JP2598331B2

JP2598331B2 - バタフライバルブ

Info

Publication number: JP2598331B2
Application number: JP4604190A
Authority: JP
Inventors: 悦治笠原
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1997-04-09
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JPH03249484A

Description

【発明の詳細な説明】発明の目的（産業上の利用分野）本発明は、水、油、ガス等の各種流体の配管に配設し
て、これらの流体の流れの開閉に使用されるバタフライ
バルブに関し、特に、そのシール構造の改良に関するも
のである。

（従来の技術）従来のバタフライバルブの多くは、第10図に示すよう
に、剛性材料からなる円筒状のボデー21の内周面に弾性
材料からなる環状のシートリング22を装着し、ボデー21
とシートリング22の直径位置にステム23を回転自在に装
着し、このステム23に固定したジスク24をシートリング
22の内方に装着し、ジスク24を回動させ外周面24aをシ
ートリング22のシート面22aに圧着させてバルブを閉止
する構造である。

同図において、ジスク24の回転軸線０から外周面24a
までの距離は、Ｂ−Ｂ断面の方がＡ−Ａ断面より短い。
このため、ジスク24を閉方向に回動させて閉止させる場
合に、ジスク24の外周面24aが一定の幅を持つシート面2
2aに接触するのは、Ａ−Ａ断面よりＢ−Ｂ断面の方が早
い。

しかし、このバタフライバルブは、回転軸線０から外
周面24aまでの距離が最も長いＡ−Ａ断面において外周
面24aがシート面22aに接触して、始めてジスク24がシー
トリング22に全周で接触して閉止することになる。

従って、Ｂ−Ｂ断面では、ジスク24がシートリング22
に全周で接触する前にすでにジスク24とシートリング22
の接触が始まっている。この傾向は、Ａ−Ａ断面から遠
ざかる程大きく、このいわば余分な接触のために、無駄
なトルクが必要であり、また、この余分な接触のために
シート面22aの摩耗が早くなる。

このような課題を解決するため、特公昭58−25911号
公報に記載のものが提案されている。

先ず、同公報に記載の構造は、ジスクを閉方向に回動
させた場合に、ボス部を除くジスクの全外周面が同時に
シートリングのシート面に接触するように、シート幅
が、例えば第10図におけるＡ−Ａ断面では広く、Ｂ−Ｂ
断面では狭い不等幅であるシートリングを提案してい
る。

第12図は、このバタフライバルブのシートリングを内
方から見たほぼ半円周の展開図で、シート面の形状を示
している。

第11図及び第12図において、S₁、Ｄ、Ｃ及びS₂は、そ
れぞれシートリングの内周面の図に示した位置を示して
おり、角度θは、シートリングの内周面の任意の位置
（第12図ではＤ）とジスクの中心点０とを結ぶ線を、図
のように測った角度であって、任意の位置でのシート面
の幅ｌが、ｌ＝Kcosθ（Ｋは2r sinαで求められる常
数、ｒはジスクの半径、αはジスクの全外周面が同時に
シート面に接触した時から完全閉止位置までの角度）で
表わされる曲線形状のシート面にすると定義している
（第14図参照）。

このように定義されたシート面を、第12図を上方から
見た方向で透視して画いたのが第13図であって、図に示
したαは、上記のαと同じである。

また、上記した各公報に示すシートリングは、第９図
に示すように、シートリング22とジスク24のシール圧と
摩擦トルクを調整するため、ψの角度を持たせて封止す
るように構成されており、この場合、シートリング22の
圧接面が、ｒの半径を有した円弧状部25に形成されてい
る。

（発明が解決しようとする課題）ところが、同公報によると、第12図のＥ位置のシート
面の幅が極めて小さく、シールとしての機械的強度を損
わない範囲で最小の幅とするとしているが、円弧状に形
成した山形シートであるため、幅の最も広いＣ位置も幅
の最も狭いＥ位置も同じ高さの山形シートであり、Ｅ位
置の山形は薄身状の高さを構成せざるをえない。

このため、シールとしての機械的強度があっても、長
期使用、他頻度開閉、流体への挟雑物の混入等による損
傷を受け易く、長寿命が期待し難い。

更に、シートリングは、ほとんどの場合ゴム製で、金
型による加硫成形で作られるので、複雑な形状は作り難
く、金型コストが高く付く等の問題点を有している。

また、第９図に示すように、シートリング22の圧接面
が、ｒの半径を有した円弧状部25に形成されているの
で、同図に示すようにジスク24がシートリング22に当接
して閉止すると、ジスク24は開方向Ｍに回転するモーメ
ントが作用するため、ジスク24とシートリング22との摩
擦力によるセルフシールが機能しなくなる等の問題があ
る。

本発明は、上述したような従来のバタフライバルブ
が、全閉する前にヒートリングとジスクとが余分な接触
をして、無駄な閉止トルクを必要としたり、シートリン
グの摩耗を早くしたりする課題を解決することはもとよ
り、シートリングが損傷し易くなったり、シートリング
やジスクの製作が困難になったり、コスト高になった
り、又は短寿命になったりする課題も併せて解決し、更
には、シール圧と閉止トルクを調整可能とし、かつジス
クとシートリングとの自己保持シール機能の向上を図る
ことを目的としたバタフライバルブを提供しようとする
ものである。

発明の構成（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するため、本発明は剛性材料からな
る円筒状のボデーの内周面に弾性材料からなる環状のシ
ートリングを装着し、剛性材料からなる円板状のジスク
を回動しその外周縁部をシートリングの内周面に圧接さ
せて閉止する構造のバタフライバルブにおいて、前記シ
ートリングの内周面の直径方向対向位置にジスクに固定
したステムを貫通させる弁軸孔を形成すると共に、この
弁軸孔の周囲にジスクのボス面と常時互に圧接する接触
面を形成し、ジスクのシール部である外周縁部の形状
を、ボス面の中心を基点とし、かつジスクの回転軌跡に
合致したコサイン及びタンジェント関数で変化する曲面
形状に形成してシートリングの内周面にジスクの外周縁
部が同時に接触するようにしたバタフライバルブ。

また、シートリングの接触面を除く圧接面を円筒内面
形状のフラット部で構成することが好ましい。

（作用）本発明は、ジスクのボス面を除く外周縁部をジスクの
回転軌跡に合致したコサイン関数及びタンジェント関数
で変化する曲面形状に形成したから、ジスクの外周縁部
が同時にシートリングの圧接面に接触して閉止するの
で、無駄な閉止トルクを必要とせず、このため、シート
リングの摩耗を早めることがなく、長寿命が期待でき
る。

一方、閉止状態のジスクを開口させる場合、ジスクを
回動させると、ジスクとシートリングの開き始めの開口
面積が、ボス面を除く外周縁部に渡り同時にかつ均一な
面積を有するので、流体抵抗が極力小さくなり、均一な
流体流路を形成する。

また、シートリングの接触面を除く圧接面を円筒内面
形状のフラット部に形成したから、ジスクとシートリン
グとのシール圧及び摩擦トルクを調整可能にすることが
できるので、バルブの有する性能アップに寄与すること
ができる。

更にまた、シートリングの圧接面は円筒内面形状であ
り、圧接面として必要な幅だけを円筒内面形状にしたフ
ラット部を設けているので、その両外側部に適宜な逃げ
勾配を付けることができ、しかも、シート面である圧接
面を山形状に突出させていないので、シートリングが機
械的に強いだけでなく、長期使用、多頻度開閉、流体へ
の挟雑物の混入等による損傷を受け難く長寿命である。
更に、このようにシートリングの形状が簡単であるの
で、成形金型費が安価であり、経済的である。

なお、本発明のバタフライバルブは、開閉回動方向が
一定であるので、これと反対方向の開閉回転特性を持つ
アクチュエータに対しては、ジスクの弁軸孔の両側を同
じ形状に形成し、天地を変更することによって、容易に
対応することができる。

（実施例）以下に本発明におけるバタフライバルブの一実施例を
図面に従って詳述する。

第１図乃至第５図において、１は剛性材料からなるほ
ぼ円筒状のボデー、２は弾性材料からなる環状のシート
リングで、シートリング２はボデー１の内周面1aに装着
している。

３は剛性材料からなるほぼ円板状のジスク、４はステ
ムで、ステム４はボデー１及びシートリング２の直径位
置に回転自在に装着してあり、ジスク３はシートリング
２の内方でステム４に弁軸孔3bを介して固定し、ジスク
３を回動してその外周縁部3aをシートリング２の内周面
に形成したフラット部2aに圧接させて、流体の流出を閉
止するように構成している。第８図Ａ、Ｂにおいて、本
例のフラット部2aと従来の円弧状のシート部とを比較す
ると、次のように表わされる。

W₁≒Ｗとすると、Ｆ≒Wsinψ,F₁≒W₁ F₁〉Ｆとな
る。ここで、ψ＝３゜とすると、Ｆ≒０、052Wとなり、
F₁≒19Fとなる。従って、本例におけるフラット部2a
は、自己保持機能を有しており、例えば、バタフライバ
ルブに搭載したアクチュエータのエアシリンダに供給す
るエアが無くなった場合であっても、フラット部2aに形
成したので、ジスク３は閉止位置を自己保持することが
できる。

また、シートリング２の内周面の直径方向の対向位置
にジスク３に固定したステム４を貫通させる弁軸孔2bを
形成すると共に、この弁軸孔2bの周囲にジスク３のボス
面3cと常時互に圧接する接触面2cを形成している。

また、シートリング２の接触面2cを除く内周面である
圧接面2dは円筒内面形状であり、ジスク３のボス面3cを
除く外周縁部3aである圧接面は、シートリング２の圧接
面2dの円筒内面形状の半径R₁より大きい半径R₂を持つ球
面形状である。

また、ジスク３のボス面3cを除く外周縁部3aをジスク
３の回転軌跡に合致したコサイン関数及びタンジェント
関数で変化する曲面形状に形成する。即ち、バタフライ
バルブのジスク３の回転軌跡を求める場合、第６図にお
いて、次のように表わされる。

y₃＝r cosβ x₃＝y tanθ＝r cosβ・tanθ β:yを求めるための円の等分割角度 θ：ジスクの許容角度 r:ジスクの半径 x:ジスクのシール巾の軌跡上記の式に従って、ｘとｙの値を求め、第３図に示す
ように、ジスク３の外周縁部3aの形状は、cos及びtanの
関数で変化する曲面形状に形成すると、ジスク３のボス
面3cを除く外周縁部3aがシートリング２のフラット部2a
に対し閉止の初期にほぼ同時に接触することになる。

この場合、通常のシール位置は、シートリング２のフ
ラット部2aの巾ｗの中央位置にジスク３のセンタを設定
し、規定のシール圧を保持するようにしている。

また、シール圧或は閉止トルクを規定値より低減させ
て使用する場合は、ジスク３の閉止位置をフラット部2a
の中央位置より開側の位置に調整すると、シートリング
２に対するジスク３の食い込み量が少なくなるので、シ
ール圧或は閉止トルクを規定値より低減させることがで
きる。

第８図Ａ、Ｂにおいて、本例のフラット部2aと従来の
円弧状のシール部とを比較すると、次のように表わされ
る。

W₁≒Ｗとすると、Ｆ≒Wsinψ,F₁≒W₁ F₁〉Ｆとな
る。ここで、ψ＝３゜とすると、Ｆ≒０、052Wとなり、
F₁≒19Fとなる。従って、本例におけるフラット部2a
は、自己保持機能を有していることが理解され、例え
ば、バタフライバルブに搭載したアクチュエータのエア
シリンダに供給するエアが無くなった場合であっても、
フラット部2aに形成したので、ジスク３は閉止位置を自
己保持することができる。

ここで、開方向の作動について説明すると、ジスク３
がフラット部2aの巾より離れる際に、ジスク３のボス面
3cを除く外周縁部3aがフラット部2aよりほぼ同時に離
れ、その時の開口面積が全周均一になるので、流体の通
過流速も平均化し、局部的な高速流速になることがなく
シートリング２の耐流速性が向上する。

次に上記実施例の作用を説明する。

ジスク３のボス面3cを除く外周縁部3aをジスク３の回
転軌跡に合致したコサイン関数及びタンジェント関数で
変化する曲面形状に形成したから、ジスク３の外周縁部
3aが同時にシートリング２の圧接面に接触して閉止する
ので、無駄な閉止トルクを必要とせず、このため、シー
トリング２の摩耗を早めることがなく、長寿命が期待で
きる。

一方、閉止状態のジスク３を開口させる場合、ジスク
３を回動させると、ジスク３とシートリング２の開き始
めの開口面積が、ボス面3cを除く外周縁部3aに渡り同時
にかつ均一な面積を有するので、流体抵抗が極力小さく
なり、均一な流体流路を形成する。

また、シートリング２の接触面を除く圧接面2dを円筒
内面形状のフラット部2aに形成したから、ジスク３とシ
ートリング２とのシール圧及び摩擦トルクを調整可能に
することができるので、バルブの有する性能アップに寄
与することができる。

更にまた、シートリング２の圧接面2dは円筒内面形状
であり、圧接面として必要な幅だけを円筒内面形状にし
たフラット部2aを設けているので、その両外側部に適宜
な逃げ勾配を付けることができ、しかも、シート面であ
る圧接面を山形状に突出させていないので、シートリン
グ２が機械的に強いだけでなく、長期使用、多頻度開
閉、流体への挟雑物の混入等による損傷を受け難く長寿
命である。更に、このようにシートリング２の形状が簡
単であるので、成形金型費が安価であり、経済的であ
る。

発明の効果本発明のバタフライバルブは、すでに詳述したように
構成し作用するので、次のような優れた効果が得られ
る。

ジスクとシートリングのボス部を除く圧接面が同時に
接触し、余分な接触がなく、無駄な開閉トルクを必要と
しない。

余分な接触がないので、シートリングの摩耗が少な
く、寿命が長い。

ジスクの加工が容易であり、良好な加工ができ、シー
トリンクの摩耗を少なくすることができる。

ジスクの加工が容易で加工費の低減ができ、ジスクの
厚さを薄くできて材料費も節減でき、安価なバタフライ
バルブである。

シートリングの形状も簡単で、シートリングの損傷が
少なく、成形金型費が安価である。

ジスク及びシートリングのボス部接触面からの漏れを
確実に防ぐと共に、シートリングの摩耗が少なく、長期
使用に耐える。

ジスクの開閉回動方向の異なるアクチュエータにも対
応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は本発明におけるバタフライバルブの
一実施例を示したもので、第１図はバタフライバルブの
半截断面図、第２図はジスクの半截断面図、第３図は第
２図のＣ−Ｃ展開図、第４図は第２図の平面図、第５図
は第２図のＡ−Ａ断面図、第６図はジスクの外周縁部の
曲面形状を説明した説明図、第７図はジスクとシートリ
ングの説明図、第８図Ａはシール位置を説明する部分説
明図、第８図Ｂは従来のシール位置を説明した部分説明
図であり、第９図は従来のシール部分を説明する部分断
面図、第10図は従来のバタフライバルブの断面図、第11
図は従来のバタフライバルブの正面図、第12図は従来の
シートリングの部分展開図、第13図は第11図を上方から
見たシート面の透視図、第14図は従来のバタフライバル
ブを示した半截断面図である。１……ボデー、1a……内周面２……シートリング、2a……フラット部 2b……弁軸孔、2c……接触面 2d……圧接面、３……ジスク 3a……外周縁部 3b……弁軸孔、3c……ボス面４……ステム

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】剛性材料からなる円筒状のボデーの内周面
に弾性材料からなる環状のシートリングを装着し、剛性
材料からなる円板状のジスクを回動しその外周縁部をシ
ートリングの内周面に圧接させて閉止する構造のバタフ
ライバルブにおいて、前記シートリングの内周面の直径
方向対向位置にジスクに固定したステムを貫通させる弁
軸孔を形成すると共に、この弁軸孔の周囲にジスクのボ
ス面と常時互に圧接する接触面を形成し、ジスクのシー
ル部である外周縁部の形状を、ボス面の中心を基点と
し、かつジスクの回転軌跡に合致したコサイン及びタン
ジェント関数で変化する曲面形状に形成してシートリン
グの内周面にジスクの外周縁部が同時に接触するように
したことを特徴とするバタフライバルブ。
【請求項２】シートリングの接触面を除く圧接面を円筒
内面形状のフラット部で構成した請求項１記載のバタフ
ライバルブ。