JP3673467B2

JP3673467B2 - バタフライ弁

Info

Publication number: JP3673467B2
Application number: JP2000375343A
Authority: JP
Inventors: 謙二山本
Original assignee: 株式会社巴技術研究所
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2020-12-11
Also published as: JP2002181204A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、管路を流れる水、空気などの流体を制御するために上記管路の途中に介設されるバタフライ弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体輸送用の管路を構成して前後に隣接する２本の管の間に介在させるバタフライ弁として、２本の管の端部フランジ間に接続される円筒状の弁本体と、この弁本体の内面を被覆する円筒状に形成されたゴム状弾性体からなるシートリングと、上記弁本体の直径方向の弁軸を中心として回動する円板状の弁体とを備え、この弁体を回動させて弁本体の中心軸線に直交させたとき、弁体の外周がシートリングの内面に圧接して管路を閉じるようにした中心型バタフライ弁が知られている。
【０００３】
図３は、中心型バタフライ弁１０の一例を示し、１１は円筒状の弁本体、１２はシートリング、１３は弁軸、１４は弁体である。シートリング１２は、弁本体１１の内面を被覆する円筒部１２ａと該円筒部１２ａの両端から半径方向外向きに張出して弁本体１１の端面を被覆するフランジ部１２ｂとによって弁本体１１に対して着脱自在に形成され、かつ円筒部１２ａの内面中央には弁座用の中高部１２ｃが周方向に連続して形成されており、この中高部１２ｃを有しないものに比べ、全閉時のシール圧を低下させずに、弁体１４の開き始めにおける差圧を緩和するようになっている。
【０００４】
上記のバタフライ弁１０は、弁体１４が開いた状態から閉じる方向（図３の矢印Ｐ方向）に回転し、弁体１４がシートリング１２の中高部１２ｃに圧接して中高部１２ｃを弁本体１１の半径方向に対して斜め前方に圧縮するため、弁本体１１の内面とシートリング１２の円筒部１２ａ外面との接触部に上記斜め方向の力Ｆが発生する。この力Ｆを、弁本体１１の内面に沿った水平分力Ａと半径方向の垂直分力Ｂとに分けると、シートリング１２は弁本体１１の内面に嵌合しているだけであるため、シートリング１２の円筒部１２ａの外面と弁本体１１の内面との間に上記水平分力Ａの作用でずれが生じ、中高部１２ｃが弁体１１から逃げてシール性が低下するという問題があった。
【０００５】
このシール性低下を防ぐものとして、図４に示すように、弁本体１１の内面に断面角形の凹溝１１ａを周方向に形成する一方、シートリング１２の円筒部１２ａ外面に断面角形の突条１２ｄを周方向に突設し、凹溝１１ａに突条１２ｄを嵌込むようにしたものが知られている。この場合は、シートリング１２の円筒部１２ａの位置ずれが減少し、図１のバタフライ弁に比べてシール性が安定するが、この円筒部１２ａおよび弁本体１１内面の接触部に働く力の水平分力は、図３のバタフライ弁と同じであるため、弁体１４の操作トルクが軽減されなかった。なお、上記の凹溝１１ａおよび突条１２ｄを省略し、代わりに弁本体１１の内面を粗面に加工することが試みられたが、この場合も操作トルクの軽減効果は得られなかった。
【０００６】
また、特公昭５５−１８２９７号公報には、上記のゴム状弾性体からなるシートリング１２を省略し、その代わりに図５に示すように、金属製の弁本体１１の内面中央に弁座用シートリング１１ｂを突条の形に一体に突設し、かつその先端１１ｃを弁本体１１の中心線に対して傾斜する円筒面１５の形（ただし、円筒面１５の弁本体１１に対する傾斜角度は弁軸１３を中心として弁閉鎖方向に５〜１５度に設定される）に形成し、金属製弁体１４の外周１４ａを上記円筒面１５に密接する円筒面に形成したものが開示されている。
【０００７】
この場合は、上記円筒面１５の中心線および弁本体１１の中心線の交差角度を上記の大きさに設定することにより、弁座用シートリング１１ｂと弁体１４との間に生じる摩擦を抑制して弁体１４の操作トルクを大幅に減少することができる反面、弁座用シートリング１１ｂの先端１１ｃおよび弁体１４の外周面１４ａの加工に極めて高い精度が要求され、その加工および精度の維持が極めて困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、前記図４の形式のバタフライ弁、すなわち円筒状の弁本体にゴム状弾性体からなるシートリングが着脱自在に装着されており、シートリングが円筒状弁本体の内面を被覆する円筒部とその両端から張出して弁本体の端面を被覆するフランジ部とからなり、上記円筒部の内面に弁座用の中高部が、また外面に突条がそれぞれ周方向に形成され、この突条が弁本体の内面に形成した凹溝に嵌合したバタフライ弁において、その弁閉時に発生する操作トルクを一層軽減し、しかも高度の工作精度を要せず、製造を容易にするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るバタフライ弁は、円筒状の弁本体にゴム状弾性体からなるシートリングが着脱自在に装着されており、シートリングが弁本体の内面を被覆する円筒部とその両端から張出して弁本体の端面を被覆するフランジ部とからなり、上記円筒部の内面に弁座用の中高部が、また外面に周方向の突条がそれぞれ形成され、この突条が弁本体の内面に形成した周方向の凹溝に嵌合し、上記弁本体の直径方向の弁軸に固定された円板状の弁板の外周が上記の中高部に圧接して弁を閉鎖するようにしたバタフライ弁において、上記弁本体内面の凹溝の底面および上記シートリングの円筒部外面の突条の頂部が互いに等しい径の円筒面に形成され、その中心線が弁軸と直交し弁本体の中心線に対して弁閉鎖方向に傾斜していることを特徴とする。
【００１０】
上記のバタフライ弁を管路内で前後に隣接する２本の管の端部フランジ間に介在させて固定し、バタフライ弁の円板状弁体を弁軸の回りに回動すると、従来のゴム状弾性体からなるシートリングを有し、その円筒部の内面に中高部を、外面に突条をそれぞれ設けたバタフライ弁と同様に、弁体が管路と平行に向いたとき管路が全開され、弁体が管路と直交したとき弁体の外周全体がシートリングの中高部と接して全閉状態となり、中高部が存在しない場合に比べ、弁体の開き始めにおける差圧が低下して弁体の操作トルクが軽減し、しかも全閉時のシール圧が低下しない。
【００１１】
ただし、この発明では、上記円筒部外面の突条の頂部および該頂部に対応する弁本体の凹溝の底面が互いに等しい径の円筒面に形成され、その中心線が弁軸と直交し弁本体の中心線に対して弁閉鎖方向に傾斜しているため、弁の閉鎖に際し、弁体がシートリングの中高部に接して中高部を圧縮したとき、突条の頂部および凹溝の底面の接触面に働く力の水平分力（上記円筒面の母線方向に働く分力）が、突条の頂部および凹溝の底面を弁本体の内面と平行な円筒面に形成した従来のバタフライ弁よりも小さくなり、その分だけ垂直分力が大きくなる。
【００１２】
そして、上記のように水平分力が小さくなるため、弁を閉鎖していくときのシートリングの位置ずれが従来よりも減少してシール性が一層安定する。また、垂直分力が増大するため、シール性能が向上し、そのため突条の頂部および凹溝の底面の接触面に働く力を従来よりも小さくしても、従来と等しい大きさの垂直分力が得られ、トルクの軽減が可能になる。また、突条の頂部および凹溝の底面の接触面が上記のとおり傾斜しているため、弁体およびシートリングの圧接時におけるシートリングの圧縮率を弁開度に比例させることが可能になり、そのため弁を閉めるにしたがってシール力が増大し、開く際は圧縮を開放する方向に力が働いて弁開時のトルクが軽減される。
【００１３】
また、上記の突条および凹溝は、シートリングの円筒部のずれを防ぐためのストッパとして働き、バタフライ弁のシール面とは無関係のものであり、シール面はシートリングの中高部と弁体外周の接触部に形成され、かつ上記の突条を備えたシートリングはゴム状弾性体で作られるため、上記の突条および凹溝の接触面の加工に高い精度は必要でなく、製造が容易である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１において、２０はバタフライ弁、２１は弁本体、２２はシートリング、２３は円板状の弁体、２４は弁軸である。上記の弁本体２１は、金属または硬質合成樹脂によって円筒状に形成されている。シートリング２２は、加硫ゴム等のゴム状弾性体からなり、上記弁本体２１の内面に嵌合する円筒部２２ａと、この円筒部２２ａの両端から半径方向外向きに張出して弁本体２１の端面を被覆するフランジ部２２ｂとで構成されている。そして、このフランジ部２２ｂが弁本体２１の端面に凹設されている端面段部２１ｂに着脱自在に嵌め込まれている。
【００１５】
また、シートリング２２の円筒部２２ａの内面には、その幅方向中央に弁座を構成する中高部２２ｃが周方向に連続して突設され、外面の幅方向中央には断面台形の突条２２ｄが周方向に連続して突設され、この突条２２ｄが弁本体２１の内面に形成されている断面台形の凹溝２１ａに嵌合してシートリング２２の位置ずれを防止する。ここで、上記の突条２２ｄの頂部および凹溝２１ａの底面は、互いに等しい径の円筒面Ｓに形成される。ただし、この円筒面Ｓの中心線Ｍは、弁体２３が弁開状態から時計方向に回動して図示の全閉状態に達するとしたとき、弁軸２４と直交する直線で、弁本体２１の中心線Ｎに対し弁閉鎖方向に角度θだけ傾斜する直線である。
【００１６】
また、上記の凹溝２１ａの断面形状は、弁本体２１の中心線Ｎと平行で弁本体２１の内面に沿った直線および円筒面Ｓの中心線Ｍと平行で凹溝２１ａの底面を構成する直線を一対の辺とし、この一対の辺の一端および他端をそれぞれ結び弁本体２１の中心線Ｎに垂直な２直線を一対の辺とする台形に形成される。そして、上記の突条２２ｄの断面形状は、上記凹溝２１ａの断面形状と実質的に等しい形状に形成される。
【００１７】
上記の構造において、図２に示すように、弁体２３が弁開状態から時計方向（矢印Ｐ方向）に回動して弁を閉じる際、弁体２３がシートリング２２の中高部２２ｃに接触すると、弁本体２１内面の凹溝２１ａの底面とシートリング２２外面の突条２２ｄの頂部との接触部に力Ｆが発生する。この力Ｆは、上記の底面および頂部を構成する円筒面Ｓの母線方向分力（水平分力）Ａとこれに直角な垂直分力Ｂとに分解されるが、図１の円筒面Ｓが弁本体２１に対して角度θだけ傾斜しているため、図２の力Ｆが図３の力Ｆと等しい場合、水平分力Ａは図２の方が図３よりも傾斜角度θの大きさに応じて小さくなり、それに応じて垂直分力Ｂは大きくなる。
【００１８】
上記の傾斜角度θは、弁の口径によって異なるが、一般的に力Ｆの水平分力を１０％以上小さくするため、５〜１５度の範囲が好ましい。また、凹溝２１ａおよび突条２２ｄの幅（図１において、上下方向の寸法）は、５〜２０mmの範囲にあって、円筒部２２ａの幅（上下方向の寸法）の１／４程度であることが好ましい。また、凹溝２１ａの深さおよび突条２２ｄの高さは、弁閉方向の端部（図１の上端部）において３〜１０mmが好ましく、３mm未満では位置ずれ防止の効果が得られず、反対に１０mmを超えるとシートリング２２の中高部２２ｃが厚くなり、傾斜による所望の効果が得難くなる。
【００１９】
【発明の効果】
上記のとおり、この発明に係るバタフライ弁は、弁本体内面の凹溝底面およびシートリング円筒部外面の突条頂部を互いに等しい径の円筒面に形成し、その中心線を弁軸と直交し、かつ弁本体の中心線に対し弁閉鎖方向に傾斜する直線としたものであるから、弁を閉鎖していくときのシートリングの位置ずれが従来よりも減少し、シール性が一層安定してシール性能が向上し、それだけ操作トルクの軽減が可能になり、また工作に高い精度が不要で、製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の断面図である。
【図２】作用を説明する断面図である。
【図３】第１の従来例の断面図である。
【図４】第２の従来例の断面図である。
【図５】第３の従来例の断面図である。
【符号の説明】
２０：バタフライ弁
２１：弁本体
２１ａ：凹溝
２１ｂ：端面段部
２２：シートリング
２２ａ：円筒部
２２ｂ：フランジ部
２２ｃ：中高部
２２ｄ：突条
２３：弁体
２４：弁軸
Ｓ：円筒面、Ｍ：中心線、Ｎ：中心線、θ：角度

Claims

円筒状の弁本体にゴム状弾性体からなるシートリングが着脱自在に装着されており、シートリングが弁本体の内面を被覆する円筒部とその両端から張出して弁本体の端面を被覆するフランジ部とからなり、上記円筒部の内面に弁座用の中高部が、また外面に周方向の突条がそれぞれ形成され、この突条が弁本体の内面に形成した周方向の凹溝に嵌合し、上記弁本体の直径方向の弁軸に固定された円板状の弁板の外周が上記の中高部に圧接して弁を閉鎖するようにしたバタフライ弁において、上記弁本体内面の凹溝の底面および上記シートリングの円筒部外面の突条の頂部が互いに等しい径の円筒面に形成され、その中心線が弁軸と直交し弁本体の中心線に対して弁閉鎖方向に傾斜していることを特徴とするバタフライ弁。