(57)【要約】  ボール弁は、弁体（２２）と単一ピースパッキング（３２）とを備え、後者は弁体を弁空洞部（２０）内に封鎖する。単一ピースパッキングは、室温において弁体上に設置され、又はその上に成型される。弁体は、ボール（２４）及び上方及び下方のトラニオン（２８、３０）のような流量管理要素を備える。弁体及びパッキングの種々の寸法は、室温における組立を容易にするように、かつパッキング材料の体積をかなり減らしこれにより広い温度範囲及び圧力範囲にわたり弁の性能を改善するように選定される。
2005515384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に弁空洞部を有する弁胴、
軸回りの弁体の回転方向位置に基づいて弁を通る流量を管理するための弁体、及び
前記弁体を囲みかつ前記弁空洞部内に前記弁体を封鎖する単一ピースパッキング
を備え、
前記単一ピースパッキングが室温の範囲内で前記弁体に設置されるように寸法が決められている弁。
【請求項２】
前記室温範囲が約１８．３−３７．８℃（約６５−１００゜Ｆ）である請求項１の弁。
【請求項３】
前記パッキングが、高さＨ及び外径Ｄ４により定められた一般に円筒状の外面を有し、前記パッキングが約０．７５から約０．８５の比Ｈ／Ｄ４を有する請求項１の弁。
【請求項４】
前記比Ｈ／Ｄ４が約０．８である請求項３の弁。
【請求項５】
前記弁体がボール及び隣接した上方及び下方のトラニオンを備え、前記ボールは外径Ｄ１を有しかつ前記トラニオンの少なくも一方は外径Ｄ３を有し、前記弁体が約０．７から約０．９の比Ｄ３／Ｄ１を有する請求項１の弁。
【請求項６】
前記比Ｄ３／Ｄ１が約０．８である請求項５の弁。
【請求項７】
前記パッキングが高さＨ及び外径Ｄ４により定められた一般に円筒状の外面を有し、前記パッキングが約０．７５から約０．８５の比Ｈ／Ｄ４を有し、更に前記弁体がボール及び隣接した上方及び下方のトラニオンを備え、前記ボールは外径Ｄ１を有し、前記トラニオンの少なくも一方は外径Ｄ３を有し、前記弁体が約０．７から約０．９の比Ｄ３／Ｄ１を有する請求項１の弁。
【請求項８】
前記比Ｈ／Ｄ４が約０．８でありかつ前記比Ｄ３／Ｄ１が約０．８である請求項７の弁。  
【請求項９】
前記パッキングがポリマーよりなる請求項１の弁。
【請求項１０】
前記ポリマーが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）及び弗化エチレンプロピレンよりなるグループから選定される請求項９の弁。
【請求項１１】
前記弁体が非球状の流量管路要素を備える請求項１の弁。
【請求項１２】
前記弁胴内に前記パッキングを装填するより前、前記パッキングが内部に設置されるとき、前記パッキングが、前記弁体との締まり嵌めを形成する内面を有する請求項１の弁。
【請求項１３】
前記弁空洞部内に前記パッキングを装填するより前、前記パッキングが前記弁体上に設置されかつ前記弁空洞部内に挿入されるとき、前記パッキングが前記弁空洞部との締まり嵌めを有する請求項１の弁体。
【請求項１４】
弁体を弁空洞部内に封鎖するようにされた単一ピースパッキングを形成し、そして
パッキングの機械的特性が実質的に変化しないためのある温度範囲内で前記パッキングを前記弁体上に設置する
諸段階を含む弁の組立方法。
【請求項１５】
前記パッキングを形成する段階が前記パッキングを機械加工する段階を含む請求項１４の方法。
【請求項１６】
パッキング材料の機械的特性が、２１．１℃（７０゜Ｆ）におけるパッキング材料の機械的特性と比較して実質的に変化しないように前記温度範囲が選定される請求項１４の方法。
【請求項１７】
内部に弁空洞部を有する弁胴、
軸回りの弁体の回転方向位置に基づいて弁を通る流量を管理するための弁体、及び
前記弁体を囲みかつ前記弁空洞部内に前記弁体を封鎖するパッキング
を備え、
前記弁体はボール及び隣接した上方及び下方のトラニオンを有し、前記ボールは外径Ｄ１を有しかつ前記トラニオンの少なくも一方は外径Ｄ３を有し、前記弁体が約０．７から約０．９の比Ｄ３／Ｄ１を有する弁。
【請求項１８】
前記パッキングが、高さＨ及び外径Ｄ４により定められた一般に円筒状の外面を有し、前記パッキングが約０．７５から約０．８５の比Ｈ／Ｄ４を有する請求項１７の弁。
【請求項１９】
前記パッキングが、ＰＦＡ、充填されたＰＦＡ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、充填されたＰＴＦＥ、ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）及び、弗化エチレンプロピレンよりなるグループから選定されたポリマーよりなる請求項１７の弁。
【請求項２０】
前記パッキングが変形する温度以下で、前記パッキングが前記弁体上に設置されるような寸法にされる請求項１７の弁。
【請求項２１】
前記温度が室温である請求項２０の弁。
【請求項２２】
前記パッキングが単一ピースパッキングである請求項１７の弁。
【請求項２３】
前記パッキングが、前記弁体の上にオーバーモールドされる請求項１７の弁、
【請求項２４】
内部に弁空洞部を有する弁胴、
軸回りの弁体の回転方向位置に基づいて弁を通る流量を管理するための弁体、及び
前記弁体を囲みかつ前記弁空洞部内に前記弁体を封鎖するパッキング
を備え、
前記弁体はボール及び隣接した上方及び下方のトラニオンを有し、
前記パッキングが、高さＨ及び外径Ｄ４により定められた一般に円筒状の外面を有し、前記パッキングが約０．７５から約０．８５の比Ｈ／Ｄ４を有する弁。
【請求項２５】
前記ボールが外径Ｄ１を有しかつ前記トラニオンの少なくも一方が外径Ｄ３を有し、前記弁体が約０．７から約０．９の比Ｄ３／Ｄ１を有する請求項２４の弁。
【請求項２６】
前記パッキングが単一ピースパッキングである請求項２４の弁。
【請求項２７】
前記パッキングが多ピースパッキングである請求項２４の弁。
【請求項２８】
前記パッキングが、室温において前記弁体上に設置される請求項２４の弁。
【請求項２９】
弁体と単一ピースパッキングとの組合せであって、前記パッキングが室温において前記弁体上に設置される前記組合せ。。
【請求項３０】
前記弁体がボール及びステム並びに前記ボールに隣接した少なくも１個のトラニオンを備える請求項２９の組合せ。
【請求項３１】
内部に弁空洞部を有する弁胴、
軸回りの弁体の回転方向位置に基づいて弁を通る流量を管理するための弁体、及び
前記弁体を囲みかつ前記弁空洞部内に前記弁体を封鎖するパッキング
を備え、
前記弁体がボール及び隣接した上方及び下方のトラニオンを備え、前記ボールは外径Ｄ１を有しかつ前記トラニオンの少なくも一方は外径Ｄ３を有し、前記弁体が、室温における前記弁体上への前記パッキングの組立を容易にする比Ｄ３／Ｄ１を有する弁。
【請求項３２】
内部に弁空洞部を有する弁胴、
軸回りの弁体の回転方向位置に基づいて弁を通る流量を管理するための弁体、及び
前記弁体を囲みかつ前記弁空洞部内に前記弁体を封鎖するパッキング
を備え、
前記弁体がボール及び隣接した上方及び下方のトラニオンを備え、前記弁空洞部が、前記弁体を密に受け入れると同時に前記パッキングにおける温度効果を補償するために前記弁体が軸方向で移動することを許すような寸法にされている弁。
【請求項３３】
前記変空洞部が、前記下方トラニオンを受け入れかつパッキング材料が前記下方トラニオンの下にクリープすることを防ぐ小直径の円孔を有する請求項３２の弁。
【請求項３４】
前記パッキングに活荷重が加えられる請求項３２の弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
主題の発明は、一般にボール弁に関する。より特別には、本発明は、高温及び低温の定格作動温度及び熱サイクル下における弁性能を改良する新規なボール弁の設計及びパッキングに関する。
【０００２】
本出願は、２００２年１月８日付け、特許文献１「単一ピースパッキングを有するボール弁」の恩典を主張し、その開示の全ては参考文献としてここに組み入れられる。
【背景技術】
【０００３】
ボール弁は本技術においてよく知られ、そして高度に成功し商業的に入手可能なボール弁が、コービン他の特許文献２に説明され、その開示の全ては参考文献としてここに組み入れられる。
【０００４】
ボールのパッキング材料としてポリマーを使用したボール弁は、定格圧力における定格の又は特別の高温及び低温の作動範囲が限定されることが普通である。これは、典型的にステンレス鋼で作られたその他の弁体とは異なった割合でパッキング材料が膨張収縮をするためである。高温度においては、パッキング材料は軟化しフロー又はクリープし易く、高温における弁の作動中に永久変形し又は破損する可能性がある。パッキングのこの破損は、特に弁が周囲温度に戻るときに漏洩を生ずる。低温においては、パッキング材料は硬くかつ硬直し、ある場合には、低温におけるパッキングの収縮のためパッキングの密閉用応力を減らすこともある。この応力の低下が、低温における漏洩を生ずる。弁の定格作動温度を高くするために、ボールに活荷重パッキング技法を組み入れることが知られているが、全体的な改良は、パッキング材料自体の温度応答特性のため、なお限定される。
【０００５】
定格作動温度が高くかつ定格圧力における温度サイクル性能のよいポリマー形式のボール弁パッキングを有するボール弁についての要求が継続して存在する。
【特許文献１】米国暫定特許出願第６０／３４９，６２９号  明細書
【特許文献２】米国特許第４，６８５，４８８号  明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、パッキング材料の機械的特性が実質的に不変であるように、ある温度範囲内で弁体上に単一ピースパッキングを設置し得るボール弁の配列を意図する。本発明は、更に、組立方法を意図する。更に、本発明は、パッキング材料の体積を減らしかつ弁内に設置した後のパッキング上の荷重をより一様に分布させることによるなどで、定格作動温度範囲及び弁のサイクル寿命を改良するように、種々の寸法が選択される弁体及びパッキングを意図する。本発明の種々の態様は、多ピースパッキングとともに選択的に使用される。更に、本発明は、温度変化の際に弁体パッキングが膨張収縮したときに、ボール弁体が軸方向で浮遊し又は移動することができるボール及びトラニオンの設計を意図する。本発明の別の態様は、弁体が軸方向に浮遊できる組合せにおいて弁体パッキングに適用される活荷重の使用に関する。
【０００７】
本発明のこれら及びその他の態様及び長所は、付属図面を参照して読まれた本発明の種々の実施例及び変更例の以下の詳細な説明において、より完全に説明され、容易に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】
【０００８】
図面を参照し説明すれば、本発明は、定格圧力において改良された温度性能定格を有するボール弁の設計を意図する。改良された温度性能は、高温及び低温の定格又は特定の温度範囲、並びに熱サイクル下におけるものを含む。本発明は、ここでは特定のボール弁設計を引用し説明されるが、本技術熟練者は、本発明の種々の概念を種々のボール弁仕様に組み込み得ることを容易に認めるであろう。更に、ここに例示された実施例は本発明の種々の態様を含むが、これらは本発明を限定する意味で解釈すべきではない。むしろ、本発明の態様及び特徴の一部又は全部は、個々の、或いは種々の組合せ又は下組合せのボール弁設計に組み込むことができ、かつ特許請求の範囲に説明される本発明の範囲及び精神内にある。更に、種々の変更例がここに説明されるが、かかる説明は、これの教示の観点から本技術熟練者が容易に明らかにすることのできる別の実施例の全てについての網羅的なリストであることを意図するものではない。本発明は、ここに説明されるか否かにかかわらず、特許請求の範囲内の変更例を意図する。例示実施例は単一ピース又は一体型のパッキングを図解するが、本発明の種々の態様は多ピース式のパッキングとともに利用することができる。
【０００９】
本発明の種々の態様が、流体回路内に弁を挿入するための取付け用接続部１４及び１６の適切な端部のある弁胴１２を有するボール弁１０において具体化されたととして図面に示される。円孔１８ａ及び１８ｂが、端部取付け用接続部１４、１６の各から弁胴１２を通って伸び、弁胴１２内でこれらの間に形成された中央のボール弁受入れ用の弁空洞部２０に開口する。弁体組立体２２は、部分的に弁空洞部２０内に配置され、そしてここから伸びる。弁体組立体２２は流量制御ボール２４を備えことが好ましいが、これは弁操作用ステム２６と一体に機械加工される必要はない。ボール２４は、これを通して機械加工されて開口又はステムオリフィス２７ａ及び２７ｂを形成する中央流体通路又は円孔２７を有し、これらステムオリフィスは、弁が図示された開口位置にあるときに弁胴の円孔１８ａ及び１８ｂと整列してこれらの間における流体の流れを許す。オリフィス２７ａ、２７ｂと弁胴円孔１８ａ、１８ｂとの整列が外れるような位置にステム２６及びボール２４が回転されると、弁は閉鎖位置にされ、流体の流れが阻止される。例えば、弁１０は、ボール２４を９０゜回転（１／４回転）させることにより閉鎖することができる。
【００１０】
弁ステム２６は、弁胴１２の選択的に雄ネジの設けられた一体のボンネット１２ａを通って伸びる。ステム２６は、手動操作用ハンドル（図示せず）を備えるか或いは例えば、電気式、空気圧式、又は油圧式のアクチュエーターのような弁アクチュエーター（図示せず）を備えることができる。ステム２６のその長手方向軸線Ｘ回りの回転が、弁空洞部２０内のボール２４を回転させて弁を開閉する。
【００１１】
弁ステム２６は、上方トラニオン２８及び下方トラニオン３０を更に備える。上下のトラニオン２８、３０は、弁パッキング３２とともに、弁空洞部２０内の弁体２２の整列と軸受とを支援する。本発明の一態様により、室温においては、パッキング３２の内面とボール２４及びトラニオン２８、３０の外面との間に、どちらといえば密な嵌合又は締まり嵌めが提供される。更に、弁体組立体２２が挿入され弁胴の空洞部２０内に完全に押し込まれた後は、室温においては、ボールを囲んでいる球状部分とトラニオンを受ける部分の両者の空洞部２０の面とパッキング３２の外面との間に締まり嵌めがある。これら直径方向のトラニオンの締まり嵌めが、従来技術の弁と比較してパッキング３２に必要な活荷重がより小さい状態で、パッキング３２とステム面２４、２８、３０（即ち、ボール及びトラニオンの表面）との間の、より大きくかつより一様に分布された封鎖力又は圧力を提供する。
【００１２】
本発明の一態様により、弁パッキング３２は、ステム面２４、２８、３０と弁胴１２との間の水密な封鎖を提供する。この実施例においては、弁の操作中、弁ステム２６及びボール２４は回転するがパッキング３２は静止している。パッキング３２は、その好ましいが唯一ではない形式において、図４を参照した単一ピースパッキングであり、これは、パッキングが、弁体組立体２２を弁胴１２内に設置するより前に弁体組立体２２を形成するように圧入で弁ステム２６と組み立てられる一体構造であることを意味する。パッキング３２は必須ではないがペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）材料で作られ、かつ通常の機械加工又は成型方法で作り得ることが好ましい。パッキング３２用のその他の適切な材料は、限定するものではないが、超高分子量ポリエチレン、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）と充填されたＰＥＦＥのようなＰＥＦＥの変異体、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、充填されたＰＦＡ又は弗化エチレンプロピレンを含む。ある用途においては、トラニオン及びボール上の適所に単一ピースパッキングをオーバーモールド（ｏｖｅｒ  ｍｏｌｄ）することが望ましいこともある。
【００１３】
単一ピースパッキング３２は、形状が一般に円筒状であり、かつ中央の長手方向円孔５０を持つ。この円孔５０は、ボール２４及びトラニオン２８、３０の外径に関して、室温においては締まり嵌めであるが、同時に、適切な工具を使用して、室温においてボール２４及びトラニオン２８、３０上にスナップフィット又は圧入で組み立て得るような寸法にされる。図４Ａに最もよく示されるように、パッキングの内面５１には、特にボール２４及びトラニオン２８、３０におけるステムの輪郭と一般に一致する曲線又は輪郭が形成される。そこで、弁体が球形ボールである実施例においては、内面５１は一般に球形でありかつボール２４と締まり嵌めをするような寸法でなければならない。パッキング３２の内側部分の上方部分５３及び下方部分５５は、それぞれ上下のトラニオン２８、３０と同型でかつこれらとと締まり嵌めとなるように適切に寸法の決められた円筒状である。しかし、弁体はこの図面におけるように球状のボールである必要はなく、長円形の「フットボール」形のような別の輪郭又は特定の用途に適したその他の輪郭を持つことができる。図６は、かかる弁体の例を示す。かかる事例においては、パッキング３２は、一般に一致している輪郭を持つように作られるであろう。更に、ある種の用途においては、内面５１は、パッキング内にステムを挿入する前のステムの形状又は輪郭に厳密に一致する必要はないが、最終的に弁胴内に圧縮され組み立てられたときは、ボール及びトラニオンを適切に封鎖するようにステム輪郭と実質的に一致するであろう。
【００１４】
パッキング３２は、パッキング３２の円筒状の壁５４に形成された多数の開口５２ａ−ｄを更に備える。１対の開口、例えば、５２ａ／５２ｄ又は５２ｂ／５２ｃは、ボール２４のオリフィス２７ａ及び２７ｂと同心的に整列するように、互いに直径方向で向かい合う。図示の例においては、弁が閉鎖位置にあるときは、開口５２ｂと５２ｃとが通路２７と揃い、また、弁が開口位置にあるときは、開口５２ａと５２ｄとが通路２７と揃う。円孔５０の下方ポート５０ａを、図５に示され、かつ以下説明されるように、ステム２６に形成された底部取付けポートへの開口として使うことができる。
【００１５】
弁１０が開口位置にあるときの流体の流れのために使用される開口（例えば、図４の開口５２ａ及び５２ｄ）に対して、これら開口内に滑り嵌めで挿入される支持リング４２、４４を設けることができる。支持リング４２、４４は貫通孔４２ａ及び４４ａを有し、これらは、それぞれ、弁１０がその開口位置にあるときに流体がこれらを通って流れることを許す。支持リング４２、４４は、パッキング３２を開口５２の区域に支持して、パッキングが通路２７又はポート２７ａ及び２７ｂ内に押し出されることを防ぐ。この効果を強化するために、リングがパッキング内に設置されるとき、Ｘ軸と一般に揃った内部平坦部６２を支持リング４２、４４に設けることができる。これら平坦部は支持リングの剛性を大きくして、負荷時におけるパッキング材料に対するリングの支持を強化する。
【００１６】
開口５２ａ−ｄの各は、内周に高くなったリップ６４を備えることができる。このリップは、ステム２６の回転時における支持リップ４２、４４とボール２４との不慮の接触を防止する。
【００１７】
（例えば、開口５２ｃ又は５２ｂのような）種々の開口５２が、ある特定の弁構造に対して使用されないときは（例えば、２ポート弁に対しては僅か２個の開口しか使用されない）、使用されない開口の各は適切な円板又はプラグ６０で栓をされる（図４）。各円板６０は、そのそれぞれの開口５２内に滑り適合する。円板６０は、パッキング３２を、通路２７の区域における低温流れ及びクリープに対抗して支持する。
【００１８】
円板６０（及び支持リング４２、４４）は、例えば、ステンレス鋼のような適宜適切な材料で作ることができ、更に必須ではないが好ましくは、その外側面がパッキング３２の外側輪郭と一致しかつその内側面がパッキング３２の内側輪郭と一致するように湾曲し又はその他の形状にされる（図示実施例において、パッキング３２を円筒状の外側面輪郭及びその内側面輪郭として球状の部分と円筒状の部分との両者を持つことに注意されたい）。円板６０は、関係の開口５２内の内側リップ６４上に座り、ボールの表面とは接触しない。
【００１９】
（オーバーモールド方法による場合を除いて）弁体２２上にパッキング３２を設置するために、パッキング３２を、上方又は下方のトラニオン２８、３０の上、及びボール２４の外面上又は直径上で、ステム２６上の定位置に、圧入、スナップフィット、又は滑り込ませることにより、パッキング３２が一体のボール及びステムと組み立てられる。ボールの直径は、トラニオン２８、３０のいずれかの直径より大きいことが必要である。もしパッキング３２が大き過ぎると、パッキングは、室温において、図面に示された位置にボール２４上で滑らせるには剛性が大き過ぎかつ撓まないであろう。このとき、本発明の一態様により、弁体２２は、ボール２４の直径Ｄ１が、トラニオン２８、３０のそれぞれの直径Ｄ２、Ｄ３（図３参照）のいずれか一方又は両方よりごく僅かに大きいように機械加工される。トラニオン直径Ｄ２及びＤ３は、選ばれた弁の設計に応じて同じとし、又は異なることができる。
【００２０】
従来技術のボール弁においては、ボールに対するトラニオンの直径比（Ｄ２／Ｄ１又はＤ３／Ｄ１）は、典型的に０．３−０．６５である。本発明によれば、この比は、好ましくは約０．７から約０．９、より好ましくは約０．７０から約０．７６である。このかなり高い比率（ボール直径に関して大きいトラニオン）は、トラニオンと弁体空洞部２０との間の間隙が小さいため、パッキング３２の体積を実質的に減少させる。パッキング３２の減少した体積も、室温においてパッキング３２がより撓み易いことを許し、従って室温においてパッキング３２を弁体２２上にスナップフィット又は圧入することを許す。ボール２４はトラニオン２８、３０よりわずかに大きいだけであるため、より撓み易いパッキング３２は、弁体２２を弁胴１２内に設置するより前に、室温で容易に弁体２２上に設置することができる。この極めて単純な組立てが組立時間及び費用を少なくする。
【００２１】
ここで使用される「室温」は、単純に、パッキング材料が、弾性特性のようなパッキング材料の特性が大きく変化しない温度範囲を意味する。要求はされないが、室温組立に付いての温度範囲の例は約１８．３−３７．８℃（約６５−１００゜Ｆ）である。換言すれば、「室温」は、パッキングが、例えばその弾性のようなパッキング材料の機械的特性を変えることなく実質的にその通常の状態に留まる温度範囲である。
【００２２】
弁ステム／ボール／トラニオン上に単一ピースパッキングを設けるための別の方法として、定位置にパッキングをオーバーモールドすることが注意される。言い換えれば、通常の成型技法を使用したステム上へのパッキングの直接成型である。オーバーモールド方法は、パッキング３２をステム上の定位置に滑らせる組立段階をなくす。しかし、パッキングの体積の減少をもたらす本発明の別の利点及び態様は、定位置にオーバーモールドされた単一ピースパッキングによっても具体化することができる。
【００２３】
弁１０の構造の説明の最後に、弁パッキング３２の上面と軸方向で隣接してパッキング押さえ３４が設けられる。このパッキング押さえ３４は、例えばステンレス鋼で作ることができ、そして高温時においてパッキング３２の封じ込めを支援するように機能し、更にパッキング３２に活荷重を与えるためのスラストワッシャーとしても機能する。押さえ３４の内径と上方トラニオン３８の外径Ｄ２との間の直径方向の隙間、並びに押さえ３４の外径と弁胴空洞部２０の直径との間の隙間は、押さえ３４がパッキング３２を封じ込み、これにより高温時におけるクリープ又は押出しを最小にし、更にパッキング３２に荷重を加えるためのスラストワッシャーとして機能するように管理される。多数の円板バネ３６又は適切な荷重付与部材が（ステム２６の長手方向軸線Ｖに関連して）軸方向で重ねられ、押さえ３４に対して押し付けられる。荷重用部材３６が押さえ３４及びパッキング３２に活荷重を加え、高温及び低温におけるパッキング３２の適切な封鎖圧縮を維持する。「活荷重」は、弁が室温以上又は以下の温度或いは周囲温度で作動されるときに押さえ３４及びパッキング３２に対して荷重を加え続けることを意味する。荷重用部材３６は、弁胴１２の上方又はステム受入れ用延長部１２ａにねじ込まれたネジの切られたパッキング用ボルト３８により定位置に圧縮保持される。
【００２４】
下方トラニオン３０は、弁胴１２に形成された受け穴４０内に、パッキング３２の底部３２ａより軸方向で下方に伸びる。下方トラニオン３０と受け穴４０の直径との間に狭い隙間の嵌合があることが好ましい。この狭い隙間の嵌合は、パッキング３２の下方部分をクリープ及び押出しに対抗して封じ込めることを助け、パッキング３２とボール２４との間の接触応力を維持し、更に、弁の作動中、パッキング３２が弁胴１２内で回転することを防ぐように、弁空洞部２０の（例えば研磨砂の吹き付けにより）荒らされた表面とパッキング３２との間の接触応力を維持する。パッキング下方部分３２ａの封じ込みが周囲温度以外の、特に低温におけるパッキング応力の弛緩を減らす。上下のパッキングの封じ込みの特徴により、弁体２２はパッキング３２の熱サイクルにわたる膨張収縮を補償するように軸方向で動くことができる。
【００２５】
パッキング３２の開口５２ａと５２ｄとは、弁１０が完全開口位置にあるとき、それぞれ、ボールの流体通路のステムオリフィス２７ａ及び２７ｂと同心で揃えられる。オリフィス２７ａ及び２７ｂにおいて、保持器又は支持リング４２、４４及び円板６０は、パッキング３２の開口５２ａ−ｄ内に置かれ、そしてパッキング材料がボールの通路２７及びオリフィス２７ａ、２７ｂ内に押し出されることを防ぐようにパッキング３２を封じ込みを助ける。
【００２６】
弁は以下のように組み立てられる。支持リング４２、４４及び円板６０が、適切なときに、パッキング３２の開口５２ａ−ｄ内に差し込まれる。リング及び円板は、組立工程中、パッキング３２の支持を助ける。次いで、パッキング３２が、上述されたように弁ステム２６上の差し込まれる。ボール／ステム２４／２６、単一ピースパッキング３２及び支持リング４２、４４（及び使用される場合は円板６０）を備えた弁体組立体２２が、弁胴１２の弁空洞部２０内に挿入される。組立体２２が弁胴内に挿入されるときこれを整列させかつ押すために適切な工具を使用することができる。押さえ３４及び荷重用部材３６は、弁体組立体を弁胴１２内に挿入する前にパッキング３２と共に設置するか、或いは、弁体組立体を弁胴内に挿入した後で設置するかのどちらかである。次いで、組立体を完成させるために、パッキングボルト３８が弁胴のステム延長部１２ａ内にねじ込まれる。ボルト３８は適切なトルク又は回転数で締め付けられ、パッキング３２に希望の荷重を加える。
【００２７】
本発明の別の態様により、パッキング外径Ｄ４に対するパッキング高さ（図３のＨ）の比（Ｈ／Ｄ４）を減らすことにより、パッキングの体積又は単一ピースパッキングよりなる材料の量を減らすことを実現することができる。図３において、パッキング高さはＨで示される。これにより、前述されたボールに対するトラニオンの直径比の増加と同様な方法でパッキング３２用のパッキング材料の減少が生ずる。弁を適切に封鎖するために要するパッキング材料を減らすことにより、高温及び低温における温度変化及び熱サイクルによる悪影響を少なくする。典型的な従来技術のボール弁においては、パッキング外径に対するパッキング高さの比は０．９から１．１の範囲内であった。一方、本発明によれば、パッキング外径に対するパッキング高さの比は約０．７５から約０．８５、好ましい値は約０．８である。この比を管理する総合効果として、通常のボールに対するトラニオンの直径比又はパッキング外径に対するパッキング高さ比を使った従来技術のボール弁と比較して、パッキング体積を約１５％から約５０％に減らすことができ、従って実質的に向上した熱性能を提供する。
【００２８】
ここに明らかにされた種々の比率は、これを弁の寸法に応じて変え得ることが重要である。例えば、ここに例示のＤ３／Ｄ１についての比の範囲は、６．３ｍｍ（１／４インチ）管系で使用されるボール弁について与えられた。本発明により、比Ｄ２／Ｄ１又はＤ３／Ｄ１は、室温における弁体上へのパッキングの組立を容易にするように選定される。更に、比Ｈ／Ｄ４は、パッキングの体積を減らしこれにより熱性能を向上させるように選定される。
【００２９】
大きくされたトラニオンの考えは、パッキングの下方部分を経て伝達されるパッキング３２のより効率的な活荷重を提供する。従来技術の小さいトラニオンの設計においては、垂直方向荷重の多くが、弁ステムのボール部分２４により支持される。対比して、大きい直径を有する本発明は、活荷重をパッキングの荷重用に向け、この荷重を伝達し、そしてパッキング下方部分におけるパッキング封鎖応力を生み、これにより封鎖を維持するためのより一様な分布かつ効率的な荷重応力を提供することに焦点を合わせる。
【００３０】
ある状況においては、支持リング４２、４４が、例えばパッキングとしての使用後に、熱膨張により、或いは組立中に加えられた過剰な荷重のため、縦方向に潰れる可能性があることが見いだされた。縦方向の潰れに対する改良された抵抗が、本発明により、支持リング４２、４４の内径に縦方向の平坦部６２を設けることにより実現された。平坦部は、弁１０の中心線（図面のＸ軸）と縦方向で揃えられねばならない。これら平坦部は、設置中、リングを適正な方向を取らせる方向案内としても機能する。円板６０に適正な方向を取らせるために、凹んだ溝又はその他適切なマーク６３を円板６０上で利用することができる。
【００３１】
弁の作動（ボールの回転）中に、ステムオリフィス２７ａ及び２７ｂの縁によりパッキング材料が切り取られることを防ぐために、ステムオリフィス２７ａ、２７ｂの各の周りにエッジブレイク（ｅｄｇｅ  ｂｒｅａｋ）を設けることは必須ではないが好ましい。
【００３２】
本発明の別の態様により、ステム２６及び一体のボール２４は、活荷重用円板バネ３６及び下方の受け穴４０の使用により軸方向で（Ｘ軸に沿って）拘束されないことに注意されたであろう。従って、ステム２６は、パッキング３２を膨張収縮させる温度変化の下で自由に移動できる。これが、パッキング３２上の一定かつ効率的な荷重を維持する。
【００３３】
図５は、本発明を組み入れた弁６８の別の実施例を示す。この例においては、底部ポート（図示せず）がボール２４内に形成され、これが第３の接続具７０と連通する。この弁のその他の諸部材は前述の実施例におけると同じである。
【００３４】
本発明は、その好ましい実施例に関連して説明された。本明細書の読取りと理解により変化及び変更が生ずるであろう。かかる変化及び変更は、これらが特許請求の範囲内又はその同等事項内にくる限り、全て含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の種々の態様を組み込んだボール弁の等角断面図である（弁は開口位置で示される）。
【図２】図１の弁の立面の縦方向断面図である。
【図３】本発明による弁体の立面図を示す。
【図４】図１の実施例において使用された単一ピースパッキング及び支持リングの等角分解図である。
【図４Ａ】図４のパッキングの部分断面図である。
【図５】第３の流路ポートが付加された本発明の別の実施例の等角切除図である。
【図６】非球状のボール弁体を使用している本発明の別の実施例の等角切除図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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