JP5280208B2 - ダイヤフラム弁及びその修理方法 - Google Patents

Description

本発明は、弁構造に関し、より詳細には、本発明は、ダイヤフラム弁の弁座構造に関する。

弁は、流体の流量及び／又は圧力を精密に制御するため広く使用されている。弁部材がダイヤフラムと接触状態となり且つ非接触状態となるようにされるので、ダイヤフラム弁は多くの用途において好まれ、ダイヤフラム弁は、同様に弁座をダイヤフラムと係合状態となり且つ非係合状態となるようにして所望の流体の流量／圧力の制御を実効あるものとしている。ダイヤフラム弁が有するその他の属性は、内部容積が小さいこと、密封の完全性が高いこと、小型の寸法であり及び作動／作用が迅速であることである。

特に、腐食性又は摩耗性流体及び／又は微粒子又は凝縮物を含む作動の用途にて使用された後、弁の構成要素、特に、弁座は、摩耗し又は損傷し、このため弁は、最早、適正に機能しなくなる。１つの解決策は、弁の全体を交換することであり、このことは、使用している用途又はシステムとの接続から古い弁を切り離し、次に、これらのシステムの接続を再度確立することを必要とする。交換弁のコストに加えて、その交換弁とのシステムの接続部が漏洩しないことが確実となるように注意しなければならない。

この問題点に対処しようとして、交換弁座が開発されている。例えば、セルツァー（Ｓｅｌｔｚｅｒ）に対する米国特許第４，７１５，５７８号には、弁座部材と弁本体との間に配設されたＯリングを含む、弁本体と螺着係合した、合成樹脂から成る弁座部材が開示されている。しかし、非金属製の弁座部材と金属製の弁本体との間の熱膨張／収縮率の差を含む理由のため、弁座部材は、弁本体から作動して緩む可能性がある。

別の弁構造は、リン（Ｌｉｎ）その他の者に対する米国特許第６，８５４，７１３号におけるものであり、この米国特許には、円筒状の非金属製の弁基部を受け入れるため流路に形成された円筒状開口部を有する弁本体が開示されている。開口部は、弁本体に形成された溝を含む。円筒状の非金属製の弁基部が弁本体の円筒状開口部内に挿入されたとき、テーパー付きリングが円筒状の非金属製弁基部の内径部内に導入される。リングから外方に伸びるフランジは、リングと弁本体との間にて弁基部を更に圧縮し、弁基部の膨張のため弁基部の一部を受け入れ得る寸法とされた弁本体の開口部に形成された溝を備えている。しかし、弁基部の膨張に対処し得る形態とされているものの、米国特許第６，８５４，７１３号は、交換可能な弁基部に関するものではない。更に、緊密に嵌まるリングを弁基部内にて圧力嵌めする過程は、必然的に、ダイヤフラムと接触する弁基部の表面を変形させることになり、このことは、弁基部とダイヤフラムとの間のシールの品質を損なうことになろう。最後に、開口部内の溝内に弁基部の一部が入り込み、弁基部が弁本体内にて変形して固定されるため、弁本体に損傷を生じさせることなく弁基部を除去することはできそうになく、弁全体を交換することが必要となるであろう。

米国特許第４，７１５，５７８号明細書 米国特許第６，８５４，７１３号明細書

必要とされることは、弁本体を損傷させることなく弁座を交換することを許容し、この交換が手動工具にて実行することができるようにした、改良された弁構造である。

本発明は、第一の通路及び第二の通路と流体的に連通した室を含む弁本体を有するダイヤフラム弁に関するものである。ダイヤフラムは、室内に配設されている。テーパー付きの弁座部材が第一の通路内に少なくとも部分的に配設され、また、弁座部材と第一の通路との間の流体密のシールを維持するために、スリーブが弁座部材内にて弁座部材と第一の通路との間に圧縮して配設される。弁部材は、第一の通路と第二の通路との間の流体の流量を制御するために、ダイヤフラムを制御可能に付勢して弁座部材と係合状態にし且つ非係合状態にするよう可動である。

本発明は、ダイヤフラム弁の製造方法に更に関するものである。この方法は、第一の通路及び第二の通路と流体的に連通した室を含む弁本体を提供するステップと、次に、弁部材を弁本体内に挿入するステップとを含む。この方法は、ダイヤフラムを室の中に挿入するステップと、スリーブをテーパー付きの弁座部材内に挿入するステップとを更に含む。この方法は、弁座部材を第一の通路内に少なくとも部分的に挿入するステップを含み、スリーブは、弁座部材と第一の通路との間に流体密のシールを提供するために、弁座部材と第一の通路との間に圧縮可能に配設される。弁部材は、第一の通路と第二の通路との間の流体の流量を制御するために、ダイヤフラムを制御可能に付勢して弁座部材と係合状態にし且つ非係合状態にするよう可動である。

本発明の１つの有利な点は、弁を交換することなく、ダイヤフラム弁用の弁座を交換することを許容する点である。

本発明の別の有利な点は、ダイヤフラム弁用の弁座のクリープを防止する点である。

本発明の更なる有利な点は、弁座を弁本体内のその位置に保持するため一定の圧縮力を加える点である。

本発明のその他の特徴及び有利な点は、単に一例として、本発明の原理を示す添付図面と共に、好ましい実施の形態の以下のより詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。相応する参照番号は、幾つかの図面の全体を通じて相応する構成要素を表示する。図面の要素は、簡略化及び明確化のためにのみ示したものであり、必ずしも正確な縮尺にて描いたものではないことを当業者は理解するだろう。例えば、図面中の幾つかの要素の寸法は、本発明の色々な実施形態の理解の促進に役立てるようその他の要素に比して誇張して示すことがある。また、商業的に実現可能な実施形態にて有用又は必要な、一般的であるが、良く理解されている要素は、典型的に、本発明のこれら色々な実施の形態を明確に見易くするため、図示されていない。

可能な場合、同じ又は類似の部品に言及するために、同じ参照番号が以下の図面を通して用いられる。

本発明の弁１０の一実施形態は、図１に示されている。好ましくは、図１乃至図５を参照すると、弁１０は、流体を弁本体１２を通して導き得るよう別個の通路２０、２４内に更に開放する弁キャビティ１８を有する弁本体１２を含む。座ぐりした貫通孔又は穿孔２２は、穿孔２２内に挿入される前に予め組み立てられたスリーブ１６及び弁座部材１４を受け入れる。ダイヤフラム２８は、弁座部材１４の上方に取り付けられ、次に、コレット３４がダイヤフラム２８の上方にて弁キャビティ１８内に取り付けられる。全体として、弁キャビティ１８から外方に伸びる環状リッジ部３０を含む、弁キャビティ１８の下方部分２６及びダイヤフラム２８は、流体が通路２０、２４の間にて選択的に流れることを許容する取り囲んだ領域３２を画成する。ダイヤフラム２８を弁本体１２の環状リッジ部３０とコレット３４との間に固定するため、テーパー付き肩部６２を有するナット３６は、螺着係合して弁キャビティ１８内のコレット３４の相応するテーパー付き面と当接する。弁部材３８は、ダイヤフラム２８と当接するようコレット３４に形成された開口４０内に摺動可能に配設されている。全体として、弁キャビティ１８の下方部分２６、コレット３４及び弁部材３８は、その内をダイヤフラム２８が動く室３１を画成する。

弁部材３８をダイヤフラム２８に向けて制御可能に動かすため、加圧された流体を軸部４２に形成された通路４４を通じて導く等により、軸部４２は軸方向の力を付与する。これと代替的に、又は加圧された流体に加えて、ばね（図示せず）のようなその他の手段が軸方向の力を提供するようにしてもよい。軸部４２により又は軸部４２を通して充分な軸方向の力を加えたとき、弁部材３８は付勢されてダイヤフラム２８と接触し、このため、ダイヤフラム２８は、弁座部材１４と当接して通路２０、２４間の流体的連通を遮断する。換言すれば、弁部材３８が充分な力にて付勢されてダイヤフラム２８と接触したとき、弾性的なダイヤフラム２８の一部は、付勢されて弁座部材１４と当接状態にて接触して、通路２０、２４間の流体の流れを遮断する。

図３に組み立てた形態にて示したように、除去可能な弁座部材１４の一実施形態が図２に分解した形態にて示されている。組み立てる前、弁座部材１４は、端部６４から他端６６にて終わる環状肩部６０まで伸びる外側テーパー付き部分５８を含む。好ましくは、弁座部材１４の内面は、スリーブ１６の一端６８を受け入れる実質的に均一な内径部を有するものとする。同様に、スリーブ１６は、実質的に一定の断面積及び実質的に一定の外径を有する中空の円筒体である。選択的に、スリーブ１６の端部６８の反対端部は、拡がった端部５２であるようにする。好ましくは、弁座部材１４は、ポリクロロ三フッ化エチレン、ポリエーテルエーテルケトン又はその他の適した材料のような弾性的な重合系材料から成っている。

スリーブ１６は、充分な構造的強度及び弁の用途及び材料との適合性を有し、また、弁本体１２と実質的に同様の熱膨張／収縮率を有する金属又は材料から成ることが好ましい。弁座部材１４の内径及び弁座１６の外径は、弁座１６の端部６８を弁座部材１４の端部６４内に導入することができるような寸法とされている。弁座部材１４及びスリーブ１６が予め組み立てられたとき、弁座１６の端部６４は、穿孔２２内に導入され且つ、その位置に押し込まれる。

図２に示したように、弁キャビティ１８から、穿孔２２は、通路２０への入口に配設されている。一実施形態において、穿孔２２は、軸線７６に対して実質的に同心状のボア部分７０、７２、７４を含む。ボア部分７０は、ボア部分７０、７２、７４の最小直径を有し且つ通路２０内にて基部５０にて終わる。リッジ部４８を画成するボア部分７０、７２の間の接続部を有するボア部分７０よりも僅かに大きい直径のボア部分７２がボア部分７０に隣接している。同様に、リッジ部４６を画成するボア部分７２、７４の間の接続部を有するボア部分７２よりも僅かに大きい直径のボア部分７４がボア部分７２に隣接している。ボア部分７０、７２、７４の周壁は互いに実質的に平行であるが、ボア部分７０、７２、７４は、テーパー付きの輪郭外形を画成することを理解すべきである。更に、環状リッジ部４６、４８は、軸線７６に対して実質的に垂直であることが好ましい。また、穿孔２２は所望であれば、３つ以上のボア部分を含むことができ、また、ボア部分の何れも必ずしも同一の長さでないことも理解すべきである。また、隣接するボア部分の間の直径の差は、等しい必要もない。

ボア部分７０、７２、７４は、円形の輪郭外形に限定されず、例えば、楕円形の輪郭外形を含むことができ、また、環状リッジ部４６、４８は、必ずしも平坦でなくてもよく、すなわち、例えば、リッジ部の輪郭外形は湾曲させることもできることを理解すべきである。しかし、取り付ける間及び作動中、すなわち加圧された流体又は温度のため、弁座部材１４、ボア部分７０、７２、７４及びスリーブ１６の間に発生される合力が、弁座部材１４及びスリーブ１６の各半体に実質的に等しく加わるように、ボア部分７０、７２、７４及びリッジ部４６、４８の双方は、各々、軸線７６に対して一致する平面の回りに対称にしなければならない。また、空間も対称であり、その結果、ボア部分７０、７２、７４とスリーブ１６との間の取り付けの結果生じる力及び作動時の力も同様に対称であることを保証するために、スリーブ１６は、ボア部分７０、７２、７４に対して合わさる輪郭外形を有していることも理解すべきである。すなわち、ボア部分７０、７２、７４が非円形である場合、スリーブ１６は同様の形態とした非円形の輪郭外形を有する。

予め組み立てた弁座部材１４及びスリーブ１６を弁本体１２内に取り付けるため、弁座部材１４の端部６４を穿孔２２内に導入する。しかし、図３に示したように、弁座部材１４及びスリーブ１６を軸線７６と整合状態に維持すると共に、弁座部材１４及びスリーブ１６を穿孔２２内の取り付け又は着座した位置に向けて更に付勢するため、工具５４のような工具が必要とされる。着座した位置において、スリーブ１６の拡がった端部５２は、ボア部分７０の基部５０と当接し、肩部６０と弁座部材１４のテーパー付き部分５８との間の接続部は、リッジ部４６と当接する。拡がった端部５２は、スリーブ１６と穿孔２２の基部５０との間に流体密のシールを提供するのを助ける。弁座部材１４の端部６６は、ダイヤフラム２８と相互に作用し、通路２０、２４の間の流体の流量を制御するため、所定の距離だけ、穿孔２２から上方及び外方の双方に伸びている。弁座部材１４と穿孔２２との間に実質的に流体密の境界面を提供するのを助けるため、リッジ部４８の内径は、テーパー付き部分５８の少なくとも一部の外径よりも小さい。別言すれば、弁座部材１４を穿孔２２内に取り付ける間、テーパー付き部分５８の面の少なくとも一部は、取り付け工具５４によりテーパー付き部分５８が穿孔２２内に更に押し込まれるとき、リッジ部４８により塑性変形する。更に、ばねと同様に、一定の圧縮力を加えることにより、弁座部材１４の内径を実質的に維持するスリーブ１６が存在するため、弁座部材１４は塑性変形されて、スリーブ１６と穿孔２２との間に提供された空間内に嵌まる。図３にて更に示したように、弁座部材１４のテーパー付き部分５８は、付勢されてボア部分７０、７２に順応する。所望であれば、弁座部材１４の熱膨張を考慮し得るような、穿孔２２、弁座部材１４及びスリーブ１６の寸法とすることにより、弁座部材１４の端部６４とボア部分７０の基部５０との間にてボア部分７０に小さい空隙５６を残すことができる。

穿孔２２、テーパー付き弁座部材１４及びスリーブ１６の配置は、多数の有利な効果を提供する。最初に取り付けたとき、弁座部材１４と穿孔２２との間に流体密のシールを提供することに加えて、通路２０内の上昇した流体圧力の結果、スリーブ１６は、弁座部材１４に対して追加的な圧縮力を加えて、更により緊密なシールを形成する。更に、この配置は、重合系弁座部材の材料が熱膨張によって膨張したり、或いは、液体又は気体が重合系シール材料内に浸透することで膨潤したりすることを許容しない。この膨張の防止効果は、スリーブ１６が弁座部材に対して実質的に一定の圧縮力を提供し、また、スリーブ１６が膨潤又は膨脹する間、重合系弁座部材の材料により形成される力に反応するのに充分な構造的強度を有するためである。かかる膨張の防止効果がなければ、重合系弁座部材は金属の熱膨張／収縮率よりも一桁大きい熱膨張／収縮率を有するため、弁座部材は、さもなければ熱サイクル作用を受け、重合系材料が時間の経過と共に「作動して緩む」危険性がある。換言すれば、取り付ける間、弁座部材１４は充分に圧縮され、このため、極端な作動温度、すなわち冷間温度のとき、弁座部材１４は、穿孔２２から引き離されることはない。すなわち、弁座部材１４が最大限収縮する更なる低温時、弁座部材が経験する圧縮程度は、穿孔２２との接触状態を維持しつつ、減少するが、解消はされない。

更なる有利な点は、上昇した弁温度に応答するその有用性である。弁の温度が上昇すると、重合系弁座部材の材料はより可撓性となり、典型的に流体圧力に反作用するその能力を低下させる。穿孔２２、テーパー付き弁座部材１４及びスリーブ１６の配置のため、上昇する弁の温度に応答して、スリーブ１６は膨張し、シールを重合系材料にて締め付ける。このシールを締め付けることは、上昇した温度でのシールの完全性を改良することになる。更に、本発明の配置を介して、弁座部材１４は、応力又は上昇した温度又はクリープに長期間露呈されることに起因する恒久的な塑性変形を受けることはない。このことは、基本的に、スリーブ１６がクリープを受け難い材料にて製造されているためである。

更に、本発明の配置の追加的な有利な点は、手動タップ（図示せず）のような一般的な手動工具を使用して弁座部材１４の除去を行うことができる点である。タッピング工具は、スリーブ１６と係合させ、スリーブ１６及び弁座部材１４の双方を手動力のみを必要として容易に且つ便宜に除去するため使用することができる。穿孔２２のテーパー付きの構造のため、容易に除去することが可能である。

本発明は、１つの好ましい実施の形態に関して説明したが、当該技術の当業者には、本発明の範囲から逸脱せずに、色々な変更を為し且つ等価物にてその要素に置換することが可能であることが理解されよう。更に、その必須の範囲から逸脱せずに、本発明の教示に対して特定の状況又は材料を適応させるべく多くの改変例を具体化することができる。このため、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示された特定の実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明は、特許請求の範囲に属する全ての実施の形態を包含することを意図するものである。

本発明の組み立てられていない弁の部分分解斜視図である。 本発明の線１−１に沿った、組み立てられていない弁の部分分解断面図である。 本発明の組み立てた弁座部材の断面図である。 本発明の組み立てた弁の断面図である。 本発明の組み立てた弁の拡大部分断面図である。

Claims (13)

1. 第一の通路及び第二の通路と流体的に連通した室を含む弁本体であって、当該第１の通路に基部が形成された弁本体と、
   前記室の中に配設されたダイヤフラムと、
   前記第一の通路内に少なくとも部分的に配設された弁座部材と、
   拡がった端部を含むスリーブであって、当該拡がった端部を前記第一の通路の前記基部に当接させて前記弁座部材と当該第一の通路との間の流体的に密のシールを維持するために、当該弁座部材内にて当該弁座部材と当該第一の通路との間に圧縮して配設されたスリーブと、
   前記第一の通路と前記第二の通路との間の流体の流量を制御するために、前記ダイヤフラムを制御可能に付勢して前記弁座部材と係合状態にし且つ非係合状態にする、可動な弁部材とを備える、ダイヤフラム弁。
2. 請求項１に記載の弁において、前記第一の通路は、前記弁座部材を受け入れる少なくとも１つの座ぐり穴を含む、弁。
3. 請求項２に記載の弁において、前記少なくとも１つの座ぐり穴は前記第一の通路の軸線に対して同心状である、弁。
4. 請求項３に記載の弁において、前記少なくとも１つの座ぐり穴は、少なくとも２つのリッジ部を画成する、弁。
5. 請求項１に記載の弁において、前記弁座部材は重合系である、弁。
6. 請求項１に記載の弁において、前記弁座部材は、当該弁座部材を前記第一の通路内に取り付ける間、当該第一の通路と前記スリーブとの間にて塑性変形し且つ圧縮される、弁。
7. 請求項１に記載の弁において、前記スリーブは、前記弁座部材と異なる材料から成る、弁。
8. 請求項７に記載の弁において、前記スリーブの熱膨張／収縮率は、前記弁座部材の熱膨張／収縮率よりも小さい、弁。
9. 第一の通路及び第二の通路と流体的に連通した室を含む弁本体を提供するステップと、
   前記弁本体内に挿入するための弁部材を提供するステップと、
   前記弁部材と前記第一の通路及び前記第二の通路の間の前記室の中に挿入するためのダイヤフラムを提供するステップと、
   弁座部材内に挿入するためのスリーブを提供するステップと、
   前記スリーブの拡がった端部を前記第一の通路に形成された基部に当接させて前記弁座部材と当該第一の通路との間に流体的に密のシールを提供するために、当該スリーブを当該弁材部材と当該第一の通路との間に圧縮して配設した状態で当該第一の通路内に少なくとも部分的に挿入するための当該弁座部材を提供するステップとを備え、
   前記弁部材は、前記第一の通路と前記第二の通路との間の流体の流量を制御するために、前記ダイヤフラムを制御可能に付勢して前記弁座部材と係合状態にし且つ非係合状態にするよう可動であり、
   前記第一の通路を損傷させることなく、前記スリーブ及び前記弁座部材を除去するステップを更に含む、ダイヤフラム弁の修理方法。
10. 請求項９に記載の方法において、前記スリーブを前記弁座部材内に挿入する前記ステップは、前記弁座部材を前記第一の通路内に少なくとも部分的に挿入する前記ステップの前に行なわれる、方法。
11. 請求項９に記載の方法において、前記弁座部材を前記第一の通路内に少なくとも部分的に挿入する前記ステップは、当該弁座部材を当該第一の通路と前記スリーブとの間にて塑性変形させ且つ圧縮する、方法。
12. 請求項９に記載の方法において、前記スリーブは、前記弁座部材と異なる材料から成る、方法。
13. 請求項１２に記載の方法において、前記スリーブの熱膨張／収縮率は、前記弁座部材の熱膨張／収縮率よりも小さい、方法。
    

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