(57)【要約】【課題】  弁体が回転するほとんどの期間においてシールに対する弁体の接触がゼロかまたは軽微なものであることにより、弁シールの摩耗および回転摩擦が最小限に抑えられる。【解決手段】  構成部材の摩耗を減少させた弁（１０）は、流路が貫通する弁箱（１２）と、回転可能な弁棒（３８）に取り付けられた弁体（１４）とを備えている。前記弁体は、シール（１８）とともに用いられ、前記弁体の回転軸（１６）に近い前記弁体と前記シールとの間にギャップを形成している。前記弁体が開弁位置にある場合、前記シールの長軸は前記弁体の直径よりも大きく、前記シールと前記弁体とは接触しない。前記弁体が閉弁位置の近くまで回転すると、前記弁体外周面が前記シールの（前記弁体の直径よりも短い）短軸と係合し、前記弁体は、前記シールを前記短軸の方向に伸ばし、このようにして、前記ギャップを減少させるように前記長軸を縮小する。前記シールは、楕円形状に前もって形成されてもよいし、または保持機構によって楕円形状に形成されてもよい。前記シールは、前記弁箱内に圧入される単一部材組立体または複数部材組立体であってもよい。
2005537449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールの摩耗および摩擦が低減されている弁であって、
内部に流路を形成するための流入部および流出部を有する弁箱と、
前記弁箱に延びる弁棒と、
前記流路を開閉するために前記弁棒により回転可能であるとともに外周面を有する弁体と、
前記弁体が前記流路を実質的に閉弁するまで、前記弁体の外周面に十分に接触しない弁シールと
を備えてなる、弁。
【請求項２】
前記弁シールは、前記弁体が前記流路を実質的に閉弁するまで、前記弁体との圧力接触を行わない、請求項１記載の弁。
【請求項３】
前記弁シールが延性材料からなる、請求項１記載の弁。
【請求項４】
前記弁シールが変形可能な金属製材料からなる、請求項１記載の弁。
【請求項５】
前記弁シールを楕円形状に保持するための弁シール保持器をさらに備えてなる、請求項１記載の弁。
【請求項６】
前記弁シールがガータスプリングと協働してなる、請求項１記載の弁。
【請求項７】
前記弁シールが一体型スプリングを有してなる、請求項１記載の弁。
【請求項８】
前記一体型スプリングが前記弁シールの外面にそって形成されてなる、請求項７記載の弁。
【請求項９】
前記一体型スプリングが前記弁シールにより被包されてなる、請求項７記載の弁。
【請求項１０】
前記弁シールが、前記弁箱と圧入式に係合される外面を含む２部材組立体からなる、請求項１記載の弁。
【請求項１１】
前記弁シールが、前記弁箱に形成される保持溝と協働する保持リングをさらに備えてなる、請求項１０記載の弁。
【請求項１２】
前記弁シールが、前記弁箱に圧入式に係合されている外面を含む単一部材シールからなる、請求項１記載の弁。
【請求項１３】
前記弁シールが、前記弁箱に形成される保持溝と協働する保持リングをさらに備えてなる、請求項１２記載の弁。
【請求項１４】
前記単一部材シールが、可撓性アームを有する変形可能な金属からなる、請求項１２記載の弁。
【請求項１５】
前記弁体が楕円形状を有しており、前記弁シールが楕円形状を有しており、前記弁シールが前記弁体よりも楕円形状に近い形状で保持されてなる、請求項１記載の弁。
【請求項１６】
前記弁シールが、ほぼ円形状である外周と、ほぼ楕円形状である内周とを有してなる、請求項１記載の弁。
【請求項１７】
前記弁棒がアクチュエータに接続されてなる、請求項１記載の弁。
【請求項１８】
前記弁が流体の流れを絞るために用いられてなる、請求項１記載の弁。
【請求項１９】
前記弁体がおおむね平面形状を有してなる、請求項１記載の弁。
【請求項２０】
シールの摩耗が低減されている弁であって、
内部に流路を形成するための流入部および流出部を有する弁箱と、
軸を有するとともに前記弁箱に延びている弁棒と、
前記流路を開閉するために前記弁棒の軸を中心に回転可能であるとともに、シール可能面および外周領域を有している弁体と、
前記流路が実質的に閉止されていないときには楕円形状を有し、前記流路が前記弁体により実質的に閉止されると、前記弁体のシール可能面と合致するように前記弁体の外周領域により変形される弁シールと
を備えてなる、弁。
【請求項２１】
前記流路の閉止中、前記弁体シール可能面が前記弁シールのうちの一部と締めばめ式に係合することにより、前記弁シールの短軸が伸ばされ、前記弁シールが短軸方向に伸ばされることにより、前記弁シールが長軸方向に収縮させられ、前記弁シールの長軸の寸法が縮小されることにより、前記弁シールのうちの前記弁シールの長軸に近い部分と、前記弁体シール可能面のうちの前記弁体の短軸に近い部分との間で収縮が引き起こされて、前記流路が実質的にシールされるように構成されている、請求項２０記載の弁。
【請求項２２】
前記弁シールは、前記弁体が実質的に閉弁するまで、前記弁体を短軸方向に摩耗しないように構成されている、請求項２０記載の弁。
【請求項２３】
シールの摩耗が低減されている弁であって、
内部に流路を形成するための流入部および流出部を有する弁箱と、
軸を有するとともに前記弁箱に延びている弁棒と、
前記流路を開閉するために前記弁棒により回転可能であるとともに、前記弁棒の軸に対して平行な短軸と前記弁棒の軸に対して直角の長軸とを有している弁体と、
長軸および短軸を有する楕円形状の弁シールとを備えており、
前記流路が開放されているとき、前記楕円形状の弁シールの長軸が、前記弁体の短軸と一直線に並んでいるとともに前記弁体の短軸よりも寸法が大きくなっており、前記流路の閉止中に前記弁体の長軸が前記楕円形状の弁シールの短軸と係合するとき、前記楕円形状の弁シールのうちの前記弁シールの短軸に近い部分が前記弁体シール可能面のうちの前記弁体の長軸に近い部分に係合するようになっており、
前記シールの外周面が、前記弁体の外周面と実質的に一致するように変形され、楕円形状の弁シールが、動作中の摩耗を最小限に抑えるように構成されている、弁。
【請求項２４】
前記流路が実質的に閉止されていないとき、前記弁体の短軸が、前記シールの長軸に対してとの最小限の干渉を有してなる、請求項２３記載の弁。
【請求項２５】
前記弁シールを楕円形状の位置に保持するための弁シール保持器をさらに有してなる、請求項２３記載の弁。
【請求項２６】
前記弁体が楕円形状を有しており、前記弁シールが楕円形状を有しており、前記弁シールの短軸が前記弁体の短軸よりも寸法が小さいように構成されている、請求項２３記載の弁。
【請求項２７】
前記弁体の短軸が前記弁体の長軸と寸法が同じであるように構成されている、請求項２３記載の弁。
【請求項２８】
前記弁体が半円球状座面を有してなる、請求項２３記載の弁。
【請求項２９】
流体の流れを制御するとともに弁シールの摩耗を最小限に抑える方法であって、
流体の流れを制御するためにほぼ円形状の弁箱の流路に、回転軸、該回転軸に垂直方向の弁体直径、および外周を有するほぼ円形状の弁体を配置することと、
前記流路が開放されているときには、前記回転軸において前記弁体と係合せず、前記流路が実質的に閉止されると、前記弁体の直径と干渉するように、前記弁箱内に楕円形状の弁シールを形成することと、
前記弁体が前記流路を実質的に閉止しているときに、前記楕円形状の弁シールが前記弁体のうちの前記回転軸に接する部分に係合することにより、弁シールの摩耗を最小限に抑えながら流体の流れの制御を提供するように、前記流路の閉止中に前記楕円形状の弁シールを変形することと、
を含む、方法。
【請求項３０】
前記ほぼ円形状の弁体を用いて流体の流れを絞ることをさらに含む、請求項３２記載の方法。
【請求項３１】
弁シール保持器を用いて前記弁シールを保持することをさらに含む、請求項３２記載の方法。
【請求項３２】
楕円形状のシール溝を有する弁箱を形成することをさらに含む、請求項３２記載の方法。
【請求項３３】
内部に円形状のシール溝を有する弁箱を形成することをさらに含む、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記弁箱に弁シールを取り付けることをさらに含む、請求項３２記載の方法。
【請求項３５】
前記弁箱をプロセス制御ループに組み込むことをさらに含む、請求項３２記載の方法。
【請求項３６】
シールの摩耗および摩擦が低減されている弁であって、
内部に流路を形成するための流入部および流出部を有する弁箱と、
前記弁箱に延びる弁棒と、
前記流路を開閉するために前記弁棒により回転可能であるとともにシール外周面を有する弁体と、
前記弁箱と圧入式で係合されている弁シールと
を備えてなる、弁。
【請求項３７】
前記弁箱が、前記弁シールを受け入れるサイズにされた楕円形状の弁座をさらに備えてなる、請求項３６記載の弁。
【請求項３８】
前記楕円形状の弁座が、前記弁箱の逆流側に形成されてなる、請求項３７記載の弁。
【請求項３９】
前記弁シールが、
環状の保持リングと、
前記保持リングと前記弁箱との間に固定された変形可能なシール用リングとをさらに備えてなる、請求項３６記載の弁。
【請求項４０】
前記変形可能なシール用リングが非金属性材料からなる、請求項３９記載の弁。
【請求項４１】
前記変形可能なシール用リングがガータスプリングと協働してなる、請求項４０記載の弁。
【請求項４２】
前記変形可能なシール用リングが一体型スプリングを有してなる、請求項４０記載の弁。
【請求項４３】
前記一体型スプリングが、前記変形可能なシール用リングの外面に沿って形成されてなる、請求項４２記載の弁。
【請求項４４】
前記一体型スプリングが、前記変形可能なシール用リングによって被包されてなる、請求項４２記載の弁。
【請求項４５】
前記弁シールが、前記弁箱に形成された保持溝と協働する保持リングをさらに有してなる、請求項３６記載の弁。
【請求項４６】
前記弁シールが２部材組立体からなる、請求項３６記載の弁。
【請求項４７】
前記弁シールが単一部材シールからなる、請求項３６記載の弁。
【請求項４８】
前記弁シールが、可撓性アームを有する変形可能な金属性材料からなる、請求項４７記載の弁。
【請求項４９】
前記弁シールが、前記弁箱に形成された保持溝と協働する保持リングをさらに有してなる、請求項４７記載の弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、ロータリ弁または「バタフライ弁」およびそれらを製造する方法に関するものであり、さらに詳細には、弁の摩擦を減少させるとともに弁のシール性および摩耗特性を向上させることに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２０００年９月２９日に出願された同時継続中の米国特許出願第０９／６７５，６８４号および２００１年１１月８日に出願された同時継続中の米国特許出願第１０／００５，５４３号に基づく優先権を主張するものである。なお、米国特許出願第１０／００５，５４３号は、２００１年１月３０日に出願された米国特許出願第０９／７７２，７８２号の分割出願であり、この米国特許出願第０９／７７２，７８２号は、現在米国特許第６，２１３，１４１Ｂ１号を有する１９９９年１１月１６日に出願された米国特許出願第０９／４４１，３９４号の分割出願である。
【０００３】
通常、「バタフライ弁」と呼ばれているロータリ弁には、おおむね環状の弁箱の内部を直径方向に延びる中心軸を中心として開弁位置と閉弁位置との間を回転駆動可能に構成された弁体が設けられている。開弁位置で、弁体は、流体が弁箱を流れて通過することを可能としている。この弁体が、閉弁位置のところまで回転すると、バルブおよびそれに接続された配管を通る流体の流れを遮断すべく、弁体の外周面が、弁箱内に支持されている環状のシール部材に対して作用可能に係合する。
【０００４】
ロータリ弁は、「バイナリモード」での運転が必要とされるような用途において利用されることが多い。バイナリモード運転では、通常では開弁したままであるが火事や化学物質の流出のときの如き緊急事態では閉弁状態にしなければならない安全遮断弁の如き弁などは、開弁状態または閉弁状態のいずれかの状態におかれている。ロータリ弁を利用する他の用途としては、プロセスにおいて単位時間に流れる流体の量（流量）を調整するための絞りなどが挙げられる。一例としては、薬剤製造プロセスには、生産バッチの構成要素である化学成分の精確な量を送給するための絞りロータリ弁が組み込まれている。上記の薬剤製造プロセスの如き高性能なプロセス制御システムでは、時間とともに変化させる方法でまたは循環的に変化させる方法で流体の流量を調整するために、絞りロータリ弁をさらに制御することができる。このように用いると、制御プロセス全体にわたって弁体およびシール部材は相互に一定のすべり接触を受けている状態のままでいることになり、その結果として、両方の部材の摩耗が増大する。
【０００５】
ロータリ弁を絞りや遮断の用途に用いることおよびその動作に関しては当該技術分野において周知のことであるが、ロータリ弁は、依然として、複数の周知の点において、課題を有し、制限され、不便である。図９および図１０には、従来の円形状弁体または円形状シール型ロータリ弁が示されている。この図において、円形状の弁シールのうちの弁棒の回転軸に沿った部分は、円形状弁体のうちの弁棒に隣接する部分と連続的に接触するようになっているため、弁棒に隣接している弁シールは連続的に摩耗する。図９では、流路２０４内に配設されているとともに弁が部分的に開弁された位置におかれている従来の円形状ロータリ弁２０６が示されている。図１０は、図９の円形状弁の断面線１０−１０に沿った横断面図である。この円形状ロータリ弁２０６は、軸２００に沿って回転可能な弁棒２０２を備えている。矢印２１１に示されている方向に軸２００に沿って円形状弁棒２０２を回転させることにより、円形状弁体２０３が円形状弁シール２０９と接触して、流路２０４を遮断する。摩耗領域２０５（図１０）は、弁棒２０２の軸２００の近傍に位置しており、円形状弁体２０３が円形状弁シール２０９に対して回転するとき、円形状弁シール２０９と連続的に係合する。円形状弁体２０３と円形状弁シール２０９とが連続的に係合する結果として、摩耗が、弁体２０３上のまたは円形状弁シール２０９上の弁棒２０２に隣接する摩耗領域２０５において発生する。円形状弁体２０３と弁シール２０９の中心線との間の距離が減少すると円形状弁体２０３と円形状弁シール２０９との間の摩耗領域２０５が増加し、それにより、付随して発生する摩耗の総量が増加する。換言すれば、従来のロータリ弁２０６では、総流量のうちのほんのわずかな流量を供給するために流体の流れを積極的に絞る目的で用いられる場合、円形状弁シール２０９に対する円形状弁体２０３のワイピング運動に起因する深刻な摩耗が発生する。上記の流体内に研磨粒子が分散して存在する場合には、接触領域２０５において弁シール２０９および弁体２０３が受ける摩耗が促進される恐れがある。
【０００６】
このようなタイプの円形状の弁体／シール間の接触部分では、本来、摩耗が発生することが多く、それにより、シールの完全性が低下し、よって、ロータリ弁を通過する流体の流れを完全に阻止することができなくなる。摩耗したシールが原因となって流体の流量の正確な制御が困難となり、製造業者が、プロセス制御の損失または弁の修理サービスのために大金を支払わなければならない場合もある。すなわち、摩耗した弁を修理または交換しなければならないために、材料および／またはプロセス不稼働時間のために、数十万ドルの費用がかかる場合もある。たとえば、弁を交換するために原子炉を停止することにより、または、機能不全の制御弁が原因でだめになった薬剤製品のロットを交換することにより、生産性の損失または製品の損失に起因する莫大な損失が発生しうる。
【０００７】
従来のロータリ弁に関連する他の問題は、弁の「解放（ｂｒｅａｋ  ａｗａｙ）」摩擦（始動摩擦という）を克服すること、すなわち弁を開弁、閉弁、または開度調整する際のボールまたは弁体の静摩擦を克服することが必要となることである。通常、「高性能な」ロータリ弁は、一般的にその始動摩擦が大きく、この静的摩擦力に打ち勝つための大きな初期力を必要とし、このことが、弁の位置決めを不安定なものとしている。というのは、ここでいう大きな初期力とは動的摩擦に打ち勝つために必要となる力よりも相当に大きいために、アクチュエータが所望の設定値よりもオーバシューティングしてしまう可能性が高いからである。したがって、このような弁の制御問題を解決するような「摩擦のない」ロータリ弁を提供することが望まれている。
【０００８】
従来のロータリ弁に関連する他の問題は、弁シールに対して弁体の位置を設定するのに必要となる芯出手順または調整手順が複雑なことである。弁体の外周面が弁シールの接触面として用いられているため、適切なシール性能にとって弁箱内における弁体の精確な芯出しが重要である。この問題に対処し必要な弁体の芯出しを達成するために弁箱内における搭載済弁体の調整を可能とするさまざまな構造が従来のロータリ弁組立体に組み込まれてきた。いうまでもなく、所望のシール効果を実現するためには、この芯出し調整は注意深く正確に実行されなければならない。調整に誤差があると、弁のシール効率が著しく低下してしまう。
【０００９】
従来のロータリ弁に関連する他の問題は、アクチュエータ、すなわち弁体を開弁位置と閉弁位置との間で回転させるために用いるモータ駆動式デバイスを弁箱に作用可能に取り付ける方法が複雑なことである。典型的なロータリ弁は、弁箱に対して一体型に形成されるかまたは結合されるとともに弁箱から半径方向外側に突出するアクチュエータ基礎構造物を備えている。外側に突出する基礎構造物に取り付けられる補助構造物が、アクチュエータを弁箱に取り付けるためのプラットホームとなる。このような複雑な取り付けおよび補助構造物が、従来のロータリ弁の総製作費用および組み立ての複雑さを増大している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上の説明により強調されているように、従来の構造を有するロータリ弁に通常付随する問題、制限、および不便さを削除または大幅に削減する改良型ロータリ弁組立体およびそれに関連する製造方法が必要とされている。長期耐用年数を実現する効果的な機構を有するロータリ弁の提供が望ましい。さらに、比較的広い範囲の回転距離にわたって、弁の弁体とシール面との間の摩耗が減少されることが望ましい。さらに、向上した制御性を備えているとともに、弁流路が弁体により十分に閉止されるまでは実質的になんらのシール用の係合および摩耗も生じさせず、弁箱にアクチュエータを取り付ける機構が単純なロータリ弁を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一つの実施形態では、ロータリ弁は、おおむね環状の弁箱と、この弁箱により支えられた、楕円形弁体および楕円形シールの界面を形成するためのシール構造体とを備えている。弁体は、弁箱内で回転可能に支えられ、回転により楕円形シール面にシールのために係合し、また離脱する楕円形外周面を有している。この楕円形弁体外周面は、弁体座面に入口角を与えるためのおおむね円錐形状を有している。この円錐形状により、始動摩擦に打ち勝って弁体を対応するシール構造体から離脱させるために必要となるトルクを減少させること、ならびに、弁体外周面およびシール面の両方で受ける摩耗を減少させる等のさまざまな動作利点が提供される。さらに、トルク要求量が減少されるので、弁体をシール面に対して着座および離脱させるために、より小さなアクチュエータおよび関連するハードウェアを用いることができる。さらに、楕円形状のシールおよび弁体が協働してウェッジ効果を提供するので、この効果により、幅広い製造公差を用いることが可能となるとともに、ロータリ弁のシール効率が全体的に向上する。
【００１２】
ロータリ弁の他の実施形態では、個々の弁構成部材が受ける摩耗が減少する。このロータリ弁は、弁箱と、この弁箱により支えられた、弁体とシールとの界面を形成するためのシール構造体とを備えている。弁体とシールとは協働し、流体が弁箱を通って流れることを遮断することができる。弁体は、楕円形のシールと協働して円形状の弁体の回転軸に近い弁体とシールとの間にギャップを形成するように構成されている。開弁位置にある場合、楕円形シールの長軸は円形弁体の直径よりも寸法大きく、これら二つの構成部材は接触しない。弁体が閉弁位置の近くまで回転すると、弁体の外周面に形成されている楕円形状の面が楕円形シールの（おおむね円形の弁体の直径よりも小さい）短軸と係合し、弁体が、楕円形シールを前記短軸に沿って変形して、前記長軸を縮小する。この結果、前記ギャップが減少し、楕円形シールが、弁体のうちの弁体回転軸に近い部分とシールのために接触する。楕円形シールは、楕円形状に前もって形成されてもよいし、または、保持機構によって楕円形状に形成されてもよい。上記の弁の場合には、その使用範囲のほとんどにおいて、弁体とシールとが接触することがないので（または非常に制限された接触しかしないので）、摩耗および始動摩擦が最小限に抑えられる。
【００１３】
ロータリ弁の他の実施形態は、二つの対面する環状シールカートリッジ部材を有する保持機構と、これらの間に固定された弾性環状シール部材とを有するシール構造を備えている。この対面する環状シールカートリッジ部材は、シール部材が楕円形状に変形されて保持されるようにシール部材の一部と係合して受け入れるためのサイズを有する楕円形キャビティを作成するために形成される。楕円形シール部材は、対面する環状シールカートリッジ部材から弁箱内部へと突出する半径方向内側環状部分を有し、弁体外周面と作用可能にかつシール式に係合する。これに代えて、シール部材は、金属性材料から形成され、シールカートリッジ部材間の楕円形シールキャビティに受け入れられてもよい。
【００１４】
ロータリ弁の他の実施形態は、対面する環状シールカートリッジ部材のうちの少なくとも一つに形成された楕円形シールキャビティを有している。この楕円形シールキャビティは、円形カートリッジ部材を楕円形状に変形してその変形されたカートリッジ部材をその楕円形状に保持することによって形成される。このシールキャビティのうちの少なくとも一部はカートリッジ部材の側面にその中央軸を囲んで円形に形成される。次いで、楕円形状に変形されたカートリッジ部材を解放すると、そのカートリッジ部材がその初期の円形状に戻る。これにより、初期に円形状であったシールキャビティ部が楕円形状に変形され、弁体外周面の楕円形状と合致させられる。
【００１５】
ロータリ弁の他の実施形態は、弁箱内に形成される逆流側凹部に対して干渉（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を供する圧入式シール組立体（ｐｒｅｓｓ−ｆｉｔ  ｓｅａｌ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）または環状の一体型シールを備えている。圧入式シール組立体または一体型シールは保持リッジをさらに有するように構築されうる。この保持リッジは、逆流側凹部と協働して、弁が突然故障した場合に、二重の保持を提供する。
【００１６】
ロータリ弁の他の実施形態は、二つの案内部材を用いて弁箱内に取り付けると自動的に弁箱およびシート構造体に対する精確な芯出しが行われる弁体を備えている。これらの二つの案内部材は、環状弁箱の外周面上にある直径方向に対向する平坦部に形成された一対の適切な開口を通して内側方向に挿入される挿入部分を有している。
【００１７】
案内部材は、挿入部分の延長端部上に、弁体の当接部に対応する当接部を有しており、これらの当接部は、協働して、弁箱内で弁体の芯出しを自動的に行いうる。これらの案内部材に対する上記の当接部の位置合わせは、弁箱外周面上の直径方向に対向する平坦部に当接する外部フランジ部によって精確に制御される。説明のため、案内部材のうちの一つの内端は、弁体により支えられた取付構造体に回転可能に受け入れられる。弁体回転棒の長手方向部分は、案内部材のうちの他方を通って回転可能に伸びて、弁体の取付部に対して回転式に係止される。
【００１８】
ロータリ弁の他の実施形態は、モータ駆動型アクチュエータを外側に突出する弁体回転棒に安価でかつ容易に接続することを可能とする目的で弁箱に固定されるアクチュエータ支持構造体を備えている。一般的に、アクチュエータ支持構造体は、弁箱に着脱可能に固定されるとともに選択されたアクチュエータに直接接続可能な一体型構造体である。さらに具体的にいえば、環状弁箱は一対の平坦領域を有しうる。この一対の平坦領域は、円周方向に向かって離隔され、弁箱外周面のうちの当該弁箱外周面から半径方向外向きに突出する駆動用長棒の両側の部分で形成されている。ロータリ弁の他の実施形態は、おおむね逆Ｕ字形状を有するように構成された一体型アクチュエータ支持構造体を有している。この一体型アクチュエータ支持構造体は、閉止された外側端部と一対の離隔された脚部とを有しており、閉止された外側端部には弁アクチュエータを直接に固定することができるし、一対の離隔された脚部の各々には自由端部が設けられている。この自由端部は、弁箱上に形成された平坦領域に着脱可能に固定されることにより、アクチュエータおよび支持構造体を弁箱に固定する。
【００１９】
本発明の上記の目的および他の目的ならびに利点は、以下の図面により示される詳細な説明を参照することにより明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１〜図３は、バタフライ弁と通常呼ばれるロータリ弁１０の実施形態を示している。このロータリ弁１０は、おおむね環状の金属性弁箱部１２と、この金属製弁箱部１２を通って直径方向に延びた軸１６を中心として（図１と図２とでそれぞれ対応して示されている）閉弁位置と開弁位置との間を回転可能な金属製閉止用弁体１４と、環状シールカートリッジ構造体１８とを備えている。図１は、弁箱部１２の内部とその両側に作用可能に接続された配管部（図示せず）とを通過する流体の流れをシールカートリッジ構造体１８と協働して遮断するための閉弁位置にある弁体１４を示している。これに対して、図２に示されているのは、弁箱１２の内部と当該弁箱１２に作用可能に接続された配管とを通過する流体の流れを可能とする開弁位置の状態にある弁体１４である。
【００２１】
図７〜図８Ｂでは、弁体１４は、前側面または外側面２０と、後側面または内側面２２と、シール用外周面２４とを有した本体を備えている。この後側面２２から外側方向には、直径方向に離隔された一対の取付用ボス２６（図２参照）が延びている。これらの一対の取付用ボス２６は、（図２および図３において分かりやすく示されているように、）相互に反対方向に向いた一対の外側面２６ａを通って延びるとともに一直線上に並んだ、円形横断面の孔２８を備えている。これら外側面２６ａは、弁体１４の本体の中心線から等距離の位置にある。
【００２２】
図７は、中心線３０を有するとともにその中心線３０から比較的小さな角度Ａだけ傾いた軸を有する円錐体セグメント３２として、（その外縁を適切に機械加工することにより）形成される弁体１４の実施形態の一例を示している。たとえば、円錐体セグメント３２の角度は約３４度であり、機械加工傾斜角度Ａは約８度である。このように円錐体セグメントとして弁体１４の本体を機械加工することにより、弁体１４のシール用外周面２４に対して楕円形状が与えられる。この形状では、弁体の回転軸１６に対して横方向に延びる円形弁体の後側長径Ｄが、弁体の回転軸１６に対して平行に延びる円形弁体１４の後側短径よりも大きい。
【００２３】
円錐体セグメント３２として弁体１４を機械加工することにより、弁体外周面のうちの長径Ｄの両端に隣接する部分が、弁体本体の後側２２から弁体本体の前側２０まで異なる傾斜角度を有することとなる。代表的な例としては、（図７で見る場合、）弁体外周面２４の上部は、約１５度の角度Ｂで外側にかつ半径方向内向きに傾斜しており、（図７で見る場合、）弁体外周面２４の下部は、約３１度の角度Ｃで、外側にかつ半径方向内向きに傾斜している。弁体が閉弁位置と開弁位置との間で移動するときに弁体に対してカム作用を起こさせるために、取付用ボス２６の孔の中心線３６が、弁体１４の回転軸１６から小さな距離Ｅだけずらされてもよい。
【００２４】
図１〜図５には、環状の弁箱内に回転可能に取り付けられ、円筒形状の軸３８と上側円筒状案内部材４４および下側円筒状案内部材４６とを用いて自動的に芯出しされる弁体１４が示されている。円筒形状の軸３８は、その上端部および下端部に形成された（図３に詳細に示されている）一対の平坦部４０、４２を有している。上側案内部材４４は、中空管構造をなしており、上体部４８と、小さい直径および下端部５２を有する下体部５０と、これらの上体部４８および下体部５０の結合部分に配設された横長形状の取付用フランジ５４とを備えている。下側案内部材４６は、上端部５８を有する円筒形状の上体部５６と、大きな直径を有する円筒形状下体部６０と、その最下端部分に横長形状の取付用フランジ６２とを備えている。上体部５６と下体部６０との接合部には、上方を向いた環状段部６４が形成されている。
【００２５】
さらに、図３〜図５は環状弁箱部１２を示している。この環状弁箱部１２には、上側平坦部６６が、下側平坦部６８とは正反対側に形成されており、さらに、円形状の孔７０が、これらを貫通して形成され、弁体の回転軸１６に沿って離隔されている。これら上側平坦部６６および下側平坦部６８は、弁箱部１２の中心線から半径方向に同じ距離の所にあるように弁箱部１２上に設置される。
【００２６】
弁体１４は、まず弁箱部１２の内部にボス２６を置き、そして上側案内部材４４の管形状の下体部５０を、環状ガスケット７２および上側円形孔７０に通して弁箱部１２の内部に挿入することにより、弁箱部１２の内部に取り付けられる。この上側案内部材４４が搭載されるのと同時に、一対のネジ付きスタッド７４の上端部が、上方に移動して、フランジ５４の両端に配設されている一対の対応する取り付け穴を通過する。フランジ５４が最も低い位置、すなわち上側平坦領域６６に到達すると、一対のナットがスタッド７４にネジ込まれ、フランジ６６が上側弁箱平坦部６６に隣接して固定される。弁棒３８の下端部は、上側案内部材４４と上側弁体ボス２６の孔２８とを摺動可能に通過することができることに加えて、位置決めネジ７７を上側弁体ボス２６の対応する開口にネジ込み、そして下側弁棒平坦領域４２を押すような力を加えることにより、上側弁体ボス２６内の正しい位置に固定されるように構成されている。図４は、上側案内部材４４の下体部５０の下端部５２が上側弁体ボス２６の上側面２６ａに当接していることを示している。
【００２７】
下側案内部材４６の上端部５６は、下側案内部材フランジ６２が円形状の弁箱１２に形成された下側平坦領域６８に当接するまで、環状ガスケット７８と下側弁箱円形孔７０と通って、下側弁体ボス２６に配設された円形孔２８の中に向かって上方へ移動させられる。フランジ６２は、一対のボルト８０をそれぞれフランジ６２の対応する穴に上方向に通して弁箱１２の対応する穴にネジ込むことにより、平坦領域６８に固定される。以上のようにして上側案内部材４４と下側案内部材４６とを取り付けることにより、弁体１４を、弁箱１２内に支え、回転軸１６を中心として弁箱１２に対して回転させる。
【００２８】
以上のように上側案内部材４４と下側案内部材４６とを取り付けることにより、弁箱１２内の弁体１４を、環状シールカートリッジ構造体１８に対して自動的に芯出しすることができる。この芯出しは、取り付けられた弁体１４に対して、弁箱１２または環状シールカートリッジ構造体１８に対する後調整を加えることを必要とせずに達成される。実際には、弁体の自動芯出しは、以上のように上側円筒形案内部材４４と下側円筒形案内部材４６とを弁箱１２に作用可能に固定するとともに、上側案内部材４４の下端５２と下側案内部材４６の環状フランジ部６４との距離が、（弁体の本体の中心線から典型的には同一距離の所にある）弁体ボス２６の相互に反対方向に向いた外側面２６ａ間の距離に精確に一致するように、上側円筒形案内部材４４と下側円筒形案内部材４６とを軸方向に配置させることにより達成することができる。このようにして、弁箱の上側平坦領域および下側平坦領域６６、６８の距離が同一であるので、案内部材のフランジ５４、６２がそれぞれ対応して弁箱の平坦領域６６、６８に当接すると、案内部材４４、４６と弁体ボス２６との間の当接２６ａ、５２および当接２６ａ、６４により、弁体１４は弁箱１２内において自動的に芯出しされる。
【００２９】
弁棒３８は、上側案内部材４４の上体部４８内に納められる（図３に分かりやすく示されている）環状パッキン構造体８２を通って上方に延びている。さらに、弁棒３８は、管形状パッキン収納部材８４を通って上方に延びている。この管形状パッキン収納部材８４は、上体部４８内に納められていることに加えて、その上端に横長のフランジ部８６を有している。スタッド７４は、フランジ８６の外端の対応する穴を通って上方に延びており、パッキン収納部材８４は、ナット８８をスタッド７４の上端にネジ込むことにより、正しい位置に保持される。弁棒３８の上端部は、（図２に示されている）従来のモータ駆動型のアクチュエータ９０に作用可能に接続されており、この従来のモータ駆動型のアクチュエータ９０は、一体型アクチュエータ支持ブラケット１４０を用いて、弁箱１２と作用可能に関連づけされている。また、アクチュエータ９０は、弁棒３８を弁体回転軸１６を中心として回転させることにより弁体１４を図１の閉弁位置と図２の開弁位置との間で回転させる目的にあわせて、選択的に用いることができる。
【００３０】
図１〜図６Ａは、シールカートリッジ構造体１８のさまざまな態様を示している。一つの実施形態では、シールカートリッジ構造体は、弁箱１２の側面１２ａに形成された（図３に詳細に示されている）環状凹部９２内に補完的かつ着脱可能に納められ、弁箱凹部９２内の（図３に示されている）環状溝９６に着脱可能に納められた（図５に示されている）スナップリング９４により凹部９２内に係留される。さらに、図３は、平坦な環状シール支持部材９８と、平坦な環状金属製シール保持部材１００と、これらの部材９８、１００の間に挟まれる環状シール部材１０２とを有するシールカートリッジ構造体１８を示している。
【００３１】
一つの実施形態では、環状シール部材１０２は、エッグレストン（Ｅｇｇｌｅｓｔｏｎ）に対して発行された米国特許第４，００５，８４８号に例示・説明されているシール部材２４とほぼ同一であり、環状半径方向内側シール部１０４と、環状半径方向外側外周部１０６と、軸方向内側に突出する環状可撓性ウエブ部１０８と、軸方向外側に突出する環状リップ部１１０とを有するＴＥＦＬＯＮ（登録商標）製の環状本体を備えている。環状弾性ガータスプリング部材１１２は、環状シール部１０４を外接させ、それに対して、半径方向内向きの弾性の付勢力を負荷する。
【００３２】
他の実施形態では、シール部材１０２は、シールカートリッジ構造体１８のバランスによって保持され、これにより、シール部材１０２のシール部１０４が弁体１４の外周面２４の楕円形状に対応した楕円形状を取り、弁のシール性能が本明細書において以下で記載するように著しく向上される。
【００３３】
楕円形配置下おいて円環状シール部材１０２の初期の形状を保つために、シール支持部材９８は、適切な締結構造で保持されるべくなしてあり、正反対かつ半径方向内向きの締結力１１４（図３参照）を受ける。締結力１１４は、シール支持部材９８の反対側の縁部を半径方向内向きに弾性的に変形させると同時に、その分、この締結力１１４の方向を交差する方向１１６に向かって半径方向外側に部材９８を弾性的に変形させることにより、シール支持部材９８を楕円形状に変形させる。
【００３４】
シール支持部材９８が弾性的に変形された楕円形状に保持されている間、変形されたシール支持部材９８の一つの側面に円形のシール受け入れ用凹部１１８（図３参照）が適切に機械加工により形成される。次いで、一時的に締結されたシール支持部材９８は、開放されて初期の円形形状に戻り、このようにして、最終的な内部シール支持部材９８における上記の円形状凹部１１８を楕円形状に変形させる。
【００３５】
さらに、この締結構造下に、シール保持部材１００が、置かれ、正反対かつ半径方向内向きの締結力１２０（図３参照）を受ける。締結力１２０は、シール保持部材１００の反対側の縁部を半径方向内向きに弾性的に変形させると同時に、その分、この締結力１２０の方向を交差する方向１２２に向かって半径方向外側に部材１００を弾性的に変形させることにより、シール保持部材１００を楕円形状に変形させる。シール保持部材１００がこの楕円形状に保持されている間、円形凹部１２４（図６参照）がシール保持部材１００のうちのシール支持部材９８に面する側に形成される。次いで、シール保持部材１００は、締結構造から解放されて初期の円形形状に戻り、このようにして、最終的な内部シール支持部材９８における上記の円形状の凹部１２４を楕円形状に変形させる。
【００３６】
完成されたシール支持部材９８とシール保持部材１００との間にシール部材１０２を作用可能に積層するときに楕円形状の凹部１１８、１２４が精確に整合するように、これらの完成されたシール支持部材９８とシール保持部材１００の各々には適切なマーク（図示せず）が付されている。図６に示されているように完成されたシール支持部材９８とシール保持部材１００との間にシール部材１０２を作用可能に積層するとき、シール部１０８は楕円形状の凹部１１８に受け入れられ、シール部１１０は楕円形状の凹部１２４に受け入れられ、シール部１０６はシール支持部材９８およびシール保持部材１００の対向部分の間に締結され、シール部材１０２のシール部１０４はシール支持部材９８およびシール保持部材１００の内周面を越えて半径方向内側に突出する。環状シール部材１０２は、弁体１４の楕円形の外周に幾何学的に一致するように初期の円形状から楕円形状にシール部材１０２をわずかに変形することにより、楕円形状凹部１１８、１２４内に取り付けられる。このようにして組み立てられたシールカートリッジ構造体１８は、シール部材のシール部１０４の内側に突出する周面を所望の楕円形状に保持している。
【００３７】
シール支持部材９８およびシール保持部材１００が相互に回転方向に位置合わせされると、シールカートリッジ構造体全体１８は、図３に示されているシール支持部材９８およびシール保持部材１００の位置合わせ済の穴１２６を弁箱シールカートリッジ凹部９２の軸方向内側の表面の基礎穴１３０と位置合わせして、弁体が図１の閉弁配置に回転駆動されたときに、現時点において楕円形状であるシール部１０４の主軸を弁体の楕円形状の外周面２４の主軸と位置合わせさせるように、（図１〜図３に図示したように）弁箱の側面の凹部９２に取り付けられる。取り付けられたシールカートリッジ構造体１８をこの動作配置に保持するために、位置合わせ済の穴１２６、１２８、１３０に、保持用のピン１３２が作用可能に取り付けられる。
【００３８】
図８において方向矢印によって示されているように、弁体１４がその開弁位置と閉弁位置との間を回転駆動される場合、弁体の楕円形状の外周面２４を、図８〜図８Ｂに示されている回転円弧１３４上を駆動することにより、弁体外周面２４のうちの示されている部分２４ａ、２４ｂが、選択的に、弾性を有するシール部１０４の半径方向内側の周面（図６参照）にくさびが打ち込まれるようにかつシール式に係合され、次いで、そこから外される。
【００３９】
弁１０における楕円形弁体１４とシール面１０４とのかみ合わせの一例（図６参照）では、円形状弁体が円形状シール部材に着座する場合の従来のトルク必要量と比較した場合のシール部材に対する弁体１４のかみ合わせ・解放に必要となるトルクの低減の如き複数の利点がもたらされる。これに加えて、弁体およびシール部材の摩耗が減少される。さらに、動作トルク必要量が減少され、作動負荷を受ける部材が小型化可能となり、シール部材に対する弁体のかみ合わせ・解放に用いられるアクチュエータが小型化可能となる。さらに、楕円形状のシールと弁体との界面によってもたらされる補償効果およびウェッジ効果により、弁体およびシールに関してより幅広い製造交差が用いられうる。
【００４０】
図６Ｂ〜図６Ｅは、以上で説明したような別のスナップリング９４を必要とせずに組み立てられるシールカートリッジ構造体１８ならびに補完的な環状シール部材１０２およびシール保持部材１００の他の実施形態を示している。これらのシールカートリッジ構造体１８の他の実施形態により、弁箱１２に加工される逆流側凹部９２ａ内に設置される圧入式シール組立体３００、３２０、３４０、３６０が提供される。以下で説明される逆流側凹部９２ａおよび他の実施形態は、楕円形状シールを提供するさまざまな形状で形成されうる。たとえば、逆流側凹部９２ａは、円形状シールがその凹部内に設置されると楕円形状に変形させられるように楕円形状に形成されてもよいし、これに代えて、逆流側凹部９２ａは、先に説明したように円形状に形成され、シールが楕円形状に形成されてもよい。
【００４１】
図６Ｂは、圧入式シール保持器３０４の外径３０２と逆流側凹部９２ａとの間に干渉（接触）が発生するように逆流側凹部９２ａに圧入された圧入式シール組立体３００の実施形態を示している。この干渉は、圧入式シール保持器３０４の外径３０２を逆流側凹部９２ａの内径よりも少し（通常、１インチの１０００分の３から１０００分の６の間、すなわち０．００３〜０．００６インチ）だけ大きく製作することにより発生させることができる。通常大きい方の外径を有する圧入式シール保持器３０４は、この圧入式シール保持器３０４を小さい方の内径を有する逆流側凹部９２ａが少しだけ圧縮するように、逆流側凹部９２ａへ機械的に圧入されうる。このようにして、圧入式シール保持器３０４と関連するシーリ部材３０６とが逆流側凹部９２ａ内の適切な位置に係止されうる。圧入式シール組立体３００の組み立ては、ロータリ弁１０の逆流側から遂行される。弁１０の動作中、弁箱１２を通って流れる流体の方向に応じて、案内部材４４、４６および弁箱１２によりさらなるサポートが交互に提供されてもよい。
【００４２】
さらなるサポートは、シール部材３０６の幾何学的形状と圧入式シール保持器３０４との間の相互関係により供給されうる。シール部材３０６は、圧入式シール保持器３０４内に形成された受け部３１０と協働する周面部３０８を有している。さらに、シール部材３０６は、シール面３１４に対して弁体外周面が移動することに対抗するための弾性スプリング３１２とさらに協働する。さらに、圧入式シール保持器３０４は、シール部材３０６のガスケット部３１８の圧縮を制御するように構成された保持リッジ３１６を有している。
【００４３】
図６Ｃは、以上で説明されたように、圧入式シール保持器３２４の外径３２２と逆流側凹部９２ａとの間に干渉が発生するように組み立てられる圧入式シール組立体３２０の実施形態を示している。シール部材３２６の幾何学的形状と圧入式シール保持器３２４との間の相互関係によりさらなるサポートが供給されうる。シール部材３２６は、圧入式シール保持器３２４内に形成された受け部３３０と協働する周面部３２８を有している。さらに、シール部材３２６は、受け部３３０の先端面に合致するように弾性スプリング３１２と協働する。この弾性スプリング３３２は、シール面３３４に対して弁体外周面２４が移動することにより発生する半径方向外向きの力に対抗するような位置に設けられている。
【００４４】
図６Ｄは、以上で説明されたように、圧入式シール保持器３４４の外径３４２と逆流側凹部９２ａとの間に圧入用の干渉が発生するように組み立てられる圧入式シール組立体３４０の実施形態を示している。シール部材３４６の幾何学的形状と圧入式シール保持器３４４との間の相互関係によりさらなるサポートが供給されうる。シール部材３４６は、ほぼ四角形状の周辺部３４８を有しており、この周辺部３４８は、圧入式シール保持器３４４内に形成されたほぼ四角形状の受け部３５０と協働する。
【００４５】
シール部材３４６は、このシール部材３４６内に被包されるとともに図１に示されている閉弁位置にある弁体１４とおおむね平行になる位置に設けられている平坦な弾性スプリング３５２と協働するように構成されている。この平坦な弾性スプリング３５２は、シール面３５４に対して弁体外周面２４が移動することにより発生する半径方向外向きの力に対抗するような位置に設けられている。さらに、シール部材３４６は、弁箱１２に対して圧入式シール組立体をさらに保持するように構成された保持リッジ３５６を有している。
【００４６】
図６Ｅは、以上で説明されたように圧入式シール保持器３６４の外径３６２と逆流側凹部９２ａとの間に干渉が発生するように組み立てられることに加えて、図６Ｃに示されている圧入式シール組立体３２０と同等である圧入式シール組立体３６０の実施形態を示している。シール部材３６６の幾何学的形状と圧入式シール保持器３６４との間の相互関係によりさらなるサポートが供給されうる。シール部材３６６は、圧入式シール保持器３６４内に形成された受け部３５０と協働する周辺部３６８を有している。さらに、シール部材３６６は、このシール部材３６６内に被包されるとともに受け部３７０とおおむね平行に形成されている弾性スプリング３７２を有している。この弾性スプリング３５２は、シール面３７４に対して弁体外周面２４が移動することにより発生する半径方向外向きの力に対抗するような位置に設けられている。
【００４７】
図６Ａは、周方向に沿っておおむねＵ形状の断面を有する変形可能な金属製環状シール部材１３６を備えているシールカートリッジ構造体１８ａの実施例を示している。このシール部材１３６は、改良された平坦な環状形シール支持部材９８ａと環状形シール保持部材１００ａとの間に設けられおり、これらの環状形シール支持部材９８ａおよび環状形シール保持部材１００ａは弁箱側凹部９２内に作用可能に受け入れられて保持されるべくなっており、金属製シール部材１３６のうちの半径方向内側の丸い環状部分１３６ａは、シール支持部材９８ａおよびシール保持部材１００ａから内側に突出して弁体外周面２４と作用可能にシール式に係合している。
【００４８】
シールカートリッジ構造体１８ａの製作において、シール支持部材９８ａを初期の平坦な環状形状のまま留めておくことができるし、また、シール保持部材１００に関して先に説明したようにシール保持部材１００ａのうちその直径方向に対向する部分をクランプで締めることによりシール保持部材１００ａを楕円形状に弾性的に変形させることができる。この時点で、シール保持部材１００ａの内側面、すなわちシール保持部材１００ａの半径方向内側周面に円形凹部１３８を機械加工により形成することができる。弾性的に変形されたシール保持部材１００ａがクランプの締め付けから解放される場合、シール保持部材１００ａは、楕円形状から初期の円形形状に戻り、それにより凹部１３８の外周面１３８ａが楕円形状を取るような方法で円形凹部１３８を再構成する。組み立て済みシールカートリッジ構造体１８ａの凹部１３８に環状金属製シールが係止されるので、弁体外周面２４が無理にシール部１３６ａに係合する場合、シール１３６は、楕円形凹部面１３８ａによる制限を受けながらも楕円形状へと変形され、これにより楕円形弁体／シール接触が形成される。この改良されたシールカートリッジ構造体１８ａにより、図６に示された可撓性のＴＥＦＬＯＮ（登録商標）製シール構造体１０２に関して先に説明した利点と同等の利点が提供される。
【００４９】
図６Ｆ〜図６Ｈは、参照番号３８０、４００、４２０により全体的に示されている環状金属製シール１３６の他の実施形態を示している。環状一体型金属製シール３８０、４００、４２０は、図６Ｂ〜図６Ｅに示されている圧入式シール組立体３００、３２０、３４０、３６０と取り替えても同じように機能することができる。この一体型金属製シール３８０、４００、４２０は、上述のように圧入式組立体を用いることにより、一体型金属製シール３８０、４００、４２０と弁箱１２との間が連続的に接触していることを担保している。これらの一体型金属製シール３８０、４００、４２０は、弁箱１２と接触するように圧入されて干渉を提供するための基礎部３８２、４０２、４２２を有している。さらに、一体型金属製シール３８０、４００、４２０は、弁体１４とすべり接触する可撓性アーム部３８４、４０４、４２４を有している。この可撓性アーム部３８４、４０４、４２４は、一体型金属製シール３８０、４００、４２０と弁体外周面２４との間に持続する接触を提供するためにさまざまな構造および材料を用いて製作することができる。
【００５０】
弁10の動作中、一体型金属シール380、400、420は、流体の流れる方向と弁箱12の前後における圧力勾配とに依存して、案内部材44、46および弁箱12のうちの一方によって収納されうる。さらに、金属製シール400、420は、当該金属製シール400、420が突発的に故障したときに発生しうる滑りまたは他の移動に対して二次的な保持（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）を供する保持リッジ部材406、426を組み込むことができる。
【００５１】
図１〜図４は、弁体自動調芯支持機能および楕円形弁体／シール接触機能を示すことに加えて、モータ駆動型アクチュエータ90（図２参照）と弁棒38、すなわち弁体14との間の回転駆動式相互接続を著しく単純化するとともにそのコストを下げるための構造も示している。上述の一体型アクチュエータ支持ブラケット140は、弁箱12に対して着脱可能に固定されてもよいし、また、さまざまなタイプおよび構造のモータ駆動型アクチュエータを作用可能に取り付け、それらを弁棒38に駆動可能に接続することを可能とするようにカスタム化されてもよい。
【００５２】
アクチュエータ支持ブラケット140は、先端支持板部142と、一対のほぼ平行な脚板部144とを有した、おおむね逆Ｕ字形状をしている。これらの脚板部144の各々は、ボルト150の如き適切な締結部材を用いて弁箱12の外周面上の最上平坦部66の両側の位置に設けられた一対の平坦部148に着脱可能に固定されうる、外側に向かってある角度で開いた足部146を有している。これに代えて、アクチュエータ支持ブラケット140は、弁箱12に溶接されてもいいし、またはその他の方法で適切に弁箱12へ固定されてもよい。
【００５３】
先端支持板部142には、開口部152、154において示されているように、弁10のその他の部分と連動して用いられる特定のモータ駆動型アクチュエータ（たとえば、図２に示されているアクチュエータ90）を収納すべくドリルを用いて適切に孔が開けられる。したがって、単一のアクチュエータブラケットを万能取り付け構造体として用いることで、所与の回転弁10に対してさまざまな異なる構成のアクチュエータを作用可能に接続することが可能となる。一例として、アクチュエータ90は、先端支持板部142（図２参照）の上に作用可能に取り付けられており、アクチュエータ90の（図４に分かりやすく示されている）回転出力部90aは、先端支持板中央開口部152を通って下方に延び弁棒38の上端部に駆動可能に接続されている。
【００５４】
上記のアクチュエータ支持構造の特徴により、さらなる中間ブラケット構造体を、弁箱12に一体に形成された基礎支持構造体と選択されたアクチュエータとの間に供して用いる必要性が排除される。このような構成部材が削減されることにより、弁箱12の設計が容易になり、ブランケットの材料を変更することなく弁を流れる媒体に応じて、さまざまな材料から弁箱を製作することが可能となる。
【００５５】
図１１〜図１２は、ロータリ弁２０６、とくに構成部品の摩耗および始動摩擦を減少した「バタフライ」弁を示している。図１１は、弁箱２０８と、この弁箱２０８の流路を閉止する弁体２１０とを有するロータリ弁２０６を示している。弁体２１０は、弁体外周面２２６上にシール可能面を有しており、弁体２１０が弁棒２１６とともに回転する場合、このシール可能面は、流路が閉止されるときにのみシール２１２と係合する。一つの例示的な実施形態では、円形状弁体２１０および楕円形状シール２１２が用いられており、回転軸２２４に近い弁体２１０とシール２１２との間（図１２参照）にはギャップ２１７が存在しており、干渉領域２１９には「正常よりも大きな」干渉が存在している。したがって、弁体２１０が開弁位置の状態にあるとき、（弁棒２１６の回転軸２２４に対して平行に方向付けされた）楕円形シール２１２の長軸２３２は弁体２１０の短軸２３８よりも長く、シール２１２は弁体２１０に接触しないかまたは少しだけ接触するのみである。弁体２１０が回転して閉止状態に近づくと、弁体外周面２２６は楕円形シール２１２の（弁体の直径２３０よりも小さい）短軸２３４と係合し、弁体２１０はシール２１２を短軸２３４の方向に伸ばし、それにより長軸２３２を縮める。この結果、ギャップ２１７は閉ざされ、シール２１２は、弁体２１０のうちの回転軸２２４に近い部分と係合する。
【００５６】
ロータリ弁２０６の他の実施形態は、弁体２１０よりも「さらに楕円形状」に形成された弁シール２１２を有しており、この場合も先と同様に、シール２１２の長軸２３２は、弁棒２１６に近い弁体２１０の長軸２３６よりも寸法が大きい。したがって、シール２１２は弁体２１０よりもより楕円形状に近いことになる。上述のように、弁体２１０が「閉弁位置」に向かって回転する場合、弁体外周面２２６は、シール２１２のうちの弁棒２１６に直角な部分と係合してそこを伸ばすとともに、シール長軸２３２を縮めてギャップ領域２６０をギャップが零になるまで減少させる。シール２１２と弁体２１０との間のギャップ領域２６０は、シール２１２が弁体２１０の外周面２２６の形状に追従するような弁体２１０との干渉が発生するまで減少される（図１１ではシール２１２は伸びた状態で図示されていない）。このように構成されているため、弁体２１０は、弁体２１０により流路が実質的に閉塞されるまでは（図に示されているように）シール２１２と係合せず、弁体２１０が流路を実質的に閉止したときにのみ、シール２１２が弁体外周面２２６に対し十分な接触圧力を加える。
【００５７】
図１２は、金属製材料から製作された弁箱２０８を有するロータリ弁２０６を示している。ポリマー系のハウジングを特定の用途において用いることもある。この弁を通って流れる所望の流量に基づいて、流入口２２０および流出口２２２の特定の直径を選択することができる。流入部２２０および流出部２２２には、複数の関連する配管２２３がそれぞれ対応するフランジまたはネジ（図示せず）を用いて接続されうる。しかしながら、さまざまな流入部コネクタおよび流出部コネクタが用いられてもよいと考えられている。
【００５８】
弁２０６を通って流れる流体の体積流量は、弁体２１０の半径方向の傾斜（ｒａｄｉａｌ  ｔｉｌｔ）または位置決めにより調整される。一つの例示的な実施形態では、弁体２１０は、直径２３０を有するおおむね円形平板状の弁体として成形される。弁体２１０の他の実施形態は半球形状またはその他のシール可能な形状であってもよいと考えられている。たとえば、弁体２１０は、いかなるレベルの楕円形状を有する球体であってもよいし、また、記載の実施形態の範疇を逸脱するものではない。バタフライ弁、その組立体、用途、および機能は当業者にとって周知のことであるので、多くの異なるデザインの弁を本発明に用いることができるが、本明細書において、ロータリ弁の構成部品のさまざまな異なる機能、選択可能な形状、および構造に関する説明をしない。
【００５９】
弁体長軸２３６は弁棒２１６に対してほぼ垂直になるように搭載することができる。弁体長軸２３６は、緩衝領域２１９においてシール２１２と係合する。弁体外周面２１６上のシール可能面は、通常、弁体外周面２１６がシール２１２と係合したときに耐漏洩性の弁２０６を実現できるように平滑に製作される。シール２１２は多種の延性材料から形成することができる。ステンレス鋼の如き金属製材料が好ましいが、シール２１２は、複数の異なる材料を用いて製作することもできる。シールの材料の選択には、シール２１２と接触する流体のタイプが大きく依存してくる。腐食性流体には耐腐食性用のシールが必要となる。同様に、高温の流体には高温用のシールが必要となる。最も大切なことは、シール２１２が、可撓性とバネのような物性または弾力性とを備える必要があるということである。これらを備えることにより、シール２１２は変形可能となり、さらに、弁体２１０が回転ならびに／または開弁および閉止を繰り返して行うときに生じる弁体２１０とのすべり接触に十分耐えるだけのロバスト性を有することが可能となる。
【００６０】
他の実施形態では、シール２１２は弁座２１４に嵌合する。弁座２１４は弁箱２０８内の凹部により形成されうる。弁座２１４は、弁箱２０８内に、機械加工、鍛造、溶接、ネジ加工、または鋳造により形成することができる。通常、シール２１２は、（図３に示されているように、）シール支持部材９８および平坦かつ環状の金属製シール保持部材１００の如き保持機構を有している。
【００６１】
図１３および図１４は、シーリングの実施形態ならびにシール保持／シール形成の実施形態の断面図である。図１１〜図１４では、同一のまたは同類の構成部品には同一の参照番号が付されて。図１３および図１４において示されているように、溝または凹部は、シール２１２を、図３に示されているスナップリング９４またはシール支持部材９８および平坦かつ環状の金属製シール保持部材１００の如き保持機構の助けを借りて適切に固定するか、成形するか、または形成するために通常用いられる。
【００６２】
弁箱内でシール２１２を楕円形状に形成することは複数の方法で実現することができる。シール２１２は、長円形状（楕円形状）に製作されてもよいし円形状に製作されてもよい。シール２１２は、円形の外側形状または外周と、楕円形の内側形状または内周とを有してもよい。シール２１２が円形の内側形状で製作された場合、シール２１２は、弁箱２０８の弁座２１４に嵌め込まれたときに楕円形状に変形させられなければならない。シール２１２の楕円形状への変形は、たとえば、前に参照番号９２、９２ａで表した楕円形に成形される弁座によっても達成されうる。したがって、シールの内周の長さは比較的一定のままに留まるが、その形状は楕円形状に変形される。
【００６３】
シール保持およびシール形成に関しては、多くの方法が利用可能であり且つ当業者にとって公知であり、本発明の範疇から逸脱するものではない。弁体２１０は、弁体外周面２２６の沿ったシール可能面を改良し、係合率を変更し、シールのために発生しうる損傷を減少させるために、少しばかりの面取り部を有することができる。弁体外周面２２６に沿ったシール可能面の面取り部または曲率面により、弁体２１０により流路が閉止された場合に弁体２１０とシール２１２との間により広域な弁座領域が提供される。弁座面が広域になればなるほど、シール処理が一層ロバスト性を有したものとなる。
【００６４】
シール２１２の「内」周は弁体２１０の「外」周よりも少し小さい。このことにより、無限小の扇形（ｓｅｃｔｏｒ）または弧（ａｒｃ）のレベルで測定されるような、弁体２１０とシール２１２との間の締まりばめ（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｉｔ）が実行可能となり、通常、その締め代が１インチの１０００分の１５から１０００分の３５まで（０．０１５インチから０．０３５インチまで）の間である。このような公差特性を必要とする弁２０６の制作は、当該技術分野において公知である。ただし、開示した実施形態の構造上、締まりばめ量は、閉弁まえでは弁体２１０の外周面において均一ではない。
【００６５】
閉弁中、シール短軸２３４（図１１参照）が弁体２１０により伸ばされ、環状のゴムバンドの二つ端部を引っ張った場合と同じように、シール長軸２３２が収縮させられる。したがって、開弁位置では、シール短軸２３４は弁体長軸２３６に対して正常より大きな干渉を有しており、弁体長軸２３６が閉弁位置に近づきシール２１２と接触するにつれて、シール２１２は、短軸２３４に沿って伸びるとともに長軸２３２に沿って収縮することにより、弁体２１０の形状に合致する。弁体２１０が流路を実質的に閉止する場合、弁シール長軸２３２と弁体短軸２３８とが接触することにより、シールが、弁シール長軸２３２と弁体短軸２３８との間の接触が実質的に流路を閉止するまで弁体に対して接触させられる。たとえば、弁体２１０が、シール２１２の軸から測定したときに閉弁位置から３度以内のところにある場合、弁シールはまだ隙間を有しており、弁体２１０が開弁位置から約２度のところでシール２１２を係合する場合、シール２１２は、弁体２１０のうちの弁棒２１６に近い部分を実質的に係合しており、弁体２１０が開弁位置からゼロ度のところでシール２１２を係合する場合、シール２１２は、弁体２１０の外周面全体をシールしている。
【００６６】
また、本発明により、弁２０６がたとえば処理能力の５％を超える流量において絞りおよび運転に用いられる場合に弁体２１０とシール２１２との間に摩擦の発生しない動作が提供される。シール２１２が弁体２１０と接触しないので、「通常の」動作範囲では摩擦を生じない。したがって、アクチュエータ（図示せず）は始動摩擦の影響を受けない。
【００６７】
以上の詳細な説明は、本発明の好ましい実施形態を示す一例として提示されたものであることを明確に理解されるべきである。本発明の精神および範疇から逸脱することなくさまざまな変更および追加を加えることができる。たとえば、平坦な板形状の弁体が示されているが、適切ならば、シリンダ、ボイド、または半円球板を代わりに用いてもよい。さらに、本明細書記載のシール構造体は、ＰＴＦＥから、または限定するわけではないが炭素充填型ＰＴＦＥ、ガラス充填型ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ充填型ＰＴＦＥ、ＤＹＮＥＯＮ（登録商標）、ＴＦＭ（登録商標）、およびポリエチレン（超高分子量）を含むさまざまな強化ＰＴＦＥ材料から作成されうる。同様に、本明細書に記載される構成部材の各々は、弁ケースの固定部分として構築されてもよいし、または、調整可能および着脱可能なものとしてもよい。したがって、ここでの説明は、一例としてのみ捕らえられるべきであって、本発明の範疇を制限するものとして捕らえるべきではない。本発明の精神および範疇は添付のクレームによってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】閉弁位置にあるロータリ弁組立体の斜視図である。
【図２】開弁位置にあるロータリ弁組立体の斜視図である。
【図３】ロータリ弁組立体の分解斜視図である。
【図４】図２の４−４線に沿ったロータリ弁組立体の部分横断面図である。
【図５】図１の５−５線に沿ったロータリ弁組立体の部分横断面図である。
【図６】図５の丸で囲まれた領域「６」の拡大断面図である。
【図６Ａ】シールカートリッジ部材の他の実施形態を示している図６の図と類似する断面図である。
【図６Ｂ】圧入式シール組立体の実施形態を示している図６Ａの図に類似する断面図である。
【図６Ｃ】圧入式シール組立体の実施形態を示している図６Ａの図に類似する断面図である。
【図６Ｄ】圧入式シール組立体の実施形態を示している図６Ａの図に類似する断面図である。
【図６Ｅ】圧入式シール組立体の実施形態を示している図６Ａの図に類似する断面図である。
【図６Ｆ】環状金属性シールの実施形態を示している図６Ａの図に類似する断面図である。
【図６Ｇ】環状金属性シールの実施形態を示している図６Ａの図に類似する断面図である。
【図６Ｈ】環状金属性シールの実施形態を示している図６Ａの図に類似する断面図である。
【図７】ロータリ弁組立体の弁体部を示す側面図である。
【図８】完全な弁体を示す側面図である。
【図８Ａ】図８の円で囲まれた領域「８Ａ」を示す詳細図である。
【図８Ｂ】図８の円で囲まれた領域「８Ｂ」を示す詳細図である。
【図９】従来のロータリ弁を示す断面図である。
【図１０】弁が部分的に開弁されている、図９の１０−１０線に沿って従来のロータリ弁を示す断面図である。
【図１１】ロータリ弁の他の実施形態を示す断面図である。
【図１２】図１１の１２−１２線に沿ってロータリ弁を示す断面図である。
【図１３】楕円形状のシールと弁体との界面の半分を示す拡大図である。
【図１４】楕円形状のシールと弁体との界面を示す拡大図である。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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