JP2002106730A - 単座形弁装置 - Google Patents

単座形弁装置

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JP2002106730A JP2001142947A JP2001142947A JP2002106730A JP 2002106730 A JP2002106730 A JP 2002106730A JP 2001142947 A JP2001142947 A JP 2001142947A JP 2001142947 A JP2001142947 A JP 2001142947A JP 2002106730 A JP2002106730 A JP 2002106730A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 異物の噛み込みが生じにくくする。安価で長
寿命とする。 【解決手段】 弁プラグ45の最上端位置にピストンリ
ング38を設ける。ケージ37に唯一の弁座44を設
け、弁プラグ45を着座させる。弁プラグ45が弁座4
4に着座すると、流路33と34との間の流体の流れが
遮断される。ピストンリング38は、流量制御用窓4
3、ケージ37の内周面と弁プラグ45の外周面との隙
間、空間47および圧力平衡用の開口51に生じる流体
の流れを遮断する。また、ピストンリング38は、弁プ
ラグ45の上端面からのケージ37の内周面と弁プラグ
45の外周面との隙間への異物の侵入を防ぐ。弁プラグ
45が弁座44から離れると、流路33からの流体の流
れが流量制御用窓を43を通して流路34へ流れる。こ
の際、ピストンリング38の上面38aがケージ37の
内周面に付着している異物を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、石油工業、化学
工業などに用いられる弁装置、特に円筒状のケージと弁
体(弁プラグ)によって流体の流量を制御するケージ型
弁装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般的なケージ型弁装置の構成を図18
に示す。同図において、1は弁箱であり、この弁箱1は
仕切壁2により内部が上流側流路3と下流側流路4に仕
切られている。弁箱1の上端開口部を閉鎖する上蓋5と
仕切壁2との間には円筒状のケージ7が設けられてい
る。ケージ7の下端部は仕切壁2の中央に開設された通
孔9に嵌め込まれている。ケージ7の周壁には上流側流
路3と下流側流路4とを連通させる複数個の流量制御用
窓13が開設されている。ケージ7の内周壁面には流量
制御用窓13の上方および下方にそれぞれ位置する2つ
の弁座14A,14Bが形成されている。ケージ7に
は、その内周壁面に沿って、弁プラグ(弁体)15が摺
動自在に嵌め込まれている。
【0003】弁座14A,14Bは、口径が互いに異な
り、上方側の弁座14Aの口径が下方側の弁座14Bの
口径よりも大きい。弁プラグ15は、下面が開放する筒
状体で、弁軸18の先端に取り付けられている。弁軸1
8は上蓋5の中央に設けられた貫通孔16に摺動自在に
貫通して設けられている。弁プラグ15の外周面には弁
座14A,14Bに対応して2つの着座部19A,19
Bが設けられている。着座部19A,19Bはケージ型
弁装置の全閉状態において、図19(a)に示すように
弁座14A,14Bに共に着座する。弁プラグ15に
は、弁プラグ15の内外の圧力が等しくなるように、開
口(圧力平衡用の開口)21が複数個形成されている。
開口21は弁プラグ15によって仕切られるケージ7の
軸方向の一方側の空間17と他方側の空間(流体の通
路)11との間を連通する。
【0004】このケージ型弁装置において、弁軸18
は、自動制御装置による駆動部の作動や手動操作によっ
て上下動される。弁軸18が上下動すると、弁プラグ1
5が弁軸18と一体になって上下動し、流量制御用窓1
3の開度すなわち開口面積が変化する。これによって、
上流側流路3からケージ7の内部を通って下流側流路4
に流れる被制御流体の流量が制御される。流量制御用窓
13の形状により所望の流量特性を得ることができる。
【0005】このタイプのケージ型弁装置においては、
弁プラグ15をケージ7に滑らかに摺動させるために、
弁プラグ15の外周面とケージ7の内周面との間に微細
な隙間を設けざるを得ない。そのため、弁プラグ15と
ケージ7との隙間を流体が流通してしまうので、流体中
に含まれる異物がこの隙間に侵入して障害となる機会が
多い。この点を図19(b)を参照して詳述する。この
例では、ケージ7の外側が上流側、弁座14Bの下側が
下流側である。弁プラグ15が全閉と全開との間の位置
(中間開度)にあるときは、流量制御用窓13が弁プラ
グ15の側面によって部分的に塞がれ、流体が流通でき
る面積が狭められているために、上流側の流体圧力が高
く下流側の流体圧力が低くなっている。このとき、空間
17中の流体圧力は開口21を通じて下流側の流体圧力
と等しくなり、流量制御用窓13と空間17との間に差
圧が発生する。中間開度では着座部19Aは弁座14A
に着座しないので、高圧の流量制御用窓13から弁プラ
グ15とケージ7との隙間を通じて低圧の空間17へと
流体が流れるのである。流体に含まれる異物22の形状
は一般的に不定形であるため、弁プラグ15とケージ7
との隙間に侵入した後、姿勢が変わり隙間内部で引っか
かって滞留してしまうこともある。弁装置を長時間使用
することによって、隙間内部に滞留する異物22が増加
し弁プラグ15とケージ7との摺動面を傷つける結果、
摺動摩擦の増大、摩耗、カジリ等の障害が発生する。ま
た、閉弁時に異物22が弁座14Aと着座部19Aとの
間に挟まれて圧力を受けると、そこに異物22が強固に
付着してしまい、やがて閉弁時にも着座部19Aが弁座
14Aに接触できなくなる。その結果、閉弁時に着座部
19Bと弁座14Bとが完全に締まらなくなってリーク
量が増大するという問題も生じる。
【0006】そこで、実用新案登録第2564542号
公報(文献1)に示されるケージ型弁装置では、図20
にそのケージと弁プラグの断面図を示すように、弁プラ
グ15の外周面の最上端位置に断面「L」字状の溝6を
設け、この溝6に同一断面形状のピストンリング8を嵌
め込んでいる。すなわち、弁プラグ15の外周を取り巻
くように、ピストンリング8を設けている。ピストンリ
ング8の上面8aと弁プラグ15の最上端位置の端面1
5aとは同一面を形成している。ピストンリング8は弾
性材料で形成されると共に単体ではゲージ7の内径より
もやや大径に形成されており、図20のように組み立て
られた状態ではピストンリング8の拡張力によってその
外周面がケージ7の内周面に押し付けられ全周にわたっ
て密着している。
【0007】このような構造とすることにより、流量制
御用窓13と空間17との間に流体差圧が発生しても、
ケージ7の内周面と弁プラグ15の外周面との隙間を通
じて、空間17への流体の流れが生じない。そのため、
ケージ7と弁プラグ15の摺動面へ新たな異物22が侵
入する機会が防止される。また、ピストンリング8の上
面8aと弁プラグ15の最上端位置の端面15aとが同
一面とされていることから、弁プラグ15の上端面から
のケージ7と弁プラグ15の摺動面への異物22の侵入
も防止される。また、弁プラグ15が上昇する際に、ピ
ストンリング8の上面8aがゲージ7の内周面に付着し
ている異物22を除去する。この結果、異物の噛み込み
による作動不良を起こさず、また弁の耐久性および締切
特性を向上させることが可能となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た文献1のケージ型弁装置は、ケージ7および弁プラグ
15に互いに口径の異なる大小2つの弁座14A,14
Bおよび着座部19A,19Bを有する複座形であるの
で、ケージ7および弁プラグ15の加工に複雑な手順を
要する。このため、加工費用が嵩むという問題があっ
た。また、上下の弁座14A,14Bに弁プラグ15の
着座部19A,19Bを同時に着座させる必要がある。
このため、上下の弁座14A,14Bおよび着座部19
A,19Bの位置精度を高く保つ必要があり、ケージ7
および弁プラグ15の加工費用が嵩むという問題があっ
た。
【0009】また、下側の弁座14Bおよび着座部19
Bは、流体の流れの中に直接置かれているので摩耗しや
すい。一方、上側の弁座14Aおよび着座部19Bは、
流体の流れに接触しないので摩耗が少ない。下側の弁座
14Bおよび着座部19Bが摩耗してしまうと、上側の
着座部19Aが弁座14Aに着座しても、下側の着座部
19Bが弁座14Bに着座せず、隙間が生じて締切特性
が悪化する。これにより、ケージ7および弁プラグ15
の早期の交換が必要となる。
【0010】なお、複座形のケージ型弁装置において、
弁プラグにシールリングを設けることによって、下側の
弁座および着座部の摩耗による締切特性の悪化を防止す
るようにしたものもある。図21に米国特許第5236
014号公報(文献2)に示された複座形のケージ型弁
装置におけるケージと弁プラグの断面図を示す。同図に
おいて、図20と同一符号は、同一或いは同等構成要素
を示す。
【0011】このケージ型弁装置では、弁プラグ15の
上部外周面に溝6を設け、この溝6にピストンリング8
を嵌め込んでいる。また、弁プラグ15のピストンリン
グ8よりも下方にシールリング10を取り付けている。
ケージ型弁装置の全閉状態において、下側の弁座14B
には弁プラグ15の着座部19Bが着座し、上側の弁座
14Aにはシールリング10を介して弁プラグ15の着
座部19Aが着座する。このため、下側の弁座14Bお
よび着座部19Bが摩耗して全閉時の弁プラグ15の位
置がその分だけ下方へ変位しても、上側の弁座14Aが
シールリング10を余分にたわませることでその変位を
吸収し、下側の着座部19Bが弁座14Bに着座しなく
なってしまうということが防がれる。
【0012】しかし、この文献2のケージ型弁装置で
は、ケージ7および弁プラグ15に互いに口径の異なる
大小2つの弁座14A,14Bおよび着座部19A,1
9Bを形成する必要がある点では文献1のものと変わり
がない。すなわち、文献2のケージ型弁装置でも、ケー
ジ7の内径および弁プラグ15の外径を二種類の寸法
(大小)に加工する必要がある。このため、ケージ7お
よび弁プラグ15の加工費用が嵩むという問題がある。
【0013】また、文献2のケージ型弁装置では、空間
17中の流体は弁プラグ15の開閉動作のときのみ開口
21を通じて流動するが、それ以外では流動しないの
で、流体に含まれている異物は空間17の下隅部分に沈
殿して滞留しやすい。しかし、この弁装置では、ピスト
ンリング8が弁プラグ15の最上端位置よりもやや下が
った位置に設けられている。このため、混合物の多い流
体を流した場合に、ピストンリング8よりも上側のケー
ジ7の内周面と弁プラグ15の外周面との隙間に異物の
噛み込みが生じやすい。
【0014】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、異物の噛み
込みが生じにくく、かつ安価で長寿命の弁装置を提供す
ることにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、ケージの内周面に沿った弁体の最端
位置にリング状の封止部材を設け、ケージに設けた唯一
の弁座に弁体を着座させるようにしたものである。この
発明によれば、弁体がケージの唯一の弁座に着座する
と、流入口と流出口との間の流体の流れが遮断される。
弁体の最端位置に設けられた封止部材は、流量制御用
窓、ケージの内周面と弁体の外周面との隙間、ケージの
軸方向の一方側に形成された空間および弁体に形成され
た開口(圧力平衡用の開口)に生じる流体の流れを遮断
する。また、弁体の最端位置に設けられた封止部材は、
弁体の上端面からのケージの内周面と弁体の外周面との
隙間への異物の侵入を防ぐ。弁体がケージの弁座から離
れると、流入口からの流体の流れがケージの流量制御用
窓を通して流出口へ流れる。この際、封止部材の一端面
がケージの内周面に付着している異物を除去する。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。 〔実施の形態1〕図1はこの発明の一実施の形態を示す
単座形弁装置の構成図である。同図において、31は鋳
造ステンレス製の弁箱であり、この弁箱31は仕切壁3
2により内部が上流側流路33と下流側流路34に仕切
られている。弁箱31の上端開口部を閉鎖する上蓋35
と仕切壁32との間にはステンレス製のケージ37が設
けられている。ケージ37は円筒状のケージ本体37−
1とこのケージ本体37−1の下端に着脱可能に取り付
けられた弁座体37−2とから構成されている。弁座体
37−2は、リング状とされ、その内周面の最上端位置
を面取りして弁座44が形成されている。
【0017】ケージ37の下端部(弁座体37−2)は
仕切壁32の中央に開設された通孔39にパッキンを介
して嵌め込まれている。上蓋35によりケージ本体37
−1および弁座体37−2が下方へ押圧され上記パッキ
ンが弾性変形状態におかれるので、この部分を通じて上
流側流路33の流体が下側流路34へもれることはな
い。ケージ37の周壁(ケージ本体37−1の周壁)に
は上流側流路33と下流側流路34とを連通させる複数
個の流量制御用窓43が開設されている。ケージ37に
は、その内周面に沿って、ステンレス製の弁プラグ(弁
体)45が摺動自在に嵌め込まれている。ケージ37と
弁プラグ45との摺動面は滑らかに仕上げられており、
摺動摩擦は十分に小さい。
【0018】弁プラグ45は、下面が開放する筒状体
で、ステンレス製の弁軸48の先端にねじ込み後に端部
をスポット溶接して取り付けられている。なお、ねじ込
み作業を容易にするため、ねじ孔の外周の突出した部分
には六角ナット形状が形成されており、スパナで締め付
け可能である。弁プラグ45をこのような複雑形状に形
成するためにはロストワックス精密鋳造工法を用いると
よい。弁軸48は上蓋35の中央に設けられた貫通孔4
6中のグランドパッキンに摺動自在に貫通して設けられ
ている。弁プラグ45の外周面にはケージ37側の弁座
44に対応して着座部49が設けられている。この弁座
44および着座部49は完全に密着するように十分精密
に仕上げられている。また、弁プラグ45には、弁プラ
グ45の内外の圧力が等しくなるように、開口(圧力平
衡用の開口)51が複数個形成されている。開口51は
弁プラグ45によって仕切られるケージ37の軸方向の
一方側の空間47と他方側の空間(流体の通路)41と
の間を連通する。流体圧力により弁プラグ45が受ける
軸方向の力をキャンセルして、小さな駆動力で弁プラグ
45を開閉動作可能としている。
【0019】また、弁プラグ45の外周面の最上端位置
に断面「L」字状の溝36を設け、この溝36に同一断
面形状のピストンリング38を嵌め込んでいる。すなわ
ち、弁プラグ45の外周を取り巻くように、ピストンリ
ング38を設けている。ピストンリング38の上面38
aと弁プラグ45の最上端位置の端面45aとは同一面
を形成している。
【0020】ピストンリング38は弾性を有すると共に
摺動相手のケージ(ステンレス)37よりも軟質で潤滑
性を有する材料で形成される。ここでは、炭素繊維入り
フッ素樹脂製とされている。図2(a)にピストンリン
グ38の平面図を、図2(b)に図2(a)におけるb
−b線断面図を示す。ピストンリング38は、一部周縁
が切り欠かれて開放したリング状に形成されている。切
り欠かれた開放端面の一方および他方には円周方向へ突
起38bおよび38cが形成されている。切り欠かれた
開放端面の他方および一方には突起38bおよび38c
を受け入れる切欠溝38dおよび38eが形成されてい
る。この切り欠かれた開放端面の一方および他方を開い
てピストンリング38を弁プラグ45の溝36に嵌め込
む。ピストンリング38の外周面はケージ37の内周面
に密着して摺動することになるので、十分滑らかに形成
されている。
【0021】図2(c)はピストンリング38を溝36
に嵌め込んだ状態を示す断面図である。ピストンリング
38を溝36に嵌め込んだ状態では突起38cと溝38
eとの間および突起38bと溝38dとの間に隙間G1
およびG2が生じる。ピストンリング38の外形はケー
ジ37の内径よりもわずかに大きく形成されているた
め、ピストンリング38を弁プラグ45と共にケージ3
7に組み込む際に、この隙間G1およびG2の分だけピ
ストンリング38の外形を縮めることができる。本実施
の形態では、上側の隙間G1と下側の隙間G2とが縦方
向に直につながっておらず、突起38−1と突起38−
2との側部の接触面を介し横方向につながっている。こ
れにより、ケージ37と弁プラグ45の摺動面間への隙
間G1からの異物の侵入が防止される。ピストンリング
38の外周面は、溝36内に嵌め込んだ状態において弁
プラグ45の外周面よりも若干突出しており、弁プラグ
45をケージ37内に組み込んだ状態では外周がケージ
37の内周面に規制されているため、ピストンリング3
8の弾性による拡張力によってピストンリング38の外
周面がケージ37の内周面に押し付けられ、全周にわた
って密着している。
【0022】この単座形弁装置において、弁軸48は、
自動制御装置による駆動部の作動や手動操作によって上
下動される。弁軸48が上下動すると、弁プラグ45が
弁軸48と一体になって上下動し、流量制御用窓43の
開度すなわち開口面積が変化する。これによって、上流
側流路33からケージ37の内部を通って下流側流路3
4に流れる被制御流体の流量が制御される。流量制御用
窓43の形状により所望の流量特性を得ることができ
る。通常は、弁開度に対してイコールパーセント流量特
性を持つように、流量制御用窓43の形状が定められて
いることが多い。
【0023】図3に弁プラグ45を最下端位置まで下げ
た状態を示す。弁プラグ45を最下端位置まで下げる
と、弁プラグ45の着座部49がケージ37の弁座44
に着座し、流量制御用窓43を閉じて上流側流路33か
ら下流側流路34への流体の流れを遮断する。また、上
流側流体圧が高く、下流側に連通した空間47の流体圧
が低いので、弁プラグ45とケージ37との隙間を通じ
て流体が流れようとするが、弁プラグ45にピストンリ
ング38が設けられていることにより、流量制御用窓4
3からケージ37の内周面と弁プラグ45の外周面との
隙間を通って空間47へ向かう流体の流れが生じず、ケ
ージ37と弁プラグ45の摺動面へ新たな異物42が常
に運び込まれることが防止される。
【0024】また、ピストンリング38の上面38aと
弁プラグ45の最上端位置の端面45aとが同一面とさ
れていることから、弁プラグ45の上端面においてはピ
ストンリング38の外周面がケージ37の内周面に常に
密着した状態で摺動するので、ここからのケージ37と
弁プラグ45の摺動面への異物22の侵入も防止され
る。また、弁プラグ45が上昇する際に、ピストンリン
グ38の上面38aがゲージ37の内周面に付着してい
る異物42を除去する。この結果、異物の噛み込みによ
る作動不良を起こさず、また弁の耐久性および締切特性
を向上させることが可能となる。
【0025】ここで、図20に示したケージ型弁装置と
本実施の形態の単座形弁装置とを比較してみる。図20
のケージ型弁装置は複座形であり、ケージ7および弁プ
ラグ15に互いに口径の異なる大小2つの弁座14A,
14Bおよび着座部19A,19Bが形成されている。
このため、ケージ7および弁プラグ15の加工に複雑な
手順を要し、加工費用が嵩む。また、上下の弁座14
A,14Bに弁プラグ15の着座部19A,19Bを同
時に着座させる必要があり、上下の弁座14A,14B
と着座部19A,19Bとの間隔寸法精度を高く保つ必
要がある。また、下側の弁座14Bおよび着座部19B
が摩耗してしまうと、上側の着座部19Aが弁座14A
に着座しても、下側の着座部19Bが弁座14Bに着座
せず、隙間が生じて締切特性が悪化する。
【0026】これに対し、本実施の形態は単座形弁装置
であり、弁座44と着座部49が一つしか存在しない。
このため、ケージ37の内径および弁プラグ45の外径
を2種類の寸法(大小)に加工する必要がなく、ケージ
37および弁プラグ45の加工に複雑な手順を要さな
い。また、上下2組の着座部と弁座部の間隔寸法精度を
高く保つ必要もないので、加工費用が嵩むことがない。
また、弁座44と着座部49が摩耗しても、上側の着座
部と弁座部の組の影響を受けないので(2組を同期着座
させる必要がないので)、締切特性がすぐには悪化する
ことがなく、長寿命とすることができる。
【0027】このように、本実施の形態によれば、ピス
トンリング38を弁プラグ45の最上端位置に設け、か
つ単座形とすることにより、異物の噛み込みが生じにく
く、安価でかつ長寿命とすることができる。なお、本実
施の形態では、ケージ37がケージ本体37−1と弁座
体37−2とに分かれているので、弁座44が摩耗した
場合には弁座体37−2を交換するのみでよい。なお、
この実施の形態1では、図1における左側を上流側とし
右側を下流側として説明したが、逆に図1における右側
を上流側とし左側を下流側として流体を流すようにして
も使用可能である。
【0028】〔実施の形態2〕実施の形態2では、図4
にそのケージと弁プラグの断面図を示すように、弁プラ
グ45の溝36の上側(ケージ37の軸方向の一方側)
の側壁に斜面36−1を形成する。この斜面36−1に
対応してピストンリングリング38に斜面38−1を形
成し、斜面36−1と斜面38−1とが係合するように
ピストンリング38を溝36に嵌め込む。ピストンリン
グ38自身の弾性力によりピストンリング38の外周面
がケージ37の内周面に押し付けられて全周にわたって
密着状態になっている点は他の実施の形態と同様であ
る。
【0029】このような構造とすることにより、弁プラ
グ45が閉方向に移動中にピストンリング38とケージ
37の内壁面との間にある程度の摩擦力Fが発生し(図
5(a)参照)、ピストンリング38を上方へ引き上げ
る方向に作用する。このとき、ピストンリング38の斜
面38−1が接触している弁プラグ45の溝36の斜面
36−1から受ける摩擦力Fの分力f1によって、ピス
トンリング38の外周面をケージ37の内壁面に押し付
ける力がさらに増強される。
【0030】また、弁プラグ45が流量制御用窓43を
閉じた状態において(図5(b)参照)、上流側の流体
の圧力P1は、弁プラグ45とケージ37との隙間を通
じてピストンリング38の下面に伝わり、ピストンリン
グ38の下面にP1・S1の力が発生し、上面には開口
51を通じて伝わる下流側の流体の圧力P2によりP2
・S2の力が発生する。なお、S1はピストンリング3
8の下面側の受圧面積、S2は上面側の受圧面積(厳密
には斜面部分は水平面に変換した面積)である。
【0031】この場合、P1>P2なので、ピストンリ
ング38には上向きの力Fが発生する。このとき、ピス
トンリング38の斜面38−1が接触している弁プラグ
45の溝36の斜面36−1から受ける上向きの力Fの
分力f1によって、ピストンリング38の外周面をケー
ジ37の内壁面に押し付ける力が増強される。このよう
に2つの作用によってピストンリング38の外周面とケ
ージ37の内周面との全周にわたる密着性が強められ、
シールをより確実なものとすることができる。なお、図
5(a),(b)は作用を説明するために隙間寸法を誇
張して描いたものであって、実際にはもっと小さな隙間
寸法に設計されるべきものである。
【0032】〔実施の形態3〕実施の形態3では、図6
にそのケージと弁プラグの断面図を示すように、弁プラ
グ45の溝36の下側(ケージ37の軸方向の他方側)
の側壁に斜面36−2を形成する。この斜面36−2に
対応してピストンリングリング38に斜面38−2を形
成し、斜面36−2と斜面38−2とが係合するように
ピストンリング38を溝36に嵌め込む。ピストンリン
グ38自身の弾性力によりピストンリング38の外周面
がケージ37の内周面に押し付けられて全周にわたって
密着状態になっている点は他の実施の形態と同様であ
る。
【0033】このような構造とすることにより、弁プラ
グ45が開方向に移動中にピストンリング38とケージ
37の内壁面との間にある程度の摩擦力Fが発生し(図
7(a)参照)、ピストンリング38を下方へ引き下げ
る方向に作用する。このとき、ピストンリング38の斜
面38−2が接触している弁プラグ45の溝36の斜面
36−2から受ける摩擦力Fの分力f1によって、ピス
トンリング38の外周面をケージ37の内壁面に押し付
ける力がさらに増強される。
【0034】この実施の形態3は、流体の流れ方向が実
施の形態2とは逆、すなわちケージ37の内側から外側
へ流体が流れる場合に主に用いる。この場合、弁プラグ
45が流量制御用窓43を閉じた状態において(図7
(b)参照)、上流側の流体の圧力P1は、弁プラグ4
5とケージ37との隙間を通じてピストンリング38の
下面に伝わり、ピストンリング38の上面にP1・S1
の力が発生し、下面には開口51を通じて伝わる下流側
の流体の圧力P2によりP2・S2の力が発生する。な
お、S1はピストンリング38の上面側の受圧面積、S
2は下面側の受圧面積(厳密には斜面部分は水平面に変
換した面積)である。
【0035】この場合、P1>P2なので、ピストンリ
ング38には下向きの力Fが発生する。このとき、ピス
トンリング38の斜面38−2が接触している弁プラグ
45の溝36の斜面36−2から受ける下向きの力Fの
分力f1によって、ピストンリング38はケージ37の
内壁面に押し付ける力がさらに増強される。このように
2つの作用によってピストンリング38の外周面とケー
ジ37の内周面との全周にわたる密着性が強められ、シ
ールをより確実なものとすることができる。なお、図7
(a),(b)は作用を説明するために隙間寸法を誇張
して描いたものであって、実際にはもっと小さな隙間寸
法に設計されるべきものである。
【0036】なお、図7(b)に示すように、ピストン
リング38の上面38aと弁プラグ45の上面45aと
の間に段差dが発生すると、そこに沈殿した異物がたま
りやすくなるので望ましくない。段差d=0とするか、
あるいはピストンリング38の上面38aを弁プラグ4
5の上面45aよりも突出させた方がよい。図8
(a),図8(b),図8(c)に実施の形態1,2,
3においてピストンリング38の上面38aを弁プラグ
45の上面45aよりも突出させた例を示す。
【0037】また、実施の形態1,2,3では、弁プラ
グ45の最上端位置にしか封止部材(ピストンリング3
8)を設けなかったが、図9(a),図9(b)、図1
0(a),図10(b)、図11(a),図11(b)
に示すように、ピストンリング38の下方に第2の封止
部材として合成ゴム製のOリング50を設けるようにし
てもよい。Oリング50は、弁プラグ45を閉じた状態
において、流量制御用窓43よりも上方に位置するよう
に設ける。このOリング50は、弁プラグ45に組み付
けた状態において、その外周が弁プラグ45の外周より
もやや突出する寸法にされている。そのため、弁プラグ
45と共にケージ37に組み込んだ際には、Oリング5
0の外周がケージ37の内周によって規制され、Oリン
グ50の外周とケージ37の内周面とが全周にわたって
密着状態となる。
【0038】図9(a),図10(a),図11(a)
では、弁プラグ45に溝36とは別に溝52を設け、こ
の溝52にOリング50を嵌め込んでいる。なお、Oリ
ング50はエンドレス形状をしているが、自己の弾力性
により径を拡張できるので、溝52への組み付けは容易
である。図9(b),図10(b),図11(b)で
は、弁プラグ45のピストンリング38用の溝36を拡
げてOリング50との共用溝とし、この共用溝36内に
ピストンリング38とOリング50を収容している。
【0039】Oリング50の上下には、ケージ37と弁
プラグ45の摺動隙間にOリング50が噛み込まないよ
うに、炭素繊維入りフッ素樹脂製の保持リング53を設
けている。保持リング53は、ピストンリング38と同
様、一部周縁が切り欠かれて開放したリング状に形成さ
れており、この切り欠かれた開放端面の一方および他方
を開いて溝52に嵌め込んでいる。上下の保持リング5
3の外周面は、溝52に嵌め込んだ状態において、弁プ
ラグ45の外周面よりも若干突出する。
【0040】Oリング50を設けることによって、流量
制御用窓43およびピストンリング38との間に生じる
流体の流れが遮断され、さらにシール性がアップする。
また、弁プラグ45を閉じた状態とすると、流体の圧力
P1がOリング50に加わり、Oリング50が横方向に
広がってシール性が向上する。
【0041】〔実施の形態4〕実施の形態4では、図1
2に示すように、弁プラグ45を弁体本体45−1とリ
ング状のリテーナ45−2とに分け、リテーナ45−2
にピストンリング38を設け、リテーナ45−2と弁体
本体45−1との間に断面「U」字状のシールリング5
4を挟んだ構造とする。このシールリング54は、ステ
ンレス薄板で形成された断面「U」字状のリングの外側
に炭素繊維入りフッ素樹脂を被せてエンドレスのリング
形状に一体化したものである。ステンレス薄板の弾性力
によりシールリング54の外周面がケージ37の内周面
に全周にわたって密着する。
【0042】リテーナ45−2には爪45−2aが設け
られている。弁体本体45−1の上端部45−1aには
ネジ山が切られ、リテーナ45−2の内周面にはネジ溝
が切られている。爪45−2aを掴んでリテーナ45−
2を回すことによって、リテーナ45−2が弁体本体4
5−1の上端部(係合部)45−1aに締め付けられ
る。リテーナ45−2を弁体本体45−1の係合部45
−1aに取り付けた状態において、係合部45−1aの
下端面45−1bとリテーナ45−2の下端面45−2
bとの間には隙間hがあく。この隙間hにシールリング
54を収容する。
【0043】シールリング54は、リテーナ45−2を
弁体本体45−1に取り付ける前に、弁体本体45−1
側にセットしておく。シールリング54の高さは隙間h
よりも若干高い。これにより、シールリング54は、隙
間h内に挾圧された状態で保持される。
【0044】なお、本実施の形態では、リテーナ45−
2の締め付けが緩んでリテーナ45−2が回転してしま
うことを防止するために、リテーナ45−2に貫通孔4
5−2cを設け、弁体本体45−1に貫通孔45−1c
を設け、貫通孔45−2cと貫通孔45−1cとを合致
させ、この貫通孔45−2c,45−1cに上側からピ
ン(くさび)55を打ち込んでいる。貫通孔45−1c
は弁体本体45−1の下側に開口しており、リテーナ4
5−2を取り外す時には、この開口に棒状の工具を挿入
してピン55を上側に突き出して取り外すことが可能で
ある。
【0045】図13に上側に斜面38−1を設けたピス
トンリング38を用いた例を示す。この例では、流体の
流れ方向をケージ37の外側から内側とし、隙間h内に
配置するシールリング54の開口面を下向きとする。シ
ールリング54の開口面を下向きとすることにより、弁
プラグ45を閉じた状態とすると、流体の圧力(下側か
らの圧力)P1が弁プラグ45とケージ37との隙間を
通じてシールリング54の内面に加わる。これにより、
シールリング54が横方向に広がって、シールリング5
4の外周面がさらにケージ37の内面に押し付けられる
のでシール性が高まる。
【0046】図14に下側に斜面38−2を設けたピス
トンリング38を用いた例を示す。この例では、流体の
流れ方向をケージ37の内側から外側とし、隙間h内に
配置するシールリング54の開口面を上向きとする。シ
ールリング54の開口面を上向きとすることにより、弁
プラグ45を閉じた状態とすると、流体の圧力(上側か
らの圧力)P1がシールリング54の内面に加わる。こ
れにより、シールリング54が横方向に広がって、シー
ル性が高まる。
【0047】この実施の形態4では、弁プラグ45にシ
ールリング54を取り付ける際に一旦リング径を広げな
くてもよいので、シールリング54にOリング50のよ
うな柔軟性を持たせる必要がない。これにより、図9
(a),図10(a),図11(a)の構成で必要とし
ていた上下の保持リング53をなくすことができる。ま
た、シールリング54が横方向に広がったときのケージ
37の内壁面へ作用する力が強く、強固なシール性が得
られる。
【0048】なお、この実施の形態4ではシールリング
54を設けた構成としたが、図15に示すように、シー
ルリング54を省略した構成としてもよい。また、上述
した実施の形態1〜4では、ケージ37をケージ本体3
7−1と弁座体37−2とに分かれた構成としたが、一
体物としてもよいことは言うまでもない。また、実施の
形態4において、爪45−2aはリテーナ45−2を回
すために設けたもので、この爪45−2aが弁プラグ4
5の最上端位置を構成するものではない。
【0049】〔実施の形態5〕実施の形態5では、図1
6に示すように、弁座体37−1と流量制御用窓43と
を一体化した下部ケージ37Bを設け、上部ケージ37
Aと下部ケージ37Bとでケージ37を構成している。
上部ケージ37Aの下端と下部ケージ37Bの上端と
は、ゆるみばめになっており、その間にシールリング5
6を設けている。シールリング56は継ぎ目の無い輪形
状を成しており、その内周が弁プラグ45の外周と密接
して摺動する。この構成を図1に適用した場合、下部ケ
ージ37Bの下端が弁箱31内に支持されると共に上部
ケージ37Aの上端が上蓋35に当接するので、上蓋3
5を弁箱31に固定するナット57を締めると、ケージ
(37A,37B)およびシールリング56を弁箱31
内の所定位置に固定できる。
【0050】シールリング56は、図17に示すよう
に、断面「U」字状のハステロイ合金製の輪形状のばね
56−1の外周を炭素繊維入りフッ素樹脂(PTFE)
56−2で一体成形したものである。ただし、ばね56
−1の内側には樹脂が充填されていないので、その結果
としてシーリング56の下面に輪形状の溝56−3が形
成されている。上部ケージ37Aにシールリング56を
組み込み、下部ケージ37Bの上にのせてケージ37と
している。ばね56−1の弾性力によって、シールリン
グ56の外周面と上部ケージ37Aの内周面との間には
適度な摩擦力が作用している。また、ばね56−1の弾
性力によってシールリング56の内周面と弁プラグ45
の外周面との間にも適度な摩擦力が作用しており、シー
ルリング56と弁プラグ45との密着を保って流体のも
れを防いでいる。さらに、シールリング56の溝56−
3に流体が流入し、溝56−3の内壁に流体圧が作用す
ると、シールリング56の内周面と弁プラグ45の内周
面との密着力がより高まり、流体のもれ防止を確実なも
のとする。この実施の形態5では、シールリング56を
ケージ37側に設けたので、弁プラグ45の形状を単純
化できると共に、シールリング56の交換も容易にな
る。
【0051】なお、シールリング56の位置は、弁プラ
グ45が弁座44に着座した状態において、流量制御用
窓43および弁プラグ45の最上端位置に設けたシール
リング38との間に生じる流体の流れを遮断する位置と
することは言うまでもない。これに伴って上部ケージ3
7Aと下部ケージ37Bとの分割位置が定まる。またこ
の実施の形態5では、シールリング56を設けるために
ケージ37が上部ケージ37Aと下部ケージ37Bとに
分割された構造とされており、ケージ37が上部ケージ
37Aと下部ケージ37Bとに分割されていることか
ら、弁座44が摩耗した場合には下部ケージ37Bを交
換するのみで対応することができる。さらに、下部ケー
ジ37Bを、流量制御用窓43がある上側部分(ケージ
窓部)と弁座44がある下側部分(シート部)とに分割
するようにしてもよい。このようにすると、弁座44が
摩耗した場合、シート部のみ交換することで対応するこ
とができ、さらに交換が容易となる。
【0052】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、ケージの内周面に沿った弁体の最端位置
にリング状の封止部材を設け、ケージに設けた唯一の弁
座に弁体を着座させるようにしたので、異物の噛み込み
が生じにくいばかりでなく、ケージの内径および弁プラ
グの外径を2種類の寸法(大小)に加工する必要をなく
し、安価でかつ長寿命とすることが可能となる。また、
本発明によれば、第1の封止部材を斜面どうしが係合す
るように第1の溝内に収容することにより、弁体が流量
制御用窓を閉じた状態において、第1の封止部材に流体
の圧力が加わるようにして、第1の封止部材をケージの
内壁面に押し付け、シール性を高めることが可能とな
る。また、本発明によれば、第1の封止部材と流量制御
用窓との間の弁体の外周面に第2の封止部材を設けるこ
とによって、流量制御用窓および第1の封止部材との間
に生じる流体の流れを遮断し、さらにシール性をアップ
することが可能となる。また、本発明によれば、弁体を
弁体本体とリテーナとから構成し、第1の封止部材をリ
テーナの外周面に設け、第2の封止部材を弁体本体の係
合部とリテーナの端部との間に設けることによって、第
2の封止部材にOリングのような柔軟性を持たせなくて
もよく、上下の保持リングをなくすことが可能となる。
また、第2の封止部材が横方向に広がったときのケージ
内壁面へ作用する力が強く、強固なシール性を得ること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態(実施の形態1)を示
す単座形弁装置の構成図である。
【図2】 この単座形弁装置に用いるピストンリングを
示す平面図、側断面図、およびピストンリングを弁プラ
グに取り付けた状態での側断面図である。
【図3】 この単座形弁装置の弁プラグを最下端位置ま
で下げた状態を示す図である。
【図4】 実施の形態2におけるケージと弁プラグの断
面図である。
【図5】 実施の形態2において弁プラグの閉方向への
移動中にピストンリングとケージの内壁面との間に摩擦
力が発生する状況を示す図、および弁プラグを閉じた状
態においてピストンリングに上向きの力が発生する状況
を示す図である。
【図6】 実施の形態3におけるケージと弁プラグの断
面図である。
【図7】 実施の形態3において弁プラグの開方向への
移動中にピストンリングとケージの内壁面との間に摩擦
力が発生する状況を示す図、および弁プラグを閉じた状
態においてピストンリングに下向きの力が発生する状況
を示す図である。
【図8】 実施の形態1においてピストンリングの上面
を弁プラグの上面よりも突出させた例を示す図、実施の
形態2においてピストンリングの上面を弁プラグの上面
よりも突出させた例を示す図、実施の形態3においてピ
ストンリングの上面を弁プラグの上面よりも突出させた
例を示す図である。
【図9】 実施の形態1においてピストンリングの下方
に溝を設けてOリングを取り付けた例を示す図、および
実施の形態1においてピストンリング用の溝を拡げて共
用溝としOリングを取り付けた例を示す図である。
【図10】 実施の形態2においてピストンリングの下
方に溝を設けてOリングを取り付けた例を示す図、およ
び実施の形態2においてピストンリング用の溝を拡げて
共用溝としOリングを取り付けた例を示す図である。
【図11】 実施の形態3においてピストンリングの下
方に溝を設けてOリングを取り付けた例を示す図、およ
び実施の形態3においてピストンリング用の溝を拡げて
共用溝としOリングを取り付けた例を示す図である。
【図12】 実施の形態4におけるケージと弁プラグの
断面図である。
【図13】 実施の形態4において上側に斜面を設けた
ピストンリングを用いた例を示す図である。
【図14】 実施の形態4において下側に斜面を設けた
ピストンリングを用いた例を示す図である。
【図15】 実施の形態4においてシールリングを省略
した構成を示す図である。
【図16】 実施の形態5におけるケージと弁プラグの
断面図である。
【図17】 実施の形態5において使用するシールリン
グの構造を示す断面図である。
【図18】 一般的な従来のケージ型弁装置の構成を示
す図である。
【図19】 このケージ型弁装置の全閉状態におけるケ
ージと弁プラグの断面図、および開いた状態におけるケ
ージと弁プラグの断面図である。
【図20】 文献1(実用新案登録第2564542号
公報)に示されたケージ型弁装置のケージと弁プラグの
断面図である。
【図21】 文献2(米国特許第5236014号公
報)に示されたケージ型弁装置のケージと弁プラグの断
面図である。
【符号の説明】
31…弁箱、32…仕切壁、33…上流側流路、34…
下流側流路、35…上蓋、36…溝、36−1,36−
2…斜面、37…ケージ、37−1…ケージ本体、37
−2…弁座体、38…ピストンリング、38a…上面、
38−1,38−2…斜面、41…他方側の空間(流体
の通路)、43…流量制御用窓、44…弁座、45…弁
プラグ、45a…最上端位置の端面、45−1…弁体本
体、45−1a…上端部(係合部)、45−1b…下端
面、45−1c…貫通孔、45−2…リテーナ、45−
2a…爪、45−2b…下端面、45−2c…貫通孔、
47…一方側の空間、48…弁軸、49…着座部、50
…Oリング、51…開口(圧力平衡用の開口)、52…
溝、53…保持リング、54…シールリング、55…ピ
ン、37A…上部ケージ、37B…下部ケージ、56…
シールリング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥津 良之 東京都渋谷区渋谷2丁目12番19号 株式会 社山武内 Fターム(参考) 3H053 AA02 AA26 AA31 BA02 BA23 BA33 BA35 BD05 DA12 3H066 AA04 BA18 BA38 CA02 DA01 DA15 DA17

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流体の流入口(33,34)および流出
    口(34,33)を有する弁箱(31)と、 この弁箱内に固定され、前記流入口から前記流出口へ流
    れる流体の量を制御する流量制御用窓(43)を有する
    円筒状のケージ(37)と、 このケージに設けられた唯一の弁座(44)と、 前記ケージの内側に摺動自在に嵌め込まれ、前記弁座に
    着座した状態において前記流量制御用窓を閉じて前記流
    入口から前記流出口への流体の通路を遮断し、前記弁座
    から離れた状態において前記流量制御用窓を介して前記
    流入口から前記流出口への流体の通路を形成する弁体
    (45)と、 この弁体に前記ケージの軸方向に形成され、流体の通路
    (41)と前記ケージの軸方向の一方側に形成された空
    間(47)とを連通して流体から受ける圧力を平衡する
    開口(51)と、 前記弁体に結合され、前記ケージの軸方向に前記弁体を
    移動する弁軸(48)と、 前記ケージの内周面に沿った前記弁体の最端位置に前記
    ケージの内周面に接して前記弁体の外周面にリング状に
    設けられ、前記弁体が前記弁座に着座した状態におい
    て、前記流量制御用窓,前記ケージの内周面と前記弁体
    の外周面との隙間,前記空間および前記開口に生じる流
    体の流れを遮断する第1の封止部材(38)とを備えた
    ことを特徴とする単座形弁装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 前記弁体(45)の外周面に形成された第1の溝(3
    6)と、 前記第1の溝の側壁の少なくとも一方に形成された第1
    の斜面(36−1,36−2)と、 前記第1の斜面に対応して前記第1の封止部材(38)
    に形成された第2の斜面(38−1,38−2)とをさ
    らに備え、 前記第1の封止部材は、前記第1の斜面と前記第2の斜
    面とが係合するように前記第1の溝内に収容されること
    を特徴とする単座形弁装置。
  3. 【請求項3】 請求項2において、 前記第1の斜面(36−1)は、前記ケージ(37)の
    軸方向の一方側の側壁に形成されていることを特徴とす
    る単座形弁装置。
  4. 【請求項4】請求項2において、 前記第1の斜面(36−2)は、前記ケージ(37)の
    軸方向の他方側の側壁に形成されていることを特徴とす
    る単座形弁装置。
  5. 【請求項5】請求項1において、 前記第1の封止部材(38)の一端面(38a)は、前
    記弁体(45)の最端位置の端面(45a)と同一面を
    形成していることを特徴とする単座形弁装置。
  6. 【請求項6】請求項1において、 前記第1の封止部材(38)の一端面(38a)は、前
    記弁体(45)の最端位置の端面(45a)から突出し
    ていることを特徴とする単座形弁装置。
  7. 【請求項7】 請求項1において、 前記ケージ(37)の内周面に接して、前記第1の封止
    部材(38)と前記流量制御用窓(43)との間の前記
    弁体(45)の外周面にリング状に設けられた第2の封
    止部材(50,54)をさらに備え、 前記第2の封止部材は、前記弁体が前記弁座(44)に
    着座した状態において、前記流量制御用窓および前記第
    1の封止部材との間に生じる流体の流れを遮断すること
    を特徴とする単座形弁装置。
  8. 【請求項8】 請求項7において、 前記弁体(45)の外周面に形成され、前記第2の封止
    部材(50)を収容する第2の溝(52)をさらに備え
    ていることを特徴とする単座形弁装置。
  9. 【請求項9】請求項7において、 前記第1の溝(36)内に前記第1の封止部材(38)
    および第2の封止部材(50,54)が収容されている
    ことを特徴とする単座形弁装置。
  10. 【請求項10】 請求項7において、 前記弁体(45)は、係合部(45−1a)を有する弁
    体本体(45−1)と前記係合部に着脱可能に取り付け
    られたリング状のリテーナ(45−2)とから構成さ
    れ、 前記第1の封止部材(38)は前記リテーナの外周面に
    設けられ、 前記第2の封止部材(54)は、前記係合部と前記リテ
    ーナの端部との間に設けられていることを特徴とする単
    座形弁装置。
  11. 【請求項11】 請求項1において、 前記弁体(45)は、係合部(45−1a)を有する弁
    体本体(45−1)と前記係合部に着脱可能に取り付け
    られたリング状のリテーナ(45−2)とから構成さ
    れ、 前記第1の封止部材(38)は前記リテーナの外周面に
    設けられていることを特徴とする単座形弁装置。
  12. 【請求項12】 請求項1において、前記ケージ(3
    7)が第1のケージ部(37−1)とこの第1のケージ
    部に着脱可能に設けられた第2のケージ部(37−2)
    とから構成され、第2のケージ部に前記弁座(44)が
    設けられていることを特徴とする単座形弁装置。
  13. 【請求項13】 請求項1において、 前記ケージ(37)が第1のケージ部(37A)とこの
    第1のケージ部に着脱可能に設けられた第2のケージ部
    (37B)とから構成され、 前記第2のケージ部に前記弁座(44)および前記流量
    制御用窓(43)が設けられ、 前記第1のケージ部と前記第2のケージ部との間に前記
    弁体(45)の外周面に接してリング状の第2の封止部
    材(56)が設けられ、 前記第2の封止部材は、前記弁体が前記弁座に着座した
    状態において、前記流量制御用窓および前記第1の封止
    部材との間に生じる流体の流れを遮断することを特徴と
    する単座形弁装置。
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