JP5132618B2 - バタフライ弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体又は気体等の流体の配管に設けられるバタフライ弁装置に関する。

従来、バタフライ弁装置は、弁形式に関して、弁開口の弁座面の直径線上に位置する弁軸の回転軸線上に弁体を設けた中心バタフライ弁や、弁軸の回転軸線から流路軸線方向に弁体を偏心（一次偏心）させた一重偏心バタフライ弁や、前記一次偏心に加えて弁軸の回転軸線を弁座面の直径線から偏心（二次偏心）させた二重偏心バタフライ弁や、更に、弁座面を流路軸線に対して偏心（三次偏心）させた円錐面に沿うように形成した三重偏心バタフライ弁等が提供されている。

特開平７−１６７３０９号公報 特開２００１−５９５７７号公報 特開２００６−１６１９１８号公報

従来のバタフライ弁装置は、何れの弁形式においても、弁開口の弁座面にシールパッキンを設け、弁軸（駆動軸）により回動した弁体を弁座面に内嵌させ、弁体の外周面を前記シールパッキンに密着させるように構成されている。弁軸は、アクチュエータにより正逆回動され、弁体を閉弁位置と開弁位置の間で回動させる。

従って、アクチュエータにより閉弁位置に回動された弁体が弁座面の全周に正しく沿う位置で停止した場合は、該弁体の外周面とシールパッキンが周方向に完全密着し、閉弁状態を確保できる。しかしながら、弁体が弁座面の全周に正しく沿わず傾斜した位置で停止した場合は、該弁体の外周面とシールパッキンが周方向に密着不良個所を生じ、流体の浸透を許す閉弁不良状態を生じる問題がある。

このため、バタフライ弁装置を配管に組み込む際には、弁体が閉弁位置において弁座面の全周に正しく沿う位置で停止するように、弁軸と、該弁軸に連結されるアクチュエータの作動始点及び作動終点との関係を入念にチェックしなければならない。従って、煩雑な作業が必要となり、もしもチェックを怠ると前述のような閉弁不良を生じるおそれがある。

ところで、弁体の開閉を繰り返すシールパッキンは、疲労や経年変化等により劣化するため、所定期間毎に交換等の保守点検を必要とする。しかしながら、従来、シールパッキンは、ケーシングの内部で複数の部品により取付けられているので、バタフライ弁装置を配管及びアクチュエータから分離させることにより分解可能な状態とし、更にバタフライ弁装置の大半を分解しなければ、シールパッキンの交換を行うことができない構造とされている。そこで、シールパッキンの交換に際し、バタフライ弁装置を配管から分離すると共に、アクチュエータから分離し、分離した状態でバタフライ弁装置を分解するという「総バラシ」を行う必要があり、保守点検が困難である。

本発明は、上記課題を解決したバタフライ弁装置を提供するものであり、その手段として構成したところは、流体の流動方向に向かう流路軸線Ａ１上に中心点を有する円形の弁開口を備えたケーシングと、前記弁開口と同心円を描く円形の板により形成された弁体と、前記弁開口よりもケーシングの内側に位置して前記流路軸線Ａ１と交差する回転軸Ａ２を形成する駆動軸とから成り、前記駆動軸を正逆回動することにより、弁体を弁開口に嵌入させた閉弁位置と弁開口に交差させた開弁位置との間で回動させるように構成したバタフライ弁装置であり、前記弁開口の内周面に設けた環状の弁座面の全周と、閉弁位置で該弁座面に接合する前記円形板から成る弁体の外周面に設けたシール面の全周に、前記流路軸線Ａ１と回転軸Ａ２の交点を中心Ｏとする半径Ｒに基づいて流路軸線方向に弧を描く円弧面を有する摺動面を形成し、前記シール面に前記円形板の円周方向に延びるシールパッキンを設け、前記弁体は、弁開口を開閉する主弁体と、該主弁体の外周縁部に着脱自在に固着された副弁体を備え、前記円弧面を前記主弁体と前記副弁体の外周面に跨がって延設し、前記主弁体と前記副弁体の間に設けた保持溝を、溝底の中心と前記半径Ｒの中心Ｏを結ぶ基準線Ｑに沿って傾斜するように形成し、該保持溝にシールパッキンを保持しており、弁体を閉弁位置に停止させた状態で、流路軸線Ａ１に平行な長さ寸法Ｔ１、Ｔ２に関して、弁体の円弧面により形成したシール面の寸法Ｔ１に対して、弁座面の円弧面の円弧方向の寸法Ｔ２がＴ１＜Ｔ２かつＴ１×２＜Ｔ２＜Ｔ１×３となるように形成して成る点にある。

この際、前記弁体は、主弁体の一方の側面に前記駆動軸に連結されるブラケットを設け、主弁体の反対側の側面に前記副弁体を設けることが好ましい。

本発明によれば、ケーシング２の弁開口３の内周面に設けられた環状の弁座面１２の全周と、円形板から成る弁体３の外周面に設けられたシール面１６の全周は、何れも、流路軸線Ａ１と回転軸Ａ２の交点を中心Ｏとする半径Ｒに基づいて流路軸線Ａ１方向に弧を描く円弧面１３、１８、１９を有する摺動面２５を形成しているので、アクチュエータにより弁体３を閉弁位置Ｐ１に回動したとき、仮に、弁体３のシール面１６が弁座面１２の全周に正しく沿わず傾斜した位置で停止した場合でも、シール面１６と弁座面１２が摺動面２５の範囲内で対向している限り、相互に好適に密接しており、摺動面２５を密接した状態で、弁体３を構成する円形板の円周方向に延びるシールパッキン１７を弁座面１２に密着させているので、流体の浸透を許すことはなく、閉弁不良状態を生じるおそれはない。

その結果、バタフライ弁装置を配管に組み込む際、弁体３が閉弁位置Ｐ１でシール面１６を弁座面１２の全周に正しく沿う位置で停止するように、駆動軸４とアクチュエータをチェックすることが望ましいことは言うまでもないが、仮に、チェック作業を怠った場合でも、閉弁不良を生じる可能性は極めて低く、閉弁機能が保証される。

特に、本発明によれば、弁体３を閉弁位置Ｐ１に停止させた状態で、流路軸線Ａ１に平行な長さ寸法Ｔ１、Ｔ２に関して、弁体３の円弧面１８、１９により形成されたシール面１６の肉厚寸法Ｔ１に対して、弁座面１２の円弧面１３の円弧方向の領域寸法Ｔ２がＴ１＜Ｔ２かつＴ１×２＜Ｔ２＜Ｔ１×３となるように形成しているので、弁体３が閉弁位置Ｐ１から位置ずれした状態で停止するときでも、前記領域Ｔ２の範囲に位置している限り、広い位置ずれ範囲で閉弁機能を確保することが可能となり、前記領域Ｔ２の範囲から脱したとき直ちに開弁を開始することができる。

そして、本発明によれば、弁開口１０を開閉する主弁体１４と、該主弁体１４の外周縁部に固着される副弁体１５により弁体３を構成し、摺動面２５を構成する円弧面１８、１９を前記主弁体１４と前記副弁体１５の外周面に跨がって延設しているので、主弁体１４を比較的薄い板材で形成する場合でも、主弁体１４と副弁体１５の両者に跨がって形成した円弧面１８、１９により摺動面２５を広い肉厚寸法Ｔ１に形成することが可能となり、閉弁機能を確実なものとする。

この際、主弁体１４と副弁体１５の間にシールパッキン１７を保持し、シールパッキン１７の両側に位置して主弁体１４の円弧面１８と副弁体１５の円弧面１９を弁座面１２の円弧面１３に密接させる構成であるから、シール効果が極めて高いものとなる。

特に、本発明によれば、偏心バタフライ弁に関して弁座面１２とシール面１６に上述のような円弧面を有する摺動面２５を形成した構成でありながら、主弁体１４と副弁体１５の間に設けたシールパッキン１７の保持溝２２が溝底の中心と前記半径Ｒの中心Ｏを結ぶ基準線Ｑに沿って傾斜するように形成されているので、シールパッキン１７の頂面を弁座面１２の円弧面１３に対して、常に、その円弧の中心Ｏから該円弧面１３に向けて好適に弾接させることが可能となり、シール効果が優れている。
しかも、副弁体１５は着脱自在であり、該副弁体１５を主弁体１４から離間又は分離させることによりシールパッキン１７を容易に取外すことができるので、保守点検時にシールパッキン１７の交換が必要な場合でも、バタフライ弁装置から片側の配管を分離して弁開口１０を開放させると共に、上述のように弁体３を前記領域Ｔ２の範囲から脱する位置まで開弁させるだけで、簡単容易にシールパッキン１７の交換を行うことができ、従来のような「総バラシ」を行う必要はないという優れた効果がある。

請求項２に記載の本発明によれば、弁開口１０よりも所定の距離Ｌだけケーシング２の内側に位置して流路軸線Ａ１を設けた偏心（一次偏心）バタフライ弁に関して、主弁体１４の一方の側面に設けたブラケット１１を駆動軸４に連結し、該主弁体１４の反対側の側面に副弁体１５を着脱する構成であるから、シールパッキン１７を交換する場合、弁体３を開弁位置Ｐ１に向けて回動させた状態で作業を行えば、作業が駆動軸４に干渉されることはなく、副弁体１５を主弁体１４から離間又は分離させる作業と、シールパッキン１７の交換作業を簡単容易に行うことができる。

本発明の１実施形態の外観を示し、（Ａ）は弁体を閉弁位置に回動した状態を示す斜視図、（Ｂ）は弁体を開弁位置に回動した状態を示す斜視図である。 本発明の１実施形態を示す縦断面図である。 本発明の１実施形態の横断面を示しており、（Ａ）は全体の横断面図、（Ｂ）は閉弁位置におけるシール部を拡大して示す横断面図である。 ケーシングの縦断面図である。 ケーシングの横断面図である。 弁体を示し、（Ａ）は弁体の縦断面図、（Ｂ）は弁体の横断面図である。 弁体を示し、（Ａ）は主弁体と副弁体とシールパッキンを組付けた状態を拡大して示す断面図、（Ｂ）は主弁体と副弁体とシールパッキンを分解した状態を拡大して示す断面図である。 閉弁時における作用を示し、（Ａ）は弁体が理想的閉弁位置で停止した状態を示す断面図、（Ｂ）は弁体が理想的閉弁位置よりも内側で停止した状態を示す断面図、（Ｃ）は弁体が理想的閉弁位置よりも外側で停止した状態を示す断面図である。 シールパッキンの交換方法を示す断面図である。

以下図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を詳述する。

図１、図２及び図３に示すように、バタフライ弁装置１は、ケーシング２と、弁体３と、駆動軸４を備えている。ケーシング２は、流体の流動方向に向かう流路軸線Ａ１を囲む流路５を形成し、該流路５に上流側の開口部６と下流側の開口部７を開設し、該開口部６、７に設けたフランジ８、９により配管（図示省略）に接続され組み込まれる。この際、駆動軸４は、駆動部４ａをアクチュエータ（図示省略）に連結される。尚、図例の場合、流路５を上下方向に横断する１本の駆動軸４を示しているが、上部と下部に分離された２本の軸により構成し、一方の軸を駆動軸とし、他方の軸を従動軸としても良い。

ケーシング２は、一方の開口部６の内側に位置して流路軸線Ａ１上に円の中心点を有する円形とされた弁開口１０を備えている。図例の場合、弁開口１０は、流路５の下流側に設けているが、上流側に設けても良い。これに対して、弁体３は、前記弁開口１０と同心円を描く円形の板により形成され、ブラケット１１により駆動軸４に連結されており、前記アクチュエータにより駆動軸４を正逆回動したとき、図１（Ａ）に示すように該弁体３を弁開口１０に嵌入させた閉弁位置と、図１（Ｂ）に示すように該弁体３を弁開口１０に交差させた開弁位置との間で回動される。

前記駆動軸４は、前記弁開口１０よりも所定の距離Ｌだけケーシング２の内側に位置して前記流路軸線Ａ１と交差する回動軸Ａ２を構成する。従って、弁体３は、回動軸Ａ２から前記距離Ｌだけ偏心（一次偏心）されている。

図４及び図５に示すように、弁開口１０の内周面は、弁体３が閉弁位置に回動されたとき、該弁体３の外周面を嵌合させる弁座面１２が形成されており、該弁座面１２は、前記流路軸線Ａ１と回動軸Ａ２の交点を中心Ｏとする半径Ｒに基づいて流路軸線Ａ１方向に弧を描く円弧面１３を形成している。図例の場合、弁座面１２を金属製のケーシング２と一体に形成しているが、弁座面１２を形成した別体の金属製の環状部材をケーシング２の内側に嵌着させるように構成しても良い。

図６及び図７に示すように、弁体３は、弁開口１０を開閉する主弁体１４と、該主弁体１４の外周円部に着脱自在に固着された副弁体１５とを備え、該主弁体１４と副弁体１５の外周面により、弁体３を前記閉弁位置に回動したとき前記弁座面１２に接合されるシール面１６を形成し、該シール面１６に弁体３を構成する円形板の円周方向に延びるシールパッキン１７を設けている。

前記主弁体１４と副弁体１５の外周面により形成されたシール面１６は、前記流路軸線Ａ１と回動軸Ａ２の交点を中心Ｏとする半径Ｒに基づいて流路軸線Ａ１方向に弧を描く円弧面１８、１９を形成している。

図示実施形態において、主弁体１４を金属製の円形板により形成し、副弁体１５を金属製の環状板により形成しているが、反対に、主弁体１４を環状板により形成し、副弁体１５を円形板により形成しても良い。更に、主弁体１４と副弁体１５の両者を円形板により形成しても良い。

弁体３は、図示のように、主弁体１４の一方の側面（閉弁位置でケーシング２の内部に向かう側面）にブラケット１１を設け、主弁体１４の反対側の側面（閉弁位置でケーシング２の外部に向かう側面）に副弁体１５を取付ける構成とすることが好ましい。

図７に示すように、主弁体１４と副弁体１５は、該副弁体１５を貫通するボルト２０を主弁体１４のネジ孔２１に螺着することにより、着脱自在に固着され、相互に固着した状態で主弁体１４と副弁体１５の間に外周方向に開口する保持溝２２を形成し、該保持溝２２にシールパッキン１７を保持させるように構成されている。従って、前記ボルト２０は、副弁体１５の表面側から工具により着脱可能とされている。

前記保持溝２２は、図７（Ａ）に示すように、該保持溝２２の溝底中心と上記半径Ｒの中心Ｏを結ぶ基準線Ｑに沿って傾斜するように形成されており、従って、図７（Ｂ）に示すように、保持溝２２の両側壁が前記線Ｑと平行な傾斜面Ｑ１、Ｑ２を形成する。

前記シールパッキン１７は、弾性材から成る環状のシールリングにより構成され、保持溝２２に保持された状態で、頂部１７ａが主弁体１４及び副弁体１５の外周面から僅かに突出する。図例の場合、断面矩形のシールパッキン１７を使用しているが、断面円形のものを使用しても良い。

上記の構成によれば、バタフライ弁装置１は、図３（Ａ）に示すように、上流側の配管２３と下流側の配管２４の間にフランジ８、９を介して接続され、アクチュエータで駆動軸４を正逆回動することにより、弁体３を流路軸線Ａ１に直交して弁開口１０に嵌入する閉弁位置Ｐ１と、流路軸線Ａ１と平行で弁開口１０に交差する開弁位置Ｐ２との間で回動する。

上述のように、シール面１６の円弧面１８、１９と弁座面１２の円弧面１３は、流路軸線Ａ１と回動軸Ａ２の交点を中心Ｏとする半径Ｒに基づいて同心円となる円弧状に形成されているので、シール面１６が弁座面１２に進入し又は後退する際、相互に密接した状態で摺動する摺動面２５を構成する。

図８（Ａ）に示すように、弁体３を閉弁位置Ｐ１に停止させた状態で、流路軸線Ａ１に平行な長さ寸法Ｔ１、Ｔ２に関して、シール面の長さ寸法Ｔ１に対し、弁座面１２の円弧面１３が角度θのように前記長さ寸法Ｔ１の内側と外側に向けて延びる長さ領域Ｔ２を有するように形成され、図例の場合、Ｔ１＜Ｔ２かつＴ１×２＜Ｔ２＜Ｔ１×３となるように形成されている。

このため、弁体３は、理想的には、アクチュエータにより、正確に閉弁位置Ｐ１に停止させられることが望ましいが、仮に、アクチュエータの誤作動や、アクチュエータと駆動軸４の連結部におけるクリアランスの不良や、その他の原因により、弁体３が図８（Ｂ）（Ｃ）に示すように閉弁位置Ｐ１から角度θ１又は角度θ２で位置ずれした状態で停止した場合でも、シール面１６と弁座面１２の間を好適にシールすることが可能となる。

即ち、弁体３が閉弁位置Ｐ１から位置ずれした状態で停止した場合でも、前記領域Ｔ２の範囲に位置している限り、シール面１６の円弧面１８、１９と弁座面１２の円弧面１３が相互に確実に密接しているので、流体の浸透が妨げられる。そして、シール面１６の円弧面１８、１９の間には、シールパッキン１７が設けられ、上述した基準線Ｑに沿って弁座面１２の円弧の中心から円弧面１３に向けて密着するので、これにより流体の浸透を確実に阻止する。

ところで、バタフライ弁装置１の保守点検に際して、シールパッキン１７の交換を必要とするときは、図９に示すように、弁開口１０に臨む側の配管２３をケーシング２から分離すると共に、弁体３を開弁位置Ｐ２の方向に回動させ、この状態で、ボルト２０を抜き取ることにより副弁体１５を主弁体１４から取外し、シールパッキン１７を交換した後、再度、ボルト２０により副弁体１５を主弁体１４に固着すれば良く、簡単容易に交換作業を行うことができる。この際、図示実施形態では、副弁体１５を主弁体１４から完全に分離可能とする構成を示しているが、必ずしも完全分離を可能とするものでなくても良く、例えば、副弁体１５を主弁体１４から離間させることによりシールパッキン１７を交換可能とするように構成しても良い。

２ ケーシング
３ 弁体
４ 駆動軸
５ 流路
１０ 弁開口
１１ ブラケット
１２ 弁座面
１３ 弁座面の円弧面
１４ 主弁体
１５ 副弁体
１６ シール面
１７ シールパッキン
１８ 主弁体の円弧面
１９ 副弁体の円弧面
２２ 保持溝
２５ 摺動面

Claims (2)

1. 流体の流動方向に向かう流路軸線(A1)上に中心点を有する円形の弁開口(10)を備えたケーシング(2)と、前記弁開口(10)と同心円を描く円形の板により形成された弁体(3)と、前記弁開口(10)よりもケーシング(2)の内側に位置して前記流路軸線(A1)と交差する回転軸(A2)を形成する駆動軸(4)とから成り、前記駆動軸(4)を正逆回動することにより、弁体(3)を弁開口(10)に嵌入させた閉弁位置(P1)と弁開口(10)に交差させた開弁位置(P2)との間で回動させるように構成したバタフライ弁装置であり、
   前記弁開口(10)の内周面に設けた環状の弁座面(12)の全周と、閉弁位置(P1)で該弁座面(12)に接合する前記円形板から成る弁体(3)の外周面に設けたシール面(16)の全周に、前記流路軸線(A1)と回転軸(A2)の交点を中心(O)とする半径(R)に基づいて流路軸線(A1)方向に弧を描く円弧面(13)(18,19)を有する摺動面(25)を形成し、前記シール面(16)に前記円形板の円周方向に延びるシールパッキン(17)を設け、
   前記弁体(3)は、弁開口(10)を開閉する主弁体(14)と、該主弁体(14)の外周縁部に着脱自在に固着された副弁体(15)を備え、前記円弧面(18)(19)を前記主弁体(14)と前記副弁体(15)の外周面に跨がって延設し、
   前記主弁体(14)と前記副弁体(15)の間に設けた保持溝(22)を、溝底の中心と前記半径(R)の中心(O)を結ぶ基準線(Q)に沿って傾斜するように形成し、該保持溝(22)にシールパッキン(17)を保持しており、
   弁体(3)を閉弁位置(P1)に停止させた状態で、流路軸線(A1)に平行な長さ寸法(T1) (T2)に関して、弁体(3)の円弧面(18)(19)により形成したシール面(13)の寸法(T1)に対して、弁座面(12)の円弧面(13)の円弧方向の寸法(T2)がＴ１＜Ｔ２かつＴ１×２＜Ｔ２＜Ｔ１×３となるように形成して成ることを特徴とするバタフライ弁装置。
2. 前記弁体(3)は、主弁体(14)の一方の側面に前記駆動軸(4)に連結されるブラケット(11)を設け、該主弁体(14)の反対側の側面に前記副弁体(15)を設けて成ることを特徴とする請求項１に記載のバタフライ弁装置。

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