JP4853806B2

JP4853806B2 - バタフライバルブ

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Publication number: JP4853806B2
Application number: JP2006012948A
Authority: JP
Inventors: 昭宏釈迦郡; 清二山下
Original assignee: Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Yukizai Corp
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: JP2007192374A

Description

本発明は、化学工場、上下水道、農業・水産などの配管ラインに好適に使用されるバタフライバルブに関するものであり、さらに詳しくは、主として大口径を有するバタフライバルブに関するものである。

従来のバタフライバルブは図８に示すように、内部に流路が形成された弁箱３１と、当弁箱３１の内周面に嵌着されたシートリング３２と、シートリング３２を貫通して弁箱３１に支持される弁軸と、弁箱３１の流路内部に、当該流路の軸芯に対して略直角方向に弁軸により回動自在に軸支された円板状弁体３３とを有し、弁軸の回動により弁体３３を回動させてシートリング３２に圧接、離間させることでバルブの開閉を行うものが一般的であった。弁箱３１の内周面に嵌着されたシートリング３２の内周面側に弁体３３を装着する際に、弁体３３はシートリング３２を押しつぶしてシール性を保つため、シートリング３２の内径と弁体３３の外径はほぼ等しい値であり、シートリング３２を嵌着した弁箱３１に弁体３３を装着する際、かなりの力を加えて弁体３３を弁箱３１に組み込むことになり、弁箱３１を上下方向に押し広げようとする力が作用する。この力は、口径が大きくなるにつれて大きくなる。このため、弁箱３１が上下方向に変形してしまうという問題が発生していた（図９参照）。そのため接続されるパイプ等のフランジ（以下フランジと称す）と連結するためのボルト挿入用の孔３４を開ける際に、弁箱３１の変形量を見込んで孔３４のピッチを調整しながら、孔開け加工を行なう必要があった。ボルト挿入用の孔３４のピッチのずれは、調整しながら加工することで改善は可能であるが、加工時のバラツキが大きく、加工に手間がかかり、加工時間が長くなり、加工費用がかさむという問題があった。

上記従来技術の問題点である弁箱の変形を防止することの解決方法として、金属製リング３６を芯材として当該芯材の全体を覆うようにノルボルネン系モノマーを反応射出成形して弁箱を形成する方法を用いたバタフライバルブが特許文献１に挙げられている。

特開平１１−１５３２４３号公報（第１−１０頁、第１図）

前記のようにノルボルネン系モノマーによる反応射出成形を利用して、金属製リング３６を芯材として当該芯材の全体を覆うようにして得られるバタフライバルブの弁箱３５は、芯材が入っているため、芯材がないものに比べると前記のような変形は抑えられているしかしながら、該バルブの口径が大きくなると、弁箱３５の内周面に嵌着されたシートリング３７の内周面側に弁体を装着する際の変形量も大きくなり、やはり、わずかながら、フランジボルト用孔３８のピッチにずれが生じるため、更なる改良が望まれていた。

また、芯材の全体を樹脂層で覆うようにして弁箱３５を成形する際に、弁箱３５の内周側に向かって樹脂が収縮するため、弁箱３５の内周側の樹脂と金属製リング３６との剥離が起こる恐れがあり、樹脂層にクラックが発生する可能性があるという問題があった。

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、弁箱の内周面に嵌着されたシートリングの内周面に弁体を装着する際に、弁箱が上下方向に変形することなく、フランジ連結用のボルト孔を開ける際にも、ボルト孔のピッチの微調整を行ないながら加工する必要もなく、また弁箱を成形する際に、弁箱に使用される材料が収縮した場合においても、該材料とインサートとの剥離が生じないバタフライバルブを提供することである。

本発明の構成を、図１乃至図７を参照しつつ説明すると、内部に流路８が形成された弁箱１と、弁箱１の内周面に嵌着されたシートリング２と、弁箱１の流路８内部に、流路８の軸芯に対して略直角方向に弁軸３により回動自在に軸支された円板状弁体４とを有するバタフライバルブにおいて、弁箱１の内部に、弁箱１より剛性の高い材質で形成された略環状のインサート５を少なくとも１つ有し、インサート５の外周面１０に少なくとも１つの連続した突条部６が設けられ、インサート５にその内周面９と外周面１０を貫通する複数の貫通孔７が放射状に等間隔に、突条部６の中心を貫通しており、インサート５の上部と下部には、１８０度対称位置に、外周面略台形状のボス部１５、１６が設けられ、インサート５の外周面１０側の樹脂と内周面９側の樹脂が貫通孔７で連結一体化されていることを第１の特徴とする。

突条部６の断面形状が略台形状、半円形状または矩形状であることを第２の特徴とする。

そして、弁箱１の材質がノルボルネン系樹脂であることを第３の特徴とする。

さらに、円板弁体４が手動式、電動式及び空動式のいずれか１つの駆動によって回動されることを第４の特徴とする。

本発明において、インサート５の形状は、略環状をしていれば良くその形状は特に限定されず、円形状や８角形や１６角形などの多角形でも良いが、製造のしやすさから円形状が好ましい。

また、インサート５の外周面１０に設けられる連続した突条部６は複数個形成してもよいが、軽量化、製造しやすさから１個であることが好ましい。

インサート５の突条部６の断面形状は台形状、半円形状または矩形状であれば良く、特に限定されるものではないが、強度や製造面を考慮すると台形状が好ましい。

また、突条部６は高さが増すほど強度が増すが、突条部６が高くなりすぎてフランジ連結用のボルト孔１４と干渉するとボルト孔１４の加工が困難となるため５〜２０ｍｍ程度にするのが好ましい。

また、突条部６の幅は広くなるほど強度が増すが、軽量化、製造コストの面を考慮するとインサート５の幅に対して５０％以下にするのが好ましい。

インサート５の内周面９と外周面１０を貫通する貫通孔７は、その大きさに特に限定されないが、貫通孔が大きくなりすぎると強度が低下し、小さすぎると弁箱に使用される材料とインサート５との剥離を防止する効果が小さくなるため、貫通孔７の直径はインサート５の幅に対して１０〜３０％程度にするのが好ましい。

また、貫通孔７の数は少なくとも１個設けられていればよいが、該材料が収縮した際に、インサート５と該材料が剥離しないようにするためには、１０個以上設けることが好ましい。なお、インサート５の材質は弁箱１より剛性の高い材質であれば、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、ステンレス、チタンなどの金属や、塩化ビニル（以下、ＰＶＣと記す）、ＦＲＰなどの合成樹脂でも良く、特に限定されない。このうち鋳鉄材のＦＣＤ４５０は、コストおよび生産性に優れるため好適である。

弁箱１の材質としては、ポリジシクロペンタジエン（以下、ＰＤＣＰＤと記す）やポリプロピレン（以下、ＰＰと記す）が使用可能であるが、弁箱１として要求される強度や特性を満たしていれば、ポリビニリデンフルオライド（以下、ＰＶＤＦと記す）、ポリエチレン（以下、ＰＥと記す）、ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと記す）、ＦＲＰなどの合成樹脂、またはステンレス、銅、鋳鉄、鋳鋼などの金属などでも良い。本発明は特に大口径の場合に好適に用いられるが、樹脂製であれば金属製の場合に比べると格段に軽量となり作業効率も向上し、また腐食性流体輸送ラインにも問題なく使用できる。

本発明の弁軸３の材質は、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、ステンレス、チタンなど強度上問題のないものであれば特に限定されない。また、本発明のシートリング２の材質は、弾性材料であることが好ましく、エチレンプロピレンゴム（以下、ＥＰＤＭと記す）、アクリロニトリルブタジエンゴム（以下、ＮＢＲと記す）、フッ素ゴムなどのゴム、ＰＶＤＦなどの合成樹脂など、強度や耐腐食性上問題のないものであれば特に限定されない。

本発明のバタフライバルブの駆動は、弁箱１から突出した弁軸３の一端部に直接ハンドルを取り付けたり、ギアボックスを介してハンドルを取り付けて手動式で行なわれることが主体であるが、モーターなどによる電動式、空気圧による空動式による駆動でも良く、特に限定されない。電動式の場合、図７に示すように、ハンドルやギアボックスの代りに、電動式駆動部２７がトップフランジ１９に直接搭載または取付台を介して搭載され、弁軸３の上部に伝導される。

本発明に係るバタフライバルブは以上のような構造を有しており、それにより以下の優れた効果が得られる。
（１）弁箱の内周面に嵌着されたシートリングの内周面に弁体を装着する際に、弁箱の変形を抑えることができる。そのためフランジ連結用のボルト孔を開ける時に、弁箱の変形量を見込んでボルト孔のピッチを調整しながら孔あけ加工を行なう必要がない。また、加工時のバラツキがなく、加工時間が短くなり、加工費用の上昇を抑えることができる。
（２）弁箱の変形が小さくなることにより、シートリングの弾性力が十分に弁体に伝わるため、弁軸部付近のシール性能を向上させることができる。
（３）インサートには内周面と外周面を貫通する貫通孔が設けられており、弁箱の内周面側と外周面側の使用材料が貫通孔で連結一体化されているので、弁箱を成形する際に、弁箱の内周面側に向かって使用材料が収縮しても、内周面側の使用材料とインサートとの剥離が起こらなくなる。従って、樹脂層にクラックが発生する可能性がなくなる。
（４）弁箱および弁体をノルボルネン系モノマー樹脂製にすると、特に大口径のバタフライバルブでは軽量となり作業性を向上させ、腐食性流体の用途においても問題なく使用することができる。

以下、本発明の第１の実施形態について図を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の第１の実施形態であるバタフライバルブの全閉時を示す縦断面図である。図２は本発明の弁箱の一部破断斜視図である。図３は本発明のインサートの斜視図である。図４はインサートのＡ−Ａ線断面図である。図５、図６はインサートの他の実施例を示すＡ−Ａ線断面図である。図７は本発明の第２の実施形態である電動式の駆動タイプのバタフライバルブの縦断面図である。

図１乃至図７において、１は内部に流路８が形成された口径１１００ｍｍのＰＤＣＰＤ製の弁箱であり、内周面１１には後記シートリング２が嵌着される。弁箱１の外周面１２には、突条部１３が形成してあり、突条部１３の直径は１４００ｍｍ程度である。ここにフランジと連結するためのボルト孔１４が周方向に沿って所定間隔で形成されている。

弁箱１の上部と下部には、１８０度対称位置に、外周面１２に略台形状のボス部１５および１６が形成してあり、それぞれに軸受孔１７、１８が形成してある。これら軸受孔１７、１８の軸芯は、流路８の軸芯に対して略直角となる。軸受孔１７、１８には、後記弁体４を開閉する後記弁軸３が挿通され、回動自在に保持される。また、ボス部１６の下方には弁軸受け２０がボルトによって装着されている。さらに、上部にはボス部１５から連なる突出した略円盤状のトップフランジ１９が設けられている。また、弁箱１の流路８の軸方向両端面には、シートリング２を嵌着するための溝２１、２２が形成されている。

２はＥＰＤＭ製のシートリングであり、中空筒状の本体部２３とその両側面のフランジ面２４が一体的に形成されている。フランジ面２４の外周は円形状に形成されており、フランジ面８の上端に内方に突出して設けられた耳部２５は弁箱１の両側面に設けられた嵌合用の溝２１、２２に嵌合してシートリング２が移動しないようになっている。

３はＳＵＳ４０３製の弁軸であり弁箱１に支持されている。弁軸３の上端部は、弁箱１の上部に設けられたトップフランジ１９中央から突出して配置されている。また弁軸３の中央部は、バルブ本体１及びシートリング２に回動可能の状態で密着貫通されている。

４は弁箱１の内部中央に配置された円形状のＰＰ製の弁体であり、弁体４の中央には貫通した弁軸孔２６が設けられ、弁軸３を弁軸孔２６に回動不能に貫通させ、弁軸３に支承されている。

５は略環状の厚さ２５ｍｍのインサートであり、鋳鉄のＦＣＤ４５０で形成され、上下方向に軸受孔１７、１８が形成してある。インサート５の外周面１０には、１つの連続した突条部６が設けられており、その断面形状（Ａ−Ａ線に沿う横断面）は台形状に形成されている。該断面形状は台形状が好ましいが、これに限定されず半円状または矩形状でもよい。（図５、図６参照）。突条部６の幅は８０ｍｍ程度、高さは８〜１５ｍｍ程度にするのがよい。インサート５は砂型を用いた鋳造により製造され、機械加工を必要としないので好ましいが、機械加工で製造してもよい。

７は貫通孔であり、インサート５の内周面９と外周面１０を貫通するように形成され、その直径は４０ｍｍで、放射状に等間隔に１２個設けられ、突条部の中心を貫通している。貫通孔７は砂の中子を用いて鋳造にて開けられており、機械加工を必要としないので好ましいが、機械加工によって孔を開けてもよい。

インサート５は弁箱１の内部にインサート成形により埋め込まれ、インサート５の上部と下部は、弁箱１のボス部１５および１６と類似した略台形状に形成されている。インサート５を覆う弁箱１の樹脂層の肉厚は１８ｍｍであるが、１５〜２０ｍｍが好適な範囲である。

次に本発明の第２の実施形態である電動式の駆動によるバタフライバルブについて説明する。

図７において、２７はモーターによる電動式駆動部であり、バタフライバルブのトップフランジ１９に直接取り付けられている。電動式駆動部２７の駆動は弁軸３の上部に伝達され、弁軸３を回動させて弁体４を回動させることによりバルブの開閉を行う。なお、電動式駆動部２７の代わりに、空気圧による空動式駆動部を設けても良い。その場合、空動式駆動部は直接取り付けてもよく、取付台を介してもよい。

次に第１の実施形態のバタフライバルブの成形方法について説明する。

ノルボルネン系モノマー、メタセシス触媒及びアルミニウム系活性剤を主材とする反応射出成形用材料を、ノルボルネン系モノマーとメタセシス触媒とよりなるＢ液と、前記のノルボルネン系モノマーとアルミニウム系活性剤とよりなるＡ液との安定な２液に分けて、それぞれを別のタンクに入れておく。

Ａ液またはＢ液から成る反応原液の温度は２０〜８０°Ｃ、反応原液の粘性は、たとえば、３０°Ｃにおいて、５ｃｐｓ〜３０００ｃｐｓ好ましくは３０ｃｐｓ〜８００ｃｐｓ程度である。

砂型を用いた反応射出成形にて成形する。砂型は木型をもとに製作されるが、このとき、木型には成形品の収縮率２／１０００〜１６／１０００程度を見込んでおく。

反応射出成形を行う砂型内にインサート５を置くが、宙に浮かせて固定する必要があるため、インサート５には４個所の突起が設けられている。対して砂型にはその突起がはまり込むためのくぼみが設けられている。インサート５を固定後、砂型を立て、砂型の下側からキャビティ中に反応液を供給して重合させる。

反応射出成形を開始するには、ミキサーを制御し、タンクからのＡ液およびＢ液を混合し、その混合液を反応原液としてキャビティ内に充填する。キャビテ内に充填された反応原液はキャビティの内部に行き渡る。

重合時間は、適宜選択すればよいが、通常、反応液の注入終了後、２０秒〜２０分程度である。型内圧力は、通常０〜１００Ｋｇ／ｃｍ²の範囲である。また、反応原液の注入圧は、２×１０⁵〜５×１０⁵Ｐａであることが好ましい。所定形状の成形体を得るためには注入圧は低すぎないほうがよく、型の剛性が高くなり経済的でなくなることを防ぐためには、注入圧は高すぎないほうがよい。

なお、型の材質としては、砂型ではなく金型でもよい。あるいは、反応射出成形は比較的低圧での成形が可能であるから、合成樹脂などであっても良い。

上記の方法で成形した際に、インサート５の内周面９と外周面１０に樹脂が分かれ、インサート５も樹脂もともに内周面９に向かって収縮するが、インサート５の外周面１０側の樹脂はインサート５よりも収縮率が大きいため、インサート５に密着しようとする。一方、インサート５の内周面９側の樹脂は、インサート５よりも収縮率が大きいため、インサート５と剥離しやすくなるが、インサート５にその内周面９と外周面１０とを貫通する貫通孔７が設けられているので、インサート５の外周面１０側の樹脂と内周面９側の樹脂が貫通孔７で連結一体化され、インサート５と樹脂の剥離を防止することができる。

以上説明したような構造を有する第１の実施形態のバタフライバルブの組み立てにおいて、シートリング２を嵌着した弁箱１に弁体４を装着する際に、かなりの力を加えて弁体４が弁箱１に組み込まれるため、弁箱１が弁体４により上下方向に押し広げられる。強度が不足している場合は上下方向に変形するが、インサート５に突条部６が設けられているので、上下方向に変形することがない。従って、弁体４が装着される前に開けられた弁箱４のボルト孔１４がずれないため、機械加工が容易となり、その時間を短縮することができるとともに、加工時のバラツキも抑えられ、また、弁箱１の変形がないためシール性能が低下しない。

次に、本発明のバタフライバルブにおけるインサート５の作用について、以下に示す試験方法で確認した。

（１）弁箱１のボルト孔１４のピッチずれの確認
弁体４を弁箱１に装着する前のボルト孔１４のピッチを測定しておき、弁体４を弁箱１に装着した後のボルト孔１４のピッチと比較した。

（２）弁箱１とインサート５の剥離の確認
弁箱１の成形を行なった際に、弁箱１とインサート５を切断して内部の樹脂とインサート５との剥離状態を目視にて確認した。

本発明の第１の実施形態、すなわち突条部６を設けたインサート５を弁箱１にインサート成形し、インサート５には内周面９と外周面１０とを貫通する貫通孔７が設けられた構成の口径１１００ｍｍのバタフライバルブを用いて、弁体４を弁箱１に装着した際の弁箱１に開けたボルト孔１４のピッチのずれ確認および樹脂とインサート５の剥離状態の確認を行なった。結果を表１に示す。

［比較例１］
インサート５の突条部６が設けてないタイプのインサートを使用した以外は、実施例１と同様にしてボルト孔１４のピッチのずれを確認した。

［比較例２］
インサート５に貫通孔７が設けていないタイプのインサートを使用し以外は、実施例１と同様にして樹脂とインサートの剥離確認を行なった。

表１から分かるように、実施例１ではボルト孔１４のピッチのずれは見られず、また、インサート５と樹脂の剥離も見られなかった。一方比較例１においては、弁箱１に開けているボルト孔１４のピッチにずれが生じていた。また、比較例２では弁箱１の樹脂とインサート５の剥離がみられた。この結果から、本発明のバタフライバルブは、ボルト孔１４のピッチのずれをなくすことができ、また、弁箱１の樹脂層とインサート５の剥離が生じないことが確認できた。

本発明のバタフライバルブの全閉時を示す縦断面図である。本発明の弁箱の一部破断斜視図である。本発明のインサートの斜視図である。インサートのＡ−Ａ線断面図である。インサートの他の実施例を示すＡ−Ａ線断面図である。インサートの他の実施例を示すＡ−Ａ線断面図である。本発明の第２の実施形態である電動式の駆動タイプのバタフライバルブの縦断面図である。従来のバタフライバルブの正面図である。従来のバタフライバルブの正面図である。従来のバタフライバルブの一部縦断面図である。

符号の説明

１…弁箱
２…シートリング
３…弁軸
４…弁体
５…インサート
６…突条部
７…貫通孔
８…流路
９…内周面
１０…外周面
１１…内周面
１２…外周面
１３…突条部
１４…ボルト孔
１５…ボス部
１６…ボス部
１７…軸受孔
１８…軸受孔
１９…トップフランジ
２０…弁軸受け
２１…嵌着溝
２２…嵌着溝
２３…本体部
２４…フランジ面
２５…耳部
２６…弁軸孔
２７…電動式駆動部
３１…弁箱
３２…シートリング
３３…弁体
３４…孔
３５…弁箱
３６…金属製リング
３７…シートリング
３８…フランジボルト用孔

Claims

内部に流路が形成された弁箱と、前記弁箱の内周面に嵌着されたシートリングと、前記弁箱の流路内部に、前記流路の軸芯に対して略直角方向に弁軸により回動自在に軸支された円板状弁体とを有するバタフライバルブにおいて、前記弁箱の内部に、前記弁箱より剛性の高い材質で形成された略環状のインサートを少なくとも１つ有し、該インサートの外周面に少なくとも１つの連続した突条部が設けられ、前記インサートにその内周面と外周面を貫通する複数の貫通孔が放射状に等間隔に、前記突条部の中心を貫通しており、前記インサートの上部と下部には、１８０度対称位置に、外周面略台形状のボス部が設けられ、前記インサートの外周面側の樹脂と内周面側の樹脂が前記貫通孔で連結一体化されていることを特徴とするバタフライバルブ。
前記突条部の断面形状が略台形状、半円形状または矩形状であることを特徴とする請求項１記載のバタフライバルブ。
前記弁箱の材質がノルボルネン系樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバタフライバルブ。
前記円板状弁体が手動式、電動式及び空動式のいずれか１つの駆動によって回動されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバタフライバルブ。