(57)【要約】  ボール弁（１００）は、流体入口および流体出口を有する、内部弁座を画定する弁本体（１０２）と、該内部弁座内に回転可能に据え付けられる制御ボール要素（３０）とを有する。該制御ボール要素（３０）は、部分球状の外表面（３４）と、前縁部（３６、４２、４４、４６、４８）を有する流れ通路（３３）と、該前縁部に当接する第１の内側制御表面（４０）と、該第１の内側制御表面に対して傾斜した角度で該前縁部に当接する第２の内側制御表面（３８）とを有する。
2007508512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口と流体出口とを有する、内部弁座を画定する弁本体と、
前記内部弁座内に回転可能に据え付けられる制御ボール要素とを含むボール弁であって、前記制御ボール要素が、
部分球状の外表面と、
前記ボール要素を貫通する流れ通路とを有しており、前記ボール要素が前記流れ通路の上流端に配置されており、前記制御ボール要素がさらに、
前縁部と、
前記前縁部に当接する第１の内側制御表面と、
前記第１の内側制御表面に対して傾斜した角度で前記前縁部に当接する第２の内側制御表面とを有するボール弁。
【請求項２】
前記第１の内側制御表面が、第１の長手軸を有する円筒状表面を含み、前記第２の内側制御表面が、第２の長手軸を有する円筒状表面を含む、請求項１に記載のボール弁。
【請求項３】
前記第１の長手軸が、前記第２の長手軸に対してある角度を成す、請求項２に記載のボール弁。
【請求項４】
前記第１の長手軸と前記第２の長手軸との間の角度が約９度である、請求項３に記載のボール弁。
【請求項５】
前記第１の長手軸と前記第２の長手軸との間の角度が、約６度〜約１２度の間である、請求項３に記載のボール弁。
【請求項６】
前記前縁部が、Ｖ字形構造と、前記Ｖ字形構造の両側の対称的なセグメントとを含む、請求項１に記載のボール弁。
【請求項７】
前記制御ボール要素に取り付けられた制御シャフトと、制御信号に応答して前記制御シャフトを回転させるように構成されたアクチュエータとをさらに含む、請求項１に記載のボール弁。
【請求項８】
前記制御ボール要素が、前記第２の内側制御表面ではなく、前記第１の内側制御表面に当接する後縁部を含む、請求項１に記載のボール弁。
【請求項９】
前記制御ボール要素上に１対の下向きの耳状部をさらに含んでおり、各耳状部が円筒状通路を画定する、請求項１に記載のボール弁。
【請求項１０】
１対の円筒状伸長部をさらに含んでおり、各伸長部が前記制御ボール要素の各耳状部に取り付けられている、請求項９に記載のボール弁。
【請求項１１】
部分球状の外表面を有するボール・セグメントと、
前記ボール・セグメント上の前縁部と、
制御ボール要素を貫通する流れ通路とを含む制御ボール要素であって、前記流れ通路が、
前記前縁部に隣接する、前記ボール・セグメント上の第１の内側制御表面と、
前記第１の内側制御表面に対してある角度で前記前縁部に当接する、前記ボール・セグメント上の第２の内側制御表面とを有する制御ボール要素。
【請求項１２】
前記第１の内側制御表面が、第１の長手軸を有する円筒状表面を含み、前記第２の内側制御表面が、第２の長手軸を有する円筒状表面を含む、請求項１１に記載の制御ボール要素。
【請求項１３】
前記第１の長手軸が、前記第２の長手軸に対して傾斜した角度を成す、請求項１２に記載の制御ボール要素。
【請求項１４】
前記第１の長手軸と前記第２の長手軸との間の角度が約９度である、請求項１３に記載の制御ボール要素。
【請求項１５】
前記第１の長手軸と前記第２の長手軸との間の角度が、約６度〜約１２度の間である、請求項１３に記載の制御ボール要素。
【請求項１６】
前記前縁部が、Ｖ字形構造と、前記Ｖ字形構造の両側の対称的なセグメントとを含む、請求項１１に記載の制御ボール要素。
【請求項１７】
前記ボール・セグメントが、前記第２の内側制御表面ではなく、前記第１の内側制御表面に当接する後縁部を含む、請求項１１に記載の制御ボール要素。
【請求項１８】
前記ボール・セグメントの対向する側部から下向きのする１対の耳状部をさらに含む、請求項１１に記載の制御ボール要素。
【請求項１９】
ほぼ球状の外表面を有するボール・セグメントと、
上部セグメント中心線を画定する、前記ボール・セグメントの正面縁部上の上部セグメントと、
前記ボール・セグメント上の第１の前縁部を画定する、前記上部セグメント中心線に関して互いに対称的な１対の広がりセグメントと、
前記広がりセグメントに隣接する、前記上部セグメント中心線に関して互いに対称的な１対の下向きのセグメントとを含むボール弁要素。
【請求項２０】
前記１対の下向きのセグメントが、前記外表面と前記ボール・セグメントの第１の内表面との交差部によって形成される、請求項１９に記載のボール弁要素。
【請求項２１】
前記１対の広がりセグメントが、前記外表面と前記ボール・セグメントの第２の内表面との交差部によって形成される、請求項２０に記載のボール弁要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本願は、２００３年１０月１７日に出願された、名称「Ｄｕａｌ  Ｓｅｇｍｅｎｔ  Ｂａｌｌ  Ｖａｌｖｅ」（デュアル・セグメント・ボール弁）の米国特許出願第１０／６８８７７８号の利益を請求する。
【０００２】
本願は、ボール弁と、該ボール弁の内部で使用されるボール要素とに関する。詳細には、該ボール要素は、ボール弁の２重流量特性をもたらす２つの前縁部輪郭（ｌｅａｄｉｎｇ  ｅｄｇｅ  ｐｒｏｆｉｌｅ）を有する。
【背景技術】
【０００３】
化学処理、水の制御、石油精製、流体輸送など、広範な用途にわたって、様々なタイプの弁が使用可能である。ボール弁は、信頼性が高く、簡単に使用できるので、これらの用途の多くで非常に好んで選択される。ボール弁は、その最も単純な形態では、流体を運ぶパイプに一直線に合わせて取り付けることのできる通路をその両端に有する、ハウジングまたは本体（ｂｏｄｙ）を含む。次に、中に円筒状の流れ通路（ｆｌｏｗ  ｐａｓｓａｇｅ）が穿孔されたボールが、弁本体（ｖａｌｖｅ  ｂｏｄｙ）内に設置される。弁内の流れ通路が弁本体内の通路（ｐａｓｓａｇｅ）およびパイプと一直線上にあるときには流体が流れ、かつボールを貫通する通路が弁本体内の通路およびパイプと交差するとき（すなわち、パイプからボールの穴がない側（ｓｏｌｉｄ  ｓｉｄｅｓ）しか「見えない」とき）には流体が流れないように、該ボールを本体内部で回転させることができる。この方法では、単純にボールを４分の１回転させることによって、ボール弁を完全に閉鎖された状態から広く開放された状態へと転回させることができる。この転回は、手動でもたらすことができ、または、自動コンピュータ制御システムからの信号によって、もしくは手動でスイッチを調節することによって駆動できるアクチュエータなど、アクチュエータによってもたらすことができる。
【０００４】
また、「ボール」要素が単に完全なボールの部分セグメントにすぎないボール弁の製造も一般的である。具体的には、ボールには、弁が完全に閉じられているときに本体の上流側で該本体の穴が完全に塞がれるような十分な材料だけを含めればよい。一般に、流体が衝突しない下流側には遮断表面を設ける必要がほとんどないので、このボール・セグメントは、弁の上流または取入側にしか配置されない。シールをもたらすためにボール・セグメントを弁の中央まで後方に延ばす必要はないが、弁本体内でボールがその上で回転する１つもしくは複数のシャフトを受け取るために、後方に延びるタブまたは耳状部を備えるように、該ボール・セグメントを形成することができる。これで、弁が開放されると、セグメントは、流れ経路（ｆｌｏｗ  ｐａｔｈ）の片側に揺動し、流体は、ボール・セグメントの後側を通って流れる。
【０００５】
ボール弁は、容易に開閉可能であるが、また、ボール弁を途中まで開閉させて、制御された流体の絞り流れをもたらすこともできる。弁が完全に開放されているときには、弁内の円形の流れ経路が、本体の円形の穴と完全に位置合わせされるので、弁を通る流体経路の断面が円形になる。弁が閉鎖されるにつれて、ボール内の流れ通路の側縁部（またはボール・セグメントの後側の湾曲した縁部）が、本体内の流れ通路の側縁部へと接近し、流体が通過可能な領域が、円形からフットボール形へと移行し、次いで、最上部および最下部が尖り、中央がわずかに太くなった、細い垂直片へと移行する。理論上は、ボールの相対回転の均等な増分が相対流量係数の均等なパーセンテージ増分を生み出すことになる点で、ボール弁は、均等パーセンテージ型の制御特徴を有する。しかし、ボール弁が閉鎖されるにつれて流れ経路の幅および長さが縮小していくと、弁が完全に開放されていたときよりも、対応する回転度ごとに、弁が急速に絞られる。加えて、小さい細片は、カルノー効果の結果として、乱流および圧力降下をまねく恐れもある。その結果、ボール弁を使用して非常に低い流量で精密制御を提供するのは、困難なことがある。
【０００６】
制御ボール弁の場合、特に弁がごくわずかに開放されているときには、ボールの前縁部が、角度回転１度当たりの流体の流れの量に大きな影響を及ぼす可能性がある。前縁部は、流れ経路が完全に塞がれているときには弁本体に接して密閉し、弁が開放されているときには接近してくる流体の流れに面する縁部である。従来のボール弁には、特に低流量における弁の流体流れ特性の制御を改善するために、流れ通路またはボール・セグメントの前縁部に滑らかなＶ字切込み形状が与えられたものがある。また、他の輪郭の前縁部を設けることもでき、ある輪郭の前縁部を、該前縁部とは異なる輪郭を有する、ある輪郭の後縁部と併せて設けることができる。しかし、一般に、ある輪郭の前縁部形状は、低流量開放時には、制御しやすい反応特性をもたらすが、弁が高流量条件にあるときには、通常、流体の流れる量を制限する。したがって、良好な制御特性ならびに良好な低流量および高流量特性をもたらす制御ボール弁があることが望ましい。
【発明の要約】
【０００７】
一般に、弁内の流体の流れを制御する際に使用されるボール弁およびボール弁制御要素を開示する。該制御要素には、その内側の部分に２つの制御表面を設けることができ、これら２つの部分が、制御要素の概ね円筒状の外表面と交差する場所に、制御要素のための２つの別個の前縁部を画定することができる。
【０００８】
一実施形態では、流体入口と流体出口とを有する、内部弁座（ｉｎｎｅｒ  ｓｅａｔ）を画定する弁本体と、該内部弁座内に回転可能に据え付けられた制御ボール要素（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｂａｌｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ）とを含む、ボール弁を開示する。制御ボール要素は、部分球状の外表面と、前記ボール要素を貫通する流れ通路とを有しており、該ボール要素が該流れ通路の上流端に配置されており、該制御ボール要素は、さらに、前縁部と、該前縁部に当接する第１の内側制御表面と、該第１の内側制御表面に対して傾斜した角度で該前縁部に当接する第２の内側制御表面とを有する。第１の内側制御表面には、第１の長手軸を有する円筒状表面を含めることができ、第２の内側制御表面には、約９度の角度など、第１の長手軸に対してある角度を成し得る第２の長手軸を有する円筒状表面を含めることができる。前縁には、Ｖ字形構造（ｖ−ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）と、該Ｖ字形構造の両側の対称的なセグメントとを含めることができ、弁には、また、制御ボール要素に取り付けられた制御シャフトと、制御信号に応答して該制御シャフトを回転させるように構成されたアクチュエータとを含めることができる。制御ボール要素には、また、第２の内側制御表面ではなく、第１の内側制御表面に当接する後縁部も含めることができ、制御ボール要素上に１対の下向きの耳状部（ｄｅｓｃｅｎｄｉｎｇ  ｅａｒ）を設けることができ、各耳状部が円筒状通路を画定する。さらに、ボール弁には、１対の円筒状伸長部を含めることができ、各伸長部が制御ボール要素の各耳状部に取り付けられる。
【０００９】
他の実施形態では、部分球状の外表面を有するボール・セグメントと、該ボール・セグメント上の前縁部と、制御ボール要素を貫通する流れ通路とを含む制御ボール要素であって、該流れ通路が、該前縁部に当接する、該ボール・セグメント上の第１の内側制御表面と、該第１の内側制御表面に対してある角度で該前縁部に当接する、該ボール・セグメント上の第２の内側制御表面とを有する、制御ボール要素を開示する。第１の内側制御表面には、第１の長手軸を有する円筒状表面を含めることができ、第２の内側制御表面には、約９度の角度など、第１の長手軸に対して傾斜した角度の第２の長手軸を有する円筒状表面を含めることができる。前縁部には、Ｖ字形構造と、該Ｖ字形構造の両側の対称的なセグメントとを含めることができ、ボール・セグメントには、第２の内側制御表面ではなく、第１の内側制御表面に当接する後縁部を含めることができる。該要素には、ボール・セグメントの対向する側部から下向きのする１対の耳状部をさらに含めることができる。
【００１０】
他の実施形態では、ほぼ球状の外表面を有するボール・セグメントと、上部セグメント中心線を画定する、該ボール・セグメントの正面縁部上の上部セグメントと、該ボール・セグメント上の第１の前縁部を画定する、該上部セグメント中心線に関して互いに対称的な１対の広がりセグメントと、該広がりセグメントに隣接する、該上部セグメント中心線に関して互いに対称的な１対の下向きのセグメントとを含む、ボール弁要素を開示する。１対の下向きのセグメントは、外表面とボール・セグメントの第１の内表面との交差部によって形成される。１対の広がりセグメントは、外表面とボール・セグメントの第２の内表面との交差部によって形成することができる。
【００１１】
本発明の１つもしくは複数の実施形態の詳細について、添付図面および以下の説明に記載する。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および諸図面ならびに特許請求の範囲から明らかになる。
【００１２】
様々な図面における類似の参照記号は、類似の要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、ボール要素の一般的な特徴のいくつかを示す、従来技術の制御ボール要素１０の斜視図である。ボール・セグメント１１は、ボール要素１０の片側に材料の厚みから形成される。ボール・セグメント１１は、制御ボール要素を弁本体（図示せず）内で滑らかに回転させる、概ね球状の凸状外表面１２を有する。流れ通路１３は、ボール・セグメント１１の一方の側から反対側へと、すなわち、ボールが開放されているときの上流側から下流側へと延びる。ボール・セグメント１１の内表面２４は、外表面１２の形態と概ね合致する凸状の形態にすることができ、その結果、ボール・セグメント１１は、ほぼ一定の厚さになる。ボール・セグメント１１は、弁に流入する流体が最初に接触する縁部である、前縁部１４を有する。中に円筒状の穴が穿孔されたフル・サイズのボール上の前縁部が弧形になる（すなわち、その弧が、穴によって形成される円の一部分である）のと同様に、前縁部１４は、わずかに湾曲した滑らかな弧の形態の表面を有する。ボール・セグメント１１は、また、前縁部１４の反対側に後縁部１６を有する。後縁部１６は、両端にわずかに湾曲したテーパを備える、概ね平らな形状である。１対の耳状部１８が、ボール・セグメント１１の両側を下方に延びる。耳状部１８は、その底縁部で概ね丸くなっており、その中央を貫く概ね円形のシャフト通路２２を画定する。シャフト通路２２は、制御ボール要素１０が弁本体内に据え付けられたときに該制御ボール要素１０を回転させるために使用されるボール弁シャフトおよびブッシングを受けるように構成される。伸長部（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）２０が、通路２２の周囲を各耳状部１８から外側に延びている。これらの伸長部２０を弁本体の対応する形態と対合させて、ブッシング状のフィッティングによって、制御ボール要素１０を適所に保持し、かつ滑らかに回転させることができる。
【００１４】
図２は、２重特性を有する制御ボール要素３０の斜視図である。該要素３０は、ボール・セグメント３２を有しており、該ボール・セグメント３２の両側から１対の耳状部５２が下方に延びている。ボール・セグメント３２は、弁が回転するときに該ボール・セグメント３２がボール弁ハウジングまたは本体の内部で滑らかに回転できるようにする、概ね球状の外表面３４を有する。外表面３４は、ボール・セグメント３４の側面の周りを、制御ボール要素３０の両側の平らな肩部（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）６６まで下方に包む。伸長部（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）５４の形態をしたブッシング・ボスは、通路６２を形成し、各肩部６６から外側に延び、滑らかな放射状部分６０のところで肩部６６と出合うことができる。各伸長部５４の頂部は、わずかな面取り部５６に当接するランド５８になっている。伸長部５４は、弁本体の対応する形態と対合するようにサイズ設定されており、面取り部５６は、伸長部５４を対応する形態に嵌入しやすくすることができる。
【００１５】
流れ通路３３は、ボール・セグメント３２を貫通して延びる。流れ通路３３は、制御ボール要素３０に性能特徴の改善をもたらすのに役立つ、ある輪郭の前縁部を有する。前縁部は、制御ボール要素３０の前後軸方向の中心線に対して対称的な、いくつかのセグメントを含む。中央から始めると、Ｖ字形構造の丸みを帯びた先端の役割を果たす、上部セグメント３６がある。広がりセグメント４２が上部セグメント３６から下方かつ外側に延びて、Ｖ字形構造を形成する。広がりセグメント４２は、上部セグメント３６から遠ざかるときに初めはまっすぐにすることができ、次いで、わずかに内側に湾曲させ始めることができる。この方法では、前縁部は、球状のボールに円筒状の穴が形成されて、低流量操作を改善するためにＶ字形をもたらすように調節された、標準的な制御ボール要素の形状に近い。
【００１６】
広がりセグメント（ｆｌａｒｉｎｇ  ｓｅｇｍｅｎｔ）４２は、上部セグメント３６から最も遠い広がりセグメントの端部で、下向きのセグメント４４に出合う。下向きのセグメント４４は、広がりセグメント４２から始まる一般曲線を継続するが、広がりセグメント４２とわずかな角度を成して出合うこともできる。ボール・セグメントがその内側に異なる２つの制御表面を有するので、この角度が生み出される。後縁部５０は、円筒状の穴の曲線に従う。
【００１７】
第１の内表面４０は、全体的に、制御ボール要素３０の中心を通って作製された円筒状切削部（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  ｃｕｔ）によって画定される。それは、切削部のかなりの部分に沿って一定の半径を有しており、ゆえに、従来のボール弁の流れ通路に近いこともある。また、第１の内表面４０は、前部から後部までほぼ平らなものとして示されている。言うまでもなく、図に示したように、制御ボール要素３０が完全なボールを含まず、かつ耳状部（ｅａｒ）５２の内側の下部がまっすぐ下方に下向きのするので、流れ通路３３の第１の表面４０は、完全な円筒の一部分にすぎず、「Ｕ」字形を形成する。十分に理解されるように、第１の内表面４０を、また、他の様々な適切な形態にすることもできる。例えば、表面４０に、その全周囲を通じて変化する半径を与えることができる。また、弁の予想される用途に応じて、平らな形状ではなく、前部から後部まで凹状または凸状の形状にすることもできる。
【００１８】
また、第２の内表面３８も、ボール・セグメント３２の内側に画定される。概念的には、第２の内表面３８は、第１の内表面４０がボールを貫通する丸いポートとしてフライス削りされた後でボール・セグメント３２の内側にフライス削りされた、第２の特徴的な切削部である。第２の切削部は、ボールがその第１の切削部のための位置から下方に、例えば９度傾けられた後で、わずかにＶ字形をした穴として作製される。第２の内表面３８は、前部から後部まで概ね平らであるが、後部から前部へと移動するにつれて制御ボール要素の中心から外側にテーパする。その結果、流れ通路３３の開口面積は、第２の内表面３８の長さにわたって制御ボール要素３０の中心に向かって後方に移動するにつれて減少し、第２の内表面３８が終わった後は一定のままになる。
【００１９】
前縁部は、また、下向きのセグメント４４から、湾曲した横セグメント４８がそこから耳状部５２へと後方に延びる地点まで延びる、その下端に概ね平行な内側縁部６４を備えた対称的なセグメント４６も有する。セグメント４６は、概ね垂直であり、第１の内表面４０の底縁部が終わる場所から始まる。各セグメント３６、４２、４４、４６、および４８には、弁が閉位置に向かって回転されるときに弁座がそれらのセグメントにわたって滑らかに移動できるように、滑らかに丸みが付けられた、緩やかに移行する縁部を設けることができる。全体として、デュアル・セグメント設計は、性能を大きく損なうことなく、良好な流れの容量および制御性をもたらすことのできる、２つの前縁部または２つの前縁部分を有する。
【００２０】
制御ボール要素３０は、様々な形態にすることができ、様々な材料から製造することができる。例えば、要素３０を、ステンレス鋼、セラミック、もしくは炭素鋼、または、Ａｖｅｓｔａ、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ、Ｍｏｎｅｌ、Ｉｃｏｎｅｌ、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ、Ａｌｌｏｙ６、Ａｌｌｏｙ２０などの合金から作製することができる。また、ボール制御要素３０をクロムめっきすることもでき、またはＳｔｅｌｌｉｔｅ硬化面にすることもできる。
【００２１】
代替的な一実施形態では、ボール要素３０の後縁部５０にも２重特性を与えることができる。例えば、前縁部のパラメータを、特定の流量特性をもたらすように選択することができ、後縁部のパラメータを、他の流量特性をもたらすように選択することができる。そのような配置は、弁についての最大流れ容量を損なう恐れがあるが、それによって、ボール要素３０を異なる２つの方法で据え付けて、異なる性能を提供できるようになる。この方法では、製造業者がさほど多くの在庫品を作製／貯蔵する必要なしに、また顧客がさほど多数のモデルを仕入れる必要もなしに、製造業者が顧客にさらなる性能オプションを提供することができる。
【００２２】
特徴的な特定の切削部のパラメータは、細かい段階的な流れ特性と流れ容量との間のバランスをもたらすように設計できる、前縁部形状の結果である。流れ通路３３を、初めに、ＡＮＳＩまたは他の適切な要件を満たすように最適化することができる。次に、ボール要素３０の球体直径およびブッシング・ボスを、クリアランスおよび製作公差のための許容差を与えて、特定の弁の弁本体に適合するようにサイズ設定することができる。クリアランスは、底部ブッシングを取り付けた状態での動作に十分なものにすべきである。
【００２３】
次いで、ボール要素３０のＶ字の特徴をもった切削部角度および流れ通路３３の直径を決定することができる。前縁部上の様々な地点の移行部は、弁の流れストリームへの侵入を最小限に抑え、かつ弁座の干渉およびオーバーラップを考慮するように構成することができる（弁座のオーバーラップは、ボールの長さから縁部の合計を引いたものであり、実際には、９０度回転を想定した、流れの停止と完全閉位置との間のボール回転量である）。弁が完全に開放されているときには、ボールの後部は、流れストリームに侵入すべきではない。
【００２４】
弁座の場所および弁の性能を考慮するための、特定の弁についての適切なパラメータの選択は、当業者の能力の範囲内である。弁の性能の目標には、十分な弁座オーバーラップと、完全開放状態から完全閉鎖状態への９０度作動とをもたらす、最大流れ容量および特徴的な「Ｖ」字の輪郭を含めることができる。考慮できる様々な因子には、次の１つもしくは複数が含まれる：
【００２５】
ボール・セグメント角度：ボール・セグメント角度を増大させると、また、ボールの長さおよび弁座オーバーラップも増大する。ボール・ポート直径とボール球体直径との所与の比率について、移行部が縁部になり、かつ角度をさらに増大させてもボールの長さが増大しない、最大セグメント角度が存在する。
【００２６】
Ｖ字の特徴をもった輪郭：特徴的な切削部形状の輪郭を増大させると（丸い形から外れると）、切削部の角度および／または深さが増大することになり、弁座オーバーラップが低減される。
【００２７】
Ｖ字の特徴をもった切削部深さおよび角度：切削部の深さを増大させると、弁座オーバーラップが減少する。切削部が浅すぎる場合、「Ｖ」字の輪郭は、ボール・ポートとの境界面のところで先端が切り取られたものになる。
【００２８】
ボール球体直径：球体直径を増大させると、弁座オーバーラップが増大する。また、作動１度当たりに、弁座によって擦られる球状ボール表面の量も増大する。所与のボール長さの球体直径が大きいほど、少ない作動度数で弁座を通過する。
【００２９】
ボール・ポート直径：ボール・ポート直径を増大させると、球体直径に入り込み、弁座オーバーラップが減少する。円筒状のボール・ポートが９０度回転（完全開放）時に流れストリームに平行になるように、ボール・セグメント角度と、「Ｖ」字の特徴をもった切削部角度／深さおよび弁座オーバーラップとのバランスを取るべきである。
【００３０】
前縁部の合計：前縁部の合計の長さを増大させると、弁座オーバーラップが減少する。合計の長さおよび半径は、弁座アセンブリ干渉を上回る球状ボール表面からの深さをもたらすはずである。
【００３１】
ボールの長さ：ボールの長さを増大させると、弁座オーバーラップが増大する。ボールの長さは、特徴的なＶ字切込みの頂点からボール球体半径の他の端部までの直線距離によって測定される。
【００３２】
弁座直径：弁座の内部の直径を増大させると、より大きい容量が可能になり、弁座オーバーラップが減少する。
【００３３】
弁座からステム中心線までの距離：ステム中心線から弁座までの距離を増大させると、間接的に弁座オーバーラップが増大する。弁座と中心線との距離がより長い状態で、弁座とボール・アセンブリとの干渉を維持するには、ボール球体直径を増大させ（オーバーラップを増大させる）、または弁座内径を縮小させる（やはりオーバーラップを増大させる）。
【００３４】
図３ａ〜３ｃは、それぞれ、図２の制御ボール要素３０の側面図、端面図、および斜視図である。図３ａに示したように、２インチ・ボール弁についての特定の一実施形態では、第１の内表面４０を、第２の内表面３８に対して９度の角度で設けることができる。第２の内表面３８は、通路６２の中心点を通る軸に垂直に、かつ該軸の０．７７４インチ上方に作製される、切削部として形成することができる。他の寸法および角度を、適切に、かつ弁のサイズに応じて採用することができる。例えば、２つの切削部間の角度を、約６度〜約１２度の間にすることができ、より好ましくは約９度にすることができる。
【００３５】
図３ｂは、特に、前縁部を実線で、後縁部を破線で示す、制御ボール要素３０の正面図を示す。この図では、Ｖ字形構造を中央に見ることができ、広がりセグメントが外側かつ下方に延びており、下向きのセグメントが続いて下方に延びており、最後のセグメントが、さらに下方に延び、次いで外側に延びて耳状部に達している。後縁部の滑らかな曲率は、また、図３ｂでも観察することができる。さらに、ブッシングに対応するために、一方の耳状部の通路が、他の耳状部の通路よりも大きいことがわかる。次に、図３ｃは、図２に類似した、ただし、実線および隠れ線の形式の図を提示する。
【００３６】
図４は、様々な回転角度にある２重特性ボール弁の切欠斜視図および端面図を示す。図の各対は、特定の回転角度について対応する図を提示する。右側の列の図は、左側の列に示した弁の左側から見た図であり、左側の列の図から９０度回転されている。参照数字８０で示す状態では、ボールは、完全閉鎖状態から５度回転されているが、参照数字８２で示す状態では、ボールは、完全閉鎖状態から２０度回転されており、流れ経路は、制御ボール要素のＶ字形構造を含むものとして提示されている。参照数字８４、８６で示す状態では、ボールは、完全閉鎖状態から５０度回転されている。ここでは、前縁部のかなりの部分を見ることができ、全体的に湾曲した前縁部の形状は、Ｖ字形構造よりも、流体の流れに大きな影響を及ぼしている。参照数字８８、９０で示す状態では、ボールは、完全閉鎖状態から８１度回転されており、制御ボール・セグメントのほぼすべてが、流体の流れの経路から外れている。参照数字９２、９４で示す状態では、ボールは、完全閉鎖状態から９０度回転されており、したがって完全開放状態にある。制御ボール要素は、流体の流れる通り道から消えており、それによって高流量特性を最大限にしている。さらに、制御ボール要素の第２の内表面は、弁の外側へとわずかにテーパしているので、前縁部が、弁の取入口の直径のわずかに外側で、シーリング・リングと概ね一直線上にある。ゆえに、参照数字９２で示す状態では、弁に左から進入する流体は、本来ならばシーリング・リングから上に突き出ることになる制御ボール要素のリップに捕らわれることがない。この方法では、流体は、弁の取入領域から制御ボール要素を通って、より滑らかに流れることになる。
【００３７】
図５は、ボール弁アセンブリ１００の切欠図を示す。アセンブリ１００は、一般に、流れの矢印によって示された流体を受けるように設計された本体１０２を含む。弁本体１０２は、弁１００によって制御される流体がその中を流れることのできる、中央の中空シリンダ１０４を有する。制御ボール要素１０６は、中空シリンダ１０４内に据え付けられており、シリンダ１０４内の流れを遮断するように、またはシリンダ１０４内の流れを可能にするように、回転可能である。制御ボール要素１０６が、シリンダ１０４の周囲に完全なシールを形成でき、また弁１００が開放されるときには流体の流れる通り道の外に移動できるように、シリンダ１０４は、一般に、制御ボール要素１０６の場所でわずかに拡大される。弁１００が閉鎖しているときの流体の漏れを防ぐために、シート（ｓｅａｔｓ）またはシール・リング（図示せず）を、制御ボール要素１０６に接触させてシリンダ１０４内に設けることができる。該シールは、ＭＮ−７ポリマー、金属、テフロン、またはＰＴＦＥを含め、いずれか適切な材料から形成することができる。
【００３８】
制御ボール要素１０６は、該制御ボール要素１０６から弁本体１０２の外側へと延びる制御シャフト１０８によって回転／駆動される。流体が弁１００から漏れ出るのを防ぐために、制御シャフト１０８と弁本体１０２との間に、充填材料または他のシーリング材料を設けることができる。他の図でより明確に示したように、制御ボール要素１０６には、制御シャフト１０８をその中で受けることができ、かつ制御ボール要素１０６をその上に据え付けることのできるチャネルを画定する、耳状部を含めることができる。具体的には、制御シャフト１０８が流体の流れに干渉しないようにするために、制御ボール要素１０６の一方の耳状部を弁本体１０２のポケットで受けることができ、他方の耳状部は、制御シャフト１０８の端部を受けることができる。制御ボール要素１０６と制御シャフト１０８との間の連結は、ピンもしくは鍵、またはスプライン連結を使用することができる。制御シャフト１０８は、アクチュエータ１１０によって駆動され、該アクチュエータは、機械式、電気機械式、空気圧式、または他のいずれか適切な形態にすることができる。手動および／またはコンピュータで生成される信号が、アクチュエータに命令を与えることができる。アクチュエータは、さらに、イーサネット・プロトコルを含めたプロトコルを使用するローカル・エリア・ネットワークなどによって、アクチュエータに制御信号を与えて制御ボール要素１０６の位置を変更させる、自動制御システムに連結することができる。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態について説明してきた。それでも、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更を実施できることが理解されよう。例えば、制御表面を様々な形状にすることができ、また、制御ボール要素も、様々な形状にすることができ、図に示したよりも完全なボールに近い／遠いものにすることができる。したがって、他の諸実施形態は、特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来技術の制御弁ボールの斜視図である。
【図２】２重特性を有する制御弁の斜視図である。
【図３】２重特性を有する制御弁の側面図、端面図、および斜視図である。
【図４】制御弁ボールを様々な回転角度で示す、２重特性ボール弁の切欠斜視図、ならびに、該制御ボールを対応する回転角度で示す、対応する端面図である。
【図５】ボール弁アセンブリの切欠図である。
【図１】
2007508512.tif 000003
【図２】
2007508512.tif 000004
【図３】
2007508512.tif 000005
【図４】
2007508512.tif 000006
【図５】
2007508512.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年8月1日(2005.8.1)
【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】
流体入口と流体出口とを有する、内部弁座を画定する弁本体と、
前記内部弁座内に回転可能に据え付けられる制御ボール要素とを含むボール弁であって、前記制御ボール要素が、
部分球状の外表面と、
前記ボール要素を貫通する流路とを有しており、前記ボール要素が前記流路の上流端に配置されており、前記制御ボール要素がさらに、
前縁部と、
前記前縁部に当接する第１の内側制御表面と、
前記第１の内側制御表面に対して傾斜した角度で前記前縁部に当接する第２の内側制御表面とを有しており、
前記第１の内側制御表面が、第１の長手軸を有する円筒状表面を含んでおり、前記第２の内側制御表面が、第２の長手軸を有する円筒状表面を含んでおり、前記第１の長手軸が、前記第２の長手軸に対して約６度〜約１２度の間の角度を成すボール弁。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記第１の長手軸と前記第２の長手軸との間の角度が約９度である、請求項１に記載のボール弁。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
前記前縁部が、Ｖ字形構造と、前記Ｖ字形構造の両側の対称的なセグメントとを含む、請求項１に記載のボール弁。
【請求項７】
前記制御ボール要素に取り付けられた制御シャフトと、制御信号に応答して前記制御シャフトを回転させるように構成されたアクチュエータとをさらに含む、請求項１に記載のボール弁。
【請求項８】
前記制御ボール要素が、前記第２の内側制御表面ではなく、前記第１の内側制御表面に当接する後縁部を含む、請求項１に記載のボール弁。
【請求項９】
前記制御ボール要素上に１対の下行耳状部をさらに含んでおり、各耳状部が円筒状通路を画定する、請求項１に記載のボール弁。
【請求項１０】
１対の円筒状拡張部をさらに含んでおり、各拡張部が前記制御ボール要素の各耳状部に取り付けられている、請求項９に記載のボール弁。
【請求項１１】
部分球状の外表面を有するボール・セグメントと、
前記ボール・セグメント上の前縁部と、
制御ボール要素を貫通する流路とを含む制御ボール要素であって、前記流路が、
前記前縁部に隣接する、前記ボール・セグメント上の第１の内側制御表面と、
前記第１の内側制御表面に対してある角度で前記前縁部に当接する、前記ボール・セグメント上の第２の内側制御表面とを有しており、
前記第１の内側制御表面が、第１の長手軸を有する円筒状表面を含んでおり、前記第２の内側制御表面が、第２の長手軸を有する円筒状表面を含んでおり、前記第１の長手軸が、前記第２の長手軸に対して約６度〜約１２度の間の傾斜角を成す制御ボール要素。
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
前記第１の長手軸と前記第２の長手軸との間の角度が約９度である、請求項１１に記載の制御ボール要素。
【請求項１５】
（削除）
【請求項１６】
前記前縁部が、Ｖ字形構造と、前記Ｖ字形構造の両側の対称的なセグメントとを含む、請求項１１に記載の制御ボール要素。
【請求項１７】
前記ボール・セグメントが、前記第２の内側制御表面ではなく、前記第１の内側制御表面に当接する後縁部を含む、請求項１１に記載の制御ボール要素。
【請求項１８】
前記ボール・セグメントの対向する側部から下行する１対の耳状部をさらに含む、請求項１１に記載の制御ボール要素。
【請求項１９】
（削除）
【請求項２０】
（削除）
【請求項２１】
（削除）
【国際調査報告】
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2007508512.tif 000009
2007508512.tif 000010