JP6228450B2

JP6228450B2 - 弁装置

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Publication number: JP6228450B2
Application number: JP2013265791A
Authority: JP
Inventors: 和夫二俣; 石丸　毅; 毅石丸; 耕平森田
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: CN105814348A; EP3096051A1; US9856986B2; KR20160100321A; US20160334024A1; WO2015098239A1; JP2015121283A; EP3096051A4; KR102315174B1

Description

本発明は、化学検査装置、環境分析装置又は生命工学研究機器などの各種の分析装置に使用される弁装置に関する。

上記各種の分析装置において、測定精度の向上、検査速度の向上、検体、試薬の極小化、装置の小型化などが重要課題とされており、測定に用いられる流体の流量制御を行う弁装置に対してさらなる性能の向上が求められている。かかる弁装置には、優れた耐薬品性等を実現するために、弁の開閉機構として弾性を有するゴム材料等からなるダイアフラムが使用されている。ダイアフラムは、弁室を区画する隔壁を構成し、外部から駆動力を受けて流体の流路を切り替える。

この種の弁装置にあっては、流体の流量を精密に制御するためには、ポート閉鎖時におけるダイアフラムのシール能力を高めることが必要とされる。ポート閉鎖時におけるダイアフラムのシール能力は、ポート開口の周囲に形成された弁座にダイアフラムを着座させる際にダイアフラムを押圧する荷重、すなわち、着座中のダイアフラムの弁座に対する圧力を高めることにより、向上させることが可能である。

しかしながら、ダイアフラムに大きな荷重が付与されると、ダイアフラムを構成するゴム材料の疲労が加速され、ダイアフラムの寿命が短くなるおそれがある。さらに、大きな荷重でダイアフラムを押圧するためには、相応の駆動手段が必要となり、弁装置が大型化することが懸念される。

このような背景の下、下記特許文献１には、ソレノイド、第１ばね部材及び第２ばね部材等によってダイアフラムを駆動する弁装置において、第２ばね部材の弾発力（ばね力）が第１ばね部材の弾発力の約２倍に設定された弁機構が開示されている。

特開２０００−２９７８７６号公報

しかしながら、上述した弁装置にあっても、装置の小型化を図りつつ、ダイアフラムのシール能力と耐久性とを両立させるのは困難であった。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、小型化を図りつつ、ダイアフラムのシール能力と耐久性とを両立可能とする弁装置を提供することを主たる目的としている。

本発明は、流体が流れるポートを少なくとも一つ具えた弁室を区画する弁本体と、前記ポートを開閉する弁体と、前記弁体を駆動して前記ポートを開閉する駆動手段とを備え、前記ポートは、周囲に弁座が形成された開口を有し、前記弁体は、前記弁室を覆うように配され、かつ前記弁座に着座又は離間して前記ポートを開閉するダイアフラムを有する弁装置であって、前記ダイアフラムは、ＪＩＳ−Ｋ６２５３のデュロメータＡ硬さがＡ５０〜Ａ８５の弾性材料からなり、前記着座中の前記ダイアフラムの前記弁座に対する圧力が０．５〜１．０Ｎ／mm²であることを特徴とする。

本発明に係る前記弁装置において、前記ダイアフラムは、ＪＩＳ−Ｋ６２５３のデュロメータＡ硬さがＡ６０〜Ａ８０であることが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記ダイアフラムは、ゴム成分として、エチレン−プロピレン−ジエン、フッ素系ゴム、水素化ニトリルゴム、ブチレン系ゴム又はシリコーンゴムの１種以上を含んでいることが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記ダイアフラムは、充填剤として、炭酸カルシウム、シリカ、硫酸バリウム、タルク又はカーボンブラックの１種以上を含んでいることが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記ポートは、前記弁室に流体を流入させる流入ポートと、前記弁室から流体を流出させる流出ポートとを有し、前記ダイアフラムは、前記流入ポート又は前記流出ポートのうち、少なくとも一方を開閉することが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記ポートは、前記弁室に流体を流入させる流入ポートと、前記弁室から流体を流出させる流出ポートとを有し、前記流出ポートは、第１流出ポート及び第２流出ポートの２系統が配され前記ダイアフラムは、第１流出ポート及び第２流出ポートを開閉することが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記ダイアフラムは、前記第１流出ポートと前記第２流出ポートとを交互に開閉するものであり、前記第１流出ポートの弁座に着座中の前記ダイアフラムの前記圧力と、前記第２流出ポートの弁座に着座中の前記ダイアフラムの前記圧力との差が０．４０Ｎ／mm²以下であることが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記弁体は、前記駆動手段に駆動されて揺動し、前記ポートを開閉することが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記弁体は、軸部材によって回動自在に支持されていることが望ましい。

本発明の弁装置のダイアフラムは、ＪＩＳ−Ｋ６２５３のデュロメータＡ硬さがＡ５０〜Ａ８５の弾性材料からなり、着座中のダイアフラムの弁座に対する圧力が０．５〜１．０Ｎ／mm²である。このように、ダイアフラムの硬度と着座圧力とが改善されることにより、着座時におけるダイアフラムの過度な変形が抑制され、ダイアフラムの耐久性を高めることができる。また、ダイアフラムは、弁座に対して適度に変形し、十分なシール能力が得られる。さらには、過度に大きな荷重でダイアフラムを押圧する必要がないため、駆動手段を小型化することができる。

本発明の一実施形態に係る弁装置を示す断面図である。図１のソレノイドコイルに通電された状態の弁装置を示す断面図である。図１の流路ブロックの斜視図である。図１の流路ブロックの断面図である。（ａ）はダイアフラムが装着された揺動部材の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。ＮＣ流出ポートが閉鎖されている状態の弁装置の主要部を示す断面図。ＮＯ流出ポートが閉鎖されている状態の弁装置の主要部を示す断面図。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態の弁装置１の断面図である。図１に示されるように、本実施形態の弁装置１は、流体が流れるポートを具え、弁室を区画する弁本体２と、ポートを開閉する弁体３と、弁体３を駆動してポートを開閉する駆動手段４とを有している。

弁本体２は、流路ブロック２０とサブブロック５とを具えている。流路ブロック２０は、例えば、樹脂材料によって形成され、流体が流れる空間である弁室２１を構成する凹部２２と、弁室２１と連通する流入ポート２３（Commonポート）、ＮＣ（Normally Close）流出ポート２４（第１流出ポート）及びＮＯ（Normally Open）流出ポート２５（第２流出ポート）と、弁体３を保持する保持面２６とを有する。図１に示されるように、流入ポート２３は、常時開放されており、流入ポート２３から弁室２１内に流体が供給される。通常時においては、ＮＣ流出ポート２４は閉鎖され、ＮＯ流出ポート２５は開放されており、流入ポート２３から弁室２１に流入した流体は、矢印Ａに沿って流れ、ＮＯ流出ポート２５から流出される。

弁体３は、弁室２１を覆うように配されたダイアフラム６と、弁本体２に対して揺動可能に設けられた揺動部材７とを有している。

ダイアフラム６は、例えば、ゴム材料によって形成されている。ダイアフラム６は、凹部２２を覆うように弁本体２に装着されることにより、凹部２２との間に弁室２１を形成する。ダイアフラム６は、外側に延出された外周部６ａを有する。

揺動部材７は、ダイアフラム６と一体化されている。揺動部材７は、揺動部材７を回動自在に支持する軸部材７１を有する。揺動部材７は、例えば、樹脂材料によって形成され、流入ポート２３の上方に配設されている。軸部材７１は、例えば、金属材料によって形成されている。軸部材７１は、流入ポート２３の上方において、流入ポート２３に略直交して設けられ、その両端は、サブブロック５に支持されている。

軸部材７１を回転軸として揺動部材７がシーソー状に回動することにより、ＮＣ流出ポート２４又はＮＯ流出ポート２５のうちいずれか一方のポートが閉鎖され、他方のポートが開放される。これにより、各ポートが交互に開閉される。

駆動手段４は、揺動部材７を駆動する弁駆動部４０と、弁駆動部４０を支持するフレーム８とを有している。駆動手段４は、揺動部材７を押圧することにより、ダイアフラム６をＮＣ流出ポート２４又はＮＯ流出ポート２５の弁座に着座又は離間させてポートを開閉する。本実施形態に係る弁装置１は、駆動手段４が発生する電磁力によってダイアフラム６を駆動し、ポートを開閉するいわゆる電磁弁である。

サブブロック５は、例えば、樹脂材料によって形成され、揺動部材７等を収容する収容部５１と、ダイアフラム６を保持面２６に押圧する押圧部５２とを有する。サブブロック５は、流路ブロック２０の凹部２２が形成されている合わせ面２７に装着され、ねじ（図示せず）等により流路ブロック２０に固着される。ダイアフラム６の外周部６ａは、流路ブロック２０の保持面２６とサブブロック５の押圧部５２とによって挟み込まれて保持・拘束されることにより流路ブロック２０に密着する。これにより、弁室２１が密閉され、流路ブロック２０の外部への流体のリークが防止される。

サブブロック５の上部には、フレーム８が設けられている。フレーム８は、弁駆動部４０を収容する。

弁駆動部４０は、第１プランジャー（可動鉄心）４１と、第２プランジャー４２と、第１コイルばね４３と、第２コイルばね４４と、ソレノイドコイル４５と、固定鉄心４６とを有する。第１プランジャー４１は、ＮＣ流出ポート２４の上方に配設されている。第１プランジャー４１は、ソレノイドコイル４５が巻回されるコイルボビン４７の内部に挿入されている。固定鉄心４６には、第１コイルばね４３が装填される凹部４６ａが形成されている。第１コイルばね４３の一端は、固定鉄心４６の凹部４６ａの底と当接し、他端は、第１プランジャー４１の天面と当接する。第１コイルばね４３は、第１プランジャー４１を揺動部材７の第１当接部７ａの側に押し下げ、これに伴い、第１プランジャー４１の先端部４１ｂが、揺動部材７の第１当接部７ａを押圧する。第１コイルばね４３のばね荷重は、第２コイルばね４４のばね荷重よりも大きく設定されている。

第２プランジャー４２は、ＮＯ流出ポート２５の上方に配設されている。第２プランジャー４２には、第２コイルばね４４が挿入される円筒部４２ａと、円筒部４２ａの端縁に形成された鍔状の先端部４２ｂとが形成されている。第２コイルばね４４の一端は、第２プランジャー４２の先端部４２ｂと当接し、他端は、サブブロック５の凹部の底と当接する。第２コイルばね４４は、第２プランジャー４２を揺動部材７の第２当接部７ｂの側に押し下げ、これに伴い、第２プランジャー４２の先端部４２ｂが、揺動部材７の当接部７ｂを押圧する。

ソレノイドコイル４５は、筒状のコイルボビン４７の周囲に巻回される。ソレノイドコイル４５は、通電により電磁力を発生する。ソレノイドコイル４５には、第１コイルばね４３の荷重と第２コイルばね４４の荷重の差よりも大きな電磁力を発生するように、所定の電流が流される。ソレノイドコイル４５への給電等を行うためのケーブル４５ａは、フレーム８の内部に引き込まれている。第１プランジャー４１、第１コイルばね４３、ソレノイドコイル４５、固定鉄心４６及びコイルボビン４７は、フレーム８に収容されている。ソレノイドコイル４５、固定鉄心４６及びコイルボビン４７は、フレーム８に固定されている。

以下、弁装置１の開閉動作が説明される。既に述べたように、第１コイルばね４３のばね荷重は、第２コイルばね４４のばね荷重よりも大きいので、第１コイルばね４３が発生する弾性力は、第２コイルばね４４が発生する弾性力よりも大きい。そのため、通常時においては、ダイアフラム６の姿勢は、図１に示されるように、図中反時計回りに回動された姿勢で維持され、ＮＣ流出ポート２４が閉鎖され、ＮＯ流出ポート２５が開放される。これに伴い、矢印Ａにて示されるように、流入ポート２３から弁室２１に流れ込んだ流体は、ＮＯ流出ポート２５から排出される。

図２は、ソレノイドコイル４５に通電された状態の弁装置１を示している。ソレノイドコイル４５に所定の電流が流れると、その電磁力によって第１プランジャー４１が第１コイルばね４３を圧縮する方向に移動する。このとき、第２プランジャー４２の先端部４２ｂが揺動部材７の第２当接部７ｂを押圧しているので、ダイアフラム６が時計回りに回動され、ＮＯ流出ポート２５が閉鎖され、ＮＣ流出ポート２４が開放される。これに伴い、矢印Ｂにて示されるように、流入ポート２３から弁室２１に流れ込んだ流体は、ＮＣ流出ポート２４から排出される。

図３及び図４は、流路ブロック２０を示している。流路ブロック２０には、弁室２１を区画する凹部２２が形成されている。凹部２２は、サブブロック５が接合される合わせ面２７から凹んで形成されている。図４に示されるように、合わせ面２７とは反対側の裏面からは、ＮＣ流出ニップル２９ｂ、流入ニップル２９ａ及びＮＯ流出ニップル２９ｃが突出して形成されている。流入ポート２３は、凹部２２から流入ニップル２９ａを貫通して形成されている。ＮＣ流出ポート２４は、凹部２２からＮＣ流出ニップル２９ｂを、ＮＯ流出ポート２５は、凹部２２からＮＯ流出ニップル２９ｃをそれぞれ貫通して形成されている。ＮＣ流出ポート２４、流入ポート２３及びＮＯ流出ポート２５は、この順番で配列されている。

流入ポート２３は、凹部２２に面して開口する流入開口２３ａを有している。流入開口２３ａは、弁室２１に連通して形成されている。流入ポート２３は、流入開口２３ａから弁室２１に流体を流入させる。ＮＣ流出ポート２４及びＮＯ流出ポート２５も、凹部２２に面して開口する流出開口２４ａ、２５ａを有している。流出開口２４ａ、２５ａは、弁室２１に連通して形成され、ＮＣ流出ポート２４及びＮＯ流出ポート２５は、流出開口２４ａ、２５ａを介して弁室２１から流体を流出させる。

ＮＣ流出ポート２４の流出開口２４ａには、第１弁座２４ｂが設けられ、ＮＯ流出ポート２５の流出開口２５ａには、第２弁座２５ｂが設けられている。第１弁座２４ｂ及び第２弁座２５ｂは、ダイアフラム６の側に突出する筒状に形成されている。揺動部材７の揺動に応じてダイアフラム６が第１弁座２４ｂ又は第２弁座２５ｂと密着することにより、ＮＣ流出ポート２４又はＮＯ流出ポート２５が閉鎖される。このとき、他方の流出ポートが開放されており、流入ポート２３から弁室２１に流入した流体は、この開放された流出ポートから弁装置１の外部に排出される。第１弁座２４ｂ及び第２弁座２５ｂは、ダイアフラム６の側に突出して形成されているので、ポート閉鎖時における第１弁座２４ｂ及び第２弁座２５ｂとダイアフラム６との密閉性が高められる。これにより、ＮＣ流出ポート２４又はＮＯ流出ポート２５が閉鎖されたとき、弁室２１からＮＣ流出ポート２４又はＮＯ流出ポート２５に流体がリークすることを防止しうる。

第１弁座２４ｂの先端の座面には、ダイアフラム６の側に隆起する第１隆起部２４ｃが形成されている。第１隆起部２４ｃは、ＮＣ流出ポート２４の開口側すなわち第１弁座２４ｂの内周部において、周方向に連続して形成されている。第１隆起部２４ｃによって、ＮＣ流出ポート２４の閉鎖時における第１弁座２４ｂとダイアフラム６との密閉性がより一層高められ、流体のリークが防止される。ＮＯ流出ポート２５の第２弁座２５ｂについても、同様に、第１隆起部２５ｃが設けられている。

保持面２６は、凹部２２の周縁に設けられている。凹部２２の側壁２２ａを挟んで、保持面２６と合わせ面２７とは、段違いに形成されている。保持面２６の内周部には、ダイアフラム６の側に隆起する第２隆起部２６ａが形成されている。第２隆起部２６ａは、周方向に連続して形成されている。第２隆起部２６ａによって、保持面２６とダイアフラム６の外周部６ａとの密閉性が高められ、流体のリークが防止される。

凹部２２の周辺には、流路ブロック２０の本体部分２０ａの略対角状に一対の貫通穴２８が形成されている。貫通穴２８を貫通するねじによって、流路ブロック２０とサブブロック５とが固着される。

図５には、ダイアフラム６が装着された揺動部材７が示されている。揺動部材７の中央部には、軸部材７１（図１参照）が挿入される貫通穴７ｃが設けられている。貫通穴７ｃは、揺動部材７を水平方向に貫通して形成されている。貫通穴７ｃは、第１当接部７ａと第２当接部７ｂとの間に設けられ、貫通穴７ｃから第１当接部７ａに至る距離と、貫通穴７ｃから第２当接部７ｂに至る距離とは等しい。揺動部材７の下部には、ダイアフラム６が装着されている。ダイアフラム６の外周部６ａの内側には、ダイアフラム６において最も肉厚の薄い膜部６ｂが設けられている。膜部６ｂは、ダイアフラム６の全周に亘って形成されている。膜部６ｂのさらに内側には、ポート閉鎖時に第１弁座２４ｂ又は第２弁座２５ｂに着座する底面６ｃが設けられている。揺動部材７の揺動に追従して、ダイアフラム６の膜部６ｂが弾性変形することにより、流路ブロック２０とダイアフラム６との間で弁室２１が維持される。

本発明にあっては、ダイアフラム６のシール能力と耐久性とを両立させるために、ダイアフラム６を構成する弾性材料の硬度が規定されている。すなわち、ダイアフラム６を構成する弾性材料のＪＩＳ−Ｋ６２５３のデュロメータＡ硬さは、好ましくはＡ５０以上であり、より好ましくはＡ６０以上、さらに好ましくはＡ６５以上であり、好ましくはＡ８５以下であり、より好ましくはＡ８０以下、さらに好ましくはＡ７５以下である。ダイアフラム６を構成する弾性材料の上記デュロメータＡ硬さがＡ５０未満である場合、第１弁座２４ｂ又は第２弁座２５ｂにダイアフラム６の底面６ｃが着座しているポート閉鎖時において、ダイアフラム６の底面６ｃの変形が過度に大きくなり、ダイアフラム６を構成する弾性材料の疲労が加速され、ダイアフラム６の寿命が短くなるおそれがある。一方、ダイアフラム６を構成する弾性材料の上記デュロメータＡ硬さがＡ８５を超える場合、第１弁座２４ｂ又は第２弁座２５ｂの外形に沿ってダイアフラム６の底面６ｃが変形しづらくなり、十分なシール能力が得られないおそれがある。

本実施形態においては、例えば、ゴム成分として、エチレン−プロピレン−ジエン（ＥＰＤＭ）、フッ素系ゴム（ＦＫＭ、ＦＰＭ、ＦＦＫＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ブチレン系ゴム（ＩＩＲ）又はシリコーンゴム（ＶＭＱ）の１種以上を含んでいる弾性材料によってダイアフラム６が構成されている。ポリマー主鎖に二重結合を含むゴム材料を用いた場合、長期間にわたる使用の際に、ポリマー主鎖が切断され、ダイアフラム６の耐久性能が維持できなくなるおそれがある。上記ゴム成分の中では、ガスバリア性、耐熱性、耐薬品性及び製造コストの観点から、特にエチレン−プロピレン−ジエンが好ましい。

ダイアフラム６は、弾性変形と第１弁座２４ｂ又は第２弁座２５ｂ等との接触が繰り返される動的に使用される部品であるため、長期間にわたる使用に伴い、徐々に摩耗する。そのため、ダイアフラム６の耐摩耗性を向上させるために、上記弾性材料に充填剤を添加して、硬度を上述した範囲に調整することが望ましい。充填剤としては、炭酸カルシウム、シリカ、硫酸バリウム、タルク等の無機充填材又はカーボンブラックの１種以上を含んでいることが望ましい。ダイアフラム６の耐久性の観点から、充填材の量は、好ましくは１０重量部以上、より好ましくは２０重量部以上であり、好ましくは８０重量部以下より好ましくは７０重量部以下である。ゴム成分１００重量部に対する充填材の量が１０重量部未満である場合、耐摩耗性が不十分であり、ダイアフラム６の寿命が短くなる。ゴム成分１００重量部に対する充填材の量が８０重量部を超えるとダイアフラム６の耐屈曲疲労性が低下し、やはりダイアフラム６の寿命が短くなる。

ダイアフラム６の膜部６ｂの厚さは、０．２〜１．０mmが望ましい。ダイアフラム６の膜部６ｂの厚さが０．２mm未満である場合、長期間にわたる使用によって膜部６ｂが破れ、ＮＣ流出ポート２４又はＮＯ流出ポート２５が閉鎖されている状態で、ポートへの流体のリークが生ずるおそれがある。ダイアフラム６の膜部６ｂの厚さが１．０mmを超える場合、揺動部材７の揺動に必要な力が大きくなるため、ソレノイドコイル４５等が大型化するおそれがある。

本発明にあっては、ダイアフラム６のシール能力と耐久性とを両立させるために、第１弁座２４ｂ又は第２弁座２５ｂに着座中のダイアフラム６の第１弁座２４ｂ又は第２弁座２５ｂに対する圧力が規定されている。すなわち、ダイアフラム６の第１弁座２４ｂ等に対する圧力は、０．５〜１．０Ｎ／mm²が望ましい。ダイアフラム６の第１弁座２４ｂ等に対する圧力が０．５Ｎ／mm²未満である場合、第１弁座２４ｂ等の外形に沿ってダイアフラム６の底面６ｃが変形しづらくなり、十分なシール能力が得られないおそれがある。一方、ダイアフラム６の第１弁座２４ｂ等に対する圧力が１．０Ｎ／mm²を超える場合、着座中のダイアフラム６の底面６ｃの変形が過度に大きくなり、ダイアフラム６を構成する弾性材料の疲労が加速され、ダイアフラム６の寿命が短くなるおそれがある。上記ダイアフラム６の第１弁座２４ｂに対する圧力は、ダイアフラム６が第１弁座２４ｂを押す力をダイアフラム６と第１弁座２４ｂとの接触面積Ｓ１で除することにより算出される。同様に、ダイアフラム６の第２弁座２５ｂに対する圧力は、ダイアフラム６が第２弁座２５ｂを押す力をダイアフラム６と第２弁座２５ｂとの接触面積Ｓ２で除することにより算出される。

ＮＣ流出ポート２４の第１弁座２４ｂに着座中のダイアフラム６の圧力と、ＮＯ流出ポート２５の第１弁座２５ｂに着座中のダイアフラム６の圧力との差は、好ましくは０．０２Ｎ／mm²以上、より好ましくは０．０４Ｎ／mm²以上であり、好ましくは０．４０Ｎ／mm²以下、より好ましくは０．２Ｎ／mm²以下である。上述したダイアフラム６の第１弁座２４ｂに対する圧力と、第２弁座２５ｂに対する圧力との差が０．０２Ｎ／mm²未満である場合、十分なシール能力が得られないおそれがある。一方、ダイアフラム６の第１弁座２４ｂに対する圧力と、第２弁座２５ｂに対する圧力との差が０．４０Ｎ／mm²を超える場合、上記圧力が大きい側のダイアフラム６の摩耗が集中し、ダイアフラム６の寿命が短くなるおそれがある。

着座中のダイアフラム６の第１弁座２４ｂ又は第２弁座２５ｂに対する圧力を上記の範囲に収めるために、本実施形態においては、弁駆動部４０が揺動部材７を介してダイアフラム６に付与する荷重は、以下の範囲内に規定されている。

図６には、ダイアフラム６によってＮＣ流出ポート２４が閉鎖されている状態の弁装置１の主要部が示されている。ダイアフラム６が第１弁座２４ｂに着座している状態、すなわち、ソレノイドコイル４５に第１プランジャー４１を上昇させるための電気信号が供給されない場合における、揺動部材７がダイアフラム６の第１弁座２４ｂ側を押圧する荷重Ｌ１は、好ましくは、２．９Ｎ以上、より好ましくは３．２Ｎ以上であり、好ましくは、４．０Ｎ以下、より好ましくは３．８Ｎ以下である。かかる状態においては、第１プランジャー４１及び第２プランジャー４２の両方が揺動部材７と当接し、第１プランジャー４１及び第２プランジャー４２によって揺動部材７に伝達される力が打ち消される。従って、揺動部材７がダイアフラム６の第１弁座２４ｂ側を押圧する荷重Ｌ１は、長さがα１における第１コイルばね４３による荷重Ｌα１と長さがβ１における第２コイルばね４４による荷重Ｌβ１との差によって算出される。揺動部材７がダイアフラム６の第１弁座２４ｂ側を押圧する荷重Ｌ１が、２．９Ｎ未満である場合、第１弁座２４ｂ等の外形に沿ってダイアフラム６の底面６ｃが変形しづらくなり、十分なシール能力が得られないおそれがある。一方、揺動部材７がダイアフラム６の第１弁座２４ｂ側を押圧する荷重Ｌ１が４．０Ｎを超える場合、第１弁座２４ｂに着座中のダイアフラム６の底面６ｃの変形が過度に大きくなり、ダイアフラム６を構成する弾性材料の疲労が加速され、ダイアフラム６の寿命が短くなるおそれがある。

さらに、このダイアフラム６によってＮＣ流出ポート２４が閉鎖されている状態において、第１コイルばね４３単体による荷重は５．８Ｎ〜８．０Ｎが望ましく、第２コイルばね４４単体による荷重は２．９Ｎ〜４．０Ｎが望ましい。第１コイルばね４３単体による荷重が５．８Ｎ未満である場合、及び第２コイルばね４４単体による荷重が２．９Ｎ未満である場合は、第２弁座２５ｂ等の外形に沿ってダイアフラム６の底面６ｃが変形しづらくなり、十分なシール能力が得られないおそれがある。一方、第１コイルばね４３単体による荷重が８．０Ｎを超える場合、及び第２コイルばね４４単体による荷重が４．０Ｎを超える場合は、ソレノイドコイル４５が大型化し、弁装置１の小型化を図ることが困難となる。

図７には、ダイアフラム６によってＮＯ流出ポート２５が閉鎖されている状態の弁装置１の主要部が示されている。ダイアフラム６が第２弁座２５ｂに着座している状態、すなわち、ソレノイドコイル４５に第１プランジャー４１を上昇させるための電気信号が供給されている場合における、揺動部材７がダイアフラム６の第２弁座２５ｂ側を押圧する荷重Ｌ２は、好ましくは、２．４Ｎ以上、より好ましくは２．７Ｎ以上であり、好ましくは、３．５Ｎ以下、より好ましくは３．３Ｎ以下である。かかる状態においては、第１プランジャー４１は、揺動部材７から離間しているため、第１プランジャー４１によって揺動部材７に力が伝達されない。従って、揺動部材７がダイアフラム６の第２弁座２５ｂ側を押圧する荷重Ｌ２は、長さがβ２における第２コイルばね４４及び重力等による荷重Ｌβ２と等しくなる。揺動部材７がダイアフラム６の第２弁座２５ｂ側を押圧する荷重Ｌ２が、２．４Ｎ未満である場合、第２弁座２５ｂ等の外形に沿ってダイアフラム６の底面６ｃが変形しづらくなり、十分なシール能力が得られないおそれがある。一方、揺動部材７がダイアフラム６の第２弁座２５ｂ側を押圧する荷重Ｌ２が３．５Ｎを超える場合、第２弁座２５ｂに着座中のダイアフラム６の底面６ｃの変形が過度に大きくなり、ダイアフラム６を構成する弾性材料の疲労が加速され、ダイアフラム６の寿命が短くなるおそれがある。さらにこの場合でも、第１コイルばね４３のばね荷重を、第２コイルばね４４のばね荷重よりも高める必要がある。このため、ソレノイドコイル４５が発生する電磁力を高める必要が生ずる。その結果、ソレノイドコイル４５の大型化を招来し、駆動手段４ひいては弁装置１の小型化を図ることが困難となる。

さらに、このダイアフラム６によってＮＯ流出ポート２５が閉鎖されている状態において、第２コイルばね４４単体による荷重は２．４Ｎ〜３．５Ｎが望ましい。第２コイルばね４４単体による荷重が２．４Ｎ未満である場合は、第２弁座２５ｂ等の外形に沿ってダイアフラム６の底面６ｃが変形しづらくなり、十分なシール能力が得られないおそれがある。一方、第２コイルばね４４単体による荷重が３．５Ｎを超える場合は、第１コイルばね４３単体による荷重をそれ以上に高める必要がある。その結果、上記と同様に、駆動手段４ひいては弁装置１の小型化を図ることが困難となる。

以上のように、本発明の弁装置１によれば、ダイアフラム６が、ＪＩＳ−Ｋ６２５３のデュロメータＡ硬さがＡ５０〜Ａ８５の弾性材料からなり、着座中のダイアフラム６の第１弁座２４ｂ又は第２弁座２５ｂに対する圧力が０．５〜１．０Ｎ／mm²である。このように、ダイアフラム６の硬度と着座圧力とが改善されることにより、着座時におけるダイアフラム６の過度な変形が抑制され、ダイアフラム６の耐久性を高めることができる。また、ダイアフラム６は、第１弁座２４ｂ又は第２弁座２５ｂに対して適度に変形し、十分なシール能力が得られる。さらには、過度に大きな荷重でダイアフラム６を押圧する必要がないため、ソレノイドコイル４５等の弁駆動部４０を小型化することができる。

図３乃至４等では、単一の流入ポート２３に対して２系統の流出ポート２４、２５を有する三方弁の流路ブロック２０が示されている。このような流路ブロック２０は、流出ポート２４、２５のうち、いずれか一方、例えば、流出ポート２４を常時閉栓することにより、二方弁として使用することも可能である。このような使用形態においても、ダイアフラム６の硬度と着座圧力とが改善されることにより、上記と同様の効果が得られる。他方の流出ポート２５を常時閉栓する場合であっても、上記と同様である。

さらに、流路ブロック２０からいずれか一方の流出ポートが省略されている構成であっても、上記と同様に二方弁として使用することが可能であり、上記と同様の効果が得られる。この場合、流入ポート２３は、弁室２１の中央部に配置されている必要はなく、省力された流出ポートの側に配置されていてもよい。

以上、本発明の弁装置が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。

図１の基本構造をなす弁装置が、表１の仕様に基づき試作され、ダイアフラムのシール性能及び耐久性能が評価された。各仕様のダイアフラムは、プレス機を用いた架橋成形により試作された。硬度の測定においては、ＪＩＳＫ６２５３−３に準拠するタイプＡデュロメータ硬度が測定された。
テスト方法は、以下の通りである。

＜シール性能＞
各仕様のダイアフラムが、弁装置に組み込まれ、シール性能が測定された。すなわち、流入ポートから０．３ＭＰａの空気が流入され、３分後の空気の圧力が測定された。結果は、実施例１を１００とする指数であり、数値が大きい程、ダイアフラムのシール性能が優れていることを示す。

＜耐久性能＞
各仕様のダイアフラムが組み込まれた弁装置が、気温２０゜Ｃの室内にて５Ｈｚの周波数で１０００万回空作動され、その後、流入ポートから０．３ＭＰａの空気が流入され、３分後の空気の圧力が測定された。結果は、実施例１を１００とする指数であり、数値が大きい程、ダイアフラムの疲労が少なく、耐久性が優れていることを示す。

表１から明らかなように、実施例の弁装置は、比較例に比べてシール性能及び耐久性能が有意に優れていることが確認できた。

１弁装置
２弁本体
３弁体
４駆動手段
６ダイアフラム
７揺動部材
２１弁室
２２凹部
２３流入ポート
２３ａ流入開口
２４ＮＣ流出ポート（第１ポート）
２４ａ流出開口
２４ｂ第１弁座
２５ＮＯ流出ポート（第２ポート）
２５ａ流出開口
２５ｂ第２弁座

Claims

流体が流れるポートを少なくとも一つ具えた弁室を区画する弁本体と、前記ポートを開閉する弁体と、前記弁体を駆動して前記ポートを開閉する駆動手段とを備え、
前記ポートは、周囲に弁座が形成された開口を有し、
前記弁体は、前記弁室を覆うように配され、かつ前記弁座に着座又は離間して前記ポートを開閉するダイアフラムを有する弁装置であって、
前記ダイアフラムは、ＪＩＳ−Ｋ６２５３のデュロメータＡ硬さがＡ５０〜Ａ８５の弾性材料からなり、
前記着座中の前記ダイアフラムの前記弁座に対する圧力が０．５〜１．０Ｎ／mm²であり、
前記ポートは、前記弁室に流体を流入させる流入ポートと、前記弁室から流体を流出させる流出ポートとを有し、
前記ダイアフラムは、前記流入ポート又は前記流出ポートのうち、少なくとも一方を開閉することを特徴とする弁装置。
流体が流れるポートを少なくとも一つ具えた弁室を区画する弁本体と、前記ポートを開閉する弁体と、前記弁体を駆動して前記ポートを開閉する駆動手段とを備え、
前記ポートは、周囲に弁座が形成された開口を有し、
前記弁体は、前記弁室を覆うように配され、かつ前記弁座に着座又は離間して前記ポートを開閉するダイアフラムを有する弁装置であって、
前記ダイアフラムは、ＪＩＳ−Ｋ６２５３のデュロメータＡ硬さがＡ５０〜Ａ８５の弾性材料からなり、
前記着座中の前記ダイアフラムの前記弁座に対する圧力が０．５〜１．０Ｎ／mm ² であり、
前記ポートは、前記弁室に流体を流入させる流入ポートと、前記弁室から流体を流出させる流出ポートとを有し、
前記流出ポートは、第１流出ポート及び第２流出ポートの２系統が配され
前記ダイアフラムは、第１流出ポート及び第２流出ポートを開閉することを特徴とする弁装置。
前記ダイアフラムは、前記第１流出ポートと前記第２流出ポートとを交互に開閉するものであり、
前記第１流出ポートの弁座に着座中の前記ダイアフラムの前記圧力と、前記第２流出ポートの弁座に着座中の前記ダイアフラムの前記圧力との差が０．４０Ｎ／mm2以下である請求項２記載の弁装置。
前記ダイアフラムは、ＪＩＳ−Ｋ６２５３のデュロメータＡ硬さがＡ６０〜Ａ８０である請求項１乃至３のいずれかに記載の弁装置。
前記ダイアフラムは、ゴム成分として、エチレン−プロピレン−ジエン、フッ素系ゴム、水素化ニトリルゴム、ブチレン系ゴム又はシリコーンゴムの１種以上を含んでいる請求項１乃至４のいずれかに記載の弁装置。
前記ダイアフラムは、充填剤として、炭酸カルシウム、シリカ、硫酸バリウム、タルク又はカーボンブラックの１種以上を含んでいる請求項１乃至５のいずれかに記載の弁装置。
前記弁体は、前記駆動手段に駆動されて揺動し、前記ポートを開閉する請求項１乃至６のいずれかに記載の弁装置。
前記弁体は、軸部材によって回動自在に支持されている請求項７記載の弁装置。