JP2001343075A - バタフライ弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弁体を開く際に生じる回転トルクの急激
な低下によるジャンピング現象を防止し、弁開度の制御
を容易にし、しかも二次偏心量を大きく設定することを
不要にし、本体設計を容易にし、大トルクの弁操作機を
不要にする。 【解決手段】 円板状の弁体２０と、その直径方向に対
して平行な弁軸２２とを備え、弁軸２２が弁体２０の中
心軸線Ｎ方向および該中心軸線方向に対し垂直な方向Ｍ
の２方向に偏心して設けられたバタフライ弁において、
円筒状の弁箱内面のシートリング２４と接する弁体外周
のシール面２０ａの幅が、弁体２０を弁軸２２方向にみ
て弁軸に近い側から遠い側に向かって順に広くなるよう
に形成され、弁を開く際に遠い側が近い側よりも遅れて
シールリング２４から離脱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、バタフライ弁、
詳しくは、円板状の弁体と、その直径方向に対して平行
な弁軸とを備え、この弁軸が上記弁体の中心軸線方向お
よび該中心軸線方向に対し垂直な方向の２方向に偏心し
て設けられた、いわゆる二重偏心型バタフライ弁に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】バタフライ弁として、図２に示す二重偏
心型のものが知られている。図２は、バタフライ弁を閉
じた際の本体部分を横断面で示す。１０はステンレス鋼
等の金属からなる円板状の弁体で、その上部（紙面手前
側）および下部（紙背側）から後方（図の下方）へ突出
するアーム１１を介して上下方向の弁軸１２が固定さ
れ、この弁軸１２が円筒状の弁箱１３に支持されてい
る。なお、図示のアーム１１および弁軸１２は、下側の
ものであり、上側のものは図示されていない。

【０００３】そして、上記弁箱１３の内面側には、コイ
ルスプリングを内蔵したステンレス鋼からなる板バネ形
のシートリング１４が保持リング１５によって取付けら
れ、このシートリング１４の内面に上記弁体１０の外周
のシール面１０ａが、その幅Ｂ（図３参照）を二分する
中央のシール線Ｓに沿って線接触し、シートリング１４
を押し広げてシールするようになっている。なお、上記
のシール面１０ａは、弁体１０の外周面の中央部で、そ
の開閉動作時にシートリング１４と圧接してシートリン
グ１４を押し広げ、シールを可能にする区域である。

【０００４】上記弁体１０のシール面１０ａは、弁体１
０の中心軸線Ｎに沿った後方の点Ｏaを中心とする球面
Ｇ（または球面Ｇに近似する円錐面その他の曲面）に形
成され、弁体１０の前縁部１０ｂ（図２参照）および後
縁部１０ｃには、それぞれ上記の球面Ｇに連続する丸み
が付されている。なお、上記の点Ｏa を本体中心と呼
び、また弁閉時に上記シール面１０ａ上のシートリング
１４が接する円Ｓをシール円と呼ぶことにすると、この
シール円Ｓから上記本体中心Ｏa までの距離Ｈa が一次
偏心量と呼ばれる。そして、前記の弁軸１２の中心Ｏb
は、上記の本体中心Ｏa から右に、上記の中心軸線Ｎに
垂直な幅方向線Ｍに沿って距離Ｈb だけ離れた位置に設
けられ、この距離Ｈb が二次偏心量と呼ばれる。

【０００５】上記のバタフライ弁においては、図示の弁
閉状態から弁を開くとき、弁軸１２を半時計方向（矢印
Ｐ方向）に、すなわち弁体１０を弁軸方向にみて弁軸１
２に近い側を弁軸１２の無い側に９０度回転させ、二点
鎖線の状態で停止させる。このとき、二重偏心型バタフ
ライ弁の特性として、弁体１０が少ない回転角度でシー
トリング１４から離脱するが、回転開始から離脱までの
間は、弁体１０の回転にしたがって弁体１０のシール面
１０ａとシートリング１４間の圧縮量が徐々に減少する
ものの、両者間の初期圧縮量がゼロになることはなく、
摩擦による回転トルクが高い水準に維持される。

【０００６】そして、図２において、シール面１０ａの
左側部分すなわち弁軸１２から遠い側とシートリング１
４との接触が終わって弁体１０の前縁部１０ｂの左端部
がシートリング１４の位置に達すると、ほとんど同時に
シール面１０ａの右側部分とシートリング１４との接触
も終わって後縁部１０ｃの右端部がシートリング１４の
位置に達する。すなわち、弁体１０の左右がほぼ同時に
シートリング１４から離脱を開始し、バタフライ弁の回
転トルクは急激に低下する。そのため、特に弁の開閉に
空気圧式駆動装置を用いた場合に弁体１０がいったん目
標開度を超えた位置まで開き、しかるのち閉方向に逆転
して目標開度で停止するというジャンピング現象が発生
し、弁開度の制御を困難にしていた。

【０００７】なお、シートリング１４に対する弁体１０
の左右同時離脱を防ぐ手段として、二次偏心量Ｈb を大
きく設定することにより、弁体１０の弁軸１２に近い右
側後縁部１０ｃがシートリング１４に達するまでに右側
シール面１０ａをシートリング１４から離脱させること
が考えられるが、この場合は、弁軸１２が図２の右側へ
大きく偏るので、配管に際し、パイプラインを構成する
２本のパイプの端部間に弁箱１３を挟み、両側のパイプ
の端部外面に固着されているフランジ同士を複数本のボ
ルトで連結するとき、この接続用ボルトに上記の弁軸１
２が干渉するなどの、設計上解決できない問題が発生す
る。また、弁体１０の左右の受圧面積差が大きくなるた
め、流体圧力を受けた場合に受圧面積差によって生じる
回転トルクが大きくなり、このトルクに見合った大きな
弁操作機が必要になる等の問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の二
重偏心型のバタフライ弁、すなわち円板状の弁体と、そ
の直径方向に対して平行な弁軸とを備え、この弁軸が上
記弁体の中心軸線方向および該中心軸線方向に対し垂直
な方向の２方向に偏心して設けられたバタフライ弁にお
いて、その弁体を開く際に生じる回転トルクの急激な低
下によるジャンピング現象を防止し、もって弁開度の制
御を容易にし、しかも二次偏心量を大きく設定すること
を不要にし、本体設計を容易にし、大トルクの弁操作機
を不要にするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るバタフラ
イ弁は、円板状の弁体と、その直径方向に対して平行な
弁軸とを備え、この弁軸が上記弁体の中心軸線方向およ
び該中心軸線方向に対し垂直な方向の２方向に偏心して
設けられたバタフライ弁において、円筒状の弁箱内面の
シートリングと接する上記弁体外周のシール面の幅を、
該弁体を弁軸方向にみて弁軸に近い側および遠い側の一
方から他方に向かって順に広くなるように形成し、弁を
開く際に上記シール面の幅の広い側が狭い側よりも遅れ
て上記のシートリングから離脱するようにしたことを特
徴とする。

【００１０】上記弁体のシール面は、弁が閉じた状態か
ら弁を開く方向に回転しているとき、従来と同様に、上
記のシール面がシートリングに対向している間は、シー
ル面とシートリングとの間に圧縮力が作用し、回転が進
むにしたがって上記圧縮力が徐々に低下するように形成
される。このシール面の形状としては、前記のように、
一次偏心軸を中心とする球面または該球面に近似する円
錐面その他の曲面が例示され、この場合の弁を開く方向
は、弁体を弁軸方向に見て弁軸に遠い側が弁軸側に向か
う方向に設定され、この場合はシール面の形状を上記の
球面等に形成することができ、製造が容易になる。

【００１１】そして、従来は、シール面の幅が弁体の全
周にわたって一様に形成されていたのに対し、この発明
では、弁体を弁軸方向にみた場合に上記シール面の幅を
弁軸に近い側と遠い側とで相違させ、弁を開く際に上記
シール面の幅の広い側が狭い側よりも遅れてシートリン
グから離脱するようにしたので、弁体を開く際に生じる
回転トルクの低下が従来よりも緩和され、そのためジャ
ンピング現象の発生が防止される。したがって、弁開度
の制御が容易になり、弁の開閉に空気圧式駆動装置を用
いた場合にも支障が生じない。しかも、二次偏心量を増
大しないので、本体設計が容易であり、かつ大トルクの
弁操作機が不要になる。

【００１２】上記シール面の幅は、弁軸に近い側および
遠い側のいずれを広く形成してもよいが、弁軸に遠い側
を広く形成する方が、近い側に比べて回転半径が大き
く、弁体の回転時における前記圧縮率の変化が少ない点
で好ましい。そして、遠い側および近い側の一方から他
方に向かって順に広くなるように形成するには、弁閉時
におけるシートリングとシール面との接触線であるシー
ル線を含む平面に対し、上記シール面の弁軸側端縁部を
含む平面を平行に、また反対側端縁部を含む平面を斜め
にそれぞれ形成して弁軸に近い側のシール面の幅よりも
遠い側のシール面の幅を広くするのが好ましく、この場
合は、シール面の形状を弁体の中心軸線に対称な前記の
球面またはこれに近似する円錐面その他の曲面等に形成
することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１において、２０は円板状の金
属製弁体であり、従来と同様に、その上部（紙面手前
側）および下部（紙背側）から後方（図の下方）へ突出
する上下のアーム２１を介して上下方向の弁軸２２に固
定され、この弁軸２２が円筒状の弁箱（図示されていな
い）に支持され、図示の弁閉時には、弁体２０の外周の
シール面２０ａがシール線Ｓにおいて上記弁箱内面のコ
イルスプリング内蔵型板バネ製シートリング２４に線接
触するようになっている。ただし、後記するように、厚
みは左右で異なり、左側が右側よりも厚く形成されてい
る。

【００１４】上記のシール面２０ａは、円形の上記シー
ル線Ｓの中心軸線Ｎに沿ってシール線Ｓの後方（図１の
下方）へ一次偏心量Ｈa だけ離れた本体中心Ｏa を中心
とする球面Ｇに形成され、上記弁板２０の前縁部２０ｂ
および後縁部２０ｃは、上記の球面Ｇに続く丸みで面取
りされている。そして、前記の弁軸２２は、上記本体中
心Ｏa から更に右へ、上記の中心軸線Ｎに対して垂直な
幅方向線Ｍに沿って二次偏心量Ｈb だけ離れた弁軸中心
Ｏb に、紙面に対し垂直に設けられる。

【００１５】上記の弁板２０において、球面Ｇからなる
シール面２０ａと弁軸２２側（後縁部２０ｃ側）の面取
り部との境界線Ｓb 、すなわちシール面２０ａの後側端
縁Ｓbを含む平面は、前記シール線Ｓを含む平面と平行
に形成される。一方、上記シール面２０ａと反弁軸２２
側（前縁部２０ｂ側）の面取り部との境界線Ｓa 、すな
わちシール面２０ａの前側端縁Ｓa を含む平面は、前記
シール線Ｓを含む平面に対して傾斜するように形成され
る。

【００１６】しかも、この実施形態では、上記シール面
２０ａの幅が左側で広く右側で狭くなり、右側の狭い側
の幅のほぼ中心を上記シール線Ｓが通るように形成され
る。したがって、幅の広い左側では、シール面２０ａの
幅がシール線Ｓの前側で広く、後側で狭くなる。また、
シール面２０ａの前側端縁Ｓa が形成する円の中心軸線
Ｎf は、シール線Ｓが形成する円の中心軸線Ｎに対して
時計方向に角度θだけ傾斜する。

【００１７】上記の構造において、弁体２０が図示の全
閉状態から従来と同様に反時計方向（矢印Ｐ方向）に、
すなわち弁体２０を弁軸２２の方向に見て、シール面２
０ａの幅の狭い側（図１の右端部）が弁軸２２の無い側
に向かうように回転すると、従来の二重偏心型バタフラ
イ弁と同様に、弁体２０は、球面Ｇからなるシール面２
０ａの右側では、シール線Ｓと後側端縁Ｓb との間の部
分が、また反対の左側では、シール線Ｓと前側端縁Ｓa
との間の部分がそれぞれシートリング２４と接しながら
回転し、その回転の間に弁体２０とシートリング２４の
圧縮量は徐々に減少する。

【００１８】そして、右側において、弁体２０とシート
リング２４の接触位置が後側端縁Ｓbを越えて後縁部２
０ｃ側の面取り部に達すると、この右側では弁体２０が
シートリング２４から離脱する。しかし、左側では、シ
ール面２０ａの幅がシール線Ｓの前側で広く形成されて
いるため、シートリング２４との間の圧縮量は減少する
ものの、完全離脱には至らず、シール状態が維持され、
上記弁体２０の回転に伴って引き続き上記圧縮量が次第
に減少する。

【００１９】次いで、左側において、弁体２０とシート
リング２４の接触位置が前側端縁Ｓaを越えて前縁部２
０b 側の面取り部に達すると、この左側でも弁体２０が
シートリング２４から離脱し、これによってシートリン
グ２４の全域に対する弁体２０の離脱が完了する。

【００２０】上記の実施形態において、シール面２０ａ
の左側におけるシール線Ｓと前側端縁Ｓa 間の幅と、右
側におけるシール線Ｓと後側端縁Ｓb 間の幅との比率は
１．５〜２．０が好ましい。この比率が１．５未満では
所期の効果が得られず、反対に２．０を超えると、弁の
開閉時に弁体がシートリングに圧接する回転区間が広く
なり、二重偏心型バタフライ弁の特長が失われる。

【００２１】また、上記の実施形態において、シートリ
ング２４は、ステンレス鋼その他の金属製に限るもので
はなく、フッ素樹脂やゴム等の有機高分子材料製とする
ことができる。また、弁体２０において、シール面２０
ａの曲面形状は、本体中心Ｏaを中心とする球面Ｇに限
るものではなく、該球面Ｇに近似する円錐面等、この発
明の目的に適うものであれば、任意の曲面とすることが
できる。

【００２２】

【発明の効果】以上のとおり、この発明のバタフライ弁
は、弁を閉じる際は、弁体とシートリングとが接して摺
動摩擦する回転角度を、従来の二重偏心型バタフライ弁
と同様に小さくすることができ、上記摺動摩擦による発
生トルクの低減が可能である。また、弁を開く際は、流
体の漏洩を防止するために弁体とシートリング間に発生
した圧縮力を開放するに必要な回転角度が、弁体の弁軸
に近い側と遠い側とで相違するため、弁軸トルクが緩や
かに低下し、そのため特に空気圧式駆動装置を用いた場
合に問題となるジャンピング現象が防止され、開度を微
小に設定する場合の制御が容易になる。また、二次偏心
量を増大する必要がなく、そのため弁を操作するための
駆動装置を小型化することができる。特に、請求項２に
係る発明は、弁体の製造が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の弁体の平面図である。

【図２】従来のバタフライ弁の横断面図である。

【図３】図２の一部の拡大平面図である。

【符号の説明】

２０：弁体 ２１：アーム ２２：弁軸 ２４：シートリング ２０ａ：シール面 ２０ｂ：前縁部 ２０ｃ：後縁部 Ｎ：弁体の中心軸線 Ｍ：中心軸線に対し垂直な方向 Ｏa ：本体中心 Ｏb ：弁軸中心 Ｈa ：一次偏心量 Ｈb ：二次偏心量 Ｓ：シール線 Ｓa ：シール面の前側端縁 Ｓb ：シール面の後側端縁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円板状の弁体と、その直径方向に対して
   平行な弁軸とを備え、この弁軸が上記弁体の中心軸線方
   向および該中心軸線方向に対し垂直な方向の２方向に偏
   心して設けられたバタフライ弁において、円筒状の弁箱
   内面のシートリングと接する上記弁体外周のシール面の
   幅を、該弁体を弁軸方向にみて弁軸に近い側および遠い
   側の一方から他方に向かって順に広くなるように形成
   し、弁を開く際に上記シール面の幅の広い側が狭い側よ
   りも遅れて上記のシートリングから離脱するようにした
   ことを特徴とするバタフライ弁。
2. 【請求項２】 弁閉時におけるシートリングとシール面
   との接触線であるシール線を含む平面に対し、上記シー
   ル面の弁軸側端縁部を含む平面が平行に、また反対側端
   縁部を含む平面が斜めにそれぞれ形成されて弁軸に近い
   側のシール面の幅よりも遠い側のシール面の幅が広くさ
   れた請求項１に記載のバタフライ弁。