JPS5825911B2 - ちよう形弁のシ−トリング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ちょう形弁のシートリングの改良に関するも
のである。

一般に、ちょう形弁と呼ばれる弁は主として水の流れる
パイプラインの開朋に使用される汎用の弁である。

周知の通り、ちょう形弁の基本的構造は第１図にも見ら
れる通り、剛性材料（例えば鋳物）からなる中空筒状の
弁本体２と、この弁本体２内に回動自在に軸支される同
じく剛性材料からなる円板的弁板３と、弁本体２の全内
周面と弁板３の周縁部との間に介在する弾性材料（例え
ば加硫ゴム）からなる環状のシートリング１とからなり
、ちょう形弁を閉とする時には洋書すれば第１図に見ら
れる通りに弁板３を弁閉塞位置に回動させたときには、
弁板３の周縁部の先端を環状シートリング１の内周面に
圧接させ（ミクロ的には、弁板３の周縁部の先端を環状
シートリング１の内周面に食込１せてシール作用を行わ
せ）る構造である。

環状シートリング１の内周面の直径方向対向位置にある
一対の弁板回動軸貫通孔Ｓ１．Ｓ２の周囲近傍部（以下
ボス部と呼ぶ）は、弁板回動軸の根元附近と開閉時を問
わず常時圧接している。

上記構造のちょう形弁は、弁の閉時のシール性が良いこ
とと、開閉動作に対する負荷（以下「回動トルク」とい
う。

）が軽いことが両立することが求められている。

実用新案出願公告昭５２−３０６００は、この要求への
回答の１つである。

即ち、第５図に示す如く、従来フラットであった環状シ
ートリング内周面の、弁板と当接するシート部を円弧状
の山形に形成することにより、開位置より弁板が閉じて
ゆ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１での弁の回動角度を少くし、いわ
ゆる弁板が閉じる時に弁板が環状シートリングを引きづ
るのを防止し且つ山形に形成することにより弁体がシー
トリングへ食込むときのシートリングの反発バネ常数を
下げて回動トルクの軽減を図って弁板な十分環状シート
リングに食込１せても、大きな反発力を起こさないよう
にすることにより回動トルクを大きくすることなく完全
なシール性を確保することができるものである。

しかし、この従来技術には次のような問題があった。

上記従来技術では山形シート部の巾は、全ての部分に於
いて同−巾であった。

この為第１図に於いて、弁板先端のＢ点と任意のＡ点に
ついて着目すると任意の点ＡばＯＡという、Ｂ点のＯＢ
より短い腕で回動する為、弁が開より閉じてゆく時、第
６図の如くＡ点はＢ点よりも早く山形ンート部へ当接す
る。

即ち、Ａ点はＢ点より大きな角度αＡで当接する、第６
図に於いて２０は点Ｂの弁回動による軌跡、２１は点Ａ
のもの、αＢは点Ｂが山形シート部へ当接開始する角度
、αＡはＡ点の同様な角度である。

上記現象はＡ点が弁軸に近づく程いちじるしくなる。

即ち、角度αＡｉｉ：大きくなる。弁板周縁部の全ての
点が環状シートリングに当接しないと、弁内な流れる流
体圧力のシールを開始しないから、点Ｂが山形ンート部
へ当接しない間は、シール作用を伴わずに唯回動トルク
のみが上昇してゆく。

点Ｂが山形シート部へ当接し、シール作用が開始してか
らのシール可能圧力（完全にシールすることができる流
体の最大圧力）−回動トルク特性、即ち弁板全周縁部が
、環状ンートリングに当接し、山形ンート部のスロープ
へ弁板が食込んでゆくにつれて、シール可能圧力は上昇
すると共に回動トルクも上昇してゆく、この両者の関係
を示したのが第７図である。

第７図に示す如く、シール可能圧力Ｏｋｑ／ｃｍ２であ
るときから、回動トルクＥを要する。

これは上記の如く弁板周縁部の内、弁軸から一番遠い点
を除いた全ての点がより早くから山形ンート部に食込ん
でいることによって生じる回動トルクＣ以下「無駄トル
ク」と呼ぶ）である。

一方市販されているちょう形弁は通常１０に９７−シー
ルする１０に弁として画一的に販売されていることが多
いが、実際は最高７−ル圧力よりはるかに低い圧力の所
に使用されるのが大半である。

ちょう形弁を回動するのに、手動で行う場合には回動ト
ルクが少々大きくても問題ないて、自動アクチュエータ
で行う場合は、回動トルクが大きいと、アクチュエータ
の大きい負荷容量のものが必要になり、高価で不経済で
ある。

この為一般に図８に示す如く ゴムンートのちょう形弁
用の自動アクチュエータには閉位置の調整用のストッパ
ーがついていて、これにて閉位置を最大シール圧力の位
置より手前に、使用圧力に応じた位置に調整して止めて
し１うことか行われる。

図１に於いて、例えばシールすべき圧力が５Ｉｃｇ／ｃ
ｒｔｔの場合は前記ストッパーにて、閉位置を調整し、
最大トルク値Ｇの約６０係のＦという回動トルクに調整
して使用する。

しかしここにＥという前記無駄トルクがある為、Ｆ以下
に大きく回動トルクの軽減をすることが出来なかった。

無駄トルクＥをなくし、シール作用と回動トルクとが、
同時に発生するようにすることが出来た場合は、第７図
の２点鎖線で示す特性になる。

この場合は流体圧５／Ｃ９／ｃｒＡに対するシールの場
合回動トルクばＨとなり、Ｇの凶程度に１で大きく低減
出来る。

この無駄トルクＥを無くすには、第９図の如く山形ンー
ト部の巾を均一に極〈細くし、弁板が弁軸近傍でも閉位
置の手前から当らぬようにすればよいが、この場合はシ
ールとしての機械的強度不足という欠点の他に必要なシ
ール圧力に対する前記ストッパーによる弁板の位置調整
が困難になるという問題を生じる。

即ち山形シート部の巾を狭くすると、弁板と山形ンート
部が当接してから９０度全閉１での摺動中が弁軸から離
れた所（即ち第３人図Ｂ点）も狭くなり、第１０図に示
すように、弁板の位置の変化に対するシール圧力の変化
が著しくなり、少し弁板の位置がずれるとシール圧力が
大きく変ってし１うので９００全閉位置より、使用圧力
に応じた任意の閉弁位置オでの弁の開度（以下「閉弁角
度」という）を大きくとれないのである。

本発明の技術的課題は、弁板が比歎的大きい閉弁角度で
、ボス部のと〈近傍を除く弁板周縁の全周が同時にンー
トリングの山形ノート部に当接するようにすることであ
る。

上記技術的課題を解決するために講じた技術的手段は次
の通りである。

すなわち■ ンートリングの山形ンート部の巾を、ボス
部近傍に於いてシールとしての、機械的強度を損わない
範囲で最小の巾とし ＠ 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
形状に沿って巾を広くすることである。

上記技術的手段は次のように作用する。

弁板が”開”の状態から閉じてゆく時、閉位置の手前で
弁板は山形シート部へ接近し、やがて当接する。

この時、弁板の周縁各部の点が、山形シート部の頂点を
通る。

流路に垂直な面Ｃ以下「９０°閉の位置の面」と呼ぶ）
から垂直方向へどれ程離れているかについて説明する。

（以下「離間距離ｔという。

）第１図に於いて、弁板周縁部の任意の点Ａを０１点を
中心として、Ｂ点より短い半径で回動する。

より幾何学的に分り易く画いたのが第３Ａ図で、３は弁
板、Ｃは弁板の中心軸、ｒは弁板半径Ｏは弁板中心であ
る。

ＯＡとＯＢのなす角をθとするとλ点は、０′を中心に
ｒ ｒＯ８θな半径として回転する。

第３Ｂ図に於いて、弁板がαという角度で、山形シート
部へ当接したとすると上記離間距離ｔは次のように表わ
される。

ｔ＝ （ｒ ｃｏｓθ）Ｘｓｉｎα ＝ （ｒ ｓｉｎα） Ｘ ｃｏｓθ ｒ及びαは与えられた値であるから、ｔばｃｏｓθで変
化する。

即ち、弁板周縁部の各点は弁板が９００閉の位置の面か
らｃｏｓθに比例した距離だけ隔って分布している。

一方、山形シート部において、前記９００閉位の面から
弁板が離れる点ｌでの距離は、同じコサイン関数で表わ
される曲線に沿って分布しているから山形シートの曲線
部はその全ての部分に於いて弁板と同時に当接する。

又、弁軸よりもつとも離れた所の山形シートの巾は、上
記この点にかける上記の離間距離ｔ＝ｒ ｓｉｎαＸｃ
ｏｓ ００＝ｒ ｓｉｎα（ＣＯ８００：１）となり、
設計値ｒ及びａによって、自由に選択出来弁板閉位置の
調整な容易に行うに十分な山形ンート部巾な得ることが
出来る。

山形シート部の最小巾も機械的強度を損わない範囲で広
くすることによって、山形シート部の強度を全周に渡っ
て確保することができる。

以下本発明の技術的手段の具体例を示す実施例について
説明する。

第２図は、実施例の環状シートリング１の内周面の展開
図の内、弁軸に関して対称な約半分について示したもの
である。

弁軸穴Ｓ１．Ｓ２の周囲は、弁板が開閉を問わず接触す
るボス部であるから、弁軸穴Ｓ１．ｓ２と同名の円盤状
にシートリング１の内周面より凸出している。

該ボス部になめらかに接続して山形シート部１１が作ら
れているが、山形シート部１１の巾は第１図の弁軸から
最も離れた点Ｂをｃｏｓｏｏとし弁軸穴Ｓ１の中心をｃ
ｏｓ９００、弁軸穴Ｓ２の中心をｃｏｓ （−９０°）
とするコサイン関数で表わされる曲線（以下「コサイン
カーブ」という。

）で変化さしている。

山形シート部の巾はＢ点よりボス部近傍に近づくと巾が
狭くなってきてシールとして必要な機械的強度が損われ
始めるが、損われ始める直前で、コサインカーブで変化
させるのを止めて直線でボス部までゆく。

従って、第２図ではＢ点の山形シート部の巾が最大で、
ボス部近傍で最小となり、該最小巾を保ってボス部へ接
続する。

口径が大きいちょう形弁の場合は弁の補間寸法が大きい
ので、Ｂ点に於ける山形シート部の最大中を大きくとれ
ることと、ボス部の径も大きくなることによりボス部近
傍の山形シート部のコサインカーブの巾も大きくなる。

従って、第２図に示す如く山形シート巾の直線部は極ぐ
わずかであるが、口径が小さいちょう形弁の場合は第４
図に示す如く、山形シート巾の直線部は第２図より長く
なる。

なお、弁の回動トルクは弁板周縁各部が山形ノート部か
ら受ける抵抗力に弁軸からの距離か掛けたものである。

従って弁軸から離れた所は大きなトルクを発生させるが
、近くの所は、小さなトルクしか発生させないから、弁
板周縁部の場所によってトルクへの影響度が異る。

したがって上記の山形シートの巾を変える処置を必らず
しも全域に渡って行う必要はない。

計算例によると、第３人図に於いて、θの００から任意
の角度θまでの範囲で発生するトルクＴは次のように表
わされる。

但し、 ｆ：弁板周縁の単位長さ当りに、環状シートリングから
受ける摩擦力 ｒ：弁板半径 θ＝９００の時 Ｔ、。

。＝ｆｒ２θ＝４５°の時 Ｔ４５゜＝ ０．７ ｆ
ｒ ２＝ ０．７Ｔ９ｏ。

この結果ｆばはｇ一定であるから、下記の如くθがＯ〜
４５°の範囲換言すれば弁板の弁軸に関して片側Ｏ〜１
８０°の範囲で４５°〜１３５゜の範囲の弁板周縁部が
全トルクの７０％を出していることが分る。

このことより、第４図に於いて円弧状山形ンート部の巾
がボス部近くに於いて直線になっているが、この範囲は
４５°より狭くトルク的に大きな影響を与えないことが
分る。

本発明は下記の特有の効果を有する。

山形ンート部の巾をその全周にわたってコサイン関数で
表わされる曲線に沿って変化させることによっても（第
１１図参照）、本発明の前記課題を解決することが出来
るけれどもこの場合は、特に小口径の弁に於いて不都合
が生じる。

すなわち、口径が小さくなると、通常弁の面間寸法（弁
の両フランジ面間の距離）が規格等に基づく制約で小さ
くなるので、山形シート部の許容量大巾も狭くｉす、こ
れをベースにコサイン関数で巾を小さくしてゆくと、ボ
ス部近くは、極めて細くなってボス部近傍のシール性を
損うことになる。

本発明に於いて、ボス部近傍において山形ンート部の形
状をコサインカーブから外して厚くして機械的強度を保
つ巾にしているからシール性を損うことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図はちょう形弁の端面図、第２図は本発明の１実施
例のシートリングのはマ半円周長に相当する部分の展開
図、第３Ａ図及び第３Ｂ図は本発明の技術的手段の作用
を説明する為の弁板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。 第４図は本発明の他の実施例を示す第２図と同様な展開
図である。 第５図は従来技術のンー） ＩＪソング状を示す断面図
、第６図は従来技術の弁板周縁部上の２点Ａ−Ｂの山形
シート部との接触状況の対比を示す説明図、第７図は山
形ンート部を有するちょう形弁のシール可能圧力−回動
トルク特性図、第８図は市販のちょう形弁用空圧ロータ
リーアクチュエータの断面図、第９図は山形ンート部の
巾を極端に細くした時の弁板周縁部との接触状況を示す
説明図、第１０図は第９図の時の弁開度−シール圧力特
性、第１１図は本考案の特有の効果を説明するための参
考図である。 図中符号、１・・・・・・環状シートリング、２・・・
・・・弁本体、３・・・・・・弁板、Ｓ、 、 Ｓ２・
・・・・・弁軸貫通孔、１１・・・・・・山形ンート部
、２０・・・・・・第１図Ｂ点の軌跡、２１・・・・・
・第１図Ａ点の軌跡、３０・・・・・・ストッパー３１
・・・・・・ピストン、３２・・・・・・出力軸、３３
・・・・・・チューブ、３４・・・・・・アーム、３５
・・・・・・トルクビン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 剛性材料からなる中空筒状弁体の全内周面と前記弁
   体内に回転自在に軸支されている剛性材料からなる円板
   状弁板の周縁部との間に介在させられる弾性材料からな
   る環状シートリングであって、その内周面の直径方向対
   向位置には、前記弁板の回転軸を貫通させる為の一対の
   貫通孔が設けられてあり、当該一対の貫通孔の各周囲に
   は弁開放弁閉塞時を問わず常に前記弁板の回転軸根元附
   近に圧接させる為の一対のボスが形成されてかり、当該
   一対のボスの間には弁閉塞時に前記弁板の周縁部に圧接
   させる為の山形シート部が連続して円周方向に沿って形
   成されている環状シートリングに於いて、 ■ シー） ＩＪソング山形シート部の巾をボス部近傍
   に於いてシールとしての機械的強度を損わない範囲で最
   小の巾とし ＠ 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
   形状で巾を広くしたちょう形弁のシートリング。