JP2005207470A

JP2005207470A - ピンチバルブ

Info

Publication number: JP2005207470A
Application number: JP2004013097A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Tomioka; 美紀冨岡
Original assignee: Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Yukizai Corp
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】僅かな力で流路の閉止が可能な管体を有し、管体の流体接触部が密着して全開状態が得られないという状態にならず、かつ滞留部が無く流体がスムーズに流れる低圧力損失のピンチバルブを提供する。
【解決手段】本発明に係るピンチバルブが有する管体１０１は、例えばフッ素ゴム系熱可塑性エラストマーから作製され、その押圧されないときの流路すなわち開口部の断面形状は略紡錘形状を有する。さらに管体１０１は、少なくともその内面すなわち流体接触部が、フッ素樹脂被膜等の非自己粘着層１０１ｅを有することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、化学、半導体、食品、バイオ等の各種産業分野に関するプラント等における流体輸送配管に用いられる、弾性変形可能な管体を有するピンチバルブに関する。

流路を開閉するためのある種のピンチバルブは、弾性体からなる管体を有し、流体の流れ方向と垂直な方向に力をその管体に加えて弾性変形させることによって流路を閉止する。このようなピンチバルブが有する弾性の管体は多くの場合、流路に垂直な方向における開口部の断面形状は円形である。しかし近年は、弾性の管体の止水効果及び耐久性を向上させるために、他の断面形状を備えた管体を有するピンチバルブが開発されている。例えば特許文献１に開示されたピンチバルブは、止水のための荷重を軽減するために略菱形の開口部断面形状を備えた弾性の管体を有し、さらに、止水をより確実にするために、断面方向にみて管体の内側半周にわたって突設された壁を有する。

実開平６−１９４４号公報

円形断面の開口部を備えた管体においては一般に、流路を完全に閉止するためにかなり大きな押圧力を加える必要がある。一方、菱形の断面形状を有する管体は、比較的小さい押圧力で閉止できることから止水性は向上されているが、押圧を解除すなわち流路を再び開こうとしたときの元の形状への復元力が円形断面の管より小さい。従って押圧を解除したときに管体を構成する弾性体の流体接触部の一部又は全てが互いに密着してしまい、当初の所望の流量が確保できなくなる場合がある。また管の内側に壁等を突設させる場合は、その壁の前後の圧力損失が増大して流体輸送のためのエネルギー損失が大きくなるという欠点がある。さらに壁の存在によって流体の滞留部が生じ得るため、半導体及びバイオ等に関する分野では、流体が滞留することによって変質しやすい流体を使用する配管には適さない。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、僅かな力で流路の閉止が可能な管体を有し、管体の流体接触部が互いに密着して全開状態が得られないという状態にならず、かつ滞留部がなく流体がスムーズに流れる低圧力損失のピンチバルブを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、管体を有し、該管体を押圧することにより流路を閉止するピンチバルブにおいて、流路方向に垂直な面で切った前記管体の押圧されないときの開口部の流路断面形状が略紡錘形状であることを特徴とする、ピンチバルブを提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のピンチバルブにおいて、前記管体の前記押圧されないときの開口部の流路断面形状は、該管体が押圧される方向に互いに離れて形成される、断面中心から外向きに凸の２つの曲線と、該２つの曲線の各々の両側になだらかに繋がって形成される、断面中心に向かって内向きに凸の４つの曲線とを有し、さらに該内向きに凸の４つの曲線が有する、前記外向きに凸の２つの曲線に繋がる端部とは反対側の端部の各々は、協働して鋭角を形成するように互いに接続される、ピンチバルブを提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のピンチバルブにおいて、前記管体の少なくとも内面が非自己粘着層を有する、ピンチバルブを提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のピンチバルブにおいて、前記非自己粘着層がフッ素樹脂被膜であるピンチバルブを提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のピンチバルブにおいて、前記管体の２つの端部の各々に挿入される挿入部を有する２つの連結体と、前記管体の前記開口部の前記断面形状と略同一の断面形状を有する貫通孔及び該貫通孔の一部を開放する開放部を有するとともに前記管体の前記端部の各々を外周から締め付けるように構成された管体挟みとを有する、ピンチバルブを提供する。

本発明に係る紡錘形状断面の開口部を備えた管体を有するピンチバルブにより、管体の内部を流れる流体の圧力を閉止するために管体に加えなければならない押圧荷重を、従来より大幅に低減することができる。また荷重が低減されること及び管体が非自己粘着性の被膜を内面に有することにより管体の流体接触部の密着が防止され、押圧を解除したときに管体が確実に元の形状に戻り、所望の流量が確保される。また管体の断面が紡錘形状であることにより、管体における流体の圧力損失が比較的少なくかつ流体の滞留が生じにくい。さらに押圧荷重が少なくてすむことにより、管体自体の耐久性が向上してへたり及び亀裂が発生しにくくなる。

さらに本発明に係る連結体及び管体挟みを備えることにより、管体と流路とが確実に気密式又は液密式に連結される。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。なお説明中の「上端」、「下端」等に関する上下方向は、図１、図９及び図１０等のピンチバルブの縦断面図における上下方向を意味する。
図１は、本発明に係る第１の実施形態のピンチバルブ１００の縦断面図である。ピンチバルブ１００は、基礎本体１１６と、基礎本体１１６にボルト、ナット等（図示せず）により連結固定されるシリンダー本体１０４とを有する。シリンダー本体１０４と基礎本体１１６との間には流路１２２を備えた２つの連結体１２１が取付けられる。また基礎本体１１６は、２つの連結体１２１の間に、流路を開閉可能な弾性の管体１０１を収容するための溝１１７を有する。管体１０１及び連結体１２１の構造については後述する。

次にシリンダー本体１０４及びその内部に配置されるピストン１１１の構成について説明する。
シリンダー本体１０４は、円筒状の空間を有するシリンダー部１０２と、シリンダー本体１０４の下端面から下方すなわち基礎本体１１６の方向に向かって延びる貫通孔１０５とを有する。シリンダー部１０２の内部には、Ｏリング１１２ａを介してシリンダー部１０２の内周面に気密式かつ摺動可能に係合する円筒状のピストン１１１が配置され、ピストン１１１は、その下端面から貫通孔１０５内に延びるとともにＯリング１１２ｂを介して貫通孔１０５の内周面に気密式かつ摺動可能に係合する連結部１１３を有する。連結部１１３はその先端すなわち下端に、後述する管体１０１を押圧して流路を閉止するための押圧体１１５を有する。押圧体１１５は、図２に示されるようにピストン１１１を貫通する固定ボルト１１４の先端に螺着されてもよいし、ピストン１１１の連結部１１３の下端に接着又は溶接されてもよく、その他適当な方法によっても形成可能である。このような構成により、押圧体１１５は流路１２２と略直交する方向に移動可能である。また好ましくは、押圧体１１５の横断面は楕円又は長円形状であり、縦断面は蒲鉾形状である。またシリンダー本体１０４は、図３に示されるように、押圧体１１５を収容可能な、横断面が長円のスリット１０６を有する。

またシリンダー本体１０４は、シリンダー部１０２の上方に螺着等により固定される円盤状又は円筒状のシリンダー蓋１０３を有する。図１に示されるように、ピストン１１１の軸方向長さはシリンダー部１０２の軸方向長さより短いので、シリンダー部１０２内には、シリンダー部１０２の底面及び内周面並びにピストン１１１の下端面によって第１空間部１０７が画定され、シリンダー部１０２の内周面、シリンダー蓋１０３の下端面及びピストン１１１の上端面によって第２空間部１０８が画定される。シリンダー本体１０４はさらに、第１及び第２空間部１０７及び１０８と外部のエアー供給機器等とをそれぞれ連通させるための第１及び第２の空気口１０９及び１１０を有する。

次に管体１０１及びそれに関連する部材について説明する。
変形可能な弾性体からなる管体１０１は、例えばフッ素ゴム系熱可塑性エラストマーから作製され、上述の基礎本体１１６に形成された溝１１７内に配置される（図１、図９及び図１０参照）。流路に垂直な面で切った管体１０１の押圧されないときの流路すなわち開口部の断面形状は、図５（ａ）及び（ｂ）に示されるように略紡錘形状を有する。より詳細には、管体１０１の押圧されないときの流路断面は、管体１０１が押圧される方向すなわち上下方向に互いに離れて形成された、断面中心から外向きに凸の２つの円弧又は曲線１０１ａと、それらの円弧又は曲線の各々の両側になだらかに繋がって形成される、断面中心に向かって内向きに凸の計４つの円弧又は曲線１０１ｂとを有する。さらに４つの内向き曲線１０１ｂが有する、２つの外向き曲線１０１ａに繋がる端部とは反対側の端部の各々は、協働して適当な鋭角αを形成するように互いに接続される（図５（ａ））。あるいはさらに、それらの接続部において適当な丸みを有してもよい（図５（ｂ））。また管体１０１の断面の外縁の形状については、図示されるように管体１０１の流路断面形状と略相似（すなわち管体１０１の肉厚が全体にわたり概ね均一）であることが好ましいが、例えば管体１０１が十分に柔軟である場合、矩形等の他の形状であってもよい。このような流路断面形状によれば、４つの内向き曲線１０１ｂの端部が鋭角を形成して接続されることにより、押圧されたときの管体１０１の閉止が円形断面の管体より容易になり、さらに、外向きの曲線１０１ａを有することにより、押圧が解除されたときの管体１０１の元の形状への復元力が菱形断面の管体より大きくなる。従って管体１０１は、従来の円形断面の管体より小さい押圧力で完全に閉止可能であり、かつ押圧が解除されたときに直ちに元の形状に復元することができる。また外向きの曲線１０１ａを有する紡錘形状は、全体として菱形断面形状より円形に近いので、圧力損失が比較的小さく、かつ流体の滞留が少ないという長所も有する。

さらに管体１０１は、少なくともその内面すなわち流体接触部が、互いに密着してしまうことを防止する非自己粘着層を有することができる。このような非自己粘着層としては、例えば、フッ素樹脂被膜又はコーティングが好適である。図５（ａ）及び（ｂ）においては、管体１０１の上下の流体接触部１０１ｃ及び１０１ｄがフッ素樹脂被膜１０１ｅを有する。この非自己粘着層と前述の紡錘形状断面とを利用することにより、閉止状態の管体１０１の押圧が解除されて管体１０１が再び開こうとしたときに、流体接触部１０１ｃ及び１０１ｄが互いに粘着してしまい十分な断面積の流路が得られず、結果として流量が低下するという不具合をより確実に防止することができる。

管体１０１に接続される連結体１２１は、図６に示されるように、流体が流れる配管等（図示せず）に接続するための接続部１２５を一方の端部に有し、管体１０１の端部に挿入されて流体の連通を可能にする挿入部１２３を他方の端部に有する。さらに連結体１２１は、シリンダー本体１０４と基礎本体１１６との間に正確に位置するために、挿入部１２３と接続部１２５との間に後述する管体挟み１２０より高さが若干低い鍔部１２４を有することが好ましい。挿入部１２３は、図７に示されるように、管体１０１内に気密式又は液密式に挿入するように構成された紡錘断面形状を有する。

管体１０１と連結体１２１の挿入部１２３との接続を確実にするために、管体１０１の両端部の各々をその外周から締め付ける管体挟み１２０が取付けられる。管体挟み１２０は、図８に示されるように、管体１０１の断面形状と略同一の断面形状を有する貫通孔１２０ａを有し、さらにその貫通孔１２０ａの一部を開放する開放部１２０ｂを有する。開放部１２０ｂがあることにより、管体挟み１２０が金属等の比較的剛性の高いから作製されている場合であっても、管体挟み１２０は断面方向にいくらか弾性変形可能であり、管体１０１と連結体１２１の挿入部１２３とをより確実に締結することができる。

基礎本体１１６は、図４に示されるように、管体１０１を受容するための溝１１７と、管体挟み１２０及び連結体１２１の鍔部１２４を受容するための嵌合溝１１８とを有する。さらに基礎本体１１６は、嵌合溝１１８に隣接する端部に、連結体１２１の接続部１２５を受容する連結体受け１２６用の凹部を有することが好ましい。同様にシリンダー本体１０４は、図３に示されるように、管体挟み１２０及び連結体１２１の鍔部１２４を受容するための嵌合溝１１９を有する。すなわち、基礎本体１１６の嵌合溝１１８及びシリンダー本体１０４の嵌合溝１１９は、連結体１２１を上下から挟むように構成される。

次にピンチバルブ１００の動作を図９及び図１０を用いて説明する。図９に示される閉状態において、前述の第１空気口１０９から第１空間部１０７内に圧気を供給するとともに第２空間部１０８内の空気を第２空気口１１０から排出すると、空気圧によりピストン１１１がシリンダー部１０２に対して上方に摺動し、それに伴ってピストン１１１の押圧体１１５も上昇する。次に押圧体１１５の上端面が長円状スリット１０６の上端面に当接してピストン１１１の上昇が停止する。このとき押圧体１１５は、管体１０１に接触していないかあるいは管体１０１に僅かに接触している状態であり、故に管体１０１は元の形状に復元してピンチバルブは開状態（図１０）となる。

逆にピンチバルブを開状態から閉状態にするときは、図１０に示される開状態において、第２空気口１１０から第２空間部１０８内に圧気を供給するとともに第１空間部１０７内の空気を第１空気口１０９から排出する。それによりピストン１１１はシリンダー部１０２に対して下方に摺動し、それに伴ってピストン１１１の押圧体１１５も下降する。次にピストン１１１の下端面がシリンダー１０２の底面に当接してピストン１１１の下降が停止し、そのとき押圧体１１５は管体１０１を押圧してピンチバルブ１００を図９のような閉状態にする。長円状スリット１０６は、押圧体１１５が連結部１１３の上下方向の軸について回転しないように、押圧体１１５を保持する機能を有する。

次に図１１〜図１３は、本発明の第２の実施形態の逆作動式ピンチバルブ２００を示す。ここで第１の実施形態の構成要素と同様の構成要素には、第１の実施形態における参照符号に１００を足した参照符号を用いるものとする。ピンチバルブ２００のシリンダー本体２０４のシリンダー部２０２内には、ばね２２７が、ピストン２１１の上端面とシリンダー蓋２０３の下端面との間に挟持された状態で配置される。図示例では１つのばねが使用されているが、必要とされる付勢力に応じて複数のばねを使用することもできる。他の構成要素は第１の実施形態と同様である。

次にピンチバルブ２００の動作を図１２及び図１３を用いて説明する。ピンチバルブ２００を閉状態から開状態にする場合は、図１２に示される閉状態において、第１空気口２０９から第１空間部２０７内に圧気を供給する。それにより空気圧によりばね２２７が圧縮されてピストン２１１がシリンダー部２０２に対して上方に摺動し、それに伴ってピストン２１１の連結部２１３の押圧体２１５も上昇する。次に押圧体２１５の上端面が長円状スリット２０６の上端面に当接してピストン２１１の上昇が停止する。このとき押圧体２１５は、管体２０１に接触していないかあるいは管体２０１に僅かに接触している状態であり、故に管体２０１は元の形状に復元してピンチバルブは開状態（図１３）となる。

ばね２２７を有することにより、ピンチバルブ２００は逆作動弁として作用する。すなわち、ピンチバルブを開状態から閉状態にするときは、図１３に示される開状態において、第１空間部２０７内の空気を第２空気口２１０から排出するだけで、圧縮されたばね２２７の付勢力によりピストン２１１はシリンダー部２０２に対して下方に摺動し、それに伴ってピストン２１１の押圧体２１５も下降する。次にピストン２１１の下端面がシリンダー２０２の底面に当接してピストン２１１の下降が停止し、そのとき押圧体２１５は管体２０１を押圧してピンチバルブ２００を図１２のような閉状態にする。

次に図１４〜図１６は、本発明の第３の実施形態の正作動式ピンチバルブ３００を示す。ここで第１の実施形態の構成要素と同様の構成要素には、第１の実施形態における参照符号に２００を足した参照符号を用いるものとする。ピンチバルブ３００のシリンダー本体３０４のシリンダー部３０２内には、ばね３２７が、ピストン３１１の下端面とシリンダー部３０２の底面との間に挟持された状態で配置される。図示例では１つのばねが使用されているが、必要とされる付勢力に応じて複数のばねを使用することもできる。さらに、シリンダー部３０２の上部にはストッパー３２８が設けられ、それによりピストン３１１の下限が規定される。ストッパー３２８は、図示されるようなシリンダー部３０２の全周にわたる微小な段差（すなわちストッパー３２８より下方のシリンダー部３０２の内径は、ピストン３１１の外径より僅かに小さい）であってもよいし、シリンダー部３０２の一部に設けられる突部のようなものであってもよい。他の構成要素は第１の実施形態と同様である。

次にピンチバルブ３００の動作を図１５及び図１６を用いて説明する。ピンチバルブ３００を開状態から閉状態にする場合は、図１５に示される開状態において、第２空気口３１０から第２空間部３０８内に圧気を供給する。それにより空気圧によりばね３２７が圧縮されてピストン３１１がシリンダー部３０２に対して下方に摺動し、それに伴ってピストン３１１の連結部３１３の押圧体３１５も下降する。次にピストン３１１の下端面がシリンダー３０２上部のストッパー３２８に当接してピストン３１１の下降が停止し、そのとき押圧体３１５は管体３０１を押圧してピンチバルブ３００を図１６のような閉状態にする。

ばね３２７を有することにより、ピンチバルブ３００は正作動弁として作用する。すなわち、ピンチバルブを閉状態から開状態にするときは、図１６に示される閉状態において、第２空間部３０８内の空気を第２空気口３１０から排出するだけで、圧縮されたばね３２７の付勢力によりピストン３１１はシリンダー部３０２に対して上方に摺動し、それに伴ってピストン３１１の押圧体３１５も上昇する。次にピストン３１１の上端面がシリンダー蓋３０３の下端面に当接してピストン３１１の上昇が停止し、そのとき押圧体３１５は、管体３０１に接触していないかあるいは管体３０１に僅かに接触している状態であり、故に管体３０１は元の形状に復元してピンチバルブは開状態（図１５）となる。

本発明に係るピンチバルブにおいて、管体を完全に閉止させるための押圧力がどの程度低減されるかを確認する試験を行った。図１７を参照しながら以下に説明する。

事前に本発明に係るピンチバルブ１００のシリンダー蓋１０３を取外し、適当な治具３０を用いて、オートグラフ等の適当な測定機器３１を、ピストン１１１を直接押し下げることができるように取付けた。またピンチバルブ１００の連結体１２１の接続部１２５をナット２９を用いて外部配管３２に接続した。次にピンチバルブ１００の一方の接続部１２５に圧力０．３ＭＰａ（３ｋｇｆ／ｃｍ²）の空気を流入させ、さらにオートグラフ３１によりピストン１１１を徐々に下降させて管体１０１を全閉状態に近づけた。他方の接続部１２５からの空気の流出が完全に停止したとき（すなわちピンチバルブ全閉状態）のオートグラフ３１の押圧力を測定した。同様の測定を従来の円形断面の管体を有するピンチバルブについても行い、それぞれの押圧力を比較した。

上記試験の結果、本発明に係るピンチバルブにおけるバルブ全閉に必要な押圧力は平均１．４ＭＰａ（１４ｋｇｆ／ｃｍ²）であり、従来のピンチバルブにおけるバルブ全閉に必要な押圧力は平均２．３ＭＰａ（２３．５ｋｇｆ／ｃｍ²）であった。すなわち、本発明に係るピンチバルブの全閉に必要な押圧力は従来の約６０％に低減された。

本発明の第１の実施形態のピンチバルブの縦断面図である。固定ボルト、ピストン及び押圧体の分解図である。シリンダー本体の底面図である。基礎本体の上面図である。（ａ）好適な管体の断面図であり、（ｂ）（ａ）の好適な変形例である。連結体の側面図である。連結体の端面図である。管体挟みの断面図である。図１のピンチバルブの閉状態を示す縦断面図である。図１のピンチバルブの開状態を示す縦断面図である。本発明の第２の実施形態のピンチバルブの縦断面図である。図１１のピンチバルブの閉状態を示す縦断面図である。図１１のピンチバルブの開状態を示す縦断面図である。本発明の第３の実施形態のピンチバルブの縦断面図である。図１４のピンチバルブの開状態を示す縦断面図である。図１４のピンチバルブの閉状態を示す縦断面図である。ピンチバルブの管体に対する押圧力を測定するための試験装置の概略断面図である。

符号の説明

１００、２００、３００…ピンチバルブ
１０１、２０１、３０１…管体
１０４、２０４、３０４…シリンダー本体
１１１、２１１、３１１…ピストン
１１５、２１５、３１５…押圧体
１１６、２１６、３１６…基礎本体
１２１、２２１、３２１…連結体

Claims

管体を有し、該管体を押圧することにより流路を閉止するピンチバルブにおいて、流路方向に垂直な面で切った前記管体の押圧されないときの開口部の流路断面形状が略紡錘形状であることを特徴とする、ピンチバルブ。
前記管体の前記押圧されないときの開口部の流路断面形状は、該管体が押圧される方向に互いに離れて形成される、断面中心から外向きに凸の２つの曲線と、該２つの曲線の各々の両側になだらかに繋がって形成される、断面中心に向かって内向きに凸の４つの曲線とを有し、さらに該内向きに凸の４つの曲線が有する、前記外向きに凸の２つの曲線に繋がる端部とは反対側の端部の各々は、協働して鋭角を形成するように互いに接続される、請求項１に記載のピンチバルブ。
前記管体の少なくとも内面が非自己粘着層を有する、請求項１又は２に記載のピンチバルブ。
前記非自己粘着層がフッ素樹脂被膜である、請求項３に記載のピンチバルブ。
前記管体の２つの端部の各々に挿入される挿入部を有する２つの連結体と、前記管体の前記開口部の前記断面形状と略同一の断面形状を有する貫通孔及び該貫通孔の一部を開放する開放部を有するとともに前記管体の前記端部の各々を外周から締め付けるように構成された管体挟みとを有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のピンチバルブ。