JP6633645B2 - バルブ - Google Patents

Description

本発明は、流体の流れを制御するバルブに関する。バルブは、バルブハウジング、バルブハウジングを通る流体の流れを制御するための流体制御手段とを備え、該流体制御手段は、バルブハウジングの内部に配置されている。バルブはまた、シャフト手段を備える。

ゲートバルブ（gate valve）のようなシャフト作動式バルブ（shaft operated valve）は、典型的には、ウェッジのナットと係合する（meshing with a nut of a wedge）ねじ部（threaded part）を備えたシャフトを備える。したがって、シャフトが回転するとき、ウェッジ（wedge，楔）は、バルブを通る流路を開閉するために上下に変位する。

シャフトが軸方向に固定されていることを保証するために、例えば、特許文献１から、シャフトの円形突起（circular protrusions）と係合するカラー（collar）を備えたバルブハウジングを提供することが知られている。しかしながら、このようなバルブの設計は、バルブの操作時、特に、バルブの開閉中に過大なトルクが加わった場合には、ウェッジ、シャフトまたはカラーを損傷する危険が伴う。

このように、特許文献２からは、シャフトの回転軸に対して４５°の角度で、カラーとシャフトの間の係合接触面（meshing contact surfaces）を形成して、カラーとシャフトの間の接触面を増加させて、それによって、例えば、ウェッジが末端位置（extreme position）に達したときなど、軸方向の力が増大したときは、摩擦を増大させることが知られている。しかしながら、バルブハウジングに関連してシャフトを軸方向に固定する方法は、費用対効果が良くない。

国際公開第９５／１９５１８号 国際公開第２０１４／１７７６８１号

したがって、本発明の目的は、バルブハウジングに対してシャフトを軸方向に固定するための、より費用対効果の高い手段を備えたバルブを提供することである。

本発明は、流体の流れを制御するバルブを提供する。バルブは、バルブハウジングと、バルブハウジングを通る流体の流れを制御するための流体制御手段とを備え、流体制御手段は、バルブハウジングの内部に配置される。バルブは、また、シャフト摩擦面（shaft friction surfaces）の１組を備えるシャフト手段（shaft means）を備え、このシャフト摩擦面の１組は、相互のシャフト摩擦面角度（mutual shaft friction surface angle）内に配置された第１のシャフト摩擦面と第２のシャフト摩擦面を含む。シャフト摩擦面角度は、第１のシャフト摩擦面と第２のシャフト摩擦面の間の内側の角度（inside angle）であり、流体制御手段は、シャフト手段の回転に応じてシャフト手段の回転軸に沿って変位するよう配置されている。バルブは、さらに、カラー摩擦面（collar friction surfaces）の１組を含むカラー手段（collar means）を備え、このカラー摩擦面の１組は、相互のカラー摩擦面角度内に配置された第１のカラー摩擦面と第２のカラー摩擦面を含む。カラー摩擦面角度は、第１のカラー摩擦面と第２のカラー摩擦面の間の内側の角度であり、カラー摩擦面の１組は、シャフト摩擦面の１組と係合するように配置されており、シャフト摩擦面角度と、カラー摩擦面角度は、１１０°〜１７５°、好ましくは、１２０°〜１７０°である。

シャフト手段およびカラー手段の両方が少なくとも摩擦面の１組を備えることは、シャフト摩擦面の１組がカラー摩擦面の１組と係合するとき、例えば、ゲートバルブのウェッジが完全開放位置または完全閉鎖位置にあるなど、流体制御手段が末端位置に達していたとしても、流体制御手段、シャフト手段、カラー手段および／またはバルブの他の部分は、損傷を与える過負荷からよりよく保護されるという点で有利である。すなわち、このように、シャフト手段およびカラー手段間の大きな摩擦力は、流体制御手段が末端位置に到達した結果、軸方向の力が増加すると直ぐに生成される。これは、軸方向力の方向には関係しない。

特許文献１および特許文献２に開示されているような公知のシャフトおよびカラーにおいて、カラーおよびシャフトは、典型的には、係合する部分間の摩擦が高くなり、異なるバルブ部分を損傷する危険を十分に低減することを保証するため、複数の対応する表面を備える必要がある。

しかしながら、カラー手段およびシャフト手段の摩擦面を上記の範囲の鈍角に形成することによって、より少ないシャフト摩擦面およびカラー摩擦面、例えば、シャフト摩擦面およびカラー摩擦面の１組のみを有するシャフト手段およびカラー手段を形成し、なお同じ程度の摩擦力を達成することができる。この結果、カラー手段およびシャフト手段の製造コストを削減することができる。

さらに、各摩擦面間の鈍角は、上記の範囲内での係合する摩擦面の組は、係合するシャフト手段とカラー手段の摩擦／制動効果を増幅するウェッジ効果（wedging-effect，楔効果）を発生させるとともに、物理的に小さなカラー手段は、十分な摩擦／制動効果を発生させることを可能にし、コストと空間消費を削減することができる点で有利である。

さらに、シャフト摩擦面角度およびカラー摩擦面角度が小さすぎる場合は、ウェッジ効果がきわめて小さくなり、したがって、同じ効果を達成するために表面領域を増加する必要がある。しかしながら、摩擦面角度が大きすぎる場合は、相互摩擦面が簡単に分離できなくなる程度にまで実際に押し込まれてしまう危険性（risk of the friction surfaces wedging）がきわめて高くなる。このように、この角度範囲は、効率性および機能性間の有利な関係を示している。

「流体制御手段」との用語は、この文脈において、地下に設置されたバルブを通る流体の流れを制御するのに適した、ゲート、ハッチ、ボールまたは他の種類の閉塞具（blocking device）として理解するべきである。

同様に、「シャフト手段」との用語も、この文脈では、バルブハウジングの外側からバルブハウジング内の流体制御手段へ、回転を伝達するのに適した、スピンドル、ロッド、車軸（axle）または他の種類のシャフトとして理解すべきことに留意すべきである。

さらに、この文脈では、「カラー手段」との用語は、バルブのシャフト手段を取り囲むとともに、シャフト手段とバルブハウジングの間の軸方向の力を伝達するのに適した、任意の種類のリング、バンド、円形フランジまたは他の種類のカラーとして理解すべきである。しかしながら、これは、カラー手段が、軸方向におよび／または半径方向に、複数の実質的に分離した部分および／またはセクタに、分割されることを決して除外するものではなく、また、カラー手段が、バルブハウジングまたはバルブの他の部分と一体的に形成されることを除外するものでもないことに留意すべきである。

本発明の１態様では、シャフト摩擦面角度とカラー摩擦面角度は実質的に同一である。

シャフト摩擦面角度およびカラー摩擦面角度を実質的に同一に形成することは、これによって、表面のよりよい整合を可能とし、その結果、シャフト手段の軸方向の力／変位によって、ともに力が加わったときは、シャフト摩擦面およびカラー摩擦面間の摩擦が増大するという点で有利である。

本発明の１態様では、シャフト摩擦面角度およびカラー摩擦面角度は１４５°〜１６５°、例えば１５４°である。

シャフト摩擦面角度およびカラー摩擦面角度が小さすぎる場合は、ウェッジ効果がきわめて小さくなり、したがって、同じ効果を達成するために表面領域を増加させる必要がある。しかしながら、摩擦面角度が大きすぎる場合は、相互摩擦面が簡単に分離できなくなる程度にまで実際に押し込まれてしまう危険性がきわめて高くなる。このように、この角度範囲は、効率性および機能性間の有利な関係を示している。

本発明の１形態では、シャフト摩擦面およびカラー摩擦面間の摩擦係数は、０．０５〜２、好ましくは、０．１〜１、最も好ましくは、０．１５〜０．５５、例えば、０．３５である。

シャフト摩擦面おおびカラー摩擦面間の摩擦係数が小さすぎる場合は、係合摩擦面は所望の制動効果を生成せず、バルブの部分（parts of the valve）を損傷する危険性が高くなる。しかしながら、隣接する摩擦面間の摩擦係数が大きすぎる場合は、通常の動作中にバルブを操作するのにより大きな力が必要となる。この摩擦係数の範囲は、安全性および機能性間の有利な関係を示している。

この文脈では、「摩擦係数」との用語は、シャフト手段およびカラー手段の乾燥した非潤滑摩擦面（dry, un-lubricated friction surfaces）間の静的摩擦係数として理解すべきことに留意すべきである。

本発明の１態様では、摩擦面角度と、シャフト摩擦面およびカラー摩擦面間の摩擦係数との比は、１５０〜１，０００、好ましくは２００〜８００、最も好ましくは３００〜６００である。

摩擦面角度と摩擦面間の摩擦係数との比が小さすぎる場合は、係合摩擦面は、所望の制動効果を生成せず、バルブの部分を損傷する危険性が高くなる。しかしながら、上記比が高すぎる場合は、通常の動作中にバルブを操作するのにより大きな力が必要となる、および／または、摩擦面が容易に分離できなくなる程度にまで摩擦面が押し込まれる危険性が増加する。このように、この角度範囲は、安全性および機能性間の有利な関係を示している。

本発明の１態様では、シャフト手段の回転軸と第１のシャフト摩擦面との間の第１の移行角度（transition angle）は、シャフト手段の回転軸と第２のシャフト摩擦面との間の第２の移行角度と実質的に同一である。

第１および第２の移行角度を実質的に同一に形成することは、これによって、損傷を与える過負荷に対する保護が流体制御手段が末端位置にあっても実質的に同一である点で有利である。さらに、より均一な設計は、製造および組立コストを削減する。

発明の１態様では、第１の移行角度および第２の移行角度は、１°〜４０°、好ましくは４°〜３０°、最も好ましくは８°〜２０°、例えば１３°である。

移行角度が大きすぎる場合は、ウェッジ効果がきわめて小さくなり、したがって、同じ効果を達成するために隣接する摩擦面の表面領域を増加させる必要がある。しかしながら、移行角度が小さすぎる場合は、摩擦面が容易に分離できなくなる程度にまで相互摩擦面が押し込まれる危険性がきわめて高くなる。このように、この角度範囲は、効率性および機能性間の有利な関係を示している。

本発明の１態様では、シャフト手段は、シャフト摩擦面の複数組を備える。

シャフト摩擦面の複数組を有するシャフト手段を形成することは、この結果、シャフト手段のより広い領域にわたってシャフト摩擦面を分散するができ、それによって局所的な応力集中の危険性を低減できる点で有利である。

本発明の１態様では、カラー手段は、カラー摩擦面の複数組を備える。

カラー摩擦面の複数組を有するカラー手段を形成することは、この結果、シャフト手段およびバルブハウジングのより広い領域にわたってカラー摩擦面を分散するができ、それによって局所的な応力集中の危険性を低減できる点で有利である。

本発明の１態様では、シャフト摩擦面の１組は第１の材料から作られ、カラー摩擦面の１組は第２の材料から作られ、第１の材料は第２の材料とは異なる。

シャフト摩擦面およびカラー摩擦面は、同じ材料から作られる場合は、かみつき（seizing）の危険性が劇的に増大する。したがって、隣接する摩擦面を異なる材料で形成することは有利である。

本発明の１態様では、シャフト摩擦面の１組はステンレス鋼で作られる。

バルブにおいて、シャフト手段は、典型的には、バルブハウジングの外側から流体制御手段を操作できるように、バルブハウジングの外側に延びる。しかしながら、バルブはしばしば地下に埋設されるか、または他の方法で過酷な環境に置かれるので、ステンレス鋼のような耐久性のある不活性材料でシャフト手段を形成することが有利である。

本発明の１態様では、カラー摩擦面の１組は真ちゅう製である。真ちゅうは、比較的硬くて強い材料であり、カラーの摩擦面の１組を形成するのに適している。

本発明の１態様では、シャフト摩擦面の１組は、シャフト手段の外側を取り囲むように形成され、また、本発明の１態様では、カラー摩擦面は、シャフト摩擦手段およびカラー摩擦手段が容易に係合できるように、カラー手段の内側に形成される。

本発明の１態様では、カラー手段は、少なくとも１つの完全な固体リング（full solid ring）を備える。

カラー手段を連続リング（continuous ring）として形成することは、製造プロセスを単純化し、物流上の問題を低減するという点で有利である。

本発明の１態様では、カラー手段は、収縮（shrinkage）によってシャフト手段に取り付けられる。

シャフト摩擦面およびカラー摩擦面が係合しなければならず、カラー手段が連続リングとして形成されている場合には、カラー手段を収縮によってシャフト手段に取り付けることは、これによって摩擦面が、取付工程の後、互いに接触することが保証される点で、有利である。

本発明の１態様では、カラー手段は、複数の半径方向に分割されたカラーセクタ部によって形成される。

複数の半径方向に分割されたカラーセクタ部からカラー手段を形成することは、カラー手段をシャフト手段に容易に取り付けることができる点で有利である。

本発明の１形態では、カラー手段は、実質的にシャフト手段を取り囲んでいる。

カラー手段が実質的にシャフト手段を取り囲むようにカラー手段を形成することは、この結果、シャフト摩擦面とカラー摩擦面との間に、より広い接触領域を形成することができる点で有利である。

本発明の１態様では、カラー摩擦面は実質的にシャフト摩擦面を取り囲んでいる。

カラー摩擦面がシャフト摩擦面を実質的に取り囲むようにカラー摩擦面を形成することは、この結果、シャフト摩擦面とカラー摩擦面の間に、より広い接触領域を形成することができる点で有利である。

本発明の１形態では、バルブは、さらに、カラー手段およびバルブハウジングが相互に回転しないよう実質的にロックするための（for substantially locking）回転ロック手段（rotational locking means）を備える。

シャフト手段の軸方向の力があるレベルに達すると、カラー摩擦面とシャフト摩擦面の間の摩擦が高くなり、それによって、カラー手段はシャフト手段とともに回転し、カラーの摩擦効果を劇的に低減し、それによって、流体制御手段が末端位置に達したときにバルブの１または複数の部分に過負荷をかける危険性を増加させる。したがって、カラー手段がバルブハウジングに対して回転しないよう固定するための回転ロック手段を有するバルブを用いることが有利である。

本発明の１態様では、回転ロック手段は、カラー手段のカラーロック部（collar locking parts）と、バルブハウジングのバルブロック部（valve locking parts）とを備える。

これにより、本発明の有利な実施形態が達成される。

本発明の１態様では、カラーロック部とバルブロック部とが係合している。

カラー手段およびバルブハウジングを、相互に係合するロック部（mutually meshing locking parts）で形成することは、バルブハウジングとの関連でカラー手段が回転しないように効率的にロックが可能となる点で有利である。

本発明の１形態では、カラーロック部はカラー手段から突出しており、バルブロック部はバルブハウジング内に１又は複数のくぼみ（indentations）として形成されている。

これにより、本発明の有利な実施形態が達成される。

本発明の１態様では、流体制御手段は、シャフト手段のねじ部と係合するように配置されたナット手段を備える。

シャフト手段のねじ部と係合するナット手段を有する流体制御手段を形成することは、これによって、単にシャフト手段を回転することにより、比較的大きな力でナット手段を変位させることができる点で有利である。

本発明の１態様では、流体制御手段は、バルブハウジングの内部で直線的に変位するように配置されたウェッジ手段を備える。

これにより、本発明の有利な実施形態が達成される。

本発明の１形態では、第１のシャフト摩擦面と第２のシャフト摩擦面の間の交差領域（intersection area）は、面取り（chamfer）または丸み付け（rounding）を備える。

例えば、２つの隣接する摩擦面の間の頂点を丸めること（rounding the apex）は、頂点の耐久性を高める点で有利である。

本発明の１形態では、第１のシャフト摩擦面と第２のシャフト摩擦面は、シャフト手段上に軸方向に間隔をあけて配置されている。

シャフト手段上で第２のシャフト摩擦面から離間させて第１のシャフト摩擦面を形成し、第１および第２のシャフト摩擦面が隣接しないことは、ある状況下ではより有利なシャフト手段の設計を可能にする点で有利である。

本発明の１態様では、第１のカラー摩擦面および第２のカラー摩擦面は、シャフト手段上で軸方向に間隔をあけて配置されている。

シャフト手段上で第２のカラー摩擦面から離間させて第１のカラー摩擦面を形成し、第１および第２のカラー摩擦面が隣接しないことは、ある状況下のカラー手段をバルブハウジングの内部に、より良好に適合させることができる点で有利である。

本発明の１態様では、カラー手段は、少なくとも２つの軸方向に分割されたカラーリング部を備える。

カラー手段を多数の軸方向に分割されたカラーリング部に分割することは、カラー手段のシャフト手段へのより簡単な取付を可能にする点、および／または、より簡単な製造工程を可能にする点で有利である。

本発明の１態様では、シャフト摩擦面の１組はカラー摩擦面の１組に隣接する。

本発明の１形態では、少なくとも２つの軸方向に分割されたカラーリング部のうちの第１のカラーリング部は、第１のカラー摩擦面を備え、少なくとも２つの軸方向に分割されたカラーリング部のうちの第２のカラーリング部は、第２のカラー摩擦面を備える。

別個のカラーリング部上に２つのカラー摩擦面を形成することは、カラー手段のシャフト手段へのより簡単な取付を可能にする点、および／または、より簡単な製造工程を可能にする点で有利である。

本発明の１形態では、バルブは、シャフト摩擦面の１組の少なくとも１つの部分と、カラー摩擦面の１組との間に潤滑を供給するように配置された潤滑手段（lubrication means）を備える。

潤滑手段をバルブ内またはバルブ上に配置することは、少なくとも時折シャフト摩擦面およびカラー摩擦面間の隣接する面を潤滑し、それによって、バルブの通常の作動中、摩擦を低減することが可能となる点で有利である。

この文脈で、「潤滑手段」との用語は、カラー手段、シャフト手段、バルブハウジングまたは潤滑を分配するのに適した他のものにおける、任意の種類の孔（hole）、流路（channel）、ダクト（duct）または他のもの、あるいは、バルブのシャフト摩擦面およびカラー摩擦面間に潤滑を供給するのに適した、他の種類の受動的または能動的な潤滑装置（passive or active lubricator）として理解されるべきであることに留意すべきである。

本発明の１形態では、バルブは、シャフト作動式ゲートバルブ（shaft operated gate valves）、グローブバルブ（globe valves）、ナイフバルブ（knife valves）、ニードルバルブ（needle valves）、およびプラグバルブ（plug valves）からなる群から選択される。

上記のバルブの種類の共通の特徴は、それらがすべて、シャフトを備え、内部流体制御手段の状態がシャフトの回転によって制御されることである。したがって、これらのバルブのいずれかが例えば閉鎖時に過度に締め付けられると、過負荷のためにバルブの１または複数の部分が破損または変形する可能性がある。したがって、上記のバルブの１または複数の種類に関連して本発明を使用することが特に有利である。

本発明の１態様では、バルブはシャフト作動式ゲートバルブである。

ゲートバルブでは、ウェッジが相対的に長い距離移動してバルブを開閉する。このように、シャフト作動式ゲートバルブでは、シャフトは長くなければならず、したがって軸方向の過負荷に対して特に脆弱であり、この種類のバルブの長くて細いシャフト手段はより簡単に変形する可能性がある。したがって、この特定のバルブの種類に関連して本発明を使用することが特に有利である。

本発明の１形態では、カラー手段は、バルブハウジングと一体的に形成される。

カラー手段をバルブハウジングと一体的に形成することは、バルブの製造、組立および取り扱いを簡略化する点で有利である。

本発明の実施形態を、非限定的な例として以下の図面を参照して説明する。
ゲートバルブの斜視図を示す。 正面から見たゲートバルブの中央を通る部分断面を示す。 側面から見たゲートバルブの中央を通る部分断面を示す。 バルブの上部の部分断面斜視図を示す。 正面から見たシャフト手段の第１の実施形態を示す。 正面から見たシャフト手段の第２の実施形態を示す。 正面から見たシャフト手段の第３の実施形態を示す。 正面から見たカラー手段の中央を通る断面を示す。 正面から見た２つの個々のカラーリング部分によって形成されたカラー手段の中央を通る断面を示す。 ２つのカラーセクタ部によって形成されるカラー手段の斜視図を示す。

図１は、ゲートバルブ１の斜視図であり、図２は、ゲートバルブ１の中央の正面から見た部分断面図である。

仕切弁（sluice valve）としても知られているゲートバルブ１は、バルブ１のバルブハウジング３を通る流体の経路からウェッジ手段１７を持ち上げることによって開くバルブ１である。ゲートバルブ１の特徴は、ウェッジ手段１７とウェッジ手段シート（wedge means seats，ウェッジ手段弁座）との間のシール面が実質的に平面であることであり、したがって、流体の直線流れおよび最小限の制限が望まれる場合、ゲートバルブ１がしばしば使用される。ゲートバルブ１のウェッジ手段１７の面は、たいてい少なくとも部分的にくさび形であるが、平行であってもよい。

本実施形態では、バルブ１は、流体制御手段２がバルブハウジング３を通って流体の流れを許容または阻止するように配置されたバルブハウジング３を備える。本実施形態では、バルブハウジングは、バルブ１がパイプ（図示せず）と接続できるようにする端部フランジ（end flanges）２２を備える。

本実施形態では、ステム４の形態のシャフト手段４は、バルブハウジング３の上部を通って下向きに延びる。本実施形態では、シャフト手段４の下部には、ナット手段１５の雌ねじ（internal thread）と係合する雄ねじ（external thread）１６が設けられている。ナット手段１５は、ウェッジ手段１７に固く接続されているので、シャフト手段４が回転するとき、ナット手段１５およびウェッジ手段１７は、回転方向に応じて、シャフト手段４を上下方向に移動、すなわち、流体制御手段２は、シャフト手段４の回転に従ってシャフト手段４の回転軸７に沿って変位するよう構成されている。このように、ウェッジ手段１７は、末端位置、すなわち完全閉鎖位置または完全開放位置に達すると、ウェッジ手段１７は、さらなる移動が物理的に阻止される。そのように、シャフト手段４が回転を止めなかった場合、末端位置に到達し、回転はシャフト手段４、流体制御手段２またはバルブ１の他の部分に加わる実質的な軸方向荷重を発生させる。回転停止が間に合わなかった場合、シャフト手段４、ウェッジ手段１７などが変形するか、または、バルブ１が他の方法で軸方向荷重によって損傷する可能性がある。

このように、本実施形態では、シャフト手段４のシャフト摩擦面５，６の１組と係合するように配置されたカラー摩擦面９，１０の１組を備えたカラー手段８によって、シャフト手段４は軸方向に変位しないように実質的に固定されている。カラー手段８は、バルブハウジング３の半径方向面（radial surfaces）によって軸方向に変位しないように実質的に固定されている。

本実施形態では、シャフト手段の上端は、バルブハウジング３から延びており、４つの平坦面（four flat surfaces）の形態で接続装置（connection arrangement）２３が設置され、シャフト手段４の上端を四角形状に構成する。接続装置２３は、シャフト手段４が、例えば、キー（key）、レンチ（wrench）、ハンドホイール（hand wheel）などによって手動で回転するか、あるいは、モータ、アクチュエータまたは他の手段によって自動的に作動することを可能にする。

他の実施形態では、バルブ１は、可動ディスクタイプ要素および一般的な球状体の静止したリング座（stationary ring seat）を含む、流体制御手段２を備えたグローブバルブ１であってもよい。グローブバルブ１は、その名称は内部隔壁（internal baffle）によって分離されたバルブハウジングの２つの半体（two halves of the valve housing）を有する球体形状に由来する。これは、シート（seat，座）を形成する開口（opening）を有しており、該シートに対して、流体制御手段２の可動プラグは、バルブを閉鎖する（close (or shut)）ためにねじ込む（be screwed in）ことができる。プラグはまた、ディスク（disc or disk）と呼ばれる。グローブバルブ１において、プラグは、シャフト手段４に接続されており、該シャフト手段は、バルブハウジング３の外側から操作することできる。

他の実施形態では、バルブ１は、ナイフバルブ１であってもよく、実質的にゲートバルブ１と同じであって、ウェッジ手段１７はナイフ形状に形成されており、このナイフ形状によってウェッジ手段１７は極めて濃い液体または半液体であっても流れを切断することができる。

他の実施形態では、バルブ１は、流体制御手段２が、小さなポートとねじ付きのニードル形状のプランジャー（threaded, needle-shaped plunger）を備えたバルブの１種であるニードルバルブ１であってもよい。このバルブ１の種類は、一般的に比較的低い流量の能力しか有していないものの、正確な流れの調整が可能である。

あるいは、他の実施形態では、バルブ１は別のタイプのシャフト作動式バルブであってもよい。

図３は、ゲートバルブ１の中央を横から見た部分断面図である。

ウェッジ手段１７がシャフト手段４の回転に伴って回転するのを防止するために、この実施形態では、ウェッジ手段１７は、バルブハウジング３の両側に沿って延びるガイド手段２４によって案内されるよう配置されている。

図４は、バルブ１の上部の部分断面の斜視図である。

この実施形態では、バルブハウジング３は、ボルト２６によってバルブハウジング３の下部（bottom part）２７に取り付けられた上部（top part）２５を備える。バルブ１の組立て中、この実施形態では、シャフト手段４およびカラー手段８は、まず、下部２７に設置され、その後上部２５が設置される。その結果、カラー手段８の半径方向位置および特に軸方向位置は、実質的に固定される。しかしながら、他の実施形態では、カラー手段８の位置は、バルブハウジング３との関係で他の方法、例えば、特別な器具（special fittings）によって、ねじまたはボルトによって、溶接によって、または他の方法で固定することができ、あるいは、カラー手段８は、バルブハウジング３と一体的に形成することができる。

シャフト摩擦面角度ＳＡおよびカラー摩擦面角度ＣＡは、それぞれ、第１および第２のシャフト摩擦面５，６間の、第１および第２のカラー摩擦面９，１０間の、相互の内側の角度（mutual inside angle）である。この実施形態では、シャフト摩擦面５，６はカラー摩擦面９，１０に完全に一致するので、シャフト摩擦面角度ＳＡおよびカラー摩擦面角度ＣＡは、ともに１５４°である。しかしながら、他の実施形態では、これらの角度は、１５８°、１６２°、１６８°またはそれ以上のように、１５４°よりも大きくてもよいし、あるいは、１５１°、１４８°、１４１°またはそれ以下のように小さくてもよい。上述の「完全に一致」（completely match）との用語は、何らかの許容誤差（tolerance）または、対向する面５，６，９，１０間のクリアランス（clearance）が存在すること、すなわち、明らかに何らかの製造公差（production tolerance，製造ばらつき）が存在すること、摩耗によって相違が生じることがあること、および、流体制御手段２の末端位置間の移動中に、対向する面５，６，９，１０が実質的に接触しないように、意図的な許容誤差やクリアランスをとることを排除するものではないことにも留意すべきである。

この実施形態では、図６および図７にも示されるように、シャフト手段４の回転軸７と第１のシャフト摩擦面５の間の第１の移行角度ＦＴＡは、実質的にシャフト手段４の回転軸７と第２のシャフト摩擦面６の間の第２の移行角度ＳＴＡと同一である。したがって、シャフト摩擦面角度ＳＡが１５４°である、この実施形態では、第１および第２の移行角度ＦＴＡ，ＳＴＡは、ともに１３°である。しかしながら、図５に関連して説明したとおり、これらの角度は、本発明の他の実施形態では変えてもよい。

この実施形態では、シャフト手段４は、ステンレス鋼から作られるが、他の実施形態では、鋼、鋳鉄、チタン、真ちゅう、アルミニウムまたは他の金属、プラスチック、木材、セラミックス等の他の材料、あるいは、それらの組み合わせから製造してもよい。

この実施形態では、カラー手段８は、真ちゅうから作られるが、他の実施形態では、鋼、鋳鉄、チタン、青銅、アルミニウムまたは他の金属、プラスチック、木材、セラミックス等の他の材料、あるいは、それらの組み合わせから製造してもよい。

他の実施形態では、少なくとも１つの整合する面（matching surfaces）５，６，９，１０は、例えば、摩擦を増加または減少させる、面５，６，９，１０の寿命を延ばす、腐食を防止する、自己潤滑などの潤滑を可能にするなど、何らかの表面処理を含んでいてもよい。すなわち、他の実施形態では、１または複数の整合する面５，６，９，１０は、別の種類の金属コーティング、セラミックコーティング、複合材料コーティング、プラスチック材料コーティングまたは他の種類の表面処理を含んでいてもよい。あるいは、他の実施形態では、１または複数の面５，６，９，１０は、焼戻し（tempered）するか、または、少なくとも何らかの焼戻し処理（tempering treatment）を含んでいてもよい。

このように、シャフト手段４がステンレス鋼から作られ、カラー手段８が真ちゅうから作られる場合は、シャフト摩擦面５，６およびカラー摩擦面９，１０間の摩擦係数は、この場合約０．３５となる。しかしながら、他の実施形態では、特に、シャフト手段４およびカラー手段８のうちの一方が別の材料から作られた場合は、摩擦係数は、例えば、０．４５、０．５、０．７またはそれ以上のように大きくなる可能性、あるいは、０．３、０．２５、０．２またはそれ以下のように小さくなる可能性がある。

摩擦面角度ＳＡ，ＣＡが１５４°であり、摩擦係数が０．３５であるときは、摩擦面角度ＳＡ，ＣＡと、シャフト摩擦面５，６およびカラー摩擦面９，１０間の摩擦係数との比は、この場合は４４０である。しかしながら、摩擦面角度ＳＡ，ＣＡ、材料、可能な潤滑、温度等の種類に応じて、この比は、他の実施形態では、４９０、５２５、５７５またはそれ以上のように高くなる可能性と、４００、３７０、３２０またはそれ以下のように低くなる可能性がある。

図５は、正面から見たシャフト手段４の第１の実施形態を示す。

この実施形態では、第１シャフト摩擦面５と第２シャフト摩擦面６との間のシャフト摩擦面角度ＳＡは、約１４８°である。しかしながら、この実施形態では、シャフト手段４の回転軸７と第１シャフト摩擦面５との間の第１の移行角度ＦＴＡは、回転軸７と第２のシャフト摩擦面６との間の第２の移行角度ＳＴＡと同一ではない。すなわち、この実施形態では、第１の移行角度ＦＴＡは約２３°であり、第２の移行角度ＳＴＡは約９°である。この実施形態では、移行角度ＦＴＡ，ＳＴＡ間の差（difference）によって必然的に、バルブ１が閉鎖位置に達したとき、その後末端の開放位置に達したときに、より多くの摩擦が発生することになる。

他の実施形態では、移行角度ＦＴＡ，ＳＴＡ間の差は、例えば、特定の用途、特定のバルブの種類などに応じて異なる。

鈍角のシャフト摩擦面角度ＳＡによって、シャフト手段の最小直径を縮小させる必要がなくなる。すなわち、鈍角のシャフト摩擦面角度ＳＡにより、第１のシャフト摩擦面５および第２のシャフト摩擦面６は、実質的にシャフト手段４の強度を落とすことなく（without compromising the strength of the shaft means 4）比較的広くすることができる。

図６は、正面から見たシャフト手段４の第２の実施形態を示す。

他の図面に示した実施形態では、シャフト摩擦面５，６は、シャフト手段４のくぼみ（indentation）として形成され、カラー手段８のカラー摩擦面９，１０は、対応するシャフト摩擦面５，６と係合するように配置された突起（protrusion）として形成される。しかしながら、この実施形態では、設計は逆になり、シャフト摩擦面５，６は、カラー手段８のカラー摩擦面９，１０によって形成された対応するくぼみと係合するように配置された突起として形成される。

すべての図面に示した実施形態では、シャフト摩擦面５，６は、シャフト手段４と一体的に形成される。しかしながら、他の実施形態では、シャフト摩擦面５，６は、分離した形態で、しかし、ボルト、溶接、接着または他の手段によってシャフト手段４に強固に取り付けられて形成することができる。

図７は、正面から見たシャフト手段４の第３の実施形態を示す。

他の図面に示した実施形態では、シャフト手段４は、シャフト摩擦面５，６の１組のみを備える。この実施形態では、シャフト手段４は、シャフト摩擦面５，６の２組を備え、他の実施形態では、シャフト手段４は、シャフト摩擦面５，６のより多くの組、例えば、３組、４組、５組またはそれ以上の組を備えることができる。

図８は、正面から見たカラー手段８の中央を通る断面を示す。

この実施形態では、カラー手段８は、シャフト手段４を完全に取り囲むように配置された単一の完全な固体リングとして形成されている。この場合、カラー手段８は、当業者は他の組立て方法も利用可能であるが、有利には、収縮（shrinking）によってシャフト摩擦面５，６に取り付けられている。

図９は、正面から見た２つの個別のカラーリング部１９，２０によって形成されたカラー手段８の中央を通る断面を示す。

この実施形態では、カラー手段８は、第１のカラー摩擦面９がシャフト手段４の第２のカラー摩擦面１０から分離して設置できるように、２つの分離されたカラーリング部に分割されている。

図１０は、２つのカラーセクタ部１１によって形成されたカラー手段８の斜視図である。

この実施形態では、カラー手段８は、バルブハウジング３に設置したときにシャフト手段４を実質的に完全に取り囲むように配置された２つの分離したカラーセクタ部１１に分割されている。

この実施形態では、カラー手段８は、さらに、カラー手段８およびバルブハウジング３の相互回転を防止するように実質的に固定するための、バルブハウジング３の対応するバルブロック部１４（図示せず）と係合するように配置された、カラーロック部１３の形態の回転ロック手段１２が配置されている。

しかしながら、他の実施形態では、回転ロック手段１２は、カラー手段８を楕円形、四角形、またはバルブハウジング３内の同様のシートと整合するように設けられた別の形状に形成することができる。あるいは、回転ロック手段１２は、カラー手段８とバルブハウジング３が相互に回転しないように固定できる専用の固定具（dedicated fixture）、ボルト、または他の手段を備えることができる。

本発明は、バルブ１、シャフト手段４、カラー手段８等の特定の例を参照して例示してきた。しかしながら、本発明は上記の特定の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内の多数の変形例に設計し変更してもよいことを理解すべきべきである。なお、本発明の実施態様として以下の参考例も含まれる。
[参考例]
流体の流れを制御するためのバルブ（１）であって、
前記バルブ（１）は、
バルブハウジング（３）と、
前記バルブハウジング（３）を通る流体の流れを制御するための流体制御手段（２）であって、前記バルブハウジング（３）内部に配置される前記流体制御手段（２）と、
シャフト摩擦面の１組を備えたシャフト手段（４）であって、前記シャフト摩擦面の１組（５，６）は、相互のシャフト摩擦面角度（ＳＡ）内に配置された第１のシャフト摩擦面（５）と第２のシャフト摩擦面（６）を含む、前記シャフト手段（４）とを備え、
前記シャフト摩擦面角度（ＳＡ）は、前記第１のシャフト摩擦面（５）と前記第２のシャフト摩擦面（６）の間の内側の角度であり、
前記流体制御手段（２）は、前記シャフト手段（４）の回転に応じて前記シャフト手段（４）の回転軸に沿って変位するよう配置されており、
前記バルブ（１）は、さらに、カラー摩擦面（９，１０）の１組を備えたカラー手段（８）であって、前記カラー摩擦面（９，１０）の１組は、相互のカラー摩擦面角度（ＣＡ）内に配置された第１のカラー摩擦面（９）と第２のカラー摩擦面（１０）を含み、前記カラー摩擦面角度（ＣＡ）は、前記第１のカラー摩擦面（９）と第２のカラー摩擦面（１０）の間の内側の角度である、前記カラー手段（８）を備え、
前記カラー摩擦面（９，１０）の１組は、前記シャフト摩擦面の１組と係合するように配置されており、
前記シャフト摩擦面角度（ＳＡ）および前記カラー摩擦面角度（ＣＡ）は、１２０°〜１７０°であり、
前記カラー手段（８）は、前記バルブハウジング（３）と一体的に形成される、バルブ（１）。

１ バルブ
２ 流体制御手段
３ バルブハウジング
４ シャフト手段
５ 第１のシャフト摩擦面
６ 第２のシャフト摩擦面
７ シャフト手段の回転軸
８ カラー手段
９ 第１のカラー摩擦面
１０ 第２のカラー摩擦面
１１ カラーセクタ部
１２ 回転ロック手段
１３ カラーロック部
１４ バルブロック部
１５ ナット手段
１６ シャフト手段のねじ部
１７ ウェッジ手段
１８ 第１および第２のシャフト摩擦面間の交差領域
１９ 第１のカラーリング部
２０ 第２のカラーリング部
２１ 潤滑手段
２２ 端部フランジ
２３ シャフト手段の接続装置
２４ ガイド手段
２５ バルブハウジングの上部
２６ ボルト
２７ バルブハウジングの下部
ＣＡ カラー摩擦面角度
ＳＡ シャフト摩擦面角度
ＦＴＡ 第１の移行角度
ＳＴＡ 第２の移行角度

Claims (33)

1. 流体の流れを制御するためのバルブ（１）であって、
   前記バルブ（１）は、
   バルブハウジング（３）と、
   前記バルブハウジング（３）を通る流体の流れを制御するための流体制御手段（２）であって、前記バルブハウジング（３）内部に配置される前記流体制御手段（２）と、
   シャフト摩擦面の１組を備えたシャフト手段（４）であって、前記シャフト摩擦面の１組（５，６）は、相互のシャフト摩擦面角度（ＳＡ）内に配置された第１のシャフト摩擦面（５）と第２のシャフト摩擦面（６）を含む、前記シャフト手段（４）とを備え、
   前記シャフト摩擦面角度（ＳＡ）は、前記第１のシャフト摩擦面（５）と前記第２のシャフト摩擦面（６）の間の内側の角度であり、
   前記流体制御手段（２）は、前記シャフト手段（４）の回転に応じて前記シャフト手段（４）の回転軸に沿って変位するよう配置されており、
   前記バルブ（１）は、さらに、カラー摩擦面（９，１０）の１組を備えたカラー手段（８）であって、前記カラー摩擦面（９，１０）の１組は、相互のカラー摩擦面角度（ＣＡ）内に配置された第１のカラー摩擦面（９）と第２のカラー摩擦面（１０）を含み、前記カラー摩擦面角度（ＣＡ）は、前記第１のカラー摩擦面（９）と第２のカラー摩擦面（１０）の間の内側の角度である、前記カラー手段（８）を備え、
   前記カラー摩擦面（９，１０）の１組は、前記シャフト摩擦面の１組と係合するように配置されており、
   前記シャフト摩擦面角度（ＳＡ）および前記カラー摩擦面角度（ＣＡ）は、１２０°〜１７０°であり、
   前記カラー手段（８）は、前記バルブハウジング（３）の内部に固定されている、
   バルブ（１）。
2. 前記シャフト摩擦面角度（ＳＡ）および前記カラー摩擦面角度（ＣＡ）が実質的に同一である、請求項１に記載のバルブ（１）。
3. 前記シャフト摩擦面角度（ＳＡ）および前記カラー摩擦面角度（ＣＡ）が１４５°〜１６５°である、請求項１又は２に記載のバルブ（１）。
4. 前記シャフト摩擦面（５，６）と前記カラー摩擦面（９，１０）との間の静的摩擦係数が０．０５〜２である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
5. 前記シャフト摩擦面角度および前記カラー摩擦面角度（ＳＡ、ＣＡ）と、前記シャフト摩擦面（５，６）および前記カラー摩擦面（９，１０）間の摩擦係数との比が、１５０〜１，０００である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
6. 前記シャフト手段（４）の前記回転軸（７）と前記第１のシャフト摩擦面（５）との間の第１の移行角度（ＦＴＡ）が、前記シャフト手段（４）の前記回転軸（７）と前記第２のシャフト摩擦面（６）との間の第２の移行角度（ＳＴＡ）と実質的に同一である、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
7. 前記第１の移行角度（ＦＴＡ）および前記第２の移行角度（ＳＴＡ）が１°〜４０°である、請求項６に記載のバルブ（１）。
8. 前記シャフト手段（４）は、シャフト摩擦面（５，６）の複数の組を備えた、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
9. 前記カラー手段（８）は、カラー摩擦面（９，１０）の複数の組を備えた、請求項１から８のいずれかに記載のバルブ（１）。
10. 前記シャフト摩擦面（５，６）の１組は第１の材料から作られ、前記カラー摩擦面（９，１０）の１組は第２の材料から作られており、前記第１の材料は前記第２の材料とは異なる、請求項１から９のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
11. 前記シャフト摩擦面（５，６）の１組は、ステンレス鋼から作られている、請求項１から１０のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
12. 前記カラー摩擦面（９，１０）の１組は、真ちゅうから作られている、請求項１から１１のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
13. 前記シャフト摩擦面（５，６）の１組は、前記シャフト手段（４）の外側に円周状に形成されている、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
14. 前記カラー摩擦面（９，１０）は、前記カラー手段（８）の内側に形成されている、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
15. 前記カラー手段（８）は、少なくとも１つの完全な固体リングを備えた、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
16. 前記カラー手段（８）は、収縮によって前記シャフト手段（４）に取り付けられている、請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
17. 前記カラー手段（８）は、複数の半径方向に分割されたカラーセクタ部（１１）によって形成されている、請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
18. 前記カラー手段（８）は、前記シャフト手段（４）を実質的に取り囲む、請求項１ないし１７のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
19. 前記カラー摩擦面（９，１０）は、前記シャフト摩擦面（５，６）を実質的に取り囲む、請求項１ないし１８のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
20. 前記バルブ（１）は、さらに、前記カラー手段（８）および前記バルブハウジング（３）が相互に回転しないように実質的にロックするための回転ロック手段（１２）を備えた、請求項１ないし１９のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
21. 前記回転ロック手段（１２）は、前記カラー手段（８）のカラーロック部（１３）と前記バルブハウジング（３）のバルブロック部（１４）とを備えた、請求項２０に記載のバルブ（１）。
22. 前記カラーロック部（１３）と前記バルブロック部（１４）とが係合している、請求項２１に記載のバルブ（１）。
23. 前記カラーロック部（１３）は前記カラー手段（８）から突出しており、前記バルブロック部（１４）は前記バルブ内に１または複数のくぼみとして形成されている、請求項２１又は２２に記載のバルブ（１）。
24. 前記流体制御手段（２）は、前記シャフト手段（４）のねじ部（１６）と係合するように配置されたナット手段（１５）を備える、請求項１ないし２３のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
25. 前記流体制御手段（２）は、前記バルブハウジング（３）の内部で直線的に変位するように配置されたウェッジ手段（１７）を備える、請求項１ないし２４のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
26. 前記第１のシャフト摩擦面（５）および前記第２のシャフト摩擦面（６）間の交差領域は、面取りまたは丸み付けを備えた、請求項１ないし２５のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
27. 前記第１のシャフト摩擦面（５）および前記第２のシャフト摩擦面（６）は、前記シャフト手段（４）上に軸方向に間隔をあけて配置されている、請求項１ないし２６のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
28. 前記第１のカラー摩擦面（９）および第２のカラー摩擦面（１０）は、軸方向に間隔をあけて配置されている、請求項１ないし２７のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
29. 前記カラー手段（８）は、少なくとも２つの軸方向に分割されたカラーリング部（１９，２０）を備えた、請求項１ないし２８のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
30. 前記少なくとも２つの軸方向に分割されたカラーリング部（１９，２０）のうちの第１のカラーリング部（１９）は、前記第１のカラー摩擦面（９）を備え、前記少なくとも２つの軸方向に分割されたカラーリング部（１９，２０）のうちの第２のカラーリング部（２０）は、前記第２のカラー摩擦面（１０）を備えた、請求項２９に記載のバルブ（１）。
31. 前記バルブ（１）は、少なくとも前記シャフト摩擦面（５，６）の１組の部分と、前記カラー摩擦面（９，１０）の１組との間に潤滑を供給するように配置された潤滑手段（２１）を備えた、請求項１ないし３０のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
32. 前記バルブ（１）は、シャフト作動式ゲートバルブ、グローブバルブ、ナイフバルブ、ニードルバルブおよびプラグバルブからなる群から選択される、請求項１ないし３１のいずれか１項に記載のバルブ（１）。
33. 前記バルブ（１）は、シャフト作動式ゲートバルブである、請求項１ないし３２のいずれか１項に記載のバルブ（１）。

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