JPH11280920A - バタフライ弁のシートリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弁開時、弾性シートリングによる弁体の弁棒
貫通穴周辺部の圧縮を解放するようにする。 【解決手段】 弁体周縁部と本体内面との間に弾性シー
トリング２２を備え、全閉時、弁体周縁部と上記弾性シ
ートリングとを密接させて流体をシールさせるようにし
たバタフライ弁において、上記弾性シートリング２２と
本体２１内面との間に空隙２５を設け、該空隙２５に、
上記弾性シートリング２２の外周を取り巻くように、上
下２個所に設けられた弁棒貫通穴に弁棒２３を挿通させ
た金属のバックアップリング２６を、全周に亙って配置
したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、本体（弁本体）の
内面に弾性シートリングを備えたバタフライ弁に関し、
特に低トルクと高寿命を齎らすシートリングの構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、バタフライ弁は、本体（弁本
体）の内部に弁棒に取付けられた弁体を回動自在に支持
して設け、弁棒を介して弁体を回動して流体の流れを開
閉（オン・オフ）ないし流量制御するものであるが、そ
の代表的なバタフライ弁の構造は、図２に示されてい
る。図２は、両側にフランジを有しないウエハ形（薄
形）の中心型バタフライ弁の全閉状態の弁棒中心を含む
正面断面図であって、本体１の内周面に、ゴム等の弾性
材料からなる環状シートリング２が、その両側に一体に
形成された耳部２ａを本体１の両側面に形成された環状
凹部に嵌め込み互いに係合して本体１に対して装着固定
されており、環状シートリング２の中心部を貫通するよ
うにして弁棒３が本体１に挿通支持されており、該弁棒
３に、結合ピン４を介して弁体５が取付けられている。
そして該弁体５の全閉時において、弁体５の外周縁と本
体１とがシートリング２を介して圧接するシール面が、
弁棒３の回転中心軸線３ａと一致している。

【０００３】一方、全開時は、図２の点線で示すよう
に、弁体５の一部分（弁棒貫通穴周辺部）がシートリン
グ２に食い込んだ状態であり、この食い込んだ状態にあ
る部分は、全閉及び全開の何れの位置においても食い込
んだままとなっている。

【０００４】上記のようにシートリング２は、常に弁体
が食い込んだ状態にある部分（弁体５の上面図を示す図
３のＡ部）と、圧縮と解放を繰り返えす部分（弁体の外
周縁部に相当する図３のＢ部）とがあり、常に圧縮され
ている部分Ａ部は、ゴムに圧縮応力が加わったままで弁
体の回転運動を受け、摩擦によるダメージ（損傷）を受
け易い。加えて、シートリングが圧縮されたままの部分
（Ａ部）と、圧縮と解放を繰り返す部分（Ｂ部）の間に
は、ゴム変位の大きな差があるため、シール安定性を阻
害する要因となっていた。例えば、全開の状態で長時間
放置すると、常に圧縮されている部分（Ａ部）のみゴム
が永久ひずみを発生し、圧縮されていない永久ひずみの
ない部分（Ｂ部）と、ゴム肉厚に差が生じて、その境界
部のシール性が損われる。

【０００５】上記のように開閉何れの状態でもゴムに食
い込まれるＡ部では、開時に不必要に強い圧縮力が与え
られ、弁体の回転トルクを重くすると共に、シートリン
グの摩擦を増大させて寿命を短くする要因となっている
部分である。

【０００６】図４は、従来のバタフライ弁を全閉にした
状態を示す正面断面図であって、図３に示す弁体のＡ部
とＢ部の圧縮範囲を示している。これらのＡ部及びＢ部
の両部とも、弁体５がゴム製シートリング２に食い込
み、ゴム性シートリング２は、剛体である本体１の内面
と弁体５との間に挟まって強い反発力に生み、シールに
必要な面圧を発生させている。即ち、それぞれのシール
面圧は本体１と弁体５、シートリング２の寸法関係での
み決定されるため、開閉何れの状態でも、Ａ部（図３）
の範囲では同じ面圧が発生するのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来のバタフ
ライ弁においては、全開時において、弾性シートリング
２は、弁体５の弁棒貫通穴周辺部（Ａ部）の周面によっ
て常に圧縮される部分と、弁体の開閉に伴い弁体の外周
縁部（Ｂ部）と圧縮と解放を繰り返えす部分とがある
が、弁棒貫通穴周辺部（Ａ部）に関しては、弁閉時には
強い面圧が発生して弁座シールが必要であるが、弁開時
には弁座シールの必要はなく、シール面圧は必要のない
のであり、寧ろＡ部の圧縮を解放されることが望まれる
のである。

【０００８】従来、弾性シートリングと弁体の外周縁部
との圧接力を調整、変化させるために、図５に示すよう
に、本体１の内面に設けられる弾性シートリング１１の
外周面と本体１の内面との間に空隙１２を形成し、弾性
シートリング１１の外周面に金属帯板１３を当接し、該
金属帯板１３の両端部を、本体の弁軸筒部１ａ，１ｂ内
に、弁軸方向に移動可能に設置され且つコイルスプリン
グ１４ａ，１４ｂによってそれぞれ外方に弾圧された外
カラー１５ａ，１５ｂに固着し、高温時、シートリング
１１の体積膨脹をスプリング１４ａ，１４ｂを縮める方
向に置き換えて、Ｘ方向の面圧増加を最小限に押え、一
方、スプリング１４ａ，１４ｂの内側を支える移動可能
な内カラー１６ａ，１６ｂを、弾性シートリング１１の
弁棒貫通穴周辺部１１ａ，１１ｂに当接させ、Ｙ方向の
締め付け力を与えて弁棒周囲からの流体洩れのシール作
用を向上させ、弾性シートリングの高温時の熱膨脹によ
る不必要な食い込み量を排除すると共に、温度変化によ
る面圧変化をなくすようにしたバタフライ弁が本出願人
によって先に開発されている（特開平９−１４４６４号
公報参照）。

【０００９】しかし、このものも、弾性シートリング１
１の弁棒貫通穴周辺部１１ａ，１１ｂは、スプリング１
４ａ，１４ｂの弾発力によって移動可能の内カラー１６
ａ，１６ｂを介し、弁体の中心方向からＹ方向の力を常
時受ける構造になっているので、前記した弁開時に弁体
５の弁棒貫通穴周辺部（Ａ部）に作用するシートリング
によるシール面圧（圧縮）を解放することができないと
いう問題点があった。本発明は、従来技術の問題点を解
決し、弁開時、弾性シートリングによる弁体の弁棒貫通
穴周辺部（Ａ部）の圧縮を解放するようにしたバタフラ
イ弁のシートリングを提供することを課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の採った手段は、弁体周縁部と本体内面との
間に弾性シートリングを備え、全閉時、弁体周縁部と上
記弾性シートリングとを密接させて流体をシールさせる
ようにしたバタフライ弁において、上記弾性シートリン
グと本体内面との間に空隙を設け、該空隙に、上記弾性
シートリングの外周を取り巻くように、金属のバックア
ップリングを全周に亙って配置したことを特徴としてい
る。

【００１１】また、金属のバックアップリングの上下２
個所に弁棒貫通穴を設け、該弁棒貫通穴に弁棒を挿通さ
せて弾性シートリングの外周を取り巻くように全周に亙
って配置したことを特徴としている。

【００１２】また、金属のバックアップリングを、弾性
シートリングと本体内面との間に形成される空隙の中央
部に配置したことを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、図
面に記載した実施例を用いて説明する。図１は、本発明
の一実施形態（実施例）を示す弾性シートリングを備え
たバタフライ弁を示し、（ａ）は全閉状態にあるバタフ
ライ弁の弁棒中心軸を含む正面断面図、（ｂ）は全開状
態にある同様の正面断面図、（ｃ）は同図（ａ）のＣ−
Ｃ線による要部断面図である。

【００１４】図において、本体２１の内周面にゴム等の
弾性材料からなる弾性シートリング２２が、その両側に
一体に形成された耳部２２ａ（同図（ｃ））を本体２１
の両側面に形成された環状凹部に嵌め込み互いに係合し
て固定されている点は従来例（図２）と変りはないが、
本発明（本実施形態）では、上記弾性シートリングの外
周面と本体２１の内面との間に空隙２５を設け、該空隙
２５に、上記弾性シートリング２２の外周面の幅方向の
一部である両端部を除いた中央部を取り巻くように、金
属の環状のバックアップリング２６が全周に亙って配置
されている。

【００１５】上記金属のバックアップリング２６には、
上下２個所に、図示しない弁棒貫通穴が設けられてお
り、該弁棒貫通穴に弁棒２３を挿通させて周方向及び流
路方向に移動しないようにして、弾性シートリング２２
の全周を取り巻くように配置されている。上記バックア
ップリング２６の内径は、弁体２４が全閉になったと
き、弁体２４とシートリング２２がシール（封止）に必
要な面圧が得られる寸法とされている。

【００１６】次に、作用について説明すると、全閉時
は、図１（ａ）に示すように、弁棒２３に図示しない結
合ピンを介して取付けられている弁体２４は、弾性シー
トリング２２に矢印イのように食い込み、該シートリン
グ２２は、その外周をとり巻く金属のバックアップリン
グ２６の張力で支えられ、全周が均一となるような圧縮
力がシートリング２２に与えられ、これによって弁座シ
ールが確保される。

【００１７】一方、全開時は、図１（ｂ）に示すよう
に、シートリング２２が圧縮されるのは、図３に示す弁
体の弁棒貫通穴周辺部Ａ部のみであり、該Ａ部が矢印ロ
のように食い込んで圧縮するが、外周縁部Ｂは圧縮を解
放される。このとき、バックアップリング２６は、その
金属弾性により矢印ロと同じ方向の上下方向（弁棒軸方
向）に引き延ばされ、左右方向は矢印ハのように、本体
の中心に向かって変位し、バックアップリング全体とし
て楕円形状に変形することになるので、Ａ部の圧縮力は
全閉時に比べて緩和され、そのため、該Ａ部において
は、シートリング２２と弁体２４の弁棒貫通穴周辺部と
の摩擦は少なくなり、回転トルクを軽減すると共に、摩
擦に伴うシートリング２２や弁体２４への損傷が軽減さ
れ、高寿命化の実現が可能となる。

【００１８】上記した実施例において、弾性シートリン
グ２２の外周を取り巻く金属のバックアップリング２６
を、シートリング２２の幅方向の中央部に配置した構造
について説明したが、その幅方向の長さについては、全
閉時の弁体によるシール圧力の大きさやバックアップリ
ングの弾性張力の強さ等を勘案して適宜設定される。ま
た、金属のバックアップリング２６を収容する空隙２５
を、本体２１の内周面に設けた段部によって形成しても
よい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
弁体周縁部と本体内面との間に弾性シートリングを備
え、全閉時、弁体周縁部と上記弾性シートリングとを密
接させて流体をシールさせるようにしたバタフライ弁に
おいて、上記弾性シートリングと本体内面との間に空隙
を設け、該空隙に、上記弾性シートリングの外周を取り
巻くように、金属のバックアップリングを全周に亙って
配置したことにより、次のような効果を奏することがで
きる。

【００２０】(ｉ) 全閉時は、弁体はシートリングに食
い込み、シートリングはバックアップリングの張力で支
えられ、全周が均一となるような圧縮力がシートリング
に与えられ、弁座シールを確保することができる。

【００２１】(ii) 一方、全開時は、シートリングが圧
縮されるのは、弁体の弁棒貫通穴周辺部（Ａ部）に対応
する部分のみであり、弁体の外周縁部（Ｂ部）に対応す
る部分は圧縮を解放される。このとき、バックアップリ
ングは上下方向に引き延ばされ、左右方向は中心へ向か
って変位し、楕円形状に変形することになるため、Ａ部
の圧縮力は全閉時に比べ緩和される。

【００２２】(iii)上記のように全閉時は、Ａ，Ｂ両方
とも適正な圧縮力が発生し、また開時には、接触回転を
続けるＡ部の圧縮力は軽減されるため、シートリングと
弁体の摩擦は少なくなり、回転トルクを軽減するととも
に、摩擦に伴うシートリングや弁体への損傷を軽減する
ことが可能である。

【００２３】(iv) また、全閉時の圧縮は、従来のよう
に剛性のある本体でなく、バックアップリングの張力で
発生させているため、本体内径の高い加工精度を必要と
しない。従って本体の内面は鋳肌などの荒い面でもシー
ル性の確保が可能で、切削加工をへらして無駄な削りか
すを出さずに生産することが可能であり、コストダウン
することができる。

【００２４】(ｖ) 同様に、弁体外周がたとえ楕円形状
であっても、バックアップリングの張力はその形状に沿
って均一な圧縮力を与えるため、弁体外周の高い真円精
度も必要としない。

【００２５】以上のように、全閉時のシール性確保と、
開時の接触摩擦の低減を同時に実現できるとともに、従
来の切削加工も削減して、資源節約とコストダウン、及
びトルク減少と高寿命化を実現することができる。

【００２６】また、金属のバックアップリングの上下２
個所に弁棒貫通穴を設け、該弁棒貫通穴に弁棒を挿通さ
せて弾性シートリングの外周を取り巻くように全周に亙
って配置したことにより、該バックアップリングは、弾
性シートリングの外周で周方向の位置を保持しながら、
弁体の開閉に応じて半径方向に自由に変形することがで
きる。

【００２７】また、金属のバックアップリングを、弾性
シートリングと本体内面との間に形成される空隙の中央
部に配置したことにより、弁体と弾性シートリングとが
安定した相互作用を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態（実施例）を示す弾性シー
トリングを備えたバタフライ弁を示し、（ａ）は全閉状
態にある弁棒軸を含む正面断面図、（ｂ）は全開状態に
ある同様の正面断面図、（ｃ）は図（ａ）のＣ−Ｃ線に
よる要部断面図である。

【図２】従来のバタフライ弁の正面断面図である。

【図３】従来の弁体の説明用上面図である。

【図４】従来のバタフライ弁の全閉状態での、弁体とシ
ートリングの圧縮状態を示す正面断面図である。

【図５】（ａ）は本出願人の開発に係るバタフライ弁の
正面断面図、（ｂ）は図（ａ）のｂ−ｂ線による要部断
面図である。

【符号の説明】

２１ 本体 ２２ 弾性シートリング ２３ 弁棒 ２４ 弁体 ２５ 空隙 ２６ 金属のバックアップリング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁体周縁部と本体内面との間に弾性シー
   トリングを備え、全閉時、弁体周縁部と上記弾性シート
   リングとを密接させて流体をシールさせるようにしたバ
   タフライ弁において、上記弾性シートリングと本体内面
   との間に空隙を設け、該空隙に、上記弾性シートリング
   の外周を取り巻くように金属のバックアップリングを全
   周に亙って配置したことを特徴とするバタフライ弁のシ
   ートリング。
2. 【請求項２】 金属のバックアップリングの上下２個所
   に弁棒貫通穴を設け、該弁棒貫通穴に弁棒を挿通させて
   弾性シートリングの外周を取り巻くように全周に亙って
   配置したことを特徴とする請求項１記載のバタフライ弁
   のシートリング。
3. 【請求項３】 金属のバックアップリングを、弾性シー
   トリングと本体内面との間に形成される空隙の中央部に
   配置したことを特徴とする請求項１又は２記載のバタフ
   ライ弁のシートリング。