JP4121792B2 - メタルシートバタフライ弁のシート構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全閉位置において、弁体シートが弁箱シートに密接することによって、止水性能が確保されるメタルシートバタフライ弁のシート構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のメタルシートバタフライ弁のシート構造としては、例えば、図１１に示すように、弁箱５１内に円筒状の金属材からなる弁箱シート５２が設けられ、上記弁箱シート５２内に、弁棒５３の軸心５４の廻りに回転して弁箱流路を開閉する弁体５５が設けられている。図１１の実線で示すように、弁体５５を全閉位置Ｓにした際、弁体５５は、弁箱５１内の流路軸心５６に直交しかつ上記軸心５４を含む流路断面Ａに対して平行となる。
【０００３】
また、上記弁体５５の周縁部には、弁体５５を全閉位置Ｓにした際、弁箱シート５２の内周面に接触する金属材からなる弁体シート５７が設けられている。尚、上記全閉位置Ｓにおいて、上記弁体シート５７を含む平面Ｂが、上記流路断面Ａに対して、上記軸心５４の廻りに弁体５５の開方向へ所定の傾斜角度αで傾斜している。
【０００４】
また、弁箱５１内には、弁箱シート５２の外周面と弁箱５１の内周面との間隙５８を弁箱流路の上流側と下流側とにシールするＯリング５９と、このＯリング５９を嵌め込むための溝６０とが形成されている。上記Ｏリング５９と溝６０とは上記流路断面Ａ上に位置している。
【０００５】
尚、弁箱５１内には、弁箱シート５２を流路軸心５６の方向において固定するリング状のストッパー６１が取付けられている。
これによると、弁体５５を全閉位置Ｓまで回転することによって、弁体シート５７の外周面が弁箱シート５２の内周面に密接し、止水性能が確保される。この際、弁箱流路の上流側から弁箱シート５２の外周面と弁箱５１の内周面との間隙５８に流れ込んだ流体は、Ｏリング５９によってシールされ、下流側へ通り抜けることができない。
【０００６】
また、弁箱シート５２は、弁箱５１と一体ではなく、別体であるため、水圧や地盤の変動によって弁箱５１に力が作用し、弁箱５１が変形する場合であっても、Ｏリング５９が拡縮して弁箱５１の変形を吸収し、弁箱シート５２は変形を起こさずに弁体５５との整合性を維持して水密に摺接する。これにより、弁体シート５７が弁箱シート５２に密接するため、漏水が生じることはなく、弁箱シート５２の変形によって弁体５５が拘束されることもない。
【０００７】
さらに、弁体シート５７を含む平面Ｂが上記流路断面Ａに対して所定の傾斜角度αで傾斜しているため、弁体５５が閉方向へ回転し全閉位置Ｓに達した時点で、初めて弁体シート５７が弁箱シート５２の内周面に接触するため、弁体シート５７が弁箱シート５２の内周面に摺接して弁箱シート５２に焼き付いてしまうのを防止することができる。
【０００８】
しかしながら上記の従来形式では、弁箱シート５２に作用する外圧をＰｏおよび内圧をＰｉとし、弁箱シート５２の上流側端部からＯリング５９までの範囲をＪとし、弁体５５を全閉位置Ｓにした際、弁箱シート５２の上流側端部から流路軸心５６の一側方に位置する弁体シート５７までの範囲をＦとするとともに、弁箱シート５２の上流側端部から流路軸心５６の他側方に位置する弁体シート５７までの範囲をＨとすると、流路軸心５６の一側方では、Ｆ＜Ｊとなるため、上記内圧Ｐｉよりも外圧Ｐｏが余分に作用して、弁箱シート５２の内外に大幅な力の差が生じ、弁箱シート５２が内側に押圧されて変形するといった問題がある。また、流路軸心５６の他側方では、Ｈ＞Ｊとなるため、上記外圧Ｐｏよりも内圧Ｐｉが余分に作用して、弁箱シート５２の内外に大幅な力の差が生じ、弁箱シート５２が外側に押圧されて変形するといった問題がある。
【０００９】
上記のような問題の対策として、図１２に示すように、Ｏリング５９を含む平面を、弁体シート５７を含む平面Ｂと同様に、流路断面Ａに対して所定の傾斜角度αで傾斜させることが考えられる。
【００１０】
これによると、弁箱シート５２の上流側端部から流路軸心５６の一側方に位置するＯリング５９までの範囲をＥとし、弁箱シート５２の上流側端部から流路軸心５６の他側方に位置するＯリング５９までの範囲をＧとすると、流路軸心５６の一側方では、範囲Ｅと範囲Ｆとがほぼ一致するため、上記内圧Ｐｉと外圧Ｐｏとがほぼ均等に作用して、弁箱シート５２の内外の力の差が解消され、弁箱シート５２の変形が防止される。また、流路軸心５６の他側方でも、範囲Ｇと範囲Ｈとがほぼ一致するため、上記内圧Ｐｉと外圧Ｐｏとがほぼ均等に作用して、弁箱シート５２の内外の力の差が解消され、弁箱シート５２の変形が防止される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図１２で示した従来形式では、溝６０を含む平面も流路断面Ａに対して所定の傾斜角度αで傾斜させる必要があるため、旋盤等を用いて上記溝６０を弁箱５１の内周面に切削加工する際、弁箱５１を傾斜させなければならず、また、溝６０に対する切削加工の軌跡が楕円形になるため、通常の旋盤では上記溝６０の加工が困難であるといった問題がある。
【００１２】
本発明は、溝の加工が容易に行え、さらに、弁体を全閉位置まで回転した際、弁箱シートの内外に作用する力の差を低減することが可能なメタルシートバタフライ弁のシート構造を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本第１発明は、弁箱内に筒状の金属材からなる弁箱シートが設けられ、上記弁箱シート内に、弁棒の軸心廻りに回転して弁箱流路を開閉する弁体が設けられ、上記弁棒は弁箱シートに形成された一対の貫通孔に挿通され、上記弁体の周縁部に、弁体を全閉位置にした際、弁箱シートの内周面に接触する金属材からなる弁体シートが設けられ、上記弁体を全閉位置にした際、上記弁体シートを含む平面は、弁箱内の流路軸心に直交しかつ弁棒の軸心を含む流路断面に対して、弁体が開く側が上流となる一側と下流となる他側とに弁棒の軸心を中心に傾斜しており、弁箱内に、上記弁箱シートの外周面と弁箱の内周面との間隙を弁箱流路の上流側と下流側とにシールするシール部材が設けられたメタルシートバタフライ弁のシート構造であって、
上記弁棒と弁箱シートとの間をシールするリング状の軸封シール材が弁箱シートの貫通孔に挿入され、上記シール部材は弁棒の部分で一対の半円状のシール片に分割され、一方のシール片が上記一側において弁棒の軸心より上流に位置するとともに、他方のシール片が上記他側において弁棒の軸心より下流に位置し、一方および他方のシール片の各端部がそれぞれ軸封シール材の外周面に圧接されており、弁体を全閉位置にした際、上記弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面上において、弁棒の軸心より上流にある一方のシール片が流路軸心の一側方に位置する弁体シートに弁箱シートを介して対向するとともに、弁棒の軸心より下流にある他方のシール片が流路軸心の他側方に位置する弁体シートに弁箱シートを介して対向するものである。
【００１４】
これによると、両溝は、弁箱の内周面に全周にわたり形成され、且つ上記流路断面に対して上流側と下流側とに平行に振り分けられて配設されているため、流路軸心を中心とする一定半径の溝にすることができる。したがって、上記溝に対する切削加工の軌跡が楕円形状ではなく真円形状になり、通常の旋盤を用いて容易に溝を切削加工することができる。また、溝の切削加工の際、弁箱を傾斜させる必要もないため、加工がより一層容易に行える。
【００１５】
また、弁体を全閉位置にした際、弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面上において、一方のシール片が一側方に位置する弁体シートに対向するとともに、他方のシール片が他側方に位置する弁体シートに対向する。これにより、上記平面上において弁箱シートの上流側端から一方のシール片までの範囲と弁箱シートの上流側端から一側方に位置する弁体シートまでの範囲とがほぼ同じになるため、弁箱シートに内圧と外圧とがほぼ均等に作用し、流路軸心の一側方において弁箱シートの内外に作用する力の差が低減される。さらに、上記平面上において弁箱シートの上流側端から他方のシール片までの範囲と弁箱シートの上流側端から他側方に位置する弁体シートまでの範囲とがほぼ同じになるため、弁箱シートに内圧と外圧とがほぼ均等に作用し、流路軸心の他側方において弁箱シートの内外に作用する力の差が低減される。これにより、弁箱シートが内外に変形するのを防止することができる。
【００１６】
また、本第２発明は、キャビテーション発生時の弁箱シートの振動を抑制するバックアップ部材が弁棒の部分で一対の半円状のバックアップ片に分割され、一方のバックアップ片は一方のシール片と同じ側で弁棒の軸心より下流に位置し、他方のバックアップ片は他方のシール片と同じ側で弁棒の軸心より上流に位置しているものである。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、メタルシートバタフライ弁１は、弁箱２と、この弁箱２の中心を通る流路軸心３に対して直交する軸心４廻りに回転自在な一対の弁棒５と、これら弁棒５に設けられた弁体６とで構成されている。
【００１７】
上記弁箱２内には、円筒状の薄肉金属材からなる弁箱シート７が上記流路軸心３と同心状に配置されている。また、弁箱２には一対のボス部８が形成され、上記両弁棒５はそれぞれ、上記ボス部８と弁箱シート７に形成された一対の貫通孔９とに挿通され、上記ボス部８に挿入された円筒状の軸受部材１０によって回転自在に保持されている。
【００１８】
上記弁体６は、複数のピン（図示省略）によって上記一対の弁棒５間に連結されており、弁箱シート７内に開閉自在に設けられている。弁体６の周縁部には、弁体６を全閉位置Ｓにした際、弁箱シート７の内周面に水密に摺接する金属材からなる弁体シート１１が設けられている。
【００１９】
図４に示すように、上記全閉位置Ｓにおいて、弁体６は、上記流路軸心３に直交しかつ弁棒５の軸心４を含む流路断面Ａに対して平行となる。また、弁体６を全閉位置Ｓにした際、弁体シート１１を含む平面Ｂが、上記流路断面Ａに対して、上記軸心４の廻りに弁体６の開方向へ所定の傾斜角度αで傾斜している。
【００２０】
図１，図２に示すように、上記弁体６と両軸受部材１０の内側端部との間にはそれぞれ、一対のリング状の軸封シール材１２，１３が配置されている。このうち、軸受部材１０側（外側）に配置された弁箱側軸封シール材１２は、例えばゴムの加工品や四フッ化エチレン樹脂等の弾性材からなり、図６に示すように内側端部が弁箱シート７の貫通孔９に挿入され、弁棒５と弁箱シート７との間をシールしている。また、弁体６側（すなわち弁体６と弁箱側軸封シール材１２との間）に配置された弁体側軸封シール材１３は金属材からなる。
【００２１】
さらに、図１，図２に示すように、両ボス部８にはそれぞれ、軸受部材１０を介して弁箱側軸封シール材１２を弁体側軸封シール材１３へ押圧する締付手段１４が設けられている。これら締付手段１４は、軸受部材１０の外側端部に配置された環状の押え板１５と、この押え板１５をボス部８に装着して弁体側軸封シール材１３側へ締め付ける複数の締付ボルト１６とで構成されている。
【００２２】
尚、弁箱２内には、弁箱シート７を流路軸心３の方向において固定するリング状のストッパー１７が弁箱シート７の上流側端部と下流側端部とに隣接して配置され、ボルト１８によって弁箱２に取付けられている。
【００２３】
図４〜図８に示すように、弁箱２内には、弁箱シート７の外周面と弁箱２の内周面との間隙１９を弁箱流路の上流側と下流側とにシールするシール部材２０と、このシール部材２０を装着するための一対の溝２１，２２とが設けられている。
【００２４】
上記両溝２１，２２は、弁箱２の内周面に全周にわたり形成されて内周側が開放されており、且つ上記流路断面Ａに対して上流側と下流側とに平行に振り分けられて配設されている。上記シール部材２０は、断面が円形をした弾性材（ゴム等）であり、弁棒５の部分で一対の半円状のシール片２０ａ，２０ｂに分割されている。
【００２５】
このうち、一方のシール片２０ａは、上流側の溝２１に嵌め込まれて、流路軸心３の一側方に位置する。また、他方のシール片２０ｂは、下流側の溝２２に嵌め込まれて、流路軸心３の他側方（一方のシール片２０ａの反対側）に位置している。尚、両シール片２０ａ，２０ｂの各端部はそれぞれ上記各弁箱側軸封シール材１２の外周面に圧接されており、シール片２０ａ，２０ｂの各端部と弁箱側軸封シール材１２の外周面との間の止水性が十分に確保される。
【００２６】
また、弁体６を全閉位置Ｓにした際、図４に示すように、上記軸心４に直交し且つ流路軸心３を含む平面Ｃ（図１，図２参照）上において、一方のシール片２０ａが流路軸心３の一側方に位置する弁体シート１１に弁箱シート７を介して対向するとともに、他方のシール片２０ｂが流路軸心３の他側方に位置する弁体シート１１に弁箱シート７を介して対向している。すなわち、上記平面Ｃ上において、両シール片２０ａ，２０ｂは上記軸心４と弁体シート１１とを通る直線Ｄ上に位置する関係にある。
【００２７】
以下、上記構成における作用を説明する。
図８に示すように、両溝２１，２２はそれぞれ、弁箱２の内周面に全周にわたり形成され、且つ上記流路断面Ａに対して上流側と下流側とに平行に振り分けられて配設されているため、流路軸心３を中心とする一定半径ｒの溝にすることができる。したがって、両溝２１，２２に対する切削加工の軌跡が楕円形状ではなく真円形状になり、通常の旋盤を用いて容易に各溝２１，２２を切削加工することができる。また、溝２１，２２の切削加工の際、弁箱２を傾斜させる必要もないため、加工がより一層容易に行える。
【００２８】
また、図４に示すように、弁体６を全閉位置Ｓにした際、弁棒５の軸心４に直交し且つ流路軸心３を含む平面Ｃ上において、一方のシール片２０ａが流路軸心３の一側方に位置する弁体シート１１に弁箱シート７を介して対向するとともに、他方のシール片２０ｂが流路軸心３の他側方に位置する弁体シート１１に弁箱シート７を介して対向する。
【００２９】
これにより、上記平面Ｃ上において弁箱シート７の上流側端から一方のシール片２０ａまでの範囲Ｅと弁箱シート７の上流側端から一側方に位置する弁体シート１１までの範囲Ｆとがほぼ同じになるため（Ｅ≒Ｆ）、弁箱シート７に内圧と外圧とがほぼ均等に作用し、流路軸心３の一側方において弁箱シート７の内外に作用する力の差が低減される。さらに、上記平面Ｃ上において弁箱シート７の上流側端から他方のシール片２０ｂまでの範囲Ｇと弁箱シート７の上流側端から他側方に位置する弁体シート１１までの範囲Ｈとがほぼ同じになるため（Ｇ≒Ｈ）、弁箱シート７に内圧と外圧とがほぼ均等に作用し、流路軸心３の他側方において弁箱シート７の内外に作用する力の差が低減される。これにより、図１２で示した従来形式のものに近い効果を得ることができ、弁箱シート７が内外に変形するのを防止することができる。
【００３０】
次に、第２の実施の形態を図９に基づいて説明する。
一対の溝２１，２２にはバックアップ部材３０が装着されており、このバックアップ部材３０は、断面が円形をした弾性材（ふっ素樹脂等）であり、弁棒５の部分で一対の半円状のバックアップ片３０ａ，３０ｂに分割されており、両シール片２０ａ，２０ｂを配置しない側に設けられている。
【００３１】
すなわち、一方のバックアップ片３０ａは、下流側の溝２２に嵌め込まれて、流路軸心３の一側方（一方のシール片２０ａと同じ側）に位置する。また、他方のバックアップ片３０ｂは、上流側の溝２１に嵌め込まれて、流路軸心３の他側方（他方のシール片２０ｂと同じ側）に位置している。尚、両バックアップ片３０ａ，３０ｂの各端部はそれぞれ上記各弁箱側軸封シール材１２の外周面に圧接されている。
【００３２】
これによると、弁箱シート７をシール部材２０（すなわちシール片２０ａ，２０ｂ）とバックアップ部材３０（すなわちバックアップ片３０ａ，３０ｂ）とで支えるため、弁箱シート７が安定し、キャビテーション発生時の弁箱シート７の振動を抑制することができる。
【００３３】
また、万一、上記シール部材２０が損傷した場合、弁箱２と弁箱シート７との間隙１９を通って上流側から下流側へ漏れ出す流体の量を上記バックアップ部材３０によって低減させることができる。
【００３４】
次に、第３の実施の形態を図１０に基づいて説明する。
上流側の溝２１と一方のシール片２０ａとの位置を上記第１の実施の形態のものよりもさらに弁箱シート７の上流端側へ寄せるとともに、下流側の溝２２と他方のシール片２０ｂとの位置を上記第１の実施の形態のものよりもさらに弁箱シート７の下流端側へ寄せている。
【００３５】
これによると、弁体６を全閉位置Ｓにした際、弁棒５の軸心４に直交し且つ流路軸心３を含む平面Ｃ上において、範囲Ｅが範囲Ｆよりも小さくなるため（Ｅ＜Ｆ）、外圧よりも内圧が余分に弁箱シート７に作用する。これにより、流路軸心３の一側方において、弁箱シート７が僅かに外側へ変形し、弁体シート１１と弁箱シート７との接触面圧が低下する。しかしながら、この際、全閉位置Ｓでは、流路軸心３の一側方の範囲内にある弁体６の半分が上流側から作用する水圧（流体圧）によって閉方向へ押圧されるため、シール（止水）に必要な接触面圧は確保される。
【００３６】
また、範囲Ｇが範囲Ｈよりも大きくなるため（Ｇ＞Ｈ）、内圧よりも外圧が余分に弁箱シート７に作用する。これにより、流路軸心３の他側方において、弁箱シート７が僅かに内側へ変形し、弁体シート１１と弁箱シート７との接触面圧が上記第１の実施の形態のものよりもさらに上昇するため、より確実に漏れの発生を防止することができ、止水性が一層向上する。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、弁体を全閉位置にした際、弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面上において、弁箱シートに内圧と外圧とがほぼ均等に作用し、弁箱シートの内外に作用する力の差が低減される。これにより、弁箱シートが内外に変形するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるバタフライ弁の正面から見た断面図である。
【図２】同、バタフライ弁の側面から見た断面図である。
【図３】同、バタフライ弁の弁体を弁棒の軸心方向から見た図である。
【図４】同、バタフライ弁の弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面に沿った断面図であり、図２におけるＸ−Ｘ矢視図に相当する。
【図５】図４におけるシール片と弁体シートとの位置関係を示す断面図である。
【図６】同、バタフライ弁の弁箱シートと弁箱側軸封シール材とシール片との図である。
【図７】同、バタフライ弁の弁箱シートとシール片とを弁棒の軸心方向から見た図である。
【図８】同、バタフライ弁の溝を弁棒の軸心方向から見た断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるバタフライ弁の弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面に沿った断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態におけるバタフライ弁の弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面に沿った断面図である。
【図１１】従来のバタフライ弁の弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面に沿った断面図である。
【図１２】従来のバタフライ弁の弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面に沿った断面図である。
【符号の説明】
１ バタフライ弁
２ 弁箱
３ 流路軸心
４ 弁棒の軸心
５ 弁棒
６ 弁体
７ 弁箱シート
１１ 弁体シート
１９ 間隙
２０ シール部材
２０ａ，２０ｂ シール片
２１ 上流側の溝
２２ 下流側の溝
Ａ 流路断面
Ｂ 弁体シートを含む平面
Ｃ 弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面
Ｓ 全閉位置
α 所定の傾斜角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、全閉位置において、弁体シートが弁箱シートに密接することによって、止水性能が確保されるメタルシートバタフライ弁のシート構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のメタルシートバタフライ弁のシート構造としては、例えば、図１１に示すように、弁箱５１内に円筒状の金属材からなる弁箱シート５２が設けられ、上記弁箱シート５２内に、弁棒５３の軸心５４の廻りに回転して弁箱流路を開閉する弁体５５が設けられている。図１１の実線で示すように、弁体５５を全閉位置Ｓにした際、弁体５５は、弁箱５１内の流路軸心５６に直交しかつ上記軸心５４を含む流路断面Ａに対して平行となる。
【０００３】
また、上記弁体５５の周縁部には、弁体５５を全閉位置Ｓにした際、弁箱シート５２の内周面に接触する金属材からなる弁体シート５７が設けられている。尚、上記全閉位置Ｓにおいて、上記弁体シート５７を含む平面Ｂが、上記流路断面Ａに対して、上記軸心５４の廻りに弁体５５の開方向へ所定の傾斜角度αで傾斜している。
【０００４】
また、弁箱５１内には、弁箱シート５２の外周面と弁箱５１の内周面との間隙５８を弁箱流路の上流側と下流側とにシールするＯリング５９と、このＯリング５９を嵌め込むための溝６０とが形成されている。上記Ｏリング５９と溝６０とは上記流路断面Ａ上に位置している。
【０００５】
尚、弁箱５１内には、弁箱シート５２を流路軸心５６の方向において固定するリング状のストッパー６１が取付けられている。
これによると、弁体５５を全閉位置Ｓまで回転することによって、弁体シート５７の外周面が弁箱シート５２の内周面に密接し、止水性能が確保される。この際、弁箱流路の上流側から弁箱シート５２の外周面と弁箱５１の内周面との間隙５８に流れ込んだ流体は、Ｏリング５９によってシールされ、下流側へ通り抜けることができない。
【０００６】
また、弁箱シート５２は、弁箱５１と一体ではなく、別体であるため、水圧や地盤の変動によって弁箱５１に力が作用し、弁箱５１が変形する場合であっても、Ｏリング５９が拡縮して弁箱５１の変形を吸収し、弁箱シート５２は変形を起こさずに弁体５５との整合性を維持して水密に摺接する。これにより、弁体シート５７が弁箱シート５２に密接するため、漏水が生じることはなく、弁箱シート５２の変形によって弁体５５が拘束されることもない。
【０００７】
さらに、弁体シート５７を含む平面Ｂが上記流路断面Ａに対して所定の傾斜角度αで傾斜しているため、弁体５５が閉方向へ回転し全閉位置Ｓに達した時点で、初めて弁体シート５７が弁箱シート５２の内周面に接触するため、弁体シート５７が弁箱シート５２の内周面に摺接して弁箱シート５２に焼き付いてしまうのを防止することができる。
【０００８】
しかしながら上記の従来形式では、弁箱シート５２に作用する外圧をＰｏおよび内圧をＰｉとし、弁箱シート５２の上流側端部からＯリング５９までの範囲をＪとし、弁体５５を全閉位置Ｓにした際、弁箱シート５２の上流側端部から流路軸心５６の一側方に位置する弁体シート５７までの範囲をＦとするとともに、弁箱シート５２の上流側端部から流路軸心５６の他側方に位置する弁体シート５７までの範囲をＨとすると、流路軸心５６の一側方では、Ｆ＜Ｊとなるため、上記内圧Ｐｉよりも外圧Ｐｏが余分に作用して、弁箱シート５２の内外に大幅な力の差が生じ、弁箱シート５２が内側に押圧されて変形するといった問題がある。また、流路軸心５６の他側方では、Ｈ＞Ｊとなるため、上記外圧Ｐｏよりも内圧Ｐｉが余分に作用して、弁箱シート５２の内外に大幅な力の差が生じ、弁箱シート５２が外側に押圧されて変形するといった問題がある。
【０００９】
上記のような問題の対策として、図１２に示すように、Ｏリング５９を含む平面を、弁体シート５７を含む平面Ｂと同様に、流路断面Ａに対して所定の傾斜角度αで傾斜させることが考えられる。
【００１０】
これによると、弁箱シート５２の上流側端部から流路軸心５６の一側方に位置するＯリング５９までの範囲をＥとし、弁箱シート５２の上流側端部から流路軸心５６の他側方に位置するＯリング５９までの範囲をＧとすると、流路軸心５６の一側方では、範囲Ｅと範囲Ｆとがほぼ一致するため、上記内圧Ｐｉと外圧Ｐｏとがほぼ均等に作用して、弁箱シート５２の内外の力の差が解消され、弁箱シート５２の変形が防止される。また、流路軸心５６の他側方でも、範囲Ｇと範囲Ｈとがほぼ一致するため、上記内圧Ｐｉと外圧Ｐｏとがほぼ均等に作用して、弁箱シート５２の内外の力の差が解消され、弁箱シート５２の変形が防止される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図１２で示した従来形式では、溝６０を含む平面も流路断面Ａに対して所定の傾斜角度αで傾斜させる必要があるため、旋盤等を用いて上記溝６０を弁箱５１の内周面に切削加工する際、弁箱５１を傾斜させなければならず、また、溝６０に対する切削加工の軌跡が楕円形になるため、通常の旋盤では上記溝６０の加工が困難であるといった問題がある。
【００１２】
本発明は、溝の加工が容易に行え、さらに、弁体を全閉位置まで回転した際、弁箱シートの内外に作用する力の差を低減することが可能なメタルシートバタフライ弁のシート構造を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本第１発明は、弁箱内に筒状の金属材からなる弁箱シートが設けられ、上記弁箱シート内に、弁棒の軸心廻りに回転して弁箱流路を開閉する弁体が設けられ、上記弁棒は弁箱シートに形成された一対の貫通孔に挿通され、上記弁体の周縁部に、弁体を全閉位置にした際、弁箱シートの内周面に接触する金属材からなる弁体シートが設けられ、上記弁体を全閉位置にした際、上記弁体シートを含む平面は、弁箱内の流路軸心に直交しかつ弁棒の軸心を含む流路断面に対して、弁体が開く側が上流となる一側と下流となる他側とに弁棒の軸心を中心に傾斜しており、弁箱内に、上記弁箱シートの外周面と弁箱の内周面との間隙を弁箱流路の上流側と下流側とにシールするシール部材が設けられたメタルシートバタフライ弁のシート構造であって、
上記弁棒と弁箱シートとの間をシールするリング状の軸封シール材が弁箱シートの貫通孔に挿入され、上記シール部材は弁棒の部分で一対の半円状のシール片に分割され、一方のシール片が上記一側において弁棒の軸心より上流に位置するとともに、他方のシール片が上記他側において弁棒の軸心より下流に位置し、一方および他方のシール片の各端部がそれぞれ軸封シール材の外周面に圧接されており、弁体を全閉位置にした際、上記弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面上において、弁棒の軸心より上流にある一方のシール片が流路軸心の一側方に位置する弁体シートに弁箱シートを介して対向するとともに、弁棒の軸心より下流にある他方のシール片が流路軸心の他側方に位置する弁体シートに弁箱シートを介して対向するものである。
【００１４】
これによると、両溝は、弁箱の内周面に全周にわたり形成され、且つ上記流路断面に対して上流側と下流側とに平行に振り分けられて配設されているため、流路軸心を中心とする一定半径の溝にすることができる。したがって、上記溝に対する切削加工の軌跡が楕円形状ではなく真円形状になり、通常の旋盤を用いて容易に溝を切削加工することができる。また、溝の切削加工の際、弁箱を傾斜させる必要もないため、加工がより一層容易に行える。
【００１５】
また、弁体を全閉位置にした際、弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面上において、一方のシール片が一側方に位置する弁体シートに対向するとともに、他方のシール片が他側方に位置する弁体シートに対向する。これにより、上記平面上において弁箱シートの上流側端から一方のシール片までの範囲と弁箱シートの上流側端から一側方に位置する弁体シートまでの範囲とがほぼ同じになるため、弁箱シートに内圧と外圧とがほぼ均等に作用し、流路軸心の一側方において弁箱シートの内外に作用する力の差が低減される。さらに、上記平面上において弁箱シートの上流側端から他方のシール片までの範囲と弁箱シートの上流側端から他側方に位置する弁体シートまでの範囲とがほぼ同じになるため、弁箱シートに内圧と外圧とがほぼ均等に作用し、流路軸心の他側方において弁箱シートの内外に作用する力の差が低減される。これにより、弁箱シートが内外に変形するのを防止することができる。
【００１６】
また、本第２発明は、キャビテーション発生時の弁箱シートの振動を抑制するバックアップ部材が弁棒の部分で一対の半円状のバックアップ片に分割され、一方のバックアップ片は一方のシール片と同じ側で弁棒の軸心より下流に位置し、他方のバックアップ片は他方のシール片と同じ側で弁棒の軸心より上流に位置しているものである。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、メタルシートバタフライ弁１は、弁箱２と、この弁箱２の中心を通る流路軸心３に対して直交する軸心４廻りに回転自在な一対の弁棒５と、これら弁棒５に設けられた弁体６とで構成されている。
【００１７】
上記弁箱２内には、円筒状の薄肉金属材からなる弁箱シート７が上記流路軸心３と同心状に配置されている。また、弁箱２には一対のボス部８が形成され、上記両弁棒５はそれぞれ、上記ボス部８と弁箱シート７に形成された一対の貫通孔９とに挿通され、上記ボス部８に挿入された円筒状の軸受部材１０によって回転自在に保持されている。
【００１８】
上記弁体６は、複数のピン（図示省略）によって上記一対の弁棒５間に連結されており、弁箱シート７内に開閉自在に設けられている。弁体６の周縁部には、弁体６を全閉位置Ｓにした際、弁箱シート７の内周面に水密に摺接する金属材からなる弁体シート１１が設けられている。
【００１９】
図４に示すように、上記全閉位置Ｓにおいて、弁体６は、上記流路軸心３に直交しかつ弁棒５の軸心４を含む流路断面Ａに対して平行となる。また、弁体６を全閉位置Ｓにした際、弁体シート１１を含む平面Ｂが、上記流路断面Ａに対して、上記軸心４の廻りに弁体６の開方向へ所定の傾斜角度αで傾斜している。
【００２０】
図１，図２に示すように、上記弁体６と両軸受部材１０の内側端部との間にはそれぞれ、一対のリング状の軸封シール材１２，１３が配置されている。このうち、軸受部材１０側（外側）に配置された弁箱側軸封シール材１２は、例えばゴムの加工品や四フッ化エチレン樹脂等の弾性材からなり、図６に示すように内側端部が弁箱シート７の貫通孔９に挿入され、弁棒５と弁箱シート７との間をシールしている。また、弁体６側（すなわち弁体６と弁箱側軸封シール材１２との間）に配置された弁体側軸封シール材１３は金属材からなる。
【００２１】
さらに、図１，図２に示すように、両ボス部８にはそれぞれ、軸受部材１０を介して弁箱側軸封シール材１２を弁体側軸封シール材１３へ押圧する締付手段１４が設けられている。これら締付手段１４は、軸受部材１０の外側端部に配置された環状の押え板１５と、この押え板１５をボス部８に装着して弁体側軸封シール材１３側へ締め付ける複数の締付ボルト１６とで構成されている。
【００２２】
尚、弁箱２内には、弁箱シート７を流路軸心３の方向において固定するリング状のストッパー１７が弁箱シート７の上流側端部と下流側端部とに隣接して配置され、ボルト１８によって弁箱２に取付けられている。
【００２３】
図４〜図８に示すように、弁箱２内には、弁箱シート７の外周面と弁箱２の内周面との間隙１９を弁箱流路の上流側と下流側とにシールするシール部材２０と、このシール部材２０を装着するための一対の溝２１，２２とが設けられている。
【００２４】
上記両溝２１，２２は、弁箱２の内周面に全周にわたり形成されて内周側が開放されており、且つ上記流路断面Ａに対して上流側と下流側とに平行に振り分けられて配設されている。上記シール部材２０は、断面が円形をした弾性材（ゴム等）であり、弁棒５の部分で一対の半円状のシール片２０ａ，２０ｂに分割されている。
【００２５】
このうち、一方のシール片２０ａは、上流側の溝２１に嵌め込まれて、流路軸心３の一側方に位置する。また、他方のシール片２０ｂは、下流側の溝２２に嵌め込まれて、流路軸心３の他側方（一方のシール片２０ａの反対側）に位置している。尚、両シール片２０ａ，２０ｂの各端部はそれぞれ上記各弁箱側軸封シール材１２の外周面に圧接されており、シール片２０ａ，２０ｂの各端部と弁箱側軸封シール材１２の外周面との間の止水性が十分に確保される。
【００２６】
また、弁体６を全閉位置Ｓにした際、図４に示すように、上記軸心４に直交し且つ流路軸心３を含む平面Ｃ（図１，図２参照）上において、一方のシール片２０ａが流路軸心３の一側方に位置する弁体シート１１に弁箱シート７を介して対向するとともに、他方のシール片２０ｂが流路軸心３の他側方に位置する弁体シート１１に弁箱シート７を介して対向している。すなわち、上記平面Ｃ上において、両シール片２０ａ，２０ｂは上記軸心４と弁体シート１１とを通る直線Ｄ上に位置する関係にある。
【００２７】
以下、上記構成における作用を説明する。
図８に示すように、両溝２１，２２はそれぞれ、弁箱２の内周面に全周にわたり形成され、且つ上記流路断面Ａに対して上流側と下流側とに平行に振り分けられて配設されているため、流路軸心３を中心とする一定半径ｒの溝にすることができる。したがって、両溝２１，２２に対する切削加工の軌跡が楕円形状ではなく真円形状になり、通常の旋盤を用いて容易に各溝２１，２２を切削加工することができる。また、溝２１，２２の切削加工の際、弁箱２を傾斜させる必要もないため、加工がより一層容易に行える。
【００２８】
また、図４に示すように、弁体６を全閉位置Ｓにした際、弁棒５の軸心４に直交し且つ流路軸心３を含む平面Ｃ上において、一方のシール片２０ａが流路軸心３の一側方に位置する弁体シート１１に弁箱シート７を介して対向するとともに、他方のシール片２０ｂが流路軸心３の他側方に位置する弁体シート１１に弁箱シート７を介して対向する。
【００２９】
これにより、上記平面Ｃ上において弁箱シート７の上流側端から一方のシール片２０ａまでの範囲Ｅと弁箱シート７の上流側端から一側方に位置する弁体シート１１までの範囲Ｆとがほぼ同じになるため（Ｅ≒Ｆ）、弁箱シート７に内圧と外圧とがほぼ均等に作用し、流路軸心３の一側方において弁箱シート７の内外に作用する力の差が低減される。さらに、上記平面Ｃ上において弁箱シート７の上流側端から他方のシール片２０ｂまでの範囲Ｇと弁箱シート７の上流側端から他側方に位置する弁体シート１１までの範囲Ｈとがほぼ同じになるため（Ｇ≒Ｈ）、弁箱シート７に内圧と外圧とがほぼ均等に作用し、流路軸心３の他側方において弁箱シート７の内外に作用する力の差が低減される。これにより、図１２で示した従来形式のものに近い効果を得ることができ、弁箱シート７が内外に変形するのを防止することができる。
【００３０】
次に、第２の実施の形態を図９に基づいて説明する。
一対の溝２１，２２にはバックアップ部材３０が装着されており、このバックアップ部材３０は、断面が円形をした弾性材（ふっ素樹脂等）であり、弁棒５の部分で一対の半円状のバックアップ片３０ａ，３０ｂに分割されており、両シール片２０ａ，２０ｂを配置しない側に設けられている。
【００３１】
すなわち、一方のバックアップ片３０ａは、下流側の溝２２に嵌め込まれて、流路軸心３の一側方（一方のシール片２０ａと同じ側）に位置する。また、他方のバックアップ片３０ｂは、上流側の溝２１に嵌め込まれて、流路軸心３の他側方（他方のシール片２０ｂと同じ側）に位置している。尚、両バックアップ片３０ａ，３０ｂの各端部はそれぞれ上記各弁箱側軸封シール材１２の外周面に圧接されている。
【００３２】
これによると、弁箱シート７をシール部材２０（すなわちシール片２０ａ，２０ｂ）とバックアップ部材３０（すなわちバックアップ片３０ａ，３０ｂ）とで支えるため、弁箱シート７が安定し、キャビテーション発生時の弁箱シート７の振動を抑制することができる。
【００３３】
また、万一、上記シール部材２０が損傷した場合、弁箱２と弁箱シート７との間隙１９を通って上流側から下流側へ漏れ出す流体の量を上記バックアップ部材３０によって低減させることができる。
【００３４】
次に、第３の実施の形態を図１０に基づいて説明する。
上流側の溝２１と一方のシール片２０ａとの位置を上記第１の実施の形態のものよりもさらに弁箱シート７の上流端側へ寄せるとともに、下流側の溝２２と他方のシール片２０ｂとの位置を上記第１の実施の形態のものよりもさらに弁箱シート７の下流端側へ寄せている。
【００３５】
これによると、弁体６を全閉位置Ｓにした際、弁棒５の軸心４に直交し且つ流路軸心３を含む平面Ｃ上において、範囲Ｅが範囲Ｆよりも小さくなるため（Ｅ＜Ｆ）、外圧よりも内圧が余分に弁箱シート７に作用する。これにより、流路軸心３の一側方において、弁箱シート７が僅かに外側へ変形し、弁体シート１１と弁箱シート７との接触面圧が低下する。しかしながら、この際、全閉位置Ｓでは、流路軸心３の一側方の範囲内にある弁体６の半分が上流側から作用する水圧（流体圧）によって閉方向へ押圧されるため、シール（止水）に必要な接触面圧は確保される。
【００３６】
また、範囲Ｇが範囲Ｈよりも大きくなるため（Ｇ＞Ｈ）、内圧よりも外圧が余分に弁箱シート７に作用する。これにより、流路軸心３の他側方において、弁箱シート７が僅かに内側へ変形し、弁体シート１１と弁箱シート７との接触面圧が上記第１の実施の形態のものよりもさらに上昇するため、より確実に漏れの発生を防止することができ、止水性が一層向上する。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、弁体を全閉位置にした際、弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面上において、弁箱シートに内圧と外圧とがほぼ均等に作用し、弁箱シートの内外に作用する力の差が低減される。これにより、弁箱シートが内外に変形するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるバタフライ弁の正面から見た断面図である。
【図２】同、バタフライ弁の側面から見た断面図である。
【図３】同、バタフライ弁の弁体を弁棒の軸心方向から見た図である。
【図４】同、バタフライ弁の弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面に沿った断面図であり、図２におけるＸ−Ｘ矢視図に相当する。
【図５】図４におけるシール片と弁体シートとの位置関係を示す断面図である。
【図６】同、バタフライ弁の弁箱シートと弁箱側軸封シール材とシール片との図である。
【図７】同、バタフライ弁の弁箱シートとシール片とを弁棒の軸心方向から見た図である。
【図８】同、バタフライ弁の溝を弁棒の軸心方向から見た断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるバタフライ弁の弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面に沿った断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態におけるバタフライ弁の弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面に沿った断面図である。
【図１１】従来のバタフライ弁の弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面に沿った断面図である。
【図１２】従来のバタフライ弁の弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面に沿った断面図である。
【符号の説明】
１ バタフライ弁
２ 弁箱
３ 流路軸心
４ 弁棒の軸心
５ 弁棒
６ 弁体
７ 弁箱シート
１１ 弁体シート
１９ 間隙
２０ シール部材
２０ａ，２０ｂ シール片
２１ 上流側の溝
２２ 下流側の溝
Ａ 流路断面
Ｂ 弁体シートを含む平面
Ｃ 弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面
Ｓ 全閉位置
α 所定の傾斜角度
Claims (2)
- 弁箱内に筒状の金属材からなる弁箱シートが設けられ、上記弁箱シート内に、弁棒の軸心廻りに回転して弁箱流路を開閉する弁体が設けられ、上記弁棒は弁箱シートに形成された一対の貫通孔に挿通され、上記弁体の周縁部に、弁体を全閉位置にした際、弁箱シートの内周面に接触する金属材からなる弁体シートが設けられ、上記弁体を全閉位置にした際、上記弁体シートを含む平面は、弁箱内の流路軸心に直交しかつ弁棒の軸心を含む流路断面に対して、弁体が開く側が上流となる一側と下流となる他側とに弁棒の軸心を中心に傾斜しており、弁箱内に、上記弁箱シートの外周面と弁箱の内周面との間隙を弁箱流路の上流側と下流側とにシールするシール部材が設けられたメタルシートバタフライ弁のシート構造であって、
上記弁棒と弁箱シートとの間をシールするリング状の軸封シール材が弁箱シートの貫通孔に挿入され、上記シール部材は弁棒の部分で一対の半円状のシール片に分割され、一方のシール片が上記一側において弁棒の軸心より上流に位置するとともに、他方のシール片が上記他側において弁棒の軸心より下流に位置し、一方および他方のシール片の各端部がそれぞれ軸封シール材の外周面に圧接されており、弁体を全閉位置にした際、上記弁棒の軸心に直交し且つ流路軸心を含む平面上において、弁棒の軸心より上流にある一方のシール片が流路軸心の一側方に位置する弁体シートに弁箱シートを介して対向するとともに、弁棒の軸心より下流にある他方のシール片が流路軸心の他側方に位置する弁体シートに弁箱シートを介して対向することを特徴とするメタルシートバタフライ弁のシート構造。 - キャビテーション発生時の弁箱シートの振動を抑制するバックアップ部材が弁棒の部分で一対の半円状のバックアップ片に分割され、一方のバックアップ片は一方のシール片と同じ側で弁棒の軸心より下流に位置し、他方のバックアップ片は他方のシール片と同じ側で弁棒の軸心より上流に位置していることを特徴とする請求項１記載のメタルシートバタフライ弁のシート構造。
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