JP2012127400A - 三重偏心バタフライ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストの低減を図りつつ、シール性能を良好に維持することができる三重偏心バタフライ弁を提供する。
【解決手段】 流路１１を備える弁箱１０と、流路１１内に配置された弁体２０と、弁体２０を回動可能に支持する弁軸３０とを備え、弁箱１０の内周面に形成された環状の座部１２と環状のリテーナ１３との間にシートリング４０が挟持された三重偏心バタフライ弁１であって、シートリング４０と座部１２との間、および、シートリング４０とリテーナ１３との間に、座部側スペーサ５０およびリテーナ側スペーサ５１をそれぞれ備え、座部側スペーサ５０およびリテーナ側スペーサ５１は、いずれも環状の薄板からなり、内周面が楕円状に形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、三重偏心バタフライ弁に関する。

従来のバタフライ弁として、弁体の回動軸となる弁軸の中心を、弁体とシートリングにより形成されるシール面から偏心（一次偏心）させると共に、弁体が収容される弁箱内の流路の中心からも偏心（二次偏心）させ、更に、弁体の外周面を構成する円錐の中心線を弁箱内の流路の中心線に対して傾斜させた（三次偏心）、三重偏心構造のバタフライ弁が知られている。三重偏心バタフライ弁は、例えば特許文献１に開示されているように、弁箱の内部に設けられた装着溝の座面とリテーナとの間に挟持されたシートリングが外周真円状で内周楕円状に形成され、偏心した円錐の一部からなる弁体の外周面が、シートリングの楕円状の内周面と周方向全体にわたって接触するように構成される。

ところが、上記特許文献１に開示された三重偏心バタフライ弁は、装着溝の座面およびリテーナの内周および外周がいずれも真円状に形成されているため、内周楕円状のシートリングを座面に載置すると、座面およびリテーナからのシートリングの内方へのはみ出し量が、周方向で不均一になる。このため、シートリングのはみ出し量の多い部分が弁体と接触することによって、シートリングの取付け状態が不安定になったり、均一なシール面圧を得にくいという問題があった。

シートリングのはみ出し量を周方向で均一にするためには、シートリングの内周に沿うように座面およびリテーナの内周を楕円状に形成すればよいが、このような楕円状の開口は旋盤加工で形成することができないため、加工コストや加工時間の問題を生じる。このため、特許文献２には、リテーナとシートリングとの間に、内周楕円で外周真円の環状薄板からなるスペーサを介在させた構成とすることで、楕円状の開口をレーザ加工等で容易に形成可能とした三重偏心バタフライ弁が開示されている。

しかし、特許文献２の構成においても、座面からのシートリングのはみ出し量が不均一であることは解消されないため、やはり特許文献１の構成と同様の問題を有していた。

特開２００８−２５６１５０号公報 特許第３７４０３６０号公報

そこで、本発明は、製造コストの低減を図りつつ、シール性能を良好に維持することができる三重偏心バタフライ弁の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、流路を備える弁箱と、前記流路内に配置された弁体と、前記弁体を回動可能に支持する弁軸とを備え、前記弁箱の内周面に形成された環状の座部と環状のリテーナとの間にシートリングが挟持されており、前記シートリングは、前記弁体の閉鎖時に前記弁体との間で前記流路をシールするシール面を形成し、前記弁軸の中心を、前記シール面から偏心させると共に、前記流路の中心からも偏心させ、更に、前記弁体の外周面を構成する円錐の中心線を前記流路の中心線に対して傾斜させることにより、前記シール面が楕円状となるように構成された三重偏心バタフライ弁であって、前記シートリングと前記座部との間、および、前記シートリングと前記リテーナとの間に、座部側スペーサおよびリテーナ側スペーサをそれぞれ備え、前記座部側スペーサおよびリテーナ側スペーサは、いずれも環状の薄板からなり、内周面が楕円状に形成されている三重偏心バタフライ弁により達成される。

この三重偏心バタフライ弁は、前記リテーナと前記リテーナ側スペーサとの間に介在され、前記リテーナの内周側と前記リテーナ側スペーサの内周側との間に間隙を形成するように配置された環状の薄板からなる二次スペーサを更に備えることが好ましい。

また、前記シートリングは、前記シール面を形成する弾性材料からなる封止リングを備えることが好ましい。

本発明によれば、製造コストの低減を図りつつ、シール性能を良好に維持することができる三重偏心バタフライ弁を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る三重偏心バタフライ弁の横断面図である。 図１に示すバタフライ弁のシートリングの平面図である。 図２に示すシートリングの拡大断面図である。 図１の要部拡大図である。 本発明の他の実施形態に係る三重偏心バタフライ弁の横断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る三重偏心バタフライ弁の横断面図である。図１に示すように、三重偏心バタフライ弁１は、内部に円筒状の流路１１が形成された弁箱１０と、流路１１内に配置された板状の弁体２０と、弁体２０を回動可能に支持する弁軸３０と、弁箱１０の内周面に設けられたシートリング４０とを備えている。

弁箱１０は、内周面に段状に形成された座部１２を備えている。座部１２は、流路１１の流体流れ方向Ｆと直交する平面状に形成されており、内周が真円状に形成されている。シートリング４０は、座部１２と環状のリテーナ１３との間に配置されている。リテーナ１３は、弁箱１０の内周面に固定された固定リング１４に螺着された締付ネジ１５により座部１２に向けて押圧することができ、シートリング４０を座部１２との間で挟持する。リテーナ１３の外周面および内周面はいずれも真円状に形成されており、弁箱１０の内周面のうち円形に旋削された箇所にリテーナ１３の外周面が内嵌されるように構成されている。

弁体２０は、板状に形成されており、外周面２２がシートリング４０に当接して流路１１を封鎖する。弁軸３０は、一端側が弁箱１０内に位置し、他端側が弁箱１０外に位置するように弁箱１０に挿通されており、一端側に弁体２０がテーパピン２１で固定されている。弁軸３０の他端側はアクチュエータ（図示せず）に連結されており、アクチュエータの駆動により弁軸３０と共に弁体２０が矢示方向に回動し、流路１１が開閉される。

本実施形態の三重偏心バタフライ弁１は、弁軸３０の中心３０ａが、弁体２０とシートリング４０により形成されるシール面４２４ａから流路１１の中心線１１Ｌに沿って距離Ｅ１だけ偏心しており、更に、流路１１の中心線１１Ｌから直交方向に距離Ｅ２だけ偏心している。更に、弁体２０の外周面２２は、流路１１の中心線１１Ｌから角度Ｅ３だけ傾斜した中心線２２ａを有する仮想円錐の外周面２２ｂの一部によって形成されており、流路１１の中心線１１Ｌに沿って見たときに楕円形状を有している。

シートリング４０は、剛性材料からなる保持リング４１と、弾性材料からなる封止リング４２とを備えており、保持リング４１に封止リング４２が保持されている。

図２は、シートリング４０の平面図である。図１および図２に示すように、保持リング４１の外周面４１１は、弁箱１０の内周面のうち、円形に旋削された箇所に保持されるように、真円状に形成されている一方、保持リング４１の内周面４１２は、弁体２０の楕円形状の外周面２２と略同じ扁平率を有する平面視楕円状に形成されている。また、封止リング４２は、保持リング４１に保持される前の状態では、外周面４２１および内周面４２２のいずれも真円状に形成されており、保持リング４１の内周長さよりも若干大きい外周長さを有している。この封止リング４２は、保持リング４１の内周面４１２に装着することにより、外周面４２１が保持リング４１の内周面４１２に沿うように弾性圧縮変形し、保持リング４１に確実に装着されると共に、封止リング４２の内周面４２２が平面視楕円状となっている。封止リング４２の保持面となる保持リング４１の内周面４１２は、本実施形態では高さ方向で断面形状を一定としているが、必ずしも一定である必要はない。

保持リング４１は、封止リング４２の弾性変形を促しつつ確実に保持すると共に、楕円状の内周面をレーザ加工等により容易に形成できるように、例えばステンレスやアルミニウム等の金属材料により形成することができる。一方、封止リング４２は、外周面４２１および内周面４２２のいずれも真円状であることから、例えば従来の二重偏心バタフライ弁で使用されるシートリングと同様に、樹脂製やゴム製のものを使用することができる。

また、シートリング４０は、図１および図２に示すように、封止リング４２の端面に環状の溝部４２３が形成されており、溝部４２３がリテーナ１３と対向するように弁箱１０内に配置されている。図３に拡大断面図で示すように、封止リング４２に設けた溝部４２３より内径部の高さＨ１は、保持リングの高さＨ２よりも若干低く形成されており、流体の流れ方向Ｆに流体圧力が作用した際、封止リング４２における溝部４２３の内部に圧力が作用し、シール面４２４ａを内径方向へ変形させるため、シール面圧を容易に確保することができる。封止リング４２は、上記のように保持リング４１への装着前は真円状に形成されているため、封止リング４２に対して環状の溝部４２３を同心状に容易に形成することができる。

封止リング４２の内周面４２２は、一部または全体が弁体２０の外周面２２に接触してシール面４２４ａを形成する。本実施形態においては、内周面４２２から内方に突出する環状のリップ４２４が設けられており、このリップ４２４がシール面４２４ａを形成する。この構成によれば、シール面４２４ａでの接触を馴染み易くすることができ、安定したシール性能を得ることができる。リップ４２４の断面形状は、本実施形態では円弧状としているが、角状等とすることもできる。シール面４２４ａは、流路１１の中心線１１Ｌに沿って見たときに、弁体２０の外周面２２と同様に楕円形状を有している。

図４は、図１におけるシートリング４０の近傍を拡大して示す断面図である。図１および図４に示すように、シートリング４０と座部１２との間には、座部側スペーサ５０が配置されており、シートリング４０とリテーナ１３との間には、リテーナ側スペーサ５１が配置されている。更に、リテーナ１３とリテーナ側スペーサ５１との間には、二次スペーサ５２が介在されている。なお、座部１２と座部側スペーサ５０との間は、ガスケット１６により封止されている。

座部側スペーサ５０、リテーナ側スペーサ５１および二次スペーサ５２は、いずれも金属材料等からなる環状の薄板であり、外周面が、弁箱１０の内周面のうち円形に旋削された箇所に保持されるように真円状に形成されている。一方、座部側スペーサ５０、リテーナ側スペーサ５１および二次スペーサ５２の内周面は、弁体２０の楕円形状の外周面２２と略同じ扁平率を有する平面視楕円状に形成されている。シートリング４０、座部側スペーサ５０、リテーナ側スペーサ５１および二次スペーサ５２は、楕円状の内周面が同心状となるように配置されている。このような配置を容易にするため、図５に示すように、リテーナ１３、二次スペーサ５２、リテーナ側スペーサ５１、シートリング４０、座部側スペーサ５０および座部１２に、それぞれ位置決め孔を形成し、これら位置決め孔の位置合わせを行ってピン６０を挿通するように構成してもよく、これによって組立作業性を良好にすることができる。ピン６０を挿通する位置決め孔は、例えば、内周楕円の長軸または短軸の延長線上に形成することができ、１か所に形成してもよく、あるいは複数個所に形成してもよい。

座部側スペーサ５０およびリテーナ側スペーサ５１の内周面は、介在するシートリング４０の内方へのはみ出し量が必要最小限となるような大きさの楕円状開口により形成されており、全周にわたってシートリング４０のはみ出し量が略均一とされている。座部側スペーサ５０の内周側は、流体の流れ方向Ｆに沿ってみたときに、座部１２の内周よりも内方に若干はみ出している。また、二次スペーサ５２の内周面は、リテーナ側スペーサ５１の内周面よりも大きな内径（長径および短径）を有しており、リテーナ１３の内周側とリテーナ側スペーサ５１の内周側との間に、間隙Ｓが形成されている。

上記の構成を備える三重偏心バタフライ弁１は、弁箱１０の開口両端面にそれぞれフランジ管（図示せず）のフランジ端面を当接させることができ、フランジ同士をボルト等で締結することにより、弁箱１０の流路１１をフランジ管の流路と連通させることができる。但し、弁箱１０と管との接続方式はこのようなウエハー型に限定されるものではなく、ラグタイプ、フランジ形、突合せ溶接形など他の方式であってもよい。流路１１内の流体の流れ方向Ｆは、本実施形態では弁体２０に対して弁軸３０が配置された側を下流側としているが、弁軸３０側を上流側とすることもできる。

本実施形態の三重偏心バタフライ弁１は、シートリング４０と座部１２との間、および、シートリング４０とリテーナ１３との間に、それぞれ座部側スペーサ５０およびリテーナ側スペーサ５１を配置しており、座部側スペーサ５０およびリテーナ側スペーサ５１の内周面をいずれも楕円状に形成しているので、内周面が同じく楕円状に形成されたシートリング４０のはみ出し量を、内周全体にわたって略均一にすることができる。したがって、弁体２０を閉じたときにシートリング４０に局部的な力が作用するおそれがなく、シートリング４０の安定した取付状態を維持することができると共に、シール性能も良好に維持することができる。また、座部側スペーサ５０およびリテーナ側スペーサ５１は、いずれも環状の薄板であるため、楕円状の内周面をレーザ加工等により容易に形成可能であると共に、座部側スペーサ５０およびリテーナ側スペーサ５１を保持する座部１２およびリテーナ１３の内周は、旋盤加工等により真円状に形成可能であることから、上記の効果を低い製造コストで実現することができる。

また、リテーナ１３とリテーナ側スペーサ５１との間に二次スペーサ５２を介在させ、リテーナ１３の内周側とリテーナ側スペーサ５１の内周側との間に間隙Ｓを形成することにより、図４に示す矢示方向に閉じた弁体２０による押圧力が、シートリング４０を介してリテーナ側スペーサ５１に伝達されたときに、リテーナ側スペーサ５１の内周側を板ばね状に弾性変形させることができる。したがって、この弾性力により、流れ方向Ｆと反対方向に流体圧力が付加された際に、弁体の移動や変形に伴うシートリング４０の過剰圧縮を防ぐことができると共に、シール面４２４ａのシール性能を安定させることができる。この結果、細い弁軸３０や低出力のアクチュエータを用いて低トルクでシールすることが可能であり、製造コストの低減を図ることができる。

シートリング４０は、低トルクで確実にシールできるように、シール面４２４ａを形成する封止リング４２を弾性材料から形成することが好ましく、本実施形態のように、保持リング４１の楕円状の内周面４１２に封止リング４２を弾性圧縮状態で保持した構成とすることにより、製造コストの低減を図ることができる。但し、保持リング４１は必須のものではなく、弾性材料からなる封止リング４２のみによってシートリング４０を構成することも可能である。更に、従来の三重偏心バタフライ弁と同様に、金属板と膨張黒鉛とを交互に積層したシートリングを使用することもできる。

また、図４に示すように、座部側スペーサ５０の内周面５０１は、弁体２０の閉鎖時において、外周面２２に全周にわたって接することによりシールすることが好ましい。この構成においては、座部側スペーサ５０の材料を金属等の不燃性材料とすることにより、火災発生時にシートリング４０が損傷した場合でも、座部側スペーサ５０と弁体２０との接触によりシール性能を維持することができる。座部側スペーサ５０を金属材料とした場合には、弁体２０の外周面２２が、全閉時に座部側スペーサ５０と摺動して掻き傷等の損傷を受けるおそれがあるが、三重偏心バタフライ弁においては、円錐の一部からなるシール面２２ｂを、弁軸３０の回転により全閉直前に全周同時に形成し、弁軸３０にトルクを付加することでシール面圧を増加させる構造であるため、この摺動範囲Ａ１を狭い範囲に抑えることができ、弁体２０およびシートリング４０間の摺動範囲Ａ２との重複を回避することができる。したがって、シール面４２４ａが、座部側スペーサ５０との摺動により荒らされる等の悪影響を受けるおそれがなく、シール性能を良好に維持することができる。特に、本実施形態のようにシール面４２４ａを環状のリップ４２４により形成した場合には、摺動範囲Ａ１から離隔した位置にシール面４２４ａを形成することが容易であり、上記の問題を確実に解消することができる。

１ 三重偏心バタフライ弁
１０ 弁箱
１１ 流路
１２ 座部
１３ リテーナ
２０ 弁体
３０ 弁軸
４０ シートリング
４１ 保持リング
４２ 封止リング
４２４ リップ
４２４ａ シール面
５０ 座部側スペーサ
５１ リテーナ側スペーサ
５２ 二次スペーサ

Claims (5)

1. 流路を備える弁箱と、前記流路内に配置された弁体と、前記弁体を回動可能に支持する弁軸とを備え、
   前記弁箱の内周面に形成された環状の座部と環状のリテーナとの間にシートリングが挟持されており、
   前記シートリングは、前記弁体の閉鎖時に前記弁体との間で前記流路をシールするシール面を形成し、
   前記弁軸の中心を、前記シール面から偏心させると共に、前記流路の中心からも偏心させ、更に、前記弁体の外周面を構成する円錐の中心線を前記流路の中心線に対して傾斜させることにより、前記シール面が楕円状となるように構成された三重偏心バタフライ弁であって、
   前記シートリングと前記座部との間、および、前記シートリングと前記リテーナとの間に、座部側スペーサおよびリテーナ側スペーサをそれぞれ備え、
   前記座部側スペーサおよびリテーナ側スペーサは、いずれも環状の薄板からなり、内周面が楕円状に形成されている三重偏心バタフライ弁。
2. 前記リテーナと前記リテーナ側スペーサとの間に介在され、前記リテーナの内周側と前記リテーナ側スペーサの内周側との間に間隙を形成するように配置された環状の薄板からなる二次スペーサを更に備える請求項１に記載の三重偏心バタフライ弁。
3. 前記シートリングは、前記シール面を形成する弾性材料からなる封止リングを備える請求項１または２に記載の三重偏心バタフライ弁。
4. 前記座部側スペーサは、前記弁体の閉鎖時に、前記弁体の外周面と周方向全体にわたって接触する請求項１から３のいずれかに記載の三重偏心バタフライ弁。
5. 前記シートリングは、前記シール面を形成する環状のリップを備える請求項１から４のいずれかに記載の三重偏心バタフライ弁。
   

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