バタフライバルブの構造と仕組みを徹底解説

バタフライバルブの構造と各部品の役割を理解する

開度30％以下で使い続けると、バルブ損傷の修繕費が数十万円に膨らむことがあります。

バタフライバルブの構造における主要部品と働き

バタフライバルブは「パイプを輪切りにしたような短い円筒形の本体（ボデー）」に、「円盤状の弁体（ディスク）」を「弁棒（ステム）」で固定した、非常にシンプルな構造をしています。ハンドルやアクチュエーターでステムを操作すると、ディスクが90度回転して流体の通り道を開けたり閉じたりする仕組みです。部品点数が少ないため、製造コストが低く、軽量でコンパクトに仕上がります。

各部品の役割をまとめると以下のとおりです。

• 🔷 ボデー（弁箱）：配管に挟み込んで固定する本体部分。鋳鉄・ダクタイル鋳鉄・ステンレスなど材質は用途に合わせて選ぶ。
• 🔷 ディスク（弁体）：流体を遮断・調整する円盤状の部品。全開時には流れに対して平行になり、圧力損失を最小限に抑える。
• 🔷 ステム（弁棒）：ディスクを支え、回転動作を伝える軸。ステムの位置がバルブの性能を大きく左右する。
• 🔷 シート（弁座）：ディスクと密着して流体の漏れを防ぐ部分。ゴム・フッ素樹脂・金属（メタル）の3種類があり、流体の種類や温度によって使い分ける。

これが基本です。バタフライバルブをゲートバルブやグローブバルブと比較すると、面間寸法が圧倒的に短く、同口径でも質量は半分以下になるケースがあります。たとえば呼び径200Aのゲートバルブが20kg前後であるのに対し、バタフライバルブは5〜8kg程度に収まる製品が多く、施工時の取り回しが格段に楽になります。これは使えそうですね。

なお、ゴムシート（シートラバー）タイプのバタフライバルブは、ゴムシート自体がガスケットの役割を兼ねるため、配管フランジ間にガスケットを別途用意する必要がありません。部材コストを削減できるだけでなく、施工手順も簡略化されるという点は、建築設備の施工現場では見逃せないメリットです。

参考：バタフライバルブの配管施工時の注意事項と設計のポイント（日本バルブ工業会）
https://j-valve.or.jp/valve/basic-precautions/

バタフライバルブの構造による2大分類：センターディスク形と二重偏心形の違い

バタフライバルブは構造上、大きく「センターディスク形」と「二重偏心形（ハイパフォーマンス形）」の2種類に分けられます。どちらを選ぶかによって、シール性・耐久性・適用できる流体条件が大きく変わるため、建築設備の設計・施工段階でしっかり理解しておく必要があります。

センターディスク形は、ステムの中心線とディスク外周のシール面が同一面上にある最もシンプルな構造です。ボデー内側に弾性ゴムや樹脂のライナーを入れ、ディスクを強制的に押し付けてシールします。構造がシンプルな分、製造コストが低く、給排水・空調配管など一般的な建築設備向けに広く普及しています。ただし開閉のたびにディスクとシートが摺動するため、長期使用でゴムが摩耗しやすいという点があります。

一方、二重偏心形はステムの中心線がディスクの中心からも、配管の中心からも意図的にずらして（偏心させて）設計されています。偏心によるカム作用が働くことで、バルブを開ける際にディスクがわずかな角度でシートリングから離脱します。つまり全閉位置の直前まで弁体とシートがほとんど接触しません。

つまりシール面の摩耗を大幅に抑えられるということですね。これにより密閉性が向上し、メタルシートの採用も可能になるため、より高い圧力・温度条件での使用に耐えられます。さらに上位の「三重偏心形」になると最高温度425℃・最高圧力64barに対応できる製品もあり、発電プラントや石油化学設備でも採用されています。

建築設備の一般的な空調・給排水用途ではセンターディスク形で十分なケースが多いですが、蒸気配管や薬品配管、高圧系統では二重偏心形やメタルシートを選定することが長期的なトラブル防止につながります。

参考：バタフライバルブの構造・種類・特長の詳細解説（日本ダイヤバルブ）
https://www.ndv.co.jp/product/butterfly/feature/index.html

バタフライバルブの構造が決める流量特性と開度30％問題

バタフライバルブは「流量調整に優れたバルブ」として知られており、全開・全閉だけでなく中間開度での制御（コントロール動作）にも対応できます。その理由は、バタフライバルブの固有流量特性が「イコールパーセント（EQ%）特性」に近いからです。イコールパーセント特性とは、弁開度が大きくなるにつれてCv値（流量係数）の変化率が一定に保たれる特性で、差圧が変動する実際の配管でも制御精度を維持しやすいという利点があります。

ただし、ここに大きな落とし穴があります。

バタフライバルブは構造上、開度30％以下での流量制御には対応できないと考えるのが原則です。低開度では弁体がゴムシートに乗り上げた状態になるため、わずかな開度変化で流量が急激に変動してしまいます（クイックオープン特性に近くなる）。さらに低開度で流速が上がることでキャビテーション（気泡の発生と崩壊による衝撃）が起きやすくなり、振動・騒音が発生するだけでなく、弁体や配管内壁を侵食するリスクがあります。

具体的には、開度30°以下で継続使用すると弁体やシートの損傷が急速に進み、場合によっては数か月で交換が必要になるケースも報告されています。バルブ本体の交換コストだけでなく、工事費・停止損失を含めると数十万円規模の出費になりかねません。痛いですね。

低開度での細かな流量調整が必要な場合は、清水工業の「流量調整形バタフライ弁」や栗本鉄工所の「オリフィスバタフライ弁」のような専用製品を選ぶか、グローブバルブへの切り替えを検討することが現実的な対策になります。設計段階でバルブの運転開度を確認し、30％を下回る運用が想定される場合は早めに仕様を見直すことが重要です。

参考：バタフライ弁の流量調整と開度別のリスクについて（バタフライ弁情報まとめ）
https://www.valvenavi-butterfly.com/knowledge/flow-regulating.html

バタフライバルブの構造とシート材質の選定で失敗しないポイント

バタフライバルブのシート（弁座）材質の選定は、バルブの性能と寿命を左右する最重要項目のひとつです。「とりあえずゴムシートのものを選んでおけば大丈夫」と考えて施工した後、流体の種類や温度条件が合わず早期にシートが劣化するというトラブルは、建築設備の現場でも珍しくありません。シート材質ごとの特性を正しく理解することが、選定ミスを防ぐ第一歩になります。

主なシート材質の特性は以下のとおりです。

• 🟢 NBR（ニトリルゴム）：耐油性に優れており、一般水・油・空気配管に適する。低コストで最も普及している。
• 🟢 EPDM（エチレンプロピレンゴム）：耐熱性・耐候性・耐薬品性に優れ、温水・空調冷温水・薬液用途に向く。ただし鉱物油や油脂系流体には不向き。
• 🟢 FKM（フッ素ゴム）：耐油性・耐熱性ともに高く、石油系薬品や高温流体にも対応。コストはNBRの2〜3倍程度。
• 🟡 PTFE・PFA（フッ素樹脂）：ほぼあらゆる薬品に対する耐薬品性を持つ。ただし高流速・高圧条件での変形に注意が必要。
• 🔴 メタルシート（ステライト合金など）：高温・高圧・特殊ガス用途に対応。二重偏心・三重偏心形と組み合わせることで真価を発揮する。

よくある選定ミスのひとつが、「空調冷温水配管にNBRを使ったところ、防錆剤（不凍液）の成分でゴムが膨潤し、数年で漏れが発生した」というケースです。EPDMであれば防錆剤含有の温水系統にも対応できるため、流体の添加剤成分まで確認した上でシート材質を決めることが原則となります。

シート材質を選定する際は、①流体の種類・温度・圧力、②使用頻度（開閉回数）、③メンテナンスサイクルの3点を整理してから各メーカーの仕様書と照合するのが確実です。不明な場合はメーカーに問い合わせることを推奨します。

参考：バルブのシート材質と流体適合性の解説（一般社団法人日本バルブ工業会）
https://j-valve.or.jp/valve/letslearn/

バタフライバルブの構造から見た設置・施工時に見落としがちな注意事項

バタフライバルブの設置方法は一見シンプルですが、構造的な特性を無視した施工が原因でトラブルになるケースが少なくありません。特に建築設備の施工現場では、スペースの制約からバルブ位置が妥協されることがあり、それが後々の性能劣化や漏れにつながります。

まず注意すべきなのが、エルボ（曲がり管）や継手からの距離です。バタフライバルブはエルボの直近に設置すると、偏った流速分布がディスクに不均一な力を与え、シール性能が低下したり、ステムへの負荷が増大したりします。一般的にはエルボ前後に少なくとも配管径の5〜6倍の直管部を確保することが推奨されています。たとえば呼び径100Aの配管なら、上流側に500〜600mm程度の直管スペースが必要になる計算です。

次に、配管フランジの溶接作業との順序も重要です。フランジ溶接後すぐにバルブを取り付けると、溶接熱がゴムシートに伝わり劣化の原因になります。フランジ溶接が完全に冷えてから取り付けることが原則です。また逆に、バルブをフランジに仮組みした状態で溶接作業を行うことも厳禁とされています。

設置方向については、センターディスク形のバタフライバルブは水平配管が最適ですが、垂直配管への設置も可能です。ただし垂直取り付けの場合はステムが上下方向になるよう配置し、弁体が重力の影響で勝手に動かない構造になっているかを確認することが必要です。

さらに、ゴムシートタイプの場合はガスケット不要ですが、偏心構造（二重偏心・三重偏心）タイプにはゴムなどの軟質ガスケットを使用しないことが厳守事項になっています。軟質ガスケットを入れるとフランジ面の締め付け圧でガスケットが変形し、バルブシートを押しつぶして密閉性を損なうリスクがあります。施工時には必ずバルブ種類に応じたガスケット仕様を確認してください。

参考：同芯型ゴムシートバタフライ弁の施工注意事項（日本バルブ工業会）
https://j-valve.or.jp/cms/wp-content/uploads/valve/sekou_06.pdf

3/4 インチねじ込み双方向真鍮シャットオフバルブバタフライハンドルボールバルブ燃料水油空気耐久性バタフライハンドル