JPH0457912B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、バタフライ弁のシートリングの新
規なる改良に関する。

（従来の技術） 従来周知のように、バタフライ弁は金属等の剛
性材料からなる中空円筒状の弁本体内に同じく剛
性材料からなる円板状の弁体を弁本体の外部から
回動自在に軸支し、弁本体内の内周面と弁板の外
周縁との間に弾性材料からなる環状のシートリン
グを介在させた構造を有しており、弁体の回動に
よりその外周縁をシートリングに接離させて、弁
の開閉若しくは流量の調整を行つている。そし
て、閉弁時には、弁体の外周縁が環状のシートリ
ングに喰い込ませて、弁体外周縁をシートリング
内周縁に圧接させることによりシール作用が達成
されている。

そこで、かかるバタフライ弁にあつては、閉弁
時のシール性が良好である反面、開閉動作に対す
る負荷すなわち、弁体の回動トルクが軽いことが
従来要求されて来た。

このような要求を解決する一つの提案を、本出
願人は実公昭52−30600号公報をもつて行つた。
これは、第２２，２３図に示すように、シートリ
ングの内周面に径方向に沿つて円弧状の山形シー
ト部を形成し、この山形シート部に弁体の外周縁
を圧接させることにより、弁体によるシートリン
グの引きずりを防止し反発バネ定数を下げて、回
動トルクを大きくすることなく完全なシール性を
確保し得るものである。

しかしながら、実公昭52−30600号公報に開示
の技術にあつては、シートリングに形成される、
円弧状の山形シート部が、円周方向の全ての部分
において同一の幅に形成されている為、弁軸近傍
部（ボス部近傍）と弁軸と直交する部分とでシー
トリングへの弁体の当接角度が異なり、弁軸近傍
部は直交部分よりも大きい角度すなわち早い時期
に当接が開始され、直交部はこれより遅れて当接
が始まり、弁体の各部分におけるシートリングへ
の当接開始時期が相違している。かかる当接開始
時期の相違は直交部が当接開始するまでの回動ト
ルクをシール作用の発生に寄与しない無駄なもの
としてしまつていた。

そこで、かかる欠点を解決するために、本出願
人は更に特公昭58−25911号公報に開示される新
たな提案を行つた。これは第２４〜２７図に示す
ようにシートリングの山形シート部の幅をボス部
の中心を基点とするコサインカーブに倣つて前記
直交部に向かつて幅広くして形成したことを特徴
とするものである。これにより、弁体と山形シー
ト部とが円周方向に全周に亙つて同時に当接が開
始される結果、前述した回動トルクの無駄がなく
なり、回動トルクの低下とシール性の向上とを得
ることが出来た。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、以上のようなかかるシートリン
グによつても、従来から存在している次のような
欠点は依然として解消するとが出来なかつた。

弁軸直交部の弁体移動量が第２８，２９図に示
すように、ボス部近傍のそれより大きい為、弁軸
直交部付近では第３０図に示すように開弁動作時
にゴムの盛り上がり１が出来、開弁操作力を大き
くしている。

弁軸直交部では、ボス部近傍より回転半径が大
きく、したがつて回転モーメントも大きいため、
弁軸直交部における操作力の増大は、弁軸の回動
トルクの増大をもたらしている。

弁軸直交部では外周の周速度が速く、高速でゴ
ムを摩擦するため、シートリングの寿命を短くし
ている。

このような欠点は、ON−OFF弁では左程問題
とはならないが、調節弁として使用する場合、具
体的に次のような弊害が発生して来る。

開弁動作時のゴムの盛り上がりで増加した操作
力が、弁体がゴムから離脱するとき急激に低下す
るため、負荷の変動が大きく弁軸を駆動するシリ
ンダーなどの飛び出し現象を惹起するおそれがあ
ると共に、閉付近で弁開度を微小に操作し、流量
等を制御することを不可能としている。

一般のバタフライ弁の流量特性は、第３１図の
実線に示すように、0°〜20°付近では流量増加率
が非常に小さく、低開度でのコントロール性を悪
くしている。これを10〜20°で全閉となるように
設定すれば、第３１図の点線で示すように流量特
性がリニヤに近づきコントロール性の良い弁を得
ることが出来るが、この為には、弁体又はシート
リングを弁軸方向に延びる楕円形状としなければ
ならず、楕円形状の成形が困難で高価なため従来
実現されていなかつた。

この発明は、弁体及びシートリングを成形の困
難な楕円形に形成することなく、前記した欠点を
解消し、リニヤに近い流量特性を有し、低開度で
のコントロール性を向上し得るバタフライ弁を提
供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するためにこの発明が採つた
手段は、剛性材料からなる中空円筒状の本体内周
面と該本体内に回動自在に軸支された剛性材料か
らなる円板状の弁体外周縁との間に介在される弾
性材料からなる環状のシートリングであつて、直
径方向対向位置に弁棒を貫通させる一対の弁軸孔
が穿設され、該一対の弁軸孔の各周囲には常時弁
体の弁棒根元部が圧接するボス部が形成され、該
一対のボス部間には閉弁時に弁体外周縁が圧接す
る山形シート部が円周方向に沿つて連続して形成
されているバタフライ弁のシートリングにおい
て、山形シート部が第１と第２の山形シート部か
らなり、第１の山形シート部は半径Ｒ、幅Ｗ並び
に内径X₄を変化させて弁体の任意の外周縁にお
いて、弁体外周縁のシートリングへの喰込量ｔ及
び喰込移動量Ｅが同一となるように設定されてお
り、第２の山形シート部は第１の山形シート部の
シールとしての機械的強度及びシール機能が損な
われる部分からボス部までの間に存在し、弁体の
先端エツジ面が圧接する半径R′に設定されてい
ると共に、弁体の喰込移動量を弁体エツジ面の幅
Kaより小さく設定したことを特徴とする。

（作用及び発明の効果） シートリングへの喰込量ｔが全周に亙つて均一
となり、不要な喰い込みがなくなる為、長期に亙
つて安定したシール性能を発揮することが出来る
と共に、喰込移動量Ｅが均一で且弁体エツジ幅
Kaより小さく設定されているので、従来のバタ
フライ弁にみられた第３０図に示すようなゴムの
盛り上がりがなくなり弁開時の弁軸トルクが小さ
くなる。又、喰込移動量が微小である為、喰い込
みによる弁軸トルクの上昇する範囲は微小な開度
範囲に止どまり、第２１図に示すようにトルク変
動のない開度範囲を広く採ることが出来る。した
がつて、微小開度範囲でのトルク変動の無い開度
範囲が従来のバタフライ弁に比較して大きくな
る。

更に、弁の全閉シール角度を従来の如き0°では
なく、10〜20°程度の角度に設定出来るので弁の
流量特性の悪い低開度部分をカツトして、流量特
性の良い部分のみを使用することが可能となる。
この結果第３１図に点線で示すような開度−流量
特性がリニヤな特性に近づき調節弁としてコント
ロールし易いバタフライ弁を得ることが出来る。

（実施例） 以下に図面を参照しつつ、この発明の好ましい
実施例を説明する。第１，２図はこの発明に係る
バタフライ弁のシートリングと弁体を示し、１０
は金属等の剛性材料で形成された略円筒状の本体
の内周面に定着されるシートリング、１１は該本
体内に弁棒１２，１３で回動自在に軸支される円
板状の弁体であつて、外周縁をシートリング１０
の内周面に接離させて弁の開閉を行う。従来周知
のように、シートリング１０は、加硫ゴム等のゴ
ム状弾性材料からなり、弁体１１は本体と同様の
剛性材料で形成される。一方の弁棒１２は本体か
ら外方へ延び出し、弁駆動機構に連結され、外部
から弁体を駆動回転して、バタフライ弁の開閉若
しくは開度調整が可能である。シートリング１０
は、第３〜５図に示すように直径方向対向位置に
弁体１１の弁棒１２，１３が貫通する弁軸孔１４
が形成され、該弁軸孔１４の周縁は弁体１１の弁
棒周縁部が常時圧接する平坦なボス部１５に形成
される。そして、このボス部１５の間にシートリ
ング１０の内周面を円周方向に延びる第１の山形
シート部１６が形成される。第１の山形シート部
１６はシートリング内方へ向かつて突設した断面
円弧形状をなし、第２図に示すようにその側面に
弁体１１の外周縁１７が喰い込みつつ圧接して弁
の閉止が行われる。閉止状態において弁体１１は
弁軸に対して若干の傾斜角度を有する。

第１の山形シート部１６は弁体の任意の外周縁
部において、第１の山形シート部１６への弁体の
外周縁の喰込量ｔ並びに喰込移動量Ｅが同一とな
るように（第１５図参照）、第１の山形シート部
１６の半径Ｒ、幅Ｗ並びに内径X₄を変化させる
（第１７図参照）。この第１の山形シート部１６の
半径Ｒ並びに幅Ｗが、弁体１１の閉止角度に関連
しており、ＲとＷを大きくすることにより閉止角
度の設定を任意に行うことができるので、全開閉
止角度を調節弁としてコントロールし易い位置に
設計することが容易となる。

第１７〜１９図は、第１６図のVa，Vb，Vc
部分における第１の山形シート部１６の形状を示
す断面図であるが、喰込量ｔと喰込移動量Ｅが均
一となるように、半径Ｒ、幅Ｗ並びに内径X₄を
設定して行くと、ボス部１５に近い部分では第１
９図に点線で示すように山形シート部１６の半径
Ｒと幅Ｗが小さくなりすぎて、弁体が喰込んだと
きゴムの強度上、山形シート部が損傷したり破損
するおそれがある。

そこで、半径Ｒと幅Ｗがある程度小さくなる部
分からボス部までについては、上記した第１の山
形シート部１６に代つて、第１９図に示すように
半径R′のバツクアツプ用の第２の山形シート部
１８を形成し、弁体１１先端部側面ではなくエツ
ジ面にて圧接するようにする。この場合、弁体の
喰込移動量Ｅは弁体エツジ面の幅Kaより小さく
設定して開き出し時のゴムの盛り上がりを防止す
る。

次に喰込量ｔと喰込移動量Ｅを同一とするため
の半径Ｒ、幅Ｗ、内径X₄を変化させるための理
論及び２番目の山半径R′を決定する理論を第２
０図に従つて説明する。第２０図は弁軸と直交す
る軸と角度S₂をなす平面で切断した断面図であつ
て、第２０図において、弁体のシールポイントＡ
点の座標を求め、Ａ点から所定の喰込移動量Ｅを
もつたＢ点の座標を求める。同様に所定の喰込量
ｔをもつたＣ点を求める。このＢ、Ｃ点を通り、
かつセンターライン上に中心点Ｄ点をもつた円を
求めると求めるＲ、X₄が求まる。

又、シートの円筒平面の内径B₃を一定にとれ
ば、円の幅Ｗが決定される。このようにしてS₂を
0°〜90°まで各開度ごとにそれぞれＲ、X₄、Ｗを
求めていく。実際にはS₂を1°ずつ変化させて各開
度ごとに寸法を求めていき、その寸法に基づいて
加工を行つた。

以上のとおりに求めていくとS₂がある程度大き
い範囲でＲが小さくなりすぎ、一定のＥ、ｔを与
えられなくなるため、より大きなE′とｔをもつ円
を新たに求めたものが２番目の山R′である。

第１の山形シート部１６には、その側面に弁体
先端部の側面が喰い込む関係上、山形の上部は弁
のシール作用には寄与しておらない。したがつ
て、第６，７図に示すように第１の山形シート部
１６の上面を切除して平坦に形成する。これによ
り、山形シート部の突出による弁内径の減少を抑
制し弁内径を大きくすることが出来るため、流量
が増大する利点がある。しかしながら、かかる第
１の山形シート部１６の上面の切除は必ずしも必
須不可欠とするものでない。

かくして、この発明によれば、シートリングへ
の喰込量ｔが全周に亙つて均一となり、不要な喰
い込みがなくなる為、長期に亙つて安定したシー
ル性能を発揮することが出来ると共に、喰込移動
量Ｅが均一で且弁体エツジ幅Kaより小さく設定
されているので、従来のバタフライ弁にみられた
第３０図に示すようなゴムの盛り上がりがなくな
り弁開時の弁軸トルクが小さくなる。又、喰込移
動量が微小である為、喰い込みによる弁軸トルク
の上昇する範囲は微小な開度範囲に止どまり、第
２１図に示すようにトルク変動のない開度範囲を
広く採ることが出来る。第２１図において点線は
従来のバタフライ弁の開度−トルク特性を示し、
開度30°以下での弁軸トルクの変動が大きいのに
対し、この発明のバタフライ弁にあつては、実線
で示すように開度7°付近から弁軸トルクの変動が
なくなつており、微小開度範囲でのトルク変動の
内開度範囲が従来のバタフライ弁に比較して大き
くなつている。

更に、弁の全閉シール角度を従来の如き0°では
なく、10〜20°程度の角度に設定出来るので弁の
流量特性の悪い低開度部分をカツトして、流量特
性の良い部分のみを使用することが可能となる。
この結果開度−流量特性は第３１図に点線で示す
ようなリニヤに近づき調節弁としてコントロール
し易いバタフライ弁を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかるシートリングと弁体
の正面図、第２図は第１図−線に沿つた断面
図、第３図はシートリングの断面図、第４図は同
展開図、第５図は同傾斜図、第６図は第４図ａ
−ａ線に沿つた断面図、第７図は第４図ｂ−
ｂ線に沿つた断面図、第８図は第４図ｃ−
ｃ線に沿つた断面図、第９図は第４図ｄ−ｄ
線に沿つた断面図、第１０図はシートリングと弁
体との喰込状態を示す一部正面図、第１１図は第
１０図ａ−ａ線に沿つた断面図、第１２図は
第１０図ｂ−ｂ線に沿つた断面図、第１３図
は第１０図ｃ−ｃ線に沿つた断面図、第１４
図は第１０図ｄ−ｄ線に沿つた断面図、第１
５図はシートリングへの弁体の喰込量と喰込移動
量の関係を示す断面図であつて、第１６図のVa
−Va並びにVb−Vb線に沿つた部分を重ねて表
してある、第１６図は弁体の正面図、第１７図は
第１６図Va−Va線部分におけるシートリングと
弁体の喰込状態を示す断面図、第１８図、第１９
図は、第１６図Vb−Vb、Vc−Vc線部分におけ
る第１７図と同様の図、第２０図は喰込量、喰込
移動量を同一とするための半径Ｒと、幅Ｗ、内径
X₄を決定するための概念図、第２１図は弁開度
−弁軸トルクの関係を示すグラフ、第２２図は従
来のバタフライ弁の正面図、第２３図は第２２図
−線に沿つた断面図、第２４図は更に他の従
来のバタフライ弁のシートリングの展開図、第２
５図は同斜視図、第２６図は第２４図ａ−ａ
線に沿つた断面図、第２７図は第２４図ｂ−
ｂ線に沿つた断面図、第２８図は従来のバタフラ
イ弁におけるシートリングへの弁体の喰込量と喰
込移動量を示す断面図であつて、第２９図のａ
−ａ，ｂ−ｂ線に沿つた部分を重ねて表し
てある。第２９図は弁体の正面図であつて、第３
０図は第２９図ａ−ａ並びにｂ−ｂ線部
分における弁体によるゴムの盛り上がり状態を示
す断面図、第３１図は従来及びこの発明バタフラ
イ弁の弁開度−流量特性を示すグラフである。 １０……シートリング、１１……弁体、１２…
…弁軸、１３……弁棒、１４……弁軸孔、１５，
１７……外周縁、１６……第１の山形シート部、
１８……第２の山形シート部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 剛性材料からなる中空円筒状の本体内周面と
   該本体内に回動自在に軸支された剛性材料からな
   る円板状の弁体外周縁との間に介在される弾性材
   料からなる環状のシートリングであつて、直径方
   向対向位置に弁棒を貫通させる一対の弁軸孔が穿
   設され、該一対の弁軸孔の各周囲には常時弁体の
   弁棒根元部が圧接するボス部が形成され、該一対
   のボス部間には閉弁時に弁体外周縁が圧接する山
   形シート部が円周方向に沿つて連続して形成され
   ているバタフライ弁のシートリングにおいて、山
   形シート部が第１と第２の山形シート部からな
   り、第１の山形シート部は半径Ｒ、幅Ｗ並びに内
   径X₄を変化させて弁体の任意の外周縁において、
   弁体外周縁のシートリングへの喰込量ｔ及び喰込
   移動量Ｅが同一となるように設定されており、第
   ２の山形シート部は第１の山形シート部のシール
   としての機械的強度及びシール機能が損なわれる
   部分からボス部までの間に存在し、弁体の先端エ
   ツジ面が圧接する半径R′に設定されていると共
   に、弁体の喰込移動量を弁体エツジ面の幅Kaよ
   り小さく設定したことを特徴とするシートリン
   グ。