JPH0755036A - 偏心回転可能なスリーブ弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受ける応力を小さくして、寿命を延ばす。 【構成】 偏心回転可能なスリーブ弁は可撓性の筒状ス
リーブを内部に保持する中央の垂直方向円穴を備え、こ
のスリーブの中央部分は前記スリーブ内に置かれたコア
部材によって味噌すり運動で弁座の方に又は弁座から離
れるように偏心的に動くことができ、この弁座は直角に
前記垂直方向円穴の中心に向かってこの円穴に置かれ、
かつ偏心カム手段を有する軸により前記スリーブを半径
方向に変位させることができ、かつ前記スリーブはハウ
ジング円穴の方に密閉組み合いされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は管路導管における流体の
流れを制御するために使用されるパックレス制御弁に関
する。

【０００２】

【従来技術及びその課題】この目的に使用し得るパック
レス弁の典型例は、例えば米国特許第４６０９１７８号
に示されたようなダイアフラム式の弁である。これらの
弁は良好な閉鎖手段を提供しかつ合理的に小型である。
しかし、ダイアフラムが閉鎖部材及び軸のシールの双方
として作用するので、これらダイアフラムは当然大きく
なり、典型的には弁オリフィスの直径の２倍ないし３倍
である。このため、ダイアフラムの面積と流体圧力との
積により生ずる力を克服するには相当な操作力を必要と
する。ダイアフラムがＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエ
チレン）のようなプラスチック製である場合は、かかる
ダイアフラムに要求される大きな可撓性の動きにより加
えられる大きな機械的応力のため、かかるダイアフラム
の日常の繰返し閉鎖は保証されない。ダイアフラム弁の
別の欠点は非常に流線型化された流路であり、これは高
い流体速度下におけるキャビテーションと摩耗とをもた
らすことがあり得る。最後に典型的なダイアフラム弁の
本体の大きさがポート開口と比較してかなり大きく、こ
れがかかる弁の構成を明らかに高価にする。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明は、閉鎖部材及び
軸のシール用器具として可撓性の管を使用することによ
り従来技術の弁に対する諸々の障害を克服する。可撓性
の管自体は、材料に過度の応力を加えることなしに衛生
設備級シリコンゴムのような適宜の市販の弾性体又はプ
ラスチックより作ることができる。シール用材料の比較
的小さな半径方向変位が中等程度の操作力を要するだけ
であり、これが操作用装置に関する限り相当な費用節減
をもたらす。流体圧力を受ける面積が比較的大きく、従
って大応力を受けるダイアフラム弁と比べて、本可撓管
は内部に置かれた機械要素により暴露面積の９０％以上
を支持され、比較的低い応力レベルとなり、これにより
相当に大きなライフサイクルを保証する。別の利点は、
本シール用管の直径が弁ポート直径の約６５％の大きさ
でしかなく、このため、比較的小さな弁ハウジング及び
弁閉鎖用フランジしか必要でない点にある。最後に、本
発明は、典型的なダイアフラム弁の場合におけるように
負の圧力勾配下でのシール用膜の陥没の恐れなしに全真
空で使用し得る弁を提供する。これら及びその他の重要
な利点は以下の図面及び記述により明らかに説明される
であろう。

【０００４】

【実施例】本発明は好ましい実施例に関連して説明され
るが、本発明をこの特定の実施例に限定する意図の無い
ことを理解すべきである。

【０００５】図１を参照すれば、本発明は入り口ポート
４と出口ポート５とを有する弁ハウジング３を備える。
適正に機能するため、入り口ポート４と出口ポート５と
は容易に逆にすることができること及び位置の選定は純
粋に便宜上のものであることを理解すべきである。弁ハ
ウジング３は中央の円形の直角方向の円穴６及び拡大開
口部６ａを有し、入り口ポート４と開口部６ａとの交差
が弁座を構成している円筒状のシート面７を提供する。
このシートの輪郭の半径は本質的に管又はスリーブ９の
周囲半径と同じであり、かつシートの半径の原点はハウ
ジング３の中心とは食い違いにされる。入り口ポート４
と出口ポート５とは、流体を収容している管路システム
との連結に適したフランジ付き構造８を持つ。円穴６は
円穴６内にきちんと適合する可撓性の管又はスリーブ９
を内部に収容し、更にこのスリーブは２個の挿入体１０
により内側で支持され、この挿入体は上方及び下方のボ
ンネットフランジ３１により適正位置に保持される。ス
リーブ９の中央内部は、中空の中心部分１４を有する円
筒状のコア１３により占められる。挿入体１０は、更
に、内側で弁軸１９を案内する案内ブシュ１８を有し、
この弁軸は、中心が図２に距離ｅで示された距離だけ軸
１９の中心から食い違いにされた円柱状の中央部分２０
を持つ。軸１９の上方延長部は、これをアクチュエータ
ーと組み合わせることができる。

【０００６】外側スリーブ９は、開口部６ａから外部へ
の漏洩を防止するために円穴６の内面に対して押し付け
られねばならない。これは、弾性材料より作られかつ挿
入体１０の傾斜部分１２により外向きに押されるくさび
１１により達成される。この圧縮を行うために、上方挿
入体１０は、上方ボンネットフランジ３１の開口を通過
して伸びかつねじナット２６により上方に引かれるねじ
付きの延長部２５を持つ。これは比較的安定した温度下
で使用されるが、温度が滅菌用蒸気の進入により９３.
３℃（２００゜Ｆ）以上に周期的に上昇することのある
状態の業務のような用途がある。かかる温度の変動域
は、弾性スリーブとくさびとの相当な熱膨張を起こし、
これに続いた弁の冷却の際に永久変形及び密閉能力の損
失を導く可能性がある。これは許されない。しかし、ナ
ット２６の下の円錐状ばねワッシャー２７のようなばね
部材の付加により、過去に弁軸パッキング用として成功
裏に使用された原理に従い、繰返し熱サイクルの後でも
くさび１１の所望の負荷を復活できる。

【０００７】ボンネットフランジ３１の下方部分におい
て延長部２５及びナット２６を複数のボルト２８及びこ
れに対応したより小さなばねワッシャー２９で置換し、
より多くの空間を許しつつ同時に同一の所望の結果を達
成した。

【０００８】特に図１を参照すれば、開口位置、即ち円
柱状部分２０が全く出口ポート５の方に変位させられ、
これにより円筒状コア１３を出口ポート５の方に強制す
る位置（位置ａ）にある軸１９が見られる。一方では、
このことが可撓性スリーブ９の偏心による半径方向変位
を導き、これにより、流体は、入り口ポート４からシー
ト面７と可撓性スリーブ９との間を流れ本体開口部６ａ
内に入り、更にここから出口ポート５に流れることがで
きるであろう。これが弁開口位置である。弁軸１９が反
対方向に回転すると、今度は、これが円筒状コア１３を
強制して入り口ポート４の方に動かし、これが可撓性ス
リーブ９を強制して味噌すり運動をさせてハウジング３
のシート面７に組み合わせ、入り口ポート４から出口ポ
ート５への流体の流れを阻止する。これは、距離ｅが図
２に示されたように再配置されたときに生ずるであろう
（位置ｂ）。

【０００９】かかる弁は、（食品産業又は生体処理産業
のような）衛生関連流体用に使用されるときはいつでも
弁開口部６ａを完全に空にすることが必要である。本発
明は、これを、軸１９の中心線を水平方向としかつ出口
ポート５の中心線を入り口ポート４の中心線とは食い違
い置くことにより（図２参照）達成する。この方法で、
ポート５の内面は、拡大中央部分６ａの半径方向の極限
位置と同一高さ又はこれより少し下方となる。そこで、
総ての流体は、重力の法則に従って、弁ハウジングから
出口ポート５に連結された管路内に排出されるであろ
う。

【００１０】図３は本発明の多少簡略化された実施例を
示し、これにおいては、はＯリングシール３０がスリー
ブ９、ハウジング３、及びボンネットフランジ３１の間
に設置され、シールするため管９をハウジングの円穴６
及びボンネットフランジ３１に対して十分に押し付け
る。かかるシーリングシステムは、流体の温度変動範囲
が１００℃を越さない場合に十分である。弁の自動運転
用として操作用装置２２を付加することができる。

【００１１】可撓性スリーブ９は比較的硬いＰＴＦＥ
（ポリテトラフルオロエチレン）のような耐食性の不活
性材料で作られるため、特に種々の加工許容差の影響に
よる付加的な機械的不整合があるので、シート面７との
バブルタイト（bubble tight)接触は不可能であろう。
この問題を克服するために、円筒状コア１３と可撓性ス
リーブ９との間に付加スリーブ１７を加えることによる
弾性支持を考案した。このシール１７は比較的弾性的な
材料で作られ、このため、前述のいかなる寸法的な不完
全も補償するであろう。

【００１２】部材２０及び円筒状コア１３の偏心形状の
使用により、シート面７に向かうスリーブ９の味噌すり
運動又はカム運動が達成される。これにより、シート面
７の近くのときはシートに対面するスリーブ９のより緩
やかな接近であるが広く開口した弁位置の近くではより
急速な運動が得られ、これが自動絞りをする使用に対し
る所望の確実な「固有流動特性（inherent flow charac
teristic）」に導く。

【００１３】請求項の精神から離れることなく本発明に
多くの変更を行うことができる；例えば、部分２０は回
転摩擦を減少させるために付加的な軸受手段を持つこと
ができる；防護強化のために軸１９の周りに弁パッキン
グを付加できる；ハウジング３が鋳鉄のような安価な材
料で作られるならば、これに別の（例えばステンレス鋼
製の）シートリングを付加することができる；軸自体を
円穴６に対して偏心した関係に保持することができる；
スリーブ部分の非変位部分をハウジング円穴それ自体の
中に完全に保持することができる。付加的なポートを追
加できる、等々である。

【００１４】典型的な実施例を説明したが以下本発明の
実施態様を説明する。

【００１５】１．偏心回転可能なスリーブ弁にして、少
なくも１個の水平方向入り口ポートと出口ポート及び本
質的に前記入り口ポートと直角に伸びている１個の中央
開口部を有するハウジングであって、前記水平方向入り
口ポートと直角方向の中央開口部との間の境界面が弁座
を構成し、かつ前記弁座が半径に沿った面を有しその半
径の中心が前記中央ハウジングの中心より偏心して変位
されたハウジング、前記中央開口部内に挿入された可撓
性スリーブ、テーパー付き端部を有し前記可撓性スリー
ブ内にきちんと適合した円筒状コアであって前記コアの
円筒状部分の長さが前記入り口ポートの断面寸法を越え
て伸びかつ前記ハウジング内に露出された前記スリーブ
の実質的な長さが外部流体の力に抵抗するように前記円
筒状コアとそのテーパー端部とにより支持される円筒状
コア、前記中央開口部の長さを通して伸びかつ偏心部材
を有する軸を備え、前記コアは軸と組み合って共同作用
する円穴を有しかつ軸の前記偏心部材との組合いに適し
た形状にされた部分を有しかつ前記入り口ポートに向か
う前記コアの味噌すり(nutating)運動を起こすことがで
きこれにより前記可撓性スリーブの中央部分を強制して
相補的運動を行わせかつこれにより前記軸の回転方向移
動が十分な場合にカム運動でスリーブを弁座に接触させ
閉鎖させて流体が入り口から出口ポートに流れることを
防ぎ、更に前記可撓性スリーブを保持しかつシールする
ために前記中央開口部の両端に取り付けられた適切な閉
鎖手段を備えた偏心回転可能なスリーブ弁。

【００１６】２．軸の前記偏心部材は前記軸の直径より
大きな直径で伸びている円筒状の中央部分を有しかつ前
記円筒状部分の中心線が軸の中心線とは食い違いにされ
た上記１記載の偏心回転可能なスリーブ弁。

【００１７】３．前記閉鎖手段の各が前記弁ハウジング
に適切に取り付けられかつ可撓性スリーブの上端又は下
端にきちんと組み合う円形開口を有するフランジを有
し、更に前記可撓性スリーブの内側ときちんと組み合う
別のテーパー付き挿入体を有し、そして前記フランジ内
に取り付けられかつ前記中央開口部から前記可撓性スリ
ーブの外部及びブッシュと前記フランジとの間を通過す
る流体の流れを防ぐような形状にされた適切なシールを
有する上記１記載の偏心回転可能なスリーブ弁。

【００１８】４．前記ハウジングの出口ポートが前記入
り口ポートの中心から偏心して変位され、弁が閉鎖され
た後で弁ハウジング内に残っている流体を排出できるよ
うに前記出口ポートの下方内面がハウジングの前記中央
開口部の前記拡大中央部分の内側半径面と平らである上
記１記載の偏心回転可能なスリーブ弁。

【００１９】５．前記コアがその外側円周方向の周囲に
凹所を有し弁座と接触しうる可撓性スリーブの部分に緩
衝支持を与えるために適切な弾性挿入体が前記凹所内に
定着される上記１記載の偏心回転可能なスリーブ弁。

【００２０】６．前記中央開口部の両端に取り付けられ
た適切な閉鎖手段内に、前記スリーブの上方及び下方の
部分内に組み合うテーパー外面を有し前記コアを跨ぐ付
加的な挿入体、挿入体の前記テーパー外面と前記スリー
ブの内面との間に配された変形可能なくさび部材、及び
前記変形可能なくさび部材を圧縮する手段を有する上記
１記載の偏心回転可能なスリーブ弁。

【００２１】７．前記挿入体がねじ手段を有し又はねじ
手段と共同作用して前記閉鎖手段と関連して、スリーブ
外部と中央開口部の内面の部分との間の漏れの無いシー
ルを提供するためにスリーブ内部に半径方向外向きの力
を加えるように前記変形可能なくさび要素を圧縮する上
記６記載の偏心回転可能なスリーブ弁。

【００２２】８．前記スリーブ又はくさび手段の熱変形
に従って前記ねじ手段の張力を維持するために弾性ばね
が前記ねじ手段と閉鎖手段との間に置かれる上記７記載
の偏心回転可能なスリーブ弁。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例の垂直方向の中央部断
面図であり、弁は開かれた位置で示される。

【図２】図１に示された装置の図１の線２−２に従った
水平方向断面図であり、弁は閉鎖位置で示される。

【図３】弁ハウジングに対する可撓性の管の幾分か単純
化されたシーリング手段を有する本発明の実施例の垂直
方向断面図である。

【符号の説明】

３ 弁ハウジング ４ 入り口ポート ５ 出口ポート ９ スリーブ １０ 挿入体 １１ くさび １３ コア １９ 弁軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくも１個の水平方向入り口ポートと
   出口ポート及び本質的に前記入り口ポートと直角に伸び
   ている１個の中央開口部を有するハウジングであって、
   前記水平方向入り口ポートと直角方向の中央開口部との
   間の境界面が弁座を構成し、かつ前記弁座が半径に沿っ
   た面を有しその半径の中心が前記中央ハウジングの中心
   より偏心して変位されたハウジング、前記中央開口部内
   に挿入された可撓性スリーブ、テーパー付き端部を有し
   前記可撓性スリーブ内にきちんと適合した円筒状コアで
   あって前記コアの円筒状部分の長さが前記入り口ポート
   の断面寸法を越えて伸びかつ前記ハウジング内に露出さ
   れた前記スリーブの実質的な長さが外部流体の力に抵抗
   するように前記円筒状コアとそのテーパー端部とにより
   支持される円筒状コア、及び前記中央開口部の長さを通
   して伸びかつ偏心部材を有する軸を具備し、前記コアは
   軸と組み合って共同作用する穴を有しかつ軸の前記偏心
   部材との組合いに適した形状にされた部分を有しかつ前
   記入り口ポートに向かう前記コアの味噌すり運動を起こ
   すことができこれにより前記可撓性スリーブの中央部分
   を強制して相補的運動を行わせかつこれにより前記軸の
   回転方向移動が十分な場合にカム運動でスリーブを弁座
   に接触させ閉鎖させて流体が入り口から出口ポートに流
   れることを防ぎ、更に前記可撓性スリーブを保持しかつ
   シールするために前記中央開口部の両端に取り付けられ
   た適切な閉鎖手段を具備することを特徴とする偏心回転
   可能なスリーブ弁。