(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状弁体の天地のボス部を縦方向に連設したバタフライ弁の弁体であって、前記ボス部の中央領域に筒形状の断面六角形部を形成し、この断面六角形部以外の天地のステム嵌合部付近に筒形状の断面円形部を形成すると共に、前記ボス部と前記弁体の弁翼部をつなぎＲ部で接続し、このつなぎＲ部は、前記断面円形部の天地双方から前記断面六角形部の中央部に向けてそれぞれ小さいつなぎＲから徐々に大きいＲに設定した徐変Ｒで接続すると共に、前記弁体の中央部で前記つなぎＲ部の重なりにより嶺部を形成し、前記嶺部が弁翼外径方向へ張出す張出し量は、弁体半径の４０〜４５％程度に設定したことを特徴とするバタフライ弁の弁体。
【請求項２】
前記断面六角形部は、六角の２面並行方向を弁翼外径方向に平行に配設した請求項１に記載のバタフライ弁の弁体。
【請求項３】
前記弁翼部を円錐形状とし、弁体中心から両側に向かって弁体表面を傾斜させて弁体に加わる応力を分散した請求項１又は２に記載のバタフライ弁の弁体。
【請求項４】
前記ボス部の天地のステム嵌合部に上下ステムをそれぞれ嵌合した請求項１乃至３の何れか１項に記載のバタフライ弁の弁体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バタフライ弁の弁体に関し、特に、比較的口径が大きく、弁閉時の流体圧に対する強度が必要な弁体に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、バタフライ弁の弁体は、弾性シートリングを嵌め込んだボデー内に回転自在に取付けられたステムにより、その直径方向が支持された状態でボデー内に回動自在に装着されている。この装着構造により、バタフライ弁の流路を閉止したときには流路より大きな流体圧が弁体に加わるようになっており、特に、例えば、３５０〜６００Ａ程度の比較的大きめの口径サイズで、呼び圧力がＪＩＳ １６Ｋや２０Ｋ、ＩＳＯ ＰＮ１６やＰＮ２０、ＡＳＭＥ クラス１２５やクラス１５０程度である場合には、流体圧を受ける弁体の面積も大きくなるため、流体圧に対する弁体強度を確保する必要がある。
【０００３】
この場合、一体型のステムを弁体に貫通して取付けることにより弁体強度を確保したものがあるが、ステムにかかる材料費が高価になると共に、弁体を着脱する時にバルブ全体を分解して弁体とステムとを取外す必要も生じることから弁体の交換や弁の組立て・メンテナンス性が悪くなる。
また、弁体の肉厚を厚くして強度を確保することも考えられるが、この場合には弁体全体の重量が増加することにより操作トルクが大きくなって操作性が低下することにつながる。
【０００４】
そのため、分割したステムで弁体の上下端側を支持した構造に設けることでステムの材料費を安価にし、ステムを挿脱によって弁体の着脱容易性を確保した上で、流体圧に対する強度を確保しながらトルク性を向上できる弁体が求められている。このような弁体を大きめの口径サイズのバルブに用いることで、強い流体圧に対する強度を確保した上で、弁体の軽量化を図って操作性の向上も可能になる。
【０００５】
この種の分割ステム型のバタフライ弁の弁体として、例えば、特許文献１の中心型バタフライ弁の弁体が知られている。同文献１のバタフライ弁の弁体は、ステム挿入用のボス部が弁体の天地側に独立して形成され、この弁体の両側に両ボス部とほぼ同じ幅の補強板が一体に設けられている。この弁体では補強板を設けることによってボス部を補強し、この補強により流体による曲げ破壊を防ごうとしたものである。
ボス部の強度向上を図るための弁体のその他の構造としては、特許文献２に開示されている弁体が知られている。この弁体は、断面六角形のボス部が天地に連なるように一体に形成され、このボス部により弁体が補強されている。ボス部と弁体の翼部分との間には、外周側から中央部位まで均一な半径の小さいアール部位が形成されている。
【０００６】
更に、特許文献３のバタフライ弁の弁体では、断面円形の天地に連なった一体型のボスが形成され、このボス部の側面から弁体の左右の翼部分に向かって傾斜状の盛り肉部位が形成されている。この弁体は、翼部分が略円錐形状になっており、断面円形の天地一体型ボスと、盛り肉部位を設けた弁体の翼部分とにより全体が補強されている。
このような翼部分の補強によって全体の強度を向上しようとした弁体のその他の構造としては、特許文献４ではＸ軸方向に延びる複数の横リブが形成されており、このリブにより弁体の強度を向上させ、かつ、弁体の厚みを低減して軽量化を図ろうとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実用新案登録第２５２３９４８号公報
【特許文献２】特許第３０２６２４５号公報
【特許文献３】実用新案登録第２５９６３２７号公報
【特許文献４】特許第３６７６７９５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、ボス部の強度を向上させて弁体を補強する場合、特許文献１のバタフライ弁の弁体は、別部材である補強板を設けた構造としているために重量が増加して操作性が悪くなると共に、部品点数が多くなり、かつ、製作時における工数も増えて製作に手間がかかっていた。
同文献２の弁体の場合においては、天地に連なるように形成することでボス部の強度を上げようとしているが、ボス部と弁体の翼部分とをつなぐアール部位の半径が小さく、弁体の外周部分から翼中央部に同じ半径のアール部位によりつながっているため、弁閉止状態で最大使用圧力を負荷した静的荷重に対してこのアール部位に応力が集中することになる。しかも、この弁体では断面六角形の天地一体型ボスの採用によってボス部自体の強度を向上させようとしているが、ボス部よりも薄肉である翼部分には流体圧によって曲げモーメントが加わり、その結果、ボス部と翼部分との接続部分であるアール部位を介して応力が集中しやすくなって耐久性が悪くなっていた。この対策として翼部分の肉厚を増すことも考えられるが、肉厚を増加すると弁体全体の重量が増してトルク性が悪くなる。
【０００９】
一方、同文献３のようにボス部から傾斜状の盛り肉部位を翼部分に形成する場合には、略円錐状の翼部分の高さが大きくなることで重量が増加し、トルク性が悪くなっていた。しかも、流体圧によって発生する応力は、翼部分の外周部になるにつれて小さくなる傾向にあるため、翼部分の外周側付近の盛り肉部位が強度の向上の点で無駄になり、重量も余計に増加していた。
【００１０】
同文献４の場合のように弁体にリブを設ける場合には、このリブと翼部分とのつなぐ部位に集中応力が発生し、この集中応力によってリブの形成されていない部分に歪みが生じることがあった。弁体に歪みが生じた場合、塑性変形が生じてシール性が低下するなどの耐久性に悪影響が生じることになる。弁体は一般的に鋳造成形により製造されることが多いが、特に、中口径以上の弁体に鋳造成形でリブを設けると弁体の厚肉部と薄肉部との肉厚差が大きくなって鋳造不良が発生しやすくなり、弁口径が大きくなるにつれてこの肉厚差による悪影響が大きくなる。一方、溶接手段によりリブを有する弁体を製造することもできるが、この場合、生産性が悪くなりコストもアップするため一般的ではない。
【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、全体を軽量化して弁操作時におけるトルク性の向上を図りつつ、弁閉時の応力を分散させて強度を向上させることが可能なバタフライ弁の弁体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、円板状弁体の天地のボス部を縦方向に連設したバタフライ弁の弁体であって、ボス部の中央領域に筒形状の断面六角形部を形成し、この断面六角形部以外の天地のステム嵌合部付近に筒形状の断面円形部を形成すると共に、ボス部と弁体の弁翼部をつなぎＲ部で接続し、このつなぎＲ部は、断面円形部の天地双方から断面六角形部の中央部に向けてそれぞれ小さいつなぎＲから徐々に大きいＲに設定した徐変Ｒで接続すると共に、前記弁体の中央部で前記つなぎＲ部の重なりにより嶺部を形成し、前記嶺部が弁翼外径方向へ張出す張出し量は、弁体半径の４０〜４５％程度に設定したバタフライ弁の弁体である。
【００１３】
請求項２に係る発明は、断面六角形部は、六角の２面並行方向を弁翼外径方向に平行に配設したバタフライ弁の弁体である。
【００１６】
請求項３に係る発明は、弁翼部を円錐形状とし、弁体中心から両側に向かって弁体表面を傾斜させて弁体に加わる応力を分散したバタフライ弁の弁体である。
【００１７】
請求項４に係る発明は、ボス部の天地のステム嵌合部に上下ステムをそれぞれ嵌合したバタフライ弁の弁体である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明によると、ボス部の中央領域に断面六角形部、天地のステム嵌合部付近に断面円形部を設け、ボス部と弁体の弁翼部とを徐変Ｒを有するつなぎＲで接続した構成とすることで、部品点数を増やすことなく鋳造成形によって簡単に製作でき、この形状によって全体の薄肉化を維持して軽量化を図ることで弁操作時におけるトルク性を向上することが可能になり、更に、発生応力が軽微であるステム嵌合部を断面円形部とすることで一層の重量減を図っている。この場合、弁閉時の流体圧による応力集中を防いで応力を分散させることにより、強度を向上して弁閉時のシール性を確保することができる。この弁体を大口径サイズのバルブに用いる際にも、弁体の強度を確保しつつ操作トルクを低減して操作性を向上できるため、大出力のアクチュエータを必要とすることなくスムーズな動作が可能になり、小型のアクチュエータを搭載して全体のコンパクト化も可能になる。しかも、弁開時においては、ボス部付近の凹凸部位が減少することでこの部位付近や２次側における乱流の発生を減少させ、圧力損失を少なく抑えて流量特性の向上を図ることもできる。しかも、弁翼部の肉厚を薄く保つことができ、弁閉状態で最大使用圧力を負荷した場合に静的荷重に対して弁体に発生する応力を、弁翼部全体の広範囲に分散させて弁体強度を保った軽量な弁体を製作できる。しかも、徐変Ｒにより弁体の凹凸部位をより少なくできるため、高粘度流体を流した場合にも弁体への液溜まりが減少する。このボス部と弁翼部とをつなぐつなぎＲ部のつなぎ形状を最適化することにより、例えば、円筒形状が天地に連なるボス部を有する弁体と比較して、ほぼ同等の強度を確保しつつ大幅な重量減を図ることも可能であり、弁体重量と応力分散とのバランスを最適な状態に設定でき、軽トルクによる操作性の向上と、弁体の強度向上によるバルブのシール性向上との双方の機能性を確保しつつ弁体を形成できる。
【００１９】
請求項２に係る発明によると、断面六角形部の六角の２面並行方向を弁翼外径方向に並行に配設することで、弁開時の流体抵抗を最小限に抑えることができ、かつ、この並行部分により弁体を横置きしやすくなるため、機械加工時などにすわりが良くなって治具等による保持が容易になり加工が簡単になる。
【００２２】
請求項３に係る発明によると、全体を補強して弁体に加わる応力を分散させて強度を向上させることができ、また、特にステムの挿入部位付近の肉を多く盗むことにより全体の重量減を図ることができる。
【００２３】
請求項４に係る発明によると、分離した上下ステムを用いてバルブボデーに弁体を固定する構造に設けることで、一体型のステムを用いた構造に比較してステムの使用材料を削減でき、弁体の交換等を容易に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明におけるバタフライ弁の弁体の実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】弁体の一部省略横断面図である。（ａ）は、本発明におけるバタフライ弁の弁体の一部省略横断面図である。（ｂ）は、比較品における弁体の一部省略横断面図である。
【図５】弁体の要部説明図である。（ａ）は、本発明におけるバタフライ弁の弁体の要部説明図である。（ｂ）は、比較品における弁体の要部説明図である。
【図６】本発明におけるバタフライ弁の弁体の実施形態を示す斜視図である。
【図７】図２の断面図である。（ａ）は、Ｄ−Ｄ線断面図である。（ｂ）は、Ｅ−Ｅ線断面図である。（ｃ）は、Ｆ−Ｆ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明におけるバタフライ弁の弁体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においては、本発明におけるバタフライ弁の弁体の斜視図を示しており、図２においては図１の平面図、図３においては図２の平面図を示している。図６においては、本発明のバタフライ弁の弁体のより詳細な斜視図を示している。
【００２６】
図に示すように、本発明におけるバタフライ弁の弁体１は、円板状に形成され、ボス部２が天地から縦方向に連設された形状を呈しており、このボス部２には筒形状の断面六角形部３、断面円形部４が形成されていると共に、このボス部２と弁体１の弁翼部５とは、徐変Ｒ６を有するつなぎＲ部７により接続されている。
【００２７】
上記のバタフライ弁の弁体１において、ボス部２には天地方向に貫通穴９が設けられ、ボス部２の中央領域Ｔに断面六角形部３が形成されている。断面六角形部３における六角を成している２面部３ａの並行方向が弁翼外径方向に平行に配設された状態になっており、これにより、並行した２面部３ａが弁閉時に図示しない流路と直交する向きになる。断面六角形部３は、正六角形状であることが望ましいが、正六角形状以外の六角形状であってもよく、更には、弁体１の中央領域Ｔには、断面六角形部以外の形状、例えば、断面八角形部や断面十角形部などの断面多角形部を形成することも可能である。
【００２８】
断面円形部４は、断面六角形部３以外の天地のステム嵌合部８付近に筒形状に形成され、断面六角形部３と滑らかな曲面部１０によりつながれている。ステム嵌合部８の縁部には環状シート面１５が形成され、断面円形部４の端部は、この環状シート面１５に向かって略円錐状に形成されている。断面円形部４は、曲面部１０により、断面六角形部３から断面円形部４にかけて直線状の外形部位が形成されることがないため、弁開時の流路抵抗が低減される。
【００２９】
弁翼部５は、ボス部２の両側に略円板状に設けられ、弁体１の回転操作時にこの弁翼部５が図示しないバタフライ弁の弾性シートリングに接離して流路の開閉可能になっている。この弁翼部５は円錐形状に形成され、弁体１の中心から両側に向かって弁体表面部５ａを傾斜させて弁体１に加わる応力を分散させるようになっている。
【００３０】
図７において、上述したボス部２と弁翼部５とは、つなぎＲ部７で接続されている。つなぎＲ部７は、徐変Ｒ６を有し、この徐変Ｒ６は、断面円形部４の天地双方から断面六角形部３の中央部３ｂに向けて小さいつなぎＲから徐々に大きいＲに設定された形状になっている。すなわち、図７（ａ）の徐変Ｒ６ａ、図７（ｂ）の徐変Ｒ６ｂ、図７（ｃ）の徐変Ｒ６ｃのアール寸法は、徐変Ｒ６ａ＜徐変Ｒ６ｂ＜徐変Ｒ６ｃの関係になっており、徐変Ｒ６は、弁体１の中心部に向かって徐々に大きな半径を有する曲面に設定されている。この場合、例えば、徐変Ｒ６ａのアール寸法が１６ｍｍであるとき、徐変Ｒ６ｃのアール寸法が９０ｍｍとなるような関係の徐変Ｒ６の形状にするとよい。弁体１の中央部３ｂにおいては、天地方向からそれぞれ形成されたつなぎＲ部７の重なりによる嶺部１１が形成されている。
【００３１】
図１、図２に示すように、嶺部１１が弁翼部５の外径方向へ張出すときの張出し量Ｗは、弁体半径Ｌの４０〜４５％程度に設定されているとよい。また、上下ステム１２、１３が嵌合される断面円形部４付近では、弁体１の軽量化を重視した場合につなぎＲ部７の高さを最小とすることが望ましい。
【００３２】
図１においては、ボス部２と弁翼部５、断面六角形部３と断面円形部４との境界付近にそれぞれ境界線が示されているが、実際には、図６に示すように、ボス部２と弁翼部５とがつなぎＲ部７、断面六角形部３と断面円形部４とが曲面部１０により滑らかにつながっている。
【００３３】
図示しないが、弁体１は、一般的な構造のバタフライ弁の弁体として使用可能であり、例えば、弾性シートリングが嵌め込まれたバルブボデー内に図６の上下ステム１２、１３を介して固定され、上方側まで突出した上ステム１２をボス部２の上端側（天側）の内側に形成されたステム嵌合部８に、下ステム１３をボス部２の下端側（地側）ボス部の内側に形成されたステム嵌合部８にそれぞれ嵌合することでバルブボデーに回動自在に取り付け可能になっている。更に、上ステム１２には自動アクチュエータ又は手動用ハンドルからなる操作手段が取付けられ、この操作手段によりバタフライ弁の弁体を自動又は手動で所定の弁開度に回転制御できる。上下ステム１２、１３の取付け構造は、前述した構造と反対であってもよい。
【００３４】
続いて、上記したバタフライ弁の弁体において、断面六角形部３付近の形状をより詳しく説明する。
図４においては、弁体の一部省略横断面図を示しており、弁体の応力に対する強度を比較するために弁翼部分を省略したものである。図４（ａ）においては、本発明におけるバタフライ弁の弁体の断面六角形部３における一部省略横断面図、図４（ｂ）においては、本発明と比較するための比較品における弁体の一部省略横断面図を示しており、この比較品の弁体２０において、本発明のバタフライ弁の弁体１の断面六角形部３が該当する部位には、円筒部２１が形成されている。そして、図４（ａ）の断面六角形部３の対辺寸法Ａに対して、図４（ｂ）の円筒部２１の外径寸法Ｂを等しく設けている。
【００３５】
図４（ａ）、図４（ｂ）において、ハッチングで示した断面六角形部３の断面積と円筒部２１の断面積とが等しくなるように、内部の抜き部分である貫通穴９の内周円１４と貫通穴２２の内周円２３とを異なる内径に設け、これらの内周円１４と内周円２３の寸法を、それぞれ内径φｄ１、内径φｄ２とした場合の断面六角形部３と円筒部２１との強度を比較する。
【００３６】
断面六角形部３と円筒部２１との断面積が等しい場合には、断面六角形部３の中心点Ｏ１から最も離れた頂点（位置）までの距離Ｓ１が、円筒部２１の中心点Ｏ２から最も離れた位置までの距離（＝半径の長さ）Ｓ２よりも長くなって断面の張り出し面積が大きくなる。このことから、断面係数及び断面二次モーメントに関して、断面六角形部３が円筒部２１よりも大きくなり、このとき、断面六角形部３のほうが約１０％程度大きくなる。このような同じ断面積である場合（＝重量が等しい場合）には、断面係数がより大きいほうが流体圧に対する剛性を高めることができるため、延いては、内周円１４と内周円２３との断面積が同じ場合には、断面六角形部３の剛性を円筒部２１よりも高めることができる。
【００３７】
従って、上記の円筒部２１と同じ断面係数の断面六角形部３を中央部に設けようとする場合には、断面六角形部３の断面積をより小さく設けることが可能になり、これによって、断面六角形部３の形状により弁体１の中央部３ｂを構成する場合には、円筒部２１の形状により中央部を構成する場合に比較して同程度の剛性を得ながらこの円筒部２１の場合よりも重量を減らすことができる。
【００３８】
例えば、図４（ａ）における断面六角形部３の対辺寸法Ａを７４ｍｍ、内周円１４の直径φｄ１をφ５６ｍｍ、図４（ｂ）における円筒部２１の外径寸法Ｂをφ７４ｍｍ、内周円２３の直径φｄ２を６２ｍｍとした場合には、断面六角形部３の断面積が約１７２３ｍｍ２、円筒部２１の断面積が約１８３７ｍｍ２となり、断面六角形部３の断面積が円筒部２１の断面積よりもやや小さくなる。この場合の断面係数を比較すると、断面六角形部３の図示しないＸ軸（横軸）に対する最小断面係数が約２９１３７ｍｍ３、円筒部２１のＸ軸に対する最小断面係数が約２６７３５ｍｍ３となり、断面積が小さい場合でもあっても断面六角形部３の断面係数が円筒部２１の断面係数よりもおよそ１０％程度大きくなっている。
【００３９】
しかも、断面六角形部３は、六角の２面部３ａの並行方向が弁翼外径方向に平行に配設された構成となっているので、弁開時における流体抵抗を最小限に抑えることができ、弁開時の流量特性に優れたバタフライ弁を設けることが可能になる。
【００４０】
次いで、弁体１のつなぎＲ部７、徐変Ｒ６と、図５（ｂ）に示した比較品の弁体２０の接続アール部２４とを比較する。
図５においては、弁体の要部説明図を示しており、図５（ａ）には本発明のバラフライ弁の弁体１における断面六角形部３付近の形状、図５（ｂ）には比較品における弁体２０における円筒部２１付近の断面形状を示している。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、断面六角形部３の六角の延長面と弁翼部５の円錐面部位とを接続する接線状の曲面がつなぎＲ部７であり、このつなぎＲ部７に徐変Ｒ６が形成されている。一方、図５（ｂ）に示すように、円筒部２１と弁翼部２６の円錐面部位とを接続する部分に接線状の接続アール部２４が形成されている。
このとき、弁翼部５の高さＣと弁翼部２６の高さＣ´とを同じ寸法とすると、徐変Ｒ６により設けられる肉盛り部αの肉盛り量（図５（ａ）に示したハッチング部分の断面積）を、接続アール部２４により設けられる肉盛り部βの肉盛り量（図５（ｂ）に示したハッチング部分の断面積）よりも大きくできる。これは、中央断面部において同じアール寸法により徐変Ｒ６、接続アール部２４を形成した場合、断面六角形部３と円筒部２１との形状の違いにより、徐変Ｒ６による張出し量Ｗ１を接続アール部２４による張出し量Ｗ２よりも大きくできるためである。その結果、弁体１における中央部付近の徐変Ｒ６の肉盛り量を周囲よりも大きくしたつなぎＲ部７に形成でき、これにより弁体１を補強する上で有利な形状になる。
【００４２】
例えば、図５（ａ）における口径サイズ４００Ａであるときの弁翼部５の高さＣを１７．５ｍｍ、徐変Ｒ６の中央部付近のアール径をＲ９０ｍｍ、断面六角形部３の対辺寸法Ａを７４ｍｍとすると、断面六角形部３付近の徐変Ｒ６の嶺部１１の弁翼部５の外径方向への張出し量Ｗ１を８１．８ｍｍ程度設けることができる。同様に図５（ｂ）における弁翼部２６の高さＣ´を１７．５ｍｍ、接続アール部２４を徐変としたときの中央部付近のアール径をＲ９０ｍｍ、断面円筒部２１の直径φｄ２を７４ｍｍとすると、断面円筒部２１付近の接続アール部２４の弁翼部２６の外径方向への張出し量Ｗ２は６８．７ｍｍ程度となる。これにより、図５（ａ）の肉盛り部αの肉盛り量が、図５（ｂ）の肉盛り部βの肉盛り量よりも大きくなって、中央部付近の補強効果が高まり、弁体強度が向上する。
【００４３】
しかも、徐変Ｒ６の場合の張出し量Ｗ１は、図５（ａ）の弁翼部５の外径方向、および弁体１の表裏方向の双方共に大きくなり、弁体１全体の強度も高まる。徐変Ｒ６を形成する際には六角部分の幅寸法をやや広げるようにすれば、徐変Ｒ６のアール寸法をより大きく形成でき、前記した張出し部分を弁翼部５の外径方向に張出させるほど強度が上がることになる。
【００４４】
徐変Ｒ６の最大寸法は、断面六角形部３と弁翼部５との寸法の関係により限界があるが、この徐変Ｒ６の嶺部１１の張出し量Ｗとしては、前述したとおり、弁体１の半径の４０〜４５％程度に設定するとよい。徐変Ｒ６の寸法を設定する場合、嶺部１１の寸法を大きく設定すると弁翼部５の円錐高さを小さくできるが徐変Ｒ６の形成部分が大きくなることで重量増となり、一方、嶺部１１の寸法を小さく設定すると徐変Ｒ６の形成部分を小さくできるが弁翼部５の円錐高さを大きく取る必要が生じて重量増となる。嶺部１１や徐変Ｒ６を設定する場合、これらのことを考慮した上で小さいつなぎＲから徐々に大きいＲとなる適宜の形状に設定するとよい。
【００４５】
一方、断面円形部４付近、および弁翼部５の外周付近は静荷重における発生応力が軽微になるため中央部３ｂ付近に比べて強度を必要とせず、このとき、断面円形部４のステム嵌合部８の内径は上下ステム１２、１３のステム径によって決定される。このため、中央部３ｂに比較して強度を必要としないこの部分を、断面六角形部３と同寸法程度の断面円形部４に設けることで強度を維持しながら肉厚を少なくして重量減を図ることができる。更に、徐変Ｒ６についても同様であり、断面円形部４付近のつなぎＲ部７の発生応力が少なくなるため、耐久性とシール性とを考慮しつつ断面円形部４付近の徐変Ｒ６を小さいつなぎＲに設けることにより重量を低減できる。その結果、応力の大きい中央部３ｂ付近の徐変Ｒ６を大きく形成することで応力的に有利な形状とし、中央部３ｂから徐々に小さいつなぎＲによりこの徐変Ｒ６を設けることで弁体１全体を軽量化しつつ弁閉時の応力を分散させて強度を向上できる。
【００４６】
弁体軽量化と応力緩和性とを重視した場合、弁体１を天地方向に二分割する位置が最大寸法になるようにつなぎＲ部７の寸法を設定するとよい。この弁体１を天地方向に二分割する位置には前記した嶺部１１が設けられ、この嶺部１１は、つなぎＲ部７が最大寸法になっていることで最も外径側に張出した形状となり、この嶺部１１の形状により最も効果的に弁翼部５を補強してこの弁翼部５に発生する応力を全体に大きく分散させている。
【００４７】
ここで、本発明におけるバタフライ弁の弁体を供試品とし、この供試品が、例えば、口径サイズ４００Ａであるときの端部側と中央側との徐変Ｒの寸法を表１に示す。本発明の弁体と比較するために、比較品の弁体の一定接続アール部のアール寸法も表１に示す。
【００４８】
【表１】
0005690526.tif 000002
【００４９】
表１における弁体サイズ４００Ａの供試品の弁体において、この弁体の半径に対する徐変Ｒの中央側の張出し量の比率は、例えば、４２％程度であることが望ましい。
【００５０】
次に、前述した表１に記載の弁体に流体圧が加わって応力が発生するときの応力分布をシミュレーションにより解析した。この場合、弁体に対して加わる荷重（流体圧により加わる荷重）を１．６ＭＰａ、１．８ＭＰａ、２．０ＭＰａとし、この場合のミーゼス応力分布、最大主応力（引張）分布を解析した。
これらの応力分布の解析の結果、本発明におけるバタフライ弁の弁体１（供試品）は、断面六角形部３により断面係数が高くなっている中央部３ｂ付近への応力分布が少なくなり、つなぎＲ部７を形成した全体形状により応力が中央部３ｂから外周部付近にかけて全体に加わる結果となった。このことから、流体圧による応力集中が弁体１に発生し難くなっており、断面六角形部３付近が流体圧によって反るように塑性変形することを防止でき、弁体１によるシール性を確保できる。更に、断面円形部４付近や図示しないバタフライ弁のシートリングと密接シールする外周端部付近においては、応力による負荷がほとんど加わらないためシール性が確実に保持される。
【００５１】
一方、天地に連なる円筒形状のボス部を有する弁体（比較品）に流体圧が加わった場合、流体圧が集中する中央部付近の形状が断面円筒状の円筒部２１であるためにこの付近の断面係数が不足すると共に、徐変Ｒを有するつなぎＲ部の代わりに一定の寸法でかつアール部位の半径が小さい接続アール部２４が形成されているため、特に、この中央部付近に応力が集中しやすくなる。しかも、弁体が上下のステムにより支承された取付け構造であることから、弁体の流体圧が加わる一次側がステム側に押されるようにして支えられる一方、二次側はステムによって支えられた状態になっていない。このため、中央部付近の撓みがより大きくなって、この中央部付近への応力集中により一次側の面を中心に反りが生じて塑性変形しやすくなる。これにより、例えば、この弁体を、口径サイズ４００Ａを含む３５０〜６００Ａ程度の口径のバルブに使用した場合には、その受圧面積が増加することで弁体強度の確保が難しくなってシール性の維持が更に困難になる。
【００５２】
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。これにより、断面六角形部の形状や外径寸法、断面円形部の外径寸法や長さ、つなぎＲ部における徐変Ｒのアール形状、弁翼部の断面形状や肉厚などを適宜の仕様に設けることができ、バタフライ弁の口径寸法や用途などに応じて所望の弁体を提供することが可能になる。
【符号の説明】
【００５３】
１  弁体
２  ボス部
３  断面六角形部
３ａ  ２面部
３ｂ  中央部
４  断面円形部
５  弁翼部
５ａ  表面部
６  徐変Ｒ
７  つなぎＲ部
８  ステム嵌合部
１１  嶺部
１２  上ステム
１３  下ステム
Ｔ  中央領域
Ｌ  弁体半径
Ｗ  張出し量
【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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【図７】
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