JPH08189328A - バタフライ弁 - Google Patents

バタフライ弁

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JPH08189328A
JPH08189328A JP7001318A JP131895A JPH08189328A JP H08189328 A JPH08189328 A JP H08189328A JP 7001318 A JP7001318 A JP 7001318A JP 131895 A JP131895 A JP 131895A JP H08189328 A JPH08189328 A JP H08189328A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 弁体に作用する流体圧により開弁されるバタ
フライ弁の開度を大きくしつつバタフライ弁の急激な開
弁動作を阻止する。 【構成】 バタフライ弁１６はバイパスパイプ１５の出
口端部に配置され、弁胴１７の出口端面１８はバイパス
パイプ１５の出口端面として作用する。バタフライ弁１
６の弁軸１９はバイパスパイプ１５の中心軸線Ｋ−Ｋか
ら偏心して配置される。弁体２１の下方部分２１ａは、
弁軸１９に対しほぼ平行に延びる折曲線２６に沿って上
流側に折曲せしめられた先端部２７を有している。バタ
フライ弁１６が開弁したときに排気ガス圧が先端部２７
に作用するのでバタフライ弁１６の開度が大きくされ
る。また、バタフライ弁１６がわずかに開弁したときに
折曲線２６周りの下方部分２１ａと出口端面１８間に間
隙２８が形成され、間隙２８を介してバタフライ弁１６
上流側と第３拡張室８とが連通される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はバタフライ弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関用マフラであって、連結パイプ
により互いに直列に連結された複数の拡張室を具備し、
排気ガスを１つの拡張室に導き、次いで拡張室内を順次
流通させた後に大気に排出するようにし、これら複数の
拡張室のうち一対の拡張室を連結パイプを迂回して互い
に連結するバイパスパイプを設け、該バイパスパイプ内
に、バイパスパイプの中心軸線から偏心して配置された
弁軸を具備し、弁体に作用する排気ガス圧により開弁さ
れるバタフライ弁を配置したマフラが公知である（特開
平５−１５６９２０号公報参照）。このマフラにおい
て、排気ガス圧が低圧のときにはバタフライ弁は閉弁位
置に保持されており、その結果排気ガスは連結パイプを
介して順次拡張室内を流通せしめられる。連結パイプの
流路面積は小さくされており、これに対し拡張室内の容
積は大きくされており、したがって排気ガスの流路面積
を急激に拡大させることにより好ましくないこもり音を
できるだけ低減するようにしている。
【０００３】一方、排気ガス圧が上昇するとバタフライ
弁が開弁せしめられる。バタフライ弁が開弁せしめられ
ると排気ガスの一部がバイパスパイプ内を流通した後に
大気中に排出されるようになる。バイパスパイプの流路
面積は連結パイプよりも大きくされており、したがって
排気ガスの一部をバイパスパイプ内に流通させることに
よりエンジンの背圧が上昇するのを阻止し、それによっ
て大きな機関出力を確保するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで上述のバタフ
ライ弁において、バタフライ弁が開弁しているときバタ
フライ弁は弁体に作用する排気ガスの動圧によって開弁
状態に保持されている。ところが、上述したマフラのバ
タフライ弁の弁体は平坦状に形成されており、このため
バタフライ弁の開度が大きくなるにつれて弁体と排気ガ
ス流とのなす角が小さくなるために排気ガス圧が上昇し
ても排気ガスの動圧による開弁力が大きくならず、した
がってバタフライ弁の最大開度を大きくすることができ
ないという問題がある。バタフライ弁の開度を大きくで
きないとバタフライ弁の流路抵抗が大きくなるのでエン
ジンの背圧が上昇し、斯くして大きな機関出力を確保す
ることができなくなる。
【０００５】この問題点を解決するために、弁軸の一側
に位置するバタフライ弁の弁体部分に弁軸に対しほぼ平
行な折曲線に沿って上流側に折曲せしめられた先端部を
設けることが考えられる。このバタフライ弁では、バタ
フライ弁が或る程度開弁しても先端部と排気ガス流との
なす角が比較的大きく維持されるので先端部に作用する
排気ガスの動圧によってバタフライ弁を大きく開弁させ
ることができるようになる。ところが、機関運転状態が
急激に変動して排気ガス圧が急激に増大すると先端部を
有した弁体には排気ガスの大きな動圧が作用する。この
とき、バタフライ弁がパイプの出口端部から離間して配
置されていると排気ガスがバタフライ弁の弁体の両先端
部とパイプ内壁面間に形成される間隙を介して流通し、
したがって排気ガス圧が急激に増大するとバタフライ弁
の上流と下流間に大きな静圧差が生ずるようになり、斯
くしてバタフライ弁が急激に開弁せしめられる。しかし
ながら、バタフライ弁が急激に開弁されると弁体がパイ
プ内壁面に衝突する恐れがあり、この場合好ましくない
騒音を生じ、或いは弁体が破損する恐れがある。特に、
バタフライ弁を内燃機関用マフラのバイパスパイプ内に
設けた場合にバタフライ弁が急激に開弁されるとエンジ
ンの背圧が急激に変動して機関出力が急激に変動し、そ
れによりドライバビリティが悪化する恐れがある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、パイプ内に配置されるバタフライ
弁であって、パイプの中心軸線から偏心して配置された
弁軸を具備し、弁体に作用する流体圧により開弁される
バタフライ弁において、弁軸の一側に位置するバタフラ
イ弁の弁体部分が弁軸に対しほぼ平行な折曲線に沿って
上流側に折曲せしめられた先端部を有し、バタフライ弁
をパイプの出口端部に配置してバタフライ弁が閉弁位置
から開弁したときに折曲線周りの弁体部分とパイプの出
口端部間に形成される間隙を介し流体が流出するように
している。また本発明によれば、弁軸に関し上記弁体部
分と反対側に位置する弁体部分が上流側に向けて折曲せ
しめられた折曲端部を有している。
【０００７】
【作用】請求項１に記載の発明では、バタフライ弁が開
弁しているときに先端部に作用する流体圧によってバタ
フライ弁の開度が大きくされ、しかも折曲線周りの弁体
部分とパイプの出口端部間に形成される間隙を介し流体
が流出するようにしているので弁体の上流と下流間の静
圧差が低減され、したがって流体圧が急激に上昇したと
きにバタフライ弁が急激に開弁するのが阻止される。ま
た請求項２に記載の発明では、バタフライ弁が開弁して
いるときに折曲端部に作用する流体圧によってバタフラ
イ弁の開度がさらに大きくされる。
【０００８】
【実施例】図１は本発明によるバタフライ弁を内燃機関
用のマフラに適用した場合を示している。しかしなが
ら、本発明によるバタフライ弁を他の用途に適用するこ
ともできる。図１を参照すると、マフラ１は筒状をなす
ハウジング２を具備する。ハウジング２内には互いに平
行に拡がる第１仕切り板３、第２仕切り板４および第３
仕切り板５が取付けられ、これら第１から第３仕切り板
３，４，５はハウジング２内に第１拡張室６、第２拡張
室７、第３拡張室８、および共鳴室９を画定する。第１
拡張室６内には図示しないエンジンの排気管に接続され
たインレットパイプ１０が開口される。第１拡張室６は
一方では第２仕切り板４内に設けられた連通パイプ１１
を介して第２拡張室７に接続され、他方では第３仕切り
板５内に設けられた共鳴パイプ１２を介して共鳴室９に
接続される。第２拡張室７は第１仕切り板３内に設けら
れた連通パイプ１３を介して第３拡張室８に接続され、
第３拡張室８はアウトレットパイプ１４を介して大気に
連通される。
【０００９】図１に示すように、ハウジング２内には第
１および第２拡張室６，７を迂回して共鳴室９と第３拡
張室８とを互いに連通するバイバスパイプ１５が設けら
れる。第３拡張室８内に位置するバイパスパイプ１５の
端部にはバタフライ弁１６が設けられ、バタフライ弁１
６が開弁すると排気ガスがバイパスパイプ１５内を共鳴
室９から第３拡張室８に向けて流通する。本実施例では
図２および図３に示すようにバタフライ弁１６は弁胴１
７を具備しており、この弁胴１７はバイパスパイプ１５
の出口端部に固定される。したがって弁胴１７の出口端
面１８はバイパスパイプ１５の出口端面として作用す
る。また、バタフライ弁１６の弁軸１９はバイパスパイ
プ１５および弁胴１７の中心軸線Ｋ−Ｋから偏心して配
置される。この場合、弁軸１９はバイパスパイプ１５の
中心軸線Ｋ−Ｋに対し垂直な方向に図３において上方に
距離Ｅだけ偏心される。また、弁軸１９は弁胴１７によ
り軸線Ｊ−Ｊ回りに回転可能に支持されている。さらに
図３に示すように、弁軸１９に形成される平坦面２０上
には弁体２１が例えばリベット２２により固定される。
弁体２１は図３に示すバタフライ弁１６の閉弁位置にお
いてバイパスパイプ１５の中心軸線Ｋ−Ｋに対し角度α
をなすよう取付けられる。
【００１０】図１に示すように弁軸１９はハウジング２
の外部まで延び、ハウジング２の外部に設けられた付勢
装置２３に連結される。付勢装置２３はバタフライ弁１
６を常時閉弁方向に付勢するよう作用し、本実施例にお
いて付勢装置２３はハウジング２に固定されたピン２４
と、一端がピン２４に固定されると共に他端が弁軸１９
に固定されたコイルばね２５とから構成される。
【００１１】再び図２および図３を参照すると、弁軸１
９に関しバイパスパイプ１５の中心軸線Ｋ−Ｋ側に位置
する弁体部分、すなわち図３において弁軸１９よりも下
方に位置する弁体部分２１ａ（以下、下方部分と称す
る）内には弁軸１９の軸線Ｊ−Ｊに対しほぼ平行な折曲
線２６に沿って上流側に角度βだけ折曲せしめられた先
端部２７が設けられる。なお、弁軸１９に関し下方部分
２１ａと反対側に位置する弁体部分、すなわち図３にお
いて弁軸１９よりも上方に位置する弁体部分を上方部分
２１ｂと称する。折曲線２６は上方部分２１ｂの上端か
らの距離がＬ１である位置に設けられる。なお本実施例
では、平板状の弁体２１を折り曲げることにより先端部
２７を形成するようにしており、すなわち先端部２７と
弁体２１とを単一部材から形成するようにしている。し
かしながら、先端部２７を弁体２１と別個に形成して弁
体２１に取付けるようにしてもよい。
【００１２】次に図１に示すマフラ１の作用を説明す
る。まず、内燃機関の排気ガス圧が低い場合について説
明する。排気管からインレットパイプ１０を介して第１
拡張室６内に流入した排気ガスは次いで連結パイプ１１
を介して第２拡張室７内に流入し、次いで連結パイプ１
３を介して第３拡張室８内に流入する。排気ガスが低圧
の場合共鳴室９内の圧力は低くなっており、したがって
バタフライ弁１６の弁体２１に作用する静圧がコイルば
ね２５による閉弁力よりも小さいのでバタフライ弁１６
は図３に示すような閉弁状態に保持されている。したが
って、小さい流路面積を有するインレットパイプ１０お
よび連結パイプ１１，１３から容積の大きい第１から第
３拡張室６，７，８内に順次排気ガスを噴出させて膨張
させることにより好ましくないこもり音を低減すること
ができる。また、第１拡張室６内には共鳴パイプ１２を
介して共鳴室９が連通されており、これにより排気ガス
による騒音をさらに低減することができる。第３拡張室
８内の排気ガスは次いでアウトレットパイプ１４を介し
て大気中に排出される。
【００１３】排気ガス圧が高くなって弁体２１に作用す
る排気ガスの静圧がコイルばね２５による閉弁力よりも
大きくなるとバタフライ弁１６が開弁される。バタフラ
イ弁１６が開弁されると共鳴室９からバイパスパイプ１
５を介して第３拡張室８内に排気ガスが流入するように
なり、その結果排気ガス圧が高くなったときにエンジン
の背圧が高くなるのを阻止することができる。したがっ
て大きな機関出力を確保することができる。また本実施
例では、バタフライ弁１６を開閉させる手段、すなわち
例えば電気式アクチュエータなどを設けることなくバタ
フライ弁１６を開閉させるようにしているのでマフラ１
を安価にかつ簡単に製造することができる。なお、バタ
フライ弁１６が開弁しているときにはバタフライ弁１６
は弁体２１の下方部分２１ａに作用する排気ガスの動圧
によって開弁状態に保持される。
【００１４】図４は、バタフライ弁１６が閉弁位置から
わずかに開弁したときを示している。バタフライ弁１６
の開度が小開度のときには図４に示すように接触線２６
周りの下方部分２１ａと出口端面１８間に、下方部分２
１ａの両側において、一対の間隙２８が形成され、これ
ら間隙２８を介して排気ガスが第３拡張室８内へ流出す
る。また、バタフライ弁１６はバイパスパイプ１５の出
口端部に配置されているのでバタフライ弁１６が開弁す
るとバタフライ弁１６の上流側と下流側間の静圧差が速
やかに低減される。
【００１５】排気ガス圧がさらに高くなると図５に示す
ようにバタフライ弁１６の開度が大きくされて中開度に
される。バタフライ弁１６の開度が中開度にされると下
方部分２１ａの端部２９と出口端面１８間にも間隙３０
が形成され、この間隙３０をも介して排気ガスが排出さ
れるようになる。また、上方部分２１ｂの端部３１とバ
イパスパイプ１５内壁面間に形成される間隙３２も大き
くされる。
【００１６】好ましくない従来例を示す図７（Ａ）を参
照すると、この弁体２１′の下方部分２１ａ′は本実施
例のような先端部を有していない。この場合、バタフラ
イ弁１６′の開度が図７（Ａ）に示す開度になると排気
ガス流と下方部分２１ａ′のなす角度が小さくなり、そ
の結果排気ガス圧が上昇しても下方部分２１ａ′に作用
する開弁力が増大されない。したがって、図７（Ａ）に
示す従来例ではバタフライ弁１６′の開度は図７（Ａ）
に示す開度に制限されることとなる。このため、バタフ
ライ弁１６における流路抵抗により排気ガスが良好に流
通することができなくなるのでエンジンの背圧が上昇し
てしまい、斯くして大きな機関出力を得ることができな
くなる。
【００１７】これに対し本実施例では、バタフライ弁１
６の開度が図５に示す開度のときに先端部２７と排気ガ
ス流のなす角が大きい角に維持されており、したがって
排気ガスの動圧により弁体２１に大きな開弁力が作用す
る。このため、排気ガス圧が図５の場合から上昇したと
きに図６に示すようにバタフライ弁１６の最大開度をさ
らに大きくすることができる。その結果エンジンの背圧
が高くなるのを阻止することができ、斯くして大きな機
関出力を確保することができる。
【００１８】さらに好ましくない実施例を示す図７
（Ｂ）を参照すると、この弁体２１′の下方部分２１
ａ′は本実施例のような先端部２７′を有している。し
かしながら、バタフライ弁１６′はバイパスパイプ１
５′内に出口端面１８′から離間して配置されている。
このように先端部２７′を有する弁体２１′には排気ガ
スの動圧による開弁力ができるだけ作用するようになっ
ており、したがって機関運転状態が急激に変動して排気
ガス圧が急激に上昇すると弁体２１′に作用する開弁力
が大きくなるためにバタフライ弁１６′が急激に開弁せ
しめられる。一方この場合、バイパスパイプ１５′内を
流通する排気ガスの大部分は下方部分２１ａ′の端部２
９とバイパスパイプ１５′内壁面間に形成される間隙３
０′を介して流通しており、したがってバタフライ弁１
６′の上流と下流間の静圧差が小さくなるまで時間を要
するので排気ガスの静圧によりバタフライ弁１６′がさ
らに急激に開弁せしめられる。バタフライ弁１６′が急
激に開弁せしめられると弁体２１′がバイパスパイプ１
５′の内壁面に衝突して好ましくない騒音が発生する恐
れがあり、或いは弁体２１′が破損する恐れがある。ま
た、このようなバタフライ弁を内燃機関のマフラに適用
した場合にバタフライ弁が急激に開弁されると機関の背
圧が急激に変動してドライバビリティが悪化する恐れが
あり、或いはマフラの消音特性が悪化する恐れがある。
そこで本発明による実施例では、図４に示すようにバタ
フライ弁１６を出口端面１８に隣接配置するようにして
いる。すなわち、バタフライ弁１６がわずかに開弁され
たときにバタフライ弁１６の上流側が間隙２８を介して
容積の大きい第３拡張室８内に連通されるのでバタフラ
イ弁１６の上流と下流間の静圧差を速やかに低減するこ
とができる。したがって、排気ガス圧が急激に上昇した
ときにバタフライ弁１６が急激に開弁するのを阻止する
ことができる。
【００１９】次に、図３および図８を参照してバタフラ
イ弁１６の構成をさらに詳細に説明する。図８は、Ｅ／
Ｌ０を変化させたときの機関出力および弁体２１の安定
性の変化を示している。ここで、Ｅは弁軸１９の偏心量
Ｅであり、Ｌ０はバイバスパイプ１５の中心軸線Ｋ−Ｋ
に対し垂直をなす投影面における弁体２１の長さ（以下
投影長さと称する）である。Ｅ／Ｌ０が大きくなるのに
つれて下方部分２１ａの受圧面積が大きくなると共に上
方部分２１ｂの受圧面積が小さくなり、したがって、弁
体２１に作用する開弁力が大きくなる。その結果Ｅ／Ｌ
０が大きくなるのにつれてバタフライ弁１６の最大開度
が大きくなるのでＥ／Ｌ０が大きくなるのにつれて大き
な機関出力を得ることができる。ところがＥ／Ｌ０が大
きくなるのにつれて、すなわち上方部分２１ｂの面積が
小さくなるにつれて排気ガス圧により弁体２１に作用す
る閉弁力が小さくなる。本実施例におけるようなバタフ
ライ弁１６では、下方部分２１ａに作用する開弁力と上
方部分２１ｂに作用する閉弁力とがバランスすることに
より排気ガスの脈動による弁体２１の微振動、すなわち
いわゆるチャタリングが阻止されている。このため、Ｅ
／Ｌ０を大きくして上方部分２１ｂの受圧面積を小さく
するとチャタリングが生じやすくなるので弁体２１の安
定性が悪化する。そこで本実施例では機関出力ができる
だけ低減されず、かつ弁体２１の安定性ができるだけ悪
化しないように弁軸１９の偏心量Ｅを０＜Ｅ／Ｌ０≦３
／８の範囲に定めている。
【００２０】また、角αは０＜α（°）≦９０となるよ
うに定められる。しかしながら、角αが小さいとバタフ
ライ弁１６全体の寸法が大きくなり、また弁体２１と排
気ガス流とのなす角が小さくなるので角αは６０から７
０°程度が現実的である。一方、角βは０＜β（°）≦
５０となるように定められる。弁体２１は開閉弁動作さ
れるときに例えば下方部分２１ａの端部２７が弁胴１７
内壁面に衝突しないような寸法に定められる。ところが
下方部分２１ａの端部２７が弁胴１７に衝突しないよう
にしつつ角βを大きくするとバタフライ弁１６の閉弁時
に端部２７と弁胴１７間に大きな隙間が形成されてしま
う。このような大きな隙間が形成されるとバタフライ弁
１６の閉弁時にバタフライ弁１６を介して排気ガスが漏
れてしまい、その結果こもり音を良好に低減することが
できなくなる。そこで、角βを０＜β（°）≦５０の範
囲、好ましくは４５°になるように定めている。
【００２１】また、上方部分２１ｂの端部３２からの折
曲線２６の距離Ｌ１は、１／２≦Ｌ１／Ｌ０≦３／４と
なるように定められる。Ｌ１を１／２Ｌ０よりも小さく
すると上述したようにバタフライ弁１６の閉弁時におけ
る隙間が大きくなってしまい、一方Ｌ１を３／４Ｌ０よ
りも大きくすると先端部２７の面積が小さくなって弁体
２１に作用する開弁力が小さくなり、斯くして大きな機
関出力を確保することができなくなることが確認されて
いる。そこで本実施例ではＬ１を１／２≦Ｌ１／Ｌ０≦
３／４となるように定めている。
【００２２】図９は本発明の別の実施例を示している。
図９を参照すると、弁体２１の上方部分２１ｂには上流
側に向けて折曲せしめられた折曲端部４０が設けられ
る。図９に示す例では、折曲端部４０は弁体２１と別個
に形成されて上方部分２１ｂに固定される。この場合、
上方部分２１ｂの端部３１は間隙３２ができるだけ小さ
くなるようにしている。しかしながら、小さい間隙３２
を確保しつつ折曲端部４０を、上方部分２１ｂを折曲線
２６に対しほぼ平行に延びる追加の折曲線に沿って折り
曲げることにより弁体２１と単一の部材から形成するよ
うにしてもよい。
【００２３】図９に示す実施例において、バタフライ弁
１６の開度が大きくされるのにつれて排気ガス流と折曲
端部４０とのなす角が大きくされる。このとき、折曲端
部４０は弁軸１９よりも図面において下方まで延びてお
り、したがってバタフライ弁１６の開度が或る程度大き
くなると折曲端部４０に排気ガスの動圧が作用して弁体
２１の先端部２７と折曲端部４０とに開弁力が作用する
ようになる。その結果、バタフライ弁１６の最大開度を
図１に示した実施例の場合よりも大きくすることができ
る（図１０参照）。なお、バタフライ弁１６のその他の
構成および作用は図１を参照して説明した実施例と同様
であるので説明を省略する。
【００２４】
【発明の効果】請求項１に記載の発明では、バタフライ
弁が開弁しているときに流体圧が先端部に作用するので
バタフライ弁の開度を大きくすることができ、したがっ
てバタフライ弁における流路抵抗を低減することができ
る。しかも折曲線周りの弁体部分とパイプの出口端部間
に形成される間隙を介し流体が流出するようにしている
ので弁体の上流と下流間の静圧差が低減され、したがっ
て流体圧が急激に上昇したときにバタフライ弁が急激に
開弁されるのを阻止することができる。また請求項２に
記載の発明では、バタフライ弁が開弁しているときに折
曲端部にも流体圧が作用するのでバタフライ弁の開度を
さらに大きくすることができ、したがって、バタフライ
弁における流路抵抗をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバタフライ弁を適用した内燃機関
用マフラの全体図である。
【図２】バタフライ弁の端面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿ってみたバタフラ
イ弁の断面図である。
【図４】バタフライ弁の開度が小開度の場合を示す図３
と同様なバタフライ弁の断面図である。
【図５】バタフライ弁の開度が中開度の場合を示す図３
と同様なバタフライ弁の断面図である。
【図６】バタフライ弁の開度が最大開度の場合を示す図
３と同様なバタフライ弁の断面図である。
【図７】好ましくない例を示すバタフライ弁の断面図で
ある。
【図８】Ｅ／Ｌ０を変化させたときの機関出力およびバ
タフライ弁の安定性の変化を示す線図である。
【図９】本発明の別の実施例を示すバタフライ弁の断面
図である。
【図１０】図９に示すバタフライ弁の開度が最大開度の
場合を示すバタフライ弁の断面図である。
【符号の説明】
１５…バイパスパイプ １６…バタフライ弁 １８…出口端部 １９…弁軸 ２１…弁体 ２６…折曲線 ２７…先端部 ４０…折曲端部 Ｋ…バイパスパイプの中心軸線

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パイプ内に配置されるバタフライ弁であ
    って、パイプの中心軸線から偏心して配置された弁軸を
    具備し、弁体に作用する流体圧により開弁されるバタフ
    ライ弁において、弁軸の一側に位置するバタフライ弁の
    弁体部分が弁軸に対しほぼ平行な折曲線に沿って上流側
    に折曲せしめられた先端部を有し、バタフライ弁をパイ
    プの出口端部に配置してバタフライ弁が閉弁位置から開
    弁したときに折曲線周りの弁体部分とパイプの出口端部
    間に形成される間隙を介し流体が流出するようにしたバ
    タフライ弁。
  2. 【請求項２】 弁軸に関し上記弁体部分と反対側に位置
    する弁体部分が上流側に向けて折曲せしめられた折曲端
    部を有する請求項１に記載のバタフライ弁。
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