JPH0794875B2 - インバ−ト式高圧ベロ−ズ弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の背景 本発明は弁技術に関し、特に、一般にベローズ弁と称す
る型式の弁に関する。本発明は特にインバート式ベロー
ズ弁（an inverted bellows valve）に適用でき、この
インバート式ベローズ弁について本発明を説明する。し
かしながら、本発明はより広い適用性があり、他の環境
および用途に使用するようにもできることをわかるであ
ろう。

例えば、腐食性の流体の特に取扱う際に遭遇するかも知
れないような弁内部を外部環境から密封する必要性によ
って、ベローズ弁の使用がますます高められてきた。語
「逆ベローズ」とは、ベローズがステムまたはステム先
端に対して密封された結果システム流体がベローズに内
部ではなく外部に作用するようになっていることを言
う。このような弁のベローズは内力より大きい外力に耐
えることができ、かくして逆型ベローズ弁をより高いシ
ステム圧力で使用し得ることがわかった。先行装置の多
くはほぼ600psiの最高圧力の範囲を有し、特許第4,201,
366号の装置は1000psiの最高圧力の範囲を有する。範囲
内の任意の圧力または真空条件での確実な遮断操作は、
圧力下で循環する場合、ベローズの小さな歪とともに重
要な要件である。工業上の利用に必要とされる高い標準
はこれまで公知の先行装置で満たされてきた。

従って、弁構造体が弁組立体における品質の損失なしに
高圧の適用に耐えることができるように基本設計を改良
することが望ましかった。新規な本設計はこれらの必要
性および他の必要性を満たしかつより高い圧力範囲が可
能である新規な改良逆ベローズを提供するものと思われ
る。

発明の概要 本発明によれば、弁ボディを有するベローズ弁が提供さ
れ、この弁ボディは入口通路、出口通路、入口通路およ
び出口通路と流体連通している弁室、およびこれらの通
路間に配置された弁室内の弁座を有する。弁ステムはそ
の一端にステム先端とを有し、このステム先端は入口通
路と出口通路との間の流体の流れを制御するために弁座
と選択的に協働でき、ベローズがステム先端に隣接して
ステムの一部を密封包囲して、弁室内の流体圧が圧縮外
力をベローズに及ぼす。ステムの不整合を補償する装置
が長手方向軸線に沿う滑らかな移動を行うために設けら
れている。この不整合補償装置は環状のグランドを有
し、このグランドは内方および外方偏心シールリングを
受入れるようになっている一対の溝を有する。ステムは
内方シールリングと当接係合自在にグランドを通り、グ
ランド、シールリングおよび包囲ハウジング間の相互の
遊びにより弁ステムを浮かせ、それによりベローズにす
るステムの不整合を補償する。

本発明の他の面によれば、閉鎖リングが弁室の開放外端
とともに段シールを形成する。ベローズは、一端が閉鎖
リングに密封固着され、ステム先端に隣接した領域の他
端がステムに同様に固着されている。段シールの使用に
より、弁室内の流体の適切な密封を確実にする。閉鎖リ
ングには、ブシュが設けられ、さらにこのブシュは弁ス
テムを心出しかつ案内するのを助ける。ボンネットが保
持ナットと協働してボンネットおよび閉鎖リングを弁室
の開放端で弁ボディと強力に密着係合させる。ステムを
軸線方向に整合させるのをさらに助けるために、閉鎖リ
ングには、テーパ表面がリングと弁ボディとの正確な嵌
合をもたらすように設けられている。

本発明の他の特徴によれば、ステムはねじ連結された第
１および第２共軸部分を備えている。ねじ連結により、
ステムを確実に戻し得、ならびに保守および交換容易の
ために一体のベローズ副組立体の取りはずしを容易にし
得る。ステムを対向するばね付勢装置の力に抗して内方
または外方のいずれかに付勢するための流体圧アクチュ
エータが設けられている。常時開放実施例では、補助カ
ラーと協働する一対の内方および外方同心コイルばねに
よって付勢力が得られる。補助カラーは、生じるかも知
れないいずれの不均等なばね力をも補償するために弁ス
テムに当接しかつテーパ内面を有している。

本発明の更らに他の面によれば、アクチュエータ ハウ
ジングはこれとねじ係合された閉鎖部材を有する。この
閉鎖部材はボンネットとともに弁ステムを受入れるよう
になっている開口部を有する。閉鎖部材とアクチュエー
タ ハウジングとの締りばめ公差により弁組立体の残部
に対するアクチュエータの軸線方向の整合を保つ。

本発明の主な利点は高い系圧で使用できる新規なインバ
ート式ベローズ弁を提供することである。

本発明の他の利点は種々の弁構成要素および弁アクチュ
エータ構成要素を軸線方向に整合させ得る構造配置にあ
る。

本発明のなお一層の利点は弁ステムの不整合を補償する
装置を設けることにある。

本発明の更らに他の利点は不均等なばね力を補償かつ弁
ステムの偏心荷重を防ぐ補助カラーを設けることであ
る。

本発明の更らになお一層の利点および利益は下記の詳細
な明細書を読みかつ理解すると、当業者には明らかにな
るであろう。

好適な実施例の詳細な説明 今、本発明の好適な実施例を説明するためだけのもので
あり、本発明を限定するためのものでない図面を参照す
る、弁Ａがこれと作動関係と配置された弁アクチュエー
タＢを有するとして示されている。

より詳細には、弁Ａは弁ボディ10を有し、このボディは
入口通路12および出口通路14を有している。弁ボディに
は、既知の外部流体装置との連結のための適当な端取付
具が上記通路の外端と包囲関係に設けられる。入口通路
および出口通路は弁室16および環状弁座18と連通する。
通路12,14を夫々入口および出口として定めるのは単に
説明のためであり、当業者にはこれらの指定を逆にした
り、複数の入口通路および出口通路を使用したりし得る
ことがわかるであろう。

弁座16は、入口通路および出口通路と流体的に連通して
いる閉鎖端24および開放端26を有する。環状の閉鎖リン
グ30は貫通路32を有し、この貫通路は後述のように弁ス
テムを受入れるよううになっている。閉鎖リングの外周
に沿う段付面34はガスケット37を介在させて弁座16の開
放外端の段付面36とかみ合い係合するように設計されて
いる。これらの段付面およびガスケットは、かみ合い面
34,36による一般に段シールと称するものを形成する。
閉鎖リングは段付面34から半径方向内方に配置した環状
の面取り面38を有する。この面取り表面すなわちテーパ
表面により、組立中、弁ボディに対する閉鎖リングの自
己心出しが確保される。

弁ステム44は弁室16に受入れられる第１部分または下方
部分46を有する。第１部分46の一端はステム先端48を受
入れ、このステム先端は特定の弁用途に合うようにKEL
−Ｆまたは他の適当な材料で構成される。このような他
の材料を本発明の全体の趣旨または本発明の範囲から何
ら逸脱することなしに有利に用い得る。ステム先端はテ
ーパ表面50を有するように示されているが、ポール先端
または他の形状を良好に用い得る。ステム先端48は、閉
鎖位置で、図示のように弁座18に係合して入口通路と出
口通路との流体の流れを防ぐ。弁の開放位置では、ステ
ム先端は弁座から所定間隔へだてており、それにより通
路12と通路14との流体連通が起る。図示のように、ステ
ム先端と出口通路との間には、半径方向の幅広い隙間52
がある。この隙間は、清掃を容易にしかつ従来の装置で
遭遇したような処理流体の閉じ込めを防ぐ。隙間52の存
在により、弁を容易に浄化しかつ清浄することができ
る。

ベローズ60は好適な実施例ではステンレス鋼で構成さ
れ、かつステムの所定の軸線方向移動に順応するため
に、一般に62で示すようにひだ付けられ、或いは、折り
曲げられている。ベローズ60は、ステム先端48に隣接し
て位置決めされた周領域64で便利な装置によって第１ス
テム部分46に溶接されるかあるいは密封固着されるのが
よい。ベローズの他端は一般に66で示す領域で閉鎖リン
グに溶接されるかあるいは固着される。この方法では弁
室16に入る装置の流体圧力は、ベローズ60によって弁ス
テム44から密封隔離されている。この弁構成では、軸線
方向の経路からのベローズの歪は、不当な応力、不当な
摩耗及びベローズの密封部の早期破損を生じるから、ス
テムの移動中、ベローズの軸線方向の整合を維持するこ
とが重要である。軸線方向の整合に必要な程度を維持す
るための対策を以下に詳細に説明する。

ベローズの平均直径Ｄはステム先端の直径Ｄに実質的に
等しい。ベローズおよびステム先端の直径が等しいた
め、弁は二方向性である。二方向性とは、通路12,14の
いずれかが弁の流体圧入口として働き得ることを言う。
好ましくは、通路12は入口であり、従って、ベローズの
破損が起これば、弁は閉じられてしまい、システム流体
は弁室に流入することができない。従って、弁は、いず
れかの通路から加圧されかつ同じように機能することが
できるので、二方向性であると考えられる。

弁ボディ10の雄ねじ68はボンネット保持ナット72のねじ
領域72に係合する。保持ナット72は多角形の外面80を有
し、これらの表面はナットを弁ボディに対して締め付け
るためのレンチ平面を形成する。ナット上の半径方向内
方に延びる肩部82がボンネット90上の半径方向外方に延
びるフランジ88と協働する。ボンネットの第１端部92が
閉鎖リングの半径方向94に当接し、従って、ナット72を
締付けると、閉鎖リングのガスケットおよび弁室の段面
は、互いにしっかりと密封される。

また、閉鎖リング30は貫通路32に配置された細長い環状
ブシュ100を収容する。好ましくは、このブシュは青銅
またはある他の適当な材料で構成される。このブシュ第
１端部102はワッシャ部材104に当接し、中間の切欠き領
域106は閉鎖リング30の保持リップ108に係合する。ブシ
ュは円筒形内面110を有し、この内面は弁ステム44を厳
密に心出しかつその第１部分46に沿って案内する。

ワッシャはステンレス鋼で構成され第１ステム部分に形
成された肩部と協働する止め面として機能する。弁ステ
ムを開放位置まで作動すると、ワッシャ104および肩部1
14は互いに当接して弁ステムの軸線方向移動の最上限界
を形成する。

ボンネット90には、管連結体（図示せず）を受け入れる
ようになっている試験ポート120が設けられている。こ
の試験ポートを使用して弁組立体を監視し、弁からの流
体が段シール或いはベローズシールを迂回しているかど
うかを検出して、適切な正しい測定を行うことができ
る。試験ポートのねじ部分122には、適切な管連結体が
ねじ係合し得る。

ボンネット90は半径方向内方に延びる支持フランジ124
を有し、このフランジは不整合を補償する装置を支持す
る。この不整合補償装置は環状グランド126を有し、こ
のグランドは内方溝128および外方溝130を有する。これ
らの溝は夫々内方Ｏ−リング132および外方Ｏ−リング1
34を受入れるようになっている。内方Ｏ−リング132は
第２すなわち上方ステム部分140に接触する。外方Ｏ−
リング134はボンネットの内面142と協働する。内方溝12
8および外方溝130に複数のＯ−リングを備えた環状グラ
ンド126を利用することにより、弁ステムの不整合を補
償する。というのは、グランドおよびＯ−リングにより
浮動を可能にするからである。グランドは第２ステム部
分をゆるく受入れるようになっており、そしてこのグラ
ンドはボンネットによってゆるく受け入れられる。Ｏ−
リングは第２ステム部分140の軸線方向位置を安定させ
るように変形する。保持リング144が補償装置をボンネ
ットの内面142および支持フランジ124に沿って軸線方向
に位置決め状態に保つ。

第２ステム部分140は雌ねじ146を有し、この雌ねじは第
１ステム部分46の最外端の雄ねじ148と協働できる。ね
じ連結により、弁ステムはその軸線方向移動中、確実に
戻ることができる。また、第１および第２ステム部分は
夫々締り嵌め内径および外径を有する。これらの締り嵌
め直径により、初期の組立中あるいは保守後の再組立時
に複数のステム部分の軸線方向の正確な整合が確保され
る。２つのステム部分間のねじ連結の使用により、ベロ
ーズの所望の軸線方向移動に対する歪を引起すことなし
に、一体のベローズ副組立体の所定の取りはずしを容易
にする。

ボンネットの外面はねじ部分152を備えており、このね
じ部分はアクチュエータ閉鎖部分すなわち基部158の開
口部156のねじ領域に係合する。アクチュエータ閉鎖部
材は外周面160を有し、この外周面はねじ領域162、およ
びシールリング166を受け入れるようになっている溝164
を有する。アクチュエータ閉鎖部材の軸線方向端面168
はアクチュエータのハウジングの軸線方向肩部170と協
働して閉鎖部材の最内挿入部を形成する。溝174および
関連シール部材176はアクチュエータ閉鎖部材すなわち
基部とボンネットの外面との間に流体密シールを作る。

閉鎖部材158には、内方肩部178が弁の一変形例における
ばね180の一端を受け入れるように設けられている。ば
ね180は当業者には容易にわかるように、弁の別の常時
開放型実施例で使用されるので、仮想的に示してある。
この別の常時開放型実施例を以下により詳細に説明す
る。

第２ステム部分104には、明確にはピストンとして示さ
れているアクチュエータ182が配置されている。他のア
クチュエータを同等に用い得る。第２ステム部分140に
は、このピストンをステムと一定関係で保持するための
ナット184およびワッシャ186が設けられている。ピスト
ン182は、その外周溝194に受入れられるＯ−リング192
によってアクチュエータのハウジングに密封係合する。
ピストンの内周196はＯ−リング198と間隔の密な関係で
配置され、Ｏ−リング198は第２ステム部分に設けられ
た周溝200に受入れられる。

流体圧をアクチュエータの内部に開口部206から供給す
るのがよく、この開口部は、第２ステム部分140に設け
られた軸線方向の流体通路208と流体連通している場合
について示されている。変更例として、第２ステム部分
は異なる方法でアクチュエータのハウジングを貫いて設
けられる適当な流体開口部と完全一致してもよい。ステ
ムの流体通路208はステムの最外端部212から横ボア214
まで延びており、この横ボアは第２ステム部分140の内
端に向って位置決めされている。このようにして、ピス
トンの外面222に差し向けられる対向したばね付勢力に
抗してピストンを軸線方向に駆動するための流体圧をピ
ストンの内面220に選択的に差し向け得る。第２ステム
部分140の曲線状表面224は補助カラー226の貫通開口部
と協働してばね付勢装置によって及ぼされた不均等な力
を補償する。

より詳細には、補助カラー226は拡大貫通路228を有し、
この貫通路は第２ステム部分140をゆるく受入れる。テ
ーパ面230が第２ステム部分の曲線状部分224に係合し、
従って、補助カラーはステムの軸線に対して制限された
角位置をとり、それによりばね232によって及ぼされる
不均等の力を補償し得る。好ましい構成では、これらの
ばねは、事実上コイルばねであって、一端が補助カラー
に当接し、他端がキャップ172の環状肩部240,242に係合
するように同心に配置される。常時開放型実施例につい
ては、一対のばねを使用する。というのは、高圧の適用
には大きな付勢力を必要とするからである。

この別の常時開放型実施例では、ばね180の一端が閉鎖
部材158の内方肩部178に当接する。ばね180の他端はピ
ストンアクチュエータ182に当接する。横ボア214は流体
圧をピストンの外面222に与えるために所定の軸線方向
位置に設けられている。この別の常時開放型実施例はピ
ストンの外面222に加えられる流体圧を利用してばね180
によって及ぼされる付勢力に打ち勝つ。この別の実施例
では、弁室内の流体系圧が高いため、単一のばねのみを
必要とする。ばね180,232,234を同時に使用しないが、
変更例ではこれのばねが組入れられることはわかるであ
ろう。

インバート式ベローズ弁のすべての湿潤金属部品（ベロ
ーズ自身も含む）は好ましくは316ステンレス鋼で構成
される。第２すなち上方ステム部分は硬化可能なステン
レス鋼で構成されるのがよく、残りのアクチュエータ構
造体はアルミニウムである。先に指摘したように、ステ
ム先端は弁座とともに確実にシールするKEL−Ｆのよう
な軟質材料で作られる。しかしながら、前記物質は単に
例示であり、含まれる発明の概念から何ら逸脱すること
なしに他の材料を適当に用い得る。

新規な本展開は補助カラーおよび不整合補償装置に加え
て自己心出しテーパ面を組入れる。このテーパ面によ
り、２つの主要構成要素の軸線方向整合をもたらしてベ
ローズの正確な軸線方向移動を行なわせる。補助カラー
は、複数の同心ばねの使用による不均等な力を弁ステム
に伝達されないようにする。同様に、複数の同心Ｏ−リ
ングを備えるグランドにより、ステムを浮かし、それに
よりいずれの不整合をも補償する。ブシュ100は弁ステ
ムの心出しおよび案内のために装置の外側に位置決めさ
れ、所定の構成要素間の相互ねじ連結により弁の迅速な
分解および保守を容易にする。これらの種々の特徴の相
互作用により、3500psiに達する圧力に耐えることがで
きるインバート式ベローズ弁組立体が提供される。

好適な実施例について本発明を説明した。明らかに、明
細書を読んで理解すると、変形例および変更例が思い浮
ぶであろう。このような変形例および変更例のすべては
それが特許請求の範囲内に入る限り含むものである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明により構成されたインバート式ベローズ弁の
側部の断面図である。 Ａ……弁、Ｂ……弁アクチュエータ、12……入口通路,1
4……出口通路、16……弁室、18……弁座、30……閉鎖
リング、44……弁ステム、48……ステム先端、60……ベ
ローズ、90……ボンネット、100……ブシュ、104……ワ
ッシャ、126……環状グランド、128,130……溝、132,13
4……Ｏ−リング。

フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム カール ステイス アメリカ合衆国 オハイオ州 44130 パ ーマ ヴァリー レーン 8213 (72)発明者 ドナルド アラン レーヴェングッド アメリカ合衆国 オハイオ州 44224 シ ルヴァー レイク ミルブロー ロード 2920 (56)参考文献 実開 昭48−19226（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−50317（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭27−1972（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭50−40031（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入口通路、出口通路、これらの通路と流体
   連通している弁室、および上記通路間に配置された弁座
   を有する弁ボディと； 上記弁室およびアクチュエータ ハウジングと作動係合
   している弁組立体とを備え、該組立体は、上記入口通路
   と出口通路との間の流体の流れを制御するために上記弁
   座と選択的に密封係合するための先端を一端に持つ弁ス
   テムを有し、 上記ステムの一部を取囲み、かつ上記ステムを上記弁室
   を通る流体から隔離し、流体が圧縮外力を及ぼすように
   両端が密封固着されたベローズを備え； 上記ステムは第１部分および第２部を有し、該第２部分
   は上記弁ステムの所定の往復移動を行なわせるアクチュ
   エータと作動係合しており； 上記ステムの軸線方向移動を長さ方向の軸線に沿って滑
   らかに案内するために上記ステムの不整合を補償する装
   置を備え、該不整合補償装置は内方溝および外方溝を有
   する環状グランドを有し、内方溝および外方溝は夫々同
   心の内方シールリングおよび外方シールリングを受け入
   れ、前記環状グランドは弁ボディと浮動関係に配置さ
   れ、かつ上記内方シールリングを上記ステムと係合させ
   てステムをゆるく受け入れることを特徴とするベローズ
   弁。
2. 【請求項２】上記弁室は上記第１ステム部分を受入れる
   開放端を有し、閉鎖リングが上記弁室の開放端とともに
   段シールを形成し、上記ベローズの一端は上記第１ステ
   ム部分の内端に隣接して上記第１ステム部分と密封係合
   して配置され、上記ベローズの他端は上記ステムを密封
   隔離するために上記閉鎖リングと密封係合して配置され
   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
   ベローズ弁。
3. 【請求項３】上記閉鎖リングは上記弁ステムを受入れる
   ように環状に成形されかつステムの心出しおよび案内を
   行うために上記ステムに対して包囲関係にある細長いブ
   シュを有することを特徴とする特許請求の範囲第２項に
   記載のベローズ弁。
4. 【請求項４】上記閉鎖リングはこれとベローズを上記弁
   室の開放端に対して心出しするためのテーパ面を有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のベロー
   ズ弁。
5. 【請求項５】上記閉鎖リングは上記弁室と反対側の面で
   ボンネットを受け入れ、保持ナットが上記閉鎖リングを
   上記弁室の開放端で上記弁ボディと密封関係に付勢する
   ために上記ボンネットおよび弁ボディと協働することを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のベローズ弁。
6. 【請求項６】上記ボンネットは上記ベローズの密封結合
   性の監視に適応するように開口するポートを有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項記載のベローズ弁。
7. 【請求項７】上記ボンネットは上記不整合補償装置を受
   入れ、上記外方シールリングは上記ボンネットと係合関
   係で配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項に記載のベローズ弁。