JP5572797B2 - バタフライバルブ - Google Patents

Description

本発明はバタフライバルブに関し、特に水回路等における通路の開閉、切り換え、さらには流量制御の動作を行うことができるバタフライバルブに関する。

水回路等において、通路の開閉または切り換え、または流量の制御に用いられている制御弁としては、一般にボール弁が知られているが、コスト低減を可能にしたバタフライ弁も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

バタフライ弁は、円筒形状のボディによって形成された通路に楕円形状のプレートで構成された弁体を配置し、その弁体の短径方向の軸を中心に弁体を外から回動させる構成になっている。弁体が通路に平行な方向に位置しているとき、バタフライ弁は全開状態になり、弁体が回動されて通路の内壁に押し付けられているとき、バタフライ弁は全閉状態となる。

また、バタフライ弁は、弁体の回動中心を通って通路に直交する方向に別の通路を形成することにより、１つの入口から導入された水を２つの出口に振り分ける、または２つの入口から導入された水を混合して１つの出口に流すように切り換える切換弁を構成することができる。もちろん、弁体の角度を制御することにより、流量調整したり、振り分けまたは混合の割合を調整したりすることも可能である。

特開２００５−９６７０号公報

しかしながら、バタフライ弁は、全閉状態から弁体を一定の回転速度で開こうとしたときに、その構造上、微少開度で徐々に開いていくということができず、急激に開いてしまうために、微少開度での流量制御ができないという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、微少開度において流量制御が可能なバタフライバルブを提供することを目的とする。

本発明では上記の課題を解決するために、円筒形状のボディに楕円形状の弁体がその短径方向の軸を中心に回動自在に内設されてなるバタフライバルブにおいて、前記弁体の全閉位置から前記弁体の外周縁の回動軌跡に沿うように前記ボディの内壁面より突出して形成された対向面を有する壁と、前記壁に設けられ、前記弁体の外周縁と前記対向面とが対峙している前記弁体の回動範囲において、前記弁体の回動角度に応じて開口面積が変化する可変開口部と、を備え、前記可変開口部は、前記弁体の回動方向に沿って前記壁の突出端縁より切り欠いて形成されたスリットであることを特徴とするバタフライバルブが提供される。

このようなバタフライバルブによれば、弁体と壁の対向面とが対峙している回動範囲では、回動角度に応じて可変開口部の開口面積が連続的に変化することができる。これにより、このバタフライバルブは、その可変開口部を通じて流量制御された流体を流すことが可能になる。

上記構成のバタフライバルブは、可変開口部を有する流量制御用の壁をボディに備えたことにより、簡単な構成でありながら微少開度における流量制御を可能にできるという利点がある。

第１の実施の形態に係るバタフライバルブを示す図であって、（Ａ）は全閉時のバタフライバルブの中央縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ矢視断面図、（Ｃ）は流量制御状態のバタフライバルブを示す横断面図である。 バタフライバルブを示す端面図である。 第１の実施の形態に係るバタフライバルブの流量特性例を示す図である。 第２の実施の形態に係るバタフライバルブを示す図であって、（Ａ）は全閉時のバタフライバルブの中央縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ矢視断面図、（Ｃ）は流量制御状態のバタフライバルブを示す横断面図である。 第２の実施の形態に係るバタフライバルブの分解および組み立て状態を示す図である。 第３の実施の形態に係るバタフライバルブを示す中央縦断面図である。 第４の実施の形態に係るバタフライバルブを示す図であって、（Ａ）はバタフライバルブの中央縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のｃ−ｃ矢視断面図、（Ｃ）は流量制御状態のバタフライバルブを示す横断面図である。 第４の実施の形態に係るバタフライバルブの端面図である。 第５の実施の形態に係るバタフライバルブを示す図であって、（Ａ）はバタフライバルブの横断面図、（Ｂ）は流量制御状態のバタフライバルブを示す横断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、水回路に設けられてそこを循環する水の流量を制御できるようにした等速回転駆動のバタフライバルブに適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。

図１は第１の実施の形態に係るバタフライバルブを示す図であって、（Ａ）は全閉時のバタフライバルブの中央縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ矢視断面図、（Ｃ）は流量制御状態のバタフライバルブを示す横断面図であり、図２はバタフライバルブを示す端面図、図３は第１の実施の形態に係るバタフライバルブの流量特性例を示す図である。

この第１の実施の形態に係るバタフライバルブは、図１および図２に示したように、円筒形状の第１のボディ１および第２のボディ２を有し、これらは互いに嵌合され、Ｏリング３によってシールされている。嵌合された第１のボディ１および第２のボディ２の両端は、第１の口１ａおよび第２の口２ａを構成し、バタフライバルブの入口および出口となる。図示の例では、第１の口１ａはバタフライバルブの入口とし、第２の口２ａはバタフライバルブの出口としているが、出入口を逆に使用することもできる。

第１のボディ１内の通路には、概ね楕円形状のプレートで形成された弁体４が配置されている。弁体４は、その短径方向に延びる円筒形状の軸保持部５が一体に形成されており、その内部には回り止めのためのスプラインが形成されている。弁体４の軸保持部５には、第１のボディ１に穿設された軸孔を貫通して延びる弁棒６が嵌合されている。弁棒６の先端は、軸孔に対向して第１のボディ１と一体に形成された軸受によって軸支されている。軸孔の外側の弁棒６には、Ｏリング７が周設されてシールされ、さらにその外側には、弁棒６が抜けないように弁棒６に形成されたフランジ部を押える止め輪８が配置されている。なお、弁棒６には、図示はしないが、モータアクチュエータが接続されて、電動式のバタフライバルブを構成している。

第１のボディ１および第２のボディ２は、また、弁体４の外周縁の回動軌跡に沿うような対向面を有する流量調整用の壁９，１０がそれぞれ一体に形成されている。壁９，１０には、弁体４の回動方向に切り欠かれたスリット１１，１２を有し、これらが弁体４と協働して可変開口部を構成している。

以上の構成のバタフライバルブの流量特性は、図１の（Ｂ）に示したようにバタフライバルブの全閉位置を基準にして弁体４を反時計回りに回転したときの流量（バルブの開口面積）の変化を見ると、図３に示したようになる。すなわち、全閉位置から微少開度の間、水は、図１の（Ｃ）に示したように、スリット１１，１２を通過して流れ、そのときの流量は、弁体４の回転角度に従ってリニアに変化する。弁体４の外周縁が壁９，１０を越えると、バルブの開口面積が急激に広くなるので、バタフライバルブは、全開に近い状態となり、弁体４が第１のボディ１および第２のボディ２の軸線方向に向くと、全開となる。

このように、このバタフライバルブは、弁体４の外周縁が壁９，１０に対峙している間、弁体４の回転角度に応じた流量に比例制御することができることから、微少開度における流量制御を可能にしている。

なお、スリット１１，１２は、所望の流量特性に応じて形状が適宜決められる。たとえば、スリット１１，１２は、このバタフライバルブの全閉位置から全開位置に向かって弁体４が回転する方向に幅が広がるように扇状に形成することができる。また、スリット１１，１２は、その幅を壁９，１０の先端近傍で大きくすることにより、流量制御域と非制御域との間の急激な流量変化を緩和することができる。

図４は第２の実施の形態に係るバタフライバルブを示す図であって、（Ａ）は全閉時のバタフライバルブの中央縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ矢視断面図、（Ｃ）は流量制御状態のバタフライバルブを示す横断面図であり、図５は第２の実施の形態に係るバタフライバルブの分解および組み立て状態を示す図である。なお、この図４において、図１に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

第２の実施の形態に係るバタフライバルブは、全閉時における水漏れを改善したものである。すなわち、このバタフライバルブは、弁体４が配置されている第１のボディ１の通路部分に弾力性を有する、たとえばゴム製のスリーブ１３が内張りされている。このスリーブ１３は、弁体４の短径よりも小さな内径を有している。これにより、バタフライバルブが止水および流量制御しているとき、弁体４の短径方向両端がスリーブ１３に食い込むことで弁体４とスリーブ１３との間をシールしている。また、全閉時には、弁体４の外周縁がスリーブ１３に押し付けられることによって弁体４とスリーブ１３との間をシールしている。スリーブ１３は、また、第１のボディ１および第２のボディ２の嵌合部の間に配置されて、リールリングの機能も兼ねている。

このバタフライバルブは、図５に示した部材を有しており、次のようにして組み立てられる。まず、弁棒６が貫通する貫通孔を第１のボディ１の軸孔および軸受に合わせながらスリーブ１３を第１のボディ１中に押し込み、そのスリーブ１３の中に軸保持部５を第１のボディ１の軸孔および軸受に合わせながら弁体４を圧入する。次に、Ｏリング７を弁棒６の先端に嵌めてフランジ部まで移動させ、弁棒６を第１のボディ１の軸孔を介して弁体４の軸保持部５に嵌合し、止め輪８で弁棒６の抜け止めを行う。最後に、スリーブ１３の中に第２のボディ２を嵌合して組み立てが完了する。

図６は第３の実施の形態に係るバタフライバルブを示す中央縦断面図である。なお、この図６において、図４に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

第３の実施の形態に係るバタフライバルブは、第１および第２の実施の形態に係るバタフライバルブがスリット１１，１２によって開口面積を可変していたのに対し、弁体４と壁９，１０との間隔を変えることによって開口面積を可変するようにしている。

すなわち、壁９，１０は、弁体４の外周縁の回動軌跡Ｔに対し、弁体４が図示の全閉位置から開方向に反時計回りの方向に回転していくに従って弁体４の外周縁がその回動軌跡Ｔから離間していくような表面形状を有する対向面を有している。この壁９，１０の対向面と弁体４とが可変開口部を構成している。これにより、バタフライバルブは、弁体４の外周縁が壁９，１０に対峙している流量制御域で、弁体４の回転角度に応じた流量に制御することができる。

図７は第４の実施の形態に係るバタフライバルブを示す図であって、（Ａ）はバタフライバルブの中央縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のｃ−ｃ矢視断面図、（Ｃ）は流量制御状態のバタフライバルブを示す横断面図であり、図８は第４の実施の形態に係るバタフライバルブの端面図である。なお、この図７において、図１に示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

第４の実施の形態に係るバタフライバルブは、第１ないし第３の実施の形態に係るバタフライバルブが出入口の合計が２つの２方弁であるのに対し、出入口の合計が３つある３方弁としている。また、このバタフライバルブのボディは、１つのボディ１４によって構成している。

すなわち、このバタフライバルブは、弁体４が配置される通路の両端に位置する第１の口１４ａおよび第２の口１４ｂと、この通路の軸線方向に直交する方向に突設された第３の口１４ｃとが一体に形成されたボディ１４を有している。このボディ１４の中には、弁体４の外周縁の回動軌跡に沿うような対向面を有する壁９が一体に形成されており、第３の口１４ｃの側の壁９には、スリット１１が設けられている。また、ボディ１４の中には、壁形成部材１５が収納されている。この壁形成部材１５は、Ｏリング１６が周設された筒状部と、この筒状部から軸方向に延出されて弁棒６が貫通される固定片と、弁体４の軸に対して壁９と点対称となる位置にある壁１０とが一体に形成され、第３の口１４ｃの側の壁１０には、スリット１２が設けられている。

以上の構成により、弁体４を時計回りに回転していって弁体４の外周縁がボディ１４の内壁に当接している図７の（Ｂ）の状態では、第２の口１４ｂは、全閉状になり、第１の口１４ａと第３の口１４ｃとは、全開状態となる。これにより、たとえば第１の口１４ａを入口とすると、第１の口１４ａに導入された水の全量が第３の口１４ｃに流れることになる。

また、図７の（Ｂ）の状態から弁体４を反時計回りに回転していくと、弁体４の外周縁が壁９，１０に対峙している位置にある流量制御域の範囲内では、壁１０に設けられたスリット１２による流量調節が行われる。これにより、たとえば第２の口１４ｂを入口とすると、第２の口１４ｂに導入されて制御された流量の水が第１の口１４ａに導入された水に混合されて、第３の口１４ｃに流れることになる。

さらに、弁体４が反時計回りに回転して第１の口１４ａおよび第２の口１４ｂの軸線方向に向いたときは、第１の口１４ａおよび第２の口１４ｂから導入されたが５０％の割合で混合されて第３の口１４ｃに流れることになる。

さらに、弁体４が反時計回りに回転していって弁体４の外周縁が壁９，１０に対峙している流量制御域の範囲内では、壁９に設けられたスリット１１による流量調節が行われる。これにより、第１の口１４ａに導入されて制御された流量の水と第２の口１４ｂに導入された水とが混合されて、第３の口１４ｃに流れることになる。

そして、弁体４が反時計回りに回転していって弁体４の外周縁がボディ１４の内壁に当接すると、第１の口１４ａは、全閉状になり、第２の口１４ｂと第３の口１４ｃとは、全開状態となる。これにより、第２の口１４ｂに導入された水の全量が第３の口１４ｃに流れることになる。

このようにして、このバタフライバルブは、流路切り換え機能と、微少開度における混合割合の正確な制御が可能な流量調整機能とを兼ね備えた制御弁となる。なお、この実施の形態のバタフライバルブでは、２種類の水を混合する場合を例に説明したが、１種類の水を２分配する場合にも適用することができる。また、スリット１１，１２は、壁９，１０のうちで、第３の口１４ｃの側の方に設けているが、いずれか一方、または、第３の口１４ｃと反対側の方に設けるようにしてもよい。もちろん、壁９，１０は、第３の実施の形態に係るバタフライバルブのように、弁体４と壁９，１０との間隔を変えることによって開口面積を可変するようにしてもよい。

図９は第５の実施の形態に係るバタフライバルブを示す図であって、（Ａ）はバタフライバルブの横断面図、（Ｂ）は流量制御状態のバタフライバルブを示す横断面図である。なお、この図９において、図７に示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この第５の実施の形態に係るバタフライバルブは、第１の口１４ａおよび第２の口１４ｂに逆止弁１７，１８を設けて、この例では、水の流れ方向を、第１の口１４ａから第３の口１４ｃへ、および第２の口１４ｂから第３の口１４ｃへそれぞれ流れるよう規定している。

第１の口１４ａの側においては、逆止弁１７は、その弁体１９が壁９と一体に形成された摺動保持部２０によって第１の口１４ａの軸線方向に進退自在に保持され、第１の口１４ａに弁座部材２１が嵌着されることによって構成されている。弁座部材２１は、これに周設された溝にＯリング２２を配置することにより、ボディ１４との間でシールを行っている。

同様に、もう一方の逆止弁１８は、その弁体２３が、壁形成部材１５と一体に形成された摺動保持部２４によって第２の口１４ｂの軸線方向に進退自在に保持され、第２の口１４ｂに弁座部材２５が嵌着されることによって構成されている。弁座部材２５は、Ｏリング２６によってボディ１４との間をシールしている。

このバタフライバルブの動作は、図７に示した第４の実施の形態に係るバタフライバルブと同じである。ここで、たとえば、図９の（Ｂ）のように、第１の口１４ａおよび第２の口１４ｂから第３の口１４ｃへ向かって水が流れていたとする。このとき、第３の口１４ｃの側の水圧が上がって第３の口１４ｃから第１の口１４ａおよび第２の口１４ｂへ水が逆流しようとした場合には、逆止弁１７，１８は、それらの前後の水圧の差によってそれぞれ閉弁し、逆流が防止されることになる。

以上、本発明をその好適な実施の形態として２方弁および３方弁について説明したが、さらに４方弁にも適用可能であることはもちろんである。また、上記の３方弁の実施の形態において、すべての壁９，１０にスリット１１，１２を設けたり、閉弁時におけるシール性能を高めるスリーブ１３をボディ１４に内設したりすることも可能である。さらに、第５の実施の形態で追加された逆止弁１７，１８についても、開弁する方向を適宜変更することができ、数も増減することができる。

１ 第１のボディ
１ａ 第１の口
２ 第２のボディ
２ａ 第２の口
３ Ｏリング
４ 弁体
５ 軸保持部
６ 弁棒
７ Ｏリング
８ 止め輪
９，１０ 壁
１１，１２ スリット
１３ スリーブ
１４ ボディ
１４ａ 第１の口
１４ｂ 第２の口
１４ｃ 第３の口
１５ 壁形成部材
１６ Ｏリング
１７，１８ 逆止弁
１９ 弁体
２０ 摺動保持部
２１ 弁座部材
２２ Ｏリング
２３ 弁体
２４ 摺動保持部
２５ 弁座部材
２６ Ｏリング

Claims (5)

1. 円筒形状のボディに楕円形状の弁体がその短径方向の軸を中心に回動自在に内設されてなるバタフライバルブにおいて、
   前記弁体の全閉位置から前記弁体の外周縁の回動軌跡に沿うように前記ボディの内壁面より突出して形成された対向面を有する壁と、
   前記壁に設けられ、前記弁体の外周縁と前記対向面とが対峙している前記弁体の回動範囲において、前記弁体の回動角度に応じて開口面積が変化する可変開口部と、
   を備え、
   前記可変開口部は、前記弁体の回動方向に沿って前記壁の突出端縁より切り欠いて形成されたスリットであることを特徴とするバタフライバルブ。
   
2. 前記壁は、前記ボディと一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載のバタフライバルブ。
3. 前記弁体が収容されている部分の前記ボディに、前記弁体の短径よりも小さな内径を有する弾力性のあるスリーブが内設されていることを特徴とする請求項１記載のバタフライバルブ。
4. 前記ボディは、前記弁体が配置される円筒形状の通路の両端に位置する第１の口および第２の口と、前記通路の軸線方向に直交する方向であって前記弁体が回動する軸を通って延出する一方向に突設された第３の口とが一体に形成され、前記壁は、前記弁体の回動範囲内にてその両端から前記弁体の外周縁の回動軌跡に沿って部分的に形成され、前記スリットは、前記壁のうち前記第３の口の側に配置される前記壁に形成されていることを特徴とする請求項１記載のバタフライバルブ。
5. 前記ボディの前記第１の口および前記第２の口に逆止弁を備えていることを特徴とする請求項４記載のバタフライバルブ。
   

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