JP6892534B1 - 挟み込み式バタフライバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】取付精度によらず、パイプ端部のフランジに面取加工を施すことなく取り付けることができる挟み込み式バタフライバルブを提供すること。【解決手段】バタフライバルブ１１は、フランジ４６を有する２つのパイプに挟み込まれた状態で、フランジに設けられたボルト穴４８に挿入されるボルト４３とナット４４とによってパイプ同士が締め付けられることにより取り付けられるバタフライバルブであり、弁体１５と、スピンドルと、ホルダー１２とを備え、ホルダーは、流路２５を有し、弁体は、流路に位置し、スピンドルとともに回動することによって流路を開放又は閉鎖し、弁体の直径Ｒ３は、パイプの内径Ｌ１以上であり、ホルダーの厚みＴは、ホルダーの外径Ｒ１と、弁体の直径と、ＪＩＳ Ｂ ２２２０：２０１２に定められるボルト穴の位置、ボルト穴の数、ボルト穴の径Ｌ３、ボルトの径Ｌ２、及び、パイプの内径Ｌ１と、に基づいて決定された値である。【選択図】図５

Description

本発明は、挟み込み式バタフライバルブに関する。

特許文献１には、回動する弁体と、弁体が取り付けられるスピンドルと、スピンドルを保持するホルダーとを備えるバタフライバルブが記載されている。ホルダーは、流体が流れるための流路を有する。弁体は、流路内に位置する。スピンドルとともに弁体が回動すると、流路が開放又は閉鎖される。こうしたバタフライバルブの中には、２つのパイプに挟み込まれることによって、パイプに取り付けられる挟み込み式のバタフライバルブがある。挟み込み式のバタフライバルブは、２つのパイプの端部にそれぞれ設けられるフランジ間にホルダーが挟み込まれることによって、パイプに取り付けられる。

特開２０１４−１４２０２２号公報

挟み込み式のバタフライバルブにおいては、２つのパイプに挟み込まれるホルダーの厚みが弁体の直径より小さい。そのため、流路を開放する場合に、弁体の一部がホルダーから双方のパイプに向けて飛び出す。このことから、パイプにバタフライバルブを取り付ける場合には、回動する弁体がパイプに干渉しないように考慮する必要がある。具体的には、パイプの端部に設けられるフランジの内周角部に弁体が干渉しないように考慮する必要がある。特に、パイプの軸心に対してバタフライバルブの軸心がずれると、弁体がフランジの内周角部に干渉しやすくなる。これに対し、従来は、例外なく、フランジの内周角部を面取りすることによって、弁体がパイプと干渉しないように取り付けていた。しかし、この場合、パイプに加工を施す手間が生じる。

本発明の目的は、取付精度によらず、パイプ端部のフランジに面取加工を施すことなく取り付けることができる挟み込み式バタフライバルブを提供することにある。

上記課題を解決する挟み込み式バタフライバルブは、フランジをそれぞれ有する２つのパイプに挟み込まれた状態で、それぞれの前記フランジに設けられたボルト穴に挿入されるボルトと、前記ボルトに取り付けられるナットと、によって前記パイプ同士が締め付けられることにより取り付けられる挟み込み式バタフライバルブであって、回動する弁体と、前記弁体が取り付けられるスピンドルと、前記スピンドルを保持するホルダーと、を備え、前記ホルダーは、流体が流れる流路を有し、前記弁体は、前記流路に位置し、前記スピンドルとともに回動することによって前記流路を開放又は閉鎖し、前記弁体の直径は、前記パイプの内径以上であり、２つの前記パイプに挟まれる前記ホルダーの厚みは、前記ホルダーの外径と、前記弁体の直径と、ＪＩＳ Ｂ ２２２０：２０１２に定められる前記ボルト穴の位置、前記ボルト穴の数、前記ボルト穴の径、前記ボルトの径、及び、前記パイプの内径と、に基づいて決定された値である。

ホルダーの厚みが大きいほど、流路を開放する場合にホルダーから飛び出す弁体の飛び出し量が小さくなる。そのため、弁体がパイプに干渉しにくくなる。一方、パイプに対して挟み込み式バタフライバルブがずれ得る最大ずれ量は、ホルダーの外径、ボルト穴の位置、ボルト穴の数、ボルト穴の径、ボルトの径、パイプの内径、といった要素によって決まる。

上記構成によれば、ホルダーの外径と、弁体の直径と、ＪＩＳ Ｂ ２２２０：２０１２に定められるボルト穴の位置、ボルト穴の数、ボルト穴の径、ボルトの径、及び、パイプの内径と、に基づいて、パイプに対する挟み込み式バタフライバルブのずれ量が最大となる場合でも弁体がパイプに干渉しないホルダーの厚みを求めることができる。これにより、取付精度によらず、パイプに面取加工を施すことなく取り付けることができる挟み込み式バタフライバルブが得られる。

上記挟み込み式バタフライバルブにおいて、前記バタフライバルブは、前記パイプと前記ホルダーとの間にそれぞれパッキンが介在する状態で取り付けられ、前記ホルダーの厚みは、さらに、前記パッキンの厚みに基づいて決定された値であってもよい。

上記構成によれば、パッキンの厚みを考慮することによって、ホルダーの厚みをより小さくできる。これにより、挟み込み式バタフライバルブの薄型化を実現できる。
上記挟み込み式バタフライバルブにおいて、前記弁体の直径は、前記流路の直径よりも小さく、前記ホルダーの厚みは、さらに、前記弁体の直径と前記流路の直径との差に基づいて決定された値であってもよい。

弁体の直径が流路の直径より小さいと、流路に対して弁体がずれることがある。流路に対して弁体がずれると、弁体がパイプに干渉しやすくなる。
上記構成によれば、弁体の直径と流路の直径との差を考慮することによって、流路に対して弁体がずれる場合でも弁体がパイプに干渉しないホルダーの厚みを求められる。

本発明の挟み込み式バタフライバルブによれば、取付精度によらず、パイプ端部のフランジに面取加工を施すことなく取り付けることができる。

バタフライバルブの一実施形態を示す斜視図。 流路が閉鎖されたバタフライバルブの断面図。 流路が全開放されたバタフライバルブの断面図。 バタフライバルブがパイプに取り付けられる前の斜視図。 バタフライバルブがパイプに取り付けられる前の断面図。 バタフライバルブがパイプに取り付けられた後の断面図。 第１パイプと第２パイプとが互いにずれた状態の断面図。 第１パイプ及び第２パイプに対してバタフライバルブがずれた状態の断面図。 バタフライバルブ及びパイプの正面図。 バタフライバルブ及びパイプの断面図。 図９の拡大図。 パッキンが介在する状態でバタフライバルブがパイプに取り付けられる前の断面図。 パッキンが介在する状態でバタフライバルブがパイプに取り付けられた後の断面図。 バタフライバルブの断面図。

以下、挟み込み式バタフライバルブの一実施形態について図を参照しながら説明する。本明細書では、挟み込み式バタブライバルブを、単にバタフライバルブと呼ぶ。本実施形態のバタフライバルブは、パイプに取り付けられ、パイプに流れる流体の一例である空気の流量を制御するバタフライバルブである。

図１に示すように、バタフライバルブ１１は、ホルダー１２と、スピンドル１３と、レバー１４と、弁体１５とを備える。
ホルダー１２は、例えば、筒又は筒状に設けられる。そのため、ホルダー１２は、外周面２１と、内周面２２とを有する。さらに、ホルダー１２は、軸心Ａを有する。ホルダー１２の軸心Ａは、バタフライバルブ１１の軸心でもある。

図２及び図３に示すように、ホルダー１２は、その上部において上方へ突出した第１支持部２３と、下部において下方に突出した第２支持部２４と、ホルダー１２内側の流路２５とを有する。ホルダー１２は、さらに、第１支持孔２６と、第２支持孔２７とを有する。本実施形態では、軸心Ａを中心とするホルダー１２の外周面２１の径であるホルダー１２の外径をＲ１とし、軸心Ａを中心とするホルダー１２の内周面２２の径であるホルダー１２の内径をＲ２とし、軸心Ａ方向のホルダー１２の厚みをＴとする。

第１支持部２３と第２支持部２４は、ホルダー１２の外周面２１から突出する。
第２支持部２４は、軸心Ａを中心に、ホルダー１２において第１支持部２３とは反対となる位置に位置する。第２支持部２４は、軸心Ａを中心に、ホルダー１２において第１支持部２３が突出する方向とは反対方向に突出する。本実施形態では、第２支持部２４が外周面２１から突出する長さは、第１支持部２３が外周面２１から突出する長さよりも短い。

流路２５は、流体が流れるための路である。流路２５は、ホルダー１２の内周面２２によって構成される。すなわち、流路２５の直径は、ホルダー１２の内径Ｒ２に相当する。流路２５の軸心は、ホルダー１２の軸心Ａと一致する。そのため、ホルダー１２の軸心Ａは、流路２５の軸心でもある。

第１支持孔２６には、スピンドル１３が挿入される。第１支持孔２６は、第１支持部２３の先端と、内周面２２とに開口する。すなわち、第１支持孔２６は、ホルダー１２を貫通する。第１支持孔２６は、第１支持部２３内を延びる。

第２支持孔２７には、スピンドル１３の先端が挿入される。第２支持孔２７は、内周面２２に開口する。第２支持孔２７は、内周面２２から第２支持部２４に向けて延びる。第２支持孔２７は、第１支持孔２６と異なり、ホルダー１２を貫通しない。第２支持孔２７は、軸心Ａを中心に、ホルダー１２において第１支持孔２６とは反対となる位置に位置する。

スピンドル１３は、例えば、円柱又は円柱状の軸である。スピンドル１３は、第１支持孔２６及び第２支持孔２７に挿入される。これにより、スピンドル１３は、ホルダー１２に保持される。スピンドル１３は、ホルダー１２に対して回動可能である。そのため、ホルダー１２は、スピンドル１３を回動可能に保持する。本実施形態のスピンドル１３は、第１支持孔２６内及び第２支持孔２７内においてシールされている。

スピンドル１３は、第１支持孔２６から第２支持孔２７へと挿入されることによって、流路２５を横切るように延びる。スピンドル１３が第１支持孔２６及び第２支持孔２７に挿入されると、スピンドル１３の基端は第１支持部２３の先端から飛び出す。

スピンドル１３は、第１端３１と第２端３２とを有する。第１端３１は、ホルダー１２から露出する端部である。すなわち、第１端３１は、第１支持部２３から飛び出す端部である。第２端３２は、第２支持孔２７内に位置する端部である。

レバー１４は、スピンドル１３の第１端３１に取り付けられる。そのため、レバー１４が操作されると、スピンドル１３が回動する。
円形の弁体１５は、流路２５内に位置する。弁体１５は、スピンドル１３に取り付けられる。すなわち、弁体１５は、スピンドル１３のうち流路２５内に位置する部分に取り付けられる。弁体１５は、例えば、１又は複数のねじ３３によってスピンドル１３に取り付けられる。本実施形態の弁体１５は、３つのねじ３３によってスピンドル１３に取り付けられる。これにより、弁体１５は、スピンドル１３に固定される。そのため、弁体１５は、スピンドル１３と一体に回動する。

弁体１５が回動すると、流体が通過する流路２５の断面積が変化する。これにより、流路２５を流れる流体の流量が制御される。
弁体１５がホルダー１２の軸心Ａに対して直交する場合、流体が通過する流路２５の面積が最小となる。このとき、弁体１５は、流路２５を閉鎖する。すなわち、弁体１５は、図２に示す状態である場合、流路２５を閉鎖する。

弁体１５が流路２５を閉鎖する状態から回動すると、流体が通過する流路２５の面積が増加する。すなわち、弁体１５が流路２５を閉鎖する状態から回動すると、流路２５が開放される。弁体１５が流路２５を閉鎖する状態から９０°回動すると、流路２５の断面積が最大となる。このとき、弁体１５は、流路２５を閉鎖するときの姿勢に対して直交する。これにより、弁体１５は、流路２５を全開放する。すなわち、弁体１５は、図３に示す状態である場合、流路２５を全開放する。このように、弁体１５は、回動することによって、流路２５を開放又は閉鎖する。

弁体１５の形状は、円板状である。弁体１５は、周縁３４を有する。本実施形態では、弁体１５の直径をＲ３とする。弁体１５の直径Ｒ３は、流路２５の直径、すなわちホルダー１２の内径Ｒ２よりも少し小さい。これにより、弁体１５は、流路２５内でスムーズに回動できる。なお、一部の図面では、図示の簡略化のために、弁体１５の直径Ｒ３とホルダー１２の内径Ｒ２とが一致するように図示されている。

弁体１５の直径Ｒ３は、ホルダー１２の厚みＴよりも大きい。そのため、弁体１５が流路２５を開放する状態では、弁体１５の一部がホルダー１２から飛び出すことがある。特に、流路２５が全開放される状態、すなわち図３に示す状態では、弁体１５の一部がホルダー１２から飛び出す。このとき、ホルダー１２から飛び出す弁体１５の量は、最大となる。このことから、バタフライバルブ１１をパイプに取り付ける場合には、回動する弁体１５がパイプに干渉しないように考慮する必要がある。詳述すると、バタフライバルブ１１をパイプ端部の両フランジ間に取り付ける場合には、弁体１５がフランジの内周角部に干渉しないように考慮する必要がある。

次に、バタフライバルブ１１が取り付けられるパイプについて説明する。
図４に示すように、バタフライバルブ１１は、２つのパイプに挟み込まれることによって、パイプに取り付けられる。バタフライバルブ１１は、例えば、第１パイプ４１と第２パイプ４２との間に取り付けられる。具体的には、第１パイプ４１と第２パイプ４２とがボルト４３とナット４４とによって締め付けられることによって、バタフライバルブ１１は、第１パイプ４１と第２パイプ４２との間に取り付けられる。本実施形態では、第１パイプ４１と第２パイプ４２とは、同一規格のパイプである。

図５及び図６に示すように、第１パイプ４１と第２パイプ４２との内側は、流体の管路４５となっている。第１パイプ４１と第２パイプ４２の突合せ端部には、それぞれフランジ４６が形成されている。第１パイプ４１は、さらに、軸心Ｂを有する。軸心Ｂは、第１パイプ４１が有する管路４５の中心軸でもある。第２パイプ４２は、さらに、軸心Ｃを有する。軸心Ｃは、第２パイプ４２が有する管路４５の中心軸でもある。

第１パイプ４１が有する管路４５の内径は、第１パイプ４１の内径でもある。第２パイプ４２が有する管路４５の内径は、第２パイプ４２の内径でもある。第１パイプ４１の内径と第２パイプ４２の内径とは一致する。そのため、第１パイプ４１の内径と、第２パイプ４２の内径とを、単にパイプの内径Ｌ１と称する。

第１パイプ４１のフランジ４６と第２パイプ４２のフランジ４６とは、バタフライバルブ１１を挟み込む。フランジ４６が設けられる第１パイプ４１の端部と、フランジ４６が設けられる第２パイプ４２の端部とは、管路４５の開口端４７となっている。そのため、フランジ４６の内径は、パイプの内径Ｌ１と同義である。本実施形態では、管路４５の開口端４７が、フランジ４６の内周角部に相当する。

フランジ４６は、ボルト４３が挿入されるボルト穴４８を複数有する。本実施形態では、ボルト穴４８は、第１パイプ４１と第２パイプ４２とに対し、互いに対応する位置にそれぞれ４つ設けられる。

第１パイプ４１のフランジ４６において、複数のボルト穴４８は、軸心Ｂを中心に対称に設けられる。すなわち、第１パイプ４１のフランジ４６において、複数のボルト穴４８は、軸心Ｂを中心に等角度且つ等距離に設けられる。第１パイプ４１のフランジ４６において、複数のボルト穴４８は、軸心Ｂから距離Ｈとなる位置がボルト穴４８の中心となるように設けられる。すなわち、第１パイプ４１のフランジ４６において、複数のボルト穴４８は、軸心Ｂを中心に半径が距離Ｈとなる円上に設けられる。第２パイプ４２も、第１パイプ４１と同様に設けられる。

ボルト４３は、ヘッド部分５１と、ねじ部分５２とを有する。ボルト４３のうち、ねじ部分５２がボルト穴４８に挿入される。ねじ部分５２の径Ｌ２は、ボルト穴４８の径Ｌ３よりも小さい。そのため、ボルト穴４８にボルト４３を挿入すると、そのボルト４３とボルト穴４８との間には隙間が生じる。すなわち、ボルト穴４８には、挿入されるボルト４３に対して遊びが設けられている。本実施形態では、ねじ部分５２の径Ｌ２を、ボルト４３の径と呼ぶ。

ボルト４３は、第１パイプ４１のフランジ４６に設けられるボルト穴４８と、第２パイプ４２のフランジ４６に設けられるボルト穴４８とを挿入する。この状態で、ねじ部分５２にナット４４がねじこまれることによって、第１パイプ４１と第２パイプ４２とがボルト４３とナット４４とによって締め付けられる。

第１パイプ４１と第２パイプ４２とは、フランジ４６同士でバタフライバルブ１１を挟み込む状態で、ボルト４３及びナット４４によって締め付けられる。これにより、第１パイプ４１と第２パイプ４２との間にバタフライバルブ１１が取り付けられる。実際には、第１パイプ４１とバタフライバルブ１１との間及び第２パイプ４２とバタフライバルブ１１との間にそれぞれパッキンが介在する状態でバタフライバルブ１１が取り付けられるが、一部の図面では図示の簡略化のために、パッキンが省略されている。

次に、バタフライバルブ１１の取り付けについて説明する。
第１パイプ４１と第２パイプ４２との間にバタフライバルブ１１を取り付ける場合、まず、第１パイプ４１のフランジ４６と第２パイプ４２のフランジ４６とに設けられる複数のボルト穴４８のうち、第１パイプ４１の軸心Ｂ及び第２パイプ４２の軸心Ｃよりも下方に位置する複数のボルト穴４８に、複数のボルト４３をそれぞれ挿入する。第１パイプ４１のフランジ４６と第２パイプ４２のフランジ４６とにボルト穴４８が４つずつ設けられる場合、第１パイプ４１において軸心Ｂよりも下方に位置する２つのボルト穴４８と、第２パイプ４２において軸心Ｃよりも下方に位置する２つのボルト穴４８とに、ボルト４３を挿入する。

次に、ボルト穴４８に挿入されたボルト４３のねじ部分５２にナット４４をねじこむ。このとき、第１パイプ４１と第２パイプ４２との間の寸法がホルダー１２の厚みＴ以上となるように、ねじ部分５２に対するナット４４の締め付け量を調整する。

次に、バタフライバルブ１１を第１パイプ４１と第２パイプ４２との間に挿入する。このとき、弁体１５は、流路２５を閉鎖した状態である。バタフライバルブ１１を第１パイプ４１と第２パイプ４２との間に挿入する際、第１パイプ４１の軸心Ｂ及び第２パイプ４２の軸心Ｃよりも下方に位置するボルト穴４８にボルト４３が挿入されているため、バタフライバルブ１１の落下が抑制される。バタフライバルブ１１を挿入した後、第１パイプ４１とバタフライバルブ１１との間、及び、第２パイプ４２とバタフライバルブ１１との間に、パッキンを挿入する。

次に、残りのボルト穴４８にボルト４３を挿入する。その後、ボルト４３にナット４４をねじこむ。このとき、バタフライバルブ１１は、複数のボルト４３に囲まれる。
次に、ホルダー１２の軸心Ａと第１パイプ４１の軸心Ｂと第２パイプ４２の軸心Ｃとを一致させるようにしながらナット４４を締める。ボルト４３及びナット４４の締め付けが完了すると、バタフライバルブ１１の取り付けが完了する。このように、バタフライバルブ１１は、第１パイプ４１のフランジ４６と第２パイプ４２のフランジ４６と挟み込まれた状態で、それぞれのフランジ４６に設けられたボルト穴４８に挿入されるボルト４３と、そのボルト４３にねじこまれるナット４４とによって、第１パイプ４１と第２パイプ４２との間に取り付けられる。

図６に示すように、ホルダー１２の軸心Ａと第１パイプ４１の軸心Ｂと第２パイプ４２の軸心Ｃとが一致する状態で、バタフライバルブ１１が取り付けられることが望ましい。本実施形態では、ホルダー１２の軸心Ａと第１パイプ４１の軸心Ｂと第２パイプ４２の軸心Ｃとが一致する状態を、理想状態と呼ぶ。しかしながら、実際には、ホルダー１２の軸心Ａと第１パイプ４１の軸心Ｂと第２パイプ４２の軸心Ｃとが一致しない状態、すなわち理想状態からずれた状態で、バタフライバルブ１１が取り付けられることがある。

図７に示すように、例えば、第１パイプ４１の軸心Ｂと第２パイプ４２の軸心Ｃとが一致しないことがある。すなわち、上述したように、ボルト４３とボルト穴４８との間には遊びがあるため、第１パイプ４１の軸心Ｂと第２パイプ４２の軸心Ｃとがずれることがある。

例えば、ねじ部分５２の径Ｌ２に対し、ボルト穴４８の径Ｌ３が３ｍｍ大きい場合、第１パイプ４１の軸心Ｂと第２パイプ４２の軸心Ｃとは、最大３ｍｍずれるおそれがある。このように、第１パイプ４１の軸心Ｂと第２パイプ４２の軸心Ｃとがずれる場合、バタフライバルブ１１は、ホルダー１２の軸心Ａが第１パイプ４１の軸心Ｂ、又は、第２パイプ４２の軸心Ｃに対してずれた状態で、取り付けられる。

図８に示すように、第１パイプ４１の軸心Ｂと第２パイプ４２の軸心Ｃとが一致する場合でも、第１パイプ４１の軸心Ｂ及び第２パイプ４２の軸心Ｃに対してホルダー１２の軸心Ａが一致しないことがある。その理由は、バタフライバルブ１１は、第１パイプ４１と第２パイプ４２との間に取り付けられる際に、複数のボルト４３で囲まれる領域内で移動することがあるためである。

図９に示すように、ホルダー１２は、フランジ４６に設けられたすべてのボルト穴４８の縁に外接する仮想円５５の直径Ｓよりもホルダー１２の外径Ｒ１が小さくなるように設計される。仮想円５５は、パイプの軸心を中心とする円である。そのため、仮想円５５の直径Ｓは、パイプの軸心からボルト穴４８の中心までの距離Ｈからボルト穴４８の半径を引いた値を２倍した値である。これらのことから、以下の式が成り立つ。

ホルダー１２の外径Ｒ１が仮想円５５の直径Ｓ以上となると、バタフライバルブ１１を取り付ける際に、ホルダー１２がボルト穴４８と重なることがあるため、取り付けが難しくなる。

本実施形態では、ホルダー１２の外径Ｒ１と仮想円５５の直径Ｓとの差は、ねじ部分５２の径Ｌ２とボルト穴４８の径Ｌ３との差と同じである。そのため、例えば、ホルダー１２の外径Ｒ１は、仮想円５５の直径Ｓよりも３ｍｍ小さい。

バタフライバルブ１１は、第１パイプ４１と第２パイプ４２との間に取り付ける際に、複数のボルト４３で囲まれる領域である移動領域５６内で移動することがある。すなわち、第１パイプ４１の軸心Ｂ及び第２パイプ４２の軸心Ｃに対して、ホルダー１２の軸心Ａがずれることがある。

移動領域５６は、理想状態から、ホルダー１２の外周面２１がねじ部分５２の周面に接触するまでの領域である。移動領域５６は、図９において１点鎖線で示す領域である。
移動領域５６は、フランジ４６におけるボルト穴４８の位置、ボルト穴４８の径Ｌ２、ボルト４３の径であるねじ部分５２の径Ｌ３、ボルト穴４８に対するボルト４３の位置、ホルダー１２の外径Ｒ１、といった要素によって決まる。フランジ４６におけるボルト穴４８の位置は、軸心Ｂ又は軸心Ｃからの距離Ｈと、ボルト穴４８の数とによって決まる。図９に示す移動領域５６の形状は、ボルト穴４８が４つ設けられるフランジ４６において、ボルト４３がボルト穴４８の中心に位置する場合の形状である。そのため、例えば、ボルト４３がボルト穴４８に対して偏倚する場合、移動領域５６は、図９に示す形状とは異なる。

以上説明したように、第１パイプ４１の軸心Ｂ又は第２パイプ４２の軸心Ｃに対してホルダー１２の軸心Ａがずれることがある。特に、ねじ部分５２にナット４４を締め付ける際に、第１パイプ４１又は第２パイプ４２に対するホルダー１２の位置がずれやすい。第１パイプ４１の軸心Ｂ又は第２パイプ４２の軸心Ｃに対してホルダー１２の軸心Ａがずれると、ホルダー１２から飛び出す弁体１５が第１パイプ４１及び第２パイプ４２に干渉するおそれがある。具体的には、弁体１５の周縁３４が、開口端４７すなわちフランジ４６の内周角部に干渉するおそれがある。そのため、第１パイプ４１又は第２パイプ４２に対してホルダー１２がずれた場合を考慮し、パイプに対するバタフライバルブ１１の取付精度によらずに、弁体１５が第１パイプ４１及び第２パイプ４２に干渉しないバタフライバルブ１１が求められる。

例えば、弁体１５の直径Ｒ３を小さくすると、ホルダー１２から飛び出す弁体１５の飛び出し量が小さくなる。そのため、弁体１５が第１パイプ４１及び第２パイプ４２に干渉するおそれが低減される。しかしながら、弁体１５の直径Ｒ３を小さくすると、それに応じて流路２５の直径、すなわちホルダー１２の内径Ｒ２も小さくなる。ホルダー１２の内径Ｒ２がパイプの内径Ｌ１よりも小さいと、管路抵抗が増加することによって流体の流れに影響する。そのため、弁体１５の直径Ｒ３は、パイプの内径Ｌ１以上であることが求められる。

例えば、ホルダー１２の厚みＴを大きくすると、ホルダー１２から飛び出す弁体１５の飛び出し量が小さくなる。そのため、弁体１５が第１パイプ４１及び第２パイプ４２に干渉するおそれが低減される。しかしながら、ホルダー１２の厚みＴを大きくしすぎると、バタフライバルブ１１が大型化する。また、第１パイプ４１と第２パイプ４２との間の距離が広がるため、バタフライバルブ１１の取り付けが難しくなる。

以上のことから、弁体１５の直径Ｒ３がパイプの内径Ｌ１以上である条件のもと、厚みＴを所定以上の値にすることによって、弁体１５が第１パイプ４１及び第２パイプ４２に干渉しないバタフライバルブ１１を得られる。そのため、弁体１５が第１パイプ４１及び第２パイプ４２に干渉しないために必要となるホルダー１２の最小厚みＴ_ｍｉｎを求める必要がある。

次に、弁体１５が第１パイプ４１及び第２パイプ４２に干渉しないために必要となるホルダー１２の最小厚みＴ_ｍｉｎを決定する方法について説明する。
図１０に示すように、流路２５を全開放する弁体１５の周縁３４と開口端４７との間には、第１クリアランスΔが存在する。第１クリアランスΔは、管路４５の内周面に対して直交状に延び、開口端４７から弁体１５の周縁３４まで延びる線分の距離である。第１クリアランスΔは、理想状態を基準とする弁体１５の周縁３４と開口端４７との間の隙間である。

バタフライバルブ１１は、第１クリアランスΔの量だけ、第１パイプ４１に対するずれと、第２パイプ４２に対するずれと、を許容できる。すなわち、第１クリアランスΔは、ずれの許容量に相当する。そのため、第１パイプ４１の軸心Ｂに対するホルダー１２の軸心Ａのずれが第１クリアランスΔ未満であって、且つ、第２パイプ４２の軸心Ｃに対するホルダー１２の軸心Ａのずれが第１クリアランスΔ未満であれば、弁体１５の周縁３４が開口端４７に干渉しない。

第１クリアランスΔは、弁体１５に関する円の方程式から算出できる。図１０において、弁体１５の中心点を原点Ｏとし、第１クリアランスΔを規定する周縁３４上の座標を点Ｐ（ａ、ｂ）とし、原点Ｏから点Ｐまでの距離をｒとすると、第１クリアランスΔは、以下に示すように求められる。

（８）の式から、ホルダー１２の厚みＴが大きくなるほど、第１クリアランスΔが大きくなることが把握できる。なお、バタフライバルブ１１において弁体１５の一部がホルダー１２から飛び出すため、「Ｒ３＞Ｔ」が成り立つ。仮に、「Ｒ３＝Ｔ」とすると、（８）の式は「Δ＝（Ｌ１）／２」となる。本実施形態では、弁体１５の直径Ｒ３はホルダー１２の内径Ｌ１と一致するため、（８）の式は、「Ｒ３」を「Ｌ１」に置き換えても成り立つ。

（８）の式から、ホルダー１２の厚みＴが小さくなるほど第１クリアランスΔが小さくなることが把握できる。本実施形態では、弁体１５の直径Ｒ３はホルダー１２の内径Ｌ１と一致するため、ホルダー１２の厚みＴを０とした場合、第１クリアランスΔは０となる。以上のことから「０＜Δ＜｛（Ｌ１）／２｝」が成り立つ。このように、第１クリアランスΔは、パイプの内径Ｌ１、弁体１５の直径Ｒ３、ホルダー１２の厚みＴによって決まる。

図１０に示すように、ホルダー１２の外周面２１とねじ部分５２の周面との間には、第２クリアランスＶが存在する。第２クリアランスＶは、理想状態を基準とするホルダー１２の外周面２１とねじ部分５２の周面との間の隙間である。第２クリアランスＶは、移動領域５６によるホルダー１２とボルト４３との間の隙間である。そのため、第２クリアランスＶは、移動領域５６と同様に、フランジ４６におけるボルト穴４８の位置、ボルト穴４８の径Ｌ３、ねじ部分５２の径Ｌ２、ボルト穴４８におけるボルト４３の位置、ホルダー１２の外径Ｒ１、といった要素によって決まる。

バタフライバルブ１１は、第２クリアランスＶの量だけ、第１パイプ４１及び第２パイプ４２に対してずれる余地がある。すなわち、第１パイプ４１及び第２パイプ４２に対するバタフライバルブ１１の最大ずれ量は、第２クリアランスＶの最大量に相当する。そのため、本実施形態では、第２クリアランスＶの最大量を、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘと称する。最大ずれ量Ｖ_ｍａｘは、ホルダー１２の軸心Ａとパイプの軸心とが一致する状態を基準に、そのパイプに対してバタフライバルブ１１がずれ得るずれの最大量である。第１パイプ４１及び第２パイプ４２は同一規格のパイプであるため、第１パイプ４１に対する最大ずれ量Ｖ_ｍａｘと、第２パイプ４２に対する最大ずれ量Ｖ_ｍａｘとは、一致する。そのため、図１０に示すように、第１パイプ４１の軸心Ｂと第２パイプ４２の軸心Ｃとが一致する場合で考えると、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘは、第１パイプ４１及び第２パイプ４２に対してバタフライバルブ１１がずれ得るずれの最大量である。

最大ずれ量Ｖ_ｍａｘを考える場合、ボルト穴４８に対するボルト４３の位置は、バタフライバルブ１１のずれ量が最大となる位置を想定すればよい。バタフライバルブ１１のずれ量が最大となるボルト４３の位置は、ホルダー１２の外径Ｒ１を決めることによって定まるが、本実施形態では、フランジ４６の中心点であるパイプの軸心からボルト４３が最も離れる位置を、バタフライバルブ１１のずれ量が最大となる位置として想定する。

最大ずれ量Ｖ_ｍａｘは、第２クリアランスＶと同様に、フランジ４６におけるボルト穴４８の位置、ボルト穴４８の径Ｌ３、ねじ部分５２の径Ｌ２、ホルダー１２の外径Ｒ１、といった要素によって決まる。このうち、フランジ４６におけるボルト穴４８の位置、ボルト穴４８の径Ｌ３、ねじ部分５２の径Ｌ２については、ＪＩＳによって規格が定められている。もっといえば、第１パイプ４１、第２パイプ４２、フランジ４６及びボルト４３については、ＪＩＳによって規格が定められている。そのため、これらのパラメーターは、バタフライバルブ１１を取り付ける対象となる第１パイプ４１及び第２パイプ４２の規格から求められる。これらのパラメーターは、例えば、ＪＩＳ Ｂ ２２２０：２０１２で定められている。

例えば、ＪＩＳ Ｂ ２２２０：２０１２には、呼び圧力５Ｋのフランジ４６と、そのフランジ４６に使用されるボルト４３との規格について記載されている。表１は、ＪＩＳ Ｂ ２２２０：２０１２に記載されている規格の一例について示している。このフランジ４６の一例として、ＪＩＳ Ｂ ２２２０：２０１２には、フランジ４６の内径すなわちパイプの内径Ｌ１は９０ｍｍ、ボルト穴４８を通過する中心円の径が１５５ｍｍ、すなわちボルト穴４８の位置はフランジ４６の中心点から７７．５ｍｍの位置、ボルト穴４８の径Ｌ３は１９ｍｍ、ボルト穴４８の個数は４つ、ねじ部分５２の径Ｌ２はＭ１６、すなわち１６ｍｍ、と定められている。

以上のことから、ホルダー１２の外径Ｒ１を決めれば、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘが求められる。
図１１に示すように、直線Ｄ１におけるホルダー１２の外周面２１からボルト４３までの距離Ｘを考える。直線Ｄ１は、パイプの軸心とボルト４３の軸心とを通過する直線である。直線Ｄ１は、ホルダー１２の外周面２１と点Ｐ１で交わる。直線Ｄ１は、ボルト４３の縁と点Ｐ２で交わる。点Ｐ２は、直線Ｄ１がボルト４３の縁と交わる２点のうち、パイプの軸心に近い方の点である。そのため、距離Ｘは、点Ｐ１と点Ｐ２との間の距離である。

本実施形態では、直線Ｄ２において、点Ｐ２からホルダー１２の外周面２１までの距離が、ホルダー１２がずれ得る距離である。直線Ｄ２は、点Ｐ２を通過するとともに鉛直方向に延びる直線である。バタフライバルブ１１の取付時においては、重力の作用によってバタフライバルブ１１が下方にずれやすいため、鉛直方向におけるボルト４３とホルダー１２の外周面２１との距離が、ホルダー１２がずれ得る距離として考える。しかしながら、直線Ｄ２における点Ｐ２と外周面２１との間の距離を計算で求めるのは煩雑であるため、本実施形態では、距離Ｘと三角関数とから求められる距離を第２クリアランスＶとして算出する。

本実施形態の第２クリアランスＶは、直線Ｄ２と直線Ｄ３とが交わる点Ｐ３と点Ｐ２との間の距離である。直線Ｄ３は、点Ｐ１を通過する外周面２１の接線である。そのため、直線Ｄ１と直線Ｄ３とは直交する。

点Ｐ１、点Ｐ２、点Ｐ３によって、三角形が形成される。この三角形において、点Ｐ１と点Ｐ２とを繋ぐ辺と、点Ｐ２と点Ｐ３とを繋ぐ辺との間の角度は、角度θである。角度θは、ボルト穴４８の数によって決まる。そこで、本実施形態では、ボルト穴４８の数をＫとする。以上のことを踏まえると、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘは以下のように求められる。

上記（９）の式に示すように、角度θは、ボルト穴４８の数によって決まる。例えば、ボルト穴４８の数が４つの場合、角度θは４５°である。ボルト穴４８の数が８つの場合、角度θは２２．５°である。ボルト穴４８の数が１２つである場合、角度θは１５°である。ボルト穴４８の数が１６つである場合、角度θは、１１．５°である。

上記（１０）の式に示すように、距離Ｘが最大となるとき、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘが求められる。なお、（１０）式で求められる最大ずれ量Ｖ_ｍａｘは、直線Ｄ２においてボルト４３の縁とホルダー１２の外周面２１との間の距離より少し短い。

上記（１１）の式に示すように、ボルト穴４８においてパイプの軸心からボルト４３が最も離れる位置に位置する場合に距離Ｘが最大になると想定しているため、距離Ｘの最大をあらわす最大距離Ｘ_ｍａｘは、ボルト穴４８の径Ｌ３とボルト４３の径Ｌ２との差となる値と、仮想円５５の直径Ｓとホルダー１２の外径Ｒ１との差を半分にした値とを加えた値である。

上述した式によって最大ずれ量Ｖ_ｍａｘが求められる。例えば、表１の例１において、ホルダー１２の外径Ｒ１が１３３ｍｍである場合、最大距離Ｘ_ｍａｘは４．５ｍｍとなるため、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘは、６．４ｍｍとなる。例えば、表１の例２において、ホルダー１２の外径Ｒ１が１４３ｍｍである場合、最大距離Ｘ_ｍａｘは４．５ｍｍとなるため、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘは、４．９ｍｍとなる。例えば、表１の例３において、ホルダー１２の外径Ｒ１が２７９ｍｍである場合、最大距離Ｘ_ｍａｘは４．５ｍｍとなるため、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘは、４．７ｍｍとなる。例えば、表１の例４において、ホルダー１２の外径Ｒ１が４６７ｍｍである場合、最大距離Ｘ_ｍａｘは４．５ｍｍとなるため、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘは、４．６ｍｍとなる。

最大ずれ量Ｖ_ｍａｘが定まると、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘよりも第１クリアランスΔが大きくなるホルダー１２の厚みＴが求められる。すなわち、「Δ＞Ｖ_ｍａｘ」を満たすホルダー１２の最小厚みＴ_ｍｉｎを求めることができる。すなわち、（８）の式を変形することによって、最小厚みＴ_ｍｉｎを求めることができる。

（１６）の式によれば、例えば、表１の例１においては、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘが６．４ｍｍで、内径Ｌ１が９０ｍｍであるため、最小厚みＴ_ｍｉｎは４７ｍｍとなる。表１の例２においては、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘが４．９ｍｍで、内径Ｌ１が１００ｍｍであるため、最小厚みＴ_ｍｉｎは４４ｍｍとなる。表１の例３においては、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘが４．７ｍｍで、内径Ｌ１が２２５ｍｍであるため、最小厚みＴ_ｍｉｎは６５ｍｍとなる。表１の例４においては、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘが４．６ｍｍで、内径Ｌ１が４００ｍｍであるため、最小厚みＴ_ｍｉｎは８６ｍｍとなる。

なお、上述したように、第１パイプ４１と第２パイプ４２とは同一規格であるため、一方のパイプについて「Δ＞Ｖ_ｍａｘ」を満たすホルダー１２の最小厚みＴ_ｍｉｎは、他方のパイプについても「Δ＞Ｖ_ｍａｘ」を満たす。したがって、ホルダー１２の厚みＴを最小厚みＴ_ｍｉｎ以上となる値に決定することによって、弁体１５がパイプに干渉しないバタフライバルブ１１が得られる。

まとめると、第１クリアランスΔは、パイプの内径Ｌ１と、弁体１５の直径Ｒ３と、ホルダー１２の厚みＴによって決まる。最大ずれ量Ｖ_ｍａｘは、ホルダー１２の外径Ｒ１と、フランジ４６におけるボルト穴４８の位置と、ボルト穴４８の径Ｌ３と、ボルト４３の径であるねじ部分５２の径Ｌ２とによって決まる。フランジ４６におけるボルト穴４８の位置は、パイプの軸心からボルト穴４８の中心までの距離Ｈと、ボルト穴４８の数とによって決まる。すなわち、「Δ＞Ｖ_ｍａｘ」となるホルダー１２の最小厚みＴ_ｍｉｎは、パイプの内径Ｌ１、弁体１５の直径Ｒ３、ホルダー１２の外径Ｒ１、フランジ４６におけるボルト穴４８の位置、ボルト穴４８の径Ｌ３、ボルト４３の径であるねじ部分５２の径Ｌ２、といった要素によって決まる。このうち、弁体１５の直径Ｒ３、ホルダー１２の外径Ｒ１以外はＪＩＳによって定められている。弁体１５の直径Ｒ３はパイプの内径Ｌ１以上であって、且つ、ホルダー１２の外径Ｒ１は仮想円５５の直径Ｓより小さい、という条件のもと、弁体１５の直径Ｒ３とホルダー１２の外径Ｒ１とを定めることによって、ホルダー１２の最小厚みＴ_ｍｉｎが求められる。

ホルダー１２の厚みＴを、求められた最小厚みＴ_ｍｉｎよりも大きな値とすることによって、フランジに面取加工を施すことなく弁体１５がフランジの内周角部に干渉しないバタフライバルブ１１が得られる。要するに、ホルダー１２の厚みＴは、ホルダー１２の外径Ｒ１と、弁体１５の直径Ｒ３と、ＪＩＳ Ｂ ２２２０：２０１２に定められるボルト穴４８の位置、ボルト穴４８の数、ボルト穴４８の径Ｌ３、ボルト４３の径Ｌ２、及び、パイプの内径Ｌ１と、に基づいて決定された値である。

次に、上記実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）ホルダー１２の厚みＴが大きいほど、流路２５を開放する場合にホルダー１２から飛び出す弁体１５の飛び出し量が小さくなる。そのため、弁体１５がパイプに干渉しにくくなる。一方、パイプに対してバタフライバルブ１１がずれ得る最大ずれ量は、ホルダー１２の外径Ｒ１、フランジ４６におけるボルト穴４８の位置、ボルト穴４８の数、ボルト穴４８の径Ｌ３、ボルト４３の径であるねじ部分５２の径Ｌ２、パイプの内径Ｌ１といった要素によって決まる。

上記実施形態によれば、ホルダー１２の外径Ｒ１と、弁体１５の直径Ｒ３と、ＪＩＳ Ｂ ２２２０：２０１２に定められるボルト穴４８の位置、ボルト穴４８の数、ボルト穴４８の径Ｌ３、ボルト４３の径、及び、パイプの内径Ｌ１と、に基づいて、パイプに対するバタフライバルブ１１のずれ量が最大となる場合でも弁体１５がパイプに干渉しないホルダー１２の厚みＴを求めることができる。これにより、取付精度によらず、パイプ端部のフランジ４６に面取加工を施すことなく取り付けることができるバタフライバルブ１１が得られる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・図１２及び図１３に示すように、ホルダー１２の最小厚みＴ_ｍｉｎを求めるにあたり、パッキン６１の厚みＷを考慮してもよい。すなわち、バタフライバルブ１１と第１パイプ４１との間と、バタフライバルブ１１と第２パイプ４２との間とに位置する２つのパッキン６１の厚みＷに基づいて、ホルダー１２の厚みＴを決定してもよい。

２つのパッキン６１は、ホルダー１２と第１パイプ４１のフランジ４６との間と、ホルダー１２と第２パイプ４２のフランジ４６との間とにそれぞれ位置する。２つのパッキン６１は、バタフライバルブ１１と第１パイプ４１との間、及び、バタフライバルブ１１と第２パイプ４２との間を、シールするために設けられる。

パッキン６１は、エラストマー、ゴムなどの弾性材料で構成される。そのため、パッキン６１は、ホルダー１２とフランジ４６とに挟み込まれることによって変形する。その結果、パッキン６１の厚みＷは、ホルダー１２とフランジ４６とに挟み込まれる前後で変化する。パッキン６１の厚みＷは、ホルダー１２とフランジ４６とに挟み込まれる前よりも後の方が小さくなる。

この変更例によれば、以下の効果が得られる。
（２）ホルダー１２の最小厚みＴ_ｍｉｎを求めるにあたり、パッキン６１の厚みＷを考慮する場合、パッキン６１の厚みＷを考慮しない場合よりも、ホルダー１２とフランジ４６とに挟み込まれたパッキン６１の厚みＷに対応する分だけ第１クリアランスΔが大きくなる。すなわち、フランジ４６におけるボルト穴４８の位置、ボルト穴４８の径Ｌ３、ねじ部分５２の径Ｌ２、ホルダー１２の外径Ｒ１、といった要素に加えて、パッキン６１の厚みＷに基づくことによって、パッキン６１の厚みＷを考慮しないときよりも小さいホルダー１２の最小厚みＴ_ｍｉｎが求められる。その結果、ホルダー１２の厚みＴをより小さくできる。これにより、バタフライバルブ１１を薄型化できる。

・図１４に示すように、ホルダー１２の最小厚みＴ_ｍｉｎを求めるにあたり、流路２５に対する弁体１５のずれを考慮してもよい。すなわち、弁体１５の直径Ｒ３と、流路２５の直径との差に基づいて、ホルダー１２の厚みＴを決定してもよい。上記実施形態中にて述べたように、流路２５の直径であるホルダー１２の内径Ｒ２は、弁体１５の直径Ｒ３よりも少し大きい。そのため、弁体１５が流路２５に対してずれることがある。弁体１５が流路２５に対してずれると、ホルダー１２の軸心Ａに対して弁体１５がずれる。

この変更例によれば、以下の効果が得られる。
（３）弁体１５が流路２５に対してずれると、そのずれた量だけ第１クリアランスΔが変動する。そのため、流路２５に対する弁体１５のずれを考慮することによって、流路２５に対して弁体１５がずれる場合でも弁体１５がパイプに干渉しないバタフライバルブ１１を得られる。

・バタフライバルブ１１が取り付けられるフランジ４６は、例えば、ボルト穴４８が８つ設けられるフランジ４６、ボルト穴４８が１２つ設けられるフランジ４６、ボルト穴４８が１６つ設けられるフランジ４６でもよい。ボルト穴４８の設けられる数によって、フランジ４６におけるボルト穴４８の位置が変わるため、移動領域５６が変化する。その結果、最大ずれ量Ｖ_ｍａｘが変化する。

１１…バタフライバルブ １２…ホルダー １３…スピンドル １４…レバー １５…弁体 ２１…外周面 ２２…内周面 ２３…第１支持部 ２４…第２支持部 ２５…流路 ２６…第１支持孔 ２７…第２支持孔 ３１…第１端 ３２…第２端 ３３…ねじ ３４…周縁 ４１…第１パイプ ４２…第２パイプ ４３…ボルト ４４…ナット ４５…管路 ４６…フランジ ４７…開口端 ４８…ボルト穴 ５１…ヘッド部分 ５２…ねじ部分 ５５…仮想円 ５６…移動領域 ６１…パッキン Δ…第１クリアランス Ａ…軸心 Ｂ…軸心 Ｃ…軸心 Ｄ１…直線 Ｄ２…直線 Ｄ３…直線 Ｈ…距離 Ｌ１…内径 Ｌ２…径 Ｌ３…径 Ｐ１…点 Ｐ２…点 Ｐ３…点 Ｒ１…外径 Ｒ２…内径 Ｒ３…直径 Ｓ…直径 Ｖ…第２クリアランス Ｘ…距離

Claims (3)

1. フランジをそれぞれ有する２つのパイプに挟み込まれた状態で、それぞれの前記フランジに設けられたボルト穴に挿入されるボルトと、前記ボルトに取り付けられるナットと、によって前記パイプ同士が締め付けられることにより取り付けられる挟み込み式バタフライバルブであって、
   回動する弁体と、
   前記弁体が取り付けられるスピンドルと、
   前記スピンドルを保持するホルダーと、を備え、
   前記ホルダーは、流体が流れる流路を有し、
   前記弁体は、前記流路に位置し、前記スピンドルとともに回動することによって前記流路を開放又は閉鎖し、
   前記弁体の直径は、前記パイプの内径以上であり、
   ２つの前記パイプに挟まれる前記ホルダーの厚みは、前記ホルダーの外径と、前記弁体の直径と、ＪＩＳ Ｂ ２２２０：２０１２に定められる前記ボルト穴の位置、前記ボルト穴の数、前記ボルト穴の径、前記ボルトの径、及び、前記パイプの内径と、に基づいて決定された値である挟み込み式バタフライバルブ。
2. 前記挟み込み式バタフライバルブは、前記パイプと前記ホルダーとの間にそれぞれパッキンが介在する状態で取り付けられ、
   前記ホルダーの厚みは、さらに、前記パッキンの厚みに基づいて決定された値である請求項１に記載の挟み込み式バタフライバルブ。
3. 前記弁体の直径は、前記流路の直径よりも小さく、
   前記ホルダーの厚みは、さらに、前記弁体の直径と前記流路の直径との差に基づいて決定された値である請求項１又は請求項２に記載の挟み込み式バタフライバルブ。

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