JP2005351309A - バルブのボディおよびこれを備えたバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】 不均一な締め付けによって生じた応力によるシート部の変形を防止することができるとともに、閉状態において完全に閉塞することのできるバルブのボディおよびこれを備えたバルブを提供する。
【解決手段】 内側ポート２３と、該内側ポート２３の外側に設けられた外側ポート２５とを備え、前記内側ポート２３の一端部に、弁体１４の先端部と当接するシート部１２ａが設けられた、樹脂材料からなるバルブ１０のボディ１２であって、前記外側ポート２５が、前記シート部１２ａの半径方向外側の略全周にわたって設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バルブ（valve）のボディおよびこれを備えたバルブに関するものである。

バルブとしては、流体入口部、この流体入口部に連通する入口ポート、出口ポート、およびこの出口ポートに連通する流体出口部が内部に形成された、フッ素樹脂材料からなるボディを具備するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２９４１５８号公報（図１１）

このようなバルブのボディ１１２は、例えば、図７に示すように、流体出口部１２２に連通する出口ポート１２５が、入口ポート１２３の一端部（すなわち、入口ポート１２３の出口側端部）に形成されたシート部１１２ａに対して部分的に、言い換えれば、入口ポート１２３の半径方向外側（周方向外側）の一部分に（角度にして約１１０度）しか形成されていない。そのため、バルブを例えばネジなどの締結部材を使って組み立てた場合、その締結部材の締め付け具合（不均一な締め付け）によって各締結部材の位置における締め付け応力が異なり、これによってボディ１１２が変形する（撓む）ことが考えられる。このようなボディ１１２の変形（撓み）は、図示しないニードルやダイヤフラム等の弁体の先端部と接触するシート部１１２ａをも変形させることとなり、弁体の先端部をシート部１１２ａに完全かつ均一に密着させることができなくなる。すなわち、弁体の先端部をシート部１１２ａに押しつけてバルブ自体を閉状態にしようとしても、弁体の先端部とシート部１１２ａとの間に隙間ができてしまい、入口ポート１２３から出口ポート１２５に向かって流体のリーク（漏れ）が生じてしまう。
なお、図７において、符号１２１および符号１２６はそれぞれ、流体入口部およびネジ孔である。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、不均一な締め付けによって生じた応力によるシート部の変形を防止することができるとともに、閉状態において完全に閉塞することのできるバルブのボディおよびこれを備えたバルブを提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載のバルブのボディは、内側ポートと、該内側ポートの外側に設けられた外側ポートとを備え、前記内側ポートの一端部に、弁体の先端部と当接するシート部が設けられた、樹脂材料からなるバルブのボディであって、前記外側ポートが、前記シート部の半径方向外側の略全周にわたって設けられていることを特徴とする。
このようなバルブのボディによれば、外側ポートがシート部を取り囲むように、すなわち、シート部の外側全周に形成されており、シート部を有する内側ポートの一端部が、ボディの本体部分（すなわち、ボディの外側部分）から孤立するように設けられている。
したがって、ボディの本体部分が、例えばネジなどの締結部材を締め付けることによる応力によって変形したとしても、その変形は内側ポートの一端部には伝達されず（作用せず）、シート部の形状が常に一定の形に維持されることとなる。
言い換えれば、ボディの本体部分に変形が生じても、その変形は外側ポートにより吸収され、シート部の変形が防止されることとなる。

請求項２に記載のバルブは、請求項１に記載のボディを具備してなることを特徴とする。
このようなバルブによれば、ボディの本体部分が、例えばネジなどの締結部材を締め付けることによる応力によって変形したとしても、その変形の影響は内側ポートの一端部には伝達されず（作用せず）、シート部の形状が常に一定の形に維持されることとなるので、バルブ閉塞時、弁体の先端部がシート部に完全に当接し、内側ポートから外側ポートへのリーク（漏れ）あるいは外側ポートから内側ポートへのリーク（漏れ）が防止されることとなる。

本発明によるバルブによれば、不均一な締め付けによって生じた応力によるシート部の変形を防止することができるとともに、閉状態において完全に閉塞することのできるという効果を奏する。

以下、本発明によるバルブの一実施形態を、図１を参照しながら説明する。
本実施形態におけるバルブ（以下、「レギュレータバルブ」という）１０は、操作部１１と、ボディ１２と、ベース１３と、ニードル（弁体）１４とを主たる要素として構成されたものである。

操作部１１は、ダイヤフラム１５と、ダイヤフラムヘッド１６と、プランジャ１７と、第１のスプリング１８と、ツマミ１９と、ハウジング２０とを備えたものである。
ダイヤフラム１５は、その一端面（図１において下側の面）に、ニードル１４の先端部（図１において上側の端部）端面に形成された凸部１４ａを受け入れる（嵌入させる）ための凹所１５ａが形成されたものであり、この凹所１５ａを有する中央部は、ダイヤフラムヘッド１６の一端部（図１において下側の端部）に形成された第１の凹所１６ａに受け入れられる（嵌入される）ようになっている。
ダイヤフラムヘッド１６は、図１に示すように、その縦断面において略コ字状に形成された部材であり、その一端部にダイヤフラム１５の中央部と嵌合する第１の凹所１６ａを有するとともに、その他端部（図１において上側の端部）に第１のスプリング１８の一端部（図１において下側の端部）を受け入れる（収容する）第２の凹所１６ｂを有するものである。
プランジャ１７は、図１に示すように、その縦断面において略逆Ｔ字状（凸状）に形成された部材であり、その一端部（図１において下側の端部）に第１のスプリング１８の他端部（図１において上側の端部）を受け入れる（収容する）凹所１７ａを有するものである。
第１のスプリング１８は、ダイヤフラムヘッド１６とプランジャ１７との間に配置された圧縮コイルバネであり、その一端部はダイヤフラムヘッド１６の第２の凹所１６ｂに嵌入されるとともに、その他端部はプランジャ１７の凹所１７ａに嵌入されるようになっている。

ツマミ１９は、レギュレータバルブ１０の出口側圧力（２次圧）Ｐ２を調整するために使用者が操作する円筒状の部材であり、その内周側壁面１９ａには、ハウジング２０の外周側壁面２０ａに形成された雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成されている。そして、これらネジ部により、ツマミ１９を一方向（例えば、図１を上方から見て時計方向）に回していくと、ツマミ１９がボディ１２の方（すなわち、図１において下方）へ移動していくこととなり、ツマミ１９を他方向（例えば、図１を上方から見て反時計方向）に回していくと、ツマミ１９がボディ１２と反対の方（すなわち、図１において上方）へ移動していくこととなる。
ツマミ１９の内側基端部（図１において上側の端部）には、ツマミサポート１９ｂが配置されており、ツマミ１９が一方向に回されることによりその一面（図１において下側の面）がプランジャ１７の他端面（図１において上側の端面）を下方に押し下げていくようになっている。
ハウジング２０は、その内部にダイヤフラムヘッド１６およびプランジャ１７を摺動可能（図１において上下方向に移動可能）に収納するとともに、第１のスプリング１８を収納するものであり、かつボディ１２との間にダイヤフラム１５の周縁部を挟み込むことができるように構成されたものである。

ボディ１２は、図２に示すように、略直方体状に形成されたものであり、例えば、PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）、PCTFE（ポリクロロトリフルオロエチレン）、PFA（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などのフッ素樹脂材料からなるものである。
また、ボディ１２の一側面（図２（ａ）および図２（ｃ）において左側の面）には流体入口部２１が設けられており、流体入口部２１の反対側に位置する他側面（図２（ａ）および図２（ｃ）において右側の面）には流体出口部２２が設けられている。
ボディ１２の中央部には、流体入口部２１および流体出口部２２の延在方向（図２（ａ）および図２（ｃ）において左右方向）と直交する方向（図２（ｃ）において上下方向）に延在するとともに、流体入口部２１と連通する入口ポート（内側ポート）２３が設けられている。また、この入口ポート２３の出口側端部（一端部）には第１のシート部１２ａが形成されているとともに、この入口ポート２３内には、図１に示すように、ニードル（弁体）１４および第２のスプリング２４が配置されている。
入口ポート２３の半径方向外側（周方向外側）には、第１のシート部１２ａの周りをぐるりと一周（角度にして３６０度）取り囲むように出口ポート（外側ポート）２５が設けられている。この出口ポート２５は、平面視環状を呈する溝であり、流体出口部２２と連通されている。
また、図２（ａ）において符号２６は、ハウジング２０、ボディ１２、およびベース１３を結合するための、例えばネジなどの締結部材が貫通するネジ孔であり、ボディ１２の四隅近傍（すなわち、ボディ１２の本体部分）に、入口ポート２３の延在方向に平行となるように形成されている。
なお、本実施形態では、図１に示すように、締結部材としてナベ小ネジ２７と六角ナット２８とが使用されており、ハウジング２０にはナベ小ネジ２７の頭部を収容する凹所２０ｂが設けられているとともに、ベース１３には六角ナット２８を収容する凹所１３ａが設けられている。

ベース１３はその内部にニードルストッパ２９を備えるものである。ベース１３はこのニードルストッパ２９とともにボディ１２の一面（図１において下側に位置する面）に当接して配置されて、入口ポート２３の他端部（出口側端部と反対側の端部）を閉塞する部材である。
ニードルストッパ２９の一端部（図１において上側の端部）には、ニードル１４の他端部（図１において下側の端部）を摺動可能に受け入れる凹所２９ａが形成されている。第２のスプリング２４は、前述した第１のスプリング１８と同様、圧縮コイルバネであり、ニードル１４の段部１４ｂとニードルストッパ２９との間に配置され、ニードル１４を第１のシート部１２ａの方へ付勢するものである。

本実施形態のように構成されたレギュレータバルブ１０によれば、使用者がツマミ１９を一方向（例えば、図１を上方から見て時計方向）に回していくと、ツマミ１９とともにツマミサポート１９ｂが図１において下方へ移動していくこととなる。ツマミサポート１９ｂが下方へ移動することにより、プランジャ１７が下方へ押し下げられ、これに伴って第１のスプリング１８およびダイヤフラムヘッド１６が同じく下方へ移動していき、ダイヤフラム１５を下方へ撓ませるとともに、第２のスプリング２４の付勢力に抗してニードル１４が下方へ押し下げられる。ニードル１４が押し下げられると、ニードル１４のテーパ部（先端部）と第１のシート部１２ａとの間に隙間ができ、バルブが開状態（オープン）となって入口側（１次側）から出口側（２次側）へ流体が流れ出すようになる。

出口側圧力（２次圧）Ｐ２の制御は、第１のスプリング１８のバネ力と出口側圧力（２次圧）Ｐ２とが、ダイヤフラム１５を介してバランスする（釣り合う）ことにより行われる。
したがって、入口側圧力（１次圧）Ｐ１が上昇して出口側圧力（２次圧）Ｐ２が第１のスプリング１８のバネ力よりも大きくなると、ダイヤフラム１５が上方に移動するとともに、ニードル１４が上方に移動して、ニードル１４のテーパ部と第１のシート部１２ａとの間の隙間が小さくなり（流路が絞られ）、出口側圧力（２次圧）Ｐ２が低下させられることとなる。
反対に、入口側圧力（１次圧）Ｐ１が低下して出口側圧力（２次圧）Ｐ２が第１のスプリング１８のバネ力よりも小さくなると、ダイヤフラム１５が下方に移動するとともに、ニードル１４が下方に移動して、ニードル１４のテーパ部と第１のシート部１２ａとの間の隙間が大きくなり（流路が拡げられ）、出口側圧力（２次圧）Ｐ２が上昇させられることとなる。
このように、入口側圧力（１次圧）Ｐ１の変動に追従してニードル１４が上下して、バルブの開度が自動的に調整されるようになっており、これにより出口側圧力（２次圧）Ｐ２が一定に保たれるようになっている。

一方、使用者がツマミ１９を他方向（例えば、図１を上方から見て反時計方向）に回していくと、ツマミ１９とともにツマミサポート１９ｂが図１において上方へ移動していくこととなる。ツマミサポート１９ｂが上方へ移動することにより、プランジャ１７、第１のスプリング１８、およびダイヤフラムヘッド１６が同じく上方へ移動していくとともに、第２のスプリング２４の付勢力によりニードル１４およびダイヤフラム１５が上方へ押し上げられる。ニードル１４が押し上げられると、ニードル１４のテーパ部と第１のシート部１２ａとの間の隙間が小さくなり、最終的にバルブが閉状態（クローズ）となって入口側（１次側）から出口側（２次側）への流体の流れが停止される。

つぎに、不均一な締め付け力をかけて組み立てられた、本実施形態によるレギュレータバルブ１０を、例えば図３に示すような送液ラインＬ中に配置して、その性能について調べてみる。
図３において符号３１，３２，４０はそれぞれ、レギュレータバルブ１０の入口側圧力（１次圧）Ｐ１を測定する圧力計、レギュレータバルブ１０の出口側圧力（２次圧）Ｐ２を測定する圧力計、送液ラインＬ下流側への液体の供給を許容したり停止させたりするエアーオペレートバルブ（いわゆる、オン−オフ弁）である。
このように配置された送液ラインＬにおいて、まずはじめに、レギュレータバルブ１０の下流側に位置するエアーオペレートバルブ４０を閉状態（クローズ）にする。つぎに、この状態でレギュレータバルブ１０のツマミ１９を調整（操作）して、エアーオペレートバルブ４０の下流側に位置するユースポイントに供給される送液圧力、すなわち、出口側圧力Ｐ２を調整する。そしてつぎに、エアーオペレートバルブ４０を開状態（オープン）にし、ユースポイントへの送液を開始する。

ユースポイントへの送液停止は、レギュレータバルブ１０とエアーオペレートバルブ４０とが（同時に）閉鎖されることにより行われる。ここで、図４は、レギュレータバルブ１０とエアーオペレートバルブ４０とを（同時に）閉鎖してからの時間［min］と、圧力計３１における圧力［kPa］と、圧力計３２における圧力［kPa］との関係を示すグラフである。
図４に示すように、圧力計３１と圧力計３２とにおいて、それぞれ一定の圧力（本試験では３００［kPa］と１００［kPa］）に保持されていることが分かる。
これは、本発明によるレギュレータバルブ１０では、ボディ１２の出口ポート２５を、第１のシート部１２ａを取り囲むように、すなわち、第１のシート部１２ａの外側全周に形成させることにより、第１のシート部１２ａを有する入口ポート２３の出口側端部が、ネジ孔２６が形成された部分から孤立し、ネジなどの締結部材２７，２８（図１参照）を締め付けることによる締め付け応力が入口ポート２３の出口側端部にまで伝達されない（作用しない）ようになっており、締め付け応力に関係なく第１のシート部１２ａの形状に常に一定の形に維持することができるようになっていて、ニードル１４のテーパ部を第１のシート部１２ａに完全に密着させることができるようになっているからである。

一方、図５は、本実施形態によるボディ１２の代わりに、図７に示したボディ１１２を具備するとともに、不均一な締め付け力をかけて組み立てられたレギュレータバルブを、図３に示す送液ラインＬに適用して同様の試験を行った結果を示すグラフである。
図５に示すように、レギュレータバルブの出口側圧力（２次圧）Ｐ２は、時間の経過とともにレギュレータバルブの入口側圧力（１次圧）Ｐ１に近づいていっており、レギュレータバルブの出口側圧力（２次圧）Ｐ２が、一定の圧力に保持できていないことがわかる。
これは、不均一な締め付け力により生じた応力によりボディ１１２が変形し、この変形に伴ってニードル１４のテーパ部と接触するシート部１１２ａが変形したために、ニードル１４のテーパ部をシート部１１２ａに完全に密着させることができず、ニードル１４のテーパ部とシート部１１２ａとの間に隙間ができてしまい、入口ポート１２３から出口ポート１２５に向かって流体のリーク（漏れ）が生じてしまうからである。

このように、本発明によるレギュレータバルブ１０によれば、たとえ不均一な締め付けによってレギュレータバルブが１０が組み立てられたとしても、第１のシート部１２ａの形状に常に一定の形に維持することができ、ニードル１４の先端部（先端部）をこの第１のシート部１２ａに完全に密着させることができて、閉状態における液体のリーク（漏れ）をなくすことができる。
また、このようなレギュレータバルブ１０を、例えば図３に示すような送液ラインＬに適用して送液を停止させた場合、レギュレータバルブ１０の出口側圧力を常に一定の圧力に維持することができるので、レギュレータバルブ１０とエアーオペレートバルブ４０とを開放して再び送液を開始したとしても、ユースポイントに送液停止前と同じ圧力の液体を供給することができる。すなわち、常に一定の圧力の液体をユースポイントに供給することができる。

なお、本発明によるボディ１２は、図３に示したエアーオペレートバルブ（いわゆる、オン−オフ弁）４０にも適用することができる。
本発明によるボディ１２を具備したエアオペレートバルブ４０’は、アクチュエータ組立体４１と、ボディ１２と、基台４３と、ダイヤフラム（弁体）４４とを主たる要素として構成されたものである。

アクチュエータ組立体４１は、ストッパ４５と、スプリング４６と、アクチュエータ本体４７とを備えたものである。
ストッパ４５は、図６に示すように、その縦断面において略十字状に形成された部材であり、その一端部（図６において下方先端部）にダイヤフラム４４の中央部に形成された凹所４４ａと嵌合する凸部４５ａを有するものである。
スプリング４６は、アクチュエータ本体４７とストッパ４５との間に配置され、ストッパ４５とダイヤフラム４４とをボディ１２（さらに詳しく言えば、ボディ１２に形成された第２のシート部１２ｂ）の方へ付勢する（押しつける）ためのものである。
アクチュエータ本体４７は、その内部にストッパ４５を摺動可能に収納するとともに、スプリング４６を収納するものであり、かつボディ１２との間にダイヤフラム４４を挟み込むことができるように構成されたものである。
また、アクチュエータ本体４７の一側面には、制御用エアー（操作用エアー）が導入されるエアー入口４７ａが形成されており、このエアー入口４７ａを介してアクチュエータ本体４７内に制御用エアーが導入され得るようになっている。

ボディ１２は、図２に示すように、略直方体状に形成されたものであり、例えば、PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）、PCTFE（ポリクロロトリフルオロエチレン）、PFA（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などのフッ素樹脂材料からなるものである。
また、ボディ１２の一側面（図２（ａ）および図２（ｃ）において左側の面）には流体入口部２１が設けられており、流体入口部２１の反対側に位置する他側面（図２（ａ）および図２（ｃ）において右側の面）には流体出口部２２が設けられている。
ボディ１２の中央部には、流体入口部２１および流体出口部２２の延在方向（図２（ａ）および図２（ｃ）において左右方向）と直交する方向（図２（ｃ）において上下方向）に延在するとともに、流体入口部２１と連通する入口ポート（内側ポート）２３が設けられている。また、この入口ポート２３の出口側端部（一端部）には第２のシート部１２ｂが形成されている。
入口ポート２３の半径方向外側（周方向外側）には、第２のシート部１２ｂの周りをぐるりと一周（角度にして３６０度）取り囲むように出口ポート（外側ポート）２５が設けられている。この出口ポート２５は、平面視環状を呈する溝であり、流体出口部２２と連通されている。

基台４３は、ボディ１２の一面（図１において下側に位置する面）に当接して配置されるとともに、入口ポート２３の一端（出口端と反対側の端部）を閉塞する部材である。また、この基台４３は、組み立てられたエアーオペレートバルブ４０’を所定位置に固定する（設置する）場合の取付板としても使用され得るもので、ネジなどの締結部材を介してエアーオペレートバルブ４０’を図示しない支持台や床面などに固定することができるようになっている。
ダイヤフラム４４は、その先端部（図１において下面中央部）が第２のシート部１２ｂと当接（密着）するように構成されているとともに、その反対側の面（図１において上側の面）にストッパ４５の凸部４５ａを受け入れる（嵌入させる）ための凹所４４ａが形成されたものである。

本実施形態のように構成されたエアオペレートバルブ４０’によれば、エアー入口４７ａを介してアクチュエータ本体４７内に導入された、所定圧力を有する制御用エアーが、ストッパ４５の受圧面４５ｂに作用し、ストッパ４５とダイヤフラム４４とが、スプリング４６の付勢力に抗してボディ１２から遠ざかる方向（図１において上方）に移動させられることとなる。すなわち、エアー入口４７ａを介してアクチュエータ本体４７内に導入された制御用エアーによりバルブが開き（すなわち、ダイヤフラム４４の先端部と第２のシート部１２ｂとの間に所定の隙間が形成され）、バルブが開状態（オープン）となって入口側（１次側）から出口側（２次側）へ流体が流れ出すようになる。

一方、制御用エアーの供給が停止されると、スプリング４６の付勢力によって、ストッパ４５とダイヤフラム４４とがボディ１２の方へ付勢され、ダイヤフラム４４の先端部と第２のシート部１２ｂとが密着して、弁が閉じられる（閉鎖される）こととなる。
すなわち、図６に示すように、制御用エアーがエアー入口４７ａを介してアクチュエータ本体４７内に導入されていない場合（すなわち、バルブが閉状態の場合）には、ダイヤフラム４４の先端部がスプリング４６の付勢力により第２のシート部１２ｂに押しつけられることとなり、入口ポート２３と出口ポート２５との連通が遮断されて、入口ポート２３から出口ポート２５への流体の流入が遮断されることとなる。

このように構成されたエアオペレートバルブ４０’においても、図１を用いて説明したレギュレータバルブ１０と同様の作用効果を得ることができる。

また、弁体を操作する操作部１１またはアクチュエータ組立体４１は、上述したマニュアル式やエアー式のものに限定されるものではなく、電動式のものに変更することも可能である。
さらに、本発明によるボディ１２は、上述したようなレギュレータバルブ（減圧弁）やエアオペレートバルブ（オン−オフ弁）にのみ適用され得るものではなく、同様の構成を有する流量調整弁やその他のバルブ（弁）にも適用し得るものである。
さらにまた、上述した実施形態では、流体入口部２１→入口ポート２３→出口ポート２５→流体出口部２２の順に流体が流れるものを例に挙げて説明したが、本発明はこのようなものに限定されるものではなく、逆方向に流れるもの、すなわち、上述した実施形態において流体出口部２２→出口ポート２５→入口ポート２３→流体入口部２１の順に流体が流れるようなものにも適用され得るものである。

本発明によるバルブの一実施形態を示す縦断面図である。 図１および図６に示すバルブのボディを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。 送液ラインの一具体例を示す概略構成図である。 図３に示す送液ラインに図１に示すバルブを適用し、送液状態からこのバルブとエアーオペレートバルブとを（同時に）閉鎖してからの時間と、各圧力計における圧力との関係を示すグラフである。 図３に示す送液ラインに図７に示すボディを具備したバルブを適用し、送液状態からこのバルブとエアーオペレートバルブとを（同時に）閉鎖してからの時間と、各圧力計における圧力との関係を示すグラフである。 本発明によるバルブの他の実施形態を示す縦断面図である。 従来のバルブのボディを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図である。

符号の説明

１０ レギュレータバルブ
１２ ボディ
１２ａ 第１のシート部
１２ｂ 第２のシート部
１４ ニードル（弁体）
２３ 入口ポート（内側ポート）
２５ 出口ポート（外側ポート）
４０’ エアオペレートバルブ
４４ ダイヤフラム（弁体）
１１２ ボディ
１１２ａ シート部
１２３ 入口ポート（内側ポート）
１２５ 出口ポート（外側ポート）

Claims (2)

1. 内側ポートと、該内側ポートの外側に設けられた外側ポートとを備え、
   前記内側ポートの一端部に、弁体の先端部と当接するシート部が設けられた、樹脂材料からなるバルブのボディであって、
   前記外側ポートが、前記シート部の半径方向外側の略全周にわたって設けられていることを特徴とするバルブのボディ。
2. 請求項１に記載のボディを具備してなることを特徴とするバルブ。

Images