(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流路が形成されたハウジングと、
前記ハウジングに回転可能に取り付けられた弁棒と、
前記弁棒の回転軸から偏心した位置で前記弁棒に支持されて前記流路上に配置され、前記弁棒の回転により回転して前記流路を開閉する板状の弁体と、
前記ハウジングの外部において前記弁棒の径方向に取り付けられ、ボールが前記弁棒の回転軸に対して接近離反する方向に変位するボールプランジャと、
前記ボールと係合可能なロック穴が形成されて前記弁棒に固定され、前記ボールと前記ロック穴との係合により前記弁棒を介して前記弁体を全開を含む所定の開閉位置に保持する係止部とを有し、
前記弁体の全開位置は、当該弁体における流体流通方向上流部が前記流路の軸心に対して所定角度傾斜し、前記弁体の上流部に発生した負圧と前記弁体の下流部に発生した当該弁体を変位させる方向の力とがバランスした位置であることを特徴とするバタフライバルブ。
【請求項２】
前記弁棒は２本に分割され、それぞれの端部が前記弁体の端部で固定されて相互に同軸上に離間配置されていることを特徴とする請求項１記載のバタフライバルブ。
【請求項３】
前記弁体の全開位置は、当該弁体における流体流通方向上流部が前記流路の軸心に対して傾斜して前記弁体の平面と前記流路の軸心とでなす角度が６°となる位置であることを特徴とする請求項２記載のバタフライバルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状の弁体により流路の開閉を行うバタフライバルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
給排水、空調設備、各種産業プラント、工場プロセスなどにおいては、円板状の弁体の回転によって流体の流通を制御する弁装置であるバタフライバルブが広く用いられている。
【０００３】
このバタフライバルブは、ハウジングに回転可能に取り付けられた弁棒に弁体が固定されており、全開、全閉、中間開度といった所定の弁開度を得るために、弁棒のハウジング外部には、ギヤやレバーなどの弁体駆動部が設けられている。そして、設定した弁開度を保持するために、弁体駆動部にはロック機構が設けられている。
【０００４】
しかし、バルブを配置するピット内部が狭く、弁体駆動部を取り付けるためのスペースがない場合や、バルブの誤操作を防止する場合、あるいはバルブの開閉頻度が少ない場合等は、ギアやレバーなどの弁体駆動部を設けない。この場合は、弁棒の回転をロックすることにより、設定した弁開度を保持する。
【０００５】
このロックの手段として、ボールプランジャを用いたロック機構がある。
【０００６】
ここで、図１１に従来のバタフライバルブにおけるロック機構を示す。
【０００７】
図示するように、従来におけるボールプランジャを用いたロック機構は、ボールの変位方向が弁棒１１３の軸方向と同じになるように弁棒１１３に取り付けられて弁棒１１３の回転軸回りを回転するボールプランジャ１１９を備えた係止部１２０と、ボールプランジャ１１９のボールと係合可能なロック穴１２０ａがボールプランジャ１１９の回転軌跡上に形成されてハウジング１１２に設けられた円盤状のフランジ１２１とからなる。なお、ロック穴１２０ａは、このロック穴１２０ａとボールプランジャ１１９のボールとが係合したときに弁体１１４が所望の弁開度となる位置に形成されている。
【０００８】
ここで、ボールプランジャ１１９が弁棒１１３より離れていればいるほどロック力、すなわち弁体１１４の保持力は大きくなる。
【０００９】
そこで、前述した従来の技術において、所望のロック力が得られる程度にボールプランジャ１１９を弁棒１１３から離れた場所に取り付けると、ボールプランジャ１１９と係合するロック穴１２０ａも弁棒１１３から離れた場所に形成しなければならない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、十分なロック力が得られる程度にロック穴を弁棒から離れた場所に設置すると、このようなロック穴が設けられたフランジそのものが大きくなってしまう。これでは、バタフライバルブ自体が大型化してしまうことになり、好ましくない。さらに、このフランジ１２１は、その大きさをバタフライバルブの面間寸法内に納めなければバルブと配管との接続に支障が出てしまうので、フランジを大きくするにも寸法や形状の制約があった。
【００１１】
ここで、バタフライバルブには、弁体が弁棒の回転軸から偏心して取り付けられた偏心弁タイプのものがある。そして、偏心弁の場合には、流体の流通方向に対して弁体の傾斜角度が０°のときを全開位置に設定すると、弁体における流体の流通方向下流位置で且つ流路の軸心側に負圧部分が発生して弁体を閉位置に変位させようとする力、すなわちアンバランストルクが発生する。
【００１２】
このような偏心弁において前述したロック機構で十分なロック力を得ようとすると、バタフライバルブが大型化してしまう。また、バタフライバルブの大型化を避けようとすると、ロック穴の設けられたフランジが小さくなってしまい、ボールプランジャのロック力が弱くなる。すると、流量が増加してアンバランストルクが大きくなった場合には、ボールプランジャのロックが外れて弁体が全閉状態になり流路を塞いでしまうことがある。
【００１３】
このような問題を解決するために、たとえば実公平２−２９３２４号公報や実公平３−５３０８９号公報においては、弁体にフィンを取り付けてアンバランストルクを打ち消す揚力を発生させる技術が開示されている。
【００１４】
しかしながら、これらの技術は中間開度におけるアンバランストルク対策には有効ではあるが、全開時における配慮はなされておらず、これらの技術を全開時に適用してもアンバランストルクの問題は解消しない。
【００１５】
そこで、本発明は、装置が大型化することなく係止部に十分なロック力を付与することのできるバタフライバルブを提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明は、弁体を全開位置にしたときにおけるアンバランストルクの発生を抑制することのできるバタフライバルブを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るバタフライバルブは、流体の流路が形成されたハウジングと、ハウジングに回転可能に取り付けられた弁棒と、弁棒の回転軸から偏心した位置で弁棒に支持されて流路上に配置され、弁棒の回転により回転して流路を開閉する板状の弁体と、ハウジングの外部において弁棒の径方向に取り付けられ、ボールが弁棒の回転軸に対して接近離反する方向に変位するボールプランジャと、ボールと係合可能なロック穴が形成されて弁棒に固定され、ボールとロック穴との係合により弁棒を介して弁体を全開を含む所定の開閉位置に保持する係止部とを有し、弁体の全開位置は、当該弁体における流体流通方向上流部が流路の軸心に対して所定角度傾斜し、弁体の上流部に発生した負圧と弁体の下流部に発生した当該弁体を変位させる方向の力とがバランスした位置であることを特徴とする。
【００１８】
このような発明によれば、アンバランストルクの抑制により弁体保持力が小さくて済む位置を全開位置として弁体を保持するようにしたので、弁体を保持するための機構がコンパクト化できてこれをバルブの面間寸法内に収めることが可能になり、これにより、装置が大型化することなく係止部に十分なロック力を付与することが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、発明の実施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態としてのものであり、本発明がその実施の形態に限定されるものではない。
【００２２】
図１は本発明の一実施の形態であるバタフライバルブを示す平面図、図２は図１のバタフライバルブのII−II線に沿った断面図、図３は図１のバタフライバルブの上面図、図４は弁棒が分割された偏心弁タイプのバタフライバルブにおいて弁体を流路の軸心と平行に設置した場合のアンバランストルクの発生状態を示す説明図、図５は弁棒が分割されていない偏心弁タイプのバタフライバルブにおいて弁体を流路の軸心と平行に設置した場合のアンバランストルクの発生状態を示す説明図、図６は弁棒が分割された偏心弁タイプのバタフライバルブにおいて弁体を流路の軸心に対して６°傾斜して設置した場合のアンバランストルクの発生状態を示す説明図、図７は弁棒が分割されていない偏心弁タイプのバタフライバルブにおいて弁体を流路の軸心に対して６°傾斜して設置した場合のアンバランストルクの発生状態を示す説明図、図８は弁棒が分割された偏心弁タイプのバタフライバルブにおいて弁体を流路の軸心に対して１０°傾斜して設置した場合のアンバランストルクの発生状態を示す説明図、図９は弁棒が分割されていない偏心弁タイプのバタフライバルブにおいて弁体を流路の軸心に対して１０°傾斜して設置した場合のアンバランストルクの発生状態を示す説明図、図１０は偏心弁タイプのバタフライバルブにおける弁体の流路軸心に対する傾斜角度をパラメータにした流体流量とアンバランストルクとの関係を示すグラフである。
【００２３】
図１および図２に示すように、本実施の形態のバタフライバルブ１０は、内部に流体の流路１１が形成されたハウジング１２を有している。このハウジング１２には、グランド１７および割リング１８に支持されて、弁棒１３が回転可能に取り付けられている。
【００２４】
弁棒１３には、流路１１上に配置された円板状の弁体１４が支持されている。この弁体１４は弁棒１３の回転により回転して流路１１を開閉する。ハウジング１２には、流路１１を閉鎖した弁体１４の外周面が密着する環状のシートリング１５が、ボルト１６ａを介してシートリテーナ１６により離脱が防止されて流路１１の内周に沿って取り付けられている。また、ハウジング１２と弁棒１３との間には複数のＯリング（図示せず）がはめ込まれ、弁棒１３からの流体の漏れが防止されている。
【００２５】
ここで、弁体１４のシートリング１５に対する密着性を確保するため、弁体１４は弁棒１３の回転軸から偏心して弁棒１３に支持されている。また、弁棒１３は２本に分割されており、それぞれの端部が弁体１４の端部で固定されて相互に同軸上に離間配置されている。なお、弁棒１３は分割されていない１本のものであってもよい。さらに、弁体１４が弁棒１３の回転軸から偏心して取り付けられている場合、一次偏心（弁棒１３の回転軸と弁体１４の中心との偏心）、二次偏心（一次偏心に加えて、弁棒１３の回転軸とシートリング１５の中心との偏心）あるいは三次偏心（二次偏心に加えて、弁体１４の軸心と流路１１の軸心との偏心）の何れであってもよい。
【００２６】
ハウジング１２の外部には、弁棒１３の突出方向に沿って、２本の角柱状リブ１２ａが、弁棒１３を挟んで流路１１と直交方向で且つ相互に対向するよう、ハウジング１２に延設されている。このリブ１２ａに、ボールが弁棒１３の回転軸に対して接近離反する方向に変位するボールプランジャ１９が、それぞれ１つずつ取り付けられている。また、ボールプランジャ１９のボールと係合可能なロック穴２０ａが形成された係止部２０が弁棒１３に固定されている。ボールプランジャ１９を用いる際には、その設置位置に貫通孔が必要であるが、上述のようなリブ構造は、その厚みをプランジャの長さ分だけ確保すればよいので、貫通孔の長さも必要最小限に留めることができて施工容易であることから、ボールプランジャ１９を組み込みやすい構造となっている。
【００２７】
図３に示すように、係止部２０は略Ｌ字型となって前述したロック穴２０ａは２箇所の先端面に形成されており、このような係止部２０を回転させて対応するロック穴２０ａとボールとを係合させることにより、弁棒１３に支持された弁体１４が所定の開閉位置（本実施の形態においては、全閉位置と全開位置）に保持される。
【００２８】
そして、このようなバタフライバルブ１０によれば、ボールプランジャ１９のボールを弁棒１３の回転軸に対して接近離反する方向に変位するように配置しているので、バタフライバルブ１０を大型化することなく、ボールプランジャ１９を弁棒１３より離れた位置に設置することができ、係止部２０を介して弁体１４を十分な力で保持することが可能になる。この保持力は、［ボールプランジャ１９のロック力］と［弁棒１３の回転軸からボールプランジャ１９のロック位置、すなわち係止部２０の長さＬ］との積によるトルクによって生じる。
【００２９】
なお、図示する場合には、係止部２０にはロック穴２０ａが２箇所に形成され、ボールプランジャ１９は各ロック穴２０ａに対応して２つ取り付けられているが、ロック穴２０ａおよびボールプランジャ１９は１または複数設けることができ、両者が同数である必要もない。すなわち、中間開度を含めて弁体１４の開閉位置をどのように設定するかにより、ボールプランジャ１９およびロック穴２０ａの設置数ならびにこれらの配置場所は自由に決定することができ、本実施の形態に拘束されるものではない。したがって、ボールプランジャ１９は弁棒１３の径方向に取り付けられていればよい。
【００３０】
また、本実施の形態においては、ボールプランジャ１９がハウジング１２に延設されたリブ１２ａに取り付けられ、ロック穴２０ａが係止部２０に形成されているが、ボールプランジャ１９が係止部２０に取り付けられ、ロック穴２０ａがハウジング１２に形成されていてもよい。さらに、リブ１２ａも角柱状に限られず、断面円弧状の柱状であってもよい。
【００３１】
さて、前述のように、偏心弁タイプのバタフライバルブ１０の場合には、開度全閉以外の場合、すなわち流路１１の軸心に対して弁体１４の傾斜角度が０°以上、９０°未満にある場合は、弁体１４にアンバランストルクが作用する。
【００３２】
アンバランストルクは弁棒１３の下流側に発生した負圧によるものである。そのため、図４に示すように、弁棒１３が分割されている場合には、流路１１内における弁棒１３の突出量がわずかになり、発生するアンバランストルクも小さい。これに対して、図５に示すように、弁棒１３が分割されていない場合には、流路１１の径方向に弁棒１３が貫通しているので、大きなアンバランストルクが発生することになる。
【００３３】
このように、弁体１４の流体の流通方向に対する傾斜角度が同じであれば、弁棒１３は分割されている方がアンバランストルクは小さくなるものの、アンバランストルクを無視できる程度にまで抑制することはできない。そこで、本発明者は、弁体１４の傾斜角度とアンバランストルクとの関係について考察を行った。なお、考察対象となったバタフライバルブ１０の弁体１４の厚さは８ｍｍ、弁体１４の径は１００ｍｍ、弁棒１３の径は１６ｍｍ、弁棒１３の回転軸に対する弁体１４の偏心量は１７ｍｍ、分割タイプの弁棒１３における流路１１への突出量は３０ｍｍである。
【００３４】
弁体１４を通常の全開状態よりも更に回動させ、流路１１の軸心に対して６°傾斜して設置したときにおけるアンバランストルクの発生状態について、弁棒１３が分割されている場合を図６に、弁棒１３が分割されていない場合を図７に示す。
【００３５】
図６に示すように、弁棒１３が分割されている場合には、弁体１４における流体流通方向上流部に、下流部に発生した弁体１４を変位させる方向の力を打ち消す方向の力が負圧により発生して弁体１４の圧力バランスがとれるので、アンバランストルクの発生が抑制されている。
【００３６】
また、図７に示すように、弁体１４が分割されていない場合には、弁体１４における流体流通方向上流部に、下流部に発生した弁体１４を変位させる方向の力を打ち消す方向の力が発生するものの、弁体１４の圧力バランスがとれるまで大きなものでない。
【００３７】
次に、弁体１４を流路１１の軸心に対して１０°傾斜して設置したときにおけるアンバランストルクの発生状態について、弁棒１３が分割されている場合を図８に、弁棒１３が分割されていない場合を図９に示す。
【００３８】
図８に示すように、弁棒１３が分割されている場合には、弁体１４における流体流通方向上流部に発生した力の方が下流部に発生した力より大きくなって弁体１４の圧力バランスが図４に示す場合とは反対の方に崩れている。
【００３９】
また、図９に示すように、弁体１４が分割されていない場合には、依然として図７に示す場合と同様、弁体１４の流体流通方向上流部に発生した力は下流部に発生した力を打ち消すことができる程大きなものでない。なお、弁体１４が分割されていない場合について本発明者がさらに考察を進めた結果、弁体１４を流路１１の軸心に対して１６°傾斜して設置したときにアンバランストルクの発生が最大限抑制された。
【００４０】
以上のことから、弁棒１３が分割されているタイプのバタフライバルブ１０について弁体１４の流路１１の軸心側への傾斜角を０°、２°、４°、６°、８°、１０°に設定した場合、および弁棒１３が分割されていないタイプのバタフライバルブ１０について弁体１４の流路１１の軸心側への傾斜角を０°に設定した場合の流体流量とアンバランストルクとの関係を図１０に示す。
【００４１】
図１０より、弁棒１３が分割されている場合には、弁体１４を流路１１の軸心に対して６°傾斜して設置したときに弁体１４の圧力バランスがとれている。したがって、この位置を弁体１４の全開位置に設定すれば、アンバランストルクの発生を抑制することが可能になることが分かる。
【００４２】
そして、この全開位置で前述したボールプランジャ１９と係止部２０のロック穴２０ａとを係合するようにすれば、流量が増加してもアンバランストルクはわずかなので、ボールプランジャ１９のロックが外れて弁体１４が全閉状態になる現象は発生しない。そこで、図３に示すように、係止部２０による弁体１４の全開位置と全閉位置とでなす角度は９０°ではなく、６°狭い８４°とされている。
【００４３】
但し、本実施の形態では、分割タイプの弁棒１３が用いられたバタフライバルブ１０において、前述した寸法条件のときに弁体１４の全開位置を流路１１の軸心に対して６°傾斜した位置でアンバランストルクが最も抑制されている。しかしながら、寸法条件が変わればアンバランストルクが最も抑制される弁体１４の傾斜角度も変わるものである。したがって、本発明は６°という傾斜角に限定されるものではなく、弁体１４の全開位置が、弁体１４における流体流通方向上流部が流路１１の軸心に対して所定角度傾斜した位置とされていればよい。
【００４４】
また、前述したロック機構を適用することなく、単に弁体１４の全開位置を流路１１の軸心に対して６°傾斜した位置とするようにしてもよい。
【００４５】
さらに、弁棒１３が分割されていないタイプのバタフライバルブ１０についても、弁体１４の全開位置が、弁体１４における流体流通方向上流部が流路１１の軸心に対して所定角度傾斜した位置とされていればよい。なお、この場合には、弁棒１３が分割されたタイプより傾斜角が大きくなったときにアンバランストルクが抑制されるので、弁体１４による流体の流通抵抗が大きくなることを考慮しなければならない。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば以下の効果を奏することができる。
すなわち、アンバランストルクの抑制により弁体保持力が小さくて済む位置を全開位置として弁体を保持するようにしたので、弁体を保持するための機構がコンパクト化できてこれをバルブの面間寸法内に収めることが可能になり、これにより、装置が大型化することなく係止部に十分なロック力を付与することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるバタフライバルブを示す平面図である。
【図２】図１のバタフライバルブのII−II線に沿った断面図である。
【図３】図１のバタフライバルブの上面図である。
【図４】弁棒が分割された偏心弁タイプのバタフライバルブにおいて弁体を流路の軸心と平行に設置した場合のアンバランストルクの発生状態を示す説明図である。
【図５】弁棒が分割されていない偏心弁タイプのバタフライバルブにおいて弁体を流路の軸心と平行に設置した場合のアンバランストルクの発生状態を示す説明図である。
【図６】弁棒が分割された偏心弁タイプのバタフライバルブにおいて弁体を流路の軸心に対して６°傾斜して設置した場合のアンバランストルクの発生状態を示す説明図である。
【図７】弁棒が分割されていない偏心弁タイプのバタフライバルブにおいて弁体を流路の軸心に対して６°傾斜して設置した場合のアンバランストルクの発生状態を示す説明図である。
【図８】弁棒が分割された偏心弁タイプのバタフライバルブにおいて弁体を流路の軸心に対して１０°傾斜して設置した場合のアンバランストルクの発生状態を示す説明図である。
【図９】弁棒が分割されていない偏心弁タイプのバタフライバルブにおいて弁体を流路の軸心に対して１０°傾斜して設置した場合のアンバランストルクの発生状態を示す説明図である。
【図１０】偏心弁タイプのバタフライバルブにおける弁体の流路軸心に対する傾斜角度をパラメータにした流体流量とアンバランストルクとの関係を示すグラフである。
【図１１】従来のバタフライバルブにおけるロック機構を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  バタフライバルブ
１１  流路
１２  ハウジング
１３  弁棒
１４  弁体
１５  シートリング
１６  シートリテーナ
１７  グランド
１８  割リング
１９  ボールプランジャ
２０  係止部
２０ａ  ロック穴
１１２  ハウジング
１１３  弁棒
１１４  弁体
１１９  ボールプランジャ
１２０  係止部
１２０ａ  ロック穴
１２１  フランジ
【図１】
0003650059.tif 000002
【図２】
0003650059.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003650059.tif 000009
【図９】
0003650059.tif 000010
【図１０】
0003650059.tif 000011
【図１１】
0003650059.tif 000012