JP3086793B2

JP3086793B2 - バタフライ弁

Info

Publication number: JP3086793B2
Application number: JP09261839A
Authority: JP
Inventors: 義則万木
Original assignee: 株式会社巴技術研究所
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 2000-09-11
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: JPH11101350A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バタフライ弁に関
し、特に、弁体周辺部にくし歯状突起を設けてキャビテ
ーションの発生及び成長を抑制させるようにした弁体の
構造に関し、オン・オフ弁並びにコントロール弁として
広く用いるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、バタフライ弁の弁体を閉状態か
ら徐々に開いていくと、微小な隙間から弁体下流側に噴
流が生じ、渦流と共に流れの剪断層が形成される。この
渦流のために弁体背面に極度の低圧部が生じ、この部分
で流体が急激に蒸気圧以下になり沸騰し気泡を発生す
る。該弁体よりやゝ下流側において圧力が回復するに伴
い、気泡は衝撃的速さで圧潰し、騒音、振動を生じると
共に部材を異常に摩耗させたりする、いわゆるキャビテ
ーション現象を生じることは従来公知である（一例とし
て特開昭57−157866号公報参照）。

【０００３】図３（ａ）（ｂ）は、上記従来例を示すも
ので、１は本体（弁本体）２の中心部に直交する弁棒３
によって軸支された全閉状態を示す弁体であって、該弁
体１は、全閉時、弁棒３に垂直の断面がくの字形をなす
弁板（ディスク）１ａを有し、本体２の内面２ａと弁板
周面とのシール面（図で点線１ｂで示されている。）
が、弁棒穴を通過する中心形バタフライ弁の弁体を形成
しており、上記シール面１ｂの中心軸１ｃと、弁棒孔を
通り本体内面２ａの垂直軸線２ｂとは、１５度〜２０度
の角度で傾斜している。

【０００４】本体内面（ボア）２ａ内で密接している長
円形の弁板１ａは、二つのほぼ半円形壁部分が上記のよ
うにくの字形に角度的にずれて形成されており、該弁板
１ａの半円周に亙って、使用時、流体の流入方向（太い
矢印ｆで示す。）に向って突設された流入側くし歯状突
起４と、同様に、他の半円周に亙って、弁板１ａに対し
て前記くし歯状突起４と反対側の流体の流出方向に向っ
て突設された流出側くし歯突起５とが一体に設けられて
おり、これらの両くし歯状突起４と５は、全閉時、本体
２の内面２ａとほぼ平行するように形成され、且つこれ
らのくし歯状突起の端部は、本体２の内面２ａに垂直の
面内に位置するように形成されており、これらのくし歯
状突起の長さは、中心のボス方向に向かって短かく形成
されている。

【０００５】弁作動時、図３（ａ）に示す全閉状態から
弁体１が矢印に示す時計方向に回動すると、弁体１の開
度に応じて流量が変化して流量制御が行われるようにな
っている。そしてこの際、本体２の内面２ａと、弁棒３
よりも下流側に位置する弁体１の周縁部とが形成する開
口部であるノズル流れ部（ノズル側）及び同様に本体２
の内面２ａと、弁棒３よりも上流側に位置する弁体１の
周縁部とが形成する開口部であるオリフィス流れ部（オ
リフィス側）を通過する流体は、該部に設けられた複数
個の各くし歯状突起４，５の間に形成された、図（ａ）
の２ｂ線による断面図である図（ｂ）に示す流体を導く
断面台形（梯形）状通路６から流体を細かいジェット流
に変え、弁体の下流側に発生するキャビテーションを分
散すると共に、キャビテーションの成長を抑制してい
る。同図（ｂ）において、６ａは傾斜した入口、７は弁
棒穴、８はボス部を示す。

【０００６】一方、弁体１が開状態にあるとき、オリフ
ィス流れ部に位置する弁体１の、弁棒軸に直交する断面
くの字形弁板部の上流面（外側面）を流れる流体の流れ
は、くし歯状突起５により滑らかな速度プロフィルが破
壊され、それにより、くし歯状突起を有しない通常の弁
板のオリフィス流れ部の上流面を流れる流体の流れによ
って生じる弁板への揚力（該揚力は、弁体を閉じる方向
に作用する。）の発生が効果的に妨げられ、その結果、
弁棒に作用する動的トルクを減少させることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のくし歯
状突起を有する弁体（図３）は、低トルク及び低騒音の
問題を解決することができるが、弁板１ａが長円形であ
るため、外周縁の旋削加工は断続的となり、加工精度及
び工数等に問題があった。又全閉時において、本体内面
２ａの内径部がメタルで構成されているため、閉弁時に
おけるシール性、及び弁板外周と弁軸部との接点のシー
ル性が確実性に欠けるという問題点があった。また全開
時において、突出したくし歯状突起４，５が出入口側に
おいて流過し易いように断面が台形状に形成されている
（図３（ｂ））が、何れもくし歯状突起の角（かど）部
による流体抵抗と剥離を起こす等の問題点があった。

【０００８】本発明は、上記した従来技術の問題点を解
決し、全閉時におけるシール性を向上させると共に、中
間開度及び全開時におけるくし歯状突起部を通過する流
れの流体抵抗を軽減させ、動的低トルク及びキャビテー
ションの発生を抑える弁体を提供し、オン・オフ弁用並
びにコントロール弁用として広い流量範囲で使用できる
バタフライ弁を提供することを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために本発明の採った手段は、剛性材料からなる円筒状
本体内に弁棒を介して弁体を回動自在に設けたウエハー
形本体に山形シートリングを張設した中心形バタフライ
弁において、上記弁体の開弁作動方向の上流側背面及び
下流側前面の周縁部近傍に、それぞれ円滑な外形を有す
る複数のくし歯状突起を円弧状に設け、これらのくし歯
状突起の半径方向内側を、それぞれ開弁作動方向の背面
側又は前面側を凸状にした、弁棒挿通ボス部に至るゆる
やかな曲面で形成し、該ゆるやかな曲面の裏面を椀形に
形成し、該椀形部に、流路軸線と平行な整流溝を形成す
ると共に、弁体外周縁と、本体内周面に一体的に張設さ
れたシートリングの内周面とが傾斜角度１０°±２°に
て当接形成したことを特徴としている。

【００１０】また、複数のくし歯状突起の底面を弁体の
表面上に円周方向に連続して形成し、また先端を縮小さ
せたほぼ截頭円錐状に形成したことを特徴としている。

【００１１】また、弁体は、弁棒挿通ボス部の中心に関
して対称形をなし、流体の流れの方向性を限定しないよ
うに構成したことを特徴としている。

【００１２】また、弁体の弁棒挿通部とシートリングの
圧接面を、球面状又は平面状としたことを特徴としてい
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、図
面に記載した実施例を用いて説明する。図１は、本発明
の一実施形態を示す本体に弁体を組立てた組立図の弁棒
と直角の断面図である。

【００１４】図において、１１は、本発明の弁体であっ
て、端部にフランジを有しないウエハー形本体１２の内
周面及び両側端面を被覆する、一体加硫成形されたシー
トリング１３の内面に、閉弁時圧接するように弁棒１４
によって軸支されている。

【００１５】上記シートリング１３の円筒部の内面で弁
棒挿通孔１５を含む直径方向は内方に向って山形が突出
し、弁体が閉弁時に該山形突出部の手前（裾野）、即ち
傾斜角度α＝１０°±２°で当接（圧接）するようにし
ている。この常態で当接することにより、閉弁時又開弁
時に弁体の始動が容易になる。

【００１６】また、シートリング１３の弁棒挿通孔近傍
は、弁体回動受け座が内向きに突設され球面又は平面状
をなしており、これに対して弁体も同様に形成され、若
干の圧接代（喰い込み代）のもとで、弁の開閉に拘らず
常時圧接しており、弁棒側への漏洩を防止する作用を行
なっている。

【００１７】上記したほぼ円筒状の本体１２を構成する
剛性材料としては、一般的に鋳鉄、鋳鋼等の炭素鋼材料
があり、又硬質の合成樹脂材料としては、シートリング
を構成する弾性材料の加硫温度で変形しない程度の耐熱
性を有するものがよい。例えば熱可塑性樹脂として塩化
ビニル、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、等があ
り、又熱硬化性樹脂としてメラミン、不飽和ポリエステ
ル等がある。特にポリカーボネイト、メラミンは強度お
よび成形時の耐熱性に優れており好ましい。又上記樹脂
材料にガラス繊維や炭素繊維を加えて強度を一層高める
ことができる。

【００１８】また、シートリング１３を構成する弾性材
料としては、ゴム様の弾性を有するものであればよく、
アクリロニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロ
ロプレンゴム等があり、弾性材料の硬度はＪｉＳ−Ａゴ
ム硬度の７０〜８０度が好ましい。

【００１９】上記本体１２とシートリング１３の一体化
は加硫接着によって行なわれるが、本体の円筒状内周面
にシートリングの円筒状外周面を又これらの両端面のフ
ランジ面を成形するために、本体を金型（外型）代りに
使用して弾性材料を加硫成形する。

【００２０】上記、本体１２とシートリング１３の接着
面は、互に噛み合う凹凸面又は楔状として抜け止めとし
ての投錨効果を上げることができる。この凹凸面の噛合
いによる物理的接合を上記加硫接着の化学的接合と併用
することにより、両者の一体化を一層強固にすることが
できる。なお、シートリング円筒部内面の回動受け座
は、弁体１１のボス部球面座又は平面座１７に対向して
設けられており、弁体の回動を円滑にするため弁棒に対
して直角方向に球面又平面に形成される。

【００２１】上記弁体１１は、図１における弁体のみを
取り出して詳細に示した図２に示されており、同図２
（ａ）は弁体の正面図、同図２（ｂ）は図（ａ）の右側
面図である。図２（ａ）において、弁体１１は、中心部
を紙面に直交する弁棒挿通孔１５に弁棒１４（図１）を
固着して軸支回動される弁体であって、該弁体１１の開
弁作動方向の上流側（オリフィス側）背面及び下流側
（ノズル側）前面のそれぞれの周縁部１６の近傍に、図
２（ｃ）に示すように、ほぼ截頭円錐状の円滑な外形を
有する複数のくし歯状突起１８が円弧状に設けられてお
り、これらのくし歯状突起１８の半径方向内側は、オリ
フィス側では開弁作動方向の背面側を又ノズル側では前
面側をそれぞれ凸状にした、弁棒挿通ボス部１９に至る
ゆるやかな曲面２０で形成され、該曲面２０の弁棒挿通
ボス部１９の近傍は平坦面２１で形成されている。

【００２２】上記のようにくし歯状突起１８、その内側
のゆるやかな曲面２０及び平坦面２１を形成した弁体１
１は、弁棒挿通ボス部１９の中心に関して対称形をなし
て形成されており、図２（ａ）の右側面図を示す同図２
（ｂ）は、図２（ａ）の弁体１１を本体１２に組込んだ
図１における下流側から見た側面を示している。そして
同図（ｂ）の下半分が示すように、弁体１１のゆるやか
な曲面２０の裏面２０ａは椀形をなしており、該椀形裏
面２０ａには、全開時における流路軸線と平行な複数個
の整流溝２２が形成されている。該整流溝２２は、同方
向にほぼ平行に設けられた各壁部２３によって仕切られ
ている。図において、２４は弁体１１の外周平坦部、２
５はくし歯間隙である。

【００２３】上記したくし歯状突起１８の断面形状、断
面の大きさ、高さ、数量等は流体条件により一定でな
く、又突起の底面を連続させ、先端を縮小させたほヾ截
頭円錐状にする（図２（ｃ）参照）ことにより、成形時
の利便を図ることができる。また、該くし歯状突起１８
の横断面形状は楕円形以外の形状でもよい。弁体１１
は、閉弁時においてシートリング１３の内周面と傾斜角
度をもって圧接するが、上記くし歯状突起１８は、弁体
回動時にシートリング内面に接触しないように、弁棒中
心を軸として円弧状に形成されている。

【００２４】次に、作用について説明すると、図１に示
す全閉状態から、太い矢印ｆで示す流体の流れ方向に対
して、細い矢印で示す反時計方向に開弁する場合、微小
開度時における矢印Ｂ部がオリフィス側、矢印Ｃがノズ
ル側となる。

【００２５】弁体１１が図１の全閉状態から反時計方向
に回動すると、矢印Ｂのオリフィス側においては、流体
は、弁体周縁部１６から弁体の背面側へ流れ、外周平坦
面２４と、ほぼ截頭円錐状の円滑な外形を有するくし歯
状突起１８同士のくし歯間隙２５を通り、ゆるやかな曲
面２０及び平坦面２１を通り、次いで、ゆるやかな曲面
２０の椀形裏面２０ａの整流溝２２を通って流出側に流
れる間に流体は形状の異なる流路により分散効果は大と
なり、流出側に乱流の少ないジェット流として、キャビ
テーションの発生を有効に抑えることができる。

【００２６】一方、矢印Ｃのノズル側においては、弁体
１１が逐次開弁していくと流量が増えるにつれて、上流
側からノズル側に向かって弁体の前面に沿って流れる流
体は、上流側（オリフィス側）に位置する弁体外周縁１
６からゆるやかな曲面２０の裏面２０ａの整流溝２２及
び弁棒挿通ボス部１９を通って、平坦面２１及びゆるや
かな曲面２０を経てほぼ截頭円錐状の円滑な外形を有す
るくし歯状突起１８同士のくし歯間隙２５を通る間に流
れが細分化され、ジェット流となって外周平坦面２４を
通り、下流側（ノズル側）に位置する弁体外周縁１６か
ら下流側に流出し、ここで上記したオリフィス側から弁
体１１の背面に沿って流れて来た流れと合流して下流側
へ流出する。

【００２７】一般に微小開度時オリフィス側の流出域で
キャビテーションが発生しやいが、本発明では、オリフ
ィス側背面にくし歯状突起１８を設け、更に整流溝２２
を設けている。

【００２８】また、この際、溝２２の形状が流れに対し
て円滑に形成されることにより、通過する流体抵抗を少
なくし乱れの少ないジェット流にすることが必要であ
る。また、整流溝２２の幅・深さ等を同一にせず、中心
部を狭く端部を広くすることにより流速を変えることが
可能である。

【００２９】上記したように、本発明においては、弁体
の開弁作動方向の上流側背面にくし歯状突起１８を設け
たことにより、弁体開度の小さいコントロール弁として
使用したときの動的低トルクの実現及びキャビテーショ
ン発生の抑制を図ることができるばかりでなく、本体内
面に一体的に張設されたシートリングの作用により全閉
時のシール作用が確保されるので、オン・オフ用弁とし
ても有効に適応でき、幅広い流量範囲に対応することの
できるバタフライ弁を提供することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
剛性材料からなる円筒状本体内に弁棒を介して弁体を回
動自在に設けたウエハー形本体に山形シートリングを張
設した中心形バタフライ弁において、上記弁体の開弁作
動方向の上流側背面及び下流側前面の周縁部近傍に、そ
れぞれ円滑な外形を有する複数のくし歯状突起を円弧状
に設け、これらのくし歯状突起の半径方向内側を、それ
ぞれ開弁作動方向の背面側又は前面側を凸状にした、弁
棒挿通ボス部に至るゆるやかな曲面で形成し、該ゆるや
かな曲面の裏面を椀形に形成し、該椀形部に、流路軸線
と平行な整流溝を形成すると共に、弁体外周縁と、本体
内周面に一体的に張設されたシートリングの内周面とが
傾斜角度１０°±２°にて当接形成したことにより、次
のような効果が奏される。

【００３１】（ｉ）本体内周面にシートリングを一体固
着化したことにより、嵌込式シートリングと比較して、
弁体周縁部及び弁棒挿通部共に圧接することができ確実
なシール性を保持でき、且つ弁体の閉弁角度をα＝１０
°±２°にすることにより、開弁及び閉弁動作を容易に
し、円滑な開閉ができる。

【００３２】（ii）微少開度又は中間開度で流体は、弁
体の開弁作動方向の上流側（オリフィス側）の弁体背面
において外周縁部及びくし歯状突起を通り、ゆるやかな
曲面を経て、流路軸線と平行な整流溝を通り、ノズル側
より流出するので、流体は細分化され、エネルギーの拡
散をするので、キャビテーションの発生を抑制し振動、
騒音の発生を最小限にすることができる。

【００３３】(iii) 本体内周面にシートリングを一体的
に張設したことにより、腐食性流体にも使用可能となり
高価な本体材質を使用することがなくなり、低廉な製品
を提供することができるばかりでなく、シートリングと
弁体との圧接面を球面状又は平面状として弁体の弁棒方
向の上下動を防止し、且つ弁棒部からの流体漏洩を防止
すると共に、制御弁として微小開度時においても流体に
よるシートリングの損傷を防止すると共に、流体による
振動を防止することができる。

【００３４】（iv）弁体のゆるやかな曲面の裏面を椀形
に形成し、該椀形部に、壁部で仕切られた整流溝を形成
したことにより、キャービテーション防止のための整流
作用を行なうばかりでなく、重量の削減を図り、コスト
の低廉を図ることができる。また、複数のくし歯状突起
の底面を弁体の表面上に円周方向に連続して形成するこ
とにより、くし歯状突起の強度を持たせることができ、
また、くし歯状突起の先端を縮小させることにより、鋳
造を容易にすることができる。

【００３５】また、弁体を、弁棒挿通ボスの中心に関し
て対称形としたことにより、流体の流れの方向性が限定
されず、何れの方向の流れにも適応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態（実施例）を示す組立断面
図である。

【図２】本発明の弁体を示し、図（ａ）は弁体の正面
図、図（ｂ）は図（ａ）の右側面図、図（ｃ）はくし歯
状突起の斜視図である。

【図３】従来のくし歯状突起を備えたバタフライ弁で、
（ａ）は全閉状態の断面側面図（ｂ）は図（ａ）の２ｂ
線による断面図である。

【符号の説明】

１１弁体１２本体１３シートリング１４弁棒１５弁棒穴１６弁体外周縁１７球面又は平面部１８くし歯状突起１９弁棒挿通ボス部２０ゆるやかな曲面２１平坦面２２整流溝２３壁部２４外周平坦面２５くし歯間隙

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 1/22 - 1/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】剛性材料からなる円筒状本体内に弁棒を
介して弁体を回動自在に設けたウエハー形本体に山形シ
ートリングを張設した中心形バタフライ弁において、上
記弁体の開弁作動方向の上流側背面及び下流側前面の周
縁部近傍に、それぞれ円滑な外形を有する複数のくし歯
状突起を円弧状に設け、これらのくし歯状突起の半径方
向内側を、それぞれ開弁作動方向の背面側又は前面側を
凸状にした、弁棒挿通ボス部に至るゆるやかな曲面で形
成し、該ゆるやかな曲面の裏面を椀形に形成し、該椀形
部に、流路軸線と平行な整流溝を形成すると共に、弁体
外周縁と、本体内周面に一体的に張設されたシートリン
グの内周面とが傾斜角度１０°±２°にて当接形成した
ことを特徴とするバタフライ弁。
【請求項２】複数のくし歯状突起の底面を弁体の表面
上に円周方向に連続して形成し、また先端を縮小させた
ほぼ截頭円錐状に形成したことを特徴とする請求項１記
載のバタフライ弁。
【請求項３】弁体は、弁棒挿通ボス部の中心に関して
対称形をなし、流体の流れの方向性を限定しないように
構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のバタフ
ライ弁。
【請求項４】弁体の弁棒挿通部とシートリングの圧接
面を、球面状又は平面状としたことを特徴とする請求項
１ないし３の何れか１項記載のバタフライ弁。