JP2012107716A - バタフライ弁およびシートリング - Google Patents

Abstract

【課題】 楕円状のシール面を低コストで確実に形成することができるバタフライ弁を提供する。
【解決手段】流路１１を備える弁箱１０と、流路１１内に配置された弁体２０と、弁体２０を回動可能に支持する弁軸３０と、弁体２０の閉鎖時に弁箱１０の内周部と弁体２０の外周部との間で流路１１をシールするシートリング４０とを備え、シートリング４０が楕円状のシール面４２２ａを形成するバタフライ弁１であって、シートリング４０は、平面視楕円状の保持面を有する剛性材料からなる保持リング４１と、シール面４２２ａを形成する弾性材料からなる封止リング４２とを備え、封止リング４２は、保持面に沿うように弾性変形した状態で保持リング４１に保持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バタフライ弁およびこれに用いられるシートリングに関する。

従来のバタフライ弁として、弁体の回動軸となる弁軸の中心を、弁体とシートリングにより形成されるシール面から偏心（一次偏心）させると共に、弁体が収容される弁箱内の流路の中心からも偏心（二次偏心）させた、二重偏心構造の偏心バタフライ弁が知られている。このような二重偏心バタフライ弁は、弁体が閉位置まで回転した時に、弁体と弁箱との間に介在されるシートリングによって形成されるシール面が通常は真円状であるため、シートリングは樹脂やゴム等の弾性材料、或いは弾性を有する構成とした金属材料からなるものを使用して、良好なシール性を得ることができる。

一方、上記の二重偏心構造に加えて、弁体の外周面を構成する円錐の中心線を弁箱の中心線に対して傾斜させることにより三次偏心させた、三重偏心構造のバタフライ弁も知られている。このような三重偏心バタフライ弁は、シートリングにより形成されるシール面が楕円状になる。また、三重偏心バタフライ弁は、高温、高圧流体に対応を要求されていた経緯から、例えば特許文献１に開示された三重偏心バタフライ弁には、金属板と膨張黒鉛とを交互に積層したシートリングが使用されている。

特開２００８−２５６１５０号公報

従来の三重偏心バタフライ弁のようにシートリングを金属材料によって形成した場合、シール面が剛性のある金属同士の接触によって構成されるため、大きなシール面圧が必要になる。したがって、弁軸にかけるトルクが大きくなり、弁軸を太くする必要があると共に、この弁軸を駆動するアクチュエータにも高出力であることが要求され、コスト高になるおそれがあった。また、このような金属シールにより形成されるシール面が楕円状であるために、シートリングの向きが弁体に対して僅かにずれただけでシール性能が急激に悪化するおそれがあり、シートリングの組付作業に熟練を要していた。

そこで、本発明は、楕円状のシール面を低コストで確実に形成することができるバタフライ弁およびシートリングを提供することを目的とする。

本発明の前記目的は、流路を備える弁箱と、前記流路内に配置された弁体と、前記弁体を回動可能に支持する弁軸と、前記弁体の閉鎖時に前記弁箱の内周部と前記弁体の外周部との間で前記流路をシールするシートリングとを備え、前記シートリングが楕円状のシール面を形成するバタフライ弁であって、前記シートリングは、平面視楕円状の保持面を有する剛性材料からなる保持リングと、前記シール面を形成する弾性材料からなる封止リングとを備え、前記封止リングは、前記保持面に沿うように弾性変形した状態で前記保持リングに保持されているバタフライ弁により達成される。

また、本発明の前記目的は、流路を備える弁箱と、前記流路内に配置された弁体と、前記弁体を回動可能に支持する弁軸とを備えるバタフライ弁に対し、前記弁体の閉鎖時に前記弁箱の内周部と前記弁体の外周部との間で楕円状のシール面を形成して前記流路をシールするシートリングであって、平面視楕円状の保持面を有する剛性材料からなる保持リングと、前記シール面を形成する弾性材料からなる封止リングとを備え、前記封止リングは、前記保持面に沿うように弾性変形した状態で前記保持リングに保持されているシートリングにより達成される。

前記シートリングは、前記封止リングが前記保持リングの内周面に沿って保持された構成にすることができ、前記弁箱の内周部に設けることが可能である。あるいは、前記シートリングを、前記封止リングが前記保持リングの外周面に沿って保持された構成にすることも可能であり、この場合は前記シートリングを弁体の外周部に設けることができる。

本発明によれば、楕円状のシール面を低コストで確実に形成することができるバタフライ弁およびシートリングを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るバタフライ弁の横断面図である。 図１に示すバタフライ弁のシートリングの平面図である。 図１に示すバタフライ弁の変形例を示す横断面図である。 図３に示すバタフライ弁のシートリングの拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係るバタフライ弁の横断面図である。 図５に示すバタフライ弁のシートリングの拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るバタフライ弁の横断面図である。図１に示すように、バタフライ弁１は、内部に円筒状の流路１１が形成された弁箱１０と、流路１１内に配置された板状の弁体２０と、弁体２０を回動可能に支持する弁軸３０と、弁箱１０の内周面に設けられたシートリング４０とを備えている。

弁箱１０は、内周面に段部１２が形成されており、環状のリテーナ１３と段部１２との間にシートリング４０が配置されている。リテーナ１３は、弁箱１０の内周面に固定された固定リング１４に螺着された締付ネジ１５により段部１２に向けて押圧することができ、シートリング４０を段部１２との間で挟持して弁箱１０の内周部１０ａに設けることができる。

弁体２０は、板状に形成されており、外周面２２がシートリング４０に当接して流路１１を封鎖する。弁軸３０は、一端側が弁箱１０内に位置し、他端側が弁箱１０外に位置するように弁箱１０に挿通されており、一端側に弁体２０がテーパピン２１で固定されている。弁軸３０の他端側はアクチュエータ（図示せず）に連結されており、アクチュエータの駆動により弁軸３０と共に弁体２０が矢示方向に回動し、流路１１が開閉される。

本実施形態のバタフライ弁１は、三重偏心構造を有している。すなわち、弁軸３０の中心３０ａは、弁体２０とシートリング４０により形成されるシール面４２２ａから流路１１の中心線１１Ｌに沿って距離Ｅ１だけ偏心しており、更に、流路１１の中心線１１Ｌから直交方向に距離Ｅ２だけ偏心している。更に、弁体２０の外周面２２は、流路１１の中心線１１Ｌから角度Ｅ３だけ傾斜した中心線２２ａを有する仮想円錐の外周面２２ｂの一部によって形成されており、流路１１の中心線１１Ｌに沿って見たときに楕円形状を有している。

シートリング４０は、剛性材料からなる保持リング４１と、弾性材料からなる封止リング４２とを備えており、保持リング４１に封止リング４２が保持されている。

図２は、シートリング４０の平面図である。図１および図２に示すように、保持リング４１の外周面４１１は、弁箱１０の内周面のうち、円形に旋削された箇所に保持されるように、真円状に形成されている一方、保持リング４１の内周面４１２は、弁体２０の楕円形状の外周面２２と略同じ扁平率を有する平面視楕円状に形成されている。また、封止リング４２は、保持リング４１に保持される前の状態では、外周面４２１および内周面４２２のいずれも真円状に形成されており、保持リング４１の内周長さよりも若干大きい外周長さを有している。この封止リング４２は、保持リング４１の内周面４１２に装着することにより、外周面４２１が保持リング４１の内周面４１２に沿うように弾性圧縮変形し、保持リング４１に確実に装着されると共に、封止リング４２の内周面４２２が平面視楕円状となっている。封止リング４２の保持面となる保持リング４１の内周面４１２は、本実施形態では高さ方向で断面形状を一定としているが、必ずしも一定である必要はない。

保持リング４１は、封止リング４２の弾性変形を促しつつ確実に保持すると共に、楕円状の内周面をレーザ加工等により容易に形成できるように、例えばステンレスやアルミニウム等の金属材料により形成することができる。一方、封止リング４２は、外周面４２１および内周面４２２のいずれも真円状であることから、例えば従来の二重偏心バタフライ弁で使用されるシートリングと同様に、樹脂製やゴム製のものを使用することができる。

図１に示すように、封止リング４２の内周面４２２は、閉位置にある弁体２０の外周面２２と全体にわたって接触し、この接触部分からなるシール面４２２ａを形成する。シール面４２２ａは、流路１１の中心線１１Ｌに沿って見たときに、弁体２０の外周面２２と同様に楕円形状を有している。

上記の構成を備えるバタフライ弁１は、弁箱１０の開口両端面にそれぞれフランジ管（図示せず）のフランジ端面を当接させることができ、フランジ同士をボルト等で締結することにより、弁箱１０の流路１１をフランジ管の流路と連通させることができる。但し、弁箱１０と管との接続方式はこのようなウエハー型に限定されるものではなく、ラグタイプ、フランジ形、突合せ溶接形など他の方式であってもよい。流路１１内の流体の流れＦは、本実施形態では弁体２０に対して弁軸３０が配置された側を下流側としているが、弁軸３０側を上流側とすることもできる。

本実施形態のシートリング４０は、封止リング４２を保持リング４１の内周面４１２に保持する構成とすることによって、弁体２０の外周面２２との間に形成される楕円状のシール面４２２ａを、弾性材料からなる封止リング４２により容易に形成することができ、金属製のシートリングにより形成されるシール面と比較して必要なシール面圧を小さくすることができる。したがって、シール面の摺動を抑制して長寿命化を図ることができるという三重偏心バタフライ弁の効果を良好に維持しつつ、組付時に弁体２０およびシートリング４０の楕円の向きに若干のずれが生じた場合でも確実にシールすることができると共に、細い弁軸３０や低出力のアクチュエータを用いて低トルクでシールすることができ、製造コストの低減を図ることができる。

シートリング４０の構成は、本実施形態のものに限定されず、例えば図３に示すように、封止リング４２の端面に環状の溝部４２３を形成してもよい。このように構成されたシートリング４０は、溝部４２３がリテーナ１３と対向するように弁箱１０内に配置されており、図４に拡大断面図で示すように、封止リング４２に設けた溝部４２３より内径部の高さＨ１を、保持リングの高さＨ２よりも若干低く形成することで、流体流れＦの方向に流体圧力が作用した際、封止リング４２における溝部４２３の内部に圧力が作用し、シール面４２２ａを内径方向へ変形させるため、シール面圧を容易に確保することができる。封止リング４２は、上記のように保持リング４１への装着前は真円状に形成されているため、封止リング４２に対して環状の溝部４２３を同心状に容易に形成することができる。更に、図３に示すように、溝部４２３と連通する連通孔１３１をリテーナ１３に形成してもよい。このような構成においては、封止リング４２のリテーナ１３側の端面のうち、溝部４２３よりも内径側の面４２５がリテーナ１３と密着した場合でも、流体流れＦの方向に圧力が作用した際、確実に溝部４２３内に流体圧を作用させることができ、シール面圧を良好に維持することができる。

また、図３および図４に示すように、封止リング４２の内周面４２２に、内方に突出する環状のリップ４２４を設けてもよく、リップ４２４が弁体２０の外周面に接触してシール面４２４ａを形成するように構成してもよい。この構成によれば、シール面４２４ａでの接触を馴染み易くすることができ、安定したシール性能を得ることができる。リップ４２４の断面形状は、本実施形態では円弧状としているが、角状等とすることもできる。

図３および図４に示すシートリング４０は、封止リング４２の端面に溝部４２３を有すると共に、内周面４２２にリップ４２４を備えているが、溝部４２３またはリップ４２４のいずれか一方のみを採用した構成にすることもできる。

上記各実施形態のシートリング４０は、保持リング４１において封止リング４２を保持する保持面を、保持リング４１の内周面４１２としているが、図５および図６に示すように、保持リング１４１の外周面１４１１が封止リング１４２の保持面となるように、保持リング１４１に封止リング１４２を外嵌してシートリング１４０を構成してもよい。このシートリング１４０は、剛性材料からなる保持リング１４１の外周面１４１１が楕円形状を有する一方、内周面１４１２は真円状に形成されて、弁体１２０に形成された円筒状の突部１２３に装着される。また、弾性材料からなる封止リング１４２は、保持リング１４１に保持される前の状態では、外周面１４２１および内周面１４２２のいずれも真円状に形成されており、保持リング１４１への装着により封止リング１４２が弾性伸長変形し、封止リング１４２の外周面１４２１が、流路１１の中心線に沿って見たときに楕円形状を有している。

このような構成を備えるシートリング１４０は、弁体１２０の外周部とリテーナ１３０との間に挟持して、取付ネジ１１５により弁体１２０の外周部に設けることができる。図５に示すバタフライ弁１０１は、弁箱１０の内周面に形成された段部１２に、Ｏリング１５１を介して弁座リング１５０が配置されており、固定リング１４に螺着された固定ネジ１５２により、弁箱１０の内周部１０ａに弁座リング１５０が固定されている。弁座リング１５０の内周面１５０１は、図１に示す弁体２０の外周面２２と同様に、傾斜した仮想円錐の外周面の一部を構成するように形成されており、流路１１の中心線に沿って見たときに楕円形状を有している。なお、図５において、図１と同様の構成部分には同一の符号を付している。

図５に示すバタフライ弁１０１も、図１に示すバタフライ弁１と同様に三重偏心構造を有しており、シートリング１４０における封止リング１４２の外周面１４２１が、弁座リング１５０の内周面１５０１と接触して楕円状のシール面１４２１ａを形成する。この結果、図１のバタフライ弁１０１と同様に、楕円状のシール面１４２１ａを低コストで確実に形成できるという効果を奏する。バタフライ弁１０１には、図３に示す構成と同様に、封止リング１４２の端面に環状の溝部を形成してもよく、あるいは、外周面１４２１に設けた環状のリップによりシール面１４２１ａを形成してもよい。

本発明のシートリングは、上記のように三重偏心バタフライ弁に好適に使用されるが、必ずしもこの用途に限定されるものではなく、シートリングが楕円状のシール面を形成する他のバタフライ弁にも適用可能であり、例えば、三次偏心によるシール面を有する一方で一次偏心または二次偏心を有しない構成や、楕円板状の弁体を備える構成のバタフライ弁にも使用することができる。

１ バタフライ弁
１０ 弁箱
１１ 流路
２０ 弁体
３０ 弁軸
４０ シートリング
４１ 保持リング
４２ 封止リング
４２２ａ シール面
４２３ 溝部
４２４ リップ

Claims (6)

1. 流路を備える弁箱と、前記流路内に配置された弁体と、前記弁体を回動可能に支持する弁軸と、前記弁体の閉鎖時に前記弁箱の内周部と前記弁体の外周部との間で前記流路をシールするシートリングとを備え、前記シートリングが楕円状のシール面を形成するバタフライ弁であって、
   前記シートリングは、平面視楕円状の保持面を有する剛性材料からなる保持リングと、前記シール面を形成する弾性材料からなる封止リングとを備え、
   前記封止リングは、前記保持面に沿うように弾性変形した状態で前記保持リングに保持されているバタフライ弁。
2. 前記シートリングは、前記封止リングが前記保持リングの内周面に沿って保持されており、前記弁箱の内周部に設けられている請求項１に記載のバタフライ弁。
3. 前記シートリングは、前記封止リングが前記保持リングの外周面に沿って保持されており、前記弁体の外周部に設けられている請求項１に記載のバタフライ弁。
4. 前記シートリングを前記弁箱の内周部または前記弁体の外周部に押圧保持するリテーナを更に備え、
   前記封止リングは、端面に環状の溝部が形成されている請求項２または３に記載のバタフライ弁。
5. 前記シール面は、前記封止リングに設けられた環状のリップにより形成される請求項１から４のいずれかに記載のバタフライ弁。
6. 流路を備える弁箱と、前記流路内に配置された弁体と、前記弁体を回動可能に支持する弁軸とを備えるバタフライ弁に対し、前記弁体の閉鎖時に前記弁箱の内周部と前記弁体の外周部との間で楕円状のシール面を形成して前記流路をシールするシートリングであって、
   平面視楕円状の保持面を有する剛性材料からなる保持リングと、前記シール面を形成する弾性材料からなる封止リングとを備え、
   前記封止リングは、前記保持面に沿うように弾性変形した状態で前記保持リングに保持されているシートリング。

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