JPH04145269A - バタフライ弁のシートリング - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、バタフライ弁のシートリングに関し、特に、
山形シート部を有するシートリングに関する。

〔従来の技術〕

従来、剛性材料から中空筒状本体（弁本体）の全内周面
と、該本体内に回転自在に軸支された剛性材料からなる
円板状弁体の周縁部との間に介在される弾性材料からな
る環状シートリングを、断面円弧状の山形に形成し、こ
れにより開位置より弁体か閉じて行き環状シートリング
へ当接し始める位置から９０°全閉位置まで回動するま
での弁体の回動角度を少くして、いわゆる弁体が閉じる
時に環状シートリングを引きするのを防止すると共に、
断面山形に形成することにより弁体が閉じる時に該弁体
がシートリングへ食い込む時の反発バネ常数を下げて回
動トルクの軽減を図るようにしたものは、先に本出願人
によって開発されており（実公昭５２−３０６００号公
報参照）、更に、上記のような断面山形シートリングの
内面に、ボス部の極く近傍を除く弁体周縁の全周が同時
に当接するようにして、シール作用と回動トルクとを同
時に発生させ、無駄トルク（弁体周縁部のうち、弁軸か
ら一番遠い点を除いた総べての点がより早くから山形シ
ート部に食い込んでいることによって生じる回動トルク
）をなくすようにしたものも、既に本出願人によって開
発されている（特公昭５８−２５９１１号公報参照）。

そしてこのものは、（ｉ）シートリングの山形シート部
の幅をボス部近傍においてシールとしての機械的強度を
損わない範囲で最小の幅とし、（ｉｉ）上記山形シート
部の両ボス部間の中央に向けて、ボス部の中心を基点と
するコサイン関数で表わされる曲線形状の幅を広くして
構成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した本出願人によって既に開発されたコサイン関数
で表わされる曲線形状を有するバタフライ弁のシートリ
ングは、第６図に示すように、弁開度αにて、弁体１の
周縁全周が弾性の環状シートリング２ａの山形シート部
２の内面に同時接触（当接）するため、設定された角度
より小さい、例えば全開に近いところでの流体制御が不
可能になるという問題点があった。

一般に、バタフライ弁の場合、上記弁開度が７０°以上
になると、殆んど流量特性が変化せず、全閉から全開の
制御範囲を広げるためには、全閉位置が００に近い程有
利である。

また、弁体１を支持する弁棒３を貫通させるための１対
の貫通孔の周囲近傍部に相当する図示しないシートリン
グ２ａのボス部は、常時弁体１周囲に圧接しており、そ
のため、該弁体１の回転によりねじり応力を受け、強度
上重要な問題点である。

また、閉止トルクは、第５図の弁体正面図に示すように
、弁体１周縁部の任意の点Ｐが弁体中心軸Ｃの周りに回
動する時の中心点Ｓとの長さ（腕）　ＰＫ　＝　Ｉ！　
＝　ｒ　ｃｏｓ　θ（ここで、ｒは弁体半径、θは位相
角）によって決まるため、例えば、１０　ｋｇ　／　ｃ
ｔの圧力を閉止するためのゴム製シートリング２ａの山
形シート２（第６図）のつぶし代かｌ　ｍｍとすると、
ボス部Ｂ（θ＝９０°）にて１　ｍｍつぶす力と、上下
両ボス部Ｂ、Ｂ間の中央部に相当する弁体先端のＡ部（
θ＝０°）で１　ｍｍつぶす力とでは、後者の方がｌ（
腕）が大きくなって閉止トルクが大きくなるため、弁体
１を駆動する図示しないアクチュエータの大きい負荷容
量のものが必要となって不経済であり、特に、既に開発
した山形シート部の両ボス部間の中央に向けてコサイン
関数で表わされる曲線形状で幅を広くしたシートリンク
では、上記の傾向が顕著であった。

本発明は、ボス部近傍の機械的強度が大きく、且つ流量
制御可能な山形シート部を備えたバタフライ弁を提供す
ることを目的としている。

また、第２番目の発明は、上記流量制御が弁開度に比例
してなされるようにすることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明の第１番目の発明
は、剛性材料からなる中空筒状本体の全内周面と該本体
内に回転自在に軸支されている剛性材料からなる弁体の
周縁部との間に、弾性材料からなる環状シートリングを
介在させ、該環状シートリングには、弁棒を貫通させる
ための１対の貫通孔の各周囲に常時弁体の弁棒根元附近
に圧接させるための１対のボス部を形成し、これら１対
のボス部間に弁閉時弁体周縁部と圧接させるための山形
シート部を連続して円周方向に沿って形成した環状シー
トリングを備えたバタフライ弁において、上記シートリ
ングの山形シート部を、ボス部近傍に近づくにつれて機
械的強度を増すように広くし、且つ上記山形シート部を
両ボス部間の中央に向けて幅を狭くし、弁閉鎖時、弁体
周縁部と上記山形シート部とを両ボス部から中央部に向
って段階的に順次密接させるようにしたことを特徴とし
、また第２番目の発明は、弁体周縁部とシートリングの
山形シート部との開口断面積を、弁閉鎖時、弁開度毎に
増減するようにして、流量特性が弁開度に比例するよう
に弁閉鎖時弁体周縁部と上記山形シート部とを両ボス部
から中央部に向って段階的に順次密接させるようにした
ことを特徴としている。

〔作　用〕

本発明は上記のように構成されているので、第１番目の
発明では、弁体が開の状態から閉じてゆく時、弁体周縁
部は、設定された弁開度に達すると、常時圧接している
シートリングのボス部から、中央部に向って段階的に順
次、幅を狭くした山形シート部と当接し、それに伴って
流量は、弁開度によって段階的に順次制御される。

また、第２番目の発明では、弁開度に比例して流量特性
が変化するようになっているので、グローブ弁（玉弁）
のような制御特性をバタフライ弁で実現することが可能
となる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すシートリングの図面
で、同図（ａ）は、はぼ半円周長さに相当する部分の展
開図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のθ°〜９０゜の１０
分割された各位置における断面図であり、図中、第６図
に記載した符号と同一の符号は同一ないし同類部分を示
すものとする。

図において、図示しない本体（弁本体）の内面に取付け
られる環状シートリング１２ａには、第１図（ａ）の展
開図に示すように、弁棒貫通孔３ａ周辺の１対のボス部
４，４が形成され、これら１対のボス部４，４間に、弁
閉鎖時、弁体周縁部に圧接させるための断面山形シート
部１２が、連続して円囲方向に沿って形成されている。

上記山形シート部１２は、第３図（ａ）　（ｂ）の弁体
の作用説明図において、弁開度をαとし、弁体１周縁部
の任意の点Ｐの位相角度をθとしたとき、αθとし、且
つ、第１図（ａ）に示すように０８〜９０゜を等角度で
１０分割した各位相角度θ位置における山形シート部１
２の断面形状が、第１図（ｂ）に示されている。

この実施例では、弁体１と環状シートリング１２ａとの
隙間によって形成される開口断面積（流路断面積）が、
弁開度α毎に等断面積で増減する、つまり比例して増減
するように、弁体周縁部と山形シート部１２とを当接さ
せるように形成されている。

第３図（ａ）　（ｂ）は、上記の関係を説明する図面で
、同図（ａ）は同図（ｂ）の上面図、同図（ｂ）は弁体
１の開閉状態を示す正面図であって、０は弁体ｌの中心
、Ａは弁体１が全閉状態にあるときの先端位置、Ｂは弁
棒中心線Ｃと弁体１との交点、Ｐは弁体周縁部の任意の
点、ＲはＢに対しＰと対称の点とすると、弁体１が全開
位置（同図（ａ）においてα−〇）から、α角開弁した
ときの弁体の先端位置はＡ′となり、このときの弁体１
は、同図（ｂ）において、長軸を２ｂ、短軸を２ａとす
る楕円形をなし、ａ”ｒｃｏｓα １）＝ｒ　　　　　　（但し、ｒは弁体の半径）をなし
ている。

また、円の面積Ｓ。＝πｒ２ 楕円の面積Ｓ　２　＝　ｙｒ　ａ　ｂ　＝　ｙｒ　ｒ　
２ｃｏｓａ他方、流体通路、つまり弁体１が開くときの
開口断面は、上記円と楕円との面積差Ｓ、に相当するた
め、 Ｓ＋　＝Ｓｏ　−３２＝ｙｒ　ｒ２−ｙｒｒ　”ｃｏｓ
ａ＝’ｙｒ　ｒ２（１−ｃｏｓα） 上記流体通路に相当する面積差Ｓ３が、弁開度αに応じ
て等分割されて増減するような断面積を求め、該断面積
に適合させるために、弁開度αに等しい位相角θ位置に
ある弁体周縁部のＰ部を山形シート部１２と当接させ、
該Ｐ部とＢ部との平行斜線部分りを閉鎖状態におくよう
にして、該山形シート部１２の曲線、つまり各位相角度
位置における断面形状か求められる。

第２図（ａ）　（ｂ）は、弁開度α＝９０°で全開位置
にある弁体ｌを、α＝８０°の時、θ＝８０°のＰ部が
山形シート部２２に当接し、最終的にα＝０°の時、θ
＝０６となって全閉状態となるようにした山形曲線を形
成した実施例の第１図（ａ）　（ｂ）と同様の図面であ
る。

この実施例によれば、弁開度の広い角度範囲に亙って流
量制御を行なうことができる。

第４図は、両ボス部４間の中央の最も幅の狭くなるシー
トリング部分を示す他の実施例を示す要部断面図であっ
て、核部の機械的強度を増すために、ボス部４の根元の
山形幅（Ｗｏ）にて一つの山（半径Ｒ，）を作り、更に
その上に上記した所定幅の山形シート部１２（半径Ｒ，
）を設けている。

なお、上記半径Ｒ，＜Ｒ８をなしている。

上記した両実施例において、弁開度に比例して流量を制
御できるようにした構造について説明したが、弁開度と
制御流量とは比例関係以外にも、任意に設定することが
可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、環状シートリン
グの山形シート部を、ボス部近傍に近づくにつれて広く
し、且つ該山形シート部を両ボス部間の中央に向けて幅
を狭くし、弁閉鎖時、弁体周縁部と上記山形シート部と
を両ボス部から中央部に向って段階的に順次密接させる
ようにしたことにより、次のような効果を奏することが
できる。

（ｉ）本出願人が既に開発した従来のものが、弁体の全
周に亙って山形シート部に同時当接する全閉位置を弁開
度で３０°以下にとると、ボス近傍のシート幅と中央の
シート幅との差が殆んどなくなるのに対し、本発明では
、弁開度３０°以下でも、弁体周辺部のエツジ厚みより
若干広い幅のところまで中央部を狭くすることが可能で
あるばかりでなく、ボス部近傍の機械的強度を大きくす
ることができる。

（ｉｉ）設定された弁開度より小さい範囲での流量制御
が可能となるので、当該バタフライ弁を流量制御弁とし
て利用することができる。

（ｉｉｉ）弁体周縁部とシートリングの山形シート部と
の開口断面積を弁閉鎖時比例して増減させるようにする
ことにより、グローブ弁のような制御特性をバタフライ
弁で実現することができる。

従って、弁体駆動部が一般的な比例制御タイプでもよい
のでコストを安くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施例を示す環状
シートリングの展開図及び１０’毎に位相分割された各
位置における断面図、第２図（ａ）及び（ｂ）は他の実
施例を示す第１図（ａ）及び（ｂ）と同様の図面、第３
図（ａ）及び（ｂ）は第１図（ａ）　ｆｂ）に対する弁
体の作用説明図、第４図は本発明の他の実施例を示す要
部断面図、第５図及び第６図は弁体とシートリングの山
形シート部との接触関係を示す説明図である。 １・・・弁体、２．１２．２２・・・山形シート部、２
ａ。 １２ａ、２２ａ・・・シートリング、３・・・弁棒、３
ａ・・・弁棒孔、４・・・ボス部、α・・・弁開度、θ
・・・位相角度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、剛性材料からなる中空筒状本体の全内周面と該本体
   内に回転自在に軸支された剛性材料からなる弁体の周縁
   部との間に、弾性材料からなる環状シートリングを介在
   させ、該環状シートリングには、弁棒を貫通させるため
   の１対の貫通孔の各周囲に常時弁体の弁棒根元附近に圧
   接させるための１対のボス部を形成し、これら１対のボ
   ス部間に弁閉時弁体周縁部と圧接させるための山形シー
   ト部を連続して円周方向に沿って形成した環状シートリ
   ングを備えたバタフライ弁において、上記シートリング
   の山形シート部を、ボス部近傍に近づくにつれて機械的
   強度を増すように広くし、且つ上記山形シート部を両ボ
   ス部間の中央に向けて幅を狭くし、弁閉鎖時、弁体周縁
   部と上記山形シート部とを両ボス部から中央部に向って
   段階的に順次密接させるようにしたことを特徴とするバ
   タフライ弁のシートリング。 ２、弁体周縁部とシートリングの山形シート部との開口
   断面積を、弁閉鎖時、弁開度毎に増減するようにして、
   流量特性が弁開度に比例するように弁閉鎖時弁体周縁部
   と上記山形シート部とを両ボス部から中央部に向って段
   階的に順次密接させるようにしたことを特徴とする請求
   項１記載のバタフライ弁のシートリング。