JPS6112152B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蝶形弁に関し、特に常温のみならず極
低温で用いるための蝶形弁に関するものである。

ポリマー材料で作られた可撓性の環状弁座を有
する蝶形弁は広く用いられており、常温で比較的
低い圧力に対し用いるには満足であるが、低温に
さらされる時は問題がある。これは、ポリマー材
料の熱膨脹率が金属の熱膨脹率より大きいため、
低温にさらされると、ポリマー材料の可撓性弁座
が他の金属部材より著しく収縮するからである。

第１に、環状の弁座の全体的な直径が縮小する
ので、弁座が弁体を締めつけることになり、弁体
を開くために必要なトルクが低温では著しく増大
する。

第２に、低温においては、弁座の収縮により該
弁座と弁箱の弁座保持部との間に隙間が生じ、弁
座と弁体との間に流体密な封止が維持されても、
弁座を弁箱との間から洩れることになる。

第３に、温度の低下中に弁体を開くと、弁座が
収縮しかつ歪曲して正円形から変形し、変形した
まま硬くなり、弁体を閉じた時弁座が正円形に戻
るのが困難であるから、弁座と弁体との間の流体
密な封止が不完全なものとなる。

本発明は上述の問題を解消して蝶形弁を提供す
ることを目的とする。

本発明は、流体の流路を画成する略環状の弁箱
と、上記流路を通る流体の流れを制御するため上
記流路内に回転可能に支持された円板状の弁体
と、該弁体と協働して上記流路を通る流れに対す
る障壁を作るため上記流路を共軸に囲む可撓性の
環状の弁座とから成る蝶形弁において、上記弁座
は、半径方向外方へ張出した支持脚部と、該支持
脚部から半径方向内方に、かつ略軸方向に互に反
対方向に、突出する１対の外側封止唇部と、該１
対の外側封止唇部の間で上記支持脚部から略半径
方向内方へ突出する中央封止唇部とから成り、常
温では、上記１対の外側封止唇部が閉位置の上記
弁体に密接するが、上記中央封止唇部は閉位置の
上記弁体との間に僅かな隙間を有するようになさ
れ、上記弁座の支持脚部の軸方向片側に隣接して
該弁座と共軸に配置され上記弁箱の端面との間に
上記弁座の支持脚部を挾持する弁座付勢リング
と、上記弁座の支持脚部に対し軸方向反対側で上
記弁座付勢リングに隣接して該弁座付勢リングと
共軸に配置され該弁座付勢リングを上記弁座の支
持脚部に密接した位置に保持する保持リングとを
備え、上記弁座付勢リングの上記保持リングに隣
接する端面は該弁座付勢リングの軸線と共軸な環
状の円錐形凹面であり、上記保持リングの上記弁
座付勢リングに隣接する端面は上記の円錐形凹面
に相補的に嵌合する環状の円錐形凸面であり、上
記弁座付勢リングの熱膨脹率は上記保持リングお
よび上記弁箱の熱膨脹率より大きく、低温では、
該弁座付勢リングが上記弁座の中央封止唇部を押
圧して上記弁体に密接させるようになされ、上記
弁座は上記支持脚部から軸方向に上記弁座付勢リ
ング側へ突出する突出部を有し、上記弁座付勢リ
ングは上記突出部と係合して上記弁座の支持脚部
が該弁座付勢リングに対し相対的に半径方向内方
へ移動するのを阻止する係合部を有していること
を特徴とするものである。

本発明の蝶形弁は、弁座の支持脚部から軸方向
に突出する突出部に弁座付勢リングの係合部が係
合して、弁座支持脚部が弁座付勢リングに対し相
対的に半径方向内方へ移動するのを阻止している
から、低温による弁座の全体的な直径の縮小は、
弁座の熱膨脹率ではなく、弁座付勢リングの熱膨
脹率により規制されるので、弁座の直径が過度に
縮小することが防止され、従つて弁体開放トルク
が過大となることがなく、又、弁座の正円形から
の歪曲変形が防止され、その為の洩れが防止され
る。

本発明では、弁座付勢リングの熱膨脹率が弁箱
および保持リングの熱膨脹率より大きく、弁座付
勢リングと保持リングとが上述のような円錐形端
面で互に嵌合しているから、低温による弁座付勢
リングの全体的な直径の縮小時に、上記円錐形端
面の楔作用により、弁座付勢リングは軸方向に弁
座側へ押しやられ、弁座の支持脚部等の低温によ
る軸方向収縮を補償するから、弁座の支持脚部と
弁箱との間に隙間が生じることが防止され、弁座
と弁箱との間の流体密な封止が維持される。

更に、弁座付勢リングの熱膨脹率は、弁体の熱
膨脹率より大きいから、低温時に、前述のように
弁座付勢リングの熱膨脹率により全体の直径の縮
小を規制される弁座の中央封止唇部を押圧して弁
体に密接させるとともに、弁体に対する弁座の１
対の外側封止唇部の密接を適度に（弁座付勢リン
グにより規制がない場合のように過度ではなく）
維持するから、低温時に弁座の硬化により洩れを
生じ易くなる弁座と弁体との間に、流体密な封止
が確保される。

以下図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に
説明する。

第１図および第２図に示すように、本発明の特
徴を備えた蝶形弁２０は、両方向の流体の流れを
制御するための二方向弁座３０を有し、全体的に
環状の弁箱２２が流路２４を画成している。図示
の弁箱２２は対向する２つの標準管フランジ（図
示せず）の間に挿入するようになされている。流
路２４には円板状の弁体２６が回転可能に支持さ
れている。円板状の弁体２６は外周に封止面２８
を有し、該封止面は球面の形状を有するのが好ま
しい。弁体２６の封止面２８は環状の二方向弁座
３０と協働する。弁座３０は比較的堅いが可撓性
を有する重合体。例えばポリトリクロロフルオロ
エチレン、ポリテトラフルオロエチレン等で作る
のが好ましい。弁座３０は弁箱２２の座ぐり孔で
形成された環状の弁座室３２に嵌込まれ、剛性の
弁座付勢リング３４が弁座３０にぴつたり係合
し、該弁座を支持している。弁座３０および付勢
リング３４は弁座室３２に保持リング３６により
保持されている。該保持リング３６はキヤツプね
じ３８その他の適当な手段により弁箱２２に着脱
自在に固着されている。キヤツプねじ３８は、弁
座３０と弁箱２２および付勢リング３４との間か
ら流体が洩れるのを防止するのに充分な軸方向の
荷重を保持リング３６および付勢リング３４に加
えるとともに、弁体２６の取外しその他の分解作
業を必要とせずに弁座３０を迅速容易に着脱でき
るようにしている。

弁座３０を取りつける際には、弁体２６は図示
の全閉状態でなければならない。弁座３０の中心
合わせは弁体２６との嵌合により行う。

付勢リング３４の軸方向外端の端面４２は円錐
面であり、軸方向内側の端面４２との間隔が半径
方向外方へ拡大している。即ち、付勢リングの断
面は半径方向内方へ縮小する楔形をなしている。
保持リング３６の軸方向内側の端面４４は付勢リ
ング３４の上記の外側端面４０にぴつたり嵌合す
る円錐形である。両方の嵌合する円錐形の端面４
０，４４により、付勢リング３４は、弁の温度が
下り流路の半径方向内方へ収縮した時、楔作用に
より軸方向に弁座３０の方へ動くようになされて
いる。従つて、どのような低温にさらされても、
弁座３０は常に弁箱２２と付勢リング３４との間
に充分な圧力で挾持され、弁箱２２との間から洩
れを生じることが防止される。弁座３０は、半径
方向外方へ張出した環状の支持脚部４６を有し、
該支持脚部４６は環状の突出部４８を有する（第
３〜６図）。この突出部４８は付勢リング３４の
対応する係合面４９と協働して、弁座３０が半径
方向内方へずれるのを防ぐ。

第３図乃至第６図に示すように、本発明の弁座
３０は支持脚部４６から弁体２６の球面封止面２
８に沿うように略軸方向に互に反対方向に突出し
た一対の環状の外側封止唇部５０，５２と、支持
脚部４６から封止面２８の方へ半径方向内方へ突
出した中央封止唇部５３とを有している。外側封
止唇部５０，５２は弁体２６が閉じた時に、その
封止面２８と流体密な接触を行う（第４図）。

弁が低温にさらされた時（例えば低温流体の流
れを制御するために用いた場合）、弁座３０はそ
の材料（例えばポリトリクロロオロエチレン等の
重合体）の熱膨脹率が比較的大きいから、金属製
の弁体２６や付勢シリング３４より急速に収縮す
る。弁座の収縮を規制しなければ、弁体と弁座と
の間の圧力が極めて高くなるから、弁体を開くの
に必要なトルクは低温では非常に高いものとな
る。しかし、本発明の弁では、弁座３０が収縮し
ようとしても、弁座の突出部４８が付勢リング３
４の面４９と係合し、弁座３０の半径方向内方へ
の移動は付勢リングにより阻止される。従つて、
弁座３０の半径方向内方への、即ち弁体２６の方
への収縮は付勢リング３４により規制され、付勢
リング３４の収縮以上に弁座３０が収縮すること
はできない。付勢リング３４の材料として、適当
な熱膨脹率を有する材料を選択することによつ
て、付勢リング３４は、温度低下に応じて、弁座
３０に対し軸方向および半径方向に加える圧力を
極めて徐々に増加するように作ることができる。
例えば、弁箱２２と保持リング３６とを熱膨脹率
の比較的低い金属例えば316タイプの不銹鋼で作
り、付勢リング３４を比較的高い熱膨脹率のアル
ミニウムその他の金属で作ると、温度が低下した
時、付勢リング３４は保持リング３６より急速に
収縮し、収縮の程度も大きいから第５図に示す状
態となる。即ち、付勢リング３４は保持リング３
６の円錐端面４４に沿つて保持リング３６に対し
相対的に半径方向内方へ移動し、その結果、付勢
リング３４が弁座３０に加える圧力が半径方向に
も軸方向にも増す。付勢リング３４が半径方向内
方へ移動すると、弁座３０の外側唇部５０，５２
は弁体の封止面２８に更にしつかりと押しつけら
れ、中央唇部部も弁体の封止面２８に押しつけれ
るから（第５図）、弁体２６の封止面との流体密
な接触が増す。従つて、付勢リング３４は、弁２
０の他の部分の収縮に対し補償を行うとともに、
弁座３０に加えるべき荷重を維持することができ
る。もちろん、互に係合する円錐端面４０，４４
の傾斜角は付勢リング３４と保持リング３６との
間の相対運動の程度に影響があり、該傾斜角が大
きいと弁座３０の荷重は大きく、傾斜角が小さい
と弁座の荷重は小さい。

第６図に矢印Ａで示すように、閉じた弁体２６
の左側に流体圧力が加わると、環状の弁座３０と
弁体２６との接触部分の幅は著しく増す。流体の
圧力は凹み部５４の中に自由に進入し、外側唇部
５０を弁体２６の封止面２８に対し半径方向内方
へ押しつけ、それにより弁体２６と弁座３０との
間に流体に対する封止を強めるからである。同様
に、第６図の矢印Ｂで示すように、弁体２６の右
側から流体圧力が加わると、外側唇部５２が半径
方向内方へ封止面２８に対し押しつけられ、それ
により弁体２６と外側唇部５２との間の流体に対
する封止を強める。

第４図に示すように、弁が常温で作動する場合
は、弁座３０の外側唇部５０，５２のみが弁体２
６の封止面２８と接触し、外側唇部のみにより流
体密な封止が作られる。しかし、温度が常温より
著しく低い場合は、第５図に示すように、弁座３
０の中央唇部５３も弁体２６の封止面２８に対し
押しつけられる。即ち、弁座３０と弁体の封止面
２８との間の流体密な接触を維持するために外側
唇部５０，５２のみでは不充分である低温におい
ては、中央唇部５３により流体密な封止を増強す
ることになる。従つて、弁座３０の中央唇部５３
と弁体２６の封止面２８との間の接触量は常温の
場合の零から、低温における流体密な封止接触ま
で種々に変化する。この接触量の変化は、付勢リ
ングの熱膨脹率と弁体の熱膨脹率との関係と、弁
座３０の断面形状と、付勢リング３４および保持
リング３６の楔作用とにより生じるのである。

弁２０を、例えば600：１の膨脹率を有する液
化ガスのような低温流体の流量制御を用いる場合
は、弁座３０のまわりに流体が残留すると、弁の
温度が上る際に該弁座を損傷する可能性がある。
この問題を解消するため、弁２０には、弁箱２２
と弁座３０、付勢リング３４および保持リング３
６との間に通気路５６，５８，６０（第１図）を
設け、それにより、液体およびガスが弁座室３２
の弁座３０の支持脚４６の外側から自由に流出し
得るようにしている。

弁２０を通る弁体の流れに対する抵抗を小さく
するため、上側軸部材７０と下側軸部材７２との
２部材から成る弁軸（第１図）を弁体２６に用い
る。上側の軸部材７０は六角形の端部７６が弁体
２６の同じ六角形の孔７８に摺動可能に嵌入して
いるが、下側の軸部材７２は周知の態様でロール
ピン７９により弁体２６に固定されている。上側
軸部材７０は、弁箱２２のボンネツト部８０にス
ナツプリング８２によつて保持されている。スナ
ツプリング８２は該ボンネツト部の座ぐり孔の溝
８４に嵌り上側軸部材７０の対応する半径方向フ
ランジ８６に当接している。上下の両軸部材７
０，７２はそれぞれスリーブ型の軸受８８，９０
により弁箱に支持されている。この軸受は、青銅
製の裏打帯板、ポリテトラフルオロエチレンと鉛
との混合物を充填した青銅製の多孔中間層、およ
びポリマーと鉛との混合物の薄い表面層で構成す
ることができる。弁作動機構により生じたトルク
は上側軸部材７０により弁体２６に伝達され、更
に下側軸部材７２に伝達されるから、両方の軸部
材と弁体とは一体として回転し弁を開閉する。
又、弁体２６に加えられる流体圧力の方向如何に
かかわらず、軸受８８，９０は流体圧力による荷
重を全て支持するから弁座３０は弁体２６から荷
重を全く受けない。更に、上側の軸受８８の流体
に対するシールとして作用し、流体が弁箱のボン
ネツト部８０の中を上方へ流れるのを阻止し、撓
みによる激しい洩れを防止する。代表的な蝶形弁
の機械的な操作について、詳細は米国特許第
3997142号に記載されているが、本発明に対し重
要ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である蝶形弁の垂直
断面図。第２図は第１図の弁の開状態における正
面図。第３図は第２図の３−３視拡大部分断面
図。第４図は常温で閉状態にある弁の第３図と同
様な部分断面図。第５図は低温における弁の第４
図と同様な図。第６図は流体圧を受けている弁の
第５図と同様な図。 ２０……蝶形弁、２２……弁箱、２４……流
路、２６……弁体、３０……弁座、３６……保持
リング、３４……弁座付勢リング、４０，４４…
…円錐形端面、４６……支持脚部、４８……突出
部、４９……係合面、５０，５２……外側封止唇
部、５３……中央封止唇部、７０，７２……弁
軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流体の流路を画成する略環状の弁箱と、上記
   流路を通る流体の流れを制御するため上記流路内
   に回転可能に支持された円板上の弁体と、該弁体
   と協働して上記流路を通る流れに対する障壁を作
   るため上記流路を共軸に囲む可撓性の環状の弁座
   とから成る蝶形弁において、上記弁座は、半径方
   向外方へ張出した支持脚部と、該支持脚部から半
   径方向内方に、かつ略軸方向に互に反対方向に、
   突出する１対の外側封止唇部と、該１対の外側封
   止唇部の間で上記支持脚部から略半径方向内方へ
   突出する中央封止唇部とから成り、常温では、上
   記１対の外側封止唇部が閉位置の上記弁体に密接
   するが、上記中央封止唇部は閉位置の上記弁体と
   の間に僅かな隙間を有するようになされ、上記弁
   座の支持脚部の軸方向片側に隣接して該弁座と共
   軸に配置され上記弁箱の端面との間に上記弁座の
   支持脚部を挾持する弁座付勢リングと、上記弁座
   の支持脚部に対し軸方向反対側で上記弁座付勢リ
   ングに隣接して該弁座付勢リングと共軸に配置さ
   れ該弁座付勢リングを上記弁座の支持脚部に密接
   した位置に保持する保持リングとを備えて上記弁
   座付勢リングの上記保持リングに隣接する端面は
   該弁座付勢リングの軸線と共軸な環状の円錐形凹
   面であり、上記保持リングの上記弁座付勢リング
   に隣接する端面は上記の円錐形凹面に相補的に嵌
   合する環状の円錐形凸面であり、上記弁座付勢リ
   ングの熱膨脹率は上記弁箱、保持リング、および
   弁体の熱膨脹率より大きく、低温では、該弁座付
   勢リングが上記弁座の中央封止唇部を押圧して上
   記弁体に密接させるようになされ、上記弁座は上
   記支持脚部から軸方向に上記弁座付勢リング側へ
   突出する突出部を有し、上記弁座付勢リングは上
   記突出部と係合して上記弁座の支持脚部が該弁座
   付勢リングに対し相対的に半径方向内方へ移動す
   るのを阻止する係合部を有していることを特徴と
   する蝶形弁。