JP2014009745A - 充水機能付きバタフライ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】充水初期時の通水の円滑な流量制御を行う。
【解決手段】水道管等の配管に介設されるバタフライ弁Ｖであって、弁箱弁座４をなすゴム製弁座シート１１の内周面に開弁方向の溝状通水孔１２を形成する。新設時等の充水初期、弁体３を小開度状態とすると、通水ａは、充満する一方の配管から溝状通水孔１２を通って他方の配管に流通してその他方の配管を充水する。このとき、弁体３の周縁は、閉弁状態から小開度に至る際、弁座４から離れた後は、弁座シートの内周面に近接又は摺接した状態で移動し、弁軸の回転に不要の摺動トルクを与えず、弁体３の回転は円滑である。また、弁座シートは、弁箱本体１ａと別部材であるため、弁箱本体の材質や製作精度に影響されずにその内周面や通水孔１２を形成し得て、その高い加工精度を得ることができる。このため、充水初期の通水の円滑な流量制御を行い得る。
【選択図】図３

Description

この発明は、水道管等の配管への充水時に流体を供給する充水機能付きバタフライ弁に関する。

水道管等の配管の新設時、点検時、更新時等における初期充水時において、急速な充水によって満管状態にすると、下流側配管に設置した空気弁から適切に配管内の空気を抜くことができず、ウォーターハンマや配管内空気の押出し（圧縮）によって安全弁が破損したり、配管そのものが破損したりすることがある。このため、配管途中にバタイフライ弁を介設し、そのバタフライ弁を小開度に開弁して小流量で下流側の管路（配管）に充水するようにしている。
その一般的なバタフライ弁は、弁箱を径方向に貫通する弁軸と、その弁軸を中心径方向に取付けた弁体とからなり、前記弁箱内周面に前記弁体先端縁が接離するゴム製弁箱弁座を形成し、弁軸を介して弁体を回転することによって弁開閉する構造である。

この一般的なバタフライ弁による上記小開度における流量制御は困難である。このため、弁体先端縁に閉弁方向（閉弁時、弁体が回転する方向）に延びるテール部を設け、そのテール部に通水孔を形成して、開弁初期、その通水孔を通って通水するようにし、その通水孔の開口面積（流通面積）等を所要値に設定することによって円滑な下流側配管の充水をし得るとするものがある（特許文献１請求項１、図１参照）。
また、上記弁箱弁座の開弁方向側（開弁時、弁体が回転する方向側）に弁体先端縁が摺動する延設部を設け、その延設部に開弁方向の溝状通水孔を形成し、開弁初期、その溝状通水孔を介して通水するようにして、下流側配管の充水をするようにしたものがある（特許文献２請求項１、図５参照）。

特開２００６−２３４０７１号公報 特開２０１２−８２９３６号公報

上記弁体にテール部を設けたものにおいては、充水時の通水量を小流量で一定とするために、テール部の通水孔を介して通水のほぼ全てを行うには、ゴム製弁箱弁座とテール部とを摺動させれば良いが、そのためには、弁箱弁座と摺動させるためのテール部摺動面（外周面）の正確な形成が煩雑であって、高コストのものとなっている。また、弁箱弁座は配管を全閉する際の弁体先端縁の押圧により弾性変形される必要がある部分であり変形が許容される。このことから、テール部もその変形に対応して充水時に前記一定小流量を得るにはその弁箱弁座を撓ませて（押圧して）摺動させる必要があり、その摺動抵抗が大きく、開閉弁時に弁軸回転トルクが大きいものとなっている。
一方、弁箱延設部に溝状通水孔を設けたものは、延設部は弁体先端縁に対応して正確に設計されるため、テール部を設けたものに比べ、弁体と延設部間も摺動抵抗の問題は小さいが、弁箱本体と一体である延設部は、通常、鋳物であって、その内面を作業性の悪い弁箱内で高い精度で仕上げることは困難であり、非常に手間とコストがかかるものとなっている。また、精度が低いと、通水量の制御が困難になる場合や、粗面に基づく弁体や延設部の損傷が生じる恐れがある。

この発明は、以上の実状の下、弁箱側に溝状通水孔を形成した構成において、その構成の上記問題を解決することを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明は、上記溝状通水孔を有する延設部を弁箱本体とは別部材から形成することとしたのである。
溝状通水孔を有する延設部が弁箱本体と別部材であれば、弁箱本体の材質や製作精度に影響されずにその延設部を形成することができる。このため、溝状通水孔の開口面積精度や弁体先端縁と延設部内周面との接触（摺動）や近接度合等の加工精度を向上することができる。加工精度が向上し得れば、摺動抵抗を小さくすることができるため、開閉弁時の弁軸回転トルクが小さいものとし得るとともに、通水量の制御が容易になって弁体や延設部の損傷が生じる恐れも少なくなる。

この発明の具体的な構成としては、弁箱を径方向に貫通する弁軸と、その弁軸を中心径方向に取付けた弁体とからなり、弁軸を介して弁体を回転することによって弁開閉するバタフライ弁において、前記弁箱のゴム製弁座の弁体の開弁方向に連続して弁箱本体と別部材からなる流量調整部材をその弁箱内周面に固定して設け、その流量調整部材の内面は、前記弁体の先端周縁の動きに対応する円弧面となって、その円弧面の周囲に前記弁体の開弁方向の溝状通水孔が形成され、開弁初期は、弁体先端縁が前記流量調整部材の円弧面に対応して、通水が前記溝状通水孔又はその溝状通水孔及び前記流量調整部材の円弧面と弁体先端縁の間を通って流通する構成を採用することができる。

この構成において、弁体先端周縁が流量調整部材の円弧面に摺接又は近接して移動するようにすれば、弁体の回転トルクも小さいものとし得る。その「摺接」とは、「流量調整部材の円弧面と弁体先端縁の間を通って通水が流通しない程度の接し状態」を言い、「近接」とは、「溝状通水孔による通水制御に支障が出ない程度の弁体先端周縁と流量調整部材の円弧面との間隙をもって近づいている状態」を言う。

また、上記流量調整部材を弁箱弁座とゴムによって一体に成形すれば、必ず必要な弁箱弁座の形成と同時に流量調整部材を設けることができる。通常、そのゴムによるライニング（一体成形）は直接に金型を用いて弁箱内で加硫によって行うことができるため、設計（仕上げ）精度も高いものとし得る。
さらに、弁体先端縁部に閉弁方向に伸びるテール部を設け、そのテール部の外周面は弁体先端縁の回転面に沿っていれば、充水時に弁体先端縁が流量調整部材を過ぎても、テール部と流量調整部材の隙間（又は／及び通水孔）を通って流通させることができて、弁体先端縁が流量調整部材を過ぎた際の急激な流量増加を防止することができる。このとき、テール部の外周面が弁体先端縁の回転面に沿っており、テール部を流量調整部材及び弁箱弁座に摺接及び近接せずに、流量調整部材及び弁箱弁座から一定の間隔を持つように弁体先端縁に設ければ、正確な形状で成形する必要はなく、コストの問題も小さくできるし、摺動抵抗の問題も生じない。

この発明は、以上のように構成し、弁箱弁座に連続して弁箱本体とは別部材でもって弁箱内面に溝状通水孔を形成することとしたため、製作コストの低減を図り得るとともに、弁体先端縁と流量調整部材内周面との摺接度等を向上させることができ、弁体の回転トルクの低減を図って円滑な流量制御を行い得る。

この発明に係るバタフライ弁の一実施形態の要部切欠き断面斜視図 同実施形態の弁体部分等を省略した右半分切断側面図 同実施形態の図１の正面から見た作用説明用要部切断平面図 同実施形態の図１の側面から見た作用説明用要部切断概略平面図 他の実施形態を示し、（ａ）は要部切断平面図、（ｂ）は流量調整部材の部分斜視図 他の実施形態を示し、（ａ）は要部切断平面図、（ｂ）は作用図 他の実施形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図

この発明に係るバタフライ弁Ｖの一実施形態を図１〜図４に示し、この実施形態も、従来と同様に、弁箱１と、その弁箱１を径方向に貫通する弁軸２と、その弁軸２を中心径方向に取付けた弁体３とからなり、弁軸２を介して弁体３を、図１矢印の如く約９０度正逆転することによって弁開閉する。同図では、矢印右回転が閉弁、同左回転が開弁となる。

このバタフライ弁Ｖの弁箱１及び弁体３は鋳鋼等の金属からなり、その弁箱１の円筒状本体１ａの軸方向中程内周囲にクロロプレンゴム等のゴムからなる弁座４を構成する弁座シート１１が金型を用いた加硫接着によって設けられている。
弁座シート１１の一側内周面は、その中心線ｃ周辺部が肉厚（凸状）小径（弁箱弁座４）となって開弁方向に向かって球面（断面円弧面１１ａ）、その他側内周面が円筒面となっており（図１、図３参照）、弁体３が閉止方向に回転して弁箱弁座４に徐々に食い込み、中心線ｃ上で予め設定された最大の食い込み代となって閉弁する。

弁座シート１１の上記球面側内周面１１ａには上記弁座４に連続して開弁方向の溝状通水孔１２が周方向所要間隔で形成されている（図１参照）。この溝状通水孔１２の弁座４に対する位置、深さ、幅、間隔は、上記充水時に支障がないように実験等によって適宜に設定する。
溝状通水孔１２の長さ方向（図３左右方向）は、弁体３の開弁方向であれば、弁箱本体１ａの筒軸に対し傾斜したり、円弧状であったりしても良いが、図４に記載のように、弁体３の回転方向（矢印方向）と同一方向となるようにすることが好ましい。各溝状通水孔１２と対応する弁体周縁部が同じとなって、弁体３が回転しても、通水孔１２の流通面積はその溝状通水孔１２の深さ・幅によって決定されるため、溝状通水孔１２の形状のみによって充水量（流通量）を制御し得るからである。

この実施形態は以上の構成であり、水道管等の配管に介設され、新設時、更新時、点検時、その配管における初期通水時、図３、図４の実線状態から、矢印の如く、弁体３を小開度して鎖線の状態とすると、通水ａは、充満する一方の配管（図３において左側）から溝状通水孔１２又はその溝状通水孔１２及び弁座シート１１の円弧面（内面）１１ａと弁体先端縁の間を通って他方の配管に流通してその他方の配管を充水する。
このとき、弁体３の周縁（先端縁３ａ）は、弁箱弁座４に食込んだ図３実線状態の閉弁状態から、鎖線の小開度に至る際、弁座４内周面から離れた後は、ほぼ弁体３の先端縁３ａの回転経路と同一とされた弁座シート１１の内周面１１ａに摺接又は近接した状態で移動し、弁軸２の回転に不要の摺動（接）トルクを与えない。このため、弁体３の回転は円滑である。ここで、弁座シート１１の内周面１１ａは変形されないことを前提に目的形状で成形されるため、製造精度も達成し易くなっている。
なお、弁体３の周縁と弁座シート１１が「摺接」であれば、通水ａは溝状通水孔１２のみを通り、同「近接」であれば、同溝状通水孔１２と弁体周縁と弁座シート１１の間を通って流通する。
他方の配管内が水充満（充水）すれば、弁軸２をさらに回転させて弁体３を全開とする（開弁する）。

上記実施形態においては、流量調整部材（溝状通水孔１２を有する部分）を弁座４を有する弁座シート１１で構成したが、図５に示すように、弁座４を構成する弁座シート１１’とは別部材で構成することもできる。
その流量調整部材１３は、金属又はゴム等の弾性体からなる弁箱本体１ａの内周面半周に亘る半円環状であって、その周囲適宜位置をビス（ボルト）１４によって弁箱本体１ａに固定されている。この流量調整部材１３は、弁軸２に対し左右側（上下流側）にそれぞれ設けられてその円弧状内周面（部分球面）１３ａにその周囲所定間隔で溝状通水孔１２が形成されている。また、この実施形態では、弁座シート１１’は、直接に金型を用いて弁箱１内で加硫接着したものではなく、成形品を弁箱１に接着取付け式のゴム製とされ、流量調整部材１３はその弁座シート１１’を固定する機能を兼ねている。

この実施形態も、水道管等の配管に介設されて、新設時、更新時、点検時、その配管における初期通水時、図５の実線状態から、矢印の如く、弁体３を小開度して鎖線の状態とすると、通水ａは、充満する一方の配管（図５において左側）から溝状通水孔１２を通って他方の配管に流通してその他方の配管を充水する。
このとき、弁体３の周縁は、図５の実線閉弁状態から、鎖線の小開度に至る際、弁座４内周面から離れた後は、流量調整部材１３の内周面に近接又は摺接した状態で移動し、弁軸２の回転に不要の摺動（接）トルクを与えない。このため、弁体３の回転は円滑である。
この流量調整部材１３は、別部材であるため、金属製とした場合でもその内周面の加工が容易であって、その精度を容易に得ることができる。

図６には、さらに他の実施形態を示し、この実施形態は、特許文献１記載の技術のように、弁体２先端縁部に閉弁方向に伸びるテール部２０を設けたものである。
この実施形態は、開弁初期の上記溝状通水孔１２を介した通水に加え、弁体先端縁３ａが延設部（弁座シート１１の内周面１１ａ）を過ぎた位置まで操作した状態（同図（ｂ））でも、通水孔１２及びテール部２０と弁座シート内周面１１ａの隙間を通って流通するものとしているので、弁体先端縁３ａが弁座シート内周面１１ａを通過した際の急激の流量増加を防止することができる。
このテール部２０の外周面２０ａは、その目的から、弁体３の先端縁３ａよりも小径の弁体先端縁３ａの回転面に沿う球面とされ、弁座４の内周面及び弁座シート内周面１１ａとある程度の間隔をもっているので、過度の加工精度は必要なく、弁軸２の回転に不要の摺動（接）トルクを与えない。このため、弁体３の回転は円滑である。そのテール部２０の外周面２０ａと弁座シート内周面１１ａとの間隔は通水ａの流通量を考慮して適宜に設定する。
テール部２０は，図示のように弁体３と一体鋳造品でも、別体物を溶接したり、ビス止めしたりして固定した物でも良い。

上記各実施形態は、溝状通水孔１２を、弁軸２に対して左右前後（図２において一側表裏）に各複数個所設けたが、弁体３の開弁方向の一方、例えば、図２において左側のみでも良く、さらに、両側又は一側のどちらにおいても、その形成長さも半周全部又は一部でも良く、一個所としても良い。要は、円滑な通水ａによる充水が行なわれれば良い。また、溝状通水孔１２の幅、深さは開弁方向に徐々に拡げたり深くしたりして、弁体３の回転にしたがって流通面積（流通量）を徐々に大きくするようにし得る。
例えば、図５の実施形態では、通水孔１２の深さが徐々に深くなっており、また、図７に示すように、弁棒２の長さ方向中程の弁座シート１１の一側に、開弁方向に徐々に幅が広がる正面視三角状の溝状通水孔１２を形成することができる。この三角状通水孔１２は、開弁方向に徐々に深くすることができ、また、弁軸２に対して対称位置に設けることもできる。弁棒２の長さ方向中程の弁座シート１１の凸部は、幅広であって、弁体３が距離的に一番長く接する部分であることから、この部分に通水孔１２を形成することは、弁体３の回転度に対する通水量制御が容易となって、小量流通制御に有利である。

１ 弁箱
１ａ 弁箱本体
２ 弁軸
３ 弁体
４ 弁箱弁座
１１ 弁座シート
１２ 溝状通水孔
１３ 流量調整部材
２０ テール部

Claims (2)

1. 弁箱（１）と、その弁箱（１）を径方向に貫通する弁軸（２）と、その弁軸（２）を中心径方向に取付けた弁体（３）とからなり、弁軸（２）を介して弁体（３）を回転することによって弁開閉するバタフライ弁（Ｖ）において、
   上記弁箱（１）のゴム製弁座（４）の上記弁体（３）の開弁方向に連続して前記弁箱本体（１ａ）と別部材からなる流量調整部材をその弁箱内周面に固定して設け、その流量調整部材の内面は、前記弁体（３）の先端周縁の動きに対応する円弧面（１１ａ）となって、その円弧面（１１ａ）の周囲に前記弁体（３）の開弁方向の溝状通水孔（１２）が形成され、開弁初期は、弁体先端縁（３ａ）が前記流量調整部材の円弧面（１１ａ）に対応して、通水（ａ）が前記溝状通水孔（１２）又はその溝状通水孔（１２）及び前記流量調整部材の円弧面（１１ａ）と弁体先端縁（３ａ）の間を通って流通することを特徴とするバタフライ弁。
2. 上記流量調整部材を、ゴムによって上記弁座（４）と一体に成形したことを特徴とする請求項１に記載のバタフライ弁。

Images