(57)【要約】  柔軟性のあるシール・リングは第１のシーリング面を含み、裏面はこの前方シーリング面と反対側に配設され、かつこの前方シーリング面に対して軸方向にオフセットしている。上面は前面と裏面の間に配設され、上面と裏面の間の内角が１１０度より大きくなるように、この上面は裏面から前面に向かって延びる。別の柔軟性のあるシール・リングは、第１の前方シーリング面と、裏面と、前面と裏面の間に配設される少なくとも１つの下向きに配設される上面と、少なくとも１つの下向きに配設される下面と、下向きに配設される下面と第１の前方シーリング面の間に配設される第２の前方シーリング面とを含む。カートリッジ・シールは、柔軟性のあるシール・リングおよび上側保持リングを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御弁内でプラグの外側表面をケージの壁の内側表面に対してシールするための柔軟性のあるシール・リングであって、開口部を有するシール溝内に配設され、
前記シール溝の前記開口部に向かって向きが合わせられる、シーリング接触するようになされた第１の前方シーリング面と、
裏面と、
前記第１の前方シーリング面と前記裏面の間に配設される、少なくとも１つの下向きに配設される上面と、
少なくとも１つの下向きに配設される下面と、
前記下向きに配設される下面と前記第１の前方シーリング面との間に上向きに配設される第２の前方シーリング面とを含み、
前記柔軟性のあるシール・リングの前記少なくとも１つの上面が下向きに曲がるようになされ、前記柔軟性のあるシール・リングの前記下面が下向きに曲がるようになされ、前記柔軟性のあるシール・リングの前記第２の前方シーリング面が前記シール溝の前記開口部に向かって曲がるようになされた、柔軟性のあるシール・リング。
【請求項２】
前記前方シーリング面が前記プラグの前記外側表面に向かって向きが合わせられる、請求項１に記載のシール・リング。
【請求項３】
前記前方シーリング面が前記ケージの前記内壁に向かって向きが合わせられる、請求項１に記載のシール・リング。
【請求項４】
前記柔軟性のあるシール・リングの曲げが、前記シール・リングの円周軸周りの前記シール・リングの軸転運動を含む、請求項１に記載のシール・リング。
【請求項５】
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含む、請求項１に記載の柔軟性のあるシール・リング。
【請求項６】
構造用黒鉛を含む、請求項１に記載の柔軟性のあるシール・リング。
【請求項７】
一体リングを備える、請求項１に記載の柔軟性のあるシール・リング。
【請求項８】
制御弁内でプラグの外側表面をケージの内壁に対してシールするためのシール・カートリッジであって、
シール溝内に配設される柔軟性のあるシール・リングであって、
前記プラグの前記外側表面とシーリング接触するようになされた第１の前方シーリング面と、
裏面と、
前記第１の前方シーリング面と前記裏面の間に配設される、少なくとも１つの下向きに配設される上面と、
少なくとも１つの下向きに配設される下面と、
前記下向きに配設される下面と前記第１の前方シーリング面との間に上向きに配設される第２の前方シーリング面とを含む柔軟性のあるシール・リングと、
前記柔軟性のあるシール・リングに隣接して配設される上側保持リングであって、
前記柔軟性のあるシール・リングの前記下向きに配設される上面に近接して配設される少なくとも１つの下向きに配設される下面を含む上側保持リングとを含み、
前記柔軟性のあるシール・リングの前記少なくとも１つの上面が、前記上側保持リングの前記少なくとも１つの下向きに配設される上面から離れて曲がるようになされ、前記柔軟性のあるシール・リングの前記下面が下向きに曲がるようになされた、シール・カートリッジ。
【請求項９】
前記柔軟性のあるシール・リングに隣接して配設される下側保持リングをさらに含み、前記下側保持リングが、
前記柔軟性のあるシール・リングの下向きに配設される下面に近接して配設される少なくとも１つの上面を含み、
前記柔軟性のあるシール・リングの前記下面が、前記下側保持リングの前記少なくとも１つの上面に向かって曲がるようになされた、請求項８に記載のカートリッジ・シール・ユニット。
【請求項１０】
前記下側保持リングが、前記シール・リングの前記少なくとも１つの上向きに配設される前面と接触する上側リップを含む、請求項９に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１１】
前記柔軟性のあるシール・リングの曲げが、前記シール・リングの円周軸周りの前記シール・リングの軸転運動を含む、請求項９に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１２】
前記柔軟性のあるシール・リングがポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含む、請求項９に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１３】
前記柔軟性のあるシール・リングが黒鉛を含む、請求項９に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１４】
前記上側保持リングが、編まれた長ストランド炭素繊維を含む、請求項９に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１５】
前記カートリッジ・シールが、前記ケージの前記壁内のシール溝内に配設されるように構成され、前記柔軟性のあるシール・リングの前記第２の前方シーリング面が、前記プラグに向かって曲がるようになされている、請求項９に記載のカートリッジ・シール・ユニット。
【請求項１６】
前記プラグに向かって配設される前記第１の下側保持リングの一部分内の凹部内に配設される分割リング・シール要素をさらに含む、請求項１５に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１７】
前記カートリッジ・シールが、前記プラグの前記外側表面内のシール溝内に配設されるように構成され、前記柔軟性のあるシール・リングの前記第２の前方シーリング面が、前記ケージの前記壁に向かって曲がるようになされている、請求項９に記載のカートリッジ・シール・ユニット。
【請求項１８】
前記ケージの前記壁に向かって配設される前記第１の下側保持リングの一部分内の凹部内に配設される分割リング・シール要素をさらに含む、請求項１７に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１９】
制御弁内でプラグの外側表面をケージ壁に対してシールするための柔軟性のあるシール・リングであって、
前記プラグの前記外側表面とシーリング接触するようになされた第１のシーリング面と、
前記前方シーリング面に対して軸方向にオフセットする、前記第１のシーリング面の反対側に配設される裏面と、
前記第１のシーリング面と前記裏面の間に配設される上面であって、前記上面と前記裏面の間の内角が１１０度より大きくなるように、前記裏面から前記第１のシーリング面に向かって延びる上面とを備える、柔軟性のあるシール・リング。
【請求項２０】
第２のシーリング面と下面とを含む下側表面をさらに備え、前記第１と第２のシーリング面の間の内角が１４０度より大きくなるように、前記第２のシーリング面が前記第１のシーリング面から前記下面に延び、前記下面が前記第２のシーリング面から前記裏面に向かって延びる、請求項１９に記載のシール・リング。
【請求項２１】
前記シーリング・リングの内側表面が前記第１のシーリング面を備える、請求項１９に記載のシール・リング。
【請求項２２】
前記シーリング・リングの外側表面が前記第１のシーリング面を備える、請求項１９に記載のシール・リング。
【請求項２３】
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含む、請求項１９に記載の柔軟性のあるシール・リング。
【請求項２４】
構造用黒鉛を含む、請求項１９に記載の柔軟性のあるシール・リング。
【請求項２５】
一体リングを備える、請求項１９に記載の柔軟性のあるシール・リング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に弁用のシーリング・システムを対象とし、より具体的には、制御弁用の圧力平衡型シール・リング（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｂａｌａｎｃｅｄ  ｓｅａｌ  ｒｉｎｇ）およびシール・カートリッジ・ユニット（ｓｅａｌ  ｃａｒｔｒｉｄｇｅ  ｕｎｉｔ）を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
典型的な制御弁は、一般にプラグ（またはピストン）と呼ばれる直線動作閉鎖部材と、１つまたは複数のポートと、典型的にはこのポート区域周りの球形状の空洞によって特色付けられる本体とを有する。この本体は、主要な圧力境界である弁の部品である。本体は通常、パイプ接続端部および流体流れ通路を備える。制御弁では、閉鎖部材は、弁を通る流れの流量を変更するために流れ通路内に配置される弁の可動部品である。
【０００３】
プラグ閉鎖部材は、流量を変更するために流体流内を直線動作で移動する、事実上しばしば円筒形の部品である。それは、流量特性を提供するための曲線を付けた部分を有する場合も有さない場合もある。それは、円筒状のまたは円錐状にテーパのついた部品であることができる。別の種類の弁では、この閉鎖部材はボール、ディスクおよびゲートを含む。
【０００４】
流路（ｆｌｏｗ  ｐａｓｓａｇｅｗａｙ）内の流れオリフィスは、弁を閉じるために閉鎖部材と相互作用する。このオリフィスは、漏れない遮断または限定された漏れをもたらすために、すなわち弁を閉じるために、閉鎖部材によって接触されるべき、または閉鎖部材と密接に嵌合すべき着座表面（ｓｅａｔｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）を装備することができる。
【０００５】
ケージ、ガイドまたはライナは通常、弁装備品の他の部品の位置合わせを可能にし、かつ組み立てを容易にするために閉鎖部材を全体的に取り囲む、制御弁内の部品である。ケージは、流量特性および／またはシーリング表面も提供することができる。制御弁装備品は通常、制御される流体と流れ接触している弁の内部部品を含む。弁装備品（ｖａｌｖｅ  ｔｒｉｍ）の例には、プラグ、着座リングおよびケージが含まれる。本体は弁装備品の一部分とはみなされない。
【０００６】
図１は、Ｄｒｅｓｓｅｒ，ＩｎｃのＭａｓｏｎｅｉｌａｎ（登録商標）部門によって製造販売される標準の従来技術制御弁８０を示す。弁軸１が弁覆い（ｖａｌｖｅ  ｂｏｎｎｅｔ）７を貫通して弁プラグ１５に延びる。弁プラグ１５は、ケージ１６内に受けられる。シール３０がプラグ１５とケージ１６の内壁の間に配設される。図２Ａおよび２Ｂは、プラグ（ピストン）１５とケージ１６の内壁の間のシール３０の異なる実施形態を示す。図２Ｂは、ニッケル耐食金属（Ｎｉ−Ｒｅｓｉｓｔ  ｍｅｔａｌ）から形成することができる内側部材３１と構造用黒鉛から形成することができる外側部材３２とを有する２部シールを示す。この弁では、シールはプラグ上のシール溝（グランド）［ｓｅａｌ  ｇｒｏｏｖｅ（ｇｌａｎｄ）］内に配置される。他の変形形態では、このシールはケージ壁上のシール溝内に配置することができる。
【０００７】
【表１】
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【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
表１は、弁を通り流れる流体の温度範囲に依存する特定の型式のシールの選択に関する製造者の提案に関する情報を含む。高温運転では、従来技術の弁は、硬い黒鉛シールを使用する。これらの硬いシールは、シールがシーリング表面の直径に合致できるようにする分割部または切断部を円周に含む。そのような分割リング・シールは、エンジン・シリンダ内の内燃機関ピストンをシールするために使用されるピストン・リングと類似する。このシーリング・リングの円周が分割されているので、流体がシールを横断して漏れる。
【０００９】
他の従来技術の高温シールは、圧縮された柔軟性のある黒鉛から形成することができる。この柔軟性のある黒鉛の従来技術のシールは、結果として高い摺動摩擦になり、高い磨耗速度によって、制御弁の自動化された位置決め／絞り用途に不適切になる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一態様では、柔軟性のあるシール・リングを含むシール・カートリッジは、圧力平衡型シールを使用して高温環境で高圧シール能力を提供する。このシールは、プラグ、ケージおよびリング溝の間の製造公差に対応する。
【００１１】
一態様ではシール・カートリッジは、シール溝内に配設される柔軟性のあるシール・リングを含む。この柔軟性のあるシール・リングは、プラグの外側表面とシーリング接触するようになされた第１の前方シーリング面（ｆｒｏｎｔ  ｓｅａｌｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）と、裏面（ｒｅａｒ  ｆａｃｅ）と、前面（ｆｒｏｎｔ  ｆａｃｅ）と裏面の間に配設される少なくとも１つの下向きに配設される上面（ｕｐｐｅｒ  ｆａｃｅ）と、少なくとも１つの下向きに配設される下面（ｌｏｗｅｒ  ｆａｃｅ）と、下向きに配設される下面と第１の前方シーリング面との間に上向きに配設される第２の前方シーリング面とを含む。いくつかのシール・カートリッジは、柔軟性のあるシール・リングに隣接して配設される上側保持リングも含む。この上側保持リングは、柔軟性のあるシール・リングの下向きに配設される上面に近接して配設される少なくとも１つの下向きに配設される下面を含むことができる。この柔軟性のあるシール・リングの少なくとも１つの上面は、上側保持リングの少なくとも１つの下向きに配設される上面から離れて曲がるようになされることができ、柔軟性のあるシール・リングの下面は、下向きに曲がるようになされることができる。
【００１２】
一態様では、柔軟性のあるシール・リングは、制御弁のプラグの外側表面とケージ壁の間に高温かつ高圧のシールを形成するようにプラグの外側表面と係合する。この柔軟性のあるシール・リングは、シール溝（例えば、ケージ壁内のシール溝またはプラグの外側表面内のシール溝）内に配設することができる。この柔軟性のあるシール・リングは、シール溝の開口部に向かって向きが合わせられる、シーリング接触するようになされた第１の前方シーリング面と、裏面と、前面と裏面の間に配設される少なくとも１つの下向きに配設される上面とを有する。このシール・リングは、前面と面の間に配設される上面を含むことができる。このシール・リングは、少なくとも１つの下向きに配設される下面、および下向きに配設される下面と第１の前方シーリング面との間に上向きに配設される第２の前方シーリング面とをさらに含む。この柔軟性のあるシール・リングの少なくとも１つの上面は、下向きに曲がるようになされることができ、柔軟性のあるシール・リングの下面は、下向きに曲がるようになされることができ、かつ柔軟性のあるシール・リングの第２の前方シーリング面は、シール溝の開口部に向かって曲がるようになされることができる。このシール・カートリッジは、柔軟性のあるシール・リングのみ含むことができ、あるいは別法として、追加の要素を含むことができる。
【００１３】
一態様では、制御弁内でプラグの外側表面をケージ壁に対してシールするための柔軟性のあるシール・リングは、プラグの外側表面とシーリング接触するようになされた第１のシーリング面と、第１のシーリング面に対して軸方向にオフセットする、第１のシーリング面の反対側に配設される裏面と、第１面と裏面の間に配設される上面とを含む。この上面は、上面と裏面の間の内角が１１０度より大きくなるように裏面から前面に向かって延びる。
【００１４】
シールのこの設計は、柔軟性のあるシール・リングを圧縮状態に維持する。高温用途のためのこの柔軟性のあるシール・リングの製造に使用される材料は通常脆性であるが、低い引っ張り強度を伴う高い圧縮強度を有する。したがって、本発明の柔軟性のあるシール・リング設計は、それが加圧されるときシール・リングの捻り捻転［ｔｏｒｓｉｏｎａｌ  ｔｗｉｓｔｉｎｇ］（例えば、シール・リングの円周軸（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ａｘｉｓ）周りのシール・リングの軸転運動［ｔｏｒｓｉｏｎａｌ  ｒｏｔａｔｉｏｎ］）を介して柔軟性のあるシール・リングを圧縮状態に維持する。
【００１５】
組み立てられるとき、このシール・カートリッジはケージ壁のリング溝内に配設し、固定リングによって定位置に保持することができる。他の実施形態では、本発明のシール・カートリッジはケージ壁上のシール溝内の代わりにプラグ上のシール溝内に配設できることは理解されるであろう。いくつかの実施形態では、シール・リングの内側表面は前方シーリング面を備える。この前方シーリング面は、プラグの外側表面に向かって向きを合わせることができる。いくつかの実施形態では、シール・リングの外側表面は前方シーリング面を備える。この前方シーリング面は、ケージの内壁に向かって向きを合わせることができる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、このカートリッジ・シールは、ケージの壁内のシール溝内に配設されるように構成され、柔軟性のあるシール・リングの第２の前方シーリング面は、プラグに向かって曲がるようになされている。いくつかの場合にはこのカートリッジ・シールは、プラグに向かって配設される第１の下側保持リングの一部分の凹部内に配設される分割リング・シール要素も含む。いくつかの実施形態では、このカートリッジ・シールは、プラグの外側表面内のシール溝内に配設されるように構成され、柔軟性のあるシール・リングの第２の前方シーリング面は、ケージの壁に向かって曲がるようになされている。いくつかの場合にはこのカートリッジ・シールは、ケージの壁に向かって配設される第１の下側保持リングの一部分の凹部内に配設される分割リング・シール要素も含む。
【００１７】
いくつかの実施形態では、シール・リングは、第２のシーリング面と下面とを含む下側表面も含み、この第２のシーリング面は、第１と第２のシーリング面の間の内角が１４０度より大きくなるように第１のシーリング面から下面に向かって延び、この下面は第２のシーリング面から裏面に延びる。
【００１８】
このカートリッジ・シールは、柔軟性のあるシール・リングに隣接して配設される上側保持リングをさらに含むことができる。この上側保持リングは、編まれた長ストランド炭素繊維（ｂｒａｉｄｅｄ  ｌｏｎｇ  ｓｔｒａｎｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｆｉｂｅｒｓ）を含むことができる。
【００１９】
このカートリッジ・シールは、柔軟性のあるシール・リングに隣接して配設される第１の下側保持リングをさらに含むことができる。この下側保持リングは、柔軟性のあるシール・リングの下向きに配設される下面に近接して配置される少なくとも１つの上面を含むことができ、柔軟性のあるシール・リングの前記下面は、下側保持リングの少なくとも１つの上面に向かって曲がるようになされている。この下側保持リングは、シール・リングのこの少なくとも１つの上向きに配設される前面に接触する上側リップを含むことができる。
【００２０】
このカートリッジ・シールは、必ずしも必要ではないが、第１の下側保持リングの一部分の凹部内に配設される分割リング・シール要素を含むことができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、この柔軟性のあるシール・リングは一体のリングを備える。この柔軟性のあるシール・リングはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、黒鉛、ニッケル耐食金属、および／または表面硬化金属［ｈａｒｄ−ｆａｃｅｄ  ｍｅｔａｌ］（例えば、３４７ｓｓ、３１６ｓｓ、等）を含む（例えば、から作る）ことができる。
【００２２】
本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細が、添付の図面および以下の説明に記載される。本発明の他の特徴、目的、および利点は、この説明および図面から、かつ特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
様々な図面内の同様な参照記号は、同様な要素を示す。
【００２４】
図３を参照すると、制御弁１００は入り口ポート１１０および出口ポート１２０を含む。プラグ１１５はケージ１１６内に移動可能に配設される。本明細書で使用されるとき、用語「ケージ」は、ケージ、ライナ、ガイド、およびそれらと構造的かつ機能的な均等物を包含することを意図している。本明細書で使用されるとき、用語「プラグ」は、プラグまたはピストンおよび構造的かつ機能的な均等物を包含することを意図している。本明細書で使用されるとき、用語「シール溝」は、溝、凹部、グランド、および構造的かつ機能的な均等物を包含することを意図している。本明細書で使用されるとき、用語「流体」は、ガス、水、油、粒子状物質（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｍａｔｔｅｒ）、およびそれらの任意の組み合わせを含む。
【００２５】
図４を参照すると、圧力平衡型シール・カートリッジ１３０がプラグ１１５とケージ１１６の間に配設されている。流体は、プラグ１１５内の開口部１１１を通り移動し、開口部１１２内に分流し、プラグを出る。これによって、プラグ１１５の両側に存在する圧力をいくらか平衡させることができ、したがって、この弁を作動させるのに必要なアクチュエータのサイズを減少させることができる。弁１００内の流れの方向は逆にすることができるが、流れが逆にされる場合は、流体圧力がシールを適切に圧するために本明細書で説明されるこのシール・カートリッジは、上下逆さまに設置しなければならないことは理解されるであろう。シールがプラグ１１５およびケージ１１６の壁と係合するために圧される仕組みを以下にさらに詳細に論じる。
【００２６】
図５、６、７Ａおよび７Ｂを参照すると、カートリッジ・シール１３０は、制御弁１００内のプラグ１１５の外側表面とケージ１１６の壁の間の高温高圧シールを形成するためにプラグ１１５の外側表面と係合する（図３参照）。このカートリッジ・シール１３０は、ケージ壁１１６内のシール溝１３８内に配設される柔軟性のあるシール・リング１３１を含む。この柔軟性のあるシール・リング１３１は、プラグ１１５の外側表面とシール接触するようになされた（例えば、リングの内側上の）第１の前方シール面１５０と、（例えば、リングの外側上の）裏面１５６と、少なくとも１つの下向きに配設される第１の上面１５４とを有し、前記面１５４は前面１５０と裏面１５６の間に配設される。このシール・リングは、前面１５０と第１の上面１５４の間に配設される第２の上面１５２も含むことができる。シール・リング１３１は、少なくとも１つの下向きに配設される下面１５８と、下向きに配設される下面１５８と第１の前方シール面１５０の間に上向きに配設される第２の前方シール面１６０とをさらに含む。
【００２７】
図７Ａおよび７Ｂを参照すると、シール・リングは中央シール軸Ａｓ周りの平面Ｐ内の環として形成される一体のリングであることができる。第１の前方シール面１５０は、裏面１５６から軸方向にオフセットしている（例えば、前方シール面１５０は平面Ｐの上方にあり、裏面１５６は部分的に平面Ｐの下方にある）。
【００２８】
本明細書で使用されるとき、シール・リングに関連して使用されるときの「上（ｕｐ）」は、シール・リングに加圧力が加えられる方向を示し、「下（ｄｏｗｎ）」は反対方向を示す。したがって、弁は様々な角度に向けることができるので、上および下は絶対的ではなく相対的な方向を示す。
【００２９】
再度図５および６を参照すると、このカートリッジ・シール１３０は、柔軟性のあるシール・リング１３１に隣接して配設される上側保持リング１３３をさらに含むことができるが、これは必須ではない。この上側保持リングは、柔軟性のあるシール・リング１３１の下向きに配設される上面１５４に近接して配設される少なくとも１つの下向きに配設される下面１６２を含む。この上側保持リング１３３は、前面１６４および裏面１６６および下面部分１６８を含むことができる。
【００３０】
このカートリッジ・シール１３０は、必ずしも必要ではないが、柔軟性のあるシール・リング１３１に隣接して配設される第１の下側保持リング１３５をさらに含むことができるが、これは必須ではない。この下側保持リング１３５は、柔軟性のあるシール・リング１３１の下向きに配設される下面１５８に近接して配設される少なくとも１つの上面１７０を含む。この保持リング１３５は、プラグ１１５に向かって配設される面１７２をさらに含む。このカートリッジ・シール１３０は、第１の下側保持リング１３５の一部分内の凹部１４０内に配設される第２の下側保持リング１３７（例えば分割リング・シール要素）を含むことができるが、これは必須ではない。この保持リング１３５は、第２の下側保持リング１３７に向かって配設される面１７４および１７６を含むことができる。
【００３１】
組み立てられるとき、このシール・カートリッジ１３０は、ケージ壁１１６のリング溝１３８内に配設され、固定リング１３９によって定位置に保持される。他の実施形態では、本発明のシール・カートリッジ１３０は、ケージ壁上のシール溝内の代わりにプラグ上のシール溝内に配設できることは理解されるであろう。本発明のカートリッジ・シール・ユニット１３０は、直線移動プラグを有する任意の型式の制御弁に使用することができるのは理解されるであろう。このカートリッジ・シールの使用は、本明細書で示される弁の実施形態に限定されない。
【００３２】
動作のとき、この弁を通り流れる流体の圧力は、円周軸Ａｃ周りの柔軟性のあるシール・リング１３１の軸転運動Ｒに結果としてなるであろう。シール・リング１３１とプラグ１１５の間の係合点（例えば、前面１５０）、ならびにシール・リング１３１とケージ１１６の間の係合点（例えば、裏面１５６）は、上下が上記で説明したようなものである基準のフレームに対して水平ではない。
【００３３】
図示の実施形態では、図示のようなシール・リング１３１のプラグ１１５およびケージ１１６との接触は、低圧に対して効果的な最初のシールを提供することができる。圧力が上昇すると、上面１５４に加えられる加圧力は、円周軸周りの柔軟性のあるシール・リング１３１の軸転運動Ｒの回転、およびシール・リング１３１の下面１５８と第２のシーリング面１６０の間の交点周りの枢動を引き起こすことができる。いくつかの場合には、加圧力がシール・リング１３１の上側に加えられると、その結果起きる圧縮がプラグ１１５および／またはケージ１１６との接触を引き起こすことができ、かつシール・リング１３１のプラグ１１５およびケージ１１６との締り嵌めをもたらすシール・リング１３１の回転を引き起こすことができる。柔軟性のあるシール・リング１３１の上面１５４は、上側保持リング１３３の下向きに配設される上面１６２から離れて回転し、柔軟性のあるシール・リング１３１の下面１５８は、下側保持リング１３５の上面１７０に向かって回転する。第２の前方シーリング面１６０は、第１の下側保持リング１３５のリップ１３６に接触する。面１５４上への流体圧力は、第２のシーリング面１６０を前方に移動させ、プラグ１１５と接触させる。
【００３４】
いくつかの例では、シール・リング１３１の回転は、エンジニアリング公差に起因するプラグ１１５とケージ１１６の間の隙間に対応することができる。いくつかの例では、加圧力がシール・リング１３１に加えられるとき、シール・リング１３１はプラグ１１５を受け、かつプラグと係合するようなサイズにされた内径を有する単一の連続リングであることができる。いくつかの場合には、この形態は、分割リング・シールに伴う漏れを減少させることができる。
【００３５】
カートリッジ・シール１３０は、単一の柔軟性のあるシール・リング１３１を備えることができ、あるいはシール・リング１３１と保持リング１３３の両方を含むことができることを理解することが重要である。別法として、保持リング１３５に、カートリッジ・シール１３０を形成するように要素１３１および１３３を加えることができる。このカートリッジ・シール１３０は、分割リング・シール要素１３７をさらに含むことができる。
【００３６】
柔軟性のあるシール・リング１３１および分割リング・シール要素１３７は、高温で構造的完全性および強度を維持するための特性を好ましく有する構造用炭素黒鉛またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）あるいは他の材料などの材料から形成することができる。リング１３５および１３９は鋼から作ることができ、保持リング１３３は、織られた長ストランドの編み組みされた炭素繊維から形成することができる。いくつかの例では、シール加圧するために使用される機構がシール・リング１３１に圧縮力を加える可能性があるので、柔軟性のあるシール・リング１３１を形成するために高温で所望の強度を有する脆性材料を使用することができる。いくつかの場合には、プラグ１１５とケージ１１６の間のシール・リング１３１の圧縮は、シール・リング１３１の上側と下側の間の圧力差を越える場合がある。
【００３７】
第１のシーリング表面１５０と上側表面１５２の間の角度（Ａ）は、一般に約９０度であるけれども、それは８０から１００度の範囲であることができる。面１５２と１５４の間の角度（鈍角Ｂ）は、約１４８度である。いくつかの実施形態では、角度Ｂは１１０から１７０度の範囲であることができる。面１５４と１５６の間の角度（角度Ｃ）は，約１２１度である。いくつかの実施形態では、角度Ｃは１１０から１４０度の範囲であることができる。面１５６と１５８の間の角度（角度Ｄ）は，約１０２度である。いくつかの実施形態では、角度Ｄは９５から１３０度の範囲であることができる。面１５８と１６０の間の角度（角度Ｅ）は，約１０２度である。いくつかの実施形態では、角度Ｅは９０から１４５度の範囲であることができる。面１６０と１５０の間の角度（角度Ｆ）は，約１５５度である。いくつかの実施形態では、角度Ｆは１４０から１７５度の範囲であることができる。
【００３８】
保持リング面１７０と柔軟性のあるシール・リング面１５８の間の角度（角度Ｇ）は，約１２度である。いくつかの実施形態では、シール・リング１３１へ加圧力を加える前は角度Ｇは１から３０度（例えば、５から３０度）の範囲であることができる。
【００３９】
カートリッジ・シール１３０は、明白にこのシール配置用に設計される新たな弁に使用することができ、または図２Ａおよび２Ｂに示すものを含む、ただしそれらに限定されない既存の制御弁設計に、かつ他の型式のシール要素の代わりに使用することができる。カートリッジ・シール１３０は、新たに製造される弁に使用することができ、またそれまで稼動していた弁における他の型式のシール要素に対する交換として使用することもできる。
【００４０】
本発明の多数の実施形態について説明してきた。それにもかかわらず、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な改変を行うことができることは理解されるであろう。例えば、上記の角度寸法は本発明のいくつかの実施形態の典型であることを単に意図したものであり、シール・カートリッジ１３０の様々な要素の面の形態を、論じた実施形態に限定するためのものではない。その上、本発明のカートリッジ・シール１３０はケージ壁上のシール溝内の代わりにプラグ上のシール溝内に配設できることは理解されるであろう。例えば、図８を参照すると、カートリッジ・シール２３０は、制御弁内のプラグ２１５の外側表面とケージ２１６の壁との間に高温高圧シールを形成するようにプラグ２１５の外側表面と係合することができる。このカートリッジ・シール２３０は、プラグ２１６の壁内のシール溝２３８内に配設される柔軟性のあるシール・リング２３１を含む。この柔軟性のあるシール・リング２３１は、ケージ２１６の内側表面とシール接触するようになされた第１の前方シーリング面２５０（例えば、リングの外側上の面）と、裏面２５６（例えば、リングの内側上の面）と、少なくとも１つの下向きに配設される第１の上面２５４とを有し、前記面２５４は前面２５０と裏面２５６の間に配設される。このシール・リング２３１は、前面２５０と第１の上面２５４の間に配設される第２の上面２５２も含むことができる。シール・リング２３１は、少なくとも１つの下向きに配設される下面２５８、および下向きに配設される下面２５８と第１の前方シーリング面２５０との間に上向きに配設される第２の前方シーリング面２６０をさらに含む。カートリッジ・シール２３０は、回転および枢動の方向がカートリッジ・シール１３０の回転および枢動の方向に対して逆にされることを除き、カートリッジ・シール１３０と同様に動作する。したがって他の実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来技術の制御弁の横断面図である。
【図２Ａ】図１の弁に使用されるシールの部分拡大横断面図である。
【図２Ｂ】図１の弁に使用されるシールの部分拡大横断面図である。
【図３】本発明のシール・カートリッジを有する制御弁の横断面図である。
【図４】図３の弁のシール・カートリッジ、プラグ、およびケージの部分拡大横断面図である。
【図５】図３の弁のシール・カートリッジ、プラグ、およびケージの別の部分拡大横断面図である。
【図６】図３の弁のシール・カートリッジ、プラグ、およびケージの部分斜視図である。
【図７Ａ】図５および６のシール・カートリッジのシール・リングの斜視図である。
【図７Ｂ】図５および６のシール・カートリッジのシール・リングの部分側面図である。
【図８】弁の別の実施形態のシール・カートリッジ、プラグ、およびケージの部分拡大横断面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
2009523968.tif 000007
【図４】
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【図５】
2009523968.tif 000009
【図６】
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【図７Ａ】
2009523968.tif 000011
【図７Ｂ】
2009523968.tif 000012
【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月25日(2008.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御弁内でプラグの外側表面をケージの内壁に対してシールするためのシール・カートリッジ（１３０；２３０）であって、
シール溝内に配設される柔軟性のあるシール・リング（１３１；２３１）であって、
前記プラグの前記外側表面または前記ケージの前記内壁とシーリング接触するようになされた第１の前方シーリング面（１５０；２５０）と、
裏面（１５６；２５６）と、
使用に際して加圧力が前記柔軟性のあるシール・リング上面に加えられる上方向に対して下向きに配設される少なくとも１つの上面（１５４；２５４）であって、前記第１の前方シーリング面（１５０；２５０）と前記裏面（１５６；２５６）との間に配設される上面と、
前記上方向に対して下向きに配設される、少なくとも１つの下面（１５８；２５８）とを含む柔軟性のあるシール・リングを含むシール・カートリッジにおいて、
前記柔軟性のあるシール・リング（１３１；２３１）が、前記下向きに配設される下面と前記第１の前方シーリング面の間に、前記上方向に対して上向きに配設される第２の前方シーリング面（１６０；２６０）をさらに備えること、および、
前記シール・カートリッジが、前記柔軟性のあるシール・リング（１３１；２３１）に隣接して配設される上側保持リング（１３３；２３３）をさらに備え、前記上側保持リングが、
前記上方向に対して下向きに、および前記柔軟性のあるシール・リング（１３１；２３１）の下向きに配設される上面（１５４；２５４）に近接して配設される少なくとも１つの下面（１６２）を含み、
前記柔軟性のあるシール・リング（１３１；２３１）の前記少なくとも１つの上面（１５４；２５４）が、前記上側保持リングの前記少なくとも１つの下向きに配設される下面（１６２）から離れて曲がるようになされ、前記柔軟性のあるシール・リング（１３１；２３１）の前記下面（１５８；２５８）が下向きに曲がるようになされていることを特徴とする、シール・カートリッジ。
【請求項２】
前記柔軟性のあるシール・リング（１３１；２３１）に隣接して配設される下側保持リング（１３５；２３５）をさらに含み、前記下側保持リングが、
前記柔軟性のあるシール・リング（１３５；２３５）の下向きに配設される下面（１５８；２５８）に近接して配置される少なくとも１つの上面（１７０）を含み、
前記柔軟性のあるシール・リングの前記下面（１５８；２５８）が、前記下側保持リング（１３５；２３５）の前記少なくとも１つの上面（１７０）に向かって曲がるようになされている、請求項１に記載のカートリッジ・シール。
【請求項３】
前記下側保持リング（１３５；２３５）が前記シール・リングの少なくとも１つの上向きに配設される第２の前方シーリング面（１６０；２６０）と接触する上側リップ（１３６）を含む、請求項２に記載のカートリッジ・シール。
【請求項４】
前記柔軟性のあるシール・リング（１３１；２３１）の曲げが、前記シール・リングの円周軸（Ａｃ）周りの前記シール・リングの軸転運動を含む、請求項２に記載のカートリッジ・シール。
【請求項５】
前記柔軟性のあるシール・リング（１３１；２３１）がポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含む、請求項２に記載のカートリッジ・シール。
【請求項６】
前記柔軟性のあるシール・リング（１３１；２３１）が黒鉛を含む、請求項２に記載のカートリッジ・シール。
【請求項７】
前記上側保持リング（１３３；２３３）が、編まれた長ストランド炭素繊維を含む、請求項２に記載のカートリッジ・シール。
【請求項８】
前記カートリッジ・シール（１３０）が、前記ケージ（１１６）の前記壁内のシール溝（１３８）内に配設されるように構成され、前記柔軟性のあるシール・リングの前記第２の前方シーリング面が、前記プラグに向かって曲がるようになされている、請求項２に記載のカートリッジ・シール。
【請求項９】
前記プラグ（１１５）に向かって配設される前記第１の下側保持リング（１３５）の一部分（１４０）内の凹部内に配設される分割リング・シール（１３７）要素をさらに含む、請求項８に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１０】
前記カートリッジ・シール（２３０）が、前記プラグ（２１５）の前記外側表面内のシール溝内に配設されるように構成され、前記柔軟性のあるシール・リングの前記第２の前方シーリング面（２６０）が、前記ケージの前記壁に向かって曲がるようになされている、請求項２に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１１】
前記ケージの前記壁に向かって配設される前記第１の下側保持リングの一部分内の凹部内に配設される分割リング・シール要素（２３７）をさらに含む、請求項１０に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１２】
前記裏面（１５６；２５６）が、前記第１の前方シーリング面（１５０；２５０）の反対側に配設され、前記第１の前方シーリング面に対して軸方向にオフセットし、
前記上面（１５４；２５４）が、前記上面（１５４；２５４）と前記裏面（１５６；２５６）の間の内角（Ｃ）が１１０度より大きくなるように、前記裏面から前記第１の前方シーリング面に向かって延びる、請求項１に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１３】
前記第２のシーリング面（１６０；２６０）が、前記第１と第２のシーリング面の間の内角（Ｆ）が１４０度より大きくなるように、前記第１のシーリング面（１５０；２５０）から前記下面（１５８；２５８）に延び、前記下面（１５８；２５８）が前記第２のシーリング面（１６０；２６０）から前記裏面（１５６；２５６）に向かって延びる、請求項１２に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１４】
前記シーリング・リング（１３１；２３１）の内側表面が前記第１のシーリング面を備える、請求項１２に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１５】
前記シーリング・リング（１３１；２３１）の外側表面が前記第１のシーリング面を備える、請求項１２に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１６】
前記柔軟性のあるシール・リング（１３１；２３１）が一体リングを備える、請求項１２に記載のカートリッジ・シール。
【請求項１７】
入り口ポート（１１０）と、出口ポート（１２０）と、ケージ（１１６）内に移動可能に配設されるプラグ（１１５）と、プラグ（１１５）とケージ（１１６）の間に配設される前記請求項のいずれか一項に記載のシール・カートリッジ１３０とを含む、制御弁（１００）。
【国際調査報告】
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