(57)【要約】【課題】軽量化を図りながら、高圧流体の弁閉時における弁体の撓みの発生を抑制するとともに、弁体の左右両端の撓み量の差を少なくしてシール性を確保することができる二重偏心形バタフライバルブの弁体とバタフライバルブを提供すること。【解決手段】ジスク２の一側の面には、ステム８を収容するためのボス部３、４と、ボス部３、４からステム８と交差する方向に弁体の両外縁部に向かって延びるリブ部６、７とが設けられており、ボス部３、４を除くリブ６、７において、ステム中心軸２０から等距離の位置で比較した場合、弁体の縁部側端までの距離が短い側よりも、弁体の縁部側端までの距離が長い側の方が、ジスク２の表面２ａからの高さが高くなるように設けられていることを特徴とする二重偏心形バタフライ弁の弁体１とバタフライバルブ５１である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外形が円形状の二重偏心型バタフライバルブの弁体であって、ジスクの一側の面には、ステムを収容するためのボス部と、前記ボス部から前記ステムと交差する方向に弁体の両外縁部に向かって延びるリブ部とが設けられており、ステムの中心を通るステム中心軸が、弁体中心軸と互いにずれた位置にあり、前記ボス部を除く前記リブ部において、前記ステム中心軸から等距離の位置で比較した場合、弁体の縁部側端までの距離が短い側よりも、弁体の縁部側端までの距離が長い側の方が、ジスクの表面からの高さが高くなるように設けられていることを特徴とする二重偏心形バタフライ弁の弁体。
【請求項２】
前記リブ部は、弁体の外縁側の端部から前記ボス部に向かって徐々に高くなるように設けられている請求項１に記載の二重偏心形バタフライ弁の弁体。
【請求項３】
前記リブ部の上面が前記ボス部から弁体の外縁部に向かってほぼ一定の角度で下がるように傾斜しており、その傾斜面を弁体中央方向に仮想的に伸ばして結んでなるリブ中心軸が、弁体中心軸に対し前記ステム中心軸の反対側に位置している請求項１又は２に記載の二重偏心形バタフライ弁の弁体。
【請求項４】
短筒状のボデーの上下の軸装部に前記ステムを軸装するとともに、請求項１乃至３の何れか１項に記載の弁体をボデー内に設けて、前記ステムを介して前記弁体を開閉自在に設けた二重偏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、ステムの中心が二重に偏心して取付けられる二重偏心形バタフライバルブの弁体に関し、特に、高圧流体の流路に適した弁体とその弁体を設けた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おり、最近では、従来よりも高圧の流体に対応できるものが求められている。
【０００３】
従来より、高圧流体の流路に適したバルブとして、二重偏心形バタフライバルブが知られている。二重偏心形バタフライバルブは、弁体に対してステムの位置が二重に偏心するように取付けられ、この二重偏心により、高圧でも良好な封止性能を確保すると同時に、シート面の摩耗を防ぐことができる。
【０００４】
高圧下でバタフライバルブを使用する場合、弁開及び中間開度の弁体には大きい流体抵抗が働き、特に、全閉時には管路内の全流体圧が弁体表面に負荷され、弁体に作用する流体からの荷重が最大になる。流体から荷重を受けると弁体は変形し、弁体の先端部の撓みが大きくなり、この先端部がシートリングの着座位置から移動すると、シール性が損なわれることになる。そのため、弁体が撓みにくい強度を確保する必要があるが、強度確保のために弁体の肉厚を厚くすると弁体の重量が増加してコストが嵩むとともにバルブの操作性が損なわれるという問題が生じる。これを回避するため、弁体の重量を軽減しつつその強度を確保して、撓みや応力集中を低減し、なおかつ弁開及び中間開度の流体抵抗を減少することが要求されている。
【０００５】
強度を向上させたバタフライバルブの弁体としては、例えば、特許文献１のバタフライバルブの弁体が開示されている。このバタフライバルブの弁体は、中心形バタフライバルブ用であり、Ｙ軸を起点としてＸ方向に延びる複数の横リブが形成され、これにより肉厚を薄くしつつ剛性を高めるとともに、軽量化も図ろうとするものである。
【０００６】
また、特許文献２の中心型バタフライバルブの弁体では、ボス部と交接する複数の円形リブを基板の表裏面に同心円状に隆起させた弁体が開示されている。この弁体では、この円形リブにより、弁体の中心線に対するいかなる角度の断面においても略均一な断面係数が得られ、弁体の剛性を弁体全体で略均一にして剛性の高い弁体を得ようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３６７６７８５号公報
【特許文献２】特許第４６５９９２７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のバタフライバルブの弁体は、弁体にリブを設けて補強して弁体の剛性を高めているが、弁体にリブを設けて補強した場合に応力の集中部位ができてしまうと、その部分で亀裂や破断が生じ易くなり弁体の耐久性が十分に得られないおそれがある。
【０００９】
また、特許文献２のバタフライバルブの弁体では、弁体全体の剛性を略均一にすることによって弁体の剛性を高めようとするものであるが、流体から弁体に作用する荷重により弁体に撓みを生じさせる曲げモーメントの大きさは、弁体の部位により大きく異なる。すなわち、弁体の縦方向の中央部はステムにより支えられている一方、弁体の左右両端には支持部が無いため、特に、弁体の横方向の中心線上には最大の曲げモーメントが作用し、この部分の撓み量が最も大きくなる。特許文献２のバタフライバルブの弁体に、左右両端が撓んでも閉弁時のシール性が損なわれない剛性を与えようとすると、弁体全体の剛性を最も曲げモーメントが大きい部分の剛性に合わせることが必要となり、弁体全体の肉厚が増加して製造コストが上昇するとともに、弁体の重量増加によりバルブの操作性が悪化する原因となる。
【００１０】
この他にも、二重偏心形のバタフライバルブの場合には、ステム中心軸と弁体中心軸とが一致せず変位した位置関係となるため、ステム中心軸から弁体の両端までの距離が左右で異なり、その結果、流体から圧力を受けた際の弁体の左右両端の撓み量は、ステム中心軸からの距離が長い方の側が大きくなるという固有の問題がある。バタフライバルブでは、円盤状の弁体の外縁部がボデーの弁座と密着することによってシールを行うが、流体の圧力が加わった際に弁体の左右両端での撓み量が異なると、片側の弁座と密着する面圧が不十分となってシール性が低下する原因になる。
【００１１】
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、軽量化を図りながら、高圧流体の弁閉時における弁体の撓みの発生を抑制するとともに、弁体の左右両端の撓み量の差を少なくしてシール性を確保することができる二重偏心形バタフライバルブの弁体と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】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、外形が円形状の二重偏心型バタフライバルブの弁体であって、ジスクの一側の面には、ステムを収容するためのボス部と、ボス部からステムと交差する方向に弁体の両外縁部に向かって延びるリブ部とが設けられており、ステムの中心を通るステム中心軸が、弁体中心軸と互いにずれた位置にあり、ボス部を除くリブ部において、ステム中心軸から等距離の位置で比較した場合、弁体の縁部側端までの距離が短い側よりも、弁体の縁部側端までの距離が長い側の方が、ジスクの表面からの高さが高くなるように設けられていることを特徴とする二重偏心形バタフライ弁の弁体である。
【００１３】
請求項２に係る発明は、リブ部は、弁体の外縁側の端部からボス部に向かって徐々に高くなるように設けられている二重偏心形バタフライ弁の弁体である。
【００１４】
請求項３に係る発明は、リブ部の上面がボス部から弁体の外縁部に向かってほぼ一定の角度で下がるように傾斜しており、その傾斜面を弁体中央方向に仮想的に伸ばして結んでなるリブ中心軸が、弁体中心軸に対しステム中心軸の反対側に位置している二重偏心形バタフライ弁の弁体である。
【００１５】
請求項４に係る発明は、短筒状のボデーの上下の軸装部にステムを軸装するとともに、弁体をボデー内に設けて、ステムを介して弁体を開閉自在に設けた二重偏心型バタフライバルブである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によると、ボス部を除くリブ部において、ステム中心軸から等距離の位置で比較した場合、弁体の縁部側端までの距離が短い側よりも、弁体の縁部側端までの距離が長い側の方が、ジスクの表面からの高さが高くなるように設けられているため、流体から圧力を受けた際に撓み量が多いジスクの縁部側端までの距離が長い側のリブの断面係数が、撓み量が少ないジスクの縁部側端までの距離が短い側の横リブの断面係数よりも大きくなり、撓み量が多い側の曲げ剛性が高くなって撓みにくくなるので、ジスクの左右端での撓み量の差を低減することができる。
【００１７】
また、閉弁時に流体の圧力により最大の曲げモーメントが作用するジスクの中央付近に長さを最大限に確保した横リブ部を設けることによってジスクの横方向の曲げ剛性を高め、それによりジスクの左右端部の撓みの発生を抑制しているため、ジスクの他の部分での補強があまり必要とせず、ジスクの重量増加を抑制することができる。
【００１８】
請求項２に係る発明によると、リブ部は、弁体の外縁側の端部からボス部に向かって徐々に高くなるように設けられているため、ジスクの横方向の曲げ剛性を高めるために設けるリブの高さを必要最小限にして、弁体の重量増加を抑制することができる。
【００１９】
請求項３に係る発明によると、リブ部の上面がボス部から弁体の外縁部に向かってほぼ一定の角度で下がるように傾斜しており、その傾斜面を弁体中央方向に仮想的に伸ばして結んでなるリブ中心軸が、弁体中心軸に対しステム中心軸の反対側に位置しているため、閉弁時に流体の圧力が負荷された際に、撓み易い側の断面係数を撓みにくい側の断面係数よりも大きくして剛性を高め、ジスクの左右端の撓み量の均等化を図ることができる。
【００２０】
請求項４に係る発明によると、軽量で高い剛性を有してシール性に優れるとともに、応力集中が原因となる亀裂の発生や破断等が生じにくい弁体を設けているため、操作性、信頼性及び耐久性に優れた高圧流体に適したバタフライバルブを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明における二重偏心形バタフライバルブの弁体の好ましい実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図１の平面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ部断面図である。
【図５】比較例の二重偏心形バタフライバルブの弁体の正面図である。
【図６】二重偏心形バタフライバルブの実施形態を示す斜視図である。
【００２２】
以下に、本発明における二重偏心形バタフライバルブの弁体とその弁体を設けたバタフライバルブの好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１、図２、図３、図４においては、本発明における二重偏心形バタフライバルブの弁体の斜視図、正面図、平面図及び断面図を示している。
【００２３】
図１、図２に示すように、二重偏心形バタフライバルブの弁体１は、円板状のジスク２を有し、ジスク２の一側の表面２ａの上下部にボス部３、４が、表面２ａ上に環状リブ部５、及びリブ部６、７が設けられている。
【００２４】
ボス部は、ジスク２の上側のボス部３と下側のボス部４とに二分割され、ステム８を露出させた状態で設けられており、ボス部３とボス部４には、ステム８の取付用の穴部１０、１１が形成され、ステム８を挿通可能になっている。
【００２５】
図３に示すように、ボス部３は、穴部１０の中心Ｓをジスクのシール位置２ｂから距離Ｃ離す（一重偏心）とともに、弁体本体１の中心線（弁体中心軸１２）からも距離Ｄ離した（二重偏心）状態でジスク２の表面２ａに設けられている。また、ボス部４は、図２に示すように、ボス部３とは弁体水平軸１４を対称の軸とした線対称に設けられ、穴部１０と穴部１１は同軸に形成されている。
【００２６】
ボス部３の穴部１０及びボス４の穴部１１にステム８を挿通すると、穴部１０及び穴部１１の中心Ｓはステム８の回転中心になり、弁体１は、ステム８を回転したときに穴部１０及び穴部１１の中心Ｓを中心に偏心回転して弁閉可能になっている。弁体１は金属製であり、例えば、ＳＣＳ１３ＡやＳＣＳ１４Ａなどのステンレス鋼が用いられる。
【００２７】
環状リブ部５は、ジスク２と同心に、すなわちジスク２の弁体中心軸１２と弁体水平軸１４の交点Ｏを中心にしてジスク２の径よりも短径のリング状でジスクの表面２ａに突出形成されている。環状リブ部５は、図２に示すようにボス部３の側壁面３ａ、３ｂ及びボス部４の側壁面４ａ、４ｂに接続されており、断面形状は、図４に示すように台形である。このように、ジスク２の表面２ａにリング状の環状リブ部５を突出形成することにより、ジスク２全体の強度と曲げ剛性を増加させている。
【００２８】
リブ部６は、図２に示すように、ボス部３の弁体中央側（弁体水平軸１４側）の側壁面３ａ寄りに略水平状態で設けられており、ボス部３の側壁面３ｂに接続された長尺リブ１５と、ボス部３の側壁面３ｃに接続された短尺リブ１６とから構成されている。また、長尺リブ１５と短尺リブ１６の弁体外縁側の先端は、環状リブ部５に接続されて一体となっている。
【００２９】
同様に、リブ部７は、ボス部４の弁体中央側（弁体水平軸１４側）の側壁面４ａ寄りに略水平状態で設けられており、ボス部４の側壁面４ｂに接続された長尺リブ１７と、ボス部４の側壁面４ｃに接続された短尺リブ１８とから構成されている。また、長尺リブ１７と短尺リブ１８の弁体外縁側の先端は、環状リブ部５に接続されて一体となっている。
【００３０】
なお、図２では、リブ部６、７と環状リブ部５との位置関係を明確にするため、長尺リブ１５と短尺リブ１６、並びに長尺リブ１７と短尺リブ１８の弁体外縁側の先端と環状リブ部５との境界を線により表しているが、実際には、これら境界も段差や直線的な境界部分が生じないように滑らかなＲ面を構成して連続的に接続され、応力集中が発生しないように構成されている。（図１、図３、図４においても同じ。）
【００３１】
図２に示すように、ボス部３とボス部４、並びにリブ部６とリブ部７とは、弁体水平軸１４を対称の軸とした線対称である点を除けば同様に構成されているので、以下、リブ部６、７の詳細については、リブ部６により説明する。
【００３２】
図２に示すように、リブ部６は、ボス部３の側壁面３ｂ、３ｃから弁体１の両外縁側に向けて長尺リブ１５と短尺リブ１６を環状リブ部５まで形成されているが、環状リブ部５は、ジスク２の中心点Ｏを中心にしてジスク２と同心に形成されているのに対し、ボス部３の中心となるステム中心軸２０は、弁体中心軸１２から距離Ｄだけずれているため、同じボス部３の側壁面３ｂ、３ｃを起点としていても、長尺リブ１５の長さは、短尺リブ１６の長さより２Ｄだけ長い。
【００３３】
また、図３に示すように、ボス部３の弁体外周側の端面３ｄ側から見た長尺リブ１５と短尺リブ１６の形状は略直角三角形であり、その略直角三角形の斜辺に相当する長尺リブ１の傾斜上面１５ｃと短尺ルブ１６の傾斜上面１６ｃが、ボス部３の側壁面３ｂ、３ｃから弁体１の両外縁方向に向かってジスク２の表面２ａからの高さを徐々に減じるように設けられている。
【００３４】
ボス部３の弁体中央側の側壁面３ａと長尺リブ１５の弁体中央側の側壁面１５ａ、並びに短尺リブ１６の弁体中央側の側壁面１６ａとは、単一の平面を構成するように、即ち、いわゆる面一となるように接続されている。このため、リブ部６の長さを最大限に確保することができるとともに、ボス部３とリブ部６との接続部分の応力を一層効果的に分散することができる。
【００３５】
図２及び図３に示すように、長尺リブ１５の側壁面１５ａの反対側の側壁面１５ｂは、ボス部３の側壁面３ｂと直線的な境界部分が生じないように滑らかなＲ面を構成して連続的に接続され、長尺リブ１５の傾斜上面１５ｃは、ボス部３の側壁面３ｃに対し、ジスク２の表面２ａからみた高さ方向においては段差が生じないように滑らかなＲ面を構成して連続的に接続されている。
【００３６】
同様に、短尺リブ１６の側壁面１６ａの反対側の側壁面１６ｂは、ボス部４の側壁面４ｂと直線的な境界部分が生じないように滑らかなＲ面を構成して連続的に接続され、端尺リブ１６の傾斜上面１６ｃは、ボス部４の側壁面４ｃに対し、ジスク２の表面２ａからみた高さ方向においては段差が生じないように滑らかなＲ面を構成して連続的に接続されている。
【００３７】
このように、リブ部６の長尺リブ１５と短尺リブ１６が段差又は直線的な境界部分が生じないように滑らかなＲ面を構成して連続的にボス部３に接続され、ボス部３と一体となって構成されているため、流体の荷重を支えるボス部３やリブ部６の接続部において段差や直線的な境界部分といった応力集中が発生する部分が存在しないので、応力集中が発生する部分が存在せず、応力が適度に分散される結果、ボス部３やリブ部６において応力集中が原因となる亀裂の発生や破断等が生じにくく、弁体１の耐久性を向上させることができる。
【００３８】
さらには、長尺リブ１５と短尺リブ１６とが剛性の極めて大きいボス部３に直接接続され、長尺リブ１５、短尺リブ１６、ボス部３が一体となってリブ部６を構成しているため、リブ部６全体の曲げ剛性を大きく向上させることができる。
【００３９】
一般に、バタフライバルブでは、弁閉時に流体の荷重が弁体に作用した場合、弁体の縦方向の中央部はステムにより支えられている一方、弁体の横方向の左右両端には支持部が無いため、特に、弁体の中央部の横方向には最大の曲げモーメントが作用し、弁体の中央部の左右両端の撓み量が最も大きくなる。
【００４０】
しかしながら、弁体１では、閉弁時に流体の圧力により最大の曲げモーメントが作用する弁体中央付近に、弁体水平軸１４を挟んで長さを最大限に確保したリブ部６とリブ部７とを平行に設けることによってジスク２の中央部の横方向の曲げ剛性を高めているので、閉弁時に流体の荷重により作用する曲げモーメントによるジスク２の左右両端の撓み量を抑制してシール性を確保することが可能となり、ジスク２の他の部分での補強をあまり必要とせず、ジスク２の重量増加を抑制することができる。
【００４１】
以上説明したように、弁体１では、環状リブ部５を設けてジスク２全体の強度、剛性を高めるとともに、閉弁時に流体の圧力により最大の曲げモーメントが作用する弁体中央付近に、弁体水平軸１４を挟んで長さを最大限に確保したリブ部６とリブ部７とを平行に設けることによりジスク２の中央部の横方向の曲げ剛性を高め、閉弁時におけるジスク２の左右両端の撓み量を抑制するようにしている。
【００４２】
さらには、環状リブ部５とボス部３、４とが、リブ部６とボス部３とが、リブ部７とボス部４とが、環状リブ部５とリブ部６、７とが接続され、ボス部３、４と環状リブ部５とリブ部６、７とが一体的に構成されているため、弁体１に作用する荷重、曲げモーメントをこれらが一体となって負担することができる。これにより、ボス部３、４に環状リブ部５とリブ部６、７を接続することなく、また、環状リブ部５とリブ部６、７と接続することなく設けた場合よりも効果的に弁体１の変形や撓みの発生を抑制し、シール性を確保することができる。
【００４３】
続いて、図３に示すように、ボス部３の端面３ｄ側から見たリブ部６の長尺リブ１５と短尺リブ１６の側面形状は略直角三角形である。このように、長尺リブ１５と短尺リブ１６を略直角三角形とするとともに、長尺リブ１５の側面形状を短尺リブ１６の側面形状よりも大きく設定した理由を以下に説明する。
【００４４】
バタフライバルブでは、円板状のジスクの外縁部がボデーの弁座と密着することによってシールを行うが、ジスクの外縁部の撓み量が大きくなるとボデーの弁座と密着する面圧が不十分となってシール性が低下する原因となるため、閉弁時のジスクの外縁部の撓み量を十分なシール性が得られる範囲に収める必要がある。
【００４５】
また、二重偏心形バタフライバルブの場合には、ステム中心軸と弁体中心軸が一致せず偏心した位置関係となるため、ステム中心軸からジスクの左右両端までの距離が異なることになる。そのため、流体から荷重を受けると、ステム中心軸からの距離が長い側（以下、長側という。）の方にはステム中心軸からの距離が短い側（以下、短側という。）よりも大きな曲げモーメントが生じ、長側の外縁部の撓み量が短側の外縁部の撓み量よりも大きくなる。二重偏心形バタフライバルブでは、閉弁時にジスクの左右両端での撓み量が異なると、片側の弁座と密着する面圧が不十分となってシール性が低下する原因になる。  
【００４６】
従って、二重偏心形バタフライバルブでは、閉弁時のジスクの左右両端での撓み量を抑制するとともに、ステムの偏心に起因して生じるジスク左右端の撓み量の差をできるだけ小さくし、できれば左右端の撓み量に差が発生じないようにすることが求められる。
【００４７】
本発明の二重偏心形バタフライバルブの弁体では、リブ部６、７によるジスク２の補強の程度に差を付けることによって、すなわち、大きく撓む長側の剛性を撓みが少ない短側の剛性よりも高くすることにより、ジスク２の左右端での撓み量の均等化を図っている。
【００４８】
ジスク２の表面２ａに設けるリブ部６、７は、表面２ａからの高さが高いほど断面係数が大きくなり、ジスク２を撓みにくくする効果がある。従って、長側に設ける長尺リブ１５の高さを短側に設ける短尺リブ１６の高さよりも全体として高く設けることにより、長尺リブ１５を設けた長側を撓みにくくすることができる。
【００４９】
すなわち、図４に示すように、ステム中心軸２０から等距離Ｌである位置で比較した場合に、ボス部３を除き、長側に設けた長尺リブ１５のジスク２の表面２ａからの高さＨｌの方が短側に設けた短尺リブ１６のジスク２の表面２ａからの高さＨｓよりも高くなるように長尺リブ１５及び短尺リブ１６の高さを設定している。
【００５０】
このように長尺リブ１５及び短尺リブ１６の高さを設定することにより、より撓み易い長側の方が短側の方よりも補強されて撓みにくくなるので、結果として長側の外縁部と短側の外縁部の撓み量の差を小さくすることができる。
【００５１】
なお、長側に設ける長尺リブ１５と短側に設ける短尺リブ１６の表面２ａからの高さの関係は、必ずしもリブの全ての位置で成立している必要は無く、設計上の都合等で部分的に高さの関係が逆転していてもよい。例えば、平均高さで比較して、長尺リブ１５が短尺リブ１６よりも高くなっていれば良い。
【００５２】
このような弁体を補強するリブは、製造性等の観点からボス部からジスクの外縁側に向かって徐々に高さが低くなるように設けることが多く、リブの上面は、ボス部との接続部付近及び弁体外縁の接続部付近を除いて、ほぼ一定の角度で傾斜させる。この場合、リブの形状は、側方から見てジスクの表面に相当する位置の辺（底辺）、リブ上面の一定角の傾斜部分の辺（斜辺）、及びステム中心軸上の辺（高さ）により囲まれる直角三角形に近似することができる。
【００５３】
このような仮想的な直角三角形の側面形状を有するリブの強度については、材料力学における平等強さの梁（直角三角形の底辺に等分布荷重を受ける片持ち梁）の考え方を適用できる場合がある。この平等強さの梁の公式よりリブに近似させた片持ち梁の撓み量を算出することができるので、この公式に基づき、長側と短側のリブ先端の撓み量の差が小さくなるように、長側と短側それぞれの仮想直角三角形の高さ（ステム中心軸２０上で仮想する直角三角形の高さＨａ及びＨｂ）を設定することができる。
【００５４】
この方法によりリブ部の側面形状を求めると、ジスクの横方向の曲げ剛性を高めるために設けるリブの高さを必要最小限にして、弁体の重量増加を抑制することができる。
【００５５】
ただし、実際には、閉弁時の流体の荷重をリブ部分だけでなくジスクやボス部を含む弁体全体で受けることや、撓み量はジスクの厚みや大きさ等によっても影響を受けることから、平等強さの梁の考え方をそのまま適用できない場合が多いが、長側と短側の仮想直角三角形の高さの差を、少なくとも、この平等強さの梁の考え方に基づいて導き出される高さの差以上に設定することが好ましい。
【００５６】
図４に示すように、長尺リブ１５と短尺リブ１６は、その傾斜上面１５ｃ、１６ｃが弁体の外縁側の端部からボス部３、４に向かって徐々に高くなるようにほぼ一定の角度で傾斜して設けられており、傾斜上面１５ｃ、１６ｃを弁体中央方向に仮想的に延長した仮想線２２、２３の交点Ｐを通るリブ中心線２４が、弁体中心軸１２に対しステム中心軸２０の反対側に位置している。
【００５７】
このように、弁体１では、長尺リブ１５と短尺リブ１６とジスク２の表面２ａにより構成されるリブ三角形（図４において、長尺リブ１５の傾斜上面１５Ｃを延長した仮想線２２と、短尺リブ１６の傾斜上面１６Ｃを延長した仮想線２３と、ジスク２の表面を示す線２５により形成される三角形）の頂点Ｐを通るリブ中心線２４を弁体中心軸１２に対しステム中心軸２０の反対側にオフセットすることにより、撓み易い側の断面係数を撓みにくい側の断面係数よりも大きくして剛性を高め、ジスクの左右端の撓み量の均等化を図っている。
【００５８】
本発明の二重偏心形バタフライバルブの弁体におけるジスクの左右端での撓み量の差の減少効果及び弁体重量の抑制効果を確認するため、図１の実施例と図５に示す比較例の二重偏心形バタフライバルブの弁体について、ＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｄ：有限要素法）による解析を実施した。
【００５９】
図１の実施例は上述したとおりの構成であるが、図５に示す比較例の弁体３１は、円盤形状のジスク３２を有し、ジスク３２の一側の表面３２ａの上下部にボス部３３、３４が設けられ、表面３２ａには補強用の環状リブ部３５、補強用のリブ部３６、３７、３８、３９、並びに肉抜き部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆを設けた構成となっている。
【００６０】
比較例の二重偏心形バタフライバルブの弁体３１では、環状リブ部３５とリブ部３６、３７、３８、３９とは接続されているが、ジスク２の上下部に設けたボス部３３、３４とリブ部３６、３７、３８、３９とは接続されていない。このボス部とリブ部が接続されていないことが、実施例との大きな違いである。なお、この比較例の二重偏心形バタフライバルブの弁体は、最高許容圧力が２Ｍｐａのバラフライバルブにおいて使用実績を有し、優れたシール性を有している。
【００６１】
解析にあたっては、表１に示す弁体のサイズ毎に実施例及び比較例について、５．１１ＭＰａの流体圧を負荷した場合の弁体水平軸線上の左右端における変位量（撓み量）と弁体重量を求めた。この結果に基づき、弁体左右端の撓み量の差が、比較例に対して実施例で減少した減少率（撓み改善率）を算出した。
解析により得られたサイズ毎の撓み改善率と弁体重量の増率を表１に示す。なお、表１中、正方向とは一次側から流体圧を加えた場合を意味し、逆方向とは二次側から流体圧を加えた場合を意味する。
【００６２】
【表１】
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【００６３】
表１に示すように、実施例の弁体の構成によれば、比較例に比べて弁体重量を大きく増加させることなく、弁体左右端の撓み量の差を小さくする撓み改善効果が顕著に得られることを確認した。
【００６４】
次いで、本発明に係る弁体１を、二次偏心形バタフライバルブに取付けた一例を説明する。図６は、本発明に係る弁体１をバルブ本体５２に装着し、バルブを全閉とした状態の二次偏心形バタフライバルブ５１の斜視図を示している。
【００６５】
バルブ本体５２は、短筒形状のボデー５３を有し、このボデー５３の上下部には弁体１のステム８を軸装するための軸装部５４が設けられている。弁体１はボデー５３内に配置され、この状態で弁体１のボス部３の穴部１０にステム８が軸装され、図示しないテーパピンで弁体１がステム８に一体に固着される。これにより、ステム８がボデー５３に対して回転可能な状態で、かつ上下方向の移動が不可能な状態になり、弁体１がボデー５３内の所定に配設され、ステム８を回転することでステム８を介して弁体１を開閉自在に回転させることができる。
【００６６】
二重偏心形バタフライバルブ５１は、弁体１のボス部３を設けた面側から流体圧が負荷される場合、ボス部３を設けた面の反対側から流体圧が負荷される場合の何れにおいても対応でき、双方の流れ方向における弁閉状態で確実にシール可能になっている。
【００６７】
また、ステム８の上端部には、手動操作用のハンドルを取付けてバルブの開閉操作を手動で行うこともできるし、アクチュエータを搭載してバルブの開閉操作を自動で行うこともできる。
【００６８】
以上説明したように、本発明の二重偏心形バラフライバルブの弁体は、閉弁時に流体の圧力により大きな曲げモーメントが作用するジスクの中央付近に最大限に長さを確保した横リブをボス部に接続して設けることによってジスクの曲げ剛性を高めているので、従来の弁体に比して重量を大きく増加させることなく、閉弁時に生じるジスクの左右両端部の撓みの発生を抑制することができる。
【００６９】
また、リブを設けてジスクの曲げ剛性を高めるにあたっては、より撓みが発生し易い側に設けるリブの断面係数を大きくすることによって剛性を高くし、ジスクの左右両端の撓み量の均等化を図っているので、閉弁時に十分なシール性を得ることができる。
【００７０】
さらに、ボス部とリブ部の接続にあたっては、段差や直線的な境界部分といった応力集中が発生する部分が存在しないように滑らかなＲ面を構成して連続的に接続しているため、ボス部とリブ部との接続部分の応力を一層効果的に分散することができるので、応力集中が原因となる亀裂の発生や破断等が生じにくく、優れた耐久性を有している。
【００７１】
本発明の二重偏心形バタフライバルブは、軽量で高い剛性を有してシール性に優れるとともに、応力集中が原因となる亀裂の発生や破断等が生じにくい弁体を設けているので、操作性、信頼性及び耐久性に優れ、従来よりも高圧の流体に適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  弁体
２  ジスク
２ａ  ジスクの表面
３、４  ボス部
５  環状リブ部
６、７  リブ部
８  ステム
５１  二次偏心形バタフライバルブ
５２  バルブ本体
Ｃ  ジスクのシール位置とボス部の穴部の中心との距離
Ｄ  弁体中心軸とボス部の穴部の中心との距離
Ｈａ  ステム中心軸上で仮想する長尺リブが作る直角三角形の高さ
Ｈｂ  ステム中心軸上で仮想する短尺リブが作る直角三角形の高さ
Ｈｌ  ステム中心軸から距離Ｌの位置における長尺リブのジスクの表面からの高さ
Ｈｓ  ステム中心軸から距離Ｌの位置における短尺リブのジスクの表面からの高さ
Ｏ  弁体中心軸と弁体水平軸の交点
Ｐ  長尺リブと短尺リブとジスクの表面により構成されるリブ三角形の頂点
Ｓ  ボス部の穴部の中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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