JPH0253662B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ 発明の分野 本発明は、潤滑したテーパ付プラグ弁の内部か
ら心棒に沿つて弁の外部に漏れるのを防ぐため及
びこのプラグを本体のテーパ穴に関して軸方向に
理想的に位置づけるための心棒シールとプラグ調
整装置の組合せを提供する方法及び装置に関す
る。

ロ 発明の背景と従来技術 プラグ弁は、管路の中の流体の流れを制御する
有効な手段として、従来技術で長く知られてい
る。ある場合には、この閉鎖部材は、形状が円筒
形で、この弁の本体内の同様な形の座に嵌まる。
他の場合には、このプラグは、テーパ付の形で、
本体内の同様にテーパの付いた穴に嵌まる。又、
ある場合には、このプラグはこのテーパ付穴と金
属間接触をし、一方、他の場合には、このプラグ
の閉鎖部材のシール性を増加するため、及びこの
弁をその開位置と閉位置の間に廻すために要する
トルクの量を最小にするため、潤滑剤及びシーラ
ント（ここでは「シーラント」と称する）の膜が
プラグの表面とテーパ穴の間に介在する。しか
し、全ての場合、このプラグに結合された弁心棒
は、このプラグをその開位置と閉位置の間に廻す
手段を提供するように、ハウジングの孔を通り本
体の外部へ延びる。これが本体の内部から外部へ
の漏洩路となりうる。

この漏洩路をシールする各種の手段が過去に提
案され且つ利用されている。そのようなシールの
典型は、米国特許第1932322号、第2651490号、第
2699916号、第2715412号、第2718665号、第
2876987号、第2945668号及び第4159818号に示さ
れているものである。特許第1932322号、第
2945668号、第2876987号及び第2651490号のよう
な場合には、このシールは、弁の本体の軸方向に
延びる面とプラグの間に設けられている。特許第
2715412号及び第2718665号のような他の場合に
は、このシールは、プラグの上面及びこの本体上
にある半径方向に延びる面の間に設けられてい
る。特許第2718665号では、ポリテトラフルオロ
エチレンのシールリングを円筒形プラグの上面と
本体の半径方向面との間にはさむ。組立中、この
プラグに軸方向に圧力を与え、このシールリング
をこのプラグの上面のテーパ付溝の中に、押し込
み、それをこの溝及び本体と密なシール接触させ
る。特許第2699916号及び第4159818号に示すよう
な、更に他の場合は、シールは軸方向に延びる面
と半径方向に延びる面の両方に設けられる。

しかし、これらの全ての場合に、使用するシー
ル手段又は組立でこのシールを設ける方法は、比
較的複雑で、従つて高価であるか、又は適切なシ
ールを設けることの有効性に疑問がある。更に、
シール適性を高めるため及びプラグの回転努力を
軽減するために、シーラント膜をプラグとテーパ
穴の間に介在させる潤滑テーパ弁では、このシー
ラントに圧力を加える結果としてプラグが本体の
テーパ穴から外に動くために生ずる、プラグと本
体テーパ穴との間の隙間を最適値に制御すること
が望ましい。もしこの隙間がシーラントの厚い膜
を要するほど大きいと、このシーラントは、管路
流体圧によつてプラグと本体の間から極めて容易
に押し出され、流体管路の中へ入るかもしれな
い。同時に、この隙間を制御するために使用する
方法は、この弁の操作を困難にするような、プラ
グと本体の間の高い摩擦抵抗を生ずる結果となる
界面圧力を作るような、プラグを軸方向に内方に
テーパ穴の方へ片寄せる力を生じてはならない。
本出願人は、この本体と心棒の間に効果的なシー
ルを提供する手段、及び組立中に、このプラグと
本体テーパ穴の間の隙間の制御を提供する手段を
開発した。

ハ 発明の要約 本発明に於いては、テーパ付潤滑プラグ弁の組
立中に、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）
の変形可能な、断面が一般に変形しない状態で矩
形の、シールリングが、心棒の下部とプラグの上
にあるこの弁のふたとの間に作られた、一般に矩
形断面の環状空間の中に挿入される。この空間
は、このふたが本体上の然るべき位置にあるとき
のプラグの上部とふたの間の入込隙間に通じる。
そこで、シーラントが、プラグと本体テーパ穴の
表面の溝のシステムに加圧して注入され、このプ
ラグがテーパ付の構造のため、それがプラグをテ
ーパ穴との金属間接触から離して、このプラグと
穴の間に空間を作り、その中にシーラントが流れ
てこのプラグと穴の間にシーラント膜を作る。

この運動中、このシールリングは、リングの一
部がプラグの上部とふたの間の入込隙間の中へ変
形するように、プラグの運動によつて変形され
る。これが、個々の弁の各々の心棒及びふたと特
注嵌め合せした独特な心棒シールを提供し、且
つ、後に更に詳しく説明するように、プラグがテ
ーパ穴との金属間接触から離れる量を制限するこ
とによつて、適当な厚さのシーラント膜を含む、
プラグと本体の間の管理された隙間を提供する。

ニ 実施例 図面を参照すると、弁本体１０は、テーパ穴１
２によつて区切られた室を囲い、その穴に、同様
なテーパ面１６を有するプラグ１４が受けられて
いる。本体１０の入口及び出口通路１５及び１７
は、第１図に示すようにこのプラグがその弁開き
位置にあるとき、プラグの貫通孔１９によつて連
絡される。この室の大端は、孔２６をもつふた２
２によつて閉じられ、その穴を通つて、プラグと
一体に作られた心棒２４が突出し、そのふたは、
一本だけ図示した一組のボルト２３によつてこの
本体１０に固定されている。エラストマーのシー
ルリング１１は、このふた２２と本体１０の間に
締付けられ、そしてエラストマーリング１３は、
心棒２４とふた２２の間に圧縮されてこの心棒と
ふたとの間の空間３０に湿気や異物が入るのを防
ぐ。

ほぼ矩形の形状であり且つ実質的に半径寸法で
ある環状空間が、心棒２４の下部とふた２２の面
２９との間に作られている。このプラグとテーパ
穴の間にシーラント膜が介在する前に、プラグが
穴と金属間接触しているときの、プラグの上面２
７とふたの下面２５との間の空間は、数字３１で
識別し、通常「入込」と称する。心棒２４とふた
２２の間のこの空間３０、並びに第１図及び第２
図に示す空間３１、並びに第３図に示すプラグと
テーパ穴の間の空間２１は、説明のために誇張さ
れている。50mmの弁で、「入込」は典型的には
0.635mmのオーダで、空間３０は0.508mm及び第３
図で、空間２１は最大値約0.015mmの範囲に制御
されるべきである。

プラグの小端で、底壁５４は、この底壁５４と
プラグ１４の小端との間に室５６を形成する。こ
の環状壁内の壁５４とプラグの底との間のばね５
０は、プラグをテーパ穴から離して片寄せる。

シーラント取付部品４２は、心棒２４の上部に
ねじ込まれ、この心棒の軸方向に延びる通路３８
に通じ、次にその通路は、このプラグの大端に作
られた直径方向に延びる通路３６に通じる。この
通路３６の両端は、このプラグの表面上に直径方
向に対向して作られた二つの円周方向に延びる通
路３４（その一つだけを図示）に通じる。２対の
溝３２（その１対だけを図示）が本体テーパ穴１
２に作られている。これらの溝３２の各対の上端
は、プラグの表面の対応する円周溝３４に通じ、
一方溝３２の各対の下端は、プラグの底にある室
５６に通じる。それで、加圧して取付部品４２の
中へ注入されたシーラントは、通路３８，３６，
３４及び３２を通り、プラグの底の室５６の中へ
流れるだろう。このシステムに圧力が加えられる
と、プラグ１４はテーパ穴１２との金属間接触か
ら押し離され、シーラントは、第３図に最もよく
示すように、プラグとテーパ穴の間の空間２１の
中に流れ込むだろう。

組立の際、先ずプラグ１４を、このプラグの表
面とテーパ穴１２の間の金属間接触を保証するに
十分な力で、プラグの本体の中へ挿入する。一般
に矩形断面の環状シールリング４０を、その変形
しない状態で、心棒と面２９によつて区切られた
空間の中に置く。次に、心棒２４を孔２６から出
して、ふたをこの本体の上に乗せ、ボルト２３に
よつてこの本体に固定する。このリング４０の変
形しない矩形状態の断面の大きさは、それが面２
９と心棒の間の空間を本質的に満すほどで、それ
で第２図に示すように、ボルト２３を完全に締め
たとき、このリングはプラグの面２７と接触し、
且つ入込空間３１の中及び面２８と心棒の間の空
間の中へわずかに変形するだろう。

次にシーラントを加圧して取付部品４２を通し
て、このシーラントシステムに注入し、それがこ
のプラグをその穴との金属間接触から引き離す。
プラグがテーパ穴から面２５の方へ離れると、リ
ング４０は更に変形され、部分４３（第３図）
は、面２５と２７の間の空間の中へ押し込まれる
だろう。リング４０の断面及び面２９と心棒の間
の空間は、変形可能なリング４０の抵抗に抗して
プラグをその座から押し離すためにはシーラント
がかなりの圧力を生じなければならないことを保
証するような寸法になつている。生じた力は、リ
ング４０が元の形に戻ろうとしないようにそれを
永久に変形することを意図している。50mmの弁
で、このリングの半径方向厚さは約2.5mmで、面
２９と心棒の間の空間は、このリングをきちんと
受けるように、わずかに大きいだけである。

プラグは、シーラントがこのプラグとテーパ穴
（第３図）の間の空間２１からポート１９及び／
又は入口及び出口１５及び１７の中へ流れるま
で、テーパ穴から離れつづけるだろう。この点
で、このシーラントシステム内の圧力は猛烈に低
下し、それは組立者に、適当な厚さのシーラント
膜が空間２１の中に出来るような十分な隙間がプ
ラグとテーパ穴の間に出来たこと、並びにシール
リング４０が面２５，２７，２８，２９及び心棒
２４と密なシール関係に押し込まれていることを
示す。シールリング４０が、非常に効果的な心棒
シールを提供し、一方で同時に適当な厚さのシー
ラント膜がプラグとテーパ穴の間に入るに丁度十
分な大きさの隙間をこのプラグと本体テーパ穴の
間に作るために、各個々の弁と特注嵌め合せされ
るのは、この手段と手順による。

プラグをテーパ穴から「持ち上げ」、隙間を作
り適当な厚さのシーラント膜を形成するため、こ
のシーラントシステムに加える圧力の大きさは、
リング４０の半径方向寸法と使用するシーラント
の粘度によるだろう。最も普通に使われるシーラ
ントでは、240Kg／cm²のオーダの圧力が使われる。
もし、より高い粘度のシーラントを使うなら、適
当な隙間と適当な厚さのシーラント膜を作るため
には、より高い「持ち上げ」圧力が必要かも知れ
ず、この場合はより厚い膜が必要かも知れない。
いずれにしても、プラグとテーパ穴の間の適当な
隙間及び適当な膜厚に達した点は、このシーラン
トシステムの圧力の有意な低下によつて合図され
るだろう。

このシーラントシステムの圧力を除いてから
は、ばね５０が、リング４０とプラグ及び心棒の
間のシール関係を維持するようにプラグをその座
から押し離しつづけるだろう。管路で使用すると
き、このばねの圧力は、プラグにそれをテーパ穴
から離そうとする方向にスラストを働かせ、管路
の中の流体圧力×心棒の断面積に等しい、管路の
流体圧力の影響によつて増大されるだろう。プラ
グ上の軸方向スラストは、主としてリング４０に
よつて吸収されるので、及びこのリングは摩擦係
数の低いPTFEで作られるので、プラグの回転の
抵抗は最小にされる。

リング４０の断面は、管流体圧力によつて生ず
るプラグからのスラストが、使用中にリング４０
の更なる変形が起きず且つプラグとテーパ穴の間
の空間２１の拡大が起こらないように、組立中に
シーラント圧力によつて生ずるスラストに比べて
取るに足らないような、寸法になつている。も
し、このリング断面の半径方向寸法が大き過ぎる
と、シーラント膜は薄過ぎて、プラグ回転トルク
を高くするだろう。もし、このリング断面の半径
方向寸法が小さ過ぎると、リングは管流体圧力に
よつて更に変形され、プラグを穴から遠く動かし
過ぎ且つプラグ周りの漏れを生ずるかも知れな
い。又、リング４０は組立のとき永久的に変形さ
れるので、プラグを本体テーパ穴の方へ軸方向に
内方に片寄せる力は存在せず、且つプラグと本体
の間の高い摩擦抵抗を生じ、この弁を操作しにく
くする境面圧力は存在しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を使つた弁の立面図を断面で
示す。第２図は、第１図で丸で囲んだ領域の拡大
詳細図で、心棒シールリングが部分的に変形した
状態にあり、プラグが本体テーパ穴と金属間接触
しているのを示す。第３図は、第１図で丸で囲ん
だ領域の拡大詳細図で、心棒シールリングが完全
に変形した状態にあり、プラグと穴の間にシーラ
ント膜を設けるためプラグを本体テーパ穴から
「持ち上げ」たところを示す。 １０……本体、１２……テーパ穴、１４……プ
ラグ、２２……壁、２４……心棒、２６……孔、
３０……環状空間、３１……隙間、３２……溝、
３４……溝、４０……シールリング、５０……弾
性装置、５６……室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ テーパ穴１２によつて区切られた室を囲う本
   体１０、該穴に受けられるようにされたテーパプ
   ラグで、そのテーパプラグと一体に作られ且つそ
   のプラグの大端から延びる心棒２４を有するテー
   パプラグ１４、該室の大端を閉じ且つ該心棒が突
   出する孔２６を有する該本体上の壁２２、並びに
   該プラグ及び該穴にシーラントを導くための該プ
   ラグ及び該穴にある溝３２，３４を含むシーラン
   トシステムを有するテーパ付プラグ弁用の心棒シ
   ールを設ける方法であつて、 (a) 該プラグと該穴の間の金属間接触を保証する
   に十分な力で該プラグを該穴の中に挿入する工
   程、 (b) 該プラグが該穴と金属間接触しているとき、
   該プラグの大端と該壁の間に隙間３１を設ける
   工程、 (c) 該壁と該心棒と該心棒に隣接する該プラグの
   大端の一部との間の環状空間３０にして、該隙
   間に通じる環状空間を設ける工程、 (d) 該環状空間内にあり、該プラグと該穴が金属
   間接触しているとき、該空間を実質的に満し、
   該壁の下に延び且つ該プラグの大端と接触して
   いる変形可能な材料のシールリング４０を設け
   る工程、及び (e) 該プラグを該穴から離すように押し且つ該リ
   ングの一部を該壁と該プラグの大端との間の該
   隙間の中に変形させるため加圧したシーラント
   流体を該システムの中へ注入する工程を含む方
   法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方法であつて、
   該プラグが該テーパ穴との金属間接触から離れ且
   つ該リングが適当に変形されたときを決める手段
   として、該システム中の圧力を観測する追加の工
   程を備えた方法。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の方法に於いて、
   該システムに最初に加えられる圧力が240Kg／cm²
   のオーダである方法。 ４ テーパ穴１２によつて区切られた室を囲う本
   体１０、該穴に受けられるようにされたテーパプ
   ラグで、そのテーパプラグと一体に作られ且つそ
   のプラグの大端から延びる心棒２４を有するテー
   パプラグ１４、該室の大端を閉じ且つ該心棒が突
   出する孔２６を有する該本体上の壁２２、該プラ
   グが該穴と金属間接触しているときの、該壁と該
   プラグの大端との間の隙間３１、該壁の一部、該
   心棒及び該心棒に隣接する該プラグの大端の一部
   の間にあり、該隙間に通じる環状空間３０、該環
   状空間を実質的に満す、変形可能な材料のシール
   リング４０、該プラグ及び該穴にある溝３２，３
   ４及び該プラグの小端の室５６を含みシーラント
   を加圧して注入することができるシステムを含
   み、該リングの一部を該壁と該プラグの大端部と
   の間の該隙間の中へ変形し且つ該壁、及び該心棒
   に隣接する該プラグの大端とシール係合させるた
   め該プラグを該穴との金属間接触から離すための
   手段、並びに該プラグの小端にあり、該プラグを
   該変形したリングとシール係合するように片寄せ
   る弾性装置５０を有するテーパ付プラグ弁。