JP2002514289A - 小さい制御流量を調整する流れ切換装置により操作される流体弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 弁座から離れた弁閉位置と弁座に接触している弁閉位置との間で軸方向に移動することのできるピストンのシール壁の両側の間において差圧を発生させるため少量の制御流を調整する流れ切換手段により操作される流体弁。本発明の弁は根本的に流入口と、その流入口に対して実質的に交差する方向に向いている流出口を有する頑丈な弁本体にある。弁本体は流入口と流出口との間に主空洞を有し、弁座はその主空洞と流入口の境界にある。加えて、弁本体は制御流入口のための一つ以上のダクトと、弁の制御流切換手段と連通する制御流出口のための一つ以上のダクトを有している。制御流のこれらの入口ダクトは主流から独立したネットワークから供給されることができ、主流の性質と異なった性質の流れが使用されることができる。同様に、制御流の出口ダクトは主流から独立したネットワークに排出することができる。弁はその開閉により流れを調整する役目を持つゴム製品を有し、流れを制御する流れ切換手段により変更される、そのゴム製品の両壁面の間に生じる圧力差に依存している。ゴム製品は弁の主空洞の内側に設けられ、そのゴム製品は中空で、その軸方向端部の一方が開放されている。このゴム製品は少なくとも二つの同心の領域、すなわち第一のシール領域と第二の半径方向シール領域により構成されている。ゴム製品のこれらの領域は弁操作中特定の機能を発揮し、かくして弁の複雑な設計と製造コストの増大につながる分割した複数の構成要素の採用を回避している。

Description

【発明の詳細な説明】 小さい制御流量を調整する流れ切換装置により操作される流体弁 発明の背景 本発明は、弁座から遠い弁開位置と弁座に接触する弁閉位置との間で軸方向に 移動することのできるピストンのシール壁の両側に差圧を発生させるため、小さ い制御流量を調整する流れ切換装置により操作される流体弁に関している。 差圧によりコマンドされる多種類の流体弁の中から、Ｅ．Ｊ．Ｈｕｎｔｅｒ等 の米国特許Ｎｏ．２，９８０，３８５．Ｐ．Ｊ．Ｓｃａｇｌｉｏｎｅの米国特許 Ｎｏ．３，４９３，００８及び本発明の弁と同一の発明者であるＳ．Ｐｅｒｅｚ の米国特許出願Ｎｏ．０８／５４５，８９０の特許明細書に記載されたものをあ げることができる。 Ｈｕｎｔｅｒの米国特許Ｎｏ．２，９８０，３８５は、壁を比較的厚くするこ とができ、実質的に半球状に曲げられる膜を有する弁を開示しており、そのため この膜は圧力がその凹部の中で非常に高い時流れの出口においてロックされない 。逆に、壁の過剰な厚さは、弁が小さい差圧の前で反応するのを妨げ、かくして 弁がいつも閉じているか、または弁の小さい開度がコマンドされている時必要流 量を放出することなく非常に小さい流量を放出することを可能にする。 Ｓｃａｇｌｉｏｎｅの米国特許Ｎｏ．３，４９３，００８はディスク・カップ から成る活動的弁要素及び金属シールの可撓型ベローを備えた弁を開示している 。その金属可撓ベローの壁はその壁面の両側の差圧を受け、もし内圧が外圧より 高いなら変形することができ、これが高圧運転時にもっと抵抗力のある壁を備え たベローの設計を強制し、かくして小さい圧力変化の前で低感度の弁が得られる 。一方、ディスク・カップは根本的に頑丈であり、ラインの流れが不純物を搬送 する時弁座における シール性が有効性を欠く。加えて、弁の構造のため、負荷の実質的損失が発生す る。 差圧により作動する多くの弁の技術状態は負荷の損失が大きく、構造上複雑で あり、ライン中の流れの圧力に関して融通性がほとんどない。すなわち、これら の弁はどちらかといえば閉鎖領域の圧力における流れを制御するように設計され なければならず、ライン中の圧力の大きい変化の前で効率性を失うことになる。 Ｐｅｒｅｚの米国特許出願Ｎｏ．０８／５４５，８９０は小さい圧力変化に対 して好感度であり、大きな作動圧力に抵抗性のある差圧型の弁を開示しており、 この弁は非常に簡素な設計と少ない構造要素を可能にしている。この差圧式弁は 流入口のための開口部とその開口部に対して実質的に交差する方向に向いた流出 口を備えた頑丈な弁体を有している。弁の本体は流入口と流出口との間に主空洞 を有し、その弁座はその主空洞と流入口の境界にある。加えて、弁の本体は制御 流の出口のためのダクトを有し、そのダクトは弁の制御流切換装置に接続されて いる。弁は弁の主空洞の内側に設けられたゴム製品を有し、そのゴム製品は中空 であり、その軸方向両端の一方は開口し、他方には中央開口部を備えている。こ の中央開口部は制御流入口を主空洞に切り換えるのを可能にし、この流れは弁が 作動しているネットワークの流れと同じ性質のものである。 この最後にあげた種類の弁は非常に融通性があり、簡素に設計されているが、 自動制御装置の場合に、または大流量の制御が小さい信号により制御されなけれ ばならない設備において必要な、ネットワークの制御流と異なる制御流の使用を 可能にしない。本発明は米国特許出願Ｎｏ．０８／５４５，８９０において存在 するいくつかの構成要素を備えているが、それとは違って、ネットワークの主流 から独立してもよい制御流のための流入手段を有し、かくして現技術における弁 の動力学とは全く異なる運転上の動力学が弁に対して得られる。したがって、本 発明の弁 は米国特許出願Ｎｏ．０８／５４５，８９０のものと比較して入口制御流のより 良い調整を可能にする。その理由は、その特許出願のものは、そのゴム製品のシ ール壁に設けられた穴の断面積が一定であるため、流れを変化させることができ ないためである。一方、この弁は外見上その入口ダクトまたは制御流のダクトへ の制御流の変化をコマンドすることを可能にする。 発明の概要 本発明の弁は根本的に、一つの流入口のための開口部とその流入口に対して実 質的に交差する方向に向いた一つの流出口を備えた頑丈な弁体にある。弁の本体 は流入口と流出口との間に主空洞を有し、弁座はその主空洞と流入口の境界にあ る。加えて、弁の本体は制御流入口のための一つ以上のダクトと、弁の制御流切 換手段と連通する制御流出口のための一つ以上のダクトを備えている。主流と異 なる性質の制御流に対してこれらの入口ダクトが使用されることができる。同様 に、制御流の出口ダクトは主流から独立したネットワークの中に制御流を流出さ せることができる。 弁は、流れを制御する流れ切換手段により変更される両壁面間の差圧に依存し て、その開閉により流れを調整することを託されているゴム製品を有している。 ゴム製品は弁の主空洞の内側に設けられている。前記ゴム製品は中空であり、そ の軸方向両端の一方が開口している。このゴム製品は少なくとも二つの同軸領域 により構成されており、一つはシール領域、一つは半径方向シールの第二領域で ある。ゴム製品のこれらの領域は弁操作中特定の機能を発揮し、かくして弁の複 雑な設計と製造コストの増大をもたらす分割構成要素の採用を回避する。 図面の簡単な説明 発明のより良い理解のために、次の図面に基づいて発明の説明を行う。 第１図は本発明の弁の第一実施例の弁閉時の立面断面図を示す。 第２図は第１図と同じ実施例の弁開時の立面断面図を示す。 第３図は本発明の弁の第二実施例の弁閉時の立面断面図を示す。 第４図は第３図と同じ実施例の弁開時の立面断面図を示す。 第５図は本発明の弁の第三実施例の弁閉時の立面断面図を示す。 第６図は第５図と同じ実施例の弁開時の立面断面図を示す。 第７図は本発明の弁の第四実施例の弁閉時の立面断面図を示す。 第８図は第７図と同じ実施例の弁開時の立面断面図を示す。 第９図は本発明の弁の第五実施例の弁閉時の立面断面図を示す。 第１０図は第９図と同じ実施例の弁開時の立面断面図を示す。 発明の詳細な説明 第１図及び第２図は本発明の第一実施例を示す。弁１．１は流入口４．１と、 その流入口４．１に対して実質的に交差する方向に向いた流出口６．１のための 穴を有する弁本体２．１により構成されている。 弁本体２．１は前記流入口４．１の内側に弁座８．１を有している。流入口４ ．１と流出口６．１との間に、弁本体２．１は流入口４．１に対して同心方向に 向いた、好ましくは円筒状の、一定断面の主空洞部１０．１を有している。この 主空洞部１０．１は弁座８．１の上方の流出口６．１と連通する領域にリング形 状の広がり部１２．１有している。一方、主空洞部１０．１は流出口４．１から 最も遠い領域に、一つ以上の制御流入口１４．１と一つ以上の制御流出口１６． １と連通している。制御流入口１４．１は、流入口４．１から直接に、さもなけ ればネットワークの他の点から、さもなければ特にこれらの目的のために取り付 けられた制御ネットワークから、小流量を搬送するダクトを介して供給されるこ とができる。同様に、制御流出口１６．１は、流出口６．１へ直接、さもなけれ ば特にこれが弁１．１が作動する主ネットワークの流れと異なる化学的または物 理的性質を有する場合に制御流の排出ネットワ ークへ排出されることができる。 制御流入口１４．１と制御流出口１６．１の両方とも伝統的な制御弁と連絡す ることができ、かくして制御流をあらかじめセットするのを可能にし、以下に示 すように弁１．１の感度を変更する。 弁１．１は中空で上部が開放しているゴム製品２０．１を含んでおり、その一 定の横断面は一様な幾何学形状であるが、その面積は長手方向に変化することが できる。このゴム製品２０．１は好ましくは円筒形であり、弁本体２．１の主空 洞１０．１の内側に設けられており、弁座８．１に圧力を及ぼすため軸方向に若 干圧縮されている。この実施例においては、このゴム製品２０．１は三つの同心 の領域、すなわち、第一のシール領域２２．１、第二の壁領域２４．１及び第三 の半径方向シール領域２６．１により構成されている。 第一シール領域２２．１はゴム製品２０．１の下部に設けられており、主空洞 １０．１の断面より若干低い位置に断面を有し、そして前記主空洞１０．１のリ ング形状広がり部１２．１より若干高い位置にある比較的厚い質量体により形成 されており、そのためこのシール領域２２．１は作動圧力の前で軸方向に重大な 崩壊を起こさない。そのシール領域２２．１の下面は弁座８．１の断面より若干 大きい断面を有し、そのシール領域の上面はその下面と等しいか、その下面より 大きい断面を有している。 壁領域２４．１はゴム製品２０．１の外套部の中間部分に設けられており、比 較的薄い壁の部分により構成され、その断面は主空洞１０．１の断面より小さく 、壁のこの部分は半径方向に座屈して変形しやすく、前記主空洞１０．１の内側 で作用する圧力の前で軸方向応力を伝達する。 半径方向シール領域２６．１は主空洞１０．１の側壁に作用し、ゴム製品２０ ．１の開放している上部の断面を形成している。この半径方向にシール領域２６ ．１は壁領域２４．１の壁より厚い壁の部分により形成され、その外面はその部 分における主空洞１０．１の面と類似の幾何 学形状を有し、その断面は前記主空洞１０．１の断面にぴったりと密着している 。 第１図は閉じた状態の弁１．１を示している。この状態では、ゴム製品２０． １を収容している時、主空洞１０．１はチャンバー１１．１を形成するよう壁領 域２４．１及び半径方向シール領域２６．１により包まれ、そして主空洞１０． １の高さに関して軸方向に寸法的余裕があることに起因して、外套部（壁領域２ ４．１）の壁により作用する初期的な軸方向圧力のため、前記ゴム製品２０．１ のシール領域２２．１により弁座８．１にシールが形成される。 弁１．１が閉じて制御流入口１４．１からの流れがチャンバー１１．１を満た す時、そしてもし制御流出口１６．１が（例えばここに述べられていない伝統的 な制御弁を介して）閉塞したなら、制御流の圧力は弁座８．１に対してゴム製品 ２０．１のシール領域２２．１を押し付ける合成力を発生させる。なぜなら前記 チャンバー１１．１の横断面は弁座８．１の横断面より大きく、かくして弁のシ ール性が増大するからである。 チャンバー１１．１の中の圧力により保持された流れが（例えばここに述べて いない制御弁が開放されたため）制御流出口１６．１を介して排出された時、チ ャンバー１１．１の中の制御流の圧力の低下がゴム製品２０．１のシール領域２ ２．１の下側に作用する主流の圧力に関連して発生する。流入口４．１から作用 する、ゴム製品２０．１のシール領域２２．１の外面における流れのより大きい 圧力が、シール領域２２．１を移動させ、弁座８．１から離れさせる軸方向合成 力を発生させるので、壁領域２４．１は崩壊し、流入口４．１から流入する圧力 流により発生する力に打ち勝つだけの、軸方向により大きい回復力を蓄える。こ の状況で、部分的に崩壊し、そして弁座８．１から遠ざかったゴム製品２０．１ により、第２図に示すように、流れは今や流入口４．１から流出口６．１へ自由 に移動することができる。 第２図において、本発明の第一実施例の弁１．１が弁開状態で示されて入る。 この状態で、チャンバー１１．１は壁領域２４．１の崩壊によりその容積を減ら している。制御弁１６．１の出口により切り換えられた流れに依存して、チャン バー１１．１の中の圧力は変化することができ、これにより、シール領域２２． １と弁座８．１の分離度がまた変化し、かくして弁１．１の開閉度を変化させる 。このことはより高い精度で、そしてより少ないエネルギーで、弁の開閉と調整 をコマンドするのを可能にする。 制御流出口１６．１が完全に、または部分的に閉じた時、大量の流れが制御流 入口１４．１からチャンバー１１．１へ入り始め、このことがその流量を増大さ せ、そしてシール領域２２．１を低下させて弁座８．１に近ずけ、かくしてもし 制御流出口１６．１が閉塞するなら、弁閉に至るまで流入口４．１から流出口６ ．１への流れの自由通路断面を減らしていく。 この第一実施例において、ゴム製品２０．１の半径方向シール領域２６．１の 端部は前記主空洞から軸方向に自由に動き得るようにする一方、例えば前記主空 洞１０．１の対応するリング形状広がり部の中に保持されるため前記半径方向シ ール領域２６．１の外側壁面における鋳込みビードまたはリング形状の突起物に より、半径方向シール領域２６．１の前記端部が弁本体２．１の主空洞１０．１ の壁に固定されるという弁の変形もまた考慮することができる。 本発明の以下の実施例においては、小数点の左側に示すすべての参照番号は等 しく、本発明の類似の構成要素を指示する。小数点の右側に示す数字は示された 実施例の番号を示す。したがって、参照番号２０．１は第一実施例のゴム製品を 示すのに対し、参照番号２０．２は第二実施例のゴム製品を示す。 第３図及び第４図は本発明の第二実施例の弁閉状態及び弁開状態をそれぞれ示 す。この実施例は第１図及び第２図に示す第一実施例の変形を 示すが、チャンバー１１．２の内側に圧縮ばね３０．２が含まれており、最初は シール領域２２，２の上面と弁本体２．２の主空洞１０．２の上面との間で軽く 圧縮されている。この圧縮ばね３０．２はより大きい圧力のフロー・ネットワー クにおける弁の使用を可能にする。構成要素とその操作の記載は本発明の第一実 施例に関してすでに説明したものと全く同様である。 第一実施例の場合に対して述べた一般原則と類似な方法で、例えば前記主空洞 １０．２の対応するリング形状広がり部に保持される、前記半径方向シール領域 ２６．２の外側の壁面における鋳込みビードまたはリング形状突起物により、半 径方向シール領域２６．２の前記端部が弁本体２．２の主空洞部１０．２の壁に 固定されるという弁１．２の変形もまた考慮することができる。 今まで、本発明の弁が、軸方向に完全に移動可能であるか、さもなければ弁本 体２．Ｘの主空洞１０．Ｘの壁面に半径方向シール領域２６．Ｘにおいて固定さ れ、または一体化されることができるゴム製品２０．Ｘを有する実施例が考慮さ れてきた。また、チャンバー１１．Ｘの中に圧縮リング３０．Ｘを収納すること ができることが考慮されてきた。 第５図及び第６図に示す、本発明の弁の第三実施例においては、前の実施例と 比較して二つのタイプの相違点が含まれており、それらはともに見つけ出す必要 はない。これらの相違点は根本的に壁領域（他のいくつかの実施例においては参 照番号２４．Ｘ）のないゴム製品と軸方向移動可能なステムである。 すでに述べたように、この実施例は、弁本体に対して移動可能で、底部におい てゴム製品のシール領域に固定されている軸方向固定ステムを備えており、その ステムはゴム製品の移動の案内としての役目を持つ。移動可能ステムの自由端は 、弁本体の外へ突出している時は、他の装置にコマンドすることができるか、さ もなければ弁のゴム製品の移動を制御するため外部から操作されることができる 。 弁１．３は、流入口４．３と、その流入口４．３に対して実質的に交差する方 向に向いている流出口６．３を有する弁本体２．３により構成されている。 弁本体２．３は前記流入口４．３の内側に弁座８．３を有している。流入口４ ．３と流出口６．３との間には、弁本体２．３は流入口４．３に対して軸方向に 向いている一定断面の、好ましくは円筒形の主空洞１０．３を有している。この 主空洞１０．３は弁座８．３の上方に流出口６．３と連通する領域にリング形状 の広がり１２．３を有している。一方、主空洞１０．３は流出口４．３から最も 離れた領域において一つ以上の制御流入口１４．３と一つ以上の制御流出口１６ ．３とに連通している。弁本体２．３における流出口４．３から最も離れたこの 領域において、弁本体２．３の外側に突き出している移動可能な軸方向ステム３ ２．３の自由端の通過のための穴７．３がまた備えられている。前記穴７．３は 例えばＯリングを介して周囲の流れの水封性を確実にするための適当な手段を有 している。 制御流入口１４．３は、流入口４．３から直接に、さもなければネットワーク の別のポイントから、またさもなければこれらの目的のために特に設けられた制 御ネットワークから、少流量を運ぶダクトを介して供給されることができる。同 様に、制御流出口１６．３は、流出口６．３へ直接に、さもなければ、弁１．３ が操作される主ネットワークの流れと異なる化学的または物理的性質を有する制 御流の場合は特に、制御流の排出ネットワークに排出することができる。 弁１．３は、中空で上方に開口しており、一定の断面積が一様な幾何学的形状 、好ましくは円筒形となっており、そして主空洞１０．３の内側に設けられてい るゴム製品２０．３を含んでおり、そしてまた、前記ゴム製品と、弁本体２．３ の主空洞１０．３の上壁との間で固定された圧縮ばね３０．３を含んでいる。そ のため、このばね３０．３は軸方向に軽く圧縮されており、したがって、ゴム製 品２０．３の底部は弁座８． ３に圧力を及ぼしている。主空洞１０．３においては、チャンバー１１．３がそ の中に収納されているゴム製品２０．３により輪郭を限定されている。 この実施例のゴム製品２０．３は二つの同心の領域、すなわち第一のシール領 域２２．３と半径方向の第二のシール領域２６．３により構成されている（もっ とも第一の実施例に関してすでに述べた三つの領域により構成することもできる が、この場合、圧縮リング３０．３を備えても備えなくてもよい）。 シール領域２２．３はゴム製品２０．３の低部に設けられ、主空洞１０．３の 断面より若干低い断面と前記主空洞１０．３のリング形状の広がり部１２．３の 高さより若干高い高さを有する比較的厚い質量体により形成されている。そのた め、このシール領域２２．３は作用圧力の前で軸方向に重大な崩壊を起こさない 。シール領域２２．３の下面は弁座８．３の断面より若干大きい断面を有し、前 記シール領域の上面はその下面と等しいか、その下面より大きい断面を有する。 半径方向シール領域２６．３は主空洞１０．３の側壁に作用し、ゴム製品２０ ．３の上方開口部の断面を形成している。 軸方向可動ステム３２．３はゴム製品２０．３のシール領域２２．３の上方壁 面に一体化または軸方向に固定されており、その自由端３５．３は穴７．３を通 過して弁本体２．３の外側に突出している。 第５図は弁閉状態の、そして入口ライン（４．３）に流れがある弁１．３を示 している。閉じつつある（または弁開状態から閉じ始めている）弁１．３に対し ては、ばね３０．３により与えられる力と、シール領域２２．３の上面の上方の 制御流の圧力により与えられる力との合力が流入口４．３から流入する主流の圧 力に起因してシール領域２２．３の下側全面に加えられる力より大きいという状 態を起こさせる。シール領域２２．３の両側の空間範囲が変更されつつある時、 弁１．３を弁閉状態または閉じるべき状態に保持するため上側全面に加えられる より大きい 力をチャンバー１１．３における制御流の圧力の増大により発生させる。チャン バー１１．３の中の制御流の圧力を増大させるため、次の作用、すなわち、制御 流供給ライン（１４．３）内の圧力の増大または制御流（１６．３）の排出体積 の減少のうちの少なくとも一つが起こらなければならない。 第６図においては、弁１．３は弁開状態で流入ライン（４．３）と流出ライン （６．３）の両方の流れがある状態を示している。弁１．３を開くため、及びこ の状態を保持するため、ばね３０．３の力と、チャンバーの中に存在する制御流 の圧力により生じる力との合力がシール領域２２．３の下側の（流入口４．３か ら流入する）主流の圧力により生じる力より小さい力となる。チャンバー１１． ３の中の制御流の圧力を減少させるためには、次の作用、すなわち制御流（１４ ．３）の供給ラインの圧力の減少、または制御流（１６．３）の排出体積の増大 のうちの少なくとも一つを発生させなければならない。 また、弁１．３の瞬時の弁開が弁座８．３からゴム製品２０．３を離れさせる ため軸方向ステム３２．３を軸方向に移動させることにより得られる。チャンバ ー１１．３における圧力が減少しなかったため、すなわち、この圧力が弁を閉じ た状態に保持したのと同じレートの圧力であり続けるため、それから、軸方向ス テム３２．３の拘束が解かれている時、シール領域２２．３の上側全面にかかる 力の合力はシール領域２２．３の下側全面に主流の圧力によりもたらされる力よ り大きい状態に維持され、かくしてゴム製品２０．３が下降する原因となる。 第７図及び第８図は本発明の第四実施例の弁閉状態及び弁開状態をそれぞれ示 している。この実施例においては、弁は本体に関して、そしてゴム製品のシール 領域の底部に固定された軸方向可動ステムを備えている。特に、可動ステムは、 チャンバーへの制御流入口において、さもなければチャンバーから制御流出口へ の、制御流の切換手段を限定するのを可能にしている。可動ステムはゴム製品の 移動のためのガイドとして の役目を果たす。可動ステムの自由端は、弁本体の外側へ突出している時は、他 の装置にコマンドすることができ、さもなければ弁のゴム製品の移動を制御する ため外部から操作されることができる。 以下に、本発明の第四実施例をチャンバーから制御流出口へ行われるべき制御 流の切換のために設計された可動ステムとともに詳細に説明する。弁１．４は、 流入口４．４とその流入口４．４に対して実質的に交差する方向に向いた流出口 ６．４とを有する弁本体２．４により構成されている。 弁本体２．４は前記流入口４．４の内側に弁座８．４を有している。流入口４ ．４と流出口６．４との間に、弁本体２．４は、流入口４．４と同心方向に向い た一定断面の、好ましくは円筒形の主空洞１０．４を有している。この主空洞１ ０．４は弁座８．４の上方の流出口６．４と連通する領域にリング形状の広がり 部１２．４を有している。一方、主空洞１０．４は流入口から最も離れた領域に 一つ以上の制御流入口１４．４と連通している。弁本体における流入口４．４か ら最も離れたこの領域には、制御流出口７．４のための、そして一つ以上の制御 流出口１６．４を介して排出され得る第二チャンバー９．４と連通する穴もある 。 制御流入口１４．４は、流入口４．４から直接に、さもなければネットワーク の別のポイントから、またさもなければこれらの目的のために特に設けられた制 御ネットワークから少流量を搬送するダクトを介して供給されることができる。 同様に、制御流出口１６．４は、流出口６．４へ直接に、さもなければ特に弁１ ．４が作動する主ネットワークの流れと異なった化学的または物理的性質を有す る制御流の場合は制御流の排出ネットワークへ排出されることができる。 弁１．４は、中空で上方が開放している一様な幾何学形状の、好ましくは円筒 形の一定断面を有するゴム製品２０．４を含んでおり、そのゴム製品は主空洞１ ０．４の内側に設けられている。そのため、それは弁座８．４に力をかけるため 軸方向に軽く圧縮されている。主空洞１０． ４においては、チャンバー１１．４はゴム製品２０．４が収納されている時輪郭 を限定される。 この実施例のゴム製品２０．４は三つの同心の領域、すなわち第一のシール領 域２２．４、薄壁の第二の領域２４．４及び半径方向シール領域を持つ第三の領 域２６．４により構成されている。 シール領域２２．４はゴム製品２０．４の底部に設けられ、主空洞１０．４の 断面より若干低い断面と、前記主空洞１０．４のリング形状の広がり部１２．４ の高さより若干高い高さを備えた比較的厚い質量体により形成されている。その ため、このシール領域２２．４は作用圧力の前で軸方向に重大な崩壊を起こさな い。シール領域２２．４の下面は弁座８．４の断面より若干大きい断面を有し、 前記シール領域の上面はその下面と等しいか、その下面より大きい断面を有する 。 壁領域２４．４はゴム製品２０．４の外套部の中間部分に設けられており、比 較的薄い壁の部分により構成され、その断面は主空洞１０．４の断面より小さく 、この壁部分は前記主空洞１０．４の内側に作用する圧力の前で座屈し、軸方向 応力を伝達しやすい。 半径方向シール領域２６．４は主空洞１０．４の側壁に作用し、ゴム製品２０ ．４の上方開口部の断面を形成している。この半径方向シール領域２６．４は壁 領域２４．４より厚い壁の部分を形成し、その外面はその領域における主空洞１ ０．４の表面と類似の幾何学形状を有し、その断面は前記主空洞１０．４の断面 に対して密着している。 本発明のこの第四実施例においては、弁１．４は、ゴム製品２０．４のシール 領域２２．４の上側壁面に一体化または軸方向に固定され、そして弁本体２．４ の外側へ突出し、制御流出口７．４のための開口部と第二チャンバー９．４を貫 通する軸方向可動ステム３２．４を有しており、かくして駆動端３５．４が軸方 向可動ステム３２．４用として限定される。軸方向可動ステム３２．４が貫通す る第二チャンバー９．４の両端においては、水封性を確保するためＯリングのよ うなシール手段が 設けられている。 軸方向可動ステム３２．４は制御流３３．４の体積を調整するための部分を有 し、その横断面は軸方向に変化する寸法を有しており、前記横断面の形状は制御 流出口７．４のための開口部の形状に等しい。そこで、この調整断面３３．４は 完全に、または部分的に前記開口部７．４を塞いでおり、かくしてチャンバー１ １．４から第二チャンバー９．４へ流れる制御流の体積を変更する。 第７図は弁閉状態の、そして流入口ライン（４．４）に流れを持つ弁１．４を 示している。閉じつつある（または弁開状態から閉じ始める）弁１．４のため、 チャンバー１１．４の中に存在する制御流の圧力が流入口４．４から出る主流の 圧力によりシール領域２２．４の下側全面にかかる力より大きい力となるように しなければならない。シール領域２２．４の両側の空間範囲がともに変更されつ つある時、弁１．４を閉じた状態に、または閉じるように保持するため、上側全 面に加えられるより大きい力をチャンバー１１．４の中の制御流の圧力の増大に より発生させる。チャンバー１１．４の中の制御流の圧力を増大させるため、次 の作用、すなわち制御流供給ライン（１４．４）における圧力増大または制御流 （１６．４）の排出体積の減少のうちの少なくとも一つが発生しなければならな い。軸方向可動ステム３２．４の、制御流３３．４の体積を調整すべき部分がそ のより大きい面積の横断面が制御流出口７．４用開口部にインターロックされる ように設けられる時、制御流のより小さい体積をチャンバー１１．４から第二チ ャンバー９．４へ、そして第二チャンバーから制御流出口１６．４へ排出させ、 かくしてチャンバー１１．４における圧力は増大する。これらの情況の下で、も し弁１．４が最初閉じているか、そうでなければ弁が最初開いている場合弁座に 対してシール領域２２．４を圧縮するまでゴム製品２０．４が下降するなら、シ ール領域２２．４の圧縮力が弁座８．４に対して保持される。 第８図は弁開状態の、そして流入口（４．４）と流出口（６．４）の 両方に流れがある弁１．４を示している。開きつつある、または開いた状態に保 持された弁１．４のために、チャンバー１１．４の中に存在する制御流の圧力が 流入口４．４から出る主流の圧力によりシール領域２２．４の下側全面にかかる 力より小さい力となるようにしなければならない。チャンバー１１．４の中の制 御流の圧力を減少させるためには、次の作用、すなわち制御流供給ライン（１４ ．４）の圧力の減少または制御流（１６．４）の排出体積の増大のうちの少なく とも一つが発生しなければならない。軸方向可動ステム３２．４の、制御流３３ ．４の体積を調整すべき部分がその下側領域の横断面が制御流出口７．４用開口 部にインターロックされるように設けられている時、制御流のより小さい体積を チャンバー１１．４から第二チャンバー９．４へ、そして第二チャンバーから制 御流出口１６．４へ排出させ、かくしてチャンバー１１．４における圧力は減少 する。これらの情況の下で、ゴム製品２０．４は弁座８．４からシール領域２２ ．４を全く解放するまで上昇する。 また、弁１．４の瞬時の弁開が弁座８．４からゴム製品２０．４を離れさせる ため軸方向可動ステム３２．４を軸方向に移動させることにより得られるが、こ の弁開が永続しないためにチャンバー１１．４における圧力は減少してはならず 、このことがステムを瞬時に移動させる理由である。そのため、体積を調整すべ きその部分３３．４は弁１．４が閉じている時にインターロックされている面積 より若干小さいか、等しいか、大きい面積の横断面をインターロックする。 第９図及び第１０図は本発明の第五実施例の弁閉状態及び弁閉状態をそれぞれ 示している。この実施例においては、弁は第四実施例のものと類似しているが、 ゴム製品２０．５は他の実施例に関して述べたものと同じ特性を持つただ二つの 同心の領域、すなわち第一のシール領域２０．５及び第二の半径方向シール領域 ２６．５により構成されている。 この実施例のゴム製品２０．５は前述の実施例（参照番号２４．Ｘ）の幾つか に存在する壁領域を欠いているので、その機能はネットワーク に流れがない時は弁を閉じた状態に保持するため圧縮ばね３０．５により与えら れる。このばね３０．５はチャンバー１１．５の中に、そしてシール領域２２． ５の上面と、弁本体２．５の主空洞１０．５の上面との間で若干圧縮された状態 で収納されており、かくしてより大きい圧力流のネットワークにおける弁の使用 を可能にしている。 本発明はその構成要素の幾つかの異なる組合せを考慮した五つの好ましい実施 例に基づいて述べられてきた。すべての実施例においては、ゴム製品２０．Ｘが 弁座８．Ｘに接触しているか否かに依存して、弁１．Ｘの主流の通路を閉じ、ま たは開くゴム製品２０．Ｘにより一方側に限定されて、弁本体２．Ｘのチャンバ ー１１．Ｘへの制御流入口１４．Ｘが存在する。また、すべての実施例において は、チャンバー１１．Ｘからのこの流れの出口を可能にする制御流出口１６．Ｘ が存在する。すべての場合において、制御流入口１４．Ｘは、同じ種類の主流を 使用するにせよ別の種類のものを使用するにせよ、また、流れが主流と類似の物 理的状態であるにせよ、さもなければ異なる状態（圧力、温度等）であるにせよ 、ネットワークの同じ主流により（例えば主流入口４．Ｘから取入れ用ダクトを 介して）、さもなければ他のソースから供給されることができる。同様に制御流 出口１６．Ｘは主流出口６．Ｘにおいて直接（主流と同じ性質の制御流れの場合 ）、または例えば制御流のみに分布させるため第二ネットワークに排出されるこ とができる。 本発明に含めて考慮する特別のケースは、制御流の入口及び出口（それぞれ１ ４．Ｘ及び１６．Ｘ）がチャンバー１１．Ｘと連通する唯一つのダクトを共有し 、適当な弁、例えば三方口弁または等価物を介してそのダクトに接続されている ことである。 本発明のすべての実施例においては、三つの可能な軸方向領域のうち少なくと も二つ共通に備えたゴム製品２０．Ｘもある。すべての実施例に共通なこれら二 つの領域はすなわち一端における一つのシール領域、そして他端における一つの 半径方向シール領域である。幾つかの実施例 においては、上記二つの領域の中間の薄壁の領域を設けることができる。 ゴム製品２０．Ｘがただ二つの領域（シール領域２２．Ｘ及び半径方向シール 領域２６．Ｘ）により構成されている場合は、チャンバー内の圧力が低下した時 、弁のシール性を与えるべき、必要な回復力に寄与するため常に圧縮ばね３０． Ｘを設けている。圧縮ばね３０．Ｘはまたライン中に発生する水撃作用という負 の効果を低減することを可能にし、かくして逆に、入って来る流れを受けるゴム 製品の外面に作用する圧力の急増により発生する漏洩を低減する。 薄壁領域２４．Ｘがゴム製品２０．Ｘに存在する時、弁のチャンバー１１．Ｘ の中に、弁座８．Ｘに対してシール領域２２．Ｘを圧縮する傾向のある力を与え る圧縮ばね３０．Ｘを設けてもよく、また設けなくてもよい。この、ゴム製品２ ０．Ｘが三つの軸方向領域により構成されている場合、このゴム製品はその半径 方向シール領域２６．Ｘを弁本体２．Ｘに固定してもよく、またその両端を自由 端としてもよい。 ゴム製品２０．Ｘが半径方向シール領域２６．Ｘを自由にしている場合、半径 方向シール領域の内面は、チャンバー１１．Ｘの内側の圧力が半径方向シール領 域の移動に影響しない合成力を発生させるという事実、さもなければその合成力 が半径方向シール領域を上方に移動させるか、またはその合成力が半径方向シー ル領域を下方に移動させるという事実に依存して、それぞれ、円筒形またはプリ ズム状、円錐筒状（もしくはピラミッド筒形）または逆円錐筒状（もしくは逆ピ ラミッド筒形）としてよい。 本発明の実施例が制御流３３．Ｘの体積を調整するための部分を含む軸方向ス テム３２．Ｘを有する場合には、そのステムは比較的頑丈な方法で、さもなけれ ば比較的移動可能な方法でゴム製品２０．Ｘのシール領域２２．Ｘの上面に固定 されることができる。この後者の場合、外部から操作される時、最初は弁は開く がチャンバー１１．Ｘの圧力が開放されるということなく、制御流出口７．Ｘの ための開口部に対してあら かじめ決められた部分でその調整部分３３．Ｘをインターロックするため、ゴム 製品２０．Ｘを移動させることなくその軸方向ステム３２．Ｘをあらかじめ決め られた部分に最初移動するような方法で、その軸方向ステム３２．Ｘを組み立て る。この圧力変化は弁開をスタートさせる。軸方向ステム３２．Ｘとシール領域 ２２．Ｘとの間のこの比較的移動可能なリンクは例えばそのステムの下端に設け られている長手方向の溝を介して行われることができ、そのことにより前記シー ル領域に固定されたステムを動かす。このリンクは多くの方法で行うことができ るので、図面には示していない。 一方では、本発明の弁は軸方向ステム３２．Ｘを備えなくてもよい。軸方向ス テム３２．Ｘがある場合は、制御流３３．Ｘの体積を調整する部分を有すること ができる（第四及び第五実施例参照）。その場合、弁の本体２．Ｘは一つの第二 チャンバー９．Ｘを備え、そこから制御流が制御流出口１６．Ｘへ排出される。 本発明の実施例のすべては制御流入口１４．Ｘまたは制御流出口１６．Ｘまた はそれらの両方において設けられた調整及び／または制御の第二弁を有すること ができる。 本発明の明白な変形は、弁のチャンバーにおける圧力が顕著に増大する時、前 記シール領域の断面の増大を回避させる、例えば密着性の金属リングのような頑 丈な材料で被覆されたゴム製品のシール領域の外套を備えることにある。シール 領域はまた他でも見られる例えば金属繊維またはレーヨン繊維のような内部補強 材を有することができる。 さらにまた本発明の別の明白な変形は、ゴム製品の壁領域に薄壁の幾つかの軸 方向部分を備えさせることにあり、かくして大流量を制御するためシール要素の 大きな移動を可能にする弁が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｋ 31/385 Ｆ１６Ｋ 31/385 【要約の続き】 製品は中空で、その軸方向端部の一方が開放されてい る。このゴム製品は少なくとも二つの同心の領域、すな わち第一のシール領域と第二の半径方向シール領域によ り構成されている。ゴム製品のこれらの領域は弁操作中 特定の機能を発揮し、かくして弁の複雑な設計と製造コ ストの増大につながる分割した複数の構成要素の採用を 回避している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．弁座から遠い弁開位置と弁座と接触している弁閉位置との間を軸方向に移動 することのできるピストンのシール壁の両側の間に差圧を発生させるため、小さ い制御流を調整する流れ切換手段により操作される流体弁において、少なくとも 、 ａ）−流入口； −前記流入口の内側の弁座； −前記流入口に対して実質的に交差する方向に向いた流出口； −流入口とその流入口に対して同心に配列された流出口との間に配置され た、好ましくは円筒形の、一定断面の主空洞； −弁座の上方の前記流出口と連通する領域における前記主空洞の中のリン グ形状の広がり部； −前記主空洞と連通する、そして流入口から最も離れた領域に配置された 一つ以上の流入体口； −前記主空洞と連津する、そして流入口から最も離れた領域に配置された 一つ以上の流体出口； を有する弁本体、及び、 ｂ） 中空で上方が開放され、前記主空洞の内側に設けられ、弁座の上方全面 に力を及ぼすように軸方向に若干圧縮された、好ましくは円筒形の、一様な幾何 学形状を有する一定横断面のゴム製品であって、少なくとも二つの同心の領域、 すなわち、 −前記ゴム製品の下部に設けられ、主空洞の断面より若干低い断面と、主 空洞のリング形状の広がり部の高さより若干高い高さを有する比較的厚い質量体 により形成された前記ゴム製品の第一のシール領域であって、そのため作用圧力 の前で軸方向に重要な崩壊を起こさず、下部は弁座の断面より若干大きい断面を 有し、上面は下面と等しいか下面より大きい断面を有する第一シール領域； −前記主空洞の側壁に作用し、前記ゴム製品の上方開放部の断面 に設けられ、その領域における主空洞の表面に類似の幾何学形状の外表面と、前 記主空洞の断面に密着性を保持する断面を有する、前記ゴム製品の第二の半径方 向シール部と、により構成されるゴム製品を含んでいることを特徴とする流体弁 。 ２．前記ゴム製品は前記第一のシール領域と前記第二の半径方向シール領域との 間に前記ゴム製品の外套の中間部分に設けられた第三の壁領域を含んでおり、こ の第三の壁領域は、前記主空洞の内側に作用する圧力の前で座屈して軸方向荷重 を伝達しやすい、比較的薄い壁部分と、主空洞の断面より低い断面とにより形成 され、前記第二の半径方向シール領域の壁は前記第三の壁領域の壁より大きい厚 みを有していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載された流体弁。 ３．ゴム製品の半径方向シール領域の端部は弁本体の主空洞の壁面に固定されて いることを特徴とする請求の範囲第２項に記載された流体弁。 ４．ゴム製品の半径方向シール領域の端部は前記主空洞の軸方向に自由に移動し 得ることを特徴とする請求の範囲第２項に記載された流体弁。 ５．前記ゴム製品の内側に圧縮場合ばねを含んでおり、そのばねの両端のうちの 一方は第一のシール領域の内壁に接触し、他方は弁本体の主空洞に接触している ことを特徴とする請求の範囲第２項に記載された流体弁。 ６．ゴム製品の半径方向シール領域の端部は弁本体の主空洞の壁面に固定されて いることを特徴とする請求の範囲第５項に記載された流体弁。 ７．ゴム製品の半径方向シール領域の端部は前記主空洞の軸方向に自由に移動し 得ることを特徴とする請求の範囲第５項に記載された流体弁。 ８．ゴム製品の内側に設けられた圧縮ばねを含んでおり、そのばねの両端のうち の一方は第一のシール領域の内壁に接触し、他方は弁本体の主空洞に接触してい ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載された流体弁。 ９．ゴム製品の前記シール領域の上壁面に一体化され、または軸方向に 固定された軸方向可動ステムを含んでおり、その可動ステムの自由端は流入口か ら最も離れた領域における穴を貫通して弁本体の外側に突出し、前記穴は周囲の 流れに対するシール性を確保するための適当な手段、例えばＯリングを備えてい ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載された流体弁。 １０．前記ゴム製品は前記第一のシール領域と前記第二の半径方向シール領域と の間に前記ゴム製品の外套の中間部分に設けられた第三の壁領域を含んでおり、 この第三の壁領域は比較的薄い壁部分と、前記主空洞の内側に作用する圧力の前 で座屈して軸方向荷重を伝達しやすい、主空洞の断面より低い断面とにより形成 され、前記第二のシール領域の壁は第三の壁領域の壁より大きい厚みを有するこ とを特徴とする請求の範囲第９項に記載された流体弁。 １１．ゴム製品の半径方向シール領域の端部は弁本体の主空洞の壁面に固定され ていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載された流体弁。 １２．ゴム製品の半径方向シール領域の端部は前記空洞の軸方向に自由に移動し 得ることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載された流体弁。 １３．前記ゴム製品の内側に設けられた圧縮ばねを含んでおり、そのばねを含ん でおり、そのばねの両端のうちの一方は第一のシール領域の内壁に接触し、他方 は弁本体の主空洞に接触していることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載さ れた流体弁。 １４．ゴム製品の半径方向シール領域の端部は弁本体の主空洞の壁面に固定され ていることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載された流体弁。 １５．ゴム製品の半径方向シール領域の端部は前記主空洞の軸方向に自由に移動 し得ることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載された流体弁。 １６．前記ゴム製品の内側に設けられた圧縮ばねを含んでおり、そのば ねの両端のうちの一方は第一シール領域の内壁に接触し、他方は弁本体の主空洞 に接触していることを特徴とする請求の範囲第９項に記載された流体弁。 １７．弁座から遠い弁開位置と弁座に接触する弁閉位置との間で軸方向に移動し やすいピストンのシール壁の両側の間に差圧を発生させるため少量の制御流を調 整する流れ切換手段により制御される流体弁において、少なくとも、 ａ）−流入口； −前記流入口の内部における弁座； −前記流入口に対して実質的に交差する方向に向いた流出口； −前記流入口と、前記流入口に対して同心に配列された流出口と の間に配置された、好ましくは円筒形の、一定断面の主空洞； −弁座の上方の前記流出口と連通する領域における前記主空洞のリング形 状の広がり部； −前記主空洞と連通し、流入口から最も離れた領域に配置された一つ以上 の流体入口； −流入口から最も離れた領域における前記主空洞に配置された制御流出口 のための一つの穴； −制御流出口用の前記穴と連通する第二チャンバー； −前記中間チャンバーと連通する一つ以上の制御流出口； を有する弁本体；及び、 ｂ）中空で上部が開放された、好ましくは円筒形の、一様な幾何学形状の一定 断面を有し、前記主空洞の内側に設けられ、軸方向に若干圧縮されており、その ため弁座の上方全面に力が作用するゴム製品であって、少なくとも二つの同心の 領域、すなわち、 −前記ゴム製品の下部に設けられ、前記主空洞の断面より若干低い断面と 、前記主空洞のリング形状の広がり部の高さより若干高い高さを有する比較的厚 い質量体により形成され、そのため作用圧力の前で軸 方向に重大な崩壊を起こさず、下面が弁座の断面より若干大きい断面を有し、上 面が前記下面と等しいか、前記下面より大きい断面を有する、前記ゴム製品の第 一のシール領域； −前記ゴム製品の上方開放部分に設けられた、前記主空洞の側壁に作用す る、外面が主空洞の類似な幾何学形状と、主空洞の部分に密着した部分とを有す る、前記ゴム製品の第二の半径方向シール領域により構成されるゴム製品； ｃ）前記ゴム製品のシール領域の上方壁面に一体化され、または軸方向に固定 された軸方向可動ステムであって、前記ステムの自由端は制御流出口用穴を貫通 し、前記第二チャンバーを通り抜けて弁本体の外側に突出し、前記第二チャンバ ーは周囲の流れとのシール性を確保するための適当なシール手段、好ましくはＯ リングを備え、前記軸方向可動ステムは制御流の体積を調整するための部分を有 し、その横断面の形状は軸方向に可変サイズであり、その横断面の形状は制御流 出口用の前記穴の形状に類似しており、前記穴を完全にまたは部分的に調整する 前記部分を妨害している軸方向可動ステムと、 により構成されていることを特徴とする流体弁。 １８．前記ゴム製品は前記第一のシール領域と前記第二の半径方向シール領域と の間の前記ゴム製品の外套の中間部分に設けられた第三の壁領域を含んでおり、 この壁領域は比較的薄い壁部分と、座屈して前記主空洞の内側に作用する圧力の 前で軸方向荷重を伝達しやすい、主空洞の断面より低い断面とにより形成され、 前記第二のシール領域の壁は第三の壁領域より大きい厚みを有することを特徴と する請求の範囲第１７項に記載された流体弁。 １９．ゴム製品の半径方向シール領域の端部は弁本体の主空洞の壁面に固定され ているこの特徴とする請求の範囲第１８項に記載された流体弁。 ２０．ゴム製品の半径方向シール領域の端部は主空洞の軸方向に自由に移動し得 ることを特徴とする請求の範囲第１８項に記載された流体弁。 ２１．前記ゴム製品の内側に設けられた圧縮ばねを含んでおり、そのばねの両端 のうちの一方は第一シール領域の内壁に接触しおり、他方は弁本体の主空洞に接 触していることを特徴とする請求の範囲第１８項に記載された流体弁。 ２２．ゴム製品の半径方向シール領域の端部は弁本体の主空洞の壁面に固定され ていることを特徴とする請求の範囲第２１項に記載された流体弁。 ２３．ゴム製品の半径方向シール領域の端部は前記主空洞の軸方向に自由に移動 し得ることを特徴とする請求の範囲第２１項に記載された流体弁。 ２４．前記ゴム製品の内側に設けられた圧縮ばねを含んでおり、そのばねの両端 のうちの一方は第一のシール領域の内壁に接触しており、他方は弁本体の主空洞 に接触していることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載された流体弁。