JPWO2019139004A1 - バタフライバルブ - Google Patents

Abstract

バタフライバルブ（１１）は、流路軸線方向に延びる内部流路（１３ａ）が形成されている弁本体（１３）と、内部流路（１３ａ）内で弁軸（３１，３３）を介して弁本体（１３）に回動軸線Ｒ周りに回動可能に支持される円盤形状の弁体（１５）と、内部流路の内周に設けられた環状の弁座部（１７ｂ）とを備え、弁軸の回動により弁体の外周縁部のシール面（１５ｄ）を弁座部に接離させて内部流路の開閉を行う。さらに、弁体の一方の主面（１５ａ）に、回動軸線Ｒと交差する方向に延びる溝部（２５）が設けられており、溝部の両側壁（２５ａ，２５ｂ）が回動軸線Ｒ方向に互いに向かって凸状に延びる凸状湾曲面として形成されている。

Description

本発明は、各種産業における流体輸送配管ラインに使用され、弁体を回動させることにより流路の開閉を行うバタフライバルブに関する。

化学工場、半導体製造分野、食品分野、バイオ分野などの各種産業において、種々の流体が流通する流路の開閉、制御を行うバタフライバルブが使用されている。バタフライバルブでは、弁本体内に形成された管状の流路内に、弁軸によって弁本体に回動可能に支持された円盤形状の弁体が配置されており、弁軸に接続されたハンドルやアクチュエータによって弁軸を回動させて流路の内周面や弁本体と弁体の外周縁部との間に設けられた環状のシート部材に対して弁体の外周縁部を接離させることにより、流路の開閉を行う。

バタフライバルブは、上記のような構成となっているため、バルブの全開時でも、弁体は、その主面（閉弁時に流路軸線方向を向く面）が弁本体の流路の中央に流路方向と略平行となるように位置する。したがって、弁体は、開口面積を減少させると共に流体への抵抗となって、Ｃｖ値などの容量係数を低下させている。特に、弁体の中心軸線から弁体の厚さ方向に回転軸線がオフセットされるようにステムが弁体に接続されている偏心型のバタフライバルブでは、構成上、弁体が厚くなるため、弁体が開口面積の減少や流体抵抗の増加に大きく影響を及ぼす。このような問題への対策の一つとして、例えば特許文献１に記載のように、弁体の主面に回動軸線と垂直に直線状に延びる溝部を設けて弁体の断面を略Ｃ字形状に形成し、全開時の開口面積を増加させると共に、流路抵抗を減少させるようにしたバタフライバルブが提案されている。

特開平７−１１３４７２号公報

上述したように、開口面積の増加や流路抵抗の減少には、溝部を設けて弁体の一部の厚さを減少させることが有利となる。一方、バタフライバルブの弁体には、閉弁時に流体圧力が作用するので、流体圧力に抗して弁体の変形を防止するためには、弁体に所定の厚さが必要となる。したがって、溝部の深さには限界が生じ、直線状の溝部の形成のみでは、容量係数の向上に限界があった。

よって、本発明の目的は、従来技術に存する問題を解決して、弁体の形状を工夫することにより、バタフライバルブの容量係数を向上させることにある。

上記目的に鑑み、本発明は、流路軸線方向に延びる内部流路が形成されている弁本体と、前記内部流路内で弁軸を介して前記弁本体に前記流路軸線と垂直な回動軸線周りに回動可能に支持される円盤形状の弁体と、前記内部流路の内周に設けられた環状の弁座とを備え、前記弁軸の回動により前記弁体の外周縁部を前記弁座に接離させて内部流路の開閉を行うバタフライバルブであって、前記弁体の二つの対向する主面の一方に、前記回動軸線と交差する方向に延びる溝部が設けられており、前記溝部の両側壁が回動軸線方向に互いに向かって凸状に延びる凸状湾曲面として形成されているバタフライバルブを提供する。

上記バタフライバルブでは、弁体の主面の少なくとも一方に回動軸線と交差する方向に延びる溝部が設けられている。したがって、弁体が全開位置に回動させられたときに、溝部の分だけ、内部流路内の開口面積が増加し、容量係数を増加させることができる。また、本発明者は、溝部の両側壁を回動軸線方向に互いに向かって凸状に延びる凸状湾曲面として形成して、溝部に絞りを設けるような形状にすることにより、渦の発生が抑制されて容量係数の向上効果が得られることを見出した。これにより、さらにバタフライバルブの容量係数を向上させることができる。

上記バタフライバルブでは、前記溝部の前記両側壁の凸状湾曲面が頂部を挟んで接続される異なる湾曲半径の曲面部分を有していることが好ましく、前記溝部の凸状湾曲面は、開弁時に流体の流出側に配置される第１の曲面部分の湾曲半径が開弁時に流体の流入側に配置される第２の曲面部分の湾曲半径よりも大きくなるように形成されていることがさらに好ましい。

また、上記バタフライバルブの一つの実施形態として、前記弁体において、前記溝部を挟んで回動軸線方向の両側に外縁残留部が形成されており、該外縁残留部が前記回動軸線から離れる方向に凸状に湾曲した凸状湾曲面を有しているようにしてもよい。このような構成により、さらに容量係数を向上させることが可能となる。

この場合、前記外縁残留部の各々の凸状湾曲面が頂部を挟んで接続される異なる湾曲半径の凸状曲面部分を有していることが好ましく、前記外縁残留部の凸状湾曲面は、開弁時に流体の流出側に配置される第１の曲面部分の湾曲半径が開弁時に流体の流入側に配置される第２の曲面部分の湾曲半径よりも大きくなるように形成されていることがさらに好ましい。

上記バタフライバルブでは、さらに、前記溝部が形成されている前記弁体の主面と対向する主面には、球面状の窪み部が形成されているようにしてもよい。これにより、さらに容量係数を向上させることができる。

本発明のバタフライバルブによれば、弁体の主面の少なくとも一方に溝部を設けることにより、開口面積が増加し、容量係数を向上させることができる。さらに、溝部の両側壁の形状や溝部の両側の外縁残留部の表面形状を凸状湾曲面とすることで、渦の発生の抑制によるさらなる容量係数の向上を図ることが可能となる。

本発明によるバタフライバルブの全体構成を示す縦断面図である。 図１に示されているバタフライバルブを右側から見た側面図である。 図１に示されているバタフライバルブの弁体の斜視図である。 図３に示されている弁体を図１における右側から見た平面図である。 図４Ａに示されている弁体を図４Ａにおける上方から見た上面図である。 図４Ａに示されている弁体を図４Ａにおける下方から見た底面図である。 図４Ａの線ＩＶ−ＩＶに沿って上方から見た矢視断面図である。 図１に示されているバタフライバルブの弁体を軸支する下側の第２の弁軸の斜視図である。 図１に示されているバタフライバルブの弁体を軸支する下側の第２の弁軸を矢印Ａの方向から見た側面図である。 図１に示されているバタフライバルブの弁体を軸支する上側の第１の弁軸を示すバタフライバルブの部分縦断面図である。 図１に示されているバタフライバルブの弁本体と弁体との組み立て手順を示している説明図である。 図１に示されているバタフライバルブの弁本体と弁体との組み立て手順を示している説明図である。 図１に示されているバタフライバルブの弁本体と弁体との組み立て手順を示している説明図である。 図１に示されているバタフライバルブの弁本体と弁体との組み立て手順を示している説明図である。 図１に示されているバタフライバルブの弁本体と弁体との組み立て手順を示している説明図である。 図３に示されている弁体を図１における右側から見た、シミュレーションにおける各パラメータの説明図である。 図９Ａに示されている弁体を図９Ａにおける上方から見た、シミュレーションにおける各パラメータの説明図である。 図９Ａに示されている弁体を図９Ａにおける下方から見た、シミュレーションにおける各パラメータの説明図である。

以下、図面を参照して、本発明によるバタフライバルブ１１の実施の形態を説明する。
最初に図１及び図２を参照して、本発明によるバタフライバルブ１１の全体構成について説明する。

バタフライバルブ１１は、流路軸線方向に延びる内部流路１３ａが形成されている中空円筒状の弁本体１３と、内部流路１３ａ内に配置され弁本体１３に回動可能に軸支されている概略円盤形状の弁体１５と、内部流路１３ａの内周に取り付けられている環状のシートリング１７と、シートリング１７を弁本体１３に固定するための環状のシート押え１９とを備えており、弁体１５の外周縁部とシートリング１７上に形成される弁座部１７ａとを接離させることにより、内部流路１３ａの開閉を行うことができるようになっている。

弁本体１３の内部流路１３ａの流路軸線方向の下流側端部の周縁部、すなわち弁本体１３の流路軸線方向の下流側の側面における内部流路１３ａの外周部には、環状のシート押え１９の外径と概略同径まで径方向に延びる環状凹部２１が形成されており、この環状凹部２１にシートリング１７及びシート押え１９が嵌合される。シート押え１９は、環状のリテーナ本体１９ａと環状のリテーナキャップ１９ｂとからなる。リテーナ本体１９ａには、段差部２３（図７参照）が形成されており、段差部２３には、リテーナキャップ１９ｂとの間にシートリング１７の固定部１７ｂを配置するようにリテーナキャップ１９ｂとシートリング１７の固定部１７ｂとが収納される。このような構成により、リテーナ本体１９ａを適宜の方法で環状凹部２１に固定して、環状凹部２１の流路軸線方向の側面上に配置されるリテーナキャップ１９ｂとリテーナ本体１９ａとの間にシートリング１７の固定部１７ｂを挟持することにより、環状凹部２１にシートリング１７を固定することができる。

なお、リテーナキャップ１９ｂは、その内周縁端が内部流路１３ａ内に突出するように配置されることが好ましい。

リテーナ本体１９ａを環状凹部２１に固定する方法としては、例えば、特開平１１−２３０３７２に開示されているようなバイヨネット方式を採用することができる。この場合、リテーナ本体１９ａの弁本体１３側の外周面に径方向に突出する複数の円弧状突起部を周方向に等間隔で形成すると共に、環状凹部２１の外周部に円弧状突起部を収容可能に形成される円弧状切欠き部と、円弧状切欠き部の流路軸線方向側面側から円弧状突起部を周方向に案内するように延びる係合溝とを設け、リテーナ本体１９ａの円弧状突起部を環状凹部２１の円弧状切欠き部に嵌合させて円弧状突起部を環状凹部２１の流路軸線方向側面に当接させた状態で、リテーナ本体１９ａを周方向に回動させ、円弧状突起部を係合溝に沿って案内して円弧状突起部と係合溝とを係合させることにより、リテーナ本体１９ａを環状凹部２１に固定することができる。

シートリング１７は、弾性材料から形成されており、弁座部１７ａと固定部１７ｂとを有している。弁座部１７ａは、固定部１７ｂがリテーナ本体１９ａとリテーナキャップ１９ｂとの間に挟持された状態でシートリング１７が環状凹部２１に取り付けられたときに、内部流路１３ａ内に突出するように形成されている。シートリング１７を形成する好適な弾性材料としては、ブチルゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＲＭ）等のゴム弾性体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂被覆ゴム弾性体が挙げられる。

弁体１５は、対向する二つの主面１５ａ、１５ｂと、二つの主面１５ａ、１５ｂの間を接続するように環状に延びる外周縁部１５ｃとを有している。弁体１５の一方の主面１５ａには、図３によく示されているように、回動軸線Ｒと交差する方向（好ましくは直交する方向）に貫通して延びる溝部２５が設けられている。溝部２５の両側壁２５ａ，２５ｂは、図２や図４Ａ（ａ）に示されているように、回動軸線Ｒに向かって互いに向かって凸状に延びる凸状湾曲面となるように形成されている。また、弁体１５の一方の主面１５ａに上述のような溝部２５が形成されることにより、溝部２５を挟んで回動軸線Ｒ方向の両側には、外縁残留部２７（２７ａ，２７ｂ）が形成される。外縁残留部２７は、図４Ｂ（ｂ）及び図４Ｃ（ｃ）に示されているように、回動軸線Ｒから離れる方向に凸状に延びる凸状湾曲面を有していることが好ましい。

上述のような溝部２５を設けることにより、弁体１５を全開状態まで回動したときに、溝部２５の分だけ、内部流路１３ａ内の開口面積が増加し、容量係数Ｃｖが増加する。また、本発明者は、溝部２５の両側壁２５ａ，２５ｂを回動軸線Ｒに向かって互いに凸状に延びる凸状湾曲面として形成して絞り部のようにすることや、溝部２５の両側に形成される外縁残留部２７ａ，２７ｂが回動軸線Ｒから離れる方向に凸状に延びる凸状湾曲面を有するように形成することにより、渦の発生の発生が抑制されて、圧力損失を低減させることを見出した。これにより、容量係数Ｃｖの向上効果を得ることが可能となる。

また、弁体１５の他方の主面１５ｂの中央部には、図５に示されているように、球面状の窪み部（以下、「ディンプル」とも記載する。）２９が形成されている。このような球面状の窪み部２９を設けることにより、同様に、渦の発生が抑制されて、圧力損失の低減による容量係数の向上効果を得ることができる。

弁体１５の外周縁部１５ｃには、弁体弁座面１５ｄが形成されており、回動軸線Ｒ周りに弁体１５を回動させて弁体弁座面１５ｄをシートリング１７の弁座部１７ａに圧接させることにより、弁体弁座面１５ｄと弁座部１７ａとの間をシールするシール面を形成し、内部流路１３ａを閉鎖して閉弁状態にさせるようになっている。弁体弁座面１５ｄは、球面の一部のような形状となっていることが好ましい。

図示されている実施形態のバタフライバルブ１１では、弁体１５は、第１の弁軸３１と第２の弁軸３３とによって弁本体１３に回動可能に支持されており、弁体１５の回動軸線Ｒ方向の対向する位置には、第１の弁軸３１と連結するための嵌合穴３５と第２の弁軸３３と連結するための係止溝３７とが設けられている。

第１の弁軸３１は、回動軸線Ｒに沿って延びるように弁本体１３に形成された第１の軸穴３９に回動可能に挿通されて支持されており、第２の弁軸３３は、回動軸線Ｒに沿って内部流路１３ａを介して第１の軸穴３９と対向して形成された第２の軸穴４１に挿入され、回動可能に支持されている。

第１の軸穴３９は外部から回動軸線Ｒ方向に弁本体１３を内部流路１３ａまで貫通して延びる貫通軸穴であり、両端部が第１の軸穴３９から突出するように第１の弁軸３１が第１の軸穴３９に回動可能に挿通されている。外部に突出する第１の弁軸３１の一端部（図１における上端部）には、弁体１５の操作や駆動のために、図示されていないハンドルや駆動部を取り付けることができるようになっている。また、内部流路１３ａに突出する第１の弁軸３１の他端部（図１における下端部）には、嵌合穴３５と相補的形状の嵌合部３１ａが形成されており、弁体１５の嵌合穴３５と嵌合部３１ａとが回動軸線Ｒ周りに回動不能に嵌合されるようになっている。例えば、弁体１５の嵌合穴３５と第１の弁軸３１の嵌合部３１ａとを多角形状を有するように形成することにより、嵌合穴３５と嵌合部３１ａとを回動不能に連結することができる。

一方、第２の軸穴４１は弁本体１３の内部流路１３ａから回動軸線Ｒ方向に延びる有底軸穴（すなわち貫通していない軸穴）となっており、一方の端部が第２の軸穴４１から突出するように第２の弁軸３３が第２の軸穴４１に挿入され、回動可能に支持されている。第２の弁軸３３は、第２の軸穴４１内に回動可能に支持される軸部３３ａと第２の軸穴４１から突出するように軸部３３ａに接続されて形成されている係止部３３ｂとを含んでおり、係止部３３ｂが係止溝３７に嵌合されるようになっている。詳細には、係止部３３ｂは、図６Ａ及び図６Ｂに示されているように、回動軸線Ｒと垂直な方向に延びるレール状部分として形成され、レール状部分の一端が軸部３３ａの外周面から回動軸線Ｒと垂直な方向に突出して延びており、第２の弁軸３３は概略Ｌ字形状を有している。また、弁体１５の係止溝３７は、図４Ａに示されているように、レール状部分と相補形状となるように形成されており、弁体１５と第２の弁軸３３とは、回動軸線Ｒと垂直な方向に弁体１５の係止溝３７にレール状部分である係止部３３ｂを挿入することにより、回動軸線Ｒ周りに回動不能に連結されるようになっている。レール状部分である係止部３３ｂは、軸部３３ａとの接続部である根元から先端に向かって広がるくさび形状断面を有していることが好ましい。このようなくさび形状を有していることにより、第２の弁軸３３からの回動軸線Ｒ方向への弁体１５の抜けを防止することができる。しかしながら、係止部３３ｂの断面形状は、弁体１５と第２の弁軸３３とを回動不能に連結することができるようになっていれば限定されるものではなく、多角形状、円形状、楕円形状などとしてもよい。

なお、図１に示されているように、内部流路１３ａ内の流体が有底の穴である嵌合穴３５や第２の軸穴４１内へ侵入することを防ぐために、第１の弁軸３１や第２の弁軸３３の軸部３３ａの外周面には、嵌合穴３５の内周面の内部流路１３ａへの開口部付近や第２の軸穴４１の内周面の内部流路１３ａへの開口部付近に相対する位置に設けられた環状溝に環状シール部材４３，４５が配置され、嵌合穴３５の内周面と第１の弁軸３１の外周面との間並びに第２の軸穴４１の内周面と第２の弁軸３３の軸部３３ａの外周面との間をシールするようになっている。また、内部流路１３ａ内の流体が貫通軸穴である第１の軸穴３９を通して外部に流出することを防止するために、第１の弁軸３１の外周面には、第１の軸穴３９の内部流路１３ａへの開口部付近に相対する位置を含めた複数の位置（図示されている実施形態では３箇所）に設けられた環状溝に、ゴム弾性材料からなるＯリングなどの環状シール部材４７ａ，４７ｂ，４７ｃが配置され、第１の軸穴３９の内周面と第１の弁軸３１の外周面と間をシールするようになっている。さらに、図７に詳しく示されているように、第１の弁軸３１の嵌合部３１ａと反対側の端部付近にフランジ部３１ｂが設けられていると共に、弁本体１３の第１の軸穴３９の外部への開口部の周囲にフランジ部３１ｂを収容するための環状凹部１３ｂが設けられ、環状凹部１３ｂにおいてフランジ部３１ｂと対向する面（以下、底面と記載する。）に設けた環状溝に、ゴム弾性材料からなる環状の平面シール部材４７ｄが嵌合されている。このように配置されたシール部材４７ｄにより、フランジ部３１ｂと環状凹部１３ｂの底面との間をシールし、万が一、内部流路１３ａ内の流体が第１の軸穴３９内に侵入しても、第１の軸穴３９から外部に漏出しないようになっている。このようなシール構造は、内部流路１３ａを有害な流体が流通する場合に特に有効である。

図示されている実施形態のバタフライバルブ１１は、二重偏心構造を有する二重偏心型バタフライバルブとなっている。図１及び図２を参照すると、二重偏心型のバタフライバルブ１１では、閉弁時に弁体１５の弁体弁座面１５ｄとシートリング１７の弁座部１７ａとの間に形成されるシール面の流路軸線方向の中心が弁体１５の回動軸線Ｒから流路軸線方向に偏心して位置するように、シートリング１７の弁座部１７ａ、弁体弁座面１５ｄ、第１の弁軸３１及び第２の弁軸３３が設けられている。さらに、図２に詳しく示されているように、弁体１５の回動軸線Ｒが内部流路１３ａの横断面の中心を通るように回動軸線Ｒと平行に延びる中心軸線Ｏから同横断面内で距離ｄだけ離間して位置するように弁体１５に第１の弁軸３１及び第２の弁軸３３が弁体１５に接続されている。このような構成とすることにより、バルブの開閉時に、偏心によるカム作用により弁体１５が僅かな回転角度でシートリング１７から離脱するため、シートリング１７と弁体１５との摩擦が少なく、シートリング１７の摩耗を減少させると共に、操作トルクを低減させることが可能となる。

また、上述のように、二重偏心型バタフライバルブ１１は、回動軸線Ｒが内部流路１３ａの中心軸線Ｏから偏心して位置するように構成されているので、弁体１５の回動軸線Ｒ方向の最大幅は、回動軸線Ｒを挟んで半径方向の一方側と他方側とで異なっている。このことを利用して、図示されている実施形態の二重偏心型バタフライバルブ１１では、内周縁端が内部流路１３ａ内に突出するようにリテーナキャップ１９ｂを配置している。これにより、閉弁状態から開弁状態に弁体１５を回動させる際に、回動軸線Ｒ周りの一方の方向への回動では外周縁部１５ｃがリテーナキャップ１９ｂと干渉せずに弁体１５が回動でき且つ回動軸線Ｒ周りの他方の方向への回動では外周縁部１５ｃがリテーナキャップ１９ｂと干渉して弁体１５が回動できなくするように、リテーナキャップ１９ｂの内部流路１３ａへの突出量を設定することで、全閉状態からの弁体１５の回動方向を規制することを可能とさせている。

なお、弁本体１３、弁体１５、シート押え１９、第１の弁軸３１、第２の弁軸３３は、用途に応じて、金属材料、樹脂材料、樹脂材料で被覆された金属材料、射出成形法にてインサート成形された金属材料などから形成することができる。

次に、図８Ａから及び図８ＢＥを参照して、バタフライバルブ１１の組み立て方法について説明する。

最初に、図８Ａ（ａ）に示されているように、弁本体１３の第２の軸穴４１に第２の弁軸３３の軸部３３ａを回動可能に挿入する。このとき、第２の弁軸３３の係止部３３ｂのレール状部分が流路軸線方向に延び且つ軸部３３ａの周面から回動軸線Ｒと垂直な方向に突出する側がシートリング１７の装着側（環状凹部２１側）へ向くように、第２の弁軸３３が配置される。

次に、図８ＢＡ（ｂ）に示されているように、環状凹部２１と流路軸線方向の反対側から、弁体１５の係止溝３７を弁本体１３側へ向けた状態で流路軸線方向に弁体１５を弁本体１３の内部流路１３ａ内へ挿入することによって、第２の弁軸３３の係止部３３ｂと弁体１５の係止溝３７とを嵌合させ、係止部３３ｂが係止溝３７の端部に到達するまで係止部３３ｂを係止溝３７内に収容させる。さらに、図８ＣＡ（ｃ）に示されているように、第１の軸穴３９に第１の弁軸３１を挿入することにより、第１の弁軸３１の嵌合部３１ａを回転不能に弁体１５の嵌合穴３５に嵌合させる。これにより、弁体１５が回動軸線Ｒ周りに回動可能に弁本体１３の内部流路１３ａ内に支持される。

上述した向きに第２の弁軸３３を配置した状態で弁体１５を内部流路１３ａ内に挿入することで、第２の弁軸３３に近い側から弁体１５を挿入することが可能となり、作業がしやすくなる。

次に、図８ＤＢ（ｄ）に示されているように、内部流路１３ａ内で弁体１５を回動軸線Ｒ周りに１８０°だけ回動させ、図８ＥＢ（ｅ）に示されているように、弁体１５の弁体弁座面１５ｄを、シートリング１７が装着される側すなわち環状凹部２１側へ向けて、配置させる。その後、環状凹部２１にシート押え１９によってシートリング１７が取り付けられ、バタフライバルブ１１の組み立てが完了する。

次に、弁体１５の詳細な構成をさらに説明する。

弁体１５の溝部２５の回動軸線Ｒ方向の両側壁２５ａ，２５ｂの凸状湾曲面は、頂部を挟んで接続される異なる湾曲半径の曲面部分を有していることが好ましく、開弁時に流出側（すなわち、シートリング１７側）に配置される第１の曲面部分の湾曲半径が開弁時に流入側に配置される第２の曲面部分の湾曲半径よりも大きくなるように形成されていることがさらに好ましい。また、溝部２５を挟んで回動軸線方向の両側に形成される外縁残留部２７の凸状湾曲面は、頂部を挟んで接続されることなる湾曲半径の曲面部分を有していることが好ましく、開弁時に流出側（すなわち、シートリング１７側）に配置される第１の曲面部分の湾曲半径が開弁時に流入側に配置される第２の曲面部分の湾曲半径よりも大きくなるように形成されていることがさらに好ましい。このような構成とすることで、さらなる容量係数Ｃｖの向上効果を得ることができる。

以下に、溝部２５の両側壁２５ａ，２５ｂの凸状湾曲面の湾曲半径、外縁残留部２７ａ，２７ｂの凸状湾曲面の湾曲半径をそれぞれ変えたときにシミュレーションにより得られた容量係数Ｃｖを比較した表を示す。

従来例は、バタフライバルブ１１と同様に溝部が設けられているものの、溝部の回動軸線Ｒ方向の両側壁が流路軸線と平行な面によって構成され且つ外縁残留部の表面が非湾曲の平面のみによって構成されているバタフライバルブであり、実施例１から実施例４は、バタフライバルブ１１と同様に溝部２５が設けられ、溝部２５の両側壁２５ａ，２５ｂの凸状湾曲面の湾曲半径、外縁残留部２７ａ，２７ｂの凸状湾曲面の湾曲半径、ディンプル２９の有無をパラメータとして様々に変化させた本発明によるバタフライバルブである。シミュレーションは、呼び径Ｄ＝１５０ｍｍのバタフライバルブ１１の上流側に長さ２Ｄの直線状の入口流路、下流側に長さ６Ｄの直線状の出口流路を接続し、入口流路と出口流路と間の差圧を１ＫＰａとする設定で行った。また、図９Ａから図９Ｃに、シミュレーションにおけるパラメータＲ１〜Ｒ１２が示されている。なお、図９Ａから図９Ｃ中における矢印は流体の流れ方向を示している。

Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ、溝部２５の図９Ａ（ａ）中の上側の側壁２５ａにおいて開弁時に頂部を挟んで流入側（入口側）、流出側（出口側）に配置される凸状曲面部分の湾曲半径であり、Ｒ３、Ｒ４は、それぞれ、溝部の図９Ａ（ａ）中の下側の側壁２５ｂにおいて開弁時に頂部を挟んで流入側（入口側）、流出側（出口側）に配置される凸状曲面部分の湾曲半径である。また、図９Ａ（ａ）中の上側の外縁残留部２７ａの表面は、図９Ｂ（ｂ）に示されているように、開弁時に頂部を挟んで流入側（入口側）に位置する湾曲半径Ｒ６の凸状曲面部分と流出側（出口側）に位置する湾曲半径Ｒ７の凸状曲面部分とが接続されており、流入側の湾曲半径Ｒ６の凸状曲面部分の上流側に湾曲半径Ｒ５の凹状曲面部分がさらに接続され、流出側の湾曲半径Ｒ７の凸状曲面部分の下流側に湾曲半径Ｒ８の凹状曲面部分がさらに接続された形態、すなわち、頂部を挟んで二つのＳ字形状の曲面部分が接続された形態となっている。同様に、図９Ａ（ａ）中の下側の残留縁部２７ｂの表面は、図９Ｃ（ｃ）に示されているように、開弁時に頂部を挟んで流入側（入口側）に位置する湾曲半径Ｒ１０の凸状曲面部分と流出側（出口側）に位置する湾曲半径Ｒ１１の曲面部分とが接続されており、流入側の湾曲半径Ｒ１０の凸状曲面部分の上流側に湾曲半径Ｒ９の凹状曲面部分がさらに接続され、流出側の湾曲半径Ｒ１１の凸状曲面部分の下流側に湾曲半径Ｒ１２の凹状曲面部分がさらに接続された形態、すなわち、頂部を挟んで二つのＳ字形状の曲面部分が接続された形態となっている。

なお、容量係数は、以下の式により求めた。

また、流体は水とし、流体の密度は水の密度である９９７．５６１ｋｇ／ｍ^３とした。

実施例２及び実施例３は、溝部２５を設け、溝部２５の回動軸線Ｒ方向の両側壁２５ａ，２５ｂを互いに向かって凸状に延びる凸状湾曲面となるように形成し、外縁残留部２７ａ，２７ｂの表面を従来技術と同様に平面として形成した場合のバタフライバルブの例である。従来技術と実施例２及び実施例３とを比較すると、溝部２５の回動軸線Ｒ方向の両側壁２５ａ，２５ｂを互いに向かって凸状の湾曲面として形成することにより、容量係数Ｃｖの向上の効果が得られることが分かる。

また、実施例４は、溝部２５を設け、溝部２５の回動軸線Ｒ方向の両側壁２５ａ，２５ｂを互いに向かって凸状に延びる凸状湾曲面となるように形成し、外縁残留部２７ａ，２７ｂの表面を従来技術と同様に平面として形成していると共に、上側及び下側の外縁残留部２７ａ，２７ｂについて、回動軸線Ｒと垂直な方向に凸状に湾曲した曲面を有するように構成した場合のバタフライバルブの例である。実施例２から実施例４の比較から、溝部２５の両側壁２５ａ，２５ｂの凸状湾曲面は、開弁時に流出側（出口側）に配置される凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ２が流入側（入口側）に配置される凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ１よりも大きく、Ｒ１＝７５ｍｍ、Ｒ２＝１５０ｍｍ、Ｒ３＝７５ｍｍ、Ｒ４＝１５０ｍｍと、Ｒ１：Ｒ２＝１：２、Ｒ３：Ｒ４＝１：２の比率となっているときに最も容量係数Ｃｖが大きくなっていることが分かる。

また、実施例２から実施例４の比較から、外縁残留部２７ａ，２７ｂの表面は、上側の外縁残留部２７ａ及び下側の外縁残留部２７ｂの両方ともに、開弁時に流出側（出口側）に配置される凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ７、Ｒ１１が流入側（入口側）に配置される凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ６、Ｒ１０よりも大きく、Ｒ６＝４０ｍｍ、Ｒ７＝５０ｍｍ、Ｒ１０＝２１．５ｍｍ、Ｒ１１＝４０ｍｍのときに容量係数Ｃｖの向上の効果が得られることが分かる。さらに、上側の外縁残留部２７ａの表面は、開弁時に流入側に配置される凹状曲面部分の湾曲半径Ｒ５と凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ６とが、Ｒ５＝４０ｍｍ、Ｒ６＝４０、すなわちＲ５：Ｒ６＝１：１の関係であり、開弁時に流出側に配置される凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ７と凹状曲面部分の湾曲半径Ｒ８とが、Ｒ７＝５０ｍｍ、Ｒ８＝４０ｍｍ、すなわちＲ７：Ｒ８＝１．２５：１の関係となっているときに容量係数Ｃｖの向上の効果が得られていることが分かる。同様に、下側の外縁残留部２７ｂの表面は、開弁時に流入側に配置される凹状曲面部分の湾曲半径Ｒ９と凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ１０とが、Ｒ９＝５０ｍｍ、Ｒ１０＝２１．５ｍｍ、すなわちＲ９：Ｒ１０＝２．３：１の関係であり、開弁時に流出側に配置される凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ１１と凹状曲面部分の湾曲半径Ｒ１２とが、Ｒ１１＝４０ｍｍ、Ｒ１２＝３０ｍｍ、すなわちＲ１１：Ｒ１２＝１．３．：１の関係となっているときに容量係数Ｃｖの向上の効果が得られていることが分かる。

実施例１は、実施例４の弁体の形態に、弁体１５の溝部２５が形成された主面１５ａと対向する他方の主面１５ｂに湾曲半径４００ｍｍの球面状の窪み部（ディンプル）をさらに設けた場合のバタフライバルブの例である。実施例１と実施例４の比較から、弁体１５の溝部２５が形成された主面１５ａと対向する他方の主面１５ｂに球面状のディンプルを設けることにより、容量係数Ｃｖのさらなる向上効果が得られていることが分かる。

以上、図示されている実施形態を参照して、本発明によるバタフライバルブ１１を説明したが、本発明は図示されている実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、二重偏心型のバタフライバルブ１１に本発明が適用された実施形態に基づいて本発明を説明しているが、本発明の適用は二重偏心型のバタフライバルブに限定されるものではなく、一重偏心型や多重偏心型のバタフライバルブでもよく、また、回動軸線Ｒがシール面の中心と内部流路１３ａの中心とを通って延びるいわゆるセンター型のバタフライバルブなどに本発明を適用することも可能である。

１１ バタフライバルブ
１３ 弁本体
１３ａ 内部流路
１５ 弁体
１５ａ，１５ｂ 主面
１５ｃ 外周縁部
１５ｄ 弁体弁座面
１７ シートリング
１７ａ 弁座部
２５ 溝部
２７，２７ａ，２７ｂ 外縁残留部
２９ 窪み部（ディンプル）
３１ 第１の弁軸
３３ 第２の弁軸

弁体１５は、対向する二つの主面１５ａ、１５ｂと、二つの主面１５ａ、１５ｂの間を接続するように環状に延びる外周縁部１５ｃとを有している。弁体１５の一方の主面１５ａには、図３によく示されているように、回動軸線Ｒと交差する方向（好ましくは直交する方向）に貫通して延びる溝部２５が設けられている。溝部２５の両側壁２５ａ，２５ｂは、図２や図４Ａに示されているように、回動軸線Ｒに向かって互いに向かって凸状に延びる凸状湾曲面となるように形成されている。また、弁体１５の一方の主面１５ａに上述のような溝部２５が形成されることにより、溝部２５を挟んで回動軸線Ｒ方向の両側には、外縁残留部２７（２７ａ，２７ｂ）が形成される。外縁残留部２７は、図４Ｂ及び図４Ｃに示されているように、回動軸線Ｒから離れる方向に凸状に延びる凸状湾曲面を有していることが好ましい。

上述のような溝部２５を設けることにより、弁体１５を全開状態まで回動したときに、溝部２５の分だけ、内部流路１３ａ内の開口面積が増加し、容量係数Ｃｖが増加する。また、本発明者は、溝部２５の両側壁２５ａ，２５ｂを回動軸線Ｒに向かって互いに凸状に延びる凸状湾曲面として形成して絞り部のようにすることや、溝部２５の両側に形成される外縁残留部２７ａ，２７ｂが回動軸線Ｒから離れる方向に凸状に延びる凸状湾曲面を有するように形成することにより、渦の発生が抑制されて、圧力損失を低減させることを見出した。これにより、容量係数Ｃｖの向上効果を得ることが可能となる。

図示されている実施形態のバタフライバルブ１１は、二重偏心構造を有する二重偏心型バタフライバルブとなっている。図１及び図２を参照すると、二重偏心型のバタフライバルブ１１では、閉弁時に弁体１５の弁体弁座面１５ｄとシートリング１７の弁座部１７ａとの間に形成されるシール面の流路軸線方向の中心が弁体１５の回動軸線Ｒから流路軸線方向に偏心して位置するように、シートリング１７の弁座部１７ａ、弁体弁座面１５ｄ、第１の弁軸３１及び第２の弁軸３３が設けられている。さらに、図２に詳しく示されているように、弁体１５の回動軸線Ｒが内部流路１３ａの横断面の中心を通るように回動軸線Ｒと平行に延びる中心軸線Ｏから同横断面内で距離ｄだけ離間して位置するように弁体１５に第１の弁軸３１及び第２の弁軸３３が接続されている。このような構成とすることにより、バルブの開閉時に、偏心によるカム作用により弁体１５が僅かな回転角度でシートリング１７から離脱するため、シートリング１７と弁体１５との摩擦が少なく、シートリング１７の摩耗を減少させると共に、操作トルクを低減させることが可能となる。

次に、図８Ａから図８Ｅを参照して、バタフライバルブ１１の組み立て方法について説明する。

最初に、図８Ａに示されているように、弁本体１３の第２の軸穴４１に第２の弁軸３３の軸部３３ａを回動可能に挿入する。このとき、第２の弁軸３３の係止部３３ｂのレール状部分が流路軸線方向に延び且つ軸部３３ａの周面から回動軸線Ｒと垂直な方向に突出する側がシートリング１７の装着側（環状凹部２１側）へ向くように、第２の弁軸３３が配置される。

次に、図８Ｂに示されているように、環状凹部２１と流路軸線方向の反対側から、弁体１５の係止溝３７を弁本体１３側へ向けた状態で流路軸線方向に弁体１５を弁本体１３の内部流路１３ａ内へ挿入することによって、第２の弁軸３３の係止部３３ｂと弁体１５の係止溝３７とを嵌合させ、係止部３３ｂが係止溝３７の端部に到達するまで係止部３３ｂを係止溝３７内に収容させる。さらに、図８Ｃに示されているように、第１の軸穴３９に第１の弁軸３１を挿入することにより、第１の弁軸３１の嵌合部３１ａを回転不能に弁体１５の嵌合穴３５に嵌合させる。これにより、弁体１５が回動軸線Ｒ周りに回動可能に弁本体１３の内部流路１３ａ内に支持される。

次に、図８Ｄに示されているように、内部流路１３ａ内で弁体１５を回動軸線Ｒ周りに１８０°だけ回動させ、図８Ｅに示されているように、弁体１５の弁体弁座面１５ｄを、シートリング１７が装着される側すなわち環状凹部２１側へ向けて、配置させる。その後、環状凹部２１にシート押え１９によってシートリング１７が取り付けられ、バタフライバルブ１１の組み立てが完了する。

弁体１５の溝部２５の回動軸線Ｒ方向の両側壁２５ａ，２５ｂの凸状湾曲面は、頂部を挟んで接続される異なる湾曲半径の曲面部分を有していることが好ましく、開弁時に流出側（すなわち、シートリング１７側）に配置される第１の曲面部分の湾曲半径が開弁時に流入側に配置される第２の曲面部分の湾曲半径よりも大きくなるように形成されていることがさらに好ましい。また、溝部２５を挟んで回動軸線Ｒ方向の両側に形成される外縁残留部２７の凸状湾曲面は、頂部を挟んで接続される異なる湾曲半径の曲面部分を有していることが好ましく、開弁時に流出側（すなわち、シートリング１７側）に配置される第１の曲面部分の湾曲半径が開弁時に流入側に配置される第２の曲面部分の湾曲半径よりも大きくなるように形成されていることがさらに好ましい。このような構成とすることで、さらなる容量係数Ｃｖの向上効果を得ることができる。

Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ、溝部２５の図９Ａ中の上側の側壁２５ａにおいて開弁時に頂部を挟んで流入側（入口側）、流出側（出口側）に配置される凸状曲面部分の湾曲半径であり、Ｒ３、Ｒ４は、それぞれ、溝部２５の図９Ａ中の下側の側壁２５ｂにおいて開弁時に頂部を挟んで流入側（入口側）、流出側（出口側）に配置される凸状曲面部分の湾曲半径である。また、図９Ａ中の上側の外縁残留部２７ａの表面は、図９Ｂに示されているように、開弁時に頂部を挟んで流入側（入口側）に位置する湾曲半径Ｒ６の凸状曲面部分と流出側（出口側）に位置する湾曲半径Ｒ７の凸状曲面部分とが接続されており、流入側の湾曲半径Ｒ６の凸状曲面部分の上流側に湾曲半径Ｒ５の凹状曲面部分がさらに接続され、流出側の湾曲半径Ｒ７の凸状曲面部分の下流側に湾曲半径Ｒ８の凹状曲面部分がさらに接続された形態、すなわち、頂部を挟んで二つのＳ字形状の曲面部分が接続された形態となっている。同様に、図９Ａ中の下側の外縁残留部２７ｂの表面は、図９Ｃに示されているように、開弁時に頂部を挟んで流入側（入口側）に位置する湾曲半径Ｒ１０の凸状曲面部分と流出側（出口側）に位置する湾曲半径Ｒ１１の曲面部分とが接続されており、流入側の湾曲半径Ｒ１０の凸状曲面部分の上流側に湾曲半径Ｒ９の凹状曲面部分がさらに接続され、流出側の湾曲半径Ｒ１１の凸状曲面部分の下流側に湾曲半径Ｒ１２の凹状曲面部分がさらに接続された形態、すなわち、頂部を挟んで二つのＳ字形状の曲面部分が接続された形態となっている。

また、実施例４は、溝部２５を設け、溝部２５の回動軸線Ｒ方向の両側壁２５ａ，２５ｂを互いに向かって凸状に延びる凸状湾曲面となるように形成していると共に、上側及び下側の外縁残留部２７ａ，２７ｂについて、回動軸線Ｒと垂直な方向に凸状に湾曲した曲面を有するように構成した場合のバタフライバルブの例である。実施例２から実施例４の比較から、溝部２５の両側壁２５ａ，２５ｂの凸状湾曲面は、開弁時に流出側（出口側）に配置される凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ２が流入側（入口側）に配置される凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ１よりも大きく、Ｒ１＝７５ｍｍ、Ｒ２＝１５０ｍｍ、Ｒ３＝７５ｍｍ、Ｒ４＝１５０ｍｍと、Ｒ１：Ｒ２＝１：２、Ｒ３：Ｒ４＝１：２の比率となっているときに最も容量係数Ｃｖが大きくなっていることが分かる。

また、実施例２から実施例４の比較から、外縁残留部２７ａ，２７ｂの表面は、上側の外縁残留部２７ａ及び下側の外縁残留部２７ｂの両方ともに、開弁時に流出側（出口側）に配置される凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ７、Ｒ１１が流入側（入口側）に配置される凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ６、Ｒ１０よりも大きく、Ｒ６＝４０ｍｍ、Ｒ７＝５０ｍｍ、Ｒ１０＝２１．５ｍｍ、Ｒ１１＝４０ｍｍのときに容量係数Ｃｖの向上の効果が得られることが分かる。さらに、上側の外縁残留部２７ａの表面は、開弁時に流入側に配置される凹状曲面部分の湾曲半径Ｒ５と凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ６とが、Ｒ５＝４０ｍｍ、Ｒ６＝４０、すなわちＲ５：Ｒ６＝１：１の関係であり、開弁時に流出側に配置される凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ７と凹状曲面部分の湾曲半径Ｒ８とが、Ｒ７＝５０ｍｍ、Ｒ８＝４０ｍｍ、すなわちＲ７：Ｒ８＝１．２５：１の関係となっているときに容量係数Ｃｖの向上の効果が得られていることが分かる。同様に、下側の外縁残留部２７ｂの表面は、開弁時に流入側に配置される凹状曲面部分の湾曲半径Ｒ９と凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ１０とが、Ｒ９＝５０ｍｍ、Ｒ１０＝２１．５ｍｍ、すなわちＲ９：Ｒ１０＝２．３：１の関係であり、開弁時に流出側に配置される凸状曲面部分の湾曲半径Ｒ１１と凹状曲面部分の湾曲半径Ｒ１２とが、Ｒ１１＝４０ｍｍ、Ｒ１２＝３０ｍｍ、すなわちＲ１１：Ｒ１２＝１．３：１の関係となっているときに容量係数Ｃｖの向上の効果が得られていることが分かる。

Claims (12)

1. 流路軸線方向に延びる内部流路が形成されている弁本体と、前記内部流路内で弁軸を介して前記弁本体に前記流路軸線と垂直な回動軸線周りに回動可能に支持される円盤形状の弁体と、前記内部流路の内周に設けられた環状の弁座とを備え、前記弁軸の回動により前記弁体の外周縁部を前記弁座に接離させて内部流路の開閉を行うバタフライバルブであって、
   前記弁体の二つの対向する主面の一方に、前記回動軸線と交差する方向に延びる溝部が設けられており、前記溝部の両側壁が回動軸線方向に互いに向かって凸状に延びる凸状湾曲面として形成されていることを特徴とするバタフライバルブ。
2. 前記溝部の前記両側壁の凸状湾曲面が頂部を挟んで接続される異なる湾曲半径の曲面部分を有している、請求項１に記載のバタフライバルブ。
3. 前記溝部の凸状湾曲面は、開弁時に流体の流出側に配置される第１の曲面部分の湾曲半径が開弁時に流体の流入側に配置される第２の曲面部分の湾曲半径よりも大きくなるように形成されている、請求項２に記載のバタフライバルブ。
4. 前記弁体において、前記溝部を挟んで回動軸線方向の両側に外縁残留部が形成されており、該外縁残留部が前記回動軸線から離れる方向に凸状に湾曲した凸状湾曲面を有している、請求項１から請求項３の何れか一項に記載のバタフライバルブ。
5. 前記外縁残留部の各々の凸状湾曲面が頂部を挟んで接続される異なる湾曲半径の凸状曲面部分を有している、請求項４に記載のバタフライバルブ。
6. 前記外縁残留部の凸状湾曲面は、開弁時に流体の流出側に配置される第１の曲面部分の湾曲半径が開弁時に流体の流入側に配置される第２の曲面部分の湾曲半径よりも大きくなるように形成されている、請求項５に記載のバタフライバルブ。
7. 前記溝部が形成されている前記弁体の主面と対向する主面には、球面状の窪み部が形成されている、請求項１に記載のバタフライバルブ。
8. 前記溝部が形成されている前記弁体の主面と対向する主面には、球面状の窪み部が形成されている、請求項２に記載のバタフライバルブ。
9. 前記溝部が形成されている前記弁体の主面と対向する主面には、球面状の窪み部が形成されている、請求項３に記載のバタフライバルブ。
10. 前記溝部が形成されている前記弁体の主面と対向する主面には、球面状の窪み部が形成されている、請求項４に記載のバタフライバルブ。
11. 前記溝部が形成されている前記弁体の主面と対向する主面には、球面状の窪み部が形成されている、請求項５に記載のバタフライバルブ。
12. 前記溝部が形成されている前記弁体の主面と対向する主面には、球面状の窪み部が形成されている、請求項６に記載のバタフライバルブ。
    

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