(57)【要約】  【課題】  弁体の剛性を高め、且バルブの操作トルクを低減し、弁操作を容易にするバタフライバルブの弁体を提供することを課題とする。  【解決手段】  弁体を構成する円板状の基板の中心に直径方向に延びる円筒部を基板の表裏面に隆起して形成し、該円筒部に弁棒挿入孔を穿設すると共に、該円筒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て形成したことを特徴とする。また、最外周のリブを基板の縁に沿って設置し、円筒部の中央の外径を端部の外径より大きくしたことを特徴とする。  【選択図】  図２
2011128974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体を構成する円板状の基板の中心に直径方向に延びる円筒部を基板の表裏面に隆起させて形成し、該円筒部に弁棒挿入孔を穿設すると共に、該円筒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て形成したことを特徴とするバタフライ弁の弁体。
【請求項２】
最外周のリブを基板の縁に沿って設置したことを特徴とする請求項１記載の弁体。
【請求項３】
円筒部の中央の外径を端部の外径より大きくしたことを特徴とする請求項１又は２記載の弁体。
【請求項４】
基板の中心部の厚さを最も大きくし、外周部の厚さを最も小さくすると共に、同心円状の円形リブによって区切られる基板表面の傾斜角度を、中心側に隣接する基板表面の傾斜角度以下としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の弁体。
【請求項５】
弁体の外周部を球面の一部で構成し、最外周の円形リブと球面で構成される弁体外周部とを外周部の最外円周端の接線と３０乃至５０度の角度を有する直線で連結したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の弁体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配管系内で水、ガス、油等の流体が流過する管路の開閉、調節に用いるバタフライバルブの弁体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円筒状の弁箱内に円板状の弁体を回動自在に軸支し、弁箱内周面に装着した弾性部材からなるシートリングと弁体外周面との接離により管路の開閉を行うようにしたバタフライバルブは、構造が簡単であるため様々な流体の流量制御に広く用いられている。一般的にバタフライバルブは、電動モーター、圧力シリンダー等のアクチュエーターにより弁棒を駆動回転して弁体を回動させることにより、弁箱内周に装着したシートリングへ弁体外周部を接離させて管路の開閉を行い、また、弁体外周部とシートリングとの隙間の大小により流路面積を変化させて、流体の流量を調整する機能を有している。【０００３】
弁閉止は、弁体外周部と弾性体であるシートリングとの圧着により達成されるが、弁体開閉の過程において、弁体外周部とシートリングとの接触による相互作用力が弁操作トルクの一因となる。したがって、この相互作用力を減少させることにより、バルブの操作トルクが低減し、弁操作が容易となる。又、弁体は管路を流過する流体の圧力を受けており、流路を全閉した位置において、管路内の全流体圧が弁体表面に負荷され、弁体にかかる流体の圧力が最大となる。流体圧力を受ける弁体は変形するので、管路を完全に閉塞させるには、弁体の変形による弁体とシートリングの弁座シール位置が、最小限の重なる部分（シール帯）が必要であり、弁座シール性を維持するためには、弁体の高い剛性が求められる。【０００４】
弁体の剛性を高める方法としては、一般的には弁体の厚さを増すことで対応できるが、弁体の質量も増加するため、コストが高くなると共に、重量が大きくなるため、取扱いに不便を来している。そこで、この問題を解決するために、流体の流過方向に沿って弁体表面にリブを設置する方法(特許文献１)、弁体内部を中空とし構造力学的に剛性を確保する方法（特許文献２）等が提案されている。しかしながら、弁体にリブを設置する方法では、リブの配置方向の応力に対しては剛性は高いものの、リブに対して所定の角度を有する方向に対しては、弁体の剛性が低くなる。例えば、流体の流過方向と同一方向に弁体にリブを配置した場合は、流過方向とは異なる方向（例えば、リブに対して４５度をなす方向）から圧力を受けると、弁体がたわみ、弁体外周部とシートリングとのシール位置にずれが生じ、弁座シール性が低下するおそれがある。また、バタフライバルブが小さい場合には、弁体の大きさが制限されるため、弁体内部に空洞部を設けるような構造力学的な形状を弁体に施せない場合がある。【０００５】
一方、弁体外周部がシートリングに圧着摺動することによって生ずる摩擦力は、弁体を回動する弁軸の回転トルクに影響する。特に、弁体の剛性が低く、弁体が変形しやすい場合には、気密性を保持する必要から弁体外周部とシートリングとの接触面積を大きくする必要があるために摩擦力が増加し、回転トルクは大きくなる。したがって、バタフライバルブの操作性を向上し、弁軸を回転させるモーターのエネルギーを低減するためには、弁体の剛性を向上させるとともに、弁体外周部の形状を改善し、シートリングとの摩擦力を低減することによって弁軸の回転トルクを抑えることが重要である。そこで、弁体外周面が当接するシートリングの内周面に設けた山形シート部の形状を弁棒が貫通するボス部間の中央に向けて、ボス部を基点とするコサイン関数の曲線形状としたものが提案されている（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００４−２３９３４３号公報
【特許文献２】特開平９−６０７５１号公報
【特許文献３】特開昭５５−１４２１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、弁体の剛性を高め、且バルブの操作トルクを低減し、弁操作を容易にするバタフライバルブの弁体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、バタフライバルブの弁体において、弁体を構成する円板状の基板の中心に直径方向に延びる円筒部を基板の表裏面に隆起して形成し、該円筒部に弁棒挿入孔を穿設すると共に、該円筒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て形成したことを特徴とする。【０００８】
第２の発明は、最外周のリブを基板の縁に沿って設置したことを特徴とする。【０００９】
第３の発明は、円筒部の中央の外径を端部の外径より大きくしたことを特徴とする。【００１０】
第４の発明は、基板の中心部の厚さが最も大きく、外周部の厚さを最も小さくすると共に、同心円状の円形リブによって区切られる基板表面の傾斜角度を、中心側に隣接する基板表面の傾斜角度以下としたことを特徴とする。【００１１】
弁体の外周部を球面の一部で構成し、最外周の円形リブと球面で構成される弁体外周部とを外周部の最外円周端の接線と３０乃至５０度の角度を有する直線で連結したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、弁体を構成する基板の中心に直径方向に延びる円筒部を基板の表裏面から隆起して形成してあるので、該円筒部が弁体の強度を負担する骨となり、且同心円状に延びる複数個の円形リブを該円筒部に交接しつつ基板の表裏面に隆起して形成してあるので、弁体の弁体中心線に対するいかなる角度の断面においても、ほぼ均一な断面係数が得られ、弁体の剛性が弁体全体においてほぼ均一となり、剛性の高い弁体を得ることができる。円筒部は、受ける圧力に対して円形リブの支点となるため、極微少な変形にとどまる。又、円筒部と弁体外周部の円形リブとの交接により、弁棒孔付近の弁体外周部の剛性を向上させ得るので、弁棒まわりにおけるシートリングのシール安定性を改善することが出来た。【００１３】
基板の中心部の厚さが最も大きく、外周部の厚さを最も小さくすると共に、同心円状の円形リブによって区切られる基板表面の傾斜角度を、中心側に隣接する基板表面の傾斜角度より小さくしたことにより、弁体の平坦部の傾斜は、各リブ間において弁体中心から外周部に向かって円錐形状となり、しかもその傾斜は中心が最も大きく外周部に向かってだんだん小さくなるため、圧力に対する断面強さを均等化しつつ、軽量化が可能となる。【００１４】
最外周の円形リブと球面で構成される弁体外周部とを外周部の最外円周端の接線と３０乃至５０度の角度を有する直線で連結したことにより、弁体が開から閉へ、又は閉から開へ動く際に、シートリングを構成する弾性体を抑えることにより、弾性体表面の盛り上がりによる弁体の抵抗を無くし、弁体とシートリングの相互作用によるトルク抵抗を低減することが出来る。又、弁体のエッジ部による弾性体に対する引きずれによる弾性体の疲労を最小限にし、弁の開閉耐久性の向上を図ることができる。更に、弁体とシートリングとの接触面積を大きくすることができるため、仮に、経時での弁体との接触によってシートリングに変形が生じた場合にも、密閉性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】バタフライバルブの正面図（Ａ）とＹ−Ｙ断面図（Ｂ）
【図２】第１の実施例の弁体斜視図
【図３】中心線に沿った円筒部の中心断面図
【図４】第１の実施例の弁体の正面図
【図５】第１の実施例の中心線に対して９０度の弁体の中心断面図
【図６】第１の実施例の中心線に対して４５度の弁体の中心断面図
【図７】第１の実施例の中心線に対して３０度の弁体の中心断面図
【図８】弁体回動トルクを低減するための原理図
【図９】弁体外周部の拡大断面図
【図１０】第２の実施例の弁体斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態を図を用いて以下に説明する。図１において(1)は、バタフライ弁本体であり、中空円筒状の流路を有し、弁棒(3)(4)により回動自在に軸支された円板状の弁体(2)で中空円筒状の流路が開閉される。弁本体(1)の中空円筒部内周面には、弾性体からなるシートリング(5)が装着されており、該シートリング(5)に弁体(2)の外周面を接離させて、弁の開閉を行う。
【００１７】
図２を参照して、弁体(2)は、円板状の基板(6)から構成され、基板(6)の中心に弁棒を挿入する円筒部(7)を有する。円筒部(7)は、基板(6)の表裏面から隆起した形状とする。このような円筒部(7)の形状は、弁体中心線(8)方向の断面係数を大きくし、弁体中心線(8)に対し垂直な方向からの圧力に対する弁体の剛性を向上することが出来る。円筒部(7)は一端から他端まで中空とするか、若しくは、両端部を中空とする。いずれにしても、かかる円筒部の中央は、鋳造上成型し易い。また、最少量の材料で充分な剛性を得ることができ、弁体の軽量化が可能である。尚、図２は、基板(6)の中心に弁棒を挿入する円筒部(7)を有する形状であるが、この形状に限られず、弁体中心線(8)と円筒部の中心線、すなわち弁棒の回転軸とが一定距離を有する、いわゆる偏心型の弁体であってもよい。
【００１８】
図３は、円筒部(7)の弁体中心線(8)に沿った中心断面図を示す。円筒部(7)の断面形状は、弁体(2)の剛性を向上するため、芯部の外径(9)は弁棒挿入孔の外径(10)より大きく、また、これに伴い、芯部の内径(11)は弁棒挿入孔の内径(12)より大きくなっている。また、図５に示すように、弁体中心線(8)に対して９０度の弁体中心断面図では、円筒部(7)の断面積が大きく、弁体断面係数が大きいことから、中心線に対し９０度の方向（図３においては上又は下方向）の力に対して弁体の変形をごく微小にすることが可能となる。また、圧力に対する断面強さが均等化されるため、余分な厚みを付加する必要が無く、弁体の軽量化が可能である。
【００１９】
弁体の大きさによっては、芯部の外径は弁棒挿入孔の外径より小さくなる場合がある。弁体の大きさに応じて芯部の外径は小さくなるが、弁棒の太さは強度の観点から一定以上維持する必要があるためである。この場合は、芯部の内径も弁棒挿入孔の内径より小さくなるか、あるいは、芯部の空洞部は消失する。
【００２０】
リブ(13)は基板(6)の表裏面に同心円状に複数設置され（図２，図４）、各リブ(13)の末端は、円筒部(7)の側面と接合することで、均一剛性の弁体となる。図５，６，７は図４の弁体の弁体中心線に対して３０度、４５度、９０度における中心断面図を示すが、各断面の円筒部以外の断面係数は近似しており、弁体(2)に流体の圧力がかかった時、弁体(2)の応力は弁体全体において均等化されるため弁体が変形することはない。
【００２１】
最外周のリブ(13)を基板(6)の縁に沿って設置し、リブの末端を円筒部(7)側面に接合することにより弁棒挿入口付近、すなわち弁体を回動する場合に最も力が加わる部分の剛性を向上することができ、弁体(2)とシートリング(5)のシール安定性を向上することができる。
【００２２】
つぎに、基板(6)の形状について図５を使用して説明する。図５は、弁体中心線(8)に対して９０度の弁体中心断面図である。基板(6)の断面形状は、円筒部（中心）に近い程厚く、縁端（外周）に近い程薄い形状である。また、リブ(13)によって区切られた基板表面を、円筒部に近い方から順に、面１、面２、・・・、面（ｎ−１）、面ｎと称し、各面の基板中心に対する傾斜角度をα１，α２，・・・、α（ｎ−１）、αｎとすると、基板の傾斜角度はα1≧α2≧・・・≧αn-1≧αnとなるような形状とする。このような形状にすることによって、圧力に対する断面強さが均等化され，軽量化が可能となる。
【００２３】
図８は弁体外周部のエッジ形状による弁体の回動トルクの低減を説明する原理図を示す。弁体は矢印方向へ閉止操作，または反対方向へ開放操作をされる。例えば図８の矢印方向に弁体を閉止する操作を行う場合には、弁体のエッジ部(15)で押されたシートリングを構成する弾性体表面は盛り上がり，弁体閉止動作の抵抗になる。本発明の弁体エッジ部(15)は、弁体の外周部(16)の球面加工部とリブを外周部(16)の最外円周端の接線と３０乃至５０度の角度を有する直線で繋ぐことによって、弁体エッジ後ろの弾性体の盛り上がりを抑え、弾性体の盛り上がりによる抵抗を最小限にした。これにより、弁体への抵抗を無くし，弁体とシートリングの相互作用力によるトルク抵抗を低減した。また，弁体のエッジ部による弾性体に対する引きずれによる弾性体の疲労を最小限にし、バルブの開閉耐久性を向上した。
【００２４】
図９は、弁体外周部の拡大断面を示すものである。弁体の外周部(16)の球面加工部とリブとを外周部(16)の最外円周端の接線との角度αが３０乃至５０度の直線によって連結する形状を示すものである。角度αは、弁体のエッジ部(15)により弾性体の盛り上がりに影響するものであり、これを３０乃至５０度にすることによって、弁体の気密性を維持しつつ、弾性体の盛り上がりによる抵抗を最小限としたものである。すなわち、３０度より小さいと抵抗が多くなり、５０度より大きいとシール安定性を維持できないおそれが生ずる。また、角度αは４５度であることが最も好ましい。
【符号の説明】
【００２５】
１  本体
２  弁体
３  上弁棒
４  下弁棒
５  シートリング
６  基板
７  円筒部
８  弁体中心線
９  芯部の外径
１０  弁棒挿入孔の外径
１１  芯部の内径
１２  弁棒挿入孔の内径
１３  リブ
１４  シートリングの盛り上がり部
１５  エッジ部
１６  外周部
【図１】
2011128974.tif 000003
【図２】
2011128974.tif 000004
【図３】
2011128974.tif 000005
【図４】
2011128974.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2011128974.tif 000011
【図１０】
2011128974.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月28日(2010.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体を構成する円板状の基板の中心に直径方向に延びる円筒部を基板の表裏面に隆起させ、該円筒部の中央の外径を端部の外径より大きく形成し、該円筒部に弁棒挿入孔を穿設すると共に、該円筒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て形成したことを特徴とするバタフライ弁の弁体。
【請求項２】
最外周のリブを基板の縁に沿って設置したことを特徴とする請求項１記載の弁体。
【請求項３】
基板の中心部の厚さを最も大きくし、外周部の厚さを最も小さくすると共に、同心円状の円形リブによって区切られる基板表面の傾斜角度を、中心側に隣接する基板表面の傾斜角度以下としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の弁体。
【請求項４】
弁体の外周部を球面の一部で構成し、最外周の円形リブと球面で構成される弁体外周部とを外周部の最外円周端の接線と３０乃至５０度の角度を有する直線で連結したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の弁体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
第１の発明は、バタフライバルブの弁体において、弁体を構成する円板状の基板の中心に直径方向に延びる円筒部を基板の表裏面に隆起させ、該円筒部の中央の外径を端部の外径より大きく形成し、該円筒部に弁棒挿入孔を穿設すると共に、該円筒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て形成したことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第３の発明は、基板の中心部の厚さが最も大きく、外周部の厚さを最も小さくすると共に、同心円状の円形リブによって区切られる基板表面の傾斜角度を、中心側に隣接する基板表面の傾斜角度以下としたことを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
第４の発明は、弁体の外周部を球面の一部で構成し、最外周の円形リブと球面で構成される弁体外周部とを外周部の最外円周端の接線と３０乃至５０度の角度を有する直線で連結したことを特徴とする。
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月2日(2010.11.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体を構成する円板状の基板の中心に直径方向に延びる円筒部を基板の表裏面に隆起させて形成し、該円筒部に弁棒挿入孔を穿設すると共に、該円筒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て形成した弁体であって、基板の中心部の厚さを最も大きくし、外周部の厚さを最も小さくすると共に、同心円状の円形リブによって区切られる基板表面の傾斜角度を、中心側に隣接する基板表面の傾斜角度以下としたことを特徴とするバタフライ弁の弁体。
【請求項２】
最外周のリブを基板の縁に沿って設置したことを特徴とする請求項１記載の弁体。
【請求項３】
円筒部の中央の外径を端部の外径より大きくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の弁体。
【請求項４】
弁体の外周部を球面の一部で構成し、最外周の円形リブと球面で構成される弁体外周部とを外周部の最外円周端の接線と３０乃至５０度の角度を有する直線で連結したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の弁体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
第１の発明は、バタフライバルブの弁体において、弁体を構成する円板状の基板の中心に直径方向に延びる円筒部を基板の表裏面に隆起させて形成し、該円筒部に弁棒挿入孔を穿設すると共に、該円筒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て形成した弁体であって、基板の中心部の厚さを最も大きくし、外周部の厚さを最も小さくすると共に、同心円状の円形リブによって区切られる基板表面の傾斜角度を、中心側に隣接する基板表面の傾斜角度以下としたことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第３の発明は、円筒部の中央の外径を端部の外径より大きくしたことを特徴とする。
【国際調査報告】
2011128974.tif 000013
2011128974.tif 000014
2011128974.tif 000015
2011128974.tif 000016