JP2003254450A - 充水機能を備えたバタフライ弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小開度において定流量の通水を行うことがで
きる充水機能を備えたバタフライ弁を提供し、さらに、
弁体全開時の圧力損失を低減する。 【解決手段】 弁体６の両弁体片９ａ，９ｂにディスク
テール部１０ａ，１０ｂが設けられ、両ディスクテール
部１０ａ，１０ｂは、開栓操作時の回転方向における弁
体６の背面側に位置し、且つ、弁箱２内に設けられた弁
箱シールリング３に摺接する球面状の外周面を有してい
る。ディスクテール部１０ａ，１０ｂには通水孔１４が
形成されている。全閉位置Ｓにおいて、弁体６の周縁部
が弁箱シールリング３に摺接する。また、回転軸心５を
中心とする弁体片９ａ，９ｂとディスクテール部１０
ａ，１０ｂとの弁体回転方向への広がり角度をα°とし
て、弁体６が全閉位置Ｓから開栓方向へ９０°＋α°／
２回転した位置を全開位置Ｏに設定している。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、充水機能を備えた
バタフライ弁に関し、配管への充水時に定流量で流体を
供給するバルブの技術に係るものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、配管の敷設時における初期充水時
および再充水時においては、急激な充水によって満管状
態にするとウォーターハンマー等によって配管が破損す
ることがあるので、配管に設けたバタフライ弁を小開度
に開栓して小流量で管路に充水している。 【０００３】しかし、一般的なバタフライ弁は小開度に
おける流量制御が困難であり、一定の流量を正確に供給
することができず、このため、充水開始から満管状態に
なるまでの必要時間を予め算出することが困難であっ
た。 【０００４】これに対して、小開度において正確な流量
制御を行うバタフライ弁としては、実開昭５９−１０１
０５４号公報に開示するように、弁室内に配置された弁
体に外周面が球形をなす弁部片を設け、弁部片に流量調
整用の凹溝を形成したものがある。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来形式では、弁体に流量調整用の凹溝を形成するため、
弁体自体の厚みが薄い場合には、弁体周縁部における凹
溝の開口面積が小さくなって調整可能な流量が微小とな
り、凹溝の開口形状が弁体周縁部を切り欠いた形状であ
るために、わずかな開度の変動によって流量が変化する
問題があった。 【０００６】本発明は、上記課題を解決するものであ
り、小開度において定流量の通水を行うことができる充
水機能を備えたバタフライ弁を提供することを目的とす
る。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、弁箱内に内周面に沿って円環状に弁箱シー
ルリングが設けられ、弁箱内を通る流路軸心に直交する
回転軸心廻りに回転する開閉自在な弁体が弁棒を介して
弁箱内に設けられ、上記弁体は、弁棒を挿通するボス部
と、ボス部の両側に設けられた半円板状の一対の弁体片
とで円盤状に構成され、上記両弁体片にそれぞれ、上記
回転軸心廻りにおいて扇状に形成されたディスクテール
部が設けられ、両ディスクテール部は、開栓操作時の回
転方向における弁体の背面側に位置し、且つ、上記弁箱
シールリングに摺接する球面状に湾曲した外周面を有
し、少なくとも一方のディスクテール部に、一端が外周
面に開口するとともに他端が弁体の上記背面側に開口す
る通水孔が形成され、全閉位置において、弁体の周縁部
が上記弁箱シールリングに摺接し、上記回転軸心を中心
とする弁体片とディスクテール部との弁体回転方向への
広がり角度をα°として、弁体が上記全閉位置から開栓
方向へ９０°＋α°／２回転した位置を全開位置に設定
し、上記全開位置において、弁体片およびディスクテー
ル部の流路軸心方向に対する最大投影幅がボス部の外径
よりも大きく形成されているものである。 【０００８】これによると、開栓操作によって弁体を小
開度に開栓し、両ディスクテール部の外周面を弁箱シー
ルリングに摺接させた状態で、通水孔を全開状態にす
る。これにより、両ディスクテール部の外周面が弁箱シ
ールリングに摺接する状態を維持する弁体の所定回転範
囲において、通水孔の全開状態が安定的に維持される。 【０００９】上記のような弁体の小開度における通水孔
の全開状態によって、弁体を介した弁箱内の上流側領域
と下流側領域は上記通水孔を通してのみ連通し、上流側
の配管から弁箱内に流入する水（流体）が通水孔を通っ
て下流側の配管へ通水される。 【００１０】上記通水孔を流れる流量は通水孔の流路形
状に相応して予め定まっているので、定流量で下流側の
配管へ充水することができ、充水開始から満管状態にな
るまでの必要時間（所要時間）を予め正確に算出するこ
とができる。 【００１１】上記のようにして配管を満管状態にした
後、開栓操作によって弁体を全開位置まで回転した場
合、最大量の水（流体）が弁体の上流側から下流側へ流
れる。この際、弁体が全閉位置から開栓方向へ９０°＋
α°／２回転した位置を全開位置として設定しているた
め、弁体とディスクテール部とを合わせた流路軸心方向
に対する投影面積（すなわち流路軸心方向から見た投影
面積）が最小になり、したがって、弁体全開時における
圧力損失を低減することができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１〜図６に示すように、１はバ
タフライ弁であり、その弁箱２は両側のポート（図示省
略）に上流側配管（図示省略）と下流側配管（図示省
略）とが接続されている。 【００１３】上記弁箱２内には、円環状の弁箱シールリ
ング３が内周面に沿って設けられている。弁箱２内を通
る流路軸心４に直交する回転軸心５廻りに回転する開閉
自在な弁体６が弁棒７を介して弁箱２内に設けられてい
る。上記弁体６は、中央部に配置された円筒状のボス部
８と、このボス部８の両側に設けられた半円板状の一対
の弁体片９ａ，９ｂとによって、円盤状に構成されてい
る。上記弁棒７は、ボス部８に挿通されて一体的に連結
され、弁箱２に回転自在に保持されている。 【００１４】上記両弁体片９ａ，９ｂにはそれぞれ、回
転軸心５廻りにおいて扇状に形成されたディスクテール
部１０ａ，１０ｂが複数のボルト１１，１２を介して取
付け固定されている。上記両ディスクテール部１０ａ，
１０ｂはそれぞれ、開栓操作時の回転方向（開栓方向）
における弁体６の背面側に位置しており、弁体片９ａ，
９ｂの周縁部から立ち上がった所定肉厚のテール部１３
を有しており、これらテール部１３の外周面が上記弁箱
シールリング３に摺接する球面状に湾曲している。 【００１５】上記両ディスクテール部１０ａ，１０ｂの
各テール部１３にはそれぞれ、上記回転軸心５の方向に
長い長円状の通水孔１４が形成されている。これら通水
孔１４の一端はテール部１３の外周面に開口し、他端が
テール部１３の内周面すなわち開栓操作時の弁体６の背
面側に開口している。 【００１６】このうち、開栓操作時に下流側に回動する
一方の弁体片９ａに設けた一方のディスクテール部１０
ａの通水孔１４は、弁体６の背面側の開口が流入口１４
ａとなり、テール部１３の外周面側の開口が流出口１４
ｂとなる。また、開栓操作時に上流側に回動する他方の
弁体片９ｂに設けた他方のディスクテール部１０ｂの通
水孔１４は、テール部１３の外周面側の開口が流入口１
４ｃとなり、弁体６の背面側の開口が流出口１４ｄとな
る。 【００１７】また、図１，図２に示すように、全閉位置
Ｓにおいて、弁体６の周縁部が弁箱シールリング３に摺
接して、弁体６の上流側と下流側とが水密にシールされ
るように構成されており、この際、弁体片９ａ，９ｂの
表裏両面は流路軸心４に対して直交する。 【００１８】さらに、図３に示すように、弁体６を全閉
位置Ｓから小開度Ａだけ開いた場合、両ディスクテール
部１０ａ，１０ｂの外周面における反弁体側端部が弁箱
シールリング３に摺接するシール部１５として構成され
る。 【００１９】また、図４に示すように、上記回転軸心５
を中心とする一方の弁体片９ａとディスクテール部１０
ａとの弁体回転方向への広がり角度をα°とし、同様
に、他方の弁体片９ｂとディスクテール部１０ｂとの弁
体回転方向への広がり角度もα°として、弁体６が上記
全閉位置Ｓから開栓方向へ所定角度Ｂ°（＝９０°＋α
°／２）だけ回転した位置を全開位置Ｏに設定してい
る。尚、上記広がり角度をα°は、各弁体片９ａ，９ｂ
の厚さ方向の中心からテール部１３の反弁体側端部まで
の角度に相当する。 【００２０】また、上記全開位置Ｏにおいて、一方の弁
体片９ａと一方のディスクテール部１０ａ（又は他方の
弁体片９ｂと他方のディスクテール部１０ｂ）との流路
軸心４方向に対する最大投影幅Ｗがボス部８の外径Ｄよ
りも大きく形成されている（Ｗ＞Ｄ）。 【００２１】尚、弁棒７の端部は、弁棒７を回転して弁
体６を開閉する駆動装置（図示省略）に連動連結されて
いる。また、バタフライ弁１には、上記弁体６の全閉位
置Ｓと全開位置Ｏと小開度Ａの位置とをそれぞれ検出す
る位置検出装置（リミットスイッチやパルスエンコーダ
等：図示省略）が具備されている。 【００２２】以下、上記構成における作用を説明する。
配管の敷設時の初期充水時および再充水時の操作の始め
において、弁体６は図１，図２に示すように全閉位置Ｓ
にあり、弁体６の周縁部が弁箱シールリング３に摺接し
て、弁体６の上流側と下流側とが水密にシールされてい
る。その後、急激な充水によって配管が破損することを
防止するために、図３に示すように、バタフライ弁１を
小開度Ａに開栓して小流量で下流側配管に充水する。 【００２３】すなわち、開栓操作によって弁体６を小開
度Ａに開栓した際、両ディスクテール部１０ａ，１０ｂ
のシール部１５の外周面が弁箱シールリング３に摺接
し、この状態で、両通水孔１４が全開状態となる。この
時、上記シール部１５の外周面が弁箱シールリング３に
摺接する状態を維持することが可能な弁体６の所定回転
範囲において、両通水孔１４の全開状態が安定的に維持
される。 【００２４】上記のような弁体６の小開度Ａにおける両
通水孔１４の全開状態によって、弁体６を介した弁箱２
内の上流側領域と下流側領域は両通水孔１４を通しての
み連通し、上流側の配管から弁箱２内に流入する水（流
体）が両通水孔１４を通って下流側の配管へ通水され
る。 【００２５】この時、両通水孔１４を流れる流量は通水
孔１４の流路断面積等の流路形状に相応して予め定まっ
ているので、定流量で下流側の配管へ充水することがで
き、充水開始から満管状態になるまでの必要時間（所要
時間）を予め正確に算出することができる。 【００２６】上記のようにして配管を満管状態にした
後、さらに、図４に示すように、開栓操作によって弁体
６を全開位置Ｏまで回転した場合、最大量の水（流体）
が弁箱２内を弁体６の上流側から下流側へ流れる。この
際、弁体６が全閉位置Ｓから開栓方向へ所定角度Ｂ°
（＝９０°＋α°／２）回転した位置を全開位置Ｏとし
て設定しているため、図８（ａ）に示すように弁体６と
ディスクテール部１０ａ，１０ｂとを合わせた流路軸心
４方向に対する投影面積Ｅ１（すなわち流路軸心４方向
から見た投影面積）が最小になり、したがって、弁体全
開時における圧力損失を低減することができる。 【００２７】上記のように本発明では、図４に示すよう
に、全閉位置Ｓから開栓方向へ所定角度Ｂ°＝９０°＋
α°／２だけ回転した位置を全開位置Ｏに設定している
が、仮に、図７に示すように、所定角度Ｂ°＝９０°だ
け回転した位置を全開位置Ｏに設定した場合には、図８
（ｂ）に示すように弁体６とディスクテール部１０ａ，
１０ｂとを合わせた流路軸心４方向に対する投影面積Ｅ
２（すなわち流路軸心４方向から見た投影面積）が上記
投影面積Ｅ１よりも大きくなり（Ｅ２＞Ｅ１）、弁体全
開時における圧力損失が増加してしまうといった問題が
ある。 【００２８】尚、図９は、バタフライ弁１の弁体６の開
度（回転角度）に対する圧力損失係数の関係を示すグラ
フであり、タイプＴ１，Ｔ２，Ｔ３はそれぞれ、通水孔
１４の開口面積が異なる３種類のバタフライ弁１に相当
する。また、弁体６の開度＝０°は図１に示した全閉位
置Ｓに対応し、開度Ｂ°（＝９０°＋α°／２）は図４
に示した全開位置Ｏに対応している。 【００２９】上記グラフによると、弁体６の開度が増加
するにつれて、各タイプＴ１，Ｔ２，Ｔ３のバタフライ
弁１の圧力損失係数が低下し、開度が９０°を越えても
圧力損失係数が低下し続け、開度Ｂ°（すなわち図４の
全開位置Ｏ）において圧力損失係数が最低になる。 【００３０】上記実施の形態では、図３に示すように、
各通水孔１４の流入口１４ａ，１４ｃと流出口１４ｂ，
１４ｄとの大きさを同じにして、通水孔１４をストレー
ト状に形成しているが、流入口１４ａ，１４ｃに比べて
流出口１４ｂ，１４ｄを小径にして、通水孔１４をテー
パ状に形成してもよい。このようにテーパ状にした場
合、通水孔１４を通過する流水（流体）によるキャビテ
ーションの発生を抑制できる。 【００３１】上記実施の形態では、両ディスクテール部
１０ａ，１０ｂに通水孔１４を形成しているが、開栓操
作時に上流側に回動する他方のディスクテール部１０ｂ
のみに通水孔１４を形成してもよく、或いは、開栓操作
時に下流側に回動する一方のディスクテール部１０ａの
みに通水孔１４を形成してもよい。 【００３２】上記実施の形態では、図６に示すように、
通水孔１４を長円形状に形成しているが、長円状以外、
例えば、多角形状や真円形状に形成してもよい。また、
通水孔１４を各ディスクテール部１０ａ，１０ｂに１個
ずつ形成しているが、小円形状の通水孔１４を複数個ず
つ形成してもよい。 【００３３】また、上記実施の形態では、ディスクテー
ル部１０ａ，１０ｂを弁体６とは別体の部材としたが、
ディスクテール部１０ａ，１０ｂを弁体６とを一体に成
形してもよい。さらに、弁体６の全開時におけるテール
部１３の抵抗を減らすために、ディスクテール部１０
ａ，１０ｂを、背面側が平坦面をなす厚板形状にしても
よい。 【００３４】上記実施の形態では、バタフライ弁１を流
れる流体の一例として水を挙げたが、水以外の液体、又
は気体を流してもよい。 【００３５】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、弁体を小
開度に開栓した際、両ディスクテール部の外周面が弁箱
シールリングに摺接する状態を維持する弁体の所定回転
範囲において、通水孔の全開状態が安定的に維持され
る。このような通水孔の全開状態によって、弁体を介し
た弁箱内の上流側領域と下流側領域が通水孔を通しての
み連通し、通水孔を流れる流量は通水孔の流路形状に相
応して予め定まっているので、定流量で下流側の配管へ
充水することができ、充水開始から満管状態になるまで
の必要時間（所要時間）を予め正確に算出することがで
きる。 【００３６】また、配管を満管状態にした後、開栓操作
によって弁体を全開位置まで回転した場合、最大量の水
（流体）が弁体の上流側から下流側へ流れる。この際、
弁体が全閉位置から開栓方向へ９０°＋α°／２回転し
た位置を全開位置として設定しているため、弁体とディ
スクテール部とを合わせた流路軸心方向に対する投影面
積（すなわち流路軸心方向から見た投影面積）が最小に
なり、これにより、弁体全開時における圧力損失を低減
することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態におけるバタフライ弁の図
であり、弁体が全閉位置にある状態を示す。 【図２】同、バタフライ弁の断面図であり、弁体が全閉
位置にある状態を示す。 【図３】同、バタフライ弁の断面図であり、弁体が小開
度だけ開いた状態を示す。 【図４】同、バタフライ弁の図であり、弁体が全開位置
にある状態を示す。 【図５】図１におけるＸ−Ｘ矢視図である。 【図６】図１におけるＹ−Ｙ矢視図である。 【図７】同、バタフライ弁の図であり、弁体が９０°開
いた状態を示す。 【図８】同、バタフライ弁の投影面積を示す図であり、
（ａ）は全開位置＝９０°＋α°／２とした場合、
（ｂ）は全開位置＝９０°とした場合である。 【図９】同、バタフライ弁の弁体開度と圧力損失係数と
の関係を示すグラフである。 【符号の説明】 １ バタフライ弁 ２ 弁箱 ３ 弁箱シールリング ４ 流路軸心 ５ 回転軸心 ６ 弁体 ７ 弁棒 ８ ボス部 ９ａ，９ｂ 弁体片 １０ａ，１０ｂ ディスクテール部 １４ 通水孔 Ｓ 全閉位置 Ｏ 全開位置 Ｗ 最大投影幅 Ｄ ボス部の外径 α 広がり角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 雅明 大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号 株 式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者 蓬莱 章伸 大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号 株 式会社クボタ枚方製造所内 Ｆターム(参考） 3H052 AA02 BA03 CA11 DA02 EA02 3H066 AA02 BA01 BA38 EA33

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 弁箱内に内周面に沿って円環状に弁箱シ
   ールリングが設けられ、弁箱内を通る流路軸心に直交す
   る回転軸心廻りに回転する開閉自在な弁体が弁棒を介し
   て弁箱内に設けられ、上記弁体は、弁棒を挿通するボス
   部と、ボス部の両側に設けられた半円板状の一対の弁体
   片とで円盤状に構成され、上記両弁体片にそれぞれ、上
   記回転軸心廻りにおいて扇状に形成されたディスクテー
   ル部が設けられ、両ディスクテール部は、開栓操作時の
   回転方向における弁体の背面側に位置し、且つ、上記弁
   箱シールリングに摺接する球面状に湾曲した外周面を有
   し、少なくとも一方のディスクテール部に、一端が外周
   面に開口するとともに他端が弁体の上記背面側に開口す
   る通水孔が形成され、全閉位置において、弁体の周縁部
   が上記弁箱シールリングに摺接し、上記回転軸心を中心
   とする弁体片とディスクテール部との弁体回転方向への
   広がり角度をα°として、弁体が上記全閉位置から開栓
   方向へ９０°＋α°／２回転した位置を全開位置に設定
   し、上記全開位置において、弁体片およびディスクテー
   ル部の流路軸心方向に対する最大投影幅がボス部の外径
   よりも大きく形成されていることを特徴とする充水機能
   を備えたバタフライ弁。