JP4481834B2 - シートリング及びシートリングバルブアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、一般に、シートリングに係り、より詳細には、整合特性が改良され、トルク所要量が低減され、漏出が減少したことによって改良された改良型シートリングとバルブアセンブリに関する。

従来のグローブ型の制御バルブと他のタイプのバルブは、一般に、ねじ式もしくはクランプ式のシートリング（座環）を含む。一般的に、シートリングは、バルブのバルブ本体内に形成された円筒形のキャビティ内へ挿入されると共に、バルブを開閉するためのバルブプラグを受け取る環状のスラストベアリングリムを含む。通常、シートリングは、取替可能な別個の部品である。シートリングを構成するためにはいくつかの経済的な材料が使用可能であり、これらの材料には、例えば、スチール鋼、ステンレス鋼のみならず、ステライト、セラミック、及び炭化タングステンなどの硬化材料が含まれる。一般に、クランプ式のシートリングは、シートリングをシールし、流体の漏出を防止するために、圧縮されたガスケットを必要とする。一般的に、シートリングのクランプ構成には、該ガスケットを圧縮するためにバルブアセンブリに必要とされる負荷に起因して、そのための部品が更に必要であり、構造が複雑になる。一方、ねじ式のシートリングは、一般に、ガスケットを必要としない代わりに、シートリングとバルブ本体との間の接触線によって形成される金属同士のシール面に依存する。しかしながら、以下に説明されるように、従来のねじ式シートリングは、以下のように、整合の欠陥及びシール上の制限という問題を有している。

図１は、バルブ本体１２０の内部の円筒形の側壁面１２２へねじ式に挿入されたシートリング１００を含む、従来の技術のシートリングバルブアセンブリ１０を示す断面図である。シートリング１００は、バルブを開閉するためのバルブプラグ１６０を受け取る、環状スラストベアリングリム１０２を含む。バルブプラグ１６０が閉位置にある時、バルブプラグは、シートリング１００に押し付けられ、流体が、バルブプラグがシートリングから持ち上げられる時に形成される通路１５２を塞ぎ、流体が該通路を介して流れ出るのを防止する。リム１０２は、（図示される水平方向に対して）９０°の角度を成し、(以下詳細に説明される）バルブ本体１２０の内部円筒形面１３８に対向する、外部円筒形側壁１１２を更に含む。リム１１２のすぐ下では、図示されているように、テーパ付された外面が、バルブ本体１２０のテーパ付された面１３６と係合する。テーパ付された両面は、一般に、約４５°になるように製造される。また、テーパ付された面と側壁は、部品間に第１のシール面すなわち接触ライン１０６を形成し、これによって、シールが形成される。このシール面下では、シートリング１００のねじ部１０４が、バルブ本体１２０のねじ部１１０と係合し、これにより、シートリング１００のキャビティ１３０内への固着及び案内が補助される。このねじ部は、第２のシールも提供する。

しかしながら、第１のライン接触シール１０６の効果は、キャビティ１３０内のシートリング１００の整合(真直度と整合度を意味する）に依るところが大きい。シートリング１００がきちんと整合しない場合、金属表面に微細なキズがあるシール部分には特に間隙が生じるので、シートリング１００とバルブ本体１２０との間に好ましくない漏出が生じ、円形の一様な気密シールがもたらされない。あいにく、このタイプの従来のねじ式シートリングアセンブリは、以下の少なくとも三つの理由から、結果的に漏出を招く整合のずれを生じやすい。即ち、１）従来のねじ式のシートリングは、組み合わされるねじに依存して整合と第２のシールを提供するが、たとえ、正規の工業規格を満たすねじ同士の公差であっても、これらのねじは、一貫性のある閉止（シャットオフ）を達成する上で十分な同心度をもたらさない。２）リムの側壁面１１２と傾斜面１３２の間に形成されたとがったエッジが、バルブ本体表面１３６と整合していない場合、該エッジとバルブ本体上面１３６との間に形成されるラインは非常に狭いため、わずかでも表面に不完全または不規則な部分があると、その影響を受けやすい。３）バルブ本体表面１３６が比較的狭い角度（４５°）の場合、シートリング１００をキャビティ１３０の中心下方へ充分に案内することができないため、シートリング１００がズレやすい。即ち、整合していないシートリングは、適切にセンタリングされていないか、真直ではないか、又は、その両方なので、特に漏出を生じやすく、少なくても、対向する傾斜壁間の接触が不十分なシール部分では漏出が生じやすい。これらの制限を補償するとともに受容可能なレベルまで漏出を低減させるために、アセンブラ（組み立て装置）は、好ましくない程に高いレベルのトルクをシートリング１００へ付与しなければならず、この結果、シートリング１００をキャビティ１３０内で過剰に圧縮することになる。このように必要とされる過剰な圧縮によって、アセンブリの工程が複雑化され、アセンブリ部品にトルクストレスが生じ、これによって、第１のシール１０６の欠陥率が高くなる。

必要とされるのは、アセンブリ工程において好ましくない程に高いレベルのトルクの付加を必要とせずに、漏出を低減しつつ、より強力なシールを形成できる自己整合特性を有する改良されたシートリングバルブアセンブリである。また、整合のずれや同心性の欠如は、バルブプラグ１６０がシートリング１００をシールする能力にも影響する。

改良されたシートリング、バルブ本体、及びシートリングバルブアセンブリは、好ましくない程に高いレベルのアセンブリトルクを必要とせずに、漏出を減少させる自己整合特性を有する。該改良されたシートリングは、バルブ本体内に形成されたキャビティへねじ式に挿入され、バルブを開閉するために使用されるバルブプラグを受け取るリムを含む。好ましくない漏出を防止すべく、シートリングがバルブ本体の傾斜した着座面へ着座して接触点が提供され、これによって、優れた第１の接触シールが提供される。本発明は、傾斜した着座面に着座する接触点を提供することによって、必要とされるトルク量が、従来の技術のシートリングバルブアセンブリによって必要とされるトルクの量より少なくて済む。上記及び他の特徴及び利点が、以下の図面、明細書及びクレームから、理解されよう。

図２を参照すると、略円筒形のシートリングバルブアセンブリの断面図が示されている。シートリング２００は、バルブとシートリングキャビティ２８０を開閉し流体を流動可能にするバルブプラグを受け取るための環状スラストベアリングリム２２２を有する。シートリング２００は、ラグ部２０２と、図示されるようにバルブ本体２２０に該シートリング２００を固着するために使用されるねじ部２０４と、を更に含む。特別な工具（図示しない）が、シートリング２００をバルブ本体の中外へ回転させるべく、ラグ部と界面接触する。シートリング２００とバルブ本体２２０の組み合わせを、便宜上、シートリングバルブアセンブリと称することとする。

本開示によれば、従来の技術のシートリングバルブアセンブリにおけるような（断面図で見たとき）線接触（図１の参照番号１０６）ではなく、（断面図で見たとき）点接触２０６が、シートリング２００とバルブ本体２２０の間に形成される。図示されるように、シートリング２００のラグ部２０２は、略円筒形の外部側壁面２１２を含み、外部側壁面２１２は、（図示されている水平方向に対して）略９０°の角度を成しバルブ本体２２０の内部バルブ本体表面２３８と部分的に対向する。ラグ部２０２の下方において、シートリングは、（図示されている水平方向に対して）略４５°のテーパ付けされた面２３２を有する。側壁面２１２とテーパ付けされた面２３２の連結部が、シートリング２００とバルブ本体２２０の間の第１のシールとして作用する接触点２０６を形成する。この接触点は、好ましくは、約０．０３インチ（約０．０７６ｃｍ）の半径を有するように形成されるが、他の形状寸法及び／又は半径を使用してもよい。また、バルブ本体接触面２３６は、好ましくは、（図示されている水平方向に対して）略６０°を成すように形成されるが、やはり他の角度を使用してもよい。例えば、（図示されている水平方向に対して）５０°乃至８０°の角度を使用してよい。バルブ本体接触面２３６の急な傾斜は、シートリング２００をバルブ本体キャビティ２３０内の下方中心点へ均一に案内する「くさび」効果をもたらすので、これにより、アセンブリ工程においてバルブ本体キャビティ２３０内にシートリング２００を均一に整合させやすくなる。シートリング２００とバルブ本体キャビティ２３０の軸心が一致すると、接触点２０６は、バルブ本体接触面２３６の表面に着座する。

当業者には理解されるように、上述の接触点２０６をもたらすことによって、アセンブリ中のトルクの所要量が顕著に削減され、金属接触面の細かいキズを補償する作業を回避し得る。更に、該接触点２０６は、シールを形成するための整合に必要な領域を削減することによって、設置中にキャビティ２３０内でシートリング２００を自己整合するという他の利点も有している。

本発明に対しては、種々の変形及び他の形態を導入することが可能だが、その具体的な実施の形態は、図面の例及び上記の記載によって示されている。しかしながら、本発明をそうした開示されている特定の形態に限定する意図は全くないことを理解されたい。例えば、接触点からトレッド部分２０４への移行を形成する、テーパ部分２３２は、他の角度または形状寸法を採ることができる。更に、バルブプラグを収容する環上のスラストベアリングの形状と型は、使用するバルブプラグの種類に応じて異なってよい。更に、上記の詳細な説明に鑑み、当業者は、請求の範囲で定義されるシートリングバルブアセンブリが、オン／オフバルブまたはグローブ型制御バルブなどの任意の従来のバルブに組み込んでよいことを理解するであろう。上記の開示に鑑み、本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲で、他の変形も使用可能であることが明確となるであろう。

従来の技術のシートリングバルブアセンブリを示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態による改良されたシートリングバルブアセンブリを示す断面図である。

Claims (8)

1. バルブ本体に形成された雌ねじ部にねじ込まれる雄ねじ部を備えると共に、前記雄ねじ部の中央に流体通路が形成されたシートリングであって、
   前記流体通路に形成され、流体を制御するバルブプラグの外周面を受ける環状のリムと、
   前記リムの外部側壁面に設けられ、前記雌ねじ部の周壁にテーパ付けされたバルブ本体接触面に当たる角部と、
   を有するシートリング。
2. 前記角部は、前記雄ねじ部のねじ込み方向と平行な前記外部側壁面と、前記雄ねじ部のねじ込み方向に直交する面に対して前記バルブ本体接触面より傾斜角度の小さいテーパ付けされた面と、が交わる部分に形成され、前記外部側壁面の半径が、前記雄ねじ部のねじ込み方向から見たとき、前記バルブ本体接触面の最大半径より小さく最小半径より大きい請求項１に記載のシートリング。
3. 前記外部側壁面の半径が、約０．０３インチ（約０．０７６ｃｍ）である請求項２に記載のシートリング。
4. バルブ本体と、前記バルブ本体に形成された雌ねじ部にねじ込まれる雄ねじ部を備えると共に前記雄ねじ部の中央に流体通路が形成されたシートリングと、を有するシートリングバルブアセンブリであって、
   前記シートリングは、前記流体通路に形成され、流体を制御するバルブプラグの外周面を受ける環状のリムと、前記リムの外部側壁面に設けられ、前記雌ねじ部の周壁にテーパ付けされたバルブ本体接触面に当たる角部と、
   を有するシートリングバルブアセンブリ。
5. 前記バルブ本体接触面は、前記雄ねじ部のねじ込み方向に向けて半径が小さくなる方向にテーパ付けされている請求項４に記載のシートリングバルブアセンブリ。
6. 前記バルブ本体接触面が、前記雄ねじ部のねじ込み方向に直交する面に対して６０度から８０度の角度とされている請求項５に記載のシートリングバルブアセンブリ。
7. 前記バルブ本体接触面が、前記雄ねじ部のねじ込み方向に直交する面に対して少なくとも６０度の角度とされている請求項５に記載のシートリングバルブアセンブリ。
8. 前記外部側壁面の半径が、約０．０３インチ（約０．０７６ｃｍ）である請求項４に記載のシートリングバルブアセンブリ。

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