(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流入口（３３，３４）および流出口（３４，３３）を有する弁箱（３１）と、
この弁箱内に固定され、前記流入口から前記流出口へ流れる流体の量を制御する流量制御用窓（４３）を有する円筒状のケージ（３７）と、
このケージに設けられた唯一の弁座（４４）と、
係合部（４５−１ａ）を有する弁体本体（４５−１）とこの弁体本体の係合部に着脱可能に取り付けられたリング状のリテーナ（４５−２）とから構成され、前記ケージの内側に摺動自在に嵌め込まれ、前記弁座に着座した状態において前記流量制御用窓を閉じて前記流入口から前記流出口への流体の通路を遮断し、前記弁座から離れた状態において前記流量制御用窓を介して前記流入口から前記流出口への流体の通路を形成する弁体（４５）と、
この弁体に前記ケージの軸方向に形成され、流体の通路（４１）と前記ケージの軸方向の一方側に形成された空間（４７）とを連通して流体から受ける圧力を平衡する開口（５１）と、
前記弁体に結合され、前記ケージの軸方向に前記弁体を移動する弁軸（４８）と、
前記ケージの内周面に沿った前記リテーナの最端位置に前記ケージの内周面に接して前記リテーナの外周面にリング状に設けられ、前記弁体が前記弁座に着座した状態において、前記流量制御用窓，前記ケージの内周面と前記弁体の外周面との隙間，前記空間および前記開口に生じる流体の流れを遮断する第１の封止部材（３８）と、
前記弁体本体の係合部と前記リテーナの端部との間の隙間に収容され、前記弁体が前記弁座に着座した状態において、前記流量制御用窓および前記第１の封止部材との間に生じる流体の流れを遮断するリング状の第２の封止部材（５４）と
を備えたことを特徴とする単座形弁装置。
【請求項２】
請求項１に記載された単座形弁装置において、
前記リテーナは、当該リテーナを前記弁体本体の係合部に締め付ける際に利用される爪（４５−２ａ）
を備えていることを特徴とする単座形弁装置。
【請求項３】
請求項１に記載された単座形弁装置において、
前記リテーナは、第１の貫通孔（４５−２ｃ）を有し、
前記弁体本体は、第２の貫通孔（４５−１ｃ）を有し、
前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔とを合致させた状態でこの第１の貫通孔および第２の貫通孔を貫いてピン（５５）が打ち込まれている
ことを特徴とする単座形弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、石油工業、化学工業などに用いられる弁装置、特に円筒状のケージと弁体（弁プラグ）によって流体の流量を制御するケージ型弁装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なケージ型弁装置の構成を図１８に示す。同図において、１は弁箱であり、この弁箱１は仕切壁２により内部が上流側流路３と下流側流路４に仕切られている。弁箱１の上端開口部を閉鎖する上蓋５と仕切壁２との間には円筒状のケージ７が設けられている。ケージ７の下端部は仕切壁２の中央に開設された通孔９に嵌め込まれている。ケージ７の周壁には上流側流路３と下流側流路４とを連通させる複数個の流量制御用窓１３が開設されている。ケージ７の内周壁面には流量制御用窓１３の上方および下方にそれぞれ位置する２つの弁座１４Ａ，１４Ｂが形成されている。ケージ７には、その内周壁面に沿って、弁プラグ（弁体）１５が摺動自在に嵌め込まれている。
【０００３】
弁座１４Ａ，１４Ｂは、口径が互いに異なり、上方側の弁座１４Ａの口径が下方側の弁座１４Ｂの口径よりも大きい。弁プラグ１５は、下面が開放する筒状体で、弁軸１８の先端に取り付けられている。弁軸１８は上蓋５の中央に設けられた貫通孔１６に摺動自在に貫通して設けられている。弁プラグ１５の外周面には弁座１４Ａ，１４Ｂに対応して２つの着座部１９Ａ，１９Ｂが設けられている。着座部１９Ａ，１９Ｂはケージ型弁装置の全閉状態において、図１９（ａ）に示すように弁座１４Ａ，１４Ｂに共に着座する。弁プラグ１５には、弁プラグ１５の内外の圧力が等しくなるように、開口（圧力平衡用の開口）２１が複数個形成されている。開口２１は弁プラグ１５によって仕切られるケージ７の軸方向の一方側の空間１７と他方側の空間（流体の通路）１１との間を連通する。
【０００４】
このケージ型弁装置において、弁軸１８は、自動制御装置による駆動部の作動や手動操作によって上下動される。弁軸１８が上下動すると、弁プラグ１５が弁軸１８と一体になって上下動し、流量制御用窓１３の開度すなわち開口面積が変化する。これによって、上流側流路３からケージ７の内部を通って下流側流路４に流れる被制御流体の流量が制御される。流量制御用窓１３の形状により所望の流量特性を得ることができる。
【０００５】
このタイプのケージ型弁装置においては、弁プラグ１５をケージ７に滑らかに摺動させるために、弁プラグ１５の外周面とケージ７の内周面との間に微細な隙間を設けざるを得ない。そのため、弁プラグ１５とケージ７との隙間を流体が流通してしまうので、流体中に含まれる異物がこの隙間に侵入して障害となる機会が多い。この点を図１９（ｂ）を参照して詳述する。この例では、ケージ７の外側が上流側、弁座１４Ｂの下側が下流側である。弁プラグ１５が全閉と全開との間の位置（中間開度）にあるときは、流量制御用窓１３が弁プラグ１５の側面によって部分的に塞がれ、流体が流通できる面積が狭められているために、上流側の流体圧力が高く下流側の流体圧力が低くなっている。このとき、空間１７中の流体圧力は開口２１を通じて下流側の流体圧力と等しくなり、流量制御用窓１３と空間１７との間に差圧が発生する。中間開度では着座部１９Ａは弁座１４Ａに着座しないので、高圧の流量制御用窓１３から弁プラグ１５とケージ７との隙間を通じて低圧の空間１７へと流体が流れるのである。流体に含まれる異物２２の形状は一般的に不定形であるため、弁プラグ１５とケージ７との隙間に侵入した後、姿勢が変わり隙間内部で引っかかって滞留してしまうこともある。弁装置を長時間使用することによって、隙間内部に滞留する異物２２が増加し弁プラグ１５とケージ７との摺動面を傷つける結果、摺動摩擦の増大、摩耗、カジリ等の障害が発生する。また、閉弁時に異物２２が弁座１４Ａと着座部１９Ａとの間に挟まれて圧力を受けると、そこに異物２２が強固に付着してしまい、やがて閉弁時にも着座部１９Ａが弁座１４Ａに接触できなくなる。その結果、閉弁時に着座部１９Ｂと弁座１４Ｂとが完全に締まらなくなってリーク量が増大するという問題も生じる。
【０００６】
そこで、実用新案登録第２５６４５４２号公報（文献１）に示されるケージ型弁装置では、図２０にそのケージと弁プラグの断面図を示すように、弁プラグ１５の外周面の最上端位置に断面「Ｌ」字状の溝６を設け、この溝６に同一断面形状のピストンリング８を嵌め込んでいる。すなわち、弁プラグ１５の外周を取り巻くように、ピストンリング８を設けている。ピストンリング８の上面８ａと弁プラグ１５の最上端位置の端面１５ａとは同一面を形成している。ピストンリング８は弾性材料で形成されると共に単体ではゲージ７の内径よりもやや大径に形成されており、図２０のように組み立てられた状態ではピストンリング８の拡張力によってその外周面がケージ７の内周面に押し付けられ全周にわたって密着している。
【０００７】
このような構造とすることにより、流量制御用窓１３と空間１７との間に流体差圧が発生しても、ケージ７の内周面と弁プラグ１５の外周面との隙間を通じて、空間１７への流体の流れが生じない。そのため、ケージ７と弁プラグ１５の摺動面へ新たな異物２２が侵入する機会が防止される。また、ピストンリング８の上面８ａと弁プラグ１５の最上端位置の端面１５ａとが同一面とされていることから、弁プラグ１５の上端面からのケージ７と弁プラグ１５の摺動面への異物２２の侵入も防止される。また、弁プラグ１５が上昇する際に、ピストンリング８の上面８ａがゲージ７の内周面に付着している異物２２を除去する。この結果、異物の噛み込みによる作動不良を起こさず、また弁の耐久性および締切特性を向上させることが可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した文献１のケージ型弁装置は、ケージ７および弁プラグ１５に互いに口径の異なる大小２つの弁座１４Ａ，１４Ｂおよび着座部１９Ａ，１９Ｂを有する複座形であるので、ケージ７および弁プラグ１５の加工に複雑な手順を要する。このため、加工費用が嵩むという問題があった。
また、上下の弁座１４Ａ，１４Ｂに弁プラグ１５の着座部１９Ａ，１９Ｂを同時に着座させる必要がある。このため、上下の弁座１４Ａ，１４Ｂおよび着座部１９Ａ，１９Ｂの位置精度を高く保つ必要があり、ケージ７および弁プラグ１５の加工費用が嵩むという問題があった。
【０００９】
また、下側の弁座１４Ｂおよび着座部１９Ｂは、流体の流れの中に直接置かれているので摩耗しやすい。一方、上側の弁座１４Ａおよび着座部１９Ｂは、流体の流れに接触しないので摩耗が少ない。下側の弁座１４Ｂおよび着座部１９Ｂが摩耗してしまうと、上側の着座部１９Ａが弁座１４Ａに着座しても、下側の着座部１９Ｂが弁座１４Ｂに着座せず、隙間が生じて締切特性が悪化する。これにより、ケージ７および弁プラグ１５の早期の交換が必要となる。
【００１０】
なお、複座形のケージ型弁装置において、弁プラグにシールリングを設けることによって、下側の弁座および着座部の摩耗による締切特性の悪化を防止するようにしたものもある。図２１に米国特許第５２３６０１４号公報（文献２）に示された複座形のケージ型弁装置におけるケージと弁プラグの断面図を示す。同図において、図２０と同一符号は、同一或いは同等構成要素を示す。
【００１１】
このケージ型弁装置では、弁プラグ１５の上部外周面に溝６を設け、この溝６にピストンリング８を嵌め込んでいる。また、弁プラグ１５のピストンリング８よりも下方にシールリング１０を取り付けている。ケージ型弁装置の全閉状態において、下側の弁座１４Ｂには弁プラグ１５の着座部１９Ｂが着座し、上側の弁座１４Ａにはシールリング１０を介して弁プラグ１５の着座部１９Ａが着座する。このため、下側の弁座１４Ｂおよび着座部１９Ｂが摩耗して全閉時の弁プラグ１５の位置がその分だけ下方へ変位しても、上側の弁座１４Ａがシールリング１０を余分にたわませることでその変位を吸収し、下側の着座部１９Ｂが弁座１４Ｂに着座しなくなってしまうということが防がれる。
【００１２】
しかし、この文献２のケージ型弁装置では、ケージ７および弁プラグ１５に互いに口径の異なる大小２つの弁座１４Ａ，１４Ｂおよび着座部１９Ａ，１９Ｂを形成する必要がある点では文献１のものと変わりがない。すなわち、文献２のケージ型弁装置でも、ケージ７の内径および弁プラグ１５の外径を二種類の寸法（大小）に加工する必要がある。このため、ケージ７および弁プラグ１５の加工費用が嵩むという問題がある。
【００１３】
また、文献２のケージ型弁装置では、空間１７中の流体は弁プラグ１５の開閉動作のときのみ開口２１を通じて流動するが、それ以外では流動しないので、流体に含まれている異物は空間１７の下隅部分に沈殿して滞留しやすい。しかし、この弁装置では、ピストンリング８が弁プラグ１５の最上端位置よりもやや下がった位置に設けられている。このため、混合物の多い流体を流した場合に、ピストンリング８よりも上側のケージ７の内周面と弁プラグ１５の外周面との隙間に異物の噛み込みが生じやすい。
【００１４】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、異物の噛み込みが生じにくく、かつ安価で長寿命の弁装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明は、流体の流入口および流出口を有する弁箱と、この弁箱内に固定され、流入口から流出口へ流れる流体の量を制御する流量制御用窓を有する円筒状のケージと、このケージに設けられた唯一の弁座と、係合部を有する弁体本体とこの弁体本体の係合部に着脱可能に取り付けられたリング状のリテーナとから構成され、ケージの内側に摺動自在に嵌め込まれ、弁座に着座した状態において流量制御用窓を閉じて流入口から流出口への流体の通路を遮断し、弁座から離れた状態において流量制御用窓を介して流入口から流出口への流体の通路を形成する弁体と、この弁体にケージの軸方向に形成され、流体の通路とケージの軸方向の一方側に形成された空間とを連通して流体から受ける圧力を平衡する開口と、弁体に結合され、ケージの軸方向に弁体を移動する弁軸と、ケージの内周面に沿ったリテーナの最端位置にケージの内周面に接してリテーナの外周面にリング状に設けられ、弁体が弁座に着座した状態において、流量制御用窓，ケージの内周面と弁体の外周面との隙間，空間および開口に生じる流体の流れを遮断する第１の封止部材と、弁体本体の係合部とリテーナの端部との間の隙間に収容され、弁体が弁座に着座した状態において、流量制御用窓および第１の封止部材との間に生じる流体の流れを遮断するリング状の第２の封止部材とを設けたものである。
この発明によれば、弁体がケージの唯一の弁座に着座すると、流入口と流出口との間の流体の流れが遮断される。弁体の最端位置（リテーナの最端位置）に設けられた第１の封止部材は、流量制御用窓、ケージの内周面と弁体の外周面との隙間、ケージの軸方向の一方側に形成された空間および弁体に形成された開口（圧力平衡用の開口）に生じる流体の流れを遮断する。また、弁体の最端位置に設けられた第１の封止部材は、弁体の上端面からのケージの内周面と弁体の外周面との隙間への異物の侵入を防ぐ。弁体がケージの弁座から離れると、流入口からの流体の流れがケージの流量制御用窓を通して流出口へ流れる。この際、第１の封止部材の一端面がケージの内周面に付着している異物を除去する。
また、本発明によれば、弁体本体の係合部とリテーナの端部との間の隙間に収容されたリング状の第２の封止部材によって、流量制御用窓および第１の封止部材との間に生じる流体の流れが遮断される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づき詳細に説明する。
〔参考例１〕
図１はこの発明の実施の形態の説明に入る前の参考例（参考例１）を示す単座形弁装置の構成図である。同図において、３１は鋳造ステンレス製の弁箱であり、この弁箱３１は仕切壁３２により内部が上流側流路３３と下流側流路３４に仕切られている。弁箱３１の上端開口部を閉鎖する上蓋３５と仕切壁３２との間にはステンレス製のケージ３７が設けられている。ケージ３７は円筒状のケージ本体３７−１とこのケージ本体３７−１の下端に着脱可能に取り付けられた弁座体３７−２とから構成されている。弁座体３７−２は、リング状とされ、その内周面の最上端位置を面取りして弁座４４が形成されている。
【００１７】
ケージ３７の下端部（弁座体３７−２）は仕切壁３２の中央に開設された通孔３９にパッキンを介して嵌め込まれている。上蓋３５によりケージ本体３７−１および弁座体３７−２が下方へ押圧され上記パッキンが弾性変形状態におかれるので、この部分を通じて上流側流路３３の流体が下側流路３４へもれることはない。ケージ３７の周壁（ケージ本体３７−１の周壁）には上流側流路３３と下流側流路３４とを連通させる複数個の流量制御用窓４３が開設されている。ケージ３７には、その内周面に沿って、ステンレス製の弁プラグ（弁体）４５が摺動自在に嵌め込まれている。ケージ３７と弁プラグ４５との摺動面は滑らかに仕上げられており、摺動摩擦は十分に小さい。
【００１８】
弁プラグ４５は、下面が開放する筒状体で、ステンレス製の弁軸４８の先端にねじ込み後に端部をスポット溶接して取り付けられている。なお、ねじ込み作業を容易にするため、ねじ孔の外周の突出した部分には六角ナット形状が形成されており、スパナで締め付け可能である。弁プラグ４５をこのような複雑形状に形成するためにはロストワックス精密鋳造工法を用いるとよい。弁軸４８は上蓋３５の中央に設けられた貫通孔４６中のグランドパッキンに摺動自在に貫通して設けられている。弁プラグ４５の外周面にはケージ３７側の弁座４４に対応して着座部４９が設けられている。この弁座４４および着座部４９は完全に密着するように十分精密に仕上げられている。また、弁プラグ４５には、弁プラグ４５の内外の圧力が等しくなるように、開口（圧力平衡用の開口）５１が複数個形成されている。開口５１は弁プラグ４５によって仕切られるケージ３７の軸方向の一方側の空間４７と他方側の空間（流体の通路）４１との間を連通する。流体圧力により弁プラグ４５が受ける軸方向の力をキャンセルして、小さな駆動力で弁プラグ４５を開閉動作可能としている。
【００１９】
また、弁プラグ４５の外周面の最上端位置に断面「Ｌ」字状の溝３６を設け、この溝３６に同一断面形状のピストンリング３８を嵌め込んでいる。すなわち、弁プラグ４５の外周を取り巻くように、ピストンリング３８を設けている。ピストンリング３８の上面３８ａと弁プラグ４５の最上端位置の端面４５ａとは同一面を形成している。
【００２０】
ピストンリング３８は弾性を有すると共に摺動相手のケージ（ステンレス）３７よりも軟質で潤滑性を有する材料で形成される。ここでは、炭素繊維入りフッ素樹脂製とされている。図２（ａ）にピストンリング３８の平面図を、図２（ｂ）に図２（ａ）におけるｂ−ｂ線断面図を示す。ピストンリング３８は、一部周縁が切り欠かれて開放したリング状に形成されている。切り欠かれた開放端面の一方および他方には円周方向へ突起３８ｂおよび３８ｃが形成されている。切り欠かれた開放端面の他方および一方には突起３８ｂおよび３８ｃを受け入れる切欠溝３８ｄおよび３８ｅが形成されている。この切り欠かれた開放端面の一方および他方を開いてピストンリング３８を弁プラグ４５の溝３６に嵌め込む。ピストンリング３８の外周面はケージ３７の内周面に密着して摺動することになるので、十分滑らかに形成されている。
【００２１】
図２（ｃ）はピストンリング３８を溝３６に嵌め込んだ状態を示す断面図である。ピストンリング３８を溝３６に嵌め込んだ状態では突起３８ｃと溝３８ｅとの間および突起３８ｂと溝３８ｄとの間に隙間Ｇ１およびＧ２が生じる。ピストンリング３８の外形はケージ３７の内径よりもわずかに大きく形成されているため、ピストンリング３８を弁プラグ４５と共にケージ３７に組み込む際に、この隙間Ｇ１およびＧ２の分だけピストンリング３８の外形を縮めることができる。この参考例１では、上側の隙間Ｇ１と下側の隙間Ｇ２とが縦方向に直につながっておらず、突起３８−１と突起３８−２との側部の接触面を介し横方向につながっている。これにより、ケージ３７と弁プラグ４５の摺動面間への隙間Ｇ１からの異物の侵入が防止される。ピストンリング３８の外周面は、溝３６内に嵌め込んだ状態において弁プラグ４５の外周面よりも若干突出しており、弁プラグ４５をケージ３７内に組み込んだ状態では外周がケージ３７の内周面に規制されているため、ピストンリング３８の弾性による拡張力によってピストンリング３８の外周面がケージ３７の内周面に押し付けられ、全周にわたって密着している。
【００２２】
この単座形弁装置において、弁軸４８は、自動制御装置による駆動部の作動や手動操作によって上下動される。弁軸４８が上下動すると、弁プラグ４５が弁軸４８と一体になって上下動し、流量制御用窓４３の開度すなわち開口面積が変化する。これによって、上流側流路３３からケージ３７の内部を通って下流側流路３４に流れる被制御流体の流量が制御される。流量制御用窓４３の形状により所望の流量特性を得ることができる。通常は、弁開度に対してイコールパーセント流量特性を持つように、流量制御用窓４３の形状が定められていることが多い。
【００２３】
図３に弁プラグ４５を最下端位置まで下げた状態を示す。弁プラグ４５を最下端位置まで下げると、弁プラグ４５の着座部４９がケージ３７の弁座４４に着座し、流量制御用窓４３を閉じて上流側流路３３から下流側流路３４への流体の流れを遮断する。また、上流側流体圧が高く、下流側に連通した空間４７の流体圧が低いので、弁プラグ４５とケージ３７との隙間を通じて流体が流れようとするが、弁プラグ４５にピストンリング３８が設けられていることにより、流量制御用窓４３からケージ３７の内周面と弁プラグ４５の外周面との隙間を通って空間４７へ向かう流体の流れが生じず、ケージ３７と弁プラグ４５の摺動面へ新たな異物４２が常に運び込まれることが防止される。
【００２４】
また、ピストンリング３８の上面３８ａと弁プラグ４５の最上端位置の端面４５ａとが同一面とされていることから、弁プラグ４５の上端面においてはピストンリング３８の外周面がケージ３７の内周面に常に密着した状態で摺動するので、ここからのケージ３７と弁プラグ４５の摺動面への異物２２の侵入も防止される。また、弁プラグ４５が上昇する際に、ピストンリング３８の上面３８ａがゲージ３７の内周面に付着している異物４２を除去する。この結果、異物の噛み込みによる作動不良を起こさず、また弁の耐久性および締切特性を向上させることが可能となる。
【００２５】
ここで、図２０に示したケージ型弁装置とこの参考例１の単座形弁装置とを比較してみる。図２０のケージ型弁装置は複座形であり、ケージ７および弁プラグ１５に互いに口径の異なる大小２つの弁座１４Ａ，１４Ｂおよび着座部１９Ａ，１９Ｂが形成されている。このため、ケージ７および弁プラグ１５の加工に複雑な手順を要し、加工費用が嵩む。また、上下の弁座１４Ａ，１４Ｂに弁プラグ１５の着座部１９Ａ，１９Ｂを同時に着座させる必要があり、上下の弁座１４Ａ，１４Ｂと着座部１９Ａ，１９Ｂとの間隔寸法精度を高く保つ必要がある。また、下側の弁座１４Ｂおよび着座部１９Ｂが摩耗してしまうと、上側の着座部１９Ａが弁座１４Ａに着座しても、下側の着座部１９Ｂが弁座１４Ｂに着座せず、隙間が生じて締切特性が悪化する。
【００２６】
これに対し、参考例１は単座形弁装置であり、弁座４４と着座部４９が一つしか存在しない。このため、ケージ３７の内径および弁プラグ４５の外径を２種類の寸法（大小）に加工する必要がなく、ケージ３７および弁プラグ４５の加工に複雑な手順を要さない。また、上下２組の着座部と弁座部の間隔寸法精度を高く保つ必要もないので、加工費用が嵩むことがない。また、弁座４４と着座部４９が摩耗しても、上側の着座部と弁座部の組の影響を受けないので（２組を同期着座させる必要がないので）、締切特性がすぐには悪化することがなく、長寿命とすることができる。
【００２７】
このように、この参考例１によれば、ピストンリング３８を弁プラグ４５の最上端位置に設け、かつ単座形とすることにより、異物の噛み込みが生じにくく、安価でかつ長寿命とすることができる。なお、この参考例１では、ケージ３７がケージ本体３７−１と弁座体３７−２とに分かれているので、弁座４４が摩耗した場合には弁座体３７−２を交換するのみでよい。なお、この参考例１では、図１における左側を上流側とし右側を下流側として説明したが、逆に図１における右側を上流側とし左側を下流側として流体を流すようにしても使用可能である。
【００２８】
〔参考例２〕
参考例２では、図４にそのケージと弁プラグの断面図を示すように、弁プラグ４５の溝３６の上側（ケージ３７の軸方向の一方側）の側壁に斜面３６−１を形成する。この斜面３６−１に対応してピストンリングリング３８に斜面３８−１を形成し、斜面３６−１と斜面３８−１とが係合するようにピストンリング３８を溝３６に嵌め込む。ピストンリング３８自身の弾性力によりピストンリング３８の外周面がケージ３７の内周面に押し付けられて全周にわたって密着状態になっている点は他の参考例と同様である。
【００２９】
このような構造とすることにより、弁プラグ４５が閉方向に移動中にピストンリング３８とケージ３７の内壁面との間にある程度の摩擦力Ｆが発生し（図５（ａ）参照）、ピストンリング３８を上方へ引き上げる方向に作用する。このとき、ピストンリング３８の斜面３８−１が接触している弁プラグ４５の溝３６の斜面３６−１から受ける摩擦力Ｆの分力ｆ１によって、ピストンリング３８の外周面をケージ３７の内壁面に押し付ける力がさらに増強される。
【００３０】
また、弁プラグ４５が流量制御用窓４３を閉じた状態において（図５（ｂ）参照）、上流側の流体の圧力Ｐ１は、弁プラグ４５とケージ３７との隙間を通じてピストンリング３８の下面に伝わり、ピストンリング３８の下面にＰ１・Ｓ１の力が発生し、上面には開口５１を通じて伝わる下流側の流体の圧力Ｐ２によりＰ２・Ｓ２の力が発生する。なお、Ｓ１はピストンリング３８の下面側の受圧面積、Ｓ２は上面側の受圧面積（厳密には斜面部分は水平面に変換した面積）である。
【００３１】
この場合、Ｐ１＞Ｐ２なので、ピストンリング３８には上向きの力Ｆが発生する。このとき、ピストンリング３８の斜面３８−１が接触している弁プラグ４５の溝３６の斜面３６−１から受ける上向きの力Ｆの分力ｆ１によって、ピストンリング３８の外周面をケージ３７の内壁面に押し付ける力が増強される。このように２つの作用によってピストンリング３８の外周面とケージ３７の内周面との全周にわたる密着性が強められ、シールをより確実なものとすることができる。なお、図５（ａ），（ｂ）は作用を説明するために隙間寸法を誇張して描いたものであって、実際にはもっと小さな隙間寸法に設計されるべきものである。
【００３２】
〔参考例３〕
参考例３では、図６にそのケージと弁プラグの断面図を示すように、弁プラグ４５の溝３６の下側（ケージ３７の軸方向の他方側）の側壁に斜面３６−２を形成する。この斜面３６−２に対応してピストンリングリング３８に斜面３８−２を形成し、斜面３６−２と斜面３８−２とが係合するようにピストンリング３８を溝３６に嵌め込む。ピストンリング３８自身の弾性力によりピストンリング３８の外周面がケージ３７の内周面に押し付けられて全周にわたって密着状態になっている点は他の参考例と同様である。
【００３３】
このような構造とすることにより、弁プラグ４５が開方向に移動中にピストンリング３８とケージ３７の内壁面との間にある程度の摩擦力Ｆが発生し（図７（ａ）参照）、ピストンリング３８を下方へ引き下げる方向に作用する。このとき、ピストンリング３８の斜面３８−２が接触している弁プラグ４５の溝３６の斜面３６−２から受ける摩擦力Ｆの分力ｆ１によって、ピストンリング３８の外周面をケージ３７の内壁面に押し付ける力がさらに増強される。
【００３４】
この参考例３は、流体の流れ方向が参考例２とは逆、すなわちケージ３７の内側から外側へ流体が流れる場合に主に用いる。この場合、弁プラグ４５が流量制御用窓４３を閉じた状態において（図７（ｂ）参照）、上流側の流体の圧力Ｐ１は、弁プラグ４５とケージ３７との隙間を通じてピストンリング３８の下面に伝わり、ピストンリング３８の上面にＰ１・Ｓ１の力が発生し、下面には開口５１を通じて伝わる下流側の流体の圧力Ｐ２によりＰ２・Ｓ２の力が発生する。なお、Ｓ１はピストンリング３８の上面側の受圧面積、Ｓ２は下面側の受圧面積（厳密には斜面部分は水平面に変換した面積）である。
【００３５】
この場合、Ｐ１＞Ｐ２なので、ピストンリング３８には下向きの力Ｆが発生する。このとき、ピストンリング３８の斜面３８−２が接触している弁プラグ４５の溝３６の斜面３６−２から受ける下向きの力Ｆの分力ｆ１によって、ピストンリング３８はケージ３７の内壁面に押し付ける力がさらに増強される。このように２つの作用によってピストンリング３８の外周面とケージ３７の内周面との全周にわたる密着性が強められ、シールをより確実なものとすることができる。なお、図７（ａ），（ｂ）は作用を説明するために隙間寸法を誇張して描いたものであって、実際にはもっと小さな隙間寸法に設計されるべきものである。
【００３６】
なお、図７（ｂ）に示すように、ピストンリング３８の上面３８ａと弁プラグ４５の上面４５ａとの間に段差ｄが発生すると、そこに沈殿した異物がたまりやすくなるので望ましくない。段差ｄ＝０とするか、あるいはピストンリング３８の上面３８ａを弁プラグ４５の上面４５ａよりも突出させた方がよい。図８（ａ），図８（ｂ），図８（ｃ）に参考例１，２，３においてピストンリング３８の上面３８ａを弁プラグ４５の上面４５ａよりも突出させた例を示す。
【００３７】
また、参考例１，２，３では、弁プラグ４５の最上端位置にしか封止部材（ピストンリング３８）を設けなかったが、図９（ａ），図９（ｂ）、図１０（ａ），図１０（ｂ）、図１１（ａ），図１１（ｂ）に示すように、ピストンリング３８の下方に第２の封止部材として合成ゴム製のＯリング５０を設けるようにしてもよい。Ｏリング５０は、弁プラグ４５を閉じた状態において、流量制御用窓４３よりも上方に位置するように設ける。このＯリング５０は、弁プラグ４５に組み付けた状態において、その外周が弁プラグ４５の外周よりもやや突出する寸法にされている。そのため、弁プラグ４５と共にケージ３７に組み込んだ際には、Ｏリング５０の外周がケージ３７の内周によって規制され、Ｏリング５０の外周とケージ３７の内周面とが全周にわたって密着状態となる。
【００３８】
図９（ａ），図１０（ａ），図１１（ａ）では、弁プラグ４５に溝３６とは別に溝５２を設け、この溝５２にＯリング５０を嵌め込んでいる。なお、Ｏリング５０はエンドレス形状をしているが、自己の弾力性により径を拡張できるので、溝５２への組み付けは容易である。図９（ｂ），図１０（ｂ），図１１（ｂ）では、弁プラグ４５のピストンリング３８用の溝３６を拡げてＯリング５０との共用溝とし、この共用溝３６内にピストンリング３８とＯリング５０を収容している。
【００３９】
Ｏリング５０の上下には、ケージ３７と弁プラグ４５の摺動隙間にＯリング５０が噛み込まないように、炭素繊維入りフッ素樹脂製の保持リング５３を設けている。保持リング５３は、ピストンリング３８と同様、一部周縁が切り欠かれて開放したリング状に形成されており、この切り欠かれた開放端面の一方および他方を開いて溝５２に嵌め込んでいる。上下の保持リング５３の外周面は、溝５２に嵌め込んだ状態において、弁プラグ４５の外周面よりも若干突出する。
【００４０】
Ｏリング５０を設けることによって、流量制御用窓４３およびピストンリング３８との間に生じる流体の流れが遮断され、さらにシール性がアップする。また、弁プラグ４５を閉じた状態とすると、流体の圧力Ｐ１がＯリング５０に加わり、Ｏリング５０が横方向に広がってシール性が向上する。
【００４１】
〔実施の形態１〕
図１２に本発明に係る単座形弁装置の実施の形態（実施の形態１）の構成図を示す。この実施の形態１では、図１２に示すように、弁プラグ４５を弁体本体４５−１とリング状のリテーナ４５−２とに分け、リテーナ４５−２にピストンリング３８を設け、リテーナ４５−２と弁体本体４５−１との間に断面「Ｕ」字状のシールリング５４を挟んだ構造とする。このシールリング５４は、ステンレス薄板で形成された断面「Ｕ」字状のリングの外側に炭素繊維入りフッ素樹脂を被せてエンドレスのリング形状に一体化したものである。ステンレス薄板の弾性力によりシールリング５４の外周面がケージ３７の内周面に全周にわたって密着する。
【００４２】
リテーナ４５−２には爪４５−２ａが設けられている。弁体本体４５−１の上端部４５−１ａにはネジ山が切られ、リテーナ４５−２の内周面にはネジ溝が切られている。爪４５−２ａを掴んでリテーナ４５−２を回すことによって、リテーナ４５−２が弁体本体４５−１の上端部（係合部）４５−１ａに締め付けられる。リテーナ４５−２を弁体本体４５−１の係合部４５−１ａに取り付けた状態において、係合部４５−１ａの下端面４５−１ｂとリテーナ４５−２の下端面４５−２ｂとの間には隙間ｈがあく。この隙間ｈにシールリング５４を収容する。
【００４３】
シールリング５４は、リテーナ４５−２を弁体本体４５−１に取り付ける前に、弁体本体４５−１側にセットしておく。シールリング５４の高さは隙間ｈよりも若干高い。これにより、シールリング５４は、隙間ｈ内に挾圧された状態で保持される。
【００４４】
なお、この実施の形態１では、リテーナ４５−２の締め付けが緩んでリテーナ４５−２が回転してしまうことを防止するために、リテーナ４５−２に貫通孔４５−２ｃを設け、弁体本体４５−１に貫通孔４５−１ｃを設け、貫通孔４５−２ｃと貫通孔４５−１ｃとを合致させ、この貫通孔４５−２ｃ，４５−１ｃに上側からピン（くさび）５５を打ち込んでいる。貫通孔４５−１ｃは弁体本体４５−１の下側に開口しており、リテーナ４５−２を取り外す時には、この開口に棒状の工具を挿入してピン５５を上側に突き出して取り外すことが可能である。
【００４５】
図１３に上側に斜面３８−１を設けたピストンリング３８を用いた例（実施の形態２）を示す。この例では、流体の流れ方向をケージ３７の外側から内側とし、隙間ｈ内に配置するシールリング５４の開口面を下向きとする。シールリング５４の開口面を下向きとすることにより、弁プラグ４５を閉じた状態とすると、流体の圧力（下側からの圧力）Ｐ１が弁プラグ４５とケージ３７との隙間を通じてシールリング５４の内面に加わる。これにより、シールリング５４が横方向に広がって、シールリング５４の外周面がさらにケージ３７の内面に押し付けられるのでシール性が高まる。
【００４６】
図１４に下側に斜面３８−２を設けたピストンリング３８を用いた例（実施の形態３）を示す。この例では、流体の流れ方向をケージ３７の内側から外側とし、隙間ｈ内に配置するシールリング５４の開口面を上向きとする。シールリング５４の開口面を上向きとすることにより、弁プラグ４５を閉じた状態とすると、流体の圧力（上側からの圧力）Ｐ１がシールリング５４の内面に加わる。これにより、シールリング５４が横方向に広がって、シール性が高まる。
【００４７】
この実施の形態１，２，３では、弁プラグ４５にシールリング５４を取り付ける際に一旦リング径を広げなくてもよいので、シールリング５４に柔軟性を持たせる必要がない。これにより、図９（ａ），図１０（ａ），図１１（ａ）の構成で必要としていた上下の保持リング５３をなくすことができる。また、シールリング５４が横方向に広がったときのケージ３７の内壁面へ作用する力が強く、強固なシール性が得られる。
【００４８】
なお、本発明の権利範囲からは外れるが、図１５に示すように、シールリング５４を省略した構成としてもよい。
また、上述した実施の形態１〜３では、ケージ３７をケージ本体３７−１と弁座体３７−２とに分かれた構成としているが、一体物としてもよいことは言うまでもない。
また、実施の形態１，２，３において、爪４５−２ａはリテーナ４５−２を回すために設けたもので、この爪４５−２ａが弁プラグ４５の最上端位置を構成するものではない。
【００４９】
〔参考例４〕
参考例４では、図１６に示すように、弁座体３７−１と流量制御用窓４３とを一体化した下部ケージ３７Ｂを設け、上部ケージ３７Ａと下部ケージ３７Ｂとでケージ３７を構成している。上部ケージ３７Ａの下端と下部ケージ３７Ｂの上端とは、ゆるみばめになっており、その間にシールリング５６を設けている。シールリング５６は継ぎ目の無い輪形状を成しており、その内周が弁プラグ４５の外周と密接して摺動する。この構成を図１に適用した場合、下部ケージ３７Ｂの下端が弁箱３１内に支持されると共に上部ケージ３７Ａの上端が上蓋３５に当接するので、上蓋３５を弁箱３１に固定するナット５７を締めると、ケージ（３７Ａ，３７Ｂ）およびシールリング５６を弁箱３１内の所定位置に固定できる。
【００５０】
シールリング５６は、図１７に示すように、断面「Ｕ」字状のハステロイ合金製の輪形状のばね５６−１の外周を炭素繊維入りフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）５６−２で一体成形したものである。ただし、ばね５６−１の内側には樹脂が充填されていないので、その結果としてシーリング５６の下面に輪形状の溝５６−３が形成されている。上部ケージ３７Ａにシールリング５６を組み込み、下部ケージ３７Ｂの上にのせてケージ３７としている。ばね５６−１の弾性力によって、シールリング５６の外周面と上部ケージ３７Ａの内周面との間には適度な摩擦力が作用している。また、ばね５６−１の弾性力によってシールリング５６の内周面と弁プラグ４５の外周面との間にも適度な摩擦力が作用しており、シールリング５６と弁プラグ４５との密着を保って流体のもれを防いでいる。さらに、シールリング５６の溝５６−３に流体が流入し、溝５６−３の内壁に流体圧が作用すると、シールリング５６の内周面と弁プラグ４５の内周面との密着力がより高まり、流体のもれ防止を確実なものとする。この参考例４では、シールリング５６をケージ３７側に設けたので、弁プラグ４５の形状を単純化できると共に、シールリング５６の交換も容易になる。
【００５１】
なお、シールリング５６の位置は、弁プラグ４５が弁座４４に着座した状態において、流量制御用窓４３および弁プラグ４５の最上端位置に設けたシールリング３８との間に生じる流体の流れを遮断する位置とすることは言うまでもない。これに伴って上部ケージ３７Ａと下部ケージ３７Ｂとの分割位置が定まる。またこの参考例４では、シールリング５６を設けるためにケージ３７が上部ケージ３７Ａと下部ケージ３７Ｂとに分割された構造とされており、ケージ３７が上部ケージ３７Ａと下部ケージ３７Ｂとに分割されていることから、弁座４４が摩耗した場合には下部ケージ３７Ｂを交換するのみで対応することができる。さらに、下部ケージ３７Ｂを、流量制御用窓４３がある上側部分（ケージ窓部）と弁座４４がある下側部分（シート部）とに分割するようにしてもよい。このようにすると、弁座４４が摩耗した場合、シート部のみ交換することで対応することができ、さらに交換が容易となる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば、ケージの内周面に沿った弁体の最端位置にリング状の第１の封止部材を設け、ケージに設けた唯一の弁座に弁体を着座させるようにしたので、異物の噛み込みが生じにくいばかりでなく、ケージの内径および弁プラグの外径を２種類の寸法（大小）に加工する必要をなくし、安価でかつ長寿命とすることが可能となる。
また、本発明によれば、弁体本体の係合部とリテーナの端部との間の隙間に収容されたリング状の第２の封止部材によって、流量制御用窓および第１の封止部材との間に生じる流体の流れが遮断され、さらにシール性をアップすることが可能となる。
また、本発明によれば、弁体を弁体本体とリテーナとから構成し、第１の封止部材をリテーナの外周面に設け、第２の封止部材を弁体本体の係合部とリテーナの端部との間の隙間に収容することによって、第２の封止部材に柔軟性を持たせなくてもよく、上下の保持リングをなくすことが可能となる。また、第２の封止部材が横方向に広がったときのケージ内壁面へ作用する力が強く、強固なシール性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の説明に入る前の参考例１を示す単座形弁装置の構成図である。
【図２】  この単座形弁装置に用いるピストンリングを示す平面図、側断面図、およびピストンリングを弁プラグに取り付けた状態での側断面図である。
【図３】  この単座形弁装置の弁プラグを最下端位置まで下げた状態を示す図である。
【図４】  参考例２におけるケージと弁プラグの断面図である。
【図５】  参考例２において弁プラグの閉方向への移動中にピストンリングとケージの内壁面との間に摩擦力が発生する状況を示す図、および弁プラグを閉じた状態においてピストンリングに上向きの力が発生する状況を示す図である。
【図６】  参考例３におけるケージと弁プラグの断面図である。
【図７】  参考例３において弁プラグの開方向への移動中にピストンリングとケージの内壁面との間に摩擦力が発生する状況を示す図、および弁プラグを閉じた状態においてピストンリングに下向きの力が発生する状況を示す図である。
【図８】  参考例１においてピストンリングの上面を弁プラグの上面よりも突出させた例を示す図、参考例２においてピストンリングの上面を弁プラグの上面よりも突出させた例を示す図、参考例３においてピストンリングの上面を弁プラグの上面よりも突出させた例を示す図である。
【図９】  参考例１においてピストンリングの下方に溝を設けてＯリングを取り付けた例を示す図、および参考例１においてピストンリング用の溝を拡げて共用溝としＯリングを取り付けた例を示す図である。
【図１０】  参考例２においてピストンリングの下方に溝を設けてＯリングを取り付けた例を示す図、および参考例２においてピストンリング用の溝を拡げて共用溝としＯリングを取り付けた例を示す図である。
【図１１】  参考例３においてピストンリングの下方に溝を設けてＯリングを取り付けた例を示す図、および参考例３においてピストンリング用の溝を拡げて共用溝としＯリングを取り付けた例を示す図である。
【図１２】  本発明に係る単座形弁装置の実施の形態１におけるケージと弁プラグの断面図である。
【図１３】  実施の形態１において上側に斜面を設けたピストンリングを用いた例を示す図である。
【図１４】  実施の形態１において下側に斜面を設けたピストンリングを用いた例を示す図である。
【図１５】  実施の形態１においてシールリングを省略した構成を示す図である。
【図１６】  参考例４におけるケージと弁プラグの断面図である。
【図１７】  参考例４において使用するシールリングの構造を示す断面図である。
【図１８】  一般的な従来のケージ型弁装置の構成を示す図である。
【図１９】  このケージ型弁装置の全閉状態におけるケージと弁プラグの断面図、および開いた状態におけるケージと弁プラグの断面図である。
【図２０】  文献１（実用新案登録第２５６４５４２号公報）に示されたケージ型弁装置のケージと弁プラグの断面図である。
【図２１】  文献２（米国特許第５２３６０１４号公報）に示されたケージ型弁装置のケージと弁プラグの断面図である。
【符号の説明】
３１…弁箱、３２…仕切壁、３３…上流側流路、３４…下流側流路、３５…上蓋、３６…溝、３６−１，３６−２…斜面、３７…ケージ、３７−１…ケージ本体、３７−２…弁座体、３８…ピストンリング、３８ａ…上面、３８−１，３８−２…斜面、４１…他方側の空間（流体の通路）、４３…流量制御用窓、４４…弁座、４５…弁プラグ、４５ａ…最上端位置の端面、４５−１…弁体本体、４５−１ａ…上端部（係合部）、４５−１ｂ…下端面、４５−１ｃ…貫通孔、４５−２…リテーナ、４５−２ａ…爪、４５−２ｂ…下端面、４５−２ｃ…貫通孔、４７…一方側の空間、４８…弁軸、４９…着座部、５０…Ｏリング、５１…開口（圧力平衡用の開口）、５２…溝、５３…保持リング、５４…シールリング、５５…ピン、３７Ａ…上部ケージ、３７Ｂ…下部ケージ、５６…シールリング。
【図１】
0004034529.tif 000002
【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】
0004034529.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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