(57)【要約】【課題】  双方向の遮断が可能なボールタイプの制御弁２０を提供する。【解決手段】  このボールバルブは、入口３１および出口３２、ボールエレメント８０、並びに、シール組立体５０を含み、閉弁時には軸９０、９１に偏心取り付けされたボールエレメントがシール組立体に対して回転し、弾性部材７０が主シールをボールエレメントに向けて付勢しているので、閉弁中には、シールハウジング５２と主シール６４と弾性部材７０とを含むシール組立体の主シール部分がボールエレメントに当接し、上記シール組立体は主シールとシールハウジングとの間に位置する二次流路７２を含んでおり、この二次流路７２が二つの単一方向性シールリング６０ａ、６０ｂによって規制されている。
2005521006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口および出口を有するハウジングと、
該ハウジングに対して偏心して取り付けられ、入口と出口とが連通されない閉弁位置と、入口と出口とが連通される開弁位置との間を移動するようにされたボールエレメントと、
開弁および閉弁の間にボールエレメントと係合する方向に付勢された主シールを含むシール組立体と、
主シールとハウジングとの間に配置されて、ボールエレメントと主シールとの係合角度を制御することができる計算されたギャップとを備えてなるバルブ。
【請求項２】
上記ボールエレメントがＶ字状ノッチを含んでなる請求項１記載のバルブ。
【請求項３】
上記シール組立体の中のシール体が、ボールエレメントの偏心配置を補正するように位置ズレした内周面を含んでなる請求項１記載のバルブ。
【請求項４】
上記位置ズレした内周面をボールエレメントに対して放射状に位置せしめる位置決め装置を備えてなる請求項３記載のバルブ。
【請求項５】
上記シール組立体が、入口および出口から流入する流体に対してシールするように構成されてなる請求項１記載のバルブ。
【請求項６】
上記付勢が弾性部材によってなされる請求項１記載のバルブ。
【請求項７】
上記弾性部材が波バネ座金である請求項６記載のバルブ。
【請求項８】
上記シール組立体が第一および第二の弾性シールリングを含んでなる請求項１記載のバルブ。
【請求項９】
上記第一および第二の弾性シールリングが主シールをボールエレメントに対して同軸状にするように構成されてなる請求項８記載のバルブ。
【請求項１０】
上記両シールリングがＵ字状断面を有し、互いに対向するように配置されてなる請求項８記載のバルブ。
【請求項１１】
上記シール組立体がそこを通る流路を有しており、上記エラストマーシールリングが該流路を通過する流体の流れを阻止するように構成されてなる請求項８記載のバルブ。
【請求項１２】
閉弁状態において、上記主シールが、弾性部材の付勢力によってボールに係合するように構成されてなる請求項６記載のバルブ。
【請求項１３】
上記バルブ組立体が、主シールとシールハウジングとの間に配置された第二の計算されたギャップを有しており、これにより、第一の計算されたギャップを計測する手段が提供されてなる請求項１記載のバルブ。
【請求項１４】
バルブの開弁状態において、上記主シールが、弾性部材の付勢力によってハウジングに係合するように構成され、これにより、計算された第一のギャップが詰まることが防止されてなる請求項６記載のバルブ。
【請求項１５】
上記バルブ組立体が張り出し部を含んでおり、これにより、流体の流れが主シールを越えて転換させられる請求項１記載のバルブ。
【請求項１６】
上記主シールが、ハウジングおよび張り出し部によって、ボールエレメントに接近離間する方向の動きを制限されてなる請求項１５記載のバルブ。
【請求項１７】
入口および出口を有するハウジングと、
ボールエレメントに近接して配設されたシール組立体であって、そこを通過する流路を含んだシール組立体と、
該流路を通る流れを防止する第一および第二の弾性シールリングとを備えてなるバルブ。
【請求項１８】
上記第一および第二の弾性シールリングが入口および出口から流入する流体に対して該バルブをシールするように構成されてなる請求項１７記載のバルブ。
【請求項１９】
上記第一および第二の弾性シールリングが互いに同一構成である請求項１７記載のバルブ。
【請求項２０】
上記第一および第二の弾性シールリングが、ボールエレメントをシール組立体に対して同軸状にするように構成されてなる請求項１７記載のバルブ。
【請求項２１】
上記両シールリングがＵ字状断面を有し、互いに対向するように配置されてなる請求項１７記載のバルブ。
【請求項２２】
上記シール組立体が、主シールと、シールハウジングと、これらの間に配置された付勢するための弾性部材とを含んでなる請求項１７記載のバルブ。
【請求項２３】
上記弾性部材が波バネ座金である請求項２２記載のバルブ。
【請求項２４】
入口および出口とを有し、さらにシール組立体を含んでいるハウジングと、
該ハウジングに対して偏心して取り付けられ、入口と出口とが連通されない閉弁位置と、入口と出口とが連通される開弁位置との間を移動するようにされたボールエレメントと、
該流路を通る流れを阻止する第一および第二の弾性シールリングとを備えており、
上記シール組立体が、ボールエレメントに近接して取り付けられ、且つ、そこを通る流路を有してなるバルブ。
【請求項２５】
上記ボールエレメントが少なくともＶ字状のノッチを含んでなる請求項２４記載のバルブ。
【請求項２６】
上記シール組立体の中のシール体が、ボールエレメントの偏心動作を補正するように位置ズレした内周面を含んでなる請求項２４記載のバルブ。
【請求項２７】
上記シール組立体が、入口および出口から流入する流体に対してバルブをシールするように構成されてなる請求項２４記載のバルブ。
【請求項２８】
上記第一および第二の弾性シールリングが、ボールエレメントをシール組立体に対して同軸状にするように構成されてなる請求項２４記載のバルブ。
【請求項２９】
上記両シールリングがＵ字状断面を有し、互いに対向するように配置されてなる請求項２４記載のバルブ。
【請求項３０】
上記シール組立体が、主シールと、シールハウジングと、これらの間に配置された付勢するための弾性部材とを含んでなる請求項２４記載のバルブ。
【請求項３１】
上記弾性部材が波バネ座金である請求項３０記載のバルブ。
【請求項３２】
閉弁状態において、上記主シールが、弾性部材の付勢力によってボールに係合するように構成されてなる請求項３０記載のバルブ。
【請求項３３】
上記第一および第二の弾性シールリングが、シール組立体の流路を通る流体流れに対してバルブをシールするように構成されてなる請求項２４記載のバルブ。
【請求項３４】
上記第一および第二の弾性シールリングが互いに同一構成である請求項２４記載のバルブ。
【請求項３５】
入口および出口を有する弁箱を提供し、
上記入口と出口との間に、弁箱に対して偏心させてボールエレメントを取り付け、
開弁および閉弁の間に、付勢される主シールを含むシール組立体を、上記ボールエレメントに向けて付勢し、
計算されたギャップを主シールと弁箱との間に位置するように提供し、これによって、ボールエレメントと主シールとの係合角度が制御され、
ボールエレメントを開弁位置から閉弁位置に回転させる、バルブの運転方法。
【請求項３６】
上記シール組立体をボールエレメントに近接して取り付け、且つ、上記ボールエレメントの回転中にこのボールエレメントをシール組立体との係合から解かれるように移動させる工程をさらに含んでなる請求項３５記載の運転方法。
【請求項３７】
上記シール組立体が、その間に流路が形成されるように位置する第一および第二のシール体と、バルブが閉弁状態にあるときに第一のシール体をボールエレメントに向けて付勢する弾性部材とを含んでいる請求項３５記載の運転方法。
【請求項３８】
バルブが閉弁状態あるときに、バルブの入口と出口とを通る流体流れを阻止する工程をさらに含んでなる請求項３５記載の運転方法。
【請求項３９】
上記シールエレメントが、二次流路内に第一および第二のエラストマーシールリングを含んでなる請求項３７記載の運転方法。
【請求項４０】
上記シールリングが第一および第二の脚部を有してＵ字断面形状を呈しており、第一シールリングがバルブの入口側にあってその脚部を該入口に向けて拡げており、第二シールリングがバルブの出口側にあってその脚部を該出口に向けて拡げている請求項３９記載の運転方法。
【請求項４１】
バルブが開弁状態にある間、主シールをハウジングに向けて付勢する工程をさらに含んでおり、これによって計算されたギャップが詰まることを防止する請求項３５記載の運転方法。
【請求項４２】
シール組立体上に配置された張り出し部により、主シールを流体の流れから保護する工程をさらに含んでいる請求項３５記載の運転方法。
【請求項４３】
上記弁箱および張り出し部によって、上記主シールがボールエレメントに接近離間する方向に動くことを制限する工程をさらに含んでいる請求項４２記載のバルブ。
【請求項４４】
入口および出口を有する弁箱を提供し、
ボールエレメントをシール組立体に対して回転させ、
シール組立体内の流路を通る流体の流れを、第一および第二の弾性シールリングによって阻止する、バルブの運転方法。
【請求項４５】
上記シール組立体が、その間に流路が形成されるように位置する第一および第二のシール体と、バルブが閉弁状態にあるときに第一のシール体をボールエレメントに向けて付勢する弾性部材とを含んでいる請求項４４記載の運転方法。
【請求項４６】
上記シールリングが第一および第二の脚部を有してＵ字断面形状を呈しており、第一シールリングがバルブの入口側にあってその脚部を該入口に向けて拡げており、第二シールリングがバルブの出口側にあってその脚部を該出口に向けて拡げている請求項４４記載の運転方法。
【請求項４７】
入口および出口を有する弁箱を提供し、
ボールエレメントを弁箱に対して偏心させて取り付け、
シール組立体を上記ボールエレメントに向けて付勢し、
ボールエレメントをシール組立体に対して開弁位置から閉弁位置に回転させ、
シール組立体内の流路を通る流体の流れを、第一および第二の弾性シールリングによって阻止する、バルブの運転方法。
【請求項４８】
上記シール組立体が、その間に流路が形成されるように位置する第一および第二のシール体と、バルブが閉弁状態にあるときに第一のシール体をボールエレメントに向けて付勢する弾性部材とを含んでいる請求項４７記載の運転方法。
【請求項４９】
バルブが閉弁状態あるときに、バルブの入口と出口とを通る流体流れを阻止する工程をさらに含んでなる請求項４７記載の運転方法。
【請求項５０】
上記第一および第二の弾性シールリングが互いに同一構成である請求項４７記載の運転方法。
【請求項５１】
上記シールリングが第一および第二の脚部を有してＵ字断面形状を呈しており、第一シールリングがバルブの入口側にあってその脚部を該入口に向けて拡げており、第二シールリングがバルブの出口側にあってその脚部を該出口に向けて拡げている請求項４７記載の運転方法。
【請求項５２】
入口と、出口と、主シールを含むシール組立体とを有する弁箱を提供し、
主シールをボールエレメントに向けて付勢し、
上記ボールエレメントを弁箱に対して偏心させて取り付け、
適正な公差を保証するために、バルブの外面からアクセスしうる、シールハウジングと主シールとの間のギャップを計測する、バルブの運転方法。
【請求項５３】
計測されたギャップが動くボールエレメントによって設定され、それにしたがってアクチュエータまたはアクチュエータリンクを設定する請求項５２記載の運転方法。
【請求項５４】
入口と、出口と、主シールを含むシール組立体とを有する弁箱を提供し、
主シールをボールエレメントに向けて付勢し、
上記ボールエレメントを弁箱に対して偏心させて取り付け、
ボールエレメントがシール組立体に対して開弁位置から閉弁位置へ回転する間、主シールに対して計算されたストッパを提供することにより、主シールのボールエレメントへの係合を制限する、バルブの運転方法。
【請求項５５】
上記ストッパが弁箱の棚部である請求項５４記載の運転方法。
【請求項５６】
入口と、出口と、主シールを含むシール組立体とを有する弁箱を提供し、
主シールを、弁箱に近接して取り付けられたボールエレメントに向けて付勢し、
ボールエレメントを主シールに対して相対回転させると同時に、このボールエレメントを主シールに垂直な方向に移動させ、その寸法が変化する流路がボールエレメントと主シールとの間に生じ、ボールエレメントが流路を通過する媒体中のいかなる粒子をも分離しようと主シールに対向する、バルブの運転方法。
【請求項５７】
上記ボールエレメントが偏心して取り付けられている請求項５６記載の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は流体弁に関し、さらに詳しくは、ボールタイプの流体弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールバルブは、プロセス流体（液体、気体、スラリ等がある）に関するあるパラメータを制御するために数多くのプロセス制御システムにおいて使用されている。プロセス制御システムは、流体の圧力、水位、ｐＨ、他の要求されたパラメータを最終的に制御するために制御弁を使用しているが、この制御弁は基本的には流体の流量を制御するものである。
【０００３】
ボールバルブは、典型的には、ボールエレメントによって分けられた流体入口と流体出口とを含んでおり、このボールエレメントは固定軸の回りに回転してシール組立体に当接することにより、そこを通る流体の量を制御する。運転の間、プロセス制御システムまたは制御弁を手動操作する運転者が、ボールエレメントをシール組立体の面に対して回転させ、そうすることによって流路を顕在化し、入口および出口を（したがってボールバルブを）通過する要求された流体流れを提供する。
【０００４】
ボールバルブのボールエレメントおよびその組立体を含む部品類は、典型的には金属から形成されている。これは、高圧および／または高温仕様の場合はとくにそうである。このバルブの運転中、多くの弁部品、とくにバルブの開閉に伴う連続的な摩擦接触がなされるボールエレメントとシール組立体とが、バルブの多数回の繰り返し使用に起因した損耗に見舞われる。損耗から生じる問題は、弁部品の寿命の短縮、ボールエレメントとシール組立体との間の摩擦の増加、ボールエレメントとシール組立体との間の望ましくない漏洩を含んでいる（しかし、これらに限定されない）。同様に、部品に生じる損耗の量に応じて摩擦抵抗が相対的に大きくなるので、バルブ内部の動的性能や制御特性が一層悪くなり、その結果、バルブの非効率および不正確を生むことになる。
【０００５】
過去に、前述の問題点を解消するために、シール組立体の中に付勢された主シールを組み込むことが試みられた。しかしながら、これは、バルブの双方向シール性能を制限することを含んで、バルブの適用範囲を制限する結果となった。さらに、ボールエレメントに向けて付勢される主シールによって生じる付加的な荷重および圧力により、ボールエレメントとシール組立体（とくに主シール）との間の付加的な損耗が生じる。上記問題を解消するために、ボールエレメントをカムに取り付けるという付加的な試みもなされた。すなわち、開弁閉弁行程それぞれの最初の段階で、ボールエレメントをその面に垂直な方向に主シールから離間するように動かすことにより、回転させることなく主シールとの係合から後退させる。しかしながら、これはボールエレメントと主シールとの間に屑を捕まえてしまうといった厄介な現象を生じさせることにになる。たとえば、バルブを通る媒体がパルプや粒子のような繊維状物を含んでいるとき、この繊維状物は開弁閉弁動作の最中にボールエレメントと主シールとの間に捉えられてしまい、結果的にバルブを通過する漏洩経路を造ってしまう。
【０００６】
したがって、今なお、シール組立体とボールエレメントとを有する改良されたボールバルブの出現が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記改良されたボールバルブとは、流体の双方向のシールが可能であり、主シールとボールエレメントとの間の損耗を低減することができるものであり、ポジティブな動的性能および制御特性を保持しており、さらに、ボールエレメントと主シールとの間に繊維状物が捉えられることを防止しうるバルブである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一の態様によれば、流体入口および流体出口を有するボールバルブが提供される。開弁および閉弁は、ボールエレメントをシールエレメントに当接するように軸の回りに偏心して回転させることによってなされる。このシールエレメントは、付勢された主シールと、主シールとシールハウジングとの間に配置された双方向のシールリングセットとを備えており、それによってバルブを双方向流れに使用することを可能にしている。
【０００９】
この開示の他の態様によれば、入口および出口を有するボールバルブの運転方法が提供される。この運転方法は、入口と出口との間に配置された軸にボールエレメントを偏心させて取り付け、このボールエレメントを開弁位置から閉弁位置に回転させることを含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この開示は様々な変形や他の構成をとることが可能であるが、そのうちのある実施例が図に示されており、また、以下に詳細に説明される。しかしながら、この開示を、明細書等に示されている特定の形態に限定する趣旨ではなく、逆に、付加されたクレームによって規定されるように、全ての変形、他の構成、および、本開示の精神および範囲の内に含まれる同等物をカバーする趣旨であることを理解すべきである。
【００１１】
添付図、とくに図１〜３を参照すると、本開示の教示に沿って構成されたボールバルブが参照符号２０を付記されて示されている。そこに示されるように、このボールバルブ２０は、入口３１と出口３２との間の一次流路３３、シール組立体５０およびボールエレメント８０を有するハウジング３０を含んでいる。
【００１２】
概ね円筒状を呈しているハウジング３０は、そこを通過する流体のための一次流路を形成している。図２に示すように、ハウジング３０の底部は上記一次流路３３の出口３２となっており、この出口３２は外部フランジ３８によって囲まれている。ハウジング３０の中間部において、ハウジング３０の右側の壁を貫通する貫通孔４０と、ハウジング３０の内面に開口した有底穴４１とが形成され、この孔４０および穴４１は同軸状であり、軸９０、９１がそれぞれ収容されるようにされている。駆動軸９０とハウジング３０の右側外壁（駆動側の端部）との間には、パッキン押さえ４２、パッキンリング４４のセット、およびベアリング４３ａが配置されている。従動軸９１とハウジング３０の左側内壁（従動側の端部）には、ベアリング４３ｂが配置されている。ハウジング３０の駆動側の端部には、着脱部材３５と係合するように軸フランジ３４が配置されている。図２に示すように、ハウジング３０の頂部には、一次流路３３の入口３１を構成し且つシール組立体５０を収容しうる端ぐり（座ぐり）孔３９が形成されている。この入口３１の周囲には、流入管（図示せず）に接続される入口フランジ３６が形成されている。ここで、入口フランジ３６および出口フランジ３８はその一部または全体が除去されてもよく、そして、入口３１および出口３２の間の接続は種々の方法によってなされることができる。
【００１３】
図４〜６に示すように、シール組立体５０は、第一シール体であって好ましくは主シール６４、および、第二シール体であって好ましくはシールハウジング５２を含んでいる。前述したように、シール組立体５０はハウジング３０の端ぐり孔３９の内部に配置されており、より詳細には、シールハウジング５２の外周面５４が上記端ぐり孔３９の内部に密に嵌着している。シールハウジング５２の内周面５３（図７および図８）には、第一シールリング６０ａおよび第二シールリング６０ｂをそれぞれ収容しうるように、一対の環状溝５５ａ、５５ｂが形成されている。図４および図５に最もよく示されるように、シール組立体５０は主シール６４と波バネ座金のような弾性部材７０とをさらに含んでいる。一対のシールリング６０ａ、６０ｂと弾性部材７０とは、主シール６４をシールハウジング５２に対して動作的に連結している。弾性部材７０は、ボールエレメント８０に向けて主シール６４を付勢するように、主シール６４（図９および図１０）とシールハウジング５２との間に配置されている。これに伴って、主シール６４とシールハウジング５２との間の意図しない二次流路７２が形成される。上記一対のシールリング６０ａ、６０ｂをもまた、主シール６４とシールハウジング５２との間に配置して二次流路７２を通る流体を規制してもよい。
【００１４】
バルブ２０が閉状態にあるとき、主シール６４はボールエレメント８０（図４）に当接している。ボールエレメント８０は球面８２および好ましくはＶ状切り込み部（Ｖノッチ）８３を有しており（図１）、これによってバルブ２０は徐々に開弁および閉弁することができる。ボールエレメント８０の貫通孔８４ａ、８４ｂに挿通されて従動軸９１と駆動軸９０とがそれぞれボールエレメント８０に取り付けられている。
【００１５】
前述したように、両軸９０、９１を同軸に位置合わせして回転させる目的で、ベアリング４３ａ、４３ｂがハウジング３０と両軸９０、９１との間にそれぞれ配置されている。図２に示すように、従動軸９１はハウジング３０の従動側端部の有底穴４１内に配置されている。ベアリング４３ｂは、ハウジング３０の従動側端部とボールエレメント８０との間に配置されて従動軸９１に係合し、他方のベアリング４３ａは、ハウジング３０の駆動側端部とボールエレメント８０との間に配置されている。駆動軸９０は貫通孔４０を通ってハウジング３０の駆動側端部を貫通し、ハウジング３０から外方へ突出する前にパッキンリング４４とパッキン押さえ４２とに係合している。駆動軸９０のハウジング外へ突出したほうの端部は開弁閉弁機構と連結しうるようにされている。
【００１６】
図３に最もよく示される一実施例では、ボールエレメント８０は偏心して回転するように駆動軸９０に取り付けられている。たとえば、ボールエレメント８０は固有回転中心を有している。この固有回転中心は、ボールエレメント８０が、その球状外面８２上の全ての点の当該中心からの距離が同一になるように回転する中心である。しかしながら、ボールエレメントが偏心して回転するときには、ボールエレメント８０の球状外面８２上の任意の点と固有回転中心との間の距離は同一にならない。それ故に偏心するのである。
【００１７】
ボールエレメント８０の偏心は、両軸９０、９１の中心軸をボールエレメント８０の固有回転中心から位置ズレさせることを含んで（また、これに限定せずに）、いくらかの方法によって作り出すことができることは当業者が理解できることに留意すべきである。同様に、ボールエレメント８０の偏心した動きは、偏心した状態で取り付けられた構成要素を組み合わせることによって実現できるであろう。またこれは追加の利点を提供することにもなる。たとえば、両軸９０、９１の中心軸をボールエレメント８０の固有回転中心から位置ズレさせることによって実現された上記偏心した動きは、両軸９０、９１をハウジング３０に対して位置ズレさせることと組み合わせることにより、シール組立体５０を改造する必要を回避することができる。なお、このシール組立体５０を改造する必要性とは、バルブ２０内での一つの偏心動作によって生じるボールエレメント８０の位置ズレを補正するために、たとえばシールハウジング５２に非同心状の貫通孔を形成するなどである。
【００１８】
図４に示すように、ボールエレメント８０は偏心回転して主シール６４に当接する。この当接部位により、一次流路３３を流れようとする流体の流れが規制される。図４および図５に示すように、ボールエレメント８０が主シール６４を押したとき、主シール６４は弾性部材７０を圧縮してシールハウジング５２内に向けて変位する。主シール６４の適正な動作および働きを保証するために、ボールエレメント８０およびシールハウジング５２に関して、主シール６４とシールハウジング５２との間の計算されたギャップ７１が注意深く設定される。このギャップ７１は、バルブ２０が閉弁状態にあるときに主シール６４がボールエレメント８０に接触することを保証するために注意深く設定される。バルブ２０の適正な動作や働きを保証するために上記ギャップ７１と協働するのが、主シール６４とハウジング３０との間に形成されたギャップ７３である。このギャップ７３は、バルブ２０が開弁および閉弁するとき、適正な時期に主シール６４がハウジング３０に直接接触することを保証する。たとえば、もしギャップ７３が大きすぎると、主シール６４はバルブ２０の開弁および閉弁の動作中に長時間にわたってボールエレメント８０に接触し続ける。これにより、主シール６４とボールエレメント８０との間の望ましくなく且つ回避可能な量の摩擦および損耗が生じる結果となる。また、もしギャップ７３が小さすぎると、主シール６４はバルブ２０の開弁および閉弁の動作中にすぐにハウジング３０に接触し、結果的に主シール６４がボールエレメント８０に接触することを妨げてしまい、これによりバルブ２０内で漏洩が生じることになる。
【００１９】
上記ギャップ７１を設定するために、両軸９０、９１が（従ってボールエレメント８０も）図示しないアクチュエータまたはアクチュエータリンクを使って回転させられる。たとえば、偏心して組み込まれたボールエレメント８０が閉弁方向に回転するとボールエレメント８０が主シール６４に接触し、さらにボールエレメント８０が閉弁方向に回転するとそれによってギャップ７１が小さくなる。ボールエレメント８０が回転してギャップ７１が小さくなると、ギャップ７１が計測され、アクチュエータまたはアクチュエータリンクにストッパが噛まされることによってギャップ７１が設定される。
【００２０】
他の例では、ギャップ７１はバルブ２０の部品間の適正な寸法を保証し、もう一方のギャップ７３の大きさを確認するために利用される。より具体的には、バルブ２０内のいかなる部品およびその部品の形状も、バルブ２０の部品同士の適正な組み合わせを保証するための寸法や公差を有している。全ての寸法や公差は様々な部品の製造工程に忠実に守られるにもかかわらず、公差が積算されることによって不一致等が生じ、バルブ２０の適正な動作が妨げられることがある。したがって、ギャップ７１に金属製ゲージ（その内の一つは許容範囲の最大のものであり、他の一つは許容範囲の最小のものである）を位置させるという簡単な方法によって、許容できる範囲のおよび位置にギャップ７１を計測しおよび設定することにより、バルブ２０は、その部品間の適正な位置合わせや移動が保証された形で容易に組み立てられる。さらに、計算されたギャップ７１およびもう一つのギャップ７３について、繰り返し計測し、位置合わせし、設定することができる。これは、ギャップ７１が、バルブ２０の外方からアクセスし易いことによる。したがって、バルブ２０はギャップ７１を正確に校正するために分解する必要はない。
【００２１】
図４および図５にも示されるように、二次流路７２は弾性部材７０を収容するためのシールハウジング５２と主シール６４との間に意図することなく生じる。二次流路７２を通る漏洩を防止するために、好ましくは二つの一方向性シールリング６０ａ、６０ｂを主シール６４とシールハウジング５２との間に装着する。より詳細には、これらシールリング６０ａ、６０ｂをシールハウジング５２の内周面５３に形成された環状溝５５ａ、５５ｂ内にそれぞれ装着する。このシールリング６０ａ、６０ｂは、好ましくはそれぞれが第一脚部６１ａおよび第二脚部６１ｂを有している（図４Ａ）。これらの脚部の間には流体受圧部６３が形成され、そこに流体を受け入れることによって両脚部が離間する方向に付勢され、二次流路７２がシールされるようにされている。シールリング６０ａ、６０ｂはゴム、プラスティック、金属材料の他、適正な作用を奏しうる他のいかなる材料からも製造することができる。この一対のシールリング６０ａ、６０ｂは、バルブ２０が入口側および出口側のいずれから加圧されても二次流路７２の流体流れを阻止しうるような並びに直列に整列されて装着されている。しかしながら、上記直列で装着された二つの一方向性シールリングは、二次流路７２を双方向に流れる流体を阻止するための多くの方法のうちの一つであることを理解すべきである。他の方法のうち、たとえばシールリングを並列に配置することが可能であり、また、一対のシールリングに代えて図６に示すような単一の双方向性シールリング６２を単一の環状溝５６に装着してもよい。また、シールリング６０ａ、６０ｂがシールハウジング５２と主シール６４との間に装着されているので主シール６４をボールエレメント８０に対して正確に位置決めすることができる。
【００２２】
図７および図８に示す他の実施例においては、そのシールハウジング５２が心ズレした内周面５３を有している。前述したように、主シール６４はシールハウジング５２に対して移動可能に連結されている。主シール６４は、それがボールエレメント８０に接触することを許すようにシールハウジング５２内を摺動するようにするのが好ましい。シールハウジング５２の内周面５３とシールハウジング５２の外周面との非同心性によって生じる上記心ズレは、バルブ２０のシールや閉止に役立つものである。それにより、ボールエレメント８０が主シール６４に当接したときにボールエレメント８０と上記内周面５３との位置合わせが実現する位置にこの内周面５３が位置することになる。しかしながら、前述したように、偏心動作の組み合わせを利用すれば、外周面５４に対する内周面５３の位置ズレや非同心配置を必要とすることなく、主シール６４に対するボールエレメント８０の位置決めをすることができる。
【００２３】
ボールバルブ２０は媒体が変化する様々な状況下で使用される。しかし、ここでは、パルプ産業や紙産業において使用される木製繊維やスラリ等（しかしこれには限定されない）の粒子を含んだ高圧流体を減圧するものを例示して説明する。このバルブ２０の使用中または使用に先だって、たとえば検査中や定期的なメンテナンス等において、組み立て作業者やメンテナンス作業者によってギャップ７１が計測され、設定される。このギャップ７１は種々の弁部品の適正な公差を保証するために設定され、それによって弁部品間の適正な整合を保証する。しかし、このギャップ７１はバルブ２０が運転に入った後でも計測され、設定される。これにより、バルブ２０の継続した適正運転を保証する。
【００２４】
バルブ２０が開弁状態にあるとき、流体が一次流路３３を通過するとき、流体にわずかな抵抗がある。シールハウジング５２に形成された張り出し部５８は、主シール６４による流体への抵抗を制限する。より具体的には、バルブ２０内を流体が流れるとき、とくに入口３１から出口３２へ流れるとき、上記張り出し部５８は流体の流れを二次流路７２から一次流路３３へと転換させることにより、二次流路７２および主シール６４に対して避難場所を提供する。張り出し部５８がある場合には流体は二次流路７２流入すること無しにバルブ２０内を流れ続けるのに対して、たとえば上記張り出し部５８が形成されていなければ、流体がバルブ２０内を流れるときに流体は直接二次流路７２へ流入させられる。この張り出し部５８による利点の一つは、二次流路７２内の固形物の蓄積の減少である。固形物の蓄積の減少は、その名が示すように、二次流路７２内にパルプのような繊維状物質が溜まったり粒子が蓄積することであり、それが主シール６４の動きの程度を低下させたり、また、シール組立体５０内に摩擦等の望ましくない力を発生させる等を含む（しかしこれに限定されない）多くの問題を発生させる。しかしながら、固形物の蓄積はバルブ２０の二次流路７２のうちのギャップ７１近傍部分に限ったことではなく、二次流路７２のうちのギャップ７３近傍部分にも生じることもある。ギャップ７３自体や二次流路７２のうちのギャップ７３近傍部分への繊維状物質または粒子の蓄積を防止するということは、実質的にギャップ７３を無くすということである。さらに具体的には、バルブ２０が開弁状態にある間、弾性部材７０は主シール６４を棚部８１に向けて付勢しており、これにより、実質的にギャップ７３を無くし、流体がギャップ７３および二次流路７２に流入することを防止している。
【００２５】
しかし、バルブ２０が閉弁するときには、ボールエレメント８０が軸９０回りに回転してその球面８２を徐々に一次流路３３の方へ動かし、一次流路３３を通過する流体をゆっくりと規制し始める。ボールエレメント８０上に形成されたＶノッチ８３は、テーパー部がゆっくりと閉まることによって流れの規制を生じることにより、一次流路３３を通る流体を、この流路３３が全閉するまでのあいだ適正に減圧する。
【００２６】
しかしながら、ボールエレメント８０が閉弁方向に向けて回転し、その閉弁行程が終了に近づくと、球面８２は接触点６６においてシール組立体５０に接触する。ボールエレメント８０はシール組立体５０からわずかな距離をおいて回転しながら閉弁位置に向かう。球面８２は、ボールエレメント８０が一次流路３３を完全に閉止する位置より、計算された距離だけ前の位置でシール組立体５０に接触する。ボールエレメント８０と主シール６４との接触時からバルブ２０が閉弁位置に至るまで、ボールエレメント８０は（したがって球面８２は）主シール６４との接触を維持する。
【００２７】
上記実施例においてボールエレメント８０がシール組立体５０に接触することなく回転することは、ボールエレメント８０を偏心して軸９０、９１に取り付けることによって実現している。具体的には、両軸９０、９１がボールエレメント８０に対してその固有回転中心の近傍ではあるが、シール組立体５０から離れ且つボールエレメント８０が揺動する側から離れた位置に取り付けられている。それにより、ボールエレメント８０の両開口８４ａ、８４ｂを通る固有回転中心が、両軸９０、９１に対して位置ズレしている。さらに、両軸９０、９１はハウジング３０に対しても偏心して取り付けられており、それにより、第一の偏心動作によって生じるボールエレメント８０の望ましくない位置ズレは、第二の偏心動作によって補正される。
【００２８】
そうすることにより、ボールエレメント８０が主シール６４に対して相対回転すると同時に、ボールエレメント８０は主シール６４に垂直な方向に移動することがわかる。結果として、閉弁するとき、処理される媒体に含まれた全ての流体や繊維状物は、ボールエレメント８０と主シール６４との間でせき止められて適正なシールが保証される。さらに具体的には、ボールエレメント８０が主シール６４に接触すると、粒子や繊維状物は主シール６４とボールエレメント８０との間で止められる。ボールエレメント８０が閉弁動作を続けると、全ての流体や繊維状物はボールエレメント８０と主シール６４との継続的接触によってせき止められ、Ｖノッチ８３のナイフ状エッジがこれを助長する。
【００２９】
シール組立体５０とボールエレメント８０とが適正に閉止することを保証するために、主シール６４は、シールハウジング５２に対して摺動可能に取り付けられており、且つ、ボールエレメント８０に対しては、ボールエレメント８０が主シール６４に接触したときに主シール６４が弾性部材７０を圧縮してシールハウジング５２内へ変位するように配置されている。
【００３０】
バルブ２０の開弁動作および閉弁動作の間、変位可能な主シール６４、ハウジング３０およびギャップ７３が、偏心して組み込まれたボールエレメント８０と協働して、ボールエレメント８０と主シール６４との適正な係合角度を制御する。ここで述べる係合角度は、ボールエレメント８０がその球面８２と主シール６４との接触を保ちながら回転する回転角度である。たとえば、ボールエレメント８０が閉弁位置に向けて回転すると、球面８２はそのうち主シール６４に接触する。球面８２が主シール６４に接触したときからボールエレメント８０が停止してバルブ２０を閉弁するまでにボールエレメント８０が回転する回転角度が係合角度である。同様に、ボールエレメント８０が閉弁位置から開弁位置に向けて回転しだすと、そのうち球面８２と主シール６４との接触が解除される。このとき、ボールエレメント８０が回転を開始したときから球面８２と主シール６４との接触が解除されるまでにボールエレメント８０が回転する回転角度も、同様に係合角度である。
【００３１】
主シール６４、ハウジング３０、ギャップ７３およびボールエレメント８０が、シールハウジング５２と主シール６４との間の適正なギャップ７１を提供することにより、適正な係合角度を制御する。バルブ２０の外方のギャップ７１が計測されて設定されると、これがバルブ２０の内部のギャップ７３を表示することになる。ギャップ７３のサイズは上記係合角度を決定することになり、これにより大きなギャップは大きな係合角度を生じ、小さなギャップは小さな係合角度を生じることになる。たとえば、ボールエレメント８０が閉弁位置に至ると、主シール６４は、弾性部材７０が圧縮されて主シール６４がボールエレメント８０に押圧されるようにシールハウジング５２内に移動する。この閉弁位置では、ギャップ７３のサイズは、ボールエレメント８０が主シール６４を変位させる距離と同じである。バルブ２０が開弁するときにボールエレメント８０が回転し始めると、ボールエレメント８０に課される偏心動作は、ボールエレメント８０をシール組立体から離れるように動かす。この動作の間、主シール６４は、弾性部材７０が主シール６４をボールエレメント８０に向けて付勢していることにより、ボールエレメント８０との接触を維持している。より具体的には、ボールエレメント８０が主シール６４から引き下がると、弾性部材７０はその圧縮状態から復元するので、主シール６４はボールエレメント８０への接触を維持することができる。
【００３２】
主シール６４は、それがボールエレメント８０に向けてさらに移動することを妨げられるまでは、ボールエレメント８０との接触を維持する。主シール６４がボールエレメント８０に向けてさらに移動することを防ぐ一つの方法は、主シール６４にストッパを設けることである。このストッパによって主シール６４が制止されている間に、ボールエレメント８０がさらに後退することができるようにである。ギャップ７３の一端側を閉止するハウジング３０がこのストッパの作用を奏する。より具体的には、図４に示すように、ハウジング３０が、主シール６４が当接することによって底を打つ棚部８１という形態を呈するストッパを含んでいる。これにより、弾性部材７０が圧縮状態からさらに復元することが防止され、且つ、主シール６４がさらに移動してボールエレメント８０に接触することが防止される。したがって、かかる棚部８１を設けることにより、さらに具体的には、主シール６４を棚部８１に対して調整可能にすることにより、主シール６４とボールエレメント８０との相対的な係合および係合解除および前述した係合角度が制御され、調節される。
【００３３】
弾性部材７０を付設することにより、主シール６４とシールハウジング５２との間に二次流路７２が形成される。主シール６４とシールハウジング５２との間の二次流路７２に配設されているのはシールリング６０ａ、６０ｂである。このシールリング６０ａ、６０ｂは弾力的であり、半径方向にも軸方向にも伸縮しうるものである。
【００３４】
シールリング６０ａ、６０ｂは主シール６４とボールエレメント８０との心合わせの一助にもなる。これは、閉弁行程においてボールエレメント８０が接触点６６において主シール６４に接触するときに達成される。このとき、ボールエレメント８０は主シール６４に力を加えて、シールハウジング５２の内周面５３に対する主シール６４の相対位置を変えようとする。シールリング６０ａ、６０ｂは、ボールエレメント８０と主シール６４との心合わせが維持されて一次流路３３が閉止されている間ずっと、主シール６４が軸方向にも半径方向にも変位することを許している。
【００３５】
しかしながら、ボールエレメント８０の偏心動作の最大の可能性を適正に利用するためには、前述したように、バルブ２０が閉弁状態にあるときに、もしボールエレメント８０がその固有回転中心の回りに回転すればそうなるように、偏心の特性によって主シール６４がボールエレメント８０に対して非同軸状になる必要がある。したがって、ボールエレメント８０が閉弁位置に向かって偏心回転するために、シールハウジング５２の内周面５３とシールハウジング５２の外周面５４とは、それらが非同軸状となるように互いに位置ズレしている。
【００３６】
上記内周面５３に対するボールエレメント８０の適正な位置決めを保証するために、図３に示すピンのような位置決めジグ５７を用いてもよい。この位置決めピン５７はハウジング３０に固定的に取り付けてもよい。より具体的には、入口３１の周囲に位置するピン孔に圧入してもよい。そして、シールハウジング５２を回転させて、シールハウジング５２に形成されたピン孔に上記位置決めピン５７を係合させるのである。逆に、もしバルブ２０が二重の偏心機構を有しているなら、この二つの偏心機構は協働して一つの動作を生じ、上記内周面５３はシールハウジング５２の外周面に対して非同軸状である必要はないだろう。
【００３７】
ボールバルブ２０が閉弁状態にあるときにはその入口３１に高圧による荷重が負荷されている。圧力が上昇すれば、それによってプロセス流体が一次流路の抵抗をバイパスして二次流路７２を通るようになる。このとき、流体が二次流路７２を通過することを防止するのは、その両脚部６１ａ、６１ｂが流れ来る流体に対向するように配置されたシールリング６０ａである。同様に、圧力の上昇は両軸９０、９１を流体の流れ方向に曲げたり変形させたりし始める。両軸９０、９１が曲がると、ボールエレメント８０はシール組立体５０に対して垂直な方向に変位しようとする。主シール６４と変位したボールエレメント８０との間からの漏洩を防止するのは、ボールエレメント８０が変位したときにも主シール６４をそのボールエレメント８０に向けて付勢する弾性部材７０である。圧力が上昇すると、両軸９０、９１はさらに曲がろうとし、これによってボールエレメント８０はさらに変位しようとする。主シール６４は、それが停止させられるまで、または、弾性部材７０が圧縮状態から完全に復元するまでボールエレメント８０に向けて付勢され続ける。しかしながら、高圧下の弾性部材７０は、主シール６４との係合が解かれない限り完全に復元しないであろう。弾性部材７０は、主シール６４への流体圧力による荷重によっては完全には復元しないであろう。したがって、ギャップ７３は、その下端である棚部８１によって主シール６４が停止させられないことを保証するに十分な大きさであり、それにより、高圧条件下であっても、主シール６４とボールエレメント８０との接触が維持されることが保証される。
【００３８】
しかしながら、前述したように、一次流路３３における流体の流れ方向によっては高圧は出口３２においても発生しうる。もし一次流路３３における流体の流れが逆であれば、流体は二次流路７２を逆側から弾性部材７０の周囲を通って貫流することになる。そして、その流れは、両脚部６１ａ、６１ｂが流れ来る流体に対向するように配置された他のシールリング６０ｂによって規制される。同様に、高圧流体は両軸９０、９１を曲げようとし、それによってボールエレメント８０はシール組立体（主シール６４）に向けて変位する。このときの主シール６４とボールエレメント８０との間を通る漏洩を防止するのは、主シール６４をボールエレメント８０に向けて付勢する弾性部材７０である。圧力が上昇すると、ボールエレメント８０はさらにシール組立体５２に向けて変位し、主シール６４は最終的にはシールハウジング５２に底当たりして実質的にギャップ７１が消滅する。
【００３９】
以上の詳細な説明は発明の理解を明瞭にするためのみのものであり、不必要な限定であると理解すべきではない。その変形は当業者にとって自明であるからである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本開示の示唆に従って構成されたボールバルブの平面図である。
【図２】図１のボールバルブの２−２線断面図である。
【図３】図１のボールバルブの３−３線断面図であり、当該バルブが想像線で示す開位置にあるときのボールエレメントの配置を示している。
【図４】主シール、二つのシールリングからなるセット、バネ部材およびシールハウジングを含むボールバルブが閉弁している状態を示す図３の部分拡大断面図である。
【図４Ａ】シールリングを示す、図４の詳細断面図である。
【図５】図４に類似した図であって、主シール、二つのシールリング、バネ部材およびシールハウジングを含むボールバルブが開弁している状態を示す部分拡大断面図である。
【図６】主シール、一つのシールリング、バネ部材およびシールハウジングを含むボールバルブが閉弁している状態を示す部分断面図である。
【図７】シールハウジングの平面図である。
【図８】図７に示すシールハウジングの８−８線断面図である。
【図９】主シールの断面図である。
【図１０】図９の主シールの部分拡大断面図である。
【図１１】波バネ座金の平面図である。
【図１２】図１１の波バネ座金の側面図である。
【図１】
2005521006.tif 000003
【図２】
2005521006.tif 000004
【図３】
2005521006.tif 000005
【図４】
2005521006.tif 000006
【図４Ａ】
2005521006.tif 000007
【図５】
2005521006.tif 000008
【図６】
2005521006.tif 000009
【図７】
2005521006.tif 000010
【図８】
2005521006.tif 000011
【図９】
2005521006.tif 000012
【図１０】
2005521006.tif 000013
【図１１】
2005521006.tif 000014
【図１２】
2005521006.tif 000015
【国際調査報告】
2005521006.tif 000016
2005521006.tif 000017
2005521006.tif 000018