁軸３回りに回転可能な弁体４の外周面４ａはテーパ面に形成されているから、閉弁時に弁座部１２の弁座１２ａに全周に亘って接触して押圧して食い込み可能に形成されており、閉弁状態で弁体４の外周面４ａと弁座部１２の弁座１２ａとは全周に亘って面接触可能なように同一方向に傾斜している（図２、図３参照）。

そして、図１及び図４に示す弁箱２の外面２ｂにおいて、一対の弁座部１２に対向する一対の円弧状の領域には略円弧状で補強用のリブ１４、１４が一体形成されている。各リブ１４は長手方向に例えば三日月状に形成されており、中央部で幅が最も広く両端に向けて次第に幅が狭くなって軸受収容部８ａ，８ｂに連結された形状とされている。
リブ１４は、その長手方向に直交する図４に示す断面視で、その肉盛形状が略先細のテーパ状の略台形断面に形成されている。なお、リブ１４の中央部とは、図４において、弁箱２の中心軸線Ｏに直交する面内で、貫通孔７ａ，７ｂの中心を通る中心軸線Ｌに直交する水平線Ｒがリブ１４に交わる幅の領域をいう。

そして、これら一対の三日月形状のリブ１４、１４には所定間隔で複数の孔１５が穿孔されている。各三日月状のリブ１４において、孔１５は中央部の孔１５ａが最も内径が大きく、リブ１４の上下両端に向かうに従って次第に孔１５の内径寸法が小さくなるように形成されている。
そのため、図５において、閉弁時に弁体４の外周面４ａを弁箱３の弁座部１２に接合させる際、弁体４の幅方向寸法の最も大きい中央部で弁座部１２の弁座１２ａに比較的大きな応力Ｒ１が付与され、弁座部１２の弁軸３に近い弁座１２ａの上下端近傍の部分では比較的小さな応力Ｒ２が付与される。これら応力Ｒ１，Ｒ２を三日月型のリブ１４で受け止めて低減させると共に複数の孔１５で均一に分散させて、弁箱２の変形を全体に小さく抑制させる。そして、リブ１４によって、弁箱２の中央部における横方向の楕円形状の拡張変形を抑制すると共に弁軸３近傍の周辺部である貫通孔７ａ、７ｂ近傍の上下両端部近傍を小さく変形させることで、弁箱２の変形を小さく且つ全体に均一に制御できるように構成した。

本実施形態によるメタルシートバタフライ弁１は上述の構成を備えており、次にその作用を説明する。
メタルシートバタフライ弁１において、弁体４を開弁することで弁箱２の内面２ａに流入する流体が内面２ａの流路を通って流通する。
そして、弁体４を閉弁させる際、弁軸３を回転させることで弁体４が全開位置から閉弁方向に回転し、全閉位置に至る（図２参照）。すると、弁体４のテーパ面からなる外周面４ａが弁箱２の内面２ａに設けた弁座部１２のテーパ面からなる弁座１２ａに全周に亘って当接する。そして、弁体４の外周面４ａの外径寸法が弁座部１２の弁座１２ａの内径寸法より大きく設定されているために、弁体４の外周面４ａは弁座部１２の弁座１２ａに食い込んで押圧し、これによって発生する応力が弁箱２に伝達される。

ここで、従来の弁箱であれば、リブ１４が設けられていないために、閉弁によって弁体４が弁座部１２の弁座１２ａに食い込むことで生じる応力は全体に均一ではなく、一般に弁座部１２の中央部で比較的大きい応力Ｒ１が発生し、上下両端部近傍で比較的小さい応力Ｒ２が発生する（図５参照）。
そのため、応力は弁箱２に均一に分散して付与されることなく、弁箱２は弁座部１２の中央部で最も大きく変形して拡張されて横方向に楕円形に膨らむ。そのため、弁座部１２の上端と下端のネック部１３に大きな面圧が弁体４方向に向けて発生する。すると、弁体４の外周面４ａに対して弁座部１２の中央部とネック部１３との間の上側部分と下側部分から漏れが発生する不具合が生じる。

これに対し、本実施形態によるメタルシートバタフライ弁１では、弁体４の閉弁時の荷重が弁座部１２の弁座１２ａにかかると、その応力は弁箱２の弁座部１２に対向する外周面２ａに設けた略三日月型のリブ１４で受け止められ、弁箱２の変形を抑制する。
特に、三日月型のリブ１４は中央部が最も幅広で剛性が高いので、弁箱２における弁座部１２の中央部に伝達される比較的大きな応力Ｒ１は中央部を横方向に拡張して楕円形に変形させることなく受け止められる。また、弁座部１２の上下両端部近傍に伝達される応力Ｒ２はリブ１４の比較的幅の狭い部分で受け止められる。

閉弁時に弁体４に作用する応力はリブ１４の剛性によってリブ１４全体で受け止めて吸収すると共に、一部の応力はリブ１４に設けたリブ１４の幅に応じた内径を有する複数の孔１５によってリブ１４全体に分散させて低減させられる。
そして、リブ１４によって弁箱２が中央部で横方向に楕円形に変形するのを抑制すると共に弁箱２が上下両端部近傍で僅かに拡張する方向に変形させられることで、結果的に弁箱２にほぼ均一に応力が作用し、変形を抑制してほぼ均一に小さく拡張して変形する。そして、弁座部１２の弁座１２ａの内径寸法が弁体４の外周面４ａの外径寸法より大きいから、液密にシールすることができる。

そのため、ネック部１３にはリブ１４を設けないことが好ましく、本実施形態ではリブ１４の両端部が軸受収容部８ａ，８ｂに連結されているから、ネック部１３にリブ１４が延びてはいない。
このようにして、弁体４を閉弁させることで生じる応力は、弁箱２が膨らまないようにリブ１４全体で受け止められて抑制されると共にリブ１４の複数の孔１５によって均一に分散され、結果的に弁箱２の大きな部分的変形や拡張を抑制して全体に小さく変形させることになるから、液密にシールすることができる。

上述のように、本実施形態によるメタルシートバタフライ弁１によれば、弁箱２の外面２ｂに弁座部１２に対向する三日月型のリブ１４を形成したから、弁体４を閉弁させる際に弁体４の外周面４ａが弁座部１２の弁座１２ａに食い込むことで発生する応力をリブ１４の剛性によって抑制できる。特に中央部の比較的大きい応力Ｒ１をリブ１４の幅広部分で抑制して横方向の変形を抑えることができると共に、上下両端部近傍の比較的小さい応力Ｒ２をリブ１４の幅の狭い部分で抑制することで、弁箱２が上下両端部近傍で僅かに拡張する方向に変形させられ、弁箱２のアンバランスな変形が抑えられて、全体にほぼ均一に小さく変形することで漏水を防いで液密にシールできる。
しかも、リブ１４の幅の大きさに応じた内径を有する複数の孔１５を分散して形成したから、弁箱２からリブ１４に伝達される応力の大きさが不均一であっても全体に均一に分散させると共に低減させて弁箱２の応力と変形を小さく抑制できる。
そのためメタルシートバタフライ弁１について、リブ１４を設けるという比較的簡単な構造を用いて、応力をバランス良く抑制して弁箱２の変形を低減させて液密にシールできる。

次に上述した実施形態によるメタルシートバタフライ弁１の変形例について図６により説明するが、上述した実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
図６に示す変形例によるメタルシートバタフライ弁２０において、弁箱２の弁座部１２に対向する外周面２ａに形成した略三日月型のリブ２１には孔１５が設けられていない。
この場合、弁体４の外周面４ａを弁箱２における弁座部１２の弁座１２ａに食い込ませることで、弁箱２とリブ２１に働く応力を孔１５によって均一に分散させることはできないが、リブ２１の剛性によって応力を受け止めて低減させることができる。このとき、三日月型のリブ２１の中央部と上下両端部近傍の領域とによって受け止める応力Ｒ１，Ｒ２の大きさが相違するが、リブ２１は一体であるため応力を伝播させることで、応力の大きさの差異を調整することができる。

また、上述した実施形態や変形例によるリブ１４、２１について、その長手方向に直交する断面の肉盛形状をテーパ状に形成したが、断面形状はテーパに限定されることなく短冊形や円弧状、長円形状等適宜形状に形成できる。
また、リブ１４、２１の長手方向の形状についても三日月型に限定されるものではなく、同一幅の円弧板形状等、適宜形状のものを採用することができる。

また、実施形態における複数の孔１５を形成したリブ１４について、孔１５の形状についても円形に限定されるものではなく、長円形状や三角形、四角形、六角形等の任意の多角形等、適宜の孔形状を採用できる。また、上述の実施形態では、リブ１４に設けた複数の孔１５について中央部から上下両端部に向けて孔１５の内径を次第に小さく変化させたが、複数の孔１５の内径寸法を同一にしてもよいし、ランダムに設定してもよい。
また、本発明は、メタルシートバタフライ弁１，２０に限定されることなく、ゴムで弁座１４または弁体４を被覆したバタフライ弁など、適宜のバタフライ弁に適用できる。

１、２０ メタルシートバタフライ弁
２ 弁箱
２ａ 内面
２ｂ 外面
３ 弁軸
４ 弁体
４ａ 外周面
１２ 弁座部
１２ａ 弁座
１４、２１ リブ
１５，１５ａ 孔

Claims (4)

1. 弁箱の内面に弁軸回りに回転する弁体が当接可能な弁座が設けられ、前記弁箱の外面には前記弁座に対向して該弁座に沿って延びるリブが設けられたことを特徴とするバタフライ弁。
2. 前記リブは三日月状に形成されている請求項１に記載されたバタフライ弁。
3. 前記リブにはその長手方向に複数の孔が形成されている請求項１または２に記載されたバタフライ弁。
4. 前記リブに設けた孔はリブの幅に応じて内径寸法が異なるようにした請求項１乃至３のいずれかに記載されたバタフライ弁。

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