特許 7422897 ボールロックを有するバルブ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-18

(45)【発行日】2024-01-26

(54)【発明の名称】ボールロックを有するバルブ装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 27/00 20060101AFI20240119BHJP

   F16K 15/03 20060101ALI20240119BHJP

【ＦＩ】

F16K27/00 B

F16K15/03 Z

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2022564178

(86)(22)【出願日】2020-04-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-13

(86)【国際出願番号】 US2020029762

(87)【国際公開番号】W WO2021216085

(87)【国際公開日】2021-10-28

【審査請求日】2022-12-19

(73)【特許権者】

【識別番号】594203852

【氏名又は名称】エアロジェット ロケットダイン インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(72)【発明者】

【氏名】マイヤー，デイヴィッド

(72)【発明者】

【氏名】パディラ，マリオ

(72)【発明者】

【氏名】グレノン，ゲイリー

【審査官】篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３００１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－１１５１６８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０９－１１９５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－００４１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭５０－０１４１７７（ＪＰ，Ｙ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ２７／００

Ｆ１６Ｋ １５／０３

Ｆ１６Ｌ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外側環状チャネルを有する雄ハウジング、および内側環状チャネルを有する雌ハウジングであって、前記外側および内側環状チャネルが合わさってトロイダル管を画定し、かつ前記雄および雌ハウジングが合わさって流体通過流路を画定するように、雄ハウジングが雌ハウジング内に収容可能な、雄ハウジングおよび雌ハウジングと、
前記雄ハウジングおよび前記雌ハウジングにそれぞれ配置された第１および第２のバルブ要素と、
前記トロイダル管に収容可能な複数のボールロックであって、前記雄ハウジングおよび前記雌ハウジングを互いに軸方向にロックする、複数のボールロックと、
前記第１および第２のバルブ要素が機能的に整列しているときに係合可能であり、係合時に前記雄ハウジングと前記雌ハウジングとの間の相対的回転を防ぐようにロックするロックと、
を備えた、バルブ装置。

【請求項2】

前記第１または第２のバルブ要素のうちの一方がフラッパであり、前記第１または第２のバルブ要素のうちの他方がフラッパ停止部であることを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。

【請求項3】

前記フラッパがばねを含むことを特徴とする請求項２に記載のバルブ装置。

【請求項4】

前記フラッパがバンパを含むことを特徴とする請求項３に記載のバルブ装置。

【請求項5】

前記流体通過流路が、前記雄ハウジングに開口する第１の流路と、前記雌ハウジングに開口する第２の流路と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。

【請求項6】

前記第１および第２の流路が、非同軸であることを特徴とする請求項５に記載のバルブ装置。

【請求項7】

前記複数のボールロックが、ボール対ボール接触の連続線を形成することを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。

【請求項8】

前記外側および内側環状チャネルは、断面がそれぞれ半円形であることを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。

【請求項9】

前記雌ハウジングが、前記内側環状チャネルに開口するボールロックポートを含むことを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。

【請求項10】

前記雌ハウジングが直径５．０８ｃｍ（２インチ）未満であり、前記トロイダル管が少なくとも８０個の前記ボールロックを含むことを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。

【請求項11】

前記雄ハウジングと前記雌ハウジングとの間に少なくとも１つのシールをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。

【請求項12】

前記ロックがロックピンを含むことを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。

【請求項13】

外側環状チャネルを有する雄ハウジング、および内側環状チャネルを有する雌ハウジングであって、前記雄ハウジングおよび前記雌ハウジングにそれぞれ第１および第２のバルブ要素が配置された、雄ハウジングおよび雌ハウジングを提供し、
前記外側および内側環状チャネルが合わさってトロイダル管を画定し、かつ前記雄および雌ハウジングが合わさって流体通過流路を画定するように、前記雄ハウジングを前記雌ハウジング内に挿入し、
前記第１および第２のバルブ要素が機能的に整列しているときに、前記雄ハウジングと前記雌ハウジングとの間の相対的回転を防ぐようにロックするロックを係合させ、
前記雄ハウジングおよび前記雌ハウジングを互いに軸方向にロックする複数のボールロックを前記トロイダル管に挿入する、
ことを備えた、バルブ装置の組立方法。

【請求項14】

前記第１または第２のバルブ要素のうちの一方がフラッパであり、前記第１または第２のバルブ要素のうちの他方がフラッパ停止部であることを特徴とする請求項１３に記載のバルブ装置の組立方法。

【請求項15】

前記フラッパがばねを含むことを特徴とする請求項１４に記載のバルブ装置の組立方法。

【請求項16】

前記複数のボールロックが、ボール対ボール接触の連続線を形成することを特徴とする請求項１３に記載のバルブ装置の組立方法。

【請求項17】

前記ロックがロックピンを含み、前記ロックを係合させることが、前記ロックピンを、前記雄および雌ハウジング内で整列したロックチャネルに挿入することを含むことを特徴とする請求項１３に記載のバルブ装置の組立方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

逆止弁は、流体ダクト内で流体を一方向のみに流すように使用される。ボールチェックバルブ、ダイヤフラムチェックバルブ、フラッパチェックバルブ、ディスクチェックバルブなどの、さまざまなタイプの逆止弁が存在する。多くの場合、逆止弁は、ダクト内にインラインで取り付けられた単一のバルブ本体に配置される。ボール、ダイアフラム、フラッパ、ディスクなどのバルブ要素、ならびに関連するシールやスプリングは、バルブ本体に組み込まれる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0002】

本開示の一例によるバルブ装置は、外側および内側環状チャネルをそれぞれ有する雄および雌ハウジングを含む。雄ハウジングは雌ハウジング内に収容され、それにより外側および内側環状チャネルが合わさってトロイダル管を画定し、雄および雌ハウジングが合わさって流体通過流路を画定する。第１および第２のバルブ要素が、雄ハウジングおよび雌ハウジング内にそれぞれ配置される。複数のボールロックがトロイダル管内に収容される。ボールロックは、雄ハウジングと雌ハウジングを互いに軸方向にロックする。第１および第２のバルブ要素が機能的に整列しているときにロックが係合され、係合時に雄および雌ハウジングを回転的にロックする。

【0003】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、第１または第２のバルブ要素の一方がフラッパであり、第１または第２のバルブ要素の他方がフラッパ停止部である。

【0004】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、フラッパはばねを含む。

【0005】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、フラッパはバンパを含む。

【0006】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、流体通過流路は、雄ハウジングに開口する第１の流路と、雌ハウジングに開口する第２の流路と、を含む。

【0007】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、第１および第２の流路は非同軸である。

【0008】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、複数のボールロックは、ボール対ボール接触の連続線を形成する。

【0009】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、外側および内側環状チャネルは、断面がそれぞれ半円形である。

【0010】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、雌ハウジングは、内側環状チャネルに開口するボールロックポートを含む。

【0011】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、雌ハウジングは直径が２インチ未満であり、トロイダル管は少なくとも８０個のボールロックを含む。

【0012】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、雄ハウジングと雌ハウジングとの間に少なくとも１つのシールを含む。

【0013】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、ロックはロックピンを含む。

【0014】

本開示の一例によるバルブ装置の組立方法が、外側および内側環状チャネルをそれぞれ有する雄ハウジングおよび雌ハウジングを提供することを含む。第１および第２のバルブ要素が、雄ハウジングおよび雌ハウジング内にそれぞれ配置される。雄ハウジングは雌ハウジングに挿入され、それにより外側および内側環状チャネルが合わさってトロイダル管を画定し、雄および雌ハウジングが合わさって流体通過流路を画定する。第１および第２のバルブ要素が機能的に整列するときにロックが係合されて、雄および雌ハウジングを回転的にロックする。複数のボールロックがトロイダル管に挿入されて、雄ハウジングと雌ハウジングとを軸方向にロックする。

【0015】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、第１または第２のバルブ要素の一方がフラッパであり、第１または第２のバルブ要素の他方がフラッパ停止部である。

【0016】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、フラッパはばねを含む。

【0017】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、複数のボールロックは、ボール対ボール接触の連続線を形成する。

【0018】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、ロックはロックピンを含み、ロックの係合は、ロックピンを、雄および雌ハウジング内の整列したロックチャネルに挿入することを含む。

【0019】

本開示の様々な特徴および利点は、以下の詳細な説明から当業者に明らかとなるであろう。詳細な説明に付随する図面は、次のように簡単に説明することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】一例のバルブ装置を示す図である。

【図2】図１のバルブ装置の断面図である。

【図3】バルブ装置およびボールロックの軸方向断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１はバルブ装置２０を概略的に示し、図２はバルブ装置２０の断面図を示す。バルブ装置２０は逆止弁であり、本明細書ではフラッパ型の逆止弁として説明する。しかしながら、本明細書の例は、その他のタイプの逆止弁にも有益であることを理解されたい。

【0022】

一般に、バルブ装置２０は、ボールジョイント２６で互いに固定された雄および雌ハウジング２２／２４を含むツーピースの本体を有する。雄ハウジング２２が、雌ハウジング２４内に入れ子になるように、雄および雌ハウジング２２／２４は、概ね円筒形であるとともに、相補的な形状を有する。雄ハウジングおよび雌ハウジング２２／２４は、金属または金属合金などの比較的強い材料で形成することができる。一例では、雄および雌ハウジング２２／２４の各々は、単一部品のモノリシック構造である。

【0023】

雄ハウジング２２および雌ハウジング２４は共に、流体通過流路２８を画定する。この例では、流体通過流路２８は、雄ハウジング２２の開放内部領域に開口する第１のまたは入口流路２８ａと、雌ハウジング２４の開放内部領域に開口する第２のまたは出口流路２８ｂと、雄ハウジングおよび雌ハウジング２２／２４の交差する開放内部領域を通る中間流路２８ｃと、を含む。図示のように、第１および第２の流路２８ａ／２８ｂのそれぞれは、それらの中心軸に沿って真っ直ぐであるが、互いに非同軸である。

【0024】

バルブ装置２０はさらに、雄ハウジング２２および雌ハウジング２４内にそれぞれ配置された第１および第２のバルブ要素３０／３２を含む。図示の例では、第１のバルブ要素３０はフラッパ３０ａであり、第２のバルブ要素３２はフラッパ停止部３２ａである。本明細書で使用される用語「第１」および「第２」は、２つの構造的に異なるコンポーネントまたは機能があることを区別するためのものである。フラッパ３０ａは、そのフラッパ３０ａを弁座３０ｃに対して閉位置に付勢する付勢ばね３０ｂを備えた、雄ハウジング２２内のピンに枢動可能に取り付けられたゲートまたはディスクを備えることができる。付勢ばね３０ｂは、流体がフラッパ３０ａを弁座３０ｃから離して流体の貫流を可能にする所望の開放圧力を提供するように選択されたばね定数を有する。「第１」および「第２」という用語は、本明細書の実施形態において交換可能であり、第１の構成要素または特徴は、代替的に第２の構成要素または特徴と呼ぶことができ、逆もまた同様であることが理解されるべきである。例えば、代替的に、フラッパ３０ａは雌ハウジング２４内にあり、フラッパ停止部３２ａは雄ハウジング２２内にあってもよい。

【0025】

フラッパ停止部３２ａは、フラッパ３０ａの旋回経路に位置して、フラッパ３０ａのストロークを制限し、それによって、流体通過流路２８を通る最大流れ面積を画定する。例えば、フラッパ停止部３２ａは、雌ハウジング２４と一体的に形成された表面であり、フラッパ３０ａに対して相補的に配置または方向付けられて、その動きを停止する。この点に関して、フラッパ３０ａ、フラッパ停止部３２ａ、またはその両方は、フラッパ３０ａとフラッパ停止部３２ａとの間の接触位置として機能するバンパなどを有してもよい。図示の例では、フラッパ３０ａは、フラッパ３０ａが完全に開いたときにフラッパ停止部３２ａに接触するバンパ３０ｄを含む。バンパ３０ｄは、フラッパ停止部３２ａ上の比較的小さい画定された領域への接触を制限することを容易にする。理解されるように、フラッパ停止部３２ａも同様のバンパを有してもよく、あるいはバンパ３０ｄがフラッパ停止部３２ａ上にあってもよい。

【0026】

図２の挿入図に最もよく示されているように、雄ハウジング２２は外側環状チャネル２２ａを有し、雌ハウジング２４は内側環状チャネル２４ａを有する。入れ子にされると、環状チャネル２２ａ／２４ａは整列し、概してトロイダル管３４を形成する。図示の例では、環状チャネル２２ａ／２４ａは、トロイダル管３４が円形の断面を有するように、それぞれ半円形である。理解されるように、雄および雌ハウジング２２／２４は一緒に滑り嵌めされるので、チャネル２２ａ／２４ａが完全に整列しないようにハウジング２２／２間に遊びがあってもよい。この点に関して、トロイダル管３４自体は密封されておらず、断面が完全に円形でなくてもよい。高圧の実施では、バルブ装置２０は、Ｏリング３４などの１つまたは複数の環状シール３５も含むことができる。

【0027】

ボールロック（ball locks）３６が、トロイダル管３４内に収容される。各ボールロック３６は、トロイダル管３４の断面の直径よりも直径がわずかに小さい球体である。図３のトロイダル管３４を通した断面図に示される一例では、それらのボールロック３６は、内側チャネル２４ａに開口する雌ハウジング２４のボールロックポート３８を介してトロイダル管３４に挿入される。ボールロック３６をトロイダル管３４に挿入した後、ピン、プラグ、ねじなどのクロージャ３７を使用してポートを閉鎖することができる。

【0028】

トロイダル管３４に入ると、各ボールロック３６は、ほぼ半分が環状チャネル２２ａ内にあり、半分が環状チャネル２４ａ内にある。雄または雌ハウジング２２／２４の一方または他方の軸に沿った相対運動は、環状チャネル２２ａ／２４ａ間の界面に沿って剪断力を生成する。ボールロック３６が無ければ、雄および雌ハウジング２２／２４は、そのような剪断のために滑り離れてしまう。しかしながら、トロイダル管３４内のボールロック３６の比較的緊密なパッキングのために、ボールロック３６は、チャネル２２ａ／２４ａのいずれにも完全に移動して剪断から逃れることができない。このように剪断はボールロック３６によって支えられるが、ボールロック３６はトロイダル管３４内に拘束されているので、ボールロック３６は雄ハウジング２２と雌ハウジング２４との間の剪断運動を許容しない。これにより、ボールロック３６は、雄ハウジング２２および雌ハウジング２４を一緒に軸方向にロックする。

【0029】

これらに関して、ボールロック３６は、相対的な強度のために選択することができ、例えば鋼などの金属または金属合金で作ることができる。ボールロック３６はまた、それらのボールロック３６がボール対ボール接触の連続線を形成するように、トロイダル管３４内にきつく詰め込むことができる。最後のボールロック３６がラインに嵌合できるように、ボールロック３６には比較的少量の遊びがあってもよい。そのような接触線は、より少ないボールロック、例えば、１つまたは複数のボール直径だけ離れたボールロックを使用する場合と比較して、より均一な負荷分散を容易にすることができる。ボールロック３６はまた、バルブ装置２０の比較的小さいサイズを容易にし、これは、１０ｋｓｉ以上のオーダのものなどの高圧実施において使用される。例えば、雌ハウジング２４は直径２インチ未満である。このような直径に対してトロイダル管３４の曲率半径が小さい場合でも、ボールロック３６はトロイダル管３４内で容易に回転して挿入を容易にすることができる。比較として、同じ曲率半径では、ボールロックと同様の直径の金属ワイヤロック部材は、ワイヤの剛性とチューブの側面との摩擦のために、チューブの全周に挿入することができなかった。

【0030】

ボールロック３６は、回転ロック４０（図２）を除いては、雄ハウジング２２と雌ハウジング２４との間の回転調整を可能にする。第１および第２のバルブ要素３０／３２を機能的に整列させるために、雄ハウジング２２および雌ハウジング２４は、ロック４０を用いて、組み立て中に（例えば手動で）互いに対して整列される。図示の例では、ロック４０は、雄および雌ハウジング２２／２４がそれぞれピン穴を含む、ピンロックである。ひとたび係合すると、相補的なピンが雄と雌のハウジング２２／２４間の相対回転を防ぐ。したがって、ピンホールの位置合わせは、適切な機能的整列を示しうる。「機能的に整列」という用語またはその変形は、第１および第２のバルブ要素３０／３２が設計どおりに機能できるようにする、第１および第２のバルブ要素３０／３２間の位置合わせを指す。

【0031】

一例として、機能的に整列した状態では、第１および第２のバルブ要素３０／３２は、干渉することなく作動し、流体通過流路２８を通る所定の設計流れ面積を提供する。フラッパ３０ａおよびフラッパ停止部３２ａの例では、雄ハウジング２２と雌ハウジング２４との間の回転ミスアライメントは、フラッパ３０ａとフラッパ停止部３２ａとの間の接触領域の機能的なミスアライメントにつながり、それにより所定の設計流れ面積を目標流れ面積の範囲外に変えてしまう。ミスアライメントによる流れ面積のこのような変動は、一部の汎用逆止弁では許容できる場合があるが、比較的小さく、高精度、高流量、および／または高圧の逆止弁では、正確な流れ面積、したがって正確な位置合わせが必要となりうる。このような正確な位置合わせは、ボールジョイント２６以外のタイプのジョイントで達成するのが困難な場合がある。例えば、上記の例の更なる例では、雌ハウジング２４は直径２インチ未満であり、トロイダル管３４は少なくとも８０個のボールロック３６を含む。さらに、ボールロック３６は、ボールロックポート３８を介してトロイダル管３４に容易に挿入および取外しできるので、バルブ装置２０は、必要に応じて繰り返し、比較的迅速に組み立ておよび分解することができる。さらに、回転調整は過渡的であり、バルブ装置２０が逆止弁として動作しているときに防止されるので、軸受用途のようにチャネル２２ａ／２４ａを表面硬化（例えば、浸炭）する必要がない。

【0032】

上記の例はまた、バルブ装置２０を組み立てる方法を具体化する。例えば、この方法は、雄ハウジング２２および雌ハウジング２４を提供し、外側および内側環状チャネル２２ａ／２２ｂが一緒にトロイダル管３４を画定するように、雄ハウジング２２を雌ハウジング２４内に挿入し、雄ハウジング２２と雌ハウジング２４を一緒に軸方向にロックするように、複数のボールロック３６をトロイダル管３４に挿入し、雄および雌ハウジング２２／２４を一緒に回転ロックするように、第１と第２のバルブ要素３０／３２が機能的に整列したときにロック４０を係合させることを含む。

【0033】

図示の例には特徴の組み合わせが示されているが、本開示の様々な実施形態の利点を実現するためにそれらの全てを組み合わせる必要はない。言い換えれば、本開示の一実施形態に従って設計されたシステムは、必ずしも、図面のいずれか１つに示される特徴の全て、または図面に概略的に示される部分の全てを含むとは限らない。さらに、１つの例示的な実施形態の選択された特徴は、他の例示的な実施形態の選択された特徴と組み合わせることができる。

【0034】

前述の説明は、本質的に限定ではなく例示的なものである。開示された例に対する変形および修正が、必ずしも本開示から逸脱するものではないことが当業者に明らかとなるであろう。本開示に与えられる法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定することができる。

【図1】

【図2】

【図3】