JP6096130B2 - ダブルオフセットシャフト接続を有する弁装置 - Google Patents

Description

本開示は、一般的に制御弁に関するものであり、より詳細には、ダブルオフセットシャフト接続を有する弁装置に関する。

プロセス制御プラントまたはシステムは、多くの場合に、例えば、ボール弁等の回転弁を使用してプロセス流体の流量を制御する。回転弁は、通常、流路に配置された弁装置または流量制御部材（例えば、ボール弁）を含み、これらは、シャフトを介して回転弁の本体に回転自在に連結されている。通常、回転弁から延伸するシャフトの一部分は、アクチュエータ（例えば、空気圧式アクチュエータ、電動アクチュエータ、油圧アクチュエータなど）に動作可能に連結している。アクチュエータは、流量制御部材を、流体流路を流れる流量が最大になる完全開位置と、流体流路を流れる流量を十分に制限する、または止める完全閉位置との間の流体流路のオリフィスを囲むシールに対して９０度回転するように移動させる。閉位置では、流量制御部材の密閉表面がシールと係合することによって、流体流路を流れる流体を止める。

一部の用途では、流量制御部材の密閉表面は、流体流路を流れる流量を正確または精密に制御するためのノッチを含む（例えば、微小のＶノッチを有するボール弁）。とりわけ、ノッチによって、流量制御部材がシールに対する回転移動における最初または初期の量（例えば、０度〜１０度の運動）を回転または移動するにつれて、流路を流れる流量が段階的に増加する。初期の回転移動量への制御流体流速を提供するために、シールとノッチとの間に形成された、小さいが、段階的に増大するギャップを通ってプロセス流体が流れるようにする。ノッチが弁本体の流路と流体的に連絡して移動または回転すると、流体が弁本体の流路を流れる。しかしながら、流量制御部材が開位置（例えば、完全開位置）に長時間維持されていると、流量制御部材とシールとの間の接触圧または干渉によって、シール（例えば、弾性シール）の一部分が変形または損傷することがある。

一例では、流量制御部材は、シールに対して移動する密閉表面を含み、そこで流量制御部材は第一の軸と第一の軸と実施的に垂直な第二の軸とを有し、第一の軸と第二の軸は密閉表面の曲率中心を公差する。流量制御部材は、シャフトを受け入れるための開口をさらに含む。流量制御部材はまた、シャフトを受け入れるための開口を含み、その開口は、そこを通る第三の軸を有し、密閉表面がその周りを回転する旋回軸を規定する。第三の軸は、第一および第二の軸から少し離れている。

別の例では、弁体は、流体弁のシールと係合する密閉表面を含み、そこでこの密閉表面は、密閉表面の曲率半径によって少なくともある程度規定される曲率中心を有する。弁体は、シャフトを受け入れるための開口を含む。開口は、密閉表面が開口の中心軸の周りをカムに付けるか、偏心して移動するように、密閉表面の曲率中心に対してカムの距離だけオフセットされる中心軸を有する。カムの距離は、曲率中心に対する第一の距離と曲率中心に対する第二の距離とによって規定される。

さらに別の例では、流体弁は、この弁体の密閉表面が弁本体のシールに対して回転することによって、弁本体の出入り口の間の流量を制御するものである密閉表面を有する弁体を含む。シャフトが、弁体とアクチュエータとを動作可能に連結する。シャフトは、弁体に偏心して連結し、完全開位置と完全閉位置との間で密閉表面がそこの周りを回転するダブルオフセットピボットを規定する。

公知の回転弁の部分切り取り図を図示する。 図１Ａの公知の回転弁の断面図である。 閉位置における回転弁を示す、図１Ａおよび図１Ｂの公知の回転弁の拡大 断面図である。 開位置における回転弁を示す、図１Ａおよび図１Ｂの公知の回転弁の拡大 断面図である。 回転弁の流体流路に沿って見て回転弁が開位置にある場合の、図１Ａおよび 図１Ｂの回転弁の流量制御部材およびシールを示す部分断面図である。 回転弁が閉位置にある場合、シャフトの軸に沿って見た、公知の回転弁の 別の図を図解する。 回転弁が開位置にある場合の、図４Ａの回転弁を図解する。 本明細書に記載する例示の回転弁の断面を図解する。 閉位置における、図５の回転弁例の流量制御部材例を図解する。 開位置における、図５および図６Ａの回転弁例の流量制御部材例を図解す る。 図６Ａおよび図６Ｂの流量制御部材例の部分拡大図を図解する。 閉位置および開位置において示す、本明細書に記載する別流量制御部材例拡 大図を図解する。 流量制御部材の始動角度が−１７度であり、カムの距離が０．０３８ｃｍであるときの、図８の流量制御部材における例示のオフセット位置および後退位置を図解する。 流量制御部材の始動角度が−１７度であり、カムの距離が０．０３８ｃｍであるときの、図８の流量制御部材における例示のオフセット位置および後退位置を図解する。 流量制御部材の始動角度が−１７度であり、カムの距離が０．０３８ｃｍであるときの、図８の流量制御部材における例示のオフセット位置および後退位置を図解する。 流量制御部材の始動角度が−１０度であり、カムの距離が０．０３８ｃ ｍであるときの、図８の流量制御部材における例示のオフセット位置および後退位置を示す図である。 流量制御部材の始動角度が−１０度であり、カムの距離が０．０３８ｃ ｍであるときの、図８の流量制御部材における例示のオフセット位置および後退位置を図解する。 流量制御部材の始動角度が−１０度であり、カムの距離が０．０３８ ｃｍであるときの、図８の流量制御部材における例示のオフセット位置および後退位置を図解する。 流量制御部材の始動角度が−３度であり、カムの距離が０．０３８ｃｍであるときの、図８の流量制御部材における例示のオフセット位置および後退位置を図解する。 流量制御部材の始動角度が−３度であり、カムの距離が０．０３８ｃｍであるときの、図８の流量制御部材における例示のオフセット位置および後退位置を図解する。 流量制御部材の始動角度が−３度であり、カムの距離が０．０３８ｃｍであるときの、図８の流量制御部材における例示のオフセット位置および後退位置を図解する。

概して、本明細書に記載する回転弁例は、シャフトと流量制御部材との間におけるダブルオフセットまたはダブルカム接続を提供して、流量制御部材が開位置にあるときの、流量制御部材の密閉表面とシールとの間の干渉を顕著に低減または除去する。より具体的には、本明細書に記載するダブルオフセットシャフト接続例では、流量制御部材が開位置にあるときに、流量制御部材の密閉表面を、従来のシャフトと流量制御部材との接続よりも密閉表面弁本体のシールの表面から比較的長い距離を後退または離間可能にし、その結果、流量制御部材とシールとの間の干渉を顕著に低減または除去する。さらに、本明細書に記載するダブルオフセットシャフト接続例では、例えば、従来の単一オフセットまたは非オフセットシャフト接続よりも、初期量の移動中に、流量制御部材の密閉表面をシールの表面から比較的短い距離（例えば、閉じた状態から１５度）後退することも可能する。その結果、本明細書に記載するダブルオフセットシャフト接続例では、流量制御部材のこの初期量の移動または回転中における精密または正確な流体流速の制御が可能になり、その上、完全開放状態、またはそれに近い回転位置のための流量制御部材とシールとの間の干渉を顕著に低減する。また、本明細書に記載するダブルオフセットカム接続例は、従来の流量制御部材とシャフトとの接続と同様に、密閉表面とシールとの間に十分な干渉を与え、流量制御部材が閉位置にあるときには比較的密封を提供する。

一部の例では、流量制御部材の密閉表面は、密閉表面の曲率半径によって少なくともある程度規定される曲率中心を含む。密閉表面の曲率中心は、ダブルオフセットピボットとして機能するように配置されたシャフトの周りをカムに付けるか、偏心して移動する。一部の例では、密閉表面の曲率中心は、流量制御部材の対称軸に沿って位置する。対称軸と垂直である流量制御部材の第二の軸も曲率中心と交わる。密閉表面がその周りを移動または回転する旋回軸は、流量制御部材の対称軸および第二の軸に対してオフセットしてダブルオフセットピボットを提供する。ダブルオフセットピボットまたはシャフト接続によって、最初または初期の回転位置範囲の間、例えば、流路軸に対して０度の回転位置と、流路軸に対して１５度の回転位置との間を流量制御部材が回転するときなど、流量制御部材の密閉表面がシールの表面から離れて比較的短い距離を移動することも可能になる。この方法では、最初または初期の回転位置範囲中に密閉表面がシールから離れるように移動すると、流量制御部材によって、比較的少なく、正確または制御された流量を回転弁の流路に流すことが可能になる。さらに、本明細書に記載するダブルオフセットシャフト接続例では、第二の回転位置範囲中、例えば、１５度の回転位置と９０度の回転位置との間を流量制御部材が回転するときなど、密閉表面がシールの表面から比較的長い距離を後退または離間することが可能になる。

このように、本明細書に記載するダブルオフセットシャフト接続例では、流量制御部材が完全開位置にあるときに、流量制御部材の密閉表面が比較的少ない干渉または密閉力でシールと係合することが可能になる。これにより、流量制御部材が完全開位置に長時間、例として、不良状態、正常な開放状態などの間維持されていても、シールの損傷を顕著に低減または防止し、その上、流量制御部材が閉位置にあるときに、密封シールを与えるのに十分な干渉をなおも提供できる。

さらに、本明細書に記載するダブルオフセット接続例の距離は、流量制御部材が完全開位置にあるときに移動する横方向への後退距離よりも短いので、本明細書に記載するダブルオフセット接続を、未修正の公知の回転弁本体に用いることができる。このように、本明細書に記載する例示のダブルオフセット接続は、製造および在庫費用を低減できる。

回転弁例をより詳細に説明する前に、図１Ａおよび図１Ｂに関連する公知の回転弁１００の簡単な説明を以下に提供する。図１Ａは、公知の回転弁１００の部分切り取り図である。図１Ｂは、図１Ａの回転弁１００の断面図である。

図１Ａおよび図１Ｂを詳細に参照すると、回転弁１００は、取り付けヨーク１０４を介してアクチュエータ（図示せず）に連結できる弁本体１０２を含む。例えば、アクチュエータ（図示せず）は、空気圧式アクチュエータ、電動アクチュエータ、油圧アクチュエータ、手動アクチュエータ、または回転弁１００を開位置と閉位置との間で駆動する任意の他の好適なアクチュエータでもよい。

図１Ｂを参照すると、弁本体１０２は、流入口１０８と流出口１１０との間の流体路１０６を規定し、流体流路１０６は流動軸１１２を規定する。弁本体１０２は、弁体または流量制御部材１１４（例えば、Ｖノッチを有するボール弁、球状のボール弁など）を収容し、これらは、回転弁１００のオリフィスを画定する弁座面またはシール１１６（例えば、シールリング）に隣接している。本例では、シール１１６は弾性材料からなり、リテーナ１１８を介して弁本体１０２に連結している。弁体１１４は、弁体１１４とアクチュエータ（図示せず）とを動作可能に連結するシャフト１２０に連結している。シャフト１２０は、弁本体１０２に連結しているボンネット１２３の穴部１２１内に受け入れられる。

弁体１１４は、流体流路１０６内に配置され、シール１１６に対して移動または回転し、流体流路１０６を通ってあるいは沿って流量を制御する。本例では、弁体１１４は密封表面１２２を含み、密封表面１２２は、シール１１６に回転自在と係合し、流入口１０８と流出口１１０との間におけるオリフィスに流れる流量を制御する。とりわけ、回転弁１００を流れる流体の流速を、シール１１６に対する弁体１１４の回転位置によって制御するように、密封表面１２２はシール１１６の面１２４に対して回転または旋回する。

図示の例では、密封表面１２２は、曲面１２６およびノッチ部１２８を含む。弁体１１４の位置は、弁体１１４の密封表面１２２がシール１１６と密閉係合する閉位置と、弁体１１４がシール１１６に対して回転する完全開放または最大流速位置との間で変化してもよく、ノッチ部１２８によって、流入口１０８と流出口１１０との間を、ノッチ部１２８を経て流路１０６に沿って流体を流すことが可能になる。閉位置では、ノッチ部１２８は流路軸１１２に対して実質的に垂直であり、それによって流体路１０６を流れる流体を止める。

ノッチ部１２８は、非常に正確に流量を制御する用途に用いるのに有利である。とりわけ、ノッチ部１２８によって、密封表面１２２が閉位置から部分的に開放した位置の方にシール１１６に対して回転（例えば、流路軸１１２に対する５度の回転）するにつれて、弁本体１０２を流れる流体の流速が段階的に増大する。

図２Ａは、シール１１６に対して閉位置２００における弁体１１４の断面図を示す。図２Ｂは、シール１１６に対して開位置２０２における、弁体１１４の断面図を示す。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、弁体１１４の密封表面１２２は、曲率中心２０４および曲率半径Ｒを有する。

弁体１１４は、シャフト１２０を受け入れる開口２０６を含む。本例では、開口２０６は、流路軸１１２と実質的に垂直であり、シール１１６の面１２４と平行である。開口２０６は、密封表面１２２が開口２０６の中心軸２０８の周りを旋回するように、密封表面１２２の曲率中心２０４と交わる中心軸２０８を規定する。換言すれば、弁体１１４の旋回軸は、密封表面１２２の曲率中心２０４に対してオフセットしない。

図２Ａに示すように、密封表面１２２はシール１１６と密閉的に係合することによって、シール１１６により規定されたオリフィス２０９を流れる流体を止めるまたは実質的に制限する。弁本体１０２に連結しているときには、密封表面１２２の曲率中心２０４は、シール１１６の中心軸または長手方向軸２１０と交わる。中心軸２１０は、シール１１６によって規定された、オリフィス２０９を通る流路１０６の中心軸１１２にも一致する。この方法では、密閉負荷は、シール１１６の周囲または周辺に均等または均一に分散される。表面１２２がシール１１６と係合しているときの、シール１１６の中心軸２１０に対する密封表面１２２の曲率中心２０４のオフセットによって、密封表面１２２がシール１１６と係合しているときにシール１１６に均等でない負荷がもたされることがある。

弁体１１４が図２Ａに示すような閉位置２００にあるときは、密封表面１２２は、シール１１６に十分に干渉して隙間の無い流体シールを与えるように、シール１１６に対して位置付けられる。より具体的には、閉位置２００では、密封表面１２２は弾性シール１１６を押し付けて互いを接触させることによって、それらを曲折および／または変形させる。シール１１６と密封表面１２２との間を干渉させるために、弁体１１４が閉位置２００にあるときには、密封表面１２２の最外接線２１２が密封表面１２２の曲率中心２０４から初期の横方向距離２１４にあるように、弁体１１４はシール１１６に対して位置付けられる。閉位置２００では、接線２１２はシール１１６の面１２４と略平行である。

図２Ｂは、開位置２０２における弁体１１４を示す。弁体１１４が開位置２０２に移動するとき、密封表面１２２の曲率中心２０４と開口２０６の中心軸２０８とは、シール１１６の中心軸２１０においてなおも交差している。また、密封表面１２２の最外接線２１８が、距離２１４と実質的な等距離２２０にあるように弁体１１４はシール１１６に対して位置付けられる。このように、弁体１１４が閉位置２００と開位置２０２との間を回転するときに、密封表面１２２がその曲率中心２０４の周りを旋回するため、旋回軸２１６は、密封表面１２２の中心２０４とシール１１６との間において後退または変位しない。

このように、弁体１１４が開位置２０２にあるときには、密封表面１２２はシール１１６の部分（例えば、外側部）と係合し、シール１１６の他の一部分（例えば、ノッチ部１２８間の部分）は支持されていない。また、弁体１１４が閉位置２００にあるときは、密封表面１２２は、密封表面１２２がシール１１６と係合するような実質的に同じ密閉力または干渉でシール１２２（例えば、外側部）と係合する。

図３は、弁本体１０２の中心流路軸１１２に沿ってシール１１６の方を見た、弁体１１４が開位置２０２にあるときの、弁体１１４およびシール１１６の部分断面図を示す。開位置２０２では、ノッチ部１２８に沿ったシール１１６の一部分３０２は支持されていない。また、密封表面１２２の一部分３０４は、密封表面１２２が閉位置２００においてシール１１６と係合するのと同じ密閉力または干渉で、ノッチ部１２８に隣接するシール１１６の一部分３０６に密閉的と係合する。その結果、密封表面１２２は、ノッチ部１２８の端部に沿うシール１１６に、圧力または高圧力を集中して与える。弁体１１４が開位置２０２により長い時間あるとき（例えば、開放状態の故障、正常な開放弁など）には、支持されていないシール１１６の一部分３０２は、特に、例えば、ノッチ部１２８の端部に沿った高圧力の集中領域では変形または損傷することがある。それゆえに、弁体１１４が閉位置２００に移動して密封表面１２２がシール１１６の一部分３０２に密閉的と係合しても、シール１１６は隙間の無い流体シールにならないことがある。

図４Ａは、単一オフセットシャフト接続４０１を提供する別の公知の回転弁４００の断面図を示す。図４Ａは、シール４０６に対して閉位置４０４における、公知の弁体４０２を示す。図４Ｂは、シール４０６に対して開位置４０８における、弁体４０２を示す。図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂおよび図３の弁体１１４とは異なり、シャフト４１０が弁体４０２に連結して単一オフセット接続または旋回軸を提供する。換言すれば、弁体４０２は、弁体４０２の密封表面４２０の曲率中心４１８に対してオフセットしている中心軸または旋回軸４１６を有する開口４１４を含む。このように、旋回軸４１６と密封表面４２０の曲率中心４１８とは交わらない。

閉位置４０４にあるときは、密封表面４２０の最外接線４２２がシール４０６の面４２４と平行かつそれに隣接するように、密封表面４２０はシール４０６に密閉的と係合する。また、閉位置４０４では、密封表面４２０の曲率中心４１８は、弁本体４２８およびシール４０６の中心流路または軸４２６に沿って位置する。しかしながら、図４Ａおよび図４Ｂから見てとれるように、旋回軸４１６は、密封表面４２０の曲率中心４１８と交わらない。より具体的には、閉位置４０４では、旋回軸４１６と曲率中心４１８とは、接線４２２から等距離にあり、以下により顕著な詳細において記載するように、距離４１２だけオフセットする。

弁体４０２が図２Ｂの開位置４０８に回転すると、密封表面４２０の最外接線４３０は、接線４２２と平行であり、接線４２２と距離４１２オフセットする。その結果、弁体４０２が開位置４０８にあるときの、シール４０６と密封表面４２０との間の密閉力または干渉が顕著に低減または除去される。換言すれば、弁体４０２が閉位置４０４から開位置４０８に回転すると、密封表面４２０の曲率中心４１８は、オフセット距離４１２だけシール４０６の面４２４から離れる。オフセット距離４１２によってもたらされる密封表面４２０とシール４０６との間における低減された干渉または後退によって、弁体４０２が開位置４０８に長時間あるときに、ノッチ部（例えば、図１Ａおよび図１Ｂのノッチ部１２８）との間のシール４０６の比較的小さい一部分（例えば、図３の一部分３０２）の変形または損傷を防ぐことができる。

このように、密封表面４２０がそこを中心にして回転する、単一オフセット接続４０１の旋回軸４１６は、密封表面４２０の曲率中心４１８と同一平面上にある。そのような接続は一部の用途では不都合となる場合がある。例として、密封表面４２０が、シール４０６の面４２４から過度に速く、例として、シール４０６に対する弁体４０２の初期の回転位置範囲（例えば、５度の回転）内において引き離されることがあるため、オフセット距離４１２によって、弁本体４２８の流路を流れる流体の流速が比較的速くなる（例えば、過剰な流量）ことがある。このように、図４Ａおよび図４Ｂに提供されるオフセット距離４１２によって、弁本体４２８を流れる流量が過剰となり、それによって、流量制御に影響を及ぼしたり、回転弁４００の精度を低減したりする場合がある。

さらに、シール４０６から離れる密封表面４２０の後退距離は、オフセット距離４１２と実質的に等しい。一部の例では、単一オフセット距離４１２が長すぎて、弁本体（例えば、改良されていない弁本体）と他の構成部材（例えば、流路の壁）との間、またはそれら各々の間に干渉が生じる場合には、特異な弁本体が要求されるか、弁本体４２８をその長さに適応するように修正する必要がある。例として、オフセット距離４１２が長すぎると、シャフトが弁本体のボンネットの穴部に干渉することがある。また、オフセット距離４１２の短縮によって、密封表面４２０とシール４０６との間の干渉が低減してシール４０６の損傷を防ぐための後退が不十分となることがある。換言すれば、オフセット４１２が短すぎると、弁体４０２がシール４０６に接触（すなわち、弁体４０２がシール４０６から後退）を失うことはない。

図５は、本明細書に記載する、流量制御部材５０２例を有する回転流体弁５００例の断面図を示す。回転流体弁５００は、流入口５０８と流出口５１０との間の流路または通路５０６を規定する弁本体５０４を含む。本例では、流体通路５０６は、中心流路軸５１２を規定する実質的直線の流路である。流量制御部材５０２は流体通路５０６内に配置され、流入口５０８と流出口５１０との間の流量を制御する。シール５１４が、流体通路５０６の流入口５０８に隣接するリテーナ５１６を介して流体通路５０６に連結している。シール５１４は、流体通路５０６のオリフィス５１７を規定する。本例では、シール５１４は柔軟または弾性シール、例えば、ＰＴＦＥシール、無機の柔軟シールなどである。シャフト５１８は、流量制御部材５０２とアクチュエータ（図示せず）とを動作可能に連結し、このアクチュエータは、シール５１４に対して流量制御部材５０２を回転し、通路５０６を流れる流量を制御する。とりわけ、本例では、流量制御部材５０２は９０度回転または４分の１ターンをするように移動して、閉位置（例えば、完全閉位置）と開位置（例えば、完全開位置）との間を移動する。シャフト５１８の一部分を受け入れる穴部５２２を有するボンネット５２０が、弁本体５０４を、アクチュエータ（図示せず）の取り付けブラケットまたはヨーク（図示せず）と連結する。アクチュエータは、空気圧式アクチュエータ、電動アクチュエータ、手動アクチュエータ（例えば、ハンドホイール）、または例として、シャフト５１８を介してシール５１４に対して流量制御部材５０２を回転させる他の種類のアクチュエータでもよい。

流量制御部材５０２は、弁体、Ｍｉｃｒｏ−Ｖｅｅノッチボール、球状のボール弁などでもよい。本例では、流量制御部材５０２は密封表面５２４を含み、密封表面５２４はシール５１４と回転自在と係合し、流入口５０８と流出口５１０との間のオリフィスを流れる流量を制御する。とりわけ、密封表面５２４はシール５１４の面５２６に対して回転または移動する湾曲または球形表面を含み、シール５１４に対する流量制御部材５０２の回転位置によって、回転弁５００を通じて、あるいは、に沿って流れる流体の流速が制御される。

図示の例では、密封表面５２４は、曲面５２８およびノッチ部５３０を含む。流量制御部材５０２の位置は、密封表面５２４がシール５１４と密閉係合する閉位置と、密封表面５２４がシール５１４に対して回転する完全開位置または最大流速位置との間で変化してもよく、そしてノッチ部５３０によって、流入口５０８と流出口５１０との間を、ノッチ部５３０を経て流体が連絡する。閉位置では、ノッチ部５３０は、流入口５０８と流出口５１０との間の流路を提供しない。

このように、流量制御部材５０２が開位置にあるときには、ノッチ部５３０が、流入口５０８と流出口５１０との間の流体の連絡を提供するように一直線に並ぶか、移動し、流体通路５０６に沿って流体が流れることを可能にする。ノッチ部５３０は、精密または正確に流量を制御する用途に用いるのに大いに有利である。なぜならば、密封表面５２４が、閉位置から部分的に開放した位置の方にシール５１４に対して回転すると（例えば、中心流路軸５１２に対して５度回転すると）、ノッチ部５３０によって、弁本体５０４を流れる流体の流速が段階的に増大するからである。

図６Ａは、流量制御部材５０２がシール５１４に対して閉位置６０２にあるときの、シャフト５１８の長手方向軸５３２（図５）に沿って見た流量制御部材５０２の側断面図である。図６Ｂは、流量制御部材５０２がシール５１４に対して開位置６０４にあるときの、シャフト５１８の長手方向軸５３２に沿って見た流量制御部材５０２の側断面図である。本例では、密封表面５２４は、曲率半径Ｒによって少なくともある程度画定された曲率中心６０６を有する曲面または湾曲部分（例えば、曲面または球状に形成された表面）を含む。密封表面５２４の曲率中心６０６は、第一の軸または対称軸６０８と、第一の軸または対称軸６０８と実質的に垂直な第二の軸６１０との交差点に位置する。図６Ａに示すように、流量制御部材５０２が閉位置６０２にあるときには、第一の軸６０８は中心流路軸５１２と実質的に垂直であり、第二の軸６１０は中心流路軸５１２と実質的に平行である。対照的に、図６Ｂに示すように、流量制御部材５０２が開位置６０４に回転すると、第一の軸６０８は中心流路軸５１２と実質的に平行になり、第二の軸６１０は中心流路軸５１２と実質的に垂直になる。

流量制御部材５０２は、シャフト５１８（図５）を受け入れる開口６１２を含む。本例では、開口６１２はシール５１４の面５２６と実質的に垂直である。開口６１２は、第一の軸６０８および第二の軸６１０と実質的に垂直な中心軸６１４を規定し、シャフト５１８の軸５３２（図５）と同軸上に並べられている。さらに、開口６１２の中心軸６１４は、第一の軸６０８および第二の軸６１０に対してオフセットする。とりわけ、開口６１２の中心軸６１４は、閉位置６０２と開位置６０４との間を密封表面５２４がそこを中心にして回転する、流量制御部材５０２のピボットまたは旋回軸６１６（例えば、ダブルオフセットピボット）を規定する。旋回軸６１６は、カムの距離またはオフセット６１８だけ密封表面５２４の曲率中心６０６に対してオフセットしている。より具体的には、閉位置６０２と開位置６０４との間を密封表面５２４がそこを中心にして回転するダブルオフセットピボットまたはシャフト接続として旋回軸６１６が機能するように、シャフト５１８は流量制御部材５０２に偏心可能に連結する。曲率中心６０６と旋回軸６１６との間のカムの距離６１８は、流量制御部材が閉位置６０２にあるときの、長手方向軸６０８に沿った、密封表面５２４の曲率中心６０６から第一の方向６２２に離れる第一の距離６２０（例えば、第一の横方向距離）と、流量制御部材５０２が閉位置６０２にあるときの、曲率中心６０６または長手方向軸６０８から離れる第二の方向６２６における第二の距離６２４（例えば、第二の横方向距離）との両方によって規定される。本例では、第一の方向６２２は第二の方向６２４と実質的に垂直であり、カムの距離６１８は、第一の距離６２０および第二の距離６２４によって規定された斜辺と実質的に等しい。例えば、第一の距離６２２が約０．２５ｃｍであり、第二の距離が約０．１９ｃｍである場合には、カムの距離６１８は約０．３１８ｃｍである。

閉位置６０２では、密封表面５２４の曲率中心６０６は、中心流路軸５１２と実質的に一致する。例えば、第一の軸６０８または曲率中心６０６は、比較的短い距離またはごくわずかな距離だけ中心流路軸５１２からオフセットしてもよい。この方法では、密封表面５２４は、シール５１４の中心軸と実質的に並ぶか、一致する（例えば、密封表面５２４の曲率中心６０６が、シール１１６の中心流路軸５１２と交わる）。この方法では、密閉負荷は、シール５１４の周囲または周辺に均等または均一に分散される。

図６Ａに示す閉位置６０２では、ダブルオフセットピボット６１６は、図６Ａの第一の軸６０８に対する初期角度６２６を有する。流量制御部材５０２が閉位置６０２にあるときの初期角度６２６は、第一の軸６０８または第二の軸６１０のいずれかに対して０度よりも大きく、かつ９０度よりも小さくてもよい。例として、流量制御部材５０２が閉位置６０２にあるときの、ダブルオフセットピボット６１６の初期角度６２６は、第一の軸６０８に対して約−１７度でもよい。

動作中、密封表面５２４は、閉位置６０２と開位置６０４との間における９０度回転によって、旋回軸６１６に対して回転する。とりわけ、密封表面５２４は、流量制御部材５０２（例えば、第二の軸６１０）が中心流路軸５１２に対して０度の回転位置にある完全閉位置と、流量制御部材５０２（例えば、第二の軸６１０）が中心流路軸５１２に対して９０度の回転位置にある完全開位置との間を回転する。

密封表面５２４は、流量制御部材５０２が閉位置６０２にあるときに、十分な干渉でシール５１４と密閉的と係合して比較的隙間の無いシールを提供することによって、流体通路５０６に沿った流体の流れを止める。閉位置６０２では、密封表面５２４の曲率中心６０６は、中心流路軸５１２と実質的に並ぶ。流量制御部材５０２が閉位置にあるときに、シール５１４の面５２６と実質的に平行の、密封表面５２４の最外接線６３０は、シール５１４の面５２６から初期の横方向距離だけ間隔をあける。

密封表面５２４が閉位置６０２と開位置６０４との間をシール５１４に対して回転すると、流量制御部材５０２のノッチ部５３０によって、流入口５０８と流出口５１０との間の流体の連絡が提供され、流体通路５０６に沿った流体の流量を段階的に増加する。流量制御部材５０２による第一の回転位置範囲の移動中（例えば、中心流路軸５１２に対する５度の回転中）、ノッチ部５３０によって流体通路５０６に沿った流体の流速が比較的小さくなり、それによって、精密または正確な流量制御を提供する。流量制御部材５０２は、図４Ａおよび図４Ｂの流量制御部材４０２よりも正確な流量制御を提供する。なぜならば、初期の回転位置範囲中に、密封表面５２４がシール５１４から離れる横方向距離が、図４Ａの密封表面４２０がシール４０６から離れる距離よりも短いからである。

さらに、流量制御部材５０２が開位置６０４に回転すると、密封表面５２４の曲率中心６０６が旋回軸６１６に対して回転または移動する。例えば、流量制御部材５０２が閉位置６０２にあるときには、密封表面５２４の曲率中心６０６は、シール５１４に対して第一の位置にあり、流量制御部材５０２が開位置６０４にあるときには、第一の位置よりもシール５１４からさらに離れた第二の位置にある。開位置６０４では、シール５１４の面５２６と平行の、密封表面５２４の最外接線６３２は、接線６３０と接線６３２との間の横方向距離６３４が、横方向オフセット距離６２０よりも長くなるように、初期の接線６３０から離れた第二の位置にある。

図７は、開位置６０４における流量制御部材５０２の一部を拡大したものである。さらに、図７は、それぞれの初期の接線２１２、４２２および６３０に関するそれぞれの流量制御部材または弁体１１４、４０２および５０２の最外接線２１８、４３０および６３２または後退を示す。示すように、流量制御部材５０２の後退または接線６３２は、弁体１１４および４０２それぞれの最外接線２１８および４２２の後退よりも長い距離を最初または初期の接線６３０に対してオフセットしている。このように、初期の横方向オフセット６２０は図４Ａの弁体４０２の初期の横方向オフセット４１２よりも短いが、流量制御部材５０２のオフセットまたは後退６３２は、図４Ｂの弁体４０２の後退またはオフセット４３０よりも長い。

図４Ａおよび図４Ｂの弁体４０２とは異なり、横方向のダブルオフセット接続によって、流量制御部材５０２が閉位置６０２から開位置６０４に移動するような第一の回転範囲中（例えば、およそ５度〜１５度の回転中）に、流量制御部材５０２がシール５１４の面５２６から比較的短い横方向距離を離間または後退し、より正確なまたは小さい流体流速を与えることが可能になる。さらに、図４Ａおよび図４Ｂの弁体４０２と同様に、ダブルオフセットの横方向接続によって、流量制御部材５０２が閉位置６０２から開位置６０４に移動するような第二の回転範囲中（例えば、およそ１５度〜９０度の回転中）に、流量制御部材５０２がシール５１４の面５２６から比較的長い横方向距離を離れることが可能になる。

この方法では、流量制御部材５０２が開位置６０４に移動するときの、密封表面５２４とシール５１４との間の干渉が実質的に低減または除去され、その上、初期の回転位置範囲中、正確なまたは制御された流量がもたらされる。このように、流量制御部材５０２が開位置６０４に長時間あるとき（例えば、不良状態、正常な開放弁位置にある間など）に、ノッチ部５３０との間のシール５１４の一部分は変形または損傷しない。なぜならば、ダブルオフセット接続により密封表面５２４がシール５１４から離れ、密封表面５２４がシール５１４との干渉を除去または顕著に低減できるからである。さらに、初期のオフセット６２０は後退距離またはオフセット６３４よりも短い。その結果、密封表面５２４の第一の回転範囲中、シール５１４に対する密封表面５２４の後退距離６３４はより短くなり、比較的少ない流量を達成できる。同様に、初期のオフセット６２０が、例えば、図４Ａおよび図４Ｂの弁体４０２の初期のオフセット４１２よりも比較的短いため、流量制御部材５０２は、弁本体５０４（例えば、シャフト５１８とボンネット５２０の穴部５２２との間、それと流路の境界との間）または弁本体５０４の他の構成部材との間の干渉の可能性を顕著に低減する。その結果、図５、図６Ａおよび図６Ｂに示すダブルオフセット接続を、弁本体を変形することなく、公知の回転弁本体に用いることができる。

図８は、ダブルオフセットピボット８０２を有する流量制御部材８００を示す。図８は、閉位置８０４および開位置８０６にある流量制御部材８００を示す。閉位置８０４では、密封表面８１０の曲率中心８０８はシールの中心線８１２と実質的に一致し、ダブルオフセットピボット８０２を中心にして回転する。閉位置８０４では、ダブルオフセットピボット８０２は、カムの距離８１４だけ曲率中心８０８から離れ、曲率中心８０８と交わる流量制御部材８００の第一の軸または対称軸８１８に対する初期角度８１６を有する。

図８は、流量制御部材８００が閉位置８０４から開位置８０６に回転または移動するときの、シールの中心線８１２に対する曲率中心８０８のオフセット距離または位置８２０を示す。また、図８は、流量制御部材８００が閉位置８０４と開位置８０６との間を回転するときの、シール８２４に関連するシールの中心線８１２に沿って曲率中心８０８が移動する後退距離または位置８２２も示す。

図９Ａ、図１０Ａおよび図１１Ａは、それぞれ、異なる始動または初期角度８１６によって達成された例示のオフセット位置８２０のグラフ表示９００、１０００および１１００である。図９Ｂ、図１０Ｂおよび図１１Ｂは、それぞれ、異なる始動角度８１６によって達成された例示の後退位置８２２のグラフ表示９０２、１００２および１１０２である。例えば、図９Ａおよび図９Ｂは、始動角度８１６が−１７度であり、カムの距離が０．０３８ｃｍであるときの、それぞれの位置８２０および８２２を示す。図１０Ａおよび図１０Ｂは、始動角度８１６が−１０度であり、カムの距離が０．０３８ｃｍであるときの、距離または位置８２０および８２２を示す。図１１Ａおよび図１１Ｂは、始動角度８１６が−３度であり、カムの距離が０．０３８ｃｍであるときの、距離８２０および８２２を示す。図９Ｃ、図１０Ｃおよび図１１Ｃは、それぞれのグラフ９００、９０２、１０００、１００２、１１００および１１０２のグラフ結果を、表形式９０４、１００４および１１０４で示す。

特定の装置を本明細書に記載したが、本特許の適用範囲はこれに限定されない。むしろ、本特許は、逐語的に、または均等論の原則に従う添付の請求項の範囲内に適正に入る全ての装置を対象とする。

Claims (9)

1. シールによって画定されるオリフィスを通る中心流路軸を含む流体通路を規定する弁本体と、
   前記シールに対して回転し、前記弁本体の流入口と流出口との間の流量を制御する密封表面を有する弁体と、
   前記弁体をアクチュエータと動作可能に連結し、前記弁体に偏心可能に連結して、完全開位置と完全閉位置との間を前記密封表面がそこを中心にして回転する旋回軸を規定するシャフトと、を含み、
   前記密封表面は、その曲率半径によって規定された曲率中心を含み、
   前記弁体が、前記密封表面と前記シールとの間に密封が形成される前記完全閉位置にあるとき、前記密封表面の前記曲率中心は、前記中心流路軸と実質的に一致し、前記旋回軸は、前記中心流路軸に垂直な第一の軸に沿った第一の方向に前記中心流路軸から第一の距離だけオフセットし、かつ、前記中心流路軸に沿った第二の方向に前記曲率中心から第二の距離だけオフセットし、前記曲率中心は、前記旋回軸と前記シールとの間に位置する、流体弁。
2. 前記旋回軸が、前記密封表面の前記曲率中心と前記第一の軸及び前記中心流路軸それぞれに対して、０度よりも大きく、かつ９０度よりも小さい角度内に位置している、請求項１に記載の流体弁。
3. 前記弁体が前記完全閉位置にあるとき、前記角度が前記第一の軸に対して約１度〜４５度の範囲にある、請求項２に記載の流体弁。
4. 前記弁体がボール弁を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体弁。
5. 前記ボール弁が、セグメントボール弁または微小のＶノッチを有するボール弁を含む、請求項４に記載の流体弁。
6. 前記密封表面が球形の密封表面を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の流体弁。
7. カムの距離が、第一の距離および第二の距離によって規定された斜辺によって定められる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の流体弁。
8. 前記カムの距離が約０．１３〜０．８ｃｍとなるように、前記第一の距離が約０．１３〜０．６４ｃｍであり、前記第二の距離が約０．０２５〜０．３８ｃｍである、請求項７に記載の流体弁。
9. 前記弁体が前記完全閉位置と前記完全開位置との間を移動するとき、前記密封表面が前
   記旋回軸回りに前記シールに対する９０度回転によって移動可能である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の流体弁。

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