特開 2024-152142 バタフライバルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024152142

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】バタフライバルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 1/22 20060101AFI20241018BHJP

【ＦＩ】

F16K1/22 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023066139

(22)【出願日】2023-04-14

(71)【出願人】

【識別番号】390002381

【氏名又は名称】株式会社キッツ

(74)【代理人】

【識別番号】100081293

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 哲男

(72)【発明者】

【氏名】奥田 浩樹

【テーマコード（参考）】

3H052

【Ｆターム（参考）】

3H052AA02

3H052BA12

3H052BA13

3H052BA25

3H052CA02

3H052CA03

3H052CA19

3H052CB23

3H052DA02

(57)【要約】

【課題】特に、微少流量時において流体が弁体を通過するときに効率的に流体を滞留させることで流速を低減し、耐キャビテーション性能を飛躍的に向上しつつ、微少流量の調整を容易におこなうことができるバタフライバルブを提供する。
【解決手段】流体の流路となる筒状ボデー２のシートリング５内に円板状の弁体４をステム軸３を通して回転させて流路を開閉する。弁体は一対の弁翼シール部２０からなり、オリフィス側の弁翼シール部には流れ方向の二次側の面に沿って弁翼整流部２３が設けられる。弁翼シール部と弁翼整流部との間にスリット状の圧力室Ｒを設け、オリフィス側の弁翼整流部には圧力室内と弁翼整流部の二次側との連通部２４を貫通させると共に、圧力室内の弁翼シール部と弁翼整流部との対向面２０ａ、２３ａを平行状態に形成して圧力室内を平行滞留領域とし、この平行滞留領域に流体を滞留させ連通部より流出させて流速を抑制するようにした。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体の流路となる筒状ボデーのシートリング内に円板状の弁体をステム軸を通して回転させて前記流路を開閉するバタフライバルブであって、前記弁体は、前記ステム軸を中心に設けた一対の弁翼シール部からなり、オリフィス側の前記弁翼シール部には、当該シール部の流れ方向の二次側の面に沿って弁翼整流部が設けられ、前記弁翼シール部と前記弁翼整流部との間にスリット状の圧力室を設け、オリフィス側の前記弁翼整流部には、前記圧力室内と前記弁翼整流部の二次側とを連通させる連通部を貫通させると共に、前記圧力室内の前記弁翼シール部と前記弁翼整流部との対向面を平行状態に形成して当該圧力室内を平行滞留領域とし、この平行滞留領域に流体を滞留させ前記連通部より流出させることにより流速を抑制するようにしたことを特徴とするバタフライバルブ。

【請求項2】

前記弁翼シール部の外径よりも前記弁翼整流部の外径を小径とした請求項１に記載のバタフライバルブ。

【請求項3】

前記弁翼シール部の弁開直後の超微開状態では、前記弁体の二次側から前記連通部を通った流体が、前記圧力室内に引き込まれ、前記圧力室内の低圧状態を回復させるように構成した請求項１又は２に記載のバタフライバルブ。

【請求項4】

オリフィス側の前記弁翼整流部の外端から下流側に向けて球面状の翼状片を形成し、ノズル側の前記弁翼シール部の外端から上流側に向けて球面状の翼状片を形成した請求項１又は２に記載のバタフライバルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タイトシャット機能を有し、特に、大口径化した場合にも、微少流量の調整を可能としながら耐キャビテーション性能を発揮し、かつエロージョンの発生を防止しつつ、高レンジアビリティに顕著な効果を有するバタフライバルブに関する。

【背景技術】

【0002】

この種のバタフライバルブは、特に、微少流量時において、弁体外周側のシール部である弁翼端部を通った流体を整流化し、二次側への急激な流速の増大を防いでキャビテーションの発生を防止し、振動や騒音も抑制することが要求されている。
これに加えて、弁体の閉止時には、タイトシャットにより流体漏れを確実に防ぎつつ、弁閉時から開度制御をおこなうときには、微少流量を中心として、全開時に至るまで正確に流量制御できる高レンジアビリティの流量制御が求められる。

【0003】

このようなバタフライバルブとして、本出願人は、例えば、特許文献１のバタフライバルブを提案している。このバタフライバルブでは、弁体のオリフィス側とノズル側の外周縁にタイトシャット用の弁閉止部を形成し、オリフィス側の弁閉止部の下流側、ノズル側の弁閉止部の上流側に向けて、押圧弁部をそれぞれ形成している。そして、これらのうち、オリフィス側の弁閉止部を、ノズル側の弁閉止部に対して一次側に傾斜させつつ、オリフィス側の押圧弁部と弁閉止部の間に空隙部を形成し、この空隙部内から下流側に向けて連通する貫通部を押圧弁部に形成している。これにより、弁体を微小開度に回転したときに、オリフィス側において、空隙部から貫通部を通して流体が流れるようにすることで、流速を低減させてキャビテーションを抑制しつつ、高レンジアビリティを発揮できるようになっている。

【0004】

一方、特許文献２のバタフライバルブの弁体（ディスク）には、このディスク上に配置された密閉表面を有する第１のベーンと、この第１のベーンに対して配置された無孔の第２のベーンとを備え、これら第１のベーンと第２のベーンとは、ディスク周囲に沿って形成された溝により、互いにオフセットされた状態で設けられている。この場合、第１のベーンと第２のベーンとは、互いに平行に設けられ、これにより、ディスク外周の溝の対向面も平行に設けられている。このような構造により、このバタフライバルブは、ベーン間の溝に流体を案内し、これにより急激な噴射によるキャビテーションを抑えようとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】ＷＯ２００２－６８８４６号公報

【特許文献2】特表２００５－５１５３７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前者の特許文献１のバタフライバルブの場合、オリフィス側の弁閉止部をノズル側の弁閉止部に対して一次側に傾斜させていることから、オリフィス側において、弁閉止部が下流側の弁圧押部に対しても傾斜し、これら弁閉止部と弁圧押部との対向面が、互いに傾斜した状態で、これらの間に空隙部が設けられている。そのため、空隙部が、奥部側に徐々に狭まったテーパ形状となり、その奥細形状により空隙部の容積が小さく抑えられることになる。これに対して、特に、バルブを大口径化した場合にも、空隙部の容積を大きく確保し、より多くの流体を空隙部に滞留させることで、微開時に貫通部を通して流体が流れるときに、流速を低減する性能をさらに向上することが要望されている。これに加えて、微開時には、上流側からの流体が空隙部の奥部側に対して傾斜方向から流れ込むために、垂直方向から流れ込む場合に比較して、流速の低減効果が低下しやすくなる。これらに対し、空隙部の形状の改善を図り、これにより貫通部を通して流速を低減し、耐キャビテーション性能を一層向上できるバタフライバルブが求められている。

【0007】

一方、後者の特許文献２の場合には、第１のベーンと第２のベーンとが互いに平行に設けられ、これらの間の溝の対向面が平行に設けられている。しかし、第２のベーンには、下流側と連通する貫通部等が設けられておらず、弁開時に溝に流れ込んだ流体は、この溝から再度あふれるようにして下流側に流れ出るようになっている。このように、特許文献２のバタフライバルブの弁体は、特許文献１の構造とは異なり、溝（空隙部）に流れ込んだ流体を、この空隙部から貫通部を通して第２のベーン（押圧弁部）より流すことで、効果的にキャビテーションを抑制するようにしたものではない。

【0008】

上記のことから、本出願人は、大口径化する場合にも、微少流量時における流速の低減性能を向上して流体の勢いを減じるようにし、耐キャビテーション性能を高めつつ、微少流量の調整を可能としたバタフライバルブを開発するに至った。

【0009】

本発明は、従来の課題を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、特に、微少流量時において流体が弁体を通過するときに効率的に流体を滞留させることで流速を低減し、耐キャビテーション性能を飛躍的に向上しつつ、微少流量の調整を容易におこなうことができるバタフライバルブを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、流体の流路となる筒状ボデーのシートリング内に円板状の弁体をステム軸を通して回転させて流路を開閉するバタフライバルブであって、弁体は、ステム軸を中心に設けた一対の弁翼シール部からなり、オリフィス側の弁翼シール部には、当該シール部の流れ方向の二次側の面に沿って弁翼整流部が設けられ、弁翼シール部と弁翼整流部との間にスリット状の圧力室を設け、オリフィス側の弁翼整流部には、圧力室内と弁翼整流部の二次側とを連通させる連通部を貫通させると共に、圧力室内の弁翼シール部と弁翼整流部との対向面を平行状態に形成して当該圧力室内を平行滞留領域とし、この平行滞留領域に流体を滞留させ連通部より流出させることにより流速を抑制するようにしたバタフライバルブである。

【0011】

請求項２に係る発明は、弁翼シール部の外径よりも弁翼整流部の外径を小径としたバタフライバルブである。

【0012】

請求項３に係る発明は、弁翼シール部の弁開直後の超微開状態では、弁体の二次側から連通部を通った流体が、圧力室内に引き込まれ、圧力室内の低圧状態を回復させるように構成したバタフライバルブである。

【0013】

請求項４に係る発明は、オリフィス側の弁翼整流部の外端から下流側に向けて球面状の翼状片を形成し、ノズル側の弁翼シール部の外端から上流側に向けて球面状の翼状片を形成したバタフライバルブである。

【発明の効果】

【0014】

請求項１に係る発明によると、オリフィス側の弁翼シール部の流れ方向の二次側の面に沿って弁翼整流部を設け、弁翼シール部と弁翼整流部との間にスリット状の圧力室を設け、その弁翼整流部に連通部を貫通させ、圧力室内の対向面を平行状態に形成した平行滞留領域とし、この平行滞留領域に流体を滞留させて連通部より流出させることにより流速を抑制するようにしているので、弁開時には、弁翼シール部とシートリングとの間を通過した流体が、そのまま弁翼整流部とシートリングとの間に流れ込むことを防ぎ、スリット状の平行滞留領域である圧力室に一旦滞留し、その一部が連通部から流出するようになる。この場合、圧力室内の弁翼シール部と弁翼整流部との対向面を平行状態に形成していることで、この圧力室内により多くの流体を滞留させることができる。また、連通孔は、弁翼整流部の厚み方向に設けられるところ、圧力室の対向面は平行状態であるため、連通孔は圧力室の奥行方向に対して略垂直に形成されることになる。つまり、圧力室内に流入した流体が連通孔から二次側に流出する際には、流れ方向が略直角に曲げられるため、流体の流れが阻害されやすい。このため、特に、微少流量時において、平行滞留領域に効率的に流体を滞留させた後に、この流体を連通部を通して流速を低減しながら二次側に流出させて耐キャビテーション性能を飛躍的に向上でき、微少流量の調整も容易におこなうことが可能になる。

【0015】

請求項２に係る発明によると、弁翼シール部の外径よりも弁翼整流部の外径を小径としたことで、弁翼整流部のシートリングへの接触を回避し、シートリングを保護しながら弁体の開閉が可能であるため、操作トルクを小さく抑えることが可能になり、耐エロージョン性も向上する。弁翼シール部の微開時には、弁翼シール部とシートリングとの隙間よりも、弁翼整流部とシートリングとの隙間が常に大きくなり、この弁翼整流部とシートリングとの隙間、及び連通部を通して、整流化を図りながらスムーズに二次側に流すことが可能となる。

【0016】

請求項３に係る発明によると、弁翼シール部の弁開直後の超微開状態時に、この弁翼シール部とシールリングとの隙間が絞られて、この隙間を流れる流体の量が極少になるときに、弁体の二次側から連通部を通った流体が圧力室内に引き込まれ、圧力室内の低圧状態を回復させるように構成している。これにより、弁翼整流部側が著しく低圧化することを防いで、弁翼シール部側から弁翼整流部側を通して流体をスムーズに流してキャビテーションの発生を確実に抑制する。

【0017】

請求項４に係る発明によると、オリフィス側の弁翼整流部の外端から下流側に向けて球面状の翼状片を形成し、ノズル側の弁翼シール部の外端から上流側に向けて球面状の翼状片を形成していることにより、弁体の外周側を通る流体は、微開領域において、弁翼シール部がシートリングから外れて以降、この翼状片とシートリングとの隙間を通ることとなり、一定の開度まではほぼ流れないか、流量が制限される。したがって、弁翼シール部の開度が増すにつれて一次側から流入する流体の量も増加するが、翼状片部分では流れが制限されるため、圧力室に流入し連通孔を通って二次側に流れる流体も依然多い状態となる。そのため、この開度領域では開度が増すにつれて急激に流量が増えるようなことが防がれ、弁体の開度に応じて徐々に流量を増加させることができるので、コントロール弁としての機能性が向上して微細な流量調整をおこなうことができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明のバタフライバルブの実施形態における弁体を示す斜視図である。

【図2】図１の弁体の平面図である。

【図3】本発明のバタフライバルブの実施形態を示す模式図である。

【図4】図３のバタフライバルブの弁開直後の超微開状態を示す模式図である。

【図5】図４のバタフライバルブがさらに弁開した状態を示す模式図である。

【図6】図３のバタフライバルブの全開状態を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、本発明におけるバタフライバルブの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１、図２においては、本発明のバタフライバルブの実施形態における弁体を示し、図３～図６においては、本発明のバタフライバルブの実施形態を示している。
本発明のバタフライバルブは、以下に説明する通り、微小流量の調整を可能とし、また耐キャビテーション性に優れるものであるが、特に呼び径３５０Ａ以上の口径の場合に効果的であり、３５０Ａ～５００Ａのサイズにおいて特に顕著な効果が得られる。

【0020】

図において、本実施形態のバタフライバルブ（以下、バルブ本体１という）は、流体の流路となるボデー２、ステム軸３、弁体４を備えており、この弁体４は、ステム軸３を通してボデー２内で回転操作可能に設けられている。

【0021】

図３に示すように、ボデー２は、例えばダクタイル鋳鉄等の鋳鉄により形成され、筒状、特に、本例では短筒状に設けられ、このボデー２の内周には、ＮＢＲやＥＰＤＭなどのゴム材料に形成された弾性シートリング５が焼き付け手段等により装着される。シートリング５の内周面には、弁体４の外周との対向位置に環状の内周シール面６が設けられ、この内周シール面６は、シートリング５のそれ以外の部分に対して、内径側にやや高くなるように設けられる。

【0022】

図１、図２において、弁体４は、例えば、ステンレスや鋳鉄を材料として、鋳造により円板状に製造されるものであり、その中央の上下位置には、ステム孔１０、１０がそれぞれ形成される。ステム軸３は、上ステム軸、下ステム軸に分割され、各ステム軸３は、それぞれ、弁体４の前記上下の各ステム孔１０にそれぞれ挿着される。弁体４は、ステム軸３によりボデー２のシートリング５内に装着され、この弁体４を、ステム軸３を通して手動操作又は自動操作により回転させ、ボデー２内の流路１１を開閉するようになっている。

【0023】

弁体４には、ステム軸３を中心に一対の弁翼シール部２０、２０が設けられ、この弁翼シール部２０の全体がシートリング５の内周シール面６に全周に渡って当接可能となるように、略円板状に設けられる。一対の弁翼シール部２０は、ステム軸３に対して、その一方側がオリフィス側、他方側がノズル側に配置され、これら弁翼シール部２０の外周には環状の外端側面２１が形成され、この外端側面２１がシートリング５とのシール部として機能するようになっている。

【0024】

弁体４は、当該弁体４をステム軸３と交差する方向の最大径位置で切断する断面において、一対の弁翼シール部２０の互いに対向する外端側面２１の中央位置同士をステム軸３を通るように結んだ後述するシール中心線Ｌが、外端側面２１の厚さ方向の幅Ｔ内に収まるように設けられている。

【0025】

図３に示した弁閉時には、シートリング５の内周シール面６に対して外端側面２１が当接シールすることで、タイトシャット機能を発揮して弁閉時の流体漏れを防ぎつつ、この弁閉状態からごくわずかずつ弁開操作させて、所望の微少流量を流すことが可能になっている。各弁翼シール部２０の両側付近の表裏面には、互いに略平行なフラット面２９が形成される。

【0026】

図２において、一対の弁翼シール部２０は、その幅Ｔが同一の厚さとなるように設けられ、かつ、同図に二点鎖線により示したステム軸３の中心側に向いた面（以下、中心側面という）２２が同一平面上に位置するように、弁翼シール部２０の厚さ方向に互いに平行に位置ずれした状態で段違い形状に設けられている。この場合、弁翼シール部２０は、ステム軸３に対して、オリフィス側又はノズル側の両翼側のうち、一方側が流路の一次側、他方側が流路の二次側に位置ずれしており、本例においては、ステム軸３に対して、オリフィス側が流路１１の一次側、ノズル側が流路１１の二次側に位置ずれするように設けている。

【0027】

なお、一対の弁翼シール部２０の幅Ｔは、必ずしも同一の厚さでなく、異なる厚さを有していてもよいが、一対の弁翼シール部２０の幅Ｔが同一の厚さになるように設けた場合には、弁閉時に、これら弁翼シール部２０がシートリング５に均等に当接して円周シール方向において均一なシール性能を発揮する。

【0028】

弁翼シール部２０の外端側面２１は、弁体４の中心部を中心とした仮想の略球面形状の一部を成す曲面形状に設けられる。このような形状を有することで、ステム軸３を除く部分の弁体４の全周にわたって、外端側面２１の幅内に連続的にシール部を形成することができ、弁体４は、弁閉時に優れたシール性を発揮することが可能となる。

【0029】

弁体４は、鋳造による成形時には、一対の弁翼シール部２０のステム軸３の中心側に向いた面（中心側面）２２が同一平面となるように設けられる。この中心側面２２の面方向を以下、「弁体面方向」という。弁体４の成形時には、後述するように、この中心側面２２位置が、弁体４を弁体面方向に対して垂直な方向から平面視した場合に、最大径となるようにしている。

【0030】

鋳造後においては、弁翼シール部２０の加工を施すことにより、弁翼シール部２０の外端側面２１が、略球面形状の一部を成す曲面形状に設けられることから、弁翼シール部２０の最大径となる部分は、この弁翼シール部２０の外端側面２１全体となる。この弁翼シール部２０の外端側面の曲面形状は、弁体４を閉位置とした際に、外端側面２１とシートリング５とが接触して形成されるシールラインが、ステム軸３を通るとともに、外端側面２１の幅内に収まる連続的なシール部となる。一例として、図２、３中に示したシール中心線Ｌがこれに該当する。
このことから、弁翼シール部２０における中心側面２２の外端側面２１がシートリング５に当接する場合にも、確実に弁閉時のシール性能が発揮される。

【0031】

弁体４のオリフィス側の弁翼シール部２０には、この弁翼シール部２０の二次側の面に沿うようにして略円弧状の弁翼整流部２３が設けられ、この弁翼整流部２３により、弁体４には流体の整流機能が備えられている。バルブ本体１により、微少流量の流体を流すときには、この流体は、オリフィス側の弁翼シール部２０の外端側面２１とシートリング５内周との間を通過し、続いて、弁翼整流部２３を通して流体がボデー２内を通過するときには、この弁翼整流部２３により整流作用が発揮され、これによって噴流や乱流が抑えられた状態で二次側に流れるようになっている。

【0032】

弁翼シール部２０と弁翼整流部２３とは、これらを接続する最奥部を除くそれぞれの対向面２０ａ、２３ａが、互いに平行になるように設けられ、これら弁翼シール部２０と弁翼整流部２３との間には、スリット状の圧力室Ｒが所定の間隙により設けられる。このように、圧力室Ｒ内の対向面２０ａ、２３ａを互いに平行状態となるように形成していることにより、当該圧力室Ｒ内を平行滞留領域とし、この平行滞留領域Ｒに弁翼シール部２０側から流れる流体を滞留させ、後述する連通部２４より流出させることにより、流速を抑制するようにしている。平行滞留領域Ｒの最奥部には、対向面２０ａ、２３ａに対して略垂直方向に形成されたアール状の奥部面２５が設けられている。

【0033】

弁翼整流部２３は、弁翼シール部２０の外径よりもその外径を小径としており、これにより、弁体４の開閉動作時には、弁翼整流部２３の外面部２３ｂがシートリング５の内周シール面６に接触することが防がれている。弁翼整流部２３の外径は、シートリング５の内周シール面６と同径又はそれ以下とされ、操作トルク低減と整流作用の両立の観点から、内周シール面６よりも小径であって、且つ弁翼シール部２０の外径の３～５％程度小径であると好ましい。

【0034】

さらに、弁翼整流部２３には、圧力室Ｒ内と弁翼整流部２３の二次側（二次側流路）とを連通させる連通部２４が貫通して設けられる。本例における連通部２４は、所定の穴径による９つの丸穴形状の連通孔により設けられ、これら連通孔２４は、弁翼整流部２３の弁翼側付近の所定位置に、この弁翼整流部２３の弁翼シール部２０との対向面２３ａに対して略垂直方向に形成されている。この連通部２４を通して、圧力室Ｒに滞留した流体を二次側に流したり、流体を二次側から圧力室Ｒに吸い込むことが可能になる。連通部２４の大きさ（穴径）や数、総面積、弁体への形成位置は、任意に設定可能であり、これらを適宜設定することで、キャビテーション性能を高めることが可能になっている。

【0035】

前述した弁体４を装着したバルブ本体１において、図３は、弁体４の全閉状態（弁体４の回転角度０度の状態）を示し、図４、図５においては、バルブ本体の微少流量時の状態を示している。ここで、本実施形態において、バルブ本体１の「微少流量」時とは、以降に説明する弁体４の「超微開状態」ないし「微開状態」を含む、ごくわずかな弁開度の状態をあらわすものとする。

【0036】

図４においては、図３の全閉状態から弁体４をごくわずかだけ回転させた、弁翼シール部２０の弁開直後の超微開状態を示している。特に、同図の「超微開状態」では、例えば呼び径３５０Ａにおいて、弁体４が、全閉状態（図３に示した弁体４の回転角度０度の状態）よりも大きく、回転角度１６度未満の回転角度範囲で回転した状態を示しており、この微開度状態を含む微少流量時には、弁体４の一次側と二次側との圧力差により流速が速く、それに伴い低圧となるため、キャビテーションが発生しやすくなっている。

【0037】

より詳しくは、図４の「弁翼シール部２０の弁開直後の超微開状態」では、図３の全閉状態から弁体４が略１２度回転した状態をあらわしている。この状態では、弁翼シール部２０の外端側面２１と内周シール面６の隙間から流れ込む流体は、弁翼整流部２３と内周シール面６の隙間から二次側に流れ出る流体と同等以下となり、後者の流速が速くなるため、当該部分付近や圧力室Ｒ内が低圧となりやすい。これに対し、本実施形態の構造においては、弁体４の二次側から連通部２４を通った流体が、圧力室Ｒ内に引き込まれ、この圧力室Ｒ内の低圧状態を回復させるように構成している。その結果、弁開度の増加に伴う過度な流速の増大を抑制することができ、流量調節はキャビテーションの防止に有利となる。

【0038】

図５においては、微少流量時において、弁体４がさらに弁開方向に回転した状態を示し、具体的には、弁体４が、図３の全閉状態から略２０度回転した状態をあらわしている。このように、「微開状態」は、微少流量時において、図４の「超微開状態」よりも弁体４の回転角度が大きい状態をあらわし、例えば、呼び径３５０Ａにおいて、弁体４の回転角度が略１６度以上略２０度程度の範囲をあらわすものとする。

【0039】

図６においては、弁体４の全開状態を示し、弁体４が図３の全閉状態から流路１１の中心線Ｐ方向に略９０度回転した状態をあらわしている。

【0040】

図２に示すように、弁体４のノズル側の弁翼シール部２０の一次側には、オリフィス側とは異なる形状の弁翼整流部２６が設けられ、この弁翼整流部２６によりノズル側の整流化を図ることでキャビテーションが抑制される。ノズル側の弁翼整流部２６は、図で示した形状以外にも、任意の形状に設けることができる。

【0041】

前述したオリフィス側の弁翼整流部２３には、その外端から下流側に向けて、球面状の翼状片２７が形成され、ノズル側の弁翼シール部２６には、その外端から上流側に向けて球面状の翼状片２８が形成されている。これら球面状の翼状片２７、２８により、オリフィス側、ノズル側において、さらなる整流化がそれぞれ図られるようになっている。

【0042】

続いて、上述したバルブ本体１の弁体４の製造方法について説明する。
一般に、バタフライバルブの弁体は、鋳造加工によって製造されることが多い。そのうち、上述したような微少流量時の開度調整を可能としつつ、耐キャビテーション性能を発揮可能なバタフライバルブの弁体は、その形状が一般的な円板形状の弁体に比べて複雑になるため、ロストワックス鋳造により成形するのが適している。

【0043】

しかしながら、ロストワックス鋳造の場合、大型の鋳物の成形には適していないことから、特に、大口径の弁体をこのロストワックス鋳造により成形することは難しい。砂型鋳造によれば、ロストワックス鋳造に比べて大型の鋳物を低コストで成形できるというメリットがあるが、複雑な形状に成形することが難しいというデメリットもある。

【0044】

これに対し、本実施形態におけるバルブ本体１においては、前述したように、弁体４は、ステム軸３を中心に一対の弁翼シール部２０を設け、この一対の弁翼シール部２０は、ステム軸３の中心に向いた面（中心側面）２２が同一平面上に位置するように、平行に位置ずれした状態で段違い形状に設けているので、中心側面２２が同一平面となり、かつ同位置が最大径となる。
このことから、弁体４が大型である場合にも、中心側面２２を見切り面とし、この見切り面２２を境界として上型と下型とからなる鋳型による砂型鋳造によって容易に製造することが可能となる（図示せず）。

【0045】

このように最大径となる中心側面２２を見切り面とすることで、上型と下型の引き抜きが容易となるほか、見切り面の上下方向には小さな段差などの通常砂型では成形しづらい形状が存在しなくなるなど、砂型鋳造でも成形の不具合が生じにくくなる。
これに対し、例えばシール中心線Ｌなど弁翼シール部２０の外端側面２１の中央付近に見切り面を設定すると、例えば弁翼整流部２３、２６との段差部分などを精度よく成形できない可能性がある。

【0046】

この場合、図２において、例えば、見切り面となる中心側面２２を境にして、この見切り面２２よりも下側のオリフィス側の弁翼整流部２３とノズル側の弁翼シール部２０を含む部分を下型、見切り面２２よりも上側のオリフィス側の弁翼シール部２０とノズル側の弁翼整流部２６を上型によりそれぞれ成形するような鋳型を設け、この鋳型を用いて鋳造をおこなうようにすればよい。

【0047】

弁体４は、シール中心線Ｌが外端側面２１の幅Ｔ内に収まるように設けているので、外周側のシール性を確保でき、この弁体４を砂型鋳造により容易に成形できる。

【0048】

弁体４のオリフィス側の弁翼シール部２０の二次側の面に弁翼整流部２３を設けているので、この弁翼整流部２３を砂型鋳造により弁体４と一体に形成できる。

【0049】

弁翼シール部２０と弁翼整流部２３との間に圧力室Ｒを設け、この圧力室Ｒをスリット状に設けているので、鋳造時において、下型における圧力室Ｒの位置に所定形状の中子（図示せず）を配置することにより、注湯時には、オリフィス側の弁翼シール部２０と弁翼整流部２３との間に圧力室Ｒを設けつつ、砂型鋳造によって所定形状の弁体４を簡便に設けることができる。

【0050】

弁翼シール部２０の外径よりも弁翼整流部２３の外径を小径としているので、弁体４が大型である場合にも抜き代を確保して砂型鋳造によって容易に正確な形状に製作できる。

【0051】

上記のように、砂型鋳造により弁体４を成形することで、弁体４が大口径である場合にも成形することが可能になり、しかも、鋳型の強度が強く、歩留まりも向上することから、安価に大量生産することも可能になる。

【0052】

上記の鋳造工程後には、成形後の鋳物（弁体）に対して、仕上げ工程により仕上げ加工を施すようにする。
仕上げ工程においては、先ず、ステム孔１０に沿うように弁体４の表裏側に設けられたボス部３０において、何れか一方のボス部３０に切削加工を施して平面状の基準面３１を形成する。基準面３１は、弁翼シール部２０の表裏側のフラット面２９に対して所定角度傾斜した状態で、少なくとも弁体４のステム孔１０が形成されている上下側に形成するようにする。この場合、基準面３１の傾斜角度としては、図２において、シール中心線Ｌと平行となる角度とする。

【0053】

次いで、上面に水平面を有する図示しない定盤などに対して、基準面３１側が下向きとなるように弁体４を載置し、この弁体４の一対の弁翼シール部２０を下方より支えて傾きを防ぐようにする。このとき、基準面３１が弁翼シール部のフラット面２９に対して傾斜していることで、シール中心線Ｌが定盤の水平面と平行な状態で弁体４が載置される。

【0054】

これにより、上記のように載置した弁体４に対し、定盤の水平面に沿って既存の切削刃等を円周方向に移動させ、弁体４の外周面に球面状の外端側面２１を形成できるようになり、この外端側面２１を形成するために、弁体４に対して切削刃を傾斜方向に移動させることなく、容易にかつ高精度に切削加工できる。そして、このような外端側面２１の加工により、シール中心線Ｌが弁体４の全周にわたって外端側面２１の幅内に収まるようにすることができ、優れたシール性が発揮されるようになる。

【0055】

さらに、切削刃等を用いた適宜の加工手段により、弁体４の上下にステム孔１０を切削加工し、一方、オリフィス側の弁翼整流部２３には、ドリルなどを用いて連通部（連通孔）２４を穿孔加工する。本実施形態において、９つの連通孔２４は、弁翼整流部２３に対し、φ５ｍｍの穴径により、図１に示す配置により設けている。また、ステム孔１０に対しては、適宜の治具を使用しつつ、ブローチ加工等によりステム嵌合用の六角穴を設けるようにし、最後に、必要に応じて、弁体４の面取りや表面加工を施すようにする。

【0056】

上述したように、弁体４を形成する場合には、鋳造加工と仕上げ加工（切削加工）とを連続的に施すことにより、これら以外の複雑な工程を経ることなく、簡便に製造可能となる。

【0057】

なお、一対の弁翼シール部２０は、ステム軸３の中心側に向いた面（中心側面）２２が同一平面上に位置するように、平行に位置ずれした状態で段違い形状に設けられていれば、ステム軸３に対して、オリフィス側が流路１１の二次側、ノズル側が流路１１の一次側に位置ずれした状態に設けることもできる。一対の弁翼シール部２０は、それぞれ同一の厚さ以外となる形状に設けられていてもよい。

【0058】

上記実施形態においては、「弁翼シール部２０の弁開直後の超微開状態」を、弁体４の回転角度が０度よりも大きく、１６度未満までの状態に設定しているが、弁開側の角度の上限は１６度未満に限ることはなく、弁翼シール部２０とシートリング５との隙間の大きさ、弁翼整流部２３とシートリング５との隙間の大きさ、圧力室Ｒの容積、連通部２４の大きさや数、総面積、弁体４への形成位置などを適切に設定することで、弁開側の角度の上限を１６度以上のより大きい角度、または１６度未満のより小さく角度に設定することもできる。

【0059】

圧力室Ｒは、その空間が断面略直方体形状以外の形状となるように設けてもよく、任意の形状に設けることもできる。何れの場合においても、圧力室Ｒは、より広い空間となるように設けることが望ましい。

【0060】

連通部２４は、オリフィス側の圧力室Ｒ内と、弁翼整流部２３の二次側（流路）とを連通可能であれば、必ずしも複数箇所に設ける必要はなく、弁翼整流部２３の一箇所に設けるようにしてもよい。さらに、連通部２４は、丸穴形状以外であってもよく、この連通部２４を弁翼整流部２３の複数箇所に設ける場合には、弁翼整流部２３に対して任意の位置に形成することもできる。連通部２４は、弁翼整流部２３の弁翼シール部２０との対向面２３ａに対して略垂直方向以外の方向に形成したり、それぞれの連通部２４を異なる向きに形成することもできる。このように連通部２４を各種の態様に設けることで、流量特性を任意に設定することも可能になる。

【0061】

続いて、本発明におけるバタフライバルブの上記実施形態における動作並びに作用を説明する。
図３のバルブ本体の全閉状態においては、弁翼シール部２０において、一点鎖線で示したシール中心線Ｌのシール位置よりも手前側の外端側面２１が、オリフィス側、ノズル側において、シートリング５の内周シール面６に当接した状態になっている。
この全閉状態において、弁体４の一対の弁翼シール部２０、２０が、これらの全外周側に渡ってシートリング５の内周シール面６に当接シールし、タイトシャット機能により漏れが確実に防がれる。

【0062】

図４、図５においては、バルブ本体１の微少流量時の状態を示している。この場合、バルブ本体１の弁体４は、オリフィス側の弁翼シール部２０に弁翼整流部２３を設け、弁翼シール部２０と弁翼整流部２３との間に圧力室Ｒを設け、弁翼整流部２３には連通部２４を貫通させると共に、圧力室Ｒ内の対向面２０ａ、２３ａを平行状態に形成して当該圧力室Ｒ内を平行滞留領域とし、この平行滞留領域Ｒに流体を滞留させて、連通部２４より流出させることにより流速を抑制するようにしている。これによって、弁翼シール部２０を通った流体の一部は、弁翼整流部２３とシートリング５との隙間に流れ込み、流体の残りの大部分は、圧力室Ｒ内にいったん滞留した後に、その一部が連通部２４から流出することにより、整流化を図るようになっている。

【0063】

この場合、圧力室Ｒ内の対向面２０ａ、２３ａを平行状態に形成し、当該圧力室Ｒ内を平行滞留領域としているので、この圧力室Ｒ内の空間が断面略直方体形状となり、圧力室が奥側に向けて狭まった断面略角錐形状の場合に比較して、より大きい容積を確保できる。そのため、圧力室Ｒ側に流れる流体は、この断面略直方体形状の圧力室Ｒ内により多く滞留し、この滞留量の増加により、流速を効果的に低減させた状態で連通部２４を通して二次側に流すことが可能となる。

【0064】

しかも、平行滞留領域Ｒの最奥部には、対向面２０ａ、２３ａに対して略垂直方向に形成した奥部面２５を設けていることで、圧力室Ｒに流れ込んだ流体は、この奥部面２５に対して略垂直方向から当たることで、その流速の低減効果が向上する。さらに、連通部２４は、対向面２３ａに対して略垂直方向に形成されているため、圧力室Ｒに流れ込んだ流体は、圧力室Ｒの奥に向かって流れた後、略直角に連通部２４に流れを曲げられることから、更なる流速の低減効果が発揮される。

【0065】

上記の微少流量時において、特に、図３の状態からステム軸３をごくわずかだけ弁開方向に回転した、弁翼シール部２０の弁開直後の超微開状態（例えば、弁体４の回転角度が０度よりも大きく１６度未満の状態）、例えば、図４に示した弁体４の回転角度を１２度の状態にしたときには、矢印に示すように、弁体４の二次側から連通部２４を通った流体が、圧力室Ｒ内に引き込まれ、圧力室Ｒ内の低圧状態を回復させるように構成している。

【0066】

これにより、超微開状態において、弁翼シール部２０とシートリング５との間の流路が絞られることでこの流路を流れる流体の流速が増大し、弁翼整流部２３側の圧力が極めて低くなろうとする場合にも、弁体４の二次側から引き込まれる流体によって圧力室Ｒ内の圧力を回復（上昇）させつつ、弁翼整流部２３側からの流体を二次側に流すことが可能になる。

【0067】

さらに、図５の微開状態、すなわち、弁体４の回転角度が１６度以上の状態では、弁翼シール部２０側をより多くの流体が流れる一方、弁翼整流部２３部分で流量が絞られる状態となることで、矢印に示すように、弁翼シール部２０側から圧力室Ｒ内に滞留した一部の流体は、連通部２４を通して二次側に流れるようになる。微少流量時には、弁翼シール部２０から圧力室Ｒに向かう流体は、いったん略垂直方向に流れの向きを変えられながら圧力室Ｒ内に流入し、さらに、対向面２０ａ、２３ａに対して略垂直方向に形成された連通部（連通孔）２４により、再度、垂直方向に流れの向きを変えられた状態で二次側に流れるようになる。

【0068】

このように、弁翼シール部２０側を流れるごくわずかな量の流体以外の大部分の流体が、連通部２４を経由して二次側に流れることで、流体を減衰させてその圧力が流体の飽和水蒸気圧を下回らないようにして、キャビテーションの発生を抑制し、渦の発生や騒音も防いでいる。

【0069】

上述したことから、特に、微少流量時には、圧力室Ｒ内に流体を滞留させることに有利となり、オリフィス側において、流体が弁翼シール部２０側を通過した後に、弁翼整流部２３とシートリング５との間に流入する流体の勢いを効率的に減じている。これにより、流体が、弁体４を通過するときに周囲に比較してより低圧な低圧部が発生することを阻止し、流体の蒸発による気泡の発生や蒸気泡の崩壊を確実に抑えてキャビテーションの発生を抑制できる。そのため、微少流量を細かく正確に調整しつつ、この微量の流体を安定して流すことが可能になる。

【0070】

上記のように、バルブ本体１の微少流量時において、図４における弁体４の超微開状態では、弁翼整流部２３側が過剰に低圧化することを防ぎ、一方、図５における弁体４の微開状態では弁翼整流部２３側の流速が大きくなり過ぎないように圧力室Ｒ及び連通部２４によって調整する機能を発揮し、これらの機能が微少流量時における弁開度の大きさによって適宜切り替わることで、超微開状態、微開状態の何れの微少流量時においても、確実にキャビテーション抑制機能を発揮する。この場合、超微開状態と微開状態とによる上記機能の切り替えは、例えば、各状態における弁翼シール部２０・弁翼整流部２３と、シートリング５との隙間の差によっておこなわれる。

【0071】

一例として、超微開状態は、（１）「弁翼シール部２０の外端側面２１と内周シール６とで形成される開口の面積」が、（２）「弁翼整流部２３の外端側面と内周シール６とで形成される開口の面積」よりも小さい状態とし、微開状態は（１）が（２）と同等以上となった状態とすることが考えられる。そのため、これらの隙間の差を予め調整することにより、微少流量時には、適宜の弁開度で上記の機能を切替えるようにすることもできる。

【0072】

弁翼シール部２０の外径よりも弁翼整流部２３の外径を小径としているので、弁翼シール部２０とシートリング５との間を通過した流体が、弁翼整流部２３とシートリング５との間を通過して流れようとするとき、超微開状態では、弁翼シール部２０とシートリング５との隙間よりも、弁翼整流部２３とシートリング５との隙間が大きくなる。このことから、弁翼整流部２３側に、弁翼シール部２０側を通過した流体が流れることが可能な大きさの流路を確保でき、流体が弁翼整流部２３を通過するときの乱流等の発生を抑え、キャビテーション抑制機能を向上に加えて、エロージョンの発生も抑えてシートリング５の浸食を防いでいる。

【0073】

圧力室Ｒ内の対向面２０ａ、２３ａを平行に形成して平行対向領域を設けていることにより、弁翼シール部２０に対して開口側が広がるように弁翼整流部２３を設ける場合に比較して弁体４を薄く形成でき、延いては、バルブ本体１の面間を小さく抑えてコンパクト化に寄与できる。

【0074】

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態の記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。

【0075】

例えば、上述した実施形態においては、バルブとしてバタフライバルブを例に挙げて説明したが、上記実施形態は、バルブの種類を限定せず、バルブの微開状態における微小流量の調節に有利な流体制御機構及び流体制御方法として捉えることもできる。

【0076】

具体的には、例えば、弁体による流体封止部の一次側と二次側との間に更に流体を滞留させる滞留領域を設け、この滞留領域の流体圧が一次側や二次側の流体圧よりも低下する場合に、二次側から滞留領域に流体を導入するようにして、滞留領域から二次側へ流れる流体の圧力低下を抑制する流体制御機構又は流体制御方法が考えられる。
このような機構によれば、例えば弁体の微開状態において、一次側から滞留領域に流入する流体よりも滞留領域から二次側に流出する流体が多い場合など、滞留領域の流体圧が低下しやすい状況では、滞留領域から二次側への流速が増大し、キャビテーションやエロージョンが発生しやすくなる場合であっても、二次側から滞留領域への流体の還流により、そのような現象が生じることを抑制することが可能となる。

【0077】

また、微開領域よりも開度が大きくなり、一次側から滞留領域に流入する流体が多くなれば、滞留領域の低圧化が生じなくなるため、一次側から流入した流体は、滞留領域で滞留し、二次側に流出する流体の速度を低下させることができるため、キャビテーション等の発生を抑制することが可能となる。

【0078】

このように、本発明によれば、微開領域では流体を還流させ、それ以上の開度では流体を滞留させることで、全開度域にわたってキャビテーション等の不具合の発生を抑制できる流体制御機構又は流体制御方法を提供することもできる。

【符号の説明】

【0079】

１ バルブ本体
２ ボデー
３ ステム軸
４ 弁体
５ シートリング
２０ 弁翼シール部
２０ａ 対向面
２３ 弁翼整流部
２３ａ 対向面
２４ 連通部
２７、２８ 翼状片
Ｒ 圧力室（平行滞留領域）
Ｔ （厚さ方向の）幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】