JP2010266013A - ベローズバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】サニタリー仕様の輸送配管に好適なベローズバルブとして、ベローズの収縮状態において液溜まりを生じず、スチーム滅菌における液溜まりに起因した滅菌不良や、送液稼働中の液溜まりの残留液による品質低下や衛生不良を確実に防止でき、ベローズによる圧損が少なく、合成樹脂製のベローズでも優れた耐久性が得られるものを提供する。
【解決手段】垂直方向に沿う弁作動軸２の昇降によって開閉する弁部を有し、弁ケース１における弁作動軸２の軸通部１１が弁開閉に伴って上下に伸縮するベローズ３によって封止されている。ベローズ３は、合成樹脂製で略円錐状をなし、小径端３ａ側で弁作動軸２の外周に嵌着し、大径端３ｂ側で弁ケース１側に嵌着し、収縮状態における環状凹凸部３０の縦断面がくの字形の反復屈曲によるジグザグ状に形成され、上方に臨む各環状外周面３０ａが外側へ下り勾配の傾斜面をなす。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば食品工業や薬品工業等における各種液体の輸送配管に介在して流路を開閉するベローズバルブに関する。

一般的に、食品工業や薬品工業における各種液体の輸送配管に介在させるバルブには、弁作動軸が弁ケースの壁を貫通する軸通部からの漏液及び微生物汚染を防止するために、該軸通部をベローズやダイヤフラムの如き伸縮性のステムシートで封止したものが汎用されており、弁作動軸が長いストロークを要する場合にはステムシートの伸縮量を大きく確保できるベローズバルブが使用されている。

しかして、従来のベローズバルブにおけるベローズとしては、フッ素系樹脂等の合成樹脂、ゴム、金属等の種々の材質のものが採用されているが、いずれも全体が円筒形をなし、その周壁の軸方向断面はＳ字状の屈曲が連続的に反復した形状になっている（特許文献１）。

特開２００８−３２２１９号公報

しかしながら、従来のベローズバルブにおいて特に弁作動軸が上下方向に沿って配置した構成では、ベローズも縦円筒形になるから、開弁又は閉弁時のベローズの収縮状態で連続Ｓ状に屈曲した周壁の屈曲度合が深まることにより、該ベローズの各溝部の内奥側が外縁側よりも低くなって液溜まりを生じ易くなる。従って、例えば液体食品や飲料、薬液等を取り扱うサニタリープラントの輸送配管では、定期的に飽和加熱水蒸気を流してスチーム滅菌を行うのが一般的であるが、この時に収縮状態のベローズの溝部内で水蒸気が凝縮して水溜まりを生じ、その水溜まり部分が滅菌不良になるという問題があり、また通常の送液稼働中においても、閉弁時の気相中で上記ベローズの収縮状態が長時間に及んだ場合、その溝部に残留した液の変質や腐敗によって取り扱い液の品質低下や衛生不良を招く懸念もあった。更に、従来の合成樹脂製の円筒形ベローズでは、成形製作時の型抜きの点から環状凹凸の谷山間の幅を広く設定できず、それだけ環状凹凸単位の伸縮量が小さくなるから、弁作動軸の所要ストロークに対応するベローズ長さが長くなり、該ベローズの配置に大きなスペースを要してコンパクト化が困難であり、通常では弁ケースの上下寸法が配管径より格段に大きくなってしまうという難点があった。

本発明は、上述の事情に鑑みて、特にサニタリー仕様の輸送配管に好適なベローズバルブとして、ベローズの収縮状態において液溜まりを生じず、もってスチーム滅菌における該液溜まりに起因した滅菌不良や、送液稼働中の該液溜まりの残留液による品質低下や衛生不良を確実に防止できる共に、合成樹脂製のベローズでも優れた耐久性が得られ、また弁ケースのコンパクト化が容易なものを提供することを目的としている。

上記課題を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明は、垂直方向に沿う弁作動軸２の昇降によって開閉する弁部を有し、弁ケース１における該弁作動軸２の軸通部１１が弁開閉に伴って上下に伸縮するベローズ３によって封止されたベローズバルブであって、ベローズ３は、合成樹脂製で略円錐状をなし、その小径端３ａ側で弁作動軸２の外周に嵌着すると共に、大径端３ｂ側で弁ケース１側に嵌着され、該ベローズ３の収縮状態における環状凹凸部３０は、縦断面がくの字形の反復屈曲によるジグザグ状に形成され、その上方に臨む各環状外周面３０ａが外側へ下り勾配の傾斜面をなすことを特徴としている。

請求項２の発明は、上記請求項１のベローズバルブにおいて、ベローズ３の背面側に、該ベローズ３の収縮状態において前記環状凹凸部３０を背面側から支承する段部４ａ，４ｃ，４ｄを備えた略円錐筒状のリテーナ４Ａ〜４Ｃが配置されてなるものとしている。

請求項３の発明は、上記請求項２のベローズバルブにおいて、リテーナ４Ａ〜４Ｃが弁作動軸２との間でベローズ３の小径端３ａ側を挟着するように構成されてなるものとしている。

請求項４の発明は、上記請求項３のベローズバルブにおいて、リテーナ４Ａは、弁作動軸２側に保持されてベローズ３の小径端３ａ側を挟着する先部側リング材４１と、弁ケース１側に保持されて該先部側リング材４１を昇降自在に嵌合させる基部側リング材４２とで構成され、基部側リング材４２に収縮状態のベローズ３の環状凹凸部３０を支承する段部４ａが形成されると共に、先部側リング材４１の外周に伸張状態のベローズ３の環状凹凸部３０を背面側から支承する段部４ｂが形成されてなるなるものとしている。

請求項５の発明は、上記請求項１〜４のいずれかのベローズバルブにおいて、弁部の弁座が硬質合成樹脂材料にて環状に形成され、この環状弁座５ａ，５ｂに対応する弁体部２ａ，２ｂが弾性シールリングを介さずに当該環状弁座５ａ，５ｂに密接するように構成されてなるものとしている。

請求項６の発明は、上記請求項１〜５のいずれかのベローズバルブにおいて、ベローズ３の環状凹凸部３０が小径端３ａ側から大径端３ｂ側へ薄肉化していることを特徴としている。

請求項７の発明は、上記請求項１〜６の何れかのベローズバルブにおいて、弁ケース１内の上部流路１２と下部流路１３を垂直に結ぶ液通路１４に、上下二段の環状弁座５ａ，５ｂを備えた環状の弁座部材５が嵌装され、弁作動軸２は、液通路１４を通って弁ケース１を上下に貫通する第一弁軸２１と、該第一弁軸２１に摺動自在に套嵌した筒状の第二弁軸２２とで構成され、その第一弁軸２１には環状弁座の一方（下側の環状弁座５ｂ）に対応する弁体部２ｂが設けられ、第二弁軸２２には環状弁座の他方（上側の環状弁座５ａ）に対応する弁体部２ａが設けられ、第一及び第二弁軸２１，２２の両弁体部２ａ，２ｂが開弁状態で相互に密着すると共に閉弁状態で上下に離間するように構成され、第一弁軸２１の内部には上端が両弁体部２ａ，２ｂ間に連通して下端が外部へ開放したドレン流路２３が形成されてなるものとしている。

請求項８の発明は、上記請求項７のベローズバルブにおいて、第一弁軸２１と第二弁軸２２との間に環状間隙２４ａが形成され、この環状間隙２４ａの一端側に洗浄液供給口２５が設けられると共に、同他端側が両弁体部２ａ，２ｂ間に連通し、閉弁状態で洗浄液供給口２５から該環状間隙２４ａ及び両弁体部２ａ，２ｂ間を経てドレン流路２３に至る洗浄液流路が構成されてなるものとしている。

次に、本発明の効果について図面の参照符号を付して説明する。まず、請求項１の発明に係るベローズバルブによれば、弁ケース１における弁作動軸２の軸通部１１を封止する合成樹脂製のベローズ３の収縮状態における環状凹凸部３０が縦断面ジグザグ状で、その上方に臨む各環状外周面３０ａが外側へ下り勾配の傾斜面をなすから、該収縮状態のベローズ３の溝部３２に液溜まりを生じない。従って、このベローズバルブを液体食品や飲料、薬液等を取り扱うサニタリープラントの輸送配管に適用した場合、スチーム滅菌の際にベローズ３の溝部３２に凝縮水が溜まって滅菌不良になる懸念がない。また通常の送液稼働中において閉弁時の気相中でベローズ３の収縮状態が長時間に及んだ場合でも、その溝部３２には液が残留していないから、残留液の変質や腐敗を生じる懸念がない。更に、このベローズバルブのベローズ３は、全体が略円錐状をなし、その成形製作において環状凹凸部３０の谷山幅が広くても容易に型抜きできるため、該谷山幅を広くして環状凹凸単位の伸縮量を大きく設定して、弁作動軸２の所要ストロークに対応するベローズ長さを短くでき、もって弁ケース１の上下寸法を配管径と同程度に設定することも可能となる。

請求項２の発明によれば、収縮状態のベローズ３は、その環状凹凸部３０がリテーナ４Ａ〜４Ｃの段部４ａによって背面側から支承されることから、該環状凹凸部３２の縦断面ジグザグ形状が安定的に保たれ、その上方に臨む各環状外周面３０ａが確実に外側へ下り勾配の傾斜状態になる。

請求項３の発明によれば、リテーナ４Ａ〜４Ｃが弁作動軸２との間でベローズ３の小径端３ａ側を挟着するから、該ベローズ３の小径端３ａ側を弁作動軸２に止着するために外嵌させる弾性リングのような止着部材が不要になると共に、このような止着部材の外嵌による隙間が発生せず、その隙間の滅菌不良ならびに残留液の変質や腐敗を回避できる。

請求項４の発明によれば、伸張状態のベローズ３がリテーナ４Ａの先部側リング材４１の段部（傾斜段部４ｂ）によって背面側から支承され、ベローズ３に加わる液圧が該先部側リング材４１にて受け止められるから、液圧によるベローズの変形や破損が防止されると共に、該ベローズ３は伸縮動作に伴う負荷が少なくなって長寿命となる。

請求項５の発明によれば、弁体部２ａ，２ｂが弾性シールリングを介さずに環状弁座５ａ，５ｂに当接する構成であるから、該弾性シールリングとその嵌装に必要な環状溝との隙間に起因した滅菌不良ならびに残留液の変質や腐敗を回避できると共に、環状弁座５ａ，５ｂが合成樹脂からなるために充分なシール性を確保でき、また弁体部２ａ，２ｂに前記嵌装用の環状溝を設ける必要がないので弁体部の加工及び組立製作が容易になる。

請求項６の発明によれば、ベローズ３の環状凹凸部３０が小径端３ａ側から大径端３ｂ側へ薄肉化していることから、軸方向位置による径の違いに拘らず伸縮量が均等化し、もって収縮時の各環状凸部３１の屈曲度合が均一になるため、前記の溝部３２の液溜まりの発生を確実に防止できる。

請求項７の発明によれば、二重シール弁型のベローズバルブとして、弁ケース１における弁作動軸２の上下の軸通部１１を封止する各ベローズ３の収縮状態における溝部３２に液溜まりを生じず、該液溜まりに起因した細菌繁殖や液変質が防止されると共に、二重シールの一方側にシール破壊を生じても、他方側はシール状態を維持するために上下部流路１２，１３の液混合を回避でき、またシール破壊による漏液がドレン流路２３を通して排出されるので、外部からシール破壊を容易に発見できる。

請求項８の発明によれば、上記二重シール弁型のベローズバルブとして、閉弁中に洗浄液流路を利用して上下の環状弁座５ａ，５ｂ間及び両弁体部２ａ，２ｂの内側の洗浄を行えるものが提供される。

本発明に係る第一実施形態のベローズバルブ全体の縦断面図であり、右半部が閉弁状態、左半部が開弁状態を示す。 同ベローズバルブの弁ケース部分の縦断面図であり、右半部が閉弁状態、左半部が開弁状態を示す。 同ベローズバルブに用いるリテーナの平面図である。 図３のＸ−Ｘ線における同リテーナの矢視断面を先部側リング材と基部側リング材との分解状態で示す図である。 同ベローズバルブに用いるベローズの無負荷状態での半縦断側面図である。 同ベローズを装着した下側軸通部の縦断面図である。 本発明の第二実施形態のベローズバルブの弁ケース部分の縦断面図であり、右半部が閉弁状態、左半部が開弁状態を示す。 同第二実施形態のベローズバルブに用いる上部側リテーナの半縦断側面図である。 同第二実施形態のベローズバルブに用いる下部側リテーナの半縦断側面図である。

以下に、本発明を二重シール弁型のベローズバルブに適用した実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１に示すように、第一実施形態のベローズバルブＶ１は、上下の流路構成部材１ａ，１ｂより構成される上部流路１２及び下部流路１３を備えた弁ケース１の上に、ヨーク１５を介してばね機構を内蔵した縦円筒状のエアシリンダ６が載置されている。

弁ケース１は、上下流路１２，１３間を垂直方向に連通する円形の液通路１４と、その同軸上に対向した上下開口部１０ａ，１０ｂとを有し、液通路１４には上下二段の環状弁座５ａ，５ｂを備えた合成樹脂からなる円環状の弁座部材５が嵌装され、上側開口部１０ａにはヨーク７の厚肉リング状の底板部７ａが嵌合すると共に、下側開口部１０ｂには厚肉リング状のエンドプレート１５が嵌合している。そして、該弁ケース１には、上下方向に沿う弁作動軸２が液通路１４を通して前記底板部７ａ及びエンドプレート１５を貫通して配置すると共に、上下開口部１０ａ，１０ｂにおける該弁作動軸２の各軸通部１１が合成樹脂からなる略円錐状のベローズ３によって封止されている。また、ベローズ３の内側には、該ベローズ３を内側から支承する略円錐筒状のリテーナ４Ａが配置している。なお、エアシリンダ６、ヨーク７、上下の流路構成部材１ａ，１ｂ、エンドプレート１５は、各々の互いに重合したフランジ状連結部をクランプバンド１６にて周回緊締することによって一体に連結されている。

図２に詳細に示すように、弁作動軸２は、その主要部をなす第一弁軸２１と、この第一弁軸２１の上部側に摺動自在に套嵌した筒状の第二弁軸２２とで構成されている。そして、第一弁軸２１の中間部には上向きに開くラッパ形の弁体部２ｂが一体形成され、この弁体部２ｂが弁座部材５の下側の環状弁座５ｂに上から嵌合するように配置している。また、第二弁軸２２の下端には下向きに開くラッパ形の弁体部２ａが形成され、この弁体部２ａが第一弁軸２１の弁体部２ｂよりも上位側で弁座部材５の上側の環状弁座５ａに上から嵌合するように配置している。更に、第一弁軸２１の弁体部２ｂよりも下部は、下端が開放した筒状に形成され、その内側上端の通孔２３ａを介して両弁体部２ａ，２ｂ間の環状空間２０に連通するドレン流路２３を構成している。

しかして、第一弁軸２１は、図１に示すように、上端部がエアシリンダ６内に装填されたピストン６１から下方へ突出したピストンシャフト６１ａに螺合連結しており、シリンダ上室６０ａ側に装填された圧縮コイルスプリング６２の蓄力によって常時は閉弁方向（下動方向）に付勢されている。一方、第二弁軸２２は、図２に示すように、弁体部２ａを一体形成した下部筒軸２２１と上部筒軸２２２とに分割構成され、上部筒軸２２２の下端の雌ねじ部２２ｂに下部筒軸２２１の上端の雄ねじ部２２ａが螺合している。そして、上部筒軸２２２の上端がピストンシャフト６１ａに套嵌した筒状のサブシャフト６３の下端に当接しており、シリンダ下室６０ｂ側で該サブシャフト６３のフランジ部６３ａとピストン６１との間に装填された圧縮コイルスプリング６４の付勢により、第一弁軸２１に対して更に閉弁方向に付勢されている。また、両弁軸２１，２２の弁体部２ａ，２ｂ間には、第一弁軸２１に外嵌する合成樹脂からなるドーナツ盤状のディスクシート８が配置している。

ベローズ３は、図５に示すように、小径端３ａ側に内向きに折り返した先太の環状突縁部３３を有すると共に、大径端３ｂ側が厚肉リング部３４を形成しており、その間の環状凹凸部３０が小径端３ａ側から大径端３ｂ側へ段階的に拡径し、もって全体として略円錐状の外形になっている。しかして、環状凹凸部３０は、縦断面がくの字形の反復曲折によるジグザグ状をなし、その各環状凸部３１が小径端３ａ側の幅広環状壁部３１ａと大径端３ｂ側の幅狭環状壁部３１ｂとで構成されている。なお、図５で示すベローズ３は、単品とての無負荷の状態を表している。

リテーナ４Ａは、図３及び図４で示すように、厚肉リング部４１ａから複数本（図では８本）の脚片４１ｂが周方向に等配して下向きに突設された先部側リング材４１と、薄肉リング部４２ａから複数本（図では８本）の立ち上げ片４２ｂが周方向に等配して上向きに突設された基部側リング材４２とで構成されている。そして、両リング材４１，４２は、前者の各々隣接する脚片４１ｂ，４１ｂの間に後者の各立ち上げ片４２ｂが嵌入する形で、軸心方向に係脱可能に嵌合している。その先部側リング材４１は、外周に先端側へ順次縮径した複数段（図では３段）の傾斜段部４ｂが形成されており、これによって全体外形が略円錐状をなすと共に、厚肉リング部４１ａの内側に先側向きの内周段部４１ｃを有している。また、基部側リング材４２は、各立ち上げ片４２ｂの先端部が外側へ段下する二段の段部４ａを形成しており、先部側リング材４１を深く嵌合させた状態において、各立ち上げ片４２ｂの先端側が先部側リング材４１よりも外側に突出するように寸法設定されている。

しかして、上部側のリテーナ４Ａは、図２に示すように、基部側リング材４２をヨーク７の底板部７ａの下面側の環状溝７１に挿嵌すると共に、先部側リング材４１における厚肉リング部４１ａの内周段部４１ｃと、第二弁軸２２における下部筒軸２２１の上向きの外周段部２２ｄとの間に上部側のベローズ３の環状突縁部３３を挟み込んだ状態で、該下部筒軸２２１に螺合する上部筒軸２２２の下向きの外周段部２２ｅを該厚肉リング部４１ａの底面に押接することにより、先部側リング材４１を第二弁軸２２側に止着している。また、上部側のベローズ３の大径端３ｂ側は、上側の流路構成部材１ａにおける上開口部１０ｂの周縁と、ヨーク７の底板部７ａの下面側に突設した環状突縁部７２との間で、厚肉リング部３３を挟着している。

一方、下部側のリテーナ４Ａは、図２及び図６に示すように、基部側リング材４２をエンドプレート１５の内面側の環状溝１５ａに挿嵌すると共に、先部側リング材４１における厚肉リング部４１ａの内周段部４１ｃと、第一弁軸２１の下向きの外周面段部２１ａとの間に下部側のベローズ３の環状突縁部３２を挟み込んだ状態で、第一弁軸２１に下方から螺嵌した締付リング２６を該厚肉リング部４１ａの底面に押接することにより、先部側リング材４１を第一弁軸２１側に止着している。また、下部側のベローズ３の大径端３ｂ側は、下側の流路構成部材１ｂにおける下開口部１０ｂの周縁と、エンドプレート１５の内面側に突設した環状突縁部１５ｂとの間で、厚肉リング部３４を挟着している。

なお、上下の各ベローズ３の小径端３ａの内側とリテーナ４Ａの先部側リング材４１の頂端との間、ならびに弁座部材５の外周上下部と通液路１４の内周面との間には、Ｏリング９が介装されている。また、各ベローズ３の厚肉リング部３４の底側にはガスケットリング１７が配置している。更に、弁作動軸２の上下の軸通部１１には、それぞれブッシュ１８が介在している。

第一弁軸２１の上部側とこれに套嵌した第二弁軸２２との間には環状間隙２４ａが形成されており、該第二弁軸２２の上部筒軸２２１の上部には側方から螺入されて環状間隙２４ａに連通する洗浄液供給口２５が設けてある。また、ディスクシート８は、その中央側に周方向複数の割り溝を設けた環状係止部８ａが上向きに突設され、該環状係止部８ａを第二弁軸２２の下部筒軸２２１の内周側に設けた環状係止溝２２ｃに遊嵌することにより、下部筒軸２２１に若干上下移動可能に保持され、下側からの押圧力が作用しない状態では自重で下がった位置になる。そして、この下がり位置のディスクシート８の上面側と第二弁軸２２の弁体部２ａの下面側との間には間隙２４ｂを生じ、この間隙２４ｂが環状係止部２６ａの割り溝を介して第一弁軸２１と第二弁軸２２との環状間隙２４ａに連通するようになっている。

エアシリンダ６は、シリンダ上室６０ａ側に外部に連通する通気口６５が設けられ、またシリンダ下室６０ｂには圧縮エアーの出入口６６が設けてある。そして、ピストン６１は、常時は圧縮コイルスプリング６２の付勢によって下限位置にあるが、シリンダ下室６０ｂへ圧縮エアーを導入することにより、当該ピストン６１から上方へ突出したガイドシャフト６１ｂの上部側の係止段部６１ｃがシリンダ上壁６ａの内面に当接する上限位置へ変位する。従って、両弁軸２１，２２の両弁体部２ａ，２ｂは、ピストン６１の下限位置では、図１及び図２の右半部で示す如く、上下に離間して環状弁座５ａ，５ｂに押接した閉弁状態となる。一方、ピストン６１が下限位置になれば、両図１，２の左半部で示す如く、両弁体２ａ，２ｂは、弁座部材５から上方へ離れると同時に、圧縮コイルスプリング６４の付勢によってディスクシート８を介して相互に密接した閉弁状態になる。

そして、閉弁時の弁作動軸２の下動に伴い、図２の右半部に示すように、上部側のベローズ３が伸張し、下部側のベローズ３は収縮する。一方、開弁時の該弁作動軸２の上動に伴い、図２の左半部に示すように、上部側のベローズ３は収縮し、下部側のベローズ３が伸張する。その各ベローズ３の収縮状態では、環状凹凸部３０における小径端３ａ側から２，３段目の各環状凸部３１がリテーナ４Ａの基部側リング材４２の各段部４ａによって背面側から支承されると共に、４段目の環状凸部３１がヨーク７の底板部７ａ又はエンドプレート１５の環状突縁部７２，１５ｂの頂端で背面側から支承されている。また、各ベローズ３の伸張状態では、リテーナ４Ａの弁作動軸２と一体に弁座部材５側へ移動した先部側リング材４１の各傾斜段部４ｂにより、小径端３ａ側から１〜３段目の環状凸部３１が背面側から支承されている。

ここで、上下の両ベローズ３は、その収縮状態において、環状凹凸部３０の上方へ臨む各環状外周面３０ａが外側へ下り勾配の傾斜面をなすように設定されている。すなわち、下側のベローズ３の収縮状態では、図２の右半部と図６の拡大図で示すように、その面方向ｆ１は水平方向ｆ０に対して角度θだけ外側へ低く緩傾斜している。これに対して下方へ臨む各環状外周面３０ｂは、各環状凸部３１の幅狭環状壁部３１ｂの外面として外側へ斜め上向きに急傾斜している。一方、上側のベローズ３では、下側と同じ収縮状態でも上下関係が逆になるから、図２の左半部で示すように、上方へ臨む各環状外周面３０ａは各環状凸部３１の幅狭環状壁部３１ｂの外面として外側へ斜め下向きに急傾斜している。

なお、ベローズ３は、略円錐状をなす環状凹凸部３０が小径端３ａ側から大径端３ｂ側まで同じ肉厚であると、軸方向位置による径の違いで伸縮量に差が生じ、収縮時の各環状凸部３１の屈曲度合が不均一になり易い。そこで、図５に示すように、小径端３ａ側から大径端３ｂ側までを略環状凸部３１単位で分けたゾーンＺ１〜Ｚ５の肉厚をＺ１＞Ｚ２＞Ｚ３＞Ｚ４＞Ｚ５に調整すると共に、ゾーンＺ２〜Ｚ５の各々についても小径端３ａ側半部ｈ１の肉厚を大径端３ｂ側半部ｈ２の肉厚よりも大きくすることにより、上記伸縮量を均等化して収縮時の各環状凸部３１の屈曲度合が均一になるように設定している。

このようなベローズ３を構成する合成樹脂材料は、耐薬品性が良好である程度の可撓性を備える熱可塑性樹脂であれば特に制約されないが、好適なものとして例えば、四フッ化エチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルと六フッ化プロピレンの三元共重合体樹脂（商品名…テフロンＥＰＥ）、四フッ化エチレンと六フッ化プロピレンの共重合体樹脂（商品名…テフロンＦＥＰ）、四フッ化エチレンとエチレンとの共重合体樹脂（商品名…テフロンＥＴＦＥ、テフゼル）ポリフッ化ビニリデン樹脂（商品名…テフロンＰＶＤＦ、カイナー）、トリフルオロモノクロルエチレンとエチレンの共重合体（商品名…テフロンＥＣＴＦＥ）、モノフルオロエチレン樹脂（商品名…テフロンＰＶＦ）等の熱可塑性フッ素系樹脂が挙げられる。また、ディスクシート８もベローズ３と同様の合成樹脂材料にて構成されている。

一方、弁座部材５を構成する合成樹脂材料は、耐熱性の良い高強度樹脂であれば特に制約されないが、好適なものとしてポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン等が挙げられる。また、弁ケース１、弁作動軸２の第一弁軸２１、第二弁軸２２の下部筒軸２２１等の接液部に用いる各部材には、ステンレス鋼等の耐腐食性に優れた金属材料が推奨される。

上記構成のベローズバルブＶ１においては、上下のベローズ３は共に収縮状態では、その環状凹凸部３０の上方に臨む各環状外周面３０ａが外側へ下り勾配の傾斜面をなすから、該環状凹凸部３０の溝部３２に液溜まりを生じない。従って、このベローズバルブＶ１を液体食品や飲料、薬液等を取り扱うサニタリープラントの輸送配管に適用した場合、スチーム滅菌の際にベローズ３の溝部３２に凝縮水が溜まって滅菌不良になる懸念がない。また通常の送液稼働中において閉弁時の気相中でベローズ３の収縮状態が長時間に及んだ場合でも、その溝部３２には液が残留していないから、残留液の変質や腐敗を生じる懸念がない。加えて、弁ケース１は、略円錐状のベローズ３の配置スペースが小さいため、図示の如く上下寸法が上下流路１２，１３の径の合計よりやや大きい程度で、全体としてコンパクトに構成されており、それだけ配管部への組み付けが容易で取り扱い性もよい。

更に、この第一実施形態では、収縮状態のベローズ３の環状凹凸部３０がリテーナ４Ａの段部４ａによって背面側から支承されるから、該環状凹凸部３２の縦断面ジグザグ形状が安定的に保たれ、その上方に臨む各環状外周面３０ａが確実に外側へ下り勾配の傾斜状態になり、上述の溝部３２の液溜まりの発生を完全に防止できる。しかも、該ベローズ３の伸張状態においても、環状凹凸部３２がリテーナ４Ａの先部側リング材４１の傾斜段部４ｂによって背面側から支承され、液圧が該先部側リング材４１にて受け止められる。従って、当該ベローズは、液圧による変形や破損が防止されると共に、伸縮動作に伴う負荷も少なくなり、もってより長寿命となる。

一方、リテーナ４Ａが弁作動軸２との間でベローズ３の小径端３ａ側を挟着するから、該ベローズ３の小径端３ａ側を弁作動軸２に止着するために外嵌させる弾性リングのような止着部材が不要になると共に、このような止着部材の外嵌による隙間が発生せず、その隙間の滅菌不良ならびに残留液の変質や腐敗を回避できる。その上、弁体部２ａ，２ｂが弾性シールリングを介さずに環状弁座５ａ，５ｂに当接する構成であるから、該弾性シールリングとその嵌装に必要な環状溝との隙間に起因した滅菌不良ならびに残留液の変質や腐敗を回避できる。また、環状弁座５ａ，５ｂが合成樹脂からなるために充分なシール性を確保でき、加えて弁体部２ａ，２ｂに前記嵌装用の環状溝を設ける必要がないので弁体部の加工及び組立製作が容易になる。

なお、この第一実施形態の二重シール弁型のベローズバルブＶ１では、二重シールの一方側にシール破壊を生じても、他方側はシール状態を維持するために上下部流路１２，１３の液混合を回避できる上、シール破壊による漏液がドレン流路２３を通して排出されるので、外部からシール破壊を容易に発見できるという利点がある。また、閉弁中の合間を利用して、洗浄液供給口２５から洗浄液を導入することにより、該洗浄液が第一弁軸２１と第二弁軸２２との環状間隙２４ａから、ディスクシート８と弁体部２ａの下面側との間隙２４ｂを経て、閉弁中の両弁体部２ａ，２ｂと弁座部材５との間の環状空間２０に入り、通孔２３ａからドレン流路２３へ流出し、もって上下の環状弁座５ａ，５ｂ間及び両弁体部２ａ，２ｂの内側を洗浄できるという利点もある。

図７で示す第二実施形態のベローズバルブＶ２は、既述の第一実施形態と同じく本発明を二重シール弁に適用したものである。この第二実施形態では、ベローズバルブＶ２のリテーナを除く各部が第一実施形態と略同様構成であるため、該第一実施形態との共通部分には同一符号を付してその細部の説明を省略する。

このベローズバルブＶ２では、前記第一実施形態と同様に弁作動軸２が弁体部２ｂを備える第一弁軸２１とその上部側に套嵌した筒状の第二弁軸２２とで構成され、第二弁軸２２は下端に弁体部２ａを備える下部筒軸２２１と上部筒軸２２２とに分割構成されているが、その上部筒軸２２２が上部のベローズ３を背面側から支承するリナーナ４Ｂを兼用している。また、下部のベローズ３を背面側から支承するリナーナ４Ｃは、単一部材にて構成されている。

第二弁軸２２の上部筒軸２２２は、図８でも詳細に示すように、上部側が丸軸部２２２ａをなすと共に、下部側が基部外径の大きい略円錐筒状のリナーナ４Ｂとなっている。このリナーナ４Ｂは、外周面に、先端（下端）側から順次拡径した複数段（図では３段）の幅狭環状段部４ｃと、最も基端側で大きく拡径した幅広環状段部４ｄとが形成され、また内周先端側には内周段部４３を備えている。一方、下部側のリナーナ４Ｃは、全体が略円錐筒状をなすが、上部筒軸２２２のリナーナ４Ｂと同様に、外周面には、先端側から順次拡径した複数段（図では３段）の幅狭環状段部４ｃと、最も基端側で大きく拡径した幅広環状段部４ｄとが形成され、内周先端側には内周段部４３を備えている。なお、両リナーナ４Ｂ，４Ｃの幅狭環状段部４ｃ及び幅広環状段部４ｄは、いずれも外周側へ下り勾配の環状傾斜面を形成している。

そして、上部筒軸２２２と一体の上部側のリテーナ４Ｂは、図７に示すように、その下向きの内周段部４３と、第二弁軸２２における下部筒軸２２１の上向きの外周段部２２ｄとの間に上部側のベローズ３の環状突縁部３３を挟み込んだ状態で、両筒軸２２１，２２２を螺合連結することにより、該ベローズ３の小径端３ａ側を止着している。また、下部側のリテーナ４Ｃは、その上向きの内周段部４３と、第一弁軸２１の下向きの外周面段部２１ａとの間に下部側のベローズ３の環状突縁部３２を挟み込んだ状態で、第一弁軸２１に下方から螺嵌した締付リング２６を該厚肉リング部４１ａの底面に押接することにより、該ベローズ３の小径端３ａ側を止着すると同時に、それ自体も第一弁軸２１に止着されている。なお、上下のベローズ３の大径端３ｂ側は、前記第一実施形態と同様に厚肉リング部３４の挟着によって弁ケース１側に止着されている。

この第二実施形態における各ベローズ３は、第一実施形態で用いたものと略同様の形態であるが、図７に示すように、収縮状態では環状凹凸部３０が無負荷に近い伸縮度合になる一方、伸張状態では環状凹凸部３０の縦断面のジグザグ形状が殆ど直線状になるまで引き伸ばされるようになっている。しかして、図示のように、リテーナ４Ｂ，４Ｃは、ベローズ３の収縮状態において環状段部４ｃ，４ｄが環状凹凸部３０の各環状凸部３１を背面側から支承すると共に、同伸張状態において最先端の幅狭環状段部４ｃと幅広環状段部４ｄが引き伸ばされた環状凹凸部３０の背面に接当している。

このような第二実施形態のベローズバルブＶ２においても、各ベローズ３の収縮状態では、その環状凹凸部３０の上方に臨む各環状外周面３０ａが外側へ下り勾配の傾斜面をなすから、該環状凹凸部３０の溝部３２に液溜まりを生じない。従って、各種サニタリープラントの液体輸送配管に適用した場合、スチーム滅菌の際に該溝部３２に凝縮水が溜まって滅菌不良になる懸念がない。また、通常の送液稼働中において閉弁時の気相中でベローズ３の収縮状態が長時間に及んでも、その溝部３２には液が残留しないから、残留液の変質や腐敗を生じる懸念がない。

なお、この第二実施形態でも、収縮状態のベローズ３の環状凹凸部３０がリテーナ４Ｂ，４Ｃの環状段部４ｃ，４ｄによって背面側から支承されるから、該環状凹凸部３２の縦断面ジグザグ形状が安定的に保たれ、その上方に臨む各環状外周面３０ａが確実に外側へ下り勾配の傾斜状態になり、上述の溝部３２の液溜まりの発生を完全に防止できる。また、該ベローズ３は、伸張状態においても引き伸ばされた環状凹凸部３２が複数箇所でリテーナ４Ｂ，４Ｃの環状段部４ｃ，４ｄにて支承されるから、液圧による変形や破損が防止されると共に、伸縮動作に伴う負荷も少なくなり、もって長寿命化する。

また、この第二実施形態では、上部側のリテーナ４Ｂが弁作動軸２における第二弁軸２２の上部筒軸２２２に一体形成され、且つ下部側のリテーナ４Ｃは単一部材にて構成されているから、前記第一実施形態の場合よりも部品点数が少なくなり、それだけ組立製作が容易になるという利点がある。ただし、前記第一実施形態の構成では、弁開閉に伴うベローズ３の伸縮量が小さいため、該ベローズ３は疲労劣化が少なくなってより長寿命になるという利点がある。

上記第一及び第二実施形態では二重シール弁に適用したベローズバルブを例示したが、本発明のベローズバルブは単シール弁にも適用できる。なお、通常の単シール弁のように弁ケースにおける弁作動軸の軸通部が一カ所である場合、当然に該軸通部を封止するベローズも一つになる。一方、収縮状態のベローズの環状凹凸部を背面側から支承するリテーナについては、第一及び第二実施形態で例示した以外の種々の構造を採用できると共に、本発明のベローズバルブは当該リテーナを有しない構成をも包含する。また、第一及び第二実施形態は弁体部が上方から弁座に嵌合する構成であるが、逆に弁体部が下方から弁座に嵌合する構成でもよい。更に、実施形態では弁作動機構としてエアシリンダ方式を採用しているが、本発明では油圧シリンダ方式や電磁駆動方式等の他の種々の弁作動機構も採用可能である。その他、本発明のベローズバルブの細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。

１ 弁ケース
１１ 軸通部
１２ 上部流路
１３ 下部流路
１４ 液通路
２ 弁作動軸
２ａ，２ｂ 弁体部
２１ 第一弁軸
２２ 第二弁軸
２３ ドレン流路
２４ａ 環状間隙
２５ 洗浄液供給口
３ ベローズ
３ａ 小径端
３ｂ 大径端
３０ 環状凹凸部
３０ａ 上方に臨む環状外周面
４Ａ〜４Ｃ リテーナ
４ａ，４ｂ 段部
４ｃ，４ｄ 環状段部
４１ 先部側リング材
４２ 基部側リング材
５ 弁座部材
５ａ，５ｂ 環状弁座
Ｖ１，Ｖ２ ベローズバルブ

Claims (8)

1. 垂直方向に沿う弁作動軸の昇降によって開閉する弁部を有し、弁ケースにおける該弁作動軸の軸通部が弁開閉に伴って上下に伸縮するベローズによって封止されたベローズバルブであって、
   前記ベローズは、合成樹脂製で略円錐状をなし、その小径端側で弁作動軸の外周に嵌着すると共に大径端側で弁ケース側に嵌着され、
   該ベローズの収縮状態における環状凹凸部は、縦断面がくの字形の反復屈曲によるジグザグ状に形成され、その上方に臨む各環状外周面が外側へ下り勾配の傾斜面をなすことを特徴とするベローズバルブ。
2. 前記ベローズの背面側に、該ベローズの収縮状態において前記環状凹凸部を背面側から支承する段部を備えた略円錐筒状のリテーナが配置されてなる請求項１に記載のベローズバルブ。
3. 前記リテーナが弁作動軸との間で前記ベローズの小径端側を挟着するように構成されてなる請求項２に記載のベローズバルブ。
4. 前記リテーナは、弁作動軸側に保持されて前記ベローズの小径端側を挟着する先部側リング材と、弁ケース側に保持されて該先部側リング材を昇降自在に嵌合させる基部側リング材とで構成され、基部側リング材に収縮状態のベローズの環状凹凸部を支承する前記段部が形成されると共に、先部側リング材の外周に伸張状態のベローズの環状凹凸部を背面側から支承する段部が形成されてなる請求項３に記載のベローズバルブ。
5. 前記弁部の弁座が硬質合成樹脂材料にて環状に形成され、この環状弁座に対応する弁体部が弾性シールリングを介さずに当該環状弁座に密接するように構成されてなる請求項１〜４の何れかに記載のベローズバルブ。
6. 前記ベローズの環状凹凸部が小径端側から大径端側へ薄肉化していることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のベローズバルブ。
7. 弁ケース内の上部流路と下部流路を垂直に結ぶ液通路に、上下二段の環状弁座を備えた環状の弁座部材が嵌装され、
   前記弁作動軸は、前記液通路を通って弁ケースを上下に貫通する第一弁軸と、該第一弁軸に摺動自在に套嵌した筒状の第二弁軸とで構成され、その第一弁軸には前記環状弁座の一方に対応する弁体部が設けられ、第二弁軸には前記環状弁座の他方に対応する弁体部が設けられ、第一及び第二弁軸の両弁体部が開弁状態で相互に密着すると共に閉弁状態で上下に離間するように構成され、前記第一弁軸の内部には上端が両弁体部間に連通して下端が外部へ開放したドレン流路が形成されてなる請求項１〜６の何れかに記載のベローズバルブ。
8. 前記第一弁軸と第二弁軸との間に環状間隙が形成され、この環状間隙の一端側に洗浄液供給口が設けられると共に、同他端側が前記の両弁体部間に連通し、閉弁状態で洗浄液供給口から該環状間隙及び両弁体部間を経て前記ドレン流路に至る洗浄液流路が構成されてなる請求項７に記載のベローズバルブ。

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