JPS5891971A - バタフライ弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流体通路を有する弁ボディと流体通路の略横
方向に延びる軸線の周りに回転するように流体通路内に
回転可能に取付けられた弁ディスクと流体通路を囲むよ
うに弁ボディによって担持された環状のシールアセンブ
リとを有し、ディスクの緑がディスクの閉じた位置にお
いてシールアセンブリと密接するシール保合面を形成し
て流体通路を閉じるようにしてあり、そのシール係合面
がディスクの前面から後面に向ってディスクの半径方向
内方に延びるテーパーを有している型式のバタフライ弁
に関する。以下、弁とは上記のバタフライ弁をいう。デ
ィスクの前面および後面は便宜のためだけであり弁を通
る流体の方向全意味するものでない。

本発明は、詳細にはしかし限定的でなくシールアセンブ
リが金属シールリングから成る上述のバタフライ弁に関
する。最近、火災安全特性を有するバタフライ弁の必要
性が増大して来ておシ、金属シールリングが火災に伴う
シール作用を維持するために設けられるといった種々の
提案がなされた。ある場合においてこの金属リングは通
常の使用として作動するが主要なシールが火災によって
破壊される場合に支持シールとして作用する。

流体の一方向に対し満足なシール特性？有し且つ火災安
全特性を有する弁を設計することは比較的容易であるが
、本発明は火災安全特性？有し且ついずれの方向の流体
に対してもシールできる満足な二方向シールを形成する
問題に向けられている。

ディスクは流体の圧力によって流体通路の軸方向に僅か
に変位される傾向があるのでシールアセンブリはこのよ
うな変位に応じて有効なシールを維持することが必要で
ある。

本発明の第一の面は流体圧力がディスクの後面に作用し
たときに金属シールリングとディスクとの間のシール力
を高めることに関する。

ディスクが前方に変位すると、シールアセンブリに接触
するディスクのシール係合面がそのテーパーのために有
効径を減少するのでシール力は通常ディスクの変位によ
って減少する。

ディスクが前方に移動するときに金属シールとディスク
のシール面との間に大きなシール係合を機械的干渉によ
って得ることができることが見出されて来た。

機械的干渉によって金属シールリングとの大きなシール
力を得ることは先に英国特許第１５６１５９５号明細書
に提案されている。しかし、これはディスクを後方に変
位するのみであり、勿論のこと大きなくさび作用がディ
スクの直径を増大させることによって発生する。

本発明の第一の面によれば、上述の型式のバタフライ弁
においてシールアセンシリは弾性金属リングから成り、
とのり／グは横断面において半径方向内方に延びるアー
ムから形成されている。このアームの半径方向外端は弁
ボディにフランジされ、半径方向内端はディスクのシー
ル保合面に係合する突出面全形成している。この突出面
のディスクとの接触点はアームの支点よりディスクの後
方に配置され、そのアームの支点は流体の圧力がディス
クの後面に加えられてディスクが変位するときアームの
非２２７１部分が旋回する中心となるＯ その突出面は円形の一部であるのが望ましいがディスク
のシール保合面の形状に基いて他の曲線の一部にするこ
とができる。

突出面の曲率とアームの非クランプ部分の長さとは、デ
ィスクが前方に徐々に変形するとき接触点におけるディ
スクの突出面の支点周りの旋回運動の軌跡と、ディスク
と突出面との間に実質的に転勤接触が維持されていると
きに接触点におけるディスクの運動軌跡との間の干渉の
ために金属リングとディスクとの間に徐々に増大する半
径力が加えられるように選択することができる○突出面
がシール係合面上で転勤中にアームの支点周りの旋回運
動から生ずる突出面の接触点の予想される半径方向内方
変位（ディスクの軸線に対して）がディスクのシール保
合面のテーパーによって生ずる接触点の実際の半径方向
内方変位よりも大きくなる場合には転動作用がアームの
非クランプ部分を半径方向に押圧することが理解されよ
う。

好ましくは金属リングはシート材料から作られ、その半
径方向内縁が上述の突出面を形成するように変形される
。

金属リングを弁に対して組立てる前にこのリングはその
内縁の他の部分が実質的に平らであることが好ましい。

くさび作用力の大きさは、一方において十分なシール力
が達成され他方において過剰な摩耗が金属リングとディ
スクとの間に生じないことを保証するために所定の範囲
内に保持されることが必要である。金属リングの最良の
寸法と形状は実験によってよシ容易に決定される。

摩耗を最小にするためにディスクのシール係合面と金属
リングの突出面との間で少くとも７５ビツカースの硬度
差に調整することが好ましい。より硬い面はシール保合
面又は突出面のいずれかにすることができる。

例えば、ディスクがアルミニウム鋼から成るとき金属リ
ングは高ニッケル合金、好ましくはニモニックから成り
、ディスクがステンレススチールから成りそしてニモニ
ックリングが用いられるときディスクは表面硬化される
。

表面硬化は任意の方法、例えばグラズマ窒化又はメッキ
処理によって行われる。

本発明の第二の面によれば、上述の型式のバタフライ弁
においてシールアセンブリは横断面が略半径方向内方に
延びるアームを備えた弾性金属リングから成り、そのア
ームの半径方向外端は弁ボディにクランプされ、半径方
向内端は、少くとも金属リングがシールを形成するため
に作動するときにディスクのシール係合面と係合するよ
うにされている。金属リングは、ディスクがその通常位
置から流体通路の一つの軸方向に変位する場合にはアー
ムの半径方向内端が第一の支点の周りに回転し、ディス
クがその通常位置から反対方向に変位する場合にはアー
ムの半径方向内端は最初に第一の支“点の周りに回転す
るが、次いで更にアームが同方向に変位すると、アーム
の中間部分が第一の支点から半径方向内方に間隔をあけ
た第二の支点を形成する堅い支持面と係合する。

このディスクの゛通常位置”はディスクが流体圧力を受
けないときにディスクが閉じた位置を意味する〇 アームが第二の支点周りに回転することは第一の支点周
りに回転するときよシ円滑でない。従って、このアーム
の非円滑さは上記反対方向におけるディスクの軸方向移
動の終了部分中アームとディスクとの間に比較的大きな
シール力を形成するために増大するが、アームが更に第
二の支点周りに回転できるので無理な制止作用は避けら
れる。

ディ、スフの軸方向変位のかなりの部分においてアーム
は半径方向外方の第一の支点周りに回転するのでアーム
応力は金属リングの材料の弾性限度内に保持され、たと
えアームがその移動の範囲に亘って第二の支点周りに回
転したとしてもその弾性限度を超えることはない。

支持面はシールアセンブリのための保持リング上に設け
られるのが好ましい。

第一および第二の支点は、ディスクの前面が流体圧力を
受けてディスクが後方に変形したとき第二の支点が作動
するように配置されているのが好ましい。

金属シールリングが本発明の第一および第二の面に従っ
て配置されるときに特定の利点が得られる。これは、デ
ィスクの後方変位中に支点が変化することが比較的大き
なシール力をもたらし且つディスクの前方変位に対し転
勤によって発生する干渉力が比較的大きなシール力を起
すからである。

従って、かかる弁は両方向シール特性を有する。

本発明の第三の面は上述の型式のバタフライ弁における
ポリメリックシールリングの構造に関する。例えばＰ、
　Ｔ、　Ｆ、　Ｅがら作られたポリメリックシートは種
々の液体、特にハイドロカーボンの流れを制御するため
提案されて来た。

Ｐ、　Ｔ、　Ｆ、　Ｅはある程度の弾性を有するが、再
現可能なシール特性を得るのに困難であった。

本発明の第三の面によれば、上述のバタフライ弁におい
てシールアセンブリはポリメリックシールリングと弾性
金属リングとを備えている。ポリメリックシールリング
は横断面がディスクの前方に突出し且つハウジングに設
けられた凹部内に嵌め込まれたヒールとハウジングの支
持面によって前方側に支持された半径方向内方に延びる
本体とを有するＤそのハウジングの支持面はディスクの
閉じた状態においてディスクのシール保合面に密接して
終っている。弾性金属リングはヒールの半径方向外方で
ハウジングにクランプされ且つ本体の後側と面接触して
半径方向内方に延びているっこの弾性金属リングは本体
とヒールとに前方の軸方向力を及ぼすために弾性的に予
めストレスを与えられている。この金属リングはディス
クの閉じた状態で実質的にディスクのシール面まで延び
てりる０ ディスクと接触する部分の他の部分においてポリメリッ
クシールは上記ディスクと接触する部分を必らず半径方
向内方に押圧してシール効果を増大するように取付けら
れ且つばね付勢される。

ディスクをポリメリックシールと係合させると、シール
を半径方向外方に押圧する傾向にあるが、この移動は付
勢リングたる金属リングのたわみによってのみ適合され
得る。従って、ポリメリックシールの形状は長期間の使
用に亘って保持される傾向があり、ばね付勢された本体
はシール材料のリデーバとして作用し、このすず−バか
らシール材料が放出され且つそれに戻される。

このばね負荷は又温度変化によって生ずるポリメリック
シールの直径の変化に適合することができる〇 本発明の装置の一つの特定の利点は付勢リングが又本発
明の第一および第二の面のいずれかに従って、弁の金属
リングを構成することができることである。この付勢す
／グは通常の作動中においてディスクと接触しないがポ
リメリックシールが破壊された場合に火災安全支持シー
ルとして作用するのが好ましい。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明
する。

第１図を参照すると、ステンレススチールから成る弁デ
ィスク１が環状の弁ハウジング乙の流体通路２内に図示
しないピボット手段によって取付けられている。このピ
ボット手段はディスクｋｍ体通路２の横方向に延びる軸
線周りに通常の態様で回転させることができる。ディス
クの縁はシール係合面４を形成し、この係合面は球状の
一部から成っている。周知のようにディスクの回転軸線
は係合面４の曲率の中心から２つの垂直方向に沿って偏
心している。

便宜のためにディスクの大きな直径側１ａｔ前面と称し
、その反対側１ｂ’に後面と称する。

単一の金属シールリング５が平坦なディスクから形成さ
れこのリングはその半径方向内縁をスビーニング加工す
ることによって形成された横断面環状のシールリップ６
を有する。このシールリップはリングの他の部分と実質
的に同じ厚さを有して略１００°の円弧に亘って延び且
つ、リングの他の部分に対して接線的に接続されている
。リップ６はスぎ一ニング加工中に加工硬化する。シー
ルリップの反対側においてリング５はディスク１に係合
しないときは平坦であり、その半径方向外方部分７Ｆｉ
環状の保持リング８によってハウシング６にクランプさ
れ、又一対のグラファイトの環状ガスケット９ａ、９ｂ
がリング５のクランプされた部分７の周りから流体が洩
れるのを防止するように設けられている。これらガスケ
ットは高温に耐え従って弁が火災安全特性をもつ場合の
助けとなる０ 組立中リング５０部分７を位置決めるために円周方向に
間隔全あけて５ＰＩＲＯＬ　（登録商標）と称される位
置決めビンが設けられる。

通常のクランプ手段（図示せず）が保持リング８會ハウ
ジング乙にクランプするために軸方向に設けられる。

ハウジング６は二重目的のハウシングであって、第２図
に示すようにポリメリックシールが必要とされるときこ
れを収容するように形成されている。

第１図を更に参照すると、保持リング８には平坦な半径
方向後面１１と同一の平面図ｉ２．ｉｓｉ有する前面と
が設けられ、それら平面部は後面１１に平行に延びるが
、ガスケツ）９ｂの厚さに略等しい高さの環状リグ１４
によって分離されている。点１５において面部１３はそ
の反対側で一体に延び且つ半径面１７に合体している％
円の突出支持面１６に対し接線的に延びている。後面１
１と共に半径面１７は保持す／グ８の内側リム１［ｒ形
成し、このリムは英国基準第５１５５に合致するような
寸法を有する。

横断面で見てシールリング５は半径方向内方に延びるア
ームの形態を有し、クランプ部分７とシールリツｆ６と
の間のその中間部分１９は弾性変形可能である。

ディスク１が開いた状態のときリング５の中間部分１９
はクランプ部分７と同一の平面であり、後面２０は面部
１３に平行に延び且つリム１４の高さによって面部１３
から間隔をあけられている。

流体が弁に流れずディスク１が閉じた位置に回転された
ときディスクの面４はシールリップ乙の突出面と係合し
て中間部分１９をその第一の支点２２周りの回転によっ
て後方に僅かにたわませる。

シールアセンブリの要素部分であるにもかかわらず勿論
のこと支点の軌跡は通路２の軸線周りの円である。

弁ディスクの閉鎖に協働した中間部分１９の最初のたわ
み中にアームのたわんだ部分の有効長さは支点２２とデ
ィスク面４を有するシールリップ乙の接触点２６との間
の距離に等しい。

閉じた状態の弁ディスク１がその前面１ａに高い流体圧
力を受けた場合回転取付具の少量のたわみ性の如き種々
のファクターのためにディスクは後方に徐々に変位する
。この流体圧力の最初の段階中にディスクの縁の最初の
後方変位は中間部分１９が！−支支点２屑 って調節されるが弁が最大作用圧力に達する前に中間部
分１９は点１５の僅かに半径方向内方の点２４で支持面
１６と係合する。

前面１ａにおける流体圧力が更に増大すると、ディスク
１の後方変位は、第二の支点として作用する点２４０周
りに金属リングの非クランプ部分をたわませることにな
る。この第二の支点２４は流体圧力が全作動圧力に増大
した際支持面１６の周りに僅かに移動する。この第二の
圧力段階中にアームの可撓部分の有効長さは第二の支点
２４と接触点２６との間の距離に等しい。この長さが第
一の圧力段階中に有効長さの半分よシ小さくなるのでシ
ールの堅さは第二の圧力の段階中実質的に′増大し、こ
の結果、ディスク面４上のシールリップ乙によって及ぼ
されるシール力は第二の圧力の段階中実質的に増大する
。

中間部分１９のたわみによって発生するシール力に加え
てテーパ面４の後方移動によって生ずるシールリップ乙
の半径拡大が追加のシール力を形成する。

シールリツｆ６の自由端２４が面１７から間隔ｔあけこ
の結果金属リングが弁の作動圧力の範囲に亘って弾性変
形可能であり且つその範囲内の任意の圧力では弾性を失
わないことが注目されるべきである。

閉じたディスク１がその後面１ｂに流体圧力を　−受け
たときの弁の作動は以下に述べられる。上述したように
、流体圧力がない場合にディスクが閉じると、中間部分
１９を第一の支点２２周シに後方に僅かに変形させる。

この状態においてディスク１の後面１ｂに流体圧力が作
用すると、中間部分１９およびシールリップ６に作用す
る流体圧力によってシールリップ６をディスク１に向っ
て押圧する。後面に流体圧力が増大すると、ディスク１
は前方即ち第１図の左方に徐々に変位する。シールリン
グ５の非クランプ部分は流体圧力によって前方に押圧さ
れ、最初にディスクの閉鎖時においてリング５に生じた
弾性力によるディスク１の前方移動に従属する′。

シールリップ６がディスク面４と点２６においツｆ６は
ディスクが前方に徐々に変位するにつれてディスク面４
に対して摺動しない傾向があるが、シールリップ６がデ
ィスクと一体に軸方向に移動する際中間部分１９の回転
を強制した状態で接触点が所定位置に必然的に僅かに変
化する場合リップ６は面４上を転動する傾向がある。

シールリップ６の曲率２５の中心が支点２２の軸方向後
方に位置し、この結果シールリツ７″６が後方に向けら
れるので接触点２３は支点２２の軸方向後方に位置する
。これは、シールリッツ乙の突出面２１がシールリップ
を前方に移動したときにある量だけ半径方向内方に移動
する傾向があることを意味する。面４が後面に向って半
径方向内方にテーパを有するのでディスクが前方に変位
すると、接触点２６においてディスクの直径を有効に減
少する。面４のテーパに関連して第一の支点１４と接触
点２ろとの間のシールアームの長さとシールリップ６の
曲率との注意深い選択によってディスク１およびシール
リップ６の所定址の軸方６の＠応する半径方向内方変位
はその自由状態におけるアームの回転移動のために面４
の直径の相応する変化によって生ずる実際の半径方向内
方変位よシ大きい。従って、突出面２１とディスクのシ
ール保合面４との間の転勤接触によっであるくさび効果
が生じ、これはディスクがその後面１ｂの大きい流体圧
力によって前方に変位する際リング６とディスクとの間
のシール力を徐々に増大することになる。

リング５のスビーニング加工中シールリップ６の加工硬
化はこのくさび作用中にシールリップ６とディスクとの
間の摩耗を防ぐのに助けとなる。

ディスクの保合面４Ｆｉ４　ミクロンの面仕上げに仕上
げられる。更に、リングの保合面とディスクとの間の少
くとも７５ビツカースの硬度差を得るためにディスクが
ステンレススチールから成るときディスクはプラズマ窒
化処理によって硬化される０シールリツｆ乙の曲率がく
さび力を限界内に維持するように選択されることが重要
である。このくさび力が大き過ぎる場合には金属シール
リングの良の形状は実験によって一層容易に決定される
。

従って、第１図のシール装置は堅さは大きいが弾性を有
する金属シールを形成し、一方向に作用する流体圧力お
よびその反対方向に作用する流体圧力に対してシールと
ディスクとの間の転動くさび作用によって大きいシール
力が得られる。このためこのような弁は二方向シール特
性を有し、金属リング５が火災によって実質的に影響さ
れないのでこの二方向シール特性は火災後も保持される
。

第２図Ｆｉ第１図の弁の変形例を示し、この変形例では
主要なシールとして作用する環状のポリメリックシール
リング２６１ｃ設けである。金属シールリング５はその
主要なシールが火災によって破壊された場合に支持シー
ルを形成するが通常の使用においてリング２６全付勢す
る。第１図の部品に・相応する部分には同一の符号を付
しである。

シールリング２６がガラス全充填したＰ、Ｔ、Ｆ、Ｅか
ら形成された。このリングは横断面が略長方形の形状を
有し且つ大きな寸法で半径方向に延びる本一体２７と長
方形の前方に延びるヒール２８とを備えている。ヒール
２８は本体２７の半径方向外端２９を半径方向移動に抗
して位置決めるように設けられ且つ互いに対向する軸方
向面′５０．′５１と半径方向面３２とによって形成さ
れたハウジング乙の後方に対向する凹部内に収容されて
いる。

ヒール２８はシールリング２６をハウジング乙に組立て
る際に面３０．３１間に圧入するような寸法を有してい
る。

外端２９とハウジング６から突出する部分６４との間の
本体２７の中間部分ろ３はノ・ウゾングの半径方向支持
面３５によってその前面６８に支持され、支持面６５は
ディスクが閉じた状態にあるときディスクの面４まで実
質的に延びている。丸い隅部３６から延びる本体２７の
後面３７は金属リング５の中間部分１９に係合する。

リング２６の非変形状態およびリング２６の組立状態に
おいて前面３７はそれが半径方向内方且つ後方に少しだ
け延びるように傾斜を有している。

面３０．３７間の接続がリム４と第一の支点２２に隣接
するように配置されているので金属リング５の中間部は
弁の組立時に面６７によって支点２２の周りに後方にた
わむ。金属リング５のたわみは通常の使用においてディ
スク面４が金属リング５のシールリップ６と十分に係合
しない。従って、金属リングは組立中に予めブレストさ
れてヒール２８を弁の凹部の中にしつかり保持し且つシ
ール２６の中間部６３を支持力６５に押しつける軸方向
力を形成する。

突出部３４の他の部分においてシール２６はハウジング
壁５０．３１．３２．３５によっておよび金属リング５
の中間部分１９によって完全に閉じ込められ且つ金属リ
ング５によって圧縮力を受ける。従って、シール部分６
４の任意の半径方向外方の移動が金属リング°５のたわ
みによって適応され、シール２６の閉じ込められた部分
における中間部１９の効果によってシール部分３４を半
径方向内方に押圧する傾向が常に起る。

ハウジング乙の材料に対するシール２６の任意の膨張の
相違および構造は中間部１９のたわみに上って適応され
る。これは特に弁が低温に用いられるときに重要である
。これによって中間部１９はシール２６を付勢する。

弁ディスクが閉じた状態に移動され且つそれに流体圧力
が作用しないときシール部６４は半径方向外方且つ後方
に小量だけ押されて中間部分１９を支点２２周りに更に
後方にたわ捷せて中間部分１９を支点２４に近いがそれ
から僅かに間隔をあけて位置させる。

ディスクの前面１ａに流体圧力を適用すると、ディスク
は後方に変位し突出部６４が更に移動する結果中間部分
１９を第２図に示すように面１６と保合状態にもたらし
て第二の支点２４を形成し、この支点の周りに金属シー
ル部３９が更に流体の増大によシたわみシール部６４の
後方移動に従う。

従って、シール部６４が変形される能力は、一旦支点２
４が係合するや面１ａ上の圧力の更に増大のために減少
し、部分３４の有効堅さはこれによって高圧力に増大し
てシール２６とディスク面４との間のシール力を増大さ
せる。

スフを閉じた状態でその後面１ｂに加えられる流体圧力
の効果を考慮すると、ディスク１は前方即ち第２図の左
方に変位し、流体圧力は中間部分１９の右側の全領域に
亘って作用してシール２６の閉じ込められた部分２９．
３３ｅ押圧する。従って、シール２６の突出部分３４を
半径方向内方に押圧せしめる傾向があって面４とシール
力を維持し、これはディスク１の前方変位のために直径
を有効に減少せしめる。

従って、有効なシールが弁を通る流体の両方向に形成さ
れる。

第２図の弁において火災がポリメリックリング２６を破
壊する場合には金属リング５は第１図の弁と同一の方法
で両方向シールを形成する。

第３図の弁は面１３の形状およびシール本体２７の後面
に環状凹部４０が存在することを除き第２図の弁と同一
である。この構造の面１３は支点２２から支持面１６に
なめらかに延びこのためにシールリングの中間部分がそ
の組立状態から後方に変形するとき中間部分は密な接触
によって十分に支持される。

凹部４０はシールリング２６の本体２７のネック４１を
形成するように設けられ、このためこのネック４１のた
わみを通して突出部６４０回転を増大させることができ
ディスクの変形から生ずる面４の接触部分の角度の変化
に順応するＤ更に変形例において環状のガスケツ）９ａ
　。

９ｂをガス充填金属０リングに代えることができる０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るバタフライ弁の半径方向断面図、
第２図はポリメリックシールリングを組込んだ変形例を
示す断面図、第６図は第２図の弁の変形例を示す断面図
である。 １・・・・・・弁ディスク　　２・・・・・・流体通路
６・・・・・・ハウジング　　５・・・・・・シールリ
ング６・・・・・・シールリング　８・・・・・・保持
リング図面の沖合（内容に変更なし） 手続補正書 昭和５７年／Ｚ月ノ３日 特許庁教官　若　杉　和　夫殿 １、事件の表示 昭和埒年特許願第　／ｌ−ど７３７号 ２、発明の名称 バタづライ千 ６、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流体通路を有する弁ボディと、前記流体通路を略横切っ
   て延びる軸線の周りに回転するように流体通路内に回転
   可能に取付けられた弁ディスクと、流体通路を囲むよう
   に前記弁ボディによって担持された環状のシールアセン
   ブリとを備え、前記ディスクの縁が流体通路を閉じるよ
   うにディスクの閉じた位置においてシールアセンブリと
   密接する係命面を形成しており、該シール保合面がディ
   スクの前面から後面に向ってディスクの半径方向内方に
   延びるテーパーを有しておシ、前記シールアセングリが
   横断面半径方向内方に延びるアームから成りその半径方
   面外端が弁ボディにクランプされている弾性金属リング
   から形成されているバタフライ弁において、前記アーム
   （５）の半径方向内端は少くとも金属リングがシール全
   形成するため作動したときにディスク　（１）のシール
   保合面（４）に係合する突出面（２１１ｒ形成しており
   、ディスクと突出面との接触点（２３）は、流体圧力が
   ディスクの後面（１ｂ）に加えられてディスクが変位す
   るときにアームの非クランプ部分が回転する中心となる
   アームの支点（２２）よりもディスクの後方に配置され
   ていることを特徴とするバタフライ弁。