JP2596858B2

JP2596858B2 - 蝶形弁

Info

Publication number: JP2596858B2
Application number: JP2509535A
Authority: JP
Inventors: ケイ．バル，ラリイー; ユー．ハインズ，マーシヤル; エル．ミラー，テリイー
Original assignee: アライド・シグナル・インコーポレーテツド
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1997-04-02
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: IL94563A0; AU5946890A; ES2044621T3; DE69004093T2; DE69004093D1; CA2058427C; JPH04506695A; EP0479940B1; CA2058427A1; WO1991000451A1; EP0479940A1

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は蝶形弁、更に詳しくは流体を流通させる流路
を形成するダクトを有した蝶形弁に関する。プレート状
の弁部材はダクトを横断（ダクトの中心軸線に対し直角
の）する軸線を中心にダクト内に枢支され、弁部材の外
周部はダクトの内壁面と合致するように設けられてい
る。且つ弁部材は流路に対し横断する方向に延び、ダク
トの内壁面と実質的に気密に当接して流体流を抑止する
第１の位置と、流路に対しほぼ平行に配置され流路を流
れる流体流を制御しつゝ通過させる第２の位置との間で
回動可能に構成される。

（背景技術）従来の蝶形弁としてはエイチ・イリングによる1976年
７月27日に公布された米国特許第3,971,414号に開示の
ものが挙げられる。この米国特許には従来の汎用されて
いる蝶形弁構成が開示されている。この場合蝶形弁の弁
部材をその閉鎖位置から開放位置へ回動するに必要な作
動トルク、関節部材を具備した弁部材を採用することに
より低減され得るように設けられている。即ちプレート
状の弁部材に流路において前方即ち下流の羽根部と後方
即ち上流の羽根部とが具備されている。弁部材の前方の
羽根部の一部には弁部材の他部に対し回転可能に支承さ
れたサーボ即ちスポイラータブが形成されている。この
とき弁部材の前方の流路内においてスポイラータブを開
放方向に旋回させるとき、スポイラータブへの流体圧に
よる回転力ないしは力学上の有効モーメントのアーム長
を変化せしめ得る。上記米国特許の構成ではそれ以前の
周知の蝶形弁に対し弁部材の開放動作に抗する全トルク
の低減が企図されている。スポイラータブの回転は、ス
ポイラータブが弁部材の開放方向への大半の旋回動作中
において整合位置収納された位置から弁部材の前方に向
かつて行なわれる。弁部材が完全開放位置へ旋回動作の
最終段階においてスポイラータブは逆回転され、弁部材
が完全開放位置で静止するとき、整合位置に戻る。従つ
て弁部材及びスポイラータブは弁部材が完全開放位置に
あるとき流路に整合することになる。

上記の米国特許の発明により得るような弁部材を閉鎖
位置から開放位置へ移動する構成を取る場合、この移動
に必要な動作トルクを低減することが蝶形弁の製造分野
で長年望まれていた。しかしながら上記米国特許の発明
においては蝶形弁の設計上、動作トルクを低減する構成
が完全には満足されるに至つておらず、当業では受け入
れ難いものとされている。従来の蝶形弁の弁部材は通常
ダクトの内壁と気密に当接される必要があることは当業
者には理解されよう。従つてプレート状の弁部材の外周
部には密封部材が配設される。例えばピストンリング形
の密封部材、Ｏリングあるいはリツプ密封部材が弁部材
の閉鎖位置においてダクト内壁と弾性的に当接して密封
すべく用いられている。ここで従来構成ではプレート状
の弁部材が外周部において僅かに傾斜して枢支シヤフト
に対し支承される。このとき弁部材の外周部はその一側
が枢支シヤフトの上流側に、反対側が枢支シヤフトの下
流側に配設され、弁部材の外周部において連続的に密封
するよう構成される。この枢支シヤフトはダクト内の流
路においてその中心軸に対し横断する方向に延び、且つ
流路内で回転可能に設けられる。上記米国特許に開示さ
れる蝶形弁においては外周部において連続的に密封する
部材を弁部材に対し有効に適用出来ない問題がある。

フランス国特許第1,178,171号にも周知の蝶形弁構成
が開示されているが、上記米国特許と同様に外周部にお
いて連続的に密封する部材を弁部材に有効に適用する構
成が示されていない。即ち上記フランス国特許には回転
の可能な弁部材にフラツプが付設された蝶形弁が提供さ
れている。この場合上記米国特許と同様に、フラツプの
回転動作によりトルク低下が図られ得るように設けられ
ている。また明細書には明記されてはいないが、弁部材
の回転角とプレートの回転角とを連係させ、“好適な連
係の選択”を可能にして弁部材の位置決めにより動的流
体トルクを零にし得る構成が示される。即ち蝶形弁にお
いてフラツプの回転動作に伴う弁部材の全て（数段）の
回転角あるいはある特定の回転角において零トルクを達
成する連係構成が提供される。しかしながら上記フラン
ス国特許には明細書における開示もなく、全ての回転角
（若しくはある範囲内の回転角）において弁部材の開放
位置で生じるような零トルクを実現する構成を提供する
には至つていない。

更に米国特許第3,147,768号に弁プレートを枢支する
ダンパにより空気流を制御する構成が開示される。弁プ
レートをなす２半体には弁プレートの開放時に段階的に
面積を減少する構成体が具備される。この面積低減は弁
プレートに形成された多数の穴の寸法を増大することに
よつて行われ、且つ空気流を増大してノイズを減じ得
る。

（発明の開示）周知の蝶形弁の上述の欠点を参酌し、本発明の目的は
弁部材をその閉鎖位置から開放位置へ移動させるに要す
るトルクを低減あるいは除去する蝶形弁を提供するにあ
る。

蝶形弁のプレート状の弁部材に加わる流体圧を用いて
トルクを減少あるいは除去しつつ弁部材を旋回動作させ
得る。

更に上記の米国特許に開示された弁の欠点を参酌し、
外周部において連続的に密封する構成を実現するにあ
る。この場合本発明においては流路を形成するダクト
と、流路に対し横断方向に延び流路を閉鎖する第１の位
置と流路に対しほぼ平行に位置し流路を流れる流体を最
大に通過させる第２の位置との間で旋回シヤフトを中心
に流路内で旋回自在なプレート状の弁部材とが設けら
れ、弁部材は１対の羽根部を有し、旋回シヤフトの両側
の羽根部の有効面積が実質的に等しくなり得るように設
けられ、１対の羽根部の一方が弁部材の回動作時に上流
に位置し、更に下流の羽根部の有効面積を増加する構成
が具備されている。

従つて本発明の利点の一はプレート状の弁部材に外周
部において連続的に密封する構成を可能にすることにあ
る。

本発明の別の利点は、従来の蝶形弁において作動器が
ダクトに装着され、ダクト内のプレート状の弁部材にト
ルクを与えるように構成されているに対しこの態様の作
動器を不必要にすることにある。

（図面の簡単な説明）第１図は第２図のほぼ線１−１に沿つて切断した本発
明による蝶形弁の、長手方向の簡略部分断面図、第２図
は第１図のほぼ線２−２に沿つて切断した部分断面図、
第2A図はデユアル機能作動器の、構造的特徴を好適に示
すため第２図の位置から僅かに動作した状態の、第２図
と同様の部分拡大図、第３図は本発明における流体流動
を示す簡略説明図、第４図は本発明の蝶形弁が別の動作
位置にある第１図と同様の長手方向の簡略部分断面図で
ある。

（発明を実施するための最良の形態）第１図、第２図及び第2A図にはダクト12を有した蝶形
弁10が簡略に示されており、ダクト12の長手の壁部14が
円筒状に設けられている。この壁部14により流体を矢印
18のように流通させる流路16が区画される。流路16を流
れる流体の流量を制御するため、プレート状の弁部材20
がダクト12内において旋回自在に配設されている。ダク
ト12には横断方向において整合し内側に開口する１対の
開口ソケツト部22、24が具備されており、且つ弁部材20
には開口ソケツト部22、24内に密封可能に且つ回転自在
に受容される１対のトラニオン26、28が包有される。且
つデユアル動作機能を有する作動器30がプレート状の弁
部材20に支承されている。作動器30のハウジング32内に
その両端部において開口しており、２つの逆方向に延び
る開口部34、36が備えられる。１対のピストン部材38、
40が夫々開口部34、36内に密封可能に且つ往復動可能に
受容される。これらのピストン部材38、40は夫々ピスト
ン部42、44及びピストン部46、48を有している。ピスト
ン部材38、40により各開口部34、36内に対をなすチヤン
バ50、52およびチヤンバ54、56が区画され、チヤンバ5
0、52、54、56の容積が夫々ピストン部材の往復動に伴
い増減され得る。

第２図及び第2A図に加え第４図を併照すると、弁部材
20及びハウジング32により１対の流路58、60が区画され
る。流路58が作動器30のチヤンバ50、54に連通され、開
口ソケツト部22内にはチヤンバ62が形成されており、チ
ヤンバ62から導管64への圧流66を放出あるいは受容をす
る。同様に流路60はチヤンバ52、56と連通し、開口ソケ
ツト部24内にはチヤンバ68が形成され、チヤンバ68から
導管70への圧流72を放出あるいは受容する。またコイル
バネ74がチヤンバ52内に配設され、ピストン部材38を第
１の位置へ移動するように働く。且つコイルバネ76がチ
ヤンバ50内に配設され、ピストン部材40を第１の位置へ
移動するように働く。

１対の案内部材78、80がプレート状の弁部材20を挟ん
で互いに離間されて配設される。プレート状で一部弧状
をなしたフラツプ部材82が案内部材78、80内に対し摺動
可能にまた弁部材20の一面と摺動可能に配設される。フ
ラツプ部材82の弧状の縁部84は第１の位置にあるとき弁
部材20の外周部86の僅かに内側に位置するように設けら
れる。フラツプ部材82が第１の位置にあるとき、フラツ
プ部材82の当接面88が作動器30のハウジング32に当接す
る。１対のテンシヨンバネ90、92がその一端部をフラツ
プ部材82に係止し、その他端部が弁部材20に具備される
耳部94、96へ延び係止されている。このときテンシヨン
バネ90、92よりフラツプ部材82が第１の位置に移動可能
にされ、且つ当接面88がハウジング32に当接される。

フラツプ部材82にはまた、開口部を有するボス98が装
着されており、ピストン部材40のロツド部48がボス98の
開口部を貫通して延びている。ロツド部48にはボス98か
ら離間され得るような当接リング100が具備される。且
つボス98の外側にはロツド部48のカム面端部102が配置
される。ロツド部48のカム面端部102はダクト12の壁部1
4に形成され、旋回シヤフトの軸方向に延びる凹み部104
に挿入される。この凹み部104内には、ローラ部材106が
ロツド部48のカム面端部102と当接可能に且つ回転可能
に配置される。

ロツド部48と同様に、ピストン部46のカム面端部108
がダクト12の壁部14に形成された別の凹み部110内に配
設される。カム面端部108はカム面端部102に対し対向し
て配置され、且つ凹み部110内に回転可能に配設される
ローラ当接部112と連係可能に設けられる。且つまた弁
部材20が第１の閉鎖位置にあるとき、凹み部104、110が
弁部材20の下流に位置する。これにより弁部材20の外周
面86に装着される密封部材114が凹み部104、110の上流
において壁部14の内周部に連続して当接係合可能にな
る。

弁部材20は当業者に周知の如くトラニオン26、28の旋
回シヤフトに対し傾斜して装着される。この場合弁部材
は一方のトラニオンの上流あるいは他方のトラニオンの
下流に位置し得、外周面86あるいは密封部114が外周部
において連続して当接可能になる。この構成は図面の簡
略化のため図示していない。密封部材114は例えば、ピ
ストンリング形、Ｏリング、あるいはリツプ状密封部材
の態様に形成できる。ここで採用する密封部材114の種
類には関係なく、密封部材114は壁部14に摩擦を介在さ
せて当接し流体を密封する。この弁部材20は旋回動作し
てして閉鎖位置に、あるいは閉鎖位置から流路16の開放
位置へ向つて移動する際にはトルクが増大勝ちになる。

上述の蝶形弁10においては、流路16内の圧流18により
弁部材20の羽根部20′、20″に静的流圧が加えられる。
トラニオン26、28の旋回シヤフトの両側部に配設された
羽根部20′、20″の面積は等しくなつている。弁部材20
の旋回シヤフトの両側の領域に加わる静的流圧が等しい
場合、弁部材20は第１図に示すように閉鎖位置に安定し
て保持される。

弁部材20を開放位置に旋回するため、第２図、第2A図
及び第３図に示すように圧流が流路58、チヤンバ62及び
導管64を経てチヤンバ50、54へ与えられる。コイルバネ
74、76のバネ力及び予荷重によりピストン部材38は第３
図及び第４図に示す位置に完全に後退され、次にピスト
ン部材変位が伸張を開始するよう構成される。従つてロ
ツド端部10が先ず後退され、ローラ当接部112から離間
される。次にピストン部材40がコイルバネ76のバネ力に
抗して伸張動作を開始する。ピストン部材40が動作する
とカム面端部102がローラ部材106に当接され、弁部材20
には反時計方向の開放トルクが与えられる。この開放ト
ルクは壁部14との密封部材114の摩擦接合より、初期の
開放時にだけ弁部材20を第４図の位置へ向かつて旋回す
るに十分なように大にされる。

弁部材20のこの初期の開放動作は蝶形弁10を開放動作
させるに十分であり、また流路16内の流体は流通と開始
可能である。

弁部材20の初期の開放動作に続き、圧流がチヤンバ54
内に更に流入されると、ピストン部材40が更に伸張動作
し、当接リング100のボス98に接する。チヤンバ54が更
に加圧されると、ピストン部材40によりフラツプ部材82
がテンシヨンバネ90、92に抗し外側へ変位される。この
動作中弁部材20は静的流圧のみならず動的流圧を受け
る。フラツプ部材82がその弧状縁部84で弁部材20の外周
面86を越え、外側へ延伸したとき羽根部20″が拡大さ
れ、羽根部20′が一定の面積に維持される。即ち弁部材
20の輪郭がその羽根部20″の拡大に応じて大になる。従
つて弁部材20はこれに加わる動的流圧に応じダクトの壁
部に対し接近あるいは離間して旋回する、風見鶏のよう
に動作することになる。

第４図に示すほど如くフラツプ部材82は弁部材20の後
方の羽根部20″から外側へ殆んど完全に延伸される。従
つて自在に旋回する弁部材20はダクト12において最大旋
回位置をとり、流路を流れる流体が実質的に最大限に通
過される。しかして弁部材20の旋回位置はフラツプ部材
82の伸張動作と比例関係にあり、比較的安定して作動さ
れ得る。ここで弁部材20は開口ソケツト部22、24内でト
ラニオン26、28を介し自在に旋回され得、また弁部材20
の旋回位置の殆んどで振動せず、仮に振動したとき生じ
るようなダクト12内の流体の変化を受けない。

一方弁部材20を第４図の位置から第１図の位置へ向つ
て次第に閉鎖するには、圧流が流路58を介しチヤンバ54
から次第に低減される。従つてフラツプ部材82はテンシ
ヨンバネ90、92により次第に後退動作され、弁部材は動
的流圧に応じ閉鎖位置へ旋回する。チヤンバ54内の圧流
が完全になくなると、弁部材20は第１図の位置に近くな
るが、完全に第１図の位置には至らない。即ちフラツプ
部材82が完全に後退され、当接面88がハウジング32に当
接する。ピストン部材40はコイルバネ76により完全に後
退され、且つコイルバネ74によりピストン部材38のその
移動工程が一部だけ伸張動作されし、カム面端部108は
ローラ当接部材112に当接する。一方コイルバネ74は蝶
形弁10に配設される全てのバネの内、最弱のものが用い
られており、密封部材114と壁部14との摩擦接合により
ピストン部材38は伸張動作できない。

従つて弁部材20を完全に閉鎖するため、第２図の矢印
72で示すように圧流が流路60、チヤンバ68及び導管70を
経てチヤンバ52、56へ与えられる。この圧流によりチヤ
ンバ52が拡大され、カム面端部108とローラ当接部材112
とが当接して、弁部材20に対し時計方向の閉鎖トルクが
与えられる。この閉鎖トルクは密封部材114による摩擦
抵抗より十分に大にされ、弁部材20は第１図の完全な閉
鎖位置に復帰する。このときチヤンバ52へのこの圧流の
供給を維持する必要はない。チヤンバ52へ圧流が比較的
短期間供給されるだけで弁部材20が密封閉鎖され、第１
図の閉鎖位置で安定することになる。

フロントページの続き (72)発明者ハインズ，マーシヤルユー. アメリカ合衆国アリゾナ州 85254, スコツツデイル，サンダーバード 6620 イー. (72)発明者ミラー，テリイーエル. アメリカ合衆国アリゾナ州 85202, メサ，ロボ 1266 ダブリユ.

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流路（16）を包有するダクト（12）と、流
路に対し横断して閉鎖する第１の位置と流路に対しほぼ
平行をなし開放して流体を通過させる第２の位置との間
で旋回シヤフト（26）を中心に流路内で自在に旋回する
プレート状の弁部材（20）とを備え、弁部材は１対の羽
根部（20′、20″）を有し、１対の羽根部の一方（2
0″）が弁部材の回動に対し流路内において上流に位置
し、１対の羽根部の他方が回動に対し流路内において下
流に位置し、且つ１対の羽根部は旋回シャフトの両側の
有効面積が実質的に等しくされた蝶形弁において、弁部
材（20）にこの弁部材に対し平行な方向において下流の
羽根部から延伸動作可能になるように装着されたフラツ
プ部材（82）が具備され、且つフラツプ部材は下流の羽
根部の有効面積を増大するように延伸動作可能に設けら
れることを特徴とする蝶形弁。
【請求項２】第１、第２の位置間において弁部材が移動
されるとき、弁部材と共に移動するように弁部材（20）
に装着された流体被動の作動器（30）を備え、フラツプ
部材（82）に連結された作動器はフラツプ部材を下流の
羽根部から延伸動作可能に設けられてなる特許請求の範
囲第１項記載の蝶形弁（10）。
【請求項３】フラツプ部材（82）が下流の羽根部20″に
摺動可能に支承されてなる特許請求の範囲第２項記載の
蝶形弁（10）。
【請求項４】フラツプ部材（82）が平面状にされ、プレ
ート状の弁部材（20）に対し平行な移動路に沿つて摺動
可能に設けられてなる特許請求の範囲第３項記載の蝶形
弁（10）。
【請求項５】平面状のフラツプ部材（82）には外縁部
（84）が具備され、フラツプ部材（82）が弁部材に並設
され、外縁部（84）が弁部材（20）の外周面（86）の内
側に配置される第１の位置と、外縁部（84）が弁部材
（20）の外縁部（86）の外側に配置される第２の位置と
の間を摺動可能にされ、弁部材（20）の外縁部（84）及
び外縁部（86）の間のフラツプ部材の突出面積により下
流羽根部（20″）の有効面積が増大され、且つフラツプ
部材（82）には弁部材（20）に支承され、第１および第
２の位置間でフラツプ部材（82）を移動可能にさせる作
動器（30）が包有されてなる特許請求の範囲第４項記載
の蝶形弁（10）。
【請求項６】ダクト（12）は２つの対向する凹み部（10
4、110）を具備し、各凹み部が流路から半径方向外側に
向かつて延び、且つダクトに固設されると共に凹み部の
夫々に回転可能に配設された２つのローラ（105、112）
と、弁部材に固設され、弁部材が第１の位置に位置した
ときローラと連係動作可能に設けられたロツド（46、4
8）とを備え、ロツドは弁部材が開放位置から回転角度
を増加して第１の位置に枢支されるようにローラと連係
されてなる特許請求の範囲第１項記載の蝶形弁（10）。
【請求項７】液体被動の作動器（30）にロツド（45、4
8）が含まれ、作動器は弁部材の開並びに閉の旋回動作
を生じさせるようにロツドを可動になすように弁部材に
連係され、フラツプ部材（82）が下流の羽根部（20″）
の面積を増加させるように弁部材の外側の弧状縁部（8
4）から延伸動作可能に設けられてなる特許請求の範囲
第６項記載の蝶形弁（10）。
【請求項８】軸方向に延びる流路（16）を形成し、長手
の円筒状の壁部（14）を有するダクト部材（12）と、弁
部材（20）がダクト（12）の長手軸線に対し横断し壁部
（14）と気密に協働して流路（16）を閉鎖する第１の位
置と弁部材（20）がダクトに対しほぼ平行に位置し流路
（16）の流体を通過させる第２の位置との間を、流路を
横断する旋回シヤフト（28）を中心に旋回自在に流路
（16）内に配設されるプレート状の弁部材（20）とを備
え、弁部材（20）は１対の羽根部（20′、20″）を有
し、１対の羽根部（20′、20″）は旋回シヤフト（28）
の両側の面積が実質的に等しく、一方の羽根部（20″）
は第１の位置から第２の位置への弁部材（20）の回動に
対し下流に位置せしめられてなる蝶形弁において、弁部
材に対し平行になるよう弁部材に装着されたフラツプ部
材（82）を具備し、フラツプ部材は弁部材に平行な位置
に対し旋回動作可能に弁部材に装着され、且つフラツプ
部材は下流の羽根部において弁部材の輪郭を増大するよ
うに設けられてなることを特徴とする蝶形弁。
【請求項９】液圧被動の作動器（30）は輪郭が増大され
るよう、フラツプ部材（82）を移動すべく弁部材に装着
されてなる特許請求の範囲第８項記載の蝶形弁（10）。