JP5119339B2 - ガス流量規制装置 - Google Patents

Description

関連出願
本願は米国特許６６０７００７となった２００１年５月３１日出願の米国特許願０９/８７２２３３「過剰ガス流保護特性を備えたシリンダバルブ及びチェックフィルタ」の一部継続を基礎とする。

本願は２００３年４月３日出願の米国特許願１０/４６０２８２「加圧ガスシリンダ、特に酸素シリンダに対して使用するバルブとレギュレータの組合せ」の優先権を主張する。

本願はさらに２００３年４月１９日出願の米国特許願１０/６４４７０４「加圧ガスシリンダ、特に酸素シリンダと使用するバルブとレギュレータの組合せ」の優先権を主張する。

発明の分野（技術分野）
本発明は流体、特に気体の流れを制御するためのバルブとレギュレータに関する。特には、酸素の流れを安全に制御するバルブに関する。

酸素は医療分野や産業分野で幅広く活用されている。小型の酸素源が必要になると、ほとんどの場合に酸素はスチール製ボンベやアルミ容器内にて加圧された酸素分子（Ｏ2）の形態で提供される。酸素は一般的にそのようなシリンダ（ボンベ）内で運搬される。そのようなシリンダにはバルブが装着されており、シリンダの開閉を行う。多くの場合、圧力レギュレータもシリンダバルブに取り付けられている。

現在の酸素シリンダ（ボンベ）バルブは潜在的な火災の原因であり、時には大災害を引き起こす。シリンダバルブシートが発火すると、装着されたレギュレータやマニフォールドシステムは強力な延焼反応を引き起こし、シリンダバルブの下流側で着火させる。

現在、一般的に使用されている“プラグ式”シリンダバルブはバルブ自体の上に搭載され手動ホイールの回転により動かされる回転ネジ式シートプラグを含んでいる。このプラグは比較的に大きな非金属シート体を利用する。

バルブノズル上に提供されているため、シリンダから酸素ガスが放出される際にシート体は強力ガス流に暴露される。さらに、回転シート機構によって、シート体はバルブノズルとの強力な摩擦に曝される。酸素ボンベ（シリンダ）の危険性を認識する人物はこれら現象を望まない。現在知られたバルブは“汚染れており”、利用するごとに多量の“くず”が発生する（バルブの酸素湿潤部分でシート体やネジ部分を回転させることに起因）。この汚れは非金属シート体内部に蓄積され、バルブ開閉時の摩擦力を高める。

ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）やポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）の両方も利用されるが、ほとんどのこれらバルブはナイロン製主シート体を利用する。ナイロンとＰＰＯは現在の酸素共存性試験基準によれば劣った共存性を示し、着火すると多量のエネルギーを放出する。ＰＣＴＦＥは酸素と共存できる材料であると考えられてはいるが、通常バルブの手動閉鎖で発生するトルクに対する耐久性に乏しい。その結果、ＰＣＴＦＥ製のプラグバルブはトクルによって大きく平坦化変形し、多くの火災の原因となっている。平坦化したシート体は体積に比して表面積が大きく、酸素ガス放出による衝撃力を増大させ、シート体には不都合な流体摩擦による発火の危険性を増大させる。さらに、現在知られたバルブシート体で使用される多くの材質は燃焼時に有毒ガスを発生させる。

フローレギュレータの流体調整性能とバルブ開閉機能とを組み合わせた装置も必要である。

本発明は２００１年５月３１日出願の米国特許願０９/８７２２３３「過剰ガス流保護特性を備えたシリンダバルブ及びチェックフィルタ」で解説されたバルブの改良版である。

本発明のバルブ−レギュレータ装置（ガス流量規制装置）は、酸素を利用する装置で観察される発火メカニズムに対する抵抗性を提供する。本発明はＡＳＴＭ Ｇ８８「酸素装置のデザインガイド」、ＡＳＴＭ Ｇ１２８「酸素増強装置の事故予防」、ＡＳＴＭ Ｇ６３「酸素供給のための非金属材料の評価」及びＡＳＴＭ Ｇ９４「酸素供給のための金属評価」のごときで確立された推奨デザイン基準を満たす。本発明のデザイン特性により特に排除される発火現象とは断熱圧縮、流体摩擦/流体侵食、粒体衝撃、物理衝撃、摩擦熱及び着火連鎖/発火推進等の現象である。本発明の特徴開示の前に、そのデザインの利点を概説する。

発明装置のデザインは主シート体を放出ガス流から保護し、“流体衝撃”に暴露させないようにしている。これで流体摩擦や流体侵食のごときシート体の着火リスクが低減する。このシート体デザインは高速放出ガス流から充分に保護されるように提供されたノズル下側のＯリングシール体またはプラスチックシール体を利用する。Ｏリングシールはシリンダバルブではあまり利用されないが、プラグタイプのプラスチックシート体に対して優れた性能を提供し、装置の使用寿命を長くする。このデザインのシート体はＯリングシール体または成型プラスチックシール体を利用することができる。どちらの場合でもシート体/シール体はノズルの下側に提供され、流体による物理的侵害から保護される。他のシリンダバルブの場合にはシート体/シール体はノズルの上側に提供され、流体による発火の可能性が高まっている。このように、現在知られている酸素供給用シリンダバルブのデザインではシート体／シール体はノズル上方に提供され、シート発火は酸素バルブ火災の主原因であると考えられる。

従来のシリンダバルブと較べ、本発明のバルブは放出時または充填時の酸素流を金属と金属とのインターフェースに作用させる。従来のプラグタイプバルブとは異なり、放出流時には絞り現象はシート体の下流側で発生し、シート体の非金属要素では発生しない。充填時には絞り現象はシート体の上流側で発生するが、金属と金属とのインターフェースに作用する。このデザインは“流体侵食/摩擦”による発火可能性を低減させるが、この低減は非金属表面においては非常に厳しい条件である。

さらに、本発明のバルブ装置のデザインは装置を高制御特性のレギュレータとして作用させる。この好適実施例においては、装置は開閉機能のみならず、ガス放出または加圧の制御機能を有する。

本バルブではパッキングが存在しない。代わりに力学シールデザインが利用されており、ステム位置とは無関係に高圧にてさらに優れたシール効果を提供する。このバルブステムはＯリングを確保して保護するように形状化されており、Ｏリングの加圧下での膨張や変形を防止する。

好適には、使用する金属や非金属は最良の酸素共存性を示すものであり、その安全性が確認されているものである。この好適実施例ではそのような材料はＡＳＴＭ Ｇ６３やＡＳＴＭ Ｇ９４のガイドラインに合致するものである。

本発明のバルブ−レギュレータはバルブでその流体を制御するようになった全ての気体に対して使用するのに適したものである。しかし、この装置はバルブを使用して規制された有毒あるいは可燃性等の気体流の安全性を向上させるのに特に適している。また、本発明のバルブは従来のシリンダ型ガス容器での使用にも適している。よって、安全性を向上させるために現存のシリンダに搭載させることもできる。あるいは、この装置を新シリンダ用に製造販売することもできる。

本発明はバルブ−レギュレータの組合せ構造体を提供する。バルブ−レギュレータ機能は、優れたバルブの開閉性能と同時的に提供され。ガス流放出速度や充填速度も速い。装置には様々な外部機能が装備できる。例えば、可変圧力機能または流体制御機能や流体放出制御機能が装備できる。バルブとレギュレータとの組合せ機能はバルブ体内の高圧バランスステムと“中間段階”圧力ゾーンを使用して提供される。この形態は全圧力領域で圧力の低下を最低限度化する。バランスされたステムは高圧の場合においても低調整力状態を保つ。全使用部材及びバルブ部材とバルブ/レギュレータ部材との間の部材交換性は装置の融通性と性能維持性を改善する。

本装置の重要な特徴はＰＣＴＦＥと他の酸素共存性材料で製造されたＯリングを使用するデザインである。この装置は特殊なシート確保機能を提供するように設計されており、Ｏリングに装置操作中の膨張や変形を発生させない。重要な利点は、完全な酸素共存性であり、有害な衝撃や摩擦から保護されるＯリングシート体が採用されていることである。非金属製である酸素共存性ポリマー材料は機械的ストッパにより過重負荷から保護されており、過剰なストレスを受けない。知られた“プラグ型”デザインは軟性部材を保護せず、使用中に過重負荷状態を引き起こす。一方、本発明の装置は非金属材料に過剰応力を与えないため、規制対象の流体と優れた共存性を有する全材料から選択できる。

最も酸素共存性が高い材料のいくつか（例えばテフロン（登録商標））も燃焼されると有毒燃焼物質を発生させる。本装置は非金属材料を保護して発火可能性を最低限度に抑えており、最も共存性が高い材料を利用させるが、同時にポリマー部材のサイズと量とを最低限としている。発火を防止することで、起こることはないであろうがポリマー着火の場合に本装置は有毒生成物の下流への搬送を防止する。

さらに事故的発火の場合に、本装置の発火後反応性は低い。なぜなら、この現象はさらに共存性が高い非金属材料の本質的な特徴だからである。現在の“プラグ型”デザインは装着材料の発火を促進する高熱と高エネルギーを放出する材料を利用する。本発明は燃焼が遅く、エネルギー放出量が少ない酸素共存性金属/非金属材料の利用を特徴とする。

本発明の別の重要な特徴は改良された“２点ガイド”形態である。本発明装置はステムの上下部分にて縦方向移動を可能にするステム用ガイドを提供するようにデザインされている。そのようなガイドによってＯリングシート体は、摩擦を最低限度に抑えて装置のノズル部分内外にスムーズに移動する。さらに、２点ガイドは作動時のステム揺動を防止する。このステム形態は急速加圧圧縮加熱に対抗して乱流と熱拒絶現象を増加させ、シート体の燃焼を防止する。

本発明は有利な長径ノズル形状も特徴とし、確保されたＯリングの特徴及び２点ステムガイドをアシストして、脆いが酸素共存性である材料をＯリングシート体に使用させる。

装置のさらに別な有利な特徴は、軸ガイドピンのごとき新規な回転防止部材である。これはバルブ移動範囲のステムの全位置にて不都合なステム回転を防止しつつ、下方ステムのガイドを提供する。

本発明バルブは酸素ガスの利用において知られた発火現象を減少させてユーザの安全性を最大とするようにデザインされている。逆流による断熱圧縮を、バルブの出口の特殊ボア形状で最少にし、バルブに進入するガス流を規制し、圧縮加熱を減少させる乱流混合を増加させる（出願人の試験で確認）ステムのデザインで低減させている。流体摩擦による障害は最低化されている。なぜなら、本装置は非金属材料を直接的な流体衝撃に暴露せず、シート体のストレスと加熱を減少させているからである。内部ステムとノズルとの間の狭い間隔のため、促進された燃焼も最低化され、非金属シート体からの逆流（燃焼流を含む）をさらに規制する。

前述の利点は本発明の高圧利用を可能にする。なぜなら、成型シート体及び/又は代用非押出し材料が利用できるからであり、本装置は全圧力に対するシート状態の有利性を維持するからである。すなわち、シート体は圧力作動性であり、高圧においてシール性が向上する。

重要なことは、そのデザインが共存性ポリマー（すなわちＰＴＦＥテフロン（登録商標）、ＣＴＦＥネオフロン（登録商標）、ビトン（登録商標）、等）の使用を許すことである。現在まで、これらさらに酸素共存性が高いポリマーはプラグ型デザインが必要とする荷重条件のために利用できないでいた。これらプラグ型デザインでは通常は非金属シートは過負荷状態となり、最も物理的に頑丈な軟性部材（低両立性）のみが使用されてきた。本発明は最も共存性が高い材料をＯリング等の部材に使用させ、デザインに配慮して材料を過負荷状態としない。共存性が高いポリマー材料の使用による他の大きな利点は、発火のリスクが大きく減少し、発火の場合でも燃焼エネルギー放出が少ないことである。

本発明はそのデザインによって３種の最も一般的な発火メカニズム（断熱圧縮、流体摩擦、燃焼促進）を最低化または排除する。よって、本装置はデザインの観点から、並びに従来品と較べて共存性がさらに高い材料の使用の観点から安全性が高い。

断熱圧縮の発火メカニズムは気体が急速に圧縮されたときに発生する加熱現象による。本発明装置は非常にゆっくりと開くため、急速圧縮流は発生しない。逆流ガスの急速圧縮（充填作業時等）に対しては、本デザインは金属要素による高熱拒絶現象を提供し、ガスがバルブに進入する際に乱流混合現象を促す。この混合によって熱拒絶現象が増強される。

本装置は流体摩擦を減少させる。開口時に発明バルブは非金属材料を高速流領域から比較的に離して設置させる。この流体は現在知られたプラグ型デザインでの高温低温スポットの発生源となるものである。従来のプラグ型装置では、非金属シートに直接的に当たる衝撃はプラグの中央部に高温スポットを形成させ、流体が膨張するプラグの外周辺に低温領域を形成させる。現場での経験と出願人のＣＦＤ分析がこの現象を確認した。

図１は本発明のガス流量規制装置の基本的実施例の縦断面図である。装置４０は円筒状の中空本体２０を有している。本体２０は真鍮やステンレス鋼等の適した材料で製造できる。本体２０内には下方あるいは第１チャンバ２８と上方あるいは第２チャンバ２７が提供されている。バルブ−レギュレータ４０はシリンダ容器の内部（図示せず）のごとき高圧ゾーン４２から、出口ポート５０にシール状態で取り付けられた管体または導管のごとき下方圧力ゾーン４３へのガス流の制御に使用される。閉鎖シリンダを加圧するときのように高低圧ゾーンが逆転するときバルブ−レギュレータ４０は逆方向のガス流も制御できる。好適には第１チャンバ２８は吸引ポート４８を介して圧力ゾーン４２に対して開いているか、通流状態である筒状導管である。上方の第２チャンバ２７は出口ポート５０によって下方の圧力ゾーン４３と通流する。

ステム２１は本体２０の中空部に第２チャンバ２７に隣接して提供される。ステム２１は２部材構成であり、基ステム部２３にネジ込まれた先方ステム部２２を有している。シート体２４は環状のＯリングであり、ステムの２部分２２、２３間で確保された状態でステム２１に取り付けられており、ノズル３０と接触してノズル通路５２をガス通路に対してシール状態とする。Ｏリングシール体２４はＰＴＦＥテフロン（登録商標）、ＣＴＦＥネオフロン（登録商標）、ビトン（登録商標）ポリマー等の酸素共存性材料で製造できる。

ハンドル１７は対応するネジ式の基ステム部２３とネジ係合するネジ部分１８を有している。ステム２１の基ステム部２３の上部は拡大された径を有し、円筒バレル３１を提供しており、その内壁はハンドル１７の下端のネジ部に対応するようにネジ山が提供されている。ハンドルの下端は図１のようにステム２１のバレル３１にネジ込まれている。ハンドル１７は本体２０のハンドル係合部分１９内で軸方向に移動せず、本体２０の軸周囲を自由に回転する。ハンドル１７のネジ部のステム２１の基ステム部２３との螺合により、ハンドル１７の回転によってステム２１はバルブ孔部内で軸方向に移動する。

図１と図１Ａで図示するように、小孔３３がステム２１のバレル部３１と本体２０の内壁とのインターフェースに提供される。小孔３３は基ステム部２３と本体２０の内壁とに半筒溝をそれぞれ加工することで提供できる。半筒溝は同じ径を有しており、両方が整合されると小孔またはチャンネル３３を提供し、対応する径の棒状ガイド３５を受領して保持する。ステム２１のバレル部３１と本体２０の溝とそれぞれ係合するガイドピン３５の存在によってステム２１の基ステム部２３の回転が阻止されるが、ステムは本体２０とスライド式に接触した状態でスムーズに上下する。バレル部３１のネジ山とハンドル１８のネジ部は低ピッチ（例えば５/１６から２４）は目が細かく、ハンドル１７の回転によってステム２１はゆっくりと移動する。

ハンドル１７は本体２０内の中空部内で回転できるが（時計回り、あるいは反時計回り）、ハンドルが回転してもステム２１は回転しない。ハンドル１７の回転運動はステム２１に伝えられない。しかし、ハンドル１７が回転すると、ハンドル１７との螺合によってステム２１は軸方向に移動する。

好適にはステム２１の軸方向移動は本体２０の上方閉鎖ストッパ６７または下方開放ストッパ６９とのステム２１の大径バレル部３１の接触で制御される。例えば図１ではステムバレル部３１は下方開放ストッパ６９と接触しており、ステム２１がさらに下方に移動することを防止している“全開放”状態である。同様に、ハンドル１７がステムを軸方向にて上方に引くように回転すると、バレル部３１は上方閉鎖ストッパ６７と接触することになり、ステム２１が上方にさらに移動することを防止してシート部２４への損傷を防止し、“全閉鎖”状態となる。

その結果、ハンドル１７が回転すると、本体とステム２１に対してハンドルだけがバルブ軸周囲を回転する。ハンドルが回転すると、バレル部３１の軸方向移動によりステム２１全体が対応する量だけ軸方向に移動する。時計回りの回転時にハンドルはステムをバルブ本体２０内に押し込み、反時計回り時にはステムをバルブ本体から引き上げる。ステム２１と本体２０との接触はスムーズなスライド接触であり、表面摩擦による屑の発生がない。ハンドル係合部１９でのハンドル１７の回転で非回転であるステム２１は軸方向に移動し、シート体２４をノズル３０との接触状態及び非接触状態とし、ガス流通路５２を開閉する。

好適には、ステム２１の基ステム部２３のハンドル１７の反復するネジ式移動によって発生する屑はバレル部３１内部で回収され、火災事故の発生源となり得るバルブ装置４０の湿潤領域には侵入しない。

図２はバルブ装置４０の本体２０の中央部の拡大断面図であり、ノズル３０の特殊形状を図示する。ノズル３０は本体２０内に存在し、好適には本体２０と一体的に加工される。ノズルはチャンバ２７と２８を分離し、第１チャンバ２８に隣接した高圧側と、第２チャンバ２７に隣接した低圧側を有している。通常のバルブとは異なり、本発明のバルブ−レギュレータ４０は角張った開口部を有しておらず、ノズル３０は長い滑らかな径形状を有している。上方チャンバ２７から下方に延びるノズル３０は最小径ＤNの環状部を提供するように徐々に収束する。続いて、下方チャンバ２８に向かってさらに下方に延び、高圧ゾーン側に徐々に開いた壁を提供する。本体２０の凸状に湾曲した内壁はノズル３０を特徴付ける。ノズル３０はチャンバ２７と２８の間でガス流の収束通路５２を提供する。

ノズル３０の特徴は湾曲部の滑らかさである。１実施例においては、筒部の内径Ｂは約０．２３５インチである。通路５２の壁は、図２で示すように例えば約０．５インチ±５％の半径Ｒの長半径凹状湾曲形状で提供される。通路壁が筒部の円筒壁と連結する短半径変形部は図２で示すように半径ｒの凸状湾曲形状で定義される。０．５０インチである長半径Ｒに対しては、短半径ｒは約０．３インチ±５％である。約０．５インチの長半径Ｒを有した１好適実施例においてはノズルの最小内径ＤNは約０．２０８インチ±５％である。好適には、長半径Ｒとノズルの最小内径ＤNの比は２．５３から２．２７対１である。これらの寸法は例示であり、さらに大きな、または小さな装置の形態の比率的基準として利用され得る。さらに、最も知られたバルブはさらに小さな変形部半径と開口部内径との比を有している。

ノズル３０の滑らかな湾曲の１利点は装置４０の製造時の有利性である。図１と図２で示すように、バルブ４０は上部から組み立てられる。すなわち、完全に組立てられたステム２１は本体２０（ハンドル１７を取り外す）の上部の開口部からバルブ筒部内に入れられる。ノズル３０の上湾曲部の大半径によってステム２１はシート体２４を外すことなく設置される。ステム２１を筒部内へ注意して挿入することによってシート体２４への損傷は最低限に抑えられる。ノズル３０の滑らか形状はシート体にダメージを与えない。

ノズル湾曲部の下方大半径はガス流変動時であるバルブ開閉間の上下ストロークに対して高レベルの流体制御を提供する。ノズル３０の滑らかな変形は流体の変動領域を装置操作員によって微調整させる。

図３Ａと図３Ｂはステム２１の詳細を図示する。ステム２１は上方または基ステム部２３と下方または先方ステム部２２を有している。基ステム部２３はその上方端でネジ式バレル部３１を有する。そこにはハンドル構造体がネジ式に固定される。基ステム部２３では周囲溝５４も形成されており、図１のＯリングシール体５５を受領保持する。基ステム部２３の下方シャフト部は、図３Ｂで示すように複数（好適には６）の等間隔で提供された軸方向ステム流体溝３８を有するように加工される。ステム２１の外径と本体２０の筒部の内径Ｂとの間の非常に狭い間隔にも拘わらず、これらの溝３８はバルブ操作時におけるステム２１と本体２０との間に適したガス通流領域を提供する。１好適実施例ではステム溝３８は約０．０６２５インチ幅で、０．０１７インチの深さであり、溝の角部は０．０６２５インチの半径で丸型加工されており、流体を溝内外にスムーズに移動させる。軸ネジソケット穴３９にはネジ山（例えば＃１から６４）が提供されており、先方ステム部２２の対応するネジ山部４５を確実にネジ固定させる。チャンネル溝以外に他の手段でもステムにガス流領域を提供できることは理解されよう。例えば、ステム２１の基ステム部２３は多角断面（たとえば六角形や八角形）で提供される部位を有することもでき、ガス流は多角ステムの平面間に提供され、多角ステムの角部はノズル壁に隣接して間隙が小さく、横方向のステム移動を防止する。

基ステム部２３の下端の軸穴またはソケット３９である開口部を囲む環状端部は内側に面取りされ、図示のごとくにソケット３９側に向けて上方に傾斜する凹状傾部を提供する。面取り部の角度は決定的ではないが、好適には約２０°から約５０°（ステム軸から測定）である。基ステム部２３の端部のこの面取り部または傾斜部の形状はシート体２４を効果的に優しく受領すべく基ステム部２２の一部と協調作用するように設計されている。基ステム部２３の端部近辺で２本の隣接ステムガス流溝３８間にて小通気穴３７が基ステム部２３の外側から放射状にネジソケット穴３９までドリル加工されている。通気穴３７はステム２１全体が完全に構築され、バルブ４０内に搭載されたときにＯリングシート体２４の内部を通気する。

先方ステム部２２はネジ式ストック部４５と肩部４６とを有している。これで、ストック部４５をソケット３９内に肩部４６が基ステム部２３の下端と接触するまでネジ式に挿入固定させることで先方ステム部２２を逆方向に基ステム部２３に連結させる。

先方ステム部２２の他の形状はシート体２４を収容して保護するように注意深く設計されている。図３Ａで示されるように、Ｏリングシート体２４はストック部４５上をスライドして穏やかに押し上げられ、肩部４６を越えてステム２２に提供される環状ポケット部５６に設置される。ポケット部５６は先方ステム部２２周囲に提供された凹部である。トランク部５７はＯリングシート体２４の内径よりも幾分かは短い直径を有している。ポケット部の底部には図示のごとく角度αを有した張出部５９が提供されている。この好適実施例においてはαは約７０°である。

図４はステム２１の２ステム部２２、２３の合体形態を示す拡大断面図であり、シート体２４を確保して保護する。基ステム部分２３の下端の面取り部と先方ステム部２２の角張った上端は組み合わされたときに空洞部またはポケット５６を提供する。シート体２４はこの内部に収容される。本発明の１利点は、ストック部が基ステム部２３内に完全にネジ挿入されるとシート体２４がポケット５６内に受領され、ステム２１内で緩やかに確保され、ステム領域の外側で、シート体のドーナツ状（断面）周囲の一部（例えば３３％以内、好適には２５％以内）を露出させるようにストック部の長さと肩部４６の配置が設定されていることである。この好適実施例ではＯリングシート体の総表面積の少なくとも６６％、さらに好適には少なくとも２５％がポケット部５６の領域で受領保護され、好適には最大３３％のＯリングシート体外面がステム２１の外面により提供される想像シリンダの外側に露出される。

さらに、ポケット部５６はシート体２４の軸断面積よりも約７％から約１０％大きな軸断面積を有する。よって、シート体がステム内に設置されると（バルブ制御されたガス通流がない状態）空隙部６０がポケット部５６内のシート体とステム２１との間に提供される。この空隙部６０は逃容積であり、放射方向圧力がシート体に負荷されると（例えば、バルブ−レギュレータ４０が完全閉鎖されるか、ステム２１の本体２０への設置時）シート体２４を放射状に内側方向に移動させる。

図４では完全連結ステム部２２と２３の螺合でシート体２４に適用される絞力がシート体を放射状に外側に張出させ、シート径ＤSにステム２１自体の直径を少々越えさせている様子が示されている。例えば、ステムの直径０．２０６インチを有した１好適実施例ではシート体の直径ＤSは約０．２２４インチから約０．２３２インチである。シート体２４がステムポケット部５６の領域からわずかに突出していることでシート体はシール要素として充分に機能的となるが、シート体の大部分は保護状態に残る。損傷を与える可能性がある過剰物理力がシート体の内側に加えられると、シート体は破壊されずに空隙６０内に押し入れられる。ステムの排気穴３７はステム２１の外部とポケット部５６内の空隙内部６０との間で圧力の均衡を促す。

図５は図１で示すノズル３０の領域での本体２０部分の拡大断面図であり、ステム２１は全開状態に置かれている。開いたポジションで、ガス流は高圧領域４２からステム２１の先方ステム部２２を越え、さらにシート体２４を越えれステム溝３８に送られる。ステム溝３８はガス流をノズル３０の通路５２（図２）のステム２１の基ステム部２３と本体２０の壁との間で通過させる。ステム部２３の外側周囲との間の非常に狭い間隙は溝３８間のステム部２３の表面で維持され、２ポイントステムガイドの利点を維持する。

図６は完全閉鎖ポジションのステム２１を図示する。ハンドル１７の回転でステム２１は全開ポジションから全閉ポジションにまで引き付けられる。これら両端ポジション間で、基ステム部２３の下端との環状ギャップは連続的ではあるが徐々に変化し、ノズル３０の通路５２（図２）を通過するガス流を調整する。本発明の大きな利点はＯリング２４がステム２１の全ストローク中にガス流と接触しないことによって保護されることである。シート体２４がノズル３０の狭窄部分に最接近するときのみ（すなわち、小半径ｒから大半径Ｒへの移行時（図２））装置圧力によってシート体２４はステム２１の２ステム部２２と２３間の位置から押出され、シート体をノズル壁に押し付けてバルブ４０をさらなるガス流からシール状態とする。少々押出されて少々膨出したシート体２４は図６で示すように本体壁とシール状態で接触し、バルブの完全閉鎖状態を提供する。図６で示すステムのポジションはステムバレル部３１の上端が上部ストッパ６７（図１）と接触している状態に対応する。ステム２１の上部と閉鎖ストッパ６７との接触でハンドル１７を介して加えられるトルクがシート体２４に対して圧縮力として移動されるのを妨害する。よって、従来のシステムの大きな問題であったハンドル１７を介した過剰トルクの結果としてのシート体２４への損傷が装置に及ぶ事態が回避される。

シート体２４の後退はバルブの第１チャンバ２８から第２チャンバ２７へのノズル通路５２を通過するガス流の直接的な衝撃からシート体を保護する手段を提供する。図４から図６で示すようにシート体２４はネジ式先方ステム２２によって絞られ、シートの大きな部分を確保して覆う“鳩尾型”ポケット部５６または溝内に押し入れられて固定される。ステム２１の２ステム部間のこの緩やかな絞り効果でシート体は確保され、ガス流状態時に膨張現象が防止される。図４で示されているように、絞り効果はシート体２４を緩やかに圧縮し、その外径ＤSは予め選択外径にセットされる。１好適実施例では選択外径は、例えば約０．２２４インチから約０．２３２インチである。全実施形態において選択されたシート体の外径は、装置４０がシート体２４をノズル３０近辺に置いた状態にされたときに、装置がガス流を予想範囲内で制御するのに必要な寸法にセットされる。鳩尾型ポケット部５６は充分な空隙６０を提供し、ステム２１が完全にノズル３０内に位置したときＯリング２４でポケット部５６を満たさせるが、全ステム位置において確実な維持力を提供するためにＯリング２４の断面の大部分を確保する。

そのドーナツ型周囲の大部分でシート体２４を確保するこの特徴はシート体２４の発火メカニズム（すなわち、流体摩擦、断熱圧縮、等々の現象）への暴露を大きく減少させることで発火に対してさらに大きな防止力をも提供する。

ステム２１の軸移動はシート体２４と下方の穏やかに湾曲したノズル３０の表面との間の距離を変える。その距離はゼロ（閉鎖状態、図６）から最大（全開状態、図５）まで変化できる。バルブ４０の開放時に最も大きなガス流衝撃がステム２１の先方ステム部２２の下端と、金属質ステム溝３８と金属ノズル３０の間に直接的に加えられる。好適には基ステム部２３の溝部分とノズル３０はそれぞれ耐久性金属で製造されているため、バルブ４０を通る充填ガス流または放出ガス流中のガス量制御は比較的に損傷抵抗性で燃焼抵抗性である金属溝３８と本体２０に提供された金属ノズルとの間で発生する。これは従来装置の改良である。従来装置ではガス量制御は典型的にはノズルと、比較的に脆く、燃焼性である非金属製バルブシート体２４との間で提供された。

バルブ４０を開くとステム２１の先方ステム部２２は第１チャンバ２８内へ軸移動し、シート体２４を筒部壁から引き戻し、基ステム部２３の下端とノズル３０との距離を増加させ、その距離の膨張率はハンドル１７の連続回転で増加する。ステム表面とノズル３０の湾曲面との位置関係のため、両者間の距離の膨張率は従来バルブの特徴である急速加速しない。反対に、ハンドル１７の当初の回転でシート体２４はノズル３０の高圧側から分離するが、同時にノズル３０の湾曲面からステム２１を徐々に分離させる。このように、通路５２を介した高圧領域４２から低圧領域へのガスの急激な音速噴出は大きく減少される。

Ｏリングシート体２４にはシート体２４がノズル３０に接近すると常に“膨張”力が作用する。このガス流力はシート体の直径を拡大しようとするシート体断面の圧力差を発生させる（すなわちＯリング“膨張”）。この力を制御するため、ポケット体５６の形状とステム肩部４６の位置は、先方ステム部２２が基ステム部２３内に完全にネジ挿入されるとＯリングシート体２４には所定の絞り効果が作用してシート体を確実に確保する。この形状でシート体は安定し、制御不能な突出が効果的に排除される。Ｏリングの硬度は約９０デュロメータである。

圧力均衡排気穴３７はガス通流状態中にシート体２４の圧力差を均衡させる手助けを提供する。ガス流は静圧を減少させるのでシート体２４の内径と外径は異なる圧力を受け、有害な“膨張”力を拡大させる。圧力均衡排気穴３７はその圧力差を解消させ、膨張力を減少させる。

特に好適な装置４０は９０デュロメータのエラストマー性シート体２４を採用する。９０デュロメータシート体が利用されると、過剰なＯリング突出が介在せずに長いサイクルライフが保証される。非金属材料は事実上いかなる流体や高圧等の圧力においても異なる適した特性で利用できる。

よって装置は標準Ｏリング（燃焼毒性による不都合な材料で成るものを含む）を、ガス流の開放停止が反復されるバルブシート体２４で使用させる。酸素共存性Ｏリングは圧力で膨張し、ガス流で突出する傾向がある。反復的に充填または放出するように十分な空隙容積６０を提供しつつ（すなわち、充填中にＯリングに逃げ場所を与える）、２部材ステム２１がシート体２４を効果的に確保して絞るため、エラストマー性Ｏリングはバルブシート体として信頼性高く使用できる。本発明は普通のエラストマー性Ｏリングを全ストロークを通じて高圧バルブシート体（荷重状態及び非荷重状態）として機能的に使用させ、多くの異なる利用に供する。これら特徴は標準Ｏリングをシート機構として利用させるような異なる利用法にも適している。

ステム２１は全ストロークにおいて２点接触（上方及び下方接触点）によるガイドを必要とする。１好適実施例では前述の例示的寸法で全ステムストロークは約０．１５７インチである。２点ガイドが存在しなければ、ステム２１は移動してステムを磨耗させ、Ｏリング２４の突出による誤作動を招く。従って、本発明は２点ガイドをバルブの全ストロークで提供する。ガイド機構によって、ステム２１はその全ストロークでバルブ筒部の中央に滞在し、ステム２１の磨耗を減少させる。ガイドはさらにＯリングシート体２４をノズル３０内外にスムーズに移動させるため、ストローク時の突出クレアランスを最低とする。

下方ステムガイドはステム径をノズル径よりも少々小さく維持し（最小直径クレアランス）、ガス流溝３８を基ステム部２３に追加することで達成される。ガス流溝３８はオリジナルデザインによって同量ガスを流すようになっているが、溝３８はステム２１の周囲で離れて提供されているため、ステム/ノズル径の接近したトレランスにより提供されるガイドは維持される。溝３８はバルブが米国特許６６０７００７のオリジナルデザインによる全回転ストロークを実行するまで増加するガス流エリアが広がらないように配置される。溝３８の追加された利点は熱拒絶と、逆流状態におけるシート体２４に対するガス流衝撃を妨害することである。

Ｏリング２４の突出を制御するためクレアランスは最低レベルで維持されなければならないので、注意深いステムガイドによってＯリング２４がガス流力による筒体内のステム傾斜によってステム２１の一方側に過剰なクレアランスが発生しないようにしなければならない。この達成のため、基ステム部２３に溝が提供されて望む高ガス流領域が維持されつつガイド及びステム２１と本体２０の壁との間の狭いクレアランスが維持される。１好適実施例においては溝３８の領域の基ステム部２３の外径は約０．２０６インチであり、最も細い通路でのノズル３０の内径は約０．２０８インチである。従って、ノズル３０を通過するステム２１の直径とノズル３０自体の直径との差は好適には約０．００２インチであり、あるいはステムの各直径側で約１０００分の１インチであることが望ましい。好適には、基ステム部２３の直径はノズルの最小直径の少なくとも９８％であり、この近接度はステム２１に第２ポイントのガイドを提供するのに必要である。ステム２１とノズル２０との間のこの狭いトレランスはステムの大きな横方向移動を防止し、“２ポイント”ステムガイドの下方点を提供する。よってステムは筒体内でほとんど傾斜することなく開閉でき、ガス流時にもほとんど振動しない。

溝３８は望むゆっくりとした開口を提供するようにハンドル１７が少なくとも１回転されるまでガス流に影響を及ぼさない。溝３８と狭いトレランス維持の追加的な利点は、溝３８がバルブ４０の逆加圧中に乱流（シリンダ充填時に発生するものに類似）を増大させることである。この乱流と近接トレランスは高低圧ガス間の混合を増加させるので断熱圧縮による加熱を大きく減少させる。

２ポイントガイド特性の追加的利点はガイドメカニズム（溝３８を提供する基ステム部２３のシャフト）がノズル３０を通過する通路５２を占め、バルブの全ストロークに対するガス流路（通路５２からノズル３０）をほぼ満たしたバルブ４０の内外へのガス流は金属要素２３を強制的に越えさせられる。この特徴は発火メカニズムまたは燃焼プロセスからシート体２４に対する改良保護を提供し、ガス流抵抗/乱流を創出して熱拒絶を増加させることで発生する燃焼産物の量を減少させる。特に（１）シート体に送られる熱は金属要素で拒絶されるのでバルブ出口５０を通る断熱圧縮加熱効果は低減される；（２）金属要素は燃焼産物を金属要素を越えてバルブから排出させるシート体２４の燃焼熱を拒絶する（小型シート体２４により発生される熱の大部分を拒絶する）ので出口筒部での燃焼産物放出は減少する；そして、出口に移動する際に燃焼産物を冷却して出口ポート５０で燃焼産物の濃度を減少させる。

よって、ステム２１はシート体２４を確保して押絞り、ガイドし、必要なガス流領域を提供するように設計されている。２部材ステム２１は前述のようにシート体を押絞る。好適にはステムガス流溝３８はガス流領域を維持し、同時に下方ステム２１のガイドを提供する（すなわち、ステムの下方部はガス流中に揺動しない）。

２部材ステム２１は抗突出Ｏリングあるいはプラスチック材でさえも使用させる。なぜなら、パッキン押えあるいはシートポケット等に配置されるために保持体上で伸びる必要がないからである。ほとんどの場合、プラスチック等の抗突出材料は最低の“形状記憶”を有しており、伸ばされると塑性的に変形する。よって本発明の２部材ステムでは適した性質を有した多くの種類のシート材料が利用できる（エラストマー材料及びプラスチック材料）。

長半径ノズルの半径Ｒはシート体２４に作用する突出変形部を滑らかににする。ノズル２４はステム２１を上方ノズル内に搭載させるためにスムーズな半径Ｒを有しており、バルブ開放初期に下方ノズルを越えて滑らかにガス流の制御を施し、シート体２４の寿命を引き伸ばす。スムーズな半径（下方）はシート体２４のノズル３０内外へのスムーズな移動を提供し、大半径用に設計されている。大きな半径Ｒは無ガス流状態からガス流状態にまで徐々に移行させる。よって、下流の加圧比を減少させる（下流部材への断熱圧縮を減少させる）。徐々な移行はＯリング２４の突出傾向も低減させ、使用寿命を長くする。この特徴はＯリングシート体２４には非常に重要であり、前述の押し絞り/確保特性を補助する。

ステム２１が装置の調整時に回転しないことを確実にするため、ピン３５が基ステム部２３に提供され、図１と図１Ａで示すように軸方向移動のみを許す。ピン３５はステム２１の直線ガイドを提供し、ピン全長に捩れ加重を配分する。ピン３５はバルブ−レギュレータの一方側の穴３３に挿入されたステンレス製（または他の材料）小径ロッド（棒）である。穴３３は本体２０と基ステム部２３に設けられた穴であり、下方ステムに上下移動ガイドを提供し、バルブの開閉中の回転を防止する。ピン３５は最低限の空間を占めるだけであり、バルブの移動範囲全体で非回転ガイドを提供する。

よって、装置４０のユニークなシートシール機構がバルブの閉鎖に最低限のトルクを必要とすることが理解される。バルブシート体２４がノズル３０内に挿入されると、シート体自体は自動的に制御下で起動し、圧力の助けでノズル３０をガス通路に対してシール状態とする。この積極的な閉鎖はシート体材料に余分な加重を負担させることなく実現する。

装置４０は上部から全体を通じて有用であり、利用のためにガスシリンダから装置を外す必要はなく、キャップ１９を単に緩めるだけである。これは上部本体２０のネジ型外部と螺合するようになっている（３/４から２０）。取り付けられたシリンダから外さずに装置４０の内部部材を扱う性能は能率を向上させ、装置を清潔に保たせる。２５％程度のシリンダバルブはバルブの取り外しや交換によって破壊される。装置４０をシリンダから取り外す必要を最低とすることでネジの磨耗が防止され、異物の侵入も防止される。

バルブ材料は事実上非磁性であり、ＭＲＩ装置での利用が可能である。この設計はバルブからの流速が調整に利用され、ユーザの手の触覚で容易に制御できる。

元の実施例（米国特許６６０７００７）と現行装置デザインの改良に言及する。下方ステム２１の直径は減少されるため、調整ネジ溝への力が減少する。この特徴は装置の使用寿命を伸ばす（減少するネジ磨耗による）。下方ステムの直径の減少は本体壁厚をその分だけ増加させ、物理的衝撃に対するバルブの抵抗力を増加させる（すなわち、本体のＯリングの減少直径近くの本体の破損にはさらに強力な衝撃力が要求される）。

壁厚はバルブ本体２０で増加されており、物理的衝撃に対する抵抗力を高めるように構成されている。シリンダは高所から落下したり、剛体表面と衝突したりしてバルブに衝撃加重を与える。このメカニズムによる影響を受ける領域のバルブ本体の壁厚は増加されている。さらに、直線的ネジ山またはテーパネジ山が装置に利用できる。

ハンドル調整メカニズム１７は充分に確保されるメカニズムである。確保されたネジ部によって使用中にネジ山によって発生する屑はステムバレル３１で確保される。このアレンジはさらに細かいネジ山ピッチ（バルブ微調整用）及びさらに数多くの係合状態のネジ山をも含む（全ネジストレスと磨耗を減少させる）。確保されたネジ山は、ネジ山を広げ、ネジ山磨耗を促進させる傾向を有したオリジナルデザインの“鳩尾形状”を排除する。確保されたネジ山デザインは左利き用ネジ山の必要性も排除し、通常の右利き用ネジ山を全体的に使用させる。ガイドピン３５はバルブの開閉時に下方ステムの非回転状態を提供するように追加されている。

装置の形状はバルブの開閉時に一定の低加重、スムーズなスライド作業やシート作業によってバルブの使用寿命を長くする。シート作業はしばしば有害なユーザの手によるトルク入力とは独立しており、保護されている。このことは非Ｏリング型シートバルブの場合とは好対照である。それは金属部材をシート体ポリマー材料との強力で高応力状態にて接触させる手動トルクに頼るものである。その結果、変形が進行してシート体ポリマー材料が変形する。このことでシート体が磨耗し、細断され、突出変形するため、シート体にバルブ閉鎖ストッパとして作用させるには、それを有害なユーザの手によるオーバートルク状態に暴露しなければならない。

本体キャップ１９は本体２０と外側で係合し、追加の余地を提供して上方ステムを収容し、下方ステムドライブを提供するように変更された。

シートのＯリング２４とステムのＯリング５５（特にバックアップリングシール無し）は減少サイズであり、燃焼が発生しても最低量のポリマーを提供するだけである。ポリマーは燃焼の観点からは最も弱い部分であり、燃焼が発生するとポリマー燃焼は金属燃焼を引き起こし、有毒燃焼副産物を発生させる。本発明に選択された金属は非常に共存性が高い。それらＯリング材料は共存性が高く、発火現象が起きても熱量や有毒ガス等の発生を最低限とするように小型化できるものから選択されている。例えば、本発明の１好適実施例ではシート体２４は約３０ｍｇの材料であり、３３００カロリー/グラムで燃焼し、事故で火災が発生すると約９９カロリーのエネルギーを発生させる。一方、通常のシャーウッド型バルブは典型的には１００ｍｇのシート体を有する。これは７５００カロリー/グラムの熱を発生させて燃焼し、７５０カロリーのエネルギーを放出する。減少した量と共存性は本発明のシート体の燃焼エネルギーを低減させ、燃焼の障害を減少させて有毒ガスの発生を抑える。

従って、ポリマー材料は酸素との共存性の優劣で選択できるが、燃焼するポリマー材料は有毒ガスを発生させるため、酸素湿潤ポリマー部分は可能な限り小さく維持する（例えば、発生する有毒ガス量を減少させるため）。ステムシール体は１体のＯリング５５に減少され、２体のバックアップリングを排除し、シートのＯリング２４は最小サイズにされる。シート体２４にＯリングを使用すると、ドーナツ状領域のものを除いて（最も知られたシート体はポリマー材料の大型ディスク体であり、ドーナツ形状ではない）、全ポリマー材料を排除できる利点が加わる。よって、燃焼に供されるポリマー量はＯリング形態では減少する。燃焼は発火と延焼を妨害するシート体の確保形態でも減少する。

発明装置４０はオリジナルバルブに対する改良であり、新技術と、そのデザインの有利性を採用する。図７で示すバルブのレギュレータ延長部は材料の共存性とバルブデザインのリスク最小化特性を有している。本発明では圧力とガス流調整の両方が可能である。装置は本質的に時には共存性が低い圧力付加部材（バネ等）を確実に流体湿潤領域の外側に維持する。

図７は本発明の別実施例である。装置４０は改良されたガス流調整を行う。装置はステム２１のバランス操作によって調整する。すなわち、ステムに作用する圧力はシリンダ圧に対してバランスされ、バランス力はシリンダ圧の増減では変化しない。バランスされたステム２１のデザインはシリンダ圧の変動で規制された圧力やガス流が大きく変動しないようにしているだけでなく、調整トルクを低レベルに確実に維持させる。

図７の実施例は前出実施例と多くの点で類似する。違いはステム２１とのハンドル機構の新規な作用である。ハンドル１７は解説したように回転し、ハンドルの回転はハンドルシリンダ８１に回転モーションも提供する。ハンドルシリンダ８１はバレル８８の対応ネジ型内部と螺合するネジ型外部を有している。ハンドル１７と、バレル８８と螺合するハンドルシリンダ８１の回転はバレルを本体２０内で軸方向にシフトさせる。シリンダ８１とバレル８８との間の機能的相互作用は、図１の実施例で解説したハンドル１７とステムバレル３１との間のものと基本的には同一である（屑確保を含む）。違いはこの実施例のネジ型バレル８８が基ステム部２３の一部ではなく、ハンドル構造体と機能的に関連することである。

コイルバネ８０または他の適当な押圧手段はバレル８８の下端または先方端とバネフランジ８３との間で軸方向に延びる。バネフランジ８３はステムピストンを形成する。それはステム２１の基端部に接続される。バネフランジまたはステムピストン８３及びステム２１との間の接続は可逆性であるが（ネジ接続の場合と同様）、本発明の実行時にはステム２１、ステムピストンまたはバネフランジ８３は一体構造体であるがごとくに一体的に軸移動する。しかし、バネフランジ８３の軸方向部分はバレル８８に対して軸方向に、バレル８８の底部の中央入口を通って前後に少々移動できる。すなわち、ネジ式バレル部材８８はその底部に中央入口を提供し、上方に軸方向に延びるバネフランジの中央部分はその入口を通過し、延長部は入口内に自由に進入でき、スナップリングによって引き抜きが防止されている。バランスバネ８０の圧縮はバネフランジをバレル８８から引き離す。前述の実施例のように、バレル８８は本体２０内にスムーズに進入でき、その内壁とスライド式に接触する。

バネフランジ８３から延びる軸対称シャフト９０は固定ディスク７６を通過してステム２１のトップ部に先端のネジ山によって取り付けられる。このシャフト９０はステム２１にバネフランジ８３の固定軸基準位置を提供する。この形態はバネ力と先方面及び基面での圧力バランスの結果としてバネフランジ８３とステム２１の両方を機能ユニットとして軸方向に共に移動させる。

バネフランジ８３の力は基面へのバネ力、先方面での中間チャンバ７５の中間圧、及びステム２１の基ステム部２３から固定ディスク７６の中央入口または開口部を通過する軸対称シャフト要素９０に沿って伝達される力である。よって本発明の１目的はバネ力に対するバネフランジピストン８３の力と中間圧力（すなわち、中間チャンバ７５の制御圧力から得られる力）を規制するため、圧力及び力バランスステム２１を提供することである。これで合理的なサイズのレギュレータバネ８０とハンドル１７の好都合に低い調整トルクの選択が可能になる。

導管７２は下方チャンバ２８と固定ディスク７６の先方（下方）側との間に提供される。ディスク部材７６の基部側にはスナップリング９１または他の手段が提供され、例えば本体２０の周縁溝と係合でき、そこのディスク部材を保持する。ディスク部材は、好適には本体２０とのディスクの基部インターフェースでスナップリング９１によって軸方向に固定される。ディスク部材７６の先方側は下方チャンバ２８と効果的に通流状態である。よって、下方チャンバ２８の流体圧は固定ディスク７６の先方側及びステム２１の基ステム部２３の基端部と作用することができる。適当なパッキングまたはガスケットは流体が固定ディスク７６を越えて流れるのを防止し、導管７２からＯリングシール体５５を越えて上方ステム２１を流れるのを防止する。導管７２はステム２１の基部側を常に下方チャンバ２８の圧力に暴露させる。

ステム２１に対する力は、軸対称シャフト要素９０で固定ディスク７６の入口を介してステム２１の基端でネジ接続されるように移動されたバネフランジ８３からの力を含む。ステム２１の基端部には下方チャンバ２８の圧力も適用される。この圧力は導管７２を介してステム２１と軸対称シャフト要素９０との間の基部領域の差に対して作用する。この圧力は導管７２を介して下方チャンバ２８からステム２１の上方端にまで送られる。ステム２１と軸対称シャフト要素９０との間の領域の差はシート体２４での領域とマッチし、チャンバ２８の圧力がステム２１、２３の先方端に作用するようなステム２１の先方領域を形成する。

固定ディスク７６の先方側のガスケットシール体７８はガス流が、内径での高圧領域と外径での低圧領域との間で先方側を放射状に越えることを妨害する。これは高圧ゾーンから低圧ゾーンへの圧力移動に起因する。シール体はシャフト９０とディスク７６との間のガス流も妨害するが、シャフト９０をディスクの中央入口を軸方向に通過させる。

この形状デザインはステム２１、２３を圧力バランスさせ、高圧ゾーン４２の圧力変動とは無関係に軸方向移動させないようにする。図７で示すよう、バランス導管７３は上方チャンバ２７から固定ディスク７６を軸方向に越えて中間チャンバ７５内に開いている。円筒状中間チャンバ７５は本体２０の壁により周縁及びバネフランジ８３の先方部によってその基部側並びに固定ディスク７６の基部側によってその先方端部に形成された空洞部である。バランス導管７３は中間チャンバ７５と上方チャンバ２７との間の通流を提供する。バランス導管７３を介して、中間チャンバは上方チャンバ２７と実質的に同一ガス圧を有する。このデザインはハンドル１７の回転と中間チャンバ７５の圧力でセットされるバネ８０の張力で提供される軸方向力バランス状態であるバネフランジピストン８３とステム２１とを提供する。ハンドル１７の回転で提供されるバネ力でのダイアル処理で上方チャンバ２７と出口ポート５０の圧力を操作員が望むように規制させる。

ハンドル１７の回転でバレル８８の軸方向移動が起きる（他の実施例同様にバレル自体は回転しない）。バレル８８の軸方向移動はバランスバネ８０の圧縮の増減をもたらす。

よって、中間チャンバ７５の圧力はバランスバネ８０の力から反対側に向かうバネフランジ８３に作用する軸力を供給する。バランスバネ８０はバネフランジ８３（よってステム２１全体）に下方のバネ力を作用させ、中間チャンバ７５の制御圧力はバネフランジに対してバルブ−レギュレータの本体２０内で軸方向上方にバネ力を作用させる。従って、バランスバネ８０の力と、中間チャンバ７５と上方チャンバ２７に存在する制御圧との間でバランスされたステムが提供される。もちろん、バルブが完全に開いているとき、バルブの上方チャンバ２７と下方チャンバ２８との間には通流が存在する。

このようにハンドル回転度はバレル８８の位置を制御する。それはバネ８０に適用される圧力とステム２１の位置を決定する。ハンドル構造体をオープン位置にまで回転させるとバレル８８は下方に移動し、バランスバネ８８の圧力を少々上昇させ、通流状態へと通路５２を開放する（図２）。バルブをステム２１を移動させて開くことで、上方チャンバ２７は高圧ゾーン４２と通流状態に置かれる（下方チャンバ２８を介する）。それでバランス導管７３の手段によって中間チャンバ７５の圧力も増加する。固定ディスク７６の先方側の圧力とステム２１の基部端での差領域とはピストン導管７２の機能によって下方チャンバ２８の圧力とほぼ等しくなる。よって、ステム２１の両側の圧力はバルブの開放程度に関係なくバランスされる。

バランスしたステムはガス流制御を改善する。オペレータはハンドルの“ダイアル操作（回転）”を制御することでバランスバネ８０の圧力を調整し、中間チャンバ７５に存在する制御圧力をオフセットできる。（図７はバネ式ハンドル回転計測構造体を示す。）ステムは中立圧力（ステム２１の前方と基部側の圧力は相対均衡）で機能するため、ガス流はさらに高い圧力のゾーン４２の圧力が降下しても正確に制御できる（例えば、下方チャンバ２８または圧力シリンダが放出状態であるとき）。バランスしたステムシステムにおいては、ハンドル回転には抵抗がほとんどない。なぜなら、バレル８８のネジ式駆動は大気圧でのレギュレータのバネにのみ対抗して作用し、システムの制御圧力に対しては作用しないからである。このガス流規制は可変オリフィス放出構造体８９によってさらに増強できる。さらに、本発明の実施のため、構造体８９は好適には最低限度、チェックバルブまたは他のブランク処理装置を含み、実行中に中間チャンバ７５の圧力を維持させることができる。本発明の別実施例はチェックバルブと、構造体８９が取り付けられている放出口または他のポートでの迅速断絶部を含む。

この別実施例は装置の１利点は、本体から部材の突出がないように装置の本体内に新規な圧力ゲージが提供されていることである。従来の突出形態の圧力ゲージは衝撃ダメージを受け易く、使用中に破損する可能性がある。圧力ゲージは装置内でバネとピストンを利用する。

図８、図９及び図９Ａを解説する。圧力ゲージ構造体は図９の分解図で示され、完成体は図８Ａで示されている。バルブ−レギュレータ本体２０内の圧力ゲージ構造体の内蔵は図８で示されており、バルブ−レギュレータ４０の部材との通流状態が示されている。

図８は図１や図７で示される本体２０の改良版であり、圧力通路が提供され、またはタップ１０が本体２０で軸方向にドリル加工されており、圧力ゲージ構造体を装置全体の作動圧に暴露している。図８及び図１０で示すタップ１０は下方チャンバ２８と通流しており（図１）、あるいは中間チャンバ７５と通流しており（図７）、またはバルブ−レギュレータの作動圧と通流している。図８で示すように、圧力ゲージ構造体は、ステム２１と平行で、ステムと装置外部との間で本体２０内に提供された軸ゲージ空洞部１０４内に設置されている。放射状側部１０５はゲージ空洞部１０４の基部端と圧力タップ１０を連結する。側部１０５の外部開口部はセットネジ１０６とＯリングガスケット１０７でシールされる。狭いスリット窓１１０はゲージ空洞部と本体２０の外側との間で本体２０内に提供され、透明の高衝撃用プラスチックスリーブ１１６でシールされ、ゲージ空洞部１０４内への覗き窓の役目を果たす。

構造体１１２は本体２０の外側で組み立てられ、図８Ａのようになり、空洞部１０４の先方端の空洞部を介してゲージ空洞部１０４内に挿入される。続いて、空洞部１０４の先方端で本体と螺合するキャップネジ１０９でシール状態に閉鎖される。キャップネジ１０９は透明スリーブ１１６のネジ式先端にネジ込まれ、スリーブをその場で固定させるのが望ましい。あるいは、スリーブ１１６は空洞部１０４の先方部に図８のごとく接着固定あるいは他の手段で固定され、利用時に軸方向にも回転方向にも動かないようになっている。

圧力ゲージ構造体１１２の形状は図９で示される。細い棒またはワイヤ１１４は圧力ゲージの他の部材が関連する中枢体として利用される。ワイヤ１１４はゲージ空洞部１０４内で軸方向に移動できる。少なくとも１つで、好適には２つのＯリングシール体１１７、１１７’は横部材１０５の流体圧力からゲージ空洞部をシール状態で隔絶する。円筒状ブロック１１９はワイヤ１１４に沿った所定の位置でセットネジ、杭等で固定される。ワイヤ１１４の先方端はスリーブの基部端の（通常は閉鎖された）中央開口部を通過する。バネ１２０はワイヤ１１４の周囲に位置し、ブロック１１９までの途中で提供され、スリーブ１１６の上端に存在する。ワイヤ１１４の先端がスリーブ１１６の内部に挿入された後、非常に見やすい表示要素１２２はその先端に固定される。ワイヤ１１４、ブロック１１９及び表示要素１２２は横部材１０５の流体圧力の影響下で一体的に移動する。スリーブ１１６がゲージ空洞部１０４内に固定されているため、スリーブの上端に隣接するバネ１２０はブロック１１９を軸方向に上方へ押圧する。図９で示すように、スリーブ１１６は適当な圧力目盛りが視覚的に提供されている。

ワイヤ１１４の長さとスリーブ１１６の長さが選択され、ブロック１１９の位置が前もって決定され、表示装置１２２はスリーブ１１６の適正な圧力表示に合わせられる。本発明装置の操作時に、バルブチャンバ（例えば下方チャンバ２８または上方チャンバ２７あるいは中間チャンバ７５）の流体圧力は横部材１０５に移され、その圧力はワイヤ１１４の基部端に圧力をかける。ワイヤ１１４の端部１２４への圧力はワイヤをバネ１２０の圧縮力に対抗して軸方向で下方に押す。バネ１２０の圧縮力は横部材１０５の圧力に依存する。バルブの圧力、よって横部材１０５の圧力が増加すると、ワイヤ１１４は軸方向で下方に押圧され、表示装置１２２はスリーブ１１６内の適当な位置にシフトし、上昇したバルブ圧（例えばポンド/平方インチ）に対応した目盛りで表示装置と整合する。横部材１０５の圧力減少で、バネ１２０はスリーブ１１６の上端とブロック１１９を押圧し、ワイヤ１１４を軸方向で上方に押圧する。バネ１２０のバネ力によってワイヤは上方に移動して表示要素１２２を引き寄せ、新規で減少したバルブ圧に対応するスリーブ目盛りの正確な目盛りに合致させる。

バルブ−レギュレータ４０は、ハンドル１７の調整ノブが種々な調整レベルの刺激感触を与えるように提供されているかも知れないが、無段階で調整できる流体範囲を提供する。この装置は装置の設計範囲であればいかなるレベルでも調整できる。好適には２つの範囲（０から１５ｌｐｍと０から２５ｌｐｍ）が市場にニーズに沿って提供される。範囲のカラー表示や調整の数値表示も可能であり、ユーザは流量範囲を容易に確認できる。バルブからの流速も調整でき、装置の全範囲にわたってユーザの感覚/調整で制御できる。この装置は可変制御を可能にするので、制御ノブにはステッパモータ等の電子機器を取り付けることができ、自動調整式とすることができる。別々の停止ノブは不要であるが、流量調整の場合と同じノブで停止状態とすることもできる。

放出カニューレには低圧チェックバルブ８９が装着され、シリンダが所定レベル以下には圧力低下しないようにしている。この特徴によって酸素供給装置がシリンダを空気中の汚染物や水の吸引をチェックする必要なく充填できる。実際に、本体に提供された充填/放出ポートには低圧チェックバルブ、フィルタ、カニューレ金具、手動停止バルブ、自動チェックバルブ、固定または可変開口部、充填圧力リミットチェックバルブ、迅速取り外し装置、標準シール装置が選択的に提供される。放出カニューレ８９は市場ニーズに合わせて装置の種々な場所に設置できる。

レギュレータ本体のデザインはＣＧＡ８７０型バルブ体に則しているが、内部デザインと操作の特徴は種々な流体や適用法に合わせることができる。よって、本体スタイルと特徴は対象の利用法に合わせてデザインできる。これに関して、直線状ネジ山でもテーパ状ネジ山でも装置本体へのシリンダの取り付けに利用できる。

レギュレータは高低圧での利用に合わせて微調整できる流量調整手段を提供する。この利点により、また低コスト製造できることにより、レギュレータ４０は多くの種々な利用に供することができる。例えば、航空機用、カラーボール銃、産業用ガス、特殊ガス、スキューバダイビング、代替燃料自動車等々において利用が可能である。医療環境に代わるこれらいずれの場合にも材料（金属と非金属）が利用でき、機能性と酸素共存性を提供する。一方、ほとんどのプラグ型デザインは機能性のみを提供する材料を使用しなければならない。なぜなら、共存性材料（特に非金属材料）は機械的強度に欠けるからである。よって、非共存性で着火しやすい材料が使用される。なぜなら、それらは火災が発生しないかぎり機械的に受ける損害に対して共存性材料より抵抗性を有するからである。

本発明のバルブ/レギュレータの組み合わせ装置は、バルブの好ましい機能を維持しながら圧力調整とガス流調整の両方を提供する。よって、３種の全ての機能が装置に提供される（ガス流または圧力調整及びバルブ機能）。このことはこの装置に新規である。なぜなら、他の部材はこれらの１つのみを提供するからである。言い換えれば、従来装置はバルブであったり、圧力レギュレータであったり、ガス流レギュレータであった。本発明は圧力レギュレータ、バルブまたはガス流レギュレータ及びバルブとして同時的に機能する。これらの特徴はバルブの要素１７から３８と、バルブ−レギュレータの要素７２から９０を含んだ内部機構の独特な要素で提供される。これらの重要な特徴は様々なバルブやバルブレギュレータ装置で利用できる多くの異なる外側収容体内で実現できる。

添付図面は本発明の実施例を図示しており、本発明の原理を解説する。それら図面は本発明の説明用であって、本発明を限定するものではない。
本発明の１実施例の装置の縦断面図である。 図１の装置のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。 ステム部材が取り除かれた図１の装置の中央部の拡大縦断面図であり、装置のノズル通路の形状を明示する。 図１の装置のステム部材の拡大分解断面図である。 図３ＡのＢ−Ｂ線に沿った近方ステム部分の拡大横断面図である。 図３Ａの部材の拡大図であり、組立て状態を図示する。 図１の装置の中央部分の拡大縦断面図であり、バルブ体内で開状態にあるステムを図示する。 図５で示す装置の別断面図であり、バルブ体内で完全閉状態に移動したステムを図示する。 本発明のバルブ−レギュレータの別実施例の縦断面図である。 実施例の圧力ゲージ構造体を示す図 本発明の別実施例の装置の一部の拡大断面図であり、バルブ体内への圧力ゲージの挿入状態を図示している。 図８Ａと図８Ｂの実施例の圧力ゲージ構造体の拡大分解図である。

Claims (4)

1. 少なくとも酸素を含むガスの流れを規制する装置であって、
   軸を有した中空本体と、
   該中空本体内に形成された第１チャンバ及び第２チャンバと、
   該中空本体内に形成され、凸状湾曲壁を備え、第１チャンバと第２チャンバとを分離し、それらチャンバ間にガス通路を提供するノズルと、
   該ガス通路内でネジの回転によって軸方向に移動できるステムであって、前記第１チャンバ内に少なくとも部分的に延び入る先方ステム部と、前記第２チャンバ内に形成され、前記ガス通路内に延び入る基ステム部とを備えたステムとを備え、
   前記ステムの軸方向移動は前記ノズルに対して前記基ステム部の位置を変動させ、
   前記ステムの前記基ステム部と前記先方ステム部との間に提供され、前記ノズルと接触でき、前記ガス通路をシールするＯリングシート体を備え、
   前記ノズルは、最小限の直径を有し、前記ステムの前記基ステム部の直径は、前記ノズル最小直径の９８％であって、前記ステムの前記基ステム部の最小直径部の外周には複数の流体溝が前記外周を等分するように形成されて前記ステムと前記ノズルとの間にガス流を供給し、
   前記先方ステム部は前記基ステム部に螺子締結手段で着脱式に連結でき、連結されると該先方ステム部と該基ステム部は前記Ｏリングシート体を受領する環状ポケット部を形成し、完全に連結がされた場合には、前記先方ステム部と前記基ステム部は、前記ポケット内に該Ｏリングシート体が捕捉されるように押し込まれて、該Ｏリングシート体のドーナツ状周囲の１/３以下がポケット部の外側に露出するように変形し、閉鎖時には、前記露出部が前記ノズルの狭窄部分に最接近するガス通路に接触することを特徴とするガス流量規制装置。
2. Ｏリングシート体は軸断面積を有しており、ポケット部は該Ｏリングシート体の軸断面積より略７％から略１０％大きな軸断面積を形成させ、該シート体が該ポケット部内で絞圧されると空洞が該シート体とステムとの間で該ポケット部内に形成されることを特徴とする請求項１記載のガス流量規制装置。
3. ポケット部と第２チャンバとの間に通流状態を提供し、両者間の圧力バランス状態を提供するようにステム内に排気穴をさらに含んでいることを特徴とする請求項２記載のガス流量規制装置。
4. Ｏリングシート体はＰＴＦＥテフロン（登録商標）樹脂、ＣＴＦＥネオフロン（登録商標）樹脂、及びビトン（登録商標）樹脂から選択された樹脂で提供されることを特徴とする請求項１〜３記載のガス流量規制装置。

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