弁のシール構造

【課題】シート押えの押圧力の増大に伴うシート部材の変形を防止しながら、シート部材の抜け出しを防止することができ、また、開閉トルクの増大を防止することが可能な弁のシール構造を提供する。
【解決手段】ゴムからなる環状のシート部材９が弁体４に形成されたシート保持部に設けられ、シート部材９はシート押え１０とシート保持部とで両側から挟持されて固定され、シート部材９は一対の硬質層２４ａ，２４ｂ間に軟質層２３を挟み込んで一体に結合した三層構造を有し、両硬質層２４ａ，２４ｂのゴム硬度は軟質層２３のゴム硬度よりも高く、軟質層２３は、弁体４が閉位置Ｓまで回転した際、弁箱２内に設けられた弁箱側弁座部７に摺接する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばバタフライ弁等の弁のシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１２に示すような偏心バタフライ弁６１においては、弁箱６２の内部に、流路６３を開閉する弁体６４が弁棒６５の軸心廻りに回転自在に設けられている。また、弁箱６２は、内周面に、円環状の弁箱側弁座部６６を有している。
【０００３】
弁体６４と弁箱側弁座部６６との間をシールするシール構造は下記のように構成されている。
図１３〜図１５に示すように、弁体６４の外周縁部にシート保持部６７が全周に亘って形成されており、ゴムを材質とする円環状のシート部材６８がシート保持部６７に設けられている。通常、シート部材６８のゴムの硬度はＨｓ６０〜７０程度である。
【０００４】
また、シート部材６８は円環状のシート押え６９とシート保持部６７の押え面６７ａとで両側から挟持されて固定されている。シート押え６９は複数本のボルト７０によって弁体６４に取付けられている。尚、シート部材６８が取付けられた状態において、図１３の実線で示すように、シート部材６８の外周縁が弁体６４およびシート押え６９の外周縁よりも径方向の外側へ所定量Ａだけ突出している。また、シート保持部６７の押え面６７ａとこれに対向するシート押え６９の押え面６９ａとにはそれぞれ、断面波形状の溝部７１が形成されている。
【０００５】
これによると、図１５に示すように、弁体６４が閉位置Ｓまで回転した場合、弁箱６２内の流路６３が弁体６４によって閉鎖され、流体（例えば水等）の流れが遮断される。このとき、シート部材６８の外周縁が弁箱側弁座部６６に摺接し、弁体６４と弁箱６２との間がシールされる。また、弁体６４が閉位置Ｓから開方向へ回転して開いた場合、流体が弁箱６２の入口７２から出口７３へ流れる。
【０００６】
尚、下記特許文献１には、弁体６４のシート保持部６７の押え面６７ａとシート押え６９の押え面６９ａとシート部材６８の表裏両面とにそれぞれ、断面波形状の溝部７１を形成したシール構造が開示されている。
【０００７】
また、下記特許文献２には、シート取付用の溝に、硬質シートと軟質シートとを重ねて圧入したシール構造が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２０１２９５号公報
【特許文献２】特開昭６２−２２８７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記弁体６４を開いて流体を流しているとき、シート部材６８は流体にさらされており、シート部材６８の上流側と下流側との間に高差圧が発生した場合、図１３の仮想線で示すように、シート部材６８が上記所定量Ａよりも大きく外周側へ抜け出してしまう虞れがあった。このようにシート部材６８が抜け出してしまうと、弁のシール性が確保できないといった問題がある。
【０００９】
このようなシート部材６８の抜け出し防止の対策として、上記のように押え面６７ａ，６９ａにそれぞれ溝部７１を形成することによって、シート部材６８の抜け出しに対する抵抗力を向上させている。しかしながら、溝部７１を形成しても、シート部材６８の抜け出しを防止するのには不十分であった。
【００１０】
また、別の対策として、シート部材６８の内部に鋼製の芯金を入れることによって、シート部材６８の抜け出しに対する抵抗力を向上させることが考えられる。しかしながら、金型のコストやシート部材６８の製作コストが大幅に増えるといった問題がある。
【００１１】
さらに別の対策として、ボルト７０の締め付け力を大きくし、図１３に示すように、シート押え６９がシート部材６８を押圧して圧縮する際の押圧力Ｆ（圧縮力）を増やすことで、シート部材６８の反発弾性力が向上し、シート部材６８の抜け出しに対する抵抗力が向上する。しかしながら、通常、シート部材６８の圧縮率は厚みの１０％程度にしているが、上記のように押圧力Ｆを増やしたことによって、上記圧縮率が例えば２０％程度に上昇した場合、シート部材６８の外周縁が円形から歪んだ形状に変形してしまうといった問題がある。
【００１２】
このようなシート部材６８の変形を防止するために、ゴムの硬度が高いシート部材６８を使用した場合、シート部材６８の変形が抑制されて、弁体６４の開閉トルクが増大するといった問題やシート部材６８の耐久性が劣るといった問題がある。
【００１３】
また、上記特許文献１に開示されたシール構造についても、上記図１３で示したシール構造と同様に、シート部材の抜け出しを防止するのには不十分であった。
さらに、上記特許文献２に開示されたシール構造については、硬質シートと軟質シートとは重なってはいるが互いに別物であり、軟質シートは硬質シートに対して自由に移動可能であるため、硬質シートと軟質シートとをシート押えで圧縮した場合、軟質シートが歪んだ形状に変形してしまう虞れがあり、シール性が確保できないといった問題がある。
【００１４】
本発明は、シート押えの押圧力の増大に伴うシート部材の変形を防止しながら、シート部材の抜け出しを十分に防止することが可能であり、また、コストの大幅な増加を防止することができ、さらに、開閉トルクの増大やシート部材の耐久性の劣化を防止することが可能な弁のシール構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本第１発明は、弁箱内の流体の流れにさらされる個所に設けられ、弁箱内の可動部材と固定部材との間をシールする弁のシール構造であって、
弾性体からなる環状のシート部材が可動部材又は固定部材の少なくともいずれか一方の部材に形成されたシート保持部に設けられ、
シート部材はシート押えとシート保持部とで両側から挟持されて固定され、
シート部材は、硬度が低い軟質部と、軟質部よりも硬度が高い硬質部とを一体に結合して構成され、
硬質部はシート押えによって押圧される面を有し、
軟質部は、可動部材が所定位置まで移動した際、可動部材又は固定部材のいずれか他方の部材側に摺接するものである。
【００１６】
これによると、シート部材の抜け出しに対する抵抗力を向上させるために、シート押えの押圧力（圧縮力）を増大させた場合、シート部材の硬質部は、軟質部よりも硬度が高いため、上記押圧力に対して変形し難い。ここで、軟質部と硬質部とは一体に結合されているため、軟質部は硬質部に束縛されて変形し難くなり、これにより、上記押圧力の増大に伴うシート部材の変形を防止しながら、シート部材の抜け出しに対する抵抗力を向上させることができるため、高差圧に対するシート部材の抜け出しを十分に防止することができる。
【００１７】
また、従来のシート部材の内部に芯金を入れた構成に比べて、コストダウンを図ることができる。
また、可動部材が所定位置まで移動した際、シート部材の軟質部が他方の部材に摺接するため、可動部材を移動させるのに要するトルクの増大を抑制することができる。
【００１８】
本第２発明は、可動部材は弁棒の軸心廻りに回転自在で弁箱内の流路を開閉する弁体であり、
固定部材は弁箱内に設けられた弁箱側弁座部であり、
シート部材は、弁体の周縁部に形成されたシート保持部に設けられ、シート押えとシート保持部とで両側から挟持されて固定され、
軟質部は、弁体が閉位置まで回転した際、弁箱側弁座部に摺接するものである。
【００１９】
これによると、弁体が閉位置まで回転した際、シート部材の軟質部が弁箱側弁座部に摺接するため、摺接時、軟質部が容易に圧縮されて変形する。これにより、弁体を開閉させるのに要するトルクの増大を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明によると、押圧力の増大に伴うシート部材の変形を防止しながら、シート部材の抜け出しに対する抵抗力を向上させることができるため、高差圧に対するシート部材の抜け出しを十分に防止することができる。
【００２１】
また、従来のシート部材の内部に芯金を入れた構成に比べて、コストダウンを図ることができる。
また、弁体を開閉させるのに要するトルクの増大を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明における第一の実施の形態を図１〜図５に基いて説明する。
図１，図２に示すように、１は弁の一例である偏心バタフライ弁であり、弁箱２の内部には、流路３を開閉する弁体４（可動部材の一例）が弁棒５の軸心廻りに回転自在に設けられている。また、弁箱２は、内周面に、円環状の弁箱側弁座部７（固定部材の一例）を有している。
【００２３】
弁体４と弁箱側弁座部７との間をシールするシール構造は下記のように構成されている。
図３〜図５に示すように、弁体４の外周縁部には、シート保持部８が全周に亘って形成されており、シート保持部８には円環状のシート部材９が設けられている。
【００２４】
このシート部材９は円環状のシート押え１０とシート保持部８とで表裏両側から挟持され固定されている。尚、シート保持部８とシート押え１０との対向する面はそれぞれ押え面８ａ，１０ａとして形成され、これら押え面８ａ，１０ａはシート部材９の表裏両面に当接している。シート押え１０は複数本のボルト１１によって弁体４に取付けられている。尚、図３に示すように、シート部材９が取付けられた状態において、シート部材９の外周縁が弁体４およびシート押え１０の外周縁よりも径方向の外側へ所定量Ａだけ突出している。
【００２５】
また、図４に示すように、シート保持部８の押え面８ａとこの押え面８ａに当接するシート部材９の表裏一方の面９ａとには、互いに径方向において係合する断面波形状の第一の凸部１４（第一の係合部の一例）と第一の凹部１５（第一の被係合部の一例）とが複数形成されている。同様に、シート押え１０の押え面１０ａとこの押え面１０ａに当接するシート部材９の表裏他方の面９ｂとには、互いに径方向において係合する断面波形状の第二の凸部１６（第二の係合部の一例）と第二の凹部１７（第二の被係合部の一例）とが複数形成されている。
【００２６】
さらに、上記シート部材９の他方の面９ｂの内周縁部には突起部１８（第三の係合部の一例）が形成され、シート押え１０の押え面１０ａの内周縁部には嵌込部１９（第三の被係合部の一例）が形成されており、突起部１８が嵌込部１９に嵌まり込む。
【００２７】
また、シート部材９には複数のボルト孔２１が形成されており、これらボルト孔２１にボルト１１が挿通されている。
シート部材９は、硬度の異なる２種類のゴム（弾性体の一例）を材質としており、軟質層２３（軟質部の一例）と硬質層２４ａ，２４ｂ（硬質部の一例）とを一体に成型した三層構造を有している。上記硬質層２４ａ，２４ｂはシート部材９の厚さ方向において一対形成され、軟質層２３は一対の硬質層２４ａ，２４ｂ間に挟まれて一体的に結合している。
【００２８】
硬質層２４ａ，２４ｂの硬度は軟質層２３の硬度よりも高く、例えば、硬質層２４ａ，２４ｂの硬度は軟質層２３の硬度よりも１０〜２０％ほど高く設定されている。さらに具体的な例としては、軟質層２３の硬度をＨｓ７０程度にし、硬質層２４ａ，２４ｂの硬度をＨｓ８０程度にしている。尚、これらの数値は一例であって限定されるものではなく、軟質層２３はシール圧を確保し得るだけの硬度を有していればよく、硬質層２４ａ，２４ｂは抜け出しを防止し得るだけの硬度を有していればよい。
【００２９】
一方の硬質層２４ａはシート保持部８の押え面８ａに当接し、他方の硬質層２４ｂはシート押え１０の押え面１０ａに当接している。また、第一の凸部１４は一方の硬質層２４ａに形成され、第二の凸部１６と突起部１８とは他方の硬質層２４ｂに形成されている。
【００３０】
また、図５に示すように、軟質層２３の外周縁は、弁体４が閉位置Ｓ（所定位置の一例）まで回転した際、弁箱側弁座部７に摺接するように構成されている。
以下、上記構成における作用を説明する。
【００３１】
弁体４を開いて水等の流体を流しているとき、シート部材９は流体にさらされており、シート部材９の上流側と下流側との間に高差圧が発生することがある。このような高差圧に対しては、シート部材９の抜け出しを防止するために、シート部材９の抜け出しに対する抵抗力を向上させる必要がある。この抵抗力向上のため、ボルト１１の締め付け力を大きくし、図３に示すように、シート押え１０の押圧力Ｆ（圧縮力）を増大させた場合、シート押え１０の硬質層２４ａ，２４ｂは、軟質層２３よりも硬度が高いため、上記押圧力Ｆに対して変形し難い。ここで、軟質層２３と硬質層２４ａ，２４ｂとは一体的に結合されているため、軟質層２３は硬質層２４ａ，２４ｂに両側から束縛されて変形し難くなり、これにより、上記押圧力Ｆの増大に伴うシート部材９の変形を防止しながら、シート部材９の抜け出しに対する抵抗力を向上させることができるため、高差圧に対するシート部材９の抜け出しを十分に防止することができる。
【００３２】
また、従来のシート部材の内部に芯金を入れた構成に比べて、コストダウンを図ることができる。
図５に示すように、弁体４が閉位置Ｓまで回転した際、シート部材９の軟質層２３の外周縁が弁箱側弁座部７に摺接するため、摺接時、軟質層２３の外周縁部が容易に圧縮されて変形する。これにより、弁体４を開閉させるのに要するトルクの増大を抑制することができる。
【００３３】
さらに、図３に示すように、第一の凸部１４と第一の凹部１５とが係合するとともに、第二の凸部１６と第二の凹部１７とが係合し、且つ、突起部１８が嵌込部１９に嵌まり込んでいるため、シート部材９の抜け出しに対する抵抗力をより一層向上させることができる。
【００３４】
上記第一の実施の形態では、シート部材９を、軟質層２３と硬質層２４ａ，２４ｂとからなる三層構造にしているが、軟質層２３と硬質層２４ｂとからなる二層構造にしてもよい。尚、硬質層２４ｂはシート押え１０によって押圧される面９ｂを有している。或いは、四層構造以上の複数層にしてもよい。
【００３５】
上記第一の実施の形態では、軟質層２３と硬質層２４ａ，２４ｂとはシート部材９の厚さ方向において隣接しているが、径方向において隣接していてもよい。この一例を下記第二の実施の形態において、図６，図７に基いて説明する。
【００３６】
すなわち、シート部材９は軟質層２３（軟質部の一例）と硬質層２４（硬質部の一例）とを一体に成型した二層構造を有している。軟質層２３の内周縁と硬質層２４の外周縁とが一体的に結合しており、硬質層２４がシート保持部８の押え面８ａとシート押え１０の押え面１０ａとの間に挟み込まれている。
【００３７】
また、第一の凸部１４は硬質層２４の表裏一方の面９ａに形成され、第二の凸部１６と突起部１８とは硬質層２４の表裏他方の面９ｂに形成されている。
これによると、シート部材９の抜け出しに対する抵抗力を向上させるため、ボルト１１の締め付け力を大きくし、シート押え１０の押圧力Ｆ（圧縮力）を増大させた場合、シート押え１０の硬質層２４は、軟質層２３よりも硬度が高いため、上記押圧力Ｆに対して変形し難い。したがって、上記押圧力Ｆの増大に伴うシート部材９の変形を防止しながら、シート部材９の抜け出しに対する抵抗力を向上させることができるため、高差圧に対するシート部材９の抜け出しを十分に防止することができる。
【００３８】
また、図７に示すように、弁体４が閉位置Ｓまで回転した際、シート部材９の軟質層２３が弁箱側弁座部７に摺接するため、摺接時、軟質層２３が容易に圧縮されて変形する。これにより、弁体４を開閉させるのに要するトルクの増大を抑制することができる。
【００３９】
上記第一および第二の実施の形態では、弁体４にシート保持部８を形成し、このシート保持部８にシート部材９を設けているが、第三の実施の形態として、図８〜図１０に示すように、弁箱側弁座部７にシート保持部８を形成し、このシート保持部８にシート部材９を設けてもよい。
【００４０】
すなわち、図１０に示すように、シート保持部８は弁箱側弁座部７の内周縁部に全周に亘って形成されている。また、シート押え１０は複数本のボルト１１によって弁箱側弁座部７に取付けられている。尚、シート部材９が取付けられた状態において、シート部材９の内周縁が弁箱側弁座部７およびシート押え１０の内周縁よりも径方向の内側へ所定量Ａだけ突出している。また、図９に示すように、軟質層２３の内周縁は、弁体４が閉位置Ｓ（所定位置の一例）まで回転した際、弁体４の外周縁に摺接するように構成されている。
【００４１】
これによると、押圧力Ｆの増大に伴うシート部材９の変形を防止しながら、シート部材９の抜け出しに対する抵抗力を向上させることができるため、高差圧に対するシート部材９の抜け出しを十分に防止することができる。
【００４２】
また、図９に示すように、弁体４が閉位置Ｓまで回転した際、シート部材９の軟質層２３の内周縁が弁体４の外周縁に摺接するため、摺接時、軟質層２３の内周縁部が容易に圧縮されて変形する。これにより、弁体４を開閉させるのに要するトルクの増大を抑制することができる。
【００４３】
さらに、第四の実施の形態として、図１１に示すように、弁体４と弁箱側弁座部７との両者にそれぞれシート保持部８を形成し、これら両シート保持部８にそれぞれシート部材９を設けてもよい。この場合、弁体４が閉位置Ｓまで回転すると、弁体４側に設けられたシート部材９の軟質層２３の外周縁が弁箱側弁座部７側に設けられたシート部材９の軟質層２３の内周縁に摺接する。
【００４４】
上記第三および第四の実施の形態では、第一の実施の形態における三層構造のシート部材９を用いているが、図６に示した第二の実施の形態におけるシート部材９を用いてもよい。
【００４５】
上記各実施の形態では、弁の一例として、図１に示すように、弁棒５の位置をシール面からずらした偏芯バタフライ弁１を挙げたが、偏芯していないバタフライ弁でもよく、或いは、バタフライ弁以外の他のタイプの弁であってもよい。
【００４６】
上記各実施の形態では、流体の一例として水を挙げたが、水以外の液体又は気体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第一の実施の形態における偏心バタフライ弁の横断面図である。
【図２】同、偏心バタフライ弁の正面図である。
【図３】同、偏心バタフライ弁のシール構造を示す弁体の外周縁部の拡大断面図である。
【図４】同、偏心バタフライ弁のシール構造の分解断面図である。
【図５】同、偏心バタフライ弁の弁体が閉位置にあるときのシール構造を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態における偏心バタフライ弁のシール構造の分解断面図である。
【図７】同、偏心バタフライ弁の弁体が閉位置にあるときのシール構造を示す拡大断面図である。
【図８】本発明の第三の実施の形態における偏心バタフライ弁の横断面図である。
【図９】同、偏心バタフライ弁の弁体が閉位置にあるときのシール構造を示す拡大断面図である。
【図１０】同、偏心バタフライ弁のシール構造の分解断面図である。
【図１１】本発明の第四の実施の形態における偏心バタフライ弁の弁体が閉位置にあるときのシール構造を示す拡大断面図である。
【図１２】従来の偏心バタフライ弁の横断面図である。
【図１３】同、偏心バタフライ弁のシール構造を示す弁体の外周縁部の拡大断面図である。
【図１４】同、偏心バタフライ弁のシール構造の分解断面図である。
【図１５】同、偏心バタフライ弁の弁体が閉位置にあるときのシール構造を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１偏心バタフライ弁（弁）
２弁箱
３流路
４弁体（可動部材）
５弁棒
７弁箱側弁座部（固定部材）
８シート保持部
９シート部材
１０シート押え
２３軟質層（軟質部）
２４，２４ａ，２４ｂ硬質層（硬質部）
Ｓ閉位置（所定位置）

【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁箱内の流体の流れにさらされる個所に設けられ、弁箱内の可動部材と固定部材との間をシールする弁のシール構造であって、
弾性体からなる環状のシート部材が可動部材又は固定部材の少なくともいずれか一方の部材に形成されたシート保持部に設けられ、
シート部材はシート押えとシート保持部とで両側から挟持されて固定され、
シート部材は、硬度が低い軟質部と、軟質部よりも硬度が高い硬質部とを一体に結合して構成され、
硬質部はシート押えによって押圧される面を有し、
軟質部は、可動部材が所定位置まで移動した際、可動部材又は固定部材のいずれか他方の部材側に摺接することを特徴とする弁のシール構造。
【請求項２】
可動部材は弁棒の軸心廻りに回転自在で弁箱内の流路を開閉する弁体であり、
固定部材は弁箱内に設けられた弁箱側弁座部であり、
シート部材は、弁体の周縁部に形成されたシート保持部に設けられ、シート押えとシート保持部とで両側から挟持されて固定され、
軟質部は、弁体が閉位置まで回転した際、弁箱側弁座部に摺接することを特徴とする請求項１に記載の弁のシール構造。

【図１】