(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-13
(45)【発行日】2023-01-23
(54)【発明の名称】水用バタフライバルブ
(51)【国際特許分類】
F16K 47/02 20060101AFI20230116BHJP
F16K 1/22 20060101ALI20230116BHJP
【ＦＩ】
F16K47/02 E
F16K1/22 R
F16K1/22 H
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2019041950
(22)【出願日】2019-03-07
(65)【公開番号】P2019158146
(43)【公開日】2019-09-19
【審査請求日】2021-07-13
(31)【優先権主張番号】P 2018040274
(32)【優先日】2018-03-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】391048049
【氏名又は名称】滋賀県
(73)【特許権者】
【識別番号】000147291
【氏名又は名称】株式会社清水合金製作所
(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】井上 栄一
(72)【発明者】
【氏名】藤井 利徳
(72)【発明者】
【氏名】水谷 直弘
(72)【発明者】
【氏名】深尾 典久
(72)【発明者】
【氏名】今道 高志
(72)【発明者】
【氏名】山下 誠児
(72)【発明者】
【氏名】酒井 一昭
(72)【発明者】
【氏名】千野 一広
(72)【発明者】
【氏名】掛川 光彦
(72)【発明者】
【氏名】小川 和彦
【審査官】加藤 昌人
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－１２１９９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平０３－１１０１４８（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１０－０９０７４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００３／００４２４４８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】独国特許出願公開第１９８４６７２８（ＤＥ，Ａ１）
【文献】実公平３－５３０８９（ＪＰ，Ｙ２）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３１３４６５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｋ ４７／００－４７／１６
Ｆ１６Ｋ １／００－ １／５４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
円筒形状の弁箱内に円板状の弁体が弁軸を介して回動自在に設けられた水用バタフライバルブであって、前記弁体の少なくともオリフィス側又はオリフィス側とノズル側の外周から前記弁軸方向と交差する方向に沿って平行に列設状態に延伸された複数の整流板と、複数の前記整流板同士の間に前記弁箱内の流路の水中に含まれる気泡が流下可能なスロット状流路が列設されると共に、前記複数の整流板の外周面には、球面状部の弁座対向面が形成され、前記弁座対向面は、弁閉状態から中間開度状態までの範囲に設けられ、前記弁座対向面と前記弁座の隙間は、弁閉状態から中間開度状態まで一定とした縮流部とし、前記縮流部で増加した水中の気泡が他の気泡同士と干渉しない状態でオリフィス側の下流に設けられた前記整流板の前記スロット状流路を整流させながら流下させるようにしたことを特徴とする水用バタフライバルブ。
【請求項2】
前記整流板は、前記弁座対向面と、この弁座対向面の頂部から前記弁軸側に向けて形成されたテーパ部とで略三角形状を呈している請求項１項に記載の水用バタフライバルブ。
【請求項3】
前記スロット状流路の幅は、前記弁箱内の流路中に発生する気泡の直径と同等か、或は発生する気泡の最大直径より一桁大きい程度である請求項１又は請求項２に記載の水用バタフライバルブ。
【請求項4】
それぞれの前記スロット状流路の幅は、略等間隔に設けられている請求項１乃至３の何れか１項に記載の水用バタフライバルブ。
【請求項5】
前記スロット状流路の幅は、呼び径１５０～４００Ａにおいて、５～１０ｍｍに設定された請求項１乃至４の何れか１項に記載の水用バタフライバルブ。
【請求項6】
前記弁座対向面は、前記弁体の閉状態から中間開度状態までの範囲に設けられ、この弁座対向面の弁翼側領域の頂部付近が平にカットされた請求項１乃至５の何れか１項に記載の水用バタフライバルブ。
【請求項7】
前記弁座対向面は、前記弁体の閉状態から中間開度状態までの範囲に設けられ、この弁座対向面の弁翼頂部から前記弁軸の天地側に向けて略４５°方向を中心とする領域の頂部付近がそれぞれ平にカットされた請求項１乃至６の何れか１項に記載の水用バタフライバルブ。
【請求項8】
前記弁座対向面の先端側が流路方向に対して断面三角形状に形成されて案内面が設けられ、この案内面により流体を前記スロット状流路の方向に案内するようにした請求項１乃至７の何れか１項に記載の水用バタフライバルブ。
【請求項9】
前記整流板の根本付近の前記スロット状流路にアール面部が設けられた請求項１乃至８の何れか１項に記載の水用バタフライバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、開度変化における流量特性の適正化とキャビテーション発生の抑制とを兼ね備えたバタフライバルブに関し、特に、水道用配管ラインに好適であり、流量を所定の値に保つための流量制御に使用されることを前提に、キャビテーション抑制を実現した水用バタフライバルブに関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、バタフライバルブは、他の制御用バルブに比較して軽量であり、開閉に要するトルクが小さく、低価格でもあり、流量特性も良好であるなどの理由により広く用いられている。このことから、バタフライバルブは、例えば水道用配管にも、全閉又は全開で使用されるオン・オフ弁としての用途に加えて、流量制御弁として用いられることも多い。
【0003】
図２０においては、バタフライバルブを流量制御弁として用いる場合のキャビテーション流れの流路解析の模式図を示している。図に示すように、低開度（流路を絞ったとき）の状態では、この絞られた部分である縮流部、すなわち弁体周縁部とボデー側に設けられた弁座面付近では流速が速くなり、これに伴って流れの圧力が低下する。流体には通常の場合、撹拌等により空気を巻き込むため、目視では確認が難しい微小な気泡核（空気および流れている流体の蒸気を含む。）が含まれ、縮流部の圧力が流体の飽和蒸気圧力まで降下すると流体が気泡核の内部に向かって蒸発し始め、目視できる程度の大きさの気泡に成長する。（気泡核は流体が蒸発する空間を提供し、蒸発を促すトリガーの役割を果たしている。）この気泡は流体とともに下流側に流れる時間によって成長する。そして、気泡は、縮流部の通過後に流速の低下による圧力回復により即座に崩壊することになる。このような蒸気泡が形成される現象はキャビテーションと呼ばれ、蒸気泡が崩壊するときには圧力変動が生じて騒音や振動が発生しやすくなり、蒸気泡の崩壊により衝撃圧が生じることで、壊食（エロージョン）による破壊の原因にもなっている。
【0004】
縮流部よりも下流側において、流路方向の弁体の前縁側、すなわちオリフィス側では弁体を超えるように縮流が発生し、一方、弁体の後縁側、すなわちノズル側では配管の管壁に沿って管の上方のオリフィス側に向けて流れが生じる。これらオリフィス側からの縮流とノズル側からの流れが弁体の下流側で干渉することとなり、この干渉によって図２０の円で囲まれた領域に示すように、オリフィス側の管壁から弁体背面側に垂れ下がるように発達する、特異渦と呼ばれる渦状の気泡群が発生する。このため、弁体エッジ付近でキャビテーション気泡が発生してしまうと、縮流部（弁体）の下流側ではキャビテーション気泡が成長しやすくなり、この付近でもキャビテーションを抑制することが難しくなる。
【0005】
このように、縮流部付近、及び弁体の下流側にはキャビテーションが発生しやすいことから、バルブの使用範囲（用途）が制限されることがある。
これに対して、特に、飲料のための水道用としてバタフライバルブを用いる場合には、キャビテーション現象を確実に抑制して管内の破壊・摩耗などによる前記の悪影響を回避しつつ、その弁開度に応じて適正な流量特性を発揮させることが要求されている。
これに対して、特に、飲料のための水道用としてバタフライバルブを用いる場合には、キャビテーション現象を確実に抑制して管内の破壊・摩耗などによる前記の悪影響を回避しつつ、その弁開度に応じて適正な流量特性を発揮させることが要求されている。
【0006】
キャビテーション現象の対策を施したバタフライバルブとしては、例えば、特許文献１のバタフライ弁が開示されている。このバタフライ弁では、円筒状の弁本体内にシートリングを介して弁体が弁棒で回転可能に軸支され、弁体の外周縁とシートリングの内周面に互いに噛合し、密着する櫛歯と櫛歯状溝とが形成されている。これら櫛歯と櫛歯状溝とにより、弁閉時の流体漏れの阻止に加えて、弁開時には整流作用を働かせてキャビテーションを抑制しようとしている。
【0007】
特許文献２のバタフライ弁においては、双曲面を有する弁体本体部の外周部に、弁体閉じ方向に突出した環状板に多数の通孔が設けられた閉じ側と、櫛歯状の複数の突起部が突出形成された開き側とが設けられている。この弁ではオリフィス側の閉じ側による整流作用で流れを分散させることで下流側の負圧の発生を抑制しつつ、キャビテーションの成長も抑えようとしている。一方、ノズル側では、流体が、環状板の各通孔を通って弁体の周縁と弁箱内周面との間に放射状にガイドされつつ、下流側に流れるようになっている。
【0008】
特許文献３では、弁体の上流側背面及び下流側前面の周縁部近傍に複数のくし歯状突起が円弧状に設けられ、これらくし歯状突起の半径方向内側が凸状の緩やかな曲面で形成されている。この緩やかな曲面の裏面は椀形に形成され、この椀形部に流路軸線と平行な整流溝が設けられている。これにより、オリフィス側では、流体が弁体の周縁部から背面側に流れ、くし歯状突起同士のくし歯間隙、ゆるやかな曲面、椀形裏面の整流溝を通って流出されることで、乱流の少ないジェット流としてキャビテーションの発生を抑えようとしている。一方、ノズル側ではゆるやかな曲面からくし歯状突起同士のくし歯間隙を通る間に流れが細分化されて、ジェット流となって下流側に流出される。このジェット流は、オリフィス側から弁体の背面に沿って流れる流体と合流して下流側に流出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】実公平３－３２８４５号公報
【文献】特開２０１５－１２９５５０号公報
【文献】特許第３０８６７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
前述した特許文献１のバタフライ弁では、弁開時に弁体の櫛歯とシートリングの櫛歯状溝との隙間により流体を細いジェット流で流して耐キャビテーション性を向上しようとしているが、これら櫛歯と櫛歯状溝との間の縮流部付近では一時的に整流化を図ることは可能にはなるものの、弁体の下流側での整流化を図ることが困難となる。すなわち、流体が櫛歯と櫛歯状溝との間を通過する際に、激しい渦流れにより気泡が分裂・合体を繰り返して弁体下流側で成長し、オリフィス側、ノズル側からの流れが弁体下流側で干渉するために、この弁開下流側付近の特異渦によるキャビテーションを抑制することは難しい。
【0011】
これに加えて、このバタフライ弁では、櫛歯と櫛歯状溝とがテーパ状に形成され、これらの形成角度により流量特性が変化する態様であるために、弁体開度に応じて流量を所定の値に適正に保ちつつ流量制御することが難しくなる。
さらに、櫛歯状溝をゴム製シートリングの内周面に形成していることからシートリングの加工が複雑であり、その精度も要求されるという問題も有している。
さらに、櫛歯状溝をゴム製シートリングの内周面に形成していることからシートリングの加工が複雑であり、その精度も要求されるという問題も有している。
【0012】
特許文献２の場合、環状板に設けた多数の通孔を通過させて整流化を図ろうとしているが、この通孔を通過した流体が弁体下流側に分散することで相互に干渉して気泡群が発生しやすくなる。このため、このバタフライ弁では、弁体と弁箱の弁座側との間の縮流部付近から弁体の下流側の広い範囲にかけて特異渦が成長しやすくなり、開度変化における流量特性の適正を図りつつ、キャビテーションを抑制することが難しい。
【0013】
特許文献３のバタフライ弁では、弁体のくし歯状突起の間の整流溝で流体を細分化し、続いて、緩やかな曲面、整流溝を通過させて弁体背面側をジェット流とすることでキャビテーションを抑えようとしている。しかし、各くし歯状突起が載頭円錐状であることから、弁閉状態から弁開動作するときには突起の略円錐部分とシートリングの弁座部分との径方向の隙間が一定ではなくなり、弁開度に応じて縮流部を一定の割合に変化させるようになっていない。このため、このバルブは適正な流量制御が必要とされる箇所での使用には適していない。
【0014】
本発明は、上記の課題点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、弁体の低開度時の縮流部付近の整流化を図りつつ、弁体のオリフィス側の下流側での気泡同士の干渉によるキャビテーション発生や成長を抑制し、かつ特異渦の発達を抑制し、もって開度変化における流量特性の適正化とキャビテーション発生の抑制とを両立させた水用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】
【0015】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、円筒形状の弁箱内に円板状の弁体が弁軸を介して回動自在に設けられた水用バタフライバルブであって、弁体の少なくともオリフィス側又はオリフィス側とノズル側の外周から弁軸方向と交差する方向に沿って平行に列設状態に延伸された複数の整流板と、複数の整流板同士の間に弁箱内の流路の水中に含まれる気泡が流下可能なスロット状流路が列設されると共に、複数の整流板の外周面には、球面状部の弁座対向面が形成され、この弁座対向面は、弁閉状態から中間開度状態までの範囲に設けられ、弁座対向面と弁座の隙間は、弁閉状態から中間開度状態まで一定とした縮流部とし、この縮流部で増加した水中の気泡が他の気泡同士と干渉しない状態でオリフィス側の下流に設けられた整流板のスロット状流路を整流させながら流下させるようにした水用バタフライバルブである。
【0019】
請求項２に係る発明は、整流板は、弁座対向面と、この弁座対向面の頂部から弁軸側に向けて形成されたテーパ部とで略三角形状を呈している水用バタフライバルブである。
【0020】
請求項３に係る発明は、スロット状流路の幅は、弁箱内の流路中に発生する気泡の直径と同等か、或は発生する気泡の最大直径より一桁大きい程度である水用バタフライバルブである。
【0021】
請求項４に係る発明は、それぞれのスロット状流路の幅は、略等間隔に設けられている水用バタフライバルブである。
【0022】
請求項５に係る発明は、スロット状流路の幅は、呼び径１５０～４００Ａにおいて、５～１０ｍｍに設定された水用バタフライバルブである。
【0023】
請求項６に係る発明は、弁座対向面は、弁体の閉状態から中間開度状態までの範囲に設けられ、この弁座対向面の弁翼側領域の頂部付近が平にカットされた水用バタフライバルブである。
【0024】
請求項７に係る発明は、弁座対向面は、弁体の閉状態から中間開度状態までの範囲に設けられ、この弁座対向面の弁翼頂部から弁軸の天地側に向けて略４５°方向を中心とする領域の頂部付近がそれぞれ平にカットされた水用バタフライバルブである。
【0025】
請求項８に係る発明は、弁座対向面の先端側が流路方向に対して断面三角形状に形成されて案内面が設けられ、この案内面により流体を前記スロット状流路の方向に案内するようにした水用バタフライバルブ。
【0026】
請求項９に係る発明は、整流板の根本付近のスロット状流路にアール面部が設けられた水用バタフライバルブである。
【発明の効果】
【0027】
請求項１に係る発明によると、弁体の低開度時の縮流部付近の整流化を図り、オリフィス側とノズル側からの流れの干渉によって発生する特異渦の発達を抑制し、弁体下流側でのキャビテーション気泡群の成長を防ぐ。これにより、弁開度の変化における流量特性の適正化とキャビテーション発生の抑制とを両立させることができる。
【0028】
また、弁体が、平行に列設状態に延伸された複数の整流板と、整流板同士の間のスロット状流路と、整流板の外周面の球面状部からなる弁座対向面とを有し、この球面状部を弁体外周に沿って形成していることにより、弁体の低開度時には、球面状部により、弁座側との隙間をごくわずかな一定量に絞り、流体をスロット状流路に案内して優れた流量特性を発揮しつつ流体を流すことができる。しかも、球面状部と弁座との間からの漏れを抑えていることで耐キャビテーション効果も発揮する。整流板の間に設けたスロット状流路により、縮流部付近の整流化を図って流速の急激な増加による圧力低下を防止し、キャビテーションを抑制した状態で弁開度に応じた所定流量を流すことができる。これらのことから、球面状部で流量特性を向上し、整流板のスロット状流路で耐キャビテーション効果を高め、弁体のオリフィス側よりも下流側における整流化を図り、オリフィス側の流れとノズル側の流れとが合流する弁体下流側に生じる剥離域での激しい流体の衝突を防止し、気泡同士の干渉を抑制可能になる。これにより、弁体下流側の気泡群の成長を防いで特異渦の発達を抑制し、もって弁開度の変化に応じた流量特性の適正化とキャビテーション発生の抑制とを両立した水用バタフライバルブを提供できる。
【0029】
さらに、弁体の閉状態からキャビテーション発生が激しくなる中間開度状態までの範囲に弁座対向面を設け、この範囲内で弁座対向面と弁座との隙間を一定に設けていることで、この中間開度の範囲内で弁箱と整流板とを接触に近い状態にしてその絞られた隙間からの流れを防ぎ、スロット状流路の方向に水を案内させることが可能になる。これにより、縮流部の通過による特異渦の発達を抑制してキャビテーション抑制に寄与し、スロット状流路により整流作用が発揮されることで流量特性も向上し、閉状態から中間開度状態の範囲までに発生しやすいキャビテーションの成長の原因となる特異渦の発生を抑制すると共に、縮流部での水中の気泡同士の干渉による気泡の崩壊を確実に防ぐことが可能となり、キャビテーションの発生を著しく低減することができる。
【0030】
請求項２に係る発明によると、整流板が略三角形状を呈していることにより、整流板同士の間の略三角形状のスロット状流路を介してバルブの口径軸芯方向の流れを整流化しつつ、その広い接触面積により水の速度を減じてキャビテーション発生の抑制効果を向上する。
【0031】
請求項３に係る発明によると、スロット状流路の幅を、弁箱内の流路中に発生する気泡の直径と同等か、或は発生する気泡の最大直径より一桁大きい程度としていることにより、弁体のオリフィス付近から発生する気泡同士の干渉によるキャビテーション成長を抑制し、かつスムーズに流して整流化を図ることができる。
【0032】
請求項４に係る発明によると、スロット状流路の幅を略等間隔に設けることができ、精度を要することなく適宜間隔で設けることも可能であることから製作も容易になる。
【0033】
請求項５に係る発明によると、弁体の周縁と弁箱の弁座との隙間に生じる気泡の直径が最大５００μｍ程度の場合でも、スロット状流路を介して流体をスムーズに流すことができる。
【0034】
請求項６に係る発明によると、弁体の開方向への回転時には、弁座対向面における弁翼側領域の頂部付近のカット面がそれ以外の部分よりも早く弁座から離れることで、弁座対向面と弁座とが対向状態のときに発生するキャビテーションが、各整流板の頂部で一斉に生じないようにすることができる。これによって、弁体の同一開度で弁座対向面が弁座から一度に離れることを防ぎ、整流板外周面付近に発生しようとするキャビテーションを分散させて抑制することができる。また、弁体の閉方向への回転時においては、弁座対向面における弁翼側領域の頂部付近のカット面がそれ以外の部分よりも遅く弁座に近接することで、弁座対向面と弁座とが対向状態のときに発生するキャビテーションが、各整流板の頂部で一斉に生じないようにすることができる。これによって、弁体の同一開度で弁座対向面が弁座に一度に近接することを防ぎ、整流板外周面付近に発生しようとするキャビテーションを分散させて抑制することができる。
【0035】
請求項７に係る発明によると、弁体の開方向への回転時には、弁座対向面における天地側から略４５°付近の領域のカット面がそれ以外の部分よりも早く弁座から離れることで、弁座対向面と弁座とが対向状態のときに発生するキャビテーションが、各整流板の頂部で一斉に生じないようにすることができる。これによって、弁体の同一開度で弁座対向面が弁座から一度に離れることを防ぎ、整流板外周面付近に発生しようとするキャビテーションを分散させて抑制することができる。又、弁体の閉方向への回転時においては、弁座対向面における天地側から略４５°付近の領域のカット面がそれ以外の部分よりも遅く弁座に近接することで、弁座対向面と弁座とが対向状態のときに発生するキャビテーションが、各整流板の頂部で一斉に生じないようにすることができる。これによって、弁体の同一開度で弁座対向面が弁座に一度に近接することを防ぎ、整流板外周面付近に発生しようとするキャビテーションを分散させて抑制することができる。
【0036】
請求項８に係る発明によると、整流板の案内面によって弁座対向面と弁座との間の流体をスロット状流路の方向に案内し、各整流板の頂部と弁座の間の流速を低下させることによってキャビテーション発生を抑えることができる。
【0037】
請求項９に係る発明によると、整流板の根本付近のスロット状流路にアール面部を設けていることにより、このアール面部を通してスムーズに水が流れて微小開度時におけるキャビテーション発生を確実に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明のバタフライバルブの実施形態を示す一部切欠き側面図である。
【図2】弁体の第１実施例を示す斜視図である。
【図5】弁体の回転動作過程を示す概略断面図である。
【図6】比較品１のバタフライバルブを示す断面図である。
【図7】比較品２のバタフライバルブを示す断面図である。
【図8】供試品１と比較品との流量特性の比較を示すグラフである。
【図9】供試品１の正流れ、逆流れ時の流量特性を示すグラフである。
【図10】供試品１、比較品の弁開度に対するキャビテーション係数を示すグラフである。
【図11】本発明のバタフライバルブの他の実施形態を示す断面図である。
【図12】弁体の第２実施例を示す斜視図である。
【図13】弁体の第３実施例を示す斜視図である。
【図14】（ａ）は弁体の第４実施例を示す供試品３の斜視図である。（ｂ）は（ａ）の正面図である。
【図17】弁体の第５実施例を示す供試品４の正面図である。
【図19】供試品と比較品とのキャビテーション特性の比較を示すグラフである。
【図20】キャビテーション流れの流路解析を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0039】
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、図２～図４においては、バタフライバルブに用いられる弁体の第１実施例を示している。
【0040】
本発明のバタフライバルブは、弁箱（ボデー）１、弁体２、弁軸３を有し、弁箱１内に弁軸３を介して弁体２が回動自在に設けられる。このバルブの面間は、「日本水道協会 ＪＷＷＡ Ｂ１３８ 水道用バタフライ弁」の規定寸法に準じて設定される。
【0041】
図１に示した弁箱１は、ダクタイル鋳鉄などの金属材料により円筒形状に形成され、その内周面には、環状のシール用弁座４が流路５の方向に所定幅で一体に形成されている。弁箱１内の弁座４よりも下流側には、略球面状に広がるように凹状球面部６が形成され、この凹状球面部６に弁体２の外周の一部が（後述する球面状部からなる弁座対向面２２）が対向し、これにより、弁体２のノズル側（下流側）の流路が一定の開口面積に保たれている。図示しないが、弁座４の表面は硬質クロムめっき等のめっきが施され、弁箱１の内外面は、エポキシ樹脂粉体塗装などの塗装が施されている。
【0042】
図２～図４において、弁体２は、弁本体１０、シールリング１１、弁座押え１２を有し、弁軸３と弁箱内弁座４が偏心した一重偏心型（単偏心型）に構成される。弁本体１０、弁座押え１２は、ＳＣＳ１３などのステンレス材料により、例えばロストワックス鋳造で略円板状に形成される。これらがシールリング１１を挟んだ状態で一体化されることで弁体２が構成され、弁本体１０が下流側、弁座押え１２が上流側に配置された状態で、弁体２が弁箱１内に取り付けられる。
【0043】
弁本体１０は略円板状に設けられ、この弁本体１０の下流側の上下部には弁軸固定用の円筒部１３が形成される。円筒部１３内には弁軸３が挿入され、この状態で弁体２が弁箱１内に取付けられる。
【0044】
図２、図３、図４（ａ）において、弁本体１０のオリフィス側の背面側（下流側）には、複数の整流板２０が弁本体１０と一体に形成され、この整流板２０は、弁本体１０のオリフィス側外周から弁軸３方向と交差する方向、本実施形態では流路５方向に沿って平行に列設状態に延伸されるように形成される。複数の整流板２０を設けることで、各整流板２０同士の間には、スロット状流路２１が略等間隔に設けられる。
【0045】
弁開時には、スロット状流路２１を介して流体が流れ、このスロット状流路２１によって流体がバルブの流路５方向に整流化されつつ気泡と気泡との干渉が防がれる。これにより、後述するように弁体２の下流側に発生する特異渦の発生が抑えられ、キャビテーションの発生が抑制される。
【0046】
整流板２０の外周面には、弁本体１０の外周に沿うように弁座対向面２２が形成され、この弁座対向面２２は球面状部からなっている。球面状部２２の中心は、弁軸３固定用の円筒部１３の軸心Ｐと同軸となっている。球面状部２２の外径は、弁箱１内の弁座４内径よりもやや小径になるように形成され、これにより、弁箱１への弁体２の取付後には、球面状部２２と弁座４との間に隙間Ｇ（図１および図５（ｂ））が設けられ、この隙間Ｇにより弁体２回転時の弁座４との接触が防がれる。
【0047】
弁体２を回転したときには、球面状部（弁座対向面）２２が弁座４に対向した状態で近接する。この弁座対向面２２は弁座４の形状に近い形状に設けられている。
【0048】
図３（ａ）に示すように、球面状部２２は、弁体２の閉状態から中間開度状態までの範囲に設けられ、本実施形態では、弁体２の閉状態から弁開度４０°の中間開度状態までの範囲となる角度θにより設けられる。これにより、整流板２０が流路方向にその長さが大きくなるように形成され、この弁開度の範囲内では球面状部２２と弁座４との隙間Ｇが一定となる。球面状部２２は、任意の中間開度の弁開度となる角度θにより設けることができ、バルブのサイズ展開を考慮した場合、弁開度３０°～４５°の中間開度状態となる角度θで球面状部２２を設け、その外周を弁座４に対向させるようにするとよい。
【0049】
球面状部２２の中間開度側の終点である頂部にはアール状に面取りされたアール部２３が形成され、このアール部２３から弁軸３側に向けて直線状のテーパ面２４が形成されて、整流板２０の高さの軌跡が、球面状部２２とテーパ面２４とによる略三角形状を呈している。テーパ面２４の弁軸３側の端部２５は円筒部１３の側方まで延設され、テーパ面２４の長さが弁軸３付近から弁箱１内の管頂部付近までとなるように各整流板２０が形成される。
【0050】
【0051】
図２～図４において、整流板２０は適宜の枚数、間隔により形成可能であり、この整流板２０を予め所定間隔に設定することで、スロット状流路２１の幅Ｗが設定される。
幅Ｗは、弁箱１内の流路５中に発生する気泡の直径と同等か、或は発生する気泡の最大直径より一桁大きい程度に設定されている。本実施形態では、バタフライバルブの呼び径が１５０～４００Ａにおいて、５～１０ｍｍ程度に設定される。具体的には、例えば、φ１５０ｍｍのサイズのバルブでは５ｍｍ程度、φ３００ｍｍのサイズのバルブでは８ｍｍ程度とすればよい。幅Ｗを任意の大きさに設定することで、整流板２０間の開口面積を変えることも可能になっている。
幅Ｗは、弁箱１内の流路５中に発生する気泡の直径と同等か、或は発生する気泡の最大直径より一桁大きい程度に設定されている。本実施形態では、バタフライバルブの呼び径が１５０～４００Ａにおいて、５～１０ｍｍ程度に設定される。具体的には、例えば、φ１５０ｍｍのサイズのバルブでは５ｍｍ程度、φ３００ｍｍのサイズのバルブでは８ｍｍ程度とすればよい。幅Ｗを任意の大きさに設定することで、整流板２０間の開口面積を変えることも可能になっている。
【0052】
スロット状流路２１により弁体２と弁座４との間に形成される開口流路Ｓの面積は、幅Ｗが一定で弁開度に比例するように設定されている。そのため、弁開度に応じて弁座４の下流側で得られる流量が所定の値に保たれるようになっている。
【0053】
整流板２０は円筒部１３の流路側頂部付近まで延設し、円筒部１３と一体に成形することも可能ではあるが、この場合、弁軸３に干渉したり、偏心型の弁本体１０の弁軸３の天地部分で弁箱１と干渉しないようにする必要がある。このことから、整流板２０の高さは、本実施形態のように円筒部１３の高さよりも低くすることが望ましい。整流板２０をできるだけ大きく設ける際には、端部２５を円筒部１３との境界付近まで近づけるほうがよい。
【0054】
図３に示すように、弁本体１０における整流板２０の形成面との反対の外径面には段部状の環状溝部２６が形成され、この環状溝部２６には、シールリング１１の一部が嵌合状態で装着可能になっている。弁本体１０における環状溝部２６の内径側にはめねじ２７が所定間隔に設けられ、このめねじ２７には、六角穴付きボルトからなるボルト部材２８が螺合可能に設けられる。本例では、めねじ２７は同一ピッチ円で１０箇所に形成される。
めねじ２７よりもさらに内径側には肉盗み部２９が形成され、この肉盗み部２９により弁体２全体の軽量化が図られる。
めねじ２７よりもさらに内径側には肉盗み部２９が形成され、この肉盗み部２９により弁体２全体の軽量化が図られる。
【0055】
シールリング１１はゴム材料により環状に形成され、弁本体１０の環状溝部２６に嵌合可能な内径側の断面矩形状の装着部３０と、この装着部３０の外径側には弁座４に当接シール可能な突起状の弁座部３１とを有している。弁座部３１は弁体２の全閉状態時に弁座４に密着し、流路５を止水できるように設けられる。
【0056】
図２、図３、図４（ｂ）において、弁座押え１２は、その円形部分が弁本体１０と略同径に形成され、この弁座押え１２のノズル側の流路の表面側（上流側）には、複数の整流板４０が弁本体側と同じ枚数、間隔で弁軸３方向と交差する方向（流路方向）に沿って平行に列設状態に延伸されて一体に形成される。整流板４０の弁座押え１２表面方向の長さは、弁体２の直径の略５０％程度に形成される。整流板４０の外周面には、整流板２０と同様に球面状部２２、アール部２３、テーパ面２４が形成され、これら球面状部２２とテーパ面２４とにより、整流板４０の高さの軌跡が略三角形状に設けられる。
【0057】
この場合、弁軸３が弁閉状態から４０°回転した際に、整流板２０、４０の各アール部２３が弁座４の位置に配置されるように、整流板２０のアール部２３並びに端部２５、整流板４０のアール部２３並びにその弁軸方向の端部４１が略同一線上に配置される。整流板４０側の端部４１は、前述したように弁体２の直径の略５０％の位置まで延設される。
【0058】
整流板４０同士の間には、弁本体１０（オリフィス側）と同様にスロット状流路４２が幅Ｗで形成され、このスロット状流路４２によりバルブの流路方向に流体を整流化しつつ、弁開度に応じてノズル側に形成される開口流路Ｓの流量を確保して所定の流量特性が得られる。
【0059】
弁座押え１２の弁本体１０の環状溝部２６と対向する位置には環状段部４３が形成され、この環状段部４３にシールリング１１の装着部３０が係合可能になっている。環状段部４３の内径側におけるめねじ２７との対向位置には、ボルト部材２８挿入用の貫通孔４４が形成されている。この貫通孔４４の形成位置に対応して、整流板４０にはボルト部材２８の挿入のための切欠き部４５が設けられる。
【0060】
弁本体１０と弁座押え１２とは、環状溝部２６、環状段部４３の間にシールリング１１が装着されてこのシールリング１１を挟んだ状態で、ボルト部材２８のめねじ２７への螺合により固定されて一体化され、これにより弁体２が設けられる。ボルト部材２８の締付け後には、弁座部３１の先端側が弁本体１０、弁座押え１２の外径よりも外周側に突出した状態となる。
【0061】
弁体２の円筒部１３、１３には弁軸３が挿入され、弁軸３に形成されたテーパ孔４６に、円筒部１３の上から外ねじ４７付きのテーパピン４８が挿入される。外ねじ４７にナット４９が締め付けることで、テーパピン４８とナット４９とにより弁軸３が円筒部１３に固定される。
【0062】
本実施形態のバタフライバルブは、弁体２における弁軸３のない弁体表面を上流側とする流れを「正方向」とし、弁軸３を回転軸芯として弁開作動時に上流側に回動する側を前述の「オリフィス側」、下流側に回動する側を前述の「ノズル側」とするものとする。
【0063】
なお、前述した整流板は、少なくとも弁本体１０のオリフィス側の背面側に形成されていればよいが、本実施形態のように、オリフィス側の背面と弁座押え１２のノズル側の表面側の双方に整流板２０、４０がそれぞれ設けられていてもよい。
本例では、図１のバルブに対して右側から流体が流れるようになっているが、この流れが逆であってもよい。その場合、弁体２のオリフィス側、ノズル側も逆になり、前述の場合と同様の機能を発揮可能となる。
本例では、図１のバルブに対して右側から流体が流れるようになっているが、この流れが逆であってもよい。その場合、弁体２のオリフィス側、ノズル側も逆になり、前述の場合と同様の機能を発揮可能となる。
【0064】
各整流板２０、４０は、オリフィス側、ノズル側の何れにおいても、略三角形状のみならず半円状や略四角状の任意の形状に形成することもできる。
【0065】
弁座対向面２２は、弁体２の回転時に弁座４に対向した状態で近接させるようにすれば、球面状部以外の形状に設けることもでき、例えば、弁座対向面２２を構成する部分を直線状や多角形状に設けるようにしてもよい。これらの場合、整流板２０、４０が必要以上に大きいと流体抵抗が不必要に増大するため、弁体２の中間開度から全開までの開口流路Ｓの面積を確保し、確実に弁開度に応じて所定流量を得られるように整流板２０、４０の寸法や形状、枚数や間隔を適宜設定する必要がある。
【0066】
各整流板２０、４０は、弁軸３と交差する方向であれば、流路５方向に限らず流路５から任意の角度を設けて形成することもできる。
【0067】
スロット状流路２１、４２は、製造公差も考慮した上で略等間隔であればよく、多少の誤差が生じていてもよい。スロット状流路２１、４２の幅Ｗは、不等間隔に設けられていてもよく、この場合、整流板２０、４０の間隔を変えることで任意の大きさの幅Ｗに設定できる。例えば、図１において、弁体２の中央側（弁体２の弁翼付近）のスロット状流路２１、４２の間隔を狭くし、上下側（弁体２の天地付近）の間隔を広げるようにすれば、弁体２の低開度時の機能性を高めることができ、弁本体１０、弁座押え１２の製作も容易となる。スロット状流路２１、４２を不等間隔に設ける場合には、例えば、幅Ｗが、弁体２の中央付近で約５ｍｍ、上下付近で約１０ｍｍ程度になるように設定するとよい。
【0068】
弁軸３固定用の円筒部１３は、弁本体１０の上流側に設けられていてもよく、この場合、オリフィス側の整流板の表面方向の長さを弁体直径の略５０％程度に設け、流体との接触面積を大きくできる。
【0069】
図３（ａ）において、肉盗み部２９は弁本体１０側に限らず、弁座押え１２側、或は弁本体１０と弁座押え１２の双方に形成されていてもよく、これらの間に中空部を形成して弁体２全体の軽量化を図るものであれば、その態様にこだわることはない。また、肉盗み部２９を設けないようにしてもよい。
【0070】
次いで、上述した実施形態の図１のバタフライバルブについて、右から流した場合の弁開度に応じた流体の流れとその作用を説明する。
図５は弁体２を回転動作するときの過程の概略断面図を示している。流体は図において右側から左側に流れる。図５（ａ）においては、弁体２の弁開度０°の状態（全閉状態）を示しており、この場合、シールリング１１の弁座部３１が弁座４に密着し、流路５がシールされた状態にある。
図５は弁体２を回転動作するときの過程の概略断面図を示している。流体は図において右側から左側に流れる。図５（ａ）においては、弁体２の弁開度０°の状態（全閉状態）を示しており、この場合、シールリング１１の弁座部３１が弁座４に密着し、流路５がシールされた状態にある。
【0071】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の状態から弁軸３を左回転して弁体２を弁開度１０°に設けた状態を示している。このときには、オリフィス側、すなわち図の下部側において、弁体２の外周である弁座部３１と弁座４との間にわずかな隙間Ｇが生じ、この隙間Ｇから流体が左方向に流れ出す。隙間Ｇを通過した流体は、スロット状流路２１を通過して流路方向に整流化される。
【0072】
ノズル側（図５（ｂ）の上部側）においても、弁座部３１と弁座４との間にわずかな隙間Ｇが生じ、この隙間Ｇを介して流体が流れ出す。この流れは弁体２の外周と弁箱の内周との間の流路である凹状球面部６に導かれる。
【0073】
図５（ｃ）は、弁開度２０°まで弁体２を回転した状態を示している。この場合、オリフィス側において、整流板２０で囲まれたスロット状流路２１と弁座４との開口流路Ｓを中心に流体が流れる。流体が流れる際には、整流板２０により流路方向に整流化され、気泡と気泡との干渉が防がれてキャビテーションの発生が抑制される。
さらに、流体が整流板２０の側面に接触しながら流れることで側面との摩擦による摩擦損失が生じ、この摩擦損失により流速が減じられてキャビテーション発生がより一層抑えられる。
さらに、流体が整流板２０の側面に接触しながら流れることで側面との摩擦による摩擦損失が生じ、この摩擦損失により流速が減じられてキャビテーション発生がより一層抑えられる。
【0074】
弁体２のノズル側においても、整流板４０で囲まれたスロット状流路４２と、弁座４との開口流路Ｓを中心に流体が流下する。この流れは、弁体２の外周と弁箱１の内周との間の流路に導かれることで、所定の流量が維持された状態となる。
【0075】
図５（ｄ）は、弁開度４０°の状態を示している。この場合、オリフィス側では、開口流路Ｓからキャビテーションの発生が抑制された状態で流体が流下する状態が継続される。特に、流体がスロット状流路２１を通過することにより、弁開動作時からこの弁開度４０°までの範囲内で、所定の流量、例えばイコールパーセント特性（弁開度の増分と、容量係数（Ｃｖ値）の増加比率とが等しくなる特性）が得られる。
【0076】
弁体２のノズル側においても、スロット状流路４２と弁座４との開口流路Ｓからの流体の流下が継続される。特に、流体がスロット状流路４２を通過し、その後に弁体２の外周と弁箱１の内周との間の広がった流路である凹状球面部６に導かれることで上述したように所定流量が維持される。
【0077】
本実施形態では、弁座４が所定幅に設けられていることから、弁開度が４０°から弁開度４５°付近まで上記の状態が継続され、キャビテーションの抑制機能が確実に発揮される。
【0078】
図５（ｅ）は、弁開度６０°の状態を示している。弁開度４５°付近を超えると、オリフィス側においては、整流板２０が弁座４との対向状態から離れ、弁体２と弁箱１との間が大きく開いた状態となる。このため、流路が拡大して流量を増大させながら所定流量を確保することが可能となる。
【0079】
ノズル側においては、整流板４０が弁座４との対向状態から離れるが、引き続きこの整流板４０が凹状球面部６に対向しているため、流体がスロット状流路４２を中心に流れて所定の流量が維持される。
【0080】
図５（ｆ）は、弁開度９０°、すなわちバルブの全開状態を示している。この場合、ノズル側において、整流板２０が凹状球面部６との対向状態から離れることで弁体２と弁箱１との間が大きく開き、オリフィス側の開口状態とともに最大の流量が得られるようになる。
【0081】
以上のことから、本発明のバタフライバルブは、弁体２のオリフィス側とノズル側の複数の略三角形状の整流板２０、４０、これら整流板２０、４０同士の間に設けられるスロット状流路２１、４２、整流板２０、４０外周面の球面状部からなる弁座対向面２２を設けていることにより、弁開度０°よりも大きく弁開度４５°付近までの低開度から中間開度の弁開度の状態では、流体がスロット状流路２１、４２に沿って流路５の方向に流れ、それ以上の弁開度では大流量が確保される。
【0082】
低開度から中間開度の状態では、弁体２と弁座４との間に一定面積に設けた開口流路Ｓを介して弁開度の増加とともにリニア状に流量を増加させつつ所定流量を確保し、弁体２と弁座４付近との間の整流化を図ることが可能となる。この場合、オリフィス側にテーパ面２４の長さが弁軸３付近から弁箱１の管頂部付近までとなる整流板２０、ノズル側にその長さを弁体直径の略５０％程度に設けた整流板４０を有していることで、オリフィス側、ノズル側の双方で低開度時の縮流部の流路全体に渡って整流化でき、キャビテーション成長の原因となる特異渦の発生を抑制し、かつ縮流が最も激しくなる流路５の管頂部付近の流れの乱れも確実に防止する。
【0083】
整流板２０、４０を流路方向にも長く形成していることで、スロット状流路２１、４２による気泡の干渉防止機能が向上する。整流板２０、４０を流路５方向に平行に形成していることで、流体がスロット状流路２１、４２を通過するときの流体抵抗を抑え、気泡同士の干渉を極力抑える。
【0084】
整流板２０、４０にアール部２３、球面状部２２、テーパ面２４の角部にそれぞれアール面３２を設けていることにより、これらアール部２３、アール面３２に沿うように流体が流れることで、流れがスムーズになる。
【0085】
この場合、弁開度を絞った微小開度の縮流部において、特に、整流板２０によりオリフィス側における気泡同士の干渉による成長を防いでキャビテーションを抑制可能になる。
その結果、弁体２の下流側の剥離域では、オリフィス側とノズル側からの流れの激しい衝突を防止して特異渦の発達を防止できる。このように弁体２通過時の圧力損失を減少して剥離域における圧力低下を小さくし、気泡群の発達を防止することで、弁体５の下流域のキャビテーションの発生を確実に抑制でき、騒音や振動も小さくできる。
その結果、弁体２の下流側の剥離域では、オリフィス側とノズル側からの流れの激しい衝突を防止して特異渦の発達を防止できる。このように弁体２通過時の圧力損失を減少して剥離域における圧力低下を小さくし、気泡群の発達を防止することで、弁体５の下流域のキャビテーションの発生を確実に抑制でき、騒音や振動も小さくできる。
【0086】
図１のバルブに対して上記と逆の左から右に流体が流れる際には、弁座押え１２の整流板４０がオリフィス側となる。この場合にも、上記と同様に整流板２０、４０のスロット状流路２１、４２により整流化でき、特に、オリフィス側の整流板４０で気泡の成長を防ぎ、耐キャビテーション効果を発揮する。これにより、弁体２の下流側の特異渦の発達を防いでキャビテーションの発生を抑えつつ、優れた流量特性を維持しつつ流体を流すことができる。
【0087】
スロット状流路２１、４２の幅Ｗを、呼び径１５０Ａで５ｍｍ程度、３００Ａで８ｍｍ程度に設けていることで、弁体２の前縁付近に発生する気泡の最大直径が５００μｍ程度となる場合でも、この気泡をこのスロット状流路２１、４２を介して気泡同士の干渉を防ぎつつ滞りなく流すことができる。そのため、気泡群の繰り返しの分裂・合体による成長を抑えることが可能となる。
【0088】
これらのように、流れの圧力が下がる箇所である、弁体２と弁座４との間付近の縮流部、及び弁体２後縁側と弁箱１内管壁との間の縮流発生付近の気泡の干渉を抑制し、弁開度を絞った場合にもキャビテーションを抑制した状態で、その流量を所定の値に保ちつつ微小流量に制御でき、流量特性の適正化を図ることが可能となる。
【0089】
次に、本発明の前述した実施形態のバタフライバルブによる供試品と、その他の構造のバタフライバルブの流量特性を比較する。図６、図７においては、本発明のバタフライバルブとの比較用のバタフライバルブをそれぞれ示している。
【0090】
図６に示したバルブ（比較品１）５０は、整流板を有しない単偏心型のバタフライバルブであり、弁箱部５１、略平板状に形成されたジスク５２、ステム５３を有している。ジスク５２の上流側にはステム５３固定用の筒体部５４が形成され、この筒体部５４によりジスク５２がステム５３を介して回転可能に取付けられている。
【0091】
一方、図７に示したバルブ６０（比較品２）は、流体の整流化を図るための平板状の整流プレート６１を有する単偏心型のバルブであり、この整流プレート６１に加えて、弁箱部６２、略円板状のジスク６３、ステム６４を有している。ジスク６３の下流側にはステム６４固定用の筒体部６５が形成され、この筒体部６５によりジスク６３がステム６４を介して回転可能に取付けられる。整流プレート６１には整流用の複数の連通孔６６、切欠き溝６７が形成され、これらによりジスク６３の下流側で流体が整流化されるようになっている。
上記比較品１、比較品２は、本発明のバタフライバルブの供試品１と同じ呼び径の大きさで設けられる。
上記比較品１、比較品２は、本発明のバタフライバルブの供試品１と同じ呼び径の大きさで設けられる。
【0092】
図８において、前記供試品１、比較品１、比較品２の０°から９０°までの弁開度に対するＣｖ値の変化、すなわち流量特性の比較を示している。
このグラフより、供試品１は、１０°～８０°程度までの弁開度の領域において、比較品１、比較品２に比較して弁開度に対するＣｖ値が低くなる傾向にあり、弁開度の増加に伴うＣｖ値の増加も少ない。弁開度に対してＣｖ値の変化が小さいと、流量変化に対して弁開度の変化量が大きくなるため流量制御が容易となる。このことから、供試品１は、１０°～８０°までの流量制御性が向上し、特に、１０°～４０°の低開度において、比較品１、比較品２に比べて流量制御性を改善しつつリニア状に流体を流し、キャビテーションを抑制できることが確認された。これに加えて、供試品１は、低開度以降の弁開度において、弁開度の拡大に対するＣｖ値の増加がより大きいリニア状となることで流量を増加できることが確認された。
このグラフより、供試品１は、１０°～８０°程度までの弁開度の領域において、比較品１、比較品２に比較して弁開度に対するＣｖ値が低くなる傾向にあり、弁開度の増加に伴うＣｖ値の増加も少ない。弁開度に対してＣｖ値の変化が小さいと、流量変化に対して弁開度の変化量が大きくなるため流量制御が容易となる。このことから、供試品１は、１０°～８０°までの流量制御性が向上し、特に、１０°～４０°の低開度において、比較品１、比較品２に比べて流量制御性を改善しつつリニア状に流体を流し、キャビテーションを抑制できることが確認された。これに加えて、供試品１は、低開度以降の弁開度において、弁開度の拡大に対するＣｖ値の増加がより大きいリニア状となることで流量を増加できることが確認された。
【0093】
これらのことから、本発明のバタフライバルブである供試品１は、低開度領域では流量を絞りつつ整流化することで、流量特性の適正化とキャビテーション発生の抑制とを両立でき、低開度領域以降の弁開度では、弁開度の増大に伴って流量を増加させて所定流量を確保できるといえる。
【0094】
図９においては、供試品１に正方向の流れ（正流れ）、又は正方向とは逆方向の流れ（逆流れ）が生じるときの０°から９０°までの弁開度に対するＣｖ値の変化を示している。図に示すように、供試品１に対して逆方向に流体を流した場合にも、図８のグラフとほぼ同等の結果が得られた。このことから、流れ方向を限定することなくバルブを使用でき、正流れ或は逆流れの何れの流れ方向であっても、優れた流量特性と耐キャビテーション性とを両立できることが確認された。
【0095】
図１０においては、比較品１、供試品１の各バルブの中間開度でキャビテーションが発生したときに、その発生をキャビテーション係数として測定したグラフを示す。供試品１と比較品１とで同じ弁開度におけるキャビテーション係数を比較したところ、比較品１に比べて供試品１が大幅に低くなり、例えば、弁開度１０°では、比較品１の約１．１５に対して供試品１の正流れで約０．５となり、弁開度４０°では、比較品１の約２．５に対して供試品１の正流れで約０．９となった。キャビテーション係数は低いほど耐キャビテーション効果があることから、供試品１のほうが比較品１に比べてキャビテーションの抑制効果が高いことが確認された。
【0096】
さらに、この場合にも、上記と同様に流れ方向が変わったとしても（正方向、逆方向の何れの場合にも）弁開度に対するキャビテーション係数が大きく変わることはなく、比較品１に比べて供試品１のほうが低くなった。このことから、何れの流れ方向であっても供試品１が優れたキャビテーション抑制機能を発揮できるといえる。
【0097】
図１１においては、本発明のバタフライバルブの他の実施形態を示している。なお、以降において、前述した説明と同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。
このバタフライバルブは、弁箱７０、弁体７１、弁軸３、シールリング７３を有し、弁軸３と弁箱７０内に形成される弁座７４とが偏心されていない中心型のバルブとして構成される。この場合にも、前述の偏心型のバタフライバルブと同様に、ノズル側とオリフィス側のそれぞれに整流板７５が平行で列設状態に延伸され、これら複数の整流板７５同士の間にスロット状流路７６、整流板７５の外周面に球面状部からなる弁座対向面７７が形成され、これにより前記と同様の機能を発揮する。
このバタフライバルブは、弁箱７０、弁体７１、弁軸３、シールリング７３を有し、弁軸３と弁箱７０内に形成される弁座７４とが偏心されていない中心型のバルブとして構成される。この場合にも、前述の偏心型のバタフライバルブと同様に、ノズル側とオリフィス側のそれぞれに整流板７５が平行で列設状態に延伸され、これら複数の整流板７５同士の間にスロット状流路７６、整流板７５の外周面に球面状部からなる弁座対向面７７が形成され、これにより前記と同様の機能を発揮する。
【0098】
このように、偏心型の弁体のみならず、中心型の弁体７１にも本発明における構造を適用でき、この場合、整流板７５がオリフィス側とノズル側で同形状となり、弁体７１が弁軸３を中心とした点対称の形状となる。図においては、弁体７１が弁座７４に対して弁開方向に４０°回転した状態を示している。
【0099】
図１２においては、弁体の第２実施例を示したものである。この弁体８０においては、そのオリフィス側の片面の全面に渡って弁軸方向と交差する方向（本例では流路方向）に整流板８１が平行に列設され、この整流板８１の間にスロット状流路８２が形成される。このように、整流板８１の長さを弁体直径の５０％を越えるように形成したり、或は、図示しないが、弁体直径の５０％よりも短い長さに設けることもできる。整流板は、弁体全体の重量を考慮しつつ任意の長さや厚さ、形状に設けて所定の整流機能を発揮できる。
図に示すように、オリフィス側に大型の整流板８１を設けたときには、流れの干渉をより効果的に抑えることでキャビテーションの抑制機能が向上する。
図に示すように、オリフィス側に大型の整流板８１を設けたときには、流れの干渉をより効果的に抑えることでキャビテーションの抑制機能が向上する。
【0100】
図１３においては、弁体の第３実施例を示している。この弁体９０では、オリフィス、ノズル側の両面に整流板８１を設け、各整流板８１の間にスロット状流路８２を形成したものである。このように、図１２と同じ態様の整流板８１やスロット状流路８２を、ノズル側に設けることもできる。さらに、図示しないが、整流板８１とは異なる形状の整流板をノズル側に設けたり、その枚数や間隔をオリフィス側とは異なる状態に配置し、これによりスロット状流路の幅を変えることも可能である。
【0101】
図１４、図１５においては、弁体の第４実施例を示している。この弁体１００においても、前述の弁体と同様に弁座対向面（球状面部）１０１が閉状態から中間開度状態までの範囲に設けられる。そして、この弁体１００では、弁座対向面１０１の弁翼側領域Ｒの頂部付近が平にカットされたカット面１０２が形成され、このカット面１０２は、弁翼側頂部付近の任意の範囲の整流板２０、４０に対して、弁体１００の平面方向と略平行に形成されている。
【0102】
弁体１００を閉状態から弁開方向に回転させたときには、カット面１０２がそれ以外の部分よりも早く弁座４から離れるようになっている。この場合、図１５（ｂ）に二点鎖線で示した真円からなる止水面Ｃに比較して、カット面１０２を設けた部分が中心側にある。このため、図１５（ａ）の弁開度３０％付近から弁開度４０％を中心としてカット面１０２と弁座４とが対向状態から離れたときにこれらの間に流路が生じ、続いて、カット面１０２よりもシールリング１１側の弁座対向面１０１が弁座４から離れることで開口面積が変化するようになっている。
【0103】
図１４（ａ）、図１４（ｂ）に示すように、弁座対向面１０１の先端側には、流路方向に対して断面三角形状に形成された案内面１０５が設けられ、この案内面１０５により整流板２０、４０の深さ側に比べて頂部側のスロット状流路２１、４２が広くなっている。本例における案内面１０５は、各整流板２０、４０の流路方向と直交する弁翼頂部側の面と弁軸３天地側の面とのうち、弁翼頂部側の面が適宜の角度で切り欠かれた断面三角形状を成している。なお、案内面１０５は、弁軸３天地側の面に設けてもよい。
【0104】
このような案内面１０５を設けていることにより、弁体１００の先端部が弁座対向面１０１付近にあるときに、案内面１０５により弁座対向面１０１と弁座４との間の流体がスロット状流路２１、４２の方向に案内される。本例においては、図１５（ａ）における角度θが４０°の整流板２０、４０の弁座対向面１０１の先端側に案内面１０５が設けられていることで、弁開度４０％～４５％付近になったときにこの案内面１０５が弁座４に対向するようになっている。
【0105】
図１４、図１６に示すように、整流板２０、４０の根本付近のスロット状流路２１、４２には、アール面部１１０が形成される。アール面部１１０は、例えば３～５ｍｍ程度のアール寸法によって形成され、弁開度１５％付近になったときに弁座４に対向するようになっている。
【0106】
本例の弁体１００を弁閉状態から回転し、図１６に示す弁開度１５％付近の状態になったときには、図１６（ａ）のオリフィス側、図１６（ｂ）のノズル側のそれぞれにおいて、アール面部１１０が弁座４に対向し、このアール面部１１０を通して流体が矢印に示すようにスムーズに流れる。このように整流板２０、４０の根本付近のスロット状流路２１、４２のエッジ部位を無くしてアール面部１１０を設けていることで、スロット状流路２１、４２が弁座４に対向するときに急激な流速の上昇を抑制し、微小開度時におけるキャビテーションの発生を防いでいる。
【0107】
続いて、弁体１００を回転し、図１５（ａ）における弁開度が３０％～４５％付近となったときには、カット面１０２がシールリング１１側の弁座対向面１０１よりも早く弁座４から離れる。これにより、弁座対向面１０１と弁座４とが対向状態のときに発生するキャビテーションが、各整流板２０、４０の頂部で一斉に生じないようになっている。すなわち、弁体１００の同一開度で弁座対向面１０１が弁座４から同時に離れることを防止し、整流板２０、４０の外周面付近に発生しようとするキャビテーションを分散させて抑制することができる。
【0108】
弁体１００の弁座対向面１０１の先端部が弁座４付近（弁開度が４０％～４５％付近）にあるときには、案内面１０５が弁座４に対向した状態になる。図１４（ｂ）に示すように、案内面１０５は弁軸３天地側から略４５°の範囲の領域Ｔに設けられ、その先端側の弁翼頂部側に向かう面が断面三角形状であることから、この案内面１０５により弁座対向面１０１と弁座４との間の流体をスロット状流路２１、４２の方向に案内し、各整流板２０、４０の頂部と弁座４の間の流速を低下させてキャビテーション発生を抑えることができる。このように、弁翼頂部側に比較して弁開時に隙間が小さくなる弁軸３天地側から略４５°の範囲に案内面１０５を設けることで、この付近の流体を流れやすくして流速の上昇を抑えている。
【0109】
上述のことから、弁体１００を用いたバタフライバルブの場合には、特に、スロット状流路２１、４２と弁座４との間に流路が生じる弁開度１５％付近、及び弁座対向面が弁座から離れる弁開度４０％付近のキャビテーション抑制機能を向上させることができる。
【0110】
上記の弁体１００では、オリフィス側とノズル側との双方の弁座対向面１０１にカット面１０２、案内面１０５、アール面部１１０がそれぞれ設けられているが、オリフィス側のみにこれらが設けられていてもよい。さらに、弁座対向面１０１に対して、カット面１０２、案内面１０５のうち、何れか一方のみを設けるようにしてもよい。
【0111】
図１７、図１８においては、弁体の第５実施例を示している。この弁体１２０では、その弁座対向面（球状面部）１２１の弁翼頂部から弁軸３の天地側に向けて略４５°方向を中心とする領域Ｔ１において、弁座対向面１２１の頂部付近がそれぞれ平にカットされたカット面１２２が形成されている。
【0112】
弁体１２０を閉状態から弁開方向に回転させたときには、カット面１２２がそれ以外の部分よりも早く弁座４から離れるようになっている。この場合、図１８（ｂ）に二点鎖線で示した真円からなる止水面Ｃに比較してカット面１２２を設けた部分が中心側にあることで、図１８（ａ）の弁開度３０％付近から弁開度４０％を中心としてカット面１２２と弁座４とが対向状態から離れてこれらの間に流路が生じ、続いて、カット面１２２よりも弁翼頂部側の弁座対向面１２１が弁座４から離れることで開口面積が変化するようになっている。
【0113】
図１７、図１８（ａ）に示すように、整流板２０、４０の根本付近のスロット状流路２１、４２には、弁体１００の場合と同様に３～５ｍｍ程度のアール面部１１０が形成され、このアール面部１１０が弁開度１５％付近で弁座４に対向するようになっている。
【0114】
本例の弁体１２０の弁開操作時において、弁開度１５％付近の状態では、弁体１００の場合と同様に、アール面部１１０によってキャビテーション発生を抑制できる。
【0115】
弁開度３０％～４０％付近の状態においては、カット面１２２が弁翼頂部側の弁座対向面１２１よりも早く弁座４から離れる。これにより、カット面１２２と弁座４との間に流路が形成され、弁座対向面１２１と弁座４とが対向状態のときに発生するキャビテーションが、各整流板２０、４０の頂部で一斉に生じないようにすることができる。すなわち、弁体１２０の同一開度で弁座対向面１２１が弁座４から同時に離れることを防止し、整流板２０、４０の外周面付近に発生しようとするキャビテーションを分散させて抑制できる。
【0116】
これらのことから、弁体１２０を用いた場合にも、スロット状流路２１、４２と弁座４との間に流路が生じる弁開度１５％付近、及び弁座対向面１２１が弁座４から離れる弁開度４０％付近のキャビテーション抑制機能を向上できる。
【0117】
また、弁体の閉方向への回転時においては、弁座対向面における弁翼側領域の頂部付近のカット面がそれ以外の部分よりも遅く弁座に近接することで、弁座対向面と弁座とが対向状態のときに発生するキャビテーションが、各整流板の頂部で一斉に生じないようにすることができる。これによって、弁体の同一開度で弁座対向面が弁座に一度に近接することを防ぎ、整流板外周面付近に発生しようとするキャビテーションを分散させて抑制することができる。
【0118】
この弁体１２０では、オリフィス側とノズル側との双方の弁座対向面１２１にカット面１２２が設けられているが、このカット面１２２はオリフィス側のみに設けられていてもよい。
さらに、図示しないが、前記弁体１００と同様に、案内面を設けたり、弁座対向面の弁翼側領域付近に平なカット面を設けるようにしてもよい。
さらに、図示しないが、前記弁体１００と同様に、案内面を設けたり、弁座対向面の弁翼側領域付近に平なカット面を設けるようにしてもよい。
【0119】
次いで、上述した弁体１００、１２０の形状を有する供試品と、比較品とのキャビテーション特性を比較する。図１９のグラフにおいては、供試品と比較品とのキャビテーション特性をそれぞれ表し、弁開度に対するキャビテーション係数を示している。
【0120】
前述したカット面１０２、案内面１０５、アール面部１１０、カット面１２２のうち、供試品２は、カット面１０２、アール面部１１０を形成した弁体を装着したバルブであり、供試品３は、カット面１０２、案内面１０５、アール面部１１０を形成した弁体を装着したバルブであり、供試品４は、カット面１２２、アール面部１１０を形成した弁体を装着したバルブである。
一方、比較品３は、カット面１０２、案内面１０５、カット面１２２の何れも形成していない弁体を設けた比較用のバルブである。供試品２～４、比較品３について、カット面１０２、案内面１０５、アール面部１１０、カット面１２２の有無以外は同一形状とし、同一口径のバルブの弁開度に対するキャビテーション係数を測定した。
一方、比較品３は、カット面１０２、案内面１０５、カット面１２２の何れも形成していない弁体を設けた比較用のバルブである。供試品２～４、比較品３について、カット面１０２、案内面１０５、アール面部１１０、カット面１２２の有無以外は同一形状とし、同一口径のバルブの弁開度に対するキャビテーション係数を測定した。
【0121】
図１９において、比較品３の場合には、弁開度１５％付近、４０％付近のキャビテーション係数がその他の弁開度に比較してそれぞれ大きくなり、弁開度の増加に対してキャビテーション係数が一定の割合で増加する特性になっていない。すなわち、弁開度１５％付近、４０％付近では、その他の開度に比較してキャビテーションが発生しやすくなる。
【0122】
これに比較して、供試品２のカット面１０２、アール面部１１０を設けた場合、及び供試品４のカット面１２２、アール面部１１０を設けた場合には、それぞれアール面部１１０によって弁開度１５％付近のキャビテーション係数の増加は抑えられている。弁開度４０％付近においては、供試品２、供試品４の双方で比較品３に比べてキャビテーション係数の増加割合は低くなってはいるものの、その他の開度に比べてキャビテーション係数の増加を抑えているとは言い難い。
【0123】
供試品３のように、カット面１０２と共に案内面１０５を設けた場合には、弁開度４０％付近のキャビテーション係数の増加を抑えることができ、一方、アール面部１１０を設けていることで、弁開度１５％付近のキャビテーション係数の増加も抑えている。
【0124】
これらのことから、弁体に対して、カット面１０２、案内面１０５、アール面部１１０、カット面１２２をそれぞれ設けた場合には、キャビテーション発生を抑制できることが確認された。特に、供試品３のようにカット面１０２及び案内面１０５、アール面部１１０を設けた場合には、弁開度１５％付近及び４０％付近のキャビテーション係数の増加を抑制し、弁開度の増加に対してキャビテーション係数が略リニア状に増加する特性にできるため、特定の弁開度でキャビテーションが発生しにくく、より安定したキャビテーション特性を発揮する弁体が得られる。
【0125】
以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態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。
【符号の説明】
【0126】
１ 弁箱（ボデー）
２、１００、１２０ 弁体
３ 弁軸
４ 弁座
５ 流路
２０、４０ 整流板
２１、４２ スロット状流路
２２、１０１、１２１ 球面状部（弁座対向面）
２３ 頂部
２４ テーパ部
１０２ カット面
１０５ 案内面
１１０ アール面部
１２２ カット面
Ｇ 隙間
Ｒ 弁翼側領域
Ｗ 幅
２、１００、１２０ 弁体
３ 弁軸
４ 弁座
５ 流路
２０、４０ 整流板
２１、４２ スロット状流路
２２、１０１、１２１ 球面状部（弁座対向面）
２３ 頂部
２４ テーパ部
１０２ カット面
１０５ 案内面
１１０ アール面部
１２２ カット面
Ｇ 隙間
Ｒ 弁翼側領域
Ｗ 幅
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】