JPH0214586B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高圧流体制御弁に向けられており、そ
して詳細には新規な、且つ改良されたソフトな弁
座（soft seat）の設計に向けられている。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点 高圧流体制御弁の主たる機能の１つは、弁が閉
じた位置にあるとき流体の流れの完全な且つ漏洩
のない（leak−proof）閉止を提供することであ
る。典型的には、これは軸線方向に可動な弁
（valveplug）を固定弁座とかみ合わすことによつ
て達成され、これによつて弁プラグ及び弁座は高
圧流体を制御弁の流体出口部分から分離する。最
も普通の弁設計では、弁座は金属から作られてい
て所謂「ハード弁座（hard−seat）」の装置を提
供する。弁プラグもまた金属から作られており、
従つて流体の流れの閉止は弁プラグと弁座との間
の金属と金属の接触によつて達成される。このよ
うなハード弁座の装置では弁プラグ及び弁座が正
確に互いにかみ合つて完全に閉止して高圧流体を
弁出口から分離するには限界がある。弁プラグ及
び弁座を金属から製造することは、高圧流体の流
れ、及び高圧流体が弁構造体を通過するときに流
体の流れが被る一般に高い圧力降下によつて生ず
るキヤビテーシヨン及び他の侵蝕効果を含む高圧
流体の流れの有害な影響に対して金属製校正部品
がかなり抵抗するという点で、高圧力用に有利で
ある。それにも拘わらず、硬い金属と金属の接触
の装置を利用する場合、弁プラグと弁座との間の
零漏洩かみ合せ（zero−leakage mating）を得
ることは殆んど不可能であることが弁工業におい
て広く認められている。

更に、時には、弁を通る高圧流体の流れは金属
製構成部品上に摩耗及び破れ目を生じさせる。更
に又、流体の流れ内に存在する不純物が弁閉止の
際弁プラグと弁座との間にはまり込むことがあ
り、これによつて弁プラグ及び／又は弁座にくぼ
み（pit）ができ、さもなくばそれ等を破損する。
流体の流れの中に存在する不純物によつて生ずる
弁構成部品に対する通常の摩耗及び破れ目及び起
り得る損傷は、金属製弁プラグ及び金属製弁座の
かみ合い部分全体に亘り均等に生じないと理解す
べきである。従つて、時折、弁プラグと弁座との
間のかみ合い関係は精度が悪くなり、その結果弁
が閉止位置にあるとき多量の流体の漏洩を生じ
る。従つて、弁は流体の流れを完全に遮断する手
段としての効果が少なくなる。ポンプ再循環のよ
うなある重荷重（severe duty）用の弁では完全
な流体の分離が重要であり、そして弁の金属製構
成部品の徐々の均一でない侵蝕は、このようなハ
ード弁座の設計を重要な重荷重用途の場合により
望ましくないものとする。

ハード弁座設計の欠点を克服するために、これ
等の当技術分野では、所謂「ソフト弁座（soft
seat）」の使用が提案されてきた。このような弁
装置では、弁座は弾力性の変形可能な材料から作
られており、これによつて弁プラグ上にかかる接
触負荷（contact load）が弁プラグをソフトな弁
座内に食い込むようにせしめて、これによつてソ
フトな変形可能な弁座は、正確に弁プラグのかみ
合い部分の輪郭及び形状に一致する。この方法で
は、ソフト弁座は、プラグが弁座にかみ合う時は
いつでも正確なかみ合い（mating）を提供する。
更に、ソフト弁座設計により達成される高度な弁
座の適合は、金属と金属の装置において良好な漏
洩のない（leak−tight）閉止を達成するのに必
要なステムの力（stem farce）よりもはるかに
低いステムの力によつて得ることができる。従つ
て、零漏洩弁閉止は、ハード弁座設計におけるよ
りもソフト弁座設計において一層容易に且つ簡単
に得ることができる。しかしながら、ソフト弁座
装置に関連する問題は、ソフト弁座を製造するの
に利用される弾力性の変形可能な材料のかなり急
速な侵蝕である。典型的には、弁プラグが弁座か
ら引き上げられるに従つて、流体の流れが弁プラ
グと弁座との間で再び流れ始めるとき、非常に高
い圧力の流体の流れが弁座のすぐ上方で直ちに絞
られる。これが一般的にソフトな弁座の材料を侵
蝕する絞り効果である。ソフトな弁座の比較的急
速な摩耗の結果として、このようなソフトな座弁
は、ソフトな弁座を再び作り直し又は取替えるた
めに、望ましい以上の作業停止時間を必要とす
る。実際に、急速な浸蝕はある高圧用の弁におい
てはソフトな弁座の使用を阻むことがある。

問題点を解決するための手段 本発明の主たる目的は、流体の流れの有害な絞
り効果をソフトな弁座から離した位置せしめる付
加的な新規な手段を備えたソフトな弁座を提供す
ることである。一般的に、本発明は弾力性の変形
可能な材料から作られたソフトな弁座を含んでい
る高圧流体制御弁から成る。本発明の重要な特徴
によれば、高圧流体制御弁は、ソフトな弁座とか
み合い可能である主弁プラグと、主弁プラグと同
軸線上にあつて且つ主弁プラグに対して軸線方向
に可動である付加的な補助のスロツトルプラグ
（throttle plug）とを備えている。このスロツト
ルプラグは、ソフトな弁座と同心であつて且つソ
フトな弁座から離れた領域に配置されている第２
の金属製の弁座とかみ合うように配置されてい
る。本発明によれば、主弁プラグ及びスロツトル
プラグの各々の軸線方向の動きは、流体の流れに
対する主な絞り領域が明らかにソフトな弁座から
離れている弁構造体部分に位置するように、調整
されている。

従つて、本発明は、高圧流体制御弁であつて、 (a) 流体入口及び流体出口を規定する内部流路を
含む弁体と、 (b) 変形可能な弾性材料から成り、前記内部流路
内に配置されている第１の弁座と、 (c) 硬い耐蝕性の材料から成り、第１の弁座と間
隔を隔てた関係にて前記内部流路内に配置され
ている第２の弁座と、 (d) 前記内部流路内で選択的に軸線方向に可動で
あり、前記流体入口と流体出口との間の流体の
流れを妨げるために、第１の弁座と合致可能な
主弁プラグと、 (e) 主弁プラグに対して所定の相対的な動きにて
前記内部流路内で軸線方向に可動であり、前記
流体入口と流体出口との間の流体の流れを妨げ
るために、第２の弁座と合致可能なスロツトル
プラグとを具備しており、 (f) 開弁作動の際、スロツトルプラグが第２の弁
座から持ち上げられる前に主弁プラグが第１の
弁座から持ち上げられ、そして閉弁作動の際、
スロツトルプラグが第２の弁座に座した後主弁
プラグが第１の弁座に座して、これによつて開
弁作動及び閉弁作動の際、第２の弁座を主に横
切つて弁を通る流体の流れを絞るように、主弁
プラグとスロツトルプラグとの間の前記所定の
動きが設定され、 (g) 主弁プラグは中央中空部分を含み、 (h) スロツトルプラグは該中央中空部分内に軸線
方向に移動可能に収容されており、 (i) スロツトルプラグが前記中央中空部分内にて
旦つ所定の制限された距離だけ主弁プラグに対
して移動可能であるように、スロツトルプラグ
と協働する保持停止手段を更に具備し、 (j) 該保持停止手段は、主弁プラグに取付けられ
旦つ前記中央中空部分内を延びるように配置さ
れた複数の棒状部材からなり、 (k) 該棒状部材の各々は、直径が大きくなつてい
る端部分を含み、 (l) そして、各々は棒状部材の１つを収容するよ
うに配置された、スロツトルプラグ内に形成さ
れた複数の通路手段を更に具備し、 (m) 該通路手段の各々は、棒状部材の直径が大
きくなつている端部分に係合する停止部分を含
み、主弁プラグとスロツトルプラグとの間の相
対的な動きを停止させることを特徴とする高圧
流体制限弁を提供する。

本発明の好ましい実施例によつて意図されるよ
うに、主弁プラグは、弁座係合リムを有している
ほぼ円筒形の、少くとも部分的に中空なプラグを
具備しており、主弁座係合リムはプラグの少くと
も部分的に中空な部分の輪郭を形成している。ス
ロツトルプラグは主弁プラグの中空部分内に軸線
方向に収容されており、且つ主弁プラグに対する
スロツトプラグの制限された軸線方向の動きを調
整する一方主弁プラグの中空部分内でスロツトル
プラグを保持するように配置されたスロツトルプ
ラグ保持停止手段と関連づけられている。更に、
付勢手段がスロツトルプラグを主弁プラグから離
れるように押しており、これによつてスロツトル
プラグの一端は、通常弁座係合リムを越えて主弁
プラグの中空部分から突出している。閉じた位置
にあるとき、主弁プラグのリム部分は弁ステムか
らの圧力下ソフトな第１の弁座に接触し、リム部
分と変形可能な弾力性の弁座との間に漏洩のない
完全な一致したかみ合いを形成する。この方法で
は、非常に有効な流体の流れの閉止が達成され
る。更に、スロツトルプラグの突出端は金属製の
第２の弁座とかみ合い関係にある。

本発明によれば、初期の弁の開放の際、以下に
一層詳細に説明するように、圧力不釣合いが生じ
ている間に主弁プラグのリム部分はソフトな第１
の弁座から変位され、そして付勢手段が金属製の
第２の弁座と接触した状態にスロツトルプラグを
保持するよう動くように、弁は操作される。この
時点において、唯一の流体の流れは、スロツトル
プラグと第２の弁座との金属と金属の接触を通る
漏洩、及び主弁プラグとスロツトルプラグとの間
に配置された種々のピストンリングの周りでの漏
洩であろう。しかしながら、理解されるように、
この漏洩は金属製の第２の弁座又はピストンリン
グのいづれかを横切つて主に絞られ、そしてこれ
等の構成部品は、有利なもとには、耐蝕性のステ
ンレススチールから作られることができる。

弁を開き続けるに従つて、主弁プラグは連続し
てソフトな第１の弁座から持ち上げられる。結
局、保持停止手段はスロツトルプラグを主弁プラ
グとタンデム（tandem）に移動せしめて、これ
によつてスロツトルプラグを金属製の第２の座か
ら離して変位させる。この時点において、流体は
弁を通り自由に流れ始め、そして主な流体絞り領
域は金属製の第２の弁座を横切る。金属製の第２
の弁座はソフトな第１の弁座から間隔を隔てられ
ているので、本発明の新規な主弁プラグ−スロツ
トルプラグの配置は、流体の流れの主な絞りがソ
フトな第１の弁座から離れた位置の弁構造体の領
域に生ぜしめるに、ソフトな弁座の弁閉止の利点
を提供する。

本発明の他の特徴によれば、金属製の第２の弁
座はソフトな第１の弁座から上流に配置されてお
り、そして流体流制限器がソフトな第１の弁座か
ら下流に配置されている。従つて、流体流制限器
（restrictor）は、ソフトな第１のの弁座における
流体の摩耗力を更に減少させる付加的な主たる絞
り領域として役立つ。更に、弁が完全に開かれた
位置にあるとき、すべての絞りは流体流制限器を
横切る。

従つて、本発明はソフト弁座を利用することに
よつて、一方同時に流体の流れに対する主な絞り
領域をソフトな第１の弁座から離して位置せしめ
ることによりソフトな第１の弁座に対する流体の
流れの侵蝕の影響を非常に減少することによつて
得ることができる。非常に有利な零漏洩閉止を備
えた高圧流体制御弁を提供する。弁の各閉鎖作動
のとき、主弁プラグのリム部分は、変形可能な弾
力性のソフトな第１の弁座に正確な輪郭及び形状
に対して第１の弁座と完全に一致する。スロツト
プラグは、開弁作動においても閉弁作動において
も、ソフトな第１の弁座から間隔を隔てられた耐
蝕表面から成る流体の流れに対する主な絞り領域
を提供するように作動する。従つて、本発明は、
主弁プラグとソフトな第１の弁座との間の正確な
かみ合いによつて高圧流体の流れを閉止するよう
に配置された弁構造体内で、ソフトな第１の弁座
を有害な流体の流れ影響から保護するための有効
な且つ簡単な手段を教示している。

本発明の上記及び他の特徴並びに利点をよりよ
く理解するためには、本発明の好ましい実施例の
以下の詳細な説明及び添付図面を参照しなければ
ならない。

初めに第３図を参照すると、全体的に参照番号
１０によつて示された高圧流体制御弁が例示され
ている。高圧流体制御弁１０は、流体入口部分１
２と、内部ウエブ部分１３と流体出口部分１４
（第４図参照）とを含んでいる弁体１１を具備し
ている。流体入口部分１２の上方部分に隣接する
内部ウエブ部分１３の領域において、内部ウエブ
部分１３内に形成された全体的に環状の凹部１６
に対して弁座リング１５が置かれている。明らか
に例示されているように、弁座リング１５は流体
入口部分１２の境界内に及ぶように配置されてお
り、そしてトリム（trim）ガスケツト１７が環
状の凹部１６と弁座リング１５との間に配置され
ており、弁座リング１５の周りに漏れ防止シール
を提供しており、これによつて弁座リング１５の
外部の周りの及び流体入口部分１２からの内部ウ
エブ部分１３内への流体の漏れを防止している。
弁座リング１５は、完全にそこを通り延びている
部分的にテーパーのついた、部分的に直線壁の流
体の流路１８を含むように形成されており、これ
によつて流体は流体入口部分１２から流路１８を
通つて内部ウエブ部分１３の方へ自由に流れるこ
とができる。全体的に円筒形の弁トリムケージ１
９の形態の流体流制限器は、その下方端に形成さ
れた全体的に環状の凹部２０を備えている。凹部
２０は弁座リング１５の上方端に形成された縮小
された直径２１の部分に亘つて収容されており、
これによつて弁トリムケージ１９は弁座リング１
５上に取付けられ且つそれを同軸線関係にある。

有利には、弁トリムケージ１９は、弁トリムケ
ージ１９を通り軸線方向に延び且つ弁座リング１
５の流れの通路１８と共に連続的流路を形成して
いる全体的に円筒状の流路２２を含んでいる。一
連の半径方向に延びている流路２３が、弁トリム
ケージ１９の壁を通り形成されており、そして流
路２２から弁トリムケージ１９の外側表面に延び
ている。流路２３は流路２２を通つたいかなる流
体の流れも複数のサブストリーム（substream）
に小区分するように働き、それ故流体の流れの部
分的な制限を形成する。従つて、弁トリムケージ
１９は、詳細には高圧流体制御弁１０が図より明
らかなように完全に開いた位置にあるとき、流体
の流れに対して主たる絞り領域を提供する。

弁トリムケージ１９を弁座リング１５の上方の
その取付け位置に確実に保持するために、弁トリ
ムケージ１９の上方部分に形成された上方に延び
ているリム２４が、中空の円筒状のケージスペー
サー（cage spacer）２５の中空内部の下部端近
くに設けられた環状凹部２６内に収容されてい
る。ケージスペーサ２５は、弁体１１に公知の方
法で確実に保持されている弁ボンネツト２７（詳
細に例示されていない）と滑りばね（snug
mating）関係に弁体１１の内部ウエブ部分１３
を通り上方に延びている。弁体ポンネツトガスケ
ツト２８がボンネツト２７と弁体１１との間に配
置されており、上部弁トリムガスケツト２９がボ
ンネツト２７とケージスペーサー２５との間に適
切に保持されている。ガスケツト２８，２９は、
ケージスペーサ２５と、弁体１１と、ボンネツト
２７との間の流体の漏れを防止する。弁座リング
１５、弁トリムケージ１９、及びケージスペーサ
２５のための上述の取付配置は、これ等の構成部
品を弁体１１の内部ウエブ部分１３内及び内部ウ
エブ部分１３の環状凹部とボンネツト２７との間
に確実に取付ける。更に、連続した開放流体空間
が、流体入口部分１２、弁座リング１５の流路１
８、トリムケージ１９の流路２２及びケージスペ
ーサ２５の中空内部によつて規定されている。流
体入口部分１２を通つて弁体１１に入るいかなる
流体の流れも流路２２内に自由に流入し、且つ幾
つかの半径方向流路２３を径て内部ウエブ部分１
３内に流入する。その後、流体の流れは弁の流体
出口部分１４に続く。弁トリムケージ１９の半径
方向の流路２３は、上述のように、流体の流れに
対する部分的制限部として働き、これによつて弁
体１１を通る高圧力の流れの運動エネルギーを絞
り且つ制御可能に消散させる。

本発明の重要な特徴によれば、弁座リング１５
は「ハード（hard）」な第２の弁座を形成するよ
うに配置されており、且つ「ソフト（soft）」な
第１の弁座の取付部を提供するように配置されて
おり、「ソフト」な第１の弁座は「ハード」な第
２の弁座から下流方向に間隔を隔てられている。
この目的のため、流路１８の直線状の壁部分の直
径は弁トリムケージ９の流路２２の直径よりも幾
分小さくなつており、内方に延びている露出表面
３０を規定している。露出表面３０の最も内方の
縁３１は、第２の弁座３２を規定している、或る
長さの下方に内方にテーパーの付いた表面に隣接
している。弁座リング１５は硬質ステンレススチ
ール素材から製造され、これによつて第２の弁座
３２が「ハード」な耐侵蝕性の表面を具備するの
が有利である。第２の弁座３２から幾分下流に環
状のシートを挿入し収容する凹部３３が形成され
ている。凹部３３の幅及び位置は、弁トリムケー
ジ１９が部分的に凹部３３の上に重なるようにな
つている。

本発明によれば、環状挿入物３４Ａは凹部３３
内に収容されて「ソフト」弁座である第１の弁座
３４を規定する。この環状挿入物３４Ａはデユポ
ン社「ベスペル」（Du Pont “Vespel”）から
作ることができ、これはソフト弁座設計に必要で
あるような繰返しの圧縮及び弛緩（relaxation）
に適した高温（500乃至900〓（約260乃至482℃））
ポリアミドプラスチツクである。上記のように、
弁ケージトリム１９は部分的に凹部３３上に重な
り、これによつて環状挿入物３４Ａを凹部３３内
に保持している。このようにして、弁座リング１
５及び弁トリムケージ１９は２つの間隔を隔てた
第２の弁座３２及び第１の弁座３４を提供し、そ
れ等の各々は以下に詳細に説明するように、弁体
１１を通る流体の流れを妨げるために適切な弁プ
ラグと適合するように露出されている。上流の第
２の弁座３２は硬い耐蝕性のステンレススチール
から作られており、従つて初めに弁が開く直前又
は弁が閉じる直前のいづれかの期間中、高圧流体
の流れに対して主な絞り領域を形成するのに適し
ている。下流の第１の弁座３４は変形可能な弾力
性の材料から成り、従つて第１の弁座３４と相補
的な弁プラグとの間に完全に一致したかみ合いに
適応し、漏れのない閉止を提供する。

本発明の他の重要な特徴によれば、新規な弁プ
ラグ手段３５は、弁トリムケージ１９の流れ通路
２２及びケージスペーサ２５の中空内部によつて
形成された開放空間内に摺動可能に収容されてい
る。弁プラグ手段３５は、主弁プラグ３６と内部
の補助のスロツトル（throttle）プラグ３７とを
具備している。ボンネツト２７は中央開口３８を
備えており、これを通つて弁ステム３９が収容さ
れている。主弁プラグ３６は上方に延びている突
出部４０を含み、この突出部４０は弁ステム３９
の最下部に形成された開口４１内に収容されてお
り、且つその中のピン４２によつて確実に保持さ
れている。弁ステム３９は公知の手段で従来の作
動器（詳細に例示されていない）と協働し、これ
によつて弁ステム３９を選択的に軸線方向に変位
することができ、これによつて高圧流体制御弁１
０の開閉のために、所定の弁ストロークを通じて
主弁プラグ３６を上下に制御可能である。主弁プ
ラグ３６は、スロツトルプラグ３７を摺動可能に
収容するように形成されている下方中空部分４３
を含む。スロツトルプラグ３７は、下方中空部分
４３内で所定の制御された距離に亙つて主弁プラ
グ３６に対して軸線方向に変位可能である。金属
製ピストンリング５７がスロツトルプラグ３７の
周りに確実に保持されていて、スロツトルプラグ
３７と主弁プラグ３６との間の流体の漏れを最少
にしている。下方中空部分４３の最下方端を囲ん
でいる主弁プラグ３６の部分は、下方に延びてい
る円周方向のリム部分４４を備えており、リム部
分４４は第１の弁座３４の還状挿入物（soft
seat−insert）３４Ａと垂直方向に整合してい
る。従つて、弁ステム３９が主弁プラグ３６を、
第３図に例示されているように、その最下方向位
置に操作したとき、リム部分４４は変形可能な弾
力性の環状挿入物３４Ａに対して押されて、その
間に完全に一致した漏れのない（leak−tight）
密封を形成する。更に、主弁プラグ３６が上述の
閉鎖位置にあるとき、主弁プラグ３６が弁トリム
ケージ１９の半径方向の流体流路２３を完全にふ
さぎ、弁体１１を通る流体の流れを妨げる。Ｕ型
のカツプシール（cup seal）４５が凹部２６内に
取付けられていて、主弁プラグ３６と、ケージス
ペー２５と、弁トリムケージ１９との間の流体の
漏れを防止している。

弁プラグ手段３５の上方及びケージスペーサ２
５の中空内部内の各々に流体を流入可能とするた
めに、主弁プラグ３６及びスロツトルプラグ３７
の各々を通る一連の流れ開口４６，４７を形成す
るのが有利である（第１図、第４図参照）。この
方法では、弁プラグ手段３５の上部及び下部の圧
力効果が実質的に釣合う傾向にあり、弁プラグ手
段３５を動かすのに必要なステムの力を減少させ
る。更に、流路２２に対して幾分小さい直径の流
路１８によつて、弁プラグ手段３５上に作用する
流体圧力が下方の方向に僅かに不釣合いにされて
いて、これによつて弁プラグ手段３５を閉じた弁
位置の方に押そうとする。

追加のねじを切つた一連の開口４８が主弁プラ
グ３６を通して形成されている（第３図参照）。
ねじを切つた開口４８は、スロツトルプラグ３７
を通り形成された相補的な開口４９と各々軸線方
向に整合されている。一連のボルト５０が各々開
口４９の１つを通して収容されており、且つ特定
の開口４９と整合されたねじを切つた開口４８内
にねじで係合されていて、主弁プラグ３６の下方
中空部分４３内にスロツトルプラグ３７を保持す
るための保持停止手段を提供する。ボルト５０の
各々はリム部分４４を超えて充分に延びており、
且つ拡大された直径の端部５１を含んでいる。更
に詳細には、各々の端部５１は、明かなように、
スロツトルプラグ３７が端部５１に対して底に当
たるように、相補的なスロツトルプラグの開口４
９の内径よりも幾分大きい直径を有している。更
に、中央に配置された下方に延びているハブ要素
５２が主弁プラグ３６の下方中空部分４３内に形
成されていて、スロツトルプラグ３７に対する上
部ストツプを形成している。この方法では、スロ
ツトルプラグ３７は、ハブ要素５２をボルト５０
の端部５１との間を、主弁プラグ３６に対して軸
線方向に可動である。

本発明によれば、ハブ要素５２とボルト端部５
１との間の距離はスロツトルプラグ３７の長さよ
りも大きいように配置されており、そしてこれ等
の要素は相互に対して固定されており、これによ
つてスロツトルプラグ３７は、第３図及び第４図
に明らかに例示されているように、ハブ要素５２
とボルト５０の端部５１との間でスロツトルプラ
グ３７のすべての軸線方向の位置に対して下方中
空部分４３から突出している。スロツトルプラグ
３７の最も下方の突出端には、内方にテーパーの
ついた弁座係合表面５３が形成されており、弁座
係合表面５３は硬い第２の弁座３２と整合し且つ
かみ合い可能である。理解されるように、突出し
ている弁座係合表面５３及びリム部分４４は、上
述の間隔を隔てた硬い第２の弁座３２及びソフト
な第１の弁座３４に係合するための弁プラグ手段
を提供する。弁座係合要素５３，４４と弁座３
２，３４との間の空間的な関係並びに主弁プラグ
３６とスロツトルプラグ３７との間で許容される
相対的な動きは、リム部分４４と第１の弁座３４
の係合が弁閉鎖作動において弁座係合表面５３と
第２の弁座３２の係合後に起こり、そしてリム部
分４４と第１の弁座３４の解放が弁開放作動にお
ける弁座係合表面５３と第２の弁座３２の解放前
に起こるようになつている。弁の作動の下記の説
明において一層詳細に説明されるように、弁座の
係合及び解放の順序は主弁プラグとスロツトルプ
ラグによつて生じ、そして本発明の間隔を隔てら
れた硬い第２の弁座とソフトな第１の弁座の配置
は、弁の開閉の際流体の流れに対する主な絞り領
域を第１の弁座３４の環状挿入物３４Ａから離れ
て位置せしめるように働く。

弁開閉作動中、弁座係合表面５３と硬い第２の
弁座３２との間の殆んど漏れのない（leak−
tight）密封を容易にするために、１組のコイル
スプリング５４が主弁プラグ３６とスロツトルプ
ラグ３７との間に配置されている。各スプリング
５４はボルト５０の各々と同じ軸線にあり、そし
て主弁プラグ３６の下方中空部分４３内に形成さ
れた第１の凹部５５とスロツトルプラグ３７の上
方部分に形成された第２の凹部５６との間で作用
する。スプリング５４は、スロツトルプラグ３７
をハブ要素５２から離し且つ弁座係合方向に押す
傾向にある。

第３図を参照すると、弁プラグ手段３５が閉じ
た位置にあるとき、弁ステム３９によつて生じた
閉じる力は直接主弁プラグ３６を介してリム部分
４４に伝えられて、上述のように、リム部分４４
と第１の弁座３４の環状挿入物３４Ａとの間に完
全に一致した漏れのない密封を形成する。更に、
スロツトルプラグ３７の弁座係合表面５３は硬い
第１の弁座３２の表面とかみ合い関係にある。ハ
ブ要素５２は、弁プラグ手段３５が閉じた位置に
あるとき、スロツトルプラグ３７に接触するよう
に配置されており、これによつて弁ステム３９に
よつて生じた力は又、主弁プラグ３６とハブ要素
５２とスロツトルプラグ３７とを介して硬い第２
の弁座３２に伝えられて弁座係合表面５３と硬い
第２の弁座３２との間に殆んど漏れのない密封を
形成する。弁を開かなければならないとき、弁ス
テム３９が上方に移動させられ、これによつて主
弁プラグ３６が引き上げられ、そしてリム部分４
４は第１の弁座の環状挿入物３４Ａから変位させ
られる。主弁プラグ３６の上方への動きの際、ス
プリング５４及び既述の僅かな不釣合圧力効果が
スロツトルプラグ３７と硬い第２の弁座３２との
接触を維持しようとする。この時点での唯一の流
体の流れは、弁座係合表面５３と硬い第２の弁座
３２との間及び金属製ピストンリング５７の周り
の最少漏洩量であろう。このような流体のすべて
は、硬い耐蝕性の金属製の第２の弁座３２及び金
属製ピストンリング５７を横切つて主に絞られる
と理解すべきである。

主弁プラグ３６の連続する上方への動きの際、
スロツトルプラグ３７は、それがボルト５０の端
部５１に対して底が当たるまで硬い第２の弁座３
２と接触したままである。好ましい実施例では、
スロツトルプラグ３７は、主弁プラグ３６が流路
２３のほぼ50％を露出したとき、端部５１に対し
て底が当たる。その後、主弁プラグ３６の更にそ
れ以上の連続する上方への動きがボルト５０を引
き上げて、スロツトルプラグ３７を硬い金属製の
第２の弁座３２から離す。この時点において、リ
ム部分４４は第１の弁座３４の環状座挿入物３４
Ａから充分な距離変位させられ、そしてテーパー
のついた弁座係合表面５３は硬い第２の弁座３２
から最小距離間隔を隔てられ、これによつて流体
の流れは、流路１８から流路２２内へそして半径
方向の流路２３を通つて流れ始める。このような
配置では、初めの流体の流れは最初に硬い耐蝕性
の金属製の第２の弁座３２を横切つて絞られ、そ
の後トリムケージ１９の半径方向の流路２３によ
つて更に絞られる。従つて、第１の弁座３４の環
状挿入物３４Ａ上に作用する侵蝕性の流体の力は
最少量しかなく、この第１の弁座３４の環状挿入
物３４は、この時点では、弁座係合表面５３と硬
い金属製の第２の弁座３２との間の間隔に対し
て、リム部分４４からかなりの距離を隔てられて
おり、従つて、特に弁座係合表面５３と硬い金属
製の第２の座３２との間に形成される主な絞り領
域の点から見て、流体の流れのための主な絞り領
域を規定しない。主弁プラグ３６の更にそれ以上
の連続する上方への動きは、流路２３が完全に流
体の流れに露出されるまで流体の流れに対して
各々の半径方向の流路を益々継続的に露出するよ
うに働く。この時、半径方向の流路２３は弁体１
１を通る高い圧力の流体の流れに対して主な絞り
領域を形成する。

弁閉鎖作動の際、弁ステム３９が弁プラグ手段
３５を下降させ、これによつて主弁プラグ３６が
流体の流れに対して半径方向の流路２３を閉じ始
め、そして弁座係合表面５３が硬い金属製の第２
の弁座３２に接近し、そして結局第２の弁座に接
触する。弁座係合表面５３が硬い金属製の第２の
弁座３２に接近するに従つて、流体の流れは再び
弁座係合表面５３と第２の弁座３２との間でます
ます小さくなる間隔において初めに絞られる。弁
を通る流体の流れを実質的に閉じるために弁座係
合表面５３が硬い金属製の第２の座３２に接触す
る時点では、リム部分４４は、弁開放作動中の弁
プラグ手段３５の対応する位置におけるように、
第１の弁座３４の環状挿入物３４Ａからかなり距
離をなお隔てられており、従つて又弁座係合表面
５３及び第２の弁座３２によつて規定された絞り
領域に対して流体の流れに対する主な絞り領域を
再び規定しない。再び、流体の流れは弁座係合表
面５３と第２の弁座３２との間のかみ合い係合に
よつて実質的に妨げられる。この時、第２の弁座
３２及び金属製ピストンリング５７を通り絞られ
た、最少量の流体の漏洩があるであろう。弁を完
全に閉じるために、弁ステム３９は更に下方へ動
かされて、リム部分４４が第１の弁座３４の環状
挿入物３４Ａに係合するまで主弁プラグ３６を下
降させ続ける。この期間中、スロツトルプラグ３
７が再びハブ要素５２に係合するまでスロツトル
プラグ３７が下方中空部分４３内で主弁プラグ３
６に対して動き、その後弁ステム３９を介して生
じた更に付加的な力が再び作用して、リム部分４
４と第１の弁座３４の環状挿入物３４Ａとの間の
完全に一致した零漏洩及び弁座係合表面５３と硬
い金属製の第２の弁座３２との間にほぼ零漏洩
（near zeroleakage）を形成する。

従つて、本発明は、弁が閉じた位置にあるとき
弁出口部分から高圧流体の完全な隔離を提供し、
且つソフトな弁座の領域において高圧流体の流れ
による侵蝕作用が最少量であるような方式にて弁
体を通る流体の流れを達成するように作動可能で
ある、高い効果の弁構造体を提供する。この非常
に有利な弁作動は、ダブルのハード弁座−ソフト
弁座、並びにダブルの主弁プラグ、スロツトルプ
ラグ形状のユニークな配置によつて達成され、こ
の場合、これ等の構成部品間の幾何学的形状及び
主弁プラグとスロツトルプラグとの間で許容され
る相対的な動きは、弁構造体のソフトな弁座を形
成している部分から離れているハードな耐侵蝕性
の表面へと流体の流れの有害な影響を分離しよう
とする弁開閉作動を提供する。従つて、本発明の
弁は、一方では各弁閉鎖のとき零漏洩弁閉止を形
成し且つ一方ではソフトな弁座を形成している材
料の使用寿命（work life）を非常に延長するよ
うに作動する、繰返しの弁開放動作及び弁閉鎖動
作により作動させることができる。

第５図は第３図の弁の変更された形式の部分側
面断面図である。例示されたように、主弁プラグ
３６′は、ケージスペーサ２５′の中空内部内に形
成された全体的に円筒状凹部２２５内に摺動可能
に収容されるように配置された増加した直径の下
部部分２３６を含んでいる。一連の第１の内部流
体流路２５０が主弁３６′の増加した直径の下部
部分２６３を通り形成されている。更に、下部部
分２３６の上方の主弁プラグ３６′の上部部分の
外径はスロツトルプラグ３７′の外径に実質的に
等しい。第５図に例示されたように、弁プラグ３
６′の変更された構造並びに付加的な第１の内部
流体流路２５０は非常に有利な釣合手段を提供
し、これによつて弁プラグ手段３５′をスムース
な弁開閉作動で弁ステム３９′によつて軸線方向
に変位することができる。更に詳細には、弁が閉
じた位置にあるとき、ピストンリング５７′又は
第２の弁座３２′を通り漏れた入口流体圧力は、
第１の内部流体流路２５０を通つて主弁プラグ３
６′の下部部分２６３の上方の円筒状凹部部分２
２５に漏れるであろう。加うるに、高い入口圧力
は又第４図の弁の開口４６，４７に類似の一連の
開口である第２の内部流体流路を通つて弁プラグ
手段３５′の上方へ漏れることができる。この方
法で、弁プラグ手段３５′は閉じた位置にあると
き実質的に釣合わされる。弁開放作動中、主弁プ
ラグ３６′はソフトな第１の弁座３４′から持ち上
げられ、そして下部部分２３６の上方及び下方の
双方に作用する流体圧力は出口圧力まで減少する
であろう。しかしながら、弁プラグ手段３５′上
に作用する入口圧力は、主弁プラグ３６′の上部
部分の外径が高圧力入口流体に露出されているス
ロツトルプラグ３７の外径に実質的に等しいの
で、実質的に釣合つたままである。主弁プラグ３
６′のための上述の形状は、弁開閉作動中に高い
圧力の入口流体に対する主弁プラグ３６′及びス
ロツトルプラグ３７′の各々の露出部の変化によ
り生じ得る（第３図参照）いかなるあり得る圧力
不釣合をも除去する。その他のすべての点におい
ては第５図の弁は第３図の弁と同じである。

ケージスペーサ２５′の中空内部及び主弁プラ
グ３６′の上部部分への周りからの流体の漏洩を
防止するために、全体的に環状のキヤツプ部材２
５１がボルト５０′によつて主弁プラグ３６′の上
部部分にねじで保持されており、且つ高圧力に露
出されたケージスペーサ２５′の中空内部と主弁
プラグ３６′の上部部分の外側表面との間にＵ−
キヤツプ密封部材２５２を密封関係に取付けてあ
る。更に、流体流制限器（restrictor）２５３は、
米国特許第4249574号（その開示は参照により本
件に明らかに含まれている）に開示されている型
式の制限器から成ることが有利である。

本発明の上記の好ましい実施例は、本発明の明
らかな教示から逸脱することなく当業者によつて
ある変更を行なうことができるので、代表的なも
ののみを意味している。従つて本発明の全範囲を
決定する際には添付の特許請求の範囲が参照され
なければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は断面で例示された流体の流れ制限器内
にある本発明の弁プラグ手段の底部平面図であ
る。第２図は本発明の弁プラグ手段の分解斜視図
である。第３図は完全に閉じた位置における弁を
例示しており、且つ第１図の３−３線にほぼ沿つ
て切断したときの本発明による制御弁の側部断面
図である。第４図は完全に開いた位置における弁
を例示しており、且つ第１図の４−４線にほぼ沿
つて切断したときの第３図の制御弁の側部断面図
である。第５図は第３図の弁の変更された型の部
分側部断面図である。 １０……高圧流体制御弁、１１……弁体、１２
……流体入口部分、１３……内部ウエブ部分、１
４……流体出口部分、１５……弁座リング、１８
……流路、１９……弁トリムケージ、２４……リ
ム、２５……ケージスペーサ、３２……第２の弁
座、３４……弁１の弁座、３４Ａ……環状挿入
物、３５……弁プラグ手段、３６……主弁プラ
グ、３７……スロツトルプラグ、３９……弁ステ
ム、５０……ボルト、５２……ハブ要素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高圧流体制御弁であつて、 (a) 流体入口及び流体出口を規定する内部流路を
   含む弁体と、 (b) 変形可能な弾性材料から成り、前記内部流路
   内に配置されている第１の弁座と、 (c) 硬い耐蝕性の材料から成り、第１の弁座と間
   隔を隔てた関係にて前記内部流路内に配置され
   ている第２の弁座と、 (d) 前記内部流路内で選択的に軸線方向に可動で
   あり、前記流体入口と流体出口との間の流体の
   流れを妨げるために、第１の弁座と合致可能な
   主弁プラグと、 (e) 主弁プラグに対して所定の相対的な動きにて
   前記内部流路内で軸線方向に可動であり、前記
   流体入口と流体出口との間の流体の流れを妨げ
   るために、第２の弁座と合致可能なスロツトル
   プラグとを具備しており、 (f) 開弁作動の際、スロツトルプラグが第２の弁
   座から持ち上げられる前に主弁プラグが第１の
   弁座から持ち上げられ、そして閉弁作動の際、
   スロツトルプラグが第２の弁座に座した後主弁
   プラグが第１の弁座に座して、これによつて開
   弁作動及び閉弁作動の際、第２の弁座を主に横
   切つて弁を通る流体の流れを絞るように、主弁
   プラグとスロツトルプラグとの間の前記所定の
   動きが設定され、 (g) 主弁プラグは中央中空部分を含み、 (h) スロツトルプラグは該中央中空部分内に軸線
   方向に移動可能に収容されており、 (i) スロツトルプラグが前記中央中空部分内にて
   旦つ所定の制限された距離だけ主弁プラグに対
   して移動可能であるように、スロツトルプラグ
   と協働する保持停止手段を更に具備し、 (j) 該保持停止手段は、主弁プラグに取付けられ
   旦つ前記中央中空部分内を延びるように配置さ
   れた複数の棒状部材からなり、 (k) 該棒状部材の各々は、直径が大きくなつてい
   る端部分を含み、 (l) そして、各々が棒状部材の１つを収容するよ
   うに配置された、スロツトルプラグ内に形成さ
   れた複数の通路手段を更に具備し、 (m) 該通路手段の各々は、棒状部材の直径が大
   きくなつている端部分に係合する停止部分を含
   み、主弁プラグとスロツトルプラグとの間の相
   対的な動きを停止させることを特徴とする高圧
   流体制限弁。 ２ (a) 前記スロツトルプラグは前記主弁プラグ
   と同軸の入れ子式の関係にあり、 (b) スロツトルプラグは主弁プラグに対して所定
   の制限された距離だけ可動である特許請求の範
   囲第１項記載の高圧流体制御弁。 ３ 前記第１の弁座が前記第２の弁座から下流方
   向に間隔を隔てられている特許請求の範囲第２項
   記載の高圧流体制御弁。 ４ 流体流制限器が前記第１の弁座の下流に配置
   されている特許請求の範囲第３項記載の高圧流体
   制限弁。 ５ 開弁動作の際前記スロツトルプラグが前記第
   ２の弁座から持ち上げられる直前、及び閉弁動作
   の際前記スロツトルプラグが前記第２の弁座に座
   した直後に、前記流体流制限器を約半分開くよう
   に主弁プラグが配置されている特許請求の範囲第
   ４項記載の高圧流体制限弁。 ６ 前記主弁プラグと前記スロツトルプラグとの
   間で作用するスプリング手段が更に設けられてお
   り、該スプリング手段は前記第２の弁座及び前記
   棒状部材の直径が大きくなつている端部分に向か
   つてスロツトルプラグを付勢している特許請求の
   範囲第１項記載の高圧流体制限弁。 ７ 高圧流体制御弁であつて、 (a) 流体入口及び流体出口を規定する内部流路を
   含む弁体と、 (b) 変形可能な弾性材料から成り、前記内部流路
   内に配置されている第１の弁座と、 (c) 前記内部流路内で制御可能に可動であり、前
   記流体入口と流体出口との間の流体の流れを妨
   げるために、第１の弁座と選択的に合致可能な
   第１の弁プラグと、 (d) 硬い耐蝕性の材料から成り、第１の弁座と間
   隔を隔てた関係にて前記内部流路内に配置され
   ている第２の弁座と、 (e) 前記流体入口と流体出口との間の流体の流れ
   を妨げるために、第２の弁座と合致可能な第２
   の弁プラグとを具備しており、 (f) 開弁作動の際、第２の弁プラグが第２の弁座
   から持ち上げられる前に第１の弁プラグが第１
   の弁座から持ち上げられ、そして閉弁作動の
   際、第２の弁プラグが第２の弁座に座した後第
   １の弁プラグが第１の弁座に座して、これによ
   つて開弁作動及び閉弁作動の際、第２の弁座を
   主に横切つて弁を通る流体の流れを絞るよう
   に、第１の弁プラグに対して制御された可動の
   関係にて第２の弁プラグを支持する支持停止手
   段を第２の弁プラグは含み、 (g) そして、第１及び第２の弁座の下流に配置さ
   れ、開弁作動及び閉弁作動の際流体の流れを付
   加的に旦つ部分的に絞る流体流制限器を更に具
   備することを特徴とする高圧流体制限弁。 ８ 高圧流体制御弁であつて、 (a) 流体入口及び流体出口を規定する内部流路を
   含む弁体と、 (b) 変形可能な弾性材料から成り、前記内部流路
   内に配置されている第１の弁座と、 (c) 硬い耐蝕性の材料から成り、第１の弁座と間
   隔を隔てた関係にて前記内部流路内に配置され
   ている第２の弁座と、 (d) 一体の上部部分と下部部分とを有し、前記内
   部流路内で選択的に軸線方向に可動であり、前
   記流体入口と流体出口との間の流体の流れを妨
   げるために、第１の弁座と合致可能な主弁プラ
   グと、 (e) 主弁プラグに対して所定の相対的な動きにて
   前記内部流路内で軸線方向に可動であり、前記
   流体入口と流体出口との間の流体の流れを妨げ
   るために、第２の弁座と合致可能なスロツトル
   プラグとを具備しており、 (f) 主弁プラグの少なくとも下部部分は、その内
   部に形成された孔を含み、 (g) スロツトルプラグが主弁プラグと同軸に入れ
   子式となるように、スロツトルプラグは前記孔
   内に収容され、 (h) 開弁作動の際スロツトルプラグが第２の弁座
   から持ち上げられる前に主弁プラグが第１の弁
   座から持ち上げられ、これによつて第２の弁座
   を主に横切る初期の流体の流れを絞るように、
   スロツトルプラグは、所定の制限された距離だ
   け前記孔内を主弁プラグに対して可動であり、 (i) 主弁プラグの下部部分の外径は、主弁プラグ
   の上部部分の外径よりも大きく、 (j) 主弁プラグの上部部分の外径は、スロツトル
   プラグの外径と実質的に等しく、 (k) 流体が主弁プラグの下部部分の下から上に流
   れることができるように、少なくとも１つの第
   １の内部流体流路が主弁プラグの下部部分を貫
   通して形成されており旦つ主弁プラグの下部部
   分の上方へと延び、 (l) 流体がスロツトルプラグの下から主弁プラグ
   の上部部分の上方に流れることができるよう
   に、少なくとも１つの第２の内部流体流路が、
   スロツトルプラグ及び主弁プラグの上部部分を
   貫通して形成され且つ主弁プラグの上部部分の
   上方へと延びており、 (m) 主弁プラグの上部部分の上方にある第２の
   内部流体流路の部分は、主弁プラグのより大き
   な外径の下部部分の上方にある前記第１の内部
   流体流路の部分から隔離されており、 (n) これによつて、主弁プラグを横切りそして
   主弁プラグの下部部分に形成された第１の内部
   流体流路の部分を通る流体の漏れが、主弁プラ
   グのより大きな外径の下部部分の上方にある第
   １の内部流体流路の部分に流れ込み、開弁作動
   及び閉弁作動の際、主弁プラグ及びスロツトル
   プラグの各々の入口高圧流体に暴露される部分
   の変化によつて生じ得る圧力不均衡を除去する
   ことを特徴とする高圧流体制御弁。