JPS647266B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、流体の流れを制御するための弁構造
体に関し、特に、弾性シール素子を包囲し、付勢
する複数個の同心の弁座リングから成る改良型弁
座組立体を有するボール弁構造体に関する。

従来技術の問題点 従来、ボール弁の製造に当つては、弁座は、通
常、一方の面にプレス嵌めされた弾性シールリン
グを有する単一体の環状弁座リングで構成されて
いる。このような弁座は、そのシールリングがボ
ール弁体に接触するように弁座ポケツト内に装着
される。しかしながら、この種の構成において
は、シールリングを弁座リング内に嵌着させる操
作が困難である。なぜなら、シールリングを弁座
リングの溝内へプレス嵌めするか、あるいはシー
ルリングをそのような溝内に挿入した後弁座リン
グを変形させることによつてシールリングを把持
ないし固定しなければならないからである。この
種の構成は弁の製造面からみて望ましくない。第
１に、一旦シールリングを溝内へプレス嵌めする
と、シールリングを取外したり、交換したりする
ことが困難である。第２に、弁座リングをシール
リングに把持係合させるように変形させるのに必
要な力の度合を判定することが困難である。従つ
て、この種の構成では、シールリングを現場で交
換するには、弁座リング組立体全体を交換しなけ
ればならないので、それだけコスト高となる。

交換可能なシールリングを囲繞する２つの同心
弁座リングを用いる弁座も、必ずしも当該技術に
おいて新規なものではない。例えばそのような弁
座組立体の一例は、本出願人の米国特許第
4071041号に記載されている。しかし、同特許に
おいては２つの同心弁座リングを別個の掛止手段
によつて結合状態に保持するので、弁座組立体を
完成するには余分な製造工程を必要とする。更
に、該２つの弁座リングは、それらの間にシール
リングを確実に掛止するものではないので、管内
の圧力流体がシールリングの裏側に進入し、シー
ルリングの高圧によつて押出してしまうことがあ
る。

発明の目的 本発明の目的は、従来の弁座組立体の上述した
欠点を克服した改良された弁座組立体を有する弁
構造体を提供することである。

本発明の他の目的は、２つの同心弁座リングを
有し、それらの弁座リングの間にシールリングが
正圧を受けて機械的に掛止または所定位置へ付勢
（押圧）されるようにした弁座組立体を備えた弁
構造体を提供することである。

本発明の他の目的は、最小限の製造工程数で組
立てることができる弁座組立体を備えた弁構造体
を提供することである。

本発明の他の目的は、２つの同心弁座リングを
交換する必要なしにシールリングを現場で交換す
ることができるようにした弁座組立体を備えた弁
構造体を提供することである。

発明の概要および作用 本発明の一実施例においては、各弁座組立体
は、弾性のゴム挿入体またはリングを付勢（押
圧）または変形させるようにプレス嵌めによつて
結合させた２つの同心弁座リングを有している。
詳述すれば、内側弁座リングの一部分をそれと同
心の外側弁座リングの内部に入れ子式にプレス嵌
めし、それらの弁座リングの間に環状シールリン
グを装着する。内側弁座リングは、外側弁座リン
グの内側に嵌合し、外側弁座リングとの間に保持
するシールリングを付勢（押圧）または圧縮変形
させる切頭円錐状外周部分（ラツパ形拡開端）を
有しており、それによつてシールリングを同心の
両弁座リングの間に確固として保持する。同心の
内側弁座リングと外側弁座リングとが互いにプレ
ス嵌めされているのと相俟つて、内側弁座リング
の切頭円錐状外周部分は、シールリングおよび外
側弁座リングに圧接作用し、両弁座リングを堅く
結合状態に掛止させるとともに、シールリングを
その圧縮変形によつて対応する外側および内側弁
座リングの表面に強く密封接触させるので、流路
を通る流体がシールリングと内側および外側弁座
リングの表面との間を通つてシールリングの裏側
にまわりこみ、シールリングを外方へ押出すのを
防止する。このような弁座組立体をボール弁の弁
室の両側に流路の周りに形成された弁座ポケツト
内に配設する。各弁座を弁室の方に向つて押しつ
けるために各弁座組立体の裏側で弁座ポケツト内
にばねを配設する。付勢（押圧）されたシールリ
ングは、弁座リングの端縁を越えて延長してボー
ル弁体に接触し、それによつてボール弁体と弁座
組立体との間にシールを設定し、ボール弁の流路
が弁室またはボール弁の外部へ流体連通するのを
防止する。

本発明は叙上およびその他の目的ならびに利点
は、添付図を参照して記述した以下の実施例の説
明から一層明らかになろう。

実施例の説明 添付図、特に第１図を参照すると、流路１４を
有する弁本体１２を備えたボール弁構造体１０が
示されている。流路１４と１４の間に画定された
弁室１６には、流路開放位置と流路閉鎖位置との
間で移動しうるようにボール弁部材１８が装着さ
れている。ボール弁１８に固定された弁棒２０
は、弁部材１８を流路１４に対して開放位置と閉
鎖位置の間で回動させる際に握ることができるハ
ンドル２２を有している。ボール弁部材１８の下
側面には下側トラニオン２４が取付けられてい
る。このボール弁構造体から外部に流体が漏れる
のを防止するために弁棒２０およびトラニオン２
４にＯリング２６が装着されている。弁１０の両
端の継手を外す必要なしにボール弁部材１８を弁
本体から取出すことができるように上側カバープ
レート２８が適当な立込みボルト３０によつて弁
筐に着脱自在に取付けられている。ボール弁部材
１８には、第１図に示される開放位置へ移動され
（回され）ると、流路１４，１４と整合するよう
になされた貫通流路３２が設けられている。

弁本体１２の弁室１６とその両端の流路１４，
１４との連結部には、それぞれ中間直径の孔部分
３４および大直径の孔部分３６によつて画定され
る、互いに対向した１対の拡大孔部分が形成され
ている。中間直径孔部分３４はテーパー肩部また
は衝接部３８を画定し、大直径孔部分３６は肩部
または衝接部４０を画定する。弁本体１２には、
その外面に取付けられた給油継手４４から大直径
孔部分３６へ連通する潤滑油通路４２が設けられ
ている。

本発明によれば、弁座組立体４６を拡大孔部分
３４，３６内にボール弁部材１８に対して長手方
向に（流路１４の軸線方向に）浮動しうるように
嵌合させる。上開き型ボール弁１０（上側カバー
プレート２８によつて開かれる型式のボール弁）
の場合は、ボール弁部材を弁本体１２の上部から
弁本体へ出し入れすることができるようにするた
めに弁組立体４６を弁部材１８に対して引込め
る、即ち外方へ変位させることができるように構
成しなければならない。第２および３図を参照し
て説明すると、弁座組立体４６は、内側弁座リン
グ５０と、その一部分を囲繞する外側弁座リング
４８と、それらの弁座リングの間で外側弁座リン
グに担持されたシールリング５２とから成る。弁
座ポケツトの大径孔部分３４内には、弁座組立体
４６の、ボール弁部材１８のある側とは反対側で
ある外側に連続した波形ばね５４を配設し、該ば
ねの一端を肩部４０に、他端を外側弁座リング４
８の端部５５に係合させ、弁座組立体を常時ボー
ル弁部材１８に向つて内方へ押圧し、それによつ
てシールリング５２をボール弁部材の外側シール
面に接触させ、弁部材の開放位置においても、閉
鎖位置においてもシールが設定されるようにす
る。内側弁座リング５０は、内周面５６と、小径
外周面５８、中間径の外周面６０および大径外周
縁６２を有している。弁座リング５０の大径外周
縁６２と中間径の外周面６０との間には切頭円錐
状表面６４が画定されており、外周面５８と６０
との間のリング５０の外周面には、弁座組立体を
弁座ポケツト内に配設したとき潤滑油通路４２と
連通する凹部６６が形成されている。小径外周面
５８にはＯリング７０を受容する外周溝６８が形
成されている。内側弁座リング５０の、ボール弁
部材１８に対面する端部は、ボール弁部材のシー
ル面に対してほぼ接線方向に延長する円錐状端面
部分７２を有している。内側弁座リング５０の側
壁には、凹部６６と端面部分７２との間を連通さ
せる複数の連通孔７４が円周方向に間隔をおいて
形成されている。連通口７４は、後述するよう
に、潤滑油また密封剤を通すためのものであり、
圧力平衡機能を果す。

外側弁座リング４８は、外周面７６、および内
側弁座リング５０の中間径外周面６０と実質的に
同じ直径の内周面７７を有している。外周面７６
には、Ｏリング８０および押えリング８２を受容
する外周溝７８が形成されている。２つの弁座リ
ング４８と５０は、入れ子式にプレス嵌めされ、
外側弁座リングの内周面７７が内側弁座リング５
０の中間径外周面６０に摺動自在に係合する。外
側弁座リング４８の端部５５は、２つの弁座リン
グ４８，５０が第２図に示されるように嵌め合わ
されたとき内側弁座リング５０の中間径外周面６
０の縁に接触する半径方向内方に突出した衝接部
８４を有している。外側弁座リング４８の、ボー
ル弁部材１８に近接した端部分には、シールリン
グ５２を受容するシールポケツトを構成する内側
溝８６が形成されている。溝８６は、外周面７６
と同心のＶ字形環状壁８８と、半径方向内方に延
長した一方の側の側面９０と、溝８６の、ボール
弁部材１８に近接する他方の側で内方に突出した
唇部９２とによつて画定されている。ボール弁部
山４８に対面する弁座リング４８の外端は、唇部
９２から内側弁座リング５０の円錐状端面７２と
ほぼ平行に外方に開く方向に延長した円錐状端面
９４を有している。２つの弁座リング４８と５０
が第２図に示されるように嵌め合わされると、外
側弁座リング４８の端面９４の方が、内側弁座リ
ング５０の端面７２よりも弁部材１８の表面に対
して近いので、外側弁座リングの端面９４だけが
ボール弁部材１８に接触する。

環状シールリング５２は、ほぼ三角形の半径方
向の断面形状を有しており、弾性ゴム材で形成す
るのが好ましい。シールリング５２は、外側弁座
リング４８の内側溝８６内に装着される。第２図
を参照して説明すると、内側弁座リング５０と外
側弁座リング４８とが嵌め合わされると、内側弁
座リングの切頭円錐状表面６４が溝８６内のシー
ルリング５２を変形ないし付勢（押圧）し、該シ
ールリングの環状シール部分９６がボール弁部材
１８の外面にシール係合するように露出せしめら
れ、弁座とボール弁部材との間に流体密シールを
設定する。第５図に示されるように、シールリン
グ５２は、溝８６内に装着された場合内側弁座リ
ング５０の切頭円錐状表面６４に係合するほぼ平
面状の表面９８を有している。シールリング５２
の外側円錐形またはＶ字形表面１００，１０２
は、外側弁座リングの溝８６の対応するＶ字形の
壁８８によつて係合され、シールリング５２の半
径方向に延長した平面状表面１０４および１０６
は、それぞれ外側弁座リングの溝８６の内方延長
側面９０および唇部９２によつて係合される。シ
ールリング５２は、弁座リング４８と５０の間に
締めつけられ押圧付勢されて、該シールリングの
環状シール部分９６だけが該同心弁座リング４
８，５０の端縁を越えて突出するようになされて
いる。また、シールリング５２は、この内周面と
外周面の両方において確実に所定位置に保持さ
れ、それによつて流路１４，３２の流体圧がシー
ルリング５２の裏側の溝８６内へ進入するのを防
止されているのでシールリングが溝８６から流体
圧によつて押出されるおそれはない。かくして、
本発明の弁座組立体４６をボール弁構造体１０内
に装着すると、流路１４内に存在する流体圧が、
シールリング５２を溝８６から押出すことがない
ので、140Kg／cm²（2000psi）もの高い圧力に耐え
ることができるボール弁シールを提供する。

第３図から分るように、弁座組立体４６は、シ
ールリング５２を装着した外側弁座リング４８を
内側弁座リング５０に被せて、外側弁座リングの
肩部８４が内側弁座リングの中間径外周面６０に
接触するまで外側弁座リングを内側弁座リングに
対して滑らせることによつて組立てることができ
る。この外側弁座リングを内側弁座リングにプレ
ス嵌めするには特殊な工具（図示せず）を用い
る。シールリング５２を取外し、交換または修理
する場合には、同じ工具を逆の手順で用いて２つ
の弁座リングを引離せばよい。２つの弁座リング
は、互いに係合すると、内側弁座リングの切頭円
錐状表面６４がシールリング５２および外側弁座
リングを変形なしい押圧付勢することによつて互
いにしつかりと結合される（第２図）。この組合
せ状態では、外側弁座リングの肩部８４が内側弁
座リングの一部分た覆うだけであるため、潤滑油
または密封剤は、弁本体１２の潤滑油通路４２か
ら凹部６６および連通孔７４を通つて内側弁座リ
ングの円錐状端面９４およびそれに近接したボー
ル弁部材１８の外表面にまで流れることができ、
端面９４と弁部材との間を潤滑するか、あるいは
緊急の場合に密封することができる。

内側弁座リングの連通孔７４は、また、流路１
４内の流体圧を連通孔７４を通して内側弁座リン
グの外側区域（ばね５４が配設されている区域）
へ連通させ、それによつて流路圧が弁座組立体の
内周面と外周面との間で平衡化されるようにする
という点で、圧力平衡化機能をも果す。更に、連
通孔７４は、流路の流体圧が弁座組立体をボール
弁部材１８の方に向つて加圧付勢するのを可能に
する。流路１４の流体圧は、両弁座リング４８，
５０の外端の全断面積(A)に作用するが、シールリ
ング５２の環状シール部分９６がボール弁部材１
８の外表面に密封接触しているので、流路１４の
流体圧は、弁座リング４８，５０の内側の断面積
(B)の一部分にしか作用しない。この弁座組立体４
６の外端と内端との圧力差が、弁座組立体をボー
ル弁部材１８の外表面に向つて内方へ圧力付勢す
る作用をする。

第４図は、本発明の変型実施例による弁座組立
体１１０を示す。この実施例では、第１実施例の
弾性ゴムシールリング５２の代りにテフロンのよ
うな硬質プラスチツク材製のシールリング１２２
が設けられている。この弁座組立体１１０は、シ
ールリング１２２の形状および材質を除いては第
１実施例の弁座組立体４６と実質的に同じであ
る。外側弁座リング４８Ａは、その内側溝１１４
が断面長方形のシールリング１１２を受容するよ
うに長方形とされている点以外は、第１実施例の
外側弁座リング４８と同じである。溝１１４は、
外側弁座リングの外周面と同心の環状周壁１１６
と、半径方向の一側面１１８と、溝１１４の、ボ
ール弁部材１８Ａに近接する側の半径方向に延長
した唇部１２０とによつて画定されている。シー
ルリング１１２は、内側溝１１４に嵌合するよう
にほば長方形の断面形状を有している。内側弁座
リング５０Ａは第１実施例のものと同じであり、
その切頭円錐状表面６４Ａは、両弁座リング４８
Ａ，５０Ａが第４図に示されるように嵌め合わさ
れた場合、シールリング１１２を変形ないし付勢
（押圧）し、該シールリングの環状シール部分１
２２を弁座リング４８Ａ，５０Ａの端部を越えて
突出させ、ボール弁部材１８Ａに密封接触させ
る。シールリング１１２は、その内周と外周の両
方において確実に保持されているので、流路の流
体圧によつて溝１１４から押出されることがな
い。この変型実施例のシールリング１１２および
弁座組立体１１０は、140Kg／cm²（2000psi）以上
の圧力を受けるボール弁に使用することが企図さ
れている。

発明の作用効果 本発明の弁座リング組立体は、内側弁座リング
と外側弁座リングとを別々に製造し、両リング
を、それらの間にシールリングを挾んで嵌合させ
ることにより簡単に製造することができる。ま
た、本発明の弁座リング組立体は、２つの別個の
リングで構成されているので、シールリングの修
理や交換のために現場で簡単に分解することがで
きる。従つて、シールリングだけを弁座リングと
は別個に修理や交換することが困難または不可能
であつた従来の弁座リングの構成の欠点が克服さ
れる。更に、２つの弁座リングにそれらをプレス
嵌めする表面を形成したこと、およびシールリン
グを変形ないし付勢するための切頭円錐状表面を
設けたことにより、２つの弁座リングが、別個の
取付部材を設ける必要なしに結合される。しか
も、このシールリングは、２つの弁座リングの間
に確実に保持され、流体の流体圧がシールリング
の裏側に進入してシールリングを２つのリングの
間から押出すのを防止するので、高圧ボール弁用
弁座組立体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の弁座組立体を組入
れたボール弁構造の断面図、第２図は第１図の弁
座組立体の一部分の拡大断面図、第３図は第２図
の弁座組立体の分解透視図、第４図は本発明の他
の実施例の弁座組立体の拡大断面図、第５図は第
３図のシールリングの拡大断面図である。 図中、１０はボール弁構造体、１２は弁本体、
１４は流路、１６は弁室、１８はボール弁部材、
３４，３６は弁座ポケツト、４０は肩部、４６は
弁座組立体、４８は外側弁座リング、５０は内側
弁座リング、５２はシールリング、６４は切頭円
錐状表面、７４は連通孔、８６は内側溝、９６は
シール部分、１１２はシールリング、１１４は内
側溝、１２２はシール部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 弁室および貫通流体流路を有する弁本体と、
   前記弁室内に装着され、前記流体流路に対して開
   放位置と閉鎖位置の間で移動自在とされた弁部材
   と、 前記弁室をシールするために該室に近接して前
   記流体流路の少くとも１つの周りに装着された環
   状の弁座組立体とから成り、該弁座組立体は、プ
   レス嵌めにより互いに嵌め合わされた同心の円筒
   形内側および外側弁座リングと、該両弁座リング
   の間に介設されたシールリングとから成り、該シ
   ールリングは断面多角形であつて、平面状表面を
   有し、該外側弁座リングは、前記弁部材に対面す
   る側の一端に近接したところに前記シールリング
   を装着するための内側溝を有し、該内側弁座リン
   グは、該弁部材に対面する側の端部に切頭円錐状
   外周部分を有しており、該２つの弁座リングが互
   いに滑り係合したとき、内側弁座リングの前記切
   頭円錐状外周部分が外側弁座リングの内側溝に装
   着された前記シールリングの前記平面状表面に係
   合して該平面状表面を変形させ、それによつて該
   シールリングの環状シール部分を内側および外側
   弁座リングの端部を越えて突出させて前記弁部材
   の外表面に摺動自在に接触させるようにしたこと
   を特徴とする弁構造体。 ２ 弁室と、連通した貫通流体流路と、該流体通
   路の少くとも１つの該弁室との連結部に形成さ
   れ、弁座支持肩部を備えた環状の弁座ポケツトと
   を有する弁本体と、 前記弁室内に装着され、前記流体流路に対して
   開放位置と閉鎖位置の間で移動自在とされたボー
   ル弁部材と、 前記弁座ポケツト内に装着されており、円筒形
   内側弁座リングと、該内側リング部材の一部分に
   プレス嵌めにより嵌合した同心の円筒形外側弁座
   リングと、該両弁座リングの間に介設されたシー
   ルリングとを含む環状の弁座組立体と、 前記弁座ポケツト内に一端を前記弁本体の弁座
   支持肩部に当接させて配設されたばね手段とから
   成り、 前記シールリングは断面多角形であり、平面状
   の内周面を有し、前記外側弁座リングは、前記内
   側弁座リングに対面する内周面と、前記シールリ
   ングを装着するために該内周面の一端のところに
   形成された内側溝を有し、該内側弁座リングは、
   外側弁座リングの内周面に隣接する第１外周面
   と、前記弁部材に対面する側の端部に近接する切
   頭円錐状外周部分を有しており、それによつて、
   該２つの同心弁座リングが互いに滑り係合したと
   き、内側弁座リングの前記切頭円錐状外周部分が
   外側弁座リングの前記内側溝に装着された前記シ
   ールリングの前記内周面に係合して該内周面を変
   形させ、それによつて該シールリングの環状シー
   ル部分を内側および外側弁座リングの端部を越え
   て突出させて前記ボール弁部材の外表面に摺動自
   在に接触させるようになされており、前記ばね手
   段の他端は、前記外側弁座リングの、前記ボール
   弁部材のある側とは反対側の端部に接触し、前記
   弁座組立体および前記シールリングの前記環状シ
   ール部分を該ボール弁部材に向つて押圧し該弁部
   材に流体密に接触させるようになされていること
   を特徴とするボール弁構造体。 ３ 前記外側弁座リングは、その両端の間の外周
   面に形成された外周溝を有し、該外周溝内に前記
   弁座組立体と流体流路との間にシールを設定する
   Ｏリングが装着されており、該外側弁座リング
   の、前記弁部材のある側とは反対側の端部には、
   前記内側弁座リングの第１外周面に接触して内側
   弁座リングと外側弁座リングとのそれ以上の相対
   的摺動を防止するための半径方向内方に突出した
   衝接部が設けられており、前記内側弁座リング
   は、外側弁座リングの前記衝接部を受容し、外側
   弁座リングの滑り係合を可能にするための環状凹
   部を、前記第１外周面と第１外周面より直径の小
   さい第２外周面との間に有しており、該内側弁座
   リングには、その内周面と前記環状凹部とを連通
   させる連通孔が設けられており、それによつて、
   前記ばね手段が、前記シールリングの前記突出し
   た環状シール部分を押圧して前記弁部材の外表面
   に密封接触させた後前記流体流路の流体圧が、内
   側弁座リングの外部および外側弁座リングの、前
   記ボール弁部材のある側とは反対側にある前記弁
   座ポケツトへ連通され前記弁座組立体を該ボール
   弁部材の方に向つて圧力付勢することができるよ
   うになされている特許請求の範囲第２項記載のボ
   ール弁構造体。 ４ 前記シールリングは、半径方向の断面形状が
   ほぼ三角形であり、該シールリングの内周を画定
   する環状内周面と、シールリングの両側部を画定
   する１対の対向した環状の平面状表面と、シール
   リングの両側部から外方へ互いに接近する方向に
   延長しシールリングの外周面を画定する１対の同
   軸の切頭円錐状表面とを有しており、前記外側弁
   座リングの前記内側溝は、前記シールリングの前
   記１対の切頭円錐状表面および両側部の環状平面
   状表面を受容するためにＶ字形外周面と、該外側
   弁座リングの、前記ボール弁部材に対面する側の
   端部から遠い側に位置する半径方向の平面状側面
   と、外側弁座リングの、前記弁部材に対面する側
   の端部に近接した側で半径方向に延長した唇部を
   有しており、それによつて、前記２つの同心弁座
   リングが互いに滑り係合したとき、該内側弁座リ
   ングの前記切頭円錐状部分が前記シールリングの
   前記内周面に係合して該内周面を変形させ、それ
   によつて該シールリングの前記環状シール部分を
   内側弁座リングの端部を越えて突出させて前記ボ
   ール弁部材に密封係合させるようになされている
   特許請求の範囲第２項記載のボール弁構造体。 ５ 前記シールリングは弾性ゴム材で形成されて
   いる特許請求の範囲第４項記載のボール弁構造
   体。 ６ 前記シールリングは、半径方向の断面形状が
   ほぼ長方形であり、該シールリングの内周面およ
   び外周面を画定する１対の互いに対向した環状の
   周面と、シールリングの両側面を画定する１対の
   互いに対向した環状の平面状表面とを有してお
   り、前記外側弁座リングの前記内側溝は、前記シ
   ールリングを受容するために外周面と、該外側弁
   座リングの、前記弁部材に対面する側の端部から
   遠い側に位置する半径方向の平面状側面と、外側
   弁座リングの、前記弁部材に対面する側の端部に
   近接した側で半径方向に延長した唇部を有してお
   り、それによつて、前記２つの同心弁座リングが
   互いに滑り係合したとき、該内側弁座リングの前
   記切頭円錐状部分が前記シールリングの前記内周
   面に係合して該内周面を変形させ、それによつて
   該シールリングの前記環状シール部分を内側弁座
   リングおよび外側弁座リングの端部を越えて突出
   させて前記弁部材に密封させるようになされてい
   る特許請求の範囲第２項記載のボール弁構造体。 ７ 前記シールリングはエラストマー材で形成さ
   れている特許請求の範囲第６項記載のボール弁構
   造体。