JP6592275B2 - ライニング型バタフライバルブ - Google Patents

Description

本発明は、弁体及び弁箱内周面に樹脂ライニングが施されたライニング型バタフライバルブに関し、特に、弁体下部側における流路方向や外部への流体漏れを防止したバタフライバルブに関する。

従来より、化学薬品工業用のプラントで使用して高腐食性流体や高温流体を流す場合や、食品関連の流路などに用いられる耐食性を有するバタフライバルブとして、弁体の金属製の芯体が樹脂ライニング層で被覆され、弁箱の内周面に樹脂シートリングが装着された、いわゆるライニング構造のバタフライバルブが用いられている。
ライニング型バタフライバルブでは、流体が薬品等であるために、特に、弁体の天地（上下）側における流路方向への流路漏れや弁棒の軸シール部位からの流体の外部漏れを確実に防止しつつ操作性を確保する必要がある。そのため、この種のバタフライバルブでは、通常、弁体表面のライニングから軸筒ライニングが延長され、この軸筒ライニング内周に弁体と別体の上下ステムが挿入され、軸筒ライニング外周面に弁箱側のシール部が密着シールするように設けられている。

一方、特許文献１においては、ジスク下部側にステムを設けることなく、上部ステムでジスクが軸支された構造のライニング型バタフライバルブが開示されている（特許文献１の図４を参照）。このバルブでは、ジスク下面が直接シートリングに当接され、このシートリング下部がジスク方向に弾力により押圧されることで、ジスク下面とシートリングとの面圧を確保しつつ、弁体下部側からの流路方向への流体漏れを防ごうとするものである。
また、これ以外にも、ジスク下部にやや突出した突起が一体に設けられ、この突起がボデー側に設けられた貫通穴に挿入されてジスク下部がボデーに保持されたバルブも知られている。

特許文献２のバタフライ弁では、上下の弁棒のうち、何れか一方側の弁棒が弁体と別体に設けられている。各弁棒は、弁体を被覆する樹脂ライニング層の上下に形成された円筒状の樹脂ライニング部にそれぞれ挿入され、これにより弁棒の軸シールを確保して外部漏れを防ごうとしている。

特開昭６１−１１９８８１号公報 特開平９−２９２０３７号公報

前述の上下に軸筒ライニングが延長されたバタフライバルブを組立てる場合、上下の軸筒ライニングを樹脂シートリングに形成された取付け穴の内周側から挿入する必要がある。その際、軸筒ライニングの高さがシートリングの内径よりも大きいことから、特に、口径が小さくなると弁体の組み込みが難しくなり、例えば、６５Ａ以下の小口径のサイズの場合には組立てが一層困難になる。
この構造の場合、弁体の上下にステムを挿入するための挿入穴用の肉厚を必要とするため、バルブ口径に対して弁体の厚さの割合が高くなり、小口径になるにつれてこの割合が一層高くなる。その結果、中間開度や全開状態における流量の確保も難しくなる。

一方、特許文献１のように、上部ステムのみでジスクを支える構造の場合、下部側の支えを設けていないことで、上下ステムで支える場合に比較して弁体の組み込みが容易になって、流量も大きくなる。しかし、この場合には、弁体下部のボス側の面圧が上部ボス側よりも弱くなって弁体が変位しやすくなること、弁体とシートリングとの圧接時の面圧分布が上下側でそれぞれ不安定になることにより、流路方向への流体漏れを生じるおそれがある。弁体下部の変位を防ぐためには、上部ステムを大径に設けたり強度の高い材料で形成することが考えられるが、この場合、コストの上昇につながり、しかも下部面圧を上部面圧と同等の状態まで向上させることも難しい。

ジスク下部に設けた突起をボデーの挿入穴に挿入する構造のバルブについては、ボデーの貫通穴がボデー外部まで貫通していることで、突起と貫通穴との間から流体の外部漏れを生じる可能性がある。このバルブでは、上下側の面圧のバランスが考慮されていないため、特許文献１と同様に上下側の面圧が異なり、ステムを安定状態に保持することが難しい。
さらに、これらのバルブでは、上下シール部分でクリープが発生した場合、例えば、このクリープにより上部側のライニング厚さが薄くなると、上部側のスプリングが伸長することで荷重が小さくなり、上下の面圧バランスが崩れるリスクが高くなる。

特許文献２のバタフライ弁の場合、上下の樹脂ライニング部が長くなるため弁体の組み込みが難しくなり、特に、小口径サイズのバルブでは組立てがより困難になる。弁棒が弁体とは別体に設けられ、この弁棒も樹脂ライニング部に形成された貫通穴に取付けられるため、弁棒側からの流体の外部漏れを解消することが難しい。弁棒をシールするための部品も必要になるため、部品点数が多くなりコストの増加にもつながる。

本発明は、従来の課題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、流体に対して耐食性を有するライニング型バタフライバルブであり、流量を大きく確保し、組立て容易性を発揮しつつ、ジスク下部側における流路方向や外部への流体漏れを確実に防止できる操作性に優れたライニング型バタフライバルブを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、筒状ボデーの内周面に被覆した樹脂製のシートライナの内周に上部ステムを介して上下部のボス面が摺動しながらジスクを回転自在に設けたライニング型バタフライバルブにおいて、前記ジスクは、略円形状の芯金と芯金の下部に突設した突設部の外周面を樹脂ライニングで被覆して形成され、前記樹脂ライニングで覆われた前記突設部の部位をボトムステム部とすると共に、前記ボデーの下部に設けた装着筒に保持体を設け、この保持体の上面に形成された凹部内に前記シートライナと一体に設けた袋状部を位置させ、この袋状部に前記ボトムステム部を嵌着して当該ボトムステム部を軸支させたライニング型バタフライバルブである。

請求項２に係る発明は、上部ステムを軸装した軸装筒に装着した上部スプリングと装着筒に装着した下部スプリングのバネ力を略同じにすると共に、下部ボス面のシール面積を上部ボス面のシール面積より小さくして当該下部ボス面の面圧を高めることにより、ジスク下部側のシール性を向上させたライニング型バタフライバルブである。

請求項３に係る発明は、上部ステムを軸装した軸装筒に装着した上部スプリングより装着筒に装着した下部スプリングのバネ力を大きくして下部ボス面の面圧を高めることにより、ジスク下部側のシール性を向上させたライニング型バタフライバルブである。

請求項４に係る発明は、凹部を有する保持体の環状部の上面から突設部の下面との間でボトムステム部を軸支させたライニング型バタフライバルブである。

請求項５に係る発明は、ボトムステム部の樹脂ライニングの厚みをその他の樹脂ライニングの厚みより薄く設定したライニング型バタフライバルブである。

請求項１に係る発明によると、流体に対して耐食性を発揮でき、芯金を樹脂ライニングで被覆したジスクのボトムステムを、ボデー下部の装着筒に非貫通に軸支していることで、ジスク下部にステムを装着する必要がないためジスク下部の肉厚を薄くでき、小口径サイズの場合でも口径に対するジスクの厚さの割合を低くして中間開度や全開状態の流量を大きく確保できる。下部ステムを有しないことから、小口径の場合にも容易に組立てることができ、内部構造が単純化するため部品点数も少なくなる。ジスクのボトムステム側をボデーに軸着していることで、ジスク下部側の流路方向への変位を防ぎ、流路方向へのシール性を確保し、ジスクの上下方向からの外部漏れを確実に防止でき、かつ、このジスク上下側が軸着された構造により操作トルクの上昇を防いで優れた操作性を発揮する。

しかも、保持体の凹部内にシートライナと一体の袋状部を設け、この袋状部に樹脂ライニングを被覆したボトムステム部を嵌着してボトムステムを軸支していることにより、ボトムステム側からの軸方向への外部漏れを生じることがなく、ボデー側ボス面とジスク側のボス面とを樹脂同士により密着シールして流路方向の漏れも確実に防止する。ジスクのボトムステム側の肉厚を薄くできるため、小口径の場合でも流量を大きく確保することができる。保持体で袋状部の変形を防止でき、ボトムステム側の振れを防いでジスクを芯出し状態で所定位置に装着できる。

請求項２に係る発明によると、下部ボス面の面圧を上部ボス面の面圧よりも高めてジスク下部側のシール性を向上していることで、ボトムステム部を非貫通に軸支してジスク下部側の流路方向への流体漏れを確実に阻止しつつ、流量を確保しながら組立て性を向上でき、ジスク上下側を異なる面圧バランスで強固に保持して操作性を確保できる。このため、小口径に設けた場合にも、流路方向へのジスクのずれを防ぎ、クリープや温度変化が生じた場合にも、上下の面圧バランスを維持してシール性を確保できる。上下部スプリングに同じスプリングを用いることで、部品の種類を少なくすることもできる。

請求項３に係る発明によると、異なるバネ力の上下部スプリングを用いて、下部ボス面の面圧を上部ボス面の面圧よりも高めてジスク下部側のシール性を向上していることで、ボトムステム部を非貫通に軸支してジスク下部側の流路方向への流体漏れを確実に阻止しつつ、流量を確保しながら組立て性を向上でき、ジスク上下側を異なる面圧バランスで強固に保持して操作性を確保できる。このため、小口径に設けた場合にも流路方向へのジスクのずれを防止でき、上下部ボス面の大きさや形状を調整することなく、異なるバネ力の上下部スプリングを用いて簡単にジスク上下部の面圧バランスを設定できる。

請求項４に係る発明によると、突設部を最小長さに抑えながらシール性とトルク性とを確保してジスクを保持でき、短く形成した突設部を有するボトムステム部をボデーの装着筒に容易に装着して簡単に組立てできるようになる。

請求項５に係る発明によると、小口径サイズの場合でも、下部ボス面の面圧を確保してジスク下部側から流路方向への流体漏れを確実に防止しつつ、ボトムステム部をシートライナに挿入しやすくして組立て性を確保できる。

本発明のライニング型バタフライバルブの実施形態を示す中央縦断面図である。 図１のライニング型バタフライバルブの中央縦断面図である。 図２の要部拡大断面図である。 上部シール面と下部シール面の面圧分布状態を示した模式図である。 バタフライバルブの比較例を示した要部断面図である。 図５の面圧分布状態を示した模式図である。

以下に、本発明におけるバタフライバルブの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１、図２においては、本発明のバタフライバルブの実施形態における断面図を示しており、図３においては、図２の要部拡大断面図を示している。

図１、図２において、バタフライバルブ（以下、バルブ本体１という）は、例えば、化学薬品工業用プラントや食品関連の管路等に用いられ、筒状のボデー２、ジスク３、上部ステム４、保持体５を有し、例えば、呼び径１００Ａの口径に設けられる。

ボデー２は、例えばダクタイル鋳鉄などの鋳鉄により形成された上部ボデー２ａ、下部ボデー２ｂが組合わせられ、ボルト６により側部が一体に固着されて略筒状に形成されている。ボデー２の内周面７には樹脂製のシートライナ１０が略環状に被覆され、ボデー２の上部には軸装筒１１、下部には装着筒１２が形成され、軸装筒１１内には、上部ステム４、リング体１３、鍔状部材１４、Ｏリング１５、ベアリング１６が装着される。

シートライナ１０は、例えば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂で３ｍｍ程度の肉厚に形成され、高い耐食性や耐熱性を発揮可能に設けられている。シートライナ１０の装着筒１２側には、このシートライナ１０と一体に凹状の袋状部２０が設けられる。シートライナ１０の内周には内周シール面２１が設けられ、この内周シール面２１の軸装筒１１側には上部シール面２２、装着筒１２側に下部シール面２３が設けられる。上部シール面２２側には、筒部２４が上方に延設して形成されている。

上部シール面２２、下部シール面２３側のシートライナ１０の肉厚は、ジスク３の軸芯に向けて徐々に薄くなるように形成される。具体的には、図３に示すように、例えば、下部シール面２３は、ジスク３の軸芯方向に傾斜するように形成され、この下部シール面２３の背面が流路と略平行に形成されることで、肉厚が徐々に薄くなっている。

図１、図２において、ジスク３は、上部ステム４を介してシートライナ１０の内周に装着されて、ボデー２内に回転自在に設けられている。ジスク３の中心には、ステンレス合金製の略円板状の芯金３０が設けられ、この芯金の下部には短小で円柱状の突設部３１が一体に設けられている。この突設部３１の外径寸法は、上部ステム４の最外径寸法よりも小径に設定される。突設部３１を有する芯金３０の表面には、樹脂ライニング３２が被覆されてジスク３が構成される。樹脂ライニング３２は、ＰＦＡ等のフッ素樹脂等の樹脂材料により、芯金の適宜位置に形成された貫通孔３３を介して、例えば３ｍｍの肉厚で芯金３０の表裏面の外周囲に被覆される。これにより、芯金３０から樹脂ライニング３２の離脱が防がれた状態でジスク３が設けられる。

樹脂ライニング３２の被覆により、ジスク３の下部にはこの樹脂ライニング３２で突設部３１が覆われたボトムステム部３５が設けられ、このボトムステム３５部が、ボデー２下部の装着筒１２に非貫通の軸支により装着される。ジスク３の上部には、上部ステム４の外周を被覆する軸筒部３６が形成される。

ジスク３のボトムステム部３５、軸筒部３６の外周側の天地側（上下部側）には、樹脂ライニング３２の被覆により上部ボス面３７、下部ボス面３８がそれぞれ形成され、ジスク３の回転時には、これら上部ボス面３７、下部ボス面３８が、それぞれ上部シール面２２、下部シール面２３に密接しながら摺動するようになっている。これら各ボス面３７、３８とシール面２２、２３との密接により、流路方向における流体漏れを防ぎ、いわゆる弁座シール性を得ることができる。軸筒部３６の外周には、シートライナ１０の筒部２４が配置され、この筒部２４により軸筒部３６との間をシールする。

ジスク３の天側（上部側）には角形穴部３９が形成され、この角形穴部３９に上部ステム４の接続側が挿入嵌合されながら軸装筒１１に軸装され、上部ステム４によりジスク３上部がボデー２に装着される。このように、上部ステム４とジスク３とが別体に設けられていることで組立て容易となる。

保持体５は、例えば、ステンレス等の金属材料により形成され、装着筒１２のボトムステム部３５装着側に設けられる。保持体５は略円柱状に設けられ、上部に環状部４０が設けられ、この環状部４０の内側の上面に凹部４１が形成され、この凹部４１内に前述したシートライナ１０と一体の袋状部２０が装着される。前記ボトムステム部３５は、このように凹部４１内に設けた袋状部２０に嵌着されて非貫通に軸支されることにより、ボデー２側に装着されてジスク３が回転可能に保持される。
ボトムステム部３５の装着後には、ジスク３の軸方向において、ボトムステム部３５と袋状部２０、袋状部２０と凹部４１との間には、それぞれ若干の隙間が形成される。

図１に示すように、保持体５の外周には段差部４２が設けられ、この段差部４２よりも拡径側が装着筒１２内に嵌挿され、段差部４２にシートライナ１０の外周側に装着される、ゴム製のバックアップラバー４３の開口側が係止した状態で装着される。段差部４２を形成する場合、保持体５を装着するときの組立て性と、バックアップラバー４３の変形の逃げ場をなくすために、下部ボデー２ｂの角部２ｃとの間の長さが１ｍｍ程度になるように設けるとよい。

図３において、ボトムステム部３５を、袋状部２０を介して凹部４１に装着したときには、環状部４０の上面４０ａから突設部３１の下面３１ａとの間の長さＬにおいて、ボトムステム部３５の芯金領域を軸支するようになっている。

ボトムステム部３５側の樹脂ライニング３２ａは接液するおそれがなく、耐透過性を考慮する必要がないため、このボトムステム部３５側の樹脂ライニング３２ａの厚みＤを、その他の樹脂ライニングの厚みＤ１より薄く設定してもよい。例えば、ジスク３の流路側の樹脂ライニングの厚みＤ１が４ｍｍである場合、ボトムステム部３５付近の樹脂ライニング厚みＤを１．０ｍｍとすることができ、これと共に、ボトムステム部３５の高さＨを極力低く設定することで組立性が向上する。

さらに、シートライナ１０についても同様であり、袋状部２０の厚みＥをそれ以外のライニングの厚みＥ１より薄く設定してもよい。例えば、下部シール面２３の最外周側のライニングの厚みＥ１が３ｍｍである場合、袋状部２０付近のライニングの厚みＥを１．５ｍｍとすることができる。

図２に示すように、軸装筒１１の保持体５の背面側には、コイルスプリングからなる下部スプリング５０が装着され、この下部スプリング５０の弾発力により、保持体５の環状部４０を介して下部シール面２３が下部ボス面３８に押圧される。なお、ボデー２上部の軸装筒１１にはベアリング１６が装着され、このベアリング１６の背面側にも同様に上部スプリング５１が装着され、この上部スプリング５１の弾発力により上部シール面２２が上部ボス面３７に押圧される。

これら上下部スプリング５０、５１のバネ力は、略同じに設定されて、同等の弾発力を発揮可能に設けられる。本実施形態では、同じスプリングが用いられている。また、前述した下部シール面２３が下部ボス面３８に押圧されるときの下部ボス面３８のシール面積Ｓ１は、上部シール面２２が上部ボス面３７に押圧されるときの上部ボス面３７のシール面積Ｓ２よりも小さくなっている。これらにより、下部ボス面３８による面圧は、上部ボス面３７による面圧よりも高められ、ジスク３下部側の弁座シール性が向上されている。

図４においては、図２の弁閉状態のバルブ本体１の上部シール面２２と下部シール面２３における面圧分布を示している。図に示すように、下部シール面積Ｓ１は、図の上部シール面積Ｓ２よりも小さく設定され、この下部シール面積Ｓ１における面圧が上部シール面積Ｓ２における面圧よりも高められている。

また、シール面積Ｓ１をシール面積Ｓ２と同じに設定した上で、上部ステム４を軸装した軸装筒１１に装着した上部スプリング５１よりも、装着筒１２に装着した下部スプリング５０のバネ力を大きくすることにより、下部ボス面３８による下部シール面積Ｓ２の面圧を高め、これによってジスク３下部側の弁座シール性を向上するようにしてもよい。この場合、ジスク３がスプリング５０、５１の異なるバネ力によって流路の中心からずれるおそれがあるため、ジスク３が中心に位置するように調整する必要がある。

図１、図２において、ジスク３の上部側には、上部シール面２２の背面側にリング体１３、鍔状部材１４が設けられる。
リング体１３は、ステンレス等の金属材料により円筒状に形成され、軸装筒１１に、上部ステム４外周側に設けられたベアリング１６とシートライナ１０との間に挟まれるようにして設けられる。このリング体１３には、ベアリング１６を介して上部スプリング５１の弾発力が伝わり、この弾発力がリング体１３からシートライナ１０に伝達されて上部ボス面３６と上部シール面２２とのシール性が得られ、かつ、リング体１３により軸筒部３６と筒部２４との軸シール状態が外周側から保持される。これにより、ジスク３上部側のシール性を向上し、かつ軸シール部分の拡径方向への変形を防いで強固なシール性を維持している。

前記のスプリング５０、５１は、ジスク３の上下部ボス面３７、３８の外周側に弾性力を伝達する径に形成される。これによって操作トルクの上昇を抑制しつつ、上下部ボス面３７、３８と上下部シール面２２、２３とを集中的に密着させて高シール性を発揮する。その際、上記したように、ジスク３下部側では、ボトムステム部３５と袋状部２０、袋状部２０と凹部４１との隙間により、保持体５の環状部上面４０ａで下部シール面２３の背面側が集中的に押圧され、この下部シール面２３と下部ボス面３８との面圧が高まる。

鍔状部材１４は、例えば、カーボンファイバー入りＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂材料によって形成され、リング体１３とシートライナ１０及び樹脂ライニング３２との間にシール部材として設けられる。鍔状部材１４には、円筒部１４ａが形成され、この円筒部１４ａの下部側には、外周方向に曲折された環状の鍔部１４ｂが設けられる。鍔部１４ｂにはリング体１３の端面１３ａが当接し、これにより、リング体１３は、鍔部１４ｂを介してシートライナ１０を押圧するようになっている。円筒部１４ａの内周側にはシール用Ｏリング１５が装着される。

鍔状部材１４により、リング体１３からの押圧力が鍔部１４ｂを介してシートライナ１０側に分散されるように伝達され、応力集中が防がれる。しかも、Ｏリング１５により上部ステム４周りにシール機能が発揮され、流体圧によりジスク３が下流側に移動したときに上部ステム４周辺の漏れが防止される。

ベアリング１６は、円筒状に形成され、軸装筒１１の上部スプリング５１とリング体１３との間に配置され、上部スプリング５１により上部ステム４がＯリング１５の近傍で、回転自在且つ調心状態に支持されている。

図１において、上部ボデー２ａの軸装筒１１には、ベアリング部材７０が保持リング７１で係止された状態で配置され、このベアリング部材７０により上部スプリング５１が下方向に弾発可能な状態に支持される。一方、下部ボデー２ｂの装着筒１２には、コマ部材７２が保持リング７１で係止された状態で配置され、このコマ部材７２を介して下部スプリング５０が上方向に弾発可能な状態に支持される。これらベアリング部材７０、コマ部材７２により、上下部スプリング５０、５１がそれぞれジスク３方向に弾発される。ベアリング部材７０やコマ部材７２の内外周には、防塵・防水用のＯリング７４、７５がそれぞれ装着されている。

なお、上記実施形態において、上下部スプリング５０、５１をコイルスプリングにより設けているが、これら上下部スプリング５０、５１は、何れもコイルスプリングに限られることはなく、例えば、皿ばねであってもよい。

また、略円柱状の保持体５の代わりに図示しない筒体を装着筒１２に装着し、この筒体の上方からボトムステム部３５を嵌着して軸支した構造に設けることもできる。

続いて、本発明のライニング型バタフライバルブの上記実施形態における作用を説明する。
本発明におけるバルブ本体１は、図１〜図３に示すように、ボトムステム部３５をボデー２の装着筒１２に非貫通で軸支してジスク３を回転可能に設けていることにより、ジスク３の下部に別途ステムを設けることなくこのジスク３をボデー２に取付けできる。
このことから、ジスク３の下部付近の肉厚を特に薄く形成して、弁開時の流路口径に対するジスク３の厚さの割合を小さくできる。これにより、バルブ口径に対して、ステム用の挿入穴の肉厚の割合が大きくなる小口径（例えば、口径６５Ａ以下のバルブ）の場合に特に有効であり、ジスク３全体の肉厚を薄く設けて、中間開度や全開状態の流量を大きく確保できる。

上部スプリング５１よりも下部スプリング５０のバネ力を大きくし、図４に示すように、上部ボス面３７側による上部シール面積Ｓ１の面圧よりも下部ボス面３８側による下部シール面積Ｓ２の面圧を高めていることにより、ジスク３下部側の弁座シール性を向上し、このジスク３下部側を非貫通に軸支していることで流体の外部漏れを防ぎつつ操作性も向上する。

ここで、シール面積に加わる面圧について詳しく述べる。図４（ａ）、図４（ｂ）は、上流側の流体圧が０ＭＰａのときの上部シール面積Ｓ２、下部シール面積Ｓ１の面圧分布をそれぞれ示しており、図４（ｃ）、図４（ｄ）は、上流側の流体圧が１．０ＭＰａのときの上部シール面積Ｓ２、下部シール面積Ｓ１の面圧分布をそれぞれ示している。図４と、後述の図６において、図の右側が上流側、左側が下流側を示しており、ハッチング部分に面圧が加わっている。ハッチング間隔が狭い部分はシール面圧が高く、ハッチング間隔が広い部分はシール面圧が低い状態を示している。

図４（ａ）、図４（ｂ）の流体圧０ＭＰａの場合、図２のジスク３が下流側に変位することがないため、上下部シール面積Ｓ２、Ｓ１における面圧はそれぞれ均等になる。
一方、図４（ｃ）、図４（ｄ）の流体圧１．０ＭＰａの場合には、ジスク３が下流側に変位することで、下流側に比較して上流側の面圧がやや低くなる。しかし、下部シール面積Ｓ１を小さく設定していることから、図４（ｄ）の下流側面圧も図４（ｃ）の下流側面圧よりも高くなり、しかも、ジスク３の変位により下流側付近の面圧が流体圧０ＭＰａのときよりも高まるため、上部のシール面圧と同様の高いシール性を発揮し、これらの上下部シール面積Ｓ２、Ｓ１における面圧のバランスを維持し、ジスク３下部側のずれ（変位）を抑制できる。上流側と下流側との中心でボトムステム部３５により軸支していることで、図４（ｃ）、図４（ｄ）の上下部シール面積Ｓ２、Ｓ１において、それぞれ上流側と下流側との面圧差を抑え、安定したシール性及びトルク性を発揮する。

一方、図５、図６においては、バタフライバルブの比較例を示しており、この例では、図５に示すように、ボトムステム部や下部ステムが設けられることがなく、芯材８０が樹脂ライニング部８１で覆われた弁体８２の上部側が図１の上部ステム４で軸支され、弁体８２の下部側では、樹脂ライニング部８１の下部当接面８３がシートライナ部８４の内周面部８５に当接シールするものである。図６（ａ）、図６（ｂ）は、上流側からの流体圧が０ＭＰａのときの上部シール面積Ｔ２、下部シール面積Ｔ１の面圧分布をそれぞれ示しており、図６（ｃ）、図６（ｄ）は、上流側の流体圧が１．０ＭＰａのときの上部シール面積Ｔ２の面圧分布、下部シール面積Ｔ１の面圧分布をそれぞれ示している。

図６（ａ）、図６（ｂ）の流体圧０ＭＰａの場合、弁体８２が下流側に変位することはなく、上下部シール面積Ｔ２、Ｔ１における面圧はそれぞれ均等になる。上下部の面圧を比較すると、弁体８２の下部側が軸支されておらず、下部当接面８３が広いシール面積で内周面部８５に当接することにより、弁体上部側よりも面圧が弱くなる。

図６（ｃ）、図６（ｄ）の流体圧１．０ＭＰａの場合、弁体８２が下流に変位して上流側の面圧が低くなる。このとき、前記のように下部シール面積Ｔ１が下部当接面８３により面積が広くなっていることで、下部シール面積Ｔ１の面圧が向上しにくくなる。さらに、弁体８２下部に軸支部位を設けていないことから、上流側とのシール面圧の差が大きくなって下流側に変位しやすくなることから、シール性が低下してトルク性も安定しにくく、操作性も悪化するおそれが高い。

本発明の図１、図２のバルブ本体１において、上下部スプリング５０、５１のバネ力を略同じにすると共に、下部ボス面３８のシール面積Ｓ１を上部ボス面３７のシール面積Ｓ２より小さくして下部ボス面３８の面圧を高めて、ジスク３下部側のシール性を向上したことにより、下部シール面２３と下部ボス面３８とのシール性を確保し、クリープや温度変化により上下側の何れかのライニングの厚さが薄くなった場合にも、上下同じバネ力によって上下の面圧分布のバランスを維持し、各シール部位からの漏れを防止する。上下部スプリング５０、５１は、保持体５、ベアリング１６の端面外周付近を押圧しているため、確実に上下部シール面２２、２３を上下部ボス面３７、３８に押圧してこれらのシール性を向上している。

図３に示すように、保持体５の上面に凹部４１を形成し、この凹部４１に設けた袋状部２０にボトムステム部３５を嵌合していることで、ジスク３に圧力が加わったときには、この圧力がジスク３の芯金３０から凹部４１の側面に伝達する。これにより、金属よりも強度の低い樹脂製シートライナ１０や樹脂ライニング３２の変形を金属の保持体５により防止でき、高シール性を維持できる。凹部４１内に袋状部２０を設けていることで、凹部４１内に流体圧が加わったとしても、この凹部４１により袋状部２０の変形や破壊等を防止して漏れを確実に防止する。

その際、凹部４１を設けた保持体５の環状部上面４０ａから、突設部下面３１ａとの間でボトムステム部３５の芯金領域を軸支しているので、ボトムステム部３５を必要最小限の長さに設けて組立て容易性を確保しつつ、ライニングの強度を確保できる。

さらには、シートライナ１０の上下部シール面２２、２３の肉厚がジスク３の軸芯に向けて徐々に薄くなっているため、シートライナ１０と上下部ボス面３７、３８との面圧分布を維持しつつ、ボトムステム部３５の高さＨを最小限に抑えて組立性を向上することが可能となる。なお、図中の二点鎖線は、下部シール面２３側の肉厚を均一に設ける場合を表している。この場合、ボトムステム部３５の高さＨが延長し、凹部４１を深く形成する必要も生じてジスク３の組み込みが難しくなる。

バルブ本体１を組立てる際には、図１、図２において、先ず、予め樹脂ライニング３２で被覆したジスク３をシートライナ１０の内側に組み入れる。この場合、ジスク３の上部側では、軸筒部３６をシートライナ１０の筒部２４に内挿する。一方、ジスク３の下部側では、ボトムステム部３５を袋状部２０に嵌合するように装着する。このように、ジスク３下部側にステム装着用の長尺状の軸筒部を設ける必要がなく、袋状部２０に短小の突設部３１を樹脂ライニング３２で被覆したボトムステム３５を、シートライナ１０をほとんど変形させることなく容易に挿入できる。

次に、ジスク３上部側において、Ｏリング１５を装着した鍔状部材１４を筒部２４の外周に装着する。このとき鍔部１４ｂを筒部２４の外周側に嵌め込むようにし、上部側のＯリング１５を軸筒部３６外周に当接させるように組み込む。
さらに、鍔状部材１４の外周に、底面を鍔部１４ｂ上面に当接させながらリング体１３を装着する。これにより、金属製のリング体１３が鍔状部材１４の円筒部１４ａを外周側から保持して筒部２４の拡径が阻止される。
この状態で上部ステム４を軸筒部３６の内側に挿入してジスク３に接続する。

上部ボデー２ａの軸装筒１１の対応する位置に、ベアリング１６、上部スプリング５１、ベアリング部材７０を装着し、このベアリング部材７０を保持リング７１の係止により抜け止め状態で装着する。
下部ボデー２ｂの装着筒１２の対応する位置には、保持体５、下部スプリング５０、コマ部材７２を装着し、コマ部材７２を保持リング７１の係止により抜け止め状態で装着する。

最後に、上部ボデー２ａ、下部ボデー２ｂの間に、ジスク３、鍔状部材１４、リング体１３を装着した前述のシートライナ１０を配置し、これを挟み込んだ状態でボルト６を締め付けて一体化することでバルブ本体１の組立てが完了となる。

以上、説明したように、バルブ本体１は、ジスク３のボトムステム部３５をボデー２下部の装着筒１２に非貫通に軸支していることで、ジスクの上下にステムを設けた構造のライニング型バタフライバルブと比較して、流量を増大しつつ組立て性を向上し、下部シール面積Ｓ１における面圧を上部シール面積Ｓ２の面圧よりも高めていることで流路方向における流体漏れを確実に防止し、特に、下部ステムの有無が流量確保と組立て性とに大きく影響を与える小口径のバタフライバルブに有効である。

１ バルブ本体
２ ボデー
３ ジスク
４ 上部ステム
５ 保持体
７ 内周面
１０ シートライナ
１１ 軸装筒
１２ 装着筒
２０ 袋状部
３０ 芯金
３１ 突設部
３１ａ 下面
３２ 樹脂ライニング
３５ ボトムステム部
３７ 上部ボス面
３８ 下部ボス面
４０ 環状部
４０ａ 上面
４１ 凹部
５０ 下部スプリング
５１ 上部スプリング
Ｄ ボトムステム部の樹脂ライニングの厚み
Ｄ１ 流路側の樹脂ライニングの厚み
Ｈ ボトムステム部の高さ
Ｓ１ 下部ボス面のシール面積
Ｓ２ 上部ボス面のシール面積

Claims (5)

1. 筒状ボデーの内周面に被覆した樹脂製のシートライナの内周に上部ステムを介して上下部のボス面が摺動しながらジスクを回転自在に設けたライニング型バタフライバルブにおいて、前記ジスクは、略円形状の芯金と芯金の下部に突設した突設部の外周面を樹脂ライニングで被覆して形成され、前記樹脂ライニングで覆われた前記突設部の部位をボトムステム部とすると共に、前記ボデーの下部に設けた装着筒に保持体を設け、この保持体の上面に形成された凹部内に前記シートライナと一体に設けた袋状部を位置させ、この袋状部に前記ボトムステム部を嵌着して当該ボトムステム部を軸支させたことを特徴とするライニング型バタフライバルブ。
2. 前記上部ステムを軸装した軸装筒に装着した上部スプリングと前記装着筒に装着した下部スプリングのバネ力を略同じにすると共に、前記下部ボス面のシール面積を前記上部ボス面のシール面積より小さくして当該下部ボス面の面圧を高めることにより、ジスク下部側のシール性を向上させた請求項１に記載のライニング型バタフライバルブ。
3. 前記上部ステムを軸装した軸装筒に装着した上部スプリングより前記装着筒に装着した下部スプリングのバネ力を大きくして前記下部ボス面の面圧を高めることにより、ジスク下部側のシール性を向上させた請求項１又は２に記載のライニング型バタフライバルブ。
4. 前記凹部を有する保持体の環状部の上面から前記突設部の下面との間で前記ボトムステム部を軸支させた請求項１乃至３の何れか１項に記載のライニング型バタフライバルブ。
5. 前記ボトムステム部の樹脂ライニングの厚みをその他の樹脂ライニングの厚みより薄く設定した請求項１乃至４の何れか１項に記載のライニング型バタフライバルブ。

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