JPH0280868A - 流体制御弁 - Google Patents

流体制御弁

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JPH0280868A
JPH0280868A JP1199503A JP19950389A JPH0280868A JP H0280868 A JPH0280868 A JP H0280868A JP 1199503 A JP1199503 A JP 1199503A JP 19950389 A JP19950389 A JP 19950389A JP H0280868 A JPH0280868 A JP H0280868A
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ball
fluid
shaft
valve body
flow hole
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JP1199503A
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English (en)
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Wilbur D Hutchens
ウイルバー・ディーン・ハッチェンス
Kurt Joseph Leger
カート・ジョセフ・レジャー
Robert Frederick Berry
ロバート・フレドリック・ベリイ
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Original Assignee
Fisher Controls International LLC
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    • F16K5/00—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary
    • F16K5/06—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having spherical surfaces; Packings therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K5/00—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary
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    • Y10T137/86718—Dividing into parallel flow paths with recombining
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は流体弁、特に正確な流れ制御又は開閉操作を必
要とする、化粧品や、特別化学品の生産で或は衛生上で
の適用等で流体の制御に特に使用する弁に関するもので
ある。
発明の背景 参照すべきものは次の米国特許である。それらは、２，
５１０，５１４；　２，７１２，４５４；　３，２７５
，０２５；　３，４０３，８８７；３５３６．２９６；
　３，７７３，２９１；　３，７７９，５１１＆　３，
８８３，１１３；４、１０３．８６８；　　４．１４０
．１４９．　４．３４２．４４４；　　４．４６５．２
５９４６９６．３２３である。
化粧品、特別化学品の生産及び衛生上の使用での流体制
御用制御弁は正確な流れ制御、確実な消毒、流体と接触
する部品の清掃容易性、並びに保守の容易性及び経済的
に製作ができるという通常所望される弁特性を必要とす
る。上に述べた特許の有るものは、このような流体制御
弁に対する特性の−ないしそれ以上を有するが、それら
の総てを満足するものは皆無である。
従って、正確な流れ制御と、消毒、掃除、及び保守が容
易で、かつ動作が確実で、経済的に製作できる弁を提供
するのが要望されている。
発明の概要 流体制御弁には流れ孔を構成する通路と流れ孔の中に回
転自在に取り付けたボールとを有する弁本体が設けてあ
り、ボールの外径と流れ孔の内径との間に形成された連
続的封止線接触でボールが封止している。エラストマー
被覆がボールを取り巻いていて、エラストマー被覆の外
径は流れ孔より僅かに大きくて、ボールが回転する間可
動の締まりぼめとなり、弁が閉止されているとき、流れ
孔とボールとの間に無漏洩締め切りとなる。好適には、
１字形の角度の付いた１個又は２個の溝をボールの外径
に設けて、ボールをボールとシャフトの軸の周りに回転
しながら流体流れを溝で制御する。
流れ孔に直交し、かつ流れ孔と同じ直径を有する孔を介
して弁本体にボールを入れる。ボールとシャフトはボン
ネット組立体の一部で、ボールを弁本体孔を介して装入
し、流れ孔の中で、かつ弁本体に確実に座るボンネット
と完全接触して係合させる。１部品構成のシャフトボン
ネットシール部は弁本体とボンネットとの間に静的封止
を行い、かつ同じく動的シャフト封止を行う。
弁のンヤフトを水平に取り付けたとき、流れ孔の流れ開
口を形成するボール溝の１個は弁の底部に位置する。こ
の構成では、弁を開いたとき、配管の溜まりを完全に排
出することができる。これにより、制御している処理を
汚染する処理流体が残留するポケットを無くずことがで
きる。更に、この構造は、弁が配管に取り付いている間
も、弁の流体接触部材の全部を掃除し、かつ消毒するこ
とができる。
従って、この独特の弁の構造は次の特長を有する。（１
）ボールの外径と流れ孔の内径との間の封止線接触が弁
の封止部を構成して、ボールの溝を介して正確な制御を
行うことができる。（２）流れ媒体により発生した力に
対するスラスト部材としてボールは機能することができ
、これにより、この機能のために使用される幾つかの部
品を省くことができる。（３）水平な配管の最小限の勾
配を付けた弁を介して、配管流体の溜まりを完全に排出
することができ、これにより、掃除と消毒が容易になる
。（４）弁本体とボンネットとの間に動的シャフト封止
と静的封止の両方を与える１個の封止部を使用すること
ができ、これにより不必要な部品を省くことができる。
（５）制御している処理を汚染する処理液を残留させる
ポケットを弁組立体から無くずことができ、それにより
無菌の組立体を提供する。（６）唯の４個の押さえねじ
を取り外し、ボールを弁本体から１個の孔を介して取り
出すことにより、ボンネットとボールシャフト組立体を
弁本体から取り外すことができる。（７）、従来の機械
加工の工具を使って弁内部の面を機械加工し、更に仕上
げをすることができる。このように、本発明に係る原理
に基づく弁は化粧品と、例えば遺伝学的変成バクテリア
及び酵母を使用して生産する特殊化学品の生産に主要な
用途がある。別の用途は正確な流れ制御、又は開閉動作
の適用のいずれかを必要とする何等かの衛生上での適用
である。
本発明の特長は特許請求の範囲に詳細に記載されている
。添付図面を参照して、以下に詳細に本発明を説明する
。図面では、同じ要素を示すために同じ番号が付しであ
る。
発明の詳説 第１図は本発明の原理に基づいて構成された流体制御弁
１０を図示している。弁１０は弁本体１２どねじ山付き
押さえねじ１６により弁本体１２に取り付けられたボン
ネット１４とを有する。ヨーク１８をボンネット１４の
他端に設け、弁の開／閉位置を制御するため標準アクチ
ュエータに弁を連結する。第１図において、ボール２０
は弁本体１２の流れ孔の中で閉位置にある。
第２図でより明白に示しであるように、弁本体１２は入
り口２２と出口２４とを有し、それらは流れ孔２６によ
り相互に連結されている。第２図の矢印は入り口２２か
ら出口２４への流体の流れ方向を示している。但し、逆
の方向の流体流れについても同じく弁１０を使用できる
。クランプ２３が入り口２２に設けてあり、フランジ２
５が出口２４に設けである。ボール２０は球形で、２個
の溝２８．３０が設けである。
溝はボール２０の面の回りに１８０°以下の角度範囲で
延在するが、対向するボール側面上で溝の間にあるボー
ル面に小さな区域３２を残ずく第２図、第５図、第６図
を参照せよ）。各溝は、好適には９０゜と１２０°との
間にある角度Ｘ（第６図）を有するＶ字形に形成されて
いる。
ボール２０がンヤフト３４の軸線の回りにいずれかの方
向で回転するにつれて、弁１０を流れる流体流れは溝２
８．３０により制御される。溝の寸法を変えることによ
り、異なる弁容量に変えることができ、所望ならば、た
だ１個の溝を使用することもできる。本発明の重要な利
点は、弁１０を配管に取り付けたとき、シャフト３４が
第１図に示すように水平になることである。この場合、
弁が閉止されていると、ボール２０は第２図と第４図の
正面図に示す流れ孔２６の位置にある。しかし、シャフ
ト３４を回転して第５図に示す全開位置にボールを置く
と、溝２８は弁の底部にあり、従って流れ孔２６の流体
流れ点の最下点にあって、弁１０に接続された配管から
弁が開のとき完全にドレンを抜くことができる。
２個の溝２８．３０を使用する場合、一方の又は他方の
溝は弁が開位置で常に流れ孔の底部にある。ただ１個の
溝を使用する場合、ボールを回転して弁開位置にすると
き溝が流れ孔の底部に来るように、閉位置での溝を配置
することに注意する。
ボール２０はボール２０の露出した外面を完全に被覆し
たエラストマー被覆３６を有する。但し、所望ならば、
エラストマー被覆３６はボール２０の溝でない球面のみ
を被覆することもできる。いずれの場合でも、球形ボー
ル２０の直径とエラストマー被覆の厚みは、エラストマ
ー被覆の外径が流れ孔２６の直径より僅かに大きい寸法
とし、ボールの回転中はボール２０と流れ孔２６の壁と
の間で可動の締まりばめとなり、弁が閉止されていると
きは流れ孔とボールとの間で無漏洩閉止が行えるように
する。
第２図と第４図に示されるように、ボール２０の外径と
Ｏれ孔２６の内径の間の線接触により弁に流体流れ封止
がなされる。ボール２０と流れ孔２６の間の線封止接触
４０は、ボール２０の球面の溝２８．３０の間の狭いセ
クション３２の点３２ａ　とそれと対向する３２ｂとを
結び、かつ溝２８．３０の間の球面のそれぞれの対向す
る幅広い部分４２の上にある点４２ａとそれと対向する
点４２ｂとを結ぶ連続的、切れ目のない封止線により形
成される。このようにして、線接触封止４０が連結封止
点３２ａ、　３２ｂ、　４２ａ、　４２ｂとの間で形成
される第４図の弁の閉止位置から、シャフト３４を反時
計回りに回転して（被駆動ンヤフト端から）、ボール２
０は第５図に示す完全開位置に来る。
本発明の別の重要な利点は、第２図の断面図から自明で
ある。ボール２０と流れ孔２６との間の線接触封止によ
り、ボールは流れ媒体により発生した力に対するスラス
ト部材として機能する。この独特の構造はこの機能を果
たすのに通常必要とされる別個の弁部品を必要としない
。
弁本体へのボール２０の装着は本発明に係る弁の別の明
白な利点となる。これは第２図と第３図から自明である
。弁本体１２は壁５２に孔５０を有し、特に壁５２に機
械加工された溝５４が弁本体１２に形成される。エラス
トマーシール部材５６は孔５０に嵌入できる構成とし、
更に溝５４に嵌入できるフランジ５８とシャフト３４よ
り僅かに大きい直径の孔６０とを有する。孔６０は○−
リング類似の一体型シール６２を形成するより小さい直
径部分を有する。シール部６２の直径はシャフト３４の
直径より僅かに小さくて、シャフトとぴったり嵌め合っ
て、シャフト部分６４て動的流体シャフト封止を形成す
る（第２図参照）。
弁本体溝５４は環状肩部６６を有する。ボンネット１４
を押さえねじ１６により弁本体１２にしっかり締めて取
り付けたとき、環状肩部６６は封止フランジ５８に係合
して押し下げる。シール５６はグイナミソクシャフト封
止並びに弁本体１２とボンネット１４との間の静的封止
を提供する。
シャフト３４はボンネット通路６８の中に伸びていて、
○−リング保持具７２により適所に保持されている○−
リング７０によりンヤフト３４はその上端で封止されて
いる。標準クランプ７４は第２図に示すように標準クラ
ンプ７４の間に○−リング保持具７２と共にボンネット
１４にヨーク１８を保持する。流れ孔２６から通路６８
への流体漏れは勿論○−リング７０により封止される。
ボンネット１４の標準漏れ切り接続１コ８０は通常封止
されていて、開けると接続通路６９を介して通路６８へ
の接近路となる。その結果、流体通過シール５６に望ん
でいない漏れがあるかどうかを点検できる。無菌性を維
持しなければならない状況で、弁１０を使用する場合は
、ボンネット１４に漏れ切り接続口８０に類似する２個
のパージ接続具を設けることができる。スチームを一方
のパージ接続具に供給し、かつ他のパージ接続具から除
去して通路６８を消毒し、それによりシール５６の場所
を介して汚染菌が処理流体に入ることを防止する。
シャフト３４の頂部に、標準駆動装置アダプター８２を
適当なピン８４で取り付けて、シャフト３４の制御され
た駆動を可能とし、それによりボール２０の位置を制御
する。シャフトベアリング８６．８８は、例えばテフロ
ンでできていて、ボンネットの中の通路６８の対向する
両端部に適当に取り付けてあって、シャフト３４の動き
を支持する。
清掃と保守の便宜上、部品の組み立てと取り外しを容易
にするため、孔５０は流れ孔とほぼ同じ直径で、かつそ
れに直交している。即ち、孔５０の中心軸は流れ孔２６
の長手方向軸に直交している。第３図に示すように、ボ
ール２０を孔５０を介して装入し、第２図に示すように
流れ孔に着座させる。次いで、ボンネッ目４をねじ１６
で弁本体に取り付ける。ねじ１６を取り外し、かつボン
ネッ目４を弁本体１２から動かし離すことにより容易に
ボール弁を取り外すことができる。
本発明の実施例では、エラストマー３６を溶かして金属
ボール２１（第６図）の周りに約１．２７ｍｍ（０，０
５ｉｎｃｈ）の厚みで成形する。金属ボール２１のエラ
ストマー３６の外径は流れ孔２６の直径より０．２５４
ｍｍ　（０，０ＩＯｉｎｃｈ）大きくなるように、流れ
孔２６に関してボール２０の寸法を決める。溝２８．３
０のそれぞれに、約１２０°の角度を伺ける。
ボール２０を内部がプラスチフク又は硬質ゴムで外側が
より軟らかく、かつより可撓性のエラストマーで構成す
る。別法として、ボール全部をエラストマー材料で構成
することもできる。
溝２８．３０をボール表面に構成して、種々の所望の弁
流量に調整することができる。例えば、溝２８゜３０を
約１２０°の角度で構成すると、大容量の弁とすること
ができる。約９０°の角度にして浅い溝にすると、より
少ない流量にすることができる。
本発明に係る弁１０の新規な特長は次に列挙しである。
（１）　　ボールの外径と流れ孔の内径との間の線封止
接触を弁の封止部とすることができる。
（２）ボールは流れ媒体により生じる力に対するスラス
ト部材として機能する。
（３）最小限の勾配の水平管においても弁を介して完全
に配管の流体の溜まりを抜き取ることができる。
（４）単一の封止部で本体とボンネットとの間の動的シ
ャフト封止と静的封止とを行うことができる。
（５）弁内部の面を従来の機械加工の工具を使って機械
加工しかつ面仕上げすることができる。
（６）制御している処理を汚染する処理液残留ポケット
を弁組立体から無くすことができる。
（７）唯の４個の押さえねじを取り外すことにより、弁
本体からボッネット全体、ボールシャフト組立体、ヨー
ク及び駆動アクチュエータを取り外すことができる。
上記の詳細な記載は明白な理解のために与えられている
のであって、改変は当業者に明らかなので、何等不必要
な制限を課するものでは無い。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る流体制御弁の正両立面図で、弁ア
クチユエータシャフトは水平位置にあり、弁は閉位置に
ある 第２図は第１図の断面２−２に沿った断面図；第３図は
弁本体と、ボンネットと、ボールシャフト組立体の分解
断面図 第４図は閉位置での弁の拡大正面立面図；第５図はボー
ルが回転して開位置にある拡大正面立面図； 第６図はボールの部分的断面の拡大図である。 １０・・・流体制御弁　　　　１２・・・弁本体１４・
・・ボンネット　　　　１６・・・押さえねじ１８・・
・ヨーク　　　　　　２０・・・ボール２２・・・入り
口　　　　　　２３・・・クランプ２４・・出口　　　
　　　　２５・・・フランジ２６・・流れ孔　　　　　
　２８．３０・・・溝３２・・・溝の間にある小さな区
域 ３４・・・シャフト　　　　　３６・・・エラストマー
被覆４０・・・封止線接触　　　　４２・・・球面のよ
り広い部分５０・・・孔　　　　　　　　５２・・・弁
本体の壁５４・・・弁本体の壁の溝 ５６・・・エラストマーシール部材 ５８・・・封止フランジ ６０・・・エラストマーシール部材の孔６２・・・シー
ル　　　　　　６４・・・シャフト部分６６・・・環状
肩部　　　　　６８・・・ボンネット通路７０・・・０
−リング　　　　　７２・・・０−リング保持具７４・
・・標準クランプ　　　８０・・・標準漏れ切り接続口
８２・・・標準駆動装置アダプター ８４・・・ピン ８６、８８・・・シャフトベアリング 代理人弁理士　杉　　村　　暁　　力 量

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、一端に入り口を、他端に出口を、及び前記入り口と
    出口の間に存在する円筒形流れ孔を有する弁本体と、 球形ボールとこのボールを回転するためのシャフトとを
    含むボールシャフト組立体と、前記ボールシャフト組立
    体を前記弁本体に取り付ける取り付け手段とを、 備える流体制御弁であって、 前記円筒形流れ孔はこの円筒形流れ孔の壁の間に形成さ
    れる内径の内側で流体を前記弁本体を通って連通させ、 前記球形ボールは前記円筒形流れ孔の前記内径にほぼ等
    しい直径を有し、 前記球形ボールは前記ボールの対向する外側面のそれぞ
    れに１対の対称的溝を有し、 前記溝は前記ボールの前記外側面の周りに１８０°より
    小さい角度範囲で存在して、対向する対称的狭い球面を
    形成し、この狭い球面は、流体の流れを阻止するために
    それぞれに流体封止面を構成する、対向する対称的なよ
    り広い球面と接合していて、 前記シャフトは前記弁本体に対して角度を付けて配置し
    てあり、前記球形ボールは前記弁本体円筒形流れ孔の中
    に可動の締まりばめで係合していて、前記それぞれの流
    体封止面は前記流れ孔の前記壁に接触して封止し、 前記シャフトは回転自在で、前記球形ボールを、 （１）前記ボールの狭い及びより広い球面の前記流体封
    止面の全部が途切れない封止線で前記流れ孔の前記壁に
    接触封止して、弁を流れる流体の通路を閉塞している、
    第１位置から、 （２）少なくとも前記ボールのより広いほうの球面のそ
    れぞれの前記流体封止面のみは前記流れ孔の前記壁に接
    触して封止し、前記流体は前記溝の各々を通ってのみ流
    れることができるように、弁を流れる流体の前記通路を
    開放する、第２位置に回転する、ことを特徴とする流体
    制御弁。 ２、前記球形ボールは前記それぞれの流体封止面の上に
    エラストマー被覆を有することを特徴とする請求項１に
    記載の流体制御弁。 ３、前記取り付け手段は、前記シャフトを装入のための
    通路を有するボンネツトと、このボンネツトを前記弁本
    体に取り付ける手段とを含むことを特徴とする請求項２
    に記載の流体制御弁。 ４、前記弁本体の前記円筒形流れ孔の前記壁に孔を有し
    、かつ前記取り付け手段は、前記孔を通して前記流れ孔
    からの流体の損失を防止するために前記孔に係合して封
    止する封止部材を含む、ことを特徴とする請求項３に記
    載の流体制御弁。 ５、前記孔は前記流れ孔の円筒形壁に形成された封止溝
    を含み、かつ前記封止部材は前記封止溝に嵌め合うよう
    にされた封止フランジを含む、ことを特徴とする請求項
    ４に記載の流体制御弁。 ６、前記封止部材は前記シャフトの装入を可能とするシ
    ャフト通路を含むことを特徴とする請求項５に記載の流
    体制御弁。 ７、前記封止部材シャフト通路はシャフト直径より僅か
    に小さい直径を有する内側封止部を含んで、前記回転自
    在シャフトの周りに流体封止部を形成する、ことを特徴
    とする請求項６に記載の流体制御弁。 ８、前記弁本体を介して流体の完全な排出が可能なよう
    に弁を整列して設置することを特徴とする請求項１に記
    載の流体制御弁。 ９、前記エラストマー被覆は前記ボールの外側面に一面
    に延在していることを特徴とする請求項２に記載の流体
    制御弁。 １０、前記円筒形流れ孔の前記壁に孔を有し、かつ前記
    取り付け手段は、前記孔を介して前記球形ボールを取り
    外し自在に装入することにより、前記ボールシャフト組
    立体を前記弁本体に取り外し自在に取り付けるための手
    段を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の流体制御
    弁。 １１、前記孔は円形で、かつ前記球形ボールの直径にほ
    ぼ等しい直径を有する、ことを特徴とする請求項１０に
    記載の流体制御弁。 １２、前記溝は各々Ｖ字形で、かつ９０°と１２０°と
    の間の角度範囲で形成されている、ことを特徴とする請
    求項１に記載の流体制御弁。 １３、各々前記ボンネツトを通って伸びており、かつ前
    記通路と連通し、更に汚染菌から前記通路を消毒するた
    めの消毒媒体を受容するようにされた、１対の排出接続
    具を備えることを特徴とする請求項３に記載の流体制御
    弁。 １４、一端に入り口を、他端に出口を、及び前記入り口
    と出口の間に存在する円筒形流れ孔を有する弁本体と、 球形ボールとこのボールを回転するためのシャフトを含
    むボールシャフト組立体と、 前記ボールシャフト組立体を前記弁本体に取り付ける取
    り付け手段とを、 備える流体制御弁であって、 前記円筒形流れ孔はこの円筒形流れ孔の壁の間に形成さ
    れる内径の内側で流体を前記弁本体を通って連通させ、 前記球形ボールは前記円筒形流れ孔の内径にほぼ等しい
    直径を有し、 前記球形ボールは前記ボールの外側面に少なくとも１個
    の溝を有し、 前記溝は前記ボールの前記外側面の周りに１８０°より
    小さい角度範囲で存在して、流体の流れを阻止するため
    にそれぞれ流体封止面を形成し、 前記シャフトは前記弁本体に対して角度を付けて配置し
    てあり、前記球形ボールは前記弁本体円筒形流れ孔の中
    に可動の締まりばめで係合していて、前記ぞれぞれの流
    体封止面は前記流れ孔の前記壁に接触して封止し、 前記シャフトは回転自在で、前記球形ボールを、 （１）前記ボールの前記流体封止面の全部が連続的な途
    切れない封止線で前記流れ孔の前記壁に接触封止して、
    弁を流れる流体の通路を閉塞している、第１位置から、 （２）前記それぞれの流体封止面の一部のみが前記流れ
    孔の前記壁に接触して封止し、前記封止線は非連続的で
    、かつ流体は前記溝を通ってのみ流れることができるよ
    うに、弁を流れる流体の前記通路を開放する、第２位置
    に回転する、ことを特徴とする流体制御弁。１５、前記
    溝はＶ字形で、かつ９０°と１２０°との間の角度範囲
    で形成されている、ことを特徴とする請求項１４に記載
    の流体制御弁。
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