特許 7350780 中心型バタフライバルブ

(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】2023-09-15

(45)【発行日】2023-09-26

(54)【発明の名称】中心型バタフライバルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 1/226 20060101AFI20230919BHJP

【ＦＩ】

F16K1/226 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020562441

(86)(22)【出願日】2019-12-26

(86)【国際出願番号】 JP2019051263

(87)【国際公開番号】W WO2020138347

(87)【国際公開日】2020-07-02

【審査請求日】2022-12-14

(31)【優先権主張番号】P 2018248555

(32)【優先日】2018-12-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2018248557

(32)【優先日】2018-12-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】五味 健

【審査官】篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】実開昭６０－０１２７６２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開平０４－０２２６５９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】中国実用新案第２０６７７０６２８（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国特許出願公開第１０５００３６６８（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０６０１７７７７（ＣＮ，Ｕ）

【文献】独国特許出願公開第０４３３７５５８（ＤＥ，Ａ１）

【文献】実開昭６０－１８８２６８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許第１１４２８３２６（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ １／２２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上下に設けた天地ボス面と弁翼外周端に設けた外周シール部を有する弁体をステムを介して円筒型のボデー内に回転自在に設けるとともに、前記外周シール部は、一次側と二次側に位置する２条のアール形状の頂部と前記頂部の間に位置するアール形状の谷底部とをなだらかに繋いだ断面Ｍ字状部とすると共に、この断面Ｍ字状部は、全閉状態において２条の頂部が押し潰され、かつそれ以外の部分が前記谷底部の空間方向に移動して前記頂部により２つの線状シール部が形成され、前記ボデーの内周面には円弧面からなるシール面を有し、前記弁体の弁翼外周端が前記ボデーの円弧面に接したとき、前記断面Ｍ字状部の谷底部が前記円弧面と略接した状態となることを特徴とする中心型バタフライバルブ。

【請求項2】

前記断面Ｍ字状部の２条の頂部付近は、互いに略同一のアール寸法を有し、かつ前記頂部付近のアール寸法に対し前記谷底部のアール寸法が１／２～２倍程度の範囲である請求項１に記載の中心型バタフライバルブ。

【請求項3】

前記天地ボス面と前記断面Ｍ字状部の頂部とは、前記弁体の中心から略同一半径の球面の一部を成している請求項１に記載の中心型バタフライバルブ。

【請求項4】

前記天地ボス面を球面状とするとともに、この天地ボス面の球面を弁翼部側に連続的にわずかに延ばした延伸部を設けた弁体を有する請求項３に記載の中心型バタフライバルブ。

【請求項5】

前記天地ボス面から前記弁翼部の前記弁翼外周端の断面Ｍ字状部の前記谷底部までをなだらかな傾斜面で繋げた請求項４に記載の中心型バタフライバルブ。

【請求項6】

前記延伸部は、前記弁翼外周端の頂部の位置で最も弁翼部側に延伸し、且つ、この最も延伸した位置に向かって徐々に幅が狭くなる形状を有している請求項４又は５に記載の中心型バタフライバルブ。

【請求項7】

前記断面Ｍ字状部の前記谷底部の弁体中心からの距離は、前記ボデーの内周面の弁体中心からの距離と略同一とした請求項１に記載の中心型バタフライバルブ。

【請求項8】

前記天地ボス面の前記ステムの外周囲には、環状の隙間を設けた請求項１に記載の中心型バタフライバルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中心型バタフライバルブに関し、特に、弁体の弁翼外周端に断面Ｍ字状の外周シール部を設け、弁体周囲とステム周囲のシール性の向上と開閉操作トルクの低減を図った中心型バタフライバルブに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、バタフライバルブは、シンプルな構造で小型・軽量であり、他の弁種に比較して面間寸法を小さくすることができる構造上のメリットと、９０度の操作範囲で弁の開閉操作を行うことができるので自動操作化に適するとともに、流量制御に優れるという機能上のメリットを併せ持つため、給排水、空調設備、工場プロセス等各種の場面において様々な形態で広く使用されている。

【0003】

バタフライバルブは、内部に流路が形成されているボデーと、ボデーに支持されるステムと、ボデーの流路に配置されかつステムと共に回転するようにステムに固定的に取り付けられた弁体とを備え、ステムを用いてボデー内で弁体を回転させ、弁体の外周部をボデーに形成した流路の内周面に圧接、離間させることにより、弁を開閉することができるように構成されている。

【0004】

そのため、このようなバタフライバルブでは、弁体とボデー内部に形成した流路の内周面との間及びステム周囲のシール性を確保して流体の漏れを防止するとともに、弁開閉時の操作トルクを抑えて操作性を向上することが特に重要になる。

【0005】

閉弁時のシール性の向上と弁開閉時の操作トルクの軽減を図った中心型バタフライバルブとして、例えば特許文献１には、弁体に弾性シール部材を被覆定着し、ボス面に環状の突起を、弁翼部外周端に円周突起をそれぞれ形成し、環状突起と円周突起とを段差のない状態で連続させた中心型バタフライバルブが開示されている。

【0006】

この中心型バタフライバルブでは、円周突起と環状突起の連結部を段差のない状態で連結しているので、ステム周囲からの流体のリークを防止してシール性を発揮することができるとともに、環状突起と円周突起を断面円弧状に設けているため、閉弁時の環状突起と円周突起の潰し代が小さく変形し易いので、弁の開閉操作トルクを小さくすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開昭６１－１４０６７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１に開示された中心型バタフライバルブでは、弁の開閉操作トルクを小さくするため、断面円弧状の環状突起と円周突起の幅を弁翼部の弾性シール部材の幅よりも小さく形成することにより閉弁時における環状突起と円周突起の潰し代を小さくしているので、閉弁時に円周突起が押し潰されても弁翼部の面圧が均一となりにくく、シール性に問題がある。

【0009】

また、この幅が小さく形成された断面円弧状の環状突起と円周突起は、閉弁時に内部流路のシール面と接触することにより局部摩擦力を生じた際に応力が集中して破断の起点が発生し易く、耐久性に問題がある。

【0010】

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、弁体周囲とステム周囲に良好なシール性を備えるとともに開閉操作トルクが小さく、また耐久性に優れた中心型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】

【0011】

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、上下に設けた天地ボス面と弁翼外周端に設けた外周シール部を有する弁体をステムを介して円筒型のボデー内に回転自在に設けるとともに、外周シール部は、一次側と二次側に位置する２条のアール形状の頂部と頂部の間に位置するアール形状の谷底部とをなだらかに繋いだ断面Ｍ字状部とすると共に、この断面Ｍ字状部は、全閉状態において２条の頂部が押し潰され、かつそれ以外の部分が谷底部の空間方向に移動して頂部により２つの線状シール部が形成され、ボデーの内周面には円弧面からなるシール面を有し、弁体の弁翼外周端がボデーの円弧面に接したとき、断面Ｍ字状部の谷底部が円弧面と略接した状態となる中心型バタフライバルブである。

【0012】

請求項２に係る発明は、断面Ｍ字状部の２条の頂部付近は、互いに略同一のアール寸法を有し、かつ頂部付近のアール寸法に対し谷底部のアール寸法が１／２～２倍程度の範囲である中心型バタフライバルブである。

【0013】

請求項３に係る発明は、天地ボス面と断面Ｍ字状部の頂部とは、弁体の中心から略同一半径の球面の一部を成している中心型バタフライバルブである。

【0014】

請求項４に係る発明は、天地ボス面を球面状とするとともに、この天地ボス面の球面を弁翼部側に連続的にわずかに延ばした延伸部を設けた弁体を有する中心型バタフライバルブである。

【0015】

請求項５に係る発明は、天地ボス面から弁翼部の弁翼外周端の断面Ｍ字状部の谷底部までをなだらかな傾斜面で繋げた中心型バタフライバルブである。

【0016】

請求項６に係る発明は、延伸部は、弁翼外周端の頂部の位置で最も弁翼部側に延伸し、且つ、この最も延伸した位置に向かって徐々に幅が狭くなる形状を有している中心型バタフライバルブである。

【0017】

請求項７に係る発明は、断面Ｍ字状部の谷底部の弁体中心からの距離は、ボデーの内周面の弁体中心からの距離と略同一とした中心型バタフライバルブである。

【0018】

請求項８に係る発明は、天地ボス面のステムの外周囲には、環状の隙間を設けた中心型バタフライバルブである。

【発明の効果】

【0020】

請求項１に係る発明によると、弁体の弁翼外周端に設けた外周シール部を断面Ｍ字状部としたことで、弁閉時には線状のシール部が平行に２条形成され、このうち一次側に位置する線状のシール部に集中して流体圧の負荷がかかることによって高いシール面圧が発生するので、良好なシール性を得ることができる。

【0021】

また、平行に２条形成される線状のシール部は、弁体の弁翼外周端の全体にわたって弁体中心から等距離に形成されるので、弁体の弁翼外周端に均一な面圧が得られ、良好なシール性を得ることができる。

【0022】

さらに、弁の開閉に応じ、弁翼外周端の外周シール部は繰り返し押圧され、特に断面Ｍ字状部の谷底部付近は繰り返し圧縮力を受けるが、外周シール部は、アール形状の頂部とアール形状の谷底部とをなだらかに繋いだ断面Ｍ字状部となっているため、応力集中の発生を抑制して破断の起点の発生を防ぐので、外周シール部の耐久性を向上させることができる。
この場合、ボデーの内周面を円弧面としたことにより、頂部を球面に形成した天地ボス面を均一に押圧し、弁体の天地ボス面において良好なシール性を得ることができる。
また、ボデーの内周面を円弧面としたことにより、この円弧面の範囲内であれば弁翼外周端に均一な面圧を加えることができるため、弁体の閉止位置が多少ずれた場合であっても、そのずれが円弧面の形成された範囲内であればシール性に影響することがなく、安定したシール性を得ることができる。
弁体の弁翼外周端がボデーの円弧面に接したときに、断面Ｍ字状部の谷底部が円弧面と略接した状態となることで、閉弁時に谷底部の弾性体の移動量を極少化若しくはゼロにできることに加え、シール面により押し潰された頂部を谷底部の方向に逃がすことで他の部位への影響を少なくし、外周シール部への過剰な応力の発生を防止して弁の開閉操作トルクの上昇を抑制できる。このとき、頂部の押し潰された部分の弾性材が、断面Ｍ字状部の２つの頂部間に存在する空間の方向に移動し易くなることで、外周シール部の断面Ｍ字状部の弾性材の面圧が過剰に高くなることを防ぐことによっても開閉操作トルクの上昇を抑制できる。

【0023】

請求項２に係る発明によると、外周シール部の断面Ｍ字状部の頂部及び谷底部のアール寸法を互いに近い範囲に形成することにより、閉弁時に断面Ｍ字状部に発生する応力を効果的に分散することができるため、外周シール部における応力の集中的な発生を防止し、外周シール部の耐久性を向上させることができる。

【0024】

請求項３に係る発明によると、天地ボス面と弁体の弁翼外周端に設けた外周シール部の断面Ｍ字状部の頂部は、弁体の中心から略同一半径の球面の一部を成しているため、弁の全閉時には天地ボス面を被覆した弾性材と弁翼部の外周シール部が均一に押し潰されるので、弁体の全周に亘り良好なシール性を得ることができる。

【0025】

請求項４に係る発明によると、天地ボス面を球面状とするとともに、天地ボス面の球面を弁翼部側に連続的にわずかに延ばした延伸部を設けた弁体を有するため、弁の全閉時にはボデーのシール面からの押圧力により、弁体の天地ボス面を被覆した弾性材と弁翼部の外周シール部が均一に押し潰されるので、弁体の全周に亘り良好なシール性を得ることができる。

【0026】

また、天地ボス面の球面を弁翼部側に連続的にわずかに延ばした延伸部を設けたことにより、天地ボス面と弁体外周端との間が連続的に繋がり、全閉位置では天地ボス面から弁体外周端の断面Ｍ字状部の頂部にかけて被覆した弾性材が均一に押しつぶされるため、漏れにつながるような部位が生じ難いので、ステム周囲のシール性を向上させることができる。

【0027】

請求項５に係る発明によると、天地ボス面から弁翼部の外周端部の断面Ｍ字状部の谷底部までをなだらかな傾斜面で繋げるため、天地ボス面がボデーのシール面で押圧された際の外周シール部での応力集中の発生を抑制し、外周シール部の耐久性を向上させることができる。

【0028】

請求項６に係る発明によると、延伸部は弁翼外周端の頂部の位置で最も弁翼部側に延伸し、この最も延伸した位置に向かって徐々に幅が狭くなる形状を有しているため、天地ボス面と弁翼外周端部の断面Ｍ字状部の頂部とを連続的、且つなだらかに接続することができるので、全閉位置では天地ボス面から弁体外周端の断面Ｍ字状部の頂部にかけて弾性材が均一に押圧されるとともに、弾性材に応力の集中が生じ難く、弁体の周囲とステム周囲のシール性を向上させることができる。

【0029】

請求項７に係る発明によると、外周シール部の断面Ｍ字状部の谷底部の弁体中心からの距離は、ボデーの内周面の弁体中心からの距離と略同一としているため、弁体が全閉位置となってもボデーの内周面により断面Ｍ字状部の谷底部が押圧されることが殆んどなく、谷底部の弾性材の移動量が少ないことに加え、ボデーの内周面により押圧された外周シール部の断面Ｍ字状部の頂部部分が押し潰されてこの谷底部の方向に逃げることができるので、外周シール部の他の部位への影響が少なく、外周シール部全体として弾性材の変位が抑制されることにより、弁の開閉操作トルクを軽減することができる。

【0032】

請求項８に係る発明によると、天地ボス面のステムの外周囲には環状の隙間を設けているため、常にボデーの内周側により圧接されることにより生じる天地ボス面を被覆した弾性材の移動分をこの環状の隙間に逃がし、天地ボス面の面圧が過剰に高くなって開閉操作トルクが増大することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明における中心型バタフライバルブの外観を示す斜視図である。

【図2】図１の中心型バタフライバルブの流路方向の縦断面図である。

【図3】図１の中心型バタフライバルブの流路に垂直な方向の縦断面図である。

【図4】図２のＡ－Ａ線断面図である。

【図5】本発明における中心型バタフライバルブの弁体の外観を示す斜視図である。

【図6】図５の弁体の正面半裁断面図である。

【図7】図５の弁体の平面図である。

【図8】（ａ）は図６の弁体のＢ－Ｂ線断面図であり、(ｂ)は(ａ)のａ部拡大図である。

【図9】本発明における中心型バタフライバルブの全閉位置でのボデーのシール面から外周シール部に作用する面圧の大きさと弾性材の変位方向を模式的に示した図である。

【図10】図２の中心型バタフライバルブのａ部拡大図である。

【図11】（ａ）は図７の弁体のＤ－Ｄ線部分拡大端面図であり、（ｂ）は図７の弁体のＥ－Ｅ線部分拡大端面図である。

【図12】本発明における中心型バタフライバルブの他の実施例の弁体の平面図である。

【図13】本発明における中心型バタフライバルブの閉弁時の作動状況及び弁体の外周シール部に断面Ｍ字状部を設けた効果を説明する図面である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下に、本発明における中心型バタフライバルブの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明における中心型バタフライバルブの外観を示す斜視図であり、図２は、流路方向の縦断面図であり、図３は、流路に垂直な方向の縦断面図である。

【0035】

図１、図２及び図３において、中心型バタフライバルブ（以下、バルブ本体１という。）は、円筒型のボデー２、弁体３、上部ステム４及び下部ステム５を有している。

【0036】

ボデー２は、例えばダクタイル鋳鉄などの鋳鉄により一体に成形され、図１及び図２に示すように、ボデー２の内部には、ボデー２を貫通する流路６が設けられるとともに、ボデー２の外部には、上側に上部ステム４を挿通させる上部軸挿筒７、下側に下部ステム５を挿通させる下部軸挿筒８を備え、また、ボデー２の両端側の外周部にグルーブ（溝）９、９が設けられている。

【0037】

このグルーブ９、９は、このバルブ本体１に接続される図示しない配管側にも同様に設けられており、図示しないハウジングでバルブ本体１と配管の接続部を跨いで両側のグルーブを挟み込んで固定し、バルブ本体１と配管とを接続（グルーブ接続）することができる。

【0038】

なお、本実施例では、施工時間を短縮するためにグルーブ接続方式を採用したが、本発明における中心型バタフライバルブは、グルーブ接続方式に限定されることなく、フランジ接続方式等の他の接続方式にも採用することもできる。

【0039】

図２は、バルブ本体１の流路６に沿う方向の縦断面図であり、図３は、バルブ本体１の流路６に垂直な方向の縦断面図であって、両図とも全閉状態を示している。弁体３は、ボデー２の内部に設けた流路６の中心位置に配置されており、その上下に上部ステム４及び下部ステム５が装着され、回転自在に設けられている。流路６の内周面１１には塗装処理等のみが施され、ゴム等によるライニングは施されていない。

【0040】

図４は、図２のＡ－Ａ断面図であり、ボデー２の内部に設けた流路６の詳細な形状を示している。図４において、流路６の内周面１１の中央付近には、弁体３の中心Ｏを中心とする半径Ｒ１の円弧面１２が、上部ステム４及び下部ステム５を挿通させる部分を除いて全周に亘り形成され、ボデー２側のシール面１３を構成している。

【0041】

このように、ボデー２の内周面１１に円弧面１２を形成したことにより、後述するように、頂部を球面に形成した天地ボス面１９、２０を均一に押圧することが可能となり、弁体３の天地ボス面１９、２０において良好なシール性を得ることができる。

【0042】

また、ボデー２側の弁体全閉位置付近に円弧面１２によりシール面１３を形成したことにより、この円弧面１２の範囲内であれば弁体３の弁翼外周端２４に均一な面圧を加えることができる。このため、弁体３の閉止位置が、弁体が流路方向に対して垂直である全閉位置から多少ずれた場合であっても、そのずれが円弧面１２の形成された範囲内であれば、シール性に影響することがなく安定したシール性を得ることができる。

【0043】

この円弧面１２の形成角度θの範囲は、弁体３の動作角度に対し１割以上（９度以上）であることが好ましいが、形成角度θを大きくすると円弧面１２に形成したシール面１３の弁口径が狭くなってＣｖ値を減少させるので、Ｃｖ値の許容範囲を考慮して設定する必要がある。また、本実施例のように一体型のボデーを採用した場合には、弁体を流路の口径部から挿入して組み立てることも考慮する必要がある。

【0044】

続いて、図面に基づいて弁体３の構成を詳細に説明する。図５は弁体３の斜視図であり、図６は弁体３正面の半裁断面図であり、図７は弁体３の平面図であり、図８は図６のＢ－Ｂ断面図である。

【0045】

弁体３は、図５、図６及び図８（ａ）に示すように、芯金１４の外周囲を弾性材１５で被覆して構成されている。本例では、芯金１４にはステンレス鋼を使用し、弾性材１５にはＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）を使用している。なお、弁体３は、このように芯金の表面を弾性材で被覆したライニング弁体に限らず、例えば全てが金属からなるものであってもよい。その場合、ボデー側のシール面にシールのための弾性材等が設けられるが、弁閉時等の押圧により押しつぶされるのが弁体側でなくボデー側に設けた弾性材となるだけで、本発明の弁体形状により同様の効果を得ることができる。

【0046】

弁体３の上下には天側ボス部１７と地側ボス部１８が形成され、天側ボス部１７の天ボス面１９と地側ボス部１８の地ボス面２０は球面形状に形成されている。また、天側ボス部１７には上部ステム４を挿入する上部ステム挿入孔２２が、地側ボス部１８には下部ステム５を挿入する下部ステム挿入孔２３が設けられている。

【0047】

弁体３の弁翼外周端２４には、弾性材１５により外周シール部２５が形成され、図７及び図８（ａ）に示すように、この外周シール部２５には、アール形状の２つの頂部２７、２７とアール形状の谷底部２８とをなだらかに繋いで形成した断面Ｍ字状部２９が設けられている。

【0048】

このように、弁体外周端２４に断面Ｍ字状部２９の外周シール部２５を設けたことにより、弁閉時には頂部２７、２７による線状のシール部が弁体外周端２４の全周に平行に２条形成される。このうち、特に、一次側に位置する線状のシール部には、流体圧の負荷が集中することによって高いシール面圧が発生するため、良好なシール性を得ることができる。

【0049】

また、断面Ｍ字状部２９の２つの頂部２７、２７により平行に２条形成される線状のシール部は、弁体３の弁翼外周端２４の全周にわたって弁体中心Ｏから等距離に形成されるため、全閉位置では、弁体３の弁翼外周端２４が円弧面状に形成されたシール面１３により押圧されることにより、弁体３の外周シール部２５に均一な面圧が作用するので、良好なシール性を得ることができる。

【0050】

さらに、弁の開閉に伴って、弁体３の外周シール部２５は繰り返し押圧され、特に谷底部２８付近は繰り返し圧縮力を受けることになるが、外周シール部２５の外周端はアール形状の頂部２７、２７とアール形状の谷底部２８とをなだらかに繋いだ断面Ｍ字状部２９となっているため、応力集中の発生を抑制することができるため、破断の起点の発生を防いで外周シール部２５の耐久性を向上させることができる。

【0051】

また、図８（ｂ）に示すように、断面Ｍ字状部２９の２条の頂部２７、２７付近は、互いに略同一のアール寸法を有し、かつ谷底部２８のアール寸法は、頂部２７、２７付近のアール寸法に対して１／２～２倍程度の範囲で形成されている。

【0052】

このように、外周シール部２５の断面Ｍ字状部２９の頂部２７、２７及び谷底部２８のアール寸法を互いに近い範囲に形成することにより、全閉位置で断面Ｍ字状部２９に発生する応力を効果的に分散することができるので、外周シール部２５における応力集中の発生を防止し、外周シール部２５の耐久性を向上させることができる。

【0053】

このように、本発明の中心型バタフライバルブにおいて、外周シール部２５に断面Ｍ字状部２９を設け、平行な２条のシール部を構成した効果をさらに詳細に以下に説明する。

【0054】

図９は、全閉位置で円弧面１２により弁体３の弁翼外周端２４が押圧された際の外周シール部２５への面圧の加わり方及び外周シール部２５の弾性材１５の変位方向を模式的に示した図であり、（ａ）は外周シール部が従来の単一凸構造の外周シール部の場合を示し、（ｂ）は断面Ｍ字状部を設けた外周シール部の場合を示している。

【0055】

（ａ）に示す単一凸部構造の外周シール部を有する従来の弁体の場合、弁体３が閉位置に達すると、ボデー２の円弧面１２よりも突出する部分の弾性材１５が円弧面１２により押し潰される。この際、押し潰された弾性材１５は、白矢印３１で示すように圧力が加わった方向に略そのまま押し込まれるため、弁翼外周端２４から弁体３の中心方向に向かって連鎖的にゴムが移動する。また、単一凸部が押しつぶされるので、ボデー２の円弧面１２から黒矢印３２で示すように略均一な面圧が作用することになる。

【0056】

これに対し、（ｂ）に示す外周シール部に断面Ｍ字状部２９を設けた構造においては、弁体３が全閉位置で円弧面１２により弁翼外周端２４の弾性材１５が押し潰された場合でも、断面Ｍ字状部２９の２つの頂部２７、２７の間の谷底部２８に空間３３が存在するため、空間３３の体積の分だけ弾性材１５の移動量が少ないことに加え、この空間３３の方向に白矢印３４で示すように弾性材１５が移動し易いため、弁体３の中心方向への弾性材１５の移動が抑制される。また、断面Ｍ字状部２９の頂部２７、２７はほぼまっすぐ押し潰される一方で、それ以外の部分の弾性材１５は移動方向が分散し易いため、黒矢印３５で示すように断面Ｍ字状部２９の頂部２７に面圧が集中し易くなる。その結果、弁体外周端２４の全周に亘り、断面Ｍ字状部２９の頂部２７、２７によって二本の線状にシール部が形成されるので、閉弁時に良好なシール性を発揮することができる。

【0057】

また、前述したように、これら二本の線状のシール部のうち、上流側に位置するシール部には、閉弁時の弁体に作用する流体圧により負荷がさらに加わるため、シール面圧がより上昇してシール性が向上する。

【0058】

図６、図７に示すように、弁体３の上下では、上部ステム４及び下部ステム５の外周囲に隙間Ｃを設けて弾性材１５を被覆している。図１０は図２のａ部の拡大図であり、下部ステム５の外周囲に隙間Ｃを設けた状態を示している。本図は弁体３の地側ボス部１８の状況を示しているが、弁体３の天側ボス部１７についても、同様に隙間Ｃが設けられている。

【0059】

このように、上部ステム４及び下部ステム５の外周囲に隙間Ｃを設けた理由は、弁体３の天地ボス面１９、２０を被覆する弾性材１５がボデー２の内周面１１で押圧された際に逃げ込む（移動する）ことができる空間を設けるためである。中心型バタフライバルブでは、弁体３をボデー２内に取付けると、弁体３の天地ボス面１９、２０は、ボデー２の内周面１１により常に押圧されるため、天地ボス面１９、２０を被覆した弾性材１５が押し潰されて面圧の上昇が生じ、この面圧の上昇が開閉操作トルクを上昇させる。このため、上部ステム４及び下部ステム５の外周囲に隙間Ｃを設けることにより、この弾性材１５の押し潰される分（図１０において、弾性材１５の断面を示すハッチングとボデー２の断面を示すハッチングが交差する部分）３７が逃げ込む（移動する）ことができる空間３８を設定しておくと、弾性材１５の押し潰される分３７がこの空間３８に逃げ込むことができるため、天地ボス面１９、２０を被覆した弾性材１５の面圧が過剰に高くなることがなく、開閉操作トルクの上昇を抑制することができる。

【0060】

続いて弁体３の全体形状について説明する。図６に示すように、弁体３の全体形状を構成する天地ボス面１９、２０と断面Ｍ字状部２９の頂部２７、２７とは、上部ステム挿入孔２２及び下部ステム挿入孔２３を設けた部分、並びに上部ステム４及び下部ステム５の外周囲に設けた隙間Ｃの部分を除き、弁体３の中心Ｏから略同一半径Ｒ２で形成される球面の一部である。すなわち、弁体３の全体形状は、あたかも、半径Ｒ２の球から球の中心をその中心に位置させて切り出した円板と略同一となる。

【0061】

また、弁体３の中心Ｏから断面Ｍ字状部２９の谷底部２８までの距離Ｌは、内周面１１に設けた円弧面１２で形成したシール面１３の半径Ｒ１と略同一に形成されている。従って、断面Ｍ字状部２９の谷底部２８の径は、ボデー２の流路６に円弧面１２で構成したシール面１３の径と略同一となる「ゼロ－ゼロの位置関係」になっている。

【0062】

この他、弁体３の天地ボス面１９、２０と断面Ｍ字状部２９の谷底部２８との間を緩やかな傾斜面３９、３９で接続することにより、天地ボス面１９、２０がボデー２の円弧面１２で押圧された際の応力集中の発生を防止している。

【0063】

このように、ボデー２に設けたシール面１３の径と、弁体３の外周シール部２５に設けた断面Ｍ字状部２９の谷底部２８の径とを略同一としたことにより、閉弁時にシール面１３により押圧されることにより生じる谷底部２８の弾性体１５の移動量を極少化（若しくはゼロに）することができることに加え、シール面１３により押圧されて押し潰された頂部２７の部分をこの谷底部２８の方向に逃がすことができるために他の部位への影響が少なく、外周シール部２５に過剰な応力が発生することを防止して、弁の開閉操作トルクの上昇を抑制することができる。

【0064】

以上に加え、図７に示すように、天ボス面１９から弁翼部４０側に向けて延伸部４１を設け、この延伸部４１により、天ボス面１９と弁体外周端２４の断面Ｍ字状部２９の頂部２７とをなだらかに接続している。同様に、地ボス面２０からも弁翼部４０側に向けて延伸部４１を設け、地ボス面２０と弁体外周端２４の断面Ｍ字状部２９の頂部２７とをなだらかに接続している。

【0065】

ここで、延伸部４１の形状につき、天ボス面１９側を例に挙げて詳細に説明するが、地ボス面２０側も同様である。天ボス面１９は、上部ステム挿入孔２２の周囲に設けられた球状面である。この天ボス面１９と弁体外周端２４とは連続的に繋がっているため明確な境界は無いが、ここでは、天ボス面１９において弁体３の厚みよりも張り出している部分を外周に含む円を仮定し、この円内の領域（図７中の破線で示される部分までの領域）の球面部を天ボス面１９とする。延伸部４１とは、天ボス面１９の球面が、この円内の領域（破線部分）を超えて弁体外周端２４側に延伸して形成された部分をいう。
図７に示す実施形態では、延伸部４１は、弁体外周端２４の断面Ｍ字状部２９の２つの頂部２７、２７の位置にて最も弁翼側に長い終端部となっており、それらの２つの終端部に向かってそれぞれ徐々に幅が狭くなるように形成されている。また、この実施形態では、延伸部４１の弁翼側の２つの終端部の間の形状もなだらかなアールによって繋がれている。

【0066】

このように延伸部４１を設けることにより、天地ボス面１９、２０と弁体外周端２４との間が連続的に繋がるため、全閉位置では天地ボス面１９、２０から弁体外周端２４の断面Ｍ字状部２９の頂部２７にかけて被覆した弾性材１５が均一に押しつぶされるので、漏れにつながるような部位が生じ難く、ステム周囲のシール性が向上する。延伸部４１を設けず、天地ボス面１９、２０に弁体外周端２４が直接繋がっていると仮定すると、天地ボス面１９、２０と弁体外周端２４の断面Ｍ字状部２９の２つの頂部２７、２７とは同じ高さにはなるものの、天ボス面１９による面状のシールが、弁体外周端２４との境界部分で２つの頂部２７、２７による線状のシールに急に切り替わるため、この境界部分で面圧が変化して漏れにつながるおそれがある。延伸部４１によると、天地ボス面１９、２０の面状のシールから頂部２７、２７の線状のシールになだらかに切り替わるため、シール構造が急に変わることがなく境界部分での漏れが生じにくくなる。

【0067】

さらに、延伸部４１は、天ボス面１９の外周から弁翼部４０の断面Ｍ字状部２９の頂部２７に向けて繋がる連続部４２も有している。この連続部４２は、頂部２７に向けて徐々に狭くなるように設けられている。この連続部４２によれば、弁翼部４０の断面Ｍ字状部２９の頂部２７に挟まれた領域のみに天ボス面１９が延伸されるのでなく、頂部２７に挟まれた領域の外側の部分にも天ボス面１９が延伸される。また、連続面４２は、同様に、地側ボス部１８の側部から弁翼部４０の断面Ｍ字状部２９の頂部２７へも形成されている。

【0068】

このように連続面４２を設けることにより、弁翼外周端２４の２つの頂部２７、２７に挟まれた部分だけでなくそれらの外側にも天地ボス面１９、２０が延伸されることから、より一層、天地ボス面１９、２０から弁翼外周端２４に向けて徐々にシール構造を変化させることができるので、それらの境界部分でのシールの不連続性に基づく漏れの発生をより一層、低減することができる。

【0069】

延伸部４１の構造を更に詳細に説明するため、図７のＤ－Ｄ線拡大端面図、Ｅ－Ｅ線拡大端面図を、それぞれ図１１の（ａ）、（ｂ）に示す。図１１（ａ）で図中の上部が、天ボス面１９の球面が延伸した延伸部４１であり、破線の矢印２７ａにて示した位置が、断面Ｍ字状部２９の頂部２７、２７に相当する高さの位置となる。延伸部４１におけるこの頂部２７、２７よりも外側の領域が、連続面４２に該当する。図１１（ｂ）は、延伸部４１が２つの頂部２７、２７に向かって分岐した部分の弁翼外周端付近の構造を示している。このように、Ｅ－Ｅ線においては、延伸部４１の上面も略Ｍ字状となっており、破線の矢印２７ａに示す部分が、断面Ｍ字状部２９の頂部２７、２７に相当する高さの位置となる。また、２つの頂部２７、２７間の谷底部２８が傾斜面３９に該当し、延伸部４１におけるこの頂部２７、２７よりも外側の領域が、連続面４２に該当する。

【0070】

次に、図１２により本発明の中心型バタフライバルブの他の実施例を説明する。この他の実施例と図１乃至図９に示す実施例との違いは、弁体３の天地ボス面１９、２０と弁体外周端２４の断面Ｍ字状部２９の頂部２７、２７とをなだらかに接続する延伸部の形状のみであり、他の部分は同一なので、以下、この延伸部の違いのみを説明する

【0071】

天地ボス面１９、２０と弁体外周端２４の断面Ｍ字状部２９の頂部２７、２７とを接続する延伸部の形状は同一なので、図１２では、弁体の平面図（天ボス面の側）を示して説明する。図１２に示すように、天ボス面１９は、弁翼外周端２４の断面Ｍ字状部２９の頂部２７、２７に谷底部２８側から延伸部４３を設けて天ボス面１９を延長しているが、弁体３の側面側からは頂部２７、２７へ天ボス面を延長していない。すなわち、図７及び図１１に示す連続面４２を有していない。

【0072】

このように、延伸部４３を頂部２７、２７の片側のみに設けるものであっても、天地ボス面１９、２０と弁翼外周端２４の断面Ｍ字状部２９の頂部２７、２７とは連続的に繋がっているため、シール面１３により押圧された際には、天地ボス面１９、２０から弁翼外周端２４にかけて弁体３を被覆した弾性材１５が均一に押しつぶされるので、漏れにつながるような部位が生じ難く、ステム周囲のシール性が向上する。

【0073】

このように構成された中心型バタフライバルブが閉弁する際の作動状況及び弁体３の外周シール部２５に断面Ｍ字状部２９を設けた効果を図面により説明する。
図１３（ａ）～（ｃ）は、全閉位置近傍の弁体３と流路６に設けた円弧面１２（シール面１３）との位置関係を示しており、弁体３は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に全閉位置へと回転する。図に示すようにボデー２の内周面１１の全閉位置には、シール面１３として円弧面１２が形成されており、前述したとおり、この円弧面１２を形成する弁体の中心Ｏを中心とする半径Ｒ１と弁体３の中心Ｏから断面Ｍ字状部２９の谷底部２８までの距離Ｌとは、略同一である。

【0074】

（ａ）は、弁体３が全閉位置に近づいた状態を示しており、先ず、断面Ｍ字状部２９の頂部２７の片側がボデー２の内周の円弧面１２に接触する。この接触により、断面Ｍ字状部２９片側の頂部２７が押し潰されることになるが、この押し潰された部分の弾性材は、主に断面Ｍ字状部２９の谷底部２８に押し出される。そのため、弁体３の表面を被覆した弾性材１５の移動は弁翼外周端２４付近に限定され、弁体３全体としての弾性材１５の変位は抑制されるので、弾性材１５の面圧の上昇は小さく、開閉操作トルクは殆ど上昇しない。

【0075】

（ｂ）は、さらに弁体３が全閉位置に近づいた状態を示しており、弁翼外周端２４の全体がボデー２の円弧面１２に接し、断面Ｍ字状部２９の両方の頂部２７、２７は円弧面１２によって押し潰され、谷底部２８は円弧面１２と略接した状態となる。頂部２７、２７の押し潰された部分の弾性材１５は、断面Ｍ字状部２９の２つの頂部２７、２７間に存在する空間３８の方向に移動し易く、外周シール部２５の断面Ｍ字状部２９の弾性材１５の面圧が過剰に高くなることを防ぐため、開閉操作トルクの上昇を抑制することができる。

【0076】

（ｃ）は、最終的に弁体３が全閉位置に達した状態を示しているが、弁体３と円弧面１２との位置関係は、円弧面１２の半径Ｒ１と谷底部２８と弁体の中心との距離Ｌとが略等しいことから（ｂ）で示す場合と略同じである。このため、（ｂ）で示す場合と同様に、円弧面１２により断面Ｍ字状部２９の頂部２７、２７が押し潰されることによる他の部位への影響は少なく、外周シール部２５全体として弾性材１５の変位が抑制されるので、弾性材１５の面圧の上昇は小さく、開閉操作トルクは大きく上昇しない。

【0077】

従来のバタフライバルブでは、操作トルクが閉弁直前に急激に上昇する問題があったが、本発明の中心型バタフライバルブでは、外周シール部２５に断面Ｍ字状部２９を設けたことにより、上述のとおり閉弁直前における開閉操作トルクの急激な上昇を抑制することができる。

【0078】

また、ボデー２のシール面１３を円弧面１２で構成したことにより、図１３の（ｂ）と（ｃ）から分かるように、全閉位置に操作した時の弁体３の停止角度が流路６に垂直ではなくても、弁体３が円弧面１２の形成範囲内に停止すれば、安定したシール性を得ることができる。

【0079】

以上のとおり、本発明の中心型バタフライバルブでは、ボデー２に形成した流路６に円弧面１２のシール部１３を設けるとともに、弁体３の弁翼外周端２４に断面Ｍ字構造部２９を備えた外周シール部２５を設けたことと、弁体３の天地ボス面１９、２０を球面形状に構成したことにより、閉弁時に弁体３の弁翼外周端２４がシール面１３により全円周方向から均一な面圧で押圧され、かつ、断面Ｍ字構造部２９の頂部２７、２７に押圧力が集中して平行な２条のシール面を形成するので、良好なシール性を得ることができる。

【0080】

これに加え、天地ボス面１９、２０を弁翼部４０側に連続的にわずかに延ばし、外周シール部２５の断面Ｍ字状部２９の頂部２７となだらかに接続する延伸部４１を設けているので、天地ボス面１９、２０と弁翼外周端２４との間が連続的に繋がり、閉弁時には、天地ボス面１９、２０から弁翼外周端２４にかけて弁体３を被覆した弾性材１５が均一に押しつぶされてシール部を切れ目なく生じさせるので、ステム周りのシール性を向上させることができる。

【0081】

また、弁体３の上部ステム４、下部ステム５の外周囲に弾性材１５を被覆しない隙間Ｃを設けたことにより、弁体３をボデー２に取付けた際に天地ボス面１９、２０が押圧されて生じる弾性材１５の押し潰される分が逃げ込む空間を設けるとともに、外周シール部２５は、閉弁時にシール面１３により押圧された断面Ｍ字構造部２９の頂部２７、２７の弾性材１５の押し潰された分が谷底部２８の空間３３に逃げ込むことができるように構成されているため、外周シール部２５の弾性材１５に過剰な応力が発生することを防ぎ、開閉操作トルクの上昇を抑制することができる。

【0082】

さらに、外周シール部２５の断面Ｍ字状部２９の頂部２７、２７及び谷底部２８のアール寸法を互いに近い範囲に形成することにより、閉弁時に断面Ｍ字状部に発生する応力を効果的に分散できるようにするとともに、天地ボス面１９、２０と外周シール部２５の断面Ｍ字状部２９の谷底部２８とを緩やかな傾斜面３９、３９で、天地側ボス部１７、１８の側部から弁翼部４０の断面Ｍ字状部２９の頂部２７を連続面４２で繋げることにより、外周シール部２５の弾性材１５に応力集中が発生することを抑制し、外周シール部２５の耐久性を向上させている。

【0083】

このように、本発明の中心型バタフライバルブは、良好なシール性を備えるとともに開閉操作トルクが小さく、また耐久性に優れるので、給排水、空調設備、工場プロセス等各種の場面において広く使用することができる。

【符号の説明】

【0084】

１ バルブ本体
２ ボデー
３ 弁体
４ 上部ステム
５ 下部ステム
１１ 内周面
１２ 円弧面
１４ 芯金
１５ 弾性材
１９ 天ボス面
２０ 地ボス面
２４ 弁翼外周端
２５ 外周シール部
２７ 頂部
２８ 谷底部
２９ 断面Ｍ字状部

【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】