WO2021132712A1

WO2021132712A1 - ライニング型バタフライバルブとライニング型バタフライバルブの製造方法

Info

Publication number: WO2021132712A1
Application number: PCT/JP2020/049091
Authority: WO
Inventors: 孝統宗吉
Original assignee: 株式会社キッツ
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2021-07-01
Also published as: JPWO2021132712A1; US12092224B2; US20230008981A1; CN114829814A

Abstract

耐薬品性や耐熱性に優れ、大口径に設ける場合にも、弁体の芯金を高精度に設けることなく芯金に対して十分な厚さのライニング層を確保して流体の浸透や透過を防ぐライニング型バタフライバルブとその製造方法を提供する。芯金２０がライニング層２２で被覆された弁体２がステム５によりボデー３内に回転自在に設けられる。ライニング層２２は、芯金の表裏側にそれぞれ設けられた表裏側ライニング部３２と、芯金の外周側に設けられた外周ライニング部３３とを備え、表裏側ライニング部は、反りが生じていないと仮定した芯金の表裏側のそれぞれに、所定ライニング厚みと、芯金の弁翼側で想定される最大反り幅と同じ厚みとを加えた厚みＴ１を少なくとも芯金の外周端位置において有するように設けられ、外周ライニング部は、芯金の外周端から弁体の外周端の先端シール面までの厚みが、所定ライニング厚みと、所定潰し厚さとを加えた厚みＴ２である。

Description

ライニング型バタフライバルブとライニング型バタフライバルブの製造方法

　本発明は、弁体及び弁箱内周面に樹脂ライニングが施されたライニング型バタフライバルブとライニング型バタフライバルブの製造方法に関する。

　例えば、化学薬品等のプラントで高腐食性流体を流す場合や、食品関連の流路用のバタフライバルブとして、弁体の金属製芯体が樹脂ライニングされ、弁箱の内周面に樹脂シートリングが装着された、いわゆるライニング型バタフライバルブが用いられることが多い。この種のバルブでは、通常、ライニング材料として耐薬品性や耐熱性に優れたフッ素樹脂が使用され、このフッ素樹脂は、薬品などの特殊な流体の浸透や透過を防ぐためにある程度の厚みをもってライニング処理される。一方で、フッ素樹脂は、弾性に乏しいという性質も持ち合わせていることから、弁閉のタイミングでは、特に弁体における弁翼側と、弁箱側とのシール部付近とのシール性を十分に確保するようにし、延いては弁体外周側のシール部分の全周に渡って漏れを防ぐことが求められている。

　ライニング型バタフライバルブとしては、例えば、本出願人は、特許文献１のバタフライバルブを出願している。このバルブの弁体では、円板状の芯金にフッ素樹脂によるジスクライニングが施され、このジスクライニングは、両面側に緩やかな傾斜面を有し、この傾斜面に続けて弁翼の先端側に所定角度のテーパ面が形成されている。この両面のテーパ面の間には、弁閉時にシートライナーに圧接シールするシール部が設けられる。これら傾斜面、テーパ面、シール部は、芯金から略同じ肉厚により形成され、弁閉時には高いシール面圧を発揮して漏れを防ぐようになっている。

　一方、特許文献２におけるバタフライ弁の弁体は、補強用芯金の外側にライニング層が被覆され、このライニング層の外周縁には、曲率半径の小さい低圧シール部と、曲率半径の大きい中圧ないし高圧シール部とからなる曲率半径の異なる二段構えのシール部が形成されている。このシール部により、低圧時には、低圧シール部のみがシートリングに少ない喰い込みで圧接し、高圧時には、低圧シール部及び中圧ないし高圧シール部がシートリングに大きい喰い込みで圧接することで、被覆材への負担を軽減しようとしている。

　これら特許文献１や２のライニング型バタフライバルブの芯金に対して樹脂ライニングを施す場合、一般にライニング成形型によっておこなわれる。ライニング成形型でライニング加工を実施するときには、成形型内に芯金を横向きに支持し、この状態でキャビティにライニング材料を投入することにより、芯金の表裏面を含む全面にライニング処理して弁体を製作する場合が通常である。

特許第６４９５２４３号公報特許第３０８６７８３号公報

　しかしながら、特許文献１や２のライニング型バタフライバルブを大口径化する場合、それに伴って弁体の芯金も大口径になることで重量が増加し、この芯金の鋳造時には、弁翼側を中心に反りが生じやすくなり、ライニング成形型で芯金にライニングするときには、芯金を支持する際に弁翼付近が自重によって下方に撓みやすくなる。ライニング成形においては、樹脂型の内部に芯金を配置してから樹脂を供給して成形するため、一定の外形の樹脂ライニングの内部に、反りや撓みを有する芯金が配置されることになる。これらにより、芯金の両面側に均等にライニングを施すことが難しくなり、特に弁翼付近において芯金の一面側ではライニング厚が不足して芯金が表面に露出したり、他面側ではライニング厚が必要以上に形成されるおそれもある。これらのうち、ライニング層が不足した部分では、使用時に流体が浸透したり透過する可能性が生じる。

　これらのバルブの弁体では、芯金に対して、表裏面側の傾斜面やテーパ面と、シートライナー圧接用のシール部とがほぼ同じ厚さに設けられており、これらの厚さを同じ肉厚に形成するためには芯金を高精度に形成する必要がある。しかし、芯金の表面に樹脂ライニング層を被覆する際には樹脂の成形にばらつきが生じやすく、特に芯金の外周付近を所定のシール幅に形成しにくい。そのため、芯金の外周付近では、表裏面から延長するように外周シール面を形成することが多く、この場合、外周シール面を均一の所定幅にするために、芯金の形状を細かく設定したり、外周シール面のつぶし代を考慮した上で外周シール部位の余計な延長部分を高い精度で切断する必要が生じることもある。

　これらのことより、ライニング型バタフライバルブを大口径に設ける場合にも、芯金を高精度に設けることなく薬品等の浸透や透過を防ぐことが可能な厚さのライニングを簡単に形成でき、全周に渡って弁閉時のシール性を確保する弁体を備えたライニング型バタフライバルブが要望されていた。

　本発明は、従来の課題を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、耐薬品性や耐熱性に優れたライニング型のバタフライバルブであり、大口径に設ける場合にも、弁体の芯金を高精度に設けることなく芯金に対して十分な厚さのライニング層を確保して流体の浸透や透過を防ぐライニング型バタフライバルブとライニング型バタフライバルブの製造方法を提供することにある。

　上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、芯金がライニング層で被覆された弁体がステムによりボデー内に回転自在に設けられたバタフライバルブにおいて、ライニング層は、芯金の表裏側にそれぞれ設けられた表裏側ライニング部と、芯金の外周側に設けられた外周ライニング部とを備え、表裏側ライニング部は、反りが生じていないと仮定した芯金の表裏側のそれぞれに、所定ライニング厚みと、芯金の弁翼側で想定される最大反り幅と同じ厚みとを加えた厚みを少なくとも芯金の外周端位置において有するように設けられ、外周ライニング部は、芯金の外周端から弁体の外周端の先端シール面までの厚みが、所定ライニング厚みと、所定潰し厚みとを加えた厚みであるライニング型バタフライバルブである。

　請求項２に係る発明は、外周ライニング部には、弁体の外周側に突出する凸部が弁体外周に連続して略環状に形成され、凸部の弁体の外周側端面が所定シール幅を有する先端シール面となるライニング型バタフライバルブである。

　請求項３に係る発明は、芯金が、その最外周に外周側面部を有しており、この外周側面部は、芯金の弁翼側で想定される最大反り幅にて芯金に反りが生じたとしても、外周ライニング部に設けた凸部の厚み方向の中央部と対向できるような幅を有するライニング型バタフライバルブである。

　請求項４に係る発明は、凸部の先端シール面への各側面部は、先端シール面の圧接シール方向に対して１０°以下の角度の傾斜面で形成されたライニング型バタフライバルブである。

　請求項５に係る発明は、ステムが装入される軸装部内にステムの挿入方向に互いに対向する一組の座金が装着され、この一組の座金は、ステム側から弁体に形成されたボス部に加わる面圧が、ステムと弁体との間にずれや傾きが生じたときにも略同一とできるような凹凸形状の組合わせよりなるライニング型バタフライバルブである。

　請求項６に係る発明は、座金は、凸球面を備えた凸状座金と、凸球面が面接触する凹球面を備えた凹状座金とからなり、凸状座金と凹状座金とが軸装部内に装着されたばねの弾発力で互いの対向方向に押圧状態に装着されたライニング型バタフライバルブである。

　請求項７に係る発明は、芯金がライニング層で被覆された弁体がステムによりボデー内に回転自在に設けられたバタフライバルブにおいて、ライニング層は、芯金の表裏側にそれぞれ設けられた表裏側ライニング部と、芯金の外周側に設けられた外周ライニング部とを備え、表裏側ライニング部は、芯金の表裏側に少なくとも所定ライニング厚みを有するとともに、少なくとも芯金の外周端位置においては、表裏側の合計で、所定ライニング厚みに芯金の弁翼側で想定される最大反り幅と同じ厚みを加えた厚みを倍した厚みを有しており、外周ライニング部は、芯金の外周端から弁体の外周端の先端シール面までの厚みが、所定ライニング厚みと、所定潰し厚みとを加えた厚みであるライニング型バタフライバルブである。

　請求項８に係る発明は、上記の請求項１乃至７の何れか１項に記載のライニング型バタフライバルブの製造方法であって、芯金に、芯金の弁翼部の対向位置にそれぞれ設けたステム挿入孔にステム又はステム治具を挿入して芯金とステム又はステム治具を互いに固定し、ライニング層成形用の型の成形空間内に芯金を配置し、上下部ステム又は上下部ステム治具を保持することによって成形空間内で芯金が動かないように固定した状態で、成形空間内にライニング層形成用の材料を導入することで芯金の表面上にライニング層を形成するライニング型バタフライバルブの製造方法である。

　請求項１に係る発明によると、耐薬品性や耐熱性に優れたライニング型のバタフライバルブであり、弁体の表裏側ライニング部は、反りが生じていないと仮定した芯金の表裏側のそれぞれに、所定ライニング厚みと、芯金の弁翼側で想定される最大反り幅と同じ厚みとを加えた厚みを少なくとも芯金の外周端位置において有するように設けているので、実際に芯金に反りが生じた場合にも、弁体の表裏側では、少なくとも所定ライニング厚みによるライニング部位が確保され、一方、外周ライニング部は、所定ライニング厚みと、所定潰し厚みのライニング厚みとを加えた厚みであるため、弁体の外周側でも、少なくとも所定ライニング厚みによるライニング部位が確保される。そのため、大口径に設ける場合にも、芯金に対して十分な厚さのライニング層を確保して流体の浸透や透過を防止できる。これにより、芯金の形状を細かく設定することなく表裏側ライニング部と外周ライニング部とを所定形状に形成でき、特に、容易に外周側を所定厚及び所定幅に形成でき、この外周側がシール性の確保に必要な厚みとシール幅とを備えていることで、弁閉時には弁体外周側からの漏れを防いで弁体の全周に渡ってシール性を発揮できる。

　請求項２に係る発明によると、外周ライニング部に凸部を形成し、この凸部の外周側端面が所定シール幅を有する先端シール面となることで、芯金の外径や厚さにかかわらず、外周ライニング部を必要な厚さに形成しつつ、この凸部にシールに必要な所定シール幅を設けることができるため、バルブが大口径化する場合にも必要最小限の外周シール部を形成でき、その加工も容易である。

　請求項３に係る発明によると、外周ライニング部の凸部が良好なシール性を発揮するためには、芯金の外周部が支えとなることが好ましく、そのためには、芯金に反りが生じても、少なくとも凸部の中心に芯金の外周側面が対向することが好ましい。特に、外周ライニング部に設けた凸部の厚み方向の中央部と対向できるような幅を有するようにしたので、芯金に反りが生じても確実に凸部と芯金の外周側面を対向させることができ、凸部によるシール性を確保できる。

　請求項４に係る発明によると、各側面部を先端シール面の圧接シール方向に対して１０°以下の角度の傾斜面で形成していることにより、ライニング成形後のシール幅のばらつきを抑え、弁体外周に均一のシール幅の外周シール部を形成しやすくなる。弁閉シール時には、外周シール部が弁体外周に渡って一定のシール面圧を発揮し、流体漏れを確実に阻止する。

　請求項５に係る発明によると、一組の座金により流体圧が加わった状態で弁体側とステム側との傾きや移動が生じても、弁体側とステム側との装着状態を維持してスムーズな回転操作性を維持する。この場合、座金が凹凸形状の組合わせよりなり、ステム側から弁体のボス部に傾きや移動が生じる前と同等の面圧が加わることにより、これらボス部とボデー側とのシール性を確保し、弁体側とステム側とが傾いたり移動した場合でも確実に漏れを阻止する。

　請求項６に係る発明によると、凸状座金と凹状座金とが相互に傾いたり位置ずれしたとしても、ばねの弾発力により凸球面と凹球面とが密接することで広範囲の接触位置に渡って均一な面圧が働き、ボス部とボデー側との優れたシール性を発揮できる。

　請求項７に係る発明によると、耐薬品性や耐熱性に優れたライニング型のバタフライバルブであり、弁体の表裏側ライニング部は、反りが生じていないと仮定した芯金の表裏側のそれぞれに、所定ライニング厚みと、芯金の弁翼側で想定される最大反り幅と同じ厚みとを加えた厚みを少なくとも芯金の外周端位置において有するように設けているので、実際に芯金に反りが生じた場合にも、弁体の表裏側では、少なくとも所定ライニング厚みによるライニング部位が確保され、一方、外周ライニング部は、所定ライニング厚みと、所定潰し厚みのライニング厚みとを加えた厚みであるため、弁体の外周側でも、少なくとも所定ライニング厚みによるライニング部位が確保される。そのため、大口径に設ける場合にも、芯金に対して十分な厚さのライニング層を確保して流体の浸透や透過を防止できる。これにより、芯金の形状を細かく設定することなく表裏側ライニング部と外周ライニング部とを所定形状に形成でき、特に、容易に外周側を所定厚及び所定幅に形成でき、この外周側がシール性の確保に必要な厚みとシール幅とを備えていることで、弁閉時には弁体外周側からの漏れを防いで弁体の全周に渡ってシール性を発揮できる。

　請求項８に係る発明によると、芯金に予めステム又はステム治具を挿入して固定し、このステム又はステム治具を保持することで芯金が動かないように、ライニング層成形用の型（金型）の成形空間内で芯金を固定し、この成形空間内にライニング層の材料を導入してライニング層を形成することで、あらかじめ型（金型）によって外形が定まるライニング層の中に、芯金を正確な位置に配置することができるから、芯金に反りが生じても流体の浸透を防ぐために必要な厚さを有するライニング層を確実に形成することができる。

本発明のライニング型バタフライバルブの実施形態を示す中央縦断面図である。（ａ）は、弁体の一部切欠き斜視図である。（ｂ）は、弁体の中央横断面図である。図２（ｂ）のＡ部拡大断面図である。弁体の一部省略横断面図である。図１のボス面付近を示す一部拡大断面図である。バタフライバルブの成形金型を示した概略説明図である。

　以下に、本発明におけるライニング型バタフライバルブの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１においては、本発明のライニング型バタフライバルブの実施形態の中央縦断面図、図２（ａ）、図２（ｂ）は、弁体を示しており、図３は、図２（ｂ）におけるＡ部拡大断面図を示している。

　図において、ライニング型バタフライバルブ（以下、バルブ本体１という）は、例えば、呼び径３５０Ａ～６００Ａ程度の大口径に設けられ、半導体製造用プラントや食品関連の管路等の一部として用いられる。バルブ本体１は、弁体２、略筒形のボデー３、シートライナ４、ステム５を備え、このステム５は、上部ステム５ａ、下部ステム５ｂよりなっている。

　ボデー３は、例えばダクタイル鋳鉄などの鋳鉄により成形され、上部ボデー３ａ、下部ボデー３ｂを有する上下に分割可能な態様に設けられ、図示しないボルトにより一体に固定可能に設けられる。ボデー３には、流路口１０とフランジ１１とが設けられ、これらを含むボデー３の内周側は、シートライナ４によって被覆されている。上部ボデー３ａ、下部ボデー３ｂのステム５の軸装側には軸装部１２が形成され、この軸装部１２の内部には軸装穴１３が設けられ、各軸装穴１３に上部ステム５ａ、下部ステム５ｂがそれぞれ装着される。上部ステム５ａの下部には、多角形の角形部５ｃが形成される。

　弁体２は、中心側にステンレス合金等の金属材料で形成された略円板状の芯金２０を有し、この芯金２０はライニング層（ライニング部）２２により被覆され、このライニング部２２は、芯金２０の表裏側にそれぞれ設けられた表裏側ライニング部３２と、芯金２０の外周側に設けられた外周ライニング部３３とを備えている。

　弁体２の天地側にはステム挿入孔２３が形成され、特に、天側のステム挿入孔２３にはステム５の角形部５ｃが嵌合可能な角形穴部２４が形成される。天側のステム挿入孔２３には、角形部５ｃを角形穴部２４に嵌合させるように上部ステム５ａが挿着され、地側のステム挿入孔２３には、下部ステム５ｂが挿入される。これらにより、弁体２は、上部ステム５ａ、下部ステム５ｂで軸装された状態でボデー３内に装着され、上部ステム５ａの回動によってボデー内流路を開閉可能になっている。

　ライニング部（ライニング層）２２は、例えば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂などの樹脂材料により設けられ、上記の表裏側ライニング部３２、外周ライニング部３３に加えて、上下側（天地側）にはボス部３０、軸筒ライニング部を備えている。ライニング部２２は、芯金２０の適宜位置に形成された連通部２１により芯金２０の表裏面の外周囲に一体に被覆され、芯金２０からの離脱が防がれた状態に形成される。

　弁体２のライニング部２２におけるシートライナ４とのシール部位は、天地側付近のボス部３０と、ボス部３０以外の部位である弁翼部３１とから成り、ボス部３０によりシートライナ４との弁開から弁閉状態までの天地側のシール性が確保され、弁翼部３１によりシートライナ４との弁閉状態における弁翼側のシール性が確保される。このように、弁閉時にはボス部３０と弁翼部３１とによりシートライナ４とのシール性が内周面全体に渡って発揮される。

　ここで、ライニング部２２を成形する場合には、バルブ本体１（芯金２０）が大口径になるに従って、鋳造時には回転軸を中心に芯金２０の弁翼側により多くの反りが生じやすくなり、その後のライニング処理をおこなう際には、芯金２０の弁翼側付近が自重により下方に撓んで変形しやすくなる。

　これに対して、図２、図３において、表裏側ライニング部３２は、反りが生じていないと仮定した芯金２０の表裏側のそれぞれに、所定ライニング厚みと、芯金２０の弁翼側で想定される最大反り幅と同じ厚みとを加えた厚みＴ１を、少なくとも芯金２０の外周側位置において有するように設けられる。この表裏側ライニング部３２により、芯金２０の弁翼側においても確実にその表裏面が被覆される。この図２及び図３は、芯金２０に反りが生じていない、いわば理想的な状態を示す図であり、実際にはこのような状態にならず、芯金２０に反りが生じる場合がある。芯金２０に反りが生じる場合の形態については、後述にて図４に基づき説明する。また、本例では、芯金２０の表裏側に一様の厚みの表裏側ライニング部３２を設けたが、必ずしもこれに限定されない。芯金２０の反りは、弁翼側に向かって大きくなりやすいので、それに応じて、弁翼側に向かって厚みを増していくようにしてもよい。

　具体的には、本例のような呼び径３５０Ａ～６００Ａ程度の大口径バタフライバルブである場合、芯金２０の表裏側のそれぞれの所定ライニング厚みが少なくとも３ｍｍ以上であることが望ましく、本例では３ｍｍ程度に設けられる。一方、芯金２０の弁翼側で想定される最大反り幅と同じ厚みは、芯金２０の回転軸を中心とした弁翼付近の最大の反り幅を２ｍｍと仮定し、これに対応して芯金２０の表裏側にそれぞれ２ｍｍ程度に設けられる。これらにより、表裏側ライニング部３２は、反りが生じていないと仮定した芯金２０の表裏側のそれぞれに、所定ライニング厚み３ｍｍと、芯金の弁翼側で想定される最大反り幅と同じ厚み２ｍｍとの和である５ｍｍ程度の厚みＴ１により設けられる。

　一方、外周ライニング部３３は、芯金２０の外周端から弁体２の外周端の先端シール面４１までの厚みＴ２により芯金２０の外周側に設けられ、この厚みＴ２は、芯金２０外周側の所定ライニング厚みと、所定潰し厚みとを加えた厚みよりなり、この外周ライニング部３３により芯金２０の外周側が被覆される。

　具体的には、弁体２の外周側における所定ライニング厚みが３ｍｍ程度に設けられ、この所定ライニング厚みに所定潰し厚みが加えられ、これらにより外周ライニング部３３が構成される。本例では、所定潰し厚みを１ｍｍ程度に設定し、これら所定ライニング厚みと所定潰し厚みとにより、弁体２外周側にシートライナ４に圧接する厚み及び潰し代として必要な厚みが確保される。

　ここで、「所定ライニング厚み」とは、弁体２が接する可能性がある流体を芯金２０まで浸透させないために必要とされるライニング層の最小の厚みをいい、ライニング層の材質や流体の種類によって異なる。なお、この「最小の厚み」とは、理論や実証等で証明された値である必要はなく、当業者の経験上、流体を浸透させないために最低限必要とされる慣例的な値であればよい。また、「所定潰し厚み」とは、弁体２の開閉時に、弁体２のシール部位が、シートライナ４に繰り返し接触して押し潰される際に生じ得る不可逆な潰しの量をいう。この「所定潰し厚み」は、弁体２のサイズ、ライニング部２２の材料やシール部位の押し潰し量等を考慮して設定することができる。

　さらに、「芯金２０の弁翼付近で想定される最大反り幅」とは、芯金２０の鋳造等において発生する可能性がある弁翼付近を中心とした反りに関し、予想される範囲で最大の反りが発生した場合における、芯金２０端部からの設計値のずれ幅をいう。

　外周ライニング部３３のシール側には、凸部（環状凸部４０）が所定の高さにより設けられ、この環状凸部４０は、弁体２の外周側に突出してこの弁体２外周に連続して略環状に形成され、この環状凸部４０における弁体２の外周側端面に先端シール面４１が形成される。先端シール面４１は、所定シール幅Ｗによって設けられる。

　この場合、環状凸部４０は、シートライナ４の弁座との接触の結果生じる不可逆的な漏れも考慮して、十分なシール性を維持できる所定高さ（所定潰し厚み）に設定する。その結果、外周ライニング部３３において、芯金２０の外周側に、所定のライニング厚みを有する層が形成され、その更に外周側に所定潰し厚みの環状凸部４０が形成される。このような構造により、芯金２０の外周側において確実に所定ライニング厚みを確保しつつ、外周シール部も必要最小限に形成することができる。

　前記所定シール幅Ｗとは、環状凸部４０のシートライナ４との主なシール部位となる先端シール面４１が十分なシール性を得るために必要な大きな幅を意味する。この所定シール幅Ｗも、当業者に慣例的な値とすることができる。

　本例の環状凸部４０は、３ｍｍ程度の所定シール幅Ｗにより、１ｍｍ程度の高さに形成され、外周ライニング部３３全体は、所定ライニング厚み（３ｍｍ）と所定潰し厚み（１ｍｍ）の和である４ｍｍ程度の厚みに設けられる。

　図３の弁体２０の断面図において、環状凸部４０の先端シール面４１への両側（図の上下側）には側面部４２が設けられ、それぞれの側面部４２は、先端シール面４１の圧接シール方向に対して傾斜する傾斜面により形成される。先端シール面４１の圧接シール方向に対する角度θは、１０°以下に設けられる。

　すなわち、芯金２０にライニング層（ライニング部２２）を形成する際には、ライニング部２２の成形時に、環状凸部４０を予定としている高さよりも大幅に高く（図３の右方向に大きく）形成しておき、成形後に、環状凸部４０に必要な高さの位置で切断することができる。このとき、角度θが１０°以下であると、切断前の環状凸部の両側面部４２が互いに平行に近くなり、両側面部４２間の幅の切断位置による変化を少なくできるため、先端シール面４１で必要なシール幅Ｗを形成することができる。

　図３中、表裏側ライニング部３２の厚さ（芯金２０表面からライニング部２２の外表面までの厚さ）は、外周ライニング部３３の厚さよりも大きくなっているが、より好ましくは、表裏側ライニング部３２から環状凸部４０にかけてのライニング部の厚さは均一であると良い。ライニング部の厚さに差があると、ライニング部の成形時に、厚さの差による収縮差が生じ、もっとも薄い箇所に応力が集中し、破断しやすい箇所となるおそれがある。特に、環状凸部４０の根元部は応力が集中しやすい箇所であるが、このように表裏側ライニング部３２から外周ライニング部３３を経て環状凸部４０までの厚さを均一とすることで、厚みの差による応力集中が生じにくく、ライニング部２２の破断等を抑制しやすくなる。

　先端シール面４１と両側面部４２との間には環状のＣ面部４５が形成され、このようにＣ面部４５（Ｃ面取り）を設けていることで、環状凸部４０がシートライナ４に接触するときに、環状凸部４０の一部に過大な力が加わることを防いでいる。さらに、Ｃ面部４５の大きさや角度を適宜設定することにより、先端シール面４１のシール幅Ｗを任意の大きさに設定することもできる。

　上述したライニング部２２を弁体２に形成していることで、芯金２０に反りや撓みが生じたときにも、表裏側ライニング部３２の厚みＴ１と、外周ライニング部３３における厚みＴ２及びシール幅Ｗとが弁閉時に確実にシール性を発揮する大きさとなり、しかも、このとき外周ライニング部３３が、シール性を維持する必要最小限の厚みに抑えられている。

　以下、図４を参照して、芯金２０に反りや撓みが生じている場合について説明する。同図においては、弁体の一部省略断面図を示しており、図４（ａ）は、本実施形態の芯金の反りが無い状態、図４（ｂ）は、本実施形態の芯金に反りが生じた状態、図４（ｃ）は比較例を示している。

　図４（ａ）では、芯金２０の表裏側に対して表裏側ライニング部３２が均一の厚みに形成され、外周側には外周ライニング部３３が、均一の厚みに形成された状態を示している。この場合、これら表裏側ライニング部３２、外周ライニング部３３が十分な厚さに確保される。

　図４（ｂ）に示すように、上方に向けて反りが発生した場合であっても、表裏側ライニング部３２は、所定ライニング厚みに、予め想定した芯金２０の最大反り幅の厚みを加えた厚みを有しているので、芯金２０の上面側の表裏側ライニング部３２には少なくとも所定ライニング厚みが確保され、外周ライニング部３３にも少なくとも所定ライニング厚みが確保され、これらにより流体の浸透や透過を防ぎ、弁閉時のシートライナ４に対するシール性が確保される。

　図４（ｃ）の比較例に設けられたライニング部２５の場合、芯金２０の表裏面には、弁翼側で想定される最大反り幅と同じライニング厚みが加えられておらず、芯金２０の外周側には、所定シール厚さのライニング厚みが加えられていない。この場合、上面側の表裏側ライニング部で所定のライニング厚みが足りなくなり、特にこの例では、芯金２０が表裏側のライニング部２５の上部から露出しているため、流体の浸透や透過を防ぐことができなくなり、外周ライニング部の厚みが十分でないため、弁閉時のシール性を確保することが難しい。

　本実施形態の弁体２をバタフライバルブに適用した場合、環状凸部４０がボデー側のシール面との間で押しつぶされ、シール性が発揮される。このとき、良好なシール性を得るためには、環状凸部４０の対向位置に芯金２０の外周側面部２０ａが確実に位置していると良い。これにより、環状凸部４０が芯金２０によって支えられた状態となっていることが好ましい。また、上述のごとく、大口径になるほど、芯金２０に反りや撓みが発生しやすいが、芯金２０の反りや撓みによって、環状凸部４０から芯金２０の外周側面部２０ａがずれてしまうと、シール性が十分に得られなくなるおそれがある。

　そこで、本例では、芯金２０の外周側面部２０ａは、この芯金２０の弁翼側で想定される最大反り幅で反りが生じても、環状凸部４０の厚み方向の中央部と対向できるような幅を有している。例えば、芯金２０の反りが最大で２ｍｍ程度生じることが想定される場合は、外周側面部２０ａの幅は４ｍｍよりも大きくすることが好ましい。仮に、芯金２０が最大２ｍｍ反ったとしても、環状凸部４０の中央部は芯金２０の外周側面部２０ａと対向するような位置にあるので、芯金２０の反りや撓みによるシール性の低下を防ぐことができる。

　上記の芯金２０の表面にライニング部２２を備える弁体２は、例えば、次のようにして製造することができる。図６は、バタフライバルブの成形金型を示した概略説明図であり、図示していないが、ステム挿入孔にステム又はステム治具を挿入して、ステム又はステム治具を下部金型で保持している。

　まず、芯金２０を準備し、この芯金２０の上部ステム５ａ及び下部ステム５ｂのステム挿入孔２３に、それぞれステム５又はステムと同形状の上下部ステム治具（図示せず）などを挿入し、芯金２０を固定する（芯金２０のステム挿入孔２３は図１等を参照のこと）。

　次いで、芯金２０を略水平に寝かせた状態から、上下部ステム５ａ、５ｂ又は上下部ステム治具（以下、ステム治具）を保持しながら、成形用の型（金型）１００の下部金型１００ｂの所定の樹脂成形用の成形領域Ｄに芯金２０を配置する。この際、芯金２０が回転方向に移動しないように、上下部ステム５ａ、５ｂ又はステム治具を保持部材などで固定する。ここで、保持部材は、芯金２０が回転しなければどのような方法で固定してもよく、例えば、上下部ステム５ａ、５ｂ又はステム治具を両側から挟み込むように固定する保持部材でもよく、金型にステム保持用凹部などを設けて金型と一体となった保持部材でもよい。

　次いで、下部金型１００ｂの上方から上部金型１００ａを被せて金型１００を固定部材（図示せず）などで固定する。このとき、上部金型１００ａと下部金型１００ｂと芯金２０が配置される領域との間には、この芯金２０の周囲にライニング部２２を形成するための空間Ｓが設けられている。

　図６において、ポット２００内に樹脂材料３００を充填後、押出部材２０１により樹脂材料３００を押出して、金型１００に設けた注入口１００ｃより空間Ｓ内に樹脂材料３００を注入（導入）して、この樹脂材料３００を硬化させて芯金２０を覆うライニング部２２を形成する。
　また、金型１００には環状段部１００ｄが設けられており、この環状段部１００ｄまで樹脂材料３００を圧入させて、芯金２０のライニング層２２の外周側に環状凸部４０を形成することができる。

　樹脂材料が十分に硬化した後、ライニング層を形成した芯金２０を金型１００より取り出し、弁体の外周に形成された環状凸部４０で不要な部分を切断して、所定のシール幅Ｗを有する先端シール面４１を備えたライニング型バタフライバルブを製造することができる。

　また、上述の方法において、上下部ステム５ａ、５ｂ又はステム治具などを固定保持すれば、金型１００内の成形領域Ｄ内で正確な位置に芯金２０を配置できるので、ライニング層を形成する際の歪みやずれ等が防止でき、必要な厚みのライニング部２２を形成しやすい。

　本例においては、特に大口径のバタフライバルブの場合、小口径のバタフライバルブよりも芯金２０に反りや撓みが生じやすい傾向にあり、芯金に反りや撓みが生じても必要な厚みのライニング部２２が形成できるように、ライニング部２２の形状を所定の条件を満たすようにしており、このライニング部２２の成形時に、金型内の成形領域内の芯金２０の位置を正確に合わせることが特に重要となる。上述の方法では、芯金２０に固定した上下部ステム５ａ、５ｂ又はステム治具などを固定保持して、金型１００内で芯金２０の正確な位置合わせが可能となる。

　図５において、弁体の天地側のボス部３０は、ボデー３に装着されたシートライナ４の天地側に形成されたボス面４ｄに圧接シール状態で配置され、これらボス部３０とボス面４ｄとによって弁開から弁閉状態までのボス部分におけるシール性が確保される。

　図１において、シートライナ４は、弁体２のライニング部２２と同材料であるＰＦＡ等の樹脂材料により所定の肉厚に設けられ、前述したようにボデー３内周側に被覆されて高い耐食性や耐熱性を発揮可能に設けられる。シートライナ４は、ボデー３内周側に装着される環状部４ａと、この環状部４ａの両端外周縁に突設形成されたフランジ部４ｂとを有し、環状部４ａの上下部ステム５ａ、５ｂの装着位置には、筒状ライニング部４ｃ、４ｃがステム５の取付け方向に突出して一体に形成され、これら筒状ライニング部４ｃに上下部ステム５ａ、５ｂが装着される。

　前述したボデー３の上下側のステムが挿入される軸装部１２内には、座金５１、リング体５２、シーリングブッシュ５３、Ｏリング５４、円筒状のベアリング５５がそれぞれ設けられ、さらに、各軸装部１２の上下側にはコイルスプリングからなるばね５６が装着されている。弁体２は、上下部側において、ライニング部２２で被覆された状態で軸装部１２により軸シールされた状態でボデー３内に回転自在に取付けられる。

　上下の各軸装部１２において、上部ステム５ａ、下部ステム５ｂの挿入方向に、互いに対向する一組の座金５１がそれぞれ装着される。この一組の座金５１は、ステム５（上下部ステム５ａ、５ｂ）側から弁体２のボス部３０に加わる面圧が、ステム５と弁体２との間にずれや傾きが生じたときにも、これらが生じていない状態と略同等の状態にできるような、凹凸形状の組合わせよりなる。

　具体的には、座金５１は、凸状座金６０と凹状座金６１とからなっている。凸状座金６０には、一面側に凸球面６２、凹状座金６１にはこの凸球面６２が面接触する凹球面６３が一面側にそれぞれ備えられ、これら凸状座金６０と凹状座金６１とが軸装部１２内に装着されたばね５６の弾発力により、互いの対向方向に押圧状態に装着されている。この座金５１の取付け構造は、上下の軸装部１２に対称の装着状態で設けられる。

　弁体２に流体圧が加わった場合、弁体２はその方向に移動し、それによりステム５（上部ステム５ａ、下部ステム５ｂ）は、上下の各ベアリング５５の真ん中位置を中心として傾くと考えられる。そのため、ステム５の傾きに沿って球面で摺動させる観点から、上下ベアリング５５の真ん中位置を球の中心位置として、座金５１の位置で形成される仮想の球面を、凸状座金６０と凹状座金６１との対向する球面と一致させるようにしている。

　ステム５は、最大でその端部側の周囲に存在する弁体２側とのスペースの分だけ傾くことになるため、この傾きに対応できる程度の形状に凸球面６２、凹球面６３が形成される。例えば、ステム５を最大１°の角度に傾くようにした場合、凸球面６２、凹球面６３をこれに対応して最大１°の角度の傾きに対応する球面形状とする。
　本例においては、仮想の球面の半径を１１０ｍｍとし、この半径により凸球面６２、凹球面６３がそれぞれ形成される。これによって、ステム５（上部ステム５ａ、下部ステム５ｂ）が傾いてこのステム５と弁体２との間にずれや傾きが生じたとしても、ベアリング５５の傾きの面圧を凸球面６２から凹球面６３に均一に伝達するようになっている。

　凸球面６２と凹球面６３とは、互いに摺動しやすい態様に形成されることが望ましく、本実施形態では、凸状座金６０の内外周径が、凹状座金６１の内外周径よりもそれぞれやや小さく設けられ、凸状座金６０の内外周側にそれぞれ適宜のスペースが設けられている（図示せず）。このため、凸状座金６０は凹状座金６１に対して容易に周方向に揺動可能となる。

　ベアリング５５は、ばね５６とリング体５２との間に配置され、このベアリング５５により上部ステム５ａ、下部ステム５ｂがそれぞれＯリング５４の近傍で回転自在且つ調心状態に支持されている。

　リング体５２は、ステンレス材料により弁体２のボス部３０の外周近傍位置を上方側から強く押圧することが可能な円筒形状に設けられ、弁体２が回転可能な状態としつつ、このリング体５２によりベアリング５５を通してばね５６の弾発力が弁体２側に伝達可能に設けられる。

　上部ボデー３ａの上部側には、上部ステム５ａを回動可能に支持するベアリング部材７０が保持リング７１で係止された状態で配置され、このベアリング部材７０によりばね５６が下方向に弾発可能な状態に保持される。

　一方、下部ボデー３ｂ側には、コマ部材７２が保持リング７１で係止された状態で配置され、このコマ部材７２の上に下部ステム５ｂを回動可能に支持するベアリング部材７３が重ねられ、このベアリング部材７３を通してばね５６が上方向に弾発可能な状態に保持される。前記ベアリング部材７０、７３、コマ部材７２により、上下のばね５６、５６がそれぞれ弁体２方向に弾発される。ベアリング部材７０やコマ部材７２の内外周には、防塵・防水用のＯリング７４、７４がそれぞれ装着される。

　シーリングブッシュ５３は、カーボンファイバー入りＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂材料により成形され、リング体５２とライニング部２２及びシートライナ４との間にシール部位として設けられる。シーリングブッシュ５３の下部側には、外周方向に曲折されるように環状の鍔部５３ａが形成される。鍔部５３ａにはリング体５２の端面側が当接可能に設けられ、これにより、リング体５２が鍔部５３ａを通してシートライナ４を押圧するようになっている。

　上記構成により、図１のバルブ本体１において、ボデー３の軸装穴１３設けたばね５６の弾発力でリング体５２を通して弁体２の天地のボス部３０に位置するシートライナ４を押圧することで、この天地部位のシール性がそれぞれ確保される。

　なお、上記実施形態において、表裏側ライニング部３２や、外周ライニング部３３には、芯金２０の反りに応じた部分的な厚みがさらに加えられていたり、芯金２０の全面に想定される最大反り幅に対応した厚みが加えられていてもよい。

　座金５１は、軸装部１２の任意の位置に配置することもでき、凸状座金と凹状座金とが相互に摺動可能な態様であれば、球面形状以外のテーパ形状や、或は上下の位置関係を反対に設けることもできる。また、これらの一組の座金を揺動しない態様に設けるようにしてもよい。
　ばね５６としてコイルスプリングを用いているが、これに限ることはなく、例えば、皿ばねなどを用いるようにしてもよい。

　次いで、本発明のライニング型バタフライバルブの上記実施形態における作用を述べる。図１～図３において、バルブ本体１は、表裏側ライニング部３２と外周ライニング部３３とを備えたライニング部２２を備え、このライニング部２２で芯金２０を覆うようにしているので、バルブ本体１を呼び径３５０Ａ～６００Ａ程度に大口径化する場合にも、耐薬品性や耐熱性を維持できる。

　この場合、表裏側ライニング部３２は、芯金２０の表裏側のそれぞれにおいて、３ｍｍの所定ライニング厚みと、芯金２０の弁翼側で想定される最大反り幅と同じ２ｍｍの厚みとを加えた５ｍｍの厚みＴ１に設定していることで、仮に、鋳造時に芯金２０に反りが発生したり、図６のライニング成形型でライニング加工する際に、弁翼側が自重により下方に撓んで変形したとしても、芯金２０の表裏面に必要なライニング厚を施すことができ、ライニング部３２により流体の浸透や透過を確実に阻止して耐薬品性や耐熱性を確保できる。

　一方、外周ライニング部３３は、芯金２０外周側の３ｍｍの所定ライニング厚みと、１ｍｍの所定潰し厚みとを加えた４ｍｍの厚みＴ２に設定し、この外周ライニング部３３のシール側には環状凸部４０を形成しているので、芯金２０の形状を細かく設定することなく、この芯金２０の外周端部側の厚みやテーパ形状にこだわらず、簡単に必要なシール幅Ｗを有する外周シール部を形成することができる。

　環状凸部４０の所定シール幅Ｗを、本実施形態のようなサイズの弁体２に必要な幅である３ｍｍに設けているので、弁閉時には、芯金２０外周面により環状凸部４０を含む外周ライニング部３３が押圧され、環状凸部４０の先端シール面４１をシートライナ４内周の環状シール面４３に圧接して確実に漏れを防止する。

　また、芯金２０の外周側面部２０ａは、この芯金２０の弁翼側で想定される最大反り幅で反りが生じたとしても、環状凸部４０の厚み方向の中央部と対向できるような幅を有するようにしているから、芯金２０の反りが最大となっても、必ず、外周側面部２０ａと環状凸部４０の中央部が対向するので、芯金２０の反りや撓みが生じてもシール性の低下を防ぐことができる。

　さらに、環状凸部４０の両側面部４２の角度θを、先端シール面４１の圧接シール方向に対して１０°となる傾斜面により設けているので、環状凸部４０の側面部４２が、先端シール面４１の圧接シール方向との関係において平行に近くなる。そのため、成形時に環状凸部４０を長めに形成しておき、その余分な部分を切断することによって所定シール幅Ｗに加工しやすくなる。

　図５に示すように、上下の軸装部１２内に凸状座金６０と凹状座金６１とからなる一組の座金５１を装着し、凸球面６２と凹球面６３とをばね５６の弾発力により押圧した状態としている。これによって、弁体２が移動してステム５に傾きが生じた場合であっても、凸球面６２が凹球面６３に対して摺動し、凸状座金６０がステム５とともに傾く一方で、凹状座金６１の所定の向きが維持される。そのため、ばね５６による押圧力が、ステム５の傾きによってボス面４ｄに対して傾くように加わっていたとしても、座金５１によりボス面４ｄに垂直な方向の力に変換される。この座金５１が無ければ、ばね５６による押圧力が傾いてボス面４ｄに加わるため、円形のボス面４ｄへの押圧力が周方向に不一致となり、弱くなった部分で漏れが生じるおそれがある。これに対し、座金５１により押圧力がボス面４ｄに垂直に変換されるため、ボス面４ｄの周方向に均一に力が加わるようになる。

　以上のことから、弁閉時には、弁体２のボス部分側とボス部分以外の弁翼部分側とおける双方の封止性を確保し、例えば、バルブ本体１を呼び径３５０Ａ～６００Ａ程度に大口径化した場合にも、弁体２の全周に全周に渡ってシールを向上させることが可能になる。

　以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。

　１　バルブ本体
　２　弁体
　３　ボデー
　４　シートライナ
　５　ステム
　５ａ　上部ステム
　５ｂ　下部ステム
　１２　軸装部
　２０　芯金
　２０ａ　外周側面部
　２２　ライニング部（ライニング層）
　２３　ステム挿入孔
　３０　ボス部
　３２　表裏側ライニング部
　３３　外周ライニング部
　４０　環状凸部（凸部）
　４１　先端シール面
　４２　傾斜面（側面部）
　５１　座金
　５６　コイルスプリング（ばね）
　６０　凸状座金
　６１　凹状座金
　６２　凸球面
　６３　凹球面
　１００　成形用の型（金型）
　１００ａ　上部金型
　１００ｂ　下部金型
　Ｔ１、Ｔ２　厚み
　Ｗ　所定シール幅
　θ　角度

Claims

　芯金がライニング層で被覆された弁体がステムによりボデー内に回転自在に設けられたバタフライバルブにおいて、前記ライニング層は、前記芯金の表裏側にそれぞれ設けられた表裏側ライニング部と、前記芯金の外周側に設けられた外周ライニング部とを備え、前記表裏側ライニング部は、反りが生じていないと仮定した芯金の表裏側のそれぞれに、所定ライニング厚みと、前記芯金の弁翼側で想定される最大反り幅と同じ厚みとを加えた厚みを少なくとも前記芯金の外周端位置において有するように設けられ、前記外周ライニング部は、前記芯金の外周端から前記弁体の外周端の先端シール面までの厚みが、所定ライニング厚みと、所定潰し厚みとを加えた厚みであることを特徴とするライニング型バタフライバルブ。
　前記外周ライニング部には、前記弁体の外周側に突出する凸部が前記弁体外周に連続して略環状に形成され、前記凸部の前記弁体の外周側端面が所定シール幅を有する前記先端シール面となる請求項１に記載のライニング型バタフライバルブ。
　前記芯金が、その最外周に外周側面部を有しており、この外周側面部は、前記芯金の弁翼側で想定される最大反り幅にて芯金に反りが生じたとしても、前記外周ライニング部に設けた前記凸部の厚み方向の中央部と対向できるような幅を有する請求項２記載のライニング型バタフライバルブ。
　前記凸部の前記先端シール面への各側面部は、前記先端シール面の圧接シール方向に対して１０°以下の角度の傾斜面で形成された請求項２又は３に記載のライニング型バタフライバルブ。
　前記ステムが装入される軸装部内に前記ステムの挿入方向に互いに対向する一組の座金が装着され、この一組の座金は、前記ステム側から前記弁体に形成されたボス部に加わる面圧が、前記ステムと前記弁体との間にずれや傾きが生じたときにも略同一とできるような凹凸形状の組合わせよりなる請求項１乃至４の何れか１項に記載のライニング型バタフライバルブ。
　前記座金は、凸球面を備えた凸状座金と、前記凸球面が面接触する凹球面を備えた凹状座金とからなり、前記凸状座金と前記凹状座金とが前記軸装部内に装着されたばねの弾発力で互いの対向方向に押圧状態に装着された請求項５に記載のライニング型バタフライバルブ。
　芯金がライニング層で被覆された弁体がステムによりボデー内に回転自在に設けられたバタフライバルブにおいて、前記ライニング層は、前記芯金の表裏側にそれぞれ設けられた表裏側ライニング部と、前記芯金の外周側に設けられた外周ライニング部とを備え、前記表裏側ライニング部は、前記芯金の表裏側に少なくとも所定ライニング厚みを有するとともに、少なくとも前記芯金の外周端位置においては、表裏側の合計で、所定ライニング厚みに前記芯金の弁翼側で想定される最大反り幅と同じ厚みを加えた厚みを倍した厚みを有しており、前記外周ライニング部は、前記芯金の外周端から前記弁体の外周端の先端シール面までの厚みが、所定ライニング厚みと、所定潰し厚みとを加えた厚みであることを特徴とするライニング型バタフライバルブ。
　請求項１乃至７の何れか１項に記載のライニング型バタフライバルブの製造方法であって、前記芯金に、当該芯金の弁翼部の対向位置にそれぞれ設けたステム挿入孔にステム又はステム治具を挿入して芯金とステム又はステム治具を互いに固定し、前記ライニング層成形用の型の成形空間内に前記芯金を配置し、前記上下部ステム又は上下部ステム治具を保持することによって前記成形空間内で前記芯金が動かないように固定した状態で、前記成形空間内に前記ライニング層形成用の材料を導入することで前記芯金の表面上に前記ライニング層を形成するライニング型バタフライバルブの製造方法。