JPH0814327B2 - 金属製の弁座、この弁座を使用したバタフライ弁及びボール弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［この発明が属する産業状の技術分野］ この発明は、弁座、より詳しくいえばバタフライ弁お
よびボール弁に組み込まれる環状の弁座、およびこれら
の弁座を備えたバタフライ弁およびボール弁に関する。

［従来技術］ この種の弁座にはいろいろなものが知られている。例
えば、GB2,019,981号は、その断面において弁ディスク
に向かって凸状をなし、弁ディスクと線接触するバタフ
ライ弁用の弁座を開示している。このときの接触圧は、
弁座の自由内縁部にあるフィンガーにより供給され、弁
体を加圧する。凸状接触面における線接触は、特に、圧
力および／または温度が極端条件下にあったり、両者が
変動する状況の下では充分信頼するに足るシールをもた
らすことがない。

［この発明が解決しようとする技術的課題］ この発明の目的は、ボール弁およびバタフライ弁に組
み込まれてなり、あらゆる液体に対して使用でき、温度
および圧力のすべての作動条件で、ボール弁体またはバ
タフライ弁体が閉止位置にあるとき、この弁体と弁本体
との間の漏れに対するシールを確実にするように、耐久
性および充分な可撓性を有する環状をなす金属製の弁座
を提供することにある。

［課題解決の手段］ 複数のフィンガーが、フィンガーの間にあってフィン
ガー同士を連結するウエブを形成する厚さの薄い区域に
よって円周方向に連結されており、前記複数のフィンガ
ーが、弁ボールまたは弁ディスクと接触する径方向内側
部に凹部を有する点に特徴を有する、バタフライ弁また
はボール弁用であって、弁体に固定される径方向外側部
と環状空間の周囲に沿って横方向に突出する皿状凹部で
ある径方向内側部とを備える環の形態を有しており、前
記の皿状凹部が、円周上において複数の径方向フィンガ
ーを形成するこの発明に係わる金属製の弁座は、弁座の
軸線方向に平行な面内において曲率が変化しているの
で、前記公知技術にかかる弁座と比較すると、フィンガ
ーの先端部分が、前記先端部分から離れたフィンガーの
部分よりも、密接に、弁ボール又は弁ディスクと係合す
る。

この発明はまた、上記の弁座を一対または複数対組み
込んでなるボール弁またはバタフライ弁に関する。

［実施例］ 以下に、この発明の実施例を添付図面を参照しつつ説
明する。

図面中、同一の部材には、同一の符号が付されてい
る。

第１図には、バタフライ弁が示されている。このバタ
フライ弁は、弁本体１を備えており、この弁本体１に
は、弁ディスク３のステム２が回転可能に収容されてい
る。弁ディスク３は、穴を横切った完全閉止位置で示さ
れており、穴を通過する液体の流れは、弁ディスク３に
より制御される。この完全閉鎖位置において、弁ディス
ク３は、一対の金属製の弁座４のそれぞれとシールを形
成して係合している。弁座４はこの発明によって構成さ
れており、弁本体１の凹部内に、一対の保持環５により
位置付けられている。これら保持環５は、ボルト止めま
たは他の手段によって、弁本体１に固定されている。

第1A図ないし第３図に詳細に示すように、各弁座４
は、金属製の環からなり、平坦な径方向外側部分4Aと、
径方向内側の皿状凹部4Bとを有する。皿状凹部4Bは、例
えば第３図に見られるように軸線に平行な面内において
曲率が変化しており、弁ディスク３が最終的にその完全
閉鎖位置に達したとき、弁ディスク３の湾曲リムと弾性
的に係合するようになっている。

弁座４は、その製造過程の途中においては、例えば、
厚みが1.25mmのアルミニウムブロンズ合金製の金属シー
トを打ち抜いた平坦な環状のディスクからなっている。
この環状のディスクには、先ず、その径方向内側部分
に、転造またはプレス加工により、放射状の溝すなわち
（蜘蛛の巣状の）ウエブが互いに隣接して形成される。
これらのウエブが、切削ではなく、上記のように転造ま
たはプレス加工によって形成されることは利点である。
何故ならば、このような加工によれば、金属の結晶粒組
織を変化させ、その可撓性を向上させることができるか
らである。環状ディスクの径方向内側部分は、上記のよ
うにウエブが形成された後、これらが皿状凹部に変形さ
れて弁座４のフィンガー部4Cとなる。これらフィンガー
部4Cは、第2a図に拡大して示される典型的な形状を有し
ており、ここで、最大のウエブの厚さが1.3mm、溝の深
さが0.3mm、隣接する頂部間の距離が2.5mmである。これ
らのウエブまたはフィンガーの数は90個である。

径方向外側部分4Aと隣接する継ぎ目の径方向内側部分
4B、すなわち、フィンガー部の曲率は、径方向内側部分
4Bのリムの曲率とは異なっている。

第1A図は、弁座の径方向内側部分が弁ディスク３と係
合する以前の、弁座のフィンガー部4Bの径方向外側部分
の位置を点線で示している。これに対し、第1B図は、弁
座のリムが実際は矢印Ｆ−Ｆによって示されているよう
に、ほぼ0.8mmから０に減少するしまりばめとなってい
ることを示しており、弁座４はＧ点ですべりばめとなっ
ている。

弁座４を製造する金属の選択は、一般的に弁が作動す
る環境によって決定される。しかしながら、バタフライ
弁およびボール弁においては、その弁体がステンレス鋼
からなることから、弁座４は、アルミニウムとブロンズ
の合金から形成されるのが一般的である。好ましくは、
フィンガー部4Cに接続されたウエブの径方向内側面、即
ち、摩擦面は、PTFEなどの低摩擦材料で被覆されてい
る。更に、この摩擦面は、その流量が制御される液体へ
の砂や他の異物の混入に起因して、摩耗に対して十分に
耐えるように、硬くすることも可能である。

第３図は、弁座４の径方向内側部分が弁ディスク３の
中心点Ｂからの内径R_Aを有していることを示している。
しかしながら、最終的に弁ディスクとの締りばめが形成
されるようなフィンガー部の広がり（divergence）を実
現するために、打ち抜きによって形成される前記径方向
内側部分の曲率の中心は、研削工具を垂直位置から水平
位置に移動するときに、Ｂ点からＣ点に変位される。研
削作業中は、工具の中心位置は変化しても、研削半径は
一定である。このことによって、弁ディスクと、曲げが
生じるウエブ状リムとの間の締りばめを確保することが
できる。最後に、ウエブ状フィンガー部の凹状支持面に
は、組立てられたとき、弁ディスクと弁座との間の完全
なシールを達成するために、マイクロ加工が施される。

第４図、５図、６図は、二重オフセットのバタフライ
弁に、この発明の弁座４を適用した典型的な例を示して
いる。すなわち、このバタフライ弁において、弁ディス
ク３の回転軸は、弁ディスク３の中心面から偏位し、ま
た、中心穴の軸線の片側に偏位している。この実施例で
は、内側の保持環5Aは、２個の半体からなり、２個の弁
座４に対して最大の支持を与えている。これら弁座４
は、第５図および第６図に示されるように、径方向に対
して内側および外側にそれぞれ皿状の凹部に形成され、
一方の直径面から他方の直径面へと連続的に変化する弁
ディスクの直径と合致するようになっている。これら弁
座４は、前述した実施例に関して説明したようにして製
造される。

第７図ないし第９図は、バタフライ弁に、この発明の
一対の弁座４を使用した例を示しており、バタフライ弁
は、厚みが変化する弁ディスク３を有している。このこ
とは、必然的に、第９図に示されるように、各々の皿状
凹部の形状が合致する２個の弁座４を設けることとな
る。これら弁座４は、他の点では第１図ないし第４図に
示されたものと同一である。

第10図は、耐火性（fire−safe）ボール弁に、この発
明の２個の弁座４を適用した例を示している。ボール弁
は、開口したボール弁体10を備え、このボール弁体10
は、端部が四角い軸11によって旋回可能である。軸11
は、弁本体のプレート12を貫通している。しかしなが
ら、このようなボール弁において、弁座４は、作動中に
発生するボール弁体10のガタつきを吸収するため、側方
に移動可能となっている。

この目的のため、そして、液体の漏れを防ぐために、
弁本体の上部、底部及び端壁に、Ｏリング13を収容する
凹みが設けられており、このＯリング13は、弾性材料か
らなり、弁座４の各側縁に係合している。

第11図には、耐火用およびガスの気密保持用に使用さ
れるボール弁の他の例が示されている。ここで、弁座４
の各々は、位置決め環14によって内側から支持されてい
る。位置決め環14には、弾性材料からなるＯリング15を
装着する好ましい凹みが形成されている。

前述したように、全体の形状寸法は弁座の位置に適合
するように変化するけれども、弁座４のフィンガー部
は、弁座面の半径を変化させて、プレス加工されて形成
される。また、弁座がボール弁内に組込まれたとき、ね
じれを生じることなく、非常に高圧の下で、弁座４が作
動可能となるように、これら弁座４の厚みは、バタフラ
イ弁に適用された弁座よりも大きい。

第12図は、ボール弁を示しており、このボール弁は、
２個の弁座を備えている。これら弁座は、前述しともの
と同様な特性を有しているが、より極端な環境の下で使
用されることを意図したものである。これら弁座の拡大
した断面は、第13図に示されている。弁座は、高強度ニ
ッケル合金からプレスされた２個のディスク40を備えて
おり、これらディスク40は、中央の厚いスペーサ環41の
両面に溶接又はろう付けによって固定されている。これ
らディスク40の１つは、プレスによって形成された径方
向のウエブフィンガー部を有しており、これらディスク
40は、その収束ラインＴにおいて、互いに溶接されてい
る。このようなプレスの組合わせは、ばね効果を増加さ
せるために、時効硬化され、そして、ボール弁体と接触
する接触面は、低摩擦材料によって被覆されている。収
束ラインＴの近傍での接触面の半径は、締りばめを実現
するため、ボール弁体の半径よりも小さい。

これまでに亘って説明し、第１図ないし第13図に図示
された弁座は、比較的低コストであり、容易に適用する
には理想的であり、ここでは、弁座の交換を比較的容易
に行なうことができる。しかしながら、海中での組込
み、例えば、油井において、ここでは、弁の交換にコス
トは、非常に高く、弁座は、アルミニウムブロンズなど
の合金にみられる大きな延性と高強度ニッケル合金にみ
られる高強度を結合したような複合バイメタル構造から
なることが強く要求されている。このことは、第14図に
示されている弁座によって達成される。この第14図の弁
座は、ウエブ状のフィンガー部4Cを有しており、このフ
ィンガー部4Cは、延性を有する金属のベース部分を備
え、このベース部分の山部および谷部は、高強度ニッケ
ル合金からなるキャップまたはリボン4Dによって、被覆
されている。キャップまたはリボンは、ベース部分にろ
う付けによって固定されている。しかしながら、谷部の
みに硬いニッケル合金を接着することで充分な場合もあ
る。

第16図ないし第32図にその構成要素が図示されている
バタフライ弁の特別な構成は、この発明の弁座、金属の
熱保持環、金属のスペーサおよびPTFEからなる付加的な
スペーサー環を組込んでなる。第16図は、典型的な弁本
体１を示しており、この弁本体１内には、第17図ないし
第19図に示されるような一対の保持環5,5′が位置付け
られている。保持環５は、穿孔され、冷却され、次い
で、弁本体１内で膨脹される。最終的には、保持環５
は、弁本体１に溶接またはろう付けされる。これに対
し、他方の保持環５′は、弁座４およびスペーサ環16を
その位置に固定するように、穿孔して反対側に穴が開け
られている。第21図および第22図に示されたような形状
のスペーサ環16の目的は、第23図ないし第25図に示され
た形状の弁座を、その位置に正確且つしっかりと保持す
ることにある。

第26図ないし第28図は、バタフライ弁の弁ディスク３
を詳細に示しており、この弁ディスク３は、一体成型の
PTFEからなるシール部17が設けられている。バタフライ
弁が閉じられたとき、シール部17は、やはりPTFEからな
るスペーサー環18と液密に接触する。このスペーサー環
18は、２個の弁座４間に位置付けられている。

第29図ないし第32図においては、弁ディスク３は、完
全に同一であり、他の部分には、１個または２個のPTFE
からなるスペーサー環18が設けられ、このスペーサー環
18は、弁座４とスペーサー環16との間、または、保持環
５とスペーサ環16との間に挟まれている。

［効果］ ウエブ状フィンガー部の形状、および、環状の金属デ
ィスクにおける径方向内側の皿状凹部の径方向形状が変
化することによって、この皿状凹部が可撓性を有し、バ
タフライ弁における弁ディスクまたはボール弁における
ボール弁体がその閉止位置にあるとき、前記皿状凹部
が、弁ディスクまたはボール弁の湾曲面に密着係合する
ことは、この発明の弁座の利点である。更に、フィンガ
ー部は、弁座の損傷や故障、流れによる破壊を招く高流
速状況においての弁座のガタつきを防止する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係わる一対の弁座を備えた基本的
なバタフライ弁の中央の断面図であり、第1A図は、第１
図の上部の拡大図、第1B図は、第1A図の詳細図である。 第２図は、弁座の正面図であり、第2a図は、第２図にお
ける矢印Ａ−Ａから見た図である。 第３図は、弁座の断面図であり、第3a図は、第３図の一
部拡大図である。 第４図は、この発明に係わる異なる形状の２個の弁座を
備えた二重オフセットバタフライ弁の断面図である。 第５図および第６図は、第４図に示された２個の弁座を
それぞれ示す断面図である。 第７図および第８図は、この発明に係わる２個の弁座を
備えた高機能バタフライ弁を異なる方向からそれぞれ切
断した断面図である。 第９図は、第７図および第８図のバタフライ弁に取り付
けられた弁座の断面図である。 第10図は、この発明に係わる２個の弁座を備えた典型的
なボール弁の中央の断面図である。 第11図は、この発明に係わる２個の弁座を備えた他のボ
ール弁の中央の断面図である。 第12図は、複合構造の２個の弁座を備えたボール弁の中
央の断面図である。 第13図は、第12図に示された弁座の拡大断面図である。 第14図は、複合弁座の変形例における皿状凹部を備える
フィンガー部の正面図である。 第15図は、第14図のフィンガー部の拡大断面図である。 第16図は、この発明に係わる弁座を組み込んだ他のバタ
フライ弁の弁本体における端面図である。 第17図は、第16図のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 第18図は、第16図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 第19図は、弁座保持環の正面図である。 第20図は、第19図のＭ−Ｍ線に沿う断面図である。 第21図は、スペーサー環の正面図である。 第22図は、第21図のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。 第23図は、弁座の正面図である。 第24図は、第23図のＫ−Ｋ線に沿う断面図である。 第25図は、第23図のＰ−Ｐ線に沿う断面図である。 第26図は、バタフライ弁における複合弁ディスクの断面
図である。 第27図は、弁ディスクサポートの立面図である。 第28図は、第27図のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。 第29図ないし第32図は、この発明の弁座と非金属の弁座
とを組み合わせた例をそれぞれ示す図である。 １……弁本体、３……弁ディスク、４……弁座、4A……
径方向外側部分、4B……皿状凹部、4C……フィンガー
部、5,5′……保持環、13,50……Ｏリング,16,18……ス
ペーサ環、17……シール部、18……スペーサー環、40…
…ディスク。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のフィンガー（4C）が、フィンガーの
   間にあってフィンガー同士を連結するウエブを形成する
   厚さの薄い区域によって円周方向に連結されている点、
   および、 前記複数のフィンガー（4C）が、弁ボールまたは弁ディ
   スクと接触する径方向内側部に凹部を有し、弁座の軸線
   方向に平行な面内において曲率が変化しているので、フ
   ィンガーの先端部分が、前記先端部分から離れたフィン
   ガーの部分に比較して、より密接に、弁ボールまたは弁
   ディスクと係合する点に特徴を有する、 バタフライ弁またはボール弁用であって、弁体（１）に
   固定可能である径方向外側部（4A）と、環状空間の周囲
   に沿って横方向に突出する皿状凹部（4B）である径方向
   内側部とを備える環の形態を有しており、 前記の皿状凹部が、円周上において複数の径方向フィン
   ガー（4C）を形成する金属製の弁座。
2. 【請求項２】ウエブ状に連結されたフィンガー部（4C）
   が、環の径方向内側部の一面にある径方向の溝にプレス
   加工を施すことのよって形成される点に特徴を有する特
   許請求の範囲第１項に記載の金属製の弁座。
3. 【請求項３】山部および／または谷部が、高強度ニッケ
   ル合金からなるキャップおよび／またはリボン（4D）に
   よって覆われている延性を有する金属シートのベースか
   らなるウエブ状フィンガー部（4C）に特徴を有する特許
   請求の範囲第１項に記載の金属製の弁座。
4. 【請求項４】環が、スペーサー環（41）の両面２つの外
   側ディスク（40）を固定した複合構造体からなってお
   り、前記２つの外側ディスク（40）は、前記スペーサー
   環（41）を越えて径方向内側に突出し、前記２つの外側
   ディスク（40）の径方向内側の区域が互いに収束に向か
   い、それらの先端部が、収束線をはさんで互いに固着さ
   れている点に特徴を有する特許請求の範囲第１項に記載
   の金属製の弁座。
5. 【請求項５】弁体（１）に固定可能である径方向外側部
   （4A）と、環状空間の周囲に沿って横方向に突出する皿
   状凹部（4B）である径方向内側部とを備える環の形態を
   有し、前記の皿状凹部が、円周上において複数の径方向
   フィンガー（4C）を形成する少なくとも１個の金属製の
   弁座（４）を組み込んでなり、 前記金属製の弁座（４）と、この金属製の弁座を弁本体
   （１）の凹みに固定する少なくとも１個の保持環（５）
   とを備えてなるバタフライ弁。
6. 【請求項６】それぞれが径方向内側の皿状凹部を備える
   一対の金属製の弁座（４）が、内側の保持環（5A）と外
   側の保持環（５）の間の凹部において、背中合わせに配
   置されており、前記２つの金属製弁座（４）の前記皿状
   凹部は、それぞれ異なる外形を有しており、 それらのうち少なくとも１つの弁座（４）は、 弁体（１）に固定可能である径方向外側部（4A）と、環
   状空間の周囲に沿って横方向に突出する皿状凹部（4B）
   である径方向内側部とを備える環の形態を有し、前記の
   皿状凹部が、円周上において複数の径方向フィンガー
   （4C）を形成する点に特徴を有する特許請求の範囲第５
   項に記載のバタフライ弁。
7. 【請求項７】内側環（5A）が、２個の半体からなること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のバタフライ
   弁。
8. 【請求項８】一対の弁座（４）は、弁本体（１）の凹部
   内に、１つのスペーサ環（16）と外側の一対の保持環に
   よって、位置付けられていることを特徴とする特許請求
   の範囲第５項に記載のバタフライ弁。
9. 【請求項９】不均一な断面形状を有する弁ディスク
   （３）と、軸線と平行な面内で弁ディスクの前記断面形
   状と合致するような皿状凹部を備える弁座（４）とに特
   徴を有する特許請求の範囲第５項に記載のバタフライ
   弁。
10. 【請求項１０】低摩擦の非金属材料から作られており、
    前記弁座（４）または前記弁本体（１）と平行に、か
    つ、隣り合うように配置れる少なくとも１つのシール環
    （18）に特徴を有する特許請求の範囲第５項ないし第９
    項のいずれか１項に記載のバタフライ弁。
11. 【請求項１１】弁ディスク（３）が、低摩擦の非金属材
    料から作られる中央部（17）を備えており、前記弁ディ
    スク（３）は、弁が閉じられたとき、弁本体（１）内の
    低摩擦の非金属材料から作られる前記シール環（18）と
    向き合うことを特徴とする特許請求の範囲第10項に記載
    のバタフライ弁。
12. 【請求項１２】弁体（１）に固定可能である径方向外側
    部（4A）と、環状空間の周囲に沿って横方向に突出する
    皿状凹部（4B）である径方向内側部とを備える環の形態
    を有し、前記の皿状凹部が、円周上において複数の径方
    向フィンガー（4C）を形成する少なくとも１個の金属製
    の弁座（４）を弁本体（１）内に組込んでなるボール
    弁。
13. 【請求項１３】弁座（４）の径方向外側部分が、弁本体
    の隣接部分に対し、弾性材料からなる少なくとも１個の
    Ｏリング（13）により、シールされていることを特徴と
    する特許請求の範囲第12項に記載のボール弁。