JPH086825B2 - ステム先端シ−ル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は弁技術に関し、より詳細には、改良ステム先
端シール構造に関する。

本発明は特定のダイヤフラム型締切弁に使用するのに
特に適しており、これについて本発明を説明するが、本
発明はより広く適用可能であって、様々な異なる弁に使
用することができることをわかるであろう。

〔従来の技術及びその問題点〕

代表的には、閉止弁すなわち締切弁は、弁ステムの端
部に設けられ、金属製弁座と密封協働するための比較的
軟質の弾性材を有する。異なる方法でステムに設けられ
た種々の異なる弾性材が先行技術で使用されてきた。先
行技術の提案の多くは十分に機能を果たしたが、シール
の破壊、破裂およびチッピングや、食込みが問題になっ
ている。また、非常に望ましくは高い潤滑性や、化学薬
品および高温による侵蝕に対する耐性のような特性を有
する或る材料は、これをステム先端シールとして使用す
ると、しばしば常温流れおよび押出し問題を生じる。

従って、上記問題を解消し、様々なシール材料を安全
かつ効果的に使用し得るステム先端シール構造を必要と
してきた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、弁部材が関連した弁座に対して近づ
いたり遠ざかったりするように選択的に移動可能に設け
られた締切弁用のステムシール組立体が提供される。こ
のシール組立体は弁部材によって支持された全体的に円
筒形のスリーブを有しており、このスリーブは端部が関
連した弁座と協働密封係合可能になっている外側環状シ
ール表面を形成している。このスリーブ内中央には、全
体的に円筒形の剛性ボディが制限された軸線方向移動可
能に設けられており、この剛性ボディは第１内側環状シ
ール表面を形成し、このシール表面はその半径方向内方
の位置で関連した弁座と係合するようになっている。円
筒形スリーブおよび剛性ボディは協働して環状室を形成
し、この環状室は第１内側環状シール表面と外側環状表
面との間に位置決めされた狭幅のスロットから軸線方向
内方に開放している。弾性パッキン材の素材がこの室を
実質的にうめていて、第２内側環状シール表面を形成す
るようにスロットの軸線方向外方に延びている。ボディ
を弁部材に軸線方向に近づけると、パッキン材に圧力を
発生する部分が剛性ボディと関連している。第１環状シ
ール表面は、弁部材が弁座に向けて移動すると、第２内
側シール表面および外側シール表面が係合するように先
立って関連した弁座に係合する。

本発明の他の面によれば、外側シール表面は、第１お
よび第２内側シール表面が弁座に係合した後に関連した
弁座と大体線接触するように構成されている。

本発明の他の面によれば、スリーブは、パッキンに発
生した圧力により外側シール表面を関連した弁座に向け
て軸線方向に移動させるように内側壁部の形状を有して
いる。

第１内側シール表面が弾性パッキンの内側に環状に位
置決めされているので、更らにこの第１内側シール表面
がパッキンと弁座との係合に先立って弁座と密封接触す
るので、パッキンは、弁座を通る実質的にすべての流れ
が止った後にのみ、弁座と係合される。更らに、弁座か
ら剛性ボディに作用する力によりパッキンを加圧し、狭
幅のスロットの外方に移動させて弁座と密封係合させ
る。また、この圧力により外側シール表面をパッキンに
対して適所に保持し、外側シール表面が弁座に係合する
と、パッキンは弁座としっかり係合した状態でスロット
に閉じ込められる。

内側剛性ボディと外側スリーブとの関係により弾性パ
ッキンをすっかり包囲して保護し、また弾性パッキンを
押出されたり常温流れたりしないようにする。

本発明のなお一層の目的は、弁部材が開放位置および
閉鎖位置にあるとき、弾性シール材を効果的な閉じ込め
る上記種類のステム先端シール組立体を提供することで
ある。

好適な実施例の詳細な説明 以下図面を参照して説明するが、図示は本発明の好適
な実施例を示すものであって、これに限定するためのも
のではない。第１図は1983年４月５日出願された譲渡済
みの出願中の米国特許出願第482,218号（参照せよ）に
延べられかつ請求された一般型式の締切り弁組立体を示
している。第１図に示す弁と上記出願中の出願に述べら
れかつ請求された弁とは主に以下に詳述するステムシー
ル組立体に関して相違している。しかしながら、注意す
べきこととして、第１図の弁は弁ボディＡを備え、この
弁ボディＡにはボンネット部材ＢがボンネットナットＣ
によって連結されている。ボンネットナットＣおよびボ
ディＡはねじ12で適当に相互に連結されている。更ら
に、ボンネットナットＣとボンネットＢとの間には、全
体を14で示す協働する肩部が形成されて、ボンネットナ
ットＣを締付けると、ボンネットＢはボディＡに向けて
軸線方向に移動するようになっている。ボディＡの上端
とボンネットＢの下面との間にはダイヤフラムＤがしっ
かり挟まれている。このダイヤフラムＤは、好ましく
は、上記出願中の出願に十分に述べられかつ請求された
協働する挟み面によってボディとボンネットとの間に密
封状態で挟まれる。

円筒形ボア20が弁ボディＡの上端から軸線方向上方に
延びており、このボア20は22のところで外端の直径がわ
ずかに大きくなっていて、全体としては位置24で示す内
端の直径が小さくなっている。図示のように、部分24に
は、入口および出口ポートすなわち開口部26、28がボデ
ィＡの外面から適当な通路を介してつながっている。理
解されるように、入口および出口26、28には夫々流体入
口および出口管路（図示せず）を任意の有利な公知の装
置で連結することができる。

ボア20には、軸線方向に移動できる弁部材Ｅが中央に
位置決めされており、この弁部材Ｅはボア20の大径部分
22内に摺動案内される拡大ヘッド部分30を有している。
ヘッド30の軸線方向外端はダイヤフラムＤに面してい
て、全体的に球形の形状をしている。ヘッド30の半径方
向外周は全体として六角形であり、従ってその角部だけ
がボア部分22の壁吹から案内される。

弁部材Ｅの下端には、本発明のステム先端シール組立
体Ｆが支持されている。図示のように、組立体Ｆの円筒
形外面32はガイドワッシャ34を通って適当に案内され、
このガイドワッシャ34は円筒形外面がボア20にぴったり
受け入れられかつボア20の中央部分と小径の内端部分24
との間の肩部に位置している。ガイドワッシャ34と弁受
材Ｅの大径ヘッド部分30との間には、巻きばね36が位置
決めされている。この巻ばね36は、拡大ヘッド30の球形
上面を絶えずダイヤフラムＤと係合状態に保つために弁
部材Ｅを連続的に上方に付勢しつづけるように作用す
る。

ボア20の軸線方向の弁部材Ｅの選択的作動はボンネッ
トを通ってその外側の位置まで延びる作動ステム40によ
って行われる。ステム部材40とボンネット部材Ｂとの巻
の協働する雄ねじおよび雌ねじを全体として参照番号42
で示してあり、これらのねじはボンネットに対して回転
すると、ステム部材40を軸線方向に移動させるように働
く。ステム40の下端の拡大ヘッド44がプラスチックまた
は他の適当な材料で形成されたボタン46を支持する。ボ
タン46の下面は凸形であって、弁部材Ｅの拡大ヘッド30
の反対側でダイヤフラムＤに係合している。

ステムの上端には、外方に延びるハンドル部材54を支
持する作動部材52が適当なスプライン50で連結されてい
る。作動部材52はナット56および係止ワッシャ58によっ
てステム40の端部に固着されている。カバープレート60
が公知の方法で作動部材52の頂部の円形凹部にスナップ
嵌めしている。

止めピン64が作動部材52と関連していて、この部材か
ら下方に延びており、この止めピン64はボンネットＢの
上端に形成された弧状溝66に受け入れられている。溝66
は作動部材52の全移動範囲を制限するように寸法決めさ
れている。また、指示リングすなわちスリーブ部材68が
作動部材52と関連していて、ボンネットＢの上端に支持
されており、この指示リングすなわちスリーブ部材68は
作動部材52に支持された適当な印すなわち指示体と協働
して弁の位置を目でわかるようにする。また、ボンネッ
トＢはパネルナット部材70を備えており、このパネルナ
ット部材70を使用して弁を適当なパネル用開口部（図示
せず）を通して取付けることができる。

先に述べたように、上記装置は前述の出願中の出願第
482,218号に非常に詳細に示されかつ述べられている。
しかしながら、発明にとって重要なのはステム先端シー
ル組立体Ｆの構造である。第２図に最も良く示すよう
に、ステム先端シール組立体Ｆは弁部材Ｅの小径下端部
分74に支持されかつボア20の部分24の底壁部によって軸
線方向入口通路78を通信に円周方向に形成された環状弁
座76と密接的に協働するように配置されている。ボア20
の通路78は第１図に示すように入口ポート26と連結され
ている。

この実施例では、組立体Ｆは無孔の円筒形外スリーブ
状部材80を有しており、この部材80は弁部材Ｅの下端に
ぴったり摺動可能に受け入れられている。好ましくは、
スリーブ80はステンレス鋼のような金属で形成され、か
つ外方に延びる肩部84の上に変形された一対のタブ82に
よって弁部材Ｅに保持される。

スリーブ部材80の中央には、比較的剛性の挿入体ボデ
ィ８が位置決めされていて、弁部材Ｅおよび弁座領域76
と軸線方向に整合されており、この挿入体ボディ88の円
形の下面90の最大直径は通路78の直径よりわずかに大き
くかつスリーブ80の下端部の内径よりわずかに小さい。
かくして、図示のように、挿入体部材88はスリーブ80と
の組合せでシール組立体Ｆの下端面の円周方向に延びる
狭幅のスロット94を形成している。このスロット94は室
96に内方に開放しており、この室はステムＥの下端面、
スリーブ80の内壁部および挿入体８の外側面および頂面
によって形成されている。

本発明によれば、室96には、ポリテトラフルオロエチ
レン等のような適当な弾性のエラストマパッキンすなわ
ちシール材が全体に充填されている。

後で明らかになる理由で、スリーブ部材80の内壁部の
下部には、一連の段部すなわち鋸歯状部100が設けら
れ、これらの段部は室96の直径が弁座に向うにつれて次
第に小さくなるように配列されている。同様に、挿入体
の外面には、反対方向に向いた鋸歯状態すなわち肩部分
102が設けられている。

上記の先端組立体を組立てるには、シール材97を一般
にカップ形状に予め形成してその外面をスリーブ80の段
部すなわち鋸歯状部100に一致するように成形し、その
内径を挿入体88の最大直径に寸法決めする。次いで、パ
ッキンすなわちシール材97のカップ状素材をその上端か
らスリーブ80の中へすべり込ませ、そしてこのスリーブ
／シール組立体を概ね図示の位置まで弁部材Ｅの下端部
上にすべらす。その後、挿入体88をシール材97内の適所
へ軸線方向にすべらす。挿入体が適所にあると、可成り
の軸線方向の力が挿入体88の端面90に加えられる。挿入
体88の端面90は、弾性のシール材97及びスリーブ80の下
端を越えて軸線方向外方に突出している。

明らかなように、上記の構造では、挿入体88の下面90
に軸線方向に作用する力はパッキン素材97内に圧力を発
生する。これによりこのパッキンを挿入体88のまわりに
成形し、かつこのパッキンを環状スロット94内を下方に
移動させるようにする。更らに、スリーブ部材80に作用
する内圧はスリーブ80を弁部材Ｅ上を下方に移動させる
傾向のある合成力を生じる。パッキンを適当に加圧しか
つ挿入体88のまわりに成形すると、スリーブ80のタブ82
は肩部84上に曲げられすなわち変形され、先端組立体は
その組立て作用状態にある。

第３図を参照すると、ステム先端シール組立体Ｆは弁
座表面76から垂直方向に間隔をへだてた開放位置に示さ
れている。好ましくは、弁座表面76は全体的に円錐形形
状を有しかつシール組立体Ｆの軸線106と直角の平面に
対してほぼ7.5゜の角度α形成する。挿入体88の下面90
は好ましくは軸線106と直角の平面に対して角度αで位
置する円錐形形状を有する。この角度αもまたほぼ7.5
゜であり、従って、表面90は全体として弁座表面76と平
行である。スリーブ部材80の下端もまた全体として円錐
形形状を有していて、角度βで位置しており、この角度
βは好ましくは軸線106と直角の平面に対してほぼ15゜
である。

ステム先端シール組立体Ｆを弁座76に向けて軸線方向
に移動させると、まず弁座76とシール組立体との係合が
挿入体88と弁座との間の狭幅の環状帯域101で起こる。
好ましくは、帯域101は幅Ｗが0.127cm（0.050インチ）
またはそれ以下の範囲にある。

弁部材Ｅの続く下方移動に伴って、帯域Ｗに沿った密
封圧力が増大し、かつ室96の弾性素材97内の圧力が増大
し、それによりシール材はスロット94内を延びて挿入体
88のまわりの狭幅の環状帯域103でシール76と係合す
る。挿入体88およびスリーブ80は、この帯域はほぼ0.02
54cm〜0.508cm（ほぼ0.010インチ〜0.20インチ）の範囲
内の幅を有するように寸法決めされるのが好ましい。

下向きの圧力が弁部材Ｅに作用し続け、かつ室96のパ
ッキン材内に高い圧力が発生するのに伴って、スロット
94により作られる狭幅の帯域と弁座76との間の密封圧力
は増大し続け、スリーブ80は最終的に第５図に示しかつ
箇所Ｃで指すように線接触する。この線接触はスロット
94内を延びる弾性シール材の狭幅の帯域の外周で完全で
ある。かくして、シール材は可成りの力で弁座76に係合
しながら挿入体88とスリーブ80との間にすっかり閉じ込
められる。かくして、挿入体88とスリーブ80との関係に
より、パッキンをすっかり閉じ込め、かつこのパッキン
が比較的高い密封圧力で弁座76に接触していても、この
パッキンを常温流れしないようにする。

本発明を、当業者が実施したり使用したりすることが
できるのに十分詳細に説明してきた。明らかに、第３者
がこの明細書を呼んで理解すると、好適な実施例の変更
例および変形例が思い浮かぶであろう。このような変更
例および変形例すべてを、特許請求の範囲に入る限り含
む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により形成されたステム先端シールを組
入れたダイヤフラム型締切弁の横断面図；第２図は第１
図の弁のステム先端および弁座領域の非常に拡大した横
断面図；第３図乃至第５図はステム先端シールおよび閉
鎖サイクルにおける種々の箇所でのステム先端シールと
関連した弁座との関係を示す部分横断面図である。 Ａ……弁ボディ、Ｂ……ボンネット部材 Ｃ……ボンネットナット Ｄ……ダイヤフラム、Ｅ……弁部材 Ｆ……ステム先端シール 20……ボア、30……ヘッド 36……巻きばね、40……作動ステム 46……ボタン、52……作動部材 76……環状弁座、80……スリーブ 94……スロット、96……室 100……段部すなわち鋸歯状部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】締切弁用のステム先端シールにおいて、 関連した円形の弁座に対して近づいたり遠ざかったり軸
   線方向に選択的に移動可能になっている弁部材と； 上記弁部材で支持されていて、関連した弁座と協働密封
   係合可能になっている外側環状シール面を形成する端部
   を有する円筒形のスリーブと； 制限された軸線方向移動可能に上記スリーブ内に軸線方
   向に設けられかつ上記外側環状シール面の半径方向内方
   の位置で関連した弁座と係合するようになっている第１
   内側環状シール面を形成する円筒形の剛性ボディと； 上記スリーブと上記剛性ボディと上記弁部材とによって
   形成され、上記第１環状内側シール面と環状外側シール
   面との間に配置された狭幅の環状スロットから軸線方向
   内方に開放する環状室と； 上記環状室を実質的に満たし、かつ関連した弁座と係合
   するようになっている第２環状内側シール面を形成する
   ように上記スロットの軸線方向外方に延びる弾性パッキ
   ン材と； 上記剛性ボディと関連し、上記剛性ボディが上記弁部材
   に向って軸線方向に押されるとき、上記パッキン材に圧
   力を発生させるための手段とを備え、 上記第１環状内側シール面は、上記第２環状内側シール
   面および上記環状外側シール面を越えて軸線方向外方に
   突出していること、を特徴とするステム先端シール。
2. 【請求項２】上記環状外側シール面は上記関連した弁座
   とほぼ線接触するように傾斜されていること、を特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のステム先端シール。
3. 【請求項３】上記スリーブは上記弁部材に対して制限さ
   れた軸線方向移動可能に設けられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のステム先端シール。
4. 【請求項４】上記スリーブは、上記パッキンに発生した
   圧力が作用して上記外側環状シール面を関連した弁座に
   向けて軸線方向に移動させるような段が設けられた内壁
   を有すること、を特徴とする特許請求の範囲第３項に記
   載のステム先端シール。
5. 【請求項５】上記室は上記スロットの軸線方向内方に横
   断面が全体として大きくなっている領域を有しているこ
   と、を特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のステム
   先端シール。
6. 【請求項６】上記シール面は円錐形の形状を有している
   こと、を特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のステ
   ム先端シール。
7. 【請求項７】上記パッキン材は上記スロットの軸線方向
   内方に上記剛性ボディを完全に包囲しており、上記ボデ
   ィの半径方向外面は軸線方向の一連の周溝を有している
   こと、を特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のステ
   ム先端シール。
8. 【請求項８】上記スリーブの内面は上記ボディの周溝に
   面する軸線方向の一連の周溝を有していることを特徴と
   する特許請求の範囲第７項に記載のステム先端シール。
9. 【請求項９】上記スリーブの軸線方向外方移動を制限す
   る手段を備えていること、を特徴とする特許請求の範囲
   第４項に記載のステム先端シール。