JP2009208030A - 圧力調整弁の弁体および圧力調整弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体本体と弁ホルダとの間に異物が咬み込んでも、弁体本体と弁ホルダとの間を確実にシールすることができる圧力調整弁の弁体および圧力調整弁を提供する。
【解決手段】弾性材で構成され、弁座に対し離接して連通流路１５を開閉するリング状の弁体本体８２と、弁体本体８２が着座する着座部１４２および着座した弁体本体８２を抜止め状態とする弁座側の抜止め部１４３を有し、弁体本体８２が抜止め状態で装着される弁ホルダ８３と、を備え、抜止め部１４３および着座部１４２のうち少なくとも着座部１４２における弁体本体８２との対面部分は、弁体本体８２と相補的形状に形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、１次室と２次室とを連通する連通流路を大気圧基準で開閉して、液体を一定圧で減圧供給する圧力調整弁の弁体および圧力調整弁に関するものである。

従来、この種の圧力調整弁として、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに特殊な機能液を減圧供給するものが知られている（特許文献１参照）。この圧力調整弁は、機能液タンクに連通する１次室と、１の壁面が受圧板を有するフィルム状のダイヤフラムで構成され、機能液滴吐出ヘッドに連通する２次室と、１次室および２次室を連通する連通流路と、連通流路を開閉する弁体と、を有している。この弁体は、円板状の弁受部および弁受部の中心から一方向に延びる軸部とからなる弁体本体（弁ホルダ）と、弁受部の軸部側に添設され、耐薬品性の部材で平形環状に形成されたバルブシール（弁体本体）と、から構成されている。
機能液滴吐出ヘッドの吐出駆動に伴って、機能液が２次室から機能液滴が供給されると、２次室が減圧して、ダイヤフラムが凹型に変形する。この変形により、受圧板が弁体本体（軸部）を押し、バルブシールが弁座となる連通流路の縁部から離れることで、弁体が開弁する。これにより、１次室の機能液が２次室に流入する。一方、２次室への機能液の流入が進むと２次室が加圧され、ダイヤフラムが凸型に変形する。この変形により、受圧板が弁体本体から離れ、同時に弁体本体がばねにより前進して連結流路を閉弁する。この動作により、機能液が２次室側から一定圧に供給される。
特開２００６−１４２２１５号公報

ところで、平形環状に形成された従来技術のバルブシールは、特注品となりコストが嵩むため、市販の耐薬品性のОリングや角リング等のシール部材を用いることが好ましい。一方、この種のシール部材は、部材間に挟持され弾性変形することで機能する。しかし、大気圧基準で開閉されるバルブシールとしてこの種のシール部材を用いると、閉弁時であっても加わる圧力が小さく大きく変形することがない。このため、弁ホルダの装着溝が一般的な「コ」字状に形成されていると、シール部材は、閉弁時であっても弁ホルダに対し線接触状態を維持する。この場合、弁ホルダに装着したシール部材に異物が付着し、この異物が線接触部分に咬み込むと、シール部材と弁ホルダとの間でシール切れが発生し、弁体の機能が損なわれることが想定される。

本発明は、弁体本体と弁ホルダとの間に異物が咬み込んでも、弁体本体と弁ホルダとの間を確実にシールすることができる圧力調整弁の弁体および圧力調整弁を提供することをその課題としている。

本発明の圧力調整弁の弁体は、１次室と２次室とを連通する連通流路を大気圧基準で開閉して、１次室に導入した液体を２次室から一定圧で減圧供給する圧力調整弁の弁体であって、弾性材で構成され、弁座に対し離接して連通流路を開閉するリング状の弁体本体と、弁体本体が着座する着座部および着座した弁体本体を抜止め状態とする弁座側の抜止め部を有し、弁体本体が抜止め状態で装着される弁ホルダと、を備え、抜止め部および着座部のうち少なくとも着座部における弁体本体との対面部分は、弁体本体と相補的形状に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、弁ホルダの着座部における弁体本体との対面部分が、弁体本体と相補的な形状に形成されているため、弁体本体と弁ホルダとは、広い接触面積で面接触することになる。このため、この面接触部分に異物が咬み込んでも、異物が包み込まれ、弁体本体と弁ホルダとの間が確実にシールされる。すなわち、弁体本体と弁ホルダの着座部を面接触させておくことができるため、この部分に異物が咬み込んでも、弁体本体と弁ホルダとの間を確実にシールすることができる。

この場合、着座部は、弁体本体を挟むように弁座と対峙する受け座部と、受け座部と抜止め部とを連結する連結座部とから成り、受け座部における弁体本体との対面部分は、窪入形成されていることが、好ましい。

この構成によれば、弁体本体と着座部との接触面積をさらに拡大することができるため、弁体本体と弁ホルダとの間をより一層確実にシールすることができる。

この場合、弁体本体は、断面円形のリング状に形成されていることが、好ましい。

また、この場合、弁体本体は、断面略矩形のリング状に形成されていることが、好ましい。

これらの構成によれば、弁体本体を一般的な形状とすることにより、弁体本体のコストダウンを図ることができる。また、弁ホルダが単純な形状となるため、この点でもコストダウンを図ることができる。

本発明の圧力調整弁は、上記に記載の圧力調整弁の弁体を備えた圧力調整弁であって、１次室は、機能液を貯留した機能液タンクに連通し、２次室は、機能液滴を吐出するインクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに連通していることを特徴とする。

この構成によれば、弁体本体と弁ホルダとの間を確実にシールすることができるため、機能液を機能液滴吐出ヘッドに安定して減圧供給することができる。

以下に添付した図面を参照して、第１実施形態に係る圧力調整弁およびこれに組み込んだ弁体について説明する。この圧力調整弁は、カラーフィルタなどを製造する液滴吐出装置の機能液滴吐出ヘッドに機能液を供給するチューブに介設されており、機能液滴吐出ヘッドに機能液を大気圧基準（一定圧）で減圧供給するものである。

図１に示すように、圧力調整弁１は、主要部を成す調整弁本体２と、調整弁本体２の流入側に差込み接合した流入コネクタ３と、調整弁本体２の流出側に差込み接合した流出コネクタ４と、を備えている。そして、流入コネクタ３には、押えナット１０７を介して、図外の機能液タンクに連なるチューブ５が接続され、同様に流出コネクタ４には、押えナット１０７を介して、図外の機能液滴吐出ヘッドに連なるチューブ５が接続される。

図２および図３に示すように、調整弁本体２は、略円板状で、かつ前面および後面の中央部が凹型形成されたバルブケーシング１１と、バルブケーシング１１と共に１次室１２を画成する蓋体１４と、バルブケーシング１１に受圧膜体６１を固定することでバルブケーシング１１と共に２次室１３を画成する膜体押え部材７１と、で構成されており、バルブケーシング１１、蓋体１４および膜体押え部材７１は、ステンレス等の耐食性材料で形成されている。また、バルブケーシング１１の中心部には、１次室１２および２次室１３を連通する連通流路１５が形成されている。

膜体押え部材７１および蓋体１４は、バルブケーシング１１に対し、前後方向から挟み込むようにねじ止めして組み込まれており（図示省略）、いずれも円形の受圧膜体６１の中心を通る軸線と同心円となる円形の外形を有している。バルブケーシング１１および膜体押え部材７１は、受圧膜体６１の周縁部およびシールリング５３を挟込み込んで相互に液密に突合せ接合されている。同様に、蓋体１４は、シールリング１８を介してバルブケーシング１１に対し相互に液密に突合せ接合されている。これにより、１次室１２および２次室１３は、液密に保持されている。

１次室１２は、バルブケーシング１１の後面と、バルブケーシング１１の開放端を閉蓋する蓋体１４とにより、受圧膜体６１と同心となる略円柱形状に形成されている。また、１次室１２の上部には、１次室１２から径方向斜めに延びる流入ポート１６が形成され、中心部には、連通流路１５に連なる１次室側開口部１７が開口している。そして、この１次室側開口部１７には、１次室１２側から連通流路１５を開閉する弁体８１が臨む一方、これに対応して、１次室側開口部１７の周縁部により、弁体８１が離接する弁座が構成されている。また、弁体８１は、これと蓋体１４との間に介設した弁体付勢ばね１９によって、閉弁方向（２次室１３側）に弱い力で付勢されている。

流入ポート１６は、流入コネクタ３が差込み接合される接合受け部２１と、接合受け部２１に連なり、フィルタ２４を収容するフィルタ収容部２２と、フィルタ収容部２２と１次室１２とを連通する流入流路部２３と、から構成されている。接合受け部２１には、流入コネクタ３の接続口部１０４が差し込み接合される。フィルタ収容部２２には、フィルタ２４が、流入コネクタ３との間に介設した押えばね２５に付勢された状態で収容されている。また、流入流路部２３は、流入ポート１６に対し１次室１２側に偏って形成されている。

フィルタ２４は、円形ステンレス製のフィルタエレメント３１と、フィルタエレメント３１をセットする受けホルダ３２と、フィルタエレメント３１を押える押えホルダ３３とで構成され、フィルタ収容部２２の当接段部２６に着座するように設けられている。そして、上記の押えばね２５およびフィルタ２４は、流入コネクタ３を引抜くことで、取り出し得るようになっている。

２次室１３は、バルブケーシング１１の前面と、バルブケーシング１１の開放端を閉蓋する受圧膜体６１と、で円錐台形状に形成されており、受圧膜体６１は、膜体押え部材７１によりバルブケーシング１１に取り付けられている。具体的には、２次室１３は、バルブケーシング１１に凹型形成した内面壁４１と受圧膜体６１とによって、全体として受圧膜体６１を底面とする円錐台形状に形成されている。また、２次室１３の下部には、２次室１３から真下に延びる流出ポート４２が形成され、中心部には、連通流路１５に連なる２次室側開口部４３が開口している。そして、この２次室側開口部４３の周縁部と後述する受圧膜体６１との間には、受圧膜体６１を前方向に向かって付勢する膜体付勢ばね４４が介設されている。

図３に示すように、バルブケーシング１１の前面周縁部であるリング状端面５１には、断面矩形の環状溝５２が形成され、環状溝５２には、リング状端面５１と受圧膜体６１との間をシールする上記のシールリング５３が装着されている。また、リング状端面５１における環状溝５２の外側には、膜体押え部材７１を取り付けるための複数の取付けネジ７３が螺合するねじ孔５４が複数（６個）形成されている。

受圧膜体６１は、樹脂フィルムで構成した膜体本体６２と、膜体本体６２の中央部に接着した樹脂製の受圧板６３とで構成されている。膜体本体６２（受圧膜体６１）の周縁部には、バルブケーシング１１のねじ孔５４に対応する部位に複数（６個）の切抜き孔６４が形成されている。受圧板６３は、膜体本体６２と同心の円板状に、且つ膜体本体６２に対し十分に小さい径に形成されており、その中央に上記の弁体８１が離接するようになっている（図２参照）。

膜体押え部材７１は、バルブケーシング１１のリング状端面５１と同じ大きさのドーナツ状に形成されており、その周縁部には、ねじ孔５４および切抜き孔６４に対応する部位に複数（６個）のバカ孔７２が形成されている。これにより、環状溝５２にシールリング５３を装着したバルブケーシング１１のリング状端面５１に受圧膜体６１をセットし、これに膜体押え部材７１を複数本の取付けネジ７３でねじ止めすることで、２次室１３が構成される。

弁体８１は、弾性材で構成され、弁の機能を奏するリング状の弁体本体８２と、弁体本体８２保持する弁ホルダ８３と、を備えている（詳細は、後述する。）。弁体本体８２は、弁座となる１次室側開口部１７の周縁部に離接することで連通流路１５を開閉する。また、弁ホルダ８３の先端部は、連通流路１５を挿通して延在しており、この先端部が上記の受圧板６３に当接し開閉動作するようになっている（図２参照）。

図４に示すように、流出ポート４２は、流入ポート１６と同様の形態を有しており、流出コネクタ４が差込み接合される接合受け部２１と、接合受け部２１と２次室１３とを連通する流出流路部９１と、から構成されている。接合受け部２１には、流出コネクタ４の接続口部１０４が差し込み接合される。なお、流入ポート１６および流出ポート４２は、機能液の流れ方向とフィルタ２４の有無とにおいて異なるが、接合部分の基本形態は同一である。

このように構成された圧力調整弁１では、例えば機能液滴吐出ヘッドの液滴吐出により２次室１３の圧力が下がってゆくと、大気圧により受圧膜体６１が凹変形してゆき、受圧板６３が弁体８１を押す。これにより、弁体８１が開弁し、連通流路１５を介して１次室１２から２次室１３に機能液が流入する。機能液の流入がすすむと、やがて２次室１３の圧力が高まってゆき、受圧膜体６１が外部に向かって凸変形してゆく。これにより、受圧板６３が弁体８１から離れるように前進し、同時に弁体８１が前進して閉弁する。

すなわち、圧力調整弁１は、大気圧と機能液滴吐出ヘッドに連なる２次室１３との内部圧力のバランスにより受圧膜体６１が変形することで連通流路１５を開閉する。その際、弁体付勢ばね１９および膜体付勢ばね４４に力が分散して作用し、且つ弁体本体８２の弾性力により、弁体８１は極めてゆっくり開閉動作する。このため、弁体８１の開閉による圧力変動（キャビテーション）が抑制され、機能液滴吐出ヘッドの吐出駆動に影響を与えないようになっている。もちろん、１次室１２側で発生する脈動等も、弁体８１で縁切りされるため、これを吸収（ダンパー機能）することができる。

ここで、図５を参照して、弁体８１について詳細に説明する。上記したように、弁体８１は、弁体本体８２および弁体本体８２を保持する弁ホルダ８３から構成されており、弁体本体８２が、弁座となる１次室側開口部１７の周縁部に離接することで弁体８１が開閉し、１次室１２から２次室１３に間欠的に機能液が流入する。

弁体本体８２は、断面円形のリング形状を有しており、いわゆるＯリングで構成されている。この場合の弁体本体８２は、耐薬品性のＯリング（パーフロゴム）で構成されており、通常に用いられるシリコンゴム製のＯリングに比して硬質なものとなっている。そして、弁ホルダ８３に装着した弁体本体８２の前端部分が、弁座に離接して弁の機能を奏するようになっている。

弁ホルダ８３は、断面略「Ｔ」字状に形成されており、軸線方向の後方から、弁体付勢ばね１９が当接する厚肉円板状のホルダベース１４１と、ホルダベース１４１に連なり、弁体本体８２が着座する着座部１４２と、着座部１４２に連なり、弁体本体８２を抜止め状態に保持する抜止め部１４３と、抜止め部１４３の中心部から前方に延設された軸部８４と、で一体に形成されている。また、着座部１４２は、弁体本体８２を挟んで弁座と対峙する受け座部１４４と、受け座部１４４の一端に連なり弁体本体８２の内側面側に位置する連結座部１４５と、から構成されている。そして、弁体本体８２は、軸部８４側から抜止め部１４３を乗り越えて着座部１４２から抜止め部１４３に至る部分に装着されている。また、軸部８４は、上記の連通流路１５に挿通して、その先端が受圧板６３の位置まで達している。

ホルダベース１４１は、１次室１２側の受圧部を構成すると共に、その背面には、弁体付勢ばね１９が当接する環状ばね受け部１４６が形成されている。ホルダベース１４１は、その背面で１次室１２の圧力を受けると共に、弁体付勢ばね１９により閉弁方向に弱い力で付勢されている。ホルダベース１４１の前面、着座部１４２の周面および抜止め部１４３の周面は、断面「Ｊ」字状に連なっており、このうち弁体本体８２が装着される着座部１４２から抜止め部１４３にかけての部分が、弁体本体８２と相補的形状に形成されている。すなわち、着座部１４２から抜止め部１４３にかけての周面は、これに接触（装着）する弁体本体８２の周面と相補的形状に形成されている。

抜止め部１４３は、連結座部１４５の他端に連なり、弁体本体８２が弁座に当接する部位を僅かに残して、弁体本体８２を弁座側から抜止め状態に保持する。すなわち、抜止め部１４３の前端は、弁体本体８２の前端部分より後退した位置にあり、弁体本体８２の内径より僅かに太径に形成されている。この場合、着座部１４２から抜止め部１４３にかけての周面と弁体本体８２の周面との間には、嵌合いゼロで設計されており、装着した弁体本体８２は自由状態で弁ホルダ８３に装着されている。

すなわち、受け座部１４４、連結座部１４５および抜止め部１４３は、全体として、連続して形成されており、くびれた円柱の側面のように形成されている。弁ホルダ８３に装着された弁体本体８２は、弁座に当接する部位が抜止め部１４３より弁座側に僅かにはみ出すと共に、その表面積の約半分が弁ホルダ８３と面接触することになる。これにより、弁体本体８２の装着時に、この面接触部分に異物が咬み込んでも、他の面接触部分によって異物が包み込まれるため、弁体本体８２と弁ホルダ８３との間を有効にシールすることができる。

軸部８４は、断面円形で連通流路１５より僅かに短径に形成されている。また、軸部８４は、弁体付勢ばね１９によって２次室１３側に付勢されたときに、上記した受圧板６３に当接する長さに形成されている。

図６は、上記第１実施形態の変形例に係る弁体８１である。この変形例では、弁ホルダ８３における弁体本体（Ｏリング）８２との対面部分が、弁体本体８２の断面形状と相補的な形状を為すだけでなく、弁ホルダ８３の受け座部１４４が、後方に窪入形成されていている。この場合、上記第１実施形態のものに比して、弁体本体８２と弁ホルダ８３とは、より大きい接触面積を確保することができ、弁体本体８２および弁ホルダ８３をより一層確実にシールすることができる。また、この場合も、弁体本体８２は、断面略矩形の環状（角リング）に形成されていてもよい（図示省略）。

次に、図７を参照して、第２実施形態に係る弁体８１について説明する。ここでは、重複記載を避けるべく異なる部分のみ記載する。第２実施形態の弁体本体８２は、断面略矩形の環状に形成されている。すなわち、第２実施形態の弁体本体８２は、耐薬品性の角リング（パーフロゴム）で構成されている。また、弁体本体８２には、前端が抜止め部１４３より突出するように、前端部内側に抜止め部１４３に係合する係合段部１４７が形成されている。一方、受け座部１４４、連結座部１４５および抜止め部１４３は、全体として断面略「Ｌ」字状に形成されている。具体的には、抜止め部１４３は連結座部１４５の前端にフランジ状に形成され、連結座部１４５は円柱状に形成され、さらに受け座部１４４は、ホルダベース１４１の背面と連続して円板状に形成されている。

そして、第１実施形態と同様に、受け座部１４４、連結座部１４５および抜止め部１４３は、それぞれ弁体本体８２と面接触するように相補的形状に形成されている。具体的には、受け座部１４４、連結座部１４５および抜止め部１４３にかけての部分が、これに接触する弁体本体８２の略半部と相補的形状に形成されている。したがって、断面円形の弁体本体８２および弁ホルダ８３の接触面と比して、大きい接触面積を確保することができる。よって、弁体本体８２および弁ホルダ８３をより一層確実にシールすることができる。

以上の構成によれば、弁ホルダ８３における弁体本体８２との対面部分が、弁体本体８２と相補的な形状に形成されている。これにより、弁体本体８２と弁ホルダ８３とは、常時広く面接触することになるため、弁体本体８２と弁ホルダ８３との間隙を確実にシールすることができる。

圧力調整弁の外観平面図である。 圧力調整弁を流入ポートの軸線方向に切断した縦断面図である。 圧力調整弁における２次室側の外環斜視図である。 圧力調整弁を流出ポートの軸線方向に切断した縦断面図である。 第１実施形態における弁体の平面図および断面図である。 第１実施形態の変形例における弁体の平面図および断面図である。 第２実施形態における弁体の平面図および断面図である。

符号の説明

１…圧力調整弁 １２…１次室 １３…２次室 １５…連通流路 ８１…弁体 ８２…弁体本体 ８３…弁ホルダ １４２…着座部 １４３…抜止め部 １４４…受け座部 １４５…連結座部

Claims (5)

1. １次室と２次室とを連通する連通流路を大気圧基準で開閉して、前記１次室に導入した液体を前記２次室から一定圧で減圧供給する圧力調整弁の弁体であって、
   弾性材で構成され、弁座に対し離接して前記連通流路を開閉するリング状の弁体本体と、
   前記弁体本体が着座する着座部および着座した前記弁体本体を抜止め状態とする前記弁座側の抜止め部を有し、前記弁体本体が抜止め状態で装着される弁ホルダと、を備え、
   前記抜止め部および前記着座部のうち少なくとも前記着座部における前記弁体本体との対面部分は、前記弁体本体と相補的形状に形成されていることを特徴とする圧力調整弁の弁体。
2. 前記着座部は、前記弁体本体を挟むように前記弁座と対峙する受け座部と、前記受け座部と前記抜止め部とを連結する連結座部とから成り、
   前記受け座部における前記弁体本体との対面部分は、窪入形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力調整弁の弁体。
3. 弁体本体は、断面円形のリング状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力調整弁の弁体。
4. 弁体本体は、断面略矩形のリング状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力調整弁の弁体。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の圧力調整弁の弁体を備えた圧力調整弁であって、
   前記１次室は、機能液を貯留した機能液タンクに連通し、前記２次室は、機能液滴を吐出するインクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに連通していることを特徴とする圧力調整弁。

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