JPS5825910B2 - リユウタイリユウセイギヨベン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体流を制御するための弁に関し、特にその流
れ制御要素と弁内の流体通路との間に配置された圧力増
大した密封具を有する弁に関する。

本発明は特に線形弁に適しここではこれについて説明す
るが、本発明は球弁等の型式の弁に適用しうるものであ
る。

いわゆる線形弁というのは、パイプ内へ装着されるよう
に設計されたものであって、かかるパイプを直径方向に
横切る軸線を中心に回動運動可能に装着された線形と称
する円板の形状をなす流れ制御要素を有する弁である。

公知の弁の改良としては種々の圧力作動される密封法が
開発されているがこれは完全に満足なものではなかった
。

米国特許第３６４２２４８号には、必要な密封作用を与
えるには移動を要する２個の別々の密封具を利用した方
法が示されている。

この比較的複雑な密封組立体は、もし適正な寸法になさ
れるならば、多くの圧力作動される密封具に共通な飛出
しの問題を回避するものである。

しかし、密封要素の線形からの外方運動を制限する肩部
が小さすぎる場合には、容封要素の下側に累積する残留
圧力のため密封要素は弁の急速開放時にその保持溝から
飛出してしまう。

また肩部が広すぎると、密封具はその下側に圧力がかか
った場合に固くなり従って弁は適正に機能しなくなる。

そしてその構成においては一次動的密封具の背後におけ
る二次漏れを無くするための第２の動的密封具が必要で
ある。

これらの問題に対する他の解決は米国特許第３４０９２
６９号に記載されているが、これは加圧流体の内部空洞
内への通過を許すように撓曲するきわめて弾性的な材料
で作られ、流体圧が全表面のうち比較的小部分に対して
作用して密封具を嵌合用表面へ向かう方向に押しつげる
ようにした密封具を示す。

更に他の方法は米国特許第３６５８２９２号に示されて
おり、これはほぼ通溝状の断面を有し半径方向に離隔し
た外側フランジおよび内側７ランジを中間部分によって
相互連結した密封要素を示している。

この構成の欠点として、上記米国特許第３４０９２６９
号の構成においてと同様に、流体圧にさらされる表面が
一次密封表面とそれと係合する表面との間に効率的で確
実な密封を保証するに充分な横方向支持を与えられず、
また充分に大きくないということがある。

更に、密封表面に対して直角な流体圧により生じる力の
成分は流体圧にさらされる部分が斜めであるためきわめ
て小さい。

更にまた、米国特許第３６５８２９２号の構成は弁が２
方向性でなげればならないという頻繁な要求を満たすも
のではない。

弁の設置者は流体流の将来の方向を知らないことが多い
から、いずれの方向からの加圧流体をも密封するように
機能しうる弁を提供することが最も望ましい。

しかも、２方向性の弁を利用すれば設置時間も最小です
むだけでなく、すでに設置ずみの弁を時間をかげて除去
し取換える必要も回避される。

本発明によれば、１対の協力要素から成り、該協力要素
は軸方向における流体流用の通路を画成する・・ウジン
グと開位置と閉位置間で回動角度変位可能に流路内に装
着された流れ制御要素とを含み、前記角動角変位は前記
流体流の方向と交差する軸を中心にして生じ、前記流路
に近接して該流路を回転対称配置状に包囲した前記ノ・
ウジングの環状通溝内に受容された環状基部を有する１
個の弾性材料の密封リングと、前記流れ制御要素が前記
閉位置を取る時に該流れ制御要素と接触し前記通溝から
突出した前記１個の密封リングの密封域とを設け、前記
流れ制御要素の一方側に流体があるときその流体と連通
ずる少なくとも１つの溝を前記密封リング内に設け、前
記制御要素の他方側に流体があるときその流体と連通ず
る少なくとも１つの他の溝を前記密封リング内に設け、
流れ制御要素と面接触する如（該流れ制御要素に前記密
封リングの密封域を付勢する方向に伸縮自在に働らく、
断面ジグザグ状に連なる中間部を前記２つの溝間に形成
し、該２つの溝の各々は前記環状通溝内に形成した領域
内の各側での流体と連通ずることを特徴とする流体流制
御弁が提供される。

本発明によれば、高圧設置に関連して特に有用な弁は溝
の各々が環状通溝内に配設される領域において各側で流
体と連通ずるという特徴を有する。

本発明の種々の実施例によれば、流体流制御弁はほぼ円
筒形の貫通流路を画成するハウジングと、球形端を有し
従ってほぼ円形断面を有する円形円板の形状を通常なす
閉鎖部材であって、しばしば線形と呼ばれる流れ制御要
素を構成するものとを含む。

該円板の外側直径は全体的に円筒形の流路の内側直径よ
りも短い。

流れ制御要素は流体阻止位置と非阻止位置間を選択的に
角変位しうるように流路内に回動運動可能に支持される
。

全体的に円筒形の流路を画成するハウジング部分と流れ
制御要素との間には弾性材料の環状密封要素が配置され
る。

この密封要素は前記部材の一方または他方に固着され、
前記部材の他方と干渉関係にある密封表面域を有する。

つまり、流れ制御要素が閉位置にある時、密封域は他方
の部材に対して弾性的に圧接せしめられる。

上記説明および以下の説明から明らかとなるように、密
封要素は密封表面域の異る側に、２つの対向した横表面
を有する。

これらの表面の各々は流路の隣接帯域内の流体にさらさ
れる。

また該密封要素は密封域と流れ制御要素との間において
前記各表面に少なくとも１つの適当に環状の溝を有する
。

該環状溝は流路と流体連通しているので、圧力側では溝
は流れ制御要素が流体流阻止位置に来た時に加圧流体に
さらされることになる。

密封要素は弁体内即ちハウジング内に設けられた環状通
溝内に受容される環状基部を有するのが好ましく、その
突出密封域は流れ制御要素と干渉関係にあってよい。

密封共用の通溝を形成するための環状保持部材はハウジ
ングの一部を形成するのが適当である。

また閉鎖部材即ち制御要素は線形とし、密封要素はその
基部と係合して圧縮状態ではこれをノ・フランジの一表
面に対して保持する全体的に平板な環状保持部材によっ
て流路に固定されるのが好ましい。

通常、環状溝は密封要素の一側または他側から延びて密
封要素内の一点へ向けて収斂する半径方向に離隔した細
長表面を有する。

また通常、流れ制御要素へ向けて合力を発生する溝内の
流体圧にさらされる域は弁の閉鎖時に流体圧にさらされ
る密封要素のどの部分よりも大きい。

高圧流体が溝に作用する結果として、密封域が更に大き
な半休方向変位を行なうのは、密封要素の各横表面内の
２個以上の溝を利用することによって達成されるもので
ある。

従って本発明の１つの目的は圧力を利用して流れ制御要
素と流路間の密封効果を向上せしめ且ついずれの方向に
印加される圧力または流れに応じても作動する新規な流
体流制御弁を提供することにある。

本発明の他の目的は密封効果を生ぜしめるべき表面に垂
直に加わる流体圧による力を最大となすことにある。

当業者には明らかなように、流体圧にさらされる溝の表
面積が比較的大きくなるように密封具を構成するのが望
ましい。

同じく当業者に明らかなように、制御要素を阻止位置と
阻止位置間で回転せしめるに必要な全体の力が最小です
むように表面に垂直に加わる力を単に締り嵌めではなく
流体圧でもって得るのが望ましい。

本発明の他の目的は製造過程での厳密な公差の必要を最
小とすると共に、公知設計の弁におけるごとく溝内で内
方および外方へ変位せしめられる二次密封具の必要を無
くすることにある。

本発明の更に他の目的は弁の急速開放時に密封要素の飛
出しの恐れが無くなるようにした密封具と弁の組立体を
提供することにある。

本発明の更に他の目的は製造および組立ての簡単な弁を
提供することにある。

本発明の更に他の目的、特徴および利点は実施例につい
ての以下の詳細な説明を図面と併読すれば当業者に明ら
かとなるであろう。

なお図面中、幾つかの図にわたって同様な参照数字は同
様なまたは対応する部分を示す。

図面において、第１図および第２図には全体的に円筒形
の流路１２を貫通せしめたハウジング１０を含む弁が示
されている。

流れを制御されるべき流体用の流路に対して直角に全体
的に円筒形の孔１４（第２図）が配置され、これはノ・
フランジを完全に貫通して延びている。

ノ・フランジの密封具保持表面１６が該流路に近接して
配置され且つ流路を回転対称配置状に包囲しているが、
前記保持表面１６は後述するごとく密封要素５０の一方
の表面と係合している。

なお、密封保持表面１６と後述の保持部材６４の平板な
表面６６とで、環状通溝を構成する。

密封具保持表面１６は外方にある平板な保持具装着用表
面１８内へと続いている。

ハウジング１０の７ランジ２２，２４と嵌合するパイプ
フランジ（不図示）に弁を固着するためにボルトを常套
的に収容するための４個の穴２０（第１図）が設けられ
ている。

該穴２０は弁の嵌合用表面と弁が連結される隣接配管の
フランジとの間に若干の不一致を考慮して長円形とする
のが最も好ましい。

ノ・フランジ１０の最上方部分は全体的に平板な板製着
用表面２６を含む。

ハウジング１０内には軸および線形組立体２８が担持さ
れている。

線形３０は弁の流れ制御要素を構成するもので、一般に
円筒形円板であり、１個の全体的に平板な面３２と、第
１図に示したように隆起４０まで延びる同心状の傘形部
分３８の内側に中心円形部分３６を形成する１個の凹面
で平板な面３２の対抗位置に設けられた凹面とをそなえ
ている。

隆起４０は傘形部分３８の全周にわたっており線形３０
の軸方向厚さはこの隆起４０において最大である。

傘形表面４２は環状球形の一部分の形状にするのが最も
適当で、隆起４０から縁４４へ向けて傾斜している。

球形の中心は最適精度を確実ならしめるために軸４６の
軸線内に位置する。

縁４４から対向表面３２へかけて線形は円形円板となっ
ており、従って線形３０の直径はこの域において最大で
ある。

傘形表面４２は線形が第１図および第２図に示したごと
き閉鎖位置に来た時に密封要素５０と係合する。

線形３０はブツシュ４８内での角変位をなしうるように
回転可能に支持された軸４６に固着され、前記ブツシュ
はハウジング１０の孔１４内に固着されている６蝶形３
０が閉位置に来た時に傘形表面４２にリング状密封要素
５０が衝合する。

密封要素５０は第３図に最も明瞭に示されている。

密封域５２を与えるリブ部分は内側に配向された環状表
面の形状を有し、線形３０の周のまわりに一次密封効果
を与えるように傘形表面４２に当接する。

密封要素５０の中間部５４は密封域または表面５２を有
するリブ部分を支持する。

該中間部５４は第３図からも明らかなように、その各横
表面に１個ずつの環状溝５６ 、５６’をそなえている
。

保持具６４とハウジング１０のフランジ２２間の通溝内
に密封要素５０が深く配設されているので、溝５６゜５
６′は通溝内に位置している。

すなわち、溝５６゜５６′は基部５５を収容する通溝内
の通路内に開口している。

環状溝の個数はまた密封要素および適用例に用いられる
材料によっても変化する。

密封要素５０に最も適していると判明した材料はポリテ
トラフルオロエチレンである。

この材料はＥ、Ｉ。デュポン社の商標「テフロン」とい
う名称で市販されている。

テフロン■の密封性を更に高めるために１５％の繊維ガ
ラスを補強材として用いるのが最も好ましい。

特に弁の大きさを大きくすると、密封表面５２０両側に
切欠かれたノツチまたは段部５１を利用することにより
密封要素の寿命はかなり長くなる。

流体圧にさらされる一方のノツチ５７の軸方向寸法また
は幅は溝５６または５６′の軸方向寸法即ち深さよりも
短いので、表面５２と表面４２間に密封効果を発生する
のを助ける傾向のある力が発生する。

また第４図に最も明瞭に示したように、Ｏリング６１を
収容するための段部または溝５９が基部内に設けられて
いる。

面部分５４の各横表面内の溝５６，５６’の個数は弁の
大きさと該弁の適用例とに伴って変化すると共に、線形
３０の閉鎖時に弁密封要素５０に加えられる圧力に伴っ
ても変化する。

直径４インチ（約１０．１６／’７７１．）の流路を有
する本実施例の典型的な弁においては、面部分５４の各
面上に１個ずつの環状溝を設けるのが特に望ましいこと
が判明した。

その個数は密封要素に用いられる材料と適用例に用いら
れる材料によっても変化する。

第３図および第４図には、密封要素５０の軸方向寸法が
最も明瞭に示されている。

即ち、上記実施例の中間部５４に対応する面部分５４０
幅即ち幅方向寸法は基部５５の対応寸法よりも短いこと
は明らかである。

この寸法差、弁体即ちハウジングのフランジ２２および
保持部材６４によって、第４図に狭い連結空間Ａ、Ｂと
して示した空隙を形威し、該空隙は線形組立体２８が第
２図および第４図に示したような閉位置にあっても表面
５２により形成される密封の一側と他側とにおける溝５
６．５６’と流路１２との間に流体連通を許すものであ
る。

具体的には、面部分５４とフランジ２２の斜めの表面６
３との間に画成される空間Ｂ（第４図参照）は、流れを
右がら左への方向にして弁を用いたい場合にそなえて、
右側に設けられる。

また空間Ａ、Ｂは、（１）線形３０の回転時または（２
）線形と軸の組立体２８の左側に対する圧力により軸４
６が第２図で見て右側（常時の下流側）へ変位し従って
密封要素５０が右側へ変位する時に、密封要素５０が全
体的に軸方向に移動することも許すものである。

密封要素５０の軸方向運動は軸４６の変位に対するもの
であって線形３０と密封要素５０との常時の表面間の協
力の持続を確実ならしめる。

従って、流路１２と密封要素５０の左側または右側に配
置された溝５６または５６′との間に流体連通が生じる
ことになる。

この構造配置により密封具の横方向支持が得られると共
に、弁を流れる流れの好ましい方向が第２図に示した図
について左から右への方向であっても各側からの流体圧
力が密封作用を増大せしめるという利点が得られる。

密封要素５０の基部５５は全体的に梯形状の断面を有し
従って外方へ末広がりになって幅を増し保持具６４と７
ランジ２２間に形成されたハウジング１００通溝内に密
封要素５０をしっかりと装着せしめる。

密封要素５０は該密封要素と係合し且つこれを７ランジ
２２の全体的に平板な密封具保持表面１６に対して圧縮
状態に保持して密封具のまわりでの漏れを防止する全体
的に平板な表面６６を有する環状保持部材６４によって
装着される。

Ｏリング６１は密封材料のコールドフローが生じた場合
に密封要素５０の基部５５のまわりでの漏れを防止する
ための密封具を形成する。

保持部材６４の全体的に平板な表面６８は全体的に平板
な保持具装着用表面１８と係合するために設けられたも
のである。

全体的に平板な密封具保持表面１６と全体的に平板な表
面６８は斜めに配置された表面６３にいちばん近接して
いる。

保持部材６４は第１図の４個のソケットボルト１４によ
ってハウジング１０に固着されている。

密封要素５０の中間部５４は半径方向外方に続いている
断面が梯形の基部５５で終端する。

密封要素をハウジング１０内に一層効率的に装着するよ
うに基部５５を外方へじょうご形のように拡大させて幅
を大きくすると好都合であるが、これは本発明にとって
必須なことではない。

図面から明らかなように、基部５５の一方のほぼ平板な
表面５５と対向表面６２とは扇状に外方に拡がっている
から密封要素５０をハウジングに装着し易い。

密封要素５０は全体的に平板な表面６６と係合し該密封
要素は密封具保持表面１６に対して環状保持部材６４（
第２図）によって圧縮状態に装着される。

保持部材６４の全体的に平板な表面６８が全体的に平板
な保持具装着用表面１８と係合するように設けられてい
る。

軸４６にはピン７８によりバンドル１６が固着されるが
、これは線形を流れ阻止位置か流れ非阻止位置へ移動せ
しめるための手段を与えるものである。

ボルト７９および座金８０は全体的に平板な板８２を全
体的に平板な版装着用表面２６に固着させるものである
。

この板はバンドルＴ６を予め選択された位置に保持する
ための戻り止構体の一部として設けられている。

複雑さをさけるために、該戻り止機構の他の部分は図面
から省略した。

同様に軸４６のまわりにも軸密封具が設けられるが、こ
れらも省略した。

第２図ないし第４図の実施例の作動について以下に説明
する。

加圧流体は流体圧がどの方向から加えられるかによって
、表面５５側の環状溝５６か表面６２側の溝５６′に空
間ＡｔＢを介して進入する。

環状構内の流体圧は密封域５２を有するリブな流れ制御
要素の傘形表面４２へ向けて半径方向内方へ変位せしめ
ようとする傾向がある。

圧力にさらされる表面域と傘形表面４２に接触する表面
域５２との大きさの比率によって積極的な、即ち効率的
な密封効果が発生する。

各横表面内に環状溝を設けたことにより、密封要素５０
の充分な変形が確実に行なわれ、その結果所望の弁密封
作用が得られる。

特に第５図において、第２図ないし第４図の実施例の変
形例が示されており、これは小形の弁において特に望ま
しいものであり、段部５７が省略されたことを除いて第
４図示の実施例と本質的に同じである、段部５７を省略
したことは、溝５６の位置を若干変更したことと相俟っ
て、弁の有用寿命の損失を招くことなく適切な密封を廉
価に得ることが判明した。

以上本発明を線形弁について示したが、本発明は球弁な
含む他の型式の弁にも適用しうるものである。

密封要素５０の面部分５４は、これを収容し且つ該面部
分５４に対し離隔して配置された全体的に平板な表面に
よって形成された環状通溝内に殆どそっくり配設されて
いる。

この配置により流体圧は環状溝５６ 、５６’に達する
ことが可能となると共に密封要素５０に対する軸方向支
持を与えるのである。

また、密封要素５０は図示のごと（流路１２を画成する
・・ウジング部分か、あるいは不図示であるが流れ制御
要素即ち円板（または線形）３０に対して装着せしめて
よく、その装着は種々に行ないうろことも言うまでもな
い。

通溝内に把持される基部５５の側面は平行でもよいし、
図示のごとく非平行でもよい。

それらは不規則な表面であってもよく平板な表面であっ
てもよく、また密封要素は流路か流れ制御要素の一表面
に適当な接着剤で固定することも可能である。

線形３０の表面３２は凹面にしてもよく、あるいは線形
の内部に面する開先角度を１８０°以下と威すように２
つの別々の平面で構成してもよいことは言うまでもない
。

この形状は軸４６を支持するためと共に材料が最小限で
すむ。

本発明は密封要素の各面部分に１個の溝を有するものと
して示されたが、本発明の範囲内でもつと多くの溝を利
用しうろことも言うまでもない。

上記から明らかなように、本発明は圧力を利用して流れ
制御要素と流路間の密封を向上せしめる新規な流体流制
御弁を提供するものである。

環状溝を位置ぎめした結果、該弁は圧力を２つの可能な
流れ方向のいずれに印加しても有用である。

流体圧により与えられる助けのため、すぐれた密封が得
られると共に予め選択された位置への弁作動も容易に行
ないうる。

同様に、密封具の飛出しを避けるとか円滑な作動を与え
るために密封要素の製造時に厳密な公差を維持する必要
もない。

また当業者には明らかなように、上記の密封具兼弁は製
造および組立てが容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を組入れた線形弁の閉位置に
おける立面図、第２図は第１図の２−２線における断面
図、第３図は第１図および第２図の弁に利用される密封
要素の斜視断片図、第４図は第２図および第３図の弁の
密封具およびノ・ウジング構体の断面図、第５図は第２
図、第３図および第４図に示した本発明実施例の小変形
例を示す第４図同様な断面図である。 主要部分の符号の説明 １０・・・ハウジング、１２・
・・流路、３０・・・流れ制御要素、５０・・・密封リ
ング、５２・・・その密封域、５５・・・該リングの環
状基部、５６，５６’・・・溝、（１６・・・密封具保
持表面、６６・・・保持部材６４の平板な表面）環状通
溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１対の協力要素から成り、該協力要素は軸方向におけ
   る流体流用の流路１２を画成するハウジング１０と開位
   置と閉位置間で回動角変位可能に前記流路１２内に装着
   された流れ制御要素３０とを含み、前記回動角変位は前
   記流体流の方向と交差する軸を中心にして生じ、前記流
   路に近接して該流路を回転対称配置状に包囲した前記ハ
   ウジング１０の環状通溝１６．６６内に受容された環状
   基部５５を有する１個の弾性材料の密封リング５０と、
   前記流れ制御要素３０が前記閉位置を取る時に該流れ制
   御要素３０と接触し前記通溝から突出した前記１個の密
   封リング５０の密封域５２とを設け、前記流れ制御要素
   ３０の一方側に流体があるときその流体と連通ずる少な
   くとも１つの溝５６を前記密封リング５０内に設け、前
   記流れ制御要素３０の他方側に流体があるときその流体
   と連通ずる少なくとも１つの他の溝５６′を前記密封リ
   ング５０内に設け、流れ制御要素と面接触する如く該流
   れ制御要素に前記密封リングの密封域５２を付勢する方
   向に伸縮自在に働らく、断面ジグザグ状に連なる中間部
   ５４を前記２つの溝５６゜５６′間に形威し、該２つの
   溝５６，５６’の各々は前記環状通溝内に形成した領域
   Ａ、Ｂ内の各個での流体と連通ずるこてを特徴とする、
   流体流制御弁。