JP2022092186A - ウエアバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】ダイアフラム弁体の当接離間動作に伴うウエアバルブのボディとの摩擦により生じる摩耗を抑制すること。【解決手段】ダイアフラム弁体４は、薄膜部４２の外周に、薄膜部４２と接続された被固定部４３を備えること、ウエアバルブ１は、被固定部４３を当接離間の方向の双方向から挟持することでダイアフラム弁体４を固定する固定部２３１，３６を備えること、固定部３６の表面には、ダイヤモンドライクカーボンのコーティング３７が施されており、ダイアフラム弁体４の当接離間の動作に伴った固定部３６とダイアフラム弁体４との摩擦により生じるダイアフラム弁体４の摩耗を抑制すること、を特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、流路と、流路に設けられた堰と、薄膜部を有するダイアフラム弁体と、を備え、薄膜部が弾性変形することでダイアフラム弁体が堰に対して当接離間の動作を行い、流路を流れる流体の流体制御を行うウエアバルブに関するものである。

飲料の充填装置においては、飲料用容器への飲料の充填量を制御するために、ウエアバルブが多く用いられる。ウエアバルブとは、例えば特許文献１に示すように、流路と、流路に設けられた堰と、薄膜部を有するダイアフラム弁体と、を備えており、薄膜部が弾性変形することでダイアフラム弁体が堰に対して当接離間し、流路を流れる流体の流体制御を行うものである

特許文献１に示すウエアバルブは、手動開閉式であるが、飲料の充填装置には、例えば図３，図５，図７に示すような、エアオペレイト式のウエアバルブ５が用いられる。

ウエアバルブ５は、駆動部２と、ボディ６と、駆動部２とボディ６とにより挟持固定されているダイアフラム弁体４と、から構成されている。

駆動部２は、内部にピストン２５、スプリング２８を有している。駆動部２に導入される操作エアや、スプリングの弾性力により、ピストン２５がピストン室２７内で上昇または下降され、このピストン２５の上昇または下降に伴い、ダイアフラム弁体４の中央部が上昇または下降される。これにより、ダイアフラム弁体４と堰３５の離間または当接が行われ、ウエアバルブ５の開弁動作または閉弁動作が行われる。

ボディ６は、入力側流路３１と出力側流路３２とにより、入力ポート３３から出力ポート３４までの流路が形成されている。当該流路上には、ダイアフラム弁体４が当接離間する堰３５が設けられている。

ダイアフラム弁体４は、接液面側のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる第１層４ａと、接液面側とは反対側のエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）からなる第２層４ｂとにより、２層構造となっている。また、ダイアフラム弁体４は、薄膜部４２を有し、薄膜部４２の外周には、薄膜部４２と接続された被固定部４３を備える。この被固定部４３が、駆動部２の固定部２３１と、ボディ６の固定部３６により、ダイアフラム弁体４が堰３５に対して当接離間する方向（図中上下方向）の双方向から挟持されることで、ダイアフラム弁体４がウエアバルブ５に固定されている。また、固定部３６は、凸部３６ａを有しており、この凸部３６ａがダイアフラム弁体４を圧縮することで、ダイアフラム弁体４の外部シールをより強固なものとしている。

飲料の充填装置にこのようなウエアバルブが多く用いられるのは、ポペット弁などと比べて、流路構造が比較的単純で、液溜りが少ないことが挙げられる。食品衛生上の観点から、飲料の充填装置に用いられるバルブは、洗浄が行われる頻度が高い。よって、流路構造の単純なウエアバルブが適しているのである。

特開２０１８－６２９５３号公報

しかしながら、上記従来技術には、ウエアバルブの開閉（すなわちダイアフラム弁体４の堰３５に対する当接離間の動作）が繰り返されると、ダイアフラム弁体４の薄膜部４２が、ボディ６の固定部３６の端部（凸部３６ａ）と摩擦することで、第１層４ａが摩耗し、摩耗粉が生じてしまうおそれがあった。

この摩耗が発生するメカニズムは以下の通りである。図３に示すように、ピストン２５が下限位置にあり、ダイアフラム弁体４が堰３５に当接した状態（すなわちウエアバルブ５が閉弁状態）にあるとき、ダイアフラム弁体４の薄膜部４２に負荷がかかっていない状態である。この状態から開弁動作が行われると、まず、図７に示すように、ピストン２５が下限位置から上方に移動し始め、ダイアフラム弁体４が堰３５から離間する方向に向かって弾性変形される。このようにダイアフラム弁体４の弾性変形が行われると、ダイアフラム弁体４の被固定部４３が図中上下方向から挟持固定されている状態であるため、図３において負荷がかけられていなかったダイアフラム弁体４の薄膜部４２と被固定部４３との境界近傍が、図８に示すように、ダイアフラム弁体４の外方（矢印Ｙ１２の方向）に圧縮または押し込まれる状態とされる。

そして、さらにピストン２５が上方に移動され、上限位置まで移動すると、図５に示すように、ウエアバルブ５が全開状態となる。この全開状態においては、ダイアフラム弁体４の被固定部４３が図中上下方向から挟持されている状態で、ダイアフラム弁体４の中心部が上方向に引っ張られているため、図８において圧縮または押し込まれていたダイアフラム弁体４の薄膜部４２と被固定部４３との境界近傍が、図６に示すように、ダイアフラム弁体４の中心部に向かう方向（矢印Ｙ１１の方向）に引き延ばされる。

そして、全開状態から閉弁動作が行われる場合、ピストン２５が上限位置から下方に移動し始め、ダイアフラム弁体４が堰３５に当接する方向に向かって弾性変形されるため、ダイアフラム弁体４は、再度、図７に示した状態となる。つまり、図６において引き延ばされていたダイアフラム弁体４の薄膜部４２と被固定部４３との境界近傍が、再度、ダイアフラム弁体４の外方（矢印Ｙ１２の方向）に圧縮または押し込まれる状態とされる。

そして、図３に示すように、ピストン２５が下限位置まで移動し、ダイアフラム弁体４が堰３５に当接し、ウエアバルブ５が閉弁状態となると、図７において圧縮または押し込まれた状態となっていたダイアフラム弁体４の薄膜部４２と被固定部４３との境界近傍が、図４に示すように、矢印Ｙ１３の方向に引き延ばされ、薄膜部４２に負荷がかかっていない状態に戻る。

以上のように、ダイアフラム弁体４の当接離間の動作が行われると、ダイアフラム弁体４の薄膜部４２と被固定部４３との境界近傍が、矢印Ｙ１１および矢印１３の方向に引き延ばされたり、矢印Ｙ１２の方向に圧縮または押し込まれたりするため、ダイアフラム弁体４が、ボディ６の固定部３６の端部（凸部３６ａ）と摩擦する。この摩擦により、ダイアフラム弁体４の第１層４ａが摩耗し、摩耗粉が発生するのである。

飲料の充填装置に用いられるウエアバルブにおいて、ダイアフラム弁体４の第１層４ａに摩耗が発生すると、その摩耗粉が、飲料に混入するおそれがある。第１層４ａを形成するＰＴＦＥは、食品衛生法上、摂取しても人体に影響がない材料とされているが、飲料内で目視可能なほどの大きさの摩耗粉は、外観上問題がある。このため、第１層４ａに摩耗が生じたウエアバルブ５は、摩耗が進むと大きな摩耗粉が発生するおそれがあることから、ウエアバルブ５自体の機能に問題が無い場合であっても、目視可能なほどの大きさの摩耗粉が発生する前に交換しなければならない。ウエアバルブ５自体の機能に問題が無い場合でも、交換をしなければならないことは経済的でなく、可能な限り、ダイアフラム弁体の摩耗を抑え、摩耗粉の発生を抑制するウエアバルブが望まれている。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、ダイアフラム弁体の当接離間動作に伴うウエアバルブのボディとの摩擦により生じる摩耗粉を抑制することが可能なウエアバルブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のウエアバルブは、次のような構成を有している。
（１）流路と、前記流路に設けられた堰と、薄膜部を有するダイアフラム弁体と、を備え、前記薄膜部が弾性変形することで前記ダイアフラム弁体が前記堰に対して当接離間の動作を行い、前記流路を流れる流体の流体制御を行うウエアバルブにおいて、前記ダイアフラム弁体は、前記薄膜部の外周に、前記薄膜部と接続された被固定部を備えること、前記ウエアバルブは、被固定部を前記当接離間の方向の双方向から挟持することで前記ダイアフラム弁体を固定する固定部を備えること、前記固定部の表面には、ダイヤモンドライクカーボンのコーティングが施されており、前記ダイアフラム弁体の前記当接離間の動作に伴った前記固定部と前記ダイアフラム弁体との摩擦により生じる前記ダイアフラム弁体の摩耗を抑制すること、を特徴とする。

（２）（１）に記載のウエアバルブにおいて、前記ウエアバルブは、飲料の充填装置に用いられるエアオペレイト式のウエアバルブであること、を特徴とする。

（３）（１）または（２）に記載のウエアバルブにおいて、前記コーティングは、前記固定部の、前記ダイアフラム弁体の前記流体と接触する側の面と接触する部分に施されていること、を特徴とする。

（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のウエアバルブにおいて、前記コーティングの表面の動摩擦係数が０．１以上０．２以下であること、を特徴とする。

（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載のウエアバルブにおいて、前記ダイアフラム弁体は、前記流体と接触する側の第１層と、前記流体と接触する側とは反対側の第２層と、の２層により構成されていること、前記第１層は、フッ素樹脂により形成されていること、前記第２層は、エチレン・プロピレン・ジエンゴムにより形成されていること、を特徴とする。

本発明のウエアバルブは、ダイアフラム弁体を固定する固定部の表面にダイヤモンドライクカーボンのコーティングが施されているため、固定部の表面の動摩擦係数が低下される。固定部の表面の動摩擦係数が低下されれば、ダイアフラム弁体と固定部との間に摩擦が発生しても、ダイアフラム弁体に生じる摩耗の発生を抑えることが可能である。

ウエアバルブを飲料の充填装置に用いる場合には、ダイアフラム弁体に摩耗が発生し、流体に目視可能な摩耗粉が混入すると、ウエアバルブ自体の機能に問題が無い場合であっても、ウエアバルブの交換を余儀なくされていたが、ダイアフラム弁体に生じる摩耗の発生を抑えることができれば、ウエアバルブの交換までの寿命を延ばすことが可能である。

本実施形態に係るウエアバルブの断面図である。 図１のＸ１１部分の部分拡大図である。 従来技術に係るウエアバルブの断面図であり、閉弁状態を表す。 図３のＸ１２部分の部分拡大図である。 従来技術に係るウエアバルブの断面図であり、開弁状態を表す。 図５のＸ１３部分の部分拡大図である。 従来技術に係るウエアバルブの断面図であり、閉弁動作中の状態を表す。 図７のＸ１４部分の部分拡大図である。 固定部にコーティングを施していない場合において、ダイアフラム弁体の当接離間動作を１５０万回行った後のダイアフラム弁体を、第１層側から観察した状態を表す。 固定部に、動摩擦係数０．１５～０．２のコーティングを施した場合において、ダイアフラム弁体の当接離間動作を１５０万回連続して行った後のダイアフラム弁体を、第１層側から観察した状態を表す。 固定部に、動摩擦係数０．１～０．１５のコーティングを施した場合において、ダイアフラム弁体の当接離間動作を１５０万回連続して行った後のダイアフラム弁体を、第１層側から観察した状態を表す。 当接離間動作を５０万回、１００万回、１５０万回行った場合に発生した摩耗痕の、半径方向の幅のうち、最大のものを測定した結果をまとめた表である。

本発明のウエアバルブの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（ウエアバルブの構成について）
まず、本実施形態に係るウエアバルブ１の構成について、図１および図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るウエアバルブ１の断面図である。図２は、図１のＸ１１部分の部分拡大図である。

ウエアバルブ１は、飲料の充填装置に用いられる、ノーマルクローズタイプのエアオペレイト式開閉弁であり、駆動部２と、ボディ３と、駆動部２とボディ３とにより挟持固定されているダイアフラム弁体４と、から構成されている。

駆動部２は、上カバー２１と、下カバー２２と、ロッドカバー２３と、ピストンロッド２４と、ピストン２５と、コンプレッサ２６とにより構成される。

上カバー２１は、例えばアルミダイカストからなり、一端（図１中上端）が閉塞され、他端が開放されたカップ状に形成されている。上カバー２１の開放されている側の端部には、下カバー２２が結合されている。

下カバー２２は、例えばアルミダイカストからなり、上カバー２１とともに、ピストン室２７を形成している。

ピストン室２７には、例えばアルミニウム合金により円盤状に形成されたピストン２５が、図１中の上下方向に摺動自在に保持されており、このピストン２５によって、ピストン室２７は、上ピストン室２７１と、下ピストン室２７２とに区切られている。上ピストン室２７１には、スプリング２８が、上ピストン室２７１の上壁面とピストン２５の上端面とに圧縮されるよう配設されており、スプリング２８は、ピストン２５を下カバー２２側に常時付勢している。

また、上ピストン室２７１は、上カバー２１側面に設けられた貫通孔２１３により、第１操作ポート２１１に連通している。さらにまた、下ピストン室２７２は、上カバー２１側面に設けられた貫通孔２１４により、第２操作ポート２１２に連通している。

ピストン２５には、ピストン室２７に貫装されたピストンロッド２４が、ピストン２５と同軸に結合されている。ピストンロッド２４は、例えばステンレス等により、ピストン２５が上昇または下降する方向と平行な方向に長手方向を有する円柱状に形成されており、ピストン室２７から、下カバー２２に設けられたガイド孔２２１を通り、図１中の下方へ突出している。そして、ピストンロッド２４のピストン室２７から突出している部分は、下カバー２２の、上カバー２１の側とは反対の側に結合された、筒状のロッドカバー２３により保護されている。

ロッドカバー２３は、例えばアルミダイカストからなる。ロッドカバー２３の、下カバー２２の側とは反対の側の端部（図１中下端部）は、フランジ状に形成されており、ダイアフラム弁体４を固定するための固定部２３１となっている。

ダイアフラム弁体４は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）により形成される第１層４ａと、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）により形成されている第２層４ｂと、の２層により構成されている。第１層４ａの表面は、ボディ３に設けられた流路を流れる流体である飲料に接触する面（以下、接液面）となる。

ダイアフラム弁体４の、接液面とは反対側の面の中央部には、結合部４４が突設されており、結合部４４はコンプレッサ２６を介してピストンロッド２４に結合されている。また、ダイアフラム弁体４の、接液面側の中央部には、ボディ３の堰３５と当接離間する当接部４１が設けられている。そして、当接部４１の外周に薄膜部４２が設けられ、さらに薄膜部４２の外周には被固定部４３が設けられている。また、被固定部４３の上端面および下端面には、それぞれ位置決め４５，４６が突設されている。

ボディ３は、例えばＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼からなり、入力側流路３１と出力側流路３２とにより、入力ポート３３から出力ポート３４までの流路が形成されている。当該流路上には、ダイアフラム弁体４が当接離間する堰３５が、ダイアフラム弁体４側に突出するようにして設けられている。

ボディ３の、ロッドカバー２３の固定部２３１とダイアフラム弁体４を挟んで対向する部分は固定部３６である。固定部２３１と固定部３６とが、ダイアフラム弁体４の被固定部４３を、ダイアフラム弁体４が堰３５に対して当接離間する方向（図１および図２の上下方向）の双方向から挟持することで、ダイアフラム弁体４は固定されている。また、固定部３６は、当接離間する方向と直交する方向を半径方向とし、ピストン２５やピストンロッド２４と同軸とされた、環状の凸部３６ａを有しており、この凸部３６ａがダイアフラム弁体４を圧縮することで、ダイアフラム弁体４の外部シールをより強固なものとしている。

ボディ３の固定部３６の表面には、ダイヤモンドライクカーボンのコーティング３７（例えば、水素含有アモルファスカーボン（ａ－Ｃ：Ｈ））が施されている。このコーティング３７は、例えば、化学気相成長法による蒸着（ＣＶＤ蒸着）により成膜されたものであり、その厚みは１～２０μｍである。そして、このコーティング３７の表面の動摩擦係数は、０．１以上０．２以下の範囲であることが望ましく、０．１以上０．１５以下の範囲であることがさらに望ましい。この動摩擦係数は、表面に上記コーティング３７と同一のコーティングを施した円板状試験片と、炭素クロム軸受鋼鋼材（ＳＵＪ２）製の球とによるボールオンディスク方式の摩擦試験を行い、得られた値である。

（ウエアバルブの動作について）
まず、ウエアバルブ１の弁開動作について説明する。第２操作ポート２１２から貫通孔２１４を通して下ピストン室２７２に操作エアが供給されると、下ピストン室２７２の圧力が上昇し、ピストン２５が、上ピストン室２７１側に上昇する。このとき、上ピストン室２７１内の空気は、第１操作ポート２１１から排出される。

ピストン２５には、ピストン室２７に貫装されたピストンロッド２４が結合されているため、ピストン２５がピストン室２７内で上昇すると、これに伴って、ピストンロッド２４が上昇する。

さらに、ダイアフラム弁体４が、結合部４４によりコンプレッサ２６を介してピストンロッド２４に結合されているため、ピストンロッド２４が上昇すると、これに伴って、薄膜部４２が弾性変形し、ダイアフラム弁体４の中央部が上昇する。ダイアフラム弁体４の中央部が上昇することで、当接部４１が堰３５から離間し、ウエアバルブ１は弁開状態となる。

次に閉弁動作について説明する。ウエアバルブ１が開弁状態にあるときに、下ピストン室２７２への操作エアの供給が停止されると、スプリング２８の付勢力により、ピストン２５は、下ピストン室２７２側に下降する。ピストン２５がピストン室２７内で下降すると、これに伴って、ピストン２５に結合されたピストンロッド２４が下降する。

さらに、ピストンロッド２４が下降すると、これに伴って、薄膜部４２が弾性変形し、ダイアフラム弁体４の中央部が下降する。ダイアフラム弁体４の中央部が下降することで、当接部４１が堰３５に当接し、ウエアバルブ１は弁開状態となる。

以上のような、ダイアフラム弁体４の堰３５に対する当接離間の動作が繰り返されると、ダイアフラム弁体４の薄膜部４２とボディ６の固定部３６の端部（凸部３６ａ）との間に摩擦が発生するおそれがある。どのようにして、ダイアフラム弁体４とボディ６の固定部３６の端部（凸部３６ａ）との摩擦が発生するのか、図３から図８を用いて説明する。なお、図３から図８は、従来技術に係るウエアバルブ５について表すものであるが、説明に用いる構成が共通しているため、以下においては、本実施形態に係るウエアバルブ１のものとして説明する。

図３に示すように、ピストン２５が下限位置にあり、ダイアフラム弁体４が堰３５に当接した状態（すなわちウエアバルブ１が閉弁状態）にあるとき、薄膜部４２に負荷がかかっていない状態である。この状態から開弁動作が行われると、まず、図７に示すように、ピストン２５が下限位置から上方に移動し始め、ダイアフラム弁体４が堰３５から離間する方向に向かって弾性変形される。このようにダイアフラム弁体４の弾性変形が行われると、ダイアフラム弁体４の被固定部４３が図中上下方向から挟持固定されている状態であるため、図３において負荷がかけられていなかったダイアフラム弁体４の薄膜部４２と被固定部４３との境界近傍が、図８に示すように、ダイアフラム弁体４の外方（矢印Ｙ１２の方向）に圧縮または押し込まれる状態とされる。

そして、さらにピストン２５が上方に移動され、上限位置まで移動すると、図５に示すように、ウエアバルブ１が全開状態となる。この全開状態においては、ダイアフラム弁体４の被固定部４３が図中上下方向から挟持されている状態で、ダイアフラム弁体４の中心部が上方向に引っ張られているため、図８において圧縮または押し込まれていたダイアフラム弁体４の、薄膜部４２と被固定部４３との境界近傍が、図６に示すように、ダイアフラム弁体４の中心部の方向（矢印Ｙ１１の方向）へ引き延ばされる。

そして、全開状態から閉弁動作が行われる場合、ピストン２５が上限位置から下方に移動し始め、ダイアフラム弁体４が堰３５に当接する方向に向かって弾性変形されるため、ダイアフラム弁体４は、再度、図７に示した状態となる。つまり、図６において引き延ばされていたダイアフラム弁体４の薄膜部４２と被固定部４３との境界近傍が、再度、ダイアフラム弁体４の外方（矢印Ｙ１２の方向）に圧縮または押し込まれる状態とされる。

そして、ピストン２５が下限位置まで移動し、ダイアフラム弁体４が堰３５に当接し、ウエアバルブ５が閉弁状態となると、図７において圧縮または押し込まれた状態となっていたダイアフラム弁体４の薄膜部４２と被固定部４３との境界近傍が、図４に示すように、矢印Ｙ１３の方向に引き延ばされ、薄膜部４２に負荷がかかっていない状態に戻る。

ダイアフラム弁体４の当接離間の動作が行われると、以上のように、ダイアフラム弁体４の薄膜部４２と被固定部４３との境界近傍が、矢印Ｙ１１および矢印１３の方向に引き延ばされたり、矢印Ｙ１２の方向に圧縮または押し込まれたりするため、ダイアフラム弁体４が、ボディ６の固定部３６の端部（凸部３６ａ）と摩擦するのである。

しかし、ウエアバルブ１の固定部３６には、図２に示すように、ダイヤモンドライクカーボンのコーティング３７が施されているため、ダイアフラム弁体４とボディ６の固定部３６の端部（凸部３６ａ）とが摩擦しても、ダイアフラム弁体４（第１層４ａ）に摩耗が発生することを抑えることができる。

（実験結果について）
以下に、固定部３６（凸部３６ａ）にコーティング３７を施していない場合と、動摩擦係数０．１５～０．２のコーティング３７を施した場合と、動摩擦係数０．１～０．１５のコーティング３７を施した場合とにおいて、ダイアフラム弁体４の当接離間動作を５０万回、１００万回、１５０万回行い、ダイアフラム弁体４に発生する摩耗痕の大きさを比較した実験の結果を説明する。

図９は、固定部３６（凸部３６ａ）にコーティング３７を施していない場合（即ち従来技術に係るウエアバルブ５）において、ダイアフラム弁体４の当接離間動作を１５０万回行った後のダイアフラム弁体４を、第１層４ａ側から観察した状態を表す図である。

固定部３６（凸部３６ａ）にコーティング３７を施さずに、ダイアフラム弁体４の当接離間動作を１５０万回連続して行うと、図９に示すように、薄膜部４２に、円弧状の摩耗痕Ｓ１１が発生していることが分かる。摩耗痕Ｓ１１が円弧状になっているのは、凸部３６ａが環状に設けられており、この凸部３６ａと薄膜部４２とが摩擦しているためである。摩耗痕Ｓ１１の半径方向の幅は、最大で約４００μｍ（図１２参照）である。

さらに、当接離間動作５０万回、１００万回行った場合において、摩耗痕Ｓ１１の半径方向の幅は、最大で、図１２に示すように、５０万回で１９０μｍ、１００万回で２７０μｍであった。

図１０は、固定部３６（凸部３６ａ）に、動摩擦係数０．１５～０．２のコーティング３７を施した場合において、ダイアフラム弁体４の当接離間動作を１５０万回連続して行った後のダイアフラム弁体４を、第１層４ａ側から観察した状態を表す図である。

固定部３６（凸部３６ａ）に、動摩擦係数０．１５～０．２のコーティング３７を施し、当接離間動作を１５０万回連続して行うと、図１０に示すように、薄膜部４２に、円弧状の摩耗痕Ｓ１２が発生している。しかし、摩耗痕Ｓ１２が発生している範囲は、図９に示す摩耗痕Ｓ１１が発生している範囲よりも小さくなっていることが分かる。さらに、摩耗痕Ｓ１２の半径方向の幅は、最大で約２００μｍ（図１２参照）であり、コーティング３７を施さない場合の摩耗痕Ｓ１１に比べ、約半分となっている。

さらに、当接離間動作５０万回、１００万回行った場合において、摩耗痕Ｓ１２の半径方向の幅は、最大で、図１２に示すように、５０万回で１００μｍ、１００万回で１４５μｍ、であった。

図１１は、固定部３６（凸部３６ａ）に、動摩擦係数０．１～０．１５のコーティング３７を施した場合において、ダイアフラム弁体４の当接離間動作を１５０万回連続して行った後のダイアフラム弁体４を、第１層４ａ側から観察した状態を表す図である。

固定部３６（凸部３６ａ）に、動摩擦係数０．１～０．１５のコーティング３７を施し、当接離間動作を１５０万回連続して行うと、図１１に示すように、薄膜部４２に、摩耗痕Ｓ１３が発生している。しかし、摩耗痕Ｓ１３が発生している範囲は、図９に示す摩耗痕Ｓ１１が発生している範囲よりも小さく、図１０に示す摩耗痕Ｓ１２が発生している範囲よりも更に小さくなっていることが分かる。さらに、摩耗痕Ｓ１３の半径方向の幅は、最大で約１５０μｍ（図１２参照）であり、コーティング３７を施さない場合の摩耗痕Ｓ１１に比べ、約３分の１となっている。

さらに、当接離間動作５０万回、１００万回行った場合において、摩耗痕Ｓ１３の半径方向の幅は、最大で、図１２に示すように、５０万回で９０μｍ、１００万回で１００μｍであった。

以上説明したように、本実施形態のウエアバルブ１は、
（１）流路（例えば入力側流路３１および出力側流路３２）と、流路に設けられた堰３５と、薄膜部４２を有するダイアフラム弁体４と、を備え、薄膜部４２が弾性変形することでダイアフラム弁体４が堰３５に対して当接離間の動作を行い、流路を流れる流体（例えば飲料）の流体制御を行うウエアバルブ１において、ダイアフラム弁体４は、薄膜部４２の外周に、薄膜部４２と接続された被固定部４３を備えること、ウエアバルブ１は、被固定部４３を当接離間の方向の双方向から挟持することでダイアフラム弁体４を固定する固定部２３１，３６を備えること、固定部３６の表面には、ダイヤモンドライクカーボンのコーティング３７が施されており、ダイアフラム弁体４の当接離間の動作に伴った固定部３６とダイアフラム弁体４との摩擦により生じるダイアフラム弁体４の摩耗を抑制すること、を特徴とする。

（２）（１）に記載のウエアバルブ１において、ウエアバルブ１は、飲料の充填装置に用いられるエアオペレイト式のウエアバルブであること、を特徴とする。

（３）（１）または（２）に記載のウエアバルブ１において、コーティング３７は、固定部２３１，３６の、ダイアフラム弁体４の流体（飲料）と接触する側の面と接触する部分（例えば固定部３６の表面）に施されていること、を特徴とする。

（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のウエアバルブ１において、コーティング３７の表面の動摩擦係数が０．１以上０．２以下であること、を特徴とする。

（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載のウエアバルブ１において、ダイアフラム弁体４は、流体（飲料）と接触する側の第１層４ａと、流体（飲料）と接触する側とは反対側の第２層４ｂと、の２層により構成されていること、第１層４ａは、フッ素樹脂（例えばＰＴＦＥ）により形成されていること、第２層４ｂは、エチレン・プロピレン・ジエンゴムにより形成されていること、を特徴とする。

上記構成を有するウエアバルブ１によれば、ダイアフラム弁体４を固定する固定部３６の表面にダイヤモンドライクカーボンのコーティング３７が施されているため、固定部３６の表面の動摩擦係数が低下される。固定部３６の表面の動摩擦係数が低下されれば、ダイアフラム弁体４と固定部３６との間に摩擦が発生しても、ダイアフラム弁体４に生じる摩耗（摩耗痕Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３）の発生を抑えることが可能である。

従来、ウエアバルブを飲料の充填装置に用いる場合、ダイアフラム弁体４に摩耗（摩耗痕Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３）が発生したウエアバルブは、摩耗が進むと大きな摩耗粉が発生するおそれがあることから、ウエアバルブ自体の機能に問題が無い場合であっても、目視可能なほどの大きさの摩耗粉が発生する前に交換しなければならなかったが、本実施形態に係るウエアバルブ１のように、ダイアフラム弁体４に生じる摩耗の発生を抑えることができれば、ウエアバルブ１の交換までの寿命を延ばすことが可能である。

なお、本実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。例えば、本実施形態においては、コーティング３７は、固定部３６の表面に施されているが、コーティング３７を施す範囲はこれに限定されず、固定部３６のうち、凸部３６ａの表面のみに施しても良いし、ボディ３の表面全体に施しても良い。また、固定部３６は必ずしも凸部３６ａを備える必要はなく、平坦な面としても良い。

１ ウエアバルブ
４ ダイアフラム弁体
３１ 入力側流路
３２ 出力側流路
３５ 堰
３６ 固定部
３７ コーティング
４２ 薄膜部
４３ 被固定部
２３１ 固定部

Claims (5)

1. 流路と、前記流路に設けられた堰と、薄膜部を有するダイアフラム弁体と、を備え、前記薄膜部が弾性変形することで前記ダイアフラム弁体が前記堰に対して当接離間の動作を行い、前記流路を流れる流体の流体制御を行うウエアバルブにおいて、
   前記ダイアフラム弁体は、前記薄膜部の外周に、前記薄膜部と接続された被固定部を備えること、
   前記ウエアバルブは、被固定部を前記当接離間の方向の双方向から挟持することで前記ダイアフラム弁体を固定する固定部を備えること、
   前記固定部の表面に、ダイヤモンドライクカーボンのコーティングが施されており、前記ダイアフラム弁体の前記当接離間の動作に伴った前記固定部と前記ダイアフラム弁体との摩擦により生じる前記ダイアフラム弁体の摩耗を抑制すること、
   を特徴とするウエアバルブ。
2. 請求項１に記載のウエアバルブにおいて、
   前記ウエアバルブは、飲料の充填装置に用いられるエアオペレイト式のウエアバルブであること、
   を特徴とするウエアバルブ。
3. 請求項１または２に記載のウエアバルブにおいて、
   前記コーティングは、前記固定部の、前記ダイアフラム弁体の前記流体と接触する側の面と接触する部分に施されていること、
   を特徴とするウエアバルブ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のウエアバルブにおいて、
   前記コーティングの表面の動摩擦係数が０．１以上０．２以下であること、
   を特徴とするウエアバルブ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載のウエアバルブにおいて、
   前記ダイアフラム弁体は、
   前記流体と接触する側の第１層と、前記流体と接触する側とは反対側の第２層と、の２層により構成されていること、
   前記第１層は、フッ素樹脂により形成されていること、
   前記第２層は、エチレン・プロピレン・ジエンゴムにより形成されていること、
   を特徴とするウエアバルブ。

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