JP3621022B2

JP3621022B2 - ダイヤフラム弁の製法

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Publication number: JP3621022B2
Application number: JP2000170819A
Authority: JP
Inventors: 国夫近藤; 義高竹下
Original assignee: Advance Denki Kogyo KK
Current assignee: Advance Denki Kogyo KK
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: JP2001349450A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はダイヤフラム弁の製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、医療機器並びに各種分析装置等における薬液や洗浄液等の各種流体を制御するために用いられる電磁弁や減圧弁等の各種バルブには、プラスチック製のダイヤフラム弁が弁体として内蔵される。医療機器並びに各種分析装置等に使用されるこの種ダイヤフラム弁としては、耐薬品性および耐腐食性の高いフッ素樹脂（主に４フッ化エチレン樹脂）等より形成したものが多い。
【０００３】
ところが、前記ダイヤフラム弁が内蔵されるバルブにあっては、図７に示すようにバルブ（図では電磁弁）９０の弁座（シール部）９１とダイヤフラム弁１００先端のシール部（接触部）１０１が共に上記したフッ素樹脂等の比較的硬質のプラスチック樹脂からなるため、流体内の流体結晶物等の固体状異物が前記両シール部間に噛み込む等によって弁座９１あるいはダイヤフラム弁１００に塑性変形が起こり、両者のシール性が悪化してしまうとともに、耐久性も悪いといった問題点が指摘されている。なお、図中の符号９２は第一流出入口、９３は第一流出入路、９４は第二流出入口、９５は第二流出入路、９６は前記第一流出入路９３及び第二流出入路９５と連通し前記ダイヤフラム弁１００が配設される弁室、９７は誘導素子であるコイル、９８はダイヤフラム弁１００に固着される可動鉄芯、９９は前記可動鉄芯９８を付勢するバネ、１０２はダイヤフラム弁１００のダイヤフラム部である。
【０００４】
そこで、近年、前記不具合を解消するため、図８に示す電磁弁９０Ａに内蔵されるダイヤフラム弁１１０のように、プラスチック製弁本体１１１の弁座９１とのシール部となる先端部１１２に、カバー状のゴム部材（ゴムチップ）１１５を嵌めたものが提案されている。図８中の符号１１３はダイヤフラム弁１１０のプラスチック製弁本体１１１の外周側に一体に形成されたダイヤフラム部である。なお、図８において図７に示した部材と同一部材については同一符号が付されている。
【０００５】
上記構造のダイヤフラム弁１１０によれば、弾性を有するカバー状ゴム部材１１５でバルブ９０Ａの弁座９１と接触するため、上述した異物噛み込み等が生じても、ダイヤフラム弁１１０と弁座９１のシール性及び耐久性が悪化するのを防ぐことができる。しかしながら、このダイヤフラム弁１１０にあっては、プラスチック製弁本体１１１とカバー状ゴム部材１１５との間に若干の隙間ができるため、図９の（Ａ）ように弁周方向内向きの圧力Ｐ１がかかると、図示の如くカバー状ゴム部材１１５がプラスチック製弁本体１１１から剥がれる可能性がある。
【０００６】
また、前記ダイヤフラム弁１１０は、図９の（Ｂ）のような圧力（吸引力）Ｐ２が作用すると、カバー状ゴム部材１１５が変形してプラスチック製弁本体１１１との間に大きな隙間Ｓができたり、カバー状ゴム部材１１５が破損したりして、バルブの性能に悪影響を及ぼすおそれがある。さらに、当該ダイヤフラム弁１１０にあっては、プラスチック製弁本体１１１とカバー状ゴム部材１１５のそれぞれに、嵌め合わせ部１１４，１１６の加工が必要となるので、この部分が各部材１１１，１１５を大きくし、ひいてはダイヤフラム弁１１０全体が大型化してしまい、バルブ９０Ａの内容積の増大を招く問題もある。加えて、このダイヤフラム弁１１０を得るには、プラスチック製弁本体１１１とカバー状ゴム部材１１５を別々に作製した後、カバー状ゴム部材１１５をプラスチック製弁本体１１１に嵌め込まなければならず、手間がかかるといった欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の点に鑑みなされたもので、バルブ内に取り付けられて該バルブが作動する際に流体内の異物が当該ダイヤフラム弁と弁座との間に噛み込む等の不具合が生じても、長期間に亘って弁座とのシール性が良好で、しかも、バルブの性能に悪影響を及ぼすことがなく、さらには、従来に比しコンパクトで、バルブの大幅な小型化を実現できるダイヤフラム弁の製法を提案しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１の発明は、プラスチック母材の一側端面の中心部に凹所を陥設する工程と、前記凹所にゴム又はゴム状プラスチックよりなるゴム部材を充填する工程と、前記ゴム部材が充填されたプラスチック母材を切削加工して、前記ゴム部材の端面がシール部となる弁本体と、前記弁本体の外周にダイヤフラム部を一体に形成する工程とからなることを特徴とするダイヤフラム弁の製法に係る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面に従って本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例に係るダイヤフラム弁を示す断面図、図２は同ダイヤフラム弁を取り付けた電磁弁を示す断面図、図３は同ダイヤフラム弁の製造工程を段階的に示す図、図４は他の実施例に係るダイヤフラム弁を示す断面図、図５は同ダイヤフラム弁を取り付けた電磁弁を示す断面図、図６は本発明の効果を確認するための比較試験における流体制御回路を示す概略図である。
【００１０】
図１に示すダイヤフラム弁１０は、医療機器並びに分析装置等において薬液等の各種流体の制御を行うバルブ（電磁弁や減圧弁等）に取り付けられて使用されるもので、図では特に微量調節が可能な小型のダイヤフラム弁が示されている。このダイヤフラム弁１０はプラスチック製弁本体１１と、ダイヤフラム部２１とからなる。
【００１１】
前記プラスチック製弁本体１１は、各種合成樹脂、例えば耐薬品性及び耐腐食性の高いポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ樹脂）等の４フッ化エチレン樹脂及び３フッ化塩化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ樹脂）等の他のフッ素樹脂等からなる。また、このプラスチック製弁本体１１においては、一側端面１２の中心部に凹所１３が形成され、その凹所１３にゴム又はゴム状プラスチックよりなる弾性を有するゴム部材１５が充填され、該ゴム部材１５の端面１６がバルブの弁座に対するシール部として構成されている。前記ゴム部材１５に用いられるゴム又はゴム状プラスチックとしては、耐薬品性及び耐腐食性が高いパーフロロエチレンゴムやフッ素ゴムやエチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＤＭ）等が好適である。
【００１２】
なお、この実施例では、前記プラスチック製弁本体１１の凹所１３に凹凸形状１４を設け、その凹凸形状１４を有する凹所１３内にゴム部材１５が充填されている。このようにすれば、前記凹凸形状１４で係止作用が大となり、プラスチック製弁本体１１とゴム部材１５の結合を強固にすることができる。
【００１３】
前記ダイヤフラム部２１は、前記弁本体１１の外周側に該弁本体１１と一体に形成されている。このダイヤフラム部２１は、前記弁本体１１（ゴム部材１５を除く。）と同様に、各種合成樹脂、例えば耐薬品性及び耐腐食性の高いポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ樹脂）等の４フッ化エチレン樹脂及び３フッ化塩化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ樹脂）等の他のフッ素樹脂等からなる。また、このダイヤフラム部２１は、薄肉の可動受圧部２２とその周囲を囲む取付部２３を備えている。
【００１４】
図２には、上記構造からなるダイヤフラム弁１０が取り付けられた電磁弁（２方電磁弁）３０が示されている。なお、図２中の符号３１は弁座、３２は第一流出入口、３３は第一流出入路、３４は第二流出入口、３５は第二流出入路、３６は前記第一流出入路３３及び第二流出入路３５と連通し前記ダイヤフラム弁１０が配設される弁室、３７は誘導素子であるコイル、３８はダイヤフラム弁１０に固着される可動鉄芯、３９は前記可動鉄芯３８を付勢するバネである。勿論、上記ダイヤフラム弁１０は、図示の電磁弁に限らず、減圧弁や定流量バルブ等、各種バルブに取り付けることができる。
【００１５】
上記構造のダイヤフラム弁１０によれば、バルブ３０内に取り付けて使用する場合において、そのバルブ３０の開閉作動時に、前記ダイヤフラム弁１０のゴム部材１５がバルブ３０の弁座３１と接触及び離間し、前記接触時の衝撃をゴム部材１５の変形にて吸収するため、先の従来技術の欄で述べたような異物噛み込み等があっても弁座漏洩の不具合が生じず、ダイヤフラム弁１０と弁座３１のシール性が悪化するのを防ぐことができ、長期間に亘って良好なシール性を維持することができる。また、前記ゴム部材１５は、プラスチック製弁本体１１の凹所１３内に充填され弁本体１１と一体的に設けられているので、従来技術の欄で図８を用いて説明したダイヤフラム弁１１０のように、弁本体１１からゴム部材１５が剥がれたり、弁本体１１とゴム部材１５の間に隙間が生じるのを避け、前記ダイヤフラム弁１０と弁座３１のシール性やバルブの性能に悪影響を及ぼす心配がない。加えて、当該ダイヤフラム弁１０は、前記のようにプラスチック製弁本体１１の凹所１３内にゴム部材１５が設けられているので、前記図８のダイヤフラム弁１１０に比べて小型化を実現でき、バルブの内容積の大幅な縮小を図ることができる。
【００１６】
次に、上記ダイヤフラム弁１０の製法の一例について図３を用いて説明する。この例では、まず、図３の（Ａ）に示すような円柱状のプラスチック母材１０Ａを用意する。次いで、同図の（Ｂ）の断面図に示すように、前記プラスチック母材１０Ａの一側端面１２Ａの中心部に、切削加工等により凹所１３を陥設（形成）する。
【００１７】
続いて、同図の（Ｃ）のように、前記凹所１３にゴム又はゴム状プラスチックよりなるゴム部材１５（この例ではパーフロロエチレンゴム）を充填し、そのゴム部材１５を硬化させる。この例では、前記凹所１３が形成されたプラスチック母材１０Ａを型４１，４５内にセットし、未加硫あるいは半加硫のゴム部材を前記凹所１３内に充填し、型４１，４５を加熱することによって、ゴム部材１５を所定加硫温度まで加熱して加硫するとともに、上型４５内に設けられた押圧型４６で前記ゴム部材１５の充填部分及びその周辺を所定圧力で加圧した後、前記ゴム部材１５を乾燥及び冷却して、該ゴム部材１５を硬化している。なお、前記加硫温度及び加圧圧力は用いるゴム部材１５の種類に応じて適宜定められ、パーフロロエチレンゴムを用いるこの例では、前記加硫温度を１５０〜１６０℃、前記加圧圧力を９８〜１４７Ｎ／ｃｍ²としている。また、前記ゴム部材１５の硬化はプラスチック母材１０Ａの型４１，４５からの脱型前に行っても良いし、あるいは脱型後に行っても良い。さらに、上記のようにゴム部材１５の充填時にはプラスチック母材１０Ａも加熱及び加圧されるため、該プラスチック母材１０Ａとしては、４フッ化エチレン樹脂等の熱や圧力に強いものを選択するのが望ましい。
【００１８】
その後、前記ゴム部材１５が充填されたプラスチック母材１０Ａを切削加工することによって、同図の（Ｄ）の如く、前記ゴム部材１５の端面１６がシール部となる弁本体１１と、該弁本体１１の外周にダイヤフラム部２１を一体に形成すれば、上記ダイヤフラム弁１０が得られる。この製法によれば、至って簡単にダイヤフラム弁１０が得られるとともに、前記従来のダイヤフラム弁１１０を製造する場合のように、ゴム部材１５のプラスチック製弁本体１１への取付作業等の煩雑な作業を行わなくても済む。ここで、上述のようにゴム部材１５の充填後に弁本体１１とダイヤフラム部２１の形成を行うのは、仮に弁本体１１とダイヤフラム部２１の形成後にゴム部材１５を充填した場合には、前記加熱や加圧により当該弁本体１１とダイヤフラム部２１が変形や破損する心配があるからである。
【００１９】
図４には他の実施例に係るダイヤフラム弁５０が示されている。このダイヤフラム弁５０は、２つのプラスチック製弁本体５１Ａ，５１Ｂと、それらの弁本体５１Ａ，５１Ｂの外周側に該弁本体５１Ａ，５１Ｂとそれぞれ一体に形成された２つのダイヤフラム部６１Ａ，６１Ｂを備え、前記プラスチック製弁本体６１Ａ及び６１Ｂが連結部（ロッド部）６５により連結されている。図示の例では前記連結部６５をプラスチック製弁本体５１Ａ，５１Ｂに軽圧入することによって連結している。そして、このダイヤフラム弁５０においては、前記弁本体５１Ａ，５１Ｂの対向する端面５２Ａ，５２Ｂの中心部に凹所５３Ａ，５３Ｂがそれぞれ陥設され、該各凹所５３Ａ，５３Ｂ内にゴム部材５５Ａ，５５Ｂが充填されている。
【００２０】
前記ダイヤフラム弁５０は、図５に示す３方電磁弁７０等に好適に取り付けることができる。なお、図５中の符号７１は第一弁座、７２は第二弁室、７３は第一流出入口、７４は第一流出入路、７５は第二流出入口、７６は第二流出入路、７７は第三流出入口、７８は第三流出入路、７９は前記ダイヤフラム弁５０の弁本体５１Ａ側が配設される第一弁室、８０は前記ダイヤフラム弁５０の弁本体５１Ｂ側が配設される第二弁室、８１は誘導素子であるコイル、８２は前記ダイヤフラム弁５０を作動させる可動鉄芯、８３は前記弁本体５１Ｂを付勢するバネ、８４は前記弁本体５１Ｂと前記バネ８３間に介在されるバネ受け部、８５は呼吸孔である。
【００２１】
なお、本発明の効果を確認するため、以下のような比較試験を実施した。下の表１に示した各電磁弁（図２に示した電磁弁３０、図５に示した電磁弁７０、図７に示したダイヤフラム弁及び弁座のシール部が共に硬質のプラスチック樹脂からなる従来の電磁弁９０）を、図６に示すような流体制御回路内に組み込み、下記の条件により水にガラスビーズを混合攪拌して得た混合液Ｆを循環させ、弁座に打傷を発生させる。そして、前記打傷による漏洩量をエアーリークディテクターにより測定するとともに、該測定後に各電磁弁を分解してダイヤフラム弁及び電磁弁の弁座を確認することによって、各電磁弁の耐久性（寿命）を評価する。なお、図６中の符号Ｔは混合液を溜めるタンク、Ｖはポンプである。
【００２２】
【表１】

【００２３】
・試験条件
（１）流体：ガラスビーズの径０．０４ｍｍ、０．５％混合水
（２）流体温度：常温
（３）流体圧力：１４．７Ｎ／ｃｍ²
（４）弁動作頻度：５ｓｅｃ／１サイクル
【００２４】
上記試験の結果、従来構造の電磁弁９０は、混合液の循環回数５００回以内で漏洩が確認されたのに対し、本発明の実施例である電磁弁３０，７０は、混合液の循環回数が５００万回を越えた場合にも漏洩が無かった。すなわち、本発明にによれば、従来構造に比べて、流体内の異物に対し遙かに高い耐久性があることが分かった。また、上記試験後に各電磁弁を分解してダイヤフラム弁及び電磁弁の弁座を確認し比較したところ、従来構造の電磁弁９０に比べて、本発明の実施例である電磁弁３０，７０の方が、弁座の傷が断然少なく、この点からも、本発明の構造が従来構造に比べて流体内の異物に対し耐久性が高いことが分かった。
【００２５】
【発明の効果】
以上図示し説明したように、請求項１の発明に係るダイヤフラム弁の製法によれば、ゴム部材のプラスチック製弁本体への取付作業等の余分な作業を行うことなく、極めて簡単に、一側端面の中心部の凹所にゴム又はゴム状プラスチックよりなるゴム部材が充填されその端面がシール部として構成されたプラスチック製弁本体と、前記弁本体の外周側に該弁本体と一体に形成されたダイヤフラム部とからなるダイヤフラム弁を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るダイヤフラム弁を示す断面図である。
【図２】同ダイヤフラム弁を取り付けた電磁弁を示す断面図である。
【図３】同ダイヤフラム弁の製造工程を段階的に示す図である。
【図４】他の実施例に係るダイヤフラム弁を示す断面図である。
【図５】同ダイヤフラム弁を取り付けた電磁弁を示す断面図である。
【図６】本発明の効果を確認するための比較試験における流体制御回路を示す概略図である。
【図７】従来におけるダイヤフラム弁が取り付けられた電磁弁の一例を示す断面図である。
【図８】他の例の従来におけるダイヤフラム弁が取り付けられた電磁弁を示す断面図である。
【図９】同ダイヤフラム弁の問題を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０，５０ダイヤフラム弁
１１，５１Ａ，５１Ｂプラスチック製弁本体
１２，５２Ａ，５２Ｂプラスチック製弁本体の一側端面
１３，５３Ａ，５３Ｂプラスチック製弁本体の凹所
１５，５５Ａ，５５Ｂゴム部材
２１，６１Ａ，６１Ｂダイヤフラム部
１０Ａプラスチック母材

Claims

プラスチック母材の一側端面の中心部に凹所を陥設する工程と、
前記凹所にゴム又はゴム状プラスチックよりなるゴム部材を充填する工程と、
前記ゴム部材が充填されたプラスチック母材を切削加工して、前記ゴム部材の端面がシール部となる弁本体と、前記弁本体の外周にダイヤフラム部を一体に形成する工程
とからなることを特徴とするダイヤフラム弁の製法。