JPS62266272A - ステム先端シ−ル - Google Patents

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】 〔発明の分野〕 本発明は弁技術に関し、より詳細には、改良ステム先端
シール構造に関する。

本発明は特定のダイヤフラム型締切弁に使用するのに特
に適しており、これについて本発明を説明するが、本発
明はより広く適用可能であって、様々な異なる弁に使用
することができることをわかるであろう。

〔従来の技術及びその問題点〕

代表的には、閉止弁すなわち締切弁は、弁ステムの端部
に設けられ、金属製弁座と密封協働するための比較的軟
質の弾性材を有する。異なる方法でステムに設けられた
種々の異なる弾性材が先行技術で使用されてきた。先行
技術の提案の多くは十分に機能を果たしたが、シールの
破壊、破裂およびチッピングや、食込みが問題になって
いる。

また、非常に望ましくは高い潤滑性や、化学薬品および
高温による侵蝕に対する耐性のような特性を有する成る
材料は、これをステム先端シールとして使用すると、し
ばしば常温流れおよび押出し問題を生じる。

従って、上記問題を解消し、様々なシール材料を安全か
つ効果的に使用し得るステム先端シール構造を必要とし
てきた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、弁部材が関連した弁座に対して近づい
たり遠ざかったりするように選択的に移動可能に設けら
れた締切弁用のステムシール組立体が提供される。この
シール組立体は弁部材によって支持された全体的に円筒
形のスリーブを有しており、このスリーブは端部が関連
した弁座と協働密封係合可能になっている外側環状シー
ル表面を形成している。このスリーブ内中央には、全体
的に円筒形の剛性ボディが制限された軸線方向移動可能
に設けられており、この剛性ボディは第１内側環状シー
ル表面を形成し、このシール表面はその半径方向内方の
位置で関連した弁座と係合するようになっている。円筒
形スリーブおよび剛性ボディは協働して環状室を形成し
、この環状室は第１内側環状シール表面と外側環状表面
との間に位置決めされた狭幅のスロットから軸線方向内
方に開放している。弾性パツキン材の素材がこの室を実
質的にうめていて、第２内側環状シール表面を形成する
ようにスロットの軸線方向外方に延びている。ボディを
弁部材に軸線方向に近づけると、パツキン材に圧力を発
生する部分が剛性ボディと関連している。第１環状シー
ル表面は、弁部材が弁座に向けて移動すると、第２内側
シール表面および外側シール表面が係合するに先立って
関連した弁座に係合する。

本発明の他の面によれは、外側シール表面は、第１およ
び第２内側シール表面が弁座に係合した後に関連した弁
座と大体線接触するように構成されている。

本発明の他の面によれば、スリーブは、パツキンに発生
した圧力により外側シール表面を関連した弁座に向けて
軸線方向に移動させるように内側壁部の形状を存してい
る。

第１内側シール表面が弾性パツキンの内側に環状に位置
決めされているので、更らにこの第１内側シール表面が
パツキンと弁座との保合に先立って弁座と密封接触する
ので、パツキンは、弁座を通る実質的にすべての流れが
止った後にのみ、弁座と係合される。更らに、弁座から
剛性ボディに作用する力によりパツキンを加圧し、狭幅
のスロットの外方に移動させて弁座と密封係合させる。

また、この圧力により外側シール表面をパツキンに対し
て適所に保持し、外側シール表面が弁座に係合すると、
パツキンは弁座としっかり係合した状態でスロットに閉
じ込められる。

内側剛性ボディと外側スリーブとの関係により弾性パツ
キンをすっかり包囲して保護し、また弾性パツキンを押
出されたり常温流れしたりしないようにする。

本発明のなお一層の目的は、弁部材が開放位置および閉
鎖位置にあるとき、弾性シール材を効果的な閉じ込める
上記種類のステム先端シール組立体を提供することであ
る。

゛な、方仔１のｉ細な苦゛■ 以下図面を参照して説明するが、図示は本発明の好適な
実施例を示すものであって、これに限定するためのもの
ではない。第１図は１９８３年４月５日出願された譲渡
済みの出願中の米国特許出願第４８２．２１８号（参照
せよ）に述べられかつ請求された一般型式の締切り弁組
立体を示している。

第１図に示す弁と上記出願中の出願に述べられかつ請求
された弁とは主に以下に詳述するステムシール組立体に
関して相違している。しかしながら、注意すべきことと
して、第１図の弁は弁ボディＡを備え、この弁ボディＡ
にはボンネット部材ＢがボンネットナツトＣによって連
結されている。ボンネットナツトＣおよびボディＡはね
じ１２で適当に相互に連結されている。更らに、ボンネ
ットナツトＣとボンネットＢとの間には、全体を１４で
示す協働する肩部が形成されて、ボンネットナツトＣを
締付けると、ボンネットＢはボディＡに向けて軸線方向
に移動するようになっている。ボディＡの上端とボンネ
ットＢの下面との間にはダイヤフラムＤがしっかり挟ま
れている。このダイヤフラＡ　Ｄは、好ましくは、上記
出願中の出願に十分に述べられかつ請求された協働する
挟み面によってボディとボンネットとの間に密封状態で
挟まれる。

円筒形ボア２０が弁ボディＡの上端から軸線方向上方に
延びており、このボア２０は２２のところで外端の直径
がわずかに大きくなっていて、全体として位置２４で示
す内端の直径が小さくなっている。図示のように、部分
２４には、入口および出口ボートすなわち開口部２６．
２８がボディＡの外面から適当な通路を介してつながっ
ている。

理解されるように、入口および出口２６．２８には夫々
流体入口および出口管路（図示せず）を任意の有利な公
知の装置で連結することができる。

ボア２０には、軸線方向に移動できる弁部材Ｅが中央に
位置決めされており、この弁部材Ｅはボア２０の大径部
分２２内に摺動案内される拡大ヘッド部分３０を有して
いる。ヘッド３０の軸線方向外端はダイヤフラムＤに面
していて、全体的に球形の形状をしている。ヘッド３０
の半径方向外周は全体として六角形であり、従ってその
角部だけがボア部分２２の壁部から案内される。

弁部材Ｅの下端には、本発明のステム先端シール組立体
Ｆが支持されている。図示のように、組立体Ｆの円筒形
外面３２はガイドワッシャ３４を通って適当に案内され
、このガイドワッシャ３４は円筒形外面がボア２０にぴ
ったり受は入れられかつボア２０の中央部分と小径の内
端部分２４との間の肩部に位置している。ガイドワッシ
ャ３４と弁部材Ｅの大径ヘッド部分３０との間には、巻
きばね３６が位置決めされている。この巻ばね３６は、
拡大へラド３０の球形上面を絶えずダイヤフラムＤと係
合状態に保つために弁部材Ｅを連続的に上方に付勢しつ
づけるように作用する。

ボア２０の軸線方向の弁部材Ｅの選択的作動はボンネッ
トを通ってその外側の位置まで延びる作動ステム４０に
よって行われる。ステム部材４０とボンネット部材Ｂと
の間の協働する雄ねじおよび雌ねじを全体として参照番
号４２て示してあり、これらのねじはボンネットに対し
て回転すると、ステム部材４０を軸線方向に移動させる
ように働く。ステム４０の下端の拡大ヘッド４４がプラ
スチックまたは他の適当な材料で形成されたボタン４６
を支持する。ボタン４６の下面は凸形であって、弁部材
Ｅの拡大へラド３０の反対側でダイヤフラムＤに係合し
ている。

ステムの上端には、外方に延びるハンドル部材５４を支
持する作動部材５２が適当なスプライン５０で連結され
ている。作動部材５２はナツト５６および係止ワッシャ
５８によってステム４０の端部に固着されている。カバ
ープレート６０が公知の方法で作動部材５２の頂部の円
形凹部にスナップ嵌めしている。

止めビン６４が作動部材５２と関連していて、この部材
から下方に延びており、この止めピン６４はボンネット
Ｂの上端に形成された弧状溝６６に受は入れられている
。溝６６は作動部材５２の全移動範囲を制限するように
寸法法めされている。また、指示リングすなわちスリー
ブ部材６８が作動部材５２と関連していて、ボンネット
Ｂの上端に支持されており、この指示リングすなわちス
リーブ部材６８は作動部材５２に支持された適当な印す
なわち指示体と協働して弁の位置を目でわかるようにす
る。また、ボンネットＢはパネルナツト部材７０を備え
ており、このパネルナツト部材７０を使用して弁を適当
なパネル用開口部（図示せず）を通して取付けることが
できる。

先に述べたように、上記装置は前述の出願中の出願第４
８２，２１８号に非常に詳細に示されかつ述べられてい
る。しかしながら、発明にとって重要なのはステム先端
シール組立体Ｆの構造である。

第２図に最も良く示すように、ステム先端シール組立体
Ｆは弁部材Ｅの小径下端部分７４に支持されかつボア２
０の部分２４の底壁部によって軸線方向入口通路７８を
中心に円周方向に形成された環状弁座７６と密封的に協
働するように配置されている。ボア２０の通路７８は第
１図に示すように入口ボート２６と連結されている。

この実施例では、組立体Ｆは無孔の円筒形外スリーブ状
部材８０を有しており、この部材８０は弁部材Ｅの下端
にぴったり摺動可能に受は入れられている。好ましくは
、スリーブ８０はステンレス鋼のような金属で形成され
、かつ外方に延びる肩部８４の上に変形された一対のタ
ブ８２によって弁部材Ｅに保持される。

スリーブ部材８０の中央には、比較的剛性の挿入体ボデ
ィ８８が位置決めされていて、弁部材Ｅおよび弁座領域
７６と軸線方向に整合されており、この挿入体ボディ８
８の円形の下面９０の最大直径は通路７８の直径よりわ
ずかに大きくかつスリーブ８０の下端部の内径よりわず
かに小さい。かくして、図示のように、挿入体部材８８
はスリーブ８０との組合せでシール組立体Ｆの下端面の
円周方向に延びる狭幅のスロット９４を形成している。

このスロット９４は室９６に内方に開放して　・おり、
この室はステムＥの下端面、スリーブ８０の内壁部およ
び挿入体８８の外側面および頂面によって形成されてい
る。

本発明によれば、室９６には、ポリテトラフルオロエチ
レン等のような適当な弾性のエラストマパ・７キンすな
わちシール材が全体に充填されている。

後で明らかになる理由で、スリーブ部材８０の内壁部の
下部には、一連の段部すなわち鋸歯状部１００が設けら
れ、これらの段部は室９６の直径が弁座に向うにつれて
次第に小さくなるように配列されている。同様に、挿入
体の外面には、反対方向に向いた鋸歯状部すなわち肩部
分１０２が設けられている。

上記の先端組立体を組立てるには、シール材９７を一般
にカップ形状に予め形成してその外面をスリーブ８０の
段部すなわち鋸歯状部１００に一致するように成形し、
その内径を挿入体８８の最大直径に寸法法めする。次い
で、パツキンすなわちシール材９７０カップ状素材をそ
の上端からスリーブ８０の中へすべり込ませ、そしてこ
のスリーブ／シール組立体を概ね図示の位置まで弁部材
Ｅの下端部上にすべらす。その後、挿入体８８をシール
材９７の位置へ軸線方向にすべらす。挿入体が適所にあ
ると、可成りの軸線方向の力が挿入体８８の端面９０に
加えられる。

明らかなように、上記の構造では、挿入体８８の下面９
０に軸線方向に作用する力はパツキン素材９７内に圧力
を発生する。これによりこのパツキンを挿入体８８のま
わりに成形し、かつこのパツキンを環状スロット９４内
を下方に移動させるようにする。更らに、スリーブ部材
８０に作用する内圧はスリーブ８０を弁部材Ｅ上を下方
に移動させる傾向のある合成力を生じる。パツキンを適
当に加圧しかつ挿入体８８のまわりに成形すると、スリ
ーブ８０のタブ８２は肩部８２上に曲げられすなわち変
形され、先端組立体はその組立て作用状態にある。

第３図を参照すると、ステム先端シール組立体Ｆは弁座
表面７６から垂直方向に間隔をへたてた開放位置に示さ
れている。好ましくは、弁座表面７６は全体的に円錐形
形状を有しかつシール組立体Ｆの軸線１０６と直角の平
面に対してほぼ７．５６の角度αを形成する。挿入体８
８の下面９０は好ましくは軸線１０６と直角の平面に対
して角度αで位置する円錐形形状を有する。この角度α
もまたほぼ７．５°であり、従って、表面９０は全体と
して弁座表面７６と平行である。スリーブ部材８０の下
端もまた全体として円錐形形状を有していて、角度βで
位置しており、この角度βは好ましくは軸線１０６と直
角の平面に対してほぼ１５゜である。

ステム先端シール組立体Ｆを弁座７６に向けて軸線方向
に移動させると、まず弁座７６とシール組立体との保合
が挿入体８８と弁座との間の狭幅の環状帯域１０１で起
こる。好ましくは、帯域１０１は幅Ｗが０．１２７ｃｍ
　（０，０５０インチ）またはそれ以下の範囲にある。

弁部材Ｅの続く下方移動に伴って、帯域Ｗに沿った密封
圧力が増大し、かつ室９６の弾性素材９７内の圧力が増
大し、それによりシール材はスロット９４内を延びて挿
入体８８のまわりの狭幅の環状帯域１０３でシール７６
と係合する。好ましくは、挿入体８８およびスリーブ８
０は、この−帯域がほぼ０．０２５４ｃｍ〜０．５０８
ＣＩ１１　（はぼｏ、ｏｔｏインチ〜０．２０インチ）
の範囲内の幅を有する。

下向きの圧力が弁部材已に作用し続け、かつ室９６のパ
ツキン材内に高い圧力が発生するのに伴って、スロット
９４により作られる狭幅の帯域と弁座７６との間の密封
圧力は増大し続け、スリーブ８０は最終的に第５図に示
しかつ箇所Ｃで指すように線接触する。この線接触はス
ロット９４内を延びる弾性シール材の狭幅の帯域の外周
で完全である。かくして、シール材は可成りの力で弁座
７６に係合しながら挿入体８８とスリーブ８０との間に
すっかり閉じ込められる。かくして、挿入体８８とスリ
ーブ８０との関係により、パツキンをすっかり閉じ込め
、かつこのパツキンが比較的高い密封圧力で弁座７６に
接触していても、このパツキンを常温流れしないように
する。

本発明を、当業者が実施したり使用したりすることがで
きるのに十分詳細に説明してきた。明らかに、第３者が
この明細書を読んで理解すると、好適な実施例の変更例
および変形例が思い浮かぶであろう。このような変更例
および変形例すべてを、特許請求の範囲に入る限り含む
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により形成されたステム先端シールを組
入れたダイヤフラム型締切弁の横断面図；第２図は第１
図の弁のステム先端および弁座領域の非常に拡大した横
断面図：第３図乃至第５図はステム先端シールおよび閉
鎖サイクルにおける種々の箇所でのステム先端シールと
関連した弁座との関係を示す部分横断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、締切弁用のステム先端シールにおいて、関連した円
   形の弁座に対して近づいたり遠ざかったり軸線方向に選
   択的に移動可能になっている弁部材と； 上記弁座部材で支持されていて、関連した弁座と協働密
   封係合可能になっている環状の外側シール表面を形成す
   る端部を有する円筒形のスリーブと； 制限された軸線方向移動可能に上記スリーブ内に軸線方
   向に設けられかつ半径方向内方の位置で関連した弁座と
   係合するようになっている第１内側環状シール表面を形
   成する円筒形の剛性ボディと； 上記スリーブと上記剛性ボディとの間に形成された環状
   室と、を備え、該環状室は上記第１環状内側シール表面
   と環状外側シール表面との間に位置決めされた狭幅の環
   状スロットから軸線方向内方に開放しており； 上記室を実質的に占め、かつ第２環状内側シール表面を
   形成するように上記スロットの軸線方向外方に延びる弾
   性パッキン材を備え； 上記ボディを上記弁部材に軸線方向に近ずけると、上記
   パッキン材に圧力を発生させる部分が上記剛性ボディと
   関連しており； 上記第１環状内側シール表面は、上記弁部材が弁座に向
   って移動すると、上記第２環状内側シール表面および上
   記環状外側シール表面が係合するに先立って関連した弁
   座に係合するように構成されていることを特徴とするス
   テム先端シール。 ２、上記第２環状内側シール表面は狭幅の環状帯域に沿
   って関連した弁座と接触するように構成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のステム先端
   シール。 ３、上記環状外側シール表面は上記関連した弁座と大体
   線接触するように構成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載のステム先端シール。 ４、上記スリーブは上記弁部材に対して制限された軸線
   方向移動可能に設けられていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のステム先端シール。 ５、上記スリーブは、上記パッキンに発生した圧力が作
   用して上記外側環状シール表面を関連した弁座に向けて
   軸線方向に移動させるように内壁の形状を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第４項に記載のステム先端シ
   ール。 ６、上記室は上記スロットの軸線方向内方に横断面が全
   体として大きくなっている領域を有していることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項に記載のステム先端シール
   。 ７、上記シール表面は円錐形の形状を有していることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項に記載のステム先端シ
   ール。 ８、上記パッキン材は上記スロットの軸線方向内方に上
   記剛性ボディを完全に包囲しており、上記ボディの半径
   方向外面は軸線方向の一連の周溝を有していることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項に記載のステム先端シー
   ル。 ９、上記スリーブの内面は上記ボディの周溝に面する軸
   線方向の一連の周溝を有していることを特徴とするステ
   ム先端シール。 １０、上記スリーブの軸線方向外方移動を制限する手段
   を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第５項に
   記載のステム先端シール。 １１、締切弁用のステム先端シールにおいて、関連した
   円形の弁座に対して近づいたり遠ざかったり軸線方向に
   選択的に移動可能になっている弁部材と； 上記弁部材に設けられ且つ、関連した弁座と協働係合可
   能になっている外側環状シール表面を構成する軸線方向
   の端部を有する剛性スリーブ部材と； 上記スリーブ内に設けられた弾性パッキン材と； 上記パッキン材内に中央に位置決めされ、かつ上記外側
   環状シール表面の半径方向内方の位置で関連した弁座と
   協働可能に軸線方向外方に向いた第１内側環状シール表
   面を構成する剛性ボディと； 上記剛性ボディと関連し、圧力を上記剛性ボディに上記
   弁部材に向う軸線方向に加えると、上記パッキン材内に
   圧力を発生する部分と、を備えており； 上記外側環状シール表面および第１環状シール表面は、
   上記弁部材を上記関連した弁座に向けて移動させると、
   上記第１環状シール表面を上記外側シール表面に先立っ
   て関連した弁座に係合させるように構成されていること
   を特徴とするステム先端部材。 １２、上記第１内側環状シール表面および上記外側環状
   シール表面はそれらの間に狭幅の環状スロットを形成し
   、上記パッキン材の一部が上記環状スロット内を延びて
   関連した弁座と協働するようになっている第２内側環状
   シール表面を形成することができるようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１１項に記載のステム先端シ
   ール。 １３、上記第１および第２環状シール表面は円錐形形状
   を有していることを特徴とする特許請求の範囲第１２項
   に記載のステム先端シール。 １４、上記シール表面は円錐形形状を有していることを
   特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載のステム先端
   シール。 １５、上記第１内側環状シール表面および上記外側シー
   ル表面は両方とも互いに対して異なる角度で半径方向に
   傾いていることを特徴とする特許請求の範囲第１１項に
   記載のステム先端シール。 １６、上記第１および第２内側環状シール表面は各々０
   ．１２７ｃｍ（０．０５０インチ）またはそれ以下の範
   囲内の幅を有していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１２項に記載のステム先端シール。